JP2006305452A

JP2006305452A - 濾過装置

Info

Publication number: JP2006305452A
Application number: JP2005130286A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawa; 高史小川; Yoshihiko Mori; 吉彦森
Original assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】中空糸膜の膜切れ検知や、膜切れ確認後における補修可能であるか廃棄するかの識別を、効率的且つ簡単な構成で行うこと。
【解決手段】複数の中空糸膜を内包し供給された供給液を濾過液と濃縮液とに分離する濾過膜モジュールと、前記濾過膜モジュールから前記濾過液を流通させる配管である濾過液用管と、を有し、空気を前記濾過膜モジュールに供給し、前記中空糸膜から発生する濾過液中の気泡を視認することで膜切れ検知を行う濾過装置において、前記濾過膜モジュールと前記濾過液用管は、直管部とテーパ部とから構成され且つ透明な材質で構成される視認キャップにより連結されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、中空糸膜を用いた濾過装置に係り、特に中空糸膜の膜切れ検知性能に優れる濾過装置に関するものである。

河川水、湖沼水、地下水或いは海水等を原液として精密濾過、限外濾過装置により大量に浄化する水処理を行う濾過装置がある。このような濾過装置においては、濾過能力の維持のために濾過膜に付着した懸濁物質を排除するため、濾過膜にエア等の気体を供給するエアバブリング運転が定期的に実施される。このエアバブリング運転時に合わせて濾過装置に装備される中空糸膜の膜切れを検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の構成においては、エアバブリング運転時又は運転後に継手部材の筒状本体内に気泡の発生の有無を目視によって確認することで、中空糸膜の膜切れの有無を判断していた。

特開平１１−３１１５９６

しかしながら、前述の従来例においては、前記継手部材の筒状本体を目視することで、中空糸膜の膜切れの有無を確認することはできるが、どの中空糸膜の膜切れが起こっているのかを確認することはできなかった。このため、膜切れが起こったことを確認した場合、全ての濾過膜モジュールについてキャップを取り外し、再度膜切れの有無を確認する必要がある。そして、膜切れの少ないものは補修し、多いものは廃棄して交換するという識別を行うことが必要であった。このため、より効率的に作業をする必要があった。

また、濾過膜モジュールと濾液排出ヘッダとの間に部材を追加せねばならず、部品点数が増えてしまい、高コストになるという問題もあった。

本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、中空糸膜の膜切れ検知や、膜切れ確認後における補修可能であるか廃棄するかの識別を、効率的且つ簡単な構成で行うことである。

前記目的を達成するための本発明に係る第１の構成は、複数の中空糸膜を内包し供給された供給液を濾過液と濃縮液とに分離する濾過膜モジュールと、前記濾過膜モジュールから前記濾過液を流通させる配管である濾過液用管と、を有し、空気を前記濾過膜モジュールに供給し、前記中空糸膜から発生する濾過液中の気泡を視認することで膜切れ検知を行う濾過装置において、前記濾過膜モジュールと前記濾過液用管は、直管部とテーパ部とから構成され且つ透明な材質で構成される視認キャップにより連結されることを特徴とする。

前記目的を達成するための本発明に係る第２の構成は、第１の構成に加えて、前記視認キャップの近傍には、視認性を高めるための視認補助部材が付帯されることを特徴とする。

本発明は、上述のような構成を有する。第１の構成においては、濾過膜モジュールと前記濾過液用管を、直管部とテーパ部とから構成され且つ透明な材質で構成される視認キャップにて連結する。このため、中空糸膜から気泡が発生すると、前記視認キャップの外部から前記気泡が発生している事実及び箇所を直接視認することができる。

また、第２の構成においては、視認キャップに加えて視認性を高める視認補助部材を、当該視認キャップ近傍に付帯したことで、視認性をさらに向上させることができる。

第１及び第２の構成により、濾過膜モジュールの上部に透明の視認キャップを付帯したことで、濾過膜モジュールの上部からは中空糸膜からの気泡の発生及び発生箇所を直接視認することができる。ここで、視認キャップは気泡の視認をするためのみならず、濾過膜モジュールと濾過液用管とを接続する役割をも果たす。このため、特に別の連結部材を必要とすることがなく、部材点数を削減することができ、効率的かつ簡単な構成で視認を行うことができる。

図を用いて本発明に係る中空糸膜を用いた濾過装置の説明をする。説明においては、中空糸膜を用いた濾過装置１の概略構成、濾過膜モジュール10の詳細構成、濾過装置１作動時の動作、エアバブリング運転時の動作、膜切れ検知時の動作、視認キャップ11の詳細構成、視認補助部材、の順で行う。

図１は濾過装置１の概略説明図であり、図２は濾過膜モジュール10の断面図であり、図３は膜切れ検知時の視認キャップ11の斜視図であり、図４は視認キャップ11の上面図及び断面図であり、図５は様々な視認補助部材の説明図であり、図６は仕切板11ｇを設けた視認キャップ11の説明図である。

（中空糸膜を用いた濾過装置１の概略構成）
図１に示すように、中空糸膜を用いた濾過装置１は、多数の中空糸膜を内部に配設するる濾過膜モジュール10によって、懸濁物質を含む水などの供給液を濾過するものである。濾過膜モジュール10には、濾過膜モジュール10に供給する供給液を貯留する供給液タンク21と、供給液タンク21内の供給液を濾過膜モジュール10へと運搬する供給液ポンプ22と、空気を濾過膜モジュール10へと送り出すコンプレッサー23と、濾過された濾過液を貯留する濾過液タンク24と、を有する。

また、供給液タンク21の下流側と濾過膜モジュール10の上流側とは供給液用管41で接続され、コンプレッサー23の下流側と濾過膜モジュール10の上流側とは空気用管42で接続され、濾過膜モジュール10の下流側と供給液タンク21の上流側とは濃縮液用管43で接続され、濾過膜モジュール10の下流側と濾過液タンク24の上流側とは濾過液用管44で接続されている。

また、供給液用管41は供給液ポンプ22の下流側に供給液弁31が配設され、空気用管42には空気弁32が配設され、濃縮液用管43には濃縮液弁33が配設され、濾過液用管44には濾過液弁34が配設される。

（濾過膜モジュール10の詳細構成）
図２に示すように、濾過膜モジュール10は、下部から供給液が供給され、上部から濾過液が排出され、また上側の側部からは濃縮液が排出されるように、起立して配設される。濾過膜モジュール10の円筒状のモジュール本体10ａに対して、その上端に視認キャップ11が嵌め込まれ、その下端には下部キャップ13が嵌め込まれ、それぞれナット等の連結部材12、14によって連結固定される。

モジュール本体10ａの内部には多数の中空糸膜16が配設される。中空糸膜16は、下端部が閉塞されて固定される閉塞端16ａとなっており、上端部が開放された開放端16ｂとなっている。尚、図２中では説明のため中空糸膜16の数を３本としているが、実際は多数の中空糸膜16が束状になっている。

（濾過装置１作動時の動作）
上記構成により、濾過装置１作動時には次のように動作する。

まず、供給液タンク21に貯留された供給液が、ポンプ22によって濾過膜モジュール10の下部キャップ13から進入する。供給液は、図２中の太線で示す矢印のようにモジュール本体10ａ内を下部から上部へと流通する。ここで、中空糸膜16表面にある微細な孔は、供給液内の懸濁物質は通さないが水等の液体は通す。このため、モジュール本体10ａ内の下部から上部へ流通する過程において、供給液の一部は図２中の破線矢印で示すように中空糸膜16の内部へと浸入する。この中空糸膜16内に浸入したものが濾過液となり、濾過液用管44へと導かれる。

一方、中空糸膜16によって濾過されずにモジュール本体10ａ内を流通した供給液は、濾過液を除いた分だけ懸濁物質が濃縮される。この中空糸膜16内に浸入せずにモジュール本体10ａ上端側の側面まで流通したものが濃縮液となり、濃縮液用管43を通じて供給液タンク21に入り込む。この動作を繰り返し、供給液を循環させることによって、供給液内から清浄な濾過液と濃縮液とを分離する。

（エアバブリング運転時の動作）
次に、エアバブリング運転の一例を説明する。エアバブリング運転は、中空糸膜16に付着した懸濁物質を排除するために行われる。

エアバブリング運転時には、供給液弁31、濃縮液弁33及び濾過液弁34を閉じる一方で、空気弁32、逆洗液弁36及び排液弁37を開放する。この状態で、コンプレッサー23から空気を供給液用管41内に供給する。また、濾過液タンク24に溜まっている濾過液をポンプ25を用いて濾過液用管44へ供給する。

すると、モジュール本体10ａ内の下部からは空気が供給され、モジュール本体10ａ内の上部からは中空糸膜16を通じて中空糸膜16内部から外部へ濾過液が供給されることにより、モジュール本体10ａの内部には気泡と濾過液が供給されることとなる。すると、気泡と濾過液が供給される作用により、一方で、気泡が中空糸膜16の側面に付着した懸濁物質に当たり、また一方で、中空糸膜16が振動する。これにより、中空糸膜16から懸濁物質が剥離することとなる。剥離した前記懸濁物質は、濾過液とともに排液弁37からから排出され、中空糸膜16に付着した懸濁物質を、濾過装置１内部から排除することができる。

（膜切れ検知時の動作）
次に、中空糸膜16の膜切れ検知の動作について説明する。本実施形態の膜切れ検知は上記エアバブリング運転と同様の構成を用いて行うことができる。このため、膜切れ検知を行う構成としても部材点数が増えることはない。

膜切れ検知時には、供給液弁31、濃縮液弁33を閉じる。そして、空気弁32を開けコンプレッサー23から空気をモジュール本体10ａの下部から供給する。すると、まずモジュール本体10ａ内の供給液に気泡が混入しつつ、供給液の一部は濾過液となり中空糸膜16内を通過する。この動作を続けると、モジュール本体10ａ内に空気が溜まっていくが、一方で、供給液中の一部が濾過液となって中空糸膜16内を通過することは変わらない。

この状態において、中空糸膜16内には濾過液が流通し、中空糸膜16の外周は空気に覆われることとなる。ここで、中空糸膜16は、内部に濾過液があれば当該濾過液の表面張力によって覆われ、周囲の空気が孔を通ることはない。

しかしながら、中空糸膜16が破れていると、その破損箇所から空気が中空糸膜16内部に侵入する。中空糸膜16内に侵入した空気は気泡Ａとなって濾過液内を上昇し、中空糸膜16の開放端16ｂから濾過液用管44側へ移動する。この気泡Ａは、後述する透明な視認キャップ11を通じて外部から図３に示すように、視認することができる。

このような構成及び動作により、膜切れの検知は行われる。即ち、膜切れ検知動作時に、気泡が視認キャップ11の外部から視認できなければ中空糸膜16の膜切れは起こっていないことが確認でき、気泡が視認キャップ11の外部から視認できれば中空糸膜16の膜切れが起こっていることが確認できる。

（視認キャップ11の詳細構成）
次に、図４を用いて本発明の特徴部分である視認キャップ11の詳細な構成を説明する。図４（ａ）は視認キャップ11の上面図であり、図４（ｂ）は視認キャップ11の断面図である。

図４に示すように、視認キャップ11は、モジュール本体10ａの径と略同様な径の下部開口11ａと、濾過液用管44の径と略同様な径の上部開口11ｂが配設される。また、視認キャップ11の形状は、上部開口11ｂと同径の直管部11ｃと、下部開口11ａの径から徐々に上部開口11ｂの径へと径が小さくなるテーパ部11ｄとにより構成される。また、下部開口11ａの周囲には、濾過膜モジュール10に固定されるための溝11ｅがあり、その上に強度を保つためのリブ11ｆが溝11ｅの上部に複数配設されている。

視認キャップ11は、内部の気泡Ａを視認することができるように、透明又は半透明な部材によって作られている。例えば、ガラスや樹脂部材を使用することできる。ここで、テーパ部11ｄの内面に気泡が付着すると、付着した気泡に遮られて内部の視認ができず、中空糸膜16から発生する気泡Ａがどの部分にあるかを把握することが困難となる。

このため、視認キャップ11の材質には、気泡が付着しにくい熱可塑性の樹脂部材を用いることが好ましい。具体的には、ポリ塩化ビニル、メタクリル酸メチル樹脂、ポリスチレン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリカーボネート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、メタクリル酸メチル樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合物、アクリロニトリルーブタジエン共重合物、ポリクロルフルオルエチレン等が好ましい。

また、気泡が付着しにくいように、表面張力が４０ｍＮ／ｍ以上のものが好ましい。尚、気泡が付着しないように、視認キャップ11の内部に特有の透明なコーティングを施してもよい。

テーパ部11ｄは、前述のように、下部開口11ａの径から徐々に上部開口11ｂの径へと径が小さくなるように一定の傾斜がついている。これにより、中空糸膜16の開放端16ｂから排出された濾過液は、円滑に上部開口11ｂ及び濾過液用管44に導かれる。ここで、直管部11ｃとテーパ部11ｄとなす角度θは、４５°以下にすることが好ましい。この角度にすることによって、作業者は下部開口11ａの全面をテーパ部11ｄを透して見渡すことができ、視認性に優れたものとなる。また、４５°以上であっても、少なくとも下部開口11ａの中央部をテーパ部11ｄを透して視認できるようにすることが好ましい。これにより、下部開口11ａ中央部の中空糸膜16の開放端16ｂから気泡Ａが発生していた場合であっても、気泡Ａを確実に視認することができ、膜切れ検知をすることができる。

以上のように、濾過膜モジュール10上に透明の視認キャップ11を付帯することで、中空糸膜16の開放端16ｂからの気泡Ａの発生を直接視認することができるようになる。このため、確実に膜切れ検知を行うことができる。また、気泡Ａが発生する位置を直接視認することができるようになるため、どの中空糸膜16に膜切れが起こっているか又はどれだけの本数の膜切れが起こっているかを把握することができる。このため、従来であれば、膜切れが起こったことを確認した場合、全ての濾過膜モジュールについてキャップを取り外し、再度膜切れの有無を確認する必要があった。そしてさらに、膜切れの少ないものは補修し、多いものは廃棄して交換するという識別を行うことが必要であった。しかしながら本実施形態によれば、膜切れが起こっている一部の中空糸膜16のみを交換するだけでよくなり、手間やコストを削減することができる。

また、視認キャップ11は、濾過膜モジュール10と濾過液用管44との配管の役割をも担う。このため、従来のように膜切れ検知のための新たな構成要素を追加することなく、簡単な構成で膜切れ検知を行うことができ、部材点数やコストを削減することができる。

（視認補助部材について）
次に、図５及び図６を用いて、膜切れ検知をより容易に行うための視認補助部材の構成を説明する。図５（ａ）は視認補助部材としての照明手段の説明図であり、図５（ｂ）は視認補助部材としてのミラー部材の説明図であり、図５（ｃ）は視認補助部材としてのカメラ部材の説明図である。図６はテーパ面内面の仕切板の説明図である。

濾過膜モジュール10上に透明の視認キャップ11を付帯することで、膜切れ検知には十分な効果を発揮する。ただし、より容易に膜切れ検知を行うためには、透明の視認キャップ11に加えて次のような視認補助部材を付帯するとよい。

図５（ａ）に示すように、連結部材12の上部に照明手段51を付帯してもよい。すると、中空糸膜16の開放端16ｂの全てが明るくなり、暗所での膜切れ検知も容易になる。尚、本実施形態では連結部材12に付帯したが、視認キャップ11内部の様子がわかれば、装置内のいずれの箇所に設置してもよい。

図５（ｂ）に示すように、連結部材12にミラー部材52を設置してもよい。通常、濾過膜モジュール10は１〜２ｍ程度の長さを有するため、濾過膜モジュール10の上部から視認キャップ11内を視認することは困難な場合もある。また、濾過能力を向上させるために濾過膜モジュール10を複数並列に配列することもある。この場合、梯子をかけて濾過膜モジュール10上の視認キャップ11の上部から見ることは手間がかかり、膜切れ検知の作業性が低下する。ここで、ミラー部材52があると、人間の身長が届かない場所でもミラー部材52を通じて視認キャップ11の内部を視認することができ、気泡Ａの発生を検知することができる。このため、作業性を大幅に向上させることができる。また、照明手段51と併用することで、より視認性を高めることができる。尚、ミラー部材52は広い範囲を見るために、凸面鏡であることが好ましい。

図５（ｃ）に示すように、連結部材12に小型のカメラ部材53を付帯してもよい。視認キャップ11の上方にカメラ部材53を付帯し、不図示のモニタで確認すれば、さらに大型の濾過膜モジュール10を使用し、視認キャップ11の位置が高くなったとしても、視認することが可能である。また、濾過膜モジュール10の数が多い場合であっても、視認キャップ11内の映像を不図示のモニタに映すことで、複数の濾過膜モジュール10の膜切れの状況をまとめて視認することが可能である。このため、作業効率が大幅に向上する。また、本構成においても、照明手段51と併用することで、より視認性を高めることができる。

図６に示すように、視認補助部材として、視認キャップ11のテーパ部11ｄの内壁に複数の仕切板11ｇを設けてもよい。このように仕切られていると、開放端16ｂから発生した気泡が、濾過液中を上昇しテーパ部11ｄの内面に当接して流通する過程で、いずれか２つの仕切板11ｇの間に一時的に気泡が溜まる。ここで、どの仕切板11ｇの間に気泡が溜まったかを確認すれば、気泡が溜まった前記領域の下方において、中空糸膜16の膜切れが発生していることを推測することができる。このような構成とすることで、より容易に膜切れを検知することができる。

このように、視認キャップ11を透明にして視認性を高めるとともに、視認補助部材を付帯する。すると、視認キャップ11が透明であることをに加えて、さらに視認性を向上させ、確実に膜切れの検知を行うことができる。

また、上述の実施形態において、視認キャップ11を透明にしている。このため、光が視認キャップ11内まで透過することになる。ここで万一、藻が発生するなどの事態が生じると、視認性が落ちる。この場合には、テーパ部11ｄの内面に防菌剤を塗布するとよい。

本発明は、中空糸膜を使用した濾過装置に使用することができ、特に高い濾過膜モジュールを使用した濾過装置においても、有効に利用することができる。

濾過装置１の概略説明図。濾過膜モジュール10の断面図。膜切れ検知時の視認キャップ11の斜視図。視認キャップ11の上面図及び断面図。様々な視認補助部材の説明図。仕切板11ｇを設けた視認キャップ11の説明図。

符号の説明

Ａ…気泡、１…濾過装置、10…濾過膜モジュール、10ａ…モジュール本体、11…視認キャップ、11ａ…下部開口、11ｂ…上部開口、11ｃ…直管部、11ｄ…テーパ部、11ｅ…溝、11ｆ…リブ、11ｇ…仕切板、12…連結部材、13…下部キャップ、14…連結部材、16…中空糸膜、16ａ…閉塞端、16ｂ…開放端、21…供給液タンク、22…供給液ポンプ、23…コンプレッサー、24…濾過液タンク、25…ポンプ、31…供給液弁、32…空気弁、33…濃縮液弁、34…濾過液弁、36…逆洗液弁、37…排液弁、41…供給液用管、42…空気用管、43…濃縮液用管、44…濾過液用管、51…照明手段、52…ミラー部材、53…カメラ部材

Claims

複数の中空糸膜を内包し供給された供給液を濾過液と濃縮液とに分離する濾過膜モジュールと、前記濾過膜モジュールから前記濾過液を流通させる配管である濾過液用管と、を有し、空気を前記濾過膜モジュールに供給し、前記中空糸膜から発生する濾過液中の気泡を視認することで膜切れ検知を行う濾過装置であって、
前記濾過膜モジュールと前記濾過液用管は、直管部とテーパ部とから構成され且つ透明な材質で構成される視認キャップにより連結されることを特徴とする濾過装置。
請求項１に記載の濾過装置であって、
前記視認キャップの近傍には、視認性を高めるための視認補助部材が付帯されることを特徴とする濾過装置。