(57)【要約】【課題】懸濁物質の引き剥がしに支障を来さずに濾過処理を円滑に実施できる散気装置を提供する。【解決手段】被処理水が蓄えられた処理槽内に配置された膜エレメントを有する膜モジュールユニットの下方に配置され、気体を散気する散気管を備える。散気管は、気体供給装置から気体の供給を受ける筒状の主配管と、上方に向けて開口する複数の散気孔８および長さ方向中央部に下方に向けて開口する開口部を有し、主配管に内部が連通した状態で連結される複数の枝配管３とを備える。主配管は、間隔をあけて平行に配置された一対の平行管を含む。枝配管は、両端がそれぞれ一対の平行管に接続され、平行管の延びる方向に間隔をあけて複数配列される。複数の枝配管の配列ピッチをＰ、散気孔と膜エレメントの下端との距離をｈ、散気孔から吐出される気体の気泡の拡散角度をθとすると、Ｐ≦２ｈ・ｔａｎ（θ／２）の式を満足する。【選択図】図３
2017209618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水が蓄えられた処理槽内に配置された膜エレメントを有する膜モジュールユニットの下方に配置され、気体を散気する散気管を備える散気装置であって、
前記散気管は、気体供給装置から気体の供給を受ける筒状の主配管と、
上方に向けて開口する複数の散気孔および長さ方向中央部に下方に向けて開口する開口部を有し、前記主配管に内部が連通した状態で連結される複数の枝配管とを備え、
前記主配管は、間隔をあけて平行に配置された一対の平行管を含み、
前記枝配管は、両端がそれぞれ前記一対の平行管に接続され、前記平行管の延びる方向に間隔をあけて複数配列され、
前記複数の枝配管の配列ピッチをＰ、前記散気孔と前記膜エレメントの下端との距離をｈ、前記散気孔から吐出される前記気体の気泡の拡散角度をθとすると、
Ｐ≦２ｈ・ｔａｎ（θ／２）
の式を満足する散気装置。
【請求項２】
前記散気孔から吐出される気体の流速は、３ｍ／ｓ以上である請求項１に記載の散気装置。
【請求項３】
前記散気孔の直径が、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である請求項１または２に記載の散気装置。
【請求項４】
前記主配管の一端は、開口した状態でＬ字状に下方に屈曲している請求項１から３のいずれか一項に記載の散気装置。
【請求項５】
前記主配管の断面開口面積の総和は、前記枝配管の断面開口面積の総和より大きい請求項１から４のいずれか一項に記載の散気装置。
【請求項６】
前記枝配管の開口部は、ノズル状に突出している請求項１から５のいずれか一項に記載の散気装置。
【請求項７】
前記主配管と前記枝配管の材質は、熱可塑性樹脂である請求項１から６のいずれか一項に記載の散気装置。
【請求項８】
前記散気管内を減圧する減圧装置を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の散気装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の散気装置を、被処理水が蓄えられた処理槽内に配し、前記散気管に所定時間、気体を連続的に供給した後、一定時間気体の供給を停止する散気方法。
【請求項１０】
前記一定時間気体の供給を停止する間に、前記散気配管内を減圧する請求項９に記載の散気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、散気装置および散気方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜を配設した膜モジュールを用いて活性汚泥の固液分離を行う方法が種々検討されている。分離膜を用いて活性汚泥の濾過処理を行うと、水質の高い処理水を得ることができる。
【０００３】
分離膜を用いて被処理水の固液分離を行う場合、濾過処理を継続するに従って懸濁物質による分離膜表面の目詰まりが進行するため、濾過流量の低下や、膜間差圧の上昇が生じる。このような状態を防ぐため、膜モジュールの下方に散気管を配設し、散気管からエアーの散気を行って気泡及び気泡の上昇によって生起される被処理液との気液混合流を膜モジュールに当てて洗浄することにより、膜表面の懸濁物質を引き剥がす方法が行われている。散気管は、通常、金属、樹脂等からなる管状配管に気体吐出穴を開口させたもので、製作が簡易になることから同一口径の部材から構成され、それら散気管にはブロワ等により空気を供給して散気している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１９９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
膜モジュールの下方に散気管を配設し、散気管からエアーの散気を行って気泡及び気泡の上昇によって生起される被処理液との気液混合流を膜モジュールに当てることにより洗浄を行っている。散気管から吐出された気泡は上昇する際に拡散及び拡大することで膜モジュール全体に当たるようになる。
【０００６】
しかし、散気管から膜モジュールまでの距離（助走距離）が必要であり、この距離を確保すると膜モジュールが高くなり、コンパクト性が悪くなるという問題がある。一方、散気管から膜モジュールまでの距離を短くすると、散気管から吐出された気泡が十分に拡散せずに被処理液との気液混合流を膜モジュール全体に当てることができず、懸濁物質の引き剥がしが不十分で濾過処理に支障を来す可能性がある。
【０００７】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、懸濁物質の引き剥がしに支障を来さずに濾過処理を円滑に実施できる散気装置および散気方法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】
【０００８】
本発明は以下の態様を有する。
［１］被処理水が蓄えられた水槽内に配置された膜エレメントを有する膜モジュールユニットの下方に配置され、気体を散気する散気管を備える散気装置であって、前記散気管は、気体供給装置から気体の供給を受ける筒状の主配管と、上方に向けて開口する複数の散気孔および長さ方向中央部に下方に向けて開口する開口部を有し、前記主配管に内部が連通した状態で連結される複数の枝配管とを備え、前記主配管は、間隔をあけて平行に配置された一対の平行管を含み、前記枝配管は、両端がそれぞれ前記一対の平行管に接続され、前記平行管の延びる方向に間隔をあけて複数配列され、前記複数の枝配管の配列ピッチをＰ、前記散気孔と前記膜エレメントの下端との距離をｈ、前記散気孔から吐出される前記気体の気泡の拡散角度をθとすると、Ｐ≦２ｈ・ｔａｎ（θ／２）の式を満足する散気装置。
［２］前記散気孔から吐出される気体の流速は、３ｍ／ｓ以上である前記［１］に記載の散気装置。
［３］前記散気孔の直径が、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である前記［１］または前記［２］に記載の散気装置。
［４］前記主配管の一端は、開口した状態でＬ字状に下方に屈曲している前記［１］から前記［３］のいずれか一項に記載の散気装置。
［５］前記主配管の断面開口面積の総和は、前記枝配管の断面開口面積の総和より大きい前記［１］から前記［４］のいずれか一項に記載の散気装置。
［６］前記枝配管の開口部は、ノズル状に突出している前記［１］から前記［５］のいずれか一項に記載の散気装置。
［７］前記主配管と前記枝配管の材質は、熱可塑性樹脂である前記［１］から前記［６］のいずれか一項に記載の散気装置。
［８］前記散気管内を減圧する減圧装置を有する前記［１］から前記［７］のいずれか一項に記載の散気装置。
［９］前記［１］から前記［８］のいずれか一項に記載の散気装置を、被処理水が蓄えられた処理槽内に配し、前記散気管に所定時間、気体を連続的に供給した後、一定時間気体の供給を停止する散気方法。
［１０］前記一定時間気体の供給を停止する間に、前記散気配管内を減圧する前記［９］に記載の散気方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、懸濁物質の引き剥がしに支障を来さずに濾過処理を円滑に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る散気装置を備える水処理装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る散気管の外観斜視図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線視断面図である。
【図４】膜モジュールユニットの側面図である。
【図５】膜モジュールユニットの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の散気装置および散気方法の実施の形態を、図１ないし図５を参照して説明する。
なお、以下の実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。
【００１２】
図１は、本発明に係る散気装置１を備える水処理装置３０の概略構成を模式的に示す図である。水処理装置３０は、活性汚泥などの被処理水３１が投入された水槽（処理槽）３２と、水槽３２内に配置された膜モジュールユニット１０と、膜モジュールユニット１０の下方に一部が配置された散気装置１とを備えた浸漬型の膜分離装置である。
【００１３】
本実施形態の水処理装置３０では、一例として、膜モジュールユニット１０を３基有し、したがって散気装置１も各膜モジュールユニット１０に対応してそれぞれの下方に配置している。ただし、膜モジュールユニット１０や散気装置１の数については特に限定されることなく、任意に設定することができる。
【００１４】
水槽３２は、直方体状のもので、大きさは特に制限されないものの、深さは、被処理水３１の水深が１ｍ以上となるように、１ｍを充分に超えていることが好ましい。
膜モジュールユニット１０は、複数の膜モジュール１１を備えている。膜モジュール１１は、中空糸膜などの膜エレメント（図示せず）を備えて構成されている。
【００１５】
膜モジュールユニット１０（膜モジュール１１）には、吸引配管４７を介して吸引ポンプ（図示せず）が接続され、膜モジュールユニット１０による被処理水３１の吸引濾過が可能に構成されている。
【００１６】
散気装置１は、散気管１Ａ、空気供給装置（気体供給装置）４０および減圧装置４３を備えている。散気管１Ａは、膜モジュールユニット１０の下方に配置されている。図２は、散気管１Ａの外観斜視図である。散気管１Ａは、図２に示すように、円筒状の主配管２、この主配管２に接続される複数の枝配管３を備えた梯子状（ラダー状）に形成されている。主配管２および枝配管３は、水平に配置されている。
【００１７】
主配管２の断面開口面積の総和は、枝配管３の断面開口面積の総和より大きく設定されている。これにより、主配管２がボトルネックとなることなく、主配管２に供給された散気用の空気を枝配管３に流動させることが可能となる。
【００１８】
主配管２は、金属製（例えば、ＳＵＳ３０４製）や熱可塑性の合成樹脂製（例えば、ポリエチレン製、ポリ塩化ビニル製）であり、間隔をあけて平行に配置された一対の平行管２Ａと、エルボ管４を介して平行管２Ａの一端同士を接続する接続管２Ｂとを有している。接続管２Ｂには、長さ方向の中央部に鉛直方向上方に延びるフランジ配管５が接続されている。フランジ管５には、空気供給管２１（図４参照）を介して空気供給装置４０および減圧装置４３が接続されている（詳細は後述）。
【００１９】
平行管２Ａは、他端側にＬ字状に下方に屈曲するエルボ管６が接続されることにより、鉛直方向下方に向く開口６ａを有している。
【００２０】
枝配管３は、両端がそれぞれ一対の平行管２Ａに接続され、平行管２Ａの延びる方向に間隔をあけて複数（図２では１０本）配列されている。各枝配管３には、その上面に散気孔８が１または複数形成されている。散気孔８の数については、枝配管３の長さ等に基づいて適宜に設定されるが、２個〜６個とするのが好ましい。本実施形態では、図５に示すように８０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の間隔で、長さ方向の中央を中心として対称に６個形成されている。また、これら散気孔８は、散気管１Ａが水平に配置された状態で、全て鉛直方向上方を向くように形成されている。散気孔８の直径としては、付着物の付着による閉塞を考慮すると１ｍｍ以上が好ましく、また、通過する空気の流速が低くなり、充分な散気効果が得られなくなる虞があることを考慮すると１０ｍｍ以下が好ましい。
【００２１】
枝配管３の長さ方向中央には、Ｔ字状に形成された三方管（Ｔ字形三方管）７が接続されている。三方管７の中央管７ａは下方に向けてノズル状に突出して開口部７ｂを形成している。
【００２２】
図３は、図２におけるＡ−Ａ線視断面図である。図３に示されるように、複数の枝配管３の配列ピッチをＰ、散気孔８と膜モジュール１１の膜エレメントの下端との距離をｈ、散気孔８から吐出される空気の気泡の拡散角度をθとすると、本実施形態における散気装置１においては下式（１）を満足する。
Ｐ≦２ｈ・ｔａｎ（θ／２）      …（１）
【００２３】
式（１）を満足する場合、隣り合う枝配管３の散気孔８から被処理水３１に散気された気泡が上昇しながら拡散して膜エレメントの下端に到達する散気領域９の一部が重なることになる。換言すると、式（１）を満足する場合には、膜モジュール１１の膜エレメントの下端においては、散気領域９が形成されない散気空白部が生じないことになる。
【００２４】
これらの主配管２および枝配管３は、膜モジュールユニット１０の下方に配置されて用いられる。図４は、膜モジュールユニット１０の側面図である。図５は、膜モジュールユニット１０の正面図である。
【００２５】
図４および図５に示されるように、散気装置１は、フランジ配管５に空気供給管２１が接続されている。そして、この空気供給管２１には、図１に示されるように、空気供給装置４０および減圧装置４３が接続されている。
【００２６】
空気供給装置４０は、ブロワ４１と、このブロア４１と空気供給管２１とを接続する接続配管４２と、を備えて構成されている。また、減圧装置４３は、吸引ポンプ４４と、この吸引ポンプ４４と空気供給管２１とを接続する接続配管４５とを備えて構成されている。
【００２７】
そして、接続配管４２と接続配管４５と空気供給管２１との間には、三方弁からなる切換弁４６が設けられている。このような構成のもとに、切換弁４６を切り換えることによってブロワ４１（空気供給装置４０）と空気供給管２１とを連通させ、あるいは吸引ポンプ４４（減圧装置４３）と空気供給管２１とを連通させることができるようになっている。すなわち、散気装置１においては、散気運転と減圧運転とを、切換弁４６によって切り換えることにより、空気供給装置４０によって空気を供給する散気運転を停止した際、減圧装置４３によって主配管２内及び枝配管３内を減圧することが可能になる。
【００２８】
次に、このような水処理装置３０の処理運転に基づき、本発明に係る散気方法の一実施形態について説明する。
まず、図１に示すように水槽３２内に、膜モジュールユニット１０、散気装置１等を配置するとともに、被処理水３１を所定の水位（水深）となるように蓄える。そして、この状態で膜モジュールユニト１０側の吸引ポンプを作動させることにより、膜モジュールユニト１０による吸引濾過を行う。
【００２９】
また、このような吸引濾過と並行して、所定の時間、空気供給装置４０（ブロワ４１）から散気管１Ａに向けて空気を連続的に（連続して）供給する。空気の供給量としては、散気管１Ａの寸法等によっても異なるものの、例えば各枝配管３毎に７５Ｌ／ｍｉｎとなるようにする。このように空気を供給することで、空気供給管２１を介して散気管１Ａに供給された空気は、主配管２を通ってほとんどが枝配管３の散気孔８から噴出する。すなわち、散気孔８では枝配管３の開口７ｂより水圧が低くなっていることにより、特に高風量で空気を供給しなければ、散気管１Ａに供給された空気はそのほとんどが散気孔８から噴出される。
【００３０】
また、散気管１Ａへの空気の供給量としては、散気孔８から吐出される空気の流速が３ｍ／ｓ以上となる量である。空気の流速が３ｍ／ｓ以上であれば、付着物が散気孔８に付着して閉塞することを抑制できる。
【００３１】
このようにして散気孔８から空気を噴出すると、噴出した空気は気泡となり、水槽３２中、すなわち被処理液３１中を上昇する。上昇した気泡は、被処理液３１を伴うことで気液混合流を形成する。この気液混合流は、膜モジュールユニット１０（膜モジュール１１）に当たることによって各膜エレメント（図示せず）を洗浄する。すなわち、気液混合流は膜エレメント（膜モジュールユニット１０）の表面に付着した汚泥等の懸濁物質を剥離し、膜モジュールユニット１０から除去する。
【００３２】
このとき、散気装置１においては、上記の式（１）を満足する諸元の下で散気が行われるため、膜エレメントは全領域が散気領域９となり、散気の空白部が生じることなく懸濁物質の引き剥がしが行われ濾過処理を円滑に実施することができる。
【００３３】
上記の散気運転を所定の時間行ったら、一定時間ブロア４１を停止し、散気装置１への空気の供給を停止する。すると、主配管２および枝配管３内に残る空気は散気孔８を抜け出て被処理水３１中に排出され、膜モジュールユニット１０を洗浄する。また、この空気と置換して、枝配管３の他端の開口３ｂから被処理水３１が流入する。このように流入する被処理水３１は、例えば散気孔８を目詰まりさせている乾燥堆積した異物（汚泥）や散気管３内に堆積する汚泥を湿潤化させる。したがって、一定時間経過後、ブロワ４１を再度作動させて散気を再開した際、これら異物や汚泥を散気孔８から容易に排出することができる。すなわち、主配管２内や枝配管３内、及び散気孔８を洗浄することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、散気管１Ａに減圧装置４３を接続しているので、一定時間ブロア４１を停止している間に、切換弁４６を切り換えることによって吸引ポンプ４４（減圧装置４３）を散気管１Ａに連通させ、この吸引ポンプ４４によって主配管２内や枝配管３内を減圧することができる。このように減圧処理することにより、枝配管３内や主配管２内に被処理水３１をより高速でより多く流入させることができ、したがって上記の洗浄の効果を高めることができる。
【００３５】
本実施形態の散気装置１においては、枝配管３の配列ピッチ、散気孔８と膜エレメントの下端との距離、および散気孔８から吐出される気泡の拡散角度が上記の式（１）を満足しているため、膜モジュール１１を高くすることなく、膜エレメントの全領域を散気することが可能になる。従って、本実施形態の散気装置１では、懸濁物質の引き剥がしに支障を来さずに濾過処理を円滑に実施することができる。
【００３６】
［実施例］
散気孔８の直径５．５ｍｍ、枝配管３の配列ピッチ１１０ｍｍ、散気孔８と膜エレメントの下端との距離２００ｍｍの散気装置１を用いて散気したところ、気泡の拡散角度３２°となった。この場合、式（１）における左辺（Ｐ）は１１０ｍｍであり、右辺は、約１１５ｍｍであり、式（１）を満足する。この散気装置１を用いて３０日間の水処理を実施したが、膜エレメントの膜表面への懸濁物質の付着は確認されず、安定して膜処理は行われた。
［比較例］
散気孔８の直径５．５ｍｍ、枝配管３の配列ピッチ９０ｍｍ、散気孔８と膜エレメントの下端との距離２００ｍｍの散気装置１を用いて散気したところ、気泡の拡散角度２５°となった。この場合、式（１）における左辺（Ｐ）は９０ｍｍであり、右辺は、約８８ｍｍであり、式（１）を満足しない。この散気装置を用いて水処理を実施したが、約１５日経過後に膜エレメントの膜表面への懸濁物質の付着が確認された。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、散気管１Ａに対して空気供給装置４０から空気を供給し、散気孔８から空気を噴出させるようにしたが、必要に応じて、例えば窒素などの空気以外の気体を、気体供給装置４０から散気管１Ａに供給するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…散気装置、  １Ａ…散気管、  ２…主配管、  ２Ａ…平行管、  ３…枝配管、  ７ｂ…開口部、  １０…膜モジュールユニット、  ３１…被処理水、  ４０…空気供給装置（気体供給装置）、  ４３…減圧装置
【図１】
2017209618.tif 000003
【図２】
2017209618.tif 000004
【図３】
2017209618.tif 000005
【図４】
2017209618.tif 000006
【図５】
2017209618.tif 000007