(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に原水を貯留する水槽と、
該水槽の下部に連結され、内部に原水供給室を形成すると共に、上面の一部に開口を有する横型の下部缶胴と、
該下部缶胴の内部にその長手方向に設けられ、原水供給室内にガスを供給する散気管と、
上記下部缶胴の上面の開口に対して着脱可能に立設された外筒の内部に多数本の中空管状膜を収容し、中空管状膜により内部が透過水集水室と、上下に開放した原水流路部とに仕切られ、原水流路部の下端を原水供給室に連通させた膜エレメントと、
上記外筒の上部に設けられると共に水槽の上部に連結され、原水流路部を通過した濃縮水を外筒から水槽内へ循環させる横型の上部缶胴とからなり、
水槽から原水供給室へ供給された原水を散気管から供給されるガスで膜エレメントの原水流路部中を中空管状膜に沿って上向流させ、原水流路部中を通過して上に出た水を上部缶胴内を経て水槽内に循環し、中空管状膜を透過した透過水を透過水集水室から外に採水するようにしたことを特徴とする中空管状膜による膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外筒の内部に収容された内圧型又は外圧型の中空管状膜によって原水をエアリフトで上向流させながら膜分離し、膜を透過した透過水を採水する中空管状膜による膜分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のエアリフト循環方式の浸漬型膜分離装置を示すもので、原水が供給される処理槽１の水中にエアリフト筒２を立設し、エアリフト筒２の上端に透過水の取出口７を有する複数枚の平膜エレメント３を前後方向に流路間隔６を保って一列に立て並べた膜モジュール４を配置してある。
【０００３】
エアリフト筒２は、断面形状が四角形で、上端から下端まで断面積は一定である。散気装置５から散気することによって、エアリフト筒２内の膜モジュール４を構成する平膜エレメント３の相対向した膜面の流路間隔６にはエアリフトによるクロスフロー上昇流が生じ、膜面にゲル状の付着物が生成するのを防止しながら膜を透過する透過水を平膜エレメント３の内部に得、この透過水を各平膜エレメント３の取出口７に接続したヘッダー管８を介してポンプＰで吸引して採水する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来装置を設置するには、処理槽を構築してその内部にエアリフト筒を立設し、エアリフト筒上に膜モジュールを支持し、槽底にはエアリフト筒内に気泡を浮上させる散気装置を配置して槽外のブロアなどと配管で接続すると共に、膜モジュールを構成する平膜エレメントの一枚宛をヘッダー管に接続し、ヘッダー管とポンプを配管で接続することが必要であり、設置に非常に手数が掛かる。
【０００５】
さらに、装置の規模を増大し、原水の処理能力を向上するための膜の充填率を高めるには、前後方向に一列に立て並べて膜モジュールを構成する平膜エレメントの枚数を増加するほか、処理槽や、エアリフト筒を前後方向に長く改造することが必要で、非常に手数が掛かると共に、完成するまでの工期も長く、コストも非常に嵩む。
【０００６】
また、平膜エレメントは、強度上の問題から平膜の大きさに限度があり、充填率を高めるためには平膜エレメントを上下方向に多段にする必要があるが、多段にすると設置構造、配管構造が非常に複雑になる。さらに、浸漬型膜分離装置では定期的に膜モジュールを槽外に取り出し、洗浄したり、取り換えたりする必要があるが、上述のような複雑な構造であるため膜モジュールに対する平膜エレメントの取り外し、取り付けが困難で、非常に手数が掛かる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題点を解消するために開発されたもので、内部に原水を貯留する水槽と、
該水槽の下部に連結され、内部に原水供給室を形成すると共に、上面の一部に開口を有する横型の下部缶胴と、
該下部缶胴の内部にその長手方向に設けられ、原水供給室内にガスを供給する散気管と、
上記下部缶胴の上面の開口に対して着脱可能に立設された外筒の内部に多数本の中空管状膜を収容し、中空管状膜により内部が透過水集水室と、上下に開放した原水流路部とに仕切られ、原水流路部の下端を原水供給室に連通させた膜エレメントと、
上記外筒の上部に設けられると共に水槽の上部に連結され、原水流路部を通過した濃縮水を外筒から水槽内へ循環させる横型の上部缶胴とからなり、
水槽から原水供給室へ供給された原水を散気管から供給されるガスで膜エレメントの原水流路部中を中空管状膜に沿って上向流させ、原水流路部中を通過して上に出た水を上部缶胴内を経て水槽内に循環し、中空管状膜を透過した透過水を透過水集水室から外に採水するようにしたことを特徴とする中空管状膜による膜分離装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図示の実施形態において、２０は内部に原水を貯留する水槽、１０は水槽２０の下部に連結され、上面の一部に開口１１を有する円筒形の横型下部缶胴、１２は下部缶胴１０の内部下周にサポート部によって支持され、缶胴の長手方向に設けられた散気管、１３は下部缶胴１０の端部に設けてある鍔に対し取り付けて下部缶胴１０の端部を塞ぎ、下部缶胴１０の内部を原水供給室１０’に形成する端板であり、端板１３の下部には散気管１２との連通口１５が設けてあり、連通口１５にはブロアなどからの給気管を接続する。
【０００９】
この端板１３は例えば四角形にし、四角の一辺で接床して円筒形の下部缶胴１０を水平状態に安定に支持できるようにする。下部缶胴１０の他方の鍔には水槽２０の下部に形成された原水供給口１４が連結されている。この原水供給口１４の鍔は、端板１３と同様に四角形にし、四角の一辺で接床して円筒形の下部缶胴１０を水平状態に安定に支持する。
【００１０】
下部缶胴１０の上面の一部に設けた開口１１の回りにはフランジを設け、フランジ上に外筒１６の下端のフランジを載せて取り付け、開口１１上に外筒１６を着脱可能に立設する。なお、下部缶胴１０、外筒１６は、塩化ビニル、ポリプロピレンなどのブロー成形により製作する。
【００１１】
２１は外筒１６の内部に多数本の中空管状膜２２を収容した膜エレメントである。そして、この膜エレメント２１を内部に挿入配置する外筒１６上には、循環口１７及び連設口２８を有する横型の上部缶胴２９を設ける。上部缶胴２９の循環口１７には、水槽２０の上部に形成された濃縮水導入口３３を連結する。一方、上部缶胴２９の連設口２８には、盲板３４を取付けて密閉する。なお、水槽２０は、原水の水位が膜エレメント２１の透過水集水室２４内の水位よりも上方に位置する深さ乃至高さとする。
【００１２】
図１，２に示した実施形態で使用する膜エレメント２１の中空管状膜２２は、原水を膜の中空部に通水し、膜を透過した透過水を中空管状膜２２の外に得る内圧型で、この場合、多数本の中空管状膜２２は上端を膜エレメント２１の多孔円盤状上管板２５に貫通し、下端を同様の下管板２６に貫通して上下方向に配列し、原水は１本宛の中空管状膜２２の中空部中を下から上に流れる。従って、１本宛の中空管状膜２２の中空部が原水流路部２３になり、上下の管板２５，２６で閉じられた外筒１６の内部（中空管状膜２２の周りの空間）が透過水集水室２４になる。そして、上管板２５と下管板２６の中心に、透過水集水室２４に連通した透過水の取出口２７が上下に突設してある。
【００１３】
このように本実施形態では内圧型の中空管状膜２２を採用したが、これに限るものではなく、外側から膜を通過した透過水を中空管状膜の中空部に得る外圧型を採用することもでき、その場合には中空管状膜の内側を上下の管板２５で閉塞することになる。
【００１４】
図１，２の実施形態では、下部缶胴１０の内部上周に沿って、散気管１２と同様に長手方向に透過水取出管１８がサポート部により吊り下げた状態で設けてあり、端板１３の上部にはこの取出管１８との連通口１９が設けてある。そして、透過水取出口１８には下部缶胴１０の上面に設けられた開口１１の中心に向かって上向きに突出する分岐口３０が突設してある。従って、内圧型の中空管状膜２２を使用した膜エレメント２１の下管板２６から下向きに突出する透過水の取出口２７を上記分岐口３０に嵌合して接続することにより膜エレメント２１を外筒１６の内部に挿入した状態で支持することができる。そして、膜エレメント２１の上管板２５から上向きに突出する取出口２７には排気管３１を接続する。排気管３１は外筒１６の上端から上に突出した部分に開閉弁３２を有する。
【００１５】
透過水を採水するには、水槽２０の原水供給口１４に下部缶胴１０を連結すると共に、水槽２０の濃縮水導入口３３に上部缶胴２９を連結し、散気管１２と連通した端板１３の連通口１５にはブロアなどからの給気管を接続し、透過水取出管１８と連通した端板１３の連通口１９には吸引ポンプからの吸引管を接続し、排気管３１の開閉弁３２を閉にし、吸引ポンプ、ブロアを運転する。その際、水槽２０の原水供給口１４から下部缶胴１０の原水供給室１０’内への原水の供給は、原水供給ポンプを設けなくても水槽２０内の原水と透過水集水室２４内の透過水との水位差Ｌによって行われ、この水位差Ｌが膜透過の推進力にもなる。
【００１６】
下部缶胴１０内の原水供給室１０’には原水と、散気管１２からの気泡が供給され、気泡のエアリフト作用で原水は膜エレメント２１の１本宛の中空管状膜２２の中空部中を膜の内周に接して高速で上向流する。膜エレメント２１の内部の透過水集水室２４には、吸引ポンプによる負圧が透過水取出管１８、分岐口３０、透過水取出口２７を経て作用するため、中空管状膜２２中を膜に接して上向流する原水中の膜を透過できる透過水はその吸引力で膜を透過して集水室２４に集まり、透過水取出口２７、分岐口３０、透過水取出管１８、連通口１９、吸引管を経て採水される。
【００１７】
一方、中空管状膜２２を透過しなかった濃縮水は、中空管状膜２２の中空部の上端から膜エレメント２１上の上部缶胴２９の内部に流出し、上部缶胴２９の循環口１７及び濃縮水導入口３３を経て、水槽２０内に流入し、水槽２０内の原水と混合し、再び原水供給口１４から原水供給室１０’内に供給され、エアリフト作用で膜エレメントの中空管状膜中を上向流して循環する。また、原水をエアリフト作用で上向流させた気泡は上部缶胴２９の循環口１７から放出される。
【００１８】
このように外筒１６内に膜エレメント２１を挿入し、この膜エレメント２１は多数本の中空管状膜２２を有することにより外筒１６内を透過水集水室２４と原水流路部２３とに仕切り、膜を透過し透過水集水室２４に集まった透過水を透過水取出管１８を経て採水するようにしたので、外筒１６に開口部を形成することなく、透過水を採水することができる。
【００１９】
また、原水供給室１０’内の散気管１２によってもたらされるエアリフト上向流のほぼ全長に中空管状膜２２を配置することができ、膜エレメント２１の充填密度を高めることができる。
【００２０】
原水が接触して流れる中空管状膜２２の内周面が汚れ、透過水の採水効率が低下したら透過水取出管１８に洗浄液をポンプで圧送して膜エレメント２１の透過水集水室２４に供給し、中空管状膜２２の内周面に付着した汚れを膜を外から内に透過する洗浄液で除去する。それには集水室２４内の透過水を吸引して全量排出し、排気管３１の開閉弁３２を開いて集水室２４内の空気を排気し、図示していないが、原水供給口１４及び濃縮水導入口３３に設けた開閉弁を閉じて水槽２０と遮断した後、原水供給室１０’及び外筒１６の内部の原水を原水供給口１４に設けた排水弁（図示せず）を開けることにより排水し、排気管３１の開閉弁３２を閉じ、その後、端板１３の連通口１９に洗浄液タンク、ポンプからの洗浄液供給管を接続し、洗浄液を膜エレメント２１の透過水の集水室２４に供給し、洗浄液を中空管状膜２２に外周から内周に透過させる。中空管状膜２２の内周に透過した洗浄廃液は、除去された汚れを伴って中空管状膜２２中を下降して原水供給室１０’に排出されるので原水供給口１４、排出弁（図示せず）から排出する。洗浄が終ったら、膜エレメント２１の集水室２４に残る洗浄液を透過水取出管１８を経て外に排出し、透過水の採水運転を再開する。
【００２１】
図３は、図１，２に示した下部缶胴１０を２つ左右に並べ、その相対向した端部の鍔同士をボルト、ナットなどで接合して一体にし、これにより各下部缶胴１０，１０内の散気管１２，１２と、透過水取出管１８，１８の相対向した端部同士を突き合わせて連通し、端板１３を右の下部缶胴１０の右端部に取付けた状態を示す。各下部缶胴１０，１０の上面の開口１１，１１には外筒１６，１６を立設し、外筒１６，１６の内部には透過水取出管１８，１８に設けた上向きの分岐口３０，３０で膜エレメント２１，２１を支持してある。さらに、外筒１６，１６の上部に２つ左右に並べて上部缶胴２９，２９を設け、その相対向した端部のフランジをボルト、ナットなどで接合して一体にする。こうすることによって一連の原水供給室１０’，１０’に原水供給口１４から原水を供給し、一連の散気管１２，１２に連通口１５から圧力空気を供給し、各膜エレメント２１，２１で原水から膜分離した透過水を一連の透過水取出管１８，１８を通じ吸引して採水でき、膜の設置面積を簡単に２倍に高めることができる。勿論、下部缶胴１０を３台、或いは４台等、一連に接合して膜の設置面積を３倍、或いは４倍等に高めることもできる。即ち、膜エレメント２１の高密度配置により、集積度を高めることができるものである。
【００２２】
この実施形態の場合は、複数連結する下部缶胴１０，１０及び上部缶胴２９，２９の間にそれぞれ開閉弁（図示せず）を設け、これを適宜閉じて他系列と縁切りすることにより、他系列の運転を阻害することなく薬品洗浄を行うことができる。
【００２３】
図１，２の実施形態では、膜エレメント２１で原水から膜分離した透過水を、膜エレメント２１の下管板２６から下向きに突出する取出口２７、分岐口３０、下部缶胴１０内の上周に沿って設けた透過水取出管１８を通じ吸引して採水したが、これに限るものではなく、上管板２５から上向きに突出する取出口２７を経て採水することもできる。この場合には、下管板２６からの取出口２７をプラグで塞いで透過水取出管１８の上向きの分岐口３０に嵌合し、こうして膜エレメント２１を外筒１６の内部に挿入支持する。膜エレメント２１の上管板２６から突出する取出口２７には上部管胴２９の連設口２８を貫通するＬ形の採水管を取付け、吸引ポンプからの吸引管をこの採水管に接続する。洗浄の際に膜エレメント２１の集水室２４内の空気を排気するため、上管板２５には中空管状膜２２を避けて集水室２４と連通した接続口を設け、この接続口に開閉弁３２を有する排気管３１を接続する。
【００２４】
透過水の採水運転、洗浄は前述の実施形態と同じで、透過水は採水管から吸引して採水できる。又、洗浄液は採水管から膜エレメント２１の集水室２４に供給して行う。このような実施形態でも複数の下部缶胴１０を一連に結合し、個々の上部缶胴２９を貫通した採水管から透過水を採水することができる。
【００２５】
下部缶胴１０上には、図示のように膜エレメント２１とほぼ同じ高さの外筒１６と、濃縮水の循環口１７を有し、外筒１６上にフランジ接合で接続される上部缶胴２９とが設けられているが、上部缶胴２９を取外し、膜エレメント２１を外筒１６の中に収容したり、保守点検や、交換のために外筒１６の外に取出したりすることができるので作業性が良い。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複雑な構造の処理槽を構築することなく、水槽に下部缶胴及び上部缶胴を連結し、横置した下部缶胴の上面の開口上に外筒を立設し、外筒の内部に内圧型又は外圧型の中空管状膜を有する膜エレメントを挿入支持することで簡単に膜分離装置を組立てることができる。
【００２７】
このように外筒内に膜エレメントを挿入し、膜エレメントに多数本の中空管状膜を収容することにより外筒内を透過水集水室と原水流路部とに仕切り、膜を透過し透過水集水室に集まった透過水を透過水取出管を経て採水するので、外筒に開口部を形成することなく、透過水を採水することができる。
【００２８】
また、散気管によるエアリフト上向流のほぼ全長に中空管状膜を配置することができるので、膜エレメントの充填密度を高めることができる。
【００２９】
さらに、上部缶胴を取外し、膜エレメントを外筒の中に収容したり、保守点検や、交換のために外筒の外に取出したりすることができるので作業性が良い。
【００３０】
そして、規模を大きくして膜の充填率をより高めるには、複数の横型缶胴を一連に結合することで膜の設置面積を簡単に２以上の整数倍にすることも可能である。この場合、複数連結する各下部缶胴及び各上部缶胴の間にそれぞれ開閉弁を設けることにより、他系列の運転を阻害することなく薬品洗浄を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離装置の第１実施形態の縦断側面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】図１の横型缶胴を複数、一連に結合した場合の側面図である。
【図４】従来の膜分離装置を示し、（Ａ）はその概略正面図、（Ｂ）はその概略側面図である。
【符号の説明】
１０    下部缶胴
１０’  原水供給室
１１    開口
１２    散気管
１３    端板
１４    原水供給口
１６    外筒
１７    循環口
１８    透過水取出管
１９    連通口
２０    水槽
２１    膜エレメント
２２    中空管状膜
２３    原水流路部
２４    透過水集水室
２５    上管板
２６    下管板
２７    取出口
２８    連設口
２９    上部缶胴
３０    分岐口
３１    排気管
３２    開閉弁
３３    濃縮水導入口
３４    盲板
【図１】
0003562066.tif 000002
【図２】
0003562066.tif 000003
【図３】
0003562066.tif 000004
【図４】
0003562066.tif 000005