JP2001259374A - 膜分離装置の運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜分離装置内の被処理液の流路の閉塞を防止
し、円滑に被処理液を透過液と非透過液に分離しうる膜
分離装置の運転方法を提供すること 【解決手段】 膜モジュール３の運転開始時に被処理液
の供給タンク１から膜モジュール３に供給される被処理
液の供給圧力を低圧とし、膜モジュール３から非透過液
を排出する流量調節バルブ７を徐々に絞って膜分離装置
から排出される非透過液の圧力を上昇させ、膜モジュー
ル３から排出される非透過液の流量が所定の値に低下し
た時点で被処理液の供給タンク１から膜モジュール３に
供給される被処理液の供給圧力を上昇させ、その後、膜
モジュール３から排出される非透過液の圧力と流量が所
定の値になるように、供給タンク１から膜モジュール３
に供給される被処理液の供給圧力と流量調節バルブ７の
開度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラテックス濃縮、
コロイドシリカ濃縮、有価物回収、廃液処理、金属分
級、水道水濾過、活性汚泥処理、上水汚泥処理、食品廃
液処理、イオン除去、ＣＯＤ除去、ＢＯＤ除去、スラリ
ーおよびコロイド成分のダイアフィルトレーション等に
有用な膜分離装置の運転方法の改善に関する。

【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透
過液と非透過液に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、以降同様の操作を繰り返し行うことによ
って非透過液の濃度を高めて膜分離する方法である。こ
の場合、非透過液中の懸濁物による膜の目詰まりを避け
て透過効率を低下させないようにするためには、被処理
液の流速を上げて膜表面におけるせん断力を増すことに
より膜表面から異物を除去する方法がある。すなわち、
膜分離において最も重要なことは膜表面に一様な処理液
の流れが形成されるように膜表面が異物で汚されないよ
うにすることである。

【０００３】ところで、一般的な膜分離装置の運転方法
としては、膜分離装置から排出される非透過液と透過液
の流量および圧力が所定値になるように、膜分離装置か
ら排出される非透過液および透過液が送給される配管に
設けたバルブの開度を制御することが行われている。と
ころが、このバルブの開度を手動で調節すると、流量や
圧力のコントロールがうまくできないことが多い。特
に、膜分離装置の運転開始時において、膜分離装置に供
給される被処理液の圧力が過大になると、被処理液が急
激に脱水されて、生成した固形物により膜分離装置の流
路（後記する図２の番号２６参照）が閉塞されることが
ある。この傾向は、特に、濃度が１重量％以上の被処理
液を膜分離する場合において大きくなる。

【０００４】さらに、膜分離装置の運転中において、膜
分離装置から排出される非透過液の流量と圧力が低下す
ることがある。このような傾向が現れた場合は、膜分離
装置内の流路に固形物が付着し始めている可能性が高
い。このまま運転を継続すると、膜分離装置内の流路が
完全に固形物で閉塞されて、流路を洗浄して固形物を洗
い流すことは不可能になる。すなわち、まったく膜分離
装置の運転ができなくなってしまう。

【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、膜分
離装置内の被処理液の流路の閉塞を防止し、円滑に被処
理液を透過液と非透過液に分離しうる膜分離装置の運転
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、膜分離装置の起動時に被処理液の供給タン
クから膜分離装置に高圧・大流量の被処理液が供給され
ないように、低圧・小流量の被処理液を膜分離装置に供
給して膜分離装置の運転を開始する。その後、膜分離装
置に供給される被処理液の供給圧力を上昇させ、膜分離
装置から排出される非透過液の圧力と流量が所定の値に
なるように、被処理液の供給圧力と、膜分離装置から排
出される非透過液の流量を調節する流量調節バルブの開
度を制御することにより、流路の閉塞を防止しつつ被処
理液を透過液と非透過液に円滑に分離することができ
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】すなわち、本発明の要旨は、透過
性膜を配置した膜分離装置の一方側に被処理液を供給
し、透過成分を他方側に透過させて他方側から透過液を
取り出し、一方側からは透過性膜を透過しない非透過液
を取り出すことにより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において、膜分離装置の起
動時に被処理液の供給タンクから膜分離装置に供給され
る被処理液の供給圧力を低圧（０．１ＭＰａ以下）と
し、膜分離装置から排出される非透過液の流量を調節す
る流量調節バルブを徐々に絞って膜分離装置から排出さ
れる非透過液の圧力を上昇させ、膜分離装置から排出さ
れる非透過液の流量が所定の値に低下した時点で被処理
液の供給タンクから膜分離装置に供給される被処理液の
供給圧力を上昇させることを特徴とする膜分離装置の運
転方法にある。

【０００８】以上のように構成される本発明によれば、
膜分離装置の起動時に被処理液の供給タンクから膜分離
装置に供給される被処理液の供給圧力を低圧とすること
で、被処理液が急激に脱水されることはなく、膜分離装
置内の流路に固形物が生成することはない。

【０００９】次いで、膜分離装置から排出される非透過
液の流量を調節する流量調節バルブを徐々に絞って膜分
離装置から排出される非透過液の圧力を上昇させ、膜分
離装置から排出される非透過液の流量が所定の値に低下
した時点で被処理液の供給タンクから膜分離装置に供給
される被処理液の供給圧力を上昇させることで、透過流
束を過小に低下させることはなく、円滑に透過処理を行
いうる。

【００１０】その後、膜分離装置から排出される非透過
液の圧力と流量が所定の値になるように、被処理液の供
給圧力と流量調節バルブの開度を制御することで、膜分
離装置内の流路は閉塞することなく、高い透過流束を確
保することができる。

【００１１】また、透過性膜を振動させつつ膜分離装置
から排出される非透過液の圧力と流量が所定の値になる
ように、被処理液の供給圧力と流量調節バルブの開度を
制御すれば、透過性膜の振動によって発生するせん断力
により、膜表面近傍の高濃度成分は膜表面に付着するこ
となく非透過側出口より排出され、透過成分は透過性膜
を高い透過流束で透過する。また、膜表面には振動に伴
って高せん断場が形成されるため、膜表面はクリーンな
状態に保たれ、膜の目詰まりは防止される。このように
して、膜の目詰まりを防止しつつ、大きな透過流束のも
とで、所定圧力と流量の非透過液を膜分離装置から排出
することができる。

【００１２】しかし、膜分離装置の運転を継続すると、
やがて、膜分離装置から排出される非透過液の圧力と流
量が一定値以下に低下することがある。このような状態
は、膜分離装置内の流路に固形物が付着し初めている兆
候であると解される。そこで、膜分離装置内の流路に付
着した固形物を洗浄して除去するために、膜分離装置か
ら排出される非透過液の圧力と流量が一定値以下に低下
したときに膜分離装置から排出される非透過液の流量を
調節する流量調節バルブを全開とし、膜分離装置への被
処理液の供給を停止して、代わりに低圧の洗浄水を膜分
離装置へ供給して透過処理を行い、膜分離装置から排出
される非透過液を水に置換しつつ洗浄水貯留タンクから
膜分離装置に供給される洗浄水の圧力を上昇させ、透過
性膜を振動させつつ一定時間膜分離装置を運転して膜分
離装置から洗浄水を排出することにより、膜分離装置内
の流路をもとの清浄な（固形物の付着のない）状態に復
帰することができる。

【００１３】このように、一定時間膜分離装置を運転し
て膜分離装置から一定量の洗浄水を排出して膜分離装置
内の流路をもとの清浄な状態に復帰した後、被処理液の
膜分離を再開するために、膜分離装置へのフラッシング
水の供給を停止し、代わりに低圧の被処理液を膜分離装
置へ供給して透過処理を行い、透過性膜を振動させつつ
被処理液の供給タンクから膜分離装置に供給される被処
理液の圧力を上昇させ、その後、膜分離装置から排出さ
れる非透過液の圧力と流量が所定の値になるように、被
処理液の供給圧力と流量調節バルブの開度を制御するこ
とにより、膜の目詰まりを防止しつつ、大きな透過流束
のもとで、所定圧力と流量の非透過液を膜分離装置から
排出することができる。

【００１４】透過性膜を振動させるときの振幅および振
動周波数の条件としては、透過性膜を、水平面内の円周
方向に振幅０．５cm以上で、振動周波数４０〜６０Ｈｚ
の条件で振動させるのが好ましい。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は、本発明の膜分離装置の運転方法を適
用するに好適である振動型膜分離装置の概略構成を示す
図である。図１を説明すると、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膜モジュール、４はこの膜モジュ
ール３内の透過性膜に、水平面内の円周方向に振幅０．
５〜２．５４cmで振動周波数４０〜６０Ｈｚの微小振幅
の往復運動を伝えるトーションバー、５は非透過液（濃
縮液）の貯槽、６は透過液の貯槽である。７は膜モジュ
ール３から管路８を経て排出される非透過液の排出量を
調節する流量調節バルブである。管路８には、圧力指示
調節計９と流量指示調節計１０が設置されている。ま
た、ポンプ２の回転数は、インバータ１１によって制御
される。被処理液の供給タンク１から膜モジュール３に
至る管路１２には、バルブ１３が設置されている。１４
は、洗浄水を貯留するタンクであり、タンク１４と管路
１２とは管路１５で接続されており、管路１５にはバル
ブ１６が設置されている。１７は制御シーケンサであ
り、圧力指示調節計９と流量指示調節計１０から制御シ
ーケンサ１７に入力された数値に応じて、流量調節バル
ブ７の開度と、インバータ１１によるポンプ２の回転数
と、バルブ１３と１６の開閉が調節される。

【００１６】膜モジュール３の内部には、図２に示すよ
うに、上下の透過性膜１８、１８′の間に２〜１５枚の
不織布のドレインクロス１９、１９′を介して金属板２
０が積層されたものが水平方向に配置され、かつ鉛直方
向に所定間隙を設けて多段に設置されている。図中、上
位の透過性膜１８の上側が一方側（供給側）であり、ド
レインクロス１９側が他方側（透過側）である。この供
給側に被処理液を供給すると、供給側の内圧は透過側よ
り高圧（約０．２０〜３．９２ＭＰａ）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１８の微小孔より小さな粒子（透過成
分）が膜孔２１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１８
の供給側に供給され、透過成分が膜孔を透過する。

【００１７】この透過処理の間、図１に示す膜モジュー
ル３内の透過性膜はトーションバー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（膜表面近傍に濃度が異常に高い部分が生じるこ
と）が抑制され、膜の目詰まりが防止される。また、膜
モジュール内流路が閉塞しにくくなる。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２２を経て貯
槽６に送られ、管路８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１２を経
て膜モジュール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。

【００１８】振動型膜分離装置の透過性膜としては、逆
浸透膜、精密濾過膜、ナノフィルター、限外濾過膜等を
好適に用いることができる。

【００１９】図４（ａ）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２３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２４
から排出され、非透過液は経路２５から排出される。２
６は非透過液の流路である（直上の透過性膜１８′と直
下の透過性膜１８との間隙が非透過液の流路である。図
２の拡大図参照）。図４（ｂ）は透過性膜の拡大平面図
で、２７は透過液の流路、２８は被処理液の流路であ
る。

【００２０】以上のように構成される振動型膜分離装置
の運転方法の一例について、図１と図５を参照しながら
説明する。 （１）運転条件 ａ．被処理液 濃度１０％のＣａＣＯ₃水溶液を使用した。 ｂ．透過性膜 ナノフィルターを使用した。 ｃ．振動型膜分離装置および振動条件 外形が約３０cmで内径が約１０cmで、膜面積が０．０４
５ｍ² である円形平膜のナノフィルターを配置した、図
１に示す構成の振動型膜分離装置を用いた。

【００２１】振動周波数＝約５８Ｈｚ 振幅＝約２５mm 温度＝２０℃ 出口流量＝３．５リッター／min （２）膜分離装置の運転方法 ａ．通常運転時 図５（ａ）の横軸は時間であり、縦軸は膜分離装置から
排出される非透過液の圧力（実線）と流量（点線）を示
す。 〔運転ステップ１〕制御シーケンサ１７により、バルブ
１６は閉じ、バルブ１３は開いて、流量調節バルブ７を
全開にして、ポンプ２を約０．１ＭＰａの圧力で起動
し、その後、徐々に流量調節バルブ７を閉じるようにし
た。そのために、圧力指示調節計９で検知される非透過
液の圧力（図５（ａ）の実線）はやや上昇し、一方、流
量指示調節計１０で検知される非透過液の流量（図５
（ａ）の点線）は徐々に低下した。なお、透過性膜は振
動させなかった。 〔運転ステップ２〕やがて、流量指示調節計１０で検知
される流量が、３．５リッター／min 以下になったときに、
流量調節バルブ７の閉止操作を一次停止し、制御シーケ
ンサ１７により、ポンプ２の回転数（ＣａＣＯ₃ の送給
圧）を徐々に増加させ、流量指示調節計１０で検知され
る流量が３．５リッター／min 以上になったときに、流量調
節バルブ７の閉止操作を再開した。 〔運転ステップ３〕ポンプ２によるＣａＣＯ₃ の送給圧
が約０．２ＭＰａに達した時点で流量調節バルブ７の閉
止操作を停止し、透過性膜の振動を開始させた。そし
て、圧力指示調節計９で検知される非透過液の圧力と流
量指示調節計１０で検知される非透過液の流量が、それ
ぞれ所定の数値（約０．２ＭＰａと約３．５リッター／mi
n） になるように、制御シーケンサ１７により、ポンプ
２の回転数（ＣａＣＯ₃ の送給圧）と流量調節バルブ７
の開度を調節した。

【００２２】なお、被処理液の性状や種類によっては、
図５（ａ）に示すように、さらに、非透過液の排出圧力
と流量が多くなるように（例えば、約０．３ＭＰａと
５．０リッター／min）、 ポンプ２の回転数と流量調節バル
ブ７の開度を調節することがある。 （３）膜分離装置の洗浄 やがて、膜分離装置から排出される非透過液の圧力と流
量が、それぞれ約０．２ＭＰａ以下と約３．５リッター／mi
n 以下に低下したので、膜モジュール内の流路に固形物
が付着し初めている兆候であると解し、膜分離装置内の
流路に付着した固形物を洗浄して除去するために、洗浄
を行った。図５（ｂ）の横軸は時間であり、縦軸は膜分
離装置から排出される洗浄水の圧力（実線）と流量（点
線）を示す。 〔洗浄ステップ１〕制御シーケンサ１７により、膜分離
装置の運転を停止し、バルブ１３を閉じて膜分離装置へ
のＣａＣＯ₃ の供給を停止し、流量調節バルブ７を全開
にし、バルブ１６を開いてタンク１４内の洗浄水を膜モ
ジュール３へ、ポンプ２を運転して約０．１ＭＰａの圧
力で供給した。 〔洗浄ステップ２〕管路８を経て排出される非透過液が
水に置換された時点で、圧力指示調節計９で検知される
水の圧力と流量指示調節計１０で検知される水の流量
が、それぞれ所定の数値（約０．２ＭＰａと約５．０リッ
ター／min ）になるように、制御シーケンサ１７により、
ポンプ２の回転数（フラッシング水の送給圧）と流量調
節バルブ７の開度を調節し、透過性膜の振動を開始し
た。 〔洗浄ステップ３〕圧力指示調節計９で検知される水の
圧力と流量指示調節計１０で検知される水の流量が、そ
れぞれ所定の数値に保たれるように、所定時間洗浄を継
続した。

【００２３】以上の洗浄工程の終了後、図５（ａ）と同
様の圧力−流量パターンを示すように、被処理液（Ｃａ
ＣＯ₃ ）の膜分離を再開した。

【００２４】

【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。

【００２５】請求項１、２、５記載の発明によれば、膜
分離装置の起動時または通常運転時における膜分離装置
内の流路の閉塞を防止し、円滑に被処理液を透過液と非
透過液に分離しうる膜分離装置の運転方法を提供するこ
とができる。

【００２６】請求項３記載の発明によれば、透過性膜を
振動させることによって発生するせん断力によって、膜
の目詰まりを防止し、高い透過流束を確保することがで
きる。

【００２７】請求項４記載の発明によれば、膜分離装置
内の流路の閉塞を確実に防止することができる。

【００２８】請求項６記載の発明によれば、透過性膜を
振動させるときの好適な振幅および振動周波数の条件を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜分離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膜モジュー
ル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】図４（ａ）は振動型膜分離装置による膜モジュ
ール内の被処理液の流れを示す図であり、図４（ｂ）は
透過性膜の拡大平面図である。

【図５】図５（ａ）は、膜分離装置から排出される非透
過液の圧力と流量の時間経過を示す図、図５（ｂ）は、
洗浄時に膜分離装置から排出される洗浄水の圧力と流量
の時間経過を示す図である。

【符号の説明】

１…被処理液の供給タンク ３…膜モジュール ５…非透過液の貯槽 ６…透過液の貯槽 ７…流量調節バルブ ９…圧力指示調節計 １０…流量指示調節計 １１…インバータ １３、１６…バルブ １４…洗浄水の貯留タンク １７…制御シーケンサ １８、１８′…透過性膜 ２６…非透過液の流路 ２７…透過液の流路 ２８…被処理液の流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｄ 65/02 ５３０ Ｂ０１Ｄ 65/02 ５３０ 65/08 65/08 Ｆターム(参考） 4D006 GA03 GA06 GA07 HA42 JA39Z KA47 KA61 KC03 KC13 KE03Q KE09Q KE22Q KE30Q MA03 MA06 PA03 PA04 PB06 PB08 PB23 PC11 PC62

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透過性膜を配置した膜分離装置の一方側
   に被処理液を供給し、透過成分を他方側に透過させて他
   方側から透過液を取り出し、一方側からは透過性膜を透
   過しない非透過液を取り出すことにより被処理液を透過
   液と非透過液に分離する膜分離装置の運転方法におい
   て、膜分離装置の起動時に被処理液の供給タンクから膜
   分離装置に供給される被処理液の供給圧力を低圧とし、
   膜分離装置から排出される非透過液の流量を調節する流
   量調節バルブを徐々に絞って膜分離装置から排出される
   非透過液の圧力を上昇させ、膜分離装置から排出される
   非透過液の流量が所定の値に低下した時点で被処理液の
   供給タンクから膜分離装置に供給される被処理液の供給
   圧力を上昇させることを特徴とする膜分離装置の運転方
   法。
2. 【請求項２】 膜分離装置から排出される非透過液の圧
   力と流量が所定の値になるように、被処理液の供給圧力
   と上記流量調節バルブの開度を制御することを特徴とす
   る請求項１記載の膜分離装置の運転方法。
3. 【請求項３】 透過性膜を振動させつつ、膜分離装置か
   ら排出される非透過液の圧力と流量が所定の値になるよ
   うに、被処理液の供給圧力と流量調節バルブの開度を制
   御する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。
4. 【請求項４】 膜分離装置から排出される非透過液の圧
   力と流量が一定値以下に低下したときに膜分離装置から
   排出される非透過液の流量を調節する流量調節バルブを
   全開とし、膜分離装置への被処理液の供給を停止して、
   代わりに低圧の洗浄水を膜分離装置へ供給して透過処理
   を行い、膜分離装置から排出される非透過液を水に置換
   しつつ洗浄水貯留タンクから膜分離装置に供給される洗
   浄水の圧力を上昇させ、透過性膜を振動させつつ一定時
   間膜分離装置を運転して膜分離装置から洗浄水を排出す
   ることを特徴とする請求項１、２または３記載の膜分離
   装置の運転方法。
5. 【請求項５】 一定時間膜分離装置を運転して膜分離装
   置から一定量の洗浄水を排出した後に膜分離装置への洗
   浄水の供給を停止し、代わりに低圧の被処理液を膜分離
   装置へ供給して透過処理を行い、透過性膜を振動させつ
   つ被処理液の供給タンクから膜分離装置に供給される被
   処理液の圧力を上昇させ、その後、膜分離装置から排出
   される非透過液の圧力と流量が所定の値になるように、
   被処理液の供給圧力と流量調節バルブの開度を制御する
   ことを特徴とする請求項３記載の膜分離装置の運転方
   法。
6. 【請求項６】 透過性膜を、水平面内の円周方向に振幅
   ０．５cm以上で、振動周波数４０〜６０Ｈｚの条件で振
   動させることを特徴とする請求項２、３または４記載の
   膜分離装置の運転方法。