(57)【要約】  【課題】  浄化槽に装備される膜モジュールにおいて、一部の管状膜の破損によって濾過液中に汚泥が流出した際に、現場で簡単かつ迅速に破損した管状膜モジュールを補修する方法を提供する。  【解決手段】  濾過液の出口を有する筒状容器とともに両端を集束固定した多数の管状膜からなる浄化槽用の浸漬型膜モジュールにおいて、該管状膜の一部の破損によって濾過液中に汚泥が流出した際に、該膜モジュールの濾過液側から該管状膜の潰れ圧未満の空気圧を加え、膜面側から気泡が流出する管状膜を特定した後、その特定した管状膜の上下に密栓する。  【選択図】    図１
2007283169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
濾過液の出口を有する筒状容器とともに両端を集束固定した多数の管状膜からなる浄化槽用の浸漬型膜モジュールにおいて、該管状膜の一部の破損によって濾過液中に汚泥が流出した際に、該膜モジュールの濾過液側から該管状膜の潰れ圧未満の空気圧を加え、膜面側から気泡が流出する管状膜を特定した後、該管状膜の上下に密栓することを特徴とする浄化槽用管状膜モジュールの補修方法。
【請求項２】
前記膜モジュールの破損箇所の検出作業を、該膜モジュールを浄化槽内に設置したままで行うことを特徴とする請求項１記載の浄化槽用管状膜モジュールの補修方法。
【請求項３】
前記膜モジュールの破損箇所の検出作業を、該膜モジュールを浄化槽から取り出して浄化槽の外で行うことを特徴とする請求項１記載の浄化槽用管状膜モジュールの補修方法。
【請求項４】
濾過液の出口を有する筒状容器とともに両端を集束固定した多数の管状膜からなる浄化槽用の浸漬型膜モジュールを、浄化槽に固定した枠体の中に着脱可能に装着したことを特徴とする浄化槽における膜モジュールの取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生活排水を浄化するための合併処理浄化槽用の浸漬型膜分離装置に関する。さらに詳しくは、浸漬型膜分離装置の浸漬型膜モジュールとして用いた多数の管状膜からなる膜モジュール（以下、管状膜モジュールと呼ぶ）において、管状膜の一部の破損によって濾過液中に汚泥が流出した際に、現場で簡単に実施できる管状膜モジュールの補修方法、及びその補修方法の実施に好適な管状膜モジュールの取付構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境汚染防止のために生活排水を総合的に浄化することは社会的にも重要であり、小型浄化槽へ浸漬型膜濾過法を適用することもその一つの手段として開発に注力されている（例えば、(財)日本環境整備教育センター「膜処理法を導入した小型生活排水処理装置の実用化に関する研究報告書」、平成４〜平成７年度、あるいは、環境省浄化槽対策室監修「窒素除去型・膜分離型小型合併処理浄化槽維持管理ガイドライン・同解説」、(財)日本環境整備教育センター、平成13年11月発行、参照）。
この方法が実用的であるためには、濾過性能だけでなく、安価であること、コンパクトであること、維持管理が容易であることも必要である。維持管理性においては、とりわけ膜の破損によって濾過液中に汚泥が流出する緊急事態に対して、現場で迅速かつ簡単に補修できなければならない。
【０００３】
従来用いられてきた膜モジュールは、専ら多数の平板状膜カートリッジからなるプレート型（例えば、特許文献１参照）と中空糸型（例えば、特許文献２参照）であり、膜の破損時には、プレート型では当該カートリッジのみを交換すればよく、中空糸型では破損した中空糸膜が汚泥で自ら閉塞するためにろ過液中に汚泥が流出することはない。
従って、膜の破損に対しては、これらの膜モジュールの維持管理は容易であると言える。しかしながら、10人程度までを対象にした小型浄化槽のための膜モジュールとしては、必ずしもコンパクトおよび経済的であるとは言えない。
【０００４】
本発明者らの開発による管状膜モジュール（特許文献３、４参照）によって、コンパクト性と経済性は格段に改善されたが、膜が破損したときには膜モジュールを交換しなければならないと言う維持管理面での経済的な問題が残されていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１１７３５６号公報
【特許文献２】特開２０００−０４４７１８号公報
【特許文献３】特願２０００−３６３３８９号
【特許文献４】特願２０００−３６３４６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、浄化槽に装備される膜モジュールにおいて、一部の管状膜の破損によって濾過液中に汚泥が流出した際に、現場で簡単かつ迅速に破損した管状膜モジュールを補修する方法を提供することである。
又、他の目的は上記補修作業を簡単に行うことができる浄化槽における管状膜モジュールの取付構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
膜の欠陥箇所、あるいは破損箇所を検出する一般的な方法として、JIS（JIS K 3832 精密濾過膜エレメント及びモジュ−ルのバブルポイント試験方法）などにも記載されているように、バブルポイント試験がよく知られている。本発明の一つはこの方法を応用したものである。
水に接している膜に対して反対側から空気を加圧すると、膜の孔径に応じたある圧力以上（バブルポイト）から水中に気泡が発生する。浄化槽に用いられる膜の平均孔径は0.1〜1μmであり、バブルポイントはおよそ100kPa以上である。膜の孔径よりも著しく大きい欠陥箇所や破損箇所がある場合には、これらの場所から正常なバブルポイントよりもはるかに低い圧力で大量に気泡が発生する。したがって、バブルポイント試験によって、このような箇所を特定することができる。
【０００８】
管状膜モジュールでは、すべての管状膜の内側から外側へ通過した濾過液が濾過液出口に集合する。したがって、活性汚泥液或いは水に浸った状態の管状膜モジュールに濾過液出口側から空気を送ると、すべての管状膜に同じ空気圧が加わり、破損した管状膜からは低い圧力で大量に気泡が流出する。
【０００９】
特別な補強材で裏打ちされていない管状膜は、10kPa程度の低い外圧によって扁平に潰れるため、バブルポイント試験においても、潰れ圧未満の圧力を使用しなければならない。一方、本発明者らの経験によれば、直径がおよそ10μm以下の穴に相当する破損であれば、濾過液に汚泥が流出せず、濾過液の水質の低下もほとんど認められない。
従って、およそ10μm以上の破損が検出の対象になり、対応するバブルポイントは高々3kPa程度であるから、既設のエアポンプを使った潰れ圧未満の圧力でのバブルポイント試験によって破損した管状膜を浄化槽内で容易に特定することができる。
或いは、浄化槽から膜モジュールを取り出して、専用のバブルポイント試験装置を使って特定することも、勿論可能である。
【００１０】
バブルポイント試験で特定した管状膜に適当な印を付け、これらの管状膜の上下に密栓をすれば、再び使用することができる。この作業は浄化槽の外で行なわれるので、膜モジュールを浄化槽から容易に取り出すことができ、補修後には正確かつ容易に浄化槽内に再び装着できる必要がある。
浄化槽は堅牢な構造であるから、膜モジュールの設置位置を正確に規定する堅牢な枠体を浄化槽に固定し、これに膜モジュールを着脱可能に装着することができれば、これは実現可能である。
【００１１】
即ち、本発明の管状膜モジュールの補修方法は、濾過液の出口を有する筒状容器とともに両端を集束固定した多数の管状膜からなる浄化槽用の浸漬型膜モジュールにおいて、該管状膜の一部の破損によって濾過液中に汚泥が流出した際に、該膜モジュールの濾過液側から該管状膜の潰れ圧未満の空気圧を加え、膜面側から気泡が流出する管状膜を特定したのち、該浄化槽の外で該管状膜の上下に密栓することを特徴とする（請求項１）。
そして、破損した管状膜を検出特定する作業は、膜モジュールを浄化槽内に設置したままで行う（請求項２）、或いは膜モジュールを浄化槽から取り出して浄化槽の外で行う（請求項３）ことができる。
【００１２】
又、破損した管状膜の上下に密栓を施す作業は浄化槽から取り出して行うため、本発明は濾過液の出口を有する筒状容器とともに両端を集束固定した多数の管状膜からなる浄化槽用の浸漬型膜モジュールを、浄化槽に固定した枠体の中に着脱可能に装着したことを特徴とする（請求項４）。
【００１３】
本発明は上記手段によれば、既設のエアポンプを利用したバブルポイント試験によって破損が生じた管状膜を特定し、その管状膜の上下に密栓することによって、特別な装置を使わなくとも、管状膜モジュールを現場で簡単かつ迅速に補修することができる。
また、管状膜モジュールの取付構造によれば、膜モジュールを浄化槽に固定された堅牢な枠体に装着することによって、補修作業に伴う膜モジュールの着脱作業を容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の膜モジュールの補修方法は、特別な装置を使わなくとも、管状膜モジュールを現場で簡単かつ迅速に補修することができる。
特別な補強材で裏打ちされていない通常の管状膜は10kPa程度の低い外圧によって扁平につぶれるが、破裂強度は非常に大きく、例示した不織布で補強された管状膜の破裂圧力は数百kPaである。そのため、破裂圧力よりはるかに低い圧力が加わっているにすぎない通常の運転中に管状膜が破損することを想像するのは困難である。他方、管状膜内が汚泥などで閉塞したときには、棒などを押し込んでこれらを物理的に除去しなければならない場合がある。管状膜のほとんどの破損はこのような物理的な原因によるものであり、実際に本発明が実施されるのは、このような疑いが生じたときである。
本発明は、破損した膜モジュールの補修だけでなく、破損のないことを確認する方法にもなっている。したがって、従来では新品に交換しなければならなかった膜モジュールを現場で簡単に補修して引き続き使用できるという維持管理面で得られる直接的な効果だけでなく、破損のないことを確認することによって得られる信頼性の面での効果も非常に大きい。
又、請求項４記載の構成により、補修作業に伴う膜モジュールの着脱作業を容易に行うことができると共に、補修後には正確かつ容易に浄化槽内に再び装着することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施態様を図面に基づき説明する。
図１は本発明を説明するための浄化槽の平面略図で、槽の上部を切り取って、本発明に関わる部分のみを示している。図２はエアリフト式濾過液ポンプの略図である。図３は浸漬型膜分離装置とこれを装着する枠体を含む平面図、図４と図５は、それぞれその正面図および側面図であり、図６（ａ）は図３のＡ−Ａ矢視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＢ矢視図である。
【００１６】
はじめに、前掲の文献を参照して、浸漬型膜分離装置を組み込んだ合併処理浄化槽について簡単に説明する。
合併処理機能を有する浄化槽は、大別して二個乃至三個の槽から構成され、三槽の場合には固液分離槽、脱窒槽、および硝化槽（曝気槽）で構成され、ニ槽の場合は固液分離槽と曝気槽で構成されている。浸漬型膜分離装置は活性汚泥処理槽である曝気槽に埋設されている。
浸漬型膜分離装置は膜モジュール、および膜モジュールへの気泡の供給と活性汚泥液の曝気を兼ねた散気装置からなる。濾過方式には、吸引濾過、サイホン濾過、重力濾過などがあり、いずれの方式も本発明に適用可能である。
【００１７】
次いで、図１乃至図６を用いて処理フローについて説明する。
図１に示される浄化槽1では符号２が脱窒槽または固液分離槽（いずれの場合でも本発明は適用可能であるから、以下では、これらを区別しないで前段の槽と呼ぶ）に該当する。本発明に用いる膜モジュール10は管状膜モジュールである。
図４に示すように、膜モジュール10では、濾過液の出口103を有する筒状容器110に、多数の管状膜101が熱可塑性樹脂102などによって上下両端で集束固定されており、その熱可塑性樹脂102による上側の集束固定位置より下方位置に濾過液の出口103が形成されており、それによりすべての管状膜101で濾過された液が濾過液出口103に集まる。筒状容器110の横断面の形状を限定する理由は特にないが、主に経済的な理由により円筒が好ましく、例えばJIS規格などの塩ビ管などが用いられる。
【００１８】
管状膜101には、孔径が0.1〜1μm程度の公知の精密濾過膜が使用される。例えば、特公昭56−35483号公報に記載されている方法では、不織布で補強したテープ状の膜を、内径を規定する心棒に螺旋状に巻きつけながら、その長手方向の互いに重ね合わせた周辺部を超音波溶着することによって任意の孔径や内径の管状膜が連続的に製造される。
内径が小さいと汚泥で閉塞しやすく、大きいとモジュールの単位体積あたりの膜面積が小さくなるので、本発明に適した内径は８〜15mm、より好ましくは10〜13mm程度である。
【００１９】
膜モジュール10は非常に軽量・コンパクトであり、例えば、内径11mm、厚さ0.2mmの管状膜を、有効長が約50cmとなるように内径約30cm、長さ（高さ）約57cmの円筒形状をした塩化ビニル製の筒状容器110に約600本集束固定すると、重量は約３kg、有効膜面積は少なくとも10人槽まで対応できる約10ｍ2になる。
前段の槽２から移送パイプ３を経て曝気槽４に送り込まれた汚水は、活性汚泥処理されつつ曝気槽４に埋設された浸漬型膜分離装置８で濾過される。図５に示す散気装置９から膜モジュール10全体にほぼ均一に送り込まれた気泡は、活性汚泥液を随伴しながら膜モジュール10内を上昇した後、その上端から放出される。
従って、曝気中、活性汚泥液は膜モジュール10の内外を循環し、この間に濾過が行われる。
【００２０】
散気装置９には、その横断面の輪郭が管状膜モジュール10と同一になるように、膜モジュール10の筒状容器110と同じ筒が通常用いられ、その中に、例えば、幹管と枝管から構成されたパイプに直径10mm程度の空気の噴出し穴を互いに数cm間隔で設けた散気管91が装着されている。幹管の一端にはエアポンプ13から伸びる空気の供給パイプ92が接続され、他端には散気装置９の着脱時に空気の供給パイプ92とともに用いるパイプ93が取り付けられている。
【００２１】
本実施例では、濾過方式として重力濾過が用いられている。濾過液ラインは、分岐点104で濾過液ポンプ11に向かうライン105と先端が大気に開放されているライン106の二つに分岐している。従って、分岐点104と活性汚泥液の液面（図示せず）の水位差が濾過圧になる。濾過液ポンプ11はエアリフト式で、ライン105から流入する濾過液を空気の入口111から送り込まれた気泡で持ち上げて消毒槽５に送る。ここで消毒された後、処理液出口12から外界に放流される。
【００２２】
図１では、一つのエアポンプ13で散気管91と濾過液ポンプ11に空気を送り、それぞれに必要な空気流量をバルブ14と15で調整している。また、エアポンプ13にはバブルポイント試験のためのライン18も接続されており、通常の運転中はバルブ16と17が閉じられている。
【００２３】
次に、破損した管状膜の検出方法について説明する。
正常な管状膜の濾過液は無色乃至淡黄色透明であるが、管状膜が破損して汚泥が流出すると消毒槽５内の液が濁る。このような事態が発生したときには、速やかにバルブ14と15を閉じ、散気装置９と濾過液ポンプ11に空気を送るエアポンプ13を止めて浄化槽の運転を停止する。
検出作業は、膜モジュール10を浄化槽1内に設置したままで行うこともできるし、浄化槽１から取り出して行うこともできる。はじめに、膜モジュール10を浄化槽１内に設置したままで検出作業行う場合について説明する。
【００２４】
先ず、活性汚泥処理液の水位が高く、MLSS濃度も高い場合には、汚泥の沈殿が遅いために膜モジュール10の上端が目視できるまでにかなりの時間を要するので、曝気槽４の活性汚泥処理液を前段の槽２あるいは容量調整槽（前掲の文献参照）に移して、膜モジュール10の上端が速やかに目視できるように水位を下げるとよい。一方、生活排水の受け入れ容量にはかなりの余裕が残されており、膜モジュールの補修のために生活排水の流入を止める必要がない場合が多い。
上述のようにして膜モジュール10の上端を観察できる状態にしてから、大気開放ライン106の先端にバブルポイント試験用ライン18を接続する。運転を停止してからこれまでの作業の間も少量の濾過が続くので、濾過液ポンプ11内の水位は活性汚泥液の液面にほぼ等しくなっている。
【００２５】
次いで、バルブ17を全開にしてからエアポンプ13を稼動し、圧力計Ｐの指示が所定圧力になるようにバルブ17を絞った後、バルブ16を開いて数分間そのまま放置する。この所定圧力は管状膜の破損を検出するに十分な圧力であるとともに、濾過液ポンプ11内の液が消毒槽５に流出し始める圧力よりもやや低く、且つ管状膜101の潰れ圧よりも低いことが予め確認された圧力であり、通常は４〜６kPa程度である。
管状膜101の潰れ圧は濾過液ポンプ11内の液が消毒槽５に流出し始める圧力よりも通常低い。従って、このような測定ラインを構成すれば、仮に濾過液ポンプ11内の液が消毒槽５に流れ出すような動作を行ったとしても、管状膜101に加わる圧力がその時点の圧力を超えることはないので、管状膜101が潰れることはない。
【００２６】
既に説明したように、破損箇所のバブルポイントは上記の所定圧力よりも低いので、該当する管状膜から気泡が流出する様子を膜モジュールの上から観察することができる。このような管状膜に油性ペンなどで印を付ければ、破損した管状膜の特定は終了する。
【００２７】
次に、膜モジュール10を浄化槽１から取り出してから、専用の装置を使って破損した管状膜の検出を行う場合について、図７を用いながら説明する。
浄化槽1から取り出された膜モジュール10は、水槽20、例えば水を張ったドラム缶に沈め、濾過液ポンプ11に向かう濾過液ライン105はバルブ19に置き換えられている。大気開放パイプ106の先端にはバブルポイント試験ライン18が接続されている。バブルポイント試験ライン18の代わりに空気圧が上述の所定圧力になるように調整された空気ラインを別途準備してもよい。そして、この装置を用い上記と同様の作業により破損した管状膜が特定される。
【００２８】
上記した作業により破損した管状膜101を特定したのち、図８に示すように、その破損した管状膜101’の上下にゴム栓（密栓）120をする作業が行われるが、この作業は浄化槽１の外で行うため、まず、これらの作業を可能にする膜モジュール10の取付構造について説明する。
浄化槽1に対する膜モジュール10の取付構造は、浄化槽１に固定した枠体７に膜モジュール10を挿入式に装着することによって、膜モジュール10の着脱を可能にしたものである。図１、図３、及び図４では、枠体７が前段の槽２と曝気槽４の仕切り板６に固定されているが、他の任意の場所に固定してもよい。また、枠体７には、膜モジュール10だけでなく、散気装置９も着脱可能に装着されているが、例えば、浄化槽１の定期点検の際には、しばしば膜モジュール10だけでなく、散気管91の点検も行われるからである。
【００２９】
枠体７は、散気装置９と膜モジュール10の周囲を4箇所で支持するガイドプレート71、ガイドプレート71を固定する桟72とアングル73、およびこれらを浄化槽１側に固定する支柱74から構成されている。ガイドプレート71のうちの２本は浄化槽１の底に達し、枠体７を支える脚76になっている。また、ガイドプレート71には、散気装置９の位置決め用ストッパー75がついている。これらは、ステンレススチールなどの堅牢で錆びにくい材料が用いられ、溶接などによって組み立てられる。
本発明の範囲でこれらの構成要素を様々に変形することは容易であろう。また、図の膜モジュールの横断面は円形であるが、矩形なども可能であって、本発明の範囲でこれらに対応した変更を行うことも容易であろう。
【００３０】
散気装置９には枠体７の上に伸びる空気の供給パイプ92と着脱用パイプ93が付いており、これらを掴んで散気装置９が枠体７に着脱式に装着される。また、散気装置９の上部には、膜モジュール10の位置を規定する位置決め帯94が取り付けられ、この中に膜モジュール10の下端が収まるようになっている。位置決め帯94の上側の破線は、膜モジュール10を挿入し易くするために上端が外向きに広がっていることを示す。これらの材料には汎用プラスチック、例えばJIS規格などの塩化ビニル管などが用いられる。
【００３１】
膜モジュール10の着脱には、図３および図６（ａ）に示す取っ手107が使用される。図６（ａ）に示すように、取っ手107は、濾過液出口103の下で、固定バンド108の締結部にボルト・ナット109によって固定されている。即ち、図６（ｂ）に示すように、固定バンド108の周方向の側端はＬ字型に折り曲げられて向かい合い、これらの間に扁平に押し潰した取っ手107の先端（下端）が挿入される。固定バンド108の反対側も同じ構造で、２箇所をボルト・ナット109で締め付けることによって取っ手107を固定するとともに、固定バンド108を膜モジュール10の筒状容器110に密着させる。
固定バンド108におけるＬ字型の締結部は、該バンド材を折り曲げて同一体に構成してもよいが、同じ素材で構成したＬ字型部材を溶接などで一体的に連結してもよい。
上記構成により、膜モジュール10を曝気槽４から容易に取り出すことができる。次いで、印を付けた管状膜の上下をゴム栓などで密栓すれば、膜モジュール10の補修が終了する。補修後の膜モジュール10は、枠体７で規定される位置に再び正確に装着される。そして、前記のバブルポイント試験を繰り返して補修が完全であったことを確認してから運転が再開される。運転の再開方法については説明を要しないであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の一例を示す浸漬型膜分離装置を設置した浄化槽の平面略図。
【図２】同浄化槽に装備されるエアリフト式濾過液ポンプを示す概略図。
【図３】浸漬型膜分離装置とこれを装着する枠体を示す平面図。
【図４】同正面図。
【図５】同側面図
【図６】（ａ）は図３のＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＢ矢視図。
【図７】膜モジュールを浄化槽から取り出して破損部分を検出する専用装置を示す概略図。
【図８】破損した管状膜の上下にゴム栓を取り付けて補修した膜モジュールを示す一部切欠正面図。
【符号の説明】
【００３３】
１…合併処理浄化槽                    ２…前段の槽
３…移送パイプ                        ４…曝気槽
５…消毒槽                            ６…仕切り板
７…枠体                              71…ガイドプレート
74…支柱                              75…ストッパー
８…浸漬型膜分離装置                  ９…散気装置
91…散気管                            92…空気の供給パイプ
93…着脱用パイプ                      94…位置決め帯
10…膜モジュール（管状膜モジュール）  101…管状膜
103…濾過液出口                      104…分岐点
106…大気開放パイプ                  107…取っ手
108…取っ手の固定バンド              120…ゴム栓
11…濾過液ポンプ                      12…処理液出口
13…エアポンプ                        18…バブルポイント試験用ライン
20…水槽                              Ｐ…圧力計
【図１】
2007283169.tif 000003
【図２】
2007283169.tif 000004
【図３】
2007283169.tif 000005
【図４】
2007283169.tif 000006
【図５】
2007283169.tif 000007
【図６】
2007283169.tif 000008
【図７】
2007283169.tif 000009
【図８】
2007283169.tif 000010