(57)【要約】【課題】被ろ過液槽内の構造が簡単で改造を容易にしながら、浸漬した膜モジュールの出し入れを、容易かつ的確に行うことができる膜ろ過装置を提供する。【解決手段】被ろ過液を収容した被ろ過液収容槽３と、被ろ過液中に浸漬した膜モジュール１１とを備えた膜ろ過装置１０であって、膜モジュール１１は、被ろ過液をろ過する分離膜エレメント１２と、分離膜エレメント１２を保持する分離膜保持体２とを備え、分離膜保持体２は、側部に上下方向に連続あるいは断続した棒状のガイドバー１と、分離膜保持体２を吊る吊具５とを備え、被ろ過液収容槽３は、内壁側部にガイドユニット４をガイドバー１に対向するように備え、ガイドバー１およびガイドユニット４の対向する端部が、互いに凹凸で嵌合し、ガイドバー１がガイドユニット４に沿って摺動することで分離膜保持体２が上下方向に移動可能であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被ろ過液を収容した被ろ過液収容槽と、前記被ろ過液中に浸漬した膜モジュールとを備えた膜ろ過装置であって、
前記膜モジュールは、前記被ろ過液をろ過する分離膜エレメントと、該分離膜エレメントを保持する分離膜保持体とを備え、該分離膜保持体は、側部に上下方向に連続あるいは断続した棒状のガイドバーと、前記分離膜保持体を吊ることで該分離膜保持体を上下方向に移動可能とする吊具とを備え、
前記被ろ過液収容槽は、内壁側部にガイドユニットを前記ガイドバーに対向するように備え、
前記ガイドバーおよび前記ガイドユニットの対向する端部が、互いに凹凸で嵌合する形状であり、前記ガイドバーが前記ガイドユニットに沿って摺動することで前記分離膜保持体が上下方向に移動可能であることを特徴とする膜ろ過装置。
【請求項２】
１以上の前記ガイドユニットが、被ろ過液水位より上方の高さに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の膜ろ過装置。
【請求項３】
複数の前記ガイドユニットが上下方向の略同一直線上に並んで設置され、該ガイドユニット間の上下方向距離が、前記ガイドバーの上下方向長さより小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過装置。
【請求項４】
前記分離膜保持体を上下方向に複数段に配置し、上下方向に隣接する２つのガイドバーが略鉛直方向の同一直線上にかつ独立して配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の膜ろ過装置。
【請求項５】
前記ガイドバー及び前記ガイドユニットのうち、凹部を形成しているガイドバーあるいはガイドユニットが、その鉛直方向の少なくとも１つの凹部の端部がテーパー形状を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の膜ろ過装置。
【請求項６】
前記ガイドバー及び前記ガイドユニットのうち、凸部を形成しているガイドバーあるいはガイドユニットが、その鉛直方向の少なくとも１つの凸部の端部がテーパー形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の膜ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜を用いて固液分離する膜ろ過装置に関する。具体的には、被ろ過液中に浸漬した状態で被ろ過液を膜ろ過する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上などの特長を有するため、適用分野を拡大しながら普及してきている。膜分離法には、逆浸透、限外ろ過、精密ろ過などの方法があり、中空糸膜、平膜、管状膜などの形態をしたろ過膜が使用されている。適用分野としては、従来から海水淡水化、浄水処理、ガス分離、血液浄化などで使用されてきたが、最近では、環境保全の観点から、廃水処理にも膜分離が適用されてきている。
【０００３】
膜分離技術を適用した廃水処理方法としては、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、精密ろ過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。）を高く保つことで、生物反応槽自体のサイズを小さくすることが出来ること、汚泥と処理水の分離を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こと、等の利点がある。中でも、膜モジュールを曝気槽内部に浸漬した浸漬型方式の膜分離活性汚泥法は、曝気エネルギーを酸素供給と膜面洗浄に兼用できるため、膜モジュールを曝気槽外部に設置し循環ポンプが必要な外部循環方式の膜分離活性汚泥法に比べて必要動力が少なく、最終沈澱池が不要となるため省スペースとなり、膜価格の低下などと併せて、急速に普及してきている。
【０００４】
浸漬型方式の膜ろ過装置は上部から膜モジュールを吊り上げて槽外へ取り出してメンテナンスが出来る構造となっている。しかし、生物反応槽（被ろ過液収容槽）内に滞留する被ろ過水は微生物や濁質などが懸濁し不透明であり、浸漬型方式の膜分離活性汚泥法において、槽内部に設置された膜モジュールの位置を槽上部から目視確認できない。そのため、メンテナンス時には、膜モジュールが目視可能な水位まで被ろ過水を排水せざるを得ず、また作業者が膜モジュールの姿勢や位置を常に誘導する必要があり、膜モジュールの被ろ過液収容槽への出し入れが困難である。
【０００５】
このような課題を解決するために、被ろ過液収容槽内の設置位置を決める可動式固定具を設けることによって、膜モジュールの出し入れを容易に行う方法が提案されている。例えば、特許文献１の方法では、反応槽の外部から膜モジュールを所定位置に着脱するために、槽内壁に槽底部から水面上に向けてガイドロッドを立設し、このガイドロッドの軸方向に摺動するガイド部を分離膜ユニットに接続した膜ろ過装置が提案されている。また、特許文献２の方法では、膜モジュールおよびその下方に設置される気泡供給装置の側方にそれぞれ、外側スライド体および内側スライド体が取り付けられている膜ろ過装置が提案されている。膜モジュールに取り付けられた外側スライド体は、槽内に予め設置されたガイド体に、上下方向摺動可能に取り付けられる。さらに、気泡供給装置に取り付けられた内側スライド体は、外側スライド体のパイプ状内部を上下方向摺動可能に取り付けられる。したがって、槽のガイド体に内側スライド体および外側スライド体をそれぞれ摺動させつつ、気泡供給装置および膜モジュールを設置することにより、容易かつ精度よく浸漬型膜ろ過装置を設置できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３３８７５４０号公報
【特許文献２】特許第４５００６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および２のような技術は、槽内昇降時の膜モジュールの姿勢維持および被ろ過液収容槽内への設置位置決めを槽外から容易に行うことのみを目的としている。実際にガイドロッドやガイド体を被ろ過液収容槽内へ設置すると槽構造が重厚になり、膜モジュールを大量に必要とする大型処理プラントでは、工期に時間を要したり、ガイドロットの接続部である壁面に大きな荷重が加わってしまう。さらには、膜モジュールを上下方向に多段に配置して運転する場合、収容槽外へ取出してメンテナンスをする際には、膜モジュールを１台ごとに分離する必要があるが、従来技術では先ず膜モジュールに取り付けられたガイドバーやスライド体を取り外してからメンテナンスを行わなければならず、１ユニットあたりにかかるメンテナンス工期も長時間になるので、実用的ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため、本発明は以下の（１）〜（６）のいずれかの構成からなる。
（１）被ろ過液を収容した被ろ過液収容槽と、前記被ろ過液中に浸漬した膜モジュールとを備えた膜ろ過装置であって、
前記膜モジュールは、前記被ろ過液をろ過する分離膜エレメントと、該分離膜エレメントを保持する分離膜保持体とを備え、該分離膜保持体は、側部に上下方向に連続あるいは断続した棒状のガイドバーと、前記分離膜保持体を吊ることで該分離膜保持体を上下方向に移動可能とする吊具とを備え、
前記被ろ過液収容槽は、内壁側部にガイドユニットを前記ガイドバーに対向するように備え、
前記ガイドバーおよび前記ガイドユニットの対向する端部が、互いに凹凸で嵌合する形状であり、前記ガイドバーが前記ガイドユニットに沿って摺動することで前記分離膜保持体が上下方向に移動可能であることを特徴とする膜ろ過装置。
（２）１以上の前記ガイドユニットが、被ろ過液水位より上方の高さに設置されていることを特徴とする（１）に記載の膜ろ過装置。
（３）複数の前記ガイドユニットが上下方向の略同一直線上に並んで設置され、該ガイドユニット間の上下方向距離が、前記ガイドバーの上下方向長さより小さいことを特徴とする（１）または（２）に記載の膜ろ過装置。
（４）前記分離膜保持体を上下方向に複数段に配置し、上下方向に隣接する２つのガイドバーが略鉛直方向の同一直線上にかつ独立して配置されていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の膜ろ過装置。
（５）前記ガイドバー及び前記ガイドユニットのうち、凹部を形成しているガイドバーあるいはガイドユニットが、その鉛直方向の少なくとも１つの凹部の端部がテーパー形状を有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の膜ろ過装置。
（６）前記ガイドバー及び前記ガイドユニットのうち、凸部を形成しているガイドバーあるいはガイドユニットが、その鉛直方向の少なくとも１つの凸部の端部がテーパー形状を有することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の膜ろ過装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の膜ろ過装置によれば、被ろ過液槽内の構造が簡単で改造を容易にしながら、膜モジュールを被ろ過液槽へ出し入れする作業を、容易かつ的確に行うことができる。また大型処理プラントに使用する場合や小型プラントから増設する場合でも工期を短縮することができるものである。また、膜モジュールを上下方向に多段に配置して運転する場合においても、メンテナンス時に各段の膜モジュールの切り離しを容易に行うことを可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の膜ろ過装置の一実施態様を模式的に示す概略図である。
【図２】本発明の膜ろ過装置の実施態様の一例を上方から見た説明図である。
【図３】本発明の膜ろ過装置の他の実施態様を模式的に示す概略図である。
【図４】本発明の膜ろ過装置の更に他の実施態様を模式的に示す概略図である。
【図５】（ａ）（ｂ）は本発明の膜ろ過装置を構成するガイドバーおよびガイドユニットの一実施態様を示す説明図であり、（ａ）は図１の矢印ａの方向からみた上面図、（ｂ）は図１の矢印ｂの方向からみた平面図である。
【図６】（ａ）（ｂ）はガイドバーおよびガイドユニットの他の実施態様を示す図５（ａ）（ｂ）に相当する説明図である。
【図７】（ａ）（ｂ）はガイドバーおよびガイドユニットの更に他の実施態様を示す図５（ａ）（ｂ）に相当する説明図である。
【図８】（ａ）（ｂ）はガイドバーおよびガイドユニットの更に他の実施態様を示す図５（ａ）（ｂ）に相当する説明図である。
【図９】（ａ）（ｂ）はガイドバーおよびガイドユニットの更に他の実施態様を示す図５（ａ）（ｂ）に相当する説明図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）はガイドバーおよびガイドユニットの更に他の実施態様を示す図５（ａ）（ｂ）に相当する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明における膜ろ過装置の一実施態様の基本構造を図１および図２に模式的に示す。図１は、本発明の膜ろ過装置の実施態様の断面を模式的に例示する説明図、図２は膜ろ過装置を上方から見た説明図である。
【００１２】
図１，２において、膜ろ過装置１は、被ろ過液を収容した被ろ過液収容槽３と、被ろ過液中に浸漬した膜モジュール１１を有する。膜モジュール１１は、被ろ過液をろ過する複数の分離膜エレメント１２と、これらの分離膜エレメント１２を保持する分離膜保持体２とからなる。分離膜保持体２は、その側部に上下方向に連続あるいは断続した棒状のガイドバー１と、分離膜保持体２を吊ることにより上下方向に移動可能にする吊具５を備えた構造になっている。また被ろ過液収容槽３は、内壁側部に複数のガイドユニット４を、分離膜保持体２に配置されたガイドバー１に対向し、略鉛直方向の同一直線上に配置する。これらガイドバー１およびガイドユニット４の対向する端部は、互いに凹凸で嵌合する形状に構成されるとともに、ガイドバー１がガイドユニット４に沿って摺動することで、分離膜保持体２が上下方向に移動可能になる。このため、膜モジュール１１を吊具で吊り下げて、被ろ過液収容槽３から出し入れするときに、容易かつ的確に作業を行うことができる。
【００１３】
また図示したように、ガイドユニット４が簡易な構成で軽量であることから、ガイドユニット４を設置する被ろ過液収容槽３の内壁側部にかかる負荷を低減することができる。また既存の膜ろ過装置に適用するとき、短期間で容易に改造することができる。
【００１４】
棒状のガイドバー１は、分離膜保持体２の側部に固定され、被ろ過液収容槽３には内壁側部にガイドユニット４が固定されている。その固定には、ボルト・ナット等の固定手段を用いることが好ましい。ガイドバー１とガイドユニット４とは、互いに対向する端部が凹凸で嵌合する形状であり、ガイドバー１がガイドユニット４に沿って摺動することにより、分離膜保持体２の槽内の位置を容易かつ的確に決めることができる構造になっている。また、分離膜保持体２に備えられた吊具５によって分離膜保持体をクレーン等で吊ることで、実際の上下方向の移動を行う。
【００１５】
ガイドバー４は分離膜保持体２の対向する２面に取り付けられていることが好ましい。さらには、対向する２つ以上のガイドバー４が、分離膜保持体２の対向する２面にそれぞれ水平方向で同一直線上にある位置に取り付けられていることが好ましい。これにより、膜モジュール１１の下に散気装置が設置された際に、散気エネルギーによって膜モジュール１の形がひずむことを防ぐことができる。
【００１６】
ここにおいて、分離膜エレメント１２は、分離膜と分離膜を保持する支持体とから形成される。分離膜は、多孔質の膜であって固液分離機能や逆浸透機能があれば特に限定するものではなく、精密濾過膜、限外濾過膜、ナノ濾過膜、逆浸透膜などが例示されるが、特に活性汚泥の固液分離を行う場合には、その膜表面の細孔径が０．０１〜２０μｍ程度の範囲内である精密濾過膜や限外濾過膜であることが好ましい。また、その素材としては特に限定するものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリル、塩素化ポリエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルフルオライド、その他の材質を適宜選択して使用することができる。特に、物理的・化学的耐久性の高いポリオレフィン系やフッ素系樹脂の材質が特に好ましく使用することができる。
【００１７】
上記のような分離膜は、通常、ろ過水の取水路を得るために支持板と併せて分離膜エレメントを形成する。例えば、シート状の分離膜においては、平板状支持板の表裏両面を、周縁部が厚い凸部であって、その内側に凹部が設けられた構造とする。シート状の分離膜を、凹部を覆うように配し、周縁の凸部にて前記分離膜と平板状支持板とを固着させることにより平板状分離膜エレメントを形成する。この平膜状分離膜エレメントにおいて、前記凹部と分離膜との間に存在する間隙は、ろ過水が移動するための流路として機能しており、ろ過水は、この間隙と連通したろ過水出口を経て、平膜エレメントの外部に取り出される。支持板の素材は、ＡＳＴＭ試験法のＤ６３８における引っ張り強さが１５ＭＰａ以上の剛性を有する物質であることが好ましく、例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）で代表される共重合体の汎用性樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの単一重合体の汎用性樹脂や、複合材料である繊維強化樹脂、金属類などが例示される。
【００１８】
本発明において、分離膜保持体２は、その体内に上記のような分離膜エレメント１２の複数枚を配列させる。ここで、分離膜保持体２は、図２に示すように、隣接する分離膜エレメント１２の間に所望間隔があけられるように、分離膜表面が上下方向と略平行な向きとなるように配列することができる機能を有するものであれば、その構造は特に限定しない。例えば、分離膜保持体２を、上下を開口したケーシング構造とし、その内部に複数枚の分離膜エレメント１２を収容し、エレメント配列固定具１３を介して分離膜エレメント１２を所定の間隔で保持する構造としてもよい。あるいは、配列させた分離膜エレメント１２の側端部同士を通しボルトとナットでもって配列固定させることにより保持体部分を形成することにより、複数の分離膜エレメント１２が分離膜保持体２内に配列された構造としてもよい。
【００１９】
分離膜保持体２の素材としては、活性汚泥中においても、複数枚の分離膜エレメント１２を同時に長期間安定して保持可能な強度と耐久性とをもつ素材であれば特に限定されるものではない。例えば、ステンレスなどの金属類、アクリロニトリルブタジエンスチレンゴム（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルなどの樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などの複合材料、その他の材質などを好ましく使用することができる。
【００２０】
上記のような膜ろ過装置１０では、通常分離膜エレメント１２の下方に散気装置が設置される。散気装置は、ブロアなどのエア供給装置と連結されており、散気装置から生起される気液混合上向流が、隣接する分離膜エレメントの分離膜間を流れ、分離膜表面を洗浄すると同時に膜ろ過を行うことによって、分離膜の目詰まりを抑制することができる。散気装置としては、特に限定しないが、中空状のパイプに散気孔を設けたものや、空隙を有したセミック製の散気部を有するものや、スリットを有したゴム状弾性体の散気部を有するものなどがある。
【００２１】
また、ガイドバー１とガイドユニット４は、互いに対向する端部が凹凸で嵌合する形状であれば、図１，２に示したように、ガイドバー１が凸部、ガイドユニット４が凹部を形成してもよい。或いは図３に示すように、ガイドバー１が凹部を形成し、ガイドユニット４が棒状の凸部を形成する構造になっていても良い。
【００２２】
本発明において、少なくとも一つのガイドユニット４は、被ろ過液収容槽３に供給された被ろ過液の水位より上方の高い位置に設置されている構造にすることが好ましい。これにより、被ろ過液が溶質や懸濁質によって不透明で、被ろ過液収容槽内の様子が不明瞭で目視できない場合でも、ガイドユニットは略鉛直方向の同一直線上に並んでいるので、膜モジュールの設置位置を被ろ過液水面より上部で確認し、ガイドユニットとガイドバーを確実に嵌合し、分離膜保持体の取り出し／設置を容易に行うことが出来る。
【００２３】
複数のガイドユニット４が上下方向に並んで設置される場合、ガイドユニット４間の上下方向距離が、対向するガイドバー１の上下方向長さより小さい構造にすることが好ましい。これにより、被ろ過液収容槽３内での分離膜保持体２の姿勢維持をより確実なものにすることができる。
【００２４】
本発明における膜ろ過装置の更に他の実施態様の基本構造を図４に模式的に示す。図４に示すように、複数の分離膜保持体２を上下方向に多段に配置した膜モジュールにおいては、上下方向に隣接する２つのガイドバー１が略鉛直方向の同一直線上にかつ独立して配置されていることが好ましい。また、ガイドバー１が分離膜保持体２ごとに独立していることにより、被ろ過液収容槽３外へ取出す際に、ガイドバー１を取り外さずに分離膜保持体２を１台ごとに分離することが可能になる。
【００２５】
ガイドバー１、ガイドユニット４、ならびに吊具５の材質は、活性汚泥中においても、複数枚の分離膜エレメントを同時に長期間安定して保持可能な強度と耐久性とをもつ素材であれば特に限定されるものではない。例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ）で代表される共重合体の汎用性樹脂、ポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの単一重合体の汎用性樹脂や、複合材料である繊維強化樹脂、金属類などが例示されるが、剛性が高く汎用的に利用されるステンレス鋼であることが特に好ましい。
【００２６】
本発明におけるガイドバー１およびガイドユニット４の一実施態様の基本構造を図５〜図１０に例示する。各図において（ａ）は、ガイドバー１およびガイドユニット４の嵌合部を図１の矢印ａ方向からみた上面図、（ｂ）は図１の矢印ｂ方向からみた平面図である。
【００２７】
図５〜図７に示すように、ガイドバー１及びガイドユニット４のうち、凹部を形成するガイドバー１あるいはガイドユニット４が、その鉛直方向の少なくとも１つの凹部の端部にテーパー形状を有していることが好ましい。これにより、被ろ過液収容槽内へ膜モジュールを設置／取り出しする際に、ガイドバーとガイドユニットにおける嵌合部が鉛直線上からずれてしまった場合でも、テーパー形状部に接触させながらゆっくりと下降／上昇させると凹部のテーパー形状中心部へ沿うようにガイドバーが自然と移動し、嵌合部へガイドバーを容易に導入することができるので、被ろ過液が溶質や懸濁質によって不透明で、被ろ過液収容槽内の様子が不明瞭な場合でもスムーズに膜モジュールを設置／取り出しすることができる。
【００２８】
また、図８〜図１０に示すように、ガイドバー１および前記ガイドユニット４のうち、凸部を形成しているガイドバー１あるいはガイドユニット４が、その鉛直方向の少なくとも１つの凸部の先端部にテーパー形状を有していることが好ましい。これにより、被ろ過液収容槽内へ膜モジュールを設置／取り出しする際に、ガイドバーとガイドユニットにおける嵌合部が鉛直線上から若干ずれてしまった場合でも、凸部のテーパー形状部に接触させながらゆっくりと下降／上昇させると凹部の中心部へ沿うようにガイドバーが自然と移動し、嵌合部へガイドバーを容易に導入することができるので、被ろ過液が溶質や懸濁質によって不透明で、被ろ過液収容槽内の様子が不明瞭な場合でもスムーズに膜モジュールを設置／取り出しすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の膜ろ過装置は、下水処理場、とくに大量の再生水を造水するにあたり、浸漬型方式の膜分離活性汚泥槽に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１：ガイドバー
２：分離膜保持体
３：被ろ過液収容槽
４：ガイドユニット
５：吊具
１０：膜ろ過装置
１１：膜モジュール
１２：分離膜エレメント
１３：エレメント配列固定具
【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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