JP2001121143A - 膜分離装置 - Google Patents
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Abstract
止して、膜分離処理の処理効率を向上できるような構成
を備える膜分離装置を提供する。 【解決手段】 本膜分離装置の管状膜モジュール90
は、配液室30及び集液室34に、それぞれ、多数個の
小さな運動/衝突体91が充填率約50%で充填されて
いること、並びに配液室に入口及び集液室の出口に運動
/衝突体91の流出を防ぐ目板94が設けられているこ
とを除いて従来の管状膜モジュールと同じ構成を備えて
いる。運動/衝突体は、直径が20mm、比重が1.5
のプラスチック製球体に多数個の小さな円錐状の突起を
備えた固形物である。本管状膜モジュールでは、運動/
衝突体が、被処理液又は濃縮液の流れによって自在に動
き回り、下部鏡板42上又は上部隔板28上に沈積した
濁質及び沈積しつつある濁質に衝突して剥離し、或いは
攪拌して、被処理液及び濃縮液に常時同伴させるので、
従来のように、突然、大量の濁質が一時的に管状膜内に
流入して、閉塞等の問題を発生させるようなことはな
い。
Description
分離手段とする膜分離装置に関し、更に詳細には、膜分
離処理の処理効率を向上させることのできるクロスフロ
ー方式の膜分離装置に関するものである。なお、本発明
においては、一般にチューブラー膜と呼ばれる管の内径
が5〜25mm程度のもの、及び一般に中空糸膜と呼ばれ
る内径0.1〜5mm程度のものの両方を含めて、「管状
膜」と総称する。
理水、或いは工場廃液等の被処理液から同伴する懸濁物
を除去して、濁度の低い処理水、或いは処理液を得る手
段として、管状膜を膜分離手段とする膜分離装置が、従
来から多用されている。
クロスフロー方式の膜分離装置の構成を説明する。図6
は従来のクロスフロー方式の膜分離装置の構成を示すフ
ローシート、図7は従来の膜分離装置で使用されている
内圧型管状膜モジュールの構成を示す縦断面図である。
従来のクロスフロー方式の膜分離装置10は、図6に示
すように、被処理液に膜分離処理を施して濁度の低い処
理液を流出すると共に被処理液の一部を濃縮液として流
出する管状膜モジュール12を有する。更に、膜分離装
置10は、管状膜モジュール12によって膜分離処理す
る被処理液を収容する被処理液タンク14、被処理液タ
ンク14から管状膜モジュール12に被処理液を被処理
液管16を経由して送液する被処理液ポンプ18、管状
膜モジュール12から処理液管20を経由して流出する
処理液を収容する処理液タンク22、及び、管状膜モジ
ュール12から濃縮液を被処理液タンク14に戻す濃縮
液管24を有する。
に、下部隔板26及び上部隔板28によって順序で区画
され、下から上に重なる、配液室30、処理液室32、
及び濃縮液集液室(以下、簡単に集液室と言う)34と
を有する縦型容器36と、処理液室32内に配設された
多数本の内圧型管状膜38とから構成されている。管状
膜38は、配液室30及び集液室34にそれぞれ連通す
るように下部隔板26及び上部隔板28に固定された下
端部及び上端部を有し、処理液室34内を縦方向に延在
する。管状膜38は、通常の濾過膜、精密濾過膜、限外
濾過膜、ナノ濾過膜等で形成された中空糸膜、又はチュ
ーブラ膜である。
管状膜38の端部を離隔した配置で接着剤で固着してな
る接着剤層として形成されている。処理液室32は、管
状膜38によって膜内と膜外とに区画されていて、上部
には処理液管20に接続して処理液を流出させる処理液
口39を有する。管状膜モジュール12では、配液室3
0及び集液室34は、それぞれ、下部鏡板40、上部鏡
板42により形成され、被処理液管16及び濃縮液管2
4に連通している。下部鏡板40及び上部鏡板42は、
それぞれのフランジ44、46と、処理液室32を形成
する胴部48のフランジ50、52とをフランジ結合す
ることにより、胴部48に連結され、一体的な容器36
を構成している。
液室30を介して管状膜38の膜内に導入し、クロスフ
ロー方式で管状膜38により膜分離して処理液を処理液
室32の上部の処理液口39から流出させ、処理液管2
0により処理液タンク22に収容する。また、同時に、
管状膜38を透過することなく通過した被処理液を濃縮
液として集液室34を経由し濃縮液管24により被処理
液タンク14に戻す。
いて管状膜38内を流れる被処理液の流速を速く、例え
ば管状膜38の出口、即ち集液室34の入口近傍で0.
1〜1.0m/秒の範囲にすることにより、被処理液の
水力学的剪断力により管状膜38の膜面に付着、堆積し
た懸濁物の大部分を剥離し、濃縮液と共に排出してい
る。
後、剥離せずに膜面に付着した縣濁物を除去するために
管状膜38の逆洗を行う。管状膜38を逆洗するため
に、膜分離装置10では、逆洗液として処理液を使って
いる。そこで、図6に示すように、被処理液管20に接
続された逆洗液管54と、逆洗液管54を経由して処理
液タンク22から処理液を管状膜モジュール12の処理
液室32に送入する逆洗液ポンプ56と、被処理液管1
6から分岐した逆洗排液管58とを設けている。逆洗時
には、逆洗液として処理液を逆洗液ポンプ56により処
理液タンク22から逆洗液管54及び処理液管20を経
由して管状膜モジュール12に送液し、管状膜38を逆
に透過させて管状膜38の内面を洗浄しつつ配液室3
0、被処理液管16及び逆洗排液管58を経由して外部
に排液する。更に、上記濾過工程と逆洗工程とを繰り返
して被処理液の濾過処理を長期間行うと、終には管状膜
38を逆洗しても、膜間差圧が所定値以下に低下しな
い、すなわち、濾過性能が回復しない状態となるので、
このような場合は、酸、アルカリ、あるいは酸化剤等の
薬品を用いて管状膜38の薬液洗浄を行う。
の膜分離装置には、以下に説明するような問題があっ
た。第1には、集液室の底である上部隔板上に濁質が沈
積し、遂には管状膜の出口を一部閉塞するようになっ
て、膜分離効率が低下することである。第2には、管状
膜に対する逆洗浄の膜洗浄効果が、いま一つ低く、管状
膜の膜間差圧が上昇し易いことである。
隔板上に濁質が沈積しないような構成を備え、かつ逆洗
浄の膜洗浄効果が高い膜分離装置を提供することであ
る。
果が低く、集液室内で濁質が沈積し易い原因を研究した
結果、次のことを見い出した。第1の問題は、集液室3
4内の流路が管状膜38の流路に比べて遙に広いことに
加えて、配液室30内に流入した被処理液の一部が管状
膜38を透過して処理室側へ移行するために、集液室3
4内に流入する被処理液の量が配液室30内に流入した
被処理液の量より少なくなることに起因して生じる。即
ち、管状膜38を透過することなく通過した被処理液
(以下、簡単に濃縮液と言う)は、集液室34に入る
と、流速が、管状膜38内の流速の1/10〜1/10
0程度に低下する。その結果、濃縮液によって管状膜3
8の膜面から剥離され、同伴された懸濁物、特に比較的
大きな粒径の懸濁物は、被処理液との比重差に基づい
て、濃縮液に同伴して濃縮液管24に流入することな
く、図8に示すように、集液室34内で沈降し、上部隔
板28上に集積し、次いで堆積する。懸濁物は、次第に
上部隔板28上に集積し、堆積して行き、終には管状膜
38内に落下して管状膜38の膜面に再び付着したり、
更には管状膜38の上端部の開口を閉塞したりして、膜
間差圧上昇の原因となる。この結果、短い頻度で薬液洗
浄が必要になる。
膜38の流路に比べて遙に広いことに起因して生じる。
即ち、配液室30内の流路が管状膜38の流路に比べて
遙に広いから、配液室30内の液体の流速は、管状膜3
8内の液体の流速の1/2〜1/10程度である。そこ
で、逆洗浄時に、管状膜38の内面より剥離し、逆洗液
に同伴して配液室30に入った濁質は、図8に示すよう
に、配液室30内で沈降して、配液室30の底板上に沈
積する。そして、濾過工程の再開と共に被処理液に再び
同伴して、管状膜38内に入って捕捉される。これを繰
り返すことにより、逆洗浄の洗浄効率が低下し、引いて
は運転効率が低下する。しかも、管状膜38で捕捉され
た濁質は、通常、膜表面で凝集し、配液室30内で沈降
し易い凝集物となっているので、上述の現象が助長され
る。
ルの膜分離効率に対してより一層影響が大きく、従っ
て、管状膜モジュールの膜分離効率を高めるためには、
先ず第1の問題を解決することが重要であることを実験
により見い出した。
集液室の流路を狭くして、好適には、配液室の流路も狭
くして、濃縮液の流速、更には逆洗液液及び被処理液の
流速を上げることを考えた。また、第2の方策として、
濃縮液又は被処理液の流れによって自在に動き回る小さ
な運動/衝突体を集液室に入れ、好適には配液室にも入
れ、沈積した濁質及び沈積しつつある濁質に運動/衝突
体を衝突させて剥離させ、或いは攪拌して、それぞれ、
濃縮液及び被処理液に同伴させることを考え、実験を重
ねて本発明を完成するに到った。
膜分離装置(以下、第1の発明と言う)は、横断する下
部隔板及び上部隔板によって区画された配液室、処理液
室及び濃縮液集液室を下部、中央及び上部に有する縦型
容器を備え、縦型容器内には、配液室及び濃縮液集液室
にそれぞれ連通するように下端部及び上端部で下部隔板
及び上部隔板に固定され、処理液室内を縦方向に延在す
る内圧型管状膜を有する管状膜モジュールを備えて、被
処理液を配液室に導入し、クロスフロー方式で膜分離し
て処理液を処理液室から流出させると共に濃縮液を濃縮
液集液室を介して流出させるようにした膜分離装置にお
いて、濃縮液集液室内の濃縮液の流速が管状膜内を流れ
る被処理液の流速の0.5倍から2.0倍の範囲、より
好ましくは0.5〜1.0の範囲になるように、濃縮液
集液室内の流路が形成されていることを特徴としてい
る。
流速が管状膜内を流れる被処理液の流速の0.5倍から
2.0倍の範囲、より好ましくは0.5倍から1.0倍
の範囲になるように、配液室の流路が形成されている。
になるように、配液室及び濃縮液集液室内の流路が形成
されている限り、流路の形成手段には制約はない。例え
ば、本発明で特定した流速になるように配液室及び濃縮
液集液室を設計し、製作しても良く、また既に製作され
ている配液室及び濃縮液集液室であれば、プラスチック
製の充填体を配液室及び濃縮液集液室内に充填して、又
は実施形態例で後述する流路形成体を配液室及び濃縮液
集液室内に設けて、流路を狭小化することもできる。ま
た、その際、配液室及び濃縮液集液室内で流速分布が出
来るだけ生じないように流路を形成する。
の発明と言う)は、横断する下部隔板及び上部隔板によ
って区画された配液室、処理液室及び濃縮液集液室を下
部、中央及び上部に有する縦型容器を備え、縦型容器内
には、配液室及び濃縮液集液室にそれぞれ連通するよう
に下端部及び上端部で下部隔板及び上部隔板に固定さ
れ、処理液室内を縦方向に延在する内圧型管状膜を有す
る管状膜モジュールを備えて、被処理液を配液室に導入
し、クロスフロー方式で膜分離して処理液を処理液室か
ら流出させると共に濃縮液を濃縮液集液室を介して流出
させるようにした膜分離装置において、濃縮液集液室内
の濃縮液の流れによって自在に運動する固形の運動/衝
突体を濃縮液集液室内に収容していることを特徴として
いる。
によって自在に運動する固形の運動/衝突体を配液室内
に収容している。
の形状は、配液室内の被処理液の流れ又は濃縮液集液室
内の濃縮液の流れによって自在に運動し、配液室の壁、
下部隔板、集液室の壁、上部隔板等に衝突するような形
状である限り制約はなく、例えば球体、楕円体、筒体、
長方形体、多面体、錐体等、更にはそれらの形状体の表
面に溝、突起、フィン等を設けたもの等、種々のものが
使用できる。また、リボン状のものでも良い。運動/衝
突体の具体例としては、砂や粒状活性炭等の粒状体、或
いは上記のような形状に成形されたプラスチック製成形
物等を挙げることができる。運動/衝突体の大きさは、
管状膜の内径の2倍から100倍程度であって、例えば
内径0.1mmから0.8mmの中空糸を管状膜として
使用しているときには、配液室又は集液室の広さにも依
るが、2mm以上50mm以下の範囲で良い。
液室或いは集液室内で自在に運動して、配液室の壁、下
部隔板、集液室の壁、上部隔板等に衝突する機能を有す
ると共に、配液室においては下部隔板の配液室側板面に
付着した固形物を効率よく剥離させること、また、集液
室においては上部隔板の集液室側の板上に沈積した固形
物を効率よく除去することを考えると、配液室に入れる
運動/衝突体の比重は1.0以下、より好ましくは0.
9〜1.0の範囲のものが好適であり、集液室に入れる
運動/衝突体の比重は1.0以上、より好ましくは1.
0〜3.0の範囲のものが好適である。また、大きな運
動/衝突体であれば比重を小さくし、小さな運動/衝突
体であれば比重を大きくする。運動/衝突体の個数は、
一つでも良いが、好適には複数個の運動/衝突体を収容
して、配液室及び集液室等の壁との衝突の回数を増やす
ようにする。配液室又は集液室の容積に対する運動/衝
突体の充填率は、90%以下、好ましくは40%以上8
0%以下とする。
内の濃縮液の流れによって自在に運動する固形の運動/
衝突体を濃縮液集液室内に収容することにより、濃縮液
集液室内の濃縮液の流速が、管状膜内を流れる被処理液
の流速の0.5倍から2.0倍の範囲、より好ましくは
0.5〜1.0の範囲になるように、濃縮液集液室内の
流路が狭小化される。更に好適には、配液室内の液体の
流れ及び濃縮液集液室の濃縮液の流れによって自在に運
動する固形の運動/衝突体を配液室及び濃縮液集液室
に、それぞれ、収容することにより、配液室内の被処理
液の流速、及び濃縮液集液室の濃縮液の流速が、管状膜
内を流れる被処理液の流速の0.5倍から2.0倍の範
囲、より好ましくは0.5倍から1.0倍の範囲になる
ように、配液室内の流路及び濃縮液集液室の流路が、そ
れぞれ、狭小化される。これにより、流路の狭小化によ
り流速を上げることができる上に、沈積した濁質及び沈
積しつつある濁質を運動/衝突体によって攪拌し、被処
理液又は濃縮液に同伴させることができる。
状に限らず適用でき、例えば河川水、井戸水、湖沼水な
どの産業用、水道用の原水のみならず、公共下水、工場
排水等に適用でき、特に濁度が数度から数百度の範囲に
わたる原水、又は被処理液に最適に適用できる。
例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明
する。実施形態例1 本実施形態例は、第1の発明に係る膜分離装置の実施形
態の一例であって、図1は本実施形態例の膜分離装置に
設けた管状膜モジュールの構成を示す断面図である。本
実施形態例の膜分離装置は、本実施形態例の膜分離装置
に設けた管状膜モジュール60が従来の膜分離装置10
の管状膜モジュール12と構成が異なることを除いて、
従来の膜分離装置10と同じ構成を備えている。
示すように、配液室62及び集液室64の構成が異なる
ことを除いて従来の管状膜モジュール12と同じ構成を
備えている。本管状膜モジュール60の配液室62及び
集液室64は、配液室62内及び集液室64内の液体の
流速が管状膜38内の液体の流速の例えば約0.6倍で
あって、かつ室内の各所の流速が一様で流速分布が出来
るだけ生じないように、配液室62及び集液室64の流
路が、配液室62及び集液室64に装着したプラスチッ
ク製の中空体で形成された流路形成体66及び68によ
って狭小化されている。
同じ形状の下曲面70を有し、流速分布を抑制するよう
に形成された上曲面72を有するものであって、図1に
示す断面を回転してなる回転体と同じ形状を有する。一
方、流路形成体68は、上部鏡板40の内面と同じ形状
の上曲面74を有し、流速分布を抑制するように形成さ
れた下曲面76を有するものであって、図1に示す断面
を回転してなる回転体と同じ形状を有する。流路形成体
66、68は、それぞれ、下部鏡板42及び上部鏡板4
0に常用の固定手段、例えば、接着剤による接着、埋め
込みボルトによる締結等により固定されている。
64の流路が、管状膜38内の液体の流速の約0.6倍
であって、かつ室内の流速分布を出来るだけ抑制するよ
うに形成されているので、従来のように逆洗液液中の濁
質が配液室62に沈積して、逆洗浄の膜洗浄効果を低下
させ、また濃縮液中の濁質が集液室64に沈積して濾過
効率を低下させるようなことはない。
であって、図2は本改変例の膜分離装置に設けた管状膜
モジュールの構成を示す断面図である。本改変例の管状
膜モジュール80は、配液室82及び集液室84にそれ
ぞれ装着した流路形成体86、88の構成が異なること
を除いて実施形態例1の管状膜モジュール60と同じ構
成を備えている。本改変例の流路形成体86、88は、
図2に示すように、多数の貫通孔89を貫通させた短い
柱状の形状を有し、貫通孔89の総断面積は管状膜38
の総断面積の約2倍になっている。貫通孔89の孔径
は、管状膜38の膜径の約2倍である。また、流路形成
体86と下部隔板26との距離、及び、流路形成体88
と上部隔板28との距離は、それぞれ、逆洗液の流速及
び濃縮液の流速が、管状膜38内の液体の流速の例えば
約0.6倍以下になるように定められている。また、流
路形成体86上の空間、及び、流路形成体88上の空間
は、同じく、それぞれ、逆洗液の流速及び濃縮液の流速
が、管状膜38内の液体の流速の例えば約0.6倍にな
るように定められている。
態の一例であって、図3は本実施形態例の膜分離装置に
設けた管状膜モジュールの構成を示す断面図、図4は運
動/衝突体の構成を示す斜視図である。本実施形態例の
膜分離装置は、本実施形態例の膜分離装置に設けた管状
膜モジュール90が従来の膜分離装置10の管状膜モジ
ュール12と構成が異なることを除いて、従来の膜分離
装置10と同じ構成を備えている。
示すように、配液室30及び集液室34にそれぞれ、多
数個の小さな運動/衝突体91が充填率約50%で充填
されていること、並びに配液室30に入口及び集液室3
4の出口に運動/衝突体91の流出を防ぐ目板94が設
けられていることを除いて従来の管状膜モジュール12
と同じ構成を備えている。運動/衝突体91は、図4に
示すように、直径が20mm、比重が1.5のプラスチ
ック製球体92に多数個の小さな円錐状の突起93を備
えた固形物である。
は、配液室30及び集液室34に入れた複数個の小さな
運動/衝突体91が、被処理液又は濃縮液の流れによっ
て自在に動き回り、下部鏡板42上又は上部隔板28上
に沈積した濁質及び沈積しつつある濁質に衝突して剥離
し、或いは攪拌して、それぞれ、被処理液及び濃縮液に
常時同伴させるので、従来のように、突然、大量の濁質
が一時的に管状膜内に流入して、閉塞等の問題を発生さ
せるようなことはない。
えば、単なる球体であってもよく、また、図5(a)に
示すように、球体95に螺旋状の溝96を設けたもの、
図5(b)に示すように、円筒体97に螺旋状のフィン
98を設けたもの等、種々、様々なものがある。図5
(a)及び(b)に示す運動/衝突体は、螺旋状の溝9
6又は螺旋状のフィン98を備えることによって、被処
理液又は濃縮液の流れによって回転しつつ自在に移動す
る。尚、図5(a)及び(b)は、それぞれ、運動/衝
突体の斜視図である。
の濃縮液の流速、さらには配液室内の被処理液の流速
が、管状膜内を流れる被処理液の流速の0.5倍から
2.0倍の範囲になるように、濃縮液集液室内の流路ま
たは配液室内の流路を形成することにより、あるいは濃
縮液集液室内または配液室内に、濃縮液集液室内の濃縮
液の流れまたは配液室内の液体の流れによって自在に運
動する固形の運動/衝突体を収容することにより、従来
の膜分離装置に比べて、逆洗液の膜洗浄効果を高めて、
膜分離処理の効率を向上させることができる。
ュールの構成を示す断面図である。
モジュールの構成を示す断面図である。
モジュールの構成を示す断面図である。
/衝突体の構成を示す斜視図である。
ある。
構成を示す断面図である。
問題点を示す模式図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 横断する下部隔板及び上部隔板によって
区画された配液室、処理液室及び濃縮液集液室を下部、
中央及び上部に有する縦型容器を備え、縦型容器内に
は、配液室及び濃縮液集液室にそれぞれ連通するように
下端部及び上端部で下部隔板及び上部隔板に固定され、
処理液室内を縦方向に延在する内圧型管状膜を有する管
状膜モジュールを備えて、被処理液を配液室に導入し、
クロスフロー方式で膜分離して処理液を処理液室から流
出させると共に濃縮液を濃縮液集液室を介して流出させ
るようにした膜分離装置において、濃縮液集液室内の濃
縮液の流速が管状膜内を流れる被処理液の流速の0.5
倍から2.0倍の範囲になるように、濃縮液集液室内の
流路が形成されていることを特徴とする膜分離装置。 - 【請求項2】 加えて、配液室内の被処理液の流速が管
状膜内を流れる被処理液の流速の0.5倍から2.0倍
の範囲になるように、配液室の流路が形成されているこ
とを特徴とする請求項1に記載の膜分離装置。 - 【請求項3】 横断する下部隔板及び上部隔板によって
区画された配液室、処理液室及び濃縮液集液室を下部、
中央及び上部に有する縦型容器を備え、縦型容器内に
は、配液室及び濃縮液集液室にそれぞれ連通するように
下端部及び上端部で下部隔板及び上部隔板に固定され、
処理液室内を縦方向に延在する内圧型管状膜を有する管
状膜モジュールを備えて、被処理液を配液室に導入し、
クロスフロー方式で膜分離して処理液を処理液室から流
出させると共に濃縮液を濃縮液集液室を介して流出させ
るようにした膜分離装置において、 濃縮液集液室内の濃縮液の流れによって自在に運動する
固形の運動/衝突体を濃縮液集液室内に収容しているこ
とを特徴とする膜分離装置。 - 【請求項4】 加えて、配液室内の液体の流れによって
自在に運動する固形の運動/衝突体を配液室内に収容し
ていることを特徴とする請求項3に記載の膜分離装置。 - 【請求項5】 濃縮液集液室内の濃縮液の流れによって
自在に運動する固形の運動/衝突体を濃縮液集液室内に
収容することにより、濃縮液集液室内の濃縮液の流速
が、管状膜内を流れる被処理液の流速の0.5倍から
2.0倍の範囲になるように、濃縮液集液室内の流路が
狭小化されることを特徴とする請求項3に記載の膜分離
装置。 - 【請求項6】 配液室内の液体の流れ及び濃縮液集液室
の濃縮液の流れによって自在に運動する固形の運動/衝
突体を配液室及び濃縮液集液室に、それぞれ、収容する
ことにより、配液室内の被処理液の流速、及び濃縮液集
液室の濃縮液の流速が、管状膜内を流れる被処理液の流
速の0.5倍から2.0倍の範囲になるように、配液室
内の流路及び濃縮液集液室の流路が、それぞれ、狭小化
されることを特徴とする請求項4に記載の膜分離装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29922099A JP2001121143A (ja) | 1999-10-21 | 1999-10-21 | 膜分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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