JP2011147898A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】横置型の膜分離装置の空室における洗浄気体の滞留を防止し、膜エレメントの洗浄効率を高める。
【解決手段】筒軸心線方向を水平にして配置された円筒状の耐圧容器６０内にスパイラル型膜エレメント６１が設置されている。原水は耐圧容器６０の前端側の原水流入口６４から耐圧容器６０内に流入し、スパイラル型膜エレメント６１の原水流路を該膜エレメント６１の軸心線と略平行方向に流れ、この間に膜透過処理が行われる。膜エレメント６１の上流側の空室３０，４０に、気体又は気液混相流体を下方に導くためのガイド部材１０が配置されている。気体又は気液混相流体のほとんどはガイド部材１０の下部の開口部１４を通過する。開口部１４を通過しなかった気体はガイド部材１０の上部の空気抜き口２０より排出される。
【選択図】図１

Description

本発明は、精密濾過装置、限外濾過装置、逆浸透膜分離装置などの膜分離装置に係り、特に膜エレメントの洗浄用の気体が横置き型の耐圧容器内で浮上し偏在化することを防止するようにした膜分離装置に関する。

耐圧容器内に膜エレメントを装填した横置型の膜分離装置の従来例について第４図を参照して説明する。筒状の耐圧容器６０内にスパイラル型膜エレメント６１が同軸的に配置されている。耐圧容器６０は、その軸心線が略水平（好ましくは実質的に水平）となるように配置されている。各スパイラル型膜エレメント６１は集水管６２の外周に分離膜をスパイラル状に巻回したものである。なお、この従来例では耐圧容器６０内に膜エレメント６１が複数個配置され、各膜エレメント６１の集水管６２同士は継手６３により接続されている。原水は耐圧容器６０の一方のエンドプレート７１の流入口６４から耐圧容器内に入り、各膜エレメント６１の原水流路を耐圧容器の軸心線と平行に略水平方向に流れ、耐圧容器６０の他方のエンドプレート７２の流出口６５から流出する。透過水は集水管６２内に流入し、耐圧容器６０の後端側の取出口６６から取り出される。６７はブラインシールを示す。６８はエンドキャップであり、集水管６２の開口端に装着され、集水管６２内に原水が浸入することを防いでいる。

このような横置型の膜分離装置は、例えば特開平６−１５１４５の図２に示されている。

スパイラル型膜エレメントとしては、特開２００１−２４６２３３等に記載されているように、集水管の外周に複数の袋状の分離膜がメッシュスペーサを介して巻回されたものが多く用いられている。

集水管６２には管内外を連通するスリット状開口が穿設されている。分離膜は袋状のものであり、その内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材が挿入されており、この袋状分離膜（袋状膜）の内部が透過水流路となっている。この袋状膜の内部が該スリット状開口を介して集水管内に連通している。

原水は、袋状膜の巻回体の前端面から袋状膜同士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体よりなる膜エレメント６１の長手方向に流れ、後端面から濃縮水として流出する。この原水流路を流れる間に水が袋状膜を透過してその内部に入り、集水管６２内に流入し、該集水管６２の後端側から膜エレメント６１外に取り出される。

このような膜分離装置を運転していると、膜面の汚染、目詰まりによりフラックス（透過水量）が低下してくる。そのため、必要に応じて膜面を洗浄する。

洗浄方法の一つに気体又は気液混相流体洗浄があり、空気、不活性ガス等の気体又は気液混相流体を膜面に供給し、物理的に膜面の汚濁物を剥離除去する。この洗浄方法としては、気液混相流体を膜エレメントの１次側に膜エレメント分離処理時の流速よりも大きな流速で流すフラッシング操作が効果的である（例えば特開平５−５７１５９、特開２００１−２５９３８１、特開２００７−２４５１２１、特開２００９−１３６７７７）。気体洗浄としてはエアスクラビング、エア逆洗が通常行われる。エアスクラビングは、膜の被処理水（濃縮水）側に気体を供給し、汚れやすい被処理水側を洗浄する。エア逆洗は、透過水側に気体を供給し、膜の透過水側から濃縮水側に気体を通して膜内に侵入した汚染物を押し出し、あるいは膜面に付着した汚染物を膜面から剥離する。

気体又は気液混相流体洗浄は、フラックス低下、膜間差圧を目安に実施したり、定期的に実施したりする。また、短時間毎に、例えば数分〜数十分毎にエアスクラビングをして膜面の汚染防止を図ることもある。

このような気体又は気液混相流体洗浄を行うため、膜エレメントの濃縮水側または透過水側に、または両者に洗浄用気体又は気液混相流体を供給できるようになっている。通常は、原水配管、濃縮水配管又は透過水配管に気体供給配管が接続され、この気体供給配管にコンプレッサから空気が供給される。

このような気体又は気液混相流体による洗浄を行うと、第４図に示す膜エレメント６１の前端面が臨む空室３０，４０内で気体が浮上して偏在化するため、膜エレメント６１が均一に洗浄されなくなることがある。

上記特開２００９−１３６７７７には、膜エレメントの前端面に臨むように気体浮上防止部材を設けることが記載されており、この気体浮上防止部材の具体例として、板面を斜めとした複数枚の板状部材や空室内の上下方向中間部付近に気体を集めるようにした傾斜部を有する気体浮上防止部材が記載されている。

特開平６−１５１４５ 特開平５−５７１５９ 特開２００１−２４６２３３ 特開２００１−２５９３８１ 特開２００７−２４５１２１ 特開２００９−１３６７７７

本発明は、このような横置型の膜分離装置における洗浄気体の浮上をより効果的に抑制し、膜エレメントを均一に洗浄することができる膜分離装置を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の膜分離装置は、原水の流入口、透過水の取出口及び濃縮水の流出口を有し、筒軸心線方向が略水平となるように配置された筒状の耐圧容器と、該耐圧容器内に装填された、端面が該耐圧容器の筒軸心線方向と略垂直となっている膜エレメントと、該膜エレメントに対し該端面から該膜エレメントの洗浄用気体又は気液混相流体を供給する気体又は気液混相流体供給手段とを備えてなる膜分離装置において、該膜エレメントの端面に対峙するよう配置された円板状のガイド部材を備えており、該ガイド部材の下部に流体通過用の開口部が設けられ、該ガイド部材の上部に、該開口部より開口面積の小さい気体抜き口が設けられていることを特徴とするものである。

請求項２の膜分離装置は、請求項１において、前記膜エレメントは、集水管の外周に分離膜を巻回して巻回体としたスパイラル型膜エレメントであることを特徴とするものである。

請求項３の膜分離装置は、請求項２において、円板状の前記ガイド部材の中心部に集水管挿通孔が設けられ、該集水管挿通孔に前記集水管が挿通されており、該ガイド部材の下部に錘部が設けられていることを特徴とするものである。

請求項４の膜分離装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、該ガイド部材の下流側の板面のうち前記開口部の上側に、気体浮上防止用の凸部が突設されていることを特徴とするものである。

請求項５の膜分離装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記開口部は、上下幅よりも水平方向幅の方が大きい形状であることを特徴とするものである。

請求項６の膜分離装置は、請求項１ないし５のいずれか１項において、該開口部の上縁は略水平方向に延在していることを特徴とするものである。

請求項７の膜分離装置は、請求項１ないし６のいずれか１項において、前記濃縮水の流出口は、前記耐圧容器の端面の上部に配置されていることを特徴とするものである。

本発明（請求項１）の膜分離装置では、膜エレメントの端面が臨む空室に気体又は気液混相流体のガイド部材が設けられており、該ガイド部材は、膜エレメントに対峙した円板状であって、この円板状のガイド部材の下部に流体通過用の開口部が設けられ、更に、この円板状のガイド部材の上部に前記開口部より開口面積の小さい気体抜き口が設けられている。気体又は気液混相流体のほとんどはこのガイド部材に設けられた開口部を通って膜エレメントの端面の少なくとも下部に導入される。従って、気体又は気液混相流体は膜エレメントの上下全体にわたって流れるようになり、膜エレメントの全体を略均一に洗浄することができる。そして、開口部を通らなかった気体は、上部の気体抜き口より排出されるため、耐圧容器内の上部に気体が溜ることが防止される。

本発明は、請求項２の通り、膜エレメントとしてスパイラル型膜エレメントを採用した場合に適用するのに好適である。

請求項３のように、この円板形ガイド部材の中心部に集水管挿通孔が設けられ、該集水管挿通孔にスパイラル型膜エレメントの集水管が挿通されている場合、ガイド部材は集水管を回転軸として自転するおそれがある。そこで、ガイド部材の下部に錘部を設け、錘部の重量によって、開口部を常にガイド部材の下部に位置させるのが好ましい。

請求項４のように、ガイド部材の下流側の板面のうち開口部の上側に、気体浮上防止用の凸部を設けておくと、開口部を通った気体又は気液混相流体が開口部通過直後に上昇することが防止され、膜エレメント端面の下部に気体又は気液混相流体をより多く供給することができる。

請求項５のように、開口部の水平方向幅を大きくすることにより、膜エレメントの下部の幅広い範囲に気体又は気液混相流体が供給される。

請求項６のように、開口部の上縁を略水平とすることにより、気体又は気液混相流体が開口部を水平幅方向において略均等に通過するようになる。

請求項７のように、濃縮水の流出口を耐圧容器の端面の上部に設けることにより、耐圧容器内の上部に気体が溜ることが防止される。

実施の形態に係る膜分離装置の断面図である。 ガイド部材とスパイラル型膜エレメントとの係合関係を示す斜視図である。 ガイド部材の構成図である。 従来の膜分離装置の断面図である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態に係る膜分離装置について説明する。

第１図は本発明の実施の形態に係る横置型の膜分離装置の長手方向の縦断面図、第２図はガイド部材とスパイラル型膜エレメントとの係合関係を示す斜視図である。第３図の（ａ）図はガイド部材の正面図、（ｂ）図はガイド部材の背面図、（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線断面斜視図である。

この実施の形態は、第４図に示した膜分離装置の空室３０，４０にそれぞれガイド部材１０を設けたものである。空室５０にはガイド部材１０は設けられていない。なお、この実施の形態では、耐圧容器６０内に３個のスパイラル型膜エレメント６１が一列に配置されており、空室３０は最も流入口６４側の膜エレメント６１とエンドプレート７１との間に位置し、各空室４０，４０は２番目と３番目及び３番目と４番目の各膜エレメント６１，６１間に位置し、空室５０は最も流出口６６側の膜エレメント６１とエンドプレート７２との間に位置している。ただし、膜エレメントの数は１個、２個又は４個以上であってもよい。

各空室３０，４０，４０に、気体又は気液混相流体を各膜エレメント６１の下部側に導くための円板状のガイド部材１０が設置されている。このガイド部材１０は、耐圧容器６０の内周面に沿って周回する外環部１１と、外周縁が該外環部１１に連なる円板部１２と、該円板部１２の板央部に設けられた集水管挿通孔１３と、円板部１２の下部に設けられた気体又は気液混相流体通過用の開口部１４と、開口部１４の上側の凸部１５と、該円板部１２の下部にボルト１７によって取り付けられた錘部１６とを有している。

外環部１１は、短い筒状であり、その外周面が耐圧容器６０の内周面に沿うことにより、ガイド部材１０のガタツキが防止され、円板部１２が集水管６２と垂直状態を保つようになる。

開口部１４の下部は円形であるが、上辺部１４ａは水平となっている。そのため、開口部１４の左右幅は上下幅よりも大きい。この開口部１４は、例えば円板部１２に円形の孔を突設した後、この円形孔の上部に長方形の板状体を取り付けることなどにより容易に形成できるが、図示の形状に穿孔することによって形成されてもよい。

なお、開口部１４は上記形状に限定されるものではなく、横長の長方形や上辺部を水平とした横長の略楕円形などであってもよく、複数個設けてもよい。開口部１４の開口面積は、耐圧容器６０の断面積の２〜３０％特に４〜１０％程度が好適である。

凸部１５は、円板部１２の板面のうち下流側の板面から下流側の膜エレメント６１に向って突設されている。凸部１５は、開口部１４と集水管挿通孔１３との間を水平方向に延在し、その両端が外環部１１に連なっている。凸部１５の円板部１２の板面からの突出高さは、外環部１１の円板部１２の板面からの突出高さよりも小さいものとなっている。そのため、外環部１１がスパイラル型膜エレメント６１の前端面に当接した場合でも、凸部１５と該前端面との間には若干の間隙が形成され、この間隙を通って水や気体又は気液混相流体の一部が空室３０，４０内を上方に流れるよう構成されている。

このガイド部材１０は、錘部１６を除いて合成樹脂、繊維強化合成樹脂（ＦＲＰ）などで構成されることが好ましいが、材質はこれに限定されない。

錘部１６は、合成樹脂等よりも比重の大きい耐食性材料よりなる。この実施の形態では、錘部１６はステンレスなどの鋼材よりなる。

ボルト１７は、合成樹脂、金属などのいずれでもよいが、ステンレスなどの金属製とすれば、錘の効果も奏する。

錘部は、開口部１４の左右両側に左右対称状に配置され、開口部１４が常に集水管挿通孔１３の鉛直下方となるようにガイド部材１０の重心のバランスをとっている。

また、ガイド部材１０の上部、好ましくは最上部に開口部１４よりも開口面積の小さい空気抜き口（気体抜き口）２０が設けられている。この空気抜き口２０は、洗浄後通常通水運転時に洗浄空気が膜モジュール上部に溜まり、通水が阻害されることを防止するためのものである。

洗浄時に洗浄流体の十分量が開口部１４を流れるように、ガイド部材１０の外環部１１は耐圧容器６０の内周面にほぼ接するように製作され、また、ガイド部材１０の集水管挿通孔１３の開口径は、集水管１３に装着された継手６３やエンドキャップ６８の外径とほぼ一致するよう製作されている。そのため、空気抜き口２０が設けられていないと、洗浄後通常通水に戻るときに、上側の領域に洗浄空気が溜まり、この部分は原水が流れなくなり、膜エレメント６１の下半分しか機能しなくなる。
空気抜き口２０を設けておくと、洗浄空気が該空気抜き口２０を通過し、流出口６５から耐圧容器６０外に流出するので、膜エレメント６１の全体に原水が流れるようになる。

この空気抜き口２０は、大きすぎると洗浄時の空気が抜けるため、直径が１０ｍｍ以下例えば５〜１０ｍｍ程度の小さい開口面積であることが好ましい。なお、空気抜き口２０の形状は円形に限定されない。

耐圧容器６０の後端側のエンドプレート７２に設けられた濃縮水流出口６５は、該エンドプレート７２の上部特に最上部に設けられることが好ましい。これは、耐圧容器６０内の後端側の上部に空気が溜ることを防止するためである。

この膜分離装置のその他の構成は第４図の膜分離装置と同様であり、同一符号は同一部分を示している。

このように構成された膜分離装置においても、原水は流入口６４から耐圧容器６０内に入り、各膜エレメント６１の原水流路を耐圧容器の軸心線と平行に略水平方向に流れ、流出口６５から濃縮水として流出する。透過水は集水管６２内に流入し、透過水の取出口６６から取り出される。

この膜分離装置を運転していると、膜面の汚染、目詰まりによりフラックス（透過水量）が低下してくるので、定期的に又は膜エレメント透過差圧もしくは流路差圧（モジュール差圧）が規定値以上となった場合に、気体又は気液混相流体によって膜エレメント面を洗浄する。この実施の形態では、流入口６４から気体又は気液混相流体を耐圧容器６０内に導入する。この実施の形態では、空室３０，４０にガイド部材１０が配置されており、気体は空室３０，４０の上部に集まることが防止される。即ち、気体又は気液混相流体はガイド部材１０の下部の開口部１４を通過して各膜エレメント６１の前端面の下部にも十分に供給されるので、気体又は気液混相流体が膜エレメント６１の前端面全域から満遍なく膜エレメント６１内に導入される。これにより、膜エレメント６１が全体として均一に洗浄されるようになる。

特に、この実施の形態では、開口部１４の左右幅が大きく、しかも上辺部１４ａが水平に延在しているので、気体又は気液混相流体が左右方向においても均等に案内されて膜エレメント６１に導入される。これにより、膜エレメント６１がより均一に洗浄される。また、この実施の形態では、開口部１４の上側に下流側の膜エレメント６１に向って突出する凸部１５が設けられているので、開口部１４を通過した気体又は気液混相流体が直ちに円板部１２に沿って空室３０又は４０内を上昇することが防止され、各膜エレメント６１の下部にも十分な量の気体又は気液混相流体が導入される。このようにして膜エレメント６１の全体が均一に洗浄される。

なお、気体は最も下流側の膜エレメント６１を通過した後、気体流出口６５から流出する。

気体又は気液混相流体による洗浄が終了した後は、流入口６４から原水を導入し、膜分離運転を再開する。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、空室５０にもガイド部材１０を設け、気体又は気液混相流体を逆方向に流してもよく、正逆方向に交互に流してもよい。ガイド部材１０の集水管挿通孔１３の内周縁に、外環部１１と同軸状の内環部を設け、この内環部に集水管を挿通させるようにしてもよい。

１０ ガイド部材
１１ 外環部
１２ 円板部
１３ 集水管挿通孔
１４ 開口部
１５ 凸部
１６ 錘部
２０ 空気抜き口
３０，４０，５０ 空室
６０ 耐圧容器
６１ 膜エレメント
６２ 集水管
６４ 流入口
６５ 流出口
６６ 取出口
６７ ブラインシール
６８ エンドキャップ

Claims (7)

1. 原水の流入口、透過水の取出口及び濃縮水の流出口を有し、筒軸心線方向が略水平となるように配置された筒状の耐圧容器と、
   該耐圧容器内に装填された、端面が該耐圧容器の筒軸心線方向と略垂直となっている膜エレメントと、
   該膜エレメントに対し該端面から該膜エレメントの洗浄用気体又は気液混相流体を供給する気体又は気液混相流体供給手段とを備えてなる膜分離装置において、
   該膜エレメントの端面に対峙するよう配置された円板状のガイド部材を備えており、
   該ガイド部材の下部に流体通過用の開口部が設けられ、
   該ガイド部材の上部に、該開口部より開口面積の小さい気体抜き口が設けられていることを特徴とする膜分離装置。
2. 請求項１において、前記膜エレメントは、集水管の外周に分離膜を巻回して巻回体としたスパイラル型膜エレメントであることを特徴とする膜分離装置。
3. 請求項２において、円板状の前記ガイド部材の中心部に集水管挿通孔が設けられ、該集水管挿通孔に前記集水管が挿通されており、
   該ガイド部材の下部に錘部が設けられていることを特徴とする膜分離装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、該ガイド部材の下流側の板面のうち前記開口部の上側に、気体浮上防止用の凸部が突設されていることを特徴とする膜分離装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記開口部は、上下幅よりも水平方向幅の方が大きい形状であることを特徴とする膜分離装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、該開口部の上縁は略水平方向に延在していることを特徴とする膜分離装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項において、前記濃縮水の流出口は、前記耐圧容器の端面の上部に配置されていることを特徴とする膜分離装置。

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