JPH11207342A - 地下水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地下水をスパイラル型膜モジュールによって
効率良く膜分離処理する。 【解決手段】 地下水をスパイラル型膜モジュールによ
って処理する方法であって、該スパイラル型膜モジュー
ルは、袋状分離膜１０をシャフト２０に巻回して巻回体
とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、透過水及
び濃縮水が巻回体の他端面から取り出されるものであ
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、地下水をスパイラ
ル型膜モジュールによって処理する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下水に酸化による金属イオン析出処理
を施した後、膜モジュールによって処理することが特開
平７−３９８７２号公報に記載されている。同号公報に
は、マンガンイオン含有地下水に塩素系酸化剤を流入し
た後、マンガン砂（又は二酸化マンガンスラリー）と接
触させてマンガンを酸化析出させ、次いでこの液を透過
膜で濾過してマンガン（及び濁質や細菌類）を除去する
地下水の処理方法が記載されている。同号公報では、透
過膜として中空糸型精密濾過膜が示されている。

【０００３】特開平９−１１５５号公報には、地下水に
空気又は酸化剤を加えた後、膜面に金属酸化物を担持さ
せた透過膜に該地下水を透過させて金属イオンを除去す
る地下水の処理方法が記載されている。同号公報では、
濾過膜として合成繊維、ガラス、樹脂、セラミックス等
からなる管状膜、中空糸膜、マルチルーメン膜、平膜が
例示されている。

【０００４】本発明は、地下水を処理するスパイラル型
膜モジュールとして改良されたスパイラル型膜モジュー
ルを使用するものであるので、改良前の従来のスパイラ
ル型膜モジュールの構成について次に図面を参照して説
明する。

【０００５】図５は従来のスパイラル型膜モジュールの
構造を示す一部分解斜視図であり、集水管１の外周に複
数の袋状の分離膜２がメッシュスペーサ３を介して巻回
されている。

【０００６】集水管１には管内外を連通するスリット状
開口が穿設されている。分離膜２は袋状のものであり、
その中央部が集水管１をくるんでいる。この袋状分離膜
２の内部にはメッシュスペーサ等よりなる流路材４が挿
入されており、この袋状分離膜（袋状膜）２の内部が透
過水流路となっている。

【０００７】袋状膜２の巻回体５の両端にトップリング
６とエンドリング７とが設けられ、その外周にブライン
シール８が周設されている。

【０００８】原水は、巻回体５の前端面から袋状膜２同
士の間の原水流路に流入し、そのまま巻回体５の長手方
向に流れ、巻回体５の後端面から濃縮水として流出す
る。この原水流路を流れる間に水が袋状膜２を透過して
その内部に入り、集水管１内に流入し、該集水管１の後
端側からモジュール外に取り出される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平７−３９８
７２号公報、同９−１１５５号公報で地下水の処理に用
いられている中空糸膜や、管状膜、平膜はスパイラル型
膜に比べて濾過抵抗が大きく、透過水量が少ない。

【００１０】また、図５の従来のスパイラル型膜モジュ
ールには、次のような解決すべき課題があった。

【００１１】 集水管１内の透過水流量を多くするた
めには該集水管１を大径化する必要があるが、そのよう
にするとスパイラル型膜モジュールの径も大きくなって
しまう。 袋状膜２内に透過してきた透過水は、該袋状膜２内
をスパイラル状に回りながら集水管１まで流れるため、
袋状膜２内の流通抵抗が大きい。しかも、袋状膜２内か
ら集水管１に流れ込む集水管スリット部付近での流通抵
抗も大きい。 原水流路を流れる原水流量は、下流側になるほど減
少する。（原水が濃縮される分だけ原水流量が減る。）
このため、原水流路下流域では原水流速が小さくなり、
汚れが付着し易くなる。

【００１２】本発明は、上記従来の問題点を解決し、集
水管が不要であり、透過水流通抵抗が小さいスパイラル
型膜モジュールにより地下水を効率良く処理することが
できる地下水の処理方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の地下水の処理方
法は、地下水をスパイラル型膜モジュールによって処理
する方法であって、該スパイラル型膜モジュールは、膜
をシャフトに巻回して巻回体とし、該巻回体の一端面か
ら原水が供給され、透過水が巻回体の他端面から取り出
されるものである。なお、膜は限外濾過膜、精密濾過
膜、逆浸透膜のいずれでも良いが、限外濾過膜又は精密
濾過膜が好ましい。

【００１４】本発明で採用するスパイラル型膜モジュー
ルは、袋状膜の内部に透過水流路材が配置され、袋状膜
同士の間には原水流路材が配置されているスパイラル型
膜モジュールであって、該袋状膜は第１、第２、第３及
び第４の辺部を有した略方形であり、該第１、第２及び
第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一部が開放部と
なり残部が閉鎖部となっており、前記第４の辺部と直交
する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して巻
回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ま
せ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前
端面に臨ませ、該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３
の辺部の全体が封じられると共に、第４の辺部にあって
は前記袋状膜の開放部と重なる箇所が閉鎖部となってお
り、且つ前記袋状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部とな
っていることが好ましい。

【００１５】かかるスパイラル型膜モジュールにおいて
は、巻回体の前端面から原水が原水流路に流入する。こ
の原水は、原水流路を巻回体軸心線と略平行方向に流
れ、次いで巻回体後端面の原水流路開放部から濃縮水と
して流出する。

【００１６】袋状膜を透過した水は、袋状膜内を巻回体
軸心線と略平行方向に流れ、巻回体の後端面の袋状膜開
放部から流出する。

【００１７】このように、透過水が袋状膜内を巻回体の
軸心線と平行方向に流れるため、従来のスパイラル型膜
モジュールに用いられていた集水管が不要となる。そし
て、袋状膜内から該集水管内に流れ込む際の流通抵抗が
無くなり、透過水流通抵抗が小さくなる。

【００１８】なお、集水管を無くしているため、その分
だけ袋状膜の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を拡張できる。そして、このように袋状膜の巻回
方向長さを大きくしても透過水の流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００１９】また、巻回体の後端面の一部においてのみ
原水流路を開放させるようにしているため、原水流路の
下流側での原水（濃縮水）流速を従来よりも高めること
ができ、原水流路下流域における汚れの付着を防止でき
る。

【００２０】本発明では、膜の素材としてはポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素樹脂が好適
である。このフッ素樹脂膜は耐薬品性が高く、オゾンや
塩素等が水に含まれていても長期にわたり処理が可能で
ある。

【００２１】本発明方法においては、地下水に予め酸化
剤添加等の金属イオン析出処理を施した後、膜モジュー
ルに通水するのが好ましい。

【００２２】本発明において、地下水は地中から汲み上
げたものであっても良く、湧出したものであっても良
い。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態に用いられるスパイラル型膜モジュールについて
説明する。図１（ａ）はこのスパイラル型膜モジュール
の袋状膜及び該袋状膜が巻き付けられるシャフトの斜視
図である。図１（ｂ），（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）の
Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面図である。図２はシャフ
トの周りに袋状膜を巻き付ける方法を示す断面図、図３
は巻回体とソケットとの係合関係を示す斜視図、図４は
スパイラル型膜モジュールの側面図である。

【００２４】図１に示すように、この袋状膜１０は、正
方形又は長方形状のものであり、第１の辺部１１、第２
の辺部１２、第３の辺部１３及び第４の辺部１４を有し
ている。第１の辺部１１、第２の辺部１２及び第３の辺
部１３において分離膜フィルム４０同士が接着剤等によ
って接着され、第４の辺部１４については一部だけを接
着している。なお、袋状膜１０としては、長い一枚のフ
ィルムを第２の辺部１２部分で二つに折り返し、第１の
辺部１１、第３の辺部１３及び第４の辺部１４の一部を
接着するようにしたものであっても良い。

【００２５】第４の辺部１４の途中から第３の辺部１３
にかけて袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着されて
おらず、透過水流出用の開放部３０となっている。ま
た、この第４の辺部１４の該途中から第１の辺部１１に
かけては、袋状膜１０の分離膜フィルム同士が接着され
ており、透過水の流出を阻止する閉鎖部３１となってい
る。

【００２６】この袋状膜１０内に透過水流路材（例えば
メッシュスペーサ等よりなる。）１５が挿入配置されて
いる。

【００２７】この袋状膜１０の一方の面には、接着剤１
６が付着されると共に他方の面には接着剤１７，１８が
付着され、この袋状膜１０がシャフト２０の周りに巻き
付けられる。接着剤１６は第１の辺部１１に沿って付着
され、接着剤１７は第３の辺部１３に沿って付着されて
いる。接着剤１８は第４の辺部１４の長手方向の前記途
中箇所から第３の辺部１３にかけて、透過水流出用の開
放部３０に沿って付着されている。

【００２８】複数枚の袋状膜１０をシャフト２０の周囲
に巻き付けることにより、重なり合った袋状膜１０同士
は接着剤１７，１８の部分において水密的に接合され
る。これにより、袋状膜１０同士の間には原水（及び濃
縮水）が流れる原水流路が構成される。接着剤１８が硬
化することにより、巻回体の後端面には、内周側に原水
（濃縮水）の流出用の開放部が形成され、外周側に原水
流出阻止用の閉鎖部が形成される。

【００２９】第４の辺部１４のうち透過水流出用の開放
部３０と透過水流出阻止用の閉鎖部３１との境界部分か
ら、巻回体の後方に向ってフィン１９が延設されてい
る。このフィン１９は、例えば合成樹脂フィルム又はシ
ートよりなり、袋状膜１０に対し接着等により接合され
るのが好ましい。

【００３０】袋状膜１０をシャフト２０の周りに図２の
如く原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介して巻き
付けることにより、図３に示すように巻回体２４が形成
される。この巻回体２４の後端面からは、フィン１９が
延出する。各袋状膜１０の第４の辺部１４において同一
箇所にフィン１９を設けておくことにより、フィン１９
は巻回体２４の軸心から等半径位上に位置し、フィン１
９が重なり合うことによりフィン１９がリング状の突出
部を形成することになる。このリング状の突出部内に円
筒状のソケット２５の後端を挿入し、該ソケット２５と
フィン１９を接着剤等により接合する。なお、ソケット
２５をフィン１９に外嵌めしても良い。また、フィン１
９に沿って巻回体２４の後端面に旋盤で切込み溝を付
け、該溝にソケット２５の端部を埋め込むようにしても
良い。

【００３１】このようにソケット２５とフィン１９とを
接合することにより、巻回体２４の後端面の外周側の透
過水流出領域とソケット２５の内周側の濃縮水流出領域
とが区画される。

【００３２】なお、袋状膜１０をシャフト２０の周りに
巻き付けるに際しては、図２に示すように、袋状膜１０
同士の間に原水流路材（メッシュスペーサ）２９を介在
させておく。これらのメッシュスペーサ２９を介在させ
ることにより、原水流路が構成される。

【００３３】図４に示すように、巻回体２４の前縁及び
後縁にそれぞれトップリング２６及びエンドリング２７
を合成樹脂モールド等により形成し、トップリング２６
の外周にブラインシール２８を周設する。

【００３４】本発明の地下水の処理方法は、このように
構成されたスパイラル型膜モジュールによって地下水を
処理するものである。この地下水は、図４に示すよう
に、巻回体２４の前端面から原水として袋状膜１０同士
の間の原水流路に流入する。この原水は、巻回体２４の
軸心線と略平行方向に原水流路を流れ、巻回体２４の後
端のソケット２５の内側の端面から取り出される。そし
て、このように原水が原水流路を流れる間に、水が袋状
膜１０内に透過し、透過水は巻回体２４の後端面のうち
ソケット２５の外周側から流出する。

【００３５】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、透過水が袋状膜１０内を巻回体２４の軸心線と平行
方向に流れて後端面から取り出されるため、従来のスパ
イラル型膜モジュールに用いられていた集水管が不要で
ある。このため、袋状膜から集水管内に流れ込む際の流
通抵抗が無くなり、透過水流通抵抗が著しく小さくな
る。

【００３６】なお、集水管を省略しており、その分だけ
袋状膜１０の巻回方向の長さを大きくとることができ、
膜面積を大きくとることが可能である。袋状膜の巻回方
向の長さを大きくしても、透過水流通抵抗は増大せず、
透過水量を多くすることができる。

【００３７】このスパイラル型膜モジュールにあって
は、原水流路の出口部分をソケット２５の内側だけに設
けており、原水流路の出口（最下流部）を絞った構成と
しているため、原水流路の下流側においても原水（濃縮
水）の流速が十分に大きなものとなり、原水流路下流域
における汚れの付着を防止することができる。なお、ソ
ケット２５の内側の面積と外側の面積（接着剤１８の辺
部１４方向の長さ）は、このスパイラル型膜モジュール
の水回収率に応じて決めるのが好ましい。

【００３８】図１〜４においては、ソケット２５の外周
側に透過水流出部を配置し、ソケット２５の内側に濃縮
水流出部を配置しているが、逆にソケット２５の内側を
透過水流出部とし、ソケット２５の外周側を濃縮水流出
部とするように構成しても良い。

【００３９】本発明の地下水の処理方法においては、膜
が精密濾過膜、限外濾過膜である場合、地下水にオゾ
ン、塩素ガス、空気、過マンガン酸カリウムなどの酸化
剤を添加してマンガン、鉄などの金属イオンを酸化析出
させた後、上記の膜モジュールに通水して金属成分を除
去するのが好ましい。塩素を添加する場合は、前記特開
平７−３９８７２号公報と同様に、塩素添加後にマンガ
ン砂の濾床や、二酸化マンガン含有スラリーの浮遊層に
通してマンガンを酸化析出させるのが好ましい。

【００４０】また、本発明の処理方法においても特開平
９−１１５５号公報のように、膜面に除去しようとする
鉄、マンガン等の酸化物を担持させておき、空気や酸化
剤が添加された地下水を該膜によって透過処理するよう
にしても良い。

【００４１】本発明方法において、膜が逆浸透膜である
場合には、このような予備的な金属酸化処理を施すこと
なく地下水を直接的に膜モジュールに導入して透過処理
することにより、金属イオンを除去することができる。

【００４２】なお、このような金属成分の除去と共に、
濁質や細菌等も膜濾過で除去されることは明らかであ
る。

【００４３】このスパイラル型の膜モジュール逆洗を行
うときには、スパイラル型膜モジュールの袋状膜１０内
の透過水流路に気体圧をかけ、袋状膜１０内の残存透過
水やさらには気体を原水流路に流れ込ませて逆洗するの
が好ましい。

【００４４】

【実施例】以下、実施例及び比較例について説明する。

【００４５】［実施例１］膜としてＰＴＦＥ製精密濾過
膜を用いた図１〜４に示す構成のスパイラル型膜モジュ
ールを用いて下記表１に示す水質の地下水を処理した。

【００４６】この膜モジュールの膜面積は０．８７ｍ²
であり、直径は１０ｃｍ、長さは４０ｃｍである。

【００４７】原水にオゾンを１５ｐｐｍ添加した後、こ
の膜モジュールに２２ｍ³／ｍ²／ｄａｙにて通水したと
ころ、透過水流束は２０ｍ³／ｍ²／ｄａｙであった。ま
た、透過水の水質は表１の通りであった。

【００４８】［比較例１］図５に示す構成のスパイラル
型膜モジュール（膜面積は実施例１と同じ。直径１０ｃ
ｍ、長さ１００ｃｍ）を用いたこと以外は実施例１と同
様にして同じ地下水を処理したところ、透過水流束は５
ｍ³／ｍ²／ｄａｙと実施例１に比べかなり低いものであ
った。透過水の水質は表１の通りであった。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【発明の効果】以上の通り、本発明の地下水の処理方法
は、地下水をきわめて効率良く膜分離処理することがで
きるものであり、また膜として、フッ素樹脂膜等の耐熱
性のものを用いることにより、原水にオゾン、塩素等を
添加して膜透過処理することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）図は実施の形態に係る地下水の処理方法
に用いられるスパイラル型膜モジュールの袋状膜の斜視
図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、
（ｃ）図は（ａ）図のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図２】図１のスパイラル型膜モジュールの袋状膜の巻
き付け方法を示す断面図である。

【図３】図１の膜モジュールの巻回体とソケットとの係
合関係を示す斜視図である。

【図４】図１のスパイラル型膜モジュールの側面図であ
る。

【図５】従来のスパイラル型膜モジュールの構造を示す
一部分解斜視図である。

【符号の説明】

１０ 袋状膜 １１ 第１の辺部 １２ 第２の辺部 １３ 第３の辺部 １４ 第４の辺部 １５ 流路材 １６，１７，１８ 接着剤 １９ フィン ２０ シャフト ２４ 巻回体 ２５ ソケット ２９ メッシュスペーサ ３０ 透過水流出用の開放部 ３１ 透過水流出阻止用の閉鎖部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下水をスパイラル型膜モジュールによ
   って処理する方法にであって、 該スパイラル型膜モジュールは、膜をシャフトに巻回し
   て巻回体とし、該巻回体の一端面から原水が供給され、
   透過水が巻回体の他端面から取り出されるものであるこ
   とを特徴とする地下水の処理方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記膜は内部に透過
   水流路材が配置された袋状膜であり、該袋状膜は第１、
   第２、第３及び第４の辺部を有した略方形であり、該第
   １、第２及び第３の辺部は封じられ、該第４の辺部は一
   部が開放部となり残部が閉鎖部となっており、 前記スパイラル型膜モジュールは、前記第４の辺部と直
   交する第１の辺部をシャフトに当てて袋状膜を巻回して
   巻回体とし、前記第４の辺部を該巻回体の後端面に臨ま
   せ、該第４の辺部に対向する第２の辺部を該巻回体の前
   端面に臨ませ、 該袋状膜同士の間の原水流路は、該第３の辺部の全体が
   封じられると共に、第４の辺部にあっては前記袋状膜の
   開放部と重なる箇所が閉鎖部となっており、且つ前記袋
   状膜の閉鎖部と重なる箇所が開放部となっているスパイ
   ラル型膜モジュールであることを特徴とする地下水の処
   理方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記膜はフッ
   素樹脂膜であることを特徴とする地下水の処理方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
   て、金属イオンを析出させる処理を行った後、この処理
   液を前記膜モジュールに通水することを特徴とする地下
   水の処理方法。