JPH0747110B2 - 膜処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は原液を気液混合の二相流として膜処理する方法
に関する。

（従来の技術） 排水や下水を処理する嫌気性菌体をリアクタ内に高濃度
に保持するためや、食品工業における溶液の分離、濃縮
等を行う方法として本出願人は先に特開昭63−104609号
として、原液を気液混合の二相流として膜モジュール内
に供給し、クロスフロー濾過方式によって処理する方法
を提案している。

（発明が解決しようとする課題） 上述した気液二相流とすれば、乱流促進効果によって膜
表面に付着した微粒子や溶質成分からなるゲル層を掻き
落すため、液単相流に比べ透過流束が大きくなるはずで
ある。

しかしながら、気液二相流は気相と液相の分布が不均一
となった複雑な流れを呈するため、常に気液二相流の方
が液単相流に比べて透過流束が大きいとは限らないこと
が実験の結果判明し、特に膜モジュールを多数本の細管
状膜にて構成した場合には上記の傾向が強くなった。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決すべく本発明は、原液を気液二相流とし
て膜モジュールに送り込み且つ自然循環させるために供
給するガス量を、最大循環流量を与えるガス量の１〜７
倍の範囲となるようにした。

（作用） 透過流束Ｊが0.7〜2.0［m³・m^-2・d^-1］の範囲では液単
相流よりも気液二相流の方が消費動力が少なくて済み、
上記の範囲の透過流束を得るには、供給ガス量を最大循
環流量を与えるガス量の１〜７倍とすればよい。

（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明方法を実施する膜処理装置の全体図であ
り、原液１を満たした原液タンク２は攪拌装置３及び温
度調節装置４を備え、原液タンク２内の原液１をポンプ
５によって供給管６を介してセパレータ７に供給するよ
うにしている。

セパレータ７からは下方に降下管８を導出し、降下管８
の途中には電磁流量計９を設けるとともに、降下管８の
下端をＵ字状に湾曲して上昇管10に接続し、この上昇管
10の途中に金網製の散気筒を備えた気液混合器11を設
け、この気液混合器11にブロワ12からガス（空気）を供
給し、供給ガス量は配管の途中に設けたガス流量計で測
定するようにしている。

また気液混合器11の上部にはスタティックミキサー13を
設け、このスタティックミキサー13の上方に５連の膜モ
ジュール14…を垂直方向に接続している。各膜モジュー
ル14内には管状透過膜を配置し、管状透過膜の内側通路
と前記上昇管10及びセパレータ７への戻し管10aとをつ
なぎ、管状透過膜の外側流路と透過水の取出し管15とを
つなぎ、取出し管15の先端は逆洗バッファ16内に臨み、
この逆洗バッファ16内にはコンプレッサ17によって加圧
空気を供給し、空気圧によってバッファ16内の透過水を
電子天秤18上に載置した集水タンク19又は切換用減圧タ
ンク20を送り込むようにしている。

集水タンク19及び切替用減圧タンク20には膜間差圧を与
える排気ポンプ21が接続され、集水タンク19には液面計
22を付設している。而して、集水タンク19の重量増加速
度を電子天秤18にて計測することで透過流束を求めるこ
とができ、また集水タンク19内に所定量の透過水が溜っ
たことを液面計22によって感知したならば、自動的に切
替用減圧タンク20への捕集に切替わり、この間に集水タ
ンク19内の減圧状態は解除されて大気圧となり、集水タ
ンク19内の透過水は原液タンク２へ戻される。同様にし
て切替用減圧タンク20内の透過水も原液タンク２に戻さ
れ、装置全体としては前循環濾過方式を採用している。

更に、降下管８と上昇管10とをつなぐＵ字状部について
は着脱可能とし、液単相流として膜モジュール14内へ原
液を供給する場合にはこの部分に循環ポンプ23を接続す
るようにしている。

以上において、原液タンク２からポンプ５の駆動で供給
管６を介してセパレータ７内に供給された原液１は、降
下管８内を通って降下し、上昇管10に入り、この上昇管
10の気液混合器11の部分で気液混合の二相流（中心部が
気体で外周部が液体）となって管状透過膜内に流入す
る。

そして、透過膜内に入った原液は透過水と濃縮液に分離
され、透過水は取出し管15を介して取出され、濃縮液は
戻し管10aを介してセパレータ７を介して原液タンク２
内に戻される。

ここで上昇部（上昇管及び膜モジュールを含む）の流路
内にはガスが存在してみかけの比重が低下し、降下管８
内の原液との密度差（水頭差）が駆動力となって原液は
自然に循環する。

第２図は上述した構成の膜処理装置を用いて液単相流と
した場合を気液混合二相流とした場合の透過流束とブロ
ワの消費電力との関係を示すグラフである。

尚、第２図の結果を得るにあたっての具体的な条件は以
下の通りである。

原液:0.9％生理食塩水に乾燥パン酵母を分散させた懸濁
液 パン酵母濃度:10Kg・ｍ−３ 温度:25℃ 透過膜の寸法：外径5.2mm、内径3.8mm、長さ500mmのセ
ラミック膜を200本／モジュール 透過膜の構造：網孔径0.5μｍの均室膜又は0.2μｍの非
対称膜 膜間圧差:60kpa 第２図からは透過流束Ｊが0.7［m³・m^-2・d^-1］未満で
あると、液単相流とした方が消費動力が小さくなり、透
過流束が2.0［m³・m^-2・d^-1］を超えると単相流・二相
流にかかわらず、消費動力が大幅に増加することが分か
る。

したがって、透過流束は気液二相流とする場合は0.7〜
2.0［m³・m^-2・d^-1］の範囲とすべきである。

ところで、本発明にあっては前記したように気液二相流
として自然循環させるのは、専ら気液混合器11から供給
されるガスに依存している。そこで、供給ガス量Qgと透
過流束Ｊとの関係を示したのが第３図（Ａ）である。

第３図（Ａ）からは0.7〜2.0［m³・m^-2・d^-1］の透過流
束Ｊとなるのは、供給ガス量Ｑが0.06〜0.42［Nm³・min
^-1］の範囲であることが分る。しかしながら供給ガス量
Qgと透過流束Ｊとの関係は膜モジュール14…の配列や膜
の孔径によって一義的に定まるものではない。

しかしながら、供給ガス量Qgと循環流量Qlとは一定の関
係がある。これを第３図（Ｂ）で示している。即ち、第
３図（Ｂ）に示すように、最大循環量を与える供給ガス
量は0.06［Ｎm³・min^-1］であり、前記した有効なガス
供給量（0.06〜0.42）を最大循環量を与える供給ガス量
（0.06）で割ると１〜７となり、このように、供給ガス
量Qgを最大循環流量を与える供給ガス量の１〜７倍の範
囲とすることで液単相流よりも消費能力の面で有利な気
液混合の二相流とすることができる。

（発明の効果） 以上に説明した如く本発明によれば、原液を気液二相流
として膜モジュールに送り込んで処理する際に、供給ガ
ス量を所定範囲にすることで、膜モジュールのランニン
グコストの約半分を占めると言われる消費動力を液単相
流に比べて大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する膜処理装置の全体図、第
２図は透過流束と消費電力との関係を示すグラフ、第３
図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ供給ガス量と透過流束及
び循環液流量との関係を示すグラフである。 尚、図面中、１は原液、２は原液タンク２、７はセパレ
ータ、８は降下管、10は上昇管、11は気液混合器、14は
膜モジュールである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 成 神奈川県茅ケ崎市本村２丁目８番１号 東 陶機器株式会社茅ケ崎工場内 (56)参考文献 特開 昭63−104609（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−130799（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】循環経路の一部を構成する上昇管に透過膜
   を備えた膜モジュールを設け、この膜モジュールよりも
   下方位置において上昇管中の原液に気体を供給して気液
   混合の二相流とし、この気液混合二相流を膜モジュール
   に供給し、クロスフロー濾過方式によって精製、濃縮或
   は分離を行うようにした膜処理方法において、前記原液
   を気液混合の二相流として自然循環させるために供給す
   るガス量は、最大循環流量（自然循環によって膜モジュ
   ールに供給される原液の量のうち最大の量）を与えるガ
   ス量の１〜７倍の範囲としたことを特徴とする膜処理方
   法。