JP5935808B2 - 中空糸膜モジュールの親水化方法 - Google Patents
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Description
本発明は、種々の膜分離プロセスに利用可能な、中空糸膜モジュールの親水化方法に関する。
中空糸膜の外側から内側へろ過する外圧式中空糸膜モジュールは、膜ろ過前の原水と膜ろ過後のろ過水とを隔てるシール構造が単純であること、運転管理が容易であることなど種々の利点を有しているが、その最大の特徴はモジュールの単位容積当りのろ過膜面積を非常に大きく取れることである。そのため、近年では河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、工業用排水から工業用水や上水を製造する水処理プロセスへ適用が進められている。
上記膜モジュールを用いて原水を膜ろ過すると、原水中に含まれる濁質や有機物等の除去対象物が膜外側に堆積し、膜の閉塞現象が起こるため、膜のろ過抵抗が上昇し、やがてろ過を行うことができなくなる。そこで、膜ろ過性能を維持するため、定期的に膜ろ過を停止し、物理洗浄を行うのが一般的である。通常、前述のろ過工程と物理洗浄工程とは、自動的に繰り返しで実施される。
物理洗浄には、膜モジュール下部に空気を吹き込んで膜を水中で振動させることにより、膜外側に付着した懸濁物質を震い落とす空気洗浄（空洗）や、膜モジュールのろ過方向とは逆方向、つまり中空部側から膜外表面にろ過水などの水（洗浄水）を圧力で押し込み、膜などに付着した懸濁物質を排除する逆圧水洗浄（逆洗）等がある。
中空糸膜モジュールは、およそ数百本〜数万本の中空糸膜が束ねられた中空糸膜束をケーシング内に収納し、その両端部がポッティング材によって注型固定された構成であるが、外圧式中空糸膜モジュールの場合には、一方の端部は中空糸膜が開口しておりろ過水を得ることができ、他方はポッティング材により封止されているものが多い。ポッティング材を注型固定するための方法としては静置法、遠心法がよく知られている。静置法とは、中空糸膜束の下方より、ポッティング材を定量ポンプ等にて送液し、ポッティング材を硬化させる方法であり、一方、遠心法とは、ポッティング材を遠心力によってケーシング端部に移動させ、ポッティング材を硬化させる方法である。しかし、いずれの方法でも膜とポッティング材との界面では、注型樹脂が数ｍｍから数ｃｍ程度膜外表面に沿って立ち上がり、不均一な樹脂界面を形成する。このような状態の中空糸膜に、空洗時に振動させると、不均一な樹脂界面にて中空糸膜に局所的な応力が加わり、膜破断が生じる懸念がある。
このような膜破断を防止するため、注型用のポッティング材にて固定した後、比較的柔軟な樹脂、例えばシリコーン樹脂といった緩衝材を再度注型し、ポッティング材と膜界面の間に緩衝層を設けることで、不均一な樹脂界面での膜破断を防ぐ工夫がなされている。
一般に、これらの膜モジュールは取扱を容易とするために乾燥した中空糸膜で製作され、その後アルコール等の親水化剤で、膜細孔部の微小なエアーを追い出す親水化処理が行われる。この親水化処理は、運転や保管で中空糸膜が乾燥してしまった場合にも行われている。具体的には外圧式中空糸膜モジュールを親水化する手法として、図８のように中空糸膜外表面からアルコール含有水を透過させ中空部側からアルコール含有水を取り出す手法、また特許文献１のように、中空糸膜の内外表面にアルコール含有水を接触させた状態で、中空糸膜中空部から加圧透過させる手法が知られている。
しかし、図８のように中空糸膜外表面からアルコール含有水を透過させ中空部側からアルコール含有水を取り出す手法では、透過された先である中空糸膜内にアルコール含有水が存在し、ケーシング下方の接着固定部付近の中空糸膜中空部に膜モジュール高さ分の水頭圧がかかるため、当該部分の膜内外の差圧が小さくなり、結果としてアルコール含有水の透過流束が十分でなく効率的に親水化できない。また特許文献１の場合にも、透過された先である中空糸膜外表面側空間にアルコール含有水が存在するため、ケーシング下方の接着固定部付近の中空糸膜外側に膜モジュール高さ分の水頭圧がかかり、当該部分の膜内外の差圧が小さくなる。そのため、下部接着固定部近傍の中空糸膜を効率的に親水化処理することができないという問題がある。
さらに、ケーシング下方の接着固定部が複数の層で形成されており、最も内側の層がシリコーン樹脂で形成される中空糸膜モジュールを親水化処理する場合には、シリコーン樹脂と中空糸膜との間に生じた隙間に存在するエアーを押出しつつ膜を親水化することは非常に困難である。
そこで、本発明では、ケーシング下方の接着固定部付近においても効率的に中空糸膜を親水化する外圧式中空糸膜モジュールの親水化方法を提供することを課題とする。
本発明は、上記課題を解決するために、以下に述べる構成からなる。
（１）複数本の中空糸膜、及び上下端部にそれぞれ上部ノズル及び下部ノズルを有するケーシングを含む、前記ケーシング内で、ケーシング上部では前記中空糸膜の中空部が開口した状態で接着固定されて上部接着固定層を形成し、ケーシング下部では前記中空部が封止された状態で前記ケーシング内に接着固定されて下部接着固定層を形成している外圧式中空糸膜モジュールを、前記上部ノズルからアルコール含有液を導入し、前記中空糸膜の中空部側から前記中空糸膜の外側に透過させ、前記下部ノズルから排出することによって親水化する方法において、
前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間に空気層が形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする中空糸膜モジュールの親水化方法。
（２）複数本の中空糸膜、及び上下端部にそれぞれ上部ノズル及び下部ノズルを有し、さらに下部側面に下部サイドノズルを有するケーシングを含み、前記ケーシング内で、ケーシング上部では前記中空糸膜の中空部が開口した状態で接着固定されて上部接着固定層を形成し、ケーシング下部では前記中空部が封止された状態で前記ケーシング内に接着固定されて下部接着固定層を形成している外圧式中空糸膜モジュールを、前記上部ノズルからアルコール含有液を導入し、前記中空糸膜の中空部側から前記中空糸膜の外側に透過させ、前記下部サイドノズルから排出することによって親水化する中空糸膜モジュールの親水化方法において、
前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間に空気層が形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする中空糸膜モジュールの親水化方法。
（３）前記空気層が、前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間の２/３以上の範囲に形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする（１）または（２）記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
（４）下部ノズル、もしくは下部サイドノズルでのアルコール含有水の線速度が０．６ｍ／ｓ以下になるようアルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
（５）前記ケーシング下部の接着固定層が複数の層で形成されており、その最上層がシリコーン樹脂からなることを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
（１）複数本の中空糸膜、及び上下端部にそれぞれ上部ノズル及び下部ノズルを有するケーシングを含む、前記ケーシング内で、ケーシング上部では前記中空糸膜の中空部が開口した状態で接着固定されて上部接着固定層を形成し、ケーシング下部では前記中空部が封止された状態で前記ケーシング内に接着固定されて下部接着固定層を形成している外圧式中空糸膜モジュールを、前記上部ノズルからアルコール含有液を導入し、前記中空糸膜の中空部側から前記中空糸膜の外側に透過させ、前記下部ノズルから排出することによって親水化する方法において、
前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間に空気層が形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする中空糸膜モジュールの親水化方法。
（２）複数本の中空糸膜、及び上下端部にそれぞれ上部ノズル及び下部ノズルを有し、さらに下部側面に下部サイドノズルを有するケーシングを含み、前記ケーシング内で、ケーシング上部では前記中空糸膜の中空部が開口した状態で接着固定されて上部接着固定層を形成し、ケーシング下部では前記中空部が封止された状態で前記ケーシング内に接着固定されて下部接着固定層を形成している外圧式中空糸膜モジュールを、前記上部ノズルからアルコール含有液を導入し、前記中空糸膜の中空部側から前記中空糸膜の外側に透過させ、前記下部サイドノズルから排出することによって親水化する中空糸膜モジュールの親水化方法において、
前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間に空気層が形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする中空糸膜モジュールの親水化方法。
（３）前記空気層が、前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間の２/３以上の範囲に形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする（１）または（２）記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
（４）下部ノズル、もしくは下部サイドノズルでのアルコール含有水の線速度が０．６ｍ／ｓ以下になるようアルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする（１）から（３）のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
（５）前記ケーシング下部の接着固定層が複数の層で形成されており、その最上層がシリコーン樹脂からなることを特徴とする（１）から（４）のいずれか１つに記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
本発明の親水化方法によれば、ケーシング下部の中空糸膜外表面に膜モジュール高さ分の水頭圧がかかることなく、下部接着固定部近傍の中空糸膜を効率的に親水化処理することが可能となる。
本発明が適用される中空糸膜モジュールの一例を、図１を参照しながら以下に説明する。
本発明に係る中空糸膜モジュールでは、ケーシング１内に複数本の中空糸膜２が挿入され、ケーシング１の両端にて中空糸膜２が接着固定されている。接着固定部はポッティング材３によって注型固定されており、その内側には柔軟性を持つ緩衝材４が設置される。膜モジュール上部接着固定部では中空糸膜２の中空部が開口しておりろ過水を上部ノズル９より得ることができる。ケーシング１の両端の接着固定部よりも内側には下部サイドノズル５と上部サイドノズル６が設けられている。ろ過運転の際には、下部サイドノズル５は原水供給口、上部サイドノズル６は原水排水口として使用される。また、下部ノズル８はエアー、および原水供給口として使用するため、ケーシング下部接着固定部（以降、封止側と記載する）には貫通孔７が設けられている。
本発明で用いられるケーシングの素材は特に限定されず、ＰＶＣ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリプロプレン樹脂、ポリカーボネート樹脂などの樹脂製の容器、エポキシ樹脂、ウレンタン樹脂などにガラス繊維、炭素繊維などの強化繊維で補強された繊維強化樹脂製の容器、ステンレスなどの金属製の容器を例示することが出来る。
中空糸膜の素材は特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレンなどや、これらの複合素材を例示することが出来る。なかでも、ポリフッ化ビニリデンは耐薬品性に優れているため、中空糸膜を定期的に薬品洗浄することで中空糸膜のろ過機能が回復し、中空糸膜モジュールの長寿命化につながって好ましい。
これらの中空糸膜を容器内に挿入し、接着固定する際には、中空糸膜を乾燥させておく方が確実に接着できるため好ましいが、過度に乾燥させると、性能低下や変形が起こるため、グリセリンや界面活性剤等の保湿剤を含ませた状態で乾燥させる方法も好ましく使用できる。中空糸膜の乾燥方法としては、グリセリン濃度１０〜５０重量％のグリセリン水溶液に１０分間浸漬させた後、温度２５〜４０℃、相対湿度５０〜６０％雰囲気中にて１２時間以上乾燥させることが好ましい。ポリフッ化ビニリデンのような疎水性膜を扱う場合には、膜の過度な乾燥を防止することができるため、保湿剤をより好ましく使用できる。
ポッティング材は初期状態が液状の熱硬化性樹脂であれば特に制限はないが、ポッティング材３は中空糸膜の内外を仕切る管板としての強度が必要であるため、D硬度が５０〜８５であることが好ましい。なおＤ硬度とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５３（２００６）に準じて、タイプＤデュロメーターを用いて１０秒加圧した後の測定値である。具体的には、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂を例示することができる。また、接着固定部は１種の樹脂からなる単層である必要は無く、複数層で構成してもよい。例えば、硬度の高いポッティング材３界面での中空糸膜２の損傷を防止する目的で、封止側の最上層に軟質な樹脂からなる緩衝材４を使用することが例示できる。
この場合の緩衝材４としては、Ａ硬度が２０〜６０であることが好ましい。ここでＡ硬度とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５３（２００６）に準じて、タイプＡデュロメーターを用いて１０秒加圧した後の測定値である。具体的には、シリコーン樹脂や軟質ポリウレタン等が例示できる。この中でも、シリコーン樹脂等の難接着性樹脂を使用した場合には、中空糸膜とシリコーン樹脂とが接着せず、両者の間に微小な空間ができるため、本発明の親水化方法の効果が大きく好ましい。ここで、シリコーン樹脂としては、初期状態が液状である２液型熱硬化性シリコーン樹脂など一般的なものを使用することができる。
次に本発明の親水化方法について、図１から図７を参照しながら以下に説明する。
図１に示す上記中空糸膜モジュールの上部ノズル９からアルコール含有水を導入し、
ケーシング１と中空糸膜２の外側との間の空間に空気層が形成されるように、アルコール含有液の透過流量を制御し、下部ノズル８からアルコール含有水を排出する。これにより、封止側を含めた中空糸膜の全体を効率的に親水化処理できる。
ケーシング１と中空糸膜２の外側との間の空間に空気層が形成されるように、アルコール含有液の透過流量を制御し、下部ノズル８からアルコール含有水を排出する。これにより、封止側を含めた中空糸膜の全体を効率的に親水化処理できる。
ケーシング１と中空糸膜２の外側との間の空間に空気層が形成されないと、ケーシング下方でのアルコール含有水の透過流束が小さくなり、ケーシング下部の接着固定部を効率的に親水化することが困難になる。
従来の中空糸膜モジュールの親水化方法においては、図２に示すように、アルコール含有水を中空糸膜外表面から中空部側へ透過させると、中空糸膜内外にアルコール含有水が存在するため、膜モジュール下部の中空糸膜内表面の圧力Ｐ２には、図１のＨ１高さ分の水頭圧が加算されており、中空糸膜外表面側圧力Ｐ１との差圧が小さくなるため、膜モジュール下方の封止側は、アルコール含有水の透過流束が小さくなり、効率的に親水化できない。なお、ここでの圧力とはゲージ圧力のことである。
また、図１の上部ノズル９からアルコール含有水を入れ、アルコール含有水を中空部側から中空糸膜外表面へ透過させた後に上部サイドノズル６から排水させる従来技術の場合も同様に、中空糸膜内外にアルコール含有水が存在するため、図３に示すように、膜モジュール下部の中空糸膜外表面の圧力Ｐ２’には、図１のＨ２高さ分の水頭圧が加算され、中空部側圧力Ｐ１’との差圧が小さくなるため、膜モジュール下方の封止側は、アルコール含有水の透過流束が小さくなり、効率的に親水化できない。
特に、図４および図５に示したような、ケーシング下部の接着固定部が複数の層で形成されており、その最上層に位置する緩衝材４がシリコーン樹脂からなる場合には、アルコール含有水が中空糸膜２と緩衝材４との間の微小な空間にしか入り込めないため、アルコール含有水の透過流束が小さくなり、中空糸膜２と緩衝材４との間の空間に存在するエアー１０を押し出しつつ中空糸膜２を親水化することは非常に困難である。
複数の層にて接着固定部を成形する方法としては静置法、遠心法を適用することができる。静置法とは、中空糸膜束の下方より、ポッティング材を定量ポンプ等にて送液し、ポッティング材を硬化させる方法であり、一方、遠心法とは、ポッティング材を遠心力によってケーシング端部に移動させ、ポッティング材を硬化させる方法である。
緩衝材４には、上述のとおり主にシリコーン樹脂や軟質ポリウレタン等を使用することができる。難接着性樹脂であるシリコーン樹脂を使用した場合には、遠心力にて静置法よりも高い接着性を得ることができる遠心法であっても、中空糸膜２と緩衝材４を接着することは困難であり、両者の間に微小な空間が生じる。
本発明の中空糸膜モジュールの親水化方法では、図６に示すように、ケーシング内の中空糸膜外の空間に空気層を形成するように、アルコール含有水の透過流束を制御するため、中空糸膜外表面の圧力Ｐ２’には、膜モジュール内容積分の水頭圧を低減させることができる。よって、中空部側圧力Ｐ１’との差圧が大きくなるため、封止側のアルコール含有水の透過流束が大きくなり、従来技術と比較し、効率的に親水化できる。
また、ケーシング１と中空糸膜２の外側との間の空間に形成される空気層が、空間の２/３以上の範囲に形成されるように、アルコール含有液の透過流量を制御することで、膜モジュール内容積分の水頭圧をさらに低減させることができるため、より好ましい。
また、ケーシング内の中空糸膜外の空間にアルコール含有水が滞留しないよう、中空糸膜外表面に接する下部サイドノズル５、もしくは下部ノズル８より線速度が０．６ｍ／ｓ以下になるよう流量を制御し、アルコール含有水を排出することで、膜モジュール内容積分の水頭圧をほぼ０とすることができるため、より好ましい。ここで、線速度Ｖ[ｍ／ｓ]は、アルコール排出量をＱ[ｍ３／ｓ]、排出口断面積をＳ[ｍ２]とすると、Ｖ＝Ｑ／Ｓにて規定される。
アルコール含有水排出口でのアルコール含有水の線速度は０．６ｍ／ｓ以下であることが好ましい。アルコール含有水排出口での線速度が０．６ｍ／ｓを超えると、アルコール含有水排出口からアルコール含有水をケーシング内に滞留させることなく排出することが困難になる 。アルコール含有水流入時の上部ノズル９での線速度は特に限定されないが、流入口断面積と排出口断面積が等しいならば、０．６ｍ／ｓ以下とすればよい。０．６ｍ／ｓを超えると、アルコール含有水排出口からアルコール含有水をケーシング内に滞留させることなく排出することが困難になる。
また、流入口断面積が排出口断面積の２倍である場合、流入口での線速度は排出口での線速度の半分、つまり０．３ｍ／ｓ以下とすればよい。逆に、流入口断面積が排出口断面積の半分である場合、流入口での線速度は排出口での線速度の２倍、つまり１．２ｍ／ｓ以下とすればよい。
また、ケーシング下方の接着固定部が複数の層で形成されており、最も内側の層に中空糸膜と接着しない材質で形成される緩衝材４が設けられている場合、図７に示すように、膜モジュール下方の封止側の透過流束が大きいため、従来の図５の親水化方法に対し、効率的にエアーを追い出すことができ、膜モジュール下部を含めた中空糸膜の全体を親水化することができる。
本発明におけるアルコール含有水排出口は下部ノズル８が好ましい。下部サイドノズル５よりアルコールを排出する場合には、緩衝材４と下部サイドノズル５の距離が重要となる。すなわち、緩衝材４と下部サイドノズル５の距離が２０ｃｍであれば、２０ｃｍ分のアルコール含有水がモジュール内に滞留することになり、モジュール下方の中空糸膜を効率的に親水化することは困難である。よって、下部サイドノズル５よりアルコールを排出する際には緩衝材４との距離が５ｃｍ以内であることが好ましい。
本発明で使用するアルコール含有水として、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等の水溶液を選択することができ、これらを使用することで、中空糸膜を親水化できる。
本発明の親水化方法は、モジュール組立時、および運転中に実施することが出来る。一般的に疎水性中空糸膜を使用して膜モジュールを組立てる際に、中空糸膜の取扱性を向上させるため中空糸膜を保湿剤に浸漬後、乾燥させ、ポッティングした後、親水化処理が行われる。また、運転中に膜細孔部に微小なエアーが溜まったり、一度親水化処理した膜を乾燥させてしまい、膜細孔部に微小なエアーが溜まったりした場合にも本発明の親水化方法を実施することが可能である。
親水化処理の条件としてはアルコール含有水濃度、温度、時間、線速度を調整することが出来るが、本発明においては、取扱が容易なエタノール４０％以上６０％以下の水溶液を用いることが好ましい。温度は通常１０〜５０℃、好ましくは２０〜４０℃の範囲で処理するのがよい。親水化時間は１時間以内、好ましくは３０分以内であればよい。
以下に本発明を実施例によってより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
グリセリン濃度３０重量％のグリセリン水溶液に１０分間浸漬させ、温度２５℃、相対湿度５０％雰囲気中にて１２時間乾燥させた長さ約２０００ｍｍのポリフッ化ビニリデン製の中空糸膜（内径０．９ｍｍ、外径１．５ｍｍ）を約９０００本束ねて、内径約２００ｍｍのポリ塩化ビニル製のケーシングに挿入し、変性ポリイソシアネートおよび変性ポリオールを原料として形成したＤ硬度７５のウレタン樹脂を遠心法にて開口側、封止側ともに樹脂厚み約１００ｍｍ、有効膜長約１８００ｍｍとなるよう、両端を注型固定させた図１に示される外圧式中空糸膜モジュールを製作した。
グリセリン濃度３０重量％のグリセリン水溶液に１０分間浸漬させ、温度２５℃、相対湿度５０％雰囲気中にて１２時間乾燥させた長さ約２０００ｍｍのポリフッ化ビニリデン製の中空糸膜（内径０．９ｍｍ、外径１．５ｍｍ）を約９０００本束ねて、内径約２００ｍｍのポリ塩化ビニル製のケーシングに挿入し、変性ポリイソシアネートおよび変性ポリオールを原料として形成したＤ硬度７５のウレタン樹脂を遠心法にて開口側、封止側ともに樹脂厚み約１００ｍｍ、有効膜長約１８００ｍｍとなるよう、両端を注型固定させた図１に示される外圧式中空糸膜モジュールを製作した。
このモジュールの上部ノズル９から２０℃、４０％のエタノール水溶液を、モジュール内部に６００ｍｍの空気層が形成されるように、流量制御して導入し、中空糸膜外表面に接する下部ノズル８からエタノール水溶液を排出する、親水化処理を３０分行った。その後、膜モジュールが親水化できているかを確認するため、エアリーク検査を実施した。エアリーク検査は原水側、ろ過水側ともに水を満水にした後中空糸膜外側から０．１ＭＰａの圧縮空気を送り込み、中空糸膜開口部からの気泡発生の有無を目視で観察した。エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の２ヶ所から気泡の発生が観察された。
＜実施例２＞
エタノール水溶液を、モジュール内部に１２００ｍｍの空気層が形成されるように、流量制御して導入した以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の１ヶ所から気泡の発生が観察された。
エタノール水溶液を、モジュール内部に１２００ｍｍの空気層が形成されるように、流量制御して導入した以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の１ヶ所から気泡の発生が観察された。
＜実施例３＞
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないように線速度０．６ｍ／ｓで導入した（この時、モジュール内部に約１８００ｍｍの空気層が形成された）以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないように線速度０．６ｍ／ｓで導入した（この時、モジュール内部に約１８００ｍｍの空気層が形成された）以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
＜実施例４＞
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないように線速度０．３ｍ／ｓで導入した（この時、モジュール内部に約１８００ｍｍの空気層が形成された）以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないように線速度０．３ｍ／ｓで導入した（この時、モジュール内部に約１８００ｍｍの空気層が形成された）以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
＜実施例５＞
ウレタン樹脂の内側にさらに緩衝層として、初期状態が液状であるＡ硬度４０の２液型熱硬化性シリコーン樹脂を遠心法にて開口側、封止側ともに樹脂厚み約３０ｍｍとなるように設置し、ウレタン樹脂の厚みを約７０ｍｍとした以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の２ヶ所から気泡の発生が観察された。
ウレタン樹脂の内側にさらに緩衝層として、初期状態が液状であるＡ硬度４０の２液型熱硬化性シリコーン樹脂を遠心法にて開口側、封止側ともに樹脂厚み約３０ｍｍとなるように設置し、ウレタン樹脂の厚みを約７０ｍｍとした以外は実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の２ヶ所から気泡の発生が観察された。
＜実施例６＞
エタノール水溶液を、モジュール内部に１２００ｍｍの空気層が形成されるように、流量制御して導入した以外は実施例５と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の１ヶ所から気泡の発生が観察された。
エタノール水溶液を、モジュール内部に１２００ｍｍの空気層が形成されるように、流量制御して導入した以外は実施例５と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の１ヶ所から気泡の発生が観察された。
＜実施例７＞
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないよう、線速度０．６ｍ／ｓで導入した以外は実施例５と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないよう、線速度０．６ｍ／ｓで導入した以外は実施例５と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
＜実施例８＞
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないよう、線速度０．３ｍ／ｓで導入した以外は実施例５と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
エタノール水溶液を、ケーシング内に滞留させることのないよう、線速度０．３ｍ／ｓで導入した以外は実施例５と同様の中空糸膜モジュールを製作し、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部から気泡は観察されず、膜モジュール内の中空糸膜全体が親水化処理されていることを確認した。
＜実施例９＞
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、下部サイドノズル５からエタノール水溶液を排出した以外は、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の２ヶ所から気泡の発生が観察された。
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、下部サイドノズル５からエタノール水溶液を排出した以外は、実施例１と同様に親水化処理した。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の２ヶ所から気泡の発生が観察された。
＜比較例１＞
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、２０℃、４０％のエタノール水溶液を膜モジュール内の中空糸膜内外に封入し、上部ノズル９より３０ｋＰａ、下部ノズル８より２５ｋＰａの圧力になるよう、ポンプにて３０分加圧し、親水化処理した。この時、膜モジュール内はエタノール水溶液で満たされており、空気層は形成されなかった。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の６ヶ所から気泡の発生が観察された。
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、２０℃、４０％のエタノール水溶液を膜モジュール内の中空糸膜内外に封入し、上部ノズル９より３０ｋＰａ、下部ノズル８より２５ｋＰａの圧力になるよう、ポンプにて３０分加圧し、親水化処理した。この時、膜モジュール内はエタノール水溶液で満たされており、空気層は形成されなかった。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の６ヶ所から気泡の発生が観察された。
＜比較例２＞
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、エタノール水溶液を中空糸膜外表面に接する下部ノズル８より線速度０．６ｍ／ｓで導入し、上部ノズル９から排出する親水化処理を３０分行った。この時、膜モジュール内はエタノール水溶液で満たされており、空気層は形成されなかった。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の８ヶ所から気泡の発生が観察された。
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、エタノール水溶液を中空糸膜外表面に接する下部ノズル８より線速度０．６ｍ／ｓで導入し、上部ノズル９から排出する親水化処理を３０分行った。この時、膜モジュール内はエタノール水溶液で満たされており、空気層は形成されなかった。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の８ヶ所から気泡の発生が観察された。
＜比較例３＞
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、エタノール水溶液を線速度０．９ｍ／ｓで導入した以外は実施例１と同様に親水化処理した。この時、膜モジュール内はエタノール水溶液で満たされており、空気層は形成されなかった。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の６ヶ所から気泡の発生が観察された。
実施例１と同様の中空糸膜モジュールを製作し、エタノール水溶液を線速度０．９ｍ／ｓで導入した以外は実施例１と同様に親水化処理した。この時、膜モジュール内はエタノール水溶液で満たされており、空気層は形成されなかった。本膜モジュールに対し、エアリーク検査を実施したところ、中空糸膜開口部の６ヶ所から気泡の発生が観察された。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年９月２８日出願の日本特許出願２０１１−２１２１１３に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本出願は、２０１１年９月２８日出願の日本特許出願２０１１−２１２１１３に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１ ケーシング
２ 中空糸膜
３ ポッティング材
４ 緩衝材
５ 下部サイドノズル
６ 上部サイドノズル
７ 貫通孔
８ 下部ノズル
９ 上部ノズル
１０ エアー
２ 中空糸膜
３ ポッティング材
４ 緩衝材
５ 下部サイドノズル
６ 上部サイドノズル
７ 貫通孔
８ 下部ノズル
９ 上部ノズル
１０ エアー
Claims (5)
- 複数本の中空糸膜、及び上下端部にそれぞれ上部ノズル及び下部ノズルを有するケーシングを含み、前記ケーシング内で、ケーシング上部では前記中空糸膜の中空部が開口した状態で接着固定されて上部接着固定層を形成し、ケーシング下部では前記中空部が封止された状態で前記ケーシング内に接着固定されて下部接着固定層を形成している外圧式中空糸膜モジュールを、前記上部ノズルからアルコール含有液を導入し、前記中空糸膜の中空部側から前記中空糸膜の外側に透過させ、前記下部ノズルから排出することによって親水化する中空糸膜モジュールの親水化方法において、
前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間に空気層が形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする中空糸膜モジュールの親水化方法。 - 複数本の中空糸膜、及び上下端部にそれぞれ上部ノズル及び下部ノズルを有し、さらに下部側面に下部サイドノズルを有するケーシングを含み、前記ケーシング内で、ケーシング上部では前記中空糸膜の中空部が開口した状態で接着固定されて上部接着固定層を形成し、ケーシング下部では前記中空部が封止された状態で前記ケーシング内に接着固定されて下部接着固定層を形成している外圧式中空糸膜モジュールを、前記上部ノズルからアルコール含有液を導入し、前記中空糸膜の中空部側から前記中空糸膜の外側に透過させ、前記下部サイドノズルから排出することによって親水化する中空糸膜モジュールの親水化方法において、
前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間に空気層が形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする中空糸膜モジュールの親水化方法。 - 前記空気層が、前記ケーシングと前記中空糸膜の外側との間の空間の２/３以上の範囲に形成されるように、前記アルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする請求項１または２記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
- 下部ノズル、もしくは下部サイドノズルでのアルコール含有水の線速度が０．６ｍ／ｓ以下になるようアルコール含有液の透過流量を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
- 前記ケーシング下部の接着固定層が複数の層で形成されており、その最上層がシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュールの親水化方法。
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