(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水槽(1)より越流堰(20A)或いは汲み上げポンプ及び立ち上げ管(20)を介して原水を透過膜モジュール(3)へ供給し、水位差を用いて前記透過膜モジュール(3)によりろ過操作を行うようにし、前記立ち上げ管(20)内の自由水面高さ位置が、前記透過膜モジュール(3)のろ過抵抗水位と前記透過膜モジュール(3)の出口側のろ過水管(4)のろ過水管抵抗水位との和以上であるようにした水位差利用型膜ろ過装置において、前記透過膜モジュール(3)の下部に接続されかつ前記立ち上げ管(20)に連通するサイホン型の逆洗排水用分岐管(21)を有し、前記逆洗排水用分岐管(21)の上端位置(21a)は前記透過膜モジュール(3)の上部高さ位置(3a)にほぼ対応していることを特徴とする水位差利用型膜ろ過装置。
【請求項２】
前記透過膜モジュール(3)は、ケーシング収納型中空子膜モジュールであることを特徴とする請求項１記載の水位差利用型膜ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水位差利用型膜ろ過装置に関し、特に、越流堰或いは汲み上げポンプで定流量の原水を立ち上げ管に供給し、立ち上げ管の自由水面位置を透過膜モジュールのろ過抵抗水位と出口側配管抵抗水位との和以上として円滑な定流量ろ過を行うと共に、再ろ過開始時の膜破損等を防止するための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていたこの種の膜ろ過装置としては、図５の全量ろ過方式、図６のクロスフローろ過方式、平成１２年２月に（社）日本工業用水協会発行の工業用水第４９７号の３１頁及び３２頁に開示されている図７の水位差利用型、図８の吸引型が採用されていた。
まず、図５の全量ろ過方式の場合、原水槽１からの原水は原水供給ポンプ２を介して透過膜モジュールよりなる膜ろ過装置３でろ過され、配管４を経て処理水槽５へ供給されるように構成されていた。
また、膜ろ過装置３を逆洗する場合には、処理水槽５と配管４との間に設けられた逆洗ポンプ６を駆動して膜ろ過装置３にろ過時と逆方向に原水を供給して逆洗し、排水していた。
【０００３】
また、図６のクロスフローろ過方式の場合、基本的には図５の構成とほぼ同一であるが、膜ろ過装置３の一部の処理水を逆送配管７を介して原水槽１内に帰還させていた。
【０００４】
また、図７の水位差利用型の場合、原水槽１の原水は膜モジュール型の膜ろ過水槽３ａから吸引ポンプ２ａを介して膜ろ過水槽３ａＡに送られ、膜ろ過水として取り出されていた。また、膜ろ過水槽３ａには洗浄用の洗浄ブロア１０が設けられていた。
【０００５】
また、図８の吸引型の場合、原水が供給される槽が膜浸せき槽３ｂで形成され、吸引ポンプ２ａを介して膜ろ過水槽３ａＡに送られて膜ろ過水が得られていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の膜ろ過装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、図５及び図６の場合、何れも原水槽と膜ろ過装置との間に水位差がなく、ポンプによって原水を膜ろ過装置に供給しなければならなかった。
また、図７及び図８の場合、原水槽が膜ろ過装置より高い位置で原水が膜ろ過装置に対して水位差を持っているため、前述のような原水供給用のポンプは不要であるが、膜ろ過水槽は浸漬型膜モジュール型であるため、その槽内に収納すべき充分な容積を必要とし、且つ、この槽はその水位差の圧力に耐える耐圧／密閉構造としなければならず、槽内の保有水量も大で、水を保有した場合の槽の重量は極めて大きく、その槽の据付工事においては基礎工事等に多大の費用を必要とした。
また、この槽が方形型であれば、なおさら耐圧設計を必要とした。
また、この方式において槽内を空気洗浄（エアスクラビング）する場合、膜ろ過水槽には水位差が作用しているため、空気洗浄に必要な空気供給圧は、この水位差以上としなければならず、圧縮空気を送るための大きい動力を発生するために大形のポンプやモータを必要とし、経済的にも不利となっていた。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、越流堰或いは汲み上げポンプで定流量の原水を立ち上げ管に供給し、立ち上げ管の自由水面位置を透過膜モジュールのろ過抵抗水位と出口側配管抵抗水位との和以上として円滑な定流量ろ過を行うと共に、再ろ過開始時の膜破損等を防止するようにした水位差利用型膜ろ過装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による水位差利用型膜ろ過装置は、原水槽より越流堰或いは汲み上げポンプ及び立ち上げ管を介して原水を透過膜モジュールへ供給し、水位差を用いて前記透過膜モジュールによりろ過操作を行うようにし、前記立ち上げ管内の自由水面高さ位置が、前記透過膜モジュールのろ過抵抗水位と前記透過膜モジュールの出口側のろ過水管のろ過水管抵抗水位との和以上である水位差利用型膜ろ過装置において、前記透過膜モジュールの下部に接続されかつ前記立ち上げ管に連通するサイホン型の逆洗排水用分岐管を有し、前記逆洗排水用分岐管の上端位置は前記透過膜モジュールの上部高さ位置にほぼ対応している構成であり、また、前記透過膜モジュールは、ケーシング収納型中空子膜モジュールである構成である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による水位差利用型膜ろ過装置の好適な実施の形態について説明する。なお、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
図１は本発明による全量ろ過方式の形態を示す構成図である。
図１において符号１で示されるものは原水槽（原水槽でない場合もある）であり、この原水槽１の原水はこの原水槽１に設けられた越流堰２０Ａ或いは図示しない汲み上げポンプ等を経て垂直に立上げられた立ち上げ管２０に送られるように構成されている。
【００１０】
前記立ち上げ管２０の下部には、垂直に立ち上げて設けられ周知のケーシング収納型中空子膜モジュールからなる透過膜モジュール３が接続されている。
前記透過膜モジュール３には、その下部にドレン用のドレン弁ＶB1とその電磁部Ｂが接続され、その上部に排気用の排気弁ＶB2が接続されている。
【００１１】
前記透過膜モジュール３の下部には、排気管としてのサイホン型をなす逆洗排水用分岐管２１が接続され、この逆洗排水用分岐管２１には排水弁２３が接続されている。
前記透過膜モジュール３の上部には、ろ過した処理水をろ過水槽５に送るためのろ過水弁２６を有するろ過水管４が接続されている。
前記ろ過水管４のろ過水弁２６の手前位置には、前記ろ過水槽５の下部に連通する逆流洗浄管３１が設けられ、この逆流洗浄管３１には逆流洗浄ポンプ６及び逆洗開閉弁３０が設けられている。なお、前記逆洗排水用分岐管２１の上端位置２１ａは、前記透過膜モジュール３の上部高さ位置３ａにほぼ対応している。
【００１２】
次に、動作について説明する。まず、原水は定量流入装置である越流堰２０Ａにより一定流量立ち上げ管２０に流入する。透過膜モジュール３の必要膜間差圧は、ろ過開始時は一般に数ｍの水位差で膜ろ過速度１ｍ／ｄ程度取れる。従って、立ち上げ間２０の水位はろ過水管４に比べ数ｍ高い水位ＷＬ１すなわちろ過水管４の上端位置ＷＬ０’との差である水位差Ｈ１でろ過を開始する。この時、ろ過水弁２６は開、排水弁２３は閉の状態である。
前述の膜ろ過を継続していくと、膜が目詰まりしてくるので、数十分おきに逆流洗浄を数十秒行うことが必要であり、逆洗はタイマー付の逆洗開閉弁３０で制御し、ろ過水弁２６を閉じ、排水弁２３を開き、逆流洗浄ポンプ６を起動することにより行われる。このとき、立ち上げ管２０内の原水も一緒に排水されるので、立ち上げ管２０内の水位はＷＬ０まで低下する。
次に、逆流洗浄ポンプ６を止め、排水弁２３を閉め、ろ過水弁２６を開けることによりろ過が再開されるが、立ち上げ管２０内水位はＷＬ０より始まる。
この時、透過膜モジュール３の膜にかかる差圧は極めて小さく、ろ過速度は低い。この状態を継続していると、原水流入量よりろ過水量が小さいので立ち上げ管２０内の水位は徐々に上昇し、原水流入量とろ過水量が均衡した水位で停止する。
前述のサイクルを継続していくと、逆流洗浄では落としきれない汚れが膜に蓄積され、徐々に立ち上げ管２０内水位は上昇していき、数ケ月経過後には膜間差圧の上限であるＷＬ２に到達する。この場合、膜を薬品により洗浄し、初期の状態に戻す必要がある。
【００１３】
前述の動作における時間的なろ過経過を図示すると図２の通りである。すなわち、前述したように、ろ過時間を経過して行くと、定期的な逆洗動作を行うにも拘わらず、透過膜モジュール３の膜の目詰まり状態が悪化（すなわち、ろ過抵抗が増加）し、前記水位ＷＬ１がＷＬ１’で示すように上昇することになる。
従って、前述の水位差を用いて透過膜モジュール３により行う場合の前記立ち上げ管２０内の自由水面高さ位置が、透過膜モジュール３のろ過抵抗水位と透過膜モジュール３の出口側のろ過水管４のろ過水管抵抗水位との和以上に設定することが必要である。
【００１４】
前記ケーシング収納型膜モジュールの場合、逆洗は空気洗浄のみでもよいがより完全を期するためには水逆洗するのが好ましい。この場合、ろ過した処理水を逆流洗浄ポンプ６を用いて逆洗しているが、この逆流洗浄ポンプ６の動力を少しでも小さくするため、透過膜モジュール３の一次側（原水供給側）の水位を下げた状態で逆洗を行うことが好ましい。
この水位の下げる程度は透過膜モジュール３の上部近傍位置すなわちＷＬ０でよい。このようにすることにより逆洗後、ろ過開始時に必要以上の圧力がかかり極端に速いろ過速度となって膜を破損したり膜の目詰まりを促進したりすることはなくなる。従って、透過膜モジュール３の逆洗排水用分岐管２１をサイホン管としている。
また、透過膜モジュール３の一次側の原水導入の立ち上げ管２０の管径は小さい程その滞留水量が小さく揚水時の捨水量が少なくて済み無駄が少なく、また、透過膜モジュール３のろ過抵抗の変化にも立ち上げ管２０の水位変動の応答も早くてよいかが、実用的には管内流速０．３〜０．５ｍ／秒とするのが良好である。
【００１５】
次に、図３で示される構成は、図１の他の形態であるクロスフローろ過方式を示す構成図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付してその説明は重複を避けるために省略する。
前記透過膜モジュール３に接続された逆洗排水用分岐管２１には、モータ２２駆動の可変開閉弁を行う排水弁２３が接続され、前記透過膜モジュール３の上部に接続されたクロスフロー排水管７にはクロスフロー排水弁２４が設けられている。
前記ろ過水管４の下流位置には、ろ過水流量計２６ａに連動してモータ２５駆動による可変開閉弁を行うろ過水弁２６が設けられている。
【００１６】
従って、図２のろ過動作は図１と基本的には同じであるが、クロスフローろ過方式であるため、ろ過水弁２６の開度をモータ２５によって図４のように可変とし、クロスフロー排水弁２４の開閉を行うことが異なるのみである。
【００１７】
【発明の効果】
本発明による水位差利用型膜ろ過装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、越流堰との水位差を用いて透過膜モジュールに原水を供給しているため、従来用いられていた原水供給ポンプが不要となって装置構成が簡略化される。
また、ろ過装置として透過膜モジュールすなわちケーシング収納型中空子膜モジュールを用いているため、ろ過装置自体が小型であるため、従来の水位差利用型のような大型で高コストのろ過槽を用いる必要がなく、ローコストで高信頼性のろ過装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水位差利用型膜ろ過装置を示す構成図である。
【図２】図１の動作を示す説明図である。
【図３】図１の他の形態を示す構成図である。
【図４】図３の動作を示す説明図である。
【図５】従来の全量ろ過方式を示す構成図である。
【図６】従来のクロスフローろ過方式を示す構成図である。
【図７】従来の水位差利用型の構成を示す構成図である。
【図８】従来の吸引型の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１    原水槽
３    透過膜モジュール
３ａ    上部高さ位置
４    ろ過水管
２０    立ち上げ管
２０Ａ    越流堰
２１    逆洗排水用分岐管
２１ａ    上端位置
【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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