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WO2012043679A1 - 中空糸膜モジュール、並びに、これを用いたろ過方法及び超純水製造システム - Google Patents

中空糸膜モジュール、並びに、これを用いたろ過方法及び超純水製造システム Download PDF

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Publication number
WO2012043679A1
WO2012043679A1 PCT/JP2011/072286 JP2011072286W WO2012043679A1 WO 2012043679 A1 WO2012043679 A1 WO 2012043679A1 JP 2011072286 W JP2011072286 W JP 2011072286W WO 2012043679 A1 WO2012043679 A1 WO 2012043679A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hollow fiber
fiber membrane
water
module
cylindrical case
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/072286
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
譲 石橋
中田　秀一
超 谷口
Original Assignee
旭化成ケミカルズ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 旭化成ケミカルズ株式会社 filed Critical 旭化成ケミカルズ株式会社
Priority to JP2012536526A priority Critical patent/JP5839601B2/ja
Priority to KR1020137005495A priority patent/KR101470263B1/ko
Priority to CN201180047392.1A priority patent/CN103153444B/zh
Publication of WO2012043679A1 publication Critical patent/WO2012043679A1/ja

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • B01D63/04—Hollow fibre modules comprising multiple hollow fibre assemblies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/003—Membrane bonding or sealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/04—Specific sealing means
    • B01D2313/041—Gaskets or O-rings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/026—Treating water for medical or cosmetic purposes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/02—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply
    • C02F2103/04—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply for obtaining ultra-pure water

Definitions

  • the present invention relates to a filtration module for performing turbidity and sterilization on relatively clear raw water or ultrapure water such as river water and groundwater, and a filtration method and ultrapure water production system using the same.
  • the present invention particularly relates to a hollow fiber membrane module suitable as a security filter in an ultrapure water production line and a filtration method using the same.
  • raw water is introduced from the nozzle 52b on one end side of the hollow fiber module 50, and the nozzle on the other end side of the hollow fiber module 50 is along the outer surface of the hollow fiber membrane.
  • Concentrated water is allowed to flow out from the pipe L7 while being circulated through the pipe 52a, and the filtration device 200 is configured to take out filtered water permeated through the hollow fiber membrane and permeated into the hollow fiber membrane from the pipe connection caps 56a and 56b, respectively.
  • the pipe L6a connected to the cap 56a is connected to the pipe L6b connected to the cap 6b.
  • the filtered water taken out from the cap 56a passes through the pipe L6a and the filtered water taken out from the cap 56b
  • the pipes flow through the pipes L6b, join at the connected points, and are supplied to the use point.
  • the flow path of the supply water in the module is narrow, so between the supply side (the nozzle 52b side) and the concentration side (the nozzle 52a side).
  • the pressure difference is large. Therefore, the amount of permeated water on the supply side (cap 56b side) is larger than the amount of permeated water on the concentration side (cap 56a side). For this reason, there was a problem that viable bacteria easily propagated in the flow path on the concentration side with a small amount of permeated water.
  • sterilization cleaning to disinfect pipes and modules there are problems such as prolonged sterilization operation in the flow path on the side where the flow rate is low, and it takes a long time to start up after sterilization operation. There was a problem.
  • the present invention provides a hollow fiber membrane module in which the flow rates flowing through the two filtrate flow paths can be made substantially equal without providing any special flow rate control means, and a filtration method and ultrapure water production system using the same.
  • the primary purpose is to provide it.
  • the present invention provides a hollow fiber membrane module that can stably obtain filtered water of good water quality for a long period of time while the scale of the apparatus is compact, and a filtration method and ultrapure water production system using the same.
  • the second purpose is to do.
  • the present inventor is extremely useful for solving the above problems by performing internal pressure filtration using a hollow fiber membrane module having a specific structure.
  • the present invention has been found and the present invention has been made.
  • the present invention provides a yarn bundle composed of a plurality of hollow fiber membranes, a cylindrical case containing a yarn bundle and having a plurality of nozzles on the side surface, and hollow fiber membranes at both ends of the yarn bundle in the cylindrical case.
  • a yarn bundle composed of a plurality of hollow fiber membranes, a cylindrical case containing a yarn bundle and having a plurality of nozzles on the side surface, and hollow fiber membranes at both ends of the yarn bundle in the cylindrical case.
  • a pair of fixing portions sealing the gap between the outer surface and between the inner surface of the outer surface and the cylindrical case, a flow path cross-sectional area of the nozzle to the hollow fiber membrane outside of the flow path cross-sectional area S 1 in the cylindrical case
  • the ratio of S 2 (S 2 / S 1 ) provides a hollow fiber membrane module is 0.15 to 0.60.
  • the ratio of flow path cross-sectional area S 2 of the nozzle to the hollow fiber membrane outside of the flow path cross-sectional area S 1 in the case (S 2 / S 1 ) is set to 0.15 or more and 0.60 or less so that the flow rate of filtrate water flowing out from the nozzles at both ends can be made substantially equal without using a flow rate adjusting means such as a valve or an orifice.
  • a flow rate adjusting means such as a valve or an orifice.
  • the cross-sectional areas of the plurality of nozzles are substantially the same. Thereby, it becomes easy to make the flow rate of the filtered water flowing out from each nozzle substantially equal.
  • a plurality of small bundles formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes in a bundle are filled in a cylindrical case in parallel, and at least at the interface position of the fixed part, compared with other parts And it is preferable to have a part with a low packing density of a hollow fiber membrane. It is particularly preferable that the low packing density portion is provided continuously from the fixing portion at one end to the fixing portion at the other end.
  • the hollow fiber membrane is divided into small bundles and the hollow fiber membranes in each small bundle, compared to the case where all the hollow fiber membranes are combined into one bundle.
  • the resistance (total resistance) of the water flowing in the cylindrical case can be reduced. This provides the advantage that less supply pressure is required to obtain the same filtered water flow rate.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention further includes a pair of rectifying cylinders whose one ends are sealed by a fixing portion and extend so as to surround both ends of the yarn bundle, and the pair of rectifying cylinders are isolated from the fixing portion. It is preferable that each position has an opening through which water inside the flow straightening tube can flow to the nozzle. Thereby, since the shear force which a hollow fiber membrane receives from a water flow in the vicinity of a fixed part can fully be reduced, damage to the hollow fiber membrane by a water flow can fully be suppressed.
  • At least one of the pair of flow straightening tubes is provided with a plurality of through holes penetrating from the inside to the outside at a position isolated from the fixed portion, thereby reducing the flow rate from the flow straightening tube to the outside at the opening end of the flow straightening tube. It is possible to effectively prevent damage to the hollow fiber membrane due to rubbing between the open end of the flow straightening cylinder and the hollow fiber membrane. This makes it possible to continuously produce excellent quality filtered water over a long period of time.
  • the rectifying cylinder penetrates into the second region.
  • the aperture ratio due to the holes is higher than the aperture ratio due to the through holes in the first region. That is, it is preferable that the amount of water flowing out from the inside of the flow straightening cylinder is small on the side close to the fixed part and relatively large on the side far from the fixed part.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention preferably has a module water permeability of the filtration unit volume basis at 25 ° C., is 1000 ⁇ 3000m 3 /hr/0.1MPa/m 3. In this case, a stable filtered water quality can be maintained for a long time with a large amount of filtered water.
  • the hollow fiber membrane module of the present invention preferably has a water permeability per module at 25 ° C. of 20 to 40 m 3 /hr/0.1 MPa. In this case, since the hollow fiber membrane module can be held by one person and the handling property is remarkably improved, the hollow fiber membrane module can be attached to a filtration device having a narrow mounting pitch. Therefore, if both the water permeation performance and the water permeation amount are satisfied, the filtration device can be made more compact.
  • the present invention provides a filtration method using the hollow fiber membrane module. That is, the filtration method according to the present invention includes a yarn bundle composed of a large number of hollow fiber membranes, a cylindrical case containing the yarn bundle and having a plurality of nozzles on the side surfaces, and both ends of the yarn bundle in the cylindrical case.
  • a pair of fixing portions sealing the outer surfaces of the hollow fiber membranes and the gap between the outer surface and the inner surface of the cylindrical case, and the flow path cross-sectional area S 1 outside the hollow fiber membrane in the cylindrical case When filtration is performed using a hollow fiber membrane module in which the ratio (S 2 / S 1 ) of the channel cross-sectional area S 2 of the nozzle is 0.15 or more and 0.60 or less, the water to be treated is removed from the hollow fiber membrane module.
  • the filtered water that is supplied from one end to the hollow portion of the hollow fiber membrane and flows out to the outside of the hollow fiber membrane is collected from the nozzles at both ends of the cylindrical case through the pipes connected to the nozzles.
  • the filtration method of the present invention by performing internal pressure filtration using the hollow fiber membrane module, it is possible to collect almost the same amount of filtered water from the nozzles at both ends, so microorganisms in the module and in the filtered water piping Can be sufficiently suppressed.
  • the pipe has an inner diameter of 0.80 to 1.20 times the inner diameter of the connected nozzle.
  • the yarn bundle is a plurality of small bundles formed by bundling a plurality of hollow fiber membranes in a cylindrical case in parallel, at least at the interface position of the fixed part, It is preferable to have a portion where the packing density of the hollow fiber membrane is lower than other portions.
  • one end of the module is sealed by a fixing part, and further includes a pair of rectifying cylinders extending so as to surround both ends of the yarn bundle, and the pair of rectifying cylinders are isolated from the fixing part. It is preferable that each position has an opening through which water inside the flow straightening tube can flow to the nozzle. Thereby, even if it operates by a high filtrate flow rate, since the damage of the hollow fiber membrane by a water flow can fully be reduced, the excellent quality water filtrate can be stably manufactured over a long period of time with a compact apparatus.
  • the pair of rectifying cylinders has a plurality of through holes penetrating from the outer surface to the inner surface of the rectifying cylinder at positions separated from the fixed portion.
  • the rectifying cylinder bisects the entire region where the through hole exists into a first region closer to the fixed portion and a second region farther from the fixed portion.
  • the aperture ratio due to the through hole in the second region is higher than the aperture ratio due to the through hole in the first region.
  • the filtration method of the present invention preferably has modules water permeability of the filtration unit volume basis at 25 ° C., is 1000 ⁇ 3000m 3 /hr/0.1MPa/m 3, water permeability per module at 25 ° C. Is preferably 20 to 40 m 3 /hr/0.1 MPa.
  • the present invention also provides an ultrapure water production system using the hollow fiber membrane module. That is, in an ultrapure water production system including at least an ultraviolet irradiation means, an ion exchange treatment means, and an ultrafiltration membrane treatment means, an ultrapure water production system in which the ultrafiltration membrane treatment means is the hollow fiber membrane module. provide. As a result, the entire system becomes more compact than before, and the advantage of a smaller installation area can be obtained.
  • a hollow fiber membrane module in which the flow rate of filtered water flowing out from the nozzles at both ends can be made substantially equal without using a flow rate adjusting means such as a valve or an orifice. Moreover, according to the filtration method and the ultrapure water production system using such a hollow fiber membrane module, it is possible to stably produce a filtered water having an excellent water quality with a high filtrate water flow rate while being compact. .
  • FIG. 2 is a sectional view of the hollow fiber membrane module shown in FIG. 1 taken along the line II-II.
  • A It is the III-III sectional view taken on the line of the rectifying cylinder shown in FIG.
  • B It is sectional drawing which shows typically other embodiment of a rectification
  • C It is sectional drawing which shows typically other embodiment of a rectification
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the hollow fiber membrane module shown in FIG. 7 taken along line VIII-VIII.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the protective cylinder shown in FIG. 8 taken along the line IX-IX.
  • a hollow fiber membrane module 10 includes a yarn bundle 1 made up of a number of hollow fiber membranes 1a, a cylindrical case 2 that accommodates the yarn bundle 1, and a casting provided at both ends of the yarn bundle 1.
  • a pair of fixing portions 3a and 3b made of an agent and a pair of rectifying cylinders 4 and 5 disposed so as to surround both ends of the yarn bundle 1 are provided.
  • the module 10 is configured so that pipe connection caps 6a and 6b can be attached to both ends of the cylindrical case 2 by nuts 7a and 7b, respectively. By tightening the nuts 7a and 7b, the portions are sealed by the O-rings 8a and 8b arranged in the grooves of the caps 6a and 6b.
  • the yarn bundle 1 is formed by a large number of hollow fiber membranes 1a.
  • a number of hollow fiber membranes 1a can be bundled together to form a yarn bundle.
  • the yarn bundle 1 is preferably divided into a plurality of small bundles 1b.
  • a small bundle 1b composed of a large number of hollow fiber membranes 1a is wrapped with a net 1c.
  • the type of the hollow fiber membrane 1a can be appropriately selected according to the use of the module 10.
  • Specific examples of the hollow fiber membrane 1a include an ultrafiltration membrane and a microfiltration membrane.
  • the hollow fiber membrane 1a is preferably an ultrafiltration membrane having an average pore diameter of 0.05 ⁇ m or less (more preferably 0.02 ⁇ m or less).
  • the material of the hollow fiber membrane 1a may be appropriately selected depending on the application, and can be selected from, for example, polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, cellulose acetate, and polyacrylonitrile.
  • the hollow fiber membrane 1a has an inner area-converted short thread water permeability (25 ° C.) of 2000 L / m 2 /hr/0.1 MPa (hereinafter, the unit of short thread water permeability is referred to as “LMH”) or more. Is preferably 4000 LMH or more.
  • the inner diameter of the hollow fiber membrane 1a is preferably 0.7 to 1.0 mm, particularly preferably 0.70 mm to 0.85 mm.
  • the module 10 of the present embodiment can sufficiently suppress the influence due to vibration during water flow, and therefore, by using the hollow fiber membrane having the short thread water permeability and the inner diameter, it is about twice as much as the conventional one. Module water permeability can be realized.
  • the cylindrical case 2 is made of a cylindrical member having openings at both ends, and has nozzles 2a and 2b provided in the vicinity of the interfaces Fa and Fb of the fixing portions 3a and 3b.
  • the interface of the fixed part here means a surface on one side of the fixed part where the base end of the rectifying tube is embedded.
  • the material of the cylindrical case 2 can be appropriately selected from metals and plastics according to the application. From the viewpoint of ease of processing and weight reduction, the cylindrical case 2 is preferably made of plastics. Specific examples of plastics include polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, ABS resin, and A vinyl chloride resin etc. are mentioned. Note that the number of nozzles provided in the vicinity of the interfaces Fa and Fb is not necessarily one, and a plurality of nozzles can also be provided in the part.
  • a plurality of nozzles provided on the side surface of the cylindrical case 2 are provided in the vicinity of the interface between the fixing portions 3a and 3b, except for the case where one nozzle is provided only in the vicinity of the interfaces Fa and Fb between the fixing portions 3a and 3b as described above. May be. Further, one each may be provided in the vicinity of the interface between the fixing portions 3 a and 3 b and may be additionally provided in the central portion of the cylindrical case 2. It is preferable to provide one each only near the interface between the fixing portions 3a and 3b.
  • the purpose of collecting filtered water can be achieved by providing one each in the vicinity of the interface of the fixed part. In this case, the number of members can be reduced, and at the same time, the member can be easily molded.
  • the cylindrical case 2 has an outer diameter of 140 to 200 mm, a length of preferably 700 to 1400 mm, an outer diameter of 160 to 180 mm, and a length of 800 to 1100 mm. It is particularly preferred. When the cylindrical case 2 having a size in this range is used, a high module water permeability and the highest module water permeability can be realized. In addition to this, since it is possible to have the module 10 by one person with this size, there is an advantage that handling property is remarkably good.
  • the “outer diameter” of the cylindrical case 2 herein means the outer diameter of the cylinder in the filtration region at the center of the module.
  • the “length” of the cylindrical case 2 means the distance between both end faces of the hollow fiber membrane 1a.
  • passage sectional area S 1 preferably satisfies the condition represented by the following inequality (1).
  • this part can be reduced pressure loss when water flows, can achieve high module water permeability.
  • module water permeability here refers to the filtration rate per hour (m 3 /hr/0.1 MPa @ 25 ° C.) at 25 ° C. when a transmembrane pressure difference of 0.1 MPa is applied.
  • the “module water permeability” refers to a value ((m 3 /hr/0.1 MPa) / m 3 @ 25 ° C.) obtained by dividing the module water permeability by the apparent volume of the module or the volume of the filtration part.
  • the former is referred to as “apparent volume-based module water permeability” and the latter is referred to as “filter part volume-based module water permeability”.
  • the “apparent volume” is a value obtained by multiplying the cross-sectional area calculated from the outer diameter of the cylindrical case 2 by the distance between the end faces of the pipe connection caps 6a and 6b.
  • the flow path cross-sectional area S 1 is the value calculated by the following equation (2).
  • D 1 represents the inner diameter (m) at the center of the cylindrical case
  • d O represents the outer diameter (m) of the hollow fiber membrane
  • N represents the number of hollow fiber membranes forming the yarn bundle.
  • Nozzles 2a, 2b are, when the flow path cross-sectional area and S 2 (m 2), the ratio between the flow path cross-sectional area S 1 (m 2) (S 2 / S 1) is 0.15 or more It must be 0.60 or less. In this range, the flow rate of filtered water flowing out from the nozzles at both ends can be made substantially equal without using a flow rate adjusting means such as a valve or an orifice, and a high filtration capacity can be shown. This value is preferably 0.20 or more and 0.50 or less, and more preferably 0.25 or more and 0.45 or less.
  • the nozzle of the present embodiment has a flow path having a shape corresponding to the inner diameter of the pipe. That is, it is preferable that the flow path of the nozzle is circular and has substantially the same inner diameter as the pipe to be connected.
  • the ratio of the inner diameter D L of the pipe and the internal diameter D M of the nozzle is, it preferably 0.80 to 1.20, 0.90 to 1.15 Particularly preferred.
  • the flow-path cross-sectional area of nozzle 2a, 2b is mutually substantially the same from a viewpoint which makes the flow volume of the filtrate water which flows out out from each nozzle substantially the same.
  • the fixing portions 3 a and 3 b are made of a casting agent that seals the outer surfaces of the hollow fiber membrane 1 a and the gap between the outer surface and the inner surface of the cylindrical case 2 at both ends of the yarn bundle 1 in the cylindrical case 2.
  • a thermosetting resin such as an epoxy resin or a urethane resin is suitable as the casting agent that forms the fixing portions 3a and 3b.
  • the rectifying cylinders 4 and 5 extend from the positions of the interfaces Fa and Fb of the fixing portions 3a and 3b toward the center of the module 10, respectively, and surround the yarn bundle 1 near the fixing portions 3a and 3b. Yes.
  • the material of the rectifying cylinders 4 and 5 may be appropriately selected according to the application, and examples thereof include polyethylene, polypropylene, polysulfone, polyethersulfone, polyvinylidene fluoride, ABS resin, and vinyl chloride resin.
  • the opening of the base end portions 4a and 5a of the pair of rectifying cylinders 4 and 5 is sealed by the fixing portions 3a and 3b, respectively. That is, the base end part 4a of the rectifying cylinder 4 is embedded in the fixed part 3a, and the base end part 5a of the rectifying cylinder 5 is embedded in the fixed part 3b.
  • the arrangement method of the rectifying cylinders 4 and 5 is generally a method in which the base end portions 4a and 5a are embedded and fixed in the fixing portions 3a and 3b, respectively.
  • the module 10 is manufactured through a process in which the rectifying cylinders 4 and 5 are fixed in advance to the cylindrical case 2 and then the base ends 4a and 5a of the rectifying cylinders 4 and 5 are embedded in the fixing parts 3a and 3b. Also good.
  • the rectifying cylinders 4 and 5 are opened without sealing the openings of the tip portions 4b and 5b. These openings are located at positions separated from the interfaces Fa and Fb of the fixing portions 3a and 3b, respectively, and play a role of circulating water inside the rectifying cylinders 4 and 5 to the nozzles 2a and 2b. That is, the water in the rectifying cylinder 4 flows out from the opening of the tip 4b into the space between the yarn bundle 1 and the cylindrical case 2 and passes through the gap between the inner surface of the cylindrical case 2 and the outer surface of the rectifying cylinder 4. It is discharged from the nozzle 2a.
  • the water in the rectifying cylinder 5 flows out from the opening of the tip 5 b into the space between the yarn bundle 1 and the cylindrical case 2, and the gap between the inner surface of the cylindrical case 2 and the outer surface of the rectifying cylinder 5. Through the nozzle 2b.
  • the openings of the tip portions 4b and 5b of the rectifying cylinders 4 and 5 are preferably at least 30 mm apart from the interfaces Fa and Fb of the fixed portion, more preferably 40 mm or more. That is, it is preferable to install the rectifying cylinders 4 and 5 so as to protrude from the respective interfaces Fa and Fb of the fixing portions 3a and 3b with the above length. Furthermore, it is preferable that the opening of the tip portions 4b and 5b is located closer to the center of the module than the opening of the nozzle.
  • At least one of the rectifying cylinders 4 and 5 has a plurality of through holes 4c penetrating from the inner surface to the outer surface.
  • the through hole 4c functions as an opening through which the water inside the rectifying cylinders 4 and 5 flows to the nozzles 2a and 2b.
  • a water flow is generated across the hollow fiber membrane bundle at the tip portions 4b and 5b of the rectifying cylinders 4 and 5, but when operating with a large amount of filtered water, the hollow fiber membrane tends to be pressed against the tip portion and damaged by the water flow. Comes out. And in a severe case, a hollow fiber membrane may be damaged and the quality of filtered water may be reduced.
  • the plurality of through holes 4c the amount of water flowing out from the opening at the tip can be reduced, and damage to the hollow fiber membrane due to the water flow can be effectively prevented.
  • the through holes are preferably at least 30 mm apart from the interfaces Fa and Fb of the fixing part, more preferably 40 mm or more.
  • the yarn bundle 1 is formed by the four small bundles 1b, thereby forming a region where the hollow fiber membrane 1a is not filled in the module 10 as described above. That is, as shown in FIG. 2, the hollow fiber membrane 1a is not filled in the concave portion 1e on the outermost surface of the yarn bundle 1 formed by the central portion 1d of the yarn bundle 1 and the two adjacent small bundles 1b. Since the unfilled portions (for example, 1d and 1e) function as a flow path for the filtrate water that has flowed out of the small bundle, the pressure loss can be reduced, and as a result, the effect of improving the module performance can be realized.
  • the unfilled portions for example, 1d and 1e
  • the shape of the through hole 4c may be any shape such as a circle, an ellipse, a polygon, or a star, but may be a circle as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) or as shown in (c).
  • a rectangular slit mold is suitable for molding.
  • the maximum dimension in the longitudinal direction of the hollow fiber membrane is preferably in the range of 1 to 10 mm, and particularly preferably in the range of 2 to 8 mm. By doing so, it is possible to prevent the hollow fiber membrane from being pulled into the through hole 4c and being damaged.
  • the dimension of a through-hole is changing between the inner surface and outer surface of a rectification
  • the total opening area S 3 of the opening area of each through hole 4c is flow-guide cylinder of the tip 4b, 0.4 times or more relative to the flow path cross-sectional area S 4 in the rectifier tube at 5b It is preferably 1.0 times or less. More preferably, it is 0.5 times or more and 0.8 times or less.
  • the flow path cross-sectional area S 4 is a value calculated by the following equation (3).
  • D 3 represents the inner diameter (m) at the tip of the rectifying cylinder
  • d O represents the outer diameter (m) of the hollow fiber membrane
  • N represents the number of hollow fiber membranes forming the yarn bundle.
  • the aperture ratio due to the through hole 4c in the second region is preferably higher than the aperture ratio due to the through hole 4c in the first region. That is, it is preferable that the amount of water flowing out from the inside of the flow straightening cylinder is small on the side close to the fixed part and relatively large on the side far from the fixed part. As a result, the force received by the hollow fiber membrane by the water flow in the vicinity of the fixed portion can be reduced, and the force received by the hollow fiber membrane by the water flow at the opening end of the rectifying cylinder can be effectively reduced.
  • a group of through holes arranged so as to surround the periphery of the cylinder are arranged at equal intervals in the length direction of the hollow fiber membrane (same as above). (See the double-headed arrow in the figure) and the diameter of the through-hole group in the position near the fixing portions 3a, 3b of the through-hole group is relatively small, There is a mode in which the opening diameter is relatively large. Further, as shown in FIG. 3 (a), a group of through holes arranged so as to surround the periphery of the cylinder are arranged at equal intervals in the length direction of the hollow fiber membrane (same as above). (See the double-headed arrow in the figure) and the diameter of the through-hole group in the position near the fixing portions 3a, 3b of the through-hole group is relatively small, There is a mode in which the opening diameter is relatively large. Further, as shown in FIG.
  • each through hole is made the same, and the pitch of the through hole group in the length direction of the hollow fiber membrane is gradually increased from a position close to the fixing portions 3a and 3b to a position far from the fixed portion 3a, 3b. It is good also as an aspect which makes small (refer the double arrow in the figure).
  • FIG.3 (c) when providing a slit type
  • the case where the openings of the tip portions 4b and 5b of the rectifying cylinders 4 and 5 function as openings for circulating the water inside the rectifying cylinders 4 and 5 to the nozzles 2a and 2b is exemplified. Is not limited to this.
  • a mode in which an opening is provided on the side surface of the rectifying cylinder without providing a gap between the outer diameter of the tip portion 14 b of the rectifying cylinder and the inner diameter of the cylindrical case 2 can be employed.
  • the inner diameter of the tip end portion 14b of the rectifying cylinder and the inner diameter of the cylindrical case 2 are made substantially equal. By doing in this way, it can prevent that a hollow fiber membrane contacts and damages the internal-surface corner
  • the rectifying cylinder 14 is formed of a cylindrical member whose diameter increases from the base end portion 14a toward the tip end portion 14b, and the tip end portion 14b is joined to the inner surface of the cylindrical case 2. ing.
  • a through hole 14c is formed in the side surface of the flow straightening tube, and water in the flow straightening tube flows out from the through hole 14c to the outside of the flow straightening tube, and passes through a gap between the outer surface of the flow straightening tube and the inner surface of the cylindrical case 2. The nozzle can flow out.
  • the position of the through hole 4c is preferably at least 30 mm away from the interface Fa of the fixing portion, and more preferably 50 mm or more away.
  • the shape and dimensions of the through hole are as described above.
  • FIG. 5 the illustration of the yarn bundle 1 and the like is omitted.
  • the nozzle and the pair of rectifying cylinders may have the same shape and dimensions on one end side and the other end side, or may have different shapes and dimensions. It is preferable to design the shape and dimensions so that the flow resistance when water flows from the inside of the flow straightening cylinder to the nozzle is substantially the same. When these are made into the same shape and dimension, since it has the advantage which can make flow resistance substantially the same and can reduce the member kind at the time of producing a case, it is more preferable.
  • a hollow fiber membrane module having a module water permeability performance based on the filtration part volume of 1000 to 3000 m 3 /hr/0.1 MPa) / m 3 @ 25 ° C. can be obtained.
  • Module water permeability of the filtration unit volume basis is 1100 ⁇ 2300m 3 /hr/0.1MPa)/m 3 @ 25 °C, 1200 ⁇ 2000m 3 / hr /0.1 MPa) / m 3 @ 25 ° C. is particularly preferable.
  • the hollow fiber membrane module in this range can maintain a stable filtered water quality for a long period of time with a large amount of filtered water.
  • the module water permeability performance based on the filtration section volume is within the above range, and the water permeability per module is 20 to 40 m 3 /h/0.1 MPa @ 25 ° C.
  • a hollow fiber membrane module in this range can be held by one person and has excellent handling properties, and can be attached to a filtration device having a narrow mounting pitch. Therefore, coupled with the large amount of filtered water per module, the filtering device can be made more compact.
  • a protection cylinder 40 having a large number of holes 40a is known as a means for protecting the end of the yarn bundle 1.
  • the protective cylinder 40 is intended to restrain the outer periphery of the yarn bundle 1, thereby preventing excessive vibration of the hollow fiber membrane 1a and suppressing breakage of the hollow fiber membrane 1a.
  • the hollow fiber membrane 1a continuously receives a unidirectional force from the water flow, thereby creeping the hollow fiber membrane 1a. Destruction is considered to occur. That is, it is difficult to prevent creep-like breakage by a method of simply restraining the outer periphery of the yarn bundle 1, and it is considered that damage due to water flow cannot be sufficiently reduced.
  • the filtration apparatus 100 shown in FIG. 4 is for performing the internal pressure type filtration which supplies to-be-processed water to the hollow part of the hollow fiber membrane 1a, and filters outside.
  • the filtration device 100 includes a module 10, a pipe L ⁇ b> 1 that supplies water to be treated to the module 10, pipes (filtrated water discharge pipes) L ⁇ b> 2 and L ⁇ b> 3 that discharge filtered water and concentrated water from the module 10, and midway between these pipes It consists of a pressure gauge (Pi, Pf, Po) and valves (V1 to V3) arranged.
  • the module 10 is arranged vertically.
  • the treated water supply pipe L1 is connected to the pipe connection cap 6b, and the pipe L3 for discharging concentrated water is connected to the pipe connection cap 6a.
  • the filtrate discharge pipes L2a and L2b are connected to the upper nozzle 2a and the lower nozzle 2b of the cylindrical case 2, respectively. If the module is arranged vertically, the air in the module can be easily replaced with water without generating an air reservoir when water to be treated is introduced and the module is filled with water.
  • the treated water is supplied to the hollow portion of the hollow fiber membrane 1a by introducing the treated water into the module 10 through the treated water supply pipe L1.
  • the filtered water flowing out from the outer surface side of the hollow fiber membrane 1a is collected from both the upper nozzle 2a and the lower nozzle 2b.
  • the filtrate discharge pipe L2b connected to the lower nozzle 2b rises at an elbow and merges with the other filtrate discharge pipe L2a.
  • the upper and lower filtered water discharge pipes L2a and L2b are merged near the nozzle located farther than the nozzle located near the side where the treated water is supplied, and led to the side opposite to the side where the treated water is supplied. It is preferable to do.
  • the flow resistance in the filtered water module 10 and the flow resistance in the filtrate discharge pipe L2 are balanced, and as a result, the amount of filtrate from the upper nozzle and the amount of filtrate from the lower nozzle are almost the same. Become.
  • the filtered water discharge pipes L2a and L2b preferably have an inner diameter of 0.80 to 1.20 times the inner diameter of the connected nozzle. Within this range, the pressure loss at the connecting portion can be reduced to a negligible level, and problems due to the occurrence of water retention (problems of prolonged sterilization operation and long time for startup after sterilization operation) Problem) does not occur.
  • the apparatus which attached one hollow fiber membrane module in FIG. 4 was shown, in an actual ultrapure water manufacturing apparatus, several hollow fiber membrane modules are attached and filtered water from each module is attached. It is customary to collect the filtered water from each module in a lump by connecting the pipe to a collecting pipe having a large inner diameter.
  • the filtrate drain pipes L2a and L2b from the upper and lower nozzles of each module may be connected, and the connection pipe may be connected to the above-mentioned collective pipe.
  • the filtered water discharge pipes L2a and L2b can be individually connected to the collecting pipe.
  • the hollow fiber membrane module can be applied to an ultrapure water production system.
  • ultrapure water production system when producing ultrapure water, primary pure water production equipment combining raw water with coagulating sedimentation equipment, sand filtration equipment, activated carbon filtration equipment, reverse osmosis membrane filtration equipment, ion exchange resin tower, degassing tower, ultraviolet irradiation equipment, etc. In this way, pure water is obtained.
  • the pure water is further processed by an ultrapure water production apparatus including an ultraviolet irradiation device, an ion exchange resin tower, and an ultrafiltration membrane device to obtain ultrapure water.
  • the ultrapure water production apparatus may further include a reverse osmosis membrane filtration apparatus.
  • At least ultraviolet irradiation means such as the ultraviolet irradiation apparatus, ion exchange treatment means such as an ion exchange resin tower, and an ultra membrane filtration apparatus.
  • ion exchange treatment means such as an ion exchange resin tower
  • ultra membrane filtration apparatus it is preferable to use the hollow fiber membrane module of the present embodiment as the ultrafiltration water filtration means in the ultrapure water production system including the ultrafiltration membrane filtration means.
  • the ultra membrane filtration treatment means is finally carried out by the ultra membrane filtration treatment means immediately before the use point (use location).
  • the deterioration material of the ion exchange resin used in the ion exchange treatment means is mixed, it can be removed by the ultrafiltration process at the later stage, and the ultrapure water with good water quality can be stably used at the point of use. Can be supplied.
  • the filtration operation in the range where the transmembrane pressure difference (see the section of “Measurement of module water permeability” described later) is 0.5 to 3.0 MPa. 0.7 to 2.0 MPa is more preferable, and 0.9 to 1.5 MPa is particularly preferable. If it is this range, the filtration water of favorable water quality can be stably obtained over a long period of time with a large amount of filtrate water.
  • a polysulfone ultrafiltration membrane was used as the hollow fiber membrane.
  • the characteristics are shown below.
  • Inner diameter / outer diameter 0.75 mm / 1.35 mm
  • Internal surface area converted short thread water permeability 4500 LMH (measured value at membrane effective length of 5 cm)
  • Tensile strength 5.0 MPa
  • Tensile elongation at break 120%.
  • the water permeability of the hollow fiber membrane is 25 ° C. ultrafiltration filtered water (water filtered through an ultrafiltration membrane with a molecular weight cut off of 4000) permeated from the inner surface to the outer surface of a 50 mm long hollow fiber membrane.
  • the breaking strength and breaking elongation of the hollow fiber membrane were measured using an autograph AGS-5D manufactured by Shimadzu Corporation at a sample length of 30 mm and a pulling speed of 50 mm / min.
  • the breaking strength (MPa) is a value calculated by dividing the breaking load per hollow fiber membrane by the cross-sectional area of the membrane before pulling.
  • the elongation at break (%) is the ratio of the length stretched to break to the original length.
  • Example 1 ⁇ Production of hollow fiber membrane module>
  • a transparent polysulfone having the same configuration as the cylindrical case 2 shown in FIG. 1 was used.
  • the dimensions of this cylindrical case are as follows. Cylindrical inner diameter / outer diameter in the filtration region: 154 mm / 170 mm, Inner diameter / outer diameter of cylindrical part in nozzle part: 162 mm / 183 mm, Nozzle inner diameter: 58 mm, Length of cylindrical case / distance between nozzle centers: 1050 mm / 872 mm.
  • Two cylinders made of transparent polysulfone (sizes are as follows) used as a rectifying cylinder were prepared. Inner diameter / outer diameter of the base end: 142 mm / 147 mm, Inner diameter / outer diameter of the tip: 142 mm / 146 mm, Length: 135mm, Four rectifications were provided on the side surface of the rectifying cylinder, and these ridges were joined to the inner surface of the cylindrical case to fix the rectifying cylinder to both ends of the cylindrical case in advance.
  • a hollow fiber membrane module was produced by heating to 50 ° C. and curing, cutting both ends of the hollow fiber membrane, and opening the hollow portion of the hollow fiber membrane.
  • This hollow fiber membrane module had a length between cut end faces (distance between both end faces of the hollow fiber membrane) of 1045 mm and an effective membrane length of 930 mm.
  • a pipe connection cap made of polysulfone was joined to both end faces of the hollow fiber membrane module via O-rings. The distance between the end faces of both pipe connection caps was 1180 mm.
  • the values of the hollow fiber membrane outer channel cross-sectional area S 1 and the nozzle channel cross-sectional area S 2 in the cylindrical case portion of the hollow fiber membrane module are 8.6 ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 , and 2. It was 6 ⁇ 10 ⁇ 3 m 2 and S 2 / S 1 was 0.31.
  • the module weighed 34 kg when the internal water was completely dripped, and could be carried alone.
  • pure water at 25 ° C is filtered and the flow rate of filtered water is adjusted to 10 m 3 / hr, and the amount of concentrated water is adjusted to 0.3 m 3 / hr to adjust the opening of the valves V1 and V3 to start water flow.
  • the air was replaced with water.
  • the valve V2 was fully opened at the time of water flow.
  • the transmembrane pressure difference ⁇ P (MPa) is calculated by the following equation (4), where Pi is the pressure of the water to be treated, Po is the pressure of the concentrated water, Pf is the pressure of the filtered water, and H is the height correction value. Value.
  • the height correction value H (MPa) is a value calculated by the following formula (5) when the height from the floor surface at each measurement position of Pi, Po, Pf is Hi, Ho, Hf [m]. is there.
  • the module permeation performance based on the filtration section volume calculated from the module water permeability, the cylindrical case inner diameter (154 mm), and the membrane effective length (930 mm) is 1620 m 3 /hr/0.1 MPa / m 3 @ 25 ° C. is there.
  • the flow rate from the lower nozzle was measured while passing through each filtered water flow rate, the flow rate from the lower nozzle showed almost 1/2 of the filtered water flow rate, and almost the same amount from the upper and lower nozzles. It was confirmed that the filtered water was flowing out.
  • Table 1 The results are shown in Table 1.
  • Examples 2 to 5, Comparative Example 1 Hollow fiber membrane modules according to Examples 2 to 5 and Comparative Example 1 were produced in the same manner as Example 1 except that a cylindrical case with a different nozzle inner diameter was used. The nozzle position was set so that the apparent volume and the filtration part volume of these hollow fiber membrane modules were the same as in Example 1. And the filtration apparatus was comprised like Example 1 except having changed the internal diameter of piping L2a and L2b, and it tested and evaluated similarly to Example 1. FIG. The results are shown in Table 1. In Examples 2 to 5, it was confirmed that almost the same amount of filtered water flowed out from the upper and lower nozzles, indicating a large module water permeability.
  • Comparative Example 1 the filtration resistance was large and the module water permeability performance was lowered. Moreover, since the transmembrane pressure difference exceeded 0.3 MPa, water could not be passed at a filtrate water flow rate of 36 m 3 / h.
  • Example 6 A hollow fiber membrane module according to Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the hollow fiber membrane bundle was not divided into four bundles but made into one bundle. That is, one bundle formed by wrapping 7000 hollow fiber membranes with a polyethylene net was prepared to produce a hollow fiber membrane module. In addition, the apparent volume and filtration part volume of this hollow fiber membrane module are the same as Example 1. Next, a filtration apparatus was constructed in the same manner as in Example 1, and tests and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. In Example 6, it was confirmed that almost the same amount of filtered water had flowed out from the upper and lower nozzles, indicating a large module water permeability.
  • Comparative Example 2 A hollow fiber membrane module according to Comparative Example 2 in the same manner as in Example 1 except that four small bundles formed by wrapping 1550 hollow fiber membranes with a polyethylene net and using a cylindrical case with a nozzle diameter of 42 mm was made. The nozzle position was set so that the apparent volume and the filtration part volume of this hollow fiber membrane module were the same as in Example 1. Subsequently, except that the filtrate discharge pipe was changed to a pipe having an inner diameter of 42 mm, a filtration apparatus was configured in the same manner as in Example 1, and tests and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. In this comparative example 2, the balance of the flow rate of filtrate from the upper and lower nozzles was greatly lost, and a large amount of filtrate flowed out from the upper nozzle.
  • Comparative Example 3 A hollow fiber membrane module according to Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that 7700 hollow fiber membrane bundles were used as one bundle and a cylindrical case having a nozzle diameter of 77 mm was used. That is, a hollow fiber membrane module was prepared by preparing one bundle formed by wrapping 7700 hollow fiber membranes with a polyethylene net. The channel cross-sectional area ratio S 2 / S 1 of the module was 0.61. The nozzle position was set so that the apparent volume and the filtration part volume of this hollow fiber membrane module were the same as in Example 1. Next, a filtration apparatus was constructed in the same manner as in Example 1, and tests and evaluations were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. In Comparative Example 3, the balance of the filtrate water flow rate from the upper and lower nozzles was greatly lost, and a large amount of filtrate water flowed out from the lower nozzle.
  • Example 7 A hollow fiber membrane module according to Example 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that a rectifying cylinder (see FIG. 3A) in which the following through hole was formed on the side surface of the rectifying cylinder was used. .
  • the flow straightening cylinder used in this example has the following shape.
  • Inner diameter / outer diameter of the base end 142 mm / 147 mm
  • Inner diameter / outer diameter of the tip 142 mm / 146 mm
  • Length 135mm
  • Through hole 1st line: diameter 4 mm, hole center position 53.5 mm from the base end, 18 at 15 degree intervals 2nd line: diameter 4 mm, hole center position 63.0 mm from the base end, 17 at 15 degree intervals
  • Third line diameter 5 mm, hole center position 72.5 mm from the base end, 18 at 15 degree intervals
  • Fourth line diameter 5 mm, hole center position 82.0 mm from the base end, 14 at 15 degree intervals 5th line: diameter 6 mm, hole center position 91.5 mm from the base end, 18 at 15 degree intervals 6th line: diameter 6 mm, hole center position 101.0 mm from the base end, 17 at 15 degree intervals
  • Line 7 Diameter 7 mm
  • Line 8 Diameter 7
  • no holes are provided in the range of 45 ° to the left and right with respect to the central axis of the rectifying cylinder, and through holes are provided in the range of 45 ° to the left and right with respect to the central axis of the nozzle
  • the rectifying cylinder was placed in the cylindrical case so that it did not exist.
  • the number of projections for fixing to the cylindrical case and the position of the holes overlaps at three locations, so the number of 14 rows is 14.
  • the total opening area of the through holes is 226, 214, 353, 275, 509, 481, 924 from the side closest to the base end of the flow straightening tube (first row) to the far side (eighth row). 924 mm 2 .
  • the through hole is larger on the side farthest than the side closest to the base end.
  • the hollow fiber membrane module of the present example has a flow path cross-sectional area ratio S 2 / S 1 of 0.31, and the weight is 34 kg in a state where the internal water has dripped completely, and it can be carried alone. It was.
  • a filtration device was configured using the hollow fiber membrane module of this example, and the module water permeability was measured in the same manner as in Example 1.
  • the hollow fiber membrane module of this example had a module water permeability of 29 m 3 /hr/0.1 MPa @ 25 ° C. From this value and the module size, apparent volume reference of the module water permeability 1090m 3 /hr/0.1MPa/m 3 @ 25 °C, module water permeability of the filtration unit volume basis is 1690m 3 /hr/0.1MPa/m 3 Calculated as @ 25 ° C.
  • the ratio Q a / Q b between the flow rate Q a from the upper nozzle and the flow rate Q b from the lower nozzle is approximately 1.0 in the same manner as in the first embodiment. Almost the same amount of filtered water was flowing out from the nozzle.
  • Example 8 A cylindrical member whose diameter increases downward instead of a cylinder having a constant diameter, except that a rectifying cylinder (see FIG. 5) in which the following through hole is formed on the side surface is used.
  • a hollow fiber membrane module according to Example 8 was produced.
  • the flow straightening cylinder used in this example has the following shape.
  • Inner diameter / outer diameter of the base end 142 mm / 147 mm
  • Inner diameter / outer diameter of tip portion 154 mm / 158 mm
  • Length 85mm
  • Through hole First line: width 50 mm, height 4 mm, center position is 55 mm from the base end, 5 pieces
  • Second line width 50 mm, height 6 mm, center position is 65 mm from the base end, and width 25 mm, height 6 mm, center position is 65 mm from the base end, 2 pieces
  • Third line width 50 mm, height 8 mm, the center position is 77 mm from the base end, and five through-holes are arranged in a staggered manner from the first line to the eighth line.
  • first to third lines do not provide holes in the range of 45 ° to the left and right with respect to the central axis of the rectifying cylinder, and have through holes in the range of 45 ° to the left and right with respect to the central axis of the nozzle.
  • the rectifying cylinder was placed in the cylindrical case so that it did not exist.
  • the total opening area of the through holes is 1000, 1500, and 2000 mm 2 from the side closest to the base end of the flow straightening tube (first row) to the far side (third row), respectively.
  • the through hole is larger on the side farthest than the side closest to the base end.
  • the hollow fiber membrane module of the present example has a flow path cross-sectional area ratio S 2 / S 1 of 0.31, and the weight is 34 kg in a state where the internal water has dripped completely, and it can be carried alone. It was.
  • a filtration device was configured using the hollow fiber membrane module of this example, and the module water permeability was measured in the same manner as in Example 1.
  • the hollow fiber membrane module of this example had a module water permeability of 28 m 3 /hr/0.1 MPa @ 25 ° C. From this value and the module size, apparent volume reference of the module water permeability 1050m 3 /hr/0.1MPa/m 3 @ 25 °C, module water permeability of the filtration unit volume basis is 1620m 3 /hr/0.1MPa/m 3 Calculated as @ 25 ° C. Also in this example, the value of Q a / Q b was approximately 1.0 as in Example 1, and almost the same amount of filtered water was flowing out from the upper and lower nozzles.
  • Example 9 In the same manner as in Example 1, two hollow fiber membrane modules according to Example 9 were produced. Using this hollow fiber membrane module, a leak test was conducted in the same manner as in Example 7 except that the filtrate flow rate was changed.
  • the hollow fiber membrane on the outermost periphery of the membrane bundle was broken at the site where it contacted the tip of the rectifying cylinder.
  • the other hollow fiber membranes on the outermost periphery were slightly damaged and not broken.
  • the hollow fiber membrane module subjected to the water flow test at 24 m 3 / h was disassembled and observed after the water flow test, the hollow fiber membrane was not damaged as observed in the leaked module.
  • Reference Example 1 A hollow fiber membrane module according to Reference Example 1 was produced in the same manner as Example 1. Using this hollow fiber membrane module, an apparatus having the same configuration as the external pressure filtration apparatus shown in FIG. 6 was constructed. A rotor type flow meter was provided on the downstream side of the valve V7 of the pipe L7 for discharging the concentrated water and on the downstream side of the valve V6 of the filtered water discharge pipe L6. In addition, an ultrasonic flow meter was provided at a position before the filtered water discharge pipe L6b joined to the upper pipe L6a so that the flow rate of water discharged from the lower side through the pipe L6b could be measured. The inner diameters of the pipes L6a and L6b are 51 mm.
  • Water flow is started by adjusting the opening of the valves V5 and V7 so that the flow rate of pure water at 25 ° C is 10 m 3 / hr and the amount of concentrated water is 0.3 m 3 / hr in the hollow fiber membrane module.
  • the inside of the module was replaced with pure water.
  • water was continuously passed for 3 months under the conditions of a filtrate water flow rate of 24 m 3 / hr and a concentrated water amount of 0.3 m 3 / hr.
  • the valve V6 was fully opened at the time of water flow.
  • the module was removed from the device every month, and a leak test was performed in the same manner as in Example 7. When there was no leak until 2 months later, 3 hollow fiber membranes leaked after 3 months. It was.
  • vibration of the hollow fiber membrane was not observed even when water was passed at a filtrate water flow rate of 36 m 3 / h. Vibrating vigorously was observed.
  • Table 2 shows the results of Examples 7 to 9 and Reference Example 1.
  • the flow rate of filtrate water flowing out from the nozzles at both ends can be made substantially equal without using a flow rate adjusting means such as a valve or an orifice, It is possible to sufficiently suppress the growth of microorganisms in the module and in the filtered water piping, and to stably obtain a large amount of water with good water quality.
  • the hollow fiber membrane module of this invention can be made into a compact size, it is particularly suitable as a security filter for use in ultrapure water production facilities.
  • the hollow fiber membrane module is also suitable as a pyrogen removal filter for use in water for injection production facilities.

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Abstract

　本発明は、多数本の中空糸膜から成る糸束と、糸束を収容し且つ側面に複数のノズルを有する筒状ケースと、筒状ケース内の糸束の両端部において、中空糸膜の外面同士及び当該外面と筒状ケースの内面との隙間を封止した一対の固定部と、を備え、筒状ケース内における中空糸膜外側の流路断面積Ｓ１に対するノズルの流路断面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が、０．１５以上０．６０以下である中空糸膜モジュールを提供する。

Description

中空糸膜モジュール、並びに、これを用いたろ過方法及び超純水製造システム
　本発明は、河川水や地下水等の比較的清澄な原水又は超純水を対象として除濁、除菌を行うためのろ過用モジュール、並びに、これを用いたろ過方法及び超純水製造システムに関する。本発明は、特に、超純水製造ラインにおける保安用フィルターとして好適な中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法に関する。
　半導体や表示素子等の電子・電気部品の製造で用いられる超純水を製造するラインにおいては、精密ろ過膜やイオン交換樹脂、逆浸透ろ過膜を用いて製造した超純水をユースポイントに供給する直前に精密ろ過膜又は限外ろ過膜を用いてろ過している。この精密ろ過膜又は限外ろ過膜は、保安用フィルターとしての機能を担っている。この用途のろ過膜モジュールとしては、中空糸膜の外側に原水を供給し、両端からろ過水を採水する外圧式両端集水型ろ過膜モジュールが主に使用されている（非特許文献１を参照）。
　上記モジュールの使用形態としては、図６に示すように、中空糸モジュール５０の一端側のノズル５２ｂから原水を導入し、中空糸膜の外表面に沿って中空糸モジュール５０の他端側のノズル５２ａへ流通させながら濃縮水を配管Ｌ７から流出させると共に、中空糸膜を浸透して中空糸膜内に透過したろ過水を配管接続キャップ５６ａ、５６ｂからそれぞれ取り出すろ過装置２００を構成する。そして、該キャップ５６ａに接続された配管Ｌ６ａは、キャップ６ｂに接続された配管Ｌ６ｂと連結されており、キャップ５６ａから取り出されたろ過水は上記配管Ｌ６ａを、キャップ５６ｂから取り出されたろ過水は上記配管Ｌ６ｂをそれぞれ流れ、上記連結された点において合流してユースポイントに供給される。
　上記の両端集水型モジュールによってろ過水を集水する際には、モジュール内の供給水の流路が狭いので供給側（前記ノズル５２ｂ側）と濃縮側（前記ノズル５２ａ側）との間の圧力差が大きくなっている。そのため、供給側（前記キャップ５６ｂ側）の透過水量が濃縮側（前記キャップ５６ａ側）の透過水量よりも多くなる。このことから、透過水量が少ない濃縮側の流路に生菌が繁殖し易くなるという問題があった。また、配管内やモジュール内を除菌するために行う殺菌洗浄においては、流量が少ない側の流路内の殺菌処理操作が長引く問題や、殺菌処理操作後の立ち上げに長時間を要する等の問題があった。
　このような問題を解決する方法として、一端側のろ過水配管（前記Ｌ６ｂ）に流量制御手段を設けて供給側と濃縮側との透過水量をほぼ同じにする方法が提案されている（特許文献１を参照）。
特開平０６－３１９９５９号公報
伊藤、小川「超純水製造プロセスにおける膜分離技術」、クリーンテクノロジー、日本工業出版、１９９８年１０月、第８巻、第１０号、ｐ．２２－２５
　しかしながら、上記の方法においてオリフィスやバルブ等の流量制御手段を設ける場合には、モジュールを設置する際に予め流量を測定して絞り度を調整する必要があり、そのために煩雑な操作が必要であった。
　一方、近年、製造規模の拡大と共に使用する超純水量が多くなっており、超純水製造設備も大型化する傾向にあり、該製造設備をコンパクトにする要求が強くなっている。このような状況において、高いろ過能力を有するモジュール、すなわち、１モジュールあたりのろ過流量が大きく、かつ、単位容積あたりのろ過流量が大きいモジュールが求められている。
　そこで本発明は、特別な流量制御手段を設けることなく２つのろ過水流路を流れる流量がほぼ同等とすることができる中空糸膜モジュール、並びに、これを用いたろ過方法及び超純水製造システムを提供することを第一の目的とする。更に本発明は、装置の規模がコンパクトでありながら良好な水質のろ過水を長期間安定して得ることができる中空糸膜モジュール、並びに、これを用いたろ過方法及び超純水製造システムを提供することを第二の目的とする。
　本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の構造を有する中空糸膜モジュールを用いて内圧式ろ過を行うことが上記問題を解消するのに極めて有用であることを見出し、本発明をなすに至った。
　本発明は、多数本の中空糸膜から成る糸束と、糸束を収容し且つ側面に複数のノズルを有する筒状ケースと、筒状ケース内の糸束の両端部において、中空糸膜の外面同士及び当該外面と筒状ケースの内面との隙間を封止した一対の固定部と、を備え、筒状ケース内における中空糸膜外側の流路断面積Ｓ１に対するノズルの流路断面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が、０．１５以上０．６０以下である中空糸膜モジュールを提供する。
　本発明の中空糸膜モジュールによれば、両端にノズルを有する筒状ケースを使用し、ケース内における中空糸膜外側の流路断面積Ｓ１に対するノズルの流路断面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）を、０．１５以上０．６０以下にすることにより、バルブやオリフィス等の流量調節手段を用いなくても両端のノズルから流出するろ過水の流量をほぼ同等とすることができ、中空糸膜モジュール内やろ過水配管中における微生物の増殖を十分に抑制することができると共に、高いろ過能力を示すことが可能になる。
　本発明においては、複数のノズル各々の流路断面積が、互いに実質的に同じであることが好ましい。これにより、各ノズルから流出するろ過水の流量をほぼ同等とすることが容易となる。
　本発明においては、糸束が多数本の中空糸膜を束ねて形成された小束を筒状ケース内に複数並行に充填したものであり、少なくとも固定部の界面位置に、他の部分と比較して中空糸膜の充填密度が低い部分を有することが好ましい。該低充填密度部分は、一端の固定部から他端の固定部にかけて連続して設けられていることが特に好ましい。筒状ケース内に中空糸膜の充填密度が低い部分を設けることで、筒状ケース内を流れる水の抵抗を小さくできる。すなわち、中空糸膜外側の流路断面積が同じであっても、全ての中空糸膜を１束にまとめる場合よりも、中空糸膜を小束に分割して各小束内における中空糸膜の充填密度を比較的高くすると共に各小束間に流路を確保する場合の方が、筒状ケース内を流れる水の抵抗（総抵抗）を小さくできる。これよって、同じろ過水流量を得るのに少ない供給圧力ですむという利点が得られる。
　本発明の中空糸膜モジュールは、一端が固定部によって封止され、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を更に備え、一対の整流筒は固定部から隔離した位置に、整流筒内側の水がノズルに流通し得る開口をそれぞれ有することが好ましい。これにより、固定部の近傍において中空糸膜が水流から受ける剪断力を十分に低減できるので、水流による中空糸膜の損傷を十分に抑制できる。さらに、一対の整流筒のうち少なくとも一方は、固定部から隔離した位置に、内側から外側に貫通する貫通穴を複数設けることにより、整流筒の開口端における整流筒内側から外側への流速を緩和することができ、該整流筒開口端と中空糸膜との擦れによる中空糸膜の損傷を効果的に防止できる。これによって、優れた水質のろ過水を長期にわたって継続的に製造することが可能となる。
　整流筒は、貫通穴が存在する領域の全体を、固定部に近い側の第１の領域と固定部から遠い側の第２の領域とに二等分した場合に、第２の領域における貫通穴による開口率が、第１の領域における貫通穴による開口率よりも高いことが好ましい。すなわち、整流筒内側から外側に流出する水量が、固定部に近い側では少量とし、固定部から遠い側で比較的多量になるようにするのが好ましい。これによって、固定部近傍において水流によって中空糸膜が受ける力を低減すると共に、整流筒の開口端において水流によって中空糸膜が受ける力も効果的に低減することができる。
　本発明の中空糸膜モジュールは、２５℃におけるろ過部容積基準のモジュール透水性能が、１０００～３０００ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３であることが好ましい。この場合、大きなろ過水量で安定したろ過水質を長期間維持することができる。また、本発明の中空糸膜モジュールは、２５℃における１モジュール当たりの透水量が、２０～４０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａであることが好ましい。この場合、中空糸膜モジュールが１人で持つことが可能であってハンドリング性が格段に良いものとなるため、取付ピッチ間の狭いろ過装置にも取り付けることができる。したがって、上記透水性能及び透水量の双方を満たすならば、該ろ過装置をよりコンパクトにすることができる。
　更に、本発明は、上記中空糸膜モジュールを用いたろ過方法を提供する。すなわち、本発明に係るろ過方法は、多数本の中空糸膜から成る糸束と、糸束を収容し且つ側面に複数のノズルを有する筒状ケースと、筒状ケース内の糸束の両端部において、中空糸膜の外面同士及び当該外面と筒状ケースの内面との隙間を封止した一対の固定部と、を備え、筒状ケース内における中空糸膜外側の流路断面積Ｓ１に対するノズルの流路断面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が、０．１５以上０．６０以下である中空糸膜モジュールを用いてろ過を行うに際して、被処理水を中空糸膜モジュールの片側端部から中空糸膜の中空部へと供給し、中空糸膜の外側に流出したろ過水を、筒状ケースの両端のノズルから、該ノズルに接続された配管を通じて流出させて採取する。
　本発明のろ過方法によれば、上記中空糸膜モジュールを使用して内圧式ろ過を行うことで、両端のノズルからほぼ同量のろ過水を採取できるので、モジュール内やろ過水配管中における微生物の増殖を十分に抑制できる。
　本発明のろ過方法において、両端のノズルから流出させたろ過水を、片側端部に近い側のノズルよりも遠い側のノズルに近い位置にて合流させて採取することが好ましい。また、両端のノズル各々の流路断面積が、互いに実質的に同じであることが好ましい。また、配管が、接続されたノズルの内径に対して０．８０～１．２０倍の内径を有することが好ましい。また、本発明のろ過方法において、糸束は、多数本の中空糸膜を束ねて形成された小束を筒状ケース内に複数並行に充填したものであり、少なくとも固定部の界面位置に、他の部分と比較して中空糸膜の充填密度が低い部分を有することが好ましい。
　本発明のろ過方法において、モジュールの一端が固定部によって封止され、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を更に備え、一対の整流筒は固定部から隔離した位置に、整流筒内側の水がノズルに流通し得る開口をそれぞれ有することが好ましい。これにより、高いろ過水流量で運転しても水流による中空糸膜のダメージを十分に低減できるので、コンパクトな装置で優れた水質のろ過水を長期にわたって安定的に製造できる。本発明のろ過方法において、更に、一対の整流筒のうち少なくとも一方は、固定部から離隔した位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する複数の貫通穴をそれぞれ有していることが好ましい。また、本発明のろ過方法において、整流筒は、貫通穴が存在する領域の全体を、固定部に近い側の第１の領域と固定部から遠い側の第２の領域とに二等分した場合に、第２の領域における貫通穴による開口率が、第１の領域における貫通穴による開口率よりも高いことが好ましい。本発明のろ過方法において使用する中空糸膜モジュールがこれらの構成を備えている場合、本発明の上記効果が一層奏される。
　また、本発明のろ過方法は、２５℃におけるろ過部容積基準のモジュール透水性能が、１０００～３０００ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３であることが好ましく、２５℃における１モジュール当たりの透水量が、２０～４０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａであることが好ましい。
　また、本発明は、上記中空糸膜モジュールを用いた超純水製造システムを提供する。すなわち、少なくとも紫外線照射手段とイオン交換処理手段と、限外膜ろ過処理手段と、を含む超純水製造システムにおいて、限外膜ろ過処理手段が上記中空糸膜モジュールである超純水製造システムを提供する。これにより、従来よりもシステム全体がコンパクトになり、少ない設置面積ですむ利点が得られる。
　本発明によれば、バルブやオリフィス等の流量調節手段を用いなくても両端のノズルから流出するろ過水の流量がほぼ同等とすることができる中空糸膜モジュールが提供される。また、このような中空糸膜モジュールを用いたろ過方法及び超純水製造システムによれば、コンパクトでありながら高いろ過水流量で、かつ、優れた水質のろ過水を長期にわたって安定的に製造できる。
本発明に係る中空糸膜モジュールの一実施形態を模式的に示す断面図である。 図１に示す中空糸膜モジュールのII－II断面図である。 （ａ）図２に示す整流筒のIII－III線断面図である。（ｂ）整流筒の他の実施形態を模式的に示す断面図である。（ｃ）整流筒の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールを備えたろ過装置の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る中空糸膜モジュールの一実施形態を模式的に示す部分断面図である。 従来の中空糸膜モジュールを備えたろ過装置の構成の一例を示す概略図である。 従来の中空糸膜モジュールの一実施形態を模式的に示す断面図である。 図７に示す中空糸膜モジュールのVIII－VIII線断面図である。 図８に示す保護用円筒体のIX－IX線断面図である。
　＜中空糸膜モジュール＞
　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。
　糸束１は、多数本の中空糸膜１ａによって形成される。多数本の中空糸膜１ａを一束にまとめて糸束を形成することもできるが、図２に示すように、糸束１を複数の小束１ｂに分割した状態とすることが好ましい。特に、多数本の中空糸膜１ａから成る小束１ｂをネット１ｃで包んだ状態とすることがより好ましい。このようにしてモジュール１０内に中空糸膜が充填されていない部分（膜充填密度が低い部分）を設けることによって、中空糸膜１ａの外側を流れる水の抵抗が小さくなり、ひいてはより高いモジュール透水性能を実現することができる。なお、小束１ｂの表面を覆うことができ且つ透水性を有する素材からなるものであれば、小束を包むものとしてネットの代わりに不織布等を使用してもよい。
　中空糸膜１ａの種類は、モジュール１０の用途に応じて適宜選択することができる。中空糸膜１ａの具体例として、限外ろ過膜及び精密ろ過膜を例示できる。例えば、モジュール１０を超純水用ファイナルフィルターの用途に用いるのであれば、中空糸膜１ａは平均孔径０．０５μｍ以下（より好ましくは０．０２μｍ以下）の限外ろ過膜であることが好ましい。中空糸膜１ａ材質は、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート及びポリアクリロニトリルから選択できる。
　中空糸膜１ａは、内面積換算の短糸透水量（２５℃）が２０００Ｌ／ｍ２／ｈｒ／０．１ＭＰａ（以下、短糸透水量の単位を「ＬＭＨ」と記す。）以上であることが好ましく、４０００ＬＭＨ以上であることが特に好ましい。中空糸膜１ａの内径は０．７～１．０ｍｍであることが好ましく、０．７０ｍｍ～０．８５ｍｍであることが特に好ましい。後述の通り、本実施形態のモジュール１０は、通水時の振動による影響を十分に抑制できるため、上記の短糸透水量及び内径を有する中空糸膜を用いることによって、従来の約２倍のモジュール透水性能を実現できる。
　筒状ケース２は、両端に開口を有する円筒状の部材からなり、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂ付近に設けられたノズル２ａ、２ｂを有する。ここでいう固定部の界面とは、固定部の一方面であって整流筒の基端部が包埋されている側の面を意味する。筒状ケース２の材質は、金属及びプラスチック類のなかから用途に応じて適宜選択することができる。加工の容易性及び軽量化の点から、筒状ケース２はプラスチック類で形成されたものが好ましく、プラスチック類の具体例として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂及び塩化ビニル樹脂等が挙げられる。なお、界面Ｆａ，Ｆｂ付近にそれぞれ設けるノズルは、必ずしも１個ずつでなくてもよく、当該部位に複数個のノズルをそれぞれ設けることもできる。
　なお、筒状ケース２の側面に設けられるノズルは、上記のように固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ、Ｆｂ付近のみに各１個設ける場合以外に、固定部３ａ，３ｂの界面付近に複数設けてもよい。また、固定部３ａ，３ｂの界面付近に各１個設け、かつ、筒状ケース２の中央部に追加して設けてもよい。固定部３ａ，３ｂの界面付近のみに各１個設けるのが好ましい。通常、固定部の界面付近のみに各１個設けることでろ過水を採取する目的を果たすことができる。そして、この場合には、部材の点数が少なくてすむと同時に部材の成形が容易であるという利点を有する。
　筒状ケース２の大きさは、外径が１４０～２００ｍｍであり、かつ、長さが７００～１４００ｍｍであることが好ましく、外径１６０～１８０ｍｍであり、かつ、長さが８００～１１００ｍｍであることが特に好ましい。この範囲の大きさの筒状ケース２を使用したときに高いモジュール透水量及び最も高いモジュール透水性能を実現することができる。これに加え、この大きさならモジュール１０を１人で持つことも可能であるのでハンドリング性が格段に良いという利点がある。なお、ここでいう筒状ケース２の「外径」とは、モジュール中央のろ過領域における円筒の外径を意味する。筒状ケース２の「長さ」とは、中空糸膜１ａの両端面間の距離を意味する。
　筒状ケース２の中央部（ろ過部）における中空糸膜外側の流路断面積をＳ１（ｍ２）とし、中空糸膜モジュールの最大ろ過流量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、流路断面積Ｓ１は以下の不等式（１）で表される条件を満たすことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　この条件を満たすように流路断面積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、或いはろ過部容積で除した値（（ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ）／ｍ３＠２５℃）をいう。前者を「見かけ容積基準のモジュール透水性能」と記し、後者を「ろ過部容積基準のモジュール透水性能」と記す。ここで「見かけ容積」とは、筒状ケース２の外径から計算される断面積に配管接続キャップ６ａと６ｂの端面間の距離を乗じた値であり、「ろ過部容積」とは、筒状ケース２の内径から計算される断面積に膜有効長（固定部の界面ＦａとＦｂの距離）を乗じた値である。なお、流路断面積Ｓ１は、下記式（２）によって算出される値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　式中、Ｄ１は筒状ケースの中央部における内径（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。
　ノズル２ａ、２ｂは、その流路断面積をＳ２（ｍ２）としたとき、上記の流路断面積Ｓ１（ｍ２）との比（Ｓ２／Ｓ１）が、０．１５以上０．６０以下である必要がある。この範囲のときに、バルブやオリフィス等の流量調節手段を用いなくても両端のノズルから流出するろ過水の流量をほぼ同等とすることができると共に、高いろ過能力を示すことが可能になる。この値は、好ましくは、０．２０以上０．５０以下であり、より好ましくは、０．２５以上０．４５以下である。０．１５未満では、各ノズルから流出するろ過水量のバランスが崩れる傾向が強くなったり、圧力損失が大きくなってモジュール透水性能が低くなったりする傾向がでてくる。また、０．６０を超える場合には、各ノズルから流出するろ過水量のバランスが崩れる傾向が強くなる。０．６０以下にすることによって、該ノズル部やそれに接続される配管中における流動抵抗ＲＬに対して、筒状ケース内中空糸膜外側における流動抵抗ＲＭが比較的小さくなるため、筒状ケースの中央部におけるろ過水がノズル２ａ側に流れるか、ノズル２ｂ側に流れるかの分水界の位置がノズル部やそれに接続される配管中における流動抵抗ＲＬによって主に支配され、結果として各ノズルからの流量が等しくなるものと考えられる。これに対して、０．６０を超える場合には、筒状ケース内中空糸膜外側における流動抵抗ＲＭの影響が無視できなくなり、被処理水の供給側の圧力が高いことによる影響によって供給側に近いノズルから多量にろ過水が流出するものと考えられる。
　本実施形態の中空糸膜モジュールを使用する際には、通常ＪＩＳ等で定められた規格品の配管材料が接続される。したがって、本実施形態の上記ノズルは、上記配管の内径に準じた形状の流路を有していることが好ましい。すなわち、ノズルの流路が円形であって、接続される配管と略同じ内径を有していることが好ましい。これによって、ノズルと配管との接続が容易になる利点と、接続部分において滞留部が生じて微生物の増殖を招来することが防止できる利点が得られる。上記ノズルの内径ＤＭと配管の内径ＤＬとの比（ＤＭ／ＤＬ）が、０．８０以上１．２０以下であることが好ましく、０．９０以上１．１５以下であることが特に好ましい。また、ノズル２ａ、２ｂの流路断面積は、各ノズルから流出するろ過水の流量をほぼ同等にする観点から、互いに実質的に同じであることが好ましい。
　固定部３ａ，３ｂは、筒状ケース２内の糸束１の両端部において、中空糸膜１ａの外面同士及び当該外面と筒状ケース２の内面との隙間を封止する注型剤から成るものである。固定部３ａ，３ｂをなす注型剤としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が好適である。固定部３ａ，３ｂで糸束１の両端部を固定及び封止することにより、糸束１の両端面に中空糸膜１ａの中空部が開口する。固定部３ａ，３ｂは、整流筒４，５の基端部４ａ，５ａの開口を封止する役割も担っている。
　整流筒４，５は、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂの位置からモジュール１０の中央の方向に向けてそれぞれ延在しており、固定部３ａ，３ｂ付近の糸束１を囲繞している。整流筒４，５の材質は、用途に応じて適宜選択すればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等が挙げられる。
　一対の整流筒４，５は、上述の通り、基端部４ａ，５ａの開口が固定部３ａ，３ｂによってそれぞれ封止されている。すなわち、整流筒４の基端部４ａは固定部３ａに包埋され、整流筒５の基端部５ａは固定部３ｂに包埋されている。整流筒４，５の配置方法は、固定部３ａ，３ｂにそれぞれの基端部４ａ，５ａを包埋させて固定する方法が一般的である。ただし、筒状ケース２に整流筒４，５を予め固定し、その後、整流筒４，５の基端部４ａ，５ａを固定部３ａ，３ｂに包埋させる工程を経てモジュール１０を作製してもよい。
　整流筒４，５は、先端部４ｂ，５ｂの開口は封止されることなく、開放されている。これらの開口は、固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂからそれぞれ離隔した位置にあり、整流筒４，５の内側の水をノズル２ａ，２ｂへと流通させる役割を担っている。すなわち、整流筒４内の水は先端部４ｂの開口から糸束１と筒状ケース２との間の空間に流出し、筒状ケース２の内面と整流筒４の外面との間隙を通ってノズル２ａから排出されるようになっている。これと同様に、整流筒５内の水は先端部５ｂの開口から糸束１と筒状ケース２との間の空間に流出し、筒状ケース２の内面と整流筒５の外面との間隙を通ってノズル２ｂから排出されるようになっている。
　整流筒４，５の先端部４ｂ，５ｂの開口は、固定部の界面Ｆａ，Ｆｂからそれぞれ少なくとも３０ｍｍ離れていることが好ましく、４０ｍｍ以上離れていることがより好ましい。すなわち、固定部３ａ，３ｂのそれぞれの界面Ｆａ，Ｆｂから上記の長さで突出するように整流筒４，５を設置することが好ましい。さらに、上記先端部４ｂ，５ｂの開口は、上記ノズルの開口部よりもモジュールの中央側に位置していることが好ましい。このような長さの整流筒４，５で糸束１の両端部をそれぞれ囲繞することにより、界面Ｆａ，Ｆｂ付近における中空糸膜１ａの破損を効果的に防止できる。これは、中空糸膜１ａを横断する方向の水の流れが固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂから離れた位置で起こるため、界面Ｆａ，Ｆｂ付近において中空糸膜１ａにかかる剪断力が著しく軽減されることによるものと考えられる。
　また、整流筒４，５のうち、少なくとも一方は、その内面から外面にかけて貫通している複数の貫通穴４ｃを有していることが好ましい。該貫通穴４ｃは、整流筒４，５の内側の水をノズル２ａ、２ｂへと流通させる開口として機能する。整流筒４，５の先端部４ｂ，５ｂにおいて中空糸膜束を横切る水流が生じるが、大きなろ過水量で運転した際には、その水流によって中空糸膜が上記先端部に押しつけられて損傷する傾向がでてくる。そして、甚だしい場合には、中空糸膜が破損してろ過水の水質を低下させてしまうことがある。これに対して、複数の貫通穴４ｃを設けることによって、上記先端部の開口部から流出する水量を減少させることができ、その水流による中空糸膜の損傷を効果的に防止できる。
　上記貫通穴は、固定部の界面Ｆａ，Ｆｂからそれぞれ少なくとも３０ｍｍ離れていることが好ましく、４０ｍｍ以上離れていることがより好ましい。これによって、界面Ｆａ，Ｆｂ付近における中空糸膜１ａの破損を効果的に防止できる。これは、中空糸膜１ａを横断する方向の水の流れが固定部３ａ，３ｂの界面Ｆａ，Ｆｂから離れた位置で起こるため、界面Ｆａ，Ｆｂ付近において中空糸膜１ａにかかる剪断力が著しく軽減されることによるものと考えられる。
　本実施形態に係るモジュール１０においては、糸束１を４つの小束１ｂによって形成したことによって、上述の通り、モジュール１０内に中空糸膜１ａが充填されていない領域が形成されている。すなわち、図２に示すように、糸束１の中央部１ｄ及び隣接する２つの小束１ｂによって形成される糸束１の最外面の凹部１ｅには中空糸膜１ａが充填されていない。この充填されていない部分（例えば１ｄ、１e）が小束内から流出したろ過水の流路として機能するために圧力損失を小さくでき、結果的にモジュール性能を高める効果を実現できる。
　また、上記貫通穴４ｃの形状は、円、楕円、多角形、星形等どのような形状でもよいが、図３（ａ）及び（ｂ）に示すような円形や（ｃ）に示すような長方形のスリット型であることが成形上好適である。また、貫通穴４ｃの寸法としては、中空糸膜長手方向の最大寸法が１～１０ｍｍの範囲であることが好ましく、２～８ｍｍの範囲であることが特に好ましい。このようにすることによって、該貫通穴４ｃに中空糸膜が引き込まれて損傷することが防止できる。なお、整流筒の内面と外面との間で貫通穴の寸法が変化している場合には、内面側の値が上記の範囲であることが好ましい。
　各貫通穴４ｃの開口面積の合計値（以後、総開口面積Ｓ３と記す）は、整流筒の先端部４ｂ，５ｂにおける整流筒内の流路断面積Ｓ４に対して０．４倍以上１．０倍以下であることが好ましい。より好ましくは０．５倍以上０．８倍以下である。なお、流路断面積Ｓ４は、下記式（３）によって算出される値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　式中、Ｄ３は整流筒の先端部における内径（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。
　整流筒は、貫通穴４ｃが存在する領域の全体を、固定部３ａ，３ｂに近い側の第１の領域と固定部３ａ，３ｂから遠い側の第２の領域とに二等分した場合に、第２の領域における貫通穴４ｃによる開口率が、第１の領域における貫通穴４ｃによる開口率よりも高いことが好ましい。すなわち、整流筒内側から外側に流出する水量が、固定部に近い側では少量とし、固定部から遠い側で比較的多量になるようにするのが好ましい。これによって、固定部近傍において水流によって中空糸膜が受ける力を低減すると共に、整流筒の開口端において水流によって中空糸膜が受ける力も効果的に低減することができる。
　貫通穴４ｃの配置として、具体的には、図３（ａ）に示すように、円筒周囲を囲うように並ぶ貫通穴群が、中空糸膜長さ方向に等間隔に配置される場合（同図中の両矢印を参照）であって、貫通穴群の固定部３ａ，３ｂに近い位置にある貫通穴群の開口径を比較的小さくし、該固定部から遠い位置にある貫通穴群の開口径を比較的大きくする態様がある。また、図３（ｂ）に示すように、各貫通穴の形状を同じにしておき、貫通穴群の中空糸膜長さ方向のピッチを、固定部３ａ，３ｂに近い位置から遠い位置にかけて次第に小さくする（同図中の両矢印を参照）態様としてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、スリット型貫通穴を設ける場合に、スリットの中空糸膜長さ方向の開口寸法を、固定部３ａ，３ｂに近い位置から遠い位置にかけて次第に大きくする態様としてもよい。
　上記実施形態においては、整流筒４，５の先端部４ｂ，５ｂの開口が整流筒４，５の内側の水をノズル２ａ、２ｂへと流通させる開口として機能する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すように、整流筒の先端部１４ｂの外径と筒状ケース２の内径との間に隙間を設けず、該整流筒の側面に開口を設ける態様も採用できる。なお、この態様においては、整流筒の先端部１４ｂの内径と筒状ケース２の内径を実質的に等しくしておくことが好ましい。このようにすることによって、該先端部の内面角部に中空糸膜が接触して損傷することを防止できる。
　上記図５に示す中空糸膜モジュール２０においては、整流筒１４が基端部１４ａから先端部１４ｂに向かって径が大きくなる筒状部材からなり先端部１４ｂが筒状ケース２の内面と接合されている。該整流筒の側面に貫通穴１４ｃが形成されており、整流筒内の水が貫通穴１４ｃから整流筒の外側に流出し、整流筒の外面と筒状ケース２の内面との間隙を通ってノズルに流出することができるようになっている。水流による中空糸膜１ａのダメージを効果的に抑制する観点から、貫通穴４ｃの位置は固定部の界面Ｆａから少なくとも３０ｍｍ離れていることが好ましく、５０ｍｍ以上離れていることがより好ましい。該貫通穴の形状や寸法等は、上記のとおりである。なお、図５においては、糸束１等の図示は省略する。
　上記のノズルと一対の整流筒はそれぞれ、一端側と他端側とを同じ形状・寸法にしてもよいし、異なる形状・寸法にしてもよい。整流筒の内側からノズルに水が流れるときの流動抵抗が略同一になるように形状・寸法を設計することが好ましい。これらを同じ形状・寸法にする場合には、流動抵抗を略同一にできると共にケースを作製する際の部材種類を少なくできる利点を有するため、より好ましい。
　上記のような構成にすることによって、ろ過部容積基準のモジュール透水性能が１０００～３０００ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ）／ｍ３＠２５℃である中空糸膜モジュールを得ることができる。超純水製造用に使用する場合には、ろ過部容積基準のモジュール透水性能が１１００～２３００ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ）／ｍ３＠２５℃であることが好ましく、１２００～２０００ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ）／ｍ３＠２５℃であることが特に好ましい。この範囲の中空糸膜モジュールは、大きなろ過水量で安定したろ過水質を長期間維持することができる。また、ろ過部容積基準のモジュール透水性能が前記の範囲内であって、かつ、１モジュール当たりの透水量が２０～４０ｍ３／ｈ／０．１ＭＰａ＠２５℃であることが好ましい。この範囲の中空糸膜モジュールは、１人で持つことが可能であってハンドリング性が格段に良いので、取付ピッチ間の狭いろ過装置にも取り付けることができる。したがって、１モジュール当たりのろ過水量が大きいことと相まって、該ろ過装置をよりコンパクトにすることができる。
　なお、図７～９に示すように、糸束１の端部を保護するものとして、多数の穴４０ａを有する保護用円筒体４０が知られている。保護用円筒体４０は、糸束１の外周を拘束し、それによって中空糸膜１ａの過剰な揺れを防止して中空糸膜１ａの破損を抑制しようとするものである。しかし、保護用円筒体４０を装着した中空糸膜モジュールを用いて長期間にわたってろ過を行うと、中空糸膜１ａが水流から一方向の力を継続的に受け、これによって中空糸膜１ａのクリープ的な破壊が起こると考えられる。すなわち、糸束１の外周を単に拘束する方法ではクリープ的な破損を防止することは困難であり、水流によるダメージを十分に低減できないと考えられる。
　＜ろ過方法＞
　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からろ過水及び濃縮水をそれぞれ排出する配管（ろ過水排出管）Ｌ２，Ｌ３、並びに、これらの配管の途中に配設された圧力計（Ｐｉ，Ｐｆ，Ｐｏ）及び弁（Ｖ１～Ｖ３）等からなる。
　まず、モジュール１０を縦に配置する。配管接続キャップ６ｂに被処理水供給管Ｌ１を接続すると共に、配管接続キャップ６ａに、濃縮水を排出する配管Ｌ３を接続する。また、筒状ケース２の上側ノズル２ａ及び下側ノズル２ｂに、ろ過水排出管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂをそれぞれ接続する。なお、モジュールを縦に配置すると、被処理水を導入してモジュール内を水で満たす際に、空気溜まりを発生させることなくモジュール内の空気を水に容易に置換することができる。
　被処理水供給管Ｌ１を通じて被処理水をモジュール１０に導入することによって中空糸膜１ａの中空部に被処理水を供給する。上側ノズル２ａ及び下側ノズル２ｂの両方から中空糸膜１ａの外表面側から流出したろ過水を採取する。このような内圧式ろ過をモジュール１０によって行うことにより、中空糸膜１ａの破損を起こすことなく良好な水質のろ過水を長期間安定して得ることができる。
　供給した水量の約２～５％を上側の中空糸膜１ａの中空部から濃縮水として流出させながらろ過運転を行うのが好ましい。このようにすると、中空糸膜１ａによって排除された微粒子等がモジュール１０外に排出されるので、膜面の閉塞を起こし難くなり一層長期間にわたって安定したろ過水量を得ることができる。
　図４に示すように、下側ノズル２ｂに接続したろ過水排出管Ｌ２ｂはエルボで立ち上がり、他方のろ過水排出管Ｌ２ａに合流している。被処理水を供給する側に近い位置にあるノズルよりも遠い位置にあるノズルに近いところで上下のろ過水排出配管Ｌ２ａ，Ｌ２ｂを合流させて、被処理水を供給する側とは反対側に導出することが好ましい。これにより、ろ過水のモジュール１０内での流動抵抗とろ過水排出管Ｌ２内での流動抵抗とがバランスし、結果として上側ノズルからのろ過水量と下側ノズルからのろ過水量がほぼ同量になる。それによって、モジュール内やろ過水配管中における微生物の増殖を十分に抑制できる。それに加えて、ノズル２ａ，２ｂから流出するろ過水量をバランスさせるためにろ過水排出管Ｌ２に流量調整用弁を設ける必要が無くなり、結果として弁の数を減らせるメリットがある。
　なお、ろ過水排出管Ｌ２ａ、Ｌ２ｂは、接続されたノズルの内径に対して０．８０～１．２０倍の内径を有することが好ましい。この範囲であれば、該接続部における圧力損失が無視できる程度に小さくでき、水の滞留部が生じることによる問題（殺菌処理操作が長引く問題や、殺菌処理操作後の立ち上げに長時間を要する問題）が起こらない。
　なお、図４では、中空糸膜モジュール１本を取り付けた装置の例を示したが、実際の超純水製造装置においては、複数本の中空糸膜モジュールを取り付けて、各モジュールからのろ過水配管を内径の大きい集合配管に接続して各モジュールからのろ過水を一括して採水するのが通例である。この場合、図４に示すように、各モジュールの上下ノズルからのろ過水排出管Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを接続し、該接続配管を上記の集合配管に接続してもよいし、各モジュールの上下ノズルからのろ過水排出管Ｌ２ａ、Ｌ２ｂを各々個別に集合配管に接続することもできる。
＜超純水製造システム＞
　上記中空糸膜モジュールは、超純水製造システムに適用することができる。一般に超純水を製造するにあたり、原水を凝集沈殿装置、砂ろ過装置、活性炭ろ過装置、逆浸透膜ろ過装置、イオン交換樹脂塔、脱ガス塔、紫外線照射装置等を組合せた一次純水製造装置で処理を行って純水を得ている。そして、該純水を更に紫外線照射装置、イオン交換樹脂塔、限外ろ過膜装置を含む超純水製造装置で処理して超純水を得ている。該超純水製造装置では、逆浸透膜ろ過装置を更に含むこともある。
　超純水の製造においては、上記一次純水製造装置で純水を得た後に、少なくとも上記紫外線照射装置等の紫外線照射手段とイオン交換樹脂塔等のイオン交換処理手段と限外膜ろ過装置等の限外膜ろ過処理手段とを含む超純水製造システムにおいて、該限外膜ろ過処理手段として本実施形態の中空糸膜モジュールを使用することが好ましい。これによって、従来よりもシステム全体がコンパクトになり、少ない設置面積ですむ利点が得られる。特に、紫外線照射手段とイオン交換処理手段で処理した後に、最終的にユースポイント（使用箇所）の直前で限外膜ろ過処理手段により処理することが好ましい。このようにすることによって、例えイオン交換処理手段で用いるイオン交換樹脂の劣化物質が混入したとしても後段の限外膜ろ過処理によって除去でき、ユースポイントに良好な水質の超純水を安定して供給することができる。
　超純水の製造においては、膜間差圧（後述する「モジュール透水量の測定」の欄を参照）が０．５～３．０ＭＰａの範囲でろ過運転を行うのが好ましい。０．７～２．０ＭＰａがより好ましく、０．９～１．５ＭＰａが特に好ましい。この範囲であれば、大きなろ過水量で良好な水質のろ過水を長期間安定して得ることができる。
　以下の実施例及び参考例においては、中空糸膜としてポリスルホン製限外ろ過膜を使用した。その特性を以下に示す。
　内径／外径：０．７５ｍｍ／１．３５ｍｍ、
　内表面積換算短糸透水量：４５００ＬＭＨ（膜有効長５ｃｍでの測定値）、
　引張強さ：５．０ＭＰａ、
　引張破断伸度：１２０％。
　中空糸膜の透水量は、２５℃の限外膜ろ過水（分画分子量４０００の限外ろ過膜でろ過した水）を長さ５０ｍｍの中空糸膜の内面から外面へ透過させたときのろ過水の量（ＬＭＨ）である。透水量の計算にあたり有効膜面積は内面で換算した。中空糸膜の破断強度及び破断伸度は、（株）島津製作所製のオートグラフＡＧＳ－５Ｄを使用し、サンプルの長さ３０ｍｍ、引っ張りスピード５０ｍｍ／分で測定した。破断強度（ＭＰａ）は、中空糸膜１本当たりの破断時の荷重を、引っ張る前の膜の断面積で割ることによって算出される値である。破断伸度（％）は元の長さに対する破断に至るまでに伸びた長さの比である。
　［実施例１］
　＜中空糸膜モジュールの作製＞
　筒状ケースとして、図１に示す筒状ケース２と同様の構成の透明ポリスルホン製のものを使用した。この筒状ケースの寸法は以下の通りである。
　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。
　整流筒として使用する透明ポリスルホン製の円筒（寸法は下記のとおり）を２つ準備した。
　基端部の内径／外径：１４２ｍｍ／１４７ｍｍ、
　先端部の内径／外径：１４２ｍｍ／１４６ｍｍ、
　長さ：１３５ｍｍ、
整流筒の側面には４箇所突起を設け、これらの突起を筒状ケースの内面に接合することによって、整流筒を筒状ケースの両端部に予め固定した。
　中空糸膜１７５０本をポリエチレン製ネットで包んで形成した小束を４つ準備した。中空糸膜の両端から２ｍｍ程度の位置まで中空部を閉塞させた。その後、４つの小束を筒状ケース内に設けた整流筒内に挿入し、遠心注型法によって両端から熱硬化性エポキシ樹脂を注入し、これを固化させた。５０℃に加熱してキュアーし、中空糸膜の両端部を切断して中空糸膜の中空部を開口させ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は、切断した端面間の長さ（中空糸膜の両端面間の距離）が１０４５ｍｍであり、膜有効長が９３０ｍｍであった。ポリスルホン製の配管接続キャップを中空糸膜モジュールの両端面にＯリングを介して接合した。両方の配管接続キャップの端面間距離は、１１８０ｍｍであった。そして、この中空糸膜モジュールの筒状ケース部における中空糸膜外側流路断面積Ｓ１と上記ノズルの流路断面積Ｓ２の値は、各々８．６×１０－３ｍ２、２．６×１０－３ｍ２であり、Ｓ２／Ｓ１が０．３１であった。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。
　＜通水試験＞
　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、濃縮水を排出する配管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が上方の配管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３ｂから配管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。なお、配管Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの内径は、５１ｍｍである。
　モジュールに２５℃の純水をろ過水流量が１０ｍ３／ｈｒ、濃縮水量が０．３ｍ３／ｈｒとなるように弁Ｖ１と弁Ｖ３の開度を調整して通水を開始し、モジュール内の空気を水で置換した。なお、通水時には弁Ｖ２を全開状態とした。
　（モジュール透水量の測定）
　次いで、濃縮水量を０．３ｍ３／ｈｒに固定したままろ過水流量が１２ｍ３／ｈｒから最大３６ｍ３／ｈｒまで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、濃縮水の圧力をＰｏ、ろ過水の圧力をＰｆ、高さ補正値をＨとしたとき、下記式（４）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（５）で算出される値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　各ろ過水量と膜間差圧のグラフを描き、膜間差圧が０．１ＭＰａのときのろ過水流量を求めたところ、２８ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値がモジュール透水量である。この値とモジュール寸法（外径１７０ｍｍ、配管接続キャップ間距離１１８０ｍｍ）から見かけ容積基準のモジュール透水性能は１０５０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３＠２５℃と算出された。この値は、非特許文献１に記載のモジュールの約１．８倍である。そして、前記モジュール透水量と筒状ケース内径（１５４ｍｍ）、膜有効長（９３０ｍｍ）とから計算されるろ過部容積基準のモジュール透水性能は１６２０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３＠２５℃である。また、各ろ過水流量で通水しているときに下側ノズルからの流量を測定したところ、下側ノズルからの流量がろ過水流量のほぼ１／２を示し、上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していることが確認された。結果を表１に示す。なお、ろ過水流量Ｑから下側ノズルからの流量Ｑｂを差し引いた値を上側ノズルからの流量Ｑａとし、上側ノズルからの流量Ｑａと下側ノズルからの流量Ｑｂとの比Ｑａ／Ｑｂの値を記した。
　［実施例２～５、比較例１］
　ノズル内径を変えた筒状ケースを用いた他は、実施例１と同様にして実施例２～５及び比較例１に係る中空糸膜モジュールを作製した。これらの中空糸膜モジュールの見かけ容積とろ過部容積は、実施例１と同じになるようにノズル位置を設定した。そして、配管Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの内径を変えた他は、実施例１と同様にし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。結果を表１に示す。実施例２～５では、いずれも上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出しており、大きなモジュール透水性能を示すことが確認された。これに対して、比較例１では、ろ過抵抗が大きくモジュール透水性能が低下した。また、膜間差圧が０．３ＭＰａを超えてしまうことから、ろ過水流量３６ｍ３／ｈで通水することができなかった。
　［実施例６］
　中空糸膜束を４束に分割せず、１束にした他は、実施例１と同様にして実施例６に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、中空糸膜７０００本をポリエチレン製ネットで包んで形成した束を１つ準備して中空糸膜モジュールを作製した。なお、この中空糸膜モジュールの見かけ容積とろ過部容積は、実施例１と同じである。次いで、実施例１と同様にし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。結果を表１に示す。実施例６においては、上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出しており、大きなモジュール透水性能を示すことが確認された。
　［比較例２］
中空糸膜１５５０本をポリエチレン製ネットで包んで形成した小束４つを用い、ノズル径が４２ｍｍの筒状ケースを使用した他は実施例１と同様にして比較例２に係る中空糸膜モジュールを作製した。なお、この中空糸膜モジュールの見かけ容積とろ過部容積は、実施例１と同じになるようにノズル位置を設定した。次いで、ろ過水排出管を内径４２ｍｍのパイプに変えた他は実施例１と同様にし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。結果を表１に示す。本比較例２においては、上下のノズルからのろ過水流量のバランスが大きく崩れ上側ノズルから多量にろ過水が流出していた。
　［比較例３］
　中空糸膜束７７００本を１束にし、ノズル径が７７ｍｍの筒状ケースを用いた他は、実施例１と同様にして比較例３に係る中空糸膜モジュールを作製した。すなわち、中空糸膜７７００本をポリエチレン製ネットで包んで形成した束を１つ準備して中空糸膜モジュールを作製した。該モジュールの流路断面積比Ｓ２／Ｓ１が０．６１であった。なお、この中空糸膜モジュールの見かけ容積とろ過部容積は、実施例１と同じになるようにノズル位置を設定した。次いで、実施例１と同様にし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。結果を表１に示す。比較例３においては、上下のノズルからのろ過水流量のバランスが大きく崩れ下側ノズルから多量にろ過水が流出していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　［実施例７］
　整流筒の側面に下記の貫通穴が形成された整流筒（図３（ａ）参照）を用いた点の他は、実施例１と同様にして実施例７に係る中空糸膜モジュールを作製した。
　本実施例で使用した整流筒は、以下のような形状である。
　基端部の内径／外径：１４２ｍｍ／１４７ｍｍ、
　先端部の内径／外径：１４２ｍｍ／１４６ｍｍ、
　長さ：１３５ｍｍ、
　貫通穴：
　１行目：直径４ｍｍ、穴中心位置が基端部から５３．５ｍｍ、１５度間隔で１８個
　２行目：直径４ｍｍ、穴中心位置が基端部から６３．０ｍｍ、１５度間隔で１７個
　３行目：直径５ｍｍ、穴中心位置が基端部から７２．５ｍｍ、１５度間隔で１８個
　４行目：直径５ｍｍ、穴中心位置が基端部から８２．０ｍｍ、１５度間隔で１４個
　５行目：直径６ｍｍ、穴中心位置が基端部から９１．５ｍｍ、１５度間隔で１８個
　６行目：直径６ｍｍ、穴中心位置が基端部から１０１．０ｍｍ、１５度間隔で１７個
　７行目：直径７ｍｍ、穴中心位置が基端部から１１０．５ｍｍ、１５度間隔で２４個
　８行目：直径７ｍｍ、穴中心位置が基端部から１２０．０ｍｍ、１５度間隔で２４個
１行目から８行目にかけて、貫通穴が各々千鳥配置となるようにした。
　また、１行目から６行目は、整流筒中心軸に対して左右４５°の範囲には穴を設けないようにし、ノズルの中心軸に対して左右４５度の範囲内には貫通穴が存在しないように整流筒を筒状ケース内に配置した。また、４行目は、筒状ケースに固定するための突起と穴位置が３ヶ所で重なるため、１４個とした。
　上記の貫通穴の開口面積の合計は、整流筒の基端部に最も近い側（１行目）から遠い側（８行目）にかけて、各々２２６、２１４、３５３、２７５、５０９、４８１、９２４、９２４ｍｍ２である。貫通穴は、基端部に最も近い側よりも最も遠い側の方が大きくなっている。
　なお、本実施例の中空糸膜モジュールは、流路断面積比Ｓ２／Ｓ１が０．３１であり、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。
　（モジュール透水量の測定）
　本実施例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と同様にしてモジュール透水量を測定した。本実施例の中空糸膜モジュールは、モジュール透水量が２９ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法から、見かけ容積基準のモジュール透水性能が１０９０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３＠２５℃、ろ過部容積基準のモジュール透水性能が１６９０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３＠２５℃と算出された。また、本実施例においても、実施例１と同様に上側ノズルからの流量Ｑａと下側ノズルからの流量Ｑｂとの比Ｑａ／Ｑｂの値が概ね１．０であり、上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していた。
　（リーク試験）
　次いで、濃縮水量０．３ｍ３／ｈｒ、ろ過水流量３６ｍ３／ｈｒの条件で通水を３ヶ月間行った。１ヶ月毎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いリークの有無を確認した。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。本実施例の中空糸膜モジュールは、３ヶ月後においてもリークが全くなかった。
　［実施例８］
　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って、その側面に下記の貫通穴が形成された整流筒（図５参照）を用いた点の他は、実施例１と同様にして実施例８に係る中空糸膜モジュールを作製した。本実施例で使用した整流筒は、以下のような形状である。
　基端部の内径／外径：１４２ｍｍ／１４７ｍｍ、
　先端部の内径／外径：１５４ｍｍ／１５８ｍｍ、
　長さ：８５ｍｍ、
　貫通穴：
　１行目：幅５０ｍｍ、高さ４ｍｍ、中心位置が基端部から５５ｍｍで５個、
　２行目：幅５０ｍｍ、高さ６ｍｍ、中心位置が基端部から６５ｍｍで４個、と幅２５ｍｍ、高さ６ｍｍ、中心位置が基端部から６５ｍｍで２個、
　３行目：幅５０ｍｍ、高さ８ｍｍ、中心位置が基端部から７７ｍｍで５個
１行目から８行目にかけて、貫通穴が各々千鳥配置となるようにした。
　また、１行目から３行目は、整流筒中心軸に対して左右４５°の範囲には穴を設けないようにし、ノズルの中心軸に対して左右４５度の範囲内には貫通穴が存在しないように整流筒を筒状ケース内に配置した。
　上記の貫通穴の開口面積の合計は、整流筒の基端部に最も近い側（１行目）から遠い側（３行目）にかけて、各々１０００、１５００、２０００ｍｍ２である。貫通穴は、基端部に最も近い側よりも最も遠い側の方が大きくなっている。
　なお、本実施例の中空糸膜モジュールは、流路断面積比Ｓ２／Ｓ１が０．３１であり、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。
　（モジュール透水量の測定）
　本実施例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と同様にしてモジュール透水量を測定した。
　本実施例の中空糸膜モジュールは、モジュール透水量が２８ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ＠２５℃であった。この値とモジュール寸法から、見かけ容積基準のモジュール透水性能が１０５０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３＠２５℃、ろ過部容積基準のモジュール透水性能が１６２０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３＠２５℃と算出された。また、本実施例においても、実施例１と同様にＱａ／Ｑｂの値が概ね１．０であり、上下のノズルからほぼ同量のろ過水が流出していた。
　（リーク試験）
　また、実施例７と同様にして３ヶ月間連続的に通水を行ない、リーク検査を行ったところ、３ヶ月後においてもリークは全くなかった。
　［実施例９］
　実施例１と同様にして実施例９に係る中空糸膜モジュールを２本作製した。本中空糸膜モジュールを用いて、ろ過水流量を変えた他は実施例７と同様にしてリーク試験を行った。
　作製した１本のモジュールを用いて３６ｍ３／ｈのろ過水流量で通水したところ、１ヶ月後に３本の中空糸膜がリークした。また、他の１本を用いて２４ｍ３／ｈのろ過水流量で通水したところ、３ヶ月後においてもリークは全くなかった。
　上記のリークした中空糸膜モジュールを解体して観察したところ、膜束の最外周の中空糸膜が整流筒先端部に接触する部位において破損していた。また、最外周にある他の中空糸膜においても破損には至っていない軽微な損傷が生じていた。さらに、２４ｍ３／ｈで通水試験した中空糸膜モジュールを通水試験後に解体して観察したところ、リークしたモジュールで観察されたような中空糸膜の損傷は見られなかった。
　［参考例１］
　実施例１と同様にして参考例１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使用し、図６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、濃縮水を排出する配管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。また、ろ過水排出管Ｌ６ｂが上方の配管Ｌ６ａに合流する手前の位置に超音波式流量計を設け、下側から配管Ｌ６ｂを通じて排出される水の流量を測定できるようにした。なお、配管Ｌ６ａ、Ｌ６ｂの内径は、５１ｍｍである。
　中空糸膜モジュールに２５℃の純水をろ過水流量が１０ｍ３／ｈｒ、濃縮水量が０．３ｍ３／ｈｒとなるように弁Ｖ５と弁Ｖ７の開度を調整して通水を開始してモジュール内を純水で置換した。次いで、ろ過水流量２４ｍ３／ｈｒ、濃縮水量０．３ｍ３／ｈｒの条件で３ヶ月間連続的に通水した。なお、通水時には弁Ｖ６を全開状態とした。１ヶ月毎に該モジュールを装置から取り外して、実施例７と同様にしてリーク検査を行ったところ、２ヶ月後まではリークは無かったが、３ヶ月後では３本の中空糸膜がリークしていた。なお、上記の内圧式ろ過の場合には、ろ過水流量３６ｍ３／ｈの条件で通水しても中空糸膜の振動は観察されなかったのに対して、この場合には中空糸膜が激しく振動しているのが観察された。
　この中空糸膜モジュールを解体してリーク位置を観察したところ、下側の固定部界面付近において糸束最外周部の中空糸膜が破損していた。
　実施例７～９、参考例１の結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　本発明の中空糸膜モジュール及びこれを用いたろ過方法によれば、バルブやオリフィス等の流量調節手段を用いなくても両端のノズルから流出するろ過水の流量をほぼ同等とすることができ、モジュール内やろ過水配管中における微生物の増殖を十分に抑制することができると共に、安定して良好な水質の水を大量に得られる。本発明の中空糸膜モジュールは、コンパクトなサイズとすることができるため、特に超純水製造設備に用いる保安用フィルターとして好適である。また、当該中空糸膜モジュールは注射用水製造設備に用いるパイロジェン除去用フィルターとしても好適である。
　１…糸束、１ａ…中空糸膜、１ｂ…小束、２…筒状ケース、２ａ，２ｂ…ノズル、３ａ，３ｂ…固定部、４，５…整流筒、４ａ，５ａ…整流筒の基端部、４ｂ，５ｂ…整流筒の先端部、４ｃ…貫通穴、１０，２０…中空糸膜モジュール、１４…整流筒、１４ａ…整流筒の基端部、１４ｂ…整流筒の先端部、１４ｃ…貫通穴、１００，２００…ろ過装置、Ｆａ，Ｆｂ…固定部の界面。

Claims (19)

  1. 　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複数の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した一対の固定部と、
    を備え、
    　前記筒状ケース内における中空糸膜外側の流路断面積Ｓ１に対する前記ノズルの流路断面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が、０．１５以上０．６０以下である中空糸膜モジュール。
  2. 　複数のノズル各々の流路断面積が、互いに実質的に同じである、請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
  3. 　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。
  4. 　モジュールの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を更に備え、
    　前記一対の整流筒は前記固定部から隔離した位置に、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する、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。
  5. 　前記一対の整流筒のうち少なくとも一方は、前記固定部から離隔した位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する複数の貫通穴をそれぞれ有している、請求項４に記載の中空糸膜モジュール。
  6. 　前記整流筒は、前記貫通穴が存在する領域の全体を、前記固定部に近い側の第１の領域と前記固定部から遠い側の第２の領域とに二等分した場合に、前記第２の領域における前記貫通穴による開口率が、前記第１の領域における前記貫通穴による開口率よりも高い、請求項５に記載の中空糸膜モジュール。
  7. 　２５℃におけるろ過部容積基準のモジュール透水性能が、１０００～３０００ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３である、請求項１～６のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュール。
  8. 　２５℃における１モジュール当たりの透水量が、２０～４０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａである、請求項７に記載の中空糸膜モジュール。
  9. 　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複数の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した一対の固定部と、
    を備え、
    　前記筒状ケース内における中空糸膜外側の流路断面積Ｓ１に対する前記ノズルの流路断面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が、０．１５以上０．６０以下である中空糸膜モジュールを用いてろ過を行うに際して、
    　被処理水を前記中空糸膜モジュールの片側端部から前記中空糸膜の中空部へと供給し、
    　前記中空糸膜の外側に流出したろ過水を、前記筒状ケースの両端の前記ノズルから、該ノズルに接続された配管を通じて流出させて採取する、ろ過方法。
  10. 　前記両端のノズルから流出させたろ過水を、前記片側端部に近い側のノズルよりも遠い側のノズルに近い位置にて合流させて採取する、請求項９に記載のろ過方法。
  11. 　前記両端のノズル各々の流路断面積が、互いに実質的に同じである、請求項９又は１０に記載のろ過方法。
  12. 前記配管が、前記ノズルの内径に対して０．８０～１．２０倍の内径を有する、請求項９～１１のいずれか一項に記載のろ過方法。
  13. 　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９～１２のいずれか一項に記載のろ過方法。
  14. 　モジュールの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を更に備え、
    　前記一対の整流筒は前記固定部から隔離した位置に、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する、請求項９～１３のいずれか一項に記載のろ過方法。
  15. 　前記一対の整流筒のうち少なくとも一方は、前記固定部から離隔した位置に、当該整流筒の外面から内面にかけて貫通する複数の貫通穴をそれぞれ有している、請求項１４に記載のろ過方法。
  16. 　前記整流筒は、前記貫通穴が存在する領域の全体を、前記固定部に近い側の第１の領域と前記固定部から遠い側の第２の領域とに二等分した場合に、前記第２の領域における前記貫通穴による開口率が、前記第１の領域における前記貫通穴による開口率よりも高い、請求項１５に記載のろ過方法。
  17. 　２５℃におけるろ過部容積基準のモジュール透水性能が、１０００～３０００ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａ／ｍ３である、請求項９～１６のいずれか一項に記載のろ過方法。
  18. 　２５℃における１モジュール当たりの透水量が、２０～４０ｍ３／ｈｒ／０．１ＭＰａである、請求項１７に記載のろ過方法。
  19. 　少なくとも紫外線照射手段とイオン交換処理手段と、限外膜ろ過処理手段と、を含む超純水製造システムにおいて、
    　前記限外膜ろ過処理手段は、請求項１～８のいずれか一項に記載の中空糸膜モジュールである、超純水製造システム。
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