JP2000246070A

JP2000246070A - 膜分離装置及びその運転方法

Info

Publication number: JP2000246070A
Application number: JP11054312A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Tanida; 克義谷田; Kazutaka Takada; 一貴高田; Yoshio Konishi; 嘉雄小西; Yoshie Takeo; 由重竹尾; Kazuyoshi Yamamoto; 和良山本; Tadashi Fujii; 匡藤井
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1999-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理液を透過液と非透過液に分離する透過
性膜の表面への懸濁物等の粒子の堆積を低コストで効果
的に防止することにより安定した透過流束を得ることが
できるとともに、膜の劣化も防止できる膜分離装置及び
その運転方法を提供すること【解決手段】透過性膜を備えたフィルターパック３の
一方側に供給した被処理液を透過液と非透過液に分離す
る。ポンプ２による被処理液の供給タンク１からフィル
ターパック３への被処理液の連続供給中に、ポンプ２に
接続したタイマーにより被処理液の供給を一時停止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膜分離装置及びその
運転方法に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、被処理液を膜分離する方法としては、微小孔を有す
る透過性膜を備えたクロスフロー型膜分離装置により膜
分離する方法が知られている。クロスフロー型膜分離装
置は、透過性膜により被処理液を透過成分と非透過成分
とに分離し、この非透過成分を再び装置入側に供給して
同じく透過性膜により透過成分と非透過成分に分離し、
以降同様の操作を行うことによって非透過成分の濃度を
高める一方、透過液の透過度を増していくプロセスであ
る。このようにして行われる透過処理の結果、透過性膜
の表面に懸濁物等の粒子が堆積し、濾過抵抗が増大する
（流路の一部または全部が閉塞する）ことにより透過流
束が低下するので、所定の値以上に透過流束を回復する
ために、透過流束が所定の値以下になった時点で被処理
液に代えて薬品を膜分離装置に供給し、透過性膜の表面
に堆積した懸濁物等の粒子を薬品により剥離させて透過
流束を回復する方法が行われている。

【０００３】ところが、薬品の供給を繰り返すと、透過
性膜がより早く劣化するため、膜の交換頻度が多くな
り、ランニングコストを増大させてしまう。このような
化学的洗浄方法に代えて、被処理液の供給される側とは
反対側の透過性膜の面に圧力を付加することにより（す
なわち、逆圧をかけることにより）、透過性膜に付着し
た懸濁物等の粒子を剥ぎとろうとする物理的洗浄方法も
提案されているが、頻繁に逆圧付加工程を実施すると繰
り返し操作に起因する材料強度低下が早くなるため、膜
の交換頻度が多くなり、同様にランニングコストを増大
させてしまう。

【０００４】一方、透過流束が所定値以下に低下した透
過性膜を、これらの化学的方法や物理的方法で洗浄せず
に透過流束を増大させるために、例えば被処理液の供給
圧力を増加させる方法は、透過性膜の表面への懸濁物等
の粒子の堆積がますます進行するという、より好ましく
ない状態になるので、採用することができない。また、
透過流束を増大させるために被処理液の供給温度を上昇
させる方法は、ランニングコストの増大を招くことにな
る。また、処理水量を多くするために、当初から膜面積
の大きな透過性膜を使用するという方法は、初期設備コ
ストが高くなり、膜交換時のコストも増大する。

【０００５】本発明は従来の技術の有するこのような問
題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、被処
理液を透過液と非透過液に分離する透過性膜の表面への
懸濁物等の粒子の堆積を低コストで効果的に防止するこ
とにより安定した透過流束を得ることができるととも
に、膜の劣化も防止できる膜分離装置及びその運転方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、膜分離装置への被処理液の連続供給中に被
処理液の供給を一時停止することにより、膜分離装置に
付加される圧力はゼロになり、膜に付着した懸濁物等の
粒子が剥がれやすい状態になる。そして、一定時間停止
した後に被処理液の供給を再開すると、膜に付着した懸
濁物等の粒子の全部または一部が剥がされるようにして
除去され、透過流束が回復する。

【０００７】

【発明の実施の形態】すなわち、本発明は、透過性膜を
備えた膜分離装置の一方側に供給した被処理液を透過液
と非透過液に分離する膜分離装置の運転方法であって、
膜分離装置への被処理液の連続供給中に被処理液の供給
を一時停止することを特徴とする膜分離装置の運転方法
を第一の発明とする。第一の発明によれば、膜分離装置
への被処理液の連続供給中に被処理液の供給を一時停止
することにより、膜分離装置に付加される圧力はゼロに
なり、膜に付着した懸濁物等の粒子が剥がれやすい状態
になる。そして、一定時間停止した後に被処理液の供給
を再開すると、膜に付着した懸濁物等の粒子の全部また
は一部が剥がされるようにして除去され、透過流束が回
復する。従って、透過流束の低下を抑制できる。また、
この方法によれば、化学的洗浄方法や物理的洗浄方法の
ように透過性膜の劣化が促進されることもなく、膜の交
換コストを低減することができる。

【０００８】また、第一の発明において、膜分離装置へ
の被処理液の供給と停止を所定間隔で繰り返すことを特
徴とする膜分離装置の運転方法を第二の発明とする。第
二の発明によれば、被処理液の供給と停止を所定間隔で
規則的に繰り返すことにより、膜に付着した懸濁物等の
粒子が定期的に剥離されるので、継続的に安定した透過
流速を得ることができる。

【０００９】第一または第二の発明において、膜分離装
置への被処理液の供給時または停止時の少なくともいず
れかで透過性膜に振動を与えることを特徴とする膜分離
装置の運転方法を第三の発明とする。第三の発明によれ
ば、被処理液の供給時に透過性膜を振動させれば、膜表
面近傍のせん断力により被処理液中の粒子の逆輸送が生
じ、膜表面から離れた所に粒子が移動するため、濃度分
極（濃度の異常に高い部分が生成すること）が抑制さ
れ、膜への懸濁物等の粒子の付着が抑制される。また、
被処理液の供給停止時に透過性膜を振動させれば、せん
断効果により膜に付着した懸濁物等の粒子が、より剥が
されやすくなる。透過性膜の振動条件としては、水平面
内の円周方向への振幅０．５cm以上の往復運動とするの
が、上記したせん断効果が大きくなるので好ましい。こ
れにより透過流束の低下を極めて抑制することができ
る。

【００１０】さらに、透過性膜を備えた膜分離装置の一
方側に供給した被処理液を透過液と非透過液に分離する
膜分離装置であって、膜分離装置への被処理液の供給と
停止を制御するための制御装置を備えていることを特徴
とする膜分離装置を第四の発明とする。被処理液の供給
と停止を制御するための制御装置としては、例えば、タ
イマーを用いることができる。第四の発明は、第一の発
明や第二の発明を実施する膜分離装置として好適であ
る。

【００１１】そして、第四の発明において、透過性膜に
振動を与えるための手段を備えていることを特徴とする
膜分離装置を第五の発明とする。第五の発明は、第三の
発明を実施する膜分離装置として好適である。

【００１２】本発明に係る膜分離装置の運転方法は、膜
種に関係なく、また、平膜・中空糸といった膜モジュー
ル構造に関係なく、さらに、回転型・振動型といった装
置の機構にも関係なく、すべての膜分離装置に適用する
ことが可能である。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の好ましい実施例を図面を参照
しながら説明する。図１は、本発明の方法を適用するに
好適な振動型膜分離装置の概略構成図である。図１にお
いて、１は被処理液の供給タンク、２は被処理液を圧送
するポンプ、３は多数の平膜型の透過性膜を積層したフ
ィルターパック、４はこのフィルターパック３内の透過
性膜に、水平面内の円周方向に振幅１〜２．５cmで振動
周波数４０〜６０Ｈｚの微小振幅の往復運動を与えるト
ーションバー、５は非透過液の貯槽、６は透過液の貯槽
である。７は供給タンク１から管路８を経てフィルター
パック３に圧送される被処理液の圧力とフィルターパッ
ク３から排出される非透過液の圧力の差を適正な範囲に
調節するために非透過液の排出量を調整するバルブであ
る。フィルターパック３の内部には、図２に示すよう
に、上下の透過性膜９、９′の間に２〜１５枚の不織布
のドレインクロス１０、１０′を介して金属板１１が積
層されたものが水平方向に配置され、かつ鉛直方向に所
定間隔を設けて多段に設置されている。図２中、上位の
透過性膜９の上側が一方側であり、ドレインクロス１０
側が他方側である。この一方側に被処理液を供給する
と、一方側の内圧は他方側より高圧（約２〜４０kg／cm
²）に設定されているため、被処理液中の透過成分、す
なわち、図３に示すように、透過性膜９の微小孔より小
さな粒子（透過成分）が膜孔１２を透過し、他方側へ達
する。透過成分が透過した後の非透過液は、図２の次の
段の透過性膜９の一方側に供給され、透過成分が膜孔を
透過する。

【００１４】この透過処理の間、フィルターパック３内
の透過性膜は上記したトーションバー４の作用により水
平面内の円周方向に微小振幅の往復運動を続けるため、
膜表面近傍の被処理液は振動によるせん断効果により濃
度分極（濃度が異常に高い部分が生じること）が抑制さ
れ、膜が目詰まりしにくくなる。かくして、ポンプ２に
より適正な圧力を被処理液に与えることにより、高い透
過流束のもとで、被処理液を、透過液と非透過液とに効
率的に分離することができる。このようにして順次透過
処理が行われ、得られた透過液は管路１３を経て貯槽６
に送られ、管路１４内にある非透過液は貯槽５に送られ
る。かくして、タンク１内の被処理液を管路８を経てフ
ィルターパック３に供給し、上記した振動型膜分離装置
によって効率的に透過液と非透過液に分離することがで
きる。なお、ポンプ２には、被処理液の供給と停止を制
御するためのタイマーが接続されている。

【００１５】振動型膜分離装置の透過性膜としては、逆
浸透膜、ナノフィルター、限外濾過膜、精密濾過膜等を
好適に用いることができる。

【００１６】図４は膜モジュール内の被処理液の流れを
示す図であり、被処理液は経路１５から膜モジュール内
に流入し、透過性膜を透過した透過液は経路１６から排
出され、非透過液は経路１７から排出される。

【００１７】以下に、河川水を用いて図１に示す構成の
振動型膜分離装置により透過性膜を振幅２．０cm、振動
周波数５０Ｈｚの条件で振動させつつ膜分離を行った場
合に、膜分離装置への河川水の供給（送給圧４．０kg／
cm²）と停止を繰り返したことによる透過流束の変化を
図５に示す。図５において、●と●を直線で結んでいる
部分は、河川水を膜分離装置に連続的に供給して膜分離
を行った場合を示し、○と○を直線で結んでいる部分
は、河川水を膜分離装置に１時間連続的に供給して膜分
離を行った後に１分間その供給を停止して膜分離操作を
休止するというサイクルを繰り返した場合を示す。な
お、同一運転時間を示す線上で、●と●または○と○の
間が離れている部分は、その間、１０分間装置の運転を
休止したことを示す。

【００１８】図５に明らかなように、膜分離装置への被
処理液の供給を停止（膜分離装置の運転を休止）するこ
とにより、被処理液の供給再開後に透過流束（Liter／
ｍ²／hr）が増加することが分かる。また、被処理液の
供給と停止を一定の間隔で規則的に繰り返すこと（○−
○）により、被処理液の供給再開後に透過流束が徐々に
回復し、初期値に近い状態まで透過流束の値を上昇させ
ることができる。このように、本発明によれば、懸濁物
等の粒子が堆積した膜であっても、膜分離装置の連続運
転中に短時間の休止タイミングを設けることにより、大
幅に透過流束を回復することができる。なお、河川水の
供給停止時には透過性膜は振動させなかったが、そのと
きにも透過性膜を振動させてもよい。この場合、膜に付
着した懸濁物等の粒子は、より剥がれやすくなる。河川
水の供給停止時間は上記のものに限定されず、処理効率
に影響を与えない程度において、被処理液の性状に適し
た停止時間を採用することができる。また、河川水の供
給時間も同様に任意に設定することができる。

【００１９】図６も図５と同様に、膜分離装置への河川
水の供給（送給圧４．０kg／cm²）と停止を繰り返した
場合の透過流束の変化を示すものであるが、この場合
は、透過性膜の振動の有無による効果を確認するため、
透過性膜を振動させない場合の試験も行った。図６にお
いて、○と○を結ぶ線は図５の膜分離装置の透過性膜を
同上条件で振動させつつ１時間に１分間運転休止（被処
理液の供給停止）をした場合の透過流束の変化を示し、
△と△を結ぶ線は図５の膜分離装置の透過性膜を振動さ
せずに１時間に１分間運転休止（被処理液の供給停止）
をした場合の透過流束の変化を示し、●と●を結ぶ線は
図５の膜分離装置の透過性膜を振動させずに連続運転し
た場合の透過流束の変化を示す。図６に明らかなよう
に、一定のサイクルで膜分離装置の運転休止（被処理液
の供給停止）をすることにより透過流束の低下を抑制で
き、さらに、透過性膜を振動させることによりその透過
流束の低下を極めて抑制できることが分かる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記のとおり構成されているの
で、次の効果を奏する。

【００２１】請求項１記載の発明によれば、膜分離装置
への被処理液の連続供給中に透過流束が低下したときに
被処理液の供給を一時停止することにより、被処理液の
供給再開後に透過流束を回復させることができる。従っ
て、透過流束の低下を抑制することができる。また、こ
の方法によれば、化学的洗浄方法や物理的洗浄方法のよ
うに、透過性膜の劣化が促進されることもなく、膜の寿
命が長くなるので、膜の交換コストを低減することがで
きる。

【００２２】請求項２記載の発明によれば、膜に付着し
た懸濁物等の粒子が定期的に剥離されるので、継続的に
安定した透過流束を得ることができる。

【００２３】請求項３記載の発明によれば、被処理液の
供給時に透過性膜を振動させれば、膜表面近傍の被処理
液はせん断力により被処理液中の粒子の逆輸送が生じ、
膜表面から離れた所に粒子が移動するため、濃度分極が
抑制され、膜への懸濁物等の粒子の付着が抑制される。
また、被処理液の供給停止時に透過性膜を振動させれ
ば、膜に付着した懸濁物等の粒子は振動によるせん断効
果により、一層剥がされやすくなる。これにより透過流
速の低下を極めて抑制することができる。

【００２４】請求項４記載の発明は、請求項１記載の方
法や請求項２記載の方法を実施する膜分離装置として好
適である。

【００２５】請求項５記載の発明は、請求項３記載の方
法を実施する膜分離装置として好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を適用するに好適である振動型膜
分離装置の概略構成図である。

【図２】図１の振動型膜分離装置に使用するフィルター
パックの一部を示す断面図である。

【図３】振動型膜分離装置による透過処理の概念を示す
図である。

【図４】本発明の膜分離装置の膜モジュール内の被処理
液の流れを示す図である。

【図５】振動型膜分離装置により膜分離を行った場合
に、膜分離装置への被処理水の供給と停止を繰り返した
ことによる透過流束の変化を示す図である。

【図６】膜分離装置への被処理水の供給と停止を繰り返
したことによる透過流束の変化を示す図であり、被処理
水の供給・停止の繰り返しと透過性膜の振動の有無によ
る効果を示す。

【符号の説明】

１…供給タンク２…ポンプ３…フィルターパック４…トーションバー５…非透過液の貯槽６…透過液の貯槽９、９’…透過性膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹尾由重兵庫県神戸市須磨区菅野台１−１−79 (72)発明者山本和良兵庫県芦屋市旭が丘町29−９ (72)発明者藤井匡兵庫県姫路市梅ケ谷町６−26 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA05 GA06 GA07 HA42 HA86 JA51A KA47 KA63 KE05P KE07P KE23Q KE24Q KE28Q KE30Q MA03 MA06 PA01 PB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過性膜を備えた膜分離装置の一方側に
供給した被処理液を透過液と非透過液に分離する膜分離
装置の運転方法であって、膜分離装置への被処理液の連
続供給中に被処理液の供給を一時停止することを特徴と
する膜分離装置の運転方法。
【請求項２】膜分離装置への被処理液の供給と停止を
所定間隔で繰り返すことを特徴とする請求項１記載の膜
分離装置の運転方法。
【請求項３】膜分離装置への被処理液の供給時または
停止時の少なくともいずれかで透過性膜に振動を与える
ことを特徴とする請求項１または２記載の膜分離装置の
運転方法。
【請求項４】透過性膜を備えた膜分離装置の一方側に
供給した被処理液を透過液と非透過液に分離する膜分離
装置であって、膜分離装置への被処理液の供給と停止を
制御するための制御装置を備えていることを特徴とする
膜分離装置。
【請求項５】透過性膜に振動を与えるための手段を備
えていることを特徴とする請求項４記載の膜分離装置。