JPH07299337A - 膜モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】特に汚濁性（殊に有機物の汚濁性）の高い液体
を効率よく濾過する。 【構成】本発明は、分離膜の端部を開口状態に保ちつつ
固定部材で矩形に固定してなり、エアースクラビング洗
浄法にて膜面洗浄を行う分離膜モジュールに於て、下方
からの上昇エアーを確実に膜面に導くためのエアー集中
板が取り付けられている膜モジュールに関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に汚濁性（殊に有機
物の汚濁性）の高い液体を濾過するのに適した新規な中
空糸膜モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、膜モジュールは、無菌水、飲料
水、高純度水の製造や空気の浄化といった所謂精密濾過
の分野において数多く使用されてきたが、近年、下水処
理場における二次処理、三次処理、浄化槽における固液
分離、産業廃水中のｓｓ（浮遊懸濁物質）の固液分離、
浄水場における河川水の直接濾過、工業用水道水の濾
過、プール水の濾過等の高汚濁性水処理用途に用いる検
討が様々な形で行われている。

【０００３】然乍、これらの分野で用いられている膜モ
ジュールも、従来の精密濾過の分野において用いられて
きた円形状や同心円状（平膜スパイラル、中空糸膜綛ど
り等）に分離膜を収束して配置した円筒形タイプのもの
が殆どであった。又、改良が施されるとしても、分離膜
の充填率や充填形態を変えるだけのものが多かった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の膜モ
ジュールを用いて高汚濁性水（例えば、ｓｓ≧５０ｐｐ
ｍ、ＴＯＣ≧１００ｐｐｍ）の濾過処理を行った場合に
は、使用に伴い膜表面又は膜間に付着した有機物等の堆
積物を介して、膜同士が固着（接着）して一体化される
事により、モジュール内の分離膜の有効膜面積が低下
し、濾過流量の急激な減少が見られた。特にこの現象は
円筒形モジュールの中心部の分離膜において著しく、大
型のもの程顕著であった。

【０００５】本発明者らは、それらの欠点を解消するこ
とを目的として、図５、図６に示す様な矩形に成型した
中空糸膜モジュールを先に提案した（特開平５−２６１
２５３号、特開平６−３４２号、特開平６−３４０号
等）。その製造法の一例は中空糸膜編織物を作製し、そ
れを積層し樹脂固定するものである。又、同様の考えは
平膜を袋状に成型したものや管状のセラミック膜におい
ても応用できる。

【０００６】これらのモジュールは高汚濁性水の濾過に
おいて非常に効力を発揮した。特に、エアー上昇流で膜
面の堆積物を剥離させるエアースクラビング洗浄を併用
させることにより安定した濾過能力が得られた。

【０００７】然乍、１モジュール当りの中空糸膜の本数
や中空糸膜編織物の枚数が多くなった場合及びモジュー
ルを複数本使用し且つモジュール間の間隔を詰めて支持
固定した場合、中空糸膜編織物間やモジュール間にｓｓ
の堆積がみられ、若干の濾過効率の低下がみられた。

【０００８】本発明の目的は、高汚濁性水の濾過に使用
しても、モジュール内の分離膜が固着一体化しにくく、
又、複数本のモジュールをその間隔を狭く固定しても、
中空糸膜の固着がなく、又、１モジュール当りの膜面積
が上昇しても濾過能力の低下のないモジュールを提供す
る事にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】このような目
的は、以下の発明により達成される。

【００１０】（１）分離膜の端部を開口状態に保ちつつ
固定部材で矩形に固定してなり、エアースクラビング洗
浄法にて膜面洗浄を行う分離膜モジュールに於て、下方
からの上昇エアーを確実に膜面に導くためのエアー集中
板が取り付けられていることを特徴とする膜モジュー
ル。

【００１１】（２）分離膜が中空糸膜であることを特徴
とする上記（１）記載の膜モジュール。

【００１２】以下、本発明を具体的に説明する。高汚濁
性水の濾過においては、膜面に多くのｓｓや有機物が堆
積する。そのために、膜面を水流やエアー、振動、超音
波等を用いて堆積物を剥離させ洗浄する必要がある。洗
浄を行わない場合には膜面に堆積した有機物等が膜の閉
塞の原因となり濾過寿命の低下を招く。

【００１３】具体的な洗浄方法としては、膜面に平行に
水流を流す所謂クロスフロー濾過、膜モジュール浸漬層
にポンプ又はモーター等で水流を起す方法、エアーの上
昇流を利用したエアースクラビング法、モジュール自身
を振動させる方法、被処理液を超音波により振動させる
方法等が挙げられる。

【００１４】これらの洗浄は、膜面閉塞の進行具合に応
じて、連続的に行っても良いし、断続的に行っても良
い。

【００１５】上記洗浄法は、いずれも物理的作用により
洗浄を行っている。そのため中空糸膜同士が過度に固着
一体化してしまった場合には洗浄効率は極端に低下す
る。特に、中空糸膜同士が一本の棒状に固着してしまっ
た場合や平膜同士が完全に接着してしまった場合には、
その洗浄は容易ではない。

【００１６】本発明は、エアースクラビング法が効果的
に行えるモジュール構造の提案にある。エアースクラビ
ング法を効果的に行うためには、膜面、膜間に確実にエ
アーを当てることが必要である。特に中空糸膜編織物や
平膜などを並列に並べたようなモジュールの場合にはそ
の編織物間や平膜間に確実に洗浄エアーを当てなければ
ならない。

【００１７】そのためには散気管とモジュールの位置関
係及び散気管の開孔のピッチ等が重要なファクターとな
るが、それらを現場で厳密に合わせるのは非常に難し
い。

【００１８】以下図面により、本発明の膜モジュールを
説明する。

【００１９】図１は本発明の膜モジュールの内、中空糸
膜を使用した膜モジュールの一例を示す斜視図であり、
図２はその断面図である。本発明の中空糸膜モジュール
は、基本的にはハウジング１、固定部材２、中空糸膜
３、エアー集中板４で構成される。

【００２０】ハウジング１は、中空糸膜モジュール全体
を維持する部材として機能し、細長いほぼ矩形の開口部
を有する。その材質としては機械的強度及び耐久性を有
するものであれば良く、例えばポリカーボネート、ポリ
スルフォン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹
脂、変成ＰＰＥ樹脂等が例示される。

【００２１】使用後に焼却処理が必要な場合には、燃焼
により有毒ガスを出さずに完全燃焼させる事のできる炭
化水素系の樹脂を材質とするのが好ましい。

【００２２】ハウジング１の開口部は、そこに中空糸膜
を伴って充填固定される固定部材の中空糸膜に垂直な断
面の形状が細長いほぼ矩形となるようなものである事が
必要であり、この矩形の短辺の長さが３０ｍｍ以下とな
る事が好ましく、１５ｍｍ以下となる事が特に好まし
い。

【００２３】このように、中空糸膜の配設状態を平坦な
シート状として展開する事で、中空糸膜全体が一本の棒
状に固着一体化して、中空糸膜の有効膜面積が急激に低
下するするのを防止する事ができる。又、たとえ中空糸
膜同士が固着したとしても、中空糸膜の固着部の厚みは
薄く、中空糸膜がシート状として配設されているので容
易にその固着状態を前述した方法により回復処理するこ
とができる。

【００２４】矩形の長辺の長さについては特に限定はな
いが、余り短いと一つの中空糸膜モジュール内に配設で
きる中空糸膜の本数が減少するので好ましくなく、一方
余り長いと製造が困難になるので好ましくない。通常長
辺の長さは１００〜２０００ｍｍ程度とされる。

【００２５】固定部材２は、ハウジング１の開口部に充
填固定され、多数のＵ字状中空糸膜３の各端部を開口状
態を保ったまま収束して固定すると共に、この中空糸膜
を濾過膜として機能させるために、被処理水と処理水と
を液密に仕切る部材として機能する。固定部材２は、通
常、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン等の液状樹脂を硬化させて形成される。

【００２６】中空糸膜３としては、種々のものが使用で
き、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニ
ルアルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリスルフォン系等の各
種材料からなるものが使用できる。但し編地への加工の
しやすさなどを考えるとポリエチレン等の強伸度の高い
材質のものが好ましい。尚、濾過膜として使用可能なも
のであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限
はない。

【００２７】中空糸膜３を、構造材１の細長いほぼ矩形
の開口部にＵ字状に収束して収納するには、中空糸膜を
例えば緯糸として用いて編織物としたものを一枚、又は
編織物を数枚積層した積層体を使用するのが好適であ
る。従来の円筒形モジュールの場合には、綛取りして収
束した中空糸膜を円筒形の構造材内に収納するのに困難
はなかった。

【００２８】一方、細長い矩形の開口部に対して綛取り
した中空糸膜を収納するのは困難であるが、編地を用い
れば容易に収納することができる。尚、ここでいう編織
物の積層には、編織物を切断せずに適当な長さに折り畳
み重ねたものをも包含する。編織物の積層（折り畳み）
枚数は、編織物の厚さ、即ち中空糸膜の太さや編織物を
編成する際の中空糸膜の合糸本数によっても変化する
が、通常は５枚程度までであり、前述した固定部材の矩
形断面の短辺の長さの制限を満たすように構成するのが
好ましい。

【００２９】エアー集中板４は中空糸膜の編織物を１モ
ジュール当りに複数枚用いるとき、編織物間に確実にエ
アーをいれ、編織物同士の接触を抑える機能を果たす。
図１では、スリットのついた波板状のエアー集中板を例
示しているが、エアー集中板の形状はこれに限定され
ず、図３に示すような漏斗状、多孔板、溝付き板等の様
々な形状のものを用いることができる。

【００３０】エアー集中板の材質としては、ポリ塩化ビ
ニル、ポリカーボネイト、ポリスルフォン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成
ＰＰＥ樹脂等の合成樹脂、金属、木材、繊維等が挙げら
れる。

【００３１】エアー集中板は基本的には中空糸膜とは接
触しないが、接触する場合、接触部には中空糸膜と擦れ
た際に中空糸膜に擦過的損傷を与えないことが必要であ
り、角を持つような形状の場合には面取り加工等を施す
必要がある。耐腐食性や、加工のし易さ等を考えると合
成樹脂製のものが望ましい。

【００３２】本発明の中空糸膜モジュールの使用にあた
っては、モジュールを密閉容器に配設して、被処理水を
加圧して中空糸膜を透過させる所謂加圧濾過法も採用で
きるが、図４に示すような活性汚泥槽や沈澱槽等に中空
糸膜モジュールを配設し中空糸濾過膜を透過した処理水
を回収するサイドを吸引する吸引濾過法で使用すること
が望ましい。

【００３３】特に、周期的に所定時間吸引を停止する、
所謂間欠吸引運転方法を採用することにより、膜面堆積
物が内部の細孔へ入り込むのを効率的に防止することが
できる。

【００３４】吸引濾過を行う際に、モジュール外の被処
理水は停止させておいてもよいが、攪拌或は被処理水を
中空糸膜の配設方向に対してほぼ垂直に流して中空糸膜
の膜面の洗浄効率をアップさせつつ実施することが好ま
しい。

【００３５】

【発明の効果】本発明の中空糸膜モジュールは、エアー
集中板を有効に用いることにより、より多くの中空糸膜
が直接洗浄エアーと接するので、中空糸膜間への有機物
の堆積が抑えられ、中空糸膜間の固着一体化が防止さ
れ、特に高汚濁水の濾過において、長期にわたって高い
濾過効率を保つことが可能である。又、散気管とモジュ
ールとの細かい位置合わせが不要なため、モジュールの
設置が簡便になり、既存の曝気槽等へのモジュール設置
も非常に簡便になる。

【００３６】本発明の膜モジュ−ルは、下排水処理にお
ける固液分離、産業廃水処理（固液分離）、河川水濾
過、工業用水道水濾過、プール水濾過、食品工業等にお
ける用水濾過及び製品の清澄濾過、酒・ビール・ワイン
等の濾過（特に生製品）、製薬・食品等におけるファー
メンターからの菌体分離、染色工業における用水及び溶
解染料の濾過、海水濾過、ＲＯ膜における純水製造プロ
セス（含、海水淡水化）における前処理濾過、イオン交
換膜を用いたプロセスにおける前処理濾過、イオン交換
樹脂を用いた純水製造プロセスにおける前処理濾過等に
効果的に使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の中空糸膜モジュールの一例を示す斜視
図である。

【図２】図１のモジュールの横断面図である。

【図３】エアー集中板の形状例を示す斜視図である。

【図４】本発明のエアー集中板付き中空糸膜モジュール
の設置形態の一例を示す断面図である。

【図５】矩形に成型した中空糸膜モジュールの一態様を
示す斜視図である。

【図６】矩形に成型した中空糸膜モジュールの他の一態
様を示す斜視図である。

【符合の説明】

１ ハウジング ２ 固定部材 ３ 中空糸膜 ４ エアー集中板 ５ 流出口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分離膜の端部を開口状態に保ちつつ固定
   部材で矩形に固定してなり、エアースクラビング洗浄法
   にて膜面洗浄を行う分離膜モジュールに於て、下方から
   の上昇エアーを確実に膜面に導くためのエアー集中板が
   取り付けられていることを特徴とする膜モジュール。
2. 【請求項２】 分離膜が中空糸膜であることを特徴とす
   る請求項１記載の膜モジュール。