JP2005246362A - 中空糸膜モジュールの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、膜設備を小さく簡易なものにできるよう外圧にてろ過を行う中空糸膜モジュールの運転方法を提案する。
【解決手段】 少なくとも１つ以上の液出入り口を有するハウジング内部に多数本の中空糸膜を有し、少なくともその片方端部が、中空糸相互間が樹脂によって封止された中空糸モジュールを、中空糸長さ方向と重力の方向を概略直角にして設置し、かつ中空糸膜の外側から内側にろ過を行う中空糸膜モジュールの運転方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、中空糸膜モジュールの運転方法に関する。さらに詳しくは、経済的で効果的な中空糸膜モジュールの運転方法に関する。

液体中の成分を分離したり、ＳＳを除去する膜は、省エネルギーであることから色々な用途に使用されてきた。例えば、工場排水処理、河川水や地下水除濁、海水淡水化、バイオリアクターなどは、その一例である。使用される膜も、その用途に応じて、さまざまなものが使用されてきた。例えば河川水は、精密濾過膜、限外濾過膜や逆浸透膜によって濾過され飲用水などに利用される。また、排水においては、活性汚泥水を精密濾過膜やダイナミック濾過によって活性汚泥固形物と濾過水に分離されている。

しかし、このような濾過は、濾過面にＳＳや吸着物が付着し濾過能力を低下させ、必要な濾過水量が得られなくなることがある。このため、濾過面を定期的または非定期的に洗浄することで、濾過面に付着したＳＳ分などを除去して濾過能力を保持することが行なわれている。例えば、特開平８−１４１３７５では、定期的に濾過側から濾過水を逆透過させることで濾過性能を維持している。また、特開平２００１−３８１７７には、濾過体下よりエアーを供給することで濾過面を洗浄しながら濾過を行うことが提案されている。

また、近年、膜モジュール設備の設置スペースの効率化や膜設備のコストダウン、膜モジュールの交換が容易にできることへの要求がある。できるだけ少ない設置面積で多くの膜面積が得られるようにすることや、膜設備をできるだけ簡易にすることで、建設費などのコストメリットを出すことができるためである。また、メンテナンス時に膜モジュール交換が容易であれば交換時迅速に交換できるためコスト的に有利になるためである。
特開昭６０−０９４１０５号公報 特開平６−２２６０６５号公報 特開２００３−０２４７５１号公報

このような設置スペースの効率化、膜設備のコストダウン、容易な膜モジュール交換は、膜モジュールのろ過運転方法によって大きく影響を受ける。つまり運転方法が違えば膜モジュール運転に必要な設備も違い、膜設備のコストが大幅に違ってくる。さらに膜モジュール設備の設置スペースも大きく影響を受ける。また膜モジュールの交換方法までもが違ってくる。

これらを効率化しようとすると、できるだけ膜設備を小さく簡易にすることが必要となるが、そうなると膜モジュールの十分な物理洗浄ができなくなりろ過の維持性が悪くなって高い透過流束、ろ過の信頼性を維持することが困難であった。一方、高い透過流束を得て、ろ過の信頼性を高くすると、膜設備が大きく複雑になり、建設コストが高くなる。さらに膜設備が複雑であるためメンテナンスにも時間を要することになっていた。

本発明は、膜設備を小さく簡易なものにできるよう外圧にてろ過を行う中空糸膜モジュールの運転方法を提案する。

請求項１の発明は、少なくとも１つ以上の液出入り口を有するハウジング内部に多数本の中空糸膜を有し、少なくともその片方端部が、中空糸相互間が樹脂によって封止された中空糸モジュールを、中空糸長さ方向と重力の方向を概略直角にして設置し、かつ中空糸膜の外側から内側にろ過を行う中空糸膜モジュールの運転方法である。また請求項２の発明は、請求項１の発明において、外圧ろ過方式であってもエアバブリングを行うことなく、定期的または不定期で逆洗浄を行なう中空糸膜モジュールの運転方法である。また請求項３の発明は、請求項１または２記載の発明において、外圧ろ過に使用する中空糸膜の材質が、セルロース系誘導体樹脂からなる中空糸膜モジュールの運転方法である。

本発明は、中空糸膜の外側から内側へ液をろ過する外圧ろ過型の運転を行うモジュールであるにもかかわらず、中空糸膜モジュールの中空糸方向を、重力方向に概略直角に設置したことに特徴がある。

外圧ろ過型の中空糸膜モジュールの場合は、内圧ろ過型のものと比較して、微粒子を捕捉する膜面積が大きくなるので、膜装置設置面積あたりのろ過流量を増やせる可能性がある。本発明に使用する中空糸膜の材質は特に限定されるものではない。例えば、ポリサルホン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、ＰＶＡ、ポリオレフィン系樹脂、セルロース誘導体樹脂、などのプラスチック類でも良いし、セラミックでも良い。また金属類でも良いし、複合樹脂でもよい。好ましくは、セルロース誘導体樹脂がよい。この樹脂は親水性が高い。接触角は、５０〜６０度と小さく他の樹脂と比較してろ過によって膜に汚れが付着しにくい。さらに、一度ついた汚れも逆洗浄などの物理洗浄で除去しやすい。また、膜の孔径も限定されない。

また、本発明の中空糸膜モジュールは、液の出入り口が１つ以上あるハウジングに収納されており、そのハウジング内部の長さ方向と概略平行に多数の中空糸が収納されていれば、どのようなタイプのものでもよい。例えば、ハウジングと膜部分が樹脂で直接接着されているハウジング一体型モジュールタイプでもよいし、直接接着されていないカートリッジを収納したカートリッジ型モジュールタイプでもよい。中空糸膜束の片端のみ中空糸相互間が接着されて、一方端は相互に接着されておらず中空糸内部が接着されていてもよいし、中空糸膜束両端が中空糸相互に樹脂で封止されていてもよい。また、樹脂で封止された部分が、ハウジングに樹脂やＯ−リングなどの弾性体によって固定されていてもよいし、固定されていなくてもよい。また、中空糸膜束が分割されていてもよいし、中空糸膜束の内部にろ過液や原液が通る流路体が設置してあってもよい。好ましくは、中空糸膜束が分割されていたり、樹脂部分のみでも分割されていることがよい。また分割のためのネット筒状物で仕切ってあってもよい。これによって、微粒子がハウジング外部へ排出しやすくなるためである。

ハウジングの形状は特に制限されない。液の出入り口のどの部分に設置してあってもよし、いくつあってもよい。例えば、原液の出入り口とろ過液の出入り口がそれぞれ２個づつあってもよい。それらが、ハウジングの横にあってもよいし、片端のみもしくは両端にあってもよい。本発明でいうハウジングは、分割されていてもよいし、一体型であってもよい。例えば、中空糸膜束が直接内部に収納されている部分と、両端を覆うようなキャップ部分に分れていてもよい。好ましくは、ハウジングの長さ方向に対し横部分に原液の出入り口を有するものがよい。この部分がハウジングの下部に設置するか、上部に設置してあることがよい。さらに、両方にあることが最適である。また、ハウジングの両端方向に原液の出入り口があっても、通路を介して中空糸膜束の外側で上部もしくは下部に通じるようにしてあっても最適である。

またハウジングの材質についても特に限定されない。例えば、ポリサルホン系樹脂、ナイロン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート、セルロース誘導体樹脂、などのプラスチック類でも良いし、セラミックでも良い。また金属類でも良いし、樹脂ファイバー、カーボンファイバー、グラスファイバー等を含む複合樹脂でもよい。

本発明では、膜に付着した微粒子などを除去する物理洗浄運転として、どのような方法を採用してもよい。逆洗浄、フラッシュ洗浄、エアバブリング方法などがある。またこれらの組み合わせでもよい。さらに、次亜塩素酸ナトリウムなどの薬液を含む液を組み合わせてもよい。好ましくは、エアバブリングを行わないで、逆洗浄で物理洗浄を行うことが最適である。逆洗浄液には、次亜塩素酸ナトリウムのような薬液を混入させて効果を上げることが良好である。本発明のような中空糸膜モジュールを横置きに設置している状態では、エアバブリングを用いなくても、充分洗浄を行なうことが出来る。エアバブリングによって中空糸を損傷する危険性を避けることができる。

本発明の方法は以下のように実施することができる。まず、ハウジングの長さ方向に概略並行に設置された中空糸膜束を有する中空糸膜モジュールを、重力方向と概略垂直に設置して、ろ過と、逆洗浄を与えられる膜設備に設置する。原液を中空糸膜の外側から供給してろ過を開始する。ろ過は全量ろ過方式でもよいし、濃縮液の一部を原液側に循環する部分ろ過方式でもよい。また、一定膜間圧力でろ過運転をしてもよいし、一定透過流束でろ過運転を制御してもよい。ろ過を継続すると少しずつ膜性能が低下してくるため、１０分〜９０分程度ろ過後、ろ過を停止して、逆洗浄を与えることができる。逆洗浄には、ろ過液の一部を貯めたろ過液タンクから逆洗浄ポンプを介して中空糸膜の内側から外側へ液を逆ろ過させる。この液は次亜塩素酸ナトリウムの希薄水溶液であってもよい。逆ろ過した液は、中空糸膜モジュールの原液供給出入り口または濃縮液の出入り口から系外へ排出される。この後、再度ろ過を開始する。

本発明の中空糸膜モジュールの運転方法は、外圧ろ過方式であり、膜に与えるダメージは少なく効果的に洗浄を行える。膜装置はシンプルになり、安価な膜装置とできる。さらに膜装置設置面積あたりの膜面積を大きくできるため経済的で効果的である。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。図１は、本発明の膜モジュール運転方法の一例である。

中空糸膜モジュールＦＳ１０−ＦＳ−ＦＵＳ１５８２（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）のハウジングに酢酸セルロース素材でできた中空糸膜ＦＵＣ１５８２（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）、２０００本を収納して、中空糸束の両端部分を同中空糸膜モジュールと同様の構造になるようウレタン接着剤で中空糸相互間およびケースと接着して、中空糸外径換算で膜面積約８ｍ２（中空糸膜内径換算で約５ｍ２）の中空糸膜モジュールを作成した。この中空糸膜モジュールを図１に示すように、ハウジング横から出た２つの液の出入り口の一方（Ａ）を下にして、他方（Ｂ）を上にして、重力方向とほぼ垂直に設置した。液の出入り口Ａに原液が入るように、また、液の出入り口Ｂから濃縮液が排出されるように、即ち、膜の外側から内側に濾過を行なうように配管を装着した。また、ハウジング長さ方向の両端部２個の液の出入り口には、濾過液配管を装着し、図１に示した装置にて河川水の濾過実験を行った。３０分全量濾過を行い、１分逆洗浄を繰り返す連続濾過運転を１ヶ月行った。逆洗浄時にはエアバブリングは行なわなかった。逆洗浄液には、遊離塩素濃度で３ｐｐｍになるよう次亜塩素酸ナトリウム水溶液を添加した。透過流束は一定値になるよう調整を行った。また逆洗浄流束は、透過流束の３倍になるように調整した。その後、濾過を行う前の純水透過流束と濾過を行った後の純水透過流束を測定、比較した。透過流束は２ｍ／Ｄとし、逆洗浄流束は６ｍ／Ｄとした。
（比較例１）

図２に示すように、中空糸膜モジュールを重力方向と並行に設置し、逆洗浄時に、エアポンプを用いて５リットル／分のエアバブリングを行った以外は、実施例１と全く同様に連続濾過を行った。
（比較例２）

図３に示すように、中空糸膜モジュールを重力方向と垂直に設置し、中空糸膜の内側から外側へ濾過するように配管を接続して、中空糸外側から逆洗浄するようにし、膜面積が減った分透過流束を上げて（透過流束３．２ｍ／Ｄ，逆洗浄流束９．６ｍ／Ｄ）濾過連続運転を実施した以外は、実施例１と全く同様にして行った。
（連続運転結果）
下表に、濾過前と後の純水透過流束を示した。その結果、実施例１は、濾過前と濾過後の低下割合が低かった。また、比較例１では、濾過後、中空糸２本が接着剤との境界面で損傷していることが判明した。（純水透過流束は、膜間圧力９８ｋＰａ、水温２５℃換算したもの。）比較例２では、純水透過流束の低下が大きく、洗浄が充分行なわれていないことが分かった。

実施例１の膜モジュール運転方法のフロー図。 比較例１の運転方法を示すフロー図。 比較例２の運転方法を示すフロー図。

符号の説明

１−１ ろ過液タンク
１−２ 中空糸膜モジュール
１−３ 原水タンク
１−４ 薬液ポンプ
１−５ 薬液タンク
１−６ 逆洗浄ポンプ
１−７ 液出入口Ａ
１−８ 液出入口Ｂ
１−９ 原水ポンプ
２−１ ろ過液タンク
２−２ 中空糸膜モジュール
２−３ 原水タンク
２−４ 薬液ポンプ
２−５ 薬液タンク
２−６ 逆洗浄ポンプ
２−７ 液出入口Ａ
２−８ 液出入口Ｂ
２−９ エアポンプ
２−１０ 原水ポンプ
３−１ ろ過液タンク
３−２ 中空糸膜モジュール
３−３ 原水タンク
３−４ 薬液ポンプ
３−５ 薬液タンク
３−６ 逆洗浄ポンプ
３−７ 原水ポンプ

Claims (3)

1. 少なくとも１つ以上の液出入り口を有するハウジング内部に多数本の中空糸膜を有し、少なくともその片方端部が、中空糸相互間が樹脂によって封止された中空糸モジュールを、中空糸長さ方向と重力の方向を概略直角にして設置し、かつ中空糸膜の外側から内側にろ過を行う中空糸膜モジュールの運転方法。
2. エアバブリングを行なうことなく、定期的または不定期で逆洗浄を行う請求項１記載の中空糸膜モジュールの運転方法。
3. 中空糸膜の材質が、セルロース系誘導体樹脂からなる請求項１〜２いずれかに記載の中空糸膜モジュールの運転方法。

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