(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部ケーシング内に、濾過膜を筒状に形成した管状膜エレメントを配置し、該管状膜エレメント内に圧送される汚泥を管状膜エレメントの周面濾過膜によって透過液を分離する管状膜分離装置において、上記管状膜エレメントによって濾過された透過液を、外部ケーシングに設けられた透過液管によって取り出すとともに、該透過液管に吸引ポンプを接続して強制的に濾過することを特徴とする管状膜分離装置。
【請求項２】
上記管状膜エレメントを流れる汚泥の流れに対して略直交する方向に吸引するように、上記外部ケーシングの透過液管に吸引ポンプを設け、該外部ケーシングの内部が負圧になるように上記吸引ポンプで吸引したことを特徴とする請求項１に記載の管状膜分離装置。
【請求項３】
上記管状膜エレメントは、所定長さに切断された複数本の管状膜エレメント単体の両端をモジュール両端に配した特殊ヘッダーもしくはＵ字状の接続管を介して別の管状膜エレメント単体に順次連結して１本に形成したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の管状膜分離装置。
【請求項４】
上記管状膜エレメントは、所定長さに切断された複数本の管状膜エレメント単体を互いに並列に接続したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の管状膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屎尿等の有機性排水を処理する管状膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、屎尿等の有機性排水を処理する場合、活性汚泥等の固体、液体の分離にＭＦ（精密濾過）、ＵＦ（限外濾過）等の膜分離を用いることが主流となっている。
【０００３】
従来用いられている管状膜分離装置は、内面加圧濾過式であり、図４に示すように膜原水槽１００に溜められた濾過原水を、図５に示すような濾過膜１０１で形成された口径１０ｍｍ程度の管内を通して濾過するものである。
濾過に必要なエネルギーは主に以下の２つのものに起因する。
▲１▼膜面への汚泥の過剰な付着防止のための適正な管内流速の確保。
▲２▼濾過のための膜間差圧の確保。
【０００４】
濾過膜１０１で形成された管状膜エレメント１０２は、循環ポンプ１０４によって圧送される汚泥を管状膜エレメント１０２により濾過し、ケーシング１０３に設けられた取り出し口１０５から濾過液を取り出すものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、管状膜エレメント１０２を流れる汚泥は、循環ポンプ１０４によって濾過原液となる活性汚泥を循環させ、管内の流速を適度に保つとともに、濾過に必要な膜間差圧についても循環ポンプ１０４による管入口部での加圧により確保しており、循環ポンプは高動力となると言う欠点があった。
管状膜分離装置を採用する際は、通常、管入口の圧力としては５ｋｇ／ｃｍ２  程度、管出口での圧力としては１ｋｇ／ｃｍ２  程度であり、管内平均圧力は３ｋｇ／ｃｍ２  程度となる。モジュールケーシング内の透過液の圧力は後段の配管抵抗等により１ｋｇ／ｃｍ２  程度で運転するため、平均膜間差圧は、２ｋｇ／ｃｍ２  程度となる。
【０００６】
また、管内での過剰な汚泥付着防止の為に必要な管内流速は２ｍ／ｓであるが、この確保に必要な循環液量は透過液量Ｑ（ｍ３／日）の３０倍程度となる。
この際、循環エネルギーの大きさの指標となる管入口流量×管入口圧力は、
３０Ｑ（ｍ３／日）×５（ｋｇ／ｃｍ２）＝１５０Ｑ（ｍ３／日・ｋｇ／ｃｍ２）となる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決し、管状膜エレメントの詰まりを防ぎ、濾過効率の向上を図り得る管状膜分離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】
本発明は上記課題を解決するため、外部ケーシング内に、濾過膜を筒状に形成した管状膜エレメントを配置し、該管状膜エレメント内に圧送される汚泥を管状膜エレメントの周面濾過膜によって透過液を分離する管状膜分離装置において、上記管状膜エレメントによって濾過された透過液を、外部ケーシングに設けられた透過液管によって取り出すとともに、該透過液管に吸引ポンプを接続して強制的に濾過することにある。
また、本発明は、上記各管状膜エレメントを流れる汚泥の流れに対して略直交する方向に吸引するように、外部ケーシングの透過液管を設け、該外部ケーシングの内部が負圧になるように上記吸引ポンプで吸引したことにある。
さらに、本発明は、上記管状膜エレメントは、所定長さに切断された複数本の管状膜エレメント単体の両端をモジュール両端に配した特殊ヘッダーもしくはＵ字状の接続管を介して別の管状膜エレメント単体に順次連結したもの、もしくは、所定長さに切断された複数本の管状膜エレメント単体を互いに並列に接続したものである。
【０００９】
【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詳細に説明する。
図１は、以下本発明の実施の形態による加圧濾過方式による管状膜分離装置を示す概念図である。
【００１０】
図１において、１は活性汚泥等を収容した原水槽である。この原水槽１は、配管２，３により管状膜分離装置４に連結されており、配管２の途中に設けられた循環ポンプ５を介して活性汚泥等を管状膜分離装置４に供給するものである。
【００１１】
管状膜分離装置４は、図２に示すように、中空の外部ケーシング６と、この外部ケーシング６に内装された管状膜エレメント７とで構成されている。管状膜エレメント７は、濾過膜を管径１０ｍｍ程度の筒状に形成したもので、所定の長さで切断した管状膜エレメント単体８を複数本、モジュール両端に配した特殊ヘッダーもしくはＵ字状の接続管９で互いに両端部を連結して１本のエレメントにしたものである。管状膜エレメント７の両端部は、配管２，３に連結されて原水槽１から活性汚泥等が供給されるものである。
【００１２】
上記中空の外部ケーシング６は、口径１００〜１５０ｍｍの筒状の密閉構造に形成されたもので、空気抜きは設けられていない。この中空の外部ケーシング６の外周面には、管状膜エレメント７によって濾過された透過液を取り出す透過液管１０が設けられており、この透過液管１０に、吸引ポンプ１１が連結されている。この吸引ポンプ１１は、管状膜エレメント７を流れる汚泥の流れに対して略直交する方向に吸引するように設けられている。吸引ポンプ１１により取り出された透過液は、例えば、貯留槽１２に蓄えられる。
【００１３】
上記構成によると、活性汚泥等を収容した原水槽１から循環ポンプ５を介して活性汚泥等を管状膜分離装置４に供給すると、活性汚泥等は、外部ケーシング６内の管状膜エレメント７内に送りこまれる。一方、外部ケーシング６内は、吸引ポンプ１１の作動により、負圧となる。このとき、吸引ポンプ１１は、透過液管１０を通して、管状膜エレメント７を流れる汚泥の流れに対して略直交する方向（クロスフロー）に吸引する。こうして、管状膜エレメント７から濾過された濾過液は、透過液管１０を通して外部ケーシング６の外に引き出されて集められる。管状膜エレメント７内に流れる活性汚泥等は、負圧により濾過されて集められるので、効率よく濾過することができる。また、管状膜エレメント７内に流れる活性汚泥等の流れをスムーズに保つことができるので、管状膜エレメント７の詰まりを防止することができる。
例えば、従来と同様の平均膜間差圧２ｋｇ／ｃｍ２  を確保する為には、管入口の圧力は２ｋｇ／ｃｍ２  程度、管出力での圧力は１ｋｇ／ｃｍ２  程度、管内平均圧力は１．５ｋｇ／ｃｍ２  程度とし、モジュールケーシング内の透過液の圧力は吸引により−０．５ｋｇ／ｃｍ２  程度で運転することになる。
管入口の循環液量は、透過液の３０倍であり、この際、循環エネルギーの大きさの指標となる管入口流量×管入口圧力は、
３０Ｑ（ｍ３／日）×２（ｋｇ／ｃｍ２）＝６０Ｑ（ｍ３／日・ｋｇ／ｃｍ２）となる。
また、吸引ポンプの吐出側の圧力を１ｋｇ／ｃｍ２  とすると、透過液流量×吸引ポンプ圧力は、
Ｑ（ｍ３／日）×１（ｋｇ／ｃｍ２）＝Ｑ（ｍ３／日・ｋｇ／ｃｍ２）であり、循環ポンプと吸引ポンプの合計でも６１Ｑ（ｍ３／日・ｋｇ／ｃｍ２）となる。これを従来の１５０Ｑ（ｍ３／日・ｋｇ／ｃｍ２）に比較すると、約９０Ｑ（ｍ３／日・ｋｇ／ｃｍ２）程度が低減できることになる。
なお、管状膜エレメント７は、管状膜エレメント単体８を複数本、Ｕ字状の接続管９で互いに連結しているので、管状膜分離装置４の洗浄等に際して、管状膜エレメント７の洗浄を行うばあいにも、接続されたエレメント内にスポンジボール、薬液等を通すことにより、容易に管状膜エレメント７の内部を洗浄することができる。
【００１４】
次に、図３は管状膜エレメントを変更した本発明の他の実施の形態であり、図２と同一部分は同符号を付して同一部分の説明は省略して説明する。
この場合、複数の管状膜エレメント単体８は、それぞれ両端部で接続管１３，１４により互いに並列接続され、かつ両側で、共通にまとめられ、それぞれ配管２，３に接続されて管状膜エレメント１５が構成されている。濾過機能は、管状膜エレメントを直列に配する場合とほぼ同等である。
【００１５】
なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、管状膜エレメント７を構成する管状膜エレメント単体８の長さ、あるいは本数、および太さは、任意に設定することができるものである。また、透過液管１０に接続する吸引ポンプ１１は、吸引圧力を任意に設定することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による管状膜分離装置によれば次のような効果を奏することができる。
請求項１において、外部ケーシング内に、濾過膜を筒状に形成した管状膜エレメントを配置し、該管状膜エレメント内に圧送される汚泥を管状膜エレメントの周面濾過膜によって透過液を分離する管状膜分離装置において、上記管状膜エレメントによって濾過された透過液を、外部ケーシングに設けられた透過液管によって取り出すとともに、該透過液管に吸引ポンプを接続して強制的に濾過し、管内流速確保の為の動力源と濾過（透過液確保）のための動力源を分けることで、管入口の圧力を低減でき、運転動力を低減することができる。
さらに、管内の圧力分布の平滑化により、透過液量分布も平滑化でき、運転の安定化につながるとともに、管入口部への透過液量集中も緩和でき、管入口部の劣化による膜破れ等の防止も期待できる。
請求項２において、上記管状膜エレメントを流れる汚泥の流れに対して略直交する方向に吸引するように、上記外部ケーシングの透過液管に吸引ポンプを設け、該外部ケーシングの内部が負圧になるように上記吸引ポンプで吸引したので、汚泥の詰まりを防ぎ濾過効率を向上することができる。
請求項３において、上記管状膜エレメントは、所定長さに切断された複数本の管状膜エレメント単体の両端をモジュール両端に配した特殊ヘッダーにつなぐ、もしくはＵ字状の接続管を介して別の管状膜エレメント単体に順次連結して１本に形成したものであるので、洗浄等に際して容易に行うことができる。
請求項４において、上記管状膜エレメントは、所定長さに切断された複数本の管状膜エレメント単体を互いに並列に接続したものであるので、管路が短くなる為、管内圧力のさらなる平滑化を図ることが期待できるが、流路断面積は増加する為、濾過に関わる機能は直列の場合とほぼ同等となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による管状膜分離装置を示す概念図である。
【図２】図１の管状膜分離装置を示す縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態による管状膜分離装置を示す縦断面図である。
【図４】従来の管状膜分離装置を示す概念図である。
【図５】図４の管状膜エレメントを示す概念斜視図である。
【符号の説明】
１    原水槽
２，３    配管
４    管状膜分離装置
５    循環ポンプ
６    外部ケーシング
７    管状膜エレメント
８    管状膜エレメント単体
９    接続管
１０  透過液管
１１  吸引ポンプ
１２  貯留槽
１３，１４  接続管
１５  管状膜エレメント
【図１】
0003572267.tif 000002
【図２】
0003572267.tif 000003
【図３】
0003572267.tif 000004
【図４】
0003572267.tif 000005
【図５】
0003572267.tif 000006