JP4993901B2 - 中空糸膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、中空糸膜モジュールに係り、特に上水や飲料用水、工業用水、純水などの精製、河川水や海水などの除濁、各種廃水やし尿、下水などの汚水処理、さらには汚泥等のスラリー濃縮などの水処理に用いられる中空糸膜モジュールに関するものである。

分離膜を透過させて被処理水中の成分や粒子を除去する膜分離法は、上水や飲料用水、工業用水、純水などの精製、河川水や海水などの除濁、各種廃水やし尿、下水などの汚水処理、さらには汚泥等のスラリー濃縮など多くの分野で幅広く利用されている。このような用途に用いられる分離膜は、一般に、複数の膜を束ねて、濾過水を収集するケースなどに固定した膜モジュールの形態で用いられる。

このような膜モジュールには、被処理水の分離を行う面積が広いこと、被処理水との接触がよいこと、被処理水の急激な水質変動に対応可能であることなどが要求される。従来から、このような処理水量や処理効率に直接関係する要求に対応するため、精密濾過膜や限外濾過膜に対して様々な形態の膜モジュールが検討および実用化されてきた。

例えば、円筒状に中空糸膜を収束してその両端を固定し、複数の円形孔が形成された整流筒を固定した端部に配置して、これらの円形孔から被処理水を流入させる形態のモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。これらの円形孔は、中空糸膜を空気により洗浄する（空気洗浄）際の空気の流入口としても用いられる。

しかしながら、このような形態の中空糸膜モジュールにおいては、長期間にわたる使用により円形孔に面する中空糸膜が互いに固着して棒状の膜束が形成される現象（インターファイバークロッギング現象）が生じることがある。このような棒状の膜束が形成されると、膜束の内部に被処理水が浸入および接触しにくくなり、その結果として濾過面積が減少し、濾過機能の低下を招く。

また、このような中空糸膜モジュールは、内部に気泡が滞留しやすいため、これが膜の破損を生じさせる原因ともなっている。すなわち、空気洗浄時に気泡が中空糸膜モジュールの上端部に滞留するため、中空糸膜の端部に過剰なストレスがかかり、この端部で膜の破損が生じやすい。このようにして滞留した気泡は、濾過水を用いた逆洗時にも同様の現象を引き起こす可能性が高い。また、気泡が滞留した部分の膜は乾燥して疎水化するため、濾過を再開しても水がこの部分を通過せず、この結果、濾過面積の減少、すなわち膜濾過水量（フラックス）の低下を引き起こすことになる。

このような欠点を解消するため、簾のように平面上に束ねた分離膜をハウジングに固定し、これらを水槽内に並列に配置した浸漬型分離膜モジュールが開発されている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、このような分離膜モジュールは、同一の濾過面積を有する円筒状の膜モジュールと比べると、設置面積が大きくなるため、分離膜の本来の利点である省スペース化を図ることが難しくなってしまう。さらに、汚染した膜を薬品によって洗浄する際には、大量の洗浄用薬品が必要となる。このため、大量の薬品排水が発生することとなり、環境負荷を増大させるという観点からも望ましくはない。

特開平９−２２０４４６号公報 特開平５−２２０３５６号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、内部での気泡の滞留による中空糸膜の破損や中空糸膜の疎水化によるフラックスの低下を低減することができる中空糸膜モジュールを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、中空糸膜が汚染された場合に行われる空気洗浄などにおける物理的洗浄性に優れ、長期にわたって安定した濾過を行うことができる中空糸膜モジュールを提供することを第２の目的とする。

さらに、本発明は、原水の急速な流れの流速を抑えることができ、中空糸膜に直接原水が接触することによる中空糸膜の破損を防止することができる中空糸膜モジュールを提供することを第３の目的とする。

また、本発明は、簡易な構造でシール性を向上させることができ、中空糸膜の交換や取り外しが容易な中空糸膜モジュールを提供することを第４の目的とする。

本発明によれば、中空糸膜の破損や疎水化によるフラックスの低下を低減することができる中空糸膜モジュールが提供される。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、上記膜束の原水流出側の端部を上記筒状体に固定する原水流出側固定部と、原水を上記原水流出側固定部の近傍から流出させる原水流出ノズルと、上記膜束の原水流入側の端部を上記筒状体に固定する原水流入側固定部と、原水を上記流入側固定部の近傍から流入させる原水流入ノズルを備えている。上記筒状体の内部に供給された原水は上記中空糸膜の外側から内側に透過される。上記原水流出側固定部は、上記原水が接触する原水流出側表面に少なくとも１つの溝を有し、上記原水流入側固定部は、該原水流入側固定部の内部を直線状に貫通して延びて上記原水が接触する原水流入側表面に複数の貫通スリットと、上記貫通スリットと略平行に延びて上記筒状部に固定される複数の膜束部とを有している。

このような構成により、濾過時や空気洗浄時に筒状体の内部に滞留した気泡を固定部に形成された溝に集めることができ、これらの気泡を効果的に排出することができる。したがって、内部での気泡の滞留による中空糸膜の破損や中空糸膜の疎水化によるフラックスの低下を大幅に低減することができる。

上記溝は、膜束の端部を樹脂により筒状体に固定した樹脂固定部に形成してもよいし、あるいは、固定部近傍の中空糸膜の破損を防止するために柔軟な材質により形成されたソフトポッティング部に形成してもよい。また、溝を形成した固定部を予め作製し、これを中空糸膜とともに筒状体に固定してもよい。

上述した気泡の排出を容易にするために、上記固定部の溝の少なくとも一部が上記原水流出ノズルに連通されていることが好ましい。別言すれば、上記固定部の溝の少なくとも一部が上記原水流出ノズルに接続されていることが好ましい。この場合において、さらに効果的に気泡を排出するために、上記固定部の溝の少なくとも一部は上記原水流出ノズルに向かって傾斜面を有していることが好ましい。また、上記固定部の溝を主溝と該主溝に接続される複数の枝溝とにより構成してもよい。この場合には、筒状体の内部に滞留した気泡をすべて排出できなくても、主溝が気泡溜めとして機能するので、中空糸膜の破損や疎水化によるフラックスの低下を大幅に低減することができる。

中空糸膜が汚染された場合に行われる空気洗浄などにおける物理的洗浄性に優れ、長期にわたって安定した濾過を行うことができる中空糸膜モジュールを提供するようにしてもよい。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、原水が供給される側の上記膜束の端部を上記筒状体に固定する固定部とを備えている。上記筒状体の内部に供給された原水は上記中空糸膜の外側から内側に透過される。上記固定部は、複数の貫通スリットと、上記貫通スリットと略平行に延びて固定される複数の膜束部とを有している。

中空糸膜が汚染された場合に行われる空気洗浄などにおける物理的洗浄性に優れ、長期にわたって安定した濾過を行うことができる中空糸膜モジュールを提供するようにしてもよい。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、原水が供給される側の上記膜束の端部を上記筒状体に固定する固定部とを備えている。上記筒状体の内部に供給された原水は上記中空糸膜の外側から内側に透過される。上記固定部は、等間隔で略直線状に固定されて平板状膜を形成する複数の膜束部と、上記膜束部と略平行に延びる複数の貫通スリットとを有している。

中空糸膜が汚染された場合に行われる空気洗浄などにおける物理的洗浄性に優れ、長期にわたって安定した濾過を行うことができる中空糸膜モジュールを提供するようにしてもよい。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、原水が供給される側の上記膜束の端部を上記筒状体に固定する固定部とを備えている。上記筒状体の内部に供給された原水は上記中空糸膜の外側から内側に透過される。上記固定部は、互いに略平行な複数の貫通スリットと、互いに隣り合う上記貫通スリットの間に位置し、上記貫通スリットと略平行に延びて固定される複数の膜束部とを有している。

中空糸膜が汚染された場合に行われる空気洗浄などにおける物理的洗浄性に優れ、長期にわたって安定した濾過を行うことができる中空糸膜モジュールを提供するようにしてもよい。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、原水が供給される側の上記膜束の端部を上記筒状体に固定する固定部とを備えている。上記筒状体の内部に供給された原水は上記中空糸膜の外側から内側に透過される。上記固定部は、互いに略平行に延びる複数の貫通スリットと、互いに隣り合う上記貫通スリットの間に位置し、上記隣り合う貫通スリットの少なくとも一方の全長にわたって延びて固定される複数の膜束部とを有している。

このような構成により、固定部の貫通スリットを通して原水または洗浄用の空気を筒状体の内部に導入することができる。また、上述した構成により、空気洗浄の際に、大きな気泡を形成することができるとともに、これらの気泡を膜束の全体に均一に接触させることができる。したがって、洗浄効率を大幅に向上させることができる。また、中空糸膜を濾過水により逆洗浄した場合には、それぞれの中空糸膜から汚泥等が剥離するが、上述したように、膜束部と平行に貫通スリットが形成されているため、剥離した汚泥が固定部の上部にほとんど滞留することなく、効率的に貫通スリットから排出される。

ここで、上記原水を上記筒状体の内部に流入させる原水流入ノズルや上記原水を上記固定部の近傍から流出させる原水流出ノズルの近傍に多数の孔が形成された多孔構造を配置してもよい。このような多孔構造により、筒状体内部での原水の流動に偏りが生じにくくなる。なお、原水流入ノズルから原水が直接中空糸膜に接触することを防止するために、原水流入ノズルに対向する面には多孔構造の孔を形成しないことが好ましい。

この場合において、上記多孔構造は上記筒状体に対して取り外し可能な構造としてもよいが、上記筒状体と上記多孔構造とを一体に形成することが好ましい。別言すれば、上記筒状体に上記多孔構造を形成することが好ましい。このように、筒状体と多孔構造とを一体の構造にすることにより、中空糸膜モジュールの構造を単純化することができる。また、多孔構造により段差が形成されないため、中空糸膜が揺動して破損することを防止することができる。

また、上記固定部は、上記膜束の端部を樹脂により上記筒状体の多孔構造に固定することが好ましい。このようにすれば、膜束を筒状体に固定する際に樹脂が多孔構造の孔に入り込んで、筒状体と膜束とを強固に固着させることができ、中空糸膜モジュールの強度を向上させることができる。

原水の急速な流れの流速を抑えることができ、中空糸膜に直接原水が接触することによる中空糸膜の破損を防止することができる中空糸膜モジュールを提供するようにしてもよい。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、上記膜束の少なくとも１つの端部を上記筒状体に固定する固定部とを備えている。上記筒状体の内部に供給された原水は上記中空糸膜の外側から内側に透過される。上記中空糸膜モジュールは、上記筒状体と上記膜束との間で上記筒状体の周方向に延びる通路と、上記筒状体の接線方向に延び、上記原水を上記通路に流入させる原水流入ノズルとを備えている。

原水の急速な流れの流速を抑えることができ、中空糸膜に直接原水が接触することによる中空糸膜の破損を防止することができる中空糸膜モジュールを提供するようにしてもよい。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、上記膜束の少なくとも１つの端部を上記筒状体に固定する固定部とを備えている。上記筒状体の内部に供給された原水は上記中空糸膜の外側から内側に透過される。上記中空糸膜モジュールは、上記筒状体の接線方向に延び、流路の断面積が一定となるように上記筒状体の長手方向に向かって次第に広がる流路を有する原水流入ノズルを備えている。

このような構成により、原水流入ノズルから供給される原水の急速な流れの流速を抑えるために設けられる多孔構造を別途設ける必要がなくなる。また、上記中空糸膜モジュールをクロスフロー濾過で用いる場合においても、中空糸膜に直接原水が接触することが防止されるので、原水流入ノズルから供給される原水の流れが中空糸膜に当たることにより中空糸膜が破損することを防止することができる。

この場合において、上記通路内に上記原水の旋回流を生じさせる突起を設けることが好ましい。この突起により、通路内で原水の旋回流が生じ、筒状体内で比較的均一に原水を流動させることができる。

簡易な構造でシール性を向上させることができ、中空糸膜の交換や取り外しが容易な中空糸膜モジュールを提供するようにしてもよい。この中空糸膜モジュールは、複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、上記膜束を収容する筒状体と、上記膜束の少なくとも１つの端部を上記筒状体に固定する固定部と、上記筒状体の少なくとも一方の端部に接続されるカバーとを備えている。上記筒状体に供給される原水は上記中空糸膜に透過される。上記筒状体の径方向外方または内方にはシール部材が配置され、このシール部材により上記筒状体と上記カバーとの間をシールする。

このような構成により、中空糸膜モジュールの内部が加圧されてカバーが多少軸方向にずれたとしても、シール部材は筒状体の外周面または内周面に沿って接触し続けるため、確実にシールすることが可能となる。また、ねじ込みや接着といった方法ではなくクランプ等の簡易な方法によりカバーを筒状体に接続することができるので、中空糸膜モジュールの構造を単純化することが可能となる。さらに、クランプ等の方法によりカバーを筒状体に接続すれば、筒状体のみを交換・取り外しすることにより内部の中空糸膜の交換や取り外しを行うことができ、中空糸膜の交換や取り外しが容易になる。

この場合において、上記シール部材を収容するシール部材収容部を上記筒状体の外周面または内周面に形成することが好ましい。

本発明の中空糸膜モジュールによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）インターファイバークロッギングによる中空糸膜の性能の低下が生じにくい。
（２）空気洗浄による中空糸膜の表面の洗浄効果が得られやすい。
（３）筒状体の内部に滞留する気泡を効果的に排出できるため、中空糸膜の破損と中空糸膜の疎水化によるフラックスの低下を防止することができる。
（４）さらに、中空糸膜の逆洗および薬品洗浄の頻度を大幅に下げることができるので、メンテナンスによる運転停止の頻度を少なくできるだけではなく、洗浄に伴って発生する洗浄排水や薬品排水を大幅に低減することができ、環境負荷を低減することができる。

以下、本発明に係る中空糸膜の実施形態について図１から図１２を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１２において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施形態における中空糸膜モジュール１を示す縦断面図である。図１に示すように、中空糸膜モジュール１は、多数の中空糸膜１０を円筒状に束ねた膜束２０と、この膜束２０を収容する円筒形の筒状体３０とを備えている。本実施形態における筒状体３０は、上部ケーシング３１と、中間ケーシング３２と、下部ケーシング３３とを備えている。また、筒状体３０の上端部には、濾過水を排出するノズル２ａを有する上部カバー２が取り付けられており、筒状体３０の下端部には、空気洗浄時の空気または原水を導入するノズル３ａを有する下部カバー３が取り付けられている。

この中空糸膜モジュール１は、筒状体３０の内部に供給される原水を中空糸膜１０の外側から内側に透過させて濾過する外圧濾過に用いられる。また、この中空糸膜モジュール１は、筒状体３０の内部に供給される原水の全量を濾過する全量濾過および原水を中空糸膜１０の膜面に沿って一定速度で移動させながら濾過を行うクロスフロー濾過のいずれにも用いることができる。

膜束２０の両端部は樹脂により筒状体３０に固定されており、図１に示す例では、膜束２０の上端部を上部ケーシング３１に固定する上端固定部４０と、膜束２０の下端部を下部ケーシング３３に固定する下端固定部５０とが形成されている。上部ケーシング３１の外周面には、原水や逆洗排水を上端固定部４０の近傍から流出させるための原水流出ノズル３４が取り付けられている。また、下部ケーシング３３の外周面には、原水を筒状体３０の内部に流入させたり、逆洗排水を筒状体３０の内部から流出させたりするための原水流入ノズル３５が取り付けられている。

上端固定部４０は、樹脂により固められた樹脂固定部４１と、柔軟な材質によりソフトポッティングが施されたソフトポッティング部４２とを含んでいる。このソフトポッティング部４２は、樹脂固定部４１の原水に接触する側に形成されている。また、同様に、下端固定部５０は、樹脂により固められた樹脂固定部５１と、柔軟な材質によりソフトポッティングが施されたソフトポッティング部５２とを含んでいる。このソフトポッティング部５２は、樹脂固定部５１の原水に接触する側に形成されている。

上端固定部４０のソフトポッティング部４２および下端固定部５０のソフトポッティング部５２は、原水の流入時や空洗時に生じる膜の揺動により中空糸膜１０が破損しないように膜束２０を保護するものである。ソフトポッティング部４２，５２の材質としては、特に制限がないが、シリコンゴムやニトリルゴム、ブチルゴム、フッ素ゴムといった化学的安定性の高い材料が好ましい。汚染物質の付着により中空糸膜１０の性能が低下した場合には薬品洗浄が行われるが、上述した化学的安定性の高い材料をソフトポッティング部４２，５２に用いることで、薬液洗浄に用いられる例えば次亜塩素酸ナトリウムのような酸化剤、水酸化ナトリウムのようなアルカリ剤、塩酸やシュウ酸などの酸剤による劣化が生じにくくなる。なお、図１に示す例では、筒状体３０の軸方向に垂直な面の全面にわたってソフトポッティング部４２，５２が形成されているが、それぞれの中空糸膜１０を上述した柔軟な材質により被覆してもよく、この場合にも上述と同様の効果を得ることができる。

図２は、図１に示す中空糸膜モジュール１の上端部を示す部分破断斜視図、図３は、図２の横断面図である。図２および図３に示すように、本実施形態における上端固定部４０のソフトポッティング部４２には、原水が接触する面に上部ケーシング３１の径方向に延びる溝４３が形成されている。この溝４３は、上部ケーシング３１に設けられた原水流出ノズル３４に向かって延びており、その端部は原水流出ノズル３４の流路に連通されている。この溝４３は、原水の濾過時または空気洗浄時に筒状体３０内部の上端部に滞留する気泡を排出する機能を有する。すなわち、濾過時や空気洗浄時に筒状体３０の内部に滞留した気泡を溝４３に集めることができ、これらの気泡を効果的に排出することができる。したがって、中空糸膜１０の破損や疎水化によるフラックスの低下を大幅に低減することができる。

この溝４３の深さは、５〜２０ｍｍ程度、好ましくは１０〜１５ｍｍ程度であるのがよい。この範囲よりも溝４３が浅くなると、気泡を排出させる機能あるいは気泡溜めとしての機能が低下すると考えられる。また、溝４３の底面積は、樹脂固定部４１の断面積に対して５〜２５％程度、好ましくは１５〜２０％程度であるのがよい。この範囲よりも溝４３の底面積が大きくなると、中空糸膜１０の充填密度が小さくなるため、有効膜面積が低下し、中空糸膜モジュールあたりのフラックスの減少を招くことになるので好ましくない。

図３では、原水流出ノズル３４に向かって延びる溝４３のみが形成された例を説明したが、ソフトポッティング部４２の原水が接触する面に形成される溝の形態はこれに限られるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、主溝４３に加えて、主溝４３に連通する複数の枝溝４３ａを主溝４３に直角に形成してもよい。あるいは、図４（ｂ）に示すように、主溝４３に連通する複数の枝溝４３ｂを主溝４３に対して斜めに原水流出ノズル３４に向けて形成してもよい。図４（ａ）に示す例は、図４（ｂ）に示す例に比べてそれぞれの枝溝４３ａの長さを短くできるので、枝溝４３ａ内に存在する気泡をより短時間で主溝４３に排出することができる。一方、図４（ｂ）に示す例では、枝溝４３ｂが原水流出ノズル３４に向いているので、枝溝４３ｂ内に存在する気泡を効果的に原水流出ノズル３４に排出することができる。

また、図４（ｃ）に示すように、主溝４３に連通する複数の枝溝４３ｃを同心円状に形成してもよい。このような構成によれば、枝溝４３ｃ内に存在する気泡を滞らせずにスムーズに流すことができる。なお、図４（ｃ）に示す例では、主溝４３に垂直な方向に対して対称に半円状の枝溝４３ｃが形成されている。

図４（ａ）から図４（ｃ）に示すように、固定部４０に形成される溝を主溝４３とこの主溝４３に接続される複数の枝溝とにより構成することで、筒状体３０の内部に滞留した気泡をすべて排出できなくても、主溝４３が気泡溜めとして機能するので、中空糸膜１０の破損や疎水化によるフラックスの低下を大幅に低減することができる。また、図４（ａ）から図４（ｃ）に示す例においては、隣接する枝溝の間隔を略等しくすることが好ましい。隣接する枝溝の間隔を略等しくすることで、中空糸膜１０の各部に存在する気泡を効率的に枝溝または主溝に溜めることができる。

なお、上述した例では、ソフトポッティング部４２に溝を形成しているが、溝を形成する面は、ソフトポッティング部４２に限られず、原水が接触する面であればいずれの面であってもよい。例えば、ソフトポッティング部４２を設けない場合には、樹脂固定部４１に溝を形成してもよい。また、溝を形成した固定部を予め作製し、これを中空糸膜１０とともに上ケーシング３１に固定してもよい。

図５は、図１に示す下端固定部５０の樹脂固定部５１の横断面図である。図５に示すように、樹脂固定部５１には、略平行かつ一方向に延びる複数の貫通スリット５３が形成されており、これにより、これらの貫通スリット５３の間には略平行かつ一方向に延びる複数の膜束部５４が形成されている。また、下端固定部５０のソフトポッティング部５２にも、樹脂固定部５１と同様の貫通スリットが形成されている。空気洗浄の際には、下部カバー３のノズル３ａから導入された空気を樹脂固定部５１の貫通スリット５３およびソフトポッティング部５２の貫通スリットを通して筒状体３０の内部に導入する。上述したように、貫通スリット５３と膜束部５４とを一定間隔で交互に配置することにより、中空糸膜からなる膜束部５４を平板状に配置することができ、空気洗浄の効率を向上することができるとともに、インターファイバークロッギングを効果的に防止することができる。

また、下端固定部５０に貫通スリットが形成されているので、原水の性状によっては、原水流入ノズル３５からだけではなく、下端固定部５０の下方からも樹脂固定部５１の貫通スリット５３およびソフトポッティング部５２を通して原水を筒状体３０の内部に導入することができる。

樹脂固定部５１の構成は、図５に示されるものに限られない。例えば、図６（ａ）に示すように、略平行かつ同心円状に配置された複数の円形貫通スリット５３ａを形成し、これらの円形貫通スリット５３ａの間に略平行かつ同心円状に配置された複数の膜束部５４ａを形成してもよい。この場合には、上端固定部４０のソフトポッティング部４２に形成する溝を貫通スリット５３ａに対応させて図４（ｃ）に示すような同心円状に形成すると、気泡を効果的に排出することができる点で好ましい。

また、図６（ｂ）に示すように、略平行かつ略直線状に延びる複数の貫通スリット５３ｂを形成し、これらの貫通スリット５３ｂの間に略平行かつ略直線状に延びる複数の膜束部５４ｂを形成してもよい。あるいは、図６（ｃ）に示すように、略平行かつ略放射状に延びる複数の貫通スリット５３ｃを形成し、これらの貫通スリット５３ｃの間に略平行かつ略放射状に延びる複数の膜束部５４ｃを形成してもよい。

図５および図６（ａ）から図６（ｃ）に示すように、貫通スリットと膜束部とを一定間隔で交互に配置することで、貫通スリットの開口率が増えるため、空気洗浄の効率を向上することができる。図５および図６（ａ）から図６（ｃ）に示す樹脂固定部５１においては、互いに隣り合う貫通スリットの間に膜束部が位置し、それぞれの膜束部は、隣り合う貫通スリットの少なくとも一方の全長にわたって少なくとも延びている。また、これらの貫通スリットと膜束部は、下部ケーシング３３の中心を通るある中心線に対して対称に配置されている。この中心線を挟んだそれぞれの領域においては、各貫通スリットが互いに平行に配置されおり、各貫通スリットの中心線の間隔が略一定となるように構成されている。ここで、貫通スリットの中心線とは、貫通スリットの幅方向の中心を貫通スリットの全長にわたって連続させた線であって貫通スリットの長手方向に延びる線をいう。

上述した樹脂固定部５１に形成する貫通スリットは、下端固定部５０の横断面積に対して５〜２５％程度の割合で開口していることが好ましい。例えば、これらの貫通スリットを原水の導入のためにも用いる場合には、貫通スリットの開口率を１５〜２５％程度、好ましくは２０％程度にすることが好ましい。この場合において、原水の流入をスムーズに行うとともに空気洗浄の効率を向上させる上では、貫通スリットの幅を１〜８ｍｍ程度、好ましくは２〜６ｍｍ程度、より好ましくは３〜５ｍｍ程度にすることが好ましい。

また、これらの貫通スリットを空気の導入のためだけに用いる場合には、効果的な洗浄を行う上で、貫通スリットの開口率を５〜１５％程度、好ましくは６〜１０％程度にすることが好ましい。このような開口率とすることにより、膜束部と膜束部の間隔を広くすることができるので、インターファイバークロッギングが生じにくくなり、また、中空糸膜１０から剥離した汚泥を効率的にこれらの貫通スリットを通して排出することができる。この場合において、貫通スリットの幅を０．５〜５ｍｍ程度、好ましくは１〜３ｍｍ程度、より好ましくは１．５〜２．５ｍｍ程度にすれば、空気洗浄に必要な空気量を少なくできるので好ましい。

本実施形態においては、樹脂固定部５１に貫通スリット５３を形成した例を説明したが、これに限られるものではない。例えば、下部ケーシング３３の大きさに合わせて貫通スリット付の固定部を予め作製し、これを中空糸膜１０とともに下部ケーシング３３に固定してもよい。

図７は、本発明の第２の実施形態における中空糸膜モジュール１０１を示す縦断面図である。本実施形態における中空糸膜モジュール１０１は、多数の中空糸膜１０を円筒状に束ねた膜束２０と、この膜束２０を収容する円筒形の筒状体１３０とを備えている。この筒状体１３０は、上部ケーシング３１と、中間ケーシング１３２と、下部ケーシング３３とを備えている。本実施形態における中間ケーシング１３２は、膜束２０の全長にわたって延びている点で第１の実施形態における中間ケーシング３２と異なる。図７において、筒状体３０の上端部および下端部に取り付けられるカバーの図示は省略してある。

図８は、中間ケーシング１３２を示す斜視図である。図８に示すように、中間ケーシング１３２の上端部には、多数の孔１３２ａが形成された多孔構造が設けられており、中間ケーシング１３２の下端部には、多数の孔１３２ｂが形成された多孔構造が設けられている。このように、本実施形態では、原水流出ノズル３４および原水流入ノズル３５の近傍に多数の孔が形成された多孔構造が形成されている。

上端部の多孔構造の孔１３２ａにより、筒状体１３０の内部から原水が原水流出ノズル３４に均一に排出され、下端部の多孔構造の孔１３２ｂにより、原水流入ノズル３５から筒状体１３０の内部に流入する原水が各中空糸膜１０に均一に供給される。このように、上端部と下端部の多孔構造により、筒状体１３０の内部での原水の流動を安定化させることができる。また、これらの多孔構造は、上述した第１の実施形態におけるソフトポッティング部４２の溝４３と相俟って、空気洗浄時において気泡を効率的に排出する作用も有する。

本実施形態では、多孔構造を中間ケーシング１３２と一体に形成した例を説明したが、このような多孔構造を中間ケーシング１３２と別個の部材に形成してもよい。ただし、この場合には、多孔構造を有する部材を取り付ける部分に段差が生じ、揺動した中空糸膜１０がこの段差に接触すると、中空糸膜１０を破断させる原因となる場合がある。本実施形態のように中間ケーシング１３２と多孔構造とを一体構造とすれば、多孔構造により段差が形成されないので、中空糸膜１０が揺動して破損することを防止することができる。また、中空糸膜モジュールの構造を単純化することができる。

また、中間ケーシング１３２と多孔構造とを一体化することにより、膜束２０を樹脂により筒状体１３０に固定する際に、多孔構造の孔１３２ａ，１３２ｂに樹脂が入り込むので、中間ケーシング１３２、膜束２０、上部ケーシング３１とが強固に固着され、上部ケーシング３１から中間ケーシング１３２が脱落することを防止できる。したがって、中空糸膜モジュールの強度を向上させることができる。

ここで、原水流入ノズル３５から供給される原水が、中空糸膜１０に直接接触することを防止するために、図８に示すように、中間ケーシング１３２の原水流入ノズル３５に対向する面１３２ｃには孔１３２ｂを形成しないことが好ましい。すなわち、筒状体１３０の原水流入ノズル３５に対向する面１３２ｃは連続面となっていることが好ましい。

図９は、中空糸膜モジュール１０１の下端部を示す部分破断斜視図である。図９に示すように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に下側固定部５０のソフトポッティング部５２および樹脂固定部５１に貫通スリット５３が形成されている。

図１０は、本発明の第３の実施形態における中空糸膜モジュールを示す横断面図である。図１０に示すように、本実施形態における下部ケーシング２３３と膜束２０との間には、下部ケーシング２３３の円周方向に延びる通路２６０が形成されており、下部ケーシング２３３には、この下部ケーシング２３３の接線方向に沿って延びる原水流入ノズル２３５が設けられている。

このような構造により、原水流入ノズルから供給される原水の急速な流れの流速を抑えるために設けられる多孔構造（例えば図８の孔１３２ｂ）が不要となる。また、下部ケーシング２３３の接線方向に沿って延びる原水流入ノズル２３５を設けることにより、原水流入ノズル２３５から供給される原水が直接中空糸膜に接触することが防止されるため、原水流入ノズル２３５から供給される原水の流れが中空糸膜に当たることにより中空糸膜が破損するという、外圧濾過膜モジュールに特有の問題を解決することもできる。なお、このような構造は、クロスフロー濾過を用いた中空糸膜モジュールにも適用することができる。

下部ケーシング２３３と膜束２０との間の通路２６０の形状に特に制限はないが、図１０に示すように、所定の間隔で内方に突出する突起２６２を通路２６０に設ければ、通路２６０内の流れの攪乱分散を促進してその流速を速やかに低減し、筒状体内で比較的均一に原水を流動させることができる。この通路２６０と突起２６２の寸法を原水の流入量に応じてそれぞれ適当な値に選択することで、効果的な旋回流を生じさせることができ、筒状体内での原水の流動をより均一化することができる。

また、原水流入ノズル２３５から流入する原水の流速によっては、原水流入ノズル２３５近傍の下部ケーシング２３３の内径を大きくし、下部ケーシング２３３と膜束２０との間の通路２６０の幅を原水流入ノズル２３５近傍で膨らませてもよい。また、下部ケーシング２３３を含む筒状体の内径は、原水流入ノズル２３５近傍から上方についても同一にしてもよいが、中空糸膜にかかる水圧にムラが生じないように、原水流入ノズル２３５近傍の直上方で原水流入ノズル２３５近傍の径よりも小さくするか、上方に行くに従って原水流入ノズル２３５近傍の内径から徐々に小さくすることが好ましい。

また、上述した通路２６０に突起２６２を設ける代わりに、原水流入ノズル２３５からの流路が徐々に上方に向かうように通路を螺旋状に形成することによっても、上記と同様に旋回流を生じさせることができる。設計上の理由などにより下部ケーシング２３３と膜束２０との間に通路２６０を形成することが困難な場合や、筒状体の内部に流入する原水の流速を低減したい場合には、原水流入ノズル２３５の下部ケーシング２３３の接線方向に延びて接続する部分の断面形状を図１１に示すようにしてもよい。すなわち、原水流入ノズル２３５の断面形状を、下部ケーシング２３３との接続部では、筒状体の長手方向に向かって伸びる略矩形形状２３５ａとし、下部ケーシング２３３との接続部から離れるに従って、通常の外部パイプに接続できる略円形形状２３５ｂに変化させてもよい。

この場合において、原水流入ノズル２３５の略矩形形状２３５ａの断面積が略円形形状２３５ｂの断面積と同一になるように、あるいは、略矩形形状２３５ａの断面積が略円形形状２３５ｂの断面積よりも広くなるように、原水流入ノズル２３５を構成することが好ましい。このようにすることで、上述した問題点を解決することができる。

また、原水流入ノズル２３５の断面積を略円形形状２３５ｂから略矩形形状２３５ａに向けて大きくしていく場合には、原水流入ノズル２３５の内壁に、流れを攪乱させるための突起構造や、筒状体の内部に流入する原水の流速を低減するための多孔板を設けてもよい。

図１２は、図１に示す中空糸膜モジュールの変形例を示す横断面図である。この変形例においては、上部カバー２と上部ケーシング３１との間がシール部材（Ｏリング）３００でシールされ、下部カバー３と下部ケーシング３３との間がシール部材（Ｏリング）３０２でシールされている。シール部材３００は上部ケーシング３１の径方向外側に配置されており、シール部材３０２は下部ケーシング３３の径方向外側に配置されている。

図１２に示すように、上部カバー２が接続される上部ケーシング３１の上端部には、径方向外側に延びる第１の係止片３１ａが設けられており、その下方には径方向外側に延びる第２の係止片３１ｂが設けられている。第１の係止片３１ａの長さは第２の係止片３１ｂよりも短くなっている。これらの係止片３１ａ，３１ｂにより、上部ケーシング３１の上端部外周面にシール部材３００を収容するシール部材収容部３１ｃが形成されている。なお、このような係止片３１ａ，３１ｂを形成せずに、上部ケーシング３１の上端部外周面にシール部材３００を収容する凹部（溝）を形成してもよい。

また、同様に、下部カバー３が接続される下部ケーシング３３の下端部には、径方向外側に延びる第１の係止片３３ａが設けられており、その上方には径方向外側に延びる第２の係止片３３ｂが設けられている。第１の係止片３３ａの長さは第２の係止片３３ｂよりも短くなっている。これらの係止片３３ａ，３３ｂにより、下部ケーシング３３の下端部外周面にシール部材３０２を収容するシール部材収容部３３ｃが形成されている。なお、このような係止片３３ａ，３３ｂを形成せずに、下部ケーシング３３の下端部外周面にシール部材３０２を収容する凹部（溝）を形成してもよい。

このようにシール部材３００，３０２を配置することにより、中空糸膜モジュールの内部が加圧されてカバー２，３が多少軸方向にずれたとしても、シール部材３００，３０２はケーシング３１，３３の外周面に接触し続けるため、確実にシールすることが可能となる。これに対して、シール部材をカバー２，３の軸方向端部に配置した場合には、中空糸膜モジュール内部の加圧によりカバー２，３が軸方向にずれると、リーク等の問題が生ずる可能性が高い。

また、上述したシール部材３００，３０２の配置により、ねじ込みや接着といった方法ではなくクランプ等の簡易な方法によりカバー２，３をケーシング３１，３３に接続することができる。このため、中空糸膜モジュールの構造を単純化することが可能となる。さらに、クランプ等の方法によりカバー２，３をケーシング３１，３３に接続すれば、筒状体３０のみを交換・取り外しすることにより中空糸膜１０の交換や取り外しを行うことができ、中空糸膜１０の交換や取り外しが容易になる。このようなシール構造は、外圧濾過に限られず、内圧濾過の場合にも採用することができる。

なお、図１２に示す例では、シール部材３００，３０２がケーシング３１，３３の径方向外側に配置されているが、シール部材３００，３０２をケーシング３１，３３の径方向内側に配置してシールする構成にしてもよい。

以下のような構成の中空糸膜モジュールを用いて実験を行った。中空糸膜１０として、公称孔径０．１μｍの多孔質中空糸膜を用い、中間ケーシング１３２としては、内径１５０ｍｍの円筒状パイプを用いた。このケーシング１３２の両端部には多孔構造を形成した。中空糸膜１０を束ねて、その両端を樹脂で固定し、筒状体１３０の内部に充填した。また、上端固定部４０の原水に接触する面に幅２０ｍｍ、深さ１０ｍｍの溝４３を形成した。この溝４３は、図３に示すように、上部ケーシング３１の原水流出ノズル３４の方向に向かって延びるように形成した。

このようにして製作された外圧式中空糸膜モジュールを用いて、全量濾過による連続通水試験を実施した。まず、下端固定部５０の下方から貫通スリットを通して純水を筒状体１３０の内部に供給して原水の濾過を１５分行った。その後、濾過水による逆洗と同時に、下部カバー３のノズル３ａから貫通スリットを通じて空気を供給してエアスクラビングを３０秒間行った。そして、筒状体１３０の内部の水を３０秒間排水した。これらの工程を１サイクルとして２週間の連続試験を実施した。その結果、２週間後の濾過水量は初期濾過水量の９９％であり、フラックスの低下はほとんど見られなかった。

（比較例１）
上端固定部４０に溝を形成していない点を除いて上記実施例１と同様の中空糸膜モジュールを用いて、実施例１と同様の運転条件で２週間の連続通水試験を実施した。その結果、２週間後の濾過水量は初期濾過水量の９３％にまで低下した。確認のため、中空糸膜モジュールを解体し、中空糸膜を観察したところ、モジュールの上端側の中空糸膜の一部が乾燥している状態であることが観察された。このことから、濾過水量の低下原因は、エアスクラビングにより供給した気泡が完全に排出されず、濾過工程時にもモジュールの上端部に滞留することで、中空糸膜が乾燥して疎水化し、有効膜面積が減少したことにあると考えられる。

以下のような構成の中空糸膜モジュールを用いて実験を行った。中空糸膜１０として、公称孔径０．１μｍの多孔質中空糸膜を用い、中間ケーシング１３２としては、内径１５０ｍｍの硬質塩化ビニルパイプを用いた。このケーシング１３２の両端部には多孔構造を形成した。中空糸膜１０を束ねて、その両端を樹脂で固定し、筒状体１３０の内部に充填した。また、上端固定部４０の原水に接触する面に幅２０ｍｍ、深さ１０ｍｍの溝４３を形成した。この溝４３は、図３に示すように、上部ケーシング３１の原水流出ノズル３４の方向に向かって延びるように形成した。下部固定部５０の樹脂固定部５１およびソフトポッティング部５２に、図５に示すように、幅３ｍｍの貫通スリット５３を１０本形成し、この貫通スリット５３を通じて原水の供給およびエアスクラビング用の空気の供給を行った。貫通スリット５３の開口率は、下端固定部５０の横断面積に対して約２０％とした。

このようにして製作された外圧式中空糸膜モジュールを用いて、濁度２〜１１度の範囲で変動する河川の表流水を原水として全量濾過方式で連続通水試験を実施した。まず、下端固定部５０の下方から貫通スリット５３を通して原水を筒状体１３０の内部に供給して原水の濾過を１時間行った。その後、濾過水による逆洗と同時に、下部カバー３のノズル３ａから貫通スリット５３を通じて空気を供給してエアスクラビングを３０秒間行った。そして、筒状体１３０の内部の水を貫通スリット５３を通して３０秒間排水した。これらの工程を１サイクルとして１ヶ月間の連続試験を実施した。その結果、７５０時間後の濾過水量は初期濾過水量の８１％であった。

（比較例２）
下端固定部５０に貫通スリット５３の代わりに円形の開口部を形成した点を除いて上記実施例２と同様の中空糸膜モジュールを用いて、実施例２と同様の運転条件で連続通水試験を実施した。円形開口部の径は１０ｍｍ、数は３２個とし、円形開口部の開口率は、実施例２と同様に、下端固定部５０の横断面積に対して約２０％とした。その結果、７５０時間後の濾過水量は初期濾過水量の５８％までに低下し、実施例２と比べると明らかにフラックスの低下が見られた。

以下のような構成の中空糸膜モジュールを用いて実験を行った。中空糸膜１０として、公称孔径０．１μｍの多孔質中空糸膜を用い、中間ケーシング１３２としては、内径１５０ｍｍの硬質塩化ビニルパイプを用いた。このケーシング１３２の両端部には多孔構造を形成した。中空糸膜１０を束ねて、その両端を樹脂で固定し、筒状体１３０の内部に充填した。また、上端固定部４０の原水に接触する面に幅２０ｍｍ、深さ１０ｍｍの溝４３を形成した。この溝４３は、図３に示すように、上部ケーシング３１の原水流出ノズル３４の方向に向かって延びるように形成した。下部固定部５０の樹脂固定部５１およびソフトポッティング部５２に、図５に示すように、幅３ｍｍの貫通スリット５３を１０本形成し、この貫通スリット５３を通じて原水の供給およびエアスクラビング用の空気の供給を行った。貫通スリット５３の開口率は、下端固定部５０の横断面積に対して約２０％とした。

このようにして製作された外圧式中空糸膜モジュールを用いて、濁度２〜１１度の範囲で変動する河川の表流水を原水として全量濾過方式で連続通水試験を実施した。まず、下端固定部５０の下方から貫通スリット５３を通して原水を筒状体１３０の内部に供給して原水の濾過を１時間行った。その後、濾過水による逆洗と同時に、下部カバー３のノズル３ａから貫通スリット５３を通じて空気を供給してエアスクラビングを３０秒間行った。そして、筒状体１３０の内部の水を貫通スリット５３を通して３０秒間排水した。これらの工程を１サイクルとして１ヶ月間の連続試験を実施した。その結果、７５０時間後の濾過水量は初期濾過水量の８６％であった。

（比較例３）
下端固定部５０に貫通スリット５３の代わりに円形の開口部を形成した点を除いて上記実施例３と同様の中空糸膜モジュールを用いて、実施例３と同様の運転条件で連続通水試験を実施した。円形開口部の径は１０ｍｍ、数は３２個とし、円形開口部の開口率は、実施例３と同様に、下端固定部５０の横断面積に対して約２０％とした。その結果、７５０時間後の濾過水量は初期濾過水量の７２％までに低下し、実施例２と比べると明らかにフラックスの低下が見られた。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態における中空糸膜モジュールを示す縦断面図である。 図１に示す中空糸膜モジュールの上端部を示す部分破断斜視図である。 図２に示すソフトポッティング部の横断面図である。 図４（ａ）から図４（ｃ）は図３に示すソフトポッティング部に形成される溝の変形例を示す横断面図である。 図１に示す下側固定部の横断面図である。 図６（ａ）から図６（ｃ）は図５に示す下側固定部の変形例を示す横断面図である。 本発明の第２の実施形態における中空糸膜モジュールを示す縦断面図である。 図７に示す中間ケーシングの斜視図である。 図７に示す中空糸膜モジュールの下端部を示す部分破断斜視図である。 本発明の第３の実施形態における中空糸膜モジュールを示す横断面図である。 図１０に示す中空糸膜モジュールの変形例を示す模式図である。 図１に示す中空糸膜モジュールの変形例を示す横断面図である。

符号の説明

１，１０１ 中空糸膜モジュール
２ 上部カバー
３ 下部カバー
１０ 中空糸膜
２０ 膜束
３０，１３０ 筒状体
３１ 上部ケーシング
３１ａ，３１ｂ，３３ａ，３３ｂ 係止片
３１ｃ シール部材収容部
３２，１３２ 中間ケーシング
３３，２３３ 下部ケーシング
３３ｃ シール部材収容部
３４ 原水流出ノズル
３５，２３５ 原水流入ノズル
４０，５０ 固定部
４１，５１ 樹脂固定部
４２，５２ ソフトポッティング部
４３ 溝
５３ 貫通スリット
５４ 膜束部
１３２ａ，１３２ｂ 孔
２６０ 通路
２６２ 突起
３００，３０２ シール部材

Claims (7)

1. 複数本の中空糸膜を束ねた膜束と、前記膜束を収容する筒状体と、前記膜束の原水流出側の端部を前記筒状体に固定する原水流出側固定部と、原水を前記原水流出側固定部の近傍から流出させる原水流出ノズルと、前記膜束の原水流入側の端部を前記筒状体に固定する原水流入側固定部と、原水を前記流入側固定部の近傍から流入させる原水流入ノズルを有し、前記筒状体の内部に供給される原水を前記中空糸膜の外側から内側に透過させる中空糸膜モジュールであって、
   前記原水流出側固定部は、
   前記原水が接触する原水流出側表面に少なくとも１つの溝を有し、
   前記原水流入側固定部は、
   該原水流入側固定部の内部を直線状に貫通して延びて前記原水が接触する原水流入側表面に開口する複数の貫通スリットと、
   前記貫通スリットと略平行に延びて前記筒状部に固定される複数の膜束部と、
   を有することを特徴とする中空糸膜モジュール。
2. 前記原水流出側固定部の溝の少なくとも一部は、前記原水流出ノズルに連通されていることを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
3. 前記原水流出側固定部の溝の少なくとも一部は、前記原水流出ノズルに向かう傾斜面を有することを特徴とする請求項１または２に記載の中空糸膜モジュール。
4. 前記筒状体は、前記原水流出ノズルと前記原水流入ノズルの近傍に多数の孔を形成し、かつ前記原水流入ノズルに対向する面には孔を形成しない、多孔構造を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
5. 前記原水流出側固定部と前記原水流入側固定部は、前記膜束の端部を樹脂により前記筒状体の多孔構造に固定することを特徴とする請求項４に記載の中空糸膜モジュール。
6. 前記筒状体の両端部に接続されるカバーと、
   前記筒状体の径方向外側または内側に配置され、前記筒状体と前記カバーとの間をシールするシール部材と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
7. 前記シール部材を収容するシール部材収容部を有することを特徴とする請求項６に記載の中空糸膜モジュール。

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