JPH0719551Y2

JPH0719551Y2 - 膜分離装置

Info

Publication number: JPH0719551Y2
Application number: JP1988108671U
Authority: JP
Inventors: 繁樹沢田; 初美金庭; 正芳老沼
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1995-05-10
Anticipated expiration: 2003-08-18
Also published as: JPH0232930U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は膜分離装置に係り、特に膜面に洗浄を効率的に
行なうことができる膜分離装置に関する。

［従来の技術］逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜等の分離膜を備えた
膜分離装置が食品工業、化学工業或いは排水処理等の様
々な分野で使用されている。

この膜分離装置は、よく知られているように、分離膜を
装着した膜エレメントを備え、膜エレメントの分離膜の
一方の側に高い圧力状態に保持された被処理液（原水）
を流し、分離膜を透過した液を該分離膜の他方の側から
取り出すように構成されているものである。

従来より実用に供されている膜分離装置の膜エレメント
としては、平膜型、スパイラル型、チューブラー型、中
空糸型などがある。これらのうち、SS夾雑物を多量に含
む原水を通水しても閉塞することなく、実使用に耐え得
るものは平膜型とチューブラー型である。特に、平膜型
の場合、原水の流れに対して直交ないし交叉する突起状
のリブを定間隔に設けた支持板を用いたものにおいて
は、高濃度にSSを含む高粘性の原水（活性汚泥等）に対
しても、膜面近傍にて原水に攪乱を与え、濃度分極層を
薄くすることにより、高い透過流束を得ることができ
る。スパイラル型のものにおいても、蛇行ないしオリフ
ィス構造の波板状のスペーサ（コルゲートスペーサ）を
用いたものであれば高濃度にSSを含む原水の処理にも使
用することができる。

ところで、膜分離装置により原水の処理を行なうと、膜
面に原水中のSS等のゲル層が経時的に付着、堆積する。
支持板にリブを有する平膜型膜エレメントや蛇行ないし
オリフィス構造のコルゲートスペーサを有するスパイラ
ル型膜エレメントにおいては、原水の流れのよどみ部分
が生じて、この部分で原水中の高分子状溶存物質やSS成
分が膜面に沈着、付着して経時時に堆積する。例えば、
リブ41を有する支持板（支持布）42に分離膜43が付着さ
れた平膜型膜エレメントの膜面に断面図である第３図
（ａ）〜（ｄ）に示す如く、原水の流れ（矢印Ｅ）に対
して下流側のリブ41と支持板42とで形成される凹部44に
膠質状汚染物（ゲル層）45が付着する（第３図
（ａ））。即ち、この凹部44においては原水の流れが迂
流させられるため、原水中のSS成分等が付着するのであ
る。このようにゲル層45が付着した部分では膜濾過速度
が小さくなり、更に汚染が進むと、ゲル層45の付着、堆
積部分が広がり、膜エレメント全体の透過流束を低下さ
せることとなる（第３図（ｂ））。

従って、洗浄等の処理により膜面のゲル層45を除去し、
濾過流束を高めることが必要となる。

従来、膜エレメントの洗浄方法としては、ブラシ洗浄や
スプレー洗浄等の物理的洗浄法と、薬品洗浄等の化学的
洗浄法とがある。また、物理的洗浄法には、原水や洗浄
水にガラスビーズ、球状プラスティック等の微粒子を混
入させて、この微粒子の衝突により膜面のゲル層を剥離
させて除去する方法（以下、「微粒子洗浄法」とい
う。）もある。

これらの洗浄法のうち、薬品洗浄法は苛性ソーダや次亜
塩素酸ソーダ等の薬品を用いてゲル層を除去するもので
あるが、薬品を要することから洗浄処理コストが高いと
いう欠点がある。

これに対し、ブラシ洗浄、スプレー洗浄等の物理的洗浄
法では、薬品を用いずコスト的に有利である。従って、
物理的洗浄により膜面のゲル層の大部分を除去した後
に、なお残存するゲル層を薬品洗浄で除去するのが、除
去効率、処理コストの面で有利である。

ところで、ブラシ洗浄、スプレー洗浄では、膜面を露出
させる必要がある。従って、例えばプレート・アンド・
フレーム型平膜分離装置の場合には押え板の締付けボル
トをはずして解枠し、洗浄後再び組み立てを行なう必要
があり、運転を長時間にわたって停止しなくてはなら
ず、洗浄処理に多大な時間と労力を要する。また、コル
ゲートスペーサを用いたスパイラル型膜エレメントで
は、膜面を露出させるためには膜エレメントを解体する
必要があるが、このような解体を行なうことは実用的で
はない。

このような膜エレメントの場合、解枠や解体を行なわず
に原水を清水に置換して水洗浄した後、薬品洗浄するこ
とも可能であるが、この場合には、水洗浄で膜面に付着
したゲル層を完全には除去することができず、水洗浄後
なお残留する多量のゲル層のために、薬品洗浄時の薬品
の消耗が激しく、結果的に処理コストが嵩む。

これに対し、微粒子洗浄法は、原水や洗浄水のタンクに
微粒子を投入し、これを膜エレメントに供給し、例えば
第３図（ｃ）、（ｄ）に示す如く、微粒子46を膜43面の
ゲル層45に衝突させてこれを効果的に剥離除去するもの
であるため、膜エレメントの解枠や解体の必要がない
（第３図（ｂ）、（ｃ）中、矢印Ｆは洗浄水の流れ方
向、47は剥離物を示す。）。従って、微粒子洗浄法によ
れば、運転を長時間停止することなく効率的に洗浄する
ことができ、また、洗浄後あるいは同時に薬品洗浄を行
なう場合にあっても、薬品コストを極力おさえることが
できる。

［考案が解決しようとする課題］微粒子洗浄法は、上述のような利点を有する反面、次に
ような欠点を有している。

原水や洗浄水のタンクに単に微粒子を投入するだけ
では、微粒子はタンク内にて原水や洗浄水中で沈降又は
浮上した状態となり、均一な混合状態とならない。この
ため、膜エレメントに供給される微粒子濃度に多少が生
じ、洗浄効果にムラが生じる。即ち、微粒子濃度が低い
と十分な洗浄効果が得られず、逆に微粒子濃度があまり
に高いと膜が破損する恐れがある。

洗浄後の洗浄排液中には微粒子と共に膜面からのゲ
ル層の剥離物も混入されて排出されるが、この洗浄排液
から微粒子のみを効率的に回収することが非常に難し
い。即ち、微粒子と剥離物との分離が十分に行なえず、
剥離物と共に微粒子も系外に排出されてしまう。従っ
て、微粒子の損失のために、これを補充する必要が生
じ、微粒子コストがかさむようになる。

本考案は上記従来の微粒子洗浄法の問題点を解決し、膜
面のゲル層剥離のために用いる微粒子を、これを同伴す
る液（原水、洗浄水）中に均一に混合するとともに、剥
離物と微粒子とを効率良く分離することができる微粒子
洗浄機能を備えた膜分離装置を提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］本考案の膜分離装置は、膜分離装置本体と、該膜分離装
置本体に供給される洗浄水の貯槽と、該膜分離装置本体
からの洗浄排水を該貯槽に導入する洗浄排水導入配管
と、該貯槽内の微粒子混合水を洗浄水として該膜分離装
置本体に供給する混合水供給配管とが設けられている膜
分離装置において、該貯槽には比重１以下の微粒子の混
合水が貯えられており、下端が該貯槽の底面よりも上方
に位置した上下方向に延在する仕切部材により該貯槽内
が複数の領域に区画されており、これらの領域のうち一
部の領域に向って上方から洗浄排水を供給するように前
記洗浄排水導入配管が該一部の領域の上部に配置されて
おり、前記混合水供給配管は該貯槽の底部に接続されて
いることを特徴とする。

なお、本考案において、洗浄水としては、必ずしも逆洗
用に別途清水を準備する必要はなく、原水を洗浄水とし
て利用することもできる。

［作用］本考案は膜分離装置においては、洗浄水の貯槽には比重
１以下の微粒子の混合水が貯えられており、下端が貯槽
の底面よりも上方に位置した上下方向に延在する仕切部
材により貯槽内が複数の領域に区画されている。しかし
て、これらの領域のうち一部の領域に向って上方から洗
浄排水を供給するように洗浄排水導入配管が配置されて
おり、一方、混合水を膜分離装置本体に供給する混合水
供給配管は貯槽の底部に接続されている。

このため、該一方の領域に洗浄排水が落し込まれ、かつ
貯槽の底部から混合水が抜き出されるので、該一方の領
域では下向流が生じ、他方の領域では上昇流が生じる。
この結果、貯槽内において水が循環するようになる。か
かる循環水流により貯槽内において水と微粒子とを効率
的に混合して、常に一定の微粒子濃度の混合水を膜分離
装置本体に供給することができる。従って、洗浄不良、
膜破損を防止して、常に安定した高い洗浄効率を得るこ
とができる。

また、用いる微粒子は、比重が１以下であることから、
膜面のゲル層の剥離物と効率的に分離することができ
る。即ち、微粒子は洗浄水に浮遊し、一方、ゲル層剥離
物は沈降するため、両者は極めて容易に分離される。し
かも、比重１以下の微粒子は、膜面に過度に大きな衝撃
を与えることがないため、この点からも膜破損は防止さ
れる。

以下、図面を参照して本考案の実施例について説明す
る。

第１図及び第２図は各々本考案の膜分離装置の一実施例
を示す系統図である。

第１図の装置は、原水の貯槽とは別に洗浄水の貯槽を設
けたものであって、原水１の貯槽２、膜3Aを備える膜分
離装置本体３、洗浄水貯槽４及びポンプＰで主に構成さ
れている。洗浄水貯槽４内には、洗浄水５とその洗浄水
の水面近傍に比重１以下の微粒子６が貯えられている。
また、洗浄水貯槽３内には、攪拌手段として仕切板７
が、設置されている。この仕切板７の上端7aはわずかに
微粒子の浮遊層6A内に侵入し、かつその下端7bは貯槽４
の底面4Aより若干上方の位置とされている。

このような膜分離装置により原水の処理を行なう場合に
は、バルブV₁、V₂、V₃を開、バルブV₄、V₅、V₆、V₇を閉
に設定すると共にポンプＰを作動させ、配管11から原水
貯槽２に貯えられた原水１を配管12、ポンプＰ、配管1
3、バルブV₂、配管14を経て膜分離装置本体３に供給す
る。膜分離装置本体３の透過水は配管15より取り出さ
れ、濃縮水は配管16、17、バルブV₃、配管18を経て原水
貯槽２に返送される（第１図の矢印Ａの流れ）。

膜分離処理により膜分離装置本体３の膜3Aにゲル層が堆
積し、透過流束が低下してきたときには、原水の供給を
停止し、洗浄水により膜面の微粒子洗浄を行なう。

即ち、バルブV₄、V₅、V₆を開、バルブV₁、V₂、V₃、V₇を
閉に設定すると共にプンプＰを作動させて洗浄水貯槽４
内の洗浄水５と微粒子６との混合水を配管19、バルブ
V₆、配管20、ポンプＰ、配管13、21、バルブV₄、配管16
を経て膜分離装置本体３に供給し、膜3Aの洗浄を行な
う。洗浄排水は配管14、22、バルブV₅、配管23を経て洗
浄水貯槽４に返送される（第１図の矢印Ｂの流れ）。

このような微粒子洗浄処理において、洗浄水貯槽４内は
鉛直な仕切板７により２領域に区画され、一方の領域に
は洗浄戻り水が落し込まれ、かつ洗浄水貯槽４の底部中
央から洗浄水が抜き出されるので、該一方の領域では下
向流が生じ、他方の領域では上昇流が生じる。この結
果、洗浄水貯槽４内においては矢印Ｘで示す方向に水が
循環するようになる。そして、かかる循環水流により洗
浄水貯槽４内において洗浄水５と微粒子６とが混合さ
れ、配管19からは微粒子混合水が取り出されるようにな
り、微粒子の攪乱が動力源なしに行なわれる。

なお、第４図（ａ）に示す通り、仕切板７を洗浄水貯槽
４内の一方に偏った位置に設け、下向流域の流路断面積
（水面断面積）を上昇領域の流路断面積よりも大きくす
ると、該下向流域における下向流速が大きくなり、洗浄
水５と微粒子６とがより均一に混合された水を配管19か
ら取り出すことができる。本考案では、この仕切板は１
枚に限らず２枚以上の複数枚設けても良い。また、仕切
板の代わりに、第４図（ｂ）に示すようにドラフトチュ
ーブ８を設けた場合においても、洗浄水貯槽４内には同
様に循環水流（矢印Ｙ）が発生し、洗浄水５と微粒子６
とが混合される。さらに、図示しないが洗浄水槽を液体
サイクロンとしても良い。この場合、遠心力により循環
水流が発生し、剥離物と微粒子が分離される。

洗浄終了後、ポンプＰの作動を停止すると、洗浄水貯槽
４内の循環水流は消失し、貯槽４内は洗浄水５、洗浄水
５に浮遊する微粒子６及び沈降したゲル層の剥離物（図
示せず）に自然に重力分離される。そして、ゲル層の剥
離物は微粒子６と容易に分離され、バルブV₆、V₇を開と
して配管19、24を経て排出することができる。従って、
本実施例の膜分離装置においては、微粒子の回収と洗浄
排水中の沈殿物の処理が１槽で行なえる。

なお、本考案の膜分離装置において、洗浄水としては清
水ないし清水に洗浄薬剤を溶解した溶液を用いることが
できる。ここで、洗浄薬剤としては、NaOH、NaOCl、HC
l、H₂SO₄、EDTA、界面活性剤の１種又は２種以上を用い
ることができる。

また、比重が１以下の微粒子としては、例えばポリエチ
レン、ポリプロピレン等のプラスチック粒子、気泡含有
プラスチック粒子を用いることができ、その粒径は0.1
〜3mm程度であることが好ましい。

第２図に示す膜分離装置は、洗浄水貯槽を設けず、原水
で洗浄を行なうようにしたものであって、原水貯槽２と
膜3Aを備える膜分離装置本体３及びポンプＰで主に構成
されている。

原水貯槽２には、原水１と共に比重１以下の微粒子６が
貯えられ、また、内部には、攪拌手段として仕切板７
が、その上端7aはわずかに微粒子６の浮遊層6A内に侵入
し、かつその下端7bは貯槽２の底面2Aより若干上方の位
置となるように設けられている。

このような膜分離装置により原水の処理を行なう場合に
は、バルブV₈、V₉、V₁₀を開、バルブV₁₁、V₁₂、V₁₃を閉
に設定すると共にポンプＰを作動させ、配管11から原水
貯槽２に貯えられた原水１を配管25、バルブV₈、ポンプ
Ｐ、配管26、バルブV₉、配管27を経て膜分離装置本体３
に供給する。膜分離装置本体３の透過水は配管28より取
り出し、濃縮水は配管29、30、バルブV₁₀、配管３を経
て原水貯槽２に返送する（第２図の矢印Ａの流れ）。

なお、この場合、前述の第１図におけると同様の作用に
より、動力源なしに原水貯槽２内には循環水流（第２図
中の矢印Ｘ）が発生し、原水１は微粒子６と混合された
原水となって膜分離装置本体３に供給されるが、微粒子
６が同時に供給されても膜分離処理に悪影響を及ぼすこ
とはない。

膜分離処理により膜分離装置本体３の膜3Aにゲル層が堆
積し、透過流束が低下してきたときには、その洗浄を行
なう。

即ち、バルブV₈、V₁₁、V₁₂を開、バルブV₉、V₁₀、V₁₃を
閉に設定すると共にポンプＰを作動させて原水貯槽２内
の原水１と微粒子６との混合水を配管25、バルブV₈、ポ
ンプＰ、配管26、32、バルブV₁₁、配管29を経て膜分離
装置本体３に供給し、膜3Aの洗浄を行なう。洗浄排水は
配管27、33、バルブV₁₂、配管34を経て原水貯槽２に返
送される。（第２図の矢印Ｂの流れ）。

この場合においても、原水貯槽２内には循環水流が生
じ、動力源なしに原水１と微粒子６とが均一かつ所定配
合の混合水となって、原水貯槽２から抜き出される。

洗浄終了後、ポンプＰの作動を停止すると、原水貯槽２
内の循環水流は消失し、槽２内は原水１、洗浄水１に浮
遊する微粒子６及び沈降したゲル層の剥離物及びこの剥
離物と共に沈降した原水内のSS等（図示せず）に自然に
重力分離される。従って、ゲル層の剥離物は微粒子６と
容易に分離され、バルブV₁₃を開として配管35を経てこ
れを系外に排出することができる。従って、第２図の膜
分離装置においても、微粒子の回収と洗浄排水中の沈殿
物の処理が１槽で行なえる。

本考案において、第１図に示す如く、別途洗浄水槽を用
いる場合には、装置が若干複雑化するが、反面、洗浄効
率は極めて高いものとなる。

一方、第２図に示す如く、原水にて洗浄を行なう場合に
は、洗浄水槽が不要となり装置が簡易なものとなる上
に、原水貯槽にて、原水中のSS等も膜面のゲル槽剥離物
と共に沈殿するため、その除去効率が向上するという利
点がある。第２図の装置は、特に原水の粘度が低い場合
に好適である。この場合には、微粒子が膜面に衝突する
頻度が多くなり、十分な洗浄が行なわれる。

第１図及び第２図の装置においては、いずれも微粒子を
含む洗浄水は膜分離処理時の順流方向とは逆方向に通水
されているが、順流方向に通水するようにしても良い。
ただし、第３図（ａ），（ｂ）に示すように、ゲル層は
原水の流れの下流側に堆積することから、第３図
（ｃ）、（ｄ）に示す如く、洗浄用混合水を逆流方向に
通水する方が高い洗浄効率が得られる。

本考案の膜分離装置は、特にリブを有する支持板に膜を
装着した平膜型エレメントや蛇行するあるいはオリフィ
ス状のコルゲートスペーサを有するスパイラル型膜エレ
メントのように、凹凸を有する支持板に分離膜を装着し
た膜エレメントに極めて好適である。即ち、このように
凹凸を有する支持板に装着された分離膜面では、微粒子
の衝突頻度及び衝突力が大きくなり、本考案の如く、比
重１以下という軽い微粒子を用いる場合でも、十分に大
きいゲル層の剥離効果が得られる。

［考案の効果］以上詳述した通り、本考案の膜分離装置によれば、微粒
子を均一にかつ一定の配合で含む混合水が洗浄水として
膜エレメントに供給される。このため、膜面に付着した
ゲル層を効率良く剥離することが可能とされる。従っ
て、洗浄に要する時間が短縮される。しかも、薬品洗浄
が不要となるか、あるいはその頻度を減らすことができ
るので、薬品コストを低減することができる。

また、微粒子ゲル層の剥離物とを効率的に分離すること
ができるので、洗浄排液から微粒子を容易に回収し再使
用することが可能となる。従って、微粒子の損失が殆ど
なく、微粒子コストが低減される。更に、洗浄に際し、
膜破損も防止される。本考案にあっては、微粒子の回収
と洗浄排水中の沈殿物の処理が１槽で可能である。ま
た、微粒子の攪乱が動力源なしに行なわれる。

このようなことから、本考案の膜分離装置によれば、膜
分離処理コストが低減され、効率的な膜分離処理が可能
とされる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々本考案の膜分離装置の一実施例
を示す系統図である。第３図は膜面の状態を示す断面図
である。第４図は本考案の他の実施例に用いられる貯槽
を示す断面図である。１……原水、２……原水貯槽、３……膜分離装置本体、
４……洗浄水貯槽、７……仕切板。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】膜分離装置本体と、該膜分離装置本体に供
給される洗浄水の貯槽と、該膜分離装置本体からの洗浄
排水を該貯槽に導入する洗浄排水導入配管と、該貯槽内
の微粒子混合水を洗浄水として該膜分離装置本体に供給
する混合水供給配管とが設けられている膜分離装置にお
いて、該貯槽には比重１以下の微粒子の混合水が貯えられてお
り、下端が該貯槽の底面よりも上方に位置した上下方向に延
在する仕切部材により該貯槽内が複数の領域に区画され
ており、これらの領域のうち一部の領域に向って上方から洗浄排
水を供給するように前記洗浄排水導入配管が該一部の領
域の上部に配置されており、前記混合水供給配管は該貯槽の底部に接続されていることを特徴とする膜分離装置。