JPH0724267A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２組以上の中空糸膜編織物或は中空糸膜束の片端部がハ
ウジング内の固定部材で開口状態を保ちつつ固定された
モジュールに於て、それぞれの中空糸膜の長手方向が異
なり、中空糸膜集束端面が一個の集水部を共有するモジ
ュールであって、特に汚濁性の高い液体を濾過するのに
適する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸膜モジュールに
関し、特に汚濁性の高い液体を濾過するのに適した中空
糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、中空糸膜モジュールは、無菌水、
飲料水、高純度水の製造や、空気の浄化といったいわゆ
る精密濾過の分野において多く使用されてきたが、近
年、下水処理場における二次処理、三次処理や、浄化槽
における固液分離等の高汚濁性水処理用途に用いる検討
が様々な形で行われている。

【０００３】このような用途に用いる中空糸膜モジュー
ルは、濾過処理時における中空糸膜の目詰まりが大きい
ために、一定時間濾過処理後、空気を送って中空糸膜を
振動させて膜表面を洗浄したり、濾過処理と逆方向に処
理水を通水するなどの膜面洗浄を繰り返し行っている。

【０００４】これらの分野で用いられている中空糸膜モ
ジュールは、従来の精密濾過の分野において用いられて
きた円形状や同心円状に中空糸膜を集束して配置した円
筒形タイプのものが殆んどであった。又、改良が施され
るとしても、中空糸膜の充填率や充填形態を変えるだけ
のものが多かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の中空
糸膜モジュールを用いて高汚濁性水（例えば、ｓｓ≧５
０ｐｐｍ，ＴＯＣ≧１００ｐｐｍ）の濾過処理を行った
場合には、使用に伴い中空糸膜表面に付着した有機物等
の堆積物を介して、中空糸膜同士が固着（接着）して一
体化されることにより、モジュール内の中空糸膜の有効
膜面積が減少し、濾過流量の急激な低下がみられた。

【０００６】このようにして中空糸膜同士が固着して一
体化した中空糸膜モジュールを定期的に膜面洗浄や逆洗
を行う場合も、一旦固着一体化したモジュールの機能回
復は容易ではなく、洗浄効率の低下がみられた。

【０００７】この問題の解決策として、集束型の中空糸
膜モジュールに換えて、中空糸膜をシート状に配置し、
中空糸膜の片端部あるいは両端部が、一つあるいは異な
る二つのハウジング内の固定部材でそれぞれ開口状態を
保ちつつ固定されてなる中空糸膜モジュールであって、
固定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状がいずれも細長
いほぼ矩形である中空糸膜モジュールが提案されてい
る。

【０００８】このようなシート状の平型の中空糸膜モジ
ュールは、中空糸膜を層間隔を設けて内外層に均等に配
置させることが可能となり、膜面洗浄の際、中空糸膜表
面を均等に洗浄することが極めて容易となるので、これ
までのような濾過効率の低下を抑えることができるな
ど、高汚濁性水の濾過に適したモジュールである。

【０００９】従来の中空糸膜モジュールや上述したよう
なモジュールにおいて、濾過モジュールの膜面積を広げ
るために、モジュール当たりの中空糸膜本数を増やした
り、中空糸膜の糸長を長くすることが行われている。

【００１０】中空糸膜の糸長を長くすることに関して
は、ある程度の長さまでは糸長が増大するにつれて、モ
ジュールとしての流量も膜面積に対応して増大するが、
糸長が長くなれば中空糸膜管内の抵抗が大きくなり、集
束端部からの距離が長い箇所では膜面が濾過に用いられ
難くなり、膜全体の利用効率が低下する。

【００１１】又糸長を適当な長さにした中空糸膜編織物
や中空糸膜をシート状に加工したものを数組積層してポ
ッティングしたモジュール、即ち全ての中空糸膜の長手
方向が同一で、シート状の中空糸膜集合体が多数積層し
た中空糸膜モジュールでは、中空糸膜同士が収束、固着
して一体化する現象が起こり、膜面の有効利用が為され
なくなる。更にエアースクラビング等における膜面洗浄
の効率をも低下させる等の問題点がある。

【００１２】本発明は、高汚濁性水の濾過に使用して
も、モジュール内の中空糸膜が固着一体化し難く、又使
用により低下した濾過機能の回復処理が容易に且つ効率
良く実施できる中空糸膜モジュールを提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。

【００１４】（１）２組以上の中空糸膜編織物又は中空
糸膜束の片端部がハウジング内の固定部材で開口状態を
保ちつつ固定されてなる中空糸膜モジュールに於て、そ
れぞれの中空糸膜編織物又は中空糸膜束における中空糸
膜の長手方向が異なり、且つそれぞれの中空糸膜集束端
面が１個の集水部を共有することを特徴とする中空糸膜
モジュール。

【００１５】（２）２組のシート状中空糸膜編織物を有
し、一方の中空糸膜編織物における中空糸膜の糸長方向
と他方の中空糸膜編織物における中空糸膜の糸長方向の
間に１８０°の角度を有することを特徴とする（１）記
載の中空糸膜モジュール。

【００１６】（３）２組のシート状中空糸膜編織物を有
し、一方の中空糸膜編織物における中空糸膜の糸長方向
と他方の中空糸膜編み物における中空糸膜の糸長方向の
間の角度αが１０°≦α＜１８０°であることを特徴と
する（１）記載の中空糸膜モジュール。

【００１７】以下に本発明を図面に従い詳細に説明す
る。図１は、シート状の中空糸膜編織物を６組用いて、
集水管を中心に放射状にそれぞれの中空糸膜編織物を固
定した本発明のモジュールの斜視図である。

【００１８】図２は、シート状の中空糸膜編織物を２組
用いて、それぞれの中空糸膜編織物の糸長方向が１８０
°異なるモジュールである。

【００１９】図３は、シート状の中空糸膜編織物を２組
用いて、それぞれの中空糸膜編み物の糸長方向の間に１
２０°の角度が存在するモジュールの斜視図である。

【００２０】図４は、図３に示した中空糸膜モジュール
４個をタンク内に浸漬し、モジュールの二次側からポン
プで吸引してタンク内の水を濾過する際のモジュール配
置の一例である。

【００２１】１は中空糸膜でシート状に編んだもの、２
は集水管、３は中空糸膜集束端部、４，５はシート最端
部の拘束糸条、６は図３に示した中空糸膜モジュール、
７はタンク、８はエアーバブリングを発生するブロア
ー、９は吸引ポンプをそれぞれ示している。

【００２２】中空糸膜１は、例えばセルロース系、ポリ
オレフィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ系、
ポリスルフォン系等の各種材料からなるものが使用で
き、特にはポリエチレン、ポリプロピレン等の強伸度の
高い材質のものが好ましい。

【００２３】尚濾過膜として使用可能なものであれば、
孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はないが、除
去対象物や容積当たりの膜面積の確保および中空糸膜の
強度等を考えると、好ましい例としては、孔径０．０１
〜１μｍ、空孔率２０〜９０％、膜厚５〜３００μｍ、
外径２０〜２０００μｍの範囲を挙げることができる。

【００２４】又バクテリアの除去を目的とする場合の孔
径は０．２μｍ以下であることが必須となり、有機物や
ウイルスの除去を目的とする場合には分画分子量数万か
ら数十万の限外濾過膜を用いる場合もある。

【００２５】中空糸膜の表面特性としては、エチレン−
酢酸ビニル共重合体の鹸化物の如き重合体を保持して表
面に親水性基等を持ついわゆる恒久親水化膜であること
が望ましい。表面が疎水性の中空糸膜であると、被処理
水中の有機物と中空糸膜表面との間に疎水性相互作用が
働き膜面への有機物吸着が発生し、それが膜面閉塞につ
ながり濾過寿命が短くなる。

【００２６】又吸着由来の目詰まりは膜面洗浄による濾
過性能回復も一般には難しい。恒久親水化膜を用いるこ
とにより有機物と中空糸膜表面との疎水性相互作用を減
少させることができ、有機物の吸着を抑えることができ
る。

【００２７】集水管２は、中空糸膜モジュール全体を支
持する部材として機能し、細長い、ほぼ矩形の開口部を
有する。この集水管２の開口部は、そこに中空糸膜を伴
って充填固定される固定部材（すなわち中空糸膜集束端
部３）の中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形
をしたものである。

【００２８】この材質としては、機械的強度及び耐久性
を有するものであればよく、例えばポリカーボネート、
ポリスルフォン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂、変性ＰＰＯ樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げ
られる。

【００２９】中空糸膜集束端部３は、集水管の開口部に
充填固定され、多数のＵ字状中空糸膜１の各端部を開口
状態を保ったまま集束して固定する部材で形成され、又
この中空糸膜を濾過膜として機能させるために、被処理
液と処理液を液密に仕切る部材でもある。この部材は、
通常エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、並びにポ
リウレタン等の液状樹脂を硬化させて形成される。

【００３０】拘束糸状４，５はこの中空糸膜モジュール
の最端部にあってシート状編み物を構成している中空糸
膜１を相互に固定してシート状としているものであり、
一般にはシート状中空糸膜の形成時に経糸として用いら
れ、中空糸膜１相互を鎖編み状に連続して拘束してい
る。拘束糸条４，５を構成する繊維の種類としては、ポ
リエステル繊維など耐水性を有する合成繊維製のマルチ
フィラメント糸や紡績糸が用いられる。

【００３１】尚、図面においてはモジュールを缶体や処
理槽に固定する前では中空糸膜編織物が固定されたり、
中空糸膜がその糸長方向に沿って引っ張られてはいない
が、モジュール成型時に中空糸膜を固定するような外枠
や支持棒などをモジュールに取り付け、中空糸膜の糸長
方向を予め固定しているようなモジュールでも差し支え
ない。このようなモジュールの方が缶体や処理槽への取
り付けが容易である。

【００３２】本発明の中空糸膜モジュールの使用にあた
っては、モジュールを密閉容器に配設して、被処理水を
加圧して中空糸膜を透過させるいわゆる加圧濾過法も採
用できるが、活性汚泥槽や沈殿槽等に中空糸膜モジュー
ルを配設し、中空糸濾過膜を透過した処理水を回収する
サイドを吸引する吸引濾過法で使用することが好まし
い。

【００３３】特に、周期的に所定時間吸引を停止する、
いわゆる間欠吸引運転方法を採用することにより、膜面
堆積物が内部の細孔へ入り込むのを効率的に防止するこ
とができ、中空糸膜モジュールの機能回復処理頻度を低
下させることができる。

【００３４】吸引濾過法における被処理水の流れは、中
空糸膜の長手方向に対してほぼ垂直に流すようにして中
空糸膜との接触を高め、膜面の洗浄効果を上昇させるこ
とが好ましい。

【００３５】又本発明の中空糸膜モジュールの形状にふ
さわしい好ましい使用方法の一つとして、回転体にこの
モジュールを配設してモジュールを回転させつつ濾過を
実施する方法が挙げられる。

【００３６】回転体へのモジュールの取り付け法として
は、例えば回転体と集水管を連結し、集水管を軸として
モジュールを回転させるように配置する態様が挙げられ
る。このとき、集水管は水平方向、鉛直方向、或は一定
の角度を保たせて固定するなどいずれの方向に配設して
も構わない。

【００３７】図３のように２組のシート状の中空糸膜編
織物を用いて、それぞれの中空糸膜編織物の糸長方向の
間に角度を保つ場合には、その角度として１０°から１
８０°が選択される。

【００３８】このモジュールは、図４のように缶体ある
いはタンクの中で集水部が上になるように固定すること
により、ポッティング部分から中空糸膜編織物の先端部
に向かって、下向きの傾斜が保たれポッティング近傍へ
の懸濁物の堆積を少なくすることができる。

【００３９】この効果は、傾斜が急であるほど、即ちそ
れぞれの中空糸膜編織物の糸長方向の間における角度が
小さいほど、高められるが、それぞれの中空糸膜編織物
が運転時に接触するような角度は、好ましくない。又缶
体あるいはタンクの大きさや形状に応じて、必要な角度
を選択することが望ましい。

【００４０】本発明の中空糸膜モジュールは、特に高汚
濁性水の濾過に適しており、具体的な利用分野として
は、河川水の濾過、工業用水濾過、下水の固液分離、排
水処理（例えば合併浄化槽での処理）等が挙げられる。

【００４１】

【作用】用いる中空糸膜の糸長を、管内抵抗の影響が少
なくなるような糸長にすることによって中空糸膜の集束
端部近傍から先端部にかけて膜面の透過流速はほぼ同じ
になる。従って、濾過に際して、モジュール中の全ての
膜面が有効に利用される。

【００４２】複数組の中空糸膜編織物又は中空糸膜束を
用いているので、糸長が短くなっているにもかかわらず
膜面積の減少を招くことがなく、又それぞれの中空糸膜
編織物又は中空糸膜束の糸長方向が異なっているので、
中空糸膜同士の収束による固着一体化が少なくなり、膜
面の有効利用が行われ、エアースクラビングなど糸を振
動させるような膜面洗浄においても、中空糸膜全体にエ
アーが当り易くなり洗浄効率も上昇する。

【００４３】更に２組の中空糸膜編織物を用い、それぞ
れの糸長方向の間に角度をつけるようにポッティングし
たモジュールで、双方の中空糸膜編織物最端部が下方
に、集水部が上方になるように缶体あるいはタンク内に
固定することにより、中空糸膜編織物にポッティング部
分から最端部へ向かって傾斜がつけられる。この傾斜に
より濾過効率の高いポッティング近傍の中空糸膜上に濁
質が堆積し難くなり、高い濾過流量が長期間持続する。

【００４４】

【実施例】本発明を実施例により説明する。 実施例１ 図１に示すような中空糸膜モジュールを作製した。中空
糸膜１は、エチレン−酢酸ビニル共重合体の鹸化物を表
面に保持したポリエチレン製の多孔質中空糸膜であり、
これをシート状に編んで編織物とした。拘束糸条４はポ
リエステル繊維のマルチフィラメント糸を用いた。

【００４５】中空糸膜編織物は糸長方向の長さが２００
ｍｍ、中空糸膜の配列方向の長さが４００ｍｍのもの１
枚を用い、中空糸膜編織物の片端部をポリウレタン樹脂
で固定した。尚、中空糸膜１の各端部を開口状態を保っ
たまま樹脂固定した。

【００４６】このように片端部を樹脂固定した中空糸膜
編織物を６組作製し、これをポリ塩化ビニル製のパイプ
にはめ込んでモジュール化した。パイプは内径５０ｍ
ｍ、外径６６ｍｍ、長さ５００ｍｍのものを用い、予め
中空糸膜の樹脂固定部の寸法に合わせて切れ込みを入れ
てあるものを用いた。このパイプが集水管２にあたる。

【００４７】隣接する中空糸膜編織物の中空糸膜長手方
向の間に存在する角度はそれぞれ均等に６０°で固定し
た。この角度を保持するため、それぞれの中空糸膜編織
物の縁にステンレス製の固定部材を設け、これに中空糸
膜編織物の先端部を固定して角度を保持した。尚、固定
部材は集水管にも連結しており、中空糸膜編織物を縁取
るように設けた。

【００４８】このモジュールを２００ｐｐｍの酵母懸濁
水中に浸漬し、集水管とポンプの入り口側を接続して、
モジュールの二次側からポンプで吸引して濾過を行っ
た。その結果、中空糸膜同士の固着一体化は起こらず、
膜面全体の有効利用が為され安定した濾過が行われた。

【００４９】実施例２ 図３に示すような中空糸膜モジュールを作製した。実施
例１で作製したものと同様に片端部を樹脂固定したもの
を２組作製し、これをポリ塩化ビニル製のパイプにはめ
込んでモジュール化した。

【００５０】パイプは内径３０ｍｍ、外径３５ｍｍ、長
さ５００ｍｍのものを用い、予め中空糸膜の樹脂固定部
の寸法に合わせて切れ込みを入れてあるものを用いた。
このパイプが集水管２にあたる。

【００５１】お互いの中空糸膜編織物の中空糸膜長手方
向の間に存在する角度を１２０°に設定した。この角度
を保持するため両方の中空糸膜編織物の縁にステンレス
製の固定部材を設け、これに中空糸膜編織物の先端部を
固定して角度を保持した。尚固定部材は集水管に連結し
ており、モジュール全体を枠で囲むような外観になる。

【００５２】このモジュールを２００ｐｐｍの酵母懸濁
水中に浸漬し、集水管とポンプの入り口側を接続して、
モジュールの二次側からポンプで吸引して濾過を行っ
た。モジュールの固定方法は集水管が上方にそれぞれの
中空糸膜編織物の先端部（すなわちシート最端部の拘束
糸条４並びに５）が下方になるように固定した。

【００５３】濾過運転中はモジュールに対して、シート
面の下方から連続的に３５Ｎ１／ｍｉｎのエアーでスク
ラビングを行い膜面洗浄を行った。その結果、中空糸膜
同士の固着一体化は起こらず、膜面全体の有効利用並び
に膜面洗浄効率の向上がなされ、一定流量で濾過を行っ
た場合、安定した差圧で長期間の濾過が行われた。

【００５４】本発明の実施例における中空糸膜モジュー
ルに用いられるシート状中空糸膜編織物は、任意の方法
で製造されるが、例えば特開昭６２−５７９６５号公報
や特開昭６３−９１６７３号公報に記載されている方法
を用いると容易に製造できる。

【００５５】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュールは、より多
くの中空糸膜が直接被処理水と接触するので、中空糸膜
間の固着一体化が防止され、特に高汚濁水性水の濾過に
おいて、長期にわたって高い濾過効率を保つことが可能
である。又中空糸膜が分散されてモジュール化されてい
るので、洗浄による濾過機能回復処理も効率的に実施で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視
図である。

【図２】本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視
図である。

【図３】本発明の中空糸膜モジュールの一態様を示す斜
視図である。

【図４】本発明の中空糸膜モジュールの使用方法の一例
を示す図である。

【符号の説明】

１ 中空糸膜 ２ 集水管 ３ 中空糸膜集束端部 ４ シート最端部の拘束糸条 ５ シート最端部の拘束糸条 ６ 図３に示した中空糸膜モジュール ７ タンク ８ ブロアー ９ 吸引ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２組以上の中空糸膜編織物又は中空糸膜
   束の片端部がハウジング内の固定部材で開口状態を保ち
   つつ固定されてなる中空糸膜モジュールに於て、それぞ
   れの中空糸膜編織物又は中空糸膜束における中空糸膜の
   長手方向が異なり、且つそれぞれの中空糸膜集束端面が
   １個の集水部を共有することを特徴とする中空糸膜モジ
   ュール。
2. 【請求項２】 ２組のシート状中空糸膜編織物を有し、
   一方の中空糸膜編織物における中空糸膜の糸長方向と他
   方の中空糸膜編織物における中空糸膜の糸長方向の間に
   １８０°の角度を有することを特徴とする請求項１記載
   の中空糸膜モジュール。
3. 【請求項３】 ２組のシート状中空糸膜編織物を有し、
   一方の中空糸膜編織物における中空糸膜の糸長方向と他
   方の中空糸膜編み物における中空糸膜の糸長方向の間の
   角度αが１０°≦α＜１８０°であることを特徴とする
   請求項１記載の中空糸膜モジュール。