(57)【要約】【課題】  ケースへの平膜エレメントの装填および交換を容易にするとともに、平膜エレメントの損傷を低減できる安価な浸漬型分離膜モジュールおよび平膜エレメントの交換方法を提供する。【解決手段】  箱状ケース内に、複数枚の平膜エレメント４を上下方向に互いに平行となるように配列した浸漬型膜分離モジュールにおいて、該箱状ケースが樹脂製であり、かつ、該箱状ケース内にスリット２が設けられることで該箱状ケース内が複数の区画に分割され、かつ、該区画内にはそれぞれ２枚以上５枚以下の該平膜エレメント４が配列され、かつ、該区画内で該平膜エレメント４同士、および該平膜エレメント４と該スリット２とがそれぞれ当接されることで該平膜エレメント４同士が位置規制されていることを特徴とする浸漬型膜分離モジュール。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱状ケース内に、複数枚の平膜エレメントを上下方向に互いに平行となるように配列した浸漬型膜分離モジュールにおいて、該箱状ケースの一部または全部が樹脂製であり、かつ、該箱状ケース内にスリットが設けられることで該箱状ケース内が複数の区画に分割され、かつ、該区画内にはそれぞれ２枚以上５枚以下の該平膜エレメントが配列され、かつ、該区画内で該平膜エレメント同士、および該平膜エレメントと該スリットとがそれぞれ当接されることで該平膜エレメント同士が位置規制されていることを特徴とする浸漬型膜分離モジュール。
【請求項２】
さらに振動防止具を設けることを特徴する請求項１に記載の浸漬型膜分離モジュール。
【請求項３】
箱状ケースの一部または全部の材質が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の浸漬型膜分離モジュール。
【請求項４】
スリットにおける接地面との水平方向の断面形状が矩形、半円形、三角形、台形のいずれかであることを特徴する請求項１〜３のいずれかに記載の浸漬型膜分離モジュール。
【請求項５】
スリットにおける接地面との水平方向の断面の仕切り幅が２mm以上３０mm以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の浸漬型膜分離モジュール。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の浸漬型膜分離モジュールにおける、前記平膜エレメントの交換方法であって、前記区画内に配列された２枚以上５枚以下の該平膜エレメントを、該区画ごとにそれぞれ引き上げ、交換することを特徴とする平膜エレメントの交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離活性汚泥法の用途に使用する浸漬型分離膜モジュールおよびその中に収められた平膜エレメントの交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥法における最終沈殿池の代わりに膜分離活性汚泥法が開発され、普及しつつある。この膜分離活性汚泥法は、通常の活性汚泥法の最終沈殿池の代わりに、精密膜あるいは限外ろ過膜等の分離膜を用いて膜分離処理する処理方法であって、生物反応槽内の被処理水の生物量（一般にＭＬＳＳ（＝Mixed Liquor Suspended Solids、混合液懸濁物質）で表す。）を高く保ちつつ設置面積を小さくすることができる利点があり、さらに、汚泥と処理水の分離は重力沈降によらず膜ろ過により行うため、処理水にＳＳ（＝Suspended Solids、懸濁物質）が流出することがなく、清澄な処理水を得ることができる等の利点がある。
【０００３】
膜分離活性汚泥法による膜分離処理を行う際には、通常、分離膜表面を洗浄するため、分離膜の下方に散気管を設置して気泡を発生（曝気）させ、この気泡の上昇流を膜表面に作用させて膜面洗浄する。一方この曝気は、被処理液を生物処理する活性汚泥に酸素供給するためにも必要である。すなわち、膜分離活性汚泥法において、曝気は膜面洗浄とともに生物処理の酸素供給の両方の役割を担っている。
【０００４】
浸漬型膜ろ過モジュールとして、例えば特許文献１には、ケースに凹部を設けることにより、作業者の技術に依らず隣接するろ過膜の間隙を一定に保つことができる浸漬型膜モジュールが開示されている。しかしながら、このような浸漬膜モジュールにおいて、曝気時の膜エレメントの振動を低減するためには、凹部と膜エレメントの幅の差を出来る限り小さくする必要があるが、その幅を小さくするとろ過膜エレメントの装填および抜出が困難となりバランスが非常に難しい。
【０００５】
その他、特許文献２には、支持板およびこの支持板の両面に配したろ過膜を有するろ過膜エレメントと、そのろ過膜エレメント複数枚を互いに並行するように収納したハウジングとを有し、ろ過膜エレメントの左右の外側端に突部が設けられ、該突部同士が当接することにより隣接するろ過膜エレメント同士が位置規制され、突部の少なくとも一方の先端に凹部が設けられ、ハウジングの内側部にはろ過膜エレメントの凹部と緩嵌できる凸部が設けられ、かつハウジングの内側部の凸部がろ過膜エレメントの凹部と嵌合していることを特徴とするろ過膜モジュールが開示されている。しかしながらこの構成の場合、並行する複数枚のろ過膜エレメントに対し、ろ過膜エレメントの厚み方向に向かう力が加えられていて、それら複数枚のろ過膜エレメントが互いに押圧されている。ろ過エレメントを交換する場合は、本押圧を開放する必要があるため、交換作業自体が非常に煩雑であるという問題があった。
【特許文献１】特開平４−２８１８２８号公報
【特許文献２】特許第３９７９１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、ケースへの平膜エレメントの装填および交換を容易にするとともに、平膜エレメントの損傷を低減できる浸漬型分離膜モジュールおよび平膜エレメントの交換方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、かかる課題を解決するために、以下に記載の手段により構成されるものである。
(1)箱状ケース内に、複数枚の平膜エレメントを上下方向に互いに平行となるように配列した浸漬型膜分離モジュールにおいて、該箱状ケースの一部または全部が樹脂製であり、かつ、該箱状ケース内にスリットが設けられることで該箱状ケース内が複数の区画に分割され、かつ、該区画内にはそれぞれ２枚以上５枚以下の該平膜エレメントが配列され、かつ、該区画内で該平膜エレメント同士、および該平膜エレメントと該スリットとがそれぞれ当接されることで該平膜エレメント同士が位置規制されていることを特徴とする浸漬型膜分離モジュール。
(2)さらに振動防止具を設けることを特徴する(1)に記載の浸漬型膜分離モジュール。
(3)箱状ケースの一部または全部の材質が、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂のいずれかであることを特徴とする(1)または２に記載の浸漬型膜分離モジュール。
(4)スリットにおける接地面との水平方向の断面形状が矩形、半円形、三角形、台形のいずれかであることを特徴する(1)〜(3)のいずれかに記載の浸漬型膜分離モジュール。
(5)スリットにおける接地面との水平方向の断面の仕切り幅が２mm以上３０mm以下であることを特徴とする(１)〜(４)のいずれかに記載の浸漬型膜分離モジュール。
(6) (1)〜(5)のいずれかに記載の浸漬型膜分離モジュールにおける、前記平膜エレメントの交換方法であって、前記区画内に配列された２枚以上５枚以下の該平膜エレメントを、該区画ごとにそれぞれ引き上げ、交換することを特徴とする平膜エレメントの交換方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、ハウジングへの装填および交換を容易にでき、平膜エレメントを効果的に固定し、振動による損傷を低減できる安価な浸漬型分離膜モジュールおよび平膜エレメントの交換方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１には、箱状ケース内に、複数枚の平膜エレメントを上下方向に互いに平行となるように配列した浸漬型膜分離モジュールを示す。箱状ケースは、平膜エレメント４を固定するサイドパネル１、スリットパネル３とからなる。スリットパネル３には２枚〜５枚の平膜エレメント４を区切るためのスリット２が取り付けられている。
【００１０】
図２には、平膜エレメント４を箱状ケースに装填した状態を上方から見た図を示す。サイドパネル１の内側には平膜エレメント４が、２枚毎装填され、スリットパネル３には平膜エレメント４の２枚分の間隔で、スリット２が設けられている。また、スリット２により区切られた各区画においては、平膜エレメント４同士、および平膜エレメント４とスリット２とはそれぞれ当接され、平膜エレメント４同士が位置規制されている。このサイドパネル１とスリットパネル３から筺体すなわち箱状ケースが形成される。
【００１１】
サイドパネル１、スリットパネル３は、その剛性やコストの観点から樹脂製であることが必要であり、通常ABS（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合合成樹脂）などの樹脂材からなるが、部材の強度や寿命などの観点から、ステンレスや他の部材と組み合わせて箱状ケースを形成してもよい。樹脂材としては、加工性、耐久性そして経済性の観点からABS樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂などが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【００１２】
平膜エレメントは、２枚〜５枚を一束ねにし、スリットパネル間に装填される。平膜エレメントには、下からの空気および汚泥の流れを確保するため、図２に示すようなクリアランス６が設けられる。平膜エレメントを２枚〜５枚を１セットにすることにより、１枚毎にスリットを設けるのと比較し、スリットの数量を減らすことが可能となり、浸漬型分離膜モジュール全体としてコストダウンにつながる。あわせて、１枚であれば装填時に、装填の方向が正しくない場合、平膜エレメントとスリットとがひっかかってしまい、結果として平膜エレメントを傷つけてしまう場合もあったが、複数枚にすることにより、平膜エレメントとスリットとがひっかかる機会を減少させることができるため、エレメント損傷を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、１セットの上限については、通常１人の作業者が作業できる最大の枚数が５枚であり、５枚を超えると作業が困難となることから、本発明において設けられる溝部で保持できる平膜エレメントの枚数は５枚以下である。なお、通常の平膜エレメントの重量は1枚あたり1kgから5kg程度である。
【００１４】
平膜エレメント４の幅（図２中のd）は、平膜エレメント４の強度、経済性、ハンドリングのしやすさから判断すべきであるが通常２mm以上３０mm以下である。
【００１５】
平膜エレメント４の膜同士に設けられた隙間は、汚泥および洗浄のための空気の流路であり、その間隔（図2中のa1）は通常5mm程度から50mm程度である。
【００１６】
なお、図２において、平膜エレメント４を構成する樹脂板に突起１１が設けられているが、突起部分を当接することにより、膜同士の隙間を確保し汚泥および空気の流路を確保できる。なお突起部分の幅（図２中のb）は、強度や流路確保のため２mmから３０mm程度であることが好ましく、接地面との水平方向の断面形状は矩形や台形など適切なものを選択すればよい。
【００１７】
箱状ケース内に設けられたスリット２における接地面との水平方向の断面形状は矩形、台形、半円形、三角形など平膜エレメント４を適切に区切られる形状のものを選択することが好ましい。またスリット２における接地面との水平方向の断面の仕切り幅（図２中のc）は２mm以上３０mm以下であることが望ましい。２mm以下であると、スリット２の強度に問題が生じ、３０mm以上であると、空気流路の幅（a2）が大きくなりすぎてしまい、効率的な空気洗浄ができなくなるからである。
【００１８】
図３には、平膜エレメント４の外観を示す。平膜エレメント４は、ABSなどの樹脂製のボードの両面に平膜５を貼り付けたものである。平膜エレメント４には水を透過するための流路の他、透過水を取り出すためのノズル７が取り付けられている。平膜はPVDF（ポリフッ化ビニリデン）やPE（ポリエチレン）製のものが使用されるが、限定されるものではない。
【００１９】
図４には、図１に示す浸漬型膜モジュールに、各平膜エレメント４を固定し振動を抑止するための振動防止具８を浸漬型分離膜モジュールに設けたものを示す。サイドパネル１とスリットパネル３から形成される箱状ケースに平膜エレメント４が装填され、平膜エレメント４はスリットパネル３に設けられたスリット２により２枚から５枚毎に区切られている。装填された平膜エレメント４の上部３ヶ所に、各平膜エレメント４を固定し振動を抑止するための振動防止具８を設けている。振動防止具８は、EPDMゴムなどの弾性体が用いられ、平膜エレメント１枚ごとを効果的に抑えられるよう、好ましくは図４に示すような櫛歯状のものが用いられる。ここでは、平膜エレメント４上部に取り付けたものを示すが、平膜エレメント上部と同様に平膜エレメント下部に振動防止具をとりつけることも可能である。平膜エレメント４でろ過されたろ過水は、チューブ９から集水管１０に集められる。
【００２０】
平膜エレメントは通常、原水成分への異物混入や過剰な曝気により破損あるいは劣化した場合には平膜エレメントの交換を行うことが必要である。なお、交換に際し、平膜エレメントを仕切るスリットがない場合には平膜エレメントが片側に傾斜してしまい、引き上げ交換する際に手間と時間がかかり、現場での交換作業に都合が悪い。
【００２１】
そこで、図５には、図４に示した浸漬型膜分離モジュールにおいて、スリットにより区画された２枚以上５枚以下の平膜エレメント４を区画ごとにそれぞれ引き上げ、交換する方法を図示する。スリットパネル３に設けられたスリットが平膜エレメント４を引き上げる際、導入ガイドとして機能し、円滑に平膜エレメント４を引き上げ交換することが可能となる。
【００２２】
次に本発明を実際の水処理に使用する際の実施形態について説明する。図６において、都市下水等の有機系の汚水である原水１２は原水ポンプ１３により、膜分離槽１４に送液される。膜分離槽１４には活性汚泥が貯えられており、浸漬型膜分離モジュール２１が装填されている。浸漬型膜分離モジュール２１の下部からはブロワ１５から送風される空気が、散気管１６を通して、曝気される。この曝気は膜面の洗浄と活性汚泥への空気供給のため行われる。活性汚泥により、生物処理された水は、吸引ポンプ１７に吸引されつつ、浸漬型膜分離モジュール２１により固液分離され、処理水１９として排出されたり、再利用に供されたりする。また生物処理により増殖した活性汚泥は、定期的に、余剰汚泥２０として余剰汚泥ポンプ１８により引き抜かれ、膜分離槽１４内の活性汚泥濃度が一定に保たれる。
【００２３】
ここで原水１２は、活性汚泥処理される有機性の廃水で、下水、工場廃水等のことを差し、特に限定されるものではない。原水ポンプ１３は上記有機性汚水を送液するためのポンプであり、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどを用いることができる。
【００２４】
膜分離槽１４は、浸漬型膜分離モジュール２１を活性汚泥液中に浸漬し曝気を行うための槽であり、特に材質が規定されるものではないが、原水および使用する薬品に対し耐久性をもっていることが望ましい。たとえば、コンクリート製やポリエチレン等のプラスチック製のものが使用できる。
【００２５】
浸漬型膜分離モジュール２１は、本発明に係る平膜エレメントを装填した浸漬型膜分離モジュールのことである。ブロワ１５は、空気を送風する装置のことであり、一般にはブロア、コンプレッサ等が用いられる。散気管１６は活性汚泥中に気泡を発生させることができる散気管であれば特に限定されるものではないが、塩化ビニルやステンレス製の配管に空気吐出孔を開けた散気管が通常使用される。その他、多孔性のゴム、セラミック、メンブレンを用いた散気管なども使用することができる。吸引ポンプ１７は、膜ろ過透過水を吸引するポンプであり、特に形状を制限されるものではないが、通常は減圧状態から300kＰa以下で運転されるポンプが使用される。また、吸引ポンプ１７を設ける代わりに、自然水頭差を駆動力として膜ろ過を行うことも可能である。
【００２６】
余剰汚泥ポンプ１８は、曝気槽内のＭＬＳＳ濃度を一定に保つために、余剰な汚泥を定期的に引き抜くためのポンプである。粘性の高い汚泥を送液できるものであれば、特に制限されるものではない。膜分離活性汚泥法におけるＭＬＳＳ濃度は3,000〜20,000mg/L程度であるが、より安定した膜ろ過流束を保つためのＭＬＳＳ濃度は5,000〜15,000mg/L程度である。なお、ろ過の流束（フラックス）や活性汚泥中での水理学的滞留時間（HRT）等の運転条件は、廃水の性質や濃度を見た上で最適な条件で運転すればよいが、一般にろ過流束は、0.2m/day〜2.0m/day程度、水理学的滞留時間は3時間〜24時間程度である。
【００２７】
次に平膜エレメントの交換について説明する。交換には、寿命による交換、トラブルによる交換が考えられる。寿命については、その使用環境や平膜エレメントの部材により大きく異なるが一般的には、１年〜７年ほどである。一方トラブルによる交換とは、原水中に刃物や一部の有機溶剤などの異物が混入し浸漬型膜分離モジュールが破損を受けた場合や、曝気過多等による機械的なダメージを受けた場合に必要となる。交換に際しては、交換用の平膜エレメントを準備し、膜分離槽の上部に足場を組んでスリットを利用して交換作業を行うこととなる。この交換作業時に、スリットの導入により、浸漬型膜分離モジュールを引き上げ、槽外で解体・交換するといった作業が不要となり、作業が格段に容易となり交換時間も短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、下水等の汚水を処理する膜分離活性汚泥法に使用する浸漬型分離膜モジュールにおいて、経済的かつ膜の交換が容易な浸漬型分離膜モジュールおよび平膜エレメントの交換方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明を利用した浸漬型分離膜モジュールの模式図である。
【図２】本発明の浸漬型分離膜モジュールの上部からの部分図である。
【図３】本発明に係る平膜エレメントを示す図である。
【図４】本発明に係る浸漬型分離膜モジュールと振動防止具を示す斜視図である。
【図５】本発明の浸漬型分離膜モジュールにおける平膜エレメントの交換方法を示す斜視図である。
【図６】本発明を実際の水処理に使用する際の実施形態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１．サイドパネル
２．スリット
３．スリットパネル
４．平膜エレメント
５．平膜
６．クリアランス
７．ノズル
８．振動防止具
９．チューブ
１０．集水管
１１．突起
１２．原水
１３．原水ポンプ
１４．膜分離槽
１５．ブロワ
１６．散気管
１７．吸引ポンプ
１８．余剰汚泥ポンプ
１９．処理水
２０．余剰汚泥
２１．浸漬型膜分離モジュール
ａ１．平膜エレメントの膜同士に設けられた隙間の間隔
ａ２．空気流路の幅
ｂ．突起部分の幅
ｃ．スリットにおける接地面と水平方向の断面の仕切り幅
ｄ．平膜エレメントの幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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