超滤装置及超滤装置的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种超滤装置，涉及一种对超滤膜进行反洗的技术。

背景技术

以往，在面向净水的超滤装置中，例如有日本专利公报第6362748所记载的装置。如图5所示，这是用于将多个膜组件1并列连接而进行超滤运转的膜分离系统。膜分离系统具有：被处理液供给支管2，用于向各膜组件1的被处理液供给口供给被处理液；透过液支管3，供从各膜组件1的透过液取出口取出的透过液流动；以及冲洗用流体供给支管4，用于向各膜组件1的冲洗用流体供给口供给冲洗用流体。

反洗流体供给机构5与透过液支管3连接，对透过液支管3的内部进行加压，使反洗用流体从膜组件1的二次侧向一次侧流动而进行反压清洗。

冲洗用流体供给机构6与并列连接有多个膜组件1的冲洗用流体供给支管4的一端连接，将冲洗用流体向冲洗用流体供给支管4供给。

清洗废液的排出路径7与并列连接有多个膜组件1的被处理液供给支管2的一端连接，在清洗膜组件1时排出从被处理液供给口排出的清洗废液。

清洗废液是冲洗用流体和反洗用流体混合而成的气液混相流体，作为冲洗用流体使用冲洗用压缩空气，作为反洗用流体使用反洗用水。

发明内容

发明要解决的课题

在上述结构中，在超滤工序中，被处理液从配置在膜组件1的下方的被处理液供给支管2流入膜组件1的一次侧，并通过膜组件1而成为充满配置在膜组件1的上方的冲洗用流体供给支管4的状态。

因此，在冲洗工序中，利用冲洗用压缩空气将充满冲洗用流体供给支管4的被处理液朝向膜组件1向下方压出，将冲洗用压缩空气向各膜组件1供给，从膜组件1将清洗废液向被处理液供给支管2排出。

在此，多个膜组件1配置在相同的高度位置，且并列连接。因此，冲洗用压缩空气大致同时遍布并列连接的多个膜组件1，能够将在各膜组件中没有过量或不足的量的冲洗用压缩空气向各膜组件供给。

但是，在将多个膜组件以上下多层的方式使高度不同地配置，并同时清洗沿纵向排列的多个膜组件的情况下，存在冲洗用压缩空气不大致同时遍布高度不同的多个膜组件的问题。

在将各层的冲洗用流体供给支管并列连接的情况下，需要通过沿纵向延伸的纵管路并列连接，同样在将各层的被处理液供给支管并列连接的情况下，需要通过沿纵向延伸的纵管路并列连接。

因此，若在冲洗工序中从上方位置向纵管路供给冲洗用压缩空气，则残留于纵管路的被处理液成为阻力而阻碍冲洗用压缩空气向各层冲洗用流体供给支管的流入。

因此，冲洗用压缩空气优先从纵管路流入上层的膜组件而被消耗，向下层侧的冲洗用流体供给支管的流入延迟。另外，清洗废液优先从上层的被处理液供给支管向纵管路流入，从下层侧的被处理液供给支管向纵管路的流入延迟。这成为冲洗用压缩空气向下层侧的冲洗用流体供给支管的流入进一步延迟的主要原因。

该状态从中层向下层逐渐行进，冲洗用压缩空气到达最下层的冲洗用流体供给支管为止需要时间，冲洗用压缩空气不大致同时遍布高度不同的多个膜组件。另外，在冲洗用压缩空气到达最下层的冲洗用流体供给支管时，贮存冲洗用压缩空气的空气槽中的空气压力也降低，因此与最下层的冲洗用流体供给支管连接的膜组件的清洗效果也降低。

本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种上下多层地配置多个膜组件，使冲洗用的压缩空气大致同时遍布各层的膜组件的超滤装置以及超滤装置的清洗方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的超滤装置的特征在于，上下多层地配置多个膜分离单元，各膜分离单元的原水被供给的一次侧与反洗排水系统和冲洗空气供给系统连通，透过液被取出的二次侧与反洗水供给系统连通，反洗水供给系统具有：反洗水主管，供反洗水流动；以及多个反洗水支管，与反洗水主管并列连接，朝向各层的膜分离单元送入反洗水，从上方朝向下方供给至反洗水主管的反洗水通过多个反洗水支管而朝向各层的膜分离单元送入，反洗排水系统具有：多个反洗排水支管，反洗排水从各层的膜分离单元流入；以及反洗排水主管，各层的反洗排水支管并列连接，反洗排水从上方朝向下方流动，冲洗空气供给系统具有：空气主管，供冲洗空气从下方朝向上方流动；以及多个空气支管，与空气主管并列连接，朝向各层的膜分离单元送入冲洗空气，冲洗空气在空气主管的原水中上升并通过各空气支管而朝向各层的膜分离单元送入。

本发明的超滤装置的特征在于，上下多层地配置多个膜分离单元，各膜分离单元的原水被供给的一次侧与反洗排水系统和冲洗空气供给系统连通，透过液被取出的二次侧与反洗水供给系统连通，反洗水供给系统具有：反洗水主管，供反洗水流动；以及多个反洗水支管，与反洗水主管并列连接，朝向各层的膜分离单元送入反洗水，从下方朝向上方供给至反洗水主管的反洗水通过多个反洗水支管而朝向各层的膜分离单元送入，反洗排水系统具有：多个反洗排水支管，供反洗排水从各层的膜分离单元流入；以及反洗排水主管，各层的反洗排水支管并列连接，供反洗排水从上方朝向下方流动，冲洗空气供给系统具有：空气主管，供冲洗空气从下方朝向上方流动；以及多个空气支管，与空气主管并列连接，朝向各层的膜分离单元送入冲洗空气，冲洗空气在空气主管的原水中上升并通过各空气支管而朝向各层的膜分离单元送入。

在本发明的超滤装置中，其特征在于，反洗排水系统是将反洗排水主管沿纵向配置、将反洗排水支管沿横向配置而成的，冲洗空气供给系统是将空气主管沿纵向配置，将空气支管沿横向配置而成的。

在本发明的超滤装置中，其特征在于，在各层配置多个膜分离单元，在各层的反洗水支管、反洗排水支管和空气支管上分别并列连接有各膜分离单元。

在本发明的超滤装置中，其特征在于，冲洗空气供给系统的空气供给机构与空气主管的下端连接。

在本发明的超滤装置中，其特征在于，反洗排水系统兼作原水供给系统，反洗水供给系统兼作透过液取出系统。

本发明的超滤装置的清洗方法，所述超滤装置为：上下多层地配置多个膜分离单元，在各膜分离单元中，原水被供给的一次侧与反洗排水系统和冲洗空气供给系统连通，透过液被取出的二次侧与反洗水供给系统连通，进行超滤工序和清洗工序，所述超滤装置的清洗方法的特征在于，在清洗工序中，一边通过反洗水供给系统向各膜分离单元的二次侧供给反洗水，一边通过冲洗空气供给系统向各膜分离单元的一次侧供给冲洗空气，将气液混相流的反洗排水从膜分离单元的一次侧通过反洗排水系统排出，反洗水从上方朝向下方供给至反洗水供给系统的反洗水主管，通过与反洗水主管并列连接的多个反洗水支管，朝向各层的膜分离单元送入，冲洗空气从下方朝向上方供给至充满在超滤工序中供给的原水的冲洗空气供给系统的空气主管，冲洗空气在空气主管的原水中上升而流入与空气主管并列连接的多个空气支管，通过各空气支管朝向各层的膜分离单元送入，反洗排水从各层的膜分离单元向各层的反洗排水支管排出，在各层的反洗排水支管并列连接的反洗排水主管中从上方朝向下方流下。

在本发明的超滤装置的清洗方法中，其特征在于，冲洗空气由贮存在与空气主管的下端连接的空气供给机构的空气槽中的压缩空气构成，利用空气槽内的空气压力将压缩空气供给至冲洗空气供给系统。

在本发明的超滤装置的清洗方法中，其特征在于，在超滤工序中，通过原水供给系统向各膜分离单元的一次侧供给原水，将充满在清洗工序中供给的冲洗空气的冲洗空气供给系统的空气压出，用原水充满膜分离单元的一次侧，将从膜分离单元的一次侧向二次侧透过的透过液通过透过液取出系统取出。

发明效果

以上，根据本发明，在冲洗工序中，通过将冲洗空气从下方朝向上方供给至冲洗空气供给系统的空气主管，冲洗空气在空气主管的原水中上升。因此，在空气主管中冲洗空气迅速地移动，以到达时间的差异少的状态大致同时流入与空气主管并列连接的多个空气支管。因此，冲洗空气通过各空气支管朝向各层的膜分离单元以到达时间的差异少的状态大致同时地流入，大致同时地清洗上下多层地配置的膜分离单元。

因此，冲洗空气不会大量流入特定的层的膜分离单元而被消耗，能够以少量的冲洗空气进行空气吹扫，通过在供给冲洗空气的空气槽中的空气压力较高的状态下进行空气吹扫，能够进行清洗力优异的高压力下的清洗。

另外，由于从各层的膜分离单元排出的反洗排水大致同时流入反洗排水主管，因此各层的反洗排水支管中的排水阻力变得均等，其结果是，冲洗空气被均匀地向各层的膜分离单元供给。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的超滤装置的示意图。

图2是表示比较对象1的超滤装置的示意图。

图3是表示比较对象2的超滤装置的示意图。

图4是表示比较对象3的超滤装置的示意图。

图5是表示以往的超滤装置的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。在图1中，超滤装置10上下多层地配置膜分离单元11。在此，例示了配置为3层，在各层并列地配置有多个膜分离单元11的结构，但膜分离单元11只要为2层以上即可，在各层中膜分离单元11只要为1个以上即可。

各膜分离单元11的原水被供给的一次侧与反洗排水系统12和冲洗空气供给系统13连通。反洗排水系统12兼作原水供给系统14。各膜分离单元11的透过液被取出的二次侧与反洗水供给系统15连通，反洗水供给系统15兼作透过液取出系统16。

反洗水供给系统15及透过液取出系统16具有纵管21和多个横管22作为共同的管路。

在反洗水供给系统15中，纵管21成为反洗水主管151，反洗水从上方朝向下方流动。各横管22成为反洗水支管152，并列连接于反洗水主管151，朝向各层的膜分离单元11送入反洗水。

在透过液取出系统16中，透过了各膜分离单元11的透过液通过横管22流入纵管21，透过液在纵管21中从下方朝向上方流动。

在纵管21的上端连接有反洗水供给系统15的反洗水供给装置153和透过液取出系统16的透过液取出口部161。反洗水供给装置153具备储液器154、向储液器154供给压缩空气的压缩机155、将储液器154的成为液相侧的底部与横管22连通的反洗水供给口部156。

透过液取出口部161具有第一阀162，反洗水供给口部156具有第二阀157。

反洗排水系统12及原水供给系统14具有纵管31和多个横管32作为共同的管路。在反洗排水系统12中，纵管31成为反洗排水主管121，反洗排水从上方朝向下方流动。各横管32成为反洗排水支管122，并列连接于反洗排水主管121。

在反洗排水系统12中，反洗排水从各膜分离单元11通过横管32流入纵管31，反洗排水在纵管31中从上方朝向下方流下。

在原水供给系统14中，原水通过纵管31从下方朝向上方流动，从纵管31流入横管32的原水被供给至各膜分离单元11。

在纵管31的下端连接有反洗排水系统12的反洗排水取出口部123和原水供给口部141。原水供给口部141具备供给原水的原水泵142和第三阀143。反洗排水取出口部123具有第四阀124。

冲洗空气供给系统13具有空气主管131以及多个空气支管132，所述空气主管131为供冲洗空气从下方朝向上方流动的纵管41，所述多个空气支管132并列连接于空气主管131，且是朝向各层的膜分离单元11送入冲洗空气的横管42。

空气主管131在上端侧具有第五阀133，在下端经由第六阀134连接有空气供给管135，空气供给管135的上游端与压缩机155和储液器154的成为气相侧的顶部连接。

在本实施方式中，清洗排水是冲洗空气和反洗水混合而成的气液混相流体，冲洗空气是贮存在储液器154中的压缩空气，反洗水是贮存在储液器154中的透过液。

以下，对上述结构的作用进行说明。

(超滤工序)

在关闭第二阀157、第五阀133、第六阀134的状态下，关闭第四阀124，在打开第一阀162、第三阀143的状态下驱动原水泵142。

原水从原水供给口部141流入原水供给系统14，在纵管31中从下方朝向上方流动，通过各横管32流入各膜分离单元11的一次侧。

在开始原水供给时，在打开第五阀133的状态下，使原水向冲洗空气供给系统13的空气支管132及空气主管131通水，将管内的空气排出而使原水充满空气支管132及空气主管131。

原水被膜分离单元11的超滤膜111过滤，透过液从膜分离单元11的二次侧向透过液取出系统16流出。透过液从各膜分离单元11向横管22流出，通过纵管41从透过液取出口部161向系统外取出。

(清洗工序)

在关闭第一阀162、第三阀143、第五阀133、第六阀134的状态下，打开第二阀157、第四阀124。反洗水供给装置153利用储液器154的气相部的空气压力，将储液器154的内部的反洗水通过反洗水供给口部156向反洗水供给系统15压出。

反洗水通过反洗水主管151流入各层的反洗水支管152，流入各层的各膜分离单元11。

流入到各膜分离单元11的二次侧的反洗水从超滤膜111的二次侧向一次侧逆流，冲洗附着于超滤膜111的一次侧的异物。反洗排水从各膜分离单元11通过各层的反洗排水支管122流入反洗排水主管121，在反洗排水主管121中从上方朝向下方流下，从反洗排水取出口部123向系统外流出。

(冲洗工序)

在关闭第一阀162、第三阀143、第五阀133的状态、且打开第二阀157、第四阀124的状态下，打开第六阀134。反洗水供给装置153利用储液器154的气相部的空气压力，将储液器154的内部的反洗水通过反洗水供给口部156向反洗水供给系统15压出，并且将储液器154的内部的压缩空气作为冲洗空气，通过空气供给管135向冲洗空气供给系统13供给。

反洗水通过反洗水主管151流入各层的反洗水支管152，从反洗水支管152流入各层的各膜分离单元11，从超滤膜111的二次侧向一次侧逆流，冲洗附着在超滤膜111的一次侧的异物。

冲洗空气通过空气主管131流入各空气支管132，从各空气支管132流入各层的各膜分离单元11的一次侧。

流入到各膜分离单元11的一次侧的冲洗空气和透过超滤膜111的反洗水成为气液混相流而对膜分离单元11的一次侧进行清洗。气液混相的反洗排水从各膜分离单元11通过各层的反洗排水支管122流入反洗排水主管121，在反洗排水主管121中从上方朝向下方流下，从反洗排水取出口部123向系统外流出。

在该冲洗工序中，冲洗空气从下方朝向上方供给至冲洗空气供给系统13的空气主管131。在空气主管131中，充满在超滤工序时被充水的原水。

冲洗空气通过在空气主管131的原水中上升而迅速移动，以到达时间的差异少的状态大致同时流入并列连接于空气主管131的多个空气支管132。

因此，冲洗空气通过各空气支管132朝向各层的膜分离单元11以到达时间的差异少的状态大致同时地流入，大致同时地清洗上下多层地配置的膜分离单元11。

因此，冲洗空气不会大量地流入特定的层的膜分离单元而被消耗，能够以少量的冲洗空气进行空气吹扫，在供给冲洗空气的储液器154中的空气压力高的状态下进行空气吹扫，由此能够进行清洗力优异的高压力下的清洗。

另外，由于从各层的膜分离单元11排出的反洗排水大致同时流入反洗排水主管151，因此各层的反洗排水支管152中的排水阻力变得均等，其结果是，冲洗空气向各层的膜分离单元11均匀地供给。

在上述实施方式中，从反洗水主管151的上端供给反洗水，反洗水一边在反洗水主管151内从上方朝向下方流动，一边流入各层的膜分离单元11。但是，反洗水供给系统总是被处理过的透过液充满，进而透过超滤膜111时的压损大。

因此，在冲洗工序中，无论从反洗水主管151的下端供给反洗水，还是从中途供给反洗水，都不会影响冲洗空气到达各层的膜分离单元11并从各层的清洗排水支管122排出为止的时间。

即，反洗水可以从反洗水主管151的任意位置供给。

(比较例1)

图2表示与本发明相关的比较例1，对与图1的结构相同的要素标注相同附图标记并省略说明。

与图1的结构的不同点在于，空气供给管135与空气主管131的上端连接。

在图2中，超滤工序、清洗工序与上述实施方式相同，省略说明。

在冲洗工序中，从空气主管131的上方朝向下方供给冲洗空气。

因此，冲洗空气被充满于空气主管131的管内的原水阻碍移动。为了使冲洗空气在空气主管131中移动，需要将充满管内的原水向下方压下。因此，受到原水阻力的冲洗空气最初流入上层的空气支管132，以气液混相流清洗上层的膜分离单元11。

受到冲洗空气的空气压力而从上层的膜分离单元11排出的气液混相流的清洗排水优先从上层的清洗排水支管122先行流过清洗排水主管121，由此阻碍从下方的中层、下层的清洗排水支管122流向清洗排水主管121的清洗排水。

结果，下方的中层、下层的膜分离单元11的基于冲洗的清洗延迟，膜分离单元11的冲洗工序以上层、中层、下层的顺序进行，冲洗空气到达下层的空气支管132需要时间，冲洗空气不大致同时遍布高度不同的多个膜组件11，在上层的膜分离单元11的冲洗工序中消耗大量的冲洗空气。

另外，在冲洗空气到达下层的空气支管132时，储液器154中的空气压力也降低，因此与下层的空气支管132连接的膜组件11的清洗效果也降低。

在本发明的实施方式与上述的比较例1的比较中，将对冲洗空气到达各层的膜分离单元11并从各层的清洗排水支管122排出为止的时间进行测量的结果示于表1。

[表1]

在空气主管131中从上方朝向下方供给冲洗空气的情况下，到达时间存在偏差，可知在空气主管131中从下方朝向上方供给冲洗空气的情况下，在到达时间的差异少的状态下大致同时流入并排出，能够大致同时清洗上下多层地配置的膜分离单元11。

(比较例2)

图3表示与本发明相关的比较例2，对与图1的结构相同的要素标注相同附图标记并省略说明。

与图1的结构的不同点在于，原水供给口部141及反洗排水取出口部123与反洗排水主管121的上端连接。

在图3中，超滤工序、清洗工序与上述实施方式相同，省略说明。

在冲洗工序中，从空气主管131的下方朝向下方供给冲洗空气。但是，反洗排水主管121因反洗排水而处于满管状态，空气主管131的反洗排水的水头作用于下层的反洗排水支管122。因此，在向下层的空气支管132供给的冲洗空气的空气压力下，无法从下层的膜分离单元11压出反洗排水，冲洗空气最初流入上层的空气支管132，利用气液混相流清洗上层的膜分离单元11。

然后，在气液混相流从上层的反洗排水支管122流入空气主管131的状态下，冲洗空气流入中层的空气支管132，利用气液混相流清洗中层的膜分离单元11。

然后，在气液混相流从上层、中层的反洗排水支管122流入空气主管131的状态下，冲洗空气流入下层的空气支管132，利用气液混相流清洗下层的膜分离单元11。

这样，中层、下层的膜分离单元11的基于冲洗的清洗延迟，膜分离单元11的冲洗工序以上层、中层、下层的顺序进行，冲洗空气到达下层的空气支管132需要时间，冲洗空气不大致同时遍布高度不同的多个膜组件11，在上层的膜分离单元11的冲洗工序中消耗大量的冲洗空气。

另外，在冲洗空气到达下层的空气支管132时，储液器154中的空气压力也降低，因此与下层的空气支管132连接的膜组件11的清洗效果也降低。

(比较例3)

图4表示与本发明相关的比较例3，对与图1的结构相同的要素标注相同附图标记并省略说明。

与图1的结构的不同点在于，空气供给管135与空气主管131的上端连接，原水供给口部141及反洗排水取出口部123与反洗排水主管121的上端连接。

在图4中，超滤工序、清洗工序与上述实施方式相同，省略说明。

在冲洗工序中，从空气主管131的上方朝向下方供给冲洗空气。

因此，冲洗空气被充满于空气主管131的管内的原水阻碍移动。为了使冲洗空气在空气主管131中移动，需要将充满管内的原水向下方压下。另外，反洗排水主管121因反洗排水而处于满管状态，空气主管131的反洗排水的水头作用于下层的反洗排水支管122。因此，在向空气支管132供给的冲洗空气的空气压力下，无法从下层的膜分离单元11压出反洗排水，冲洗空气最初流入上层的空气支管132，利用气液混相流清洗上层的膜分离单元11。

然后，在气液混相流从上层的反洗排水支管122流入空气主管131的状态下，冲洗空气流入中层的空气支管132，利用气液混相流清洗中层的膜分离单元11。

然后，在气液混相流从上层、中层的反洗排水支管122流入空气主管131的状态下，冲洗空气流入下层的空气支管132，利用气液混相流清洗下层的膜分离单元11。

这样，中层、下层的膜分离单元11的基于冲洗的清洗延迟，膜分离单元11的冲洗工序以上层、中层、下层的顺序进行，冲洗空气到达下层的空气支管132需要时间，冲洗空气不大致同时遍布高度不同的多个膜组件11，在上层的膜分离单元11的冲洗工序中消耗大量的冲洗空气。

另外，在冲洗空气到达下层的空气支管132时，储液器154中的空气压力也降低，因此与下层的空气支管132连接的膜组件11的清洗效果也降低。