JP2005138103A - 分離膜モジュールおよび膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離膜エレメント間の流路における曝気の不均一を解消し、分離膜間での汚泥の不均一な堆積を防ぐ分離膜モジュールおよびそれを用いた膜分離装置を提供する
【解決手段】透過液流路材の表面に平膜を配置した複数枚の平板状分離膜エレメントを放射状に配置した分離膜モジュールとする。
【選択図】図２

Description

本発明は産業廃水、生活廃水などの廃水の浄化処理に好適な分離膜モジュールおよび水処理装置に関する。

活性汚泥法は、微生物群である活性汚泥により廃水中の有機物を分解して、沈殿池により活性汚泥と有機物が分解した処理水とに固液分離する水の浄化技術である。主に、安価な点で好まれ、現在でも多くの設備で用いられているが、これに次いで分離膜を利用して活性汚泥の固液分離を行う膜分離活性汚泥法も適用されはじめている。この方法は分離膜により固液分離を行うことで清澄な処理水が得られ、沈殿池を省略できるとともに、活性汚泥を高濃度に保つことができる特徴を有しており、特に近年では、活性汚泥槽内に分離膜モジュールを浸漬して、活性汚泥に必要な曝気を利用しながら、固液分離に伴い膜面に堆積する汚泥を除去する浸漬タイプの分離膜モジュールが試用されつつある。

上述の浸漬タイプの分離膜モジュールとしては、たとえば、特許文献１、特許文献２に示される中空糸膜を使用したものや、特許文献３、特許文献４に示される平膜を使用したものがある。中空糸膜を使用したモジュールは膜面積を大きくすることができる反面、高密度の中空糸膜繊維束には汚水中の夾雑物が絡みつき易く、汚泥が付着堆積したり、中空糸膜自体が破断し易いといった問題がある。これに対して平膜を使用したモジュールは、曝気による気泡とこれにより曝気槽内に生じる旋回流が分離膜表面を流れるので、活性汚泥と廃水の混合液を膜分離するにあたっては、汚れの堆積を抑えて安定に運転継続が可能な平膜を利用した分離膜モジュールが適しているといえる。

しかしながら、平膜を使用する場合は、特許文献３、４に示すように、矩形の容器や枠に板状の分離膜エレメント並列させて用いるため、モジュール中央部に配置した分離膜エレメント間の流路とモジュール端部に配置した分離膜エレメント間の流路とで曝気が不均一となり、特許文献４にも記載されるとおり、端部の流路間に汚泥が堆積してしまい、安定した運転が難しいという難点があった。また、曝気の不均一に起因して各分離膜エレメント間には原水流の流速差も生じ、高い流速が得られない端部の流路間に汚泥が堆積していき、徐々に内側の分離膜エレメントへと進行し、運転できなくなっていた。

分離膜エレメント間の流路毎での曝気の不均一により生じる流速差は、分離膜エレメントに変形を来す要因となり、変形とともにさらに曝気の不均一と流速差は助長され、分離膜エレメント間の流路が分離膜表面に付着堆積した汚泥により閉塞してしまう。このため、エレメントの板状の支持部材には、金属材料や厚みを有するプラスチック材料といった剛性の高いものを用いたり（特許文献５）、エレメントに隣接するエレメントとの当接部
を設け、支持部材の変形を防いでエレメント間の流路を保たなければならなかった（特許文献６）。また、曝気の不均一や流速差といった問題は、槽内の被処理液、例えば活性汚泥混合液の粘度の上昇によって助長され、単に活性汚泥の濃度に伴って生じる粘度の上昇や、原液性状や季節変動による生物の粘性物質放出等による粘度の上昇によって曝気の不均一や流速差による影響は大きくなるため、汚泥の粘度を厳密に管理して運転しなければならなかった（特許文献７）。
特開平７−２４２６７号公報 特開平９−７５９３７号公報 特開平２−８６８９３号公報 特開平９−２９９９５２号公報 特許第３０２３９２８号公報 特開平６−２１８２４７号公報 特開平４−３７１２１８号公報

本発明は、分離膜エレメント間の流路における曝気の不均一を解消し、分離膜間での汚泥の不均一な堆積を防ぐ分離膜モジュールおよびそれを用いた膜分離装置を提供することを目的とする。

上記課題をを解決するための本発明は、透過液流路材の表面に平膜を配置した複数枚の平板状分離膜エレメントを放射状に配置した分離膜モジュールを特徴とするものである。

ここで、外周に保護部材を設けること、そして、前記複数枚の平板状分離膜エレメントを構成する平膜が互いに繋がっていること、もしくは、前記複数枚の平板状分離膜エレメントが各々別体として構成されていることが好ましい。

また、本発明においては、上述のいずれかの分離膜モジュールを筒状部材に配置して膜分離装置とすることも好ましい。そして、この膜分離装置は、前記筒状部材の外周面に通水孔が設けられていること、分離膜モジュールの下方に散気装置が設けられること、さらに、活性汚泥および汚水を貯留した生物処理槽内に配置されることが好ましい。

本発明の分離膜モジュールは、透過液流路材の表面に平膜を配置した複数枚の平板状分離膜エレメントを放射状に配置したことで、隣接する分離膜エレメント間の曝気の不均一や流速差を小さくすることができ、分離膜エレメント間への汚泥の堆積や分離膜エレメントの変形といったトラブルを減少することができる。その結果、分離膜シートの変形防止のために透過液流路材あるいは透過液流路材を兼ねた支持部材を剛性の高い肉厚な構造とする必要がない。分離膜モジュールの端部が開放しており、そこに導かれる曝気と曝気により生じる旋回流が流動しやすい形状であるため、洗浄のために得られる旋回流の流速を高めて、かつ、各分離膜エレメント流路毎に等しく曝気、及び旋回流を導くことができる。

また、分離膜モジュールの外周に保護部材を設ける場合には、分離膜の損傷を防ぐとともに分離膜モジュールの形態安定性を高めることができ取扱性を向上できる。さらに、複数枚の平板状分離膜エレメントを構成する平膜が互いに繋がっている場合には、分離膜エレメントを分離膜モジュールの中心側もしくは外周側のいずれか一方で固定するだけでも分離膜エレメントを容易に放射状に配置することができ、またその形態を維持することができる。さらに、分離膜モジュールを製造するにあたっても、ロール状の分離膜を巻きだしながら分離膜エレメントを容易に製作することができ、自動化等の点でも優れている。一方、分離膜モジュールの複数枚の平板状分離膜エレメントを各々別体として構成する場合には、平板状の分離膜エレメントと中心部材等その他の部材とを分離して運搬して据え付け場所で組み立てることができるので、効率的に運搬でき、また、分離膜エレメントの破損による水質の悪化の場合も、破損した分離膜エレメントのみを交換することができる。

そして、このような分離膜モジュールを筒状部材に配置して膜分離装置とすると、曝気とそれにより生起する旋回流を漏れなく分離膜に付与することができるとともに、複数の分離膜モジュールを多段に連結する際に、連結する分離膜モジュールの数が増えても、簡素な連結部材で連結状態を保持でき、ほぼ鉛直に自立させて使用する場合や水平に保つ必要がある場合も好適である。さらに膜分離装置の筒状部材の外周面に通水孔を設けることで、筒状部材上部を液面上に露出させても、通水孔から槽内の液を流入、流出させ、分離膜モジュールに槽内の旋回流を付与して運転することができる。そして、筒状部材上部を液面上に露出させておくことで、分離膜モジュールの筒状部材からの取り出し、筒状部材内への再配置が容易になり、分離膜モジュールのメンテナンス作業性を大幅に向上できる。

また、分離膜モジュールの下方に散気装置を設けて膜分離装置として一体化すると、散気装置を取り出して洗浄するといったメンテナンス作業も簡単に行えるうえに、散気された気体を膜面に確実に付与でき、膜面洗浄性が高くなる。

さらに、この膜分離装置は、活性汚泥と汚水を貯留した生物処理槽内に配置しても、汚泥濃度や、原液性状、季節変動による生物の粘性物質放出等による粘度上昇に際しても曝気の不均一や流速差により生じる影響を抑え、汚泥粘度の管理を緩和して運転継続できる。

以下、図面を用いて本発明の分離膜モジュールおよび膜分離装置を説明する。

本発明の分離膜モジュールは、たとえば図１に示すように、透過液流路材の表面を平膜状の分離膜１で覆った複数枚の平板状分離膜エレメント３を、中心部材５に対して放射状に配置してなる。ここで、放射状とは、分離膜モジュールの横断面において、分離膜エレメント３が中心部から外周部へ放射状に配置されている状態をいう。分離膜エレメント３を放射状に配置することで、隣接する分離膜エレメント間の曝気の不均一や流速差を小さくすることができ、分離膜エレメント間の流路への汚泥の堆積や分離膜エレメントの変形といったトラブルを減少することができる。その結果、分離膜エレメントの変形防止のために透過液流路材あるいは透過液流路材を兼ねた支持部材を剛性の高いものとする必要もなく、軽量で安価な分離膜モジュールを構成することができる。

隣接する分離膜エレメントによって形成される角の大きさは、ほぼ一定に保たれるようにすることが好ましく、具体的には６〜２０°の範囲で一定にすることが好ましい。この角度が小さすぎる場合、多数の分離膜エレメントを設けることができ、充填膜面積が大きくなるが、中央部では分離膜エレメント間の間隔が狭くなりすぎ、被処理液の流れが行き渡りにくく、汚泥が付着した際に汚れを取り除きにくくなってしまう。一方、この角度が大きすぎる場合、分離膜エレメントの枚数が少なくなり、処理能力が高められないということにもなる。したがって、被処理液の性状等に合わせて６〜２０°の範囲で選択することが好ましが、いずれの角度でも運転は可能であり、特にこの角度に限定されるものではない。

また、本発明の分離膜モジュールは、分離膜エレメントを放射状に配置することでその形状を容易に円柱体にすることができる。したがって、分離膜モジュールをマンホールを通して浄化槽に配置する場合に、矩形の分離膜モジュールに比べてその装填が容易になるうえに、円形のマンホールの有効断面積を最大限に生かすことができ、収容効率を高めることができる。分離膜モジュールのマンホールからの取り出しや装填を考慮すると、分離膜モジュールは、その直径が６００ｍｍ以下程度が好ましく、人手で扱うのにより容易な３００ｍｍ以下がより好ましい。長さとしては特に限定するところではないが、人手で扱うためには１２００ｍｍ以下が好ましい。

次に、本発明の分離膜モジュール４を構成する各部材について説明する。

まず、中心部材５は、必須ではないが、分離膜エレメント３を放射状に配置するにあたり、位置決めが容易に行え、分離膜モジュール４の形状くずれを防止できるので、用いることが好ましい。中心部材５には、軸方向に、分離膜エレメント３を嵌挿固定する位置決め用の溝が設けられている。この溝の間隔によって、分離膜モジュール４における分離膜エレメントの装填枚数が決定される。中心部材５としては、樹脂や金属からなる中実や中空の角棒、丸棒等を用いることができ、中でも樹脂製の中空棒は軽量かつ安価であるうえに、複数枚の分離膜エレメント３からの透過液を集める集液部とすることもできるので好ましい。

次に、この中心部材５に嵌挿して固定される分離膜エレメント３は、たとえば、分離膜を透過液流路材の周縁にシールしたり、分離膜を筒状あるいは袋状に形成し、その内部に透過液流路材を配置してなる。なお、透過液を取り出せるように、透過液流路材に透過液取出ノズル７およびチューブ８を設けたり、分離膜エレメント３の中心部材５側の一辺や中心部材５に対向する側の一辺、もしくはそれら両方を開口しておく。

透過液流路材は、分離膜裏面側に配置され、分離膜の裏面同士や分離膜の裏面と部材との間隔を保持し、流動抵抗を小さく抑え、分離膜を透過した透過液を集液部まで導くものである。透過液流路材としては、ネットや繊維を用いた織物、編物、不織布や、透過液が流通可能な溝やパターンを形成した板材を用いることができる。溝やパターンを形成した板材を用いる場合には、剛性が低い部材を用いることもできるが、剛性が高い樹脂製や金属製の板材を用いることも好ましい。また、剛性が低い部材を用いる場合は、別途支持板等を設けてもよい。後述するように多孔質基材の表面に分離機能層を形成して分離膜とする場合、この多孔質基材をもって透過液流路材としてもよい。透過液流路材の材質は、分離膜を形成している樹脂や基材布帛との接合性や製造性から選定するのも良く、軽量で、射出成形、真空成形等により透過液の抵抗が低減可能なパターン等の形成が容易な樹脂製の部材が好ましい。

一方、分離膜は、汚水と活性汚泥との混合液を固液分離する際に、夾雑物の絡みつきとそれによる汚泥の付着堆積や、中空糸膜のように糸束内への汚泥の蓄積や、中空糸膜繊維自体の破断といったことのない平膜が適している。平膜としては、多孔質基材の表面に分離機能層として作用する多孔質樹脂層を有し、多孔質樹脂層を形成している樹脂の一部が多孔質基材に入り込んで多孔質基材との複合層を形成しているものが好ましい。多孔質基材が樹脂に入り込むことで、いわゆるアンカー効果によって多孔質樹脂層が多孔質基材に堅固に定着され、多孔質樹脂層が多孔質基材から剥がれるのを防止できるようになる。

多孔質基材は、多孔質樹脂層を支持して分離膜に強度を与えるものであって、材質としては有機材料、無機材料等、特に限定はされないが、軽量化しやすい点から有機繊維が好ましい。更に好ましくは、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維等の有機繊維からなる織布や不織布である。中でも密度の制御が比較的容易であり、製造も容易で安価な不織布が好ましい。

分離機能層として作用する多孔質樹脂層は、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、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂などからなるものを用いることができる。これらの中でも溶液による製膜が容易で、物理的耐久性や耐薬品性に優れているポリ塩化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂などが好ましい。より好ましくは、これらの樹脂で形成した多孔質樹脂層に親水性を保つための処理を施し、分離膜が乾燥しても、再び水に濡れた際に透水性を回復できるようにすることが好ましい。

なお、多孔質樹脂層は、多孔質基材の片面だけに存在しても構わないし、両面に存在しても構わない。片面にのみ存在する場合は透水性を高めることができ、製造が容易である。両面に存在すると長期間分離膜を使用しても性能が劣化しにくいというメリットがある。この場合、多孔質樹脂層は多孔質基材に対して対称構造であっても非対称構造であっても構わない。

多孔質樹脂層の孔径は、いわゆる精密濾過膜に分類される孔径でも、限外ろ過膜に分類される孔径であっても構わないが、透水性を高く取るために強度を満たす範囲で孔数は多い方が好ましい。透水量を大きくすることができる点では精密濾過膜が好ましく、孔径としては０．０５〜２μｍ程度のものがよい。また、更に高度な処理を行う場合や処理水を再利用する場合には、分画分子量の小さな限外ろ過膜や多価のイオンを排除できるナノ濾過膜が好ましい。

本発明の分離膜モジュールは、基本的に以上のように構成されるが、たとえば次のように変更実施することができる。

図２に示す分離膜モジュール４は、分離膜の損傷を防ぐとともに分離膜モジュール４の形態安定性を高め取扱性を向上するため、外周面が保護部材６で覆われている。保護部材６は、その目的を達成できるものであればいかなるものであってもよく、たとえばフィルムや不織布など薄手のシートを分離膜モジュール４の外周面に巻囲してなる。その他、内部に上述の分離膜モジュールを配置することができる筒状部材や、テープ、フィラメントワインディングなどで分離膜モジュール４の外周面を覆ってもよく、これらを単独もしくは組み合わせて用いればよい。

保護部材６として筒状部材を用いる場合、図３（ａ）に示すように、保護部材６に、分離膜エレメント３を嵌挿固定する位置決め用の溝２０を設けることが好ましい。中心部材５と同様に保護部材６に設けた溝で分離エレメント３の位置決め、固定を行うことができる。そして、図３（ａ）に示すように保護部材６にのみ、もしくは、図３（ｂ）に示すように中心部材５にのみ溝２０を設けてもよいが、中心部材５と保護部材６の両方に溝を設けることで、分離膜モジュールの形態安定性や生産性を高めることができる。

そして、本発明の分離膜モジュール４においては、各分離膜エレメント３を別個のものとしてもよいが、分離膜エレメント３を構成する分離膜１が、隣接する分離膜エレメント間で互いに繋がっていてもよい。各分離膜エレメント３が別個の独立したものであれば、平板状の分離膜エレメントと中心部材等その他の部材とを分離して運搬して据え付け場所で組み立てることができるので、効率的に運搬でき、また、分離膜エレメントの破損による水質の悪化の場合も、破損した分離膜エレメントのみを交換できる。一方、１枚の分離膜から図４（ｃ）、（ｄ）に示すように複数枚の分離膜エレメントを形成する場合、分離膜モジュールの中心側もしくは外周側のいずれか一方で分離膜エレメントを固定するだけでも分離膜エレメントを容易に放射状に配置することができ、またその形態を維持することができる。さらに、分離膜モジュールを製造するにあたっても、ロール状の分離膜を巻きだしながら準じ折り畳み、折り畳んだ分離膜１の間に透過液流路材２を配置していけばよいので、分離膜エレメントを容易に製作することができ、自動化等の点でも優れている。これに合わせて、透過液流路材も一繋がりの部材にするのも好ましい。なお、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示した分離膜モジュールの一部拡大図、図４（ｄ）は、図４（ｂ）に示した分離膜モジュールの一部拡大図であり、図４（ａ）、（ｃ）に示す態様では中心部材５側で透過液が集液され、図４（ｂ）、（ｄ）に示す態様では、分離膜モジュール４の外周側で透過液が集液される。

また、本発明の分離膜モジュールにおいては、上述したような保護部材を別途設けることはせず、図４に示すように、分離膜エレメント３のモジュール外周部に相当する位置に棒状部材１８を設け、同様の効果を得てもよい。棒状部材１８は、分離膜モジュール４に組み立てられたときに、隣接する他の分離膜エレメント３の棒状部材１８と接触することで、その隣接する他の分離膜エレメント３との間に空隙を形成して原液の流路を形成するとともに、分離膜１の露出を防ぐので、分離膜モジュール４の形態安定性を高めつつ分離膜の損傷を防ぎ取扱性を向上できる。なお、図４（ａ）は分離膜モジュール４の斜視図、図４（ｂ）は分離膜モジュール４の上面図である。

さらに、本発明においては、中心部材を設けず、図５に示すように、分離膜エレメントのモジュール配置時の中心側に、一定の勾配を有する他の分離膜エレメントとの当接面２１を設けてもよい。この当接面２１の勾配を、３６０°を分離膜エレメントの装填枚数で除した大きさにしておけば、当接面２１を合わていくだけで分離膜エレメントを放射状に配置することができる。なお、図５（ａ）は分離膜モジュール４の上面図、図５（ｂ）は分離膜モジュールを構成する分離膜エレメントの上面図である。

そして、上述した分離膜モジュール４は、固液分離に必要な被処理液の流れを有効に利用して固液分離を行うため、たとえば図６、図７に示すように多段に連結することも好ましい。その場合のために、分離膜モジュール４には、中心部材に連結部材９を取り付けることが好ましい。図６に示す態様では、分離膜モジュール４の端面全体と当接する円盤状の連結部材９が中心部材５に接続されており、上下の分離膜モジュールの中心部材５を液密に接続でき、分離膜モジュール４の端面全体と当接する円盤状であるため分離膜モジュール４を安定に積み上げることができる。連結部材９は透過水側とは液密ではあるが、曝気および曝気により生じる旋回流を分離膜エレメントに導けるように開口率の高いものが好ましい。一方、図７に示す態様においては、中心部材５の端部に中心部材５にのみ当接する連結部材９が設けられており、たとえば上流側の中心部材５に集液された透過液を下流側の分離膜モジュールへと流通可能なように、中心部材５同士を連通、連結している。このとき、連結部材９や中心部材５など連結部が使用時の振動により摩耗しないように、ガスケット等の弾性体を介在させることが好ましい。

さらに、本発明の分離膜モジュールは、図８に示すように、たとえば筒状部材１１に収容して、膜分離装置としてユニット化することも好ましい。分離膜モジュール４を筒状部材１１に収容することで、連結する分離膜モジュールの数が増えても、簡素な連結部材で連結状態を保持でき、ほぼ鉛直に自立させて使用する場合や水平に保つ必要がある場合も好適である。

筒状部材１１としては、特に限定されるものではないが、安価な樹脂製や金属製のものを用いることができる。また、筒状部材１１には、分離膜モジュールを内部に位置規制するために止め具１２を有していることが好ましい。止め具１２は、図８にその一例を図示するように、筒状部材における分離膜モジュール４の少なくとも片側に配置されればよいが、分離膜モジュール装填後に逆側からもう一方の止め具で位置規制できるものが好ましく、その場合、少なくとも一方の止め具は脱着可能もしくは可動のものを用いるのがよい。そして、筒状部材は、装填される分離膜エレメントの全寸よりも長く設計されることで、分離膜モジュール内の被処理液の流れを整流化できる。また、直径に関しては、分離膜モジュールと合わせた径を選べばよいが、上述したように分離膜モジュールをマンホールを通して浄化槽に配置することを考えると、分離膜モジュールと合わせて、外径が６００ｍｍ以下が好ましく、分離膜モジュールを人手で扱う場合は３００ｍｍ以下が取り扱いが容易になりより好ましい。

次に、上述の本発明の膜分離装置の使用状態の一例を示す。分離膜モジュール４を被処理水槽１６に浸漬配置する場合、通常、図９に示すように、分離膜モジュール４の下方には散気装置１３を設け、その散気装置１３から空気を噴出させることで旋回流を生じさせ、膜面に付着する汚れを取り除きながら、被処理液が活性汚泥混合液の場合には生物処理に必要な酸素をも供給して運転する。分離膜モジュール４を収容する筒状部材１１には分
離膜モジュール４よりも下側の外周面に通水孔１７が設けられていることが好ましい。これにより、筒状部材を被処理水槽１６の底面に接するように配置しても、散気装置からの曝気により生起する旋回流が作用し、分離膜モジュール４の下側に設けた通水孔１７から被処理液が流入し、上側に抜けていく。また、筒状部材１１の上端部を液面上に露出させる場合、、分離膜モジュール４よりも上側の筒状部材１１の外周面にも通水孔１７を設けることが好ましい。この通水孔１７と散気装置による曝気により、旋回流が生じ、筒状部材１１の下側の通水孔１７から被処理水が流入し、上側の通水孔１７から被処理水が流出するため、筒状部材１１の上端が被処理水の液面から露出していても活性汚泥等の膜面付着を防ぎながら安定に運転できる。加えて、この筒状部材１１を液面から露出させておけることで、分離膜モジュールの取出作業や交換作業に際しても、槽内の液位を下げて分離膜モジュールを露出させたりする必要がなく、液位に関係なく取り出し、装填の作業が容易に行え、メンテナンス性が向上する。この場合、筒状部材に設ける止め具１２はその脱着や弛緩調節部が筒状部材の上端、つまり槽液面上に露出した状態のものであれば、液位に関係なく、止め具の脱着、弛緩により分離膜モジュールの取り出しや装填が行え好ましい。なお、図９に示す止め具は、筒状部材の内径よりも小さな外径で、長さが筒状部材の上端から筒状部材内の分離膜モジュールの上端位置までに調節されたパイプである。このような形状であれば、上述の止め具１２の効果を得ることができる。パイプからなる止め具１２を筒状部材１１の内側に設ける場合は通水孔１７に応じて、止め具１２にも通水孔１７を設けておくことが好ましい。

散気装置１３は、分離膜モジュールの下方に設けられていることで、気泡とそれにより槽内に生起する旋回流を分離膜モジュールに作用させることができ、膜面への汚れの付着堆積を抑えて長期間運転を継続できる。散気装置１３は、被処理水槽１６に設けられていても良いが、分離膜モジュール、あるいは膜分離装置に取り付けられていることで、散気装置を取り出して洗浄するといったメンテナンス作業も簡単に行え、好ましい。また、散気装置を筒状部材１１内に配置することで、散気された気体を膜面に確実に付与できる。

散気装置としては、大きな気泡径の空気を噴出する１０ｍｍ程度の孔を有する構造のものや、小さな気泡径で空気を噴出する、細かな孔が多数形成されている多孔質材を用いたものや、弾性材の表面にスリットを設け、噴出の際にはスリットが開孔し、散気を停止した場合には弾性材を用いることでスリットが閉止するようなものなどを使用できる。分離膜の洗浄性の観点からは大きな気泡径を発する散気装置を用いれば、流れを乱すことができ好ましいが、活性汚泥への酸素供給の点からは小さな気泡を噴出する多孔質材や弾性体を用いるほうが酸素の溶解効率が高くなるので好ましい。一方、散気装置の空気を噴出する孔が汚泥等により閉塞すると分離膜表面に汚泥が堆積し運転不能に至るため、散気装置は汚物による閉塞が起きにくいもの、閉塞しても洗浄しやすい構造のものが良い。閉塞が起きにくいものとしては、孔径が大きいものや、散気停止時に孔が閉止する弾性材の表面にスリットを設けたものなどが挙げられる。洗浄がしやすいものとしては散気装置内の空気の流れを変えられるものや、洗浄液または被処理液を導き、散気装置内で閉塞している汚物を分解、流出させられるものが好ましい。なお、何れか一種を使用してもよいし、組み合わせて使用することも可能である。また、散気装置の形状としては、筒状部材内への配置から筒状部材の内径よりも小さな径の円形のものが好ましい。内径よりも小さければ、円盤形状でもよいが、筒状部材内の旋回流を阻害しない点で円環状のものや小さな径の球状の散気装置を用いるのが好ましい。

たとえば図９に示される膜分離装置において、固液分離は次のように行われる。被処理液内に浸漬配置した分離膜モジュール４に対して下側の散気装置１３から曝気するとともに、分離膜の被処理液側と透過液側の間に固液分離に必要な圧力差が生じるようにポンプ１４で減圧したり、被処理液と透過液の取り出す位置との間に液位差を設けることで、被処理液をろ過する。本発明の膜分離装置の持つ構造により、分離膜エレメント間の曝気の不均一や流路毎の流速差のによる分離膜エレメントの変形の影響を抑えて運転できるため、流速に影響の大きい被処理水の粘度の上昇や変動による運転難を防ぐことができる。この膜分離装置は、たとえば高濃度の固形分を含む被処理液の固液分離に用いることができ、活性汚泥の固液分離であれば、通常の濃度であるＭＬＳＳ濃度１，０００〜５，０００ｍｇ／ｌで用いても良いし、膜分離活性汚泥法の場合のように７，０００ｍｇ／ｌ以上、さらには１８，０００ｍｇ／ｌ以上の活性汚泥濃度でも分離膜エレメント間に汚れの堆積を抑えて使用が可能である。また、流入汚水の汚濁量の変動が大きく、それに伴って生物の増殖の変動が激しい、汚泥負荷の管理が難しい活性汚泥処理用途であっても、汚水流入量の変動による粘度の変化の影響を受けにくく、安定して使用可能である。無論、リン除去の目的で凝集材を添加した活性汚泥を固液分離するのも好ましく、無論、凝集材のみの環境で使用するのも良い。一般的に凝集材の使用により溶解性物質を析出、不溶化させたり、膜孔径の詰まりに影響する細かな対象物をフロックとしたりでき、膜の目詰まりを抑えて処理することが可能である。粒子状、粉末の活性炭や吸着材の固液分離にも使用することができる。生物処理の場合も好気処理に限定されるわけではなく、散気装置から酸素を含有しないガス（窒素や他の生物処理槽の臭気など）を供給したり、散気装置ではなくプロペラ等の撹拌手段によって旋回流を発生させることで、嫌気処理しつつ、膜面に付着堆積する汚れを防止することもできる。

＜実施例＞
上部にノズルを設けたＡＢＳ製の板状支持部材（幅６５ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）の両面に厚さ０．８ｍｍのネットを取り付けた透過水流路材の両面に、ポリフッ化ビニリデンを主成分として親水化処理剤を配合した分離膜を周縁部において貼り付け、分離膜エレメントを得た。このようにして得た分離膜エレメント４０枚を、内径２００ｍｍの樹脂製パイプ（保護部材）の中で、かつ、外径６０ｍｍの樹脂製パイプ（中心部材）の外周に放射状に配置し、分離膜モジュールを得た。このとき、隣接する分離膜エレメント間に形成される角の大きさが一定（９°）となるようにした。

次に、この分離膜モジュールを、図９に示すように、被処理水槽内に配置した内径２３０ｍｍ、長さ１．５ｍのアクリルパイプの中央部に収納し、その分離膜モジュールの下方に散気装置を配置するとともに、中心部材と板状支持部材のノズルとを接続し、さらに透過水を吸引して取り出すためのポンプを中心部材に接続した。

この膜分離装置において、散気装置から空気を６０リットル／ｍｉｎで噴出させつつ活性汚泥濃度約８，０００〜１０，０００ｍｇ／ｌの活性汚泥混合液を固液分離した。膜面積当たりの処理量を０．４ｍ／ｄとして固液分離を行ったが、約３ヶ月間、汚泥の付着堆積もなく、安定に運転できた。

＜実施例２＞
運転中の分離膜エレメント１枚の幅方向の撓み変形を計測する目的で 分離膜エレメント中央部に撓み変形を計測するひずみゲージを取り付け、また、清水中に配置した以外は実施例１と同様にした。下側からの曝気による振動で分離膜エレメントは表面裏面方向に交互に撓み振動を生じていたが、撓み振動の中心軸の変動はみられなかった。

＜比較例＞
上部にノズルを設けたＡＢＳ製の板状支持部材（幅４９０ｍｍ、長さ５００ｍｍ、厚さ８ｍｍの）の両面に厚さ０．８ｍｍのネットを取り付けた透過水流路材の両面に、ポリフッ化ビニリデンを主成分として親水化処理剤を配合した分離膜を周縁部において貼り付け、分離膜エレメントを得た。このようにして得た分離膜エレメント１０枚を、隣接する分離膜エレメントとの間隔が７ｍｍとなるように、高さ１ｍの矩形の部材内に収容し、分離膜モジュールを得た。

次に、運転中の分離膜エレメント１枚の幅方向の撓み変形を計測する目的で、分離膜エレメント中央部に撓み変形を計測するひずみゲージを取り付け、この分離膜モジュールを被処理水槽内に浸漬配置し、下方には散気装置を配置し、また、板状支持部材のノズルとポンプとを接続した。

そして、実施例２と同様に、散気装置から空気を１２０リットル／ｍｉｎで噴出させつつ活性汚泥混合液を固液分離した結果、下側からの曝気による振動で分離膜エレメントが振動するとともに、表面裏面方向に交互に撓み振動を生じた。このとき、分離膜エレメントは分離膜モジュールの中央部に向かって凸となるように撓みながら振動しており、撓み振動の中心軸もずれていた。また、隣接する分離膜エレメントの間に形成される流路の出口箇所での流速を電磁流速計を用いて測定したところ、中央部の分離膜エレメント間流路では０．４ｍ／ｓであったのに対して、周縁部の分離膜エレメント間流路では０．１〜０．１５ｍ／ｓと低かった。

本発明の分離膜モジュールおよび膜分離装置は、高濃度の浮遊物質やコロイドを含む被処理水の固液分離、例えば汚水や廃水を浄化する活性汚泥処理における生物処理液、または凝集剤を用いた凝集フロックの固液分離に好適に利用できる。

本発明の分離膜モジュールの一実施態様を示す概略斜視図である。 本発明の分離膜モジュールの一実施態様を示す概略斜視図である。 本発明の分離膜モジュールの分離膜エレメントが一繋がりになっている様子を示す概略模式図である 本発明の分離膜モジュールの一実施態様を示す概略図である。 本発明の分離膜モジュールおよび分離膜エレメントの一実施態様を示す概略図である。 本発明の分離膜モジュールを多段に連結した一実施態様を示す概略斜視図である。 本発明の分離膜モジュールを多段に連結した一実施態様を示す概略斜視図である。 本発明の膜分離装置の一実施態様を示す概略斜視図である。 本発明の膜分離装置の使用例を示す概略斜視図である。

符号の説明

１：分離膜 ２：透過液流路材
３：分離膜エレメント ４：分離膜モジュール
５：中心部材 ６：保護部材
７：ノズル ８：チューブ
９：連結部材 １０：膜分離装置
１１：筒状部材 １２：止め具
１３：散気装置 １４：ポンプ
１５：ブロア １６：被処理水槽
１７：通水孔 １８：棒状部材
２０：溝 ２１：当接面

Claims (8)

1. 透過液流路材の表面に平膜を配置した複数枚の平板状分離膜エレメントを放射状に配置した分離膜モジュール。
2. 外周に保護部材を設けた、請求項１に記載の分離膜モジュール。
3. 前記複数枚の平板状分離膜エレメントを構成する平膜が互いに繋がっている、請求項１または２に記載の分離膜モジュール。
4. 前記複数枚の平板状分離膜エレメントが各々別体として構成されている、請求項１または２に記載の分離膜モジュール。
5. 請求項１〜４に記載の分離膜モジュールを筒状部材に配置した膜分離装置。
6. 前記筒状部材の外周面に通水孔が設けられている、請求項５に記載の膜分離装置。
7. 分離膜モジュールの下方に散気装置が設けられている、請求項５または６に記載の膜分離装置。
8. 活性汚泥および汚水を貯留した生物処理槽内に配置される、請求項５〜７のいずれかに記載の膜分離装置。

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