JP2002126464A - ろ過膜エレメントおよび透過水の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】モジュール内でのろ過膜エレメントの振動を抑
制することでろ過膜エレメントの損傷を防止し、かつメ
ンテナンスフリーによりこの目的を達成できるろ過膜エ
レメントおよび透過水の製造方法を提供する。 【解決手段】支持板の両面にスペーサ−を配し、該スペ
ーサ−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、前記支持板が、該支持板
の内部の少なくとも一部に該支持板の外部と気密状態で
ある空隙部を有す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】浸漬タイプのろ過膜モジュールとしては、
特開平１１−３３３６９号公報に示されるようなろ過膜
エレメントを複数設置したものが提案されているが、こ
のようなろ過膜エレメントをモジュール内に設置する際
には、曝気による振動を抑制するために特開平９−２５
３４６１号公報に示されるようなろ過膜エレメント上部
に棒状の弾性体を設置し、この弾性体でろ過膜エレメン
トを押圧する方法が従来から用いられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな弾性体で押圧することにより固定した場合には、使
用を重ねる毎に弾性体が徐々に塑性変形を起こして押し
つぶされるため弾性体とろ過膜エレメントとの間に間隙
が生じ、その結果モジュール内でろ過膜エレメントが振
動して、ろ過膜エレメントが損傷するという問題があっ
た。そのため、一定期間運転を実施したモジュールを活
性汚泥槽から抜き出し、弾性体を頻繁に交換する必要が
あった。

【００１１】本発明の目的は、モジュール内での平膜エ
レメントの振動を抑制することでろ過膜エレメントの損
傷を防止し、かつメンテナンスフリーによりこの目的を
達成できる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。

【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）支持板の両面にスペーサ−を配し、該スペーサ−
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、前記支持板が、該支持板の内部
の少なくとも一部に該支持板の外部と気密状態である空
隙部を有することを特徴とするろ過膜エレメント。

【００１３】（２）前記空隙部が複数の部屋に分かれて
いることを特徴とする前記（１）に記載のろ過膜エレメ
ント。

【００１４】（３）前記（１）または（２）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
トの内側から該スペーサ−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。

【００１５】（４）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前記（３）に記載の透
過水の製造方法。

【００１６】

【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。

【００１７】本発明のろ過膜エレメントは、基本的に
は、図１のＡ−Ａ’断面である図２に示したような内部
に気密状態に維持されている空隙部６を有する支持板３
の両面にスペーサ−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の一部に集水用の凹部５を
有し、かつ集水用の凹部５が透過水取水口４に連通して
いる、構成からなる。

【００１８】従来のろ過膜エレメントは、アクリロニト
リルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）などのプラスチック板やステンレスなどの金属板に
より製作された内部に空隙を持たない支持板を使用した
ろ過膜エレメントが知られており、一例として図５に示
したような形状を示すことができる。従来のろ過膜エレ
メントの構造は、本発明のろ過膜エレメントと同様に、
基本的には、支持板３の両面にスペーサ−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
部に集水用の凹部５を有し、かつ集水用の凹部５が透過
水取水口４に連通している、構成からなる。ここでプラ
スチック板を支持板３とした従来のろ過膜エレメントは
比重が水と大きく変わらないため、モジュールに設置し
て曝気環境下の活性汚泥槽内に浸漬した際、モジュール
内で振動するため、ろ過膜エレメントが損傷するという
問題があった。この問題を解決するために特開平９−２
５３４６１号公報に示されるように、弾性体でろ過膜エ
レメントを押圧する方法がとられているが、この場合に
も徐々に弾性体が塑性変形して押しつぶされ、ろ過膜エ
レメントとの間に間隙が生じるため、この弾性体を頻繁
に交換する必要があった。また、ステンレスなどの金属
板を支持板とした場合には、モジュール内での振動を抑
制できる反面、重量があるため水上でのハンドリングが
悪く、また高コストになるという問題があった。

【００１９】そこで、活性汚泥槽内での振動を抑制で
き、かつ上記のような弾性体を交換するといったメンテ
ナンスを不要とす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。

【００２０】本発明のろ過膜エレメントでは、支持板の
内部の少なくとも一部を支持板外部と気密状態である空
隙部とすることで空隙部分に気体を保持し、ろ過膜エレ
メントの比重を小さくとることができる。このため、こ
のろ過膜エレメントをモジュールに設置して活性汚泥槽
内に浸漬した際には、浮力により浮き上がり、図６に示
すようなモジュール９に設置された弾性体７と密着する
ことでろ過膜エレメント８の振動を抑制することができ
る。このとき長期にわたる運転で弾性体７が塑性変形し
て押しつぶされてきた場合でも、浮力によりろ過膜エレ
メント８が常に弾性体７に密着するため弾性体７の交換
が不要となる。

【００２１】以下に本発明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とス
ペーサー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の内部の少なくとも一部に支持板３
の外部と気密状態に保持された空隙部を有し、かつ流体
分離膜１を透過したろ過水がろ過膜エレメントの外へ排
出できるような構造であればその形状は特に限定される
ものではない。

【００２３】支持板３の内部の少なくとも一部に支持板
３の外部と気密状態に保持された空隙部を有する構造と
しては、支持板３の内部が空洞にされた中空の箱型の構
造、また図１のＡ−Ａ’断面を示した図２のように支持
板３の内部の空隙部６が複数の部屋に分割された構造な
どを例示することができる。

【００２４】図１および図２のように空隙部６が複数の
部屋に分割されていれば、支持板３の一部に損傷が発生
して空隙部６の一部の気密状態が失われた場合でも本発
明の効果を維持することができるため好ましい。

【００２５】流体分離膜１を透過したろ過水をろ過膜エ
レメント外へ排出する構造についても特に限定されるも
のではないが、図１のように支持板３の一部に集水用の
凹部５を設け、この集水用の凹部５と連通する透過水取
出口４を支持板３に固定した構造や、図３および図４の
ように支持板３の表面の一部分に集水用の凹部５を設
け、支持板３内部の空隙部６を介して透過水取水口４と
連通し、集水用の凹部５を設けていない部分の空隙部６
を気密状態とした構造などを例示することができる。図
１および図３のろ過膜エレメントにおけるろ過水の流れ
を示すと、図１では、流体分離膜１を透過したろ過水が
スペーサー２を通り、集水用の凹部５を介して透過水取
水口４から排出される流れであり、図３では、流体分離
膜１を透過したろ過水がスペーサー２を通り、集水用の
凹部５を介して支持板３の内部の空隙部６へ入り、透過
水取水口４から排出されるという流れとなる。

【００２６】この支持板３の空隙率については特に限定
されるものではなく、使用条件に応じて便宜設定するこ
とができる。

【００２７】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、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、金
属類、その他の材質などを便宜選択することができる。

【００２８】流体分離膜１の材質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、その他の材質など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、０．０１〜２０μｍ程
度のものが好ましく使用できる。

【００２９】スペーサー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。またスペーサー２の材
質についても特に限定されるものではなく、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエステルなどの材質や金属類
など種々の材質を便宜選択できる。

【００３０】本発明におけるろ過膜エレメントは、図６
に示すようなモジュール９内に設置し、被処理液中に浸
漬した状態でろ過膜エレメント８の内側から吸引で透過
水を得る使用方法で、大きな効果を得ることができる。
この使用方法の場合、支持板３内部に保持されたエアー
による浮力でろ過膜エレメント８が浮き上がり、モジュ
ール９に設置された弾性体７と密着することでろ過膜エ
レメント８の振動を抑制することができる。

【００３１】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。

【００３２】

【実施例】実施例 高さ９９８ｍｍ×幅４９８ｍｍ×厚み４ｍｍのダンボー
ル状板材の４９８ｍｍ長の上端部を５０ｍｍ×３５０ｍ
ｍの大きさだけ切り取り、このダンボール状板材の４辺
に肉厚１ｍｍのコ形のＡＢＳ製カバーを接着固定し、ダ
ンボール状板材内の空隙部を気密状態にすることで支持
板３を製作し、この支持板３の上面の中心線から７０ｍ
ｍ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４を設置し、支持板の両面に、
(1) 厚み１ｍｍの網目状のネット、(2) 膜透過係数２５
×１０^-9ｍ^{3 /}ｍ² ・Ｐａ・ｓ・２５℃の流体分離膜を
(1)(2) の順に貼りつけ、高さ１０００ｍｍ×幅５００
ｍｍ、厚み６ｍｍのろ過膜エレメントを製作した。

【００３３】このろ過膜エレメントを、図６に示したろ
過膜エレメント間隔を一定に保持するスレンレス製の間
隔保持材１０を有する内寸が高さ１５００ｍｍ×幅５４
０ｍｍ×奥行１００ｍｍのモジュール９内に５枚装填
し、モジュール上部にろ過膜エレメントの動きを制限す
る１０Ａの塩化ビニルパイプの外表面にウレタンゴム製
のガスケットを接着した弾性体７を設置した後、このモ
ジュールを超純水が充填された水槽内に浸漬し、１５０
リットル／分のエアーをこのモジュール内に３０日間連
続導入した。３０日後ろ過膜エレメント８を引き上げ、
支持板３の状態を観察したが、明確な損傷は確認できな
かった。

【００３４】比較例 高さ９９８ｍｍ×幅４９８ｍｍ×厚み４ｍｍのＡＢＳ板
材の４９８ｍｍ長の上端部を５０ｍｍ×３５０ｍｍの大
きさだけ切り取り、このＡＢＳ板材の４辺に肉厚１ｍｍ
のコ形のＡＢＳ製カバーを接着固定することで支持板３
を製作し、この支持板３の上面の中心線から７０ｍｍ離
れた位置に、円筒形で中空部の直径が６ｍｍで長さ３０
ｍｍの透過水取水口４を設置し、支持板の両面に、(1)
厚み１ｍｍの網目状のネット、(2) 膜透過係数２５×１
０^-9ｍ³ ／ｍ² ・Ｐａ・ｓ・２５℃の流体分離膜を(1)
(2) の順に貼りつけ、高さ１０００ｍｍ×幅５００ｍ
ｍ、厚み６ｍｍのろ過膜エレメントを製作した。

【００３５】このろ過膜エレメントを、図６に示したろ
過膜エレメント間隔を一定に保持するスレンレス製の間
隔保持材１０を有する内寸が高さ１５００ｍｍ×幅５４
０ｍｍ×奥行１００ｍｍのモジュール９内に５枚装填
し、モジュール上部にろ過膜エレメントの動きを制限す
る１０Ａの塩化ビニルパイプの外表面にウレタンゴム製
のガスケットを接着した弾性体７を設置した後、このモ
ジュールを超純水が充填された水槽内に浸漬し、１５０
リットル／分のエアーをこのモジュール内に３０日間連
続導入した。３０日後ろ過膜エレメント８を引き上げ、
支持板３の状態を観察したところ、支持板３の下部にス
テンレス製の間隔保持材１０と接触して発生した傷が確
認できた。

【００３６】

【発明の効果】本発明により、ろ過膜エレメントをモジ
ュールに設置して活性汚泥槽内に浸漬した際には、浮力
により浮き上がり、図６に示すようなモジュールに設置
された弾性体と密着することでエレメントの振動を抑制
することができ、また長期にわたる運転で弾性体が塑性
変形して押しつぶされてきた場合でも、浮力によりろ過
膜エレメントが常に弾性体に密着するため弾性体の交換
が不要となる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視図
であり、流体分離膜とスペーサーを設置順に引き剥がし
た図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’断面図である。

【図３】本発明のろ過膜エレメントの他の一例を示す図
であり、支持板内部の一部を気密状態に保った例であ
る。

【図４】図３のＢ−Ｂ’断面図である。

【図５】従来のろ過膜エレメントの一例を示す斜視図で
あり、流体分離膜とスペーサーを設置順に引き剥がした
図である。

【図６】本発明のろ過膜エレメントを設置したモジュー
ルの一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１……流体分離膜 ２……スペーサー ３……支持板 ４……透過水取水口 ５……集水用の凹部 ６……空隙部 ７……弾性体 ８……ろ過膜エレメント ９……モジュール １０・・…間隔保持材

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA02 HA41 JA03A JA03C JA04A JA04C JA22A KA01 KA43 KB21 MA03 MC22 MC23 MC62 PC62

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】支持板の両面にスペーサ−を配し、該スペ
   ーサ−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、前記支持板が、該支持板
   の内部の少なくとも一部に該支持板の外部と気密状態で
   ある空隙部を有することを特徴とするろ過膜エレメン
   ト。
2. 【請求項２】前記空隙部が複数の部屋に分かれているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のろ過膜エレメント。
3. 【請求項３】前記請求項１または２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
   から該スペーサ−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。
4. 【請求項４】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３に記載の透過水の製
   造方法。