JP3694536B2 - 膜モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に汚濁性（殊に有機物の汚濁性）の高い液体を濾過するのに適した新規な中空糸膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中空糸膜モジュールは無菌水、飲料水、高純度水の製造や空気の浄化といった所謂精密濾過の分野において数多く使用されてきたが、近年、下水処理場における二次処理や三次処理、浄化槽における固液分離、産業廃水中のｓｓ（浮遊懸濁物質）の固液分離、浄水場における河川水の直接濾過、工業用水道水の濾過、プール水の濾過等の高汚濁性水処理用途に用いる検討が様々な形で行われている。
【０００３】
然乍、これらの分野で用いられている中空糸膜モジュールは、従来の精密濾過の分野において用いられてきた円形状や同心円状に中空糸膜を収束して配置した円筒形タイプのものが殆どであった。又、改良が施されるとしても、中空糸膜の充填率や充填形態を変えるだけのものが多かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の中空糸膜モジュールを用いて高汚濁性水（例えば、ｓｓ≧５０ｐｐｍ、ＴＯＣ≧１００ｐｐｍ）の濾過処理を行った場合には、使用に伴い中空糸膜表面に付着した有機物等の堆積物を介して、中空糸膜同士が固着（接着）して一体化される事により、モジュール内の中空糸膜の有効膜面積が低下し、濾過流量の急激な減少が見られた。特にこの現象は円筒形モジュールの中心部の中空糸膜において著しく、大型のもの程顕著であった。
【０００５】
本発明者らは、これらの欠点を解消することを目的として、図４、図５に示す様な中空糸膜モジュールを先に提案した（特開平５−２６１２５３号、特開平６−３４２号、特開平６−３４０号等）。
その製造法の一例は中空糸膜編織物を作製し、それを積層し樹脂固定するものである。
【０００６】
これれのモジュールは高汚濁性水の濾過において非常に効力を発揮した。
然乍、１モジュール当りに入れる中空糸膜の本数や中空糸膜編織物の枚数が多くなった場合及びモジュールを複数本使用し且つモジュール間の間隔を詰めて支持固定した場合、中空糸膜編織物間やモジュール間にｓｓの堆積がみられ、若干の濾過効率の低下がみられた。
【０００７】
本発明の目的は、高汚濁性水の濾過に使用しても、モジュール内の分離膜が固着一体化しにくく、又、複数本のモジュールをその間隔を狭く固定しても、中空糸膜の固着がなく濾液水質の面からも十分満足できるモジュールを供給することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、以下の発明により達成される。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
汚濁性の高い液体を濾過するための外圧濾過式の膜モジュールにおいて、中空糸膜若しくは管状膜の集合体が、インターファイバークロッギングを防止するための平膜デプスフィルターで完全に覆われていることを特徴とする膜モジュール。
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。
高汚濁性水の濾過においては、膜面に多くのｓｓや有機物が堆積する。そのために、膜面を水流やエアー、振動、超音波等を用いて堆積物を剥離させ洗浄する必要がある。洗浄を行わない場合には膜面に堆積した有機物等が膜の閉塞の原因となり濾過寿命の低下を招く。
【００１４】
具体的な洗浄方法としては、膜面に平行に水流を流す所謂クロスフロー濾過、膜モジュール浸漬槽にポンプ又はモーター等で水流を起す方法、エアーの上昇流を利用したバブリング法、モジュール自身を振動させる方法、被処理液を超音波により振動させる方法等が挙げられる。
【００１５】
これらの洗浄は、膜面閉塞の進行具合に応じて、連続的に行っても良いし、断続的に行っても良い。
上記洗浄法は、いずれも物理的作用により洗浄を行っている。そのため中空糸膜同士が過度に固着一体化してしまった場合には洗浄効率は極端に低下する。特に、中空糸膜同士が一本の棒状に固着してしまった場合、その洗浄は容易ではない。
【００１６】
中空糸膜膜間にＳＳ等が堆積し、複数の中空糸膜が固着一体化してしまうような状態をインターファイバークロッギングと呼んでいる。インターファイバークロッギングの発生は、ペーパー、髪の毛、繊維等の難分解固形物が中空糸膜に絡まってしまうことが原因となることが多く、そこを核として、汚泥やＳＳ等が中空糸膜に堆積しインターファイバークロッギングが成長していく。
【００１７】
インターファイバークロッギングを防止するためには、平膜を用いることが一つの解決策となる。然し、容積当りの膜面積が大きくとれないため容積効率を同一にしようとすると孔径の大きな膜が必要となる。孔径の大きな膜を用いた場合には、濾液中に若干の水質の低下（例えば、細菌リーク、濁度の検出等）がみられる。
【００１８】
本発明は、中空糸膜のコンパクトなモジュールを作製できるという利点と、平膜のインターファイバークロッギングに強いという利点とを組み合わせた膜モジュールである。
【００１９】
以下、本発明の膜モジュールについて説明する。
図１は本発明の膜モジュールの一例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。本発明の膜モジュールは、基本的にはハウジング１、固定部材２、中空糸膜３、平膜４で構成される。
【００２０】
ハウジング１は、膜モジュール全体を維持する部材として機能し、細長いほぼ矩形の開口部を有する。その材質は機械的強度及び耐久性を有するものであれば良く、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹脂等が例示される。使用後に焼却処理が必要な場合には、燃焼により有毒ガスを出さずに完全燃焼させる事のできる炭化水素系の樹脂を材質とするのが好ましい。
【００２１】
ハウジング１の開口部は、そこに中空糸膜を伴って充填固定される固定部材の中空糸膜に垂直な断面の形状が細長いほぼ矩形となるようなものである事が必要であり、この矩形の短辺の長さが３０ｍｍ以下となる事が好ましく、１５ｍｍ以下となる事が特に好ましい。
【００２２】
このように、中空糸膜の配設状態を平坦なシート状として展開する事で、これらを覆う平膜プレフィルターの容積効率をアップさせることができる。尚、矩形の長辺の長さについては特に限定はないが、余り短いと一つの中空糸膜モジュール内に配設できる中空糸膜の本数が減少するので好ましくなく、一方余り長いと製造が困難になるので好ましくない。通常長辺の長さは１００〜２０００ｍｍ程度とされる。
【００２３】
固定部材２は、ハウジング１の開口部に充填固定され、多数のＵ字状中空糸膜３の各端部を開口状態を保ったまま収束して固定され、更に、この中空糸膜を濾過膜として機能させるために、被処理水と処理水とを液密に仕切る部材として機能する。固定部材２は、同時に平膜フィルターの固定部材としても機能する。
固定部材２は、通常、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン等の液状樹脂を硬化させて形成される。
【００２４】
中空糸膜３としては、種々のものが使用でき、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリスルフォン系等の各種材料からなるものが使用できる。但し、編地への加工のしやすさなどを考えるとポリエチレン等の強伸度の高い材質のものが好ましい。尚、濾過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はない。
【００２５】
中空糸膜３を、構造材１の細長いほぼ矩形の開口部にＵ字状に収束して収納するには、中空糸膜を例えば緯糸として用いて編地としたものを一枚、又は編地を数枚積層した積層体を使用するのが好適である。従来の円筒形モジュールの場合には、綛取りして収束した中空糸膜を円筒形の構造材内に収納するのに困難はなかった。
【００２６】
一方、細長い矩形の開口部に対して綛取りした中空糸膜を収納するのは困難であるが、編地を用いれば容易に収納することができる。尚、ここでいう編地の積層には、編地を切断せずに適当な長さに折り畳み重ねたものをも包含する。
【００２７】
編地の積層（折り畳み）枚数は、編地の厚さ、即ち中空糸膜の太さや編地を編成する際の中空糸膜の合糸本数によっても変化するが、通常は５枚程度までであり、前述した固定部材の矩形断面の短辺の長さの制限を満たすように構成するのが好ましい。
【００２８】
平膜４は図２に示すように中空糸膜の回りを完全に覆い、平膜の孔径以上の懸濁物質を膜面に捕捉する。平膜のプレフィルター効果により中空糸膜面及び膜間にはインターファイバークロッギングの核となる濁質が堆積しなくなる。
【００２９】
平膜の孔径は特に制限はないが、０．１〜１００μｍの範囲を挙げることができる。空孔率、膜厚等も特に制限はない。
素材も特に制限はないが、一例を挙げるとセルロース系、アクリル系、ポリオレフィン系等を挙げることができる。
【００３０】
平膜は、１００％表面捕捉のスクリーンフィルターはオーバースペックとなる可能性も高いことから、コストの面や、膜面にケーキ層が形成されケーキ濾過が行われる点等を考慮し、不織布等をベースとしたデプスフィルターを用いる。
【００３１】
以上の実施例においては、平膜の容積効率を高める面から矩形モジュールの例をもとに説明を行ったが、円筒形モジュールにおいても同様の構成（平膜プレフィルター＋中空糸膜又は管状膜）を取ることが可能である。
【００３２】
本発明の膜モジュールは、モジュールを密閉容器に配設して、被処理水を加圧して中空糸膜を透過させる所謂加圧濾過法も採用できるが、図３に示すように活性汚泥槽や沈澱槽等に膜モジュールを配設し、中空糸濾過膜を透過した処理水を回収するサイドを吸引する吸引濾過法で使用することが望ましい。
【００３３】
本発明の吸引濾過法には間欠吸引濾過法を含む。
特に、周期的に所定時間吸引を停止する、所謂間欠吸引運転方法を採用することにより、膜面堆積物がプレフィルター内部の細孔へ入り込むのを効率的に防止することができる。
【００３４】
吸引濾過を行う際に、モジュール外の被処理水は停止させておいてもよいが、攪拌或は被処理水を中空糸膜の配設方向に対してほぼ垂直に流して中空糸膜の膜面の洗浄効率をアップさせつつ実施することが好ましい。
以上中空糸膜を主体として説明したが、中空糸膜に替えて管状膜を使用すれば同様に本発明の膜モジュールを作製出来る。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の膜モジュールは、平膜と中空糸膜を効果的に用いることにより、高汚濁水濾過において高流量、長寿命の濾過を提供できる。特に中空糸膜のみの濾過では中空糸膜間に濁質の堆積するインターファイバークロッギングが起こるような場合には特に効果を発揮する。
【００３６】
本発明の膜モジュールは、下排水処理における固液分離、産業廃水処理（固液分離）、川水濾過、工業用水道水濾過、プール水濾過、食品工業等における用水濾過及び製品の清澄濾過、酒・ビール・ワイン等の濾過（特に生製品）、製薬・食品工業等におけるファーメンターからの菌体分離、染色工業における用水及び溶解染料の濾過、海水濾過、ＲＯ膜における純水製造プロセス（含、海水淡水化）における前処理濾過、イオン交換膜を用いたプロセスにおける前処理濾過、イオン交換樹脂を用いた純水製造プロセスにおける前処理濾過等に効果的に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】図１の膜モジュールの横断面図である。
【図３】本発明の膜モジュールの支持方法の一例を示す斜視図である。
【図４】矩形に成型した中空糸膜モジュールの一態様を示す斜視図である。
【図５】矩形に成型した中空糸膜モジュールの他の一態様を示す斜視図である。
【図６】矩形に成型した中空糸膜モジュールの支持状態の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
２ 固定部材
３ 中空糸膜
４ 平膜フィルター
５ 流出口
６ 散気板

Claims (1)

1. 汚濁性の高い液体を濾過するための外圧濾過式の膜モジュールにおいて、中空糸膜若しくは管状膜の集合体が、インターファイバークロッギングを防止するための平膜デプスフィルターで完全に覆われていることを特徴とする膜モジュール。

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