(57)【要約】【課題】消費エネルギが低く、省スペース化を図れる平膜型膜分離装置を提供する。【解決手段】本発明の平膜型膜分離装置は、ろ過膜４ｒが１対の延在面に設けられ被処理液をろ過膜４ｒでろ過処理して処理液を得る膜エレメント４と、複数の膜エレメント４が膜間流路５ｓの間を空けて水平方向に並んで設けられる膜モジュール５と、膜モジュール５が配置される膜分離槽３と、膜間流路５ｓに在る被処理液に散気する散気装置８を備え、膜分離槽３と膜モジュール５との間に供給される被処理液は、膜分離槽３と膜モジュール５との間の下降流と、膜間流路５ｓを流れ散気装置８による気泡を含む上昇流とで循環され、断面積比＝(水平方向の膜分離槽３の内部の断面積から膜モジュール５の断面積を減算した面積)÷（水平方向の膜間流路５ｓの総断面積の各膜間流路５ｓの断面積×その流路数）が、０．８５以上である。【選択図】図１
2013132602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液をろ過処理して処理液を得る平膜型膜分離装置であって、
前記被処理液をろ過処理するろ過膜が、対向して外郭を形成する１対の延在面を形成するように設けられ、前記被処理液を前記ろ過膜でろ過処理して前記処理液を得るための膜エレメントと、
前記膜エレメントの延在面が鉛直方向に沿うように、複数の前記膜エレメントが膜間流路の間を空けて水平方向に並んで設けられる膜モジュールと、
当該膜モジュールが内部に配置される膜分離槽と、
前記膜間流路に在る前記被処理液に散気する散気装置とを備え、
前記膜分離槽と前記膜モジュールとの間に供給される前記被処理液は、前記膜分離槽と前記膜モジュールとの間を流れる下降流と、前記膜間流路を流れ前記散気装置の散気による気泡を含む上昇流とで循環され、
断面積比＝(水平方向の前記膜分離槽の内部の断面積から前記膜モジュールの断面積を減算した面積)÷
（水平方向の膜間流路の総断面積である各膜間流路の断面積×その流路数）
で表される断面積比が、０．８５以上である
ことを特徴とする平膜型膜分離装置。
【請求項２】
請求項１に記載の平膜型膜分離装置において、
前記断面積比は、１．７以上である
ことを特徴とする平膜型膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ろ過対象液の流れを円滑にする平膜型膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の地球規模の人口増に伴う世界的な水不足を背景に、ＭＢＲで下水等の排水を再生、再利用、および循環できるレベルまで高度に処理する必要が高まっている。ＭＢＲ(Membrane Bioreactor：膜分離活性汚泥法)はその中心技術である。
従来、当該分野の活性汚泥等の固形物懸濁液のろ過処理用の膜分離技術では、散気装置から発生させる気泡を含んだ気液混相流による膜洗浄を行っている（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１をはじめとして、従来技術においては、散気を調整して膜面洗浄による効率化によって、ろ過運転を安定化させる試みが多用されている。しかしながら、後記の通り、散気による効率的な膜面洗浄だけでは不充分であり、ろ過運転の安定化の制御を行うことは殆ど不可能といってよい。
なお、本願に係る文献公知発明として、下記の特許文献１〜８がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３６３８９号公報
【特許文献２】特開平７−１３２２１４号公報
【特許文献３】特開平７-１９４９４７号公報
【特許文献４】特開平７-１９４９４６号公報
【特許文献５】特開平６−１７８９２０号公報
【特許文献６】特開平５−１３７９７４号公報
【特許文献７】特開平７−２４２６８号公報
【特許文献８】特開平８−２６７０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図９(ａ)は、従来のＭＢＲ装置における被処理水の流れを示す膜エレメント間の膜間流路の縦断面の概念的構成図であり、図９(ｂ)は、図９(ａ)のＣ−Ｃ線断面拡大図である。
ＭＢＲ装置１００Ｓは、膜分離ユニット１０７の内部に、排水等の処理水のろ過処理を担う平膜装置の膜エレメント１０４が、３段の各段にそれぞれ複数水平方向(図９(ａ)の紙面手前から紙面奥側の方向)に並設されている。膜エレメント１０４の外郭を対向して形成する一対の延在面(図９(ａ)の紙面手前・奥側に一対)には、ろ過膜１０４ｒが設けられている。なお、膜エレメント１０４の間に形成される空間が膜間流路１０５ｓである。
【０００６】
膜分離ユニット１０７が内部に設備されるタンク１０３に供給(図９(ａ)の矢印α０)される被処理水は、循環流(図９(ａ)の矢印α１→α２→α３→α４→α５→α１)が形成されるとともに、その一部が膜エレメント１０４のろ過膜１０４ｒでろ過処理され処理水となり、配管１０２を介して、ポンプ１１２による吸引で取水される。なお、図９(ａ)の矢印α３、α４は、膜エレメント１０４の間に形成される空間の膜間流路１０５ｓを流れる被処理水の上昇流の流れである。
【０００７】
ＭＢＲ装置１００Ｓは、以下の動作で排水等の被処理水が循環し、その一部が膜エレメント１０４でろ過処理される。
排水等の被処理水は、図９(ａ)の矢印α０のように、タンク１０３に供給される。
散気装置１０８の散気孔(図示せず)から、気体(気泡１１０)が一斉に噴出されており、これによってエアリフト効果による上昇流が生じ、膜分離ユニット１０７とタンク１０３との間の液相の被処理水が、散気装置１０８の近傍に吸い込まれ(図９(ａ)の矢印α２)、散気装置１０８からの気泡１１０と被処理水との気液二相流は、膜分離ユニット１０７に並設される複数の膜エレメント１０４間のスペースの膜間流路１０５ｓ内を上昇し(図９(ａ)の矢印α３、α４)、膜分離ユニット１０７の上部に達する。その後、気泡１１０はタンク１０３の被処理水の上部領域の自由表面１０ｊから大気中へ開放(放出)される。
【０００８】
一方で、図９(ａ)の矢印α矢印α５のように流れる被処理水は位置(重力による)エネルギ、並びに、膜分離ユニット１０７の下部の散気装置１０８の吸込みの効果により、膜分離ユニット１０７とタンク１０３の間にある領域を下降し(図９(ａ)の矢印α１)、散気装置１０８から再び吸込まれ(図９(ａ)の矢印α２)、複数の膜エレメント１０４間の膜間流路１０５ｓを再び上昇し(図９(ａ)の矢印α３、α４)、循環流(図９(ａ)の矢印α１→α２→α３→α４→α５→α１)が形成される。
【０００９】
この循環流を形成する駆動力が、おおよそ複数の膜エレメント１０４間の膜間流路１０５ｓ内の被処理水および気泡１１０の気液二相流が上昇(図９(ａ)の矢印α３、α４)する領域の流体の密度と、膜分離ユニット１０７とタンク１０３との間の下降流の被処理水の液相のみの単相流部領域の流体密度（液体密度）との差に起因する重力による力(前記のエアリフト効果)である。
【００１０】
このようにして形成された複数の膜エレメント１０４間の膜間流路１０５ｓ内の気液二相の上昇流により発生する膜エレメント１０４のろ過膜１０４ｒの膜面に沿って作用するせん断応力が、被処理水のろ過によりろ過膜１０４ｒの膜面に付着した汚濁物を剥離させ、洗浄し回復させる。これにより、連続的な膜ろ過運転が可能となる。
この膜面洗浄効果を高めるには、散気装置１０８の散気量を増やすことで膜間流路１０５ｓ内の高い流速の二相流を発生させることにより、前記のせん断応力を高めることで実現可能である。
【００１１】
しかしながら、散気装置１０８の散気量を増やすことは、散気動力が増加しコスト上昇を招来し、運転コスト面での損失に繋がる。また、ボイド率(＝ガス容積／全容積)が無次元駆動力を表す一方で、高くなり過ぎると速度すべりが生じて高い流速を与えることができない。例えば、気泡だけがかたまって上昇して、水流を生じさせないという事態が生じる。
【００１２】
一方、当該循環流(図９(ａ)の矢印α１→α２→α３→α４→α５→α１)の形成は、前記の通り、膜分離ユニット１０７の複数の膜エレメント１０４間の二相流部と、膜分離ユニット１０７とタンク１０３との間の単相流部の密度差による重力に起因する駆動力である。
そのため、同―散気量であっても、膜分離ユニット１０７とタンク１０３との間の単相流部の圧損が高くなるような条件では、当該駆動力が損失することで、複数の膜エレメント１０４間の膜間流路１０５ｓ内の流速が低下し、ろ過に悪影響を及ぼす。
【００１３】
具体的には、膜エレメント１０４は、タンク１０３内に設置されるが、このタンク１０３を大きくすることはＭＢＲ装置１００Ｓを設置する上でスペース的な制約となる。
しかし、タンク１０３を小さくする場合、下降流部（膜分離ユニット１０７とタンク１０３との間の被処理水の単相流）の面積が小さくなることで圧損が上昇し、前記のような駆動力の損失が生じて、複数の膜エレメント１０４間の膜間流路１０５ｓ内の流速が低下し、ろ過運転に悪影響を及ぼす。これを回避するためには、散気量を増やすことが必要であるが、前記の通り散気動力増加の問題があり、また過剰な散気による流速低下の問題も生じる。
【００１４】
本発明は上記実状に鑑み、消費エネルギが低いとともに省スペース化を図れる平膜型膜分離装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成すべく、本発明に関わる平膜型膜分離装置は、被処理液をろ過処理して処理液を得る平膜型膜分離装置であって、前記被処理液をろ過処理するろ過膜が、対向して外郭を形成する１対の延在面を形成するように設けられ、前記被処理液を前記ろ過膜でろ過処理して前記処理液を得るための膜エレメントと、前記膜エレメントの延在面が鉛直方向に沿うように、複数の前記膜エレメントが膜間流路の間を空けて水平方向に並んで設けられる膜モジュールと、当該膜モジュールが内部に配置される膜分離槽と、前記膜間流路に在る前記被処理液に散気する散気装置とを備え、前記膜分離槽と前記膜モジュールとの間に供給される前記被処理液は、前記膜分離槽と前記膜モジュールとの間を流れる下降流と、前記膜間流路を流れ前記散気装置の散気による気泡を含む上昇流とで循環され、断面積比＝(水平方向の前記膜分離槽の内部の断面積から前記膜モジュールの断面積を減算した面積)÷（水平方向の膜間流路の総断面積である各膜間流路の断面積×その流路数）で表される断面積比が、０．８５以上である
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、消費エネルギが低いとともに省スペース化を図れる平膜型膜分離装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施形態のＭＢＲ装置の概略構造を示す斜視図である。
【図２】実施形態のＭＢＲ装置におけるパネル状ろ過処理装置を示す斜視図である。
【図３】膜エレメントの内部構造と配管の概略構成の一例を示す膜エレメントを鉛直方向に切断した断面図である。
【図４】膜モジュールを示す斜視図である。
【図５】膜モジュールの下方に散気装置を取着した膜分離ユニットの一部を示す斜視図である。
【図６】(ａ)はＭＢＲ装置における被処理水の流れを示す膜間流路の縦断面をとった概念的構成図であり、(ｂ)は(ａ)のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】(ａ)は流体シミュレーションモデルを示す斜視図であり、(ｂ)は４方向に下降流部がある場合の(ａ)のＢ−Ｂ線断面図であり、(ｃ)は２方向に下降流部がある場合の(ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】表１、表２の検討条件での流体シミュレーションの検討結果をプロットした図である。
【図９】(ａ)は従来のＭＢＲ装置における被処理水の流れを示す膜エレメント間の膜間流路の縦断面をとった概念的構成図であり、(ｂ)は(ａ)のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態のＭＢＲ装置の概略構造を示す斜視図である。
実施形態のＭＢＲ装置Ｓは、平膜型と称される固液分離用のろ過処理装置であり、下水等の排水(被処理水)から再生、再利用や、循環できるレベルの水(処理水)をろ過処理により取水する装置である。
【００１９】
ＭＢＲ装置Ｓは、下水等の排水が供給(流入)(図１の矢印α０)されるタンク３内に、膜モジュール５が複数段積み上げて構成されている。
膜モジュール５には、排水をろ過膜４ｒ(図２参照)でろ過処理する平膜型のパネル状ろ過処理装置４（以下、膜エレメント４と称す）が複数水平方向に並んで立設されている(図４参照)。すなわち、各膜エレメント４は、その延在面を成すろ過膜４が鉛直方向に沿って配置されている。
【００２０】
図１では、膜モジュール５が鉛直方向に３段配置される場合を示している。膜モジュール５は単数でもよいが、２〜３段積み上げて配設すると、同じ散気量で２〜３倍の処理水(ろ過水)を取り出せる。そのため、膜モジュール５は任意の複数段に積み上げる方がエネルギ効率の観点からより好ましい。
【００２１】
最下段の膜モジュール５の下方には、膜モジュール５の複数の膜エレメント４間の被処理水に曝気して気泡１０を供給し、タンク３内の循環流れ(図１の矢印α１→α２→α３→α４→α５→α１)を発生させる散気装置８が取着されている。散気装置８は複数の散気管８ａを有し、散気管８ａには空気を排出する散気孔８ａ１が多数穿設されている。
最上段の膜モジュール５の上方には、各膜エレメント４でろ過処理された処理水を吸引して取水するろ過ポンプ１２が配設されている。
【００２２】
図２は、実施形態のＭＢＲ装置におけるパネル状ろ過処理装置を示す斜視図である。
前記したように、膜モジュール５内には、図２に示す平膜型のパネル状ろ過処理装置(膜エレメント)４が鉛直方向に複数立設して配置されている。
膜エレメント４は、扁平な矩形状の中空の部材であり、外枠を形成する樹脂製の枠部材４ｗと、内部空間を対向して覆い外郭を形成する延在面を成す１対のろ過膜４ｒとを有している。ろ過膜４ｒは、ＭＦ膜(Microfiltration Membrane)等が使用される。
【００２３】
図３は、膜エレメントの内部構造と配管の概略構成の一例を示す膜エレメントを鉛直方向に切断して示す断面図である。
一つの膜エレメント４の内部は、複数の分割領域１６に分割されている。図３の例では、６分割された場合を図示している。分割領域１６は、分岐管１５を介して、ヘッダ管１３に連結されている。ヘッダ管１３は、ろ過処理後の処理水を吸引するろ過ポンプ１２に接続されている。図１や図２等では、符号１３〜１６の構成の記載は省略している。
なお、膜エレメント４の内部の分割領域１６は一例を示したものであり、その他の構成を採用してもよいのは勿論である。
【００２４】
処理水吸引装置であるろ過ポンプ１２を駆動源とし、排水等の被処理水がろ過膜４ｒを透過してろ過された処理水は、膜エレメント４内の分割領域１６へ誘導される。その後、分割領域１６の内部を分岐管１５側へ向かって流れていく(図３の矢印α６)。分岐管１５を通過した処理水は、ヘッダ管１３へ流入し、ヘッダ管１３を通過してヘッダ管１３の上端部に設けられた処理水出口１４に移動し、ろ過ポンプ１２によって処理水として取り出される。
【００２５】
図４は、膜モジュールを示す斜視図である。
複数の膜エレメント４を鉛直方向に立てて並べた集合体を、ケーシング５ｃに実装したものを膜モジュール５と称する。
図５は、膜モジュールの下方に散気装置を取着した膜分離ユニットの一部を示す斜視図である。
複数段の膜モジュール５の下方、つまり最下段の膜モジュール５の下方には、膜エレメント４でろ過処理する被処理水に曝気し上昇流を発生させる散気装置８が取着される。膜モジュール５が単数の場合には、単数の膜モジュール５の下方に散気装置８が取着される。
【００２６】
図１に示すように、膜モジュール５を鉛直方向に複数段積み上げ、膜エレメント４でろ過した処理水(ろ過処理水)を吸引するろ過ポンプ１２と、膜エレメント４でろ過した処理水を取水するために送水する配管等２を組み合わせた装置全体を膜分離ユニット７と称す。なお、図５では、膜分離ユニット７における最下段の膜モジュール５と散気装置８とを示している。
膜分離ユニット７を汚泥等の原水の被処理水が流入するタンク３に浸漬したものが、ＭＢＲ装置Ｓである。
【００２７】
次に、ＭＢＲ装置Ｓの動作について説明する。
ＭＢＲ装置Ｓは、排水等の被処理水を、膜エレメント４によるろ過運転により固液分離して処理水として取り出す運転を行う。
排水等の被処理水が、図１の矢印α０のように、膜分離ユニット７とタンク３との間の空間に給水される。
【００２８】
散気装置８の散気孔８ａ１から気泡１０(図６(ａ)参照)を発生させ、気泡１０を最下段の膜モジュール５の膜エレメント４間のスペースである膜間流路５ｓ(図５参照)内に在る被処理水に供給する。
図６(ａ)は、ＭＢＲ装置における被処理水の流れを示す膜間流路の縦断面をとった概念的構成図であり、図６(ｂ)は、図６(ａ)のＡ−Ａ線断面図である。
【００２９】
散気装置８から気泡１０を、膜間流路５ｓ内に滞留浮上させることにより、気液混相の状態である膜間流路５ｓ内と、膜分離ユニット７とタンク３との間の被処理水の単相(液相)の状態である膜モジュール５の外部との密度差によって、放水路の膜間流路５ｓ内の気液混相流体(被処理水と気泡１０)の上昇および膜分離ユニット７とタンク３との間の液相(被処理水)の下降の循環流(図６(ａ)の矢印α１→α２→α３→α４→α５→α１)が生じる。これは、一般にエアリフトと称される現象である。
【００３０】
一方、膜エレメント４内にろ過膜４ｒを透過してろ過処理された(ろ過)処理水は、図３に示すように、ろ過ポンプ１２の吸引力によって、膜エレメント４の内部を分岐管１５に向かい移動する(図３の矢印α６)。分岐管１５を通過した処理水は、ヘッダ管１３へ流れ、ヘッダ管１３内を移動してヘッダ管１３の端部に位置する集水口の処理水出口１４へと移動し、ろ過ポンプ１２の吸引力により取水される。
なお、図１に示すダクト６ａは膜モジュール５の間を繋ぐダクトである。ダクト６ｂは散気装置８からの気泡１０が膜間流路５ｓ外へ逃げるのを抑制するダクトであり、ダクト６ｃは気泡１０と被処理水との気液二相流と、供給される被処理水(液相)との混合を抑制するためのダクトである。
【００３１】
図６(ａ)に示すように、散気装置８の散気孔８ａ１(図１参照)から、気体が一斉に噴出されており、膜分離ユニット７とタンク３との間の液相の被処理水が、散気装置８近傍に吸い込まれ(図６(ａ)の矢印α２)、気泡１０と被処理水との気液二相流は、膜エレメント４間の膜間流路５ｓ内を上昇(図６(ａ)の矢印α３、α４)し、膜分離ユニット７の上部に達した後、気泡１０はタンク３の被処理水の上部領域の自由表面ｊから大気中へ開放(放出)される。
【００３２】
一方で、液体である被処理水はその位置(重力による)エネルギ、並びに、膜分離ユニット７の下方の散気部の散気装置８の吸込みの効果により、膜分離ユニット７と膜分離ユニット７を実装するタンク３の間に在る領域を下降し(図６(ａ)の矢印α１)、散気部の散気装置８から再び汲込まれ(図６(ａ)の矢印α２)、膜間流路５ｓを再び上昇し(図６(ａ)の矢印α３、α４)、循環流(図６(ａ)の矢印α１→α２→α３→α４→α５→α１)が形成される。
【００３３】
この循環流を形成する駆動力が、おおよそ膜間流路５ｓ内の被処理水および気泡１０の気液二相流が上昇する領域の流体の密度と、膜分離ユニット７とタンク３との間の下降流の被処理水の液相のみの単相流部領域の流体密度（液体密度）との差に起因する重力による力である。
【００３４】
このようにして形成された膜間流路５ｓ内の気液二相の上昇流により発生する膜エレメント４のろ過膜４ｒ(図２参照)の膜面に沿って作用するせん断応力が、処理水のろ過によりろ過膜４ｒの膜面に付着した汚濁物を剥離させ、洗浄し回復させる。これにより、連続的な膜ろ過運転が可能となる。
この膜面洗浄効果を高めるには、前記したように、従来、散気装置８の散気量を増やすことで膜間流路５ｓ内の高い流速の二相流を発生させることにより、当該せん断応力を高めることが行われている。
【００３５】
しかしながら、解決すべき課題の項で前記したように、膜面洗浄効果を高めるための従来の方法は、様々な問題が発生する。
以下に述べるように、駆動力を発生させる膜間流路５ｓの水平方向の断面積と、膜分離ユニット７(膜モジュール５)とタンク３との間の下降流部の水平方向の断面積との比率を好適に定めることは、被処理水の循環流を円滑化させ、散気装置８の散気動力の低減をする上で重要な課題となる。
【００３６】
前記循環流路系のうち、駆動力を与える領域は、気液二相流の上昇流部であるところの膜エレメント４間の膜間流路５ｓである。従って、この領域における圧損を適切化することが重要である。
【００３７】
そこで、流体シミュレーションを用い、水平方向における膜間流路５ｓの断面の総面積（膜間流路５ｓの断面積×該流路数）に対する、下降流部（膜分離槽のタンク３の断面積から膜モジュール５の断面積を差し引いた面積）の断面積比Ｈ、すなわち、
Ｈ＝(タンク３の断面積から膜モジュール５の断面積を減算した面積)÷
(膜間流路５ｓの総断面積である膜間流路５ｓの断面積×該流路数)        (１)
に対する膜エレメント４間の膜間流路５ｓの被処理水の上昇流速の関係を求める。
【００３８】
何故なら、膜間流路５ｓの被処理水の上昇流速は、膜エレメント４のろ過膜４ｒ(図２参照)の膜面洗浄効果を左右するからである。
検討は、膜モジュール５とタンク３との間に４方向の被処理水の下降流部がある場合(図７(ｂ)参照)と、膜モジュール５とタンク３との間に２方向の被処理水の下降流部がある場合(図７(ｃ)参照)との２つの場合で以下のように行った。
【００３９】
図７は、検討条件を示す図である。図７(ａ)は流体シミュレーションモデルを示す斜視図であり、図７(ｂ)は４方向に下降流部がある場合の図７(ａ)のＢ−Ｂ線断面図であり、図７(ｃ)は２方向に下降流部がある場合の図７(ａ)のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４０】
図７(ａ)において、ａ１＝３．９２ｍ、ａ２＝３．１７ｍ、ａ３＝０．１ｍ、ａ４＝０．２４ｍ、ａ５＝０．２６ｍ、ａ６＝０．１０５ｍである。
図７(ａ)の流体シミュレーションモデルを用い、図７(ｂ)の膜モジュール５とタンク３との間に４方向の被処理水の下降流部がある場合の検討条件は次の通りである。
Ｌｘは、タンク３内の断面積の長手方向距離であり、Ｌｙは、タンク３内の断面積の短手方向距離である。
【００４１】
図７(ｂ)に示すａは長手方向のタンク３と膜モジュール５との間の被処理水の下降流部の距離であり、ｂは短手方向のタンク３と膜モジュール５との間の被処理水の下降流部の距離である。
表１が、図７(ｂ)のタンク３と膜モジュール５との間に４方向の被処理水の下降流部がある場合の検討条件である。
【００４２】
【表１】
2013132602.tif 000003
ＲＵＮ１〜５の５つのケースの検討条件でシミュレーションを行った。
【００４３】
図７(ａ)の流体シミュレーションモデルを用い、図７(ｃ)の膜モジュール５とタンク３との間に２方向の被処理水の下降流部がある場合の検討条件は次の通りである。
Ｌｘは、タンク３内の断面積の長手方向距離であり、Ｌｙは、タンク３内の断面積の短手方向距離である。
ｂは短手方向のタンク３と膜モジュール５との間の被処理水の下降流部の距離である。
表２が、図７(ｃ)のタンク３と膜モジュール５との間に２方向の被処理水の下降流部がある場合の検討条件である。
【００４４】
【表２】
2013132602.tif 000004
ＲＵＮ１〜５の５つのケースの検討条件でシミュレーションを行った。
【００４５】
図８は、表１、表２の検討条件での検討結果をプロットしたものである。図８の横軸は式(１)の断面積比Ｈであり、図８の縦軸は膜エレメント４間の膜間流路５ｓ(図５、図１参照)における被処理水の上昇流速(ｍ／ｓ)である。
以上に示す構造検討により、図８に示すように、断面積比Ｈが２倍以下、特にほぼ０．８４以下で、急速に膜エレメント４間の膜間流路５ｓを流れる被処理水の流速が低下する結果を得た。断面積比Ｈがほぼ０．８５でほぼ１．７以上の場合より、１０％上昇流速が低下する。
【００４６】
さらに具体的には、断面積比Ｈがほぼ１．７以上で膜間流路５を流れる被処理水の流速が維持され、断面積比Ｈがほぼ０．８４以下では、１０％を超える膜エレメント４間の膜間流路５の被処理水の流速の低下が始まり、断面積比Ｈが０．１４では、急速に膜エレメント４間の膜間流路５ｓの被処理水の流速が低下することが判明した。
【００４７】
したがって、断面積比Ｈは、望ましくは、ほぼ０．８５以上であり、さらに望ましくは、ほぼ１．７以上である。つまり、断面積比Ｈは、望ましくは、０．８５近傍以上であり、さらに望ましくは、１．７近傍以上である。
本結果により、断面積比Ｈを所定値、例えば０．８５以上に設計することで、与えた散気装置８の散気量から得られる密度差による駆動力のロスが低くなり、膜エレメント４のろ過膜４ｒ(図２参照)の膜面洗浄に十分な流速を確保することが可能となる。そのため、ろ過処理の性能の安定性の確保、信頼性を維持向上することが可能である。
【００４８】
一方、ＭＢＲの設置面積を示す断面積比Ｈを制限値未満、例えばほぼ０．８５未満(の２倍以下)にする場合、散気装置８の散気動力の損失により、膜エレメント４間の膜間流路５の被処理水の流速が低下することで膜面洗浄性能が低下する。この場合、膜間流路５ｓでの被処理水の流速を確保しようとする場合、散気量を増やすことになり、散気装置８の散気動力が増加する。
【００４９】
上記構成によれば、水平方向における膜間流路５ｓの断面積と下降流部の断面積の断面積比Ｈを適切化することにより、散気による駆動力の損失を少なくしつつ洗浄に有効な膜間流路５ｓの流速が確保される。よって、無駄な膜設置のためのタンク３の面積を節減し、省スペース化が可能となる。
したがって、散気量を増やすことなく、省スペースの平膜のＭＢＲ装置Ｓを提供することが可能となる。
【００５０】
この結果、ＭＢＲ装置Ｓの運転の安定化、信頼性向上に寄与する。また、ＭＢＲ装置Ｓのコンパクト化を維持しつつ、動力の無駄を生じさせることなく、膜エレメント４のろ過膜４ｒ(図２参照)の洗浄性能を確保するための膜間流路５ｓの被処理水の上昇流の流速を維持することが可能となる。
【００５１】
なお、前記実施形態では、被処理液として、下水等の排水を例示したが、被処理液は水以外のその他の液体でも構わない。
以上、本発明の実施形態を述べたが、その説明は限定的なものではなく、典型的であることを意図している。従って、本発明の範囲内で様々な修正と変更が可能である。すなわち、本発明は発明の趣旨を変更しない範囲において任意に設計変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本実施形態の説明では、平膜型ろ過分離における固液分離分野における説明を行った。しかしながら、本発明は平板型膜エレメントを用いる固液分離全てに関わるものであり、活性・汚泥を用いる生物処理を兼ねた当該膜処理の分野にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
３      タンク(膜分離槽)
４      膜エレメント
４ｒ    ろ過膜
５      膜モジュール
５ｓ    膜間流路
８      散気装置(散気手段)
Ｈ      断面積比
Ｓ      ＭＢＲ装置(平膜型膜分離装置)
α１    下降流
α３、α４  上昇流
【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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