JP2922059B2

JP2922059B2 - 中空糸膜濾過器の運転方法

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Publication number: JP2922059B2
Application number: JP18384192A
Authority: JP
Inventors: 克巳奥川; 博幸小出
Original assignee: ORUGANO KK
Current assignee: ORUGANO KK
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JPH0623240A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体産業用水処理、
発電所用水処理、上水の前処理、廃水処理など懸濁物を
含んだ液を濾過して、除濁により清水を得るための中空
糸膜濾過器の運転方法に関し、詳しくは、内圧式の中空
糸膜濾過器にクロスフロー流で被処理液（通常「水」を
対象とする）を流して処理水を得る場合に、濾材寿命の
延長、所要動力の低減に有効な運転方法を提供するもの
である。

【０００２】

【従来技術】懸濁物を含む液から濁質を除去して清澄な
液を得る除濁装置は、多くの産業分野で利用されてお
り、その構成も極めて多種に渡っている。

【０００３】例えば原子力発電所の復水処理では、プリ
コート型濾過器、中空糸膜濾過器等、半導体工場の超純
水の前処理等純水装置の除濁処理では、凝集沈澱濾過装
置等が用いられている。本発明において対象とする中空
糸膜濾過器もその除濁装置の一つとして用いられてお
り、一般的には、膜濾過器の管内に懸濁物を含む被処理
水を流通させて、その圧力により水だけを膜の管外側に
透過させ、懸濁物を膜で阻止する除濁処理装置として使
用されている。

【０００４】ところで、この内圧式の膜濾過器では、濾
過に際して阻止された懸濁物が濾材表面（中空糸膜の内
側面）に堆積し、この堆積物の量が増加すれば、堆積層
を通過する水の抵抗が増し、濾過差圧が上昇するので、
濾過差圧が一定程度まで上昇した時点で逆洗等の洗浄に
より堆積物を除去し、差圧の回復を行なうのが通常であ
る。また、堆積物の質，量によっては、通常の逆洗等で
はこの堆積物が容易に除去されないので、薬品による溶
解もしくは膜の交換が必要になる。

【０００５】しかし工業的には、濾材の寿命延長や逆洗
廃液量の低減が望まれることから、できるだけ濾材表面
に懸濁物を堆積させない目的で工夫された運転法が従来
から行なわれている。具体的には、内圧式の膜濾過器に
おいては、膜の管内に流入させた被処理水の全量を膜の
管外側に透過させる（これを一般に全量濾過方式とい
う）のではなく、流入させた被処理水の一部を管外側に
透過させ、残部を膜を透過させることなく非透過水とし
て取り出す、いわゆるクロスフロー濾過方式を利用する
と共に、前記非透過水を膜の入口側に循環するように
し、この循環水の流量を可能な限り大きくして管内の水
の流速を高くすることにより、管内面の掃流力を利用し
て上記の堆積量を低減する方法が採用されている。

【０００６】図４は原子力発電所における懸濁物として
酸化鉄を含む機器ドレン廃液を、内圧式の超濾過器で非
透過水を循環しながら膜濾過処理した時の結果を示した
ものであり、内径１０〜２５ｍｍφのチューブ型濾過膜
では、循環水量１〜５ｍ³ ／ｈｒ、循環水の管内流速２
〜４ｍ／ｓｅｃで運転すると、図から分かるように循環
水量が少ないほど、すなわち管内流速が遅いほど透過液
流量の時間当たりの低下は大きくなっており、上記の管
内流速を高くする運転方法の効果が確認される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、本発明者等
の研究によると、内圧式の膜濾過器における管内の流速
を高くする方法は、必ずしも全ての膜濾過器において有
効な運転方法でなく、例えば内径が小さく管内流動抵抗
が大きな中空糸膜濾過器では、その効果のないことが分
かった。

【０００８】その理由を以下に説明する。管内流動抵抗
が大きな中空糸膜濾過器、例えば内径０．３〜２ｍｍφ
程度の中空糸膜濾過器を内圧式で運転する場合、この濾
過器では中空糸膜の内径が小さいため単位長さ辺りの管
内流動抵抗が大きくなる。このため、例えば１０ｍｍφ
以上の大きな内径をもつ膜濾過器では可能な３ｍ／ｓｅ
ｃ以上の乱流域での運転ができず、管内流動抵抗が大き
な中空糸膜濾過器では一般に被処理水を１ｍ／ｓｅｃ前
後の流速で流す運転を行なうことになる。しかしこのよ
うな条件で運転を行なうと、局所的に中空糸膜の入口部
分の堆積物量が大きくなるという現象が現われ、これに
原因して膜全体の差圧上昇も早くなるという結果になっ
てしまう。

【０００９】図３はこのような現象をモデル的に説明す
るための図であり、図中の２１を内径０．３〜２ｍｍ
φ、長さ５０ｃｍ以上の中空糸膜とし、これを内圧式ク
ロスフロー流で被処理水の管内流速を１ｍ／ｓｅｃ程度
に確保して運転を行なったとすると、その管内流動抵抗
は０．５ｋｇ／ｃｍ² 以上となる。このため、中空糸膜
入口側端部と出口側端部の圧力差は０．５ｋｇ／ｃｍ²
以上となり、膜内側から膜外側に透過する水の膜透過流
速がその分異なる。例えば図３の中空糸膜２１が約０．
５ｋｇ／ｃｍ² の圧力差で透過液流量が２倍になる膜で
あるとすると、膜透過水量Ｑｘは、膜入口部と膜出口部
では２：１になる。その結果、入口部の膜面に対する堆
積物量がその分多くなる。膜濾過において濾過流速と差
圧上昇の関係は（差圧上昇）＝（流速）² （“精密ろ
過”「分離技術の基礎と新しい展開−機械的分離技術
−」；化学工学協会関東支部（1988））であるから、中
空糸膜の入口部の差圧上昇は早く、堆積物による膜面の
閉塞が進行する。そして閉塞により差圧が上昇すること
はその部分の透過水流量が低下することを意味し、透過
水流量を一定にした濾過器の運転を行なう場合にはその
低下した分を他の膜面で補うことになるから、他の部分
の膜面の透過水流量すなわち流速を全体比例的に少しづ
つ増加させることになる。

【００１０】そして膜の透過差圧は流速に比例するか
ら、膜の透過水流速が増加することは膜差圧の上昇とな
って、中空糸膜濾過器の差圧上昇が早くなる結果を招
く。

【００１１】本発明者等は以上のような知見に基づいて
更に研究を重ね、内圧式で使用する膜濾過器において従
来一般に有効と考えられていた管内流速を高くする運転
方法に変えて、濾過器の寿命延長、逆洗等の洗浄頻度低
減に有効な新規な運転方法を、本発明によって提供する
ことを目的とする。

【００１２】また本発明の別の目的は、弁，配管，ポン
プ等の諸設備の小型化を可能とし、これによって設備費
の大幅な低減を実現すると共に、容量の小さなポンプの
使用を可能として動力費が安価で、処理コストを安価と
することができる濾過器の運転方法を提供するところに
ある。

【００１３】また更に本発明の別の目的は、上記の洗浄
頻度低減等により、使用する薬品量が少ないためにラン
ニングコストが安価であり、また洗浄水の廃液処理のた
めの設備負担や廃水処理量を低減できる濾過器の運転方
法を提供するところにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を実現
するために、本発明者は上記特許請求の範囲の各請求項
に記載した中空糸膜濾過器の運転方法の発明を完成し
た。

【００１５】本発明の特徴の一つは、例えば内径０．３
〜６ｍｍ、特には内径０．７〜２．０ｍｍで、長さ５０
ｃｍ以上、一般的には５０〜２５０ｃｍの中空糸膜を用
いて構成した濾過器の中空糸膜の管内に懸濁物を含んだ
被処理液を流入させ、当該被処理液の一部を中空糸膜の
管外側に透過させて処理液となすと共に、被処理液の残
部を中空糸膜を透過させることなく非透過液として中空
糸膜の管端部より取り出すようにした内圧式の中空糸膜
濾過器において、上記非透過液の流量を、中空糸膜管内
のレイノルズ数が４００以下、好ましくは１５〜２５
０、最適には７５〜１５０となるように設定することを
特徴とする中空糸膜濾過器の運転方法にある。

【００１６】本発明において使用する中空糸膜として
は、精密濾過膜、限外濾過膜等を挙げることができる
が、一般的には膜透過液流量が圧力１ｋｇ／ｃｍ² の条
件下で１００リットル／ｈｒ・ｍ² 以上の膜、特には２
５０リットル／ｈｒ・ｍ² 以上の高透液性膜を用いる場
合に本発明の特徴が効果的に奏される。

【００１７】本発明の運転方法においては、上記の中空
糸膜濾過器の管内に懸濁物を含んだ被処理液をクロスフ
ロー流で流し、内圧により中空糸膜の管外側に処理液を
透過させる際に、透過液流量が５０リットル／ｈｒ・ｍ
² 以上、好ましくは６０〜８０リットル／ｈｒ・ｍ² と
なるように運転することがよい。

【００１８】本発明の方法を適用し得る濾過器は、中
空糸膜濾過器に対して被処理液をクロスフロー流で流す
ものであればよく、非透過液を一過性の流れで系外に排
出することもできるが、通常は非透過液を中空糸膜濾過
器の入口側原液に循環させる循環型で使用する運転方法
が好ましく採用される。

【００１９】以上のような構成の濾過器において、ある
設定された透過液流量の下で非透過液流量を小さく設定
することで管内流動抵抗を効果的に小さな値とすること
ができる。例えば、循環水（非透過水）流速１ｍ／ｓｅ
ｃ以下で、管内を流れる循環水のレイノズル数が１５〜
２５０となるようにして、例えば循環水量を透過水流量
と略同程度に維持して循環水を流すことで、０．３〜２
ｍｍφ、５０ｃｍの中空糸膜の管内流動抵抗は０．２ｋ
ｇ／ｃｍ² 以下とすることができる。

【００２０】これにより、中空糸膜における入口部と出
口部の膜の透過流速の差は小さくでき、中空糸膜は入口
部から出口部まで略一定の濾過流速と濾過差圧で運転す
ることが可能となるから、本発明の運転方法においては
（差圧上昇）＝（流速）² の関係で加速された流量低下
を補う必要がないため、膜差圧の上昇ひいては濾過器の
差圧の上昇を防止できる。

【００２１】

【実施例】以下本発明を図面に示す実施例に基づいて更
に説明する、図１は本発明の方法を適用する濾過装置の
構成概要一例を系統フロー図として示したものであり、
この図において１は原水タンクであり、入口弁２を介し
て懸濁物を含む原水（実施例ではつくば工業団地の工業
用水）を一時貯留する。

【００２２】この原水タンク１に貯留された原水は、配
管３を通して送水ポンプ４及び入口弁５，５を介して、
本例では２系列の限外濾過膜（ＵＦ）中空糸モジュール
６，６にクロスフロー流で流され、膜透過水は出口弁７
を介して処理水タンク８に送られるようになっている。
なお図１ではＵＦ中空糸モジュールを模式的に図示して
いる。

【００２３】９，９はＵＦ中空糸モジュール６，６の非
透過水流量を制御する出口流量コントロール弁であり、
非透過水はこの出口流量コントロール弁９，９を介して
循環用配管１０を介して原水タンクに戻されるようにな
っている。

【００２４】なお１１は循環遮断弁、１２はブロー弁で
あり、上記の各弁の開閉切換えの操作と共に開閉が切換
えられて、ＵＦ中空糸モジュール６の逆洗洗浄の際に、
逆洗水をブロー弁１２を介して系外に排水するように設
けられている。

【００２５】本発明においては、以上の構成を有する濾
過装置において、出口流量コントロール弁９により非透
過水流量を調整して、中空糸膜管内を流れる非透過水の
レイノルズ数が４００以下、好ましくは１５〜２５０と
なるように設定することにその特徴がある。

【００２６】試験例１本発明の効果を確認するために以下の試験を行なった。

【００２７】上記構成の濾過装置において、ＵＦ中空糸
モジュール６に、内径０．５ｍｍφ、長さ１ｍのアクリ
ルニトリル（ＰＡＮ）製中空糸膜（分画分子量５０００
０）を２０５０本束ねて、３^B ＰＶＣパイプに収納した
中空糸膜モジュールを使用し、以下の条件で非透過水を
原水タンク１に循環させて、膜差圧上昇の比較を行なっ
た。

【００２８】中空糸膜の膜透過液流量：５３０リットル
／ｈｒ・ｍ² （圧力１ｋｇ／ｃｍ²）原水（被処理水）：つくば工業団地の工業用水透過水流量：０．４ｍ³ ／ｈｒ（一定）循環水の管内レイノルズ数（モジュール出口を基準として）：８６、２３８、
３８９、８００（循環水の流量：ｍ³ ／ｈｒ）（０．４）（１．１）
（１．８）（３．７）通水時間：５分に１回の逆洗を行なって１５００時間以上の試験を行なった結果を、図２の図表に示した。

【００２９】この結果から分かるように、レイノルズ数
が大きい程（循環水量が多い程）、膜差圧の上昇が大き
くなり、従来考えられていたレイノルズ数を８００以上
で運転する場合に比べて、４００以下、好ましくは２５
０以下で、長時間運転した場合の膜差圧の上昇が小さく
できることが確認された。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、内圧式で
使用する膜濾過器において従来一般に有効と考えられて
いた管内流速を高くして循環水量を透過水量の１０倍程
度として循環運転を行なう方法とは全く異なり、例えば
循環水量を透過水流量と略同程度に維持した新規な運転
方法を本発明によって提供でき、これにより、中空糸膜
濾過器の寿命延長、逆洗等の洗浄頻度低減を実現できる
という効果がある。

【００３１】また、本発明によれば、循環水量が従来に
比べて１／５〜１／１０となるため、弁，配管，ポンプ
等の諸設備の小型化が可能であり、これによって設備費
の大幅な低減を実現できると共に、容量の小さなポンプ
の使用が可能であるため動力費が安価で、処理コストを
安価とすることができるという効果もある。

【００３２】更に本発明によれば、洗浄回数を従来に比
べて少なく出来るため、使用薬品量が少なくなり、また
洗浄廃水の処理設備の負担軽減や廃水処理量を低減でき
るという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する濾過装置の構成概要一例を系
統フロー図として示した図、

【図２】内圧式の中空糸膜濾過器に懸濁物を含む被処理
水をクロスフローで流した時の管内レイノズル数と、単
位時間当たりの差圧上昇程度の関係を示した図表、

【図３】中空糸膜に従来の被処理水を高流速で流す運転
方法で被処理水を流したときの透過水流量の分布状態を
モデル的に示した図、

【図４】チューブラ型膜濾過器に被処理水を流した時の
循環流速の大きさと、差圧上昇の関係を示した図。

【符号の説明】

１・・・原水タンク、３・・・送水配管、４・・・送水
ポンプ、５・・・入口弁、６・・・ＵＦ中空糸モジュー
ル、７・・・出口弁、８・・・処理水タンク、９・・・
循環流量コントロール弁。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】濾過機能を有する中空糸膜の管内に懸濁
物を含んだ被処理液を流入させ、当該被処理液の一部を
中空糸膜の管外側に透過させて処理液となすと共に、被
処理液の残部を中空糸膜を透過させることなく非透過液
として中空糸膜の管端部より取り出すようにした内圧式
の中空糸膜濾過器において、上記非透過液の流量を、中
空糸膜管内のレイノルズ数が４００以下となるように設
定することを特徴とする中空糸膜濾過器の運転方法。
【請求項２】請求項１において、濾過器の中空糸膜
が、膜透過液流量が圧力１ｋｇ／ｃｍ² の条件下で、１
００リットル／ｈｒ・ｍ² 以上の膜であることを特徴と
する中空糸膜濾過器の運転方法。
【請求項３】請求項１又は２において、透過液流量が
５０リットル／ｈｒ・ｍ² 以上となるように運転するこ
とを特徴とする中空糸膜濾過器の運転方法。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかにおいて、中
空糸膜濾過器の非透過液を、該中空糸膜濾過器の入口側
原液に循環させることを特徴とする中空糸膜濾過器の運
転方法。