(57)【要約】【課題】大きなポンプ動力が不要でかつ効率よくファウリング物質の除去が可能な膜ろ過装置およびその方法を提供する。【解決手段】  被処理水をろ過膜２の一次側から二次側に通してろ過を行う膜ろ過装置において、ろ過膜の一次側に設けられ一次側の膜面に対向して被処理水又は洗浄水を噴出する噴出装置６を備えた装置、また、ろ過膜２の一次側に設けられた噴出装置６から膜面に対向して被処理水を噴出しながらろ過膜の二次側でろ過水を回収するろ過工程と、回収されたろ過水１０をろ過膜の二次側から一次側に通してろ過膜を洗浄する洗浄工程と、を切り替えて行う方法、である。【選択図】図１
2006007179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行う膜ろ過装置において、ろ過膜の一次側に設けられ一次側の膜面に対向して被処理水又は洗浄水を噴出する噴出装置を備えたことを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
超音波洗浄を行う超音波素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項３】
上記被処理水に上記ろ過膜に形成された膜孔径よりも大きい粒子が混在させてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
上記噴出装置の被処理水又は洗浄水を噴射する噴出孔の先端に、被処理水又は洗浄水を拡散させて噴出させるための上記ろ過膜に向かって広がる円錐状の噴出口を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行う膜ろ過方法であって、ろ過膜の一次側に設けられた噴出装置から膜面に対向して被処理水を噴出しながらろ過膜の二次側でろ過水を回収するろ過工程と、回収されたろ過水をろ過膜の二次側から一次側に通してろ過膜を洗浄する洗浄工程と、を切り替えて行うことを特徴とする膜ろ過方法。
【請求項６】
ろ過膜の洗浄のために上記被処理水に上記ろ過膜に形成された膜孔径よりも大きい粒子を混在させることを特徴とする請求項５に記載の膜ろ過方法。
【請求項７】
被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行う膜ろ過方法であって、被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行うろ過工程と、ろ過膜の膜面に対向して液体を噴出する噴出装置および超音波洗浄を行う超音波素子を併用した洗浄工程と、を含むことを特徴とする膜ろ過方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は膜ろ過装置および膜ろ過方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ろ過膜が金属膜で構成されたろ過膜モジュールを被処理水に浸漬し、モジュールの内部より吸引、ろ過することで被処理水からろ過水を回収する固液分離方法および装置がある。この装置では、ファウリング(閉塞)による透過流束の低下を抑制することを目的として、ろ過膜モジュール下部に位置する散気管より空気またはオゾンガスを注入し気泡を膜面に当てるようにしている。またろ過時と逆方向の流れによりろ過膜の洗浄を行う逆洗時には、モジュール内部からオゾンガスまたはオゾン水を注入して洗浄している。この場合、膜面にかかる圧力は６０〜９０Ｋｐａ程度である(特許文献１参照)。
【０００３】
また、中空糸膜モジュールの洗浄方法において、ろ過水を膜のろ過水側から原水側へ通過させる逆洗洗浄、粒径１００μｍ以下の微細気泡を含む液体を原水側に導入し、膜の原水側表面の洗浄をおこなう微細気泡洗浄、及びモジュール下部から膜の原水側に粗大気泡を導入し膜を振動させ膜の原水側表面の洗浄をおこなうエアーバブリング、を順次実施して膜に蓄積した汚濁物質を効率よく除去するものがある(特許文献２参照)。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５５５６号公報
【特許文献２】特開２００３−２５１１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、浸漬式の膜モジュールを用いてろ過をおこなう場合、ろ過時に下部からバブリングして気泡を膜表面に当てることにより汚濁物質が膜表面へ付着しないようにファウリング(閉塞)を抑制する方法が一般的である。一方、クロスフロー式の膜モジュールを用いる場合、膜面に対して被処理水を水平に流下させることによって膜表面を物理的に擦りながらファウリングを抑制しつつろ過をおこなう。しかし効率よくろ過をおこなうためには、被処理水の膜面流速を大きくする必要があり、ポンプ動力が大きくなるという問題点があった。逆洗時においては、膜内面から水圧を掛けてファウリング物質を除去する方法が一般的だが、大きな水圧をかけられないためファウリング物質を十分に除去ができないといった問題があった。このようにクロスフロー式の膜分離装置においては、膜面に平行に被処理水を流下させていたため膜表面のファウリング物質を剥離しにくく、また被処理水を高速で流下させるために大きなポンプ動力が必要であった。
【０００６】
この発明は、大きなポンプ動力が不要でかつ効率よくファウリング物質の除去が可能な膜ろ過装置および膜ろ過方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行う膜ろ過装置において、ろ過膜の一次側に設けられ一次側の膜面に対向して被処理水又は洗浄水を噴出する噴出装置を備えたことを特徴とする膜ろ過装置にある。
また、被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行う膜ろ過方法であって、ろ過膜の一次側に設けられた噴出装置から膜面に対向して被処理水を噴出しながらろ過膜の二次側でろ過水を回収するろ過工程と、回収されたろ過水をろ過膜の二次側から一次側に通してろ過膜を洗浄する洗浄工程と、を切り替えて行うことを特徴とする膜ろ過方法である。
さらに、被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行う膜ろ過方法であって、被処理水をろ過膜の一次側から二次側に通してろ過を行うろ過工程と、ろ過膜の膜面に対向して液体を噴出する噴出装置および超音波洗浄を行う超音波素子を併用した洗浄工程と、を含むことを特徴とする膜ろ過方法にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明では、大きなポンプ動力が不要でかつ効率よくファウリング物質の除去が可能な膜ろ過装置および膜ろ過方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付の図面を参照しつつ説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による膜ろ過装置の構成の概略を示す図である。図１は噴出装置６をろ過時に採用した場合の図である。この膜ろ過装置は、例えば金属製のろ過膜である平膜２を挟むようにして部屋２ａ、２ｂの２室を設け、さらに一次側(被処理水側)に噴出装置６を備えた膜モジュール１と、被処理水タンク３、排泥タンク１２及び洗浄水槽を兼ねたろ過水タンク１０等の貯留タンク類と、タンク内に液を送るための循環ポンプ４、洗浄水ポンプ１１及び被処理水からろ過水を回収するための吸引ポンプ９と、これらを接続するための配管Ｐ１〜Ｐ６、弁５１〜５３、切替え弁８等で構成されている。
【００１０】
装置の構成について説明すると、被処理水タンク３は配管Ｐ１により循環ポンプ４及び弁５１を介して平膜２が組み込まれた膜モジュール１の一次側(被処理水側)に設けた噴出装置６と接続され、さらに膜モジュール１の一次側水の出口７１から配管Ｐ２、Ｐ３により切替え弁８を介して被処理水タンク３に戻るように接続されている。排泥に際しては、出口７１から配管Ｐ２、Ｐ４により切替え弁８を介して排泥タンク１２に接続される。また、洗浄水槽を兼ねたろ過水タンク１０は、配管Ｐ５により洗浄水ポンプ１１及び弁５３を介して膜モジュール１の二次側(ろ過水側)と接続され、さらに膜モジュール１の二次側水の出口７２から配管Ｐ６により弁５２及び吸引ポンプ９を介してろ過水タンク１０に戻るように接続されている。
【００１１】
次に本装置の動作について説明する。ろ過処理時、弁５１、５２を開き、弁５３を閉じておく。そして噴出装置６を備えた膜モジュール１の一次側に被処理水タンク３から被処理水を循環ポンプ４で導き、膜モジュール１に弁５１、噴出装置６を介して導入する。導入された被処理水は、膜面に対して近接位置に設けられた噴出孔６１から平膜(ろ過膜)２の膜面に直角に、すなわち膜面に垂直に高圧で噴射され当てられる。その後、膜モジュール１側面に設けられた一次側水の出口７１から排出され、切替え弁８を被処理水タンク３側に切替えることで、被処理水タンク３に戻る循環ラインを形成する。出口７１は膜モジュール１側面に少なくとも一箇所設け、それ以上の複数の噴出孔６１を設けて平膜２全面を被処理水が流れるように構成されている。図２は図１の膜ろ過装置の被処理水タンク３に粒子を混在させた状態を示す図である。図２に示すように、被処理水タンク３の被処理水に平膜２のろ材孔(膜孔)２０の径よりも大きな粒子１４を混在させ、ろ過時、被処理水を循環させると同時にこの粒子１４も循環させ、平膜２の表面に当てることでさらに相乗的なファウリング物質の排除効果が得られる。
【００１２】
一方、二次側(ろ過水側)では、膜モジュール１側面に設けられた出口７２から弁５２を介して吸引ポンプ９で吸引することで膜モジュール１の部屋２ｂ側を真空にし、被処理水よりろ過水を回収、ろ過水タンク１０に回収する。この時、出口７２の反対側に設けた弁５３を閉じて真空状態を保持する。ある一定時間、ろ過処理を施した後、洗浄工程に移る。
【００１３】
また洗浄工程の場合、弁５１、５２を閉じ、弁５３を開け洗浄水ポンプ１１を動作させる。平膜２の二次側の裏面から供給された洗浄水は平膜２の膜面を通過して一次側に導かれ、これによりファウリング物質が除去される。ファウリング物質を剥離した洗浄水は、膜モジュール１側面に設けられた出口７１から排出され、切替え弁８を排泥タンク１２側に切替えることで排泥タンク１２に到るラインで排泥される。さらに積極的にファウリング物質を剥離させるため、噴出装置６を二次側にも設け、洗浄水を平膜２の膜面に垂直に高圧で当てることも可能である(図示省略)。
【００１４】
実施の形態２．
図３はこの発明の別の実施の形態による膜ろ過装置の構成の概略を示す図である。図３において図１、２と同一もしくは相当部分は同一符号で示し説明を省略する。図３の装置では一次側に噴出装置６、二次側に超音波素子１３を設けた膜モジュール１を備え、また配管が図１のものと異なる。実施の形態１では噴出装置６がろ過時に採用されたのに対し実施の形態２では噴出装置６が洗浄時に採用される。被処理水タンク３は配管Ｐ１により循環ポンプ４及び弁５４を介して平膜２が組み込まれた膜モジュール１の一次側(被処理水側)に接続され、さらに出口７１から配管Ｐ２、Ｐ３により切替え弁８を介して被処理水タンク３に戻るように接続されている。排泥に際しては、出口７１から配管Ｐ２、Ｐ４により切替え弁８を介して排泥タンク１２に接続される。また、洗浄水槽を兼ねたろ過水タンク１０は、配管Ｐ５により洗浄水ポンプ１１及び弁５１を介して膜モジュール１の一次側(被処理水側)に設けた噴出装置６と、また洗浄水ポンプ１１及び弁５３を介して膜モジュール１の二次側(ろ過水側)水の入口と接続され、さらに配管Ｐ６により弁５２及び吸引ポンプ９を介してろ過水タンク１０に戻るように接続されている。
【００１５】
次に本装置の動作について説明する。ろ過処理時、弁５２、５４を開き、弁５１、５３を閉じておく。一次側(被処理水側)に被処理水タンク３から被処理水を循環ポンプ４で導き、弁５４を介して膜モジュール１の側面の一次側水の入口７３から導入する。導入された被処理水は、平膜２の膜面を流れ、膜モジュール１の反対側の側面に少なくとも一箇所設けられた出口７１から排出され、切替え弁８を被処理水タンク３側配管Ｐ３に切替えることで被処理水タンク３に戻る循環ラインを形成する。
【００１６】
一方、二次側では膜モジュール１側面に設けられた出口７２から弁５２を介して吸引ポンプ９で吸引することで膜モジュール１の部屋２ｂ側を真空にし、被処理水よりろ過水を回収、ろ過水タンク１０に回収する。この時、出口７２の反対側に設けた弁５３および噴出装置６に設けられた弁５１を閉じて真空状態を保持する。ある一定時間ろ過処理を施した後、洗浄工程に移る。
【００１７】
洗浄工程の場合、弁５２、５３、５４を閉じ、弁５１を開け洗浄水ポンプ１１を動作させる。平膜２に弁５１、噴出装置６を介して一次側から洗浄水を供給する。供給された洗浄水は、平膜２に対して近接位置に設けられた噴出装置６の噴出孔６１から平膜(ろ過膜)２の膜面に垂直な方向に高圧水の状態で噴射されて当てられる。供給された洗浄水が膜面に垂直に当ることでファウリング物質を剥離する。ファウリング物質を剥離した洗浄水は、膜モジュール１側面に設けられた出口７１から排出され、切替え弁８を排泥タンク１２側配管Ｐ４に切替えることで排泥タンク１２に到るラインで排泥される。続いて、膜モジュール１の二次側に設けられた超音波素子１３を好ましくは弱い超音波(２５〜４５ＫＨｚ程度)で常時または間欠的に稼動させる。膜の裏面より超音波を当てることにより金属膜内部に侵入した細かい粒子を排除する。このように噴出装置６からの洗浄水噴出と超音波を順に動作させることでファウリング物質の排除、微粒子の排除を促進する。従来おこなっている膜裏面からの逆洗工程は、この場合不要(あるいは軽く実施する程度)である。
【００１８】
実施の形態３．
また、図４に示すように、図３の膜ろ過装置において、弁５４および膜モジュール１下部につながった配管を削除し、その代わりに弁５１と循環ポンプ４の間を配管Ｐ１で接続して弁５６を設けると共に、配管Ｐ５の洗浄ポンプ１１と弁５１の間に弁５５を設ける。弁５１，５２，５３，５５，５６の開閉制御により図１及び図２に示す実施の形態１の膜ろ過装置と、図３に示す実施の形態２の膜ろ過装置を兼ね備えた実施の形態３の膜ろ過装置を構成することができる。
【００１９】
実施の形態４．
図５はこの発明のさらに別の実施の形態による膜ろ過装置の特に噴出装置の細部の構造を示す図である。この実施の形態の噴出装置６は、被処理水または洗浄水をポンプで高圧とし供給する部屋６２に噴出装置６の噴出孔６１が接続されてなる。噴出孔６１は細管部６３と先端の円錐状の噴出口６４を組合せた構造でできている。噴出口６４の円錐の角度(図５に示す側面の開き角θ)は、好ましくは６０°未満の開口度で円錐状にテーパーが形成される。また、噴出孔６１は細管部６３だけで構成され膜に対して垂直方向に延びるものであってもよい。好ましくは、細管部６３を平膜２の膜面に対して斜め方向に設置し噴出水が斜めに当るようにする。
【００２０】
次に本装置の動作について説明する。被処理水または洗浄水をポンプで高圧にして部屋６２に供給する。供給された被処理水または洗浄水は、噴出孔６１の細管部６３を通り先端の円錐状になった噴出口６４から前面に設けられた平膜２に噴出される。これによってファウリング物質が効率よく剥ぎ取られる。その後、被処理水または洗浄水は、出口７１から排出される。
【００２１】
なお、さらに積極的にファウリング物質を剥離させるために、図中に示した粒子１４を混在させて通水するようにしてもよい。高圧水の入口は、被処理水または洗浄水をポンプで高圧とし供給する部屋６２の下部としても良く、高圧水に微細な気泡を混入させてもより良好な洗浄効果を奏する。
【００２２】
また、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、例えばろ過膜は金属製の膜に限定されるものではない。また、噴出装置から噴射される被処理水又は洗浄水はろ過膜の一次側の膜面に概垂直に当たるようにされればよい。
【００２３】
以上のように、クロスフロー式の膜ろ過方法及び装置において、これまでは膜面に平行に被処理水を流下させていたため膜表面のファウリング物質を剥離しにくく、また被処理水を高速で流下させるために大きなポンプ動力が必要であったことを踏まえ、この発明では、ろ過時に被処理水を高圧水として膜面に近接位置から垂直に導入した。こうすることにより、膜面に付着したファウリング物質に垂直に被処理水が当たるため膜表面からファウリング物質が常時取り除かれ、その結果、効率的に被処理水がろ過され、また大きなポンプ動力を要せず被処理水を噴出することができる。さらに被処理水を拡散させて噴出できるよう先端が円錐状になった噴出孔を有する噴出装置を設けたことによって、効率的に被処理水がろ過される。また被処理水にろ材孔(ろ過膜孔)径よりも大きな粒子を混在させればこの粒子がろ材(膜)表面に当たることによってファウリング物質をより効率的に膜表面から取り除くことができる。また、この粒子の径はろ材孔(膜孔)径よりも大きいため、ろ過されることが無く常時被処理水側に存在するため、繰り返し使用することができる。
【００２４】
また、膜洗浄時に被処理水側に前述した噴出装置およびろ過側に超音波素子を設け、この噴出装置から膜洗浄水を高圧状態で噴射し、その後超音波を当てるようにした。即ち、洗浄水を膜の近接位置から被処理水側の膜表面に垂直に当て、続いてろ過水側の超音波素子を動作させるようにした。この噴出装置から膜洗浄水を高圧状態で噴射しろ過処理時にろ材(膜)表面に付着した汚濁物質を取り除くとともに、さらに超音波を当てることにより膜孔等の膜内部に侵入した微粒子を膜内部から追い出して除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１による膜ろ過装置の構成の概略を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による膜ろ過装置の変形例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２による膜ろ過装置の構成の概略を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３による上記実施の形態１と２の膜ろ過装置の両方の機能を弁を開閉することにより切り替えて達成する膜ろ過装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態４による上記実施の形態の膜ろ過装置の特に噴出装置の細部の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  膜モジュール、Ｐ１〜Ｐ６  配管、２  平膜(ろ過膜)、２ａ，２ｂ，６２  部屋、３  被処理水タンク、４  循環ポンプ、６  噴出装置、８  切替え弁、９  吸引ポンプ、１０  ろ過水タンク、１１  洗浄水ポンプ、１２  排泥タンク、１３  超音波素子、１４  粒子、２０  ろ材孔(膜孔)、５１，５２，５３，５４、５５，５６  弁、６１  噴出孔、６３  細管部、６４  噴出口、７１，７２  出口、７３  入口。
【図１】
2006007179.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006007179.tif 000006
【図５】
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