JPH10323545A - 膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 透過膜におけるバイオファウリングの発生を
防止し、これにより膜差圧上昇、フラックス低下などの
分離性能の低下を引き起さず、膜寿命まで安定した膜分
離性能を維持させることのできる膜分離装置を得る。 【解決手段】 透過膜７、７ａによって構成される透過
膜ユニット３をベッセル内に収容し、給液部から被処理
液を給液して膜分離を行い、集液部５から透過液を取出
す膜分離装置において、透過膜７、７ａを挟むように電
極４、５を対向させ、パルス状の高電圧電界を印加して
バイオファウリングを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は透過膜を用いる膜分
離装置、特にバイオファウリングによる膜分離性能の低
下を防止するようにした膜分離装置に関するものであ
る。

【０００２】用廃水処理においては、ＭＦ（マイクロフ
ィルトレーション）、ＵＦ（限外濾過）、ＮＦ（ナノフ
ィルトレーション）、ＲＯ（逆浸透）などの透過膜を備
えた膜分離装置が用いられている。この膜分離装置は透
過膜の片側に被処理液を導入して差圧により溶媒を透過
させ、反対側から透過液を得るように構成されている。
このような膜分離装置では、膜面への微生物付着やスラ
イム形成などのバイオファウリングが発生し、これに起
因する膜差圧の上昇、膜フラックスの低下などの膜分離
性能の低下が生じる。

【０００３】従来、膜分離装置における膜面でのスライ
ム形成や微生物付着を防止する技術としては、塩素や有
機性殺菌剤などのスライムコントロール剤を適用する方
法が一般的である。しかし塩素はＣＡ（酢酸セルロー
ス）膜など特定の素材にしか利用できず、ＰＡ（ポリア
ミド）膜などでは膜の劣化を引き起こすため使用できな
い。また有機性のスライムコントロール剤も、本来有機
物除去などで膜を利用していたり、後段での利用目的に
よっては使用できないこともあり、万能技術ではない。
このため、膜面へのバイオファウリングが確認されたと
きには、モジュール内で透過膜を薬品で洗浄するか、あ
るいは新品の膜に交換するしかなく、それ故に膜処理装
置は維持管理コストが極めて高いという問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、こう
した透過膜におけるバイオファウリングの発生を防止
し、これにより膜差圧上昇、フラックス低下などの分離
性能の低下を引き起こさず、膜寿命まで安定した膜分離
性能を維持させることのできる膜分離装置を得ることで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、透過膜と、透
過膜の片側に被処理液を供給する給液部と、透過膜の反
対側から透過液を集める集液部と、透過膜に対してパル
ス状の高電圧電界を印加するように対向して設けられた
電極と、電極間にパルス状の高電圧を印加する高電圧パ
ルス電源装置とを備えた膜分離装置である。

【０００６】本発明において、透過膜は膜の片側から反
対側に向けて溶媒を透過させることにより分離を行う膜
であり、分離性能に応じてＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜、Ｒ
Ｏ膜などがあげられる。これらの透過膜の材質としては
ＣＡ膜、ＰＡ膜、アラミド膜、ポリスルホン膜など任意
の材質の膜が使用できる。また膜の形状としては平膜、
スパイラル状膜、チューブラ膜、中空糸膜など、任意の
形状のものがあげられる。

【０００７】これらの透過膜は、その片側に被処理液を
供給する給液部、ならびに透過液を取出す集液部ととも
に膜分離装置に備え付けられるが、膜モジュールによ
り、膜分離装置が構成される場合と、膜モジュールを形
成せず、膜素材を水槽に浸漬して膜分離装置が構成され
る場合とがある。

【０００８】膜モジュールとしてはスパイラル形、チュ
ーブラ形、中空糸形の透過膜を円筒形のベッセルに組込
み、ベッセルの一端部に給液部、他端部に集液部を連絡
するように構成される。この膜モジュールは多数をシリ
ーズまたはパラレルに接続して膜分離装置が構成され
る。膜モジュールを形成しない場合は中空糸や平膜の膜
素材をそのまま水槽に浸漬し、水槽に給液部と集液部を
連絡して膜分離装置が構成される。

【０００９】電極は透過膜にパルス状の高電圧電界を印
加できるように、対向して配置される。この場合電極と
透過膜の位置関係は透過膜の使用形態によって変わる
が、電極間には透過膜が１枚だけ存在していてもよく、
また複数枚存在していてもよい。電極は電極間の透過膜
の全体に均一に高電圧電界を印加できるように、透過膜
あるいはモジュールの全領域を挟む形で設けられる。

【００１０】この場合、コロナ放電等の放電を発生させ
る必要はないので、先端の尖った放電ギャップを形成す
る必要はなく、電極間隔は同間隔とするのが好ましい。
電極間隔は装置の形態により異なるが、一般的には２〜
５０ｍｍ、好ましくは１０〜３０ｍｍが適当である。

【００１１】電極の形状と配置のしかたは、膜モジュー
ルを用いる場合はモジュールの中心部軸方向に一方の電
極を配置し、ベッセルの内壁に沿って円筒状に他方の電
極を配置するのが好ましい。ベッセル、集水部等を導電
体で形成して電極と兼用することも可能である。スパイ
ラル形のモジュールの場合は、集水部を金属管等の導電
体で構成するか、あるいは非導電体製の集水管の周囲に
電極を配置し、スペーサを介して袋状の透過膜をスパイ
ラルに巻きつけたユニットを金属等の導電体製の円筒状
のベッセルに収容し、あるいは内面に電極を配置した非
導電体製のベッセルに収容して膜モジュールを構成す
る。中空糸形やチューブラ形の場合は、中心に棒状の電
極を配置し、その周囲に中空糸形またはチューブラ形の
透過膜を配置し、このユニットを円筒状の導電体製のベ
ッセル、または内面に電極を配置した非導電体製のベッ
セルに収容して膜モジュールを形成する。

【００１２】膜モジュールを形成しないで、透過膜をそ
のまま水槽に投入する場合は、平板状の透過膜を挟むよ
うに平板状の電極を対向させて配置するのが好ましい
が、円筒状に配置した透過膜に対して棒状と円筒状の電
極の組合せるなど、他の組合せでもよい。

【００１３】高電圧パルス電源装置は電極間にパルス状
の高電圧を印加するように構成される。この電圧は同極
性であってもよいが、極性が反転してもよい。電圧は電
極の形状、間隔等によって異なるが、一般的には５〜５
００ＫＶ、好ましくは１０〜１００ＫＶ程度、パルス幅
１ｎｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、好ましくは１０ｎｓｅｃ〜１
００μｓｅｃ程度、パルス数５０〜１００００Ｈｚ、好
ましくは１００〜１０００Ｈｚとするのが望ましい。電
界の印加は連続的または間欠的に印加できるように構成
する。

【００１４】このような高電圧パルスとしては電圧の立
ち上がりのシャープな波形を有するものが好ましく、こ
のようなパルスを発生する高電圧発生装置としては容量
性のものと誘電性のものの２種類がある。容量性はコン
デンサーに電界で蓄積し、誘電性はインダクターに磁界
として蓄積する。いずれも、電源をトランスで昇圧した
後にいずれかの方法で蓄積し、ロータリー式のギャップ
スイッチなどにより数〜数百ＫＶの高電圧を発生するこ
とができる。

【００１５】

【作用】本発明の膜分離装置においては、給液部から被
処理液を供給し、差圧により溶媒を透過させて膜分離を
行う。膜分離を行っていると、バイオファウリングによ
り透過膜に微生物が付着してスライムが発生し、これに
より差圧上昇、フラックスの低下などの膜分離性能の低
下が発生する。

【００１６】そこで本発明では電源装置から電極にパル
ス状の高電圧を印加して透過膜に高電圧電界をかけるこ
とによって、バイオファウリングが防止され、膜分離性
能の低下が防止される。高電圧の印加は連続的に行って
もよいが、間欠的に行うだけでも効果がある。例えば１
時間毎に１分間の割合で高電圧電界を印加するだけで十
分バイオファウリングの防止が可能である。

【００１７】本発明は膜面にパルス的に高電圧電界を印
加し、膜面の微小部位に電位差を生じさせてバクテリア
に代表される微生物細胞壁を破壊する機能に基づいてい
る。すなわち、強電界に置かれた菌体表面では電位差が
生じ、これによって細胞壁が破壊される。電位差が小さ
い場合は、壁の孔が再度修復されることがあるが、電位
差が大きいと不可逆的な破壊現象を引き起こす。菌体膜
の形式によって放電用の電極の設置方法が異なるが、特
に原水側に陽極、陰極のいずれかを設置し、透過水側に
対の電極を設置できる場合は（スパイラル、チューブラ
では容易）、膜のポアに沿って電界がかかるため、電界
密度が大きくなりポア近傍での殺菌効果が著しい。

【００１８】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、透過膜に高
電圧電界を印加するようにしたので、バイオファウリン
グを防止することができ、これにより差圧上昇、フラッ
クスの低下などの膜分離性能の低下を防止することがで
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１はスパイラル形の膜モジュールに適用
した実施形態の膜分離装置の一部を切欠いて示す斜視図
である。

【００２０】図１において、１は膜モジュールであっ
て、円筒形の樹脂製のベッセル２内に透過膜ユニット３
が収容された構造になっている。ベッセル２の内周部に
は金属箔製の電極４が設けられている。透過膜ユニット
３は集液部を兼ねる金属管製の電極５の周辺に、スペー
サ６を挟んで袋状に接合された透過膜７、７ａが他のス
ペーサ８を介してスパイラルに巻付けて構成されてい
る。電極４、５は高電圧パルスを発生する高電圧パルス
電源装置９に接続している。１０はベッセル２に連絡す
る給液部であり、ベッセル２の反対側には濃縮液取出路
が設けられているが図示は省略されている。

【００２１】上記の膜分離装置においては給液部１０か
ら矢印ａ方向に被処理液を加圧状態で供給すると、被処
理液はベッセル２内に入ってスペーサ８によって形成さ
れる流路に沿って流れる間に溶媒が透過膜７、７ａを透
過して膜分離が行われる。透過液は開口部５ａから集水
部を兼ねる管状の電極５に集水されて矢印ｂ方向に取出
される。濃縮液はベッセル２の先端部から取出され、給
液部１０に循環する。

【００２２】上記の膜分離を継続していると、バイオフ
ァウリングが生じるので、高電圧パルス電源装置９から
電極４、５にパルス状の高電圧を印加し、透過膜７、７
ａに対してパルス状の高電圧電界を印加する。これによ
り透過膜７、７ａに付着した微生物は殺菌され、バイオ
ファウリングは防止される。パルス状の高電圧電界の印
加は１時間あたり１分間の割合で十分であるが、連続的
に行ってもよい。電極４、５はどちらが陽極でも陰極で
もよい。一般の固形物によるファウリングに対しては従
来と同様の膜面洗浄を行うことができる。

【００２３】図２（ａ）は中空糸形の膜モジュールに適
用した実施形態を示す。この実施形態では透過膜ユニッ
ト３は中空糸状の透過膜７を多数束ね、両端の接着部１
１において接合した構造になっており、その中央部に金
属棒からなる電極５が配置されている。１２は透過液を
取出す集液部、１３は濃縮液取出部である。

【００２４】上記の膜分離装置では、給液部１０からベ
ッセル２に入った被処理液は中空糸状の透過膜７を透過
した透過液が集液部１２から取出され、濃縮液は濃縮液
取出部１３から取出されて給液部１０に循環し、膜分離
が行われる。高電圧パルス電源装置９からの高電圧電界
の印加によるバイオファウリングの防止は図１の場合と
同様に行われる。上記の例は外圧形であるが、内圧形で
もよい。

【００２５】図２（ｂ）はチューブラ形の膜モジュール
に適用した実施形態を示す。この実施形態ではチューブ
状の透過膜７を内側に取付けたＦＲＰチューブ１４をベ
ッセル２内に多数収容し、中心部に電極５を配置し、電
極４、５を高電圧パルス電源装置９に接続した構成にな
っている。

【００２６】この実施形態ではチューブ状の透過膜７の
内側に被処理液を給液して膜分離を行い、透過液はＦＲ
Ｐチューブの内側から外側に浸出させ、ベッセル２の内
側から取出す。濃縮液はチューブ状の透過膜７の先端部
から取出して給液部に循環する。バイオファウリングの
防止は前記実施形態と同様に行われる。この実施形態は
内圧形となっているが、外圧形でもよい。

【００２７】図３（ａ）は浸漬型の実施形態の膜分離装
置を示す垂直断面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図であ
る。この実施形態では水槽１５内に透過膜ユニット３が
浸漬されている。透過膜ユニット３は中空糸状の透過膜
７を板状に集めて両端部にヘッダー１６、１７を取付
け、ヘッダー１６では集液部１２に接続し、下側のヘッ
ダー１７では一体化して固定する。平板状の電極４、５
は透過膜７を挟むように配置され、高電圧パルス電源装
置９に接続される。透過膜ユニット３の下部には散気装
置１８が設置されている。

【００２８】上記の膜分離装置では給液部１０から被処
理液を水槽１５に導入し、集液部１２から吸引すること
により膜分離を行い、透過液を集液部１２から取出す。
この間散気装置１８から散気を行って、透過膜７に汚泥
が付着するのを防止する。濃縮液は濃縮液取出部１３か
ら取出す。バイオファウリングの防止は高電圧パルス電
源装置９から電極４、５に印加して透過膜７にパルス状
の高電圧電界を印加して行う。

【００２９】上記の各例において高電圧パルス電源装置
９から電極４、５に印加して透過膜７にパルス状の高電
圧電界を印加することにより、透過膜７に付着する微生
物は殺菌されるため、バイオファウリングが防止され、
膜差圧の上昇、フラックス低下などの分離性能の低下が
防止され、膜寿命まで安定した膜分離性能を維持するこ
とができる。

【００３０】

【実施例】

実施例１、比較例１ ４インチスパイラルＲＯ膜ユニットを収容する樹脂製円
筒形ベッセルの内側をアルミニウムシートでコーティン
グし電極を形成した。一方集液部を兼ねるステンレス鋼
管製電極の周囲にスペーサを介してポリアミド製ＲＯ膜
をスパイラルに巻付けて透過膜ユニットを形成し、上記
ベッセルに収容して膜モジュールを形成した。

【００３１】超純水にイソプロピルアルコール：１０μ
ｇ／ｌ、Ｎ：２０μｇ／ｌ、Ｐ：２０μｇ／ｌを添加し
て１５ｋｇ／ｃｍ²の圧力で透過させ膜分離を行った。
その間１時間に１分間の割合でパルス状の高電圧電界
を、ベッセル側を陽極、集液部側を陰極として印加し
た。パルスは電圧５０ＫＶ、パルス数１００Ｈｚ、パル
ス幅５０μ秒、パルス強度は１パルス当り０．２５ジュ
ールである。

【００３２】上記実施例１と、パルスを印加しない比較
例１についてフラックスの変化を図４に示す。図４の結
果より、実施例１は比較例１に比べてフラックスの低下
は低く、パルス処理によりバイオファウリング防止効果
があることが明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の膜分離装置の一部を切欠いた斜視図
である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ別の実施形態の膜分
離装置の一部を切欠いた斜視図である。

【図３】（ａ）は他の実施形態の膜分離装置の垂直断面
図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。

【図４】実施例１と比較例１のフラックスの変化を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 膜モジュール ２ ベッセル ３ 透過膜ユニット ４、５ 電極 ５ａ 開口部 ６、８ スペーサ ７、７ａ 透過膜 ９ 高電圧パルス電源装置 １０ 給液部 １１ 接着部 １２ 集液部 １３ 濃縮液取出部 １４ ＦＲＰチューブ １５ 水槽 １６、１７ ヘッダー １８ 散気装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透過膜と、 透過膜の片側に被処理液を供給する給液部と、 透過膜の反対側から透過液を集める集液部と、 透過膜に対してパルス状の高電圧電界を印加するように
   対向して設けられた電極と、 電極間にパルス状の高電圧を印加する高電圧パルス電源
   装置とを備えた膜分離装置。