(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の矩形状の集水盤間に、複数の中空糸膜を互いに所定間隔離間させつつ疎に配置して該中空糸膜の両端を前記集水盤の盤面で開口させた中空糸膜モジュールを構成し、
集水ハウジングは、ウェブ部と両端のフランジ部から形成され、この開口部に前記中空糸膜モジュールの集水盤が嵌着するように配置され、前記集水盤と集水ハウジングとの間に処理水の集水路が区画形成され、
前記中空糸膜モジュールの集水盤が前記集水ハウジング内に複数段重ねられて装着され、該重ねられて装着された集水盤の間にスペーサを介在させ、
前記集水ハウジングの両端のフランジ部には凹部を、前記スペーサの両端には凸部が設けられ、前記凸部を前記凹部に嵌合することで、前記スペーサを水密的に装着して、前記中空糸膜モジュールを多段に積層したことを特徴とする中空糸膜ユニット。
【請求項２】
前記集水ハウジングは、そのウェブ部の内周面に長さ方向に沿って延びる複数の補強用リブが設けられ、前記スペーサには、先端が前記ウェブ部の内周面に当接する突起部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜ユニット。
【請求項３】
前記集水ハウジングは、前記スペーサの両端部に、前記集水ハウジングの各フランジ部をそれぞれ前後方向から挟持する挟持部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の中空糸膜ユニット。
【請求項４】
前記集水ハウジングは、横断面コ字状であることを特徴とする請求項２又は３記載の中空糸膜ユニット。
【請求項５】
請求項１乃至４記載の中空糸膜ユニットの集水ハウジングの端部に、吸引装置に接続された処理水取出し管を連結したことを特徴とする膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、浄水、下水、し尿や各種の排水等の汚水の水処理設備に設置して固液分離を行うのに用いられる中空糸膜ユニット及び膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚水処理にあっては、汚水に膜分離を施すことによって、一定粒径以上の固形物を汚水から分離除去して、処理水を再利用することが広く行われており、この膜分離を行う装置の一つとして、中空糸膜をユニット化した中空糸膜ユニットを使用した膜分離装置が知られている。
【０００３】
ここで、中空糸膜は、例えば外径が１０００μｍ程度の、例えばＥＶＡＬ（イーバル）やエチレンビニルアルコール製或いはポリエチレン系樹脂製の中空な糸の周壁に、例えば直径が０．１〜０．４μｍ程度の孔を多数設けたもので、汚水中に浸漬させつつ、この内部を吸引して低圧状態にすることで、固形物を除いた処理水のみを内部に透過させて固液を分離するようになっている。
【０００４】
この種の膜分離装置にあっては、濾過（分離）面積が大きく、しかも、通水性に優れているばかりでなく、目詰まりを防止して、透過流速を維持できるようにすることが求められている。このため、例えば、中空糸膜をすだれのように平面的に配列してユニット化し、これらを槽内に連続的に配置した浸漬型水処理装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術にあっては、例えば中空糸膜の両側に設置した集水部を吸引して、中空糸膜を透過した処理水を集水部に集水する際、集水部の長さが長いと、集水部に作用する吸引力（負圧）で集水部の周壁が凹んでしまうことがあった。そして、このように集水部が凹むと、この内部を処理水がスムーズに流れなくなり、透過流速の維持が困難となってしまう。特に、集水部の上部にあっては、ここを多量の処理水が流れるため、この欠点が顕著になる。しかも、例えば目詰まりや、破損してリークする恐れがある部位のみを交換することができず、メンテナンス性にも問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、中空糸膜を透過した処理水を集水する集水部の長さが長くなっても、集水部の変形を防止することができ、しかもメンテナンス性に優れた中空糸膜ユニット及び膜分離装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の中空糸膜ユニットは、一対の矩形状の集水盤間に、複数の中空糸膜を互いに所定間隔離間させつつ疎に配置して該中空糸膜の両端を前記集水盤の盤面で開口させた中空糸膜モジュールを構成し、集水ハウジングは、ウェブ部と両端のフランジ部から形成され、この開口部に前記中空糸膜モジュールの集水盤が嵌着するように配置され、前記集水盤と集水ハウジングとの間に処理水の集水路が区画形成され、前記中空糸膜モジュールの集水盤が前記集水ハウジング内に複数段重ねられて装着され、該重ねられて装着された集水盤の間にスペーサを介在させ、前記集水ハウジングの両端のフランジ部には凹部を、前記スペーサの両端には凸部が設けられ、前記凸部を前記凹部に嵌合することで、前記スペーサを水密的に装着して、前記中空糸膜モジュールを多段に積層したことを特徴とする。
【０００８】
これにより、それぞれ別体で構成した複数の中空糸膜モジュールを多段に積層して所定の高さの中空糸膜ユニットを構成することで、中空糸膜ユニットのメンテナンスの便を図るとともに、集水ハウジング内に装着した集水盤間に介在させたスペーサで集水ハウジングをその長さ方向に沿った所定間隔毎に補強して、集水ハウジングの変形を防止することができる。尚、従来のように集水部に中空糸を密に束ねるとその部分に汚泥がたまり易くなるため、本発明では疎に中空糸膜を配置している。このため、集水ハウジングで変形が懸念されるため上述したように構成されている。
【０００９】
また、前記集水ハウジングは、そのウェブ部の内周面に長さ方向に沿って延びる複数の補強用リブが設けられ、前記スペーサには、先端が前記ウェブ部の内周面に当接する突起部が形成されていることを特徴とする。これにより、集水ハウジング自体を補強用リブで補強し、しかも集水ハウジングのウェブ部をスペーサの突起部で支持することができる。ここで、集水ハウジングは横断面コ字状とすることが好ましいが、それ以外の形状、例えば半円形状としてもよい。
【００１０】
また、前記集水ハウジングは、前記スペーサの両端部に、前記集水ハウジングの各フランジ部をそれぞれ前後方向から挟持する挟持部が設けられていることを特徴とする。これにより、集水ハウジングのフランジ部を挟持部で前後方向から挟持することで、その先端が拡がるように変形するのを防止することができる。ここで、集水ハウジングは横断面コ字状とすることが好ましいが、それ以外の形状、例えば半円形状としてもよい。
【００１１】
本発明の膜分離装置は、請求項１乃至４記載の中空糸膜ユニットの集水ハウジングの端部に、吸引装置に接続された処理水取出し管を連結したことを特徴とする。これにより、集水ハウジングの変形を防止して、膜分離装置の透過流速を常に一定に維持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至３は、本発明の実施の形態の中空糸膜ユニット及び該ユニットを備えた膜分離装置の全体構成を示すもので、この膜分離装置には、それぞれ４個の中空糸膜モジュール１０を有する２組の中空糸膜ユニット２０が上下に備えられている。
【００１３】
中空糸膜モジュール１０は、一対の矩形状の集水盤１１，１１間に、複数の中空糸膜１２を、例えば、２．２ｍｍのピッチで上下及び前後方向に互いに所定間隔離間させつつ疎に配置して構成されている。この各中空糸膜１２は、前記集水盤１１の内部を貫通して延びて該集水盤１１の盤面で開口している（図４参照）。この集水盤１１は、例えば熱可塑性樹脂からなるハードポッティング部１３と、例えばシリコンゴムや軟質プラスチック（ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリウレタン）等からなり、前記ハードポッティング部１３の内側に位置して緩衝材として作用するソフトポッティング部１４とから構成され、前後両端面には、凸部１５が形成されている。
【００１４】
この中空糸膜モジュール１０は、例えば、１本の中空糸膜を所定の回数折り返して束ね、所定の形状に整形した後、両端部に樹脂材のポッティングを施し、固化後にポッティング部の外側に位置するＵ字状の中空糸膜を切断して除去することによって構成される。
【００１５】
中空糸膜ユニット２０には、前記各中空糸膜モジュール１０の両端の集水盤１１から吸引装置５５により吸水する直線状に延びる一対の集水ハウジング２１が備えられている。この集水ハウジング２１は、例えば塩化ビニルやＡＢＣ樹脂等の樹脂製で、図４に示すように、ウェブ部２２と両端のフランジ部２３から横断面コ字形に形成され、この開口部に集水盤１１が嵌着するように配置されている。ウェブ部２２の内周面には、複数条（図示では３条）の補強用リブ２４が長さ方向にほぼ全長に亘って設けられ、両フランジ部２３には前記集水盤１１の凸部１５と嵌合する凹部２５が形成されている。
【００１６】
そして、一対の集水ハウジング２１内に１段目の中空糸膜モジュール１０の両集水盤１１を、この上に２段目、更には３段目の中空糸膜モジュール１０の両集水盤１１を順次装着することで、この例では、４個（４段）の中空糸膜モジュール１０を有する中空糸膜ユニット２０が構成されている。ここに、前記集水盤１１の凸部１５を集水ハウジング２１の凹部２５内に嵌合させて、集水ハウジング２１の開口部を集水盤１１で水密的に塞ぐことで、集水盤１１と集水ハウジング２１との間に上下方向に延びる処理水の集水路２６が区画形成されている。なお、集水盤１１と集水ハウジング２１とを接着剤で接着するようにしても、また別のシール手段を設けても良い。
【００１７】
更に、集水ハウジング２１内において、１段目と２段目、及び３段目と４段目の中空糸膜モジュール１０，１０の上下に位置する両集水盤１１，１１の間には、第１スペーサ２７が介装され、２段目と３段目の中空糸膜モジュール１０，１０の上下に位置する両集水盤１１，１１の間には、第２スペーサ２８が介装されている。
【００１８】
第１スペーサ２７は、例えば肉厚が５ｍｍ程度の板体で構成され、図５に示すように、その平面形状が前記集水盤１１の横断面形状とほぼ同じ形状となるように形成されて、前後両端部には、前記集水ハウジング２１の凹部２５に嵌合する凸部２９が設けられている。これにより、第１スペーサ２７の凸部２９を集水ハウジング２１の凹部２５内に嵌合させることで、ここでの水密性を確保している。ここで、集水ハウジング２１には、補強用リブ２４を備え、変形が起こり難くしてある。更に、第１スペーサ２７の外側面には、先端が集水ハウジング２１の補強用リブ２４を包囲してウェブ部２２の内周面に当接する一対の突起部３０が設けられている。この第１スペーサ２７は、主に、集水ハウジング２１のウェブ部２２をその長さ方向に沿った一部で支持して、これが凹まないように作用する。また、一対の突起部３０を設けることで、第１スペーサ２７の内部に処理水が流通する通水部３１を形成している。
【００１９】
一方、第２スペーサ２８は、例えば肉厚が５ｍｍ程度の板体で構成され、図６に示すように、その平面形状が前記集水盤１１の横断面形状とほぼ同じ形状となるように形成されて、前後両端部には、前記集水ハウジング２１の凹部２５に嵌合する凸部３２が設けられている。これにより、第２スペーサ２８の凸部３２を集水ハウジング２１の凹部２５内に嵌合させることで、ここでの水密性を確保している。更に、前後両端面の側方に延出する挟持片３３が設けられ、この各端面と挟持片３３との間で集水ハウジング２１の各フランジ部２３を前後方向から挟持する挟持部３４が構成されている。この第２スペーサ２８は、主に、集水ハウジング２１の各フランジ部２３をその長さ方向に沿った一部で挟持部３３で前後から挟持することで、集水ハウジング２１のフランジ部２３の先端が拡がるように変形して、水密性が破壊されてしまうことを防止するように作用する。
【００２０】
各中空糸膜ユニット２０の各集水ハウジング２１は、コネクタ４０を介して上下に連結されている（図１参照）。このコネクタ４０の内部には、図７に示すように、上下に貫通する通水孔４１が設けられている。これによって、各中空糸膜ユニット２０の前記各集水路２６が互いに連通するようになっている。なお、このコネクタ４０の上下両端面には、図８に示すように、前記集水ハウジング２１の形状に沿った凹陥部４２が形成され、この凹陥部４２内に集水ハウジング２１の端部を嵌入させることで、水密性を確保しつつ容易に連結できるようになっている。
【００２１】
また、下方に位置する中空糸膜ユニット２０の各集水ハウジング２１の下端、及び上方に位置する中空糸膜ユニット２０の各集水ハウジング２１の上端には、エンドキャップ５０が装着されている。そして、互いに対向する前記コネクタ４０，４０間、及び前記エンドキャップ５０，５０間には、各１対の連結棒５１が掛け渡されている（図３参照）。尚、スペーサ間に連結棒を設けるようにしてもよい。
【００２２】
更に、図１に示すように、下方に位置する中空糸膜ユニット２０の各集水ハウジング２１の下端に装着したエンドキャップ５０は、栓部材５２で閉塞されている。一方、上方に位置する中空糸膜ユニット２０の各集水ハウジング２１の上端に装着したエンドキャップ５０には、連結ナット５３を介して２方向に分岐した処理水取出し管５４がそれぞれ連結され、この処理水取出し管５４に吸水ポンプ等の吸引装置５５が接続されている。
【００２３】
次に、前記膜分離装置の使用例について説明する。
まず、中空糸膜ユニット２０を、例えば、空気を噴出する散気管を下方に配置した曝気槽内に設置して、この曝気槽内の汚水中に浸漬させ、前記散気管から空気を噴出させつつ、吸引装置５５で集水ハウジング２１の内部の集水路２６から各中空糸膜１２を吸引することで汚水の固液分離を行い、処理水を処理水取出し管５４から外部に取り出す。この時、各中空糸膜１２を透過した処理水は、集水路２６の内部を流れて、処理水取出し管５４内に流入する。
【００２４】
ここで、集水路２６の内部は、吸引装置５５の吸引に伴って負圧となり、集水ハウジング２１にかなり大きな外圧が作用するが、この集水ハウジング２１は、その長さ方向に沿った所定間隔毎に集水ハウジング２１内に装着した集水盤１１，１１間に介在させたスペーサ２７，２８で補強されており、これにより、集水ハウジング２１の長さが長くなっても、この変形が防止される。従って、処理水は、集水ハウジング２１の内部の集水路２６内を常にスムーズに流れて、膜分離装置の透過流速が維持される。
【００２５】
また、この時に散気管から噴出した空気は、各スペーサ２７，２８によって各中空糸膜モジュール１０，１０間に形成される、例えば間隔が７．２ｍｍ（スペーサの肉厚５ｍｍと中空糸膜のピッチ２．２ｍｍの合計）の隙間Ｓから中空糸膜モジュール１０の幅方向の内方に達し、この結果、分離（濾過）面積が実質的に増大する。特に中空糸膜ユニットの上部で、空気および空気による水流によって中空糸膜に付着した汚泥等を効率よく除去できる。
【００２６】
しかも、それぞれ別体で構成した複数の中空糸膜モジュール１０を多段に積層して所定の高さの中空糸膜ユニット２０を構成することで、例えば一部の中空糸膜１２に目詰まり等の欠陥が発生した時には、この欠陥の生じた中空糸膜１２を有する中空糸膜モジュール１０を交換することで、これに素早く対処することができる。
【００２７】
なお、前記実施の形態にあっては、スペーサとして、同一肉厚のものを使用した例を示しているが、例えば異なる肉厚のものを使用し、肉厚の厚いものほど、下方に配置したり、またスペーサを管体で構成しても良い。
【００２８】
また、上記実施の形態においては、形状の異なる第１スペーサと第２スペーサとを交互に配置する例について説明したが、一方の形状のスペーサのみを使用するようにしても良い。また、スペーサとして、第１のスペーサの突起部と第２のスペーサの挟持部とを合わせ持つような形状としても良い。このように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、中空糸膜を透過した処理水を集水する集水部（集水ハウジング）の長さが長くなっても、スペーサを介在させることで、集水部の変形を防止し、この内部を処理水が常にスムーズに流れるようにして、透過速度を維持することができる。しかも、一部の中空糸膜に欠陥が生じても、中空糸膜モジュールを交換することで、素早くこれに対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の中空糸膜ユニット及び該ユニットを備えた膜分離装置を示す正面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】図１のＡ線拡大断面図である。
【図５】図１のＢ線拡大断面図である。
【図６】図１のＣ線拡大断面図である。
【図７】図１のＤ線拡大断面図である。
【図８】図２のＥ−Ｅ線拡大断面図である。
【符号の説明】
１０    中空糸膜モジュール
１１    集水盤
１２    中空糸膜
２０    中空糸膜ユニット
２１    集水ハウジング
２２    ウェブ部
２３    フランジ部
２４    補強用リブ
２６    集水路
２７，２８    スペーサ
３０    突起部
３３    挟持片
３４    挟持部
４０    コネクタ
５０    エンドキャップ
５４    処理水取出し管
５５    吸引装置
【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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