JP3036041B2

JP3036041B2 - 膜分離装置

Info

Publication number: JP3036041B2
Application number: JP2277016A
Authority: JP
Inventors: 克己石黒; 繁樹沢田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1990-10-16
Filing date: 1990-10-16
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JPH04150924A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は膜分離装置に係り、特に、分離膜面へのケー
キやゲルの付着が少なく、水透過流束（水フラックス）
を大きく維持することができ、しかも、ケーキやゲルの
付着による原水流路の閉塞を防止することができる膜分
離装置に関する。

［従来の技術］限外濾過（UF）膜や精密濾過（MF）膜を用いて、SSや
コロイド物質を含む液を膜分離処理する場合、操作する
圧力領域が高いほど、水フラックスが圧力に依存しない
状態になるという現象がしばしば生じる。特に、原水中
に高分子状有機成分や水酸化鉄、水酸化アルミニウム等
の金属水酸化物を含む場合には、このような現象が顕著
であり、例えば、水酸化鉄や水酸化アルミニウムを含む
場合には、長期間膜分離処理を継続している過程で、上
記の現象が生じてくる。

［発明が解決しようとする課題］ところで、通常のクロス・フロー型膜分離装置は、同
一種類の、即ち、純水透過係数の等しい、複数の分離膜
を用いて多段で構成されている。また、多段で構成され
ているので、原水入口部側ほど高圧となる。しかしなが
ら、上記の現象が生じる場合には、原水入口部の高圧部
においても、出口部の低圧部においても、水フラックス
が変わらない状態となる。むしろ、第４図に示す如く、
高圧部の方が水フラックスが少ないことが多い。

即ち、例えば、比較的純水透過係数の大きい、同一種
類の分離膜を複数枚多段に用いて水酸化鉄や水酸化アル
ミニウムを含む原水を処理する場合には、原水入口部側
の高圧部において、分離膜面にそれらのケーキが付着、
成長し、原水流路を細く、狭くし、原水の流路抵抗を増
大せしめる。そして、この流路抵抗の増大により、更に
入口部側の圧力が増加し、流路閉塞を速めることにな
る。このため、頻繁に洗浄操作を行う必要があった。ま
た、原水入口部側の高圧部ではケーキの成長のみなら
ず、ケーキを圧密させる現象が生じることが多く、これ
により分離膜面に付着したケーキは堅いケーキとなり、
洗浄に長時間を要するという問題があった。

これに対して、比較的純水透過係数の小さい、同一種
類の分離膜を複数枚多段に用いて処理する場合には、分
離膜面へのゲルやケーキの付着は少ないが、出口部側の
低圧部において、分離膜の抵抗が大きすぎるために、水
フラックスが小さくなるという欠点を有し、このため、
このような構成は、経済性の面から実用化されていな
い。

本発明は上記従来の問題点を解決し、分離膜面へのケ
ーキやゲル付着が少なく、水フラックスを大きく維持す
ることができ、しかも、ケーキやゲルの付着による原水
流路の閉塞を防止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。

［課題を解決するための手段］本発明の膜分離装置は、原水入口より導入された原水
を分離膜と接触させ、分離膜を透過した透過水を原水か
ら分離すると共に、分離膜と接触した原水を原水出口よ
り排出する膜分離装置において、該分離膜はUF膜及び／
又はMF膜であり、純水透過係数の異なる複数の分離膜を
設け、原水を純水透過係数の低い順序にて各分離膜に接
触させることにより、各分離膜での水フラックスを平準
化させたことを特徴とする。

即ち、本発明は、多段流路ないし、同一ベッセル内に
直列に膜エレメントを接続した膜分離装置において、純
水透過係数の異なる複数の分離膜（膜エレメント）を、
高圧部から低圧部にかけて純水透過係数の低い膜から純
水透過係数の高い膜の順に設置したものである。

なお、本発明において、膜分離装置の形式は多段流路
のクロス・フロー濾過形式であれば良く、その膜モジュ
ールの形状には特に制限はなく、平膜、チューブラー、
中空系等のいずれであっても良い。

［作用］ UF膜やMF膜において、純水フラックスJwは次式で表さ
れる。

Jwi＝AiΔＰ Jwi:iという分離膜の純水フラックス Ai:iという分離膜の純水透過係数 ΔP:膜間有効差圧本発明においては、例えば、膜分離装置の各流路にお
いて、その流路の平均運動圧力に分離膜の純水透過係数
が反比例するように設定する。即ち、純水透過係数の異
なる複数の分離膜（膜エレメント）は、次式に示す指標
により選定する。

Ai＝K/ｉ i:i番目の流路の平均圧力 Ai:i番目の流路に入れる分離膜の純水透過係数 K:定数ここで、定数Ｋは、水性状、流路形状、原水流量、そ
の他の運転条件等により定められる値であって、実験的
に確認することができ、容易に最適な値を設定できる。
また、純水透過係数は、同一圧力および時間における純
水の透過流束をもって表わしたものである。

このような構成によれば、各分離膜の最適圧力域にて
膜分離が行なわれることとなり、膜分離装置全体として
の水フラックスは著しく増大する。そして、各分離膜
は、各々の純水フラックスに近い水フラックスで運転さ
れる。即ち、分離膜面へのケーキやゲルの付着、蓄積が
少ないために、ケーキやゲルによる水フラックス損失が
少ない。

例えば、３段流路の膜分離装置に、３種類の異なる純
水透過係数の分離膜を設置する場合、各流路の平均運転
圧力_１、_２、_３に対して最適な純水透過係数A₁、
A₂、A₃の分離膜No.1,2,3を選定することにより、膜分離
装置全体の総水フラックスは、第５図の斜線部で示す如
く、著しく増大する。また、各分離膜No.1,2,3は各々の
純水フラックスJ_w1,J_w2,J_w3に近い水フラックスで運転
される。このことは、ゲルやケーキの付着、蓄積によ
る、水フラックス損失が少ないことを示している。

［実施例］以下に図面を参照して本発明の膜分離装置の実施例に
ついて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る平板型膜を内蔵した膜
分離装置を示す断面図である。この膜分離装置10は５枚
の仕切板12により４つの分離室14、16、18、20が形成さ
れており、各分離室14内には多数枚の分離膜22が配設さ
れている。この分離膜22は、通水路を有した透過水流路
形成材22aの両側に分離膜本体22bを配置した構成のもの
である。各分離膜22の両端はスペーサ24を介して重ね合
わされている。なお、これらのスペーサ24と前記仕切板
12並びに分離膜22とは第１図の左右方向から重ね合わさ
る方向に締めつけられ、互いに水密的に接している。

第１図の最も左側の分離室14には原水の入口26が設け
られ、最も右側の分離室20には原水出口28が設けられて
いる。

原水入口26からは分岐流路30により各分離膜22、22同
志の間（及び分離膜22と仕切板12との間）の原水室に原
水が導入される。この分離室14では、原水は第１図の下
向きに分離膜22に沿って流れ、移送流路32を介して隣接
する分離室16の各分離膜22の間（及び分離膜22と仕切板
12との間）の原水室に導入される。

この分離室16では、原水は第１図の上向きに流れ、移
送流路34を経て隣接する分離室18に導入される。原水は
この分離室18を第１図の下向きに流れ、移送流路36にて
分離室20に導入され、次いで原水出口28から排出され
る。分離室18、20内における原水の中では、分離室14、
16内における原水の流れと同様である。

しかして、本実施例にあっては、第１の分離室14にお
ける分離膜本体22bは、他の分離室16、18、20内の分離
膜22bのいずれよりも純水透過係数が小さい。そして、
分離室16の分離膜22bはその次に純水透過係数が小さ
く、分離室18の分離膜本体22bはその次に純水透過係数
が小さく、分離室20の分離膜本体22bは純水透過係数が
最も大きなものとなっている。原水の圧力は第１の分離
室14が最も高く、分離室16、18、20と原水出口28に近づ
くほど原水圧力が小さくなる。

このように、原水の圧力が低くなるほど純水透過係数
の高い分離膜22と原水を接触させることにより、各分離
室14から20における透過水量を平準化させ、全体として
の水フラックス量を高めることが可能となる。また、特
に第１の分離室14における分離膜膜面へのゲルやケーキ
の付着が減少し、かつその蓄積も減少される。そして、
この結果、分離膜の洗浄頻度を減少させることができる
と共に、原水流路の閉塞を防止することが可能となる。

第２図は、耐圧容器40内に分離膜42（42a,42b,42c）
を配置してなる膜分離装置単体44を複数個（本実施例で
は３個）、原水が直列的に流れるように配管接続してな
る膜分離装置の系統図である。なお、分離膜42a〜42cの
純水透過係数は、分離膜42aの値が最も小さく、分離膜4
2cの値が最も大きく、分離膜42bの値がその中間となっ
ている。

原水は、最も左側の膜分離装置単体44の原水入口46か
ら原水室48に導入され、分離膜42と接触する。分離膜42
を透過した透過水は透過水室50から膜分離装置単体44外
に取り出される。分離膜42と接触した原水は、原水室48
から移送管52により第２段目の膜分離装置単体44に導入
される。同様に、膜分離処理を受けた原水は、更に別の
移送管54を経て第３段目の膜分離装置単体44に導入さ
れ、原水出口56から排出される。第２段目及び第３段目
の膜分離装置単体44にて分離された透過水は、それぞれ
膜分離装置単体44から取り出される。

この第２図の実施例装置によっても、第１図の実施例
装置と同様の作用効果を得ることができる。

第３図は１個の耐圧容器60内に３個のスパイラル型エ
レメント62、64、66を設けた実施例装置の断面図であ
る。この耐圧容器60は筒状のものであり、両端側がエン
ドプレート68、70で封じられ、エンドプレート68に原水
入口72が設けられている。又、エンドプレート70には原
水出口74が設けられると共に、透過水の取出管76が貫通
されている。透過水の取出管76は、一端側がエンドプレ
ート68に支持されており、途中部分に前記スパイラルエ
レメント62、64、66が巻回されている。

各スパイラルエレメント62、64、66は、分離膜とスペ
ーサとを重ね合わせて透過水取出管76に巻回したもので
あり、分離膜を透過した透過水がスペーサに沿って透過
水取出管76に向かって流れ、該透過水取出管76に形成さ
れた開口を通って透過水取出管76内に流入する。

なお、原水は各スパイラルエレメント62、64、66の図
の左側の端面からスパイラルエレメント62、64、66の分
離膜同志の間の原水流路に流入する。そして、各スパイ
ラルエレメント62、64、66の右側の端面から流出し、下
段側のスパイラルエレメント64又は66に流入する。な
お、スパイラルエレメント66を通過した原水は原水出口
74から排出される。

各スパイラルエレメント62、64、66の図の左側の外周
面には耐圧パッキン78が装着されており、原水が各スパ
イラルエレメント62、64、66の端面にのみ流入するよう
に各エレメント62、64、66の外周面と耐圧容器60の内周
面との間隙を封じている。

しかして、スパイラルエレメント62の分離膜の純水透
過係数は最も小さくなっており、スパイラルエレメント
64の分離膜の純水透過係数は中位のものとされ、スパイ
ラルエレメント66の分離膜の純水透過係数は最も大きな
ものとされている。各スパイラルエレメント62、64、66
に接する原水の圧力は、図の左側のエレメント62におい
て最も高く、エレメント64においては中位の圧力、エレ
メント66においては原水水圧が最も小さくなっている。

この第３図の実施例装置によっても、上記実施例と同
様の作用効果を得ることができる。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の膜分離装置によれば、純
水透過係数の異なる分離膜を適宜選択設置することによ
り、分離膜面へのゲルやケーキの付着が減少し、その蓄
積が防止され、水フラックスが向上する。

ゲルやケーキの付着が減少し、蓄積防止が図れるの
で、分離膜の洗浄頻度を減少させることができる。

原水流路閉塞が防止される。

等の効果が奏され、処理効率は大幅に向上する。このよ
うな本発明の膜分離装置は、既存の膜分離装置につい
て、分離膜を適宜、変更・設定することにより、容易に
適用することができ、工業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は本発明の膜分離装置の一実
施例を示す断面図である。第４図は従来装置のフラック
スを示すグラフ、第５図は本発明装置のフラックスを示
すグラフである。 14,16,18,20……分離室 22,42a,42b,42c……分離膜、 62,64,66……スパイラルエレメント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 61/02 - 61/22 B01D 61/58

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原水入口より導入された原水を分離膜と接
触させ、分離膜を透過した透過水を原水から分離すると
共に、分離膜と接触した原水を原水出口より排出する膜
分離装置において、該分離膜は限外濾過膜及び／又は精
密濾過膜であり、純水透過係数の異なる複数の分離膜を
設け、原水を純水透過係数の低い順序にて各分離膜に接
触させることにより、各分離膜での水透過流束を平準化
させたことを特徴とする膜分離装置。