(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水をろ過する膜を有し、前記被処理水に鉛直に浸漬された膜モジュールと、
該膜モジュールの下方に設置され、散気を行う散気手段と、
前記膜モジュールの周囲に設けられ、前記散気手段から散気された気泡を前記膜モジュールに誘導する散気誘導壁と、
を備えた浸漬平膜分離装置において、
前記散気誘導壁の上端が、前記膜モジュールの上端と被処理水の液面との間で、外側に折り返された形状であることを特徴とする浸漬平膜分離装置。
【請求項２】
被処理水をろ過する膜を支持板に取り付けた膜板部材を有し、該膜板部材が前記被処理水に鉛直に浸漬された膜モジュールと、
該膜モジュールの下方に設置され、散気を行う散気手段と、
前記膜モジュールの周囲に設けられ、前記散気手段から散気された気泡を前記膜モジュールに誘導する散気誘導壁と、
を備えた浸漬平膜分離装置において、
前記膜板部材の下端を楔状に形成したことを特徴とする浸漬平膜分離装置。
【請求項３】
被処理水をろ過する膜を有し、前記被処理水に鉛直に浸漬された複数の膜モジュールと、
該複数の膜モジュールの下方に設置され、散気を行う散気手段と、
前記膜モジュールの周囲に設けられ、前記散気手段から散気された気泡を前記膜モジュールに誘導する複数の散気誘導壁と、
を備えた浸漬平膜分離装置において、
前記散気誘導壁同士の間に仕切板を設けたことを特徴とする浸漬平膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浸漬平膜分離装置に係り、特に産業廃水処理や下水などの活性汚泥処理などの分野に使用される浸漬平膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
浸漬平膜分離装置は、平膜を懸濁液に浸漬するタイプの膜分離装置であり、産業廃水系の凝集汚泥の処理や下水、し尿等の活性汚泥の処理に使用されている。この装置は、図１１に示すように、平膜１を有する膜モジュール２を、高濃度化された被処理水（懸濁液）３に浸漬し、該被処理水３を膜モジュール２内に吸引することにより、処理水（濾過液）を得る。前記膜モジュール２の下方には散気手段５が設けられ、該散気手段５によって散気が行われる。ここで、散気手段５で散気を行う目的は、平膜１に堆積する汚泥ケーキを除去して平膜１の閉塞を抑制すること（即ち、洗浄効果を得ること）、槽４内に旋回流を起こして平膜１にクロスフローを与えるとともに槽４内を攪拌すること、さらに、槽４内の液体が活性汚泥等の場合は好気処理のための酸素供給を行うことである。
【０００３】
前記膜モジュール２の周囲には、通常、上下に開口された箱型の散気誘導壁６が設置される。散気手段５から散気された気泡は、この散気誘導壁６によって膜モジュール２に誘導され、膜モジュール２の平膜１、１間に入り込んで上昇する。このとき、気泡とともに被処理水３が上昇して平膜１にクロスフローが与えられる。被処理水３は、液面まで上昇すると、旋回して散気誘導壁６の外側を下降し、散気誘導壁６の下端から散気誘導壁６内に入って再び上昇する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の浸漬平膜分離装置は、散気誘導壁６の上端部において、上昇流と下降流とが干渉して、渦流を発生するという欠点があった。特に、活性汚泥のような粘性液では、下降流に数ミリ程度の気泡が抱き込まれ易く、この気泡が気泡同士で結合し、肥大化して上昇することによっても渦流を発生する。このように渦流を発生すると、渦流が流路抵抗となり、膜面流速（平膜１に於ける被処理水３の速度）が低下する。したがって、透過流束（１日、膜面積１ｍ2 当たりのろ過水量）も低下するので、従来の浸漬平膜分離装置は、処理規模に対して膜モジュール２の台数が多く、イニシャルコスト、及び、ランニングコストが高いという欠点があった。
【０００５】
また、従来の浸漬平膜分離装置は、散気手段５から散気された僅か数ミリの気泡が膜モジュール２に到達するまでに２０ｍｍ以上に肥大化するため、気泡が平膜１、１同士の間に入り込まず、膜モジュール２の下方に気泡溜まりを発生する欠点があった。このため、平膜１、１間に流入できない被処理水３が散気誘導壁４に沿って下降流を形成し、該下降流が流路抵抗となって膜面流速を低下させる。例えば、気泡が散気直後に０．８ｍ／ｓで上昇していた場合であっても、膜１、１間を通過する際には０．４ｍ／ｓにまで低下する。したがって、透過流束も低下し、イニシャルコスト、及び、ランニングコストが増加していた。
【０００６】
また、従来装置は、散気手段５の下方に、流れのない滞留域が発生するという欠点があった。滞留域は、空気との接触がないため、嫌気状態となり活性汚泥の腐敗が起こる。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、流速を損失する要因を改善することで膜面流速を向上させる浸漬平膜分離装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
請求項１記載の発明は前記目的を達成するために、被処理水をろ過する膜を有し、前記被処理水に鉛直に浸漬された膜モジュールと、該膜モジュールの下方に設置され、散気を行う散気手段と、前記膜モジュールの周囲に設けられ、前記散気手段から散気された気泡を前記膜モジュールに誘導する散気誘導壁と、を備えた浸漬平膜分離装置において、前記散気誘導壁の上端が、前記膜モジュールの上端と被処理水の液面との間で、外側に折り返された形状であることを特徴としている。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、散気誘導壁の上端を外側に折り返したので、散気誘導壁の内部を上昇する上昇流と、散気誘導壁の外部を下降する下降流とが、散気誘導壁の上端において干渉することがなく、膜面流速の損失を抑えることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は前記目的を達成するために、被処理水をろ過する膜を支持板に取り付けた膜板部材を有し、該膜板部材が前記被処理水に鉛直に浸漬された膜モジュールと、該膜モジュールの下方に設置され、散気を行う散気手段と、前記膜モジュールの周囲に設けられ、前記散気手段から散気された気泡を前記膜モジュールに誘導する散気誘導壁と、を備えた浸漬平膜分離装置において、前記膜板部材の下端を楔状に形成したことを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、膜板部材の下端を楔状に形成したので、大きな気泡も分裂して速やかに膜板部材同士の間に流れ込む。したがって、膜板部材の下方に気泡溜まりを発生することがないので、膜面流速を向上させることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は前記目的を達成するために、被処理水をろ過する膜を有し、前記被処理水に鉛直に浸漬された複数の膜モジュールと、該複数の膜モジュールの下方に設置され、散気を行う散気手段と、前記膜モジュールの周囲に設けられ、前記散気手段から散気された気泡を前記膜モジュールに誘導する複数の散気誘導壁と、を備えた浸漬平膜分離装置において、前記散気誘導壁同士の間に仕切板を設けたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、仕切板を設けたので、散気誘導壁の内外を循環する被処理水の流れが、隣接する散気誘導壁の内外を循環する被処理水の流れと干渉しない。したがって、流路抵抗が減り、膜面流速を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って、本発明に係る浸漬平膜分離装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１５】
図１は、浸漬平膜分離装置の概略構造図であり、図２は、図１の平膜槽の内部構造を説明するために平膜槽の一部を破断した斜視図である。また、図３は、図２の矢印３方向からの側面図である。
【００１６】
浸漬平膜分離装置１０の平膜槽１２の内部には、被処理水（懸濁液）１４が貯留され、この被処理水１４に複数の膜モジュール１６、１６…が浸漬される。複数の膜モジュール１６、１６…は、垂直に、且つ互いが平行になるように上下２段に配設されるとともに、２列ごとに大きな間隔が設けられている。この膜モジュール１６は、筒状に形成された散気誘導壁１８によって２列ごとに囲まれている。また、膜モジュール１６は、ポンプ２２に接続され、ポンプ２２を駆動することにより、膜モジュール１６の内部に吸引力を作用させることができる。
【００１７】
図４は、膜モジュール１６の構造を示す斜視図である。
【００１８】
同図に示すように、膜モジュール１６は、複数（例えば１０枚）の膜板４６（一個のみ図示）と、この膜板４６の左右両端を支持する一対の膜端固定材４８、４８とから構成される。膜板４６は、中空状の支持板（プラ段）５０の両面に、スペーサ５２を介して有機平膜５４を貼りつけて構成される。各膜板４６の上下端部は、バインダ５６が取り付けられ、これにより前記膜板４６の端部が補強される。また、膜板４６は、ウレタンゴム製の隙間保持部材５８によって一定間隔、例えば５〜１０ｍｍになるように支持される。
【００１９】
一方、膜端固定材４８は、ＰＶＣ等の樹脂によって構成されており、この膜端固定材４８に、前記複数の膜板４６が平行に配置された状態で埋め込み固定されている。また、膜端固定材４８の内部には、前記支持板５０の内部と連通する集水路が形成されており、該集水路が集水口６０を介して図１のポンプ２２に接続される。これにより、ポンプ２２を駆動すると、各膜板４６の内部に吸引力が作用し、各膜板４６の外部の被処理水１４が有機平膜５４を介して膜板４６の内部に吸引されて濾過される。なお、膜モジュール１４の大きさは、例えば、幅１１１６ｍｍ，厚さ１２４ｍｍ、高さ１１５２ｍｍである。
【００２０】
前記膜板４６の下端には、図５に示すように、楔状に形成された分散板２６がバインダ５６を介して取り付けられている。この分散板２６は、基端部がバインダ５６と同じ厚さ（例えば５〜６ｍｍ程度）に形成され、下端が１〜２ｍｍ程度に形成されている。また、分散板２６の長さは、長いほど緩やかな流路縮小となり好ましいが、設置スペース等を考慮すると３０ｍｍ程度で十分である。これにより、２０ｍｍ以上の大きな気泡であっても、分散板２６によって分散し、速やかに膜板４６、４６間に流入する。なお、図５は、膜板４６を補強するバインダ５６に分散板２６を取り付けた例であるが、膜板４６に直接取り付けてもよい。また、バインダ５６を楔状に形成してもよい。さらに、分散板２６の形状は、楔状に限定されるものではなく、分散板２６同士の間隔が下方から上方にかけて徐々に小さくなる形状であればよい。
【００２１】
図１〜３に示したように、膜モジュール１６の下方には、散気管２４が設けられている。散気管２４は、図示しない多数の散気孔を外周面に有するとともに、図１のブロア２０に接続されており、該ブロア２０を駆動することによって前記散気孔から細かな気泡が被処理水１４に散気される。散気された気泡は、前記散気誘導壁１８にガイドされ、散気誘導壁１８の内部を上昇する。被処理水１４は、気泡とともに散気誘導壁１８の内部を上昇し、さらに、上昇した被処理水１４が旋回して散気誘導壁１８の外側を下降する。即ち、被処理水１４は、散気誘導壁１８の内外を循環する循環流を形成する。
【００２２】
また、散気管２４は、図７に示すように、平膜槽１２の底面１２Ａと若干の隙間ｅを持って配設されている。ここで若干の隙間ｅとは、平膜槽１２内の被処理水１４を排水する際に、散気管２４が排水口（不図示）への流れを遮らない最小限の大きさであり、例えば５〜２０ｍｍに設定される。これにより、平膜槽１２の下部に滞留域が発生されることを極力抑えることができる。また、若干の隙間を持って配設されているので、点検時等に水槽内の被処理水１４をスムーズに排出することができる。
【００２３】
前記散気誘導壁１８は、上下方向に開口された箱形に形成され、複数の膜モジュール１６、１６…を囲むように配設される。散気誘導壁１８の上端部は、外側に２度折り返され、略コの字状に形成されている。具体的には、鉛直に設置された散気誘導壁１８の上端部が、膜モジュール１６の上端よりも高く、液面よりも低い位置で外側に１００〜１１０°折曲され、さらに、９０°折曲される。これにより、散気誘導壁１８の上面部１８Ａと水平線との成す角度θ１、及び、散気誘導壁１８の側面部１８Ｂと鉛直線との成す角度θ２が、１０〜２０°に設定される。したがって、上面部１８Ａと液面との隙間ａが外側に向けて徐々に大きく形成されるとともに、側面部１８Ｂと平膜槽１２の壁面１２Ｂとの隙間（或いは側面部１８Ｂと仕切板３０との隙間）ｂが下方に向けて徐々に大きく形成される。これにより、散気誘導壁１８の上端部を回って内側から外側に旋回する被処理水１４の流れが徐々に大きくなるように設定され、スムーズな旋回流が形成される。また、図２に示すように、前記上面部１８Ａには、小さい開口、例えばφ１０ｍｍ程度の孔３２、３２…が複数個形成されている。これにより、下降流に巻き込まれた気泡が上昇する際に、気泡のみを外部に緩やかに排出させることができる。なお、散気誘導壁１８の形状は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示すように、散気誘導壁１８を湾曲させてもよい。この場合にも、上面部１８Ａと水平線との成す角θ１、及び、側面部１８Ｂと鉛直線との成す角θ２を、１０〜２０°に設定することが好ましい。また、図１０（ｂ）に示すような形状にしてもよい。
【００２４】
また、散気誘導壁１８の下端は、図７に示すように、散気管２４との距離ｃが、散気誘導壁１８の対向する面同士の間隔ｄの１／２と略同等に設定される。これにより、散気誘導壁１８の外側から内側に入る被処理水１４の流路は、散気誘導壁１８の内部を流れる被処理水１４の流路と、略同等の面積が確保される。したがって、散気誘導壁１８の外側を下降した被処理水１４は、散気誘導壁１８の下端と散気管２４との間を通ってスムーズに散気誘導壁１８の内部に流入される。
【００２５】
なお、図７は、散気誘導壁１８の下方に２個の散気管２４を設けた例であるが、これに限定されるものではない。例えば、図８に示すように１個の散気管２４を設けてもよく、この場合には、散気誘導壁１８の下端と散気管２４との間隔ｃ´が、散気誘導壁の間隔ｄ´の約１／２になるようにする。
【００２６】
図３に示したように、隣接する散気誘導壁１８同士の間には、仕切板３０が設けられている。仕切板３０は、その下端が、膜モジュール１６の上端よりも下方に、例えば液面から１０００ｍｍの位置に配置される。このように仕切板３０を設けたことにより、散気誘導壁２８の内外を循環する循環流が、隣接する散気誘導壁２８の内外を循環する循環流と干渉しなくなる。
【００２７】
次に上記の如く構成された浸漬平膜分離装置１０の作用について説明する。
【００２８】
浸漬平膜分離装置１０は、図１のポンプ２２を駆動することによって膜モジュール１６、１６の内部に被処理水１４が吸引され、その際に被処理水１４がろ過される。また、ブロア２０を駆動することによって散気管２４から散気が行われ、被処理水１４に酸素が供給されるとともに、散気された気泡が膜板４６同士の間を通過して、膜面に堆積する汚泥ケーキが除去され、膜の閉塞が抑制される。さらに、散気された気泡が液面まで浮上することにより、図３に示すように、被処理水１４が散気誘導壁１８の内部を上昇し、散気誘導壁１８の外側を下降して、被処理水１４の循環流が形成される。
【００２９】
ところで、散気管２４から散気された数ｍｍの気泡は、散気誘導壁１８によって誘導されて膜モジュール１６の下端に到達する。このとき、被処理水１４が粘性液であるために気泡同士が結合し、気泡が２０ｍｍ以上にまで肥大化することがある。しかし、膜板４６の下端に楔状の分散板２６が設けられているので、気泡は、スムーズに分散し、膜板４６、４６間に流入する。したがって、膜モジュール１６の下方に気泡溜まりが発生しないので、散気誘導壁１８の内部を上昇する上昇流の流速が低下せず、膜面流速を向上させることができる。特に、本実施の形態では、下段の膜モジュール１６の下端が比較的低い位置（例えば、床面１２Ａから５００ｍｍの位置）に配置されているので、気泡の肥大化を防止することができ、気泡溜まりの発生を防止できる。
【００３０】
散気誘導壁１８の内部を上昇した被処理水１４は、散気誘導壁１８の上端を越えて外側に旋回し、下降流を形成する。このとき、散気誘導壁１８の上端部が外側に折り返されているので、前記上昇流と前記下降流とが干渉せず、渦流が発生しない。したがって、渦流が抵抗となって下降流の流速が低下することがない。特に、浸漬平膜分離装置１０は、旋回流の流路が徐々に大きくなるように散気誘導壁１８が形成されているので、流路抵抗が小さい。さらに、隣接する散気誘導壁１８、１８同士の間に仕切板３０が設けられているので、散気誘導壁１８の上端を旋回する被処理水１４の流れ同士が干渉することがない。
【００３１】
散気誘導壁１８の外側を下降した被処理水１４は、散気誘導壁１８の下端と散気管２４の間から散気誘導壁１８の内部に流入し、散気誘導壁１８の内部を再び上昇する。このとき、散気誘導壁１８の下端と散気管２４との間の流路が、散気誘導壁１８の内部流路と略同じ大きさに確保されているので、被処理水１４の流路抵抗が非常に小さい。また、散気管２４が平膜槽１２と若干の隙間を持って配設されているので、滞留域の発生を防止することができる。
【００３２】
このように浸漬平膜分離装置１０は、散気誘導壁１８の上端部を折り返して渦流の発生を防止し、膜板４６の下端に分散板２６を取り付けて気泡溜まりの発生を防止し、隣接する散気誘導壁１８同士の間に仕切板３０を設けて被処理水１４の循環流同士が干渉することを防止したので、被処理水の流速を損失する要因を極力減らすことができる。したがって、膜面流速が向上し、クロスフロー効果を向上させることができる。
【００３３】
図９は、本実施の形態の作用を示す説明図であり、本実施例と従来例との膜面流速の比較をしている。同図に示すように、本実施例の浸漬平膜分離装置１０は、従来例に比べて大幅に膜面流速が上昇している。本実施例は、散気誘導壁１８の上端形状の変更、散気管２４の配置の変更、分散板２６の設置、膜板４６の高さの変更等の複数の改良を行ったが、前記改良を個別に行った場合にも、膜面流速上昇の効果が得られた。なお、散気空塔速度は、散気量を通過断面積（誘導壁で囲われた断面積から膜モジュールの投影面積を差し引いた値）で除したものである。
【００３４】
このように膜面流速が上昇すると、透過流束（１日、膜面積１ｍ2 当たりのろ過水量）が向上する。例えば、膜面流速０．１ｍ／ｓを０．２ｍ／ｓに上昇させると、透過流束は１５％向上する。透過流束が向上すると、処理規模に対して膜モジュール１６の台数を減らすことができるので、イニシャルコスト、及び、薬液洗浄代、膜交換費等のランニングコストの低減を図ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る浸漬平膜分離装置によれば、被処理水の循環流の抵抗が減少するので、動力を増加することなく、膜面流速を上昇させることができる。したがって、透過流束が向上し、イニシャルコスト及びランニングコストが安価な浸漬平膜分離装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る浸漬平膜分離装置の概略構造図
【図２】図１の平膜槽の内部構造を示す斜視図
【図３】図２の３矢視図
【図４】膜モジュールの構造を示す斜視図
【図５】分散板を示す側面図
【図６】散気誘導壁の上端を示す側面断面図
【図７】散気誘導壁の下端を示す側面断面図
【図８】図７と異なる配置の散気管を示す側面断面図
【図９】本実施の形態の浸漬平膜分離装置の作用を示す説明図
【図１０】図６と異なる形状の散気誘導壁を示す側面断面図
【図１１】従来装置を示す側面図
【符号の説明】
１０…浸漬平膜分離装置、１２…平膜槽、１４…被処理水、１６…膜モジュール、１８…散気誘導壁、２６…分散板、３０…仕切板、４６…膜板
【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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