JP5015189B2 - 中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法 - Google Patents
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Description
図1〜3を参照しながら、本発明に係る中空糸膜モジュールの実施形態について説明する。本実施形態に係る中空糸膜モジュール10は、多数本の中空糸膜1aから成る糸束1と、糸束1を収容する筒状ケース2と、糸束1の両端部に設けられた注型剤から成る一対の固定部3a,3bと、糸束1の両端部をそれぞれ囲繞するように配置された一対の整流筒4,5とを備える。モジュール10は、筒状ケース2の両端に配管接続キャップ6a,6bをナット7a,7bによってそれぞれ装着できるようになっている。ナット7a,7bを締めることで、キャップ6a,6bの溝に配置されたOリング8a,8bによって当該箇所がシールされる。
この条件を満たすように開口面積S1を設定することにより、この部分を水が流通する際の圧損を小さくでき、高いモジュール透水量を実現できる。なお、ここでいう「モジュール透水量」とは、膜間差圧0.1MPaを印加したときの25℃における1時間当たりのろ過量(m3/hr/0.1MPa@25℃)をいう。また、「モジュール透水性能」とは、上記モジュール透水量をモジュールの見かけ容積で除した値((m3/hr/0.1MPa)/m3@25℃)をいう。なお、開口面積S1は、下記式(2)によって算出される値である。
式中、D1は整流筒の先端部の内径(m)を示し、dOは中空糸膜の外径(m)を示し、Nは糸束を成す中空糸膜の本数を示す。
式中、S2は小穴の開口面積(m2)を示し、Lは小穴の縁の全長(m)を示す。なお、整流筒の内面と外面との間で小穴の寸法が変化している場合には、最も小さい値をLとする。
開口面積比(S3/S1)を上記範囲内に設定することによって、通水時において小穴4cから流出する水量を適度な量とすることができる。S3/S1を0.005以上とすることによって、0.005未満の場合と比較して小穴4cから空気を十分に流出させることができる。他方、S3/S1を0.1以下とすることによって、0.1を超える場合と比較して固定部3aの界面Fa付近における中空糸膜1aへの水流による剪断力が軽減され、中空糸膜1aのダメージを十分に抑制できる。S3/S1は、0.01以上0.05以下であるのが特に好ましい。なお、小穴4cの形状は円形や楕円形に限定されるものではなく、三角形、四角形等の多角形であってもよい。
図4を参照しながら、中空糸膜モジュール10を用いて被処理水(原水)をろ過する方法について説明する。図4に示すろ過装置100は、中空糸膜1aの中空部に被処理水を供給し、外側にろ過する内圧式ろ過を行うためのものである。ろ過装置100は、モジュール10、これに被処理水を供給する配管L1、モジュール10からろ過水及び循環水をそれぞれ排出する配管L2及び配管L3、並びに、これらの配管の途中に配設された圧力計及び弁などからなる。
式中、W1及びW2は開口の上辺及び下辺の長さ(m)をそれぞれ示し、hは開口の高さ(m)を示し、nは開口の数を示す。
内径/外径:0.75mm/1.35mm、
内表面積換算短糸透水量:4200LMH(膜有効長5cmでの測定値)、
引張強さ:5.4MPa、
引張破断伸度:100%。
<中空糸膜モジュールの作製>
ろ過領域における円筒部内径/外径:154mm/170mm、
ノズル部における円筒部内径/外径:162mm/183mm、
ノズルの内径:58mm、
筒状ケースの長さ/ノズルの中心間距離:1050mm/872mm。
上記中空糸膜モジュールを使用し、図4に示す内圧式ろ過装置と同様の構成の装置を構成した。なお、循環水排出管L3の弁V3の下流側及びろ過水排出管L2の弁V2の下流側に各々ローター式流量計を設けた。また、ろ過水排出管L2bが上方の管L2aに合流する手前の位置に超音波式流量計を設け、下側ノズル2bから管L2bを通じて排出される水の流量を測定できるようにした。
次いで、循環水量を0.3m3/hrに固定したままろ過水流量が15m3/hr、20m3/hr、25m3/hr、30m3/hrとなるように段階的に通水量を上げていった。各段階での圧力計Pi、Po、Pfの指示値を読み取り、膜間差圧を求めた。膜間差圧ΔP(MPa)は、被処理水の圧力をPi、循環水の圧力をPo、ろ過水の圧力をPf、高さ補正値をHとしたとき、下記式(6)で算出される値である。高さ補正値H(MPa)は、Pi、Po、Pf各々の計測位置の床面からの高さをHi、Ho、Hf〔m〕としたとき、下記式(7)で算出される値である。
次いで、循環水量0.3m3/hr、ろ過水流量30m3/hrの条件で通水を1ヶ月間連続的に行った。1ヶ月後にモジュールを装置から取り外してリーク検査を以下のようにして行った。すなわち、両端の配管接続用キャップを取り外した後、モジュールを水槽に浸漬して内部を純水で満たした。次いで片側のノズルには栓を施して密閉状態とし、他のノズルには空気配管を接続した。0.2MPaまで徐々に空気圧を印加し、モジュール両端を観察して中空部から気泡が継続して出てこないかどうかを確認した。本実施例に係るモジュールはリークが全く無かった。なお、当該モジュールは、内部の水を垂れきった状態では重量が34kgであり、一人で持ち運ぶことができた。
整流筒の小穴が形成されている位置でモジュールを割断して、内部を観察した。上側の整流筒の固定界面位置に形成されている8つの小穴の寸法を計測したところ、相当直径が3〜7mmの範囲に収まっていた。相当直径が一定の値でないのは界面位置が円周方向で異なっており場所によって小穴の高さが異なるためである。小穴の総開口面積S3は160mm2であり、整流筒の先端部の開口面積S1は5800mm2であった。開口面積比S3/S1は0.03であった。また、整流筒の先端部の開口は、固定部の界面から125mm〜118mmに位置していた。整流筒の小穴と糸束最外周部の中空糸膜との距離を計測したところ、8つの小穴はいずれも5〜8mmの範囲に位置していた。
以下の点の他は、実施例1と同様にして本実施例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、計8つのスリットが形成された円筒の代わりに、円周方向の所定の領域に偏在するように3つのスリット(幅8mm)が形成された円筒を上側の整流筒として使用した点、並びに、糸束を4つの小束に分割せずに中空糸膜7000本を1束として整流筒内に挿入した点である(図8参照)。なお、遠心注型を行う際には、ノズルが水平方向を向くようにして、整流筒に設けたスリットが上側になるようにセットした。図8に示す構成の中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例1と同様にして試験及び評価を行った。
以下の点の他は、実施例1と同様にして本実施例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、一定の径を有する円筒の代わりに、下方に向かって径が大きくなる筒状部材であり、その側面に3つの開口が形成された整流筒を用いた点である(図7参照)。本実施例で使用した整流筒は、以下のような形状である。なお、小穴を形成させるためのスリットは、実施例1における整流筒と同様にした。
基端部の内径/外径:142mm/146mm、
先端部の内径/外径:154mm/158mm、
長さ:85mm、
開口の上辺/下辺/高さ/個数:100mm/100mm/20mm/3個、
開口の上辺の位置:先端部の端面から25mm。
スリットが形成されていない整流筒を使用したことの他は、実施例1と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。この中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例1と同様にして試験及び評価を行った。
糸束を整流筒内に挿入する際、糸束の向きを45°ずらした他は、実施例1と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、整流筒の小穴が2つの小束の間の凹部ではなく、各小束の中央部に位置するように糸束の両端部に整流筒を固定した。この中空糸膜モジュールを用いてろ過装置を構成し、実施例1と同様にして試験及び評価を行った。
以下の点の他は、実施例1と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、計8つのスリットが形成された円筒を上側及び下側の整流筒としてそれぞれ使用する代わりに、スリットが形成されていない円筒を下側の整流筒として使用し、実施例1と同様のスリットが形成された円筒を上側の整流筒として使用した点である。この中空糸膜モジュールを使用し、図5に示す外圧式ろ過装置と同様の構成の装置を構成した。なお、循環水排出管L7の弁V7の下流側及びろ過水排出管L6の弁V6の下流側に各々ローター式流量計を設けた。
図11に示すような多数の貫通穴を有する円筒を上側の整流筒として使用したことの他は、実施例2と同様にして本参考例に係る中空糸膜モジュールを作製した(図9,10参照)。この整流筒の形状は以下のとおりである。
円筒の内径/外径:148mm/154mm、
長さ:85mm、
貫通穴の直径/ピッチ/配列/総個数:5mm/10mm/7行36列/252個。
Claims (4)
- 多数本の中空糸膜から成る糸束と、
前記糸束を収容し且つ側面にノズルを有する筒状ケースと、
前記筒状ケース内の前記糸束の両端部において、前記中空糸膜の外面同士及び当該外面と前記筒状ケースの内面との隙間を封止する注型剤から成る一対の固定部と、
一端が前記固定部によって封止され、前記糸束の両端部をそれぞれ囲繞するように延在する一対の整流筒と、
を備え、
前記一対の整流筒は前記固定部から離隔した位置に、前記整流筒内側の水が前記ノズルに流通し得る開口をそれぞれ有し、
少なくとも一方の前記整流筒は前記固定部の界面位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する相当直径1mm以上10mm以下の小穴を有し、
前記小穴を有する前記整流筒は前記一端から長手方向に延在する幅1mm以上10mm以下のスリットを有し、当該小穴は前記スリットの一部が前記固定部によって包埋されることによって形成されたものである中空糸膜モジュール。 - 前記小穴は、前記整流筒の内面と前記糸束の最外面を成す中空糸膜との距離が5mm以上である部位に設けられている、請求項1に記載の中空糸膜モジュール。
- 前記糸束は、多数本の中空糸膜を束ねて形成された小束を前記筒状ケース内に複数並行に充填したものであり、少なくとも前記固定部の界面位置に、他の部分と比較して前記中空糸膜の充填密度が低い部分を有する、請求項1又は2に記載の中空糸膜モジュール。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールを、前記整流筒に設けられた前記小穴が上方に配置されるように設置する工程と、
被処理水を当該モジュールの下方から前記中空糸膜の中空部へと供給する工程と、
前記中空糸膜の外側に流出したろ過水を前記筒状ケースの前記ノズルから採取する工程と、
を備える、ろ過方法。
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