JPH05220355A - 中空糸膜モジュール濾過装置およびその濾過方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】微粒子や懸濁物質を含んだ液体を連続濾過し、
しかも定期的にエアーブローを行うことで中空糸膜の目
詰まりを除去することが可能な中空糸膜モジュール濾過
装置及び、この中空糸膜モジュールを長期安定に運転す
るための運転方法を提供する。 【構成】供給水を加温した後多孔質中空糸膜モジュール
を用いて濾過する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液体の濾過操作を行なう
ための中空糸膜モジュールを用いた濾過装置およびその
使用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の工業用水中には、多くのＳＳ成
分、微粒子、ゴミ、細菌類、藻類、などが含まれてお
り、このまま使用されると、用水配管の詰まり、細菌の
増殖、ライン中のスケール堆積などのトラブルを生じる
原因となりやすい。従来、これらの水中混入成分を除去
するために、砂濾過、凝集濾過、凝集沈殿処理、カート
リッジフィルター濾過などの各種の方法が用途に応じて
使用されてきた。これらの一般濾過法にかわる新規な手
法として、最近は多孔質の中空糸膜による濾過が実用化
されつつある。中空糸膜による水処理、濾過は近年急速
に普及され、その適用分野も年々広くなりつつある。

【０００３】中空糸膜の濾過において、中空糸膜は何千
〜何万本をひと束に束ねた後に端部を接着剤で固定した
形状の商品形態に加工される。そして、これらの商品形
態に加工されたものは中空糸膜モジュールまたはモジュ
ールと呼ばれている。液体の濾過が可能な中空糸膜モジ
ュールとしては従来から多くの形態のものが提案されて
いる。特に初期のものとしては、適度な前処置手段と組
み合わせて使用される濾過モジュール、逆浸透濾過を目
的としたもの、透析用途を目的としたものなどがあり、
これらの用途を主目的として、多くのモジュール形態が
提案されており、その主なものを挙げると、特公昭４８
−２８３８０号公報、特開昭４９−６９５５０号公報、
特開昭５３−１００１７６号公報、などに記載されてい
るものがある。これらは、全て、使い捨て、あるいは汚
れが一定量以上付着した段階において、清澄水または薬
液水による洗浄やフラッシング処理を実施するのが普通
であった。

【０００４】これに対して、最近は、中空糸膜モジュー
ル形状に工夫をこらし、エアーにより中空糸膜面の付着
物を定期的に脱落させて中空糸膜の性能回復を実施する
方法が試みられている。特開昭６１−２６３６０５号公
報は、中空糸膜をＵ字型に組み込み、容器に収納して使
用するものであり、定期的に容器の下部に設けられたエ
アー導入口からエアーを導入させてエアーバブリングに
より中空糸膜を振動させ、膜面の堆積物の除去を試みる
ものである。また、特開昭６０−２０６４１５公報は、
中空糸膜を中心パイプの回りに配列させた両端固定型モ
ジュールであり、前期同様に容器に組み込み、エアーバ
ブリングにより中空糸膜膜面の堆積物を除去するもので
ある。これらの技術は、既に実用化の検討が開始されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】中空糸膜モジュールに
よる水処理において、中空糸膜表面の堆積物をエアーに
より除去するのは良い方法であるが、エアーバブリング
により膜表面の堆積物を除去（洗浄）した後で濾過操作
を開始すると、膜面の異物の堆積が始まり、除々に濾過
水量が低下し始める。そこで、ある程度濾過水量が低下
した時点で再度エアーバブリング操作などにより中空糸
膜の表面堆積物を除去することが必要となるが、この洗
浄と洗浄の間の間隔は長いほど連続濾過性の維持がで
き、また膜にとっても耐久性の向上につながっていく。
しかしながら、従来の技術においては、洗浄と洗浄の間
の間隔は水質に依存しているために、洗浄と洗浄の間隔
を長くするには、すなわち中空糸膜の目詰まり速度を遅
くするためには中空糸膜一定面積あたりの濾過水量を小
さくする程度しか方法が見出だされておらず、水質と圧
力、流量などが指定された通常の運転において意識的に
洗浄と洗浄の間隔を延長させるための良い手段が求めら
れていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、供給水
を加温するための加温設備を有することを特徴とする多
孔質中空糸膜モジュール濾過装置により基本的に達成さ
れる。

【０００７】

【作用】本発明に関わる実施例を図１および図２に示
す。

【０００８】濾過される供給水はポンプ２により加温設
備４に導かれ、ここで２０〜５０℃にまで昇温される。
次に昇温された供給水は多孔質中空糸濾過膜モジュール
６（以下中空糸膜モジュールと呼ぶ）に導かれ、ここに
おいて濾過処理が行なわれる。中空糸膜モジュールで
は、供給水は中空糸膜の表面に無数にあいている微細孔
で濾過されて、ＳＳ成分や微粒子、ごみ、細菌などが除
かれた清澄水だけが中空糸膜内部に透過し、濾過水とし
て取り出される。中空糸膜モジュールの濾過においては
圧力が大きいほど濾過水量は大きくなるが、濾過時間の
経過と共に前記ＳＳ成分、微粒子などが膜面に付着して
多かれ少なかれ中空糸膜の目詰まりが生じ、同一圧力あ
たりの濾過水量が徐々に低下していくのが普通である。
よって、中空糸膜モジュールを長期に使用続けていくた
めに、中空糸膜の目詰まりが進行して濾過水量が低下し
た適当な時点において、エアーバブリングなどの洗浄操
作を行ない、目詰まり前に近いレベルにまで中空糸膜の
透過水量を回復させることができる。

【０００９】中空糸膜モジュールの使用方法としては限
定されず、使用者の希望に合わせて設定することができ
る。運転方法の例としては、圧力を一定として濾過水量
を変化させる運転方法、圧力を自動または手動でコント
ロールしながら濾過水量を一定に保ち運転する方法、適
当な供給水源にモジュールを接続して、圧力温度ともに
成り行きのままに運転する方法などが上げられる。

【００１０】図３は、従来の加温設備を持たない中空糸
膜モジュール濾過装置であって、供給水圧力をコントロ
ールさせて流量を一定に保つようにしたシステムについ
て、供給水圧力の経時変化をわかりやすく表した説明図
である。圧力は濾過時間が経過して中空糸膜の目詰まり
による濾過水量低下をカバーするために徐々に上昇し、
洗浄により再度目詰まり前の状態にまで回復し、このサ
イクルが何度も繰り返されている。

【００１１】本発明者らは、この中空糸膜モジュールの
運転において洗浄と洗浄の間隔を長くして中空糸膜モジ
ュールを長期に使用を続ける方法について鋭意検討を行
なった結果、本発明を見出だしたものである。

【００１２】本発明による加温設備を有した中空糸膜モ
ジュール濾過装置においては、中空糸膜モジュールへの
供給水を予め加温設備で加温することにより、中空糸膜
内部の濾過メカニズムが変化し、同一流量の同一原水を
同一モジュールで濾過した場合でも中空糸膜の目詰まり
の発生速度を非常に遅くすることができることを見出だ
した。図２は本発明の加温設備を有した濾過装置による
濾過についての説明図である。運転条件は図３と水温条
件以外は全く同一であるが、供給水圧力の上昇変化をゆ
るやかにすることができ、洗浄と洗浄の間隔を長くする
ことが出来る結果となる。

【００１３】例えば同一の中空糸膜モジュールを使用し
て一定流量の濾過を行なう場合、温度が高いほど水の粘
度が小さくなる結果、初期圧としての供給圧力は低くて
すむことは想像できる。この点を考慮すると、洗浄を必
要とされる指標である洗浄の要求圧力が一定に設定され
ている場合では、温度が高いほど初期圧力が低いために
洗浄の要求圧力までの圧力差が大きく、当然洗浄までの
周期が長くなると考えられる。しかしながら、温度を高
くすることによる効果は、この点にあるのでは無く、前
述のように、目詰まりの速度が顕著に遅くなることにあ
り、この目詰まり速度低下の効果は、初期圧力低下の効
果の何倍にも匹敵するものである。

【００１４】本発明の加温設備としては、供給水温度を
上昇させることができれば特に形式を限定せず、スチー
ムによる熱交換器、電気式加温設備、スチーム混合設
備、廃熱利用の熱交換設備、回転機器などの発生熱を利
用した加温設備などが一例として上げられる。

【００１５】加温条件については、原水より５℃以上で
あること、加温された水の最低温度が２０℃を下回らな
いこと、加温された水の温度変動幅が１０℃以下である
こと、または加温された水の温度が常時２０〜５０℃で
あることが好ましく、より好ましくは２０〜３５℃程
度、さらに好ましくは２５〜３５℃であるが、中空糸膜
素材の耐熱性を考慮して決めることができる。

【００１６】なお、ここでいう「原水」とは加温される
前の供給水のことであり、一般には外気温に近い温度と
考えてよい。また、「最低温度」あるいは「温度変動
幅」等の条件は、絶対的に満たされる必要はなく、例え
ば、濾過装置の休止時、洗浄時などの濾過操作が行われ
ないとき、または濾過操作が行われていてもごく短い時
間ならば、加温をしなくてもよい。さらに、ここでいう
「常時」についても、厳密に解釈されるものではなく、
例えば加温装置が調整などで停止する必要があるときな
どに短い時間一時的に加温ができなくとも、本発明の効
果が著しく損なわれるような長期にならない限り、特に
差支えないのはもちろんである。

【００１７】上述のような加温を行うことにより、冬期
または寒冷地などの原水温度の低い条件下での濾過操作
において特に好ましい効果が得られる。

【００１８】本発明の中空糸膜モジュールは、多孔質中
空糸膜の束を濾過材として使用した濾過用素子であれ
ば、形式は問わない。エアーによる洗浄ができるものが
本発明の効果を最大限に発揮することができるが、洗浄
ができない使い捨て構造のものであっても本発明による
寿命が長くなる効果は大きく、使用することができる。
好ましい中空糸膜モジュールの形状については、多数の
中空糸膜の束の両端または片端を接着剤でシールした後
に、この接着シール部の型短または両端を切断により中
空糸膜を開孔させた構造であり、一体形あるいは組み込
み式として容器内部に収納されているのが普通である。

【００１９】本発明に使用する中空糸膜モジュールを構
成する中空糸膜素材としては、多孔質の中空糸膜であれ
ば特に限定しないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアル
コール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリ
ル、その他の材質を選択することができる。この中で特
に好ましい中空糸膜素材としては、アクリロニトリルを
少なくとも一成分とする重合体からなる中空糸膜が適当
である。アクリロニトリル系重合体の中でも最も好まし
いものとしては、アクリロニトリルを少なくとも５０モ
ル％以上、好ましくは６０モル％以上と該アクリロニト
リルに対して共重合性を有するビニル化合物１種または
二種以上を５０モル％以下、好ましくは０〜４０モル％
とからなるアクリロニトリル系共重合体である。また、
これらアクリロニトリル系重合体２種以上、さらに他の
重合体との混合物でもよい。上記ビニル化合物として
は、アクリロニトリルに対して共重合性を有する公知の
化合物であればよく、特に限定されないが、好ましい共
重合体成分としては、アクリル酸、イタコン酸、アクリ
ル酸メチル、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル、アリル
スルホン酸ソーダー、ｐ−スチレンスルホン酸ソーダー
等を例示することができる。

【００２０】また、次に好ましい中空糸膜素材として
は、エチレンプロピレンまたは４メチルペンテンなどの
単独または２種以上のオレフィン系重合体からなり、中
空糸膜形状として表面に長径０．１〜１μｍ、短径０．
０５〜０．５μｍのスリット状の細孔を有するものが適
当である。

【００２１】中空糸膜モジュールの濾過の場合は供給水
の全量濾過が一般的であるが、供給水の一部を排出する
クロスフロー濾過の操作を行なってもいっこうに差支え
無い。また、必要に応じて流量コントロール設備、圧力
コントロール設備、自動洗浄装置を取り付けることも可
能である。また、中空糸膜の洗浄についてはエアーバブ
リングによる手法が望ましいが、濾過水または清澄水に
よる中空糸膜の２次側から１次側への逆方向通水（逆
洗）、薬品液による薬液洗浄を行なうことも問題ない。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 供給水ポンプ、スチーム吹き込み型プレートアンドフレ
ーム熱交換器式加温設備、中空糸濾過膜モジュールを備
えた濾過装置を製作した。中空糸膜モジュールとして
は、外径４５０μｍ、内径３２０μｍ、平均ポアサイズ
０．０１μｍのポリアクリロニトリル多孔質中空糸膜１
２，０００本からなる中空糸膜束の両端部をエポキシ接
着剤で固定し、しかる後に接着剤固定部の片端を切断す
ることにより中空糸膜を開孔させ容器内部に収納した直
径１２ｃｍ長さ１００ｃｍの中空糸膜モジュールを使用
している。

【００２３】次にこの装置を使用して、温度１９℃〜２
０℃の河川水を供給水ポンプで汲み上げて加温設備に供
給し、加温設備で温度を４０℃にまで昇温した後に中空
糸膜モジュールへ供給して長期連続濾過処理を行なっ
た。濾過処理においては圧力の自動調整により流量が毎
分１０リットルになるように調整されており、モジュー
ルの目詰まりが生じても圧力が程度に応じて上昇し所定
の流量が維持されるようになっている。運転開始におい
ては、モジュール入り口の圧力は０．２５kg/cm² であ
ったが、運転開始後から徐々に圧力が上昇し初め、３４
時間かかって圧力が１．２５kg／cm² にまで到達した。
その後も運転を継続し、トータル５３時間後に圧力が洗
浄要求圧力である２．０ kg/cm² まで到達したのでエア
ーバブリングによる洗浄操作を行なった結果、差圧は
０．２７ kg/cm² まで回復した。

【００２４】比較例１ 熱交換式加温設備を設置していない他は実施例１と同じ
濾過装置を製作し、同一条件での濾過装置運転を行なっ
た。中空糸膜モジュールへの供給水温度は１９℃〜２１
℃であった。この条件で濾過運転開始においては、モジ
ュール入り口の圧力は０．７５kg/cm ² であったが、運
転開始後から徐々に圧力が上昇し始め、８時間後に洗浄
要求圧力である２．０ kg/cm² まで到達したのでエアー
バブリングによる洗浄操作を行なった結果、差圧は０．
７７ kg/cm² まで回復した。

【００２５】

【発明の効果】本発明により、微粒子や懸濁物質を含ん
だ液体を連続濾過し、しかも定期的にエアーブローなど
を行なうことで中空糸膜の目詰まりを除去することが可
能な中空糸膜モジュール濾過装置およびその使用方法が
提供されうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の濾過装置の一例を示す装置構成図であ
る。

【図２】本発明の濾過装置の圧力の変化を示した説明図
である。

【図３】従来例の濾過装置の圧力の変化を示した説明図
である。

【符号の説明】

１：取水ライン ２：供給水ポンプ ３：常温水ライン ４：加温設備 ５：加温水ライン ６：中空糸膜モジュール ７：廃水バルブ ８：エアー抜きバルブ ９：濾過水ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/44 Ｈ 8014−4Ｄ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】供給水を加温するための加温設備を有する
   ことを特徴とする多孔質中空糸膜モジュール濾過装置。
2. 【請求項２】多孔質中空糸濾過膜モジュールを構成する
   中空糸膜が、アクリロニトリルを少なくとも一成分とす
   る重合体またはオレフィン系重合体からなることを特徴
   とする請求項１に記載の多孔質中空糸膜モジュール濾過
   装置。
3. 【請求項３】供給水を加温した後多孔質中空糸膜モジュ
   ールを用いて濾過する方法。
4. 【請求項４】加温された水が原水より５℃以上であるこ
   とを特徴とする請求項３に記載の濾過方法。
5. 【請求項５】加温された水の最低温度は２０℃を下回ら
   ないことを特徴とする請求項３に記載の濾過方法。
6. 【請求項６】加温された水の温度変動幅は１０℃以下で
   あることを特徴とする請求項３に記載の濾過方法。
7. 【請求項７】加温された水の温度は常時２０〜５０℃で
   あることを特徴とする請求項３に記載の濾過方法。