JP4015952B2

JP4015952B2 - Hollow fiber membrane module and cleaning method thereof

Info

Publication number: JP4015952B2
Application number: JP2002579099A
Authority: JP
Inventors: 敬道井上; 清一中原; 孝昌三宅; 甫堀内; 正志小林; 賢作小松
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2002-04-03
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-04-03
Also published as: WO2002081066A1; JPWO2002081066A1

Description

技術分野
本発明は、比較的大きな孔径の中空糸膜をもつ中空糸膜モジュールとその洗浄方法に関し、特に装置の小型化と回収率の向上および薬品使用量の低減化に関する。
背景技術
近年、中空糸膜モジュールを使用した分離技術の開発が進み、水のろ過などの用途に広く用いられている。特に、孔径が０．２μｍ以上の中空糸膜をもつ中空糸膜モジュールは、大流量のろ過が可能となり、装置の小型化が図られる。従来の中空糸膜モジュールとして、基端に多数の中空糸膜同士を結束した結束部をもつ中空糸膜エレメントを複数本、筐体（ハウジング）内に備えたものが知られている。この中空糸膜モジュールは、一般に、筐体の水平断面形状が円形になっている（特開平１１−３３３２６２号公報）。
しかし、従来の中空糸膜モジュールでは、図９に示すように、筐体５１内に２本以上の円柱状の中空糸膜エレメント５２を等間隔で並置した場合、筐体５１が断面円形であるために、中空糸膜エレメントの外側に大きなデッドスペース５３が生じる。さらに、耐圧を考慮して、筐体の上下部に設けられる密閉用の蓋部および底面部が略半球状の形状であり、この部分も同様にデッドスペースとなる。この場合、これらの筐体のデッドスペースの分だけ、中空糸膜モジュール内の原液充填量が多くなり、排液時に、多量の廃液が発生するという問題があった。また、筐体のデッドスペースが存在することから、装置の小型化が図れないという問題もあった。
一方、中空糸膜モジュールにおいては、ろ過時間の経過に伴い、原液の中に含まれる付着物が中空糸膜表面および微多孔に付着し、経時的に透過流速の低下が生じる。このため、長期にわたり安定したろ過を継続するためには、ろ過条件の設定と同時に、有効な中空糸膜モジュールの洗浄方法の開発が不可欠となる。また、定期的な中空糸膜の洗浄には一般に酸やアルカリなどの薬剤を使用するため、洗浄後の廃液処理に多大な費用と労力を要しており、廃液量を削減する必要性が大きい。
発明の開示
本発明は、上記課題に鑑みて、比較的大きな孔径の中空糸膜をもつ中空糸膜モジュールについて、装置を小型化しつつ原液充填量の低減化による回収率の向上および薬品使用量の低減化を図ることができると共に均一なろ過が行える中空糸膜モジュールとその洗浄方法を提供することを目的とする。
本発明の中空糸膜モジュールは、多数の中空糸膜を束ねて柱状に形成した中空糸膜エレメントが筐体内に複数本設けられた中空糸膜モジュールであって、前記筐体は、その水平断面形状が四角形の形状を有し、前記中空糸膜エレメントは先端に自由端部をもち、その結束部が下方に、自由端部が上方に配置されており、前記筐体の前面に設けた原液導入口から導入される原液を筐体内で前記複数の中空糸膜エレメントに均等に供給されるように分散させる原液分散板が設けられており、前記原液分散板は、前記原液導入口からの原液を筐体内の前方上方へ導いて前記複数の中空糸膜エレメントよりなる中空糸膜エレメント群に前方上方から導入する前壁と、前記原液を筐体内の後方へ導いて後方から前記中空糸膜エレメント群に導入するとともに前記中空糸膜エレメント群の側方上方から前記中空糸膜エレメント群に導入する左右の側壁とを有している。中空糸膜エレメントは、円柱状、三角形以上の多角形の角柱状とすることができる。
この構成によれば、筐体の水平断面形状が四角形の形状を有しているので、従来の断面円形の筐体に比べて、柱状の中空糸膜エレメントの外側のデッドスペースが少なくなることから、装置の小型化が図れる。また、デッドスペースが少ない分、中空糸膜モジュール内の原液充填量を少なくでき、廃液を少量にできる。筐体内では、隣接するすべての中空糸膜エレメント間隔が均等であることがろ過効率を上げるのに望ましい。さらに、前壁のみならず左右の側壁を有する原液分散板が設けられているために、原液がモジュール内の各中空糸膜エレメントに可及的に均等に供給されるので、ろ過効率が向上する。また、前記中空糸膜エレメントは先端に自由端部をもち、その結束部が下方に、自由端部が上方に配置されているので、例えば加圧気体を中空糸膜エレメントに下方から上方へ向かって導入する逆洗が可能となり、その結果、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率を向上することができる。
好ましくは、各中空糸膜エレメントは、その中空糸束がそれぞれ筒形の保護ケースに収容されている。したがって、多数の中空糸膜を束ねた中空糸膜エレメントが保護ケース内で保持されるから、中空糸束の取扱いが容易で、筐体への装脱着も簡便となり、また、その倒れ込みを防止できる。保護ケースは、円筒形、三角形以上の多角形の角筒形とすることができる。
好ましくは、前記筐体の密閉用蓋部および底面部が平面状の形状を有している。比較的大きな孔径の中空糸膜をもつ中空糸膜モジュールの場合、原液を送液するのに中空糸膜モジュールに加える圧力を低くできるので、密閉用蓋部および底面部を従来のように、高圧を想定した半球状ではなく、平面状の形状にできる。したがって、より一層の小型化および原液充填量の低減化を図ることができる。
好ましくは、前記筐体の下部に配置されて、中空糸膜エレメントを立設するエレメント装着板が、水平方向から傾斜している。したがって、中空糸膜モジュール内の廃液をエレメント装着板の傾斜により効率よく排出できる。
好ましくは、前記原液導入口と透過液を排出する透過液出口とが前記筐体の同じ側壁側に設けられている。したがって、原液導入口から透過液出口までの代表的な原液の流れを最長距離とすることができ、ろ過効率が向上する。また、複数の中空糸膜モジュールを用いる場合、各中空糸膜モジュールについての原液と透過液の配管を同じ側に設置できるので、省スペース化を図ることができる。
好ましくは、前記中空糸膜モジュールは、原液を導入する原液導入口より下方に、透過液を排出する透過液出口を設けている。したがって、原液導入口より下方に透過液出口を設けることで、重力に抗うことなく透過液を排出し易くなり、エネルギーの損失が低減されるため、装置の小型化がより可能となる。
好ましくは、前記中空糸膜モジュールは、鉛直方向から傾斜した角度に保持されている。したがって、中空糸膜モジュールを斜めにすることで、その高さが低くなるから、装置の小型化がより図れる。
本発明の中空糸膜モジュールの洗浄方法は、前記中空糸膜モジュールについて、中空糸膜の表面に蓄積した付着物を、気体逆洗および液体逆洗のうち少なくとも１つの実施により洗浄除去するものである。
この構成によれば、比較的大きな孔径の中空糸膜をもつ中空糸膜モジュールの場合に、中空糸膜エレメントの結束部を下方に、自由端部を上方に配置することにより、下方から上方への気体逆洗および／または液体逆洗が可能となり、その結果、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率が向上する。したがって、目詰まりを防止しながら中空糸膜を比較的大きな孔径にできるので、通水抵抗が小さくなって、大流量のろ過が可能となり、装置の小型化が図れる。
前記気体逆洗に空気または窒素を使用してもよく、前記逆洗中に原液を導入させてもよい。
本発明の中空糸膜の素材は特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂により親水化処理されたポリスルホン系樹脂、架橋または非架橋の親水性高分子が添加されたポリスルホン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、セルロース系樹脂、親水化されたポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂などを挙げることができる。
中空糸膜の孔径は特に限定されないが、大流量のろ過を可能とし、装置の小型化を図る観点から、０．２〜１０μｍの範囲にあることが好ましく、０．５〜８μｍの範囲がより好ましく、１〜７μｍの範囲が特に好ましい。
なお、ここでいう孔径とは粒子径が既知の各種基準物質（コロイダルシリカ、エマルジョン、ラテックスなど）を中空糸膜でろ過した際に、その９０％が排除される粒子径をいう。孔径は均一であることが好ましい。
中空糸膜の力学的性質およびモジュールとしての膜面積の観点から、中空糸膜の外径は２００〜３０００μｍの範囲内に設定することが好ましく、５００〜２０００μｍの範囲内であることがより好ましい。
中空糸膜の厚さは、５０〜７００μｍの範囲にあることが好ましく、１００〜６００μｍの範囲であることがより好ましい。
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜をモジュール化してろ過に使用するもので、例えば、多数本の中空糸膜を束ねて、結束部において、中空糸膜束の一端を適当なシール剤により一括封止し、自由端部において、他端を１本ずつ固定していない（片端フリー）状態で封止したものである。モジュールの形態は、ろ過方法、ろ過条件、洗浄方法などに応じて適宜選択することができ、複数本の中空糸膜を１束とし、１束または数束から中空糸膜モジュールを構成してもよい。中空糸膜モジュールによるろ過の方式としては、外圧全ろ過および外圧循環ろ過が挙げられ、所望の処理条件や処理性能に応じて適宜選択することができる。
気体逆洗とは、中空糸膜の透過液側から中空糸膜のバブルポイント以上の圧力で気体（一般に空気、窒素）を加圧導入し、原液側に気体を噴出させることで膜面および膜内を洗浄する方法をいう。バブルポイントとは、中空糸膜の原液側に液体を満たした状態で、中空糸膜の透過液側から気体を加圧導入した時、中空糸膜の原液側から気体が放出されない程度の圧力をいう。
液体逆洗とは、気体に代えて液体（一般に透過液）を用いて気体逆洗と同様な操作で膜面および膜内を洗浄する方法をいう。
上記気体逆洗、液体逆洗の時間は適宜選択できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略分解斜視図である。この中空糸膜モジュール１は、筐体（ハウジング）３１内に、多数の中空糸膜を束ねた円柱状の中空糸束２０を持つ中空糸膜エレメント２が収容されており、原液は重体３１の前面の側壁３５に設けられた原液導入口２１から導入された原液をろ過して、筐体３１下部の透過液出口２２から透過液（ろ過液）を排出するものである。中空糸束２０は、基端（下端）に多数の中空糸膜同士を結束した結束部２０ａをもち、先端（上端）に自由端部２０ｂをもつ。
上記中空糸膜エレメント２は、筐体３１内に中空糸膜エレメント２がろ過効率を上げるのに望ましい横方向（径方向）に均一な間隔を保持して配列されている。例えば７行８列に５６本配列され、各列は半ピッチずつずれている。各中空糸膜エレメント２は、例えば、ほぼ鉛直方向に延びる円筒形の保護カバー３２内に、多数の中空糸膜を束ねて収容したもので、中空糸束２０が保護ケース３２内で保持されるから、筐体３１内の原液の液位が低下した場合でも中空糸膜エレメント２の倒れ込みを防止できる。
なお、中空糸膜エレメント２は、結束部２０ａを上端に有してもよく、先端部をループ状または固定状態にしてもよい。
図２（ａ）の平面図に示すように、上記筐体３１は、その水平断面形状、つまり平面視で側壁３５の形状が例えば四角形のような多角形になっている。図９に示した従来の断面円形の筐体に比べて、円柱状の中空糸膜エレメント２群の外側にデッドスペースが少なくなることから、装置の小型化が図れる。また、デッドスペースが少ない分、中空糸膜モジュール１内の原液充填量を少なくでき、回収率の向上および薬品使用量の低減化を図ることができる。
図１の筐体３１には、その下部に中空糸膜エレメント２が複数本、立設されるエレメント装着板３６が設けられている。図２（ｂ）の側面図に示すように、各中空糸膜エレメント２は、その底部に下方へ突出する突出部２ａを有しており、この部分に装着された図示しないＯリングを介してエレメント装着板３６の貫通孔３６ａに立設される。エレメント装着板３６は水平方向から傾斜した姿勢で配置されており、例えば中央部が高く、左右（両側）にそれぞれ約０．３°傾斜し、さらに前後に約０．３°傾斜している。
排液時には、上記エレメント装着板３６の傾斜により、エレメント装着板３６の四隅に設けられた原液排出口２４は下位に位置するので、この原液排出口２４から廃液（ドレン）がスムーズに排出される。エレメント装着板３６の下方に樋状の透過液受け板３８が設けられ、透過液受け板３８の下流側端部にヘッダー３８ａが接続されている。各中空糸膜エレメント２から流出した透過液は、透過液受け板３８に入り、ヘッダー３８ａを通って、ヘッダー３８ａに設けた透過液出口２２から排出される。透過液受け板３８の底面に、筐体３１の底面部を形成する平面状の形状、つまり、平坦な板状である底壁３３が結合され、底壁３３が基台Ｋに固定されている。
筐体３１の上部には、エレメント装着板３６に立設された中空糸膜エレメント２を下方へ押えて固定するエレメント押え板３９が設けられており、図２（ｂ）のように、このエレメント押え板３９の下縁部３９ｂと上記エレメント装着板３６の上縁部３６ｂがボルト４０により複数箇所で締め付け固定されて、各中空糸膜エレメント２が安定して保持される。筐体３１の前面の側壁３５上部に、空気などの気体を排出する気体排出口２３が設けられている。
上記エレメント押え板３９の上部には筐体３１を開閉する平面状の形状、つまり、平坦な板状である密閉用蓋部３７が設けられている。密閉用蓋部３７と側壁３５上端間はパッキンＰによりシールされる。比較的大きな孔径（例えば２μｍ）の中空糸膜をもつ中空糸膜モジュールの場合、原液を送液するのに中空糸膜モジュールに加える圧力を低くできるので、上記密閉用蓋部３７および底壁３３を従来のように、高圧を想定した半球状ではなく、平面状の形状にできるから、崖体３１内のデッドスペースがより少なくなり、より一層の小型化、原液充填量の低減化を図ることができる。
また、筐体３１は、図２（ａ）のように、原液導入口２１から導入された原液を筐体３１内で分散させる、例えば平面視で略Ｕ字状の原液分散板３４を備えている。この原液分散板３４は、図１のように、筐体３１内に少なくとも１面、この例では後面の側壁を切り欠いたほぼ四角形を呈するもので、左右の側壁３４ａ、３４ａと前壁３４ｂを有しており、複数の中空糸膜エレメシト２からなるエレメント群の前方と左右両方を覆う。これにより、図１に示すように、原液導入口２１から導入された原液は左右方向と上方に振り分けられ、原液の大半が矢印Ａのように後方から、残りが矢印Ｂ、Ｃのように側方上方および前方上方から、中空糸膜エレメント２群に導入される。この原液分散板３４により、原液導入口２１からその反対側にまで回り込む原液の流路が形成されて、原液が各中空糸膜エレメント２に可及的に均等に供給されて、ろ過効率が向上する。
原液分散板３４の側壁３４ａ、前壁３４ｂの高さＨ１、Ｈ２、および中空糸膜エレメント２の高さｈの比率ｈ／Ｈ１／Ｈ２は、１／０．８〜１．２／１．０〜１．５であることが好ましい。
図２（ｂ）の中空糸膜モジュール１の原液導入口２１は筐体３１の前面の側壁３５に設けられ、透過液出口２２は、筐体３１のヘッダー３８ａの側面に設けられている。こうして、原液導入口２１と透過液出口２２は、筐体３１の同じ前面の側壁３５側に配置されている。これにより、原液導入口２１から透過液出口２２までの代表的な原液の流れ、つまり、図１の矢印Ａで示した原液分散板３４の後方に回り込んだ原液の流れを最長距離とすることができ、ろ過効率が向上する。さらに、複数の中空糸膜モジュール１を列状に並べて用いる中空糸膜モジュールシステムの場合、各中空糸膜モジュール１についての原液と透過液の配管を同じ側に設置できるので、省スペース化を図ることができ、中空糸膜モジュールシステムを小型化できる。
また、原液導入口２１より下方に透過液出口２２が設けられているので、重力に抗うことなく透過液が排出し易くなるため、エネルギーの損失が低減されるため、装置の小型化がより可能となる。また、原液送液ポンプを設けた場合でも、そのポンプ圧を小さくできる。
この中空糸膜モジュール１は、主として陸上で使用されるもので、前記の圧力差を利用するだけでなく、中空糸膜の孔径に応じて、原液供給則に原液送液ポンプを使用して透過液を取り出してもよい。また、透過夜側に真空ポンプを使用して透過液を取り出してもよい。さらに、両者を組み合わせて使用してもよい。
図３は、上記構成の中空糸膜モジュールの洗浄方法の第１例を示す概洛構成図である。この例では、原液を送り出す原液送液ポンプＰ−１が設けられているが、原液導入口２１より下方に透過液出口２２が設けられているので、その高さの差による圧力差を利用することによって、または中空糸膜の孔径によって、原液送液ポンプを設けなくともよい。経路中にそれぞれ配置されたバルブＶ−２，Ｖ−３，Ｖ−４，Ｖ−６およびＶ−７は、液体または気体を経路外へ途中排出するために設けられている。また、Ｐ１は圧力計、Ｆ１は流量計、ＰＩＡは警報付圧力計を示す。
上記構成の中空糸膜モジュール１において、原液をろ過する中空糸膜モジュール１のろ過工程では、まず、すべてのバルブを閉じた状態から、原液送液ポンプＰ−１を作動させ、原液導入用のバルブＶ−１および自動バルブＡＶ−１を開けて、中空糸膜モジュール１の原液側に原液を導入する。このとき、透過液出口２２の下流の透過液排出用の自動バルブＡＶ−２とバルブＶ−５、透過液導入用の自動バルブＡＶ−８、逆洗用透過液（ろ過水）タンク５の下流の透過液排出用の自動バルブＡＶ−３、バルブＶ−８を開け、気体排出用の自動バルブＡＶ−４も開けて、中空糸膜モジュール１内の気体を排出する。つぎに、自動バルブＡＶ−４、ＡＶ−８を閉じて、ろ過を開始する。そして、ろ過時間の経過に伴い中空糸膜の膜表面や微多孔に付着物が付着し、ろ過能力が低下する。このとき、以下の第１〜３の洗浄方法により中空糸膜を洗浄する。
（第１の洗浄方法）
この洗浄方法は、上記ろ過工程を行ったのち、加圧した透過液を用いて液体逆洗を行った後に、加圧空気による気体逆洗を１回または繰り返し行うものである。
まず、ろ過工程後、原液送液ポンプＰ−１を停止させ、自動バルブＡＶ−１、自動バルブＡＶ−２および自動バルブＡＶ−３を閉じ、自動バルブＡＶ−４を開ける。そして、コンプレッサ４を作動させ、透過液加圧用の自動バルブＡＶ−７を開けて、減圧弁７で調圧した上で逆止弁９を介して逆洗用透過液タンク５に対して加圧し、透過液導入用の自動バルブＡＶ−８を開けて、逆洗用透過液タンク５内の透過液を中空糸膜モジュール１に導入して、加圧した透過液による液体逆洗を行う。この場合、コンプレッサ４の圧力を、中空糸膜モジュール１内で透過液が逆流せずに、一旦剥離した付着物が中空糸膜に再付着しない程度にする必要がある。
つぎに、自動バルブＡＶ−４、ＡＶ−７およびＡＶ−８を閉じ、気体逆洗加圧用の自動バルブＡＶ−６を開けて、減圧弁６で調圧した上で逆止弁８を介して中空糸膜モジュール１に対して加圧する。その後、自動バルブＡＶ−４を開けて、透過液出口２２から加圧気体による上方への気体逆洗を行う。この気体逆洗は１回だけでもよいが、複数回（例えば、５回）繰り返し行うと、より効果的である。
この加圧空気による気体逆洗により、中空糸膜の透過液側から原液側に空気を噴出させることで、付着物が剥離されて、膜面および膜内が洗浄される。逆洗後の空気は気体排出口２３から排出され、原液は中空糸膜モジュール１内部に残留するため、繰り返し気体逆洗を行うことができ、逆洗効率が向上する。
原液送液ポンプＰ−１を作動させ、自動バルブＡＶ−１、ＡＶ−５、ＡＶ−７およびＡＶ−８を開けて、分離された原液のドレンが原液排出口２４からバルブＶ−９を介して外部へ排出される。これにより、原液が置換されるとともに、原液が排液される。
こうして、第１の洗浄方法では、まず、透過液逆洗により付着物を膜表面から剥離させ、気体逆洗により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率を向上することができる。
（第２の洗浄方法）
この洗浄方法は、上記ろ過工程を行ったのち、第１の洗浄方法と異なり、加圧空気による気体逆洗のみを行うものである。
まず、ろ過工程後、原液送液ポンプＰ−１を停止させ、自動バルブＡＶ−１、自動バルブＡＶ−２および自動バルブＡＶ−３を閉じ、気体逆洗加圧用の自動バルブＡＶ−６を開けて、減圧弁６で調圧した上で逆止弁８を介して中空糸膜モジュール１に対して加圧する。その後、自動バルブＡＶ−４を開けて、透過液出口２２から加圧空気による上方への気体逆洗を行う。この気体逆洗は１回だけでもよいが、複数回（例えば、５回）繰り返し行うと、より効果的である。
この加圧空気による気体逆洗により、中空糸膜の透過液側から原液側に空気を噴出させることで、付着物が剥離されて、膜面および膜内が洗浄される。逆洗後の空気は気体排出口２３から排出されるから、中空糸膜モジュール１内の原液がなくなることなく、繰り返し気体逆洗を行うことができる。
第１の洗浄方法と同様に、原液送液ポンプＰ−１を作動させ、自動バルブＡＶ−１、ＡＶ−４およびＡＶ−５を開け、分離された原液が原液排出口２４からバルブＶ−９を介して外部へ排出される。これにより、原液が置換されるとともに、原液が排液される。
こうして、第２の洗浄方法では、同様に、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、逆洗効率を向上することができる。また、加圧空気による気体逆洗を繰り返し行うことで、簡易に逆洗効率を向上させることができる。
（第３の洗浄方法）
この洗浄方法は、上記ろ過工程を行ったのち、第１、２の洗浄方法と異なり、原液を流しながら、加圧空気による気体逆洗を行うものである。
まず、ろ過工程後、そのまま原液送液ポンプＰ−１を作動させ、自動バルブＡＶ−１、ＡＶ−４を開けて、原液を中空糸膜モジュール１に導入する。この状態で、自動バルブＡＶ−２、ＡＶ−３、ＡＶ−５、ＡＶ−７、ＡＶ−８を閉じて、気体逆洗加圧用の自動バルブＡＶ−６を開けて、減圧弁６で調圧した上で逆止弁８を介して中空糸膜モジュール１に原液を流しながら、透過液出口２２から加圧気体による上方への気体逆洗を行う。この原液を流しながらの気体逆洗は１回だけでもよいが、複数回（例えば、５回）繰り返し行うと、より効果的である。
この加圧空気による気体逆洗により、中空糸膜エレメント２に原液が常に充満した状態で、中空糸膜の透過液側から原液側に空気を噴出させることで、付着物が剥離されて、膜面および膜内が洗浄される。このとき、中空糸膜エレメント２の自由端部２０ｂの上方に設けられた気体排出口２３が原液排出口として、ここから、原液とともに付着物が排出されるから、中空糸膜への再付着が少なくなり、逆洗効率が向上する。
こうして、第３の洗浄方法では、同様に、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、また、気体（原液）排出口２３から原液とともに付着物が排出されるから、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率を向上することができる。しかも、原液を流しながら、気体逆洗を行うので、原液の置換、排液工程を省略することができる。
図４は、中空糸膜モジュールの洗浄方法の第２例を示す概略構成図である。第２例は、第１例と異なり、逆洗用ろ過水タンクが設けられておらず、これに付随するバルブ等も省略されている。また、気体排出口２３が原液排出口２４を兼ねており、第１例を簡略化したものである。
上記構成の中空糸膜モジュールにおいて、原液をろ過する中空糸膜モジュール１のろ過工程では、まず、すべてのバルブを閉じた状態から、原液送液ポンプＰ−１を作動させ、原液導入用のバルブＶ−１、Ｖ−１０を開けて、中空糸膜モジュール１の原液側に原液を導入する。このとき、透過液出口２２の下流の透過液排出用のバルブＶ−１４、Ｖ−５を開け、気体排出用の自動バルブＡＶ−４も開けて、中空糸膜モジュール１内の気体を排出する。つぎに、自動バルブＡＶ−４を閉じ、透過液排出用の自動バルブＡＶ−２を開けて、ろ過を開始する。なお、バルブＶ−１２、Ｖ−１３およびバッファタンク１１は液体逆洗用に設けられている。そして、ろ過時間の経過に伴い中空糸膜の膜表面や微多孔に付着物が付着し、ろ過能力が低下する。このとき、以下の第２例における第４〜６の洗浄方法により中空糸膜を洗浄する。
（第４の洗浄方法）
この洗浄方法は、上記ろ過工程を行ったのち、加圧空気による気体逆洗を行った後に、原液を流しながら、加圧空気による気体逆洗を行うものである。これらの気体逆洗はそれぞれ１回のみでもよいが、複数回（例えば、５回）繰り返し行うと、より効果的である。
まず、ろ過工程後、原液送液ポンプＰ−１を停止させ、自動バルブＡＶ−２を閉じる。つぎに、コンプレッサ４を作動させ、気体逆洗加圧用の自動バルブＡＶ−６を開けて、減圧弁６で調圧した上で逆止弁８を介して中空糸膜モジュール１に対して加圧する。その後、自動バルブＡＶ−４を開けて、透過液出口２２から加圧空気による上方への気体逆洗を行う。この操作は繰り返し行ってもよい。
つぎに、原液送液ポンプＰ−１を作動させて、原液を中空糸膜モジュール１に導入する。このとき、上記と同様に中空糸膜モジュール１に原液を流しながら、透過液出口２２から加圧気体による上方への気体逆洗を行う。
こうして、第４の洗浄方法では、同様に、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、また、気体（原液）排出口２３から原液とともに付着物が排出されるので、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率を向上することができる。しかも、最初の気体逆洗により膜内の付着物を膜面に出した後に、原液を流しながらの気体逆洗を行うので、付着物を効率よく上方へ吹き飛ばすことができる。これとともに、原液の置換、排液工程を省略することができるので、簡易に逆洗効率を向上することができる。
（第５の洗浄方法）
この洗浄方法は、上記ろ過工程を行ったのち、第４の洗浄方法と異なり、加圧した原液を流しながら、加圧空気による気体逆洗を行うものである。
まず、ろ過工程後、そのまま原液送液ポンプＰ−１を作動させて、原液を中空糸膜モジュール１に導入する。このとき、自動バルブＡＶ−６を開けて、中空糸膜モジュール１に対して加圧し、原液を流しながら、透過液出口２２から加圧気体による上方への気体逆洗を行う。
こうして、第５の洗浄方法では、同様に、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率を向上することができる。また、原液の置換、排液工程を省略することができる。第４の洗浄方法に比較して、原液送液ポンプＰ−１を停止させなくてよい分、より簡易に逆洗効率を向上することができる。
（第６の洗浄方法）
この洗浄方法は、上記ろ過工程を行ったのち、第４、５の洗浄方法と異なり、原液を流しながらではなく、加圧空気による気体逆洗の繰り返しのみを行うものである。
まず、ろ過工程後、原液送液ポンプＰ−１を停止させ、自動バルブＡＶ−２を閉じる。つぎに、コンプレッサ４を作動させ、気体逆洗加圧用の自動バルブＡＶ−６を開けて、中空糸膜モジュール１に対して加圧する。その後、自動バルブＡＶ−４を開けて、透過液出口２２から加圧気体による上方への気体逆洗を繰り返し行う。この気体逆洗を繰り返し行うことにより、中空糸膜が段々きれいになる。この後、原液送液ポンプＰ−１を作動させて、原液を中空糸膜モジュール１に導入し、剥離した付着物を気体（原液）排出口２３から排出する。
こうして、第６の洗浄方法では、同様に、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率を向上することができる。加圧空気による気体逆洗の繰り返しのみを行うので、より簡易に逆洗効率を向上することができる。
図５は、中空糸膜モジュールの洗浄方法の第３例を示す概略構成図である。第３例は、第１例と異なり、コンプレッサの代わりに透過液送液ポンプＰ−２が設けられ、また、気体排出口２３が原液排出口２４を兼ねており、第１例を簡略化したものである。
第２例と同様のろ過工程の後、以下の第７の洗浄方法により中空糸膜を洗浄する。この洗浄方法は、上記ろ過工程を行ったのち、加圧液体による液体逆洗を行うものである。
まず、ろ過工程後、原液送液ポンプＰ−１を停止させ、自動バルブＡＶ−２を閉じ、気体（原液）排出用の自動バルブＡＶ−４を開ける。つぎに、透過液送液ポンプＰ−２を作動させ、透過液送液用の自動バルブＡＶ−９を開けて、透過液出口２２から加圧透過液による上方への液体逆洗を行う。この場合、透過液送液ポンプＰ−２の圧力を、中空糸膜モジュール１内で透過液が逆流せずに、一旦剥離した付着物が中空糸膜に再付着しない程度にする必要がある。
こうして、第７の洗浄方法では、上記の気体逆洗と同様に、液体逆洗においても、洗浄により剥離した付着物の流れ方向が上方向になり、中空糸膜に再付着しにくくなって逆洗効率を向上することができる。
なお、上記各例では、中空糸膜モジュール１全体を直立させているが、図６のように、中空糸膜モジュール１全体を直立方向から傾斜した角度に保持してもよい。この例では直立方向に対して１４°傾斜させている。中空糸膜モジュール１全体を斜めにすることで、その高さが低くなるから、装置の小型化がより図ることができる。
［実施例］
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は実施例によって何ら制限されるものでない。
第１実施例
図１における断面四角形の筐体３１内に中空糸膜エレメント５６本を収容した中空糸膜モジュール１と、従来における断面円形の筐体内に同じ中空糸膜エレメント５６本を収容した中空糸膜モジュールとについて、原液充填量を比較した。図１の断面四角形の筐体３１は、１次側が縦７７０×横７７０×高さ３９８で、２次側が縦７７０×横７７０×高さ３９８である。従来の断面円形の筐体は、１次側が直径８９０で円柱部分の高さ３９０、半球部分の高さ２２０で、２次側が直径８９０で半球部分の高さが２２０である。単位は、ｍｍである。この結果を表１に示す。表１に示すとおり、本発明にかかる中空糸膜モジュール１は、従来の中空糸膜モジュールに比べて、５０％以上の原液充填量の削減が得られた。
【表１】

第２実施例
図７は、複数の中空糸膜モジュールを備えた中空糸膜モジュールシステムの一実施例を示す全体構成図である。このシステムは、水道用水、プール水などの原液や設備内の循環液体をろ過して透過液（ろ過水）を排出するものである。
このシステムは、図８に示すように、（ａ）に示す１つの中空糸膜モジュール１Ａに、（ｂ）に示す複数の円柱状の中空糸膜エレメント２が収納され、その中空糸膜モジュール１Ａが複数配置されてなるものである（図７）。
中空糸膜モジュール１Ａに収納される中空糸膜エレメント２Ａは、例えば孔径が２μｍの中空糸膜からなり、図示していないが、上述した第１〜３例と同様に、その結束部が下方に、自由端部が上方に配置されたものである。
このシステムでは、原液送液ポンプを設けていない。図８（ｃ）のように、原液導入口４１より下方に透過液出口４２を設けることで、その高さの差による圧力差を利用することにより、原液をろ過した透過液が排出し易くなるため、原液送液ポンプを設けなくとも、透過液を排出させることが可能となり、装置の小型化がより可能となる。なお、前記原液導入口４１の上方に気体排出口４３、前記透過液出口４２の上方に、分離された原液（ドレン）を排出する原液排出口４４が設けられている。
この場合の中空糸膜モジュールの洗浄は、透過液出口４２から上方へ、上述した第１〜３例のいずれかの方法を用いて行われる。
上記した複数の中空糸膜モジュールを備えた中空糸膜モジュールシステムにより、効率よくろ過が行えるとともに、システムを小型化しつつ原液充填量の低減化による回収率の向上および薬品使用量の低減化を図ることができる。
以上のとおり図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、添付の請求の範囲から定まる本発明の範囲内のものと解釈される。
【図面の簡単な説明】
本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付のクレーム（請求の範囲）によって定まる。添付付図面において、複数の図面における同一の部品符号は同一部分を示す。
図１は、本発明の一実施形態に係る中空糸膜モジュールを示す概略分解斜視図である。
図２（ａ）は、図１の中空糸膜モジュールを示す概略平面図、（ｂ）はその概略側面図である。
図３は、本発明に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法の第１例を示す概略構成図である。
図４は、本発明に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法の第２例を示す概略構成図である。
図５は、本発明に係る中空糸膜モジュールの洗浄方法の第３例を示す概略構成図である。
図６は、傾斜した中空糸膜モジュールを示す概略側面図である。
図７（ａ）は、本発明の中空糸膜モジュールシステムの一実施例を示す平面図、図７（ｂ）は（ａ）の側面図である。
図８（ａ）は、図７の中空糸膜モジュールを示す平面図、（ｂ）は（ａ）の中空糸膜モジュールに収納される中空糸膜エレメントを示す平面図、（ｃ）は（ａ）の側面図である。
図９は、従来の中空糸膜モジュールを示す概略平面図である。Technical field
The present invention relates to a hollow fiber membrane module having a hollow fiber membrane having a relatively large pore diameter and a cleaning method thereof, and more particularly to downsizing of the apparatus, improvement of the recovery rate, and reduction of chemical usage.
Background art
In recent years, development of separation technology using a hollow fiber membrane module has progressed, and it is widely used for applications such as water filtration. In particular, a hollow fiber membrane module having a hollow fiber membrane having a pore diameter of 0.2 μm or more can be filtered at a large flow rate, and the apparatus can be downsized. As a conventional hollow fiber membrane module, one having a plurality of hollow fiber membrane elements having a bundling portion in which a large number of hollow fiber membranes are bundled at the base end in a housing (housing) is known. In this hollow fiber membrane module, the horizontal cross-sectional shape of the casing is generally circular (Japanese Patent Laid-Open No. 11-333262).
However, in the conventional hollow fiber membrane module, as shown in FIG. 9, when two or more cylindrical hollow fiber membrane elements 52 are juxtaposed in the housing 51 at equal intervals, the housing 51 has a circular cross section. Therefore, a large dead space 53 is generated outside the hollow fiber membrane element. Further, in consideration of pressure resistance, the sealing lid and bottom portions provided at the upper and lower portions of the housing have a substantially hemispherical shape, and this portion similarly becomes a dead space. In this case, there is a problem that the amount of the stock solution in the hollow fiber membrane module increases by the amount of dead space in these cases, and a large amount of waste liquid is generated during drainage. In addition, since there is a dead space of the housing, there is a problem that the apparatus cannot be reduced in size.
On the other hand, in the hollow fiber membrane module, with the passage of the filtration time, the deposits contained in the stock solution adhere to the hollow fiber membrane surface and the micropores, and the permeation flow rate decreases with time. For this reason, in order to continue stable filtration over a long period of time, it is indispensable to develop an effective method for cleaning the hollow fiber membrane module simultaneously with setting the filtration conditions. In addition, since chemicals such as acids and alkalis are generally used for periodic cleaning of hollow fiber membranes, a large amount of cost and labor are required for waste liquid treatment after washing, and there is a great need to reduce the amount of waste liquid. .
Disclosure of the invention
In view of the above problems, the present invention provides a hollow fiber membrane module having a hollow fiber membrane having a relatively large pore diameter, improving the recovery rate and reducing the amount of chemicals used by reducing the stock solution filling amount while downsizing the apparatus. An object of the present invention is to provide a hollow fiber membrane module capable of achieving uniform filtration and a washing method thereof.
The hollow fiber membrane module of the present invention is a hollow fiber membrane module in which a plurality of hollow fiber membrane elements formed in a columnar shape by bundling a large number of hollow fiber membranes are provided in the housing, and the housing has a horizontal section thereof. ShapeSquareHas the shape ofThe hollow fiber membrane element has a free end at the tip, the bundling portion is disposed below, and the free end is disposed above,There is provided a stock solution dispersion plate for dispersing a stock solution introduced from a stock solution introduction port provided on the front surface of the housing so that the stock solution is uniformly supplied to the plurality of hollow fiber membrane elements in the housing, and the stock solution dispersion plate Includes a front wall that guides the stock solution from the stock solution inlet to the front upper side in the housing and introduces the stock solution into the hollow fiber membrane element group composed of the plurality of hollow fiber membrane elements from the front upper side, and the stock solution to the rear in the housing. It has left and right side walls that are guided and introduced into the hollow fiber membrane element group from the rear and are introduced into the hollow fiber membrane element group from the upper side of the hollow fiber membrane element group. The hollow fiber membrane element can be formed in a columnar shape or a polygonal prism shape of a triangle or more.
According to this configuration, the horizontal cross-sectional shape of the housing isSquareSince the dead space outside the columnar hollow fiber membrane element is reduced as compared with a conventional casing having a circular cross section, the apparatus can be miniaturized. Further, since the dead space is small, the amount of the stock solution in the hollow fiber membrane module can be reduced, and the amount of waste liquid can be reduced. In the case, it is desirable that the spacing between all adjacent hollow fiber membrane elements be uniform in order to increase the filtration efficiency. Furthermore, since the stock solution dispersion plate having the left and right side walls as well as the front wall is provided, the stock solution is supplied as evenly as possible to each hollow fiber membrane element in the module, thereby improving the filtration efficiency. .In addition, the hollow fiber membrane element has a free end at the tip, and the binding portion is disposed below and the free end is disposed upward. For example, pressurized gas is directed to the hollow fiber membrane element from below to above. As a result, the flow direction of the deposits peeled off by the cleaning becomes upward, making it difficult to reattach to the hollow fiber membrane and improving the backwashing efficiency.
Preferably, each hollow fiber membrane element has its hollow fiber bundle housed in a cylindrical protective case. Therefore, since the hollow fiber membrane element in which a large number of hollow fiber membranes are bundled is held in the protective case, the handling of the hollow fiber bundle is easy, the attachment / detachment to / from the housing is simple, and the collapse of the hollow fiber membrane element can be prevented. . The protective case may be a cylindrical shape or a polygonal rectangular tube shape that is a triangle or more.
Preferably, the sealing lid portion and the bottom surface portion of the housing have a planar shape. In the case of a hollow fiber membrane module having a hollow fiber membrane with a relatively large pore size, the pressure applied to the hollow fiber membrane module can be lowered to feed the stock solution. Instead of a hemispherical shape, it can be a planar shape. Therefore, further miniaturization and reduction of the stock solution filling amount can be achieved.
Preferably, an element mounting plate that is disposed at a lower portion of the housing and erected with the hollow fiber membrane element is inclined from the horizontal direction. Therefore, the waste liquid in the hollow fiber membrane module can be efficiently discharged by the inclination of the element mounting plate.
Preferably, the stock solution inlet and the permeate outlet for discharging the permeate are provided on the same side wall side of the casing. Therefore, the flow of the typical stock solution from the stock solution inlet to the permeate outlet can be the longest distance, and the filtration efficiency is improved. When a plurality of hollow fiber membrane modules are used, the stock solution and permeate piping for each hollow fiber membrane module can be installed on the same side, so that space can be saved.
Preferably, the hollow fiber membrane module is provided with a permeate outlet for discharging the permeate below the stock solution inlet for introducing the stock solution. Therefore, by providing the permeate outlet below the stock solution inlet, it becomes easier to discharge the permeate without resisting gravity, and energy loss is reduced, so that the apparatus can be further downsized.
Preferably, the hollow fiber membrane module is held at an angle inclined from the vertical direction. Therefore, since the height of the hollow fiber membrane module is lowered, the apparatus can be further downsized.
The method for cleaning a hollow fiber membrane module of the present invention is to remove the deposits accumulated on the surface of the hollow fiber membrane by performing at least one of gas backwashing and liquid backwashing for the hollow fiber membrane module. is there.
According to this configuration, in the case of a hollow fiber membrane module having a hollow fiber membrane having a relatively large pore diameter, the binding portion of the hollow fiber membrane element is disposed downward and the free end portion is disposed upward, thereby downwardly upward. Gas backwashing and / or liquid backwashing becomes possible, and as a result, the flow direction of the deposits peeled off by the washing becomes upward, making it difficult to reattach to the hollow fiber membrane and improving the backwashing efficiency. Therefore, since the hollow fiber membrane can be made to have a relatively large pore diameter while preventing clogging, the water resistance is reduced, a large flow rate can be filtered, and the apparatus can be downsized.
Air or nitrogen may be used for the gas backwashing, and a stock solution may be introduced during the backwashing.
The material of the hollow fiber membrane of the present invention is not particularly limited. For example, a polysulfone resin hydrophilized with a polyvinyl alcohol resin, a polysulfone resin to which a crosslinked or non-crosslinked hydrophilic polymer is added, and a polyvinyl alcohol resin. Examples thereof include resins, polyacrylonitrile resins, cellulose resins, hydrophilic polyolefin resins, and fluorine resins.
The pore diameter of the hollow fiber membrane is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.2 to 10 μm, more preferably in the range of 0.5 to 8 μm from the viewpoint of enabling filtration at a large flow rate and reducing the size of the apparatus. A range of 1 to 7 μm is particularly preferable.
Here, the pore diameter means a particle diameter from which 90% is excluded when various reference substances (colloidal silica, emulsion, latex, etc.) having a known particle diameter are filtered through a hollow fiber membrane. The pore diameter is preferably uniform.
From the viewpoint of the mechanical properties of the hollow fiber membrane and the membrane area as a module, the outer diameter of the hollow fiber membrane is preferably set in the range of 200 to 3000 μm, and more preferably in the range of 500 to 2000 μm.
The thickness of the hollow fiber membrane is preferably in the range of 50 to 700 μm, and more preferably in the range of 100 to 600 μm.
The hollow fiber membrane module of the present invention is a module in which a hollow fiber membrane is modularized and used for filtration. For example, a plurality of hollow fiber membranes are bundled, and one end of the hollow fiber membrane bundle is attached to a suitable sealant at a binding portion. And are sealed in a state where the other ends are not fixed one by one (one end free) at the free end. The form of the module can be appropriately selected according to the filtration method, the filtration conditions, the washing method, etc., and a plurality of hollow fiber membranes can be made into one bundle, and a hollow fiber membrane module can be constituted from one bundle or several bundles. Good. Examples of the filtration method using the hollow fiber membrane module include external pressure total filtration and external pressure circulation filtration, which can be appropriately selected according to desired treatment conditions and treatment performance.
Gas backwashing refers to the membrane surface and membrane by injecting gas (generally air, nitrogen) from the permeate side of the hollow fiber membrane at a pressure equal to or higher than the bubble point of the hollow fiber membrane, and ejecting the gas to the stock solution side. A method of cleaning the inside. The bubble point is a pressure at which gas is not released from the stock side of the hollow fiber membrane when the gas is pressurized and introduced from the permeate side of the hollow fiber membrane with the liquid on the stock side of the hollow fiber membrane. Say.
Liquid backwashing refers to a method of washing the membrane surface and the inside of the membrane by the same operation as gas backwashing using liquid (generally permeate) instead of gas.
The time for the gas backwashing and liquid backwashing can be appropriately selected.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention. In this hollow fiber membrane module 1, a hollow fiber membrane element 2 having a cylindrical hollow fiber bundle 20 in which a large number of hollow fiber membranes are bundled is accommodated in a housing (housing) 31. The stock solution introduced from the stock solution inlet 21 provided in the front side wall 35 is filtered, and the permeate (filtrate) is discharged from the permeate outlet 22 at the bottom of the casing 31. The hollow fiber bundle 20 has a bundling portion 20a obtained by bundling a large number of hollow fiber membranes at the base end (lower end), and has a free end portion 20b at the front end (upper end).
The hollow fiber membrane elements 2 are arranged in the casing 31 with a uniform spacing in the lateral direction (radial direction) desirable for increasing the filtration efficiency of the hollow fiber membrane elements 2. For example, 56 lines are arranged in 7 rows and 8 columns, and each column is shifted by a half pitch. Each of the hollow fiber membrane elements 2 is, for example, a bundle of a large number of hollow fiber membranes accommodated in a cylindrical protective cover 32 extending in a substantially vertical direction, and the hollow fiber bundle 20 is held in the protective case 32. Therefore, even when the level of the stock solution in the casing 31 is lowered, the hollow fiber membrane element 2 can be prevented from falling down.
The hollow fiber membrane element 2 may have a bundling portion 20a at the upper end, and the tip portion may be in a loop shape or a fixed state.
As shown in the plan view of FIG. 2A, the casing 31 has a horizontal sectional shape, that is, the shape of the side wall 35 in a plan view is a polygon such as a quadrangle. Since the dead space is reduced outside the cylindrical hollow fiber membrane element group 2 as compared with the conventional case having a circular cross section shown in FIG. 9, the apparatus can be miniaturized. Further, since the dead space is small, the stock solution filling amount in the hollow fiber membrane module 1 can be reduced, and the recovery rate can be improved and the chemical use amount can be reduced.
1 is provided with an element mounting plate 36 on which a plurality of hollow fiber membrane elements 2 are erected. As shown in the side view of FIG. 2 (b), each hollow fiber membrane element 2 has a protruding portion 2a protruding downward at the bottom thereof, and through an O-ring (not shown) attached to this portion. It is erected in the through hole 36 a of the element mounting plate 36. The element mounting plate 36 is arranged in a posture inclined from the horizontal direction. For example, the central portion is high, and the element mounting plate 36 is inclined about 0.3 ° to the left and right (both sides) and further inclined about 0.3 ° to the front and rear.
At the time of drainage, the stock solution discharge ports 24 provided at the four corners of the element mounting plate 36 are positioned in the lower position due to the inclination of the element mounting plate 36, so that the waste liquid (drain) is smoothly discharged from the stock solution discharge port 24. . A bowl-shaped permeate receiving plate 38 is provided below the element mounting plate 36, and a header 38 a is connected to the downstream end of the permeate receiving plate 38. The permeate flowing out from each hollow fiber membrane element 2 enters the permeate receiving plate 38, passes through the header 38a, and is discharged from the permeate outlet 22 provided in the header 38a. The bottom surface 33 of the permeate receiving plate 38 is joined with a flat shape forming the bottom surface of the casing 31, that is, a flat plate-like bottom wall 33, and the bottom wall 33 is fixed to the base K. .
At the upper part of the casing 31, there is provided an element pressing plate 39 for pressing and fixing the hollow fiber membrane element 2 standing on the element mounting plate 36 downward. As shown in FIG. The lower edge portion 39b of the pressing plate 39 and the upper edge portion 36b of the element mounting plate 36 are fastened and fixed at a plurality of locations by bolts 40, so that each hollow fiber membrane element 2 is stably held. A gas discharge port 23 for discharging a gas such as air is provided in the upper portion of the side wall 35 on the front surface of the housing 31.
A flat lid shape for opening and closing the casing 31, that is, a sealing lid portion 37 having a flat plate shape is provided on the element pressing plate 39. The sealing lid 37 and the upper end of the side wall 35 are sealed with a packing P. In the case of a hollow fiber membrane module having a hollow fiber membrane having a relatively large pore diameter (for example, 2 μm), the pressure applied to the hollow fiber membrane module for feeding the stock solution can be lowered. Can be made into a flat shape instead of a hemisphere assuming high pressure as in the past, so that the dead space in the cliff body 31 is reduced, and further miniaturization and reduction of the stock solution filling amount are achieved. Can do.
Further, as shown in FIG. 2A, the housing 31 includes a stock solution dispersion plate 34 that disperses the stock solution introduced from the stock solution inlet 21 in the housing 31, for example, in a substantially U shape in plan view. Yes. As shown in FIG. 1, the undiluted liquid dispersion plate 34 has a substantially quadrangular shape in which at least one surface in the casing 31, in this example, the rear side wall is cut out. The left and

right side walls

34a, 34a and the front wall 34b are And covers both the front and left and right sides of the element group composed of the plurality of hollow fiber membrane elements 2. As a result, as shown in FIG. 1, the stock solution introduced from the stock solution inlet 21 is distributed to the left and right directions and upward, and most of the stock solution is rearward as indicated by arrow A, and the rest is sided as indicated by arrows B and C. From the upper side and the upper front side, the hollow fiber membrane elements 2 are introduced. The stock solution dispersion plate 34 forms a stock solution flow path from the stock solution introduction port 21 to the opposite side, and the stock solution is supplied to each hollow fiber membrane element 2 as evenly as possible to improve the filtration efficiency. To do.
The ratio h / H1 / H2 of the heights H1 and H2 of the side wall 34a and the front wall 34b of the stock solution dispersion plate 34 and the height h of the hollow fiber membrane element 2 is 1 / 0.8 to 1.2 / 1.0. It is preferable that it is -1.5.
The stock solution inlet 21 of the hollow fiber membrane module 1 in FIG. 2B is provided on the side wall 35 on the front surface of the housing 31, and the permeate outlet 22 is provided on the side surface of the header 38 a of the housing 31. Thus, the stock solution inlet 21 and the permeate outlet 22 are arranged on the same front side wall 35 side of the casing 31. As a result, the flow of a typical stock solution from the stock solution inlet 21 to the permeate outlet 22, that is, the flow of the stock solution wrapping behind the stock solution dispersion plate 34 indicated by the arrow A in FIG. And the filtration efficiency is improved. Furthermore, in the case of a hollow fiber membrane module system in which a plurality of hollow fiber membrane modules 1 are arranged in a line, the stock solution and permeate pipes for each hollow fiber membrane module 1 can be installed on the same side, thus saving space. And the size of the hollow fiber membrane module system can be reduced.
In addition, since the permeate outlet 22 is provided below the stock solution inlet 21, the permeate can be easily discharged without resisting gravity, so that energy loss is reduced and the apparatus can be further downsized. It becomes. Further, even when a stock solution feed pump is provided, the pump pressure can be reduced.
This hollow fiber membrane module 1 is mainly used on land, and not only uses the above-mentioned pressure difference, but also permeates using a stock solution feed pump in accordance with the stock solution supply law according to the hole diameter of the hollow fiber membrane. The liquid may be taken out. Further, the permeate may be taken out using a vacuum pump on the permeation night side. Furthermore, you may use combining both.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating a first example of a method for cleaning a hollow fiber membrane module having the above-described configuration. In this example, the stock solution feed pump P-1 for sending the stock solution is provided, but since the permeate outlet 22 is provided below the stock solution introduction port 21, the pressure difference due to the height difference is used. Depending on the diameter of the hollow fiber membrane, the stock solution pump may not be provided. Valves V-2, V-3, V-4, V-6, and V-7 arranged in the path are provided for discharging liquid or gas halfway out of the path. P1 is a pressure gauge, F1 is a flow meter, and PIA is a pressure gauge with an alarm.
In the hollow fiber membrane module 1 configured as described above, in the filtration step of the hollow fiber membrane module 1 for filtering the stock solution, first, the stock solution feed pump P-1 is operated from the state where all the valves are closed, and the stock solution is introduced. The valve V-1 and the automatic valve AV-1 are opened, and the stock solution is introduced into the stock solution side of the hollow fiber membrane module 1. At this time, the automatic valves AV-2 and V-5 for discharging the permeate downstream of the permeate outlet 22, the automatic valve AV-8 for introducing permeate, and the backwash permeate (filtrated water) tank 5 are downstream. The automatic valve AV-3 and the valve V-8 for discharging the permeated liquid are opened, and the automatic valve AV-4 for discharging the gas is also opened, and the gas in the hollow fiber membrane module 1 is discharged. Next, the automatic valves AV-4 and AV-8 are closed, and filtration is started. And with the progress of filtration time, a deposit | attachment adheres to the film | membrane surface and micropore of a hollow fiber membrane, and filtration capacity falls. At this time, the hollow fiber membrane is washed by the following first to third washing methods.
(First cleaning method)
In this cleaning method, after performing the filtration step, liquid backwashing is performed using a pressurized permeate, and then gas backwashing with pressurized air is performed once or repeatedly.
First, after the filtration step, the stock solution feed pump P-1 is stopped, the automatic valve AV-1, the automatic valve AV-2 and the automatic valve AV-3 are closed, and the automatic valve AV-4 is opened. Then, the compressor 4 is operated, the permeate pressurizing automatic valve AV-7 is opened, the pressure is adjusted by the pressure reducing valve 7, and the backwash permeate tank 5 is pressurized via the check valve 9. Then, the permeate introduction automatic valve AV-8 is opened, the permeate in the backwash permeate tank 5 is introduced into the hollow fiber membrane module 1, and the liquid is backwashed with the pressurized permeate. In this case, it is necessary that the pressure of the compressor 4 is set so that the permeate does not flow backward in the hollow fiber membrane module 1 and the adhered material once peeled does not reattach to the hollow fiber membrane.
Next, the automatic valves AV-4, AV-7 and AV-8 are closed, the automatic valve AV-6 for gas backwashing pressurization is opened, the pressure is adjusted by the pressure reducing valve 6, and then the pressure is adjusted via the check valve 8. Pressure is applied to the hollow fiber membrane module 1. Thereafter, the automatic valve AV-4 is opened, and gas backwashing is performed upward from the permeate outlet 22 using pressurized gas. This gas backwashing may be performed only once, but it is more effective if it is repeated a plurality of times (for example, 5 times).
By this gas backwashing with pressurized air, air is ejected from the permeate side to the stock solution side of the hollow fiber membrane, whereby the deposits are peeled off and the membrane surface and the inside of the membrane are washed. Since the air after backwashing is discharged from the gas outlet 23 and the stock solution remains inside the hollow fiber membrane module 1, gas backwashing can be performed repeatedly, and backwashing efficiency is improved.
The stock solution feed pump P-1 is operated, the automatic valves AV-1, AV-5, AV-7 and AV-8 are opened, and the separated stock solution drains from the stock solution outlet 24 through the valve V-9. Discharged outside. Thereby, the stock solution is replaced and the stock solution is drained.
Thus, in the first cleaning method, first, the deposits are peeled off from the membrane surface by the permeate backwashing, and the flow direction of the deposits peeled off by the gas backwashing is upward, making it difficult to reattach to the hollow fiber membrane. Thus, the backwash efficiency can be improved.
(Second cleaning method)
Unlike the first cleaning method, this cleaning method performs only gas back-washing with pressurized air after the filtration step.
First, after the filtration step, the stock solution pump P-1 is stopped, the automatic valve AV-1, the automatic valve AV-2 and the automatic valve AV-3 are closed, and the automatic valve AV-6 for gas backwash pressurization is opened. Then, after adjusting the pressure by the pressure reducing valve 6, the hollow fiber membrane module 1 is pressurized through the check valve 8. Thereafter, the automatic valve AV-4 is opened, and gas backwashing is performed upward from the permeate outlet 22 using pressurized air. This gas backwashing may be performed only once, but it is more effective if it is repeated a plurality of times (for example, 5 times).
By this gas backwashing with pressurized air, air is ejected from the permeate side to the stock solution side of the hollow fiber membrane, whereby the deposits are peeled off and the membrane surface and the inside of the membrane are washed. Since the air after backwashing is discharged from the gas outlet 23, the gas backwashing can be repeatedly performed without losing the stock solution in the hollow fiber membrane module 1.
Similarly to the first cleaning method, the stock solution feeding pump P-1 is operated, the automatic valves AV-1, AV-4 and AV-5 are opened, and the separated stock solution is supplied from the stock solution outlet 24 to the valve V-9. It is discharged to the outside through. Thereby, the stock solution is replaced and the stock solution is drained.
Thus, in the second cleaning method, similarly, the flow direction of the deposits peeled off by the cleaning becomes upward, and the backwashing efficiency can be improved. Moreover, the backwashing efficiency can be easily improved by repeatedly performing the gas backwashing with the pressurized air.
(Third cleaning method)
Unlike the first and second cleaning methods, this cleaning method performs gas back-washing with pressurized air while flowing the stock solution after the filtration step.
First, after the filtration step, the stock solution feed pump P-1 is operated as it is, the automatic valves AV-1 and AV-4 are opened, and the stock solution is introduced into the hollow fiber membrane module 1. In this state, the automatic valves AV-2, AV-3, AV-5, AV-7, AV-8 are closed, the automatic valve AV-6 for gas backwashing pressurization is opened, and the pressure is reduced by the pressure reducing valve 6. In addition, while the stock solution is flowing through the hollow fiber membrane module 1 through the check valve 8, gas backwashing is performed upward from the permeate outlet 22 using pressurized gas. The gas backwashing while flowing the stock solution may be performed only once, but it is more effective if it is repeated a plurality of times (for example, 5 times).
By this gas back washing with pressurized air, the hollow fiber membrane element 2 is always filled with the stock solution, and air is blown from the permeate side to the stock solution side of the hollow fiber membrane, so that the deposits are peeled off and the membrane The surface and the membrane are cleaned. At this time, the gas discharge port 23 provided above the free end portion 20b of the hollow fiber membrane element 2 serves as a stock solution discharge port. From here, the adhering material is discharged together with the stock solution, so that the reattachment to the hollow fiber membrane is prevented. The backwashing efficiency is improved.
Thus, in the third cleaning method, similarly, the flow direction of the deposits peeled off by the cleaning is upward, and the deposits are discharged together with the stock solution from the gas (stock solution) outlet 23, so that the hollow fiber membrane The backwashing efficiency can be improved. Moreover, since gas backwashing is performed while flowing the stock solution, the replacement of the stock solution and the drainage step can be omitted.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a second example of the method for cleaning the hollow fiber membrane module. Unlike the first example, the second example is not provided with a backwash filtrate tank, and the valves and the like associated therewith are also omitted. Further, the gas discharge port 23 also serves as the stock solution discharge port 24, and the first example is simplified.
In the hollow fiber membrane module configured as above, in the filtration step of the hollow fiber membrane module 1 for filtering the stock solution, first, the stock solution feed pump P-1 is operated from the state where all the valves are closed, and the stock solution introduction valve V-1 and V-10 are opened, and the stock solution is introduced into the stock solution side of the hollow fiber membrane module 1. At this time, the permeate discharge valves V-14 and V-5 downstream of the permeate outlet 22 are opened, the gas discharge automatic valve AV-4 is also opened, and the gas in the hollow fiber membrane module 1 is discharged. . Next, the automatic valve AV-4 is closed, the permeate discharge automatic valve AV-2 is opened, and filtration is started. The valves V-12 and V-13 and the buffer tank 11 are provided for liquid backwashing. And with the progress of filtration time, a deposit | attachment adheres to the film | membrane surface and micropore of a hollow fiber membrane, and filtration capacity falls. At this time, the hollow fiber membrane is cleaned by the fourth to sixth cleaning methods in the following second example.
(Fourth cleaning method)
In this cleaning method, after performing the filtration step, gas backwashing with pressurized air is performed, and then gas backwashing with pressurized air is performed while flowing the stock solution. Each of these gas backwashes may be performed only once, but it is more effective when repeated several times (for example, 5 times).
First, after the filtration step, the stock solution feed pump P-1 is stopped and the automatic valve AV-2 is closed. Next, the compressor 4 is operated, the automatic valve AV-6 for gas backwashing pressurization is opened, the pressure is adjusted by the pressure reducing valve 6, and then the hollow fiber membrane module 1 is pressurized via the check valve 8. . Thereafter, the automatic valve AV-4 is opened, and gas backwashing is performed upward from the permeate outlet 22 using pressurized air. This operation may be repeated.
Next, the stock solution feeding pump P-1 is operated to introduce the stock solution into the hollow fiber membrane module 1. At this time, gas backwashing is performed upward from the permeate outlet 22 with pressurized gas while flowing the stock solution through the hollow fiber membrane module 1 in the same manner as described above.
Thus, in the fourth cleaning method, similarly, the flow direction of the deposits peeled off by the cleaning is upward, and the deposits are discharged together with the stock solution from the gas (stock solution) outlet 23, so that the hollow fiber membrane The backwashing efficiency can be improved. In addition, since the deposits in the film are brought out on the film surface by the first gas backwashing, the gas backwashing is performed while flowing the stock solution, so that the deposits can be efficiently blown upward. At the same time, since the replacement of the stock solution and the draining step can be omitted, the backwashing efficiency can be easily improved.
(Fifth cleaning method)
Unlike the fourth cleaning method, this cleaning method performs gas backwashing with pressurized air while flowing a pressurized stock solution after performing the above filtration step.
First, after the filtration step, the stock solution feed pump P-1 is operated as it is to introduce the stock solution into the hollow fiber membrane module 1. At this time, the automatic valve AV-6 is opened to pressurize the hollow fiber membrane module 1 and perform gas backwashing upward from the permeate outlet 22 with pressurized gas while flowing the stock solution.
Thus, in the fifth cleaning method, similarly, the flow direction of the deposits peeled off by the cleaning is upward, and it is difficult to reattach to the hollow fiber membrane, so that the back cleaning efficiency can be improved. Further, the replacement of the stock solution and the draining step can be omitted. Compared to the fourth cleaning method, the backwashing efficiency can be improved more easily because the stock solution feed pump P-1 does not need to be stopped.
(Sixth cleaning method)
This cleaning method is different from the fourth and fifth cleaning methods after the filtration step described above, and only repeats gas backwashing with pressurized air instead of flowing the stock solution.
First, after the filtration step, the stock solution feed pump P-1 is stopped and the automatic valve AV-2 is closed. Next, the compressor 4 is operated, the automatic valve AV-6 for gas backwashing pressurization is opened, and the hollow fiber membrane module 1 is pressurized. Thereafter, the automatic valve AV-4 is opened, and the gas backwashing upward from the permeate outlet 22 with the pressurized gas is repeated. By repeatedly performing this gas back washing, the hollow fiber membrane is gradually cleaned. Thereafter, the stock solution feed pump P-1 is operated, the stock solution is introduced into the hollow fiber membrane module 1, and the separated deposits are discharged from the gas (stock solution) outlet 23.
Thus, in the sixth cleaning method, similarly, the flow direction of the deposits peeled off by the cleaning becomes upward, making it difficult to reattach to the hollow fiber membrane and improving the backwashing efficiency. Since only gas backwashing with pressurized air is repeated, backwashing efficiency can be improved more easily.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a third example of the method for cleaning the hollow fiber membrane module. Unlike the first example, the third example is provided with a permeate feed pump P-2 instead of a compressor, and the gas discharge port 23 also serves as the stock solution discharge port 24, thus simplifying the first example. Is.
After the same filtration step as in the second example, the hollow fiber membrane is washed by the following seventh washing method. In this cleaning method, after performing the filtration step, liquid backwashing with a pressurized liquid is performed.
First, after the filtration step, the stock solution feed pump P-1 is stopped, the automatic valve AV-2 is closed, and the automatic valve AV-4 for gas (stock solution) discharge is opened. Next, the permeate feed pump P-2 is operated, the permeate feed automatic valve AV-9 is opened, and the liquid backwashing with the pressurized permeate from the permeate outlet 22 is performed. In this case, the pressure of the permeate feed pump P-2 needs to be set so that the permeated liquid does not flow backward in the hollow fiber membrane module 1 and the adhered matter once peeled does not reattach to the hollow fiber membrane.
Thus, in the seventh cleaning method, similarly to the gas backwashing described above, in the liquid backwashing, the flow direction of the deposits peeled off by the cleaning is upward, and it is difficult to reattach to the hollow fiber membrane. Washing efficiency can be improved.
In addition, in each said example, although the hollow fiber membrane module 1 whole is made to stand upright, you may hold | maintain the whole hollow fiber membrane module 1 in the angle inclined from the upright direction like FIG. In this example, it is inclined 14 ° with respect to the upright direction. By making the entire hollow fiber membrane module 1 slanted, its height is lowered, so that the size of the apparatus can be further reduced.
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the examples.
First embodiment
A hollow fiber membrane module 1 in which 56 hollow fiber membrane elements are accommodated in a casing 31 having a square cross section in FIG. 1, and a hollow fiber membrane module in which the same 56 hollow fiber membrane elements are accommodated in a casing having a circular cross section in the prior art. The stock solution filling amount was compared. The casing 31 having a quadrangular cross section in FIG. 1 has a primary side of length 770 × width 770 × height 398 and a secondary side of length 770 × width 770 × height 398. A conventional case having a circular cross-section has a primary side with a diameter of 890 and a cylindrical part height of 390, a hemispherical part height of 220, and a secondary side with a diameter of 890 and a hemispherical part height of 220. The unit is mm. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, in the hollow fiber membrane module 1 according to the present invention, the stock solution filling amount was reduced by 50% or more compared to the conventional hollow fiber membrane module.
[Table 1]

Second embodiment
FIG. 7 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a hollow fiber membrane module system including a plurality of hollow fiber membrane modules. This system discharges permeate (filtered water) by filtering the stock solution such as tap water and pool water and the circulating liquid in the facility.
In this system, as shown in FIG. 8, a plurality of cylindrical hollow fiber membrane elements 2 shown in (b) are accommodated in one hollow fiber membrane module 1A shown in (a), and the hollow fiber membrane module 1A Are arranged in a plurality (FIG. 7).
The hollow fiber membrane element 2A accommodated in the hollow fiber membrane module 1A is made of, for example, a hollow fiber membrane having a pore diameter of 2 μm, and although not shown in the drawing, the bundling portion is downward as in the first to third examples. The free end is arranged above.
In this system, no stock solution pump is provided. As shown in FIG. 8C, by providing the permeate outlet 42 below the stock solution inlet 41, the permeate obtained by filtering the stock solution can be easily discharged by utilizing the pressure difference due to the height difference. Therefore, it is possible to discharge the permeated liquid without providing the raw liquid feed pump, and the apparatus can be further downsized. A gas discharge port 43 is provided above the stock solution introduction port 41, and a stock solution discharge port 44 for discharging the separated stock solution (drain) is provided above the permeate outlet 42.
In this case, the hollow fiber membrane module is washed upward from the permeate outlet 42 using any one of the methods of the first to third examples described above.
The hollow fiber membrane module system including a plurality of hollow fiber membrane modules described above enables efficient filtration, and improves the recovery rate and the chemical usage by reducing the stock solution while reducing the system size. be able to.
As described above, the preferred embodiments have been described with reference to the drawings. However, those skilled in the art will readily consider various changes and modifications within the obvious scope by looking at the present specification. Accordingly, such changes and modifications are to be construed as within the scope of the invention as defined by the appended claims.
[Brief description of the drawings]
The present invention will be understood more clearly from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments and drawings are for illustration and description only and should not be used to define the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the appended claims (claims). In the accompanying drawings, the same component symbols in a plurality of drawings indicate the same parts.
FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a hollow fiber membrane module according to an embodiment of the present invention.
Fig.2 (a) is a schematic plan view which shows the hollow fiber membrane module of FIG. 1, (b) is the schematic side view.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a first example of a method for cleaning a hollow fiber membrane module according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second example of the method for cleaning a hollow fiber membrane module according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a third example of the method for cleaning a hollow fiber membrane module according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic side view showing an inclined hollow fiber membrane module.
Fig.7 (a) is a top view which shows one Example of the hollow fiber membrane module system of this invention, FIG.7 (b) is a side view of (a).
FIG. 8A is a plan view showing the hollow fiber membrane module of FIG. 7, FIG. 8B is a plan view showing hollow fiber membrane elements housed in the hollow fiber membrane module of FIG. 7A, and FIG. FIG.
FIG. 9 is a schematic plan view showing a conventional hollow fiber membrane module.

Claims

A hollow fiber membrane module in which a plurality of hollow fiber membrane elements formed in a columnar shape by bundling a large number of hollow fiber membranes are provided in a housing, and the housing has a quadrangular shape in its horizontal cross section,
The hollow fiber membrane element has a free end at the tip, the bundling portion is disposed below, and the free end is disposed above,
A stock solution dispersion plate is provided for dispersing stock solution introduced from a stock solution inlet provided on the front surface of the housing so that the stock solution is uniformly supplied to the plurality of hollow fiber membrane elements in the housing,
The undiluted solution dispersion plate guides the undiluted solution from the undiluted solution introduction port to the upper front in the housing and introduces the undiluted solution into the hollow fiber membrane element group composed of the plurality of hollow fiber membrane elements from the upper front. A hollow fiber membrane having left and right side walls that are led rearwardly into the body and introduced into the hollow fiber membrane element group from the rear and introduced into the hollow fiber membrane element group from an upper side of the hollow fiber membrane element group module.

2. The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein each hollow fiber membrane element has a hollow fiber bundle accommodated in a cylindrical protective case.

The hollow fiber membrane module according to claim 1 or 2, wherein the sealing lid portion and the bottom portion of the casing have a planar shape.

4. The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein an element mounting plate disposed at a lower portion of the housing and erected with the hollow fiber membrane element is inclined from a horizontal direction. 5.

5. The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein the stock solution inlet and the permeate outlet for discharging the permeate are provided on the same side wall side of the casing.

2. The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein a permeate outlet for discharging the permeate is provided below a stock inlet for introducing the stock solution.

The hollow fiber membrane module according to claim 1, wherein the hollow fiber membrane module is held at an angle inclined from an upright direction.

The hollow fiber membrane module according to any one of claims 1 to 7 , wherein deposits accumulated on the surface of the hollow fiber membrane are removed by washing by performing at least one of gas back washing and liquid back washing. Cleaning method.

The method for cleaning a hollow fiber membrane module according to claim 8 , wherein air or nitrogen is used for the gas backwashing.

9. The method for washing a hollow fiber membrane module according to claim 8 , wherein a stock solution is introduced during the back washing.