JP2000084370A - 膜分離装置およびその運転方法 - Google Patents

膜分離装置およびその運転方法

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JP2000084370A
JP2000084370A JP10254229A JP25422998A JP2000084370A JP 2000084370 A JP2000084370 A JP 2000084370A JP 10254229 A JP10254229 A JP 10254229A JP 25422998 A JP25422998 A JP 25422998A JP 2000084370 A JP2000084370 A JP 2000084370A
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membrane
treated
membrane separation
pressure
water
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Yoshikimi Watanabe
義公 渡辺
Genzo Ozawa
源三 小澤
Shinichi Minegishi
進一 峯岸
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ろ過差圧の急上昇が起こった場合、また圧力セ
ンサーや電磁バルブなどが故障した場合などにおいて
も、分離膜モジュールに過剰な圧力がかからないような
膜分離装置およびその運転方法を提供する。 【解決手段】加圧型の分離膜モジュールを用いてろ過を
行う膜分離装置において、加圧送液手段と分離膜モジュ
ールとの間に被処理原水を逃がす手段を有することを特
徴とする膜分離装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は膜分離装置およびそ
の運転方法に関する。さらに詳しくは、加圧型の分離膜
モジュールを用いてろ過を行う膜分離装置において、加
圧送液手段と分離膜モジュールとの間に被処理原水を逃
がす手段を設けた膜分離装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】精密ろ過膜や限外ろ過膜などの分離膜
は、食品工業や医療分野、用水製造、排水処理分野等を
はじめとして様々な方面で利用されている。特に近年で
は、飲料水製造分野すなわち浄水処理過程においても分
離膜が使われるようになってきている。
【0003】これは、分離膜を用いることによって、従
来の浄水処理における殺菌技術である塩素処理で死なな
いクリプトスポリジウムなどの病原性微生物を完全に阻
止でき、安全で水質良好な飲料水を得ることが可能にな
るためである。
【0004】用水製造や排水処理などの水処理に用いら
れる精密ろ過膜や限外ろ過膜は、圧力差を駆動力に分離
を行なう。ろ過には、ろ過流量が一定でろ過差圧が変化
する定流量ろ過と、ろ過差圧が一定でろ過流量が変化す
る定圧ろ過とがある。ろ過を継続し、分離膜面および分
離膜の細孔内に汚れが蓄積していくと、分離膜のろ過抵
抗が増加する。一般に実プロセスでは、決められた量の
水を処理する場合が多いので、定流量ろ過が行われるこ
とが多いが、この場合、膜の汚れの蓄積によりろ過抵抗
が増加し、ろ過差圧が急上昇してしまう場合があった。
また、定圧ろ過の場合は、ろ過抵抗が増加するとろ過流
量が低下してろ過差圧を一定に保つが、圧力センサーや
電磁バルブなどが故障した場合など、分離膜モジュール
に過剰な圧力がかかってしまうことがあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】分離膜モジュールに過
剰な圧力がかかった場合、分離膜の損傷や分離膜モジュ
ールの破損、あるいは膜分離装置の配管が破裂したりす
ることがあった。このような従来技術の欠点は、処理規
模が小さい場合は、損害も小さいが、今後、大規模浄水
場などに膜分離技術が導入された場合、その損害は計り
知れないものがあり、分離膜モジュールに過剰な圧力が
かからないような膜分離装置およびその運転方法の提供
が従来技術の課題であった。
【0006】本発明は、上記従来技術の課題を解決せん
とするものであり、ろ過差圧が急上昇した場合、また圧
力センサーや電磁バルブなどが故障した場合などにおい
ても、分離膜モジュールに過剰な圧力がかからないよう
な膜分離装置およびその運転方法を提供することを目的
とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の上記
の目的は、「加圧型の分離膜モジュールを用いてろ過を
行う膜分離装置において、加圧送液手段と分離膜モジュ
ールとの間に被処理原水を逃がす手段を有することを特
徴とする膜分離装置。」により基本的に達成される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態について
説明する。
【0009】図2に従来技術の加圧型分離膜モジュール
を用いた膜分離装置を示す。被処理原水タンク1から被
処理原水をポンプ等の加圧送液手段2を用いて分離膜モ
ジュール5に加圧、供給し、全量(電磁バルブ6a閉)
もしくは一部(電磁バルブ6a一部開)の被処理原水を
分離膜へ透過させ、清澄な処理水を取り出し、処理水タ
ンク7に貯える。処理水の一部は電磁バルブ6eを介し
て、逆洗水タンク8に貯えられる。被処理原水中に含ま
れる不純物のうち膜の細孔より大きいものは、分離膜で
阻止され、分離膜表面に蓄積する。このため、分離膜の
処理水側から被処理原水側に向かって処理水を逆洗水タ
ンク8から電磁バルブ6dを介して流す逆洗などの物理
洗浄で分離膜表面に蓄積した不純物を取り除きながらろ
過を継続する。物理洗浄排水は電磁バルブ6cを介して
分離膜モジュール5から排出される。従来技術の膜分離
装置において、ろ過差圧が急上昇した場合、また圧力セ
ンサー4や電磁バルブ6bなどが故障した場合などにお
いても、分離膜モジュール5に過剰な圧力がかかり、分
離膜の損傷や分離膜モジュール5の破損、あるいは膜分
離装置の配管が破裂したりすることがあった。
【0010】図1に本発明の加圧型分離膜モジュールを
用いた膜分離装置の一例を示すフロー図を示す。被処理
原水タンク1から被処理原水をポンプ等の加圧送液手段
2を用いて分離膜モジュール5に加圧、供給し、全量も
しくは一部の被処理原水を分離膜へ透過させ、清澄な処
理水を取り出し、処理水タンク7に貯える。ここで、ろ
過差圧が急上昇した場合、また圧力センサー4や電磁バ
ルブ6bなどが故障した場合など被処理原水の供給圧力
が高くなり、予め設定した圧力(P)に達した場合、安
全弁、放圧弁等などの被処理原水を逃がす手段3が圧力
(P)以上になったことを検知し、弁が開いて被処理原
水を被処理原水タンク1に戻すことで分離膜モジュール
5に過剰な圧力がかかるのを防いだ安全な膜分離装置が
提供される。
【0011】ここで、予め設定した圧力(P)とは、分
離膜モジュールの最大使用圧力や膜分離装置の配管等の
耐圧性、被処理原水水質およびその変動幅と分離膜モジ
ュールの使用圧力などから決められるべきで、使用する
分離膜モジュールによって異なるが、用水製造や排水処
理などの水処理に用いられる精密ろ過膜や限外ろ過膜の
場合、おおよそ50kPa以上500kPa以下が好ま
しく、より好ましくは100kPa以上300kPa以
下程度である。
【0012】また、膜分離装置の運転方法には、ろ過流
量が一定でろ過差圧が変化する定流量ろ過と、ろ過差圧
が一定でろ過流量が変化する定圧ろ過とがある。ろ過を
継続し、分離膜表面および分離膜の細孔内に汚れが蓄積
していくと、分離膜のろ過抵抗が増加する。一般に実プ
ロセスでは、決められた量の水を処理する場合が多いの
で、定流量ろ過が行われることが多いが、この場合、一
定量のろ過水を得るためには、ろ過差圧を制御しなけれ
ばならない。また、定圧ろ過の場合、ろ過の継続に伴い
ろ過流量が低下していく。本発明の膜分離装置の運転方
法は定流量ろ過および定圧ろ過のいずれでも構わない
が、定流量ろ過運転が、一定の処理量を得ることができ
一般的で好ましい。
【0013】本発明に用いられる分離膜は、本発明の主
旨から言えば特に限定されるものではないが、飲料水製
造分野すなわち浄水処理過程、用水製造や排水処理など
の水処理用途には、細孔径が1nm以上10μm以下の
いわゆる精密ろ過膜または限外ろ過膜に分類される分離
膜であることが好ましい。
【0014】ここで、分離膜の細孔径は、以下に述べる
方法で測定する。すなわち、分離膜の透水性(Lp )と
水の膜透過速度(Jv )から、(1)(2)式の関係を
使って計算して求める。
【0015】 Jv =Lp ・ΔP (1)式 Lp =(H/L)・{Rp 2 /(8η)} (2)式 ここで、(ΔP)は膜間圧力差、(H)は膜含水率、
(L)は膜厚、(Rp )は細孔径、(η)は水の粘性で
ある。
【0016】また、分離膜の素材は、ポリアクリロニト
リル、ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフォン、ポ
リフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリ
デン、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、セラミック等の無機素材等を挙げることができ、本
発明の主旨から言って特に限定されない。
【0017】また、分離膜の形状には、中空糸膜、平
膜、管状膜などがあり、いずれの形状のものでも本発明
に用いることができるが、一般的な飲料水製造分野すな
わち浄水処理過程、用水製造や排水処理などの水処理用
途には、装置単位体積あたりの有効膜面積を大きくでき
る中空糸膜を、被処理原水中の濁度が極めて高く、中空
糸膜束内に濁質が堆積して、運転が困難な場合などは平
膜を、平膜を形成し難い無機膜等は管状膜を、それぞれ
用いるのが好ましい。ここで中空糸膜とは外径2mm未
満、管状膜とは外径2mm以上の管状の形態の分離膜で
ある。
【0018】また、被処理原水の分離膜への供給の仕方
で、被処理原水の全量をろ過する全量ろ過運転と分離膜
モジュールに供給した被処理原水の一部を被処理原水タ
ンクに返送するクロスフローろ過運転がある。本発明の
主旨から言えばいずれのろ過運転方式でも構わないが、
全量ろ過運転の方が操作が単純で運転し易く、加圧送液
した被処理水の全てを処理水とできるため、エネルギー
コストの低減につながり有利で好ましい。
【0019】中空糸膜を用いる場合、被処理原水を中空
糸膜の外側から内側に向かって流す、いわゆる外圧型と
被処理原水を中空糸膜の内側から外側に向かって流す、
いわゆる内圧型とがある。本発明の主旨から言えばいず
れの方式でも構わないが、比較的水質の悪い河川水や湖
沼水を被処理原水とする場合は、外圧型の方が物理洗浄
回復性が良いので好ましい。本発明の被処理水は、本発
明の主旨から言えば特に限定されるものではないが、飲
料水製造分野すなわち浄水処理過程、用水製造や排水処
理などの水処理用途には河川水または湖沼水または地下
水などが好ましい。
【0020】以下に具体的実施例を挙げて本発明を説明
するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるも
のではない。
【0021】
【実施例】実施例1 平均孔径0.01μmのポリアクリロニトリル製中空糸
膜を束ねた、長さ約50cm、有効膜面積0.5m2の
中空糸膜モジュールを用いて、北海道千歳川表流水の外
圧式定流量全ろ過を行った。ろ過線速度は1m/dとし
た。また、1時間に1回清澄水による逆洗と分離膜モジ
ュール下部からエアーを吹込む空洗を行った。この際、
被処理原水の供給ポンプと中空糸膜モジュールの中間に
安全弁を取り付け、被処理原水の供給圧力が250kP
aになったら安全弁が開き被処理原水を被処理原水タン
クに戻して分離膜モジュールに250kPa以上の圧力
がかからないようにした。運転開始約500時間後まで
は、ろ過差圧が30〜50kPa程度で安定にろ過を行
った。その後、供給圧力の急上昇が始まり、供給圧力の
急上昇が始まってから約18時間後に供給圧力が250
kPaに達し、安全弁が開いて被処理原水が被処理原水
タンクに返送された。ろ過差圧の急上昇が起こっても、
分離膜の損傷や分離膜モジュールの破損、配管等の破裂
が起こらなかった。
【0022】比較例1 実施例1と同様の中空糸膜モジュールを用いて、同時期
に北海道千歳川表流水の外圧式定流量全ろ過を行った。
ろ過線速度は1m/dとした。また、1時間に1回清澄
水による逆洗と分離膜モジュール下部からエアーを吹込
む空洗を行った。この際、被処理原水の供給ポンプと中
空糸膜モジュールの中間には安全弁等の被処理原水を逃
がす手段を取り付けなかった。実施例1と同様に運転開
始約500時間後までは、ろ過差圧が30〜50kPa
程度で安定にろ過を行った。その後、供給圧力の急上昇
が始まった。供給圧力の急上昇が始まってから約28時
間後に供給圧力が550kPaに達し、分離膜モジュー
ルのアクリル製容器の一部が破損し、被処理原水の水漏
れが起こった。
【0023】
【発明の効果】ろ過差圧が急上昇した場合、または圧力
センサーや電磁バルブなどが故障した場合などにおいて
も、分離膜モジュールに過剰な圧力がかからないように
することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る膜分離装置の一例を示すフロー図
である。
【図2】従来の膜分離装置のフロー図である。
【符号の説明】
1:被処理原水タンク 2:ポンプ等の加圧送液手段 3:安全弁等の被処理原水を逃がす手段 4:圧力センサー 5:分離膜モジュール 6:電磁バルブ 7:処理水タンク 8:逆洗水タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B01D 71/42 B01D 71/42 71/68 71/68 (72)発明者 渡辺 義公 北海道札幌市豊平区西岡5条11丁目12番8 号 (72)発明者 小澤 源三 北海道札幌市北区北33条西12丁目3番23号 (72)発明者 峯岸 進一 滋賀県大津市園山1丁目1番1号 東レ株 式会社滋賀事業場内 Fターム(参考) 4D006 GA06 GA07 HA01 HA21 HA41 JA14A JA59Z JA64Z JA65Z KC03 KE02Q KE07P KE07Q KE07R MA01 MA02 MA03 MC03 MC18 MC22 MC23 MC29 MC39 MC62 PA01 PB04 PB05 PB06 PB08 PC11 PC41 PC51

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被処理原水を加圧型の分離膜モジュールを
    用いてろ過を行う膜分離装置において、加圧送液手段と
    分離膜モジュールとの間に被処理原水を逃がす手段を有
    することを特徴とする膜分離装置。
  2. 【請求項2】被処理原水を逃がす手段が安全弁、または
    放圧弁から選ばれたものであることを特徴とする請求項
    1に記載の膜分離装置。
  3. 【請求項3】被処理原水の供給圧力が予め設定した圧力
    (P)に達した際に、被処理原水を被処理原水タンクに
    返送する手段を設けたことを特徴とする請求項1または
    2に記載の膜分離装置。
  4. 【請求項4】予め設定した圧力(P)が50kPa以上
    500kPa以下であることを特徴とする請求項3に記
    載の膜分離装置。
  5. 【請求項5】膜分離装置が定流量ろ過を行なうものであ
    ることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の膜
    分離装置。
  6. 【請求項6】分離膜の細孔径が、1nm以上10μm以
    下の精密ろ過膜または限外ろ過膜であることを特徴とす
    る請求項1〜5のいずれかに記載の膜分離装置。
  7. 【請求項7】分離膜の素材が、ポリアクリロニトリル、
    ポリスルフォン、ポリフェニレンスルフォン、ポリフェ
    ニレンスルフィドスルフォン、ポリフッ化ビニリデン、
    酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリプロピレン、セラ
    ミックのいずれかから選ばれたものであることを特徴と
    する請求項1〜6のいずれかに記載の膜分離装置。
  8. 【請求項8】分離膜が中空糸膜であることを特徴とする
    請求項1〜7のいずれかに記載の膜分離装置の運転方法
    および膜分離装置。
  9. 【請求項9】分離膜が平膜または管状膜であることを特
    徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の膜分離装置の
    運転方法および膜分離装置。
  10. 【請求項10】全量ろ過運転されることを特徴とする請
    求項1〜9のいずれかに記載の膜分離装置。
  11. 【請求項11】外圧式ろ過運転されることを特徴とする
    請求項8に記載の膜分離装置。
  12. 【請求項12】被処理原水が河川水、湖沼水、または地
    下水であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか
    に記載の膜分離装置。
  13. 【請求項13】請求項1〜12のいずれかに記載の膜分
    離装置を用いて被処理原水のろ過を行うことを特徴とす
    る膜分離装置の運転方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2013039224A1 (ja) * 2011-09-15 2013-03-21 東レ株式会社 淡水製造装置および淡水の製造方法
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