JP2001321644A - ろ過膜エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流体分離膜に高濃度の活性汚泥水が接触し、流
体分離膜が損傷した場合でもその分離性能が保たれ、活
性汚泥水が透過水中に漏れ込むことなく、長期にわたっ
て使用できる、平膜タイプのろ過膜エレメントを提供す
る。 【解決手段】支持板の両面に流路材を配し、該流路材の
上に液体中の不純物を除去する流体分離膜を配したろ過
膜エレメントにおいて、該流体分離膜が布状の支持体の
両面に分離機能層を有するものであることを特徴とする
ろ過膜エレメント。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃水処理などに利
用する膜式処理装置のろ過膜エレメントに関する。

【０００２】

【従来の技術】膜分離法は、省エネルギー、省スペー
ス、省力化および製品の品質向上などの特徴を有するた
め、適用分野を拡大しながら普及している技術である。
膜分離法には、逆浸透、限外ろ過、精密ろ過、ガス分
離、血液浄化、およびパーベーパレーションなどの方法
がある。また、分離膜の形態には、中空糸膜、平膜、お
よび管状膜などがあり、上記の各分離対象物の性質や特
徴に応じて使い分けられている。

【０００３】従来、精密ろ過の分野では、小型のディス
クフィルターや平膜プリーツ型カートリッジフィルター
として比較的少量の処理の、かつ比較的清澄な水溶液を
分離・ろ過する目的のものが使用されてきている。ま
た、限外ろ過の分野では、超純水の製造や食品製造およ
び清涼飲料の製造などに平膜ろ過装置や中空糸型膜モジ
ュールが使用されてきた。

【０００４】しかし、最近では環境保全の観点から、廃
水処理にも膜分離技術を適用しようとする研究が進めら
れている。

【０００５】廃水処理では、多くの場合、沈殿による固
液分離を伴うため、その代替として膜分離技術が実施で
きれば、高品位な処理水が得られるだけでなく、広大な
沈殿池の省略あるいは縮小ができ、スペースメリットが
非常に大きい。廃水処理では、活性汚泥と呼ばれる微生
物により、廃水中の有機物を分解した後に、フロック化
した汚泥と処理水を分離する活性汚泥処理プロセスが広
く用いられている。

【０００６】活性汚泥処理プロセスでは、処理効率を上
げるために、活性汚泥を高濃度化すると分解処理が進む
一方で、後段の沈殿池において汚泥の沈降性不良を生じ
る場合があり、水質の悪化を防止するための管理作業が
煩雑であった。

【０００７】この汚泥と処理水との固液分離に膜分離技
術を利用することで、高濃度活性汚泥処理を行った場合
にも水質の悪化を伴わず、さらに沈殿池を省略でき非常
に省スペースとなる。

【０００８】以上のような点から、近年、水槽内にろ過
膜モジュールを浸漬してモジュールの透過側をポンプで
吸引、あるいはサイホンなどのように水位差を利用して
処理水を得る、浸漬タイプのろ過膜モジュールの研究が
行われている。活性汚泥処理では通常、好気性の微生物
を飼育するための曝気が行われており、この浸漬タイプ
は膜面を曝気により水槽内に形成される旋回流を利用し
て、汚れをかきとりながら固液分離を行うことができ非
常に低コストで運転が可能である。

【０００９】現在、浸漬タイプのろ過膜モジュールとし
て、特開平７−１３６４７０号公報で提案されているよ
うな中空糸膜エレメントや、特開平１１−３３３６９号
公報で提案されているような平膜エレメントを複数設置
したものが開発されている。

【００１０】上述のように浸漬タイプでは、流体分離膜
に高濃度の活性汚泥水が接触するため、流体分離膜の損
傷が起こりやすく、ろ過膜エレメントの寿命が短くなる
という問題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような従来のろ過膜エレメントの持つ欠点を解決した、
流体分離膜が損傷した場合でもその分離性能が保たれ、
活性汚泥水が透過水中に漏れ込むことのない平膜タイプ
のろ過膜エレメントを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、以下に述べる構成からなる。すなわ
ち、（１）支持板の両面に流路材を配し、該流路材の上
に液体中の不純物を除去する流体分離膜を配したろ過膜
エレメントにおいて、該流体分離膜が布状の支持体の両
面に分離機能層を有するものであることを特徴とするろ
過膜エレメントである。

【００１３】また、本発明は、以下の好ましい実施形態
を有している。すなわち、（２）前記流体分離膜全体の
純水透過係数が５×１０^-9ｍ³ ／ｍ² ・Ｐａ・ｓ以上で
あること。（３）前記布状の支持体の純水透過係数が流
体分離膜全体の純水透過係数の５倍以上であることであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施例に基づい
て本発明をさらに詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明のろ過膜エレメントの一例を
示した断面図である。

【００１６】本発明のろ過膜エレメントは、支持板３の
両面に流路材２を配し、その上に平膜状の流体分離膜１
を配し、この流体分離膜１が布状の支持体５の両面に分
離機能層４および６を有すること、により基本的に構成
される。

【００１７】従来のろ過膜エレメントは、流体分離膜１
の片面に分離機能層４を有するものであり、一例として
図２に示したような形状を示すことができる。図２のエ
レメントにおけるろ過時の流体の流れの一例としては、
流体分離膜１の外表面に被処理液を接触させ、この流体
分離膜１の外表面である分離機能層４からろ過が行わ
れ、ろ過された透過水は、支持体５を通った後、流体分
離膜１と支持板３との間に配された流路材２の中に導か
れ、その後、エレメント外へ排出されるもの、が挙げら
れる。しかし、このような従来のろ過膜エレメントで
は、被処理液が曝気によるエアーと共に分離機能層４に
接触した際に、分離機能層４の損傷を引き起こし、被処
理液がろ過膜エレメント内に漏れこむという問題があっ
た。

【００１８】そこで、分離機能層４が万が一損傷した場
合でも被処理液がろ過膜エレメント内に漏れこむことを
防ぎ、長期間に渡り使用することができるろ過膜エレメ
ントを開発すべく鋭意検討を行った結果、本発明を見出
したものである。

【００１９】本発明のろ過膜エレメントでの流体の流れ
の一例を図１を用いて示すと、流体分離膜１の外表面に
被処理液を接触させ、この流体分離膜１の外表面である
分離機能層４から内表面側へろ過が行われ、ろ過された
透過水は、支持材５を通り、再び分離機能層６でろ過さ
れた後に、流体分離膜１と支持板３との間に配された流
路材２の中に導かれ、その後、ろ過膜エレメント外へ排
出されるもの、が挙げられる。

【００２０】このとき、分離機能層４が万が一損傷した
場合でも被処理液を再び分離機能層６でろ過することに
より、被処理液がろ過膜エレメント内に漏れこむことを
防止できる。

【００２１】以下に本発明の平膜タイプのろ過膜エレメ
ントの詳細について示す。

【００２２】図１は本発明におけるろ過膜エレメントの
一例を示したものであるが、基本的に流体分離膜１と流
路材２を支持板３の両面に配した構造であり、この流体
分離膜１が支持体５の両面に分離機能層４および６を有
している構造であれば、その形状は特に限定されるもの
ではない。例えば、流路材２の一部を支持板３に固定し
た構造や流路材２の一部を流体分離膜１の一部に接着す
るなどの構造であってもよい。

【００２３】分離機能層４および６の材質としては特に
限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニ
ルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニ
トリル、塩素化ポリエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポ
リビニルフルオライド、その他の材質を便宜選択するこ
とができる。また分離機能層４および６の構造について
も多孔質であれば特に限定するものではない。分離機能
層４および６表面の細孔径についても特に限定されない
が、０．０１〜２０μｍ程度のものが好ましく使用でき
る。また分離機能層４および６の純水透過係数について
も特に限定されず、いずれのものを使用した場合でも本
発明の効果を得ることができる。

【００２４】この純水透過係数は、例えば２つの中空円
筒形状の容器の間に流体分離膜を挟み込み、流体分離膜
の片面に純水を加圧下で導入することで流体分離膜の他
面側にろ過を行い、その際のろ過有効差圧（Ｐａ）、透
過水流量（ｍ³ /ｓ）、温度（℃）、およびろ過有効膜
面積（ｍ² ）を測定することで得ることができる。な
お、本発明においての純水透過係数は、２５℃での測定
値を示している。

【００２５】また、分離機能層４および分離機能層６は
全く同一のものでもよく、また異なるものでもよい。例
えば、材質に関して、分離機能層４に耐薬品性のある材
質を使用し、分離機能層４の耐久性を向上させるといっ
た選択や、また細孔径に関して、分離機能層４には比較
的小さなものを使用し、分離機能層６には必要最低限の
細孔径を持ったものを使用するといった選択や、純水透
過係数に関して、分離機能層６に非常に小さなものを使
用し、流体分離膜１による透過抵抗を極力減らす、など
の選択を行なうことができる。

【００２６】支持体５の構造は多孔質の構造であれば特
に限定されるものではなく、ポリエチレンやポリプロピ
レン、またはその他の高分子材料を押し出し成形したネ
ット形状物や、合成繊維の織布、不織布、またはその他
のものを便宜選択することができる。

【００２７】支持体５の純水透過係数に関しては特に限
定されないが、この支持体５は分離機能層４および６の
固定および形状保持に使用するのが主要な目的であるた
め、大きな純水透過係数を持つものが好ましい。好まし
くは、流体分離膜１の純水透過係数の５倍以上であれ
ば、支持体５の純水透過係数が微小なものになるため好
ましい。また、流体分離膜１の純水透過係数は１×１０
^-9ｍ³ ／ｍ² ・Ｐａ・ｓ以上であるのが好ましく、さら
に好ましくは５×１０^-9ｍ³ ／ｍ² ・Ｐａ・ｓ以上であ
るのが好ましい。

【００２８】流路材２の構造は特に限定されるものでは
なく、ネット形状物、合成繊維の織布、不織布、などを
便宜選択することができる。また流路材２の材質につい
ても特に限定されるものではなく、種々の材質を便宜選
択できる。

【００２９】支持板３の形状に関しては、流体分離膜
１、流路材２、を固定できる形状であれば特に限定され
るものではない。例えば、支持板３の外周の一部に透過
水をろ過膜エレメント外へ排出するための流体分離膜１
および支持板３との間隙に連通した透過水取水口を設置
したような構造でもよい。

【００３０】支持板３の材質については、ろ過膜エレメ
ントの形状を保持することができる程度の剛性を持つも
のであれば特に限定されず、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル、
ポリカーボネート、金属類、その他の材質を便宜選択す
ることができる。

【００３１】

【実施例】実施例 高さ５５０ｍｍ×幅５５０ｍｍ×厚み６ｍｍの支持板の
両面に、高さ５００ｍｍ×幅５００ｍｍ×厚み１ｍｍの
網目状のネットを設置し、細孔径０．１μｍの分離機能
層を支持材の両面に持つ純水透過係数１４×１０^-9ｍ³
／ｍ² ・Ｐａ・ｓ・２５℃の流体分離膜をさらにその上
に設置し、流体分離膜をろ過した透過水をろ過膜エレメ
ント外へ排出するための透過水取水口を設置することに
より、流体分離膜のろ過有効部分が高さ５００ｍｍ×幅
５００ｍｍ、のろ過膜エレメントを製作した。

【００３２】このろ過膜エレメントの両面において、流
体分離膜の外表面の３０ｍｍ×３０ｍｍの範囲を紙やす
りで擦り取り、その後、濃度１０００ｍｇ／リットルの
活性汚泥水を貯留した水槽内に浸漬し、透過水取水口か
ら１ｍのサイホンを取ることでろ過を行った。

【００３３】このときの透過水の濃度を測定したとこ
ろ、０．６ｍｇ／リットルであり、実質的に活性汚泥中
の濁質分を除去できていた。 比較例 高さ５５０ｍｍ×幅５５０ｍｍ×厚み６ｍｍの支持板の
両面に、高さ５００ｍｍ×幅５００ｍｍ×厚み１ｍｍの
網目状のネットを設置し、細孔径０．１μｍの分離機能
層を支持材の片面に持つ純水透過係数２５×１０^-9ｍ³
／ｍ² ・Ｐａ・ｓ・２５℃の流体分離膜をさらにその上
に設置し、流体分離膜をろ過した透過水をろ過膜エレメ
ント外へ排出するための透過水取水口を設置することに
より、流体分離膜のろ過有効部分が高さ５００ｍｍ×幅
５００ｍｍ、のろ過膜エレメントを製作した。

【００３４】このろ過膜エレメントの両面において、流
体分離膜の外表面の３０ｍｍ×３０ｍｍの範囲を紙やす
りで擦り取り、その後、濃度１０００ｍｇ／リットルの
活性汚泥水を貯留した水槽内に浸漬し、透過水取水口か
ら１ｍのサイホンを取ることでろ過を行った。

【００３５】このときの透過水の濃度を測定したとこ
ろ、３０ｍｇ／リットルであり、活性汚泥中の濁質分が
透過水に漏れこんでいた。

【００３６】

【発明の効果】本発明により、被処理液と接触する分離
機能層に損傷が発生した場合でも、被処理液がろ過膜エ
レメント内に漏れ込むことを防止し、長期にわたって使
用可能とする平膜タイプのろ過膜エレメントを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のろ過膜エレメントの一例を示す断面図
である。

【図２】従来のろ過膜エレメントの一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ …… 流体分離膜 ２ …… 流路材 ３ …… 支持板 ４ …… 分離機能層 ５ …… 支持材 ６ …… 分離機能層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持板の両面に流路材を配し、該流路材の
   上に液体中の不純物を除去する流体分離膜を配したろ過
   膜エレメントにおいて、該流体分離膜が布状の支持体の
   両面に分離機能層を有するものであることを特徴とする
   ろ過膜エレメント。
2. 【請求項２】前記流体分離膜全体の純水透過係数が５×
   １０^-9ｍ³ ／ｍ² ・Ｐａ・ｓ以上であることを特徴とす
   る請求項１記載のろ過膜エレメント。
3. 【請求項３】前記布状の支持体の純水透過係数が、該流
   体分離膜全体の純水透過係数の５倍以上であることを特
   徴とする請求項２記載のろ過膜エレメント。