JP3529054B2 - 中空糸膜モジュール組立体 - Google Patents

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組
立体に関し、特に汚濁性の高い液体を濾過するのに適し
た中空糸膜モジュールに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、中空糸膜モジュールは、無菌水、
飲料水、高純度水の製造、空気の浄化といった所謂精密
濾過の分野において多く使用されてきたが、近年、下水
処理場における二次処理、三次処理、浄化槽における固
液分離等の高汚濁性水処理用途に用いる検討が様々な形
で行われている。 【０００３】このような用途に用いられる中空糸膜モジ
ュールは、濾過処理時における中空糸膜の目詰まりが大
きいために、一定時間濾過処理後、空気を送って中空糸
膜を振動させて膜表面を洗浄したり、濾過処理と逆方向
に処理水を通水するなどの膜面洗浄を繰り返し行ってい
る。 【０００４】これらの分野で用いられている中空糸膜モ
ジュールは、従来の精密濾過の分野において用いられて
きた円形状や同心円状に中空糸膜を集束して配置した円
筒形タイプのものが殆どであった。また、改良が施され
るとしても、中空糸膜の充填率や充填形態を変えるだけ
のものが多かった。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の中空
糸膜モジュールを用いて高汚濁性水（例えば、ｓｓ≧５
０ｍｇ／Ｌ、ＴＯＣ≧１００ｍｇ／Ｌ）の濾過処理を行
った場合には、使用に伴い中空糸膜表面に付着した有機
物等の堆積物を介して、中空糸膜同士が固着（接着）し
て一体化されることにより、モジュール内の中空糸膜の
有効膜面積が減少し、濾過流量の急激な低下がみられ
た。 【０００６】このようにして中空糸膜同士が固着して一
体化した中空糸膜モジュールを定期的に膜面洗浄や逆洗
を行う場合も、一旦固着一体化したモジュールの機能回
復は容易ではなく、洗浄効率の低下がみられた。 【０００７】この問題の解決策として、集束型の中空糸
膜モジュールに換えて、中空糸膜をシート状に配置し、
中空糸膜の片端部或は両端部が、一つ或は異なる二つの
ハウジング内の固定部材でそれぞれ開口状態を保ちつつ
固定されてなる中空糸膜モジュールであって、固定部材
の中空糸膜に垂直な断面の形状がいずれも細長いほぼ矩
形である中空糸膜モジュールが提案されている（特開平
５−２２０３５６号公報）。 【０００８】このようなシート状の平型の中空糸膜モジ
ュールは、中空糸膜を層間隔を設けて均等に配置させる
ことが可能となり、膜面洗浄の際、中空糸膜表面を均等
に洗浄することが極めて容易となるので、これまでのよ
うな濾過効率の低下を抑えることができるなど、高汚濁
性水の濾過に適したモジュールである。 【０００９】このようなモジュールの使用にあたって、
大量の水を処理する場合には、膜面積を広げる必要があ
るが、１個のモジュールで膜面積を広げるには、取扱い
が困難、スクラビング洗浄がモジュール全体に効率良く
行われない、処理槽が必要以上に大きくなるなどの問題
があり、１個のモジュールで無制限に膜面積を大きくす
ることはできない。 【００１０】また、膜面積を増やすために複数のモジュ
ールを並列させて処理槽に装着する場合においても、１
個１個のモジュールをそれぞれ適切な位置に配列、固定
する作業は煩雑であり、更に、各モジュールに対して均
等にエアースクラビングが行えるように配置するのは困
難である。 【００１１】そこで、シート状の平型の中空糸膜モジュ
ールが、集水管を介して濾液を導く導水管を内部に有す
るマニホールドに複数個接続されてなる中空糸膜モジュ
ールが提案されている。このような中空糸膜モジュール
組立体は、大きい膜面積でありながらコンパクトな構造
になっており、且つ、より多くの中空糸膜が直接被処理
水と接触するので、中空糸膜間の固着一体化が防止さ
れ、長期にわたって高い濾過効率を保つことができる。 【００１２】然乍、このような中空糸膜モジュール組立
体を用いて運転・処理を行っている途中で、不慮の事故
によって組立体の中のいずれかのモジュール或は中空糸
膜に損傷が生じた場合、菌類の漏出や急激な除濁性能の
低下が起こり、中空糸膜モジュール組立体全体の機能の
低下、損失を招くことがある。 【００１３】この時点で、組立体そのものを交換するこ
とは、処理コストを大幅に増加させることとなるため好
ましくない。また、組立体中のあるモジュールにおいて
汚れが他のモジュールより著しいことが確認された場
合、そのモジュールだけの洗浄を行うことは非常に困難
である。 【００１４】本発明は、コンパクトなモジュールユニッ
トに大きい膜面積を有し、モジュールユニットの装着、
脱着が容易であり、モジュールユニット内の中空糸膜全
体にスクラビング洗浄が効率よく実施でき、且つ、中空
糸膜やモジュールの損傷があった場合には、該当するモ
ジュールのみを取り除く、更には交換することができる
中空糸膜モジュール組立体を提供することを目的とす
る。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。シート状の中空糸膜の両端部を開口状態に保
ちつつ、両端部の形状が細長いほぼ矩形となるように固
定部材で固定された中空糸膜モジュールを複数個接続さ
せてなる中空糸膜モジュール組立体に於て、個々の中空
糸膜モジュールの集水管の両端部或は片端部に、内部に
濾液を導く管を有する連結部材があり、該連結部材は概
略直方体形状であり、該連結部材の側面同士を重ね合わ
せることにより、該連結部材を介して中空糸膜モジュー
ルのシート面が重なるように複数の中空糸膜モジュール
を連結し、該連結部材同士が連結して、中空糸膜モジュ
ール組立体全体を支持する連結支持部を構成すると共
に、個々の中空糸膜モジュールが別個に脱着することが
できることを特徴とする中空糸膜モジュール組立体。 【００１６】 【００１７】以下に本発明を図面に従い詳細に説明す
る。図１は、集水管の片端部に内部に濾液を導く管を有
する連結部材を取り付け、もう一方の端部には管を持た
ない連結部材を有する、シート状の平型中空糸膜モジュ
ールを７個用いて、それぞれをシート面を垂直に中空糸
の糸長方向を水平にして連結させ、個々のモジュールが
脱着可能な本発明の中空糸膜モジュール組立体の斜視図
である。 【００１８】図２は、図１のモジュール組立体より１個
のモジュールを外し、取り除く時の様子を表した本発明
の中空糸膜モジュール組立体の斜視図である。１は中空
糸膜、２は集水管、３、４はそれぞれ組立体上下の連結
支持部、５は導水管、６、６’は濾液取り出し口、７は
開口部（栓で閉じる）、８、９は連結部材をそれぞれ示
している。 【００１９】中空糸膜１は、例えばセルロース系、ポリ
オレフィン系、ポリビニルアルコール系、ポリスルフォ
ン系等の各種材料からなるものが使用でき、特にはポリ
エチレン、ポリプロピレンなどの強伸度の高い材質のも
のが好ましい。 【００２０】濾過膜として使用可能なものであれば、孔
径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はないが、除去
対象物や容積当たりの膜面積の確保及び中空糸膜の強度
等を考えると、好ましい例としては、孔径０．０１〜１
μｍ、空孔率２０〜９０％、膜厚５〜３００μｍ、外径
２０〜２０００μｍの範囲を挙げることができる。 【００２１】また、バクテリアの除去を目的とする場合
の孔径は０．２μｍ以下であることが必須となり、有機
物やウイルスの除去を目的とする場合には分画分子量数
万から数十万の限外濾過膜を用いる場合もある。 【００２２】中空糸膜の表面特性としては表面に親水性
基等を持つ所謂恒久親水化膜であることが望ましい。恒
久親水化膜の製法としては、ポリビニルアルコール系の
ような親水性高分子で中空糸膜を製造する方法又は疎水
性高分子膜の表面を親水化する方法など公知の方法が使
用できる。 【００２３】例えば親水性高分子を膜面に付与し疎水性
中空糸膜を親水化する際の親水性高分子の例としては、
エチレン−酢酸ビニル共重合体の鹸化物、ポリビニルピ
ロリドン等を挙げることができる。 【００２４】別の膜面親水化の例としては、親水性モノ
マーの膜面重合方式があり、このモノマーの例としては
ジアセトンアクリルアミド等を挙げることができる。他
の方法としては疎水性高分子（例えばポリオレフィン）
に親水性高分子をブレンドして紡糸製膜する方法を挙げ
ることができ、使用する親水性高分子の例としては上述
したものが挙げられる。 【００２５】表面が疎水性の中空糸膜であると、被処理
水中の有機物と中空糸膜表面との間に疎水性相互作用が
働き膜面への有機物吸着が発生し、それが膜面閉塞につ
ながり濾過寿命が短くなる。又、吸着由来の目詰まりは
膜面洗浄による濾過性能回復も一般には難しい。 【００２６】恒久親水化膜を用いることで有機物と中空
糸膜表面との疎水性相互作用を減少させることができ、
有機物の吸着を抑えることができる。更に、疎水性膜で
は使用中のスクラビング洗浄において、そのバブリング
エアーによって乾燥、疎水化が生じ、フラックスの低下
を招くことがあるが、恒久親水化膜では乾燥してもフラ
ックスの低下を招くことがない。 【００２７】集水管２は平型の中空糸膜モジュール全体
を支持する部材として機能し、細長い、ほぼ矩形の開口
部を有する。この集水管２の開口部は、そこに中空糸膜
を伴って充填固定される固定部材の中空糸膜に垂直な断
面の形状が細長いほぼ矩形をしたものである。 【００２８】連結支持部３、４は組立体全体を支持する
役割を果たし、組立体上部の連結支持部３は個々の連結
部材８で、下部の連結支持部４は個々の連結部材９でそ
れぞれ構成されている。連結支持部３は、それぞれの集
水管から得られた濾液を集めることができるように連結
支持部の中央を管が通る構造になっている。 【００２９】従って、連結部材８は隣接する連結部材と
互いに連結して各モジュールより得られた濾液を集め、
導水管に送る。連結支持部４は、個々の中空糸膜モジュ
ールの連結部材９を一体化し、組立体全体を支持する役
割をする。又、連結部材９によって集水管の片端を閉じ
ている。 【００３０】なお、本発明の中空糸膜モジュール組立体
は、組立体中の中空糸膜モジュールをそれぞれ個々に取
り外すことが可能である。これは、連結支持部３をどの
箇所においても連結部材ごとに分割でき、図２に示すよ
うな状態で、組立体よりモジュールを個々に取り外すこ
とができる。 【００３１】モジュール交換の際は、取り外したモジュ
ールと同様の連結部材８並びに９が接続しているモジュ
ールを装着する。その場所に交換のモジュールを装着し
ない場合は、取り除かれたモジュールに隣接するモジュ
ール上部の連結支持部内の管において開口部７が４個形
成されるが、ここには密閉できる栓又はキャップで塞い
でしまう。 【００３２】連結部材８並びに９同士の連結は、通常の
運転中においては、その振動等で外れることがなく、
又、形成された連結支持部３の内部の管において外部と
液密が保たれていれば、どのような連結方法を用いても
構わない。 【００３３】導水管５は、濾液が流れるパイプであり、
濾液取り出し口６につながる。なおそれぞれの連結部材
８に設けてある濾液取り出し口６’は、通常の運転中に
は塞いであるが、モジュールが取り除かれた場合、特
に、隣接しないモジュールが２個以上取り除かれた時
は、いずれかの濾液取り出し口６’より濾液を取り出す
ことができる。 【００３４】本発明の中空糸膜モジュール組立体は、缶
体や処理槽をコンパクトにするため並びにエアースクラ
ビングを効率よく行うことを考慮すると隣接するシート
の間隔は小さい方が好ましいが、間隔を狭めすぎるとシ
ート間にエアーバブルが通り難くなることが考えられ
る。 【００３５】更に、シート間を等間隔に配設することで
全ての中空糸膜シートに均等なバブリングが行われる。
シート間の間隔は適切な間隔が要求され、その間隔は５
〜６０ｍｍの範囲が適当である。実際にはモジュールの
大きさ、シート枚数、集水管の径、エアースクラビング
等の逆洗条件を考慮してシート間の間隔を選択すること
ができる。 【００３６】本発明の中空糸膜モジュール組立体の使用
にあたっては、モジュールを密閉容器に配設して、被処
理水を加圧して中空糸膜を透過させる所謂加圧濾過方法
も採用できるが、活性汚泥槽や沈澱槽等に中空糸膜モジ
ュール組立体を配設し、中空糸濾過膜を透過した処理水
を回収するサイドを吸引する吸引濾過法で使用すること
が好ましい。 【００３７】特に周期的に所定時間吸引を停止する、所
謂間欠吸引運転方法を採用することにより、膜面堆積物
が内部の細孔へ入り込むのを効率的に防止することがで
き、中空糸膜モジュールの機能回復処理頻度を低下させ
ることができる。 【００３８】間欠吸引の間欠間隔は、被処理水の汚濁度
によって最適範囲は異なってくるため、明確な範囲は規
定できないが、ＭＬＳＳ５０００ｍｇ／Ｌ程度の活性汚
泥を対象にする場合の例としては、吸引時間１〜３０
分、停止時間２秒〜１５分の範囲を望ましい例として挙
げることができる。 【００３９】又、吸引濾過法を採用することにより、濾
過時に処理水を槽内で循環させたり、エアーバブリング
を行って膜面を洗浄したりすることが行いやすくなる。
特にエアーバブリングによる洗浄方法は、上記に示した
ように、膜面堆積物が膜面内部へ入り込むのを効率的に
防止することができる間欠吸引運転方法と組み合わせる
ことによって、より一層の洗浄効果を発揮する。 【００４０】吸引濾過法における被処理水の流れは、中
空糸膜の配設方向に対してほぼ垂直に流れるようにし
て、中空糸膜膜面の洗浄効果をアップさせることが好ま
しい。高汚濁水の濾過では、膜面に多くのｓｓや有機物
が堆積するため、膜面を水流やエアー、振動、超音波等
を用いて堆積物を剥離させ洗浄する必要がある。 【００４１】洗浄を行わない場合には膜面に堆積した有
機物が膜の閉塞の原因となり濾過寿命の低下を招く。具
体的な洗浄方法としては、膜面に平行に水を流す所謂ク
ロスフロー濾過、膜モジュール浸漬槽にポンプ又はモー
ター等で水流を起こす方法、エアーの上昇流を利用した
バブリング法、モジュール自身を振動させる方法、被処
理液を超音波により振動させる方法等が挙げられる。 【００４２】これらの洗浄は、膜面閉塞の進行具合に応
じて、連続的に行っても良いし、断続的に行っても良
い。エアーバブリングによるスクラビング洗浄を併用し
ながら運転する場合には、バブリングを行うための散気
管が必要となる。 【００４３】適切なエアーバブリングを行うためには散
気管とモジュールの位置関係が重要であるが、モジュー
ルと散気管を別々に固定するのは煩雑な作業であり、
又、運転中にモジュールが移動してしまった場合、運転
途中において適切なスクラビング洗浄を行うことができ
なくなる問題点がある。 【００４４】この対策として、本発明のモジュールに散
気管を固定一体化すると、缶体或は処理槽への装着が容
易になり、運転中に適切なスクラビング洗浄が継続でき
るようになる。 【００４５】本発明の中空糸膜モジュール組立体は、特
に高汚濁水の濾過に適しており、具体的な利用分野とし
ては、河川水の濾過、工業用水道水の濾過、下排水の固
液分離、排水処理（例えば合併浄化槽での処理）等が挙
げられる。 【００４６】 【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュール組立体は、
大きい膜面積であり乍らコンパクトな構造になってお
り、且つ、より多くの中空糸膜が直接被処理水と接触す
るので、中空糸膜間の固着一体化が防止され、特に高汚
濁性水の濾過において、長期にわたり高い濾過効率を保
つことが可能である。 【００４７】更に組立体中のモジュールをそれぞれ別個
に取り外すことが可能であるので、中空糸膜或はモジュ
ールの損傷等が生じた場合、該当するモジュールのみを
除去交換することができ、モジュール組立体としての濾
過寿命の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の中空糸膜モジュール組立体の一例を示
す斜視図である。 【図２】図１に示す組立体より１個のモジュールを抜き
取る時の様子を表した斜視図である。 【符号の説明】 １ 中空糸膜 ２ 集水管 ３ 連結支持部（上側） ４ 連結支持部（下側） ５ 導水管 ６、６’ 濾液取り出し口 ７ 開口部 ８ 連結部材（上側） ９ 連結部材（下側）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 智行 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 (72)発明者 木下 育男 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60 号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究 所内 (56)参考文献 実開 平５−63632（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】シート状の中空糸膜の両端部を開口状態に
   保ちつつ、両端部の形状が細長いほぼ矩形となるように
   固定部材で固定された中空糸膜モジュールを複数個接続
   させてなる中空糸膜モジュール組立体に於て、個々の中
   空糸膜モジュールの集水管の両端部或は片端部に、内部
   に濾液を導く管を有する連結部材があり、該連結部材は
   概略直方体形状であり、該連結部材の側面同士を重ね合
   わせることにより、該連結部材を介して中空糸膜モジュ
   ールのシート面が重なるように複数の中空糸膜モジュー
   ルを連結し、該連結部材同士が連結して、中空糸膜モジ
   ュール組立体全体を支持する連結支持部を構成すると共
   に、個々の中空糸膜モジュールが別個に脱着することが
   できることを特徴とする中空糸膜モジュール組立体。