特許 6098100 膜ユニット、膜ユニット複合体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6098100

(24)【登録日】2017年3月3日

(45)【発行日】2017年3月22日

(54)【発明の名称】膜ユニット、膜ユニット複合体

(51)【国際特許分類】

   B01D 63/00 20060101AFI20170313BHJP

【ＦＩ】

   B01D63/00

   B01D63/00 500

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-225589(P2012-225589)

(22)【出願日】2012年10月11日

(65)【公開番号】特開2014-76427(P2014-76427A)

(43)【公開日】2014年5月1日

【審査請求日】2015年9月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100096459

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 剛

(72)【発明者】

【氏名】宇賀神 孝行

【審査官】 岩下 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１１３８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−１６３３５０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平１０−０５７７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１１８７８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０７−０９６１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０７３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５３３３４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６７７９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ６３／００

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長板状の濾過部材とこの濾過部材から導入した固液分離水を両端から排出させる筒体状の濾過水集合部材とを備えた複数の膜モジュールを並列に備えた膜ユニットであって、
前記濾過水集合部材には、前記濾過部材の一端が挿入される挿入溝が当該濾過水集合部材の軸方向と平行に形成され、
当該ユニットの両端の前記濾過水集合部材の群は共に個々の濾過水集合部材において前記濾過部材の一端が挿入された前記挿入溝と当該濾過部材との接続部分を含めて硬質ウレタン樹脂によって直方体形状に被覆成型されたことを特徴とする膜ユニット。

【請求項2】

前記濾過部材と前記集合部材とは接着剤によって接続された
を特徴とする請求項１に記載の膜ユニット。

【請求項3】

請求項１または２に記載の膜ユニットを積層させた膜ユニット複合体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は河川水、湖水、各種廃水等の被処理水を濾過処理する膜モジュールを備えた膜ユニット及びその複合体に関する。

【背景技術】

【0002】

膜モジュールは濾過部材の一端側または両端側に濾過水集合部材が接続されているのが一般的な構成である（特許文献１〜５等）。濾過部材と濾過水集合部材とは融着剤、接着剤により接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１０−５７７７５号公報

【特許文献2】特開平１１−７６７６４号公報

【特許文献3】特開２００５−１２５１９８号公報

【特許文献4】特開２００６−１５２３３号公報

【特許文献5】国際公開第２０１０／０１５３７４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１〜４の膜モジュールは濾過水の取り出し口が濾過部材の端部側の濾過水集合部材に配置されており、当該膜モジュールを多段積みした場合、各取り出し口に配管接続用のコネクタが必要となり、膜ユニットの構造が煩雑且つ製造コストが高価なものとなる。

【0005】

また、特許文献５の膜ユニットは、板状の濾過部材を複数並列に配置させ当該各濾過部材の端部から濾過水を導入する濾過水集合部材を備える。この濾過水集合部材は箱状に形成され、その上下端面には濾過水を系外に排出させるための開口部が形成されている。この態様は濾過水の集合室が簡素な構造であるため、多段積みした場合に当該濾過水集合部材の強度不安定が懸念されることから、前記開口部を閉鎖する密閉部材を堅牢にする必要がある。また、前記濾過水集合部材内は各濾過部材を隔離させる仕切り板によって仕切られているので、濾過部材の逆洗時には各濾過部材内部の濾過水流路への圧力伝達が均一に作用しないことから、充分な洗浄効果が得られない。

【0006】

さらに、前記濾過部材及び濾過水集合部材が高分子材料からなる場合、融着剤や接着剤により当該両者の部材の接着強度を確保させた膜モジュールが得られる。

【0007】

しかしながら、濾過部材が無機材料（例えばセラミックス）からなる一方で濾過水集合部材が高分子材料からなる場合、当該両者の部材の接合に高分子樹脂からなる接着剤を適用すると高分子材料同士の接合よりも耐久性のある接合強度を得ることが困難となる。

【0008】

しかも、従来の膜モジュールにおける前記両者の接続部分は被処理水（例えば下水、廃水等）に直接接触する態様となっており被処理水に含まれる各種の物質、温度の影響を直接受けることとなる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そこで、本発明の膜ユニットは、長板状の濾過部材とこの濾過部材から導入した固液分離水を両端から排出させる筒体状の濾過水集合部材とを備えた複数の膜モジュールを並列に備えた膜ユニットであって、前記濾過水集合部材には、前記濾過部材の一端が挿入される挿入溝が当該濾過水集合部材の軸方向と平行に形成され、当該ユニットの両端の前記濾過水集合部材の群は共に個々の濾過水集合部材において前記濾過部材の一端が挿入された前記挿入溝と当該濾過部材との接続部分を含めて硬質ウレタン樹脂によって直方体形状に被覆成型されたことを特徴とする。

【0010】

本発明によれば濾過水集合部材が纏められた状態で被覆材によって被覆成型されているので当該膜ユニットを積層させた場合でも濾過水集合部材の強度を維持できる。また、前記濾過部材と前記集合部材との接続部分が被覆されるので当該接続部分が被処理水に曝されなくなる。さらに、前記積層の場合、濾過水は最端の膜ユニットにおける濾過水集合部材の一端から直接引き出せるので膜ユニット複合体の部品数が低減する。そして、濾過部材の逆洗の際には個々の濾過水集合部材の一端側から逆洗水を濾過部材に対して直接供給できるので各濾過部材内部の濾過水流路への圧力伝達を均等化できる。

【0011】

尚、前記濾過部材と前記集合部材は接着剤によって接続させると、当該部材間の液密性がより一層確保される。

【発明の効果】

【0012】

以上の発明によれば膜ユニットとその複合体の構成が簡素化すると共に濾過水集合部材の強度性及び濾過部材と濾過水集合部材との接続部分の耐久性、耐薬品性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】（ａ）は発明の実施形態における膜ユニットの一端側を示した上面図，（ｂ）は同膜ユニットの側面図，（ｃ）は濾過部材の両端に濾過水集合部材が具備された状態を示す縦断面図，（ｄ）は同状態を示す上面図。

【図2】発明の実施形態における膜ユニットを二段に積層させた複合体の縦断面図。

【図3】（ａ）は挿入溝が形成された濾過水集合部材の側面図，（ｂ）は濾過部材が挿入固定された濾過水集合部材の縦断面図。

【図4】（ａ）は挿入溝が一端まで形成された濾過水集合部材の側面図，（ｂ）は同集合部材の挿入溝に挿入された濾過部材をその両端から固定部材によって固定される態様を示した側面図，（ｃ）はキャップ状，溝が形成されたキャップ状の固定部材の側断面、解放スリットが形成された筒状の固定部材の縦断面、筒体状の固定部材の側面、溝が形成されたキャップ状筒体状の固定部材の側面を示した図。

【図5】（ａ）は製造架台上の膜モジュールの縦断面図，（ｂ）は濾過部材が挿入固定された濾過水集合部材の端部側を示した側面図，（ｃ）は同集合部材の片側側面。

【図6】（ａ）は製造架台上にて円管状の中空糸膜が板状に収束されて成る濾過部材が挿入された濾過水集合部材の端部を示した縦断面図，（ｂ）は同濾過部材を示した斜視図，（ｃ）は製造架台上にて極細の中空糸膜が板状に収束されて成る濾過部材が挿入された濾過水集合部材の端部を示した縦断面図，（ｄ）は同濾過部材を示した斜視図。

【図7】前記膜ユニットの被覆材成型部の形成過程（ａ）〜（ｃ）の概略説明図。

【図8】（ａ）は前記膜ユニットの製造に用いられる上金型，正面金型，側面金型の下面図，（ｂ）は同製造に用いられる上金型，下金型，正面金型，側面金型の側面図。

【図9】前記膜ユニットの被覆材成型部の金型部が撤去される過程を説明した縦断面図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について説明する。

【0015】

［膜ユニットの態様］
図１（ａ）（ｂ）に例示された膜ユニット１は、濾過部材２とこの濾過部材２から導入した濾過水（固液分離水）を上下端から排出させる濾過水集合部材３とを備えた複数の膜モジュール４を並列に備える。この膜ユニット１の両端の濾過水集合部材３の群は共に個々の濾過水集合部材３と濾過部材２との接続部分を含めて被覆材５によって被覆成型されている。

【0016】

濾過部材２は有機膜，セラミック膜，セラミック膜以外の無機膜に例示される分離膜を備えた板状のセルから成る。例えば、有機膜中空糸膜，有機平膜，無機平膜，無機単管膜等を備えたものが挙げられる。有機膜の材料としては、セルロース，ポリオレフィン，ポリスルホン，ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド），ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）などが例示される。濾過部材２に設けられる濾過膜の孔径は固液分離の対象となる物質の粒径に応じて選択される。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるのであれば、０．５μｍ以下の孔径を有する濾過膜が適用され、また、浄水の濾過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径を有する濾過膜が適用される。

【0017】

濾過水集合部材３は、図１（ａ）（ｂ）に示したように金属，セラミックに例示される無機材料，樹脂等の有機材料が円筒状または角柱状の筒体から成る。図３（ａ）（ｂ）に示したように濾過水集合部材３には濾過部材２の一端が挿入される挿入溝３１が当該部材２の軸方向と平行に形成されている。前記樹脂としては、熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂，二液硬化型樹脂，紫外線硬化型樹脂等から選択される。濾過水集合部材３は濾過水と接触するが被処理水に直接曝されることがなく濾過水排出口以外の部位が被覆材４によって被覆されることで補強される。また、濾過水集合部材３の材質は濾過水や膜モジュールの洗浄薬剤のｐＨ等の使用環境を考慮すると共に部材本体の製作の容易さ並びに濾過部材３，被覆材５との接着の作業性から選択される。さらに、濾過水集合部材３の表面は被覆される前に薬剤（プライマー）処理，粗面処理等の表面処理を施すとよい。

【0018】

また、図４（ａ）に示したように挿入溝３１は濾過水集合部材３の一端まで形成してもよい。この態様によれば濾過水集合部材３への濾過部材２の挿入作業が容易となる。尚、この場合、同図（ｂ）に示されたように、挿入溝３１に挿入された濾過部材２は挿入溝３１の両端から固定部材３３によって固定される。

【0019】

固定部材３３は濾過水集合部材３と同様の構成材料によって形成される。固定部材３３の態様としては図４（ｃ）に例示された固定部材３３ａ〜３３ｅが挙げられる。固定部材３３ａ，３３ｂは同図（ｂ）に示された挿入溝３１の解放端に装着される。固定部材３３ａは濾過水集合部材３の一端側開口部を閉塞させる筒状のキャップタイプのものである。固定部材３３ｂは前記キャップタイプのものにおいて濾過部材２が挿入される挿入溝３３１が部材３３ｂの軸方向と平行に形成されている。固定部材３３ｃ〜３３ｅは挿入溝３１の非開放端に装着される。固定部材３３ｃは解放スリット３３２が形成された筒体からなる。固定部材３３ｄは筒体からなる。固定部材３３ｅは筒体から成り、濾過部材２が挿入される挿入溝３３１が当該筒体の軸方向と平行に形成されている。

【0020】

上記の濾過水集合部材３の群は図１（ａ）（ｂ）に示したように纏めて被覆材５の成型部５１によって被覆されている。この成型部５１の上端面，下端面には濾過水集合部材３の上端の群を囲むように止水部材５２を配置させる囲繞溝５３が形成されている。

【0021】

被覆材５の材料としては、金属，セラミック等に例示される無機材料や、熱硬化性樹脂，熱可塑性樹脂，二液硬化型樹脂，紫外線硬化型樹脂等に例示される有機材料が挙げられる。これらの材料から作業性や耐久性を含めた被処理液の性状に対して適するものが選定される。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂，メラミン樹脂，フェノール樹脂等が例示される。熱可塑性樹脂としては、塩化ビニル樹脂，ＡＢＳ樹脂，フッ素樹脂，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリスチレン等が例示される。二液硬化型樹脂としてはウレタン系樹脂等がある。ウレタン系樹脂としては、硬質ウレタン樹脂を用いると常温での作業が可能であるので作業性が高く、耐久性及び耐薬品性を有する被覆材５を構成できる。硬質ウレタン樹脂としては水和アルミナ含有ポリエステルポリオール型ウレタン樹脂等が例示される。

【0022】

濾過部材２と濾過水集合部材３とは図３（ｂ）に示したように接着剤６によって接続される。接着剤６は接着機能と液密機能とを兼ねる。接着機能は一時的な仮止めとしても機能する。前記液密機能は膜モジュール４の製造過程での被覆材５成分の濾過水集合部材３内や濾過部材２内への浸入を防止させる。液密機能は被覆材５による濾過水集合部材３の被覆が形成されるまで機能すればよく過度の耐圧は必要としない。これらの機能は最低限、被覆材５による一体成型の作業終了までその機能を果たしていればよく、その作業終了後（モールド成型、固化後）には当該機能は被覆材５で代替できる。

【0023】

接着剤６としては無機系接着剤，有機系接着剤が挙げられる。無機系接着剤はシリカ系接着剤，セラミック系接着剤が例示される。有機系接着剤はアクリル樹脂系接着剤，ウレタン樹脂系接着剤，エポキシ樹脂系接着剤，塩化ビニル樹脂溶剤系接着剤，シリコーン系接着剤，ニトロセルロース系接着剤，フェノール樹脂系接着剤，ポリビニルアルコール系接着剤，メラミン樹脂系接着剤，ユリア樹脂系接着剤が例示される。また、接着剤６の特徴、機能面から瞬間系接着剤，弾性系接着剤，二液常温硬化樹脂系接着剤，熱硬化性樹脂系接着剤，ホットメルト接着剤等に分類でき、適宜、選択できる。

【0024】

［膜ユニットの態様］
膜ユニット１を具備した膜ユニット複合体の態様について説明する。

【0025】

図２に例示された膜ユニット複合体７は２つの膜ユニット１を積層させている。下段側膜ユニット１ａは基礎架台８上に固定されている。下段側膜ユニット１ａの一方の各濾過水集合部材３は上段側膜ユニット１ｂの一方の各濾過水集合部材３と連通している。下段側膜ユニット１ａの他方の各濾過水集合部材３は上段側膜ユニット１ｂの他方の各濾過水集合部材３と連通している。上段側の成型部５１下端の止水部材５２が下段側の成型部５１上端の止水部材５２と接触することにより上下段の濾過水集合部材３間の液密性が確保されている。上段側膜ユニット１ｂには上蓋９が設置されている。上蓋９からは上段側膜ユニット１ｂの両端の各濾過水集合部材３に接続された排出管９０が露出している。個々の配管部９０は濾過水を系外に搬出させる濾過水導出管９１に接続されている。

【0026】

膜ユニット複合体７においては上端側膜ユニット１ｂの上端側の成型部４１から露出した濾過水集合部材３の一端側が負圧状態となることにより被処理水が下段側膜ユニット１ａ，上端側膜ユニット１ｂの個々の濾過部材２によって固液分離される。そして、濾過水は前記個々の濾過部材２の排出管９０を経由しさらに濾過水導出管９１を介して系外に移送される。

【0027】

尚、膜ユニット複合体７において膜ユニット１は二台に限定することなく被処理水の負荷に応じて適宜複数積層される。また、膜ユニット複合体７は、上記の態様に限定することなく、下段側膜ユニット１ｂ両端の各濾過水集合部材３下端から濾過水を引き出す態様を採用してもよい。

【0028】

［膜ユニットの製造方法の一例］
本実施形態の膜ユニット１の製造方法の一例について説明する。

【0029】

先ず、図５（ａ）に示したように濾過部材２の一端が濾過水集合部材３の挿入溝３１に挿入される一方で当該部材２の他端がもう一方の濾過水集合部材３の挿入溝３１に挿入された状態で濾過水集合部材３が製造架台１０上の窪み部１１ａ，１１ｂにそれぞれ鉛直に載置される。

【0030】

次いで、濾過部材２の全長と同等の間隔で配置される支持棒１３ａ，１３ｂが、各々の濾過水集合部材３に挿通された状態で、窪み部１１ａ，１１ｂにて着脱自在に鉛直支持される。この支持棒１３ａ，１３ｂは製造架台１０上での濾過水集合部材３の支持と膜モジュール４の全長規制の機能を果たす。

【0031】

図６（ａ）に例示された態様は同図（ｂ）に例示した円管状の中空糸膜が板状に収束されて成る濾過部材２が挿入された濾過水集合部材３を製造架台１０の窪み部１１ａにて支持棒１３ａによって支持した形態となっている。同図（ｃ）に例示された態様は同図（ｄ）に例示された極細の中空糸膜を板状に収束させて成る濾過部材２の端部側樹脂層２１が挿入された濾過水集合部材３を製造架台１０の窪み部１１ａにて支持棒１３ａによって支持した形態となっている。

【0032】

そして、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示したように濾過水集合部材３の挿入溝３１と濾過部材２とが接着剤６によって接着される。

【0033】

次いで、図８（ｂ）に示した成型部５１用の上金型部１４ａと当該下金型部１４ｂの間に複数の濾過部材２が並列に配置される。同図（ａ）（ｂ）に示したように、上金型部１４ａは、前記配置の際に濾過水集合部材３の上端開口部に挿入される挿入凸部１４１ａと、成型部５１上端面の囲繞溝５３を形成させる囲繞凸部１４２ａとを備える。下金型部１４ｂは、前記配置の際に濾過水集合部材３の下端開口部に挿入される挿入凸部１４１ｂと、成型部５１下端面の囲繞溝５３を形成させる囲繞凸部１４２ｂとを備える。そして、上金型部１４ａ，下金型部１４ｂの各挿入凸部１４１ａ，１４１ｂが各濾過部材２両端の濾過水集合部材３の上端開口部，下端開口部に挿入されることで当該金型部１４ａ，１４ｂ間に複数の濾過部材２が並列に配置される。そして、この並列に配置された濾過部材２の一端側の濾過水集合部材３の群を囲むように正面金型部１５ａ，側面金型部１６ａが組まれる。同様に当該配置された濾過部材２の他端側の濾過水集合部材３の群を囲むように正面金型部１５ｂ，側面金型部１６ｂが組まれる。

【0034】

次いで、上記金型部が組まれた濾過部材２を図７（ａ）の状態から同図（ｂ）の状態に反転させる。この状態での下方の上金型部１４ａ，下金型部１４ｂ，正面金型部１５ａ，側面金型部１６ａから成る空間部Ａに被覆材５が注入される。

【0035】

空間部Ａに注入された被覆材５が硬化した後、同金型部が組まれた濾過部材２を図７（ｂ）の状態から同図（ｃ）の状態に反転させる。この状態での下方の上金型部１４ａ，下金型部１４ｂ，正面金型部１５ｂ，側面金型部１６ｂから成る空間部Ｂに被覆材５が注入される。

【0036】

そして、空間部Ｂに注入された被覆材４が硬化した後、図９に示したように被覆材５の成型部５１から上金型部１４ａ，１４ｂ、正面金型１５ａ，１５ｂ及び図示省略の側面金型１６ａ，１６ｂが撤去されると、両端に被覆材５の成型部５１が形成された膜ユニット１が出来上がる。成型部５１の上端面，下端面には上金型部１４ａ，下金型部１４ｂの囲繞凸部１４２ａ，１４２ｂによって囲繞溝５３が形成された状態となっている。

【0037】

［本実施形態の効果］
以上の膜ユニット１及び膜ユニット複合体７によれば、濾過水集合部材３が纏められた状態で被覆材５によって被覆成型されているので例えば図２に示したように膜ユニット１を積層させた場合でも濾過水集合部材３の強度を維持できる。

【0038】

また、濾過部材２と濾過水集合部材３との接続部分が被覆されるので当該接続部分が被処理水に曝されなくなる。これにより、濾過部材２が有機材料（若しくは無機材料）からなる一方で濾過水集合部材３が無機材料（若しくは有機材料）からなる場合であっても、両者の接続部分は、被処理水に含まれる各種の物質、温度の影響を直接受なくなり、耐久性、耐薬品性が向上する。

【0039】

さらに、前記積層の場合、最上端側の濾過水集合部材３と最下端側の濾過水集合部材３が連通する状態となり、最上端（若しくは最下端）の膜ユニット１における個々の濾過水集合部材３の上端（若しくは下端）から濾過水を直接引き出せばよいので、膜ユニット複合体７の部品数が低減する。そして、濾過部材２の逆洗の際には個々の濾過水集合部材３の一端側から逆洗水を濾過部材２に対して直接供給できるので各濾過部材２内部の濾過水流路への圧力伝達の均等化が実現する。

【0040】

そして、濾過水集合部材３が被覆材５によって被覆される前に濾過部材２と当該濾過水集合部材３とが接着剤によって接着されることで当該部材２，３間の液密性がより一層確保される。したがって、膜ユニット１の製造過程での被覆材４成分の濾過水集合部材３内への浸入を防止できる。尚、濾過水集合部材３の挿入溝３１に濾過部材２を挿入させて接着させる態様は、当該部材２が平板状の濾過膜に限定することなく、パイプ状の濾過膜、軟質のシート状若しくはパイプ状の濾過膜、または極細の中空糸膜でも適用できる。

【0041】

また、挿入溝３１は図４に示したように濾過水集合部材３の一端まで形成されることにより、膜ユニット１の製造過程において当該濾過水集合部材３への濾過部材２の挿入作業が容易となる。例えば図５（ａ）の態様では、濾過水集合部材３の挿入準備過程においては、製造架台１０の溝部１１ａ，１１ｂにそれぞれ支持棒１３ａ，１３ｂが装着され、当該濾過水集合部材３は挿入溝３１の解放端が上端となるように溝部１１ａ，１１ｂに載置される。濾過部材２を濾過水集合部材３の挿入溝３１に挿入させる際には、濾過部材２の幅方向側両端をそれぞれ濾過水集合部材３の挿入溝３１に合わせて当該濾過部材２を下方に移動させればよい。

【0042】

さらに、濾過水集合部材３において濾過水の排出口を任意に確保することで多様な膜モジュール及び膜ユニットの態様が実現する。

【符号の説明】

【0043】

１…膜ユニット
２…濾過部材
３…濾過水集合部材、３１…挿入溝
４…膜モジュール
５…被覆材
６…接着剤
７…膜ユニット複合体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】