JP3661206B2

JP3661206B2 - 浸漬型膜分離装置

Info

Publication number: JP3661206B2
Application number: JP21679194A
Authority: JP
Inventors: 邦博岩崎; 克己石黒
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1994-08-19
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JPH0857271A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液中に膜を浸漬して膜分離処理を行なう浸漬型膜分離装置に関するもので、特に浮力体を付した浸漬型膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の浸漬型膜分離装置は、一般的には、集水管や支持部材などで膜ユニットを槽内に強固に固定する構造を採る。また、濾過膜取付座の下部に膜ユニットたる円筒状の濾過膜を取り付け、上部には水室を取付ネジ等によって液密に取り付け、その下方に逆凹形の空気室を形成し、かかる濾過膜取付座を濾過槽内に装填して空気室の浮力により浮上させ、水室の上面に設けた加振レバーを電磁石により上下に動かすことにより振動を与える構造を採ったものもある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように膜ユニットを槽内に強固に固定したり、或は加振レバーで接続した従来の浸漬型膜分離装置では、液面が大きく低下したとき、膜が大気にさらされて膜が乾燥したり、空気を吸い込んだりして膜を駄目にしてしまうことがあった。また、膜ユニットの設置作業には多大な労力と時間を要した。
【０００４】
また、膜の取付座を空気室の浮力で浮かす従来の膜分離装置は、液面の上下に応じて取付座が多少上下することはできるが、この取付座は加振レバーで接続しているので液面が大きく上下した場合には追随することができない。また、この膜分離装置は、膜の上部が空気中に露出しているので、膜面積の有効利用が図れていない。
【０００５】
さらに、膜ユニットの下方から曝気することにより膜面のケーキ層の形成を抑制する場合に、最もケーキ層の抑制効果の高い液面近傍に膜ユニットを位置させることが望ましいが、前記した従来の膜分離装置は、いずれも液面の上下に追随できないので、曝気による効率の良いケーキ層抑制効果を期待できなかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、膜ユニットが液面の上下動に追随して常時に液面付近に位置すると共に膜上部の空気中への露出がなくなるようにした浸漬型膜分離装置を提供しようとすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、浸漬槽と、該浸漬槽内に浸漬された膜ユニットと、該膜ユニットを液中で浮かせる浮力体と、該浮力体を固定する取付べースと、該取付べース上に搭載された吸引ポンプと、該膜ユニットと吸引ポンプ吸引側とを接続する配管と、吸引ポンプ吐出側に設けた排水管とを含む浸漬膜分離装置である。また、請求項２記載の発明は、膜ユニットの下部に錘を取り付けた請求項１記載の浸漬膜分離装置である。また、請求項３記載の発明は、浸漬槽は円筒形水槽の中央部に別途円筒が立設されて該円筒内が透過水槽、円筒の外側が環状水槽部として区画され、前記環状水槽部内に仕切板が設けられて洗浄部となり、洗浄部内の水の排出用配管と、洗浄部への薬液供給管が設けられてなり、前記膜ユニットを浸漬させた請求項１又は２記載の浸漬膜分離装置である。また、請求項４記載の発明は、環状水槽部の上面開口部に半径の異なる円弧状の途切れた案内レールを水平方向に設け、該案内レールに取付ベースを摺動案内するように構成した請求項３に記載の浸漬膜分離装置である。また、請求項５記載の発明は、吸引ポンプの吐出側に設けた排水管を円筒内の透過水槽に通した請求項３，４のいずれか１項に記載の浸漬膜分離装置である。
【０００８】
【作用】
膜ユニットの自重を含む保持手段により、膜ユニットの全域が液面下に浸漬状態で保持され、結果的に膜ユニット全体が水面下となるように浮力体に取り付けられる。これにより、膜ユニットの下方からの散気によるエアーリフト循環流が生じ、膜間の閉塞が防止でき、バブリングによる洗浄効果が向上する。また、膜ユニットが槽に固定されていないので、この膜ユニットが液面の上下に追随し、膜が空気中に露出することがなく、疎水化しない。また液面に連動して垂直に移動できるばかりでなく、水平方向にも自由に動くことが可能となる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示す浸漬型膜分離装置１は、本発明の基本的な実施例であり、浸漬槽２内に膜ユニット３が浮力体４の浮力によって浮遊した状態で浸漬されている。膜ユニット３は、例えば浸漬型の平膜、中空糸膜、あるいはそれらのユニットであって、上部に２つの浮力体４を有し、これにより常に液面付近に浮上され、液面レベルの変動に応じてその位置を変え得るように構成されている。
【００１０】
浮力体４は球体、多面体など適宜な形状であるが、内部を中空にしたり、或は発泡スチロール等を充填するなどして、自重に比して大きな容積を有する。なお、この浮力体４は、膜ユニット３に十分な浮力を与えることができれば、どのような形状、構造であってもよく、また、取り付ける数も限定されない。
【００１１】
５は膜ユニット３と浮力体４とを結ぶ連結部材であり、この連結部材５には帯状物のような柔軟性のあるもの、あるいは剛体構造により膜ユニット３と一体になったものなどを適宜に選択して用いてもよい。また、浮力体４と膜ユニット３の膜上端との距離は自由に設定でき、膜の上端が液面から空気中に突出しなければ良い。
【００１２】
膜ユニット３の上部に設けた２つの浮力体４は板状の取付ベース６に固定されており、この取付ベース６上には、吸引ポンプ７を搭載し、該吸引ポンプ７の吸引側の配管８を集水管として膜ユニット３に接続し、吐出側には途中にフレキシブルチューブを介在した排水管９を接続し、膜ユニット３の水深差と吸引ポンプ７の吸引力を利用して吸引濾過し、膜ユニット３の膜を透過した透過水を配管８で集水して排水管９から排水するようにしてある。
【００１３】
また、膜ユニット３の下部には、膜ユニット３の膜面をその全域に亘って液面下に浸漬させる保持手段の一構成要素として、錘１０が垂下されている。これは膜ユニット３の自重が容積の割りに軽い、即ち比重が軽い場合であり、浮力体４を付した膜ユニット３の下に錘１０を取り付けて、膜面が大気中に浮いてこないようにしているのである。したがって、錘１０を付けない場合でも、膜ユニット３自体の重さが上記保持手段として働くことになる。
【００１４】
この様な構成により液面下に浮いた膜ユニット３は、図２に示すように、浸漬槽２内の液面レベルの上下動に連動して垂直方向に移動したり、容易に水平方向に移動したりすることができる。なお、膜ユニット３の下方には曝気装置の一部を構成する散気管１１を配設してあるので、ブロワー１２から送られてくる空気を散気管１１から液中に送出し、この気泡により膜ユニット３の膜面に成長するケーキ層を剥離できる。また、膜ユニット３が液面のレベルに応じて鉛直方向、或は水平方向に移動しても、排水管９の途中にフレキシブルチューブを介在させ、また、十分にたわませて配管してあるので、膜ユニット３からの透過水を排水するに当っての支障はない。
【００１５】
また、本実施例によれば槽２に対する固定部材を特に設ける必要がないし、浸漬槽２内に埋没している構成物がないので、保守管理が容易である。そして、浮力体４を取り付けたことにより、液面レベルの変動がある条件の中でも一定の水位下に膜ユニット３を位置させることができる。
【００１６】
膜ユニット３の下方の散気管１１から曝気することにより、気泡上昇気流の中で膜濾過するのが膜面のケーキの形成を抑制できて最も効率がよく、水位が変動する水槽内に膜ユニット３を埋没させ固定した条件では水位により膜ユニット３の相対位置が異なるが、本実施例のように浮力体の浮力によって膜ユニット３を、最もケーキ層の抑制効果の高い水面近傍に設置してやれば、常に気泡の破壊やそれに伴なう水の振動がある条件に膜ユニット３を位置させることができる。したがって、膜面にケーキ層が成長し難く、吸引膜濾過に好適である。また、このような効果があるために昼間の期間のみに排出されるような使用条件で２４時間かけて膜濾過する使用条件に好適である。
【００１７】
さらにまた、浮力体４の取付ベース上に吸引ポンプ７を設けた構成としているので、吸引ポンプ７を陸上に固定して遠く離れた膜ユニット３に配管して吸引濾過する従来の膜分離装置に比較して効率を高めることができる。即ち、吸引配管が長くなるほど管路抵抗が増え、膜ユニット３での真の吸引濾過圧を減じるが、本実施例の様に、膜ユニット３の上部に吸引ポンプ７を配置すると、常に吸引配管の管路抵抗を小さく保つことができる。したがって、効率良く膜濾過することが可能となる。
【００１８】
また、湖沼等から膜濾過して濁質のない浄水を得る場合には水面近傍の濁質濃度の低い水だけを対象にして分離できるので好適である。すなわち、膜濾過の障害となる粗大粒子を自然沈降において沈澱させて、最も濁質の希薄な対象水だけを常に濾過対象とする利点を有するからである。
【００１９】
前記したように、一定水位以上の条件において膜ユニット３の水平移動が可能であり、これを利用して膜モジュールの移動洗浄ができ、また、水平方向と垂直方向の移動を組み合わせて洗浄水槽への移動が自動化できる。以下、その実施例を説明する。
【００２０】
図３〜図１１は、上記した基本構成を備えた浸漬型膜分離装置１を複数基設けた実施例であり、各浸漬型膜分離装置１ａ〜１ｆは垂直方向の移動のみならず水平方向の移動ができ、円筒形水槽１３内の一箇所に形成された洗浄水槽１４へ手動、又は自動で移動する構成になっている。
【００２１】
図３は円筒形水槽１３の平面図、図４は水槽１３のＡ−Ａ断面図である。この円筒形水槽１３は、中央部に別途円筒を立設することにより該円筒内を透過水槽１５とし、また円筒の外側を環状水槽部１６として区画し、且つ透過水槽１５の周囲の環状水槽部１６内には、２枚の仕切板１７を、図のように周方向に所定間隔だけ隔てて配置し、水槽１３の底部から下半分の高さまで延在させることにより、一つの浸漬型膜分離装置１を収納可能な洗浄水槽１４を区画形成してある。そして、この環状水槽部１６内には、複数個、本実施例では６基の浸漬型膜分離装置１を円周方向に等間隔に配置してある。
【００２２】
図５及び図６は高水位運転時における各浸漬型膜分離装置１の位置関係を示したもので、６基の浸漬型膜分離装置１ａ〜１ｆは仕切板１７の上方の水槽内に円周方向に等間隔離れて浮いており、吸引ポンプ７からのフレキシブルチューブから成る排水管９ａは、中央部の透過水槽１５に通してある。したがって、各浸漬型膜分離装置１ａ〜１ｆの膜ユニット３により濾過した透過水は、そのすべてが一旦排水管９ａを介して透過水槽１５内に集水され、この透過水槽１５から別途配管を介して排水される。なお、図５中、仕切板１７を点線で表わしたのは、仕切板１７が水面下に在ることを示している。
【００２３】
また、図７及び図８に示すように、環状水槽部１６の上面開口部に半径の異なる円弧状の途切れた案内レール１８を水平方向に設け、該案内レール１８に各浸漬型膜分離装置１の取付ベース６を摺動案内するように構成してある。なお、６基の浸漬型膜分離装置１を環状水槽部１６内で水平方向に移動する手段としては、手動でもよいが、各浸漬型膜分離装置１の取付ベースを押圧する回動腕（図示せず）を環状水槽部１６の半径方向に設けるなどして機械的に移動できるように構成することが望ましい。
【００２４】
次に、上記した構成からなる装置における洗浄自動化の工程を説明する。
【００２５】
図６に示すように、高水位の状態で各浸漬型膜分離装置１を運転すると、膜濾過した透過水量の分だけ水位が低下し、この水位の低下に伴って各浸漬型膜分離装置１ａ〜１ｆが液面と共に徐々に下降する。したがって、図９及び図１０に示すように、膜ユニット３の位置関係は低水位運転時のものに変わる。
【００２６】
低水位の運転時においては、水位が仕切板１７，１７の上端より低下することで、仕切板１７の上方に位置していた一つの浸漬型膜分離装置１ａが２枚の仕切板１７，１７間によってトラップされる。そして、その仕切板１７，１７間を洗浄水槽１４とし、浸漬型膜分離装置１ａの洗浄を行い、残りの膜分離装置１ｂ〜１ｆは濾過運転を行う。
【００２７】
浸漬型膜分離装置１ａの洗浄は、ポンプを停止し、図１１に示すように、洗浄水槽１４の仕切板１７，１７の区画内底部に接続したドレイン配管１９の開閉バルブ２０を開き、洗浄水槽１４内の濃縮水を排出する。
【００２８】
そして、次には洗浄水槽１４に薬液を入れる。この薬液導入にあたっては、透過水槽１５を利用して薬液を調合して入れることもできる。即ち、図１１に示すように、中央部の透過水槽１５内の仕切板１７の上端よりも高い位置に中底２３を設け、中底から上を薬液調整槽１５ａとし、中底には開閉弁２１を取付け、常時は開閉弁２１を開にし、各浸漬型膜分離装置１ａ〜１ｆが排水管で透過水槽１５に排水する透過水を開閉弁２１を通じ、中底の下に導入し、透過水槽の底から排水する。膜分離装置１ａの洗浄を行うときは開閉弁２１を閉じ、前述のドレイン配管の開閉バルブ２０を開いて洗浄水槽内の濃縮水を排水する間、装置１ｂ〜１ｆが排出する透過水を薬液調整槽１５ａに溜め、所定量溜ったらこれに薬品を加えて洗浄液を調整し、中底の直上に設けた洗浄水槽１４への供給管２４の弁２２を開き、洗浄液を洗浄水槽１４に供給する、なお、洗浄液の洗浄水槽への供給が終わったら開閉弁２１は開にし、弁２２は閉にする。
【００２９】
こうして、洗浄水槽中の薬液に膜分離装置１ａを、一定時間浸漬することにより膜ユニット３の膜面を洗浄し、十分に洗浄した後、洗浄水はドレイン配管１９から排出し、次に原水を補給して高水位運転時の状態（図６）まで戻す。
【００３０】
６基の浸漬型膜分離装置１ａ〜１ｆを一定方向に６０°宛旋回させ、次の洗浄対象となる浸漬型膜分離装置１ｂを仕切板１７，１７の区画上に位置させる。前述した途切れた案内レール１８は各膜分離装置１ａ〜１ｆを次の旋回位置であるレールの途切れた間隔に導くのをガイドする。尚、仕切板１７，１７の区画は、レールの途切れた間隔の１つの下方に設けられている（図７参照）。
【００３１】
上記工程を繰り返すことにより、次の浸漬型膜分離装置１ｂも他の装置１ａ，１ｃ〜１ｆが低水位運転時に同様に洗浄される。こうして、低水位運転時に膜分離装置が１基宛、順番に洗浄される。
【００３２】
上記したように、本実施例では、円筒形の水槽１３内に複数基の浸漬型膜分離装置１ａ〜１ｆを環状に配置して浮かせて、各浸漬型膜分離装置１を垂直方向の移動のみならず水平方向に移動できるようにすると共に、水槽１３内にはその下部に、浸漬型膜分離装置１が納まる高さで、洗浄水槽１４となるセクターを仕切板１７で区画形成し、洗浄の必要時には、浸漬型膜分離装置１を１基宛、順番に水槽１３内の洗浄水槽１４へ移行し得るようにしたので、極めて簡単且つ自動的に膜面の洗浄ができる。
【００３３】
なお、本発明にかかる浸漬型膜分離装置１は、反応槽，浸漬槽等の槽内に設けるものに限られるものではなく、湖沼、海水、河川等の自然界に浸漬する形態で使用することができる。例えば、浄水場、工場等の取水源に設けることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、保持手段により膜ユニットの全域を液面下に浸漬状態で保持し、結果的に膜ユニット全体が水面下となるように浮力体に取り付けているので、下部からの散気によるエアーリフト循環流が生じ、膜間の閉塞が防止でき、バブリングによる洗浄効果が向上する。また、膜ユニットが槽に固定されていないので、液面の上下に追随し、膜面が空気中に露出することがなく、疎水化しない。また液面に連動して垂直に移動できるばかりでなく、水平方向にも自由に動くことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的構成を示す浸漬型膜分離装置の第１の実施例の概略構成図である。
【図２】水面変動に伴なう膜ユニットの動きを示す説明図である。
【図３】複数の浸漬型膜分離装置を浮かせる第２の実施例における水槽の平面図である。
【図４】図３の水槽のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３の水槽内に複数の浸漬型膜分離装置を環状に配置した形態における高水位運転時の状態を示す平面図である。
【図６】図５の水槽のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】案内レールの配置を示す水槽の平面図である。
【図８】案内レールと浸漬型膜分離装置との配置関係を示す斜視図である。
【図９】低水位運転時の状態を示す平面図である。
【図１０】図９の水槽のＢ−Ｂ断面図である。
【図１１】洗浄水槽のドレイン時の状態を示す水槽の断面図である。
【符号の説明】
１浸漬型膜分離装置
２浸漬槽
３膜ユニット
４浮力体
５連結部材
６取付ベース
７吸引ポンプ
８吸引ポンプと膜ユニットとの間の配管
９排水管
１０錘
１１散気管
１２ブロワー
１３円筒形水槽
１４洗浄水槽
１５透過水槽
１５ａ薬液調整槽
１６環状水槽部
１７仕切板
１８案内レール
１９ドレイン配管
２０開閉バルブ
２１閉鎖用開閉弁
２２連通用開閉弁
２３中底
２４供給管

Claims

浸漬槽と、該浸漬槽内に浸漬された膜ユニットと、該膜ユニットを液中で浮かせる浮力体と、該浮力体を固定する取付べースと、該取付べース上に搭載された吸引ポンプと、該膜ユニットと吸引ポンプ吸引側とを接続する配管と、吸引ポンプ吐出側に設けた排水管とを含む浸漬膜分離装置。
膜ユニットの下部に錘を取り付けた請求項１記載の浸漬膜分離装置。
浸漬槽は円筒形水槽の中央部に別途円筒が立設されて該円筒内が透過水槽、円筒の外側が環状水槽部として区画され、前記環状水槽部内に仕切板が設けられて洗浄部となり、洗浄部内の水の排出用配管と、洗浄部への薬液供給管が設けられてなり、前記膜ユニットを浸漬させた請求項１又は２記載の浸漬膜分離装置。
環状水槽部の上面開口部に半径の異なる円弧状の途切れた案内レールを水平方向に設け、該案内レールに取付ベースを摺動案内するように構成した請求項３に記載の浸漬膜分離装置。
吸引ポンプの吐出側に設けた排水管を円筒内の透過水槽に通した請求項３，４のいずれか１項に記載の浸漬膜分離装置。