外压式中空纤维膜组件的制作方法

本发明涉及可以在各种领域的水处理用途中使用的外压式中空纤维膜组件。

背景技术

在使用容纳有多根中空纤维膜的中空纤维膜组件持续进行过滤运转时，可能会由于发生膜堵塞或在膜面形成附着层而产生会导致过滤性能下降的污垢。在产生这样的污垢的情况下，通过进行空气洗涤、逆压洗涤而对膜进行洗涤，由此使过滤性能恢复。

在专利文献1(日本专利第4498373号公报)的图6中，示出了架式(racktype)过滤装置用组件。多根中空纤维膜3a的一个端部通过具有贯穿孔14a的粘接固定层14而实现一体化。在过滤运转时，原水被供给至供给水入口2c，在进入下部环13内后，通过贯穿孔14a而被导向中空纤维膜3a的外周面(第0046段)。在对中空纤维膜3a进行气体鼓泡时，将气体从气体供给口向下部环13供给，使其通过粘接固定部14的贯穿孔14a而使中空纤维膜3a振动(第0047段)。在图7、图8中，示出了中空纤维膜3a与贯穿孔14a的位置关系。

在专利文献2(日本专利第3686225号公报)的图1中，示出了在中空纤维膜束1的中心附近配置有整流管6的中空纤维膜组件。在过滤运转时，被处理液从原水入口7进入，在中空纤维膜束外周及整流管6通过后利用中空纤维膜1进行过滤，在过滤水出口8通过后排出到中空纤维膜组件外。在进行空气洗涤时，从兼作排水出口的空气导入口10供给的空气经空气喷嘴5进行分配，对中空纤维膜1放出(第0011段)。

在专利文献3(日本专利第5708619号公报)的图1中，示出了中空纤维膜组件1。在中空纤维膜4的两端部具备灌封部5、5'，在灌封部5的中央部分形成有成为从组件外部供给的液体的流出口的圆锥形贯穿孔6(第0011、0013段)。其中记载了下述内容：通过具有上述圆锥形贯穿孔6，无论中空纤维膜的位置如何，所容纳的全部中空纤维膜均可以得到有效利用(第0014段)。

在专利文献4(日本专利第3694535号公报)的图1中，示出了中空纤维膜组件。在中空纤维膜组件中，容纳有在组件壳体1内多根被集束的中空纤维膜2、和被插入中空纤维膜2的内部并具有导水孔5的导入管4。导入管4的一端被树脂固定部3所固定，另一端开放，与原水通水路连通(第0018段)。在过滤运转时，从原水通水路导入的原水在被供给至中空纤维膜束的外周面的同时，也从导水管4的导水孔5被供给至中空纤维膜束的内周面。其中记载了下述内容：这样一来，由于原水从中空纤维膜束的外周面与内周面这两面进入，因此中空纤维膜与原水的接触面积变大，可以降低由被过滤物的堆积包覆所引起的中空纤维膜的过滤效率的降低(第0019段)。

技术实现要素：

本发明的课题在于提供在过滤运转时不易在中空纤维膜产生污垢、中空纤维膜的洗涤性也良好的外压式中空纤维膜组件。

本发明提供外压式中空纤维膜组件，其是在筒状壳体内容纳有多束中空纤维膜束的中空纤维膜组件，所述筒状壳体在两端开口部分别固定有具有液体出入口的盖体，所述液体出入口包含原水供给口和透过水排出口，

所述多束中空纤维膜束中，

原水供给口侧的第1端部侧以所述中空纤维膜束的第1端面侧被封闭的状态，连同所述筒状壳体的内壁面或所述盖体的内壁面一起利用粘接剂被固定，

作为所述第1端面侧的轴向相反侧的透过水出口侧的第2端面侧，以所述中空纤维膜束的第2端面侧开口的状态，连同所述筒状壳体的内壁面或所述盖体的内壁面一起利用粘接剂被固定，

所述第1端面侧的基于粘接剂的固定部具有沿厚度方向贯穿而形成的多个原水导入孔，

所述多个原水导入孔具有第1组原水导入孔和第2组原水导入孔，所述第1组原水导入孔形成于所述多束中空纤维膜束的各自的包含中心部的位置，所述第2组原水导入孔形成于所述多束中空纤维膜束彼此之间、及所述多束中空纤维膜束与所述筒状壳体的内壁面之间。

本发明的外压式中空纤维膜组件由于从中空纤维膜束的内部和外部这两者供给原水，因此原水的流动不均变小。因此，不易在中空纤维膜面形成源自悬浊质的堆积物层、也不易发生堵塞，因此也不易产生污垢。

附图说明

[图1]本发明的外压式中空纤维膜组件的长轴方向剖面图。

[图2](a)为图1的第1端部侧的部分放大图，(b)为图1的第2端部侧的部分放大图。

[图3]图1所示的中空纤维膜组件的第1端部侧的基于粘接剂的固定部的宽度方向剖面图。

[图4]图3中的一束中空纤维膜束的放大图。

符号说明

1中空纤维膜组件

10筒状壳体

20第1端部侧盖体

21第1a盖部

22原水供给口(小径部)

23大径部

30第2a盖部

40第2端部侧盖体

41第1b盖部

50第2b盖部

56环状空间

60中空纤维膜束

65原水导入孔65

66第1组原水导入孔

67第2组原水导入孔

具体实施方式

图1所示的外压式中空纤维膜组件1在筒状壳体10内容纳有多束中空纤维膜束60。筒状壳体10的宽度方向的剖面形状可以为圆形、多边形(优选为接近于圆形的多边形)等。筒状壳体10的材质可以为金属、合成树脂等。筒状壳体的10的大小(内容量的大小)可以根据对应于过滤性能而使用的中空纤维膜束的总根数等来确定。

在筒状壳体10的第1端部10a侧，从外侧安装有第1端部侧盖体20。第1端部侧盖体20优选由与筒状壳体10相同的材质制成。

第1端部侧盖体20包含具有原水供给口(兼作逆压洗涤水出口)22的第1a盖部21与第2a盖部30的组合。第1a盖部21与第2a盖部30也可以是使它们形成为一体而成的一个部分。

第1a盖部21具有原水供给口(第1a小径部)22和第1a环状大径部23，第1a环状大径部23位于原水供给口22的x轴方向相反侧、具有大于原水供给口22的外径，进一步，在原水供给口22与第1a环状大径部23之间，从原水供给口22侧起向着第1a环状大径部23侧，依次具有第1a环状倾斜面部24和第1a环状平面部25。第1a环状大径部23的大小成为与第2a盖部30(第2a薄壁部33)的外径同等程度的大小。第1a环状大径部23的内表面具有内侧螺纹部。在第1a环状平面部25的内侧的环状端面形成有环状槽，其中嵌入有o形环26。

第2a盖部30为筒状，其第2端部30b侧为可从外侧嵌入筒状壳体10的第1端部10a侧的大小，其相反侧的第1端部30a侧为可从外侧嵌入中空纤维膜束60的第1端面60a(第1固定层61)的大小。第2a盖部30在内表面侧具有第2a环状阶梯面31，并在相对于第2a环状阶梯面31而言的第2端部30b侧具有内径变小的第2a厚壁部32、在相对于第2a环状阶梯面31而言的第1端部30a侧具有内径变大的第2a薄壁部33(第2a厚壁部32的厚度＞第2a薄壁部33的厚度)。虽然在图1、图2中，第2a厚壁部32的外表面为倾斜面，但其也可以为平坦面。第2a薄壁部33的外表面具有可以与第1a环状大径部23的内侧螺纹部螺合的外侧螺纹部。

第2a盖部30可以与筒状壳体10的第1端部10a侧一体成型。在第2a盖部30与筒状壳体10一体成型时，第1a盖部21是另外的构件。

第2a盖部30以下述状态连接：第2端部30b侧从外侧被嵌入筒状壳体10的第1端部10a侧、第1端部30a侧从外侧被嵌入中空纤维膜束60的第1端面60a(第1固定层61)。筒状壳体10的第1端部10a与筒状的第2a盖部30的连接可以根据各自的材质而采用螺合、基于粘接剂的粘接、焊接等方法。

第1a盖部21与第2a盖部30通过使第1a盖部21的环状大径部23的内侧螺纹部与第2a盖部30的第2a薄壁部33的外侧螺纹部螺合而被连接固定。

在筒状壳体10的第2端部10b侧，从外侧安装有第2端部侧盖体40。第2端部侧盖体40优选由与筒状壳体10相同的材质制成。

第2端部侧盖体40包含具有透过水出口42的第1b盖部41与具有浓缩水出口55的第2b盖部50的组合。第1b盖部41与第2b盖部50也可以是使它们形成为一体而成的一个部分。

第1b盖部41具有透过水出口(第1b小径部)42和第1b环状大径部43，第1b环状大径部43位于透过水出口42的x轴方向相反侧、具有大于透过水出口42的外径，进一步，在透过水出口(第1b小径部)42与第2b环状大径部43之间，从透过水出口42侧起向着第1b环状大径部43侧，依次具有第1b环状倾斜面部44和第1b环状平面部45。第1b环状大径部43的大小成为与第2b盖部50(第2b薄壁部53)的外径同等程度的大小。第1b环状大径部43的内表面具有内侧螺纹部。在第1b环状平面部45的内侧的环状端面形成有环状槽，其中嵌入有o形环46。

第2b盖部50为筒状，其第2端部50b侧为可从外侧嵌入筒状壳体10的第2端部10b侧的大小，其相反侧的第1端部50a侧为可从外侧嵌入中空纤维膜束60的第2端面60b(第2固定层62)的大小。第2b盖部50在内表面侧具有第2b环状阶梯面51，并在相对于第2b环状阶梯面51而言的第2端部50b侧具有内径变小的第2b厚壁部52、在相对于第2b环状阶梯面51而言的第1b盖部41侧具有内径变大的第2b薄壁部53(第2b厚壁部52的厚度＞第2b薄壁部53的厚度)。虽然在图1、图2中，第2b厚壁部52的外表面为倾斜面，但其也可以为平坦面。第2b薄壁部53的外表面具有可以与第1b环状大径部43的内侧螺纹部螺合的外侧螺纹部。

第2端部侧盖体40的第2b盖部50可以与筒状壳体10的第2端部10b侧一体成型。在第2b盖部50与筒状壳体10一体成型时，第1b盖部41是另外的构件。

第2b盖部50以下述状态连接：第2端部50b侧从外侧嵌入筒状壳体10的第2端部10b侧、第1端部50a侧从外侧嵌入中空纤维膜束60的第2端面60b(第2固定层62)。筒状壳体10的第2端部10b与筒状的第2b盖部50的连接可以根据各自的材质而采用螺合、基于粘接剂的粘接、焊接等方法。

第1b盖部41与第2b盖部50通过使第1b盖部41的第1b环状大径部43的内侧螺纹部与第2b盖部50的第2b薄壁部53的外侧螺纹部螺合而被连接固定。

多束中空纤维膜束60分别为数百～数千根公知的中空纤维膜集束而成的。中空纤维膜为公知的那些，可以使用外径优选为1～3mm、更优选为1.3～1.6mm的亲水性膜(乙酸纤维素等纤维素类膜)或疏水性膜。为了解决本发明的课题，优选为不易产生污垢的亲水性膜，尤其优选使用乙酸纤维素等纤维素酯类膜。

多束中空纤维膜束60以筒状壳体10的第1端部10a侧(第1端部侧盖体20侧)的第1端面60a侧连同第1端部侧盖体20(第2a盖部30)的内壁面一起通过公知的粘接剂(灌封剂)而一体化的状态被固定(第1固定层61)。多束中空纤维膜束60以筒状壳体10的第2端部10b侧(第2端部侧盖体40侧)的第2端面60b侧连同第2端部侧盖体40(第2b盖部50)的内壁面一起通过公知的粘接剂(灌封剂)而一体化的状态被固定(第2固定层62)。作为公知的粘接剂(灌封剂)，可以使用包含专利文献1的第0027段中记载的聚氨酯树脂、环氧树脂等的那些。

多束中空纤维膜束60的第1端面60a侧被粘接剂封闭而未开口。第1固定层61的长轴x方向的长度与第2固定层62的长轴x方向的长度为同等程度。多束中空纤维膜束60的第2端面60b侧未被粘接剂封闭，是开口的。第2固定层62的长轴x方向的长度是从中空纤维膜束60的第2端面60b起到不与浓缩水出口55相接的位置的范围。

第2端部侧盖体40的第2b盖部50具有第2b厚壁部52、第2b环状阶梯面51、第2b薄壁部53，在第2b环状阶梯面51、第2b薄壁部53间形成有浓缩水出口55。因此，在浓缩水出口55和与浓缩水出口55相对的中空纤维膜束60之间，形成有与第2b厚壁部(内径小)52与第2b薄壁部(内径大)53的厚度之差(内径之差)相当的间隔的环状空间56。由于浓缩水出口55与环状空间56相对，因此可顺利地实施浓缩水的排出。

第1固定层61具有沿厚度方向贯穿地形成的多个原水导入孔65。多个原水导入孔65是贯穿第1固定层61而形成的，导入孔的前端部可以到达未利用粘接剂固定的中空纤维膜束60的内部。原水导入孔65具有第1组原水导入孔66和第2组原水导入孔67，第1组原水导入孔66形成于多束中空纤维膜束60的各自的包含中心部的位置，第2组原水导入孔67形成于与多束中空纤维膜束60在长度方向上不相对的位置。第1组原水导入孔66的数量与中空纤维膜束60的数量为相同数量。第2固定层62不具有上述原水导入孔65。

中空纤维膜束60的外径(直径)优选为30～70mm、更优选为40～60mm。中空纤维膜束60的厚度(从第1组原水导入孔66的内周面到中空纤维膜束60的外周面的间隔)(图4的t1)优选为12～30mm、更优选为15～25mm。

对第1组原水导入孔66的开口直径没有特别限制，优选设为中空纤维膜束60的直径的20～40％的范围。对第2组原水导入孔67的数量没有特别的限制，优选设为与第1组原水导入孔66的数量相同的数量以上。对第2组原水导入孔67的开口直径没有特别限制。

在筒状壳体10内容纳有多束中空纤维膜束60，但优选所容纳的中空纤维膜60为3束以上。在容纳的中空纤维膜束60为3束以上的情况下，优选配置成在从第1端面60a侧观察时，以通过第1固定层61的半径方向剖面的中心的直线为基准而呈线对称的方式。

在筒状壳体10内容纳有多束中空纤维膜束60，但优选所容纳的中空纤维膜60为4束以上。在容纳的中空纤维膜束60为4束以上的情况下，除了以上述线对称的方式配置以外，还可以配置成在从第1端面60a侧观察时，以第1固定层61的半径方向剖面的中心为基准而呈点对称的方式。

在将5束以上的奇数束的中空纤维膜束60配置成环状时，会成为线对称，但不会成为点对称。但是，即使是如图3所示那样的5束以上的奇数束，如果在中心配置一束、在其周围将其余部分的偶数束配置成环状，则成为线对称、也成为点对称。在容纳复数束的中空纤维膜束60的情况下，优选在从上述第1端面侧观察时，除了配置在上述基于粘接剂的固定部的半径方向剖面的中心的中心中空纤维膜束以外的全部膜束为相同尺寸(外径及厚度t1)，也可以存在±5％左右的差。

为了解决本发明的课题，在第1端面60a侧的第1固定层61的半径方向的截面面积(a1)中，第1组原水导入孔66与第2组原水导入孔67的总开口面积(a2)的比例(a2/a1×100)优选为5～20％、更优选为10～15％。

为了解决本发明的课题，第1组原水导入孔66的开口面积(a3)与第2组原水导入孔67的开口面积(a4)的比率(a3/a4)优选为0.4～0.6、更优选为0.5～0.56。

本发明的中空纤维膜组件1可以根据需要而使用用于导入原水的多孔管、网状的管，用于内部配置的隔板，增强用的棒状体(优选为合成树脂制)等。

具有第1固定层61与第2固定层62、且所述第1固定层61具有多个原水导入孔65(第1组原水导入孔66与第2组原水导入孔67)、所述第2固定层62不具有上述多个原水导入孔65的中空纤维膜组件1可以利用以下方法来制造。

首先，作为灌封容器，准备了包括底面与周壁部并从上述底面隔开间隔地垂直设置有多根棒状成型体的第1容器、和除了没有上述棒状成型体以外均相同的第2容器。上述棒状成型体的数量、形成位置、外径及长度，与多个原水导入孔65的数量、形成位置、内径及深度一致。上述棒状成型体的长度为与原水导入孔65的长度同等程度的长度、或为原水导入孔65的长度以上的长度。

接着，在相对于筒状壳体10的第1端部10a与第2端部10b连接第1端部侧盖体20的第2a盖部30和第2端部侧盖体40的第2b盖部50而成的结构的内部配置所需根数的中空纤维膜束60。对于中空膜束60的长度，考虑作为后续工序的切割工序而进行调整。

接着，在第1端部侧盖体20的第2a盖部30侧安装第1容器，在第2端部侧盖体40的第2b盖部50侧安装第2容器。在安装完第1容器时，位于第1容器的底部的棒状成型体成为插入于与图3中的第1组原水导入孔66和第2组原水导入孔67相对应的位置的状态。

接着，在利用包括公知的离心粘接法在内的粘接法使粘接剂(灌封剂)流入第1容器内及第2容器内之后，使其凝固。上述公知的粘接法可以采用在专利文献1的第21段、专利文献2的第11段中记载的离心粘接法、静置粘接法，在专利文献3的第11段中记载的多级灌封法。

接着，拆下第1容器与第2容器，第1端部侧盖体20的第2a盖部30侧成为图3所示的状态，中空纤维膜束60的第1端面60a被粘接剂所封闭。由于第2端部侧盖体40的第2b盖部50侧的中空纤维膜束60的第2端面60b被粘接剂所封闭，因此切割所需长度而使其开口。这样一来，形成第1固定层61及第2固定层62。

接着，可以将第1a盖部21连接于第1端部侧盖体20的第2a盖部30、将第1b盖部41连接于第2端部侧盖体40的第2b盖部50而得到中空纤维膜组件1。

本发明的中空纤维膜组件1的膜面积(有效膜面积)优选为10m²以上，更优选膜面积(有效膜面积)为30～45m²。

接着，针对本发明的中空纤维膜组件1的过滤运转方法进行说明。中空纤维膜组件1的筒状壳体10的第1端部10a侧为图3所示的状态。中空纤维膜组件1既可以以纵向放置型、也可以以横向放置型使用，但可认为，即使在以纵向放置型使用的情况下，相对于第1固定层61与第2固定层62分离的空纤维膜束60的中央部也会发生弯曲，形成相邻的中空纤维膜束60彼此间发生接触的状态。即使在这样的情况下，由于在第1固定层61形成有第1组原水导入孔66与第2组原水导入孔67，因此也容易使原水流向第1组原水导入孔66与第2组原水导入孔67的长轴x方向的延长方向。

如果原水被从中空纤维膜组件1的原水供给口22供给，则会进入第1端部侧盖体20的第1a盖部21与第1固定层61之间的空间。之后，原水通过图3所示的第1组原水导入孔66而被供给至中空纤维膜束60的中心部分，通过第2组原水导入孔67而被供给至中空纤维膜束60的周围。

之后，在从中空纤维膜的外侧向内侧进行外压过滤后，在中空纤维膜内部通过后从透过水出口42被排出。浓缩水在环状空间56通过后从浓缩水出口55被排出。另外，也可以以封闭浓缩水出口55的状态进行运转，此时，会达到全量过滤运转。

像这样，在过滤运转中，原水一边被供给至中空纤维膜束60的中心部与周围一边被过滤，因此原水流的不均变小，从而在中空纤维膜的表面不易形成源自悬浊质的堆积物层，也不易发生堵塞，还不易产生污垢。

在专利文献1的发明的实施例1中，每过滤运转28.5分钟则实施反洗与气体鼓泡(第0056段)，在专利文献2的发明的实施例(第0019段)中，每过滤运转30分钟实施1次空气洗涤，但在本发明中可以不需要空气洗涤、或在实施的情况下也可以减少次数。在空气洗涤的次数变多的情况下，存在会因摇动的中空纤维膜束彼此间反复接触而引发损伤的隐患，而在本发明中，由于即使在实施空气洗涤的情况下次数也得以减少，因此不易产生上述那样的膜的损伤。

在由于长期持续进行过滤运转而导致过滤性能下降时，实施逆压洗涤。就逆压洗涤而言，根据需要将添加有药剂的逆压洗涤水从透过水出口42侧(根据情况不同，从浓缩水出口55)压入而实施。逆压洗涤废水在中空纤维膜束60之间通过，从兼作逆压洗涤水出口的原水供给口22排出。如上所述，由于在第1固定层61形成有第1组原水导入孔66与第2组原水导入孔67，因此容易使原水流向第1组原水导入孔66与第2组原水导入孔67的长轴x方向的延长方向，因此，逆压洗涤废水也容易被排出。

实施例

实施例1

使用具备图1所示的筒状壳体、两端侧的2个盖体20、40、第1环状保持件30、第2环状保持件50的纵向放置型中空纤维膜组件1而实施了过滤运转。

中空纤维膜束的两端利用聚氨酯树脂类的粘接剂而固定。

(中空纤维膜组件)

筒状壳体：氯乙烯制，外径17cm、内径13cm

(中空纤维膜束)

乙酸纤维素中空纤维膜

中空纤维膜束数：7束

中空纤维膜束外径：5cm

中空纤维膜束厚度(t1)：2cm

(第1固定层61)

在第1固定层61的半径方向的截面面积(a1)中，第1组原水导入孔66与第2组原水导入孔67的总开口面积(a2)的比例(a2/a1×100)：10.8％

第1组原水导入孔66的开口面积(a3)与第2组原水导入孔67的开口面积(a4)的比率(a3/a4)：0.54

驱动驱动泵，运送原水罐内的河流水，从中空纤维膜组件1的原水供给口22进行供给而开始了过滤。

将原水罐内的原水经由泵和原水线路从原水供给口22进行供给，进行了全量过滤运转。由于是全量过滤运转，因此不产生浓缩水。从透过水出口42将1.5l/sec的透过水送至透过水罐。过滤运转持续了120小时，但在膜面没有确认到堆积物，也没有产生污垢。

需要说明的是，重复实施了在1小时的过滤运转后进行1分钟逆压洗涤的循环。逆压洗涤从透过水出口42侧压入透过水而实施。逆压洗涤后的洗涤水在中空纤维膜束60间的缝隙通过后从原水供给口22被排出。

工业实用性

本发明的中空纤维膜组件可以在净水厂设备、污水处理设备、海水淡水化处理设备等中使用。