JP3247428U - ろ過ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程が複雑化することなく、使用環境、用途に応じたろ過ユニットを提供する。【解決手段】ろ過ユニットは、浄化対象の原水から浄化処理された処理水を得るためのろ過ユニットであって、平膜型の第１ナノろ過膜と、平膜型の第２ナノろ過膜と、第１ナノろ過膜と第２ナノろ過膜との間に配置されるスペーサー２３と、第１ナノろ過膜と第２ナノろ過膜とにより囲まれた空間に流れ込んだろ過処理された処理水を外部に取り出す取水部３０と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、ろ過ユニットに関する。

従来から、海水や下水等の原水を飲用水として再利用する場合等において、原水中の塩類や微生物等の不純物を除去する手段として、逆浸透膜等を含む膜エレメントを用いた高度水処理システムが広く利用されている。例えば、ポリアミド層、ポリスルホン支持層及び不織布等を含む平膜状の分離膜をスペーサーを介して集水管の外周部に巻き付けたスパイラル型の膜エレメントが知られている。また、中空糸膜やチューブラー膜をハウジング内に装填した膜モジュールも広く知られている。

しかしながら、スパイラル型やモジュール型の膜エレメントである場合、膜の充填率を高めるために原水が流れる流路が狭くなっており、ろ過処理時において流路が原水に含まれる不純物によって閉塞される場合があった。そのため、ろ過処理の前に、原水中の懸濁性の不純物を砂ろ過や膜分離（精密ろ過／限外ろ過）によって除去する前処理を行う必要があり、コストが増大するという問題があった。

不純物による流路の閉塞を回避するための技術としては以下に示す文献がある。例えば、特許文献１には、枠体と、枠体の第１の面に張り付けられた平膜型の第１のナノろ過膜と、枠体の前記第１の面とは反対側の第２の面に張り付けられた平膜型の第２のナノろ過膜とを備えたろ過ユニットが開示されている。

特開２０２３－７５９４８号公報

しかしながら、従来の技術では、一対のナノろ過膜を枠体の表裏に貼り付ける工程が必要となる。貼り付け工程では、接着不良等が発生する場合があり、製造工程が複雑化するという課題がある。また、従来の技術では、ろ過ユニットのサイズ、形状等が枠体のサイズ、形状等に依存してしまうため、使用環境、用途に適したろ過ユニットを提供することができない場合がある。

そこで、本考案は、上記課題を解決するために、製造工程が複雑化することなく、使用環境、用途に応じたろ過ユニットを提供することを目的とする。

本考案に係るろ過ユニットは、
浄化対象の原水から浄化処理された処理水を得るためのろ過ユニットであって、
平膜型の第１ナノろ過膜と、
平膜型の第２ナノろ過膜と、
前記第１ナノろ過膜と前記第２ナノろ過膜との間に配置されるスペーサーと、
前記第１ナノろ過膜と前記第２ナノろ過膜とで囲まれた空間に流れ込んだろ過処理された処理水を前記空間から外部に取り出す取水部と、
を備える。

本考案によれば、第１ナノろ過膜、第２ナノろ過膜、スペーサー及び取水部によりろ過ユニットを構成するので、製造工程の複雑化を回避できる。また、ろ過ユニットが簡易な構成なので、使用環境等に応じてろ過ユニットを最適な形状、サイズ等にカスタマイズできる。

第１実施形態に係るろ過膜装置の概略構成の一例を示す図である。 第１実施形態に係るろ過ユニットの平面図である。 第１実施形態に係るろ過ユニットの側面図である。 第１実施形態に係るろ過ユニットの分解斜視図である。 第２実施形態に係るろ過ユニットの構成の一例を示す斜視図である。 第２実施形態に係るろ過ユニットにおける離間部材及びストッパーの上面図である。 第２実施形態に係るろ過ユニットにおける離間部材及びストッパーの側面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態に係るろ過ユニットついて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
［ろ過膜装置１の構成例］
図１は、第１実施形態に係るろ過膜装置１の概略構成の一例を示す図である。以下では、ろ過ユニット１０Ａ、処理槽１５等の高さ方向をろ過膜装置１の上下方向とし、ろ過ユニット１０Ａ、処理槽１５等の幅方向をろ過膜装置１の左右方向とする。

ろ過膜装置１は、ろ過ユニット１０Ａと、処理槽１５と、吸引部６０と、浄水タンク７０とを備える。処理槽１５には、図示しない水源から原水ＲＷが供給され、一定量の原水が溜められる。水源としては、例えば、海水、河川水、池、湖、地下水、水道水、ダム、下水、産業廃水、排水路等が挙げられる。原水ＲＷは、図示しない供給ポンプ等を用いて、処理槽１５内に流入させてもよい。

処理槽１５内に溜められた原水ＲＷには、ろ過ユニット１０Ａが浸漬される。ろ過ユニット１０Ａは、ナノろ過膜を含み、処理槽１５内に供給された原水ＲＷに含まれる不純物を除去し、ろ過処理された処理水（透過水）ＰＷを生成する。不純物としては、例えば、細菌、原虫、ウイルス等の微生物及び有機物、微量化学物質、塩類、金属等の無機物等が挙げられる。なお、ろ過ユニット１０Ａの詳細については後述する。

吸引部６０には、例えばペリスタポンプが用いられる。吸引部６０には、一端側がろ過ユニット１０Ａに接続された通水管３４が取り付けられる。吸引部６０は、駆動によりろ過ユニット１０Ａ内を減圧してろ過処理に必要な膜間差圧（ＴＭＰ：Trans-Membrane Pressure）を発生させる。膜間差圧とは、後述する第１ナノろ過膜２１及び第２ナノろ過膜２２における供給側（原水が流入する外側）と透過側（処理水が流入する空間側）との圧力差である。本実施形態では、供給側の圧力を大気圧＋水深とし、透過側の圧力を吸引部６０の駆動により負圧とすることで、ろ過推進力となる圧力差を発生させる。なお、吸引部６０としては、ペリスタポンプ以外を用いてもよい。例えば、後述する取水部３０の通水管３４に直接吸引ポンプを接続し、吸引ポンプに別途接続した送液ホース等を介して浄水タンク７０まで処理水ＰＷを輸送させてもよい。さらに、他の吸引部６０としては、例えば、渦巻きポンプ、遠心ポンプ、容積ポンプ、自吸ポンプ、キャンドポンプ、真空ポンプ等を用いてもよい。このような吸引ろ過の他に、透過側の負圧をサイフォンによって生じさせるサイフォンろ過、供給側の水位を上げることで圧力差を上げる重力式ろ過がある。

浄水タンク７０は、吸引部６０であるペリスタポンプから引き回された通水管３４の他端が取り付けられる。これにより、ろ過ユニット１０Ａによりろ過処理された処理水ＰＷを一定量溜めることができる。

［ろ過ユニット１０Ａの構成例］
図２Ａは第１実施形態に係るろ過ユニット１０Ａの平面図であり、図２Ｂは第１実施形態に係るろ過ユニット１０Ａの側面図である。図３は、第１実施形態に係るろ過ユニット１０Ａの分解斜視図である。ろ過ユニット１０Ａは、膜エレメント２０と、取水部３０とを備える。膜エレメント２０は、平膜型の第１ナノろ過膜２１と、平膜型の第２ナノろ過膜２２と、スペーサー２３とを備える。

第１ナノろ過膜２１は、多数の孔（空隙）を有する。孔の孔径は、例えば０．００１μｍ～０．０１μｍ、好ましくは０．００２μｍ～０．００５μｍである。第１ナノろ過膜２１は、供給側から多数の孔に原水ＲＷを流すことで原水ＲＷに含まれる不純物を除去し、不純物を除去した処理水ＰＷを排出側に通過させる。第１ナノろ過膜２１では、例えば、水分子と一価イオン（Ｎａ^＋、Ｃｌ^－等）より大きな物質のほとんどを十分に除去可能である。第１ナノろ過膜２１には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、酢酸セルロース、ポリアミド等の高分子材料を用いることができる。これらの高分子は、単一材料から構成された単層膜として用いてもよいし、単一または異なる高分子から構成された複数枚の膜を積層した複合膜として用いてもよい。さらに、高分子の表面に様々な修飾基を付加することで膜表面の親水性や電荷等を改質したものを用いることも可能である。第１ナノろ過膜２１の構造としては、例えば、ポリアミド層とポリスルホン支持層と不織布とが積層一体化された分離膜等が例示される。なお、本実施形態では、第１ナノろ過膜２１を平面視矩形状で構成しているが、処理槽１５の形状、用途等に応じて任意の形状を採用できる。

第２ナノろ過膜２２は、第１ナノろ過膜２１と同様に、多数の孔（空隙）を有する。第２ナノろ過膜２２は、供給側から多数の孔に原水ＲＷを流すことで原水ＲＷに含まれる不純物を除去し、不純物を除去した処理水ＰＷを排出側に通過させる。第２ナノろ過膜２２は、平面視矩形状に限定されることはなく、処理槽１５の形状、用途等に応じて任意の形状を採用できる。なお、第２ナノろ過膜２２は、第１ナノろ過膜２１と同一の構成、機能を有するため、詳細な説明は省略する。

スペーサー２３は、網目（メッシュ）状のシートで構成される。スペーサー２３は、第１ナノろ過膜２１及び第２ナノろ過膜２２の外形よりも若干小さいサイズである。スペーサー２３は、第１ナノろ過膜２１と第２ナノろ過膜２２との間の空間内が負圧になった場合に第１ナノろ過膜２１と第２ナノろ過膜２２とが接近又は接触することを防止することで、処理水ＰＷの流路を形成する。スペーサー２３の上端中央部には、通水管３４の一端を第１ナノろ過膜２１と第２ナノろ過膜２２との間に挿入するための挿入部２４が形成される。

本実施形態では、対向配置した第１ナノろ過膜２１と第２ナノろ過膜２２との間にスペーサー２３を挟み込み、正面視で第１ナノろ過膜２１及び第２ナノろ過膜２２の左端縁、右端縁、下端縁を熱圧着等することでシーリングする。正面視で第１ナノろ過膜２１及び第２ナノろ過膜２２の上端縁は解放されている。つまり、膜エレメント２０の上端側は封筒状に開口しており、その一部が処理水ＰＷを外部に排出するための排出口として機能する。この排出口には、後述する取水部３０の通水管３４の一端が挿入される。

取水部３０は、クリップ３２と、通水管（チューブ）３４とを有する。クリップ３２は、膜エレメント２０をシールする機能と、膜エレメント２０を所定の位置に保持する機能とを有する。具体的には、クリップ３２は、膜エレメント２０と略同一の幅を有し、膜エレメント２０の上端縁を挟持することで膜エレメント２０の上端側をシールする。クリップ３２は、左右方向の両端部のそれぞれに、支持部３２０，３２１を有する。支持部３２０，３２１は、略フック状に形成され、例えば処理槽１５の左側壁及び右側壁の上端縁に引っ掛けられる。これにより、ろ過ユニット１０Ａを処理槽１５の所定位置にて支持できる。

通水管３４の一端は、クリップ３２の上端中央部からクリップ３２を高さ方向（上下方向）に貫通し、膜エレメント２０に形成された挿入部２４に挿入される。これにより、通水管３４が、第１ナノろ過膜２１と第２ナノろ過膜２２との間に形成される空間に連通する。クリップ３２と通水管３４との隙間は、例えば接着剤によりシールされる。通水管３４の他端は、吸引部６０を経由して浄水タンク７０まで引き回されて浄水タンク７０内に固定される。

［ろ過ユニット１０Ａを用いたろ過処理の流れ］
次に、第１実施形態に係るろ過ユニット１０Ａを用いて原水ＲＷをろ過処理する場合の流れについて説明する。供給ポンプが駆動されると、水源から原水ＲＷが供給配管を経由して処理槽１５内に供給される。続けて、吸引部６０が駆動されると、ろ過処理が開始される。吸引部６０の駆動によりろ過ユニット１０Ａ内が減圧され、第１ナノろ過膜２１と第２ナノろ過膜２２との間に形成される空間内にろ過処理に必要な膜間差圧が発生する。

処理槽１５に供給された原水ＲＷは、ろ過ユニット１０Ａの第１ナノろ過膜２１及び第２ナノろ過膜２２により不純物が除去される。ろ過処理された処理水ＰＷは、膜の供給側から排出側に透過し、第１ナノろ過膜２１と第２ナノろ過膜２２との間に形成される空間内に流入する。空間内に流入した処理水ＰＷは、スペーサー２３による流路を通過し、膜エレメント２０の挿入部２４に接続された通水管３４に流入する。通水管３４に流入した処理水ＰＷは、吸引部６０を経由して浄水タンク７０に排出される。このようにして、ろ過ユニット１０Ａによってろ過処理された処理水を浄水タンク７０に溜めることができる。

第１実施形態によれば、第１ナノろ過膜２１、第２ナノろ過膜２２、スペーサー２３及び取水部３０によりろ過ユニット１０Ａを構成する。これにより、例えば、従来の枠体を用いてろ過ユニットを製造する場合と比べて、製造工程の複雑化を回避できる。つまり、枠体の両面のそれぞれにナノろ過膜を貼り付ける工程等がなくなるので、ろ過ユニット１０Ａの製造工程の簡略化を図ることができる。この場合、ろ過ユニット１０Ａの部品点数も削減できるので、製造コストについても削減できる。

第１実施形態によれば、ろ過ユニット１０Ａが枠体を備えていないので、処理槽１５の大きさ、形状、深さ等に合わせて、ろ過ユニット１０Ａの設計を自由に変更できる。例えば、枠体を構成としていないので、処理槽１５内においてろ過ユニット１０Ａを湾曲させて使用することもできる。また、第１実施形態によれば、平膜型の第１ナノろ過膜２１及び第２ナノろ過膜２２を用いてろ過ユニット１０Ａを構成するので、膜表面に付着する汚れであるファウリングが発生した場合でも化学薬品を用いることなく、スポンジを用いて膜表面を軽く擦ることで除去可能である。これにより、ろ過ユニット１０Ａの膜表面を簡便かつ物理的に洗浄できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、複数枚の膜エレメント２０を用いてろ過ユニット１０Ｂを構成する。以下では、第１実施形態と実質的に共通する構成要素については同一の符号を付すとともに、共通する構成要素の説明については省略する。

図４は、第２実施形態に係るろ過ユニット１０Ｂの構成の一例を示す斜視図である。図５は、第２実施形態に係るろ過ユニット１０Ｂにおける離間部材４０及びストッパー５０の上面図である。図６は、第２実施形態に係るろ過ユニット１０Ｂにおける離間部材４０及びストッパー５０の側面図である。

ろ過ユニット１０Ｂは、図４に示すように、複数枚の膜エレメント２０と、取水部３０と、離間部材４０と、ストッパー５０とを備える。本実施形態では、市販されているフィルターユニットを用いてろ過ユニット１０Ｂを構成している。フィルターユニットは、円筒状の通水管と、通水管の周面にスパイラル状に巻き付けられた複数枚の膜エレメントと、通水管の両端部に取り付けられたＦＲＰ等の固定部材とを備える。このようなフィルターユニットにおいて、フィルターユニットの両端部の固定部材を解体し、スパイラル状に巻き付けられた複数の膜エレメントを直線状に引き延ばすことでろ過ユニット１０Ｂを構成する。なお、第２実施形態では、市販のフィルターユニットを用いてろ過ユニット１０Ｂを製造したが、これに限定されることはない。例えば、複数枚の膜エレメント２０と円筒状の取水部３０とを予め用意し、これらを互いに組み付けることでろ過ユニット１０Ｂを製造してもよい。

第２実施形態では、膜エレメント２０を例えば６枚の膜エレメント２０ａ～２０ｆで構成する。各膜エレメント２０ａ～２０ｆは、第１実施形態と同様に、平膜型の第１ナノろ過膜２１と、平膜型の第２ナノろ過膜２２と、スペーサー２３とを備える。上述したフィルターユニットの通水管は、取水部３０に相当する。各膜エレメント２０ａ～２０ｆの上端部は取水部３０に接続され、各膜エレメント２０ａ～２０ｆの流路を構成する空間が取水部３０内に連通している。なお、円筒状の取水部３０の周面に複数の孔を穿設し、各膜エレメント２０ａ～２０ｆの上端側を取水部３０の周面に巻き付けることで、各膜エレメント２０ａ～２０ｆで処理された処理水を複数の孔を介して取水部３０内に流入させてもよい。本実施形態では、複数の膜エレメント２０を６枚で構成した例について説明したが、これに限定されることはない。

離間部材４０は、隣接する膜エレメント２０同士を一定の間隔を空けて保持するための部材である。離間部材４０は、市販のフィルターユニットを用いてろ過ユニット１０Ｂを構成した場合、膜エレメント２０等の巻き戻りを防止する機能を有する。離間部材４０は、自重により平膜型の膜エレメント２０を直線状の張った状態で保持することで、膜エレメント２０の表面に発生したファウリングを容易に清掃可能とする。

離間部材４０は、図４～図６に示すように、一対の留め具４１，４２と、パイプ４３とを有する。一対の留め具４１，４２は、膜エレメント２０の左右方向の両端部側にそれぞれ対向して配置されるとともに、膜エレメント２０の上側及び下側のそれぞれに配置される。留め具４１，４２は、例えば樹脂製の細長の直方体からなる。留め具４１には、左右方向に貫通する複数の貫通孔４１ａ～４１ｅが長手方向に沿って等間隔に穿設される。留め具４２にも、左右方向に貫通する複数の貫通孔４２ａ～４２ｅが長手方向に沿って等間隔に穿設される。留め具４１の貫通孔４１ａ～４１ｅと留め具４２の貫通孔４２ａ～４２ｅとは、同一のピッチである。

パイプ４３は、図５等に示すように、隣接する膜エレメント２０，２０間の隙間に挿入され、隣接する膜エレメント２０，２０同士の隙間を確保する。本実施形態では、５本のパイプ４３ａ～４３ｅが用いられる。具体的には、パイプ４３ａは、膜エレメント２０ａ，２０ｂ間に配置され、一端が留め具４１の貫通孔４１ａに取り付けられ、他端が留め具４２の貫通孔４２ａに取り付けられる。パイプ４３ｂは、膜エレメント２０ｂ，２０ｃ間に配置され、一端が留め具４１の貫通孔４１ｂに取り付けられ、他端が留め具４２の貫通孔４２ｂに取り付けられる。パイプ４３ｃは、膜エレメント２０ｃ，２０ｄ間に配置され、一端が留め具４１の貫通孔４１ｃに取り付けられ、他端が留め具４２の貫通孔４２ｃに取り付けられる。パイプ４３ｄは、膜エレメント２０ｄ，２０ｅ間に配置され、一端が留め具４１の貫通孔４１ｄに取り付けられ、他端が留め具４２の貫通孔４２ｄに取り付けられる。パイプ４３ｅは、隣接する膜エレメント２０ｅ，２０ｆ間に配置され、一端が留め具４１の貫通孔４１ｅに取り付けられ、他端が留め具４２の貫通孔４２ｅに取り付けられる。

ストッパー５０は、離間部材４０を所定の位置で固定するための部材である。ストッパー５０には、例えば、ガジャッククリップ等が用いられる。ストッパー５０は、図４に示すように、隣接するパイプ４３，４３間の隙間に差し込まれた各膜エレメント２０の左右方向の両端部側に嵌着される。本実施形態では、４個のストッパー５０ａ～５０ｄが用いられる。ストッパー５０ａの幅（左右方向の長さ）は、隣接するパイプ４３ａ，４３ｂ間の隙間よりも広く形成される。これにより、図６に示すように、ストッパー５０ａの上面には、パイプ４３ａ，４３ｂの周面が載置される。ストッパー５０ｂの上面には、パイプ４３ｂ，４３ｃの周面が載置される。ストッパー５０ｃの上面には、パイプ４３ｃ，４３ｄの周面が載置される。ストッパー５０ｄの上面には、パイプ４３ｄ，４３ｅの周面が載置される。パイプ４３ａ～４３ｆがストッパー５０ａ～５０ｅによって支持されることで、パイプ４３ａ～４３ｆ及び留め具４１，４２が所定の高さで保持される。

なお、隣接する膜エレメント２０ａ～２０ｆ同士を離間させる手段としてパイプ４３を用いたが、これに限定されることはない。例えば、離間部材４０の留め具４１，４２の対向する面のそれぞれに、膜エレメント２０ａ～２０ｆの厚みと略同一の複数のスリットを長手方向に沿って等間隔に設けてもよい。この場合、留め具４１，４２の各スリットに膜エレメント２０ａ～２０ｆの左右端縁を差し込むことで、隣接する膜エレメント２０ａ～２０ｆ同士を離間させた状態で保持できる。

第２実施形態によれば、ろ過ユニット１０Ｂを複数の膜エレメント２０ａ～２０ｆにより構成するので、膜エレメント２０を１枚で構成する場合と比べて、ろ過処理能力を向上させることができる。また、ろ過ユニット１０Ｂを市販のフィルターユニットを用いて製造する場合には、ＦＲＰの外装が不要となるため、簡易にろ過ユニット１０Ｂを提供できる。さらにまた、ろ過ユニット１０Ｂを市販のフィルターユニットの使用済み品のリサイクルにより構成する場合には、より簡易かつ安価にろ過ユニット１０Ｂを提供できる。

第２実施形態によれば、ろ過ユニット１０Ｂを複数の膜エレメント２０ａ～２０ｆにより構成した場合でも、離間部材４０を設けることで、隣接する膜エレメント２０，２０同士を一定の間隔を空けて配置できる。これにより、隣接する膜エレメント２０，２０同士が擦過することを防止でき、膜エレメント２０ａ～２０ｆの損傷を未然に防止できる。

第２実施形態によれば、ろ過ユニット１０Ｂにおいて、少なくとも膜エレメント２０の下側に離間部材４０を設けるので、各膜エレメント２０ａ～２０ｆを直線状の張った状態で保持できる。これにより、ファウリングが発生した場合でも化学薬品を用いることなく、簡便に膜表面を物理的に洗浄できる。

なお、第２実施形態では、複数枚の膜エレメント２０ａ～２０ｆを単一の取水部３０に接続した例について説明したが、これに限定されることはない。例えば、第１実施形態で説明した膜エレメント２０と通水管３４とが一体となったろ過ユニット１０Ａを複数組み合わせることで、ろ過ユニット１０Ｂを構成してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。また、各種の変更例、改良を施したものは、当業者による実用新案登録請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、当然に本開示の技術的範囲に属する。

１ ろ過膜装置
１０Ａ，１０Ｂ ろ過ユニット
２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ 膜エレメント
２１ 第１ナノろ過膜
２２ 第２ナノろ過膜
２３ スペーサー
３０ 取水部
３２ クリップ
３４ 通水管
４０ 離間部材
４１，４２ 留め具
４３ パイプ
５０ ストッパー
ＲＷ 原水
ＰＷ 処理水

Claims (3)

1. 浄化対象の原水から浄化処理された処理水を得るためのろ過ユニットであって、
   平膜型の第１ナノろ過膜と、
   平膜型の第２ナノろ過膜と、
   前記第１ナノろ過膜と前記第２ナノろ過膜との間に配置されるスペーサーと、
   前記第１ナノろ過膜と前記第２ナノろ過膜とにより囲まれた空間に流れ込んだろ過処理された処理水を前記空間から外部に取り出す取水部と、
   を備えるろ過ユニット。
2. 前記第１ナノろ過膜、前記第２ナノろ過膜及び前記スペーサーにより膜エレメントが構成され、
   前記膜エレメントは複数設けられ、
   前記複数の膜エレメントは前記取水部に接続される、
   請求項１に記載のろ過ユニット。
3. 前記複数の膜エレメントにおいて、隣接する前記エレメント同士を所定の間隔を空けて保持するための離間部材を有する、
   請求項２に記載のろ過ユニット。
   
   
   
   

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