JP2016055236A - 濾過装置及び濾過膜の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、濾過膜から非水溶性油分を含む濁質を容易に除去できる濾過装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の一態様の濾過装置は、濾過膜を用いて油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過装置であって、濾過槽と、この濾過槽内に浸漬される１又は複数の濾過膜モジュールと、上記濾過膜モジュールを洗浄する洗浄ユニットとを備え、上記洗浄ユニットが濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する。上記テルペンがモノテルペン系炭化水素であるとよい。上記濾過膜の表面が親水性を有するとよい。上記濾過膜が親水化処理をしたフッ素樹脂多孔質膜であるとよい。上記洗浄ユニットが、油水混合液の濾過膜通過方向と逆向きに濾過膜へ上記洗浄水を供給するとよい。上記洗浄ユニットが、上記洗浄水をバブリングジェット噴流として供給するとよい。上記洗浄ユニットが、濾過膜に酸性溶液又はアルコール溶液を供給するとよい。【選択図】図１

Description

本発明は、濾過装置及び濾過膜の洗浄方法に関する。

油田や工場等で発生する非水溶性油分及び他の濁質を含んだ油水混合液は、環境保全の観点から非水溶性油分及び他の濁質の混合量を一定値以下まで低減してから廃棄する必要がある。

濾過膜を用いる濾過装置を使用してこのような油水混合液を処理する場合、非水溶性油分を含む濁質が分離膜をファウリング（目詰まり）させる。そこで、濾過膜を用いる濾過装置では、処理流量又は濾過圧を回復するために、濾過膜の洗浄を行って濾過膜を目詰まりさせている非水溶性油分を含む濁質を除去する必要がある。しかしながら、濁質中に例えばＡ重油、Ｃ重油等の比較的粘度が高く粘着性を有する非水溶性油分が含まれている場合、濾過膜から濁質を洗い落とすことが容易ではない。

濾過膜の洗浄方法として、濾過器モジュールに機械的な振動を与えつつ、濾過器モジュールに逆洗水を流してモジュール内の水を揺動し、濾過膜の表面に付着した堆積物を剥離させ、系外に流出させる方法が開示されている（特開平８−３３２３５７号公報）。また、同公報には、洗浄水として、塩酸、クエン酸、蓚酸、次亜塩素酸、又は合成洗剤の水溶液を単独あるいは混合して使用することによって洗浄効果を高められることが記載されている。

特開平８−３３２３５７号公報

しかしながら、上記公報に記載の濾過膜の洗浄方法を油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過装置に適用しても、濾過膜から非水溶性油分を含む濁質を十分に除去できない場合がある。

本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、濾過膜から非水溶性油分を含む濁質を容易に除去できる濾過装置、及び非水溶性油分を含む濁質を容易に除去できる濾過膜の洗浄方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る濾過装置は、濾過膜を用いて油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過装置であって、濾過槽と、この濾過槽内に浸漬される１又は複数の濾過膜モジュールと、上記濾過膜モジュールを洗浄する洗浄ユニットとを備え、上記洗浄ユニットが濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する。

また、上記課題を解決するためになされた本発明の別の態様に係る濾過膜の洗浄方法は、油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過膜の洗浄方法であって、濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する工程を備える。

本発明の一態様に係る濾過装置及び別の態様に係る濾過膜の洗浄方法は、濾過膜から非水溶性油分を含む濁質を容易に除去できる。

図１は、本発明の一実施形態の濾過装置の構成を示す模式図である。

［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係る濾過装置は、濾過膜を用いて油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過装置であって、濾過槽と、この濾過槽内に浸漬される１又は複数の濾過膜モジュールと、上記濾過膜モジュールを洗浄する洗浄ユニットとを備え、上記洗浄ユニットが濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する。

当該濾過装置は、濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給するので、テルペンの作用により非水溶性油分を含む濁質を濾過膜から浮き上がらせて濁質を容易に除去することができる。

上記テルペンがモノテルペン系炭化水素であるとよい。このように、テルペンがモノテルペン系炭化水素であることによって、より容易に濾過膜から濁質を除去できる。

上記濾過膜の表面が親水性を有するとよい。このように、濾過膜の表面が親水性を有することによって、水の透過流速を大きくすることができ、濾過効率を向上できる。なお、「親水性」とは、表面における純水の接触角が９０度以上であることを意味する。ここで、「純水の接触角」とは、ＪＩＳ−Ｒ３２５７（１９９９）に準拠して測定される値である。

上記濾過膜が親水化処理をしたフッ素樹脂多孔質膜であるとよい。このように、濾過膜として親水化処理をしたフッ素樹脂多孔質膜を用いることによって、濾過膜の耐熱性及び耐薬品性が高くなる。

上記洗浄ユニットが、油水混合液の濾過膜通過方向と逆向きに濾過膜へ上記洗浄水を供給するとよい。このように、油水混合液の濾過膜通過方向と逆向きに濾過膜へ上記洗浄水を供給する逆洗を行うことにより、さらに容易に濁質を除去できる。

上記洗浄ユニットが、上記洗浄水をバブリングジェット噴流として供給するとよい。このように、洗浄水をバブリングジェット噴流とすることにより、バブルのスクラブ効果によって、さらに容易に濁質を除去できる。なお、「バブリングジェット噴流」とは、複数のバブル（気泡）を含み、濾過槽内への噴出速度（例えばエダクターノズル出口速度）が５ｍ／ｓ以上である水流をいう。

上記洗浄ユニットが、濾過膜に酸性溶液又はアルコール溶液を供給するとよい。このように、テルペンとの親和性が高い酸性溶液又はアルコール溶液を供給することによって、濾過膜に付着したテルペンを洗い流して、再度の濾過時に処理済水へのテルペンの混入を抑制できる。

本発明の別の態様に係る濾過膜の洗浄方法は、油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過膜の洗浄方法であって、濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する工程を備える。

当該濾過膜の洗浄方法は、濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給するので、テルペンの作用により非水溶性油分を含む濁質を濾過膜から浮き上がらせて容易に除去することができる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。

［濾過装置］
図１の濾過装置は、油水混合液を貯留する濾過槽１と、この濾過槽１内に浸漬される１又は複数の濾過膜モジュール２と、濾過膜モジュール２を洗浄する洗浄ユニット３とを備える。この濾過装置は、油水混合液から非水溶性油分を分離するために使用される。この濾過装置によって処理される油水混合液としては、例えば油田で発生する石油随伴水等が挙げられる。

さらに、当該濾過装置は、不図示の原水槽から油水混合液を濾過槽１に供給する供給流路４と、濾過膜モジュール２の内部から処理済水を引き抜く吸引ポンプ５を有する出水流路６と、濾過槽１から濃縮された油水混合液をオーバーフローさせて排出する排出流路７とを有する。また一定時間毎あるいは膜の差圧が上昇した際に、処理済水を濾過と逆方向に流して膜面に堆積した濁質や油分を剥離させる逆洗浄のためのタンク、ポンプ及び流路を設けている。図１の濾過装置は浸漬型の吸引式で示したが、中空糸膜を外筒ケースに入れてポンプにより原水を圧送して濾過する外圧型とすることもできる。さらに外圧型では、原水をクロスフローにより循環しつつ濾過する方式（クロスフロー方式）を採用することもできる。

＜濾過槽＞
濾過槽１は、油水混合液を貯留する容器である。濾過槽１の形状としては、特に限定されず、例えば箱型、円筒型等とすることができる。濾過槽１の大きさとしては、特に限定されず、貯留する油水混合液中に濾過膜モジュール２を浸漬できる大きさであればよい。また、濾過槽１の材質としては、特に限定されず、例えば金属、樹脂等を用いることができる。

＜濾過膜モジュール＞
濾過膜モジュール２は、油水混合液を濾過する濾過膜８を有する。

濾過膜８としては、例えばメルトブロー法により形成した不織布、フィルムに電子線等で多数の貫通孔を形成したもの、不溶性材料と溶解性材料とを混合して形成したフィルムから溶解性材料を溶出させたもの、フィルムを延伸して多数の裂孔を形成した多孔質膜等を用いることができる。

濾過膜８の主成分としては、例えばセルロース、レーヨン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリアミド（脂肪族ポリアミド、芳香族ポリアミド等）、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリイミド、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等を挙げることができる。これらの中でも、フッ素樹脂又はポリオレフィンが好ましい。濾過膜８は、フッ素樹脂を主成分とすることで、耐熱性及び耐薬品性を高めることができる。さらにフッ素樹脂の中でも特に耐熱性等に優れるポリテトラフルオロエチレンが好ましい。また、濾過膜８は、濾過の対象とする油が、特に油田で発生する石油随伴水等に含まれる高粘度油の場合などは、油が付着しても通水性を確保できるため表面が親水性であることが好ましい。このため、濾過膜８の主成分としてフッ素樹脂を用いる場合、濾過膜８の表面を親水化処理することが好ましい。また、濾過膜８は、油の除去率を高める目的において、ポリオレフィンを主成分とすることで、非水溶性油分吸着能力を高めることができる。さらにポリオレフィンの中でも特に非水溶性油分吸着能力に優れるポリプロピレンが好ましい。ポリオレフィンの場合も濾過の対象とする油が高粘度油の場合等は、親水化処理することが好ましい。なお、濾過膜８の材料には、他のポリマー、潤滑剤等の添加剤等が適宜配合されていてもよい。なお、「主成分」とは、質量含有率が最も大きい成分をいい、好ましくは５０質量％以上含まれる成分をいう。

上記フッ素樹脂を主成分とする濾過膜８の表面を親水化する方法としては、フッ素樹脂を主成分とする疎水性の多孔質膜（フッ素樹脂多孔質膜）にフッ素樹脂に対して濡れ性が高くかつ親水性を有する溶媒を含浸する工程と、溶媒を含浸した多孔質膜に親水性樹脂組成物含有溶液を含浸する工程と、親水性樹脂組成物含有溶液を含浸した多孔質膜を加熱する工程とを備える方法が例示される。このようにして、濾過膜８の表面が親水性であることによって、水が濾過膜８を通過し易くなり、透過流速を大きくすることができるので当該濾過装置の濾過効率を向上できる。

上記溶媒含浸工程において多孔質膜に含浸する溶媒としては、親水基と疎水基（親油基）とを有する液体が用いられる。そのような溶媒としては、非水溶性油分を溶解し、かつ水との混和性が高い有機溶媒又はそのような有機溶媒と水との混和物や、界面活性剤を溶解した水等が挙げられる。上記有機溶媒としては、加熱工程において蒸発する揮発性有機溶媒が好適に用いられる。揮発性有機溶媒としては、特に限定されないが、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコールが好ましく、中でもエタノールが好ましい。

上記親水性樹脂組成物含有溶液浸漬工程において多孔質膜に含浸する親水性樹脂組成物含有溶液としては、最終的に多孔質膜に含浸させようとする親水性樹脂組成物の微粒子を溶媒に分散したもの、上記親水性樹脂組成物を溶剤で溶解したもの、重合により上記親水性樹脂組成物の成分を構成するモノマー等を含む溶液等が使用される。この親水性樹脂組成物含有溶液は、多孔質膜に対する濡れ性が低くそのままでは多孔質膜に含浸しない親水性の溶液とすることができる。

親水性樹脂組成物としては、特に限定されないが、例えばイオン交換樹脂等が挙げられる。

親水性樹脂組成物含有溶液中の親水性樹脂組成物の濃度の下限としては、１質量％が好ましく、３質量％がより好ましい。一方、親水性樹脂組成物含有溶液中の親水性樹脂組成物の濃度の上限としては、３０質量％が好ましく、２５質量％がより好ましい。親水性樹脂組成物含有溶液中の親水性樹脂組成物の濃度が上記下限に満たない場合、多孔質膜を十分に親水化できないおそれがある。逆に、親水性樹脂組成物含有溶液中の親水性樹脂組成物の濃度が上記上限を超える場合、親水性樹脂組成物含有溶液の粘度が高くなり多孔質膜に含浸できなくなるおそれや、親水性樹脂組成物により多孔質膜が封止されて液透過度が不十分となるおそれがある。

上記加熱工程において多孔質膜を加熱することにより、溶媒及び親水性樹脂組成物含有溶液中の溶媒を蒸発させ、親水性樹脂組成物含有溶液中の親水性樹脂組成物を多孔質膜の表面、つまり孔の内部に定着させる。これにより、フッ素樹脂を主成分とする疎水性の多孔質膜の表面を親水化した濾過膜８を形成することができる。

加熱工程における加熱温度としては、親水性樹脂組成物含有溶液の組成等に応じて定められるが、例えば溶媒の沸点以上でかつ親水性樹脂組成物のガラス転移点温度以上とされる。

この加熱により、親水性樹脂組成物が多孔質膜の複数の孔にまたがって連続するよう一体化させて多孔質膜から親水性樹脂組成物が容易に流出又は脱落しないようにすることが好ましい。具体的に説明すると、親水性樹脂組成物含有溶液が親水性樹脂組成物の微粒子を分散したものである場合には、樹脂組成物の微粒子を溶融して多孔質膜の内部で一体化させる。また、親水性樹脂組成物含有溶液が親水性樹脂組成物を溶剤で溶解したものである場合には、溶剤の除去により樹脂組成物を多孔質膜の内部で硬化させる。また、親水性樹脂組成物含有溶液が重合前のモノマー等を含む場合には、多孔質膜の内部でモノマーを重合させる。これらの方法により、多孔質膜の各孔の内面を覆う親水性樹脂組成物が連続して定着する。

また、濾過膜８としては、例えば平膜型、積層型、プリーツ型、スパイラル型、チューブ型の公知のものが利用できる。中でも、細いチューブ型膜である中空糸状のものが好適に使用される。

図１には、濾過膜モジュール２として、中空糸状の濾過膜８を有する中空糸型濾過膜モジュールを例示する。この中空糸型の濾過膜モジュール２は、油水混合液中に浸漬されることにより、中空糸状の濾過膜８の外側に油水混合液が接触し、中空糸状の濾過膜８の内側の中空部に水を透過させる一方、油水混合液に含まれる粒子及び油滴の透過を阻止するよう構成されている。

この中空糸型の濾過膜モジュール２は、一方向、好ましくは上下方向に引き揃えられた状態で保持される複数本の中空糸状の濾過膜８と、この複数本の中空糸状の濾過膜８の上端部を固定する上部保持部材９と、濾過膜８の下端部を固定する下部保持部材１０とを有する。

中空糸状の濾過膜８としては、円筒状の支持層と、この支持層の外周面に積層される濾過有効層とを有するものが好適に利用できる。このように濾過膜８を多層構造とすることで、透水性及び機械的強度を両立させ、さらにバブルによる表面洗浄効果を効果的にすることができる。

濾過膜８の支持層及び濾過有効層を形成する材料は、共にポリテトラフルオロエチレンを主成分とするとよい。このように濾過膜８の支持層及び濾過有効層がポリテトラフルオロエチレンを主成分とすることで、濾過膜８は、機械的強度に優れ、平均外径に対する平均長さの比であるアスペクト比が大きくても撓み量を小さくでき、またバブルの擦過による表面の損傷等を受け難い。

濾過膜８の支持層及び濾過有効層のポリテトラフルオロエチレンの数平均分子量の下限としては、５０万が好ましく、２００万がより好ましい。一方、支持層及び濾過有効層のポリテトラフルオロエチレンの数平均分子量の上限としては、２０００万が好ましい。ポリテトラフルオロエチレンの数平均分子量が上記下限に満たない場合、バブルの擦過によって濾過膜８の表面が損傷するおそれや、濾過膜８の機械的強度が低下するおそれがある。逆に、ポリテトラフルオロエチレンの数平均分子量が上記上限を超える場合、濾過膜８の空孔の成形が困難になるおそれがある。なお、「数平均分子量」とは、ＪＩＳ−Ｋ７２５２−１（２００８）に準拠して測定される値である。

濾過膜８の支持層は、例えばポリテトラフルオロエチレンを押出成形して得られるチューブを用いることができる。このように支持層として押出成形チューブを用いることで、支持層に機械的強度を持たせることができると共に、空孔も容易に形成することができる。なお、このようなチューブは、軸方向に５０％以上７００％以下の延伸率で延伸することが好ましく、さらに周方向に５％以上１００％以下の延伸率で延伸することがより好ましい。

上記延伸における温度は、チューブの融点以下、例えば０℃以上３００℃以下とすることが好ましい。比較的空孔の径が大きい多孔質体を得るには低温での延伸がよく、比較的空孔の径が小さい多孔質体を得るには高温での延伸がよい。このようなチューブを延伸した多孔質体からなる支持層は、両端を固定し延伸した状態を保って２００℃以上３００℃以下の温度で１〜３０分程度熱処理することで高い寸法安定性が得られる。また、延伸温度や延伸率等の条件を組み合わせることにより、支持層の空孔のサイズを調整することができる。

中空糸状の濾過膜８の支持層を形成するチューブは、例えばポリテトラフルオロエチレンファインパウダーにナフサ等の液状潤滑剤をブレンドし、押出成形等によりチューブ状とした後に延伸することで得ることができる。また、チューブをポリテトラフルオロエチレンファインパウダーの融点以上の温度、例えば３５０℃以上５５０℃以下に保った加熱炉中で、数１０秒から数分程度保持し焼結することにより、寸法安定性を高めることができる。

中空糸状の濾過膜８の支持層の平均厚さとしては、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下が好ましい。支持層の平均厚さを上記範囲内とすることで、濾過膜８に機械的強度及び透水性をバランスよく付与することができる。

中空糸状の濾過膜８の濾過有効層は、例えばポリテトラフルオロエチレン製のシートを上記支持層に巻き付けて焼結することで形成することができる。このように濾過有効層の形成材料としてシートを用いることで、延伸を容易に行うことができ、空孔の形状や大きさの調整が容易となると共に、濾過有効層の厚さを小さくすることができる。また、シートを巻き付けて焼結することで、支持層と濾過有効層とが一体化され、両者の空孔を連通させて濾過膜８の透水性を向上させることができる。この焼結温度としては、支持層を形成するチューブと濾過有効層を形成するシートの融点以上が好ましい。

中空糸状の濾過膜８の濾過有効層を形成するシートは、例えば（１）樹脂の押出により得られる未焼結成形体を融点以下の温度で延伸しその後焼結する方法、（２）焼結された樹脂成形体を徐冷し結晶化度を高めた後に延伸する方法等を用いることができる。なお、このシートは長手方向に５０％以上１０００％以下、短手方向に５０％以上２５００％以下の延伸率で延伸することが好ましい。特に短手方向の延伸率を上記範囲とすることで、シートを巻き付けた際に周方向の機械的強度を向上させることができ、バブルによる表面洗浄に対する耐久性を向上させることができる。

また、中空糸状の濾過膜８の支持層を形成するチューブにシートを巻き付けることで濾過有効層を形成する場合、チューブの外周面に微細な凹凸を設けるとよい。このようにチューブの外周面に凹凸を設けることで、シートとの位置ずれを防止できると共に、チューブとシートとの密着性を向上させ、バブルによる洗浄で支持層から濾過有効層が剥離することを防止できる。なお、シートの巻き付け回数はシートの厚さによって調整することができ、１回又は複数回とすることができる。また、チューブに複数のシートを巻き付けてもよい。シートの巻き付け方法としては特に限定されず、チューブの円周方向に巻き付ける方法の他、らせん状に巻き付ける方法を用いてもよい。

上記微細な凹凸の大きさ（高低差）としては２０μｍ以上２００μｍ以下が好ましい。上記微細な凹凸はチューブ外周面全体に形成されることが好ましいが、部分的又は断続的に形成されていてもよい。また、上記微細な凹凸をチューブ外周面に形成する方法としては、例えば火炎による表面処理、レーザー照射、プラズマ照射、フッ素樹脂等のディスパージョン塗布等を挙げることができるが、チューブの性状に影響を与えず容易に凹凸を形成できる火炎による表面処理が好ましい。

また、チューブ及びシートとして未焼成のものを用い、シートを巻き付けた後に焼結することでこれらの密着性を高めてもよい。

中空糸状の濾過膜８の濾過有効層の平均厚さとしては、５μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。濾過有効層の平均厚さを上記範囲内とすることで、濾過膜８に容易かつ確実に高い濾過性能を付与することができる。

中空糸状の濾過膜８の平均外径の下限としては、２ｍｍが好ましく、２．１ｍｍがより好ましい。一方、濾過膜８の平均外径の上限としては、６ｍｍが好ましく、４ｍｍがより好ましい。濾過膜８の平均外径が上記下限に満たない場合、濾過膜８の機械的強度が不十分となるおそれがある。逆に、濾過膜８の平均外径が上記上限を超える場合、濾過膜８の断面積に対する表面積の比が小さくなって濾過効率が低下するおそれがある。また、１つのバブルが擦過できる表面積が小さくなるおそれがある。

中空糸状の濾過膜８の平均内径の下限としては、０．５ｍｍが好ましく、０．９ｍｍがより好ましい。また、濾過膜８の平均内径の上限としては、４ｍｍが好ましく、３ｍｍがより好ましい。濾過膜８の平均内径が上記下限に満たない場合、濾過膜８内の濾過済液を排出する時の圧損が大きくなるおそれがある。逆に、濾過膜８の平均内径が上記上限を超える場合、濾過膜８の厚さが小さくなって機械的強度や不純物の非水溶性油分の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。

中空糸状の濾過膜８の平均外径に対する平均内径の比の下限としては、０．３が好ましく、０．４がより好ましい。一方、中空糸状の濾過膜８の平均外径に対する平均内径の比の上限としては、０．８が好ましく、０．６がより好ましい。濾過膜８の平均外径に対する平均内径の比が上記下限に満たない場合、濾過膜８の厚さが必要以上に大きくなって濾過膜８の透水性が低下するおそれがある。逆に、濾過膜８の平均外径に対する平均内径の比が上記上限を超える場合、濾過膜８の厚さが小さくなって機械的強度及び不純物の透過阻止効果が不十分となるおそれがある。

中空糸状の濾過膜８の平均有効長さの下限としては、１ｍが好ましく、１．５ｍがより好ましい。また、濾過膜８の平均有効長さの上限としては、６ｍが好ましく、５．５ｍがより好ましい。濾過膜８の平均有効長さが上記下限に満たない場合、１つのバブルが濾過膜モジュール２の下方から供給され水面まで上昇する間に擦過する濾過膜８の表面積が減少し、濾過膜８の洗浄効率が低下するおそれがある。逆に、濾過膜８の平均有効長さが上記上限を超える場合、濾過膜８の自重によって濾過膜８の撓みが大きくなり過ぎるおそれや、濾過膜モジュール２の設置時等における取り扱い性が低下するおそれがある。なお、濾過膜８の「平均有効長さ」とは、濾過膜８の油水混合液に当接する部分の平均長さを意味する。

中空糸状の濾過膜８の平均外径に対する平均長さの比（アスペクト比）の下限としては、２００が好ましく、４００がより好ましい。また、濾過膜８のアスペクト比の上限としては、３０００が好ましく、２５００がより好ましい。濾過膜８のアスペクト比が上記下限に満たない場合、１つのバブルが擦過可能な濾過膜８の表面積が減少することで、濾過膜８の洗浄効率が低下するおそれがある。逆に、濾過膜８のアスペクト比が上記上限を超える場合、濾過膜８が極度に細長となるため上下に張った際の機械的強度が低下するおそれがある。

中空糸状の濾過膜８の空孔率の下限としては、７５％が好ましく、７８％がより好ましい。また、濾過膜８の空孔率の上限としては、９０％が好ましく、８５％がより好ましい。濾過膜８の空孔率が上記下限に満たない場合、透水性が低下し、濾過膜モジュール２の濾過能力が低下するおそれがある。逆に、濾過膜８の空孔率が上記上限を超える場合、濾過膜８の機械的強度及び耐擦過性が不十分となるおそれがある。なお、「空孔率」とは、濾過膜８の体積に対する空孔の総体積の割合をいい、ＡＳＴＭ−Ｄ−７９２に準拠して濾過膜８の密度を測定することで求めることができる。

中空糸状の濾過膜８の空孔の面積占有率の下限としては、４０％が好ましい。一方、濾過膜８の空孔の面積占有率の上限としては、６０％が好ましい。空孔の面積占有率が上記下限に満たない場合、透水性が低下し、濾過膜モジュール２の濾過能力が低下するおそれがある。逆に、空孔の面積占有率が上記上限を超える場合、濾過膜８の表面強度が不十分となり、バブルの擦過によって濾過膜８の破損等が生じるおそれがある。なお、空孔の「面積占有率」とは、濾過膜８の表面積に対する濾過膜８の外周面（濾過有効層表面）における空孔の総面積の割合を意味し、濾過膜８の外周面の電子顕微鏡写真を解析することで求めることができる。

中空糸状の濾過膜８の空孔の平均径の下限としては、０．０１μｍが好ましい。一方、濾過膜８の空孔の平均径の上限としては、０．４５μｍが好ましく、０．１μｍがより好ましい。濾過膜８の空孔の平均径が上記下限に満たない場合、透水性が低下するおそれがある。逆に、濾過膜８の空孔の平均径が上記上限を超える場合、油水混合液に含まれる不純物の濾過膜８内部への透過を阻止できないおそれがある。なお、空孔の「平均径」とは、濾過膜８の外周面（濾過有効層表面）の空孔の平均径を意味し、細孔直径分布測定装置（例えばＰｏｒｕｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社の「多孔質材料自動細孔径分布測定システム」）により測定することができる。

中空糸状の濾過膜８の引張強さの下限としては、５０Ｎが好ましく、６０Ｎがより好ましい。一方、濾過膜８の引張強さの上限としては、特に限定されないが、一般に製造可能な引張強さの上限は１５０Ｎ程度である。濾過膜８の引張強さが上記下限に満たない場合、バブルによる表面洗浄に対する耐久性が低下するおそれがある。なお、濾過膜８の「引張強さ」とは、ＪＩＳ−Ｌ１０１３（２０１０）に準拠して測定される値である。

上部保持部材９は、濾過膜８の内側空間に連通するヘッダー空間１１を有し、このヘッダー空間１１に連通するよう出水流路６が接続されている。上部保持部材９の外形形状は特に限定されず、例えば断面多角形状、断面円形状等とすることができる。

下部保持部材１０は、外枠部１２と、濾過膜８の下端部を固定する複数の固定部１３とを有する。この固定部１３は、例えば棒状に形成されており、一定の間隔を持って複数略平行に配設され、上方側にそれぞれ複数本の濾過膜８が配設されている。

なお、中空糸状の濾過膜８は、１本の両端を上部保持部材９及び下部保持部材１０でそれぞれ固定し、下端を固定部１３で封止してもよいが、１本の濾過膜８をＵ字状に湾曲させ、２つの開口部を上部保持部材９で固定し、下端の折返（湾曲）部を下部保持部材１０で固定してもよい。

外枠部１２は、固定部１３を支持するための部材である。外枠部１２の一辺の長さとしては、例えば５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下とすることができる。また、外枠部１２の断面形状は特に限定されず、例えば四角形状やその他の多角形状、円形状等とできる。

固定部１３の幅（短手方向の長さ）及びその間隔は、十分な数の濾過膜８を固定でき、かつ後述する洗浄ユニットから供給されるバブリングジェット噴流を通過させることができれば特に限定されない。固定部１３の幅としては、例えば３ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができ、固定部１３の間隔としては、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることができる。

下部保持部材１０が保持する濾過膜８の本数Ｎを、濾過膜８の配設領域面積Ａで割った濾過膜８の存在密度（Ｎ／Ａ）の下限としては、４本／ｃｍ^２が好ましく、６本／ｃｍ^２がより好ましい。一方、濾過膜８の存在密度の上限としては、１５本／ｃｍ^２が好ましく、１２本／ｃｍ^２がより好ましい。濾過膜８の存在密度が上記上限を超える場合、濾過膜８の間隔が小さくなって表面の洗浄が十分行えないおそれがある。逆に、濾過膜８の存在密度が上記下限に満たない場合、当該濾過膜モジュール２の単位体積当たりの濾過効率が低下するおそれがある。

また、濾過膜８を中実と仮定した場合の下部保持部材１０が保持する濾過膜８の断面積の総和Ｓを、濾過膜８の配設領域面積Ａで割った濾過膜８の面積割合（Ｓ／Ａ）の下限としては、２０％が好ましく、２５％がより好ましい。一方、濾過膜８の面積割合の上限としては、６０％が好ましく、５５％がより好ましい。濾過膜８の面積割合が上記下限に満たない場合、濾過膜モジュール２の単位体積当たりの濾過効率が低下するおそれがある。逆に、濾過膜８の面積割合が上記上限を超える場合、濾過膜８の間隔が小さくなって表面の洗浄が十分行えないおそれがある。

上部保持部材９及び下部保持部材１０の材質としては特に限定されず、例えばエポキシ樹脂、ＡＢＳ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。

濾過膜８の上部保持部材９及び下部保持部材１０への固定方法は特に限定されず、例えば接着剤を用いて固定する方法を用いることができる。

また、濾過膜モジュール２の取り扱い（運搬、設置、交換等）を容易にするために、上部保持部材９と下部保持部材１０とは連結部材で連結することが好ましい。この連結部材としては、例えば金属製の支持棒や、樹脂製のケーシング（外筒）等を用いることができる。

＜洗浄ユニット＞
洗浄ユニット３は、洗浄水を貯留する洗浄水槽１４と、この洗浄水槽１４から逆洗ポンプ１５を介して出水流路６、ひいては濾過膜モジュール２の内部に洗浄水を供給する逆洗流路１６と、洗浄水槽１４から外側洗浄ポンプ１７及びバブリングジェット装置１８を介して濾過槽１内に、濾過膜モジュール２に向かってバブリングジェット噴流を噴射する外側洗浄流路１９と、バブリングジェット装置１８に空気を供給する空気流路２０とを備える。

（洗浄水槽）
洗浄水槽１４は、洗浄水を貯留する容器である。洗浄水槽１４の形状としては、特に限定されず、例えば箱型、円筒型等とすることができる。洗浄水槽１４の大きさとしては、特に限定されないが、１回の洗浄に用いる洗浄水を貯留できる大きさであることが好ましい。また、洗浄水槽１４の材質としては、特に限定されず、例えば金属、樹脂等を用いることができる。

（洗浄水）
洗浄ユニット３が使用する洗浄水は、テルペンと水とを含有する。また、この洗浄水は、洗浄効果を促進するための溶剤や添加剤を含んでもよい。

〈テルペン〉
上記洗浄水に含まれるテルペンとしては、例えばモノテルペン類、セスキテルペン類、ジテルペン類、セスタテルペン類等が挙げられる。また、上記洗浄水に含まれるテルペンは、非環式テルペン類であってもよいが、環式テルペン類であることが好ましい。より詳しくは、上記洗浄水に含まれるテルペンとしては、テルペン系ケトン類、テルペン系アルデヒド類、テルペン系エポキサイド類、テルペン系炭化水素類、テルペン系アルコール類、テルペン系カルボン酸類、テルペン系エステル類等を使用することができる。

上記テルペン系ケトン類としては、例えばプレゴン、カルボン、ベルベノン、ジヒドロカルボン、カンファー、ｌ−メントン、ピペリテノン、ピペソトン等が挙げられる。上記テルペン系アルデヒド類としては、例えばシロトネラール、シトラール、ミルテナール、ｌ−ペリラアルデヒド等が挙げられる。上記テルペン系エポキサイド類としては、例えばリナロールオキサイド、α−ピネンオキサイド、１，８−シネオール、ｌ−カルボンオキサイド、１，４−シネオール、ピネンオキサイド等が挙げられる。上記テルペン系炭化水素類としては、例えばピナン、ジペンテン、テルペンダイマー、カリオフィレン、シトロネロール、ｐ−サイメン、エンメン、β−ファルネッセン、ロンギフォーレン、ｐ−メンタン、β−ミルセン、ピネン、カンフェン、テルピネン、ターピノーレン等が挙げられる。上記テルペン系アルコール類としては、例えばα−ターピネオール、ｌ−α−ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ミルテノール、ソブレロール、ボルネオール、ｌ−カルベオール、ｐ−サイメン−８−オール、ジヒドロカルベオール、エレモール、オイゲノール、１，８−ｐ−メンタジエン−４−オール、２，８−ｐ−メンタジエン−１−オール、ｌ−メントール、ミルテノール、ｌ−ペリリルアルコール、ピノカルベオール、４−ターピネオール、ベルベノール、リナロール、ネロリドール等が挙げられる。上記テルペン系エステル類としては、ｌ−カルビルアセテート、ジヒドロカルビルアセテート、ジヒドロターピニルアセテート、エレモイルアセテート、イソボルニルアセテート、ｌ−メンチルアセテート、ミルテニルアセテート、２−オクチルアセテート、３−オクチルアセテート、ｌ−ペリリルアセテート、ターピニルアセテート等が挙げられる。上記洗浄水に含まれる他のテルペンとしては、例えばサフロール、チモール、アリルイソチオシアネート、ローズオキサイド等が挙げられる。

また、洗浄水としては、水に上記のテルペン類を含有する精油を混合したものを使用することができる。そのような精油としては、例えばヒノキ科の精油（ヒノキ油、シーダー油、レッドシーダー油、ビャクシン油、アスナロ油、イトスキ油、クロベ油、ヒバ油など）、マツ科の精油（アビエス油、テレビン油、米松油、松根油など）、スギ科の精油（スギ油など）、クスノキ科の精油（樟脳油、芳樟油、サッサフラス油、ローズウッド油、カシア油、シナモン油など）、ミカン科の精油（レモン油、ベルガモット油、ネロリ油、オレンジ油など）、フトモモ科の精油（丁字油、ユーカリ油、ベイ油、カヤプテ油、ミルテ油、ピメンタ油など）、シソ科の精油（ハッカ油、ベージル油、タイム油、ラベンダー油、ライム油、パチュリ油、セージ油、ローズマリー油、ペニーロイヤル油、ペリラ油など）、牛樟油、マニス油、アーモンドビッター油、アンブレッドシード油、アンゲリカ油、カラムス油、カプシカム油、ナツメグ油、カシー油、セロリ油、カモミル油、ヘノポジ油、シトロネラ油、クミン油、コリアンダー油、カルバナム油、オニオン油、ゼラニウム油、ジンジャー油、ガーリック油、レモングラス油、ミル油、スターアニス油、ウォームウッド油、イランイラン油等が挙げられる。

テルペンは高分子になるほど洗浄効率が低下する傾向があるため、モノテルペン類及びセスキテルペン類が好ましく、モノテルペン類がより好ましい。上述のテルペン類の中でもモノテルペン系炭化水素及びセスキテルペン系炭化水素が好ましい。モノテルペン系炭化水素としては、例えばジペンテン、α−ピネン、β−ピネン、メンタン等が挙げられ、セスキテルペン系炭化水素としては、例えばカリオフィレン等が挙げられる。中でも非水溶性油分の洗浄効果に優れるモノテルペン系炭化水素が好ましい。

洗浄水におけるテルペンの含有量の下限としては、１０ｐｐｍが好ましく、１００ｐｐｍがより好ましい。一方、洗浄水におけるテルペンの含有量の上限としては、１００，０００ｐｐｍが好ましく、１０，０００ｐｐｍがより好ましい。洗浄水におけるテルペンの含有量が上記下限に満たない場合、洗浄効果を十分促進できないおそれがある。逆に、洗浄水におけるテルペンの含有量が上記上限を超える場合、不必要に洗浄水が高価となるおそれや、洗浄廃水の処理コストが大きくなるおそれがある。

また、洗浄水に添加することができる溶剤としては、例えば芳香族炭化水素、グリコールエーテル、エステル、ケトン、炭素数３〜６個のラクトン、炭素数４〜７個の環状イミド等が挙げられる。

また、洗浄水に添加することができる添加剤としては、例えば界面活性剤、次亜塩素酸等が挙げられる

（逆洗流路）
逆洗流路１６は、出水流路６の途中に接続されており、逆洗ポンプ１５により出水流路６を介して濾過膜８の内側に、つまり油水混合液の濾過膜通過方向と逆向きに上記洗浄水を供給するために使用される。

逆洗時の逆洗流路１６及び濾過膜８内における洗浄水の最大圧力の下限としては、１０ｋＰａが好ましく、２０ｋＰａがより好ましい。一方、逆洗時の逆洗流路１６及び濾過膜８内における洗浄水の最大圧力の上限としては、５００ｋＰａが好ましく、３００ｋＰａがより好ましい。逆洗時の逆洗流路１６及び濾過膜８内における洗浄水の最大圧力が上記下限に満たない場合、十分な逆洗効果が得られないおそれがある。逆に、逆洗時の逆洗流路１６及び濾過膜８内における洗浄水の最大圧力が上記上限を超える場合、濾過膜８を破損するおそれがある。

（外側洗浄流路）
外側洗浄流路１９は、外側洗浄ポンプにより供給される洗浄水に、バブリングジェット装置１８により多数のバブルを包含させて、バブリングジェット噴流として濾過槽１内に供給する。このバブリングジェット噴流は、濾過膜モジュール２の中空糸状の濾過膜８に対して、この濾過膜８に沿う方向に噴射される。

バブリングジェット装置１８としては、洗浄水の流速変化に伴うベンチュリー効果により空気を自吸するものであってもよく、ポンプによって空気を強制的に供給するものであってもよい。また、空気を多数のバブルにする方法としては、機械的に洗浄水を撹拌する方法や、水流によって空気を剪断する方法が挙げられる。具体的には、バブリングジェット装置１８として、例えばバブリングジェットノズル、エダクター等の公知の装置を使用することができる。

バブリングジェット噴流中の空気量（常温大気圧における容積の洗浄水の体積に対する比）としては、例えば１ＮＬ／Ｌ以上５ＮＬ／Ｌ以下が好ましい。また、バブリングジェット噴流中のバブルの平均径としては、１ｍｍ以上４ｍｍ以下が好ましい。さらに、洗浄水の送水圧としては、０．２ＭＰａ以上が好ましく、バブリングジェット噴流の流束としては、例えばバブリングジェットノズルの吐出口において２０ｍ／ｓ以上が好ましい。

［濾過膜の洗浄方法］
当該濾過装置の濾過膜８の洗浄方法は、逆洗流路１６を介して濾過膜モジュール２の内側から濾過膜８にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する逆洗工程と、外側洗浄流路１９を介して濾過膜モジュール２の外側から濾過膜８に上記洗浄水とバブルとを含有するバブリングジェット噴流を供給する外側洗浄工程と、外側洗浄流路１９を介して濾過膜モジュール２の外側から濾過膜８に酸性溶液又はアルコール溶液を供給するすすぎ工程とを備える。

＜逆洗工程＞
逆洗工程では、逆洗ポンプ１５により出水流路６を介して濾過膜８の内側に、油水混合液の濾過膜通過方向と逆向きに上記洗浄水を供給する。これにより、濾過膜８の空孔を通して内側から外側に洗浄水を流出させ、濾過膜８の空孔に詰まった非水溶性油分を含む濁質を押し出し、濾過膜８の外側に付着した非水溶性油分を含む濁質の少なくとも一部を剥離する。このとき、洗浄水に含まれるテルペンは、特に非水溶性油分の剥離を促進する。このように、逆洗工程において濾過膜８の外側に付着した非水溶性油分を含む濁質の少なくとも一部を剥離することで、非水溶性油分を含む濁質の層に少なくとも隙間乃至孔を形成して非水溶性油分を含む濁質を除去し易くすることができる。

＜外側洗浄工程＞
外側洗浄工程では、外側洗浄ポンプにより供給される洗浄水に、バブリングジェット装置１８により多数のバブルを包含させたバブリングジェット噴流を濾過膜モジュール２の外側から濾過膜８に供給する。バブリングジェット噴流は、洗浄水の流速及びバブルのスクラブ効果により、濾過膜８に付着した非水溶性油分を含む濁質を効果的に除去することができる。詳しく説明すると、濾過槽１に供給された洗浄水は、濾過膜８に沿って下端側から上端側に流れるクロスフローを形成し、排出流路７からオーバーフローする。

＜すすぎ工程＞
すすぎ工程では、外側洗浄流路１９を介して、濾過膜８にすすぎ水を供給し、濾過膜８に付着したテルペンを洗い流す。これにより、次の濾過運転時に処理済水へのテルペンの混入を抑制できる。すすぎ水としては、水、油水混合液、処理済水、酸性溶液、アルコール溶液、界面活性剤溶液等が用いられる。中でも、テルペンを洗い流す効果が大きい酸性溶液、アルコール溶液及び界面活性剤溶液が好ましい。このようなすすぎ水は、洗浄水槽１４に供給されてもよく、外側洗浄流路１９の途中に不図示の流路を介して供給されてもよい。

すすぎ工程で使用される酸としては、炭素数６以下のモノ、ジ又はトリカルボン酸が、テルペンを洗い落とす効果が大きいので好ましい。炭素数６以下のモノ、ジ又はトリカルボン酸としては、例えば酢酸クエン酸等を挙げることができる。

すすぎ工程で使用されるアルコールとしては、炭素数４以下の一価アルコールが、テルペンを洗い落とす効果が大きいので好ましい。炭素数４以下の一価アルコールとしては、例えばエタノール、イソプロピルアルコール等を挙げることができる。

［利点］
当該濾過装置及び当該濾過膜の洗浄方法は、洗浄ユニット３が濾過膜８にテルペンと水とを含有する洗浄水を濾過膜モジュール２の濾過膜８に供給するので、テルペンの作用によって非水溶性油分を含む濁質を濾過膜８から浮き上がらせて容易に除去することができる。

特に、上記テルペンとしてモノテルペン系炭化水素を含むことにより、より容易に濾過膜８から濁質を除去できる。

［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限容易的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

当該濾過装置において、濾過槽内に浸漬される濾過膜モジュールの数は任意であり、２以上であってもよい。

当該濾過装置及び当該濾過膜の洗浄方法において、濾過膜の外側には、バブルを含まない洗浄水を供給してもよく、洗浄水とバブルとを別々の噴射口から供給してもよく、洗浄水又はバブルの一方のみを供給してもよい。

また、当該濾過装置及び当該濾過膜の洗浄方法において、洗浄水を濾過膜モジュールの側方又は斜め方向から噴射してもよい。この場合、濾過膜モジュールを取り囲むよう複数の洗浄水噴射口（好ましくはバブリングジェット装置の吐出口）を配置してもよく、濾過膜の全表面にわたり均一に水流が供給されるよう洗浄水噴射口の位置や形状等を設定することが好ましい。また、洗浄水を側方から供給する場合には、濾過膜の表面において剪断が生じるような水流を形成することが好ましい。また、洗浄水を濾過膜と平行方向に噴射するものと、濾過膜モジュールの側方又は斜め方向から噴射するものとを同時又は交互に使用してもよい。あるいは中空糸に対して旋回流を生じるような斜め上方あるいは斜め下方に噴射ノズルを配列してもよい。このような逆洗水の供給方法は、油水混合液の処理量、濾過槽の大きさ、中空糸膜の密度、原水の油及び濁質の含有量等に応じて選択することができる。

当該濾過装置は、濾過膜モジュールの内部に洗浄水を供給する逆洗流路及び濾過膜モジュールの外側に洗浄水を噴射する外側洗浄流路の少なくとも一方を有していればよい。

当該濾過装置は、逆洗流路及び外側洗浄流路の両方を備える場合、逆洗流路を介して濾過膜モジュールの内部に供給する洗浄水と、外側洗浄流路を介して濾過膜モジュールの外側に噴射する洗浄液との少なくともいずれか一方がテルペンを含有していればよい。

また、当該濾過装置において、逆洗流路と外側洗浄流路とに異なる洗浄水が供給されてもよい。また、洗浄水は洗浄水槽から供給されるのではなく、水にテルペン等をインラインで混合して洗浄水を調製してもよい。

当該濾過装置は、平膜型や積層型の濾過膜を使用する場合等、濾過膜モジュールの構成上可能であれば、バブリングジェット噴流等のバブルを含有する洗浄水を油水混合液の濾過膜通過方向と逆向きに供給してもよい。

当該濾過膜の洗浄方法において、すすぎ工程で濾過膜モジュールの内部にもすすぎ水を供給してもよい。

当該濾過膜の洗浄方法において、外側洗浄工程の後に逆洗工程を行ってもよく、逆洗工程と外側洗浄工程とを同時に行ってもよい。

当該濾過膜の洗浄装置及当該濾過膜の洗浄方法において、洗浄水を濾過時と逆向きに通水する逆洗及び濾過膜に沿って洗浄水を通水するクロスフロー方式による外側洗浄だけでなく、洗浄水が酸性溶液、アルコール、界面活性剤溶液等の濁質を溶解するものである場合には、濾過時と同じ向きに洗浄水を通水して濾過膜を洗浄してもよい。

また、当該濾過装置及び当該濾過膜の洗浄方法において、濾過膜の洗浄効果を促進するために、機械的な装置又は人手により濾過膜をもみほぐしたり、濾過膜に超音波等の振動を加えてもよい。また、濾過膜の外側に洗浄水を噴射する際、濾過槽の内部の液を排出し、濾過膜が露出されるようにしてもよい。

以上のように、当該濾過装置は、濾過膜を目詰まりさせる非水溶性油分を含む濁質を容易に除去することができるので、油田や工場で発生する油水混合液から非水溶性油分を含む濁質を除去するために好適に利用することができる。

１ 濾過槽
２ 濾過膜モジュール
３ 洗浄ユニット
４ 供給流路
５ 吸引ポンプ
６ 出水流路
７ 排出流路
８ 濾過膜
９ 上部保持部材
１０ 下部保持部材
１１ ヘッダー空間
１２ 外枠部
１３ 固定部
１４ 洗浄水槽
１５ 逆洗ポンプ
１６ 逆洗流路
１７ 外側洗浄ポンプ
１８ バブリングジェット装置
１９ 外側洗浄流路
２０ 空気流路

Claims (8)

1. 濾過膜を用いて油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過装置であって、
   濾過槽と、
   この濾過槽内に浸漬される１又は複数の濾過膜モジュールと、
   上記濾過膜モジュールを洗浄する洗浄ユニットと
   を備え、
   上記洗浄ユニットが濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する濾過装置。
2. 上記テルペンがモノテルペン系炭化水素である請求項１に記載の濾過装置。
3. 上記濾過膜の表面が親水性を有する請求項１又は請求項２に記載の濾過装置。
4. 上記濾過膜が親水化処理をしたフッ素樹脂多孔質膜である請求項３に記載の濾過装置。
5. 上記洗浄ユニットが、油水混合液の濾過膜通過方向と逆向きに濾過膜へ上記洗浄水を供給する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の濾過装置。
6. 上記洗浄ユニットが、上記洗浄水をバブリングジェット噴流として供給する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の濾過装置。
7. 上記洗浄ユニットが、濾過膜に酸性溶液又はアルコール溶液を供給する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の濾過装置。
8. 油水混合液から非水溶性油分を分離する濾過膜の洗浄方法であって、
   濾過膜にテルペンと水とを含有する洗浄水を供給する工程
   を備える濾過膜の洗浄方法。

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