CN101316645A - 中空丝膜组件 - Google Patents
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Abstract
中空丝膜组件(1)具备：将多根中空丝膜(10)捆束而成的膜束(20)、容纳膜束(20)的筒状体(30)、将膜束(20)的至少一个端部固定在筒状体(30)上的固定部(40、50)、以及使原水从固定部(40)的附近流出的原水流出喷嘴(34)。供给到筒状体(30)的内部的原水从中空丝膜(10)的外侧透过到内侧。软质灌封部(42)在原水接触的面上至少具有1个槽(43)。
Description
技术领域
本发明涉及中空丝膜组件，特别是涉及用于自来水和饮料用水、工业用水、纯水等的精制、河水和海水等的除浊、各种废水和屎尿、脏水等的污水处理、还有污泥等的泥浆浓缩等水处理中的中空丝膜组件。
背景技术
透过分离膜而除去被处理水中的成分或粒子的膜分离法被广泛用于以下很多领域：自来水和饮料用水、工业用水、纯水等的精制、河水和海水等的除浊，各种废水和屎尿、脏水等的污水处理，还有污泥等的泥浆浓缩等。在这样的用途中所使用的分离膜一般用在将多个膜捆束并固定于收集过滤水的壳体等上的膜组件的形态中。
对于这样的膜组件，具有下述要求：进行被处理水的分离的面积较宽；与被处理水的接触良好；能应对被处理水的急剧的水质变动等。以往，为了应对这种直接关系到处理水量和处理效率的要求，针对精密过滤膜和超滤膜，各种形态的膜组件被研究和实用化。
例如，已知有如下形态的组件：将中空丝膜捆束成圆筒状并固定其两端，配置在固定有整流筒的端部，该整流筒形成有多个圆形孔，从这些圆形孔流入被处理水(例如参照日本特开平9-220446号公报)。这些圆形孔也可以作为通过空气对中空丝膜进行洗涤(空气洗涤)时的空气的流入口使用。
但是，在这种形态的中空丝膜组件中，有时由于长时间使用而产生如下现象(纤维间粘附现象(inter fiber Clogging))：面对圆形孔的中空丝膜互相粘着而形成棒状膜束。若形成这种棒状的膜束，被处理水就难以浸入及接触膜束的内部，其结果是，过滤面积减少，导致过滤功能的下降。
另外，这种中空丝膜组件在内部容易滞留气泡，因此这也成为产生膜破损的原因。即，空气洗涤时气泡滞留在中空丝膜组件的上端部，因此在中空丝膜的端部受到过大的压力，在该端部容易发生膜破损。这样，滞留的气泡在使用了过滤水进行反洗时引起同样的现象的可能性也大。为了气泡滞留的部分的膜被干燥而进行疏水化，即使重新开始过滤，水也不通过该部分，其结果是，引起过滤面积的减少即膜过滤水量(通量)的下降。
为了消除这种缺点，开发出浸渍型分离膜组件：将像帘子那样在平面上捆束而成的分离膜固定在外壳上，将它们并列配置在水槽内(例如参照日本特开平5-220356号公报)。不过，这种分离膜组件与具有同一过滤面积的圆筒状的膜组件相比，设置面积变大，因此难以实现分离膜本身的优点即节省空间。此外，在通过药品对污染的膜进行洗涤时，需要大量的洗涤用药品。因此，产生大量的药品排水，从增大环境负荷的观点出发，也不是最佳的。
发明内容
本发明是鉴于这种现有技术的问题而完成的，第1目的在于提供一种中空丝膜组件，其能降低因在内部的滞留气泡所产生的中空丝膜的破损和因中空丝膜的疏水化所产生的通量的下降。
本发明的第2个目在于提供一种中空丝膜组件，其在中空丝膜被污染时所进行的空气洗涤等中的物理性质的洗涤性优良，能进行长期稳定的过滤。
此外，本发明的第3个目在于提供一种中空丝膜组件，其能控制原水的快速水流的流速，并能防止因原水直接与中空丝膜接触所产生的中空丝膜的破损。
本发明的第4个目在于提供一种中空丝膜组件，其能通过简易的结构提高密封性，容易进行中空丝膜的更换及拆卸。
根据本发明的第1形态，提供一种中空丝膜组件，其能降低因中空丝膜的破损和疏水化所导致的通量的下降。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部、以及使原水从所述固定部的附近流出的原水流出喷嘴。使供给到所述筒状体的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧。所述固定部在所述原水接触的面上至少具有一个槽。
根据这样的构成，能将过滤时和空气洗涤时滞留在筒状体内部的气泡蓄积在固定部上所形成的槽内，从而能有效地排出这些气泡。因此，能大幅度降低在内部的气泡的滞留所引起的中空丝膜的破损和中空丝膜的疏水化所导致的通量的下降。
所述槽也可以形成为通过树脂将膜束的端部固定在筒状体上的树脂固定部，或者为了防止固定部附近的中空丝膜的破损而由柔软的材质形成的软质灌封部(soft potting member)。也可以预先制作形成有槽的固定部，将其和中空丝膜一起固定在筒状体上。
为了使所述的气泡容易地排出，优选所述固定部的槽的至少一部分与所述原水流出喷嘴连通。换言之，优选所述固定部的槽的至少一部分与所述原水流出喷嘴连通。此时，为了更有效地排出气泡，优选所述固定部的槽的至少一部分具有朝向所述原水流出喷嘴的倾斜面。所述固定部的槽也可以由主槽和与该主槽连接的多个支槽构成。此时，即使不能全部排出滞留在筒状体内部的气泡，主槽也起到气泡蓄积处的作用，因此能大幅降低中空丝膜的破损和疏水化所导致的通量的下降。
根据本发明的第2形态，能提供一种中空丝膜组件，在中空丝膜被污染时所进行的空气洗涤等物理性质的洗涤性优良，能进行长期稳定的过滤。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部。使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧。所述固定部具有：多个贯通细缝、以及与所述贯通细缝大致平行地延伸并被固定的多个膜束部。
根据本发明的第3形态，能提供一种中空丝膜组件，在中空丝膜被污染时所进行的空气洗涤等物理性质的洗涤性优良，能进行长期稳定的过滤。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部。使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧。所述固定部具有：以相同间隔被固定成大致直线状而形成平板状膜的多个膜束部、与所述膜束部大致平行地延伸的多个贯通细缝。
根据本发明的第4形态，能提供一种中空丝膜组件，在中空丝膜被污染的情况下所进行的空气洗涤等物理性质的洗涤性优良，能进行长期稳定的过滤。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部。使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧。所述固定部具有：相互大致平行的多个贯通细缝；以及位于相互邻近的所述贯通细缝之间，且与所述贯通细缝大致平行地延伸并被固定的多个膜束部。
根据本发明的第5形态，提供一种中空丝膜组件，中空丝膜在被污染时所进行的空气洗涤等物理性质的洗涤性优良，能进行长期稳定的过滤。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部。使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧。所述固定部具有：相互大致平行地延伸的多个贯通细缝；以及位于相互邻近的所述贯通细缝之间，且遍及所述邻近的贯通细缝的至少之一的全长而延伸并被固定的多个膜束部。
通过这样的构成，能通过固定部的贯通细缝将原水或洗涤用空气导入筒状体的内部。采用上述构成，在进行空气洗涤之际，能形成大的气泡的同时，能使这些气泡与整个膜束均匀地接触。因此，能大幅提高洗涤效率。通过过滤水对中空丝膜进行反洗涤时，污泥等从各中空丝膜剥离，如上所述，与膜束部平行地形成贯通细缝，因此剥离的污泥几乎不滞留在固定部的上部，从而有效地从贯通细缝排出。
在此，也可以将形成有多个孔的多孔结构配置在使所述原水流入所述筒状体内部的原水流入喷嘴上或使所述原水从所述固定部的附近流出的原水流出喷嘴的附近。通过这样的多孔结构，难以在筒状体内部的原水的流动中产生偏斜。另外，为了防止原水从原水流入喷嘴直接接触中空丝膜，优选在与原水流入喷嘴相对的面上不形成多孔结构的孔。
此时，所述多孔结构也可以是相对于所述筒状体能拆卸的结构，优选所述筒状体和所述多孔结构一体地形成。换言之，优选在所述筒状体上形成有所述多孔结构。这样一来，通过使筒状体和多孔结构形成一体的结构，能使中空丝膜组件的结构简单化。由于多孔结构而不会形成阶差，因此能防止中空丝膜发生摆动而破损。
优选所述固定部通过树脂将所述膜束的端部固定在所述筒状体的多孔结构上。这样一来，将膜束固定在筒状体上时，树脂进入多孔结构的孔中，从而能牢固地固定筒状体和膜束，能提高中空丝膜组件的强度。
根据本发明的第6形态，提供一种中空丝膜组件，其能抑制原水的快速水流的流速，并能防止原水直接接触中空丝膜所导致的中空丝膜的破损。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部。使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧。所述中空丝膜组件具备：在所述筒状体和所述膜束之间在所述筒状体的圆周方向延伸的通路；以及在所述筒状体的切线方向延伸并使所述原水流入所述通路的原水流入喷嘴。
根据本发明的第7形态，提供一种中空丝膜组件，能抑制原水的快速水流的流速，并能防止原水直接接触中空丝膜所导致的中空丝膜的破损。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部。使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧。上述中空丝膜组件具备原水流入喷嘴，该原水流入喷嘴在所述筒状体的切线方向延伸，并具有以流路的截面积为一定的方式朝向所述筒状体的长度方向逐渐扩大的流路。
通过这样的构成，没有必要另行设置为了抑制从原水流入喷嘴所供给的原水的快速水流的流速而设置的多孔结构。在以横流过滤使用所述中空丝膜组件的场合，也能防止原水直接接触中空丝膜，因此能防止由于从原水流入喷嘴所供给的原水的水流接触中空丝膜而导致的中空丝膜破损。
此时，优选在所述通路内设置使所述原水产生旋转流的突起。通过该突起，能在通路内产生原水的旋转流，从而可以在筒状体内使原水比较均匀地流动。
根据本发明的第8形态，提供一种中空丝膜组件，能以简易的结构提高密封性，容易进行中空丝膜的更换和拆卸。该中空丝膜组件具备：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部、以及与所述筒状体的至少之一的端部连接的盖。使供给到所述筒状体的原水透过所述中空丝膜。密封构件配置在所述筒状体的径向外侧或者内侧，通过该密封构件对所述筒状体和所述盖之间的间隔进行密封。
通过这样的构成，即使中空丝膜组件的内部被加压而使盖稍微在轴向错位，密封构件沿筒状体的外周面或者内周面继续接触，因此能可靠地进行密封。不是通过旋入及粘接这样的方法，而是通过夹紧等简易的方法能使盖与筒状体连接，因此能使中空丝膜组件的结构简单化。此外，若通过夹紧等方法将盖与筒状体连接，通过只对筒状体进行更换、拆卸，就能进行内部的中空丝膜的更换和拆卸，中空丝膜的更换和拆卸变得容易。
此时，优选使容纳所述密封构件的密封构件容纳部形成在所述筒状体的外周面或者内周面上。
根据本发明的中空丝膜组件，能得到如下的效果。
(1)难以发生因纤维间粘附所导致的中空丝膜的性能的下降。
(2)容易得到利用洗涤空气的中空丝膜的表面的洗涤效果。
(3)能有效地排出滞留在筒状体内部的气泡，因此能防止因中空丝膜的破损和中空丝膜的疏水化所导致的通量的下降。
(4)此外，能大幅降低中空丝膜的反洗及化学药品洗涤的频率，因此不仅能减少因维护所导致的运转停止的频率，而且能大幅降低由于洗涤而产生的洗涤排水和药品排水，从而能降低环境负荷。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施形态的中空丝膜组件的纵剖面图。
图2是表示图1所示的中空丝膜组件的上端部的局部剖面立体图。
图3是图2所示的软质灌封部的横截面图。
图4A～图4C是表示图3所示的软质灌封部上形成的槽的变形例的横截面图。
图5是图1所示的下侧固定部的横截面图。
图6A～图6C是表示图5所示的下侧固定部的变形例的横截面图。
图7是表示本发明的第2实施形态的中空丝膜组件的纵剖面图。
图8是图7所示的中间壳体的立体图。
图9是表示图7所示的中空丝膜组件的下端部的局部剖面立体图。
图10是表示本发明的第3实施形态的中空丝膜组件的横截面图。
图11是表示图10所示的中空丝膜组件的变形例的示意图。
图12是表示图1所示的中空丝膜组件的变形例的横截面图。
具体实施方式
以下，参照图1～图12对本发明的中空丝膜的实施形态进行详细的说明。另外，在图1到图12中，同一或对应的构成要素标记同一符号而省略重复的说明。
图1是表示本发明的第1实施形态的中空丝膜组件1的纵剖面图。如图1所示，中空丝膜组件1具备：将多个中空丝膜10捆束成圆筒状的膜束20，容纳该膜束20的圆筒状的筒状体30。本实施形态的筒状体30具备：上部壳体31、中间壳体32、下部壳体33。筒状体30的上端部安装有上部盖2，该上部盖2具有排出过滤水的喷嘴2a，筒状体30的下端部安装有下部盖3，该下部盖3具有导入空气洗涤时的空气或者原水的喷嘴3a。
该中空丝膜组件1用于使供给到筒状体30内部的原水从中空丝膜10的外侧透过到内侧以进行过滤的外压过滤。该中空丝膜组件1也能用于对供给到筒状体30内部的全部原水进行过滤的全量过滤以及使原水沿中空丝膜10的膜面一边以一定速度移动一边进行过滤的横流过滤。
膜束20的两端部通过树脂固定在筒状体30上，在图1所示的例子中，形成有：将膜束20的上端部固定在上部壳体31上的上端固定部40、将膜束20的下端部固定在下部壳体33上的下端固定部50。在上部壳体31的外周面安装有用于使原水或反洗排水从上端固定部40的附近流出的原水流出喷嘴34。在下部壳体33的外周面安装有用于使原水流入筒状体30的内部或使反洗排水从筒状体30的内部流出的原水流入喷嘴35。
上端固定部40包含：通过树脂固定的树脂固定部41、由柔软的材质实施了软质灌封的软质灌封部42。该软质灌封部42形成在树脂固定部41的与原水接触的一侧。同样，下端固定部50包含：通过树脂固定的树脂固定部51、由柔软的材质实施了软质灌封的软质灌封部52。该软质灌封部52形成在树脂固定部51的与原水接触的一侧。
上端固定部40的软质灌封部42以及下端固定部50的软质灌封部52对膜束20进行保护，以使得由于原水在流入时和空洗时产生的膜的摆动，中空丝膜20也不发生破损。作为软质灌封部42、52的材质，没有特别限定，优选硅橡胶及丁腈橡胶、丁基橡胶、氟橡胶这样的化学稳定性高的材料。在由于污染物质的附着而使中空丝膜10的性能下降时进行化学药品洗涤，但通过将上述的化学稳定性高的材料用于软质灌封部42、52，因此难以产生由于药液洗涤中所使用的例如次氯酸钠这样的氧化剂、氢氧化钠这样的碱性溶剂、盐酸和草酸等酸性溶剂所导致的劣化。另外，在图1所示的例子中，虽在垂直于筒状体30的轴向的整个面上形成有软质灌封部42、52，也可以由上述的柔软的材质覆盖各中空丝膜10，此时也能得到与上述相同的效果。
图2是表示图1所示的中空丝膜组件1的上端部的局部剖面立体图，图3是图2的横截面图。如图2及图3所示，本实施形态的上端固定部40的软质灌封部42上，在原水接触的面上形成有沿上部壳体31的径向延伸的槽43。该槽43朝在上部壳体31上所设置的原水流出喷嘴34延伸，其端部与原水流出喷嘴34的流路连通。该槽43具有在原水过滤时或空气洗涤时将滞留在筒状体30内部的上端部的气泡排出的功能。即，在过滤时或空气洗涤时能将滞留在筒状体30的内部的气泡收集在槽43内，并能有效地排出这些气泡。因此，能大幅地降低由于中空丝膜10的破损和疏水化所导致的通量的下降。
该槽43的深度可以为5～20mm左右，优选为10～15mm左右。据认为，若槽43比该范围浅，作为排出气泡的功能或气泡蓄积的功能就下降。槽43的底面积可以相对于树脂固定部41的截面积为5～25％左右，较优选为15～20％左右。若槽43的底面积比该范围大，中空丝膜10的填充密度变小，因此有效膜面积下降，导致每中空丝膜组件的通量减少，所以不优选。
在图3中，说明了仅形成有朝向原水流出喷嘴34延伸的槽43的例子，但在软质灌封部42的原水接触面上所形成的槽的形态并不限于此。例如，如图4A所示，除了主槽43，也可以与主槽43成直角地形成与主槽43连通的多个支槽43a。或者如图4B所示，也可以将与主槽43连通的多个支槽43b形成为与主槽43倾斜地朝向原水流出喷嘴34。如图4A所示的例子与如图4B所示的例子相比，能缩短各支槽43a的长度，因此能以更短时间将存在于支槽43a内的气泡排出到主槽43内。另一方面，在图4B所示的例子中，支槽43b朝向原水流出喷嘴34，因此能有效地将存在于支槽43b内的气泡排出到原水流出喷嘴34中。
如图4C所示，也可以将与主槽43连通的多个支槽43c形成同心圆状。根据这样的构成，能使存在于支槽43c内的气泡不滞留地顺利流动。此外，在图4C所示的例子中，相对于与主槽43垂直的方向对称地形成有半圆状的支槽43c。
如图4A～图4C所示，形成在固定部40上的槽由主槽43、与该主槽43连接的多个支槽构成，由此，即使不能将滞留在筒状体30内部的气泡全部排出，主槽43起到气泡蓄积处的作用，因此能大幅度降低中空丝膜10的破损和疏水化所导致的通量的下降。另外，图4A～图4C所示的例子中，优选使邻近的支槽的间隔大致相等。通过使邻近的支槽的间隔大致相等，能使存在于中空丝膜10各部分的气泡有效地蓄积在支槽或主槽中。
此外，在上述例子中，在软质灌封部42上形成槽，但形成槽的面不只限于在软质灌封部42上，只要是原水接触的面，任何面均可以。例如，不设在软质灌封部42上时，槽也可以形成在树脂固定部41上。也可以预先制作形成有槽的固定部，将其和中空丝膜10一起固定在上部壳体31上。
图5是图1所示的下端固定部50的树脂固定部51的横截面图。如图5所示，树脂固定部51上形成有大致平行且向同一方面延伸的多个贯通细缝53，由此，在这些贯通细缝53之间形成有大致平行及且向同一方向延伸的多个膜束部54。在下端固定部50的软质灌封部52上也形成有与树脂固定部51相同的贯通细缝。空气洗涤的时候，从下部盖3的喷嘴3a所导入的空气通过树脂固定部51的贯通细缝53以及软质灌封部52的贯通细缝导入筒状体30的内部。如上所述，通过将贯通细缝53和膜束部54以一定间隔交替配置，能将由中空丝膜构成的膜束部54配置成平板状，能提高空气洗涤的效率且能有效地防止纤维间粘附。
由于在下端固定部50形成有贯通细缝，所以利用原水的特性，能使原水不仅从原水流入喷嘴35、而且从下端固定部50的下方也通过树脂固定部51的贯通细缝53以及软质灌封部52导入到筒状体30的内部。
树脂固定部51的构成不限于图5所示的结构。例如，如图6A所示，也可以形成大致平行且同心圆状地配置的多个圆形贯通细缝53a，在这些圆形贯通细缝53a之间形成有大致平行且同心圆状配置的多个膜束部54a。此时，如果使形成在上端固定部40的软质灌封部42上的槽与贯通细缝53a相对应地形成如图4C所示那样的同心圆状，在能有效地排出气泡的方面优选。
如图6B所示，也可以形成大致平行且大致呈直线状延伸的多个贯通细缝53b，在这些贯通细缝53b之间形成有大致平行且大致呈直线状延伸的多个膜束部54b。或者如图6C所示，也可以形成大致平行且大致呈放射状延伸的多个贯通细缝53c，在这些贯通细缝53c之间形成大致平行且大致呈放射状延伸的多个膜束部54c。
如图5以及图6A～图6C所示，通过以一定间隔使贯通细缝和膜束部交替配置，增加了贯通细缝的开口率，因此能提高空气洗涤的效率。在图5以及图6A～图6C所示的树脂固定部51中，膜束部位于互相邻近的贯通细缝之间，各膜束部也至少延伸到邻近的贯通细缝的至少之一的全长的范围内。这些贯通细缝和膜束部相对于通过下部壳体33中心的某一中心线对称地配置。在夹着该中心线的各个区域中，各贯通细缝互相平行地配置，形成各贯通细缝的中心线的间隔大致一定的结构。在此，所谓贯通细缝的中心线是指使贯通细缝的宽度方向的中心遍及在贯通细缝的全长而连续的线即在贯通细缝的长度方向延伸的线。
形成在所述树脂固定部51上的贯通细缝最好以相对下端固定部50的横截面积为5～25％左右比例的开口。例如，将这些贯通细缝也用于导入原水时，优选贯通细缝的开口率为15～25％左右，更优选为20％左右。在此时，在顺利地进行原水的流入且提高空气洗涤的效率方面，优选贯通细缝的宽度为1～8mm左右，优选为2～6mm左右，更优选为3～5mm左右。
这些贯通细缝仅仅用于导入空气时，在进行有效的洗涤方面，贯通细缝的开口率优选为5～15％左右，更优选为6～10％左右。通过形成这样的开口率，能增大膜束部和膜束部之间的间隔，由此难以产生纤维间粘附，能通过这些贯通细缝有效率地排出从中空丝膜10剥离的污泥。在这种情况下，只要使贯通细缝的宽度为0.5～5mm左右，优选为1～3mm左右，更优选为1.5～2.5mm左右，能减少空气洗涤所需要的空气量，因此优选。
在本实施形态中，尽管以在树脂固定部51上形成有贯通细缝53为例进行了说明，但不限于此。例如，也可以对照下部壳体33的大小预先制作带有贯通细缝的固定部，将其与中空丝膜10一起固定在下部壳体33上。
图7是表示在本发明的第2实施形态的中空丝膜组件101的纵剖面图。本实施形态的中空丝膜组件101具备：将多个中空丝膜10捆束成圆筒状的膜束20、容纳该膜束20的圆筒形的筒状体130。该筒状体130具备上部壳体31、中间壳体132、下部壳体33。本实施形态的中间壳体132遍及膜束20的全长而延伸，这点与第1实施形态的中间壳体32不同。在图7中，省略了安装在筒状体30的上端部以及下端部的盖的图示。
图8是表示中间壳体132的立体图。如图8所示，中间壳体132的上端部设置了形成有多个孔132a的多孔结构，中间壳体132的下端部设置了形成有多个孔132b的多孔结构。这样，在本实施形态中，在原水流出喷嘴34以及原水流入喷嘴35的附近形成有形成了多个孔的多孔结构。
通过上端部的多孔结构的孔132a，原水从筒状体130的内部被均匀地排出到原水流出喷嘴34，通过下端部的多孔结构的孔132b，从原水流入喷嘴35流入筒状体130内部的原水被均匀地供给到各中空丝膜10。这样，通过上端部和下端部的多孔结构，能使在筒状体130内部的原水的流动稳定化。这些多孔结构与上述的第1实施形态的软质灌封部42的槽43相互作用，也具有在空气洗涤时有效地排出气泡的作用。
在本实施形态中，对将多孔结构与中间壳体132一体形成的例子进行说明，但也可以将这种多孔结构形成与中间壳体132分开的构件。但是，此时，安装具有多孔结构的构件的部分产生阶差，若摆动的中空丝膜10与该阶差接触，则有时成为中空丝膜10破断的原因。只要如本实施形态这样将中间壳体132和多孔结构形成一体结构，由于通过多孔结构而未形成阶差，因此能防止中空丝膜10摆动而破损。另外，能使中空丝膜组件的结构简单化。
通过使中间壳体132和多孔结构一体化，通过树脂将膜束20固定在筒状体130上之际，树脂进入多孔结构的孔132a、132b中，因此中间壳体132、膜束20、上部壳体31被牢固地固定，且能防止上部壳体31从中间壳体132脱落。因此，能提高中空丝膜组件的强度。
在此，对于从原水流入喷嘴35供给的原水，为了防止与中空丝膜10直接接触，如图8所示，优选在与中间壳体132的原水流入喷嘴35相对的面132c上不形成孔132b。即，优选筒状体130的与原水流入喷嘴35相对的面132c为连续面。
图9是表示中空丝膜组件101的下端部的局部剖面立体图。如图9所示，在本实施形态中，也与第1实施形态同样地在下端部固定部50的软质灌封部52以及树脂固定部51上形成有贯通细缝53。
图10是表示本发明的第3实施形态的中空丝膜组件的横截面图。如图10所示，在本实施形态的下部壳体233和膜束20之间形成有在下部壳体233的圆周方向延伸的通路260，在下部壳体233上设置有沿着该下部壳体233的切线方向延伸的原水流入喷嘴235。
通过这样的构成，不需要多孔结构(例如图8的孔132b)，该多孔结构是为了抑制从原水流入喷嘴所供给的原水的快速水流的流速而设置的。通过设置沿着下部壳体233的切线方向延伸的原水流入喷嘴235，能防止从原水流入喷嘴235所供给的原水直接接触中空丝膜，因此也能解决外压过滤膜组件特有的问题：从原水流入喷嘴235所供给的原水的水流接触中空丝膜而使中空丝膜破损。此外，这种结构也能适用于使用了横流过滤的中空丝膜组件。
下部壳体233和膜束20之间的通路260的形状没有特别限定，如图1所示，如果将以规定间隔向内部突出的突起262设置在通路260上，就可以促进通路260内的水流的搅动分散而迅速地降低其流速，使原水在筒状体内比较均匀地流动。通过根据原水的流入量分别选择该通路260和突起262的尺寸为适当的数值，能产生有效的旋转流，能使在筒状体内的原水的流动更均匀。
根据从原水流入喷嘴235流入的原水的流速，也可以增大原水流入喷嘴235附近的下部壳体233的内径，使下部壳体233和膜束20之间的通路260的宽度在原水流入喷嘴235附近增大。包含下部壳体233的筒状体的内径也可以设置成从原水流入喷嘴235附近至上方为同一尺寸，但为了在中空丝膜受到的水压下不会产生不均匀，优选在原水流入喷嘴235附近的正上方，筒状体的内径小于原水流入喷嘴235附近的直径，或随着向上方行进自原水流入喷嘴235附近的内径开始逐渐减小。
以自原水流入喷嘴235的流路缓缓朝向上方的方式形成螺旋状的通路，以替代在上述的通路260上设置突起262，也能与上述同样地产生旋转流。由于设计上的理由等，在难以在下部壳体233和膜束20之间形成通路260的场合或想要降低流入筒状体内部的原水的流速的场合，也可以如图11所示那样形成在原水流入喷嘴235的下部壳体233的切线方向延伸而连接的部分的截面形状。即，在与下部壳体233的连接部将原水流入喷嘴235的截面形状形成为朝向筒状体的长度方向延伸的大致矩形形状235a，也可以随着从与下部壳体233的连接部分开，变成能与通常的外部管子连接的大致圆形形状235b。
此时，优选以下述的方式构成原水流入喷嘴235，使得原水流入喷嘴235的大致矩形形状235a的截面积与大致圆形形状235b的截面积相同，或者大致矩形形状235a的截面积比大致圆形形状235b的截面积更宽。这样一来，能解决上述的问题。
使原水流入喷嘴235的截面积从大致圆形形状235b向大致矩形形状235a变大时，也可以在原水流入喷嘴235的内壁上设置用于搅乱水流的突起结构或用于降低流入筒状体内部的原水的流速的多孔板。
图12是表示图1所示的中空丝膜组件的变形例的横截面图。在该变形例中，上部盖2和上部壳体31之间的间隔通过密封构件(O型密封圈)300进行密封，下部盖3和下部壳体33之间的间隔通过密封构件(O型密封圈)302进行密封。密封构件300配置在上部壳体31的径向外侧，密封构件302配置在下部壳体33的径向外侧。
如图12所示，上部盖2所连接的上部壳体31的上端部设有在径向外侧延伸的第1卡止片31a，在其下方设有在径向外侧延伸的第2卡止片31b。第1卡止片31a的长度短于第2卡止片31b。通过这些卡止片31a、31b，在上部壳体31的上端部外周面形成有容纳密封构件300密封构件容纳部31c。此外，也可以不形成这种卡止片31a、31b，在上部壳体31的上端部外周面上形成容纳密封构件300的凹部(槽)。
同样，下部盖3所连接的下部壳体33的下端部设有在径向外侧延伸的第1卡止片33a，在其上方设有在径向外侧延伸的第2卡止片33b。第1卡止片33a的长度短于第2卡止片33b。通过这些卡止片33a、33b，在下部壳体33的下端部外周面形成有容纳密封构件302的密封构件容纳部33c。此外，也可以不形成这种卡止片33a、33b，在下部壳体33的下端部外周面上形成有容纳密封构件302凹部(槽)。
通过这样配置密封构件300、302，即使中空丝膜组件的内部被加压而使盖2、3稍微在轴向错位，密封构件300、302与壳体31、33的外周面继续接触，能可靠地进行密封。与之相反，在将密封构件配置在盖2、3的轴向端部时，由于中空丝膜组件内部的加压，盖2、3在轴向错位时，发生泄漏等问题的可能性增高。
通过配置所述的密封构件300、302，不是采用所谓的旋入和粘接的方法而采用夹紧等简易的方法，就可以将盖2、3与壳体31、33连接。因此，能使中空丝膜组件的结构简单化。此外，若通过夹紧等方法将盖2、3与壳体31、33连接，就可以仅通过更换、拆卸筒状体30就能进行中空丝膜10的更换和拆卸，从而使中空丝膜10的更换和拆卸变得容易。这种密封结构不限于外压过滤，在内压过滤时也能采用。
此外，在图12所示的例子中，密封构件300、302配置在壳体31、33的径向外侧，也可以形成将密封构件300、302配置在壳体31、33的径向内侧而进行密封的结构。
(实施例1)
使用以下这样的构成的中空丝膜组件进行实验。作为中空丝膜10，采用标称孔径为0.1μm的多孔质中空丝膜，作为中间壳体132，使用内径为150mm的圆筒状管。该壳体132的两端部形成有多孔结构。将中空丝膜10捆成束，用树脂固定其两端，填充到筒状体130的内部。在上端固定部40的与原水接触的面上形成有宽度为20mm、深度为10mm的槽43。如图3所示，该槽43以朝向上部壳体31的原水流出喷嘴34的方向延伸的方式被形成。
使用这样制作成的外压式中空丝膜组件，实施利用全量过滤的连续通水试验。首先，从下端固定部50的下方通过贯通细缝将纯水供给到筒状体130的内部，进行15分钟的原水过滤。之后，与利用过滤水的反洗的同时，从下部盖3的喷嘴3a通过贯通细缝供给空气，进行30秒的空气洗涤。然后，对筒状体130内部的水进行排水30秒。以这些工序作为1个循环实施2周的连续试验。其结果，2周后的过滤水量是初期过滤水量的99％，几乎看不到通量的下降。
(比较例1)
除了在上端固定部40上未形成有槽以外，采用与所述实施例1相同的中空丝膜组件，以与实施例1相同的运转条件，实施2周的连续通水试验。其结果，2周后的过滤水量下降到初期过滤水量的93％。为了确认，拆开中空丝膜组件观察中空丝膜，结果观察到作为组件的上端侧的中空丝膜的一部分处于干燥状态。从该情况认为：过滤水量的下降原因在于，通过空气洗涤供给的气泡未完全排出，过滤工序时也滞留在组件的上端部，中空丝膜干燥而疏水化，有效膜面积减少。
(实施例2)
使用以下这样的构成的中空丝膜组件进行实验。作为中空丝膜10，采用标称孔径为0.1μm的多孔质中空丝膜，作为中间壳体132，使用内径为150mm的硬质氯乙烯管。该壳体132的两端部形成有多孔结构。将中空丝膜10捆成束，用树脂固定其两端，填充到筒状体130的内部。在上端固定部40的与原水接触的面上形成有宽度为20mm、深度为10mm的槽43。如图3所示，该槽43以朝上部壳体31的原水流出喷嘴34的方向延伸的方式被形成。如图5所示，在下部固定部50的树脂固定部51以及软质灌封部52上形成有10条宽度为3mm的贯通细缝53，通过该贯通细缝53进行原水的供给以及空气洗涤用的空气的供给。贯通细缝53的开口率相对于下端固定部50的横截面积大约为20％。
采用这样制作成的外压式中空丝膜组件，以浊度在2～11度的范围变动的河流的表流水作为原水，以全量过滤方式实施连续通水试验。首先，从下端固定部50的下方通过贯通细缝53将原水供给到筒状体130的内部，进行1小时的原水过滤。之后，利用过滤水的反洗的同时，从下部盖3的喷嘴3a通过贯通细缝53供给空气，进行30秒的空气洗涤。然后，通过贯通细缝53将筒状体130的内部的水进行排水30秒。将这些工序作为1循环实施1个月的连续试验。其结果，750小时后的过滤水量是初期过滤水量的81％。
(比较例2)
除了在下端固定部50而不是在贯通细缝53上形成圆形的开口部之外，采用与所述实施例2相同的中空丝膜组件，以与实施例2相同的运转条件实施连续通水试验。圆形开口部的直径为10mm，数量为32个，圆形开口部的开口率与实施例2相同，相对于下端固定部50的横截面积大约为20％。其结果发现，750小时后的过滤水量下降到初期过滤水量的58％，与实施例2相比，通量明显下降。
(实施例3)
采用以下这样的构成的中空丝膜组件进行实验。作为中空丝膜10，采用标称孔径为0.1μm的多孔质中空丝膜，作为中间壳体132，采用了内径为150mm的硬质氯乙烯管。该壳体132的两端部形成有多孔结构。将中空丝膜10捆成束，用树脂固定其两端，填充到筒状体130的内部。上端固定部40的与原水接触的面上形成有宽度为20mm、深度为10mm的槽43。如图3所示，该槽43以朝向上部壳体31的原水流出喷嘴34的方向延伸的方式被形成。如图5所示，在下部固定部50的树脂固定部51以及软质灌封部52上形成有10条宽度为3mm的贯通细缝53，通过这贯通细缝53进行原水的供给以及空气洗涤用的空气的供给。贯通细缝53的开口率相对于下端固定部50的横截面积大约为20％。
采用这样制作成的外压式中空丝膜组件，以浊度在2～11度的范围变动的河流的表流水作为原水，以全量过滤方式实施连续通水试验。首先，从下端固定部50的下方通过贯通细缝53将原水供给到筒状体130的内部，进行1小时的原水过滤。之后，利用过滤水的反洗的同时，从下部盖3的喷嘴3a通过贯通细缝53供给空气，进行30秒的空气洗涤。然后，通过贯通细缝53将筒状体130的内部的水进行排水30秒。将这些工序作为1循环实施1个月的连续试验。其结果，750小时后的过滤水量是初期过滤水量的86％。
(比较例3)
除了在下端固定部50而不是在贯通细缝53上形成圆形的开口部之外，采用与所述实施例3相同的中空丝膜组件，以与实施例3相同的运转条件实施连续通水试验。圆形开口部的直径为10mm，数量为32个，圆形开口部的开口率与实施例3相同，相对于下端固定部50的横截面积大约为20％。其结果发现，750小时后的过滤水量下降到初期过滤水量的72％，与实施例2相比，通量明显下降。
至此，对本发明的一个实施形态进行了说明，但本发明并不限于上述的实施形态，不言而喻，在其技术构思的范围内，可以以各种不同的形态进行实施。
本发明可以用于下述中空丝膜组件，该组件可以用于自来水和饮料用水、工业用水、纯水等的精制、河水和海水等的除浊、各种废水和屎尿、脏水等的污水处理，还有污泥等的泥浆浓缩等水处理。
Claims (17)
1、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部、以及使原水从所述固定部的附近流出的原水流出喷嘴，其中，使供给到所述筒状体的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧，其特征在于，所述固定部在所述原水接触的面上至少具有一个槽。
2、如权利要求1所述的中空丝膜组件，所述固定部的槽的至少一部分与所述原水流出喷嘴连通。
3、如权利要求2所述的中空丝膜组件，所述固定部的槽的至少一部分具有朝向所述原水流出喷嘴的倾斜面。
4、如权利要求1至3中任一项所述的中空丝膜组件，将形成有多个孔的多孔结构配置在所述原水流出喷嘴的附近。
5、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部，其中，使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧，其特征在于，所述固定部具有：
多个贯通细缝；以及
与所述贯通细缝大致平行地延伸并被固定的多个膜束部。
6、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部，使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧，其特征在于，所述固定部具有：
以相同间隔被固定成大致直线状而形成平板状膜的多个膜束部；以及
与所述膜束部大致平行地延伸的多个贯通细缝。
7、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部，其中，使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧，其特征在于，所述固定部具有：
相互大致平行的多个贯通细缝；以及
位于相互邻近的所述贯通细缝之间，且与所述贯通细缝大致平行地延伸并被固定的多个膜束部。
8、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将原水供给侧的所述膜束的端部固定在所述筒状体上的固定部，其中，使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧，其特征在于，所述固定部具有：
相互大致平行地延伸的多个贯通细缝；以及
位于相互邻近的所述贯通细缝之间，且遍及所述邻近的贯通细缝的至少之一的全长而延伸并被固定的多个膜束部。
9、如权利要求1～8中任一项所述的中空丝膜组件，其进一步具备使所述原水流入所述筒状体内部的原水流入喷嘴，其中，将形成有多个孔的多孔结构配置在所述原水流入喷嘴的附近。
10、如权利要求9所述的中空丝膜组件，将所述筒状体和所述多孔结构形成一体。
11、如权利要求10所述的中空丝膜组件，所述固定部通过树脂将所述膜束的端部固定在所述筒状体的多孔结构上。
12、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部，其中，使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧，其特征在于，所述中空丝膜组件具备：
在所述筒状体和所述膜束之间在所述筒状体的圆周方向延伸的通路；以及
在所述筒状体的切线方向延伸、使所述原水流入所述通路的原水流入喷嘴。
13、如权利要求12所述的中空丝膜组件，其进一步具有位于所述通路内的突起。
14、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、以及将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部，使供给到所述筒状体内部的原水从所述中空丝膜的外侧透过到内侧，其特征在于，所述中空丝膜组件具备原水流入喷嘴，该原水流入喷嘴在所述筒状体的切线方向延伸，且具有朝所述筒状体的长度方向逐渐扩大的流路。
15、如权利要求1～14中任一项所述的中空丝膜组件，其进一步具备：
与所述筒状体的至少一侧的端部连接的盖；以及
配置在所述筒状体的径向外侧或者内侧、对所述筒状体和所述盖之间的间隔进行密封的密封构件。
16、一种中空丝膜组件，其具有：将多根中空丝膜捆束而成的膜束、容纳所述膜束的筒状体、将所述膜束的至少一个端部固定在所述筒状体上的固定部、以及与所述筒状体的至少一侧的端部连接的盖，其中，使供给到所述筒状体的原水透过所述中空丝膜，其特征在于，所述中空丝膜组件具有配置在所述筒状体的径向外侧或者内侧、对所述筒状体和所述盖之间的间隔进行密封的密封构件。
17、如权利要求15或16所述的中空丝膜组件，所述筒状体具有形成在该筒状体的外周面或者内周面上并对所述密封构件进行容纳的密封构件容纳部。
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