JPS60255115A - 中空糸ろ過モジユ−ル - Google Patents

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】 ［技術分野］ 本発明は、浄水器用の中空糸濾過モジュールに関し、よ
り詳しくは、例えば原子力発電用水等のように金属イオ
ンや微細なコロイド状物を含む用水を比較的大量に浄化
処理するための浄水器用に適した中空糸濾過モジュール
に関する。

［従来技術］ 従来より水中の鉄錆や浮遊物を除去するための浄水器と
しては、代表的には限外濾過フィルターを使用したもの
が知られているが、フィルターの目詰まりが生じやすか
った。また、このような浄水器により除去できる微粒子
のサイズには限界があり、かつ金属イオンを除去するこ
とはできなかった。

例えば沸騰水型原子力発電のタービンから回収される回
収水には、約１５　Ｐｐｂ程度の鉄イオンや微細なコロ
イド状物等の不純物が含まれているが、これをそのまま
回収し原子炉に復水循環させると、前記不純物が炉中で
凝集付着し、発電効率の低下を招くため、これら不純物
の量が少なくとも０．５　ＰＰｂ程度以下になるように
浄化して復水Ｓせる必要がある。

上記のように１回収水中に含まれる不純物である極〈微
細なコロイド状物や、金属イオン等を高い効率で除去す
ることが必要な場合には、一般の水処理分野では、逆浸
透膜を使用した浄水装置が好適に使用されている。しか
しながら、逆浸透膜装置の場合には、濾過に要する圧力
が非常に高くなりやすく、したがって装置を大型なもの
にする必要があり、原子力発電回収水の処理等クローズ
ドシステムにすることが必要な系での濾過モジュールと
しては不向きであった。

一方、多孔質中空糸濾過膜は、優れた浄水機能を有して
いるが、微細なコロイド状物や金属イオン等を比較的多
量に含む水を大量に濾過処理する必要がある分野に適用
した場合、濾過膜の目詰まりが起りやすく、またこの目
詰まりを解消させ機能回復させることが難しいという問
題から、従来あまり使用されていなかったのが現状であ
る。

更に、原子力発電循環水の処理の場合には、機能面から
だけではなく、経済性、維持管理、廃棄物処理の面から
実用的な濾過装置が開発されていないのが現状である。

中空糸濾過モジュールを浄化装置に設置したまま濾過機
能の回復処理を簡便に実施する方法として、濾過実施時
とは水流を逆に流すと同時に、下方から気泡を中空糸濾
過膜に当てて、中空糸濾過膜に物理的振動を加え、中空
糸濾過膜の表面に凝集刺着しているコロイド状物等を震
い落す方法が開発され、上述したような分野に於いても
中空糸濾過膜を使用することが検討され実用化されつつ
ある。この実用化に伴なって所定の設置容積で大量の水
を処理するために、中空糸濾過モジュールの大型化が必
要となる。中空系濾過モジュールの大型化は、一般に一
定の容積の中にできるだけ多くの中空糸濾過膜を詰める
ことによって行われるが、この場合、処理する液を中空
糸の外側から内側へ流すときには、中空糸濾過膜集合体
の中央部までは液が流れ難く、逆に中空糸の内側から外
側へ処理する液を流すときには中空糸を通った液が中空
糸濾過膜集合体の外へ流れ難くなり、いずれの場合にも
結果として集合体を形成する中空糸濾過膜全体を有効に
利用できなくなる。また、前述した気泡による再生処理
を行う際に、気泡が集合体を形成する個々の中空糸濾過
膜の表面に対してはなかなかうまく当たらないためか、
上記再生処理方法では十分な中空糸濾過膜の機能回復が
できなくなることが判明した。

本発明者らは、これらの問題に関して検討を続けた結果
、中空糸濾過膜の有効利用並びに濾過機能め回復性が、
固定部材内の中空糸濾過膜の設置密度、と大きな相関を
有することを解明し、特定の構成の中空糸濾過モジュー
ルが優れた濾過機能回復性を有することを見い出し本発
明を完成するに至った。

［発明の目的１ 本発明の目的は、金属イオンや極く微細なコロイド状物
を比較的多量に含む水を大量に処理するのに好適な浄水
器用の中空糸濾過膜ジュールを提供することにある。

本発明の他の目的は、中空糸濾過膜の利用効率を」二げ
るのに適した中空糸濾過モジュールを提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、浄化装置に設置したまま濾過
機能回復のための洗浄操作を容易に実施することのでき
る中空糸濾過モジュールを提供することにある。

［発明の構成］ すなわち、本発明の中空糸濾過モジュールは、環状部材
と、前記環状部材の内面に固着され、多数の中空糸濾過
膜をそれぞれの開凸端を開口状態を保ったままＵ字型に
集束固定した定部材とを具備する中空糸濾過モジュール
に於いて、前記環状部材を中空糸濾過膜に対して垂直方
向に切断した際の中空糸゛濾過膜の占有断面積（Ｓｆ）
と環状部材内断面積（Ｓｒ）との比Ｒが、 ０、１１≦Ｒ＝Ｓｆ／Ｓｒ≦０．６０ を満たすことを特徴とする。

［発明を実施するための好適な態様〕 以下、本発明の中空糸濾過モジュールにつき図面を参照
しつつより詳細に説明する。

第１図は、本発明の中空糸濾過モジュールの−態様例を
示す模式図であり、第１ａ図はその斜視図（中空糸濾過
膜の図示は省略されている）、第１ｂ図は、Ａ−Ａ線で
の切断断面図である。第２図は、他の一態様例を示す模
式斜視図である。

本発明の中空糸濾過モジュールは、基本的には環状部材
ｌと、固定部材２と、中空糸濾過膜３とから構成され、
所望により支持部材４、中空糸サポート部材５等が付設
されてもよい。

環状部材ｌは、浄水器内に中空糸濾過モジュールを設置
するに際して該モジュール全体を支持するための支持部
材として機能するものであり、代表的にはリング状の形
状を有するが、矩形等の断面形状のものでもよい。また
その外周面の形状に関しては、浄水器中の該モジュール
の設置態様に合わせて種々の形状をとり得る。この環状
部材ｌの内面には、中空糸濾過膜３を固定し、かつこれ
を濾過膜として機能させるために浄化すべき水と浄化さ
れた水との仕切り部材として機能する固定部材２が接合
される。固定部材２には、多数の中空糸濾過膜３がそれ
ぞれの開目端を開口状態を保ったままＵ字型に集束して
固定されている。固定部材２は、ポリウレタン、下節ポ
リエステル、エポキシ樹脂等により構成されるのが一般
的である。

本発明の中空糸濾過モジュールに於いては、固定部材２
により固定される中空系濾過膜３の設置密度、より正確
に表現すると、環状部材ｌを中空糸濾過膜２に対して垂
直方向に切断した場合に於ける、固定部材２内に固定さ
れている全ての中空糸濾過膜２の断面積（中空部も含め
る）の和（ＳＦ）と環状部材ｌの内部断面積（Ｓｒ）と
の比Ｒが、０．１１≦Ｒ＝Ｓｆ／Ｓｒ≦０．６０ を満たすよう設置される。

中空糸濾過膜の設置密度（Ｒ）が余りにも高過ぎる場合
には、中空糸濾過モジュールは、中空糸濾過膜間の全て
の間隙に固定部材が充填された形態をとることが困難と
なり、仕切り部材としての機能が果せなくなるため、Ｒ
の値には自と限度がある。しかし、比較的大型の中空糸
濾過モジュールに於いては、固定部材が仕切り部材とし
ての機能を十分果せる中空糸濾過膜の設置密度であって
も、Ｒが０．６０を超える場合には、中空糸濾過膜の設
置密度が高すぎ、処理する液を中空糸の外側から内側へ
流すときには、中空糸濾過膜集合体の中央部まで液が流
れ難く、内側から外側へ流すときには集合体の中央部に
位置する中空糸を通った液は中空糸濾過膜集合体の外へ
流れ難くなり、いずれの場合にも結果として集合体の中
央部に位置する中空糸濾過膜の利用効率は低下する。ま
た、前記気泡処理時に気泡が中空糸濾過膜集合体の中央
部に入り込むことができなくなるため、中空糸濾過膜集
合体のごく外表層のみの機能回復処理しかできなくなる
。この現象は、前記内部断面積（Ｓｒ）がｌ０ＣＩ１１
２以上の大型の中空糸濾過モジュールに於いて特に著し
い。内部断面積（Ｓｒ）が３０ｃｍ２以上の場合には、
Ｒは０．５以下であることがより好ましい。

逆にＲが小さい場合には、上記の問題は生じないが、Ｒ
が０．１１未満のように余りにも小さ過ぎることは、単
位中空糸濾過モジュール当りの処理用水量が減少するた
め、モジュールのコンパクト化の要請に反し実用的でな
い。Ｒは、０．２以上、より好ましくは０．３以上であ
ることが望ましい。

本発明の中空糸濾過モジュールに於いては、第１図に示
されるよう、Ｕ字型に集束されている中空糸濾過膜３の
外側を、中空糸濾過１ｌＩ３の０字方向に伸びるように
、環状部材ｌに支持部材４が接合され、この支持部材４
の先端若しくは途中に、中空糸濾過膜３のＵ字状部の中
央を通過しく第１ｂ図参照）、中空糸濾過１１１３が常
時そのままのＵ字型を保って保持するための中空糸サポ
ート部材５が接合されてもよい。

第１図の例では、支持部材４は、二本の支柱の形でそれ
ぞれがほぼ平行を保って設置されているが、第２図では
、支持部材４が環状部材ｌとほぼ同じ内径を有する開口
６の設けられた円筒状の部材として構成され、中空糸濾
過膜３のＵ字形成部を覆い包むように設置されている。

円筒状の支持部材４は、中空糸濾過モジュールが製造さ
れてから実際に使用されるまでの間の貯蔵あるいは輸送
時に、中空糸濾過膜３が損傷されないよう保護している
。

第１図の中空糸サポート部材５は、濾過実施時に水流に
より中空糸濾過膜３が浮き上がったり、気泡再生処理時
に中空糸濾過膜３のＵ字型集束形状が乱れ、中空糸濾過
膜３同志にからみおいが生じ、その後の濾過実施時の水
流に対して大きな濾過抵抗を呈したり、極端な場合には
、このからみあいにより中空糸濾過膜３の一部が損傷さ
れ、もはや濾過膜として機能できないような事態が発生
することを防止する役割を果す。また、中空糸濾過膜３
のＵ字型集束形状が保たれるため、中空糸濾過膜３に対
して気泡をより均一に当てることができ、上記気泡処理
法による中空糸濾過膜３の機能回復処理をより順調に実
施することを可能にする。更にこの中空糸サポート部材
５は、上記に加え過度に中空糸濾過膜３が屈曲疲労を受
け、早期に劣化が生じるのを防止する役目も果す。した
がって、このような中空糸サポート部材５を付設するこ
とは本発明のより好ましい態様である。

第２図の、円筒状支持部材４上に設けられた開口６は、
気泡再生処理時に気泡を中空糸濾過モジュールの外部へ
排出する役割を果す。この開口６をより大きなものとし
て配設すれば、詐化処理時あるいは気泡再生処理時に中
空糸濾過！Ｉ３の移動自由度を増加させ、中空糸濾過膜
３と浄化すべき水との接触効率を高めることもできる。

本発明の中空糸濾過モジュールを構成する部材としての
環状部材および所望により付設される支持部材、中空糸
サポート部材等は、いずれも焼却により有害ガスを出さ
ずに完全燃焼させることのできる炭化水素系の樹脂から
なるものであることが好ましい。また、中空糸濾過膜３
としては、種々のものが使用でき、例えばセルロース系
、ポリオレフィン系、ポリスルホン系、ポリビニルアル
コール系、ＰＭＭＡ系等の各種材料からなる中空糸濾過
膜が使用できる。しかし耐久性に優れ、かつ濾過性能に
優れたものとしては、ポリオレフィン系の多孔質中空糸
Ｈが挙げられる。その中でも、膜の微小空孔が微細なコ
ロイド状物を濾過す１す るのに好適であり、濾過膜の目詰まりに対する機能回復
操作として通常用いられる逆洗時にかかる外力に対して
耐えられるような膜が特に好ましく用いられ、このよう
な中空糸膜の例としては。

例えばポリエチレン中空糸＃（ポリエチレン中空糸ＥＨ
Ｆ、商品名、三菱レイヨン■製）が挙げられる。

［本発明の効果］ このように、環状部材内の中空糸濾過膜の設置密度が所
定の値以下となるように構成された本発明の中空糸濾過
モジュールによれば、処理する液を中空糸の外側から内
側へ流すときには、中空糸濾過膜集合体の中央部まで液
が流れやすくなり、内側から外側へ流すときには集合体
の中央部に位置する中空糸を通った液も中空糸濾過膜集
合体の外へ流れやすくなり、結果として集合体全体の中
空糸濾過膜の利用効率が向上する。更に気泡による中空
糸濾過モジュールの再生処理時に、気泡が中空糸濾過膜
の束の中央部に入り込むことができるため、気＠想理法
により浄化装置に設置したま２ ま濾過膜の機能回復処理が順調に実施できる。したがっ
て、長期に亘り中空糸濾過膜の束の全体が濾過膜として
機能でき、工業的な規模での浄水器用の中空糸濾過モジ
ュールとして優れた性能を発揮することが可能である。

実施例１〜４、比較例１．２ 内径が８５＋ｓ＋＊φで高さが７０ＩｌｌＩの環状部材
に、長さが７４０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ５＋ｓｍの支
持部材を二本接合し、この支持部材の下部に８−■φの
中空糸サポート部材をとりつけ、第１図に示したような
中空糸濾過モジュールの支持体を形成した。この支持体
に対してポリ・エチレン中空糸ＥＨＦ　（中空糸−木の
断面積は０．１１８＋ｓ＋ｗ２）の束を、中空糸サポー
ト部材を介してＵ字型に集束した。次いで、ポリウレタ
ン樹脂を固定部材として使用して、中空糸濾過膜モジュ
ールを作成した。固定部材から固定部材へ至る一本の中
空糸濾過膜の０字部の長さは、平均して約１４０ｈｍで
あった。使用した中空糸の本数を第１表のように種々変
更し、中空糸濾過膜の設置密度Ｒを変えた人種の中空糸
濾過モジュールを製造した。

これら中空糸濾過モジュールをそれぞれ別に使用して、
鉄イオンや微細なコロイド状物（粒径的８μ）を約１０
ｐｐｍの濃度で含有する用水について、中空糸濾過膜の
単位表面積当りの用水処理量がほぼ一定となるようにし
て、１５日間連続的に浄化処理を実施した。この後、前
述した気泡再生処理を　１時間実施した。浄化処理に於
いては、いずれの中空糸濾過モジュールについても鉄イ
オン等の不純物濃度を０．５　ＰＰｂ未満まで浄化する
ことができたが、使用した中空糸濾過モジュールにより
、経詩的に第１表に示したような処理圧に差が生じた。

また、第３図に各中空糸濾過モジュールについての差圧
の経時変化をグラフとして示した。

実施例５〜７、比較例３．４ 支持部材および中空糸サポート部材を配設しなかったこ
とを除いては実施例１と同様じ寸法の環状部材中に、中
空糸の本数を第１表のように種々変更し、中空糸濾過膜
の設置密度Ｒを変えた五種５ の中空糸濾過モジュールを製造した。これら中空糸濾過
モジュールについて実施例１と同じ試験を実施した。こ
の結果も第１表に示した。

実施例８〜１１、比較例５ 内径が６５ｍｍφで高ネが７０ｍｎ＋の環状部材を用い
、固定部材から固定部材へ至る一木の中空糸濾過膜のＵ
字部の長さを平均して約２ｏｏｏＩＩＩ１１としたこと
を除いては実施例１と同様にして、中空糸濾過モジュー
ルを製造した。各中空糸濾過モジュールの中空糸の本数
については第１表に示したようにように五種変更し、設
置密度Ｒを変えた。

これら中空糸濾過モジュールについても実施例１と同じ
試験を実施した。この結果も第１表に示した。

６

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の中空糸濾過モジュールの一態様を示
す模式図であり、第１ａ図はその斜視図（中空糸濾過膜
の図示は省略されている）、第１ｂ図は、Ａ−Ａ線断面
図である。第２図は、他の態様例を示す模式断面図であ
るが、この図に於いても中空糸濾過膜の図示は省略され
ている。第３図は各中空糸濾過モジュールについての差
圧の経時変化を示したグラフである。 １：環状部材　２：固定部材 ３：中空糸濾過膜　４：支持部材 ５：中空糸サポート部材　６：開口 ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌ）環状部材と、前記環状部材の内面に固着され、多数
   の中空糸濾過膜をそれぞれの開口端を開口状態を保った
   ままＵ字型に集束固定した固定部材とを具備する中空糸
   濾過モジュールに於いて、前記環状部材を中空糸濾過膜
   に対して垂直方向に切断した際の中空糸濾過膜の占有断
   面積（ｓｒ）と環状部材内断面積（Ｓｒ）との比Ｒが、 ０．１１≦Ｒ＝Ｓｆ／Ｓｒ≦０．６０ を満たすことを特徴とする中空糸濾過モジュール。 ２）前記環状部材内断面積（Ｓｒ）が１０ｃｍ２以上で
   ある特許請求の範囲第１項記載の中空糸濾過モジューＪ
   し。