JP2007111623A - 濾過ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波振動子により好適な膜モジュールの洗浄を可能にしつつ、原水の濾過を行なうことが可能な濾過ユニットを提供する。
【解決手段】 原水中に浸漬され、この原水を濾過する膜モジュール３を備えた濾過ユニットＡであって、内部に膜モジュール３を収容する略筒状のケーシング２と、ケーシング２の内部に設けられ、膜モジュール３の洗浄に供される超音波振動子５とを備える。そして、この超音波振動子５は、ケーシング２の内面に設けられるとともに、少なくとも膜モジュール３の両端部３ｂ側に設けられている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、原水中に浸漬した膜モジュールを用いて原水を濾過する濾過ユニットに関する。

近年、各種水処理において、例えば平膜や中空糸膜などからなる膜モジュールを、貯水槽に貯留した原水中に浸漬し、この原水を膜モジュールで濾過することによって浄化処理する浸漬膜濾過装置の実用化が急速に進められている。この種の浸漬膜濾過装置に具備される膜モジュールは、例えば平膜状の分離膜を有するエレメントや中空糸膜をスクリーン状に張ったエレメントを多数積層したり、あるいは管状のセラミック膜エレメントを多数本束ねたりして、その両端部がヘッダ等によりまとめられてモジュール化されている。また、膜モジュールの一端部側に取り付けられたヘッダには、濾過ポンプを備えた膜濾過水管の一端が接続され、濾過ポンプを駆動することにより、膜モジュールで原水を濾過するとともに、得られた濾過水を、例えば膜濾過水管の他端が接続された浄水槽などに送水することが可能とされている。

一方で、この種の浸漬膜濾過装置においては、原水を濾過するとともに、原水中に含まれる生物スライムや高分子有機物、金属析出物などの不純物質が膜モジュールの外面に付着したり、膜モジュールの内孔に目詰まりしてゆき、徐々にその濾過性能が低下して浸漬膜濾過装置の濾過効率が低下してゆく。このため、一般に、濾過効率の低下状況に応じて膜モジュールの洗浄を行ない、付着物を膜モジュールから除去して濾過効率の回復が図られている。

膜モジュールから付着物を除去して洗浄を行なう方法としては、例えば原水を濾過するときと逆の方向に、処理した濾過水を膜モジュールに供給して、この流れにより外面に付着あるいは内孔に目詰まりした付着物を原水側に追い出して除去する、いわゆる逆洗と称される方法や、貯水槽内の膜モジュールの下方に散気装置を設け、この散気装置から吐出した空気を気泡として直上の膜モジュールに接触させ、この気泡の接触によって、あるいはこの空気の吐出に伴って撹拌される原水の流動によって、膜モジュールの外面に付着した付着物を除去する方法（エアスクラビング）や、これらを併用する方法などが用いられている。

そして、さらに特許文献１〜３には、これら逆洗や散気装置に併せて、貯水槽内に超音波振動子を設け、貯水槽内の原水に超音波を放出し、この超音波によるキャビテーション現象や原水に伝わる超音波の振動を利用して膜モジュールの外面や内孔に付着した付着物を効果的に剥離させ除去するようにしたものも提案されている。
特開平８−２５７３７３号公報 特開平１１−３１９５１７号公報 特開２００１−１７９７０号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３記載の浸漬膜濾過装置では、超音波振動子を設けた場合においても、この超音波振動子が貯水槽に設けられて、貯水槽全体の原水に超音波を放出するように構成されているため、放出した超音波が貯水槽の他の部分にも伝播されて分散し、超音波のエネルギーを集中的に膜モジュールに作用させることができず、放出する超音波のエネルギーに対し膜モジュールに作用する超音波のエネルギーが小さくなり、効率的に膜モジュールの付着物を除去することができないという問題があった。

特に、中空糸膜をスクリーン状に張ったエレメントなどを多数積層し、その両端部側をヘッダ等でまとめるように形成した膜モジュールを用いた場合において、この両端部側に対して中央部分に付着した付着物は、エアスクラビング等による膜の揺動によって比較的容易に除去可能とされる一方、両端部側の膜モジュールに付着した付着物は、膜が揺動しないため、超音波洗浄方法が有効な手段となる。しかしながら、この部分に、十分に大きなエネルギーをもった超音波を到達させることが困難になると、この部分の付着物を確実に除去できなくなるという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑み、超音波振動子により好適な膜モジュールの洗浄を可能にしつつ、原水の濾過を行なうことが可能な濾過ユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の濾過ユニットは、原水中に浸漬され、該原水を濾過する膜モジュールを備えた濾過ユニットであって、内部に前記膜モジュールを収容する略筒状のケーシングと、該ケーシングの前記内部に設けられ、前記膜モジュールの洗浄に供される超音波振動子とが具備されていることを特徴とする。

また、本発明の濾過ユニットにおいては、前記超音波振動子が、前記ケーシングの内面に設けられていることが望ましい。

さらに、本発明の濾過ユニットにおいては、前記超音波振動子が、超音波振動子支持枠に取り付けられて、前記ケーシングの内部に挿脱可能に設けられていてもよい。

また、本発明の濾過ユニットにおいては、前記超音波振動子が、少なくとも前記ケーシングに収容された前記膜モジュールの両端部側に配置されていることがより望ましい。

さらに、本発明の濾過ユニットにおいては、前記ケーシングが、有底筒状に形成されていることが望ましい。

本発明の濾過ユニットによれば、ケーシングの内部に膜モジュールとともに超音波振動子を収容してユニット化されていることによって、従来の超音波振動子を貯水槽に設けた場合と比較して、超音波振動子を膜モジュールに近接させて配置することが可能となる。このため、超音波振動子から放出した超音波を確実に膜モジュールに作用させることが可能となり、さらに、膜モジュールとこの超音波振動子がケーシングで囲繞されることにより、濾過ユニットを浸漬した原水に超音波が発散されることを抑制でき、超音波振動子が放出した超音波を集中的に、かつ効率的に膜モジュールに作用させることが可能となる。これにより、従来の貯水槽に超音波振動子を設けた場合と比較して、膜モジュールの付着物を確実に除去することができるため、膜モジュールの濾過性能を好適に回復させることが可能になる。

また、本発明の濾過ユニットにおいては、超音波振動子がケーシングの内面に設けられることにより、膜モジュールの付着物が効率的に除去可能な位置に、容易に、かつ安定的に超音波振動子を設置することが可能になる。

さらに、本発明の濾過ユニットにおいては、超音波振動子が、超音波振動子支持枠に取り付けられて、ケーシングの内部に挿脱可能に設けられていることによって、例えば膜モジュールを収容した複数のケーシングを貯水槽に浸漬させて原水の浄化処理を行うような場合に、１つの超音波振動子支持枠をケーシングに挿脱させて使い回すことができ、各ケーシングに収容した膜モジュールを順次洗浄することが可能になる。これにより、ケーシング毎に比較的高価な超音波振動子を設ける必要がないため、濾過ユニットに掛かるコストを低減することが可能になる。

また、超音波振動子が、少なくとも膜モジュールの両端部側に配置されていることによって、特に、中空糸膜をスクリーン状に張ったエレメントなどを多数積層し、その両端部側をヘッダ等でまとめるように膜モジュールを形成した場合においても、この膜モジュールの両端部側に、放出した超音波のエネルギーを確実に作用させることができ、この部分に付着した除去しにくい付着物を確実に除去することが可能になる。

さらに、本発明の濾過ユニットにおいては、ケーシングが有底筒状に形成されていることによって、ケーシングの底部が閉塞され、ケーシング内に導入した原水及びケーシングに収容された膜モジュールと超音波振動子とを、ケーシング外の原水に対して隔離することが可能になる。これにより、超音波振動子から放出した超音波がケーシング外に発散されることを抑制でき、より確実に膜モジュールに超音波の大きなエネルギーを作用させることが可能になるため、膜モジュールの付着物を除去して、確実に濾過効率の回復を図ることが可能になる。

以下、図１から図３を参照し、本発明の第１実施形態に係る濾過ユニットについて説明する。本発明の第１実施形態は、膜モジュールの洗浄を行なうための超音波振動子を設けた濾過ユニットに関するものである。

本実施形態の濾過ユニットＡは、図１から図３に示すように、原水Ｗ中に浸漬され、この原水Ｗを内部に導入可能とされた筒状のケーシング２と、このケーシング２の内部に収容された複数の膜モジュール３と、ケーシング２内の膜モジュール３の下方に配置され、吐出する空気により膜モジュール３の洗浄を行なう第１洗浄手段４と、超音波を発して膜モジュール３の洗浄を行なう超音波振動子５とが主な構成要素とされている。ここで、本実施形態では、濾過ユニットＡによって濾過する原水Ｗが、貯水槽１に貯留された原水Ｗであるものとしている。また、超音波振動子５が第２洗浄手段を構成するものとされている。

本実施形態の濾過ユニットＡに具備されるケーシング２は、例えばステンレスなどの耐蝕性の高い金属で形成されたものであり、上方からの平面視で長方矩形状を呈し、上下方向の高さが、前記平面視における長方矩形状の長辺及び短辺よりも大きな寸法で形成されている。また、このケーシング２は、上端２ａと下端２ｂが開口されて筒状を呈するものとされ、ケーシング２の高さ方向に延びる４つの側壁のうち、互いに対向する一対の第１側壁２ｃが上端２ａの短辺を画成し、互いに対向する残りの一対の第２側壁２ｄが上端２ａの長辺を画成している。

また、ケーシング２には、このケーシング２を貯水槽１内の原水Ｗ中に懸架して支持するための支持部材６が設けられており、この支持部材６は、例えばステンレスなどの金属材が断面矩形の筒状あるいは管状（角パイプ状）で形成されたものとされ、ケーシング２の一対の第２側壁２ｄのそれぞれの上端２ａ外側端部に、その長手方向を互いに平行させつつ、かつ第２側壁２ｄの上端２ａとも平行するように、第２側壁２ｄにボルト等による締結または溶接などによる接合によって固定されている。また、この支持部材６は、その両端部６ａが一対の第１側壁２ｃから互いに等しい長さだけ突出するように設けられている。

このような支持部材６は、ケーシング２の底部（下端）２ｂを下向きにして高さ方向を鉛直縦方向に向けた状態で、内部に原水Ｗを貯留した貯水槽１の上に渡された図示せぬフレームやレールなどの支持部や、あるいは貯水槽１の上側開口部を間にした両側の開口端面に、第１側壁２ｃから突出したその両端部６ａの下面を載置または固定させて、ケーシング２を貯水槽１の原水Ｗ中に懸架しつつ浸漬させるものとされている。このとき、支持部材６によりケーシング２が原水Ｗ中に懸架されて浸漬された状態で、全ての膜モジュール３が原水Ｗ中に浸漬される。

ケーシング２内に収容された膜モジュール３は、例えば中空糸膜をスクリーン状に張ったエレメントや平膜状の分離膜を有するエレメントを多数積層したり、あるいは管状のセラミック膜エレメントを多数本束ねたりして、両端部３ｂ側が図示せぬヘッダ等によりまとめられてモジュール化されたものである。また、本実施形態においては、膜モジュール３が略横長の直方体状を呈するように形成されており、同形同大の複数の膜モジュール３（図では４つ）が、それぞれの長手方向に延びる一対の側面３ａを第２側壁２ｄに平行するように対向させて配置され、各膜モジュール３が、高さ方向に重なるように並べられて整列されている。このように配置された膜モジュール３は、高さ方向に隣り合う膜モジュール３同士が適度な間隔をもって重なるように配置されている。なお、高さ方向に隣り合う膜モジュール３同士は、互いに密着して配置されていてもよいものである。

また、各膜モジュール３のそれぞれの図示せぬヘッダには、図示せぬ吸引ポンプを備えた膜濾過水管７の分岐したそれぞれの一端側が接続されており、吸引ポンプの駆動によって各膜モジュール３で原水Ｗが濾過され、濾過水がこの膜濾過水管７に集水されて、例えば膜濾過水管７の他端が接続された図示せぬ浄水槽に送水される。

さらに、本実施形態では、図１及び図３に示すように、ケーシング２の上端２ａ側の開口部分に、板状のケーシング覆蓋８が着脱自在に被せられており、このケーシング覆蓋８によってケーシング２の上端２ａ側の開口部分が閉塞可能とされている。ただし、このケーシング覆蓋８には、膜濾過水管７や送気管４ａが挿通される挿通孔部が設けられている。

第１洗浄手段４は、多数の散気孔を有する管状に形成された散気装置４ａと、散気装置４ａに一端が接続され、散気装置４ａに空気を供給するための送気管４ｂと、ケーシング２の上端２ａ側から外方に延出した送気管４ｂの他端に接続された図示せぬブロアとから構成されている。このように構成された第１洗浄手段４は、散気装置４ａが、ケーシング２内で、最下方の膜モジュール３の下方に配置されており、この散気装置４ａからケーシング２内の原水Ｗ中に吐出した空気を気泡として膜モジュール３の外面に接触させたり、空気の吐出に伴う原水Ｗの流動によって、原水Ｗを濾過するに従い膜モジュール３の外面に付着した付着物（不純物質）を除去するものとされている。

第２洗浄手段を構成する複数の超音波振動子５は、図２及び図３に示すように、ケーシング２内の一対の第２側壁２ｄの内面において、ケーシング２の高さ方向に重なるように設けられた各膜モジュール３の一対の側面３ａと対向する位置にそれぞれ固着されて、高さ方向に並設されている。また、本実施形態においては、超音波振動子５が、それぞれの膜モジュール３の両端部３ｂに近接するように設けられ、１つの膜モジュール３に対して、一対の側面３ａ側で両端部３ｂ側の、合計４つの超音波振動子５が配置されている。このように配置された複数の超音波振動子５は、ケーシング２の内側、ひいては対応した膜モジュール３に向けて超音波を放出するものとされ、放出した超音波によって、膜モジュール３に付着した付着物を除去することが可能とされる。

すなわち、超音波振動子５から超音波が放出されると、ケーシング２内の原水Ｗには、この超音波が伝播してゆき、弾性波である超音波の周期によって、ある期間では原水Ｗに負圧力（張力）が作用し、原水Ｗが引きちぎられて真空状態の隙間が生じ、その中に原水Ｗ中に溶解していた気体が入り込んで気泡が発現される。そして、この気泡に、超音波の周期によって今度は正圧力（圧縮力）が作用し、気泡が圧縮されつつ高温高圧状態となって爆発的に破壊される（キャビテーション現象）。超音波を原水Ｗ中に放出している間は、このようなキャビテーション現象が繰り返し生じることになるため、この間、気泡の破壊エネルギーが膜モジュール３の外面に繰り返し作用して、これに付着した付着物を剥離させることが可能になる。ちなみに、膜モジュール３に付着した付着物には、原水Ｗを伝播する超音波の振動も作用することになるため、この振動によっても付着物が膜モジュール３から剥離される。

ついで、上記の構成からなる濾過ユニットＡを用いて原水Ｗを濾過するとともに膜モジュール３に付着した付着物を除去する方法について説明する。

はじめに、上記構成からなる濾過ユニットＡの支持部材６を、原水Ｗを貯留する貯水槽１の図示せぬフレームやレールなどの支持部や、あるいはこの貯水槽１の上側開口部を間にした両側の開口端面に載置または固定して、ケーシング２をこの貯水槽１内の原水Ｗ中に懸架して浸漬する。このように、濾過ユニットＡを設置した際には、ケーシング２の開口する下端２ｂ側から貯水槽１内の原水Ｗがケーシング内に導入されて、膜モジュール３及び超音波振動子５が原水Ｗ中に浸漬される。

膜モジュール３によって原水Ｗの濾過を行う際には、各膜モジュール３のヘッダに接続された膜濾過水管７に備える吸引ポンプを駆動し、ケーシング２内の原水Ｗを膜モジュール３に流通させつつ原水Ｗ中の不純物質を除去して、処理した濾過水を膜濾過水管７から膜濾過水管７の他端が接続された浄水槽に送る。

上記のような濾過に膜モジュール３が供されると、この膜モジュール３には、原水Ｗ中に含まれる生物スライムや高分子有機物、金属析出物などの不純物質がその外面に付着したり、膜モジュール３の内孔に目詰まりしてゆき、徐々に濾過効率が低下してゆくことになる。このため、濾過効率の低下状況に応じて膜モジュール３の洗浄を行い、付着物を膜モジュール３から除去して濾過効率の回復を図ることが必要とされる。

この膜モジュール３の洗浄を行なう際には、まず、第１洗浄手段４のブロアを駆動することにより送気管４ｂから供給された空気を散気装置４ａからケーシング２内の原水Ｗ中に吐出させる。この散気装置４ａが膜モジュール３の下方に配置されているため、散気装置４ａから吐出した空気は、気泡として膜モジュール３の外面に接触し、あるいは空気の吐出に伴うケーシング２内の原水Ｗの流動によって膜を揺動させ、外面に付着した付着物が剥離されて除去され、原水Ｗ中に浮遊状態とされる。

また、この散気装置４ａによる膜モジュール３の洗浄と同時に、濾過時とは逆方向に、浄水槽に貯留した濾過水を、膜濾過水管７を介して各膜モジュール３に供給し、膜モジュール３を通過する濾過水の流れによって、内孔に目詰まりした付着物や外面に付着した付着物を剥離させつつ原水Ｗ側に追い出す逆洗を行なう。

しかしながら、この第１洗浄手段４において、多数積層されてまとめられた各中空糸膜や平膜などの膜からなる膜モジュール３の中央側では、隣り合う膜の間に吐出した空気が気泡として流通しやすく、かつ空気の吐出により流動された原水が隣り合う膜の間に流通しやすく、膜を揺動させることが可能であり、この部分に付着した付着物を好適に除去することが可能である一方で、ヘッダなどでまとめられた膜モジュール３の両端部３ｂ側には、気泡や流動する原水が流通しにくく、これに加えて、この両端部３ｂ側は膜が固定されているので揺動が生じにくいため、空気を吐出して膜モジュール３の洗浄を施す第１洗浄手段４では、膜モジュール３の両端部３ｂ側の付着物を完全に除去することが困難であった。また、逆洗によっても膜モジュール３の付着物を完全に除去することが困難な場合があった。

これに対して、本実施形態では、複数の超音波振動子５が第２洗浄手段として設けられており、この超音波振動子５が、膜モジュール３に近接したケーシング２の第２側壁２ｄの内面に設置されている。また、超音波振動子５が、各一対の第１側壁２ｃ及び第２側壁２ｄとで面的に各膜モジュール３を囲繞したケーシング２の内部に設けられている。このため、この超音波振動子５から放出した超音波は、ケーシング２の第１側壁２ｃ及び第２側壁２ｄで反射されてケーシング２内に留められ、ケーシング２外の貯水槽１の原水Ｗ中に発散されることが抑制される。これにより、放出した超音波を大きなエネルギーをもって膜モジュール３に作用させることが可能とされ、すなわち、超音波の大きなエネルギーによって、大きなエネルギーの振動やキャビテーション現象を発現させて膜モジュール３に付着した付着物を確実に除去することが可能になる。

また、このとき、各超音波振動子５が、各膜モジュール３の両端部３ｂ側に近接させて設けられるため、特に第１洗浄手段４や逆洗では除去が困難とされた膜モジュール３の両端部３ｂ側の付着物に、放出した超音波の大きなエネルギーを集中的に作用させることが可能とされ、確実に、かつ効率的にこの部分の付着物を除去することが可能とされる。

したがって、上記の構成からなる濾過ユニットＡによれば、膜モジュール３をケーシング２内に収容し、このケーシング２内に超音波振動子５を設けることによって、膜モジュール３の付着物を確実に除去して濾過効率を確実に回復させることが可能になる。

なお、本発明は、上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ケーシング２内に収容される各膜モジュール３が、高さ方向に重なるように設けられ、これを洗浄する超音波振動子５が、高さ方向に並設された各膜モジュール３の両端部３ｂ側に近接配置されているものとしたが、各膜モジュール３は、図４から図６に示すように、両端部３ｂをケーシング２の上端２ａ側と下端２ｂ側にそれぞれ配して設置されていてもよく、この場合には、超音波振動子５を、ケーシング２の上端２ａ側と下端２ｂ側のそれぞれに位置する膜モジュール３の両端部３ｂ側の第２側壁２ｄの内面に設けることにより、上記と同様の効果を得ることが可能とされる。また、超音波振動子５は、膜モジュール３の両端部３ｂ側にのみ設けられる必要はなく、中央側にも同様に設置してもよく、このような場合には、膜モジュール全体に付着した付着物をより確実に除去することが可能になる。さらに、超音波振動子５は、必ずしもケーシング２の内面に固着されて設けられる必要はなく、例えば膜モジュール３の両端部３ｂ側に直接設置したり、膜モジュール３とケーシング２との間に設けられていてもよいものである。

さらに、本実施形態では、濾過ユニットＡを、貯水槽１に貯留した原水Ｗ中に浸漬させて、この原水Ｗの濾過に供するものとして説明を行なったが、本発明の濾過ユニットＡは、濾過に用いる膜モジュール３と、これを洗浄する超音波振動子５とをケーシング２で収容してユニット化され、この濾過ユニットＡを原水Ｗ中に浸漬させるのみで原水Ｗの濾過を行なうことが可能とされるため、必ずしも貯水槽１に貯留した原水Ｗのみに適用される必要はなく、例えば河川や湖沼、池などの原水Ｗに浸漬させて、これらの原水Ｗの濾過に供されてもよいものである。

また、本実施形態では、超音波振動子５とともに、ケーシング２の内部には、空気を吐出して膜モジュール３の洗浄を行なう第１洗浄手段４が設けられているものとしたが、ケーシング２内には、洗浄手段として超音波振動子５のみが設けられていてもよく、さらに、本実施形態では、第１洗浄手段４によって膜モジュール３の洗浄を施すと同時に、超音波振動子５から超音波を放出して膜モジュール３の洗浄を行なうものとしたが、第１洗浄手段４と超音波振動子５は、必ずしも同時に膜モジュール３の洗浄に供される必要はなく、濾過効率の低下状況などに応じて適宜選択的に洗浄に供されてもよいものである。

また、本実施形態では、第１洗浄手段４が膜モジュール４の洗浄時にのみ空気を吐出するものとして説明を行なったが、膜モジュール３で原水Ｗの濾過を行なっている最中にも空気の吐出を行なうものとされてもよい。この場合には、原水Ｗの溶存酸素が上昇し、これに伴い好気性菌による原水Ｗ中の有機物の分解が行なわれ、原水Ｗを浄化する効果を得ることが可能になるとともに、膜モジュール３の外面に付着物が付着することを抑制することができる。また、第１洗浄手段４の散気装置４ａから吐出される気体は、空気であるものとしたが、例えばオゾンを吐出するようにしてもよく、この場合には、吐出したオゾンによって、原水Ｗ中の有機物を分解したり、殺菌することができるとともに、空気を吐出するよりも膜モジュール３の外面の付着物を効果的に除去することが可能になる。

これと同様に、膜モジュール３で原水Ｗの濾過を行なっている最中に、超音波振動子５で超音波を放出するようにしてもよく、この場合には、膜モジュール３に付着物が付着することを極力防止して、濾過効率の低下を阻止しながら濾過を行なうことが可能とされる。

ついで、図７から図９を参照し、本発明の第２実施形態に係る濾過ユニットについて説明する。本実施形態の説明においては、第１実施形態に共通する構成について同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。

第１実施形態の濾過ユニットＡのケーシング２が上端２ａ及び下端２ｂに開口部を備えた筒状に形成されているのに対して、本実施形態の濾過ユニットＢは、図７から図９に示すように、ケーシング２の下端２ｂが閉塞された有底筒状に形成されている。また、本実施形態の濾過ユニットＢでは、ケーシング２内に貯水槽１内の原水Ｗを導入する流入口１１と、流入口１１を取り囲むように設けられた仕切り板１２と、ケーシング２内に設けられ、流入口１１から導入した原水Ｗの流路を規定する下降管路１３と、ケーシング２内の原水Ｗを外部に排出するための排出手段１４とが、第１実施形態の濾過ユニットＡに対して別途設けられている。

このケーシング２は、上端２ａが開口されているのに対し、下端２ｂ側に底部２ｅが形成されて閉塞されており、この底部２ｅは、前記長辺に沿う長手方向の断面視で、下方に向かうに従い漸次小となる下方外側に凸の曲面形状で形成されている。具体的には、図８及び図９に示すように、ケーシング２の高さ方向に延びる４つの側壁面のうち、互いに対向する一対の第１側壁２ｃの下端部が、第１側壁２ｃに対向する側面視において下方に凸とされており、互いに対向する一対の第２側壁２ｄの下端部が、第１側壁２ｃの下端縁に沿うように、下方に向かうに従い漸次互いに近接させられた凸曲面状とされていて、これらの第１、第２側壁２ｃ、２ｄの下端部が、ケーシング２の底部２ｅを画成するように形成されている。また、本実施形態の第１側壁２ｃの下端部は、単一の円弧とされていて、特に本実施形態では半円弧とされており、従って第１側壁２ｃの下端部は互いに滑らかに連なって半円筒状を呈することになる。さらに、ケーシング２の下端２ｂには、図７に示すように、ドレン口１０が配設されている。

ただし、ケーシング２の底部２ｅは、本実施形態の凸曲面形状に限定されるものではなく、例えば一対の第２側壁２ｄを一定の傾斜角で下方に向かうに従い互いに接近する傾斜平面状としたり、一対の第１側壁２ｃも下方に向かうに従い漸次接近する凸曲面状あるいは傾斜平面状としたりして、このケーシング２の底部２ｅを全体に亘って凸曲面状としたり、あるいは角錐台形状や下向きに凸となる切妻屋根形状としてもよい。

さらに、本実施形態では、第２洗浄手段の複数の超音波振動子５が、第１実施形態と同様に、第２側壁２ｄの内面に固着されているとともに、膜モジュール３の下方に位置するケーシング２の底部２ｅの内面、特に本実施形態では最深部にも設けられている。

一方、前記流入口１１は、ケーシング２の一方の第１側壁２ｃの上部のケーシング２の短辺に沿う幅方向中央に設けられており、第１側壁２ｃを貫通するように突設した一つの管状部材の内周面によって構成されている。さらに、この管状部材の根元部分には、バタフライ弁などの開閉バルブが設けられている。この流入口１１は、図７に示すように、貯水槽１内に貯留した原水Ｗの水面部Ｈに開口する高さ、より具体的には、水面部Ｈよりも僅かに下方に水没する高さに設けられている。これにより、流入口１１は、開閉バルブを図示せぬ駆動手段によって開放または閉止することにより、開放時には、流入口１１を介して原水Ｗがケーシング２内に導入され、閉止時には、原水Ｗのケーシング２内への流入及びケーシング２内からの原水Ｗの流出が阻止されるように構成されている。

さらに、前記仕切り板１２は、流入口１１が配設された第１側壁２ｃの上部外面のうち、その幅方向における両端部からそれぞれ第２側壁２ｃと平行に、かつ互いにも平行に突出するように延びる２枚の板材と、これらの板材の突端を繋げるように設けられ、第１側壁２ｃの外面に平行に延びる矩形状の板材とから構成されて、平面視にコ字状を呈するように形成されている。また、この仕切り板１２は、上端側と下端側とが開放状態とされている。

また、前記下降管路１３は、その下端開口部が第１洗浄手段４の散気装置４ａよりも下方に位置されている。ここで、本実施形態の下降管路１３は、断面が偏平したコ字状をなすアングル型の条材が、流入口１１のケーシング２内側開口部から散気装置４ａよりも下方のケーシング２の底部２ｅ直上に亘って、この断面の開口部を、流入口１１が配設されたケーシング２の第１側壁２ｃの内面のうち、流入口１１と対応する部分（幅方向中央部）に向けて接合されることにより形成されたものであり、その上端部は、流入口１１の高さを超えてケーシング２の上端２ａと略同等の高さで開口している。

ただし、下降管路１３は、上記形態に限られるものではなく、例えば条材を平面視に流入口１１側に開口する断面半円形状としたり、またケーシング２の内側に、第１側壁２ｃの内面と平行で、かつ間隔をかけるように別の壁面を新たに配設して、ケーシング２の内部空間を仕切ることにより、壁面と上記内面との間の隙間を下降管路１３としてもよく、この断面形状は限定されるものではない。また、円管状や角管状等のパイプを流入口１１からケーシング２内の下方に延びるように配設して下降管路１３としてもよい。

さらに、本実施形態における排出手段１４は、一端がケーシング２内の底部２ｅに開口するとともに、他端がケーシング２の外部に配設される図示せぬ吸引ポンプに接続された排出管１４ａを備えている。この排出管１４ａは、吸引ポンプ側から濾過ユニットＢのケーシング２直上に延びてケーシング２上部の開口部から高さ方向にケーシング２内に通され、その一端がケーシング２の底部２ｅに至るように延設されており、しかも、この排出管１４ａの一端は、凸曲面状とされて下向きに凸とされた底部２ｅの下端２ｂ近傍に下向きに開口するように配設されている。

ついで、上記の構成からなる濾過ユニットＢを用いて原水Ｗを濾過するとともに膜モジュール３に付着した付着物を除去する方法について説明する。

はじめに、第１実施形態と同様に、上記構成からなる濾過ユニットＢの支持部材６を、内部に原水Ｗが導入された貯水槽１の上に渡された図示せぬフレームやレールなどの支持部や、あるいはこの貯水槽１の上側開口部を間にした両側の開口端面に載置または固定して、ケーシング２をこの貯水槽１内の原水Ｗ中に懸架して浸漬する。このように、濾過ユニットＢを設置した際には、ケーシング２の流入口１１と仕切り板１２とが原水Ｗの水面部Ｈの高さに位置され、流入口１１から導入された原水Ｗ中に膜モジュール３の全てが浸漬される。また、このとき、超音波振動子５も原水Ｗ中に浸漬される。

本実施形態の濾過ユニットＢにおいては、仕切り板１２によって原水Ｗの水面部Ｈに浮遊する粗大物などの浮遊物質がケーシング２内に流入することを防止しつつ、流入口１１から原水Ｗがケーシング２内に導入される。このとき、流入口１１を流通した原水Ｗは、ケーシング２の底部２ｅ側まで延出された下降管路１３によって、ケーシング２の底部２ｅ側から供給されることにより、膜モジュール３に原水Ｗの流入に伴う衝撃が作用して膜モジュール３が損傷することが防止される。このように、ケーシング２内に導入された原水Ｗを濾過する際には、各膜モジュール３のヘッダに接続された膜濾過水管７に備える吸引ポンプを駆動し、これにより、ケーシング２内の原水Ｗが膜モジュール３で濾過されてこの濾過水が膜濾過水管７を流通し、膜濾過水管７の他端が接続された浄水槽に送水される。

本実施形態において、膜モジュール３の洗浄を行なう際には、まず、流入口１１を閉止して貯水槽１からの原水Ｗの導入を停止する。ついで、第１実施形態と同様に、第１洗浄手段４で空気を吐出し膜モジュール３の洗浄を行なうとともに、第２洗浄手段の各超音波振動子５から超音波を放出させる。

本実施形態では、ケーシング２の下端２ｂ側が底部２ｅにより閉塞されているため、放出した超音波は、ケーシング２外に発散されることがなく、超音波の振動を膜モジュール３に作用させるとともに、キャビテーション現象を生じさせて確実に膜モジュール３から付着物を剥離させることが可能とされる。また、このとき、各超音波振動子５が、各膜モジュール３の両端部３ｂ側に近接させてそれぞれケーシング２の第２側壁２ｄの内面に設置されているため、第１洗浄手段４では除去が困難とされた膜モジュール３の両端部３ｂ側の付着物に、大きなエネルギーを作用させることが可能とされ、確実にこの部分の付着物を除去することが可能とされる。

また、膜モジュール３から除去した付着物は、ケーシング２の下端２ｂが閉塞されているため、ケーシング２外に分散されることがなく、本実施形態においては、膜モジュール３の洗浄を終えた段階で、除去した付着物が浮遊して懸濁状態のケーシング２内の原水Ｗを、排出管１４ａからケーシング２外に排出することが可能とされる。

さらに、このように、ケーシング２内で放出された超音波がケーシング２外に伝達されることがないため、例えば汚泥やフロックなどの沈殿物が水槽内の底部に沈殿した状態で原水Ｗを濾過するような場合においても、超音波振動子５から放出した超音波で、汚泥やフロックなど沈殿物が撹拌されて巻き上げられて膜モジュール３に付着したり、また撹拌された沈殿物の膜モジュール３への付着を避けるために汚泥やフロックなどが沈降するまで濾過作業を中断する必要が生じたりするのを防止できる。さらに、第１洗浄手段４の散気装置４ａによって洗浄を行う際にも同様の効果が得られる。

したがって、上記の構成からなる濾過ユニットＢによれば、膜モジュール３を、底部２ｅを閉塞したケーシング２内に収容し、このケーシング２内に超音波振動子５を設けることによって、超音波振動子５から放出した超音波を効率的に膜モジュール３に作用させて確実に付着物を除去することが可能になり、また、沈殿物の巻上げを防止して濾過を行なうことが可能とされる。

なお、本発明は、上記の第２実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、本実施形態では、ケーシング２内に収容される各膜モジュール３が、上下方向に重なるように設けられ、これを洗浄する超音波振動子５が、水平方向に並ぶ両端部３ｂ側に設けられているものとしたが、各膜モジュール３は、図１０から図１２に示すように、両端部３ｂを上方と下方とに配置して、水平方向に各モジュール３が重なるように並設されていてもよく、この場合には、超音波振動子５を、ケーシング２の上方と下方に位置する両端部３ｂ側に設けることで、上記の効果を得ることが可能とされる。

ついで、図１３及び図１４を参照し、本発明の第３実施形態に係る濾過ユニットについて説明する。本実施形態の説明においては、第１から第２実施形態に共通する構成について同一符号を付し、その詳細についての説明を省略する。

本実施形態の濾過ユニットＣは、図１３及び図１４に示すように、図１から図３に示した第１実施形態の濾過ユニットＡに対して、第２洗浄手段を構成する複数の超音波振動子５をケーシング２内の一対の第２側壁２ｄの内面に固着せずに、ケーシング２内に挿脱可能な超音波振動子支持枠２０に複数の超音波振動子５が固着されて構成されている。

本実施形態の超音波振動子支持枠２０は、超音波振動子５が固着された枠本体部２０ａと、この枠本体部２０ａをケーシング２内に懸架して支持する支持部２０ｂとから構成されている。支持部２０ｂは、例えば断面矩形の角パイプ状の同形同大に形成された２本の支持部材２０ｃが互いに平行に並設されて構成されている。また、枠本体部２０ａは、支持部２０ｂの２本の支持部材２０ｃの同一水平面上に位置する各下面の長手方向両端部側から垂直縦方向下側に向けて延びる４本の縦枠材２０ｄ、２０ｅと、このうち２本の支持部材２０ｃの長手方向一端側に上端が接続された２本の縦枠材２０ｄの下端同士、及び２本の支持部材２０ｃの長手方向他端側に上端が接続された２本の縦枠材２０ｅの下端同士をそれぞれ繋ぐように設けられた２本の横枠材２０ｆとから構成されている。

また、本実施形態において、枠本体部２０ａの４本の縦枠材２０ｄ、２０ｅには、それぞれ４つの超音波振動子５が高さ方向に並んで固着されている。ここで、各縦枠材２０ｄ、２０ｅに固着された複数の超音波振動子５は、ケーシング２内に超音波振動子支持枠２０の枠本体部２０ａを挿入しつつ支持部２０ｂを前述のケーシング２の支持部材６に支持させた状態で、ケーシング２内の各膜モジュール３の一対の側面３ａとケーシング２の内面との間に配されつつ、それぞれの膜モジュール３の両端部３ｂに近接するように設けられている。これにより、超音波振動子支持枠２０の枠本体部２０ａをケーシング２内に懸架させた状態で、各縦枠材２０ｄ、２０ｅには、１つの膜モジュール３に対して一対の側面３ａ側で両端部３ｂ側の合計４つの超音波振動子５が配置されるように設けられている。

上記の構成からなる濾過ユニットＣにおいては、図１に示した第１実施形態と同様に、ケーシング２を貯水槽１内の原水Ｗ中に懸架して浸漬させて、ケーシング２の開口する下端２ｂ側から貯水槽１内の原水Ｗをケーシング２内に導入して、ケーシング２内の原水Ｗが膜モジュール３で濾過される。

この一方で、超音波振動子５による第２洗浄手段により膜モジュール３の洗浄を行なう際には、枠本体部２０ａの縦枠材２０ｄと縦枠材２０ｅとがケーシング２の一対の第２側壁２ｄの内面と各膜モジュール３の一対の側面３ａとの間にそれぞれ配されるように、超音波振動子支持枠２０の枠本体部２０ａをケーシング２内に挿入する。このとき、支持部２０ｂの一対の支持部材２０ｃは、ケーシング２の上端２ａの短辺と平行になるようにして、両端部がケーシング２に設けられた一対の支持部材６のそれぞれに載置され、これにより、超音波振動子支持枠２０が支持される。このように設けられた超音波振動子支持枠２０は、枠本体部２０ａがケーシング２内に懸架され、各縦枠材２０ｄ、２０ｅに設けられた複数の超音波振動子５が、それぞれの膜モジュール３の両端部３ｂに近接するように設けられる。

したがって、上記の構成からなる濾過ユニットＣによれば、ケーシング２に超音波振動子支持枠２０を設置することによって、枠本体部２０ａに設けられた超音波振動子５を膜モジュール３の両端部３ｂに近接するように挿入することができるため、このように配置された超音波振動子５により、膜モジュール３の付着物を確実に除去して濾過効率を確実に回復させることが可能になる。

また、第１実施形態や第２実施形態の濾過ユニットＡ、Ｂのように、比較的高価な超音波振動子５がケーシング２に予め固着されて具備されず、ケーシング２に対して挿脱可能な超音波振動子支持枠２０に設けられることによって、例えば膜モジュール３を収容した複数のケーシング２を貯水槽１に浸漬させながら原水Ｗの浄化処理を行うような場合に、１つの超音波振動子支持枠２０を各ケーシング２に挿脱させて使い回しながら、各ケーシング２に収容した膜モジュール３を順次洗浄することが可能になる。これにより、ケーシング２毎に超音波振動子５を設ける必要がないため、濾過ユニットＣに掛かるコストを低減することが可能になる。

なお、本発明は、上記の第３実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、図１５及び図１６に示すように、超音波振動子支持枠２０の一対の縦枠材２０ｄ、２０ｅを繋ぐ横枠材２０ｆを、縦枠材２０ｄ、２０ｅの下端の他に上端側にも高さ方向に間隔をあけて設け、これらの横枠材２０ｆに複数の超音波振動子５を設けるように構成してもよいものである。この場合には、第１実施形態や第２実施形態の変形例に示したのと同様に、両端部３ｂを上方と下方とに配置して、水平方向に各モジュール３が重なるように並設されているときに、各膜モジュール３の両端部３ｂ側に超音波振動子５を近接配置させて、膜モジュール３全体に付着した付着物をより確実に除去することが可能になる。また、本実施形態のケーシング２に対して挿脱可能とされた超音波振動子支持枠２０は、第２実施形態やその変形例のように有底筒状のケーシング２を備えた濾過ユニットにも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第１実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第２実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る濾過ユニットを示す図である。 本発明の第３実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る濾過ユニットの変形例を示す図である。

符号の説明

１ 貯水槽
２ ケーシング
２ａ 上端
２ｂ 下端
２ｃ 第１側壁
２ｄ 第２側壁
２ｅ 底部
３ 膜モジュール
３ａ 側面
３ｂ 端部
４ 第１洗浄手段
４ａ 散気装置
４ｂ 送気管
５ 超音波振動子（第２洗浄手段）
６ 支持部材
７ 膜濾過水管
８ ケーシング覆蓋
１０ ドレン口
１１ 流入口
１２ 仕切り板
１３ 下降管路
１４ 排出手段
２０ 超音波振動子支持枠
２０ａ 枠本体部
２０ｂ 支持部
２０ｃ 支持部材
２０ｄ 縦枠材
２０ｅ 縦枠材
２０ｆ 横枠材
Ａ 濾過ユニット
Ｂ 濾過ユニット
Ｃ 濾過ユニット
Ｈ 水面部
Ｗ 原水

Claims (5)

1. 原水中に浸漬され、該原水を濾過する膜モジュールを備えた濾過ユニットであって、
   内部に前記膜モジュールを収容する略筒状のケーシングと、該ケーシングの前記内部に設けられ、前記膜モジュールの洗浄に供される超音波振動子とが具備されていることを特徴とする濾過ユニット。
2. 請求項１に記載の濾過ユニットにおいて、
   前記超音波振動子が、前記ケーシングの内面に設けられていることを特徴とする濾過ユニット。
3. 請求項１に記載の濾過ユニットにおいて、
   前記超音波振動子が、超音波振動子支持枠に取り付けられて、前記ケーシングの内部に挿脱可能に設けられていることを特徴とする濾過ユニット。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の濾過ユニットにおいて、
   前記超音波振動子が、少なくとも前記ケーシングに収容された前記膜モジュールの両端部側に配置されていることを特徴とする濾過ユニット。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の濾過ユニットにおいて、
   前記ケーシングが、有底筒状に形成されていることを特徴とする濾過ユニット。
   
   

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