JPH08215548A - 膜モジュール - Google Patents

膜モジュール

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JPH08215548A
JPH08215548A JP2970595A JP2970595A JPH08215548A JP H08215548 A JPH08215548 A JP H08215548A JP 2970595 A JP2970595 A JP 2970595A JP 2970595 A JP2970595 A JP 2970595A JP H08215548 A JPH08215548 A JP H08215548A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高汚濁性水の濾過に使用しても、モジュール
内の分離膜が固着一体化しにくく、また複数本のモジュ
ールをその間隔を狭くして固定しても、中空糸膜の固着
がなく、また1モジュール当たりの膜面積が上昇しても
濾過能力の低下がない、散気機能を有するコンパクトな
モジュールを提供する。 【構成】 分離膜の片端部あるいは両端部を開口状態に
保ちつつ固定部材により矩形状に固定してなり、少なく
ともエアースクラビング洗浄法により膜面洗浄を行う膜
モジュールにおいて、少なくともいずれか一方の端部に
集水機能を有し、かつ、少なくともいずれか一方の端部
に散気機能を有することを特徴とする膜モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、膜モジュールに関し、
特に汚濁性(殊に有機物の汚濁性)の高い液体を濾過す
るのに適した中空糸膜モジュールに関する。かかる膜モ
ジュールによる濾過としては、具体的には、下水や排水
の処理における固液分離、産業廃水処理(固液分離)、
河川水濾過、工業用水道濾過、プール水濾過、食品工業
等における用水の濾過および製品の清澄濾過、酒、ビー
ル、ワイン等の濾過(特に生製品)、製薬や食品工業等
におけるファーメンターからの菌体分離、染色工業にお
ける用水および溶解染料の濾過、海水濾過、RO(逆浸
透)膜における純水製造プロセス(海水淡水化を含む)
における前処理濾過、イオン交換膜を用いたプロセスに
おける前処理濾過、イオン交換膜を用いた純水製造プロ
セスにおける前処理濾過等が挙げられる。
【0002】
【従来の技術】従来、膜モジュールは、無菌水、飲料水
および高純度水の製造や空気の浄化といったいわゆる精
密濾過の分野において広く使用されてきた。また、近年
では、下水処理場における二次処理、三次処理や、浄化
槽における固液分離、産業廃水中のSS(浮遊懸濁物
質)の固液分離、浄水場における河川水の直接濾過、工
業用水道水の濾過、プール水の濾過等の高汚濁性水処理
用途に用いるための検討が様々な形で行われている。
【0003】しかしながら、これらの分野で用いられて
いる膜モジュールも、従来の精密濾過の分野において用
いられてきた円形状や同心円状(平膜スパイラル、平膜
プリーツ、中空糸膜綛どり等)に分離膜を収束して配置
した円筒形タイプのものが殆どであった。また、改良が
施されるとしても、分離膜の充填率や充填形態を変える
だけのものが多かった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高汚濁性水(例えば、
SS濃度≧50ppm ,TOC(合計有機物濃度)≧10
0ppm )の濾過処理については、使用に伴い膜表面また
は膜間に多くのSSや有機物が堆積し、これが膜閉塞の
原因となり、濾過寿命の低下を招いている。そのため、
膜表面や膜間を水流やエアー、振動、超音波等を用いて
堆積物を剥離させ、洗浄する必要がある。
【0005】このような濾過寿命低下の現象は、特に円
筒形モジュールの中心部の分離膜において著しく、大型
のものほど顕著であった。そこで、我々は、それらの欠
点を解消することを目的として、矩形に成型した中空糸
膜モジュールを、特願平04−058344号、特願平
04−161322号、特願平04−161323号等
において提案している。また、その製造法の一例とし
て、中空糸膜編織物を作製し、それを積層し、樹脂固定
する方法を提案している。また、同様の考えは、平膜を
袋状に成型したものや管状の膜においても応用できる。
【0006】これらのモジュールは、特に、エアー上昇
流で膜面の堆積物を剥離させるエアースクラビング洗浄
を併用することにより、高汚濁性水の濾過に非常に大き
な効能を発揮することができる。このような膜表面およ
び膜間の洗浄は、膜面閉塞の進行具合に応じて、連続的
に行ってもよいし、断続的に行ってもよい。また、1モ
ジュール当りの中空糸膜の本数や中空糸膜編織物の枚数
が多くなった場合、およびモジュールを複数本使用しか
つモジュール間の間隔をつめて支持固定した場合に見ら
れる、中空糸膜編織物間やモジュール間へのSSの堆積
や若干の濾過効率の低下については、中空糸膜編織物間
やモジュール間にスペーサーを挿入して、そこからエア
ーを出すようにしており、これにより確実に膜間にスク
ラビングエアーが当たり、膜同士の固着を防ぐととも
に、SSの堆積や濾過効率の低下を防ぐことができる。
【0007】しかしながら、このような系において、中
空糸編織物間やモジュール間全体に確実にエアーを当て
るには、数多くのスペーサーを挿入しなければならず、
部品点数の増加および装置配管系の複雑化あるいは大型
化を招いていた。したがって、本発明の目的は、高汚濁
性水の濾過に使用しても、モジュール内の分離膜が固着
一体化しにくく、また複数本のモジュールをその間隔を
狭くして固定しても、中空糸膜の固着がなく、また1モ
ジュール当たりの膜面積が上昇しても濾過能力の低下が
ない、散気機能を有するコンパクトなモジュールを提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、分離膜の片端部あるいは両端部を開口状態
に保ちつつ固定部材により矩形状に固定してなり、少な
くともエアースクラビング洗浄法により膜面洗浄を行う
膜モジュールにおいて、少なくともいずれか一方の端部
に集水機能を有し、かつ、少なくともいずれか一方の端
部に散気機能を有することを特徴とする膜モジュールを
提供する。
【0009】かかる構成を有する本発明の膜モジュール
は、エアースクラビング法が効果的に行えるコンパクト
なモジュール構造を達成するものである。
【0010】
【作用】エアースクラビング法を効果的に行うために
は、膜面およひ膜間に確実にエアーを当てることが必要
である。特に、中空糸膜編織物や平膜などを並列に並べ
たようなモジュールの場合には、その編織物間や平膜間
に確実に洗浄エアーを当てて、膜同士が固着あるいは接
着してしまわないようにしなければならない。しかし、
その重要なファクターである散気管とモジュールの位置
関係および散気管の開孔ピッチ等を現場で厳密に合わせ
るのは非常に困難である。
【0011】しかして、中空糸や平膜の膜面および膜間
に簡便かつ確実にスクラビングエアーを当てるには、モ
ジュールの集水管自体に散気構造を持たせることにより
実現することができるのである。
【0012】
【実施例】以下、本発明の膜モジュールについて具体的
に説明する。図1は、本発明の膜モジュールの内、中空
糸を使用した膜モジュールの一例を示す斜視図である。
図2は、そのような本発明の膜モジュールの他の一例を
示す斜視図である。ただし、本発明において、モジュー
ルの形態は、特にこれらに限定されるものではない。
【0013】図1および図2に示す本発明の膜モジュー
ルは、集水端部1、散気端部2、集水散気一体型端部
3、固定部材4,5,6、中空糸膜7および散気穴8で
構成される。集水端部1、散気端部2および集水散気一
体型端部3は、基本的に中空糸膜モジュール全体を維持
する部材として機能し、細長いほぼ矩形の開口部を有す
る。その材質としては、機械的強度および耐久性を有す
るものであればよく、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、燃焼時に有毒ガスを出すことなく完
全燃焼させることのできる炭化水素系の樹脂を用いるの
が好ましい。
【0014】また、これら各端部1,2,3の開口部
は、そこに中空糸膜を伴って充填固定される固定部材
の、中空糸膜に垂直な、断面の形状が細長いほぼ矩形と
なるようなものであることが必要であり、この矩形の短
辺の長さが30mm以下であるのが好ましく、15mm以下
であるのが特に好ましい。このように、中空糸膜の配設
状態を平坦なシート状として展開することにより、中空
糸膜全体が一本の棒状に固着一体化して中空糸膜の有効
膜面積が急激に低下するのを防止することができる。ま
た、たとえ中空糸膜同士が固着したとしても、中空糸膜
の固着部の厚みは薄く、中空糸膜がシート状として配設
されているので、容易にその固着状態を前述した手法に
より回復処理することができる。なお、矩形の長辺の長
さについては特に限定はないが、あまり短いと1つの中
空糸膜モジュール内に配設できる中空糸膜の本数が減少
するので好ましくなく、一方あまりに長いと膜モジュー
ルの製造が困難になるので好ましくない。一般には、長
辺の長さは100〜2000mm程度であるのがよい。
【0015】散気端部2は、細長い矩形の開口部の長辺
の周りにスクラビングエアー吐出用の散気穴8を有して
おり、開口部に充填された固定部材5が、中空糸膜7の
端部を閉塞したまま固定されているため、散気専用の端
部として存在しており、膜間および編織物間へ確実にか
つ簡便にスクラビングエアーを導き、膜同士および編織
物同士の接触を抑える機能を果たす。
【0016】集水散気一体型端部3は、散気端部2と同
様に、スクラビングエアー吐出用の散気穴8を有し、散
気機能を持つと同時に、開口部に充填された固定部材6
が中空糸膜7の端部を開口状態を保ったまま固定されて
いるため、集水機能をも持っている。よって、この端部
内は、散気用と集水用の流路が独立して別々に存在す
る、二重構造となっている。
【0017】散気端部2、集水散気一体型端部3の散気
穴8のピッチおよび穴の構造については、中空糸へ一様
にエアーが当たりかつ洗浄効果の高いものであれば特に
制限はない。一例を挙げると、中空糸膜編織物に対して
平行に、0.5〜3mm程度の径の散気穴が30〜50mm
ピッチで設けられて、編織地全体にエアーを送る構造で
あることが望ましい。
【0018】図3に各端部1,2,3の断面図a,b,
cを示す。図3(a)の固定部材4は、集水端部1の開
口部に充填固定され、多数のU状中空糸膜7の片端部を
開口状態を保ったまま収束して固定するとともにこの中
空糸膜を濾過膜として機能させるために、被処理水と処
理水とを液密に仕切る部材として機能する。
【0019】図3(b)の固定部材5は、中空糸膜7の
片端部を閉塞状態で収束固定し、散気端部2の開口部に
充填固定される。よって、この端部側では、集水機能は
持たず、端部自体に設けられた散気穴8を通して出るス
クラビングエアー用の流路として存在する。図3(c)
の固定部材6は、固定部材4と同様に、多数のU状中空
糸膜7の端部を開口状態を保ったまま収束固定し、集水
散気一体型端部3の開口部に充填固定される。よって、
この端部では、集水と散気の両方を1つの端部で同時に
行うことができる二重構造となっている。図4では、中
心に集水部、そのまわりにエアー流路が存在するドーナ
ツ構造の端部を例示している。
【0020】これらの各固定部材4,5,6は、通常、
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て形成される。中空糸膜3とし
ては、種々のものが使用でき、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、ポリスルフォン系等の各種の材料からなるものが使
用できる。ただし、編織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。なお、中空糸膜は、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。
【0021】中空糸膜3を、各端部1,2,3の細長い
ほぼ矩形の開口部にU字状に収束して収納するには、中
空糸膜を例えば緯糸として用いて編織物としたものを1
枚、または編織物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束する
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
織地を用いれば容易に収納することができる。なお、こ
こでいう編織物の積層には、編織物を切断せずに適当な
長さに折り畳み重ねたものを包含する。編織物の積層
(もしくは折り畳み)枚数は、編織物の厚さ、すなわ
ち、中空糸膜の太さや編織物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。
【0022】前述した通り、本発明の中空糸膜モジュー
ルの使用にあたっては、モジュールを密閉容器に配設し
て、被処理水を加圧し、中空糸膜を透過させる、いわゆ
る加圧濾過法も採用できるが、図5に示すような活性汚
泥槽や沈澱槽等に中空糸膜モジュールを配設し、中空糸
濾過膜を透過した処理水を回収する側を吸引する、吸引
濾過法で使用することが望ましい。吸引方法としては、
一般的な自給式吸引ポンプによる方法、真空ポンプによ
る方法、ヘッド差を利用するサイフォン方式等が主なも
のとして挙げられる。特に、周期的に所定時間吸引を停
止する、いわゆる間欠吸引運転方法を採用することによ
り、膜面堆積物が内部の細孔へ入り込むのを効率的に防
止することができる。
【0023】吸引濾過法においては、モジュール外の被
処理水は停止させておいてもよいが、攪拌したり、ある
いは被処理水を中空糸膜の配設方向に対してほぼ垂直に
流して中空糸膜の膜面の洗浄効率をアップさせつつ、実
施することが好ましい。なお、上記においては、中空糸
膜を主体として説明したが、中空糸に代えて平膜、管状
膜等を使用しても、同様に本発明の膜モジュールを作製
できることは自明である。
【0024】
【発明の効果】本発明の膜モジュールは、モジュール端
部に集水機能と散気機能を持たせることにより、より多
くの膜に簡便かつ確実にスクラビングエアーを当てるこ
とができ、かつ、膜間への有機物の堆積が抑えられて、
膜の固着一体化が防止され、特に高汚濁水の濾過におい
て、長期にわたって高い濾過効率を保つことが可能であ
る。また、従来のような散気管とモジュールとの細かい
位置合わせが不要なため、モジュールの設置が簡便であ
り、別構造の散気管が不要なため、非常にコンパクトな
モジュールを提供することができる。また、既存の曝気
槽等へのモジュールの設置も非常に簡便に行うことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の膜モジュールの内、中空糸を使用した
膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【図2】本発明の膜モジュールの内、中空糸を使用した
膜モジュールの他の一例を示す斜視図である。
【図3】本発明の膜モジュールの各端部の断面図を示す
斜視図である。
【図4】集水散気一体型端部の一例を示す横断面図であ
る。
【図5】本発明の膜モジュールの内、中空糸を使用した
膜モジュールの設置形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1…集水端部 2…散気端部 3…集水散気一体型端部 4…集水端部固定部材 5…散気端部固定部材 6…集水散気一体型端部固定部材 7…中空糸膜 8…散気穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢ノ根 勝行 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目1番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分離膜の片端部あるいは両端部を開口状
    態に保ちつつ固定部材により矩形状に固定してなり、少
    なくともエアースクラビング洗浄法により膜面洗浄を行
    う膜モジュールにおいて、少なくともいずれか一方の端
    部に集水機能を有し、かつ、少なくともいずれか一方の
    端部に散気機能を有することを特徴とする膜モジュー
    ル。
  2. 【請求項2】 前記集水機能を有する端部の構造におい
    て、水の流路と膜洗浄用散気構造とが内部にそれぞれの
    流路を有し、一体となって存在することを特徴とする請
    求項1記載の膜モジュール。
  3. 【請求項3】 前記分離膜が中空糸膜であることを特徴
    とする請求項1記載の膜モジュール。
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