(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過塔内に、中空糸膜束を収容した中空糸膜モジュールを垂設した濾過装置であって、中空糸膜束の横断面方向における中央部と周囲部の両方に、濾過処理時の原水導入路兼洗浄時のスクラビング用気体導入路を設け、前記中空糸膜束の横断面方向周囲部における原水導入路兼スクラビング用気体導入路は、中空糸膜モジュールのスカート部分と中空糸膜束との間に形成される間隙に達した気体が中空糸膜束内に導入されるように中空糸膜モジュール外周部に設けられており、中空糸膜束の両延設方向に濾過水の流出方向が設定されており、中空糸膜モジュールに、一方の流出方向に流出した濾過水を他方の流出方向に流出した濾過水に合流させる集水路が設けられていることを特徴とする濾過装置。
【請求項２】
前記中空糸膜束の横断面方向中央部における原水導入路兼スクラビング用気体導入路が多孔パイプを用いて形成されている、請求項１に記載の濾過装置。
【請求項３】
前記中空糸膜束の横断面方向中央部における原水導入路兼スクラビング用気体導入路の下端に、スクラビング用気体偏流防止ノズルが下方に向けて延設されている、請求項１または２に記載の濾過装置。
【請求項４】
中空糸膜モジュールの下方に、スクラビング用気体噴出口が複数配置されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の濾過装置。
【請求項５】
中空糸膜モジュールが上下方向に２段以上接続されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空糸膜モジュールを用いた濾過装置に関し、各種プラントにおける用水の濾過処理、たとえば原子力発電所や火力発電所における復水等の濾過処理に用いて好適な濾過装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば発電所における復水中の主として酸化鉄からなる微粒子の除去に、中空糸膜モジュールを用いた濾過装置が使用されている。発電所復水を中空糸膜で濾過処理すると、膜によって捕捉された主に酸化鉄からなる微粒子が膜外表面に蓄積し、濾過塔の差圧が上昇する。濾過処理の継続によって膜外表面の捕捉微粒子量が増加するにつれて、ほぼ一次の関係で濾過塔の差圧が上昇するが、このとき、捕捉微粒子量が増えるにつれ、単位捕捉微粒子量当たりの差圧上昇率は増大する傾向にある。したがって、差圧の上昇に伴って濾過寿命が比較的急速に短くなり、洗浄頻度が増加する傾向にある。
【０００３】
このような問題は、次のような原因によると考えられる。すなわち、中空糸膜モジュール内において、中空糸膜が多数本束ねられた中空糸膜束にその外側周囲から原水が流入し、原水中の微粒子が捕捉され各中空糸膜の外表面に蓄積されていくが、捕捉された微粒子により中空糸膜が互いにブリッジングを起こし、さらに濾過処理時には原水が外側にある中空糸膜から内側にある中空糸膜に向かって流れるために、中空糸膜が束の中心方向に向けて集束するため、主として周辺の中空糸膜のみが濾過に寄与し、束の内部の中空糸膜が濾過に有効に使用されなくなるために引き起こされる事象であると推定される。
【０００４】
このような状態になると、洗浄時においても次のような問題が生じる。すなわち、洗浄時には、各中空糸膜の外表面側を洗浄することになるが、たとえばスクラビング用気体を送り込んで各中空糸膜の外表面側を洗浄する場合、中空糸膜が束中心方向に向けて集束されていると、中空糸膜束の内部に入り込んで捕捉された微粒子が洗浄によって除去されにくくなるという問題も生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、上記のような問題点に着目し、濾過処理が長時間継続される場合にあっても、中空糸膜束の内部まで中空糸膜束全体にわたって濾過処理に有効に使用できるようにし、差圧の急速な上昇を抑えて濾過寿命の延長、洗浄頻度の低減をはかるとともに、洗浄時においても、中空糸膜束全体にわたって捕捉していた微粒子を確実かつ良好に除去できるようにした濾過装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る濾過装置は、濾過塔内に、中空糸膜束を収容した中空糸膜モジュールを垂設した濾過装置であって、中空糸膜束の横断面方向における中央部と周囲部の両方に、濾過処理時の原水導入路兼洗浄時のスクラビング用気体導入路を設け、前記中空糸膜束の横断面方向周囲部における原水導入路兼スクラビング用気体導入路は、中空糸膜モジュールのスカート部分と中空糸膜束との間に形成される間隙に達した気体が中空糸膜束内に導入されるように中空糸膜モジュール外周部に設けられており、中空糸膜束の両延設方向に濾過水の流出方向が設定されており、中空糸膜モジュールに、一方の流出方向に流出した濾過水を他方の流出方向に流出した濾過水に合流させる集水路が設けられていることを特徴とするものからなる。
【０００７】
中空糸膜モジュールの中空糸膜束における濾過水の流出方向は、中空糸膜束の両延設方向に設定され、中空糸膜モジュールに、一方の流出方向に流出した濾過水を他方の流出方向に流出した濾過水に合流させる集水路を設けて、中空糸膜モジュール全体としては、濾過水の流出方向を所定の一方向とする。このような集水路は、たとえば後述の実施態様に示すように、中空糸膜束の外側に位置する原水導入路のさらに外側に設けることができる。
【０００８】
上記中空糸膜束の横断面方向中央部における原水導入路兼スクラビング用気体導入路は、単なる空隙からなる流路として形成することもでき、多孔パイプを用いて形成することもできる。
【０００９】
また本発明においては、洗浄時において、スクラビング用気体が極力中空糸膜束の全域にわたって供給されるようにするために、スクラビング用気体の供給を制御あるいは調整することが好ましい。たとえば、前記中空糸膜束の横断面方向中央部における原水導入路兼スクラビング用気体導入路の下端に、スクラビング用気体偏流防止ノズルが下方に向けて延設されている構造を採用できる。このスクラビング用気体偏流防止ノズルの長さを調節することで、供給気体の割り振りの調整が可能であり、また、ノズルの側面に複数の孔を設け、孔の大きさや個数によって供給気体の割り振りの調整を行うことも可能である。
【００１０】
また、スクラビング用気体は、中空糸膜モジュールの下方に設けられた気体噴出口から供給される場合、このスクラビング用気体噴出口を適切な位置に複数配置しておくことも、上記のような供給気体の割り振りに有効である。
【００１１】
上記のような中空糸膜モジュールは、１個ずつ垂設することも可能であり、上下方向に２段以上接続することも可能である。
【００１２】
このように構成される本発明に係る濾過装置では、濾過塔内に垂設される各中空糸膜モジュールにおいて、濾過処理時には、中空糸膜束の中央部と周囲部の両方から原水導入路を通して原水が導入されるので、中空糸膜束の全体にわたってほぼ均一に原水を送り込むことができ、濾過処理が比較的進んだ段階（濾過処理が長時間継続された段階）にあっても、中空糸膜が束の中央部に集束するような圧力は加わりにくくなり、中空糸膜束の全体が濾過処理に有効に使用される。その結果、差圧の急速な上昇が回避されて濾過寿命の延長が可能になり、洗浄頻度の低減が可能になる。
【００１３】
また、洗浄時においては、中空糸膜束の中央部と周囲部の両方から気体導入路を通してスクラビング用気体が導入されるので、中空糸膜束の全体にわたって、捕捉されていた微粒子が効率よく除去されることになる。その結果、洗浄効果が高められ、差圧回復効果も高められる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明が適用可能な濾過装置の代表的な構造を示している。図１において、１は濾過塔を示しており、濾過塔１内は、仕切板２によって上室３と下室４とに区画されている。仕切板２には中空糸膜モジュール５の上端が懸架されており、中空糸膜モジュール５は、上端が仕切板２に固定された状態で下室４内に垂設されている。図１には１本の中空糸膜モジュール５のみを示してあるが、濾過塔１内には多数本の中空糸膜モジュール５が垂設されている。６は、中空糸膜洗浄時のスクラビング用気体導入、分配機能と通水時の原水整流機能を有する下部仕切板であり、この仕切板６に各中空糸膜モジュール５の懸架数に等しい数のスクラビング用気体噴出口１２が設けられている。７は濾過塔１内への原水の入口を示しており、下室４に流入された原水は中空糸膜モジュール５で濾過された後上室３へ流出され、出口８を通して所定の行先へと送られるようになっている。９はドレン管、１０はスクラビング用気体の導入口、１１は、下室４を満水にした状態でスクラビングを行ったときの気体排出のためのベント口を示している。
【００１５】
上記のような中空糸膜モジュール５に対して本発明が実施されるが、先ず比較のために、従来の中空糸膜モジュールを図９、図１０を用いて説明する。
【００１６】
図９は、従来の中空糸膜モジュール１０１による濾過処理時の様子を示しており、仕切板２に懸架された中空糸膜モジュール１０１の外筒１０２の原水導入口１０３から導入された下室４からの原水１０４は、中空糸膜束１０５によって濾過され、濾過水１０６が上室３へと送られる。洗浄時には、図１０に示すように、下方のスクラビング用気体噴出口１０７から噴出されてきたスクラビング用気体１０８が、下部スカート部１０９内からスクラビング用気体導入口１１０を通して外筒１０２内に導入され、主として中空糸膜束１０５の周囲部を上昇されつつ気体により洗浄されるようになっている。
【００１７】
図２は、本発明の第１実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部を示している。図２において、仕切板２に懸架された中空糸膜モジュール２１には、上下方向に延びる中空糸膜束２２が収容されており、中空糸膜束２２の上端は上端接合部２３で、下端は下端接合部２４でそれぞれ接着、固定されている。この中空糸膜束２２の横断面方向における中央部には、下端側が開口し上端側が上端接合部２３で封止された、上下方向に延びる原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５が空隙として形成されている。この原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５内に導入されてきた原水は、中空糸膜の外表面を通してその内部へと透過（濾過）されるようになっている。中空糸膜束２２の横断面方向周囲部には、中空糸膜束２２とは間隙をもたせて外筒２６が設けられており、この間隙が、横断面方向周囲部における、上下方向に延びる原水導入路兼スクラビング用気体導入路２７として形成されている。この原水導入路兼スクラビング用気体導入路２７は、上下端が上端接合部２３および下端接合部２４によって封止されており、導入されてきた原水は中空糸膜の外表面を通してその内部へと透過（濾過）されるようになっている。
【００１８】
中空糸膜束２２の各中空糸膜は、その延在方向両端で開口されており、上部開口から流出された濾過水はそのまま上室３へと送られる。下部開口から流出された濾過水は、下端接合部２４の下側に形成された集水部２８に集水された後、外筒２６の上記原水導入路兼気体導入路２７の外側に二重管構造にて、あるいは上下方向に延びる複数の通路構造にて形成された、濾過水集水路２９を介して上方の上室３内へ送られ、上述の上部開口からの濾過水と合流されるようになっている。図２には、下部スカート部３０内から原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５内へと送られる原水および外筒２６に設けられた上下の貫通孔からなる原水導入口３１を通して原水導入路兼スクラビング用気体導入路２７内へと送られる原水の流れ３２を実線矢印で示し、中空糸膜束２２で濾過され上室３へと送られる濾過水の流れ３３を破線矢印で示してある。
【００１９】
スクラビング時には、図３に示すように、スカート部３０の下方の下部仕切板６に設けられたスクラビング用気体噴出口３４から噴出されたスクラビング用の気体３５が、原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５と、外筒２６の下端近傍に設けられたスクラビング用気体導入孔３６を通して原水導入路兼スクラビング用気体導入路２７とに、分散して導入される。各導入路２５、２７に導入された気体は、中空糸膜束２２の各中空糸膜の外表面をスクラビング、洗浄しながら浮上され、外筒２６の上部貫通孔３１（上部原水導入口）からモジュール２１外に排出され、前述のベント口１１から外部へ排出される。
【００２０】
このように構成された第１実施態様に係る中空糸膜モジュール２１においては、濾過処理時には、図２に示したように、中空糸膜束２２の中央部と周囲部の両方から原水導入路（原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５、２７）を通して原水が導入されるので、ある程度濾過を継続した後にあっても、中空糸膜束２２の横断面方向に全域にわたってほぼ均一に原水を送り込むことができ、中空糸膜束２２の全体が濾過処理に有効に使用される。したがって、中空糸膜束２２が局部的にあるいは中央部側に集束する現象は防止される。中空糸膜束２２の全体が濾過処理に有効に使用される結果、各中空糸膜は均等に寿命に至ることになり、中空糸膜束２２全体としての濾過寿命が大幅に延長される。また、濾過寿命の延長により、洗浄頻度も大幅に減少する。
【００２１】
また、スクラビング洗浄時においては、図３に示したように、スクラビング用気体が中空糸膜束２２の中央部と周囲部の両方から気体導入路（原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５、２７）を通して供給されるので、中空糸膜束２２の全体にわたって良好にスクラビングされることになり、各中空糸膜の外表面に捕捉されていた微粒子が効率よく除去される。したがって、スクラビングによる洗浄効果も大幅に高められる。
【００２２】
さらに、原水導入路を中空糸膜束２２の中央部と周囲部の両方に設けることにより、導入されてくる原水は中空糸膜束２２のいずれかの中空糸膜に流入しやすくなり、かつ、導入流量が分散されるため、圧力損失の小さい中空糸膜モジュール２１となる。また、中空糸膜束２２の濾過水流出方向を両方向とし、下方に流出した濾過水を集水路２９を介して上室３へ集水するようにしているので、中空糸膜中および上室３までの濾過水の流れに伴う圧力損失も低減され、中空糸膜モジュール２１全体としての圧力損失が大幅に低減される。
【００２３】
図４は、本発明の第２実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部を示している。本実施態様では、図２に示した第１実施態様に比べ、中空糸膜束２２の中央部に設けられる原水導入路兼スクラビング用気体導入路が多孔パイプ４１を用いて形成されている。このように多孔パイプ４１を用いることにより、中央部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路の径等の寸法が決めやすくなり、また、多孔パイプ４１の孔のサイズやピッチを調整することにより、中央部から導入される原水の流れや流量を制御しやすくなる。その他の構成、作用、効果は第１実施態様に準じる。
【００２４】
図５は、本発明の第３実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部を示している。本実施態様では、図２に示した第１実施態様に比べ、中空糸膜束２２の中央部に設けられた原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５の下端に、スクラビング用気体偏流防止ノズル５１が下方に向けて延設されている。ノズル５１の長さは、供給されてくるスクラビング用気体の量や勢い等に応じて、このノズル５１内を通して浮上される気体と、スクラビング用気体導入孔３６を通して導入され浮上される気体が、所望の量バランスとなるように設定されればよい。また、ノズル５１の外周面には、適当なサイズ、ピッチで貫通孔を設け、該貫通孔を通してもノズル５１内に気体が導入されるようにしてもよい。このようにスクラビング用気体偏流防止ノズル５１を設けることにより、供給気体の偏流を防止してより適切に中空糸膜束２２の中央部と周囲部とに振り分けることが可能になり、スクラビング洗浄処理の均一性、処理効果をより高めることが可能となる。
【００２５】
図６は、本発明の第４実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部およびスクラビング用気体噴出口部を示している。本実施態様においては、図２に示した第１実施態様に比べ、下部仕切板６に、スクラビング用気体噴出口６１、６２が１モジュール当たり複数設けられている。図示例では２個の気体噴出口６１、６２であるが、３個以上設けてもよい。このように気体噴出口６１、６２を適当な位置に複数配置しておけば、供給気体をより容易にかつ適切に、中央部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５と周囲部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路２７とに割り振ることが可能になり、より望ましいスクラビング洗浄処理が可能となる。
【００２６】
図７は、本発明の第５実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部を示している。本実施態様は、図５に示した第３実施態様と図６に示した第４実施態様を組み合わせたものであり、中空糸膜束２２の中央部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路２５の下端にスクラビング用気体偏流防止ノズル５１が延設されているとともに、下部仕切板６に、１モジュール当たり複数のスクラビング用気体噴出口６１、６２が設けられている。このような構成を採ることにより、より一層良好に供給気体の偏流防止と均一な振り分けが可能になる。
【００２７】
図８は、本発明の第６実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部を示している。本実施態様においては、図２に示した第１実施態様と同等の構成を有し、中空糸膜モジュール７１、７２が、コネクター部７３を介して上下方向に２段直列に接続されている。コネクター部７３は、中央部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路７４、７５を連通する内管部７６と、周囲部に設けられた濾過水の集水路７７、７８を連通する外管部７９とからなる。その他の構成は第１実施態様に準じるので、図２に付したのと同一の符号を付すことにより説明を省略する。接続段数は３段以上とすることも可能である。このように本発明においては、必要に応じて、適宜中空糸膜モジュールを連接した構成を採用することが可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る濾過装置によれば、中空糸膜モジュールの中空糸膜束の全体を濾過処理に有効使用できるとともに、スクラビング洗浄時にも中空糸膜束の全体にわたって望ましい洗浄効果を奏することができ、濾過と洗浄の両処理の性能を共に大幅に高めることができる。とくに長時間継続して濾過処理を行っている場合にあっても、単位捕捉微粒子量当たりの差圧上昇変化率を最小に抑えることができ、濾過寿命を延長するとともに洗浄頻度を低減でき、同時に洗浄性能も向上するので濾過装置全体としての長寿命化をはかることができる。
【００２９】
また、中空糸膜束を全域にわたって有効に使うことができるため、従来装置に比べ１モジュール当たりの中空糸膜充填本数を増やしても各中空糸膜の膜面を濾過処理に有効に使用することが可能となり、濾過装置のコンパクト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用可能な濾過装置の概略縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部の縦断面図である。
【図３】図２の装置のスクラビング時の様子を示す縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部の縦断面図である。
【図５】本発明の第３実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部の縦断面図である。
【図６】本発明の第４実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部の縦断面図である。
【図７】本発明の第５実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部の縦断面図である。
【図８】本発明の第６実施態様に係る濾過装置の中空糸膜モジュール部の縦断面図である。
【図９】従来の中空糸膜モジュール部の縦断面図である。
【図１０】図９の装置のスクラビング時の様子を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  濾過塔
２  仕切板
３  上室
４  下室
５  中空糸膜モジュール
６  下部仕切板
７  原水入口
８  濾過水出口
９  ドレン管
１０  スクラビング用気体導入口
１１  ベント口
２１  中空糸膜モジュール
２２  中空糸膜束
２３  上端接合部
２４  下端接合部
２５  中央部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路
２６  外筒
２７  周囲部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路
２８  集水部
２９  濾過水の集水路
３０  スカート部
３１  原水導入口
３２  原水の流れ
３３  濾過水の流れ
３４  スクラビング用気体噴出口
３５  気体
３６  スクラビング用気体導入孔
４１  多孔パイプ
５１  スクラビング用気体偏流防止ノズル
６１、６２  スクラビング用気体噴出口
７１、７２  中空糸膜モジュール
７３  コネクター部
７４、７５  中央部の原水導入路兼スクラビング用気体導入路
７６  内管部
７７、７８  濾過水の集水路
７９  外管部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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