JP2003093849A

JP2003093849A - 浸漬型膜濾過装置

Info

Publication number: JP2003093849A
Application number: JP2001295752A
Authority: JP
Inventors: Shoji Ogura; 祥司小倉
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-02

Abstract

(57)【要約】【課題】浸漬型膜濾過方式による被処理液の濾過処理
を、簡易な方法で、長期間、効率的に実施できるように
する。【解決手段】貯留槽３０内に貯留された被処理液３１
に浸漬型膜濾過方式を適用して濾液を得るためのもので
あり、被処理液３１の濾過機能を有し、収納容器４内に
収容、保持された管状濾過膜モジュール５などの濾過膜
モジュールと、濾過膜モジュールに向けて空気泡１４を
供給するための空気泡供給装置９とを備え、前記収納容
器４に濾過膜モジュールの上縁より上方に延在する延在
部１１を設けるか、前記空気泡供給装置９に空気泡１４
の上昇力によって回転する回転翼７を設けるか、の少な
くとも一方を具備してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、貯留槽内に貯留さ
れた被処理液を浸漬型膜濾過方式により濾過処理し、濾
液を得るための浸漬型膜濾過装置に関するもので、さら
に詳しく言えば、空気泡によって、被処理液が前記浸漬
型膜濾過装置に用いる濾過膜モジュールの下方から上方
に流れて濾過されるようにした装置において、前記空気
泡を、濾過膜モジュールを構成する多数の濾過膜エレメ
ントに対して均等に供給することができるようにした浸
漬型膜濾過装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、被処理液中に膜モジュ
ールを浸漬し、空気泡の浮力を利用しながら濾過するク
ロスフロー濾過方法が、高汚濁液の省エネルギー精密ろ
過方式として多方面で利用されるようになった。このよ
うな濾過方法は、例えば、特開昭６１−１２９０９４号
公報に記載されており、この濾過方法は浸漬型膜濾過方
法とも言われ、これに使用する膜モジュールは浸漬型膜
モジュールとも言われ、多数の中空糸膜エレメントから
なる中空糸膜モジュールや多数の平膜エレメントからな
る平膜モジュールを被処理液中に浸漬したものが使用さ
れてきた。同様に、被処理液中に膜モジュールを浸漬
し、水頭差で濾過する濾過方法にも、中空糸膜モジュー
ルや平膜モジュールが使用され、従来の砂濾過方法に代
わる省エネルギー、低コストの濾過方法として注目され
ているが、このような濾過方法も浸漬型膜濾過方法と言
われ、これに使用する膜モジュールも浸漬型膜モジュー
ルと言われる。

【０００３】このクロスフロー濾過方法や水頭差で濾過
する濾過方法と限外濾過方法とは、前者が空気泡の浮力
や水頭差を利用して被処理液を膜モジュールに供給して
いるのに対し、後者がポンプなどの機械的循環手段を用
いて膜モジュールに被処理液を供給している点で相違
し、それぞれは明確に区別されるものである。

【０００４】上記した浸漬型膜濾過方法の対象となる被
処理液中には、多様な夾雑物が混在しており、これに使
用する膜モジュールを長期間、良好な濾過効率で運転す
るためには、被処理液の流路が閉塞されないように、あ
らかじめ大きな夾雑物を除去しておいたり、逆洗によっ
て膜面に付着したケーク層を除去する必要がある。この
膜モジュールに、平膜モジュールを使用した場合は、そ
れと同じ幅の被処理液の流路が確保できて、あらかじめ
大きな夾雑物を除去しなくても被処理液の流路が閉塞さ
れることはないが、逆洗に耐える強度を持たせることが
難しく、中空糸膜モジュールを使用した場合は、中空糸
膜の耐圧を利用して逆洗を行うことができるが、中空糸
膜と中空糸膜との間隙が被処理液の流路になるため、あ
らかじめ大きな夾雑物を除去しておかないと被処理液の
流路が閉塞されて、長期間、良好な濾過効率を維持する
ことが難しかった。

【０００５】これに対し、推測ではあるが、管状濾過膜
モジュールは平膜モジュールや中空糸膜モジュールに対
して多くの利点がある。すなわち、すべての空気の流
れがクロスフローの平行流れを大きくするために利用で
きること、空気泡と被処理液の通路が円筒形であるた
めに物質移動係数が他の形式のモジュールに比べて大き
く、原理的にフラックス（単位膜面積当たりのろ過流
量）が大きくできること、膜自身が空気泡と被処理液
の通路を構成するためにモジュール構造をコンパクトに
できること、内径が中空糸膜よりもはるかに大きいの
で、圧力損失が小さく逆洗による効果が大きくできるこ
と、などである。ところが、管状濾過膜モジュールを浸
漬型膜濾過方式に適用することについては、浸漬型膜濾
過方法が適用される被処理液中には多様な夾雑物が含ま
れるために管状濾過膜自体がこれらによって閉塞するこ
とが予想されたため、特別な関心が払われなかった。

【０００６】さらに、浸漬型膜濾過方法を、前述した濾
過膜モジュールを用いて実現するに際しては、多数の濾
過膜エレメントに対して空気泡が均等に供給され、被処
理液の流速も均等になるようにする必要があるため、こ
のような濾過膜モジュールや空気泡を供給するための空
気泡供給装置を設置するに当たっては、濾過膜モジュー
ルが鉛直になり、空気泡供給装置が水平になるように調
整しなければならず、そのために多大な工数を要してい
た。

【０００７】本発明の目的は、上記した事情に鑑み、設
置のために多大な工数を要しないようにすることによ
り、各種の濾過膜モジュールを用いた浸漬型膜濾過方法
を、長期間にわたって効率的に実施できるようにするこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１記載
の発明は、貯留槽内に貯留された被処理液を浸漬型膜濾
過方式によって濾過処理し、濾液を得るための浸漬型膜
濾過装置が、濾過膜モジュールと空気泡供給装置とを少
なくとも有し、前記濾過膜モジュールは収納容器内に収
容、保持されて前記貯留槽内に配置され、前記空気泡供
給装置は空気泡を発生させる空気泡発生装置と前記空気
泡を濾過膜モジュールに向けて案内する案内筒とを有
し、前記空気泡によって被処理液が濾過膜モジュールの
下方から上方に流れて濾過されるように濾過膜モジュー
ルの下方に配置され、さらに前記収納容器に上端が前記
濾過膜モジュールの上縁より上方に延在する延在部を設
けるか、前記空気泡供給装置に空気泡の上昇力によって
回転する回転翼を設けるか、の少なくとも一方を具備し
たことを特徴とするものであり、これにより、濾過膜モ
ジュールの上縁より上方に延在した延在部または空気泡
の上昇力によって回転する回転翼によって、管状濾過膜
モジュールが鉛直になり、空気泡供給装置が水平になる
ように調整しなくても、空気泡を均等に濾過膜エレメン
トに供給することができるとともに、被処理液の流速も
均等にすることができる。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の浸漬型膜濾過装置において、濾過膜モジュールは、
収納容器が濾液を排出する排出口を有し、この排出口か
ら延びる濾液排出経路を有していることを特徴とするも
のであり、これにより、収納容器を通じて濾液を円滑に
排出することができる。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の浸漬型膜濾過装置において、濾過膜モジュールは複
数の管状濾過膜を収納容器内に収容した管状濾過膜モジ
ュールであり、かつ前記収納容器が、内側に間隔を設け
て、濾液を導入する導入口と濾液を排出する排出口を有
する筒状の集水管を有し、この間に管状濾過膜の複数本
を収容し、前記排出口から延びる濾液排出経路を有して
いることを特徴とするものであり、これにより、管状濾
過膜モジュールを用いた浸漬型膜濾過装置において、集
水管を通じて濾液を円滑に排出することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る浸漬型膜濾過装置が採用される浸漬型膜濾過システム
の概略構成を示したものである。

【００１２】図１において、浸漬型膜濾過システム４６
は、被処理液３１が貯留された貯留槽３０内に、濾過膜
モジュールとしての管状濾過膜モジュール５と空気泡供
給装置９とを主に備えた浸漬型膜濾過装置２が浸漬され
ている。

【００１３】前記貯留槽３０は、上部に開口を有する容
器状に形成されており、内部に被処理液３１が貯留され
ている。

【００１４】前記管状濾過膜モジュール５は、図２の一
部切欠き縦断面図に示したように、例えば樹脂製の部材
からなる円筒状の収納容器４と、この収納容器４内に充
填された複数本の管状濾過膜３とを備え、この管状濾過
膜３は内面に被処理液３１の濾過機能を有していて、被
処理液３１は、空気泡１４とともに下方の入口１２から
管状濾過膜３の内側の被処理液流路２０を通って上方の
出口１３に流れて濾過処理され、濾過処理後の被処理液
（濾液）は、管状濾過膜３の外側の処理液流路２１を通
って、収納容器４側面の排出口６から排出されるように
構成されている。

【００１５】前記複数本の管状濾過膜３は、細長な円筒
状に形成されたものであり、各管状濾過膜３は、図示し
ていない外周の突起によって互いに密着しないように、
すなわち互いに間隔を設けて、収納容器４の上下の開口
方向に沿って互いに平行に密に集合させ、その上端部お
よび下端部は、それぞれウレタン樹脂などの樹脂材料を
用いて形成された保持部によって各管状濾過膜の開放状
態を維持しつつ収納容器４に対して一体的に保持されて
固定されている。この結果、収納容器４の両端部は当該
保持部によって液密に閉鎖されることになる。

【００１６】上述の管状濾過膜３は、内面に被処理液３
１の濾過機能を持たせ、全体の強度を確保するために、
内周面側から外周面側に向けて順に濾過膜層および支持
膜層を備えた二層構造を有し、濾過膜層の種類は、特に
限定されるものではないが、被処理液から除去すべき濾
別成分の種類に応じて適宜選択することができる。たと
えば、微生物などの微粒子を除去する必要がある場合は
精密濾過膜が用いられる。精密濾過膜は、例えばＪＩＳ
Ｋ３８０２によれば、０．０１〜数μｍ程度の微粒
子および微生物を濾過によって分離するために用いる膜
と定義されているが、ここでは、２０ｋＰａ以下の圧力
で実用的な濾過が可能な、孔径が０．０４μｍよりも大
きい微孔を多数有する、セルロース膜やポリオレフィン
系樹脂膜などの有機高分子多孔膜を用いるのが好まし
い。また、支持膜層は、上述の濾過膜層に対して形状保
持性を付与し、濾過膜層を円筒状に設定するためのもの
である。このような支持膜層は、通液性を有する多孔質
材料であれば各種のものを用いることができるが、通常
は、腰の強さ、優れた強度、優れた耐薬品性、高い耐熱
性および経済性を備えたポリプロピレン樹脂製あるいは
ポリエステル樹脂製の不織布を用いるのが好ましく、特
にポリエステル樹脂製の不織布を用いるのが好ましい。

【００１７】上述のような管状濾過膜３は、内径が３〜
１５ｍｍであるのが好ましく、５〜１０ｍｍに設定され
ているのがより好ましい。内径が３ｍｍ未満の場合は、
被処理液、特に、高汚濁の被処理液を濾過する際におい
て、被処理液中に含まれる各種の濾別成分や夾雑物によ
り管状濾過膜３が閉塞しやすくなり、濾過処理を長期間
安定に継続するのが困難になるおそれがある。逆に、内
径が１５ｍｍを超える場合は、容積の限られた収納容器
４内に充填可能な管状濾過膜３の本数が減少することに
なるため、管状濾過膜モジュール５の単位容積当りの濾
過面積（有効膜面積）が小さくなる。その結果、濾過流
量が低下することになるので、管状濾過膜モジュール５
のコンパクト化を図りながら被処理液の効率的な濾過処
理を実施するのが困難になるおそれがある。

【００１８】また、管状濾過膜３は、支持膜層と濾過膜
層の和で表される肉厚（Ａ）と外径（Ｂ）との比（Ａ／
Ｂ）が０．０２５〜０．１であるのが好ましく、０．０
３〜０．１に設定されているのがより好ましい。この比
が０．０２５未満の場合は、管状濾過膜３に対して外側
から圧力を加えた場合、管状濾過膜３が潰れやすくな
る。この結果、管状濾過膜３の内周面に堆積する濾別成
分などからなるケーク層を排除するために、管状濾過膜
３に対して外側から圧力を加えて逆洗操作を実施した場
合、管状濾過膜が潰れてしまい、管状濾過膜３を逆洗す
るのが実質的に困難になる。なお、２０ｋＰａ以上の耐
圧性を達成するためには、この比を０．０３以上に設定
するのが好ましい。一方、この比が０．１を超える場合
は、管状濾過膜モジュール５の単位容積当りの濾過面積
（有効膜面積）が小さくなる。その結果、濾過流量が低
下することになるため、管状濾過膜モジュール５のコン
パクト化を図りながら被処理液の効率的な濾過処理を実
施するのが困難になるおそれがある。

【００１９】また、前述した突起の高さ、すなわち支持
膜層の表面からの突出量は、０．０２〜０．２ｍｍであ
るのが好ましい。突起の高さが０．０２ｍｍ未満の場合
は、管状濾過膜３同士が密着し易くなり、結果的に濾過
液の流動性を高めるのが困難になるおそれがある。一
方、０．２ｍｍを超える場合は、管状濾過膜３の本数、
すなわち、管状濾過膜モジュール５の収納容器４内に充
填可能な管状濾過膜３の本数が減少することになるた
め、管状濾過膜モジュール５の単位容積当りの濾過面積
が小さくなる。その結果、濾過流量が低下することにな
るため、管状濾過膜モジュール５のコンパクト化を図り
ながら被処理液の効率的な濾過処理を実施するのが困難
になるおそれがある。なお、突起の高さは、被処理液の
種類に応じて適宜選択することもできる。たとえば、被
処理液が活性汚泥液のように濾過流量が比較的小さいも
のである場合は、濾過面積を確保する観点から突起は低
めに設定するのが好ましい。一方、被処理液が河川の水
のように濾過流量が比較的大きいものである場合は、濾
液の流動性を高める観点から、突起は高めに設定するの
が好ましい。

【００２０】このような管状濾過膜３は、支持膜層上に
濾過膜層が一体に積層された、幅が２ｃｍのテープ状複
合膜を準備し、これを直径が７ｍｍの心棒に対し、支持
膜層が表面になるように幅方向の両端部を重ね合わせな
がら螺旋状に巻き付け、重なり部分を超音波溶着するこ
とによって作製する。こうして、内径が７ｍｍ、肉厚が
０．１５ｍｍの管状濾過膜３を得ることができ、重なり
部分によって前述した突起を形成することができる。

【００２１】上記した管状濾過膜３を用いて管状濾過膜
モジュール５を作製する方法は、複数本の管状濾過膜３
の両端をヒートシ−ルし、これを収納容器４に充填し、
未硬化のウレタン樹脂を入れたシリコン製のモールド内
に一端を浸漬し、ウレタン樹脂が硬化するまで放置す
る。そして、他端もこれと同様のことを行う。そうする
と、それぞれ収納容器４と管状濾過膜３との間隙が閉鎖
されるので、閉鎖された後の管状濾過膜３の両端を収納
容器４に合わせて切り揃える。

【００２２】一方、空気泡供給装置９は、管状濾過膜モ
ジュール５に対して空気泡１４を供給するためのもので
あり、図１に示すように、貯留槽３０内において、管状
濾過膜モジュール５の下方に配置されている。この空気
泡供給装置９は、ブロワー４１から送出された空気を、
空気供給パイプ４２を介して貯留槽３０内の被処理液３
１中に導入して空気泡１４を発生させる空気泡発生装置
４３と前記空気泡１４を管状濾過膜モジュール５に向け
て案内する案内筒８とを有しており、さらに前記収納容
器４に上端が前記管状濾過膜モジュール５の上縁より上
方に延在する延在部１１を設けるか、前記空気泡供給装
置９に空気泡１４の上昇力によって回転する回転翼７を
設けるか、の少なくとも一方を具備し、空気泡１４が均
等に管状濾過膜モジュール５の下方から上方に流れ、こ
れによって被処理液３１も均等に管状濾過膜モジュール
５の下方から上方に流れて濾過されるように構成されて
いる。なお、前記収納容器４は下端が前記案内筒８に接
続されている。

【００２３】また、濾過によって得られた濾液は排出口
６から濾液排出経路４４を通って外部に排出される。な
お、図１のものでは、濾液排出経路４４に設けたポンプ
４０による吸引によって排出しているが、このようなポ
ンプを用いずに水頭差によって排出することもできる。

【００２４】前記排出口６は、図１のものでは収納容器
４に設けられているが、管状濾過膜モジュール５を、収
納容器４が内側に間隔を設けて集水管を有したもので、
この間に管状濾過膜３の複数本を収納したものとする
と、該集水管に濾液を導入する導入口と濾液を排出する
排出口を設け、この排出口から濾液排出経路を通って外
部に排出されるようにしてもよい。

【００２５】また、前記案内筒８には、側面に、被処理
液３１から長繊維状の夾雑物の流入を阻止しながら被処
理液３１を内部に導入する網状フィルター１０を設けて
もよい。この網状フィルター１０は目開きが７ｍｍ程度
のものがよい。

【００２６】次に、図１、図２を参照して、上述の浸漬
型膜濾過装置２を用いた被処理液３１の濾過処理操作に
ついて説明する。

【００２７】先ず、貯留槽３０内に、例えば微小ゲル、
コロイド成分、微生物などの濾別成分を含む被処理液３
１を供給して貯留する。この状態で、ブロワー４１から
空気供給パイプ４２を介して空気を供給すると、この空
気は空気泡発生装置４３から空気泡１４となって噴出す
る。この空気泡１４は、案内筒８により案内されながら
上昇するが、その上昇力によって回転翼７が回転し、管
状濾過膜モジュール５に含まれる各管状濾過膜３の入口
１２から内部の被処理液流路２０に対してほぼ均等に供
給され、これによって被処理液３１も、図１、図２に矢
印で示すように、各管状濾過膜３の被処理液流路２０を
均等に流れて出口１３から流出し、収納容器４の延在部
１１によってその流速も均等になる。そして、各管状濾
過膜３内の被処理液流路２０を通過する際、被処理液３
１を濾過し、得られた濾液を排出口６から濾液排出経路
４４を通って外部に排出するため、濾液排出経路４４に
設けたポンプ４０による吸引を行っている。なお、図１
のものでは、ポンプ４０による吸引によって排出してい
るが、このようなポンプ４０を用いずに水頭差によって
排出することもできる。

【００２８】これにより、従来は、管状濾過膜３の内部
の被処理液流路２０に対してほぼ均等に被処理液３１を
供給するために、空気泡供給装置を水平に配置し、管状
濾過膜モジュール５を鉛直に配置しようとしていたが、
上述したように、収納容器４の延在部１１と空気泡１４
の上昇力によって回転する回転翼７を設けたことによ
り、空気泡供給装置が水平に配置され、管状濾過膜モジ
ュール５が鉛直に配置されなくても、空気泡１４を各管
状濾過膜３の被処理液流路２０に対してほぼ均等に供給
することができ、被処理液３１が各管状濾過膜３の被処
理液流路２０を流れる流速も均等になって、ケーク層も
均等に堆積することになる。

【００２９】こうして、被処理液３１中に含まれる濾別
成分は管状濾過膜３の濾過膜層２０によって採取され、
被処理液３１から取り除かれる。このような濾過処理に
よって貯留槽３０内の被処理液３１は、図１に矢印で示
すように、管状濾過膜モジュール５を下側から上側方向
に通過して自然に循環することになる。

【００３０】上記した実施の形態は、濾過膜モジュール
が管状濾過膜モジュールの場合について説明したが、他
の形状のもの、すなわち、中空糸膜モジュールや平膜モ
ジュールであっても適用することができる。

【００３１】また、上記した実施の形態では、収納容器
４の延在部１１と空気泡１４の上昇力によって回転する
回転翼７を設けたものであるが、いずれか一方のみを設
けたものであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明の浸漬型膜濾過装置は、上述のよ
うに、濾過膜モジュールを収容した収納容器の上端に延
在部を設けるか、空気泡供給装置に前記空気泡の上昇力
によって回転する回転翼を設けるか、の少なくとも一方
を具備しているから、空気泡を均等に濾過膜エレメント
に供給することができるとともに、被処理液の流速も均
等にすることができる。その結果、被処理液の濾過処理
を、長期間、効率的に実施するのに寄与することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る浸漬型膜濾過装置の
概略図である。

【図２】前記浸漬型膜ろ過装置に採用された管状濾過膜
モジュールの一部切り欠き縦断面図である。

【符号の説明】

２浸漬型膜濾過装置３管状濾過膜４収納容器５管状濾過膜モジュール６排出口７回転翼８案内筒９空気泡供給装置１０面状フィルター１１延在部１２入口１３出口１４空気泡２０被処理液流路２１処理液流路３０貯留槽３１被処理液４０ポンプ４１ブロワー４２空気供給パイプ４３空気泡発生装置４４濾液排出経路４６浸漬型膜濾過システム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貯留槽内に貯留された被処理液を浸漬型
膜濾過方式によって濾過処理し、濾液を得るための浸漬
型膜濾過装置であって、前記浸漬型膜濾過装置は濾過膜
モジュールと空気泡供給装置とを少なくとも有し、前記
濾過膜モジュールは収納容器内に収容、保持されて前記
貯留槽内に配置され、前記空気泡供給装置は空気泡を発
生させる空気泡発生装置と前記空気泡を濾過膜モジュー
ルに向けて案内する案内筒とを有し、前記空気泡によっ
て被処理液が濾過膜モジュールの下方から上方に流れて
濾過されるように濾過膜モジュールの下方に配置され、
さらに前記収納容器に上端が前記濾過膜モジュールの上
縁より上方に延在する延在部を設けるか、前記空気泡供
給装置に空気泡の上昇力によって回転する回転翼を設け
るか、の少なくとも一方を具備したことを特徴とする浸
漬型膜濾過装置。
【請求項２】請求項１記載の浸漬型膜濾過装置におい
て、濾過膜モジュールは、収納容器が濾液を排出する排
出口を有し、この排出口から延びる濾液排出経路を有し
ていることを特徴とする浸漬型膜濾過装置。
【請求項３】請求項１記載の浸漬型膜濾過装置におい
て、濾過膜モジュールは、複数の管状濾過膜を収納容器
内に収容した管状濾過膜モジュールであり、かつ前記収
納容器が、内側に間隔を設けて、濾液を導入する導入口
と濾液を排出する排出口を有する筒状の集水管を有し、
この間に管状濾過膜の複数本を収容し、前記排出口から
延びる濾液排出経路を有していることを特徴とする浸漬
型膜濾過装置。