(57)【要約】【課題】薬液洗浄による金属膜の腐食を防止することにより、金属膜の寿命を延長できる膜濾過装置を提供する。【解決手段】膜濾過装置１０は、金属膜１６Ａを有する回転平膜１６と、この回転平膜１６に短絡された陽極板２２を備えている。陽極板２２は、金属膜１６Ａよりもイオン化傾向の大きい材質で構成されている。したがって、陽極板２２と金属膜１６Ａが電解質溶液に浸漬されると、両者の間に電流が流れて陽極板２２が溶出する。これにより、陽極板２２が犠牲陽極として作用するので、金属膜１６Ａの腐食を防止できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜によって被処理液中の固形物を膜濾過する膜濾過装置において、
前記被処理液中に金属部材を浸漬し、該金属部材と前記金属膜との間に防食電流を供給する防食電流供給手段を備えたことを特徴とする膜濾過装置。
【請求項２】
前記防食電流供給手段は、前記金属膜よりもイオン化傾向の大きい金属部材を前記金属膜とともに洗浄用薬液に浸漬するとともに、前記金属部材を前記金属膜に短絡させて前記防食電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の膜濾過装置。
【請求項３】
前記金属部材は、前記防食電流の供給によって溶解し、濾過処理に有効な成分を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜濾過装置に係り、特に金属膜を用いた膜濾過装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液分離技術の一手段として膜濾過が知られている。この膜濾過は膜を用いて被処理液から固形物などを分離する方法であり、膜の孔径以上の固形物が絶対に通過しないという長所がある。しかし、膜濾過は、膜表面に固形物が堆積してケーキ層を形成し、このケーキ層の圧密化によって濾過抵抗が上昇するという欠点がある。このため、膜を清浄な状態に長期間保持し、濾過性能を維持することが必要になる。例えば、浸漬平膜装置では、膜の下方から散気を行ってクロスフローを発生させ、膜面を清浄に保っている。回転平膜装置では、膜面に乱流を発生させてケーキ層の堆積を防止している（特許文献１参照）。
【０００３】
また、膜濾過においては、膜の汚れを除去する様々な方法も提案されている。例えば、逆流洗浄は、濾過圧力が上限値に達した時に濾過運転を停止し、処理水を原水側に逆流させることで膜表面の汚れを剥離させる（特許文献２参照）。また、エアースクラビングは、逆流洗浄の際に膜の周囲に散気し、気泡によって中空糸膜を激しく揺動させて洗浄効果を高める（特許文献３参照）。しかし、これらの方法では、長期間の濾過運転を行った膜の汚れを十分に除去できない場合が発生する。この場合、膜を薬液に数分〜数時間、浸漬して薬液洗浄することが必要となる。薬液洗浄に使用する薬液は、膜の材質や汚れの種類に応じて選択され、例えば有機物の汚れには次亜塩素酸ナトリウム溶液、無機物の汚れには塩酸やシュウ酸が用いられる。
【０００４】
ところで、膜濾過に使用される膜は、従来は有機樹脂製が多かったが、近年では金属やセラミック製が多く開発され、様々な分野で使用されている（特許文献４、特許文献５、及び特許文献６参照）。例えば、熱による殺菌が必要とされる食品などのサニタリー分野ではセラミック膜が広く応用されている。これらの膜は材質の経時劣化がほとんどなく長寿命であることから、膜の交換頻度が低減し、メンテナンス性が大幅に向上する。また、大きな特徴として、高温でも材質劣化しないこと、機械強度が高く、高圧にも耐えられるなどの化学的・機械的安定性が挙げられる。したがって、金属膜やセラミック膜を用いると、メタン発酵液などの高温液の直接濾過が可能になる。また、金属膜やセラミック膜は、高温・高圧水で洗浄することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３２３１６０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平６−２３２４６号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平７−２４２６４号公報
【０００８】
【特許文献４】
特開平９−２５３４３１号公報
【０００９】
【特許文献５】
特開平５−２００２５９号公報
【００１０】
【特許文献６】
特開２００１−７９３６０
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属膜を用いて有機物を含む被処理液を膜濾過した場合には、有機物の汚れによって金属膜の濾過抵抗が上昇するので、次亜塩素酸ナトリウムによる薬液洗浄は不可欠である。しかし、金属膜を次亜塩素酸ナトリウムで薬液洗浄すると、塩素によって金属膜が激しく腐食される。このため、膜濾過水である処理水の側に固形物が漏出したり、金属膜の構成成分である金属（例えば鉄）が溶出して処理水質が大幅に悪化するなどの問題が発生する。したがって、従来は金属膜を次亜塩素酸ナトリウムによって薬液洗浄使用することができず、金属膜の寿命が短いという欠点があった。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、次亜塩素酸ナトリウムなどの薬液洗浄をした場合でも、金属膜の腐食を防止することにより、金属膜の寿命を延長することができる膜濾過装置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】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、金属膜によって被処理液中の固形物を膜濾過する膜濾過装置において、前記被処理液中に金属部材を浸漬し、該金属部材と前記金属膜との間に防食電流を供給する防食電流供給手段を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、金属膜に防食電流を供給するようにしたので、金属膜は電気防食される。したがって、例えば次亜塩素酸ナトリウム溶液などの電解質溶液を用いて金属膜を薬液洗浄しても、金属膜が腐食されない。これにより、金属膜を薬液洗浄することができ、金属膜の寿命を延長することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記防食電流供給手段は、前記金属膜よりもイオン化傾向の大きい金属部材を前記金属膜とともに洗浄用薬液に浸漬するとともに、前記金属部材を前記金属膜に短絡させて前記防食電流を供給することを特徴としている。したがって、電極電位の差を起電力として防食電流が流れる。これにより、外部電源が不要になり、装置の大型化を防止することができる。なお、犠牲陽極による溶出を嫌う場合には、外部電源を用いることが好ましい。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記金属部材は、前記防食電流の供給によって溶解し、濾過処理に有効な成分を生成することを特徴としている。したがって、金属部材から溶出した成分を膜分離処理に有効利用することができる。例えば、Ａｌなどの金属部材から溶出して生成された生成物を凝集剤として利用することにより、膜の細孔の閉塞を防止できる。これにより、濾過抵抗の上昇を抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る膜濾過装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
図１は、本発明に係る膜濾過装置１０の全体構成を示す図であり、図２は膜濾過装置１０の特徴部分を示す斜視図である。
【００１９】
同図に示すように、膜濾過装置１０は分離槽１２を有し、この分離槽１２の内部に不図示の供給ラインを介して被処理水が供給される。分離槽１２の内部には、二本の中空回転軸１４、１４が平行に配設されており、各中空回転軸１４は回転自在に支持されている。また、各中空回転軸１４、１４はモータ１８、１８に接続されており、このモータ１８、１８によって同方向に回転するようになっている。
【００２０】
中空回転軸１４にはそれぞれ複数の回転平膜１６、１６…が一定間隔をおいて取り付けられている。回転平膜１６は、円板状に形成されており、中空回転軸１４の軸方向に見た際に、もう一方の中空回転軸１４側の回転平膜１６に一部が重なり合うようにして配置されている。したがって、回転平膜１６を中空回転軸１４とともに回転させると、分離槽１２の内部に被処理水の旋回流が形成されるとともに、回転平膜１６、１６同士の間に乱流が形成される。なお、中空回転軸１４の本数は二本に限定されるものではなく、一本であっても、三本以上であってもよい。ただし、複数本の中空回転軸１４を用いた方が、回転平膜１６を重なり合うようにして配置できるので有利である。
【００２１】
回転平膜１６は、通水性を有する円板状のディスク（不図示）の外側に金属膜１６Ａを被覆させて構成される。金属膜１６Ａの材質としては、腐食を抑制するため、ステンレスを使用することが好ましい。回転平膜１６の内部は、中空回転軸１４の内部に連通されており、この中空回転軸１４を介して真空ポンプ２０に連通されている。したがって、真空ポンプ２０を駆動することによって回転平膜１６内を負圧にすることができる。これにより、分離槽１２内の被処理水が金属膜１６Ａを介して回転平膜１６の内部に吸引され、その際、金属膜１６Ａによって濾過された処理水が中空回転軸１４を通って真空ポンプ２０から排水される。
【００２２】
ところで、分離槽１２の内部には、陽極板（金属部材に相当）２２が設けられている。陽極板２２の材質は、金属膜１６Ａの材質よりもイオン化傾向の大きいもの（すなわち、標準電極電位の小さいもの）が使用される。例えば、ステンレス製の金属膜１６Ａを使用した場合には、陽極板２２の材質としてアルミニウムや亜鉛などが使用される。なお、陽極板２２の材質は、次亜塩素ナトリウムの添加時のような腐食環境で有効に作用するものが好ましい。しかし、通常の処理水でも容易に腐食するような材質では、装置の寿命を短くするので好ましくない。また、材質として、溶解した際に被処理水によって腐食されないもの、或いは溶解した際にイオンとして処理水側に溶出しない安定した材質を使用することが好ましい。
【００２３】
また、陽極板２２は、電流が金属膜１６Ａの面に均一に流れるように配置することが好ましい。例えば、図２に示すように、陽極板２２を二本の中空回転軸１４、１４と平行に、且つ二本の中空回転軸１４、１４に対して等しい距離に配置することが好ましい。
【００２４】
また、陽極板２２は、スイッチ２４を介して金属膜１６Ａと電気的に接続されている。このスイッチ２４をＯＮにすることによって陽極板２２と金属膜１６Ａとが短絡する。このとき、陽極板２２と金属膜１６Ａが浸漬される液が、十分な電気伝導率を有する電解質であれば、金属膜１６Ａを陰極とする電池が構成される。したがって、イオン化傾向の大きい陽極板２２が溶解し、液中では陽極板２２から金属膜１６Ａに電流が流れる。なお、スイッチ２４をＯＦＦにすれば、金属膜１６Ａと陽極板２２が電気的に遮断されるので、電流の発生が停止する。
【００２５】
なお、分離槽１２が金属製である場合には、分離槽１２と陽極板２２を絶縁し、陽極板２２と金属膜１６Ａとが短絡しないようにすることが必要である。
【００２６】
次に上記の如く構成された膜濾過装置１０の作用について説明する。
【００２７】
膜濾過装置１０では、濾過運転時、回転平膜１６を回転させることによって金属膜１６Ａの膜面に乱流を発生させ、金属膜１６Ａの閉塞を抑制している。しかし、長期間の濾過運転によって金属膜１６Ａの閉塞は徐々に閉塞するので、薬液洗浄が必要となる。
【００２８】
薬液洗浄の際、分離槽１２の内部は次亜塩素酸ナトリウム溶液で満たされる。薬液洗浄に使用する次亜塩素酸ナトリウム濃度は一般的に０．１％溶液であり、電池を構成するのに十分な電気伝導率を備えている。したがって、スイッチ２４をＯＮにして金属膜１６Ａと陽極板２２とを短絡させることにより、金属膜１６Ａと陽極板２２との間には起電力が発生し、陽極板２２が溶出して電流が流れる。このように電流が流れて陽極板２２が溶解している間は、陰極である金属膜１６Ａは安定しており、腐食しない。すなわち、陽極板２２が犠牲陽極として作用するので、金属膜１６Ａの腐食を防止することができる。これにより、次亜塩素酸ナトリウムを用いて金属膜１６Ａを薬液洗浄することができるようになるので、金属膜１６Ａの寿命を延長化することができるとともに、長期間の濾過運転が可能となる。
【００２９】
なお、金属膜１６Ａの腐食を防止するためには、ある値以上の電流（防食電流密度）を流す必要があるが、ビーカーレベルの実験においては次亜塩素酸ナトリウム０．１％溶液中に浸漬させた金属膜１６Ａに対して１ｍ２  （みかけ面積）当り１２０ｍＡの電流を流したところ、腐食は２４時間認められなかった。薬液洗浄は長くても数時間なので、少なくとも１２０ｍＡ／ｍ２  の電流密度を印加することで金属膜１６Ａの腐食を防止することができる。
【００３０】
一方、濾過運転時においては、被処理水が金属膜１６Ａに対して腐食性がなければ、スイッチ２４をＯＦＦにして陽極板２２と金属膜１６Ａとを電気的に遮断することが好ましい。これにより、陽極板２２の溶解が無駄に進行することを防止でき、陽極板２２の交換頻度を減少させることができる。
【００３１】
ただし、被処理水が十分な電気導電率を持ち、ｐＨ６〜９の電解質である場合には、スイッチ２４をＯＮにして金属膜１６Ａと陽極板２２とを短絡させることが好ましい。陽極板２２から溶出したアルミニウムは、ｐＨ６〜９の範囲において、不溶性のゲル状物質となり、凝集作用を持つ水酸化アルミニウムＡｌ（ＯＨ）３  の形で安定する。したがって、ゲル状の水酸化アルミニウムが被処理水中の固形物粒子を吸着して粗大化するので、細かい粒子の侵入による金属膜１６Ａの細孔の閉塞を防止することができる。これにより、濾過抵抗の上昇が緩和されるので、薬液洗浄の頻度が低減し、装置メンテナンス性が向上する。ポリ塩化アルミニウムなどのアルミ系凝集剤を使用している場合には、その注入量を低減させることができる。なお、この水酸化アルミニウムの凝集作用を、電気導電率が低い被処理水に対しても促進させるために、外部電源を用いて強制的に必要な電流密度を得るようにしてもよい。
【００３２】
このように本実施の形態の膜濾過装置１０によれば、陽極板２２を被処理水に浸漬するとともに金属膜１６Ａに短絡したので、金属膜１６Ａの腐食を防止することができる。これにより、金属膜１６Ａを次亜塩素酸ナトリウムで薬液洗浄することができるので、金属膜１６Ａの寿命を延長させることができるとともに、長期間の濾過時間が可能になる。
【００３３】
また、膜濾過装置１０によれば、金属膜１６Ａよりもイオン化傾向の大きい陽極板２２を用いることによって、金属膜１６Ａに防食電流を流すようにしたので、外部電源が不要である。したがって、膜濾過装置１０を大型化することなく、金属膜１６Ａを防食することができる。
【００３４】
さらに、陽極板２２としてアルミニウムを用い、陽極板２２から溶け出したアルミニウムを凝集剤として利用した場合には、金属膜１６Ａの閉塞をより効果的に防止することができる。
【００３５】
なお、上述した実施の形態において、金属膜１６Ａの膜面積７５ｍ２  、処理量３０ｍ３  ／ｄ（Ｆｌｕｘ＝０．４ｍ３  ／ｍ２  ・ｄ）、陽極板２２（アルミニウム製）の面積４ｍ２  とし、陽極板２２を金属膜１６Ａと常時短絡して電流密度１２０ｍＡ／ｍ２  の電流を流す場合、陽極板２２は一日あたり７３ｇ溶解する。この値は有効陽極面積４ｍ２  に対して一年間あたり厚さ２．５ｍｍに相当する。したがって、陽極板２２の厚さを１０ｍｍとすれば、４年間、陽極板２２の交換は不要である。また、アルミニウム溶解量７３ｇ／ｄは、処理原水量に対してアルミニウムとして２．４ｍｇ／Ｌの注入率となる。これは一般的に用いられるポリ塩化アルミニウム原液８％（Ａｌ２  Ｏ３  として１０％）の注入率に換算すると、約４５ｍｇ／Ｌに相当する。処理対象にもよるが、ポリ塩化アルミニウムの注入量はおよそ２０ｍｇ／Ｌ程度の場合が多い。したがって、陽極板２２の溶解によって溶解するアルミニウムの量は凝集剤として十分な量である。
【００３６】
なお、上述した実施の形態では、金属膜１６Ａよりもイオン化傾向の大きい陽極板２２を用いることにより犠牲陽極方式で電気防食を行ったが、陽極板として金属膜１６Ａと類似の材料を用い、金属膜１６Ａを外部電源に接続して電流を供給するようにしてもよい。
【００３７】
また、上述した実施の形態は、本発明を回転平膜装置に適用した例であるが、他の膜濾過装置、例えば図３に示す浸漬平膜装置に適用してもよい。図３に示す浸漬平膜装置は、金属膜２６Ａを数枚〜数十枚にまとめた膜エレメント２６が立設状態で平行に複数設けられている。膜エレメント２６の下方には、散気管２８が設けられ、散気が行われる。この散気により、金属膜２６Ａの膜面に剪断力が付与されるので、金属膜２６Ａの閉塞を抑制することができる。膜エレメント２６の側面側には、陽極板３０が設けられている。陽極板３０は金属膜２６Ａと直交するように立設されている。また、陽極板３０は金属膜２６Ａよりもイオン化傾向の大きな材質で形成されており、金属膜２６Ａと短絡されている。このように構成された浸漬平膜装置においても、陽極板３０が犠牲陽極となり、金属膜２６Ａの腐食が防止される。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る膜濾過装置によれば、金属膜に防食電流を供給するようにしたので、金属膜は電気防食される。したがって、金属膜を次亜塩素酸ナトリウム溶液を用いて薬液洗浄することができ、金属膜の寿命を延長することができる。
【００３９】
また、金属膜よりもイオン化傾向の大きい金属部材を被処理液に浸漬し、この金属部材を金属膜に短絡するようにしたので、電極電位の差を起電力として防食電流が流れる。したがって、外部電源が必要になり、装置の大型化を防止することができる。
【００４０】
また、電流の流れにくい液体の場合は、外部電源を用いて一定の防食電流を流すことで、腐食を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る膜濾過装置の構造を示す図
【図２】図１の膜濾過装置の特徴部分を示す斜視図
【図３】浸漬平膜装置の例を示す斜視図
【符号の説明】
１０…膜濾過装置、１２…分離槽、１４…中空回転軸、１６…回転平膜、１６Ａ…金属膜、１８…モータ、２０…真空ポンプ、２２…陽極板、２４…スイッチ、２６…膜エレメント、２６Ａ…金属膜、２８…散気管、３０…陽極板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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