(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜の種類が同一の、複数の脱気膜モジュールを直列に接続した多段膜脱気装置において、
下流側の段の脱気膜モジュールほど膜面流速が小さくなるように下流側の段ほど合計の膜面面積を大きくしたことを特徴とする膜脱気装置。
【請求項２】
請求項１において、下流側の段ほど脱気膜モジュールの設置数を多くすることにより下流側の段ほど膜面流速を小さくしたことを特徴とする膜脱気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜脱気装置に係り、特に、脱気膜モジュールの配列を改良することにより脱気効率を高めた膜脱気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜脱気装置は、脱気膜で仕切られた脱気膜モジュールの一方の室に原水を導入し、多方の室を真空状態とすることにより、原水中の溶存気体を除去するものであり、溶存酸素等の溶存気体の除去に利用されている。
【０００３】
従来、膜脱気装置により、高濃度に溶存酸素を含有する水を処理して低溶存酸素濃度の処理水を得る場合には、図３に示す如く、複数（Ｎ個）の脱気膜モジュール１，２，………Ｎを直列に接続した多段膜脱気装置で処理を行っている。このような多段膜脱気装置で高流速処理を行う必要がある場合には、図４に示す如く、このような多段膜脱気装置を複数列設置し（図４においては、脱気膜モジュール１，２，３を３段に接続した多段膜脱気装置を６個並列に配置している。）、原水を複数の多段膜脱気装置に分割導入して並列処理する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すように、上記従来の多段膜脱気装置では、高流速及び高除去率の脱気処理を行って低溶存酸素濃度の高水質処理水を大量に得るためには、多数の脱気膜モジュールを直列に接続した多段膜脱気装置を多数列配置する必要があり、脱気膜モジュール個数が多く、装置コスト、装置設置面積、膜の洗浄や交換などのメンテナンス等の面で不利であった。
【０００５】
本発明は上記従来の問題点を解決し、脱気膜モジュールの個数を減らしても高流速、高除去率にて脱気処理できる膜脱気装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜脱気装置は、膜の種類が同一の、複数の脱気膜モジュールを直列に接続した多段膜脱気装置において、下流側の段の脱気膜モジュールほど膜面流速が小さくなるように下流側の段ほど合計の膜面面積を大きくしたことを特徴とする。
【０００７】
本発明者は膜脱気装置における脱気効率について鋭意検討を重ねた結果、次のような知見を得た。
【０００８】
▲１▼  膜脱気処理においては、膜面流速が遅いほど溶存酸素除去率が向上し、得られる処理水の溶存酸素濃度が低減する。しかし、この場合には、脱気膜モジュール当りの処理水量が減少する。
【０００９】
▲２▼  原水の溶存酸素濃度が低い場合には、膜面流速が速いと溶存酸素除去能が低いが、原水中の溶存酸素濃度が高い場合には、膜面流速が速くても溶存酸素除去能は大きい。
【００１０】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、膜の種類が同一の、複数の脱気膜モジュールを直列に接続した多段膜脱気装置において、下流側の段の脱気膜モジュール、即ち、上流側の段の脱気膜モジュールで膜脱気処理され、溶存酸素濃度が低減された水が流入する脱気膜モジュールほど、膜面流速が小さくなるように、下流側の段ほど合計の膜面面積を大きく設定している。
【００１１】
本発明の膜脱気装置では、上流側の段の脱気膜モジュールでは、高流速処理を行うが、流入水の溶存酸素濃度が高いため溶存酸素除去量が多い。一方、下流側の段の脱気膜モジュールでは、溶存酸素濃度の低い水が流入するが、低流速処理するため、溶存酸素を高除去率で除去することができる。
【００１２】
本発明においては、特に、下流側の段ほど脱気膜モジュールの設置数を多くすることにより下流側の段ほど膜面流速を小さくするのが有利である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の膜脱気装置の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明の膜脱気装置の一実施例を示す系統図である。
【００１５】
本実施例の膜脱気装置は、脱気膜モジュールを２段に接続したものであって、１段目に２個の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂを設け、この１段目の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂに、各々、並列配置した３個の脱気膜モジュール２Ａ，２Ｂ及び２Ｃと２Ｄ，２Ｅ及び２Ｆとを直列に接続したものである。
【００１６】
この膜脱気装置において、流速Ｆ（ｍ3 ／ｈｒ）で流入する原水は、まず、２等分されて１段目の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂで脱気処理される。この脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂには、流速Ｆ／２の比較的速い流速で原水が流入するが、原水中の溶存酸素濃度が高いため、溶存酸素は効率的に除去される。１段目の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂの流出水のうち、脱気膜モジュール１Ａの流出水は、３等分されて２段目の脱気膜モジュール２Ａ，２Ｂ，２Ｃで脱気処理され、脱気膜モジュール１Ｂの流出水もまた３等分されて２段目の脱気膜モジュール２Ｄ，２Ｅ，２Ｆで脱気処理される。この２段目の脱気膜モジュール２Ａ〜２Ｆには、１段目の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂで脱気処理され、溶存酸素濃度が低減された水が流入するが、その流速が各々Ｆ／６と比較的遅いため、溶存酸素を低濃度にまで除去することができる。この２段目の脱気膜モジュール２Ａ〜２Ｆの流出水は処理水として系外へ排出される。
【００１７】
本実施例の膜脱気装置では、このように１段目の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂで溶存酸素が十分に除去された後、２段目の脱気膜モジュール２Ａ〜２Ｆで溶存酸素が更に高度に除去されるため、極めて溶存酸素濃度の低い高水質処理水を得ることができる。しかも、脱気膜モジュール流入水の溶存酸素濃度が比較的高い第１段目では２個の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂにより比較的高流速処理を行い、脱気膜モジュール流入水の溶存酸素濃度が比較的低い第２段目において、脱気膜モジュール個数を増加して６個の脱気膜モジュール２Ａ〜２Ｆで低流速処理を行うため、全体として用いる脱気膜モジュール個数を低減することができる。
【００１８】
本発明においては、下流側の段の脱気膜モジュールほど膜面流速が小さくなるように、下流側の段ほど脱気膜モジュールの設置数を多くするなどして下流側の段ほど合計の膜面面積を大きくすれば良く、脱気膜モジュールの設置段数、１段当りの脱気膜モジュールの設置個数等には特に制限はなく、図１に示すもののほか、他の様々な態様を採用することができる。
【００１９】
例えば、図１においては、１段目の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂの各々に３個ずつ２段目の脱気膜モジュール２Ａ〜２Ｃ及び２Ｄ〜２Ｆを接続しているが、図２に示す如く、１段目の脱気膜モジュール１Ａ，１Ｂの流出水を合流させ、次いで４個並列に設けた２段目の脱気膜モジュール２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに４等分して流入させ、この２段目の脱気膜モジュール２Ａ〜２Ｄの流出水を合流させ、更に、６個並列に設けた３段目の脱気膜モジュール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆに６等分して流入させ、この３段目の脱気膜モジュール３Ａ〜３Ｆの流出水を処理水として排出するよう接続しても良い。
【００２０】
本発明において、脱気膜モジュールに装填される脱気膜としては、特に制限はなく、平膜型、スパイラル型、中空糸内圧型、中空糸外圧型等各種の形式のものを用いることができる。特に、好ましくはスパイラル型膜モジュール又は中空糸膜モジュールが用いられる。
【００２１】
中空糸膜モジュールに用いられる膜としては、疎水性で中空糸形状に成形することができるものであれば良く、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ−４−メチルペンテン等が好ましいが、特に好ましいのは、ポリフッ化ビニリデン又はポリ−４−メチルペンテンからなる重合体である。これらの膜には、更に疎水性を高めるために、中空糸の内外表面の一方又は両方にシリコーン系、フッ素樹脂系の薄膜を形成させることも可能である。
【００２２】
一方、スパイラル型膜モジュールに用いられる膜は、非対称膜や複合膜が一般的であるが、複合膜が特に一般的である。複合膜は、多孔質支持体層とその上に設けた高分子均質層又は緻密層からなる。多孔質支持体層は、疎水性気体透過膜の性能に最も影響する高分子均質層の支持層として高分子均質層の機械的変形を防止するに十分な剛性を有し、かつ、十分な気体透過性能を有していることが必要である。また、該支持体層の強度を更に上げるために、該支持体層の下にポリエステル繊維又は不織布等の補強層を有していることが好ましい。
【００２３】
多孔質支持体層を構成する高分子としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリ−４−フッ化エチレン、ポリスルホン、ポリカーボネート等が例示されるが、特にポリスルホン又はポリプロピレンが好適である。
【００２４】
また、多孔質支持体層の上に形成される高分子均質層の具体例としては、ポリオルガノシロキサン、架橋型ポリオルガノシロキサン、ポリオルガノシロキサン／ポリカーボネート共重合体、ポリオルガノシロキサン／ポリフェニレン共重合体、ポリオルガノシロキサン／ポリスチレン共重合体、ポリトリメチルシリルプロピン、ポリ−４−メチルペンテンなどが挙げられる。この中でも、機械的強度が高く、酸素透過係数が大きいという点で、架橋型ポリジメチルシロキサンが最も好ましい。
【００２５】
このような複合膜において、高分子均質層の材質が、上記架橋型ポリジメチルシロキサンを主成分とするものは、架橋型シリコーン系複合膜と称されるが、このものは、基材膜の表面に形成された架橋型シリコーン系の薄膜が一般に極めて緻密な膜表面を形成しているため、シリコーン自体の疎水性に加えて、汚れ成分の吸着を抑えることができるという優れた特性を有している。このシリコーン膜は、その表面にフッ素樹脂系の超薄膜を形成させて、疎水性を更に向上させることも可能である。
【００２６】
本発明の膜脱気装置は、水中の溶存酸素の除去のみならず、液中に溶存する二酸化炭素、窒素等の各種の気体の除去、その他、トリハロメタン等の揮発性物質の除去等に有効に利用することができる。また、現状の超純水製造システムにおいては、主に脱気手段として窒素脱気法が採用されているが、本発明の膜脱気装置は、この窒素脱気処理液中の窒素の除去にも好適である。
【００２７】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００２８】
実施例１
図２に示す如く、１段目に２個の脱気膜モジュールを設け、２段目に４個の脱気膜モジュールを設け、３段目に６個の脱気膜モジュールを設けた、合計で１２個の脱気膜モジュールよりなる本発明に係る膜脱気装置を用いて、溶存酸素濃度１２ｐｐｍの水を２５℃において１２ｍ3 ／ｈｒの流速で処理した。１段目の脱気膜モジュールの処理流速は６ｍ3 ／ｈｒ、２段目の脱気膜モジュールの処理流速は３ｍ3 ／ｈｒ、３段目の脱気膜モジュールの処理流速は２ｍ3 ／ｈｒとなる。なお、各膜モジュールの容積、膜面積及び膜の種類は同一である。
【００２９】
この結果、１段目の脱気膜モジュールの流出水の溶存酸素濃度は０．１５ｐｐｍ，２段目の脱気膜モジュールの流出水の溶存酸素濃度は０．０１２ｐｐｍ，３段目の脱気膜モジュールの流出水（処理水）の溶存酸素濃度は０．０００８３ｐｐｍであり、１２個の脱気膜モジュールを用いて、溶存酸素濃度０．０００８３ｐｐｍの処理水を１２ｍ3 ／ｈｒの処理水量で得ることができた。
【００３０】
比較例１
実施例１で用いたものと同様の脱気膜モジュールを、図４に示す如く、３段に連結した多段膜脱気装置を６列、計１８個配置して、実施例１と同溶存酸素濃度の原水を同一の温度及び流速で処理した。本比較例においては、いずれの脱気膜モジュールの流速も２ｍ3 ／ｈｒである。
【００３１】
その結果、１段目の脱気膜モジュールの流出水の溶存酸素濃度は０．１ｐｐｍ，２段目の脱気膜モジュールの流出水の溶存酸素濃度は０．００８ｐｐｍ，３段目の脱気膜モジュールの流出水の溶存酸素濃度は０．０００４３ｐｐｍであった。
【００３２】
本比較例では、実施例１と同様の処理流速及び処理水量を達成することができたが、そのために用いた脱気膜モジュール個数は１８個であり、実施例１で用いた脱気膜モジュール個数の１．５倍であった。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の膜脱気装置によれば、従来の多段膜脱気装置と同様の除去率及び処理水量を得るために必要な脱気膜モジュール個数を低減することができ、装置コスト及び装置設置面積の低減及びメンテナンスの軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜脱気装置の一実施例を示す系統図である。
【図２】本発明の膜脱気装置の他の実施例を示す系統図である。
【図３】従来の多段膜脱気装置を示す系統図である。
【図４】従来の高流速処理のための多段膜脱気装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ３Ｅ，３Ｆ  脱気膜モジュール
【図１】
0003677858.tif 000002
【図２】
0003677858.tif 000003
【図３】
0003677858.tif 000004
【図４】
0003677858.tif 000005