(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に配置された管状膜の中空部を含み、供給される原水が該膜に沿って流れる１次室と、原水が管状膜の中空部を流れる際に膜を透過した透過水が流入する２次室とを備え、２次室に逆洗水の注入管を接続し、１次室の上部に逆洗排水の排水管を接続した内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置において、前記１次室の下部に１次室内の滞流水を自重で排水する水抜き管を設けると共に、１次室の上部には、上記水抜き管から滞流水を排水する際に１次室の内部に空気を吸入する吸気管を設けたことを特徴とする内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置において、前記逆洗排水の排水管が前記吸気管を兼ねていることを特徴とする内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置において、濾過工程では原水を１次室に下向流で通水させることを特徴とする内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、浄水、下水処理水等の除濁、除菌や、医薬、食品等の用水の無菌化や、上下水、産業廃水の固液分離、溶存物の分離に使用される内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜や、それより太いチューブラ膜を使用した内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置は単位モジュール当りの有効膜面積が大きいため、効率が良く、用水処理や、食品、医薬のプロセス処理に多用されている。特に近年は河川水の表流水中のコロイド物質の除去、上水やＲＯ供給水を生産する用途にも用いられている。
この膜分離装置は、図３に示すように複数の管状膜モジュールＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．ｎの各上端を上部ヘッダー３、下端を下部ヘッダー４に並列に接続して構成されている。各管状膜モジュールは筒形シェル５と、筒形シェル内の上部仕切板と下部仕切板とに上端と下端を連結した垂直な配置の多数本の管状膜（図では便宜上、その１本のみを示した）６とからなり、管状膜の中空部は上部仕切板上の上室７、及び下部仕切板の下の下室８と連通する。管状膜の中空部と、前記上室７、及び下室８は供給される原水が流れる１次室１を構成し、筒形シェル内の上部仕切板と下部仕切板との間は、原水が管状膜の中空部を流れる際に膜を透過した透過水が流入する２次室２を構成する。
【０００３】
そして、上室７は上部ヘッダー３に、下室８は下部ヘッダー４に連通し、上部ヘッダーの一端の開閉弁Ｖ1 と、下部ヘッダーの一端の開閉弁Ｖ2 を循環ポンプＰ2 を有する循環管９で接続し、この循環管９に給水ポンプＰ1 を有する原水供給管１０を接続してある。又、上部ヘッダーの他端には、開閉弁Ｖ4 を介して逆洗水の排水管１１を接続し、２次室２には開閉弁Ｖ3 を有する透過水の取出管１２と、開閉弁Ｖ5 、及び逆洗水の逆洗ポンプＰ3 を有する逆洗水の注入管１３とを接続してある。
【０００４】
原水を膜分離するには、濾過工程として開閉弁Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 のみ開にし、給水ポンプＰ1 、循環ポンプＰ2 を運転し、原水を１次室１に下向流、又は上向流で通水しながら循環管９により循環させる。これにより原水が１次室中の管状膜の中空部を流れる際に膜を透過した透過水は２次室２に流入し、取出管１２で貯槽等に貯溜される。こうして膜分離を行うと、管状膜の中空部の内面にはケークやゲル層が付着し、膜分離の効率を損ねるため、付着したケークやゲル層を、定期的に、又は随時剥離することが必要である。剥離を行うには濾過工程を中止し、開閉弁Ｖ4 ，Ｖ5 のみを開にし、逆洗ポンプＰ3 を運転し、透過水を洗浄水として注入管１３で２次室２に加圧供給する。すると洗浄水は管状膜を外から内に逆に透過することにより中空部の内面に付着したケークやゲル層を剥離し、中空部から逆洗水の排水管１１を経て排水する。
【０００５】
この逆洗工程を行い、排水管１１から排水される洗浄水にケークやゲルが認められなくなったら、逆洗工程を止め、図３に示すように下部ヘッダーの分岐部に分岐管１４で接続した給気管１５の開閉弁Ｖ６  と、前記開閉弁Ｖ４  を開くと共に、給気管への圧縮空気源であるエアコンプレッサ１６を運転し、管状膜の中空部の内面を気泡によって擦洗するスクラビングを行う。その後、開閉弁Ｖ２  ，Ｖ４  のみ開にし、給水ポンプＰ１  を運転し、原水を１次室に上向流で通し、１次室内に残っている空気を排水管１１から排出する。それから開閉弁Ｖ１  ，Ｖ２  ，Ｖ３  のみ開にし、給水ポンプＰ１  、循環ポンプＰ２  を運転して濾過工程を再開し、以後これを繰返す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の膜分離装置では洗浄水による逆洗工程の次にスクラビングを行うため、エアコンプレッサを必要とし、しかも複数の管状膜モジュールに必要量の空気を一度に送入するため大容量のエアコンプレッサが必要である。更に、個々の管状膜モジュールに空気を均等に供給するために個別の流量調節機構を設けるなど複雑な装備も必要である。つまり、個別の流量調節機構を設けないで複数の管状膜モジュールに空気を供給すると、モジュール間で送気量のバラツキが生じ、或るモジュールではスクラビングが充分に行われたのに別のモジュールではスクラビングが不足し、モジュールに全体としての濾過性能が損なわれるからである。
このため、エアコンプレッサを用いず、しかも均等な量の空気で洗浄を行うことが要望されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記要望に答えるため開発されたもので、垂直に配置された管状膜の中空部を含み、供給される原水が該膜に沿って流れる１次室と、原水が管状膜の中空部を流れる際に膜を透過した透過水が流入する２次室とを備え、２次室に逆洗水の注入管を接続し、１次室の上部に逆洗排水の排水管を接続した内圧型管状膜モジュールによる膜分離装置において、前記１次室の下部に１次室内の滞流水を自重で排水する水抜き管を設けると共に、１次室の上部には、上記水抜き管から滞流水を排水する際に１次室の内部に空気を吸入する吸気管を設けたことを特徴とする。尚、逆洗排水の排水管が吸気管を兼用し、濾過工程では原水を１次室に下向流で通水させることが好ましい。
【０００８】
【実施例】
図１は本発明の一実施例であって、図３の従来例と相違する主な点は、下部ヘッダーの他端に開閉弁Ｖ7 を介して水抜き管２０を接続し、上部ヘッダーに開閉弁Ｖ4 で接続した逆洗水の排水管１１を吸気管２１と兼用にするか、又は上部ヘッダーに逆止弁又は自動弁Ｖ8 を介して吸気管２１を立ち上げ、前記開閉弁Ｖ7を開にすると連動して逆止弁又は自動弁Ｖ8 も開になるようにする。尚、図３と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
【０００９】
排水管１１を吸気管２１と兼用するには排水管１１の末端を受槽の上方で大気に開放させ、排出される洗浄排水を受槽に入れることゝ、空気が容易に導入できるようにする。
【００１０】
排水管１１の末端が水封される構造を余儀なくされる場合は、水抜き管の開閉弁Ｖ７  と連動して開閉する逆止弁、又は自動弁を介して上部ヘッダーに吸気管２１を立ち上げる。
【００１１】
濾過工程は、前述したように開閉弁Ｖ1 ，Ｖ2 ，Ｖ3 のみ開にし、給水ポンプＰ1 、循環ポンプＰ2 を運転し、原水を１次室１に下向流、又は上向流で通水しながら循環管９により循環させる。これにより原水が１次室中の管状膜の中空部を流れる際に膜を透過した透過水は２次室２に流入し、取出管１２で貯槽等に貯溜される。こうして膜分離を行うと、管状膜の中空部の内面にはケークやゲル層が付着し、膜分離の効率を損ねるため、付着したケークやゲル層を、定期的に、又は随時剥離する。剥離を行うには濾過工程を中止し、逆洗工程として開閉弁Ｖ4，Ｖ5 のみを開にし、逆洗ポンプＰ3 を運転し、透過水を洗浄水として注入管１３で２次室２に加圧供給する。すると洗浄水は管状膜を外から内に逆に透過することにより中空部の内面に付着したケークやゲル層を剥離し、中空部から逆洗水の排水管１１を経て排水する。
【００１２】
この逆洗工程を行い、排水管１１から排水される洗浄水にケークやゲルが認められなくなったら、逆洗工程を止め、開閉弁Ｖ４  ，Ｖ７  を開にし、本発明独自の水抜き工程を行う。これにより排水管１１が吸気管を兼用しているときは、排水管、上部ヘッダー、各管状膜モジュールの１次室内の滞流水は重力で下部ヘッダー４、開閉弁Ｖ７  を経て水抜き管２０で排水される。この排水に伴い排水管内には外気が吸い込まれ、図２に示すように１次室中の管状膜の中空部を気液の界面２２が下に移動する際、その剪断力で中空部の内面に強力に付着するケークやゲル層を剥離する。
【００１３】
又、上部ヘッダーに逆止弁又は自動弁Ｖ８  を介して吸気管を立ち上げたときは、水抜き管の開閉弁Ｖ７  を開にすると逆止弁又は自動弁も連動して開になるため、開閉弁Ｖ４  が閉じていても、上部ヘッダー、各管状膜モジュールの１次室内の滞溜水を重力で水抜き管２０から排水でき、排水に伴い開の逆止弁又は自動弁から上部ヘッダー内に外気が吸込まれ、同様に１次室中の管状膜の中空部を気液の界面２２が下に移動する際、その剪断力で中空部の内面に強力に付着するケークやゲル層を剥離することができる。
【００１４】
水抜き工程が終了したら開閉弁Ｖ2 ，Ｖ4 のみ開にし、給水ポンプＰ1 を運転し、原水による空気抜き工程を行う。原水は開閉弁Ｖ2 から下部ヘッダーに流入し、空気を排水管１１から外に押し出す。このときも原水と空気の界面２２が各管状膜モジュールの管状膜の中空部を上に移動する際、その剪断力で中空部の内面に強力に付着するケークやゲル層を剥離する。尚、上部ヘッダーに逆止弁や自動弁を介して吸気管を立ち上げた場合は、空気抜き工程の際、水抜き管の開閉弁Ｖ7 の閉により逆止弁や自動弁も閉になっているので空気は水封された排水管の末端から水中に排気される。
【００１５】
図１の実施例は濾過工程の際に原水を循環ポンプＰ２  で循環させるクロスフロー型であるが、これに限定されず原水を循環させないデッドエンド型に実施しても同効である。又、図１の実施例は複数の管状膜モジュールを上下のヘッダー３，４に並列に接続してあるが、１つの管状膜モジュールの上室７と、下室８にヘッダー３，４に代えてＴ形管を連結し、開閉弁Ｖ１  ，Ｖ４  を上部のＴ形管の両端に、開閉弁Ｖ２  ，Ｖ７  を下部のＴ形管の両端に接続して実施することもできる。
【００１６】
【発明の効果】
以上で明らかなように、本発明によればエアコンプレッサを使用せず、水抜き工程と、空気抜き工程を行うことにより複数の管状膜モジュールの管状膜の中空部で空気と水の界面を上下に移動させ、その界面に生じる剪断力を利用し、低エネルギーで水逆洗工程では剥離できなかった中空部内面の膜面に付着したケークやゲル層を確実に剥離でき、洗浄効率は非常に大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による膜分離装置の一実施例の系統図である。
【図２】管状膜の中空部を気液の界面が上下に移動する状態を示す拡大断面図である。
【図３】従来の膜分離装置の系統図である。
【符号の説明】
Ｎｏ．１    内圧型管状膜モジュール
Ｎｏ．２    内圧型管状膜モジュール
Ｎｏ．ｎ    内圧型管状膜モジュール
１    内圧型管状膜モジュールの１次室
２    内圧型管状膜モジュールの２次室
３    上部ヘッダー
４    下部ヘッダー
５    筒形シェル
６    中空糸膜や、チューブラ膜の管状膜
７    筒形シェルの上室
８    筒形シェルの下室
９    循環管
１０    原水供給管
１１    逆洗水の排水管
１２    透過水の取出管
１３    逆洗水の注入管
２０    水抜き管
２１    吸気管
２２    気液の界面
Ｖ１      開閉弁
Ｖ２      開閉弁
Ｖ３      開閉弁
Ｖ４      開閉弁
Ｖ５      開閉弁
Ｖ６      開閉弁
Ｖ７      開閉弁
Ｖ８      逆止弁又は自動弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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