JPH09262441A

JPH09262441A - 中空糸膜モジュール

Info

Publication number: JPH09262441A
Application number: JP7620596A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Ando; 紀芳安藤; Tamiyuki Eguchi; 民行江口
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 1997-10-07

Abstract

(57)【要約】【課題】エアースクラビングによる洗浄が中空糸膜の
全域に渡り効果的に行える構造で、且つ中空糸膜の舞い
上がりや糸乱れが起こらない中空糸膜モジュールを提供
する。【解決手段】中空糸膜束を一端で集束固定し、他端を
自由端とした液体分離装置に用いる中空糸膜モジュール
において、中空糸膜束１ｂの全体を２５〜４５％の充填
率でネット状物２で覆った。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中空糸膜束を一端
で集束固定し、他端を自由端とした液体分離装置に用い
る中空糸膜モジュールであって、中空糸のエアースクラ
ビングによる効果的な洗浄が可能な中空糸膜モジュール
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜による各種液体の外圧式のろ過
方式において、ろ過を続けると中空糸膜表面に除去され
た物質が蓄積し、次第にろ過速度が低下する。蓄積した
物質を膜表面から除去して再びろ過能力を回復させるた
めに、中空糸膜の外側に気泡を流す方法、いわゆるエア
ースクラビングが行われている。このエアースクラビン
グにより効果的に膜表面を洗浄するためには、中空糸が
気泡により適度に揺れる必要がある。そこでこの洗浄法
に適したモジュールが様々に開発されてきた。

【０００３】中空糸膜型のモジュールは、中空糸膜束の
両端を集束固定してそれぞれに開口部を設けたものと、
中央部でループ状に折り返した中空糸膜束の一端を集束
固定し片端のみに開口部を設けたものに大別される。前
者は、束の両端が集束固定されているため、中空糸が揺
れても、その形状が大きく乱れることはないが、反面、
膜から洗い落とされた蓄積物が下側の固定部に堆積する
という難点を有する。後者は、一端（上端）で集束固定
しているため、上昇気泡により自由端側の舞い上がりや
糸同士の絡まり等の糸乱れが生じ易い。その対策とし
て、中空糸膜束のループ部を支持し、且つ気泡の通路も
有する形状保持部材も考案された（例えば、特開昭６０
−２０６４１４号公報、実開昭６０−１７１５１１号公
報、実開昭６１−１５００２号公報など）。

【０００４】しかしながら、形状保持部材を用いると、
ループ部の動きが封じられるため、形状保持部材やルー
プ部に汚れが堆積するといった前者同様の問題を新たに
生じる。また、モジュール構造が複雑になるだけでな
く、中空糸膜の充填量がその分だけ減少せざるをえない
欠点も生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明で解決しようと
する課題は、エアースクラビングによる洗浄が中空糸膜
の全域に渡り効果的に行える構造で、且つ中空糸膜の舞
い上がりや糸乱れが起こらない中空糸膜モジュールを開
発することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】エアースクラビングによ
る気泡が中空糸膜束の内側に充分流れるように、中空糸
の自由端部が外側に拡がり、そのエアーで中空糸全体が
適度に揺れ、且つ、中空糸の自由端が舞い上がらない程
度に、径を最適化したネット状物で中空糸膜全体を覆う
ことができれば上記の課題は解決できる。

【０００７】即ち、本発明は、「中空糸膜束を一端で集
束固定し、他端を自由端とした液体分離装置に用いる中
空糸膜モジュールにおいて、中空糸膜束の全体を２５〜
４５％の充填率でネット状物で覆われていることを特徴
とする中空糸膜モジュール」である。ここで、充填率と
は、ネット状物の内側に対する中空糸膜束の、それぞれ
中空糸の長手方向に垂直な断面積の比を指す。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の中空糸膜モジュ
ールＭの一態様を示す一部破断した簡略側面図である。
この中空糸膜モジュールＭは、複数の中空糸膜１ａを束
ねた中空糸膜束１ｂとその外周を覆ったネット状物２の
一端を、共にリング体３ａ内にポッティング材にて集束
固定（集束固定部３）し、該リング体３ａにリング状の
ヘッダー４を接合した構造のものである。前記中空糸膜
１ａの自由端側の先端は閉鎖されており、該中空糸膜１
ａの外側から内側へ通過したろ過液は、集束固定部３の
端面に開口された中空糸膜１ａの端部からヘッダー４に
設けたろ過液出口６を通して排出される。

【０００９】図２、図３は、中空糸膜モジュールＭの他
の態様を示す一部破断した簡略側面図である。図２は、
ネット状物２が中空糸膜束１ｂの下端部の下方で開口し
た（開口部８）一態様であり、図３は、袋状に閉じられ
た（閉口部９）一態様で、該モジュールの下半部のみを
示している。尚、図２及び図３に示す中空糸膜束１ｂ
は、中空糸膜１ａの中央部を折り返してループ部５ａを
設け、直線部５ｂの端部を集束固定した構造のものであ
る。

【００１０】従来より精密ろ過フィルターの分野では、
外径が約７ｃｍの筒状のケースに平膜を折り畳み収納し
た、いわゆるプリーツ型の定形型カートリッジフィルタ
ーが広く用いられるている。図２に示す態様は、ろ過装
置への接続部（ヘッダー４）の形状をこの定形型カート
リッジフィルターと同形状にし、定形型の既製のハウジ
ングが使用できる一態様である。

【００１１】中空糸膜束１ｂは、ネット状物２で全体が
覆われ、ネット状物２と共に集束固定部３にポッティン
グ材により固定されている。該モジュールＭは、後述の
ようにヘッダー４でろ過装置に装着され、使用される。

【００１２】前記ネット状物２は、図１及び図２に示す
ように、上部１０、筒部１１、底部１２からなる。筒部
１１の内径は、次の式を満たすことが必要である。充填率＝中空糸膜束１ｂの断面積（Ａ）／ネット状物２の断面積（Ｂ）＝２５〜４５％ここで、Ａ＝（中空糸膜１ａの長手方向に垂直な断面積）×（直
線部５ｂの本数）Ｂ＝ネット状物２の筒部１１の長手方向に垂直な内側断
面積である。

【００１３】上式で表される充填率が２５％以下では、
スクラビングエアーによる中空糸膜１ａの舞い上がりや
糸乱れが生じる。充填率が４５％以上では、スクラビン
グエアーが中空糸膜束１ｂの内側に流れず、また、中空
糸膜１ａが揺れないため洗浄が充分に行われない。充填
率の最適値は、中空糸膜の本数、長さ、エアーの流量に
よって異なるが、３０〜４０％が好ましい。また、ネッ
ト状物２の筒部１１は、中空糸膜束１ｂの下端部より２
〜３ｃｍ下方まで達しているのが好ましい。

【００１４】ネット状物２の底部１２は、袋状に閉じら
れていても、開口していても良いが、開口している場合
には、開口部８の周囲の長さは中空糸膜束１ｂの下端部
の外周の長さよりも小さいことが必要である。開口部８
の周囲の長さが下端部の外周の長さよりも大きいと、エ
アーの浮力でネット状物２が持ち上がり、中空糸膜１ａ
の下端部がネット状物２の外に出てしまう可能性があ
る。また、開口部８の大きさ及び形状を保持する目的
や、袋状に閉じる目的に、糸状若しくはリング状の部材
を使用しても良く、接着や熱溶着に依っても良い。

【００１５】ネット状物２の網目は、繊維の交点間距離
が１〜２０ｍｍが好ましい。更には３〜１０ｍｍが好ま
しい。繊維の太さは、０．２〜１．０ｍｍが好ましく、
０．３〜０．６ｍｍが更に好ましい。

【００１６】ネット状物２の材質は、材質本来の特性と
して、被処理液や薬品洗浄液に対する耐久性、及び温度
等の使用条件に適用するものであるのみならず、使用中
に縮みや変形等の形状の変化が無く、前記形状が保持で
きる事が必要である。例えば、熱変形温度は使用条件以
上で、内部に残存応力が無いように充分にアニールされ
ている必要がある。また、中空糸膜１ａの動きに追従で
きるしなやかさを有していることが重要である。適度な
ゴム弾性を有していても良い。ネット状物２の具体的材
質は、各々の使用条件毎に選定されるが、ポリエチレ
ン、軟質ポリプロピレン、軟質ポリ塩化ビニル、シリコ
ン等を例示することができる。

【００１７】本発明では、中空糸膜束１ｂ全体をスクラ
ビングエアーによって効果的に揺動させるために、内径
が３００〜５００μｍの中空糸膜１ａが使用される。中
空糸膜１ａの長さはおよそ１５〜１００ｃｍである。ま
た、中空糸膜１ａの孔径はおよそ０．１〜０．５μｍで
あり、公知のポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピ
レンなどからなる中空糸膜を本発明に使用することがで
きる。

【００１８】ポッティング材にはエポキシ樹脂あるいは
ウレタン樹脂のような熱硬化性樹脂が好適に用いられて
いる。

【００１９】図４、図５は、本発明の中空糸膜モジュー
ルＭを装着したろ過装置１００の簡略断面図である。図
４は、前述した定形型カートリッジフィルターのハウジ
ングＨを利用した一態様である。該ハウジングＨは、上
部に被処理液入口１０１とろ過液出口１０２とを有し、
底面に空気導入口１０３と上面に空気排出口１０４とを
有し、前記ろ過液出口１０２に連続した部分に装着穴１
０５が形成されたものである。中空糸膜モジュールＭ
は、ハウジングＨへの装着部分（ヘッダー４）の外周に
沿って設けられた溝１３にＯ−リング７ａを嵌めて、装
着穴１０５に装着される。

【００２０】図５は、逆洗機構を持たせたろ過装置１０
０である。ハウジングＨの構造は、中空糸膜モジュール
Ｍを収容するフランジ付きの主管Ｈ１の両端に、被処理
液入口１０１を有するフランジ付きの下蓋Ｈ２とろ過液
出口１０２を有するフランジ付きの上蓋Ｈ３とを、仕切
板１０６，１０７を介してそれぞれボルトにて固定され
ている。主管Ｈ１と上下の仕切板１０６，１０７で囲ま
れた空間がろ過室１０８となる。そして、下側の仕切板
１０６には、被処理液入口１０１とろ過室１０７とを連
通する通孔１０６ａが形成されるとともに、ろ過室１０
８内に空気を導入するための空気導入口１０３が形成さ
れている。また、上側の仕切板１０７には、中空糸膜モ
ジュールＭを装着するための装着穴１０５と、ろ過室１
０８から空気を排出するための空気排出口１０４とが形
成されている。中空糸膜モジュールＭの装着は、ヘッダ
ー４に設けた２つの溝１３の下段にＯ−リング７ａを嵌
めて装着穴１０５との気密性を確保し、上段に軸用Ｃ形
止め輪７ｂを嵌めて、逆洗時の圧力に対し該モジュール
が外れないようにする。逆洗に用いる液体もしくは気体
は、ろ過液出口１０２から導入される。

【００２１】ろ過室１０８の内径は、ネット状物２の筒
部１１の内径の１．０５〜１．５倍が好ましい。ろ過室
１０８の内径がネット状物２の筒部１１の内径の１．５
倍以上であると、スクラビングエアーがネット状物２の
内側を通過する割合が減少し、効率的でなくなり、一
方、１．０５倍以下であると、ネット状物２とろ過室１
０８の内壁との隙間が狭く、そこに堆積物が溜り易くな
る。また、該モジュールＭをろ過装置１００に装着し難
くなる。

【００２２】図６、図７は、本発明の中空糸膜モジュー
ルの他の態様であり、ネット状物２の外側にヘッダー４
につながっている円筒１４を持たせた一態様である。円
筒１４は、ろ過装置１００への装着を容易にする、
円筒１４が支えになり、逆洗時の圧力で中空糸膜モジュ
ールＭが外れないので、Ｏ−リングのみでの装着が可能
になる、取り扱い時や、輸送時に中空糸膜１ａを保護
する、等の効果がある。図６は、ボトム１５を持った態
様であり、図７は、円筒１４のみ持たせ、下端が開放し
た態様である。尚、前記円筒１４の周囲には、被処理液
を導入するための多数の穴１６が形成され、またボトム
１５にも穴１６が形成されている。

【００２３】図７では、円筒１４の最下部の円周が一部
切り取られ、通路１１０を形成している。通路１１０
は、堆積物が該モジュール及びろ過装置の底に溜まらな
いようにするためである。

【００２４】図８は、図６に示した中空糸膜モジュール
Ｍを、図５に示したものと同様のハウジングＨに装着し
て構成したろ過装置１００を示している。但し、仕切板
１０７に形成した装着穴１０５の形状は、図６と図８で
は異なる。中空糸膜モジュールＭは、ヘッダー４をＯ−
リング７ａのみを介して上側の仕切板１０７の装着穴１
０５に嵌合するとともに、ボトム１５を下側の仕切板１
０６に突設した突起１１０に当止して、ヘッダー４が装
着穴１０５から抜けることを規制している。その他の構
造は、図５に示したものと同様であるので、同一構成に
は同一符号を付してその説明は省略する。

【００２５】図９は、図６に示したものと同様の円筒１
４を持たせた本発明の中空糸膜モジュールＭを、図４に
示したものと同様のハウジングＨに装着して構成したろ
過装置１００の簡略断面図である。該モジュールＭは、
Ｏ−リング７ａのみで装着されている。図９は、前述の
定形型カートリッジフィルターのハウジングＨを用いた
例であり、ハウジングＨの底面とモジュールＭのボトム
１５との間にリング状の載置台１１１を使用することで
逆洗機能を持つろ過装置１００として使用することがで
きる。載置台１１１には、堆積物が溜まらないように下
端一部を切り欠いて通路１１２を設けてある。

【００２６】

【実施例】次に、実施例により本発明をさらに具体的に
説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。

【００２７】（実施例）中空糸膜モジュールの作製内、外径が５００μｍ及び８００μｍ、長さが約１５０
ｃｍで、孔径が約０．４５μｍのポリスルホン中空糸膜
１ａを用い、４００本を中央でループ状に折り返した束
を４組束ねて中空糸膜束１ｂとした。ネット状物２は、
ポリエチレン製のネット（ネトロン・Ｒ５０１、大日本
プラスチック株式会社製）を用いて、後述の形状を保持
するように、９０℃で１時間アニールした後、１時間室
温で冷却した。整形した形状は、筒部１１の内径及び長
さがそれぞれ８０ｍｍ及び７０ｃｍで、開口部８の周囲
の長さが９ｃｍ、上部の周囲の長さは約５ｃｍで自由に
押し広げられるようにした。ヘッダー４は、集束固定部
３の内外径がそれぞれ６５ｍｍ、７０ｍｍであり、ろ過
装置への装着部分は、外径が４４ｍｍで、外周に沿って
２段に溝１３が切ってある。前記の中空糸膜束１ｂをネ
ット状物２に挿入し、ウレタン樹脂でヘッダー４に集束
固定した。この様にして、充填率が３２％、膜面積約
５．５ｍ²の中空糸膜モジュールを作製した。

【００２８】ろ過と洗浄ろ過室１０８の内径が１０ｃｍ、長さが１００ｃｍの、
ポリ塩化ビニル製のろ過装置を別途準備した。作製した
モジュールを、装着部分の溝１３の下段にＯ−リング７
ａ（ＪＩＳＢ２４０１Ｐ−３８）、上段に軸用Ｃ形
止め輪７ｂ（ＪＩＳＢ２８０４呼び径４５）を嵌め
て図５に示すように該ろ過装置にセットした。試験液と
してベンガラの５ｐｐｍ水分散液を使用し、流速５．５
ｍ³／ｈｒでろ過した。差圧が初期の２倍になった時点
でろ過を止め、空気導入口１０３より流量５ＮＬ／ｍｉ
ｎで３分間エアースクラビングした後、ろ過室内の液を
排出した。中空糸膜モジュールを一旦ろ過装置から取り
出し、中空糸膜を観察したところ、ベンガラが付着して
赤く着色した部分は見られず、束の内側から外側までほ
ぼ均一に洗浄されている状態が観察された。また、中空
糸膜束の形状は初期と全く変わっていなかった。試験液
によるろ過を再開したところ、初期の差圧に回復してい
た。次に、流量２０ＮＬ／ｍｉｎで１２時間エアースク
ラビングした後、取り出しして観察したが、中空糸膜束
の形状は初期と全く変わっていなかった。

【００２９】（比較例１）中空糸膜モジュールの作製ネット状物２として、筒部１１の内径が６０ｍｍのもの
を用いた以外は、実施例と同様にして中空糸膜モジュー
ルを作製した。充填率は５６％であった。ろ過と洗浄実施例と同条件でろ過、及びエアースクラビングによる
洗浄を行った。中空糸膜を観察したところ、ループ部と
束の内側にベンガラの赤い着色が観察された。

【００３０】（比較例２）中空糸膜モジュールの作製ネット状物２として、筒部１１の内径が１００ｍｍのも
のを用いた以外は、実施例と同様にして中空糸膜モジュ
ールを作製した。充填率は２１％であった。ろ過と洗浄実施例と同条件でろ過、及びエアースクラビングによる
洗浄を行った。中空糸膜を観察したところ、ループ部が
舞い上がった中空糸膜が十数本確認され、糸同士も絡ま
り、束全体に渡り糸が乱れていた。

【００３１】

【発明の効果】以上にしてなる本発明の中空糸膜モジュ
ールによれば、ろ過後のエアースクラビングによる洗浄
によって、中空糸膜の全域に渡りろ過物質を除去するこ
とができ、それによりろ過能力を完全に回復させること
ができ、しかもエアースクラビングを行っても中空糸膜
の舞い上がりや糸乱れが全く起こらないのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュールを一部破断して
示した簡略側面図である。

【図２】本発明の中空糸膜モジュールの他の態様を一
部破断して示した簡略側面図である。

【図３】本発明の中空糸膜モジュールの他の態様を一
部破断して示した簡略側面図であり、下半部のみを示し
ている。

【図４】本発明の中空糸膜モジュールを装着したろ過
装置の簡略断面図である。

【図５】本発明の中空糸膜モジュールを装着した他の
ろ過装置の簡略断面図である。

【図６】本発明の中空糸膜モジュールの他の態様を一
部破断して示した簡略側面図である。

【図７】本発明の中空糸膜モジュールの他の態様を一
部破断して示した簡略側面図である。

【図８】本発明の中空糸膜モジュールを装着した他の
ろ過装置の簡略断面図である。

【図９】本発明の中空糸膜モジュールを装着した他の
ろ過装置の簡略断面図である。

【図１０】本発明の中空糸膜モジュールをろ過装置に
装着する際に使用する載置台の簡略斜視図である。

【符号の説明】

Ｍ中空糸膜モジュールＨハウジングＨ１主管Ｈ２下蓋Ｈ３上蓋１ａ中空糸膜１ｂ中空糸膜束２ネット状物３集束固定部３ａリング体４ヘッダー５ａループ部５ｂ直線部６ろ過液出口７ａＯ−リング７ｂ軸用Ｃ形止め輪８ネット状物の開口部９ネット状物の閉口部１０上部１１筒部１２底部１３溝１４円筒１５ボトム１６穴１００ろ過装置１０１被処理液入口１０２ろ過液出口１０３空気導入口１０４空気排出口１０５装着穴１０６仕切板１０６ａ通孔１０７仕切板１０８ろ過室１０９通路１１０突起１１１載置台１１２通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空糸膜束を一端で集束固定し、他端を
自由端とした液体分離装置に用いる中空糸膜モジュール
において、中空糸膜束の全体を２５〜４５％の充填率で
ネット状物で覆ったことを特徴とする中空糸膜モジュー
ル。
【請求項２】前記ネット状物が、中空糸膜束の下端部
より下方で開口しており、開口部の周囲の長さが該束の
下端部の外周の長さよりも小さく設定されている請求項
１記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】前記ネット状物が、中空糸膜束の下端部
より下方で袋状に閉じられている請求項１記載の中空糸
膜モジュール。