(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽内の水中に、散気管の下端に取り付けられた散気ノズルにより下から気泡が吹込まれるエアリフト筒を立設し、該筒内の上部に、透過水の取出口を有する複数枚の膜エレメントを前後方向に流路間隔を保って一列に立て並べた膜モジュールを配置した浸漬型膜分離装置において、
エアリフト筒の下部をスカート状に拡げてその断面積を下向きに拡大し、エアリフト筒の下端よりも外方且つ下の位置において該エアリフト筒を囲むように前記散気ノズルを複数配置し、散気ノズルを取り付けた前記散気管を垂直に引上げ可能に配設したことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
【請求項２】
処理槽内の水中に、散気管の下端に取り付けられた散気ノズルにより下から気泡が吹込まれるエアリフト筒を立設し、該筒内の上部に、透過水の取出口を有する複数枚の膜エレメントを前後方向に流路間隔を保って一列に立て並べた膜モジュールを配置した浸漬型膜分離装置において、
膜モジュールが内部に配置されたエアリフト筒の上部の側面であって、膜エレメントが立て並べられた列の方向に対して直角となる方向の両側に、膜モジュールの膜エレメントの前後方向の流路間隔をエアリフト筒外の処理槽内の水中に連通する開放部を設けるとともに、
エアリフト筒の下部をスカート状に拡げてその断面積を下向きに拡大し、エアリフト筒の下端よりも外方且つ下の位置において該エアリフト筒を囲むように前記散気ノズルを複数配置し、散気ノズルを取り付けた前記散気管を垂直に引上げ可能に配設したことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
【請求項３】
散気ノズルを上記エアリフト筒の下端より５０〜１５０ｍｍ下の位置に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の浸漬型膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、生物反応槽や膜浸漬槽などの処理槽内の水中に、透過水の取出口を有する複数枚の中空糸膜、管状膜あるいは平膜からなる膜エレメントを前後方向に間隔を保って一列に立て並べた膜モジュールを配置し、浸漬した膜モジュールの水深に基づく水頭差や、吸引ポンプによる吸引によって低エネルギーで膜濾過を行い、透過水を得る浸漬型膜分離装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は原水が供給される処理槽１０の水中にエアリフト筒１１を立設し、エアリフト筒の上半部内に透過水の取出口を有する複数枚の平膜エレメント１２（図７イ）を前後方向に流路間隔を保って一列に立て並べた膜モジュール１３を配置した従来の浸漬型膜分離装置を示す。エアリフト筒の内部下方にはブロアＢから空気が供給される散気装置１４が配置してある。エアリフト筒１１は断面形状が四角形で、上端から下端まで断面積は一定である。散気装置１４から散気することによってエアリフト筒内の膜モジュールを構成する平膜エレメント１２の相対向した膜面の流路間隔１５にはエアリフトによるクロスフロー上昇流が生じ、膜面にゲル状の付着物が生成するのを防止しながら膜を透過する透過水を平膜エレメントの内部に得、この透過水を各平膜エレメントの取出口１６に接続したヘッダー管１７を介しポンプＰで吸引して採水する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、原水が高分子状の溶質と同時に、多量の懸濁物を含んでいる場合は、運転を長時間継続すると膜面及び流路間隔が閉塞することがあるので、定期的に洗浄するか、膜モジュールを交換するために処理槽の外に取出すことが必要であり、そのためにはエアリフト筒内の膜モジュールを取外し可能に取付けるか、エアリフト筒ごと膜モジュールを処理槽の外に取出さねばならず、非常に手数がかゝると共に、複雑な構造を要する。
【０００４】
更に、エアリフト筒内を上向流した原水を循環流とするためエアリフト筒の上端と処理槽の水面Ｗとの間にエアリフト筒の上端から出た原水の流れを下向きに折返すためのフリーゾーン１８を設けねばならない。このため、水面Ｗの下方に浸漬した膜モジュールを点検するには、その都度、槽内の水位を下げるか、膜モジュールを引上げる必要があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述した従来装置の問題点を解消するために開発されたのであって、請求項１の発明は、処理槽内の水中に、散気管の下端に取り付けられた散気ノズルにより下から気泡が吹込まれるエアリフト筒を立設し、該筒内の上部に、透過水の取出口を有する複数枚の膜エレメントを前後方向に流路間隔を保って一列に立て並べた膜モジュールを配置した浸漬型膜分離装置において、エアリフト筒の下部をスカート状に拡げてその断面積を下向きに拡大し、エアリフト筒の下端よりも外方且つ下の位置において該エアリフト筒を囲むように前記散気ノズルを複数配置し、散気ノズルを取り付けた前記散気管を垂直に引上げ可能に配設したことを特徴とする。又、請求項２の発明は、処理槽内の水中に、散気管の下端に取り付けられた散気ノズルにより下から気泡が吹込まれるエアリフト筒を立設し、該筒内の上部に、透過水の取出口を有する複数枚の膜エレメントを前後方向に流路間隔を保って一列に立て並べた膜モジュールを配置した浸漬型膜分離装置において、膜モジュールが内部に配置されたエアリフト筒の上部の側面であって、膜エレメントが立て並べられた列の方向に対して直角となる方向の両側に、膜モジュールの膜エレメントの前後方向の流路間隔をエアリフト筒外の処理槽内の水中に連通する開放部を設けるとともに、エアリフト筒の下部をスカート状に拡げてその断面積を下向きに拡大し、エアリフト筒の下端よりも外方且つ下の位置において該エアリフト筒を囲むように前記散気ノズルを複数配置し、散気ノズルを取り付けた前記散気管を垂直に引上げ可能に配設したことを特徴とする。又、請求項３の発明は、散気ノズルを上記エアリフト筒の下端より５０〜１５０ｍｍ下の位置に設けたことを特徴とする。
【０００６】
【実施例】
図１，２，３は、本発明の請求項１の実施例、図４，５は本発明において、エアリフト筒の上半部の側面に、膜モジュールの膜エレメントの前後方向の流路間隔をエアリフト筒外の処理槽内の水中に連通する開放部を設けた場合の説明図、図６は本発明の請求項２の実施例であって、図８の従来装置と同じ構成要素には同じ符号を付してある。又、平膜エレメントを用いたもので説明する。図１，２の実施例ではエアリフト筒１１の下半部２１の左右の側板２２，２２の間隔を下向きにスカート状に拡げることによって、下半部の断面積を下向きに拡大してある。この左右の側板２２は、図２で明らかなように、上から見ると、その上半部２２´が平膜エレメント間の流路間隔１５を左右から閉じる側板であり、前後方向の側板２３，２３の下半部間の前後方向の間隔は一定である。つまり、図２に示したように前後方向の側板２３，２３は上半部、下半部ともその間隔はＡ1 で一定であるのに対し、左右の側板２２，２２の上半部の間隔はＢ1 、下半部２２，２２の下端間の間隔の最大はＢ1 よりも大きいＢ2 になっている。尚、エアリフト筒は図示の実施例のような角形筒に限らず、円筒でもよい。この場合は円筒内の直径方向に最大幅の膜エレメントを配置し、この最大幅の膜エレメントから離れるにしたがって順次幅を狭くした膜エレメントを配列する。又、エアリフト筒のスカート部も円筒でもよい。
【０００７】
図３の実施例では、エアリフト筒１１の下半部２１の両側板２２，２２の間隔も、前後方向の側板２３，２３の下半部間もスカート状に下向きに拡げて断面積を下向きに拡大してある。従って、エアリフト筒１１の下半部２１の形態は截頭四角錐のフード形であり、前後方向の側板２３，２３の上半部の間隔はＡ1 の一定であるのに対し、下半部の下端間の間隔の最大はＡ1 より大きいＡ2 、又、左右の側板２２，２２の上半部の間隔はＢ1 の一定であるのに対し、その下半部の下端間の間隔の最大はＢ1 より大きいＢ2 である。
【０００８】
エアリフト筒の上半部と下半部の面積比は、膜モジュールの平膜エレメント間の流路間隔の全断面積と空塔断面積の比以下となるように設定する。
夫々の断面積を記号で表すと次のように示される。
エアリフト筒上半部断面積（最大）：Ａ1 ＊Ｂ1
エアリフト筒下半部断面積（最大）：Ａ1 ＊Ｂ2 （図２）
エアリフト筒下部断面積（最大）：  Ａ2 ＊Ｂ2 （図３）
膜モジュール空塔断面積（最大）：  Ａ1 ＊Ｂ2
平膜モジュールの流路間隔断面積：ｎＨ＊Ｂ1
ここで、Ａ1 、Ｂ1 、Ａ2 、Ｂ2 はエアリフト筒の上半部、下半部の内寸最大値を示している。又便宜上、膜モジュールの外寸をエアリフト筒の上半部の内寸として示した。Ｈは平膜と平膜の間に形成される流路間隔の幅を示す。ｎはこの流路の数を示す。
エアリフト筒のスカート部の面積比の関係は次のように表せる。
【数１】
0003849151.tif 000002
【０００９】
そして、図１、図２、図３のいずれの実施例も、エアリフト筒１１の下端よりも５０〜１５０ｍｍ下の位置で、且つエアリフト筒の下端よりも外方に、エアリフト筒内に下から空気を吹込む散気ノズル２４を複数、エアリフト筒の下端を囲むように配置してある。この散気ノズル２４は上端がヘッダー管２５に接続した１本宛の散気管２６の下端に取付けられ、ブロワーＢはヘッダー管２５の空気を供給する。勿論、これらの実施例のものに限らず、図８の従来例のような散気装置としても良い。
【００１０】
このように膜モジュールを上半部に収納したエアリフト筒の下半部をスカート状態に拡げ、且つ散気ノズル２４をその外周に設けることにより、エアリフト循環流を減少させることなく、散気ノズルの着脱を容易にできる。つまり、下端に散気ノズル２４を取付けた散気管２６の上端をヘッダー管２５から外し、１つ宛、水面上に引き上げ、洗浄して詰りを除けばよい。
【００１１】
又、エアリフト筒内部の循環流は、筒内部の空気吹込み量と散気水深の関係で次のように表せる。
Ｕo ∝（ｈ・Ｕg ）n
ここでＵo  ：エアリフト筒内部上昇流速
Ｕg  ：エアリフト筒内部空気吹込み速度
ｈ   ：散気水深
しかし、平膜エレメント間の流路間隔のクロスフロー流速Ｕｍは、単純に膜モジュールの流路間隔の全断面積と空塔断面積に逆比例するのではなく、流路間隔の抵抗のために面積減少比の逆数以上とはならない。
本発明の実施例によればエアリフト筒の下半部をスカート状態に拡げることにより、スカートの上部即ち平膜モジュールの下部のＵo と同じ空気量まで高めることができる。
ここで、この面積比を
【数２】
0003849151.tif 000003
とすることにより、流路間隔の抵抗による流速低下分を補ってクロスフロー流速Ｕm を与えることができる。
【００１２】
更に、前述したようにエアリフト筒下部より５０〜１５０ｍｍ下の位置で、且つ散気ノズルをその外周に設けることにより、散気ノズルの着脱を容易にできる。散気ノズルはエアリフト塔内部に位置させないので、散気ノズルの配管２６の上げ下げにより槽外に容易に取出すことができる。
【００１３】
又、エアリフト筒下部がエアリフト循環流の折返し部分となるが、下半部をスカート状に拡げることにより、エアリフト筒下部の循環流速を増加させることができる。
このため、エアリフト筒の外周の散気ノズルから吹込まれる空気を、その循環流速に乗せて効果的にエアリフト筒内部に送り込むことができる。つまり、エアリフト筒下部の循環流速が最大となるエアリフト筒下部より５０〜１５０ｍｍ下に散気装置を設けることにより、散気ノズルからの空気を効果的に循環流速に乗せてエアリフト筒の内部に送り込むことができる。
【００１４】
図４，５に示した説明図では、エアリフト筒１１は上半部の両側面に開放部２７，２７を有し、膜モジュールの平膜エレメント間の前後方向の流路間隔１５は上記開放部２７，２７と連通する。従って、エアリフト筒の、膜モジュールを収容した上半部は前後方向の側板２８，２８を有するのみであり、膜モジュールを構成する複数の平膜エレメントはこの側板２８，２８間に渡設した支持棒で支持される。
【００１５】
このように膜モジュールを収容したエアリフト筒の上半部の両側面に、平膜エレメント間の流路間隔１５と連通する開放部２７，２７を設けると、その流路間隔１５を上昇するエアリフト上向流は上記開放部２７，２７からエアリフト筒の外に出て循環することができる。従って、エアリフト筒の上端を水面Ｗの直下に位置させ、従来の装置がエアリフト循環流を生じさせるために必要としたフリーゾーンを廃止することができる。つまり、フリーゾーンは、エアリフト筒内を上向流した水流をエアリフト筒の外で下向流に転向してエアリフト循環流を生じさせるために必要なものであり、従来装置においてエアリフト筒の上端を水面の直下に位置させてフリーゾーンを廃止すると、エアリフト循環流を生じさせるにはエアリフト筒内を上向流する水流を水面以上に持ち上げねばならず、それには多大な空気量を必要とし、エネルギーの消費が大である。しかしながら、この発明のようにエアリフト筒の上半部の両側面に平膜エレメント間の流路間隔１５と連通する開放部２７を設けると、エアリフト筒内の上向流は上記開放部から外に出てエアリフト循環流を形成するため、フリーゾーンを廃止してエアリフト筒の上端を水面の直下に位置させることができ、これにより膜モジュールの点検が容易に行える。
【００１６】
更に、流路間隔１５を上昇するエアリフト上向流は、流路間隔内で開放部２７，２７に向かって向きを変えるため、高まった流速と、向きを変える乱流とによって平膜エレメントの膜面に付着する汚れを効果的に剥離する。
【００１７】
図６は、請求項２に記載されているように、エアリフト筒１１の下半部２１を下向きにスカート状に拡げて断面積を下向きに拡大し、散気ノズル２４をエアリフト筒１１の下端よりも下の外周に設け、膜モジュール１３を収容した上半部の両側面に、平膜エレメント間の流路間隔１５と連通する開放部２７，２７を設けた実施例である。この実施例は請求項１の特長であるエアリフト循環流を効率よく発生させると同時に、エアリフト筒下部の循環流速を増加させることができるという効果と、水面直下に膜モジュールを配置して効率よく循環流を発生すると共に、乱流を発生し、膜面の汚れを効果的に剥離できるという効果とを兼備する。
【００１８】
図示の実施例では膜エレメントを図７（イ）に示す平膜エレメントで説明したが、膜エレメントは平膜エレメントに限らず、図７（ロ）に示すように左右の集水路兼用スペーサ１，１の間に多数本の中空糸膜や管状膜２，２を横方向に張設して矩形状にしたものでも良い。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１の発明により膜モジュールが収納されるエアリフト筒の下部をスカート状態に拡げることにより、エアリフト循環流を増加させ、膜面の汚れを効果的に剥離することができる。
又、請求項２の発明により水面直下に膜モジュールを配置して効率よく循環流を発生できると共に、乱流を発生し、膜面の汚れを効果的に剥離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１の発明の一実施例の断面図である。
【図２】  図１のエアリフト筒を上から見た平面図である。
【図３】  請求項１の発明の他の一実施例のエアリフト筒を上から見た平面図である。
【図４】  本発明において、エアリフト筒の上半部の側面に、膜モジュールの膜エレメントの前後方向の流路間隔をエアリフト筒外の処理槽内の水中に連通する開放部を設けた場合の側面図である。
【図５】  図４の正面図である。
【図６】  請求項２の発明の一実施例の正面図である。
【図７】  従来の装置の断面図である。
【図８】  （イ）は平膜エレメントの斜視図である。
（ロ）は中空糸膜や管状膜による膜エレメントの斜視図である。
【符号の説明】
１０  処理槽
１１  エアリフト筒
１２  平膜エレメント
１３  膜モジュール
１５  流路間隔
１８  フリーゾーン
２１  エアリフト筒の下半部
２２  エアリフト筒の下半部の左右の側板
２３  エアリフト筒の下半部の前後の側板
２４  散気ノズル
２７  開放部
２８  エアリフト筒の上半部の前後の側板
【図１】
0003849151.tif 000004
【図２】
0003849151.tif 000005
【図３】
0003849151.tif 000006
【図４】
0003849151.tif 000007
【図５】
0003849151.tif 000008
【図６】
0003849151.tif 000009
【図８】
0003849151.tif 000010
【図７】
0003849151.tif 000011