中空糸膜モジュール
【課題】ろ過面積の減少を抑制した中空糸膜モジュールを提供すること。
【解決手段】液体Ｌ中に没入される中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜１１Ａを複数有する中空糸膜束１１と、複数の中空糸膜１１Ａの開口端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように開口端１１ｓをそれぞれ固定し、複数の中空糸膜１１Ａの中空部と連通する中空室１３ｈが形成された固定部１３と、中空糸膜束１１の内部かつ中空糸膜１１Ａの外側の中空糸膜１１Ａが固定部１３に固定されている部分に、開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ側に向けて気体Ｇを散出する散出部１４と、気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆに向かう整流とするように案内する整流板１５とを備え、複数の中空糸膜１１Ａのそれぞれの閉口端１１ｆが自由端として構成されている。
【解決手段】液体Ｌ中に没入される中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜１１Ａを複数有する中空糸膜束１１と、複数の中空糸膜１１Ａの開口端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように開口端１１ｓをそれぞれ固定し、複数の中空糸膜１１Ａの中空部と連通する中空室１３ｈが形成された固定部１３と、中空糸膜束１１の内部かつ中空糸膜１１Ａの外側の中空糸膜１１Ａが固定部１３に固定されている部分に、開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ側に向けて気体Ｇを散出する散出部１４と、気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆに向かう整流とするように案内する整流板１５とを備え、複数の中空糸膜１１Ａのそれぞれの閉口端１１ｆが自由端として構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空糸膜モジュールに関し、特にろ過面積の減少を抑制した中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜を用いたろ過は、中空糸膜が単位容積中の膜面積を広く取ることができる等のメリットを有することもあり、広く利用されている。中空糸膜を複数束ねて構成される中空糸膜モジュールは、各中空糸膜の両端がポッティング材で固定されているのが一般的であった（例えば、特許文献１参照。）。ところが、原水中に繊維状の物質等が含まれる場合、繊維状の物質等がポッティング材に絡まってろ過面積を減少させることがあった。このような不都合を解消するため、中空糸膜の一端を自由端として他端のみをポッティング材で固定した中空糸膜モジュールがある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】実公昭６３−３８８８４号公報（第１頁、図１等）
【特許文献２】特開平１１−３４２３２１号公報（段落００１２、図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、中空糸膜の一端を自由端として他端のみをポッティング材で固定した中空糸膜モジュールは、中空糸膜が伸びた状態を維持できずに中空糸膜同士が絡み合ったり、ポッティング材に固定された部分に繊維状の物質等が絡むことがあった。
【０００４】
本発明は上述の課題に鑑み、中空糸膜同士が絡み合ったり繊維状の物質等の残渣が中空糸膜に絡んだりすることに起因するろ過面積の減少を抑制した中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図１に示すように、液体Ｌ中に没入される中空糸膜モジュール１０であって；一端１１ｓが開口端に他端１１ｆが閉口端に形成された中空糸膜１１Ａを複数有する中空糸膜束１１と；複数の中空糸膜１１Ａの開口端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように開口端１１ｓをそれぞれ固定し、複数の中空糸膜１１Ａの中空部と連通する中空室１３ｈが形成された固定部１３と；中空糸膜束１１の内部かつ中空糸膜１１Ａの外側の中空糸膜１１Ａが固定部１３に固定されている部分に、開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ側に向けて気体Ｇを散出する散出部１４と；散出部１４から気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆに向かう整流とするように案内する整流板１５とを備え；複数の中空糸膜１１Ａのそれぞれの閉口端１１ｆが自由端として構成されている。ここで、中空糸膜が固定部に固定されている部分に気体を散出するとは、典型的には、固定部に対する中空糸膜の付け根の部分を取り巻く液体を流動させるような位置で気体を散出することである。
【０００６】
このように構成すると、中空糸膜束の内部かつ中空糸膜の外側の中空糸膜が固定部に固定されている部分に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出する散出部を備えるので、中空糸膜が固定部に固定されている部分に気体を散出することによって固定部に対する中空糸膜の付け根の部分を取り巻く液体を流動させることができて繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができると共に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出することによって中空糸膜が伸びた状態を維持するのに寄与することとなる。また、散出部から気体が散出されたことにより生じる液体の流れのうち中空糸膜束を取り巻く部分の流れを開口端側から閉口端に向かう整流とするように案内する整流板を備えるので、閉口端（自由端）付近の液体の流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜が伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができることで、中空糸膜モジュールのろ過面積の減少を抑制することができる。
【０００７】
また、本発明の第２の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図２を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る中空糸膜モジュール１０において、整流板１５が、中空糸膜束の外縁から３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の距離を維持するように配設されている。
【０００８】
このように構成すると、中空糸膜束の周囲に液体の下降流が生じることを防ぐことができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の第３の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図２に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る中空糸膜モジュール１０において、整流板１５が、中空糸膜１１Ａの端面１１ｆ、１１ｓ方向を除いて中空糸膜束１１を包むように配設されている。
【００１０】
このように構成すると、中空糸膜束の周囲すべてにおいて液体の流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜が伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明の第４の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る中空糸膜モジュール１０において、中空糸膜１１Ａの長手方向がほぼ鉛直になるように中空糸膜束１１が配設され；散出部１４が、複数の中空糸膜１１Ａがほぼ鉛直方向に伸びた状態を維持するような液体Ｌの流れを作る気体Ｇを散出するように構成されている。ここで「ほぼ鉛直方向に伸びた状態」とは、典型的には、中空糸膜同士が絡まない程度に伸びた状態である。
【００１２】
このように構成すると、確実に中空糸膜が伸びた状態を維持することができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、中空糸膜束の内部かつ中空糸膜の外側の中空糸膜が固定部に固定されている部分に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出する散出部を備えるので、中空糸膜が固定部に固定されている部分に気体を散出することによって固定部に対する中空糸膜の付け根の部分を取り巻く液体を流動させることができて繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができると共に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出することによって中空糸膜が伸びた状態を維持するのに寄与することとなる。また、散出部から気体が散出されたことにより生じる液体の流れのうち中空糸膜束を取り巻く部分の流れを開口端側から閉口端に向かう整流とするように案内する整流板を備えるので、閉口端（自由端）付近の液体の流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜が伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができることで、中空糸膜モジュールのろ過面積の減少を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１５】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１０を説明する。図１は、中空糸膜モジュール１０の部分縦断面図である。中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束１１と、固定部１３と散出部１４とを有するヘッダー１２と、整流板１５とを備えている。中空糸膜モジュール１０は、利用される際には、液体Ｌ中に没入（浸漬）される。
【００１６】
中空糸膜束１１は、中空糸膜１１Ａが複数本集合して構成されたものである。中空糸膜１１Ａは、内部に中空部が形成されたストロー状（細い管状）の側面が多孔質の膜部となっている中空の糸（中空糸）である。中空糸膜１１Ａでは、長さ方向に連通する中空部が、中空糸の芯を貫通する。中空糸膜１１Ａの外径（直径）は、例えば、１〜３ｍｍ程度であるが、液体Ｌ中での自立を容易にする観点から２ｍｍ以上とするとよい。中空糸膜１１Ａを構成する膜の厚さは１０〜５００μｍ程度である。中空糸膜１１Ａの長さは、後述するように整流板１５を適切に配置することにより、５００ｍｍ以上として、ろ過面積を大きくすることができる。中空糸膜１１Ａは、典型的には、耐水性、耐薬品性を有する樹脂製とする。ここで、耐薬品性とは、中空糸膜束１１を使用するときに、ろ過する液体Ｌに混入される薬品に対する耐性をいい、中空糸膜１１Ａの表面に堆積した固形物を洗浄する際に添加される薬品に対する耐性を含む。中空糸膜１１Ａは、好ましくは、フッ化ビニリデン系樹脂製とする。フッ化ビニリデン系樹脂は、耐薬品性に加え、耐熱性及び機械的強度にも優れている。フッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体、すなわちポリフッ化ビニリデン、他の共重合可能なモノマーとの共重合体あるいはこれらの混合物が用いられる。フッ化ビニリデン系樹脂と共重合可能なモノマーとしては、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、フッ化ビニル等の一種又は二種以上を用いることができる。フッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンを７０モル％以上含有することが好ましく、さらに、耐薬品性及び機械的強度の高さからフッ化ビニリデン１００モル％からなる単独重合体とすることが好ましい。
【００１７】
中空糸膜１１Ａは、フッ化ビニリデン系樹脂１００重量部に対し、可塑剤とフッ化ビニリデン樹脂の良溶媒とを合計量で１００〜３００重量部、かつ可塑剤と良溶媒の合計量に占める良溶媒の割合が８〜３５重量％となるように添加し、押出成形後、可塑剤及び良溶媒とを抽出液で抽出して製造することができる。さらに、結晶化度を増大するために、例えば１００〜１４０℃で３〜９００秒の熱処理を施した後、長手方向に一軸延伸することが好ましい。一軸延伸することにより、空孔率及び孔径が増大し、強伸度や直線性が向上する。一軸延伸されたフッ化ビニリデン系樹脂製の中空糸膜では、一例として、空孔率が６０〜８５％、平均孔径が０．０５〜０．１５μｍ、引張強度が５ＭＰａ以上、破断伸びが５％以上となる。
【００１８】
中空糸膜１１Ａは、ストロー状の一端１１ｆが熱シール等により閉じられた閉口端に、他端１１ｓが開口のままの開口端に、それぞれ形成されている。中空糸膜１１Ａは、ストロー状の外周面から中空部に液体Ｌを導入してろ過し、ろ過された液体Ｌを開口端に形成された他端１１ｓから導出するように構成されている。本実施の形態では、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・は同様の構成を有している。
【００１９】
固定部１３は、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・を固定する部材である。固定部１３は、典型的には可とう性の小さい高分子合成樹脂が直方体に形成されることにより構成されている。固定部１３は、直方体の内部が中空となった中空室としての集液室１３ｈが形成されている。各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・は、その中空部が集液室１３ｈと連通するように他端１１ｓが固定部１３の直方体の１つの面に埋め込まれることにより、かつ、他端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように、固定部１３に固定されている。ここで「所定の間隔」は、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・間における液体Ｌの流れを阻害しない間隔である。各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・の他端１１ｓの間隔は、中空糸膜１１Ａが固定される固定部１３の面における単位面積あたりの中空糸膜１１Ａの本数を増やして中空糸膜束１１全体のろ過面積をできるだけ大きくする観点から、所定の間隔を維持できる範囲でできるだけ狭くすることが好ましい。
【００２０】
中空糸膜１１Ａの、閉口端に形成された一端１１ｆは、部材等に支持固定されておらず、液体Ｌ中で移動可能な自由端となっている。一端１１ｆは、自由端であり、閉口端でもあるため、以下の説明では一端１１ｆと同じ符号を用いて「自由端１１ｆ」、「閉口端１１ｆ」ということもある。他方、他端１１ｓは、固定端であり、開口端でもあるため、以下の説明では他端１１ｓと同じ符号を用いて「固定端１１ｓ」、「開口端１１ｓ」ということもある。中空糸膜１１Ａは、中空糸膜モジュール１０を構成する中空糸膜束１１として液体Ｌ中に浸漬されたときに、自由端１１ｆが上部に、固定端１１ｓが下部に位置するように、かつ中空糸膜１１Ａ自体が鉛直方向に伸びるように配設される。以下の説明において上下等の位置関係に言及するときは、中空糸膜１１Ａの自由端１１ｆが上部に固定端１１ｓが下部に位置するようにかつ中空糸膜１１Ａ自体が鉛直方向に伸びるように中空糸膜モジュール１０が配設されたときの状態における位置関係をいうものとする。上述した固定部１３に固定される各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・は、固定部１３の直方体の上面に固定されている。また、固定部１３の直方体の側面には、集液室１３ｈ内の液体Ｌを導出する導出口１３ｄが形成されている。
【００２１】
散出部１４は、固定部１３の直方体と同様の可とう性の小さい高分子合成樹脂が直方体に形成された本体１４ｂと、気体Ｇを吐出するノズル状の散気管１４ｐとを含んで構成されている。直方体の本体１４ｂの内部には、気体Ｇが存在可能な中空の散気室１４ｈが形成されている。本実施の形態では、本体１４ｂの上面と固定部１３の直方体の底面とが共有するように、散出部１４と固定部１３とが一体に構成され、ヘッダー１２となっている。散出部１４を構成する散気管１４ｐは、本体１４ｂの上面から鉛直上方に伸びるように本体１４ｂの上面に取り付けられている。散気管１４ｐは固定部１３の集液室１３ｈ及び直方体の上面を貫通し、固定部１３の直方体の上面からわずかに突出している。散気管１４ｐは、その内部の中空の部分が散気室１４ｈ及び中空糸膜１１Ａ間の空間と連通し、集液室１３ｈには連通しないように取り付けられていることにより、散気室１４ｈ内の気体Ｇを中空糸膜１１Ａ間の空間に供給することができるように構成されている。散気管１４ｐは、中空糸膜束１１をさらにいくつかの小グループ（例えば８本程度の中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・からなるグループ）に仮想的に分割した区分ごとに、先端が中空糸膜束１１内に開口するように（複数本の中空糸膜１１Ａに挟まれるように）設けられている。散気管１４ｐの本数及び設置間隔は、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・を液体Ｌ中で鉛直方向に伸びるように自立させることができ、中空糸膜１１Ａ（固定部１３に対する中空糸膜１１Ａの付け根部分を含む）に絡まりつつある繊維状の物質等の残渣を除去できる程度の液流を生じさせることができる気体Ｇを供給することができるようにする観点から適宜決定すればよい。また、本体１４ｂの側面には、散気室１４ｈに気体Ｇを導入する導入口１４ｄが形成されている。
【００２２】
整流板１５は、散気管１４ｐから気体Ｇが散出されることによって生じる中空糸膜束１１の周囲の液体Ｌの流れを、固定端１１ｓ側から自由端１１ｆに向かう整流とするように案内する部材である。ここでいう「整流」は、典型的には、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うことがない程度に落ち着いている状態の液体Ｌの流れである。整流板１５は、典型的には可とう性の小さい高分子合成樹脂で形成されており、中空糸膜モジュール１０を水平方向に見たときに中空糸膜束１１が隠れるように設けられている。つまり、整流板１５は、中空糸膜束１１の上下両面（中空糸膜１１Ａの端面）を除いて中空糸膜束１１を包むように配設されている。あるいは、整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を水平方向に見たときに固定部１３との間に隙間が形成され中空糸膜１１Ａと固定部１３との接続部分が見えるように配設されていてもよい。このように整流板１５を配設すると、固定端１１ｓ側から自由端１１ｆに向かって流れて中空糸膜モジュール１０から導出された分の液体Ｌを、整流板１５と固定部１３との間に形成された隙間から整流板１５で囲まれた中に確実に導入することができる。
【００２３】
図２の平面図に示すように、整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を鉛直上方から見たときに中空糸膜束１１を囲むように設けられている。また、整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を鉛直上方から見たときに、固定部１３との接続部分の平面における中空糸膜束１１の外縁との距離Ｈ（以下「クリアランスＨ」ということもある）が３ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下を維持するように配設されている。ここで、中空糸膜束１１の外縁とは、中空糸膜束１１の外周部を構成する中空糸膜１１Ａについて隣り合う中空糸膜１１Ａ、１１Ａに共通するような接線を仮想線として結んでいったときに生じる仮想の輪郭である。図２に示す例では、中空糸膜束１１の外縁が長方形になっている。したがって、平面における整流板１５の配置も好ましくは長方形となる。
【００２４】
図３に、クリアランスＨ部分に液体Ｌが流れたときの圧力損失とクリアランスＨとの関係のグラフを示す。図３に示すグラフでは、横軸にクリアランスＨ（ｍｍ）を、縦軸に液体Ｌの流れの圧力損失Ｐ（ｋＰａ）をとっている。図３に示すように、クリアランスＨが４ｍｍ以上のときは圧力損失Ｐがほぼゼロであるのに対し、クリアランスＨが４ｍｍを下回ると圧力損失Ｐが増加傾向に転じ、クリアランスＨが２ｍｍを下回ると圧力損失Ｐが急激に増加している。クリアランスＨを３ｍｍ以上とすることで整流板１５と中空糸膜束１１との間に生じる液体Ｌの上昇流の整流を妨げない程度に圧力損失を低減することができるが、確実に圧力損失Ｐを低減する観点からクリアランスＨを５ｍｍ以上とすることが好ましい。他方、クリアランスＨの上限は、２０ｍｍとすることが好ましい。クリアランスＨが大きすぎると、整流板１５の内側に液体Ｌの下降流が発生して中空糸膜１１Ａの自立を妨げ、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うおそれが生じるからである。
【００２５】
再び図２に戻って整流板１５の配置を説明する。整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を鉛直上方から見たときに、固定部１３の長手方向に沿って形成されるクリアランスＨ部分の下方に固定部１３が存在しないように配設されている。逆をいえば、クリアランスＨ部分の下方に固定部１３が存在しないように中空糸膜束１１と固定部１３との関係が規定されている。このような位置に整流板１５が配設されていると、固定端１１ｓ側から自由端１１ｆに向かって流れて中空糸膜モジュール１０から導出された分の液体Ｌを、固定部１３の長手方向に沿って形成されたクリアランスＨ部分の下方からクリアランスＨ部分に確実に導入することができる。中空糸膜モジュール１０は、整流板１５を備えることで中空糸膜束１１の周辺に下降流が生じることを回避することができる。これまで説明したように構成された整流板１５は、散出部１４から気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆに向かう整流とするように案内するものであって、液体Ｌを、中空糸膜束１１との間に対して下方から導入し上方から導出して内側（整流板１５と中空糸膜束１１との間）の上昇流と外側の下降流とを区画するものとなっている。水平断面が矩形になるように接続された（典型的には中空糸膜束１１の四方を囲むように配設された）４枚の整流板１５は、固定部１３との間から液体Ｌを導入する液体導入口と、上方から液体Ｌを溢流させる液体導出口とが形成されている。
【００２６】
再び図１に戻って中空糸膜モジュール１０の説明を続ける。上述のように構成された中空糸膜モジュール１０は、典型的には、液体Ｌが入れられている槽２１に設置される。中空糸膜モジュール１０は、利用される際に整流板１５が液体Ｌ中に没入するように設置される。固定部１３の導出口１３ｄには、ろ過した液体Ｌを搬送する回収液管２３が接続されている。回収液管２３には、ろ過した液体Ｌを圧送する回収液ポンプ２５が配設されている。散出部１４の導入口１４ｄには、散気管１４ｐから散気する気体Ｇを搬送する気体搬送管２４が接続されている。気体搬送管２４には、気体Ｇを散気室１４ｈに向けて圧送するブロワ２６が配設されている。
【００２７】
続いて図１及び図２を参照して、中空糸膜モジュール１０の作用を説明する。以下では、ろ過される液体Ｌが下水（廃水も含まれる）、気体Ｇが空気であるとして説明する。なお、回収液管２３及び集液室１３ｈには、あらかじめ呼び水が注入されていることが好ましい。槽２１内には、下水Ｌがポンプ（不図示）又は自然流下により随時流入している。中空糸膜モジュール１０は、下水Ｌ中に没入している。ブロワ２６が起動すると、空気Ｇが、気体搬送管２４を介して散気室１４ｈに流入し、さらにブロワ２６の圧力にて各散気管１４ｐ内を通って各散気管１４ｐの上端から中空糸膜束１１内の下水Ｌ中に吐出される。下水Ｌ中に吐出された空気Ｇは下水Ｌ中を上昇して行き、空気Ｇの上昇が中空糸膜束１１内に存在する下水Ｌの上昇流を引き起こす。そして、中空糸膜束１１内に存在する下水Ｌの上昇流は、整流板１５の内側のクリアランスＨ部分に存在する下水Ｌの上昇流を引き起こす。気体としての空気Ｇが散気管１４ｐから吐出されることにより、整流板１５内の下水Ｌの上昇流を作り出すことができと共に、繊維状の物質の残渣のみならず繊維状の物質の残渣以外の固形物や濁質をも中空糸膜１１Ａから除去することができる。また、空気Ｇが散気管１４ｐから吐出されることにより、下水Ｌを活性汚泥とした場合のばっきを行うことができる。
【００２８】
整流板１５内の下水Ｌの上昇流は、整流板１５の上端から整流板１５の外側へ流出する。整流板１５の外側に流出した下水Ｌは、整流板１５の外側を下降する。整流板１５の下方からは、下水Ｌが整流板１５内に流入する。このように、散気管１４ｐから空気Ｇが吐出されることにより、整流板１５の内側で上昇して整流板１５の外側で下降する下水Ｌの流れが作り出される。３ｍｍ〜２０ｍｍのクリアランスＨが維持されるように整流板１５が設けられていることにより、下水Ｌの流れを整流板１５の内外で区画することができ、整流板１５の内側に下水Ｌの下降流が生じるのを防止することができる。また、整流板１５内の下水Ｌの上昇流により、中空糸膜１１Ａ同士の絡みも防止される。さらに、上方に位置する各中空糸膜１１Ａの自由端１１ｆがポッティングされていないので（固定されていないので）、下水Ｌ中に混在する繊維状の物質等の残渣の中空糸膜１１Ａへの絡みも防止される。
【００２９】
その一方で、回収液ポンプ２５が起動すると、回収液管２３、集液室１３ｈ、及び中空糸膜１１Ａ内の液体が流動する。これに伴って、中空糸膜１１Ａの外側に存在する下水Ｌが中空糸膜１１Ａ内に流入する。下水Ｌが、中空糸膜１１Ａの外側から多孔質部分を通って中空糸膜１１Ａ内の中空部に流入することにより、下水Ｌのろ過が行われる。このときの中空糸膜１１Ａの外側に存在する下水Ｌは、上述のように上昇流となっているので、限外ろ過膜に適したクロスフロー方式のろ過を行うことができる。各中空糸膜１１Ａの中空部に流入してろ過された下水Ｌは、閉口端１１ｆからは流出せず、開口端１１ｓから集液室１３ｈに流入して合流する。集液室１３ｈで合流したろ過された下水Ｌは、回収液管２３を介して次工程（不図示）に搬送される。
【００３０】
以上で説明したように、本実施の形態に係る中空糸膜モジュール１０は、一端１１ｓが開口端に他端１１ｆが閉口端に形成された中空糸膜１１Ａを複数有する中空糸膜束１１と、複数の中空糸膜１１Ａの開口端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように開口端１１ｓをそれぞれ固定し、複数の中空糸膜１１Ａの中空部と連通する中空室１３ｈが形成された固定部１３とを備えるのに加え、中空糸膜束１１の内部かつ中空糸膜１１Ａの外側に、開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ側に向けて気体Ｇを散出する散出部１４を備えるので、中空糸膜１１Ａの固定部１３への固定箇所に液体Ｌの流れを作り出すことができて繊維状の物質等の残渣が固定箇所付近の中空糸膜１１Ａに絡むことを防ぐことができる。また、散出部１４から気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ（自由端１１ｆ）に向かう整流とするように案内する整流板１５を備えるので、自由端１１ｆ付近の液体Ｌの流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜１１Ａが伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うことを防ぐことができる。繊維状の物質等の残渣が固定箇所付近の中空糸膜１１Ａに絡むことを防ぐことができ、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うことを防ぐことができることで、中空糸膜モジュール１０のろ過面積の減少を抑制することができる。
【００３１】
以上の説明では、固定部１３と散出部１４とが一体に形成されてヘッダー１２を構成しているとしたが、固定部１３と散出部１４とが別体に構成されていてもよい。
【００３２】
以上の説明では、整流板１５が、中空糸膜束１１の上下両面を除いて中空糸膜束１１を包むように（平面上で中空糸膜束１１の四方を囲むように）配設されているとしたが、例えば図２に例示されている、中空糸膜束１１が水平面上で短辺に比べて長辺が十分に長い矩形に形成されている場合の短辺に隣接する部分のように、中空糸膜モジュール１０全体のろ過機能に対して液体Ｌの下降流の影響が及ばないあるいは影響が小さい部分が存在する場合は、当該短辺に隣接する部分のように液体Ｌの下降流の影響が及ばない（又は小さい）部分の整流板１５を省略してもよい。図２の例の場合で説明すると、短辺部分の隣の整流板１５を省略し、長辺に対向する２面の整流板１５を設置するようにしてもよい。
【００３３】
以上の説明では、中空糸膜モジュール１０が槽２１内に設置されているとしたが、槽２１に入れられていない、例えば、池に溜まった水あるいは河川水等の液体中に直接浸漬されることとしてもよい。特に流れのない滞留した液体中で利用されると、自由端１１ｆ付近の液体Ｌの流れ（上昇流）が乱れることなく、中空糸膜１１Ａ同士が絡みにくくなって好適である。
【００３４】
以上の説明では、ろ過される液体Ｌが下水であるとしたが、下水以外の、例えば飲料水や果汁等であってもよい。中空糸膜１１Ａの多孔質の大きさは、液体Ｌの種類に応じて適宜決定するとよい。また、気体Ｇが空気であるとしたが、窒素等の不活性気体であってもよい。不活性気体を用いると、酸化防止のために酸素の使用を避けたい液体をろ過する場合に好適である。用いる気体Ｇの種類は、ろ過される液体Ｌの種類に応じて適宜決定するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの部分縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの平面図である。
【図３】液体流の圧力損失とクリアランスとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 中空糸膜モジュール
１１ 中空糸膜束
１１Ａ 中空糸膜
１１ｆ 自由端（一端、閉口端）
１１ｓ 固定端（他端、開口端）
１３ 固定部
１３ｈ 中空室
１４ 散出部
１５ 整流板
Ｇ 気体
Ｌ 液体
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空糸膜モジュールに関し、特にろ過面積の減少を抑制した中空糸膜モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜を用いたろ過は、中空糸膜が単位容積中の膜面積を広く取ることができる等のメリットを有することもあり、広く利用されている。中空糸膜を複数束ねて構成される中空糸膜モジュールは、各中空糸膜の両端がポッティング材で固定されているのが一般的であった（例えば、特許文献１参照。）。ところが、原水中に繊維状の物質等が含まれる場合、繊維状の物質等がポッティング材に絡まってろ過面積を減少させることがあった。このような不都合を解消するため、中空糸膜の一端を自由端として他端のみをポッティング材で固定した中空糸膜モジュールがある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】実公昭６３−３８８８４号公報（第１頁、図１等）
【特許文献２】特開平１１−３４２３２１号公報（段落００１２、図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、中空糸膜の一端を自由端として他端のみをポッティング材で固定した中空糸膜モジュールは、中空糸膜が伸びた状態を維持できずに中空糸膜同士が絡み合ったり、ポッティング材に固定された部分に繊維状の物質等が絡むことがあった。
【０００４】
本発明は上述の課題に鑑み、中空糸膜同士が絡み合ったり繊維状の物質等の残渣が中空糸膜に絡んだりすることに起因するろ過面積の減少を抑制した中空糸膜モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図１に示すように、液体Ｌ中に没入される中空糸膜モジュール１０であって；一端１１ｓが開口端に他端１１ｆが閉口端に形成された中空糸膜１１Ａを複数有する中空糸膜束１１と；複数の中空糸膜１１Ａの開口端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように開口端１１ｓをそれぞれ固定し、複数の中空糸膜１１Ａの中空部と連通する中空室１３ｈが形成された固定部１３と；中空糸膜束１１の内部かつ中空糸膜１１Ａの外側の中空糸膜１１Ａが固定部１３に固定されている部分に、開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ側に向けて気体Ｇを散出する散出部１４と；散出部１４から気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆに向かう整流とするように案内する整流板１５とを備え；複数の中空糸膜１１Ａのそれぞれの閉口端１１ｆが自由端として構成されている。ここで、中空糸膜が固定部に固定されている部分に気体を散出するとは、典型的には、固定部に対する中空糸膜の付け根の部分を取り巻く液体を流動させるような位置で気体を散出することである。
【０００６】
このように構成すると、中空糸膜束の内部かつ中空糸膜の外側の中空糸膜が固定部に固定されている部分に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出する散出部を備えるので、中空糸膜が固定部に固定されている部分に気体を散出することによって固定部に対する中空糸膜の付け根の部分を取り巻く液体を流動させることができて繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができると共に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出することによって中空糸膜が伸びた状態を維持するのに寄与することとなる。また、散出部から気体が散出されたことにより生じる液体の流れのうち中空糸膜束を取り巻く部分の流れを開口端側から閉口端に向かう整流とするように案内する整流板を備えるので、閉口端（自由端）付近の液体の流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜が伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができることで、中空糸膜モジュールのろ過面積の減少を抑制することができる。
【０００７】
また、本発明の第２の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図２を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る中空糸膜モジュール１０において、整流板１５が、中空糸膜束の外縁から３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の距離を維持するように配設されている。
【０００８】
このように構成すると、中空糸膜束の周囲に液体の下降流が生じることを防ぐことができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の第３の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図２に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る中空糸膜モジュール１０において、整流板１５が、中空糸膜１１Ａの端面１１ｆ、１１ｓ方向を除いて中空糸膜束１１を包むように配設されている。
【００１０】
このように構成すると、中空糸膜束の周囲すべてにおいて液体の流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜が伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。
【００１１】
また、本発明の第４の態様に係る中空糸膜モジュールは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る中空糸膜モジュール１０において、中空糸膜１１Ａの長手方向がほぼ鉛直になるように中空糸膜束１１が配設され；散出部１４が、複数の中空糸膜１１Ａがほぼ鉛直方向に伸びた状態を維持するような液体Ｌの流れを作る気体Ｇを散出するように構成されている。ここで「ほぼ鉛直方向に伸びた状態」とは、典型的には、中空糸膜同士が絡まない程度に伸びた状態である。
【００１２】
このように構成すると、確実に中空糸膜が伸びた状態を維持することができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、中空糸膜束の内部かつ中空糸膜の外側の中空糸膜が固定部に固定されている部分に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出する散出部を備えるので、中空糸膜が固定部に固定されている部分に気体を散出することによって固定部に対する中空糸膜の付け根の部分を取り巻く液体を流動させることができて繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができると共に、開口端側から閉口端側に向けて気体を散出することによって中空糸膜が伸びた状態を維持するのに寄与することとなる。また、散出部から気体が散出されたことにより生じる液体の流れのうち中空糸膜束を取り巻く部分の流れを開口端側から閉口端に向かう整流とするように案内する整流板を備えるので、閉口端（自由端）付近の液体の流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜が伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができる。繊維状の物質等の残渣が中空糸膜の付け根の部分に絡むことを防ぐことができ、中空糸膜同士が絡み合うことを防ぐことができることで、中空糸膜モジュールのろ過面積の減少を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１５】
まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュール１０を説明する。図１は、中空糸膜モジュール１０の部分縦断面図である。中空糸膜モジュール１０は、中空糸膜束１１と、固定部１３と散出部１４とを有するヘッダー１２と、整流板１５とを備えている。中空糸膜モジュール１０は、利用される際には、液体Ｌ中に没入（浸漬）される。
【００１６】
中空糸膜束１１は、中空糸膜１１Ａが複数本集合して構成されたものである。中空糸膜１１Ａは、内部に中空部が形成されたストロー状（細い管状）の側面が多孔質の膜部となっている中空の糸（中空糸）である。中空糸膜１１Ａでは、長さ方向に連通する中空部が、中空糸の芯を貫通する。中空糸膜１１Ａの外径（直径）は、例えば、１〜３ｍｍ程度であるが、液体Ｌ中での自立を容易にする観点から２ｍｍ以上とするとよい。中空糸膜１１Ａを構成する膜の厚さは１０〜５００μｍ程度である。中空糸膜１１Ａの長さは、後述するように整流板１５を適切に配置することにより、５００ｍｍ以上として、ろ過面積を大きくすることができる。中空糸膜１１Ａは、典型的には、耐水性、耐薬品性を有する樹脂製とする。ここで、耐薬品性とは、中空糸膜束１１を使用するときに、ろ過する液体Ｌに混入される薬品に対する耐性をいい、中空糸膜１１Ａの表面に堆積した固形物を洗浄する際に添加される薬品に対する耐性を含む。中空糸膜１１Ａは、好ましくは、フッ化ビニリデン系樹脂製とする。フッ化ビニリデン系樹脂は、耐薬品性に加え、耐熱性及び機械的強度にも優れている。フッ化ビニリデン系樹脂としては、フッ化ビニリデンの単独重合体、すなわちポリフッ化ビニリデン、他の共重合可能なモノマーとの共重合体あるいはこれらの混合物が用いられる。フッ化ビニリデン系樹脂と共重合可能なモノマーとしては、四フッ化エチレン、六フッ化プロピレン、三フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、フッ化ビニル等の一種又は二種以上を用いることができる。フッ化ビニリデン系樹脂は、フッ化ビニリデンを７０モル％以上含有することが好ましく、さらに、耐薬品性及び機械的強度の高さからフッ化ビニリデン１００モル％からなる単独重合体とすることが好ましい。
【００１７】
中空糸膜１１Ａは、フッ化ビニリデン系樹脂１００重量部に対し、可塑剤とフッ化ビニリデン樹脂の良溶媒とを合計量で１００〜３００重量部、かつ可塑剤と良溶媒の合計量に占める良溶媒の割合が８〜３５重量％となるように添加し、押出成形後、可塑剤及び良溶媒とを抽出液で抽出して製造することができる。さらに、結晶化度を増大するために、例えば１００〜１４０℃で３〜９００秒の熱処理を施した後、長手方向に一軸延伸することが好ましい。一軸延伸することにより、空孔率及び孔径が増大し、強伸度や直線性が向上する。一軸延伸されたフッ化ビニリデン系樹脂製の中空糸膜では、一例として、空孔率が６０〜８５％、平均孔径が０．０５〜０．１５μｍ、引張強度が５ＭＰａ以上、破断伸びが５％以上となる。
【００１８】
中空糸膜１１Ａは、ストロー状の一端１１ｆが熱シール等により閉じられた閉口端に、他端１１ｓが開口のままの開口端に、それぞれ形成されている。中空糸膜１１Ａは、ストロー状の外周面から中空部に液体Ｌを導入してろ過し、ろ過された液体Ｌを開口端に形成された他端１１ｓから導出するように構成されている。本実施の形態では、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・は同様の構成を有している。
【００１９】
固定部１３は、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・を固定する部材である。固定部１３は、典型的には可とう性の小さい高分子合成樹脂が直方体に形成されることにより構成されている。固定部１３は、直方体の内部が中空となった中空室としての集液室１３ｈが形成されている。各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・は、その中空部が集液室１３ｈと連通するように他端１１ｓが固定部１３の直方体の１つの面に埋め込まれることにより、かつ、他端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように、固定部１３に固定されている。ここで「所定の間隔」は、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・間における液体Ｌの流れを阻害しない間隔である。各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・の他端１１ｓの間隔は、中空糸膜１１Ａが固定される固定部１３の面における単位面積あたりの中空糸膜１１Ａの本数を増やして中空糸膜束１１全体のろ過面積をできるだけ大きくする観点から、所定の間隔を維持できる範囲でできるだけ狭くすることが好ましい。
【００２０】
中空糸膜１１Ａの、閉口端に形成された一端１１ｆは、部材等に支持固定されておらず、液体Ｌ中で移動可能な自由端となっている。一端１１ｆは、自由端であり、閉口端でもあるため、以下の説明では一端１１ｆと同じ符号を用いて「自由端１１ｆ」、「閉口端１１ｆ」ということもある。他方、他端１１ｓは、固定端であり、開口端でもあるため、以下の説明では他端１１ｓと同じ符号を用いて「固定端１１ｓ」、「開口端１１ｓ」ということもある。中空糸膜１１Ａは、中空糸膜モジュール１０を構成する中空糸膜束１１として液体Ｌ中に浸漬されたときに、自由端１１ｆが上部に、固定端１１ｓが下部に位置するように、かつ中空糸膜１１Ａ自体が鉛直方向に伸びるように配設される。以下の説明において上下等の位置関係に言及するときは、中空糸膜１１Ａの自由端１１ｆが上部に固定端１１ｓが下部に位置するようにかつ中空糸膜１１Ａ自体が鉛直方向に伸びるように中空糸膜モジュール１０が配設されたときの状態における位置関係をいうものとする。上述した固定部１３に固定される各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・は、固定部１３の直方体の上面に固定されている。また、固定部１３の直方体の側面には、集液室１３ｈ内の液体Ｌを導出する導出口１３ｄが形成されている。
【００２１】
散出部１４は、固定部１３の直方体と同様の可とう性の小さい高分子合成樹脂が直方体に形成された本体１４ｂと、気体Ｇを吐出するノズル状の散気管１４ｐとを含んで構成されている。直方体の本体１４ｂの内部には、気体Ｇが存在可能な中空の散気室１４ｈが形成されている。本実施の形態では、本体１４ｂの上面と固定部１３の直方体の底面とが共有するように、散出部１４と固定部１３とが一体に構成され、ヘッダー１２となっている。散出部１４を構成する散気管１４ｐは、本体１４ｂの上面から鉛直上方に伸びるように本体１４ｂの上面に取り付けられている。散気管１４ｐは固定部１３の集液室１３ｈ及び直方体の上面を貫通し、固定部１３の直方体の上面からわずかに突出している。散気管１４ｐは、その内部の中空の部分が散気室１４ｈ及び中空糸膜１１Ａ間の空間と連通し、集液室１３ｈには連通しないように取り付けられていることにより、散気室１４ｈ内の気体Ｇを中空糸膜１１Ａ間の空間に供給することができるように構成されている。散気管１４ｐは、中空糸膜束１１をさらにいくつかの小グループ（例えば８本程度の中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・からなるグループ）に仮想的に分割した区分ごとに、先端が中空糸膜束１１内に開口するように（複数本の中空糸膜１１Ａに挟まれるように）設けられている。散気管１４ｐの本数及び設置間隔は、各中空糸膜１１Ａ、１１Ａ、・・・を液体Ｌ中で鉛直方向に伸びるように自立させることができ、中空糸膜１１Ａ（固定部１３に対する中空糸膜１１Ａの付け根部分を含む）に絡まりつつある繊維状の物質等の残渣を除去できる程度の液流を生じさせることができる気体Ｇを供給することができるようにする観点から適宜決定すればよい。また、本体１４ｂの側面には、散気室１４ｈに気体Ｇを導入する導入口１４ｄが形成されている。
【００２２】
整流板１５は、散気管１４ｐから気体Ｇが散出されることによって生じる中空糸膜束１１の周囲の液体Ｌの流れを、固定端１１ｓ側から自由端１１ｆに向かう整流とするように案内する部材である。ここでいう「整流」は、典型的には、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うことがない程度に落ち着いている状態の液体Ｌの流れである。整流板１５は、典型的には可とう性の小さい高分子合成樹脂で形成されており、中空糸膜モジュール１０を水平方向に見たときに中空糸膜束１１が隠れるように設けられている。つまり、整流板１５は、中空糸膜束１１の上下両面（中空糸膜１１Ａの端面）を除いて中空糸膜束１１を包むように配設されている。あるいは、整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を水平方向に見たときに固定部１３との間に隙間が形成され中空糸膜１１Ａと固定部１３との接続部分が見えるように配設されていてもよい。このように整流板１５を配設すると、固定端１１ｓ側から自由端１１ｆに向かって流れて中空糸膜モジュール１０から導出された分の液体Ｌを、整流板１５と固定部１３との間に形成された隙間から整流板１５で囲まれた中に確実に導入することができる。
【００２３】
図２の平面図に示すように、整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を鉛直上方から見たときに中空糸膜束１１を囲むように設けられている。また、整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を鉛直上方から見たときに、固定部１３との接続部分の平面における中空糸膜束１１の外縁との距離Ｈ（以下「クリアランスＨ」ということもある）が３ｍｍ以上かつ２０ｍｍ以下を維持するように配設されている。ここで、中空糸膜束１１の外縁とは、中空糸膜束１１の外周部を構成する中空糸膜１１Ａについて隣り合う中空糸膜１１Ａ、１１Ａに共通するような接線を仮想線として結んでいったときに生じる仮想の輪郭である。図２に示す例では、中空糸膜束１１の外縁が長方形になっている。したがって、平面における整流板１５の配置も好ましくは長方形となる。
【００２４】
図３に、クリアランスＨ部分に液体Ｌが流れたときの圧力損失とクリアランスＨとの関係のグラフを示す。図３に示すグラフでは、横軸にクリアランスＨ（ｍｍ）を、縦軸に液体Ｌの流れの圧力損失Ｐ（ｋＰａ）をとっている。図３に示すように、クリアランスＨが４ｍｍ以上のときは圧力損失Ｐがほぼゼロであるのに対し、クリアランスＨが４ｍｍを下回ると圧力損失Ｐが増加傾向に転じ、クリアランスＨが２ｍｍを下回ると圧力損失Ｐが急激に増加している。クリアランスＨを３ｍｍ以上とすることで整流板１５と中空糸膜束１１との間に生じる液体Ｌの上昇流の整流を妨げない程度に圧力損失を低減することができるが、確実に圧力損失Ｐを低減する観点からクリアランスＨを５ｍｍ以上とすることが好ましい。他方、クリアランスＨの上限は、２０ｍｍとすることが好ましい。クリアランスＨが大きすぎると、整流板１５の内側に液体Ｌの下降流が発生して中空糸膜１１Ａの自立を妨げ、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うおそれが生じるからである。
【００２５】
再び図２に戻って整流板１５の配置を説明する。整流板１５は、中空糸膜モジュール１０を鉛直上方から見たときに、固定部１３の長手方向に沿って形成されるクリアランスＨ部分の下方に固定部１３が存在しないように配設されている。逆をいえば、クリアランスＨ部分の下方に固定部１３が存在しないように中空糸膜束１１と固定部１３との関係が規定されている。このような位置に整流板１５が配設されていると、固定端１１ｓ側から自由端１１ｆに向かって流れて中空糸膜モジュール１０から導出された分の液体Ｌを、固定部１３の長手方向に沿って形成されたクリアランスＨ部分の下方からクリアランスＨ部分に確実に導入することができる。中空糸膜モジュール１０は、整流板１５を備えることで中空糸膜束１１の周辺に下降流が生じることを回避することができる。これまで説明したように構成された整流板１５は、散出部１４から気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆに向かう整流とするように案内するものであって、液体Ｌを、中空糸膜束１１との間に対して下方から導入し上方から導出して内側（整流板１５と中空糸膜束１１との間）の上昇流と外側の下降流とを区画するものとなっている。水平断面が矩形になるように接続された（典型的には中空糸膜束１１の四方を囲むように配設された）４枚の整流板１５は、固定部１３との間から液体Ｌを導入する液体導入口と、上方から液体Ｌを溢流させる液体導出口とが形成されている。
【００２６】
再び図１に戻って中空糸膜モジュール１０の説明を続ける。上述のように構成された中空糸膜モジュール１０は、典型的には、液体Ｌが入れられている槽２１に設置される。中空糸膜モジュール１０は、利用される際に整流板１５が液体Ｌ中に没入するように設置される。固定部１３の導出口１３ｄには、ろ過した液体Ｌを搬送する回収液管２３が接続されている。回収液管２３には、ろ過した液体Ｌを圧送する回収液ポンプ２５が配設されている。散出部１４の導入口１４ｄには、散気管１４ｐから散気する気体Ｇを搬送する気体搬送管２４が接続されている。気体搬送管２４には、気体Ｇを散気室１４ｈに向けて圧送するブロワ２６が配設されている。
【００２７】
続いて図１及び図２を参照して、中空糸膜モジュール１０の作用を説明する。以下では、ろ過される液体Ｌが下水（廃水も含まれる）、気体Ｇが空気であるとして説明する。なお、回収液管２３及び集液室１３ｈには、あらかじめ呼び水が注入されていることが好ましい。槽２１内には、下水Ｌがポンプ（不図示）又は自然流下により随時流入している。中空糸膜モジュール１０は、下水Ｌ中に没入している。ブロワ２６が起動すると、空気Ｇが、気体搬送管２４を介して散気室１４ｈに流入し、さらにブロワ２６の圧力にて各散気管１４ｐ内を通って各散気管１４ｐの上端から中空糸膜束１１内の下水Ｌ中に吐出される。下水Ｌ中に吐出された空気Ｇは下水Ｌ中を上昇して行き、空気Ｇの上昇が中空糸膜束１１内に存在する下水Ｌの上昇流を引き起こす。そして、中空糸膜束１１内に存在する下水Ｌの上昇流は、整流板１５の内側のクリアランスＨ部分に存在する下水Ｌの上昇流を引き起こす。気体としての空気Ｇが散気管１４ｐから吐出されることにより、整流板１５内の下水Ｌの上昇流を作り出すことができと共に、繊維状の物質の残渣のみならず繊維状の物質の残渣以外の固形物や濁質をも中空糸膜１１Ａから除去することができる。また、空気Ｇが散気管１４ｐから吐出されることにより、下水Ｌを活性汚泥とした場合のばっきを行うことができる。
【００２８】
整流板１５内の下水Ｌの上昇流は、整流板１５の上端から整流板１５の外側へ流出する。整流板１５の外側に流出した下水Ｌは、整流板１５の外側を下降する。整流板１５の下方からは、下水Ｌが整流板１５内に流入する。このように、散気管１４ｐから空気Ｇが吐出されることにより、整流板１５の内側で上昇して整流板１５の外側で下降する下水Ｌの流れが作り出される。３ｍｍ〜２０ｍｍのクリアランスＨが維持されるように整流板１５が設けられていることにより、下水Ｌの流れを整流板１５の内外で区画することができ、整流板１５の内側に下水Ｌの下降流が生じるのを防止することができる。また、整流板１５内の下水Ｌの上昇流により、中空糸膜１１Ａ同士の絡みも防止される。さらに、上方に位置する各中空糸膜１１Ａの自由端１１ｆがポッティングされていないので（固定されていないので）、下水Ｌ中に混在する繊維状の物質等の残渣の中空糸膜１１Ａへの絡みも防止される。
【００２９】
その一方で、回収液ポンプ２５が起動すると、回収液管２３、集液室１３ｈ、及び中空糸膜１１Ａ内の液体が流動する。これに伴って、中空糸膜１１Ａの外側に存在する下水Ｌが中空糸膜１１Ａ内に流入する。下水Ｌが、中空糸膜１１Ａの外側から多孔質部分を通って中空糸膜１１Ａ内の中空部に流入することにより、下水Ｌのろ過が行われる。このときの中空糸膜１１Ａの外側に存在する下水Ｌは、上述のように上昇流となっているので、限外ろ過膜に適したクロスフロー方式のろ過を行うことができる。各中空糸膜１１Ａの中空部に流入してろ過された下水Ｌは、閉口端１１ｆからは流出せず、開口端１１ｓから集液室１３ｈに流入して合流する。集液室１３ｈで合流したろ過された下水Ｌは、回収液管２３を介して次工程（不図示）に搬送される。
【００３０】
以上で説明したように、本実施の形態に係る中空糸膜モジュール１０は、一端１１ｓが開口端に他端１１ｆが閉口端に形成された中空糸膜１１Ａを複数有する中空糸膜束１１と、複数の中空糸膜１１Ａの開口端１１ｓが相互に所定の間隔を維持するように開口端１１ｓをそれぞれ固定し、複数の中空糸膜１１Ａの中空部と連通する中空室１３ｈが形成された固定部１３とを備えるのに加え、中空糸膜束１１の内部かつ中空糸膜１１Ａの外側に、開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ側に向けて気体Ｇを散出する散出部１４を備えるので、中空糸膜１１Ａの固定部１３への固定箇所に液体Ｌの流れを作り出すことができて繊維状の物質等の残渣が固定箇所付近の中空糸膜１１Ａに絡むことを防ぐことができる。また、散出部１４から気体Ｇが散出されたことにより生じる液体Ｌの流れのうち中空糸膜束１１を取り巻く部分の流れを開口端１１ｓ側から閉口端１１ｆ（自由端１１ｆ）に向かう整流とするように案内する整流板１５を備えるので、自由端１１ｆ付近の液体Ｌの流れに乱れが生じるのを防ぐことが可能となって中空糸膜１１Ａが伸びた状態を維持することが可能となり、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うことを防ぐことができる。繊維状の物質等の残渣が固定箇所付近の中空糸膜１１Ａに絡むことを防ぐことができ、中空糸膜１１Ａ同士が絡み合うことを防ぐことができることで、中空糸膜モジュール１０のろ過面積の減少を抑制することができる。
【００３１】
以上の説明では、固定部１３と散出部１４とが一体に形成されてヘッダー１２を構成しているとしたが、固定部１３と散出部１４とが別体に構成されていてもよい。
【００３２】
以上の説明では、整流板１５が、中空糸膜束１１の上下両面を除いて中空糸膜束１１を包むように（平面上で中空糸膜束１１の四方を囲むように）配設されているとしたが、例えば図２に例示されている、中空糸膜束１１が水平面上で短辺に比べて長辺が十分に長い矩形に形成されている場合の短辺に隣接する部分のように、中空糸膜モジュール１０全体のろ過機能に対して液体Ｌの下降流の影響が及ばないあるいは影響が小さい部分が存在する場合は、当該短辺に隣接する部分のように液体Ｌの下降流の影響が及ばない（又は小さい）部分の整流板１５を省略してもよい。図２の例の場合で説明すると、短辺部分の隣の整流板１５を省略し、長辺に対向する２面の整流板１５を設置するようにしてもよい。
【００３３】
以上の説明では、中空糸膜モジュール１０が槽２１内に設置されているとしたが、槽２１に入れられていない、例えば、池に溜まった水あるいは河川水等の液体中に直接浸漬されることとしてもよい。特に流れのない滞留した液体中で利用されると、自由端１１ｆ付近の液体Ｌの流れ（上昇流）が乱れることなく、中空糸膜１１Ａ同士が絡みにくくなって好適である。
【００３４】
以上の説明では、ろ過される液体Ｌが下水であるとしたが、下水以外の、例えば飲料水や果汁等であってもよい。中空糸膜１１Ａの多孔質の大きさは、液体Ｌの種類に応じて適宜決定するとよい。また、気体Ｇが空気であるとしたが、窒素等の不活性気体であってもよい。不活性気体を用いると、酸化防止のために酸素の使用を避けたい液体をろ過する場合に好適である。用いる気体Ｇの種類は、ろ過される液体Ｌの種類に応じて適宜決定するとよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの部分縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る中空糸膜モジュールの平面図である。
【図３】液体流の圧力損失とクリアランスとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１０ 中空糸膜モジュール
１１ 中空糸膜束
１１Ａ 中空糸膜
１１ｆ 自由端（一端、閉口端）
１１ｓ 固定端（他端、開口端）
１３ 固定部
１３ｈ 中空室
１４ 散出部
１５ 整流板
Ｇ 気体
Ｌ 液体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に没入される中空糸膜モジュールであって；
一端が開口端に他端が閉口端に形成された中空糸膜を複数有する中空糸膜束と；
前記複数の中空糸膜の前記開口端が相互に所定の間隔を維持するように前記開口端をそれぞれ固定し、前記複数の中空糸膜の中空部と連通する中空室が形成された固定部と；
前記中空糸膜束の内部かつ前記中空糸膜の外側の前記中空糸膜が前記固定部に固定されている部分に、前記開口端側から前記閉口端側に向けて気体を散出する散出部と；
前記散出部から気体が散出されたことにより生じる前記液体の流れのうち前記中空糸膜束を取り巻く部分の流れを前記開口端側から前記閉口端に向かう整流とするように案内する整流板とを備え；
前記複数の中空糸膜のそれぞれの前記閉口端が自由端として構成された；
中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記整流板が、前記中空糸膜束の外縁から３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の距離を維持するように配設された；
請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記整流板が、前記中空糸膜の端面方向を除いて前記中空糸膜束を包むように配設された；
請求項１又は請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記中空糸膜の長手方向がほぼ鉛直になるように前記中空糸膜束が配設され；
前記散出部が、前記複数の中空糸膜がほぼ鉛直方向に伸びた状態を維持するような前記液体の流れを作る気体を散出するように構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項１】
液体中に没入される中空糸膜モジュールであって；
一端が開口端に他端が閉口端に形成された中空糸膜を複数有する中空糸膜束と；
前記複数の中空糸膜の前記開口端が相互に所定の間隔を維持するように前記開口端をそれぞれ固定し、前記複数の中空糸膜の中空部と連通する中空室が形成された固定部と；
前記中空糸膜束の内部かつ前記中空糸膜の外側の前記中空糸膜が前記固定部に固定されている部分に、前記開口端側から前記閉口端側に向けて気体を散出する散出部と；
前記散出部から気体が散出されたことにより生じる前記液体の流れのうち前記中空糸膜束を取り巻く部分の流れを前記開口端側から前記閉口端に向かう整流とするように案内する整流板とを備え；
前記複数の中空糸膜のそれぞれの前記閉口端が自由端として構成された；
中空糸膜モジュール。
【請求項２】
前記整流板が、前記中空糸膜束の外縁から３ｍｍ以上２０ｍｍ以下の距離を維持するように配設された；
請求項１に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項３】
前記整流板が、前記中空糸膜の端面方向を除いて前記中空糸膜束を包むように配設された；
請求項１又は請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
前記中空糸膜の長手方向がほぼ鉛直になるように前記中空糸膜束が配設され；
前記散出部が、前記複数の中空糸膜がほぼ鉛直方向に伸びた状態を維持するような前記液体の流れを作る気体を散出するように構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の中空糸膜モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１３６７９８（Ｐ２００９−１３６７９８Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１６８１６（Ｐ２００７−３１６８１６）
【出願日】平成１９年１２月７日（２００７．１２．７）
【出願人】（０００００１１００）株式会社クレハ (477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月７日（２００７．１２．７）
【出願人】（０００００１１００）株式会社クレハ (477)
【Ｆターム（参考）】
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