JP2003225661A - クロスフロー濾過装置及び濾過方法 - Google Patents

クロスフロー濾過装置及び濾過方法

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JP2003225661A
JP2003225661A JP2002028656A JP2002028656A JP2003225661A JP 2003225661 A JP2003225661 A JP 2003225661A JP 2002028656 A JP2002028656 A JP 2002028656A JP 2002028656 A JP2002028656 A JP 2002028656A JP 2003225661 A JP2003225661 A JP 2003225661A
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filtration
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pump
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English (en)
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Chomei Yokoyama
朝明 横山
Tsugio Konno
次雄 今野
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Asahi Kasei Corp
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Asahi Kasei Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 循環・濾過ポンプの消費電力、ランニングコ
ストを低減した、高性能な膜モジュール濾過装置及び濾
過方法の提供。 【解決手段】 少なくとも膜モジュール、呼出槽、これ
らの下部を連結させた配管、膜モジュールからの被処理
水を呼出槽に戻す配管、エアーリフト用エアー供給手段
および濾過水ポンプで構成される濾過装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、精密濾過,限外濾
過等の従来の膜濾過分野において、被処理液を送液ポン
プで大量に強制加圧循環すること無く、エアーリフトの
水流により、エネルギー効率、濾過効率を向上させ、ラ
ンニングコストの低減を図る濾過装置及び濾過方法に関
する。
【0002】
【従来技術】従来型のクロスフロー加圧濾過は、膜面に
平行方向の流れを作り、その流れの力で膜面上の汚れを
洗浄しながら濾過を行うものである。適正な平行流とし
て、被処理液の液線速度を0.5〜5m/secとる必
要がある。このために使用される循環・濾過を司るポン
プは濾過流束に対して極めて大容量な物が必要となり、
その為に濾過流束当りのエネルギー消費が大きくなり、
ランニングコスト中の電気代の占める割合が非常に高く
なっているのが現状である。このように、濾過に必要充
分な線速度と加圧濾過のエネルギーを得る為に、大きな
循環・濾過ポンプを必要とする事がこの濾過装置の欠点
である。又、大きな能力の循環・濾過ポンプによるクロ
スフロー加圧濾過では、膜表面の汚染層が圧縮、緻密化
し、これが濾過抵抗を増大させ、膜本来の濾過性能を充
分に発揮させる事が出来なかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、循環・濾過
ポンプの消費電力を抑えて、ランニングコストの低減を
図った、高性能な膜モジュール濾過装置及び濾過方法を
提供することを目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、被処理液をエア
ーリフトで膜モジュールに供給する事により、その目的
に適合する事を見出し、この知見に基づいて本発明をな
すに至ったものである。すなわち、本発明は、エアーリ
フトによる被処理液の循環濾過装置及び方法に関する。 (1)少なくとも膜モジュール、呼出槽、これらの下部
を連結させた配管、膜モジュールからの被処理水を呼出
槽に戻す配管、エアーリフト用エアー供給手段および濾
過水ポンプで構成される濾過装置、(2)中空糸型、チ
ューブラー型またはスパイラル型の精密濾過膜または限
外濾過膜を用いた膜モジュールを特徴とする上記(1)
記載の濾過装置、(3)濾過水ポンプを、バルブの切り
替え操作により逆圧洗浄用としても使用する事を特徴と
する上記(1)、(2)記載の濾過装置、(4)膜モジ
ュール下部と呼出槽下部を連結させた配管にエアーを導
入し、膜モジュール内にエアーリフトを発生させて、被
処理水を呼出槽から膜モジュール内に吸い込み、膜モジ
ュール上部から被処理水を再び呼出槽に排出する液循環
を行うことを特徴とする濾過方法、(5)呼出槽内の液
面を、常時、膜モジュール上部と同等の高さになるよう
に運転することを特徴とする上記(4)記載の濾過方
法、に関するものである。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。 (a)原水タンクと呼出槽間で被処理液の循環を行う。
この循環は、原水タンクと呼出槽の間に循環・濾過ポン
プを設け、これにて原水タンクから呼出槽に送液し、呼
出槽の任意の高さに設けられたオーバフロー口から原水
タンクにもどす。送液量は、次工程の膜濾過流束を上ま
わる量を送液して、原水タンクと呼出槽内の液濃度がほ
ぼ一定になる量とする。又、河川水等の処理の場合は、
原水タンクを不要とし、河川水等から直接呼出槽への送
液循環とする。 (b)呼出槽の横に膜モジュールを垂直にセットして、
その下部と呼出槽下部とを適当な径の配管で連結する。
膜モジュールからの被処理水を呼出槽に戻す配管を膜モ
ジュール上部に連結する。膜モジュール、呼出槽、これ
らの下部を連結させた配管および膜モジュールからの被
処理水を呼出槽に戻す配管の組み合わせからなるものを
濾過部本体と称す。
【0006】(c)呼出槽内の液面は、常時、膜モジュ
ール上部と同等の高さにするのが適切である。膜モジュ
ール上部の被処理液出口がモジュール壁面に付いている
場合は、呼出槽内の液面は、被処理液出口と同等の高さ
にするのが適切である。この呼出槽内の液面は、膜モジ
ュール上部から、膜モジュール長対比、上に30%、下
に50%の範囲でも可能である。 (d)濾過部本体の呼出槽と膜モジュール間で被処理液
の循環を行う。エアーリフト用エアー供給手段とはエア
ーポンプとこれを濾過部本体につなぐエアー配管とから
なるものが好ましい。ポンプ以外の手段でエアーを供給
するものであってもよい。膜モジュール下部と呼出槽下
部を連結させた配管の膜モジュール直下の部分にエアー
配管を接続する。エアー配管は、直接膜モジュールに接
続することも可能であるが、配管の膜モジュール直下の
部分に接続する方が構造上簡単で好ましい。このエアー
配管から、エアーポンプでエアーを送入する事により、
膜モジュールにエアーリフトが造られる。このエアーリ
フトにより、呼出槽から膜モジュール下部へ、膜モジュ
ール下部から膜モジュール上部へ被処理水が誘導され
る。さらにこのエアーリフトによって、膜モジュール上
部より出た被処理水が呼出槽に戻る。戻し口は呼出槽内
の液面より上とする。また、被処理水循環量はエアー送
入量で調整することが好ましい。
【0007】(e)膜モジュールは、中空糸型、チュー
ブラー型、またはスパイラル型で、精密濾過膜または限
外濾過膜のいずれでも可能である。 (f)膜モジュールの濾過出口に濾過水ポンプを取り付
ける。この濾過水ポンプを、必要に応じて膜表面の汚染
層除去の為に、濾過水を膜表面に対し濾過とは逆向きの
方向から流して洗浄する、逆圧洗浄用としても使用する
ことが可能である。濾過水ポンプを逆洗ポンプとして使
用するために、ポンプの吸込口、吐出口配管にそれぞれ
2個ずつ(計4個)自動弁を取り付けて、自動弁の開閉
で濾過、逆洗運転を切り替える。まず、濾過運転時は、
ポンプ吸込口の2個の自動弁のうち、膜モジュール−ポ
ンプライン(B)に取り付けた自動弁を開き、ポンプ−
濾過水受けタンクラインの自動弁(D)を閉じる。ま
た、ポンプ吐出口の自動弁は、膜モジュール−ポンプラ
イン(A)を閉めて、ポンプ−濾過水受けタンクライン
(C)を開ける。逆洗洗浄時はこの逆動作とする。
【0008】(g)本発明のエアーリフトの液循環流は
脈流であることが好ましい。脈流が生じている場合の液
循環量の計算は、次のように行う。例えば、液循環脈流
が図5のような波形を示し、3秒に1回の割合で観察さ
れたとする。すなわち、脈流が3秒間隔で生じているの
で、1分間では脈流20回を生じる。一定流量に換算す
ると、2L×20回=40Lであり、40L/min相
当となる。このようにして、脈流が生じている場合の液
循環量を求める。 (h)エアーリフト用エアーポンプとともに、膜モジュ
ールと呼出槽の間の配管にポンプ(送液ポンプと称す
る)を設置することも可能であるが、送液ポンプを用い
ずにエアーリフト用エアーポンプのみで液循環を行うこ
とが好ましい。
【0009】
【実施例】次に、実施例及び比較例によって本発明を説
明する。
【0010】[実施例1]使用した本発明にかかる装置
概略図を図1に示す。図1において、1が原水ポンプ、
2が循環ポンプであり、濾過部本体にあたる、3が呼出
槽、4が膜モジュールであり、これらの下部を連結させ
た配管、膜モジュール3から被処理水を戻す配管とが設
けられている。5がエアーポンプである。濾過水側の6
が濾過水/逆洗ポンプ、8が濾過水受けタンクである。
この本発明装置にて、原水タンクに米とぎ汁(濁度14
00NTU)30Lを受け、膜モジュールはUMP−1
53(旭化成製)、濾過時間5分、逆洗10秒、エアー
量10L/分の運転条件下の濾過能力を確認した。結
果、濾過所要時間は4時間、平均濾過流束112cc/
分の結果を得た。その時の液循環量だが、2L/分で流
れ方が一定流でなく脈流を生じる事を確認した。
【0011】[比較例1]実施例1の濾過装置に変え
て、図2に示す従来のクロスフロー加圧濾過装置を用い
て、エアーを導入しないこと以外は実施例1と同条件に
して濾過能力の比較評価を行った。その結果、濾過所要
時間6.3時間、平均濾過流束72cc/分の結果を得
た。又、実施例1と比較例1の濾過流束比較結果を図3
に示す。
【0012】[比較例2]実施例1の濾過装置で、膜モ
ジュールと呼出槽の間の配管に、エアー供給手段を設け
る代わりに、送液ポンプを設けたほかは実施例1と同条
件にして濾過能力を確認した。結果、濾過開始約40分経
過し、濾液トータル量10Lになった時点で、実施例1
に比較して約1/4まで濾過流束が低下したので、運転
を停止した。濾過流束低下原因としては、膜モジュール
に30KPa以上の内圧がかかり、従来のクロスフロー
加圧濾過処理特有の膜表面に汚染層の圧縮緻密化現象が
生じ、濾過抵抗が増大したために起きたものと考えられ
る。実施例1と比較例2の濾過流束比較結果を図4に示
す。
【0013】[実施例2、比較例3]実施例2として、
実施例1と同様の装置、運転条件で、また比較例3とし
て、比較例1と同様の装置、運転条件で運転を行ない、
被処理液の循環流の流れを観察した。実施例2の本発明
装置の場合、エアーリフト液循環流は脈流であった。一
方、比較例3の従来のクロスフロー加圧濾過装置の場合
は一定流であり、その流れ方の違いによる液線速度値を
比較した結果を表1に示す。表1から明らかなように、
従来クロスフロー加圧装置の液線速度は1m/sec近
辺に対し、本発明の装置は、瞬間的にだが3倍近い非常
に高い液線速度を示す。
【0014】[実施例3、比較例4]実施例3として、
実施例1と同様の装置、運転条件で、また比較例4とし
て、比較例1と同様の装置、運転条件で運転を行ない、
ポンプの消費電力を計測した。本発明装置と、従来のク
ロスフロー加圧濾過装置とのそれぞれのポンプ消費電力
値を表2に示す。表2から明らかなように、本発明装置
のポンプ消費電力は、従来クロスフロー加圧装置対比約
90%低減であり、非常に優れた省エネ装置である。
【0015】
【表1】
【0016】
【表2】
【0017】
【発明の効果】本発明のエアーリフト濾過装置及び濾過
方法は、大きな循環・濾過ポンプを使用しないため、膜
表面の汚染層の圧縮、緻密化現象が起き難くなる。ま
た、小さい液循環量でも瞬間的な液線速度を2.5〜
3.5m/secと大きくすることができ、液線速度が
従来型対比約2.5〜3.5倍の大きな流れの汚染層除
去力が得られる。この両者の働きから高い濾過流束が維
持され、ついては、濾過所要時間の短縮となる。さら
に、本発明装置は大きな循環・濾過ポンプを使用しない
事と、前記の濾過所要時間の短縮からランニングコスト
の電気代を安くでき、省エネ的にも優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の濾過装置概略図である。
【図2】従来のクロスフロー加圧濾過装置概略図であ
る。
【図3】実施例と比較例1の濾過能力比較図ある。
【図4】実施例と比較例2の濾過能力比較図である。
【図5】本発明の液循環脈流の波形の例を示す模式図。
【符号の説明】
(1)原水タンク (2)循環・濾過ポンプ (3)呼出槽 (4)膜モジュール (5)エアーポンプ (6)濾過水/逆洗ポンプ(本発明装置) (7)逆洗ポンプ(従来加圧濾過装置) (8)濾過水受けタンク
───────────────────────────────────────────────────── 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 63/10 B01D 63/10 65/02 65/02 520 520 Fターム(参考) 4D006 GA06 GA07 HA04 HA21 HA61 JA53A JA58A JA63A KA42 KC03 KC13 KE21Q KE22Q MA01 MA02 MA04 MB02 PA01 PB02 PB22 PC51

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも膜モジュール、呼出槽、これ
    らの下部を連結させた配管、膜モジュールからの被処理
    水を呼出槽に戻す配管、エアーリフト用エアー供給手段
    および濾過水ポンプで構成される濾水装置。
  2. 【請求項2】 中空糸型、チューブラー型またはスパイ
    ラル型の精密濾過膜または限外濾過膜を用いた膜モジュ
    ールを特徴とする請求項1記載の濾過装置。
  3. 【請求項3】 濾過水ポンプを、バルブの切り替え操作
    により逆圧洗浄用としても使用する事を特徴とする請求
    項1または2記載の濾過装置。
  4. 【請求項4】 膜モジュール下部と呼出槽下部を連結さ
    せた配管にエアーを導入し、膜モジュール内にエアーリ
    フトを発生させて、被処理水を呼出槽から膜モジュール
    内に吸い込み、膜モジュール上部から被処理水を再び呼
    出槽に排出する液循環を行うことを特徴とする濾過方
    法。
  5. 【請求項5】 呼出槽内の液面を、常時、膜モジュール
    上部と同等の高さになるように運転することを特徴とす
    る請求項4記載の濾過方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9873088B2 (en) 2011-05-17 2018-01-23 Natrix Separations Inc. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof
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