JPH05154356A - 膜濾過モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、中空糸の束により原液からそれに
含まれている詰まりとなるゲル状物質や固形物等を除去
する膜濾過モジュールに関し、中空糸膜の膜面にゲル状
物質が付着することを防止することを目的とする。 【構成】 壁面に原液入口，濃縮液出口及び透過液出口
を有する筒状ケースと、一端を閉塞した中空糸の束と、
中空糸の他端側を支持する糸保持部材とを備え、糸保持
部材により、筒状ケース内を、原液入口及び濃縮液出口
を有する加圧室と、透過液出口を有する透過室とに区画
する膜濾過モジュールにおいて、気体または気液を筒状
ケースの加圧室内に吹き出す洗浄用供給管を該加圧室内
に配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空糸の束により原液
からそれに含まれている詰まりとなるゲル状物質や固形
物等を除去する膜濾過モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年において、原液を透過膜，例えば限
外濾過膜や精密濾過膜によって処理する場合、特に原液
中に固形物や詰まりとなる物質等が含まれている場合に
は、モジュール当たりの膜面積が多くとれる外圧式の中
空糸膜が使用されるようになってきている。

【０００３】このような中空糸を使用した膜濾過装置を
示すものとしては、例えば実開平１−１３２２０２号公
報に開示されるようなものが知られている。図１４はこ
の種の膜濾過装置の一例を示す。

【０００４】図において、符号１０１は筒状ケースを示
し、筒状ケース１０１内に中空糸１０２の束１０３が収
容されている。中空糸１０２の一端１０２Ａは閉塞され
ている。

【０００５】筒状ケース１０１内端部に、糸保持部材１
０４が設けられ、糸保持部材１０４に中空糸１０２の束
１０３の他端１０３Ｂが固定して支持されている。糸保
持部材１０４により、筒状ケース１０１内は、上流側の
加圧室１０５と、中空糸１０２の他端１０２Ｂが開口す
る下流側の透過室１０６とに仕切られている。

【０００６】加圧室１０５の側壁面１０５Ａに原液入口
１０７が形成され、加圧室１０５の端壁面１０５Ｂに濃
縮液出口１０８が形成されている。また、透過室１０６
には透過液出口１０９が形成されている。

【０００７】しかして、原液入口１０７から原液が筒状
ケース１０１内に供給され、中空糸１０２を通過して濾
過され、透過液が透過室１０６内に導かれ、透過液出口
１０９から排出される。

【０００８】一方、加圧室１０５で透過されなかった原
液は、濃縮され、濃縮液出口１０８から導出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の膜濾過
モジュールにあっては、特に、原液中に高分子量物質が
多量に含まれる場合には、中空糸１０２の膜面に原液中
の粒子やゲル成分がゲル層となって付着し、原液の透過
流速が低下したり、膜モジュールの圧力損失が増大した
りして、原液の透過処理効率の悪化を招き、中空糸１０
２の交換頻度が高く、ランニングコストが増大すること
になる。

【００１０】かかる不具合をを防止するため、中空糸１
０２の膜面と原液の間に濃度分極が起きないようにする
方法（即ち、中空糸１０２の膜面に付着したゲル層等を
除去する方法）として以下の洗浄方法がある。 （１）原液の循環流速を上げ、膜面流速を速くする。 （２）原液入口１０７から、空気，窒素等の気体を吹き
込み、気液混層流とし、膜表面部分を攪拌する。 （３）気体や気液を中空糸１０２の内部から逆に外側
（加圧室１０５内）に吹き出して洗浄する。 （４）循環ラインを原液から薬液に置き換えて、化学的
に除去する。 （５）中空糸１０２の束を筒状ケースから取り外して物
理的或いは化学的に除去する。

【００１１】ところが、依然として、中空糸１０２の膜
面にゲル状物質が付着し、中空糸１０２の束の内部領域
にゲル状物質が成長し、最悪の場合には中空糸１０２の
束が全体的に１本の棒状体になってしまう場合もある。

【００１２】本発明は、上述の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、中空糸膜の膜面にゲル状
物質が付着することを防止することができる膜濾過モジ
ュールを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
壁面に原液入口，濃縮液出口及び透過液出口を有する筒
状ケースと、一端を閉塞した中空糸の束と、中空糸の他
端側を支持する糸保持部材とを備え、糸保持部材によ
り、筒状ケース内を、原液入口及び濃縮液出口を有する
加圧室と、透過液出口を有する透過室とに区画する膜濾
過モジュールにおいて、気体または気液を筒状ケースの
加圧室内に吹き出す洗浄用供給管を該加圧室内に配設し
たことを特徴とする。

【００１４】請求項２記載の発明は、壁面に原液入口，
濃縮液出口及び透過液出口を有する筒状ケースと、一端
を閉塞した中空糸の束と、中空糸の一端側を支持する第
１糸保持部材と、中空糸の他端側を支持する第２糸保持
部材とを備え、第１糸保持部材及び第２糸保持部材によ
り、筒状ケース内を、第１糸保持部材と第２糸保持部材
の間に位置し濃縮液出口を有する加圧室と、加圧室内と
連通した状態で第１糸保持部材を介して加圧室と仕切ら
れ原液入口を有する原液供給室と、第２糸保持部材を介
して加圧室と仕切られ透過液出口を有する透過室とに区
画し、気体または気液を筒状ケースの加圧室内に吹き出
す洗浄用供給管を該加圧室内に配設したことを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】請求項１記載の発明においては、中空糸の膜面
にゲル状物質が付着した場合には、洗浄用供給管から、
気体または気液が吹き出され、その気泡で中空糸の膜面
に付着したゲル状物質を膜面から引きちぎり、膜面から
ゲル状物質が除去される。

【００１６】また、常時、洗浄用供給管から、気体また
は気液が吹き出されると、中空糸の膜面へのゲル状物質
の付着が予め防止される。請求項２記載の発明において
は、請求項２記載の発明と同様の作用が生じる。

【００１７】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例について説
明する。図１ないし図７は本発明の第１実施例に係わる
膜濾過モジュールを示す。

【００１８】図１，図３，図４は膜濾過モジュールＭの
構造を示す。図において、符号１は筒状ケースで、この
筒状ケース１は、一端を開口した筒状ケース本体１Ａ
と、筒状ケース本体１Ａの他端を閉塞する蓋部材１Ｂと
から構成されている。筒状ケース１として、例えば、円
筒形や断面多角形の中空筒形がある。筒状ケース１内端
部にコップ状の糸保持部材２が第１環状シール部材３を
介して設けられ、糸保持部材２と蓋部材１Ｂの間に第２
環状シール部材４が装着されている。そして、糸保持部
材２により、筒状ケース１は、上流側の加圧室５と、下
流側の透過室６とに区画されている。

【００１９】加圧室５の側壁面５Ａに原液入口８が形成
され、加圧室５の端壁面５Ｂに濃縮液出口９が形成され
ている。また、透過室６には透過液出口７が形成されて
いる。

【００２０】１０は気液（または空気）を筒状ケース１
の加圧室５内に吹き出す洗浄用供給管で、中空柱体に構
成され、筒状ケース１の軸方向に沿って先端を筒状ケー
ス１内に位置するように蓋部材１Ｂを貫通して加圧室５
内に伸び、その先端側に多孔性のセラミック，プラスチ
ック等からなる多孔管部１０Ａを有し、糸保持部材２及
び蓋部材１Ｂに固定されている。

【００２１】筒状ケース１内に一端１１Ａを閉塞した中
空糸１１の束１２が収容され、中空糸１１の束１２の他
端１２Ｂが糸保持部材２に固定して支持されている。な
お、中空糸１１は洗浄用供給管１０より短いが、長さが
ほぼ同じになっている。中空糸１１の他端１１Ｂは透過
室６内に開口している。また、洗浄用供給管１０は中空
糸１１の束１２の中央部に挿入された状態で位置してい
る。

【００２２】図２は上記の膜濾過モジュールＭを配置し
た濾過システム配管系統図を示す。図において、膜濾過
モジュールＭの原液入口８は第１配管１２を介して原液
槽１３に接続され、第１配管１２の途中には、循環ポン
プ１４及び第１バルブ１５が上流側から順番に介装され
ている。また、膜濾過モジュールＭの濃縮液出口９には
第２バルブ１６を有する第２配管１７が接続されてい
る。さらに、膜濾過モジュールＭの透過液出口７には第
３バルブ１８を有する第３配管１９が接続されている。

【００２３】２０はコンプレッサで、このコンプレッサ
２０に分岐接続された空気供給管２１，２２，２３は、
第１配管１２の途中部分、洗浄用供給管１０の入口１０
Ｂ，第３配管１９の途中部分にそれぞれ接続され、空気
供給管２１，２２，２３の途中には、それぞれ第１空気
バルブ２１Ａ，第２空気バルブ２２Ａ，第３空気バルブ
２３Ａがそれぞれ介装されている。

【００２４】また、洗浄用供給管１０の入口１０Ｂに
は、第４配管２４を介して洗浄水槽２５が接続されてい
る。第４配管２４の途中にはポンプ２６及び第４バルブ
２７が介装されている。第４配管２４の途中から分岐管
２８が枝分かれし、第３配管１９の途中部分に接続し、
その途中には第５バルブ２９が介装されている。

【００２５】しかして、第１バルブ１５を開いた状態
で、循環ポンプ１４により、原液槽１３内の原液が、膜
濾過モジュールＭの原液入口８に送られる。膜濾過モジ
ュールＭでは、原液入口８から原液が筒状ケース１の加
圧室５内に供給され、中空糸１１を通過して濾過され、
透過液が透過室６内に導かれ、透過液出口７から排出さ
れ、第３配管１９に送られる。

【００２６】一方、加圧室５で透過されなかった原液
は、濃縮され、濃縮液出口９に導かれ、第２配管１７
（第２バルブ１６は開状態）を介して原液槽１３に戻
る。このようにして、原液は膜濾過モジュールＭと原液
槽１３の間を循環する。この場合、第２バルブ１６を絞
ることにより、加圧室５内の原液の圧力を上げ、膜間差
圧を生じさせ、上述の原液の濾過が中空糸１１の膜面で
有効に行なわれる。

【００２７】そして、中空糸１１の膜面にゲル状物質が
付着した場合には、洗浄水槽２５内の洗浄水を、ポンプ
２６により洗浄用供給管１０の入口１０Ｂに送ると同時
に空気供給管２２により洗浄用供給管１０の入口１０Ｂ
に空気を送るか、或いは空気のみを送る。これにより、
図５に示すように、洗浄用供給管１０から加圧室５内
に、気液（または空気）が吹き出され、その気泡で中空
糸１１の膜面に付着したゲル状物質が膜面から引きちぎ
られ、膜面からゲル状物質が除去される。

【００２８】また、透過液を得ることができない場合に
は、第３バルブ１８を閉じ、第５バルブ２９を開けて、
上記運転に逆洗が付加され、さらに強力な洗浄が施され
る。次に、原液として、ＳＳ濃度３０００（ｍｇ／リッ
トル）の活性汚泥を含む液を使用し、孔径０．１（μ
ｍ）の中空糸１１を使用した場合における、従来の膜濾
過モジュールに対する本実施例の膜濾過モジュールＭの
比較テスト内容を説明する。

【００２９】本実施例の膜濾過モジュールＭの中空糸１
１の束１２の仕様については、膜外径＝０・４５ｍｍ、
膜内径＝０・４０ｍｍ、膜長さ＝２４０ｍｍ、膜本数＝
５９０本、充填率＝３３％、膜面積＝０．２平方ｍとな
っており、これに対して従来の膜濾過モジュールは充填
率＝３０％だけが相違し、他の項目の値は同一となって
いる。また、膜面流速は０．６ｍ／秒に、当初の膜間差
圧は０．５ｋｇ／平方ｃｍに設定されている。

【００３０】かかる条件設定の下に、以下の３つの運転
（条件，条件，条件）を行った。 条件においては、従来の上記仕様の膜濾過モジュール
を使用し、４分３０秒間透過液を得る運転を行ない、３
０秒間水による逆洗運転を行なう。

【００３１】条件においては、従来の上記仕様の膜濾
過モジュールを使用し、４分３０秒間透過液を得る運転
及び循環ライン途中のバルブからエア洗浄を行ない、さ
らに、３０秒間水による逆洗運転を行なう。

【００３２】条件においては、本実施例の上記仕様の
膜濾過モジュールＭを使用し、４分３０秒間透過液を得
る運転及び洗浄用供給管１０からエア洗浄を行なう。上
記運転による圧力損失と経日変化の関係は図６に示され
る。

【００３３】従来の条件では、圧力損失が２日で１ｋ
ｇ／平方ｃｍ程度まで上昇した。従来の条件では、圧
力損失が３０日で１ｋｇ／平方ｃｍ程度まで上昇した。
本実施例の条件では、圧力損失が３０日経過しても当
初と余り変化が無く、０．１ｋｇ／平方ｃｍ程度であっ
た。

【００３４】また、上記運転による透過流速と経日変化
の関係は図７に示される。条件，条件，条件と
も、当初は５立方ｍ／平方ｍ／日であった。従来の条
件では、２日で０．３立方ｍ／平方ｍ／日程度まで急激
に下がった。従来の条件では、２０日位まで徐々に下
がり、３０日には０．２立方ｍ／平方ｍ／日程度で安定
した。本実施例の条件では、３０日経過した時点で、
１．５立方ｍ／平方ｍ／日程度に安定した。

【００３５】以上のように、本実施例の条件が、従来
の条件，条件より、圧力損失が少なく、透過流速が
大きいことが確かめられている。以上の如き構成によれ
ば、洗浄用供給管１０を筒状ケースの加圧室５内に配設
し、この洗浄用供給管１０は中空糸１１の束１２の中央
部に位置しているので、中空糸１１の膜面にゲル状物質
が付着した場合には、洗浄用供給管１１から加圧室５内
に吹き出す気液（または空気）により、洗浄用供給管１
０の気泡で膜面に付着したゲル状物質を膜面から引きち
ぎり、膜面をきれいに保つことができ、また、常時、洗
浄用供給管１０から、気液（または空気）を吹す出こと
により、膜面へのゲル状物質の付着を事前に防止するこ
とができる。

【００３６】即ち、中空糸１１の膜面へのゲル状物質の
付着を防止することができるので、原液の透過流速を低
下させず、圧力損失を少なくし、原液の透過効率を高く
維持することができ、当該膜濾過モジュールＭの交換頻
度を少なくし、ランニングコストを低くすることができ
る。

【００３７】また、洗浄用供給管１１から気液を加圧室
５内に吹き出すと同時に、必要に応じて空気供給管２１
により空気を原液入口８に送り、原液入口８から原液と
空気を同時供給することもでき、或いは、透過液出口７
から洗浄液を透過室６に流すことにより、逆洗も同時に
行ない、中空糸１１の膜面へのゲル状物質の付着防止の
効果を高めることができる。

【００３８】さらに、筒状ケース１から洗浄用供給管１
０を糸保持部材２を取り外すことができるので、万一汚
れても、保守が容易である。なお、本実施例において
は、洗浄用供給管１０には気体として空気を供給する場
合について説明したが、空気に限定されず、例えば窒素
でも良い。

【００３９】また、本実施例においては、洗浄用供給管
１０の数が１本の場合を例に挙げて説明したが、複数本
でも良い。さらに、本実施例においては、中空糸１１の
膜面にゲル状物質が付着した場合にゲル状物質を洗浄し
ているが、常時、洗浄用供給管１０から気液（または空
気）を吹き出させ、中空糸１１の膜面へのゲル状物質の
付着を予め防止することができる。

【００４０】そして、本実施例においては、気液を筒状
ケース１の加圧室５内に吹き出す洗浄用供給管１０の多
孔管部１０Ａは、多孔性のセラミック，プラスチック等
からなるが、かかる材質に限定されない。

【００４１】図８は本発明の第２実施例に係わる膜濾過
モジュールＭ２を示し、第１実施例で洗浄用供給管１０
の長さが、中空糸１１とほぼ同じになっているのに対し
て、本実施例では、洗浄用供給管３１の長さが、中空糸
１１の約半分程度となっており、また、第１実施例の洗
浄用供給管１０が筒状ケース１を貫通しているのに対し
て多孔管部３１Ａを有する洗浄用供給管３１が筒状ケー
ス１内に収容され、洗浄用供給管３１に入口部材３２が
接続されている。第２実施例によれば、第１実施例と同
様の作用，効果を奏する。

【００４２】図９は本発明の第３実施例に係わる膜濾過
モジュールＭ３を示し、第１実施例で洗浄用供給管１０
が糸保持部材２を貫通しているのに対して、洗浄用供給
管４１が加圧室５の端壁面５Ｂを貫通して支持されてお
り、濃縮液出口４２が加圧室５の側壁面５Ａに形成され
ている。第３実施例によれば、第１実施例と同様の作
用，効果を奏する。

【００４３】図１０は本発明の第４実施例に係わる膜濾
過モジュールＭ４を示し、中空糸５１の束５２の両端側
が、糸保持部材５３及び洗浄用供給管５４の円形保持部
材５４Ａに支持されており、第４実施例によれば、第１
実施例と同様の作用，効果を奏する。

【００４４】図１１は本発明の第５実施例に係わる膜濾
過モジュールＭ５を示し、第１実施例と同様に構成され
ており、洗浄用供給管６１は、その先端部に多孔管部６
１Ａを有している。さらに、加圧室５の側壁面５Ａに気
体排出口６２が形成されている。

【００４５】本実施例によれば、第１実施例と同様の作
用，効果を奏するが、さらに、本実施例では、原液の流
入を停止した状態か、または、原液を、膜濾過モジュー
ルＭ５の下方より濃縮液出口９から緩やかな速度で供給
して原液入口８から排出する状態で、洗浄用供給管６１
から加圧室５内に気液または空気を供給することによ
り、中空糸１１が洗浄され、加圧室５内に吹き込まれた
空気は、気体排出口６２から排出される。

【００４６】図１２は本発明の第６実施例に係わる膜濾
過モジュールＭ６を示し、第２実施例とほぼ同様に構成
されており、洗浄用供給管７１は、その先端部に多孔管
部７１Ａを有している。さらに、加圧室５の側壁面５Ａ
に気体排出口７２が形成され、また、筒状ケース１の加
圧室５の端壁面５Ｂに他の洗浄用供給管７３が設けられ
ている。

【００４７】本実施例によれば、第２実施例と同様の作
用，効果を奏するが、さらに、原液の流入を停止した状
態で、洗浄用供給管３２，他の洗浄用供給管７３の両管
から同時にまたは交互に加圧室５内に気液または空気を
供給することにより、中空糸１１の洗浄をより効果的に
行ない、加圧室５内に吹き込まれた空気は、気体排出口
７２から排出される。

【００４８】図１３は本発明の第７実施例に係わる膜濾
過モジュールＭ７を示し、膜濾過モジュールＭ７は、筒
状ケース８１と、筒状ケース８１内に収容され一端８２
Ａが閉塞する中空糸８２の束８３と、筒状ケース８１内
に、該筒状ケース８１に中空糸８２の束８３の一端側を
支持して設けられた第１糸保持部材８４と、筒状ケース
８１に中空糸８２の束８３の他端側を支持して設けられ
た第２糸保持部材８５とを備えている。第１糸保持部材
８４には多数の孔８４Ａが形成されている。

【００４９】筒状ケース８１内は、第１糸保持部材８４
と第２糸保持部材８５の間に位置し壁面に濃縮液出口８
８が形成された加圧室８７と、加圧室８７と連通した状
態で第１糸保持部材８４を介して仕切られ原液入口８８
を有する原液供給室８９と、第２糸保持部材８５で仕切
られ中空糸８２の他端８２Ｂが開口する透過室９０とに
区画され、透過室９０の壁面には透過出口９１が設けら
れている。

【００５０】そして、多数の細孔が形成されて空気また
は気液を筒状ケース８１の加圧室８７内に吹き出す洗浄
用供給管９２が該加圧室８７内に配設されている。洗浄
用供給管９２にはこれに直交する供給部９３から空気ま
たは気液が供給されるようになっている。

【００５１】しかして、本実施例においては、原液は、
加圧室８７内に導かれ、加圧室８７内で中空糸８２によ
り濾過され、透過液が中空糸８２を介して透過室９０に
送られ、一方、濾過されなかった原液は、濃縮され、濃
縮液出口８６に導かれるが、洗浄用供給管９２から、空
気または気液を筒状ケース８１の加圧室８７内に吹き出
すことにより、中空糸８２の膜面にゲル状物質が付着す
ることを防止することができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、気体または気液を吹き出す洗浄用供給管を
筒状ケースの加圧室内に配設したので、中空糸の膜面に
ゲル状物質が付着した場合には、洗浄用供給管からの気
泡で中空糸の膜面に付着したゲル状物質を膜面から除去
した状態に保つことができ、また、常時、洗浄用供給管
から、気体または気液を吹き出すことにより、膜面への
ゲル状物質の付着を事前に防止することができる。

【００５３】この結果、透過流速を低下させず、膜モジ
ュールの圧力損失を少なくし、原液の透過処理効率を高
く維持することができ、ランニングコストを低くするこ
とができる効果を奏する。

【００５４】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の発明と同様の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る膜濾過モジュールの
断面図である。

【図２】同膜濾過モジュールを配置した濾過システム配
管系統図を示す。

【図３】図１の洗浄用供給管及び糸膜保持部材を示す側
面図である。

【図４】図１の洗浄用供給管及び糸膜保持部材を示す平
面図である。

【図５】同膜濾過モジュールの作用状態原理説明図であ
る。

【図６】同膜濾過モジュールの効果を示す説明図であ
る。

【図７】同膜濾過モジュールのの効果を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の第２実施例に係る膜濾過モジュールの
断面図である。

【図９】本発明の第３実施例に係る膜濾過モジュールの
断面図である。

【図１０】本発明の第４実施例に係る膜濾過モジュール
の断面図である。

【図１１】本発明の第５実施例に係る膜濾過モジュール
の断面図である。

【図１２】本発明の第６実施例に係る膜濾過モジュール
の断面図である。

【図１３】本発明の第７実施例に係る膜濾過モジュール
の断面図である。

【図１４】従来の膜濾過モジュールの断面図である。

【符号の説明】 １ 筒状ケース ２ 糸保持部材 ５ 加圧室 ６ 透過室 ７ 透過液出口 ８ 原液入口 ９ 濃縮液出口 １０ 洗浄用供給管 １１ 中空糸 １１Ａ 一端 １１Ｂ 他端 Ｍ 膜濾過モジュール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 壁面に原液入口，濃縮液出口及び透過液
   出口を有する筒状ケースと、 一端を閉塞した中空糸の束と、 中空糸の他端側を支持する糸保持部材とを備え、 糸保持部材により、筒状ケース内を、原液入口及び濃縮
   液出口を有する加圧室と、透過液出口を有する透過室と
   に区画する膜濾過モジュールにおいて、 気体または気液を筒状ケースの加圧室内に吹き出す洗浄
   用供給管を該加圧室内に配設したことを特徴とする膜濾
   過モジュール。
2. 【請求項２】 壁面に原液入口，濃縮液出口及び透過液
   出口を有する筒状ケースと、 一端を閉塞した中空糸の束と、 中空糸の一端側を支持する第１糸保持部材と、 中空糸の他端側を支持する第２糸保持部材とを備え、 第１糸保持部材及び第２糸保持部材により、筒状ケース
   内を、第１糸保持部材と第２糸保持部材の間に位置し濃
   縮液出口を有する加圧室と、加圧室内と連通した状態で
   第１糸保持部材を介して加圧室と仕切られ原液入口を有
   する原液供給室と、第２糸保持部材を介して加圧室と仕
   切られ透過液出口を有する透過室とに区画し、 気体または気液を筒状ケースの加圧室内に吹き出す洗浄
   用供給管を該加圧室内に配設したことを特徴とする膜濾
   過モジュール。