JPH0615020B2

JPH0615020B2 - 中空糸膜ろ過装置

Info

Publication number: JPH0615020B2
Application number: JP62206463A
Authority: JP
Inventors: 智彦藪
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-08-21
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS6451106A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）この発明は、原子力発電プラントもしくは再処理プラン
トの放射性廃液処理または原子力もしくは火力発電プラ
ントの復水浄化に用いられる中空糸膜ろ過装置に関す
る。

（従来の技術）一般に、原子力発電プラントにおいては、放射線低減対
策として腐食生成物の発生の抑制およびその除去を行な
っている。腐食生成物の除去は、例えば原子力発電プラ
ントで発生する放射性廃液あるいは原子炉復水系の復水
中に存在する懸濁物を、中空糸膜ろ過装置を用いて分離
除去することによりなされる。

第６図は、中空糸膜ろ過装置の第１従来例を示す断面図
である。

この中空糸膜ろ過装置１により廃液（被処理液）をろ過
するには、この廃液を廃液供給配管３から容器本体５の
ろ過室７へ供給する。供給された廃液は、各中空糸膜モ
ジュール９の中空糸膜によりろ過され、各中空糸子内を
通って処理室１１へ案内される。処理室１１に案内され
た処理済の液体（処理液）は、処理液排出管１３から外
部へ送られる。

中空糸膜によるろ過作用の進行に伴ってろ過機能が次第
に低下するので、逆洗処理を定期的に行なう必要があ
る。この逆洗処理の際には、処理液排出管１３から処理
室１１へ加圧気体が供給され、処理室１１内が加圧され
る。この加圧により処理液が逆流し、中空糸の内側から
外側へ処理液が噴出して、中空糸の外周に付着した懸濁
物が除去される。除去された懸濁物は、ろ過室７の底部
に沈澱する。上記加圧空気の供給の際には、バブリング
管１５から同時に気泡が噴出され、この気泡により中空
糸が振動して、クラッド等の懸濁物の除去が円滑に行な
われる。この逆洗作用により、各中空糸膜モジュール９
の中空糸膜はフィルタ機能が回復される。

逆洗中には、処理室１１内の処理液が中空糸を介してろ
過室７へ逆流するので、ろ過室７内の過剰な処理液およ
び廃液は、オーバーフロー管１７から排出される。同時
に、バブリング管１５からろ過室７内へ供給された空気
も、オーバーフロー管１７を介して外部へ排出される。
また、逆洗終了後、懸濁物の沈澱により濃縮されたろ過
室７内の廃液は、濃縮廃液排出管１９から排出される。

その後、廃液供給配管３から再び廃液を導入し、ろ過室
７内に廃液を満たしてろ過処理過程へ移行する。このと
き、中空糸膜モジュール９の中空糸が空気を通しにくい
ので、ろ過室７内の空気は廃液の液面上昇に伴い、オー
バーフロー管１７から排出される。しかし、オーバーフ
ロー管１７は、ろ過室７と処理室１１とを区分する仕切
板２１に対し一定距離ｈを隔てて設置されているため、
ろ過室７内への廃液供給が完了し、ろ過処理を開始する
前に、ろ過室７の上部に空気が残存することになる。そ
のため、中空糸膜モジュール９には、その残存空気２３
に接触する部分が存在し、この接触部分はろ過処理に何
ら寄与しないので、中空糸膜モジュール９の有効膜面積
が減少して、ろ過効率が低下する欠点がある。また、中
空糸膜モジュール９が残存空気２３に接触することか
ら、この残存空気２３と接触した中空糸が劣化するおそ
れもある。

そこで、従来、第７図に示すように、仕切板２１に流路
２５を形成し、この流路２５にオーバーフロー管２６を
接続させた第２従来例が提案されている。また、第８図
に示すように、オーバーフロー管２７をろ過室７内にて
上方に曲げ、ろ過室７内に位置するオーバーフロー管２
７の開口部２４先端を、中空糸膜モジュール９の結束部
２８下端より上方に位置させた第３従来例がある。さら
に、第９図に示すように、第１従来例におけるオーバー
フロー管１７のろ過室７内開口部を囲むようにしてせき
板２９を設置し、このせき板２９の上端３０を、中空糸
膜モジュール９の結束部２８下端に位置させた第４従来
例がある。

第７図に示す第２従来例によれば、逆洗開始直前におけ
るろ過室７内の廃液液面を仕切板２１に接するまで上昇
させ、ろ過室７内の空気を一掃することができる。した
がって、中空糸膜モジュール９の中空糸を完全に廃液中
に浸漬させることができる。また、第８図および第９図
に示す第３および第４従来例の場合でも、逆洗開始直前
のろ過室７内廃液液面をオーバーフロー管２７（第８
図）の開口部２４またはせき板２９（第９図）の上端ま
で上昇できるので、中空糸膜モジュール９の中空糸を完
全に廃液中に浸漬させることができる。したがって、こ
れら第２から第４従来例の場合には、中空糸膜モジュー
ル９のろ過効率の向上および中空糸の劣化を防止するこ
とができる。なお、第２から第４従来例は、特願昭６０
−１３７３０２号明細書に掲載されている。

ところが、第２から第４従来例では、中空糸膜モジュー
ル９の本数が少ない場合には問題ないが、中空糸膜モジ
ュール９の本数が多くなった場合には、逆洗時の廃液お
よび処理液ならびに空気の排出量を考慮すると、オーバ
ーフロー管２６，２７，１７の口径をそれだけ大きくし
たり、またその本数を増加する必要がある。しかし、第
７図に示す第２従来例の場合には、仕切板２１の厚さの
制約からオーバーフロー管２６および流路２５の口径の
拡大に限界がある。したがって、充分大きな流路を確保
できず、適正な逆洗性能を得るに必要な逆洗流量が得ら
れず、逆洗性能が低下するという欠点がある。

また、第８図および第９図に示す第３および第４従来例
の場合には、オーバーフロー管２７の開口部２４端部あ
るいはせき板２９上端３０と仕切板２１との距離をδ₁
とし、中空糸膜モジュール９の結束部２８下端と仕切板
２１下面との距離をδ₂とすると、δ₁＜δ₂の関係が
ある。また、中空糸膜モジュール９の本数が多い場合、
これに応じて、例えば第３従来例のオーバーフロー管２
７の口径を適正範囲で大きくしても、その開口部２４の
周長がそれほど長くならない。ここで、逆洗時における
水および空気の流路面積Ａ₁は、オーバーフロー管２７
の内径をｄとすると、Ａ₁＝πｄδ₁で示される。ま
た、オーバーフロー管２７の開口部２４を流れる水およ
び空気の流速は逆洗時の必要流量をＱとすると、Ｖ₁＝
Ｑ／Ａ₁で示される。さらに、流体抵抗が流速の２乗に
比例する。

したがって、これらのことから、距離δ₁が小さいと逆
洗時における水および空気の流路面積Ａ₁が不足し、こ
のため流速Ｖ₁が増大して流体抵抗が増加することにな
る。この逆洗時における流体抵抗の増加の結果、中空糸
膜の逆洗が不充分となり、逆洗処理によってもろ圧が充
分回復しないという欠点が生ずる。このような不都合
は、第４従来例の場合にも同様である。

第１１図は、第３従来例（第８図）において中空糸膜の
表面積を５００m²とし、酸化第２鉄と非晶鉄を混合した
水溶液（流量４０m³／ｈ、温度３０℃）を定量ろ過した
ときの試験結果である。図の横軸は、中空糸膜による不
溶解固形分の捕捉総量を単位膜面積で表わした量（ｇ／
m²）であり、縦軸はろ過差圧（廃液供給配管３内と処理
液排出管１３内との圧力差）を示す。このグラフから、
逆洗処理によってもろ過差圧が充分回復できず、特に逆
洗回数の増加に伴いろ過差圧が急激に上昇し、逆洗回数
が増えるほど逆洗性能の回復が図れない。

第３および第４従来例のこのような逆洗性能の回復低下
を防止するために、これらの従来例のオーバーフロー管
２７，１７の口径を増大したり、その本数を増加するこ
とも考えられる。しかし、オーバーフロー管２７，１７
の口径を適正範囲以上に大きくすると、密閉容器５の貫
通部の穴径が大きくなり、密閉容器５の強度が低下する
欠点がある。また、オーバーフロー管２７，１７の本数
の増加は、密閉容器５に接続される配管レイアウトの複
雑化を招き好ましくない。

上述のような欠点のほか、第４従来例の場合には、せき
板２９内に不溶解固形分が堆積し、特にこの第４従来例
の中空糸膜ろ過装置が原子力発電プラントに適用された
場合には、この不溶解固形分が放射線量の増加を招き、
メンテナンス時における作業員の被曝量が増大するとい
う欠点もある。

（発明が解決しようとする問題点）以上のように、第２従来例では、中空糸膜モジュール９
の本数が増加した場合であっても、オーバーフロー管２
６および流路２５の口径を拡大することができず、その
ため充分な流路が確保できなくなり、洗浄性能が低下す
るおそれがある。また、第３および第４従来例の場合に
は、δ₁＜δ₂であるため、水または空気の流路面積が
不足して流体抵抗が増大し、逆洗性能が低下するおそれ
がある。

さらに、第４従来例の場合には、オーバーフロー管１７
の開口部を囲むように設置されたせき板２９が密閉容器
５内壁に実際上、溶接にて取り付けが行われる。この密
閉容器５は圧力容器であり、法律に定められるところに
より、溶接検査を受けることが義務付けられている。そ
のため、これら溶接検査費用など管理負担が増大し、経
済的損失が生ずる。

この発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであ
り、逆洗時における流体の充分な流路を確保し、かつ充
分な流路面積を確保して洗浄性能を向上させることがで
きるとともに、経済的価値および安全性を高めた中空糸
膜ろ過装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）この発明は、密閉容器内をろ過室と処理室とに仕切る仕
切板に中空糸膜モジュールが垂設され、上記中空糸膜モ
ジュールを構成する中空糸膜によって被処理液をろ過処
理する中空糸膜ろ過装置において、上記密閉容器にオー
バーフロー管が取り付けられ、このオーバーフロー管は
上記ろ過室から上記仕切板に向って形成されるととも
に、上記ろ過室内にじょうご状に形成されて位置する開
口部の端部周長が上記密閉容器貫通部の周長より大きく
形成されたものである。

（作用）したがって、この発明に係る中空糸膜ろ過装置によれ
ば、オーバーフロー管を、必要な逆洗流量が得られるよ
うにじょうご状に拡大して充分な流路を確保でき、かつ
オーバーフロー管のろ過室側開口部における流体の流路
面積を増大して、流体抵抗を減少させることができる。
これらのことから、逆洗性能を向上させることができ
る。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

中空糸膜ろ過装置３１は密閉容器３３を備え、この密閉
容器３３は容器本体３５の上部開口を仕切板３７を介し
て蓋板３９で覆って構成される。

仕切板３７は密閉容器３３内をろ過室４１と処理室４３
とに区画する。また、この仕切板３７には複数の中空糸
膜モジュール４５が着脱可能に垂設され、垂設された中
空糸膜モジュール４５は固定板４７により押えられて固
定される。この中空糸膜モジュール４５は、仕切板３７
に取り付けられた円筒状の保護管４９に囲まれて保護さ
れる。

中空糸膜モジュール４５は、第２図に示されるように、
多数の中空糸５１を集束させて中空糸５１の束を形成
し、この中空子束をＵ字状に曲げ、端部を樹脂製の結束
部５３で結束して構成される。中空糸５１の膜の表面で
廃液（被処理液）中の微細粒子が捕獲されるとともに、
ろ過された清澄な処理液が中空糸５１内を流れるよう設
けられる。

一方、容器本体３５には、廃液を供給する廃液供給管５
５が接続され、また容器本体３５の下端には濃縮廃液排
出管５７が接続される。さらに、容器本体３５の図にお
ける上部にはオーバーフロー管５９が接続される。ま
た、密閉容器３３の蓋板３９の上端部には、ろ過処理さ
れた処理液を排出する処理液排出管６１が接続される。

容器本体３５の下部にバブリング管６３が設けられ、こ
のバブリング管６３に複数の気泡孔６５が形成される。
バブリング管６３はエア供給管６７に接続され、このエ
ア供給管６７から供給されるエアが気泡孔６５から噴出
されて、バブリングに供される。

上記オーバーフロー管５９は、逆洗時に容器本体３５内
に貯留される過剰な廃液および処理液を排出させるのが
主な機能である。このオーバーフロー管５９は、ろ過室
４１から仕切板３７に向って湾曲して形成される。さら
に、オーバーフロー管５９のろ過室４１内に位置する開
口部６９は、第３図に示すように、じょうご状に形成し
た一例として図における上方に拡開する円錐形状に形成
される。この結果、開口部６９先端の周長は、オーバー
フロー管５９の容器本体３５を貫通する貫通部の周長よ
り長く形成されることになる。また、オーバーフロー管
５９の開口部６９先端は、中空糸膜モジュール４５の結
束部５３下端と同一水平位置またはその上方位置に設け
られる。つまり、開口部６９と仕切板３７下面との距離
をδ_Aとし、結束部５３下端と仕切板３７下面との距離
をδ_Bとすると、δ_A≦δ_Bに設定される。

次に、中空糸膜ろ過装置３１の作用を説明する。

この中空糸膜ろ過装置において、ろ過処理は廃液を廃液
供給管５５からろ過室４１内へ供給することにより行な
われる。供給された廃液は、ろ過室４１内に配設された
中空膜モジュール４５の中空糸５１を透過する際に、
廃液中の微細粒子が中空糸５１の膜面に捕捉され、分離
除去される。

微細粒子が除去されてろ過された清澄な処理液は、中空
糸膜モジュール４５の中空糸５１内を通って上部の処理
室４３へ流入する。そして、処理液は、この処理室４３
から処理液排出管６１を通って例えば原子炉給水系等の
外部へ送られる。

廃液のろ過処理の進行に伴って中空糸５１の膜面に微細
粒子が付着していき、中空糸膜の微細な透過孔を閉塞す
るので、ろ過差圧が次第に増加していく。ろ過差圧が一
定圧以上に上昇したとき、中空糸膜のろ過機能を回復さ
せるために逆洗処理が実施される。

この逆洗処理は処理液排出管６１側から加圧気体を供給
し、処理室４３内を加圧することにより行なわれる。処
理室４３の加圧により、処理液は中空糸膜モジュール４
５の各中空糸５１内を逆流し、中空糸５１の膜面に付着
した微細粒子を洗い落す。この逆洗作用がより効率的に
行なわれるように、逆洗処理の際にはエア供給管６７か
らバブリング管６３へ空気を供給する。供給された空気
はバブリング管６３の気泡孔６５から気泡となって噴出
する。この噴出エアにより中空糸膜モジュール３３は脈
動せしめられ、中空糸５１に付着した微細粒子の剥離機
能が高められる。

この逆洗時に処理室４３からろ過室４１内へ逆流した処
理液は、廃液とともにオーバーフロー管５９により密閉
容器３３外へ排出される。また、このときにはバブリン
グ管６３から噴出された気泡も、同様にしてオーバーフ
ロー管５９から外部に排出される。

中空糸膜モジュール４５から取り除かれた微細粒子は、
容器本体３５の底部に貯留されるが、この微細粒子を含
んだ濃縮廃液は、逆洗処理終了後に濃縮廃液排出管５７
を通って外部へ排出される。

このような上記実施例によれば、以下のような効果を奏
する。

（１）逆洗時の流体流量が充分確保でき、かつ水および
空気の流路面積を増大できるので、逆洗性能を向上させ
ることができる。一例として、中空糸膜モジュール４５
を５０本使用した中空糸膜ろ過装置３１について考察す
る。この場合適正な逆洗性能を得るために必要な逆洗の
流量Ｑは、実験により０．０３m³／Ｓである。また一般
に、配管内の経済流速Ｕは約３〜４ｍ／Ｓにするのがよ
い。そこで、オーバーフロー管５９の口径は、となる。すなわち、内径９８mm以上のオーバーフロー管
を使用すればよい。例えば、内径１０２．３mmのオーバ
ーフロー管５９であれば、管断面積Ｓは８２１９mm²で
ある。このように、オーバーフロー管５９が仕切板３７
ではなく、容器本体３５に取り付けられたことから、容
器本体３５の強度を低下させない範囲で、オーバーフロ
ー管５９の口径ｄを拡大できる。その結果、逆洗時にオ
ーバーフロー管５９を通って排出されるろ過室４１内の
廃液および処理液の流路を充分確保することができるの
である。

また、中空糸膜モジュール４５の中空糸５１の劣化を防
ぐため、例えばδ_A＝１５mmとする場合を考える。この
場合、逆洗時におけるオーバーフロー管５９の開口部６
９の流路面積Ａ₂は、開口部６９先端の内径をＤとする
と、Ａ₂＝πＤδ_A で示される。また、このとき、開口部６９の先端部上を
流れる廃液等の水の流速Ｖ₂は、で示される。これらのことからＤ＝２８０mmとすれば、一方、前述の第３従来例（第８図）においてδ₁＝１５
mm、ｄ＝１０２．３mmとすれば、となる。本実施例および第３従来例において、一般に、
流体の抵抗は流速の２乗に比例することから、つまり、本実施例では、流路面積Ａ₂が第３従来例の流
路面積Ａ₁に比べ著しく大きいので、流体抵抗を第３従
来例の約１〜２割程度に減少させることができる。その
結果、中空糸５１の逆洗を充分に行なうことが可能とな
る。

以上のように、本実施例では逆洗時の流路を充分確保で
きるとともに、充分大きな流路面積を確保できるので、
逆洗性能の向上を図ることができる。その結果、中空糸
膜モジュール４５の長寿命化を達成することもできる。

第１０図は、本実施例の中空糸膜ろ過装置３１における
定量ろ過試験の試験結果を示すグラフである。この試験
では、第３従来例の試験の場合と同様に、中空糸膜モジ
ュール４５の中空糸膜表面積を５００m²とし、酸化第２
鉄と非晶鉄を混合した水溶液（流量４０m³／ｈ、温度３
０℃）を、定量ろ過したものである。図における縦軸
は、中空糸膜による不溶解固形分の捕捉総量を単位膜面
積当りで表わした量（Ｇ／m²）であり、縦軸はろ過差圧
を示す。このグラフによれば、逆洗の度毎にろ過差圧は
確実に低下して回復し、しかも逆洗回数が増えてもろ過
差圧の回復が著しい。したがって、第３従来例の場合
（第１１図）に比べ逆洗性能が飛躍的に向上しているこ
とがわかる。

（２）ろ過効率の向上および中空糸の劣化防止を図るこ
とができる。

つまり、ろ過室４１内の廃液液面は、中空糸膜モジュー
ル４５の結束部５３下端よりさらに上方がまたは同一水
平面に位置する。したがって、中空糸５１の全体が液中
に浸漬されることになり、中空糸膜モジュール４５の全
体をろ過に寄与させることができるので、有効膜面積を
拡大でき、ろ過効率を向上させることができる。と同時
に、中空糸５１の上端部が空気に接触しないので、中空
糸５１の劣化を防止することができる。

（３）前述のように、オーバーフロー管５９の開口部６
９先端の周長を長くして、逆洗時における流路面積を増
大させたので、オーバーフロー管５９の口径を小さくし
ても逆洗性能を向上させることができる。このため、容
器本体３５のオーバーフロー管５９用貫通孔を小径にで
き、容器本体３５の強度を維持できる。また、それに伴
い容器本体３５の補強等を行なう必要がない。さらに、
同様の理由から、オーバーフロー管５９の本数を少なく
できるので、容器本体３５に接続される配管のレイアウ
トが単純となる。

（４）本実施例では、第４従来例（第９図）のようなせ
き板２９を用いないため、せき板２９内に不溶解固形分
が堆積するという事態が生じない。したがって、本実施
例を原子力発電プラントに適用した場合には、中空糸膜
ろ過装置３１の放射線量が低く、メンテナンス時におけ
る作業員の被曝量を大幅に低減することができる。

（５）また、本実施例ではオーバーフロー管５９の開口
部６９を円錐形状としただけなので、中空糸膜ろ過装置
３１の重心が低く、充分な耐震性を確保できる。

第４図および第５図は中空糸膜ろ過装置３１におけるオ
ーバーフロー管の開口部をじょうご状に形成した場合の
第１および第２変形例をそれぞれ示す斜視図である。

第４図に示す第１変形例では、その開口部７３が図にお
ける上方に向って拡開された多角錘形状に形成される。
また、第５図に示す第２変形例の場合には、オーバーフ
ロー管７５の開口部７３が図における上方に拡開され
た凹凸のある多角錘形状に形成される。一般に、オーバ
ーフロー管の開口部における逆洗時の流路面積は開口部
の端部周長が長いほど増大する。そのため、これらの変
形例の場合には、前記実施例の場合に比べ、逆洗時にお
けるオーバーフロー管開口部の流路面積をより一層増大
することができ、逆洗性能を向上させることができる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明に係る中空糸膜ろ過装置によれ
ば、オーバーフロー管が密閉容器に取り付けられるとと
もに、ろ過室から仕切板に向って形成され、さらにろ過
室内に位置する開口部の端部周長が密閉容器貫通部の周
長より大きく形成されたことから、逆洗時における流路
を充分確保できるとともに流路面積の増大も図ることが
でき、その結果、逆洗性能を向上させることができると
いう効果を奏する。

また、本発明はオーバーフロー管の開口部がじょうご状
に形成され、密閉容器内壁に直接取り付けられないた
め、圧力バウンダリーとならず、溶接検査対象外となる
結果、溶接検査費用などが不要となり、経済性が向上す
る。

さらに、本発明はせき板を用いないため、せき板内に不
溶解固形分が堆積するという事態が発生しない。したが
って、本発明を原子力発電プラントに適用した場合に
は、中空糸膜ろ過装置の放射線量が低く、メンテナンス
時における作業員の被曝量を大幅に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る中空糸膜ろ過装置の一実施例を
示す断面図、第２図は第１図の中空糸膜モジュールを示
す斜視図、第３図は第１図のオーバーフロー管の一部を
示す斜視図、第４図および第５図はオーバーフロー管の
第１および第２変形例をそれぞれ示す斜視図、第６図は
中空糸膜ろ過装置の第１従来例を示す断面図、第７図〜
第９図は中空糸膜ろ過装置の第２〜第４従来例をそれぞ
れ示す要部断面図、第１０図は第１図に示す実施例の定
量ろ過試験の結果を示すグラフ、第１１図は第３従来例
における定量ろ過試験の結果を示すグラフである。３１……中空糸膜ろ過装置、３３……密閉容器、３５…
…容器本体、３７……仕切板、４１……ろ過室、４３…
…処理室、４５……中空糸膜モジュール、５１……中空
糸、５３……結束部、５９……オーバーフロー管、６９
……開口部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器内をろ過室と処理室とに仕切る仕
切板に中空糸膜モジュールが垂設され、上記中空糸膜モ
ジュールを構成する中空糸膜によって被処理液をろ過処
理する中空糸膜ろ過装置において、上記密閉容器にオー
バーフロー管が取り付けられ、このオーバーフロー管は
上記ろ過室から上記仕切板に向って形成されるととも
に、上記ろ過室内にじょうご状に形成されて位置する開
口部の端部周長が上記密閉容器貫通部の周長より大きく
形成されたことを特徴とする中空糸膜ろ過装置。
【請求項２】オーバーフロー管のろ過室内に位置する開
口部先端は、中空糸膜モジュールの結束部下端より上方
に位置して設定された特許請求の範囲第１項記載の中空
糸膜ろ過装置。