(57)【要約】      （修正有）【課題】下廃水を処理する膜分離装置のエレメントブロックで、凹部と凸部を有するスペーサ部の、前記凹部と凸部の少なくとも一方が逃げ用切欠きを有する膜エレメント及びこの膜エレメントを用いた膜分離装置を提供する。【解決手段】膜エレメントを支持する支持板のスペース部に膜エレメント同士を嵌合固定するための凹部４２と凸部４１を設け、凹部と凸部にはすくなくともどちらか一方には、逃げ用切欠き４４を形成する。膜エレメントの凹部と凸部が嵌合した際には、この逃げ用切欠き４４の部分で凹部若しくは凸部が変形するため、寸法的な逃げを吸収するとともに、変形した部分が元に戻ろうとする反力で膜エレメント同士が係止され曝気環境下でも摩耗を起こさない。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜と、
支持板とからなり、
前記支持板は、前記分離膜を張着する分離膜張着面と、
前記分離膜張着面に前記分離膜が張着された際の厚みより厚いスペーサ部と、
前記スペーサ部には凹部と凸部を有し、前記凹部と凸部の少なくとも一方は逃げ用切欠きを有する膜エレメント。
【請求項２】
前記凸部の先端幅をｌｐｔとし、根元幅をｌｐｒとし、
前記凹部の入り口幅をｌａｅとし、底幅をｌａｂとした時に、
ｌｐｔ＜ｌｐｒでありかつ、ｌａｂ＜ｌａｅである請求項１記載の膜エレメント。
【請求項３】
前記凸部には先端に逃げ用切欠きを有する請求項１または２のいずれかに記載の膜エレメント。
【請求項４】
前記凸部の先端幅をｌｐｔとし、前記凹部の底幅をｌａｂとしたときに、
ｌａｂ＜ｌｐｔである請求項３記載の膜エレメント。
【請求項５】
前記凹部の入り口幅をｌａｅとし、前記凸部の根元幅をｌｐｒとしたときに、
ｌａｅ＜ｌｐｒである請求項３記載の膜エレメント。
【請求項６】
前記凹部には入り口の脇に逃げ用切欠きを有する請求項１または２のいずれかに記載の膜エレメント。
【請求項７】
前記凹部には底に逃げ用切欠きを有する請求項１または２のいずれかに記載の膜エレメント。
【請求項８】
前記凹部の入り口幅をｌａｅとし前記凸部の根元幅をｌｐｒとしたときに、
ｌａｅ＜ｌｐｒである請求項６若しくは７のいずれかに記載の膜エレメント。
【請求項９】
前記凹部の底幅をｌａｂとして前記凸部の先端幅をｌｐｔとしたときに、
ｌａｂ＜ｌｐｔである請求項６若しくは７のいずれかに記載の膜エレメント。
【請求項１０】
請求項１乃至９の膜エレメントを複数積層し嵌合したエレメントブロックを有する膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や生産工場、レストラン、水産加工工場、食品工場から生じる廃水を処理槽内で浄化する際に用いられる膜エレメントおよびそれを用いた膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活廃水や産業廃水（以下「下廃水」という。）は、そのまま環境に放流してしまっては、環境汚染につながる。そのため一定のレベルまで浄化した後に放流する。従来は下廃水を処理槽（活性汚泥槽）に入れ、空気を通しながら微生物によって下廃水中の汚濁物質を分解処理して活性汚泥液にし、次いで、活性汚泥液を、別途設けた沈殿池にて汚濁分を沈降分離させた後、上澄み水を放流する。これは活性汚泥法と呼ばれる。
【０００３】
近年、高分子膜技術や膜分離技術の向上によって、膜分離活性汚泥法という方法が使われてきている。この方法では、処理槽（膜浸漬槽）内の被処理水中に膜分離装置を沈め、微生物による分解と、膜による活性汚泥液からの浄化水の取り出しとを同時に行う。膜ろ過されて取り出された水はそのまま放流できるため、沈降分離用の沈殿池を設置しなくてよいという利点がある。ここで、膜浸漬槽内には、下廃水と共に、それを微生物処理するための微生物及び微生物処理により生成された活性汚泥液が貯留しており、この処理槽内に存在する液体を被処理水という。
【０００４】
ここで用いられる膜分離装置は、図９に示すように主として、支持板の表裏両面に分離膜を貼り合わせた膜エレメント１０を多数並べてなるエレメントブロック３から構成される。このエレメントブロックの下方には散気装置４が配設されている。膜エレメントにはろ過水を取り出す吸水管３８が配設されていて、この吸水管３８にはチューブ５を介して集水管８が接続され、その下流側に吸引ポンプ６が接続され、膜エレメント１０内部に陰圧をかけ、ろ過水を取り出す。散気装置４はブロワ７に連結されている。膜浸漬槽２内の被処理水中に沈められた膜分離装置（エレメントブロック３）に向けて下方の散気装置４から空気が噴出される。これを曝気と称する。曝気は微生物に酸素を供給して活性化させ、汚濁物質の分解を促進させる。
【０００５】
散気装置４からの曝気はまた、各膜エレメント１０の両面に配置された分離膜の外表面に付着しようとする汚泥を剥ぎ取って、膜への汚泥付着堆積を抑制すると共に、槽内の被処理水を膜エレメント間に循環させる流れをも作る。すなわち、膜エレメント間には、曝気による被処理水の上昇流が生じていて、この上昇流が膜の表面に衝突することで、膜表面が洗浄されて膜の目詰まりが抑制され、固液分離性能の経時的低下が抑制される。
【０００６】
膜エレメント間の間隔が小さすぎるとこの上昇流に対する流動抵抗が高まって流量が低下する結果、膜表面への汚泥付着を防止するに必要な流速を得ることが出来なくなる。また間隔が大きすぎると、一定体積中に設置できる膜エレメントの数が少なくなり、系外に取り出される浄化水の量が減る。従って、膜エレメント間は所定の間隔に保持されていなければならない。
【０００７】
エレメントブロック３での膜エレメント１０を所定間隔にして固定する方法は、いくつかの方法が提案されている。例えば、膜エレメントを複数枚積層し一体化させることにより組み立てられるエレメントブロック構造の場合、膜エレメント間に所定の間隔を保って組み立てるために次のような膜エレメントが提案されている。
【０００８】
例えば、支持板の表裏両面の相反する一方の側縁部に、溝状の凹部をもつ壁片部を形成するとともに、他方の側縁部に畝状の凸部を設け、前記溝状凹部と前記畝状凸部とを嵌合可能とし、さらに、凸部および凹部の途中に少なくとも一箇所の不連続部を形成してなる平板状膜エレメントが開示されている（特許文献１参照）。
【０００９】
この発明は、複数の膜エレメントを並設してエレメントブロックを組み立てる際、壁片部によって平板状膜エレメント相互間の位置決め及び間隔保持を行い、側縁部の壁片部の溝状凹部に、隣接する膜エレメントの畝状凸部が嵌合するとともに、不連続部において凹部と凸部がその軸線方向で相互に係止し合うことで、各膜エレメントの分離膜面に沿った上下左右の相互の位置決めと位置ずれを防止するものである。
【００１０】
さらに、各膜エレメントの分離膜面に沿った上下左右の相互の位置決めと位置ずれ防止ができるので、組立作業を容易に行えるものである。
【００１１】
また、膜エレメントの左右のスペーサ部の表裏の突出部分にスライドして嵌合させる凹凸の嵌合い係合部を設けた膜エレメント構造が知られている（特許文献２参照）。このような構造にすることで、凹部と凸部の抜けを防止することができる。
【特許文献１】特開２００３−１１７３５７号公報
【特許文献２】特開平８−１９２０３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記した従来の膜エレメントのように、凹部と凸部とを組み合わせて嵌合させる構造の場合、嵌合による組立を容易とするためには、ある程度緩みをもつ嵌め合い構造とする必要があり、厳密には密着させて係止することはできない。特に、上下左右の位置決めを同時に行う構造であっては、エレメントが大きくなればなるほど寸法公差の関係から厳密な密着係止が難しくなる。
【００１３】
逆に、緩みをもたない嵌め合い構造（締まり嵌め構造）にした場合には、組立て時に簡単に嵌め合わないため、組立作業が困難となる。また各膜エレメントを分解しようとする際にも解体が困難になる。さらに、凹凸による嵌合構造では、上下左右の位置決めはできるが、エレメント積層方向に対するエレメントの移動を規制することはできない。
【００１４】
以上のように、従来の膜エレメントの場合、膜エレメントを積層し、凹凸部分で嵌合固定する構造であるので、組み立て作業や解体作業を容易にするには、嵌合部分に寸法的な余裕（遊び）がなければならない。このような遊びは膜エレメントが大きくなればなるほど必要となる。そして、このような寸法上の余裕は、曝気環境中で使用される時に膜エレメントが受ける振動により摩耗を生じる原因となっている。
【００１５】
すなわち、従来の膜エレメントでは、膜エレメントを積層してエレメントブロックを組み立てる際に、凹凸部分を嵌合させているので、曝気環境中での使用による振動を受け、支持板同士の接合部分が摩耗してしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本発明は、支持板の接合部分に施された凹凸部に変形できる余裕を持たせるための逃げ用切欠きを設ける。
具体的には、
分離膜と、
支持板とからなり、
前記支持板は、前記分離膜を張着する分離膜張着面と、
前記分離膜張着面に前記分離膜が張着された際の厚みより厚いスペーサ部と、
前記スペーサ部には凹部と凸部を有し、前記凹部と凸部の少なくとも一方は逃げ用切欠きを有する膜エレメントおよびこの膜エレメントを用いた膜分離装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の膜エレメントでは、支持板に設けられた凹凸部に逃げ用切欠きを設けてあるので、凹凸部の嵌合の際に凹凸部自体が変形する。この変形は、組み立て解体の際の寸法的な余裕を与えると同時に、変形の際の応力によって膜エレメント同士をしっかりと係止させることができる。
【００１８】
このような係止方法であれば曝気環境中で使用される際の膜エレメントに振動が加わっても、嵌合部分は振動する余地がなく、摩耗も生じない。従って、組み立て解体が容易であり、なおかつ曝気環境において支持板が摩耗しない膜エレメントおよび膜分離装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施の形態１）
本発明の実施形態を図面により説明する。図１は本発明の膜エレメント１０の斜視図を示す。図１（ａ）は表面を図１（ｂ）は裏面を表す。膜エレメント１０は、両側縁部にスペーサ部３３を配置した支持板３１に、分離膜３６、３７を表裏両面から張り合わせてある。なお、ここで張り合わせるとは張着するともいう。
【００２０】
なお、本明細書の説明において、膜エレメントの上縁部とは、分離膜の上方の支持板の部分をいう。また、下縁部は膜エレメントの分離膜の下方にある支持板の部分をいう。また側縁部とは、膜エレメントの側面の部分であり、図１ではスペーサ部３３が設置されている部分である。
【００２１】
分離膜３６、３７には、下廃水や活性汚泥液をろ過することができる平膜状の分離膜が用いられ、多孔質樹脂によって作製される平膜である場合が多い。その材料としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリスルホンサン樹脂などを用いたり、主成分とすることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
【００２２】
スペーサ部３３は、膜エレメントを複数配置する際に、隣接する膜エレメントの分離膜同士の間を所定の間隔に保持するための部分である。支持板３１と一体的に成形して作るのが好ましいが、支持板と別に作製し、取り付けても良い。
【００２３】
スペーサ部３３は膜エレメントの分離膜間の間隔保持をも目的とする部分であるので、その厚み３５は、支持板３１の厚み３２よりも厚い。
【００２４】
支持板３１は、その表裏に分離膜３６、３７を保持する。分離膜を通過したろ過水は支持板と分離膜との間の集水路（図示せず）を流れてろ過水出口へと向かう。支持板３１には、ろ過水を吸い出す吸水管３８が配設され、集水路を経て集められたろ過水は吸水管３８からエレメント外に取り出される。支持板と分離膜との間の集水路は、支持板の表面に形成された流路用の溝であってもよいし、また、多孔質シート（ネット、不織布、等）を分離膜と支持板の間に介在させて集水路としても良い。
【００２５】
基本的に略平板状の形状からなる支持板３１を構成する材質としては、ＡＳＴＭ試験法のＤ７９０におけるヤング率が３００ＭＰａ程度以上の剛性を持つ材質であれば特に限定されるものではない。例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレンゴム（ＡＢＳ樹脂）、塩化ビニルなどの樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などの複合材料、その他の材質などを適宜選択して使用することができる。また、スペーサ部３３にも支持板と同等の材質を使用すればよい。
支持板３１及びスペーサ部３３をＡＢＳ樹脂等の同じ材質で構成する場合には、一体成型により製造すればよい。
【００２６】
支持板のスペーサ部３３には、膜エレメント同士を積層させた際に積層位置を決め、また係止するための凹部４２および凸部４１が設けられている。エレメントブロックを作製する際には、１つの膜エレメントの凹部４２に他の膜エレメントの凸部４１を嵌合させて位置を決め、積層状態の膜エレメントをシャフトなどでボルト締めし、固定する。
【００２７】
図２には、膜エレメントの複数を積み重ねてエレメントブロックを作製する場合の様子を示す。各膜エレメント１０を積層し、両側を外部パネル１２で挟む。外部パネル１２同士はシャフト１３を通しボルト止めする。この時各膜エレメントは凹凸部で嵌合しているため適切な位置に合わせ込まれる。図２では凹部４２は隠れて見えていない。さらに、この凹凸部はわずかに変形して嵌合するため、寸法的な遊びをその変形で吸収する。そして、この嵌合部分の変形の応力によって各膜エレメントは動かないように係止される。
【００２８】
図３には、エレメントブロック３を取り付けた膜分離装置の概観を示す。エレメントブロック３の下方には散気装置４を設置している。この散気装置にはエア供給用の配管が繋がれ、また、吸水管３８には集水用のパイプ等の配管が繋がれ、処理槽内の被処理液中に設置され運転される。
【００２９】
図４は、図１で示した膜エレメントのＡ−Ａ´部分の断面を示す。図４（ａ）では、膜エレメント２枚分の断面を示す。支持板３１のスペーサ部３３の一方の面に凸部４１を、他の面に凹部４２を有する。１つの膜エレメントの凸部４１が他の膜エレメントの凹部４２にちょうど嵌合する。図４（ｂ）は嵌合した状態を示す。
【００３０】
図５は、図４の凹部と凸部の嵌合部分の拡大図を示す。凸部４１は先端の幅を先端幅ｌｐｔ５１、根元の幅を根元幅ｌｐｒ５２、根元から先端までの高さをｈｐ５３とする。凸部４１は先端幅が狭く、根元幅が広い略台形型をしている。そして、先端部から根元に向かって逃げ用切欠き４４が設けられている。
【００３１】
この逃げ用切欠き４４は凸部の先端が狭く変形するための逃げにあたる。逃げ用切欠きの形状は特に限定しないが、断面が台形にすると製造が容易である。その深さｔｄ５４は特に限定されないが、高さｈｐ５３の半分より深いことが望ましい。ｈｐ５３より深ければより望ましい。先端がより変形しやすくなるからである。
【００３２】
凹部４２は、入り口幅をｌａｅ６１、凹部の底幅をｌａｂ６２、凹部の深さをｄａ６３とする。入り口幅ｌａｅ６１は、底幅ｌａｂ６２より広い。入り口から底へは斜面になっており凹部４２は略台形のへこみとなっている。そして、凹部４２の底幅ｌａｂ６２は、凸部４１の先端幅ｌｐｔ５１より狭く形成されている。
【００３３】
図５（ｂ）には図５（ａ）の凹部と凸部が嵌合した場合を示している。凹部の底幅ｌａｂ６２は凸部の先端幅ｌｐｔ５１より狭いので、凸部が凹部に差し込まれると、凸部の先端は内側に変形し嵌合する。図５（ｂ）では、変形前の凸部の形状を点線で示した。この点線での変形は、２枚の膜エレメントが嵌合する際の寸法的な遊びとなり、組み立てや解体を容易にする。また、凸部が変形しているため元の形状に戻ろうとする力（応力）が働き、嵌合した膜エレメント同士を係止する。そのため、曝気環境下で使用されても微小振動の影響を受けず、摩耗することがない。
【００３４】
ここで、凸部の高さｈｐが凹部の深さｄａより低ければ２つの膜エレメントは表面同士でぴったり嵌合する。但し、高さｈｐと同じ長さの深さｄｈｐ６４での凹部の幅６５は、先端幅ｌｐｔより狭いことが必要である。膜エレメントを係止するには、凸部の先端が変形しなければならないからである。なお、凸部４１の根元幅ｌｐｒ５２が、凹部４２の入り口幅ｌａｅ６１より狭ければ、より嵌合しやすい。
【００３５】
図６（ａ）には、凹部４２の両脇に逃げ用切欠き６６がある場合を示す。凹みの両脇に逃げ用切欠きがあるので、入り口に変形代６７ができる。凸部４１が挿入されたときにはこの変形代６７が外側方向６８に変形する。
【００３６】
図６（ｂ）は凹部の底面に逃げ用切欠き６９がある場合を示す。この場合は凹部のテーパー面７０が、広がる方向７１に変形する。このように凹部が逃げ用切欠きを有する場合は、凹部の両脇だけでなく、底部にあってもよい。
【００３７】
図７には、凸部４１の根元幅ｌｐｒ５２が、凹部４２の入り口幅ｌａｅ６１より大きい場合を示す。この場合は、凸部は凹部に完全には入らないが、膜エレメント同士を挟み込んで締め付けることで、凸部先端は変形し、その反力で膜エレメント同士は係止される。図７（ｂ）には、嵌合した場合の状態を示す。この場合、２つの膜エレメント間には隙間７３が発生する。
【００３８】
なお、図５乃至図７で示した凹部と凸部はいずれの組合せでもよい。たとえば、図５で示した凸部と図６（ａ）若しくは（ｂ）で示した凹部を組み合わせても良い。
【００３９】
図８には、凹部と凸部の他の設置例を示す。図では凸部しか見えないが、反対の面に対応する凹部が形成される。凸部８１はスペーサ部３３に長い畝状に形成されていてもよいし、凸部８２のように、形成方向が膜エレメントの幅方向に水平方向に形成されていてもよい。また、凸部８３は凹部として形成し、膜エレメントの同じ側に凹部と凸部が両方あってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に関する膜エレメントを示す斜視図である。
【図２】膜エレメントを積層しエレメントブロックとする組み立て図である。
【図３】エレメントブロックを組み込んだ膜分離装置を示す図である
【図４】膜エレメントの断面図である。
【図５】凹部と凸部の断面を示す拡大図である。
【図６】凹部と凸部の他の形態を例示する図である。
【図７】凹部と凸部の他の形態を例示する図である。
【図８】凹部と凸部の他の形成位置を例示する図である。
【図９】膜分離装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
３      エレメントブロック
１０      膜エレメント
３１      支持板
３３      スペース部
４１      凸部
４２      凹部
【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】
2008237960.tif 000008
【図７】
2008237960.tif 000009
【図８】
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【図９】
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