JP3924926B2 - Hollow fiber membrane filtration membrane module - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水浄化用中空糸膜モジュールに関するものである。さらに詳しくは、工業用水や水道水の浄水処理に使用する中空糸膜モジュールに関し、特に水道水用の浄水処理に使用する中空糸膜モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上等の特徴を有するため、適用分野を拡大しながら普及している技術である。膜分離法には、逆浸透、限外ろ過、精密ろ過、ガス分離、血液浄化、およびパーベーパレーション等の方法がある。また、分離膜の形態には、中空糸膜、平膜、および管状膜等があり、上記の各分離対象物の性質や特徴に応じて使い分けられている。
【０００３】
従来、精密ろ過の分野では、小型のディスクフィルターや平膜プリーツ型カートリッジフィルターとして比較的小容量の処理の、かつ比較的清澄な水溶液を分離・ろ過する目的のものが使用されてきている。また、限外ろ過の分野では、超純水の製造や食品製造および清涼飲料の製造等に平膜ろ過装置や中空糸型膜モジュールが使用されてきた。
【０００４】
近年、このような精密ろ過や限外ろ過の中空糸膜を、河川水や地下水から工業用水や水道水を製造する浄水処理プロセスに適用しようとする研究が進められ、比較的濁質分の多い原水に対して長期間使用するこのような分野に精密ろ過や限外ろ過の技術が適用されはじめている。
【０００５】
多孔質の中空糸膜を使用した中空糸膜モジュールは、単位体積当りのろ過面積を非常に大きくとれること、膜処理すべき原液と膜透過液とを隔てるシール機構が単純であること、水質が優れていること、運転管理が容易であることなどの種々の利点を有している。
【０００６】
特に水道浄水処理プロセスの分野では、水質が従来の凝集沈殿・砂ろ過法より優れていて、自動化が容易で省力化を図ることができるところが注目され、積極的に導入がすすめられつつある。さらに、クリプトスポリジウムのような塩素殺菌に対して強い耐性を持つ病原性原虫に汚染された水道原水に対しても、病原性原虫を確実に除去できる技術として注目され、このような原水に対する処理方法として推奨されている。
【０００７】
しかし、このような目的で使用される場合、中空糸膜モジュールには中空糸膜が破断して原水が膜ろ過水に混入する可能性が存在する。通常の水質の評価項目、例えば、濁度に対しては多少の中空糸膜が破断してもほとんど問題になる恐れはないが、クリプトスポリジウムの場合には、その強い感染力のために極く少数の中空糸膜が破断しても問題となることがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来の中空糸膜型モジュールのもつ欠点を解決した、中空糸膜が破断してもクリプトスポリジウムに代表される病原性原虫などの微生物がもれ込むことのない中空糸膜型ろ過膜モジュールおよび工業用または水道水用の水の製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、以下に述べる構成からなる。
すなわち、外圧式中空糸膜型ろ過膜モジュールにおいて、膜ろ過水を取り出す中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面に、中空糸膜の細孔径より孔径の大きい精密ろ過膜からなるフィルター部材を装着し、中空糸膜ろ過液が該フィルター部材で濾過されるように構成したことを特徴とするものであり、次の好ましい実施態様を有している。
（１）精密ろ過膜からなるフィルター部材が、ポッティング部中空糸膜開口端面と精密ろ過膜とを液密に密接させる機構、精密ろ過膜および該精密ろ過膜の変形を防止する押さえ部材、および、フィルター部材と膜ろ過液集水用モジュールキャップとを液密に密接させる機構からなること。
（２）フィルター部材が高分子製精密ろ過膜からなること。
（３）フィルター部材が、焼結金属製精密ろ過膜からなること。
【００１０】
また、本発明においては、工業用水又は水道水を製造するための浄水方法において、前記いずれかの中空糸膜型モジュールに原水を供給し、中空糸膜を透過し、さらにフィルター部材を透過した水を取り出すことを特徴とする浄水方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図1〜３は本発明の中空糸膜モジュールの一例を示すものである。図４〜６は精密ろ過膜からなるフィルター部材を装着した本発明の中空糸膜型ろ過膜モジュールのポッティング部の断面を模式的に示した図で、膜ろ過水を取り出す中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面に、中空糸膜の細孔径より孔径の大きい精密ろ過膜からなるフィルター部材を装着し、中空糸膜ろ過液を該フィルター部材で濾過するように構成されていることを示している。
【００１２】
図１は、Ｕ字型に束ねた中空糸膜２を、膜モジュールの外筒１内に挿入し、外筒の上端部で中空糸膜束をポッティング材３で接着・固定し、中空糸膜の開口部端面４に接して、フィルター部材５を組み入れて膜ろ過水の集水用のモジュールキャップ８を取り付けた構造をした中空糸膜型ろ過膜モジュールの例を示している。図１に示した中空糸膜型ろ過膜モジュールの使用方法の一例は、次の通りである。すなわち、濁質分を含む原水は、原水供給ノズル１０Ｂから膜モジュール内に導入され、中空糸膜の外側から内側に膜を透過してろ過される。ろ過された膜ろ過水は中空糸膜の中空部内を流れて開口部端面４から集水部７を通って膜モジュールの膜ろ過水出口ノズル６から取り出される。原水中の濁質は中空糸膜の外表面上に捕捉され堆積する。
中空糸膜の外表面上に堆積した濁質のケーク層が厚くなってろ過抵抗が増大し、ろ過に要する差圧が所定の値に達したならば、原水の供給を停止して、必要に応じて、一定量のろ過水をノズル６から逆流させて逆圧洗浄し、さらにノズル１１から空気を導入して空気の泡と泡の上昇に伴なって発生する水の上昇流で中空糸膜を揺動させて濁質分からなるケーク層を物理的に除去する。
膜ろ過水は、中空糸膜の開口部から集水部に出た所に置かれた中空糸膜の細孔径より孔径の大きい精密ろ過膜からなるフィルター部材５を通過して膜モジュールの透過水出口ノズル６から、膜モジュールの外部に取り出される。
【００１３】
図２は、中空糸膜束１２を膜モジュールの外筒２１内に挿入し、外筒の両端部で中空糸膜束をポッティング材１３および１３’で接着・固定し、中空糸膜の開口部端面１４および１４’に接して、フィルター部材１５および１５’を組み入れて膜ろ過水の集水用のモジュールキャップ１８および１８’を取り付けた構造をした中空糸膜型ろ過膜モジュールの例を示している。図２に示した中空糸膜型ろ過膜モジュールの使用方法の一例は、次の通りである。すなわち、濁質分を含む原水は、原水供給ノズル２０および／または２０’から膜モジュール内に導入され、中空糸膜の外側から内側に膜を透過してろ過される。ろ過された膜透過水は中空糸膜の中空部内を流れて開口部端面１４および／または１４’から集水部１６および／または１６’を通って膜モジュールの透過水出口ノズル１７および／または１７’から取り出される。原水の供給は、中空糸膜型ろ過膜モジュールの下方に位置する中空糸膜束を接着・固定したポッティング部に複数の通路をポッティング部に貫通させて設けて、この原水通路から中空糸膜束内に可及的に均一化して供給する構造としてもよい。原水中の濁質は中空糸膜の外表面上に捕捉され堆積する。
中空糸膜の外表面上に堆積した濁質のケーク層が厚くなってろ過抵抗が増大し、ろ過に要する差圧が所定の値に達したらば、原水の供給を停止して、必要に応じて、一定量のろ過水をノズル１７および／または１７’から逆流させて逆圧洗浄し、さらにノズル２０’から空気を導入して空気の泡と泡の上昇流で中空糸膜を揺動させて濁質分からなるケーク層を物理的に除去する。ポッティング部に貫通させて設けた複数の原水供給通路がある構造の中空糸膜型ろ過膜モジュールの場合には、この原水供給通路から加圧した空気を出して泡および泡の上昇に伴なって発生する水の上昇流で中空糸膜を揺動させて濁質分からなるケーク層を物理的に除去する。
膜ろ過水は、中空糸膜の開口部から集水部に出た所に置かれた中空糸膜の細孔径より孔径の大きい精密ろ過膜からなるフィルター部材１５および／または１５’を通過して膜モジュールの透過水出口ノズル１７および／または１７’から、膜モジュールの外部に取り出される。
図３は図２と同様の構成の膜モジュールであるが、膜モジュールの一端部の中空糸膜の全てが封止された閉塞端部からなる例を示している。３２は閉塞端部を示し、３３は物理洗浄の空気を放散する小孔を複数設けた中心パイプを示している。３４は物理洗浄空気の導入孔である。
【００１４】
フィルター部材を構成するろ過材料には、精密ろ過膜が使用される。フィルター部材の構成は、図４に示す構成のもの、あるいは図５、またさらに、図６に示すリーフディスクフィルターを複数組み合わせたフィルター部材等のいずれでもよい。
図４は、中空糸膜束３７の開口部端面４０にパッキン３９−１を置いてろ過材料４１と密接させ、該ろ過材料とろ過圧による該ろ過材料の変形を防止する押さえ部材４２とパッキン３９−２で密接させ、膜モジュールの集水用キャップを押さえ部材４２とパッキン３９−３を介して密接させた構造をしている。図５に示す構成は、フィルター部材がろ過材料５４と押さえ部材５３とが一体に成形加工された構造のフィルター部材を組み込んだ例を示している。５１はろ過材料５４と押さえ部材５３とを一体に固着しているフランジであり、ろ過材料５４と押さえ部材５３とを液密に密接させ、中空糸膜束４８の開口部端面５２の外縁部および膜モジュールキャップ５７とフィルター部材とを液密に密接させている。ろ過材料４１または５４がプリーツ型に加工されていてもよく、液密にシールされていれば有効膜面積を大きくとれるのでむしろ好ましい。
図６はろ過材料がリーフディスクフィルター状に加工されているフィルター部材を中心パイプに複数枚固定したフィルター部材を示している。６４がリーフディスクフィルターを示し、６５はリーフディスクフィルター間のスペーサーであり、６６はフィルター部材と膜モジュールキャップとを液密に固定するＯ-リングである。フィルターろ過水は中心の集水パイプ６７から取り出される。
【００１５】
フィルター部材を構成する精密ろ過膜は、中空糸膜の細孔径より孔径の大きい精密ろ過膜であり、高分子材料、金属製膜材料、セラミックス膜材料、ガラス膜材料など、ろ過材料として所定のろ過精度と透過速度および耐久性を持つものであれば、いずれの素材の精密ろ過膜でも使用することができる。
【００１６】
精密ろ過膜を構成する高分子材料としては、ポリエチレン、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、およびクロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホンおよびポリエーテルスルホン等が使用できる。さらに、これらの高分子の焼結体からなるろ材も使用することができる。
【００１７】
金属製の精密ろ過膜としては焼結金属製精密ろ過膜が好ましく使用できる。例えば、ＳＵＳ３０４またはＳＵＳ３１６等の微粒子を焼結した焼結金属繊維製精密ろ過膜が特に好ましく使用できる。
【００１８】
セラミックスおよびガラス製ろ過材料としては、それらの焼結多孔質体が使用できる。
【００１９】
このようなろ過材料の孔径としては０．０３μｍ以上４．０μｍ以下、好ましくは０．０５μｍ以上２．０μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以上１．０μｍ以下の範囲の孔径を有するろ過材料が使用される。孔径を決める条件の一つは、万一中空糸膜が破断した時に混入する濁質分または微生物等のなかで塩素殺菌等で消毒ないし殺滅できない特定のものを除去して、膜モジュールの信頼性を確実にすることができることである。他はフィルター部材の装着によって膜モジュールによるろ過差圧が長期にわたって著しく増加せずに使用できることである。すなわち、ろ過材料の透水性能が１０００Ｌ／（ｍ^２・ｈ）／（１００ｋＰａ）以上、好ましくは１００００Ｌ／（ｍ^２・ｈ）／（１００ｋＰａ）以上であるろ過材料からなるフィルター部材が使用される。透水性能の上限は高いほどフィルター部材による圧力損失が小さくて済むが、実際にはろ過材料のろ過精度とトレードオフの関係にあり、ろ過精度を小さくとれば透水性能も小さくなるので、およそ１０００００Ｌ／（ｍ^２・ｈ）／（１００ｋＰａ）以下、より好ましいろ過精度に対しては約１００００Ｌ／（ｍ^２・ｈ）／（１００ｋＰａ）程度となる。以上のような観点からろ過材料とろ過精度とを検討した結果、上記の孔径範囲が好ましく使用できる。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の構成、効果を実施例を用いてさらに詳細に説明する。
【００２１】
本発明の効果の確認は次の方法で行なった。クリプトスポリジウムを使った実験は非常に困難なので、通常、所定の粒子の除去性で評価すればよいと言われている。通常、人への感染で問題になるクリプトスポリジウムには２種類あって、楕円体状をしている。小型のもので、(4.5〜5.4)〜(4.2〜5.0)μm、大型の種類で(6.6〜7.9)〜(5.3〜6.5)μmと報告されており、４〜６μmのポリスチレンビーズの除去性で評価することができるとされている。しかし、１０^−６〜１０^−７の除去率を実用規模の膜モジュールについてポリスチレンビーズで評価するのも、極めて大量の試験水を必要とするので、実際的ではないため、ここでは原水中に存在する微粒子を計測して評価した。また、従来の凝集沈殿砂ろ過法に対しては、濁度０．１以下に管理することがクリプトスポリジウムに対する暫定指針とされているので、参考に濁度の比較も行なった。
【００２２】
実施例１及び比較例１
外径６８０μｍ、内径４００μｍ、平均細孔径０．０１μｍのポリアクリロニトリル多孔質中空糸膜３５００本からなる中空糸膜束をＵ字状に束ね、その両端部を外径１１０ｍｍ、内径１０４ｍｍの硬質塩化ビニルパイプのハウジング内に挿入して、片端部を接着剤で固定した後、その接着固定部の一部を切断して中空糸膜の内部を開口させた。そして、図５に示すような構造に、ＳＵＳ３０４焼結ステンレス鋼繊維からなるろ過精度１．０μｍのプリーツ加工をしたろ過材料と押さえ部材と一体に成形された構造のディスクフィルター部材を使用して、中空糸膜型ろ過膜モジュールを製作した。
【００２３】
この中空糸型ろ過膜モジュールの中空糸膜をポッティング部近傍で３００本切断して本発明の試験用膜モジュールとした（実施例１）。他の１本は、フィルター部材を装着せずに同様に中空糸膜を３００本切断して比較対象試験用とした（比較例１）。
【００２４】
これらの中空糸膜モジュールを使用して、濁度６．９、直径４μｍ以上の粒子を８．２×１０^８個／ｍｌ含有する原水を８．３ｌ／分の流量で全量ろ過させて、透過水中の濁度と微粒子を測定した。その結果、フィルター部材を装着せずに中空糸膜を３００本切断した膜モジュールでは、透過水の濁度が１．４で直径４μｍ以上の粒子が１．６×１０^８個／ｍｌ検出された（比較例１）。これに対して焼結ステンレス鋼繊維製フィルター部材を装着した膜モジュールでは、濁度が０．０２で、直径４μｍ以上の粒子は１０個／ｍｌ以下で、中空糸膜を切断していない膜モジュールと同等の値を示し、中空糸切断部から漏れ込んだ粒子はフィルター部材で実質的に除去されていた（実施例１）。
【００２５】
なお、膜モジュールのろ過差圧はフィルター部材を装着した膜モジュールが５０ｋＰａで、フィルター部材を装着していない膜モジュールは２５ｋＰａで、差圧の上昇率には差異はなく、問題無く運転することができた。
【００２６】
実施例２及び比較例２
外径６８０μｍ、内径４００μｍ、平均細孔径０．０１μｍのポリアクリロニトリル多孔質中空糸膜７４００本からなる長さ約１０００ｍｍの中空糸膜束を塩ビ製の外筒に挿入してその両端部を接着固定し、端部を切断して中空糸膜の内部を両端部で開口させた形状の図２に示したような中空糸型ろ過膜モジュールを製作した。１本の膜モジュールはノズル２０の近傍で中空糸膜を１０本切断し、膜モジュールの両開口部端面には、ろ過精度０．６μｍの焼結ステンレス鋼繊維をプリーツ加工したディスクフィルター部材を装着した（実施例２）。他の膜モジュールではノズル２０の近傍で中空糸膜を１０本切断し、焼結ステンレス鋼繊維からなるフィルター部材を装着しなかった（比較例２）。
【００２７】
実施例１と同様に、濁度５．２、４μｍ以上の粒子６．２×１０^８個／ｍｌを含む原水を使用して上記両膜モジュールの透過水の濁度および粒子数を比較した。その結果、フィルター部材を装着しなかった膜モジュールでは、透過水の濁度が０．０３５、直径４μｍ以上の粒子が４．０×１０^６個／ｍｌ検出された（比較例２）。これに対して焼結ステンレス鋼繊維からなるフィルター部材を装着した膜モジュールでは濁度は０．０１以下で、４μｍ以上の粒子数は１０個／ｍｌ以下で、中空糸膜を切断していない膜モジュールと差のない結果であった。両者のろ過差圧の差は２７ｋＰａ以下で、差圧の上昇率には差異はなく、運転上の問題は認められなかった（実施例２）。
【００２８】
実施例３及び比較例３
実施例１と同様に、ポリアクリロニトリル多孔質中空糸膜３５００本からなる中空糸膜束をＵ字状に束ね、硬質塩化ビニルパイプのハウジング内に挿入して、片端部を接着剤で固定し、その接着固定部の一部を切断して中空糸膜の内部を開口させた形状の膜モジュールを製作した。膜モジュールの１本は、中空糸膜のポッティング部近傍で約１０本切断して、図６に示したような焼結ステンレス鋼繊維の３枚のリーフディスクフィルターからなるフィルター部材を装着した（実施例３）。フィルターのろ過精度は０．３μｍであった。他の膜モジュールは中空糸膜１０本を切断して、フィルター部材を装着せずに作製した（比較例３）。
【００２９】
実施例２と同様に濁度５．２の原水を使って４．２ｍｌ／分で供給し全量ろ過して、透過水の濁度と粒子数を測定した。フィルター部材を装着していない膜モジュールの透過水の濁度が０．０３５、直径４μｍ以上の粒子が４．０×１０^６個／ｍｌ検出された（比較例３）。これに対してフィルター部材を装着した膜モジュールでは濁度は０．０１以下で、４μｍ以上の粒子数は数個／ｍｌ以下で、中空糸膜を切断していない膜モジュールと差のない結果であった（実施例３）。なお、両者のろ過差圧は６０ｋＰａで、差圧の上昇率には差異はなく、問題なく運転することができた。
【００３０】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、水道浄水処理プロセス等の分野で使用する中空糸膜型ろ過膜モジュールにおいて、万一中空糸膜が破断しても、クリプトスポリジウムのような塩素殺菌に対して耐性のある病原性原虫類をはじめとする異物を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中空糸型ろ過膜モジュールの１例の全体構造の断面図
【図２】中空糸型ろ過膜モジュールの１例の全体構造の断面図
【図３】中空糸型ろ過膜モジュールの１例の全体構造の断面図
【図４】中空糸型ろ過膜モジュールのフィルター部材装着部の断面図
【図５】中空糸型ろ過膜モジュールのフィルター部材装着部の断面図
【図６】中空糸型ろ過膜モジュールのフィルター部材装着部の断面図
【符号の説明】
１：中空糸型ろ過膜モジュール外筒
２：中空糸膜
３：接着固定部（ポッティング部）
４：中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面
５：フィルター部材
６：膜ろ過水取り出し口
７：膜ろ過水集水部
８：膜ろ過水集水用モジュールキャップ
９：パッキン
１０Ａ：物理洗浄空気放出ノズル
１０Ｂ：原水供給ノズル
１１：物理洗浄空気導入口
１２：中空糸膜
１３：接着固定部（ポッティング部）
１４：中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面
１５：フィルター部材
１６：膜ろ過水集水部
１７：膜ろ過水取り出し口
１８：膜ろ過水集水用モジュールキャップ
１９：パッキン
２０：ノズル
２１：中空糸型ろ過膜モジュール外筒
２２：中空糸膜
２３：接着固定部（ポッティング部）
２４：中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面
２５：フィルター部材
２６：膜ろ過水集水部
２７：膜ろ過水取り出し口
２８：膜ろ過水集水用モジュールキャップ
２９：パッキン
３０および３０’：ノズル
３１：中空糸型ろ過膜モジュール外筒
３２：閉塞端部
３３：物理洗浄用エアー吹出し孔付き中心パイプ
３４：物理洗浄用エアー導入孔
３５：中空糸型ろ過膜モジュール外筒
３６ノズル
３７：中空糸膜
３８：接着固定部（ポッティング部）
３９−１：パッキン
３９−２：パッキン
３９−３：パッキン
４０：中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面
４１：ろ過材料
４２：押さえ部材
４３：膜ろ過水集水部
４４：膜ろ過水取り出し口
４５：膜ろ過水集水用モジュールキャップ
４６：中空糸型ろ過膜モジュール外筒
４７：ノズル
４８：中空糸膜
４９：接着固定部（ポッティング部）
５０−１：パッキン
５０−２：パッキン
５１：フランジ
５２：中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面
５３：押さえ部材
５４：ろ過材料
５５：膜ろ過水取り出し口
５６：膜ろ過水集水部
５７：膜ろ過水集水用モジュールキャップ
５８：中空糸型ろ過膜モジュール外筒
５９：ノズル
６０：中空糸膜
６１：接着固定部（ポッティング部）
６２：Ｏ―リング
６３：中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面
６４：リーフディスクフィルター
６５：リーフディスクフィルター用スペーサー
６６：Ｏ―リング
６７：リーフディスクフィルター固定・集水用中心パイプ
６８：膜ろ過水集水用モジュールキャップ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hollow fiber membrane module forwater purification . More particularly, it relates to a hollow fiber membrane module to be used for water treatment of industrial water or tap water, and in particular to Soraitomaku modulein use in water treatmentfor tapwater.
[0002]
[Prior art]
The membrane separation method is a technology that is widely used while expanding its application field because it has features such as energy saving, space saving, labor saving, and product quality improvement. Examples of membrane separation methods include reverse osmosis, ultrafiltration, microfiltration, gas separation, blood purification, and pervaporation. Moreover, there are hollow fiber membranes, flat membranes, tubular membranes, and the like in the form of separation membranes, which are properly used according to the properties and characteristics of each of the above separation objects.
[0003]
Conventionally, in the field of microfiltration, small disk filters and flat membrane pleated cartridge filters have been used for the purpose of separating and filtering relatively clear aqueous solutions with a relatively small volume of processing. In the field of ultrafiltration, flat membrane filtration devices and hollow fiber membrane modules have been used for the production of ultrapure water, food production, soft drinks, and the like.
[0004]
In recent years, research has been conducted to apply such microfiltration and ultrafiltration hollow fiber membranes to water purification processes that produce industrial water and tap water from river water and groundwater. Microfiltration and ultrafiltration technologies are beginning to be applied to such fields where raw water is used for a long time.
[0005]
A hollow fiber membrane module using a porous hollow fiber membrane can take a very large filtration area per unit volume, has a simple sealing mechanism that separates the undiluted solution to be membrane-treated from the membrane permeate, and has a high water quality. It has various advantages such as superiority and easy operation management.
[0006]
In particular, in the field of water purification process, attention has been focused on the fact that the water quality is superior to the conventional coagulation sedimentation / sand filtration method, and it is easy to automate and save labor, and is being actively introduced. Furthermore, even for tap water contaminated with pathogenic protozoa with strong resistance to chlorine sterilization such as Cryptosporidium, it has been attracting attention as a technology that can reliably remove pathogenic protozoa, and a treatment method for such raw water Recommended as.
[0007]
However, when used for such a purpose, the hollow fiber membrane module has a possibility that the hollow fiber membrane isbroken and rawwater is mixed into the membrane filtrate. For normal water quality evaluation items, such as turbidity, even if some hollow fiber membranes break, there is almost no risk of problems, but in the case of Cryptosporidium, it is extremely strong because of its strong infectivity. Even if a small number of hollow fiber membranes break, it may cause a problem.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to solve the drawbacks of the conventional hollow fiber membrane type module, and even if the hollow fiber membrane breaks, microorganisms such as pathogenic protozoa represented by Cryptosporidium do not leak. An object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane filtration membrane module and a method for producing water for industrial use or tap water.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises the following configurations.
That is, in theexternal pressure type hollow fiber membrane type filtration membrane module, a filter member made of aprecision filtration membrane having a pore diameter larger than the pore diameter of the hollow fiber membrane isattached to thehollow fiber membrane opening end surface of the hollow fiber membranepotting portion for taking out membrane filtrate water.The hollow fiber membrane filtrateis configured to be filtered by the filter member, andhas the following preferred embodiment.
(1)Precision filtration consisting membrane filter memberOrganization for close contact with the potting portion hollow fiber membranes open end face and a precision filtration membrane in a liquid tightmanner, the pressing member to prevent deformation of the microfiltration membrane and the microfiltration membrane,and, the filter member and the membrane filtrate water collecting module cap and liquid-tight in close contact toOrganization or Ranaru a.
(2 ) The filter member ismade of a polymermicrofiltration membrane .
(3) filtermember, RaNarukoandorsinteredmetal microfiltrationmembranes.
[0010]
Inthe presentinvention, the water purification process for the preparation of industrial water or tap water, thesupplied raw water to one of the hollow fiber membrane typemodules,passes through the hollow fiber membranewas further transmitted throughthefull Iruta member The present invention provides awater purification method characterized by taking out water.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 3 show an example of the hollow fiber membrane module of the present invention. Figure 4-6 is a diagram of the potting portion of a cross section of the hollow fiber membrane filtration membrane module schematically showing the present invention fitted with a filter member made of amicrofiltrationmembrane,a hollow fiber membrane potting portion hollow to take out the membrane filtration water A filter member made of amicrofiltration membrane having a pore size larger than the pore size ofthe hollow fiber membrane isattached to theend surface of the yarn membraneopening, and it is configured to filter the hollow fiber membrane filtrate with the filter member. .
[0012]
1, ahollow fiber membrane 2 obtained by bundling a U-shape, and inserted into theoutercylinder 1 of the membrane module, the hollow fiber membrane bundle is adhered and fixed by thepotting material 3on the outer tube ends, the hollow fibers An example of a hollow fiber membrane filtration membrane module having a structure in which a filter cap 5 is incorporated and amodule cap 8 for collecting membrane filtration water is attached in contact with the opening end face 4 of the membrane is shown.An example of the method of using the hollow fiber membrane type filtration membrane module shown in FIG. 1 is as follows. That is, the raw water containing suspended solid matter is introduced into the rawwater supply nozzle 10B Karamakuthe module, are filtered through the membrane from the outside of the hollow fiber membrane inside. The filtered membrane filtrate flows through the hollow portion of the hollow fiber membrane and is taken out from the membrane filtrate outlet nozzle 6 of the membrane module through the water collection portion 7 from the opening end face 4. Turbidity in the raw water is trapped and deposited on the outer surface of the hollow fiber membrane.
Filtration resistance increases cake layer of suspended substances deposited on the outer surface of the hollow fiber membrane becomes thick,Do differential pressure required for filtration reaches a predetermined value mules, by stopping the supply of raw water, required Accordingly, a certain amount of filtered water is caused to flow backward from the nozzle 6 for back pressure washing, and air is introduced from thenozzle 11 so that the air bubbles and the upward flow of water generated as the bubbles rise, the hollow fiber. The cake layer consisting of turbid components is physically removed by shaking the membrane.
The membrane filtrate passes through the filter member 5 made of aprecision filtrationmembrane having a pore diameter larger than the pore diameter of the hollow fiber membrane placed at the water collection portion from the opening of the hollow fiber membrane and passes through the membrane module. It is taken out from the outlet nozzle 6 to the outside of the membrane module.
[0013]
FIG. 2 shows that the hollowfiber membrane bundle 12 is inserted into theouter cylinder 21 of the membrane module, and the hollow fiber membrane bundle is bonded and fixed at both ends of the outer cylinder with thepotting materials 13 and 13 ′. An example of a hollow fiber membrane filtration membrane module having a structure in whichfilter caps 15 and 15 'are incorporated andmodule caps 18 and 18' for collecting membrane filtration water are attached in contact with theend faces 14 and 14 '. Yes.An example of how to use the hollow fiber membrane type filtration membrane module shown in FIG. 2 is as follows. That is, the raw water containing suspended solid matter is introduced into the rawwater supply nozzle 20 and / or 20 'Karamakuthe module, are filtered from the outside of the hollow fiber membrane passes through the membrane inside. The filtered membrane permeate flows in the hollow part of the hollow fiber membrane and passes from theopening end face 14 and / or 14 'through thewater collecting part 16 and / or 16' to thepermeate outlet nozzles 17 and / or 17 of the membrane module. 'Taken out'. The raw water is supplied by providing a plurality of passages through the potting part in the potting part to which the hollow fiber membrane bundle located below the hollow fiber membrane filtration membrane module is bonded and fixed, and passing through the potting part. A structure may be used in which the material is supplied as uniformly as possible. Turbidity in the raw water is trapped and deposited on the outer surface of the hollow fiber membrane.
When the turbid cake layer deposited on the outer surface of the hollow fiber membrane becomes thicker and the filtration resistance increases, and the differential pressure required for filtration reaches a predetermined value, the supply of raw water is stopped, and if necessary Then, a certain amount of filtered water is reversely flown from thenozzles 17 and / or 17 ′ and back-pressure washed, and air is further introduced from thenozzles 20 ′ to oscillate the hollow fiber membrane by the upward flow of air bubbles and bubbles. The cake layer consisting of suspended matter is physically removed. In the case of a hollow fiber membrane filtration membrane module having a structure with a plurality of raw water supply passages penetrating through the potting portion, the pressurized air is discharged from the raw water supply passages, and bubbles and bubbles rise. The hollow fiber membrane is rocked by the generated upward flow of water to physically remove the cake layer composed of turbid components.
Membrane filtration water passes through thefilter member 15 and / or 15 'consists of hollow fiber membranes greatermicrofiltrationmembrane from the opening of the pore size than the pore size of the hollow fiber membranes placed on the outlet was at the collecting portion of the From thepermeate outlet nozzle 17 and / or 17 ′ of the membrane module, it is taken out of the membrane module.
FIG. 3 shows a membrane module having the same configuration as that of FIG. 2, but shows an example of a closed end portion in which all of the hollow fiber membranes at one end portion of the membrane module are sealed.Reference numeral 32 denotes a closed end portion, and 33 denotes a central pipe provided with a plurality of small holes for diffusing air for physical cleaning.Reference numeral 34 denotes an introduction hole for physical cleaning air.
[0014]
The filtering material constituting the filtermember, precision filtrationmembraneRu isused. Construction offull Iruta member is of a configuration shown in FIG. 4, or 5, or even may be either a filter member such as a combination of a plurality of leaf disc filter shown in FIG.
FIG. 4 shows a pressingmember 42 and a packing 39 for placing a packing 39-1 on the opening end face 40 of the hollowfiber membrane bundle 37 to bring it into close contact with thefiltration material 41 and preventing the filtration material and deformation of the filtration material due to filtration pressure. -2 in close contact, and the water collecting cap of the membrane module is in close contact via the pressingmember 42 and packing 39-3. The configuration shown in FIG. 5 shows an example in which a filter member having a structure in which afiltering material 54 and a pressing member 53 are integrally molded is incorporated. Reference numeral 51 denotes a flange that integrally fixes thefiltration material 54 and the pressing member 53. Thefiltration material 54 and the pressing member 53 are brought into liquid-tight contact with each other, and the outer edge of the openingend surface 52 of the hollowfiber membrane bundle 48 and Themembrane module cap 57 and the filter member are brought into liquid tight contact. Thefiltering material 41 or 54 may be processed into a pleated shape, and it is rather preferable that the effective membrane area can be increased if it is liquid-tightly sealed.
FIG. 6 shows a filter member in which a plurality of filter members in which a filtering material is processed into a leaf disk filter shape are fixed to a central pipe.Reference numeral 64 denotes a leaf disc filter, 65 denotes a spacer between the leaf disc filters, and 66 denotes an O-ring for fixing the filter member and the membrane module cap in a liquid-tight manner. The filtered water is taken out from the centralwater collecting pipe 67.
[0015]
Microfiltration membrane constituting the filter memberis a great microfiltration membrane having a pore size than the pore size of the hollow fiber membranes, polymeric materials, metallic film material, a ceramic membrane material, such as glass film material, a predetermined filtering as filtering material as long as it has the accuracy and transmission speed and durability, it can be used evenmicrofiltrationmembrane of any material.
[0016]
The polymer materialsconstituting the microfiltration membrane include polyethylene, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetra Fluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polysulfone, polyethersulfone and thelike can be used. Furthermore, itis also possible touse filter media made of a sintered product of these polymers.
[0017]
Sintered metal microfiltration membranes witha metalmicrofiltration membranesgood Mashiku be used.For example,a sintered metal fiber-made microfiltrationmembrane sintered fine particles, such as SUS304 or SUS316 are particularly preferably used.
[0018]
As ceramic and glass filter materials, those sintered porous bodies can be used.
[0019]
As the pore size of such a filtration material, a filtration material having a pore size in the range of 0.03 μm to 4.0 μm, preferably 0.05 μm to 2.0 μm, more preferably 0.1 μm to 1.0 μm is used. Is done. One of the conditions for determining the pore size is to remove the turbid matter mixed in when the hollow fiber membrane breaks or the specific microorganisms that cannot be disinfected or disinfected by chlorination etc. It is possible to ensure sex. The other is that the filtration differential pressure due to the membrane module can be used without significantly increasing over a long period by mounting the filter member. That is, a filter member made of a filtration material having a water permeability of 1000 L / (m² · h) / (100 kPa) or more, preferably 10,000 L / (m² · h) / (100 kPa) or more is used. The higher the upper limit of the water permeability, the smaller the pressure loss due to the filter member, but in reality there is a trade-off relationship with the filtration accuracy of the filtration material. (M² · h) / (100 kPa) or less, about 10000 L / (m² · h) / (100 kPa) for more preferable filtration accuracy. As a result of examining the filtration material and filtration accuracy from the above viewpoint, the above pore diameter range can be preferably used.
[0020]
【Example】
Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0021]
The effect of the present invention was confirmed by the following method. Since experiments using Cryptosporidium are very difficult, it is usually said that the evaluation should be based on the removability of predetermined particles. There are two types of Cryptosporidium, which usually cause problems with human infection, and have an ellipsoidal shape. Small (4.5-5.4)-(4.2-5.0) μm, and large types (6.6-7.9)-(5.3-6.5) μm are reported, with 4-6 μm removal of polystyrene beads. It can be evaluated. However, it is impractical to evaluate the removal rate of 10⁻⁶ to 10^{−7 with} a polystyrene bead for a practical scale membrane module because it requires a very large amount of test water. The fine particles to be measured were measured and evaluated. In addition, for the conventional agglomerated sedimentation sand filtration method, the turbidity is controlled by reference to Cryptosporidium because the turbidity is controlled to 0.1 or less.
[0022]
Example 1and Comparative Example 1
A bundle of hollow fiber membranes composed of 3,500 polyacrylonitrile porous hollow fiber membranes having an outer diameter of 680 μm, an inner diameter of 400 μm, and an average pore diameter of 0.01 μm is bundled in a U shape, and both ends thereof are hard vinyl chloride having an outer diameter of 110 mm and an inner diameter of 104 mm. After inserting into the pipe housing and fixing one end portion with an adhesive, a part of the adhesive fixing portion was cut to open the inside of the hollow fiber membrane. And, in the structure as shown in FIG. 5, using a filter material made of SUS304 sintered stainless steel fiber and pleated with a filtration accuracy of 1.0 μm and a disk filter member formed integrally with a pressing member, A hollow fiber membrane filtration membrane module was manufactured.
[0023]
The hollow fiber filtration membrane modules hollow fibermembrane Le cut 300 present in the potting portion near to the test membrane module of the present invention(Example 1). For the other one, 300 hollow fiber membranes weresimilarly cut without attaching a filter member and used for a comparative test(Comparative Example 1) .
[0024]
Using these hollow fiber membrane modules, raw water containing 8.2 ×10⁸ particles / ml of turbidity of 6.9 and diameter of 4 μm or more was filtered at a flow rate of 8.3 l / min. Turbidity and fine particles in water were measured. As a result, in the membrane module in which 300 hollow fiber membranes were cut without attaching the filter member, particles having a turbidity of permeated water of 1.4 and a diameter of 4 μm or more were detected at 1.6 ×10⁸ particles / ml.(Comparative Example 1) On the other hand, in a membrane module equipped with a sintered stainless steel fiber filter member, the membrane module has a turbidity of 0.02 and particles having a diameter of 4 μm or more are 10 particles / ml or less, and the hollow fiber membrane is not cut. The particle which leaked from the hollow fiber cutting part was substantially removed with the filter member(Example 1) .
[0025]
The filtration differential pressure of the membrane module is 50 kPa for the membrane module equipped with the filter member, and 25 kPa for the membrane module not equipped with the filter member. did it.
[0026]
Example 2and Comparative Example 2
A hollow fiber membrane bundle of about 1000 mm in length composed of 7400 polyacrylonitrile porous hollow fiber membranes having an outer diameter of 680 μm, an inner diameter of 400 μm, and an average pore diameter of 0.01 μm is inserted into an outer tube made of polyvinyl chloride, and both ends thereof are bonded and fixed. Then, a hollow fiber type filtration membrane module as shown in FIG. 2 having a shape in which the end portion was cut and the inside of the hollow fiber membrane was opened at both end portions was manufactured. One membrane module cuts 10 hollow fiber membranes in the vicinity of thenozzle 20, and a disk filter member made by pleating a sintered stainless steel fiber having a filtration accuracy of 0.6 μm is attached to both end faces of the membrane module.(Example 2) . In other membrane modules, ten hollow fiber membranes were cut in the vicinity of thenozzle 20 and no filter member made of sintered stainless steel fibers was attached(Comparative Example 2) .
[0027]
In the same manner as in Example 1, the turbidity and the number of particles of the permeated water of the above two membrane modules were compared using raw water containing 6.2 ×10⁸ particles / ml having a turbidity of 5.2, 4 μm or more. As a result, in the membrane module not equipped with the filter member, the turbidity of the permeated water was 0.035, and particles having a diameter of 4 μm or more were detected at 4.0 ×10⁶ particles / ml(Comparative Example 2) . In contrast, in a membrane module equipped with a filter member made of sintered stainless steel fiber, the turbidity is 0.01 or less, the number of particles of 4 μm or more is 10 particles / ml or less, and the membrane does not cut the hollow fiber membrane. The result was no different from the module. The difference in filtration differential pressure between them was 27 kPa or less, and there was no difference in the rate of increase in differential pressure, and no operational problems were observed(Example 2) .
[0028]
Example 3 and Comparative Example 3
In the same manner as in Example 1, a hollow fiber membrane bundle composed of 3500 polyacrylonitrile porous hollow fiber membranes was bundled in a U shape, inserted into a housing of a hard vinyl chloride pipe, and one end portion was fixed with an adhesive, A membrane module having a shape in which a part of the adhesive fixing portion was cut to open the hollow fiber membrane was manufactured. One membrane module was cut about 10 near the potting portion of the hollow fiber membrane, and a filter member composed of three leaf disk filters of sintered stainless steel fibers as shown in FIG. 6 was mounted(implementation). Example 3) . The filtration accuracy of the filter was 0.3 μm. Other membrane modules were prepared by cutting 10 hollow fiber membranes and not attaching a filter member(Comparative Example 3 ).
[0029]
In the same manner as in Example 2, the raw water having a turbidity of 5.2 was supplied at 4.2 ml / min and the whole amount was filtered, and the turbidity and the number of particles of the permeated water were measured. The turbidity of the permeated water of the membrane module not equipped with a filter member was 0.035, and particles having a diameter of 4 μm or more were detected at 4.0 ×10⁶ particles / ml(Comparative Example 3) . On the other hand, the membrane module equipped with the filter member has a turbidity of 0.01 or less, and the number of particles of 4 μm or more is several particles / ml or less, which is not different from the membrane module that does not cut the hollow fiber membrane.(Example 3) . In addition, both filtration differential pressure | voltages were 60 kPa, there was no difference in the increase rate of differential pressure | voltage, and it was able to drive | operate without a problem.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, in the hollow fiber membrane filtration membrane module used in the fields such as water water treatment processes, even broken by any chance hollow fiber membrane, to chlorination, such asCryptosporidium Porijiumu resistant Te contaminants, including pathogenicoriginal insects can be reliably removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of the entire structure of an example of a hollow fiber type filtration membrane module. FIG. 2 is a cross-sectional view of the entire structure of an example of a hollow fiber type filtration membrane module. Cross-sectional view of the overall structure of the example [Fig. 4] Cross-sectional view of the filter member mounting portion of the hollow fiber type filtration membrane module [Fig. 5] Cross-sectional view of the filter member mounting portion of the hollow fiber type filtration membrane module [Fig. Cross-sectional view of the filter member mounting part of the filtration membrane module [Explanation of symbols]
1: Hollow fiber filtration membrane module outer cylinder 2: Hollow fiber membrane 3: Adhesive fixing part (potting part)
4: Hollow fiber membrane potting part Hollow fiber membrane opening end face 5: Filter member 6: Membrane filtrate outlet 7: Membrane filtrate collection part 8: Membrane filtrate collection module cap 9:Packing 10A: Physical cleaningair release Nozzle 10B: Raw water supply nozzle 11: Physical cleaning air inlet 12: Hollow fiber membrane 13: Adhesive fixing part (potting part)
14: Hollow fiber membrane potting part Hollow fiber membrane opening end face 15: Filter member 16: Membrane filtrate collecting part 17: Membrane filtrate outlet 18: Membrane filtrate collection module cap 19: Packing 20: Nozzle 21: Hollow Thread-type filtration membrane module outer cylinder 22: hollow fiber membrane 23: adhesive fixing part (potting part)
24: Hollow fiber membrane potting part Hollow fiber membrane opening end face 25: Filter member 26: Membrane filtrate collection part 27: Membrane filtrate collection port 28: Membrane filtrate collection module cap 29:Packing 30 and 30 ': Nozzle 31: Hollow fiber type filtration membrane module outer cylinder 32: Closed end 33:Center pipe 34 with physical cleaning air blowing hole 34: Physical cleaning air introduction hole 35: Hollow fiber type filtration membrane moduleouter cylinder 36 Nozzle 37: Hollow fiber Film 38: Adhesive fixing part (potting part)
39-1: Packing 39-2: Packing 39-3: Packing 40: Hollow fiber membrane potting part Hollow fiber membrane opening end face 41: Filtration material 42: Holding member 43: Membrane filtrate collecting part 44: Membrane filtrate extraction port 45: Module cap for membrane filtration water collection 46: Hollow fiber filtration membrane module outer cylinder 47: Nozzle 48: Hollow fiber membrane 49: Adhesive fixing part (potting part)
50-1: Packing 50-2: Packing 51: Flange 52: Hollow fiber membrane potting part Hollow fiber membrane opening end face 53: Holding member 54: Filtration material 55: Membrane filtrate outlet 56: Membrane filtrate collection part 57: Membrane filtration water collection module cap 58: hollow fiber type filtration membrane module outer cylinder 59: nozzle 60: hollow fiber membrane 61: adhesive fixing part (potting part)
62: O-ring 63: Hollow fiber membrane potting part hollow fiber membrane opening end face 64: Leaf disk filter 65: Leaf disk filter spacer 66: O-ring 67: Leaf disk filter fixing / water collecting center pipe 68: Membrane filtration Water cap module cap

Claims (5)

Translated fromJapanese

外圧式中空糸膜型ろ過膜モジュールにおいて、膜ろ過水を取り出す中空糸膜ポッティング部中空糸膜開口端面に、中空糸膜の細孔径より孔径の大きい精密ろ過膜からなるフィルター部材を装着し、中空糸膜ろ過液が該フィルター部材で濾過されるように構成したことを特徴とする中空糸膜型ろ過膜モジュール。In the external pressure type hollow fiber membrane type filtration membrane module, ahollow fiber membrane potting part for taking out membrane filtration water isfitted with a filter member made of aprecision filtration membrane having a pore diameter larger than the hollow fiber membrane pore diameterat the hollow fiber membrane opening end face. the hollow fiber membrane filtration membrane module fiber membrane filtrateis characterized by being configured to be filtered by the filter member. 精密ろ過膜からなるフィルター部材が、ポッティング部中空糸膜開口端面と精密ろ過膜とを液密に密接させる機構、精密ろ過膜および該精密ろ過膜の変形を防止する押さえ部材、および、フィルター部材と膜ろ過液集水用モジュールキャップとを液密に密接させる機構からなることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜型ろ過膜モジュール。Microfiltration consisting membrane filter memberOrganization for close contact with the potting portion hollow fiber membranes open end face and a precision filtration membrane in a liquid tightmanner, the pressing member to prevent deformation of the microfiltration membrane and the microfiltration membrane, anda filter member the hollow fiber membrane filtration membrane module according to claim1, wherein the liquid-tight in close contact toOrganization or Ranaru a membrane filtrate water collecting module cap with. フィルター部材が高分子製精密ろ過膜からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜型ろ過膜モジュール。The hollow fiber membrane filtration membrane module according to claim 1or 2, wherein the filter member ismade of a polymer microfiltration membrane. フィルター部材が、焼結金属製精密ろ過膜からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜型ろ過膜モジュール。Filtermember, a hollow fiber membrane filtration membrane module accordingto claim 1or 2, characterized thatyou made ofsinteredmetal microfiltration membranes.工業用水又は水道水を製造するための浄水方法において、請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜型モジュールに原水を供給し、中空糸膜を透過し、さらにフィルター部材を透過した水を取り出すことを特徴とする浄水方法。In water purification process for the preparation of industrial water or tap water,supplying raw water to the hollow fiber membrane type modulesaccording to any oneof claims 1to4, passes through the hollow fiber membranewas further passed throughthe filter member Water Awater purification method characterized by taking outwater .

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