JP2994768B2 - 往復式膜分離装置 - Google Patents
往復式膜分離装置Info
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
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- C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration
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- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平盤状の往復式膜分離
装置に関するものである。
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】膜分離において、膜を透過しない溶質や
固体が膜表面に蓄積して起こる性能劣化を軽減するため
に、被処理流体を膜表面に沿って流動させる、いわゆる
クロスフロー濾過法が汎用されている。
固体が膜表面に蓄積して起こる性能劣化を軽減するため
に、被処理流体を膜表面に沿って流動させる、いわゆる
クロスフロー濾過法が汎用されている。
【０００３】従来より静止した膜モジュールのクロスフ
ロー濾過法としては、被処理液をポンプで圧送して、膜
面に沿って所要の流速を与える方法が実用に供されてい
る。流速が膜性能に及ぼす効果は、例えばかん水や海水
の逆浸透による脱塩では、主として塩排除率の改善に顕
著に表われ、また高分子溶質や懸濁固体を含む果汁、醗
酵液等、或いは各種排液等の限外濾過膜や精密濾過膜に
よる処理では、主として透過流束の改善に顕著に表われ
る。
ロー濾過法としては、被処理液をポンプで圧送して、膜
面に沿って所要の流速を与える方法が実用に供されてい
る。流速が膜性能に及ぼす効果は、例えばかん水や海水
の逆浸透による脱塩では、主として塩排除率の改善に顕
著に表われ、また高分子溶質や懸濁固体を含む果汁、醗
酵液等、或いは各種排液等の限外濾過膜や精密濾過膜に
よる処理では、主として透過流束の改善に顕著に表われ
る。
【０００４】限外濾過法や精密濾過法では、膜自身の濾
過抵抗よりも境界層の抵抗の方が一般に大きく、一桁以
上の場合も稀ではない。この様に大きい境界抵抗をクロ
スフローによって低減させるためには、必然的に被処理
液の供給流量は莫大となり、しかもその大部分は膜を透
過せずに膜モジュールから排出されるため、莫大な投入
エネルギーの大部分が浪費されることになる。
過抵抗よりも境界層の抵抗の方が一般に大きく、一桁以
上の場合も稀ではない。この様に大きい境界抵抗をクロ
スフローによって低減させるためには、必然的に被処理
液の供給流量は莫大となり、しかもその大部分は膜を透
過せずに膜モジュールから排出されるため、莫大な投入
エネルギーの大部分が浪費されることになる。
【０００５】この損失を軽減する方法としては、膜モジ
ュールから排出される被処理液の大部分を、背圧調圧弁
を通して放圧することなく、膜モジュール入口に循環供
給する方法が採られており、この循環供給液については
流動圧損で失われたエネルギーを補給すればよい。しか
し、この様にしても高流速による圧損は大きく、大量の
エネルギー補給を必要とするだけでなく、更に入口圧が
膜モジュールの耐圧限度を超えない様に流動長を制限す
る必要が生じる場合があり、この場合は、並列化、即ち
供給流量の増大による動力費及び設備費の増大が生じる
欠点を有している。
ュールから排出される被処理液の大部分を、背圧調圧弁
を通して放圧することなく、膜モジュール入口に循環供
給する方法が採られており、この循環供給液については
流動圧損で失われたエネルギーを補給すればよい。しか
し、この様にしても高流速による圧損は大きく、大量の
エネルギー補給を必要とするだけでなく、更に入口圧が
膜モジュールの耐圧限度を超えない様に流動長を制限す
る必要が生じる場合があり、この場合は、並列化、即ち
供給流量の増大による動力費及び設備費の増大が生じる
欠点を有している。
【０００６】この問題を解決する方法として、被処理液
を静止膜面に対し高速で流動させる代りに、膜面或いは
膜面に対面する物体、壁面等を運動させることにより、
膜面と被処理液を相対的にクロスフロー状態とする方法
が主に提案されている。
を静止膜面に対し高速で流動させる代りに、膜面或いは
膜面に対面する物体、壁面等を運動させることにより、
膜面と被処理液を相対的にクロスフロー状態とする方法
が主に提案されている。
【０００７】平膜を用いた装置及び方法としては例え
ば、特開昭48−65179 号公報には、図２に示すように容
器11に対して回転可能な中空軸14を設け、中心に貫通孔
を持つ円板からなる膜支持体18の両表面に分離膜19を被
覆してなる膜リーフを膜リーフ内部20と中空軸14内の中
空部21が貫通する様に取付けた膜分離装置、及び回転軸
（中空軸）14を介して膜リーフを回転させることによ
り、膜表面に高い速度勾配を生じさせる膜分離方法が開
示されている。
ば、特開昭48−65179 号公報には、図２に示すように容
器11に対して回転可能な中空軸14を設け、中心に貫通孔
を持つ円板からなる膜支持体18の両表面に分離膜19を被
覆してなる膜リーフを膜リーフ内部20と中空軸14内の中
空部21が貫通する様に取付けた膜分離装置、及び回転軸
（中空軸）14を介して膜リーフを回転させることによ
り、膜表面に高い速度勾配を生じさせる膜分離方法が開
示されている。
【０００８】回転する円板状膜リーフ間に静止仕切板を
介在させることにより、被処理液の共回りによる速度勾
配の減少を防ぎ、膜面剪断速度を高める効果が期待され
る。例えば、特開昭49−74175 号公報には、膜リーフの
中心孔は液密に封止され、膜透過液は膜リーフ外周部か
ら容器外に取出され、膜リーフ間に設けられた仕切板
が、膜リーフ中心孔を非接触的に貫通する回転軸によっ
て回転して被処理液を膜面に平行に流動させる装置を開
示している。
介在させることにより、被処理液の共回りによる速度勾
配の減少を防ぎ、膜面剪断速度を高める効果が期待され
る。例えば、特開昭49−74175 号公報には、膜リーフの
中心孔は液密に封止され、膜透過液は膜リーフ外周部か
ら容器外に取出され、膜リーフ間に設けられた仕切板
が、膜リーフ中心孔を非接触的に貫通する回転軸によっ
て回転して被処理液を膜面に平行に流動させる装置を開
示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】併しながら上記の如き
回転式分離装置は被処理液と膜面の相対速度が膜の位
置、即ち回転半径に比例するため、濃度分極低減効果が
膜の部位によって著しく異なる。特に、効率を良くする
目的で膜径を大きくして回転速度を小さくする場合は、
回転軸に近い部分の相対速度が低下し、この部分の濃度
分極低減効果が期待できなくなり、膜全面が有効に働か
なくなるという欠点を有している。この問題は膜を一定
方向に回転する場合だけでなく、回転方向を正逆切り替
えながら処理を行なう場合も同様に避けることはできな
い。
回転式分離装置は被処理液と膜面の相対速度が膜の位
置、即ち回転半径に比例するため、濃度分極低減効果が
膜の部位によって著しく異なる。特に、効率を良くする
目的で膜径を大きくして回転速度を小さくする場合は、
回転軸に近い部分の相対速度が低下し、この部分の濃度
分極低減効果が期待できなくなり、膜全面が有効に働か
なくなるという欠点を有している。この問題は膜を一定
方向に回転する場合だけでなく、回転方向を正逆切り替
えながら処理を行なう場合も同様に避けることはできな
い。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の問
題点を解決するため鋭意研究した結果、本発明に到達し
たものである。
題点を解決するため鋭意研究した結果、本発明に到達し
たものである。
【００１１】即ち、本発明は平盤状で両表面に分離膜を
具え、内部に膜透過液の流路を具えた複数個の可撓性の
ある膜リーフを、外部動力によってその長さ方向に対し
て垂直方向に往復運動する中空成形体に間隔を保って、
且つ中空成形体の長さ方向に対して垂直方向に固定して
なり、該膜リーフの膜透過液流路と該中空成形体の中空
部とは連通し、且つ外部とは液密に遮断封止されて、更
に膜透過流を該中空部から導出させる手段と該中空成形
体を往復駆動させる手段を具えたことを特徴とする往復
式膜分離装置を提供するものであり、本発明の往復式膜
分離装置によれば、全膜面で略均等な相対速度が得ら
れ、且つ被処理液の追随による有効相対速度の極度の低
下も防止することができる。
具え、内部に膜透過液の流路を具えた複数個の可撓性の
ある膜リーフを、外部動力によってその長さ方向に対し
て垂直方向に往復運動する中空成形体に間隔を保って、
且つ中空成形体の長さ方向に対して垂直方向に固定して
なり、該膜リーフの膜透過液流路と該中空成形体の中空
部とは連通し、且つ外部とは液密に遮断封止されて、更
に膜透過流を該中空部から導出させる手段と該中空成形
体を往復駆動させる手段を具えたことを特徴とする往復
式膜分離装置を提供するものであり、本発明の往復式膜
分離装置によれば、全膜面で略均等な相対速度が得ら
れ、且つ被処理液の追随による有効相対速度の極度の低
下も防止することができる。
【００１２】本発明に言う往復運動とは、その軌跡が直
線であるものに限定する必要はなく、円弧等の曲線であ
るものも含むものである。
線であるものに限定する必要はなく、円弧等の曲線であ
るものも含むものである。
【００１３】本発明に用いられる膜リーフは、通常撓ん
だり、変形したりしない剛性材料で成形した膜支持体の
両面に、予め成形した膜を重ねたり、また直接膜を形成
したりして作製される。これは膜リーフが、往復運動に
よって受ける応力で撓んだり、変形したりして、膜リー
フ間に介在する仕切りや組になった他の膜リーフに接触
したり、衝突したりすることを避けるためである。
だり、変形したりしない剛性材料で成形した膜支持体の
両面に、予め成形した膜を重ねたり、また直接膜を形成
したりして作製される。これは膜リーフが、往復運動に
よって受ける応力で撓んだり、変形したりして、膜リー
フ間に介在する仕切りや組になった他の膜リーフに接触
したり、衝突したりすることを避けるためである。
【００１４】しかし、膜リーフ間の仕切り、または組に
なる他の膜リーフが、衝突を回避する様に容易に変位し
得る場合、或いは可撓性で衝突による損傷を被らない場
合、或いはこれらが存在しない場合には、可撓性の膜支
持材を用いて膜リーフに可撓性を賦与することにより、
膜リーフ面に平行な運動の他に垂直方向の運動も加わっ
て濃度分極低減効果の著しい向上が期待できるので好ま
しい。
なる他の膜リーフが、衝突を回避する様に容易に変位し
得る場合、或いは可撓性で衝突による損傷を被らない場
合、或いはこれらが存在しない場合には、可撓性の膜支
持材を用いて膜リーフに可撓性を賦与することにより、
膜リーフ面に平行な運動の他に垂直方向の運動も加わっ
て濃度分極低減効果の著しい向上が期待できるので好ま
しい。
【００１５】この理由は、回転運動の場合は膜リーフは
大部分運動方向、即ち円周方向に無限に連続しており、
回転による変形応力は小さいが、これに対して往復運動
の場合は膜リーフの運動方向前縁が膜面に垂直な変位の
起点になり、より容易に、より効果的な変位を発生させ
ることができるからである。
大部分運動方向、即ち円周方向に無限に連続しており、
回転による変形応力は小さいが、これに対して往復運動
の場合は膜リーフの運動方向前縁が膜面に垂直な変位の
起点になり、より容易に、より効果的な変位を発生させ
ることができるからである。
【００１６】膜リーフを可撓性とした効果は、膜リーフ
に平行な往復運動を与える他に、膜面に垂直な成分を持
つ運動を与えた場合に、より顕著に現れる。
に平行な往復運動を与える他に、膜面に垂直な成分を持
つ運動を与えた場合に、より顕著に現れる。
【００１７】即ち、膜リーフが剛性体の場合はどの様な
運動を与えても、各膜リーフは同時に同一の運動をする
ため、各膜リーフの相対関係は静止時に等しく、狭い膜
リーフ間に保持された被処理液もそのまま追随し、膜と
の間に相対運動を起こすことにはならないが、これに対
して膜リーフが可撓性の場合は、膜リーフを固定した可
動中空体によって、膜リーフに平行な往復運動が伝えら
れる以外に、隣接する膜リーフの運動による応力を被処
理液を介して受け、例えば、運動方向最前端膜リーフの
変形が順次伝播する形で各膜リーフに伝わり、従って各
膜リーフは膜面に垂直な方向と相対的に運動することに
なり、濃度分極低減への寄与が期待できる。
運動を与えても、各膜リーフは同時に同一の運動をする
ため、各膜リーフの相対関係は静止時に等しく、狭い膜
リーフ間に保持された被処理液もそのまま追随し、膜と
の間に相対運動を起こすことにはならないが、これに対
して膜リーフが可撓性の場合は、膜リーフを固定した可
動中空体によって、膜リーフに平行な往復運動が伝えら
れる以外に、隣接する膜リーフの運動による応力を被処
理液を介して受け、例えば、運動方向最前端膜リーフの
変形が順次伝播する形で各膜リーフに伝わり、従って各
膜リーフは膜面に垂直な方向と相対的に運動することに
なり、濃度分極低減への寄与が期待できる。
【００１８】膜リーフの形状は任意であるが、平膜が通
常長い帯状に連続的に製造されることから、四辺形、或
いは三角形が経済的で好ましい。
常長い帯状に連続的に製造されることから、四辺形、或
いは三角形が経済的で好ましい。
【００１９】膜リーフを固定する可動中空体は中空円筒
が好適に使用できるが、他の形態、例えば偏平な中空成
形体の片面または両面に中空部と連通し、膜リーフを挿
入して結合することによって、該中空部と膜リーフ内部
との透過液通路を連通させ、且つ外部とは液密に封止結
合できる溝を複数設けたものも用いることができる。
が好適に使用できるが、他の形態、例えば偏平な中空成
形体の片面または両面に中空部と連通し、膜リーフを挿
入して結合することによって、該中空部と膜リーフ内部
との透過液通路を連通させ、且つ外部とは液密に封止結
合できる溝を複数設けたものも用いることができる。
【００２０】
【実施例】以下実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこの実施例のみに制限されるものではな
い。
が、本発明はこの実施例のみに制限されるものではな
い。
【００２１】図１は、本発明装置の一実施例を示す縦断
側面図であり、以下この図に基づいて説明する。
側面図であり、以下この図に基づいて説明する。
【００２２】アクリロニトリル共重合体限外濾過膜１
（ダイセル化学工業株式会社製、DUY-L)を一辺13cmの正
方形に切り、そのうち１枚を不織布側を上にして平置き
し、同寸法のメッシュフィルター２（直径0.32mmのポリ
エステル単繊維製、20メッシュ、厚さ0.68mm) をその上
に重ねて外周部に封止用ポリウレタン接着剤を塗布した
上、更に直径３〜４mm程度の点状塗布を約10mm間隔で全
面に施し、直ちにもう一枚の限外濾過膜を不織布側を下
にして重ね、全体を裏返して平板間に挟んだ状態で前記
接着剤を硬化させて膜リーフを作った。
（ダイセル化学工業株式会社製、DUY-L)を一辺13cmの正
方形に切り、そのうち１枚を不織布側を上にして平置き
し、同寸法のメッシュフィルター２（直径0.32mmのポリ
エステル単繊維製、20メッシュ、厚さ0.68mm) をその上
に重ねて外周部に封止用ポリウレタン接着剤を塗布した
上、更に直径３〜４mm程度の点状塗布を約10mm間隔で全
面に施し、直ちにもう一枚の限外濾過膜を不織布側を下
にして重ね、全体を裏返して平板間に挟んだ状態で前記
接着剤を硬化させて膜リーフを作った。
【００２３】この膜リーフの中央に20mmの孔を穿ち、環
状スペーサー３を介して５枚の膜リーフを略２mmの間隔
に保って外径20mmの中空円筒４に嵌合、固定して膜エレ
メントを作った。
状スペーサー３を介して５枚の膜リーフを略２mmの間隔
に保って外径20mmの中空円筒４に嵌合、固定して膜エレ
メントを作った。
【００２４】該膜エレメントの中空円筒４の一端は封止
し、他端は肉厚軟質チューブ６に連結され、このチュー
ブは、トラップ及び弁（図示せず）を介して真空系に結
合されている。中空円筒４の中空部５は膜リーフ内部の
膜透過液流路に連通している。また、該中空円筒４が水
平に保たれ、且つ、上下に往復運動可能な様にガイド７
とスペーサ・リング８で保持し、ピストン９によりギヤ
ドモーター22の回転を上下運動として中空円筒４に伝達
するようにした。
し、他端は肉厚軟質チューブ６に連結され、このチュー
ブは、トラップ及び弁（図示せず）を介して真空系に結
合されている。中空円筒４の中空部５は膜リーフ内部の
膜透過液流路に連通している。また、該中空円筒４が水
平に保たれ、且つ、上下に往復運動可能な様にガイド７
とスペーサ・リング８で保持し、ピストン９によりギヤ
ドモーター22の回転を上下運動として中空円筒４に伝達
するようにした。
【００２５】この往復式膜分離装置を被処理液10中に浸
漬して透過流速を測定した。
漬して透過流速を測定した。
【００２６】被処理液10として澱粉〔和光純薬工業
（株）製〕75ｇ、卵白アルブミン〔和光純薬工業（株）
製〕30ｇをpH6.7 の燐酸緩衝液５ｌに溶解し、濾紙No.5
A で濾過したものを用い、−0.5Kg/cm2 の圧力で吸引濾
過した。膜エレメントを静止させた状態での透過流束は
６l/m2・h であったが、振幅約12cmで毎秒約２回の往復
運動下では23l/m2・h と著しい向上を示した。
（株）製〕75ｇ、卵白アルブミン〔和光純薬工業（株）
製〕30ｇをpH6.7 の燐酸緩衝液５ｌに溶解し、濾紙No.5
A で濾過したものを用い、−0.5Kg/cm2 の圧力で吸引濾
過した。膜エレメントを静止させた状態での透過流束は
６l/m2・h であったが、振幅約12cmで毎秒約２回の往復
運動下では23l/m2・h と著しい向上を示した。
【００２７】
【発明の効果】本発明の装置は、膜エレメント全体が膜
リーフに平行な往復運動するため、全膜面で略均等な相
対速度が得られ、膜の部位に関係なく濃度分極低減効果
を奏する。また、特に膜リーフを可撓性とした場合には
膜面に垂直な方向に相対的に運動可能となり、更に濃度
分極低減効果が向上し、透過流速を著しく増加させるこ
とができる。
リーフに平行な往復運動するため、全膜面で略均等な相
対速度が得られ、膜の部位に関係なく濃度分極低減効果
を奏する。また、特に膜リーフを可撓性とした場合には
膜面に垂直な方向に相対的に運動可能となり、更に濃度
分極低減効果が向上し、透過流速を著しく増加させるこ
とができる。
【図１】本発明の往復式膜分離装置の一例の縦断面略示
図である。
図である。
【図２】従来の回転式膜分離装置の一例の縦断面略示図
である。
である。
１ 限外濾過膜 ２ メッシユフィルター ３ 環状スペーサー ４ 中空円筒 ５ 中空部 ６ 軟質チューブ ７ ガイド ８ スペーサー・リング ９ ピストン 10 被処理液 11 容器 14 中空軸 18 膜支持体 19 分離膜 20 膜リーフ内部 21 中空部 22 ギヤドモーター
Claims (2)
- 【請求項１】 平盤状で両表面に分離膜を具え、内部に
膜透過液の流路を具えた複数個の可撓性のある膜リーフ
を、外部動力によってその長さ方向に対して垂直方向に
往復運動する中空成形体に間隔を保って、且つ中空成形
体の長さ方向に対して垂直方向に固定してなり、該膜リ
ーフの膜透過液流路と該中空成形体の中空部とは連通
し、且つ外部とは液密に遮断封止されて、更に膜透過流
を該中空部から導出させる手段と該中空成形体を往復駆
動させる手段を具えたことを特徴とする往復式膜分離装
置。 - 【請求項２】 膜リーフが、四辺形又は三角形であるこ
とを特徴とする請求項１記載の往復式膜分離装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3021843A JP2994768B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 往復式膜分離装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3021843A JP2994768B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 往復式膜分離装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04260421A JPH04260421A (ja) | 1992-09-16 |
| JP2994768B2 true JP2994768B2 (ja) | 1999-12-27 |
Family
ID=12066374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3021843A Expired - Fee Related JP2994768B2 (ja) | 1991-02-15 | 1991-02-15 | 往復式膜分離装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2994768B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2960213A3 (en) * | 2012-10-08 | 2016-03-02 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Membrane bioreactor system using a reciprocating membrane |
| KR101793981B1 (ko) | 2015-08-24 | 2017-11-06 | 두산중공업 주식회사 | 왕복하는 막을 사용하는 침지형 막여과 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100348195B1 (ko) * | 1999-09-08 | 2002-08-10 | 노수홍 | 연속 역충격식 회전판 막 |
-
1991
- 1991-02-15 JP JP3021843A patent/JP2994768B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| EP2960213A3 (en) * | 2012-10-08 | 2016-03-02 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Membrane bioreactor system using a reciprocating membrane |
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| KR101833517B1 (ko) | 2015-08-24 | 2018-02-28 | 두산중공업 주식회사 | 왕복하는 침지형 막을 포함하는 수처리 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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