JPS63104610A - 膜処理装置 - 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】 （ａ業上の利用分野） 本発明は逆浸透圧法、限外濾過法或いは精密濾過法によ
って原？（！（被処理液）を処理する方法及び装置に関
する。

（従来の技術）　　　− 食品工業における溶液の分離、濃縮、工場排水や下水の
直接膜分離処理或いは排水や下水を活性汚泥処理又は嫌
気性処理等の生物学的処理によって浄化する際の微生物
を含む汚泥を高濃度に維持する場合に従来から膜処理装
置を用いている。この膜処理装置は第５図に示すように
原液（１００）を満たしたタンク（１０１）から循環ポ
ンプ（１０２）　にょって透Ａ膜（１０３）を備えた膜
処理装置（１０４）に原液（１００）を供給し、透過膜
（１０３）によって原液を透過水と濃縮液に分離し、濃
縮液をタンク（１０１）に戻すようにしたものである。

上述した膜処理にあっては濃度分極等によって膜面に溶
質が析出してゲル状となって付着したり、原液中の異物
が膜面に付着し、透過水量が低下する不利がある。

そこで膜面の付着物を除去する方法として、特開昭５０
−１３４９８５号及び特公昭５５−２３６４４号に開示
されるものがある。

特開昭５０−１３４９８５号に開示される方法は、第６
図に示すように管状透過膜（１０５）内を通る原液（１
００）に小粒子固形物（１０６）を添加してスラリー状
とし、この小粒子固形物（１０Ｂ）を透過膜（１０５）
表面に形成されたスケール（ゲル層）（１０７）に接触
せしめて掻き落すようにしたものであり、特公昭５５−
２３６４４号に開示される方法は、透過流束がある程度
低下した時点で、電磁弁を開いて圧縮気体を膜モジユー
ル内に瞬間的に導入して乱流を生ぜしめ、膜面のスケー
ルを除去するようにしたものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来法のうち原液中に小粒子固形物を添加する
方法にあっては、管状透過膜（１０５）内の流路の中心
部を流れる小粒子固形物（１０６ａ）はスケール（１０
７）の除去に関与しないという問題がある。即ち、スケ
ール（１０７）の除去を効果的に行うには、原液中に多
量の小粒子固形物を添加すればよいのであるが、多量に
添加するとスケール除去に関与しない小粒子固形物の割
合も増加し、却ってスラリー粘度が高くなり、更に小粒
子が配管や膜モジユール内で閉塞しないようにし、且つ
膜表面の擦過効果を高めるには大容量のポンプを必要と
する。

一方、瞬間的に圧縮気体を膜モジユール内に導入する従
来法にあっては、間欠的に膜モジュールの圧力を開放し
て圧縮気体を導入するため、昇圧、降圧を繰り返すこと
となり、特に限外濾過法にあっては２〜１０ｋｇ、ｆ／
ｃｍ２、逆浸透圧法にあっては３０〜１００ｋｇ、ｆ／
ｃＩ＋＋２の圧力をかけて行うため、昇圧、降圧を繰返
すと、膜だけでなくハウジング配管、バッキング、圧力
計、流量計等装置を構成する部材全てに圧変化の繰返し
による疲労を与え、部材の寿命が短くなるとともに部材
の破損も生じやすい。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は管内を流れる液体に所定量以上の気体を導入
することで、スラグ流、フロス流或いは環状流等の二相
流となって流体は管内を流れ、且つ小粒子固形物は液体
とともに流れるという知見に基き本発明を成したもので
ある。即ち上述した従来の問題点を解決すべく本発明は
、原液内に小粒子固形物及びガスを混入することで、原
液を液体気体及び固体の三相流として膜モジユール内に
供給するようにした。

（作用） ガスを混入したことによって生じる脈動及び小粒子のス
ケールへの接触という相乗効果によって膜面に付着した
スケールは効果的に除去され、更に小粒子は膜面に沿っ
て流れる液体とともに流れるため、小量の小粒子を添加
した場合でも殆どの粒子がスケール除去に関与する。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基いて説明する。

第１図は本発明に係る膜処理装置の全体図であり、原液
（１）を満たした原液タンク（２］　の上方には液面レ
ベルを一定に保つためのヘッダータンク（３）が設けら
れ、このヘッダータンク（３）内は隔壁（４）　にて２
つの室に区画され、一方の室には供給管（５）がつなが
り、供給ポンプ（６）の駆動により原液タンク（２）内
の原液（１）がヘッダータンク（３）内に供給され、ま
たヘッダータンク（３）内にはイオン交換樹脂粒、砂等
の小粒子固形物（７）が貯溜され、更にヘッダータンク
（３）の他方の室には小粒子固形物（７）の通過を阻止
するスクリーン（８）を設け、他方の室と原液タンク（
２）とを戻り管（９）にてつないでいる。

またヘッダータンク（３）からは下方に向って降下管（
１０）が導出され、この降下管（１０）の下端はＵ字状
に湾曲して上昇管（１１）となり、この上昇管（１１）
の途中に気液混合器（１２）を設けている。この気液混
合器（１２）はへラダータンク（３）よりも下方に配置
され、バッファタンク（１３）を備えた配管にてコンプ
レッサ（１４）又は加圧ボンベに接続されている。

気液混合器（１２）よりも上方位置において上昇管（１
１）には膜モジュール（１５）　、　（１５）が垂直状
態で上下に離間して接続されている。この膜モジュール
（１５）は第２図にも示すように、透明樹脂等からなる
筒状ジャケット（１６）内に管状透過膜（１７）を配置
し、管状透過膜（１７）の内側流路（１８）を前記上昇
管（１１）及びヘッダータンク（３）への戻り管（１９
）に接続し、管状透過膜（１７）の外側流路（２０）を
透過水の取り出し管（２１）に接続している。尚、この
取出し管（２１）にはバッファタンク（２２）及び真空
ポンプ（２３）を接続している。

以上において、原液タンク（２）から供給ポンプ（６）
の駆動によってヘッダータンク（３）内に供給された原
液（１）は、ヘッダータンク（３）内において小粒子固
形物（７）が添加され、どの小粒子固形物（７）が混入
した原液（１）は降下管（１０）内を通って下降し、上
昇管（１１）に入り、気液混合器（１２）の部分でガス
が吹込まれる。ここで吹き込むガスとしては、原液の酸
化をきらうものにあフてはＮ２ガスを、原液が活性汚泥
処理液のような場合にはエアーレーションを兼ねて空気
を吹き込む。そして原液（１）内にガスを吹き込むこと
で、第２図に示すような状態となる。即ち、吹き込まれ
たガスは流路（１８）の中央部を上昇し、原液（１）は
流路（１８）の外周部つまり管状透過膜（１７）の内側
面に沿って上昇し、更に原液（１）中に添加されている
小粒子固形物（７）は原液（１）とともに流動する。そ
の結果、管状透過膜（１７）の内側面に付着しているス
ケール（２４）に殆どの小粒子固形物（７）が接触し、
スケール（２４）が掻き落される。更に、流路内（１８
）に流入する原液（１）はガスも流入されており、ガス
の流入によって脈動（０，０５〜０．４Ｋｇ−ｆ／ｃｍ
”　Ｇ）を呈するため、付着物は更に効果的に除去され
る。

また、真空ポンプ（２３）によフて流路（２０）内の圧
を２０〜３０ｍｍＨｇに減圧することにより、透過膜（
１７）内に流入した原液（１）は透過液と濃縮液に分離
され、透過液は取り出し管（２１）によって取り出され
、濃縮液は戻し管（１９）を介してヘッダータンク（３
）に戻される。このように小粒子固形物（７）が添加さ
れた原液（１）は、ヘッダータンク（３）−降下管（１
０）−上昇管（１１）−腹モジュール（１５）−戻し管
（１９）−ヘッダータンク（３）の順に循環するが、こ
の循環は循環ポンプを必要としない自然循環となる。つ
まり気液混合器（１２）からは連続的にガスが原液（１
）中に吹き込まれるため、上昇管（１１）及び膜モジュ
ール（１５）内の流路にはガスが存在し、みかけの比重
が低下し、降下管（１０）内の原液との水頭差によって
自然に循環流が生じることとなる。

尚、第１図に示した実施例にあっては原液タンク（１）
を上方位置に設ければ、ヘッダータンク（３）は不要と
なる。

第３図は別実施例に係る膜処理装置の全体図であり、こ
の実施例にあ・っては循環ポンプ（３０）を用いて、原
液タンク（２）内の原液（１）を気液混合器（１２）を
介して膜モジュール（１５）に供給し、濃縮された原液
を分離器（３１）に戻すようにしている。この分離器（
３１）内はスクリーン（３２）によって小粒子固形物（
７）を貯溜する室と、原液タンク（２）につながる室と
に区画され、分離器（３１）と循環ポンプ（３０）より
も下流側の配管とは一方向弁を備えた降下管（３３）で
接続し、更に分離器（３１）は密閉状とされ、上部には
ガス抜き孔（３４）が設けられている。

以上のように第３図に示した実施例にあっても、膜モジ
ュール（１５）内には原液（１）、小粒子固形物（７）
及びガスが混合した三相流が供給され、膜モジュール（
１５）内の状態は第２図と同様となり、膜面に付着した
スケールが有効に除去される。

尚、実施例にあっては真空ポンプを用いて透過水側を減
圧するようにしたが、循環ループを密閉系として供給ガ
スによる加圧式としてもよい。

（発明の効果） 第４図は本発明方法と従来方法とを経過時間と透過流束
との関係において比較した実験結果を示すグラフであり
、いずれの方法においても用いた管状透過膜は、外径５
．３ｍｍ　、内径４．０ｍｍ　、長さ５００ｍｍ　、平
均孔径０．４２μｍ１気孔率４７％のアルミナセラミッ
ク膜とし、原液は平均粒径０．４８μｍのポリメチルメ
タアクリレート粒子が５，０００ｐｐｍとなるようにイ
オン交換水中に分散させたもの（２５℃）を用い、更に
小粒子固形物としては平均粒径０．６ｍｍのイオン交換
樹脂を用いた。

そして、グラフ中ム印は原液のみを単相で膜面流速１．
０ｍ／Ｓとなるように供給した場合を示し、・印は原液
に２．７ＶＯ１％となるようにイオン交換樹脂を添加し
て固・液二相とし、膜面流速１．１ｍ／Ｓとなるように
供給した場合を示し、Δ印は原液に５．２ＮＪＺ　／ｍ
ｉｎの割合で空気を導入した場合を示し、Ｏ印は本発明
方法を示し、特に原液にイオン交換樹脂を２．７ｖｏ１
％、空気を５．２ＮｊＺ／ｗｉｎの割合で混合した場合
を示す。

グラフからも明らかなように本発明によれば、従来法に
比較し、大巾に透過流束が改善されており、これは膜面
のスケールが有効に除去されていることを示す。

また本発明によれば、自然循環とした場合には循環ポン
プが不要となる利点があり、循環ポンプを用いる場合で
も、小容量のもので足りるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る膜処理装置の全体構成図、第２図
は膜モジュールの要部拡大断面図、第３図は別実施例に
係る膜処理装置の全体構成図、第４図は経過時間と透過
流束との関係を示すグラフ、第５図は従来の膜処理装置
の構成図、第６図は従来法における膜モジュールの要部
拡大図である。 尚、図面中（１）は原液、（２）は原液タンク、（３）
はヘッダータンク、（７）は小粒子固形物、（８）　、
　（３２）はスクリーン、（１０）　、　（３３）は降
下管、（１１）は上昇管、（１２）は気液混合器、（１
５）は膜モジュール、（１７）は管状透過膜、（２４）
はスケール、（３０）は循環ポンプ、（３１）は分離器
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原液に小粒子固形物を添加するとともに原液に気
   体を混合し、原液を液体、気体及び固体の三相流として
   透過膜を備えた膜モジュールに常時供給して原液の精製
   、濃縮或いは分離を行うようにしたことを特徴とする膜
   処理方法。
2. （２）原液を貯溜するとともに原液に小粒子固形物を添
   加する原液タンク又はヘッダータンクと、この原液タン
   ク又はヘッダータンクから下方に導出される降下管と、
   この降下管に一体的に連結する上昇管と、この上昇管の
   途中設けられる透過膜を備えた膜モジュールと、この膜
   モジュールよりも下方位置の上昇管の一部に設けられ上
   昇管内を流れる小粒子固形物が添加された原液にガスを
   常時供給する気液混合器とからなる膜処理装置。
3. （３）原液を貯溜する原液タンクと、この原液タンク内
   の原液を配管を介して透過膜を備えた膜モジュールに供
   給する循環ポンプと、前記膜モジュールよりも上流側と
   なる配管の一部に設けられ配管内を流れる原液にガスを
   常時供給する気液混合器と、前記膜モジュールからの処
   理液を受取るとともに前記循環ポンプよりも下流側の配
   管内に小粒子固形物を供給する分離器とからなる膜処理
   装置。