JPS6233503A - 流体分離装置用膜セツト - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧力を駆動力とした分離膜による流体分離装
置に関し、特にミクロ濾過、限外濾過操作を経済的に行
う流体分離装置に用いる分離膜モジュールに関するもの
である。

〔従来技術〕

近年文化の発展に伴い、水やエネルギーの使用が年々増
加し、海水からの真水を製造したり使用した廃水を浄化
して再利用したり、あるいは種々の工程における溶液中
の有価物や有害物の濃縮分離を極力省エネルギーなプロ
セスで効率良く安価に遂行する努力がなされてきている
。プロセスとしては、蒸発法、抽出法、吸着法、活性汚
泥法等の種々の分離あるいは除去の方法が用いられてい
るが、膜分離プロセスも一つの有力な分＃操作である。

この膜分離プロセスに用いる膜モジユール装置としては
、主として中空糸型５管状型、スパイラル型、耐圧板型
（フィルタプレス型）が用いられているが、それぞれの
モジュールに一長一短がある。中空糸型の外形は、第１
５図に示すような形状で、内径が０．８〜１．４ｍｍ位
の多数の中空糸を両端の中空糸束固定端１で固定して中
空糸膜２をドラム内に内設して、原液３を導入し、濾過
液４を上部から取り…し、濃縮液５は反対側から取り出
すものである。従って、原液３の濃度が高かったり、大
きな粒子が混入したりしていると、原液流路が容易に閉
塞する問題が起る。従って。

かなりきれいな原水の濾過に用いられる。このモジュー
ルでは、狭い間隙を速い流速で原液を供給するので、圧
力損失も大きい。さらに、モジュール製膜時における中
空糸束の樹脂による固定に、高度の技術を要するし、中
空糸束が、耐圧容器と一体化されているので、モジュー
ル価格も高価である。

第１６図に示す管状型モジュールは、通常内径１〜２．
５ｃｍの多孔性管状支持体の内側に分離膜６を装着して
おり、このような管が、Ｕベンドで何本かシリーズに接
続されて、管の一方から原液３を導入して他方から濃縮
液５を取り出し、分＃膜６を透過した透過水７を取り出
している。この場合、上記のような管の内側を高流速で
原液３を流して濾過するため、単位濾過量当りのエネル
ギー消費量が最も大きく、単位容積当りの膜充填密度が
最も小さいモジュールである。さらに、モジュール製膜
時、−管一管管状分＃膜を支持管に装着しなければなら
ないので、単位膜面積当りかなり高価なモジュールとな
る。

次に、ＩＩＶＦｌ圧板型モジュールは、第１７図に示す
ように、主にプレート８、ストップディスク９、ネック
リング１０および膜１１等からなっている。このモジュ
ールでは、原液３が膜１１の間隙を高流速で流れ、その
端で鋭角に流れが曲って、次の膜１１の間隙へと供給さ
れている。したがって、モジュールの原液３０入口と透
過水７の出口との間の圧力差が非常に大きく濾過に要す
るエネルギーが非常に大きいし、膜の物理的洗浄が不可
能に近い、さらに、このモジュールの膜は、プレーｉ・
」二にセットされ大きな力で変形されないような厚い耐
圧板で押えつけてシールされている。

したがって、膜の交換は繁雑な処理でできるが、装置は
かなり高価なものである。

第１８図に示すスパイラル型モジュールは、モジュール
の中心に設けられた透過液の取水管に。

透過液の通路となる膜支持体の上下面を分離膜で挟んだ
袋状の膜セットと、その膜セツト間に挟み込まれた原液
の流路となる網目のようなシート１２を固く巻きつけて
円筒状の耐圧容器に収めたものである。このモジュール
において、膜セツト間に挟んだ網目１２の支持体間隙を
原液３が流れて濾過が起り、濾過液４を取り出すもので
ある一／　　が、取出管を軸にして堅く巻きつけられて
いるため、この網目と膜セットが接触した部分は分子ａ
膜としての機能を果していない、さらに、この接触部分
は濾過と共に溶質や懸濁物が沈積し、それが成長し、流
路閉塞する恐れがあり、あまり粘性の高い流体や、濃度
の高い溶液、あるいは懸濁物のある溶液処理には使用で
きない、また膜性能老化に伴う膜洗浄は化学洗浄だけで
、物理的な洗浄は不可能である。

一般に分離膜を用いて濾過を行うと溶媒の濾過に伴って
、膜面で排除された溶質濃度が上昇し、それが大きな濾
過抵抗になる。さらに膜面に排除されたものが沈積した
り、耐着したりして膜性能の劣化を起す原因となる。こ
のような現象を軽減し、高価なモジュールの単位当りの
処理量を高めるために、原液を高流速でモジュールに送
ったり、激しく撹拌したり、原水の前処理を行ったり、
膜の定期的薬品洗浄、スポンジ洗浄をしたりする。しか
し、上記したモジュールを用いて濾過を行う場合、膜面
積に対するモジュールのホールドアツプ量が大きいので
、一度原水がモジュール内を通過するだけでは濾過分離
を達成できず、何回か循環させるかクリスマスツリー型
にモジュールを数段並べるかして、所定の目的を達成し
ている。このような方法では、接続パイプ等モジュール
内外の屈曲に伴う原水の流れのもつ、圧動エネルギーの
損失が大きい、したがって、膜を用いる分離操作におい
て、全処理コストに占めるエネルギーコストの割合は非
常に大きい０例えば、限外濾過によるパイプのさらし廃
水液中のリグニンを１０倍ｅ縮する場合、２０００〜４
０００　ｒｒｆ　７日の透過水処理規模で管状および耐
圧板型モジュールを用いた処理コストに占めるエネルギ
ーコストは全処理費の７０〜８０％を占める。

〔発明の目的〕

本発明は前記した従来の濾過モジュールの現状を考察し
、その問題点を解消するためになされたものである。す
なわち、従来のモジュールには、次のような欠点があっ
た。

１）構造も複雑で膜と容器が一体化されているため、性
能劣化は、膜モジユール全体の廃棄を招き・モジュール
がかなり高価なものとなる。

２）従来のモジュールでは、処理規模の拡大は、巾にモ
ジュール数の増加で行うためスケールメリットが多くの
場合ない。

３）モジュールコストが高価ということもあり、中位膜
モジュール当りの処理量を増大させるため、激しい原液
流動で濾過を行っている。したがって、全処理費に対す
るエネルギーコストの割合が高いものとなる。

４）膜と容器が一体化されてモジュールを構成し構造が
固定化して複雑であるため、膜性能低下に伴うモジュー
ルの物理的洗浄が多くの膜モジュールで不可能である。

、　本発明は、上記した問題点を解消すべく、膜セット
をモジュール容器に容易に装着でき、モジュール内での
原液流動による波路や器壁によるエネルギーや圧力の損
失が少く、洗浄が容易で、しかも中位容積当りの処理８
賃の大きくスケールメリットを具えた安価な流体分離装
置用の膜セットを提供することを目的としたものである
。

〔発明の構成〕

この［１的を達成するため、本発明による流体分離袋ご
用膜セットは、透過流体の通路となりうる支持体と、こ
の支持体を包むシート状の分離膜とからなる膜シートを
、複数枚積層するとともに、各膜シートが、膜シート中
から透過流体を取り出す機構により少なくとも１箇所に
おいてのみ固定されたことを特徴とする。

ここに、「積層」とは、各膜シートが間隔をあけて重ね
られている状態、及び部分的に又は全体的に互に接触し
ながら重ねられている状態を含む意味である。

各膜シートは、並列に、すなわちほぼ平行に又は同心円
をなすように積層できる。

〔作用〕

透過すべき原流体は、膜シートの両面に沿って流れ、加
圧又は減圧操作を流体に加えることによって分＃膜によ
る流体分離翅理を受ける。透過流体は、膜シート内の支
持体中を通り、取り出し機構を経て膜シート内より排出
される。

〔実施例〕

次に、添付図面を参照しながら、本発明による膜セット
の好ましい実施例を説明する。

第１図は、本発明の膜セットの第１実施例の長さ方向の
一部省略概略縦断面図、第２図は、第１図の線２−２に
おける一部省略概略横断面図、そして第３図は、第１図
の線３−３における概略縦断面を各々示すものである。

符号２０は、膜シートの全体を示すもので、膜シートは
透過流体の通路となる支持体２１を２枚のシート状の分
離膜２２ａ、２２ｂで袋状に包み込んで形成される。各
シート状の分離Ｍ２２ａ。

２２ｂは、支持体２１の周囲部よりも若干突出するよう
にし、各分１ａ膜の周縁部同士を超音波等により熱シー
ルを施こすか、又は接着剤により接着して、支持体を分
離膜内に封入する。

支持体の形状は、偏平な長方体とするのが一般的である
。シート状の分ｌ１ｉｌ膜の形状は、支持体にほぼ相似
したものにする。

支持体２１としては、公知の高分子製品からなるネット
、多孔性の織物、不織布など透過流体の通路となりうる
。公知のものを用いうる。支持体２１は、硬質性である
よりも、柔軟性を備えていた方が膜シートひいてはこれ
から形成される膜セットの形状に自由性がもたらされる
。膜シートの分＃膜２２ａ、２２ｂには、各々に又は一
方の任意箇所に孔２３を穿つ、支持体２１にも、分離膜
に形成した孔に対応した位置に孔を上下方向に形成する
か、又は、支持体がネットである場合には、孔を形成す
る代りにネットの目の部分を位置せしめてもよい。

上述したＨタセット２０は、複数枚用意し、各々の孔に
、透過流体を膜シート内から取り出すため管３０を挿入
して積層される。管３０には、各膜シートに形成した孔
２３に対応して、膜シートとの内部と連通ずる取出口３
１が形成される。各膜シート間には、管３０の周囲にパ
ツキン３２を設けて透過流体の膜シートからの流出と透
過すべき流体の膜シート内への流入を防止する。このよ
うにして積層された膜シートの最上層と最下層の各外面
に接して、雌ねじ孔を形成した円板体３３ａ、３３ｂを
管３０に螺合することにより、又は適切な止め部材を接
合することにより積層された膜シートの＃散を防止する
とともに、パツキンによるシールを確実なものにする。

積層した各膜シートｌＯの間には、公知の高分子製品か
らなる目の粗いネット等の公知スペーサ２４を介在させ
て、膜シート２０同士が直接接触するのを防いで、原流
体の流路の確保と流動状態の改善を図るとよい、スペー
サの厚さは、膜シート間の間隔にほぼ等しいものとし、
スペーサにより膜シートの分離膜が強く圧迫を受けない
ようにして、スペーサと分ｇＩ膜の接触箇所でも分ｇｌ
膜が、その機能を果しうるようにする。

さらに、積層化した膜シートからなる膜セットの全体を
適切なネット２５で包むと、膜シートが乱雑化するのが
回避でき、Ｓセットの補修、点検、取り付は時の取り扱
いが容易になる。

こうして形成された膜セットは、第４図に概略縦断面図
として示したように、Ｉｉ体分離装置の槽４０内に両端
との間に間隙をあけて装着される。

この槽の一端には、濾過すべき原流体５０ａを槽に送り
込む管４１が接続される。ケースの他端には、濾過によ
り濃縮された流体５０ｂを取り出す管４２が接続される
。

槽４０の一側面には、透過された流体を取り出す管４３
が接続され、この管は、膜セットに設けた管３０と連通
ずる。符号４４及び４５は、各々管４１及び４３に接続
したポンプを示すもので、ポンプ４４を、単に送流ポン
プとして用いる場合には、ポンプ４５を用いて吸引濾過
を行う。ポンプ４４を加圧ポンプにすれば、ポンプ４５
を用いなくても濾過を行なえる。

第５図は、本発明による膜セットの第２実施例を示すも
ので、この実施例では、各膜シートの一端を切断するこ
と等により開放状態にしたものを、シール部材３２ａを
交互に重ね合せて、透過流体を取り出す管４３の先端部
に設けた拡大部４３ａに機密性が保たれるように接合し
である。

本発明による膜セットを用いて吸引濾過を行なう場合に
は、槽４０が高い耐圧性を有することが要求されないの
で、膜セットを第６図、第７図又は第１４図に示すよう
な槽に取付けられる。

一方、加圧下で濾過を行う場合には膜セットを装着する
槽はその圧力に耐えなければならないので、第８図に示
すような円筒形の耐圧容器が好ましい、第９図は、この
ような容器に用いる膜セットの直径方向縦断面を示すも
のである。この膜セットは、積層した各膜シート２０を
、透過流体を膜シート内から取り出すための管３０の両
側で、同心円状に湾曲させて円筒容器内６０に収納され
る。このため１種々の長さの膜セットが容易に得られ、
また、積層数を増して膜セットの径を太きくすれば、処
理容量が大である膜セットが簡単に得られる。

本発明による膜セットを円筒容器に入れても、各膜シー
ト相互間は固定化されておらず、容器内に湾曲して入れ
であるだけなので、透過流体の流れにより膜シートがあ
る程度動きうるため、膜シート表面の汚れと透過流路の
閉塞の防止ができる。また、膜セットを引き出して膜シ
ートの表面を１＆１枚洗浄することも可能である。この
態様では、膜シート間にスペーサを介在させなくてもよ
い、なお、第９図の斜線部分は、膜セットを湾曲して容
器に挿入したときにできる空隙部分であるが、この部分
に原流体が流れ、膜セットの透過効率が低下するのを防
止するために、詰め物をして塞いでおくと良い、さらに
、膜セットを円筒容器に複数個装着することも可能であ
る。

第１０図は、３個の膜セットを１つの円筒容器６０ａに
装着し、原流体をシリーズに流して濾過する場合を示す
斜視図である０図示の態様では、円筒容器６０ａの内部
をその軸線の周りで等分に隔壁６１，６２．６３により
各区分Ａ、Ｂ、Ｃに分けである。３つの隔壁のうち１っ
６３は、円筒容器の端面までのびているが、他の二つは
、互に反対側で円筒容器の端面との間に間隔が形成され
ていて、３個の区分がシリーズに連続するようになって
いる。区分Ａには、原流体５０ａを流入する管４１が接
続され、また区分Ｃには、濃縮流体を取り出す管４２が
接続される。各区分には、第１１図に示すように、各膜
セットを、同心円をなすように円弧状に湾曲させて収納
する。各膜セットの膜シートは、内側に近付くにつれて
その幅が小になっている。斜線で示した円筒容器の中央
部には、第９図に関して説明したように適当な詰め物を
挿入する。

濾過すべき原流体は、まず区分Ａに入り、次に区分Ａと
区分８間の隔壁６１の下部間隔から区分Ｂに流入し、さ
らに、区分Ｂと区分Ｃ間の隔壁６２の上部間隙から区分
Ｃ内に入って、管４２からｃｍ流体５０ｂとして取り出
される。透過流体は、各膜シートの内部と連通ずる管（
図示せず）を円筒容器の側面から突出させることにより
、又は管を容器の中心部に集めて端部より引出すことに
より、各膜シートより取り出すとよい。

第１２図及び第１３図は、多数の膜シートを積層した膜
セットを平らな状態で円筒形の槽に装着したモジュ°−
ルを示したものである０本モジュールでは、膜セットは
、単に、ネットのような袋で保護して簡単に装脱着でき
る。またこのような膜セットを多数配列することもでき
る。

さらに、第６図、第７図、及び第１４図に示したような
耐圧性のない槽よりなる膜モジュールを、第１２図に示
した大きな円筒形の槽に、多数倍配列して、濾過を行う
こともできる。この場合側々の膜セットの洗油・交換等
が容易に行える。

このモジュールを用いた濾過では、Ｎ流体５０ａ・をポ
ンプ４４で圧送し、ポンプ４７を未透過流体の循環ポン
プとして用いると、加圧に要するエネルギーを節約でき
る。

〔発明の効果〕

本発明では、多数の膜シートを、透過流体を取り出す機
構により少なくとも１箇所においてのみ固定した膜セッ
トを、槽内に装着した膜モジユール内に、原流体を流動
させて吸引もしくは加圧によって濾過を行っているため
、従来の市販モジュールシステムの濾過のように、激し
い原流体流動による流路やモジュール器壁の流動抵抗に
よるエネルギー損失がほとんどないので、エネルギー費
が低減されるばかりでなくモジュール内での圧力損失が
少く、小さい駆動力（圧力）で大きいモジュール性能を
保持できる効果がある。また、膜シートは、流体の流れ
により動きうるので、付着物がつきにくく、ついたとし
ても膜シートの流動により膜シート面より容易にはがれ
る。

その上、装置に大きい耐圧性を要しない、したがって容
器（槽）も安価にできる。また、膜は通常シート状に製
膜されるが、そのように製膜された膜をそのまま任意の
長さに切断し、中に透過流体の通路となる芯を入れて周
囲をシールし、これを多数重ねて膜セットを作るので、
従来のように複雑な形状の分離膜を固定してモジュール
を製作する場合と異り、安価にモジュール規模を容易に
変えられ単位容積当りの膜充填密度も８ｏｏ〜４００　
ｒｎ’　／　ｍ″と、非常に大きい、さらに濾過槽内に
膜セットを容易に装脱着でき、モジュール洗浄も含めて
保守が簡単である。

なお、本発明の装置は、ガス分離、拡散分離あるいは逆
浸透モジュールとして用いることは無論可能であるが、
特にミクロ濾過、限外濾過工程を効率よく遂行する上で
極めて有効な装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による膜セットの第１実施例の長さ方
向概略縦断面図、第２図は、同図の線２−２における概
略横断面図、第３図は、第１図の線３−３における概略
縦断面図を示すものである。第４図は、本発明による膜
セットを用いる流体分離装置の概略縦断面図である。第
５図は、本発明による膜シートの第２実施例の長さ方向
概略一部縦面図である。第６図、第７図及び第１４図は
、流体分離装置の槽を示す概略斜視図である。第８図は
、本発明による膜セットを装着する円筒容器の側面図、
第９図は、第８図に示した容器に装着する膜セットの直
径方向断面図である。 第１Ｏ図は１円筒容器の別の態様を示す斜視図。 第１１図は、第１Ｏ図に示した容器に膜セットを装着し
た場合の直径方向断面である。第１２図は、本発明によ
る膜セットを装着するさらに別の円筒形の槽の概略縦断
面図を、第１３図は、第１２図に示した槽の直径方向断
面図を示すものである。第１５図ないし第１８図は、従
来技術の説明図である。 ２０・・・膜シート、２１・・・支持体、２２ａ・２２
ｂ・・・分離膜、３０・・・透過流体を取り出す管特許
出願人　　富士環境設備株式会社 代　理　人　　弁理士　由来　量三（ほか１名）手続？
１「ｊ正置（自発） 昭和６１年１月９日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）透過流体の通路となりうる支持体と、この支持体を
   包むシート状の分離膜とからなる膜シートを、複数枚積
   層するとともに、各膜シートが、膜シート中から透過流
   体を取り出す機構により少なくとも１箇所においてのみ
   固定されたことを特徴とする流体分離装置用膜セット。