(57)【要約】      （修正有）【課題】下廃水を処理する膜分離装置では、散気管からの曝気が微生物への酸素補給や膜エレメントの洗浄といった機能を果たしているが、強すぎる曝気は膜エレメントを激しく揺さぶり、分離膜に損傷を与えることにもつながる。従って一定以上の曝気の発生が生じないようにする装置を提供する。【解決手段】膜エレメントが並置されるエレメントブロック１１２の下以外の場所に放圧ライン５０を設け、散気管１２２若しくは散気管への配管内の圧力が一定以上になった場合は、それ以上のエアが散気管より曝気となって放出されないように、エアを逃がす装置とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜エレメントと、
前記膜エレメントを複数枚まとめたエレメントブロックと、
前記エレメントブロックの下方に配設された散気管と、
前記散気管にエアを供給する配管と、
前記散気管もしくは前記配管に接続され、前記エレメントブロックの下方でない位置に放圧ラインを有する膜分離装置。
【請求項２】
前記放圧ラインの開口部は下向きである請求項１に記載された膜分離装置。
【請求項３】
前記放圧ラインは解放圧力が調節できる、請求項１又は２のいずれかの請求項に記載の膜分離装置。
【請求項４】
前記放圧ラインの放出口前記散気管と同じ水深に配設される請求項１乃至３のいずれかの請求項に記載の膜分離装置。
【請求項５】
前記放圧ラインは、下方に向った先端部が開放端である管であり、前記開放端は前記散気管より下に配置される請求項１記載の膜分離層装置。
【請求項６】
前記放圧ラインは、前記先端部の長さが変る請求項５記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水や生産工場、レストラン、水産加工工場、食品工場から生じる廃水を処理槽内で浄化する際に用いられる膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生活廃水や産業廃水（以下「下廃水」という。）は、そのまま環境に放流してしまっては、環境汚染につながる。そのため一定のレベルまで浄化した後に放流する。従来は下廃水を処理槽（活性汚泥槽）に入れ、空気を通しながら微生物によって下廃水中の汚濁物質を分解処理して活性汚泥液にし、次いで、活性汚泥液を、別途設けた沈殿池にて汚濁分を沈降分離させた後、上澄み水を放流する。これは活性汚泥法と呼ばれる。
【０００３】
近年、高分子膜技術や膜分離技術の向上によって、膜分離活性汚泥法という方法が使われてきている。この方法では、処理槽（膜浸漬槽）内の被処理水中に膜分離装置を沈め、微生物による分解と、膜による活性汚泥液からの浄化水の取り出しとを同時に行う。膜ろ過されて取り出された水はそのまま放流できるため、沈降分離用の沈殿池を設置しなくてよいという利点がある。
【０００４】
ここで、膜浸漬槽内には、下廃水と共に、それを微生物処理するための微生物及び微生物処理により生成された活性汚泥液が貯留しており、この処理槽内に存在する液体を被処理水という。
【０００５】
ここで用いられる膜分離装置１００は、図７に示すように主として、支持板の表裏両面に分離膜を貼り合わせた膜エレメント１１０を多数並べてなるエレメントブロック１１２から構成される。このエレメントブロックの下方には散気管１２２が配設されている。エレメントブロック１１２と散気管１２２はフレーム１１８に固定されている。
【０００６】
膜エレメントにはろ過水を取り出す吸水管１１４が配設されていて、この吸水管１１４にはチューブ１１５を介して集水管１１６が接続され、その下流側に吸引ポンプ１１７が接続され、膜エレメント１１０内部に陰圧をかけ、ろ過水を取り出す。散気管１２２は噴出口１２４を有し、配管１２６を介してブロワ１２８に連結されている。膜浸漬槽１０２内の被処理水中に沈められた膜分離装置（エレメントブロック１１２）に向けて下方の散気管１２２から空気が噴出される。この空気を曝気と称する。曝気は微生物に酸素を供給して活性化させ、汚濁物質の分解を促進させる。
【０００７】
散気管１２２からの曝気はまた、各膜エレメント１１０の両面に配置された分離膜の外表面に付着しようとする汚泥を剥ぎ取って、膜への汚泥付着堆積を抑制すると共に、槽内の被処理水を膜エレメント間に循環させる流れをも作る。すなわち、膜エレメント間には、曝気による被処理水の上昇流が生じていて、この上昇流が膜の表面に衝突することで、膜表面が洗浄されて膜の目詰まりが抑制され、固液分離性能の経時的低下が抑制される。
【０００８】
このような膜分離装置における課題の１つに、散気管の閉塞という問題がある。散気管には噴出口が設けられているが、この噴出口に汚泥などの異物が乾燥堆積し、噴出口が閉塞する現象である。噴出口が閉塞すると、曝気が弱くなり上述した分離膜の表面の洗浄効果や、処理槽内の微生物の活性を低下させるという問題が生じる。また、さらに散気管や散気管へのエア配管内の圧力上昇が起こり、ブロアへのダメージも発生する。
【０００９】
このような課題に対して、従来はいくつかの解決手段が提案されている。特許文献１には、散気管の先端を下向きに屈曲させ、しかも先端を開口した散気管が開示してある。これは先端の開口から散気対象水を散気管内に逆流させ、噴出口を洗浄するというものである。
【００１０】
また、特許文献２には、先端が開口した散気管を膜エレメントの下方に配置し、開口部はさらに散気管の噴出口の下に配置する。このようにして大きな開口部からのエアで散気管の噴出口に刺激を与え、噴出口の閉塞を抑制する。
【００１１】
また、特許文献３には、ブロアのポンプ内の圧力上昇を抑えるために、配管に圧力調製弁を設ける発明が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３０７０９１号公報
【特許文献２】特開平１１−２１６４８９号公報
【特許文献３】特開２００２−２７３４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
散気管の閉塞という問題をより詳細に検討すると、散気管に設置された噴出口の全てが均等に異物で詰まるわけではないという現象がわかる。同じ散気管の噴出口でも、閉塞してしまう箇所、閉塞しにくい箇所が発生する。また、一時的に一部の噴出口が閉塞する場合もある。噴出口の閉塞が不均一に発生してしまうと、散気管及び配管内部の圧力が上昇すると共に、曝気も不均一に発生することになる。
【００１３】
曝気の不均一発生は、曝気を受ける膜エレメント側から見ると、ある部分の膜エレメントは弱い曝気を受け、他の部分の膜エレメントは強い曝気を受けるということに繋がる。なお、ここで強い曝気とは、単位時間あたりのエアの噴出量が多いということである。
【００１４】
曝気は、上述したように、被処理水の上昇流を発生させ、この上昇流が膜の表面に衝突することで、膜表面が洗浄されて膜の目詰まりが抑制されるという効果を奏する。しかし、強すぎる曝気は、膜エレメントに激しくぶつかり、また膜エレメント自体を揺さぶる。
【００１５】
すると、膜エレメントの分離膜が損傷を受けるという課題が発生する。分離膜の破損は、膜分離装置から得られる処理済水中に、未処理の水が混入するという事態を引き起こす。従って、分離膜の破損という課題は、必ず回避しなければならない。
【００１６】
またこの課題は、散気管の閉塞という現象からだけでなく、散気管に過多のエアが送り込まれた場合でも発生する課題である。本発明は、かかる課題を解決するために想到されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
膜分離装置は、通常連続的に運転されるものである。そして、散気管へのエア供給量もモニタさるのが普通である。従って、定常的にエア圧が上昇している場合は、定期点検として運転を中止し、散気管なども洗浄される。しかし、汚泥による一時的な噴出口の閉塞や、エア供給圧の上昇は、しばらくは放置され運転が継続される場合が多い。従って、分離膜の保護という観点からは、運転中に生じる曝気量の一定以上の増加には、直ちに対処する必要がある。
【００１８】
そこで、上記の課題を解決するために、本発明は、
膜エレメントと、
前記膜エレメントを複数枚まとめたエレメントブロックと、
前記エレメントブロックの下方に配設された散気管と、
前記散気管にエアを供給する配管を含み、
前記散気管もしくは前記配管に接続され、前記エレメントブロックの下方でない位置に放圧ラインを有する膜分離装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、散気管若しくはエア配管に放圧ラインを設ける。さらに、その放圧ラインはエレメントブロックに抜けたエアが当たらない位置に設けられる。従って、膜エレメントにとって強すぎる曝気が発生するような場合は、この放圧ラインを介してエアが逃げ、そしてそのエアは膜エレメントに当たらない位置で水面に逃げる。そのため、膜エレメントが損傷を受けることがないという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施形態を図面により説明する。図１は本発明の膜分離装置の一実施形態を示す図である。本発明の膜分離装置１では、膜エレメント１１０、エレメントブロック１１２、フレーム１１８、吸水管１１４、チューブ１１５、集水管１１６、吸引ポンプ１１７、散気管１２２、噴出口１２４、配管１２６、ブロワ１２８は、従来の膜分離装置と同じである。
【００２１】
本発明の膜分離装置１には、新たに放圧ライン５０が加わる。ここで放圧ラインとは、管内の圧力が所定以上になった時に、管内のエアを解放する機能を持つものである。本明細書には、このような機能を有する具体例をいくつか開示するが、これらの具体例だけに限定されるものではない。放圧ライン５０の詳細な構成は図２を用いて後に説明する。放圧ライン５０には、配管２１が接続されている。配管２１は、水面に向かい、水面より上で散気管への配管１２６と接続管２２を介して接続される。放圧ライン５０と配管２１および配管２１、接続管２２、配管１２６の接続の気密性は保持されなければならない。散気管にかかるエア圧が減少するからである。
【００２２】
次に以上のような膜分離装置１の動作について説明する。ブロア１２８からエアが配管１２６を経て散気管１２２に送られ、噴出口１２４から曝気となって分離膜表面を洗浄し、上昇流を与えるのは、従来の膜分離装置と同じである。ここで、プロア１２８からのエアが何らかの理由で上昇したり、散気管１２２の噴出口１２４の一部が閉塞してしまい、特定の噴出口から多量の曝気が発生したとする。
【００２３】
このような状況では配管１２６内の圧力は上昇する。その圧力は配管２１を通って、放圧ライン５０にも伝達される。放圧ライン５０は、一定の値以上の圧力が加わると、放出口が開きブロア１２８からのエアが被処理水中に逃げる。このとき、放圧ライン５０はエレメントブロック１１２の下方でない位置に配置されているので、放圧ライン５０から放出されたエアは、分離膜に当たらない。ここでエレメントブロック１１２の下方でない位置とは、放圧ライン５０の放出口がエレメントのブロックの底面の下にないことをいう。
【００２４】
この放圧ライン５０の解放圧力をどの程度にするかは、運転状況や累積運転時間に依存する場合がある。膜分離装置は、処理槽の中に沈めて運転されるものであるので、引き上げるのは容易ではない。従って、膜分離装置を処理槽中に沈めたままの状態で、放圧ラインの解放圧力を調整できれば便利である。
【００２５】
そこで、放圧ライン５０は配管２１と接続管２２を介して、被処理水の水面より上で、ブロアの配管１２６に接続する。このように配置すると、接続管２２の部分を切り離すだけで、膜分離装置は処理槽中に沈めたまま、放圧ラインを水上に取り出し、調節すことができる。
【００２６】
図２は、放圧ラインの構成の一例を示す。ここで示す放圧ラインは、所定の圧力で放出口が開く圧力弁である。放圧ラインは筐体５１、浮き球５５、押しバネ５６、調製ネジ５７を含む。筐体５１には、上部に配管との接続部５３が設けられており、中央部には開き窓５２が開けられている。接続部５３はここではネジ山としているが、配管２１との接続において、気密性が保たれるのであれば他の手段であってもよい。筐体の内部は、円筒状の空間が設けられており、浮き球が収納される。円筒状の空間と接続部の間はテーパー５９が形成されている。接続部５３とテーパー５９の境が放出口５４となる。放出口５４は、通常浮き球５５によって蓋がされている。筐体の下側には、調製ネジ５７のためのネジ山５８が形成されている。
【００２７】
浮き球５５は水よりも比重が軽くて錆にくく、また劣化しにくいものがよい。浮き球は、筐体の接続部５３に蓋をするためのものであるので、全て均一の材料である必要はなく、中空の構造であってもよい。従って、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリスルホンサン樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネートなどの樹脂で作った中空構造の玉などが好適に用いられる。もちろん、他の物質を層構造にしたものを用いることもできる。
【００２８】
この放圧ライン５０は、水に浮く浮き球５５が放出口５４を塞ぐ蓋の役目をしているので、処理槽１０２に沈められると、水深に応じた浮力で接続部を塞ぐ。つまり、散気管と同じ水深に沈められると、散気管の噴出口が被処理水から受けるのとほぼ同じ水圧を受ける。ブロアは、この水圧以上の圧力で配管から散気管に空気を送り込むので、曝気が発生する。従って、押しバネがない状態で、浮き球だけで筐体の接続部に蓋をすると、ほぼ散気管からのエアが噴出するのと同じ圧力の時にエアが噴出する。
【００２９】
そこで、浮き球を一定の圧力で接続部のテーパー部に押し付けるのが押しバネである。押しバネは、調節ネジと浮き球の間に挟まれて長さＬｋになる。そして、この長さＬｋに応じた力で浮き球を接続部に押し付ける。つまり、この押しバネの力以上の圧力がかかった時に浮き球は下がり、エアが噴出す。この放圧ラインからエアが逃げれば、散気管にはそれ以上の圧力が加わりにくくなり、強い曝気の発生を抑制することができる。
【００３０】
なお、調整ネジは筐体の下方のネジ山５８と螺嵌しており、螺入することで押しバネ長Ｌｋを変更することができる。その結果、浮き球の押し付け圧を調整することができる。この押し付け圧は、解放圧力に他ならない。
【００３１】
このような放圧ラインを噴出口と同じ水深に設置すると、噴出口と同じ水圧を浮き球が受けるので、水位や被処理水の濃度が変化しても、押しバネで調整した圧力分だけを解放圧力として設定することができる。なお、噴出口と異なる水深に設置した場合は、噴出口との水深分だけ押し付け圧を調整すればよい。具体的には、噴出口より浅めに設置した場合は押し圧を強く、噴出口より深く設置した場合は、押し圧を弱く設定する。
【００３２】
（実施の形態２）
図３は本発明の膜分離装置の他の一実施形態を示す図である。本実施形態では、より簡便な放圧ラインを例示する。ここでは放圧ラインは、単に配管の延長部分２０である。配管の延長部分の先端２５は開口状態になっており、ブロアからの圧力は、配管内の水位を押し下げる。所定の値以上の圧力がかかった場合は、この延長部分の長さＬｐの被処理水を押し下げ、先端の開口部からエアが噴出する。従って、本実施の形態の放圧ラインは、常に噴出口と同じ水深の位置２４に設置され、噴出口と同じ水深からの長さＬｐが弁開放圧力を決める。
【００３３】
配管２１は接続管２２でブロアの配管１２６と接続されており、この接続管をはずすことで、放圧ライン２０も容易に処理槽から取り出せる。そして、先端の長さＬｐを変更できるようにしておけば膜分離装置を処理槽に浸漬してからも弁開放圧力を調整することができる。
【００３４】
図４は、放圧ライン２０と配管２１との接続関係を例示する図である。配管２１の先端の外側にはネジ山２６が形成されており、また放圧ライン２０の先端の内側には同じピッチのネジ溝２７が形成されている。そして、配管２１と放圧ライン２０が螺着される。この際に気密用のＯリング２９を間に配置しておけばより好ましい。このように、放圧ライン２０となる管の部分を取り外し可能としておくことで、長さの異なる管を適宜接続することで、長さ調整が可能となる。
【００３５】
なお、放圧ライン２０と配管２１の接続は、図４の方法に限定されず、気密性を確保したまま、噴出口より下の長さを変えることができれば、他の方法を用いてもよい。また、本実施の形態のように放圧ラインが延長管の場合は、弁開放圧は噴出口より下の長さできまり、この意味で必ず噴出口と同じ水深の位置に放圧ラインが設けられているとみなせる。従って、図４に示した接続箇所は、噴出口と同じ水位の位置に設定する必要はなく、接続管を含め、開口部までの間のどこに設けられてもよい。
【００３６】
（実施の形態３）
図５および図６には、本発明の膜分離装置の他の一実施形態を示す。放圧ラインは、ブロアからの配管に被処理水中で取り付けられている。すでに処理槽の大きさが決まっており、被処理水の処理槽中での水位が別の手段で一定に制御されている場合は、膜分離装置を処理槽に沈める際に放圧ラインを調整しておけば、その後再調整する必要はない。そのような場合には、本実施形態のように、ブロアからの配管に直接放圧ラインを設置してもよい。
【００３７】
図５には、浮き球付きの放圧ライン５０を設けた場合を示す。配管１２６とのつなぎ目は、特に制限されるものではない。すなわち、溶接などで一体的に形成されていてもよい。ただし、放圧ラインは、エレメントブロックに逃げるエアが当たらない位置に配設しなければならない。また、放圧ラインの設定位置を散気管の噴出口と同じ水深に設定するのが好適であるのは、上記の実施の形態の場合と同じである。
【００３８】
また、圧力調節ネジは、膜分離装置を引き上げた際に行うことにすると、放圧ラインの配設位置は、配管１２６周辺以外でもよく、例えば、散気管１２２の反対側に取り付けてもよい。放圧ライン６０は、散気管の反対側に設置した場合を例示するものである。
【００３９】
図６には、放圧ラインを延長管２０で構成した場合を示す。図では配管の延長に先端の開口部を設けているが、配管の途中から分岐させた延長管であってもよい。この場合も先端の開口部はエレメントブロックにエアが当たらない位置に配置する。また、配設位置も配管周辺だけでなく、散気管の反対側に配置してもよい。放圧ライン３０に一例を示す。また、噴出口より下の延長管の長さは実施の形態２のように変更できるようにしておくとより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、下水や生産工場、レストラン、水産加工工場、食品工場から生じる廃水を処理槽内で浄化する際に用いられる膜エレメントおよびそれを用いた膜分離装置の作製に好適に利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の膜分離装置の構成を示す図である。
【図２】放圧ラインの一例である圧力弁の構成を示す図である。
【図３】放圧ラインの一例である開放端有する延長管を示す図である。
【図４】延長管が配管と接続できる様子を示す図である。
【図５】放圧ライン（圧力弁）の配設状態の一例を示す図である。
【図６】放圧ライン（延長管）の配設状態の一例を示す図である。
【図７】従来の膜分離装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  膜分離装置
２０  放圧ライン（延長管）
２１  配管
２２  接続管
５０  放圧ライン（圧力弁）
５１  筐体
５４  放出口
５５  浮き球
５６  押しバネ
５７  調製ネジ
５８  ネジ山
１００  膜エレメント
１１２  エレメントブロック
１１４  吸水管
１１５  チューブ
１１６  集水管
１１７  吸引ポンプ
１１８  フレーム
１２２  散気管
１２４  噴出口
１２６  配管
１２８  ブロワ
【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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