(57)【要約】平膜エレメントを散気管からのエアバブリングで揺れ易くする。処理液流路用の空間をあけて対向配置されるシート状の濾過膜と、前記対向配置する濾過膜の間に配置して、処理液流路用の空間を確保する支持体と、前記対向配置される濾過膜の外周縁を処理液取出口をあけて封止する外周封止部とを備え、前記濾過膜および支持体は可撓性材で形成すると共に、前記外周封止部も可撓性を有するものとし、平膜エレメント全体を可撓性とし、かつ、該平膜エレメントの全体厚さを６ｍｍ〜１ｍｍとしていることを特徴とする。
2011004743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理液流路用の空間をあけて対向配置されるシート状の濾過膜と、
前記対向配置する濾過膜の間に配置して、処理液流路用の空間を確保する支持体と、
前記対向配置される濾過膜の外周縁を処理液取出口をあけて封止する外周封止部と、
を備え、
前記濾過膜および支持体は可撓性材で形成すると共に、前記外周封止部も可撓性を有するものとして全体を可撓性とし、かつ、全体厚さを６ｍｍ〜１ｍｍとしていることを特徴とする濾過用平膜エレメント。
【請求項２】
前記濾過膜は対向配置する２枚の濾過膜からなり、これら濾過膜の外周縁を前記処理液取出口をあけて溶着または接着して前記外周封止部を形成し、または、
前記濾過膜は１枚の濾過膜からなり、前記処理液流路用空間をあけてＵ形状に折り返し、折り返された両側部の外周縁を前記処理液取出口をあけて溶着または接着して前記外周封止部を形成している請求項１に記載の濾過用平膜エレメント。
【請求項３】
前記外周封止部は、可撓性を有する素材で形成した外周封止材で構成し、該外周封止材に前記濾過膜の外周縁を溶着または接着している請求項１に記載の濾過用平膜エレメント。
【請求項４】
前記濾過膜は、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜、又は延伸ＰＴＦＥ多孔質膜と不織布およびそれに類するものとの積層品とからなり、
前記支持体は不織布、ネット、フェルト、穴空きシートあるいはこれらの積層体からなる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の濾過用平膜エレメント。
【請求項５】
重量が４００〜２０００ｇ／ｍ２である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の濾過用平膜エレメント。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の濾過用平膜エレメントを空間をあけて複数枚備えていることを特徴とする平膜型分離膜モジュール。
【請求項７】
前記平膜エレメントを７ｍｍ以下４ｍｍ以上の間隔をあけて１００〜２００枚を整列し、縦寸法が平均５００〜１５００ｍｍ、横寸法が平均５００〜６００ｍｍである請求項６に記載の平膜型分離膜モジュール。
【請求項８】
前記平膜エレメントは上部固定材に間隔を固定し、該上部固定材に集水口および集水管連結筒を設け、前記平膜エレメントの処理液取出口を前記集水口に連通させ、あるいは、前記各平膜エレメントの処理液取出口に集水管連結筒を設け、該集水管連結筒を集水管の分岐管に連結して各平膜エレメントを少なくとも２カ所で吊り下げるものとしている請求項６又は請求項７に記載の平膜型分離膜モジュール。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の平膜型分離膜モジュールを被処理液槽内に吊設し、該分離膜モジュールの下方に散気管を配管し、該散気管から噴出する気泡を前記分離膜モジュールの前記平膜エレメント間に散気している濾過装置。
【請求項１０】
前記散気管への供給空気量は、（空気供給量/膜面積）/（膜透過水量/膜面積）が９倍以上、１５倍以下としている請求項９に記載の濾過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過用平膜エレメント、平膜型分離膜モジュールおよび濾過装置に関し、環境保全分野、医薬・食品分野等の固液分離処理を行う濾過装置に使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の濾過用多孔質膜を集束して構成した分離膜モジュールが、浸漬型吸引濾過装置あるいは外圧式濾過装置に装着され、河川、生活排水、工場排水等の懸濁成分を含む被処理液の濾過に用いられている。【０００３】
従来、膜モジュールとしては、多数本の中空糸を円形状に集束して配置し、その端部を開口状態で固定部材にて固定して集水部とした中空糸膜モジュールと、支持板でシート状の多孔質膜を支持した平膜型の膜エレメントを複数備えた平膜モジュールとが汎用されている。
前記中空糸膜モジュールとして、本出願人は、特開２００６−７２２４号公報（特許文献１）において、多孔質複層中空糸を集束した濾過モジュールを提案している。
また、平膜型分離膜モジュールとしては、従来、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質膜を用いたものや、特開２００４−１８２９１９号公報（特許文献２）のようにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系樹脂からなる多孔質膜を用いたものがある。【０００４】
この種の膜モジュールを用いた濾過装置を用いて高濁度排水の処理を継続すると、膜表面及び膜間に、被処理液中に含まれる懸濁成分が堆積し、さらには、膜閉塞を生じて、透過流量の低下が生じる。
特に、膜分離活性汚泥法のような高汚濁性水処理においては、処理液の粘度が高いうえ、生物処理特有の粘着性のある堆積物による膜の汚れ（バイオファウリング）が発生するため、一般の排水系の濾過に比べて、濾過膜に懸濁成分が堆積しやすく、堆積物の付着や目詰まりによる透過流量の低下が顕著である。そのため、膜モジュールを用いた濾過装置は、通常、運転時には散気管から加圧空気を送り、エアバブリング等で排水の流れを作り、これによる堆積物の剥離や濾過膜の揺動による機械的負荷による堆積物を取り除く清浄操作（散気処理）が行われる。
そのため、膜モジュール及びこれを構成する濾過膜エレメントには高い濾過性能を有することに加えて、長期間運転時の機械的負荷に耐えうる強度と、特に酸化剤や酸・アルカリに対して優れた耐薬品性を兼ね備えていることが要望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７２２４号公報
【特許文献２】特開２００４−１８２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に記載の中空糸膜モジュールは一般的に有効膜面積あたりの設置面積を小さくでき、コンパクト性に優れるという利点を有する。しかし、高濁度性排水、特に被処理液の粘度が高い膜分離活性汚泥法による処理に隣接する中空糸間の隙間を狭くしてコンパクトな構成とした中空糸膜モジュールを適用すると、散気によって生ずる被処理液の流れが比較的遅くなり、懸濁成分が膜面・膜間に堆積しやすくなり、処理速度の低下が生じる。そのため、特に、被処理液の粘度が高い膜分離活性汚泥法に適用する場合にはさらに大きな処理速度の低下が生じるため、隣接する中空糸間の距離を大きくせざるを得ず、結果として設置面積が大きくなり、コンパクトな濾過装置にできなくなる。【０００７】
これに対し、平膜型分離膜モジュールはシート状の平膜エレメントを整列させる構成のため、膜面全体に散気を行いやすく、効率的に膜面の洗浄操作を行うことができる利点がある。しかしながら、従来の平膜エレメントの濾過膜の支持材あるいは／および対向する濾過膜を膜間距離をあけて支持する支持材やフレームが剛直な場合が多い。よって、散気管からエアバブリングを発生させても濾過膜の振動が殆ど発生せず、膜面に付着した固形物を剥離する作用は散気により生じる旋回流の流速のみとなり、濾過膜の表面に付着した堆積物の剥離効果が少なくファウリングが発生しやすい問題がある。堆積物の剥離効果を高めるために旋回流の流速を大きくするには散気管から噴射する供給空気量を多くする必要がある。そのため、前記中空糸膜モジュールの散気管への供給空気量と比較して、一般的に約２倍となっており、散気管へ空気を送給するブロアの駆動エネルギーが大となり、ランニングコストがかかる問題がある。
さらに、平膜型分離膜モジュールは平膜エレメントに占める支持体材料や対向する濾過膜間の流路の容積比率が大きいため、膜面積当たりの設置スペースが大きくなり、被処理液の処理効率が悪い問題がある。【０００８】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、散気管からのエアバブリングにより、平膜エレメントが容易に揺れるようにして、濾過膜の表面に付着した堆積物が剥離しやすいようにし、かつ、濾過面積を減少することなく平膜エレメント全体を小型化することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、
処理液流路用の空間をあけて対向配置されるシート状の濾過膜と、
前記対向配置する濾過膜の間に配置して、処理液流路用の空間を確保する支持体と、
前記対向配置される濾過膜の外周縁を処理液取出口をあけて封止する外周封止部と、
を備え、
前記濾過膜および支持体は可撓性材で形成すると共に、前記外周封止部も可撓性を有するものとして全体を可撓性とし、かつ、全体厚さを６ｍｍ〜１ｍｍとしていることを特徴とする濾過用平膜エレメントを提供している。【００１０】
前記外周封止部（端末封止部）は対向配置される濾過膜の両側外周縁で融着または接着してシールし、そのシール面と垂直方向では少なくとも一方の辺の外周縁を処理液取出口をあけて封止し、また、それ以外の垂直方向の辺が存在する場合は両側と同様に対向配置される濾過膜の外周縁を融着または接着している。【００１１】
前記のように、本発明の平膜エレメントは、濾過膜、該濾過膜を空間をあけて対向配置するための支持材、および外周封止部のすべてを可撓性とし、平膜エレメントをフレキシブルとし、さらに、平膜エレメントの厚さを薄くし、撓み易くしている。
これにより、散気管からエアバブリングを発生させると、気泡との接触や、エアバブリングで生じる水流で平膜エレメントに揺れを発生しやすくなる。かつ、濾過膜の外面に接触する被処理液の水流によっても濾過膜が揺れ易くすることができる。【００１２】
さらに、平膜エレメントの幅についてはより狭いものが望ましい。平膜エレメントの幅が狭くなるとさらに振動しやすくなる。特にねじれ方向への振動が容易になり、これが膜面に堆積した懸濁成分のケーキ層の剥離に効果的なのである。
本発明の平膜モジュールの幅は任意に設定できるが、通常幅５００ｍｍ以下、望ましくは２００ｍｍ以下、さらに望ましくは７０ｍｍ以下のテープ状であれば非常に好ましい。【００１３】
このように、平膜エレメントを揺れ易くすると、濾過膜の表面に付着する懸濁成分が堆積しにくくなり、かつ、堆積した場合には、該堆積物の剥離作用を促進することができる。その結果、同一膜面積当たりで少ない散気空気量で濾過膜面に汚泥等が堆積しにくくなり、散気管への供給空気量を従来の剛直性のある支持体を使う場合より低減することができる。
なお、本出願人が従来市販されている平膜エレメントを備えた平膜型分離膜モジュールと、本発明の平膜エレメントを備えたモジュールとを比較実験した結果、散気管への供給空気量を略半減できることを知見した。【００１４】
従来市販されている平膜エレメントの厚さは６〜８ｍｍ程度であるが、本発明では前記のように６ｍｍ〜１ｍｍと薄くし、さらに３ｍｍ〜１ｍｍと薄くすることができる。
このように平膜エレメントを薄くすることにより、平膜エレメントを隙間をあけて並設した平膜型分離膜モジュールとした場合に、該モジュールの薄型化を図ることができる。よって、被処理液槽の容積が同一とすると、該被処理液槽内に設置できる平膜エレメントの個数を増加でき、被処理液の処理能力を高めることができる。【００１５】
前記濾過膜は対向配置する２枚の濾過膜からなり、粗い多孔性素材であるネット、不織布、フェルト、穴あきシートなどにより、この２枚の間に処理液が流れるのに適切な大きさの空間を設け、これら濾過膜の外周縁に前記処理液取出口をあけて溶着または接着して前記外周封止部を形成している。
または、前記濾過膜は１枚の濾過膜からなり、前記処理液流路用空間をあけてＵ形状に折り返し、折り返された両側部の外周縁に前記処理液取出口をあけて溶着または接着して前記外周封止部を形成している。【００１６】
前記溶着は濾過膜の外周縁を加熱加圧またはレーザー加工して形成することができる。
該構成とすれば、濾過膜間の処理液流路を前記支持体で保ちながら、外周封止部は濾過膜の外周縁をシールするだけで形成することができる。
前記構成とすると、通常、樹脂成形品から形成される外周封止材を不要とでき、部品点数の削減および組み立て工数を低減でき、コスト低下および生産性の向上を図ることができる。かつ、剛直な外周封止材を用いないため、平膜エレメントのフレキシブル特性が阻害されず、揺れが発生しやすくできる。【００１７】
あるいは、前記外周封止部は、可撓性を有する素材で形成した外周封止材で構成し、該外周封止材に前記濾過膜の外周縁を溶着または接着してもよい。
この場合も、外周封止材に可撓性を付与しているため、平膜エレメントのフレキシブル特性が阻害されず、揺れが発生しやすくできる。
該外周封止材は、一つは熱溶融性樹脂、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、あるいはＦＥＰ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂による膜厚が０．５ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下のフィルム、不織布又はフェルトにより形成する、あるいは厚さが５．５ｍｍ以下のＥＰＤＭゴム、シリコンゴムなどのゴム系材料で形成することが好ましい。【００１８】
前記濾過膜として、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜、又は延伸ＰＴＦＥ多孔質膜と不織布およびそれに類するフェルトやネットとの積層品を用い、前記支持体として、全体厚みが５．５ｍｍ以下のネット、不織布、フェルト、穴空きシートあるいはこれらの積層体を用いることが好ましい。【００１９】
濾過膜を延伸ＰＴＦＥ多孔質膜で構成すると、その膜強度が強いため、前記ネット等の薄く多孔度が高いが故に低強度もしくはソフトな支持体を処理液通路用の空間を確保する支持体として用いても膜が破れるなどのトラブルがなく活用できる。
かつ、ＰＴＦＥは耐久性、耐食性に優れ、高濁度排水処理において極めて有用性を発揮することができる。
さらに、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は押出および延伸工程を経て製造されるため、高度な分子配向により微細孔を高気孔率にすることができる。よって、透過水量が多い高性能の濾過膜としながら、散気処理で揺れを発生させても、濾過膜に亀裂ができたり、破断したりせず、優れた耐久性を有する。【００２０】
また、前記のように、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は殆どの薬品に犯されない化学的安定性を有し、耐食性に優れている。一般的に、比表面積の大きい多孔質膜は、バルク体に比べて薬品に浸食されやすく強度も小さいが、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は有機・無機の酸、アルカリ、酸化剤、還元剤及び有機溶剤等のほとんど全ての有機・無機薬品に対して不活性であり、耐薬品性に極めて優れる。そのため、従来の平膜エレメントのように洗浄薬剤が制約されず、堆積物の種類に応じて種々の化学薬品を選択して、必要時には高濃度にて濾過膜の洗浄を長期に渡り行なうことができる。例えば、バイオファウリングを完全に溶解除去・殺菌するために、次亜塩素酸ナトリウム水溶液や過酸化水素水などの強酸化剤の高濃度溶液を使用でき、排水中の油分等を除去するために、水酸化ナトリウム等の強アルカリ水溶液を使用することができる。【００２１】
前記延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は、平均孔径が０．０１〜５．０μｍであることが好ましい。該平均孔径はＰＭＩ社製パームポロメーター（型番  CFP-1200A）により測定している。
該延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は、粒子径５μｍである粒子の粒子捕捉率が９０％以上であることが好ましい。特に、活性汚泥を含む排水や微小な粒子を含む排水を被処理液とする場合では、粒子径０．４５μｍである粒子の粒子捕捉率が９０％以上であることが好ましい。【００２２】
具体的には、前記延伸ＰＴＦＥ多孔質膜の平均膜厚は５〜２００μｍとし、気孔率は５０％以上、好ましく６０％以上、更に好ましくは８０％以上としている。平均膜厚はダイアルゲージにより測定しており、気孔率はＡＳＴＭ  Ｄ７９２に記載の方法で測定している。
かつ、該延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上であることが好ましい。【００２３】
濾過膜として用いる延伸ＰＴＦＥ多孔質膜とは、ＰＴＦＥが重量比８０％以上のことを指し、更に好ましくは９０％以上である。
併用する熱可塑性のフッ素樹脂はＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ等が挙げられ、その中でもＰＴＦＥの融点ピーク以上（３２７℃以上）でも比較的分解速度が低いＦＥＰが好ましく、更にはＰＦＡがより好ましい。
さらに、これら少なくとも延伸ＰＴＦＥ膜を含む膜はこれをベースとし、その表面を親水ポリマーなどにより複合化した膜としてもよい。たとえば親水化の場合、ポリビニルアルコールを膜に含浸したあとジアルデヒドなどで化学架橋することにより親水性ＰＴＦＥ膜を製造することができ、本発明に適用できる。【００２４】
前記のように、濾過膜は処理液が通過する空間をあけて対向させていればよく、対となる２枚の濾過膜を並行に対向配置しても良いし、Ｕ形状に２つ折りして対向させた１枚の濾過膜から構成することもできる。延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は十分な曲げ強度及び柔軟性を有するので、折り曲げても濾過性能や強度が損なわれないと共に、Ｕ形状にして対向する両側面の外周を溶着または接着すると、外周封止材を別途用いる必要がなくなる。【００２５】
前記対向配置する濾過膜の間に配置して処理液流路用の空間を確保する前記支持体は、可撓性材からなり、処理液通路を確保できるものであれば限定されないが、濾過膜を強度を有する延伸ＰＴＦＥ多孔質膜で構成することで、前記のように、ネット（メッシュ）、不織布、フェルト、穴空きシート等の薄く柔軟な素材が好適に用いられる。
これにより、該支持体と両側に配置する濾過膜とを合計した平膜エレメントの厚さを前記のように６ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、さらに、最低１ｍｍと薄くすることができる。
前記支持体と濾過膜とは、少なくとも一部または全部が接着または溶着していることが好ましい。特に、ネット、不織布等の支持体と濾過膜は完全に固着せず、点接着など部分的に固着すると、濾過膜の撓みをより大きくできる点で好ましい。【００２６】
前記支持体は、耐薬品性に優れていながら熱溶着が可能な、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素樹脂等で形成することが好ましい。
前記ポリオレフィン系樹脂は融点が低く加工性がよく、加水分解しにくい利点がある。
また、フッ素樹脂系材料は洗浄の際、高濃度オゾンなど極めて酸化性の強い物質にも耐える利点がある。【００２７】
本発明の平膜エレメントは、重量が４００〜２０００ｇ／ｍ２としていることが好ましい（なお、ｇ／ｍ２の面積は膜面積ではなく、平膜エレメントの面積を指す。）。【００２８】
第二の発明として、前記濾過用平膜エレメントを複数枚備えていることを特徴とする平膜型分離膜モジュールを提供している。
なお、平膜エレメントは、空間をあけて並列配置することが好ましいが、必ずしも整列させる必要はなく、空間をあけて複数配置させる構成であればよい。用途に応じて、放射状、螺旋状、多角形の各辺を構成する形状、同心円状等の配置とすることができる。【００２９】
前記平膜エレメントを７ｍｍ以下４ｍｍ以上の間隔をあけて１００枚を整列配置する場合、ユニットの縦寸法が平均５００〜１０００ｍｍ、２００枚の場合は１０００〜１５００ｍｍとし、ユニットの横寸法が平均５００〜６００ｍｍとすることが好ましい。ここで縦寸法とは、平膜エレメントを鉛直方向に配設し、これを幅方向の位置を揃えて適度な間隔を設けて複数並べたときの、その方向の長さを表す。
さらに望ましい形態は、例えば、幅寸法が７０ｍｍ以下、望ましくは５０ｍｍ以下のエレメントが縦横に整列し、また一列ごとに、そのエレメント配列の中心値を交互にずらすなどすることが望ましい。これらをまとめて樹脂で封止する。このように、エレメントの幅寸法を小さくし、より軽くすることでより揺れやすくし、かつ小さなテープ状のエレメント間であるがゆえに、散気による気泡を含む旋回流が流れこみやすく、気泡をよりすみやかに膜間に行き渡らせるとともに振動をより多く与えることができる。【００３０】
従来市販されている平膜型分離膜モジュールでは膜間寸法は８ｍｍ以上であるが、本発明では、前記のように、８ｍｍより小さい７ｍｍ以下、さらに、５ｍｍ〜４ｍｍとしている。この膜間寸法を小さく出来るのは、平膜エレメントを撓み易くして、散気管からのエアバブリングで平膜エレメントの膜面に懸濁成分を堆積しにくくしていることによる。
また、膜間寸法を小さくすると、膜間の下方位置に配置する散気管の噴射口から噴射するエアバブリングに効率よく接触させやすくなり、平膜エレメントを撓み易くすることができる。
このように、膜間寸法を小さくすることにより、分離膜モジュールの平膜エレメントの数を従来と同一とすると、分離膜モジュールを薄く小型化でき、従来と同一幅とした場合には、平膜エレメントの取付個数を増加して、処理能力を上げることができる。
なお、一つの平膜型分離膜モジュールに取り付ける平膜エレメントは、通常、１００〜２００枚である。【００３１】
また、前記のように、平膜エレメントが１００枚の場合、分離膜モジュールの縦寸法が平均５００〜１０００ｍｍ、平膜エレメントが２００枚の場合、縦寸法は平均１０００〜１５００ｍｍ、分離膜モジュールの横寸法はいずれも平均５００〜６００ｍｍとしている。
例えば、平膜エレメント２００枚の場合、従来市販されている平膜ユニットの縦寸法は２０００ｍｍ以上であるが、本発明で、平膜エレメントを２．５ｍｍ、膜間隔を４ｍｍのときは縦寸法が１３００ｍｍとなり、前記の６５％以下の寸法としている。
このように、平膜エレメントの膜面積を小さくできるのは、１枚の膜エレメントの厚みが小さく、かつ揺れやすいために濾過膜の表面への堆積物の付着を低減防止できるため、膜間の隙間を小さくできる。これによりユニットがコンパクトであるにも関わらず被処理液の処理能力を高めることができる。即ち、従来の大きな平膜エレメントと同一の膜面積で同等な被処理液の処理能力とする場合、本発明では膜の設置面積を小さくでき、その結果、平膜エレメントを小型化することができる。【００３２】
前記平膜エレメントは上部固定材に間隔を固定し、該上部固定材に集水口および集水管連結筒を設け、前記平膜エレメントの処理液取出口を前記集水口に連通させ、あるいは、前記各平膜エレメントの処理液取出口に集水管連結筒を設け、該集水管連結筒を集水管の分岐管に連結して各平膜エレメントを吊り下げるものとすることが好ましい。
ただし、各エレメントの下方は、エアバブリングによる膜の踊りを防ぎ、その位置をある程度保持する必要もあるため簡単な固定ジグを設けている。あるいは、樹脂等で固定してもよい。下端の固定だけなら、濾過槽内で下方から噴射するエアバブリングで平膜エレメントの揺れ作動は阻害されない。また、後記のように、各平膜エレメントはそれぞれ集水管の分岐管に処理液取出口に２カ所で接続して吊り下げると、固定材を不要とできる。この場合も下方に位置決めのジグが必要である。接続を２カ所としているのも同様に各エレメントがふれて存在位置が不規則となるのを防ぐためである。なお、分岐管を備えた集水管を平膜エレメントに予め連結してユニットとして組み立てておくと、使用時には、集水管を連結するだけでよく、使い勝手を良くすることができる。【００３３】
また、前記平膜型分離モジュールの外周にフレームを取り付け、該フレームの下部に散水管を取り付け、前記平膜エレメントの下方に散水管を配置している平膜型ユニットとしてもよい。【００３４】
さらに、本発明は、前記平膜型分離膜モジュールを被処理液槽内に吊設し、該分離膜モジュールの下方に散気管を配管し、該散気管から噴出する気泡を前記分離膜モジュールの前記平膜エレメント間に散気し、前記散気管への供給空気量を被処理液の透過流量に対して９〜１５倍としている濾過装置を提供している。
前記散気管への供給空気量は、本発明者が実験により、従来市販されている平膜型分離膜モジュールに対して散気する散気管の供給空気量の略半分であることを知見した。
【発明の効果】
【００３５】
前述したように、本発明の濾過用の平膜エレメントは、フレキシブルとしているため、散気管からのエアバブリングに接すると揺れるものとなり、この揺れで濾過膜表面に懸濁成分を付着しにくくでき、かつ、懸濁成分が付着して堆積しても、該堆積物を剥離することができ、ファウリングが発生しにくいものとなる。
濾過膜間で処理液通路を確保するために設ける支持材を薄く柔らかい可撓性を有するものとすると共に、外周封止部にも可撓性を持たせているため、濾過膜の揺れを阻害する部材はなく、揺れ易くすることができる。その結果、散気管から噴出する空気量を低減でき、ランニングコストを低下することができる。特に、その効果は１枚の平膜エレメントの幅を狭くすることによりその効果をより高めることができる。
このように、平膜エレメント全体を薄くすることができるため、多数の平膜エレメントを備えた平膜型分離膜モジュールを薄く小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態の濾過用平膜エレメントを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は一面側の濾過部を取り除いた状態の一部正面図、（Ｄ）および（Ｅ）は一部斜視図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）は平膜エレメントの変形例を示す図面である。
【図３】平膜型分離膜モジュールの実施形態を示し、（Ａ）が斜視図、（Ｂ）は上面図、（Ｃ）は一部断面図である。
【図４】平膜型分離膜モジュールの第１変形例を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平膜エレメントの配置を示す平面図、（Ｃ）は平膜エレメントの下端に固定治具を取り付けた状態を示す図面である。
【図５】平膜型分離膜モジュールの第２変形例を示す斜視図である。
【図６】平膜型分離膜モジュールの第３変形例を示す概略図である。
【図７】濾過装置の実施形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１（Ａ）〜（Ｅ）に本発明の第１実施形態を示す。
第１実施形態の平膜エレメント１０は、高濁度の懸濁成分を含む被処理液中に浸漬して固液分離処理を行うものであり、下水および活性汚泥からなる曝気槽内に浸漬して膜分離活性汚泥法に用いられるものとしている。
【００３８】
平膜エレメント１０は、下端を折り曲げてＵ形状に配置する多孔質延伸ＰＴＦＥ製シートからなる濾過膜１１と、該濾過膜１１の対向濾過部１１Ａ、１１Ｂの間にポリエチレン樹脂製のネットからなる支持体１２を介設し、処理液流路用の空間を確保している。
前記濾過膜１１はＵ形状に折り曲げた状態で、対向する対向濾過部１１Ａ、１１Ｂの外周縁を、上端の処理液取出口１４を空けて、熱融着してシールして外周封止部１３を形成している。
【００３９】
前記処理液取出口１４には、集水管との接続用の管部材１５のフランジ１５ａを熱融着してシール状態で突設している。
前記支持体１２のネットの厚さを約１．９ｍｍ程度とし、両側の対向濾過部の各厚さを０．３ｍｍ以下とし、平膜エレメント１０の全体厚さ（ｔ）は約２．５ｍｍと薄くしている。
【００４０】
前記支持体１２と濾過膜１１の対向濾過部１１Ａ、１１Ｂとは部分的に熱接着して固定している。なお、固定せずに遊離させてもよいが、支持体１２を位置決め保持すると共に濾過膜１１の支持強度を高める点で部分的に固定することが好ましい。
支持体１２とするネットは処理液取出口１４側に連通した多数の流路を備えると共に、対向濾過部１１Ａ、１１Ｂに対向する各面にも多数の流路を備え、対向濾過部１１Ａ，１１Ｂを透過した処理液がスムーズに支持体１２の内部に流れ、処理液取出口１４に到達する構成としている。
【００４１】
濾過膜１１とする延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は、単層でも良いし複層でもよい。
０．０１〜１０μｍの空孔を備え、粒子径０．４５μｍの粒子捕捉率が９０％以上のものを用いている。平均膜厚が５〜２００μｍ、空孔を囲む繊維状骨格の平均最大長さを５μｍ以下としている。また、該濾過膜１１は引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有している。かつ、３質量％の硫酸、４質量％の水酸化ナトリウム水溶液、有効塩素濃度１０％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液の各々に温度５０℃で１０日間浸漬しても透過水量が低下せず、損傷されない優れた耐薬品性を備えている。
【００４２】
このように、平膜エレメント１０の構成材は、多孔質延伸ＰＴＦＥからなる濾過膜１１、ネットからなる支持材１２としているため、平膜エレメント１０自体を容易に撓むフレキシブルなものとすることができる。かつ、濾過膜１１を比較的強度があり、平面保持力を有するＰＴＦＥ製としているため、フレキシブルでありながら保形性を有する。
かつ、平膜エレメント１０は全体厚さを２．５ｍｍと非常に薄くしている。
このように、平膜エレメント１０を薄く且つ撓みやすいものとしているため、後述するように、濾過槽に浸漬し、下方に配置する散気管からエアを噴出し気泡が発生すると、濾過面１１Ａ、１１Ｂは気泡との接触で揺れが生じるものとなる。
【００４３】
本発明の平膜エレメント１０は前記実施形態に限定されず、前記支持体１２とするネットは樹脂被覆金属ネットとしてもよい。
また、濾過膜は２枚の濾過膜とし、これら濾過膜の間に支持体を介在させた状態で、濾過膜の周縁同士を、上部の処理液取出口をあけて溶着、または接着して袋状としてもよい。
【００４４】
また、図２（Ａ）に示すように、２枚の濾過膜１１Ａ−１、１１Ｂ−１を設け、これらの外周縁に沿ってＰＦＡ、ＦＥＰあるいはポリオレフィン樹脂製の可撓性を有する外周枠部からなる外周封止材１９として配置し、該外周封止材１９の両側面に濾過膜１１Ａ−１、１１Ｂ−１の外周縁を融着または接着して取り付けている。
図２（Ｂ）に示す第２変形例では、支持体１２−１としてネットに変えて不織布を用いている。
さらに、支持体１２として、ネットや不織布に代えて、ＰＴＦＥあるいはポリオレフィン樹脂の穴空きシートを用いてもよい。
【００４５】
多数の前記平膜エレメント１０は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、上部固定材１８に上端の間隔をあけて保持して平膜型分離膜モジュール２０として組み立てている。
上部固定材１８は下端開口の集水口１８ａを設けた下部枠部１８ｂを備え、該下部枠部１８ｂに各平膜エレメント１０の上端部をモールドし、平膜エレメント１０の処理液取出口１４を集水口１８ａと連通して固定している。
上部固定材１８の上面には集水口１８ａと連通した連結筒１８ｄを突設し、該連結筒１８ｄを集水管２１に接続できるようにしている。
上部固定材１８はポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂などの熱溶融性プラスチック素材で形成している。また、各平膜エレメントの位置決めのための固定治具５０を設けている。
【００４６】
平膜型分離膜モジュール２０では、平膜エレメント１０を７ｍｍ以下４ｍｍ以上の間隔Ｓをあけて１００〜２００枚を整列配置している。
本実施形態では、４ｍｍの間隔をあけて、前記厚さ２．５ｍｍの平膜エレメント１０を２００枚取り付けて、縦寸法Ｈ２を１３００ｍｍ、横寸法Ｈ１を５６０ｍｍとしている。
なお、従来市販されている平膜型分離膜モジュールは縦寸法が２２００ｍｍ程度のものが多く、本発明は、縦寸法を従来品の６０％程度として小型化しながら、濾過膜１１の濾過面積は従来と略同等としている。
【００４７】
図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に平膜型分離膜モジュールの第１変形例を示す。
該第１変形例の平膜型分離膜モジュール２０−１は平膜エレメント１０の幅Ｗ１を小さくしてこれを適度な隙間を設けて多数配置している。即ち、第１実施形態の１枚の平膜エレメント１０を３〜４枚等の複数枚に分割し、Ｘ方向に隙間をあけて配置し、かつ、Ｙ方向に５ｍｍ程度の隙間をあけて、千鳥配置している。
本変形例１では、各平膜エレメント１０は、幅Ｗ１が５０ｍｍ、厚みが２．５ｍｍとしている。かつ、Ｘ方向に断面コ字状の固定治具５０を配置し、Ｘ方向に並設する平膜エレメント１０の下端を固定している。なお、上部固定材１８を無くした構成としてもよい。
【００４８】
図５に平膜型分離膜モジュールの第２変形例を示す。
該第２変形例の平膜型分離膜モジュール２０−２では、２本の集水管２１の分岐管２２に平膜エレメント１０の上端に取り付けた管部材１５を連結して所定の膜間隔をあけて並列状態で吊り下げ、平膜型分離膜モジュール２０−２として組み立てている。また、下部には、固定治具５０を設け、各平膜エレメント１０を位置決めしている。
【００４９】
前記第１、第２変形例の平膜型分離膜モジュールを用いた場合も、下方に散気管を設けてエアバブリングを発生させている。
前記平膜型分離膜モジュール２０−１、２０−２は、並列配置する多数の平膜エレメントの位置決め保持を上下部に設けられた最小の拘束手段だけで行い、各平膜を固定するために剛直性のある枠や板材を用いていないため、平膜エレメント１０の揺れが阻害されない。かつ、構成部品がすくないため、小型化および軽量化を図ることができる。
【００５０】
図６に平膜型分離膜モジュールの第３変形例を示す。
第３変形例の平膜型分離膜モジュール２０−３では、前記図３に示す実施形態で設けた上部固定材１８の外周面からフレーム２３を下方に垂設し、該フレームの下部に散気管２５が付設されている。該散気管２５の上面に設けた噴出口２５ａは平膜エレメント１０の間の空間に位置するように設定し、隣接する平膜エレメント間にエアバブリングを発生さている。
【００５１】
前記図３に示す平膜型分離膜モジュール２０を、図７に示すように、懸濁成分を含む被処理液Ｑが供給される濾過槽３０に吊り下げ、浸漬型外圧吸引濾過用として用いている。
平膜型分離膜モジュール２０の上部固定材１８の連結筒１８ｄが集水管３１の分岐管３１ａにそれぞれ接続して濾過槽３０内に吊り下げている。集水管３１には吸引ポンプ３６を取り付けている。
濾過層３０内には、下部に散気管３３を配管している。該散気管３３から平膜型分離膜モジュール２０の隣接する平膜エレメント１０の間に向けて散気し、エアバブリングを発生させている。
前記散気管３３にはブロア３４から配管３５を通して送気している。散気管３３へブロア３４から供給する空気量は、時間あたり膜面積あたりで、処理水透過量の９〜１５倍としている。この供給空気量は従来市販されている平膜型分離膜モジュールの略半分に相当する。
【００５２】
平膜型分離膜モジュール２０を備えた濾過装置を、膜分離活性汚泥法による排水処理に用いた場合の作用について説明する。
濾過槽３０内に供給される排水Ｑは、ＭＬＳＳ（混合液懸濁浮遊物質）が５，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌである。該排水Ｑは集水管３１に設けた吸引ポンプ３６の駆動により各平膜エレメント１０の濾過膜１１を透過させて固液分離を行っている。濾過膜１１を透過した処理済み液は処理液取出口１４より分岐管３１ａに流出して回収している。
【００５３】
平膜エレメント１０の表面に付着する懸濁成分の付着防止および付着した懸濁成分の堆積物を剥離除去するため、散気管３３より加圧空気を噴射して気泡Ｐを発生させ、エアバブリングを行っている。
気泡は平膜エレメント１０の濾過膜１１の外表面に接触させながら上昇し、気泡との接触および、エアバブリングに発生する水流、さらに、前記吸引ポンプ３６の吸引で発生する水流により、撓み易くした平膜エレメント１０に揺れが発生する。この揺れにより濾過膜１１の表面に懸濁成分が付着しにくくなると共に、付着した懸濁成分を剥離除去することができ、膜濾過にファウリングを発生しにくくでき、濾過作用を安定して継続させることができる。エアバブリングは、常時行っても良いし、定期的に行ってもよい。
【００５４】
なお、本発明は、前記実施形態及び実施例に限定されず、特許請求の範囲と均等の範囲内の変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１０  平膜エレメント
１１  濾過膜
１２  支持体
１３  外周封止部
１４  処理液取出口
２０  平膜型分離膜モジュール
３０  濾過層
３１  集水管
３３  散気管
【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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【国際調査報告】
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