JP2004181371A - 膜モジュールおよび膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜エレメントに付着した膜汚染物質を効率良く十分に除去することができる膜モジュールを提供する。
【解決手段】ケーシング２内に膜エレメント３が内蔵され、ケーシング２に、超音波で膜エレメント３を振動させる振動子２２が設けられている。逆洗時、逆洗水を、濾過処理水排出口１９から膜モジュール１内に供給し、原水供給口１７から排出することによって、膜エレメント３が逆洗される。このような逆洗を行いながら、同時に、振動子２２で超音波を発生させて膜エレメント３を振動させる。
【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・廃水処理等に用いられる膜モジュールおよび膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、膜モジュールとしては、例えば、図９に示すように、複数本のチューブ状に形成された多孔質のセラミック膜５１（膜チューブ）が、一対のヘッダ５２，５３で支持されて、互いに間隔をおいて平行に配列されたものがある。一方のヘッダ５２には吸引室５４が形成されるとともに、吸引室５４を外部と連通させるための吸引口５５が設けられている。また、上記一方のヘッダ５２に支持されるセラミック膜５１の一端部は上記吸引室５４の内部に開口し、セラミック膜５１の他端部は他方のヘッダ５３に突き当てられている。
【０００３】
これによると、吸引口５５を通じてセラミック膜５１の内部に吸引圧を作用させることにより、被処理水は、セラミック膜５１の外側から内側へ透過して濾過され、濾過処理水として吸引室５４を経て吸引口５５から排出される。
【０００４】
上記セラミック膜５１の外周面に膜汚染物質が付着した場合、逆洗水を、吸引口５５から供給し、各セラミック膜５１の内側から外側へ逆流させることによって、各セラミック膜５１を逆洗していた（例えば特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２３５１６３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、各セラミック膜５１を逆洗するだけでは、セラミック膜５１の外周面に強固に付着した膜汚染物質を十分に除去することが困難である場合があった。
【０００７】
本発明は、膜エレメントに付着した膜汚染物質を効率良く十分に除去することができる膜モジュールおよび膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法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発明における膜モジュールは、膜エレメントを内蔵し、被処理流体を供給する被処理流体供給口と、上記膜エレメントで濾過された濾過処理流体を排出する濾過処理流体排出口とが設けられた膜モジュールであって、超音波で上記膜エレメントを振動させる振動子が設けられているものである。
【０００９】
これによると、濾過運転時、被処理流体は、被処理流体供給口から膜モジュール内に供給され、膜エレメントで濾過された後、濾過処理流体として濾過処理流体排出口から排出される。
【００１０】
また、逆洗時、逆洗用流体を、濾過処理流体排出口から膜モジュール内に供給し、被処理流体供給口から排出する。これにより、膜エレメントが逆洗される。上記のような逆洗を行いながら、同時に、振動子で超音波を発生させて上記膜エレメントを振動させることにより、膜エレメントに付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００１１】
また、本第２発明における膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法は、膜エレメントを、超音波で振動させながら、逆洗するものである。
これによると、振動と逆洗とを同時に行うことにより、膜エレメントに付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００１２】
本第３発明における膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法は、膜エレメントは、膜モジュールのケーシング内に充填されており、先端を閉塞した管状の多孔体からなる複数の膜チューブと、これら膜チューブの基端部を集束固定する集束プレートとで構成されているものである。
【００１３】
これによると、各膜チューブが振動するとともに逆洗されるため、各膜チューブに付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
本第４発明における膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法は、膜エレメントは、多孔体からなる筒状部材で構成されて、膜モジュールのケーシング内に充填されており、上記筒状部材の長手方向に、両端面に開口する複数の平行な流通路が形成されているものである。
【００１４】
これによると、筒状部材が振動するとともに逆洗されるため、筒状部材に付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
本第５発明における膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法は、超音波を発生させる振動子をケーシングに取付け、この振動子でケーシングに振動を与えることによって、膜エレメントを振動させるものである。
【００１５】
これによると、膜エレメントが振動するとともに逆洗されるため、膜エレメントに付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
本第６発明における膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法は、超音波を発生させる振動子を集束プレートに取付け、この振動子で集束プレートに振動を与えることによって、膜エレメントを振動させるものである。
【００１６】
これによると、各膜チューブが振動するとともに逆洗されるため、各膜チューブに付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
本第７発明における膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法は、超音波を発生させる振動子を筒状部材に取付け、この振動子で筒状部材に振動を与えることによって、膜エレメントを振動させるものである。
【００１７】
これによると、筒状部材が振動するとともに逆洗されるため、筒状部材に付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１に示すように、膜モジュール１は、ケーシング２の内部に複数（２個）の膜エレメント３を備えたものであり、被処理水（被処理流体の一例）を後述する複数の膜チューブ６の外側から内側へ透過させて濾過する外圧式のものである。
【００１９】
上記ケーシング２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２の両端には、上記膜エレメント３を出し入れする膜エレメント装入口４が形成されている。これら両膜エレメント装入口４の外周縁にはケーシング側フランジ５が設けられている。
【００２０】
上記膜エレメント３は、図３，図４に示すように、先端を閉塞した細い直管状のセラミック（多孔体の一例）製の複数本の膜チューブ６と、これら膜チューブ６の基端部を集束固定して各膜チューブ６を片持状に支持する円板形状の集束プレート７とで構成されている。尚、上記各膜チューブ６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６の基端側は、集束プレート７に形成された複数の貫通孔に挿通され、各膜チューブ６の基端間に充填された接着材層８によって集束プレート７に水密に集束固定されている。
【００２１】
図１に示すように、上記ケーシング２の両端には、ケーシング２内に充填された膜エレメント３の各膜チューブ６の基端開口６ａ側を覆う帽子状のキャップ１０が着脱自在に取付けられている。
【００２２】
すなわち、上記キャップ１０の開口端の外周縁にはキャップ側フランジ１１が設けられている。そして、上記集束プレート７の外周部を上記ケーシング側フランジ５とキャップ側フランジ１１との間に挟み込んだ状態で、複数のボルト１２を挿通し、ナット１３を締めてケーシング側フランジ５とキャップ側フランジ１１とを締結することにより、両膜エレメント３がそれぞれケーシング２内に水平に据付け固定されている。
【００２３】
尚、集束プレート７とケーシング側フランジ５との間は一方のパッキン１４によって水密にシールされている。また、集束プレート７とキャップ側フランジ１１との間は他方のパッキン１５によって水密にシールされている。
【００２４】
上記ケーシング２には、両膜エレメント３の間に形成された空間１６に対応する位置に被処理水（被処理流体の一例）を供給する原水供給口１７（被処理流体供給口の一例）と、濃縮水排出口１８とが設けられている。上記原水供給口１７はケーシング２の下部に位置し、濃縮水排出口１８はケーシング２の両端寄りの上部に位置している。
【００２５】
また、上記両キャップ１０の外周上部には、膜エレメント３で濾過された濾過処理水（濾過処理流体の一例）を排出する濾過処理水排出口１９（濾過処理流体排出口の一例）が設けられ、キャップ１０の外周下部にはキャップ１０内のドレンを排出するためのドレン排出口２０が設けられている。
【００２６】
図１，図２に示すように、上記ケーシング２の外周面には、超音波を発生させる振動子２２が複数設けられている。これら振動子２２は、両膜エレメント３間に形成された上記空間１６に対応した位置に設けられている。上記各振動子２２には、振動子２２を駆動するための高周波発振器２３がケーブル２４を介して接続されている。
【００２７】
以下、上記構成における作用を説明する。
濾過運転時、図１の実線矢印で示したように、原水供給口１７からケーシング２内の空間１６へ供給された被処理水は、各膜チューブ６の外側から内側へ透過する際に膜チューブ６で濾過された後、濾過処理水として膜チューブ６の内部流路６ｂ（図３参照）を通り基端開口６ａからキャップ１０内に流出し、両濾過処理水排出口１９から外部へ排出される。
【００２８】
また、逆洗時には、図１の点線矢印で示したように、逆洗水（逆洗用流体の一例）を、両濾過処理水排出口１９から供給して原水供給口１７から排出する。これにより、上記逆洗水が各膜チューブ６の内側から外側へ透過し（流れ）、各膜チューブ６が逆洗される。上記のような逆洗を行いながら、同時に、各振動子２２で超音波を発生させて、ケーシング２に振動を与えることにより、ケーシング２の振動が両膜エレメント３に伝わって、各膜チューブ６が振動する。これによって、各膜チューブ６の外周面に付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００２９】
上記第１の実施の形態では、図１に示すように、濾過運転時、被処理水を膜チューブ６の外側から内側へ透過させて濾過する外圧式の膜モジュール１を挙げたが、第２の実施の形態として、図５，図６に示すように、被処理水を膜チューブ６の内側から外側へ透過させて濾過する内圧式の膜モジュール３０であってもよい。
【００３０】
これによると、原水供給口１７が両キャップ１０の外周下部に設けられ、濾過処理水排出口１９がケーシング２の外周上部に設けられ、ドレン排出口２０がケーシング２の外周下部に設けられ、さらに、エア抜き口３１が両キャップ１０の外周上部に設けられている。
【００３１】
以下、上記構成における作用を説明する。
濾過運転時、図５の実線矢印で示したように、両原水供給口１７からキャップ１０内に供給された被処理水は、各膜チューブ６の基端開口６ａから内部流路６ｂ（図３参照）へ流れ込み、各膜チューブ６の内側から外側へ透過する際に膜チューブ６で濾過された後、濾過処理水として濾過処理水排出口１９から外部へ排出される。
【００３２】
また、逆洗時には、図５の点線矢印で示したように、逆洗水を、濾過処理水排出口１９から供給して両原水供給口１７から排出する。これにより、上記逆洗水が各膜チューブ６の外側から内側へ透過し（流れ）、各膜チューブ６が逆洗される。上記のような逆洗を行いながら、同時に、各振動子２２で超音波を発生させて、ケーシング２に振動を与えることにより、ケーシング２の振動が両膜エレメント３に伝わって、各膜チューブ６が振動する。これによって、各膜チューブ６の内周面に付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００３３】
上記第１および第２の実施の形態ではそれぞれ、図２，図６の実線で示すように、複数の振動子２２をケーシング２の外周面に設けたが、図２の仮想線で示すように、複数の振動子２２を外圧式の膜モジュール１のケーシング２の内周面に取付けたり、或いは、図６の仮想線で示すように、複数の振動子２２を内圧式の膜モジュール３０のケーシング２の内周面に取付けてもよい。
【００３４】
上記第１および第２の実施の形態ではそれぞれ、複数の振動子２２をケーシング２に設けたが、図１，図３〜図５の仮想線で示すように、複数の振動子２２を集束プレート７の外周面に設けてもよい。
【００３５】
これによると、各膜チューブ６に対して逆洗を行いながら、同時に、各振動子２２で超音波を発生させて、集束プレート７に振動を与えることにより、集束プレート７の振動が各膜チューブ６に伝わって、各膜チューブ６が振動する。これによって、各膜チューブ６の外周面（又は内周面）に付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００３６】
上記第１および第２の実施の形態では、ケーシング２や集束プレート７にそれぞれ複数個の振動子２２を取付けているが、１個であってもよく、ケーシング２のサイズや集束プレート７のサイズ等に応じて振動子２２の取付数や取付位置を最適な数や位置にすればよい。
【００３７】
上記第１および第２の実施の形態では、膜チューブ６をセラミック製にしているが、セラミックに限定されるものではなく、金網等で製作してもよい。
上記第１および第２の実施の形態ではそれぞれ、図３に示すように、複数本の膜チューブ６を集束プレート７で集束固定して片持状に支持した型式の膜エレメント３を挙げたが、このような型式に限定されるものではなく、例えば、第３の実施の形態として、図７，図８に示すように、モノリス型の膜エレメント３５を内蔵した膜モジュール３６であってもよい。
【００３８】
すなわち、上記膜モジュール３６の円筒状のケーシング３７の一端に原水供給口３８（被処理流体供給口の一例）が形成され、ケーシング３７の他端に空気供給口３９が形成され、ケーシング３７の外周部に濾過処理水排出口４０（濾過処理流体排出口の一例）が形成されている。尚、上記空気供給口３９には弁４５が設けられている。
【００３９】
上記膜エレメント３５は、セラミック（多孔体の一例）製の筒状部材４２で構成されており、上記ケーシング３７内に充填されている。上記筒状部材４２には、両端面に開口する複数の平行な流通路４３が筒状部材４２の長手方向に沿って形成されている。また、上記各流通路４３の内周面には、筒状部材４２よりもさらに微小な細孔を有するセラミック（多孔体の一例）の濾過膜４４が形成されている。
【００４０】
上記筒状部材４２の外周面には、超音波を発生させる振動子２２が複数設けられている。これら各振動子２２には、振動子２２を駆動するための高周波発振器２３がケーブル２４を介して接続されている。
【００４１】
以下、上記構成における作用を説明する。
濾過運転時、弁４５を閉操作して空気供給口３９を閉じた状態で、図７の実線矢印で示すように、被処理水を原水供給口３８からケーシング３７内に供給する。これにより、上記被処理水は、筒状部材４２の一端から各流通路４３内に流れ込み、濾過膜４４を内側から外側へ透過する際に濾過され、その後、濾過処理水として筒状部材４２の外周面より流れ出し、濾過処理水排出口４０から排出される。
【００４２】
また、逆洗時には、図７の点線矢印で示すように、逆洗水を濾過処理水排出口４０からケーシング３７内に供給する。これにより、上記逆洗水が、筒状部材４２の外周面より内部へ流れ込み、濾過膜４４を外側から内側へ透過して各流通路４３内を流れ、筒状部材４２の一端面より流出し、原水供給口３８から排出されて、濾過膜４４が逆洗される。このような逆洗を行いながら、同時に、各振動子２２で超音波を発生させ、筒状部材４２（すなわち膜エレメント３５）を振動させる。これによって、各流通路４３の内周面に付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００４３】
さらに、上記逆洗後、上記弁４５を開操作して空気供給口３９を開くことにより、加圧空気が、空気供給口３９からケーシング３７内に供給され、筒状部材４２の他端面から各流通路４３内を流れ、筒状部材４２の一端面より流出し、原水供給口３８から排出される。これにより、各流通路４３内に残留していた膜汚染物質が上記加圧空気で強制的に押し出されて排出されるため、膜汚染物質の除去効率がより一層向上する。
【００４４】
上記第３の実施の形態では、筒状部材４２に複数個の振動子２２を取付けているが、１個であってもよく、筒状部材４２のサイズ等に応じて振動子２２の取付数や取付位置を最適な数や位置にすればよい。また、ケーシング３７内に筒状部材４２を１本内蔵しているが、複数本内蔵してもよい。
【００４５】
上記第３の実施の形態では、振動子２２を筒状部材４２の外周面に取付けているが、ケーシング３７の外面又は内面に取付け、ケーシング３７を振動させることによって、筒状部材４２を間接的に振動させてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本第１発明によると、逆洗用流体を、濾過処理流体排出口から膜モジュール内に供給し、被処理流体供給口から排出することによって、膜エレメントが逆洗される。このような逆洗を行いながら、同時に、振動子で超音波を発生させて上記膜エレメントを振動させることにより、膜エレメントに付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【００４７】
また、本第２発明によると、膜エレメントを逆洗することと膜エレメントを振動させることとを同時に行うことによって、膜エレメントに付着した膜汚染物質を効率良く十分に剥離して除去することができる。
【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】図１におけるＡ−Ａ矢視図である。
【図３】同、膜モジュールの膜エレメントの断面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】第２の実施の形態における膜モジュールの断面図である。
【図６】図５におけるＣ−Ｃ矢視図である。
【図７】第３の実施の形態における膜モジュールの断面図である。
【図８】同、膜モジュールの膜エレメントの斜視図である。
【図９】従来の膜モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１ 膜モジュール
２ ケーシング
３ 膜エレメント
６ 膜チューブ
７ 集束プレート
１７ 原水供給口（被処理流体供給口）
１９ 濾過処理水排出口（濾過処理流体排出口）
２２ 振動子
３０ 膜モジュール
３５ 膜エレメント
３６ 膜モジュール
３７ ケーシング
３８ 原水供給口（被処理流体供給口）
４０ 濾過処理水排出口（濾過処理流体排出口）
４２ 筒状部材
４３ 流通路

Claims (7)

1. 膜エレメントを内蔵し、被処理流体を供給する被処理流体供給口と、上記膜エレメントで濾過された濾過処理流体を排出する濾過処理流体排出口とが設けられた膜モジュールであって、超音波で上記膜エレメントを振動させる振動子が設けられていることを特徴とする膜モジュール。
2. 膜エレメントを、超音波で振動させながら、逆洗することを特徴とする膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法。
3. 膜エレメントは、膜モジュールのケーシング内に充填されており、先端を閉塞した管状の多孔体からなる複数の膜チューブと、これら膜チューブの基端部を集束固定する集束プレートとで構成されていることを特徴とする請求項２記載の膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法。
4. 膜エレメントは、多孔体からなる筒状部材で構成されて、膜モジュールのケーシング内に充填されており、上記筒状部材の長手方向に、両端面に開口する複数の平行な流通路が形成されていることを特徴とする請求項２記載の膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法。
5. 超音波を発生させる振動子をケーシングに取付け、この振動子でケーシングに振動を与えることによって、膜エレメントを振動させることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法。
6. 超音波を発生させる振動子を集束プレートに取付け、この振動子で集束プレートに振動を与えることによって、膜エレメントを振動させることを特徴とする請求項３記載の膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法。
7. 超音波を発生させる振動子を筒状部材に取付け、この振動子で筒状部材に振動を与えることによって、膜エレメントを振動させることを特徴とする請求項４記載の膜モジュールの膜エレメントの洗浄方法。

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