JPWO2008062788A1 - 浸漬濾過用中空糸膜、これを用いた浸漬濾過用中空糸膜モジュール、浸漬濾過装置、及び浸漬濾過方法 - Google Patents
浸漬濾過用中空糸膜、これを用いた浸漬濾過用中空糸膜モジュール、浸漬濾過装置、及び浸漬濾過方法 Download PDFInfo
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Abstract
外表面に１以上の突起部を有する浸漬濾過用中空糸膜と、この浸漬濾過用中空糸膜の複数をハウジングに接着固定して製作した浸漬濾過用中空糸膜モジュールは、高濃度の懸濁液中での膜濾過を継続した場合でも、エアバブリングによる物理的な洗浄効果を高めて、膜面に過度の付着物の堆積を生じにくくさせ、運転の継続中、透水性能を低下させない。
Description
本発明は、汚濁性（殊に有機物の汚濁物質による）の高い液体の浸漬吸引濾過に適した、浸漬濾過用中空糸膜、これを用いた浸漬濾過用中空糸膜モジュール、浸漬濾過装置、及び浸漬濾過方法に関する。
本願は、２００６年１１月２０日に出願された特願２００６−３１３２４８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２００６年１１月２０日に出願された特願２００６−３１３２４８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、上下水道処理や産業排水処理において、被処理水中に中空糸膜を浸漬し、被処理水から不純物を分離除去する「中空糸膜濾過法」が普及している。
しかし「中空糸膜濾過法」は、長時間の運転によって、中空糸膜の外表面に被処理水中の懸濁物質および有機物質等の付着層が生じ、中空糸膜に目詰まりや固形物による流路閉塞（ファウリング）が発生するという問題点が指摘されている。ファウリングは、膜間圧力の上昇や濾過流束の低下などをもたらし、水処理システムの全体的な運転効率に悪影響を及ぼす。
しかし「中空糸膜濾過法」は、長時間の運転によって、中空糸膜の外表面に被処理水中の懸濁物質および有機物質等の付着層が生じ、中空糸膜に目詰まりや固形物による流路閉塞（ファウリング）が発生するという問題点が指摘されている。ファウリングは、膜間圧力の上昇や濾過流束の低下などをもたらし、水処理システムの全体的な運転効率に悪影響を及ぼす。
ファウリングによる水処理システムの運転効率の低下は、中空糸膜の物理洗浄により解消させることができる。例えば、所定時間の濾過工程後に物理洗浄を実施し、濾過工程と物理洗浄とを繰り返す運転サイクル法を導入することにより、ファウリングの程度を一定範囲内にコントロールすることが可能である。物理洗浄には、膜濾過水を逆流させる逆流洗浄；中空糸膜の一次側表面、すなわち被処理水と接触する面での水流による洗浄（フラッシング）；空気により中空糸膜を振動させるエアバブリングなどがあり、物理的な作用によって付着物質を取り除いている。
上記の物理洗浄方法であるフラッシングやエアバブリングは、ファウリングを低減する上で有効な手段であり、濾過運転を安定なものとする上で欠かせないものである。被処理水中の懸濁物質濃度が高い場合、充分な洗浄効果を得るためには物理洗浄強度を高くする必要がある。
しかし、物理洗浄が強すぎると、中空糸膜同士が接触したり、被処理水中の懸濁物質がすれたりすることにより中空糸膜表面が擦傷を受け、場合によっては糸切れを生じることがあった。
しかし、物理洗浄が強すぎると、中空糸膜同士が接触したり、被処理水中の懸濁物質がすれたりすることにより中空糸膜表面が擦傷を受け、場合によっては糸切れを生じることがあった。
この問題を解決するために、中空糸膜の形状や強度の改善が検討されている。
中空糸膜の形状の改善を目的としたものとしては、傾斜的に形状を変化させた中空糸膜が特許文献１に記載されている。特許文献１によれば、中空糸膜の形状を傾斜的に変化させることにより、流動圧損が従来の中空糸膜よりも低減し、透過水流速分布が平滑化し、さらに膜局部にかかる負荷や汚染が分散化するために、膜洗浄を施す際のバブリングや逆洗性が向上し、濾過運転の長期化が可能となる。
また、中空糸膜の強度の改善を目的としたものとしては、特定の粘度平均分子量、分子量分布を有するとともに、特定の細孔構造を有するポリエチレン中空糸状多孔膜が、特許文献２に記載されている。
特開平７−９６１５２号公報
特開２００１−２６９５５６号公報
中空糸膜の形状の改善を目的としたものとしては、傾斜的に形状を変化させた中空糸膜が特許文献１に記載されている。特許文献１によれば、中空糸膜の形状を傾斜的に変化させることにより、流動圧損が従来の中空糸膜よりも低減し、透過水流速分布が平滑化し、さらに膜局部にかかる負荷や汚染が分散化するために、膜洗浄を施す際のバブリングや逆洗性が向上し、濾過運転の長期化が可能となる。
また、中空糸膜の強度の改善を目的としたものとしては、特定の粘度平均分子量、分子量分布を有するとともに、特定の細孔構造を有するポリエチレン中空糸状多孔膜が、特許文献２に記載されている。
しかしながら、特許文献１の中空糸膜においては、傾斜構造による透過水流量の向上は期待できるが、特許文献１には運転安定性及び洗浄性の向上に関する具体的な開示が無く、長期の運転安定性の観点では課題が残る。また、このような膜を得るためには、中空糸膜製造工程の複雑化が避けられず、生産性が低く、製造コストが高いものとなる。
また、特許文献２の中空糸状多孔膜においては、被処理液中の懸濁成分に対する耐擦傷性には改善が期待できるが、中空糸状多孔膜同士の接触による磨耗は発生すると予想され、長期運転の視点からは解決に至らない。また、膜の強度の改善だけでは、物理洗浄強度の低減は困難であり、根本的な解決には至らない。
また、特許文献２の中空糸状多孔膜においては、被処理液中の懸濁成分に対する耐擦傷性には改善が期待できるが、中空糸状多孔膜同士の接触による磨耗は発生すると予想され、長期運転の視点からは解決に至らない。また、膜の強度の改善だけでは、物理洗浄強度の低減は困難であり、根本的な解決には至らない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高濃度の懸濁液中での中空糸膜濾過を継続した場合でも、膜面に付着物が堆積しにくく、濾過運転を透水性能が低下する事なく長期間継続することができる浸漬濾過用中空糸膜、これを用いた浸漬濾過用中空糸膜モジュール、浸漬濾過装置、及び浸漬濾過方法を提供することを課題とする。
本発明者らは鋭意研究の結果、中空糸膜の外表面に突起部を設けることによって、中空糸膜を汚濁性の高い液体の浸漬濾過に適用した場合における、中空糸膜外表面の洗浄性が改善されることを明らかにし、本発明を完成させた。
すなわち本発明は、外表面に１以上の突起部を有する、浸漬濾過用中空糸膜である。
すなわち本発明は、外表面に１以上の突起部を有する、浸漬濾過用中空糸膜である。
また本発明は、前記浸漬濾過用中空糸膜の複数がハウジングに接着固定された、浸漬濾過用中空糸膜モジュールである。
さらに本発明は、前記浸漬濾過用中空糸膜モジュールが、浸漬水槽中に設置された浸漬濾過装置である。
また本発明は、浸漬水槽を被処理水で満たして、複数の、外表面に１以上の突起部を有する浸漬用中空糸膜がハウジングに接着固定された浸漬濾過用中空糸膜モジュールを被処理水中に浸漬し、前記浸漬濾過用中空糸膜の中空部から濾過水を得る、浸漬濾過方法である。
さらに本発明は、前記浸漬濾過用中空糸膜モジュールが、浸漬水槽中に設置された浸漬濾過装置である。
また本発明は、浸漬水槽を被処理水で満たして、複数の、外表面に１以上の突起部を有する浸漬用中空糸膜がハウジングに接着固定された浸漬濾過用中空糸膜モジュールを被処理水中に浸漬し、前記浸漬濾過用中空糸膜の中空部から濾過水を得る、浸漬濾過方法である。
外表面に１以上の突起部を有する中空糸膜を浸漬濾過に用いることで、膜外表面の物理的な洗浄効果が向上する。これにより、高濃度の懸濁液中での膜濾過を継続した場合でも、外表面に付着物が過度に堆積しにくくなり、透水性能が低下することなく、濾過運転を長期間継続することができる。
１ ハウジング
２ 固定用樹脂
３ 中空糸膜
４ 通水口
５ 突起部
６ スクリーン
７ 流量調整槽
８ 供給ポンプ
９ 撹拌モーター
１０ 撹拌翼
１１ 脱窒用水槽
１２ 循環ポンプ
１３ 膜浸漬水槽
１４ 循環水流量計
１５ 供給配管
１６ 散気管
１７ エア流量計
１８ ブロワ
１９ 中空糸膜モジュール
２０ 逆洗ポンプ
２１ 圧力計
２２ 濾過ポンプ
２３ 膜濾過水流量計
２４ 膜処理水槽
２５ 脱窒用水槽ドレン
２６ 膜浸漬水槽ドレン
２７ ブロワ供給バルブ
２８ 膜濾過バルブ
２９ 逆洗水バルブ
２ 固定用樹脂
３ 中空糸膜
４ 通水口
５ 突起部
６ スクリーン
７ 流量調整槽
８ 供給ポンプ
９ 撹拌モーター
１０ 撹拌翼
１１ 脱窒用水槽
１２ 循環ポンプ
１３ 膜浸漬水槽
１４ 循環水流量計
１５ 供給配管
１６ 散気管
１７ エア流量計
１８ ブロワ
１９ 中空糸膜モジュール
２０ 逆洗ポンプ
２１ 圧力計
２２ 濾過ポンプ
２３ 膜濾過水流量計
２４ 膜処理水槽
２５ 脱窒用水槽ドレン
２６ 膜浸漬水槽ドレン
２７ ブロワ供給バルブ
２８ 膜濾過バルブ
２９ 逆洗水バルブ
以下、本願発明について、特にその好ましい形態を中心に具体的に説明する。
図１は、外表面に突起部を有する、浸漬濾過用中空糸膜の実施形態の一例を示す図である。浸漬濾過用中空糸膜３においては、その外表面に突起部５を備えていることが重要である。
図１は、外表面に突起部を有する、浸漬濾過用中空糸膜の実施形態の一例を示す図である。浸漬濾過用中空糸膜３においては、その外表面に突起部５を備えていることが重要である。
突起部５を持つ浸漬濾過用中空糸膜３の製造方法は、突起構造を持たない中空糸膜に対して後から突起部５を重合させてもよいし、浸漬濾過用中空糸膜３製造時に突起部５を有する形状に賦形してもよいが、製造プロセスと製造コストを低減させることができることから、浸漬濾過用中空糸膜３の製造時に賦形することが好ましい。
突起部５の形状は、浸漬濾過用中空糸膜３の外表面上に突起部を有する形状であれば特に限定されないが、大量の浸漬濾過用中空糸膜３を安定して連続的に製造できることから、浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に長手方向に連続した形状を持つ突起部５を１以上有する、図１のような構造が特に好ましい。
この長手方向に連続した形状を持つ突起部５の数は、特に限定されるものではないが、複数の浸漬濾過用中空糸膜３が配置される場合に、周囲に隣接する中空糸膜に対する洗浄効果を効果的に得るためには、８以上有するのが特に好ましい。
一方、突起部５の数が多すぎると、浸漬濾過用中空糸膜３の有効濾過面積の減少による、濾過処理能力の低下を招く恐れがある。そのため、突起部５の数は、突起部５を除外した場合における、浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に対する、突起部５の該外表面への投影面積割合が１〜２０％の範囲となるように調整するのが好ましい。
これは、投影面積割合を１％以上とすることによって、突起部５による優れた洗浄効果が発現する傾向にあるためである。より好ましくは、５％以上である。
また、投影面積割合を２０％以下とすることによって、突起部５による洗浄効果と上述の濾過処理能力との両立ができる傾向にあるためである。より好ましくは、１５％以下である。
この長手方向に連続した形状を持つ突起部５の数は、特に限定されるものではないが、複数の浸漬濾過用中空糸膜３が配置される場合に、周囲に隣接する中空糸膜に対する洗浄効果を効果的に得るためには、８以上有するのが特に好ましい。
一方、突起部５の数が多すぎると、浸漬濾過用中空糸膜３の有効濾過面積の減少による、濾過処理能力の低下を招く恐れがある。そのため、突起部５の数は、突起部５を除外した場合における、浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に対する、突起部５の該外表面への投影面積割合が１〜２０％の範囲となるように調整するのが好ましい。
これは、投影面積割合を１％以上とすることによって、突起部５による優れた洗浄効果が発現する傾向にあるためである。より好ましくは、５％以上である。
また、投影面積割合を２０％以下とすることによって、突起部５による洗浄効果と上述の濾過処理能力との両立ができる傾向にあるためである。より好ましくは、１５％以下である。
また突起部５は、中空糸膜３の膜表面に堆積した付着物が物理洗浄により剥離、排出され易いように、突起部５の根元部から先端にかけて平行な形状、若しくは根元部から先端に向けて幅が縮減していく形状が好ましい。
浸漬濾過用中空糸膜３の外周上に設けられた突起構造は、その外表面に堆積する付着物層を不連続とすると共に、隣接する浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に過度に堆積した付着物に接触することで、これを物理的に剥離・除去させるためのものである。そのため突起部５においては、付着物が堆積しないのが良いことから、濾過機能を著しく低下させた構造であるのが好ましく、濾過機能を実質的に有さないのがさらに好ましい。
浸漬濾過用中空糸膜３の外周上に設けられた突起構造は、その外表面に堆積する付着物層を不連続とすると共に、隣接する浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に過度に堆積した付着物に接触することで、これを物理的に剥離・除去させるためのものである。そのため突起部５においては、付着物が堆積しないのが良いことから、濾過機能を著しく低下させた構造であるのが好ましく、濾過機能を実質的に有さないのがさらに好ましい。
突起部５の幅は、特に限定されないが、５μｍ以上とするのが好ましい。これは、突起部５の幅を５μｍ以上とすることによって、濾過中における浸漬濾過用中空糸膜３の揺動や相互の衝突による、突起部５の変形や破損が発生しにくくなる傾向にあるためである。また、中空糸膜製造時における突起部５の形状が安定し、浸漬濾過用中空糸膜３の生産性が良好となる傾向にあるためである。より好ましくは、１５μｍ以上である。
また、突起部５の幅は、特に限定されないが、５０μｍ以下とするのが好ましい。これは、５０μｍ以下とすることによって、浸漬濾過用中空糸膜３の有効濾過面積を維持しながら、優れた膜表面の洗浄効果が期待できる傾向にあるためである。より好ましくは４０μｍ以下である。
また、突起部５の幅は、特に限定されないが、５０μｍ以下とするのが好ましい。これは、５０μｍ以下とすることによって、浸漬濾過用中空糸膜３の有効濾過面積を維持しながら、優れた膜表面の洗浄効果が期待できる傾向にあるためである。より好ましくは４０μｍ以下である。
突起部５の間隔は、必要に応じて適宜選択することができるが、膜表面の洗浄の均一化を考慮すると、浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に突起部５がほぼ等間隔に配置されているのが好ましい。
突起部５の高さは、特に限定されないが、優れた膜表面の洗浄効果を得るためには、浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に堆積する付着物層よりも充分に高いのが好ましい。
浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に堆積する付着物層及びその高さは、被処理水の水質によって異なるが、特に、比較的被処理水中の粒子濃度の高い下排水用途においては、突起部５の高さを５μｍ以上とするのが好ましい。より好ましくは、１０μｍ以上である。
また、突起部５の高さは、特に限定されないが、その根元部分の幅の３倍以下とするのが好ましい。これは、３倍以下とすることによって、濾過中における浸漬濾過用中空糸膜３の揺動や相互の衝突による、突起部５の変形や破損が発生しにくくなる傾向にあるためである。より好ましくは、２倍以下である。
なお、本発明における突起部５の高さとは、突起部を除外した場合における、中空糸膜の外表面から突起部の先端までの距離をいう。
浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に堆積する付着物層及びその高さは、被処理水の水質によって異なるが、特に、比較的被処理水中の粒子濃度の高い下排水用途においては、突起部５の高さを５μｍ以上とするのが好ましい。より好ましくは、１０μｍ以上である。
また、突起部５の高さは、特に限定されないが、その根元部分の幅の３倍以下とするのが好ましい。これは、３倍以下とすることによって、濾過中における浸漬濾過用中空糸膜３の揺動や相互の衝突による、突起部５の変形や破損が発生しにくくなる傾向にあるためである。より好ましくは、２倍以下である。
なお、本発明における突起部５の高さとは、突起部を除外した場合における、中空糸膜の外表面から突起部の先端までの距離をいう。
本発明の浸漬濾過用中空糸膜３は、形状安定性や取り扱い性の点から、その内径が５０〜１０００μｍの範囲にあることが好ましく、突起部５のない部分の膜厚が５〜３００μｍの範囲にあることが好ましい。
本発明の浸漬濾過用中空糸膜３の孔径は、一般的に知られている逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜及び大孔径膜まで用いることができるが、好ましくは限外濾過膜、精密濾過膜及び大孔径膜として用いることができる０．００５〜５μｍの範囲である。
また、浸漬濾過用中空糸膜３の素材は、特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４メチルペンテン、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。また、これらの複合素材も使用できる。
また、浸漬濾過用中空糸膜３の素材は、特に限定されず、ポリスルホン、ポリエーテルスルフォン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−４メチルペンテン、セルロース、酢酸セルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン等が挙げられる。また、これらの複合素材も使用できる。
突起構造を持たない中空糸膜に対して、後から突起部５を重合させる場合には、それぞれが異なる素材であっても良いが、中空糸膜と突起部５との密着性等を考慮すると、それぞれ同じ素材を用いるのが好ましい。
図２は、本発明の浸漬濾過用中空糸膜を用いた、浸漬濾過用中空糸膜モジュールの実施形態の一例を示す図である。
図２における本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９は、複数の浸漬濾過用中空糸膜３がシート状に束ねられ、浸漬濾過用中空糸膜３の端部の少なくとも一方を開口状態に保ったまま、通水口４を有するハウジング１に配置され、該中空糸膜束を該ハウジング１に接着固定する固定用樹脂２にてポッティングする製造方法により得ることができる。
ハウジング１の少なくとも一端には、ハウジング１に内包される処理液通過のための内部路に連通し、外部に開口した配管が設けられる。
図２における本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９は、複数の浸漬濾過用中空糸膜３がシート状に束ねられ、浸漬濾過用中空糸膜３の端部の少なくとも一方を開口状態に保ったまま、通水口４を有するハウジング１に配置され、該中空糸膜束を該ハウジング１に接着固定する固定用樹脂２にてポッティングする製造方法により得ることができる。
ハウジング１の少なくとも一端には、ハウジング１に内包される処理液通過のための内部路に連通し、外部に開口した配管が設けられる。
本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９に用いられる中空糸膜束としては、浸漬濾過用中空糸膜３を単にひき揃えたものでも良いが、中空糸膜モジュール１９の加工性の点から、中空糸膜束が枷枠体に多条に巻き取られた巻き状物、中空糸膜３を緯糸として用いて編み地としたもの、またはこの編み地を数枚積層して積層体としたようなものを好適に使用することができる。これらの中空糸膜束の形態は、用いられる浸漬濾過用中空糸膜３に応じて適宜選択することができる。
本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９に用いられるハウジング１の素材としては、機械的強度および耐久性を有するものであれば良く、例えばポリカーボネート、ポリスルホン、ポリオレフィン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変性ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等を用いることができる。使用後に焼却処理が必要な場合には、燃焼により有毒ガスを出さずに、完全燃焼させることのできるポリオレフィン等の炭化水素系の樹脂を用いるのが好ましい。
上述のように、浸漬濾過用中空糸膜３は、ハウジング１内に固定用樹脂２で、それぞれ開口面を保ちつつ、開口面が内部路に連通した状態で固定される。
ここで用いられる固定用樹脂２としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコン樹脂、各種ホットメルト樹脂等を用いることができ、適宜選定することが可能である。
浸漬濾過用中空糸膜３の固定作業時における固定用樹脂２の粘度（２０℃）は、特に限定されないが、固定用樹脂２が、複数の浸漬濾過用中空糸膜３間に含浸しやすくなることから、５０００ｍＰａ・ｓ以下とするのが好ましい。より好ましくは３０００ｍＰａ・ｓ以下である。
ここで用いられる固定用樹脂２としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコン樹脂、各種ホットメルト樹脂等を用いることができ、適宜選定することが可能である。
浸漬濾過用中空糸膜３の固定作業時における固定用樹脂２の粘度（２０℃）は、特に限定されないが、固定用樹脂２が、複数の浸漬濾過用中空糸膜３間に含浸しやすくなることから、５０００ｍＰａ・ｓ以下とするのが好ましい。より好ましくは３０００ｍＰａ・ｓ以下である。
上記の中空糸膜束を固定用樹脂２でポッティングし、ハウジング１に接着固定する方法としては、遠心接着法や静置接着法等の公知の方法が用いられる。固定用樹脂２の硬化収縮や強度を改善したい場合には、この固定用樹脂２にガラスファイバー、カーボンファイバー等の繊維状物、カーボンブラック、アルミナ、シリカ等の微粉体を含有させることができる。
本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９を浸漬濾過装置に設置し、浸漬濾過を実施する際には、この浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９の下部に散気装置を設けるのが好ましい。これにより、浸漬濾過により膜面近傍で濃縮された懸濁物質を、エアバブリングでモジュール外に排出されやすくなる。
この場合、浸漬濾過が長期間安定し、中空糸膜の物理洗浄がより確実に行われる傾向にあることから、浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９は、ケーシングを有さないのが好ましく、両端のハウジング１間の距離が、両端の接着固定部を結ぶ支持体等で固定されるのが好ましい。
本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９においては、容積当りの濾過能力を高めるとともに、エアバブリングによる洗浄効率を高めるために、浸漬濾過用中空糸膜３の充填率を２５〜７０％の範囲とするのが好ましい。
また、浸漬濾過用中空糸膜３に適度の揺動性を持たせて、優れた膜表面の洗浄効果を得るためには、ハウジング１間における浸漬濾過用中空糸膜３の弛緩率が、０．５％以上であることが好ましい。一方、弛緩しすぎると、浸漬濾過用中空糸膜３の屈曲や損傷が浸漬濾過中に発生しやすくなる傾向にあるため、この弛緩率は５％以下であるのが好ましい。
また、浸漬濾過用中空糸膜３に適度の揺動性を持たせて、優れた膜表面の洗浄効果を得るためには、ハウジング１間における浸漬濾過用中空糸膜３の弛緩率が、０．５％以上であることが好ましい。一方、弛緩しすぎると、浸漬濾過用中空糸膜３の屈曲や損傷が浸漬濾過中に発生しやすくなる傾向にあるため、この弛緩率は５％以下であるのが好ましい。
浸漬濾過用中空糸膜３を充分に揺動させて物理洗浄効果を得るために、浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９の下部からエアバブリングを行う場合には、被処理水中の粒子濃度が比較的高い下排水用途においては、モジュールの投影床面積当たりのエア供給量を５０ｍ３／ｍ２／ｈ以上とするのが好ましい。一方、過度のエアバブリングは、浸漬濾過用中空糸膜３の屈曲や損傷の原因となるとともに、エネルギー消費量を増大させる傾向にあるため、エア供給量は２００ｍ３／ｍ２／ｈ以下とするのが好ましい。
エアバブリングは、浸漬濾過中連続して実施することができる。また必要に応じて、一定の間隔で浸漬濾過とエアバブリングを繰り返し行う、サイクル運転を採用しても良い。
エアバブリングは、浸漬濾過中連続して実施することができる。また必要に応じて、一定の間隔で浸漬濾過とエアバブリングを繰り返し行う、サイクル運転を採用しても良い。
本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュール１９においては、各々の浸漬濾過用中空糸膜３の外表面に突起部５を備えていることが重要である。エアバブリングによる浸漬濾過用中空糸膜３の振動揺動により、この突起部５が、隣接する中空糸膜３の外表面上に過度に堆積した付着物と接触し、これを効果的に除去することができる。
この突起部５により、複数の浸漬濾過用中空糸膜３が揺動する際に、隣接する中空糸膜同士の有効濾過部分が直接接触しにくくなるため、有効濾過部分の堆積物が過度に圧密されたり、有効濾過部分の微細孔へ付着物が強固に固着されたりすることを防止し、膜表面の堆積物を効果的に剥離・除去し易くすることができる。
また突起部５を形成することで、中空糸膜円周方向における有効濾過部分を不連続に形成させることができる。
これにより、有効濾過部分上の堆積物も中空糸膜円周方向に不連続になり、堆積物間の凝集力が低下するので、堆積物をエアバブリング等によって剥離・除去がしやすくなる傾向にある。
この突起部５により、複数の浸漬濾過用中空糸膜３が揺動する際に、隣接する中空糸膜同士の有効濾過部分が直接接触しにくくなるため、有効濾過部分の堆積物が過度に圧密されたり、有効濾過部分の微細孔へ付着物が強固に固着されたりすることを防止し、膜表面の堆積物を効果的に剥離・除去し易くすることができる。
また突起部５を形成することで、中空糸膜円周方向における有効濾過部分を不連続に形成させることができる。
これにより、有効濾過部分上の堆積物も中空糸膜円周方向に不連続になり、堆積物間の凝集力が低下するので、堆積物をエアバブリング等によって剥離・除去がしやすくなる傾向にある。
本発明は、種々の浸漬濾過方式に適用でき、例えば、浸漬加圧濾過に使用することも可能であるが、上述のように汚濁性の高い液体を対象とする浸漬吸引濾過により適したものである。本発明は、特に上下水道処理用途や産業排水処理用途において、好適に利用することができる。本発明の浸漬濾過用中空糸膜モジュールを被処理水中に浸漬し、前記浸漬濾過用中空糸膜の中空部を減圧することによって、該中空部から濾過水を得ることができる。
（実施例１）
密度０．９６ｇ／ｃｍ３、メルトフローレイト１．０ｇ／１０ｍｉｎの高密度ポリエチレンであるノバテックＨＤ ＨＹ５４０（日本ポリエチレン株式会社製）を、吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有し、外周辺部に１２箇所の切り欠けを持つ中空糸賦形用ノズルを用いて自吸式で空気を導入し、紡糸温度１６５℃、巻き取り速度７０ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸を行い、外周上に、長手方向に連続した１２条の突起部を持つ未延伸中空糸を得た。
この未延伸中空糸に対して８０％の冷延伸を行い、次いで、１１３℃に加熱したスリットヒーター間で総延伸量が６００％になるまで熱延伸を行い、さらに同じ温度に加熱したスリットヒーターで多孔質化した。
このようにして得られた中空糸膜は、内径３５４μｍ、突起部のない部分の膜厚１００μｍ、空孔率７２％、突起部の高さ１９μｍ、突起部の幅２０μｍであった。
この時、突起部を除外した場合における、中空糸膜の外表面に対する、前記突起部の該外表面への投影面積割合は１４％であった。
この浸漬用中空糸膜を４８００本束ねて、図２に示す、膜有効長さ４０３ｍｍ、膜面積３ｍ２の浸漬濾過用中空糸膜モジュールを製作した。
このとき中空糸膜の最も密となる場所での充填率は６０％であり、弛緩率は１．５％であった。
密度０．９６ｇ／ｃｍ３、メルトフローレイト１．０ｇ／１０ｍｉｎの高密度ポリエチレンであるノバテックＨＤ ＨＹ５４０（日本ポリエチレン株式会社製）を、吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有し、外周辺部に１２箇所の切り欠けを持つ中空糸賦形用ノズルを用いて自吸式で空気を導入し、紡糸温度１６５℃、巻き取り速度７０ｍ／ｍｉｎで溶融紡糸を行い、外周上に、長手方向に連続した１２条の突起部を持つ未延伸中空糸を得た。
この未延伸中空糸に対して８０％の冷延伸を行い、次いで、１１３℃に加熱したスリットヒーター間で総延伸量が６００％になるまで熱延伸を行い、さらに同じ温度に加熱したスリットヒーターで多孔質化した。
このようにして得られた中空糸膜は、内径３５４μｍ、突起部のない部分の膜厚１００μｍ、空孔率７２％、突起部の高さ１９μｍ、突起部の幅２０μｍであった。
この時、突起部を除外した場合における、中空糸膜の外表面に対する、前記突起部の該外表面への投影面積割合は１４％であった。
この浸漬用中空糸膜を４８００本束ねて、図２に示す、膜有効長さ４０３ｍｍ、膜面積３ｍ２の浸漬濾過用中空糸膜モジュールを製作した。
このとき中空糸膜の最も密となる場所での充填率は６０％であり、弛緩率は１．５％であった。
（比較例１）
吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有する中空糸賦形用ノズルを用い、その他の条件は実施例１と同様にして内径３５４μｍ、膜厚１００μｍ、および空孔率７２％の突起部の無い中空糸膜を得た。
この中空糸膜を束ねて、実施例１と同条件で浸漬濾過用中空糸膜モジュールを製作した。
吐出口径２５ｍｍ、内環スリット幅４．０ｍｍの二重管構造を有する中空糸賦形用ノズルを用い、その他の条件は実施例１と同様にして内径３５４μｍ、膜厚１００μｍ、および空孔率７２％の突起部の無い中空糸膜を得た。
この中空糸膜を束ねて、実施例１と同条件で浸漬濾過用中空糸膜モジュールを製作した。
［浸漬濾過試験］
実施例１および比較例１の中空糸膜モジュールを、それぞれ間隔１８ｍｍで２０枚並べて一体化させたユニットを用いて、下水処理施設で、図３に示す処理フローで浸漬濾過試験を実施した。
図３において、スクリーン6に流入した原水は、夾雑物が除去された後、流量調整槽７に一時貯留され、次いで供給ポンプ８を用いて、脱窒用水槽１１に供給される。脱窒用水槽１１に供給された原水は、供給配管１５を介して膜浸漬水槽１３に入り、循環ポンプ１２により所定の循環倍率で循環される。
原水は、脱窒用水槽１１及び膜浸漬水槽１３において、活性汚泥により生物学的に浄化される。原水中の窒素成分の除去は、脱窒用水槽１１及び膜浸漬槽１３との間で汚泥を循環させることによる、いわゆる硝化脱窒反応によって行われる。原水中の有機物（ＢＯＤ）は、主として膜浸漬水槽１３内に配置された散気管１６の空気排出部より排出される空気により、好気的に酸化され分解される。
また、散気管１６による空気の排出は、ブロワ１８により常時行われ、中空糸膜モジュール１９の物理洗浄手段としても併用される。
浄化された水は、中空糸膜モジュール１９による膜濾過により、活性汚泥から分離される。濾過された水は、濾過ポンプ２２により膜処理水槽２４に供給され、必要に応じて消毒された後、処理水として放流される。
本試験では、処理水の回収側を濾過ポンプ２２により間欠的に吸引して濾過を行う、間欠吸引濾過を採用し、濾過時間７分及び停止時間１分の間欠吸引濾過を１サイクルとして運転を実施した。
浸漬濾過試験は、実験での活性汚泥濃度８０００ｍｇ／Ｌ、膜面積当たりの濾過流量０．２３ｍ３／ｍ２／ｄ、洗浄のためのエアバブリングは投影床面積当たり１２０ｍ３／ｍ２／ｈで連続して行った。また、実施例１または比較例１の中空糸膜モジュールを一体化させたユニットは、両方のユニットを同時に、同じ浸漬水槽で、同運転条件の下に並列運転して、その時の膜差圧の変化を測定した。その結果を図４に示す。
実施例１および比較例１の中空糸膜モジュールを、それぞれ間隔１８ｍｍで２０枚並べて一体化させたユニットを用いて、下水処理施設で、図３に示す処理フローで浸漬濾過試験を実施した。
図３において、スクリーン6に流入した原水は、夾雑物が除去された後、流量調整槽７に一時貯留され、次いで供給ポンプ８を用いて、脱窒用水槽１１に供給される。脱窒用水槽１１に供給された原水は、供給配管１５を介して膜浸漬水槽１３に入り、循環ポンプ１２により所定の循環倍率で循環される。
原水は、脱窒用水槽１１及び膜浸漬水槽１３において、活性汚泥により生物学的に浄化される。原水中の窒素成分の除去は、脱窒用水槽１１及び膜浸漬槽１３との間で汚泥を循環させることによる、いわゆる硝化脱窒反応によって行われる。原水中の有機物（ＢＯＤ）は、主として膜浸漬水槽１３内に配置された散気管１６の空気排出部より排出される空気により、好気的に酸化され分解される。
また、散気管１６による空気の排出は、ブロワ１８により常時行われ、中空糸膜モジュール１９の物理洗浄手段としても併用される。
浄化された水は、中空糸膜モジュール１９による膜濾過により、活性汚泥から分離される。濾過された水は、濾過ポンプ２２により膜処理水槽２４に供給され、必要に応じて消毒された後、処理水として放流される。
本試験では、処理水の回収側を濾過ポンプ２２により間欠的に吸引して濾過を行う、間欠吸引濾過を採用し、濾過時間７分及び停止時間１分の間欠吸引濾過を１サイクルとして運転を実施した。
浸漬濾過試験は、実験での活性汚泥濃度８０００ｍｇ／Ｌ、膜面積当たりの濾過流量０．２３ｍ３／ｍ２／ｄ、洗浄のためのエアバブリングは投影床面積当たり１２０ｍ３／ｍ２／ｈで連続して行った。また、実施例１または比較例１の中空糸膜モジュールを一体化させたユニットは、両方のユニットを同時に、同じ浸漬水槽で、同運転条件の下に並列運転して、その時の膜差圧の変化を測定した。その結果を図４に示す。
図４より、突起部を有する中空糸膜モジュール（実施例１）を一体化させたユニットでは、突起構造を持たない中空糸膜モジュール（比較例１）を一体化させたユニットと比較して、同じ運転条件であるにもかかわらず膜差圧の上昇が抑制されており、各々の中空糸膜の外表面に突起部を持つ中空糸膜用いることで、高濃度の懸濁液中での膜濾過を継続した場合でも、エアバブリングによる物理的な洗浄効果を高めて、膜面に過度の付着物の堆積を生じにくくさせ、透水性能が低下する事無く運転を継続することが出来ることが確認できた。
本発明によれば、浄水、工業用水、下水、し尿、産業排水等の処理及び合併浄化槽などにおける浸漬濾過において、余計な洗浄エネルギーを使うことなく、原水中の懸濁物質および有機物質等の付着層、目詰まり、固形物による膜ファウリングを低減し、差圧上昇を抑制することができる、浸漬濾過用中空糸膜、これを用いた浸漬濾過用中空糸膜モジュール、浸漬濾過装置、及び浸漬濾過方法が提供される。
Claims (11)
- 外表面に１以上の突起部を有する、浸漬濾過用中空糸膜。
- 前記突起部は中空糸膜の長手方向に連続した形状を持つ、請求項１記載の浸漬濾過用中空糸膜。
- 前記突起部の高さが５μｍ以上である、請求項１記載の浸漬濾過用中空糸膜。
- 前記突起部の幅が５μｍ以上である、請求項１記載の浸漬濾過用中空糸膜。
- 前記突起部を除外した場合における、中空糸膜の外表面に対する、前記突起部の該外表面への投影面積割合が１〜２０％の範囲である、請求項１記載の浸漬濾過用中空糸膜。
- 複数の、外表面に１以上の突起部を有する浸漬濾過用中空糸膜が、ハウジングに接着固定された、浸漬濾過用中空糸膜モジュール。
- 浸漬水槽中に請求項６記載の浸漬濾過用中空糸膜モジュールが設置された、浸漬濾過装置。
- 前記浸漬濾過用中空糸膜モジュールの下部に散気装置を有する、請求項７記載の浸漬濾過装置。
- 浸漬水槽を被処理水で満たして、複数の、外表面に１以上の突起部を有する浸漬用中空糸膜がハウジングに接着固定された浸漬濾過用中空糸膜モジュールを被処理水中に浸漬し、前記浸漬濾過用中空糸膜の中空部から濾過水を得る、浸漬濾過方法。
- 散気装置からエアバブリングをしながら、前記浸漬濾過用中空糸膜を用いた濾過を行う、請求項９記載の浸漬濾過方法。
- 前記浸漬濾過用中空糸膜の中空部を減圧することによって、前記浸漬濾過用中空糸膜を用いた吸引濾過を行う、請求項９又は１０記載の浸漬濾過方法。
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