(57)【要約】【課題】膜ユニットを上下多段に設置した場合に、上段膜ユニットの膜面洗浄効果が効果的に得られる平膜ろ過装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の平膜ろ過装置１０は、複数の平膜エレメント２２の膜面を所定の間隔を開けて水平方向に並列配置した膜ユニット２０を処理槽１２内に上下に多段に積層し、前記膜ユニット２０の下方から前記平膜エレメント２２間に散気する散気手段３０を備えた平膜ろ過装置１０において、上下の前記膜ユニット２０の間に整流プレート５０を水平方向に設け、前記整流プレート５０は、気泡が通過する複数の開口５２を形成し、下方の前記膜ユニット２０を通過したクロスフロー流が集中する箇所における開口５２間の間隔が広がっていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の平膜エレメントの膜面を所定の間隔を開けて水平方向に並列配置した膜ユニットを処理槽内に上下に多段に積層し、前記膜ユニットの下方から前記平膜エレメント間に散気する散気手段を備えた平膜ろ過装置において、
上下の前記膜ユニットの間に整流プレートを水平方向に設け、
前記整流プレートは、気泡が通過する複数の開口を形成し、下方の前記膜ユニットを通過したクロスフロー流が集中する箇所における開口間の間隔が広がっていることを特徴とする平膜ろ過装置。
【請求項２】
前記整流プレートは、平面視して矩形の平板部材であることを特徴とする請求項１に記載の平膜ろ過装置。
【請求項３】
前記整流プレートは、前記開口を前記平膜エレメントの積層方向に沿って長孔状に形成し、前記平板部材の中心から側方に向かって前記隣接する開口間の間隔を段階的に狭くしたことを特徴とする請求項２に記載の平膜ろ過装置。
【請求項４】
前記整流プレートは、前記平板部材の中心から４側面に向かって前記開口の間隔を段階的に狭くしたことを特徴とする請求項２に記載の平膜ろ過装置。
【請求項５】
前記開口は、前記平膜エレメントの積層方向に沿って長孔状に形成し、前記長孔状の一部を小径に形成したことを特徴とする請求項３に記載の平膜ろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平膜ろ過装置に関し、特に下水及び工業排水などの被処理水を満たした処理槽内に浸漬配置された膜ユニットにより固液分離してろ過水を取り出す平膜ろ過装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水及び工業排水において有機成分を含む排水を微生物で分解する活性汚泥処理法がある。この活性汚泥処理法の一手法として膜分離活性汚泥法が知られている。膜分離活性汚泥法は、反応処理後の被処理水と活性汚泥とを膜分離するため平膜ろ過装置を用いている。
【０００３】
平膜ろ過装置は被処理水で満たされた処理槽内に複数の膜ユニットが浸漬した状態で並列配置され、各膜ユニットを内部から被処理水を吸引ろ過することによりろ過水が得られる。各膜ユニットは処理槽内に所定の間隔を持って垂直に設置され、下方に散気を行うための散気手段が設けられている。
【０００４】
散気を行う目的としては、膜面に堆積する汚泥ケーキなどの固形物を除去して膜の閉塞を抑制する洗浄効果を得ること、処理槽内に旋回流を起こして膜表面近傍に水流を与えるとともに処理槽内を攪拌すること、処理槽内の被処理水が活性汚泥等の微生物を含有している場合は、好気処理のための酸素供給を行うこと、などである。これにより膜ユニットによるろ過処理を効率良く行うことができる。
【０００５】
上記従来の浸漬平膜ろ過装置では、処理槽内で平面状に並べた膜ユニットの占有面積が広くなり、装置が大型化するという問題があった。またこの場合、膜のろ過性能を維持するための空気散気の動力費が大きいという問題があった。これを解決するため、上下の膜ユニットの間に筒状のスペーサを設け、下段で使用した散気空気が膜ユニットの外部に逃げることなく、上段の膜ユニットに利用できるようにした構造が特許文献１に開示されている。
【０００６】
また特許文献１によれば、上段の膜モジュールの膜エレメントの下部と、上段の膜モジュールの直下に設けられた膜モジュールの膜エレメントに上部との間隔が５０ｃｍ以下であり、上下方向に隣接する膜モジュール間に整流板を設けた浸漬型膜濾過装置が開示されている。図７は従来の平膜ろ過装置の整流板の説明図である。図７（１）に示すように従来の整流板１００は、板状の整流板部材１０２を水平方向に適当な間隔で並設した並行型整流板の構成としている。また図７（２）に示すように整流板１００の整流板部材１０２に対して直交方向に仕切部材１０４を設けて格子型整流板としている。
【０００７】
このような上下の膜モジュール間に整流板１００を設けることにより、気泡が中央側へ集中することが防止され、気泡が均一に分散した状態で上段側の膜モジュール内に入るようになり、気泡の集中による上段膜モジュールの端部の汚染を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−５７４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図８は膜ユニットのクロスフロー流の説明図であり、（１）は単一の膜ユニットであり、（２）は上下に積層させた膜ユニットである。
図８（１）に示すように散気管２００から吐出する気泡は矢印Ａのような上昇に伴って中心部へ集中する。そのため膜ユニット２０２の側部２０４では気泡の上昇に伴って生じるクロスフロー流が生じ難く、クロスフロー流による膜面洗浄効果が低下し、部分的に膜面が閉塞する。膜面の閉塞は有効膜面積を減少させるため、ろ過圧力の早期上昇を招くことがあった。
【００１０】
本発明者らが検討した結果、図８（２）に示すような上下方向に膜ユニット２０８を多段に設置し、上下膜間２１０を５０ｃｍ以下に設定しても、下段膜ユニット２１２を通過中に既に気泡が中心部へ集中してしまい、上下の膜ユニット間を５０ｃｍ以下にする特段の効果が得られなかった。
【００１１】
加えて、上述の通り、下段膜ユニット２１２において既に気泡は中心部へ集中してしまっているため、特許文献１に記載されているような整流板では中心部へ集中してしまった気泡をそのまま上段膜ユニット２１４へ供給するのみであり、中心部へ集中してしまった気泡の分散化は困難と考えられる。
【００１２】
そこで上記従来技術の問題点を解決するため、本発明の平膜ろ過装置は、膜ユニットを上下多段に設置した場合に、上段膜ユニットの膜面洗浄効果が効果的に得られる平膜ろ過装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の平膜ろ過装置は、複数の平膜エレメントの膜面を所定の間隔を開けて水平方向に並列配置した膜ユニットを処理槽内に上下に多段に積層し、前記膜ユニットの下方から前記平膜エレメント間に散気する散気手段を備えた平膜ろ過装置において、上下の前記膜ユニットの間に整流プレートを水平方向に設け、前記整流プレートは、気泡が通過する複数の開口を形成し、前記開口は、下方の前記膜ユニットを通過したクロスフロー流が集中する箇所における開口間の間隔が広がっていることを特徴としている。
【００１４】
下段の膜ユニットを通過する過程で、散気手段の散気によって生じるクロスフロー流が中央に集中することは避けられないが、上記構成のように上下の膜ユニット間に形成した整流プレートに複数の開口を設け、クロスフロー流が集中する箇所の隣接する開口間の間隔を広げることにより、下段の膜ユニットから中央に集中したクロスフロー流の気泡を整流プレートの開口間に衝突させることができる。衝突したクロスフロー流の気泡は、再度分散して側方の開口から上段の膜ユニットに導入される。従って上下に積層した構造の上段側の膜ユニットであっても洗浄効果を高めることができる。
この場合において、前記整流プレートは、平面視して矩形の平板部材であるとよい。
【００１５】
上記構成によれば、下段の膜ユニットを通過した中央に集中したクロスフロー流の気泡を平板状の部材に容易に衝突させた後、再度分散化させることができる。また整流プレートは平板状であるため厚みが薄く、上下の膜ユニット間の任意の位置に取り付けることができる。また装置全体の上下方向の省スペース化を図ることができる。
この場合において、前記整流プレートは、前記開口を前記平膜エレメントの積層方向に沿って長孔状に形成し、前記平板部材の中心から側方に向かって前記隣接する開口間の間隔を段階的に狭くしているとよい。
【００１６】
上記構成によれば、クロスフロー流によって、気泡があたり難い側方、即ち平面視して矩形の膜ユニットの側面の開口間の間隔を狭くすることにより、中央部分で衝突した気泡が側方へ移動して通過し易くなる。従って、中央に集中したクロスフロー流の気泡を効果的に再度分散させることができる。
この場合において、前記整流プレートは、前記平板部材の中心から４側面に向かって前記開口の間隔を段階的に狭くしている。
【００１７】
上記構成によれば、クロスフロー流によって、気泡があたり難い隅部、即ち平面視して矩形の膜ユニットの四隅の開口間の間隔を狭くすることにより、中央部分で衝突した気泡が四隅に移動して通過し易くなる。従って、中央に集中したクロスフロー流の気泡を効果的に再度分散させることができる。
この場合において、前記開口は、前記平膜エレメントの積層方向に沿って長孔状に形成し、前記長孔状の一部を小径に形成しているとよい。
【００１８】
上記構成によれば、クロスフロー流によって、気泡があたり難い側方、即ち平面視して矩形の膜ユニットの側面の開口率を広げることにより、中央部分で衝突した気泡が移動して通過し易くなる。従って、中央に集中したクロスフロー流の気泡を効果的に再度分散させることができる。
【発明の効果】
【００１９】
従来の適当な間隔を開けて並設させた整流板では、中央に集中したクロスフロー流の気泡はそのまま整流板を通過して上段の膜ユニットに導入されるため、下方から上昇した気泡を分散して上方へ均一に導入することが困難であったが、本発明の平膜ろ過装置によれば、クロスフロー流が集中する箇所における開口の間隔を広げているため、中央に集中したクロスフロー流を一旦衝突させて側方へ分散させて、上方の膜ユニットへ均一に導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の平膜ろ過装置の構成概略を示す図である。
【図２】平膜ろ過装置用の整流プレートの平面図である。
【図３】膜間総面積（Ｓ１Ｔ）と整流プレート開口（Ｓ２Ｔ）の総面積の関係の説明図であり、（１）は膜ユニットの説明図であり、（２）は整流プレートの説明図である。
【図４】平膜ろ過装置用の整流プレートの変形例１の説明図であり、（１）は平面図であり、（２）は平膜ろ過装置の取付状態を示した図である。
【図５】平膜ろ過装置用の整流プレートの変形例２の説明図であり、（１）は平面図であり、（２）は平膜ろ過装置の取付状態を示した図である。
【図６】ろ過圧力と経過日数の関係を示すグラフである。
【図７】従来の平膜ろ過装置の整流板の説明図である。
【図８】膜ユニットのクロスフロー流の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の平膜ろ過装置の実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の平膜ろ過装置の構成概略を示す図である。
図示のように平膜ろ過装置１０は、下水及び工業排水などの被処理水を満たした処理槽１２と、膜ユニット２０と、散気手段３０と、整流プレート５０とを主な基本構成としている。
【００２２】
膜ユニット２０は、複数の平膜エレメント２２からなる。平膜エレメント２２は、平板状の濾膜であり、複数枚の平膜エレメント２２の濾膜面が互いに平行となるように所定の間隔を開けて並列に配置して膜ユニット２０を形成している。
【００２３】
実施形態の平膜ろ過装置１０は、２つの膜ユニット２０を処理槽１２の上下方向（鉛直方向）に積層させた上段膜ユニット２４及び下段膜ユニット２６の多段構成としている。上段膜ユニット２４及び下段膜ユニット２６はそれぞれ、配管２８が接続され、配管２８途中には吸引ポンプ２９が取り付けられている。吸引ポンプ２９を稼動することにより、膜ユニット２０を構成する平膜エレメント２２の濾膜から濾過水が浸透して配管２８を介して外部に排出することができる。また上段及び下段膜ユニット２４，２６は、外周（側面）に沿ってケーシング（不図示）で覆い、クロスフロー流が通過する開口をケーシングの上下面に形成した構成とすることができる。
【００２４】
下段膜ユニット２６の下方には散気手段３０を取り付けている。散気手段３０は、一例として並列配置した平膜エレメント２２と同様に平膜エレメント２２の下方に沿って、複数の散気間を並列に直線状に配置した構成であってもよい。散気手段３０は、膜ユニット２０に洗浄用の空気を供給し、膜表面に汚泥などの固形物が付着して閉塞するのを防止することができる。また散気手段３０は、散気孔３２を配管の下方に設け、図示しないポンプによって散気空気量を任意に調整可能に構成している。
【００２５】
上段及び下段膜ユニット２４，２６は、上下のユニット間を所定の間隔を開けて処理槽１２内に配置し、この間にクロスフロー流のバッファ領域４０となる領域を形成している。バッファ領域４０は、下段膜ユニット２６を通過したクロスフロー流が直接上段膜ユニット２４に導入されないようにする領域である。バッファ領域４０の距離（高さ）は、例えば、処理槽１２の底面から下段膜ユニット２６の下端までの距離と略同じ距離に設定することができる。またバッファ領域４０は、下段膜ユニット２６を通過したクロスフロー流が上段及び下段膜ユニット２４，２６間から外部へ流れ出ないように構成している。バッファ領域４０は、一例として４側面を囲むスペーサ（不図示）を形成した構成であってもよい。これにより、上段及び下段膜ユニット２４，２６間の側方からの水の流れ込み及び外部への流出を防止することができる。このスペーサは、上端を上段膜ユニット２４のケーシングの下端と接続し、下端を下段膜ユニット２６のケーシングの上端と接続するように形成するように構成してもよい。
【００２６】
バッファ領域４０には平膜ろ過装置用の整流プレート５０を取り付けている。図２は平膜ろ過装置用の整流プレートの平面図である。整流プレート５０は、膜ユニット２０を平面視して投影した領域と略同じ大きさの矩形の平板部材であり、所定の厚みを有している。
【００２７】
平膜ろ過装置用の整流プレート５０は、クロスフロー流の衝突に耐えうる剛性を備え、開口の加工が容易であれば良く、材質は一例として、ステンレス製の金属、プラスチックなどの合成樹脂等を用いることができる。
【００２８】
整流プレート５０は板面に複数の開口５２を形成している。開口５２は、膜ユニット２０を構成する平膜エレメント２２の積層方向（図１中の矢印Ｘ）に沿って長孔状に形成している。また開口５２は、板面の中心から側方に向かって開口率を大きく（孔ピッチを狭めて）形成している。
【００２９】
整流プレート５０は、上段及び下段膜ユニット２４，２６間を上昇するクロスフロー流と交差する断面方向に取り付けるため、クロスフロー流を遮ってしまうと、膜ユニット２０の効果的な洗浄を行うことができないため好ましくない。そこで本発明の平膜濾過装置用整流プレートは、以下のような関係を満たすように開口を形成している。
図３は膜間総面積（Ｓ１Ｔ）と整流プレート開口の総面積（Ｓ２Ｔ）の関係の説明図であり、（１）は膜ユニットの説明図であり、（２）は整流プレートの説明図である。
【００３０】
まずクロスフロー流が通過する膜モジュール２０の膜間総面積（Ｓ１Ｔ）は次式で表すことができる。
Ｓ１Ｔ＝Ｌ１×Ｗ１×ｎ１
ここでＬ１は平膜エレメント２２の長さ、Ｗ１は平膜エレメント２２間の膜間距離、ｎ１は平膜エレメント２２の数（ｎ＝１，２，３…）をそれぞれ示している。
【００３１】
一方、整流プレート５０の開口５２の総面積（Ｓ２Ｔ）は次式で表すことができる。
Ｓ２Ｔ＝Ｌ２×Ｗ３×ｎ２
ここでＬ２は開口５２の幅、Ｗ３は開口５２の長さ（平膜エレメントの積層方向に沿った整流プレートの長さ）、ｎ２は開口５２の数（ｎ＝１，２，３…）を示している。
【００３２】
整流プレート５０の設置によりクロスフロー流の妨げとならないようにするため、本実施形態では膜間総面積（Ｓ１Ｔ）と整流プレート開口の総面積（Ｓ２Ｔ）が
Ｓ１Ｔ≒Ｓ２Ｔ
の関係を満たすように設定している。即ち整流プレート開口の総面積（Ｓ２Ｔ）はクロスフロー流が流れる下段膜ユニット２６の膜間総面積（Ｓ１Ｔ）と略同面積となるように設定すれば、クロスフロー流の妨げとなることはない。
【００３３】
また図３（２）に示すように整流プレート５０の開口５２間のピッチ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…）は、次式のように設定している。
ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ＞………
即ち気泡が集中する整流プレート５０となる平板部材の中心部（図中の点線）から側方に向かって、整流プレート５０の開口５２間のピッチ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…）が段階的に狭くなるように設定している。これにより中心に集まったクロスフロー流は整流プレートの中心部で部材と衝突する面積が広がって側方へ気泡が流れ易くなる。
【００３４】
さらに整流プレート５０の開口５２の幅（Ｌ２）は、被処理水中に含まれる繊維質の絡み付きによって開口５２を閉塞してしまう問題や、気泡通過時の損失を考慮して、次式で表すことができる。
０．５Ｗ１＜Ｌ２＜１．５Ｗ１
ここでＷ１は平膜エレメント２２間の膜間距離を示している。
【００３５】
このような本発明の平膜ろ過装置によれば、下段膜ユニット２６を通過する過程で、クロスフロー流が中央に集中することは避けられないが、上記構成のように上段及び下段膜ユニット２４，２６間に形成した整流プレート５０に複数の開口５２を設け、クロスフロー流が集中する箇所の隣接する開口５２間の間隔を広げることにより、下段膜ユニット２６から中央に集中したクロスフロー流の気泡を衝突させることができる。衝突したクロスフロー流の気泡は、再度分散して側方の開口５２から上段膜ユニット２４に導入される。従って上下に積層した構造の膜ユニット２０であっても上段膜ユニット２４の洗浄効果を高めることができる。
【００３６】
また下段膜ユニット２６を通過した中央に集中したクロスフロー流の気泡を容易に衝突させた後、再度分散化させることができる。また整流プレート５０は平板状であるため厚みが薄く、上段及び下段膜ユニット２４，２６間の任意の位置に取り付けることができる。また装置全体の上下方向の省スペース化を図ることができる。
【００３７】
図４は平膜ろ過装置用の整流プレートの変形例１の説明図であり、（１）は平面図であり、（２）は平膜ろ過装置の取付状態を示した図である。図示のように変形例１の平膜ろ過装置用の整流プレート（整流プレート１５０）は、開口１５２を膜ユニット２０を構成する平膜エレメント２２の積層方向（図１中の矢印Ｘ）に沿って長孔状に形成している。また開口１５２は一部が小径となるように形成している。具体的にはクロスフロー流の集中し易い開口１５２の中心部（図中の点線）の径を小径とし、側方（端部）に向かって径大となるように形成している。また開口１５２は、平板部材の中心から側方に向かって、段階的に開口間の間隔（ピッチ）が狭くなるように形成している。
【００３８】
上記構成によれば、クロスフロー流によって、気泡があたり難い側方、即ち平面視して矩形の膜ユニット２０の側面の開口率を大きくすることにより、中央部分で衝突した気泡が移動して通過し易くなる。従って、中央に集中したクロスフロー流の気泡を効果的に再度分散させることができる。
【００３９】
図５は平膜ろ過装置用の整流プレートの変形例２の説明図であり、（１）は平面図であり、（２）は平膜ろ過装置の取付状態を示した図である。図示のように変形例２の平膜ろ過装置用の整流プレート（整流プレート２５０）は、開口２５２を格子状に形成している。具体的に整流プレート２５０は、２枚の平板部材を積層させた構成である。２枚の平板部材は、図２に示すような平膜エレメントの積層方向（Ｘ方向）に沿った長孔状に開口Ａ（図５（１）中の実線）を形成した平板部材と、平膜エレメントの積層方向と直交する方向（Ｙ方向）に沿った長孔状に開口Ｂ（図５（１）中の点線）を形成した平板部材から構成されている。この２枚の平板部材を積層して、Ｘ方向の開口とＹ方向の開口が重なった部分（図５（１）の斜線部分）がクロスフロー流の通過する開口２５２となる。なお各開口Ａ，Ｂはいずれも開口間のピッチを平板部材の中心から側方に向かって狭くなるように形成されている。このような変形例２の整流プレート２５０は、平板部材の中心から４側面に向かって開口２５２の間隔が段階的に狭くした構成となる。
【００４０】
上記構成によれば、クロスフロー流によって、気泡があたり難い隅部、即ち平面視して矩形の膜ユニットの四隅の開口間の間隔を狭くしている。即ち整流プレート２５０の中心部よりも四隅の開口率を大きくすることにより、中央部分で衝突した気泡が四隅に移動して通過し易くなる。従って、中央に集中したクロスフロー流の気泡を効果的に再度分散させることができる。
【００４１】
図６はろ過圧力と経過日数の関係を示すグラフである。同グラフの横軸は、経過日数（日）を示し、縦軸は膜ユニット２０に接続した配管２８上の吸引ポンプ２９のろ過圧力(ｋＰａ)を示している。図中破線は整流プレートなしの場合であり、実線は整流プレートありの場合を示している。整流プレートなしの場合、ろ過圧力は日数の経過とともに増加する傾向にあり、稼動日数５０日目ではろ過圧力が１７ｋＰａまで増加している。
【００４２】
一方、整流プレートありの場合、稼動初期のろ過圧力約６ｋＰａから僅かに上昇している。その後、稼働日数が５０日経過後であってもろ過圧力は約８ｋＰａを維持している。このように整流プレートありの場合、整流プレートなしの場合に比べて５０日経過後のろ過圧力を約半分の値に抑えることができる。
従って整流プレートによるクロスフロー流の分散により、膜エレメントの洗浄効果があり、膜面の閉塞に伴うろ過圧力の増加を効果的に防止できる。
【００４３】
なお本実施形態では、膜ユニット２０を上下２段に積層した構成で説明したが、２段構成に限らず膜ユニット２０を３段以上積層配置し、各膜ユニット２０間に整流プレート５０を設けた構成であっても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１０………平膜ろ過装置、１２………処理槽、２０………膜ユニット、２２………平膜エレメント、２４………上段膜ユニット、２６………下段膜ユニット、２８………配管、２９………吸引ポンプ、３０………散気手段、３２………散気孔、４０………バッファ領域、５０、１５０、２５０………整流プレート、５２、１５２、２５２………開口、１００………整流板、１０２………整流板部材、１０４………仕切部材、２００………散気管、２０２………膜ユニット、２０４………側部、２０８………膜ユニット、２１０………上下膜間、２１２………下段膜ユニット、２１４………上段膜ユニット。
【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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