(57)【要約】  下部開口から上部開口に至る内部領域を囲む壁体と、上部開口に対向する整流部を有する浸漬型膜分離装置。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部開口から上部開口に至る内部領域を囲む壁体と、内部領域内に配置する膜分離手段と、膜分離手段の下方に配置する散気装置を備えた浸漬型膜分離装置であって、壁体の上端又はその近傍から延びて上部開口に臨んで対向する整流部を有することを特徴とする浸漬型膜分離装置。
【請求項２】
整流部は、上部開口における壁体の内側縁近傍領域に対向することを特徴とする請求項１に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項３】
整流部は、上部開口の鉛直方向における上方領域の内側に向けて突出する形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項４】
複数の浸漬型膜分離装置を相互に隣接して配置し、列をなす複数の浸漬型膜分離装置における配列方向の外側位置にのみ整流部を配置したことを特徴とする請求項１に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項５】
膜分離手段は複数の膜エレメントを並列に配置し、膜エレメントの相互間に流路を形成してなり、膜エレメントが膜支持体の主面上に平膜からなるろ過膜を配置してなることを特徴とする請求項１に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項６】
整流部は、膜エレメントの配列方向と直交する方向において相対向する位置に配置し、かつ壁体の上部開口から離れるほどに双方の整流部間の距離が小さくなる形状を有することを特徴とする請求項５に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項７】
膜エレメントの配列方向と直交する方向において相対向する壁体縁辺間の距離に対して、双方の整流部間の最小離間距離が５０％以上で９０％以下であることを特徴とする請求項６に記載の浸漬型膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水や廃水などの一般水処理においてろ過または濃縮に用いられる浸漬型膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の膜分離装置としては、例えば図１５および図１６に示すように、複数の膜エレメント１を適当な間隔で並列に配置した浸漬型膜分離装置２が知られている。膜エレメント１は、膜支持体である矩形の平板状のろ板３に、その表面を覆って有機膜からなるろ過膜４を配置し、ろ過膜４を周縁部でろ板３に接合したものである。膜支持体には、樹脂製のろ板３の他に、不織布、ネット等がある。浸漬型膜分離装置２は処理槽５の被処理液６に浸漬して使用し、膜エレメント１の下方に配置した散気装置７から曝気用の気体を散気する。【０００３】
膜エレメント１は、駆動圧力を受けてろ過膜で被処理液６をろ過するものであり、処理槽５の槽内の水頭圧を駆動圧力とする重力ろ過、あるいはろ過膜の内側に負圧を駆動圧力として与える吸引ろ過に用いる。【０００４】
先行技術としては、例えば日本国特許公報（特許第３２５８５８３号）に記載するものがある。これは膜分離槽の内部に膜分離装置を備えるものであり、膜分離装置が多数のろ過膜板を並設してなり、水流形成装置がろ過膜板どうしの間に被処理液の上昇流を形成する。膜分離装置の上方における水面下に整流板を設けており、整流板は屈曲あるいは湾曲してなり、ろ過膜板どうしの間から流れ出る被処理液の上昇流を膜分離装置の外側に向けて斜め上方へ案内する。【０００５】
また、日本国特許公報（特許第３２９０５７７号）に記載した膜分離装置は、処理槽内の被処理液に浸漬して配置するものであり、上下が開口した箱状のケースの内部に複数の膜カートリッジを一定間隔で並列に設け、膜カートリッジの下方に散気装置を設けている。散気装置より散気する空気がそのエアリフト作用により上昇流を生起させ、上昇流により膜カートリッジの膜面を洗浄する。ケースの上部には、膜カートリッジの相互間の流路から抜け出た上昇流を上方に導く枠状の整流ケースを設けている。【０００６】
また、日本国特許公報（特許第３８６７４８１号）に記載した膜分離装置は、被処理液に浸漬して配置する膜モジュールを有し、膜モジュールの下方に散気管を配設したものであり、膜モジュールの周囲に散気誘導壁を配設している。散気誘導壁は、その上端部を外側に折り返した形状をなす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した浸漬型膜分離装置２においては、空気のエアリフト作用により気液混相の上昇流を生じさせ、上昇流によりろ過膜４の膜面に沿った被処理液６の流れを形成し、ろ過膜４を透過して流れる透過液の流れに対して被処理液６をクロスフローで供給する。以下においてはろ過膜４の膜面に沿った流れをクロスフローと称する。クロスフローは、相対向するろ過膜４の膜面間の流路を流れ、上昇流として浸漬型膜分離装置２から上方へ流れ出る。【０００８】
しかしながら、クロスフローは気泡の流れに依存し、気泡の流れは処理槽５の形状に影響を受ける。このため、処理槽５の形状によっては気泡の流れの態様がろ過膜４の膜面の一部に偏ったものとなり、結果としてクロスフローが膜面の全体に均一に形成されない場合がある。【０００９】
このクロスフローは、その拡散作用、洗浄作用によりフラックスに寄与し、ろ過効率の向上に貢献している。ここで、拡散作用は、被処理液中の固形物質を膜面に沿って拡散させるものであり、洗浄作用は、膜面上のファウリング物質を除去し、ろ過膜４の目詰まりを防止するものであり、これらの作用にはクロスフローの流速が関係し、この流速が大きいいほどに拡散作用、洗浄作用が向上する。【００１０】
したがって、拡散作用および洗浄作用を十分に発揮するには、クロスフローがろ過膜４の膜面の全体に均一に流れる態様をなし、ろ過膜４の膜面の各部位におけるクロスフローの流速が等しく、かつ大きいことが必要であり、これらの条件を満たすことがろ過効率の向上に貢献する。クロスフローの流速を上げるには、散気装置７から散気する曝気量を増やす必要がある。しかしながら、曝気量の増加は、振動による装置の寿命低下、膜の損傷、エネルギーコストの上昇等を起こす要因となる。【００１１】
次に、処理槽５の被処理液６は、浸漬型膜分離装置２から上方領域へ上昇流として流れ出た後に、反転して下降流となって浸漬型膜分離装置２の側方領域を流れ、再び下方領域から浸漬型膜分離装置２へ流入し、浸漬型膜分離装置２の内外にわたって循環流を形成する。【００１２】
このため、複数の膜エレメント１を所定の間隔で並列に配置する浸漬型膜分離装置２ではクロスフローが偏在する場合があり、膜エレメント１の幅方向、つまり膜エレメント１の配列方向と直交する方向において、膜エレメント１の中央部から離れて端部側に近づくほどに、膜エレメント１の相互間の流路を流れるクロスフローが多くなる傾向を有する。【００１３】
一方、被処理液６が浸漬型膜分離装置２から上方領域へ上昇流として流れ出た後に、反転して下降流となって浸漬型膜分離装置２の側方領域を流れる際に、上昇流に含まれた気泡の一部が下降流に連行される現象があり、浮力に起因する力が気泡に作用することで、下降流中の気泡は下降流の流れを阻害する要因となり、結果として膜分離装置から上方領域へ流れ出る上昇流の流れおよびクロスフローを阻害する。このため、下降流に連行される気泡の量が多くなるほどに、クロスフローの流速が小さくなる。【００１４】
この現象は処理槽の壁面から膜分離装置までの距離が近いほどに顕著となる。表１、図１２および図１３は、処理槽の壁面から膜分離装置までの距離が異なる場合におけるクロスフローの変化を示す解析結果である。この解析の条件は、液体の粘度１０ｍＰａ・ｓ、液体中に曝気した空気の気泡径５ｍｍ、膜分離装置の下方での単位面積当たりの曝気量２ｍ３／ｍｉｎ、膜分離装置の幅０．５ｍである。【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１、図１２および図１３において、処理槽の壁面から膜分離装置までの距離は「壁からの距離」として表記し、クロスフローの流速は「膜間液流速」として表記し、クロスフロー中の気泡の流速は「膜間気泡流速」として表記し、膜間気泡流速から膜間液流速を減じた気泡の流速、つまり静止した液体中の気泡の上昇速度は「気泡相対流速」として表記している。ただし、膜間液流速は膜エレメントの相互間の流路の上端での平均流速である。【００１７】
表１、図１２および図１３において明らかなように、壁からの距離が２ｍに達するまでは、壁からの距離が大きくなるほどに膜間液流速が増加する傾向を示し、その後は緩やかに減少する傾向を示す。【００１８】
気泡相対流速は次式の理論値にほぼ一致する。ただし、壁からの距離が０．０５ｍであるときを除く。【００１９】
ｖ＝４／３Ｃｄ・（ρ−ρｗ）／ρｗ・ｇ・ｄ
（ここで、ｖは気泡相対流速、Ｃｄは抵抗係数、ρは気泡密度、ρｗは液体密度、ｇは重力加速度、ｄは気泡径）
上記の結果より、処理槽の壁面から膜分離装置までの距離が近いほどに、エアリフト作用の効率が低下し、クロスフローが小さくなることが分かる。【００２０】
図１４は、壁からの距離がそれぞれ０．３５ｍ、０．５ｍ、１ｍ、２ｍ、１０ｍである場合において、処理槽内の被処理液中における気泡の体積分率を示す模式図である。ただし、膜分離装置の幅方向の中心位置から処理槽の壁面までの領域を示している。図１４中において、処理槽の壁面は符号Ｗで示し、膜面の端部は符号Ｍで示しており、１０ｍの場合は処理槽の壁面を省略した図である。【００２１】
この体積分率の多寡を表す表示方法は、本来は画面上で単色の濃淡によって行なうものであり、紙面上では濃淡差を明確に表現できない。【００２２】
このため、図１４においては体積分率の異なる領域を概略的に、かつ模式的に示し、さらに各領域に異なる模様を付して表現している。【００２３】
この表現方法において、図１４は、処理槽の壁面から膜分離装置までの距離が０．３５ｍ、０．５ｍ、１ｍである場合は、下降流に連行される気泡の量が多くなることを表している。【００２４】
図１４に示す結果、および下降流に連行される気泡の量が多くなるほどに、クロスフローの流速が小さくなることから、処理槽の壁面から膜分離装置までの距離が０．３５ｍ、０．５ｍ、１ｍである場合は、クロスフローの流速が小さくなる。このため、処理槽の壁面から膜分離装置までの距離は２ｍ程度もしくはそれ以上にすることが好ましい。【００２５】
しかしながら、限られた容積の処理槽内により大きな膜分離装置を配置する場合には、あるいはより多くの膜分離装置を配置する場合には、処理槽の壁面から膜分離装置までの距離が小さくなるので、上述した問題の解決が求められる。【００２６】
本発明は上記した課題を解決するものであり、クロスフローの態様をろ過膜の膜面の全体に均一に流れる状態に近いものとすることができ、ろ過膜の膜面の各部位におけるクロスフローの流速を大きくすることができる膜分離装置を提供するものであり、さらには限られた容積の処理槽内により大きな膜分離装置を配置する場合や、多くの膜分離装置を配置する場合にあっても拡散作用および洗浄作用を十分に発揮することができる浸漬型膜分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記課題を解決するために、本発明の浸漬型膜分離装置は、下部開口から上部開口に至る内部領域を囲む壁体と、内部領域内に配置する膜分離手段と、膜分離手段の下方に配置する散気装置を備えた浸漬型膜分離装置であって、壁体の上端又はその近傍から延びて上部開口に臨んで対向する整流部を有することを特徴とする。【００２８】
また、本発明の浸漬型膜分離装置において、整流部は、上部開口における壁体の内側縁近傍領域に対向することを特徴とする。【００２９】
また、本発明の浸漬型膜分離装置において、整流部は、上部開口の鉛直方向における上方領域の内側に向けて突出する形状を有することを特徴とする。【００３０】
また、本発明の浸漬型膜分離装置において、複数の浸漬型膜分離装置を相互に隣接して配置し、列をなす複数の浸漬型膜分離装置における配列方向の外側位置にのみ整流部を配置したことを特徴とする。【００３１】
また、本発明の浸漬型膜分離装置において、膜分離手段は複数の膜エレメントを並列に配置し、膜エレメントの相互間に流路を形成してなり、膜エレメントが膜支持体の主面上に平膜からなるろ過膜を配置してなることを特徴とする。【００３２】
また、本発明の浸漬型膜分離装置において、整流部は、膜エレメントの配列方向と直交する方向において相対向する位置に配置し、かつ壁体の上部開口から離れるほどに双方の整流部間の距離が小さくなる形状を有することを特徴とする。【００３３】
また、本発明の浸漬型膜分離装置において、膜エレメントの配列方向と直交する方向において相対向する壁体縁辺間の距離に対して、双方の整流部間の最小離間距離が５０％以上で９０％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
以上の本発明において、浸漬型膜分離装置は、処理槽内に配置し、散気装置から散気する曝気空気によって処理槽内に被処理液の上昇流を生じさせる状態で運転する。【００３５】
上昇流は、膜分離手段、つまり膜エレメントの膜面に沿って内部領域を流れ、上部開口から整流部間を通過して処理槽の上方領域に流れ出る。そして、処理槽の上方領域で反転して下降流となり、浸漬型膜分離装置の側方領域を流れる。【００３６】
このため、上部開口における壁体の内側縁近傍領域、つまり膜エレメントの両側部近傍領域から流れ出る上昇流にあっても、上部開口から直接的に下降流となることはなく、一旦、整流部間を通過して処理槽の上方領域に流れ出て後に反転して下降流となるので、上昇流に含まれた気泡が処理槽の上方領域で離間し、被処理液の液面上に解放され、下降流が気泡を連行することを抑制できる。【００３７】
この際に、上部開口における壁体の内側縁近傍領域、つまり膜エレメントの両側部近傍領域から流れ出る上昇流に対して、上部開口に臨んで対向する整流部が抵抗として作用する。このため、膜エレメントの両側部近傍領域を流れる上昇流の流れが抑制され、結果として上昇流が膜エレメントの膜面の全体に均等に流れる状態に近いものとなる。【００３８】
よって、クロスフローの態様をろ過膜の膜面の全体に均一に流れる状態に近いものとすることができ、ろ過膜の膜面の各部位におけるクロスフローの流速が等しくなる状態に近いものとすることができる。下降流が気泡を連行することを抑制することで、下降流の流れを阻害する要因をなくして下降流の円滑な流れを実現し、結果としてろ過膜の膜面の各部位におけるクロスフローの流速を大きくすることができる。【００３９】
したがって、限られた容積の処理槽内により大きな膜エレメントを充填する場合にあっても、より多くの膜エレメントを充填する場合にあっても拡散作用および洗浄作用を十分に発揮することができる。【００４０】
また、このことは従来よりも少ない曝気量で同等の拡散作用および洗浄作用を発揮できることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態における浸漬型膜分離装置を示す斜視図
【図２】同浸漬型膜分離装置を示す断面図
【図３】解析における浸漬型膜分離装置のモデルを示す斜視図
【図４】同解析における浸漬型膜分離装置のモデルを示す断面図
【図５】同解析における浸漬型膜分離装置の各種モデルにおける整流板を示す模式図
【図６】同解析における浸漬型膜分離装置の各種モデルにおける整流板を示す模式図
【図７】同解析における流速分布を示すグラフ図
【図８】同解析における流速分布を示すグラフ図
【図９】同解析における流速分布を示すグラフ図
【図１０】本発明の実施の形態における他の浸漬型膜分離装置を示す斜視図
【図１１】本発明の実施の形態における他の浸漬型膜分離装置を示す斜視図
【図１２】従来の構成に係る浸漬型膜分離装置における流速分布を示すグラフ図
【図１３】同構成における流速分布を示すグラフ図
【図１４】同構成における気泡の体積分率を示す模式図
【図１５】同構成における浸漬型膜分離装置を示す斜視図
【図１６】同構成における浸漬型膜分離装置を示す断面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１および図２において、浸漬型膜分離装置１１は膜分離手段として複数の膜エレメント１２を適当な間隔で並列に配置してなり、膜エレメント１２の相互間に流路を形成している。膜分離手段には、本実施の形態に係る膜エレメント１２に限らず、中空糸膜やセラミックチューブ膜などの種々の形式のものを使用できる。【００４３】
膜エレメント１２は、膜支持体である矩形の平板状のろ板１３に、その表面を覆って有機膜からなるろ過膜１４を配置し、ろ過膜１４を周縁部でろ板１３に接合したものである。膜支持体には、樹脂製のろ板１３の他に、シート状の不織布、ネット等がある。膜エレメント１２の下方には曝気用の気体を散気する散気装置１５を配置している。浸漬型膜分離装置１１は処理槽１６の被処理液１７に浸漬して使用する。【００４４】
膜エレメント１２は、駆動圧力を受けてろ過膜１４で被処理液１７をろ過するものであり、駆動圧力として処理槽１６の槽内の水頭圧を与える場合、あるいはろ過膜１４の内側に負圧を駆動圧力として与える場合がある。【００４５】
浸漬型膜分離装置１１は、膜エレメント１２の周囲の側面を囲む壁体１８を有し、壁体１８で囲まれた内部領域に下部開口１８ａから上部開口１８ｂに至る流路を形成しており、内部領域に膜エレメント１２を配置している。【００４６】
本実施の形態では、膜エレメント１２と壁体１８とが別体である。しかしながら、膜エレメント１２の両側部に壁体１８の一部をなす部位を設け、膜エレメント１２を配列することで膜エレメント１２の両側位置に壁体１８を形成することも可能である。【００４７】
本実施の形態では、上下方向において膜エレメント１２の上端が上部開口１８ｂに対応し、膜エレメント１２の下端が下部開口１８ａに対応している。しかしながら、壁体１８で形成する内部領域は膜エレメント１２より長く形成することも可能であり、上部開口１８ｂが膜エレメント１２の上端より上方に位置し、下部開口１８ａが膜エレメント１２の下端より下方に位置することも可能である。【００４８】
壁体１８の上端位置には整流部をなす整流板１９を設けており、整流板１９の形状は後に詳述する。整流板１９は膜エレメント１２の配列方向と直交する方向において相対向する位置と、膜エレメント１２の配列方向において相対向する位置とに配置している。【００４９】
整流板１９を設ける態様は、図１に示すように、上部開口１８ｂの四辺の全周にわたって設けるものに限らず、図１０に示すように、膜エレメント１２の配列方向と直交する方向において相対向する位置にのみ整流板１９を設けることも可能である。【００５０】
この理由は、クロスフローの偏流が主として膜エレメント１２の幅方向において生じることにあり、膜エレメント１２の幅方向の両側、つまり膜エレメント１２の配列方向と直交する方向において相対向する位置にのみ整流板１９を設けることでも本願発明は実現できる。【００５１】
さらに、本実施の形態では膜エレメント１２を１列に配置した構成を開示している。しかしながら、膜エレメント１２を複数列で配置する場合には複数列の膜エレメント１２を隔てた位置に整流板１９を配置することも可能である。【００５２】
例えば、図１１に示すように、複数の浸漬型膜分離装置を相互に隣接して配置し、列をなす複数の浸漬型膜分離装置における配列方向の外側位置にのみ整流板１９を配置することも可能である。この場合にあっても、膜エレメント１２の配列方向と直交する方向において相対向する位置にのみ整流板１９を設けることも可能である。【００５３】
整流板１９は、壁体１８の上端位置から斜め上方へ、つまり上部開口１８ｂの鉛直方向における上方領域の内側に向けて突出する形状を有し、壁体１８の内側縁近傍領域に臨んで上部開口１８ｂに対向している。整流板１９は、壁体１８の上部開口から離れるほどに双方の整流板１９の間の距離が漸次に小さくなる形状をなし、双方の先端間が最小離間距離の最小離間部をなす。【００５４】
しかしながら、整流板１９は、壁体１８と一体的な構造である必要はなく、壁体１８の上端から離れた位置に、つまり壁体１８の上端近傍から延びる形状とすることも可能であり、壁体１８の周囲を囲む形状とすることも可能であり、整流板１９の途中位置において最小離間部を形成することも可能である。いずれにしても、整流板１９は上部開口１８ｂの鉛直方向における上方領域の内側へ向けて突出している。【００５５】
また、図５に示すように、整流板１９は平板面に限定するものではなく、凹面や凸面とすることも可能であり、曲面や屈曲した面を採用することも可能である。さらに、整流板１９として利用可能な素材には、孔の無い部材に限らず、パンチングメタルの様な孔の有る部材や、スリットを有する部材がある。【００５６】
以下に、上記した構成の作用を説明する。ろ過運転時には、散気装置１５から被処理液中に空気を曝気し、被処理液中に気液混相の上昇流を生じさせる。この上昇流により被処理液１７をクロスフローで膜エレメント１２の膜面に沿って供給するとともに、膜エレメント１２の膜面を洗浄する。【００５７】
上昇流は、膜エレメント１２の膜面に沿って内部領域を流れ、上部開口１８ｂから整流板１９の最小離間距離の最小離間部を通過して処理槽１６の上方領域に流れ出る。そして、処理槽１６の上方領域で反転して下降流となり、浸漬型膜分離装置１１の側方領域を流れ、循環流を形成する。【００５８】
このため、上部開口１８ｂの内側縁近傍領域、つまり膜エレメント１２の両側部近傍領域から流れ出る上昇流にあっても、上部開口１８ｂから直接的に下降流となることはなく、一旦、整流板１９の最小離間距離の最小離間部を通過して処理槽１６の上方領域に流れ出て後に反転して下降流となるので、上昇流に含まれた気泡が処理槽１６の上方領域で離間し、被処理液の液面上に解放され、下降流が気泡を連行することを抑制できる。【００５９】
この際に、上部開口１８ｂの内側縁近傍領域、つまり膜エレメント１２の両側部近傍領域から流れ出る上昇流に対して、上部開口１８ｂに臨んで対向する整流板１９が抵抗として作用する。このため、膜エレメント１２の両側部近傍領域を流れる上昇流の流れが抑制され、結果として上昇流が膜エレメント１２の膜面の全体に均等に流れる状態に近いものとなる。【００６０】
よって、上昇流、つまりクロスフローの態様をろ過膜の膜面の全体に均一に流れる状態に近いものとすることができ、ろ過膜の膜面の各部位におけるクロスフローの流速が等しくなる状態に近いものとすることができる。【００６１】
下降流が気泡を連行することを抑制することで、下降流の流れを阻害する要因をなくして下降流の円滑な流れを実現し、結果としてろ過膜１４の膜面の各部位におけるクロスフローの流速を大きくすることができる。【００６２】
したがって、限られた容積の処理槽内により大きな浸漬型膜分離装置１１を配置する場合や、より多くの浸漬型膜分離装置１１を配置する場合にあっても拡散作用および洗浄作用を十分に発揮することができる。【００６３】
以下に、本発明の浸漬型膜分離装置に係る解析について説明する。図３において、（ａ）は整流板を設けた本願発明の構成のモデルを示し、（ｂ）は整流板を設けていない従来の構成のモデルを示している。図４は本願発明の構成を部分的に示している。図３および図４において、散気箇所３０は図１および図２における散気装置１５に相当するものであり、他の構成要素には図１および図２における符号を付して説明する。また、膜エレメント１２の膜面上には、４つの測定点、下方から上方へ順次にｌｉｎｅ１、ｌｉｎｅ２、ｌｉｎｅ３、ｌｉｎｅ４を設定している。【００６４】
この解析においては、図５に示すように、整流板１９の形態の相違によって８つのモデルを設定し、整流板１９を設けていないモデルを対照標準としている。以下に各モデルを説明する。
モデル１．
図５（ａ）に示すように、整流板１９は、平板面を有し、上部開口１８ｂの流路断面に対して６０°に傾斜し、かつ整流板１９の長さが２００ｍｍであり、最小離間距離が３００ｍｍである。
モデル２．
図５（ａ）に示すように、整流板１９は、平板面を有し、上部開口１８ｂの流路断面に対して６０°に傾斜し、かつ整流板１９の長さが１００ｍｍであり、最小離間距離が４００ｍｍである。
モデル３．
図５（ｂ）に示すように、整流板１９は、平板面を有し、上部開口１８ｂの流路断面に対して３０°に傾斜し、かつ整流板１９の長さが２００ｍｍであり、最小離間距離が１５４ｍｍである。
モデル４．
図５（ｂ）に示すように、整流板１９は、平板面を有し、上部開口１８ｂの流路断面に対して３０°に傾斜し、かつ整流板１９の長さが１００ｍｍであり、最小離間距離が３２７ｍｍである。
モデル５．
図５（ｃ）に示すように、整流板１９は、上部開口１８ｂに対して凹面の円弧状をなし、円弧の弦が上部開口１８ｂの流路断面に対して６０°に傾斜し、かつ弦の長さが２００ｍｍであり、最小離間距離が３００ｍｍである。
モデル６．
図５（ｄ）に示すように、整流板１９は、上部開口１８ｂに対して凸面の円弧状をなし、円弧の弦が上部開口１８ｂの流路断面に対して６０°に傾斜し、かつ弦の長さが２００ｍｍであり、最小離間距離が３００ｍｍである。
モデル７．
図５（ｅ）に示すように、整流板１９は、屈曲した形状をなし、上部開口１８ｂの流路断面に対して垂直な部位と平行な部位からなり、垂直な部位の長さが１００ｍｍ、平行な部位の長さが１００ｍｍであり、最小離間距離が３００ｍｍである。
モデル８．
図５（ｆ）に示すように、整流板１９は、屈曲した形状をなし、各辺が上部開口１８ｂの流路断面に対して４５°に傾斜し、各辺の長さが１４１ｍｍであり、最小離間距離が３００ｍｍである。
モデル９．
図５（ｇ）に示すように、整流板１９を設けない構成である。
解析条件
解析ソフト；Ｆｌｕｅｎｔ  ｖｅｒ６．３
解析モデル；２Ｄ、倍精度、混相流（二流体Ｅｕｌｅｒ−Ｅｕｌｅｒ）、膜分離装置の下方での単位面積当たり曝気量２ｍ３／ｍｉｎ、膜エレメント幅５００ｍｍ
結果
１．モデル１〜モデル８の全てにおいて、散気箇所３０より曝気を行なうことで、壁体１８の内外にわたって循環流が形成される。【００６５】
２．モデル１〜モデル８の全てにおいて、循環流は膜エレメント１２の幅方向の側部に近いほどに速くなる傾向にあり、膜エレメント１２の幅方向の中央側に近いほどに遅くなる傾向にあり、この傾向は流れが上昇するにしたがって顕著になった。【００６６】
図７は、モデル１における流速の変化を示すものであり、膜エレメント１２の膜面上のｌｉｎｅ１、ｌｉｎｅ２、ｌｉｎｅ３、ｌｉｎｅ４の各位置におけるクロスフローの流速を示しており、膜エレメント１２の幅方向の端である膜端から膜エレメント１２の幅方向の中央側に近いほどに遅くなる傾向を示しており、この傾向は下位の測定点から上位の測定点に移動するほどに顕著となる。【００６７】
図８は、モデル９における流速の変化を示すものであり、モデル１と同様の傾向を示している。しかしながら、モデル１の傾向に比べて、膜エレメント１２の幅方向の端である膜端から膜エレメント１２の幅方向の中央側に近いほどに遅くなる傾向が大きくなる。【００６８】
すなわち、整流板１９の存在によって、膜エレメント１２の膜面上におけるクロスフローの流速の偏在が緩和された。【００６９】
【表２】
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【００７０】
【表３】
2009144770.tif 000005
【００７１】
表２、表３は、モデル１〜モデル９におけるクロスフローの流速を示し、膜エレメント１２の膜面の全体での平均流速および最大流速、ｌｉｎｅ４における平均流速および偏差を示している。【００７２】
表２、表３に示すように、整流板１９のないモデル９に比べて、整流板１９を設けるモデルにおいて平均流速が大きくなる傾向を示す。ただし、モデル３を除く。また、偏差も整流板１９を設けるモデルにおいて小さくなる傾向を示す。【００７３】
特にモデル１、モデル４、モデル５、モデル７では流速、偏差がともに改善している。モデル３では整流板１９の間での抵抗が大きくなり過ぎて、モデル９より平均流速が低下した。【００７４】
図９はモデル１とモデル９とにおける平均流速の分布を示すものであり、膜エレメント１２の幅方向の端である膜端から膜エレメント１２の幅方向の中央側に近いほどに遅くなる傾向があり、整流板１９を設けるモデル１における偏差が整流板１９のないモデル９の偏差に比べて小さくなることが分かる。【００７５】
次に、図６に示すように、整流板１９の間の最小離間部における開口割合が異なる１０のモデルを設定して解析した。開口割合（％）は装置幅に対する最小離間部における最小離間距離の割合であり、最小離間距離／装置幅×１００により求める。各モデルの最小離間距離および開口割合は表４および表５に示す。【００７６】
【表４】
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【００７７】
【表５】
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【００７８】
全モデル１０−１９において装置幅は５００ｍｍである。図６（ａ）および表４に示す各モデル１０−１４において、整流板１９は上部開口１８ｂの流路断面に対して１５°に傾斜し、図６（ｂ）および表５に示す各モデル１５−１９において、整流板１９は上部開口１８ｂの流路断面に対して６０°に傾斜する。【００７９】
モデル１０．最小離間距離２００ｍｍ、開口割合４０％、モデル１１．最小離間距離２５０ｍｍ、開口割合５０％、モデル１２．最小離間距離３００ｍｍ、開口割合６０％、モデル１３．最小離間距離４００ｍｍ、開口割合８０％、モデル１４．最小離間距離４５０ｍｍ、開口割合９０％、モデル１５．最小離間距離１５０ｍｍ、開口割合３０％、モデル１６．最小離間距離２００ｍｍ、開口割合４０％、モデル１７．最小離間距離３００ｍｍ、開口割合６０％、モデル１８．最小離間距離４００ｍｍ、開口割合８０％、モデル１９．最小離間距離４５０ｍｍ、開口割合９０％
先に図５ｇおよび表３において示した整流板１９のないモデル９に比べて、表４、表５に示すように、整流板１９の傾斜角度に関係なく、開口割合が５０％−９０％であるモデル１１−１４および１７−１９モデルにおいて平均流速が大きくなる傾向を示す。【００８０】
さらに、好ましい結果として、開口割合が５０−６０％であるモデル１１、モデル１２、モデル１７では、平均流速が大きくなるとともに、偏差が小さくなる傾向を示す。【００８１】
以上の結果より、整流板の設置は膜間の液流速と偏差の改善に効果があること、および膜間の液流速と偏差の改善は整流板の形状よりも最小離間部の開口割合の大きさに依拠することが確認できた。整流板１９が、クロスフローに対して抵抗となる存在にも拘らず、偏差の改善および平均流速の向上に効いている理由としては以下の要因が考えられる。【００８２】
クロスフローは気泡流に依拠しており、クロスフローによって槽全体に循環流が発生する。気泡自体は自らの浮力によって上方向へ移動しつつ、循環流の流れに乗って膜エレメント１２の幅方向の端部側に集まる。【００８３】
気泡が上部開口１８ｂから直ちに下降流に巻き込まれると、その気泡は上昇流の駆動力ではなくなり、下降流中に渦が発生する要因となり、下降流の流れを阻害してエネルギーロスが生じる。【００８４】
上述した現象により、気泡流に依拠するクロスフローの流速が膜エレメント１２の膜面上の位置によって異なるものとなる。【００８５】
しかしながら、整流板１９が循環流による気泡流の連行を抑制し、気泡流を処理槽の液面に向けて上方へ導き、気泡が処理槽の液面上に解放されることで、下降流中に渦が発生することを抑制するとともに、渦の発生位置を浸漬型膜分離装置から遠ざけることができ、その結果、クロスフローの流速の不均一性、つまり偏差が改善され、平均流速が向上する。また、開口割合が５０％−９０％であれば本発明を実現できる。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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