(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部と他端部の内部に仕切板を有するベッセルと、上記両仕切板に一端と他端とを貫通状に固定されて両仕切板の間に取付けられた複数本の管状膜とからなり、ベッセルの一端と上記一端部の仕切板との間を原水の給水室、ベッセルの他端と上記他端部の仕切板との間を濃縮水を外に排出する排水室、複数本の管状膜が取付けられた上記両仕切板の間を透過水を外に取出す採水室にし、上記給水室に原水を加圧して供給し、この原水が管状膜の中空部を流れる過程で管状膜を内から外に透過した透過水を採水室から外に取出し、原水中の、管状膜を透過しなかった濃縮水を排水室から外に排出する内圧型管状膜モジュールにおいて、上記ベッセルを横置し、ベッセルの中心に対して排水室にスクラピングエアを供給する送気管を接続した入口ノズルを上、給水室からスクラピングエアを排出する排出管を接続した出口ノズルを下にオフセットして、前記入口ノズルを最上部の管状膜よりも高い位置に、前記出口ノズルは最下部の管状膜よりも低い位置に、夫々配置したことを特徴とする内圧型管状膜モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の内圧型管状膜モジュールにおいて、入口ノズルに接続した送気管に濃縮水や逆洗水の排出管を分岐して設けたことを特徴とする内圧型管状膜モジュール。
【請求項３】
請求項１と２のどれか１項に記載の内圧型管状膜モジュールにおいて、出口ノズルに接続した排出管に原水の供給管を分岐して設けてあることを特徴とする内圧型管状膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、浄化、下水処理水等の除濁、除菌や、医薬、食品等の用水の無菌化や、上下水、産業廃水の固液分離、溶存物の分離に中空糸膜や、それよりも太いチューブラ膜を使用した内圧型管状膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中空糸膜や、それより太いチューブラ膜を使用した内圧型管状膜モジュールは単位モジュール当りの有効膜面積が大きいため、効率が良く、用水処理や、食品、医薬のプロセス処理に多用されている。特に近年は河川水の表流水中のコロイド物質の除去、上水やＲＯ供給水を生産する用途にも用いられている。この内圧型管状膜モジュールは、例えば本特許出願人が提案した特開平８−２４５９８号公報で公知であって、その構成の概略を図４に示すと、垂直に支持したベッセル１と、その上部仕切板と下部仕切板とに上端と下端を貫通状に固定して取付けられた垂直な配置の多数本の管状膜２・・・とからなり、各管状膜の中空部の上端は上部仕切板の上の排水室３に、又、下端は下部仕切板の下の給水室４に夫々連通し、ベッセル内の上部仕切板と下部仕切板との間は、原水が管状膜の中空部を上向流する際に膜を透過した透過水が流入する採水室５になっている。そして、原水を原水ポンプＰ1で加圧して給水管６から給水室４に供給し、管状膜の中空部を上向流させると、原水の一部は上向流する過程で管状膜のＭＦ膜や、ＵＦ膜を内から外に透過し、透過水になって採水室５に流入するので、これは採水管７で採水室から貯槽８に取出して貯溜する。そして、管状膜を透過しなかった原水は濃縮水となって排水室に流入するので、これは排水管９で排出する。
【０００３】
こうして透過水の膜分離工程を行うと、管状膜２の中空部の内面にはケークやゲル層が付着して膜分離の効率を損なうので、付着したケークやゲル層を剥離する逆洗工程とエアスクラピング工程を定期的、又は随時行う。それには、先ず給水ポンプＰ1を停め、給水管６の弁Ｖ1と採水管７の弁Ｖ2を閉にし、排水管９の弁Ｖ3は開にしたままにし、貯槽８に貯えた透過水を洗浄水として逆洗用ポンプＰ2で洗浄水供給管１０、該管の開の弁Ｖ4を介して採水室５内に供給し、管状膜を外から内に透過させて管状膜の内側に付着したケークやゲル層を剥離する逆洗を行う。剥離したケークやゲル層は洗浄水に混ざって管状膜中を上向流し、排水室３を経て排水管９から外に排出される。排出管９から排出される洗浄水中にケークやゲル層が認められなくなったら、次にエアスクラピングを行う。
【０００４】
エアスクラピングは、原水ポンプＰ1を停め、給水管６の弁Ｖ1、洗浄水供給管１０の弁Ｖ4を夫々閉にし、排水室３に接続した吸気管１１の弁Ｖ5、給水室４に接続した水抜き管１２の弁Ｖ6を夫々開にし、排水室３、各管状膜２、給水室４に存在する洗浄水を重力で水抜き管１２から排水する。この水抜きの際に生じる負圧作用で吸気管１１から外気が排水室３、各管状膜２に吸い込まれる。これによって、図４（Ｂ）に示したように各管状膜の中空部を気液の界面１３が下に移動する際の気泡の剪断力で管状膜の中空部内面に強力に付着して残っていたケークやゲル層を擦洗して剥離し、水抜き管１２から排出される水に混ざって排出する。この水抜きによるスクラピングが終了したら、吸気管１１の弁Ｖ5、水抜き管１２の弁Ｖ6を閉にし、給水管６の弁Ｖ1、排出管９の弁Ｖ3のみ開にし、原水ポンプＰ1を運転して原水を給水管６から給水室４に供給して空気抜きを行う。給水室４に供給された原水は給水室内の空気を各管状膜２に押し上げ、管状膜内の空気と一緒にして各管状膜内を上向流させる。このときは原水と空気の界面１３は各管状膜中を上に移動し、その際に膜の中空部の内面に付着して残っていたケークやゲル層を気泡の剪断力で、再度強力に擦洗して剥離し、空気と一緒に排水室を経て排水管９から排出する。
【０００５】
吸気管１１の弁Ｖ5は、常時は閉じているが、水抜きの際に生じる負圧作用で自動的に開になる逆止弁であってもよい。又、吸気管１１は排水管９に分岐して接続してもよいし、水抜き管１２も給水管６に分岐して接続してもよい。このようにベッセルを直立して支持し、各管状膜を垂直に配列すると、透過水の採水工程を終り、管状膜の中空部を逆洗した後の水抜きと、空気抜きの際に気液の界面１３を管状膜の中空部中で下に移動させたり、上に移動させたりしながら、気泡の強力な剪断力で管状膜の中空部の内面に強力に付着するケークやゲル層を擦洗して除去することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したエアスクラピングによるケークやゲル層の剥離は、水頭差に基づくものであるから直立するベッセルの高さを高くし、それに伴い管状膜の長さを長くすることが好ましいが、ベッセルを直立支持する建て屋に高さの制限がある場合、或いは運送上の制約がある場合は、長さの短い管状膜を使用して高さの低いモジュールを構成せざるを得ず、モジュール１台当りの管状膜による膜面積は著しく減少し、透過水の採水効率、エアスクラピングによる管状膜の内面のケークやゲル層の剥離機能は低下する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、モジュールを横置型にし、上述した直立型のモジュールの問題点を解消したのであって、請求項１の発明は、一端部と他端部の内部に仕切板を有するベッセルと、上記両仕切板に一端と他端とを貫通状に固定されて両仕切板の間に取付けられた複数本の管状膜とからなり、ベッセルの一端と上記一端部の仕切板との間を原水の給水室、ベッセルの他端と上記他端部の仕切板との間を濃縮水を外に排出する排水室、複数本の管状膜が取付けられた上記両仕切板の間を透過水を外に取出す採水室にし、上記給水室に原水を加圧して供給し、この原水が管状膜の中空部を流れる過程で管状膜を内から外に透過した透過水を採水室から外に取出し、原水中の、管状膜を透過しなかった濃縮水を排水室から外に排出する内圧型管状膜モジュールにおいて、上記ベッセルを横置し、ベッセルの中心に対して排水室にスクラピングエアを供給する送気管を接続した入口ノズルを上、給水室からスクラピングエアを排出する排出管を接続した出口ノズルを下にオフセットして、前記入口ノズルを最上部の管状膜よりも高い位置に、前記出口ノズルは最下部の管状膜よりも低い位置に、夫々配置したことを特徴とする。そして、入口ノズルには濃縮水や逆洗水の排出管を分岐して設けたり、出口ノズルには原水の供給管を分岐して設けてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例であって、図４の従来例と同じ構成要素には同じ符号を付してある。円筒形のベッセル１は転がらないように両端部を台座１４，１４に載せて水平に横置されている。１５はその一端の内部に給水室を形成するため設けた仕切板、１６は他端の内部に排水室３を形成するため設けた仕切板であり、両仕切板には複数の管状膜２の一端と他端とが貫通状に固定され（図１Ａの拡大部分参照）、管状膜は両仕切板間に架設されている。給水室４には原水ポンプＰ1が原水を加圧して供給し、原水の一部は複数の管状膜２中を流れる過程で、管状膜を内から外に透過して透過水になり、透過水は両仕切板間の採水室５に流入し、採水室の底に接続した採水管７によって貯槽８に取出される。管状膜中を流れる過程で透過しなかった原水は濃縮され、濃縮水となって排水室３に流入し、排水室の底に接続した排水管９から排水される。
【０００９】
こうして、透過水の採水工程を行って管状膜２の内面にケーク、ゲル槽が付着してきたら逆洗とエアスプラシングでケークとゲル層を管状膜の内面から剥離して除去する。逆洗を行うにはポンプＰ1を停め、給水管６の弁Ｖ1、採水管の弁Ｖ2を閉にし、逆洗用ポンプＰ2を運転して貯槽８の透過水を洗浄水供給管１０から採水室５に供給する。採水室に供給された透過水は管状膜２を外から内に透過する際に管状膜の内面に付着したケーク、ゲル層を剥離し、これを伴って管状膜中を排水室３に向かって流れ、排水室の底に接続した排水管９から排出される。排水管９から排出される洗浄排水中にケークやゲル層が認められなくなったら逆洗用ポンプＰ2の運転を停め、洗浄水供給管の弁Ｖ4、排水管の弁Ｖ3を閉にする。
【００１０】
排水室３には排水室にスクラピング用のエアを供給するための入口ノズル２１をベッセルの中心に対して上に、給水室４にはスクラピング用のエアを排出するため出口ノズル３１をベッセルの中心に対して下に夫々設けてあり、入口ノズル２１にはエアコンプッサ、ブロワー、ボンベなどの空気源からの空気を供給する送気管２２が、又、出口ノズル３１には排出管３２が夫々接続してある。上記各管２２には開閉弁Ｖ5、３２には開閉弁Ｖ6が設けてある。
【００１１】
入口ノズル２１の排水室３に対する開口位置は管状膜中の最上位置にある管状膜２Ｕよりも上であることが好ましい。又、出口ノズル３１の給水室４に対する開口位置は管状膜中の最低位置にある管状膜２Ｄよりも下であること、例えば給水室の底地であることが好ましい。
【００１２】
上述のようにして逆洗が終ったら、開閉弁Ｖ5を開にし、空気源から送気管２２、入口ノズル２１を通じ排水室３に空気を圧入し、同時に給水室４に接続した排出管３２の弁Ｖ6を開く。弁Ｖ6を開くと給水室４中に残存していた水（原水、洗浄水）が排出管３２から排出され、給水室は空（から）になる。
【００１３】
入口ノズル２１を通じ排水室３に圧入された空気は浮力があるので、先ず排水室中の水を押しながら最上部の管状膜２Ｕに進入し、該管中の水を給水室４に向かって押す。これによって、進入した空気と水の界面１３は、図１（Ｃ）に示すように給水室４に向かって移動し、気泡の剪断力により管状膜２Ｕの内面に付着して残っていたケークやゲル層は擦洗して剥され、空気に押される水に伴って給水室に排出され、排出管３２を通じ外に排出される。こうして最上部の管状膜の内面を擦洗し、膜内の水を擦洗したケークやゲル層と共に給水室に駆出し、排出管３２から外に排出すると、排水室に継続して供給される空気は次に位置の高い管状膜に進入し、この管状膜の内面を擦洗しながら、膜中の水を剥離したケークやゲル層と一緒に給水室４に駆出して排出管３２から外に排出する。勿論、排水室内の水も管状膜中に押し込められるので排出室３内の水位は次第に下がる。
【００１４】
従って、管状膜中の水は上の管状膜から下の管状膜に向かって順番に、進入する空気で内面を擦洗されながら給水室４に駆出されて外に排出され、最後に最下部の管状膜２Ｄ中の水が擦洗により剥がされたケークやゲル層と共に給水室に駆出され、外に排出されたら、排水室３、全部の管状膜の内部、及び給水室４には空気が充満し、排出管３２から空気が流出する。
【００１５】
そこで送気管２１の弁Ｖ5、排出管３１の弁Ｖ6を閉じ、給水管６の弁Ｖ1、排水管９の弁Ｖ3を開き、原水ポンプＰ1を運転して原水を給水室４に供給する。給水室に供給された原水は、室内に満ちている空気の一部を最下部の管状膜中に押し込めながら膜中に進入する。このとき、膜中で気液の界面１３は排水室に向かって移動し、膜の内面は気泡の剪断力により再び擦洗され、未だ付着して残っていたケークやゲル層は剥がされ、水、空気と一緒に排水室３に排出される。そして、水とケークやゲル層は排水管９から外に排出すればよい。又、送気管２２には開閉弁Ｖ5の下流に、開閉弁Ｖ7を有する排気管２３を分岐して接続し、排水室３に押出された空気は入口ノズル２１から開閉弁Ｖ7が開の排気管２３から排気してもよい。
【００１６】
こうして最下部の管状膜から最上部の管状膜に向かって順番に管内の空気を水で排水室に駆出し、その際、気泡の剪断力により擦洗を行って膜の内面に付着して残存するケークやゲル層を剥がして排水室に排出し、水と空気は排出管９から、空気は排気管２３から夫々外に排出し、排水室３、全管状膜の内部、及び給水室４の内部を再び水で満たすことができる。勿論、このとき採水管７の弁Ｖ2を開にしておけば、管状膜中の空気を排水室３に駆出する原水の一部は膜を透過して採水室５に流入させ、透過水として貯槽８に採水することもできる。
【００１７】
図１の実施例では入口ノズル２１をベッセルの一端壁１ａの上端部に設け、送気管２２を接続したが、図２に示したように排水室３の頂部に入口ノズル２１を上向きに設け、これに送気管２２を接続し、排気管２３を分岐して設けてもよい。
【００１８】
又、図１の実施例では出口ノズル３１を給水室４の底に下向きに設け、これに排出管３２を下向きに接続し、給水管６はベッセルの他端壁１ｂの下端に接続してあるが、給水管６を排出管３２に分岐状に設けてもよいし、例えば図３に示したように出口ノズル３１を他端壁の１ｂの下端部に横向きに設けてこれに給水管６を接続し、排出管３２は給水管６に分岐しても設けてもよい。
【００１９】
【発明の効果】
以上で明らかなように、ベッセルを横置し、管状膜を二枚の仕切板の間に架設しても、ベッセルの中心に対して排水室にスクラピングエアを供給する送気管を接続した入口ノズルを上、給水室からスクラピングエアを排出する排出管を接続した出口ノズルを下にオフセットして配置することにより、ベッセルを直立したモジュールと同様に透過水の採水工程と、逆洗、エアスクラピングによる管状膜の内面に付着したケークやゲル層の剥離、除去が行える。そして、ベッセルは横置するので、運搬等の都合上、短くする必要があるときは短くして現場に持ち込み、現場で一連に連結し、長くして横置し、ベッセルの長さに見合った長い管状膜を使用し、管状膜による膜面積が著しく大きな透過水の採水効率が大きな内圧型管状膜モジュールを提供することができる。そして、ベッセルの中心に対して上に位置する入口ノズルを最上部の管状膜よりも高い位置に、ベッセルの中心に対して下に位置する出口ノズルは最下部の管状膜よりも低い位置に、夫々配置することにより、全部の管状膜を残すことなく逆洗、スクラピングして膜の内面に付着するケーク、ゲル層の剥離が行える。又、請求項３、４のように構成すると、配管が容易、簡便になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の内圧型管状膜モジュールの一実施例の縦断面図、（Ｂ）は同上のＢ−Ｂ線での断面図、（Ｃ）は管状膜中を気液の界面が移動する状態を示す説明図。
【図２】図１の実施例の一部を変更した要部の説明図。
【図３】図１の実施例の他の一部を変更した要部の説明図。
【図４】（Ａ）は従来の縦置き型モジュールの説明図、（Ｂ）は同上の管状膜中で気液の界面が移動する状態を示す説明図。
【符号の説明】
Ｐ1    原水ポンプ
Ｐ2    逆洗用ポンプ
１    ベッセル
２    管状膜
３    排水室
４    給水室
５    採水室
６    給水管
７    採水管
８    貯槽
９    排水管
１０    洗浄水供給管
１３    界面
１４    台座
１５ 、１６  仕切板
２１    入口ノズル
２２    送気管
２３    排気管
３１    出口ノズル
３２    排出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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