JP2004322100A

JP2004322100A - 浸漬型膜分離装置

Info

Publication number: JP2004322100A
Application number: JP2004235187A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Sawada; 繁樹沢田; Kazuo Imai; 和夫今井
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: JP3807423B2

Abstract

【課題】浸漬槽を深くすることなく、しかも少ない空気で膜面の付着層の成長を効率良く抑制する。
【解決手段】浸漬槽内に膜エレメントを浸漬して分離処理を行う浸漬型膜分離装置において、空気サイホン室１７を膜エレメント１２を構成する膜１５の下方に設け、空気サイホン室１７に空気供給管３５を接続し、空気サイホン室１７内に溜った空気を一瞬のうちに空気吹出口２７から間歇的に吹き出させ、空気吹出口２７から吹き出す気泡の塊と膜１５とを接触させるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、原液中に吹き出した空気により膜表面のケーク層等の成長を抑制したり、剥離したり、或は膜表面を清浄化するようにした浸漬型膜分離装置に関するものである。

浸漬型膜分離装置は、図７に示すように、膜エレメント１を浸漬した浸漬槽２内の水深に基づく水頭差を利用し、吸引ポンプ３により低エネルギーで膜分離を行い、透過水を得ることができる。この様な浸漬型膜分離装置においては、例えば特開平１−２９３１０３号公報に記載されているように、浸漬槽２内の下部に曝気管４の空気吹出口５を配置し、この吹出口５から吹き出される気泡６が原液内を上昇することにより原液に水流を発生させて膜分離能率を高めるとともに、上昇する気泡が膜の表面に接触するときの衝撃により膜面の付着層の成長を抑制する。

膜エレメントの下部に気泡を発生させるには、曝気装置が必要であり、また、均等に膜エレメント間に気泡を分散させるには膜エレメントの下方の深い位置から曝気する必要があった。このため、膜エレメントを浸漬するのに必要な深さだけでは不充分であり、気泡が均等に分散するために要する深さを加えた浸漬槽を使用しなければならない。しかし、浸漬槽を深くすると、過剰な水槽容量となってしまい、無駄が生じ、また、装置が大きく嵩張るという不都合も生じる。また、膜面に付着するケーキ層を剥離できるようにするには、大量の空気を間歇的に放出しなければならない。したがって、大きなブロワー或はコンプレッサーを必要とし、また、停止時のために自動弁を設けなければならず、装置全体が大型化し構造も複雑になってしまう。そこで、本発明は、浸漬槽を深くすることなく、しかも少ない空気で膜面の付着層の成長を効率良く抑制できる浸漬型膜分離装置を提供しようとするものである。

請求項１記載の発明は上記に鑑み提案されたもので、浸漬槽内に膜エレメントを浸漬して分離処理を行う浸漬型膜分離装置において、空気サイホン室を膜エレメントを構成する膜の下方に設け、空気サイホン室に空気供給管を接続し、空気サイホン室内に溜った空気を一瞬のうちに空気吹出口から間歇的に吹き出させ、該空気吹出口から吹き出す気泡の塊と膜とを接触させるようにしたことを特徴とする浸漬型膜分離装置である。
また、請求項２記載の発明は、請求項１において、前記空気サイホン室は、下端に液流入口を開設した第１室と、該第１室と上端連通口で連通した第２室と、該第２室と下端連通口で連通して上端に空気吹出口を開設した第３室とからなり、下端連通口の開口縁の上端を液流入口の開口位置よりも高い位置に設定したものであることを特徴とする浸漬型膜分離装置である。

本発明によれば、膜の下方に開設した空気吹出口から間歇的に空気が吹き出され、この気泡の塊が膜エレメント間の流路に沿って上昇するので、吹き出された空気が確実に膜面に接触し、吹き出された空気が膜面に接触することなく無駄に上昇してしまうことを防止することができる。したがって、少ない空気であっても膜面を効率良く清浄することができる。また、間歇的に吹き出させるので、気泡の塊となって膜面に接触する際の剪断力が強く、少ない空気であっても膜面のケーキ層を強力に剥離することができる。また、上昇途中で分散させて気泡を膜エレメントに均等に接触させることなく、吹出口から吹き出した気泡がそのまま均等に膜面に接触するので、膜エレメントが浸漬するに必要な深さを有する浸漬槽であれば足り、従来の浸漬槽よりも浅い水槽を使用でき、過剰容量の浸漬装置は不要である。したがって、装置全体を従来よりも小型化することができる。

そして、空気供給管を介して第１室内に圧縮空気を圧送すると、第１室と第２室内の上部に空気が溜り、両室内の液面が貯留空気の増加と共に下降し、第２室内の液面が上仕切り壁の下端よりも下がると、溜っていた空気が第３室に流れ込んで空気吹出口から一瞬の内に吹き出す。この空気の吹き出しは間歇的に行われ、吹き出した空気の気泡は塊となって膜エレメント間の流路内を上昇して膜面を清浄することができる。

以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。図１は浸漬槽１１内に所定の間隔を空けて複数浸漬される膜エレメント１２の斜視図である。この膜エレメント１２は、内部に透過水室１３を幅方向に形成した膜支持板１４と、この膜支持板１４の両側の面に張設した膜１５と、膜支持板１４の左右両端縁に取り付けた集水管１６と、膜１５の下端縁に沿って設けた空気サイホン室１７などからなり、この集水管１６に膜支持板１４の透過水室１３が連通し、集水管１６の上端に接続した透過水取出管１８から透過水を取り出すように構成してある。

膜支持板１４は、ポリプロピレンや、ＡＢＳ樹脂等のプラスチック成型品であり、二枚の平板１９を所定の間隔を空けてほぼ平行に配置し、両平板１９の間に左右方向に長尺な障壁２０を所定の上下間隔で複数平行に配設して両平板と障壁２０とを一体化するとともに、両平板と上下の障壁２０とに囲まれて左右方向に延在する透過水室１３を上下多段に形成し、平板１９には小さな透過水集水孔２１を開設してある。したがって、膜支持板１４は、上下の端面が障壁２０により密閉され、左右の端面に透過水室１３の開口部が開口し、両側の平板１９に透過水集水孔２１が透過水室１３に沿って多数開口している。

空気サイホン室１７の基本的な構造は、下端に液流入口２２を開設した第１室２３と、該第１室２３と上端連通口２４で連通した第２室２５と、該第２室２５と下端連通口２６で連通して上端に空気吹出口２７を開設した第３室２８とからなり、下端連通口２６の開口縁の上端を液流入口２２の開口位置よりも高い位置に設定したものであり、本実施例では、膜エレメント１２の下端縁の全幅に集水管１６と同じ厚さで空気サイホン室１７が形成されている。

具体的には、図２に示すように、膜支持板１４の下端面側から垂設した第１上仕切壁２９と、この第１上仕切壁２９に対して所定の間隔を空けて平行な状態で垂設した第２上仕切壁３０と、底面の両側縁から第１下仕切壁３１と第２下仕切壁３２を立設した２本の樋状底部材３３とからなり、両樋状底部材３３の各第１下仕切壁３１を上記第１上仕切壁２９と第２上仕切壁３０との間の間隙内に下方から挿入して一方の第２下仕切壁３２を第１上仕切壁２９の外側に、他方の第２下仕切壁３２を第２上仕切壁３０の外側に位置させ、それぞれの仕切壁間には所定の間隔を確保し、また、上仕切壁の下端縁は樋状底部材３３の底面から離隔し、下仕切壁の上端縁も膜支持板１４の下端面から離隔させる。

この様に構成すると、両第１下仕切壁３１の間に第１室２３が形成されて両第１下仕切壁３１基端間の開口部が液流入口２２となり、一方の第１下仕切壁３１と第１上仕切壁２９との間及び他方の第１下仕切壁３１と第２上仕切壁３０との間の空間が第２室２５となり、第１上仕切壁２９と一方の第２下仕切壁３２との間に第３室２８が形成されて当該第２下仕切壁３２の上端縁と膜支持板１４下縁との間の横長スリット状の開口部が空気吹出口２７として開口するとともに、第２上仕切壁３０と他方の第２下仕切壁３２との間に第３室２８が形成されて当該第２下仕切壁３２の上端縁と膜支持板１４下縁との間の横長スリット状の開口部が空気吹出口２７として開口する。

そして、各第２室２５は、各第１下仕切壁３１の上端縁と支持板１４下端面との間に形成された上端連通口２４で上部が第１室２３の上部と連通する。また、第３室２８は、第１上仕切壁２９の下端縁と樋状底部材３３の底面との間に形成された下端連通口２６で下部が第２室２５の下端と連通する。

また、第２室２５の下部と第３室２８の下部を連通する下端連通口２６の上端は、上仕切壁の下端縁が樋状底部材３３の底面から離隔しているので、両樋状底部材３３の底面側縁間に形成された液流入口２２よりも高い位置に位置する。

なお、上記した第１室２３，第２室２５，第３室２８の端部開口部は閉塞壁３４により一括して閉塞されている。そして、この閉塞壁３４に開設した空気供給口に空気供給管３５を接続して該空気供給管３５を第１室２３に連通する。

また、上記した構成からなる空気サイホン室１７を設けた膜エレメント１２を浸漬槽１１内に浸漬して空気供給管３５から圧縮空気を第１室２３に圧送すると、図３（Ａ）に示すように、第１室２３と第２室２５の上部に次第に空気が貯留される。この貯留空気の量が次第に増加すると、空気圧により第１室２３内の原液が液流入口２２から空気サイホン室１７の外部に押し出されて第１室２３内の液面が次第に下降する。また、第２室２５内の原液も空気圧に押し下げられて第３室２８に流入して第２室２５内の液面が次第に下降し、第３室２８内の原液は第２室２５から流入してきた原液に押されて空気吹出口２７からその分だけ空気サイホン室１７の外部に押し出される。なお、第１室２３内の液面と第２室２５内の液面は、第１室２３と第２室２５とが空気サイホン室１７の外部で原液中で連通しているので、同じ高さ（レベル）である。

貯留空気の量がさらに増加すると、第１室２３内の液面が更に下降するとともに、第２室２５内の液面も更に同じだけ下降する。そして、継続して供給される空気によって第１室２３と第２室２５の両液面が更に下降して、遂には第２室２５内の液面が下端連通口２６の開口縁の上端まで下降し、この液面が下端連通口２６の開口縁の上端よりも下降した時点でこの空気が下端連通口２６を通って第３室２８内に流入し、一方この時点でも第１室２３内の液面は液流入口２２よりも高い位置にある。したがって、上記のようにして第１室２３内と第２室２５内の液面が次第に下降しても、第２室２５内の空気が第３室２８に流入する前に第１室２３内の空気が液流入口２２から流出することはない。

第２室２５から下端連通口２６を通って第３室２８内に空気が流入すると、この空気は第３室２８内を上昇して空気吹出口２７から空気サイホン室１７の外部に吹き出す。このとき、第３室２８内を空気が上昇すると、気泡ポンプの原理と同様に、上昇する気泡が第３室２８内の原液を揚送して気泡と共に空気吹出口２７から排出する。また、第２室２５から第３室２８に空気が逃げて、この空気が第３室２８内を上昇して第２室２５内の空気の圧力が減少すると、液流入口２２から原液が第１室２３内に流入して第１室２３内の液面が上昇する。したがって、下端連通口２６では第２室２５内の空気が第３室２８内に流れ込み易い圧力関係になり、図３（Ｃ）に示すように、第１室２３と第２室２５内に溜って貯留していた空気が一瞬にして空気吹出口２７から吹き出し、第１室２３内には液流入口２２から原液が流入し、この原液は上端連通口２４から第２室２５内にも流入していく。

この様にして空気サイホン室１７内に溜っていた空気が一瞬のうちに空気吹出口２７から吹き出して気泡となると、この気泡は、図４にしめすように、並べて浸漬された膜エレメント１２間の流路を満たした塊となって膜面に沿って上昇する。

気泡の塊が膜面に沿って上昇すると、膜面に空気と原液の界面が発生し、この界面が上昇するときに大きな剪断力が膜面に生じ、この剪断力によって膜面に形成されているケーキ層が剥離する。したがって、膜面が浄化される。

また、本実施例では各膜エレメント１２の両側の膜の下部に空気吹出口２７が全幅わたってそれぞれに開口しているので、各膜１５の全面にわたって均等に気泡の塊を発生させることができる。したがって、膜エレメント１２が浸漬できる深さを有する浸漬槽１１であればよく、従来の曝気式浸漬槽１１よりも浅くて足りる。

空気サイホン室１７内には空気供給管３５を介して継続して圧縮空気が供給されるので、溜った空気が一度吹き出しても、その後に供給された空気が次第に貯留され、第２室２５内の液面が下端連通口２６の開口縁の上端を過ぎた時点で再び空気吹出口２７から空気が吹き出される。したがって、各膜エレメント１２の空気吹出口２７からは間歇的に空気が吹き出されることとなり、膜面は、この間歇吹き出しする気泡の塊によって繰り返し浄化される。

上記した第１の実施例では空気サイホン室１７を膜エレメント１２の下部に膜エレメントの厚み方向に２組設けて空気吹出口２７を膜１５の全幅にわたって開口したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示す第２の実施例の様に、膜エレメント１２の下部に空気サイホン室１７を１つ設けて、空気吹出口２７を膜の約片半に開口してもよい。

この空気サイホン室１７は、膜エレメント１２の幅のほぼ中央に上仕切壁３７を設けて２分した一方の室を第３室２８として上端に空気吹出口２７開設し、他方の室を更にほぼ中央の下仕切壁３８により２分して第３室２８側を第２室２５、残りの室を第１室２３とし、第１室２３の底面に液流入口２２を開設したものである。なお、第１室２３と第２室２５とは下仕切壁３８の上端を途中で止めて形成した上端連通口２４で連通し、第２室２５と第３室２８とは上仕切壁３７の下端を途中で止めて形成した下端連通口２６で連通し、下端連通口２６の開口縁の上端を液流入口２２の開口位置よりも高く位置するように構成し、第１室２３の側面に空気供給管３５を接続する。

したがって、空気供給管３５を介して第１室２３内に圧縮空気を圧送すると、第１室２３と第２室２５内の上部に空気が溜り、両室内の液面が貯留空気の増加と共に下降し、第２室２５内の液面が上仕切壁３７の下端よりも下がると、溜っていた空気が第３室２８に流れ込んで空気吹出口２７から一瞬の内に吹き出す。吹き出した空気の気泡は塊となって上昇し、膜面を洗浄する。

本実施例では空気吹出口２７が膜エレメント１２の幅の約半分なので、浸漬槽１１に設置する場合には、空気吹出口２７が隣りの膜エレメント１２の第１室２３と第２室２５（即ち、空気吹出口２７が開口していない部分）に向く様に、膜エレメント１２の向きを交互に組み合せて取り付ける。この様に配置すれば、空気吹出口２７が膜エレメント１２の幅の約半分であっても、隣りの膜エレメント１２の空気吹出口２７から吹き出された空気の気泡によって、各膜１５の全幅にわたって気泡の塊を接触させることができる。

また、本発明は、各膜エレメント１２自体に空気サイホン室１７を設ける必要はなく、膜１５の下方に空気サイホン室１７が位置すれば良い。例えば、図６に示す浸漬型膜分離装置の他の実施例は、浸漬槽１１の下部に２組みの空気サイホン室１７を間隔を空けて浸漬槽１１の長手方向に沿って設け、この長尺な空気サイホン室１７間の上方に複数の膜エレメント１２を所定間隔で並べて設けたものである。

この実施例に示す空気サイホン室１７は、下部に液通過開口部３９を有し、上部に平行な第４，第５下仕切壁４０，４１を有する略上向き樋状下部材４２と、上面から平行な第４，第５上仕切壁４３，４４を有する略下向き樋状上部材４５とを組み合せて、第４上仕切壁４３と第４下仕切壁４０との間に第１室２３を、第４下仕切壁４０と第５上仕切壁４４との間に第２室２５を、第５上仕切壁４４と第５下仕切壁４１との間に第３室２８を形成したもので、第４下仕切壁４０の上端縁を下向き樋状上部材４５の上面から離隔することにより上端連通口２４を形成して第１室２３と第２室２５とを各室上端で連通し、第５上仕切壁４４の下端縁を上向き樋状下部材４２の底面から離隔することにより下端連通口２６を形成して第２室２５と第３室２８とを各室下端で連通し、第１室２３の下端に液流入口２２を開設し、第３室２８の上端に空気吹出口２７を開設し、下端連通口２６の開口縁の上端を液流入口２２の開口位置よりも高い位置に設定し、第１室２３に空気供給管３５を接続してある。また、両空気サイホン室１７の空気吹出口２７は向き合わせてある。

したがって、空気供給管３５を介して第１室２３内に圧縮空気を圧送すると、第１室２３と第２室２５内の上部に空気が溜り、両室内の液面が貯留空気の増加と共に下降し、第２室２５内の液面が上仕切壁の下端よりも下がると、溜っていた空気が第３室２８に流れ込んで空気吹出口２７から一瞬の内に吹き出す。この空気の吹き出しは、前述した実施例と同様に間歇的に行われ、吹き出した空気の気泡は塊となって上昇し、膜エレメント１２の下端に当ると分れて膜エレメント１２間に形成された流路３６内を上昇して両側の膜面を清浄する。そして、図６中右側に示した空気サイホン室１７の空気吹出口２７から吹き出した気泡は主として膜エレメント１２の膜面の右半を、左側に示した空気サイホン室１７の空気吹出口２７から吹き出した気泡は主として膜エレメント１２の膜面の左半を清浄することとなり、両空気吹出口２７から吹き出される気泡によって膜面の全面が清浄される。また、空気吹出口２７から吹き出した気泡は、膜面に接触することなく水面まで上昇してしまうことがない。したがって、少ない空気量で効率良く膜面のケーキ層を剥離することができる。

また、本実施例では左右の空気吹出口２７から気泡が吹き出されて膜エレメント１２間の流路３６を上昇するので、この気泡の上昇によって浸漬槽１１内に図６中矢印で示すように、膜エレメント１２の下方から上昇して、膜エレメント１２間を通過した水流は左右に分れて下降し、液通過開口部３９を通って再度膜エレメント１２間を通過する循環流が発生する。したがって、この循環流の発生により一層濾過効率を高めることができる。なお、循環流を確実にするために、膜エレメント１２の両側には整流板４６を立設することが望ましい。

尚、本発明の好ましい態様としては、浸漬槽内に膜エレメントを浸漬して分離処理を行う浸漬型膜分離装置において、空気サイホン室を膜エレメントを構成する膜の下方に設け、空気サイホン室に空気供給管を接続し、空気サイホン室内に溜った空気を一瞬のうちに空気吹出口から間歇的に吹き出させ、該空気吹出口から吹き出す気泡の塊と膜とを接触させるようにしたことを特徴とする浸漬型膜分離装置、および、上記の構成において、前記空気サイホン室は、下端に液流入口を開設した第１室と、該第１室と上端連通口で連通した第２室と、該第２室と下端連通口で連通して上端に空気吹出口を開設した第３室とからなり、下端連通口の開口縁の上端を液流入口の開口位置よりも高い位置に設定したものであることを特徴とする浸漬型膜分離装置がある。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することがなければ、種々の設計変更が可能であり、前記実施例に限定されないことはいうまでもない。

下部に空気サイホン室を一体的に設けた膜エレメントの一部欠截斜視図である。図１に示す空気サイホン室の断面図である。（Ａ）は第１室と第２室に空気が溜った状態の空気サイホン室の断面図、（Ｂ）は吹出口から空気が吹き出す直前の状態を示す空気サイホン室の断面図、（Ｃ）は吹出口から空気が吹き出した状態を示す空気サイホン室の断面図である。吹き出した気泡が膜エレメント間の流路内を上昇している状態を示す浸漬型膜分離装置の断面図である。膜エレメントの幅の約半分の吹出口を開設した空気サイホン室の正面図である。膜エレメントとは別個に浸漬槽の底部に空気サイホン室を設けた実施例の断面図である。従来の浸漬型膜分離装置の断面図である。

符号の説明

１１浸漬槽
１２膜エレメント
１４膜支持板
１５膜
１６集水管
１７空気サイホン室
２２液流入口
２３第１室
２４上端連通口
２５第２室
２６下端連通口
２７空気吹出口
２８第３室
２９第１上仕切壁
３０第２上仕切壁
３１第１下仕切壁
３２第２下仕切壁
３３樋状底部材
３５空気供給管
３６流路
３７上仕切壁
３８下仕切壁
４０第４下仕切壁
４１第５下仕切壁
４２樋状下部材
４３第４上仕切壁
４４第５上仕切壁
４５樋状上部材
４６整流板

Claims

浸漬槽内に膜エレメントを浸漬して分離処理を行う浸漬型膜分離装置において、空気サイホン室を膜エレメントを構成する膜の下方に設け、空気サイホン室に空気供給管を接続し、空気サイホン室内に溜った空気を一瞬のうちに空気吹出口から間歇的に吹き出させ、該空気吹出口から吹き出す気泡の塊と膜とを接触させるようにしたことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
請求項１において、前記空気サイホン室は、下端に液流入口を開設した第１室と、該第１室と上端連通口で連通した第２室と、該第２室と下端連通口で連通して上端に空気吹出口を開設した第３室とからなり、下端連通口の開口縁の上端を液流入口の開口位置よりも高い位置に設定したものであることを特徴とする浸漬型膜分離装置。