JP2004105838A

JP2004105838A - 膜モジュール

Info

Publication number: JP2004105838A
Application number: JP2002270830A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kitagawa; 北川　雅之; Tsunehisa Tanaka; 田中　恒久; Takeshi Yoshizaki; 吉崎　健; Motofumi Tajima; 田島　基史; Yoshihisa Narukami; 鳴上　善久
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】膜チューブを逆洗する際、逆洗水によって膜チューブが振動し損傷することを防止できる膜モジュールを提供する。
【解決手段】ケーシング３２内に膜エレメント３３が設けられ、膜エレメント３３は、先端を閉塞した管状の複数の膜チューブ３６と、これら膜チューブ３６を集束固定する集束プレート３７とで構成され、ケーシング３２に、通常濾過時において濾過処理水をケーシング３２の外部へ排出し且つ逆洗時において逆洗水をケーシング３２の内部へ供給する濾過水排出部４９が設けられ、濾過水排出部４９に、逆洗時においてケーシング３２内に流れ込む逆洗水を分散させて各膜チューブ３６に対し均一な流れにする流体分散器５８が設けられている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、上水（浄水）処理，下水・廃水処理，ガス分離，ダスト分離等に用いられる膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上水（浄水）処理等に使用される膜モジュールとしては、例えば、内圧式の中空糸膜がある。すなわち、図１０に示すように、膜モジュール８１は、円筒状のケース８２内に、両端が開口した多数の中空糸膜８３（膜チューブ）を収納したものであり、ケース８２の一端に原水供給部８４が設けられ、ケース８２の他端に循環水流出部８５が設けられ、ケース８２の胴部に処理水流出部８６が設けられている。
【０００３】
これによると、通常濾過時、原水を原水供給部８４からケース８２内の中空糸膜８３の内部に供給し、中空糸膜８３を内側から外側へ透過した水（濾過処理水）を処理水流出部８６から流出させるとともに、上記原水の一部を循環水流出部８５から排出して再び上記原水供給部８４へ循環させている。
【０００４】
また、中空糸膜８３の内側に膜汚染物質が付着した場合、以下のようにして逆洗を行う。
すなわち、原水供給部８４から循環水流出部８５に向けて原水を流しながら、逆洗水を処理水流出部８６からケース８２内に供給する。これにより、上記逆洗水が中空糸膜８３を外側から内側へ透過して逆洗するため、上記中空糸膜８３の内側に付着していた膜汚染物質は、剥離除去され、逆洗水と共に中空糸膜８３内から循環水流出部８５を通って排出される（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−５４７８９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来形式では、逆洗水（流体の一例）を処理水流出部８６からケース８２内に供給した場合、逆洗水の流れの勢いは、処理水流出部８６に近い箇所ほど強く、処理水流出部８６から遠ざかるほど弱くなる。したがって、上記処理水流出部８６に近い箇所の中空糸膜８３は上記逆洗水の強い流れの勢いを直に受けるため、中空糸膜８３（膜チューブ）が振動して損傷するといった問題がある。
【０００７】
本発明は、ケーシング内に流体（被処理水や逆洗水等）を供給する際、上記流体の流れの勢いを直に受けることによって膜チューブが損傷してしまうことを防止できる膜モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本第１発明の膜モジュールは、ケーシング内に膜エレメントが設けられ、上記膜エレメントは、先端を閉塞した管状の複数の膜チューブと、これら膜チューブを集束固定する集束プレートとで構成され、上記ケーシング側に、ケーシング内に供給される流体を分散させて上記各膜チューブに対し均一な流れにする流体分散器が設けられているものである。
【０００９】
これによると、流体は、ケーシング内に供給される際、流体分散器によって分散されて勢いが削がれ、各膜チューブに対し均一な流れとなる。このように流体の流れの強弱が軽減され均一になった状態で、上記流体が各膜チューブに対して流れるため、流体によって膜チューブが振動し損傷することを防止できる。
【００１０】
また、本第２発明の膜モジュールは、流体分散器は、ケーシング側に取付可能な取付板と、この取付板に設けられてケーシング内に突入する管体とで構成され、上記管体内に流路が形成され、管体の周壁部に、複数の流通孔が管体軸心方向に沿って並んで形成され、上記各流通孔の向きは、膜チューブの軸心方向に対して直交し、且つケーシングの内周面に向いているものである。
【００１１】
これによると、ケーシング内に供給される流体は、流体分散器の管体内の流路を流れ、各流通孔を通って管体の外側へ流れ出す。この際、各流通孔から流れ出た流体は、一旦、ケーシングの内周面に当り、その後、膜チューブの軸心方向に向きを変えて、各膜チューブに向かって流れる。これにより、流体は、流体分散器によって分散されて勢いが削がれ、各膜チューブに対し均一な流れとなる。このように、上記流体の流れの強弱が軽減され均一になった状態で、上記流体が各膜チューブに対して流れるため、流体によって膜チューブが振動し損傷することを防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における第１の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、膜モジュール３１は、ケーシング３２の内部に複数（２個）の膜エレメント３３を備えたものであり、被処理水を後述する膜チューブ３６の内側から外側へ透過させて濾過する内膜式のものである。
【００１３】
上記ケーシング３２は、種々の形状を採用できるが、本実施の形態では、一例として直管円筒状のものを挙げている。上記ケーシング３２の両端には、上記膜エレメント３３を出し入れする膜エレメント装入口３４が形成されている。これら両膜エレメント装入口３４の外周縁にはケーシング側フランジ３５が設けられている。
【００１４】
上記膜エレメント３３は、図２，図３に示すように、先端を閉塞した細い直管状のセラミック製の複数本の膜チューブ３６と、これら膜チューブ３６を集束固定する円板形状の集束プレート３７とで構成されている。尚、上記各膜チューブ３６は、多数の微細孔を有した膜形成材のみで管壁を成形してなり、管外径１〜６ｍｍφ、管壁肉厚０．１〜０．８ｍｍの形状をなすものであり、所定間隔で平行に配置されている。また、上記各膜チューブ３６の基端側は、集束プレート３７に形成された複数の貫通孔に挿通され、各膜チューブ１３の基端間に充填された接着材層３８によって集束プレート３７に水密に集束固定されている。これにより、各膜チューブ３６は集束プレート３７に片持状に支持されている。
【００１５】
図１に示すように、上記ケーシング３２の両端には、ケーシング３２内に装入された膜エレメント３３の各膜チューブ３６の基端開口３６ａ側を覆う帽子状のキャップ４０が着脱自在に取付けられている。
【００１６】
上記キャップ４０の開口端の外周縁にはキャップ側フランジ４１が設けられている。そして、上記集束プレート３７の外周部を上記ケーシング側フランジ３５とキャップ側フランジ４１との間に挟み込んだ状態で、複数のボルト４２，ナット４３を用いてケーシング側フランジ３５とキャップ側フランジ４１とを締結することにより、両膜エレメント３３がそれぞれケーシング３２内に水平に据付け固定されている。
【００１７】
尚、集束プレート３７とケーシング側フランジ３５との間は一方のパッキン４４によって水密にシールされている。また、集束プレート３７とキャップ側フランジ４１との間は他方のパッキン４５によって水密にシールされている。また、ケーシング３２内に据付けられた膜エレメント３３の膜チューブ３６の軸心３６ｂ（図２参照）はケーシング３２の長手方向の軸心３２ａ（図１参照）と同方向になる。
【００１８】
上記両キャップ４０の外周下部には、被処理水（被処理流体の一例）をキャップ４０の内側空間４６へ供給する原水供給口４７が設けられている。また、両キャップ４０の外周上部には空気抜き口４８が設けられている。
【００１９】
また、ケーシング３２の外周上部には、各膜チューブ３６によって濾過された濾過処理水を排出する濾過水排出部４９が設けられ、さらに、ケーシング３２の外周下部には、ドレン排出口５０が設けられている。
【００２０】
図４に示すように、上記濾過水排出部４９は、ケーシング３２に一体に設けられた排出管５１と、ケーシング３２に形成されて上記排出管５１内とケーシング３２内とを連通する排出口５２と、上記排出管５１の先端に設けられたフランジ５３とで構成されている。上記排出管５１には、フランジ５４を備えた配管５５が複数のボルト５６，ナット５７を介して接合されている。
【００２１】
尚、上記濾過水排出部４９は、逆洗時において各膜チューブ３６を逆洗する逆洗水（流体の一例）を供給するための流体供給部を兼ねており、逆洗時、上記逆洗水が配管５５を通って排出管５１内から排出口５２を経でケーシング３２内へ供給される。
【００２２】
図１，図４，図５に示すように、ケーシング３２の濾過水排出部４９には、ケーシング３２内に供給される逆洗水を分散させて両膜エレメント３３の各膜チューブ３６に対し均一な流れにする流体分散器５８が設けられている。
【００２３】
図６，図７に示すように、上記流体分散器５８は、濾過水排出部４９に取付可能な円板状の取付板５９と、この取付板５９の中心部から垂設された管体６０とで構成されている。上記取付板５９には複数のボルト孔６１が形成されている。また、上記管体６０内には流路６２が形成され、上記取付板５９には、上記流路６２の一端（上端）に連通する開口部６３が形成されている。また、管体６０の他端（下端）は閉塞板６４で閉塞されている。
【００２４】
上記管体６０の周壁部には、複数の流通孔６５が管体６０の軸心６６の方向に沿って所定ピッチＰおきに一列に並んで形成されている。尚、上記流通孔６５は、管体６０の周方向において、互いに１８０°反対側に振り分けられた２箇所に形成されている。
【００２５】
図１，図４，図５に示すように、上記管体６０を排出管５１からケーシング３２内に挿入し、上記取付板５９を両フランジ５３，５４間に挟み込んで、両フランジ５３，５４のボルト孔６７と取付板５９のボルト孔６１とにボルト５６を挿通してナット５７で締結することにより、流体分散器５８が濾過水排出部４９に設けられる。この際、上記管体６０は、排出管５１内から両膜エレメント３３の膜チューブ３６の先端間に形成されている空間部６８に突入する。
【００２６】
また、上記管体６０の軸心６６（図４参照）はケーシング３２の長手方向の軸心３２ａ（図１参照）に対して直交している。さらに、各流通孔６５の孔軸心６５ａの向きは、各膜チューブ３６の軸心３６ｂ（図２参照）に対して直交し、ケーシング３２の内周面に向いている。
【００２７】
尚、図４に示すように、フランジ５３と取付板５９との間はパッキン６９でシールされ、フランジ５４と取付板５９との間はパッキン７０でシールされている。
【００２８】
以下、上記構成における作用を説明する。
通常濾過時、図１の実線矢印で示すように、被処理水（被処理流体）を両原水供給口４７からキャップ４０の内側空間４６に供給する。これにより、被処理水は、上記内側空間４６から各膜チューブ３６の基端開口３６ａを通って各膜チューブ３６の内部流路３６ｃ（図２参照）を流れ、各膜チューブ３６の内側から外側へ流れ出す際に濾過される。このようにして膜チューブ３６を透過した被処理水は、濾過処理水として各流通孔６５から管体６０内の流路６２を流れ、開口部６３から配管５５へ排出される。
【００２９】
上記膜チューブ３６の内側に膜汚染物質等が付着した場合、以下のようにして逆洗を行う。
すなわち、図１の点線矢印で示すように、逆洗時、逆洗水（流体の一例）を配管５５内からケーシング３２に向けて供給する。これにより、上記逆洗水は、配管５５内から流体分散器５８の開口部６３を通って管体６０内の流路６２を流れ、図５に示すように各流通孔６５から管体６０の外側へ流れ出す。
【００３０】
この際、各流通孔６５から流れ出た逆洗水は、一旦、ケーシング３２の内周面に当り、その後、両膜エレメント３３の膜チューブ３６の軸心３６ｂの方向に向きを変え、図１の点線矢印で示すように各膜チューブ３６に向かって流れる。これにより、逆洗水は、流体分散器５８によって分散されて勢いを削がれ、各膜チューブ３６に対し均一な流れとなる。このように、上記逆洗水の流れの強弱が一様に軽減され均一になった状態で、逆洗水が各膜チューブ３６の外側から内側へ流れて各膜チューブ３６を逆洗するため、逆洗水によって膜チューブ３６が振動し損傷することを防止できる。
【００３１】
尚、各膜チューブ３６の外側から内側へ流れた逆洗水は、各膜チューブ３６の内部流路３６ｃを流れて基端開口３６ａから両キャップ４０の内側空間４６に流れ出し、両原水供給口４７から排出される。
【００３２】
上記第１の実施の形態では、通常濾過時においても流体分散器５８を濾過水排出部４９に取付けているが、通常濾過時は流体分散器５８を取り外しておき、逆洗時にのみ流体分散器５８を取付けてもよい。
【００３３】
上記第１の実施の形態では、図７に示すように、流体分散器５８の流通孔６５のピッチを全て１種類のピッチＰに統一しているが、複数種類のピッチにしてもよい。例えば、第２の実施の形態として、図８に示すように、管体６０のほぼ上半分の範囲において、流通孔６５のピッチをＰとし、ほぼ下半分の範囲において、流通孔６５のピッチをＰ１とし、ピッチＰ１をピッチＰよりも大きく設定（Ｐ＜Ｐ１）することにより、各流通孔６５から流れ出す逆洗水の流速をほぼ一定にできる。また、上記流通孔６５のピッチを下位ほど大きくしたり、或いは、各流通孔６５の径を変えることによって、各流通孔６５から流れ出す逆洗水の流速をほぼ一定にしてもよい。
【００３４】
また、第１の実施の形態では、図１に示すように、流体分散器５８の管体６０の下端部はケーシング３２内の底部付近まで達しているが、第３の実施の形態として、図９に示すように、管体６０の長さを短縮して、管体６０の下端部がケーシング３２内の中央部〜上部に位置するようにしてもよい。
【００３５】
上記各実施の形態では、取付板５９に１本の管体６０を設けているが、管体６０を複数本設けてもよい。
上記各実施の形態では、図１に示すように、濾過水排出部４９は逆洗時において各膜チューブ３６を逆洗する逆洗水を供給するための流体供給部を兼ねているが、ケーシング３２に、上記濾過水排出部４９とは別に、逆洗水を供給するための専用の流体供給部を設け、この専用の流体供給部に流体分散器５８を設けてもよい。この場合、上記専用の流体供給部は上記濾過水排出部４９と同じように構成される。
【００３６】
上記各実施の形態では、濾過水排出部４９をケーシング３２の外周上部に設けたが、外周下部に設けたり、或いは外周上部と外周下部との間に設けてもよい。尚、濾過水排出部４９をケーシング３２の外周下部に設けた場合、流体分散器５８の管体６０はケーシング３２の径方向において上下方向に直立した姿勢となる。また、濾過水排出部４９をケーシング３２の外周上部と外周下部との間に設けた場合、上記管体６０はケーシング３２の径方向において水平方向又は斜め方向を向いた姿勢となる。
【００３７】
上記各実施の形態では、通常濾過時、被処理水を膜チューブ３６の内側から外側へ流す形式の膜モジュール３１を挙げたが、この形式に限定されるものではなく、通常濾過時、被処理水を膜チューブ３６の外側から内側へ流す形式の膜モジュールであっもよい。この場合、ケーシング３２に、被処理水（流体の一例）を供給するための流体供給部（濾過水排出部４９と同構造）が設けられ、両キャップ４１に濾過水排出口（原水供給口４７と同構造）が設けられ、上記流体供給部に流体分散器５８が取付けられる。これにより、通常濾過時、流体供給部からケーシング３２内に供給される被処理水の流れを流体分散器５８によって各膜チューブ３６に対し均一にすることができる。
【００３８】
上記各実施の形態では、ケーシング３２内に２個の膜エレメント３３を備えているが、ケーシング３２のいずれか一端のみに膜エレメント装入口３４を形成するとともにケーシング３２の他端を閉塞し、ケーシング３２内に膜エレメント３３を１個だけ備えたものであってもよい。
【００３９】
上記各実施の形態では、被処理流体の一例として被処理水を挙げたが、水以外の液体、又は気体であってもよい。同様に、逆洗用流体の一例として逆洗水を挙げたが、水以外の液体、又は気体であってもよい。
【００４０】
上記各実施の形態では、膜チューブ３６をセラミック製としているが、セラミック以外の材質で製作したものであってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、流体は、ケーシング内に供給される際、流体分散器によって分散され各膜チューブに対し均一な流れとなる。このように流体の流れの強弱が軽減され均一になった状態で、上記流体が各膜チューブに対して流れるため、流体によって膜チューブが振動し損傷することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における膜モジュールの断面図である。
【図２】同、膜モジュールの膜エレメントの断面図である。
【図３】図２におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図４】同、膜モジュールの濾過水排出部の拡大断面図である。
【図５】図１におけるＸ−Ｘ矢視図である。
【図６】同、膜モジュールに設けられた流体分散器の斜視図である。
【図７】同、膜モジュールに設けられた流体分散器の図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における膜モジュールの流体分散器の図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における膜モジュールの流体分散器の図である。
【図１０】従来の膜モジュールの図である。
【符号の説明】
３１　　膜モジュール
３２　　ケーシング
３３　　膜エレメント
３６　　膜チューブ
３６ｂ　　膜チューブの軸心
３７　　集束プレート
４９　　濾過水排出部
５８　　流体分散器
５９　　取付板
６０　　管体
６２　　流路
６５　　流通孔
６６　　管体の軸心

Claims

ケーシング内に膜エレメントが設けられ、上記膜エレメントは、先端を閉塞した管状の複数の膜チューブと、これら膜チューブを集束固定する集束プレートとで構成され、上記ケーシング側に、ケーシング内に供給される流体を分散させて上記各膜チューブに対し均一な流れにする流体分散器が設けられていることを特徴とする膜モジュール。
流体分散器は、ケーシング側に取付可能な取付板と、この取付板に設けられてケーシング内に突入する管体とで構成され、上記管体内に流路が形成され、管体の周壁部に、複数の流通孔が管体軸心方向に沿って並んで形成され、上記各流通孔の向きは、膜チューブの軸心方向に対して直交し、且つケーシングの内周面に向いていることを特徴とする請求項１記載の膜モジュール。