JPS62266106A - 中空糸濾過モジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、浄水器用の中空糸ｆ過モジュールに関し、よ
り詳しくは、例えば原子力発電用水等の微細なコロイド
状物を含む用水を比較的大量に浄化処理するのに適した
中空糸ｆ過モジュールに関する。

〔従来の技術〕

中空糸濾過膜は、優れた濾過機能を有しているため、従
来より高純度の工業用水、飲料水、医療用の無菌水等を
製造するだめの浄水器に使用されてきた。

たとえば沸騰水型原子力発電機のタービンからの回収水
には約１５１）Ｉ）ｂ程度のコロイド状物質等の不純物
が含まれているが、不純物を０．５ｐｐｂ以下程度まで
減少させることを目的として中空糸濾過膜を用いる方法
が提案されている。

この種の水処理分野においては中空糸濾過膜の有効性が
認められており、装置の大型化が要請されている。

中空糸を過モジュールを使用して、大量の水を工業的規
模で処理するには、中空糸濾過膜の本数を増加させるか
あるいは中空糸濾過膜の長さを長くする方法が考えられ
る。

また濾過機能が低下した中空糸濾過膜の濾過機能を回復
させる方法として、中空糸ｆ過モジュールを浄化装置に
設置したままでｒ過実施時とは逆方向に水を流すととも
に、気泡を中空糸濾過膜に当てて中空糸濾過膜に物理的
振動を与え、中空糸濾過膜の表面に凝集付着しているコ
ロイド状物等を震い落す方法が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の如く処理水量の増大を目的として中空糸濾過膜の
使用本数を増加し設置密度を上げると、中空糸濾過膜が
過度に密集した部分が生じ、過度に密集した部分におい
ては水の流れが減少しあるいは停止するのでその部分の
利用効率が低下しあるいは全く利用されないという問題
が起こる。従ってこのような場合には中空糸濾過膜の使
用本数を増加してもそれに対応１て処理水量は増大せず
ときには逆に処理水量が減少することもある。

また、このような中空糸濾過モジュールにおいて前述の
如く水流や気泡を利用して濾過機能を回復させる場合に
は、中空糸濾過膜が密集した部分へ水や気泡を到達させ
ることが難しいので充分な洗浄ができない。更に、洗浄
によって中空糸濾過膜の細孔内や細孔表面からコロイド
状物質等が脱離された場合においても中空糸濾過膜集合
体の部分から外に除去することが困難である点も問題で
ある。

本発明の目的はコロイド状の有機物質や無機物質等を含
有する水を大量に処理するために中　・杢糸濾過膜の使
用本数を増加させた場合において、装置容積の大型化を
抑えながらも中空糸濾過膜相互の間隔を適当に渫ち、中
空糸濾過膜の利用効率が高く、かつ、中空糸濾過膜の濾
過機能回復のための洗浄操作が容易な水処理用の中空糸
ｆ過モジュールを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は、ほぼ直線状に集束して配置された多数
本の中空糸濾過膜、該中空糸濾過膜の両端を開口させた
まま両端部において固定した２つの固定部材、支持部材
、及び、該支持部材に接合され該固定部材の各々をその
外周側面から把持する把持部材からなる中空糸ｆ過モジ
ュールにおいて、中空糸濾過膜がピッチ１〜２０削、巻
縮率０．５〜１０％の波形状の巻縮を付与されているこ
とを特徴とする水処理用の中空糸ｒ過モジュールにあり
、更にほぼＵ字状に集束して配置された多数本の中空糸
濾過膜、該中空糸濾過膜の両端を開口させたまま両端部
において固定した一つの固定部材、該固定部材をその外
周側面から把持する把持部材、該把持部材に接合され該
中空糸濾過膜のＵ字状形成方向に向って延在する支持部
材、及び、該支持部材に接合され該中空糸濾過膜のはは
中心部でＵ字状形成部の内側に設けられた中空糸濾過膜
サポート部材からなる中空糸ｆ過モジュールにおいて、
中空糸濾過膜がピッチ１〜２０５１．巻縮率（１５〜１
０％の波形状の巻縮を付与されていることを特徴とする
水処理用の中空糸ｆ過モジュールにある。

本発明において中空糸濾過膜は、波形状の巻縮を付与さ
れているが全体としてほぼ直線状あるいけほぼＵ字状に
集束配置されている。

中空糸濾過膜がほぼ直線状に配置されている中空糸ｆ過
モジュールを以下「工学形モジュール」といい、中空糸
濾過膜がほぼＵ字状に配置されている中空糸濾過モジュ
ールを以下「Ｕ字形モジュール」という。

本発明において中空糸濾過膜には波形の巻縮が付与され
ている。巻縮の形態としては他にコイル形等の形態をと
りうるが、コイル形のものでは単位断面檀当たりの中空
糸濾過膜の収納本数または占有断面積が減少するので好
ましくない。

本発明においてピッチとは、波形状の巻縮が付与された
中空糸濾過膜についての無荷重状態での波の山から山あ
るいは波の谷から谷までの距離をいう。本発明において
該ピッチは１〜２０αの範囲であるが、ピッチがこれよ
り小さいと即ち捲縮の程度が大きいと巻縮付与時に中空
糸濾過膜が損傷を受ける惧れがあるので好ましくなく、
また、ピッチがこれよシ大きいと巻縮の効果が生じない
ので好ましくない。

本発明において巻縮率とは以下のように定義される。巻
縮が付与された所定の長さく以下で定義されるｌが８０
ｍ）の中空糸濾過膜を垂直方向に吊し、下端に［１，５
〜／ｄの荷重をかけた時の長さを１０とし、下端に５０
１ｎ９／ｄの荷重をかけた時の長さをｌとした時に次式
で表わされる値を巻縮率とする。

本発明において中空糸濾過膜の巻縮率はα５〜１０％の
範囲であるが、巻縮率がこれよ如小さいと例えば機能回
復操作として中空糸濾過膜に気泡をあてても中空糸濾過
膜が振動しにくくて充分な洗浄効果が得られないので好
ましくない。また、巻縮率がこれより大きくなると巻縮
付与時に中空糸濾過膜が損傷される惧れがあるので好ま
じくない。巻縮率は１〜４．５〜１０％の範囲であるこ
とがよシ好ましい。

本発明の中空糸ｆ過モジュール（以下「モジュール」と
いう）においては多数本の巻縮が付与された中空糸濾過
膜が使用されるが、各々の中空糸濾過膜が上記範囲内の
所定のピッチ及び巻縮率を有していればよい。

本発明のモジュールにおいて単位体積または単位断面積
当たりの中空糸濾過膜の使用本数または占有断面積につ
いては特に限定されないが、固定部材の横切断面（中空
糸濾過膜の横切断面に対応する断面）において中空糸濾
過膜が占有する断面積をＳｆとし中空糸濾過膜の断面と
固定部材の断面を含む全断面積を日とすると、単位断面
積当たりの中空糸濾過膜の占有断面積ＥＪｆ７ｇの上限
は最高１１．７程度まで上げることが用いた従来のモジ
ュールにおいては、ｓｆ／ｓ値がおよそα５以上になる
と通水性が低下し中空糸濾過膜の有効利用率が低下する
傾向を示し、この点が問題であった。

本発明のモジュールに於ける中空糸濾過膜としては、細
孔径がおよそ１口１〜５μ溝程度であってコロイド等の
微細な不純物を除去することが可能な種々のものが使用
でき、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリス
ルホン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ系等の各
種材料からなる中空糸濾過膜が使用できる。

これらの中でも結晶性ポリオレフィン特に結晶性ポリエ
チレンを溶融紡糸して冷延伸した中空糸濾過膜には、機
械的強度とｆ過性能が優れたものがあり、このものは熱
処理によって捲縮を付与することが容易であるという特
徴を有している。

本発明のモジュールにおいて固定部材、把持部材、支持
部材、中空糸濾過膜サポート部材は中空糸濾過膜をほぼ
直線状あるいはほぼＵ字状に保持し、中空糸濾過膜をｆ
材として機能させるために配置されている。

固定部材には中空糸濾過膜がその端部が開口されたまま
の状態でその端部において集束固定されている。工学形
モジュールの場合はその両端が各々別の固定部材によっ
て固定されており、Ｕ字形モジュールの場合は、その両
端が同一の固定部材によって固定されている。

支持部材又は更にサポート部材は中空糸濾過膜を一定の
形状に配置させるためにある。

■字形モジュールにおいては支持部材により２つの固定
部材（把持部材）の配置が一定に保たれるので中空糸濾
過膜の直線状の配置を保つことができる。

Ｕ字形モジュールにおいては、支持部材によって固定部
材（把持部材）とサポート部材の配置が一定に保たれる
。即ち、支持部材の一端には固定部材（把持部材）が接
合されておシ、また中空糸濾過膜のＵ字状形成方向に延
在する該支持部材の所定の位置にサポート部材が接合さ
れているのでこれらによって中空糸濾過膜はほぼＵ字状
に配置される。

このように支持部材には、把持部材と把持部材あるいは
把持部材とサポート部材を所定の間隔をもって配置する
ことが可能な構造であることが要求され、支持部材とし
ては、たとえば第１図〜第４図に示すような円筒状、棒
状等の形状のものを挙げることができる。

把持部材には固定部材をその外周側面から把持すること
が可能な構造であるととが要求され、把持部材としては
、リング状をはじめとする種々の形状のものを用いるこ
とができる。把持部材には例えば第１ｂ図のような突起
部４を設はモジュールを浄水装置本体に固定するだめの
機能を持たせてもよい。

このように中空糸濾過膜はｔｌぼ直線状またはＵ字状の
所定の形状に配置されているので、濾過実施時や洗浄時
において水流や気泡によって中空糸濾過膜が過度に流動
して損傷を受けたり相互にからまり合ったりしない。

固定部材の外周側面は把持部材によって密着状態で把持
され、中空糸ｊ″１１過膜表面側の水と中空糸濾過膜開
口端側の水との隔離が可能な構造となっている。

本発明のモジュールにおいて、固定部材としてはポリウ
レタン、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリ
コン樹脂等を用いることができる。また把持部材、支持
部材、中空糸濾過膜サポート部材等は、ある程度の機械
的強度を有する材料であればどのような材料でもよいが
、使用後に焼却処理が必要な場合には、焼却により有害
ガスを出さずに完全燃焼させることのできる炭化水素系
の樹脂からなるものであることが好ましく、ポリカーボ
ネート、ポリスチレン、ＡＢ８樹脂等が特に好ましい材
料である。

次に本発明のモジュールの製造方法を説明する。

中空糸濾過膜への巻縮の付与は機械的処理又は熱処理に
よって行なうことができるが、中空糸濾過膜の損傷を考
慮すると熱処理法が好ましいＯ 熱処理法においては予め延伸処理された中空糸濾過膜を
弛緩状態として空気中や水中等において所定温度で所定
時間熱処理する。好ましい熱処理温度はおよそ７５〜１
１５℃であり、時間はおよそα５〜２４時間である。熱
処理温度がこれより高いと中空糸濾過膜の細孔径が著し
く変化するので好ましくなく、また、熱処理温度がこれ
よ）低いと充分な巻縮が付与されないので好ましくない
。尚、熱処理時の細孔径の縮少を考慮して細孔径のやや
大きめの中空糸濾過膜を用いることもできる。

巻縮を付与する時期としては、中空糸濾過膜端部の固定
の前であっても後であってもよい。

前者の方法によって巻縮を付与する場合は比較的均一な
巻縮が付与できる。また、後者の方法によって巻縮を付
与する場合は、中空糸濾過膜の端部の固定が容易である
。

中空糸濾過膜端部の固定は公知の方法によって実施する
ことができ、例えば液状エポキシ樹脂硬化反応させるこ
とによって実施できる。

本発明において、中空糸濾過膜の素材としてポリエチレ
ン等の疎水性物質を用いる場合は、その細孔表面の親水
化処理が必要であるが、該親水化処理は巻縮を付与する
前または後に行なうことができる。親水化処理法として
はアルコール湿潤化法、親水性重合体保持法等の公知の
方法を採用することができる。

次に本発明のモジュールの使用方法について説明する。

本発明のモジュールにおいて、濾過実施時の水流の向き
は、中空糸濾過膜の外側から内側へあるいは内側から外
側へのいずれであってもよいが、目詰まシによるｆ過機
能の低下時にｆ過機能回復のための洗浄操作が容易であ
る点で、前者の方が好ましいといえる。

本発明のモジュールを浄水装置に設置する方法として、
たとえば把持部材の部分を浄水装置の本体に固定して、
中空糸濾過膜の開口端部に集水部を接続し、中空糸濾過
膜の外側から内側に向って被浄化水を流すように配管類
を接続する方法を挙げることができる。浄水装置の本体
には系内の空気を抜くための空気抜き部、あるいは、洗
浄操作用の空気導入部や洗浄排水の排出部を設けること
が望ましい。

一つの浄水装置に対しては、一つまたは複数個のモジュ
ールを設置することができ、処理水蓋、設置場所等を考
慮して適宜選択すればよい。

〔実施例〕

以下実施例によって本発明を具体的に説明する。

実施例１ 外径４１０μオ、膜厚７０μ慨、空孔率６５％のポリエ
チレン製多孔質中空糸濾過膜（三菱レイヨン（株）製Ｉ
ＩＨＦＪ１００）１１４８０本をほぼ直線状に集束した
状態で、内径６０ｇｍφの環状の把持部材をその両端に
配置した内径６０ｆｉφ、有効部長８６０−の円筒状の
支持部材の中に置き、続いて前記把持部材の内側部分に
ポリウレタン樹脂を注入して２つの固定部材の間（即ち
有効部長）における中空糸濾過膜の長さが１０２５鰭と
なるように固定することによ＃）ｓｆ／ｅ値がＩＩＬ５
５である工学形モジュールを製作した。

次に該モジュールを９０℃の熱風中で４時間熱処理して
中空糸濾過膜に捲縮を付与した。固定部材との境界面に
おいて、中空糸濾過膜を切断し、捲縮状態を絆価したと
ころ、ピッチ４〜８　ｃｍ　（平均６儒）、捲縮率８〜
１１チ（平均９４９ｂ）の波形の捲縮がかかつていた。

また５０９／ｄの荷重をかけた時の中空糸濾過膜の長さ
の平均値は９４９−であった。

同様にして製作した捲縮が付与されたモジュールを親水
化処理した後、浄水装置に設置し、中空糸濾過膜の外側
から内側に向けてα−Ｆ〜Ｏ３の微粒子１０　ｐｐｍを
含有する原水を２．　Ｉ　Ｊ／　Ｈｒで流した。

通水初期の膜間差圧は（Ｌ　５０　ｋｌ？／ｅＩｎ”で
あったが、通水１５日後には１．１に／ｅｍ”に達した
ので、通水を止め、気泡を中空糸濾過膜に噴射し、約１
０分間洗浄縁作を実施した。

洗浄操作後再度２．１　ｇ”　／　Ｈｒ　で原水を通水
したところ、膜間差圧は０．５１に９７ｍ”であった。

比較例１ 実施例１と同様の中空糸濾過膜１１６８０本をたるませ
ることなくほぼ直線状に集束配置し、有効部長９４９−
１８ｆ／８値［１，５５の捲縮が付与されていない工学
形モジュールを製作した。

次に実施例１と同様にして親水化処理した後、浄水装置
に設置し実施例１と同じ原水を２．１−／Ｈｒで流した
。通水初期の膜間差圧はａ６ｏＢ／ｌ’Ｊｍ”であった
が通水１５日後には１．４　Ｋ　／　ｃｍ　”になった
ので、実施例１と同様にして洗浄を実施した。洗浄後再
度ｚ１　ｍ”１０ｒで通水したところ膜間差圧はａ　８
０　ｋｃＩ／　／　ｔｗｓ　”であった。

実施例２ 実施例１と同様の中空糸濾過膜１５０００本をほぼＵ字
状に集束した状態で第５ａ図に示すような支持部材、有
効部長Ｌ　＝　５４０　ｍのサポート部材、内径６０１
ｍφの把持部材を用い有効部の中空糸濾過膜の全長が１
１５０−となるようにポリウレタン樹脂を注入して８ｆ
／Ｂの値がα６１のＵ字形モジュールを製作した。

次に該モジュールを７０℃の熱風中で２４時間熱処理し
て中空糸濾過膜に捲縮を付与した。

固定部材との境界面において中空糸濾過膜を切断し、捲
縮状態を絆価したところ、ピッチ８〜１４儒（平均１１
　ｆｆｉ　）　、捲縮率１〜５チ（平均２．２％）の波
形の捲縮がかかつていた。また５０■／ｄの荷重をかけ
た時の中空糸濾過膜の長さの平均値は５５２−であった
。

続いて実施例１と同様にして親水化処理した後、浄水装
置に設置し実施例１と同じ原水を２．１、、ｓ／Ｈｒで
流した。通水初期の膜間差圧は［１７６’Ｋｌｌ　／　
ｃｍ　”であったが通水１５日後には２．０　ｖｇ　／
ｆｆｉ”になったので、実施例１と同様にして洗浄を実
施した。洗浄後再度２．１　ｇ”／Ｈｒで通水したとこ
ろ膜間差圧はＣＬ　７７　ｋｙ／　ｔｙｎ”であった。

比較例２ 実施例２と同様の中空糸濾過膜１５０００本をたるませ
ることなくほぼＵ字状に集束配置し、有効部長Ｌ＝５５
２．．ｓｆ／Ｓ−ｏ、６１の捲縮が付与されていないＵ
字形モジュールを製作した。

続いて実施例１と同様にして親水化処理した後浄水装置
に設置し、実施例１と同じ原水を２１ｆｉ”　／Ｈｒで
流した。通水初期の膜間差圧は０．９０Ｋ　／　ｃｍ　
”であったが、通水１５日後には２．５１ｉ／ｆｆｉ”
になったので実施例１と同様にして洗浄を実施した。洗
浄後再度２．１　ｇ”／Ｈｒで通水したところ膜間差圧
は１．２　ｋｌ？　／　ｔ：ｍ　”であった。

実施例Ｓ 実施例１と同様の中空糸濾過膜１１６８０本の束を１５
５０ｆｉの長さに切断し、両端部２００を巻紙で束ねほ
ぼ直線状に配置した状態で８０℃の熱風中で１５時間熱
処理し、巻縮を付与した。２つの巻紙の間の巻縮状態を
奸価したところピッチは６〜８国（平均７１）、巻縮率
は１．５〜五５チ（平均２１％）であった。尚、巻紙の
部分の中空糸濾過膜には巻縮が殆んどなかった。

また５０■／ｄの荷重をかけた時の中空糸濾過膜の長さ
の平均値は８８５■であった。

次に、内径６０１ｗφの環状の把持部材を両端に配置し
た内径ＡＯ＝φ、有効部長８６０−の円筒状の支持部材
の中に前記中空糸濾過膜を置き、ポリウレタン樹脂によ
ってその両端部を固定し、第１ａ、第１ｂ図に示すよう
なｓｆ／Ｓ値がα５５である工学形モジュールを製作し
た。

続いて実施例１と同様にして親水化処理した後、実施例
１と同じ原水を２．１Ｂ”／Ｈｒで流した。

通水初期の膜間差圧は１１５２　ｉｗ／　ｃｔｓ”であ
ったが、通水１５日後には１．５にｇ　／　ｃｍ　”に
なったので実施例１と同様にして洗浄を実施した。洗浄
後再度２．１　ｍ”／Ｈｒで通水したところ膜間差圧は
ｏ、５５Ｋｇ／、鵞であった。

〔発明の効果〕

本発明のモジュールでは、巻縮が付与されていないモジ
ュールの場合と比較すると、中空糸濾過膜の利用効率を
低下させることな（Ｅｌｆ／Ｓの値を大きくすることが
可能である。この効果は中空糸濾過膜の設置密度が増加
し、ｓｆ／Ｓが［Ｌ５５程以上の場合において特に著し
く　、Ｓｆ／Ｓが０．７程度まで中空糸濾過膜の設置密
度を上げることができる。従って、本発明によれば設置
面積に比較して処理容量の大きい浄水装置の製作が可能
であり、本発明のモジュールは、多量の水を工業的規模
で処理するのに適している。

本発明の巻縮が付与されたモジュールによれば、前記の
如く設置密度が高い場合においても、ｒ過実施時に中空
糸濾過膜集合体の中央部への通水が可能であり中空糸濾
過膜全体の利用効率が高い。また水流や気泡による洗浄
操作時においても水や気泡が該中央部へ到達し、洗浄時
において震い落とされた濾過物が中空糸濾過膜集合体の
部分から容易に除去されるので濾過機能の回復が容易で
あり、該モジュールを浄水装置に設置したまま洗浄操作
を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は工学形モジュールの立体図であり、図におい
て中空糸濾過膜は省略されている。第１ｂ図は第１ａ図
のムーＡ断面図である。第２図は支持部材が円筒状の工
学形モジュールの立体図である。 第３ａ図はＵ字形モジュールの立体図であり、図におい
て中空糸濾過膜は省略されている。第５ｂ図は第５ａ図
のＢ−Ｂ断面図である。第４図は支持部材が円筒状の工
学形モジュールの立体図である。 １・・・・・中空糸ＦＡ膜 ２・・・・・固定部材 ３・・・・・把持部材 ４・・・・・突起部 ５・・・・・支持部材（棒状） ６・・・・・支持部材（円筒状） ７・・・・・空気抜き口 ８・・・・・サポート部材 ９・・・・・サポート部材 青１ａ図　　　　　　ナノ５図 ＋２Ｆ 青３ａ図 弓 −＋４０ 青３ｂ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ直線状に集束して配置された多数本の中空糸
   ろ過膜、該中空糸ろ過膜の両端を開口させたまま両端部
   において固定した２つの固定部材、支持部材、及び、該
   支持部材に接合され該固定部材の各々をその外周側面か
   ら把持する把持部材からなる中空糸ろ過モジュールにお
   いて、中空糸ろ過膜がピッチ１〜２０ｃｍ巻縮率０．５
   〜１０％の波形状の巻縮を付与されていることを特徴と
   する水処理用の中空糸ろ過モジュール。
2. （２）ほぼＵ字状に集束して配置された多数本の中空糸
   ろ過膜、該中空糸ろ過膜の両端を開口させたまま両端部
   において固定した一つの固定部材、該固定部材をその外
   周側面から把持する把持部材、該把持部材に接合され該
   中空糸ろ過膜のＵ字状形成方向に向って延在する支持部
   材、及び、該支持部材に接合され該中空糸ろ過膜のほぼ
   中心部でＵ字状形成部の内側に設けられた中空糸ろ過膜
   サポート部材からなる中空糸ろ過モジュールにおいて、
   中空糸ろ過膜がピッチ１〜２０ｃｍ巻縮率０．５〜１０
   ％の波形状の巻縮を付与されていることを特徴とする水
   処理用の中空糸ろ過モジュール。