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WO2017017777A1 - 中空糸膜モジュール - Google Patents

中空糸膜モジュール Download PDF

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WO2017017777A1
WO2017017777A1 PCT/JP2015/071317 JP2015071317W WO2017017777A1 WO 2017017777 A1 WO2017017777 A1 WO 2017017777A1 JP 2015071317 W JP2015071317 W JP 2015071317W WO 2017017777 A1 WO2017017777 A1 WO 2017017777A1
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WO
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hollow fiber
fiber membrane
chamber
membrane module
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2015/071317
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English (en)
French (fr)
Inventor
浩三 志水
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurita Water Industries Ltd
Original Assignee
Kurita Water Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Kurita Water Industries Ltd filed Critical Kurita Water Industries Ltd
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/02—Membrane cleaning or sterilisation ; Membrane regeneration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis

Definitions

  • the present invention relates to a hollow fiber membrane module, and more particularly to a hollow fiber membrane module that can sufficiently wash away turbidity adhering to the membrane.
  • a bubbling air outlet is often provided on one side of the container directly below the upper potting portion.
  • bubbling air does not easily reach the hollow fiber membrane located on the side opposite to the discharge port, and cleaning is likely to be insufficient.
  • Patent Document 1 discloses a hollow fiber membrane in which an air discharge hole is provided in a peripheral portion of an upper potting portion that binds an upper portion of a hollow fiber membrane, and air during bubbling is discharged through the air discharge hole to an upper chamber of the upper potting portion. A module is disclosed. However, in the hollow fiber membrane module disclosed in Patent Document 1, bubbling air is collected at the peripheral portion of the upper potting portion, so that the hollow fiber membrane on the center side of the potting portion is not sufficiently cleaned.
  • Patent Literature 2 describes a hollow fiber membrane module in which a nozzle for supplying water to be treated (raw water) is provided at the center of the lower potting part, and a connecting pipe for discharging concentrated water is connected to the center part of the upper potting part. ing.
  • this hollow fiber membrane module the fine particles are accommodated in a processing chamber in which the hollow fiber membranes are arranged, and the water to be treated is discharged from the nozzles in the radial direction so that the fine particles are disturbed, and the gel layer on the hollow fiber membranes. Prevent adhesion.
  • the fine particles are difficult to reach the upper part of the processing chamber even if the fine particles are disturbed. For this reason, the upper part of the hollow fiber membrane tends to be insufficiently cleaned.
  • the connecting pipe is arranged at the central portion of the upper potting portion, the water to be treated and the fine particles are likely to gather at the central portion of the processing chamber. It tends to be insufficient.
  • Patent Document 1 the cleaning of the hollow fiber membrane on the center side of the potting portion tends to be insufficient, and in Patent Document 2, the cleaning of the hollow fiber membrane on the outer periphery side of the potting portion tends to be insufficient.
  • An object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane module capable of removing turbidity adhering to the hollow fiber membrane evenly and sufficiently.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention is a container in which a raw water inlet is provided in the lower part and a permeated water outlet and a concentrated water outlet are provided in the upper part, and a hollow fiber membrane for separating raw water into permeated water and concentrated water.
  • a hollow fiber having a plurality of hollow fiber membranes arranged in the vertical direction in the container, and an upper potting portion arranged at the upper part in the container, the upper end portion of the hollow fiber membrane being fixed
  • a partition plate is provided above the upper potting portion, a concentrated water and bubbling air discharge chamber is provided above the partition plate, and permeated water is provided between the partition plate and the upper potting portion.
  • a chamber is provided, the hollow fiber membrane communicates with the permeated water chamber, and a communication pipe that communicates the lower processing chamber of the upper potting portion and the discharge chamber has an entire area of the upper potting portion.
  • a through hole is provided in each of the partition plate and the upper potting portion in the vertical direction, and an upper end and a lower end of the communication pipe are inserted into the through hole.
  • a lower potting portion that binds the lower ends of the hollow fiber membranes is provided, and the lower potting portion has an inflow chamber below the lower potting portion and an upper side of the lower potting portion throughout the lower potting portion. It is preferable that a communication hole communicating with the chamber is provided vertically.
  • bubbling air flows out from the concentrated water outlet through the treatment chamber, the communication tube and the discharge chamber.
  • the communication pipe is provided in the entire upper potting portion, the bubbling air uniformly contacts the upper part of all the hollow fiber membranes, and all the hollow fiber membranes are sufficiently washed, The membrane performance is fully restored.
  • the hollow fiber membrane module includes a container 1 that is arranged with the axial direction of the cylinder in the vertical direction (vertical direction in this embodiment).
  • the container 1 includes a cylindrical body 1A, a canopy body 1B, and a bottom cover body 1C.
  • the trunk portion 1A, the canopy body 1B, and the bottom lid body 1C are connected by flanges 1a, 1b, and 1c, respectively.
  • the bottom lid 1C is provided with an inlet 1e for raw water or bubbling air, and the canopy 1B is provided with a discharge port 1f for concentrated water or bubbling air.
  • a treated water outlet 1g is provided on the upper portion of the body 1A.
  • a plurality of hollow fiber membranes 2 are arranged in the container 1.
  • the upper end of the hollow fiber membrane 2 is fixed by an upper potting portion 3 made of synthetic resin, and the lower end is embedded in the lower potting portion 4 and sealed.
  • a synthetic resin for the potting portions 3 and 4 for example, an epoxy resin can be used.
  • the potting parts 3 and 4 are installed horizontally.
  • the lower side of the lower potting portion 4 is an inflow chamber 5, and the space between the lower potting portion 4 and the upper potting portion 3 is a processing chamber 6.
  • a partition plate 8 is installed substantially horizontally above the upper potting portion 3, and a permeated water chamber 7 is formed between the upper potting portion 3 and the partition plate 8.
  • An upper side of the partition plate 8 is a discharge chamber 9.
  • the potting parts 3 and 4 are disk-shaped, and their outer peripheral surfaces are in watertight contact with the inner surface of the container 1.
  • four hollow fiber membranes 2 are shown for the sake of clarity, but in reality, a large number of hollow fiber membranes 2 are arranged.
  • the upper end side of the hollow fiber membrane 2 penetrates the potting portion 3, the opening at the upper end faces the permeate water chamber 7, and the inside of the hollow fiber membrane 2 communicates with the permeate water chamber 7.
  • a communication pipe 10 having an inner diameter of about 4 to 10 mm is provided so that the processing chamber 6 and the discharge chamber 9 communicate with each other.
  • through holes 8a and 3a are vertically provided in the partition plate 8 and the upper potting portion 3, respectively, and the upper and lower ends of the communication pipe 10 are inserted into the holes 8a and 3a. Yes.
  • the outer peripheral surface of the upper part of the tube 10 and the inner peripheral surface of the hole 8a, and the outer peripheral surface of the lower part of the tube 10 and the inner peripheral surface of the hole 3a are fixed in a watertight manner by an adhesive or the like.
  • the holes 8a and 3a are evenly arranged over the entire area of the partition plate 8 and the upper potting 3.
  • the communication pipe 10 is made of a water-impermeable material such as metal or synthetic resin.
  • a communication hole 4a having an inner diameter of about 5 to 10 mm that connects the inflow chamber 5 and the processing chamber 6 is provided in the vertical direction.
  • the holes 4 a are arranged uniformly over the entire area of the board surface of the lower potting portion 4.
  • the raw water is supplied to the inlet 1e by a raw water supply device (not shown) having at least a raw water pump and piping.
  • the raw water flows into the processing chamber 6 through the inlet 1e, the inflow chamber 5 and the hole 4a. While the raw water rises in the processing chamber 6, a part of the water permeates through the hollow fiber membrane 2, and the permeated water is taken out from the outlet 1 g through the permeated water chamber 7.
  • Water that has not permeated through the hollow fiber membrane 2 while rising in the processing chamber 6 is discharged out of the container 1 from the communication tube 10 through the discharge chamber 9 and the discharge port 1f as concentrated water.
  • backwashing water (preferably permeated water of this hollow fiber membrane module) is supplied from the outlet 1g to the permeate water chamber 7, and the backwash waste water is discharged from the inlet 1e.
  • air or air and water for example, raw water
  • raw water for example, raw water
  • air and water for example, raw water
  • the inlet 1e is supplied from the inlet 1e while raw water or concentrated water is accumulated in the processing chamber 6, and the inside of the processing chamber 6 is bubbled.
  • Air is supplied by an air pump and piping.
  • the hollow fiber membrane 2 vibrates and the adhering suspended matter is peeled off.
  • the separated turbidity is discharged from the discharge port 1 f through the communication pipe 10 and the discharge chamber 9.
  • rinsing water is introduced from the inlet 1e, and turbidity-containing water remaining in the processing chamber 6 is discharged from the outlet 1f.
  • the rinse water raw water is sufficient, but other clean water may be used.
  • the arrangement density of the communication pipe 10 is 10 to 90, especially 50 to 100 per 100 cm 2.
  • the number is preferably about 70.
  • the arrangement density of the holes 4a in the lower potting portion 4 is preferably about 10 to 90, particularly about 50 to 70 per 100 cm 2 .
  • the above embodiment is an example of the present invention, and the present invention may be configured other than illustrated.
  • air is supplied from the inlet 1e, but an air inlet and an air nozzle may be provided separately from the inlet 1e.
  • a water passage gap may be provided between the outer periphery of the lower potting portion 4 and the inner peripheral surface of the container 1.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

中空糸膜に付着した濁質を万遍なく除去できる中空糸膜モジュールが提供される。原水は流入口１ｅ、流入室５、孔４ａ、処理室６、連通管１０、排出室９、及び排出口１ｆを流れる。中空糸膜２を透過した透過水は、透過水室７から取出口１ｇを介して取り出される。バブリング洗浄するときには、エアーを流入口１ｅから供給する。孔４ａ及び連通管１０がポッティング部４，３の全域に均等に設けられているので、すべての中空糸膜２の上部においても十分にバブリング洗浄される。

Description

中空糸膜モジュール
　本発明は、中空糸膜モジュールに関し、特に、膜に付着した濁質を十分に洗浄除去することができる中空糸膜モジュールに関する。
　中空糸膜モジュールを用いて外圧方式にて汚濁性水の濾過処理を行う場合、中空糸膜に濁質が付着すると、中空糸膜モジュールの濾過寿命が短くなったり、濾過流量が低下したりする。そこで、中空糸膜に濁質が付着した場合には、逆洗を行ったり、エアーによるバブリングを行ったりすることにより、濁質を除去する。
　従来の中空糸膜モジュールでは、バブリングエアーの排出口を上側ポッティング部直下の容器の一側面に設けることが多い。この中空糸膜モジュールにあっては、排出口と反対側に位置する中空糸膜にはバブリングエアーが届きにくく、洗浄が不十分になり易い。
　特許文献１には、中空糸膜の上部を結束する上側ポッティング部の周縁部にエアー排出孔を設け、バブリング時のエアーを該エアー排出孔を通して上部ポッティング部の上側の室に排出する中空糸膜モジュールが開示されている。しかし、この特許文献１に開示された中空糸膜モジュールでは、バブリングエアーが上側ポッティング部の周縁部に集まるようになるため、ポッティング部の中央側の中空糸膜の洗浄が不十分となる。
　特許文献２には、下側ポッティング部の中央部に被処理水（原水）供給用ノズルを設け、上側ポッティング部の中央部に濃縮水排出用の連結管を接続した中空糸膜モジュールが記載されている。この中空糸膜モジュールでは、中空糸膜が配置された処理室内に微粒体を収容しておき、ノズルから被処理水を放射方向に流出させて微粒体を乱舞させ、中空糸膜へのゲル層付着を防止する。
　この特許文献２の中空糸膜モジュールでは、微粒体を乱舞させても微粒体が処理室内の上部にまでは届きにくい。そのため、中空糸膜上部の洗浄が不十分になり易い。また、連結管が上側ポッティング部の中央部に配置されているため、被処理水や微粒体が処理室中央側に集まり易く、この結果、ポッティング部の外周側の中空糸膜の上部の洗浄が不十分となり易い。
特開平６－３４３８３６ 実公平４－４１９３２
　上記の通り、特許文献１ではポッティング部の中央側の中空糸膜の洗浄が不十分になり易く、特許文献２ではポッティング部外周側の中空糸膜の洗浄が不十分になり易い。
　本発明は、中空糸膜に付着した濁質を万遍なく十分に除去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。
　本発明の中空糸膜モジュールは、原水入口が下部に設けられ、透過水出口及び濃縮水出口が上部に設けられた容器と、原水を透過水と濃縮水とに分離するための中空糸膜であって、該容器内に上下方向に配置された複数の中空糸膜と、該中空糸膜の上端部を固定しており、該容器内の上部に配置された上側ポッティング部とを有する中空糸膜モジュールにおいて、該上側ポッティング部よりも上側に仕切板が設けられ、該仕切板の上側に濃縮水及びバブリングエアーの排出室が設けられ、該仕切板と前記上側ポッティング部との間に透過水室が設けられており、前記中空糸膜内は該透過水室に連通しており、該上側ポッティング部の下側の処理室内と前記排出室とを連通する連通管が該上側ポッティング部の全域に設けられていることを特徴とする。
　本発明では、前記仕切板及び上側ポッティング部にそれぞれ上下方向に貫通孔が設けられており、前記連通管の上端及び下端が該貫通孔に挿入されていることが好ましい。
　また、前記中空糸膜の下端を結束する下側ポッティング部が設けられており、該下側ポッティング部の全域に、下側ポッティング部の下側の流入室と下側ポッティング部の上側の前記処理室とを連通する連通孔が上下に貫設されていることが好ましい。
　本発明の中空糸膜モジュールをバブリング洗浄するべくエアーを容器下部に導入すると、バブリングエアーが処理室、連通管及び排出室を経て濃縮水出口から流出する。
　本発明においては、上側ポッティング部の全域に連通管が設けられているので、バブリングエアーがすべての中空糸膜の上部に万遍なく接触し、すべての中空糸膜が十分に洗浄され、中空糸膜の性能が十分に回復する。
　特に、下側ポッティング部の全域に上下に孔を貫設することにより、バブリングエアーがすべての中空糸膜の全体に万遍なく当り、すべての中空糸膜の全体から十分に濁質が除去される。
本発明の実施形態に係る中空糸膜モジュールの模式的な縦断面図である。 同実施形態に係る中空糸膜モジュールの一部の拡大断面図である。
　以下に図１，２を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
　図１に示すように、中空糸膜モジュールは、円筒の軸心線方向を上下方向（この実施形態では鉛直方向）にして配置された容器１を備えている。容器１は、円筒形の胴部１Ａと、天蓋体１Ｂと、底蓋体１Ｃとを有する。胴部１Ａと、天蓋体１Ｂ及び底蓋体１Ｃとは、それぞれフランジ１ａ，１ｂ，１ｃによって連結されている。底蓋体１Ｃには、原水又はバブリングエアーの流入口１ｅが設けられ、天蓋体１Ｂには濃縮水又はバブリングエアーの排出口１ｆが設けられている。胴部１Ａの上部には処理水の取出口１ｇが設けられている。
　この容器１内に、複数の中空糸膜２が配置されている。中空糸膜２は、その上端が合成樹脂製の上側ポッティング部３で固定され、下端が下側ポッティング部４内に埋設されて封止されている。ポッティング部３、４の合成樹脂としては例えばエポキシ樹脂を用いることが出来る。ポッティング部３，４は水平に設置されている。
　下側ポッティング部４の下側が流入室５となっており、下側ポッティング部４と上側ポッティング部３との間が処理室６となっている。上側ポッティング部３の上方に仕切板８が略水平に設置されており、上側ポッティング部３と仕切板８との間が透過水室７となっている。仕切板８の上側は排出室９となっている。
　ポッティング部３，４は円盤状であり、その外周面が容器１の内面に水密的に接している。図１では図面を明瞭とするために中空糸膜２を４本としているが、実際には中空糸膜２は多数本配置されている。中空糸膜２の上端側はポッティング部３を貫通しており、その上端の開口は透過水室７に臨み、中空糸膜２の内部は透過水室７に連通している。
　処理室６と排出室９とを連通するように内径４～１０ｍｍ程度の連通管１０が設けられている。図２に拡大して示すように、仕切板８及び上側ポッティング部３にそれぞれ貫通孔８ａ，３ａが上下方向に貫設され、連通管１０の上端及び下端が孔８ａ，３ａ内に挿入されている。管１０の上部の外周面と孔８ａの内周面及び管１０の下部の外周面と孔３ａの内周面は、それぞれ接着剤などにより水密的に固定されている。孔８ａ，３ａは仕切板８及び上側ポッティング部３の盤面の全域にわたって均等に配置されている。連通管１０は、金属又は合成樹脂など非透水性材料にて構成されている。
　下側ポッティング部４には、図２に拡大して示される通り、流入室５と処理室６とを連通する内径５～１０ｍｍ程度の連通孔４ａが上下方向に貫設されている。孔４ａは、下側ポッティング部４の盤面の全域にわたって均等に配置されている。
　このように構成された中空糸膜モジュールを用いて原水を処理して採水する場合、少なくとも原水ポンプ及び配管を有する原水供給装置（図示略）によって原水を流入口１ｅに供給する。原水は流入口１ｅ、流入室５及び孔４ａを通って処理室６に流入する。原水が処理室６内を上昇する間に、水の一部が中空糸膜２を透過し、透過水が透過水室７を経て取出口１ｇから取り出される。
　処理室６内を上昇する間に中空糸膜２を透過しなかった水は、濃縮水として連通管１０から排出室９及び排出口１ｆを介して容器１外に排出される。
　このような原水処理運転を継続すると、中空糸膜２に濁質が付着してくるので、逆洗やバブリング洗浄を行う。逆洗を行うには、取出口１ｇから透過水室７に逆洗用洗浄水（好ましくはこの中空糸膜モジュールの透過水）を供給し、逆洗排水を流入口１ｅから流出させる。
　バブリング洗浄を行うには、処理室６内に原水ないし濃縮水が溜っている状態で流入口１ｅからエアー又はエアーと水（例えば原水）を供給し、処理室６内をバブリングする。エアーはエアーポンプ及び配管によって供給される。気泡が処理室内を上昇することにより、中空糸膜２が振動し、付着していた濁質が剥離する。剥離した濁質は、連通管１０及び排出室９を経て排出口１ｆから排出される。
　バブリング洗浄終了後は、流入口１ｅからリンス水を流入させ、処理室６内に残留した濁質含有水を排出口１ｆから排出する。リンス水としては、原水を用いれば足りるが、それ以外の清浄水を用いてもよい。
　このような洗浄工程を行った後、採水工程を再開する。
　この洗浄工程においては、ポッティング部４，３の全域に孔４ａ、連通管１０が均等に設けられているので、バブリングエアーがすべての中空糸膜２に万遍なく接触し、すべての中空糸膜２が十分に洗浄され、中空糸膜２の性能が十分に回復する。この実施の形態によると、上側ポッティング部３直下においても、バブリングエアーがすべての中空糸膜２に万遍なく当り、すべての中空糸膜２の上部においても十分に濁質が除去される。剥離された濁質を含む洗浄排水は、連通管１０を介して排出室９に流出するので、透過水室７に混入することは全くない。
　なお、上側ポッティング部３における中空糸膜２の配置密度を１００ｃｍ２（１０×１０ｃｍ２）当り３００～６００本とした場合、連通管１０の配置密度は、１００ｃｍ２当り１０～９０本特に５０～７０本程度とすることが好ましい。この場合、下側ポッティング部４における孔４ａの配置密度は、１００ｃｍ２当り１０～９０個特に５０～７０個程度とすることが好ましい。
　上記実施の形態は、本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、上記実施の形態では、流入口１ｅからエアーを供給しているが、流入口１ｅとは別個にエアー導入口やエアーノズルを設けてもよい。また、下側ポッティング部４の外周と容器１の内周面との間に通水間隙があいていてもよい。また、下側ポッティング部４がなく、中空糸膜２の下端が自由端となっていてもよい。この場合、中空糸膜の下部末端は目詰め（封止）される。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　本出願は、２０１４年６月２日付で出願された日本特許出願２０１４－１１４０７５に基づいており、その全体が引用により援用される。

Claims (6)

  1. 　原水入口が下部に設けられ、透過水出口及び濃縮水出口が上部に設けられた容器と、
    　原水を透過水と濃縮水とに分離するための中空糸膜であって、該容器内に上下方向に配置された複数の中空糸膜と、
    　該中空糸膜の上端部を固定しており、該容器内の上部に配置された上側ポッティング部と
    を有する中空糸膜モジュールにおいて、
    　該上側ポッティング部よりも上側に仕切板が設けられ、
    　該仕切板の上側に濃縮水及びバブリングエアーの排出室が設けられ、
    　該仕切板と前記上側ポッティング部との間に透過水室が設けられており、
    　前記中空糸膜内は該透過水室に連通しており、
    　該上側ポッティング部の下側の処理室内と前記排出室とを連通する連通管が該上側ポッティング部の全域に設けられていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
  2. 　請求項１において、前記仕切板及び上側ポッティング部にそれぞれ上下方向に貫通孔が設けられており、前記連通管の上端及び下端が該貫通孔に挿入されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
  3. 　請求項１又は２において、前記中空糸膜の下端を結束する下側ポッティング部が設けられており、
    　該下側ポッティング部の下側が流入室となっており、
    　該下側ポッティング部と前記上側ポッティング部との間が前記処理室となっており、
    　該下側ポッティング部の全域に、該流入室と該処理室とを連通する連通孔が上下に貫設されていることを特徴とする中空糸膜モジュール。
  4. 　請求項３において、前記上側ポッティング部における中空糸膜の配置密度が１００ｃｍ２当り３００～６００本であり、前記連通管の配置密度が１００ｃｍ２当り１０～９０本であることを特徴とする中空糸膜モジュール。
  5. 　請求項４において、前記下側ポッティング部における連通孔の配置密度が１００ｃｍ２当り１０～９０個であることを特徴とする中空糸膜モジュール。
  6. 　請求項１ないし５のいずれか１項の中空糸膜モジュールを洗浄する方法であって、前記容器の下部にエアー又はエアーと水を供給し、前記処理室内をバブリングする工程を有する中空糸膜モジュールの洗浄方法。
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