JPH11197465A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原水に活性炭を添加して膜分離する水処理装
置において、集水管を無くし、透過水流通抵抗を小さく
したスパイラル型膜モジュールを採用した水処理装置を
提供する。 【解決手段】 原水に活性炭を添加した後膜モジュール
に導入して膜分離処理する水処理装置において、該膜モ
ジュールは、袋状分離膜１０をシャフト２０に巻回して
巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透
過水が巻回体の他端面から取り出されるスパイラル型膜
モジュールであることを特徴とする水処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原水に活性炭を添
加して膜分離処理する水処理装置に係り、特に膜モジュ
ールがスパイラル型膜モジュールである水処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】原水に活性炭を添加した後、スパイラル
型膜モジュールに通水して膜分離処理する方法が特開平
９−２８５７８７号公報に記載されている。このように
活性炭を原水に添加することにより、活性炭による吸着
作用と、活性炭に担持された微生物の生物分解反応と、
膜分離による浄化作用とが行われると共に、活性炭が膜
面を擦ることにより、膜表面の付着物が除去され膜汚染
が防止される効果も得られる。本発明は、このような活
性炭と膜分離処理との併用による水処理装置において、
改良されたスパイラル型膜モジュールを採用するもので
ある。この改良されたスパイラル型膜モジュールの長所
を説明するために、従来のスパイラル型膜モジュールと
その短所について次に図面を参照して説明する。

【０００３】図５は従来のスパイラル型膜モジュールの
構造を示す一部分解斜視図であり、集水管１の外周に複
数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回
されている。

【０００４】集水管１には管内外を連通するスリット状
開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、
その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜
２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿
入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透
過水流路となっている。

【０００５】袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング
６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブライン
シール８が周設されている。

【０００６】原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同
士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方
向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出す
る。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過して
その内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後
端側からモジュール外に取り出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のスパイラル
型膜モジュールには、次のような解決すべき課題があっ
た。

【０００８】 集水管１内の透過水流量を多くするた
めには該集水管１を大径化する必要があるが、そのよう
にするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなって
しまう。 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内
をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、
袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内か
ら集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵
抗も大きい。 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減
少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）
このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、
汚れが付着し易くなる。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点を解決し、集
水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル
型膜モジュールを採用した水処理装置を提供することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の水処理装置は、
原水に活性炭を添加した後、膜モジュールに導入して膜
分離処理する水処理装置において、該膜モジュールは、
分離膜をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一
端面から原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から
取り出されるスパイラル型膜モジュールであることを特
徴とするものである。

【００１１】この活性炭としては粉末活性炭が好まし
い。この粉末活性炭は粒径が２００μｍ以下とくに１５
０μｍ以下であることが好ましい。粉末活性炭の添加量
は５０〜５０００ｍｇ／Ｌとくに１００〜３０００ｍｇ
／Ｌ程度が好ましい。

【００１２】本発明で用いるスパイラル型膜モジュール
は、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜同
士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型膜
モジュールにおいて、該袋状膜は第１、第２、第３及び
第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び第
３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部とな
り残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交す
る第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻回
体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ませ、
該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前端面
に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺
部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあっては前
記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、
且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となって
いることが好ましい。

【００１３】かかるスパイラル型膜モジュールにおいて
は、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。こ
の原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流
れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水と
して流出する。

【００１４】袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体
軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開
放部から流出する。

【００１５】このように、透過水が袋状膜内を巻回体の
軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜
モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そし
て、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が
無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。

【００１６】なお、集水管を無くしているため、その分
だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回
方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００１７】また、巻回体の後端面の一部においてのみ
原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の
下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めること
ができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は原水に活性炭を添加した
後膜分離処理するものにおいて、この膜分離処理用の膜
モジュールとして、次に説明するものを用いる。図１
（ａ）はこのスパイラル型膜モジュールの袋状膜及び該
袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視図である。図１
（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ−Ｂ線、Ｃ−
Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフトの周りに袋状
膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３は巻回体とソケ
ットとの係合関係を示す斜視図、図４はスパイラル型膜
モジュールの側面図である。

【００１９】図１に示すように、この袋状膜１０は、正
方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２
の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有し
ている。第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺
部１３において分離膜フィルム４０同士が接着剤等によ
って接着され、第４の辺部１４については一部だけを接
着している。

【００２０】第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３
にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士４０が接着さ
れておらず、透過水流出用の開放部３０となっている。
また、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１
にかけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着さ
れており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となって
いる。

【００２１】この袋状膜１０内に透過水流路材（例えば
メッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されて
いる。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフィルム
４０を第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第１の辺
部１１、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を接
着するようにしたものであっても良い。

【００２２】この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１
６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が
付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き
付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着
され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されて
いる。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途
中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開
放部３０に沿って付着されている。

【００２３】複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲
に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士
は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合され
る。これにより、袋状膜１０同士の間には原水（及び濃
縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬
化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水
（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水
流出阻止用の閉鎖部が形成される。

【００２４】第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放
部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分か
ら、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されてい
る。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシ
ートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合され
るのが好ましい。

【００２５】袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の
如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻き
付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成
される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が
延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一
箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９
は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１
９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出
部を形成することになる。このリング状の突出部内に円
筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５と
フィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット
２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１
９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付
け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても
良い。

【００２６】このようにソケット２５とフィン１９とを
接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透
過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域
とが区画される。

【００２７】なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに
巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０
同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在
させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させ
ることにより、原水流路が構成される。

【００２８】図４に示すように、巻回体２４の前縁及び
後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７
を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６
の外周にブラインシール２８を周設する。

【００２９】このように構成されたスパイラル型膜モジ
ュールに対し、活性炭が添加された原水が図４に示すよ
うに巻回体２４の前端面から袋状膜１０同士の間の原水
流路に供給される。この原水は、巻回体２４の軸心線と
略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４の後端のソケ
ット２５の内側の端面から取り出される。そして、この
ように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状膜１０内
に透過し、透過水は巻回体２４の後端面のうちソケット
２５の外周側から流出する。

【００３０】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行
方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパ
イラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要で
ある。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流
通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくな
る。

【００３１】なお、集水管を省略しており、その分だけ
袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方
向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００３２】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設
けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成と
しているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮
水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域
における汚れの付着を防止することができる。なお、ソ
ケット２５の内側の面積と外側の面積（接着剤１８の辺
部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュール
の水回収率に応じて決めるのが好ましい。

【００３３】また、このスパイラル型膜モジュールにあ
っては、ソケット２５をフィン１９を用いて巻回体２４
に接続しており、ソケット２５と巻回体２４との接続強
度が高い。そして、このソケット２５によって原水の流
入側と濃縮水の流出側とが水密的に区画分離される。

【００３４】このスパイラル型膜モジュールに供給され
る原水には活性炭が添加されており、活性炭が膜面や原
水流路材２９の表面を擦るため原水流路における汚染物
の付着は著しく少ないが、徐々に汚染が進行するので適
宜逆洗を行う。

【００３５】このスパイラル型膜モジュールの逆洗を行
うときには、スパイラル型膜モジュールの袋状膜１０内
の透過水流路に逆洗用の水又は気体を供給する。気体を
供給する場合、透過水流路に気体圧をかけると、袋状膜
１０内の残存透過水が袋状膜１０同士の間の原水流路に
流れ込み、まず水逆洗が行われる。気体供給を継続する
（連続的又は断続的に気体を供給する。）と、残存透過
水量が減少し、気液混合状態となって透過水及び気体が
逆流し、気液混合逆洗が行われる。残存透過水が実質的
に無くなると、気体のみが逆流し、気体逆洗が行われ
る。

【００３６】この逆洗により、膜面や原水流路材２９に
付着していた付着物（活性炭を含む。）が十分に除去さ
れる。

【００３７】逆洗を行う具体例としては、気体として空
気、窒素など任意の気体を用いて、気体の供給と停止と
を１０秒ずつ複数回繰り返す方法が挙げられる。もちろ
ん、この１０秒は一例である。また、気体の供給と停止
時間は異なっていても良い。

【００３８】この水逆洗、気液混合逆洗及び気体逆洗を
行った後、膜モジュール内に水張りし、気体抜きを行
う。気体がすべて排出されると、濃縮水及び透過水が膜
モジュールから流出し始めるので、通水運転に復帰す
る。

【００３９】このように水逆洗、気液混合逆洗及び気体
逆洗を行うことにより、スパイラル型膜モジュールを十
分に逆洗することができ、透過水量を十分に回復させる
ことができる。

【００４０】なお、逆洗効率を高めるためには、膜モジ
ュールをシャフト軸心方向が上下方向となるように縦置
きするのが好ましい。

【００４１】上記実施の形態においては、ソケット２５
の外周側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側
に濃縮水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の
内側を透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮
水流出部とするように構成しても良い。

【００４２】

【実施例】実施例１ 原水（有機物汚染河川水。ＣＯＤ４０ｍｇ／Ｌ）に対し
粉末活性炭を１００ｍｇ／Ｌ添加し、膜面積０．９ｍ²
の図１〜４に示すスパイラル型膜モジュールに５ｍ³／
ｍ²／ｄａｙの割合で通水した。なお、膜モジュールの
直径は１０ｃｍ、長さは４０ｃｍである。その結果、透
過水のＣＯＤは７ｍｇ／Ｌとなり、逆洗間隔は平均で
７．５分であった。また、平均の膜透過差圧は３ｋｇ／
ｃｍ²であった。

【００４３】比較例１ 原水に粉末活性炭を全く添加しなかったこと以外は実施
例１と同様にして原水を処理したところ、透過水のＣＯ
Ｄは４０ｍｇ／Ｌとなり、逆洗間隔は平均で７．５分で
あった。また、平均の膜透過差圧は４．５ｋｇ／ｃｍ²
であった。

【００４４】比較例２ 膜モジュールとして、図５に示すもの（膜面積は５
ｍ²、長さは１００ｃｍと実施例１と同じ。直径は１０
ｃｍ）こと以外は実施例１と同様にして原水を処理した
ところ、透過水のＣＯＤは１０ｍｇ／Ｌとなり、逆洗間
隔は平均で７．５分であった。また、平均の膜透過差圧
は３．３ｋｇ／ｃｍ²であった。

【００４５】比較例３ 原水に粉末活性炭を全く添加しなかったこと以外は比較
例２と同様にして原水を処理したところ、透過水のＣＯ
Ｄは４０ｍｇ／Ｌとなり、逆洗間隔は平均で７．５であ
った。また、平均の膜透過差圧は４．８ｋｇ／ｃｍ²で
あった。

【００４６】

【発明の効果】以上の実施例及び比較例からも明らかな
通り、本発明の水処理装置で採用しているスパイラル型
膜モジュールは、集水管が不要であり、透過水の流通抵
抗が小さく、また膜面積を大きくとることができる。こ
のスパイラル型膜モジュールは逆洗により、原水流路の
付着物を容易に除去することができる。従って、この膜
モジュールを用いた本発明の水処理装置は、原水をきわ
めて効率良く処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係る水処理装置に用い
られるスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視図、
（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｃ）図
は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻
き付け方法を示す断面図である。

【図３】図１の膜モジュールの巻回体とソケットとの係
合関係を示す斜視図である。

【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図であ
る。

【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す
一部分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ 袋状膜 １１ 第１の辺部 １２ 第２の辺部 １３ 第３の辺部 １４ 第４の辺部 １５ 流路材 １６，１７，１８ 接着剤 １９ フィン ２０ シャフト ２４ 巻回体 ２５ ソケット ２９ メッシュスペーサ ３０ 透過水流出用の開放部 ３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水に活性炭を添加した後、膜モジュー
   ルに導入して膜分離処理する水処理装置において、該膜
   モジュールは、分離膜をシャフトに巻回して巻回体と
   し、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水が巻
   回体の他端面から取り出されるスパイラル型膜モジュー
   ルであることを特徴とする水処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記膜は第１、第
   ２、第３及び第４の辺部を有した略方形の袋状膜であ
   り、該第１、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の
   辺部は一部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、 前記第４の辺部と直交する第１の辺部をシャフトに当て
   て袋状膜を巻回して巻回体とし、前記第４の辺部を該巻
   回体の後端面に臨ませ、該第４の辺部に対向する第２の
   辺部を該巻回体の前端面に臨ませ、 該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が
   封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の
   開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋
   状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっていることを
   特徴とする水処理装置。