CN113453789A - 膜过滤单元的运转方法及膜过滤单元 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种膜过滤单元的运转方法，前述膜过滤单元具备被并列地连接的多个中空丝膜模块，其特征在于，具备过滤工序、汇集工序、回收工序，在前述过滤工序中，将原液从中空丝膜的一次侧向二次侧过滤，从过滤液导出口向容器外导出，在前述汇集工序中，使存在于容器内的过滤液从中空丝膜的二次侧向一次侧逆流，将所得到的逆流液从原液导入口及/或原液导出口向容器外导出，在前述回收工序中，将前述逆流液从中空丝膜的一次侧向二次侧再次过滤，从过滤液导出口向前述容器外导出，将分别同时实施过滤工序、汇集工序、回收工序的中空丝膜模块的数量分别设为n1、n2、n3时，满足n1≥n2＞n3的关系。

Description

膜过滤单元的运转方法及膜过滤单元
技术领域
本发明涉及膜过滤单元的运转方法及膜过滤单元。
背景技术
利用分离膜的膜过滤在饮料水制造、净水处理或排水处理等水处理领域、伴随微生物、培养细胞的培养的发酵领域、或食品工业领域等各种各样的方面被利用。其中，利用中空丝膜模块的膜过滤由于处理水量的大小、洗涤的容易等而被在较多的领域使用。
在食品工业领域，与水处理领域的原液相比原液的浊度较高的情况较多，水处理领域中多采用的全量过滤运转中，分离膜的封堵急速进行。因此，本用途中，进行能够更加抑制分离膜的封堵的横向流动过滤运转。横向流动过滤运转是指，总对与分离膜表面平行的原液的液流作用而将其中的一部分过滤的方法。该方法中，能够在借助与分离膜表面平行的流动的作用来预防朝向分离膜表面的浊质蓄积的同时运转，所以能够大幅减少分离膜的封堵。
另一方面，横向流动过滤运转中，在与全量过滤运转比较的情况下增加浓缩液配管等需要追加的设备，所以在膜过滤单元的中空丝膜模块内、配管内残存的原液量变多。食品工业领域中从回收率提高的观点出发，极力削减原液的残存量较重要，所以需要能够将残存原液抑制成最小限度的膜过滤单元、其运转方法。
与之相对，在专利文献1中，公开了将加压气体向具备过滤元件的罐内的原液侧导入、将残存于罐内的原液全部向过滤液侧回收的方法。在使用分离膜的过滤单元中，能够实施如下回收方法：向原液侧导入加压气体，将原液侧的残液向过滤液侧推出，进而使分离膜通气来将过滤液侧配管的残液推出。
作为其他的回收方法，专利文献2中公开了如下方法：在具备多个中空丝膜模块的膜过滤单元中，将在中空丝膜模块、配管内残存的原液汇集于一个中空丝膜模块来进行膜过滤。
专利文献1 : 日本特开平08-066608号公报。
专利文献2 : 国际公开第2000/018497号。
然而，专利文献1中记载的方法在利用使用疏水性度高的聚合物的分离膜的情况下，若使用借助加压气体从膜的原液侧至过滤液侧通气推入那样的方法，则膜干燥，再次将液体过滤的情况下，有与最初的纯水透水性相比恶化而所得到的过滤液量下降的问题。另一方面，为不使膜干燥而仅向原液侧导入加压气体的情况下，会产生无法回收分离膜的过滤液侧的残液这样的问题。
此外，在专利文献2中记载的方法中，也无法实现削减分离膜的过滤液侧的残液量。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种膜过滤单元的运转方法及膜过滤单元，其用于在使用疏水性度高的树脂作为分离膜的情况下，也在膜过滤单元处削减过滤液侧的残液量。
为了实现上述目的，本发明提供以下的膜过滤单元的运转方法。
(1)一种膜过滤单元的运转方法，前述膜过滤单元具备多个中空丝膜模块，且多个前述中空丝膜模块被并列地连接，前述中空丝膜模块在具有原液导入口、过滤液导出口、原液导出口的容器填充有中空丝膜，其特征在于，具备过滤工序、汇集工序、回收工序，在前述过滤工序中，将原液从前述原液导入口向前述容器内导入，从前述中空丝膜的一次侧向二次侧过滤，将所得到的过滤液从前述过滤液导出口向前述容器外导出，在前述汇集工序中，使存在于前述容器内的前述过滤液从前述中空丝膜的二次侧向一次侧逆流，将所得到的逆流液从前述原液导入口及前述原液导出口的至少一方向前述容器外导出，在前述回收工序中，将前述逆流液从前述原液导入口及前述原液导出口的至少一方再次向前述容器内导入，从前述中空丝膜的一次侧向二次侧过滤，将所得到的回收液从前述过滤液导出口向前述容器外导出，将同时实施前述过滤工序的前述中空丝膜模块的数量设为n 1、 将同时实施前述汇集工序的前述中空丝膜模块的数量设为n 2、 将同时实施前述回收工序的前述中空丝膜模块的数量设为n 3时，满足n 1≥n 2＞n 3的关系。
(2)前述(1)所述的膜过滤单元的运转方法，实施前述回收工序的前述中空丝膜模块和实施前述汇集工序的前述中空丝膜模块不同。
(3)前述(2)所述的膜过滤单元的运转方法，使前述汇集工序和前述回收工序并行地实施。
(4)前述(3)所述的膜过滤单元的运转方法，前述汇集工序和前述回收工序被借助加压气体实施，且实施前述汇集工序的前述加压气体的压力P2和实施前述回收工序的前述加压气体的压力P3满足P3＜P2的关系。
(5)前述(1)~(4)中任一项所述的膜过滤单元的运转方法，在铅垂方向上，将实施前述回收工序的前述中空丝膜模块的前述原液导入口比不实施前述回收工序的前述中空丝膜模块的前述原液导入口靠下方地配置。
(6)前述(1)~(5)中任一项所述的膜过滤单元的运转方法，前述中空丝膜是由疏水性的树脂形成的膜。
(7)前述(6)所述的膜过滤单元的运转方法，前述疏水性的树脂由聚偏二氟乙烯构成。
为了实现上述目的，本发明提供以下的膜过滤单元。
(8)一种膜过滤单元，前述膜过滤单元具备多个中空丝膜模块，且多个前述中空丝膜模块被并列地连接，前述中空丝膜模块在具有原液导入口、过滤液导出口、原液导出口的容器填充有中空丝膜，其特征在于，导入加压气体的第1加压气体导入配管被连接于，与前述原液导入口或前述原液导出口连接的配管或罐，导入加压气体的第2加压气体导入配管被连接于，与前述过滤液导出口连接的配管，一部分的前述中空丝膜模块在将前述过滤液导出口和前述第2加压气体导入配管连接的前述配管上具备阀。
(9)前述(8)所述的膜过滤单元，一部分的前述中空丝膜模块还具备将前述过滤液导出口和过滤液回收配管或过滤液罐连接的旁路配管，前述旁路配管不与前述第2加压气体导入配管连接。
(10)前述(9)所述的膜过滤单元，前述旁路配管的管径比前述过滤液回收配管的管径小。
发明效果
根据本发明，即使在使用疏水性度高的树脂作为分离膜的情况下，在膜过滤单元处，过滤液侧的残液量也能够大幅削减，实现原液的回收率提高。进而，能够减少膜过滤单元的过滤液侧处的残液回收所花的时间，能够使装置的工作率显著提高。
附图说明
图1是表示具备应用本发明的运转方法的膜过滤单元的中空丝膜模块的一方式的概略图。
图2是表示应用本发明的运转方法的膜过滤单元的一方式的概略流程图。
图3是表示应用本发明的运转方法的膜过滤单元的另外的一方式的概略流程图。
图4是表示应用本发明的运转方法的膜过滤单元的另外的一方式的概略流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地说明，但本发明完全不被它们限定。
应用本实施方式的运转方法的膜过滤单元需要具备多个在具有原液导入口、过滤液导出口、原液导出口的容器填充有中空丝膜的中空丝膜模块。
图1是表示具备应用本实施方式的运转方法的膜过滤单元的中空丝膜模块的一方式的概略图。图2是表示应用本实施方式的运转方法的膜过滤单元的一方式的概略流程图。多个中空丝膜模块31~36分别在图1所示那样的具有原液导入口2、过滤液导出口3、原液导出口4的容器1填充有中空丝膜5。
中空丝膜模块31~36被填充于容器1内的中空丝膜5分割成原液侧空间6(以下为一次侧)和过滤液侧空间7(以下为二次侧)，原液导入口2被配置于一次侧，过滤液导出口3被配置于二次侧。此外，中空丝膜模块31~36具备配置于一次侧而将被向容器1内导入的原液导出的原液导出口4。
在应用本实施方式的运转方法的膜过滤单元中，多个上述中空丝膜模块需要被并列地连接。这里，“并列地连接”是指，液体被从一个配管分割，被作为同质的液体分别向相邻的多个中空丝膜模块导入或从相邻的多个中空丝膜模块导出的液体被汇集于一个配管的连接的方式，被配管连接。
本实施方式的膜过滤单元的运转方法具有以下所示的三个工序。
(1)过滤工序为如下工序：将原液从上述原液导入口向上述容器内导入，从上述中空丝膜的一次侧向二次侧过滤，将所得到的过滤液从上述过滤液导出口向上述容器外导出。
图1中例示的方式的中空丝膜模块处，原液被从原液导入口2向容器1内导入，被从中空丝膜5的一次侧向二次侧过滤，所得到的过滤液被从过滤液导出口3向容器1外导出。另外，从中空丝膜的一次侧向二次侧的过滤优选为加压过滤。
(2)汇集工序为如下工序：使存在于上述容器内的上述过滤液从上述中空丝膜的二次侧向一次侧逆流，将所得到的逆流液从上述原液导入口及上述原液导出口的至少一方向上述容器外导出。
图1中例示的方式的中空丝膜模块处，在容器1内的二次侧存在的过滤液从中空丝膜5的二次侧向一次侧逆流，所得到的逆流液被从原液导入口2及/或原液导出口4向容器1外导出。
(3)回收工序为如下工序：将上述逆流液从上述原液导入口及上述原液导出口的至少一方再次向上述容器内导入，从上述中空丝膜的一次侧向二次侧过滤，将所得到的回收液从上述过滤液导出口向上述容器外导出。
图1中例示的方式的中空丝膜模块处，逆流液被从原液导入口2及/或原液导出口4向容器1内导入，被从中空丝膜5的一次侧向二次侧过滤，所得到的回收液被从过滤液导出口向容器1外导出。另外，从中空丝膜的一次侧向二次侧的过滤优选为加压过滤。
本实施方式的膜过滤单元的运转方法中，将同时实施上述过滤工序的中空丝膜模块的数量设为n1、将同时实施上述汇集工序的中空丝膜模块的数量设为n2、将同时实施上述回收工序的中空丝膜模块的数量设为n3时，n1、n2、及n3需要满足下述式1的关系。
n1≥n2＞n3・・・・・・(式1)。
(膜过滤单元)
本实施方式的膜过滤单元为，多个中空丝膜模块被并列地连接，各中空丝膜模块在具有原液导入口、过滤液导出口、原液导出口的容器填充有中空丝膜。
中空丝膜模块在与原液导入口或原液导出口连接的配管或罐连接有导入加压气体的第1加压气体导入配管。此外，在与过滤液导出口连接的配管连接有导入加压气体的第2加压气体导入配管。并且，中空丝膜模块的一部分在将过滤液导出口和第2加压气体导入配管连接的配管上具备阀。
一部分的中空丝膜模块优选地还具备将过滤液导出口和过滤液回收配管或过滤液罐连接的旁路配管，旁路配管优选地不与第2加压气体导入配管连接。
图2中例示的膜过滤单元的一方式中，原液罐11和中空丝膜模块31~36的原液导入口被供给液配管21连接。供给液配管21在配置于供给液配管21的途中的供给泵13及供给液阀41的后段分岔，被并列地连接于中空丝膜模块31~36。中空丝膜模块31~36的过滤液导出口借助过滤液配管22与过滤液罐12并列地连接。此外，中空丝膜模块31~36的原液导出口借助浓缩液配管23与原液罐11并列地连接。分别是，在过滤液配管22的途中配置有过滤液阀42，在浓缩液配管23的途中配置有浓缩液阀43。
进而，在过滤液配管22的途中，配置有过滤液分割阀44，前述过滤液分割阀44划分成不使被从中空丝膜模块31~35导出的过滤液和被从中空丝膜模块36导出的过滤液接触。
在过滤液配管22的过滤液阀42的前段，连接有在其途中配置有过滤液气体导入阀49的导入气体的第2加压气体导入配管26。此外，在浓缩液配管23的浓缩液阀43的前段，也连接有在其途中配置有浓缩液气体导入阀48的导入气体的第1加压气体导入配管25。
过滤液罐12还借助逆洗配管27与过滤液配管22连接，在逆洗配管27的途中，配置有用于从过滤液罐12向中空丝膜模块31~36送给过滤液的逆洗泵14及逆洗阀46。
进而，在过滤液配管22处的中空丝膜模块36的过滤液导出口和过滤液分割阀44之间，连接有过滤液旁路配管24，过滤液旁路配管24的另一端连接于过滤液配管22的过滤液阀42和过滤液罐12之间的过滤液回收用配管28。在过滤液旁路配管24的途中配置有过滤液旁路阀45。在此为将残液量进一步削减，优选地使过滤液旁路配管24比过滤液配管22细。
进而，在过滤液配管22的途中配置逆洗旁路阀47，前述逆洗旁路阀47划分成，被用逆洗泵14从过滤液罐12送给的过滤液不被导入中空丝膜模块31~35。
主要参照图2的同时在以下列举具体例来对本实施方式的膜过滤单元的运转方法进行说明。
(膜过滤单元的运转方法：过滤工序)
过滤工序中，例如，借助供给泵13将原液向中空丝膜模块31~36供给，进行横向流动过滤运转。横向流动过滤运转中，原液被从中空丝膜模块31~36的原液导入口2向容器1内的一次侧(原液侧空间6)导入，在与中空丝膜5的表面平行的液流中在容器1内的一次侧移动，并且优选地在加压下其一部分被向容器1内的二次侧(过滤液侧空间7)过滤。过滤液被从过滤液导出口3向容器1外导出，被经由过滤液配管22向过滤液罐12送给。另一方面，未被过滤的原液作为浓缩液被从原液导出口4导出，经由浓缩液配管23被向原液罐11送给。该情况下，供给液阀41打开，过滤液阀42打开，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。
横向流动过滤运转中，多实施至过滤既定时间或既定液量而原液罐11的液量变少、供给泵13的工作变得困难。该情况下，残液存在于供给液配管21、中空丝膜模块31~36的容器1内的一次侧及二次侧、过滤液配管22、浓缩液配管23，所以为了提高回收率需要将它们极力回收至过滤液罐12。
因此，供给泵13的工作变得困难后，优选地，从第1加压气体导入配管25导入加压气体，将存在在于中空丝膜模块的容器1内的一次侧、及中空丝膜模块31~36的原液导出口4和浓缩液阀43之间的浓缩液配管23的残液气体加压过滤。该情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42打开，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49关闭。
通过气体加压过滤，浓缩液配管23和中空丝膜模块31~36的容器1内的一次侧变空。过滤液被从过滤液导出口3向容器1外导出，经由过滤液配管22向过滤液罐12送给。另一方面，在供给液配管21、中空丝膜模块31~36的容器1内的二次侧、过滤液配管22存在残液。
过滤工序除了横向流动过滤运转以外也可以进行全量过滤运转。全量过滤运转中，原液被从中空丝膜模块的过滤液导出口3向容器1内的一次侧导入，但被向容器1内的一次侧导入的原液在不被从原液导出口4导出的情况下，全部在加压下被从一次侧向二次侧过滤。过滤液与横向流动过滤运转相同地，被从过滤液导出口3向容器1外导出，被经由过滤液配管22向过滤液罐12送给。该情况下，供给液阀41打开，过滤液阀42打开，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。
图2中例示的膜过滤单元的一方式中，浓缩液多被向原液罐11送给，但也可以将浓缩液的一部分或全部向供给泵13的后段送给。通过采用这样的结构，能够减少供给泵13的消耗动力。该情况下，优选地，在供给泵13的后段设置循环泵，使其将浓缩液向供给泵13循环泵之间送给。
作为将膜过滤单元加压的方法，一般是图2所示那样的使用供给泵13的方法，但也可以将加压气体导入原液罐11、供给液配管21或浓缩液配管23来气体加压过滤。作为加压气体，在食品工业领域，例如优选为氮气或二氧化碳气体，更优选为被灭菌的气体。
过滤工序中，也可以将上述的横向流动过滤运转或全量过滤运转单独或组合进行。进而，也能够不通过将容器1内的一次侧加压而通过将容器1内的二次侧抽吸来过滤。该情况下，例如在过滤液配管22的途中配置抽吸泵即可。
若长时间继续过滤工序，则中空丝膜5的封堵进行，有膜过滤量减少或过滤所必要的压力增加的情况。为了避免这样的状况，也优选地定期地洗涤中空丝膜模块31~36。
作为中空丝膜模块31~36的洗涤方法，优选为逆洗，前述逆洗为，借助逆洗泵14将过滤液向中空丝膜模块31~36送给，将过滤液从容器1内的二次侧向一次侧加压来逆过滤，由此将蓄积于中空丝膜5的内部、表面的浊质洗出。该情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46打开，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。另外也可以构成为，打开供给液阀41，使供给泵13工作，将原液向中空丝膜模块供给的同时进行逆洗。
同时实施过滤工序的中空丝膜模块的数量n1不被限制，但优选地，将被并列连接的多个中空丝膜模块全部使用。
(膜过滤单元的运转方法：汇集工序)
汇集工序中，例如，首先进行得到逆流液的操作，前述逆流液的操作为，使存在于中空丝膜模块31~36的容器1内的二次侧的过滤液、即残液向中空丝膜的一次侧逆流。更具体地，从第2加压气体导入配管26导入加压气体，将中空丝膜模块31~36的容器1内的二次侧加压，由此，使存在于容器1内的二次侧、以及中空丝膜模块31~36的过滤液导出口3、过滤液阀42及逆洗阀46之间的过滤液配管22的过滤液向容器1内的一次侧逆流。该情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49打开。
逆流液蓄积于容器1内的一次侧，或被从原液导入口2导出而蓄积于连接有原液导入口2的配管。此外，根据容器1内的二次侧、过滤液配管22的容积，也有并非逆流液全部容纳于容器1内的一次侧而其一部分从原液导出口4溢出被向浓缩液配管23导出的情况。逆流液从原液导入口2的导出和从原液导出口44的导出也可以同时发生。
接着，进行如下操作：从第1加压气体导入配管25导入加压气体，将存在于中空丝膜模块31~35的容器1内的一次侧的逆流液从原液导入口2向容器1外导出。该情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45打开，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47关闭，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49关闭。
另外，也可以在逆流液的从原液导入口2向容器1外的导出的同时，或将其取代而将逆流液从原液导出口4向容器1外导出。将逆流液从原液导出口4向容器1外导出的情况下，从原液导入口2连接着的配管导入加压气体。将逆流液从原液导入口2及原液导出口4的双方向容器1外导出的情况下，从与过滤液导出口3连接的第2加压气体导入配管26导入加压气体。
逆洗旁路阀47关闭，所以即使从第1加压气体导入配管25导入加压气体，中空丝膜模块31~35的容器1内的一次侧的逆流液也几乎不被向二次侧过滤，而被从原液导入口2向容器1外导出，经由供给液配管21被向中空丝膜模块36送给而汇集。
在这里例示的汇集工序的结束时，中空丝膜模块31~36的容器1内的二次侧、中空丝膜模块31~36的过滤液导出口3、过滤液阀42及逆洗阀46之间的过滤液配管22变空，但供给液配管21、中空丝膜模块31~36的容器1内的一次侧、浓缩液配管23中有残液。
得到逆流液的操作中，除了上述例示那样的从第2加压气体导入配管26导入加压气体的方法以外，也能够使过滤液配管22大气开放而使过滤液从容器1内的二次侧向一次侧逆流。该情况下，例如能够是，供给液阀41关闭，过滤液阀42打开，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。若过滤液罐12被大气压开放，则过滤液配管22也被大气压开放，能够使过滤液配管22中的过滤液逆流。或者，也可以是使过滤液气体导入阀49大气压开放的方法。
同时实施汇集工序的中空丝膜模块的数量n2也可以与实施过滤工序的中空丝膜模块的数量n1为相同数量。另一方面，实施后段的回收工序的中空丝膜模块中也实施汇集工序的情况下，为了使应回收的过滤液作为逆流液返回容器1内的一次侧，在回收工序中过滤的逆流液的量增加，回收工序的时间变长。因此，实施过滤工序且不实施回收工序的中空丝膜模块中，优选地实施汇集工序。该情况下，若使用从第2加压气体导入配管26导入加压气体的方法，则供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49打开，同时实施汇集工序的中空丝膜模块的数量n2比实施过滤工序的中空丝膜模块的数量n1少。即，满足n1≥n2的关系。
(膜过滤单元的运转方法：回收工序)
回收工序中，将逆流液从原液导入口2及原液导出口4的至少一方导入再次容器1内，进行从中空丝膜5的一次侧朝向二次侧的过滤。例如，逆流液残留于一部分容器1内的情况下，将被向容器1外导出的逆流液与该残留的逆流液一同汇集于中空丝膜模块36，从第1加压气体导入配管25导入加压气体，进行加压过滤。该情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45打开，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47关闭，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49关闭。
中空丝膜模块36中，被汇集的逆流液及原液被从原液导入口2向容器1内的一次侧导入，通过气体加压过滤被向容器1内的二次侧过滤。通过过滤所得到的回收液被从过滤液导出口3向容器外导出，被经由过滤液旁路阀45向过滤液罐12送给。气体加压过滤继续至过滤液不被从中空丝膜模块36的过滤液导出口3向容器1外导出。
这里例示的回收工序的结束时，第1加压气体导入配管25和中空丝膜模块31~36的之间的浓缩液配管23、中空丝膜模块31~36的容器1内的一次侧、中空丝膜模块31~35的容器1内的二次侧、中空丝膜模块31~36的过滤液导出口3与过滤液分割阀44、过滤液阀42及逆洗阀46之间的过滤液配管22变空，过滤液仅在在供给液配管21、中空丝膜模块36容器1内的二次侧、过滤液旁路配管24残存。
如上所述，通过使同时实施回收工序的中空丝膜模块的数量n3比同时实施汇集工序的中空丝膜模块的数量n2少，能够将存在于容器1内的二次侧、过滤液配管22中的残液经由实施回收工序的中空丝膜模块回收。若n3＜n2，则实施回收工序的中空丝膜模块的数量即n3没有特别限制，根据膜过滤单元内的残液量、回收工序所花时间等适当确定即可，但为了将膜过滤单元内的残液量进一步削减，优选地使一个中空丝膜模块(n3＝1)实施回收工序。
若长时间继续回收工序，则中空丝膜5的封堵进行而有膜过滤速度减少的情况。为了避免这样的状况，优选为定期洗涤中空丝膜模块。作为仅实施回收工序的中空丝膜模块36的洗涤方法，例如列举如下逆洗的方法：供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46打开，逆洗旁路阀47关闭，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭，使逆洗泵14工作。
此外，为将在过滤液配管22、过滤液旁路配管24处残存的回收液最后推出，优选地从第2加压气体导入配管26导入加压气体，将该配管中的残液向过滤液罐12送给。存在于该配管的残液为极少量，但能够进一步提高原液的回收率。回收过滤液旁路配管24内的残液的情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45打开，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49打开。回收过滤液配管22内的残液的情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42打开，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47关闭，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49打开。
另外，难以通过一次的汇集工序使在中空丝膜的二次侧残存的过滤液全部向一次侧逆流的情况下，也可以将汇集工序及回收工序重复多次。
进而，优选地，实施汇集工序的中空丝膜模块和实施回收工序的中空丝膜模块不同，该情况下，也能够使汇集工序和回收工序并行地实施。更具体地，例如，能够通过从第2加压气体导入配管26和第1加压气体导入配管25同时导入加压气体，使汇集工序和回收工序并行地实施。该情况下，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45打开，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49打开。另外，为了防止逆流液在容器1内的二次侧被再次过滤，优选地，与从第1加压气体导入配管25导入的实施回收工序的加压气体的压力P3相比，使从第2加压气体导入配管26导入的实施汇集工序的加压气体的压力P2较高。
这里例示的情况下过滤液分割阀44关闭，所以借助被从第2加压气体导入配管26导入的加压气体，存在于中空丝膜模块31~35的容器1内的二次侧、以及中空丝膜模块31~35的过滤液导出口3、与过滤液分割阀44、过滤液阀42及逆洗阀46之间的过滤液配管22的过滤液向中空丝膜模块31~35的容器1内的一次侧逆流，得到逆流液。同时，借助从第1加压气体导入配管25导入的加压气体，中空丝膜模块31~35的容器1内的一次侧的逆流液被从原液导入口2导出，被经由供给液配管21向中空丝膜模块36送给而汇集。中空丝膜模块36中，汇集的逆流液被从原液导入口2向容器1内的一次侧导入，被通过气体加压过滤向容器1内的二次侧过滤。由于过滤液分割阀44关闭而过滤液旁路阀45打开，过滤的回收液被经由过滤液旁路配管24向罐送给而被回收。此时，优选地，通过使P2比P3高，在中空丝膜模块31~35处不进行再过滤而仅在回收用模块即中空丝膜模块36处被过滤。更优选为(P2-P3)＞10kPa，进一步优选为(P2-P3)＞20kPa。
通过上述那样的方法能够将汇集工序和回收工序并行地实施，所以能够减少汇集工序和回收工序所花的时间，能够使膜过滤单元的工作率提高。
至此，对削减存在于容器1内的二次侧、过滤液配管22内的残液量的方法进行了说明，但在加压气体的气体加压过滤中，比能够与原液接触的中空丝膜5的下端靠下侧的原液无法过滤。因此，如图2所示那样被并列连接的中空丝膜模块31~36全都在铅垂方向上被比供给液配管21靠上方地配置的膜过滤单元处，中空丝膜模块31~36的容器1内的一次侧的、比中空丝膜5的下端靠下侧地存在的原液、存在于供给液配管21内的原液不被过滤而成为残液。
本实施方式的膜过滤单元的运转方法中，如图3所示，通过将实施回收工序的中空丝膜模块36的原液导入口2与不实施回收工序的中空丝膜模块31~35的原液导入口2相比在铅垂方向上配置于下方，能够削减供给液配管21内的残液量。
利用图3所示的膜过滤单元的回收工序中，例如，从第1加压气体导入配管25导入加压气体而将逆流液及原液汇集于中空丝膜模块36，借助中空丝膜模块36将逆流液及原液气体加压过滤。该情况下，中空丝膜模块36的原液导入口2与中空丝膜模块31~35的原液导入口2相比在铅垂方向上较低，所以中空丝膜模块31~35的容器1内的一次侧的、比中空丝膜5的下端靠下侧地存在的逆流液、存在于供给液配管21内的原液在铅垂方向上在同等液面高度收束。因此，中空丝膜模块36中容器1内的一次侧的液面高度与中空丝膜模块31~35比较相对变高，中空丝膜模块36内的中空丝膜5浸渍于逆流液的范围变大。同时，加压气体被从第1加压气体导入配管25导入，所以与中空丝膜模块36的中空丝膜5接触的逆流液被向容器1内的二次侧过滤而被回收。
为使上述那样的例示的效果更大，优选地，在铅垂方向上，将中空丝膜模块36的原液导入口2比供给液配管21的下端靠下方地配置，更优选地，将中空丝膜模块36的中空丝膜5的下端比供给液配管21的下端靠下方地配置。该情况下，能够将存在于供给液配管21中的残液的大部分向中空丝膜模块36送给。
本实施方式的膜过滤单元的运转方法也能够应用于图4所示那样的另外的一方式的膜过滤单元。图4中例示的方式的膜过滤单元中，原液罐11、中空丝膜模块31~36的原液导入口2被供给液配管21连接。供给液配管21在配置于供给液配管21的途中的供给泵13的后段分岔，被与中空丝膜模块31~36并列地连接。中空丝膜模块31~36的过滤液导出口3借助过滤液配管22被与过滤液罐12并列地连接。此外，中空丝膜模块31~36的原液导出口4借助浓缩液配管23被与原液罐11并列地连接。分别地，在供给液配管21的途中配置有供给液阀41，在浓缩液配管23的途中配置有浓缩液阀43。
进而，在过滤液配管22上配置有过滤液分割阀44，前述过滤液分割阀44划分成使被从中空丝膜模块31~35导出的过滤液和被从中空丝膜模块36导出的过滤液不接触。
在过滤液配管22的过滤液分割阀44和中空丝膜模块31~35的过滤液导出口3之间，连接有导入气体的第2加压气体导入配管26，在第2加压气体导入配管26的途中配置有过滤液气体导入阀49。此外，浓缩液配管23的浓缩液阀43和中空丝膜模块31~35的原液导出口4之间，也连接有导入气体的第1加压气体导入配管25，在第1加压气体导入配管25的途中配置有过滤液气体导入阀48。
此外，具备连接过滤液罐12和过滤液配管22的逆洗配管27，在逆洗配管27的途中，配置从过滤液罐12向中空丝膜模块31~36送给过滤液的逆洗泵14及逆洗阀46。
使用图4中例示的膜过滤单元的情况下，与图2中例示的膜过滤单元比较不具有过滤液旁路配管24，所以有回收工序结束时在过滤液配管22内存在的残液量变多的情况，但过滤单元的构造更简单。
此外，作为本实施方式的膜过滤单元的另一方式，也可以在被并列连接的中空丝膜模块的原液导出口4的后段串联地连接有的中空丝膜模块。这里“串联地连接”是指，被向一个中空丝膜模块导入的原液的至少一部分被从该中空丝膜模块导出而被向与后段连接的另外的中空丝膜模块导入的连接的方式。该情况下，例如，串联地连接的两个中空丝膜模块中的后段的中空丝膜模块中，也可以有原液导入口2被配置于铅垂方向上的上部而原液导出口4被配置于铅垂方向上的下部的情况。因此，在这样的实施方式的膜过滤单元中，在被串联地连接的中空丝膜模块的后段，在汇集工序中从中空丝膜模块的原液导出口4导出逆流液，在回收工序中从中空丝膜模块的原液导出口4导入逆流液。
关于应用本实施方式的膜过滤单元的运转方法的中空丝膜的材质，优选地使用疏水性的树脂。使用由亲水性的树脂形成的膜的情况下，即使借助加压气体从原液侧向过滤液侧使气体通气来干燥的情况下，也通过再次将液体通液来使膜完全湿润化，因此透水性能不下降，原本就不需要应用本实施方式的膜过滤单元的运转方法。
另一方面，使用由疏水性的树脂形成的膜的情况下，若借助加压气体从原液侧向过滤液侧使气体通气来干燥，则即使再次将液体通液，膜也不会完全湿润化，所以透水性能下降。本实施方式是适合这样的无法使膜干燥的使用分离膜的膜过滤单元的运转方法。
作为疏水性的树脂，例如列举氟系树脂、烯烃系树脂等，但优选为接触角为80°以上的树脂，更优选为90°以上的树脂。若为该范围内则也可以包括多个树脂。
疏水性的树脂从强度的观点考虑优选为氟系树脂，更优选为聚偏二氟乙烯。
接触角的测定为，将成形为中空丝膜状的分离膜用乙醇、纯水充分洗涤后，使充分真空干燥的分离膜的表面平坦，将纯水的液滴向分离膜表面滴下后，将2秒至5秒地测定的接触角的平均值设为接触角。接触角通过θ/2法求出。θ/2法是根据连结水滴的左或右的端点和顶点的直线相对于膜表面的角度(θ/2)得到接触角θ的方法。
此外，为了防止中空丝膜的干燥，优选地导入加压气体的压力为泡点压力以下。泡点压力是指，例如将中空丝膜用乙醇等湿润化后，将中空丝膜的细孔内用既定的液体充满，从中空丝膜的一端侧导入加压气体来逐渐提高压力，是从另一端侧的表面检测气泡的发生的最小压力。泡点压力的测定时，作为使中空丝膜湿润化的液体，优选地用与实际进行过滤的原液相同的液体、或具有同等表面张力的液体测定泡点压力。
实施例
(中空丝膜模块的制作)
使用7000根东丽公司制的PVDF中空丝膜(HFM膜)制作图1中例示的卡盒式中空丝膜模块。中空丝膜5的两端在通过离心装罐形成的装罐部8处固定，且其中的一端固封。容器1的内径为159mm。此外，中空丝膜的接触角为95°，泡点压力为180kPa。
(实施例1)
利用六根制作的中空丝膜模块，使它们的长度方向与铅垂方向一致立起，构成图2中例示的膜过滤单元。
过滤工序中，借助供给泵13将原液从原液罐11向中空丝膜模块31~36送给，通过横向流动过滤运转实施过滤工序。此时，供给液阀41打开，过滤液阀42打开，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。此外，横向流动流量为103m3/hr，过滤流量为7.7m3/hr。
过滤工序的途中，为了洗涤中空丝膜5的封堵而实施逆洗。更具体地，借助逆洗泵14从过滤液罐12向中空丝膜模块31~36送给过滤液。此时，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46打开，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。逆洗流量为10.4m3/hr。
过滤工序中，重复分别将上述的横向流动过滤运转进行9分钟、将上述的逆洗进行1分钟的循环。原液量变少，直至原液罐11的下限值结束送给，由此停止横向流动过滤运转，从第1加压气体导入配管25导入100kPa的氮气来进行气体加压过滤。此时，供给液阀41关闭，过滤液阀42打开，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49关闭。进行气体加压过滤至过滤液不从各自的中空丝膜模块的过滤液导出口3导出。之后，使第1加压气体导入配管25大气压开放，使浓缩液配管23内为常压，结束过滤工序。
汇集工序中，从第2加压气体导入配管26导入100kPa的氮气，使存在于容器内的过滤液从二次侧向一次侧逆流，得到逆流液。此时，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49打开，继续加压1分钟。
之后，从第1加压气体导入配管25导入100kPa的氮气。此时，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45打开，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47关闭，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49关闭。由此，将在中空丝膜模块31~35的容器1内的一次侧存在的逆流液从原液导入口向容器1外导出。
回收工序中，将上述逆流液经由供给液配管21导入中空丝膜模块36的容器1内。然后，从第1加压气体导入配管25导入100kPa的氮气来加压过滤。此时，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45打开，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47关闭，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49关闭，仅进行借助中空丝膜模块36的过滤。所得到的回收液被从过滤液导出口3向容器1外导出，经由过滤液旁路配管24，向过滤液罐12送给回收。进行加压过滤至回收液不从中空丝膜模块36的过滤液导出口3导出，结束回收工序。
通过本运转，在膜过滤单元的配管等内部最终存在的残液为31L。汇集工序和回收工序所需时间为9分钟。
(实施例2)
汇集工序中，使过滤液从中空丝膜的二次侧向一次侧逆流时，关闭过滤液分割阀44，除了在中空丝膜模块31~35使其逆流以外，实施与实施例1相同的膜过滤单元的运转方法。
通过本运转，在膜过滤单元的配管等内部最终存在的残液为31L。汇集工序和回收工序所需的时间为7分钟。
(实施例3)
除了将汇集工序和回收工序并行地实施以外，实施与实施例1相同的膜过滤单元的运转方法。为了将汇集工序和回收工序和并行地实施，从第2加压气体导入配管26导入150kPa的氮气来使其逆流，同时从第1加压气体导入配管25导入100kPa的氮气来加压过滤。
通过本运转，在膜过滤单元的配管等内部最终存在的残液为31L。汇集工序和回收工序所需时间为6分钟。
(实施例4)
除了使用已制作的6个中空丝膜模块构成图3中例示的膜过滤单元以外，实施与实施例1相同的膜过滤单元的运转方法。在铅垂方向上，仅将中空丝膜模块36的原液导入口2比供给液配管21的下端靠300mm下方地配置。
通过本运转，最终在膜过滤单元的配管等内部存在的残液为9L。汇集工序和回收工序所需的时间为14分钟。
(比较例1)
使用已制作的6个中空丝膜模块，使它们的长边方向与铅垂方向一致地立起，构成图2中例示的膜过滤单元。
过滤工序中，借助供给泵13从原液罐11向中空丝膜模块31~36送给原液，通过横向流动过滤运转实施过滤工序。此时，供给液阀41打开，过滤液阀42打开，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。此外，横向流动流量为103m3/hr，过滤流量为7.7m3/hr。过滤工序的途中为了洗涤中空丝膜5的封堵而实施逆洗。更具体地，借助逆洗泵14从过滤液罐12向中空丝膜模块31~36送给过滤液。此时，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43打开，过滤液分割阀44打开，过滤液旁路阀45关闭，逆洗阀46打开，逆洗旁路阀47打开，浓缩液气体导入阀48关闭，过滤液气体导入阀49关闭。逆洗流量为10.4m3/hr。
在过滤工序中，重复分别将上述的横向流动过滤进行9分钟，将上述的逆洗进行1分钟的循环。直至原液量变少而到达原液罐11的下限值结束送给，停止横向流动过滤运转，结束过滤工序。
之后，不实施汇集工序而原样实施回收工序。回收工序中，从第1加压气体导入配管25导入100kPa的氮气来进行加压过滤。此时，供给液阀41关闭，过滤液阀42关闭，浓缩液阀43关闭，过滤液分割阀44关闭，过滤液旁路阀45打开，逆洗阀46关闭，逆洗旁路阀47关闭，浓缩液气体导入阀48打开，过滤液气体导入阀49关闭，仅借助中空丝膜模块36来过滤。所得到的回收液经由过滤液旁路配管24向过滤液罐12送给来回收。进行加压过滤至回收液不从中空丝膜模块36的过滤液导出口3导出，结束回收工序。
通过本运转，最终存在于膜过滤单元的配管等内部的残液为55L。回收工序所需时间为24分。
将本发明详细地且参照特定的实施方式地说明，但对本领域技术人员而言，显然能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下加以各种各样的改变、修正。本申请是基于2019年2月26日申请的日本专利申请(日本特愿2019-32311)的申请，将其内容作为参照引用于此。
产业上的可利用性
本发明的膜过滤单元的运转方法优选地应用于饮料水制造、净水处理或排水处理等水处理领域、伴随微生物、培养细胞的培养的发酵领域、食品工业领域等中的原液的膜过滤。
附图标记说明
1容器
2原液导入口
3过滤液导出口
4原液导出口
5中空丝膜
6原液侧空间(一次侧)
7过滤液侧空间(二次侧)
8装罐部
11原液罐
12过滤液罐
13供给泵
14逆洗泵
21供给液配管
22过滤液配管
23浓缩液配管
24过滤液旁路配管
25第1加压气体导入配管
26第2加压气体导入配管
27逆洗配管
28过滤液回收用配管
31~36中空丝膜模块
41供给液阀
42过滤液阀
43浓缩液阀
44过滤液分割阀
45过滤液旁路阀
46逆洗阀
47逆洗旁路阀
48浓缩液气体导入阀
49过滤液气体导入阀。

Claims (10)

1.一种膜过滤单元的运转方法，前述膜过滤单元具备多个中空丝膜模块，且多个前述中空丝膜模块被并列地连接，前述中空丝膜模块在具有原液导入口、过滤液导出口、原液导出口的容器填充有中空丝膜，其特征在于，
具备过滤工序、汇集工序、回收工序，
在前述过滤工序中，将原液从前述原液导入口向前述容器内导入，从前述中空丝膜的一次侧向二次侧过滤，将所得到的过滤液从前述过滤液导出口向前述容器外导出，
在前述汇集工序中，使存在于前述容器内的前述过滤液从前述中空丝膜的二次侧向一次侧逆流，将所得到的逆流液从前述原液导入口及前述原液导出口的至少一方向前述容器外导出，
在前述回收工序中，将前述逆流液从前述原液导入口及前述原液导出口的至少一方再次向前述容器内导入，从前述中空丝膜的一次侧向二次侧过滤，将所得到的回收液从前述过滤液导出口向前述容器外导出，
将同时实施前述过滤工序的前述中空丝膜模块的数量设为n 1、 将同时实施前述汇集工序的前述中空丝膜模块的数量设为n 2、 将同时实施前述回收工序的前述中空丝膜模块的数量设为n 3时，
满足n 1≥n 2＞n 3的关系。
2.如权利要求1所述的膜过滤单元的运转方法，其特征在于，
实施前述回收工序的前述中空丝膜模块和实施前述汇集工序的前述中空丝膜模块不同。
3.如权利要求2所述的膜过滤单元的运转方法，其特征在于，
使前述汇集工序和前述回收工序并行地实施。
4.如权利要求3所述的膜过滤单元的运转方法，其特征在于，
前述汇集工序和前述回收工序被借助加压气体实施，且实施前述汇集工序的前述加压气体的压力P2和实施前述回收工序的前述加压气体的压力P3满足P3＜P2的关系。
5.如权利要求1至4中任一项所述的膜过滤单元的运转方法，其特征在于，
在铅垂方向上，将实施前述回收工序的前述中空丝膜模块的前述原液导入口比不实施前述回收工序的前述中空丝膜模块的前述原液导入口靠下方地配置。
6.如权利要求1至5中任一项所述的膜过滤单元的运转方法，其特征在于，
前述中空丝膜是由疏水性的树脂形成的膜。
7.如权利要求6所述的膜过滤单元的运转方法，其特征在于，
前述疏水性的树脂由聚偏二氟乙烯构成。
8.一种膜过滤单元，前述膜过滤单元具备多个中空丝膜模块，且多个前述中空丝膜模块被并列地连接，前述中空丝膜模块在具有原液导入口、过滤液导出口、原液导出口的容器填充有中空丝膜，其特征在于，
导入加压气体的第1加压气体导入配管被连接于，与前述原液导入口或前述原液导出口连接的配管或罐，
导入加压气体的第2加压气体导入配管被连接于，与前述过滤液导出口连接的配管，
一部分的前述中空丝膜模块在将前述过滤液导出口和前述第2加压气体导入配管连接的前述配管上具备阀。
9.如权利要求8所述的膜过滤单元，其特征在于，
一部分的前述中空丝膜模块还具备将前述过滤液导出口和过滤液回收配管或过滤液罐连接的旁路配管，
前述旁路配管不与前述第2加压气体导入配管连接。
10.如权利要求9所述的膜过滤单元，其特征在于，
前述旁路配管的管径比前述过滤液回收配管的管径小。
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