中空纤维膜组件的制造方法和具有中空纤维膜组件的中空纤维膜单元

摘要

提供一种中空纤维膜单元、以及这种中空纤维膜单元所使用的中空纤维膜组件，可防止膜的透过速度下降，且可将每单位容积的膜面积做成适当，可增加处理水量。中空纤维膜组件具有：将中空纤维膜排列成片材状的中空纤维膜片材或其层叠体；以及对所述中空纤维膜片材或其层叠体进行保持的框体状的集水部件，该集水部件的一个面被固定用树脂(浇注树脂)充填，且形成用于固定中空纤维膜片材层叠体的开口，所述集水部件沿所述中空纤维膜片材的面外方向具有20mm以下的厚度，形成有所述开口部的一个面中，中空纤维膜的截面总面积所占的比例至少是45％。

说明书

本申请为下述申请的分案申请：

原申请的申请日：2013年4月2日

原申请的申请号：201380029152.8

原申请的发明名称：中空纤维膜组件及中空纤维膜组件的制造方法和具有中空纤维膜组件的中空纤维膜单元

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜组件及中空纤维膜组件的制造方法和具有中空纤维膜组件的中空纤维膜单元。

背景技术

以往，已知有一种排列有多个中空纤维膜组件的中空纤维膜单元(例如专利文献1)。该中空纤维膜组件，是层叠将中空纤维膜做成片材状的中空纤维膜片材、使用固定用树脂(浇注树脂)将该层叠体液密地固定在细长的箱体上而形成的。并且，中空纤维膜的端部开口，中空纤维膜与箱体的内部空间连通。

这种中空纤维膜组件，将负压作用在箱体内，由此将中空纤维膜的一次侧(被处理水侧)的被处理水过向中空纤维膜内部吸引，然后使处理水流向箱体。并且，由中空纤维膜过滤后的处理水，通过设在箱体上的取水口而向设在中空纤维膜组件的二次侧(处理水侧)的装置排出。

另外，在中空纤维膜组件的下方，设有用于物理性清洗中空纤维膜的散气装置。散气装置将空气吹到被处理水中，使其气泡接触中空纤维膜而物理性清洗中空纤维膜。并且，在排列有多个中空纤维膜组件的中空纤维膜单元中，通过在中空纤维膜组件之间设置间隙，从而来自散气装置的气泡就进入中空纤维膜组件之间。

另外，以往已知有一种中空纤维膜组件，在排列成片材状的中空纤维膜的端部连接有集水部件，集水部件用于集中过滤后的水。该中空纤维膜组件，通过从集水部件的下游侧(过滤水侧)使集水部件内及中空纤维膜内产生负压，从而将中空纤维膜周围的被处理水过滤、引入到中空纤维膜内部。另外，当对这种中空纤维膜组件进行清洗时，从集水部件的过滤水侧使集水部件内及中空纤维膜内产生正压并使清洗液从过滤水侧流向被处理水侧，由此使附着在中空纤维膜表面及细微孔内的悬浮物脱离中空纤维膜。在这些文献所记载的中空纤维膜组件中，在中空纤维膜组件的过滤处理时及清洗处理时，有时中空纤维膜组件内部尤其集水部件内部产生数百kPa的压力差，为了提高中空纤维膜组件的过滤能力，希望根据中空纤维膜组件的用途不同来提高集水部件的耐压性能，由此延长产品寿命。并且，作为用于提高中空纤维膜组件的耐压性能的构造，已知有一种使用基材强度优异的材质、或使用提高与密封剂的粘接强度的构造或在基材与密封剂的边界设置缓冲材料的技术(例如专利文献2至4)。

另外，以往，已知有一种中空纤维膜组件，该中空纤维膜组件用固定用树脂将由中空纤维膜束扎而成的集束体的端部固定在壳体上。该中空纤维膜组件使由中空纤维膜过滤后的水流入壳体内，通过壳体内的集水流道而向下游侧集水(例如专利文献4)。在该专利文献4中，当制造平型中空纤维膜组件时，将中空纤维膜的端部切断而使端面露出开口，在将中空纤维膜的集束体保持在壳体内的状态下将固定用树脂注入壳体内，通过使其固化而固定中空纤维膜的集束体(层叠体)与壳体(集水部件)。

专利文献1：国际公开WO2010/098089号

专利文献2：日本专利特开2008-142583号公报

专利文献3：日本专利特开2009-195844号公报

专利文献4：日本专利特开2006-61816号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，在以往使用的平型中空纤维膜组件的制造方法中，在将集束体保持在壳体内的状态下，将固定用树脂(浇注树脂)注入壳体内。当用这种方法制造平型中空纤维膜组件时，若构成集束体的中空纤维膜之间不隔开某种程度的间隔，固定用树脂就不能充分遍布，中空纤维膜之间就产生密封不良。因此，以往所使用的平型中空纤维膜组件的制造方法中，有不能制造中空纤维膜的充填密度高的平型中空纤维膜组件的这种问题。

另外，在以往所使用的平型中空纤维膜组件的制造方法中，由于在从一个或多个部位注入固定用树脂并使固定用树脂流入中空纤维膜之间之前，需要充分维持固定用树脂的流动性，因此需要使用较低粘度且硬化速度迟缓的固定用树脂，固定用树脂的硬化速度提高(即缩短浇注加工时间)有限。

因此，本发明是为解决上述问题而做成的，其目的在于提供一种可提高中空纤维膜的充填密度、且可在短时间内进行制造的中空纤维膜组件的制造方法、以及由这种方法制造的中空纤维膜组件。

用于解决课题的手段

为解决上述问题，本发明是一种中空纤维膜组件的制造方法，该中空纤维膜组件具有中空纤维膜片材层叠体，该中空纤维膜片材层叠体是层叠多片中空纤维膜片材而构成的，中空纤维膜片材排列并结合有许多中空纤维膜，该方法多次进行在中空纤维膜片材的排列有中空纤维膜的顶端的边附近涂布液状树脂组成物的工序、以及利用液状树脂组成物的粘接在该中空纤维膜片材上层叠中空纤维膜片材的工序来制作中空纤维膜片材的层叠体，然后将该中空纤维膜层叠体安装在集水部件上。

根据如此构成的本发明，进行这样的工序：在中空纤维膜片材的排列有中空纤维膜的顶端的边附近涂布固定用树脂，在此处层叠中空纤维膜片材，从而可使固定用树脂完全遍布到中空纤维膜片材之间。并且，由于可将固定用树脂直接涂布在中空纤维膜片材上，因此，不必考虑中空纤维膜片材之间的间隔，可将中空纤维膜片材之间的间隔抑制成最小限度。由此，可制造以高充填密度使中空纤维膜排列的中空纤维膜组件。另外，由于依次在涂布有固定用树脂的中空纤维膜片材上层叠中空纤维膜片材，不必考虑固定用树脂遍布中空纤维膜之间的时间，因此，可使用硬化速度较快的固定用树脂。由此，可缩短制作中空纤维膜层叠体的时间。

另外，在本发明中，较好的是，集水部件具有：接收所述中空纤维膜层叠体的开口部；从该开口部延伸、并固定从该开口部接收来的中空纤维膜层叠体的一对侧壁；相对于该一对侧壁形成在与开口部相反的一侧、集中由中空纤维膜片材净化后的水的集水通道；以及与该集水通道连通的集水口，集水部件通过将含有所述一对侧壁中的至少一方侧壁的第一部件和含有至少另一方侧壁的第二部件予以接合而形成，在将中空纤维膜层叠体安装在集水部件上的工序中，在将中空纤维膜层叠体安装在第一部件上后，将第二部件安装在所述第一部件及中空纤维膜层叠体上。

根据如此构成的本发明，可将集水部件做成第一部件和第二部件的二分割构造。由此，在利用射出成形而形成集水部件的情况下，可容易地在侧壁上设置加强与固定用树脂的粘接用的突起部。

另外，为解决上述问题，本发明是一种中空纤维膜组件的制造方法，该中空纤维膜组件具有：中空纤维膜层叠体，该中空纤维膜层叠体是层叠多片中空纤维膜片材而构成的，中空纤维膜片材排列并结合有许多中空纤维膜，并被做成片材状；以及用于集中由该中空纤维膜层叠体净化后的水的集水部件，集水部件具有：接收中空纤维膜层叠体的开口部；从该开口部延伸、并固定从该开口部接收来的中空纤维膜层叠体的一对侧壁；相对于该一对侧壁形成在与开口部相反的一侧、集中由中空纤维膜片材净化后的水的集水通道；以及与该集水通道连通的集水口，集水部件通过将含有一对侧壁中的至少一方侧壁的第一部件和含有至少另一方侧壁的第二部件予以接合而形成，该中空纤维膜组件的制造方法具有如下工序：将液状树脂组成物涂布在第一部件的侧壁上的工序；将中空纤维膜片材的排列有中空纤维膜的一端的边附近层叠在涂布有液状树脂组成物的第一部件的侧壁上的工序；在层叠在第一部件的侧壁上的中空纤维膜片材的排列有中空纤维膜的一端的边附近涂布液状树脂组成物、且在该中空纤维膜片材上层叠与其相同形状的中空纤维膜片材的工序；将在已层叠的中空纤维膜片材的排列有中空纤维膜的一端的边附近涂布液状树脂组成物、且在该中空纤维膜片材上层叠与其相同形状的中空纤维膜片材的工序进行一次以上的工序；在已层叠的中空纤维膜片材的排列有中空纤维膜的一端的边附近涂布液状树脂组成物的工序；以及以由第一部件和第二部件夹持配置在第一部件的侧壁上的中空纤维膜层叠体的状态，将第二部件与第一部件接合、且将第二部件安装在中空纤维膜层叠体上的工序。

根据如此构成的本发明，进行一次以上的将固定用树脂涂布在中空纤维膜片材的排列有中空纤维膜的一端的边附近、且在此处层叠相同形状的中空纤维膜片材的工序，从而可使固定用树脂可靠地遍布在中空纤维膜片材之间。并且，由于可将固定用树脂直接涂布在中空纤维膜片材上，因此，不必考虑中空纤维膜片材之间的间隔，可将中空纤维膜片材之间的间隔抑制成最小限度。由此，可制造以高充填密度使中空纤维膜排列的中空纤维膜组件。另外，由于依次在涂布有固定用树脂的中空纤维膜片材上层叠中空纤维膜片材，不必考虑固定用树脂遍布中空纤维膜之间的时间，因此，可使用硬化速度较快的固定用树脂。此外，也可不需要将中空纤维膜层叠体的端部予以切断的工序。由此，可缩短制作中空纤维膜组件的时间。

另外，在本发明中，较好的是，层叠中空纤维膜片材而形成中空纤维膜层叠体的工序，在至少涂布固定用树脂的边附近的中空纤维膜沿水平方向排列的状态下进行。

另外，在本发明中，较好的是，第一部件和第二部件，利用采用熔接的接合或采用粘接用树脂的接合中的任一个接合方式而接合。

另外，在本发明中，较好的是，将中空纤维膜层叠体安装在集水部件上的工序，包含将密封部件配置在第一部件与第二部件之间的工序。

另外，在本发明中，较好的是，当接合第二部件与第一部件时，利用第二部件按压第一部件进行。

另外，在本发明中，较好的是，液状树脂组成物的粘度是10000～50000mPa·s。

另外，在本发明中，较好的是，液状树脂组成物以尿烷树脂或环氧树脂为主成分。

另外，在本发明中，较好的是，在集水通道的至少一个部位，形成有用于将第一部件的侧壁与第二部件的侧壁之间予以接合的突起部，通过突起部将第一部件的侧壁与第二部件予以接合。

另外，本发明是一种中空纤维膜单元，具有至少一个中空纤维膜组件，该中空纤维膜组件由上述方法所制造。发明效果

如上所述，根据本发明，可解决如下的问题：可提高中空纤维膜的充填密度，且在短时间内制造中空纤维膜组件。

附图说明

图1是具有本发明实施方式的中空纤维膜组件的中空纤维膜单元的立体图。

图2是图1中II-II’截面的剖视图。

图3是本发明实施方式的中空纤维膜组件的三视图。

图4是将本发明实施方式的中空纤维膜组件一部分放大后的立体图。

图5是本发明实施方式的中空纤维膜组件的水平方向截面的剖视图。

图6是图4中VI-VI’截面的剖视图。

图7是图6中VII-VII’截面的剖视图。

图8是图6中VIII-VIII’截面的剖视图。

图9是表示本发明实施方式的中空纤维膜组件的集合取水管的立体图。

图10是将本发明实施方式的中空纤维膜组件一部分放大后的剖视图，是图9中X-X截面的剖视图。

图11是表示进行了本发明实施例的中空纤维膜组件的差压试验的结果的曲线图。

图12是表示进行了比较例的中空纤维膜组件的差压试验的结果的曲线图。

图13是本发明实施方式的中空纤维膜组件的立体图。

图14是图13所示的中空纤维膜组件的XIV-XIV’截面的剖视图。

图15是图13所示的中空纤维膜组件的XV-XV’截面的剖视图。

图16是表示本发明实施方式的平型中空纤维膜组件的立体图。

图17是表示本发明实施方式的集水部件的截面的剖视图。

图18是表示本发明实施方式的平型中空纤维膜组件的中空纤维膜片材的俯视图。

图19是表示本发明实施方式的平型中空纤维膜组件的制造工序的立体图。

图20是表示本发明实施方式的变形例的平型中空纤维膜组件一部分的立体图。

符号说明

1中空纤维膜组件

3中空纤维膜层叠体

5集水部件

7固定用树脂

17集水通道

19第一部件

21第二部件

29中空纤维膜片材

51中空纤维膜组件

53中空纤维膜层叠体

55集水部件

57固定树脂

59取水口

63、65侧壁

67集水流道

69加强构造

69a、69b、69c柱状体

101中空纤维膜单元

103中空纤维膜组件

107散气装置

111中空纤维膜片材

113中空纤维膜片材层叠体

115箱体

115a宽幅部

115b加强构造

117取水口

119固定用开口

121固定用树脂(浇注树脂)

125集水道

127凸状部

129集合取水管

131流入用开口

135取水管

具体实施方式

下面，参照说明书附图，来说明本发明的第1实施方式的中空纤维膜组件。图1是中空纤维膜单元的立体图，图2是II-II’截面的剖视图。

首先，如图1及图2所示，中空纤维膜单元101具有：沿一定方向排列的多个中空纤维膜组件103；以及对中空纤维膜组件103的上部及下部进行保持并将中空纤维膜组件103保持在规定位置用的保持构造105。另外，在所排列的中空纤维膜组件103的下部，设有用于进行曝气的散气装置107。

多个中空纤维膜组件103利用保持构造105而隔开一定间隔地排列。并且在所排列的中空纤维膜组件103的下部，定位有散气装置107的散气管109，从散气管109出来的空气上升而进入中空纤维膜组件103之间。

图3是中空纤维膜组件的三视图。中空纤维膜组件103具有：层叠有中空纤维膜片材111的中空纤维膜片材层叠体113；以及将中空纤维膜片材层叠体113予以固定的一对箱体115。中空纤维膜片材111，通过例如使多根PVDF制的中空纤维膜排列成片材状而形成。并且中空纤维膜的至少一方的端部开口，可从开口的端部排出通过中空纤维膜而过滤后的处理水。

将中空纤维膜片材层叠体113予以固定用的箱体115，在中空纤维膜片材层叠体113的上下，对中空纤维膜片材层叠体113进行保持。另外，在箱体115的端面形成有椭圆形的取水口117，以从箱体取出过滤后的处理水。通过将取水口117的形状做成椭圆形，从而可减小取水口117的宽度(箱体的宽度方向的长度)，同时可确保取水口117的开口面积。

图4是表示中空纤维膜组件下部的放大立体图。

如图4所示，箱体115具有细长的箱形。并且在箱体115的上部，形成有将中空纤维膜片材层叠体113予以固定用的固定用开口119。固定用开口119内充满着将中空纤维膜片材层叠体113固定在箱体115上用的固定用树脂(浇注树脂)121，且由该固定用树脂(浇注树脂)液密地密封。为了维持中空纤维膜组件103的配置效率且确保对于变形的刚性，固定用开口119的长度是200mm～1200mm，最好是300mm～800mm，宽度最好是5～20mm。另外，沿固定用开口119延伸的箱体115的侧壁，其厚度最好是2mm以下。通过将该侧壁做薄，从而可缩短固定在固定用开口119内的中空纤维膜片材层叠体113与形成在中空纤维膜组件之间的来自散气管109的空气的流道之间的距离，由此，可使更多的空气与中空纤维膜片材层叠体113接触，可提高曝气的效率。并且，为了更加提高对于变形的刚性，最好将固定用开口119的长度方向分割成多个，或以规定的间隔设置加强部件。

箱体115的基本宽度D1(下面称为“基本宽度D1”)是15mm，最好是10mm以下。此外，箱体115的一端或两端具有宽度比基本宽度D1宽的加厚部115a。加厚部115a是在中空纤维膜片材111的面外方向比基本宽度D1厚的部分。该加厚部115a具有与箱体115的一部分相同的壁厚，箱体115具有基本宽度D1，且该加厚部115a通过将其内部空间向中空纤维膜片材111的面外方向扩展而构成。加厚部115a形成在设有取水口117的一侧的端部上。该加厚部115a是为了确保取水口117的宽度方向的面积而将箱体115的宽度扩大的部分。并且，加厚部115a形成在设有取水口117的一侧，且其内部空间的宽度比其它部分宽。由此，可加大取水口117的开口面积，可提高来自箱体115的水的取出效率。另外，加厚部115a的厚度被定为，当排列中空纤维膜组件103时，加厚部115a可与相邻的中空纤维膜组件103的加厚部115a接触。由此，当排列中空纤维膜组件103时，加厚部115a起到中空纤维膜组件103之间的隔板作用。

另外，箱体115具有用于提高其刚性的加强构造115b。加强构造115b形成在箱体115的侧面，确保被做薄的箱体115的刚性。该加强构造115b固定在箱体115的侧面，并由具有一定厚度的较硬的材料构成。通过将加强构造115b固定在箱体115的侧面上，从而将箱体115的壁厚实质上做厚，可提高其刚性。另外，作为加强构造115b，也可使用将箱体115的壁厚予以局部做厚的结构。加强构造115b沿箱体115的延伸方向排列多个。另外，也可根据箱体115的长度来决定是否设置加强构造115b，或仅设置一个加强构造115b。

在箱体115的固定用开口119上，如上所述那样固定有中空纤维膜片材层叠体113，中空纤维膜片材层叠体113的中空纤维膜，从箱体115的上表面向上方延伸配置。并且，在将中空纤维膜片材层叠体113沿水平方向切断时，在其切断面露出中空纤维膜的切断面，根据本申请发明人等的实验，判明了这样的情况：形成有固定用开口的一个面的、中空纤维膜的截面总面积所占的比例做成至少45％，就可将每单位容积的膜面积做成适当并使处理水量增加。即，如图5所示，在将俯视时的固定用开口119的宽度设为W、长度设为L、中空纤维膜的半径设为r的情况下，中空纤维膜的截面积之和、与任意位置的中空纤维膜组件103的水平方向切断面的面积的比例用式nπr²/WL(n＝中空纤维膜的根数)表示，较好的是该比例为45％以上，更好的是50％以上。另外，在箱体115具有加厚部115a的情况下，不必考虑加厚部115a引起的中空纤维膜组件103的水平方向切断面的面积减少。另外，该比例的上限是根据组件的大小而任意设定，但考虑到中空纤维膜的充分的粘接固定，较好的是90％以下，更好的是85％以下。

另外，通过将箱体115的壁厚度做薄，从而可将箱体的侧壁与中空纤维膜片材层叠体113的表面之间的距离做成较短的2mm以下，由此，从散气管109上升的空气容易接触中空纤维膜片材层叠体113的表面。另外，该距离越短越好，但若考虑到相邻的箱体之间的接触，则最好是0.5mm以上。

图6是图4中VI-VI’截面的剖视图，图7是图6中VII-VII’截面的剖视图，图8是图6中VIII-VIII’截面的剖视图。

如图6所示，箱体115的内部空间的上方，实质上由固定用树脂(浇注树脂)121及中空纤维膜封闭，在内部空间的下方形成有将由中空纤维膜过滤后的水予以集中用的集水道125。由中空纤维膜过滤后的水从端部的开口流入集水道125，并从集水道125流入取水口117。

另外，箱体115具有将中空纤维膜的一部分予以压缩用的压缩构件。压缩构件是沿箱体115的内壁向箱体115延伸方向延伸的一对凸状部127，且形成在相对的内壁上的一对凸状部127沿内壁而形成在互相相对的位置上。凸状部127形成在箱体115的内壁中的、与埋入中空纤维膜的端部的固定用树脂(浇注树脂)121接触的部分上。并且如图7所示，在未形成有凸状部127的高度处的切断面，中空纤维膜不变形，而另一方面如图8所示，在形成有凸状部127的高度处的切断面，中空纤维膜被凸状部127按压、变形。

凸状部127的突出量根据中空纤维膜的直径而适当设定，当突出量过多时，中空纤维膜的内部空间就被破坏而使通水量减少。因此，凸状部127的突出量最好是这样的程度：使处于相对的一对凸状部127之间的中空纤维膜的部分的宽度减少30％。通过设置这样的凸状部127而在箱体115内压缩中空纤维膜，从而即使在将箱体115的宽度做窄的情况下也不必减少中空纤维膜的半径，或者不必减少中空纤维膜的根数，可提高中空纤维膜的密度。另外，通过沿箱体115的内壁设置凸状部127，从而可提高箱体115的强度。此外，通过在箱体115的内壁设置凸状部127而使凸状部127陷入固定用树脂(浇注树脂)121，从而增加固定用树脂(浇注树脂)的拔出强度。为了进一步增加固定用树脂(浇注树脂)121的拔出强度，也可形成多个凸状部127。

另外，中空纤维膜单元101具有与多个中空纤维膜组件103的取水口117同时连通的集合取水管。

图9是表示集合取水管的立体图，图10是将中空纤维膜组件的一部分放大后的剖视图，是用于说明集合取水管的安装状态的示图。

如图9所示，集合取水管129具有：形成有多个流入用开口131的主体133；以及从该主体133延伸的取水管135。多个流入用开口131隔开规定间隔排列，各个流入用开口131的大小及形状，与中空纤维膜组件103的取水口117的大小及形状对应。并且流入用开口131在主体133内部与取水管135连通，从多个流入用开口131流入主体内部的处理水流入取水管135，并集中流向下游侧(处理水侧)。

另外，如图10所示，在流入用开口131的周围设有椭圆环形的密封部件137，由此，将流入用开口131与取水口117之间予以密封。通过使用这样的集合取水管129，可用简单构造的零件从较薄的箱体115集中取出处理水，不必根据中空纤维膜组件103的数量来配设取水管。

如上所述，中空纤维膜单元101，具有多个具有这样构造的中空纤维膜组件103，各中空纤维膜组件103利用保持构造105而互相隔开规定间隔地排列。中空纤维膜组件103之间的间隙是为使从散气管109上升而来的空气通过而设置的，当该间隙过分狭小时，来自散气管109的气泡就不能充分进入，不能充分对中空纤维膜进行物理性清洗，而相反，若间隙过分宽大，则中空纤维膜的密度就变小。因此，中空纤维膜组件103间的间隙最好是设定为3mm以上、15mm以下。

并且，根据本申请发明人等的实验，判明了这种情况：通过将中空纤维膜组件103的排列方向的厚度做成20mm以下、且将在中空纤维膜固定于箱体115的部位的水平截面中中空纤维膜的截面之和所占的比例做成至少45％，从而可将每单位容积的膜面积做成适当并可增加中空纤维膜单元101的处理水量，此外，通过以3mm以上、15mm以下的间隔来排列这种中空纤维膜组件103，从而可充分对中空纤维膜进行物理性清洗。

因此，根据上述的中空纤维膜单元101，可增加由每单位容积的膜面积和被处理水的透过速度决定的中空纤维膜组件的处理水量。

下面，详细陈述本发明的实施例及比较例。

(实施例1)

准备二片中空纤维膜片材，该片材是将有效长度为875mm的160根聚偏二氟乙烯制的中空纤维膜(公称孔径为0.4μm、外径为2.8mm，三菱丽阳公司制)向一个方向并丝而形成的。作为箱体，准备厚度为7.5mm的ABS制箱体。在将上端及下端开口的二片中空纤维膜片材重叠的状态下，用由尿烷树脂构成的固定用树脂(浇注树脂)将片材的上端及下端固定在各个箱体上。此时制作的中空纤维膜组件的中空纤维膜的截面积之和与水平方向切断面的面积的比例是76％。并且，通过使中空纤维膜沿铅垂方向延伸地将中空纤维膜组件的上下固定，使中空纤维膜组件的间隙为6mm地配置中空纤维膜组件，从而制成了中空纤维膜组件。

(实施例2)

准备二片中空纤维膜片材，该片材是将有效长度为875mm的160根聚偏二氟乙烯制的中空纤维膜(公称孔径为0.4μm、外径为2.8mm，三菱丽阳公司制)向一个方向并丝而形成的。作为箱体，准备厚度为7.5mm的ABS制箱体。并且在箱体的内壁上形成有二级高度为0.3mm的凸状部。在将上端及下端开口的二片中空纤维膜片材重叠的状态下，用由尿烷树脂构成的固定用树脂(浇注树脂)将片材的上端及下端固定在各个箱体上。此时制作的中空纤维膜组件的中空纤维膜的截面积之和与水平方向切断面的面积的比例是76％。并且，通过使中空纤维膜沿铅垂方向延伸地将中空纤维膜组件的上下固定，使中空纤维膜组件的间隙为6mm地配置中空纤维膜组件，从而制成了中空纤维膜组件。

(比较例1)

准备五片中空纤维膜片材，该片材是将有效长度为875mm的160根聚偏二氟乙烯制的中空纤维膜(公称孔径为0.4μm、外径为2.8mm，三菱丽阳公司制)向一个方向并丝而形成的。作为箱体，准备厚度为30mm的ABS制箱体。在将上端及下端开口的五片中空纤维膜片材重叠的状态下，用由尿烷树脂构成的固定用树脂(浇注树脂)将片材的上端及下端固定在各个箱体上。此时制作的中空纤维膜组件的中空纤维膜的截面积之和与水平方向切断面的面积的比例是41％。并且，通过使中空纤维膜沿铅垂方向延伸地将中空纤维膜组件的上下固定，使中空纤维膜组件的间隙为15mm地配置中空纤维膜组件，从而制成了中空纤维膜组件。

(实施例4)

准备二片中空纤维膜片材，该片材是将有效长度为875mm的160根聚偏二氟乙烯制的中空纤维膜(公称孔径为0.4μm、外径为2.8mm，三菱丽阳公司制)向一个方向并丝而形成的。作为箱体，准备厚度为7.5mm的ABS制箱体。在将上端及下端开口的二片中空纤维膜片材重叠的状态下，用由尿烷树脂构成的固定用树脂(浇注树脂)将片材的上端及下端固定在各个箱体上。此时制作的中空纤维膜组件的中空纤维膜的截面积之和与水平方向切断面的面积的比例是76％。并且，通过使中空纤维膜沿铅垂方向延伸地将中空纤维膜组件的上下固定，使中空纤维膜组件的间隙为2mm地配置中空纤维膜组件，从而制成了中空纤维膜组件。

实施例1及2、以及比较例1的实验条件集中在了表1内。

表1

按(实施例1)和(实施例2)制作的中空纤维膜组件，用相同的条件作了透水性能的评价，透水性能无差异，未确认箱体内壁的凸形状的透水性能的变化、中空纤维膜的破损和不良情况。

按(实施例1)和(比较例1)制作的中空纤维膜组件，配置在相同的水槽内实施了比较试验。该试验结果表示在图11及图12中。

如图11及图12所示，将中空纤维膜组件的每投影面面积的散气线速度设为230m/h，将水槽内的MLSS浓度控制在8000～12000mg/L的范围内。水文学上的滞留时间在系统整体中设为8小时。使过滤线速度阶段性变化，比较此时的膜过滤差压的变化。另外，按(比较例1)制作的中空纤维膜过滤装置配置在相同的水槽内并实施比较试验，结果在中空纤维膜组件间未有效进行散气。

另外，在实施例2中，即使在较窄的膜固定部中在箱体内壁上设置凸部并按压中空纤维而使其变形，也不会产生因中空纤维膜的破损和中空纤维膜内部狭小堵塞所带来的压力损失，可提高箱体较窄部的强度。

从图11及图12可知，在比较例1中，当过滤线速度(LV)是35LMH时稳定，但当在40LMH以上时，有差压上升的倾向。另一方面，在实施例1中，过滤线速度(LV)即使是85LMH，差压也稳定，而当是100LMH时，有差压上升的倾向。

如上所述，在上述实施例1中，与比较例1相比，可大幅度提高每单位容积的处理水量。

接着，说明本发明第2实施方式的中空纤维膜组件。

图13是本发明实施方式的中空纤维膜组件的立体图，图14是图13中XIV-XIV’截面的剖视图，图15是图13中XV-XV’截面的剖视图。

如图13至图15所示，中空纤维膜组件51具有：层叠有中空纤维膜片材的中空纤维膜层叠体53；以及用于集中由中空纤维膜层叠体53过滤后的水的集水部件55。中空纤维膜层叠体53用固定树脂57而液密地固定在集水部件55上。

中空纤维膜片材，是排列并结合许多中空纤维膜且被做成片材状的中空纤维膜片材，中空纤维膜层叠体53通过层叠多片该中空纤维膜片材而构成。并且，构成中空纤维膜片材的中空纤维膜的至少一方端部，在与中空纤维膜的延伸方向正交的方向上被切断，成为中空纤维膜的端部开口后的状态。

中空纤维膜的材质不特别限定，如有例如聚砜类树脂，聚丙烯腈、纤维素衍生物、聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃，聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯等氟类树脂，聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等氯类树脂，聚酰胺，聚酯，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸酯等。另外，也可对这些树脂的共聚物或一部分导入取代基。此外，也可混合二种以上的树脂。另外，若是可用作为过滤膜的中空纤维膜，则其孔径、孔隙率、膜厚、外径等不特别限定，但例如也可是，其外径为20～4000μm、孔径为0.001～5μm、孔隙率为20～90％、膜厚为5～300μm的范围。

集水部件55具有沿构成中空纤维膜层叠体53的中空纤维膜片材宽度方向延伸的长条形状。并且，在集水部件55的长度方向的端面形成有用于集中净化后的水的取水口59。另外，集水部件55具有通向其内部的开口部61，中空纤维膜层叠体53的一端插入该开口部61内。另外，集水部件55除了通向集水部件55内部的开口部61外，还具有：在开口部61两侧从开口部61延伸的一对侧壁63、65；以及形成在侧壁63、65之间且与中空纤维膜的端部开口连通的集水流道67。在集水流道67内，设有加强构造69，该加强构造69由用于连接一对侧壁63、65之间的多个柱状体69a、69b、69c……构成。

作为用于形成集水部件55的材料，只要具有机械强度和耐久性即可，例如可使用聚碳酸酯、聚砜、聚烯烃、聚氯乙烯(PVC)、丙烯基树脂、ABS树脂、变性聚苯醚(变性PPE)、PET树脂、PBT树脂等聚酯树脂。在使用后需要进行焚烧处理的情况下，最好是不会因燃烧而产生有毒气体而可完全燃烧的聚烯烃等碳氢化合物类树脂。

加强构造69是，使用多个柱状体69a、69b、69c……在集水流道67内将侧壁63、65之间连接起来。柱状体69a、69b、69c……向侧壁63、65的面方向即集水部件55的宽度方向延伸。并且多个柱状体69a、69b、69c……沿集水部件55的延伸方向排列。多个柱状体69a、69b、69c……最好设在当对集水部件55施加正压或负压时变位最大的位置即集水流道67的高度方向中央部上。另外，在集水部件55的构造上，例如由于在固定树脂57与集水部件的侧壁63、65的边界附近也容易受到应力，因此，也可在该位置设置柱状体69a、69b、69c……。为了减小集水流道内的对于过滤水流动的阻力，各柱状体69a、69b、69c……具有圆形截面或椭圆形截面那样的流线形。另外，也可将各柱状体的截面做成非对称形状，或做成具有朝向取水口59的锐角的锐角形状。另外，沿集水流道67的延伸方向排列的多个柱状体69a、69b、69c……中的、从集水部件55长度方向看时的投影面积，越是靠近取水口59的柱状体越小，越是远离取水口的柱状体越大。

这样的集水部件5，为了确保侧壁63、65及柱状体69a、69b、69c……的接合强度，既可形成为一体成型件，也可使二个零件组合而形成。

在用二个零件形成集水部件的情况下，准备具有至少一方的侧壁及从其延伸的柱状体的第一部件、和具有另一方的侧壁的第二部件，可利用例如热熔接、超声波熔接、振动熔接、激光熔接和粘接等方式分别将这些第一部件与第二部件的接合部、以及柱状体的顶端与第二部件的侧壁予以接合。

下面，说明中空纤维膜组件51的作用。

在由中空纤维膜组件51对被处理水进行过滤时，将中空纤维膜组件51浸没在被处理水中。并且将泵连接在中空纤维膜组件51的取水口59上并使泵工作，向中空纤维膜组件51的集水流道67内及中空纤维膜内部作用负压。由此，中空纤维膜周围的被处理水被向中空纤维膜内引入，被中空纤维膜过滤。并且过滤后的水通过中空纤维膜内而集中到集水流道67，然后通过取水口59而从中空纤维膜组件51取出。在通过中空纤维膜组件51进行过滤处理时，虽然对集水流道67内作用负压并施加使集水部件55收缩的力，但可利用加强构造69对集水部件55的侧壁63、65之间予以连接加强，可缓和侧壁63、65的变形。

另外，在对中空纤维膜组件51进行清洗时，通过取水口59使清洗液流入集水流道67内及中空纤维膜，并且对这些内部作用正压。由此，可使附着在中空纤维膜的细微孔内的悬浮物脱离。在对中空纤维膜组件51进行清洗时，虽然将正压作用在集水流道67内并施加使集水部件55膨胀的力，但可利用加强构造69对集水部件55的侧壁63、65之间予以连接加强，可缓和侧壁63、65的变形。

如上所述，根据本发明实施方式的中空纤维膜组件51，可用集水通道67内设置柱状体69a、69b、69c……这种简单的构造来提高中空纤维膜组件51的耐压性。另外，通过使用具有柱状体69a、69b、69c……的加强构造69，从而不必向集水部件55混入加强剂，或使用特别的材料作为集水部件55，因此，因被处理水所含的物质不同而不能使用中空纤维膜组件51的情况就消除。由此，可提高中空纤维膜组件51的使用用途的自由度。

以下，详细陈述本发明的实施例及比较例。

为了将以下的箱体强度评价到极限，而在比较例和实施例中不使用中空纤维膜来进行比较试验。

(实施例3)

准备二个外形尺寸为L340mm×W6mm×H50mm的分割构造的箱体，将它们重合并熔接而制作L340mm×W12mm×H50mm的ABS制的集水部件。在集水部件上，形成有L300mmmm×W6mm×20mm的开口部、以及与开口部对应的L300mm×W6mm×H20mm的集水流道。另外，在集水部件的两端部上形成有内径φ6mm的取水口。另外，在集水流道上，左右上下均等地形成有具有外径φ6mm的圆形截面的柱状体。集水部件及连接构造，利用溶剂粘接剂(爱斯隆No.73)而熔接在一起。作为中空纤维膜的固定树脂，使用聚氨基甲酸脂树脂(4423/4426，日本聚氨酯)，将中空纤维膜片材的层叠体固定在集水部件上。并且将取水口密封，对集水通道内进行加压，测定加压压力和集水部件的最大变位。另外测定了通过加压而破坏集水部件的最大压力。

(比较例3)

除了集水流道无加强构造外，其余与实施例相同地制作评价用的集水部件。并且将集水部件的取水口密封，对集水部件进行加压，测定加压压力和箱体的最大变位。另外测定了通过加压而破坏集水部件的最大压力。

表2表示上述实施例3及比较例3的测定结果。

表2

如上所述可知，在集水流道内形成有柱状体的实施例3的集水部件其变形量少于比较例3的集水部件的变形量，且耐压性高。

图16是表示本发明实施方式的平型中空纤维膜组件的立体图。

首先，如图16所示，平型中空纤维膜组件1具有：将中空纤维膜束扎而成的层叠体3；以及固定有该中空纤维膜层叠体3的集水部件5。

中空纤维膜的层叠体3是排列并结合许多中空纤维膜、层叠多片被做成片材状的中空纤维膜片材而构成的。该中空纤维膜层叠体3使用固定用树脂7固定在集水部件5上。构成中空纤维膜层叠体3的片材的片数较好的是1～15片，更好的是2～10片。

构成中空纤维膜层叠体3的中空纤维膜的材质不特别限定，例如有聚砜类树脂，聚丙烯腈、纤维素衍生物、聚乙烯或聚丙烯等聚烯烃，聚偏二氟乙烯或聚四氟乙烯等氟类树脂，聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等氯类树脂，聚酰胺，聚酯，聚甲基丙烯酸酯，聚丙烯酸酯等。另外，也可对这些树脂的共聚物或一部分导入取代基。此外，也可混合二种以上的树脂。另外，若是可用作为过滤膜的中空纤维膜，则其孔径、孔隙率、膜厚、外径等不特别限定，例如也可是，其外径为20～4000μm、孔径为0.001～5μm、孔隙率为20～90％、膜厚为5～300μm的范围。

中空纤维膜的排列方向不特别限定，但最好是，中空纤维膜相对于被处理液的流动方向大致平行地排列。此时，例如，在被处理液含有很多夹杂物的高悬浮液的情况下，当夹杂物通过许多中空纤维膜之间时，由于没有与流动方向正交的中空纤维膜等障碍物，因此，具有减轻夹杂物向中空纤维膜堆积和缠绕的效果。

此外，中空纤维膜的排列方向，最好是，中空纤维膜的长度方向是纵向即上下方向。在这种情况下，例如，可使在广泛用于该夹杂物清洗的气泡清洗时所产生的被处理液的上升流方向与中空纤维膜的延伸方向大致平行，因此，与防止前述夹杂物堆积的效果一起产生复合效果。

对于中空纤维膜层叠体3的固定用树脂7，可使用且可适当选定环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨基甲酸脂树脂、硅酮类充填材和各种热熔树脂等。另外，固定用树脂的初始粘度是3000～200000mPa·s，较好的是5000～100000mPa·s，更好的是10000～50000mPa·s。中空纤维膜的外径，可根据构成中空纤维膜层叠体的片材片数等适当选择。

集水部件5具有沿构成中空纤维膜层叠体3的中空纤维膜片材的宽度方向延伸的长条形状。并且在集水部件5的长度方向的端面形成有用于集中净化后的水的集水口9。

图17是表示集水部件的截面的剖视图。该剖视图表示与集水部件的长度方向正交的方向(集水部件的宽度方向)的截面。

如图17所示，集水部件5具有通向其内部的开口部11，中空纤维膜层叠体3的一端插入在该开口部11内。另外，集水部件5除了通向集水部件5内部的开口部11外，还具有：在开口部11两侧从开口11延伸的一对侧壁13、15；以及相对于侧壁13、15而形成在与开口部11相反的以侧的集水通道17。集水部件5是将第一部件19及第二部件21这二个部件予以接合而形成。第一部件19及第二部件21分别具有在集水部件5的宽度方向的一个部位沿长度方向将集水部件5分割那样的形状。集水部件5，通过将分别形成在第一部件19及第二部件21上的圆柱状接合部23、25和形成在第一部件19及第二部件21的长度方向两侧的接合面(未图示)互相予以接合而一体形成。

作为将集水部件5的第一部件19和第二部件21予以接合用的方法，可使用热熔接、超声波熔接、振动熔接、激光熔接和粘接等方法。通过将例如橡胶制的平垫圈等密封部件夹入在第一部件19与第二部件21之间，从而可提高第一部件19与第二部件21的接合部处气密的可靠性。另外，也可采用将夹入在第一部件19与第二部件21之间的密封部件，利用机械性紧固构件(例如螺栓及螺母等)予以紧固的方法。

集水部件5的开口部11具有可接收中空纤维膜层叠体3的尺寸。另外，在开口部11的集水通道17侧的、由侧壁13、15夹持的区域，利用固定用树脂7而固定有中空纤维膜层叠体3。并且在侧壁13、15上设有加强用的突起部27。所述突起部27具有陷入固定用树脂7部分的形状。在中空纤维膜层叠体3的集水通道17侧，露出中空纤维膜的端部开口，由中空纤维膜净化后的水就流入集水通道17。

这里，所谓的集水通道17，是由第一部件19、第二部件21、固定用树脂7和中空纤维膜层叠体3所围起的空间，可接收由中空纤维膜过滤后的净化水。并且集水通道17的长度方向的端部与集水部件5的集水口9连通。

另外，可根据需要，在集水通道17内部配置沿集水部件5的宽度方向延伸的圆柱状的接合部23、25。该接合部23、25具有加强肋的功能，用于抑制因作用在平型中空纤维膜组件1内的正压/负压所引起的侧壁13、15变形，该接合部23、25与集水通道17所延伸的方向正交而延伸。并且，最好通过将接合部23、25做成圆柱状，从而降低因接合部23、25引起的集水通道17内的水流的压力损失。另外，接合部23、25也可是图20所示的嵌合形状。

构成集水部件5的第一部件19和第二部件21的材质，只要是具有机械强度及耐久性即可，例如可使用聚碳酸酯、聚砜、聚烯烃、PVC(聚氯乙烯)、丙烯基树脂、ABS树脂、变性PPE(聚苯醚)、PET树脂、PBT树脂等。在使用后需要进行焚烧处理的情况下，最好是不会因燃烧而产生有毒气体而可完全燃烧的聚烯烃等碳氢化合物类树脂。

在这种平型中空纤维膜组件1中，通过将负压作用于平型中空纤维膜组件1内，从而使由中空纤维膜净化后的水通过形成于中空纤维膜一端的开口而流入集水通道17，再使流入集水通道17的水从集水口9流向下游侧。

下面，详细陈述上述平型中空纤维膜组件1的制造方法。

图18是表示平型中空纤维膜组件的中空纤维膜片材的俯视图，图19是表示平型中空纤维膜组件的制造工序的立体图。

中空纤维膜片材29，通过将许多中空纤维膜横向并排排列、并将中空纤维膜的一端之间互相结合而构成。作为将中空纤维膜之间结合的方法，可使用胶带、粘接剂和热熔接等方法。

并且在平型中空纤维膜组件1的制造方法中，首先，准备多片中空纤维膜片材29，在第一片中空纤维膜片材29a的一边附近的区域R涂布固定用树脂。涂布固定用树脂的区域R，是中空纤维膜片材29中的中空纤维膜的延伸方向的任何一方端部附近的区域。

接着，将具有与第一片中空纤维膜片材29a相同尺寸的第二片中空纤维膜片材29b，紧密地与第一片中空纤维膜片材29a重叠而层叠在第一片中空纤维膜片材29a上。通过进行规定次数的这些涂布固定用树脂的工序、以及重叠中空纤维膜片材的工序而制造中空纤维膜层叠体3。

作为涂布固定用树脂的方法，从实施具有定量的涂布观点看，较好的是一边使搭载了泵的排出装置的喷管头部向至少一轴(水平)方向恒速移动一并进行涂布，这种泵是齿轮泵、泊基乐得泵和莫诺泵等可定量排出的泵。另外，也可使用注射器(例如SS20ESZ，泰尔茂(株式会社)制)、刷毛和刮刀等进行手动涂布。

作为固定用树脂涂布形状，最好是涂布成薄膜状或至少一根条状。另外，也可采取用刮刀/毛刷等将所涂布的固定用树脂予以摊薄的方法。

接着，将固定用树脂涂布在中空纤维膜层叠体3的涂布有固定用树脂的一侧端的一方侧面及/或集水部件5的第一部件19的侧壁13上。然后，将中空纤维膜层叠体3的涂布有固定用树脂的一侧端配置在集水部件5的第一部件19的侧壁13上。此时，中空纤维膜层叠体3中涂布有固定用树脂的一端的端面，将中空纤维膜层叠体3定位在从集水通道17的上部开口突出0.5～15mm的位置上。

接着，将固定用树脂涂布在中空纤维膜层叠体3的涂布有固定用树脂的一侧端的另一方侧面及/或集水部件5的第二部件21的侧壁15上。另外，在第一部件19的接合部23及接合面30、第二部件21的接合部25及接合面31涂布接合用粘接剂。并且将第二部件21重叠于第一部件19及中空纤维膜层叠体3而进行接合。此时，接合用粘接剂既可与固定用树脂相同，也可不同，可根据目的而适当选择。

如此，使中空纤维膜片材29重合规定次数以上并互相粘接后，被分割形成的集水部件5夹入，就可使固定用树脂容易遍布到中空纤维膜片材29之间。另外，通过由第一部件19及第二部件21这二个部件形成集水部件5，当射出成形第一部件19及第二部件21时，就可容易在侧壁上设置突起部27及接合部23、25。并且通过设置该突起部27，由于可使突起部27陷入中空纤维膜层叠体3的固定用树脂7内，故可提高锚定效果所带来的粘接强度。由此，借助固定用树脂7而能可靠地将中空纤维膜层叠体3固定在集水部件5上。并且通过利用该突起部7将中空纤维膜层叠体3固定在集水部件5上，从而当负压作用在集水部件5内部时、以及当使清洗中空纤维膜等时被加压的水和空气流入平型中空纤维膜组件1内而对集水部件5内部作用正压时，可防止固定用树脂7从集水部件5上脱落的现象。另外，通过设置接合部23、25，当负压作用在集水部件5内部时、以及当使清洗中空纤维膜时被加压的水和空气流入平型中空纤维膜组件1内并对集水部件5内部作用正压时，可防止固定用树脂7与集水部件5、以及集水部件19与21脱离的现象。

另外，在上述实施方式中，虽然由多个中空纤维膜片材29a形成中空纤维膜层叠体3，但也可由第一部件及第二部件夹入一片中空纤维膜片材。

下面，对平型中空纤维膜组件的制造方法的变形例进行说明。

在变形例的平型中空纤维膜组件1的制造方法中，首先，将固定用树脂涂布在集水部件5的第一部件19的侧壁13上，使第一片中空纤维膜片材29a的一边附近的区域R与前述固定用树脂涂布部层叠放置。接着，对第一片中空纤维膜片材29a的一边附近的区域R涂布固定用树脂。

接着，将具有与第一片中空纤维膜片材29a相同尺寸的第二片中空纤维膜片材29b，紧密地与第一片中空纤维膜片材29a重叠而层叠在第一片中空纤维膜片材29a上。然后，反复规定次数的涂布固定用树脂的工序、以及重叠中空纤维膜片材的工序。

接着，分别将固定用树脂涂布在中空纤维膜层叠体3的一边附近的区域R，将接合用粘接剂涂布在第一部件19的接合部23及接合面30、以及/或第二部件21的接合部25及接合面31上。然后将第二部件21与第一部件19及中空纤维膜层叠体3层叠地接合。此时，固定用树脂与接合用粘接剂既可相同，也可不同，可根据目的而适当选择。

即使采用这种变形例，也可获得与上述平型中空纤维膜组件的制造方法相同的效果。

另外，通过使用这种制造方法，在例如中空纤维膜两端设置集水部件时，在使中空纤维膜水平地排列的状态下，可在中空纤维膜两端同时进行固定集水部件的作业。另外，在上述制造方法中，由于将固定用树脂直接涂布在中空纤维膜片材上，因此，不必考虑固定用树脂流入中空纤维膜间的时间，可使用较高粘度、且硬化速度快的固定用树脂。即，在以往所使用的制造方法中，需要使用在固定用树脂遍布中空纤维膜间之前不硬化的硬化速度迟缓的固定用树脂，但在本发明的实施方式的制造方法中，由于不必考虑使固定用树脂遍布的时间，故可使用硬化速度较快的固定用树脂。此外，在上述制造方法中，不需要将中空纤维膜层叠体的端部予以切断的工序。由此，可大幅度缩短制造平型中空纤维膜组件所需要的时间。

另外，通过采用将中空纤维膜片材依次层叠的工序，从而不必在中空纤维膜间设置遍布固定用树脂的间隙，因此，可减少中空纤维膜片材间的间隙。由此，可提高平型中空纤维膜组件中的中空纤维膜的充填密度。

在本实施例中，举出了采用粘接剂的接合方式，但也可是熔接的接合方式。

另外，由于由二个部件构成集水部件，故可在集水部件上容易设置加强构造，即在射出成形时容易设置突起部及加强肋。