JPH11104469A - スパイラル型膜エレメント、これを用いた膜モジュール及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濁質液に浸漬して吸引ろ過が可能なスパイ
ラル型膜エレメント、これを用いた膜モジュール及び水
処理装置を提供すること。 【解決手段】 袋状の平膜３をろ液集水管軸２に複数枚
装着し、膜間隔が５〜１０ｍｍとなるように、スパイラ
ルに巻いてなるスパイラル型膜エレメントをケーシング
４に固定した膜モジュール１及びこの膜モジュールをそ
のろ液集水管軸が水面に対して垂直に位置するようにリ
アクタ内に装着した水処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スパイラル型膜エ
レメント、これを用いた膜モジュール及び水処理装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】膜を用いて廃水処理を行う場合、ろ過の
対象となる原液の懸濁物質濃度や粘度、運転方法、求め
られる処理水質などにより、最適なモジュール形状や膜
孔径を選定することが必要となる。ここで、モジュール
とは、膜エレメントを容器（ハウジングまたはケーシン
グ）に組み込んだろ過器のことをいう。現在市販されて
いるモジュールの形状には、管状、中空糸状、スパイラ
ル状、平膜（プリーツタイプ、プレート＆フレームタイ
プ）などがあるが、それぞれに長所及び短所がある。近
年、これらの膜モジュールをリアクタに浸漬し、吸引ろ
過によりろ液を得る浸漬方式が開発されている。この
際、膜モジュールを活性汚泥や凝集汚泥などの高濁質液
中に浸漬してろ過するため、固形分を含む液のろ過に最
適なプレート＆フレームタイプの平膜が主に用いられて
いる。

【０００３】管状や中空糸状モジュールを被ろ過液中に
浸漬してろ過する場合、管状モジュールは膜面積が大き
く確保できず、大量処理に不向きであったり、中空糸状
モジュールは中空糸膜の束の内部に付着又は固着した懸
濁物質がエアバブリングによって除去困難であるなどの
問題を抱えている。一方、平膜状の膜を浸漬した浸漬平
膜型モジュールは、エアバブリングによる膜面の洗浄が
中空糸膜モジュールに比べて容易であり、また、管状モ
ジュールより膜充填密度を高くとれるため、高濁質液の
ろ過に適していると考えられる。しかし、膜充填密度を
浸漬平膜型モジュールとスパイラル状モジュールとで比
較すると、スパイラル状の方が高くとれる。したがっ
て、スパイラル型膜モジュールを用いれば、膜分離装置
のコンパクト化が可能になると考えられる。ところが、
従来のスパイラル型膜モジュールは、液の流路が狭く、
固形分を含む液の分離には不適当であるため、高濁質液
のろ過にスパイラル型膜モジュールを適用した例はな
い。

【０００４】スパイラル型膜エレメントは、袋状の平膜
をスペーサと一緒に集水管軸に巻いて形成し、ベッセル
と呼ばれる容器内に装着して使用される。このとき、ス
ペーサ部が原液の流路となるため、その厚みで膜間隔が
決定する。スペーサの厚みは通常１ｍｍ程度であるが、
スペーサを波板状にして膜面の乱流促進を期待するスパ
イラル型膜エレメントも提案されているが、この場合の
波板状スペーサによる有効流路高さは２．５ｍｍとされ
ている（特開平４−８７６９５号公報参照）。しかしな
がら、このような膜間隔では、膜間に懸濁物質が閉塞し
て運転できなくなってしまう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術の欠点を解消し、高濁質液に浸漬して吸引ろ過が可能
なスパイラル型膜エレメント、これを用いた膜モジュー
ル及び水処理装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
検討を重ねた結果、複数枚の袋状の平膜を集水管軸に装
着し、特定の膜間隔となるように巻いたスパイラル型膜
エレメントが上記課題を解決しうるものであることを見
出し、本発明を完成した。

【０００７】すなわち、本発明のスパイラル型膜エレメ
ントは、袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着し、膜
間隔が５〜１０ｍｍとなるように、スパイラルに巻いて
なることを特徴とする。本発明は、さらに、本発明のス
パイラル型膜エレメントの袋状の平膜の長手方向の端部
を断面形状が円形又多角形のケーシングあるいは複数の
ポールに固定してなることを特徴とする膜モジュールを
提供するものである。また、本発明の水処理装置は、リ
アクタ内に本発明の膜モジュールを１個又は複数個装着
したことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のスパイラル型膜エレメン
トは、上記のように袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚
装着したものであるが、使用する膜としては、例えば、
精密ろ過膜、限外ろ過膜などが好ましい。

【０００９】本発明のスパイラル型膜エレメントは、上
記のような膜を複数枚、膜間隔が５〜１０ｍｍとなるよ
うに、スパイラルに巻いて形成される。この膜間隔を５
ｍｍ以上とすることにより、約１５０００ｍｇ／（リッ
トル）の高濁質液をろ過処理しても流路の閉塞は起こら
ず、また、バブリングしたエアが膜間に確実に供給され
るため、膜面のケーキ層の蓄積も防止できることが分か
った。また、スパイラル型膜エレメントの膜間隔を１０
ｍｍ以下とすれば、膜充填密度もプレート＆フレームタ
イプの平膜モジュールと同等以上になる。

【００１０】また、本発明のスパイラル型膜エレメント
には、その袋状の平膜の上端と下端に、補強材を装着す
るのが好ましい。補強材としては、形状を自在に調整で
きるプラスチック製の薄板を用いるか又はメッシュ状に
張ったワイヤを用いることが好ましい。また、膜エレメ
ントの垂直方向の長さによっては、その中間部にも補強
材を装着することが好ましい。

【００１１】本発明のスパイラル型膜エレメントは、上
記のように、膜間隔が充分に広く、膜充填密度も高くで
きるため、これを被ろ過液中に浸漬し、吸引ろ過するの
に有効であり、高濁質液を被ろ過液とすることができ
る。被ろ過液としては、一般に５０００〜１５０００ｍ
ｇ／（リットル）の懸濁物質を含む液が対象となる。そ
の際、本発明のスパイラル型膜エレメントを、そのろ液
集水管軸が水面に対して垂直に位置するように被ろ過液
中に浸漬し、吸引ろ過するのが好ましい。吸引方法に
は、ポンプを解する方法と高低差（ヘッド差）を利用し
た方法があるが、本発明においては、いずれの方法でも
適用することができる。

【００１２】ろ過を継続すると、膜面で除去された懸濁
物質がケーキ層を形成し、ろ過抵抗の上昇を引起し、ろ
過圧力が上昇する。そのため、定期的に膜面のケーキ層
を排除する。このケーキ層の除去には、膜エレメントの
下方からのエアバブリングによって膜洗浄を行うのが好
ましい。スパイラル型膜エレメントの下方から吹き込ま
れたエアは、スパイラル型膜エレメントの膜同士の間を
上昇し、その気泡及び水流により膜面のケーキ層を剥離
して取り除く。

【００１３】本発明の膜モジュールは、上記のような本
発明のスパイラル型膜エレメントを断面形状が円形又は
多角形のケーシングあるいはポールに固定してなるもの
である。本発明の水処理装置は、リアクタ内に本発明の
膜モジュールを１個又は複数個装着したものである。膜
モジュールは、そのろ液集水管軸がリアクタ内の水面に
対して垂直に位置するように設置されるのが好ましい。
また、膜面のエアバブリング洗浄のため、膜エレメント
の下方に散気設備を備えるのが好ましい。

【００１４】

【実施例】次に、図面を参照して本発明を実施例に基づ
いてさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって制
限されるものではない。図１は、本発明の一実施例を示
す膜モジュールの横断面図である。図１において、膜モ
ジュール１は、ろ液集水管軸２に袋状の平膜３を複数枚
装着し、スパイラルに巻いて形成されたスパイラル型膜
エレメントを有し、各袋状の平膜３の長手方向の端部が
ケーシング４に固定されている。

【００１５】図２は、図１に示した膜モジュールをリア
クタ内に装着した水処理装置の略示縦断面図である。こ
の水処理装置は、リアクタ１０内に１個の膜モジュール
１をそのろ液集水管軸２が水面に対して垂直に位置する
状態で装着したものであり、この膜エレメントの上端と
下端は補強材５によって補強されている。また、膜エレ
メントの下方には散気設備６が付設されている。ろ液集
水管軸２の上端部は、リアクタ１０内の水面より上方に
ある。この水処理装置で廃水処理を行う場合、リアクタ
１０内に投入された被ろ過液は吸引ろ過により膜でろ過
され、膜を透過した処理水は、吸引によりろ液集水管軸
２の上端部から系外に排出される。所定時間ろ過を継続
した後、定期的に膜面のケーキ層を除去するため、散気
設備６からエアを吹き込み、エアバブリング洗浄を行
う。スパイラル型膜エレメントを下水処理場の曝気槽内
に浸漬する場合には、生物処理に必要なエア量が常に供
給されているため、このエアを洗浄用として代用しても
よい。

【００１６】図３は、本発明の別の実施例を示す膜モジ
ュールの横断面図であり、図４はリアクタ内における膜
モジュールの配置例を示す説明図である。図３に示した
膜モジュール１１は、断面形状が三角形のケーシング１
４に固定されている点で、図１に示した実施例と相違す
る。また、図５は、本発明の別の実施例を示す膜モジュ
ールの横断面図であり、図６はリアクタ内における膜モ
ジュールの配置例を示す説明図である。図５に示した膜
モジュール２１は、６枚の袋状の平膜３をろ液集水管軸
２に装着し、断面形状が六角形のケーシング２４に固定
した点で図１に示した実施例と相違する。図３及び図５
に示した膜モジュールは、ケーシングの断面形状が円形
のもの（図１）に比べて、それぞれ図４及び図６に示し
た配置ができるため、リアクタ内の膜モジュールの充填
密度を高めることができ、隣あった膜モジュール間のデ
ッドスペースも無くなるという利点を有する。

【００１７】図７は、本発明のさらに別の実施例を示す
膜モジュールの平面図であり、図８は、図７に示す膜モ
ジュールの側面図である。図７に示した膜モジュール３
１においては、ろ液集水管軸３２に３枚の袋状の平膜３
３が装着され、巻かれてスパイラル型膜エレメントが形
成されており、その平膜３３の長手方向の端部は、３本
のポール３４にそれぞれ固定されている。巻かれた袋状
の平膜の上端及び下端は、補強材３５によって補強され
ている。

【００１８】図９は、本発明のさらに別の実施例を示す
膜モジュールの平面図である。この膜モジュール４１に
おいては、ろ液集水管軸４２に袋状の平膜４３が装着さ
れ、巻かれてスパイラル型膜エレメントが形成されてお
り、袋状の平膜４３の長手方向の端部は、断面形状が円
形のケーシング４４に固定されている。袋状の平膜４３
の上端は、補強材としてメッシュ状に張ったワイヤ４５
によって固定されており、図示していない下端は、図７
と同様の補強材によって補強されている。この実施例で
は、ワイヤが目詰まりしないように、そのメッシュ幅
は、５０ｍｍ程度と大きくすることが必要である。な
お、図中の黒点は、固定点を意味する。

【００１９】

【発明の効果】本発明のスパイラル型膜エレメント及び
これをケーシングに組み込んだ膜モジュールは、高濁質
液中に浸漬し、吸引ろ過することにより、効率の良い固
液分離を行うことが可能となる。また、本発明のスパイ
ラル型膜エレメントの下方からエアを吹き込み、定期的
に膜面のエアバブリング洗浄を行うことにより、その気
泡及び水流により膜面のケーキ層を除去できるので、長
期間にわたり安定してろ過運転を行うことが可能とな
る。さらに、本発明において、断面形状が多角形のケー
シングを用いることにより、膜充填密度を著しく高くで
き、モジュール間のデッドスペースを無くすことがで
き、装置のコンパクト化を図ることができる。したがっ
て、本発明の水処理装置によれば、コンパクトな装置
で、濁質濃度の高い廃水、例えば、活性汚泥などを含む
廃水を効率よく、長期間にわたって安定して処理するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す膜モジュールの略示横
断面図である。

【図２】図１に示した膜モジールを装着した本発明の水
処理装置の略示縦断面図である。

【図３】本発明の別の実施例を示す膜モジュールの略示
横断面図である。

【図４】図３に示した膜モジュールの配置例を示す説明
図である。

【図５】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュール
の略示横断面図である。

【図６】図５に示した膜モジュールの配置例を示す説明
図である。

【図７】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュール
の平面図である。

【図８】図７に示す膜モジュールの側面図である。

【図９】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュール
の平面図である。

【符号の説明】

１ 膜モジュール ２ ろ液集水管軸 ３ 袋状の平膜 ４ ケーシング ５ 補強材 ６ 散気設備 １０ リアクタ １１ 膜モジュール １４ ケーシング ２１ 膜モジュール ２４ ケーシング ３１ 膜モジュール ３２ ろ液集水管軸 ３３ 袋状の平膜 ３４ ポール ３５ 補強材 ４１ 膜モジュール ４５ ワイヤ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着
   し、膜間隔が５〜１０ｍｍとなるように、スパイラルに
   巻いてなることを特徴とするスパイラル型膜エレメン
   ト。
2. 【請求項２】 巻かれた袋状の平膜の上端と下端に、補
   強材を装着した請求項１記載のスパイラル型膜エレメン
   ト。
3. 【請求項３】 請求項１記載のスパイラル型膜エレメン
   トの袋状の平膜の長手方向の端部を断面形状が円形又多
   角形のケーシングに固定してなることを特徴とする膜モ
   ジュール。
4. 【請求項４】 請求項１記載のスパイラル型膜エレメン
   トの袋状の平膜の長手方向の端部を複数のポールに固定
   してなることを特徴とする膜モジュール。
5. 【請求項５】 リアクタ内に請求項３又は４記載の膜モ
   ジュールを１個又は複数個装着したことを特徴とする水
   処理装置。
6. 【請求項６】 請求項３又は４記載の膜モジュールを、
   そのろ液集水管軸がリアクタ内の水面に対して垂直に位
   置するように、１個又は複数個装着したことを特徴とす
   る水処理装置。
7. 【請求項７】 請求項３又は４記載の膜モジュールを、
   そのろ液集水管軸がリアクタ内の水面に対して垂直に位
   置するように、１個又は複数個装着し、その膜エレメン
   トの下方に散気設備を備えたことを特徴とする水処理装
   置。