JP2003340250A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】原液中に膜部材を浸漬させて用いる膜分離装置
において、膜面上への固体成分の堆積を効果的に抑えて
処理効率を向上できるようにする。 【解決手段】膜部材２の下方に、間欠的に気泡弾を放出
する気泡弾放出手段１０を設ける。気泡弾放出手段１０
は、逆サイフォン作用により気泡弾を放出し得る気体サ
イフォン室１５と、気体サイフォン室１５に気体を供給
する手段とを備えてなるものが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原液中に浸漬させ
た膜部材を用いて、該原液の固液分離を行う膜分離装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、原液中に膜部材を浸漬させて用
いるタイプの膜分離装置の従来例を示したものである。
図中符合２は膜部材であり、膜面に沿って鉛直方向の原
液流路が形成されるように構成された複数の膜モジュー
ル２ａが平行に配されている。膜部材２は処理槽１内に
設けられ、膜を透過した処理液が集液管５を介して吸引
ポンプ３で吸引されるように構成されている。また、膜
部材２の下方には散気装置４が設けられている。散気装
置４の散気面４ａには外径２〜１０ｍｍ程度の孔が多数
形成されており、空気供給管４ｂを介して空気を供給す
ることにより、散気面４ａから多数の気泡を発生できる
ように構成されている。

【０００３】かかる構成の膜分離装置を用いて原液の固
液分離処理を行うには、処理槽１内に原液を満たし、膜
部材２を該原液中に浸漬させた状態で、吸引ポンプ３に
より膜モジュール２ａの内部を吸引すると、原液に含ま
れる成分のうち、膜を透過した成分からなる処理液が集
液管５を通って処理槽１外へ取り出されるとともに、膜
を透過できない固体成分が膜面上に堆積する。また吸引
ポンプ３を作動させるとともに、散気装置４から気泡を
発生させると、処理槽１内においては、気泡の発生に伴
って水流が生じるので固液分離処理の効率が向上すると
ともに、気泡が膜面に接触するときの衝撃によって、膜
面上への固体成分の堆積を抑えることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな処理方法では、膜面上への固体成分の堆積を十分に
防止することは難しく、処理が進むにしたがって、膜面
における単位面積当たりの透過液量が次第に低下すると
いう問題があった。すなわち、散気装置４から発生した
気泡は原液中を上昇する途中で膜面に接触するが、膜面
に接触するときの衝撃力は微弱なものであり、既に膜面
上に堆積した固体成分を十分に剥離させることはできな
かった。

【０００５】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、原液中に膜部材を浸漬させて用いる膜分離装置にお
いて、膜面上への固体成分の堆積を効果的に抑えて処理
効率を向上できるようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の膜分離装置は、原液中に浸漬させた膜部材
と、該膜部材の膜を透過した処理液を吸引する吸引手段
とを備えた膜分離装置であって、前記膜部材の下方に、
間欠的に気泡弾を放出する気泡弾放出手段を設けたこと
を特徴とする。前記気泡弾放出手段は、逆サイフォン作
用により気泡弾を放出し得る気体サイフォン室と、該気
体サイフォン室に気体を供給する手段とを備えてなるこ
とが好ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の膜分離装置の一実施形態を示した概略構
成図である。本実施形態の膜分離装置は、処理槽１と、
処理槽１内に設けられた膜部材２と、膜部材２の膜を透
過した処理液を吸引する吸引ポンプ（吸引手段）３と、
処理槽１内の膜部材２の下方に設けられた気体サイフォ
ン室１５を備える気泡弾放出手段１０と、膜部材２の下
方に設けられた散気装置４とから概略構成されている。
膜部材２は、膜面に沿って鉛直方向の原液流路が形成さ
れるものであればよく、例えば集液管の外周に、流路形
成部材としての波板形のスペーサを介して、膜を巻回し
たスパイラル型の膜モジュール２ａを複数本、平行に配
列したものでもよく、チューブ状に形成された膜を多数
束ねてなる膜モジュール２ａを複数本、平行に配列した
ものでもよい。図中符合５は、膜の内部（膜を透過した
処理液が存在する側）と吸引ポンプ３とを結ぶ集液管を
示す。

【０００８】散気装置４は、上面の散気面４ａから多数
の気泡を発生できるように構成されており、散気装置４
に気体を供給するための気体供給手段（図示略）および
気体供給管４ｂが設けられている。気体供給管４ｂに
は、気体の流量を調節し得るバルブ４ｃが設けられてい
る。散気面４ａに形成される孔の外径は特に限定されな
いが、好ましくは２〜１０ｍｍ程度とされる。散気装置
４に供給する気体は、通常、空気が使用されるが、窒素
等の不活性ガスを使用することもできる。散気装置４は
膜部材２の下方に設けられるが、散気装置４から発生す
る気泡が膜部材２に対して均等に接触することが好まし
く、そのために膜部材２の直下に散気面４ａを位置させ
ることが好ましい。

【０００９】次に、図２〜図５を参照しながら、気泡弾
放出手段１０について説明する。本実施形態の気泡弾放
出手段１０は、逆サイフォン作用により気泡弾を発生し
得る気体サイフォン室１５と、気体サイフォン室１５に
気体供給管１６を介して気体を供給する気体供給手段
（図示略）とを備えている。この気体供給手段は前記し
た散気装置４への気体供給手段と兼用することができ
る。また気体供給管１６には、気体の流量を調節し得る
バルブ１７が設けられている。

【００１０】気体サイフォン室１５は、上部で連通して
いる第一室１１と第二室１２、および第二室１２と下部
で連通している第三室１３とを備えている。本実施形態
において第一室１１と第二室１２とは第一の仕切壁１２
ａで仕切られており、第二室１２と第三室１３とは第二
の仕切壁１２ｂで仕切られている。第二の仕切壁１２ｂ
の上端は膜部材２の下端に固定されている。第一室１１
の上部と第二室１２の上部とが連通している連通部２０
は、気体が貯留できるように構成されており、該連通部
２０は気体供給口１４を介して気体供給管１６と連通し
ている。第一室１１の下部には下向きに開口している液
体流入口１１ａが設けられており、第三室１３の上部に
は上向きに開口している気体放出口１３ａが設けられて
いる。液体流入口１１ａは、第二の仕切壁１２ｂの下端
よりも下方に位置するように構成されている

【００１１】本実施形態において、気体サイフォン室１
５は、膜部材２の下方で、かつ散気装置４より上方の位
置に設けられ、処理槽１の上方から平面視したときに、
気体放出口１３ａが膜部材２と重なり合う領域内に位置
し、液体流入口１１ａが膜部材２よりも外側に位置する
ように構成されている。また膜部材２の左右両側の下方
に、それぞれ同一構成の気体サイフォン室１５が設けら
れている。

【００１２】かかる構成の気泡弾放出手段１０を作動さ
せるには、まず、気体供給管１６および気体供給口１４
を介して、第一室１１と第二室１２との連結部２０に気
体を連続的に供給する。該連結部２０に供給する気体
は、特に制限されないが、例えば空気が用いられる。第
一室１１と第二室１２との連結部２０に気体を供給し続
けると、図２に示すように、気体の圧力によって気体サ
イフォン室１５内の液体が液体流入口１１ａおよび気体
放出口１３ａから押し出されて、第一室１１内および第
二室１２内において液面Ｓが次第に降下する。このと
き、第一室１１と第二室１２とは気体サイフォン室１５
の外部で連通しているので、第一室１１内における液面
Ｓと第二室１２内における液面Ｓは同じ高さとなる。そ
して、気体がさらに供給され、第二室１２内の液面Ｓが
第二の仕切壁１２ｂの下端よりも下がると、図３および
図４に示すように、第一室１１と第二室１２の連結部２
０に貯留されていた気体が逆サイフォン作用により、気
体放出口１３ａから一挙に放出され、放出された気体が
原液中で１つの連続層を形成してなる気泡弾を形成す
る。図３は、気体が気体放出口１３ａから放出される直
前の状態を示している。気体サイフォン室１５から放出
された気泡弾は、図５に示すように、膜部材２内の原液
流路を、大きな気泡２１となって強い勢いで上昇する。

【００１３】ここで、逆サイフォン作用により、気体サ
イフォン室１５から気泡弾が放出される過程については
以下のように考えられる。すなわち、第一室１１と第二
室１２との連結部２０に気体が供給され、第二室１２内
の液面Ｓが第二の仕切壁１２ｂの下端よりも下がると、
図３に示すように、第二室１２内の気体が第三室１３に
流入する。このとき、液体流入口１１ａは、第二の仕切
壁１２ｂの下端よりも下方に位置しているので、第一室
１１内の液面Ｓは、液体流入口１１ａよりも高い位置に
あり、液体流入口１１ａから気体が外部に流出すること
はない。第二室１２から第三室１３に流入した気体は、
第三室１３内を上昇して気体放出口１３ａから気体サイ
フォン室１５の外部へ放出されるとともに、第三室１３
内の液体が、第三室１３内を上昇する気体によって揚送
され、気体とともに気体放出口１３ａから排出される。
これによって、第二室１２内における気体の圧力が急激
に減少するので、図４に示すように、液体流入口１１ａ
から第一室１１内および第二室１２へ液体が一挙に流入
し、この液体に押し出されるように第一室１１と第二室
１２の連結部２０に貯留されていた気体が気体放出口１
３ａから一挙に放出され、気泡弾となる。気体が放出さ
れた直後においては、気体サイフォン室１５内は液体で
満たされた状態となるが、引き続き第一室１１と第二室
１２の連結部２０に気体が連続的に供給されることによ
り、図２〜図４に示した挙動が繰り返されるので、気体
サイフォン室１５からは間欠的に気泡弾が放出される。

【００１４】このようにして、膜部材２の下方に設けら
れた気体サイフォン室１５の気体放出口１３ａから放出
された気泡弾は、図５に示すように、膜部材２の下端に
おいて各原液流路、例えば膜モジュール２間に形成され
る各原液流路に分かれて流入し、大きな気泡２１となっ
て原液流路内を上昇する。このとき、気体サイフォン室
１５から放出される気泡弾は膜部材２内の原液流路径に
対して十分に大きいので、原液流路内を上昇する気泡２
１は、膜面に確実に接触できる程度に大きなものとな
る。そして、膜面に接触しながら気泡２１が上昇すると
き、膜面には、膜内部の処理液（液体）と気泡（気体）
との界面が発生するので、この界面が上昇するときに大
きな剪断力が生じ、この剪断力によって膜面上に堆積さ
れた固体成分が剥離される。また、気泡弾が間欠的に放
出されるので、気泡弾から派生した気泡２１が膜面に沿
って上昇することによる堆積物の剥離が間欠的に行われ
る。

【００１５】本実施形態において、気体サイフォン室１
５から放出される気泡弾は、膜部材２内に形成されてい
る複数の原液流路に均等に分かれて、それぞれ原液流路
の断面より径が大きい気泡を生じることが好ましく、そ
のために、膜部材２の大きさおよび原液流路の大きさに
応じて、気体放出口１３ａの形状および大きさ、気体サ
イフォン室１５の数および配置、ならびに１回に放出さ
れる気体の量を適宜設定することが好ましい。また、１
つの気体サイフォン室１５から１回に放出された気体か
らなる１つの気泡弾の容積は、少なくとも散気装置４よ
り放出される１つの気泡の容積以上とする。気泡弾が小
さ過ぎると、膜面に液体と気体との界面が形成されなか
ったり、膜面上を液体と気体との界面が上昇する際に生
じる剪断力が不十分となったりして、膜面上に堆積した
固体成分を十分に剥離させることができないおそれがあ
るので、膜部材２の大きさや、膜部材２内に形成されて
いる原液流路の断面の大きさ等に応じて、これらの不都
合が生じないように気泡弾の容積を設定するのが好まし
い。

【００１６】本実施形態の膜分離装置を用いて原液の固
液分離処理を行う際には、処理槽１内において、原液中
に膜部材２を浸漬させ、吸引ポンプ３で膜部材２の膜を
透過した処理液を吸引することによって原液の固液分離
処理を行いつつ、散気装置４に連続的に気体を圧送して
散気面４ａから気泡を発生させるとともに、気泡弾放出
手段１０の気体サイフォン室１５に気体を連続的に圧送
して、気体放出口１３ａから間欠的に気泡弾を発生させ
る。固液分離処理が進むと、膜部材２の膜面上に固体成
分が堆積されるが、気体サイフォン室１５の気体放出口
１３ａから間欠的に気泡弾が放出され、この気泡弾から
派生した気泡２１が膜面に沿って上昇する際の剪断力に
よって膜面上の堆積物が剥離されるので、膜面上への固
体成分の堆積を効果的に抑えることができ、処理効率が
向上する。

【００１７】特に、本実施形態の気泡弾放出手段１０
は、逆サイフォン作用により気体を一挙に放出するの
で、膜部材２の膜面に確実に接触する大きさの気泡を、
簡単な装置構成で発生させることができ、気体の使用効
率もよい。したがって気泡弾放出手段１０を小型に構成
することができ、処理槽１の小型化を図ることができ
る。また、膜部材２内に形成されている原液流路におい
ては、前記気泡弾から派生した気泡２１が膜面に沿って
上昇するとともに、散気装置４からは前記気泡弾から派
生した気泡２１よりも小さい気泡が連続的に放出され、
この小さい気泡も原液流路内を上昇するので、これによ
り図６に矢印で示すように、膜部材２内の原液流路を下
方から上方へ通過した原液が、処理槽１の上部で左右に
分かれて膜部材２の外側を下降し、気体サイフォン室１
５の下方を通って、再び膜部材２の下端から膜部材２内
の原液流路へ流入するという循環流が発生する。このよ
うな循環流が生じることにより、膜分離処理がより効率
的に行われる。

【００１８】なお、本発明は上記実施形態に限らず、種
々の変更が可能である。例えば気泡弾放出手段１０の気
体サイフォン室１５は、本実施形態のように、第一の仕
切壁１２ａおよび第二の仕切壁１２ｂでそれぞれ仕切ら
れた第一室１１、第二室１２、および第三室１３を備え
た構成に限らず、逆サイフォン作用により気泡弾を発生
し得るものであればよく各種の構成を用いることができ
る。また、気泡弾放出手段１０は、逆サイフォン作用を
利用した構成に限らず、その他の機構により気泡弾を間
欠的に発生するものであってもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、原
液中に膜部材を浸漬させて原液の固液分離処理を行う膜
分離装置において、膜部材の下方に、間欠的に気泡弾を
放出する気泡弾放出手段を設けたことにより、膜面上へ
の固体成分の堆積を効果的に抑えて処理効率を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の膜分離装置の一実施形態を示す概略
構成図である。

【図２】 図１の実施形態における気泡弾放出手段の作
動機構を説明するための概略構成図である。

【図３】 図１の実施形態における気泡弾放出手段の作
動機構を説明するための概略構成図である。

【図４】 図１の実施形態における気泡弾放出手段の作
動機構を説明するための概略構成図である。

【図５】 図１の実施形態において気泡弾放出手段から
放出された気泡弾の作用を説明するための概略構成図で
ある。

【図６】 図１の実施形態における原液の流れを説明す
るための概略構成図である。

【図７】 従来の膜分離装置の一例を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】

１…処理槽、２…膜部材、３…吸引ポンプ（吸引手
段）、４…散気装置（散気手段）、１０…気泡弾放出手
段、１５…気体サイフォン室。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原液中に浸漬させた膜部材と、該膜部材の
   膜を透過した処理液を吸引する吸引手段とを備えた膜分
   離装置であって、 前記膜部材の下方に、間欠的に気泡弾を放出する気泡弾
   放出手段を設けたことを特徴とする膜分離装置。
2. 【請求項２】前記気泡弾放出手段が、逆サイフォン作用
   により気泡弾を放出し得る気体サイフォン室と、該気体
   サイフォン室に気体を供給する手段とを備えてなること
   を特徴とする請求項１記載の膜分離装置。