JP3500218B2 - 膜モジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膜モジュールが配設さ
れた濾過装置に関し、特に汚濁性（殊に有機物の汚濁
性）の高い液体を処理するのに適した濾過装置およびこ
れに用いる膜モジュール組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、膜モジュールは、無菌水、飲料
水、高純度水の製造や、空気の浄化といったいわゆる精
密濾過の分野において数多く使用されてきたが、近年、
下水処理場における二次処理、三次処理や、浄化槽にお
ける固液分離等の高汚濁性水処理用途に用いる検討が様
々な形で行われている。

【０００３】しかしながら、これらの分野で用いられて
いる膜モジュールも、従来の精密濾過の分野において用
いられてきた円形状や同心円状（平膜スパイラル、平膜
プリーツ、中空糸膜綛どり等）に分離膜を収束して配置
した円筒形タイプのものがほとんどであった。また、改
良が施されるとしても、分離膜の充填率や充填形態を変
えるだけのものが多かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の膜モ
ジュールを用いて高汚濁性水（例えば、ＳＳ≧５０ｐｐ
ｍ，ＴＯＣ≧１００ｐｐｍ）の濾過処理を行った場合に
は、使用に伴ない膜表面または膜間に付着した有機物等
の堆積物を介して、膜同士が固着（接着）して一体化さ
れることにより、モジュール内の分離膜の有効膜面積が
低下し、濾過流量の急激な減少がみられた。特に、この
現象は円筒形モジュールの中心部の分離膜において著し
く、大型のもの程顕著であった。

【０００５】この問題の解決策として、集束型で円筒形
の中空糸膜モジュールに換えて、多本数の中空糸膜をシ
ート状に並び拡げて配置し、中空糸膜の片端部または両
端部を固定してなる中空糸膜モジュールが提案されてい
る（特開平５−２６１２５３号公報、同６−３４０号公
報、同６−３４２号公報等）。これらモジュールは、中
空糸膜の編織物を形成し、これをそのままあるいは積層
して端部をポッティング剤で固定する方法等により製造
される。このような手法は平膜を袋状に成形したものや
管状のセラミック膜にも応用できる。

【０００６】このような中空糸膜モジュールは、高汚濁
性水の濾過に多大な効果を発揮した。特に、エアー上昇
流で膜面の堆積物を剥離させるエアースクラビング洗浄
を併用することにより安定した濾過能力が得られた。し
かし、１モジュール当りの中空糸膜の本数や中空糸膜編
織物の枚数が多くなったり、複数のモジュールをその間
隔を詰めて設置した場合には、中空糸膜編織物間やモジ
ュール間にｓｓの堆積が見られ、濾過効率の低下が生ず
ることがあった。

【０００７】本発明の目的は、高汚濁性水の濾過に使用
してもモジュール内の分離膜が固着一体化しにくく、ま
たモジュール間の間隔を狭くして設置しても分離膜の固
着がなく、１モジュール当りの分離膜の膜面積を増やし
ても単位膜面積当りの濾過能力の低下の少ない濾過装置
を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、かかる濾過装置に簡
便に設置できる膜モジュール組立体を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、濾
過槽内に複数のシート状の分離膜がほぼ平行になるよう
に配設された濾過装置において、分離膜の間に、散気管
を分離膜間の距離を保つスペーサーとして機能させるよ
うに配置したことを特徴とする濾過装置である。

【００１０】また、もう一つの本発明は、シート状の分
離膜を有する膜モジュールの複数個と、散気管とを一体
に組み立ててなる膜モジュール組立体であって、各分離
膜がほぼ平行になるように膜モジュールを配置し、かつ
分離膜の間に、散気管を分離膜間の距離を保つスペーサ
ーとして機能させるように配置してなる膜モジュール組
立体である。

【００１１】

【作用】高汚濁性水を分離膜で濾過すると膜表面に多く
のＳＳや有機物が堆積する。そのため、膜面に水流、エ
アー、振動、超音波等を用いて堆積物を剥離させ洗浄す
る必要がある。洗浄しない場合には、膜面に堆積した有
機物等が膜の閉塞の原因となり濾過寿命の低下を招く。
そこで、膜面、膜間に確実にエアーを当てエアースクラ
ビングを効率的に行ない、かつ分離膜同士が固着あるい
は接着せず、ある程度の距離を保たせるように、シート
状の分離膜を互いほぼ平行になるように配設するととも
に、分離膜と分離膜との間に散気管をスペーサーとして
の役割をも果すように配設したものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の濾過装置につき図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の濾過装置の斜視図であ
り、図２はその平面図である。濾過槽内にシート状の分
離膜１を有する膜モジュール２が複数配設され、ほぼ平
行に位置させた分離膜と分離膜との間に散気管３が配設
されている。本発明においては、分離膜はある程度の移
動自由度を有しており、分離膜は完全な平面状態の場合
だけではなく、曲面を形成している場合も多い。したが
って、図からも明らかなように、本発明にいう分離膜が
ほぼ平行であるとは、平面同士の完全な平行関係をいう
のではなく、少なくとも一つの分離膜の形成する面上の
ある直線と、他の分離膜の形成する面上のある直線とが
ほぼ平行関係を満たしていればよい意である。換言して
概略的に表現すると、分離膜同士が近接して配設されて
いるが、交叉、接触しない位置関係を意味している。な
お、この例の場合には、各分離膜の形成する面上の鉛直
線同士が上述の関係を満たしている。

【００１３】散気管３は、本来のエアーの放出孔を有す
る配管としてだけでなく、ほぼ平行に配置された分離膜
の間に、これらの距離を一定に保つスペーサーとしての
役割を果すように配設されている。図１のように、分離
膜が左右の両端の構造材４で支持されたモジュールとし
て形成されている場合には、この構造材と平行な方向に
散気管を配設するのが適当である。通常、分離膜と分離
膜との間隙一つ当り、複数本の散気管が分離膜の長さよ
りも多少長目の長さ（散気管の上端が分離膜の上端より
上部に位置する状態）で配設されることが好ましい。ま
た、一つのモジュール内に複数の分離膜が配設されてい
る場合には、それら分離膜の間隔は狭くなりがちで固着
一体化しやすいので、特に十分な数の散気管を配設する
ことが好ましい。

【００１４】図３および図４は、本発明の濾過装置に用
いる膜モジュールの例を示す斜視図であり、分離膜とし
て中空糸膜６を用いたものである。これらの例から分る
ように、本発明にいう一つのシート状分離膜とは、平膜
だけを意味するのではなく、多数の中空糸膜をシート状
に並び拡げた集合体、例えば中空糸膜編織物からなるも
のをも意味する。これら中空糸膜モジュールは、構造材
４と、固定部材５と、中空糸膜６とを有して構成されて
いる。

【００１５】構造材４は、中空糸膜モジュール全体を支
持する部材として機能し、細長いほぼ矩形の開口部を有
するとともに、その内部に濾液室を有する。その材質と
しては機械的強度および耐久性を有するものであればよ
く、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリプ
ロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹
脂、塩化ビニル樹脂等が例示される。

【００１６】図４のように、直線状に配置された中空糸
膜の両端が開口を有するタイプの中空糸膜モジュールで
は一モジュール当り２個の構造材が使用されるが、図３
のように中空糸膜がＵ字状に折り曲げられて用いられる
タイプのモジュールでは１個の構造材が使用される。な
お、濾液取り出し口７が構造材４の一端に配設されてい
る。

【００１７】構造材４の開口部は、そこに中空糸膜を伴
って充填固定される固定部材５の中空糸膜に垂直な断面
の形状が細長いほぼ矩形となるようなものであり、この
矩形の短辺の長さが３０ｍｍ以下となることが好まし
く、１５ｍｍ以下となることが特に好ましい。このよう
に、多数本の中空糸膜をほぼ平行に揃えてシート状に並
び拡げることで、中空糸膜束が一本の棒状に固着一体化
するのが防止される。また、例え中空糸膜同士が固着し
たとしても、中空糸膜の固着部の厚みは薄く、中空糸膜
がシート状として配設されているので、容易にその固着
状態を回復することがてきる。なお、矩形の長辺の長さ
については特に限定はないが、余り短いと一つの中空糸
膜モジュール内に配設できる中空糸膜の本数が減少する
ので好ましくなく、また余り長いと製造が困難になるの
で好ましくない。通常、長辺の長さは１００〜２０００
ｍｍ程度とされる。

【００１８】固定部材５は、構造材４の開口部に充填固
定され、多数本の中空糸膜６の各端部を開口状態を保っ
たまま集束して固定するとともに、かつこれらの中空糸
膜を濾過膜として機能させるために、被処理水と処理水
とを液密に仕切る部材として機能する。固定部材５は、
通常エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン等の液状樹脂を硬化させて形成される。

【００１９】中空糸膜６としては、種々のものが使用で
き、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニ
ルアルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリスルフォン系等の各
種材料からなるものが使用できるが、編織時の加工のし
やすさを考慮すると、ポリエチレン、ポリプロピレン等
の強伸度の高い材質のものが好ましい。なお、濾過膜と
して使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外
径等に特に制限はない。

【００２０】中空糸膜６を、構造材４の細長いほぼ矩形
の開口部にシート状に並べて収納するには、中空糸膜を
例えば緯糸として用いて編織物としたものを一枚、また
はこの編織物を数枚積層した積層体を使用するのが好適
である。積層の枚数は、編織物の厚さ、すなわち中空糸
膜の太さや編織物を編織する際の中空糸膜の合糸本数に
よっても変化するが、通常は５枚程度までであり、前述
した固定部材の矩形断面の短辺の長さの制限を満たすよ
うにするのが適当である。

【００２１】以上、分離膜として中空糸膜を用いた例に
より説明したが、中空糸膜に代えて平膜を用いた分離膜
モジュールについても同様に構成でき、本発明に用いる
ことができる。

【００２２】本発明に用いる散気管は、分離膜間に確実
にエアーを送り込むのと同時に分離膜間に距離を持たせ
て分離膜同士の接触を押さえる機能を果たすものであ
り、特に膜モジュール当りに複数枚の分離膜（中空糸膜
を使用する場合には複数枚の中空糸膜編織物）が配設さ
れている場合には、同一モジュールの分離膜間に複数個
の散気管を配設することが好ましい。図１では、同一モ
ジュールの中空糸膜編織物間には各３本、異なるモジュ
ールの中空糸膜編織物間には２本、モジュールの外側に
は各２本の散気管を配設した例が示されているが、散気
管の本数はもち論この例によっては限定されない。

【００２３】散気管は分離膜と接触するため、形状とし
ては角のない円管状が好ましく、また分離膜同士の固着
を防げる程度の大きさとして、外径が１０〜３０ｍｍ程
度のものが好ましい。散気管に配設される孔の構造は、
分離膜へ一様にエアーが当りかつ洗浄効果の高いもので
あれば特に制限はない。好ましい例として０．５〜３ｍ
ｍ程度の径で、管軸に垂直に十字方向に散気孔を設け、
４方向から均一にエアーの出る構造とし、この散気孔の
配設位置は分離膜全体にエアーを当てることができるよ
うに、少なくとも一組は分離膜より下方であることが好
ましい。また、散気管は分離膜の集合体の外側にも配置
してもよく、このような散気管については、分離膜に向
けて３０〜９０°角度を開いて二ケ所に散気孔を設けた
ものが好ましい。

【００２４】散気管の材質としては、ポリ塩化ビニル、
ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹
脂、等の合成樹脂、金属、木材等が挙げられるが、中空
糸と接触するため接触部には中空糸と擦れた際に中空糸
に擦過的な損傷を与えないことが必要であり、角を持つ
ような形状の場合には面取り加工を施すのが好ましい。
耐腐食性や、加工のしやすさを考えると合成樹脂性のも
のが好ましい。

【００２５】本発明の濾過装置は、濾過槽内に分離膜と
散気管とを前述の位置関係を保って配置してなるもので
あるが、分離膜を含む膜モジュールの複数個と散気管と
を前述の位置関係となるように組み立てて一体化した膜
モジュール組立体としたものを用いてもよい。従来、濾
過装置に膜モジュールを設置する場合に散気管とモジュ
ールの細かい位置合わせが必要であったが、この膜モジ
ュール組立体を用いる場合には位置合わせが不用なので
濾過槽等への設置が簡便となる。また、既存の曝気槽や
濾過槽等への膜モジュール組立体の設置も非常に簡便に
実施できる。

【００２６】本発明の濾過装置は、濾過槽として密閉容
器を用いた加圧濾過法にも使用できるが、活性汚泥槽や
沈殿槽等に中空糸膜モジュールを配設し、中空糸膜を透
過した処理水を回収するサイドを吸引する吸引濾過法で
使用することが好ましい。特に、周期的に一時吸引を停
止する、いわゆる間欠吸引運転法を採用することによ
り、膜面堆積物が膜面内部へ入り込むのを効率的に防止
することができる。

【００２７】図５は、本発明の濾過装置を曝気槽として
使用した例を示す模式図である。被処理液中に浸漬され
た中空糸膜モジュールは、真空ポンプ１０により吸引が
行なわれ、中空糸膜により分離濾過が行なわれた処理水
１３が回収される。膜洗浄用のエヤーは、ブロワー３か
ら散気管３へ供給され、中空糸膜管から膜表面へ放出さ
れるので膜表面の洗浄を効率的に行うことができる。

【００２８】吸引濾過法においては、モジュール外の被
処理水は停止させておいてもよいが、攪拌したり、ある
いは被処理水を中空糸膜の配設方向に対してほぼ垂直に
流して中空糸膜の膜面の洗浄効率をアップさせつつ実施
することが好ましい。

【００２９】本発明の濾過装置は、特に高汚濁性水の処
理に適しており、具体的な利用分野としては、下排水処
理における固液分離、産業排水処理（固液分離）、河川
水濾過、工業用水道水濾過、プール水濾過、食品工業に
おける用水濾過および製品の清澄濾過、酒、ビール、ワ
イン等の濾過（特に生製品）、製薬食品等におけるファ
ーメンターからの菌体分離、染色工業における用水およ
び溶解染料の濾過、海水濾過、ＲＯ膜における純水製造
プロセス（含、海水淡水化）における前処理濾過、イオ
ン交換膜を用いたプロセスにおける前処理濾過、イオン
交換樹脂を用いた純水製造プロセスにおける前処理濾過
等が挙げられる。

【００３０】

【発明の効果】本発明の濾過装置では、洗浄エアーが確
実に分離膜に当てられ、また分離膜間の距離が強制的に
規制されるので、分離膜間への有機物の堆積が抑えら
れ、分離膜の固着一体化が防止される。これによって、
特に高汚濁性水の濾過において長期にわたって高い濾過
効率を保つことが可能である。

【００３１】また、本発明の膜モジュール組立体を用い
ると、上述の効果に加え、従来のように散気管とモジュ
ールとの細かい位置合わせが不用となり、濾過槽等への
設置が簡便となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の濾過装置の斜視図である。

【図２】図１の濾過装置の平面図である。

【図３】本発明の濾過装置に用いる中空糸膜モジュール
の一例の斜視図である。

【図４】本発明の濾過装置に用いる中空糸膜モジュール
の他の一例の斜視図である。

【図５】本発明の濾過装置を曝気槽として使用した例を
示す模式図である。

【符号の説明】

１ 分離膜 ２ 膜モジュール ３ 散気管 ４ 構造材 ５ 固定部材 ６ 中空糸膜 ７ 濾液取り出し口 ８ 曝気槽 ９ ブロワー １０ 吸引ポンプ １１ 真空計 １２ 吸引圧調整バルブ １３ 処理水

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢ノ根 勝行 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60 号 三菱レイヨン株式会社 商品開発研 究所内 (56)参考文献 特開 平６−218247（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−60432（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 61/00 - 71/82 C02F 1/44

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 濾過槽内に複数のシート状の分離膜がほ
   ぼ平行になるように配設された濾過装置において、分離
   膜の間に、散気管を分離膜間の距離を保つスペーサーと
   して機能させるように配置したことを特徴とする濾過装
   置。
2. 【請求項２】 一つのシート状分離膜が、多数の中空糸
   膜をシート状に並び拡げた集合体からなる請求項１記載
   の濾過装置。
3. 【請求項３】 シート状の分離膜を有する膜モジュール
   の複数個と、散気管とを一体に組み立ててなる膜モジュ
   ール組立体であって、各分離膜がほぼ平行になるように
   膜モジュールを配置し、かつ分離膜の間に、散気管を分
   離膜間の距離を保つスペーサーとして機能させるように
   配置してなる膜モジュール組立体。