JPH04176327A

JPH04176327A - 中空糸膜濾過方法および中空糸膜濾過装置

Info

Publication number: JPH04176327A
Application number: JP30248290A
Authority: JP
Inventors: Giichi Ito; 義一伊藤; Taku Kono; 鴻野　卓; Kanroku Naganami; 長南　勘六
Original assignee: Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1992-06-24
Anticipated expiration: 2009-08-03
Also published as: JPH0657305B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は河川水、湖沼水、し尿、下水、用水、廃水等の
液中に含まれる懸濁物の濾過、特に藻類等を多く含む水
を濾過するための中空糸膜濾過袋の洗浄方法ならびに中
空糸膜濾過装置に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に精密濾過膜と称される膜の有する孔径は０．０１
！！ｍ〜数如である。これらの孔径を存する中空糸膜濾
過には膜の外側から内側に液体を濾過する外圧型とその
反対の内圧型かある。

本発明の対象とする液中にはＳＳとして洗浄で除去しや
すい無機物以外に濾過装置内にスライムを生じさせやす
い藻類、バクテリア（活性汚泥等）か多量に含まれてい
る。また、上記物質の他に色度、マンガン、微量有機物
等の溶解性物質か含まれている。これらの原水は現在一
般にＳＳ除去には〔凝集沈殿→濾過〕、〔加圧浮上→濾
過〕等の方式で溶解性物質に対しでは活性炭処理方式等
で処理されている。

これらの従来の処理方式に比較して中空糸膜濾過装置は
、１）溶解性物質以外の処理水の水質が非常によい（微生
物をほとんど除去）２）無薬注で行える可能性かある。

３）将来の膜技術の進歩か望める。

等の理由から実用化の技術開発か諸々行われている。

しかし、現状は下記の如（である。

（１）　　内圧型は膜面の流速を上げ、中空糸膜内側の
汚染を防止し、フラックス（単位時間、単位面積当たり
の処理水量）を維持するためクロスフロー流量か原水の
５〜２０倍必要であり、動力費か高い。それ放膜コスト
を合わせると現在の凝集沈殿濾過方式に競合てきるとは
いえない。

それ故、処理コストよりも設置面積、取扱いのし易さを
優先するし尿処理および有機系のＳＳか少ない井水等の
処理に限定されている。

（２）外圧型は０．５〜２時間濾過の後、数分間の空気
を用いた逆洗を行っているが、全濾過方式、クロスフロ
一方式いずれても数週間以内にスライムかモジュールに
即ち中空糸表面に生じフラックスを低下させてしまう。

このスライムは空気を用いた現状の洗浄方式ではモジュ
ールからの剥離、除去は困難である。外圧型のこれら対
象水への実用化は今後の課題である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、富栄養化した湖沼水を対象に実用的規模の実
験を行った結果、得られたちのである。

富栄養化した湖沼水では外圧型中空糸膜濾過装置の各モ
ジュールに、即ちモジュールを構成する多数の中空糸の
１本１本の各部に数週間でスライムか生じてしまう。こ
のスライムは従来から用いられている空気洗浄、例えば
下記の方法を行っても、よく空気と接触している即ちよ
く振動しているモジュール、また同一モジュールでも良
く空気と接触している部分のスライムか剥離でき、その
剥離したスライムの一部を系外に除去できるたけである
。

（洗浄工程）　　　　時間　　備考（１）空気バブリング　２０秒　ＬＶ３０〜４０ｍ／ｈ
ｒ濾過装置断面積に対して（２）水洗　　　　　　１０秒　３ｋｇｆ／ｃｍ２てＬ
Ｖｏ、　３ｍ（膜の内→外へ）　　　　　／ｈｒ（３）空気バブリング１２０秒　　（１）と同じ（４）
　　ドレンＩ　　　　　５０秒　塔下部からドレン（５
）洗浄　　　　　　６０秒　塔上部から原水て（６）ト
レンＩＩ　　　　　５０秒　塔下部からドレン（７）満
水スライムか生じたモジュールのフラックスは、例えば膜
孔径０．１ｔ！ｍの中空糸では膜面積に対してＬＶＯ，
１ｍ／ｈ−０，０３ｒｎ／ｈに低下してしまう。そして
フラックス回復のためには薬品洗浄か必要であり、例え
ば、４％Ｎａ　ＯＨ液、０．５％ＨＣＩ液に各々数時間
浸しておく必要かある。従来効果かあるといわれていた
次亜塩素酸ソーダ法は効果はない。

このフラックス低下の原因を詳細に分析してみると下記
の如くであった。

■　空気バブリングによりスライムを剥離させると通水
初期フラックスか回復する。

■　しかし、この剥離は一部は完全にモジュールを構成
する中空糸から剥離し、系外に排出されるか、多くのも
のは中空糸膜表面から剥離しかかった状態であり系外に
排出されにくい。これはスライムか中空糸と中空糸との
間にまたがって付着しているためである。そのため濾過
作用数分後この剥離しかかったスライムか再び中空糸膜
表面を覆ってしまいフラックスは以前の低い値にもとる
。

■　中空糸膜の断面を顕微鏡（ＳＥＭ’）観察しても短
期的（〜数週間）には膜の孔内部はＳＳで閉塞していな
い。この閉塞は膜孔径０．０３虜〜０．１ρでは数カ月
単位で少しずつ進行していくものと思われた。

■　それ故２〜３週間毎に薬品洗浄か必要な主たる原因
は膜孔の内部閉塞か主原因ではない。スライムによって
、中空糸膜表面の孔の部分か徐々に覆われていくことに
よる。

■　それ故これらスライムの濾過装置内の発生防止のた
めに、また発生した場合、物理的に除去てきる洗浄方法
かあればフラックス低下は数カ月間に亘って防止てきる
ことかわかった。したがって、本当に必要な薬品洗浄は
膜孔の内部閉塞に支配されることかわかった。

また、処理水質面では懸濁物質の除去効率はよいが溶解
性物質を起因とする色度、トリハロメタン等微量有機物
および塩素との反応で発色の原因となるＭｎイオン等は
ほとんど除去されていない。

本発明はこのスライム等の付着物を効果的に剥離し、系
外に排出する方法を提供し、従来適用分野か限定されて
いた外圧型中空糸膜の用途を拡げるものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は下記（１）〜（５）記載のものであり、これに
より上記課題を解決できる。

（１）少なくとも外圧型中空糸膜モジュールからなる濾
過部か設けられた中空糸膜濾過装置の洗浄方法において
、該濾過装置に存在させた担体を少なくとも水流により
運動させて該濾過部に付着した付着物に接触させること
により該付着物を除去することを特徴とする中空糸膜濾
過装置の洗浄方法。

（２）前記濾過部の水を装置系内と装置系外を循環させ
て担体の流動化を促進し、洗浄効果をあげることを特徴
とする上記（１）に記載の中空糸膜濾過装置の洗浄方法
。

（３）担体を流動化させる水流を濾過部で不均一にし、
局部的な洗浄効果を高めるとともに連続的に不均一な水
流部を移動させ洗浄することを特徴とする上記（１）記
載または（２）記載の洗浄方法。

（４）少なくとも外圧型中空糸膜モジュールからなる濾
過部か設けられた中空糸膜濾過装置において、該濾過部
に付着した付着物に少なくとも水流により接触させ、該
付着物を除去するための担体と、該水流発生のための散
水装置とを有することを特徴とする中空糸膜濾過装置。

（５）前記担体として中空糸膜では除去てきない水中の
溶解性物質を吸着する吸着材を使用し、溶解性物質を除
去することを特徴とする上記（４）記載の中空糸膜濾過
装置。

本発明か適用てきる中空糸膜濾過装置は、少なくとも外
圧型中空糸膜モジュールからなる濾過部か設けられたも
のであるならば、特にその濾過部およびその他の付属装
置の構成は制限されることはなく、従来公知のものを使
用することかできる。

典型的には、濾過処理水集水部か該濾過装置上部に中空
糸膜モジュールに連通して設けられ、原水流入管、排出
管等を備えたもの等や曝気槽等の生物処理槽に中空糸膜
モジュールからなる濾過部を設けたもの等、固液分離手
段として用いられるものなら全ての装置に適用できる。

本発明に於ける外圧型とは、中空糸外部の被処理水か中
空糸膜を経て中空糸内部に濾過水か至るように該膜と被
処理水との界面に圧力差か印加される型を意味し、その
圧力差を生じさせる手段は特に制限なく、従来公知の手
段を使用できる。

本発明において、担体に印加され担体を浮遊、流動化さ
せ中空糸膜の付着物を洗浄する時の「少なくとも水流」
とは少なくとも水自体の量か装置系内で変化、例えば、
装置系内への水の噴出、装置系外への水の排出等をする
ことによりもたらされる水の流動を少なくとも包含すれ
ばよい。

従って、本発明における水流発生手段は、特に制限され
ず、担体と中空糸膜か接触可能てあれば公知の手段を使
用できる。具体的には、水単独の他、空気等の気体と水
を混合して使用しても、水と気体を別々に同時または開
時に併用してもよい。

そのために、本発明においでは、上記条件を満足するな
らば任意の該水流発生手段を具備することができる。具
体的には、水を装置内の担体へ供給するための散水装置
か挙げられるか、これは気体を装置内へバブリングする
ための散気装置と兼用されていてもよく、別途散気装置
を具備してもよい。また、散水装置の濾過装置内に於け
る設定位置等の構成は任意であるが、−船釣には濾過部
下部に設けられる。

本発明においでは、担体の機能か発揮されれば、特にそ
の詳細な洗浄方法は制限されない。

該洗浄方法として具体的に例示すれば、単に濾過装置内
に水を満たし挿入する水の水流による方法の他、水が装
置系内と装置系外間で循環するように管路、ポンプ等を
配備することがてきる。後者の方法は、洗浄水の節約と
担体の流動化を促進できるので好ましい。

また、上記（３）記載において水流を濾過部で不均一に
し、局部的な洗浄効果を高めるとともに連続的に不均一
な水流部を移動させるために使用できる手段は特に制限
されないか、例示すれば、散水装置の散水部位からの水
放出のオン・オフおよび／または放出量を制限する手段
、散水部位からの水放出の方向を制御する手段、これら
両者の併用等が挙げられる。この場合、該散水部位は、
連続でも非連続でもよく目的に応じて制御される領域を
区分しても、単独のものを並列に配置してもよい。

本発明において使用される担体とは、該少なくとも水流
によって浮遊、あるいは運動せしめられて、中空糸膜濾
過装置の濾過部、特に膜表面に付着したスライム、ＳＳ
等の懸濁物質からなる付着物に衝突、接触し、摩擦等に
より該付着物を剥離、除去する機能を有し、かつ中空糸
膜に対し損傷等の悪影響を与えないものを意味し、上記
機能を存するものであれは、形状、材質等は任意である
。

本発明の担体は溶解性物質を吸着除去する機能を上記付
着物の除去機能以外に有していてもよい。

本発明に用いられる主として懸濁物質の除去機能を有す
る担体（以下、懸濁物質除去用担体と言う。）としでは
、具体的には、比重１前後からよりすこし大きい好まし
くは０．７〜３の素材か挙げられ、現状の中空糸膜より
低強度の合成樹脂、例えば、ポリエチしン等の球状、筒
状、スポンジ状等が挙げられ、サイズとしでは、０．５
ｍｍ〜３０ｍｍ程度の範囲か挙げられる。これら、担体
は、濾過装置の処理容量の１０〜８０％量含有されると
よい。

本発明に用いられる担体てあって、中空糸膜洗浄機能の
他に溶解性物質を除去する機能を有する吸着剤としでは
公知のものか使用でき、例示すれば、マンガンイオンの
除去であれば、マンガン砂を、色度、臭気、トリハロメ
タン等微量有機物の除去であれば活性炭を使用してもよ
い。

砂、活性炭等の吸着剤の比率を多くした場合、懸濁物質
除去用担体の比率を多くした場合に比へ担体の浮遊、運
動に対する水量を多くとる必要かある。

これら吸着剤による中空糸の損傷は懸濁物質除去用担体
に比べ大きくなるが、これは中空糸の強度の増加によっ
て対応できる。

また、担体運動のための水は、原水や処理水を用いるか
、公知の洗浄液を用いてもよく、常温で液体であるなら
任意の液体か使用できる。

担体運動のための水量は、付着物の種類、付着状態、担
体の種類等によって種々選定することかできる。

本発明法においでは、該担体は、濾過装置に永続的に予
め存在させておいても、中空糸膜洗浄時に濾過装置内に
添加し、洗浄後この担体を除くようにしてもよい。

また、本発明の洗浄方法は、被処理水の導入を止めて中
空糸膜による濾過処理を停止した状態で行っても、被処
理水の導入を行いつつ濾過処理を継続したまま行っても
よく、かつ本発明装置はそのように適宜設計できる。

また、本発明においでは洗浄処理に使用される水は、洗
浄能力かある水質であれば特に制限はないか、例示すれ
ば、被処理水、所望により処理水、あるいは苛性ソーダ
、塩酸、次亜塩素酸ソーダ等の公知の洗浄用薬剤を添加
したものでもよい。

本発明は、河川、湖沼水等の処理に特に効果的であるか
、本発明は被処理水の種類は、特に制限されず上記以外
に任意の濾過可能な水、例えは、活性汚泥スラリー、存
機性汚水等を包含することかできる。

以下、本発明の好ましい態様を説明する。

本発明はスライム等の付着物を効果的に剥離するために
中空糸膜モジュールを装填した濾過塔内に比重１．０前
後、好ましくは０．７〜１．２の粒径０．５ｍｍから２
０ｍｍの球状物等の担体か存在する状態てモジュール濾
過部の下方から水を導入し、担体の流動化を行いつつこ
の充填物と各モジュールの中空糸の摩擦により中空糸か
ら付着物を剥離していくのである。そして好ましくは濾
過塔内の水の一部を濾過塔上部より排出しポンプで濾過
塔下部へ循環させ、循環ラインの一部から常時少量排水
することにより剥離した付着物を排出する。上記によれ
は特に洗浄や付着物の排出などて運動を停止することな
く連続的に処理できる。

本発明に用いる担体はモジュールを構成する中空糸の糸
径にもよるか０．５ｍｍから３０ｍｍ直径のものか適当
である。その形状は球状、円柱状、その他の形状であれ
はよい。

例えは、球状物で大きい１０〜２０ｍｍ径のものは、モ
ジュール表層部の中空糸のスライムを剥離させるに適し
、小さい０．５〜１０ｍｍ径のものはモジュール内部に
入ってスライムを剥離するのに適している。

実験の結果、小さい０．５〜１０ｍｍ径のものはモジュ
ール中心部近くまで入り込み、モジュールかわれて中空
糸間にすきまかあれば上下に動き、スライムをかなり剥
離することかわかった。このことから大小の担体を混合
して用いるのかより好ましいことかわかった。また、担
体の量は通常、長さ１ｍの濾過部を存するモジュールて
濾過塔１０００φ〜１５００φでは濾過塔容量の１０〜
５０％であればよい。

また、濾過塔径か大きければ存在量を多くして洗浄用小
体が不均一に分散しても実用上問題ないようにする必要
かある。

このような担体かある状態でも濾過時の圧力損失、フラ
ックスに与える影響は殆と認められない。

又、担体のための水量は、担体かよく動く量であれはよ
い。本発明を更に効率的に実施するためには下記の注意
も重要である。

■　中空糸の糸径か細く、一つのモジュールを構成する
糸数か多すぎると球状物か中空糸内部に入り難くモジュ
ール表面の中空糸だけか洗浄され易くなる。

それ故モジュールを構成する中空糸は外径４００〜８０
０迦で強度か強ければ強い程よい。

また存効に使用される膜面積を増やすように構成するの
か好ましい。

■　また、従来洗浄中に中空糸同志かからみつき伸びた
り切れたりすることを防止するため５〜１０ｍｍ径の保
護網でモジュールを囲んでいたか、本発明方法においで
はこれは特に設けなくてもよい。

■　中空糸の材質は強度かあり、化学処理により親水化
処理されたものであるのか好ましい。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を添付図面を参照しなから
説明するか、本発明はこれに限定されるものではない。

第１図は中空糸膜濾過塔ｌの１例であり、上部支持板２
にモジュール濾過部４を備えたモジュール集水用上端部
３が取り付けられている。

上部支持板２のすぐ下に担体の流出を防ぐネット１１を
装着した排水管ＩＯか設けられている。

原水をポンプ１２により原水流入管７から散水装置８を
通して該濾過塔ｌへ通水する。

原水は下部支持板６から上向流で通水され一部はモジュ
ール濾過部で濾過されて処理水としてモジュール集水用
上端部から処理水管へ流出する。

残りの原水は上向流て担体を流動化、浮遊させ排出管１
０より排出される。この操作は間欠的あるいは連続的に
行う。

流動化、浮遊された担体は、モジュール濾過部のスライ
ムやＳＳを剥離し、かつ濾過塔壁のスライムも剥離する
。剥離されたスライム、ＳＳは、原水と共に排出管より
流出する。

つまり、モジュール部での濾過を行いながら中空糸膜面
の洗浄か行われている。

担体に活性炭等の吸着剤を使用すると原水中の溶解性物
質は担体て除去される。

中空糸内部からの処理水洗浄を行う場合は、通常原水ポ
ンプ１２を停止し、洗浄ポンプ１３を運転するたけでよ
い。洗浄ポンプの圧力か充分に高い場合は原水ポンプを
停止する必要はない。

原水ポンプの吐出量は処理水量と担体の浮遊、流動化に
必要な量の和となる。

原水中のＳＳが非常に高い場合でも原水処理中担体は常
に流動化しているためＳＳか担体に捕捉されることはな
い。

第２図は循環ポンプを使用した場合の例を示す。

原水か原水ポンプにより原水流入管７を経由して該濾過
塔１を満水とした後、循環水ポンプ１５を起動して起動
して塔内の水を排水管１０より循環水流人管１４、散水
装置８へ通水し、循環させる。

循環水は担体の浮遊、流動化に使用されるため、循環量
を調節することにより担体の運動を調整てきる。循環水
の一部は排水弁１６より排出される。

剥離したＳ８１スライムはこれにより排出される。

原水ポンプ吐出量は担体を浮遊、流動化させるための水
量か必要なくなり処理水と循環水からの排出量の和でよ
い。

第３図は、本発明において適用できる散水装置の一例を
示したものて散水装置１７を回転式にしたものであり、
中央のベアリング等を有する回転部１８とノズルまたは
オリフィス１９を回転部の両端に有する回転管２０から
なる。該散水装置は、第２図および第３図の装置に適用
できる。

原水または循環水は回転管２０のノズルまたはオリフィ
ス１９部から噴畠する。ノズルまたはオリフィスは図に
示す位置に設置して供給される水の噴出力で回転するよ
うにするのかよく、例えは、第４図に示す如く回転する
。また、機械的に回転力を付与するようにすれば、回転
管の回転角度を制御することかでき、回転運動の方向性
を適宜調整することかできる。

原水または循環水は回転管の移動に合わせてその水位か
上昇する位置をかえる。つまり回転管の上部の担体か激
しく攪拌され、ＳＳか剥離される。

回転管か半周すると濾過郡全体か洗浄される。

本方式は担体全層を浮遊、流動化させる必要かないため
、浮遊、流動化に要する水量か少な（で済む。

第５図は、本発明に適用される散水装置の他の例を示し
たもので、散水装置を分割し、各散水装置２１を切替弁
２２にて第１図または第２図に示したた原水流入管また
は循環水流入管と接続する方法を示したものである。

切替弁２２をタイマーにて順次切替えて行くことにより
浮遊、流動化に要する水量を少なくて済む。

大壓槽または回転方式では完全にカバーできない四角槽
に有効である。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明は単一の簡単な濾過装置で従来
の凝集沈殿濾過装置て得られる水質以上の高品質な処理
水か得られ、また、長期間薬品洗浄することなく運転で
き、かつ洗浄を行いなから処理か継続できるたけでなく
、洗浄水を効率良ぐ循環使用てきるのて実用上寄与する
ところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の具体的装置例を説明す
るための縦断面図、第３図〜第５図は本発明に適用され
る散水装置の具体例を説明する図で、第３図および第５
図は縦断面図、第４図は第３図の散水装置を上から見た
図である。符号の説明１：中空糸膜濾過塔　２・上部支持板３：モジュール集水用上端部４：モジュール濾過部５：担体　　　　　　６：下部支持板７：原水流入管　　　８：散水装置９：処理水管　　　　ｌＯ：排水管１１二排水管用ネット１２．原水ポンプ１３：洗浄ポン
プ　　　１４：循環水流人管１５：循環水ポンプ　　１
６：排出弁ｌ７：散水装置　　　　１８：回転部１９．ノズル又はオリフィス２０、回転管　　　　　２１　　散水装置２２　　切替
弁一葬）、− 代理人弁理士（８１０７）佐々木　清隆臥゛；、−？−
−シビ（ほか３名）第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも外圧型中空糸膜モジュールからなる濾
過部が設けられた中空糸膜濾過装置の洗浄方法において
、該濾過装置に存在させた担体を少なくとも水流により
運動させて該濾過部に付着した付着物に接触させること
により該付着物を除去することを特徴とする中空糸膜濾
過装置の洗浄方法。
（２）前記濾過部の水を装置系内と装置系外を循環させ
て担体の流動化を促進し、洗浄効果をあげることを特徴
とする請求項１に記載の中空糸膜濾過装置の洗浄方法。
（３）担体を流動化させる水流を濾過部で不均一にし、
局部的な洗浄効果を高めるとともに連続的に不均一な水
流部を移動させ洗浄することを特徴とする請求項１また
は２記載の中空糸膜濾過装置の洗浄方法。
（４）少なくとも外圧型中空糸膜モジュールからなる濾
過部が設けられた中空糸膜濾過装置において、該濾過部
に付着した付着物に少なくとも水流により接触させ、該
付着物を除去するための担体と、該水流発生のための散
水装置とを有することを特徴とする中空糸膜濾過装置。
（５）前記担体として中空糸膜では除去できない水中の
溶解性物質を吸着する吸着材を使用し、溶解性物質を除
去することを特徴とする請求項４記載の中空糸膜濾過装
置。