JP3897419B2 - 中空糸膜モジュールを用いた濾過方法および濾過装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、下排水処理や産業廃水処理における固液分離など特に汚濁性の高い液体の濾過のための中空糸膜モジュールを用いた濾過方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、中空糸膜モジュールを用いた濾過装置は、無菌水、飲料水、高度純水の製造、空気の浄化等に数多く使用されてきたが、これらの用途に加えて、近年では、下水処理場における２次処理、３次処理や、浄化槽における固液分離、産業廃水中のＳＳの固液分離など、高汚濁性水の処理用途に用いられるようになっている。
【０００３】
高汚濁性水濾過の用途に好適に用いられる中空糸膜モジュールとしては、特開平５−２６１２５３号公報、特開平６−３４２号公報、特開平６−３４０号公報等に示されるような、矩形の樹脂固定部を有する中空糸膜モジュールが挙げられる。
【０００４】
これら矩形の樹脂固定部を有する中空糸膜モジュールは、排水処理液槽中に浸漬して設置され、中空糸膜モジュールの下方に配設した散気管よりエアースクラビング洗浄を行いながら吸引濾過を行うことによって安定した濾過運転が可能であった。
【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って高汚濁性水の濾過を行う場合、エアースクラビング洗浄の併用が必須であり、中空糸膜モジュール全体に継続的にエアーがうまく当たらないと、長期に渡っての安定した濾過運転が非常に難しく、装置の下方に配設する散気管も、中空糸膜モジェールの長さに合わせて複数本並び広げる必要があった。
【０００６】
本発明は、これらの不都合に鑑みてなされたものであり、少ない散気管で、中空糸膜モジュール全体が良好にエアースクラビング洗浄できる中空糸膜モジュールを用いた濾過方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、平面状に展開して配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する集水管とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、中空糸膜モジュールの集水管の長手方向を鉛直方向に向けて配置し、中空糸膜が水平方向に対して傾斜角をもち、かつたるみが無いように中空糸膜モジュールを槽内に配置して濾過することを特徴とする中空糸膜モジュールを用いた濾過方法である。
【０００８】
また、本発明は、平面状に展開して配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する集水管とを有してなる中空糸膜モジュールおよび散気手段が槽内に配設されてなる濾過装置であって、中空糸膜モジュールの集水管の長手方向を鉛直方向に向けて配置し、中空糸膜が水平方向に対して傾斜角をもち、かつたるみが無いように中空糸膜モジュールが配設されてなることを特徴とする濾過装置である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の中空糸膜モジュールを用いた濾過方法について説明する。図１は、本発明の濾過方法の一例を示す模式図であり、図２は、濾過方法の参考例を示す模式図である。本発明の濾過方法は、中空糸膜モジュール３および散気手段５が配設された被処理液槽１を使用して実施する。通常、中空糸膜モジュール３には、被処理水を吸引するためのポンプ４が接続されている。
【００１０】
図３は、本発明の濾過方法に用いる中空糸膜モジュール３の一例を示すものであるが、発明の濾過方法に用いる中空糸膜モジュール３は、基本的には集水管７、中空糸膜９および固定部材１０から構成され、これらに加え、各種付属部材が付設されてもよい。
【００１１】
集水管７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、その長手方向に延びる細長い開口を有するとともに、その内部には濾液室１１を有する。その材質としては、機械的強度及び耐久性を有するものであれば良く、例えばポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリオレフィン、ＰＶＣ、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ等が例示される。
【００１２】
本発明に用いられる中空糸膜モジュールには、平面状に展開されて配設された中空糸膜が形成する平面の対向する二辺に集水管が配設される図３に示したようなタイプのものと平面の一辺のみに配設されるタイプのものがある。いずれのタイプの場合も、集水管の少なくともその片端は、開口した集水口となっており、中空糸膜モジュールを複数本を積層させてユニットを作製する際には、各集水管の集水口から得られる濾液を集める部材に接続して、ユニットとしての濾液が得られるようにする。
【００１３】
この各集水管の集水口１２から得られる濾液を集める部材については、簡便に接続ができれば、形状、接続方法等特に制限はないが、カプラー継手を配設すればワンタッチで接続できるので便利である。
【００１４】
集水管の径は、中空糸膜モジュールを積層して使用する際のモジュール集積率を高くとる観点から、要求される機械強度を持ち、集水管内部を流れる流体への抵抗が過度に大きくなく、かつ加工に支障のない範囲で、できるだけ細いことが好ましい。
【００１５】
中空糸膜９は、多数がほぼ平行に引き揃えられて平面状に展開されて配設されている。多数の中空糸膜を平行に引き揃えて平面状に展開することで、中空糸膜束が一本の棒状に固着するのが防止される。このような平面状の中空糸膜は、中空糸膜の編織物の形で準備されるのが一般的であるが、中空糸膜モジュールとして完成された際には、拘束糸条として経糸を有していてもよいし、有さなくてもよい。
【００１６】
中空糸膜には、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各種材料からなるものが使用できるが、ポリエチレン等の強伸度の高い材質のものを用いることが好ましい。なお、濾過膜として使用可能な中空糸膜であれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等に特に制限はない。
【００１７】
固定部材１０は、集水管の開口部に充填固定され、多数の中空糸膜の各端部を開口状態を保ったまま収束して固定するとともに、これら中空糸膜を濾過膜として機能させるために被処理水を処理水と液密に仕切る部材として機能する。固定部材は、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。本発明の濾過方法においては、中空糸膜が水平方向に対して傾斜角をもった状態で、かつ中空糸膜にたるみが無いような状態となるように中空糸膜モジュールを槽内に配置する。中空糸膜がこのような配置状態を保てれば、中空糸膜モジュールの設置形態については種々の態様をとることができ、特に制限されない。図４は、中空糸膜モジュールの集水管７の長手方向が鉛直方向を向くように配置したもので、中空糸膜を支持固定するための支持部材６を用いて、中空糸膜の長手方向中央部を水深方向に引っ張った形で支持する例を示している。
【００１８】
このような中空糸膜の設置形態をとることによって、これまでは中空糸膜モジュール全体のバブリング洗浄を行うために、散気管を中空糸膜モジュールの配設状態に合わせて並び広げていたのが、支持部材６によって中空糸膜が水平方向に対して傾斜角をもって支持されているため、支持部材６を中心に散気を行うだけで、膜モジュール全体に均一にバブリング洗浄を行うことが可能となる。
【００１９】
本発明の濾過方法における中空糸膜のその他の設置形態として、図５に示すような、中空糸膜モジュールの二つの集水管を高さを変えて配置して中空糸膜を斜めに固定する方法や、図６のような中空糸膜の長手方向の任意の箇所を支持部材６を用いて支持する方法が例示される。
【００２０】
図５のような支持部材を用いない中空糸膜モジュールの設置様式においても、より低く配置された集水管を中心に散気すれば、そこから中空糸膜に沿った形で気泡が上昇しバブリング洗浄を行なえることから、少ない散気管で十分なバブリングを効率よく行うことができる。中空糸膜の水平方向に対しての傾斜角としては、１０〜７０°が好ましく、１０〜４５°がより好ましい。傾斜角が１０°未満の場合には、気泡が中空糸膜に沿って上昇しにくくなるため散気管を多数配設する必要が生じ好ましくない。一方、傾斜角が７０°を超える場合には、中空糸膜モジュールの両端の集水管や支持部材が近接して配設されることになるため、これら集水管や支持部材がバブリングされた気泡の上昇の妨げとなり、膜面の洗浄性が低下する傾向がある。また、中空糸膜にたるみが無く、実質的に中空糸膜が直線あるいは折れ線を形成するよう配設することが重要である。中空糸膜にたるみがある場合には散気管より吐出されたエアーがたるんだ中空糸膜が抵抗になり、十分にモジュール全体に行き渡りにくく、洗浄性が低下してくると同時に、たるんだ中空糸膜が大きくゆらめくことによって汚泥を中空糸膜間に巻き込みやすくなり、流量低下および差圧上昇を引き起こしやすくなる。
【００２１】
中空糸膜を支持し固定する方法としては、前述したような中空糸支持部材６を用いても良いし、重りを下げる方式をとっても良い。中空糸膜に大きな負担をかけずにたるみのない状態で水平方向に対して傾斜角をもって設置でき、かつバブリング洗浄が実施できれば特に制限はない。
【００２２】
本発明の濾過方法に使用する散気装置は、バブリング洗浄用に適した径の気泡を所定の長さにわたって均一に発生させることができるものであれば、その形状等は特に限定されないが、散気管を用いるのが簡便で好ましい。
【００２３】
以上説明した本発明の中空糸膜モジュールを用いた濾過方法は、被処理水槽として密閉容器を用いその内部に中空糸膜モジュールを配設して中空糸膜を透過させる加圧濾過法を適用することもできるが、バブリング洗浄を実施する関係から開放水槽を用いて中空糸膜を透過した処理水サイドを吸引する吸引濾過法で実施することが好ましい。また、周期的に一時吸引を停止するいわゆる間欠吸引濾過法を採用することもできる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
【００２５】
実施例１
図１に示すようにポリエチレン中空糸膜（分画性能０．１μｍ、外径４１０μｍ）製の膜面積が１ｍ^２の中空糸膜モジュールを３本横方向（図面の奥行き方向）に積層して被処理液槽中に設置して濾過試験を実施した。中空糸膜モジュールの集水管は高さを揃えてその長手方向を鉛直方向に向け、中空糸膜は支持部材を用いて長手方向の中央部を水深方向にたるみの無いように引っ張り、水平方向に対しての傾斜角が４５°となるようにセットした。散気管は、中空糸支持部材６の配設部を中心に中空糸膜モジュールの積層厚みに相当する長さのものを３本配置した。
【００２６】
被処理液としては、ＭＬＳＳ１００００ｍｇ／Ｌの活性汚泥水を用い、 ＬＶ＝０．０１ｍ／ｈ〔ｍ^３／ｍ^２・ｈ〕とし、散気管には１０ｍ^３／ｈでエアーを供給し、濾過試験を実施し、この結果、初期差圧１０ＫＰａであったものが、試験６ヶ月経過後においても大きな差圧上昇は見られず、差圧１５ＫＰａであった。
【００２７】
参考例２
図２に示すように、中空糸膜モジュールの二つの集水管の長手方向を水平方向に向けかつ水深方向の高さを変えて、中空糸膜の水平方向に対しての傾斜角が３０°となるようにし、またこのようなモジュールを水深方向に三層積層させて設置した点と、散気管の長さを中空糸膜モジュールの中空糸膜配設部の長さに相当するものに変えた点を除き、実施例１と同様な濾過試験を実施した。その結果、中空糸膜モジュールの初期差圧は１０ＫＰａであったが、試験６ヶ月経過後においても大きな差圧上昇は見られず１７ＫＰａであった。
【００２８】
比較例
中空糸膜モジュールの集水管を鉛直方向に向けその水深方向の高さを揃えて設置する従来のモジュール支持方法で３本設置し、散気管は実施例２と同様にして３本を配置して濾過試験を行ったところ、初期差圧１０ＫＰａであったものが、試験６ヶ月経過後においては、２８ＫＰａまで上昇した。
【００２９】
これら試験を行った中空糸膜モジュールを観察すると、実施例１および参考例２では、中空糸膜全体がほぼきれいな状態を維持していたが、比較例のものでは、散気管の直上部の中空糸膜の表面はきれいであるが、それ以外の部分では汚泥の付着が見られた。これにより、比較例においては、中空糸膜モジュールがエアーにより十分に洗浄されてないことがわかる。反対に、実施例においては、少ない散気管でも中空糸膜モジュール全体が、十分にエアーによる洗浄が行われていることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の中空糸膜モジュールを用いた濾過方法によれば、中空糸膜モジュールの濾過差圧が上昇しにくいので下排水処理、産業排水処理における固液分離が効率よく行える。また、少ない散気管で、中空糸膜モジュール全体を十分にバブリング洗浄ができるため、長期に渡り、安定運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の中空糸膜モジュールを用いた濾過方法の一例を示す模式図である。
【図２】 中空糸膜モジュールを用いた濾過方法の参考例を示す模式図である。
【図３】 本発明の濾過方法に用いる中空糸膜モジュールの一例を示す模式図である。
【図４】 本発明の方法において、集水管の長手方向を鉛直方向に設置した例を示す模式図である。
【図５】 本発明の方法において、集水管の長手方向を水平方向に設置した例を示す模式図である。
【図６】 本発明の濾過方法の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 被処理液槽
２ 被処理液
３ 中空糸膜モジュール
４ 濾過ポンプ
５ 散気手段（散気管）
６ 中空糸膜支持部材
７ 集水管
８ 濾液配管ライン
９ 中空糸膜
１０ 固定部材
１１ 濾液室
１２ 集水口

Claims (2)

1. 平面状に展開して配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する集水管とを有してなる中空糸膜モジュールを用い、該モジュールの下方から気泡を供給しつつ液体を濾過する濾過方法において、中空糸膜モジュールの集水管の長手方向を鉛直方向に向けて配置し、中空糸膜が水平方向に対して傾斜角をもち、かつたるみが無いように中空糸膜モジュールを槽内に配置して濾過することを特徴とする中空糸膜モジュールを用いた濾過方法。
2. 平面状に展開して配設された中空糸膜と、中空糸膜の端部を開口状態を保ちつつこれを固定する固定部材と、固定部材を支持収納する集水管とを有してなる中空糸膜モジュールおよび散気手段が槽内に配設されてなる濾過装置であって、中空糸膜モジュールの集水管の長手方向を鉛直方向に向けて配置し、中空糸膜が水平方向に対して傾斜角をもち、かつたるみが無いように中空糸膜モジュールが配設されてなることを特徴とする濾過装置。

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