JPH10337446A

JPH10337446A - 膜モジュール及びそれを用いた分離膜装置

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Publication number: JPH10337446A
Application number: JP16059497A
Authority: JP
Inventors: Takao Hagino; 隆生萩野; Koichi Masuda; 幸一増田
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 1998-12-22
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: JP3318236B2

Abstract

(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で、分離膜表面を傷付ける
ことなく、分離膜表面に堆積し固着したケーキ層を確実
に剥離できるようにする。【解決手段】濾過機能を有する分離膜１２の濾過面の
一部に圧力変化に伴って膨張収縮する膨縮材１８を取り
付け、さらにこの膨縮材の他面側に前記濾過面に対向さ
せてメッシュ材２０を取り付けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、分離膜を利用して
汚水等の分離を行う膜分離装置に関し、特に膜表面に堆
積する固形物からなるケーキ層の剥離を円滑に行うよう
にした膜モジュールに関するものである。本膜モジュー
ルは、加圧が容易な容器、例えば被処理物、処理物の出
入口が限られた半密閉的なタンク装置内に配置されるこ
とが特に好ましい。

【０００２】

【従来の技術】汚水処理においては、膜により一定粒径
以上の固形物を処理水から分離除去することが広く行わ
れており、この膜分離を行う装置として、例えば精密濾
過膜や限外濾過膜等の分離膜をモジュール化した膜モジ
ュールを内部に組み込んだ膜分離装置が開発されてい
る。

【０００３】このような膜分離装置を用いて汚泥や廃水
中から懸濁物質を除去する場合、濾過の進行に伴って、
分離膜の表面に一定の粒径以上の固形物からなるケーキ
層が形成され、濾過面が目詰まりして濾過抵抗が徐々に
増大する。このため、このケーキ層を何らかの方法で除
去するか、或いは膜モジュールを交換する必要がある。

【０００４】従来、ケーキ層を分離膜から剥離させる方
法としては、膜分離装置の内部に装備された撹拌機を用
いるもの、濾過体自体の運動によって分離膜表面近傍に
乱流や渦流等の水流を起こすようにしたもの、膜面の２
次側から濾液を逆流させるようにしたもの、或いはブレ
ードやスクレーパ等の掻取体によって機械的に剥離する
ようにしたもの等が一般に知られていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、水流によって
ケーキ層を剥離するようにしたものでは、膜分離装置内
部での水流の強さに偏りが生じることが多く、分離膜の
表面に堆積したケーキ層を隈無く完全に剥離することが
困難である。また、濾液を逆流させるようにしたもので
は、濾液が流れ易いルートに集中し、このためにケーキ
層が圧密され、膜面に強固に付着している部分とそうで
ない部分で剥離効果に差が生じて、分離膜の全面にわた
る均等な剥離が困難である。

【０００６】更に、ケーキ層を機械的な手段で強制的に
剥離するようにしたものでは、掻取体と分離膜との間隙
を小さく且つ均等になるように装置を組立てることが困
難で、また、例え組上がったとしても、膜モジュールの
製作上の精度や運転中の振動等の原因で分離膜と掻取体
が接触して分離膜を破損してしまう虞れがある。この破
損を防止するため、例えば１０ｍｍ以上のケーキ層が削
り残るような構造にすることも考えられるが、これでは
長時間に亘る運転を行う場合に、削り残りのケーキ層が
徐々に圧密されて、濾過抵抗が次第に大きくなってしま
う。

【０００７】従って、膜分離装置において、簡単な構造
で、分離膜表面を傷付けることなく、分離膜表面に堆積
するケーキ層を分離膜の表面全体にわたり確実に連続的
に分離することが非常に困難であった。

【０００８】本発明は、上記に鑑み、比較的簡単な構造
で、分離膜表面を傷付けることなく、分離膜表面に堆積
し固着したケーキ層を確実に剥離できるようにした膜モ
ジュールを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、濾過機能を有する分離膜の濾過面の一部に圧力変化
に伴って膨張収縮する膨縮材を取り付け、さらにこの膨
縮材の他面側に前記濾過面に対向させてメッシュ材を取
り付けたことを特徴とする膜モジュールである。但し、
密閉されたタンク等の装置内に本濾過モジュールが配置
される場合、膜の濾過面の圧力の上下はタンク入口圧力
等に反映するので、上記圧力変化は装置そのものの圧力
変化とも言える。

【００１０】この構成においては、分離膜の両側に圧力
差を与えて濾過機能を発揮させると、分離膜の表面にケ
ーキ層が連続的に堆積し、これが圧力損失を大きくして
分離膜の濾過面側近傍の圧力を増加させる。膨張材は、
分離膜の濾過面の圧力変化に伴って膨張収縮するので、
この圧力の増加に伴って膨縮材が収縮し、さらにこの状
態で濾過が進むとケーキ層がメッシュ材を含んだ状態で
形成される。ケーキ層の厚みがある程度になった時点で
分離膜の上流側の圧力を、例えば大気圧に開放して下げ
ると、膨縮材が一気に膨張してメッシュ材を押し上げ、
これに伴い、分離膜表面からケーキ層が剥離される。な
お、膨縮材が濾過面を覆う面積が少ないほど濾過面積を
大きく取ることができて効率が良いので、膨縮材は点在
させるか線状に配置するのが好ましい。

【００１１】請求項２に記載の発明は、メッシュ材を伸
縮性を有する素材で形成したものである。これにより、
メッシュ材が伸縮してケーキ層が破壊し、剥離がさらに
容易となる。メッシュ材としては、０．２９ｍｍ以下の
素線径をもつステンレス、ポリプロピレンまたは特殊プ
ラスチック製素材から構成するのが好ましい。膨縮材と
しては、独立気泡型の特殊ネオプレンゴムで形成するの
が好ましい。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１乃至５
のいずれかに記載の膜モジュールを用いたことを特徴と
する膜分離装置である。濾過面に所定の距離をもって対
向する掻き取り部材を該濾過面に相対移動可能に設ける
のが好ましく、これにより、ケーキ層２２の厚さを一定
値以上に大きくしない、あるいは、剥離したケーキ層を
迅速に除去する等の作用が行われる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、この発明の膜モジュール
１０を示すもので、この膜モジュール１０は、図におい
て被処理水が右側から左側に流れるようになっており、
厚さが０．２７ｍｍの精密濾過（ＭＦ）用のポリアミド
系分離膜１２を主体として構成されている。分離膜１２
の下流側には、厚さ０．９ｍｍの支持濾布１４及び厚さ
が３ｍｍのステンレス板１６が重ねられている。ステン
レス板１６には多数の通水孔１７が形成されている。な
お、厚さは全て１つの例として挙げている。

【００１４】一方、分離膜１２の上流側の表面には、１
辺が８ｍｍの立方体状に形成された独立気泡型特殊ネオ
プレンゴム製の膨縮材１８が、例えば縦横１５０ｍｍの
ピッチｐでそのほぼ全域に亘って点在している。そし
て、この膨縮材１８のさらに上流側の表面は伸縮性を有
するメッシュ材２０で被覆されている。このメッシュ材
２０は、例えば直径０．１４ｍｍのステンレス製素線２
１をニット織りして厚さ０．２９ｍｍのメッシュ材に構
成したものである。

【００１５】図２は膜分離装置Ａの全体の構成を示すも
ので、密閉型の筒状容器３０の内部に固定濾過体３２と
回転濾過体３４が同心に配置されている。筒状容器３０
の下部には、汚泥や汚水等の被処理液を供給する原水供
給口３６が、上部には濃縮液排出口３８がそれぞれ少な
くとも一ヶ所設けられている。回転濾過体３４は、容器
３０の天板４０を挿通する回転軸４２を有しており、図
示しない駆動機構により回転自在となっている。

【００１６】固定濾過体３２及び回転濾過体３４は、互
いに径の異なる二重壁のカップ状に形成され、これが上
下から嵌まり合うように配置されている。この二重壁に
より内部に濾液の流路となる濾液空間３２ａ，３４ａが
形成され、これらの濾液空間３２ａ，３４ａには、濾液
を排出する濾液排出路３２ｂ，３４ｂがそれぞれ筒状容
器３０の天板４０及び側板４４を挿通するように設けら
れている。回転濾過体３４の排出路３４ｂは、回転軸４
２を挿通して形成されている。これらの濾過体３２，３
４の側部の外壁には、膜モジュール１０がそれぞれ外周
面側を濾過面として装着されている。

【００１７】筒状容器３０の内周面及び回転濾過体３４
の内周面には、図１に示すように、対向する膜モジュー
ルのメッシュ材２０の面に向かって、かつ軸方向に沿っ
て延びるブレ−ド４６ａ，４６ｂが取り付けられてい
る。これは、膜モジュール１０のメッシュ材２０上に形
成されるケーキ層２２（図４（ｄ）参照）を掻き取るた
めのもので、例えば耐摩耗性に優れた特殊ゴムから形成
されている。ブレード４６ａ，４６ｂの先端と各膜モジ
ュール１０の表面との間隔は例えば１０ｍｍに設定され
ている。

【００１８】また、筒状容器３０の底部には、この容器
３０内の被処理液を流動させる撹拌翼４８が回転自在に
配置されている。この撹拌翼４８と回転濾過体３４は、
軸封装置５０，５２でそれぞれシールされており、高
圧、高回転に長時間耐えうる構造になっている。なお、
５４は容器３０内の圧力を測るための圧力計である。

【００１９】次に、この膜分離装置Ａの作用を図３及び
図４を参照して説明する。なお、図３は、時間と分離膜
表面近傍の圧力との関係を示すグラフであり、図４
（ａ）〜（ｆ）は、図３の時間ｔ₁〜ｔ₆における分離膜
１２の近傍の状態を模式的に示す図である。

【００２０】筒状容器３０の濃縮液排出口３８を閉じて
おき、図示しない供給ポンプを稼動すると、原水（被処
理液）は加圧されて原水供給口３６から膜分離装置Ａの
筒状容器３０の内部に送り込まれ、さらに固定濾過体３
２及び回転濾過体３４のそれぞれ外面に装着された分離
膜１２を透過する。ここにおいて、原水中の所定径以上
の固形粒子は分離膜１２の通過を阻止され、分離膜１２
の上流側の表面にケーキ層２２を形成する（図４（ａ）
参照）。濾過された濾液は濾液空間３２ａ，３４ａを通
り、濾液排出口３２ｂ，３４ｂから順次排出される。

【００２１】濾過が進行するにつれて固形粒子が堆積す
るのでケーキ層２２は徐々に厚くなり、かつ連続的に加
圧されるために硬化する（図４（ｂ）参照）。それに伴
い濾過抵抗が増して、図３に示すように、分離膜１２の
表面近傍の圧力は徐々に上昇する。このように、分離膜
１２の表面近傍の圧力が上昇するにつれて、分離膜１２
の表面全体に点在させた膨縮材１８は縮小し、伸縮性を
有するメッシュ材２０が縮んで、分離膜１２の表面とメ
ッシュ材２０との間隔が、例えば数ｍｍ小さくなる。

【００２２】分離膜１２上のケーキ層２２は、分離膜１
２とメッシュ材２０との間が狭まった状態で厚みを増し
続け、やがて分離膜１２とメッシュ材２０の間隙を埋め
てしまう（図４（ｃ）参照）。この時点でケーキ層２２
の厚さは、例えば１〜４ｍｍ程度であるが、堆積物は更
にメッシュ材２０の表面にも堆積し（図４（ｄ）参
照）、ケ一キ層２２の厚さは、例えば５〜８ｍｍ程度に
成長する。原水の性状にもよるが、圧密されたケーキ層
２２の厚みがこの程度になった時点での濾過抵抗はかな
り大きくなっており、分離膜１２の表面近傍の圧力は数
百キロＰａに上昇している。

【００２３】このように、ケーキ層２２の厚さが所定値
に達した時に、濃縮液排出口３８を例えば数秒〜数十秒
開放する。すると、瞬間的に分離膜１２の表面近傍の圧
力が大気圧と等しくなり、収縮していた膨縮材１８が一
気に膨張する。その膨張により、分離膜１２の表面から
例えば１〜４ｍｍの位置にあったメッシュ材２０は、数
ｍｍ離間する方向に移動して再び濾過運転前の位置まで
戻る。

【００２４】これにより、メッシュ材２０の表面上に形
成されていた圧密されたケーキ層２２は、メッシュ材２
０とともに分離膜１２の表面から引き離され、分離膜１
２の表面とケーキ層２２の間に数ミリの間隙が生じる
（図４（ｅ）参照）。

【００２５】このような分離膜１２の表面から引き離さ
れたケーキ層２２は、分離膜１２の２次側からの濾液の
逆流や、分離膜１２の表面近傍の水流により比較的簡単
に壊れ、まわりの濃縮液の中に分散し易くなる（図４
（ｆ）参照）。そして、剥離したケーキ層２２が濃縮液
に分散した状態で排泥工程を行い、濃縮液排出口３８を
閉じて再度濾過工程を繰り返す。このようにして、従来
では剥離させることが困難であった分離膜表面のケーキ
層２２を、簡単に且つ確実に剥離することができる。

【００２６】なお、上記工程において、回転濾過体３４
の回転は常時、あるいは間欠的に適宜に行なう。これに
より、ブレード４６ａ，４６ｂがケーキ層２２を掻き取
り、その厚さを一定値以上に大きくしない、あるいは、
剥離工程後の剥離したケーキ層２２を迅速に除去する等
の作用が行われる。

【００２７】

【実施例】図１及び図２に示す膜分離装置Ａを用いて試
験を行った。試験は、有効膜面積が１．５ｍ²である精
密濾過膜を用い、ＳＳ濃度０.８〜１２.０ｇ／ｌの無
機系懸濁液を被処理液として供給し、排泥工程は原水供
給を停止する方式を採用した。平均処理速度を１５０
（ｌ／ｈ）として連続濃縮運転を約３ヶ月間行った。な
お、従来例による試験も行った。従来例としては、膨縮
材無しの膜構造とした以外はすべて実施例と同じ装置を
用いた。処理結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例と従来例の成績を比較すると、処理
水ＳＳ濃度に殆ど差がなかったが、処理速度は、実施例
の方が平均１５０（ｌ／ｈ）であるのに対し、従来例で
は１２８（ｌ／ｈ）であった。また、従来例では、時折
濾過抵抗の上昇速度が不規則に増加する現象が見られ、
その場合、頻繁に排泥工程に入って原水供給が停止する
ため全体の処理速度の平均値は比較的小さくなった。

【００３０】濃縮汚泥濃度は、実施例の方が平均１４５
（ｇ／ｌ）であるのに対して従来例では平均１０８（ｇ
／ｌ）であった。これは従来例において削り残ったケー
キ層が１０ｍｍの厚さであることから濾過抵抗が大き
く、圧力上昇が早いために濃縮が進まないことに起因し
ていると考えられる。連続運転時間に関しては、実施
例、従来例ともに９０日を経過した時点でも濃縮処理が
可能であった。

【００３１】なお、上記の例では、分離膜１２がいずれ
も筒状の濾過体３２，３４の外面に設けられ、従って、
ブレード４６ａ，４６ｂが筒状容器３０や濾過体３４の
内面に設けられている。しかしながら、装置の設計仕様
によっては、分離膜１２を内面側に配置してもよく、そ
の場合はブレード４６ａ，４６ｂが外面に配置される。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的簡単な構造で、分離膜の表面を傷付けることな
く、確実に分離膜の表面の堆積物を剥離させることがで
き、これにより、長時間の連続濾過蓮転を安定して行う
ことができる。しかも、従来の分離膜の表面に膨縮材を
取付け、メッシュ材で覆うだけで本発明の膜モジュール
を構成することができるので、既存の膜分離装置の改良
としても十分に実用的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の膜モジュールを示す断面
図である。

【図２】図１に示す膜モジュールを組み込んだ膜分離装
置を示す断面図である。

【図３】図２に示す膜分離装置を運転させた時の時間と
分離膜表面付近の圧力との関係を示すグラフである。

【図４】図３の時間ｔ₁〜ｔ₆にそれぞれ対応した分離膜
の表面近傍の状態を模式的に示す図である。

【符号の説明】

１０膜モジュール１２分離膜１８膨縮材２０メッシュ材２２ケーキ層３２固定濾過体３４回転濾過体４６ａ，４６ｂブレードＡ膜分離装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】濾過機能を有する分離膜の濾過面の一部
に圧力変化に伴って膨張収縮する膨縮材を取り付け、さ
らにこの膨縮材の他面側に前記濾過面に対向させてメッ
シュ材を取り付けたことを特徴とする膜モジュール。
【請求項２】前記メッシュ材を伸縮性を有する素材で
形成したことを特徴とする請求項１に記載の膜モジュー
ル。
【請求項３】前記メッシュ材を、０．２９ｍｍ以下の
素線径をもつステンレス、ポリプロピレンまたは特殊プ
ラスチック製素材から構成したことを特徴とする請求項
１記載の膜モジュール。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の膜モ
ジュールを用いたことを特徴とする膜分離装置。
【請求項５】前記濾過面に所定の距離をもって対向す
る掻き取り部材を該濾過面に相対移動可能に設けたこと
を特徴とする請求項４に記載の膜分離装置。