JP3151977B2

JP3151977B2 - 中空糸膜モジュール濾過装置

Info

Publication number: JP3151977B2
Application number: JP33172392A
Authority: JP
Inventors: 哲夫西村; 弘之山村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JPH06170179A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体の濾過操作を行なう
ための中空糸膜モジュールを用いた濾過装置およびその
使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の工業用水中には、多くのＳＳ成
分、微粒子、ゴミ、細菌類、藻類、などが含まれてお
り、このまま使用されると、用水配管の詰まり、細菌の
増殖、ライン中のスケール堆積などのトラブルを生じる
原因となりやすい。従来、これらの水中混入成分を除去
するために、砂濾過、凝集濾過、凝集沈殿処理、カート
リッジフィルター濾過などの各種の方法が用途に応じて
使用されてきた。これらの一般濾過法にかわる新規な手
法として、最近は多孔質の中空糸膜による濾過が実用化
されつつある。中空糸膜による水処理、濾過は近年急速
に普及し、その適用分野も年々広くなりつつある。

【０００３】中空糸膜の濾過において、中空糸膜は何千
〜何万本をひと束に束ねた後に端部を接着剤で固定した
形状の商品形態に加工される。そして、これらの商品形
態に加工されたものは中空糸膜モジュールまたはモジュ
ールと呼ばれている。液体の濾過が可能な中空糸膜モジ
ュールとしては従来から多くの形態のものが提案されて
いる。特に初期のものとしては、適度な前処置手段と組
み合わせて使用される濾過モジュール、逆浸透濾過を目
的としたもの、透析用途を目的としたものなどがあり、
これらの用途を主目的として、多くのモジュール形態が
提案されており、その主なものを挙げると、特公昭４８
−２８３８０号公報、特開昭４９−６９５５０号公報、
特開昭５３−１００１７６号公報、などに記載されてい
るものがある。これらは、全て、使い捨て、あるいは汚
れが一定量以上付着した段階において、清澄水または薬
液水による洗浄やフラッシング処理を実施するのが普通
であった。

【０００４】これに対して、最近は、中空糸膜モジュー
ル形状に工夫をこらし、エアーにより中空糸膜面の付着
物を定期的に脱落させて中空糸膜の性能回復を実施する
方法が試みられている。特開昭６１−２６３６０５号公
報は、中空糸膜をＵ字型に組み込み、容器に収納して使
用するものであり、定期的に容器の下部に設けられたエ
アー導入口からエアーを導入させてエアーバブリングに
より中空糸膜を振動させ、膜面の堆積物の除去を試みる
ものである。また、特開昭６０−２０６４１５公報は、
中空糸膜を中心パイプの回りに配列させた両端固定型モ
ジュールであり、前記同様に容器に組み込み、エアーバ
ブリングにより中空糸膜膜面の堆積物を除去するもので
ある。これらの技術は、既に実用化の検討が開始されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】中空糸膜モジュールに
よる水処理において、中空糸膜表面の堆積物をエアーに
より除去するのは有効な方法であり、エアーバブリング
により膜表面の堆積物を除去（洗浄）することにより、
濾過前の膜状態にほぼ回復でき濾過性能もほぼ回復する
が、長期間通水するとどうしても膜の微細孔に詰まった
微細なゴミやエアーバブリングでは落ちない汚れが膜面
に付着し、濾過性能も通水時間ととも徐々に低下してく
るのが一般的である。膜の微細孔に侵入し膜の目詰まり
を起こさせる原因物は0.005 〜0.5 μｍ程度の非常に小
さい浮遊物であり、この領域の浮遊物は各種コロイド類
が多く、特にコロイダルシリカは薬品にも強く簡単な薬
品洗浄では落ちないため通水時間とともに微細孔および
膜表面に堆積してくる。このため中空糸膜モジュールの
濾過性能が徐々に低下してくる。このため前処理として
凝集剤等処理が一部の装置において実施され始めてい
る、しかし、凝集剤処理は単モジュールの直前で凝集剤
を添加するだけではフロック形成に十分な滞流時間をと
ることが難しいため凝集剤滴下槽、フロック形成槽など
を用いるのが一般的であり、処理効果はあるが装置が大
きくなるため、もっと簡単な手段が求められていた。ま
た、濾過性能が低下した時に、膜面は堆積物を除去する
ために、薬液洗浄を行うこともあるが、薬液をモジュー
ル内に注入し静置、浸漬するだけでは十分な洗浄が得ら
れない場合も多く、薬液洗浄についてのより簡便で効果
のある手法が求められていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、多数の
多孔質中空糸膜束を内蔵した中空糸膜モジュールと、該
モジュールを収納するためのモジュール容器と、該モジ
ュールに被処理液を供給するための送液ポンプと、該モ
ジュールに薬液を注入するための薬液注入口および薬液
ポンプを有した中空糸膜モジュール濾過装置であって、
該中空糸膜モジュール上の一部分と該中空糸膜モジュー
ルへ被処理液を供給する供給水ライン上との間にバイパ
スラインを設け、このバイパスライン上に薬液注入口を
設けたことを特徴とする中空糸膜モジュール濾過装置に
より基本的に達成される。

【０００７】

【作用】本発明に関わる実施例を図１および図２に示す
が、これにより何等本願が限定されるものではない。ま
た従来の技術を図３に示す。

【０００８】はじめに、従来の中空糸膜モジュール濾過
装置を図３に従い説明する。

【０００９】濾過される供給水は、ポンプ８により多孔
質中空糸濾過膜モジュール（以下中空糸膜モジュールと
呼ぶ）１５に導かれ、ここにおいて濾過処理が行なわれ
る。中空糸膜モジュールでは、供給水は中空糸膜の表面
に無数に開いている微細孔で濾過されて、ＳＳ成分や微
粒子、ごみ、細菌などが除かれた清澄水が中空糸膜内部
に透過し、濾過水出口１９から濾過水として取り出され
る。中空糸膜モジュールの濾過において原水圧力が大き
いほど濾過水量は大きくなるが、濾過時間の経過と共に
前記ＳＳ成分、微粒子などが膜面に付着し、微細孔より
小さいコロイドは微細孔内に堆積し、多かれ少なかれ中
空糸膜の目詰まりが生じ、同一圧力あたりの濾過水量が
徐々に低下していくのが普通である。よって、中空糸膜
モジュールを長期に使用続けていくためには、中空糸膜
の目詰まりが進行して濾過水量が低下した適当な時点に
おいて、エアーバブリングを初めとする洗浄操作を行な
い、目詰まり前に近いレベルにまで中空糸膜の濾過水量
を回復させる手段をとることができる。

【００１０】中空糸膜モジュールの使用方法としては限
定されず、使用者の希望に合わせて設定することができ
る。運転方法の例としては、圧力を一定として濾過水量
を変化させる運転方法、圧力を自動または手動でコント
ロールしながら濾過水量を一定に保ち運転する方法、適
当な供給水源にモジュールを接続して圧力、温度ともに
成り行きのままに運転する方法などが上げられる。

【００１１】図３の装置において、濾過量の低下および
供給圧の上昇が顕著になればエアーバブリングによる洗
浄を行なう。このときは、はじめに供給水入口バルブ９
を閉め、エアー抜きバルブ１７を開放する。洗浄用エア
ー供給バルブ１４を開けエアーバブリングを開始し、一
定時間の洗浄後に排水バルブ１１を開け洗浄液を排水し
その後閉める。このエアーバブリングによる洗浄操作の
みでは長期的にみれば、膜の微細孔のコロイドなどによ
る詰まりのため濾過水量が初期濾過水量に比べて徐々に
低下してくる。

【００１２】本発明者らは、この中空糸膜モジュールの
洗浄方法をベースにし、より確実に目詰まり前の濾過性
能に回復させる方法について鋭意検討を行なった結果、
本発明を見出したものである。

【００１３】本発明の中空糸膜モジュール濾過装置につ
いて図１に従い説明する。

【００１４】本発明においては供給水ライン１上かつ供
給水ポンプ８の上流側すなわちポンプの吸引側の任意の
箇所に設けた供給ライン側バイパスライン接続口２と中
空糸膜モジュールの任意の箇所に設けた中空糸膜モジュ
ール側バイパスライン上に薬液供給口５が設けられてい
る。モジュールの濾過水量の低下を防ぐために凝集剤を
添加する場合、凝集剤はバイパスライン上に設けられた
薬液注入口５から添加される。供給ポンプ８の運転によ
り供給水は供給水ライン１から汲みあげられ中空糸膜モ
ジュール１５の容器の中に供給され、一部分は濾過水と
して濾過水出口１９から取り出される一方、一部の供給
水は中空糸膜モジュール側バイパスライン接続口１８か
らバイパスラインを通り、供給ポンプ８の上流側に還流
される。このため薬液注入口５から添加された凝集剤は
中空糸膜モジュール１５とバイパスラインおよび供給ポ
ンプ８の間で循環されることで十分な滞留時間をとるこ
とで十分にフロック形成が行われ、凝集効果が高められ
る。

【００１５】凝集剤による凝集の効果が中空糸膜モジュ
ールに与える影響は大きい。原水供給中の膜の微細孔に
詰まることが予想される微細孔と同じかそれ以下のコロ
イド類を凝集により膜の微細孔より大きいフロックにす
ることができる。凝集に必要な滞留時間を十分にとるこ
とで、これまで膜の微細孔に侵入堆積し目詰まりの原因
となっていたコロイド類を膜の微細孔よりはるかに大き
くできるため、膜の表面で目詰まりなく十分に除去する
ことが可能となる。また、フロック状態であるため膜面
にかさ高く堆積するため、堆積物による圧力損失が小さ
くなり詰まりによる圧力上昇速度も小さくなることから
洗浄回数も少なくて済む。また、凝集剤の種類や原水の
種類によっては特に滞留時間を必要としない場合も考え
らるが、このときはバイパスライン上の切替バルブ６、
６１を適宣切り替えることで、薬液注入口５から添加さ
れた凝集剤を供給ライン側バイパスライン接続口２又は
中空糸膜モジュール側バイパスライン接続口に直接添加
することも差しつかえない。薬液注入口５からは凝集剤
のみならず、エアーバブリング時に洗浄効率を上げるた
めの界面活性剤、鉄サビなどの無機塩を洗浄するための
酸、微生物、また、タンパク質などの洗浄用のアルカリ
などを添加することができる。この時も、添加する薬液
に合わせてバイパスラインによる循環と直接注入のどち
らかを選ぶかを決めることができる。さらに、本発明で
は洗浄液の排出を行うときは廃液量は中空糸膜モジュー
ル分の薬液量であるため、廃薬液量がすくなくて済むメ
リットがある。なお、複数の薬液の添加に備えて、図２
に示すように、バイパスライン上に注入するための複数
の薬液注入口および注入ポンプを設けることも全く差し
つかえない。

【００１６】凝集剤としては、汎用の凝集剤が使用で
き、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、ポリ硫
酸第二鉄、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、アル
ミン酸ソーダー、活性ケイ酸および各種高分子凝集剤等
が使用できるが、凝集効果の高いポリ塩化アルミニウ
ム、硫酸第二鉄が供給圧力上昇速度の低下、洗浄回復性
に優れ効果があり好ましく用いられる。凝集剤の濃度と
しては、原水によって変わるが通常0.1 〜100 ppm 程度
であるが、好ましくは、1 〜 10 ppm が効果、経済性か
らも推奨される。

【００１７】本発明の中空糸膜モジュールは、多孔質中
空糸膜の束を濾過材として使用したものであれば、形式
は問わない。好ましい中空糸膜モジュールの形状につい
て、一例を挙げるならば、多数の中空糸膜の束の両端ま
たは片端を接着剤でシールした後に、この接着シール部
の片端または両端を切断により中空糸膜を開孔させた中
空糸膜エレメントが、一体型あるいは組み込み式として
容器内部に収納されている構造などがある。また、前記
構造のモジュールが単数または複数さらに容器に収納さ
れたものもあげられる。

【００１８】本発明に使用する供給水配管に通ずるバイ
パスラインには、供給水の圧力が高くなり、薬液配管に
逆流する場合があるため、バイパスラインに逆止弁をつ
けることが望ましい。逆止弁の材質は、凝集剤、酸、ア
ルカリなどの薬液に耐える材質であれば、特に限定され
ないが好ましくは、ステンレス、ポリプロピレン、ポリ
エチレン等が使用できる。

【００１９】本発明に使用する中空糸膜モジュールを構
成する中空糸膜素材としては、多孔質の中空糸膜であれ
ば特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアル
コール、セルロースアセテート、ポリアクリロニロリ
ル、その他の材質を選択することができる。この中で特
に好ましい中空糸膜素材としては、アクリロニトリルを
少なくとも一成分とする重合体からなる中空糸膜が適当
である。アクリロニトリル系重合体の中でも最も好まし
いのとしては、アクリロニトリルを少なくとも５０モル
以上、好ましくは６０モル％以上と該アクリロニトリル
に対して共重合性を有するビニル化合物１種または二種
以上を５０％以下、好ましくは０〜４０モル％とからな
るアクリロニトリル系共重合体である。また、これらア
クリロニトリル系重合体２種以上、さらに他の重合体と
の混合物でもよい。上記ビニル化合物としては、アクリ
ロニトリルに対して共重合性を有する公知の化合物であ
ればよく、特に限定されないが、好ましい共重合体成分
としては、アクリル酸、イタコン酸、アクリル酸メチ
ル、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル、アリルスルホン
酸ソーダー、ｐ−スチレンスルホン酸ソーダー等を例示
することができる。

【００２０】また、次に好ましい中空糸膜素材として
は、エチレンプロピレンまたは４メチルペンテンなどの
単独または２種以上のオレフィン系重合体からなり、中
空糸膜形状として表面に長径０．１〜１μｍ、短径０．
０５〜０．５μｍのスリット状の細孔を有するものが適
当である。

【００２１】

【実施例】

実施例１供給水ポンプ、薬液注入ポンプ、中空糸膜モジュール、
モジュール容器、バイパスラインおよび薬液注入口を装
備した図１に示す中空糸膜濾過装置を製作した。中空糸
膜モジュールとしては、外径４５０μｍ、内径３２０μ
ｍ、平均ポアサイズ０．０１μｍのポリアクリロニトリ
ル多孔質中空糸膜１０，０００本からなる中空糸膜の両
端をエポキシ接着剤で固定し、しかる後に接着剤固定部
の片端を切断することにより中空糸膜を開孔させ容器内
部に収納した直径１２ｃｍ長さ１００ｃｍの中空糸膜モ
ジュールを使用している。この装置を使用して琵琶湖の
湖水を供給水ポンプで汲み上げて中空糸膜モジュールに
供給し、長期連続濾過処理を行なった。濾過処理におい
て圧力の自動調整により流量は、１０リットル／分にな
るように調整されており、モジュールの目詰まりが生じ
ても圧力が程度に応じて上昇し所定の流量が維持される
ようになっている。濾過前処理として湖水供給配管途中
に薬液注入口から予め分析したコロイド濃度に対しほぼ
当量に近い凝集剤（ポリ塩化アルミニウム）が１０ｐｐ
ｍになるように薬液注入ポンプ付タンクから注入した。
バイパスラインの循環量は２リットル／分となるように
調整した。運転開始においてはモジュールの入り口の圧
力は０．３０kg／cm²Ｇであったが、運転開始から徐々
に圧力が上昇し始め、２４時間で１．１５kg／cm²Ｇに
上昇した。そこで、供給水ポンプを止め、供給水入口コ
ックを閉めてからエアーバルブを開けバブリングを１０
分間実施し洗浄操作を行なった。洗浄終了後、排水コッ
クを開け洗浄水がなくなった時点で供給水入口コックを
開けて通常運転に入った。この時入口圧力は０．３０kg
／cm²Ｇであった。

【００２２】実施例２実施例１と同装置、同運転条件で濾過処理した中空糸膜
モジュールの洗浄の際、中空糸膜モジュール上部に設置
しための薬液注入口から、クエン酸水溶液を滴下しなが
らエアーバブリングを１０分間実施し、薬液洗浄を行な
った。洗浄終了後、排水コックを開け洗浄水を別容器に
取り処理した。運転開始時の供給圧力は、０．３０kg／
cm²Ｇであったものが２４時間通水処理により１．１５
kg／cm²Ｇまで上昇したが、薬液洗浄により運転開始時
と同じ０．３０kg／cm²Ｇまでに回復した。

【００２３】比較例１バイパスラインが設置されていない他は実施例１，２と
同装置、同運転条件で運転した中空糸膜モジュールをエ
アーバブリングにより１０分間洗浄実施した。薬液注入
口は供給ポンプの直前に直接添加されるようになってお
り、凝集剤の滞留時間は６０秒以下であった。運転開始
時の供給圧力は、０．３０kg／cm²Ｇであったものが２
４時間通水処理により１．１５kg／cm²Ｇまで上昇した
がエアーバブリング洗浄により０．３２kg／cm²Ｇまで
しか回復しなかった。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、凝集剤をはじめとする薬
品を効率的に添加することが可能となり、中空糸膜濾過
装置を長期的に濾過性能の低下なく運転することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薬液注入口が設置された濾過装置の概
略構成図である。

【図２】本発明の複数薬液注入口が設置された濾過装置
の概略構成図である。

【図３】従来の濾過装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１：供給水ライン配管２：供給ライン側バイパスライン接続口３：薬液タンク３１：薬液タンク４：薬液注入ポンプ４１：薬液注入ポンプ５：薬液注入口５１：薬液注入口６：切替バルブ６１：切替バルブ７：逆止弁８：供給水ポンプ９：供給水入口バルブ１０：原水供給口１１：排水バルブ１２：排水口１３：エアー供給口１４：エアー供給バルブ１５：中空糸膜モジュール１６：エアー抜き口１７：エアー抜きバルブ１８：中空糸膜モジュール側バイパスライン接続口１９：濾過水出口２０：濾過水配管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の多孔質中空糸膜束を内蔵した中空糸
膜モジュールと、該モジュールに被処理液を供給するた
めの送液ポンプと、該モジュールに薬液を注入するため
の薬液注入口を有した中空糸膜モジュール濾過装置であ
って、該中空糸膜モジュール上の一部分と該中空糸膜モ
ジュールへ被処理液を供給する供給水ライン上との間に
バイパスラインを設け、このバイパスライン上に薬液注
入口を設けたことを特徴とする中空糸膜モジュール濾過
装置。
【請求項２】薬液注入口と中空糸膜モジュールの間、ま
たは薬液注入口と供給水ラインの間のバイパスライン上
にバルブを設け、薬液の流れ方向の選択を可能とさせた
請求項１に記載の中空糸膜モジュール濾過装置。
【請求項３】供給水ライン上のバイパスライン接続口が
送液ポンプの上流側に設けられていることを特徴とする
請求項１に記載の中空糸膜モジュール濾過装置。
【請求項４】供給水ライン上のバイパスライン接続口と
薬液注入口の間のバイパスライン上に逆止弁を設けたこ
とを特徴とする請求項１に記載の中空糸膜モジュール濾
過装置。
【請求項５】多孔質中空糸膜を構成する中空糸膜が、ア
クリロニトリルを少なくとも一成分とする重合体、また
はオレフィン系重合体から成ることを特徴とする請求項
１に記載の中空糸膜モジュール濾過装置。
【請求項６】多数の多孔質中空糸膜束を内蔵した中空糸
膜モジュールと、該モジュールに被処理液を供給するた
めの送液ポンプと、該モジュールに薬液を注入するため
の薬液注入口を有した中空糸膜モジュール濾過装置であ
って、該中空糸膜モジュール上の一部分と該中空糸膜モ
ジュールへ被処理液を供給する供給水ライン上との間に
バイパスラインを設け、このバイパスライン上に薬液注
入口を設けたことを特徴とする中空糸膜モジュール濾過
装置を用いた濾過方法。