JP2002273177A

JP2002273177A - ろ過膜エレメントおよび造水方法

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Publication number: JP2002273177A
Application number: JP2001080321A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakai; 憲司酒井; Toshiji Onoe; 利次尾上; Hiromichi Okada; 宏道岡田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-24

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、ろ過膜などの落ち込み、変形を防止
して、高い透水性能を発揮するとともに膜損傷の発生を
抑えることのできるろ過膜エレメントを提供する。【解決手段】両面に凹部と凸部とを有する支持板の両面
に多孔性シートとろ過膜とをこの順序で設け、かつ、多
孔性シートを支持板の凸部全面に接着したろ過膜エレメ
ントとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に廃水処理およ
び浄水処理に利用するのに好適な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、などの方
法があり、中空糸膜、平膜、管状膜などの形態をしたろ
過膜が使用されている。この適用分野としては、従来か
ら海水淡水化、浄水処理、ガス分離、血液浄化などで使
用されてきたが、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も進められて
いる。

【０００３】膜分離技術を廃水処理に適用する場合、活
性汚泥などの廃水を充填した被処理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、浸漬膜を利用した技術が知られている。このと
き、活性汚泥処理では、通常、水槽内で好気性の微生物
を飼育するため曝気が行われているので、この水槽内に
複数のろ過膜エレメントを内挿して構成したろ過膜モジ
ュールを浸漬して使用すると、曝気により水槽内に形成
される旋回流によってろ過膜の膜面の汚れをかきとりな
がら固液分離を行うことができ、非常に低コストでの運
転が可能である。

【０００４】浸漬タイプのろ過膜エレメントとしては、
特開平７−１９４９４６号公報に、プラスチックやステ
ンレスなどからなる剛性を有する棒状部材の複数本を並
列配置するとともにその棒状部材の一方の端部を別の棒
状部材で連結した膜支持骨材を、袋状にしたろ過膜とフ
ェルトや不織布などで覆ったものが開示されている。

【０００５】しかしながら、このろ過膜エレメントは、
流路を大きく確保できるので透水性能が高くなる反面、
吸引ろ過運転時にろ過膜やフェルト、不織布等が、膜支
持骨材を構成する棒状部材間に落ち込んでろ過液の流路
を塞いだり、それ自身が伸びたり損傷し、結果、所望の
透水性能や処理水質が得られない。そして、透水性能
は、膜や不織布等の落ち込みを防止するために隣合う棒
状部材の間隔を狭くしても低下する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ろ過膜など
の落ち込み、変形を防止して、高い透水性能を発揮する
とともに膜損傷の発生を抑えることのできるろ過膜エレ
メントを提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、両面に凹部と凸部とを有する支持板の両面
に多孔性シートとろ過膜とをこの順序で設け、かつ、多
孔性シートを支持板の凸部全面に接着しているろ過膜エ
レメントを特徴とするものである。

【０００８】ここで、多孔性シートおよび支持板の少な
くとも一方を溶着していること、多孔性シートが不織布
であることが好ましい。また、凹部の幅は１〜２０ｍｍ
の範囲内であること、凹部による支持板の空隙率は１５
〜８５％の範囲内であること、さらに、多孔性シートと
ろ過膜との間に流路材を設けていること、支持板の周縁
部に枠体を設け、その枠体にろ過膜を接着していること
が好ましい。

【０００９】また、上記いずれか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ろ過
水を得る造水方法も好ましく、その場合、ＭＬＳＳ濃度
が１０００ｍｇ／リットル以上である被処理液からろ過
水を得ることがより好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のろ過膜エレメントは、図
１〜図４に示すように、剛性を有する支持板２の両面
に、ろ過膜１２の膜面を保護するとともにろ過膜１２の
ずれ、落ち込みを防止する多孔性シート３と液体中の不
純物を除去するろ過膜１２とをこの順序で配してなるも
ので、支持板２は、両面に凹部５と凸部４とを有し、多
孔性シート３がこの凸部４の全面に接着して固定されて
いる。

【００１１】支持板２は、板状体の両面に複数の凹凸を
有した構造であれば特に限定されるものではないが、ろ
過水口までの距離、流路抵抗を均一化して被処理水が膜
面に対して均等に流れるように、凹部は一定間隔で並列
配置された複数個の溝を形成するように設けることが好
ましい。このとき、各凹部５の幅は、濾過水量を高く保
ちつつ厳しい曝気条件化での多孔性シート３、ろ過膜１
２の落ち込みを防止するために、１〜２０ｍｍの範囲
内、さらに１．５〜５ｍｍの範囲内とするのが好まし
い。凹部５の深さは、エレメントとしての厚みを抑えつ
つろ過水流路を確保するために１〜１０ｍｍ程度の範囲
内で選択するのが好ましい。さらに、支持板の強度を保
ちつつ、ろ過水流路を十分に確保し濾過水が流動する際
の流動抵抗を抑えるために、凹部による支持板の空隙率
は１５〜８５％の範囲内であることが好ましい。これ
は、中実の直方体の支持板を１００％としたときに凹部
によって形成される空隙の容積比率を示すもので、空隙
率が１５％を下回ると流動抵抗が大きくなりろ過水を効
率よく取水できず、８５％を上回ると支持板の強度が著
しく低下する。

【００１２】また、支持板２の材質としては、ＡＳＴＭ
試験法のＤ６３８における引張り強さが１５ＭＰａ程度
以上の剛性を持つ材質であれば特に限定されるものでは
ないが、ステンレスなどの金属類、アクリロニトリルブ
タジエンスチレンゴム（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレン、
ポリプロピレン、塩化ビニルなどの樹脂、繊維強化樹脂
（ＦＲＰ）などの複合材料、その他の材質などを好まし
く使用することができる。

【００１３】支持板２に接着する多孔性シート３として
は、多孔質のものであれば特に限定されるものではな
く、たとえば不織布、ネット、多孔性フィルムなどを用
いることができる。また、多孔性シート３の材質も特に
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、アクリロニトリルブタジエンスチレ
ン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、塩化ビニル、その他の材質
を適宜選択使用することができる。しかしながら、中で
も、耐薬品性が高いポリエステルなどで、また、ろ過膜
との摩擦を低減しろ過膜１２への負担を低減できる不織
布が好ましい。

【００１４】本発明においては、多孔性シート３が支持
板２の凸部４の全面に接着して固定されているが、凸部
全面に接着するので厳しい曝気環境下での使用の際にも
多孔性シート３の支持板２からの剥離を防止できる。ま
た、多孔性シートは、厳しい曝気環境下では伸びてくる
ので、凸部の一部だけで接着している場合にずれて凹部
に陥没し易くなるが、本発明においては凸部全面に接着
して固定するのでこれを防ぐことができる。そして、好
ましくは、図３の接合部６ように、凹部では多孔性シー
ト３の孔を塞がないようにすることが好ましい。

【００１５】なお、本発明において「全面」とは、実質
的に凸部の上面全面であればよく、あやめ状、格子状、
波状、その他の模様などで支持板の凸部の上面全体の６
０％以上に略均等に接着されていればよい。

【００１６】また、本発明において、「接着」とは、接
触させた状態で着けることをいい、別途樹脂など用いて
接着しても多孔性シートそのものを溶着しても、さらに
はその他種々の方法で接着してもいい。しかしながら、
多孔性シート３と支持板２とを強固に固定するために
は、多孔性シート３および支持板２の少なくとも一方を
溶融して固定する溶着が好ましい。溶着方法については
特に限定されないが、支持板２を押出成形で成形し、溶
融状態のうちに多孔性シート３を張りつけ、溶融してい
る支持板２を多孔性シート３に染みこませると、作業性
を容易になるので好ましい。樹脂を用いて接着する場合
には、多孔性シート３または支持板２のどちらかの材料
を溶解させるような溶剤を含んだ樹脂を使用すると強固
に固定できるため好ましい。

【００１７】また、本発明において、ろ過膜１２として
は、多孔質であれば特に限定するものではないが、特に
活性汚泥水の固液分離を行う場合にはその膜表面の細孔
径が０．０１〜２０μｍ程度の範囲内にあるものが好ま
しい。また、その組成としては、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、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルフルオ
ライド、その他の材質を適宜選択して使用することがで
きる。連続で曝気するような環境下で使用する場合に
は、耐久性の高いポリオレフィン系やフッ素系の材質を
特に好ましく使用することができ、ＭＬＳＳ(Mixed Liq
uor and Suspended Solid)濃度が１０００ｍｇ／リット
ル以下の比較的清澄な原水の場合には、ポリアクリロニ
トリルやセルロースアセテート、ポリスルホンなどを特
に好ましく使用することができる。

【００１８】そして、本発明のろ過膜エレメントにおい
ては、図２、図４に示すように、多孔性シート３とろ過
膜１２との間に流路材１１を設置することで、さらに効
率よくろ過水を取水することができる。この流路材１１
としては、流路確保しつつエレメントとしての厚みを薄
くするために、厚みは０．１〜５ｍｍの範囲内にあるも
のが好ましく、また、圧損を低減するためにネットなど
空隙率の高い素材を使用することが好ましい。空隙率は
４０％〜９６％程度のものが特に好ましい。

【００１９】また、本発明のろ過膜エレメントにおいて
は、多孔性シート３を接着した支持板２の周縁部に枠体
１３を設け置することも好ましい。この場合、ろ過膜１
２は支持板２と枠体１３の間に嵌挿してもよく、また、
枠体１３の外部表面に溶着させてもいい。溶着により接
着すると作業が簡便になり好ましい。枠体１３は、押出
成形などの安価な製法で製作された支持板２の周縁部
に、射出成形・押出成形などで製作した枠体１３を嵌め
こむようにすることで、コストを削減できるが、支持板
１を嵌めこみやすくするため、断面がコ型状になるよう
に形成することが好ましい。

【００２０】上述のように構成されたろ過膜エレメント
においては、ろ過膜１２によってろ過されたろ過水が、
多孔性シート３、支持板２の凹部５へと流動し、最終的
にろ過水口１４からろ過膜エレメント外部へと排出され
る。

【００２１】このろ過膜エレメントは、複数枚が互いに
並行しろ過膜２の膜面間に空間ができるようにハウジン
グ内に収納されてろ過膜モジュールを構成する。このろ
過膜モジュールは、たとえば図５に示すように、被処理
水槽２２に貯えた有機性廃水などの被処理水に浸漬する
ように設けて使用される。ろ過膜モジュール２１の内部
には鉛直方向に装填された複数枚のろ過膜エレメント２
０と、その下方にブロア２４からの気体をろ過膜の膜面
に供給する散気装置２３とを設け、また、ろ過膜モジュ
ール１２よりも下流側にはろ過水を吸引するポンプ２５
を設けている。

【００２２】このように構成されたろ過装置において、
廃水などの被処理水は、ポンプ２５の吸引力によりろ過
膜１２を通過する。この際、被処理水中に含まれる微生
物粒子、無機物粒子などの懸濁物質がろ過される。そし
て、ろ過膜１２を通過した水は、流路材１１によって形
成されているろ過水流路、多孔性シート３を経て、支持
板２の凹部５から枠体１３内に形成された集水部１５を
通り、ろ過水口１５を通って被処理水槽２２の外部に取
り出される。一方、ろ過と平行して散気装置２３が気泡
を発生し、その気泡のエアリフト作用によって生じる、
ろ過膜エレメント２０の膜面に平行な上昇流が、膜面に
堆積したろ過物を離脱させる。

【００２３】このとき、本発明のろ過膜エレメント２０
によると高い透水性のために低い吸引圧力で所望のろ過
水を得ることができ、膜面へのろ過物の付着力が抑えら
れることで気泡で容易にろ過物を離脱させることができ
る。

【００２４】そして、本発明のろ過膜モジュール２１
は、その高い透水性により低い吸引圧力で運転可能であ
るため、被処理液中のＳＳ濃度を示すＭＬＳＳ(Mixed L
iquorand Suspended Solid)濃度が１０００ｍｇ／リッ
トル以上の被処理水をろ過する際に、気泡によるろ過物
の除去性が高く、特に好適に用いることができる。

【００２５】

【実施例】＜実施例１＞高さ９５０ｍｍ×幅４６０ｍｍ
×厚み３ｍｍの直方体に、空隙率が７０％となるよう
に、深さ２ｍｍ×幅２ｍｍの凹部５をピッチ５ｍｍで設
けた支持板２の両面に、空隙率が９０％の不織布（多孔
性シート３）を、支持板２の凸部全面にて溶着して接着
した。その後、不織布を設けた支持板２の周縁部に断面
がコの字状の枠体１３を嵌め込むとともに、支持板２の
両面に流路材１１としてポリエチレン製ネットを貼り付
け、さらにその上にろ過膜１２を配し、枠体１３に接着
した。枠体１３には、設置時上方にあたる部分に集水部
１５とろ過水口１４を設けた。また、ろ過膜１２として
は、ろ過性能を発揮する表面の平均細孔径が０．１μｍ
で、透水性能が５×１０−９ｍ³／ｍ²／Ｐａ／ｓである
ものを用いた。構成されたろ過膜エレメントは、高さ１
０００ｍｍ×幅５００ｍｍ×厚み７ｍｍの寸法を有す
る、図１に示すものであった。

【００２６】この図１に示すろ過膜エレメントを、純水
を貯えた水槽内に浸漬し、吸引圧力４０ｋＰａで１０日
間吸引ろ過を行ったところ、ろ過膜エレメントの初期透
水性能は、３×１０^-9ｍ³／ｍ²／Ｐａ／ｓであった。ま
た、運転終了後にろ過膜の状態を目視観察したが、異常
はなかった。＜比較例１＞多孔性シート３である不織布と流路材１１
であるポリエチレン製ネットを設けない以外は実施例１
と同様にろ過膜エレメントを製作して透水性能を確認し
た。結果、ろ過膜エレメントの初期透水性能は、１．８
×１０^-9ｍ³／ｍ²／Ｐａ／ｓであった。これは、膜が支
持板２の凸部４に直接張りつくとともに凹部５へ落ち込
んだため、有効膜面積が減少したことが原因であると考
えられる。また、運連終了後にろ過膜の状態を観察した
結果、凹部に位置した部分が伸びて、ろ過膜全体がたる
んでいた。

【００２７】

【発明の効果】本発明のろ過膜エレメントは、両面に凹
部と凸部とを有する支持板の両面に多孔性シートとろ過
膜とをこの順序で設け、かつ、多孔性シートを支持板の
凸部全面に接着しているので、ろ過膜の凹部への落ち込
み、変形を防止できるうえに、凸部に当接するろ過膜を
も有効に使用することができるので、高い透水性能を発
揮でき、また、膜損傷の発生も抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のろ過膜エレメントの一実施態様を示す
概略斜視図である。

【図２】図１に示すろ過膜エレメントの部分横断面図で
ある。

【図３】図１に示すろ過膜エレメントの部分横断面図で
ある。

【図４】図１に示すろ過膜エレメントのＢ−Ｂ断面図で
ある。

【図５】本発明の造水方法の概略フロー図である。

【符号の説明】

２ …… 凹凸板３ …… 多孔性シ
ート４ …… 凸部５ …… 凹部６ …… 接合部１１ …… 流路材１２ …… ろ過膜１３ …… 枠体１４ …… ろ過水口１５ …… 集水部２０ …… ろ過膜エレメント２１ …… ろ過膜
モジュール２２ …… 被処理水槽２３ …… 散気装
置２４ …… ブロア２５ …… ポンプ

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 29/04 ５３０ＡＦターム(参考） 4D006 GA02 HA41 HA42 JA03B JA03C MA03 MC18 MC23 MC29 MC33 MC39 MC62 PA01 PB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両面に凹部と凸部とを有する支持板の両面
に多孔性シートとろ過膜とをこの順序で設け、かつ、多
孔性シートを支持板の凸部全面に接着していることを特
徴とするろ過膜エレメント。
【請求項２】多孔性シートおよび支持板の少なくとも一
方を溶着している、請求項１に記載のろ過膜エレメン
ト。
【請求項３】多性孔シートが不織布である、請求項１ま
たは２に記載のろ過膜エレメント。
【請求項４】凹部の幅は１〜２０ｍｍの範囲内である、
請求項１〜３のいずれかに記載のろ過膜エレメント。
【請求項５】凹部による支持板の空隙率は１５〜８５％
の範囲内である、請求項１〜４のいずれかに記載のろ過
膜エレメント。
【請求項６】多孔性シートとろ過膜との間に流路材を設
けている、請求項１〜５のいずれかに記載のろ過膜エレ
メント。
【請求項７】支持板の周縁部に枠体を設け、その枠体に
ろ過膜を接着している、請求項１〜６のいずれかに記載
のろ過膜エレメント。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかのろ過膜エレメン
トを被処理液中に浸漬し、ろ過膜エレメントの内側から
ろ過水を得ることを特徴とする造水方法。
【請求項９】ＭＬＳＳ濃度が１０００ｍｇ／リットル以
上である被処理液からろ過水を得る、請求項８に記載の
造水方法。