中空纖維膜束的製造方法
2023-10-06 06:33:04
專利名稱：中空纖維膜束的製造方法
中空纖維膜束的製造方法
技術區域
本發明涉及中空纖維膜過濾元件等所使用的中空纖維膜束 的製造方法、由該方法所得到的中空纖維膜束、以及具有該中 空纖維膜束的過濾元件的製造方法、由該製造方法所得到的過 濾元件。
背景技術：
作為廢水處理方法之一，有如下膜分離活性汙泥法在活 性汙泥槽中浸漬膜過濾元件，通過過濾分離活性汙泥。該方法 可將活性汙泥濃度(MLSS:Mixed Liquor Suspended Solid,混 合液懸浮固體物)提高成5000到20000mg/l而進行過濾處理。因 此，具有能減小活性汙泥槽的容積、或能縮短在活性汙泥槽內 的反應時間這樣的優點。此外，由於利用膜進行過濾，因此不 需要用於從處理水中除去浮遊物質(SS:Suspended Solid,懸浮 固體)的最終沉澱槽。並且，不管活性汙泥的沉降性的好壞都 可以過濾，因此活性汙泥的沉降性不佳的狀態也不必採取特別 的對策。這樣，膜分離法與沉澱法相比，具有很多優點，近年 來正迅速普及。
發明內容
發明要解決的問題
中空纖維膜的膜本身的強度很高，因此原水中的夾雜物與 膜接觸對膜表面的損壞很小，能經得住長期的使用。還具有使 處理水等沿與過濾方向相反的方向噴出而除去(逆洗)膜表面 的附著物這樣的優點。但是，活性汙泥及其凝聚物、夾雜物蓄積在中空纖維膜表面、膜間，因此將其排除的同時不進行過濾 的話，有效的膜面積就降低。其結果，存在過濾性能降低、無 法長期穩定的過濾這樣的問題。
為了避免這樣的汙泥等向中空纖維膜的蓄積，從膜過濾元 件的下部進行曝氣，使膜搖動，另外使氣泡向上方移動，由此 對透過膜間的水進行攪拌。例如，專利文獻l中列舉出使用過濾 元件的方法，該過濾元件在中空纖維膜過濾元件的下部i殳有下 部環，而且在下部環側固定部上設有多個貫穿孔。從該過濾元 件的下部進行曝氣，在下部環端部內形成氣體滯留，由多個貫 穿孔均勻地產生氣泡，由此容易地剝離汙泥等。即使這樣的膜， 在更長時間的過濾處理中也為了減少汙物的附著，也期望減少 中空纖維膜的根數直到適當的填充率。
在製造低的膜填充率的中空纖維膜過濾元件時，中空纖維 膜束不均，難以均勻地分散配置在中空纖維膜的端部固定部(以 下稱為端部固定部)上。在中空纖維膜不均的部分容易蓄積汙 泥等。此外，在上述下部環側固定層上設有貫穿孔的類型的過 濾元件中，該貫穿孔露出中空纖維膜束外，過濾處理時曝氣的 空氣流出中空纖維膜外，因此不能充分發揮將活性汙泥凝聚物 和夾雜物排出到中空纖維膜束外的效果，作為結果，存在汙泥 堆積物、夾雜物更加蓄積在中空纖維膜過濾元件的中空纖維膜 束內，中空纖維膜表面堵塞的問題。
作為製造低的膜填充率的中空纖維膜過濾元件的方法，提 出了將多個中空纖維膜薄薄地並列而與網狀的插入物一起巻成
巻席狀，將端部連同該插入物固定的方法(參照專利文獻2)。
還提出了以防止原水在中空纖維膜中偏流為目的，將間隔紗等
插入物放入中空纖維膜間(專利文獻3)。不過在這些方法中存 在如下問題該插入物存在於發揮過濾功能的中空纖維膜之間，因此對因氣泡的上升流所產生的膜的搖動帶來阻礙，顯著地損 害將活性汙泥凝聚物和夾雜物排出到中空纖維膜束外的效果。
專利文獻1:日本特開2000-157846號公報
專利文獻2:日本特開平06-55083號7>才艮
專利文獻3:日本特開平06-327905號公報
本發明的目的在於提供一種中空纖維膜束的製造方法，其
即使是低的膜填充率也能均勻地配置中空纖維膜的端部，進而
將其固定。
用於解決問題的方法
技術領域：
本發明人等進行了深入的研究，結果發現，將插入物插入 中空纖維膜束內，固定該中空纖維膜端部，之後，將該插入物 從中空纖維膜束內部除去，由此能解決上述問題，得到本發明。 即，本發明如下所述。
(1 )一種端部被固定的中空纖維膜束的製造方法，其特徵 在於，該方法製造端部被固定的中空纖維膜束，其中，將插入 物插入到比被固定的區域更靠近中央的中空纖維膜束內部，固 定該中空纖維膜端部，之後，將該插入物從中空纖維膜束內部 除去。
(2) 根據上述(1)所述的中空纖維膜束的製造方法，其 特徵在於，插入物的表觀密度為lg/cmS以下。
(3) 根據上述(1)所述的中空纖雉膜束的製造方法，其 特徵在於，插入物的表觀密度為0.1g/cn^以下。
(4) 根據上述(1) ~ (3)所述的中空纖維膜束的製造方 法，其特徵在於，插入物為中空狀物。
(5) 根據上述(4)所述的中空纖維膜束的製造方法，其 特徵在於，插入物為發泡體。
(6) 根據上述4所述的中空纖維膜束的製造方法，其特徵在於，插入物為在內部包含有氣體和/或液體的^求嚢狀物。
(7) 根據上述(1) ~ (6)所述的中空纖維膜束的製造方 法，其特徵在於，插入物具有球狀、圓柱狀、多稜柱狀的任一 形態。
(8) 根據上述(1) ~ (6)所述的中空纖維膜束的製造方 法，其特徵在於，插入物的與長軸垂直的截面為圓、橢圓、多 邊形的任一形狀，該截面的當量圓徑沿著長軸從中央向一邊或 兩邊的頂端縮小。
(9) 根據上述(1) ~ ( 8)所述的中空纖維膜束的製造方 法，其特徵在於，插入物由熱塑性樹脂或橡膠製成。
(10) 根據上述(I) ~ (9)所述的中空纖維膜束的製造 方法，其特徵在於，在端部被固定的區域的一側設有貫穿孔。
(11) 根據上述(l) ~ ( 10)所述的中空纖維膜束的製造 方法，其特徵在於，端部的固定部的靠近中空纖維膜的中央的 界面的膜填充率為5 ~ 40%的範圍。
(12) 根據上述(1) ~ ( 11 )所述的端部被固定的中空纖 維膜束的製造方法，其特徵在於，將表觀密度為0.1g/cii^以下 的插入物插入比被固定的區域更靠近中央的中空纖維膜束內 部，利用離心力將鑄塑劑注入該中空纖維膜端部並使該鑄塑劑 固化，由此固定該中空纖維膜端部，之後，將該插入物從中空 纖維膜束內部除去。
(13 )由上述(1 ) ~ (12)的製造方法所得到的端部被固 定的中空纖維膜束。
(14) 一種中空纖維膜過濾元件的製造方法，其具有在上 述(l) ~ (9)的端部被固定的中空纖維膜束的製造方法中， 將中空纖維膜束收容在端部固定部圍繞構件或外筒內的工序。
(15 )通過上述(14)的方法所得到的中空纖維膜過濾元件。
發明效果
根據本發明的方法，可以得到一種即使低的膜填充率，端 部固定部的中空纖維膜也被均勻地分散配置的中空纖維膜束。 即使為在膜的一端設有貫穿孔的中空纖維膜束時，貫穿孔也不 會露出膜束外。因此，即使用於膜分離活性汙泥法，也能有效 地將汙泥等排出中空纖維膜束外。由此，可進行長期穩定的過 濾運行。
圖l是表示中空纖維膜過濾元件的實施方式的一個例子的 說明圖。
圖2是表示插入物的形態例子的說明圖。
圖3是表示中空纖維膜過濾元件束的固定部的形成方法的 一個例子的說明圖。
圖4是表示中空纖維膜過濾元件束的固定部的形成方法的 另 一個例子的說明圖。
圖5是表示中空纖維膜過濾元件的曝氣試驗時的氣體導入 管的配置的說明圖。
圖6是表示用於評價端部固定部的中空纖維膜的分散狀態 的方法的說明圖。
符號說明
1、中空纖維膜束；2、上部蓋；2，、鑄塑劑杯部(或者， 鑄塑劑杯)；3、下部環；4、上部蓋側端部固定層部；5、下部 環側端部固定層部；6、貫穿孔；7、支柱；8、貫穿孔形成銷； 9、多孔板；10、插入物；11、鑄塑劑筒；12、注入軟管；13、 鑄塑劑；14、外筒；15、樹脂棒；16、螺母；17、曝氣用氣體導入管；18、曝氣用氣體排出口； 19、集水帽；20、端部固定 部的靠近中空纖維膜的中央的界面；O、中心線；Pl、 P2:中 心線與端部固定部邊皇彖交叉的點；Yl、 Y2、 Zl、 Z2:正交於中 心線的線與端部固定部邊緣交叉的點；Ql、 Q2:與正交於中心 線的線交叉的點。
具體實施例方式
以本發明的製造方法所得到的中空纖維膜束是多根中空纖 維膜的一側或兩側的端部被固定的中空纖維膜束。該中空纖維 膜束在至少一側中空纖維膜端面開口有中空部。
該中空纖維膜束作為用於在該開口端面與過濾裝置的配管
連接來抽出原水的構件所連接的過濾元件，可用於外壓過濾法
等的過濾處理。圖l所示的是外壓過濾法所使用的中空纖維膜過
濾元件的一個例子。該中空纖維膜過濾元件包括由多根中空
纖維膜構成的中空纖維膜束l、在中空纖維膜束l的兩端具有端
部固定部圍繞構件的一種即上部蓋2和下部環3，通過上部蓋側
端部固定部4和下部環側端部固定部5固定中空纖維膜。上部蓋2
和下部環3由支柱7連結。下部環3的中央部被具有多個貫穿孔6
的隔板隔開，在該部分形成有端部固定部5。作為其他形狀，也 可以用作具有與中空纖維膜束大致同等長度的圓筒中收容有中
空纖維膜束的中空纖維膜過濾元件。
在本發明的中空纖維膜束的製造方法中，必須將多根中空 纖維膜集束而構成中空纖維膜束，將插入物插入到比由鑄塑劑 等形成端部固定部的區域(後面簡稱為端部固定部形成區域) 更靠近膜的長度方向的中央的中空纖維膜束的內部。通過將該 插入物插入比端部固定部形成區域更靠近中央的 一 側，可將中下通過鑄塑劑等固定該中空纖維膜端部，能得到中空纖維膜均 勻地分散在端部固定部的中空纖維膜束。
作為所使用的中空纖維膜，可使用反滲透膜、超濾膜、微 濾膜等。中空纖維膜的材料不進行特別地限定，能使用公知的 材料。例如，可使用聚碸、聚醚碸、聚丙烯腈、聚醯亞胺、聚 醚醯亞胺、聚醯胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚
4-曱基戊烯、纖維素、乙酸纖維素、聚偏二氟乙烯、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯等和它們的複合材料膜。此外， 可適當地4吏用內徑50pm 3000pm、且內/外徑比處於0.3 ~ 0.8 的範圍的膜。
端部固定部，例如，由鑄塑劑等固定用的材料固定。在此 所謂鑄塑劑是指用於將中空纖維膜彼此粘接和/或固定而形成 固定部的樹脂，通常，可使用2液混合型固化性樹脂、熱塑性樹 脂。2液混合型固化性樹脂是通過混合具有反應性的多個化合物 而固化的樹脂， 一般而言也稱為2液型粘4妻劑(two-component adhesive)、 2'液型4壽塑劑 (two-component casting resin )， 因it匕 是將稱為主劑和固化劑的2液在使用時混合併使其固化的樹脂。 在本發明中，可適當地使用以下樹脂由含有作為反應性基團 的異氰酸酯的主劑和含有含活潑氫的有機化合物的固化劑組成 的聚氨酯樹脂；由含有作為反應性基團的環氧基的主劑和含有 含活潑氫的有機化合物、有機酸酐的固化劑組成的環氧樹脂； 由含乙烯基的聚有機矽氧烷和含矽氫基的聚有機矽氧烷組成的 矽樹脂等。此外，作為熱塑性樹脂，最好是該樹脂的熔點低於 構成中空纖維膜的聚合物的熔點，且物理和化學性質相對於過 濾對象原水穩定的樹脂。具體來說，可列舉出聚氨酯、聚酯、 聚乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂、石臘類等。
在製造中空纖維膜束時使用插入物。所謂插入物，即在中空纖維膜束製造過程中預先在膜間部分地設有間隙，為了使各 膜端部均勻地分散所放入的隔離物。優選該插入物的表觀密度
為1.0g/cm3以下，更伊乙選為0.4g/cm3以下，還伊乙選0.1g/cm3以下。 此外，在實用上優選為0.04g/cm3。
通過表觀密度為l.Og/cm3"下，將插入物橫向放置於中空 纖維膜束內來製造出中空纖維膜束時，成為插入物的下面的中 空纖維膜也不會變形。此外，通過後述的離心粘接法注入鑄塑 劑而形成端部固定部時，由於離心力有時會導致插入物的位置 移動，但表觀密度為0.4g/cmS以下的插入物移動的趨勢變少， 只要是0.1g/cn^以下，幾乎不移動。
另外，所謂插入物的表觀密度是指用該插入物的質量除以 容積的數值。在此所謂的容積是指與插入物的最外表面連接的 平面所圍成的三維結構體的內容積。
優選插入物為中空狀物。所謂中空狀物是指在內部具有空 間的物質的總稱。具體來說，是由固體部分以及空間構成的三 維結構體，是固體部分所形成的結構體內部具有上述空間的物 質。該空間可以^C封閉也可以與外部的空間連通。該空間也可 以被分為多個。該空間充滿氣體和/或液體。
中空狀物的形狀不進行特別地限定，例如，可列舉出管狀、 籠狀、球嚢狀、發泡體、多孔質結構、泡沫結構等。圖2所示的 是管狀、籠狀的中空狀物的例子。這些中空狀物中，更優選內 部包含有氣體和/或液體而膨脹的球嚢狀物或發泡體的表觀密 度為0.1g/cmS以下的。此外，球嚢狀物在除去之前通過抽出內 部的氣體和/或液體可以減小體積，因此可容易從中空纖維膜束 內部除去。作為裝在內部的液體，可列舉出乙醇、氯化鈣溶液、 水等。
作為發泡體，可以列舉出如下合適的例子將作為包裝用材料而在市場上銷售的發泡聚乙烯片材、氣泡片材巻繞成形的
發泡體；將空氣封入管中的發泡體；通過模具等將發泡體、發 泡性微珠等成形的發泡體等。
插入物的形狀雖不進行特別地限定，但優選球體、橢圓體、 圓柱狀、多稜柱狀。形成像球體、橢圓體、圓柱這樣的稜角部 分較少的形狀的插入物損傷中空纖維膜的可能性較少，因此優 選。此外，也優選插入物的一部分與長軸垂直的截面為圓、橢 圓、多邊形等任一形狀，且其當量圓徑為從中央向一邊或向兩 邊的頂端縮小的形狀，即，圓錐、稜錐、圓錐臺、稜台的形狀、 具有該形狀和圓柱、稜柱部分的形狀。作為這樣的形狀，特別 優選例如圖2- g所示，在圓柱的一端存在圓錐形部分的形狀。 另外也列舉出在稜柱的一端具有稜錐部分的形狀等。這樣，通 過將頂端收窄的一側朝著端部固定部側放置在中空纖維膜束 內，更容易使中空纖維膜分散。另外，所謂當量圓徑是指截面 積相等的圓的直徑。
構成插入物的材料不進行特別地限定。例如，可使用不鏽 鋼、鋁等金屬材料，玻璃、陶瓷器等陶瓷材料，熱塑性樹脂、 橡膠等有機高分子材料。在這些材料中也優選使用熱塑性樹脂、 橡膠等具有撓性的材料。作為這樣的材料的拉伸模量可列舉出 為1 ~ 3000MPa以下的材料。
另 一方面，本發明的插入物也可以是使用水溶性的材料而 賦形的物質。例如可列舉出氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂、 硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鉀、硝酸鎂、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、 磷酸鈉、磷酸鉀、矽酸鈉等鹼金屬、鹼土金屬的水溶性無機鹽， 聚環氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮等水溶性有機高分子、可溶性澱 粉、羧曱基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素等水溶性有 機化合物等。這些既可以單獨使用也可使用多個的混合物。其中是可溶性澱粉和水溶性有機高分子的組合，或者，是可溶性 澱粉和水溶性有機化合物的組合時，能得到表觀密度低且機械 強度較高的插入物，因此合適。此外，是水溶性的插入物時， 具有製造中空纖維膜束之後，用水等溶解除去插入物這樣的優 點。特別是用於中空纖維膜束收容在外筒等中而難以取出插入 物的情況下是有用的。
插入物的大小可根據膜束的長度、膜束的直徑、填充率、 貫穿孔的位置等決定。例如，欲得到中空纖維膜的長度是
1000mm ~ 2500mm、直徑是1 OOmm ~ 200mm的情況下，插入物 的直徑是50mm 100mm、長度是400mm ~ 2000mm左右即可。 此外，插入物的直徑是欲得到的中空纖維膜束的直徑的粗細的 1/4 ~ 2/3即可。
本發明的製造方法中，將多根中空纖維膜集束而通過鑄塑 劑等固定端部之際，必須比端部固定部形成區域更靠近中空纖 維膜的中央地將插入物插入。首先，準備構成中空纖維膜束的 中空纖維膜。本發明的效果在中空纖維膜束的端部固定部的靠 近中空纖維膜的中央的界面20的膜填充率為5 ~ 40%時，起到特 別顯著的效果。因此，滿足該膜填充率地使用中空纖維膜即可。 膜填充率更優選的範圍為10~ 30%。
另外，中空纖維膜束的優選直徑為30mm ~ 800mm，更優選 為100mm~ 800mm。因此，必須也考慮到這一點來選才,膜填充 率，準備中空纖維膜。另外，端部被固定後的中空纖維膜束的 優選長度為300mm 3000mm的範圍。
在此，所謂膜填充率是指中空纖維膜截面積的總面積相對 於固定部的中空纖維膜束中央側截面積的比率。即，通過(中 空纖維膜外徑)2x (兀/4) x (膜根數)/ (固定部的中空纖維膜 束中央側的截面積)所計算的數值。另外，通過製成上述的膜填充率，中空纖維膜不易不均，可得到中空纖維膜彼此的間隔 適度的中空纖維膜束。優選在將插入物插入到中空纖維膜束之 前，在中空纖維膜束的一端通過粘接劑等封閉後，事先集束一 些。
接著將插入物插入。該插入物在設有貫穿孔時也可以插入 所設一側的端部附近。插入中空纖維膜束插入物的位置是，比 設置端部固定部的區域(端部固定部形成區域)更靠近膜的中 央地插入。從端部固定部區域隔開一定程度的距離而靠近中央 地插入可根據該插入物的大小、欲得到的中空纖維膜束的直徑 的大小、長度、填充率等決定。具體來說，優選設定成插入物
的端部位於距離該插入物的端部固定部形成區域的端為10 ~ 200mm範圍內。優選為30mm 100mm,更優選為40mm 70mm。 為該範圍時，鑄塑劑等不易附著在插入物上，在端部固定部可 使中空纖維膜更加均勻地分散。此外，直徑越粗，插入位置距 端部固定區域的距離越大的是優選的。並且，直徑為50 ~ 100mm 時，該3巨離為30~ 100mm的範圍即可。4尤選為40 70mm。
放入插入物的數量根據端部固定部的大小、端部固定部界 面的膜填充率任意地設定。例如，若端部固定部界面的膜填充 率為20%以上且端部固定部為直徑200mm以下，l個或2個都可 以。此外，膜填充率為20。/。以上且直徑超過200mm時，優選使 用2 4個。膜填充率為5%以上且不足20%時，若端部固定部的 直徑為200mm以下，2個或3個都可以。此外，膜填充率為5%以 上且不足20%、直徑超過200mm時，優選^f吏用3 6個。
插入物為l個時，優選以儘可能收納在束的中心的方式插 入，使用多個時，優選均勻地插入膜束的周向。也可以在膜的 長度方向將插入物連成一排地;汰入。
將貫穿孔設在中空纖維膜束上時，將插入物插入到至少設有貫穿孔一側的端部固定部形成區域。並且，也可以在沒有貫 穿孔的端部固定部形成區域中插入插入物後形成固定部。此時， 能得到在該固定部分也使中空纖維膜均勻地分散的效果。其結
果，具有如下優點從貫穿孔曝氣的空氣上升到膜束的上部， 因此該部分汙泥也更有效地剝離。
另外，將上述插入物插入到中空纖維膜的作業在鑄塑夾具 上進行即可。此時，將接收後述的鑄塑劑等而製成端部固定部 用的構件等也預先放置在夾具上時，作業效率進一步提高，可 利用中空纖維膜束形成更令人滿意的端部固定部。
並且，將貫穿孔設在中空纖維膜束上時，插入了插入物的 中空纖維膜束端部當中，設有貫穿孔的一側的端部插入有貫穿 孔形成銷。在設有貫穿孔的一側的端部設有下部環等構件，該 構件上預先設置有貫穿孔時，藉助該孔，插入貫穿孔形成銷。 優選貫穿孔形成銷的最佳長度與所形成的端部固定部的長度相 同，或為5 ~ 20mm長。
貫穿孔的最佳大小優選當量直徑為2 ~ 30mm,更優選為5 ~ 25mm。通過處於該範圍，即使在孔附近附著有原水中的懸浮物 質，也可以將足量的氣泡均勻地送進中空纖維膜束內。在此， 所謂的當量直徑被定義為4x (流路截面積)/ (周長)。貫穿孔 的形狀是三角形、四邊形、六邊形等多邊形、圓形、橢圓形、 扇型、C字型或星形等任意的形狀。
另外，貫穿孔的數量雖取決於端部固定部的截面積、貫穿 孔的當量直徑，但優選為2 ~ 300個左右，更優選為5 100個， 最優選為10 60個的範圍。最好根據貫穿孔的總開口面積，即， (貫穿孔當量直徑)、兀/4x (貫穿孔數)和導入的空氣量，調 整貫穿孔的當量直徑和數量。
貫穿孔形成銷之外，優選在端部固定部形成區域上預先插入樹脂棒。該樹脂棒使用通常以鑄塑劑量的降低等目的被採用 的樹脂棒即可。通過預先插入該樹脂棒，可期待如下的效果。 即，(1)可微調插入貫穿孔形成用銷、鑄塑劑量降低用的樹脂 棒等的位置，因此能使中空纖維膜的分散狀態更加均勻，(2) 由於貫穿孔形成用銷、樹脂棒存在於中空纖維膜間，所以具有 各中空纖維膜的相對位置被保持這樣的效果。因此，由於鑄塑 劑流入中空纖維膜束內時產生的流動而不會導致中空纖維膜移 動，因此可均勻地保持中空纖維膜的分散性。
作為上述結果，將貫穿孔形成用銷、樹脂棒插入端部固定 部形成區域內的中空纖維膜束內時，能更顯著地提高均勻分散 效果。該銷、樹脂棒的長度可由端部固定部區域的長度決定， 但該銷、樹脂棒的長度優選為端部固定部區域的長度的3 0 ~
95%,更優選為50~90%。此外，優選直徑為5 30mm。另夕卜， 被插入的樹脂棒的數量可由中空纖維膜束的長度、直徑、樹脂 棒的直徑等決定，但優選為5 100根。樹脂棒沿中空纖維膜束 的周向平均地插入。
之後，適當地用布、薄膜等覆蓋中空纖維膜束的周圍而將 端部固定。此外，在膜束的上下端設有鑄塑劑杯等用於接收鑄 塑劑等而製成端部固定部的構件，通過注入軟管將其和鑄塑劑 筒連接。該鑄塑構件也可以藉助上部蓋、下部環這樣的端部固 定部圍繞構件等成為過濾元件的一部分的構件，或將這些構件 作為鑄塑構件進行設置。此外，將插入物所插入的中空纖維膜 束一端插入到外筒後再安裝鑄塑構件時，可得到以中空纖維膜 束收納在外筒內的狀態被端部固定的中空纖維膜過濾元件。作 為固定中空纖維膜端部的方法，有在端部將鑄塑劑等注入中空 纖維膜束內而固定的方法。作為注入鑄塑劑的方法，可列舉出 利用離心力注入鑄塑劑等的離心成形法、利用水位差(waterhead difference),泵壓力注入鑄塑劑等的靜置成形法。其中離 心成形法可均勻地注入中空纖維膜間，因此更優選。在利用離 心成形法形成固定部時，更優選採用表觀密度為0.1g/cmn乂下 的插入物。表觀密度為0.1g/cn^以下時，插入物就難以向固定 部形成區域側移動，中空纖維膜容易更均勻地分散到端部固定 部的中心部分。
固定了端部之後，使其固化。之後，將插入物從中空纖維 膜束內除去。插入物殘留在膜內時，有可能在過濾處理中對汙 泥等的排出性帶來影響。除去插入物既可以用手拿起而取出中 空纖維膜，也可以從一端拔出插入物中的內置物之後，拔出插 入物等，或也可以通過水和熱量等使插入物本身溶解。之後， 恰當地拔出貫穿孔銷、樹脂棒，得到中空纖維膜束。
通過這樣將插入物放入中空纖維膜間，中空纖維膜從插入 部分朝著端部沿束的中心方向適度地彎曲。其結果，中空纖維 膜均勻地分散在端部固定部形成區域。通過在該狀態下固定中 空纖維膜的端部，能得到中空纖維膜均勻地分散在端部固定部 的中空纖維膜束。並且，將貫穿孔形成銷、鑄塑劑量降低用的 樹脂棒等插入端部固定部形成區域內的中空纖維膜束內時，易 於保持中空纖維膜的均勻分散狀態。此外，可利用這些插入的 做法來微調中空纖維膜的分散狀態而更加均勻。
由上述的方法所得到的中空纖維膜束的中空纖維膜均勻地 分散在端部固定部。具體地將其分散狀態表示如下。
首先，其特徵在於端部固定部的橫截面的膜填充率比為一 定範圍內。即，在與端部固定部的膜的長度方向垂直的截面中， 通過與截面的直徑正交的直線將直徑分為3等份的方式劃分該 截面時，任意的2個部分的膜填充率比為0.4 ~ 2.5,優選為0.8~ 1.3，更優選為0.9~1.2,還優選為1.0~1.1。使用圖6來說明各部分的膜填充率比的求出方法時，如下所
述。圖6表示端部固定部的中空纖維膜束中央側界面的一個例
子。首先，畫一條通過該面的中心o的中心線。中心線以在該 界面上儘可能多地通過膜數最稀疏的部分的方式進行畫線。通
過與該中心線正交的直線(垂直線)將中心線分為3等份，由此 將該截面分割成3份。這些垂直線與端部固定部邊緣交叉的點分 別為Y1、 Zl、 Y2、 Z2,還有，中心線與端部固定部邊緣交叉的 點為P1、 P2。由通過P1的端部固定部邊緣和直線Y1、 Zl所圍成 的區域為區域A，由Y1、 Y2、 Zl、 Z2以及存在於其間的端部固 定部邊緣所圍成的區域為區域B。由通過P2的端部固定部邊續^ 和直線Y2、 Z2所圍成的區域為區域C。通過計算區域A、 B、 C 各自的面積所求出的值分別為SA、 SB、 SC。存在於各區域的 貫穿孔的部分的面積排除在該面積之外。此外，對存在於各區 域A、 B、 C的中空纖維膜的數量進行計數，該數值分別為MA、 MB、 MC。另外，貫穿孔、中空纖維膜橫跨2個區域而存在時， 按在各自區域存在的部分的面積比值進行分配。該MA/SA、 MB/SB、 MC/SC為各區域的膜填充率。通過從3個區域中選擇任 意的2個區域，求出該比值，可得到該區域間的膜填充率比。
接著，其特徵在於在中空纖維膜束的端部固定部，各中空 纖維膜大致平行配置。即，沿著中心軸線將端部固定部切斷來 觀察該切斷面時，中空纖維膜的90%以上與中心軸線方向成 0°~ 20°的角度大致平行固定，優選為0°~15°,更優選為0。-10。的角度。
上述那樣端部被固定的中空纖維膜束在中空纖維膜間適度 地確保間隙，因此汙泥等不易蓄積，可通過對附著的汙泥等進 行反洗等而容易地剝離。
實施例下面說明本發明的實施例，但不能據此對本發明進行限定。 [實施例1]
製造 一 種具有中空纖維膜束的過濾元件，該中空纖維膜束 使用發泡聚乙烯制的圓柱狀的插入物，並通過離心粘接法固定
端部。該插入物將厚度為lmm的發泡聚乙烯片材巻曲而成形為 外徑75mm、全長800mm。測量該插入物的重量和體積而求出的 表觀密度為0.04g/cm3。
另外，插入物的體積通過以下的方法進行測量。將插入物 放入5 0 pi m的聚乙烯制袋中並浸漬在水中。浸漬時使得該袋中不 產生空氣積存。測量插入物完全地浸漬在水中時受到的浮力， 從該測量值和浸漬水的密度求出體積A。另外，同樣地求出浸 漬時的聚乙烯制袋的體積B 。從體積A減去體積B的數值為插入 物的體積。
製造 一 種具有中空纖維膜束的過濾元件，該中空纖維膜束 使用上述的插入物，並如以下那樣固定端部。圖3是表示固定部 的形成方法的示意圖。作為中空纖維膜l,使用3300根外徑 1.2mm、內徑0.6mm、聚偏二氟乙烯制的細孔直徑O.liim的精密 過濾膜。此外，作為固定中空纖維膜束而形成的過濾元件的構 件，使用通過2根直徑13mm、長度2080mm的管(未圖示)將內 徑155mm、高度70mm的上部蓋2和內徑140mm、高度88mm的下 部環3連接固定而成的構件。另外，上部蓋2的一側面上一體地 設有內徑140mm、高度40mm的鑄塑劑杯2'。在下部環內，通過 具有24個直徑llmm的貫穿孔的分隔板將高度88mm中的高度 38mm處與高度方向垂直地隔開，由此設置用於形成端部固定部 用的區域。
首先，將過濾元件的結構構件放置在鑄塑夾具中。鑄塑夾 具包括將中空纖維膜束收納在中央部用的截面呈U字狀且長度為1800mm的束7lU妻部；將上部蓋2固定在該一邊端側用的蓋 固定部；將下部環3固定在另一邊端側用的環固定部。束承接部 和蓋固定部、環固定部通過基板一體化。
首先，封閉距上部蓋2側的中空纖維膜端5mm大小的中空部 後，使各膜以零散的狀態每1100根為l束而分成3束。將各束插 入具有3個直徑55mm的孔的直徑150mm的多孑L板9內，該多孔板 9收容在上部蓋2內。
接著，將下部環側的中空纖維膜每1650根為l束分成2束。 首先將1束水平地放置在下部環3內之後，在其上》文置上述插入 物10。此時該插入物10配置成該插入物的頂端如圖3所示那樣位 於從下部環3端部離開中空纖維膜束1的中央側5 0 m m的位置。在 其上已放置l束中空纖維膜束，為了插入物10不從外部直接露 出，在插入的周圍同樣地配置了中空纖維膜。之後，下部環側 中空纖維膜端收容在下部環內。並且，將24根直徑llmm、長度 70mm的貫穿孔形成銷如圖3所示那樣通過設置在下部環上(僅 圖示一部分)的貫穿孔而插入該中空纖維膜束內，該貫穿孔形 成銷的一端具有直徑15mm的圓板。另外，貫穿孔形成銷從水平 地設置的中空纖維膜束的下側朝著上側依次一根一根地插入。
之後，放置在上部蓋2、下部環3內的中空纖維膜束固定於 鑄塑夾具(未圖示)。此時，用布覆蓋處於插入物周圍的中空纖 維膜的周圍，從該布上通過帶固定於鑄塑夾具。然後，將該鑄 塑夾具放置在離心粘接用架臺(未圖示)上。
設置在上述離心粘接用架臺的鑄塑劑筒11、設置在上部蓋2 上的鑄塑劑杯2，以及下部環3通過注入軟管12連接。向該鑄塑劑 筒11內投入2液混合型聚氨酯樹脂的混合物。接著，以177rpm 的速度使離心粘接用架臺旋轉，端部固定部形成區域受到35G 的離心力。開始旋轉90分後停止旋轉，將鑄塑夾具從離心粘接用架臺取下。將鑄塑劑杯部2，和注入軟管的連接部分、注入軟
管和下部環的連接部分切離。將其在50。C的千燥機內加熱24小 時。接著，將鑄塑劑杯部2，和上部蓋2的分界線切斷而使中空纖 維膜開口 。
之後，鬆開帶而從鑄塑夾具取出中空纖維膜束以及過濾元 件的結構構件，取下覆蓋中空纖維膜整體的布。接著用手輕輕 拿起中空纖維膜，拔掉被插入中空纖維膜束l內的插入物。拔 出了被插入下部環的貫穿孔形成銷8。在下部環側固定部5上形 成了直徑llmm的貫穿孔6。
其結果，得到兩端用鑄塑劑固定、並且中空纖維膜束的一 側的端部外周固定於上部蓋2，另 一側的端部外周固定於下部環 3的過濾元件。上部蓋側端部固定部4和下部環側端部固定部5 的過濾部界面間的有效長為2000mm、膜面積為25m2,下部環 側的端部固定部的中空纖維膜填充率為24%。
詳細地觀察該中空纖維膜束，拔掉插入物之後的中空纖維 膜未發生創傷等。而且，也沒有插入物陷入端部固定部的痕跡。
將上述中空纖維膜過濾元件浸漬在水中之後進行曝氣，觀 察膜的狀態。首先，將中空纖維膜過濾元件以垂直狀態浸漬在 容積8 m3透明水槽中。圖5表示過濾元件與曝氣用的配管之間的 關係。即，距下部環側端部固定部5為20cm的下部且下部環側 固定部5的大致中心部設置有直徑2cm的曝氣用氣體導入管17， 該曝氣用氣體導入管17具有朝上的曝氣用氣體排出口 18。此外， 上部蓋上安裝有與過濾水配管相連接用的集水帽19。該集水帽 19與過濾水配管(未圖示)連接，固定於水槽上。
從曝氣用氣體導入管17曝氣6NmVhr的空氣，並通過與過濾 水配管連接的抽吸泵，以膜過濾通量為0.6mV膜面積m"天的方 式進行了抽吸過濾。被曝氣的空氣不從下部環側端部固定部5附近散逸而使各中空纖維膜搖動，向中空纖維膜束的上方移動。 確認了被曝氣的空氣充分地攪拌中空纖維膜周圍的水。
並且，將該中空纖維膜過濾元件浸漬在活性汙泥槽中，進
行了過濾試驗。活性汙泥的原水使用了平均BOD濃度為 150mg/l、 SS濃度為160mg/l的城市下水。從曝氣用氣體導入管 17曝氣6NmVhr的空氣，並通過抽吸泵，以膜過濾通量為0.6m3/ 膜面積m:天的方式進行了抽吸過濾。此時，膜間壓力差為-15 ~ —20kPa且3個月穩定。此外在試驗中，活性汙泥槽的MLSS濃度 平均為10000mg/l，平均溫度為25。C。
過濾後，附著在中空纖維膜上的汙泥、夾雜物的重量是 3.2kg。另外，汙泥、夾雜物的重量是從過濾實驗後的溼潤狀態 的中空纖維膜過濾元件的重量減去過濾實驗前的溼潤狀態的中 空纖維膜過濾元件的重量而求出的數值。
並且，如下述那樣觀察中空纖維膜束的端部固定部截面。 首先，沿軸方向將中空纖維膜束的上部蓋側端部固定部4切斷而 成4等分，觀察切斷面，看在端部固定部4內在各中空纖維膜間 是否存在鑄塑劑。在任一切斷面都存在鑄塑劑，沒有缺陷部分。
接著，將下部環附近的中空纖維膜和支柱切斷，取出下部 環，拔除被固定在下部環上的中空纖維膜的自由端部分，觀察 端部固定部的中空纖維膜的分散狀態。首先，目視觀察貫穿孔 和中空纖維膜之間的位置關係。貫穿孔6存在於全部中空纖維膜 束的內側。並且，所有的貫穿孔6和貫穿孔6之間存在中空纖維 膜端部。
並且，確認了下部環側端部固定部的界面的中空纖維膜的 配置。首先，對該端部固定部的中空纖維膜開口的一側的整個 面拍攝照片，將該照片放大到大約2倍，將固定區域如下所述那 樣分割成3份，測量各區域的膜填充率的比率。圖6表示的其說明圖。
首先，畫一條通過在離心粘接時成為下方的下部環固定部 的點Pl和下部環的中心0的中心線，該中心線和下部環固定部
的邊緣交叉的點為P2。再畫一條通過距Pl為47mm的點Ql的、與 中心線垂直的線，該垂直線與下部環固定部的邊緣交叉的點為 Yl、 Zl。畫一條通過距P2為47mm的點Q2的、與中心線垂直的 線，該垂直線與下部環固定部的邊糹彖交叉的點為Y2、 Z2。通過 Pl的下部環固定部的邊緣與直線Y1、 Zl圍成的區域為區域A。 通過Y1、 Y2的下部環固定部的邊^^、通過Z1、 Z2的下部環固定 部的邊緣、直線Y1、 Zl、直線Y2、 Z2所圍成的區域為區域B。 通過P2的下部環固定部的邊緣與直線Y2、 Z2所圍成的區域為區 域C。計算區域A、 B、 C各自的面積所求出的數值分別為SA、 SB、 SC。另外，存在於各區域的貫穿孔的部分的面積排除在該 面積之外。對存在於各區域A、 B、 C的中空纖維膜的數量進行 計數，其數值分別為MA、 MB、 MC。另外，貫穿孔和中空纖 維膜橫跨2個區域存在時，按在各區域存在的部分的面積比進行 分配。由以下的計算公式計算區域A、 B、 C的膜填充率比 〔FA/FB〕和〔FA/FC〕。
〔FA/FB 〕 = ( MA/SA)/(MB/SB) 〔FA/FC〕 = ( MA/SA)/(MC/SC) 其結果，〔FA/FB〕為1.0, 〔FA/FC〕為1.1。
其次，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束的下部環側的端部 固定部，觀察該切斷面。結果，中空纖維膜的90%以上以與中 心軸線方向成0。 10。的角度大致平行地固定。
使用將空氣封入了市場銷售的橡膠球嚢的插入物，利用離 心粘接法製造出具有中空纖維膜束的過濾元件。該插入物為外徑70mm、全長800mm、封端部的相反側端呈外徑70mm的半J求 狀的圓柱狀。該插入的表觀密度為0.02g/cm3。另外，除該表觀
密度是沒有使用聚乙烯制袋而直接將該插入物浸漬在水中來測 量了體積之外，與實施例l同樣地求出。
使用該插入物，與實施例l同樣地製造出具有中空纖維膜束 的過濾元件。從中空纖維膜束內取出上,迷插入物時，抽空插入 物內的空氣來縮小體積後取出，極易進行取出作業。詳細觀察 了該中空纖維膜束，取出插入物後的中空纖維膜沒有發生創傷 等。此外也沒有插入物陷入端部固定部的痕跡。
接著對所得到的過濾元件進行了與實施例l同樣地在水中 曝氣時的膜的狀態的觀察。其結果，曝氣的空氣不從下部環側 端部固定部附近散逸而使各中空纖維膜搖動，空氣向中空纖維 膜束的上方移動。可確認曝氣的空氣充分地攪拌了中空纖維膜 束周圍的水。
並且，如下述那樣觀察了中空纖維膜束的端部固定部截面。 首先，沿軸方向將中空纖維膜束的上部蓋側端部固定部4切斷而 成4等分，觀察了切斷面，看在端部固定部4內在各中空纖維膜 間是否存在鑄塑劑。在任一切斷面都存在鑄塑劑，沒有缺陷部 分。
接著，與實施例l同樣地觀察端部固定部的中空纖維膜的分 散狀態。首先，目視觀察貫穿孔和中空纖維膜的位置關係。貫 穿孔6存在於全部中空纖維膜束的內側。並且，所有的貫穿孔6 和貫穿孔6之間存在中空纖維膜端部。
接著，計算與實施例1同樣地分割成3份的端部固定部的各 區域的膜填充率的比率。其結果，〔FA/FB〕為l.l， 〔FA/FC〕 為1.0。
並且，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束下部環側的端部固定部，觀察該界面。結果，中空纖維膜的90%以上以與軸方向 成0。~ 10。的角度大致平行地固定。 [實施例3]
使用圖2-g所示形狀的聚氯乙烯制的插入物，利用靜置粘 接法製造出具有中空纖維膜束的過濾元件。
該插入物是厚度5 m m的聚氯乙烯制的板的加工成形物，各 面#:封閉而沒有開口部。頂端的截面形狀是外徑20mm的圓，圓 柱狀部分的外徑為75mm、長度為700mm，全長為800mm。該插 入物的表觀密度為0.35g/cm3。另外，除該表觀密度是沒有使用 聚乙烯制袋而直接將該插入物浸漬在水中來測量了體積之外， 與實施例l同樣地求出。
使用該插入物，與實施例1同樣地將中空纖維膜過濾元件的 結構構件放置在鑄塑夾具上。接著，將該鑄塑夾具以上部蓋成 為下側而垂直地豎立，上部蓋上所設有的鑄塑劑杯部和鑄塑劑 筒11通過注入軟管連接。向該鑄塑劑筒11內投入了 2液混合型聚 氨酯樹脂的混合物。之後，通過空氣對鑄塑劑筒ll進行加壓， 用5分鐘將該樹脂混合物注入上部蓋內，靜置120分鐘。之後， 與實施例l同樣地製造出具有端部被固定的中空纖維膜束的過 濾元件。
接著，連同鑄塑夾具上下翻轉，粘接下部環側。鑄塑劑筒 和下部環通過注入軟管連接。然後，向該鑄塑劑筒11內投入了2 液混合型聚氨酯樹脂的混合物。之後，通過空氣對鑄塑劑筒ll 進行加壓之後，用5分鐘將該樹脂混合物注入下部環的固定部形 成區域，靜置120分鐘。
詳細地觀察該中空纖維膜束，拔掉插入物後的中空纖維膜 沒有發生創傷等。也沒有插入物陷入端部固定部的痕跡。
接著對所得到的過濾元件觀察與實施例1同樣地在水中曝氣時的膜的狀態。其結果，曝氣的空氣不從下部環側端部固定 部附近散逸而使各中空纖維膜搖動，空氣向中空纖維膜束的上 方移動。可確認曝氣的空氣充分地攪拌了中空纖維膜束周圍的 水。
並且，如下述那樣進行了中空纖維膜束的端部固定部截面 的觀察。
首先，沿軸方向將中空纖維膜束的上部蓋側端部固定部4
切斷而成4等分，觀察了切斷面，看在端部固定部4內在各中空
纖維膜間是否存在鑄塑劑。在過濾元件中央側的切斷面中，雖
在中空纖維膜小束內存在2處沒有鑄塑劑的缺陷部分，但其他部
分存在鑄塑劑，沒有缺陷部分。
接著，與實施例l同樣地觀察了端部固定部的中空纖維膜的 分散狀態。首先，目視觀察了貫穿孔和中空纖維膜的位置關係。
貫穿孔6存在於全部中空纖維膜束的內側。並且，所有的貫穿孔 6和貫穿孔6之間存在中空纖維膜端部。
接著，將中空纖維過濾膜元件的結構構件放置在鑄塑夾具 上時成為下方側的下部環固定部的點為Pl，除此之外與實施例1 同樣地將固定區域分割3份，計算了各區域的膜填充率的比率。 其結果，〔FA/FB〕為l.l, 〔FA/FC〕為l.l。
並且，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束下部環側的端部固 定部，觀察了該界面。結果，中空纖維膜的90%以上以與軸向 成0°~ 10。的角度大致平行地固定。
使用圖2-g所示形狀的插入物，利用離心粘接法製造出具 有中空纖維膜束的過濾元件。
該插入物是厚度5mm的聚乙烯制的板的加工成形物，與實 施例3的插入物為同 一形狀。該插入物的表觀密度為0.10g/cm3。另外，除該表觀密度是沒有使用聚乙烯制袋而直接將該插入物 浸漬在水中來測量了體積之外，與實施例l同樣地求出。
使用該插入物，與實施例1同樣地製造出具有中空纖維膜束 的過濾元件，對該過濾元件進4亍了評1介。耳又出插入物之後的中 空纖維膜沒有發生創傷等。也沒有插入物陷入端部固定部的痕
跡。還觀察了下部環的下面，結果其貫穿孔6存在於全部中空纖 維膜束的內側。
接著對所得到的過濾元件進行了與實施例l同樣地在水中 曝氣時的膜的狀態的觀察。其結果，曝氣的空氣不從下部環側 端部固定部附近散逸而使各中空纖維膜搖動，空氣向中空纖維 膜束的上方移動。可確認曝氣的空氣充分地攪拌了中空纖維膜 束周圍的水。
並且，與實施例l同樣地進行了過濾試驗。其結果，膜間壓 力差為-15 ~ -20kPa且3個月穩定。3個月後，附著在中空纖維 膜上的汙泥或夾雜物的重量為3.2 k g 。
接著，如下述那樣觀察了中空纖維膜束的端部固定部截面。 首先，沿膜的長度方向將中空纖維膜束的上部蓋側端部固定部4 分為4等份，觀察了各切斷面，看在各中空纖維膜間是否存在鑄 塑劑。結果，在任一切斷面都存在鑄塑劑，沒有缺陷部分。
接著，與實施例1同樣地觀察端部固定部的中空纖維膜的分 散狀態。首先，目視觀察了貫穿孔和中空纖維膜的位置關係。 貫穿孔6存在於全部中空纖維膜束的內側。並且，所有的貫穿孔 6和貫穿孔6之間存在中空纖維膜端部。
接著，計算與實施例1同樣地分割成3份的固定區域的各區 域的膜填充率的比率。其結果，〔FA/FB〕為l.l， 〔FA/FC〕為 1.0。
並且，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束下部環側的端部固定部，觀察了該界面。結果，中空纖維膜的90。/。以上以與軸向
成0°~ 10。的角度大致平行地固定。 [實施例5]
使用圖2-g所示形狀的插入物，利用離心粘接法製造出具 有中空纖維膜束的過濾元件。
該插入物是厚度3mm的聚氯乙烯制的板的加工成形物，與 實施例3的插入物為同 一 形狀，該插入物的表觀密度為 0.22g/cm3。另外，除該表觀密度是沒有使用聚乙烯制袋而直接 將該插入物浸漬在水中來測量了體積之外，與實施例1同樣地求 出。
使用該插入物，與實施例1同樣地製造出具有中空纖維膜束 的過濾元件，對該過濾元件進行了評價。首先，拔掉插入物後 的中空纖維膜沒有發生創傷等。此外，插入物雖向上部蓋側端 部固定部4側移動了 30mm左右，j旦沒有陷入端部固定部的痕跡。
接著對所得到的過濾元件進行了與實施例l同樣地在水中 曝氣時的膜的狀態的觀察。其結果，曝氣的空氣不從下部環側 端部固定部附近散逸而使各中空纖維膜搖動，空氣向中空纖維 膜束的上方移動。可確認曝氣的空氣充分地攪拌了中空纖維膜 束周圍的水。但觀察到從中空纖維膜束的中心部上升了較大的 氣泡群。
並且，與實施例l同樣地進行了過濾試驗。其結果，膜間壓 力差為-15 ~-40kPa且3個月穩定。3個月後，附著在中空纖維 膜上的汙泥或夾雜物的重量為4.2kg。
接著，如下述那樣觀察中空纖維膜束的端部固定部截面。 首先，沿膜的長度方向將中空纖維膜束的上部蓋側端部固定部4 分為4等份，觀察了各切斷面，看在各中空纖維膜間是否存在鑄 塑劑。其結果，在任一切斷面都存在鑄塑劑，沒有缺陷部分。接著，與實施例1同樣地觀察了端部固定部的中空纖維膜的 分散狀態。首先，目視觀察了貫穿孔和中空纖維膜的位置關係。 貫穿孔6存在於全部中空纖維膜束的內側。但在中空纖維膜束端 中央有幾乎不存在中空纖維膜的部分，在該部分存在3個貫穿孔6。
接著，計算與實施例1同樣地分割成3份的固定區域的各區 域的膜填充率的比率。其結果，〔FA/FB〕為1.8， 〔FA/FC〕為 1.1。
並且，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束下部環側的端部固 定部，觀察了該界面。結果，中空纖維膜的90%以上以與軸向 成0。~ 10。的角度大致平行地固定。
使用與實施例2相同形狀的硫化橡膠製的插入物，利用靜 置粘接法製造出具有中空纖維膜束的過濾元件。插入物內放入 35重量％乙醇水溶液並進行密封。該插入物的表觀密度為 0.95g/cm3。
使用該插入物，與實施例3同樣地製造出具有中空纖維膜束 的過濾元件，對該過濾元件進行了評價。首先，拔掉插入物後 的中空纖維膜沒有發生創傷等。此外，插入物雖向上部蓋側端 部固定部4側移動了 20mm左右，^f旦沒有陷入端部固定部的痕跡。
接著對所得到的過濾元件進行了與實施例l同樣地在水中 曝氣時的膜的狀態的觀察。其結果，曝氣的空氣不從下部環側 端部固定部附近散逸而使各中空纖維膜搖動，空氣向中空纖維 膜束的上方移動。可確認曝氣的空氣充分地攪拌了中空纖維膜 束周圍的水。但觀察到從中空纖維膜束的中心部上升了較大的 氣泡群。
並且，與實施例l同樣地進行了過濾試驗。其結果，膜間壓力差為-15 ~ -45kPa且3個月穩定。3個月後，附著在中空纖維 膜上的汙泥或夾雜物的重量為4.4kg。
接著，如下述那樣觀察了中空纖維膜束的端部固定部截面。 首先，沿膜的長度方向將中空纖維膜束的上部蓋側端部固定部4 分為4等份，觀察了各切斷面，看在各中空纖維膜間是否存在鑄 塑劑。其結果，在任一切斷面都存在鑄塑劑，沒有缺陷部分。
接著，與實施例l同樣地觀察了端部固定部的中空纖維膜的 分散狀態。首先，目視觀察了貫穿孔和中空纖維膜的位置關係。 貫穿孔6存在於全部中空纖維膜束的內側。但在中空纖維膜束端 中央有幾乎不存在中空纖維膜的部分，在該部分存在3個貫穿孔 6。
另外，計算與實施例1同樣地分割成3份的固定區域的各區 域的膜填充率的比率。其結果，〔FA/FB〕為2.1, 〔FA/FC〕為 1.2。
並且，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束下部環側的端部固 定部，觀察了該界面。結果，中空纖維膜的90%以上以與軸向 成0°~ 10。的角度大致平行地固定。
使用截面形狀為橢圓環狀的水溶性的2個插入物，利用離心 粘接法製造出具有固定了端部的中空纖維膜束的過濾元件。該 插入物是使在可溶性澱粉中加入了羧甲基纖維素的水溶液而呈 糊狀的物質流入模具中進行乾燥而成形的插入物，是空隙率為 70%的多孑^體。截面形狀為短軸外徑40mm、短軸內徑30mm、 長軸外徑100mm、長軸內徑90mm的橢圓環，全長為850mm。該 插入物的表觀密度為0.09g/cm3。另外，表觀密度與實施例l同 樣地求出。
使用上述插入物，如下所述那樣製造出具有固定了端部的
30中空纖維膜束的過濾元件。圖4是表示固定部的形成方法的示意 圖。
使用了 1560根聚偏二氟乙烯制的細孔直徑0.1pm的精密過 濾膜且外徑1.2mm、內徑O. 6mm、長度1180mm的中空纖維膜。
首先，從一邊的中空纖維膜端進行5mm左右的填料後，使 各膜以零散的狀態通過橡膠圏以每520根為l束分為3束。將l束 該中空纖維膜束水平放置於高密度聚乙烯薄膜上，在該中空纖 維膜束之上放置l個上述插入物。接著，再在上述插入物上放置
l束中空纖維膜束，再在該中空纖維膜束上放置l個上述插入物。 還在上述插入物放置l束中空纖維膜束。另外，2個插入物配置 在中空纖維膜的長度方向的中央。即，插入物的頂端配置在端 部固定部形成區域，即配置在距圖4的X-X，線70mm的位置上。 此外，將中空纖維膜一樣地配置在插入物的周圍，以使插入物 從外部不露出。
接著，通過高密度聚乙烯薄膜包裹已放入了上述插入物的 中空纖維膜束，通過帶固定兩端。將該包裝體收納在ABS制的 直徑152mm、長度1120mm的外筒內之後，除去兩端的帶，拔出 高密度聚乙烯薄膜。
之後，將48根外徑14mm、長度80mm的聚氨酯制樹脂棒插 入封閉了中空部的一側的端部，將帶纏繞在該端側附近的外周 上加以固定。樹脂棒均勻間隔地配置在中空纖維膜束中。
另一方面，將24根外徑llmm、長度120mm的聚乙烯制的貫 穿孔形成銷和32根上述樹脂棒插入中空部開口 一側的端部，將 帶纏繞在該端側附近的外周上加以固定。將一端具有直徑15mm 的圓板的、直徑llmm、長度120mm的貫穿孔形成銷與外徑 14mm、長度80mm的樹脂棒配置成中空纖維膜均勻地分散並且 貫穿孔形成銷均勻地位於中空纖維膜束內。之後，使深度35mm的鑄塑劑杯2，與外筒的兩端面抵接，通 過螺母不透液地固定。接著，將其放置在離心粘接用架臺(未 圖示)上。
設置在離心粘接用架臺的鑄塑劑筒11和鑄塑劑杯2，通過注 入軟管12連接。該劑筒11內投入了 2液混合型聚氨酯樹脂的混合 物。接著，以250rpm的速度使離心粘接用架臺旋轉，端部固定 部形成區域受到3 5 G的離心力。從旋轉開始9 0分鐘後停止旋轉， 從離心粘接用架臺取下收納在外筒內且端部被固定的中空纖維 膜束。將其在50。C的乾燥機內加熱24小時。之後，取下兩邊的 鑄塑劑杯部2'。接著，切斷從外筒突出的部分大約35mm。由此， 預先封閉了端部的一側的中空纖維膜端部的中空部開口 。
之後，拔出貫穿孔形成銷8。形成了直徑llmm的貫穿孔6。 (以後將中空部開口側筒稱為透過側，將有貫穿孔一側簡稱為 原水側。)
該中空纖維膜過濾元件的兩端面安裝有用於與過濾裝置的 配管連接的蓋。該蓋與過濾裝置連接而從原水側流出7 0 °C的熱 水。由此將插入物溶解而除去。
其結果，能得到兩端被鑄塑劑固定的中空纖維膜束和具有 該中空纖維膜束的過濾元件。端部固定部間的過濾部界面間的 有效長為990mm 、膜面積為6m2,各端部固定部的直徑為 152mm、長度為65mm、端部固定部界面的中空纖維膜填充率為 10%。
接著對所得到的過濾元件進行了與實施例l同樣地在水中 曝氣時的膜的狀態的觀察。其結果，曝氣的空氣不從下部環側 端部固定部附近散逸而使各中空纖維膜搖動，空氣向中空纖維 膜束的上方移動。可確認曝氣的空氣充分地攪拌了中空纖維膜 束周圍的水。但觀察到從中空纖維膜束的中心部上升了較大的氣泡群。
接著，如下述那樣觀察了中空纖維膜束的端部固定部截面。 首先，沿膜的長度方向將中空纖維膜束的透過側端部固定 部4分為4等份，觀察了各切斷面，看在各中空纖維膜間是否存 在鑄塑劑。結果，在任一切斷面都存在鑄塑劑，沒有缺陷部分。 接著，與實施例1同樣地觀察了原水側端部固定部的中空纖 維膜的分散狀態。首先，目視觀察了貫穿孔和中空纖維膜的位 置關係。貫穿孔6存在於全部中空纖維膜束的內側。並且，所有
的貫穿孔6和貫穿孔6之間存在中空纖維膜束。
接著，計算與實施例1同樣地分割成3份的固定區域的各區 域的膜填充率的比率。其結果，〔FA/FB〕為l.O, 〔FA/FC〕為 1.1。
並且，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束下部環側的端部固 定部，觀察了該界面。結果，中空纖維膜的90%以上以與軸方 向成0°~ 10。的角度大致平行地固定。
在下部環側未配置圓柱狀的插入物地實施了離心粘接，除 此之外與實施例i同樣地製造了中空纖維膜束和過濾元件。
與實施例1同樣地在水槽中進行曝氣並觀察膜的狀態，曝氣 的空氣從下部環側端部固定部散逸，中空纖維膜的搖動效果和 向中空纖維膜上方的移動所產生的攪拌效果的有效性未被確 認。
另外，與實施例l同樣地進行了過濾試驗。在2星期內膜間
壓力差超過-60kPa,無法繼續運行。
接著，如下述那樣觀察了中空纖維膜束的端部固定部截面。 首先，沿膜的長度方向將中空纖維膜束的上部蓋側端部固
定部4分為4等份，觀察了各切斷面，看在各中空纖維膜間是否存在鑄塑劑。在任一切斷面都存在鑄塑劑，沒有缺陷部分。
接著，與實施例1同樣地觀察了下部環側端部固定部的中空 纖維膜的分散狀態。首先，目視觀察了貫穿孔和中空纖維膜的 位置關係。中空纖維膜束聚集在一側，其相反側有幾乎不存在 中空纖維膜的部分。並且幾乎不存在中空纖維膜的部分存在8
個貫穿孔，該8個貫穿孔中的5個貫穿孔6相互之間根本不存中空 纖維膜束。
接著，計算與實施例1同樣地分割成3份的固定區域的各區 域的膜填充率的比率。其結果，〔FA/FB〕為1.3， 〔FA/FC〕為 9.1。
並且，沿著中心軸線切斷中空纖維膜束下部環側的端部固 定部，觀察了該界面。結果，中空纖維膜的30%以上以與軸向 成10°~ 30。的角度傾斜。
工業上的可利用性
根據本發明的方法，可以容易地製造出即使低的膜填充率 也均勻地將中空纖維膜分散配置在端部固定部的、端部被固定 的中空纖維膜束。因此，所得到的中空纖維膜束不僅可用於一 般的膜過濾處理，特別可有效地用作膜分離活'性汙泥法所使用 的中空纖維膜過濾元件。
權利要求
1. 一種端部被固定的中空纖維膜束的製造方法，其特徵在於，該方法製造端部被固定的中空纖維膜束，其中，將插入物插入到比被固定的區域更靠近中央的中空纖維膜束內部，固定該中空纖維膜端部，之後，將該插入物從中空纖維膜束內部除去。
2. 根據權利要求l所述的中空纖維膜束的製造方法，其特 徵在於，插入物的表觀密度為lg/cn^以下。
3. 根據權利要求l所述的中空纖維膜束的製造方法，其特 徵在於，插入物的表觀密度為0.1g/cm3以下。
4. 根據權利要求l ~ 3所述的中空纖維膜束的製造方法，其 特徵在於，插入物為中空狀物。
5. 根據權利要求4所述的中空纖維膜束的製造方法，其特 徵在於，插入物為發泡體。
6. 根據權利要求4所述的中空纖維膜束的製造方法，其特 徵在於，插入物為在內部包含有氣體和/或液體的球嚢狀物。
7. 根據權利要求l ~6所述的中空纖維膜束的製造方法，其 特徵在於，插入物具有球狀、圓柱狀、多稜柱狀的任一形態。
8. 根據權利要求l ~ 6所述的中空纖維膜束的製造方法，其 特徵在於，插入物的與長軸垂直的截面為圓、橢圓、多邊形的 任一形狀，該截面的當量圓徑沿著長軸從中央向 一邊或兩邊的 頂端縮小。
9. 根據權利要求l ~ 8所述的中空纖維膜束的製造方法，其 特徵在於，插入物由熱塑性樹脂或橡膠製成。
10. 根據權利要求l ~ 9所述的中空纖維膜束的製造方法， 其特徵在於，在端部被固定的區域的一側設有貫穿孔。
11. 根據權利要求l ~ IO所述的中空纖維膜束的製造方法， 其特徵在於，端部的固定部的靠近中空纖維膜的中央的界面的膜填充率為5 ~ 40%的範圍。
12. 根據權利要求l ~ ll所述的端部被固定的中空纖維膜 束的製造方法，其特徵在於，將表觀密度為0.1g/cm3以下的插 入物插入比被固定的區域更靠近中央的中空纖維膜束內部，利 用離心力將鑄塑劑注入該中空纖維膜端部並使該鑄塑劑固化， 由此固定該中空纖維膜端部，之後，將該插入物從中空纖維膜 束內部除去。
13. —種端部被固定的中空纖維膜束，其通過權利要求l ~ 12的製造方法得到。
14. 一種中空纖維膜過濾元件的製造方法，其具有在權利 要求l ~ 9的端部被固定的中空纖維膜束的製造方法中，將中空 纖維膜束收容在端部固定部圍繞構件或外筒內的工序。
15. —種中空纖維膜過濾元件，其通過權利要求14的方法 得到。
全文摘要
本發明提供一種中空纖維膜束的製造方法以及使用該方法得到中空纖維膜過濾元件的製造方法，該中空纖維膜束的製造方法的特徵在於，是用於製造中空纖維膜束的端部被鑄塑劑固定的中空纖維膜的方法，將插入物插入比固定部所形成的區域更靠近中央的中空纖維膜束內部，在此狀態下通過鑄塑劑固定該中空纖維膜端部，之後，將該插入物從中空纖維膜束內部除去。本發明所得到的中空纖維膜束可用於外壓過濾法等各種過濾處理。
文檔編號B01D63/00GK101454068SQ20078001990
公開日2009年6月10日 申請日期2007年7月5日 優先權日2006年7月10日
發明者渡邊昭廣, 石橋讓 申請人:旭化成化學株式會社