JP3391866B2 - 膜分離装置の運転方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、クロスフロー方式の膜
分離装置の運転方法に関し、特に、継続して高い濾過効
率を得ることが可能な運転方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】濾過膜により分離された二室を備えた濾
過器と、その二室の内の一方の室にそれぞれ接続された
供給路および循環路と、他方の室に接続されると共に開
閉弁を備えた濾液路とを備え、その供給路側から前記一
方の室を介してその循環路側へ原液を流通させることに
より、前記他方の室から濾液路へ濾液を回収する形式の
膜分離装置が知られている。このような膜分離装置にお
いては、濾過膜の上記一方の室側の膜面が、流通させら
れる原液により常に洗浄されることになるため、ケーク
の堆積による目詰まりが発生し難い利点がある。しかし
ながら、この膜分離装置においても、多少の目詰まりは
避けられず、濾過が継続して行われるに連れて濾過効率
が低下するため、通常は、定期的に目詰まり除去を行う
必要がある。 【０００３】そこで、濾過中に上記濾液路の開閉弁を閉
じて濾過膜に分離された二室の圧力差をなくした状態で
原液を循環させる所謂フラッシングを定期的に行うこと
によって濾過効率の低下を低減することが一般に行われ
ている。上記フラッシングは、濾過膜の両面の圧力差を
なくして濾過膜表面に押圧されていたケークを圧力から
解放することにより、上記の流通する原液による洗浄効
果を高めようとするものである。 【０００４】また、特開平２−９４９２号公報に開示さ
れるように、濾過中に定期的に供給路側の原液の流通を
停止すると同時に上記開閉弁を閉じるという濾過装置の
運転方法が提案されている。この運転方法によれば、原
液の供給を停止させて上記二室の圧力差をなくすことに
よって濾過膜表面からのケークの解離を促進した後、再
び開閉弁を開けると共に原液を供給して、そのケークを
剥離しようとするものである。 【０００５】 【発明が解決すべき課題】しかしながら、上記運転方法
によっても目詰まりの除去は未だ不充分であり、継続的
に濾過を行っていると、図３の破線に示すように時間の
経過と共に目詰まりが発生して、徐々に濾過効率が低下
するのである。 【０００６】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであって、その目的は、継続的に高い濾過効率が
得られる膜分離装置の運転方法を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、濾過膜により分離さ
れた二室を備えた濾過器と、それら二室の内の一方の室
にそれぞれ接続された供給路および循環路と、他方の室
に接続されると共に開閉弁を備えた濾液路とを備え、そ
の供給路側から前記一方の室を介してその循環路側へ原
液を流通させることにより、前記他方の室から濾液を回
収する形式の膜分離装置の運転方法であって、(a) 前記
供給路から前記一方の室への送液を停止する送液停止工
程と、(b) その送液停止工程により送液が停止されてか
ら所定時間経過の後、前記開閉弁の閉弁を開始する閉弁
工程と、(c) その閉弁工程により開閉弁が閉じられた状
態で送液を行うフラッシング工程とを含むことにある。 【０００８】 【作用および発明の効果】このようにすれば、供給路か
ら濾過器の一方の室への原液の供給が停止されて所定時
間経過の後、濾液路の開閉弁が閉じられる。このとき、
原液の供給停止時には濾液路の開閉弁が開いていること
により、原液の慣性による流れによって一方の室内の圧
力が急激に立ち下がるので、他方の室内の濾液がその一
方の室へ吸引されるエゼクタ的効果が生じて、濾過膜に
押し付けられていたケークが効果的に剥離される。次い
で、閉弁状態で送液を行うと、一方の室と他方の室との
圧力差がない状態で原液が急激に流動させられるため、
濾過膜から剥離したケークが原液により運ばれて、効果
的なフラッシングが行われ、高い目詰まり除去効果が得
られるのである。 【０００９】 【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面を参照して
説明する。 【００１０】図１は、本発明の運転方法が適用される膜
分離装置の構成を示す図である。図において、濾過器１
０は、例えば円筒状の二重構造とされたもので、その内
部はセラミックフィルタ１２によって二室に仕切られて
いる。一方の室１４の一端部は供給バルブ１５と循環ポ
ンプ１６とを備えた供給路１８を介して原液槽２０に接
続されており、他端部は循環路２２を介してその原液槽
２０に接続されている。また、濾過器１０の他方の室２
４は、上記循環路２２側の端部において例えば直動型電
磁弁等の濾液出口バルブ２６を備えた濾液路２８を介し
て濾液槽３０に接続されている一方、供給路１８側の端
部において逆洗バルブ３１と逆洗用ポンプ３２とを備え
た逆洗路３４を介してその濾液槽３０に接続されてい
る。なお、本実施例においては、上記濾液出口バルブ２
６が開閉弁に相当する。 【００１１】上記セラミックフィルタ１２は、例えばア
ルミナ質セラミックス等から成るものであって、例えば
０．０８乃至１０μｍ程度の範囲内において任意の大き
さの比較的均一な細孔を有する見掛け気孔率３５％程度
の精密濾過膜、または、更に小さい径の細孔を有する限
外濾過膜を内周面に備えて円筒状に形成されている。前
記濾過器１０は、例えばステンレス等の円筒状容器３６
内に上記セラミックフィルタ１２が固定されて構成され
ており、セラミックフィルタ１２は、その端面において
ＥＰゴムやシリコンゴム等によってシールされて、その
円筒状の内周面すなわち濾過膜が前記供給路１８および
循環路２２のみに連通させられている。これにより、前
記他方の室２４は密閉された円筒状に形成されている。
なお、上記細孔の大きさは、濾過を行う原液に応じて適
宜選択されるものである。 【００１２】以上のように構成された膜分離装置の運転
方法を、図２のタイムチャートに従って説明する。時刻
ｔ０においては供給バルブ１５と濾液出口バルブ２６と
が開かれ、逆洗バルブ３１が閉じられた状態で、循環ポ
ンプ１６が運転されて濾過が行われている。すなわち、
循環ポンプ１６によって原液槽２０内の原液３８が供給
路１８を通って濾過器１０に送られ、循環路２２を通っ
て原液槽２０に循環させられている。このとき、濾過器
１０の一方の室１４には原液３８により圧力が加えられ
るため、原液３８は上記セラミックフィルタ１２内周面
の濾過膜の細孔から浸透し、濾過が行われる。他方の室
２４に浸透した濾液は、濾液路２８を通って濾液槽３０
に貯留される。すなわち、上記膜分離装置においては、
一方の室１４と他方の室２４との圧力差に基づいて濾過
が行われ、循環路２２を通って原液槽２０に循環させら
れる原液３８は、濃縮液となっている。 【００１３】時刻ｔ１において、循環ポンプ１６が停止
させられ、所定時間（ｔ２−ｔ１）経過の後、時刻ｔ２
において濾液出口バルブ２６が閉じられる。この所定時
間（ｔ２−ｔ１）は２〜３秒程度の僅かな時間である。
その後、時刻ｔ３において、再び循環ポンプ１６が運転
させられ、所謂フラッシングが行われる。時刻ｔ４にな
ると、循環ポンプ１６が停止させられ、時刻ｔ５におい
て濾液出口バルブ２６が開かれた後、時刻ｔ６において
循環ポンプ１６が再度運転を開始され、再び濾過が行わ
れる。上記の時刻ｔ１からｔ６までの一連の工程は、例
えば１０秒乃至６０秒程度で行われるものであり、膜分
離装置の運転中に所定の間隔で、例えば３０分毎に繰り
返される。なお、本実施例においては、時刻ｔ１乃至ｔ
３が送液停止工程に、時刻ｔ２乃至ｔ５が閉弁工程に、
時刻ｔ３乃至ｔ４がフラッシング工程にそれぞれ相当す
る。 【００１４】図３は、濾液路２８における濾液の流束す
なわち濾過流束（すなわち濾過効率）の時間変化を表し
たグラフである。図の●および実線が膜分離装置を前述
の運転方法に従って運転した結果を表す。図のｂ−ｃ間
等のグラフの谷から山へ向かう間において前記のｔ１か
らｔ６までの一連の工程が行われており、ａ−ｂ間等の
山から谷へ向かう間において時間の経過と共に低下した
濾過流束が初期の値（ａ）と同等にまで回復させられて
いる。 【００１５】なお、前記の逆洗用ポンプ３２は、濾液槽
３０内に貯留された濾液４０を、逆洗路３４を通して濾
過器１０の他方の室２４に送るものであり、予め定めら
れた所定の間隔、例えば２４時間毎に、循環ポンプ１６
を停止すると共に濾液出口バルブ２６を閉弁し、逆洗バ
ルブ３１を開弁して、１０乃至１５秒間作動させられる
ことにより、他方の室２４内の圧力を一方の室１４より
も高め、濾液４０を他方の室２４から一方の室１４へ逆
流させることによってセラミックフィルタ１２の目詰ま
りを除去するものである。 【００１６】ここで、本実施例においては、前記の一連
の工程ｔ１〜ｔ６が所定の間隔で行われるため、濾過中
に濾過膜１０の内面に堆積したケークが効果的に除去さ
れ、前述のように高い濾過流束（濾過効率）が維持され
るのである。すなわち、循環ポンプ１６を停止した状態
で所定時間放置された後、濾液出口バルブ２６が閉じら
れる。このとき、原液３８の供給停止時には濾液出口バ
ルブ２６が開いていることにより、原液３８の慣性によ
る流れによって一方の室１４内の圧力が急激に立ち下が
るので、他方の室２４内の濾液４０がその一方の室１４
へ吸引されるエゼクタ的効果が生じて、セラミックフィ
ルタ１２内周面の濾過膜に押し付けられていたケークが
効果的に剥離される。次いで、閉弁状態で送液を行う
と、一方の室１４と他方の室２４との圧力差がない状態
で原液３８が急激に流動させられるため、濾過膜から剥
離したケークが原液３８により運ばれて、効果的なフラ
ッシングが行われ、高い目詰まり除去効果が得られるの
である。 【００１７】これに対して、従来行われていたフラッシ
ングでは、循環ポンプ１６が停止されず、濾液出口バル
ブ２６の閉弁のみが行われており、原液３８の慣性によ
る流れが生じず、エゼクタ的効果が生じないため、上記
のようなケークの効果的な剥離が発生しなかった。更
に、原液３８の流動の急激な変化がないため、充分な目
詰まり除去が行われ得ず、図３の▲および破線に示すよ
うに、フラッシングを行っても濾過流束が初期の値
（ａ）まで回復せず、徐々に低下していたのである。ま
た、前記の特開平２−９４９２号公報に開示される、濾
過中に定期的に循環ポンプ１６を停止すると同時に濾液
出口バルブ２６を閉じるという方法では、原液３８が慣
性により流れるときには濾液出口バルブ２６が閉じられ
ているため、エゼクタ的効果が生じず、ケークの剥離が
不充分である。しかも、循環ポンプ１６を再度運転する
ときには同時に濾液出口バルブ２６が開弁されて濾過が
行われて（すなわち所謂フラッシングは行われない）、
一方の室１４と他方の室２４との間に圧力差が発生し、
剥離したケークが再びセラミックフィルタ１２内周面の
濾過膜に押圧されるため、原液３８によりケークが十分
に運ばれ得ず、目詰まりの除去は不充分となって、図３
の▲および破線に示す上記の従来のフラッシングの場合
と同様に、徐々に濾過効率が低下するのである。 【００１８】また、本実施例によれば、濾液出口バルブ
２６が直動型電磁弁で構成されると共に、濾液路２８内
の圧力が零となった状態で閉弁されるため、閉弁時の衝
撃が濾過器１０に伝達されて、セラミックフィルタ１２
にウォーターハンマー的な力が作用し、セラミックフィ
ルタ１２内周面の濾過膜上のケークが一層剥離し易い状
態となる。そのため、一層高い目詰まり除去効果が得ら
れる。 【００１９】また、目詰まり除去のための一連の工程
（ｔ１〜ｔ６）は、１０秒乃至６０秒の短時間で行われ
るため、濾過の行われない時間が比較的短くされて、高
い運転効率が得られる。 【００２０】また、時刻ｔ４において循環ポンプ１６が
停止されることにより、一方の室１４内の圧力の立ち下
がりによるケークの剥離効果が現れる。循環ポンプ１６
の停止は、ｔ３〜ｔ４の間に複数開行われても良い。こ
の循環ポンプ１６の停止は、濾液出口バルブ２６が閉じ
られた状態で行う必要がある。濾液出口バルブ２６が循
環ポンプ１６の運転中に開けられると、一方の室１４と
他方の室２４との間に差圧が生じ、ケークが濾過膜１２
に押し付けられて剥離され難くなるからである。 【００２１】また、本実施例においては、逆洗路３４お
よび逆洗用ポンプ３２が備えられているため、前述のよ
うに定期的に濾液４０を他方の室２４に送ることで、一
層確実な目詰まり除去が行われ、高い濾過流束が長期間
に亘って維持される。 【００２２】また、濾過膜がアルミナ質セラミックスか
ら構成されているため、上述の運転方法においても高い
濾過流束が得られなくなった場合には、化学処理或いは
加熱処理を施すことによって、初期の濾過流束が回復し
て使用可能となるため、高い経済性が得られる。 【００２３】なお、供給路１８から濾過器１０への送液
の停止は、循環ポンプ１６の停止に代えて、循環ポンプ
１６と濾過器１０との間に備えられている供給バルブ１
５を閉じることによっても良い。また、上述のように送
液の停止を循環ポンプ１６の停止によって行う場合に
は、供給バルブ１５は必ずしも設けられていなくとも良
い。 【００２４】図４は、前記の膜分離装置の他の運転方法
のタイムチャートである。本実施例においては、時刻ｔ
４において循環ポンプ１６の停止を行わず、直ちに濾液
出口バルブ２６が開かれる。時刻ｔ１乃至ｔ３の工程は
前述の実施例と同様であるため、このようにしても、前
述と同様に高い目詰まり除去効果が得られて、高い濾過
流束が維持される。なお、本実施例においては、時刻ｔ
１乃至ｔ３が送液停止工程に、時刻ｔ２乃至ｔ４が閉弁
工程に、時刻ｔ３乃至ｔ４がフラッシング工程に相当す
る。 【００２５】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は更に別の態様でも実施され
る。 【００２６】例えば、前述の実施例においては、セラミ
ックフィルタ１２として円筒状のアルミナ質セラミック
スを用いたが、軸方向に複数の貫通孔を備え、それら貫
通孔の内周面に実施例と同様な濾過膜がそれぞれ設けら
れた円柱状のフィルタが用いられても良く、また、他の
セラミックスや樹脂性の濾過膜が用いられた膜分離装置
にも、本発明の運転方法は適用され得る。なお、セラミ
ックフィルタは、高い機械的強度と剛性を備えているた
め、本発明のように圧力の急激な変化が生じる場合にも
破損等の虞がなく、安定した濾過が行われるため、特に
好適である。 【００２７】また、濾液出口バルブ２６は、必ずしも直
動型電磁弁でなくとも良く、パイロット型電磁弁やニー
ドル弁等が用いられても良い。 【００２８】また、逆洗バルブ３１、逆洗用ポンプ３２
および逆洗路３４等の逆洗手段は必ずしも設けられなく
とも良い。 【００２９】また、時刻ｔ２における濾液出口バルブ２
６の閉弁と、時刻ｔ３における循環ポンプ１６の運転の
再開とは、特に間隔を開けて行う必要はなく、閉弁後直
ちに循環ポンプ１６が運転されても良い。 【００３０】その他、一々例示はしないが、本発明はそ
の主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例が適用される膜分離装置の構
成を示す図である。 【図２】図１の膜分離装置の運転方法を示すタイムチャ
ートである。 【図３】図１の膜分離装置を図２のタイムチャートに従
って運転を行ったときの濾過流束の時間変化を示す図で
ある。 【図４】本発明の他の実施例を示すタイムチャートであ
って図２に対応する図である。 【符号の説明】 １０：濾過器 １２：セラミックフィルタ（濾過膜） １４：一方の室 １８：供給路 ２２：循環路 ２４：他方の室 ２６：濾液出口バルブ（開閉弁） ２８：濾液路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−214528（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−126511（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−43305（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 61/22 B01D 65/02 530

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 濾過膜により分離された二室を備えた濾
   過器と、該二室の内の一方の室にそれぞれ接続された供
   給路および循環路と、他方の室に接続されると共に開閉
   弁を備えた濾液路とを備え、該供給路側から前記一方の
   室を介して該循環路側へ原液を流通させることにより、
   前記他方の室から濾液を回収する形式の膜分離装置の運
   転方法であって、 前記供給路から前記一方の室への送液を停止する送液停
   止工程と、 該送液停止工程により送液が停止されてから所定時間経
   過の後、送液が停止されている状態で前記開閉弁の閉弁
   を開始する閉弁工程と、 該閉弁工程により開閉弁が閉じられた状態で送液を行う
   フラッシング工程とを含むことを特徴とする膜分離装置
   の運転方法。