JP2010234200A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】気液混合流の排出を容易にし、圧力損失を抑制した外圧式の中空糸膜モジュールを提供する。
【解決手段】多数本の中空糸膜１がモジュールケース２に収納され、中空糸膜１の両端または片端は注型樹脂によって固定されて隔壁領域２１が形成され、中空糸膜１は、隔壁領域２１によって固定された少なくとも一方の端部において中空部が開口しており、中空部が開口した側のモジュールケース２の側面には、流体が出入り可能なノズル３が設けられており、ノズル３が設けられた側が上方になるようにして縦に設置された外圧式中空糸膜モジュール２０であって、モジュールケース２内の上部に配置された上方の隔壁領域２１には、ノズル３の内部流路３ａに連通する溝部８が形成され、溝部８の開口８ａは、隔壁領域２１の下面側に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密ろ過や限外ろ過等の分離プロセスに用いられる中空糸膜モジュールに関し、さらに詳しくは、各種工業製品の製造プロセスに用いられる水の精製、河川水、湖沼水、地下水などを原水とする上水の製造、下水・排水等の水処理プロセス等に用いられる中空糸膜モジュールに関する。

中空糸膜ろ過による分離プロセスは、各種工業製品の製造プロセスに用いられる水の精製、河川水、湖沼水、地下水などを原水とする上水の製造、下水、排水等が生物処理された水の回収等において広く採用されている。

従来の中空糸膜モジュールでは、多数本の中空糸膜の束を固定するために、中空糸膜の両端を種々の隔壁層で固定している。また、中空糸膜の束を収容するモジュールケースの上部には、循環や排水の排出に用いられる上部排水排出ノズルが設けられている。上部の隔壁層の界面（下面）は平坦であり、デッド部をなくし、効率よく循環や排水の排出が可能となるように、上部排水排出ノズルの内部流路の上端とほぼ同じ高さレベル位置に形成されている。また、中空糸膜束の上部周りには環状の保護材が配置されており、保護材の周りには、上部排水排出ノズルに連通する排出流路が形成されている。

外圧式の中空糸膜モジュールは、膜の目詰まりを防止するため、一定時間のろ過の後、逆流洗浄や原水側に空気を導入する空気洗浄等を行うのが一般的である。逆流洗浄に用いられた水等の液体と、空気洗浄に用いられた空気等の気体とは気液混合流を形成し、保護材に設けられた穴を通過し、排出流路を通じて上部排出ノズルから排出される。ここで、中空糸膜束をモジュールケースに効率的に充填して有効膜面積を増大させようとすると、気液混合流の排出流路は狭くならざるを得ず、気液混合流を排出する場合に圧力損失が起こる問題があった。

このような問題を解決する手段として、特開２００４−５００２３号公報（特許文献１）には整流孔を有する整流筒を排出口と中空糸膜束との間に設けて整流筒と筒状ケースとの間に環状流路を形成し、環状流路の半径方向の幅を排出口の近傍で最大にする方法が開示されている。

特開２００４−５００２３号公報

しかしながら、上記各特許文献の技術を用いても、上記の気液混合流を排出する際の圧力損失を抑制するには十分ではない。

本発明は、上記のような状況に鑑み、気液混合流の排出を容易にし、圧力損失を抑制した外圧式の中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。

本発明者等は、上記の課題を解決するため、逆洗同時空気洗浄時に圧力損失が起こる原因を調査した結果、従来の外圧式中空糸膜モジュールでは、上方の隔壁層付近の排出流路が狭いことが原因で圧力損失が起こっていることを見出した。上方の排出流路とは、中空糸膜を束ねた中空糸膜束を囲む保護材とモジュールケースとで囲まれた空間を示す。排出流路を大きくするためには、モジュールケースの内径を大きくするか、または、保護材の径を小さくする方法が考えられるが、前者の場合はモジュールケースが大きくなってしまい、後者の場合は保護材に収納できる膜本数が減ってしまうといった非効率が発生してしまう。そこで、鋭意検討した結果、上方の隔壁層内に溝部を形成することで、モジュールケースの径や膜本数を変えることなく排出流路の拡大を実現でき、その結果、圧力損失を抑制できることを見出した。さらに、本発明者等は、排出流路から排出される流体が気液混合流の場合、空気が溝部を流れることによって特に圧力損失を抑制できることを見出した。

すなわち、本発明は、多数本の中空糸膜がモジュールケースに収納され、中空糸膜の両端または片端は注型樹脂によって固定されて隔壁領域が形成され、中空糸膜は、隔壁領域によって固定された少なくとも一方の端部において中空部が開口しており、中空部が開口した側のモジュールケースの側面には、流体が出入り可能なノズルが設けられており、ノズルが設けられた側が上方になるようにして縦に設置された外圧式中空糸膜モジュールであって、モジュールケース内の上部に配置された上方の隔壁領域には、ノズルの内部流路に連通する溝部が形成され、溝部の開口は、隔壁領域の下面側に設けられていることを特徴とする。

さらに、多数本の中空糸膜からなる中空糸膜束の外周を、少なくともノズルが設けられた高さ位置において囲み、且つモジュールケースの内面との間に流路を形成するように配置された保護材を更に備えると好適である。

さらに、保護材には複数の貫通穴が形成されており、保護材は、中空糸膜束の外周を囲むと共に、モジュールケースの内面との間に環状の流路部を形成するように配置され、溝部は、環状の流路部を介してノズルの内部流路に連通していると好適である。

さらに、保護材は、隔壁領域から遠い側の下端部と、隔壁領域に近い側の上端部と、を有し、下端部での内径をＲ１、上端部での内径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１が０．９５〜０．６０であると好適である。

さらに、隔壁領域は、中空糸膜の端部を固定する注型樹脂からなる隔壁層と隔壁層に固定されたリング部材とを有し、リング部材の外周は、モジュールケースの内面に固定され、リング部材の内周の内側には、中空糸膜が挿入されていると好適である。

さらに、リング部材は、モジュールケースの内面に固定された上部と、上部よりも縮径した下部と、を有し、溝部は、リング部材の下部の外周とモジュールケースの内面との間に形成されていると好適である。

さらに、リング部材とモジュールケースとの固定は、溶着、融着または一体成形によって行われていると好適である。

さらに、リング部材は、下端部の内径をＲ３とし、下端部よりも上方で、最も狭い部分の内径をＲ４としたとき、Ｒ４／Ｒ３が０．９５〜０．６０であると好適である。

さらに、溝部の断面積（ｍｍ^２）／有効膜面積（ｍ^２）の値が１〜５０であると好適である。

さらに、ノズルの内部流路の上端と、上方の隔壁層の下端との離間距離が１０ｍｍ以上であると好適である。

さらに、下方の隔壁領域を更に備え、下方の隔壁領域には、気体及び原水の少なくとも一方が流通可能な貫通孔が形成されていると好適である。

また、本発明に係る懸濁水のろ過方法は、中空糸膜モジュールを用いて、逆洗と空気洗浄とを同時に行う工程を含み、且つその工程を繰り返し行うことを特徴とする。

また、本発明に係る中空糸膜モジュールは、多数本の中空糸膜がモジュールケースに収納され、中空糸膜の両端または片端は注型樹脂によって固定されて隔壁領域が形成され、中空糸膜は、隔壁領域によって固定された少なくとも一方の端部において中空部が開口しており、中空部が開口した側のモジュールケースの側面には、流体が出入り可能なノズルが設けられており、ノズルが設けられた側が上方になるようにして縦に設置された外圧式中空糸膜モジュールであって、中空糸膜のろ過水側から純水を供給する逆洗と、中空糸膜の原水側から空気を供給する空気洗浄を同時に行い、純水と空気との気液混合流をノズルから排出する際の純水の流量Ａ（ｍ^３／ｈｒ）と空気の流量Ｂ（ｍ^３／ｈｒ）との比が１対１である場合に、純水の流量Ａと空気の流量Ｂとの和であるＡ＋Ｂが１（ｍ^３／ｈｒ）あたり、モジュールケースの内部圧力とノズルの排出圧力との差である圧力損失ΔＰが０．５ｋＰａ未満であることを特徴とする。

本発明の中空糸膜モジュールによれば、ケース内に納められた外圧式中空糸膜モジュールにおいて、逆洗及び空気洗浄の少なくとも一方を行っても圧力損失が小さく、効率的かつエネルギー消費量を抑えて逆洗及び空気洗浄の少なくとも一方を行うことができる。

本発明の実施形態に係る外圧式中空糸膜モジュールの上部を示す概略断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。 本発明に係る変形例を示し、図２に対応した概略断面図である。 各実施例における中空糸膜モジュールの圧力損失を測定する装置の構造を模式的に示す説明図である。 本実施形態に係る保護材の概略断面図である。 本実施形態に係るリング部材の概略断面図である。

以下、本発明に係る中空糸膜モジュール体の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１に示されるように、本実施の形態における中空糸膜モジュール２０は、多数本（複数）の中空糸膜１の両端（または片端）が隔壁領域２１にて固定されて中空糸膜束２２が形成され、中空糸膜束２２がモジュールケース（以下、「ケース」という）２内に納められた外圧式中空糸膜モジュールに関するものである。本実施形態では、気液排出部であるノズル３が上になるように中空糸膜１の長手方向（図１の上下方向）を垂直に設置する。また、隔壁領域２１は、中空糸膜１の端部１ａを固定する注型樹脂からなる隔壁層６と、隔壁層６に固定されたリング部材５とを有して構成される。

本実施の形態に用いる中空糸膜１は、公知の高分子製多孔質膜が用いられる。例えば、エチルセルロース、ニ酢酸セルロース、酢酸セルロース、セルロース等のセルロース類、６，６ナイロン等のポリアミド類、ビニルアルコール系樹脂、ポリアクリロニトリル等のアクリル系樹脂、ポリフッ化ビニリデン等のフッ化ビニリデン系樹脂、ポリエーテルスルフォンやポリスルフォン等のスルフォン系樹脂、ポリエチレン等のオレフィン系樹脂等の高分子を素材とした、精密ろ過膜や限外ろ過膜を挙げることができる。

本実施の形態に使用するケース２の素材および被接着部材としては、特に限定はされないが、耐熱性が良好なスルフォン系樹脂やポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合体）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ＳＵＳ（ステンレス材料）等の金属材料等を好適に用いることができる。

本実施の形態において、中空糸膜１とケース２との固定方法には制限がない。即ち、ケース２と中空糸膜束２２を隔壁層６により直接的に固定しても良く、また、ケース２と密着可能な部分構造を有する被接着材と中空糸膜１を隔壁層６で接着固定したろ過素子を製作した後に、該ろ過素子とケース２とをねじ込みまたは固定治具を利用して間接的に固定しても良い。

隔壁層６の材料は特に制限はないが、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素含有樹脂、ナイロン樹脂、シリコーン樹脂等が適用でき、これらの樹脂の内、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、が好ましく、特にウレタン樹脂が好ましい。

本実施の形態に係る中空糸膜モジュール２０は、多数本の中空糸膜１からなる中空糸膜束２２の外周を、少なくともノズル３が設けられたレベル高さ位置（高さ位置）において囲み、且つケース２の内面２ａとの間に流路を形成するように配置された保護材４を備える。ノズル３が設けられたレベル高さ位置とはノズル３の内部流路上端３ｂの高さレベルに対応する位置である。保護材４を設けることにより、逆洗同時空気洗浄時に中空糸膜１の過度な揺動を抑制し、中空糸膜１の損傷を防止できる。なお、本実施形態では、保護材４を設けているが、必要に応じて保護材４を省略することも可能である。

保護材４には複数の貫通穴４ａが形成されている。保護材４は、中空糸膜束２２の外周を囲むと共に、ケース２の内面２ａとの間に環状の排出流路（流路部）７を形成するように配置された断面環状の部材である。隔壁領域２１の下面側には、溝部８が形成されており、溝部８は、環状の排出流路７を介してノズル３の内部流路３ａに連通している。複数の貫通穴４ａを有する保護材４を上述のように配置することにより、保護材４よりも内側の流体が保護材４の側部に形成された貫通穴４ａを通って排出流路７に流出し、ノズル３を通って外部に排出される。

保護材４を設けることによって、中空糸膜１の過度な揺動を抑制して中空糸膜の損傷を防止できるとともに、ノズル３への流路を確保することによって圧損を低減できる。

保護材４の材質は、特に制限されないが、用途に応じて適宜選択するのがよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等が挙げられる。

保護材４（図６参照）は、隔壁領域２２から遠い側、すなわち、ケース２の上下方向中央寄りの下端部４ｂと、隔壁領域２２に近い側の上端部４ｃとを有し、テーパ状に下側が広がっている。具体的には、下端部４ｂの内径をＲ１とし、上端部４ｃの内径をＲ２としたときに、Ｒ１はＲ２よりも大きくなっており、特に、Ｒ２／Ｒ１は、０．９５〜０．６０であることが好ましい。Ｒ２／Ｒ１の値が１．００より小さいと隔壁領域２１付近における保護材４の外周とケース２の内面２ａとの間隔を広げることによって、ノズル３への流路面積を最大化して圧損を低減できるため、圧力損失を抑制することができ、Ｒ２／Ｒ１の値が０．９５より小さいとその効果が著しくなる。より好ましくは０．９５〜０．７０となるようにする。Ｒ２／Ｒ１の値が０．７０より大きいと隔壁層６の界面６ａ付近での中空糸膜１の揺動を拘束して界面６ａ付近での中空糸膜１の損傷を防止するとともに、ケース２の中央寄りの位置（下端部４ｂ）では中空糸膜１同士の間隔を最大限にとれるようにして物理洗浄時の濁質の排出性を向上させることができる。

隔壁領域２１には、中空糸膜束２２を環状に取り囲むように溝部８が形成されている。溝部の形成態様としては、様々な態様が考えられるが、本実施形態では、隔壁層６にリング部材５を固定することによって上下方向の長さｄ１の溝部８を形成する態様について具体的に説明する。

リング部材５は、隔壁層領域２１内に埋設するように配置されている。リング部材５は、ケース２の内面２ａに固定された上部５ａと、上部５ａよりも縮径した下部５ｂと、を有し、溝部８は、リング部材５の下部５ｂの外周とケース２の内面２ａとの間の隙間によって形成されている。

なお、溝部８の開口８ａは、リング部材５の下部５ｂの先端（下端）５ｄとケース２の内面２ａとによって形成された領域の境界線を示し、溝部８の形状によって異なってくる。例えば、本実施形態では、溝部８の開口８ａ（図２参照）は、ドーナツ状（環状）の領域を区画する内側と外側の円となるが、例えば、変形例に係る溝部８Ａ（図３）の開口８ｂでは、複数の円弧からなる領域の境界線となる。いずれの態様であっても、溝部８，８Ａの開口８ａ，８ｂは、隔壁層領域２１の下面側に形成された態様になっている。なお、溝部８のように円周方向に連通している態様の方が好ましい。

リング部材５は、隔壁層６の下部に形成された凸部６ａに嵌合するように装着されており、多数本の中空糸膜１からなる中空糸膜束２２は、リング部材４の内周の内側に挿入されている。こうような形態とすることにより、隔壁層６に印加される圧力の一部をリング部材４で受けることになり、リング部材４の内側の部材、すなわち、中空糸膜１と注型樹脂のみから成る部分の耐圧性を向上することができる。

また、本実施形態に係るリング部材５では、ケース２の上端側から上下方向の中央側にかけての一部の領域、具体的には、リング部材５の上部５ａにおいてリング部材５の外周がケース２の内面２ａに固定されており、ケース２の中央寄りの他の領域、具体的には、リング部材５の下部５ｂの外周、ケース２の内面２ａとの間で溝部８が形成されている。この形態により、より確実に最適な溝部の形状や位置を設定できる。

本実施形態に係るリング部材５は、ケース２の内面２ａと溶着、或いは融着によって固定されているが、リング部材５をケース２に一体成形することでリング部材５とケース２とを固定させた態様を実現するようにしてもよい。このような態様によれば、リング部材５を接着剤によってケース２に接着固定するよりも高強度に固定することができ、より深い溝部８を設けることができる。ここで、「溶着」とはリング部材５の構成材料及びケース２の材料の少なくとも一方を溶剤で溶解させて接着することを意味し、「融着」とはリング部材５の構成材料及びケース２の材料の少なくとも一方を加熱して融解させて接着することを意味する。「溶着」及び「融着」は、ともに材料を一度液体状にして混合／均質化することが、強固に接着する上で重要である。従って、リング部材５の構成材料がケース２の材料と同一であるか、または、両者が相溶性のある材料で構成されていることが好ましい。

リング部材５は、下部５ｂの先端（下端）５ｄでの内径をＲ３とし、この下端５ｄよりも上側において、最も狭い部分の内径をＲ４としたとき、Ｒ４／Ｒ３が０．９５〜０．６０であることが好ましい。このようにすることによって、リング部材５の内側の隔壁層６にかかるろ過時の圧力に基づく力をリング部材５が受けることになり、リング部材５の内側における隔壁層６の耐圧性を向上することができる。

リング部材５の下端５ｄは、ノズル３の内面３ａの隔壁層６側、すなわち上部の位置よりもケース２の中央寄りに位置するのが好ましい。糸束端部から注型剤を注入して隔壁層６を形成させる際に、糸束端面側から注入された注型剤は、糸束外周にある隙間を通って糸束外周部に層を形成してから糸束内に浸透していくことが多いが、このときリング部材５の下端５ｄを超えて流出して溝部８に流入してしまい、溝部８を埋めてしまう場合がある。しかしながら、上記のようにリング部材５の下端５ｄが、ノズル３の内面３ａの隔壁層６側の位置よりもケース２の中央寄り、すなわち下側に位置するようにしておくことによって、注型剤の注入時に注型剤がリング部材５の下端５ｄをオーバーフローして溝部８を埋めてしまうことを防止できる。リング部材５の下端５ｄの位置とノズル３の内面３ａの隔壁層６側の位置との差異を５〜２０mmにしておくことが好ましく、５〜１０mmにしておくことがより好ましい。この範囲であれば、注型剤のオーバーフローを防止し、気液混相流の流動抵抗を低くすることができる。

リング部材５の形状としては、円筒状、円錐台状、鼓状等が適用できるが、円錐台状や鼓状がより好ましい。また、リング部材５の内面にスリットを設けて、注型樹脂の固定力を向上するようにするのが好ましい。さらに、保護材４とリング部材５は一体のものであっても別々のものでもよい。

溝部８は溝部断面積（ｍｍ^２）／有効膜面積（ｍ^２）が１〜５０となるように溝部深さｄ１で形成することが好ましい。この範囲のときに、十分な圧損低減効果が得られる。隔壁層領域２１は、中空糸膜モジュール２０の径方向の内側（中央部分）である中空糸接着部１０と、径方向の外側部分である非中空糸接着部９に分けることができ、溝部８は隔壁層領域２１中の非中空糸接着部９に形成させることが好ましい。溝部８を中空糸接着部１０ではなく、非中空糸接着部９に形成することで、排出流路７を大きくして圧力損失を抑制することと、隔壁層領域２１中の中空糸接着部１０に充分な厚みを持たせて中空糸と樹脂とに充分な接着強度を与えることとをコンパクトなモジュールのまま両立することができる。

ノズル３の内部流路３ａの上端３ｂとケース２の上部に配置された隔壁層６の下端との離間距離ｄ２は、好ましくは１０mm以上、さらに好ましくは１３ｍｍ以上、最適には１５ｍｍ以上で構成されており、このような中空糸膜モジュール２０を作製するには、隔壁層６を構成する封止樹脂剤の投入量でコントロールするのが良い。１０mm以上であるときにノズル３への流路を確保することによって圧損を低減できる。さらに、特に中空糸膜１が切断し易い隔壁層界面６ａに水が満たされないようにあらかじめ空間部を形成しておくことにより隔壁層６の界面６ａでの膜の揺れが無くなり、空気洗浄時の中空糸膜の切断を抑制することができる。また、中空糸膜モジュール２０の有効膜面積を著しく減少させないためには、上記の離間距離ｄ２を中空糸膜束２２の全長の１／２以下、好ましくは１／３以下にすることが好ましい。遠心成型法の場合、上部の排水排出ノズル３の内部流路３ａの上端３ｂと上部隔壁層６の界面６ａとを同一面にするには、過剰量の封止樹脂を投入し、上部排水排出ノズル３からオーバーフローさせるのが通常である。これに対し、あらかじめ設定した所定量を投入することにより、離間距離ｄ２をコントロールする。また、静置成型法の場合も同様に、封止樹脂投入量をコントロールすることにより、任意に調整が可能である。

また、本実施形態の中空糸膜モジュール２０は、中空糸膜１の長手方向（図１の上下方向）の上部に中空糸膜１の開口端、すなわち中空部が開口した端部を有し、かつ中空糸膜１の下部が開口しておらず、気体及び原水の少なくとも一方を導入することのできる導入口を有する構造である。中空糸膜束２２内に均一に原水や物理洗浄用の気体を導入することができ、効率的なろ過運転を実現できる。

また、本実施形態の中空糸膜モジュール２０は、ケース２の上方だけでなく、下方にも隔壁領域が形成されている。この下方の隔壁領域は、注型樹脂によって中空糸膜１の下端部を固定されて形成されている。さらに、この隔壁領域には、気体及び原水の少なくとも一方が流通可能な貫通孔が形成されている。

また、上記の実施形態に係る中空糸膜モジュール２０は、中空糸膜１のろ過水側から純水を供給する逆洗と、中空糸膜１の原水側から空気を供給する空気洗浄を同時に行い、純水と空気との気液混合流をノズル３から排出する際の純水の流量Ａ（ｍ^３／ｈｒ）と空気の流量Ｂ（ｍ^３／ｈｒ）との比が１対１である場合に、純水の流量Ａと空気の流量Ｂとの和であるＡ＋Ｂが１（ｍ^３／ｈｒ）あたり、ケース２の内部圧力とノズル３の排出圧力との差である圧力損失ΔＰが０．５ｋＰａ未満であるようにすることができる。

また、上記の中空糸膜モジュール２０を用いて、逆洗と空気洗浄とを同時に行う工程を含み、且つ該工程を繰り返し行うことを特徴とする懸濁水のろ過方法を行うことができる。

以下、本実施の形態を実施例に基づいて説明する。なお、各実施例において、上述の実施形態に対応する部材には、上述の実施形態と同一の符号を付して説明する。

〔実施例１〕
内径１６９mmのヘッダー部を有する円筒状のＡＢＳ（アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合体）樹脂製モジュールケース２に、ＡＢＳ樹脂製であって、リング部材５をメチルエチルケトンに溶解したＡＢＳ樹脂溶液を用いてあらかじめ溶着固定した。リング部材５の厚さは３ｍｍのものを用いた。さらに、モジュールケース２にポリプロピレン製であって保護材４（図５参照）を設置した。保護材４の厚さは３ｍｍのものを用いた。リング部材５及び保護材４内に内径０．６６mm、外径１．２２mmのＰＶＤＦ（Poly Vinylidene Fluoride；ポリビニリデンフルオライド(２フッ化)）製中空糸膜１を６６００本挿入して、３０℃に加温した遠心成型機にセットした。隔壁層６としてウレタン樹脂の主剤と硬化剤の混合液１．５５Kgを注型剤ポットに注入した後、遠心接着架台を２１２ｒｐｍの速度で回転させ、封止部に５０Gの遠心力がかかるよう封止樹脂を注入し、４時間遠心成型した。

次いで、５０℃で１６時間加温してキュアーした後、封止樹脂部の一端を切断して中空糸膜１を開口させ、他端は切断せず中空糸膜１が開口しておらず、かつエアの導入口を有する、樹脂厚み６５mmのエア導入口付きの中空糸膜モジュール２０を製作した。製作後、この中空糸膜モジュール２０の上部の隔壁層６の界面６ａと上部のノズル３の内部流路３ａの上端３ｂとの離間距離ｄ２を測定したところ、その離間距離ｄ２は１０mmであった。この中空糸膜モジュール２０の膜有効長は２ｍだった。

図４に示されるように、中空糸膜モジュール２０を、開口端（中空糸膜１の中空部が開口された側の端部）が上になるように設置し、Ｆ１から純水を供給する逆洗と、Ｆ３から空気を供給する空気洗浄を同時に行い、Ｆ２に純水と空気の混合流を排出した。Ｆ１から供給する純水量を５ｍ^３／ｈｒ、Ｆ３から供給する空気量を５Ｎｍ^３／ｈｒとして圧力損失ΔＰを測定した。圧力損失ΔＰは、ケース部圧力Ｐ２とノズル排出部Ｐ３部との差として算出し、ΔＰ＝Ｐ２−Ｐ３とした。図４に示されるように、Ｐ２はケース２に圧力計を取り付けて測定した。溝部断面積／有効膜面積の値、保護材４の下端部４ｂでの内径Ｒ１と上端部４ｃでの内径Ｒ２との比Ｒ２／Ｒ１、リング部材４の下端５ｄの内径Ｒ３と下端５ｄよりも上側において、最も狭い部分の内径Ｒ４との比Ｒ４／Ｒ３、離間距離ｄ２、及び圧力損失ΔPの測定結果を表１に示した。

〔実施例２〜４〕
リング部材５の形状と保護材４の形状、ウレタン樹脂量を変えて溝部断面積／有効膜面積の値、Ｒ２／Ｒ１、Ｒ４／Ｒ３が異なる中空糸膜モジュール２０を作製したこと以外は実施例１と同一の条件で圧力損失ΔＰを測定し、結果を表１に示した。

〔実施例５〜７〕
リング部材５の形状と保護材４の形状、ウレタン樹脂量、および中空糸膜１の本数を変えて溝部断面積／有効膜面積の値、Ｒ２／Ｒ１、Ｒ４／Ｒ３が異なるモジュールを作製したこと以外は実施例１と同一の条件で圧力損失ΔＰを測定し、結果を表１に示した。

〔比較例１〕
隔壁層中にリング部材５を埋設しておらず、そのため溝部がなく、溝部断面積／有効膜面積の値が０であること、隔壁層を構成するウレタン樹脂の主剤と硬化剤の混合液１．８０Kgを注型剤ポットに注入し、遠心注入条件を１８９ｒｐｍ、４０Gの条件で行うともに、余剰のウレタン樹脂を上部排水排出ノズル３からオーバーフローさせること、以外は上記実施例１と同様の条件で中空糸膜モジュールを作成した。この中空糸膜モジュールの隔壁層６の界面６ａと上部排水排出ノズル３の上端３ａとの離間距離ｄ２を測定したところ、その離間距離ｄ２は０mmであった。この中空糸膜モジュールの圧力損失ΔＰを実施例１と同一の条件で測定し、結果を表１に示した。

〔比較例２〕
Ｒ２／Ｒ１が異なること以外は比較例１と同一の条件で圧力損失ΔＰを測定し、結果を表１に示した。

〔比較例３〕
隔壁層領域中にリング部材５を埋設しておらず、そのため溝部がなく、溝部断面積／有効膜面積の値が０であること、およびウレタン樹脂量を変えた他は実施例１と同様の条件で中空糸膜モジュールを作成した。この中空糸膜モジュールの隔壁層６の界面６ａと上部排水排出ノズル３の上端３ｂとの離間距離ｄ２を測定したところ、その離間距離ｄは１０mmであった。この中空糸膜モジュールの圧力損失ΔＰを実施例１と同一の条件で測定し、結果を表１に示した。

本実施の形態に係る中空糸膜モジュールは、ケース内に納められた外圧式中空糸膜モジュールにおいて、逆洗や空気洗浄を行う際に生じる圧力損失が極めて小さく、洗浄に要する動力を縮減することができるので、各種工業製品の製造プロセスに用いられる水の精製、河川水、湖沼水、地下水などを原水とする上水の製造、下水・排水等の水処理プロセス等に用いるのにきわめて有効である。

１…中空糸膜、２…モジュールケース、２ａ…モジュールケースの内面、３…ノズル、３ａ…内部流路、４…保護材、４ａ…貫通穴、４ｂ…保護材の下端部、４ｃ…保護材の上端部、５…リング部材、５ａ…リング部材の上部、５ｂ…リング部材の下部、６…隔壁層、７…流路部、８…溝部、８ａ…溝部の開口、２０…中空糸膜モジュール（外圧式中空糸膜モジュール）、２１…隔壁領域。

Claims (13)

1. 多数本の中空糸膜がモジュールケースに収納され、前記中空糸膜の両端または片端は注型樹脂によって固定されて隔壁領域が形成され、前記中空糸膜は、前記隔壁領域によって固定された少なくとも一方の端部において中空部が開口しており、前記中空部が開口した側の前記モジュールケースの側面には、流体が出入り可能なノズルが設けられており、前記ノズルが設けられた側が上方になるようにして縦に設置された外圧式中空糸膜モジュールであって、
   前記モジュールケース内の上部に配置された上方の前記隔壁領域には、前記ノズルの内部流路に連通する溝部が形成され、
   前記溝部の開口は、前記隔壁領域の下面側に設けられていることを特徴とする外圧式中空糸膜モジュール。
2. 多数本の前記中空糸膜からなる中空糸膜束の外周を、少なくとも前記ノズルが設けられた高さ位置において囲み、且つ前記モジュールケースの内面との間に流路を形成するように配置された保護材を更に備え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. 前記保護材には複数の貫通穴が形成されており、
   前記保護材は、前記中空糸膜束の外周を囲むと共に、前記モジュールケースの内面との間に環状の流路部を形成するように配置され、
   前記溝部は、前記環状の流路部を介して前記ノズルの内部流路に連通していることを特徴とする請求項２記載の中空糸膜モジュール。
4. 前記保護材は、前記隔壁領域から遠い側の下端部と、前記隔壁領域に近い側の上端部と、を有し、
   前記下端部での内径をＲ１、前記上端部での内径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１が０．９５〜０．６０であることを特徴とする請求項３記載の中空糸膜モジュール。
5. 前記隔壁領域は、前記中空糸膜の端部を固定する注型樹脂からなる隔壁層と前記隔壁層に固定されたリング部材とを有し、
   前記リング部材の外周は、前記モジュールケースの内面に固定され、
   前記リング部材の内周の内側には、前記中空糸膜が挿入されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
6. 前記リング部材は、前記モジュールケースの内面に固定された上部と、前記上部よりも縮径した下部と、を有し、
   前記溝部は、前記リング部材の下部の外周と前記モジュールケースの内面との間に形成されていることを特徴とする請求項５記載の中空糸膜モジュール。
7. 前記リング部材と前記モジュールケースとの固定は、溶着、融着または一体成形によって行われていることを特徴とする請求項５又は６記載の中空糸膜モジュール。
8. 前記リング部材は、下端部の内径をＲ３とし、前記下端部よりも上方で、最も狭い部分の内径をＲ４としたとき、Ｒ４／Ｒ３が０．９５〜０．６０であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項記載の中空糸膜モジュール。
9. 前記溝部の断面積（ｍｍ^２）／有効膜面積（ｍ^２）の値が１〜５０であることを特徴とする請求項1〜８のいずれか一項記載の中空糸膜モジュール。
10. 前記ノズルの内部流路の上端と、上方の前記隔壁層の下端との離間距離が１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項記載の中空糸膜モジュール。
11. 下方の隔壁領域を更に備え、
    前記下方の隔壁領域には、気体及び原水の少なくとも一方が流通可能な貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の中空糸膜モジュール。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項記載の中空糸膜モジュールを用いて、逆洗と空気洗浄とを同時に行う工程を含み、且つ該工程を繰り返し行うことを特徴とする懸濁水のろ過方法。
13. 多数本の中空糸膜がモジュールケースに収納され、前記中空糸膜の両端または片端は注型樹脂によって固定されて隔壁領域が形成され、前記中空糸膜は、前記隔壁領域によって固定された少なくとも一方の端部において中空部が開口しており、前記中空部が開口した側の前記モジュールケースの側面には、流体が出入り可能なノズルが設けられており、前記ノズルが設けられた側が上方になるようにして縦に設置された外圧式中空糸膜モジュールであって、
    前記中空糸膜のろ過水側から純水を供給する逆洗と、前記中空糸膜の原水側から空気を供給する空気洗浄を同時に行い、前記純水と前記空気との気液混合流を前記ノズルから排出する際の前記純水の流量Ａ（ｍ^３／ｈｒ）と前記空気の流量Ｂ（ｍ^３／ｈｒ）との比が１対１である場合に、前記純水の流量Ａと前記空気の流量Ｂとの和であるＡ＋Ｂが１（ｍ^３／ｈｒ）あたり、前記モジュールケースの内部圧力と前記ノズルの排出圧力との差である圧力損失ΔＰが０．５ｋＰａ未満であることを特徴とする中空糸膜モジュール。

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