JP2001162140A

JP2001162140A - 濾過膜モジュール

Info

Publication number: JP2001162140A
Application number: JP34564399A
Authority: JP
Inventors: Toyozo Hamada; 豊三浜田; Nobuyuki Nakatsuka; 修志中塚
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高い透水速度が維持できる濾過膜モジュール
の提供。【解決手段】平板袋状膜エレメントをハウジング４０
内に備えた濾過膜モジュールにおいて、枠体部材１２ｃ
（１２ｄ）、上方突出部３０ａ（３０ｂ）及び下方突出
部３２ａ（３２ｂ）の３辺により、膜エレメント１０の
幅方向内側に凹部が形成される。このような二つの凹部
とハウジング４０内壁面とにより、流体が流通可能な間
隙３４、３５が形成される。このとき、間隔Ｗ_１又はＷ
_２とハウジングの内壁面の間隔Ｗとの間には、（Ｗ_１又
はＷ_２／Ｗ）×１００＝１〜１５％の関係を有してい
る。該間隙の存在により、複数の膜エレメント１０間に
堆積した汚泥等を容易に排出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生物処理法等を適
用する各種排水処理等に適用できる濾過膜モジュールに
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】懸濁物
や汚泥等の懸濁粒子（ＳＳ）を含む生物反応液の固液分
離処理において膜分離法が汎用されている。例えば、特
開平２−８６８９３号公報には、曝気槽内の原水の浄化
処理水中に、濾過膜装置を水没させ、膜直下に散気管を
配置して吸引濾過する固液分離装置が開示され、特開平
５−１８５０７８号公報には、最小保留粒子径１０〜１
００μｍの２枚の不織布を袋状にし、内部に間隔保持用
の通水性多孔質材を挿入した濾過体を用いた曝気槽の濾
過装置が開示されている。これらの従来技術で用いられ
ている濾過体は精密濾過膜や不織布であり、膜モジュー
ルとしては、これらの濾過膜を集水管を有する枠体に袋
状に貼り付けたものを多数積層し、膜透過水を前記集水
管により取水する構造のものである。

【０００３】一般に、このような多数積層された濾過膜
モジュールを用いてＳＳを含む液体を固液分離処理する
場合、濾過の進行と共に膜間にＳＳが堆積し、透水速度
が減少するという問題があるため、ポンプの循環速度を
高めたり、膜下方からの曝気を行うという操作が必要と
なる。

【０００４】また、特開平１０−９９８５６号公報に
は、水面下に設置される膜モジュールを、上端が水面上
に突出し、下端が上記膜モジュールの下面よりも下に位
置する包囲壁で、膜モジュールの周囲との間に水路を形
成することなく囲むと共に、膜モジュールの下方の水中
に膜モジュールの横断面の全面に均等に散気する散気装
置を配置した浸漬型膜分離装置が開示されている。しか
し、この装置では膜面積が大きくなるに従い、膜の上下
方向で液線速度分布が生じ易くなり、膜エレメント間に
ＳＳが堆積しやすくなる。

【０００５】本発明は、高い透過液量及びＳＳ分離性能
を長期間安定に発揮することを可能にする固液分離用の
濾過膜モジュールを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、濾過膜モ
ジュールの運転時において、堆積したＳＳの排出操作が
容易にできる手段の適用によって上記問題を解決するべ
く研究した結果、平板袋状膜エレメントの両側とそれら
と対向するハウジング内壁面との間に流体が流通可能な
間隙を設けることで、ＳＳの排出が容易にでき、上記目
的を達成できることを見出した。

【０００７】本発明は、平板袋状膜エレメントをハウジ
ング内に備えた濾過膜モジュールであって、前記平板袋
状膜エレメントが、その幅方向の一端側又は両端側に幅
方向内側への凹部を有しており、前記凹部とハウジング
内壁面との間に流体が流通可能な間隙が形成されている
濾過膜モジュールを提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の濾過膜モジュールは、所
望形状及び容積のハウジング内に、１又は２以上で所要
数の平板袋状膜エレメント（以下「膜エレメント」とい
う）を備えているものである。

【０００９】本発明で用いるハウジングの形状及び容積
は、濾過膜モジュールの設置場所等を考慮して決定され
る。膜エレメントの形状及び大きさはハウジングとの関
連において決定され、膜エレメントの数は濾過能力等を
考慮して決定される。例えば、縦０．１〜１０ｍ、横
０．１〜１０ｍ、高さ０．２〜１０ｍの直方体のハウジ
ング内に収容する場合には、膜エレメントは、厚み０．
００５〜０．０５ｍ、幅０．１〜１０ｍ、高さ０．１〜
５ｍのものを用いることができる。

【００１０】本発明で用いる膜エレメントは、その幅方
向の一端側又は両端側、好ましくは両端側に幅方向内側
への凹部を有している。この凹部は、膜エレメントとハ
ウジング内壁面との間に流体が流通可能な間隙を形成で
きる程度のものであれば特に限定されるものではない。
ただし、本発明の濾過膜モジュールにおいては、流体の
流通をより円滑にする点から、前記間隙の幅がハウジン
グの対向する内壁面（膜エレメントの幅方向に対向する
内壁面）間の間隔の１〜１５％であることが好ましく、
３〜１０％であることがより好ましい。

【００１１】本発明で用いる膜エレメントは、例えば枠
体の両面側に袋状の濾過膜を有する形態にすることがで
きる。このような形態の場合、枠体を袋状の濾過膜で包
み込んだものでもよく、枠体の両側に２枚の濾過膜を貼
り付けて袋状にしたものでもよい。このとき、濾過膜内
部には透過液流路となるメッシュ状部材等を挟み込んで
もよい。

【００１２】枠体は、透過液を集めるための集水手段
と、濾過膜面を洗浄するための逆流洗浄手段を備えるこ
とができる。かかる集水手段と逆流洗浄手段は、同一又
は異なる管材、溝等を組み合わせて形成することができ
る。

【００１３】膜エレメントの濾過膜は、平均孔径が好ま
しくは１〜１５０μｍ、より好ましくは５〜１００μｍ
の通水性多孔体が望ましく、特に不織布が好ましい。

【００１４】濾過膜として不織布を用いた場合、不織布
としては、目付量が好ましくは１０〜１０００ｇ／
ｍ²、より好ましくは２０〜９００ｇ／ｍ²で、かつ通気
度が好ましくは０．１〜２００ｃｍ³／ｃｍ²・ｓ、より
好ましくは０．２〜１５０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓのものが望
ましい。

【００１５】また、濾過膜として不織布を用いた場合、
不織布としては、繊維径が好ましくは０．５〜３０μ
ｍ、より好ましくは１〜１０μｍ、厚みが好ましくは３
０〜５０００μｍ、より好ましくは１００〜２０００μ
ｍ、表面の平均孔径が好ましくは１〜３００μｍ、より
好ましくは２〜２００μｍのものが望ましい。

【００１６】このような不織布としては、綿、麻、羊毛
等の天然繊維、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ（メタ）アクリル酸
エステル、ビスコースレーヨン、酢酸セルロース、メチ
ルセルロース等のセルロース誘導体、ポリエチレン、ポ
リプロピレン等のポリオレフィン、ポリカーボネート、
ポリアミド、ナイロン６、ナイロン６６等のポリエステ
ルアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミ
ド、ポリエーテルエステル、更にこれらの共重合体、ブ
レンド物及び架橋物等の合成繊維からなるものが挙げら
れる。これらの中でも、ポリエステル、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリカーボネート等からなる不織布が
好ましく、ポリエステルからなる不織布が特に好まし
い。

【００１７】次に、本発明の濾過膜モジュールで用いる
膜エレメントの一実施形態を、図１及び図２に基づいて
説明する。図１は膜エレメントの斜視図、図２は膜エレ
メントの正面図（ただし、正面側の膜は図示していな
い）であり、図２において示したハウジングは、膜エレ
メントとハウジングの配置関係を示すためのもので、ハ
ウジングの形状や容積の形態を示したものではない。

【００１８】膜エレメント１０は、枠体１２の両面側に
２枚の濾過膜１４が貼り付けられて袋状に形成されてい
る。濾過膜１４の内部には、透過液流路となるメッシュ
状部材が挟み込まれている。枠体１２は、上下辺を形成
する枠体部材１２ａ、１２ｂと、両側辺を形成する枠体
部材１２ｃ、１２ｄからなっている。枠体部材１２ｃ、
１２ｄと、それらと対向するハウジング４０の内壁面と
は、高さ方向に平行になっていることが望ましい。

【００１９】２枚の濾過膜１４を枠体１２に取り付ける
際には、接着剤で貼り付ける方法、熱融着によって貼り
付ける方法、適当な押さえ板、ボルト、ナット等の押さ
え部材によって濾過膜１４の周囲を押さえ付ける方法等
を適用できる。

【００２０】枠体１２の枠体部材１２ａ、１２ｂの両端
（又は枠体部材１２ｃ、１２ｄの上方及び下方の側端）
には、膜エレメント１０（枠体１２）とハウジング４０
の内壁面との間隔を保持するための上方突出部３０ａ、
３０ｂと下方突出部３２ａ、３２ｂが形成されている。
そして、枠体部材１２ｃ、上方突出部３０ａ及び下方突
出部３２ａの３辺により、膜エレメント１０の幅方向内
側に凹部が形成され、枠体部材１２ｄ、上方突出部３０
ｂ及び下方突出部３２ｂの３辺により、膜エレメント１
０の幅方向内側に凹部が形成されている。上方突出部３
０ａ、３０ｂと下方突出部３２ａ、３２ｂは、適当な別
部材を枠体１２に取り付けてもよいし、枠体１２と一体
に形成してもよい。

【００２１】なお、図１及び図２においては、突出部に
より凹部を形成しているが、例えば、枠体１２ｃ、１２
ｄに幅方向内側へ窪みを形成して凹部にすることもでき
るし、前記の窪みと上記の突出部を組み合わせて、凹部
を形成することもできる。また、突出部及び／又は窪み
は一端側に３以上を設け、高さ方向に２又は３以上に分
離された凹部を形成してもよい。

【００２２】このような膜エレメント１０に形成された
二つの凹部とハウジング４０内壁面とにより、流体が流
通可能な間隙３４、３５が形成される。このとき、間隔
Ｗ₁又はＷ₂とハウジングの内壁面の間隔Ｗとの間には、
上記したように、（Ｗ₁又はＷ₂／Ｗ）×１００＝１〜１
５％（好ましくは３〜１０％）の関係を有している。な
お、Ｗ₁とＷ₂の間隔は上記した上方及び下方突出部によ
り所望間隔に調整することができ、Ｗ₁とＷ₂の間隔は同
一でも異なっていてもよいが、同一であることが望まし
い。

【００２３】枠体部材１２ａの一端側には集水管１６が
設けられており、集水管１６は、枠体部材１２ｃの内部
に高さ方向に配置され、内側に開口した溝２０に連通さ
れており、これらが全体として集水手段を形成してい
る。

【００２４】枠体部材１２ａの他端側には逆流洗浄管
（逆洗管）１８が設けられており、逆洗管１８は、枠体
部材１２ｄの内部に高さ方向に配置された管２２に連通
されている。そして管２２には、所要数（図２は６本）
の先端が閉塞された枝管２４が、膜エレメント１０の幅
方向に接続され、枝管２４には、水、空気等の逆流洗浄
媒体を噴射するための所要数の噴射口２６が形成されて
いる。これらの逆洗管１８、管２２、枝管２４が逆流洗
浄手段を形成している。

【００２５】本発明の濾過膜モジュールにおいては、ハ
ウジング４０の横幅（Ｗ）が１０ｃｍの場合には、膜エ
レメント１０の実質的な幅（図１、２において、各突出
部を除いた幅。以下、同様である。）は９．９〜９ｃ
ｍ、幅（Ｗ）が１０ｍの場合には、膜エレメント１０の
実質的な幅は９．９〜９ｍにすることができる。このと
き、図２で示したＷ₁、Ｗ₂は、ハウジングの横幅（Ｗ）
が１０ｃｍの場合はＷ₁＝Ｗ₂＝０．０５〜０．５ｃｍ、
幅（Ｗ）が１０ｍの場合はＷ₁＝Ｗ₂＝０．０５〜０．５
ｍになる。

【００２６】次に、本発明の濾過モジュール５０の一形
態を図３に基づいて説明する。図３は、説明の便宜のた
めにハウジングを部分的に切り欠き、膜エレメントは１
つのみとしている。

【００２７】膜エレメント１０は、ハウジング４０の側
壁面に取り付けられたガイドレール４５に、上方突出部
３０ｂと下方突出部３２ｂを嵌め込み、更にストッパー
４６により下方突出部３２ｂを支持することにより収容
されている。なお、図示していないが、上方突出部３０
ａと下方突出部３２ａも同様にしてガイドレールに嵌め
込まれ、ストッパーにより支持されている。集水管１６
と逆洗管１８は、図示していない柔軟性のあるチューブ
状の連結部材等によりハウジング４０の外部に引き出さ
れる。

【００２８】本発明の濾過膜モジュールを用いた膜分離
装置の形態としては、生物反応を伴う活性汚泥処理排水
槽等の中に直接浸漬する浸漬型固液分離装置や生物処理
槽等の外部に設置する外部設置型固液分離装置でもよ
い。

【００２９】次に、本発明の濾過膜モジュールを用いた
固液分離装置による固液分離処理法を図４に基づいて説
明する。図４は固液分離装置の概念図である。

【００３０】散気管１０２を備えた生物処理槽１００に
おいて生物処理された処理水は、上方から溢れて固液分
離槽１０４に送られ、濾過膜モジュール５０によって固
液分離処理される。この固液分離処理時には、図２に示
すように、濾過された透過液は溝２０を経て又は挟み込
まれたメッシュ状部材の作用によって集液され、集水管
１６からライン１０６を経て透過液槽１１０に送られ、
貯水される。

【００３１】濾過膜モジュール５０の逆洗は、透過液槽
１１０からポンプ１１２によりライン１１４を通して透
過液を膜モジュール５０に圧送して行う。この逆洗時に
は、図２に示すように、透過液は逆洗管１８から膜エレ
メント１０内に圧送され、透過液は枝管２４に入って噴
射口２６から噴射され、濾過膜を内側から洗浄する。

【００３２】１１６は、必要に応じて濾過膜モジュール
５０の膜面を外側から洗浄するための散気管、１１７
は、濃縮液を生物処理槽１００に循環するためのポンプ
である。

【００３３】このような固液分離処理においては、膜間
差圧が好ましくは５ｋＰａ以下、より好ましくは３ｋＰ
ａ以下になるようにして分離することが望ましい。膜間
差圧は、吸引ポンプ、加圧ポンプ、水頭差等により調整
する。この膜間差圧とは、濾過膜の被処理液に接する面
と反対側面（膜の内側面）との差圧（当然に反対側面の
圧力が低い）を意味する。

【００３４】また、被処理液中のＳＳの定速界面沈降速
度が、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．
２ｍｍ以上で、かつ被処理液を静置した後の上澄み液の
透過液ＳＳ濃度が、好ましくは２００ｐｐｍ以下、より
好ましくは１００ｐｐｍ以下となるように調整して分離
処理することが望ましい。

【００３５】更に、本発明の濾過膜モジュールにおいて
は、濾過膜エレメントの濾過膜の平均孔径がＳＳの最小
粒子径よりも大きい場合でも、濾過膜面上に形成された
ＳＳ層（ダイナミック層）が一種の分離膜として振る舞
い、しかも低い膜間差圧で運転すれば、ダイナミック層
と低い膜間差圧が相乗的に作用する結果、膜エレメント
内部へのＳＳの進入が抑制され、運転初期の段階から高
い透過液量とＳＳ分離性能をバランスよく発揮すること
ができる。

【００３６】固液分離装置の運転を長期間継続した場
合、濾過膜モジュールでは、膜エレメント間に汚泥が堆
積するため、それが膜エレメントの逆洗による洗浄を阻
害する場合がある。しかし、本発明の濾過膜モジュール
においては、膜エレメントとハウジングとの間に間隙が
設けられているので、堆積した汚泥を容易に排出するこ
とができるため、膜エレメントの逆洗による洗浄が阻害
されることがない。

【００３７】本発明の濾過膜モジュールは、汚水処理場
等における活性汚泥等を含む排水、各種施設の排水及び
家庭排水の処理、更には河川、湖沼等の浄化処理等に適
用することができる。

【００３８】

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらにより限定されるものではな
い。なお、以下における各数値は、下記の方法により測
定した。（１）平均孔径濾過膜表面の１００倍及び１０，０００倍の電子顕微鏡
写真を撮影し、その２×２ｃｍ面積の計３箇所を画像処
理装置で処理し、平均孔径を算出した。（２）透水速度濾過膜の有効膜面積及び一定時間における透過液量から
求めた。（３）透過液ＳＳ濃度所定体積の透過液中に含まれる固形分を、孔径０．４μ
ｍのガラスフィルターにより濾過し、乾燥した後、秤量
した。

【００３９】実施例１不織布Ｈ８００７（平均孔径１００μｍ、目付量７５ｇ
／ｍ²、通気度６０ｍｌ／ｃｍ²・ｓ、繊維径１０μｍの
ポリエステル製；日本バイリーン社製）を用いて、図１
及び図２に示すような有効膜面積０．０５ｍ²の膜エレ
メント（厚さ１ｃｍ、幅１６ｃｍ、高さ２７ｃｍ）を得
た。次に、この膜エレメント２枚をハウジング（縦２０
ｃｍ、横２０ｃｍ、高さ５０ｃｍ）内に平行に配置し
て、図３に示すような濾過膜モジュールを得た。なお、
膜エレメントとハウジングとの間隔（図２中のｗ₁＝
ｗ₂）は２ｃｍであった。このような濾過膜モジュール
を使用し、図４に示すような固液分離装置により、固液
分離を行った。

【００４０】被処理液として、排水処理場にて採取した
活性汚泥を含む排水（ＭＬＳＳ濃度１０，０００ｐｐ
ｍ）を用い、ポンプ循環線速１ｃｍ／ｓ、膜間差圧０．
３ｋＰａ、被処理液温度１８〜２３℃で固液分離を行っ
た。膜下方に設置した散気管により、２Ｌ／ｍｉｎのエ
アーを供給し、１２時間に１回の割合で水逆洗を３０ｍ
³／（ｍ²・ｄａｙ）の条件で１分間行った。

【００４１】実施例２不織布ＭＦ１８０（平均孔径２０μｍ、目付量１８０ｇ
／ｍ²、通気度２ｍｌ／ｃｍ²・ｓ、繊維径１０μｍのポ
リエステル製；日本バイリーン社製）を用いて、図１及
び図２に示すような有効膜面積０．０５ｍ²の膜エレメ
ントを得た。この膜エレメントを用い、実施例１と同様
にして固液分離を行った。

【００４２】比較例１不織布Ｈ８００７を用いて、図１及び図２に示すような
（ただし、各突出部は存在せず、当然に凹部も存在しな
い）有効膜面積０．０５ｍ²の膜エレメント（厚さ１ｃ
ｍ、幅２０ｃｍ、高さ２７ｃｍ）を得た。次に、この膜
エレメント２枚をハウジング（縦２０ｃｍ、横２０ｃ
ｍ、高さ５０ｃｍ）内に平行に配置して、図３に示すよ
うな濾過膜モジュールを得た。ただし、膜エレメントと
ハウジングとの間隔（図２中のｗ₁＝ｗ₂）は存在せず０
ｃｍであった。このような濾過膜モジュールを使用し、
実施例１と同様にして固液分離を行った。

【００４３】図５及び図６から明らかなとおり、実施例
１及び２は長期にわたって高い透水速度が維持できた
が、比較例１は透水速度の減少が見られた。透過液ＳＳ
濃度は、いずれの例においても１０ｐｐｍ以下であっ
た。

【００４４】

【発明の効果】本発明の濾過膜モジュールは、長期間の
継続運転によって膜エレメント間にＳＳが堆積した場合
でも、ハウジングと膜エレメント間に間隙が存在してい
るため、堆積したＳＳを容易に排出することができる。
よって、逆流洗浄操作が効果的に行われるため、長期間
高い透過速度が維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる膜エレメントの斜視図であ
る。

【図２】本発明で用いる膜エレメントの正面図であ
る。

【図３】本発明の濾過膜モジュールの部分斜視図であ
る。

【図４】本発明の濾過膜モジュールを適用した固液分
離装置である。

【図５】実施例及び比較例の透水速度の経時変化を示
す図である。

【図６】実施例及び比較例の透過液ＳＳ濃度の経時変
化を示す図である。

【符号の説明】

１０膜エレメント４０ハウジング５０濾過膜モジュール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA07 HA41 HA93 JA08A JA08B JA18A JA25B JA30B JA34A KA02 KA13 KA43 KB22 KC03 KC13 KE01P KE05P KE06Q KE12Q KE13P KE16P KE24Q KE28Q MA03 MA16 MA22 MA31 MA40 MC11 MC14 MC18 MC19 MC22 MC23 MC24 MC26 MC37 MC45 MC48X MC49 MC51 MC54 MC55 MC58 PA01 PB08 PC62 4D019 AA03 BA12 BA13 BB03 BB08 BD01 CB03 CB09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板袋状膜エレメントをハウジング内に
備えた濾過膜モジュールであって、前記平板袋状膜エレ
メントが、その幅方向の一端側又は両端側に幅方向内側
への凹部を有しており、前記凹部とハウジング内壁面と
の間に流体が流通可能な間隙が形成されている濾過膜モ
ジュール。
【請求項２】前記間隙の幅が、ハウジングの対向する
内壁面間の長さの１〜１５％である請求項１記載の濾過
膜モジュール。
【請求項３】平板袋状膜エレメントが、枠体の両面側
に濾過膜を有し、前記枠体が、集水手段と逆流洗浄手段
を有している請求項１又は２記載の濾過膜モジュール。
【請求項４】平板袋状膜エレメントの濾過膜が、平均
孔径１〜１００μｍを有する通水性多孔体からなるもの
である請求項１、２又は３記載の濾過膜モジュール。