JP2949732B2

JP2949732B2 - 透過気化膜モジュールを用いた脱気方法

Info

Publication number: JP2949732B2
Application number: JP24941689A
Authority: JP
Inventors: 孝典穴澤; 和美大井; 伸巨丹; 利夫神戸; 泰子國長
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1989-09-26
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1999-09-20
Anticipated expiration: 2014-09-20
Also published as: JPH03109904A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は新規にして有用なる透過気化膜モジュールを
用いた脱気方法に関する。さらに詳細には、本発明は搬
送ガス導入手段という新たな手段を設けて成る、改良さ
れた透過気化膜モジュール（以下、膜モジュールまたは
モジュールとも言う。）を用いることから成る、改良さ
れた脱気方法に関する。

そして、本発明は改良された透過気化式脱気装置なら
びに透過気化方式による脱気方法を提供するものであ
り、つまり、液体中に含有される気体、悪臭物質または
揮発性物質などの、除去すべき対象（除去対象物質）を
効率よく除去せしめるという、改良された透過気化膜モ
ジュールを用いた脱気方法を提供するものである。

〔従来の技術〕

ところで、これまでの処、選択性透過膜を隔膜とし
て、この隔膜の一方の側に被処理液体を導入し、該膜の
他方の側を減圧することにより、液体中に溶存する気体
や揮発性物質などを除去せしめるという、いわゆる透過
気化（パーベーパレーション）方式による隔膜脱気が知
られている。

こうした技術的現況下において、たとえば、上水の浄
化、すなわち、水中に含まれる悪臭物質や、低沸点ハロ
ゲン化合物などの揮発性有害物質の除去に当たっては、
処理水中の残存量が極めて微量であることが要求され
る。

因みに、黴臭の原因物質とされる２−メチルイソボル
ネオールは、10ppt（ppt＝10^-12）で臭気を感じるとさ
れ、したがって、それ以下のオーダーにまで除去するこ
とが求められることになる。

ところが、これまでの隔膜脱気においては、溶存物質
が気体であっても、その完全除去は困難な技術であり、
除去対象物質が液体であるような、蒸気圧の低い物質の
場合には、特に困難であった。すなわち、透過気化によ
り液体から揮発性溶存物質を除去するに当たって、常温
で液体であるような物質の残存濃度を0.1ppm以下にまで
除去する方法は知られていなかった。

また、水から酸素を除去する用途において、真空ポン
プとして、水封式真空ポンプを用いた場合には、減圧度
上の制約のために、常温下で、たとえば、溶存酸素濃度
を0.5ppm以下という低残存量にしようとすると、処理流
量が著しく小さくなるという欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、本発明者らは上述した如き従来技術におけ
る種々の問題点ないし諸々の欠点の存在に鑑みて、それ
らの問題点の解決を図かり、諸欠点の解消を目的とし
て、鋭意、研究に着手した。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、一に
かかって、透過気化による効果的な上水の浄化方法、す
なわち、上水に含まれるトリハロメタンやトリクロロエ
チレンなどの揮発性有害物質を、ほぼ完全に除去せしめ
る方法、および、黴臭などの悪臭を感覚の閾値以下にま
で除去せしめる方法、さらには、水から酸素を除去せし
める場合において、残存酸素濃度を低く保ちながら、処
理量を増大化せしめる方法を提供することである。

つまり、本発明が解決しようとする課題は、一口で言
えば、改良された透過気化方式による脱気方法を提供す
ることである。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、本発明者らは上述した如き発明が解決しよう
とする課題に照準を合わせて、鋭意、検討を重ねた結
果、搬送ガス導入手段という新たな手段を設けて成る、
改良された透過気化膜モジュールを用いた改良された脱
気方法を見い出すに及んで、本発明を完成させるに到っ
た。

すなわち、本発明は一面においては、搬送ガス導入手
段を設けて成る透過気化膜モジュール、すなわち、液体
を隔膜の一方の側に導入し、もう一方の側の気相を減圧
せしめることにより、該液体中に含有される気体ないし
は揮発性物質を、上記気相側へ除去せしめる透過気化膜
モジュールにおいて、膜モジュールの減圧側に、空気を
搬送ガスとする搬送ガス導入手段を設けるようにした透
過気化膜モジュールを提供するものである。そして本発
明は、搬送ガス導入手段が設けられて成る透過気化膜モ
ジュールを用いた脱気方法、すなわち、液体を隔膜の一
方の側に導入し、もう一方の側の気相を減圧せしめるこ
とにより、該液体中に含有される気体ないしは揮発性物
質を上記気相側へ除去せしめることからなる透過気化膜
モジュールを用いた脱気方法において、膜モジュールの
減圧側（気相側）に、空気を搬送ガスとする搬送ガス導
入手段を設け、除去効果を増大せしめるようにした脱気
方法を提供しようとするものである。

ここにおいて、まず、請求項１記載の発明について言
えば、透過気化膜モジュール、つまり、脱気用膜モジュ
ールは、隔膜の一方の側に被処理液体を導入すると共
に、隔膜のもう一方の側を、真空ポンプなどの慣用の減
圧手段によって減圧せしめ、隔膜の減圧側に、空気を搬
送ガスとする搬送ガス導入手段により、微量の搬送ガス
を導入せしめるようにしたものである。

当該搬送ガス導入手段として特に代表的なものには、
エアブリーダーなどがあるが、かかるエアブリーダーの
要点てしては、モジュール外部よりモジュールの減圧部
へ向けて、空気やその他のガス類を導入させる機能をも
った、微小な通気孔を備えたものと理解されたい。

こうした微小な通気孔を備えたエアブリーダーとして
は、オリフィス、バルブ、またはガス流量調節装置など
の機構を有するものであってよい。

就中、ニードルバルブなる機構のものが、安価でもあ
り、取扱いも簡便であり、しかも、流量の調節が可能で
あるという点などから、望ましい。

また、当該搬送ガス導入手段としては、気体ポンプを
備えた定量ガス供給装置などが用いられてもよい。

導入すべき搬送ガスは、基本的には空気を用いるが、
除去対象物質が特定の揮発性物質の場合には所望により
空気以外のものも有効に利用でき、特に代表的なものの
みを例示するに留めれば、窒素、炭酸ガスまたは不活性
ガスなどであり、目的に応じて、適宜、選択されうる
が、上水の浄化を目的とする場合には、空気を用いると
いう本発明の構成が、その簡便さの故に極めて効果的で
ある。

そして、エアブリーダー入口には、塵埃や油分などを
除去する過フィルターを設けることも望ましい。

以下においても、特に断りのない限りは、当該搬送ガ
ス導入手段をエアブリーダーで代表させて述べるものと
する。

かかるエアブリーダーを設ける位置としては、このエ
アブリーダーから導入されたガスの流線が隔膜と接しさ
えすればよい処から、膜モジュールの任意の部位であっ
てもよいが、減圧手段（図示されず。）の接続口から最
も遠い位置に設けられ、このエアブリーダーから導入さ
れたガスの体積流で、隔膜を透過した揮発性物質を運び
去るような位置に設けられるのが、最も効率がよく、望
ましい。

因みに、本発明の透過気化膜モジュールの好ましい一
実施態様を示す、たとえば、外部潅流型の膜モジュール
を図示している第２図のような、隔膜が中空糸型の膜モ
ジュールであって、その中空糸１の内側が気相である場
合には、気体排出口８に面する中空糸端には反対側の中
空糸端にガス導入される形の構造となることが望まし
い。

他方、本発明透過気化膜モジュールの、もう一つの好
ましい実施態様を示す、たとえば、内部潅流型の膜モジ
ュールを図示している第１図のような、隔膜が中空糸型
の膜モジュールであって、その中空糸１の外側が気相で
ある場合には、この中空糸１とガスとの接触効率を上げ
るために、中空糸それ自体を編組体の形で封止せしめた
り、あるいは、モジュールに邪魔板の如き類の流路変更
手段などの、エアブリーダーから導入されたガスが、隔
膜を透過した揮発性物質を効率よく運び去るような、格
別の構造をもたせることもできる。

本発明にあっては、気体の流量調節機構をモジュール
と一体化させた形での搬送ガス導入手段を用いることも
できるし、あるいは、この気体流量調節機構とモジュー
ルとを、全く、別々に設けた形での搬送ガス導入手段を
用いることもでき、かくして、当該搬送ガス導入手段を
モジュールの気相側に接続せしめることによってガスを
導入せしめることもできる。

エアブリーダーから導入されるガスの量は、減圧手段
の種類、減圧度および排気量、モジュール減圧側の圧力
損失、ならびに、除去すべき揮発性物質の種類、蒸気
圧、膜透過性および透過量などにより、それぞれ、異な
るものではあるが、本発明においては、排気口８で測定
されるエアブリーダーを全く設けない場合の真空度より
も0.01〜50Torr高くなるように設定された流量である。

かかる範囲以外の導入ガス量では、除去効果が低下し
たり、または大容量の減圧手段が必要になってくる。

最適なガス導入量は、ガス導入量を、適宜、変化させ
て、処理水中の残存ガス量もしくは残存低揮発性物質量
を測定するという、簡単な実験を行なうことによって決
定することができる。

エアブリーダーに供給されるガスの圧力は、特に限定
されない。

また、本発明におけるモジュールの気相側の真空度
は、透過気化法で、通常、用いられる程度のものでよ
く、たとえば、排出口８において、0.01〜20Torr程度の
真空度を採用することができる。

本発明は、液体から揮発性物質を除去する系全般に適
用できるが、特に、請求項２に記載の発明の如くを目的
とする揮発性物質が、沸点が35〜250℃であるような蒸
気圧の低い物質である場合に効果を発揮する。たとえ
ば、トリハロメタン、トリクロロエチレン、テトラクロ
ロエチレン、ジクロロエタンもしくはトリクロロエタン
の如きハロゲン化合物；トルエンもしくはベンゼンまた
はガソリンの如き炭化水素；メタノール、エタノールも
しくはアセトンなどの水溶性有機溶剤；あるいはフレオ
ンの如き含フッ素化合物などをはじめとする各種の有機
溶剤や２−メチルイソボルネオールまたはジオスミンな
どの各種の悪臭物質などである。また同定されていなく
とも、上水に含有される揮発性悪臭物質や揮発性有害物
質なども包含される。

本発明はまた、特に、液体から揮発性物質を高度に脱
気する用途に効果を発揮する。たとえば、飲用や食用に
供される上水から、悪臭物質やトリハロメタンなどの有
害物質を除去する用途に効果を発揮する。本発明によれ
ば、水に含まれるクロロホルムやトリクロロエチレンな
どの低沸点ハロゲン化合物を0.1ppm以下まで除去するこ
とが可能であるし、また、２−メチルイソボルネオール
のような高沸点化合物を臭気の検知限界（10pptと言わ
れる。）以下にまで除去することが可能である。

本発明が適用できる液体についても特に制限はない。
すなわち、対象の液体に適する隔膜を選択することで、
本発明を適用できるということである。しかしながら、
液体が水である場合が特に有用である。たとえば、上
水、中水、洗浄用水または廃水などである。

本発明はさらに、水の脱酸素にも効果を発揮する。

とくに、搬送ガスとして空気を導入することにより、
それぞれ、一定処理量ならば残存酸素濃度を低下させる
ことが可能となるし、一定残存酸素濃度ならば処理流量
を増大させることが可能となる。

このさいの処理量の増大の程度は、膜モジュールの減
圧側の真空度が５〜200Torrと低真空であって、しか
も、残存酸素濃度が斯かる真空度における平衡値（処理
流量を無限小に外挿させたときの残存酸素濃度の収束
値）の４倍以下と低い場合に、特に大きく、本発明の効
果が最大限に発揮される。

また、搬送ガスとして、窒素や不活性ガスなどではな
く、酸素を含有する、いわゆる空気を用いることによっ
ても、処理流量の増大化効果ないしは残存酸素濃度の低
減化効果が上がることは、実に、驚くべきことである。

而して、本発明においては、隔膜の種類や構造などを
何ら限定する必要もなく、目的とする系に適した隔膜で
さえあれば、いかなるものでも採用することができる
が、そのうちでも特に代表的なもののみを例示するに留
めれば、非多孔層を有する非対称膜、非多孔均質膜、ま
たは多孔質膜などであり、さらには、平膜、中空糸膜、
または管状膜などの任意のものが適用できる。

減圧手段によっても制約がなく、目的および用途に応
じて、適宜、選択することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、まず、液体に溶存する揮発性物質を極めて
低残存量の領域にまで除去せしめることを可能にしたも
のであり、とりわけ、上水中に含有される悪臭原因物質
を検知限界以下にまで除去せしめることを可能にしたも
のであり、加えて、上水中に含有される低沸点ハロゲン
化合物などの有害物質を0.1ppm以下にまで除去せしめる
ことをも可能にしたものである。

このように、透過気化方式による脱気によって、常温
で液体であるような低蒸気圧物質を0.1ppm以下という低
残留量にまで除去しうる方法は、これまでの処、全く知
られていなかったものである。

本発明はまた、水の脱酸素にも適用しうるものであ
り、かかる本発明に従えば、低残留酸素濃度の処理水
を、大きな処理量で、確実に得ることができる。

しかも、この水の脱酸素に当たり、小型軽量で、か
つ、保守が容易なる水封式真空ポンプを使用することが
でき、また、搬送ガスとしても、安価にして簡便なる空
気を用いることができるというメリットがある。

本発明はさらに、上述した如き種々の効果を、極めて
簡単な機構で実現化が図り得たものであり、したがっ
て、特殊で大掛りな機構を何ら持ち込むことなしに、既
存の透過気化装置を、その極く一部に限って、改造せし
めるのみで、より一層の脱気効果の増大化が図れるとい
うメリットをも有するものである。

そして、本発明の透過気化膜モジュールおよび脱気方
法は、たとえば、上水の脱臭ならびに浄化に有用なもの
である。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する
が、本発明はこれにより限定されるものではない。

実施例１ポリ４メチルペンテン１を素材として溶融成形法によ
り製造した中空糸不均質膜は、外径が253μｍで、内径
が199μｍであり、ASTM D1434に準じて測定した気体透
過速度は、酸素透過速度2.4×10^-5cm³（STP）/cm²,sec,
cmHgで、かつ、窒素透過速度が6.2×10^-6cm³（STP）/cm
²,sec,cmHgであった。この中空糸膜10000本を平行な束
状でモジュールハウジングに装填し、有効中空糸長500m
mの、第１図に示されるような内部潅流型モジュールを
作製した。モジュールハウジング２の中空糸１の内側に
つながる空間部には、液体の導入口４および液体の排出
口５が、また、中空糸の外側につながる空間部には、ニ
ードルバルブ６と気体導入口７からなるエアブリーダー
と、真空ポンプを接続する排気口８とが設けられてい
る。

このモジュールに、２−メチルイソボルネオールを添
加した蒸留水、またはクロロホルムおよびトリクロロエ
チレンを添加した蒸留水を0.5m/minで流し、排気口に
排気量が50/minなる油回転真空ポンプを接続して減圧
し、ニードルバルブにて空気導入量を調節した。このと
きの、原水中および排出される水中の揮発性物質の量
を、ニードルバルブを全閉にした場合の比較例とともに
第１表に示した。なお、表中の気相圧力は、排気口８に
て測定した値である。

比較例１ニードルバルブを全閉にして全く空気を導入しないよ
うに変更した以外は、実施例１と全く同様の実験を行っ
た。結果を第１表に示す。

実施例２外径が282μｍで、内径が217μｍ、かつ、酸素透過速
度が3.4×10^-4cm³（STP）/cm²,sec,cmHgで、窒素透過速
度が3.1×10^-4cm³（STP）/cm²,sec,cmHgであるというよ
うに変更した以外は、実施例１と同じ中空糸膜を、30デ
ニール12フィラメントのポリエステル糸を用いて、絡み
織り法にて中空糸密度が25本/cmなる簾状シートに加工
した。この中空糸シートを、多数の穴が穿たれた直径13
mmなる硬質ポリ塩化ビニル製パイプ９に巻き付け、内径
100mmなる硬質ポリ塩化ビニル製のモジュールハウジン
グ２に装填し、第２図に示されるような形状の、有効膜
面積（中空糸外表面基準）が5.0m²なる外部潅流型モジ
ュールを製作した。

このモジュールに、２−メチルイソボルネオールを添
加した蒸留水、たまはクロロホルムおよびトリクロロエ
チレンを添加した蒸留水を2.0/minで流し、排気口に
排気量が450/minなる水封式真空ポンプを接続して減
圧し、ニードルバルブにて空気導入量を調節した。この
ときの、原水中および排出される水中の揮発性物質の量
を、ニードルバルブを全閉した場合の比較例とともに第
１表に示した。なお、表中の気相圧力は、排気口８にて
測定した値である。

比較例２ニードルバルブを全閉にして全く空気を導入しないよ
うに変更した以外は、実施例２と全く同様の実験を行っ
た。結果を第１表に示す。

実施例３実施例１と同じ中空糸膜を用いて、実施例１と同様の
形状を持つ膜面積（内表面積）が13m²のモジュールを作
製した。このモジュールに水道水を流し、排気口に排気
量が450/minなる水封式真空ポンプを接続して減圧
し、ニードルバルブにて排気口８における圧力が29torr
となるように空気導入量を調節した。このときモジュー
ルに導入される原水の溶存酸素濃度は8.5ppmであり、処
理水の溶存酸素濃度は、水の流量が極低流量（0.1/mi
n）時に0.33ppmであった。処理水の溶存酸素濃度は水の
流量増加に伴って増加し、0.5ppmになる流量は7.4/mi
nであった。

さらに、圧力が38torrとなるように空気導入量を調節
した条件下では、処理水の溶存酸素濃度は、水の流量が
0.1/minの時には0.38ppmと、比較例３よりも、やや、
悪化したものの、処理水の溶存酸素濃度が、0.5ppmにな
る流量は8.3/minに増加した。

比較例３ニードルバルブを全閉とするように変更した以外は、
実施例３と同じ試験を行った。排気口８における圧力は
28torrで、原水の溶存酸素濃度は8.5ppmで、水の流量が
0.1/minなる場合の処理における溶存酸素濃度は0.35p
pmであって、処理水の溶存酸素濃度が0.5ppmになる流量
は7.0/minであった。

【図面の簡単な説明】

各図面は、本発明の好ましい実施態様を示すもので、そ
れぞれ、第１図は、実施例１で用いた膜モジュールの部
分縦断面正面図であり、第２図は、実施例２で用いた膜
モジュールの縦断面正面図である。図中、１は中空糸、２はハウジング、３は樹脂封止部、
４は液体導入口、５は液体排出口、６はニードルバル
ブ、７は気体導入口、８は排出口を、そして９は多孔パ
イプを指称するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−264127（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−158107（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B01D 19/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】処理すべき液体を隔膜の一方の側に導入
し、他方の側の気相を減圧することにより、前記液体中
に含有される気体ないし揮発性物質を気相側へ除去する
透過気化膜モジュールを用いる脱気方法において、透過
気化膜モジュールの減圧側に、空気を搬送ガスとする搬
送ガス導入手段が設けられた透過気化膜モジュールを用
いることを特徴とする、脱気方法。
【請求項２】揮発性物質が、トリハロメタン、トリクロ
ロエチレン、テトラクロロエチレンおよびトリクロロエ
タンより成るから選ばれる少なくとも１種である、請求
項１に記載された脱気方法。