JPS62227408A - 中空糸膜濾過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は例えば原子力発電プラン１〜の濾過装置等に適
用される中空糸膜濾過装置に係り、特に中空糸膜モジュ
ールの振動抑制効果の向上等を図った中空糸膜濾過装置
に関する。

（従来の技術） 一般に、原子力発電プラントにおいては、放射線低減対
策として、腐蝕生成物の発生の抑制およびその除去を行
なっている。例えば原子力発電プラントで発生する放射
性廃液あるいは一次冷却系の復水中に存在する懸濁物を
分離除去するために濾過装置が使用されている。このよ
うな濾過装置として従来、粉末イオン交換樹脂のような
プリコートフィルタを使用するもの、濾紙や濾布メンブ
レンフィルタ等の平膜型濾過フィルタを使用するもの、
あるいは焼結金属やセラミック等の中空管型フィルタを
使用するもの等があった。

しかしながら、粉末イオン交換樹脂を使用した濾過装置
では、樹脂廃棄物が多量に発生し、また平膜型フィルタ
あるいは中空管型フィルタを使用したものでは、大流量
の循環流量が必要なため構成が複雑となり、それに伴っ
て設備費が嵩むとともに二次廃棄物が発生し、濾過効率
が低いなどの不具合もあった。

そこで近時、このような不具合を解消するべく、中空糸
膜濾過装置を使用した中空糸膜濾過装置が１７ｄ発され
ている。中空糸膜濾過装置は外形が０゜３〜３ａｗ程度
で、周壁に微細な透孔を有する中空状の繊維の股であり
、中位容積内の新面積を大きくとることができ、また耐
圧性に優れているので限外鑵適用、逆浸透用の濾過材と
して電子工業、医学、排水処理等の分野で広く使用され
ているものである。

第９図〜第１３図はこのような中空糸膜濾過装置の従来
例を示したものである。第９図は装置全体の断面構成を
示している。タンク状の容器１を水平な仕切壁３で上下
に区分し、その下部空間を濾過室１ａとし、上部空間を
処理液室１ｂとしている。この濾過室１ａ内に複数の中
空糸膜濾過装置２が仕切板３から垂下して設けられ、各
中空糸膜濾過装置２の中空部が処理液室１ｂに連通して
いる。中空糸膜濾過装置２は中空糸２Ａを束ねてその端
部を樹脂等の固定部分１９．２０により固定したもので
ある。この束が中空系膜モジュールとされる。中空糸膜
濾過装置２は上端固定部分２０を介して仕切板３に取付
けられ、また上下に複数、連結されている（中間部分の
固定部を以下、連結部分１８という）。なお、２Ｄは中
空糸膜濾過装置２の吊下荷重を支えるための支持パイプ
で、中空糸膜モジュールの中央に中空糸膜濾過装置２と
ともに連結して設けられる。容器１の下端部には濾過室
１ａに連通する液供給配ｆｆ４が接続され、上端部には
処理液室１ｂに連通ずる処理液排出配管５が接続されて
いる。そして液供給配管４を介して濾過室１ａ内に供給
された液は、中空糸膜濾過装置２を通過する際に線通作
用を受け、各中空糸２Ａの中空部を介して仕切板３上方
の処理液室１ｂに流出し、処理液排出配管５を介して排
出される。なお、液供給配管４にはＩＦｉ１■弁６が介
挿されている。また、供給配管４には、処１！Ｉ！液を
排出した優の濃縮液を排出する濃縮液排出管７が分岐接
続されており、この濃縮液排出管７には開ｎ１弁８が介
挿されている。

中空糸膜濾過装置２を洗浄する場合には、処理液排出配
管５を介して中空糸膜濾過装置２の各中空糸２Ａの中空
部内に逆洗用の加圧気体を供給する。なお、容器１内の
中空糸膜フイルタ２下方には、バブリング管９が設置さ
れており、このバブリング管９の下面側には気泡孔１０
が形成されている。このバブリング管９は、開閉弁１２
を有するエアー供給配管１１に接続されており、このバ
ブリング管９にエアー供給配管１１を介して空気を供給
することにより、気泡孔１０から気泡を発生させ、その
気泡により中空糸膜濾過装置２をバブリングさせて洗浄
効率を高めるものである。なお、仕切板３の取着位置下
方にはオーバーフロー管１３が接続されている。このオ
ーバーフロー管１３にはｒＭ開閉弁４が介挿されている
。

ところで、上記第９図の構成では、中空糸膜濾過装置２
が揺動したり、バブリング時の気泡が十分接触しイ１い
可能性がある。そこで、第１０図に示すような改良案が
なされた。なお、この装置の全体構成は第９図のものと
略同様であるので、図の対応部分に同一符号を付して重
複する説明を省略する。この例では、各中空糸膜モジュ
ールの振動を振幅を減少させるとともに、バブリングの
際気泡を中空糸膜濾過装置２に効率良く導入するべ（、
中空糸膜濾過装置２の外周に気泡導入のための間隔をあ
けて、下端および上側一部が開放した保護管１６を設置
した構成としている。

ところが、第１０図に示した構成の装置では、以下の問
題があった。即ち、中空糸膜濾過装置は容１１の大きさ
をできるだけコンパクトにすることが望ｉれる一方で、
濾過流量の増大を図るため中空糸の表面積を増大させる
ことが望まれる。そこで、より長い中空糸膜濾過装置の
使用、あるいは中空糸膜濾過装置２を複数段たてに連結
して用いることが考えられる。なお、中空糸膜濾過装置
２を横方向に多数本並設することは容器の直径増大によ
り多くのスペースが必要となるので、一般的には高さの
み大きく、設賀場所が狭くて流むたて方向に長い構成が
多用される。しかし、中空糸膜濾過装置２は弾性係数お
よび強度の低いプラスチック材料で作られることが多い
ため、あまり長さを大きくすると、流体振動、あるいは
地震等の際の１ｆｉ動が太き（なることがある。例えば
第１０図に示す濾過装置による実験では、線通通水中の
流体振動により、約ＩＨｚ程度の振動が生じる。

また、バブリングの際には、５Ｈ２程度の振動が加わる
ことが確認されている。

一般に、材料は繰返しの力を受けた場合、疲労が生じ、
繰返し数が増加するに伴い、破壊強さが低下する。前記
流体振動のような比較的小さな振動であっても、長期間
撮動が加わる場合には中空糸膜濾過装置２が破壊する恐
れがある。保護管１５を設・〕た櫨過装置であっても、
第１１図にその横断面形状を示すように、バブリング時
の気泡の導入および濾過時の液体の通過を十分に行なわ
せる必要上、中空糸膜濾過装置２と、その周囲の保護管
１５との間に一定の隙間を設番プているが、このような
構成のもとでは第１２図に示り°ように、中空糸膜濾過
装置２が大きく振動する可能性がある。

なお、中空糸膜濾過装置は、目詰りを起こして逆洗が不
可能になった場合や材質劣化等により耐用寿命が尽きた
場合には交換の必要がある。したがって、容！１に中空
糸膜濾過装置２を完全に固着することはできない。

このように、振動の抑止が十分に行なわれないことから
、従来では中空糸膜濾過装置２の長さを大きくすること
や多段化することには一定の制約を受けていた。

また、大容量化のため、第１０図に示ずように、中空糸
膜濾過装置２を多段化した場合には、第１３図に示すよ
うに連結部分１８および下端固定部分１９が気泡の流れ
を阻害し、この連結部分１８や下端固定部分１９近傍の
中空糸２Ａにバブリング時に気泡が十分供給されず、そ
のため、これらの部分では懸濁物の除去が十分に行なわ
れない場合があった。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の装置では、保Ｗｉ管による中空糸膜モジュールの
振動防止が必ずしも十分に行なえず、また、バブリング
の効果も不十分な佃所が生じるなどの問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、中空
糸膜濾過装置の撮動を十分に抑制し、それによって中空
糸膜濾過装置の長さや連結本数の拡大化が図れ、しかも
逆洗効果が十分に行られる中空糸膜濾過装置を提供しよ
うとするものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本考案に係る中空糸膜濾過装置は、容器内に液供給配管
と連通する濾過室と、処理液排出配管と連通ずる処理液
室とを区画形成し、この濾過室内に複数の中空糸膜モジ
ュールを垂設するととらに、その各中空糸膜モジュール
の各中空糸膜濾過装置の中空部を前記処理液室に連通さ
せ、前記各中空糸膜モジュールを保護管で囲ませた中空
糸膜濾過装置において、前記保、ｉ！管の内面側に周方
向に一定の間隔をあけて複数の中空糸膜モジュール振動
抑止用の突起を設けたものである。

（作用） 保護管の内側に突起を設けたので、この突起により中空
糸膜濾過装置の振動を十分に抑制することが可能となる
。その際、中空糸膜濾過装置は、保護管の周壁と直接接
触しないので、気泡の上昇、液体の通過および逆洗時の
中空糸膜濾過装置より剥離した固形物の落下等は特に妨
げられることがない。したがって、中空糸膜濾過装置を
より長くあるいはより多段にすることが可能となる。

また、保護管の内側に突起を設けたことにより、バブリ
ング時の気泡を中空糸膜濾過装置の側に向Ｇノで加速、
分配することが可能となる。したがって、バブリングも
全体に亘っで十分に行なわれ、逆洗性能も向上できるよ
うになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図を参照して説
明する。なお、従来と同一の構成部分には、第９図〜第
１３図と同一の符号を付して説明する。

第１図は装置仝休の断面構成を示している。タンク状の
容器１を水平な仕切壁３で上下に区分し、その下部空間
を濾過室１ａとし、上部空間を処理液室１ｂとしている
。この濾過”！Ｉａ内に複数の中空糸膜濾過装置２が仕
切板３から垂下して設けられ・各中空糸膜濾過装置２の
中空部が処理液室１ｂに連通している。中空糸膜濾過装
置２は中空糸２Ａを束ねてその端部を４ｉ　１ＪＩＩｆ
等の固定部分１９゜２０により固定したものである。こ
の束が中空糸膜モジュールとされる。中空糸膜濾過装置
２は上端固定部分２０を介して仕切板３に取付けられ、
また上下に複数、連結されている（中間部分の固定部を
以下、連結部分１８という）。な訂、２Ｄは中空糸膜濾
過装置２の吊下荷重を支えるための支持パイプで、中空
糸膜モジュールの中央に中空糸膜濾過装置２とともに連
結して設けられる。容器１の下端部には濾過室１ａに連
通する液供給配管４が接続され、上端部には処理液室１
ｂに連通ずる処理液排出配管５が接続されている。そし
て液供給配管４を介して濾過Ｗｌａ内に供給された液は
、中空糸膜濾過装置２を通過する際に濾過作用を受け、
各中空糸２Ａの中空部を介して仕切板３上方の処理液室
１ｂに流出し、処理液排出配管５を介して排出される。

なお、液供給配管４には１．１閑弁６が介挿されている
。また、供給配管４には、処理液を排出した後の濃縮液
を排出する濃縮液排出管７が分岐接続されており、この
濃縮液排出管７には開閏弁８が介挿されている。

中空糸膜濾過装置２を洗浄する場合には、処理液排出配
管５を介して中空糸膜濾過装置２の各中空糸２Ａの中空
部内に逆洗用の加圧気体を供給する。なお、容器１内の
中空糸膜フイルタ２下方には、バブリング管９が設置さ
れており、このバブリング管９の下面側には気泡孔１０
が形成されている。このバブリング管９は、Ｉｉ′１ｌ
ｒＩＩ弁１２を有するエアー供給配管１１に接続されて
おり、このバブリング管９にエアー供給配管１１を介し
て空気を供給することにより、気泡孔１０から気泡を発
生させ、その気泡により中空糸膜濾過装置２をバブリン
グさせて洗浄効率を高めるものである。なお、仕切板３
の取着位ｌ下方にはオーバーフロー管１３が接続されて
いる。このオーバーフロー管１３には開ｍ弁１４が介挿
されている。そして、バブリングの際気泡を中空糸膜濾
過装置２に効率良く尋人するべく、中空糸膜濾過装置２
の外周に気ａ導入のための間隔をあけて、下端および上
側一部が開放した保護管１６を設置した構成としている
。

ところで、この実施例では、保護管１６に対し、中空糸
膜濾過装置２の連結８１ｓ１８および先端部１９と接触
する可能性のある部分に、内側に向けて８ケ所の突起１
７が設けである。この部分の横断面を第２図に示す。な
お、突起１７は、保：１１ｆ！１１６を内側に変形させ
て設けたものである。この場合、保護管１６の内径は濾
過時に液の通過を妨げず、かつバブリング時に気泡が中
空糸に十分供給されるようにする必要がある。発明者の
検討によると、保Ｓ管１６と中空糸膜モジュールのＲ間
を考慮して、下記（１）式のように寸法設定を行な・・
・・・・（１） ここで、ｄｌは中空糸膜濾過装置の中空糸を固定する部
分の中空糸集合体外径、ｄ２は保護管内径、ｄ３は連結
部１８の外径、Ｑは保護管１本当りの定格流出である。

Ｃ、Ｃ２は定数であり、５Ｘ１０’とするのが望ましい
ことが認められた。

また、突起１７は、第２図および第３図に示すように、
４５度間隔で８ケ所設けたが、第４図および第５図に示
すように９０度間隔で４ケ所設けてもよい。なお、突起
１７は、８ケ所または４ケ所に限らず、振動抑止効果お
よび逆洗効果等の観点から、４〜８ケ所の範囲で、種々
選定することができる。即ら、第６図は突起数と、中空
糸膜フイルタ振幅および流路面積との関係を示したもの
である。第６図（ａ）は前記関係を示すグラフ、第６図
（ｂ）は流路面積等の概念を示す説明図である。第６図
（ａ）に白丸で示すように、中空糸膜濾過装置の振幅σ
は、突起数ｎが１〜８個位までは急激に減少するが、そ
れ以上に突起数ｎを増加させても、振幅はあまり減らず
、振動抑止効果の向上幅が少ない。

一方、第６図に黒丸で示すように、流路断面積Ａ−ΣＡ
ｄは、突起数ｎの増加とともに単調に減少し、流路内で
の圧力損失は次第に増大する。よって、振動抑止の効果
と流路断面積確保の両面を併せ考慮すれば、実際的に適
当な突起数ｎは４〜８個であると考えられる。

なお、第６図のデータは下記の条件下で得られたもので
ある。

また、突起１７の高さについては、中空糸膜濾過装置２
にの交換容易性の点からは低い方が望ましいが、振動抑
止、バブリング効果の点からは高い方が望ましいので、
実機に好適な値を選定する。

なお、振動抑止の観点から、突起の高さト１を考慮した
場合、下記（２）式より望ましい範囲が求められる。

ここで、Ｅは中空糸膜濾過装置を構成する材料のヤング
率、■はその断面二次モーメント、２はその断面係数、
ｎは突起数、ｌは中空、糸膜濾過装置の１段の長さ、ｄ
２は保護管内径、ｄ３は連結部の外径、σ。は中空糸膜
濾過装置の疲労限界（許容値）である。即ち、上記（２
）式の左辺は振動により中空糸膜濾過装置に作用する応
力を示し、これが右辺の疲労限界以下となるように突起
高さト１を定めることになる。

次に作用を説明する。

まず、液供給配？２４を介して古本１内に供給された原
液は中空糸膜濾過装置２の各中空糸２Ａを内側に浸透し
、モの際濾過される。濾過された処理液は中空糸２Ａの
中空部を介して仕切板３の上方に流出し、さらに処理液
排出配管５を介して排出される。そして容器１内に液供
給配管４を介して原液を一定の圧力または一定の流速で
供給し続け、中空糸膜濾過装置２の濾過差圧が予め設置
された値になるまで濾過が継続される。

さ゛て、この濾過操作中は、流体の流れが容器１内部に
あるため、中空糸膜濾過装置２の振動が生ずる。このｒ
ＭｆＪＪは中空糸膜濾過装置を長大化あるいは多段化し
た場合には、より激しくなる。しかし、前記構成による
と、保２！管１６の内部に突起１７が設けであるため、
中空糸膜濾過装置２の振動を制限し、減衰させる作用が
行なわれる。この作用を第３図に示す。第３図に示すよ
うに、２個の突起１７に中空糸膜濾過装置２が当接する
状態が最大限の振幅で振動した場合であるａ流体振動で
中空糸膜濾過装置２が所定位置から振動した場合には、
８ケ所の突起１７のいずれかに当接するため、いずれの
方向への振動も制限される。このように、中空系膜濾過
装置２の振動が確実に抑止される結果、中空糸膜濾過装
置の長大化、多段連粘化が容易になる。但し、この場合
でも、保護管１６内の流路は開基されることがなく、液
流通等は何ら阻害されない。

所定の濾過差圧に達したら、濾過操作は停止される。そ
して、中空糸膜濾過装置２の逆洗操作が行なわれる。こ
の逆洗は上記濾過とは逆のルートでなされる。すなわち
、図示しない気体供給源から処理液排出配管５を介して
中空糸膜濾過装置２の内部に水または空気が圧送される
。水または空気の圧送により中空糸膜濾過装置２の外表
面に付着した固形物は除去されることになるが、この時
、上記中空糸膜濾過装置２の外側に形成された微孔から
気泡が発生するので、逆洗効果が高められる。

また、このような逆洗操作に同期して前記バブリング管
９からの気泡によるバブリング操作がなされる。このバ
ブリング管９から発生した気泡は、保護管１６の下端か
らその内部に導入され、各中空糸膜濾過装置２に供給さ
れる。そして、前記の如く、逆洗効果と相俟って中空糸
膜濾過装置２の表面から固形物が効果的に剥離される。

このバブリングの際には、従来気泡の上界に伴い、中空
糸膜フィルクツ全体が大ぎく振動していたが、前記実施
例では、濾過操作時と同様に突起１７の作用により、効
果的に振動が抑制される。さらに、この突起１７の部分
では流路断面積が縮小しているので、気泡が通過する場
合は、気泡が細かく分離される。そして、気泡が加速さ
れ連結部分１８または下端固定部分１９を扱ける時に、
この部分に第７図に示すように、渦状の流れが生じる。

この渦状の流れにより、従来気泡が供給されにくかった
連結部分１８または下端固定部分１９近傍の中空糸２Ａ
に対しても気泡が十分供給され、逆洗効果が向上する。

さらに、剥離した固形物は、中空糸膜濾過装置２と保２
！！管１６との間の隙間を介して落下する。この際、突
起１７の上端および下端に傾斜を設けておけば、固形物
の落下を妨げることがなく、また液通過時の抵抗も少な
い。

このような逆洗操作により、中空糸膜濾過装置２は再生
されて次の濾過に供され、前記同様の濾過作用が再度繰
返される。

以上の実施例によると、以下の効果が奏される。

（１）保護管１６の内部に突起１７を設けたので、線通
操作時の流体振動およびバブリング時の気泡による振動
を効果的に抑制でき７る。なお、振動によって中空糸膜
濾過装置２に生ずる応力σは、仕切板３への取付部近く
で最大となり、路次式で表すことができる。

ここで、Ｅ、１．Ｗ、オ、２は、それぞれ中空糸膜濾過
装置２を構成する材料のヤング率、断面二次モーメント
、先端でのたわみ吊、長さ、断面係数である。上式は中
空糸膜濾過装置２の長さ方向に均一な力が作用したもの
と考えて導いたものＣある。上式中、Ｅ、１．オ、Ｚは
構造、材料が定まれば、一定の値であるので、次式が導
ける。

σｏｃＷ 即ち、中空糸膜濾過装置２に作用する応力は、先端のた
わみ間Ｗに比例する。そこで、突起１７によってたわみ
ｆｆ１Ｗが減少し、中空系膜濾過装置２の応力が減少す
るため、中空糸膜濾過装置２の長さを長くし、あるいは
より多段化することが可能となり、容器１の直径を増加
させることなく、濾過器の大容聞化が可能となる。

（２）中空糸膜濾過装置２の連結部１８の近傍の中空糸
２Ａに対しても十分な気泡が供給されるため、逆洗効果
が向上する。

なお、前記実施例では、保護管１６の一部に突起１７を
設けたが、本発明はそのようなものに限らず、第８図に
示すように、保護管１６の全長に亘っで突起１７を設け
た構成にしてもよい。

このような構成によっても、前記実施例と略同様の作用
効果が得られることは勿論、突起１７が連続しているの
で、中空糸膜濾過装置２の交換の際、引掛りがなく、交
換容易に行なえる利点がある。また、上方からの固形物
の落下を全く妨げることがないので、洗浄が効果的に行
なえる。

なお、以上の各実施例では、保護管１６の突起１７を保
護管１６自身の内方の変形により形成したが、保護管１
６の内部に、例えば丸棒、角棒等の物体を溶接、接着、
ネジ止め等によって取付けた構成としてもよい。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明による中空糸膜濾過装置に
よると、濾過性能、逆洗性能を損うことなく効果的に中
空糸膜濾過装置の振動を抑制できる。したがって、中空
糸膜濾過装置の長大化あるいは多段化が可能となる。さ
らにバブリング性能が向上するため、逆洗後の差圧の回
復が良好となり、膜寿命の長期化も有効に図、れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の一部を拡大して示す横断面図、第３図は第２図の
中空糸膜濾過装置の変位を示す横断面図、第４図および
第５図は突起の変形例を示す第２図および第３図に対応
する図、第６図（ａ）、（ｂ）は突起数設置に関する説
明図、第７図はバブリング作用を説明する縦断面図、第
８図は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第９図およ
び第１０図はそれぞれ異なる従来例を示す縦断面図、第
１１図および第１２図は従来の振動作用を説明するだめ
の横断面図、第１３図は従来のバブリング作用を説明す
る縦断面図である。 １・・・容器、２・・・中空糸膜濾過装置、１６・・・
保護管、１７・・・突起。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第Ｉ図 牟３図 羊４日 第５回 第７回 幕！３　　図 第８図 箒９扇 第１０回 第ｆｆ図 第１２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器内に液供給配管と連通する濾過室と、処理液排
   出配管と連通する処理液室とを区画形成し、この濾過室
   内に複数の中空糸膜モジュールを垂設するとともに、そ
   の各中空糸膜モジュールの各中空糸膜フィルタの中空部
   を前記処理液室に連通させ、前記各中空糸膜モジュール
   を保護管で囲ませた中空糸膜濾過装置において、前記保
   護管の内面側に周方向に一定の間隔をあけて複数の中空
   糸膜モジュール振動抑止用の突起を設けたことを特徴と
   する中空糸膜濾過装置。 ２、突起は保護管の内面に周方向に等間隔で４〜８個設
   けられている特許請求の範囲第１項記載の中空糸膜濾過
   装置。 ３、突起は保護管の軸方向１個所または複数個所に突出
   して設けられている特許請求の範囲第１項記載の中空糸
   膜濾過装置。 ４、突起は保護管の軸方向に沿って延在する突条とされ
   ている特許請求の範囲第１項記載の中空糸膜濾過装置。 ５、中空糸膜モジュールは軸方向に複数、連結部を介し
   て接続され、その連結部の周囲に保護管の突起が配置し
   ている特許請求の範囲第１項記載の中空糸膜濾過装置。 ６、容器内には保護管の下方に位置してバブリング管が
   設けられている特許請求の範囲第１項記載の中空糸膜濾
   過装置。