JPH1076144A - 中空管状膜による膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 モジュールの内部全体に中空管状膜の束を充
填しながらエアリフト循環流を生じさせ、効率的で、膜
充填面積の大きなエアリフト循環型の中空管状膜による
膜分離装置を得る。 【解決手段】 下半部に小径の下方筒部１１、上半部に
大径の気液分離筒部１２を同心状に有し、前記下方筒部
の上方に位置して前記気液分離筒部内に設けられた環状
集水座１３を備えたモジュール外筒１０と、上記環状集
水座に嵌めて固定されるポッティング部２１、該ポッテ
ィング部に上端を固定されて前記下方筒部の内部下方ま
で垂下し、下方筒部の内部を二つの流路ａ，ｂに仕切る
劃壁２２、及び上記ポッティング部に上端を固定され、
中空な上端がポッティング部の上面に開口し、前記隔壁
により仕切られた二つの各流路の内部に垂下する多数本
の外圧型中空管状膜２３を有する膜エレメント２０とか
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、中空糸膜や、チ
ューブラー型管状膜など中空部を有する外圧型の多数本
の中空管状膜を有する膜エレメントを使用し、各膜の中
空部に吸引ポンプの吸引力を作用させ、その吸引力で膜
を透過して中空部に流入した透過水を採水する中空管状
膜による膜分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本特許出願の発明者は、特願平７−２２
２８０６号にて、縦型の円筒ケースの底部の少し上をポ
ッティング部で塞いでポッティング部の上を分離室とす
ると共に、このポッティング部に中空管状膜の下端を取
付けて膜の中空部の下端をポッティング部の下面に開口
させ、ポッティング部から下に離して円筒ケースの下端
を底板で閉じ、ポッティング部と底板との間に中空管状
膜を透過して中空部に流入した透過水の集水室を形成し
た膜エレメントを使用し、前記円筒ケースの、中空管状
膜を収容したポッティング部上の分離室に気泡を混合し
た原水を加圧して供給し、中空管状膜を透過して集水室
に流下した透過水を吸引ポンプで吸引して採水する中空
管状膜による膜分離装置を提案した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記膜分離装置は、透
過水の採水の点で所定の効果を達成するが、膜エレメン
トの円筒形のケースの中を気泡によるエアリフト作用で
上向流する濃縮水を円筒ケースの上端から溢流させて下
降流とし、再び分離室内に下から供給して循環させるた
め、円筒ケースを有する膜エレメントを、該円筒ケース
よりも上下方向に長く、且つ円筒ケースとの間に濃縮水
が下向する空間を保つため内径が大きいモジュール外筒
を使用し、そのモジュール外筒内に膜エレメントを同心
状に固定する必要があり、設置スペースが増大すると
か、中空管状膜は膜エレメントの円筒ケース内に設ける
ためモジュール体積当りの膜充填面積が小さいとかの問
題点を有する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、膜エレ
メントの円筒ケースを廃し、モジュール外筒中に膜エレ
メントを構成する多数本の中空管状膜を収容することに
より上述した先行提案の問題点を解消したのである。

【０００５】

【発明の実施の形態】このため本発明の中空管状膜によ
る膜分離装置は、下半部に小径の下方筒部、上半部に大
径の気液分離筒部を同心状に有し、前記下方筒部の上方
に位置して前記気液分離筒部内に設けられた環状集水座
を備えたモジュール外筒と、上記環状集水座に嵌めて固
定されるポッティング部、該ポッティング部に上端を固
定されて前記下方筒部の内部下方まで垂下し、下方筒部
の内部を二つの流路に仕切る劃壁、及び上記ポッティン
グ部に上端を固定され、中空な上端がポッティング部の
上面に開口し、前記隔壁により仕切られた二つの各流路
の内部に垂下する多数本の外圧型中空管状膜を有する膜
エレメントとからなり、前記下方筒部の底部には原水の
供給口と、膜エレメントの隔壁で仕切られた二つの流路
に交互に圧縮空気を供給する二つの送気口とを設け、気
液分離筒部内の環状集水座には中空管状膜の中空部に透
過した透過水を吸引ポンプで採水する採水管を接続する
と共に、気液分離筒部には中空管状膜を透過しなかった
濃縮水の取出口を設けたことを特徴とする。この場合、
前記採水管は洗浄水の供給管、原水の供給口は洗浄排水
の排水口を兼ねることが好ましい。

【０００６】

【実施例】図１〜３に示すとおり、１０はプラスチック
で成形したモジュール外筒で、下半部に小径の下方筒部
１１、上半部に大径の気液分離筒部１２を同心状に有
し、気液分離筒部１２は下端の下向きテーパ部１２´で
下方筒部１１に接続している。そして、気液分離筒部
は、その内部下方に、例えば前記下方筒部１１と同径
で、該下方筒部の上方に位置する環状集水座１３を備え
ている。

【０００７】２０は膜エレメントで、上記環状集水座１
３の内周にＯリングを介し嵌めて固定されるポッティン
グ部２１と、該ポッティング部に上端を直径方向に固定
されて前記下方筒部の内部下方まで垂下し、下方筒部の
内部を２つの流路ａとｂに仕切る劃壁２２と、上記ポッ
ティング部に上端を固定されて中空な上端がポッティン
グ部の上面に開口し、前記隔壁により仕切られた２つの
流路ａとｂの内部に垂下する多数本の中空管状膜２３を
有する。各中空管状膜２３は、図示の実施例では隔壁２
２の下方で上向きに折返し、折返した一半部は隔壁によ
り仕切られた一方の流路ａ内を上昇し、他半部は他方の
流路ｂ内を上昇し、その各上端部をポッティング部に固
定されたＵ字形になっているが、ポッティング部に上端
を固定されてその一本宛が流路ａと流路ｂ内を垂下し、
その中空部の下端が閉じられたものであってもよい。

【０００８】図４に示すとおり、劃壁２２の両側部と、
下方筒部１１の内面の、上記劃壁の両側部が摺接する直
径方向の相対向した部分の一方には上下方向の凹溝、他
方には上下方向の突条からなるスライド係合装置１９を
設け、劃壁２２を下方筒部の内部に上下方向にスライド
可能に支持する。劃壁２２の上部は図２に示したように
大径の気液分離筒部１２の下方内部に位置するので、劃
壁により仕切られた下方筒部内の２つの流路ａ，ｂは、
劃壁の両側上端部と気液分離筒部の下方の内周との間に
形成される２つの空間ｃ，ｄで連なる。

【０００９】モジュール外筒の下方筒部の底部には原水
の供給口１４と、流路ａに下から空気を供給する給気口
１５ａ、流路ｂに下から空気を供給する給気口１５ｂと
が設けてある。又、気液分離筒部１２の開放した上端部
の近くには濃縮水の取出口１６が設けてある。

【００１０】図１〜４の実施例では、環状集水座１３を
気液分離筒部１２内に同心状に支持するために、環状集
水座１３を下に取付けた支持体１７を気液分離筒部内に
直径方向に設け、膜エレメントのポッティング部を内周
に嵌めた環状集水座の内周上部を上向きのテーパ付き集
水室１３´とし、該集水室１３´の頂部に下端が連通
し、支持体１７中を半径方向に貫通して上記濃縮水の取
出口１６の下方で気液分離筒の側面に開口する逆Ｌ形の
採水管１８を設ける。

【００１１】透過水を採水する採水運転を行うには、採
水管１８に接続した吸引管３１の吸引ポンプＰ2 を運転
し、全部の中空管状膜２３の中空部に吸引力を作用させ
ると共に、原水の供給口１４に接続した給水管３２の給
水ポンプＰ1 を運転し、下方筒部１１内に下から原水を
供給し、同時にブロワー、エアコンプレッサーなど圧縮
空気源３３を運転し、給気口１５ａと１５ｂとに接続し
た分岐給気管３４ａ，３４ｂの弁Ｖ1 ，Ｖ2 のどちら
か、例えば３４ａのＶ1 を開にし、給気管３４ａから給
気口１５ａを経て劃壁２２で仕切られた一方の流路ａ内
に下から空気を供給する。

【００１２】これにより原水の供給口１４から供給され
て流路ａ内に入っている水は、流路内に下から供給され
る空気の気泡によるエアリフト作用で流路ａ中を上向流
し、流路の上端に達すると、劃壁の両側上端部と、気液
分離筒部１２の下方の内周との間に形成される２つの空
間ｃ，ｄを通じ他方の流路ｂの上端部に流入して流路ｂ
中を下向流した後、劃壁の下を潜って流路ａの下端に流
入し、かくして下方筒部内に劃壁で形成された流路ａと
ｂの間に循環流が生じ、流路ａ内を上昇した気泡は気液
分離筒１２の液面に浮上する。こうして流路ａとｂの間
を循環流する原水のうち、一部は中空管状膜の中空部に
作用する吸引力で膜を外から内に透過し、透過水として
中空部に流入して中空部中を上昇し、環状集水座のテー
パ付き集水室１３´で合流して採水管１８，吸引管３
１、吸引ポンプＰ2 を経て採水される。一方、流路ａ中
を気液分離筒の液面に向かって浮上する気泡は、流路ａ
内に垂下する中空管状膜２３の束の隙間を上昇し、膜の
外面に剪断力を作用させ、膜の外面に付着するゲル層を
剥離する。下向流する流路ｂ中の中空管状膜の外面には
ゲル層が付着する。

【００１３】圧縮空気源からの空気の供給を給気口１５
ａに所定時間（例えば３０分）行ったら、分岐給気管３
４ａ，３４ｂの弁Ｖ1 ，Ｖ2 の開閉を切換え、弁Ｖ2 を
開にして給気口１５ｂに空気を供給する。

【００１４】これにより原水の供給口１４から供給され
て流路ｂ内に入っている水は、流路内に下から供給され
る空気の気泡によるエアリフト作用で流路ｂ中を上向流
し、流路の上端に達すると、劃壁の両側上端部と、気液
分離筒部１２の下方の内周との間に形成される２つの空
間ｃ，ｄを通じ他方の流路ａの上端部に流入して流路ａ
中を下向流した後、劃壁の下を潜って流路ｂの下端に流
入し、かくして下方筒部内に劃壁で形成された流路ｂと
ａの間に循環流が生じ、流路ｂ内を上昇した気泡は気液
分離筒１２の液面に浮上する。こうして流路ｂとａの間
を循環流する原水のうち、一部は中空管状膜の中空部に
作用する吸引力で膜を外から内に透過し、透過水として
中空部に流入して中空部中を上昇し、環状集水座のテー
パ付き集水室１３´で合流して採水管１８，吸引管３
１、吸引ポンプＰ2 を経て採水される。一方、流路ｂ中
を気液分離筒の液面に向かって浮上する気泡は、流路ｂ
内に垂下する中空管状膜２３の束の隙間を上昇し、膜の
外面に剪断力を作用させ、膜の外面に付着するゲル層を
剥離する。尚、原水が下向流する流路ａ中の中空管状膜
の外面にはゲル層が付着する。

【００１５】こうして、圧縮空気源からの空気の供給
を、３０分毎に流路ａとｂに切換え、原水が下向流する
流路中の中空管状膜の外面に付着したゲル層を交互に剥
離しながら採水運転を行っても、ゲル層の完全剥離は不
可能なため、両流路中の中空管状膜の外面には剥離でき
なかったゲル層が少量ながら付着して残り、それの蓄積
により損失水頭は次第に上昇する。損失水頭が所定値以
上に高まったら給水ポンプＰ1 による原水の供給と、吸
引ポンプＰ2 の運転、圧縮空気源による給気を停め、採
水管１８にポンプＰ3 、洗浄水供給管３５で洗浄水を加
圧して供給して洗浄を行う。この洗浄水は、採水運転時
に採水した透過水を使用する。これにより洗浄水は、集
水室１３´から中空管状膜２３の１本宛の中空部に加圧
注入され、膜を内から外に透過する際に膜の外面に付着
したゲル層を剥離する。そして、剥離したゲル層を含む
洗浄廃水は、原水の供給口１４に接続した排水管３６か
ら排水する。排水管３６から排出される液中にゲル層が
認められなかったらポンプＰ3 の運転を停めて洗浄工程
を終り、前述の透過水の採水運転を再開する。

【００１６】この場合、図１に示したように、採水管１
８には開閉弁Ｖ3 を有する吸引管３１と、開閉弁Ｖ4 を
有する洗浄水供給管３５を分岐して接続し、又、原水の
供給口１４には開閉弁Ｖ5 を有する原水の給気管３２
と、開閉弁Ｖ6 を有する洗浄排水の排水管３６を分岐し
て接続しておけば、透過水の採水運転時は開閉弁Ｖ4 ，
Ｖ6 を閉にし、洗浄工程の際は開閉弁Ｖ3 ，Ｖ5 を閉に
すればよく、吸引管３１と洗浄水供給管３５を個々に採
水管１８に接続したり、原水の給水管３２と、洗浄水の
排水管３６を個々に原水口１４に接続する手数が省け
る。

【００１７】又、気液分離筒部１２を環状集水座１３の
下面付近のレベルで、図示の如くフランジ接合１２ａで
上下に分離可能にしておくと、膜エレメント２０の交換
の際、フランジ接合を外し、劃壁２２の両側部を下方筒
部のスライド係合装置１９内を上向きに摺動して膜エレ
メント毎、上部１２ｂを上方に外し、膜及び隔壁の下端
が下部から上に出たら膜エレメントのポッティング部２
１を集水座１３から下に抜き、新しい膜エレメントを上
述の操作を逆に行って容易に交換できる。又、このこと
は装置の完成当初に膜エレメントを組込む作業をも容易
にする。

【００１８】図５，６の第２実施例は、環状集水座１３
の外周に複数の放射状の腕３７を突設し、気液分離筒部
１２の内周には上記腕３７を下から支える環状の支持棚
３８を設け、環状の支持棚３８上に放射状の腕３７を支
持することにより膜エレメント２０を内周に取付けた環
状集水座を気液分離筒部１２の内部に同心状に支持して
劃壁２２と、中空管状膜２３を下方筒部１１の内部下方
まで垂下させると共に、環状集水座１３の集水室１３´
の頂部に下端が開口した集水管１８を環状集水座の上面
に立設してその上端を気液分離筒部１２の開放した上面
から上に位置させ、その上端に吸引ポンプＰ2 を有する
吸引管３１と、ポンプＰ3 を有する洗浄水供給管３５を
接続した点で、図１〜４の第１実施例と構成が相違する
が、第１実施例と同様にして透過水の採水運転と、中空
管状膜の洗浄が行える。

【００１９】第１実施例では気液分離筒部１２の内部を
直径方向に横切る支持体１７を設け、採水管１８を上記
支持体１７に半径方向に設けるため、気液分離筒部の上
部は、その下部や下方筒部１１と別体に成形してフラン
ジ接合１２ａで組立てゝモジュール外筒１０にしたが、
この第２実施例では、複数の放射状の腕３７を気液分離
部の内周の環状の支持棚３８上に受止めて環状集水座１
３を気液分離部１２内に同心状に支持し、採水管１８は
環状集水座１３の上面中央に立設したのでモジュール外
筒１０はプラスチックで一体成形することができる。

【００２０】従って、この第２実施例の場合は、環状集
水座１３を膜エレメント２０毎、気液分離筒部１２の上
端から上に抜き出し、ポッティング部を環状集水座から
抜いて古い膜エレメントを外し、新しい膜エレメントの
ポッティング部を環状集水座の内周に嵌めて取替え、環
状集水座を新しい膜エレメント毎、気液分離筒の内部に
上端から挿入し、環状集水座の外周から突出する腕３７
を気液分離筒の内周の環状の支持棚３８上に同心状に受
止めさせればよい。これにより新しい膜エレメントを容
易に交換できると共に、装置の完成当初に膜エレメント
を組込む作業も容易になる。

【００２１】尚、上記第１、第２の実施例では中空管状
膜を中空糸膜として説明したが、中空管状膜がチューブ
ラー膜の場合は、膜の上端部をポッティング部２１に固
定して中空部の上端をポッティング部の上面に開口さ
せ、一部のチューブラー膜を流路ａ、残部のチューブラ
ー膜を流路ｂに垂下させ、各チューブラー膜の下端を塞
いだり、ポッティングにより固定して塞げばよい。

【００２２】

【発明の効果】以上で明らかなように、本発明は、モジ
ュール外筒の下半部を小径の下方筒部、上半部を大径の
気液分離筒部にし、この気液分離筒部内に同心状に設け
た環状集水座に、膜エレメントの上端のポッティングを
嵌めて固定し、ポッティング部に上端を固定した多数本
の中空管状膜を下方筒部内に垂下させたので、モジュー
ル体積当りの膜充填面積を、中空環状膜を膜エレメント
の円筒ケースに設ける場合よりも、著しく大にできる。
そして、ポッティング部に上端を固定されて垂下する劃
壁が下方筒部の内部を、底部を除いて二つの流路ａ，ｂ
に仕切り、前記管状中空膜の半分は流路ａ、他の半分は
流路ｂに位置させ、流路ａとｂに下から交互に空気を供
給することにより、空気のエアリフト作用で流路ａを上
向流、流路ｂを下向流する循環流と、流路ｂを上向流、
流路ａを下向流する循環流を形成でき、そのどちらの循
環流を行う原水からも透過水を採水することができると
共に、原水を上向流させるための気泡の剪断力によって
中空管状膜の外面に付着するゲル層を剥離することがで
きる。そして、流路ａ、又はｂ中で原水を上向流させた
気泡は膜エレメントの上方の気液分離筒の内部で分離さ
れて浮上するので、気泡が流路を下向流する水に巻込ま
れることはなく、気泡のエアリフト作用による循環流を
効率よく生じさせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による膜分離装置の一実施例の縦断側面
図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線での断面図である。

【図５】本発明による膜分離装置の他の一実施例の縦断
側面図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。

【符号の説明】

１０ モジュール外筒 １１ モジュール外筒の下方筒部 １２ モジュール外筒の気液分離筒部 １３ モジュール外筒の環状集水座 １３´ モジュール外筒の集水室 １４ 原水の供給口 １５ａ 給気口 １５ｂ 給気口 １６ 濃縮水の取出口 １８ 採水管 ２０ 膜エレメント ２１ 膜エレメントのポッティング部 ２２ 膜エレメントの隔壁 ２３ 膜エレメントの中空管状膜 ３１ 透過水の吸引管 ３２ 原水の給水管 ３３ 圧縮空気源 ３５ 洗浄水の供給管 ３６ 洗浄排水の排水管 ３７ 腕 ３８ 支持棚 ａ 劃壁により仕切られた下方筒部内の一方の流路 ｂ 劃壁により仕切られた下方筒部内の他方の流路 Ｃ 劃壁の上部で流路ａ，ｂを連通する空間 Ｄ 劃壁の上部で流路ａ，ｂを連通する空間 Ｐ1 原水の供給ポンプ Ｐ2 透過水の吸引ポンプ Ｐ3 洗浄水の供給ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下半部に小径の下方筒部、上半部に大径
   の気液分離筒部を同心状に有し、前記下方筒部の上方に
   位置して前記気液分離筒部内に設けられた環状集水座を
   備えたモジュール外筒と、上記環状集水座に嵌めて固定
   されるポッティング部、該ポッティング部に上端を固定
   されて前記下方筒部の内部下方まで垂下し、下方筒部の
   内部を二つの流路に仕切る劃壁、及び上記ポッティング
   部に上端を固定され、中空な上端がポッティング部の上
   面に開口し、前記隔壁により仕切られた二つの各流路の
   内部に垂下する多数本の外圧型中空管状膜を有する膜エ
   レメントとからなり、前記下方筒部の底部には原水の供
   給口と、膜エレメントの隔壁で仕切られた二つの流路に
   交互に圧縮空気を供給する二つの送気口とを設け、気液
   分離筒部内の環状集水座には中空管状膜の中空部に透過
   した透過水を吸引ポンプで採水する採水管を接続すると
   共に、気液分離筒部には中空管状膜を透過しなかった濃
   縮水の取出口を設けたことを特徴とする中空管状膜によ
   る膜分離装置。