JPH05212254A - 中空糸膜モジュールろ過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】微粒子や懸濁物質を含んだ液体を連続ろ過し、
しかも定期的にエアーブローを行なうことで中空糸膜の
目詰まりを除去することが可能な中空糸膜モジュールを
提供する。 【構成】両端又は片端部を接着剤で固定された多数の多
孔質中空糸膜を容器内に内蔵し、容器の一部に原水供給
口、ろ過水出口、排水口、エアー抜き口を設けた中空糸
膜モジュールにおいて、エアー抜き口およびまたはろ過
水出口に水圧で作用する自動エアー抜きバルブを設けて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体のろ過操作を行なう
ための中空糸膜モジュールを用いたろ過装置およびその
使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の工業用水中には、多くのＳＳ成
分、微粒子、ゴミ、細菌類、藻類、などが含まれてお
り、このまま使用されると、用水配管の詰まり、細菌の
増殖、ライン中のスケール堆積などのトラブルを生じる
原因となりやすい。従来、これらの水中混入成分を除去
するために、砂ろ過、凝集ろ過、凝集沈殿処理、カート
リッジフィルターろ過などの各種の方法が用途に応じて
使用されてきた。これらの一般ろ過法にかわる新規な手
法として、最近は多孔質の中空糸膜によるろ過が実用化
されつつある。中空糸膜による水処理、ろ過は近年急速
に普及し、その適用分野も年々広くなりつつある。

【０００３】中空糸膜のろ過において、中空糸膜は何千
〜何万本をひと束に束ねた後に端部を接着剤で固定した
形状の商品形態に加工される。そして、これらの商品形
態に加工されたものは中空糸膜モジュールまたはモジュ
ールと呼ばれている。液体のろ過が可能な中空糸膜モジ
ュールとしては従来から多くの形態のものが提案されて
いる。特に初期のものとしては、適度な前処置手段と組
み合わせて使用されるろ過モジュール、逆浸透ろ過を目
的としたもの、透析用途を目的としたものなどがあり、
これらの用途を主目的として、多くのモジュール形態が
提案されており、その主なものを挙げると、特公昭４８
−２８３８０号公報、特開昭４９−６９５５０号公報、
特開昭５３−１００１７６号公報、などに記載されてい
るものがある。これらは、全て、使い捨て、あるいは汚
れが一定量以上付着した段階において、清澄水または薬
液水による洗浄やフラッシング処理を実施するのが普通
であった。

【０００４】これに対して、最近は、中空糸膜モジュー
ル形状に工夫をこらし、エアーにより中空糸膜面の付着
物を定期的に脱落させて中空糸膜の性能回復を実施する
方法が試みられている。特開昭６１−２６３６０５号公
報は、中空糸膜をＵ字型に組み込み、容器に収納して使
用するものであり、定期的に容器の下部に設けられたエ
アー導入口からエアーを導入させてエアーバブリングに
より中空糸膜を振動させ、膜面の堆積物の除去を試みる
ものである。また、特開昭６０−２０６４１５公報は、
中空糸膜を中心パイプの回りに配列させた両端固定型モ
ジュールであり、前期同様に容器に組み込み、エアーバ
ブリングにより中空糸膜膜面の堆積物を除去するもので
ある。これらの技術は、既に実用化の検討が開始されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】中空糸膜モジュールに
よる水処理において、中空糸膜表面の堆積物をエアーに
より除去するのは良い方法であり、エアーバブリングに
より膜表面の堆積物を除去（洗浄）することにより、ろ
過前の膜状態にほぼ回復できろ過性能もほぼ回復し、中
空糸膜モジュールの寿命が伸び経済的である。洗浄は、
一定時間ろ過装置を運転し供給水圧（膜表面側）が一定
の圧力に達すれば、エアーバブリングを開始し膜表面の
堆積物を膜から剥離させ水中に浮遊させた後、汚れた洗
浄液を排水する方法が取られる。エアーバブリング時エ
アーの抜け口および洗浄液を排水する際、排水口を開け
るだけでは液が抜けた分ベッセル内部が減圧になり排水
がスムーズにできない。このため装置ベッセルに原水供
給口の他にエアー抜き口を設けるのが一般的であり、洗
浄中はエアー抜き口を開けておき排水後は閉める操作を
行なうことでスムーズな排水操作が行なわれていた。し
かしながら洗浄のたびにバルブ操作の回数が増えて作業
が繁雑になるために、排水をより容易に行なうための、
もっと簡単な手段が求められていた。

【０００６】また、エアーバブリング中サイホン作用に
よりすでにモジュールを通ってろ過されたろ過水が、ろ
過水配管を逆流してモジュール内部に逆流する現象や、
またモジュール内の洗浄液がモジュールを透過してろ過
水配管側へ流出する現象も装置の状態によりしばしば起
こりうる。

【０００７】このため、モジュールのろ過水出口にコッ
ク等の仕切り弁を入れ、洗浄中は閉にすることでサイホ
ン作用を防止し、洗浄後は再度開くという操作が必要で
あった。このように従来技術は洗浄時のバルブ操作が多
くもっと簡単な操作方法が求められていた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、多数の
多孔質中空糸膜束の片端または両端部を接着剤で固定し
た後で該接着固定部の片端または両端の中空糸膜内部を
開孔してなる中空糸膜モジュールの単数本または複数本
を容器内に収納し、かつ容器の一部に原水供給口、ろ過
水出口、排水口およびまたはエアー抜き口を有した中空
糸膜モジュールろ過装置であって、該エアー抜き口およ
びろ過水出口に水圧で作用する自動エアー抜きバルブを
付設したことを特徴とする中空糸膜モジュールろ過装置
により基本的に達成される。

【０００９】

【作用】本発明に関わる実施例を図１および図２に示
す。

【００１０】ろ過される供給水はポンプ２により多孔質
中空糸ろ過膜モジュール（以下中空糸膜モジュールと呼
ぶ）９に導かれ、ここにおいてろ過処理が行なわれる。
中空糸膜モジュールでは、供給水は中空糸膜の表面に無
数にあいている微細孔でろ過されて、ＳＳ成分や微粒
子、ごみ、細菌などが除かれた清澄水だけが中空糸膜内
部に透過し、ろ過水出口１４からろ過水として取り出さ
れる。中空糸膜モジュールのろ過においては原水圧力が
大きいほどろ過水量は大きくなるが、ろ過時間の経過と
共に前記ＳＳ成分、微粒子などが膜面に付着して多かれ
少なかれ中空糸膜の目詰まりが生じ、同一圧力あたりの
ろ過水量が徐々に低下していくのが普通である。よっ
て、中空糸膜モジュールを長期に使用続けていくために
は、中空糸膜の目詰まりが進行してろ過水量が低下した
適当な時点において、エアーバブリングを初めとする洗
浄操作を行ない、目詰まり前に近いレベルにまで中空糸
膜のろ過水量を回復させることが必要となってくる。

【００１１】中空糸膜モジュールの使用方法としては限
定されず、使用者の希望に合わせて設定することができ
る。運転方法の例としては、圧力を一定としてろ過水量
を変化させる運転方法、圧力を自動または手動でコント
ロールしながらろ過水量を一定に保ち運転する方法、適
当な供給水源にモジュールを接続して、圧力温度ともに
成り行きのままに運転する方法などが上げられる。

【００１２】図２は、従来の中空糸膜モジュールろ過装
置であって、供給水のろ過量の低下および供給圧の上昇
が適当な時点になればエアーバブリングによる洗浄を行
なう。このときは、はじめに供給水入口バルブ３、およ
びろ過水出口バルブ１６を閉め、エアー抜きバルブ１５
を開放する。逆洗用エアー供給バルブ５を開けエアーバ
ブリングを開始し、一定時間の洗浄後に排水口４を開け
洗浄液を排水しその後閉める。このときろ過水出口バル
ブ１６を開放した状態でエアーバブリングを実施する
と、モジュール出口のろ過水配管８の下流側の背圧状況
しだいではサイホン現象が生じてろ過配管８中のろ過水
がモジュール内に逆流したり、またモジュール内の洗浄
水が膜を通ってろ過配管中に流出したりするのでエアー
バブリング中は該バルブ１６を閉にしておくことが必要
である。洗浄により再度目詰まり前の状態にまで回復す
れば定常運転を開始するために供給水入口バルブ３、ろ
過水出口バルブ１６を開けエアー供給口５およびエアー
抜きバルブ１５を閉めることが必要であった。この操作
は供給水のろ過量の低下および供給圧が一定の値になる
度に何度も繰り返されている。

【００１３】本発明者らは、この中空糸膜モジュールの
洗浄において複雑なバルブ操作をより簡単にできる方法
について鋭意検討を行なった結果、本発明を見出だした
ものである。

【００１４】本発明のエアー抜き口に水圧で作動する自
動エアー抜きバルブを備えた中空糸膜モジュールろ過装
置においては、洗浄時に供給水出口の開閉およびろ過水
出口の開閉も不要になり洗浄時の操作が非常に短縮され
簡単になることを見出した。図１は本発明のエアー抜き
口および自動エアー抜きバルブを備えた装置の説明図で
ある。洗浄条件は図２と全く同一であるが、操作方法が
簡単になる他、洗浄時間が短縮でき、装置の停止時間を
短く出来る結果となる。

【００１５】すなわちエアーバブリングによる中空糸膜
モジュールの洗浄において上記の自動エアー抜きバルブ
６をベッセル上部のエアー抜き口の出口に設置すること
でバルブの開閉なしでエアーを抜くことが可能となる。
本発明に使用するエアー抜き口および自動エアー抜きバ
ルブはエアーが抜け、水が抜けない機能を持ったもので
あれば特に形式を限定しないが、膜式エアー抜き弁、フ
ロートキャッチバルブ、ボールフートバルブなどが好ま
しいが特にフロートボールを内蔵したボールフートバル
ブまたは膜式エアー抜き弁が特に好ましい。ボールフー
トバルブについてのフロートボールの材質は水に浮くも
の、すなわち比重が１．０以下のものであれば特に限定
しないがポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペ
ンテンが好ましく用いられる。通常の運転状態（供給水
による加圧状態）では、該バルブには水圧が作用してお
りバルブに内臓されたボールが水により浮くためバルブ
上部のシール材部分に押さえ付けられ水が外に漏れるこ
とはない。逆に洗浄時は水が引きバルブには水圧が作用
していないためにボールが底に落ちるためボールとシー
ル材の間には隙間が生じてエアーは自由に出入り可能と
なるためバブリングエアーは抵抗なしに外部に出てい
く。すなわち自動的にエアー抜きが実施される。

【００１６】また、ボールフートバルブのかわりに膜式
エアー抜き弁を使用しても全く同様の効果を得ることが
できる。ここでいう膜式エアー抜き弁とは疎水性気体分
離膜が液体を遮断し気体のみ透過させる性質を利用した
弁であり、膜形状としては平膜、中空糸膜のいずれでも
良く、材質としてはポリエチレン、ポリプロピレン、シ
リコン、ふっ素樹脂製の膜が好ましい。

【００１７】また、洗浄時にろ過水送液配管が細い場合
や、配管がろ過水タンクのろ過液中に浸漬されている場
合などは洗浄開始のため供給水を停止しても中空糸膜内
とろ過水送液配管内に水が残っているためサイホンの働
きによりベッセル内の洗浄水がろ過側に徐々に減ってい
くことがしばしば起こる。このためろ過水出口付近に洗
浄時に閉めるバルブ等が装置に組み込まれているのが一
般的であるが、自動エアー抜きバルブをろ過水出口付近
７に設置するだけで前述のバブリングエアー抜き用と同
じ働きによりろ過液が流れている場合はボールが浮いて
いるため水は外部に漏れ出さないが、ろ過液が止まれば
ボールが落ちて外部から空気が配管内に入り込みサイホ
ンの働きを止めてしまうため洗浄液が減ることがなくな
る。したがって、洗浄中に供給水を足してやることや洗
浄が不十分になることがなくなる。

【００１８】本発明の中空糸膜モジュールは、多孔質中
空糸膜の束をろ過材として使用したろ過用素子であれ
ば、形式は問わない。好ましい中空糸膜モジュールの形
状については、多数の中空糸膜の束の両端または片端を
接着剤でシールした後に、この接着シール部の型短また
は両端を切断により中空糸膜を開孔させた構造であり、
一体形あるいは組み込み式として容器内部に収納されて
いるのが普通である。

【００１９】本発明に使用する中空糸膜モジュールを構
成する中空糸膜素材としては、多孔質の中空糸膜であれ
ば特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアル
コール、セルロースアセテート、ポリアクリロニロリ
ル、その他の材質を選択することができる。この中で特
に好ましい中空糸膜素材としては、アクリロニトリルを
少なくとも一成分とする重合体からなる中空糸膜が適当
である。アクリロニトリル系重合体の中でも最も好まし
いのとしては、アクリロニトリルを少なくとも５０モル
以上、好ましくは６０モル％以上と該アクリロニトリル
に対して共重合性を有するビニル化合物１種または二種
以上を５０％以下、好ましくは０〜４０モル％トからな
るアクリロニトリル系共重合体である。また、これらア
クリロニトリル系重合体２種以上、さらに他の重合体と
の混合物でもよい。上記ビニル化合物としては、アクリ
ロニトリルに対して共重合性を有する公知の化合物であ
ればよく、特に限定されないが、好ましい共重合体成分
としては、アクリル酸、イタコン酸、アクリル酸メチ
ル、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル、アリルスルホン
酸ソーダー、ｐ−スチレンスルホン酸ソーダー等を例示
することができる。

【００２０】また、次に好ましい中空糸膜素材として
は、エチレンプロピレンまたは４メチルペンテンなどの
単独または２種以上のオレフィン系重合体からなり、中
空糸膜形状として表面に長径０．１〜１μｍ、短径０．
０５〜０．５μｍのスリット状の細孔を有するものが適
当である。

【００２１】

【実施例】 実施例１ 供給水ポンプ、中空糸膜モジュールを備えたろ過装置を
製作した。このろ過装置にはエアー抜き口とろ過水出口
に自動エアー抜きバルブとして図３に示すフロートボー
ル内蔵のキャッチバルブを装備した。中空糸膜モジュー
ルとしては、外径４５０μｍ、内径３２０μｍ、平均ポ
アサイズ０．０１μｍのポリアクリロニトリル多孔質中
空糸膜１００００本からなる中空糸膜の両端部をエポキ
シ接着剤で固定し、しかる後に接着剤固定部の片端を切
断することにより中空糸膜を開孔させ容器内部に収納し
た直径１２ｃｍ長さ１００ｃｍの中空糸膜モジュールを
使用している。この装置を使用して湖水を供給水ポンプ
で汲み上げて中空糸膜モジュールに供給し、長期連続ろ
過処理を行なった。ろ過処理において圧力の自動調整に
より流量を４リットルになるように調整されており、モ
ジュールの目詰まりが生じても圧力が程度に応じて上昇
し所定の流量が維持されるようになっている。運転開始
においてはモジュールの入り口の圧力は０．３kg／cm²
であったが、運転開始から徐々に圧力が上昇し始め、３
０時間かかって圧力が１．０kg／cm²にまで到達した。
そこで手動により供給水入口コックを開けてからエアー
バルブを開けバブリングを１０分間実施し洗浄操作を行
なった。洗浄終了後、排水コックを開け洗浄水がなくな
った時点で供給水入口コックを開けて通常運転に入っ
た。この時入口圧力は０．３２kg／cm² であり洗浄操作
に費やした時間は１５分間であった。

【００２２】比較例１ 自動エアー抜きバルブが設置していない変わりに供給水
出口コックとろ過水出口コックを備えた以外は実施例と
同じろ過装置を製作し、同一条件でのろ過装置運転を行
なった。

【００２３】供給水入口の圧力が１．０kg／cm² になっ
たので手動により洗浄操作を行なった結果、供給圧力は
０．４０kg／cm² で洗浄操作に費やした時間は３０分間
であった。

【００２４】

【発明の効果】本発明により、微粒子や懸濁物質を含ん
だ液体を連続ろ過し、しかも定期的にエアーブローなど
を行なうことで中空糸膜の目詰まりを除去することが可
能な中空糸膜モジュールろ過装置およびその使用方法が
提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動エアー抜きバルブが設置されたろ
過装置の概略構成図の一例である。

【図２】従来のろ過装置の概略構成図の一例である。

【図３】実施例に使用した自動エアー抜きバルブの概略
構成断面図の一例である。

【符号の説明】

１：供給水ライン配管 ２：供給水ポンプ ３：供給水入口バルブ ４：排水バルブ ５：逆洗用エアー供給バルブ ６：自動エアー抜きバルブ ７：自動エアー抜きバルブ ８：ろ過水配管 ９：中空糸膜モジュール １０：原水供給口 １１：エアー供給口 １２：排水口 １３：エアー抜き口 １４：ろ過水出口 １５：エアー抜きバルブ １６：ろ過水出口バルブ １７：装置接続口 １８：フロートボール １９：シール材 ２０：スクリーン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の多孔質中空糸膜束の片端または両端
   部を接着剤で固定した後で該接着固定部の片端または両
   端の中空糸膜内部を開孔してなる中空糸膜モジュールの
   単数本または複数本を容器内に収納し、かつ容器の一部
   に原水供給口、ろ過水出口、排水口およびエアー抜き口
   を有した中空糸膜モジュールろ過装置であって、該エア
   ー抜き口およびまたはろ過水出口に水圧で作用する自動
   エアー抜きバルブを付設したことを特徴とする中空糸膜
   モジュールろ過装置。
2. 【請求項２】自動エアー抜きバルブがフロートボール内
   蔵式のボールフートバルブまたは疎水性気体透過膜を内
   臓する膜式エアー抜き弁であることを特徴とする請求項
   １に記載の中空糸膜モジュールろ過装置。
3. 【請求項３】多孔質中空糸膜ろ過膜を構成する中空糸膜
   が、アクリロニトリルを少なくとも一成分とする重合
   体、またはオレフィン系重合体から成ることを特徴とす
   る請求項１に記載の中空糸膜モジュールろ過装置。