JPH02284631A

JPH02284631A - 膜分離装置

Info

Publication number: JPH02284631A
Application number: JP10644189A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Sawada; 沢田　繁樹
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-11-22
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: JP2754715B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は膜分離装置に係り、特に中空糸膜を備えた膜分
離装置に関する。

［従来の技術］合成有機膜（逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜）を工
業的に利用するには、取扱い易く加工したモジュールの
形態をとる必要がある。このモジュールを構成する膜分
離ユニットをエレメント（又はモジュール）と呼んでい
る。現在実用に供されているエレメント（ないしモジュ
ール）には■平膜（プレートアンドフレーム）、■スパ
イラル・エレメント、■中空糸モジュール、■チューブ
ラー・モジュールなどがある。いずれも一長一短がある
が、中空糸モジュールは充填密度を高く、膜面積が大き
くとれるという優れた特長を有している。中空糸モジュ
ールを製造するには、末端の固着処理（ボッティング）
を行なえば良く、部品数も少ない。

半導体洗浄用水や医薬用水の超純水の製造プロセスには
、この中空糸モジュールが大量に用いられている。また
、人工透析用の透析器は、殆どこの千ジュールが採用さ
れている。

最近、合成膜の用途は、このような用途ばかりでなく、
生物処理の固液分離、菌体、酵素懸濁液中の有価成分の
透過などの分野に広がりつつある。このような系では、
活性汚泥、菌体や酵素などの固体粒子が高濃度に共存し
ている。このために、中空糸の内側に原液を導入して濾
過する内圧式の場合では、これらの粒子が詰まるので適
用は難しい。もっばら、これらの用途には、外圧式が用
いられる。しかしながら、従来のモジュールは中空糸の
充填密度が高いので、中空糸間の間隙が狭くて、この間
に粒子が閉塞、固着し易いために、有効膜面積を減じて
しまうという問題を有していた。

かかる問題を解決する簡便な対策として、充填密度を減
らすことが考えられるが、充填密度を高くとれるという
中空糸膜モジュールの長所をなくすものであり、望まし
い解決策とはいえない。

中空糸膜を用いる従来のモジュールは、中空糸膜束を充
填する容器の管軸方向と、中空糸膜束の方向とが一致し
ている。最も多く用いられている形状は、筒状の耐圧容
器内を筒軸と直交するように合成樹脂製隔壁を設けるも
のである。この隔壁には中空糸膜が植設されており、こ
の中空糸膜は、筒軸方向に延在される。

かかる膜分離装置では、隔壁の原水流れ方向下流側に原
水が滞留する死角が生じ易い。また、中空糸膜束の周囲
部分に原水が優先的に流れ、中空糸膜束の内部では原水
が滞留し易い。このような（ｍ流が生ずるところから、
従来の膜分離装置には、充填した膜の大半が利用されな
いという欠点が存在しており、原水に懸濁粒子も含む場
合には、この部分が閉塞固化してしまう。

これらの問題を解決する方法として、隔壁に導水管を貫
設し、該導水管の周面から原水を流出させることが考え
られている。また、耐圧容器の側面部に通過水取出口を
設け、この取出口に中空糸膜が植設された隔壁を横断配
置することなどが考えられている。しかしながら、いず
れの場合にも、懸濁粒子を多く含む場合には、わずかな
死角が生じる粒子の閉塞部位を核として、固化部分が成
長するという問題を残している。

［発明が解決しようとする課題］上述の如く、従来の中空糸膜モジュールを用いた膜分離
装置においては、原水が滞留する死角部分が存在し、こ
の死角部分において原水中の懸濁成分が濃縮、固化し、
有効膜面積が小さくなるという問題があった。

［課題を解決するための手段］本発明の膜分離装置は、筒状の耐圧容器と、該耐圧容器
内に同軸的に設けられた中空管と、該中空管の一方の周
面部分に植設された中空糸膜とを備え、該中空糸膜の内
部は該中空管の他方の周面側に連通していることを特徴
とするものである。

［作用］かかる本発明の膜分離装置にあっては、原水は中空糸膜
の外側面と接触するように耐圧容器内を通過される。

中空糸膜を透過した水は、中空糸膜内から、中空管の中
空糸膜が植設された周面と反対側に流れ込み、次いで膜
分離装置から取り出される。

本発明の膜分離装置においては、原水の流れの滞留箇所
が無いので、懸濁成分の濃縮、固化が防止される。

［実施例］以下図面を用いて実施例について説明する、。

第１図は実施例に係る膜分離装置における耐圧容器の筒
袖方向に沿う断面図、第２図は第１図の＋Ｉ　−ＩＩ線
断面図、第３図は第２図の要部拡大図である。

符号１で示す耐圧容器は、円筒部１ａと両端の鏡板部１
ｂ、１ｃより構成されており、鏡板部ｌｂ、ｌｃにはそ
れぞれ原水の導入口１ｄ、流出口１ｅが設けられている
。

耐圧容器１内には中空管２が設置されており、該中空管
２の外周面から放射方向に延在するように中空糸１１ｊ
３が該中空管２に植設されている。

第３図に示す如く、該中空糸膜３の基端側においては、
該中空糸膜３の内部が中空管２内に連通しており、中空
糸［１ｉ３の先端側においては、該中空糸膜の内部通路
が封塞されている。

中空管２の一端側はジヨイント４を介してコネクタバイ
ブ５に接続され、該コネクタバイブ５は耐圧容器１外に
延出されている。中空管２の他端側はキャップ６により
封塞されている。

このように構成された第１〜３図の膜分離装置において
、原水は導入口１ｄから耐圧容器１内に流入し、中空管
２と耐圧容器１との間を流出口１ｅに向って流れる。こ
の間に中空糸膜３と接触し、中空糸膜３を透過した水は
、該中空糸膜３内を中空管２に向りて流れる。そＩノで
、透過水は中空管２、コネクタパイプ５の順に流れ、膜
分離装置から取り出される。

本実施例に係る膜分離装置においては、次の■〜■の作
用効果が奏される。

■　従来の中空糸エレメントと比べて、中空糸膜（符号
３）の１本の長さが短いので、透過水の通過抵抗を小さ
くすることができ、膜間の有効差圧を大きくすることが
できる。

■　中空糸１本の長さが短かく、しかも先端が固定され
ていない（即ち、中空糸膜３は、その基端側だけが中空
管２に固定され、先端側は自由端となっている。）。従
って、閉塞物の核となる懸濁粒子の固りを捕捉すること
はない。

■　このことにより、充填した中空糸膜の表面を有効に
利用することができる。

■　透過水を集水する中空管を連結することにより、複
数の工ｌノメントを単一の容器に充填することができる
。（第１〜３図では、１本の中空管２が１個の耐圧容器
１内に挿入されているが、耐圧容器１の長さが大きいと
きには、複数本の中空管２を繋ぎ合せて１個の耐圧容器
１内に挿入すれば良い、）このことにより、膜エレメントの交換を容易にすると共
に、膜の単価を安くすることができる。

なお、上記の膜エレメントは次のような方法により製作
することができる（第４〜８図参照）。

（ｉ）　　剛性を有する多孔状中空管２の孔の部分に、
所定の長さに裁断した中空糸膜３を植えつける。その後
、この中空糸膜束な植えつけた部分の間隙に、符号７で
示す硬化性液状弾性体（例えば、シリコンゴム、ウレタ
ン樹脂、可撓性エポキシ樹脂）を充填し、常温または加
熱硬化させることにより、中空糸膜と中空管との間隙部
をシールする。

使用する中空糸の片端は、予め上記と同様な硬化性液状
弾性体で密封しておくが、熱溶着などの方法で密封して
おいても良い。また、多孔状中空管に植毛、固化させた
後に、上記の手段により密封処理しても良い。

中空管内周面を所定のところまで削り取り、中空糸膜の
端面を中空管内部に露出させる。

このような方法により、一つの構成エレメントを製作す
る（第４図〜第７図）。

（ｉｉ）　　上記の方法に用いる中空糸を多孔状の支持
材とする場合、この支持材上に限外濾過膜ないし逆浸透
膜をコーティングすることもできる。

（１）　に準じた方法で製作したエレメントを所定の製
膜用ドープ液に浸漬し、さらにゲル化液に浸漬すること
で限外濾過膜ないし逆浸透膜の機能を有する中空糸膜エ
レメントを製造できる。

（ｉｉｉ）　　ダミー管の周囲に中空糸を植毛した後に
、その植毛部分を硬化性液状弾性体で固化することによ
り、均質に中空糸を配列させたエレメントを製造するこ
とができる。ダミー管を取り除くと共に、固化された部
分を削り取り、中空糸膜の端面を露呈させる。

第８図の如く、ダミー管８の周囲に中空糸を植毛するに
は、所定の長さに切り揃えた中空糸膜３の片端を横糸９
で編み込んだものを巻き付けていく方法を用いることが
できる。

本発明の別の実施例について第９〜１１図を参照して説
明する。

耐圧客器１内には、大径の中空管８が挿入されている。

この中空管８の内周面から半径方向に延在するように中
空糸膜３が該中空管８に植設されている。なお、本実施
例では耐圧容器１内に耐圧性を備えた合成樹脂よりなる
３個の中空管８が挿入されている。

中空管８の両端部の外周においては、フランジ８ａが対
をなすように周設されており、フランジ８８同志の間の
溝内にシールリング（Ｖリング）９が装着されている。

このシールリング９により、中空管８の外周面と耐圧容
器１の内周面との間に透過水の取出室１０が区隔形成さ
れている。

耐圧容器１には、各取出室１０から透過水を取り出すた
めの透過氷取出口１１が設けられている。

中空糸膜３は、その基端が中空管８に埋設されて保持さ
れている。中空糸膜３の内部は、該基端側において透過
水の取出室１０に連通している。

中空糸膜３の先端は、第１１図に示す如く封塞されてい
る。この中空糸膜３は、中空管８の半径よりも小さい長
さとされている。なお、中空糸膜３は前記（１）〜（ｉ
ｉｉ）と同様の方法により中空管８に固着させることが
できる。（（Ｉｉｉ）の場合には、中空管８の外周面を
研削すれば良い、）上記説明から明らかな通り、中空管
８の内部側において、中空管８の軸心近傍になるほど中
空糸膜３の充填密度が高く、中空管８の内周面になるほ
ど中空糸膜３の充填密度が低くなる。

第９〜１１図の膜分離装置において、原水・は導入口１
ｄから耐圧容器１内に流入し、中空管８内を流出口１ｅ
に向って流れ、この間に中空糸膜３と接触する。

中空糸膜３を透過した水は、中空糸膜３内から取出室１
０に流れ込み、次いで取出口１１から膜分離装置外に取
り出される。

第９〜１１図の膜分離装置では、次の■〜■の作用効果
が奏される。

■　中空糸膜の自由度の最も高い部分が管中心部に位置
している。

■　中空糸膜が固定されており、自由度の最も小さい部
分の膜充填密度が最も小さい。

■　管軸に対して平行に原水が導入されて、中空糸膜の
ために管内の流速分布が生じる。従って、（イ）　管中心部で最も流速が大きく、（ロ）　次いで
、管周辺部で流速が大きい。

（ハ）　膜充填密度の高い管中心部の流速が小さくなる
。

■　膜充填密度の高い部分の流速が小さいけれども、こ
の部分の中空糸膜の自由度が高いために、懸濁粒子によ
る閉塞は殆ど生じない。

■　また、膜が固定されている部分の管周辺部では、膜
充填密度が小さいために管内流速が大きくなり、懸濁粒
子の捕捉を妨げる。

■　たとえ懸濁粒子を捕捉しても、管中心部の自由他端
までの距離が短いために、捕捉粒子の再離脱を促す。

■　従フて、中空糸膜の表面を有効に利用できる。

■　中空糸膜の長さが短いので、透過水の通過抵抗が小
さく、膜間の有効差圧を大きくできる。

［効果］以上の通り、本発明の膜分離装置によると、中空糸膜が
懸濁粒子を捕捉することが殆どなく、懸濁粒子による閉
塞を防止できる。従って、中空糸膜の表面を膜分離処理
に有効に利用できる。

本発明の膜分離装置にあっては、中空糸膜の長さ短くて
足りるので、透過の通過抵抗が小さい。

従って、膜間の有効差圧を大きくできる。

本発明の膜分離装置にあっては、中空管を連結すること
により、複数のエレメントを１個の耐圧容器内に充填す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例を示す断面図、第２図は第１図のＩｆ　
−ＩＩ線断面図、第３図は第２図の要部拡大図、第４図
、第５図、第６図、第７図及び第８図は中空糸膜モジュ
ールの製造方法の説明図、第９図は別の実施例を示す断
面図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ線断面図、第１１図は
第１０図の要部拡大図である。１・・・耐圧容器、　　２・・・中空管、３・・・中空
糸膜、　　８・・・中空管。

Claims

【特許請求の範囲】

筒状の耐圧容器と、該耐圧容器内に同軸的に設けられた
中空管と、該中空管の一方の周面部分に植設された中空
糸膜とを備え、該中空糸膜の内部は該中空管の他方の周
面側に連通していることを特徴とする膜分離装置。