(57)【要約】【課題】膜モジュールの洗浄を効果的に行うことができる膜分離装置を提供する。【解決手段】膜モジュールと散気装置との間に、出口の断面積が入口の断面積よりも小さい気泡通路を有する膜分離装置は、気泡通路を通過する気泡及び気液混合流を縮小流とすることにより、膜モジュール部における気泡及び気液混合流の流速を向上させることができるため、膜モジュールの膜面を効率的に洗浄することが可能となる。本発明の気泡通路は、特に中空糸膜の繊維軸方向を鉛直方向に配した膜モジュールを使用した場合に好適である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜モジュールと散気装置との間に、出口の断面積が入口の断面積よりも小さい気泡通路を有する膜分離装置。
【請求項２】
前記気泡通路の出口の断面積が、入口の断面積の５０〜９５％である請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記膜モジュールが複数個配され、隣接する膜モジュール間の位置の下方に、前記気泡通路の出口が配されている請求項１又は２に記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記気泡通路は、鉛直面に対し斜めに配された板状部材によって形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【請求項５】
前記板状部材と鉛直面との角度が１〜１５°である請求項４に記載の膜分離装置。
【請求項６】
前記膜モジュールが、シート面が鉛直方向に配されたシート状中空糸膜からなる請求項１〜５のいずれか一項に記載の膜分離装置。
【請求項７】
前記シート状中空糸膜の繊維軸方向が鉛直方向に配されている請求項６に記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、固液分離を行う膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜を配設した膜モジュールを用いて被処理水の固液分離を行う方法が種々検討されている。分離膜を用いて被処理水の濾過処理を行うと、水質の高い処理水を得ることができる。
【０００３】
分離膜を用いて被処理水の固液分離を行う場合、濾過処理を継続するに従って懸濁物質による分離膜表面の目詰まりが進行するため、濾過流量の低下や、膜間差圧の上昇が生じる。このような状態を防ぐため、膜モジュールの下方に散気管を配設し、散気管からエアーの散気を行って、気泡及び気泡の上昇によって生起される被処理液との気液混合流を膜モジュールに当てて洗浄することにより、膜表面の懸濁物質を引き剥がす方法が行われている。
【０００４】
膜モジュールに気泡や気液混合流を当てるにあたっては、膜モジュール全体に均一に当てることが好ましい。このため、例えば膜モジュールの下方に囲い壁を設けて、気泡の流れや気液混合流をほぼ平行流とする方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながらこの方法は、気泡の流れや気液混合流が平行流であるため、懸濁物質を引き剥がす効果をあまり大きくはできなかった。
【０００６】
【特許文献１】
【特開平８−２８１０８０号公報】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、膜モジュールの洗浄を効果的に行うことができる膜分離装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の要旨は、膜モジュールと散気装置との間に、出口の断面積が入口の断面積よりも小さい気泡通路を有する膜分離装置、である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の膜分離装置の一例を示す模式図である。膜分離装置３には、シート面が鉛直方向を向くように配された膜モジュール１が、複数個平行に配設されている。
【００１１】
膜モジュール１の下方には、散気された気泡及び気泡により生起される気液混合流により、膜モジュール１の膜面洗浄を行うための散気装置５と、気泡及び気液混合流を膜モジュール１に導くための気泡通路４とが配置されている。
【００１２】
散気装置５の気泡吐出口から散気された気体は、気泡となって被処理水液中を上昇して膜モジュール１の膜面に達し、さらに膜面の近傍を通過して水面から大気中に放出される。この際、気泡は被処理液中を通って水面まで上方に移動するため、被処理液と気泡からなる、上向する気液混合流が発生する。この気泡及び気液混合流が膜モジュール１の膜面をスクラビングすることにより、固形分の膜面への付着が防止され、膜面の急速な目詰まりを防止することができる。
【００１３】
本発明で用いられる膜モジュール１の形態は、中空糸膜タイプ、平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプ等を適用することができるが、中でも中空糸膜タイプが好適に用いられる。
【００１４】
膜モジュール１の材質としては、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、セルロース誘導体、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリメタクリレート樹脂、ポリアクリレート樹脂などが挙げられる。また、これらの樹脂の共重合体や一部に置換基を導入したものであっても良い。さらに、２種以上の樹脂を混合したものであっても良い。
【００１５】
また、膜モジュール１を構成する分離膜の孔径としては、固液分離の対象となる物質の粒径に応じて選択され、例えば活性汚泥の固液分離に用いるならば、０．５μｍ以下とするのが好ましく、また、浄水濾過のように、除菌が必要な場合は０．２μｍ以下とするのが好ましい。
【００１６】
膜モジュール１に中空糸膜を用いる場合、中空糸膜の少なくとも一方の端部は、開口状態を保った状態で、ハウジング２に固定されている。用いられるハウジング２の材質としては、機械的強度および耐久性を有するものであればよく、例えばポリカーボネート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ＰＰＥ樹脂（ポリフェニレンエーテル）等の樹脂材料や、金属材料等を用いることができる。
【００１７】
中でも、燃焼により有毒ガスを出さずに、完全燃焼させることができるため使用後に焼却処理が可能な、ポリオレフィン等の炭化水素系の樹脂が好ましい。
【００１８】
ハウジング２は、その内部に処理水を集める集水部を有することが好ましい。集水部に集められた濾液は、処理水として適宜取り出される。
【００１９】
散気装置５としては、金属、樹脂等からなる管状体に、気泡を吐出させる吐出口を設けた散気管と、ブロワー６を用いることが、製作が安易であり安価であるため好ましい。
【００２０】
散気管を用いる場合は、各々の膜モジュールに均一に気泡や気液混合流を導くために、上方から見た際に、膜モジュール１のシート面と筒状の散気管とが交差するように配置することが好ましい。
【００２１】
なお、散気管の替わりに板状の散気板を用いてもよい。その場合は、配置方向に対しては特に限定はされない。
【００２２】
膜モジュール１と散気装置５の間には、散気装置５から発せられる気泡及び気液混合流を膜モジュール１に導くための、上下方向に開口した気泡通路４を設ける。このとき、気泡通路４の出口の断面積を、入口の断面積よりも小さくすることにより、気泡通路４を流れる気泡や気液混合流は縮小流となる。
【００２３】
このため、気泡や気液混合流は上昇するに従って速度が上がることから、膜モジュール１の膜面を効果的に洗浄することができる。
【００２４】
なお、気泡通路４の出口、入口の断面積とは、気泡、気液混合流の通過方向に垂直な断面における面積をいう。
【００２５】
気泡通路４の出口の断面積は、入口の断面積に対してあまり小さくすると、気泡や気液混合流の通過に対する抵抗が大きくなる傾向にある。一方、出口をある程度絞り込まないと、流れを縮小流にする効果が充分に発揮されなくなる傾向にある。従って、気泡通路４の出口の断面積は入口の断面積の５０〜９５％であることが好ましい。
【００２６】
なお、気泡通路４の出口の断面積は、入口の断面積の７５％以上であることがより好ましい。また、入口の断面積の８５％以下であることがより好ましい。
【００２７】
気泡通路４の数は、一つでもよいが、複数個設けると、膜モジュール１により均一に気泡や気液混合流を当てることができるため好ましい。特に、膜モジュール１が適当な間隔で複数個配されている場合、隣接する膜モジュール１間の下方に、気泡通路４の出口が位置するように配すると、出口から出た気泡及び気液混合流が、それぞれの膜モジュール１に確実に当たるようになるため好ましい。
【００２８】
気泡通路４の周囲には、遮蔽壁を設けて、横方向からの被処理液の流れ込みを防止し、気泡や気液混合流の上昇流を乱さないようにすることが好ましい。遮蔽壁は、膜モジュール１と散気装置５の間の部位全体を囲うように配置することが、構造が簡便となるためより好ましい。
【００２９】
散気装置５と膜モジュール１との間の距離は、気泡や気液混合流を充分な速度で膜モジュール１に当てるためには、長いほうが好ましいが、あまり長くすると容積効率が低下する。従って、下限としては２０ｃｍ以上が好ましく、３０ｃｍ以上がより好ましい。また、上限としては１ｍ以下が好ましく、５０ｃｍ以下がより好ましい。
【００３０】
気泡通路４は、散気装置５と膜モジュール１との間の全体に亘って設けることが好ましいが、一部に設けても構わない。
【００３１】
また、気泡通路４は、気泡や気液混合流の通過方向に一定の割合で断面積が小さくなるように形成してもよいし、気泡や気液混合流の通過方向に割合が適宜変化するように小さくして形成してもよい。
【００３２】
気泡通路４は、出口の断面積が入口の断面積よりも小さくなるように形成されていれば、その構造は特に限定はされず、例えば直方体形状の部材に、気泡通路４となるスリットを切ったものを用いることもできるが、鉛直面に対し斜めになるように配した板状部材７により構成することが、制作が簡便であるため好ましい。
【００３３】
板状部材７を用いる場合、２枚の板状部材７を向かい合わせ、板状部材７の間に気泡通路４が形成されるようにすればよい。このとき、図１に示すように、中央の鉛直面に対し対称となるように２枚の板を向かい合わせて配置すると、流れを均一にすることができるため好ましいが、板状部材７と鉛直面との角度をそれぞれ変えて配置しても構わない。
【００３４】
板状部材７と鉛直面との角度は、あまり大きくすると、気泡や気液混合流が通過する際の抵抗が大きくなる傾向にある。一方、小さすぎると、流れを縮小流にする効果が充分に発揮されない傾向にある。従って、板状部材７と鉛直面との角度は１〜１５°であることが好ましい。
なお、板状部材７と鉛直面との角度は、５°以上であることがより好ましく、１０°以下であることがより好ましい。
【００３５】
本発明の気泡通路４は、使用する膜モジュール１が、シート面が鉛直方向に配されたシート状中空糸膜からなる場合に好適であり、シート状中空糸膜の繊維軸方向が鉛直方向に配されている場合に特に効果が高い。
【００３６】
これは、シート状中空糸膜の繊維軸方向を鉛直方向とする場合、中空糸膜の端部を固定するハウジング２が下端に位置することになるため、気泡通路４を設けないとハウジング２に気泡や気液混合流の流れが当たり、渦を巻いたりして流れを邪魔しがちになることによる。
【００３７】
一方、図１のように、板状部材７を配置して気泡通路４を形成し、気泡通路４の出口を隣接する膜モジュール間の下方に配置することにより、気泡や気液混合流はハウジング２にあたらず、隣接する膜モジュール１間を滑らかに上昇することになるのである。
【００３８】
隣接する膜モジュール１のハウジング２同士の間隔は、広すぎると散気装置５によって供給された気泡が隣接する膜モジュール１間の中心に偏る傾向があり、分離膜を洗浄する気液混合流からなる十分なせん断力が得られなくなる傾向にある。一方この間隔が狭すぎると散気装置５より散気された気泡が隣接する膜モジュール１の間に導かれる前に滞留し、上昇流速が低下する。
【００３９】
従って、隣接する膜モジュール１のハウジング２同士の間隔は、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。また、３０ｍｍ以下が好ましく、２０ｍｍ以下がより好ましい。
【００４０】
なお、図１の例では、平板状の板状部材７を、膜モジュール１のハウジング２の下部に２枚、山形となるように配置しているが、これ以外に例えば断面形状が山形や台形の板を用いても構わない。
【００４１】
なお、板状部材７は、散気装置５と膜モジュール１のハウジング２とに固定すると簡単に固定できる。このとき、板状部材７同士が形成する山型の幅、すなわち図１におけるａの幅は、ハウジング２の幅以内となるようにすると、気泡や気液混合流の流れを妨げないため好ましい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の膜分離装置によれば、膜モジュールと散気装置との間に、出口の断面積が入口の断面積よりも小さい気泡通路を設けることにより、膜面近傍の気液混合流速を向上させ、膜面の洗浄効率を高めることによって、長期間にわたって膜面の目詰まりを抑え、高い流量で固液分離を行う事ができる。
【００４３】
本発明の気泡通路は、膜モジュールとして、シート面が鉛直方向に配されたシート状中空糸膜モジュールを用いたときに有効であり、特に中空糸膜の繊維軸方向を鉛直方向に配した際は、中空糸膜を固定するハウジングが、気泡及び気液混合流の流れを妨害することを防ぎ、膜面を均一かつ効果的に洗浄することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離装置の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１    膜モジュール
２    ハウジング
３    膜分離装置
４    気泡通路
５    散気装置
６    ブロワー
７    板状部材
【図１】
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