(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着し、膜間隔が５〜１０ｍｍとなるように、スパイラルに巻いてなるスパイラル型膜エレメントを用いた膜モジュールにおいて、前記平膜の長手方向の端部を断面形状が円形又多角形のケーシングに固定してなることを特徴とする膜モジュール。
【請求項２】
袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着し、膜間隔が５〜１０ｍｍとなるように、スパイラルに巻いてなるスパイラル型膜エレメントを用いた膜モジュールにおいて、前記平膜の長手方向の端部を複数のポールに固定してなることを特徴とする膜モジュール。
【請求項３】
リアクタ内に請求項１又は２記載の膜モジュールを１個又は複数個装着したことを特徴とする水処理装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の膜モジュールを、そのろ液集水管軸がリアクタ内の水面に対して垂直に位置するように、１個又は複数個装着したことを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
請求項１又は２記載の膜モジュールを、そのろ液集水管軸がリアクタ内の水面に対して垂直に位置するように、１個又は複数個装着し、その膜エレメントの下方に散気設備を備えたことを特徴とする水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、膜モジュール及びこれを用いた水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜を用いて廃水処理を行う場合、ろ過の対象となる原液の懸濁物質濃度や粘度、運転方法、求められる処理水質などにより、最適なモジュール形状や膜孔径を選定することが必要となる。ここで、モジュールとは、膜エレメントを容器（ハウジングまたはケーシング）に組み込んだろ過器のことをいう。現在市販されているモジュールの形状には、管状、中空糸状、スパイラル状、平膜（プリーツタイプ、プレート＆フレームタイプ）などがあるが、それぞれに長所及び短所がある。
近年、これらの膜モジュールをリアクタに浸漬し、吸引ろ過によりろ液を得る浸漬方式が開発されている。この際、膜モジュールを活性汚泥や凝集汚泥などの高濁質液中に浸漬してろ過するため、固形分を含む液のろ過に最適なプレート＆フレームタイプの平膜が主に用いられている。
【０００３】
管状や中空糸状モジュールを被ろ過液中に浸漬してろ過する場合、管状モジュールは膜面積が大きく確保できず、大量処理に不向きであったり、中空糸状モジュールは中空糸膜の束の内部に付着又は固着した懸濁物質がエアバブリングによって除去困難であるなどの問題を抱えている。一方、平膜状の膜を浸漬した浸漬平膜型モジュールは、エアバブリングによる膜面の洗浄が中空糸膜モジュールに比べて容易であり、また、管状モジュールより膜充填密度を高くとれるため、高濁質液のろ過に適していると考えられる。
しかし、膜充填密度を浸漬平膜型モジュールとスパイラル状モジュールとで比較すると、スパイラル状の方が高くとれる。したがって、スパイラル型膜モジュールを用いれば、膜分離装置のコンパクト化が可能になると考えられる。ところが、従来のスパイラル型膜モジュールは、液の流路が狭く、固形分を含む液の分離には不適当であるため、高濁質液のろ過にスパイラル型膜モジュールを適用した例はない。
【０００４】
スパイラル型膜エレメントは、袋状の平膜をスペーサと一緒に集水管軸に巻いて形成し、ベッセルと呼ばれる容器内に装着して使用される。このとき、スペーサ部が原液の流路となるため、その厚みで膜間隔が決定する。スペーサの厚みは通常１ｍｍ程度であるが、スペーサを波板状にして膜面の乱流促進を期待するスパイラル型膜エレメントも提案されているが、この場合の波板状スペーサによる有効流路高さは２．５ｍｍとされている（特開平４−８７６９５号公報参照）。しかしながら、このような膜間隔では、膜間に懸濁物質が閉塞して運転できなくなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、高濁質液に浸漬して吸引ろ過が可能な膜モジュール及びこれを用いた水処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着し、膜間隔が５〜１０ｍｍとなるように、スパイラルに巻いてなることを特徴とする。本発明は、さらに、スパイラル型膜エレメントの袋状の平膜の長手方向の端部を断面形状が円形又多角形のケーシングあるいは複数のポールに固定してなることを特徴とする膜モジュールを提供するものである。また、本発明の水処理装置は、リアクタ内に本発明の膜モジュールを１個又は複数個装着したことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、上記のように袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着したものであるが、使用する膜としては、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜などが好ましい。
【０００９】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、上記のような膜を複数枚、膜間隔が５〜１０ｍｍとなるように、スパイラルに巻いて形成される。この膜間隔を５ｍｍ以上とすることにより、約１５０００ｍｇ／（リットル）の高濁質液をろ過処理しても流路の閉塞は起こらず、また、バブリングしたエアが膜間に確実に供給されるため、膜面のケーキ層の蓄積も防止できることが分かった。また、スパイラル型膜エレメントの膜間隔を１０ｍｍ以下とすれば、膜充填密度もプレート＆フレームタイプの平膜モジュールと同等以上になる。
【００１０】
また、本発明のスパイラル型膜エレメントには、その袋状の平膜の上端と下端に、補強材を装着するのが好ましい。補強材としては、形状を自在に調整できるプラスチック製の薄板を用いるか又はメッシュ状に張ったワイヤを用いることが好ましい。また、膜エレメントの垂直方向の長さによっては、その中間部にも補強材を装着することが好ましい。
【００１１】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、上記のように、膜間隔が充分に広く、膜充填密度も高くできるため、これを被ろ過液中に浸漬し、吸引ろ過するのに有効であり、高濁質液を被ろ過液とすることができる。被ろ過液としては、一般に５０００〜１５０００ｍｇ／（リットル）の懸濁物質を含む液が対象となる。
その際、本発明のスパイラル型膜エレメントを、そのろ液集水管軸が水面に対して垂直に位置するように被ろ過液中に浸漬し、吸引ろ過するのが好ましい。
吸引方法には、ポンプを解する方法と高低差（ヘッド差）を利用した方法があるが、本発明においては、いずれの方法でも適用することができる。
【００１２】
ろ過を継続すると、膜面で除去された懸濁物質がケーキ層を形成し、ろ過抵抗の上昇を引起し、ろ過圧力が上昇する。そのため、定期的に膜面のケーキ層を排除する。このケーキ層の除去には、膜エレメントの下方からのエアバブリングによって膜洗浄を行うのが好ましい。スパイラル型膜エレメントの下方から吹き込まれたエアは、スパイラル型膜エレメントの膜同士の間を上昇し、その気泡及び水流により膜面のケーキ層を剥離して取り除く。
【００１３】
本発明の膜モジュールは、上記のような本発明のスパイラル型膜エレメントを断面形状が円形又は多角形のケーシングあるいはポールに固定してなるものである。
本発明の水処理装置は、リアクタ内に本発明の膜モジュールを１個又は複数個装着したものである。膜モジュールは、そのろ液集水管軸がリアクタ内の水面に対して垂直に位置するように設置されるのが好ましい。また、膜面のエアバブリング洗浄のため、膜エレメントの下方に散気設備を備えるのが好ましい。
【００１４】
【実施例】
次に、図面を参照して本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
図１は、本発明の一実施例を示す膜モジュールの横断面図である。図１において、膜モジュール１は、ろ液集水管軸２に袋状の平膜３を複数枚装着し、スパイラルに巻いて形成されたスパイラル型膜エレメントを有し、各袋状の平膜３の長手方向の端部がケーシング４に固定されている。
【００１５】
図２は、図１に示した膜モジュールをリアクタ内に装着した水処理装置の略示縦断面図である。この水処理装置は、リアクタ１０内に１個の膜モジュール１をそのろ液集水管軸２が水面に対して垂直に位置する状態で装着したものであり、この膜エレメントの上端と下端は補強材５によって補強されている。また、膜エレメントの下方には散気設備６が付設されている。ろ液集水管軸２の上端部は、リアクタ１０内の水面より上方にある。
この水処理装置で廃水処理を行う場合、リアクタ１０内に投入された被ろ過液は吸引ろ過により膜でろ過され、膜を透過した処理水は、吸引によりろ液集水管軸２の上端部から系外に排出される。
所定時間ろ過を継続した後、定期的に膜面のケーキ層を除去するため、散気設備６からエアを吹き込み、エアバブリング洗浄を行う。
スパイラル型膜エレメントを下水処理場の曝気槽内に浸漬する場合には、生物処理に必要なエア量が常に供給されているため、このエアを洗浄用として代用してもよい。
【００１６】
図３は、本発明の別の実施例を示す膜モジュールの横断面図であり、図４はリアクタ内における膜モジュールの配置例を示す説明図である。図３に示した膜モジュール１１は、断面形状が三角形のケーシング１４に固定されている点で、図１に示した実施例と相違する。
また、図５は、本発明の別の実施例を示す膜モジュールの横断面図であり、図６はリアクタ内における膜モジュールの配置例を示す説明図である。図５に示した膜モジュール２１は、６枚の袋状の平膜３をろ液集水管軸２に装着し、断面形状が六角形のケーシング２４に固定した点で図１に示した実施例と相違する。
図３及び図５に示した膜モジュールは、ケーシングの断面形状が円形のもの（図１）に比べて、それぞれ図４及び図６に示した配置ができるため、リアクタ内の膜モジュールの充填密度を高めることができ、隣あった膜モジュール間のデッドスペースも無くなるという利点を有する。
【００１７】
図７は、本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図であり、図８は、図７に示す膜モジュールの側面図である。図７に示した膜モジュール３１においては、ろ液集水管軸３２に３枚の袋状の平膜３３が装着され、巻かれてスパイラル型膜エレメントが形成されており、その平膜３３の長手方向の端部は、３本のポール３４にそれぞれ固定されている。巻かれた袋状の平膜の上端及び下端は、補強材３５によって補強されている。
【００１８】
図９は、本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図である。この膜モジュール４１においては、ろ液集水管軸４２に袋状の平膜４３が装着され、巻かれてスパイラル型膜エレメントが形成されており、袋状の平膜４３の長手方向の端部は、断面形状が円形のケーシング４４に固定されている。袋状の平膜４３の上端は、補強材としてメッシュ状に張ったワイヤ４５によって固定されており、図示していない下端は、図７と同様の補強材によって補強されている。この実施例では、ワイヤが目詰まりしないように、そのメッシュ幅は、５０ｍｍ程度と大きくすることが必要である。
なお、図中の黒点は、固定点を意味する。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の膜モジュールは、高濁質液中に浸漬し、吸引ろ過することにより、効率の良い固液分離を行うことが可能となる。また、本発明は、スパイラル型膜エレメントの下方からエアを吹き込み、定期的に膜面のエアバブリング洗浄を行うことにより、その気泡及び水流により膜面のケーキ層を除去できるので、長期間にわたり安定してろ過運転を行うことが可能となる。さらに、本発明において、断面形状が多角形のケーシングを用いることにより、膜充填密度を著しく高くでき、モジュール間のデッドスペースを無くすことができ、装置のコンパクト化を図ることができる。したがって、本発明の水処理装置によれば、コンパクトな装置で、濁質濃度の高い廃水、例えば、活性汚泥などを含む廃水を効率よく、長期間にわたって安定して処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す膜モジュールの略示横断面図である。
【図２】図１に示した膜モジールを装着した本発明の水処理装置の略示縦断面図である。
【図３】本発明の別の実施例を示す膜モジュールの略示横断面図である。
【図４】図３に示した膜モジュールの配置例を示す説明図である。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの略示横断面図である。
【図６】図５に示した膜モジュールの配置例を示す説明図である。
【図７】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図である。
【図８】図７に示す膜モジュールの側面図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図である。
【符号の説明】
１  膜モジュール
２  ろ液集水管軸
３  袋状の平膜
４  ケーシング
５  補強材
６  散気設備
１０  リアクタ
１１  膜モジュール
１４  ケーシング
２１  膜モジュール
２４  ケーシング
３１  膜モジュール
３２  ろ液集水管軸
３３  袋状の平膜
３４  ポール
３５  補強材
４１  膜モジュール
４５  ワイヤ
【図１】
0003608353.tif 000002
【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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