(57)【要約】【課題】  装置組み立ての手間がかからず、低コストで、しかも、圧力損失が小さく、効率的に透過処理を行うことが可能な回転型膜分離装置を提供すること。【解決手段】  被処理液の供給入口１を有する円筒状容器２の中心部を貫通するように中空の回転軸３を配している。板の両面に透過性膜を有する多数の膜体を回転軸３に装着し、透過性膜で透過された液体を出口５、６から排出し、膜体の両側に膜体との間に間隙を設けて鉤形形状バッフルを配し、回転軸３とともに膜体を回転させるモータ７を容器外に備え、被処理液の供給入口１に接続された液体流路を容器内壁面に有している。【選択図】  図８
2006061911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液の供給入口を有する容器を貫通するように回転軸を配した回転型膜分離装置において、上記容器内にあって透過された液体を移送することの可能な構造を有する膜体を上記回転軸に装着し、上記膜体に接続されて透過液体を排出する出口を有し、上記膜体の両側に膜体との間に間隙を設けて鉤形形状バッフルを配し、被処理液の供給入口に接続された液体流路が容器内壁面に設けられており、回転軸を挟んで複数の鉤形形状バッフルを膜体直径に対して線対称に配置するか又は回転軸に対して点対称に配置した回転型膜分離装置。
【請求項２】
鉤形形状バッフルの両端部を容器壁より独立した支持体で支持固定してなる請求項１記載の回転型膜分離装置。
【請求項３】
膜体の一方の側に設けるバッフルの数が、２０本以下である請求項１または２記載の回転型膜分離装置。
【請求項４】
膜体の回転速度は外周において、１〜３０ｍ／sec である請求項１、２または３記載の回転型膜分離装置。
【請求項５】
膜体の直径が、２００〜１１００mmである請求項１、２、３または４記載の回転型膜分離装置。
【請求項６】
膜体の回転数は、２０〜１８００ｒｐｍである請求項１、２、３、４または５記載の回転型膜分離装置。
【請求項７】
バッフルの厚さが、１〜２０mmである請求項１、２、３、４、５または６記載の回転型膜分離装置。
【請求項８】
バッフルの幅は、膜体直径の０．１〜４０％である請求項１、２、３、４、５、６または７記載の回転型膜分離装置。
【請求項９】
膜体とバッフルの間隙は、２〜１８mmである請求項１、２、３、４、５、６、７または８記載の回転型膜分離装置。
【請求項１０】
膜体直径に対する容器内径の比率が，１．００３〜３．０００である請求項１、２、３、４、５、６、７、８または９記載の回転型膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固液分離、イオン除去、溶解性有機物除去、ラテックス濃縮、コロイドシリカ濃縮、有価物回収、廃液処理、金属分級、水道水濾過、活性汚泥処理、上水汚泥処理、食品廃液処理、ＣＯＤ低減、ＢＯＤ低減、スラリーおよびコロイド成分のダイアフィルトレーション等に好適に用いることができる回転型膜分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水の中に様々な物質を溶解した液（被処理液）を、清浄な水（透過液）と、粒子濃度の高い濃縮液とに分離するために膜分離装置が用いられている。膜分離装置には様々な形式のものがあるが、本発明の適用される回転型膜分離装置は、一般的に、容器の中心部を貫通するように回転軸を配し、この回転軸の軸長手方向に多数の膜体を装着し、回転軸とともに膜体を回転させつつ膜分離を行う方式である。その膜体は、一定以上の大きさの粒子の通過を妨げる小孔が表面に形成された多孔質の構造を備え透過液体を移送可能な経路を有する透過性膜を板の両面に取り付けた構造で、容器内に投入された被処理液中の極く微細な物質のみが膜体の小孔を透過することによって透過液を得ることができる。この場合、被処理液中の一定以上の大きさの粒子が膜の小孔を閉塞するのを防ぐために、回転軸を回転させて、回転軸に装着された膜体を回転させることが行われている。しかし、回転するだけでは、被処理液が膜体と共回りして膜体の回転効果が十分に発揮されないので、膜孔の閉塞防止は不十分である。そのため、より効果的に膜孔の閉塞防止を図るための手段として、膜体表面に乱流を生じさせることにより共回りを防止し、膜体表面の被処理液を効率的に入れ替えることが提案されている。また、乱流を発生させることにより、濃度分極の低減も可能となり、このことによって、高濃縮が可能となる。また、膜の阻止性能を向上させることができる。
【０００３】
例えば、図２５（ｂ）に示すように、加圧された被処理液の供給入口４１を有する円筒状容器４２の中心部を貫通するように中空の回転軸４３を配し、透過された液体を移送することの可能な構造を有する多数の膜体４４を回転軸４３に装着し、膜体４４で透過された液体を、膜体４４から回転軸４３に設けた小孔を経て中空の回転軸４３内を通過させて出口４５、４６から排出し、濃縮液を出口４７から排出し、膜体４４の両側に、膜体４４をほぼ全面的に覆うようなリング状のバッフル４８を膜体４４との間に間隙を設けて容器４２に固定する構造の回転型膜分離装置が知られている（以下、「従来の膜分離装置１」という）。
【０００４】
従来の膜分離装置１によれば、図示しないモータによって回転軸４３とともに膜体４４を回転させると、回転する膜体４４の表面と静止したリング状のバッフル４８との間の間隙に積極的に乱流を生じさせることができ、膜孔閉塞防止効果は期待できる。しかしながら、リング状のバッフル４８は膜体間を完全に仕切り、バッフル４８が膜体４４を覆う面積が広く、容器４２内の被処理液体は狭くて長い流路４９を通過するので、圧力損失が大きくなり、効率的に透過することができない。また、圧力損失により、膜体４４に付加される圧力に不均一が起こると膜体４４のたわみが大きくなり、膜体４４とリング状のバッフル４８が接触し、比較的強度の弱い膜体４４が破損することがある。さらに、容器４２に装入するに際しては、膜体４４とリング状のバッフル４８を交互に組み上げる必要があり、装置組立が非常に煩雑である。
【０００５】
そこで、図２６（ａ）に示すように、上記圧力損失を低減するために、リング状のバッフルの周縁部に孔５０をあけた孔あきバッフル５１が提案されている（以下、「従来の膜分離装置２」という）。しかし、従来の膜分離装置２は、バッフルに孔をあけるための加工コストが上昇し、従来の膜分離装置１と同じように、容器４２に装入するに際しては、膜体４４と孔あきバッフル５１を交互に組み上げる必要があり、装置組立が非常に煩雑であるという欠点がある。
【０００６】
また、従来の膜分離装置１、２ともに、均一に膜表面をバッフルが覆っているので、被処理液の乱れが小さいという欠点もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、装置組み立ての手間がかからず、低コストで、しかも、圧力損失が小さく、効率的に透過処理を行うことが可能な回転型膜分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、回転型膜分離装置の回転軸に装着された膜体の両側に膜体との間に間隙を設けて鉤形形状バッフルを配し、しかも、回転軸を挟んで複数の鉤形形状バッフルを膜体直径に対して線対称に配置するか又は回転軸に対して点対称に配置するように構成したので、不均一にバッフルが膜面を覆っているため、乱流が大きく、濃度分極とファウリングの低減効果が大きいので、透過流束が著しく大きく、バッフルの存在による圧力損失が少なく、回転軸に膜体を装着した後にバッフルを挿入できるので、装置組み立てが簡単である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の回転型膜分離装置は上記のとおり構成されているので、次の効果を奏する。
（１）請求項１記載の回転型膜分離装置によれば、バッフルは膜体間を完全に仕切る構造ではないため、バッフルによる被処理液の圧力損失が少なく、優れた膜分離性能を有している。また、膜体とバッフルを交互に組み上げる必要はなく、回転軸と膜体を組み上げた後に、積層した膜体の横方向からバッフルを挿入できるので、取り付けの手間がかからない。さらに、被処理液の性状に応じて、バッフルの幅や厚みや本数を任意に変更することができるので、対象とする被処理液の種類が限定されず、応用性に優れている。
【００１０】
そして、膜面に発生する乱流を大きくし、膜分離性能を向上させることができるという利点がある。また、膜体間の流体の入れ替えを促進するという利点もある。
（２）特に、請求項２記載の回転型膜分離装置は、鉤形形状バッフルの両端部を支持固定するので、バッフルの剛性が増し、バッフルの厚みを薄くできるので、膜体の装着枚数を多くすることが可能で、膜分離後の濃縮液の濃度を増すことができる。
（３）特に、請求項３記載の回転型膜分離装置は、バッフルの取付が容易であるという利点がある。
（４）特に、請求項４、６、８、１０記載の回転型膜分離装置によれば、膜分離効率が極めて優れているという効果がある
（５）特に、請求項５記載の回転型膜分離装置は、装置の大きさが適正であって、製造コストおよびランニングコストを低く抑えることができるという利点がある。
（６）特に、請求項７、９記載の回転型膜分離装置によれば、バッフルがたわみにくくて膜体が破損しにくいという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
すなわち、本発明は、被処理液の供給入口を有する容器を貫通するように回転軸を配した回転型膜分離装置において、上記容器内にあって透過された液体を移送することの可能な構造を有する膜体を上記回転軸に装着し、上記膜体に接続されて透過液体を排出する出口を有し、上記膜体の両側に膜体との間に間隙を設けて鉤形形状バッフルを配し、被処理液の供給入口に接続された液体流路が容器内壁面に設けられており、回転軸を挟んで複数の鉤形形状バッフルを膜体直径に対して線対称に配置するか又は回転軸に対して点対称に配置したことを特徴としている。
【００１２】
膜体の表面積に対するバッフルの投影面積は、１〜９０％が好ましい。１％未満では、膜体表面の乱流促進効果が少なく、９０％を超えると被処理液の圧力損失が大きくなりすぎるからである。また、後記する実施例（図１７参照）に示すように、膜体の表面積に対するバッフルの投影面積が１％でも、バッフルなしの場合に比べて透過流束は著しく増え、９０％を超えると透過流束の低下が大きくなるからである。
【００１３】
さらに、本発明が対象とする技術分野では、被処理液の性状や処理目的や処理コストによって異なるが、ある値以上の透過流束が求められ、平均透過流束３０Ｌ(リットル)／ｍ2／hr 以上を要求されることが多いので、後記する図１７に示すように、そのような透過流束の要求を満たすには、膜体の表面積に対するバッフルの投影面積は１０〜９０％であるのがより好ましく、装置内の圧力損失を上昇させずに透過流束のみを増すためには、膜体の表面積に対するバッフルの投影面積は２６〜７０％であるのがさらに好ましい。
【００１４】
上記のように構成される本発明の膜分離装置によれば、図７に示すように、膜体１２を矢視Ａで示すように右方向に回転させると、供給入口から容器内に供給され加圧された被処理液は、長方形状バッフル１３の左側では矢視Ｂで示すように、容器内壁１５に沿う流路１６から長方形状バッフル１３に沿って容器内方に向かって流れ、一方、長方形状バッフル１３の右側では、矢視Ｃで示すように、膜体１２表面の被処理液は容器内壁１５に沿う流路１６に向かって吐出される。このような膜体表面と容器内壁に沿う流路との間で形成される被処理液のフローにより、膜表面に被処理液が停滞せず、容器内の外方へ流れる液体と内方へ流れる液体の入れ替えがスムーズに行われる。また、被処理液は不均一に取り付けられたバッフルにより乱流を発生させるので、ファウリングや濃度分極が低減され、効率的に膜分離を行うことができる。
【００１５】
また、長方形状バッフルの両端部を容器壁より独立した支持体で支持固定すれば、バッフルの剛性が増し、バッフルの厚みを薄くできるので、膜体の装着枚数を多くすることが可能で、膜分離後の濃縮液の濃度を増すことができる。
【００１６】
膜体の両側に膜体との間に間隙を設けて鉤形形状バッフルを配し、回転軸を挟んで複数の鉤形形状バッフルを膜体直径に対して線対称に配置するか又は回転軸に対して点対称に配置することもできる。また、膜体の両側に膜体との間に間隙を設けてＳ形形状バッフルを配し、回転軸を挟んで複数のＳ形形状バッフルを回転軸に対して点対称に配置することもできる。鉤形形状バッフルまたはＳ形形状バッフルを用いても長方形状バッフルと同じ効果が期待できる。その上、鉤形形状バッフルまたはＳ形形状バッフルによれば、膜面の乱流を大きくすることができ、膜分離性能が向上するという効果がある。また、膜体間の流体の入れ替えを促進する効果もある。
【００１７】
膜体の一方の側に設けるバッフルの数があまり多いと、取付が困難になるという欠点があり、また、後記する実施例（図１６参照）に示すように、バッフルの数を２０本超に増やしても透過流束は上昇しないので、バッフルの数は１〜２０本にするのが好ましい。
【００１８】
また、バッフルは回転する膜体との間に間隙を設けて設置され、膜体と接触しないようにすべきである。一方、バッフルは大きな容積を占めないように、極力厚さを薄くするのが好ましい。しかし、あまり薄すぎると、たわみやすくなって膜体に接触して膜体を破損することがあるので、バッフルは１mm以上の厚さにするのが好ましい。しかし、あまり大きな容積を占めないようにするためと膜体間のクリアランスが広くなりすぎて、装置と回転軸が長大にならないようにするため、バッフルの厚さは２０mm以下にするのが好ましい。また、たわみにくくするためには、バッフルの材質は、特に限定されるものではないが、鉄、ステンレス鋼等の種々の金属、プラスチック、セラミック、ガラス繊維強化プラスチックであるのが好ましい。
【００１９】
また、膜体の回転速度は、外周において、１〜３０ｍ／sec とするのが好ましい。１ｍ／sec 未満の低速では膜孔閉塞防止効果と濃度分極低減効果がほとんどなく、３０ｍ／sec を超えると、遠心力が大きくなりすぎて、加圧された被処理液に付加された透過に有効な圧力が相殺されて透過効率が低下し、また、回転に必要な動力が大幅に増大するからである。また、後記する実施例（図１８参照）に示すように、膜外周速度が１ｍ／sec 未満では、十分に実用に供しうる程度の大きさの透過流束を得ることはできず、低濃度の液でも、高濃度の液でも、膜外周速度が３０ｍ／sec を超えると、透過流束が低下するからである。
【００２０】
また、膜体の直径は、２００〜１１００mmとするのが好ましい。２００mm未満では、十分な膜分離能力を持つ装置とするには、膜体の枚数が多くなりすぎて、装置と回転軸が長くなりすぎ、１１００mmを超えるものは製作が困難で、製造コストが大幅に増加し、また、回転に必要な動力が大幅に増大するからである。また、後記する実施例（図１９参照）に示すように、膜体直径が２００mm未満では、膜体の回転数が遅い場合、十分に実用に供しうる程度の大きさの透過流束を得ることはできず、膜体の回転数が遅い場合（例えば、２０ｒｐｍ以下の場合）、膜体の直径が大きくなると透過流束は増加するが、膜体直径が１１００mmを超えても、透過流束は上昇しないからである。
【００２１】
また、膜体の回転数は、２０〜１８００ｒｐｍとするのが好ましい。２０ｒｐｍ未満では膜孔閉塞防止効果と濃度分極低減効果がほとんどなく、１８００ｒｐｍを超えると、遠心力が大きくなりすぎて、上記したように、透過効率が低下し、また、回転に必要な動力が大幅に増大するからである。また、後記する実施例（図２０参照）に示すように、膜体の回転数が２０ｒｐｍ未満では、透過流束は著しく小さく、１８００ｒｐｍを超えても、透過流束は上昇しないからである。  また、膜体の厚みは１〜２０mmとするのが好ましい。１mm未満では強度的に不十分で、２０mmを超えると、膜体を収容する容器の容積が大きくなりすぎるからである。
【００２２】
また、バッフルの幅は膜体直径の０．１〜４０％とするのが好ましい。０．１％未満では膜体表面の乱流促進効果が少なく、４０％を超えると被処理液の圧力損失が大きくなりすぎるからである。
【００２３】
さらに、膜体とバッフルの間隙は２〜１８mmとするのが好ましい。２mm未満では膜体とバッフルが接触しやすくなって、膜体が破損することがあり、１８mmを超えると、膜体を収容する容器の容積が大きくなりすぎて現実的ではなく、また、膜体とバッフルの距離が離れすぎて、バッフルによる乱流促進効果が小さくなるからである。また、後記する実施例（図２１参照）に示すように、膜体とバッフルの間隙が２mm未満であったり、１８mmを超えると、十分に実用に供しうる程度の大きさの透過流束が得られないからである。
【００２４】
そして、膜体直径に対する容器内径の比は、１．００３〜３．０００にするのが好ましい。１．００３未満では、膜体の占める面積が大きすぎて被処理液の圧力損失が大きくなりすぎるからである。一方、３．０００を超えると、膜体の占める面積が小さすぎて膜分離効率が低下するので好ましくない。
【００２５】
また、膜体の形状は、円形を採用することができるが、必ずしも円形に限るものではなく、五角形以上の多角形状であればよい。
【００２６】
さらに、回転軸を中空とし且つ軸長手方向の膜体装着部分に小孔を設け、膜体は透過液体を移送可能な経路を有する透過性膜を板の両面に取り付けた構造であって、上記透過性膜の透過液体移送経路を回転軸に設けた小孔に連通するような構成を採用すれば、回転軸を透過液体の排出手段としても利用することができるので、膜分離装置がコンパクトになるという利点がある。
【００２７】
本明細書において、「直径」とは、「円または球の中心を通過して円周または球面上に両端を有する線分」をいうほか、「多角形においては、その中心から一頂点に至る距離の２倍の長さの線分」をもいう意である。
【実施例】
【００２８】
以下に、本発明の回転型膜分離装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の回転型膜分離装置の斜視図である。１は被処理液の供給入口で、円筒状容器２の中心部を貫通するように中空の回転軸３を配し、中空の回転軸３に装着した多数の膜体（図２の番号１２）で透過された液体は、中空の回転軸３内を通過して出口４、５から排出され、濃縮液は出口６から排出される。７は回転軸３とともに膜体を回転させるモータであり、モータ７の回転力は、ベルト８により回転軸３に伝達される。回転力の伝達はこれに限られるものではなく、モータ直結型、歯車減速機、巻き掛け伝導装置を用いてもよい。
【００２９】
本実施例で用いた膜体は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、ポリプロピレン製の板体９の両面に織布のスペーサクロス１０を介してポリエーテルスルホン製の透過性膜１１を取り付けた構造である。なお、透過性膜を取り付ける板としては本実施例で用いたプラスチック板以外に金属板やセラミック板を用いることも可能であり、容易に変形せず、破損に強い材質を採用するのが好ましい。
【００３０】
本明細書において、透過性膜とは、多孔質な構造を有し、多孔質部分を経由することによって透過された液体を移送することの可能な経路（多孔質部分を接続することによって形成される流路）が内部に形成されたものをいい、このような機能を有するものであれば、上記の有機膜以外に、セラミック膜や金属膜を採用することもできる。
【００３１】
スペーサクロス１０も透過液体を移送可能であるが、スペーサクロス１０内の透過液体の流路は後記する透過性膜１１の透過液体移送経路２７より大径であって、透過液体はスペーサクロス１０内を流れやすくなっている。
【００３２】
プラスチック製の板体９とスペーサクロス１０と透過性膜１１からなる膜体１２を、図２（ｂ）に示すように回転軸３に装着し、膜体１２の両側に膜体との間に間隙を設けて、それぞれ２本のステンレス鋼製の長方形状バッフル１３を回転軸３を挟んで容器２の一方の内壁近傍から他方の内壁近傍まで互いに平行に配置し（図２（ａ）参照）、複数の長方形状バッフル１３の両端部は容器２の面２ａと２ｂを接続する貫通ボルト１４によって支持固定されている。また、被処理液の供給入口１に接続された液体流路１６が容器２の内壁面１５に沿うように形成されている。
【００３３】
回転軸３は中空であって、図５（ａ）に示すように、軸長手方向の膜体１２装着部分に小孔１７を設け、膜体１２を構成する透過性膜１１の透過液体移送経路とスペーサクロス１０の透過液体移送流路は小孔１７に連通している。１８は、膜体１２の回転軸装着部分で、上下で隣接する膜体１２、１２の間に介装したスペーサである。また、図５（ｂ）に示すように、スペーサ１８と膜体１２が回転軸３に装着される部分の軸長手方向に複数のスリット１９を設け、このスリット１９を透過液体移送流路として利用して、回転軸３の端部に小孔１７を設け、透過性膜１１の透過液体移送経路とスペーサクロス１０の透過液体移送流路をスリット１９を経て小孔１７に通じるような構成を採用することもできる。図５（ｂ）では省略しているが、回転軸３の他方の端部にも小孔１７が設けられている。      
【００３４】
図３は、膜体１２の両側に膜体との間に間隙を設けて、それぞれ４本のステンレス鋼製の長方形状バッフル２０を回転軸３を挟んで容器２の一方の内壁近傍から他方の内壁近傍まで互いに平行に配置した例を示す。なお、バッフルの材質は、上記した金属製以外にプラスチックやセラミックを採用することも可能である。
【００３５】
以上のように構成される膜分離装置の容器２内に加圧（約０．０１ＭＰａ以上の圧力）された被処理液を供給するか又は容器２内を被処理液で満たして、回転軸３を通して減圧もしくは吸引し、回転軸３を回転させると、図６（ａ）の矢印２４に示すように、遠心力によって半径方向外方への流れを生じる。しかも、膜体１２の両側にはバッフル１３が存在するので、膜体１２の膜孔を閉塞しようとする粒子の作用や濃度分極を妨げるような流れ２５が発生し、図６（ｂ）に示すように、膜孔２６が閉塞されることはなく、多孔質部分を接続することによって形成される経路２７からスペーサクロス１０内の流路を経た透過液は、図５（ａ）（ｂ）に示す小孔１７から中空回転軸３内を経由して、図１に示す出口４、５から排出され、一方、濃縮液は出口６から排出される。透過液は透過性膜内の狭い透過液体移送経路２７よりスペーサクロス１０内の広い流路を流れやすいので、透過液体移送経路２７から直接小孔１７に向かう透過液は少なく、スペーサクロス１０内の広い流路を経て小孔１７に達する透過液の方が多い。この点で、透過液が流れやすい流路を確保するために、板体９に透過液の流路を形成することも可能であって、この場合にはスペーサクロス１０は不要である。しかし、板体９に透過液の流路を形成することはコストが高くつくので、経済性の点でスペーサクロス１０を採用するのが好ましい。
【００３６】
なお、バッフルとしては、図８に示す鉤形形状のバッフル２８ｂや図９に示すＳ形形状のバッフル２８ｃを採用することもできる。これらのバッフル２８ｂおよび２８ｃを用いても長方形状バッフルと同じ効果が期待できる。その上、鉤形形状バッフル２８ｂおよびＳ形形状バッフル２８ｃによれば、膜面の乱流を大きくすることができ、膜分離性能が向上するという効果がある。また、膜体間の流体の入れ替えを促進する効果もある。鉤形形状のバッフル２８ｂについては、図８に示すように、回転軸３を挟んで複数の鉤形形状バッフル２８ｂを膜体１２直径に対して線対称に配置するか又は回転軸３に対して点対称に配置することができる。Ｓ形形状バッフル２８ｃについては、図９に示すように、回転軸３を挟んで複数のＳ形形状バッフル２８ｃを回転軸３に対して点対称に配置することができる。図８および図９には示されていないが、膜体１２の他方の側にも同数のバッフル２８ｂ、２８ｃが同じように配置されており、バッフル形状が異なる点を除けば、他の構成は基本的に図２と同様である。また、鉤形形状バッフル２８ｂおよびＳ形形状バッフル２８ｃの両端部は、それぞれ容器２の面２ａと２ｂ（図２参照）を接続する貫通ボルト１４によって支持固定されている。
【００３７】
さらに、図１０（ｃ）に示すように、翼類似の断面形状のバッフル２９を採用することも可能である。このバッフル２９によれば、膜体と接触しにくいという利点がある。なお、図２に示す長方形状バッフル１３や図３に示す長方形状バッフル２０の長手方向の断面は、図２（ｃ）又は図３（ｃ）に示すように、断面寸法が変化しない。本発明のバッフルは、ここに例示したものに限定されるものではない。
【００３８】
次に、本発明の膜分離装置と従来の膜分離装置について、透過流束および濃度分極低減効果について調査したので説明する。なお、以下の各実験に用いた円筒状容器２の内径は３５０mmであり、特に示したもの以外の膜体の直径は３００mmであり、これらの数値は各実験において共通である。
（１）操作圧力と透過流束（図１１、図１３、図１５）
（ａ）長方形状バッフルとリング状バッフル
本発明の膜分離装置としては、図２に示すように、膜体の一方の側および他方の側にそれぞれ長方形状バッフルを２本有するものを使用し、リング状バッフルを有する従来の膜分離装置としては、図２５に示すものを使用し、操作圧力と透過流束の関係を調査した結果を図１１に示す。なお、操作圧力とは、被処理液の供給圧力から遠心力を差し引いた有効圧力をいい、実際に被処理液の透過に利用された圧力である。
【００３９】
図１１に示すように、膜外周速度が８ｍ／sec、１６ｍ／sec、２４ｍ／sec のいずれの速度においても、長方形状バッフルを有する本発明の膜分離装置（符号△、□、○）は、リング状バッフルを有する従来の膜分離装置（符号▲、■、●）より透過流束は大きい。
（ｂ）長方形状バッフルと棒状バッフル
本発明の膜分離装置としては、図３に示すように、膜体の一方の側および他方の側にそれぞれ長方形状バッフルを４本有するものを使用し、棒状バッフルを有する膜分離装置としては、図１２に示すように、膜体１２の一方の側に４本の棒状バッフル２１を有するものを使用し、操作圧力と透過流束の関係を調査した結果を図１３に示す。なお、図１２には示されていないが、膜体１２の他方の側にも同数の棒状バッフルが同じように配置されており、棒状バッフルの数が異なる点を除けば、他の構成は基本的に図４と同様であり、棒状バッフル２１は、容器２の両面２ａと２ｂを接続する、図４（ｃ）に示すような段付き締結具２２の凹部２３に係合している。
【００４０】
図１３に示すように、膜外周速度が８ｍ／sec または１６ｍ／sec のいずれにおいても、長方形状バッフルを有する本発明の膜分離装置（符号△、□）は、棒状バッフルを有する膜分離装置（符号▲、■）より透過流束は格段に大きい。
（ｃ）長方形状バッフルと孔あき板状バッフル
本発明の膜分離装置としては、図３に示すように、膜体の一方の側および他方の側に長方形状バッフルを４本有するものを使用し、孔あき板状バッフルを有する膜分離装置としては、図１４に示すように、容器の内壁１５から回転軸３の近傍まで孔あき板状バッフル３０が設置されたものを使用し、操作圧力と透過流束の関係を調査した結果を図１５に示す。なお、図１４には示されていないが、膜体１２の他方の側にも同数の孔あき板状バッフルが同じように配置されており、バッフルの形状が異なる点を除けば、他の構成は基本的に図３と同様である。
【００４１】
図１５に示すように、膜外周速度が８ｍ／sec 、１６ｍ／sec 、２４ｍ／sec  のいずれにおいても、長方形状バッフルを有する本発明の膜分離装置（符号△、□、○）は、孔あき板状バッフルを有する膜分離装置（符号▲、■、●）より透過流束は格段に大きい。
（２）長方形状バッフルの本数と透過流束
膜体の表面積に対するバッフルの投影面積を５０％で一定とした場合において、膜体の一方の側および他方の側に、容器の一方の内壁近傍から他方の内壁近傍まで配置した長方形状バッフルの本数と透過流束の関係を調査した結果を図１６に示す。
【００４２】
図１６に示すように、膜外周速度が８ｍ／sec （△）、２４ｍ／sec （○）のいずれにおいても、長方形状バッフルを１本有することにより、長方形状バッフルなしの場合に比べて透過流束は顕著に増加し、長方形状バッフルの本数が増えるとともに透過流束は大きくなる。しかし、長方形状バッフルを２０本より増やしても、透過流束は上昇しない。
【００４３】
そこで、バッフルの取付の煩雑さを回避し、しかも、十分な透過流束を得るためには、バッフルの数は１〜２０本とするのが好ましい。
（３）膜体の表面積に対するバッフルの投影面積と透過流束
図２に示すように、膜体の一方の側および他方の側に設ける長方形状バッフルフルの本数をそれぞれ２本とした場合に、膜体の表面積に対するバッフルの投影面積と透過流束の関係を調査した結果を図１７に示し、図１７の各バッフルの投影面積（％）に対する透過流束（Ｌ／ｍ2／hr） の数値を、膜外周速度が８ｍ／sec の場合は以下の表１に示し、膜外周速度が２４ｍ／sec の場合は以下の表２に示す。
【００４４】
【表１】
2006061911.tif 000003
【００４５】
【表２】
2006061911.tif 000004
【００４６】
図１７に示すように、膜外周速度が８ｍ／sec （△）、２４ｍ／sec （○）のいずれにおいても、膜体の表面積に対するバッフルの投影面積が１％でも、長方形状バッフルなしの場合に比べて透過流束は顕著に増加し、そのバッフルの投影面積が増えるとともに透過流束は大きくなる。しかし、バッフルの投影面積が９０％を超えると、透過流束は大きく低下することが分かる。というのは、バッフルの投影面積が９０％を超えるものは、上記した従来のリング状バッフルと同じように、バッフルが膜体を覆う面積が多くて、被処理液の圧力損失が大きくなるので透過効率が低下するからである。
【００４７】
図１７において、膜外周速度が２４ｍ／sec の方が８ｍ／sec より透過流束は大きいが、一方、膜外周速度が大きくなると回転に必要な動力が増加する（回転に必要な動力は略回転数の３乗に比例して増加する）という不都合なことがあるが、８ｍ／sec 程度の膜外周速度であれば、回転に必要な動力が過大になることはない。さらに、本発明が対象とする技術分野では、平均透過流束として、３０Ｌ／ｍ2／hr 以上が要求されることが多いので、経済性と本発明が対象とする技術分野で必要とされる透過流束の両方の要求を満たすためには、図１７および表１より、膜体の表面積に対するバッフルの投影面積は、１０〜９０％とするのが好ましい。また、装置内の圧力損失を上昇させずに透過流束のみを増すためには、膜体の表面積に対するバッフルの投影面積は２６〜７０％であるのがさらに好ましい。
（４）膜外周速度と透過流束
図２に示すように、膜体の一方の側および他方の側に設ける長方形状バッフルの本数を２本とした場合（膜体の表面積に対するバッフルの投影面積が５０％の場合）に、膜外周速度と透過流束の関係を調査した結果を図１８に示す。
【００４８】
図１８において、符号「●」、「△」、「■」、「◇」は、それぞれ、被処理液の濃度が１０％、２０％、３０％、５０％を示す。図１８に示すように、膜外周速度が１ｍ／sec 未満では十分に実用に供しうる程度の大きさの透過流束を得ることはできない。特に、３０％を超える高濃度では、膜外周速度が低いと透過流束は極めて低くなる。というのは、高濃度の液の膜分離を行うためには、高粘性にうち勝つだけの十分な運動エネルギーが必要であり、運動エネルギーは速度の自乗に比例するから、１ｍ／sec 未満の膜体回転速度では、膜分離に十分なエネルギーを供給できないからである。
【００４９】
２０％以下の低濃度では、膜外周速度が１５ｍ／sec を超えると、透過流束はほぼ一定であるが、３０％以上の高濃度では、膜外周速度が３０ｍ／sec までは、透過流束は増加している。しかし、膜外周速度が３０ｍ／sec を超えると、低濃度でも高濃度でも、透過流束は小さくなる。
【００５０】
そこで、低濃度から高濃度まで十分な透過流束を得るためには、膜外周速度は、１〜３０ｍ／sec とするのが好ましい。
（５）膜体の直径と透過流束
図２に示すように、膜体の一方の側および他方の側に設ける長方形状バッフルの本数を２本とした場合（膜体の表面積に対するバッフルの投影面積が５０％の場合）に、膜体の直径と透過流束の関係を調査した結果を図１９に示す。
【００５１】
図１９において、符号「●」、「▲」、「■」、「◆」、「▼」は、それぞれ、膜体の回転数が２００ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１４００ｒｐｍ、１８００ｒｐｍを示す。回転数が１８００ｒｐｍの超高速では、膜体直径が増加しても、透過流束はごく僅かしか増えない。膜分離エネルギーは回転数の自乗に比例し、回転数の効果が大きく寄与するので、超高速回転では、膜体直径の大小の差はそれほど問題とならないからである。
【００５２】
一方、回転数が１４００ｒｐｍ以下では、膜体直径が増加すると、透過流束も大きくなるが、膜体直径が１１００mmを超えると、透過流束はそれ以上増加しない。また、膜体直径が２００mm未満では、回転数が６００ｒｐｍ未満の低速回転では十分に実用に供しうる程度の大きさの透過流束を得ることはできない。
【００５３】
そこで、回転に必要な動力の大幅な増加を抑え、しかも、低速から高速回転まで十分な透過流束を得るためには、膜体直径は２００〜１１００mmとするのが好ましい。
（６）膜体の回転数と透過流束
図２に示すように、膜体の一方の側および他方の側に設ける長方形状バッフルの本数を２本とした場合（膜体の表面積に対するバッフルの投影面積が５０％の場合）に、膜体の回転数と透過流束の関係を調査した結果を図２０に示す。
【００５４】
図２０において、符号「●」、「▲」、「■」、「◆」、「▼」は、それぞれ、膜体の直径が１１００mm、７５０mm、４５０mm、３０００mm、２０００mm を 示す。回転数が２０ｒｐｍ未満では、いずれの膜体直径でも十分に実用に供しうる程度の大きさの透過流束を得ることはできない。回転数が２０ｒｐｍより増加するとともに透過流束は大きくなっているが、１８００ｒｐｍでは、いずれの膜体直径でもほぼ同じ透過流束となり、回転数を１８００ｒｐｍより大きくしても透過流束はそれ以上上昇しない。
【００５５】
そこで、回転に必要な動力の大幅な増加を抑え、しかも、膜体直径の大小に関わらず十分な透過流束を得るためには、膜体の回転数は、２０〜１８００ｒｐｍとするのが好ましい。
（７）膜体とバッフルの間隔と透過流束
図２に示すように、膜体の一方の側および他方の側に設ける長方形状バッフルの本数を２本とした場合（膜体の表面積に対するバッフルの投影面積が５０％の場合）に、膜体とバッフルの間隔と透過流束の関係を調査した結果を図２１に示す。
【００５６】
図２１に示すように、膜体とバッフルの間隔が２mm未満でも、１８mmを超えても、十分に実用に供しうる程度の大きさの透過流束を得ることはできない。
【００５７】
そこで、膜体を破損せず、しかも、十分な透過流束を得るためには、膜体とバッフルの間隔は、２〜１８mmとするのが好ましい。
（８）透過流束の安定性（図２２）
本発明の膜分離装置として、図２に示すように、膜体の一方の側および他方の側にそれぞれ長方形状バッフルを２本有するものを使用し、運転時間に対する透過流束の変化を調査した結果を図２２に示す。図２２に示すように、８時間膜分離を実行しても透過流束（▲）は変化せず、本発明の膜分離装置は透過流束の安定性において優れていることが分かる。
（９）濃度分極低減効果（図２３、２４）
（ａ）ＭｇＳＯ4  阻止率
本発明の膜分離装置として、図３に示すように、膜体の一方の側および他方の側にそれぞれ長方形状バッフルを４本有するものを使用し、膜外周速度に対する濃度分極低減効果を調査した結果を図２３に示す。なお、ＭｇＳＯ4  阻止率（●）とは、次式で定義されるものをいう。
【００５８】
ＭｇＳＯ4  阻止率＝〔１−（透過液濃度）／（原液ＭｇＳＯ4  濃度）〕×１００（％）
すなわち、ＭｇＳＯ4  阻止率の数値が大きいほど、濃度分極低減効果が優れていることを示し、本発明の膜分離装置は、十分に実用に供する程度の高いＭｇＳＯ4  阻止率を有している。
（ｂ）ＮａＣｌ阻止率
本発明の膜分離装置として、図３に示すように、膜体の一方の側および他方の側にそれぞれ長方形状バッフルを４本有するものを使用し、膜外周速度に対する濃度分極低減効果を調査した結果を図２４に示す。なお、ＮａＣｌ阻止率（●）とは、次式で定義されるものをいう。
【００５９】
ＮａＣｌ阻止率＝〔１−（透過液濃度）／（原液ＮａＣｌ濃度）〕×１００（％）
すなわち、ＮａＣｌ阻止率の数値が大きいほど、濃度分極低減効果が優れていることを示し、本発明の膜分離装置は、十分に実用に供する程度の高いＮａＣｌ 阻止率を有している。
【００６０】
なお、容器２は円筒状以外の形状、例えば、四角形以上の多角形または上蓋の無い槽形を採用することも可能である。
【００６１】
本実施例においては、装置を横にして用いる例を挙げているが、これに限られるものではなく、装置を縦にして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の回転型膜分離装置の一実施例の斜視図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の回転型膜分離装置の長方形状バッフルと膜体と容器とを示す一実施例の断面図、図２（ｂ）はその長方形状バッフルを用いた回転型膜分離装置の断面を含む側面図であり、回転手段は省略しており、図２（ｃ）は図２（ａ）のII−II矢視断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の回転型膜分離装置の長方形状バッフルと膜体と容器とを示す別の実施例の断面図、図３（ｂ）はその長方形状バッフルを用いた回転型膜分離装置の断面を含む側面図であり、回転手段は省略しており、図３（ｃ）は図３（ａ）のIII−III矢視断面図である。
【図４】図４（ａ）は、膜体の両側に膜体との間に間隙を設けて、それぞれ８本の棒状バッフルを回転軸を挟んで容器の一方の内壁近傍から他方の内壁近傍まで互いに平行に配置した回転型膜分離装置の棒状バッフルと膜体と容器とを示す一例の断面図、図４（ｂ）はその棒状バッフルを用いた回転型膜分離装置の断面を含む側面図であり、回転手段は省略しており、図４（ｃ）は棒状バッフルの締結方法を示す図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の回転型膜分離装置の一実施例において、膜体が回転軸に装着される箇所を拡大して示す断面図であり、図５（ｂ）はその別の実施例の膜体が回転軸に装着される箇所を拡大して示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の回転型膜分離装置の一実施例において、容器内壁近傍の膜体と長方形状バッフルを拡大して示す断面図であり、図６（ｂ）は、透過性膜内の透過液体移送経路を拡大して示す図である。
【図７】本発明の回転型膜分離装置における被処理液のフローを示す図である。
【図８】本発明の回転型膜分離装置の鉤形形状のバッフルと膜体と容器とを示す一実施例の断面図である。
【図９】本発明の回転型膜分離装置のＳ形形状のバッフルと膜体と容器とを示す一実施例の断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の回転型膜分離装置の翼形状バッフルと膜体と容器とを示す一実施例の断面図、図１０（ｂ）はその翼形状バッフルを用いた回転型膜分離装置の断面を含む側面図であり、回転手段は省略しており、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ矢視断面において、バッフル２９及びその近傍を拡大して示す図である。
【図１１】操作圧力と透過流束の関係を示す図である。
【図１２】回転型膜分離装置の棒状バッフルと膜体と容器とを示す一例の断面図である。
【図１３】操作圧力と透過流束の関係を示す別の図である。
【図１４】回転型膜分離装置の孔あき板状バッフルと膜体と容器とを示す一例の断面図である。
【図１５】操作圧力と透過流束の関係を示すさらに別の図である。
【図１６】長方形状バッフルの本数と透過流束の関係を示す図である。
【図１７】膜体の表面積に対するバッフルの投影面積と透過流束の関係を示す図である。
【図１８】膜外周速度と透過流束の関係を示す図である。
【図１９】膜体の直径と透過流束の関係を示す図である。
【図２０】膜体の回転数と透過流束の関係を示す図である。
【図２１】膜体とバッフルの間隔と透過流束の関係を示す図である。
【図２２】本発明の回転型膜分離装置の透過流束の時間変化を示す図である。
【図２３】本発明の回転型膜分離装置の濃度分極低減効果を示す図である。
【図２４】本発明の回転型膜分離装置の濃度分極低減効果を示す別の図である。
【図２５】図２５（ａ）は、従来の回転型膜分離装置のリング状バッフルと膜体と容器とを示す断面図、図２５（ｂ）はそのリング状バッフルを用いた回転型膜分離装置の断面を含む側面図であり、回転手段は省略している。
【図２６】図２６（ａ）は、従来の回転型膜分離装置の孔あきリング状バッフルと膜体と容器とを示す断面図、図２６（ｂ）はその孔あきリング状バッフルを用いた回転型膜分離装置の断面を含む側面図であり、回転手段は省略している。
【符号の説明】
【００６３】
１    供給入口
２    容器
３    回転軸
４    出口
５    出口
６    出口
７    モータ
１１  透過性膜
１２  膜体
１３  長方形状バッフル
１５  容器内壁
１６  液体流路
１７  小孔
２０  長方形状バッフル
２１  棒状バッフル
２６  膜孔
２７  透過液体移送経路
２８ｂ  鉤形形状バッフル
２８ｃ  Ｓ形形状バッフル
２９  翼形状バッフル
３０  孔あき板状バッフル
【図１】
2006061911.tif 000005
【図２】
2006061911.tif 000006
【図３】
2006061911.tif 000007
【図４】
2006061911.tif 000008
【図５】
2006061911.tif 000009
【図６】
2006061911.tif 000010
【図７】
2006061911.tif 000011
【図８】
2006061911.tif 000012
【図９】
2006061911.tif 000013
【図１０】
2006061911.tif 000014
【図１１】
2006061911.tif 000015
【図１２】
2006061911.tif 000016
【図１３】
2006061911.tif 000017
【図１４】
2006061911.tif 000018
【図１５】
2006061911.tif 000019
【図１６】
2006061911.tif 000020
【図１７】
2006061911.tif 000021
【図１８】
2006061911.tif 000022
【図１９】
2006061911.tif 000023
【図２０】
2006061911.tif 000024
【図２１】
2006061911.tif 000025
【図２２】
2006061911.tif 000026
【図２３】
2006061911.tif 000027
【図２４】
2006061911.tif 000028
【図２５】
2006061911.tif 000029
【図２６】
2006061911.tif 000030