(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状膜と、該円筒状膜の軸心線と平行方向に該円筒状膜の内外に設けた複数の棒状の膜支持部材とを備えてなる円筒状膜エレメントであって、
該膜支持部材は該円筒状膜と略同一円周上に６〜２４本配置されており、
該膜支持部材は、該円筒状膜の外側に配置された第１の膜支持部材と、該円筒状膜の内側に配置された第２の膜支持部材とからなり、該円周方向において該第１の膜支持部材と該第２の膜支持部材とが交互に配置されていることを特徴とする円筒状膜エレメント。
【請求項２】
請求項１において、円筒状膜の内径が２５〜２００ｍｍであることを特徴とする円筒状膜エレメント。
【請求項３】
請求項１又は２において、円筒状膜は、内周側に配置された細孔薄膜層と、外周側に配置された大孔径支持膜層とを有しており、該細孔薄膜層は、孔径０．０１〜１μｍ、厚さ１０〜５０μｍであり、該大孔径支持膜層は、孔径１〜１０μｍ、厚さ５００〜５０００μｍであることを特徴とする円筒状膜エレメント。
【請求項４】
前記円筒状膜の二次側から加圧気体及び／又は液体を供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の円筒状膜エレメントの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は円筒状膜エレメント及びその洗浄方法に係り、特に、屎尿汚泥、下水汚泥、産業廃棄物汚泥、或いは発酵菌体やパルプスラリー等の高濃度スラリー性状液の濃縮ないし固液分離に好適な円筒状膜エレメントと、この円筒状膜エレメントを洗浄する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
屎尿汚泥、下水汚泥、産業廃棄物汚泥等の廃棄物処理や食品、医薬品等の産業分野での発酵菌体などの分離プロセスには、装置が小型で作業性等に優れることから、一般に膜濾過装置が多用されている。
【０００３】
しかしながら、上述のような高濃度スラリー液を膜濾過すると、通常の膜では一次側（原水、即ち被濾過水側）の膜表面にスラリー中の懸濁物が付着、堆積し、経時により濾過性能が低下してくる。
【０００４】
従来においては、このような懸濁物の付着、堆積による膜濾過性能の低下を防止するために、膜の一次側の表面に乱流を発生させる方法が採用されている。例えば、中空糸膜において、中空糸内にスラリーを高速で循環させる方法や、平膜において、膜表面に乱流が発生するようにスラリーを循環させる方法が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように膜表面に乱流を発生させる方法では、スラリー循環のためのエネルギー消費が大きく、設備も複雑になるという不具合がある。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決し、洗浄により膜性能を容易に回復させることができ、高濃度スラリー液の膜濾過に好適な円筒状膜エレメントとこの円筒状膜エレメントを洗浄する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の円筒状膜エレメントは、円筒状膜と、該円筒状膜の軸心線と平行方向に該円筒状膜の内外に設けた複数の棒状の膜支持部材とを備えてなる円筒状膜エレメントであって、該膜支持部材は該円筒状膜と略同一円周上に６〜２４本配置されており、該膜支持部材は、該円筒状膜の外側に配置された第１の膜支持部材と、該円筒状膜の内側に配置された第２の膜支持部材とからなり、該円周方向において該第１の膜支持部材と該第２の膜支持部材とが交互に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の円筒状膜エレメントの洗浄方法は、このような本発明の円筒状膜エレメントを洗浄する方法であって、円筒状膜の二次側、即ち濾過水（透過水）側から加圧気体及び／又は液体を供給することを特徴とする。
【０００９】
本発明の円筒状膜エレメントにあっては、円筒状膜が膜支持部材に支持されて、膜濾過時には遠心方向へ、洗浄（逆洗）時には求心方向へ揺動することで膜面の付着物を容易に剥離除去することができる。このため、円筒状膜の二次側から加圧気体及び／又は液体を供給する洗浄（以下「逆洗」と称す場合がある。）を定期的に行うのみで、容易に膜性能を回復させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の円筒状膜エレメントの実施の形態を示す断面図であり、（ａ）図は膜濾過時の状態を示し、（ｂ）図は逆洗時の状態を示す。また、図２は、本発明の円筒状膜エレメントの円筒状膜の実施の形態を示す図であって、（ａ）図は巻回前を示す斜視図、（ｂ）図は巻回後を示す断面図である。図３は、本発明の円筒状膜エレメントの膜濾過工程及び洗浄工程の実施の形態を説明する系統図である。
【００１２】
図１（ａ），（ｂ）の円筒状膜エレメント１は、円筒状膜２と、この円筒状膜２の軸心線と平行方向にこの円筒状膜２の内外に設けた複数（図１（ａ），（ｂ）では８本）の棒状の膜支持部材３（３Ａ〜３Ｈ）とで構成される。図示の如く、膜支持部材３は、略同一円周上に等間隔で配置されている。円筒状膜２は、膜支持部材３Ａ〜３Ｈを交互に内側と外側に位置するようにジグザグ状に、即ち、８本の膜支持部材３Ａ〜３Ｈのうち、膜支持部材（第２の膜支持部材）３Ａ，３Ｃ，３Ｅ，３Ｇが円筒状膜２の内周側に、膜支持部材（第１の膜支持部材）３Ｂ，３Ｄ，３Ｆ，３Ｈが円筒状膜２の外周側に位置するように、配置されている。
【００１３】
この膜支持部材３の本数は、このように円筒状膜２の内外に１本おきに配置するために偶数本であることが好ましい。また、円筒状膜２の膜濾過時及び逆洗時において、円筒状膜２を良好な形状に保持すると共に、後述の膜濾過時及び逆洗時の円筒状膜２の揺動による付着物の剥離効果を十分に得るために、膜支持部材３の本数は６〜２４本とする。また、この膜支持部材３の直径は、５〜２０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００１４】
一方、円筒状膜２の内径は過度に小さいと、この膜内を流通する汚泥等のスラリーの流動性が悪く、流路閉塞の恐れがあることから、２５ｍｍ以上、特に３２ｍｍ以上であることが好ましい。円筒状膜２の内径の上限については特に制限はないが、取り扱い性等の面から、一般的には２００ｍｍ以下とされる。
【００１５】
円筒状膜２の膜材質については通常の膜濾過エレメントに適用されているものであれば良く、いずれも適用可能であるが、膜濾過時及び逆洗時において、後述の膜の揺動効果を十分に確保することができる物理的強度の点で、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂や、ポリスルフォン等が好ましく、特にポリテトラフルオロエチレンが最適である。
【００１６】
このような円筒状膜２と膜支持部材３とで構成される円筒状膜エレメント１であれば、図１（ａ）に示す如く、膜濾過時には、膜の一次側となる円筒状膜２の内部から、膜を濾過する液による内圧で、円筒状膜２が内周側の膜支持部材３Ａ，３Ｃ，３Ｅ，３Ｇから離反し、外周側の膜支持部材３Ｂ，３Ｄ，３Ｆ，３Ｈに支持された状態で遠心方向に膨張する。そして、円筒状膜２の二次側となる円筒状膜２の外周側から加圧空気及び／又は液体を供給する逆洗時には、この逆洗流体の圧力で、図１（ｂ）に示す如く、円筒状膜２は、外周側の膜支持部材３Ｂ，３Ｄ，３Ｆ，３Ｈから離反し、内周側の膜支持部材３Ａ，３Ｃ，３Ｅ，３Ｇに支持された状態で向心方向に収縮する。従って、膜の逆洗工程では、逆洗流体の押圧力を受けると共に、このように膜濾過時に対して逆洗時に円筒状膜２が大きく揺動することにより、円筒状膜２の一次側の表面、即ち円筒状膜２の内周面の付着物が容易に剥離除去される。
【００１７】
ところで、円筒状膜２は、膜濾過処理するスラリー中の懸濁物質を分離するために、該スラリー中の懸濁物質の粒径よりも小さい孔径の多孔質膜であることが必要とされる。同時に、円筒状膜２は、図１（ａ），（ｂ）に示すような膜濾過時と逆洗時との揺動に対して十分に耐え得る物理的強度を有することが要求される。
【００１８】
従って、このような細孔径と、膜揺動に対する耐久性を兼備するために、本発明に係る円筒状膜２は、図２（ｂ）に示すような多層構造であることが好ましい。
【００１９】
図２（ｂ）に示す円筒状膜２は、膜濾過を担う細孔薄膜層２Ａの外周に補強層としての大孔径支持膜層２Ｂを形成したものである。
【００２０】
細孔薄膜層２Ａは、膜濾過性の面から孔径０．０１〜１μｍ、厚さ１０〜５０μｍ程度であることが好ましい。
【００２１】
また、大孔径支持膜層２Ｂは円筒状膜２の強度を確保するために、孔径１〜１０μｍ、厚さ５００〜５０００μｍであることが好ましい。
【００２２】
このような多層構造の円筒状膜２は、図２（ａ）に示す如く、大孔径支持膜２ｂの一端側に細孔薄膜２ａを積層し、この積層端側から矢印の方向に巻回することにより容易に製造することができる。
【００２３】
これら細孔薄膜２ａ、大孔径支持膜２ｂのいずれも、フッ素樹脂や、ポリスルフォン製、ポリビニルアルコール製等で特にポリテトラフルオロエチレン製であることが好ましい。
【００２４】
このような本発明の円筒状膜エレメントは、円筒状膜２の内側を一次側、外周を二次側として膜濾過を行うことができ、この二次側から加圧気体及び／又は液体を供給することにより容易に円筒状膜２の内周面の付着物を剥離除去することができる。
【００２５】
この逆洗は、膜濾過するスラリーの性状等によっても異なるが、通常の場合、膜濾過１０〜３００秒に対して１回の頻度で１〜１０秒間、特に膜濾過３０秒に対して１〜２秒間逆洗を行うのが好ましい。
【００２６】
次に、図３を参照して本発明の円筒状膜エレメントによる膜濾過工程及び逆洗工程の運転方法を説明する。
【００２７】
図３において、１０は膜モジュールであり、耐圧容器４内に本発明の円筒状膜エレメント１が収納されている。５はエアフィルタ、６は浄水フィルタ、７は液面検出センサである。
【００２８】
この装置は、スラリー導入配管１１から流入されるスラリーを膜モジュール１０に導入して膜濾過処理するものである。
【００２９】
膜モジュール１０は、円筒状膜エレメント１によって隔てられた原水室（一次側）と濾過水室（二次側）とを有しており、原水室には導入ポート１０ａと流出ポート１０ｂが設けられている。
【００３０】
濾過水室には、水道水や加圧空気の導入ポート１０ｃと、濾過水の流出ポート１０ｄとが設けられている。
【００３１】
前記スラリー導入配管１１には、導入弁Ｖ１が設けられており、この配管１１の導入弁Ｖ１とポート１０ａとの間から排水管１２が分岐しており、この排水管１２に排水弁Ｖ２が設けられている。
【００３２】
スラリーの流出ポート１０ｂには、配管１３、排気弁Ｖ３及び排気管１４がこの順に接続されており、配管１３には液面検出センサ７が設けられている。
【００３３】
膜モジュール１０の原水室内のスラリーをエアー（空気）で加圧するために、配管１３に対し圧気源からのエアーが配管１５、エアフィルタ５、配管１６、給気弁Ｖ４及び配管１７を介して導入可能とされている。
【００３４】
また、この原水室内を水道水で洗浄するために、配管１３に対し、水道水が配管１８、給水弁Ｖ５及び配管１９を介して導入可能とされている。
【００３５】
膜モジュール１０の濾過水室に水道水を導入するために、前記配管１８が分岐配管２０、浄水フィルタ６、洗浄水弁Ｖ６及び配管２１を介して濾過水室の導入ポート１０ｃに連通している。
【００３６】
この配管２１には、前記配管１６から分岐した配管２２からの空気が給気弁Ｖ７を介して導入可能とされている。
【００３７】
濾過水室の流出ポート１０ｄには、濾過水取り出し配管２３が接続されており、この配管２３には取出弁Ｖ８が設けられている。
【００３８】
次に、このように構成された濾過装置による濾過工程及び洗浄、逆洗工程について説明する。
【００３９】
〔採水工程〕
導入弁Ｖ１，排気弁Ｖ３を開とすることにより、所定量のスラリーを配管１１から膜モジュール１０に導入する。液面計測センサ７にて液面を検出するまで排気弁Ｖ３及び導入弁Ｖ１を開いておき、液面計測センサ７が液面を検知した段階で排気弁Ｖ３及び導入弁Ｖ１を閉じる。
【００４０】
〔濾過工程〕
取出弁Ｖ８を開として、固形物を有するスラリーから膜モジュール１０の円筒状膜エレメント１を介して濾過水を採取する。この濾過工程においては、次第にスラリーの固形分が膜表面を覆い濾過水が出にくくなる。そこで、給気弁Ｖ４を開とし、空気をエアフィルタ５を介し０．１〜０．２ＭＰａ程度で配管１３に導く。これにより、膜モジュール１０の原水室内のスラリーがエアー圧により加圧され、濾過水が取り出し配管２３から排出される。
【００４１】
〔洗浄工程１〕
濾過工程ではスラリーの種類により充分な濾過水が確保されない場合もある。その場合は、給気弁Ｖ４と取出弁Ｖ８を閉じ、給気弁Ｖ７と排気弁Ｖ３を短時間開くことにより円筒状膜エレメント１に逆圧をかける。これにより円筒状膜エレメント１の原水室側の表面に付着した固形分を一時的に膜面から引き離す。そして、再度濾過工程と同様の操作により濾過水を取り出す。
【００４２】
上記採水工程、濾過工程及び洗浄工程１を所定量のスラリーを処理するまで繰り返す。
【００４３】
〔押出工程〕
濾過終了後、給気弁Ｖ４と導入弁Ｖ１を開くことにより、膜モジュール１０内及び周辺配管に残存するスラリーを空気圧で導入配管１１から押し戻す。
【００４４】
〔洗浄工程２〕
膜モジュール１０内を洗浄するため、給水弁Ｖ５及び排水弁Ｖ２を開くことにより、水道水等の洗浄水を配管１８，１９，１３を経て膜モジュール１０の原水室に流入させ、円筒状膜エレメント１の内表面等に付着した汚れを洗い落とし、排水弁Ｖ２及び排水管１２を介して排水する。
【００４５】
〔洗浄工程３〕
洗浄工程２は水による膜表面の洗浄であるため、円筒状膜エレメント１の表面や膜内に付着した汚れを除去することができない場合がある。また、長期間使用すると汚れが蓄積し、濾過工程に支障が出る場合があることから、次のような洗浄を行う。
【００４６】
即ち、洗浄水弁Ｖ６及び排水弁Ｖ２を開とし、洗浄水中の固形分を除去するための浄水フィルタ６を介して洗浄水を膜モジュール１０の濾過水室に導入し、円筒状膜エレメント１の濾過水側から原水側へ洗浄水を通水し、円筒状膜エレメント１の内表面に付着した固形分を洗い流す。
【００４７】
この洗浄は、給気弁Ｖ７を開として、加圧空気により行っても良く、また、加圧空気と洗浄水との気液混合液で行っても良い。
【００４８】
図１において、膜モジュール１０の洗浄に用いる洗浄水及び加圧空気、特に、円筒状膜エレメント１を透過するように供給する洗浄水及び加圧空気はいずれもフィルタ６，５で円筒状膜エレメント１の細孔径よりも大きな粒子を含有しないように除塵処理する。このように円筒状膜エレメント１の膜孔を閉塞するような粒子を除去することにより、洗浄時の洗浄水や洗浄用空気による汚染を防止して、効果的な膜洗浄を行える。
【００４９】
この洗浄工程においては、図１（ａ），（ｂ）に示す如く、円筒状膜エレメント１の円筒状膜２が揺動することで、良好な付着物の剥離洗浄効果を得ることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、定期的な逆洗を行うのみで膜面の付着物を容易に剥離除去して膜性能を回復させることができるため、汚泥の濃縮、分離、発酵菌体の分離等の膜濾過プロセスにおいて、高濃度スラリーの膜濾過処理を長期に亘り安定に行うことが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の円筒状膜エレメントの実施の形態を示す断面図であり、（ａ）図は膜濾過時の状態を示し、（ｂ）図は逆洗時の状態を示す。
【図２】本発明の円筒状膜エレメントの円筒状膜の実施の形態を示す図であって、（ａ）図は巻回前を示す斜視図、（ｂ）は巻回後を示す断面図である。
【図３】本発明の円筒状膜エレメントの膜濾過工程及び洗浄工程の実施の形態を説明する系統図である。
【符号の説明】
１  円筒状膜エレメント
２  円筒状膜
３  膜支持部材
２ａ  細孔薄膜
２ｂ  大孔径支持膜
２Ａ  細孔薄膜層
２Ｂ  大孔径支持膜層
４  耐圧容器
５  エアフィルタ
６  浄水フィルタ
７  液面検出センサ
１０  膜モジュール
【図１】
0003951549.tif 000002
【図２】
0003951549.tif 000003
【図３】
0003951549.tif 000004