(57)【要約】  洗浄薬液が前記ヘッダー管および前記枝管を通して各膜ユニットに流れる膜分離装置であって、前記ヘッダー管および前記ヘッダー管より小口径の前記枝管で洗浄薬液分配手段を構成し、前記洗浄薬液分配手段が各膜ユニットに供給する洗浄薬液を均等に分配する管路構成を備える。
2007049327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽内に複数の膜ユニットを配列し、ヘッダー管から分岐する複数の枝管をそれぞれ各膜ユニットの集水管に接続してなり、洗浄薬液が前記ヘッダー管および前記枝管を通して各膜ユニットに流れる膜分離装置であって、前記ヘッダー管および前記ヘッダー管より小口径の前記枝管で洗浄薬液分配手段を構成し、前記洗浄薬液分配手段が各膜ユニットに供給する洗浄薬液を均等に分配する管路構成を備えることを特徴とする大規模膜分離装置。
【請求項２】
前記洗浄薬液分配手段は、主として圧力水頭に起因する第１の力と、主として速度水頭に起因する第２の力とを調整するものであって、第１の力がヘッダー管内で洗浄薬液を枝管入口に向けて押し込む力として作用し、第２の力がヘッダー管内で洗浄薬液を管軸方向に向けて押し流す力として作用することを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【請求項３】
前記洗浄薬液分配手段は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が前記反応槽の液面より上方位置にあり、前記枝管が前記ヘッダー管から前記集水管に向けて下り勾配で所定角度に傾斜することを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【請求項４】
前記洗浄薬液分配手段は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が前記反応槽の液面より上方位置にあり、前記枝管が前記ヘッダー管よりも上方の所定高さ位置に越流部を有することを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【請求項５】
前記枝管の越流部に大気開放部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の大規模膜分離装置。
【請求項６】
前記洗浄薬液分配手段は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が前記反応槽の液面より下方位置にあり、前記枝管が液面下で前記ヘッダー管に接続することを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【請求項７】
前記洗浄薬液分配手段は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が液面位置もしくは液面より上方位置にあり、前記ヘッダー管を複数の短管路に分割し、各短管路を所定数の膜ユニット毎に配置し、各短管路が管軸方向中央部で洗浄薬液供給源に連通することを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【請求項８】
前記洗浄薬液分配手段は、前記ヘッダー管を前記反応槽内に円状に配列された複数の前記膜ユニットから等距離の位置に垂直方向に配置し、前記ヘッダー管から分岐する各枝管を放射状に配置してなり、前記ヘッダー管が液面位置もしくは液面より上方位置にあることを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【請求項９】
前記洗浄薬液分配手段は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が管軸方向の一端の入口側で洗浄薬液供給源に連通し、前記ヘッダー管の管軸方向の他端側に圧力を設定値以下に保持する圧力制御装置を設けたことを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【請求項１０】
前記圧力制御装置が、圧力検知装置と、前記ヘッダー管に連通する弁装置と、前記圧力検知装置の検出圧力が上限値となった時に前記弁装置を開操作する制御装置からなることを特徴とする請求項９に記載の大規模膜分離装置。
【請求項１１】
前記洗浄薬液分配手段は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に配置してなり、前記ヘッダー管が管軸方向の一端の入口側で洗浄薬液供給源に連通するとともに、管軸方向の他端の出口側でリターン管に連通し、前記リターン管が前記ヘッダー管の入口側もしくは前記洗浄薬液供給源に連通することを特徴とする請求項１に記載の大規模膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は大規模膜分離装置に関し、膜分離装置を薬液洗浄する際に、効率良く薬液を膜分離装置に均等に分配、接触させる技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、反応槽内に配置する浸漬型膜分離装置において、基本構成をなす単位の膜ユニットは一つのケーシングの中に複数の膜カートリッジを装着している。そして、日本国特許公開公報：特開平９−５２０２６号公報において、膜カートリッジの数量が少ない小規模な施設では、薬液洗浄時に重力注入によって洗浄薬液を各膜カートリッジに供給することが知られている。【０００３】
しかし、大規模施設では反応槽の槽容積の拡大に伴って複数の膜ユニットを列状に配置し、あるいは複数列に配置している。この場合に重力注入によって洗浄薬液を各膜カートリッジに供給すると、作業時間が長くなって施設の稼動時間が短くなり、処理量が少なくなる。【０００４】
このため、本発明者らは、図１９に示すように、ポンプを使用して所定量の洗浄薬液を短時間に供給する方法を考えた。【０００５】
図１９において、反応槽には複数の膜ユニット１を列状に配置し、各膜ユニット１に複数の膜カートリッジ（図示省略）を平行に配置している。この膜カートリッジは濾板の両表面に平膜状の濾過膜を配置し、濾板と濾過膜との間に透過液流路を形成してなり、透過液流路がチューブを介して集水管に連通している。【０００６】
ヘッダー管２は膜ユニット１の配列方向に沿って配置しており、ヘッダー管２は円滑な流れを確保するために所要の口径（大口径）の流路を形成している。枝管３はヘッダー管２から分岐し、弁４を介して各膜ユニット１の集水管に接続している。枝管３はヘッダー管２より小口径の流路を形成しており、集水管は各膜ユニット１のケーシングごとに設けている。【０００７】
ヘッダー管２は反応槽内の液面から所定高さｈ１の位置に配置している。また、ヘッダー管２は流れ方向の終端側に圧力逃がし弁５を設けており、圧力逃がし弁５はヘッダー管２から所定高さｈ２の位置に配置している。【０００８】
ヘッダー管２は流れ方向の始端側（入口側）でろ液取出管路系６に連通している。ろ液取出管路系６は処理水タンク７に連通しており、途中に第１切替弁８および複数の処理水ポンプ９を介装している。また、ろ液取出管路系６には第２切替弁１０を介して洗浄液供給管路系１１が接続している。【０００９】
洗浄液供給管路系１１は処理水タンク７に設けた水中ポンプ１２に接続しており、途中に攪拌器１３を介装している。水中ポンプ１２と攪拌器１３の間には洗浄薬液供給管路系１４が接続している。洗浄薬液供給管路系１４は薬品タンク１５に連通しており、途中に移送ポンプ１６を介装している。【００１０】
この構成における作用は以下に述べるものである。ろ過操作時には、弁４、第１切替弁８を開栓し、圧力逃がし弁５、第２切替弁１０を閉栓する。この状態で、処理水ポンプ９を駆動して吸引圧を各膜ユニット１の膜カートリッジに与え、この吸引圧を駆動圧として各膜カートリッジで反応槽内の液を膜分離処理する。【００１１】
各膜カートリッジのろ過膜を透過したろ液は、チューブ（図示省略）を通って集水管（図示省略）に流入し、さらに枝管３を通ってヘッダー管２に流れ、ろ液取出管路系６を通して処理水タンク７に流入する。【００１２】
逆洗操作時には、弁４、圧力逃がし弁５、第２切替弁１０を開栓し、第１切替弁８を閉栓する。この状態で、水中ポンプ１２を駆動して処理水タンク７の処理水をヘッダー管２に供給し、移送ポンプ１６を駆動して洗浄薬液を処理水とともにヘッダー管２に供給する。【００１３】
洗浄薬液は攪拌器１３において処理水に混合されて所定薬液濃度となり、洗浄液供給管路系１１を通してヘッダー管２に流入する。濃度調整は水中ポンプ１２および移送ポンプ１６を制御して行う。ヘッダー管２に流入した洗浄薬液は、ヘッダー管２から各枝管３を通して各膜ユニット１の集水管に流れ、各チューブを介してそれぞれの膜カートリッジに流入する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述の操作において、複数の膜ユニット１に洗浄薬液を注入する際には、それぞれの膜ユニット１に洗浄薬液を適量注入する必要がある。しかし、必ずしも洗浄薬液がそれぞれの膜ユニット１に均等に注入されない場合がある。【００１５】
洗浄薬液をヘッダー管２に注入する際にはヘッダー管２の内部の圧力が高まる。この圧力が高すぎ、その圧力を大きく減圧できるようなバルブ等の機器が備えられていない場合には、枝管３、集水管、およびチューブを通して各膜カートリッジに作用する圧力に起因して、あるいは前記圧力に伴って大量の洗浄薬液が流れ込むことに起因して膜カートリッジのろ過膜が破損する恐れがある。また、ヘッダー管２の内部の圧力が洗浄薬液の不均等注入の一因となっている。【００１６】
ヘッダー管２の圧力を高くしながら、枝管３に設ける減圧弁（流量調整弁）により圧力を損失させることで、各枝管３を流れる量を均等化する構造とすることも考えられるが、その場合は、求められる薬液の流量に満たない小さな流量となることが多い上、膜装置から逆流してくるガスをガス抜きすることも不可能である。【００１７】
しかも、膜装置が枝管３に接続する場合は、注入されて膜装置内に滞留している薬液が、枝管内部の圧力の不均等なことにより、膜装置の膜面から、不均等に流出、漏れ出すため、膜装置の内部に滞留する薬液を均等に保つこともできない。【００１８】
また、上記した構成において、重力、ポンプ等によって薬液を供給する場合には、水頭に制約があり、１００ｋＰａ以下にする必要があり、特に膜カートリッジが平膜状の濾過膜を備える場合には４０ｋＰａ以下（好ましくは２０ｋＰａ以下）にする必要がある。【００１９】
本発明は上記した課題を解決するものであり、複数の膜ユニットの各膜カートリッジへ同時に洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる大規模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】
【００２０】
上記した課題を解決するために、本発明の大規模膜分離装置は、反応槽内に複数の膜ユニットを配列し、ヘッダー管から分岐する複数の枝管をそれぞれ各膜ユニットの集水管に接続してなり、洗浄薬液が前記ヘッダー管および前記枝管を通して各膜ユニットに流れる膜分離装置であって、前記ヘッダー管および前記ヘッダー管より小口径の前記枝管で洗浄薬液分配手段を構成し、前記洗浄薬液分配手段が各膜ユニットに供給する洗浄薬液を均等に分配する管路構成を備えるものである。【００２１】
この構成において、薬液による洗浄操作時には、ヘッダー管に所定流量の洗浄薬液が流れ、洗浄薬液が前記ヘッダー管および前記枝管を通して複数台の膜ユニットに流れる。この際に前記洗浄薬液分配手段が、その管路構成によって具現する調整機能により、主として圧力水頭に起因する第１の力と、主として速度水頭に起因する第２の力とを調整する。第１の力はヘッダー管内で洗浄薬液を枝管入口に向けて押し込む力として作用するものであり、第２の力はヘッダー管内で洗浄薬液を管軸方向に向けて押し流す力として作用するものである。【００２２】
ここで、ヘッダー管が反応槽の液面より上方位置にある場合に、洗浄薬液は非満管状態、つまりヘッダー管内の上方領域に気相が存在する状態で流れ、ヘッダー管から各枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れる。さらに、各枝管に注入された薬液が、各枝管の先の膜装置においても均等に保持されるためには、各枝管を通った後の枝管内の圧力も均等でなければならない。【００２３】
このとき、洗浄薬液が各枝管に均等に流入するためには、ヘッダー管内での各枝管の入口における供給圧力が均等であることが条件となる。この圧力（以下において枝管入口供給圧力と称す）を規定する要因としては、ヘッダー管へ流入する洗浄薬液の供給量、供給圧力（ポンプの圧力もしくは洗浄薬液を供給する槽における水頭）、ヘッダー管内を流れる洗浄薬液の流速、ヘッダー管口径と枝管口径との口径比、管路抵抗、重力等がある。【００２４】
以下に詳説する。図１および図２は図１９に示したものと同様の構成を示しており、図２において、１ａは膜ユニット１の散気管を示し、１ｂはブロアを示している。図３は図１のａ−ａ矢視図であり、枝管３の構造が異なる３種類のケースを開示している。図４は図３に開示する各構成において各枝管３から膜ユニット１に流れる流量を示すグラフ図である。このグラフ図において各枝管３を識別する符号は、ヘッダー管２の流れ方向において始端側（入口側）に最も近いものをＮＯ．１とし、ヘッダー管２の終端側に最も近いものをＮＯ．８としている。【００２５】
上述の構成において、ヘッダー管２に対して枝管３を水平方向に接続する場合には、枝管入口供給圧力を均等化する要因のなかで、洗浄薬液の流速の影響力が大きくなる。【００２６】
つまり、図４（ａ）に示すように、洗浄薬液の流速が大きい場合には、ヘッダー管の始端側（入口側）に近いほどに洗浄薬液が枝管３へ流入し難く、ヘッダー管２の終端端に近いほどに洗浄薬液が枝管３へ容易に流入する。【００２７】
この現象は以下のことに起因する。つまり、ヘッダー管の始端側では、第１の力（主として圧力水頭に起因する）よりも第２の力（主として速度水頭に起因する）が優位に作用し、洗浄薬液を枝管の入口に向けて押し込む力よりも洗浄薬液をヘッダー管２の管軸方向に押し流す力が優る。一方、ヘッダー管の終端側では、洗浄薬液の流れがヘッダー管２の終端に当たることで圧力水頭が増加する。【００２８】
次に、ヘッダー管２に対して枝管３を鉛直方向に垂下して配置する場合には、枝管入口供給圧力を均等化する要因のなかで、洗浄薬液の圧力の影響力が大きくなる。【００２９】
つまり、図４（ｂ）に示すように、ヘッダー管の始端側（入口側）に近いほどに洗浄薬液が枝管３へ流入し易く、ヘッダー管２の終端端に近いほどに洗浄薬液の到達量が少なくなって洗浄薬液が枝管３へ流入し難い。【００３０】
この現象は以下のことに起因する。つまり、ポンプの供給圧力に起因する圧力水頭とともに重力が枝管の入口に向けて洗浄薬液を押し込む力として作用するので、ヘッダー管の始端側では、第１の力（主として圧力水頭に起因する）が第２の力（主として速度水頭に起因する）よりも優位に作用し、洗浄薬液を枝管の入口に向けて押し込む力が洗浄薬液をヘッダー管２の管軸方向に押し流す力よりも優る。この結果において、洗浄薬液の大部分がヘッダー管の始端側に近い枝管３に流入してしまい、ヘッダー管２の終端端に到達する洗浄薬液が少なくなる。【００３１】
このため、本発明では「重力」と「速度水頭」を考慮し、洗浄薬液分配手段において、第１の力と第２の力とを調整する管路構成を備えることにより、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液が均等に流れる。【００３２】
次に、洗浄薬液分配手段の具体的な構成は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が前記反応槽の液面より上方位置にあり、前記枝管が前記ヘッダー管から前記集水管に向けて下り勾配で所定角度に傾斜するものである。【００３３】
この構成において、例えばヘッダー管２に対して枝管３を４５°に傾斜させることで、上述した「重力」と「速度水頭」の力を調整して枝管入口供給圧力を均等化する。【００３４】
つまり、第１の力である「押し込む力」に重力が加わる割合を枝管の傾斜により加減することで、洗浄薬液がヘッダー管の始端に近い枝管へ過剰に流入することを抑制しつつ、第２の力である「押し流す力」で洗浄薬液をヘッダー管の終端へ向けて押し流し、図４（ｃ）に示すように、全ての枝管３へ均等に洗浄薬液が流入するように枝管入口供給圧力を均等化する。【００３５】
また、この構成では、各枝管には大きく減圧させるようなバルブを設けず、枝管内も満管でなく気相が存在し、かつ大気との流通があり、圧力は大気圧で各枝管で一定である。【００３６】
このため、枝管の先に接続されている膜装置の膜面から、膜装置の内部に滞留する薬液を均等に保つことができる。【００３７】
すなわち、ヘッダー管に対して枝管が集水管に向けて下り勾配で所定角度に傾斜することで、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００３８】
次に、洗浄薬液分配手段の他の具体的な構成は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が前記反応槽の液面より上方位置にあり、前記枝管が前記ヘッダー管よりも上方の所定高さ位置に越流部を有するものである。【００３９】
上記した構成において、ヘッダー管内の圧力水頭は洗浄薬液を枝管の越流部にまで持ち上げる値に設定する。換言すると、枝管に形成する越流部の所定高さ位置は、洗浄薬液の供給圧力（ポンプの供給圧力等）によってヘッダー管内の洗浄薬液に生じる圧力水頭に応じて設定し、洗浄薬液が越流部を流れる際に越流部の上方領域に気相が存在する状態とする。【００４０】
薬液洗浄時に洗浄薬液はヘッダー管を満たして流れ、ヘッダー管から各枝管へ流れる洗浄薬液が越流部の上方領域に気相が存在する状態で越流部を越流して各膜ユニットの集水管に流れる。【００４１】
このとき、ヘッダー管内に洗浄薬液が満ちることで、速度水頭に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることが抑制される。また、重力は枝管入口に向けて洗浄薬液を「押し込む力」として作用せず、圧力水頭（ポンプの供給圧力等）のみが第１の力である「押し込む力」として作用し、圧力水頭が重力に抗して洗浄薬液を越流部にまで持ち上げて越流させる。【００４２】
したがって、枝管がヘッダー管よりも上方の所定高さ位置に越流部を有することで、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００４３】
また、前記枝管の越流部に大気開放部を設けることも可能である。この場合には、越流部が大気開放部において大気開放されることで、洗浄薬液が越流部を越流する際に越流部の気相がエアロックの原因となることがなく、大気圧下において洗浄薬液が枝管を自然流下して各膜ユニットの集水管に流れ、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００４４】
次に、洗浄薬液分配手段の他の具体的な構成は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が前記反応槽の液面より下方位置にあり、前記枝管が液面下で前記ヘッダー管に接続するものである。【００４５】
上記した構成において、薬液洗浄時にヘッダー管に供給する洗浄薬液は、ヘッダー管を満たして各枝管に流れ、枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れる。【００４６】
このとき、ヘッダー管が反応槽の液面より下方位置にあることで、ヘッダー管内が洗浄薬液で満ちた状態となり、速度水頭に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることが抑制される。【００４７】
また、液面からヘッダー管までの距離に相当する水頭が背圧として作用することで、重力は枝管入口に向けて洗浄薬液を「押し込む力」として作用しない。このため、圧力水頭（ポンプの供給圧力等）のみが第１の力である「押し込む力」として作用し、洗浄薬液を枝管入口に向けて押し込み、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００４８】
次に、洗浄薬液分配手段の他の具体的な構成は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が液面位置もしくは液面より上方位置にあり、前記ヘッダー管を複数の短管路に分割し、各短管路を所定数の膜ユニット毎に配置し、各短管路が管軸方向中央部で洗浄薬液供給源に連通するものである。【００４９】
上記した構成により、薬液洗浄時に各ヘッダー管に供給する洗浄薬液は、各枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れる。【００５０】
このとき、ヘッダー管の各短管が各膜ユニット毎に存在し、各短管の管軸方向中央部に洗浄薬液供給源が連通することで、各短管における液位および速度水頭の偏在が抑制され、ヘッダー管の短管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００５１】
次に、洗浄薬液分配手段の他の具体的な構成は、前記ヘッダー管を前記反応槽内に円状に配列された複数の前記膜ユニットから等距離の位置に垂直方向に配置し、前記ヘッダー管から分岐する各枝管を放射状に配置してなり、前記ヘッダー管が液面位置もしくは液面より上方位置にあるものである。【００５２】
上記した構成により、薬液洗浄時にヘッダー管に供給する洗浄薬液は、各枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れる。【００５３】
このとき、洗浄薬液がヘッダー管から放射状に分岐する枝管に流入することで、ヘッダー管における速度水頭の偏在がなくなり、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００５４】
次に、洗浄薬液分配手段の他の具体的な構成は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に配置し、各枝管の取付け軸の方向を平行に配置してなり、前記ヘッダー管が管軸方向の一端の入口側で洗浄薬液供給源に連通し、前記ヘッダー管の管軸方向の他端側に圧力を設定値以下に保持する圧力制御装置を設けたものである。【００５５】
上記した構成により、ヘッダー管に洗浄薬液が過剰に注入されることで洗浄薬液を枝管の入口に向けて押し込む力が過剰となった場合には、圧力制御装置が作動して過剰な圧力を逃がし、膜ユニットに過剰な圧力が作用することを防止する。【００５６】
前記圧力制御装置は、圧力検知装置と、前記ヘッダー管に連通する弁装置と、前記圧力検知装置の検出圧力が上限値となった時に前記弁装置を開操作する制御装置からなるものである。【００５７】
次に、洗浄薬液分配手段の他の具体的な構成は、前記ヘッダー管を前記膜ユニットの配列方向に沿って、かつ水平方向に配置してなり、前記ヘッダー管が管軸方向の一端の入口側で洗浄薬液供給源に連通するとともに、管軸方向の他端の出口側でリターン管に連通し、前記リターン管が前記ヘッダー管の入口側もしくは前記洗浄薬液供給源に連通するものである。【００５８】
上記した構成において、薬液洗浄時にヘッダー管に十分な量の洗浄薬液を流す。ヘッダー管を流れる洗浄薬液は、ヘッダー管から各枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れるとともに、一部がリターン管を通してヘッダー管の入口側もしくは洗浄薬液供給源に戻る。【００５９】
洗浄薬液がヘッダー管およびリターン管において循環することで、速度水頭の偏在が抑制され、速度水頭の偏在に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることがなくなる。また、第１の力である「押し込む力」がヘッダー管の全長にわたって実質的に均等に作用することで、全ての枝管における枝管入口供給圧力が均等化されるので、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００６０】
特に、ヘッダー管に枝管が水平方向に接続する場合には、重力が洗浄薬液を枝管入口に向けて押し込む力として作用しないので、圧力水頭（ポンプの供給圧力等）のみが第１の力である「押し込む力」として作用し、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００６１】
ヘッダー管は反応槽の液面位置もしくは液面より上方位置で水平方向に配置することが好ましいが、反応槽の液面下に配置することも可能である。また、枝管は水平方向に接続することが好ましいが、傾斜してヘッダー管に接続することも可能である。【００６２】
ヘッダー管が反応槽の液面より上方位置にある場合に、洗浄薬液はヘッダー管の上方領域に気相が存在する非満管状態でヘッダー管内を流れ、各枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態における大規模膜分離装置を示す正面図
【図２】同実施の形態における大規模膜分離装置の側面図
【図３】図１のａ−ａ矢視断面を示し、本発明の実施の形態と従来の形態との作用の違いを説明する説明図
【図４】図３の各構成における作用効果の違いを示すグラフ図
【図５】本発明の実施の形態における大規模膜分離装置を示す要部拡大側面図
【図６】同実施の形態における大規模膜分離装置を示す要部拡大正面図
【図７】本発明の他の実施の形態における大規模膜分離装置を示す要部拡大側面図で、（ａ）は液面より上方位置に配置する場合を示す図、（ｂ）は液面上に配置する場合を示す図
【図８】本発明の他の実施の形態における大規模膜分離装置を示す概略図で、槽内の液面下に配置する場合を示す図
【図９】本発明の他の実施の形態における大規模膜分離装置を示す概略図で、槽外の液面より下方に配置する場合を示す図
【図１０】本発明の他の実施の形態における大規模膜分離装置を示す正面図
【図１１】本発明の他の実施の形態における大規模膜分離装置を示す平面図
【図１２】同実施の形態における大規模膜分離装置を示す要部拡大図側面図
【図１３】本発明の他の実施の形態における圧力制御装置を示す構成図
【図１４】本発明の他の実施の形態における大規模膜分離装置を示す正面図
【図１５】同実施の形態における大規模膜分離装置を示す側面図
【図１６】本発明の他の実施の形態における大規模膜分離装置の要部正面図
【図１７】本発明の大規模膜分離装置の作用を示す説明図
【図１８】本発明の実施の形態と従来の形態との作用の違いを説明する説明図
【図１９】従来の大規模膜分離装置を示す正面図
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態における大規模膜分離装置の基本的な構成は先の図１、図２および図１６において説明したものと同様であるので、同符号を用いて説明を省略する。【００６５】
図５および図６において、反応槽内には複数の膜ユニット１を配置しており、ヘッダー管２は膜ユニット１の配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置している。ヘッダー管２から分岐する複数の枝管３は平行に配置しており、各枝管３を各膜ユニット１の集水管（図示省略）に接続している。【００６６】
ヘッダー管２は円滑な流れを確保するために所要の口径（大口径）の流路を形成し、枝管３はヘッダー管２より小口径の流路を形成しており、集水管は各膜ユニット１のケーシングごとに設けている。【００６７】
ヘッダー管２は反応槽の液面より所定高さｈ１（例えば１ｍ）だけ上方位置に水平方向で配置しており、枝管３がヘッダー管２から集水管に向けて下り勾配で所定角度Ｘ（０＜Ｘ＜９０°）傾斜している。【００６８】
上記した構成において、薬液洗浄時には、水中ポンプ１２および移送ポンプ１６を駆動することにより、ヘッダー管２に所定流量の洗浄薬液が流れる。この際にヘッダー管２が反応槽の液面より上方位置にあることで、洗浄薬液は非満管状態、つまりヘッダー管２の上方領域に気相が存在する状態でヘッダー管内を流れ、ヘッダー管２から各枝管３を通して各膜ユニットの集水管へ均等に流れる。【００６９】
このとき、洗浄薬液が各枝管に均等に流入するためには、ヘッダー管２における枝管入口供給圧力が均等であることが条件となる。このため、本実施の形態では「重力」と「速度水頭」を考慮し、ヘッダー管２に対して枝管３を、例えば４５°に傾斜させることで、「重力」と「速度水頭」の力を枝管入口供給圧力の均等化に寄与させている。【００７０】
つまり、第１の力である「押し込む力」に重力が加わる割合を枝管の傾斜により加減することで、ヘッダー管２の始端（入口）に近い枝管に洗浄薬液が過剰に流入することを抑制しつつ、第２の力である「押し流す力」で洗浄薬液をヘッダー管２の終端へ向けて押し流し、全ての枝管３へ均等に洗浄薬液が流入するように枝管入口供給圧力を均等化する。【００７１】
この枝管入口供給圧力を均等化するために必要な枝管３の所定傾斜角度は、ヘッダー管２へ流入する洗浄薬液の供給量、供給圧力、ヘッダー管２を流れる洗浄薬液の流速、ヘッダー管口径と枝管口径との口径比、管路抵抗、重力等を考慮して計算もしくは経験則で定まる。【００７２】
つまり、これらの要素に応じて枝管３の所定傾斜角度を設定することで、枝管入口供給圧力を均等化でき、膜ユニット１の数量、膜ユニット１における膜カートリッジの数量、配管径などの条件に応じて、枝管３の所定傾斜角度を設定することが可能となる。【００７３】
次に、ヘッダー管２における枝管入口供給圧力の均等化は、図７（ａ）、（ｂ）に示す構成においても可能である。図７（ａ）、（ｂ）において、ヘッダー管２は膜ユニット１の配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、複数の枝管３を平行に配置している。ヘッダー管２は反応槽の液面位置もしくは液面より上方位置に配置し、ヘッダー管２の頂部に枝管３を接続する。枝管３はヘッダー管２よりも上方の所定高さ位置ｈ３に越流部２１を有する。【００７４】
この枝管３の越流部２１は所定高さ位置ｈ３にある。この所定高さ位置ｈ３は、洗浄薬液の供給圧力（ポンプの供給圧力）によってヘッダー管内の洗浄薬液に生じる圧力水頭に応じて設定し、洗浄薬液が越流部２１を流れる際に越流部２１の上方領域に気相が存在する状態とする。【００７５】
また、液面からヘッダー管２までの距離は０．２ｍ以下とし、枝管３においてサイホンが成立しないようにする。サイホンは各枝管３の流量がばらつく原因となる。【００７６】
また、越流部２１には大気開放部２１ａを設けることもでき、大気開放部２１ａには開閉弁２１ｂを設ける。この大気開放部２１ａ、開閉弁２１ｂは越流部２１に必ずしも必要なものではない。【００７７】
この構成において、薬液洗浄時にヘッダー管２に供給する洗浄薬液はヘッダー管２を満たして流れ、各枝管３に流れる洗浄薬液は越流部２１を越流して各膜ユニット１の集水管に流れ、枝管３の越流部２１の上方領域に気相が存在する状態となる。【００７８】
このとき、ヘッダー管２の内部に洗浄薬液が満ちることで、ヘッダー管２における有効流路断面積（実質的に洗浄薬液が流れる流路断面積）が非満管状態に比して増加し、速度水頭に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることが抑制される。【００７９】
枝管３がヘッダー管２から所定高さ位置ｈ３に越流部２１を有することで、重力は枝管入口に向けて洗浄薬液を「押し込む力」として作用せず、圧力水頭（ここではポンプの供給圧力）のみが洗浄薬液を枝管入口に向けて「押し込む力」として作用し、圧力水頭が重力に抗して洗浄薬液を越流部２１にまで持ち上げて越流させる。【００８０】
したがって、枝管３がヘッダー管２よりも上方の所定高さ位置ｈ３に越流部２１を形成することで、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００８１】
また、越流部２１に大気開放部２１ａおよび開閉弁２１ｂを設ける場合には、薬液洗浄時に開閉弁２１ｂを開放する。この状態で、薬液洗浄時にヘッダー管２に供給する洗浄薬液は、その圧力水頭が重力に抗して洗浄薬液を越流部２１にまで持ち上げることで、枝管３の越流部２１の上方領域に気相が存在する状態で越流部２１を越流して各膜ユニット１の集水管に流れる。【００８２】
このとき、越流部２１が大気開放部２１ａにおいて大気開放されることで、越流部２１の気相がエアロックの原因となることがなく、大気圧下において洗浄薬液が枝管３を自然流下して各膜ユニット１の集水管に流れ、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００８３】
次に、ヘッダー管２における枝管入口供給圧力の均等化は、図８、図９に示す構成においても可能である。図８または図９において、ヘッダー管２は膜ユニット１の配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置し、複数の枝管３を平行に配置している。ヘッダー管２は反応槽の液面より所定距離ｈ４だけ下方位置に配置しており、図８に示すように、ヘッダー管２は反応槽内の液面下に配置しても良く、図９に示すように、ヘッダー管２は反応槽の外部に配置しても良い。この場合に、枝管３は如何なる角度でヘッダー管２接続しても良い。【００８４】
この構成において、薬液洗浄時にヘッダー管２に供給する洗浄薬液は、ヘッダー管２を満たして各枝管３に流れ、枝管３を通して各膜ユニットの集水管に流れる。【００８５】
このとき、ヘッダー管２が反応槽の液面より下方位置にあることで、ヘッダー管２の内部は洗浄薬液で満ちた状態となり、ヘッダー管２における有効流路断面積（実質的に洗浄薬液が流れる流路断面積）が非満管状態に比して増加し、速度水頭に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることが抑制される。【００８６】
また、液面からヘッダー管２までの距離ｈ４に相当する水頭が背圧として作用することで、重力は枝管入口に向けて洗浄薬液を「押し込む力」として作用せず、圧力水頭（ここではポンプの供給圧力）のみが第１の力である「押し込む力」として作用し、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００８７】
この場合に、ヘッダー管２の流路断面積Ａと各枝管３の流路断面積Ｂと枝管３の本数ＮはＡ＞Ｂ×Ｎ×０．２の関係を満たすことが望まれる。【００８８】
次に、ヘッダー管２における枝管入口供給圧力の均等化は、図１０に示す構成においても可能である。図１０において、ヘッダー管２は膜ユニット１の配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置しており、液面位置もしくは液面より上方位置に配置している。ヘッダー管２は複数の短管２ａに分割しており、各短管２ａのそれぞれが所定数の膜ユニット１に対応している。各短管２ａは管軸方向中央部に洗浄液供給管路系１１が連通している。枝管３はヘッダー管２に対して水平方向、鉛直方向、傾斜方向の何れにおいても接続可能である。【００８９】
この構成により、薬液洗浄時に各ヘッダー管２に供給する洗浄薬液は、各枝管３を通して各膜ユニットの集水管に流れる。このとき、ヘッダー管２が短管２ａに分割されるとともに、各ヘッダー管２の管軸方向中央部に洗浄液供給管路系１１が連通することで、各ヘッダー管２の短管２ａにおける液位および速度水頭の偏在が抑制され、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００９０】
次に、ヘッダー管２における枝管入口供給圧力の均等化は、図１１および図１２に示す構成においても可能である。図１１および図１２において、反応槽内に配置する複数の膜ユニット１は円状に配列しており、各膜ユニット１から等距離の位置、つまり中心位置にヘッダー管２を垂直方向に配置している。ヘッダー管２は液面位置もしくは液面より上方位置にあり、枝管３はヘッダー管２から放射状に分岐して配置し、各枝管３を各膜ユニット１の集水管に接続する。【００９１】
この構成により、薬液洗浄時にヘッダー管２に供給する洗浄薬液は、各枝管３を通して各膜ユニット１の集水管に流れる。このとき、洗浄薬液がヘッダー管２から放射状に分岐する枝管３に流入することで、ヘッダー管２における速度水頭の偏在がなくなり、各枝管３に均等にヘッダー管２の圧力が作用し、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【００９２】
また、図１３に示すように、ヘッダー管２および枝管３を通して過剰な圧力が膜ユニット１に作用することを防止するために、ヘッダー管２の終端側に圧力を設定値以下に保持する圧力制御装置４１を設けても良い。尚、ここではヘッダー管２が液面上に位置する例で説明するが、ヘッダー管２は液面下に配置しても良い。【００９３】
圧力制御装置４１は、ヘッダー管２の終端における圧力を測定する圧力検知装置４２と、ヘッダー管２に連通して液面から所定高さ位置ｈ５（例えば２ｍ）に介装した弁装置４３と、圧力検知装置４２の検出圧力が上限値となった時に弁装置４３を開操作する制御装置４４と、洗浄液供給管路系１１に設けた弁装置４５からなる。弁装置４５を設ける代わりに、第２切替弁１０を流量可変に構成することも可能である。【００９４】
この構成において、例えば枝管３の圧力が０〜２０ｋＰａ程度になるようにヘッダー管２、枝管３の設計および洗浄薬液の総流入量を調整する。膜装置の想定外の汚れなどによる液流入の抵抗が大きい場合などに、標準的流量で注入されることで洗浄薬液を枝管の入口に向けて押し込む力が過剰となり、圧力制御装置４１の圧力検知装置４２で測定する検出圧力が上限値（例えば２０ｋＰａに設定）となると、制御装置４４が弁装置４３、４５を開閉操作して過剰な圧力を逃がし、膜ユニット１に過剰な圧力が作用することを防止し、流量を抑制する。【００９５】
次に、ヘッダー管２における枝管入口供給圧力の均等化は、図１４および図１５に示す構成においても可能である。【００９６】
ヘッダー管２は膜ユニット１の配列方向に沿って配置し、ヘッダー管２から分岐する枝管３が各膜ユニット１の集水管（図示省略）に接続している。ヘッダー管２は膜ユニット１の配列方向に沿って、かつ水平方向に沿って配置しており、反応槽の液面位置もしくは液面より所定高さだけ上方位置にある。このヘッダー管２に枝管３が水平方向に接続している。【００９７】
ヘッダー管２は流れ方向の始端側（入口側）が洗浄液供給管路系１１に連通しており、ヘッダー管２の流れ方向の終端側（出口側）にリターン管５１の一端が接続している。リターン管５１は他端がヘッダー管２の入口側に連通しており、途中に開閉弁５２を設けている。このリターン管５１の他端側は洗浄液供給管路系１１に接続することも可能である。また、図１６に示すように、リターン管５１の一端側はヘッダー管２の終端側に位置する枝管３に接続しても良い。【００９８】
上記した構成において、ろ過操作時には、弁４、第１切替弁８を開栓し、開閉弁５２、第２切替弁１０を閉栓した状態とする。この状態で、処理水ポンプ９を駆動して吸引圧を各膜ユニット１の膜カートリッジに与え、吸引圧を駆動圧として各膜カートリッジでろ過作用を行う。ろ過膜を透過したろ液はチューブ（図示省略）を通って集水管（図示省略）に流入し、さらに枝管３を通ってヘッダー管２に流れ、ろ液取出管路系６を通して処理水タンク７に流入する。【００９９】
薬液逆洗時には、弁４、第２切替弁１０、開閉弁５２を開栓し、第１切替弁８を閉栓した状態とする。この状態で、水中ポンプ１２を駆動して処理水タンク７の処理水を供給し、移送ポンプ１６を駆動して洗浄薬液を供給する。【０１００】
この際にヘッダー管２が反応槽の液面より上方位置にあることで洗浄薬液は非満管状態、つまりヘッダー管２の上方領域に気相が存在する状態でヘッダー管内を流れ、ヘッダー管２から各枝管３を通して各膜ユニットの集水管へ流れる。一部の洗浄薬液はリターン管５１を通してヘッダー管２の入口側もしくは洗浄液供給管路系１１に戻り、洗浄薬液がヘッダー管２およびリターン管５１において循環する。【０１０１】
このため、速度水頭の偏在が抑制され、速度水頭の偏在に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることがなくなる。第１の力である「押し込む力」がヘッダー管２の全長にわたって実質的に均等に作用し、全ての枝管３において枝管入口供給圧力が均等化されることで、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。【０１０２】
また、ヘッダー管２に枝管３が水平方向に接続することで、重力が枝管入口に向けて洗浄薬液を「押し込む力」として作用せず、圧力水頭（ここではポンプの供給圧力）のみが第１の力である「押し込む力」として作用し、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に分配、接触させることができる。
【実施例】
【０１０３】
以下に本発明の計算に基づく実施例を説明する。
１．洗浄薬液がヘッダー管２を非満管状態で流れる場合（図１７参照）
１−１．図１８（ａ）に示すように枝管３を鉛直方向に配置する場合
Ｑ＝各枝管の流量、ａ＝枝管の流路断面積、ｖ＝枝管の流速、Ｖ＝ヘッダー管の流速、Ａ＝ヘッダー管において実際に洗浄薬液が占める流路断面積、ｈ＝ヘッダー管の水位、ｇ＝９．８ｍ／ｓ２として、枝管を１本とすると、
Ｑ＝ｖ×ａ＝ｓｑｒｔ（２ｇｈ）×ａ＝ＶＡとなる。【０１０４】
これにより、枝管の流路断面積ａと枝管の流量Ｑが決まれば、ヘッダー管２の水位ｈが次式で求められる。
ｈ＝Ｑ×Ｑ／（ａ×ａ×２ｇ）
ここで、枝管径５０ｍｍ、流量６０リットル／分と仮定すると、
ａ＝０．００２ｍ２、Ｑ＝０．００１ｍ３／ｓｅｃ、ｖ＝０．５となり、
ヘッダー管２の水深
ｈ＝０．００１×０．００１／（０．００２×０．００２×２×９．８）
＝０．０１２８ｍ＝１２．８ｍｍとなる。
ａ）ヘッダー管２の管径１５０ｍｍの時
このとき、Ａ＝０．０００７３ｍ２、Ｖ＝Ｑ／Ａ＝１．３７ｍ／ｓ
よって１０本の枝管３に均等に洗浄薬液を流すには１０Ｖ＝１３．７ｍ／ｓで流入させる必要がある。【０１０５】
１ｍの高さから自由落下で洗浄薬液が流入する流速が４．４ｍ／ｓであるので、例えば１５０ｍｍで同じ流量を流した場合、
Ａ＝１０Ｑ／４．４＝０．０１／４．４＝０．００２２７
このとき、ｈ＝０．０２７、
ｖ＝ｓｑｒｔ（２ｇｈ）＝ｓｒｔ（２×９．８：０．０２７）＝０．７３なる。
１番目の枝管の流量Ｑ１
Ｑ１＝０．７３×０．００２＝０．００１４６となり、最初の枝管に設計値の約１．５倍の流量が流れる。
２番目の枝管Ｑ２
Ａ＝０．００９８５４／４．４＝０．００２２４からＱ２もＱ１と同程度となり、その結果、最初の２本の枝管で全体の３０％近い流量が流れ、最後の枝管には流れなくなる。【０１０６】
１−２．図１８（ｂ）に示すように枝管３を斜め４５°に配置する場合
先と同様に、Ｑ＝ｖ×ａ＝ｓｑｒｔ（２ｇｈ）×ａ＝ＶＡ、ｈ＝Ｑ×Ｑ／（ａ×ａ×２ｇ）
ここで、枝管径５０ｍｍ、流量６０リットル／分と仮定すると、
ａ＝０．００２ｍ２、Ｑ＝０．００１ｍ３／ｓｅｃ
ヘッダー管２の水深ｈ＝０．００１×０．００１／（０．００２×０．００２×２×９．８）＝０．０１２８ｍ＝１２．８ｍｍとなる。
ａ）ヘッダー管２の管径１５０ｍｍの時
枝管の中心は底面から０．０２２ｍ
全水深は０．０１２８＋０．０２２＝０．０３４８
このとき、Ａ＝０．００２９８ｍ２、Ｖ＝Ｑ／Ａ＝０．３３６ｍ／ｓ
これは約６０ｃｍから自由落下させた時の速度である。
したがって、１５０ｍｍのとき、約６０ｃｍの高さより投入すれば、均一に各枝管に投入できる。【０１０７】
１−３．図１８（ｃ）に示すように枝管３を水平に配置する場合
先と同様に、Ｑ＝ｖ×ａ＝ｓｑｒｔ（２ｇｈ）×ａ＝ＶＡ、ｈ＝Ｑ×Ｑ／（ａ×ａ×２ｇ）
ここで、枝管径５０ｍｍ、流量６０リットル／分と仮定すると、
ａ＝０．００２ｍ２、Ｑ＝０．００１ｍ３／ｓｅｃ
ヘッダー管２の水深ｈ＝０．００１×０．００１／（０．００２×０．００２×２×９．８）＝０．０１２８ｍ＝１２．８ｍｍとなる。
ａ）ヘッダー管２の管径１５０ｍｍの時
枝管の中心は底面から０．０７５ｍ
全水深は０．０８７８ｍ
このとき、Ａ＝０．０１０１ｍ２、Ｖ＝Ｑ／Ａ＝０．１０ｍ／ｓ
よって１０本の枝管３に均等に洗浄薬液を流すには１０Ｖ＝１．０ｍ／ｓ（自由落下で０．０５ｍの高さ）で流入させる必要がある。
１ｍの高さから自由落下で流入したときの流速が、４．４ｍ／ｓであるので、例えば１００ｍｍの配管で同じ流量を流した場合、
Ａ＝１０Ｑ／４．４＝０．０１／４．４＝０．００２２７
このとき、全水深は０．０３２５＜０．０７５となり、枝管の中心０．０７５より水位が低く、最初の枝管からは流出しない。
その結果、ヘッダー管の後端より順に水位が高くなり、設計値の流量より多くの流量が流れる。また、全体が満管状態となるためには、
ｖ＝ｓｑｒｔ（２ｇｒ）＝１ｍ、Ｑ＝１０ａ×ｓｑｒｔ（２ｇｒ）
＝１０×０．００２×１＝０．２ｍ３／ｓｅｃ＝１２０ｍｌ／ｍｉｎ
となり、今回の約２倍の流量が必要であることから、満管にもならない。したがって、後ろ側から水位が上昇して流量が増え、前側の数本の枝管の流量は小さくなる。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
2007049327.tif 000022
2007049327.tif 000023