JPH0760074A - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 多数の中空糸膜を収納したハウジングにキャ
ップ体を液密に取着してなる外圧方式の中空糸膜モジュ
ールにおいて、該キャップ体に透過液を貯溜できる空間
を設け、かつ該透過液を貯溜できる空間の容積が中空糸
膜モジュールの全容積の１０〜７０％となるように設定
する。 【効果】 従来の濾過装置における逆洗ポンプや逆洗タ
ンクを設置することなく透過液逆洗を行うことができ、
濾過装置がコンパクトになるとともに、設備に要するコ
ストを低下させることができる。

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
する。

【０００２】

【従来の技術】中空糸膜モジュールは、コンパクトでか
つ有効膜面積が大きいという特徴を有しており、従来よ
り工業用途や医療用途で、液体、気体の濾過や分離等に
使用されている。中空糸膜モジュールはその濾過方式に
より大きく２つに分類される。その１つは中空糸膜の内
表面に処理液を接触させ、膜を透過した透過液を中空糸
膜の外表面から取り出す内圧方式、他の一つは、これと
は逆に中空糸膜の外表面に処理液を接触させ、膜を透過
した透過液を中空糸膜の内表面から取り出す外圧方式で
ある。一般的には、内圧方式の中空糸膜モジュールは循
環方式の濾過に、外圧方式の中空糸膜モジュールは全濾
過方式の濾過に適しているが、処理液の特性に応じて適
宜使い分けられている。

【０００３】中空糸膜モジュールを用いて液体の濾過を
行う場合、濾過処理を継続するにつれて膜表面にスケ−
ル、ＳＳ成分等が付着し、濾過速度が低下してくる。か
かる濾過速度の低下は、全濾過方式の濾過を行う場合に
は特に顕著である。

【０００４】かかる濾過速度の低下を防ぎ、長時間安定
に濾過を行うために、一定時間おきに膜を透過した透過
液をポンプによって逆流させて、膜表面に付着したスケ
ールやＳＳ成分等を剥離させ、濾過速度を回復させるこ
と（以下、これを透過液逆洗という）が一般に行われて
いる。

【０００５】このような透過液逆洗を行うために、従来
の濾過装置では、透過液を逆流させるためのポンプ（以
下、これを逆洗ポンプという）や透過液を貯溜しておく
ストックタンク（以下、これを逆洗タンクという）等を
設置している。しかしながら、逆洗ポンプや逆洗タンク
を設置すると以下のような問題が生じる。 濾過装置の設置スペースが大きくなり、装置のコンパ
クト性が失われる。 逆洗ポンプや逆洗タンクの設置に伴う配管、電装等が
必要となり、設備に要するコストが大きくなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
鑑みてなされたもので、濾過装置に組み込まれる中空糸
膜モジュールであって、濾過装置のコンパクト性を損う
ことなく、また該濾過装置に伴う設備に要するコストア
ップを招くこともなしに透過液逆洗を行い、長時間安定
して濾過を行うことを可能とする中空糸膜モジュールを
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
目的は、多数の中空糸膜を収納したハウジングにキャッ
プ体を液密に取着してなる外圧方式の中空糸膜モジュー
ルであって、該キャップ体に膜を透過した透過液を貯溜
できる空間（以下、これを貯溜スペースという）を設
け、かつ該貯溜スペースの容積を中空糸膜モジュールの
全容積の１０〜７０％となるように設定したことを特徴
とする中空糸膜モジュールを提供することによって達成
される。

【０００８】

【作用】本発明の中空糸膜モジュールは、キャップ体に
透過液を貯溜する貯溜スペースを設けており、該貯溜ス
ペースが透過液逆洗時に前記の逆洗タンクの役割を果た
すので、本発明の中空糸膜モジュールを組み込んだ濾過
装置は、従来の濾過装置における逆洗タンクを設置する
必要がなく、従って装置がコンパクトとなるとともに、
装置に伴う設備に要するコストを低下させることができ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に従って説明
する。図１に示されるように、本発明の中空糸膜モジュ
ールは、多数の中空糸膜７を収納したハウジング６とキ
ャップ体１０とから構成されている。

【００１０】中空糸膜７は、上端が開口するように固定
樹脂８により集束固定されている。一方、中空糸膜７の
下端は、上記固定樹脂８によって一本ずつ個別に封止さ
れており、自由に動き得る状態となっている。中空糸膜
７の下端は一括して封止されていてもよく、また、下端
を折り返してＵ字状の中空糸膜としてもよい。なお、中
空糸膜７の下端を開口状態で固定樹脂８によって集束固
定することもできる。

【００１１】上記中空糸膜７としては、ポリスルホン
系、ポリアクリロニトリル系、酢酸セルロ−スなどのセ
ルロ−ス系、ポリアミド系、ポリカ−ボネ−ト系、ポリ
ビニルアルコ−ル系など従来公知の素材からなるものが
特に制限なく使用できる。

【００１２】また、上記中空糸膜７を集束固定する固定
樹脂８としては、ポリウレタン系、シリコ−ン系、エポ
キシ系など従来より中空糸膜の先端を封止したり、中空
糸膜の接着固定に用いられている樹脂が特に制限なく使
用できる。

【００１３】ハウジング６には処理液入口１および処理
液出口２が設けられている。処理液入口１には、第１の
弁を備えた処理液導入路（図示せず）が接続されてい
る。また、処理液出口２には第２の弁を備えた処理液導
出路（図示せず）が接続されている。そして、ハウジン
グ６にはキャップ体１０がサニタリークランプなどの固
定治具９により液密に取着されている。キャップ体１０
はハウジング６に液密に取着されていればよく、液密に
取着する手段については特に制限はない。なお、キャッ
プ体１０とハウジング６とが上記固定樹脂８により一体
化されていてもよい。

【００１４】キャップ体１０には中空糸膜７を透過した
透過液を貯溜する貯溜スペース５が設けられている。こ
の貯溜スペース５は、透過液逆洗を行う際に逆洗タンク
としての役割を果すものである。

【００１５】上記貯溜スペース５の容積は、膜の充填率
等に応じて適宜設定すればよいが、中空糸膜モジュール
の全容積の１０〜７０％になるように設定することが好
ましく、２０〜５０％になるように設定することがより
好ましい。なお、本発明でいう中空糸膜モジュールの全
容積とは、ハウジング６の容積およびキャップ体１０の
容積を合わせたものをいう。貯溜スペース５の容積が中
空糸膜モジュールの全容積の１０％より小さいと、透過
液逆洗を行うために充分な量の透過液が確保できず、逆
洗効果が認め難い。また、貯溜スペース５の容積が中空
糸膜モジュールの全容積の７０％より大きくなると、中
空糸膜モジュールにおける有効膜面積の比率が相対的に
低下して中空糸膜モジュールの濾過能力が低くなるだけ
でなく、透過液のかなりの部分が透過液逆洗時に消費さ
れるため、濾過効率が低下し経済的ではない。なお、図
３に示す従来の中空糸膜モジュールでは、本発明でいう
貯溜スペース５に相当する部分の容積は、通常中空糸膜
モジュールの全容積の５％程度である。

【００１６】キャップ体１０の貯溜スペース５の上部に
は透過液出口３が設けられている。この透過液出口３に
は、第３の弁を備えた透過液導出路（図示せず）が接続
されている。

【００１７】また、キャップ体１０には後述のように、
貯溜スペース５に貯溜された透過液を逆流させるための
気体を導入する気体導入口４が設けられている。気体導
入口４には、第４の弁を備えた気体導入路（図示せず）
が接続されている。なお、図１に示す中空糸膜モジュー
ルでは、気体導入口４は、上記透過液出口３から分岐し
て設けられているが、必ずしもこの位置に限定されるわ
けではない。

【００１８】次に本発明の中空糸膜モジュールを用いた
濾過操作について説明する。まず、処理液の濾過を行う
場合には、上記第１の弁および第３の弁を開放し、第２
の弁および第４の弁を閉止した上で、ストックタンク
（図示せず）内の処理液を処理液導入路から処理液入口
１を経て中空糸膜モジュールに導入する。中空糸膜７を
透過した透過液はキャップ体１０によって集められ、貯
溜スペース５から透過液出口３を通り、透過液導出路を
経て取り出される。なお、上記第２の弁を開放しておけ
ば、循環方式の濾過を行うこともできる。この定常的な
運転を一定時間続けると、やがて、中空糸膜７の表面に
スケ−ル、ＳＳ成分等が付着し、濾過速度が低下してく
る。そこで、中空糸膜７の表面に付着したスケ−ル、Ｓ
Ｓ成分等を除去し、濾過速度を回復させるために、以下
のように透過液逆洗を行う。

【００１９】透過液逆洗を行う場合には、上記第１の弁
および第３の弁を閉止し、第２の弁および第４の弁を開
放した上で、気体導入路を経て気体導入口４より気体を
導入して貯溜スペース５に貯溜された透過液５を逆流さ
せ、膜表面に付着しているスケールやＳＳ成分等を剥離
させる。そして該剥離されたスケールやＳＳ成分等は、
処理液出口２より中空糸膜モジュール外に排出される。
なお、かかる透過液逆洗の後に上記第１の弁および第２
の弁を開放し、第３の弁および第４の弁を閉止して中空
糸膜モジュールに処理液を供給する（以下、これをフラ
ッシングという）と剥離したスケール、ＳＳ成分等をよ
り効果的に中空糸膜モジュール外に排出させることがで
きる。

【００２０】上記のように、透過液逆洗を行う場合に
は、貯溜スペース５に貯溜された透過液５を逆流させ
る。本発明の中空糸膜モジュールは、キャップ体１０に
透過液を貯溜する貯溜スペース５を設けているので、本
発明の中空糸膜モジュールを組み込んだ濾過装置は、従
来の濾過装置における逆洗タンクを設置する必要がなく
なるので、濾過装置がコンパクトになり、しかも該装置
に伴う設備に要するコストも低下する。

【００２１】また、透過液を逆流させる方法としては、
上記のように中空糸膜モジュールに気体を導入する方法
の他、逆洗ポンプを使用する方法がある。しかしなが
ら、透過液を逆流させる方法として中空糸膜モジュール
に気体を導入する方法を採用すると、従来の濾過装置に
おける逆洗ポンプを設置する必要がなくなり、装置がよ
りコンパクトになり、設備に要するコストもさらに低下
する。このように、透過液を逆流させる方法としては、
中空糸膜モジュールに気体を導入する方法が好ましい。

【００２２】中空糸膜モジュールに気体を導入する場
合、その導入方法としては、上記のように、中空糸膜モ
ジュールのキャップ体１０に気体導入口４を設けて気体
を中空糸膜モジュールに直接導入する方法の他に、前記
透過液導出路に分岐路を設け、該分岐路から透過液導出
路を経て中空糸膜モジュールに気体を導入する方法もあ
る。しかしながら、中空糸膜モジュールのキャップ体に
気体導入口４を設けておけば、モジュールを増設する際
に新たに気体導入路を設けるだけですみ、対応が簡便と
なる。このように、中空糸膜モジュールに気体を導入す
る方法としては、中空糸膜モジュールのキャップ体１０
に気体導入口４を設けて中空糸膜モジュールに直接気体
を導入することが好ましい。

【００２３】中空糸膜モジュールに導入する気体として
は、その種類に特に制限はないが、通常、空気やヘリウ
ム、窒素、アルゴン等の不活性ガスが用いられる。ま
た、導入する気体の圧力を濾過時の膜間差圧よりも高い
圧力に設定しておくと濾過速度の回復に効果的であり、
通常１ｋｇ／ｃｍ↑2〜１０ｋｇ／ｃｍ↑2程度、好まし
くは２ｋｇ／ｃｍ↑2〜５ｋｇ／ｃｍ↑2の範囲に設定さ
れる。

【００２４】図２は第二の実施例を示す。図２に示され
る中空糸膜モジュールでは、中空糸膜７は固定樹脂８に
よって下端が一括して封止され、固定されている。ま
た、気体導入口４は、透過液出口３とは別個に設けられ
ている。その他の構成は、図１に示す第一の実施例と同
様であり、同一部分または相当部分に同一符号を付し
て、その説明を省略する。

【００２５】次に、本発明の中空糸膜モジュールを使用
した濾過の実例を試験例として示す。 試験例 ポリスルホンからなる有効長が１ｍの中空糸膜を使用し
て、有効膜面積が６ｍ↑2 であって、かつ貯溜スペース
の容積が中空糸膜モジュールの全容積の２５％であるよ
うな、図１に示す構造の中空糸膜モジュールを作製し
た。該中空糸膜モジュールを使用して、ワインの仕上げ
濾過を実施した。濾過量と濾過速度の関係を図４に示
す。なお、濾過条件は以下のとおりである。 処理液 ：白ワイン（澱下げ後） 濾過方式 ：外圧全濾過方式 濾過時の膜間差圧 ：１ｋｇ／ｃｍ↑2 導入する気体の圧力：３ｋｇ／ｃｍ↑2（窒素） 逆洗間隔 ：３０分 フラッシング ：１５秒

【００２６】図４より明らかなように、透過液逆洗によ
り濾過速度が大幅に回復しており、長時間安定して濾過
を行うことができた。

【００２７】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュールによれば、
従来の濾過装置における逆洗ポンプや逆洗タンク等を設
置することなく透過液逆洗を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に係る中空糸膜モジュー
ルの構造を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第二の実施例に係る中空糸膜モジュー
ルの構造を示す縦断面図である。

【図３】従来のモジュールの構造を示す縦断面図であ
る。

【図４】試験例における透過量と濾過速度の関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 処理液入口 ２ 処理液出口 ３ 透過液出口 ４ 気体導入口 ５ 貯溜スペース ６ ハウジング ７ 中空糸膜 ８ 固定樹脂 ９ 固定治具 １０ キャップ体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の中空糸膜を収納したハウジングに
   キャップ体を液密に取着してなる外圧方式の中空糸膜モ
   ジュールにおいて、該キャップ体に透過液を貯溜できる
   空間を設け、かつ該透過液を貯溜できる空間の容積が中
   空糸膜モジュールの全容積の１０〜７０％となるように
   設定したことを特徴とする中空糸膜モジュール。
2. 【請求項２】 キャップ体に気体導入口を設けたことを
   特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。