JP4960612B2

JP4960612B2 - 膜処理装置

Info

Publication number: JP4960612B2
Application number: JP2005227279A
Authority: JP
Inventors: 昇竹村; 政宏斉藤; 岳谷口; 大士佐藤
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: JP2007038172A

Description

本発明は、膜処理装置に関し、詳しくは、閉塞原因となる浮遊物質や有機物の膜表面への侵入を防止でき、逆洗回数を減らすことができ、さらに、ろ布自体の洗浄も膜の洗浄時に行うことができる膜処理装置に関する。

従来、下水やし尿などの汚水処理の分野で、精密ろ過膜、限外ろ過膜のような膜処理技術は、清澄な処理水を得るための固液分離手段から、更に改良され、沈殿槽や濃縮槽のような固液分離手段として使用されるようになってきている。

このような膜処理では、活性汚泥のような濃度の高い汚泥を固液分離するため、ろ過膜の目詰まりが問題となる。

特許文献１には、ろ過膜の表面にろ布を設けて、ろ布で原水中の夾雑物を除去し、その夾雑物のケーキ層をろ布に形成し、ケーキ層を通過した原水を次の膜によって処理する手法が開示されている。

この特許文献１の技術によると、確かにろ布に形成されたケーキ層による前処理によって微細な粒子まで除去され、ろ過膜の目詰まり時間が延長される。
特開平５−１８４８１９号公報

しかし、特許文献１のようにろ布にケーキ層を形成してしまうと、ケーキ層は圧密状態でろ布に付着しているので、ケーキ層の内部に目詰まりが生じやすく、またろ布の洗浄は不可能であり、結局、特許文献１の図２に記載のようにろ布を常に移動できるような構造にして、ろ布の目詰まりが生じたら、ろ布を移動させて再度ケーキ層を形成し、ろ過をしなければならず、実際の装置としては全く機能しない欠点がある。

本発明は、かかる技術の欠点を解消するために、ろ布自体の洗浄も膜の逆洗時に行うことができる膜処理装置を提供することを課題とする。

また、本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
外部周囲に存在する原水を加圧してろ過するろ過膜と、前記ろ過膜によるろ過後に集水された処理水を取り出す処理水出口とを有し、前記ろ過膜の外側に所定間隔を空けて配置、固定されたろ布を備える膜処理装置であって、
前記ろ布が、前記ろ過膜の底部を開放した状態で外周側面を被覆するように設けられ、
前記ろ布の下部を前記ろ過膜の下端部より下方に延出させ、該延出部の外周を弾性ヒモ状体で絞り込むようにしてなることを特徴とする膜処理装置。

（請求項２）
前記ろ布は、孔径分布が０．１〜５０μｍの範囲にあり、かつ孔径分布のピークが５〜２５μｍの範囲に位置することを特徴とする請求項１記載の膜処理装置。

（請求項３）
前記ろ過膜が、精密ろ過膜であり、公称孔径が０．１〜１．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜処理装置。

（請求項４）
前記ろ布は、プリーツ型を為していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の膜処理装置。

本発明によれば、閉塞原因となる浮遊物質や有機物の膜表面への侵入を防止でき、逆洗回数を減らすことができ、さらに、ろ布自体の洗浄も膜の洗浄時に行うことができる、実用的な膜処理装置を提供することができ、特にバラスト水の処理に効果的である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

第１の態様
図１は、本発明の膜処理装置の一例を示す図であり、同図において、１は膜処理装置であり、１０は外部周囲に存在する原水を加圧してろ過するろ過膜であり、１１はろ過後に集水された処理水を取り出す処理水出口、１２は前記ろ過膜１０の外側に配置、固定されるろ布である。

この態様は、ろ布１２を前記ろ過膜１０の外周側面及び底部を被覆するように設けた例で、いわゆる靴下型を採用した例である。

なお、膜処理装置１は図示のように竪型が好ましいが、横型であってもよい。

ろ過膜１０としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）などが挙げられ、精密ろ過膜は、ふるいの目が通常ろ過と限外ろ過の間に位置しており、好ましい公称孔径は０．０５〜１０μｍの範囲であり、より好ましい公称孔径は０．１〜１．０μｍの範囲である。また限外ろ過膜は、基本的には分画分子量によって膜の目開きが規定されるが、一般には０．００５〜０．１ミクロンの微粒子を透過させずに、水、イオン分子、低分子量物質を透過させる特性をもつ膜である。

本発明では、バラスト水中のバクテリア等を効果的に除去する観点から、精密ろ過膜が好ましい。

膜の材質は、各種合成樹脂（例えばポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、アセテートなど）を用いることができるが、格別限定されるわけではない。

ろ布１２は織布又は不織布のいずれでもよいが、好ましいのは図３に示すように、孔径分布が０．１〜５０μｍの範囲にあり、かつ孔径分布のピークが５〜２５μｍの範囲に位置するものが好ましい。

ろ布１２の材質は、格別限定されないが、逆洗浄時に破れない程度の引っ張り強度を有し、さらに逆洗浄効果を向上させる上で、伸縮性を有していることが好ましい。

ろ布１２の設置後の形状は、図１のような円筒形でもよいが、図４に示すように、プリーツ型にすると、ろ過面積を２倍以上にすることも可能であり、原水中の浮遊物質、有機物、あるいはバクテリアなどの捕獲率が向上するので好ましく、伸縮性も確保できるので、ろ布１２の材質として伸縮性の素材を用いなくて済む効果もある。

浮遊物質、有機物、あるいはバクテリアなどを含む原水は、矢符１３のように膜処理装置１の外部から内部に向かって加圧される。加圧機構は図示されていないが、装置外部の原水１３が加圧される機構であれば格別限定されない。

加圧過程で、浮遊物質、有機物、あるいはバクテリアのうち粒径の大きいものはろ布１２によって捕獲される。この捕獲された物質を以下、ファウリング物質といい、図面では符号Ｆで大きいファウリング物質が示され、符号ｆで小さいファウリング物質が示されている。

ろ布１２を通過した原水は、ろ過膜１０を通過する際に、微細な浮遊物質、有機物、あるいはバクテリアがろ過膜１０で捕獲される。

本発明の膜処理装置１は、バラスト水中のバクテリア除去に効果的である。一般に、原油等を輸送する貨物用船舶には、航行時の船体の安定性を保つためにバラストタンクが設けられている。通常、原油等が積載されていないときには、バラストタンク内をバラスト水で満たし、原油等を積み込む際にバラスト水を排出することにより、船体の浮力を調整し、船体を安定化させている。このようにバラスト水は、船舶の安全な航行のために必要な水であり、通常、荷役を行う港湾の海水が利用される。その量は、世界的にみると年間１００億トンを超えるといわれている。ところで、バラスト水中には、それを取水した港湾に生息する微生物や小型・大型生物の卵が混入しており、船舶の移動に伴い、これら微生物や小型・大型生物の卵が同時に異国に運ばれることになる。従って、もともとその海域には生息していなかった生物種が、既存生物種に取って代わるといった生態系の破壊が深刻化している。このような背景の中、国際海事機関（ＩＭＯ）の外交会議において、バラスト水処理装置等に係る定期的検査の受検義務が採択され、２００９年以降の建造船から適用される予定となっている。また、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための条約により、バラスト水の排出基準は、以下の表１のようになる予定である。このため、バラスト水の排出時に外洋に存在する微生物数の１００分の１程度まで除菌することが必要となっている。

本発明では、公称孔径０．４μｍのＭＦ膜を使用し、孔径分布が０．１〜５０μｍの範囲にあり、かつ孔径分布のピークが２０μｍに位置するろ布１２を使用した場合、ろ布１２によって５０μｍ以上の大きさのプランクトンを１００％除去でき、１０〜５０μｍの大きさのプランクトンをほぼ除去できる。これによりろ過膜１０に付着するファウリング物質は減少し、ろ過膜１０の限界捕捉までの時間が延び、その分ろ過時間が延びる。ろ過膜１０では１０〜５０μｍの大きさのプランクトンを完全に除去でき、バクテリアを１００％除去可能である。

本発明の膜処理装置１においては、膜処理装置１のろ過膜１０とろ布１２を同時に逆洗できる構造である点に一つの特徴があり、かかる逆洗について説明すると、図２に示すように、洗浄水は処理水出口１１から圧入される。圧入された逆洗水は、ろ過膜１０の内側から外側に向かって流れ、ろ過膜１０に捕獲されたファウリング物質Ｆ，ｆを外側に排出する。排出されたファウリング物質Ｆ，ｆはもともと、ろ布１２を通過してきたものであるので、逆方向の流れによって、ろ布１２を通過して外部に排出される。また、ろ布１２で捕獲されたファウリング物質Ｆ，ｆも逆洗水によって矢符１４のように外部に排出される。

本発明において、ろ布１２が伸縮性を有する場合には、ろ布１２で捕獲されたファウリング物質Ｆ，ｆは容易に除去可能である。

本発明では、従来のように、ろ布１２を別途洗浄する必要がなく、逆洗水によってろ過膜１０と一緒に洗浄可能であるので洗浄作業が簡略化され、またろ布１２を移動する装置を必要とせず、靴下型のろ布１２を設けるだけなので、膜処理装置１のコストが軽減される。

第２の態様
次に、本発明の他の態様を説明する。この態様はろ布１２が、ろ過膜１０の底部を開放した状態で外周側面を被覆するように設けた例で、いわゆるスカート型にしたものである。

図５は第２の態様を示す図であり、同図に示すように、ろ布１２はスカート型であり、下方が開口している。ろ過時にろ布１２が捲りあがらないようにろ布１２の下方を例えば輪ゴム１５などのような弾性ヒモ状体で絞り込むようにすることもできる。

即ち、前記ろ布１２の下部を前記ろ過膜１０の下端部より下方に延出させ、該延出部の外周を弾性ヒモ状体で絞り込むようにした態様であり、このようにすると逆洗時にろ過膜１０のファウリング物質Ｆ，ｆがろ布１２とろ過膜１０との間に蓄積するのを防止できる。即ち、図６に示すように、逆洗時に逆洗水圧により輪ゴム１５が伸びて、ろ過膜１０のファウリング物質Ｆ，ｆが剥がれ落ちる。

この態様ではろ布１２の動きに自由度があり、逆洗時にろ布１２が揺れることで、ファウリング物質Ｆ，ｆが剥がれ落ちる効果がある。

以下、実施例により本発明の効果を例証する。

実施例１
図１に示す膜処理装置を用いて、原水のろ過処理、及び逆洗処理を行った。

＜原水条件＞
原水バラスト水を得るための海水
原水性状
S S ５．０ｍｇ／ｌ
プランクトン１０〜５０μｍ：１０個／ｍｌ
５０μｍ以上：５×１０^４個／ｍ^３
バクテリア５×１０^４cfu／100ｍl

＜膜処理装置の仕様＞
ろ過膜精密ろ過膜（公称孔径０．４μｍ）
加圧圧力２０〜５００ｋＰａ

＜ろ布の仕様＞
ろ布の設置方式：靴下型
ろ布の材質不織布
ろ布の孔径分布
孔径分布：０．１〜５０μｍの範囲
孔径分布のピーク：約２０μｍ

＜処理結果＞
ろ布による処理効果
（１）５０μm以上の大きさのプランクトンを１００％除去できた。
（２）１０〜５０μmの大きさのプランクトンをほぼ除去できた。

ろ過膜による処理効果
（１）１０〜５０μmの大きさのプランクトンを完全に除去できた。
（２）バクテリアを１００％除去できた。

＜逆洗処理＞
ろ布を設けない場合のろ過膜の限界捕捉までの時間は８分であったが、ろ布を設けた場合には、ろ過膜の限界捕捉までの時間は２０分となり、時間が延びてその分ろ過時間が延びることがわかった。

実施例２
実施例１において、膜処理装置を図５に示す膜処理装置（ろ布の設置方式がスカート型）に代えた以外は、同様に原水のろ過処理及び逆洗処理を行った。処理結果は実施例１と同様の結果が得られた。

＜逆洗処理＞
ろ布を設けた場合のろ過膜の限界捕捉までの時間は３０分となり、実施例１より更に時間が延びてその分ろ過時間が延びることがわかった。

本発明の膜処理装置の一例を示す図図１の逆洗時の状態を示す図ろ布の孔分布と孔径の関係を示す図ろ布の他の態様を示す図本発明の膜処理装置の他の例を示す図図５の逆洗時の状態を示す図

符号の説明

１：膜処理装置
１０：ろ過膜
１１：処理水出口
１２：ろ布
１３：原水
１５：輪ゴム（弾性ヒモ状体）
Ｆ：大きいファウリング物質
ｆ：小さいファウリング物質

Claims

外部周囲に存在する原水を加圧してろ過するろ過膜と、前記ろ過膜によるろ過後に集水された処理水を取り出す処理水出口とを有し、前記ろ過膜の外側に所定間隔を空けて配置、固定されたろ布を備える膜処理装置であって、
前記ろ布が、前記ろ過膜の底部を開放した状態で外周側面を被覆するように設けられ、
前記ろ布の下部を前記ろ過膜の下端部より下方に延出させ、該延出部の外周を弾性ヒモ状体で絞り込むようにしてなることを特徴とする膜処理装置。
前記ろ布は、孔径分布が０．１〜５０μｍの範囲にあり、かつ孔径分布のピークが５〜２５μｍの範囲に位置することを特徴とする請求項１記載の膜処理装置。
前記ろ過膜が、精密ろ過膜であり、公称孔径が０．１〜１．０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載の膜処理装置。
前記ろ布は、プリーツ型を為していることを特徴とする請求項１、２又は３記載の膜処理装置。