JP2001321645A - ろ過膜エレメントおよび透過水の製造方法 - Google Patents

ろ過膜エレメントおよび透過水の製造方法

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Kenji Sakai
憲司 酒井
Masahide Taniguchi
雅英 谷口
Kazuhiko Nishimura
和彦 西村
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    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Abstract

(57)【要約】 【課題】中空糸膜タイプのろ過膜エレメントと比較し
て、単位容積当りの膜面積を大きく取れない平膜タイプ
のろ過膜エレメントの、単位膜面積当りの処理量を増加
させ、大量処理を可能とす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液体分離膜を配したろ過
膜エレメントにおいて、前記支持板の一部に該支持板の
両面を貫通した集水用の空隙を有し、かつ、該集水用の
空隙が透過水取出口方向に配され、該透過水取出口に連
通してい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および透過水の
製造方法に関する。
【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、ろ過膜の形態には、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。中空糸膜エレメントは、単
位容積当りの膜面積を大きく取れるため大量処理が可能
である反面、汚泥がエレメントに付着、堆積しやすく耐
久性の面で問題がある。それに対して平膜エレメント
は、汚泥の付着、堆積が少ない反面、膜面積を大きく取
れないといった問題がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、単位
容積当りの膜面積を大きく取れない平膜タイプのろ過膜
エレメントのデメリットを解消するために、単位膜面積
当りの処理量を増加させ、大量処理を可能とする平膜タ
イプのろ過膜エレメントおよび透過水の製造方法を提供
することにある。
【0011】
【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液体分離膜を配したろ過膜エレ
メントにおいて、前記支持板の一部に該支持板の両面を
貫通した集水用の空隙を有し、かつ、該集水用の空隙が
透過水取出口方向に長く配され、該透過水取出口に連通
していることを特徴とするろ過膜エレメント。
【0012】(2)前記支持板に少なくとも1つの凹部
が設けられ、かつ該凹部が前記集水用の空隙へ連通して
いることを特徴とする前記(1)記載のろ過膜エレメン
ト。
【0013】(3)前記流体分離膜のろ過有効部分にお
ける透過水取出口方向の長さをL、幅をWとするとき、
前記集水用空隙の長さがL−(W/2)以上であること
を特徴とする前記(1)または(2)に記載のろ過膜エ
レメント。
【0014】(4)前記透過水取出口方向の長さLが
0.5m以上であることを特徴とする前記(1)〜
(3)のいずれかに記載のろ過膜エレメント。
【0015】(5)前記透過水取水口が複数個配され、
かつその各々に集水用の空隙が連通していることを特徴
とする前記(1)〜(4)のいずれかに記載のろ過膜エ
レメント。
【0016】(6)前記(1)〜(5)のいずれかに記
載のろ過膜エレメントを、被処理液中に浸漬し、ろ過膜
エレメントの内側から流路材を通じて透過水を得ること
を特徴とする透過水の製造方法。
【0017】(7)被処理液濃度が1000mg/リッ
トル以上であることを特徴とする請求項6に記載の透過
水の製造方法。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明のろ過膜エレメント
の一例を示した斜視図である。
【0019】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、この支持板3の一部に集水用の空隙4を有し、
かつ集水用の空隙4が透過水取水口5方向に配され、透
過水取水口5に連通しているもの、により基本的に構成
される。
【0020】従来のろ過膜エレメントは、支持板3の中
に集水用の通路を有しているものであり、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(a)
は、ろ過膜エレメントの正面図であり、図2(b)は図
2(a)の横断面図である。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
から内表面へろ過が行われ、ろ過された透過水は、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、透過水取水口5の方向へ流路材2の間隙
を通りながら流れ、透過水取水口5からエレメント外へ
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、透過水が流路材2の間隙を
通る際に、流路材2により流動抵抗を大きく受けるた
め、透過水取水口5から遠い位置にある流体分離膜1で
のろ過が有効に行われず、結果としてエレメントから得
られる透過水が少なくなるという問題があった。
【0021】また他の例として図3に示したような形状
のものが挙げられる。図3(a)は、流体分離膜1およ
び流路材2を省略したろ過膜エレメントの正面図であ
り、図3(b)は図3(a)の横断面図である。これは
支持板3の表面に複数の小孔9を設け、これらの小孔9
が集水用の通路8に連通している。このエレメントにお
けるろ過時の流体の流れの一例としては、流体分離膜1
の外表面から内表面にろ過されたろ過水が流路材2を透
過水取水口5方向へ流れ、その後、近傍の小孔9から集
水用の通路8に入り、透過水取水口5から排出されるも
のである。しかし、このようなろ過膜エレメントに関し
ても、小孔を透過水が流れる際に大きな流動抵抗を受け
るという問題がある。
【0022】そこで、透過水取水口5から遠い位置にあ
る流体分離膜1においても有効にろ過が実施でき、単位
膜面積当りでより多くの透過水が得られるろ過膜エレメ
ントを開発すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達
したものである。
【0023】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の外表面から内
表面へろ過が行われ、ろ過された透過水は、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、集水用の空隙4の方向へ流れ、該集水用の空隙
4を介して透過水取水口5の方向へ流れることで、透過
水取水口5からエレメント外へ排出されるものである。
【0024】このとき、透過水が流路材2の間隙を通る
距離が短くなり、また集水用空隙4が支持板3の両面ま
で貫通して間隙を有していることにより、流路を大きく
取ることができるため、透過水が透過水取水口5まで流
れる際の流動抵抗を小さくすることができる。
【0025】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。
【0026】図1に示す本発明のろ過膜エレメントは、
基本的に流体分離膜1と流路材2を図1の順に支持板3
の両面に配した構造であり、この支持板3の一部に支持
板3の両面まで貫通した溝状の集水用の空隙4を有し、
かつ、集水用の空隙4が透過水取出口5方向に長く配さ
れ、透過水取出口5に連通している構造を有しており、
その形状について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。
【0027】流体分離膜1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。また流体分離膜1の構造についても多孔質のもので
あれば特に限定するものではない。流体分離膜1表面の
細孔径についても特に限定されないが、0.01〜20
μm程度のものが好ましく使用できる。流体分離膜1の
膜透過係数についても特に限定されず、膜透過係数が大
きいほど本発明の効果が大きくなる。
【0028】また、流路材2の構造についても特に限定
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。さらに流路
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、および透過水取水口5を固定でき、かつ
支持板3の両面を貫通し、透過水取出口方向に長く配さ
れ、該透過水取出口に連通している集水用の空隙を有し
ている形状のものが好ましいが、特に限定されるもので
はない。例えば、支持板3の外周部に補強用のフレーム
6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】支持板3には透過水取水口5を設置するの
が好ましく、流体分離膜1が設置される支持板3の面と
直角の面に設置されるのが好ましい。透過水取水口5の
構造についても特に限定されず、集水用の空隙4と連通
する構造であればよい。
【0032】集水用の空隙4は、支持板3の両面を貫通
し、透過水取水口5に連通している形状であれば特に限
定されない。例えば、支持板3における表面の形状が長
方形であるもの、または透過水取水口5から遠ざかるに
従い幅が大きくなる台形であるもの、などが例示でき、
集水用の空隙4を流れる透過水の量などの条件により便
宜選択することができる。集水用の空隙4は支持板3の
両面を貫通しているのが好ましい。これは流動抵抗を減
らすために過剰に透過水の流路を広くした場合、流体分
離膜1や流路材2がこの流路に落ち込み膜の損傷が発生
するが、本発明のように集水用の空隙4を支持板3の両
面で貫通させることによって、幅を広くすることなく透
過水の流路を確保することができる。
【0033】集水用の空隙4の透過水取水口5方向の長
さについても特に限定されず、図1に示したようにほぼ
支持板3の長さLと同等のものでもよく、また図4に示
したように支持板3より短くてもよい。好ましくは、流
体分離膜1のろ過有効部分における透過水取水口方向の
長さをL、幅をWとするとき、集水用空隙4の長さがL
−(W/2)以上であるのがよい。長さL−(W/2)
未満においても効果は見られるが、長さL−(W/2)
以上であれば、流体分離膜1の全域において有効なろ過
を行うことができる。しかし、長さL−(W/2)が非
常に大きくなる場合には、支持板の折れや曲がりなどが
懸念されるため、このこととろ過膜エレメントから排出
される透過水量とのバランスから決定するのも好まし
い。またこれを解消するために、図4に示したような形
状の透過水取水口5をフレーム6に被せ、支持板3の補
強をするのも好ましい。透過水取水口方向の長さLに関
しては特に限定されないが、本発明の効果は、流体分離
膜1のろ過有効部分が透過水取水口5方向に長くなるに
従い大きくなるため、好ましくは長さLが0.5m以上
であるのがよい。
【0034】また、幅Wが大きい場合には、透過水取水
口5を複数設置し、各透過水取水口5に連通する集水用
の空隙4を複数設けてもよい。
【0035】支持板3に、少なくとも一つの凹部が設け
られ、かつ該凹部が集水用の空隙5へ連通している構造
のものも透過水流動時の流動抵抗を減少させるので好ま
しい。支持板3の全面に支持板3の両面で連通する流路
を設けるのがより減少させる効果があるが、支持板3の
強度が低下するため、連通しない凹部を設けるのがよ
い。この凹部の形状や長さおよび数は特に限定されず、
便宜選択してよい。凹部7の配置の例としては、図4に
示すように集水用の空隙4と直角に配置するものや、そ
の他、集水用の空隙4と45°程度の角度で配置するも
のなどが例示できる。
【0036】本発明におけるろ過膜エレメントは、被処
理液中に浸漬し、ろ過膜エレメントの内側から流路材2
を通じて透過水を得る透過水の製造方法により、大きな
効果を得ることができる。この製造方法の場合、ろ過膜
エレメントの内側は外側よりも低圧になるために、流体
分離膜1および流路材2が支持板3の表面に押し付けら
れる状態になるため、通常、透過水の流路となる流体分
離膜1と支持板3との間隙が小さくなるが、本発明のよ
うに集水用の空隙4を設けることで透過水の流路を確保
することができ、単位容積当りの処理量を増加させるこ
とができる。
【0037】また、本発明のろ過膜エレメントは、濃度
が1000mg/リットルの被処理液中に浸漬して使用
するのが好ましい。本発明のように平板状のろ過膜エレ
メントであることによって、被処理水の濃度が高い被処
理水中に浸漬した場合でも、被処理液をエアーなどで乱
流状態にすることによりろ過膜エレメントへの濁質の付
着を少なくすることができる。
【0038】
【実施例】実施例 高さ550mm×幅550mm×厚み6mmの板状部材
に、上面の中心線から70mm離れた位置に、円筒形で
中空部の直径が6mmで長さ30mmの透過水取水口を
設置し、この透過水取水口に連通するように高さ方向に
500mmの長さで幅8mmの集水用の空隙を設置した
支持板の両面に、(1) 網目状のネット、高さ500mm
×幅500mm×厚み1mm、(2) 流体分離膜、膜透過
係数25×10-93 /m2 ・Pa・s・25℃、を
(1) (2) の順に貼りつけ、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。
【0039】このろ過膜エレメントを超純水を貯留した
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。このときの透過水の水量を測定
したところ、60kg/h・mであった。
【0040】比較例 高さ550mm×幅550mm×厚み6mmの板状部材
に、上面の中心線から70mm離れた位置に、円筒形で
中空部の直径が6mmで長さ30mmの透過水取水口を
設置した支持板の両面に、(1) 網目状のネット、高さ5
00mm×幅500mm×厚み1mm、(2) 流体分離
膜、膜透過係数25×10-93 /m2 ・Pa・s・2
5℃、を(1) (2) の順に貼りつけ、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。
【0041】このろ過膜エレメントを超純水を貯留した
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。このときの透過水の水量を測定
したところ、53kg/h・mであった。
【0042】
【発明の効果】本発明により、単位容積当りの膜面積を
大きく取れない平膜タイプのろ過膜エレメントに対し
て、単位膜面積当りの処理量を増加させ、大量処理を可
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斜図で
あり、流体分離膜と流路材を設置順に引き剥がした図で
ある。
【図2】(a)は、従来のろ過膜エレメントの一例を示
した正面図であり、(b)は、その横断面図である。
【図3】(a)は、従来のろ過膜エレメントの流体分離
膜および流路材を除いた一例を示した正面図であり、
(b)は、その横断面図である。
【図4】本発明の支持板の一例を示した模式図である。
【図5】本発明の支持板の他の一例を示した模式図であ
る。
【符号の説明】
1 …… 流体分離膜 2 …… 流路材 3 …… 支持板 4 …… 集水用の空隙 5 …… 透過水取水口 6 …… フレーム 7 …… 凹部 8 …… 集水用の通路 9 …… 小孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D006 GA07 HA41 HA93 JA06A JA06C JA07A JA07B JA07C KA13 KA43 KE03P KE12R MA03 MA22 MB02 MC18 MC22 MC23 MC26 MC28 MC29 MC33 MC39 MC62 MC63 PA01 PB02 PB08 PC02 4D028 BC17 BD17 CC05

Claims (7)

    【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液体分離膜を配したろ過
    膜エレメントにおいて、前記支持板の一部に該支持板の
    両面を貫通した集水用の空隙を有し、かつ、該集水用の
    空隙が透過水取出口方向に配され、該透過水取出口に連
    通していることを特徴とするろ過膜エレメント。
  2. 【請求項2】前記支持板に少なくとも1つの凹部が設け
    られ、かつ該凹部が前記集水用の空隙へ連通しているこ
    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】前記流体分離膜のろ過有効部分における透
    過水取出口方向の長さをL、幅をWとするとき、前記集
    水用空隙の長さがL−(W/2)以上であることを特徴
    とする請求項1または2に記載のろ過膜エレメント。
  4. 【請求項4】前記透過水取出口方向の長さLが0.5m
    以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに
    記載のろ過膜エレメント。
  5. 【請求項5】前記透過水取水口が複数個配され、かつそ
    の各々に集水用の空隙が連通していることを特徴とする
    請求項1〜4のいずれかに記載のろ過膜エレメント。
  6. 【請求項6】請求項1〜5のいずれかに記載のろ過膜エ
    レメントを、被処理液中に浸漬し、ろ過膜エレメントの
    内側から流路材を通じて透過水を得ることを特徴とする
    透過水の製造方法。
  7. 【請求項7】被処理液濃度が1000mg/リットル以
    上であることを特徴とする請求項6に記載の透過水の製
    造方法。
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