(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象液中に浸漬設置する浸漬型膜分離装置であって、上下が開口した膜ケースの内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジを膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて配列することにより膜ケースユニットを構成し、複数の膜ケースユニットを上下に多段に配置するとともに、膜ケース間に開放空間を形成する間隔ケースを設け、最下段の膜ケースユニットの下方に、散気装置を内設した散気ケースを設けたことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
【請求項２】
間隔ケースは、膜ケース内に配列した膜カートリッジの透過水流路に接続したチューブを挿通する複数の孔を有し、各孔にチューブを水密に保持するシールリングを設けたことを特徴とする請求項１記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項３】
間隔ケースは、膜ケースと一体化した構造をなすことを特徴とする請求項１記載の浸漬型膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下廃水処理、汚泥濃縮などにおいて固液分離に使用される浸漬型膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下廃水処理、汚泥濃縮などでは、固液分離にたとえば図７に示したような浸漬型膜分離装置を使用している。この膜分離装置１は、ケーシング２内の上部に平板状膜カートリッジ３を配列し、その下方に散気装置４を内設したものであり、図８に示したように処理槽５内に設置して、原水６を連続的に導入し、散気装置４より散気する状態において、槽内の処理対象液７を膜カートリッジ３により濾過し、膜面を透過した透過水をチューブ８、集水管９、透過水導出管１０を通じて槽外へ導出するようにしている。
【０００３】
このような膜分離装置１では、維持管理を容易にするために、膜カートリッジ３を１枚ずつ一人で取り出せる５００×１０００×６ｍｍ程度（非含水状態で約３ｋｇ）に製作するとともに、必要に応じてケーシング２を、膜カートリッジ３を配列する膜ケース２Ａと、散気装置４を収容する散気ケース２Ｂとに分割形成するようにしており、活性汚泥の固液分離に使用する場合には、膜面に対するクロスフロー流を惹起するために１枚の膜カートリッジ３について１０〜１５Ｌ／分の空気を散気装置４より噴出するようにしている。この空気は活性汚泥への酸素供給、膜面洗浄も兼ねるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような空気量では産業排水などの高濃度汚水（ＢＯＤ濃度で５００ｍｇ／Ｌ以上）に対しては酸素不足になるので、別途の散気装置によって散気するようにしているが、通常の生活系排水（合併処理浄化槽、下水、集落排水など）に対しては酸素過剰になり、動力等の節減の観点から改善が望まれる。
【０００５】
また、図８の右側に示した膜分離装置１のように壁際等に設置した場合には、クロスフロー流に伴った処理対象液の潜り込みが反壁側からの方が大きくなり、気泡流が壁側に偏ってしまうため、反壁側で膜面洗浄効果が低くなる恐れがある。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するもので、散気量をできるだけ低減しながら効率よくクロスフロー流を惹起することができ、また偏りなく膜面洗浄できる浸漬型膜分離装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、処理対象液中に浸漬設置する浸漬型膜分離装置を構成するに際し、上下が開口した膜ケースの内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジを膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて配列することにより膜ケースユニットを構成し、複数の膜ケースユニットを上下に多段に配置するとともに、膜ケース間に開放空間を形成する間隔ケースを設け、最下段の膜ケースユニットの下方に、散気装置を内設した散気ケースを設けたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記した浸漬型膜分離装置において、間隔ケースは、膜ケース内に配列した膜カートリッジの透過水流路に接続したチューブを挿通する複数の孔を有し、各孔にチューブを水密に保持するシールリングを設けた構成としたことを特徴とする。
【０００９】
また間隔ケースは、膜ケースと一体化した構造となしたことを特徴とする。
【００１０】
上記した構成によれば、散気装置より散気された空気などのガスが上昇するに伴って、そのエアリフト作用により処理対象液の上昇流が生じ、この気液混合上昇流が、多段に配置された膜ケース内に順次に流入して膜カートリッジ間の間隙を通過し、その間に膜面において処理対象液がクロスフロー濾過され、膜面を透過して透過水流路に流入した透過水が装置外部へ導出される。
【００１１】
つまり、最下段に配置した散気装置によって、複数の膜ケースユニットにわたるクロスフロー流を惹起することができ、処理対象液を効率よく濾過できるとともに、膜カートリッジ１枚当たりの散気量を低減できる。
【００１２】
その際に、気液混合上昇流は間隔ケースの開放空間で一旦拡散するので、上下の膜カートリッジ間の位置ズレ等による偏流は発生せず、ケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【００１３】
また膜カートリッジ１枚当たりの装置設置面積を低減できるので、装置周囲に十分な間隙をとって偏流を防止することができ、これによってもケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【００１４】
間隔ケースに、チューブを挿通する複数の孔、およびチューブを水密に保持するシールリングを設けた時には、ケース外部の処理対象液を引き込むことなく、気液混合流を漏れなく上方の膜ケースに案内することができ、偏流の発生を確実に防止できる。
【００１５】
膜ケースと間隔ケースとを一体化構造とした時には、処理槽における脱着作業が容易である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に示した膜分離装置１１は、上下が開口した膜ケース１２の内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジ１３（厚さ約６ｍｍ）を膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて（通常６〜１０ｍｍ）配列することにより膜ケースユニット１４を構成し、複数の膜ケースユニット１４を上下に２段に配置するとともに、膜ケース１２間に開放空間を形成する間隔ケース１５を設け、下段の膜ケースユニット１４の下方に、散気装置１６を内設した散気ケース１７を設けている。
【００１８】
膜カートリッジ１３は、図２（ａ）（ｂ）に示したようなものであり、ＡＢＳ樹脂などの剛性を有する濾板１３Ａの両表面に、ポリオレフィン系などの濾過膜シート１３Ｂを配置して膜周縁部において接着（あるいは溶着）しており、濾板１３Ａと濾過膜シート１３Ｂとの間、および濾板１３Ａの内部の透過水流路に連通する透過水取出口１３Ｃを濾板１３Ａに形成している。濾過膜シート１３Ｂはスペーサでもある基材の表面に濾過膜を一体に形成したものである。
【００１９】
各膜ケース１２の内側面には、膜カートリッジ１３の周縁部を挿入するスリット１２Ａを形成しており、散気ケース１７には処理対象液の流通開口１７Ａを形成している。上段の膜ケース１２および間隔ケース１５の側方には、膜カートリッジ１３の透過水取出口１３Ｃにチューブ１８を介して連通する集水管１９を設けている。
【００２０】
間隔ケース１５には、図３〜図４にも示したように、膜カートリッジ１３の配列ピッチと同一ピッチでチューブ挿通孔２０を形成し、各チューブ挿通孔２０に、チューブ１８の周囲を水封する環状ゴムパッキン２１を設けている。
【００２１】
各集水管１９には、槽外の処理水槽（図示せず）に至る透過水導出管２２が連通しており、その管路途中にポンプ装置２３を介装している。散気装置１６は給気管２４を介してブロワ２５やコンプレッサなどの給気源に連通している。
【００２２】
上記した構成における作用を説明する。
【００２３】
生物処理を行う処理槽２６において、槽内の活性汚泥混合液２７中に膜分離装置１１を浸漬設置し、原水２８を連続的に導入し、散気装置１６を通じて散気する状態において活性汚泥処理するとともに、ポンプ装置２３による吸引圧によって膜カートリッジ１３の膜面で活性汚泥混合液２７を濾過し、膜面を透過して透過水流路に流入した透過水を透過水取出口１３Ｃ、チューブ１８、集水管１９、透過水導出管２２を通じて処理水槽へ導く。原水２８の水質によっては、酸素不足にならないように別途の散気装置（図示せず）でも散気する。
【００２４】
このようにして処理することにより、散気された空気が上昇するに伴ってそのエアリフト作用により活性汚泥混合液１２の上昇流が生じ、この気液混合上昇流が２段に配置された膜ケースユニット１４に順次に流入して膜カートリッジ１３間の間隙を通過し、その際に、各膜カートリッジ１３の膜面において活性汚泥混合液２７がクロスフロー濾過される。
【００２５】
つまり、装置下部の散気装置１６によって、複数の膜ケースユニット１４にわたるクロスフロー流を惹起することができ、活性汚泥混合液２７を効率よく濾過できるとともに、膜カートリッジ１３の１枚当たりの散気量を低減できる。
【００２６】
この気液混合上昇流の発生は、流通開口１７Ａを通じた装置内外にわたる循環流の発生を伴うため、活性汚泥混合液２７が十分に攪拌混合されることになり、濃度分極が防止されて濾過効率がさらによくなるとともに、活性汚泥・酸素・汚濁物質の接触機会が上昇して活性汚泥処理効率が高まる。
【００２７】
また膜カートリッジ１３の１枚当たりの装置設置面積を低減できるので、装置周囲に十分な間隙をとって偏流を防止することができ、ケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【００２８】
しかも間隔ケース１５が存在するため、気液混合上昇流はその開放空間で一旦拡散してから、上方の膜カートリッジ１３間の間隙に均等に流入することになり、これによってもケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。このとき間隔ケース１５にはゴムパッキン２１を設けているので、ケース外側の活性汚泥混合液２７を引き込むことなく、ケース内側の気液混合流を漏れなく上方の膜ケース１２に案内することができ、間隔ケース１５内での偏流の発生を防止できる。気液混合流によって激しく振動するチューブ１８によるチューブ挿通孔２０の摩耗も防止できる。
【００２９】
これに対して、間隔ケース１５を設けない場合には、上下の膜カートリッジ１３の位置が幾分ずれて段差が生じたり間隙が生じる恐れがある。段差が生じると、下段の膜カートリッジ１３間の間隙を出た気液混合上昇流が上段の膜カートリッジ１３間の間隙にスムーズに入り込めなかったり偏流が発生するので、高い据付精度が要求される。また段差や間隙があると、図５に模式的に示したように、運転初期には気液混合上昇流がスムーズに流通するものの（図中▲１▼）、次第に活性汚泥や夾雑物（毛髪や繊維など）が堆積し（図中▲２▼▲３▼）、やがては対向する膜間隙が閉塞してしまう（図中▲４▼）。
【００３０】
ただし、長期間にわたって膜分離装置１１を運転する間には、各膜カートリッジ１３に徐々に膜面付着物が堆積して透過流束が低下し、膜カートリッジ１３の破損なども生じるので、定期点検等を行う必要がある。その際には、透過水導出管２２を集水管１９から取り外し、上段の膜ケースユニット１４、次いで間隔ケース１５と下段の膜ケースユニット１４とを一体で処理槽２６の外部へ取り出し、膜カートリッジ１３を点検、補修あるいは交換する。
【００３１】
図４は第２実施形態における膜分離装置１１を示し、ケーシング２９は上述した膜ケース１２と間隔ケース１５とをこの順に上下に配したのと同等の一体構造をなすものであり、ケーシング３０は上述した膜ケース１２と散気ケース１７とをこの順に上下に配したのと同等の一体構造をなすものである。ケーシング２９，３０には、膜カートリッジ１３の濾板周縁部を挿入するスリット２９Ａ，３０Ａを形成するとともに、膜カートリッジ１３の透過水取出口１３Ｃに相応する位置に貫通孔２９Ｂ，３０Ｂを形成し、各貫通孔２９Ｂ，３０Ｂに嵌入してチューブ１８を設け、集水管１９を外側面に取り付けている。ケーシング３０には処理対象液の流通開口３０Ａを形成している。
【００３２】
このような構成によっても、上述した膜分離装置１１と同様の作用効果が得られる。ケーシング２９には、上述した上段の膜ケース１２と同様にしてチューブ１８，集水管１９を設けることもできる。
【００３３】
さらに、間隔ケース１５と膜ケース１２とをこの順に上下に配したのと同等の一体構造のケーシングを形成することも可能である。
【００３４】
なお、膜ケース１２，間隔ケース１５（あるいはケーシング２９，３０）の段数には特に制限はない。間隔ケース１５の高さにも性能上は特に制限はないが、高すぎると膜カートリッジ１３の脱着作業が困難になるので、５００ｍｍ前後が適当である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の浸漬型膜分離装置によれば、装置最下部に配した散気装置によって、複数段の膜カートリッジ列にわたるクロスフロー流を惹起することができ、一段の膜カートリッジ列を配した膜分離装置を並列に設置する従来の方式に比べて、クロスフロー流を惹起するための散気量、つまりは運転コストを低減できる。膜カートリッジの維持管理は従来と同様に膜カートリッジ列単位で行える。
【００３６】
また膜カートリッジ１枚当たりの装置設置面積を低減できるので、装置周囲に十分な間隙をとって偏流を防止することができ、偏流が発生した場合も間隔ケースによって緩和できるので、ケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【００３７】
処理槽の設置面積を低減すること、設置時の工事費を低減することも可能であり、既設処理場への適用も容易である。この膜分離装置を深層曝気槽に適用した時には、酸素溶解率が増大するので、散気量（あるいは酸素含有ガスの供給量）をより低減できる。
【００３８】
また、透過水導出用のチューブを間隔ケースに挿通する時にシールリングによって水密を保持することにより、装置内部での偏流の発生を防止できる。
【００３９】
膜ケースと間隔ケースとを一体化構造とすることにより、処理槽における脱着作業の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における膜分離装置を処理槽の内部に浸漬設置した状態を示した説明図である。
【図２】同膜分離装置に配列する従来よりある膜カートリッジの構成を示した説明図である。
【図３】同膜分離装置に配置する間隔ケースの構成を示した斜視図である。
【図４】同間隔ケースの構成を示した縦断面図である。
【図５】同間隔ケースを配置しない場合に生じる不都合を説明する模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態における膜分離装置を処理槽の内部に浸漬設置した状態を示した説明図である。
【図７】従来の膜分離装置の斜視図である。
【図８】同膜分離装置を処理槽の内部に浸漬設置した状態を示した説明図である。
【符号の説明】
11    膜分離装置
12    膜ケース
13    膜カートリッジ
14    膜ケースユニット
15    間隔ケース
16    散気装置
17    散気ケース
18    チューブ
20    チューブ挿通孔
21    ゴムパッキン
27    活性汚泥混合液
29    ケーシング
【図１】
0003667131.tif 000002
【図２】
0003667131.tif 000003
【図３】
0003667131.tif 000004
【図４】
0003667131.tif 000005
【図５】
0003667131.tif 000006
【図６】
0003667131.tif 000007
【図７】
0003667131.tif 000008
【図８】
0003667131.tif 000009