(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状またはシート状の膜支持体の表裏両面に分離膜を配置した複数の膜エレメントが、各膜エレメントの分離膜が対向するように、一定間隔を隔てて縦姿勢で配列されている膜分離装置であって、
配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメントの外側に、前記最も外側に配列された膜エレメントとの間で前記一定間隔を設けたカバー部材が配置され、前記最も外側に配置された膜エレメントの外側で、前記膜支持体と前記分離膜との縦方向に沿った接合部の近傍に、前記最も外側に配列された膜エレメントの外側の分離膜との間で前記一定間隔よりも狭い所定間隔を設けて狭窄部材が配置されている膜分離装置。
【請求項２】
前記狭窄部材は、少なくとも前記接合部の近傍のうち上部に配置されている請求項１記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記狭窄部材は、前記配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメントとの間に前記一定間隔を設けて配置されたカバー部材の一部で構成されている請求項１または２記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記分離膜は、少なくとも前記膜支持体の上辺部で折り返されて前記膜支持体の表裏両面に配置されている請求項１から３の何れかに記載の膜分離装置。
【請求項５】
前記所定間隔が、前記一定間隔の半分以下に設定されている請求項１から４の何れかに記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性汚泥法を採用した下水処理や廃水処理等の水処理に好適な膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、活性汚泥法を採用した下水処理や廃水処理では、固液分離のために浸漬型の膜分離装置が用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、平板状またはシート状の膜支持体の表裏両面に濾過用の分離膜を配置した複数の膜エレメントが、各膜エレメントの分離膜が対向するように、一定間隔を隔てて縦姿勢で配列され、各膜エレメントの横方向側辺部で支持されている膜分離装置が組み込まれた膜分離小型合併浄化槽が開示されている。
【０００４】
各膜エレメントには分離膜を透過した処理水を外部に導出する吸引ノズルが設けられ、各吸引ノズルが集水管に接続されている。ポンプのような吸引装置を作動させて当該集水管を介して吸引することにより濾過運転が行なわれる。
【０００５】
このような膜分離装置の下部には散気装置が配置され、当該散気装置から供給される気泡のエアリフト作用により、膜エレメントの間隙で活性汚泥とともに被処理水が上昇する上昇流が引き起こされ、この気液混相の上昇流によって分離膜の膜面が散気洗浄される。
【０００６】
このような散気洗浄によってファウリングに起因する膜分離機能の低下が抑制される。そして、分離膜による濾過運転を停止した状態で散気装置から散気することにより、分離膜の洗浄効果を高めることができることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０７−２５６２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図１０（ａ）に示すように、膜エレメント８０の横方向両側辺部には、膜支持体８１と分離膜８２とが縦方向に沿って接合された接合部８３が形成されている。
【０００９】
図１０（ｂ）に示すように、濾過運転を停止した状態で散気装置による散気を継続すると、膜支持体８１と分離膜８２との間に溜った処理水と、処理水中に溶解していたガス成分が分離膜８２を透過した際に気化したガスが上昇流によって上方へ押し上げられ、膜エレメント８０の上部に大きな膨出部８４が形成され、この膨出部８４が上昇流に対する抵抗となって分離膜８２に振動が生じる。
【００１０】
一定間隔を隔てて配置されている膜エレメント８０同士の間で膨出する分離膜８２は、互いの膨出部８４が接することによって膨出の程度が抑制されるが、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント８０と前記一定間隔でその外側に配置されているカバー部材８５との間では、最も外側に配置された膜エレメント８０の分離膜８２の膨出を抑制する分離膜が存在しないため、その膨出の程度が大きくなる。
【００１１】
その結果、最も外側に配置された膜エレメント８０の外側では、接合部８３近傍での膜支持体８１と分離膜８２との角度が、内側の膜エレメントの接合部８３近傍での膜支持体８１と分離膜８２との角度よりも大きくなり、当該接合部８３で分離膜８２に大きな力が掛かり、分離膜８２が破断する虞があるという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、濾過運転を停止した状態で散気を継続しても、最も外側に配置された膜エレメントの外側の分離膜の破断を回避可能な膜分離装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、本発明による膜分離装置の第一特徴構成は、特許請求の範囲の請求項１に記載した通り、平板状またはシート状の膜支持体の表裏両面に分離膜を配置した複数の膜エレメントが、各膜エレメントの分離膜が対向するように、一定間隔を隔てて縦姿勢で配列されている膜分離装置であって、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメントの外側に、前記最も外側に配列された膜エレメントとの間で前記一定間隔を設けたカバー部材が配置され、前記最も外側に配置された膜エレメントの外側で、前記膜支持体と前記分離膜との縦方向に沿った接合部の近傍に、前記最も外側に配列された膜エレメントの外側の分離膜との間で前記一定間隔よりも狭い所定間隔を設けて狭窄部材が配置されている点にある。
【００１４】
濾過運転を停止した状態で散気装置による散気を継続し、膜支持体と分離膜との間に溜った処理水とガスが上昇流によって上方へ押し上げられ、膜エレメントの上部に膨出部が形成される。そのような場合であっても、上述の構成によれば、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメントの外側に、前記最も外側に配列された膜エレメントの分離膜との間に各膜エレメントの配列間隔よりも狭い所定間隔で狭窄部材が配置されているので、外側の膜エレメントの接合部近傍で膨出する分離膜が狭窄部材に当接して膨出の程度が抑制されるようになる。
【００１５】
その結果、接合部での膜支持体と分離膜との角度が、狭窄部材を備えていない場合よりも小さくなるように制限され、当該接合部で分離膜に繰返し掛かる力が抑制されて分離膜が破断する虞を低減させることができる。
【００１６】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記狭窄部材は、少なくとも前記接合部の近傍のうち上部に配置されている点にある。
【００１７】
分離膜の膨出部は膜エレメントの上部で大きくなるが、少なくとも接合部の近傍のうち上部に狭窄部材を配置すれば、分離膜の膨出の程度を効果的に抑制することができ、安価且つコンパクトな狭窄部材を実現することができる。
【００１８】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記狭窄部材は、前記配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメントとの間に前記一定間隔を設けて配置されたカバー部材の一部で構成されている点にある。
【００１９】
配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメントとの間に前記一定間隔を設けて配置されたカバー部材の一部が狭窄部材となるので、カバー部材と狭窄部材を一体に形成でき、部品点数の増加を招くことなく、安価な膜分離装置を実現できる。
【００２０】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記分離膜は、少なくとも前記膜支持体の上辺部で折り返されて前記膜支持体の表裏両面に配置されている点にある。
【００２１】
分離膜が膜支持体の上辺部で折り返されて膜支持体の表裏両面に配置されているので、膨出部が膜エレメントの表裏両面の上部及び膜支持体の上辺部にかけて形成されるようになる。その結果、膜支持体の面側に膨出する程度が小さくなり、気泡や被処理水の上昇流に対する抵抗を低減させることができる。
【００２２】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記所定間隔が、前記一定間隔の半分以下に設定されている点にある。
【００２３】
一定間隔を隔てて対向配置された各膜エレメントの各対向面に形成される分離膜の膨出部は、対向する膨出部と接当するために、膨出の程度が膜エレメント間の一定間隔の半分程度に抑えられる。そして、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメントの分離膜に対して狭窄部材が、前記一定間隔の半分以下の所定間隔で配置されているため、膨出の程度が各膜エレメントの各対向面に形成される分離膜の膨出部の程度以下に抑えられる。その結果、最も外側に配置された膜エレメントの分離膜の破断を極めて効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明した通り、本発明によれば、濾過運転を停止した状態で散気を継続しても、最も外側に配置された膜エレメントの外側の分離膜の破断を回避可能な膜分離装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】膜分離装置の説明図
【図２】膜分離装置及び膜モジュールの説明図
【図３】膜モジュールの説明図
【図４】膜エレメントの説明図
【図５】膜モジュールの各部の説明図
【図６】膜モジュールの概略図
【図７】（ａ）は図６のＡ部拡大図、（ｂ）は別実施形態によるＡ部拡大図
【図８】（ａ）は狭窄部材によって分離膜の膨出の程度が低減されている説明図、（ｂ）は狭窄部材を備えない場合の分離膜の膨出の程度の説明図
【図９】（ａ）は別実施形態による狭窄部材の説明図、（ｂ）は別実施形態による狭窄部材の説明図、（ｃ）は別実施形態による狭窄部材の説明図、（ｄ）は別実施形態による狭窄部材の説明図
【図１０】従来の膜分離装置の説明図であって（ａ）は膜エレメントの概略図、（ｂ）は膜エレメントに形成される膨出部の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明による膜分離装置を説明する。
図１及び図２に示すように、膜分離装置１０は、膜モジュール２０が縦に８段積層設置された膜モジュール群が、横に５列並設されるように本体フレーム１１内に組み込まれて構成され、膜分離槽内の被処理水に浸漬配置される。
【００２７】
最下段の膜モジュール２０の下方に散気用給気管１２が設置され、当該散気用給気管１２から給気された散気エアにより、各膜モジュール２０に縦姿勢で水平方向に並設された複数の膜エレメント２１間に膜分離槽内の被処理水の上昇流が発生し、各膜エレメント２１の膜面を透過した処理水が集水管１３を通じて槽外へ導出される。
【００２８】
集水管１３には、膜分離槽の外部に設置された処理水槽に到る処理水導出管（図示されていない）が連通され、その管路途中にポンプ装置が介装されている。散気用給気管１２にはブロワやコンプレッサなどの給気源が連通されている。
【００２９】
図３に示すように、各膜モジュール２０は、前後一対の集水ケース２２と左右一対のカバー部材２３に区画される空間内に複数の膜エレメント２１が配設されて構成されている。
【００３０】
ろ板２１ａは、ＡＢＳ樹脂等で形成され、分離膜２１ｂは、基材となる不織布に多孔性樹脂が塗布及び含浸されて構成されている。なお、ろ板２１ａは、ＡＢＳ樹脂等の剛性を有する材質に限らず、シート状の不織布やネット等のフレキシブルな材質を使用して構成してもよい。
【００３１】
集水ケース２２とカバー部材２３は、ＡＢＳ樹脂やポリプロピレン等の射出成形で得られる。集水ケース２２は、分離膜２１ｂの破損等による汚泥の集水ケース２２への流入を確認し易いように、透光性を有するように構成されることが好ましい。
【００３２】
図４に示すように、膜エレメント２１は、膜支持体としての平板状のろ板２１ａの表裏両面に分離膜２１ｂを備えている。分離膜２１ｂは、ろ板２１ａの上辺部、及び、下辺部で折り返されてろ板２１ａの表裏両面に配置される。
【００３３】
分離膜２１ｂは、ろ板２１ａの周囲に巻きつけられて重合部が接着または溶着されて無端状に形成され、膜エレメント２１の横方向側辺部またはその近傍でろ板２１ａに接着、溶着、または押圧されている。例えば、超音波溶着や熱溶着、接着剤による接着、押圧部材による押圧手段が採用され、当該接着、溶着、または押圧された箇所が接合部２１ｃとなる。
【００３４】
濾過運転を停止した状態で散気装置による散気を継続すると、ろ板２１ａと分離膜２１ｂとの間に分離膜２１ｂを透過した処理水と処理水から気化したガスが徐々に溜り、溜った処理水とガスが上昇流によって上方へ押し上げられるが、分離膜２１ｂは、少なくともろ板２１ａの上辺部で折り返されてろ板２１ａの表裏両面に配置されているので、上昇流で押し上げられた分離膜２１ｂはろ板２１ａの上辺部にも膨出する。その結果、対向面側への膨出の程度を小さくすることができ、上昇流に対する抵抗を低減することができる。
【００３５】
ろ板２１ａの内部には、水平方向の流通路が縦方向に複数本並列して貫通形成されている。ろ板２１ａの表裏両面には、前記流通路と連通する複数の微細孔が形成されている。分離膜２１ｂを透過した処理水は、前記微細孔から前記流通路を流通して、ろ板２１ａの両端部から流出することになる。
【００３６】
図５に示すように、各膜エレメント２１の横方向中央部に各膜エレメント２１の間隔を前記一定間隔で保持する間隔保持部２４が設けられている。
【００３７】
間隔保持部２４には、縦方向のスリット２４ａが水平方向に複数本並列して備えられ、各膜エレメント２１を各スリット２４ａに挿通することで、各膜エレメント２１は前記一定間隔を隔てて縦姿勢で配列される。間隔保持部２４は、各膜エレメント２１の保持間隔を保ちつつ、上昇流による膜エレメント２１の振動を吸収でき、接触による分離膜２１ｂの摩耗が軽減されるように、合成ゴム等の弾性体で形成することが好ましい。
【００３８】
図５，図６に示すように、各膜エレメント２１は、間隔保持部２４により各膜エレメント２１の分離膜２１ｂが対向するように、一定間隔を隔てて縦姿勢で配列され、各膜エレメント２１の横方向側辺部に、集水ケース２２が接合されている。集水ケース２２は、内部に集水空間を有する中空状に形成され、上下の夫々の面に前記集水空間に連通する連結部２５，２６が形成されている。
【００３９】
一対の集水ケース２２の対向面側には、間隔保持部２４に備えられた各スリット２４ａと同じピッチで、複数のスリット２２ａが形成されている。
【００４０】
図７（ａ）に示すように、ろ板２１ａとともに分離膜２１ｂをもスリット２２ａに挿通した状態で、スリット２２ａに樹脂を充填して各膜エレメント２１を集水ケース２２に接合する。これにより、分離膜２１ｂを透過した処理水がろ板２１ａに形成された流通路を通じて各集水ケース２２内に導かれる。なお、スリット２２ａと分離膜２１ｂとの境界が接合部２１ｃとなる。
【００４１】
なお、図７（ｂ）に示ように、各膜エレメント２１のろ板２１ａの横方向側辺部のみがスリット２２ａに挿通された状態で接着または溶着されて接合されてもよく、その場合には、接合部２１ｃは、ろ板２１ａとスリット２２ａの接合箇所よりも内側に配置することになる。これにより、分離膜２１ｂを透過した処理水がろ板２１ａに形成された流通路を通じて各集水ケース２２内に導かれる。
【００４２】
図５，図６に戻り、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の両外側には、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１との間に一定間隔を設けて、被処理水の流路を形成するための一対のカバー部材２３が配置されている。なお、カバー部材２３は、間隔保持部材２４の横方向両端近傍に形成されたスリット２４ｂに挿通した状態で、その両端部が集水ケース２２に接着または溶着されて接合される。
【００４３】
カバー部材２３には、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１と対向する面であって、当該膜エレメント２１のろ板２１ａと分離膜２１ｂとの縦方向に沿った接合部２１ｃの近傍に狭窄部材２３ａが一体形成されている。
【００４４】
図６に示すように、狭窄部材２３ａは、前記一定間隔、つまり、各膜エレメント２１の対向面間の間隔Ｔよりも狭い所定間隔ｔとなるように、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の接合部２１ｃ側へ突出して形成されている。所定間隔ｔは、前記一定間隔、つまり、各膜エレメント２１の対向面間の間隔Ｔの半分以下に設定されている。
【００４５】
これにより、狭窄部材２３ａと膜エレメント２１の接合部２１ｃの間における分離膜２１ｂの膨出の程度が、各膜エレメント２１の対向面間における分離膜２１ｂの膨出部の程度以下となり、最も外側の膜エレメント２１の接合部２１ｃで集中して分離膜２１ｂが破断する虞を回避できる。
【００４６】
狭窄部材２３ａは、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の接合部２１ｃと対向する面にカバー部材２３の中央部より厚く形成された突出部で構成され、前記中央部と突出部はなだらかな傾斜面により連結されている。本実施形態では、膜エレメント２１の上端から下端まで、つまり、接合部２１ｃ全体を覆う範囲に形成されている。各狭窄部材２３ａで挟まれた空間２３ｂは、被処理水の上昇流の流路となっている。
【００４７】
図８（ａ）に示すように、カバー部材２３に狭窄部材２３ａを備えることで、濾過運転を停止した状態で散気装置による散気を継続すると、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の分離膜２１ｂは狭窄部材２３ａに当接する。外側の膜エレメント２１の接合部２１ｃ近傍でのろ板２１ａと分離膜２１ｂとの角度は、図８（ｂ）に示すように、狭窄部材を備えない場合の膜エレメント２１の接合部２１ｃ近傍でのろ板２１ａと分離膜２１ｂとの角度に比べて大きくなりすぎない。つまり、当該接合部２１ｃで分離膜２１ｂに大きな力が掛かかることを抑制でき、分離膜２１ｂが破断する虞を低減することができる。
【００４８】
図２に戻り、図中左側の最上段の膜モジュール２０の上部連結部２５、及び、図中右側の最下段の膜モジュール２０の下部連結部２６には、夫々集水管１３が接続され、図中左側の最上段の膜モジュール２０の下部連結部２６、及び、図中右側の最下段の膜モジュール２０の上部連結部２５は、封止部材（図示されていない）で封止されている。なお、図２では、上部連結部２５及び下部連結部２６の記載は省略し、処理水の通流方向は破線矢印で示されている。
【００４９】
以下、本発明による膜分離装置の別実施形態について説明する。
上述の実施形態では、狭窄部材２３ａが、膜エレメント２１の上端から下端まで、つまり、接合部２１ｃ全体を覆う範囲に形成されている場合について説明したが、狭窄部材２３ａは、少なくとも前記接合部２１ｃの近傍のうち上部に配置されていればよい。
【００５０】
濾過運転を停止した状態で散気装置による散気を継続すると、ろ板２１ａと分離膜２１ｂとの間に溜った処理水とガスが上昇流によって上方へ押し上げられ、膜エレメント２１の上部に膨出部が形成されるが、狭窄部材２３ａを、少なくとも接合分２１ｃの近傍のうち上部に配置することで、当該膨出部が大きくなりすぎることを抑制できるので当該接合部２１ｃの近傍うち上部で分離膜２１ｂが破断する虞を低減することができる。
【００５１】
また、狭窄部材は、カバー部材と一体形成する構成に限らず、狭窄部材をカバー部材とは別部材で配置してもよく、さらには、接着または溶着等によりカバー部材に取り付ける構成であってもよい。
【００５２】
上述の実施形態では、狭窄部材２３ａは、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の接合部２１ｃと対向する面にカバー部材２３の中央部より厚く形成された突出部で構成され、前記中央部と突出部がなだらかな傾斜面により連接された構成について説明したが、前記中央部と突出部を傾斜面ではなく、なめらかな湾曲面で連接してもよい。
【００５３】
さらに、図９（ａ）に示すように、狭窄部材２３ａとカバー部材２３を傾斜面や湾曲面で連接せずに構成してもよい。
【００５４】
また、図９（ｂ）に示すように、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の接合部２１ｃと対向するカバー部材２３の端部を当該膜エレメント２１側に屈曲させて、狭窄部材２３ａとして機能するように構成してもよい。
【００５５】
図９（ｃ）に示すように、カバー部材２３を、配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の接合部２１ｃとの間隔が各膜エレメント２１の対向面間の間隔よりも狭い所定間隔となるように配置して、カバー部材２３そのものを狭窄部材として機能させるように構成してもよい。
【００５６】
図９（ｄ）に示すように、膜モジュールにカバー部材を備えずに、狭窄部材２３ａを集水ケース２２と一体形成、または、接着または溶着により接合する構成であってもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、狭窄部材２３ａを配列方向に沿って最も外側に配置された膜エレメント２１の横方向側辺部と対向する位置のみに備える構成について説明したが、各膜エレメントの横方向中央部に配置された各膜エレメントの間隔を前記一定間隔で保持する間隔保持部の近傍等、各膜エレメントの横方向側辺部以外に、分離膜とろ板の接合部が構成される場合には、当該接合部と対向する箇所に狭窄部材を備えてもよい。
【００５８】
また、上述の実施形態では、膜エレメントの両側に集水ケースを備えた膜モジュールについて説明したが、これに限定されず、膜エレメントをケーシング部材内部に着脱可能に収容する構造の膜モジュールなど、膜エレメントに縦方向に沿った膜支持体と分離膜の接合部を備えた膜モジュールであればよい。
【００５９】
上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、当該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６０】
１０：膜分離装置
１１：本体フレーム
１２：散気用給気管
１３：集水管
２０：膜モジュール
２１：膜エレメント
２２：集水ケース
２３：カバー部材
２３ａ：狭窄部材
２４：間隔保持部
２５：上部連結部
２６：下部連結部
２７：取手
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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