JPH04135632A

JPH04135632A - 中空糸膜を用いる濾過方法

Info

Publication number: JPH04135632A
Application number: JP2254170A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sunaoka; 好夫砂岡; Keisuke Kitazato; 北里　慶祐; Satoru Tsuda; 悟津田
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1990-09-26
Filing date: 1990-09-26
Publication date: 1992-05-11
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: US5151191A; JP2858913B2

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〉本発明は原子力発電所や火力発電所の復水処理や産業廃
水処理等において使用される、中空糸膜モジュールを用
いる濾過塔の濾過方法に°関するものである。

〈従来の技術〉中空糸膜を用いる濾過塔は、微細孔を多数有する中空糸
膜を多数本束ねて中空糸膜モジュールを形成し、当該中
空糸膜モジュールの多数本を濾過塔内に横設した仕切板
に懸架したもので、従来から行われている濾過方法は、
基本的には濾過工程とスクラビング工程とブロー工程と
からなる。すなわち濾過工程は仕切板で区画した王室に
原水を供給することにより、当該各中空糸膜の外側から
内側へ、原水を通過させて各中空糸膜の外側で原水中の
微粒子を捕捉し、中空糸膜の内側から得る濾過水を仕切
板で区画した上室で集合して濾過塔から流出させるもの
である。

このような濾過工程を行うことにより濾過塔の差圧が上
昇した際に、水中に存する各中空糸膜の近傍の水に気泡
を供給して撹拌することにより、各中空糸膜を振動させ
て各中空糸膜の外側で捕捉した前記微粒子を剥離するス
クラビング工程を行い、次いで剥離した微粒子を含む洗
浄廃水を王室から排出するブロー工程を行い、前記濾過
工程と、スクラビング工程と、ブロー工程を順次繰り返
して処理を行うものである。

なおスクラビング工程の前あるいは後あるいはスクラビ
ング工程中に、中空糸膜の内側から外側に洗浄水を逆流
する逆洗工程を行うこともある。

また各中空糸膜の近傍に気泡を供給する手段としては、
中空糸膜モジュールの下方部に空気等の気体を放出して
、中空糸膜モジュールの内部に気泡を流入させる場合と
、各中空糸膜の内側に空気等の気体を圧入して各中空糸
膜の微細孔から気体を流出させることで気泡を発生させ
る場合とがあり、前者は中空糸膜の微細孔に気体を通過
させ難い中空糸膜を用いる場合に採用されることが多く
、後者は中空糸膜の微細孔に気体を通過させ易い中空糸
膜を用いる場合に採用されることが多い。

このように中空糸膜を用いる濾過塔は基本的には濾過工
程とスクラビング工程とブロー工程を繰り返し行って操
作するものであるため、濾過工程で膜に捕捉された微粒
子が蓄積して濾過塔の差圧が高くなって濾過の継続が出
来なくならないように充分な配慮をする必要がある。

このため、従来から微粒子の蓄積を防止するために、中
空糸膜モジュールの構造、塔構造、スクラビングを含む
中空糸膜の洗浄方法等の検討、試験、開発が進められて
いる。

〈発明が解決しようとする問題点〉本発明者等も上述のようにより効果的な中空糸膜の洗浄
を開発すべく努力を行って来た。しかし、微粒子として
酸化鉄を含む、たとえば沸騰水型原子力発電所の復水（
−次冷却水）などを原水とした場合、濾過工程によって
差圧が上がった中空糸膜モジュールに対して前記スクラ
ビング工程や逆洗工程を行っても差圧が元に戻らず、さ
らに、酸で中空糸膜モジュールを洗浄して膜面に付着し
ている酸化鉄を溶解、除去しても差圧が元に戻らないケ
ースがあることを知見した。

この原因を究明すべく本発明者等は種々の調査と実験を
行った。その結果以下のことが明らかとなった。

すなわち、差圧が回復しない理由は、 ■　膜自体の透水性が低下しているためであり、■　膜
の内外間の差圧により膜が圧密化したものでも、膜が潰
れたものでもなく、膜表面のみが言わば肌荒れ状態にな
っており、当該肌荒れ部分にもともと存在していた微細
孔が閉塞されており、その結果中空糸膜全体の微細孔が
極めて少なくなったためであり、 ■　その状態は酸、酸化剤、還元剤等の洗浄剤を用いて
洗浄しても変化がなく、 ■　中空糸膜の引張り強度、引張り伸度、破裂強度等の
機械的強度の低下として現れる、いわゆる物性劣化では
ないことが明らかとなった。

さらに調査と実験を重ねた結果以下のことが明らかとな
った。

すなわち、膜表面の肌荒れは、 ■　膜表面に酸化鉄等の微粒子が衝突することにより発
生し、 ■　それは、中空糸膜が振動を起こしているときに前記
した微粒子が中空糸膜の間に存在すると発生し、 ■　それは、中空糸膜のスクラビング工程において最も
発生しやすく、 ■　それは、スクラビング工程における水温によって大
きく影響を受け、水温が高い程、膜表面に肌荒れが生じ
やすくなることを知見した。

本発明はこのような背景のもとになされたものであり、
膜表面の肌荒れを極力抑え、しかも中空糸膜に捕捉され
た微粒子の剥離効果を低下させない中空糸膜を用いる濾
過方法を提供することを目的とするものである。

〈問題点を解決するための手段〉上記目的を達成するためになされた本発明よりなる中空
糸膜を用いる濾過方法は、塔内を上室と下室とに区画す
る仕切板に中空糸膜を多数本束ねた中空糸膜モジュール
を懸架してなる濾過塔の前記下室内に、微粒子を含む原
水を流入して各中空糸膜の外側から内側に原水を通過さ
せることにより、各中空糸膜の外側で微粒子を捕捉する
とともに、各中空糸膜の内側に得られる濾過水を前記上
室から流出させる濾過工程と、濾過塔内の水の温度を低
下させる冷却工程と、水中に存する各中空糸膜の近傍の
水に気泡を供給して撹拌することにより、各中空糸膜を
振動させて各中空糸膜の外側で捕捉した前記微粒子を剥
離するスクラビング工程と、剥離した微粒子を含む洗浄
廃水を下室から排出するブロー工程とを含むことを特徴
とするものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

膜表面に酸化鉄微粒子が衝突することにより、中空糸膜
がもともと有している微細孔を閉塞させるという問題を
回避するためには、膜表面の肌荒れを起こし易いスクラ
ビング工程の設定時間を短くするか空気流量を小さ（し
たマイルドなスクラビングを行ったり、あるいはスクラ
ビングをしない方法が考えられる。しかし上述のように
すると膜表面に捕捉された微粒子を充分に除去できず、
洗浄が不十分となり、その結果、差圧が回復しないケー
スが発生する。

つまり、従来から行っているスクラビング工程を削除す
ることなく、膜表面の肌荒れを抑制する方法を考える必
要があり、そのためにはスクラビング工程における水温
を低下させればよいことが判明した。

すなわち中空糸膜は通常ポリエチレン、ポリプロピレン
等の高分子有機化合物でできているため、−船釣に中空
糸膜の引張強度、破裂強度、弾性率等の物理的強度は温
度が低くなればなる程大きくなる。とりわけ中空糸膜の
弾性率が大きくなると摩擦やぶつかりによる変形が起こ
りにくくなるため、スクラビング工程時の膜表面の肌荒
れに起因する微細孔の閉塞による中空糸膜の透水量の低
下（濾過差圧上昇）が起こりにくくなる。

〈作用〉本発明の作用は基本的にはスクラビング工程の前に、濾
過塔内の温度を低下させる冷却工程を行い、中空糸膜の
特に弾性率を強化することによって、スクラビング工程
における膜表面の肌荒れを極力回避するものである。

以下に本発明を図面を用いて説明する。

第１図は本発明に用いる中空糸膜モジュールを示す断面
図であり、第２図は本発明に用いる濾過塔のフローを示
す説明図である。

本発明に用いる中空糸膜モジュール１は第１図に示した
ごとく、０．０１μ〜１μの微細孔を有する外径０．３
〜４日、内径０．２〜３日の中空糸膜２を１００〜５０
，０００本前後、外筒３に収納したもので、当該各中空
糸膜２の上端をその中空部を閉塞することなく上部接合
部４で接着し、各中空糸膜２の下端を閉塞して下部接合
部５で接着し、また外筒３の上方部、下方部にそれぞれ
流通口６Ａおよび６Ｂを設けるとともに、下部接合部５
に開口部７を設け、さらに外筒３を下方にやや延長させ
てスカート部８を設けたものである。

なお、上述の中空糸膜モジュールは膜の内側から得られ
る濾過水を上部接合部４からのみ取水する片端集水型で
あるが、下部接合部５で中空糸膜２の下端を閉塞するこ
となく接着して下部接合部５の下方に図示していない小
室を設け、中空糸膜２の下部接合部５からも濾過水を得
て当該小室に集合し、当該小室に連通ずる中空糸膜２に
沿って立設した図示しない集水管により、濾過水を上部
に送水する両端集水型も用いられる。

当該中空糸膜モジュール１を濾過塔に配置するにあたっ
ては、第２図に示したごとく、濾過塔９の上方部に仕切
板１０を設け、濾過塔内９を上室Ｆと下室Ｒに区画し、
当該仕切板１０に多数本の中空糸膜モジュール１を懸架
する。

また、濾過塔９内の下方に気泡分配機構１１を配置する
。当該気泡分配機構１１は気泡分配板１２と当該気泡分
配板１２に取り付けられた気泡分配管１３とからなるも
ので、中空糸膜モジュール１のスカート８の直下に当該
気泡分配管１３を対応させた構成とする。

なお、濾過塔９の上部に濾過水流出管１４の一端と圧縮
空気流入管１５Ａの一端を連通し、また濾過塔９の下部
に原水流入管１６の一端および圧縮空気流入管１５Ｂの
一端およびドレン管１８の一端をそれぞれ連通し、さら
に前記仕切板１ｏの直下の側胴部に空気抜き管１７の一
端を連通ずる。

また、原水流入管１６に冷却水流入管１９を分岐して連
通ずるとともに、濾過水流出管１４に冷却水流出管２０
を分岐して連通ずる。

さらに２１ないし２８はそれぞれ弁を示し、２９はバッ
フルプレートである。なお冷却水流出管２０および弁２
７は、場合によっては省略することができる。

当該濾過塔９を用いて本発明を、処理対象として酸化鉄
を含む復水を例として以下に説明する。

濾過工程においては、弁２１および弁２８を開として、
原水を原水流入管１６から濾過塔９の下室Ｒに流入し、
中空糸膜モジュール１により原水中の酸化鉄を濾過し、
濾過水は上室Ｆで集合し濾過水流出管１４から流出する
。中空糸膜２により濾過された酸化鉄は中空糸膜２の外
表面上で捕捉される。

以上の濾過工程において、たとえば火力発電所の復水、
およびＢＷＲ型原子力発電所の一次冷却水あるいはＰＷ
Ｒ型原子力発電所の二次冷却水からなる復水の場合には
、復水温度はプラント運転中で通常３０℃〜４０℃であ
るがプラントの運転状態によって大幅に変動し、夏場の
プラント起動時には５０℃を越える場合もあり、また６
０℃前後になることもあり得る。したがって濾過中にお
ける中空糸膜２の温度は、当然のことなから復水の温度
と等しくなっており、中空糸膜２の弾性率等の物理的強
度は常温（２０〜２５℃）の場合より低下している。し
かしながら、濾過工程における中空糸膜の振動は極めて
小さいため、たとえ酸化鉄等の微粒子が中空糸膜２の膜
表面に接触しても膜表面の肌荒れはほとんど生じない。

従来の中空糸膜を用いる濾過方法においては、前述の濾
過工程において濾過塔９の差圧が規定の値に達した際に
は、濾過を中断し下室Ｒに前述の比較的高温の原水を満
たしたまま圧縮空気流入管１５Ｂから圧縮空気を流入し
てスクラビング工程を行っており、この高温下における
スクラビングが膜表面に肌荒れを生じさせる原因となっ
ていた。

本発明は濾過工程を終了した際に直ちにスクラビング工
程を行うことなく、以下に説明する冷却工程によって濾
過塔９内の水の温度を低下させた後にスクラビング工程
を行う。

すなわち弁２１および弁２８を閉じて濾過工程を終了し
た後、弁２３および弁２５を開口して、ドレン管１８か
ら下室Ｒの高温の原水を排出し、次いで弁２５を開口し
たまま弁２３を閉じ、弁２２を開口して冷却水流入管１
９から濾過塔内の水よりも低い温度の冷却水を流入し、
下室Ｒ内を満水する。なお空気抜き管１７から水がオー
バーフローした時点で冷却水の流入を止めてもよいし、
あるいは多少の水をオーバーフローさせてもよい。

このような濾過塔内の温度を低下させる冷却工程を行っ
た後、以下のスクラビング工程を行う。

すなわち、仕切板ＩＯの上方に濾過水を満たしたまま、
弁２４および弁２５を開口し、圧縮空気入口管１５Ｂか
ら圧縮空気を流入する。当該圧縮空気は気泡となって濾
過塔９内を上昇し、気泡分配板１２の下面で一旦受けら
れ、気泡分配管１３を介して当該気泡分配管１３の直上
に対応した中空糸膜モジュール１のスカート部８内に上
昇し、次いで開口部７を介して各中空糸膜モジユール１
内に流入する。

当該気泡の上昇により各中空糸膜２は振動するとともに
中空糸膜モジユール１内の水が撹拌され、各中空糸膜２
の表面に形成された酸化鉄付着層が剥離し、濾過塔９の
下室Ｒに分散する。なお気泡は中空糸膜モジュール１の
流通口６Ｂから当該モジュール１外に流出し、次いで空
気抜き管１７から濾過塔９外に排出する。

次いで以下のブロー工程によって下室Ｒ内の水中に分散
した酸化鉄を排出する。

すなわち、弁２５を開口したまま弁２４を閉じ、弁２３
を開口して洗浄廃水をドレン管１８から流出させる。な
お、洗浄廃水の流出は水頭差を用いるものであるが、空
気抜き管１７あるいは圧縮空気流入管１５Ｂから圧縮空
気を流入して当該空気圧を用いて急速流出を行っても差
し支えない。

このように本発明においては濾過工程が終了した後、直
ちにスクラビング工程を行うことなく、濾過塔内の水の
温度を低下させる冷却工程を行ったのちスクラビング工
程を行うので、中空糸膜２が冷却され中空糸膜２の特に
弾性率が向上するので、スクラビング工程における膜表
面の肌荒れを大幅に低減することができる。

なお上述した冷却工程は、濾過工程終了後に下室Ｒ内の
高温水をドレン管１８からブローした後に冷却水を流入
したが、場合によっては下室Ｒ内の高温水をブローする
ことなく、そのまま冷却水流入管１９から冷却水を流入
して当該冷却水で高温水を押し出しても差し支えない。

また本発明の冷却工程としては上述したフローに限定さ
れるものでなく、たとえば次のようにしても差し支えな
い。

すなわち濾過工程終了後、下室Ｒ内の高温水を弁２３お
よび弁２５を開口してドレン管１８よりフローし、次い
で弁２５を開口したまま弁２３を閉じるとともに弁２２
を開口して冷却水流入管１９から冷却水を流入し、冷却
水が空気抜き管１７からオーバーフローする点で弁２５
を閉じ、次いで弁２７を開口して冷却水流入管１９から
冷却水を流入するとともに、当該流入水に相当する水を
冷却水流出管２０から流出するものである。

このように冷却水を流入するとともに、流入した冷却水
に相当する水を上室Ｆから流出すると冷却水が中空糸膜
２に通過するので、中空糸膜２をより確実に冷却するこ
とができる。

また本発明の冷却工程としては、上述したように冷却水
の供給源がない場合は、以下のようにしても差し支えな
い。

すなわち第３図に示したように冷却水流入管１９と冷却
水流出管２０とを循環ポンプ３０および冷却器３１を介
して連通し、濾過工程終了後に、弁２２および弁２７を
開口し、濾過塔９から流出する高温水を冷却器３１で冷
却して冷却水を得、当該冷却水を濾過塔９に循環するも
のである。

以上説明した冷却工程に用いる冷却水としては、濾過終
了直後に濾過塔９内に保有する水の温度より低いもので
あって、たとえば原水として温度が３０℃〜４０℃ある
いは５０℃〜６０℃の復水が用いられる場合は、２０〜
２５℃の常温の水を冷却水として用いることができ、ま
た第３図のフローにしたがって冷却器３１で濾過塔９内
の水を冷却する場合においても２０〜２５℃に冷却する
とよい。

もちろん２０〜２５℃以下の水を用いれば膜表面の肌荒
れをより防止することができるが、後述する実施例に示
すごとく、４５℃前後の復水を原水として濾過を行い、
その後に２５℃前後の冷却水で冷却し、次いでスクラビ
ング工程を行った場合でも本発明の効果は充分に達成し
得る。なお２０〜２５℃の原水を濾過する場合に本発明
を実施する時は、５〜１０℃の冷却水を用いることとな
る。

なおスクラビング工程の前あるいは後あるいはスクラビ
ング工程中に、圧縮空気流入管１５Ａから圧縮空気を流
入し上室Ｆ内に存在する濾過水を各中空糸膜２の内側か
ら外側に逆流させる逆洗を実施することもできる。

〈効果〉以上説明したごとく、本発明はスクラビング工程に先立
って予め濾過塔内の水の温度を低下させて、中空糸膜の
温度を下げ、中空糸膜の物理的強度の向上を図るので、
膜表面の肌荒れを従来より大幅に低減することができ、
膜表面の肌荒れに起因する濾過差圧の上昇を効果的に抑
制することができる。またスクラビング工程そのものは
従来のスクラビング工程と同様に行うので、従来と同等
の洗浄効果を確保することができる。

以下に本発明の効果をより明確とするために実施例を説
明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものでは
ない。

〈実施例〉０、２μ前後の微細孔を有する外径１６２ｆｉ、内径０
．７鶴、長さ２．０ｍの中空糸膜のｓ、ｏｏｏ本程度を
外筒内に束ねて第１図に示したような中空糸膜モジュー
ルを形成し、当該中空糸膜モジュールを濾過塔に１本配
置して、第２図に示したフローに準じて小型実験濾過塔
を構成し、以下の実験を行った。

すなわち、粒径２０〜４０μのαＦｅ２Ｏ３と粒径１〜
３μの水酸化鉄とが２：ｌの割合で存在する水温が４５
℃の原水を中空糸膜の外側から内側へ通過させることに
より通水し、各中空糸膜の表面に酸化鉄付着層を中空糸
膜１耐あたりＦｅとして１５ｇ付着するように形成させ
、次いで通水を停止した後、水温２５℃の冷却水で濾過
塔内の保有水を置換した後、スクラビングを３０分間行
い、洗浄廃水を排出し、濾過塔内を満水して清浄な水を
通水して通水差圧を測定するという操作を１０回繰り返
したところ、差圧上昇幅は０．１ｋｇ／ｃｅｉであった
。なお、スクラビングを行っている時の濾過塔内の水の
水温は２５℃であった。

また、１０サイクル終了後の中空糸膜モジュールから中
空糸膜を採取して６規定の塩酸で２４時間洗浄した後の
膜の透水量を測定したところ、膜の透水量は新品膜の透
水量に対して１０％以下の低下に止まっていた。

第４図に１サイクルから１０サイクルまでの通水終了時
とスクラビング終了時の差圧上昇幅の推移を示した。な
お図中の白丸は通水終了時の差圧上昇幅、黒丸はスクラ
ビング終了時の差圧上昇幅である。

〈比較例〉実施例と同様な小型実験濾過塔を用いて、実施例と同じ
方法で水温４５℃の同じ原水を同じ水量、中空糸膜の外
側から内側へ通過させることにより通水し、各中空糸膜
の表面に実施例と同量の酸化鉄付着層を形成させ、次い
で通水を停止した後、濾過塔内の水温を低下することな
くスクラビングを３０分間行った後、洗浄廃水を排出し
、再度濾過塔内を満水して清浄な水を通水して通水差圧
を測定するという操作を１０回繰り返したところ、差圧
上昇幅は０．４ｋｇ／−であった。なおスクラビングを
行っている時の濾過塔内の水の水温は４５℃であった。

また、１０サイクル終了後の中空糸膜モジュールから中
空糸膜を採取して６規定の塩酸で２４時間洗浄した後の
膜の透水量を測定したところ、膜の透水量は新品膜の透
水量に対して３０％の低下が見られた。

第５図に１サイクルから１０サイクルまでの通水終了時
とスクラビング終了時の差圧上昇幅の推移を示した。な
お図中の白丸は通水終了時の差圧上昇幅、黒丸はスクラ
ビング終了時の差圧上昇幅である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる中空糸膜モジュールを示す断面
図であり、第２図は本発明に用いる濾過塔のフローを示
す説明図であり、第３図は冷却器を用いて濾過塔内の保
有水を循環冷却する場合のフローを示す説明図である。また第４図は実施例における濾過時の差圧の上昇幅およ
び洗浄により差圧が回復する様子を示したグラフであり
、第５図は比較例における濾過時の差圧の上昇幅および
洗浄により差圧が回復する様子を示したグラフであり、
第４図、第５図とも縦軸に差圧上昇幅、横軸に通水と洗
浄のサイクル数を示す。１・・・中空糸膜モジュール　　２・・・中空糸膜３・
・・外筒　　　　　　　　　４・・・上部接合部５・・
・下部接合部　　　　　　６・・・流通ロア・・・開口
部　　　　　　　　８・・・スカート部９・・・濾過塔
　　　　　　　１０・・・仕切板１１・・・気泡分配機
構　　　　１２・・・気泡分配板１３・・・気泡分配管
　　　　　１゛４・・・濾過水流出管１５・・・圧縮空
気流入管　　　１６・・・原水流入管１７・・・空気抜
き管　　　　　１８・・・ドレン管１９・・・冷却水流
入管　　　　２０・・・冷却水流出管１〜２８・・・弁２９・・・バフフルプレート０・・・循環ポンプ１・・・冷却器第１図第３図第２図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、塔内を上室と下室とに区画する仕切板に中空糸膜を
多数本束ねた中空糸膜モジュールを懸架してなる濾過塔
の前記下室内に、微粒子を含む原水を流入して各中空糸
膜の外側から内側に原水を通過させることにより、各中
空糸膜の外側で微粒子を捕捉するとともに、各中空糸膜
の内側に得られる濾過水を前記上室から流出させる濾過
工程と、濾過塔内の水の温度を低下させる冷却工程と、
水中に存する各中空糸膜の近傍の水に気泡を供給して撹
拌することにより、各中空糸膜を振動させて各中空糸膜
の外側で捕捉した前記微粒子を剥離するスクラビング工
程と、剥離した微粒子を含む洗浄廃水を下室から排出す
るブロー工程とを含むことを特徴とする中空糸膜を用い
る濾過方法。２、冷却工程が、濾過塔内の水の温度よりも低い温度の
水で濾過塔内の水を置換するものである請求項１に記載
した中空糸膜を用いる濾過方法。３、冷却工程が、濾過塔内の水を冷却器を介して循環す
るものである請求項１に記載した中空糸膜を用いる濾過
方法。