JPH04156903A - 脱気膜装置 - Google Patents

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、水中の溶存ガスを除去するための疎水性ガス
透過膜を用いた脱気装置に関する。

［従来の技術］ 一般に水中には酸素、窒素、二酸化炭素などの気体が溶
存しており、平衡状態に達している場合などは時間がた
っても無くなることがないのが普通であるが、水処理に
おいては、これらの溶存気体が悪影響を及ぼす場合も少
なくは無い。例えば、水の循環ラインにおいては水中の
溶存酸素が配管の接液内面の腐食を促進する場合があり
、また、超純水の製造ラインにおいては溶存二酸化炭素
が超純水水質を低下させる原因になり、場合に応じて薬
品添加や真空方式などによる脱気処理が行われている。

しかし、従来法である薬品処理による脱気は、薬品コス
トの問題、残存成分の問題などがあり、真空脱気にして
も装置および運転コスト面での制約があり、広い意味で
の実用化に適した方法とは言い難かった。

これらの方法の他に、最近ガス透過機能を有する疎水性
膜を用いて水中の溶存ガスを除去するという脱気方法が
実用化されている。この方法は、シリコーンなどを素材
とするガス透過機能を有し、かつ水を通さ、ない性質を
持った膜の表面または裏面に被処理原液を流し、反対面
を減圧状態にすることにより、被処理原液中の溶存気体
のみを膜透過除去し、脱気するというものである。この
方法は、それまでの薬品添加法にみられた薬品残存物の
ような問題も無く、真空脱気法等と比較しても装置が簡
単となり、運転コストも小さくなるという長所が認めら
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 疎水性のガス透過膜には一般に平膜形式のものと中空糸
膜形式のものとの２種類かある。脱気膜として良く用い
られるものは、平膜形式の疎水性ガス透過膜であり、通
常スパイラルモジュールという形式にして用いられてい
る。従来用いられている一般的なスパイラルモジュール
は、図２に示すように、表面に複数の孔を有する中空状
の中心管２４の周囲に封筒状の疎水性ガス透過膜１９、
透過側流路材２０、供給側流路材１８を一組とするユニ
ットの単組または複組を巻き付けてなる構造をしており
、封筒状の疎水性ガス透過膜１９の外側に供給水２１が
供給され、片端を盲にした中心管２４の開放端部を減圧
源に接続して封筒状の疎水性ガス透過膜１９の内部の透
過側領域を減圧し、疎水性カス透過膜１９の表裏間に圧
力差を与えることにより、供給水中の溶存ガスか膜の表
面から裏面に透過し、透過側流路内部から中心管方向へ
移動し、供給水中の溶存ガスの除去か行なわれる。これ
らの膜モジュールを使用した脱気膜装置としては図４に
示す構成のものかあった。

すなわち、供給水１はポンプ４て疎水性ガス透過膜ユニ
ット５へ供給される。該膜ユニットは単数または複数の
疎水性ガス透過膜エレメントからなり、膜の供給水とは
反対側の面側を真空ポンプ６で吸引し、減圧状態にする
ことで供給水中の溶存カスを気相側に移動させ溶存ガス
を脱気し、脱気処理水２を得る。

しかしながら、膜による脱気能力は、膜の固有のガス透
過能力もさることながら、膜表裏間のガス分圧の差に大
きく支配されるため、エレメント１本または本数の定ま
った脱気装置の脱気能力を向上させるためには、膜の透
過側の真空度を高めることにより透過側のガス分圧を小
さくするか、膜表面すなわち脱気膜エレメントへ供給す
る供給水の供給圧力を高めることが必要になっている。

しかし、真空度、供給圧力ともに実用性を考慮すると限
度があり、今−歩の脱気性能の向上は困難となっている
。

［課題を解決するための手段］ 本発明の課題は、疎水性ガス透過膜の片面に供給水を流
し、その反対面の気相部を減圧状態にすることにより供
給水中の溶存ガスを透過除去する水中の溶存ガス脱気膜
装置において、脱気処理された処理水の一部を該疎水性
ガス透過膜の上流側に還流させるラインを設けたことを
特徴とする脱気膜装置とすることにより基本的に達成さ
れる。

また、膜の該気相部を減圧状態にする代わりに窒素ガス
などのキャリアガスなどを流して特に脱気したい例えば
酸素ガスなどのガス成分の分圧を下げる方法を用いても
良く、この時も上記同様に脱気処理された処理水の一部
を該疎水性ガス透過膜の上流側に還流させるラインを設
けることが有効である。

本発明の脱気膜装置の基本的な例は図１に示すとおりで
ある。供給水１はポンプ４で疎水性ガス透過膜ユニット
５へ供給される。該膜ユニットは単数または複数の疎水
性ガス透過膜エレメントからなり、膜の供給水とは反対
側の面側を真空ポンプ６て吸引し、減圧状態にすること
で供給水中の溶存ガスを気相側に移動させ溶存ガスを脱
気する。

ここで、脱気された処理水２は、一部がライン３を通っ
て疎水性ガス分離膜ユニットの上流側に環流され、この
環流された処理水は未処理の供給水１と合流し、再度疎
水性ガス透過膜に供給される。

この脱気処理水の一部環流処理により、疎水性ガス透過
膜ユニットの入りロアでの溶存ガス濃度は安定運転状態
において本来の供給原水に比べて低くなり、この結果疎
水性ガス透過膜用の脱ガス処理水８の溶存ガス濃度は著
しく低くすることが可能となる。疎水性ガス透過膜ユニ
ット５で処理された脱気水を一部環流させる時の環流比
は特に定めないが、疎水性ガス透過膜ユニット５からの
脱気水の５％〜８０％が適当であり、好ましくは１０％
〜３０％がコスト面を考慮すると望ましい。

脱気水の一部を環流することによる脱気性能の向上の理
由の一つは、上記のように疎水性ガス透過膜の直前の溶
存ガス濃度が低下することであるが、もっと大きい原因
として疎水性ガス透過膜エレメントの持つ流速特性に起
因する理由がある。

すなわち、本発明者らは鋭意検討により、疎水性ガス透
過膜を脱気膜として用いて供給水の脱気処理を行った場
合、脱気性能を表す溶存ガスの物質移動係数が流速すな
わち流量の増加と共に増加し、流量を大きくするほうが
膜エレメント通過時の脱ガス総量（供給水流量と処理前
後のガス濃度差の積）が大きいことを見出だし、この結
果、脱気処理水の一部環流により上記２つの事由が互い
に脱気効率を高め合い、脱気性能の向上が達成されるこ
とを見出だした。

疎水性ガス透過膜ユニットは、単数または複数の疎水性
ガス透過膜エレメントから構成される。

疎水性ガス透過膜エレメントの種類は中空糸膜エレメン
ト、平膜エレメントなど特に限定しないが、前述のスパ
イラル型エレメント（スパイラルモジュール）が好まし
い。また、スパイラル型エレメントの特殊形状として、
透過側に効率的にキャリアガスを流すことができる図３
に示す構造のスパイラルモジュールを使用することもで
きる。

図３は、特殊形状のスパイラル型疎水性ガス透過膜エレ
メントである。これは図２に示すスパイラル型エレメン
トと若干構造が異なり、両端が開放された中心管２７の
内部に仕切り栓２６が設けられ、かつ、封筒状疎水性ガ
ス透過膜１９の裏面すなわち透過側流路材２０の透過側
流路の特定箇所に透過流体の流れ方向を特定させるため
の仕切り壁２５が設けられている。封筒状の疎水性ガス
透過膜１９の外側に供給された被処理原液（供給水）は
、中心管の端部２４から除去したいガス以外のキャリア
ガス（例えば窒素ガス）を流すことにより透過側の除去
したいガスの分圧を下げ、膜の表裏間に除去したガスの
分圧差を与えることにより、溶存ガスが膜の表面から裏
面に透過し、透過側流路内部から中心管方向へ移動し、
被処理原液中の溶存ガスの除去が行われる。この時キャ
リアガスを供給すると同時に、中心管他端（図示されて
いない）を真空源に接続して透過側のキャリアガス充填
部分を減圧状態にすることにより、溶存ガス除去能力は
大きく向上する。

本発明に記載の疎水性ガス透過膜としては、平膜または
中空糸膜形状のガス透過機能を有する高分子膜であれば
良く、好ましくはシリコーン系、ふっ素糸、ポレオレフ
ィン系などが望ましい。

［実施例１］ ポリエステルタフタ／ポリスルホンからなる支持材上に
シリコーン薄膜を形成させた疎水性ガス透過膜を、ポリ
プロピレン平折りネット状織物からなるガス側流路材と
ポリプロピレン製ネットからなる供給側流路材とともに
硬質塩ビ製多孔質中心パイプの周りに巻回し、図２に示
す構造の膜面積８ｔｒｒ、膜封筒数５組のスパイラル型
疎水性ガス透過膜エレメントを製作した。この膜エレメ
ント１本を用いて、図１に示す脱気膜装置を製作し、温
度２５℃、溶存酸素濃度８ｐＩ）ｍの水道水を供給水と
して流量　１６　Ｌ／分で該エレメントに流した。この
状態で、エレメント出の環流ライン３上のバルブ９を除
々に開いて、エレメント出水の一部をポンプ４の上流に
環流させ、この状態で流量バランスが定常値になるのを
確かめた。定常値のマチバラは、供給水量１６　Ｌ／分
、ライン３の環流量　８　　Ｌ／分、エレメント入り口
直前７の流量　２４　Ｌ／分、処理水８の流量１６Ｌ／
分であった。この状態で真空ポンプを作動させ、エレメ
ント裏側圧力を４０　　ｔｏｒｒに調整した。このあと
、処理水８の溶存酸素濃度を測定したところ、１．７ｐ
ｐｍであった。

［比較例１コ 実施例１に示した疎水性ガス透過エレメント１本を用い
て図４に示す脱気模膜装置を製作した。

これに温度２５℃、溶存酸素濃度８ｐｐｍの水道水を供
給水として流量　１６　Ｌ／分で該エレメントに流した
。この状態で真空ポンプ１５を作動させ、エレメント裏
側圧力を４０　　ｔｏｒｒに調整した。このあと、処理
水２の溶存酸素濃度を測定したところ、２．５ｐｐｍで
あった。

【図面の簡単な説明】

図１は本発明の脱気膜装置の構成の一例を示すフロー図
である。図２は本発明の脱気膜装置に用いることができ
る疎水性ガス透過膜エレメントの構造を説明するために
巻きほぎぐしたところを示す一部断面外観図である。図
３は本発明脱気膜装置に用いることができる別の疎水性
ガス透過膜エレメントの構造を説明するために巻きほぎ
ぐしたところを示す一部断面外観図である。図４は従来
の脱気膜装置の構成を示すフロー図である。 図中、 １：供給水 ２：脱気処理水 ３：脱気水環流ライン ４：ポンプ ５：疎水性ガス透過膜ユニット ６：真空ポンプ ７：ユニット供給水 ８：脱ガス処理水 ９、バルブ １６：接着剤膜シール部 １７：カス流路 １８・供給側流路材 １９：疎水性ガス透過膜 ２０：透過側流路材 ２１：供給水入り口 ２２：脱気処理水出口 ２３　脱気処理水出口 ２４：中心管 ２５：透過側流路材仕切り壁 ２６、中心パイプ仕切り栓 ２７：両端解放中心管 をそれぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）疎水性ガス透過膜の片面に供給水を流し、その反
   対面の気相部を減圧状態にすること、および／またはキ
   ャリアガスを流すことにより供給水中の溶存ガスを透過
   除去する水中の溶存ガス脱気膜装置において、脱気処理
   された処理水の一部を該疎水性ガス透過膜の上流側に還
   流させるラインを設けたことを特徴とする脱気膜装置。
2. （２）疎水性ガス透過膜のエレメント形態がスパイラル
   型エレメントであることを特徴とする請求項１に記載の
   脱気膜装置。