JPH0398621A

JPH0398621A - 電気膜濾過装置およびその運転方法

Info

Publication number: JPH0398621A
Application number: JP23412189A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suwa; 諏訪　健; Keiji Kawabuchi; 川淵　啓司; Eisuke Sato; 栄祐佐藤; Masanori Sugisawa; 杉澤　政宣
Original assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 1989-09-08
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1991-04-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、精密濾過膜や限外濾過膜を使用する電気膜濾
過装置およびその運転方法に関し、詳細には、一対の電
極間に複数の原液室と濾液室とを交互に形威して、原液
室から両側の濾液室への濾過を行うと共に、電極間の直
流通電により、電気泳動現象や電気浸透現象を利用して
、濾過を促進させると共に、濾過の進行に伴い濾過膜面
に不可避的に形威される付着物層を、その濾過運転の過
程において除去・軽減し得て、濾過を効率良く長時間継
続することを可能とした電気膜濾過装置およびその運転
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近来、排水処理、純水製造、医薬品製造等の分野におい
て、精密濾過膜や限外濾過膜等を用いた膜濾過装置が広
く使用されるようになっている．しかし、周知のように
、精密濾過膜や限外濾過膜等を用いて、菌体や高分子物
質等を含む懸濁原液を、加圧または真空濾過する方法に
おいては、その濾過の進行に伴い原液中に含まれる微粒
子や高分子物質等が、濾過膜面に捕捉され、付着物層を
形成して濾過膜而を目詰まりさせ、これが濾過抵抗とな
って濾液置を低下させる．また、これら微粒子や高分子物質等で形或される付着物
層は、一般に、濾過圧縮性が高いので、これらの付着物
層による目詰まりで濾過性能が低下したとき、単に濾過
圧力を高めるだけでは、圧力の増加と共に急激に濾過抵
抗が増大して、逆に濾過性能をより低下させるという結
果を招く．そこで、従来から、より長期間、効率良く濾
過を継続すべく、ｉｌｌ過膜面への付着物層の形威を抑
制する方法や、濾過の進行に伴い不可避的に一形戊され
る付着物層を除去ないし軽減する方法について、多方而
より種々の検討が加えられてきた．二の濾過膜面におけ
る付着物層の形或を抑制する方法として、原液を原液室
に圧送循環して、濾過膜面に沿う原液の強制流により、
付着物層の形戒を抑制することが行われており、また、
濾過膜面の原液室側と濾液室側とに対の電極を配置して
、両電極間に直流電流を流し、電気泳動作用の利用よる
濾過膜面への付着物層形戒の抑制に併せ、電気浸透作用
の利用による濾過の促進を目的とした電気膜濾過方法が
ある．この電気膜濾過方法および装置としては、例えば、濾ｉ
！膜で画成された原液室と濾液室に、対の電極を配し、
これら電極間に直流電圧を印加して濾過する方法（特開
昭５８−５１９１０号）、平行配置した濾過膜の間にス
ペーサを介して電極を配し、これらを多層に配設するこ
とで、複数の原液室と濾液室とを交互に形威させた電気
膜濾過装置（特開昭６０−１１４３０３号）、対の電極
の間に、平行配置された複数の濾過膜で画威された原液
室と濾液濾液室とを交互に形威させ、対の電極の間に直
流電圧を印加して懸濁液から脱水する方法および電気膜
濾過装置（特開昭６１−４５１２号）等がある．〔発明
が解決しようとするｉＩＯ）しかし、上記従来の技術について、詳細に検討を加える
と、それぞれ以下の問題点がある．すなわち、濾過膜の
両側に電極を配する膜ｉｌ！過装置および方法（特開昭
６０−１１４３０３号および特開昭５８−５１９１０号
）では、これらを多層に配設して所定の濾過膜面積の装
芦を構成するに、高価な電極が多数に必要となり、かつ
構造も？１９１Ｉなものとなり、設備費の高騰を招く。

また、対の電極の間に複数の原液室と濾液室を形威し、
両電極間に直流電圧を印加して濾過する方法および膜濾
過装置（特開昭６１−４５１２号）では、その電流方向
が一方向であるため、電荷を帯びた微粒子が電気泳動作
用によって移動して、原液室の一方の濾過膜面に選択的
に付着物層を形戒することは避けられない。この問題は
、電極間の通電方向を適宜に切換えることで解消される
が、陰・陽両極用として長期使用に耐える電極としては
、白金等の高価な材料のもの以外に信頼性の高い電極材
料が得られなかったことから、この方法は、広く使用さ
れるに至っていなかった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、′ａ過膜面へ
の付着物層の形戒を抑制し得ると共に、濾過の進行に伴
い濾過膜面に不可避的に形威される付着物層を、その濾
過運転の過程における簡単な操作により、迅速に除去・
軽減し得て、その濾過を効率良く長時間継続することが
可能な電気膜濾過装置およびその運転方法の提供を目的
とするものである。

（ｙＩ８を解決するための手段〕上記目的を達戒するために、本発明に係る電気膜濾過装
置は、対向して配された平板状の一対の電極の間に、濾
枠を介して複数の濾過膜を平行配置して、原液入口と：
ａ縮液出口に連通ずる原液室と、濾液出口経路に連通ず
る’ａＷＬ室とを交互に形成させてなり、原液を原液室
の′ａ．過膜面に沿って流過させつつ、対の電極間に直
流通電して原液の濾過を行う電気膜濾過装置であって、
前記一対の電極への入電回路に電流方向逆転手段を設け
ると共に、前記濾液出口経路に一時閉鎖手段を設けたも
のである．そして、上に述べた一対の電極が、陰・陽両極用として
長期使用に耐える、炭素繊維を炭素質材料で結着させた
もの（例えば、特開昭６４−３０６１３号公報に開示さ
れたもの）とされて良い。

また、本発明に係る電気膜濾過装置の運転方法は、上に
述べた電気膜濾過装置を用い、原液を原液室の濾過膜面
に沿って流過させつつ、電極間の直流通電方向を逆転さ
せて運転するものである．そして、上に述べた電極間の
直流通電方向の逆転に合わせて、濾液出口経路を一時閉
鎖させて良い．〔作用〕本発明に係る電気膜濾過装置においては、対向して配さ
れた平板状の一対の電極の間に、濾枠を介して複数の濾
過膜を平行配置して、原液入口と？ａ縮液出口に連通ず
る原液室と、濾液出口経路に連通ずる濾液室とを交互に
形威させているので、原液を原液室に加圧送給し、濾過
膜面に沿って流遇させつつ原液の濾過を行い得る。

また、この濾過に際し、原液中に含まれる微粒子や高分
子物質等が、濾過膜面に捕捉されて付着物層を形威しよ
うとするが、濾過膜而に沿う原液流によって、これら微
粒子や高分子物質等が濾過膜面に捕捉されることを抑制
し得ると共に、一対の電極間に直流通電することで、原
液中の電荷を有する微粒子や高分子物質等に、電気泳動
現象を生じさせて、原液室の一方の濾過膜而への微粒子
や高分子物質の付着を抑制し得る．また、原液室の他の一方の濾過膜面近傍に微粒子や高分
子物質等の濃ｍ層が形威される場合には、電気浸透現象
によって、原液がこの濃縮層を貫流するので、濾過性能
の低下を防ぎ得る．一方、この濾過の進行に伴い、濾過
膜面に付着物層が不可避的に形戊され、その濾過性能は
経時的に低下して行くが、本発明に係る電気膜濾過装胃
においては、前記一対の電極への入電回路に電流方向逆
転手段を設けると共に、濾液出口経路に一時閉鎖手段を
設けるので、濾過進行の中途の適宜時点において、一対
の電極間に通電する直流電流の方向を逆転させることに
より、濾過膜面に特定方向の電荷を持って付着した付着
物に、逆の電場を印加して逆方向の推進力を与えて、濾
過膜面から離脱させることができ、かつまた、濾液出口
経路を一時閉鎖することにより、各濾液室内の液圧を増
圧させて原液室と濾液室との間の液圧差をなくし、？Ｉ
ｔ遇膜面に形威された付着物に対する濾過膜面への拘持
力を低下ないしは解消させて、付着物を濾過膜面から離
脱し易い状態とさせることができると共に、この濾過膜
面に沿う原液流によって、これら離脱ないし離脱し易い
状態とされた濾過膜面の付着物を、剥離・随伴流出させ
ることができ、もって、濾過膜面に不可避的に形威され
た付着物層を除去・軽減して、低下した濾過性能を回復
させることができる．そして、一対の電極を、炭素繊維を炭素質材料で結着さ
せたものとすることで、長期にわたり高い導電性を維持
しながら、直流通電の逆転よる陰陽両極への変更に、原
液中へ溶出することなく、容易に対応し得る。

また、本発明に係る電気膜濾過装嘗の運転方法において
は、上に述べた電気膜濾過装置を用い、原液を原液室の
濾過膜面に沿って流遇させつつ、電極間の直流通電方向
を逆転させて運転するので、その濾過運転の中途の適宜
時点において、濾過膜面に特定方向の電荷を持って付着
した付着物に、逆の電場を印加して逆方向の推進力を与
えて、濾過膜面から離脱させると共に、この濾過膜面に
沿って流遇させ続けている原液流に隨伴流出させて、濾
過運転の進行に伴い低下した濾過性能を、その運転過程
において回復させることができる．そして、上に述べた
電極間の直流通電方向の逆転に合わせて、濾液出口経路
を一時閉鎖させることにより、各濾液室内の液圧を増圧
させて原液室と濾液室との間の液圧差をなくし、原液の
圧力により濾過膜面に押付け拘持されていた付着物を、
離脱され易い状態とする一方、この離脱され易い状態と
された濾過膜面の付着物を、濾過膜面に沿って流過させ
続けている原液流によって剥離させると共に、この原液
流に随伴流出させて、濾過運転の進行に伴い電荷を帯び
ない付着物の増大により低下した濾過性能を、その都度
に回復させることができる。また、濾液出口経路を一時
閉鎖は、電極間の直流通電方向の逆転に合わせて行うの
で、両者の複合効果により、濾過運転の進行に伴い低下
した濾過性能を、その運転過程において、より効果的に
回復させることができる．なお、上に述べた濾液出口経路の一時閉鎖とは、各濾液
室内が増圧して原液室側と濾液室側との液圧が略等圧と
なり、ｉｌｌ遇膜面から剥離された付着物が、原液流に
随伴して各原液室から排出されるまでの間の短時間の閉
鎖である．また、濾過運転の進行に伴う付着物による濾過膜面の汚
染の度合いは、すなわち、濾過性能の低下は、原液の種
類、性状によって異なるので、電極間の直流通電方向の
逆転および濾液出口経路の一時閉鎖は、原液の種類、性
状に対応させ、一定濾過時間経過毎の定期的に行っても
良く、また、濾過性能があるレベルまで低下し、原液室
側と濾液室側との間の液圧差が、ある値以上に増加した
時点毎に行うものとしても良い。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する．第ｌ図は、本実施例の電気膜濾過装置の概念説明図であ
る．第１図において、Ａは電気膜濾過装置であって、この電
気膜濾過装置Ａは、互いに対向して上下方向に配され、
対向する内側面それぞれに電極板（１）（１′）を取着
した一対の側板（２）（２゜）と、これら対の側板（２
）（２’）の間に交互に配された複数の原液室用濾枠（
３）および濾液室用濾枠（４）と、これら原液室用濾枠
（３）と濾液室用濾枠（４）の間それぞれに配された濾
過Ｍ（５）とにより、その内部に濾ｊ！膜（５）にて画
成された複数の原液室（６）と濾液室（７）を交互に形
成して、各原液室（６）から濾過膜（５）を介して両側
の濾液室（７）に濾過できるように構戒されてある．ま
た、原液室用濾枠（３）、濾液室用濾枠（４）および濾
過膜（５）には、第１図の要部の分解斜視図である第２
図に示すように、原液Ｌの流入・排出路および濾液Ｆの
排出路を構成するための経路および貫通孔が、それぞれ
の上下角部に設けられてある．ここで、原液室用濾枠（
３）の、原液室（６）を形戒する角形中空部の一方の角
部下方に原液流入部（３ａ）が、その対角の角部上方に
濃縮液流出部（３ｂ〉が設けられ、これら原液流入部（
３ａ）および′ａ縮液流出部（３ａ）と反対側上下角部
に濾液Ｆの排出路を構威する貫通孔（３ｃ）　（３ｄ）
が設けられてある．一方、濾液室用濾枠（４）には、原
液室用濾枠（３）とは対称に、濾液室（７）を形或する
角形中空部の角部下方と、その対角の角部上方それぞれ
に濾液流出部（４ａ）　（４ｂ）が設けられ、濾液流出
部（４ａ）と反対側の下角部に濾液Ｆの流入路を構或す
る貫通孔（４ｃ）が、上角部に濾液Ｆの濃縮液流出路を
ｔＪＩ戒する貫通孔（４ｄ）が設けられてある．また、
濾液室用濾枠（４）の濾液室（７）を形威する角形中空
部には、通液性をもつ多孔質部材からなる濾過膜支持材
（８）が充填されてある．また、原液室用濾枠（３）と
濾液室用濾枠（４）との間に配され、これら原液室用濾
枠（３）と濾液室用濾枠（４）にて扶持される濾過膜（
５）の−ヒ下四角部それぞれには、原液Ｌの流入・排出
路および濾液Ｆの排出路を構成する貫通孔（５ａ）　（
５ｂ）　（５ｃ）　（５ｄ）が設けられてある。

そして、これら原液室用濾枠（３）、濾液室用濾枠（４
）および濾過１１！　（５）が複数対組み合わせられて
構或された原液Ｌの流入・排出路および濾液Ｆの排出路
は、側板（２）の下部と上部に設けられた原液入口（９
）と濃縮液出ｎｏ（Ｄ、および側板（２”〉の上下部に
設けられた濾液出口（ＪＯ（Ｊ７Ｊに連通されてある。

また、この電気膜濾過装置Ａの原液入口（９）は給液管
路ａつを介して、濃縮液出口０■は俳液管路０小を介し
て、それぞれ原液攪拌手段を有する原液槽Ｂに連通され
てある。また、給液管路０３）には原液ボンブ０つが設
けられてある．一方、濾液出口（ＩＩ）０２１は、濾液
弁０６）を備える回収管路０７）を介して、ｅＬ液槽Ｃ
に連通されてある．なお、濾液弁０６１は、電磁制御に
より自動開閉可能とされてある．翻って、対の電極板（１）（１″）は、炭素繊維を炭素
材料で結着させた同一形状のもので、これら対の電極板
（１）（１゜）は、通電方向切換器Ｄを介して直流電気
供給器已に連結されてあり、この通電方向切換器Ｄの操
作により、これら対の電極板（１）（１’）の間に通電
する直流電流の方向を任意に逆転可能とされてある．なお、対の電極板（Ｄ（１’）を、それぞれ隔膜で仕切
って電解液を循環させるようにした電極室（例えば、特
開昭６１−４５１２の陽極チャンバ１９）内に設置して
、これら電極板（［１’）が原液Ｌまたは濾液Ｆと接触
しない構造とすることもできる．ａ印、０９およびＱＩ
は圧力計であって、これら圧力計０８）０９）　１２１
Ｂは、給・排液管路（１３）０４）および回収管路０７
）それぞれに設けられてある。

このような構成において、原液槽Ｂ内の原ｔｆｆｌＬは
、原液ポンプ０つにより、給液管路０つを介して原液入
口（９）から各原液室（６）内下部に分配圧送され、第
１図中に直線矢印で示すように、濾過膜（５）面に沿っ
て上方に流れる一方、対の電極＋Ｉｉ（ＩＨＩ″）間に
通電される直流電流によって生じる電気泳動現象や電気
浸透現象により濾過を促進されながら、濾過膜（５）に
て濾過濃縮されて、上部の濃縮液出口０■から排液管路
０４を介して原液槽Ｂ内に還流させられる．一方、第１図中に曲線矢印で示すように、濾過膜（５）
を経て各濾液室（７）側に濾過された濾液Ｆは、濾液出
口０００″ＩＪおよび濾液弁００を備える回収管路ａ力
を介して、濾液槽Ｃに回収される。

そして、濾過運転の継続により、濾過膜（５）面の付着
物層が増大して、濾過能力が低下すると。

対の電極板（］）（１’）間の通電方向を逆転させて、
付着物層内の荷電粒子に逆方向の推進力を与えると同時
に、濾液弁σ０を閉鎖して濾過圧力よる付着物層の濾過
膜（５）面への拘束を解＜．ｍ過膜（５）面から該濾過
膜（５）面に沿って流過する原液Ｌの流れによって剥離
された付着物は、この原液Ｌの流れに随伴して各原液室
（６）から排除されて、原液槽Ｂ内に還流させられる．〔発明の効果〕以上に述べたように、本発明に係る電気膜濾過装置およ
びその運転方法は、濾過膜面への付着物層の形威を抑制
し得ると共に、ｉｌｌ過の進行に伴い濾過膜而に不可避
的に形成された付着物層を、電極間の通電方向の逆転に
より、付着物層内の荷電粒子に逆方向の推進力を与えて
濾過膜面から離脱させ、このとき濾液出口経路の一時閉
鎖により濾過を停止して、濾過膜而から剥離させられた
付着物を原液の流れに随伴させて各原液室から排出させ
るという、′ａ過運転の過程における簡単な操作により
、濾過膜面の付着物層を迅速に除去・軽減し得て、長時
間抽続して効率良く゛濾過を行うことができ、その生産
性を格段に向上させることを可能とするという優れた効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の電気膜濾過装置の概念説明図
、第２図は本発明の実施例の電気ＩＩ！ｉｆ！過装置の要
部の分解斜視図である．（１）（１’）−一電極仮、　　　（２）（２゜）一側
板、（３）一原液室用濾枠、　　（４）−ｉ１１液室用
濾枠、（５）一濾過膜、　　　　　（６）一原液室、（
７）一濾液室、（９）一原液入口、（ｌ［）０２）−一濾液出口、０４）一排液管路、０６）一濾液弁、六一電気膜濾過装置、Ｃ一濾液槽、Ｅ一直流電気供給器、Ｌ一原液．（８）一濾過膜支持材、０［Ｄ−濃縮液出口、０つ一給液管路、ａつ一原液ポンプ、０７）一回収管路、Ｂ一原液槽、Ｄ一通電方向切ｔＡ器、Ｆ一濾液、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）対向して配された平板状の一対の電極の間に、濾
枠を介して複数の濾過膜を平行配置して、原液入口と濃
縮液出口に連通する原液室と、濾液出口経路に連通する
濾液室とを交互に形成させてなり、原液を原液室の濾過
膜面に沿って流過させつつ、対の電極間に直流通電して
原液の濾過を行う電気膜濾過装置であって、前記一対の
電極への入電回路に電流方向逆転手段を設けると共に、
前記濾液出口経路に一時閉鎖手段を設けたことを特徴と
する電気膜濾過装置。
（２）一対の電極が、炭素繊維を炭素質材料で結着させ
たものであることを特徴とする第１請求項記載の電気膜
濾過装置。
（３）第１請求項または第２請求項記載の電気膜濾過装
置を用い、原液を原液室の濾過膜面に沿って流過させつ
つ、電極間の直流通電方向を逆転させて運転することを
特徴とする電気膜濾過装置の運転方法。
（４）電極間の直流通電方向の逆転に合わせて、濾液出
口経路を一時閉鎖させることを特徴とする第３請求項記
載の電気膜濾過装置の運転方法。