JP6032405B2 - 膜モジュール - Google Patents

Description

本発明は、膜モジュールに関し、特に、濾過膜の表面に平型プレフィルタを設けた膜モジュールに関する。

従来から、活性汚泥や凝集汚泥などを含む被処理水を濾過するために、外圧濾過式の浸漬型膜分離装置が用いられている。外圧濾過式の浸漬型膜分離装置は、多数の中空糸膜又は管状膜のような濾過膜を備える膜モジュールを有している。そして浸漬型膜分離装置を、槽内に貯留した被処理水中に浸漬させ、膜モジュール内に負圧を作用させることで被処理水を膜モジュール内に吸引し、濾過膜によって被処理水を濾過する。

浸漬型膜分離装置は、様々な種類の被処理水を濾過するのに適しているが、その中でも、高汚濁性水（例えば、ＳＳ（Suspended Solid）濃度が５０ｐｐｍより高く、且つＴＯＣ（Total Organic Carbon）量が１００ｐｐｍよりも高い排水）を処理する場合には、膜表面にＳＳや有機物が堆積し易い。そして、膜表面にＳＳや有機物が堆積すると、ＳＳや有機物が塊を形成し、近接する膜同士が固着して一体化し、膜の有効膜面積が低下する、所謂、インターファイバークロッギングを起こしてしまう、という問題があった。

インターファイバークロッギングが発生すると、膜の濾過能力が極端に低下するため、インターファイバークロッギングを事前に防止することが望ましい。そしてインターファイバークロッギングを防止することができる膜モジュールとして、膜を平型のプレフィルタで覆った膜モジュールが知られている（例えば、特許文献１）。

特許第３６９４５３６号公報

特許文献１の膜モジュールは、中空糸膜を覆う平型プレフィルタを備えおり、平型プレフィルタによってＳＳや有機物を事前に捕捉してこれらが膜に付着するのを防止するようになっている。

膜を平型プレフィルタで覆って構成された膜モジュールの洗浄の洗浄方法に関しては、いまだ確立された技術が存在しないが、その形状から膜モジュールの二次側（濾過水側）から一次側（被処理水側）に向けて洗浄液を流すインライン洗浄が有効であると考えられている。しかしながら、インライン洗浄を行うと、洗浄液の圧力によって平型プレフィルタが膨張してしまい、平型プレフィルタが破損し、又は平型プレフィルタから洗浄液が滲み出て洗浄液の使用量が増加する、という問題がある。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、インライン洗浄を行ったとしても平型プレフィルタの破損を防止することができ、且つ洗浄液の消費量の増加を抑制することができる平型プレフィルタを備えた膜モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、濾過膜を覆う平型プレフィルタを備えた外圧濾過式の膜モジュールであって、平型プレフィルタの膨張を抑制する抑制構造体を備えており、抑制構造体は、平型プレフィルタの外側に設けられた網状体であり、さらに、網状体を押さえつける棒を備える。

このように構成された本発明によれば、抑制構造体によって平型プレフィルタの膨張を抑制することができるので、インライン洗浄を行って膜モジュール内の圧力が高まったときに平型プレフィルタが膨張するのを抑制することができる。

本発明において、好ましくは、網状体は、樹脂製又は金属製である。

以上のように、本発明によれば、インライン洗浄を行ったとしても平型プレフィルタの破損を防止することができ、且つ洗浄液の消費量の増加を抑制することができる。

本発明の実施形態による膜モジュールを備える膜濾過装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態による膜モジュールを示す斜視図である。 図１のIII−III断面の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による膜モジュールについて説明する。
図１は、膜モジュールを備える膜濾過装置を示す斜視図である。

図１に示すように、膜濾過装置１は、複数の膜モジュール３と、膜モジュール３の下側に配置された散気板５と、を備えている。複数の膜モジュール３は、互いの面が向かい合うように所定の間隔をもって配列されている。そして膜モジュール３の下側には、外部のブロワーと接続された散気板５が配置されている。

散気板５は、ブロワーから流れてきた空気が全ての膜モジュール３に当たるように、広範囲にわたって空気を放出するようになっている。散気板５から放出された空気は、隣接する膜モジュール３同士の間を通って膜モジュール３にあたり、膜モジュール３を物理的に洗浄する。

図２は、膜濾過装置の膜モジュールを示す斜視図であり、図３は、図２のIII−III断面の断面図である。
膜モジュール３は、平行に配列された複数本の濾過膜７と、濾過膜７の両端に各々固定された一対のハウジング９とを備えている。

濾過膜７は、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、ポリスルフォン系の材料の中空糸膜を編地に加工したもので構成されている。編地への加工のしやすさなどを考えるとポリエチレン等の強伸度の高い材質のものが好ましい。尚、濾過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はない。また、濾過膜７としては、中空糸膜を例えば緯糸として用いて編地としたものを一枚、又は編地を数枚積層した積層体を使用するのが好適である。従来の円筒形モジュールの場合には、綛取りして収束した中空糸膜を円筒形の構造材内に収納するのに困難はなかった。一方、細長い矩形の開口部に対して綛取りした中空糸膜を収納するのは困難であるが、編地を用いれば容易に収納することができる。尚、ここでいう編地の積層には、編地を切断せずに適当な長さに折り畳み重ねたものをも包含する。編地の積層（折り畳み）枚数は、編地の厚さ、即ち中空糸膜の太さや編地を編成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構成するのが好ましい。

ハウジング９は、複数本の濾過膜７の束を受け入れるための開口を備えており、開口内に固定用樹脂を充填し、固定用樹脂によって濾過膜７の束を固定する。濾過膜７の両端は開口しており、濾過膜７によって濾過した濾過水は、濾過膜７内を通ってハウジング９内に流れ込む。また、一対のハウジング９のうちの一方は、濾過した水を取り出すための取水口１１を備えており、膜モジュール３で濾過された濾過水は、取水口１１を通じて膜濾過装置１の外部に排出される。

ハウジング９を構成する材料は、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、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹脂等が例示される。使用後に焼却処理が必要な場合には、燃焼により有毒ガスを出さずに完全燃焼させる事のできる炭化水素系の樹脂を材質とするのが好ましい。

また、固定用樹脂としては、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たものを使用するのが良い。

ハウジング９の取水口１１は、膜モジュール３内に洗浄液を流し込む洗浄装置１３に接続されている。洗浄装置１３は、ハウジング９の取水口１１を通じて洗浄液を膜モジュール３内に流し込む。洗浄液は、被処理水中の汚泥の性質に応じて適宜選択され、被処理水中の汚泥が有機物を含む場合には、次亜塩素酸ナトリウム溶液などの酸化剤を用い、無機物を含む場合には、シュウ酸、クエン酸、塩酸などの酸溶液を用いる。そして洗浄装置１３は、洗浄液を膜モジュール３内に流し込み、これにより濾過膜７に付着した汚泥を化学的に洗浄する。

また、複数本の濾過膜７の周囲には、濾過膜７のインターファイバークロッギングを防止するための平型プレフィルタ１５が設けられている。平型プレフィルタ１５は、一つの膜モジュール３の全ての濾過膜７を完全に覆うように設けられたフィルタであり、膜表面にＳＳや有機物が堆積するのを防止して、濾過膜７のインターファイバークロッギングを防止する。

平型プレフィルタ１５は、例えば０．１〜１００μｍの多数の微小孔を有するフィルタであり、セルロース系、アクリル系、ポリオレフィン系の材料によって構成されている。また、コスト面や膜面にケーキ層が形成されケーキ濾過が行われる点等を考慮し、不織布等をベースとしたデプスフィルタによって平型プレフィルタ１５を構成してもよい。

そして平型プレフィルタ１５を配置することにより、濾過膜７の一次側（処理水側）は、完全に平型プレフィルタ１５によって覆われる。

膜モジュール３は、さらに、平型プレフィルタ１５の膨張を抑制する抑制構造体１７を備えている。抑制構造体１７は、平型プレフィルタ１５の外側に配置された網状体である。抑制構造体１７は、一対のハウジング９の間に張設されており、平型プレフィルタ１５の外周を囲むように配置されている。具体的には、抑制構造体１７は、平型プレフィルタ１５の露出している全ての面を覆うように形成されており、インライン洗浄を行ったときの平型プレフィルタ１５の膨張に抵抗できる程度の張力をもってハウジング９に固定されている。

抑制構造体１７としては、平型プレフィルタ１５や濾過膜７のような濾過能力を実質的に有しておらず、平型プレフィルタ１５による濾過を過度に阻害するものでなければ特に制限はなく、ステンレス製や硬質プラスチック製の網状体などが好適に用いられる。また、網状体をさらに棒で押さえつけることで、より確実に平型プレフィルタ１５の膨張を抑制することができる。網状体の仕様に関しては、平型プレフィルタ１５を損傷しないもので、網状体自体が目詰まりしたり、平型プレフィルタ１５を目詰まりさせたりしないものであれば特に制限はない。

上述の膜濾過装置１によって被処理水を濾過する場合、先ず、被処理水が貯まっている槽内に膜濾過装置１を浸漬させる。そして、膜モジュール３の取水口１１に接続されたポンプを作動させることにより、膜モジュール３内に負圧を作用させる。これにより、膜モジュール３の周囲にある被処理水が、まず、平型プレフィルタ１５で濾過される。これにより、被処理水中のＳＳや有機物の一部が平型プレフィルタ１５の表面に付着する。平型プレフィルタ１５を通過した被処理水は、濾過膜７の被処理水側（一次側）から濾過水側（二次側）に向けて流れて濾過膜７内を通過する。これにより、被処理水は濾過され、濾過水は、ハウジング９内を通って取水口１１から膜濾過装置１外部に排出される。

また膜濾過装置１は、散気板５から濾過膜７に向けて空気を放出して曝気又はエアレーション、及び洗浄装置１３を作動させるインライン洗浄により、定期的に濾過膜７を物理的に洗浄する。

洗浄装置１３によって濾過膜７を洗浄する場合、洗浄装置１３を作動させて洗浄液を所定の圧力で、取水口１１を通して膜モジュール３内に流し込む。これにより、洗浄液は、ケーシング９内から濾過膜７の内部に流入し、濾過膜７の濾過水側（二次側）から被処理水側（一次側）に向けて流れる。これにより、濾過膜７の表面に付着した汚泥を化学的に洗浄する。このとき、濾過膜７の被処理水側に流れた洗浄液は、濾過膜７を完全に覆っている平型プレフィルタ１５内に流れ込むので、平型プレフィルタ１５には、二次側から一次側に向けて、平型プレフィルタ１５を膨張させようとする圧力が作用する。そこで、抑制構造体１７により、平型プレフィルタ１５の膨張を抑制する。これにより、膨張による平型プレフィルタ１５の破損を防止することができる。また、平型プレフィルタ１５の膨張を抑制することにより、膜モジュール３内での洗浄液の濃度を保つことができ、これにより洗浄液の消費を抑制することができる。

以下、実施例により本発明の実施方法を更に詳細に説明するが、これらの実施例は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を限定するものではない。

実施例１（ネットで覆ったモジュール）
膜モジュールの製作
親水化ポリエチレン多孔質中空糸膜EX540VS（三菱レイヨン（株）製、内径：３５０μｍ、外径：５４０μｍ、材質：ポリエチレン）を用い、固定用樹脂として２液硬化型ウレタン樹脂Ｃ４４０３／Ｎ４２２４（日本ポリウレタン社製）を使用してハウジングに固定した。さらに、中空糸膜部分とハウジングを覆うように不織布を設置し、図１に示す平型プレフィルタ付き中空糸膜モジュール（以下、膜モジュールとする）を製造した。なお、膜モジュールの外寸は５５０ｍｍ×２５０ｍｍ×３０ｍｍ、平型プレフィルタの有効膜面積は０．２２ｍ²、中空糸膜の平均有効長は２００ｍｍ、中空糸膜面積は５ｍ²とした。

ネットの設置
この膜モジュールの平型プレフィルタ表面を覆うように、長さ６００ｍｍ、幅３００ｍｍの高密度ポリエチレン製ネット（厚み２．１ｍｍ、網目ピッチ１０×１０ｍｍ）を設置し、外周をポリエチレン製結束バンドで固定した。

膜モジュール内部の体積測定
この膜モジュールの平型プレフィルタに直径１０ｍｍの穴を開け、チューブフィッティングを設置した。膜モジュール全体を水道水に沈め、膜モジュール内の空気を追い出した後、このチューブフィッティング部分から流量５Ｌ／ｍｉｎで空気を吹き込んだところ、通気開始４６秒後にプレフィルタ表面から空気が噴出し始めたため、この膜モジュールの内部体積は３．８Ｌであることがわかった。また、通気流量を徐々に増した場合、膜モジュール内の気圧が２５０ｋＰａに達しても平型プレフィルタは破損しなかった。

比較例１（ネットで覆わないモジュール）
膜モジュールの製作
ネットを設けないこと以外は、実施例１同様の膜モジュールを製作した。

膜モジュール内部の体積測定
この膜モジュールのプレフィルタに直径１０ｍｍの穴を開け、チューブフィッティングを設置した。膜モジュール全体を水道水に沈め、膜モジュール内の空気を追い出した後、このチューブフィッティング部分から流量５Ｌ／ｍｉｎで空気を吹き込んだところ、通気開始８３秒後にプレフィルタ表面から空気が噴出し始めたため、この膜モジュールの内部体積は６．９Ｌであることがわかった。また、通気流量を徐々に増すと、膜モジュール内の気圧が１８０ｋＰａに達した時点で、平型プレフィルタが接着部分から破損した。

１ 膜濾過装置
３ 膜モジュール
７ 濾過膜
１３ 洗浄装置
１５ 平型プレフィルタ
１７ 抑制構造体

Claims (2)

1. 濾過膜を覆う平型プレフィルタを備えた外圧濾過式の膜モジュールであって、
   前記平型プレフィルタの膨張を抑制する抑制構造体を備えており、前記抑制構造体は、前記平型プレフィルタの外側に設けられた網状体であり、さらに、前記網状体を押さえつける棒を備える、膜モジュール。
2. 前記網状体は、樹脂製又は金属製である、請求項１に記載の膜モジュール。

Images