(57)【要約】【課題】被処理液を逆流させるための動力などを設備する必要なく、膜モジュールの逆洗を行なうことができるろ過装置を提供する。【解決手段】加圧状態で供給される被処理液を膜モジュール２に通した後に排出する第一流路３。膜モジュール２よりも被処理液の流れの下流側において第一流路３に形成され、加圧状態で供給される被処理液の圧力で空気が加圧されて閉じ込められる残圧部４。第一流路３の残圧部４よりも被処理液の流れの下流側に設けられ、被処理液を膜モジュール２に通してろ過するろ過運転時には流路３を開き、膜モジュール２の中空糸膜１を逆洗する洗浄時には流路３を閉じる第一開閉弁５。膜モジュール２よりも被処理液の流れの上流側において第一流路３に接続される第二流路６。第二流路６に設けられ、上記ろ過運転時には流路６を閉じ、上記洗浄時には流路６を開く第二開閉弁７。これらを備えて自己逆洗機能を有するろ過装置を形成する。【選択図】図１
2009018266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜を備えて形成される膜モジュールに被処理液を通して、被処理液を中空糸膜でろ過するようにしたろ過装置において、加圧状態で供給される被処理液を膜モジュールに通した後に排出する第一流路と、膜モジュールよりも被処理液の流れの下流側において第一流路に形成され、加圧状態で供給される被処理液の圧力で空気が圧縮されて閉じ込められる残圧部と、第一流路の残圧部よりも被処理液の流れの下流側に設けられ、被処理液を膜モジュールに通してろ過するろ過運転時には流路を開き、膜モジュールの中空糸膜を逆洗する洗浄時には流路を閉じる第一開閉弁と、膜モジュールよりも被処理液の流れの上流側において第一流路に接続される第二流路と、第二流路に設けられ、上記ろ過運転時には流路を閉じ、上記洗浄時には流路を開く第二開閉弁と、を備えて成ることを特徴とするろ過装置。
【請求項２】
中空糸膜を備えて形成される膜モジュールに加圧状態で供給される被処理液を通した後に排出する第一流路と、膜モジュールよりも被処理液の流れの下流側において第一流路に形成され、加圧状態で供給される被処理液の圧力で空気が圧縮されて閉じ込められる残圧部と、第一流路の残圧部よりも被処理液の流れの下流側に設けられ、この流路を開閉する第一開閉弁と、膜モジュールよりも被処理液の流れの上流側において第一流路に接続される第二流路と、第二流路に設けられ、この流路を開閉する第二開閉弁とを備えたろ過装置において、ろ過運転時には、第一開閉弁を開くと共に第二開閉弁を閉じ、第一流路に加圧状態で被処理液を供給して、膜モジュールの中空糸膜に被処理液を通してろ過した後に、第一開閉弁を通して排出し、洗浄時には、第一開閉弁を閉じ、第二開閉弁を開き、第一流路への被処理液の供給を停止して、残圧部に圧縮状態で閉じ込められた空気の圧力で膜モジュールに被処理液を逆流させて中空糸膜を逆洗し、この中空糸膜を逆洗した被処理液を第二開閉弁を通して排出することを特徴とするろ過装置の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜を備える膜モジュールで被処理液をろ過するろ過装置、及びこのろ過装置を逆洗で洗浄する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水などの被処理液を膜モジュールに通してろ過し、固液分離処理するにあたって、膜モジュールとして中空糸膜を束ねて形成される膜モジュールを用いることが従来から行なわれている。
【０００３】
図４はその一例を示すものであり、多数本の中空糸膜１を束ねて両端をそれぞれ樹脂１１ａ，１１ｂで結束することによって膜モジュール２が形成してあり、この膜モジュール２を導入口１２と排出口１３を設けた容器１４内にセットしてある。膜モジュール２において、各中空糸膜１の両端の開口のうち、排出口１３側の端部は開口させてあるが、導入口１２側の端部の開口は塞いである。また導入口１２側の樹脂１１ｂには多数の貫通孔１５が設けてある。
【０００４】
そしてこのように形成されるろ過装置にあって、導入口１２から容器内に送り込まれた被処理液は、樹脂１１ｂの貫通孔１５から膜モジュール２の各中空糸膜１の外周部へと流入し、中空糸膜１の外周から中空糸膜１の内周の中空部へと透過することによってろ過される。このろ過された被処理液は、中空糸膜１の中空内部を通過して端部の開口から排出口１３へと送り出され、排出口１３から排出されるものである（特許文献１参照）。
【０００５】
このように膜モジュール２の各中空糸膜１に被処理液を透過させてろ過することによって、被処理液を固液分離処理するにあたって、各中空糸膜１の外周表面にろ過された固形分が付着し、中空糸膜１に目詰まりが発生するおそれがある。
【０００６】
そこで、特許文献１のものでは、被処理液を上記のようにろ過する場合と逆向きに流して、逆洗を行なうようにしている。すなわち、排出口１３から容器１４内に被処理液を送り込み、端部の開口から中空糸膜１の中空部内に被処理液を流入させて、中空糸膜１の内周から外周へと中空糸膜１を透過させる。このように被処理液を中空糸膜１の内周から外周へと逆流させることによって、中空糸膜１の外周表面に付着する固形物を剥す逆洗を行なうことができるものであり、中空糸膜１に目詰まりが生じることを防ぐことができるものである。このように剥された固形物を含む被処理液は導入口１２から排出される。また、排出口１３から容器内に圧縮気体を送り込むことによっても、同様に被処理液を中空糸膜１の内周から外周へと逆流させて逆洗を行なうことができるものである。
【特許文献１】特開２００５−２２４７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように被処理液を逆流させて膜モジュール２の中空糸膜１を逆洗することによって、中空糸膜１の洗浄を行なう場合、被処理液を逆流させるためにポンプなどの動力を設備する必要があり、設備コスト、設置スペースなどに問題が生じるものであった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、被処理液を逆流させるための動力などを設備する必要なく、膜モジュールの逆洗を行なうことができるろ過装置及びその洗浄方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るろ過装置は、中空糸膜１を備えて形成される膜モジュール２に被処理液を通して、被処理液を中空糸膜１でろ過するようにしたろ過装置において、加圧状態で供給される被処理液を膜モジュール２に通した後に排出する第一流路３と、膜モジュール２よりも被処理液の流れの下流側において第一流路３に形成され、加圧状態で供給される被処理液の圧力で空気が加圧されて閉じ込められる残圧部４と、第一流路３の残圧部４よりも被処理液の流れの下流側に設けられ、被処理液を膜モジュール２に通してろ過するろ過運転時には流路３を開き、膜モジュール２の中空糸膜１を逆洗する洗浄時には流路３を閉じる第一開閉弁５と、膜モジュール２よりも被処理液の流れの上流側において第一流路３に接続される第二流路６と、第二流路６に設けられ、上記ろ過運転時には流路６を閉じ、上記洗浄時には流路６を開く第二開閉弁７と、を備えて成ることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明によれば、膜モジュール２の中空糸膜１を逆洗するために第一流路３への被処理液の供給を停止し、第一流路３の第一開閉弁５を閉じると共に第二流路６の第二開閉弁７を開くと、ろ過運転時に加圧状態で供給される被処理液の圧力で残圧部４内に圧縮されていた空気が膨張する圧力で、被処理液は中空糸膜１を逆流して第二流路６へと流れ、この被処理液の逆流で中空糸膜１を逆洗することができるものであり、被処理液を逆流させるための動力などを設備する必要なく、開閉弁５，７の開閉操作で膜モジュール２の逆洗を行なうことができるものである。
【００１１】
また本発明に係るろ過装置の洗浄方法は、中空糸膜１を備えて形成される膜モジュール２に加圧状態で供給される被処理液を通した後に排出する第一流路３と、膜モジュール２よりも被処理液の流れの下流側において第一流路３に形成され、加圧状態で供給される被処理液の圧力で空気が圧縮されて閉じ込められる残圧部４と、第一流路３の残圧部４よりも被処理液の流れの下流側に設けられ、この流路３を開閉する第一開閉弁５と、膜モジュール２よりも被処理液の流れの上流側において第一流路３に接続される第二流路６と、第二流路６に設けられ、この流路６を開閉する第二開閉弁７とを備えたろ過装置において、ろ過運転時には、第一開閉弁５を開くと共に第二開閉弁７を閉じ、第一流路３に加圧状態で被処理液を供給して、膜モジュール２の中空糸膜１に被処理液を通してろ過した後に、第一開閉弁５を通して排出し、洗浄時には、第一開閉弁５を閉じ、第二開閉弁７を開き、第一流路３への被処理液の供給を停止して、残圧部４に圧縮状態で閉じ込められた空気の圧力で膜モジュール２に被処理液を逆流させて中空糸膜１を逆洗し、この中空糸膜１を逆洗した被処理液を第二開閉弁７を通して排出することを特徴とするものである。
【００１２】
この発明によれば、ろ過運転時に加圧状態で供給される被処理液の圧力で残圧部４内に圧縮されていた空気が膨張する圧力で、被処理液は中空糸膜１を逆流して第二流路６へと流れ、この被処理液の逆流で中空糸膜１を逆洗することができるものであり、被処理液を逆流させるための動力などを設備する必要なく、開閉弁５，７の開閉操作で膜モジュール２の逆洗を行なうことができるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、膜モジュール２の中空糸膜１を逆洗するために第一流路３への被処理液の供給を停止し、第一流路３の第一開閉弁５を閉じると共に第二流路６の第二開閉弁７を開くと、ろ過運転時に加圧状態で供給される被処理液の圧力で残圧部４内に圧縮されていた空気が膨張する圧力で、被処理液は中空糸膜１を逆流して第二流路６へと流れ、この被処理液の逆流で中空糸膜１を逆洗することができるものであり、被処理液を逆流させるための動力などを設備する必要なく、開閉弁５，７の開閉操作で膜モジュール２の逆洗を行なうことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１５】
中空糸膜１はＰＰ、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥなどの樹脂素材や、セラミックなどの素材から、サブミクロンオーダーの微細孔を有する中空糸状に形成されるものである。そして多数本の中空糸膜１を引き揃えて束ね、中空糸膜１の束の両端部を接着樹脂などで結束して固定してあり、このように多数本の中空糸膜１の両端部を固定部１８ａ，１８ｂで固定して一体化することによって、膜モジュール２を形成することができるものである。この膜モジュール２にあって、各中空糸膜１の両端は固定部１８ａ，１８ｂの表面において開口しているものである。
【００１６】
この膜モジュール２を、容器１９内にセットすることによってカートリッジとして使用することができるようにしてある。図３に容器１９に膜モジュール２を組み込んだカートリッジの構成を図示する。容器１９は上下両端が開口する筒状の本体容器２０と、本体容器２０の上端開口に脱着自在取り付けられる上蓋容器２１と、本体容器２０の下端開口に脱着自在に取り付けられる下蓋容器２２から形成されるものである。本体容器２０に対する上蓋容器２１や下蓋容器２２の取り付けは、本体容器２０の両端に設けたフランジ２３，２３に上蓋容器２１に設けたフランジ２４や下蓋容器２２に設けたフランジ２５を接合することによって行なうことができる。勿論、このようなフランジ接続の他に、フェルール接続、ユニオンねじ接続など任意の方法を採用することができる。
【００１７】
膜モジュール２は、本体容器２０の全長に通して、その上下両端部の固定部１８ａ，１８ｂを上蓋容器２１と下蓋容器２２内にそれぞれ取り付けることによって、容器１９内にセットするようにしてある。膜モジュール２の上端の固定部１８ａは上蓋容器２１の内周に、膜モジュール２の下端の固定部１８ｂは下蓋容器２２の内周に、水密的に且つ脱着自在に取り付けてある。このような水密的且つ脱着自在な取り付けは、ネジ固定、Ｏリング固定など水密材２７を介した任意の方法で行なうことができる。従って、本体容器２０から上蓋容器２１や下蓋容器２２を分離した状態で、容器１９に膜モジュール２をセットしたり、あるいは容器１９から膜モジュール２を取り外したりすることができるものである。
【００１８】
本体容器２０の上部と下部には原液導入口２８と洗浄廃液排出口２９が設けてあり、上蓋容器２１にはろ過液排出口３０が設けてある。上記のように膜モジュール２の上下の固定部１８ａ，１８ｂは水密材２７を介して上蓋容器２１や下蓋容器２２に水密的に取り付けてあり、固定部１８ａ，１８ｂによって容器１９内は上下に仕切られており、原液導入口２８や洗浄廃液排出口２９はこの固定部１８ａ，１８ｂの間の箇所に設けられているので、原液導入口２８とろ過液排出口３０は膜モジュール２の中空糸膜１を通してのみ連通しているものである。また下蓋容器２２には液ドレイン３１が設けてある。この液ドレイン３１は容器１９内から液を排出する際に開かれるだけであり、通常はバルブ３２などで締め切られている。さらに上蓋容器２１内の上部には残圧部４が設けてある。残圧部４は、ろ過液排出口３０を設けた箇所より上側において上蓋容器２２内を上下に仕切る隔壁３３を張り、隔壁３３にオリフィス３４を設けることによって、隔壁３３の上側の空間として形成されるものであり、残圧部４は下面のオリフィス３４でのみ開口する密閉空間として形成してある。
【００１９】
ここで、原液導入口２８から被処理液が容器１９内に導入されると、被処理液は膜モジュール２の上下の固定部１８ａ，１８ｂの間において本体容器２０内に流入し、次に被処理液は中空糸膜１を透過して、中空糸膜１の端部の開口から上蓋容器２１内の残圧部４より下側に流入し、さらにろ過液排出口３０から排出されるものであり、この原液導入口２８、本体容器２０内、膜モジュール２の中空糸膜１、上蓋容器２１の残圧部４より下側内、ろ過液排出口３０によって第一流路３が形成されるものである。そして残圧部４は、膜モジュール２より被処理液の流れの下流で且つ、ろ過液排出口３０より被処理液の流れの上流の位置において、第一流路３にオリフィス３４によって連通接続された状態で形成されるものである。
【００２０】
また、上記の洗浄廃液排出口２９は、第一流路３の一部をなす本体容器２０内に連通して設けられているものであり、膜モジュール２よりも被処理液の流れの上流側において第一流路３に接続される第二流路６が、この洗浄廃液排出口２９によって形成されるものである。
【００２１】
上記のように第一流路３の一部を形成するろ過液排出口３０には第一開閉弁５が、第二流路６を形成する洗浄廃液排出口２９には第二開閉弁７がそれぞれ設けてある。
【００２２】
第一開閉弁５は、ろ過液排出口３０の内周に回動自在に取り付けられた弁板３７と、ろ過液排出口３０の外側に設けられたバネ３８と空圧シリンダー３９からなる駆動機構とを備えて形成されるものであり、弁板３７の端部に突設した作動片４０がバネ３８と空圧シリンダー３９のロッド３９ａとの間に挿入してある。そして第一開閉弁５を開くときには、エアーチューブ４２から空圧シリンダー３９に高圧エアを供給して空圧シリンダー３９のロッド３９ａを突出させるように作動させ、バネ３８を押し縮めるように作動片４０を押圧して弁板３７を上方へ回動させることによって、ろ過液排出口３０内を開口させるようにするものである。また第一開閉弁５を閉じるときには、空圧シリンダー３９への高圧エアの供給を停止し、バネ３８の復帰圧力で作動片４０を押圧して弁板３７を下方へ回動させることによって、ろ過液排出口３０内を閉じるようにするものである。第二開閉弁７は、洗浄廃液排出口２９の内周に回動自在に取り付けられた弁板４１と、洗浄廃液排出口２９の外側に設けられた上記と同様なバネ３８と空圧シリンダー３９からなる駆動機構とを備えて形成されるものである。このバネ３８と空圧シリンダー３９は第一開閉弁５の場合と逆向きに設けてある。そして第二開閉弁７を閉じるときには、空圧シリンダー３９に高圧エアを供給して空圧シリンダー３９のロッド３９ａを突出させ、作動片４０を押圧して弁板４１を下方へ回動させることによって、洗浄廃液排出口２９内を閉じるようにするものであり、また第二開閉弁７を開くときには、空圧シリンダー３９への高圧エアの供給を停止してバネ３８の復帰圧力で作動片４０を押圧し、弁板４１を上方へ回動させることによって、洗浄廃液排出口２９内を開くようにするものである。第一開閉弁５や第二開閉弁７は、上記のような構造に形成する他、電磁弁など電気や磁気を用いた弁で形成することもできる。また、これらの第一開閉弁５や第二開閉弁７は制御部によって自動制御されるようにしてあり、ろ過運転の際と、洗浄の際に、第一開閉弁５や第二開閉弁７を自動的に開閉できるようにしてある。
【００２３】
上記の原液導入口２８には、逆止弁４３を介して液送ポンプ４４が接続してあり、水などの被処理液を加圧状態で供給することができるようにしてある。この液送ポンプ４４としては、空圧ポンプ、モーターポンプ、手動ポンプなど任意のポンプを用いることができる。また逆止弁４３は原液導入口２８へ向けて流れる被処理液は通過させるが、原液導入口２８から逆流する被処理液は通過させないように働くものである。
【００２４】
上記のように形成されるろ過装置にあって、ろ過運転を行なう際には制御部からの制御で、図１のように、第一開閉弁５が開かれると共に第二開閉弁７は閉じられる。そして液送ポンプ４４を作動させると、逆止弁４３を通して原液導入口２８から被処理液が、容器１９の本体容器２０内に供給される。このとき上記のように洗浄廃液排出口２９は第二開閉弁７で閉じられているので、本体容器２０内の被洗浄液が洗浄廃液排出口２９から排出されることはない。また膜モジュール２の両端と容器１９の内面は水密材２７，２７で水密状態にあるので、原液導入口２８から流入した被処理水がろ過液排出口３０に直接流れることはない。
【００２５】
図１の矢印のように本体容器２０内に圧送された被処理液は、本体容器２０内に配置されている膜モジュール２の中空糸膜１を外周から内周へと透過して、中空糸膜１の中空内部に流入する。このように中空糸膜１を外周から内周へと透過する際に被処理液はろ過されて固液分離処理されるものであり、中空糸膜１の中空内部に流入したろ過済みの被処理液は、中空糸膜１の端部の開口から上蓋容器２１内に流入し、さらに、第一開閉弁５で閉じられていず開口しているろ過液排出口３０から矢印のように排出されるものである。
【００２６】
このように第一流路３に被処理液を通して、第一流路３の途中に設けた中空糸膜１で被処理液をろ過処理するろ過運転を行なうにあたって、被処理液は加圧状態で第一流路３に供給されるため、第一流路３内には被処理液の水圧が作用している。従って、この被処理液の水圧で残圧部４内の空気が下面のオリフィス３４を通して加圧されて圧縮され、被処理液の水圧と釣り合う圧力にまで圧縮された空気が残圧部４内に閉じ込められた状態になっている。
【００２７】
次に、膜モジュール２の中空糸膜１を逆洗する洗浄を行なうにあたっては、制御部からの制御で、図２のように、ろ過液排出口３０が第一開閉弁５で閉じられると共に第二開閉弁７が開かれて洗浄廃液排出口２９が開口される。このとき、第一開閉弁５の閉弁と第二開閉弁７の開弁を同時に行なうようにしてもよく、第一開閉弁５を閉弁した後に第二開閉弁７を開弁するようにしてもよい。そして次いで液送ポンプ４４の作動を停止して原液導入口２８への被処理液の供給を停止する。液送ポンプ４４の作動を停止しても、逆止弁４３の作用で容器１９内の被処理液が原液導入口２８から流れ出すことはない。このように第一流路３への被処理液の供給が停止されると、第一流路３内に作用する水圧が解除されるので、第一流路３には残圧部４内の圧縮された空気の膨張圧がオリフィス３４を通して作用することになる。またこの残圧部４は第一流路３の膜モジュール２とろ過液排出口３０との間に設けられており、ろ過液排出口３０は第一開閉弁５で閉じられているので、残圧部４内の圧縮された空気の圧力は、オリフィス３４を通して被処理液を膜モジュール２へと押し戻す圧力として作用する。
【００２８】
従って、上蓋容器２１内の被処理液は残圧部４の圧縮された空気の圧力で膜モジュール２の各中空糸膜１内に上端の開口から流入し、中空糸膜１の中空内部を通って中空糸膜１を内周から外周へと透過するように逆流するものであり、このように中空糸膜１を内周から外周へと透過する被処理水で中空糸膜１の表面に付着する固形物を剥離する逆洗を行なうことができるものである。そしてこのように中空糸膜１を内周から外周へと透過して逆洗を行なった被処理水は、本体容器２０内に入るが、原液導入口２８には逆止弁４３が設けられているので原液導入口２８から逆流して排出されることはなく、本体容器２０内に入った逆洗済みの被処理水は開口している洗浄廃液排出口２９から排出されるものであり、また逆洗して中空糸膜１の外周から剥離された固形物も同時に洗浄廃液排出口２９から排出されるものである。このように、逆洗で剥離された固形物を含む洗浄済の被処理液は、図２の矢印のように第二流路６を形成する洗浄廃液排出口２９から排出することができるものである。尚、図の実施の形態では、本体容器２０の上部に原液導入口２８を、下部に洗浄廃液排出口２９を設けるようにしたが、原液導入口２８と洗浄廃液排出口２９の上下は逆であってもよい。
【００２９】
上記のような洗浄運転をするたびに、中空糸膜１の表面を洗浄することができるものであり、長期間安定したろ過性能を維持することができるものである。ここで、上記のように残圧部４内の圧縮された空気の圧力で被処理液を逆流させて中空糸膜１の逆洗を行なうにあたって、被処理液を逆流させる速度は、残圧部４内の圧縮された空気の圧力を開放するオリフィス３４によって制御することができる。例えば、オリフィス３４の孔径を大きくすると、残圧部４内の圧縮された空気の圧力は急速に開放されるので、被処理液を逆流させる際の流速を速くすることができ、中空糸膜１の表面に付着する固形物を強い剥離力で逆洗することができるものである。またオリフィス３４の孔径を小さくすると、残圧部４内の圧縮された空気の圧力は徐々に開放されるので、被処理液を逆流させる際の流速を遅くして、中空糸膜１に加わる衝撃を小さくすることができ、強度が高くない中空糸膜１を逆洗する場合に適しているものである。また、残圧部４の空間の容積を変えることによって、その容積に応じた逆洗時間や、逆洗水量で、中空糸膜１を逆洗することができるものである。
【００３０】
ここで、上記の洗浄は、ろ過運転を行なう際に圧縮された残圧部４内の空気の圧力を利用して、被処理液を膜モジュール２に逆流させることによって行なうことができるものであり、被処理液を逆流させるポンプなどの動力を必要とすることなく、第一開閉弁５と第二開閉弁７の開閉の切り換えだけで洗浄を行なうことができるものである。従って、ろ過装置自体に自己洗浄機能を持たせることができ、被処理液を逆流させるためのポンプなどの動力装置を設備する必要がないものであり、設備コストを低減することができ、また動力装置を設置するための余分なスペースが不要になるなど、種々の利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、ろ過運転の際の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、洗浄の際の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、膜モジュールと容器の断面図である。
【図４】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  中空糸膜
２  膜モジュール
３  第一流路
４  残圧部
５  第一開閉弁
６  第二流路
７  第二開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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