JP2007117889A - 大規模膜分離装置の圧力均等化構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模施設等において複数の膜ユニットの膜カートリッジへ同時に洗浄薬液を均等に供給することができる大規模膜ユニットの圧力均等化構造を提供する。
【解決手段】反応槽内に複数の膜ユニット１を配列し、膜ユニット１の配列方向に沿ってヘッダー管２を配置し、ヘッダー管２から分岐する枝管３を各膜ユニット１の集水管に接続する膜分離装置において、ヘッダー管２の管軸方向一端の入口側が洗浄薬液供給源に連通し、ヘッダー管２の管軸方向他端の出口側がリターン管２２を介してヘッダー管２の入口側もしくは洗浄薬液供給源に連通する。
【選択図】図１

Description

本発明は大規模膜分離装置の圧力均等化構造に関し、膜分離装置を薬液洗浄する際に、効率良く薬液を膜分離装置に送る技術に係るものである。

従来、反応液槽浸漬型膜分離装置の基本構成をなす単位の膜ユニットは、反応槽内に浸漬した一つのケーシングの中に複数の膜カートリッジを装着するものであり、膜カートリッジの数量が少ない小規模な施設では、薬液洗浄時に重力注入によって洗浄薬液を各膜カートリッジに供給している。

しかし、大規模施設では反応槽の槽容積の拡大に伴って複数の膜ユニットを列状に配置し、あるいは複数列に配置しており、この場合に重力注入によって洗浄薬液を各膜カートリッジに供給すると、作業時間が長くなって施設の稼動時間が短くなり、処理量が少なくなる。

このため、本発明者らは、図４に示すように、ポンプを使用して所定量の洗浄薬液を短時間に供給する方法を考えた。
図４において、反応槽には複数の膜ユニット１を列状に配置しており、膜ユニット１の配列方向に沿って大口径のヘッダー管２を配置し、ヘッダー管２から分岐する小口径の枝管３を弁４を介して各膜ユニット１のケーシングごとに設けた集水管（図示省略）に接続させている。

ヘッダー管２は液面から所定高さｈ１の位置に配置しており、ヘッダー管２の奥端側にはヘッダー管２から所定高さｈ２の位置に圧力逃がし弁５を設けている。ヘッダー管２の入口側はろ液取出管路系６を通して処理水タンク７に連通しており、ろ液取出管路系６には第１切替弁８および複数の処理水ポンプ９を介装している。

また、ろ液取出管路系６には第２切替弁１０を介して洗浄液供給管路系１１が接続し、洗浄液供給管路系１１は処理水タンク７に設けた水中ポンプ１２に接続し、途中に攪拌器１３を介装している。水中ポンプ１２と攪拌器１３の間には洗浄薬液供給管路系１４が接続しており、洗浄薬液供給管路系１４は薬品タンク１５に連通し、途中に移送ポンプ１６を介装している。

この構成において、ろ過操作時には、弁４、第１切替弁８を開栓し、圧力逃がし弁５、第２切替弁１０を閉栓した状態で、処理水ポンプ９を駆動して吸引圧を各膜ユニット１の膜カートリッジに与える。この吸引圧を駆動圧として各膜カートリッジのろ過膜を透過したろ液はチューブ（図示省略）を通って集水管（図示省略）に流入し、さらに枝管３を通ってヘッダー管２に流れ、ろ液取出管路系６を通して処理水タンク７に流入する。

逆洗時には、弁４、圧力逃がし弁５、第２切替弁１０を開栓し、第１切替弁８を閉栓した状態で、水中ポンプ１２を駆動して処理水タンク７の処理水を供給し、移送ポンプ１６を駆動して洗浄薬液を供給する。洗浄薬液は攪拌器１３において処理水に混合されて所定薬液濃度となって洗浄液供給管路系１１を通してヘッダー管２に流入する。濃度調整は水中ポンプ１２および移送ポンプ１６を制御して行う。

ヘッダー管２に流入した洗浄薬液は、ヘッダー管２から各枝管３を通して各膜ユニット１の集水管に流れ、各チューブを介してそれぞれの膜カートリッジに流入する。
特開平９−５２０２６号公報

このように複数の膜ユニット１に洗浄薬液を注入する際には、それぞれの膜ユニット１に洗浄薬液を適量注入する必要があるが、必ずしも洗浄薬液がそれぞれの膜ユニット１に均等に注入されない場合がある。

また、洗浄薬液をヘッダー管２に注入する際にはヘッダー管２の内部の圧力が高まるが、この圧力が高すぎる場合には、枝管３、集水管、チューブを通して膜カートリッジに作用する圧力や、この圧力に伴って流れ込む大量の洗浄薬液によって膜カートリッジのろ過膜が破損する恐れがある。また、この内部圧力が洗浄薬液の不均等注入の一因となっている。

本発明は上記した課題を解決するものであり、大規模施設等において複数の膜ユニットの膜カートリッジへ同時に洗浄薬液を均等に供給することができる大規模膜ユニットの圧力均等化構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の大規模膜分離装置の圧力均等化構造は、反応槽内に複数の膜ユニットを配列し、膜ユニットの配列方向に沿ってヘッダー管を配置し、ヘッダー管から分岐する枝管を各膜ユニットの集水管に接続する膜分離装置において、ヘッダー管の管軸方向一端の入口側が洗浄薬液供給源に連通し、ヘッダー管の管軸方向他端の出口側がリターン管を介してヘッダー管の入口側もしくは洗浄薬液供給源に連通するものである。

上記した構成において、薬液洗浄時にヘッダー管を流れる洗浄薬液は、ヘッダー管から各枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れるとともに、一部がリターン管を通してヘッダー管の入口側もしくは洗浄薬液供給源に戻る。

ヘッダー管は反応槽の液面下に配置することも可能であるが、反応槽の液面もしくは液面より上方位置で水平方向に配置することが好ましく、枝管は傾斜してヘッダー管に接続することも可能であるが、水平方向に接続することが好ましい。ヘッダー管が反応槽の液面より上方位置にある場合に、洗浄薬液はヘッダー管の上方領域に気相が存在する非満管状態でヘッダー管内を流れて各枝管を通して各膜ユニットの集水管に流れる。

洗浄薬液が各枝管に均等に流入するためには、ヘッダー管における枝管入口供給圧力が均等であることが条件となる。この枝管入口供給圧力を規定する要因としては、ヘッダー管へ流入する洗浄薬液の供給量、供給圧力、ヘッダー管内を流れる洗浄薬液の流速、ヘッダー管口径と枝管口径との口径比、管路抵抗、重力等がある。

ヘッダー管内を流れる洗浄薬液には、主として圧力水頭に起因する枝管入口に向けて「押し込む力」と、主として速度水頭に起因するヘッダー管の管軸方向に「押し流す力」が作用する。

ヘッダー管が奥端において閉塞する場合に、洗浄薬液の流れがヘッダー管の奥端に当たって速度水頭が圧力水頭へ変化し、「押し込む力」が「押し流す力」より優位に作用し、奥端側の枝管において多くの洗浄薬液が流れる。

本発明においては、ヘッダー管の管軸方向他端の出口側がリターン管を介してヘッダー管の入口側もしくは洗浄薬液供給源に連通する状態で、ヘッダー管に十分な量の洗浄薬液を流し、洗浄薬液をヘッダー管およびリターン管において循環させる。

このため、速度水頭の偏在が抑制され、速度水頭の偏在に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることがなくなり、主として圧力水頭に起因する「押し込む力」がヘッダー管の全長にわたって実質的に均等に作用し、全ての枝管へ均等に洗浄薬液が流入するように枝管入口供給圧力が均等化でき、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に注入することができる。

特に、ヘッダー管に枝管が水平方向に接続する場合には、重力が枝管入口に向けて洗浄薬液を「押し込む力」として作用せず、圧力水頭のみが洗浄薬液を枝管入口に向けて「押し込む力」として作用し、ヘッダー管および枝管を通して複数台の膜ユニットに洗浄薬液を均等に注入することができる。

以上のように本発明によれば、大規模施設等において複数の膜ユニットの膜カートリッジへ同時に洗浄薬液を均等に供給することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態における大規模膜分離装置の基本的な構成は先の図４において説明したものと同様であるので、同符号を用いて説明を省略する。

図１および図２において、反応槽内には複数の膜ユニット１を配置しており、各膜ユニット１は下部に散気管２１ａを有し、散気管２１ａは個別、直列に、あるいは複数のものが並列にブロア２１ｂに接続している。

膜ユニット１の配列方向に沿って大口径のヘッダー管２を配置し、ヘッダー管２から分岐する小口径の枝管３を各膜ユニット１の集水管（図示省略）に接続している。ヘッダー管２は反応槽の液面もしくは液面より所定高さだけ上方位置で水平方向に配置しており、このヘッダー管２に枝管３が水平方向に接続している。

ヘッダー管２は管軸方向一端の入口側が洗浄液供給管路系１１に連通し、ヘッダー管２の管軸方向他端の出口側に接続したリターン管２２がヘッダー管２の入口側に連通している。リターン管２２の先端側は洗浄液供給管路系１１に接続することも可能であり、図３に示すように、リターン管２２の基端側はヘッダー管２の他端側に位置する枝管３に接続しても良い。また、リターン管２２は開閉弁２３を設けている。

上記した構成において、ろ過操作時には、弁４、第１切替弁８を開栓し、開閉弁２３、第２切替弁１０を閉栓した状態で、処理水ポンプ９を駆動して吸引圧を各膜ユニット１の膜カートリッジに与え、ブロア２１ｂを駆動し、散気管２１ａから空気を散気し、上昇流によって膜面洗浄を行う。

膜ユニット１は吸引圧を駆動圧として各膜カートリッジでろ過作用を行い、ろ過膜を透過したろ液はチューブ（図示省略）を通って集水管（図示省略）に流入し、さらに枝管３を通ってヘッダー管２に流れ、ろ液取出管路系６を通して処理水タンク７に流入する。

逆洗時には、弁４、第２切替弁１０、開閉弁２３を開栓し、第１切替弁８を閉栓した状態で、水中ポンプ１２を駆動して処理水タンク７の処理水を供給し、移送ポンプ１６を駆動して洗浄薬液を供給する。洗浄薬液は攪拌器１３において処理水に混合されて所定薬液濃度となって洗浄液供給管路系１１を通してヘッダー管２に流入する。濃度調整は水中ポンプ１２および移送ポンプ１６を制御して行う。

薬液洗浄時にヘッダー管２には所定流量の洗浄薬液が流れる。この際にヘッダー管２が反応槽の液面より上方位置にあることで洗浄薬液は非満管状態、つまりヘッダー管２の上方領域に気相が存在する状態でヘッダー管内を流れ、ヘッダー管２から各枝管３を通して各膜ユニットの集水管へ均等に流れる。

このとき、洗浄薬液が各枝管に均等に流入するためには、ヘッダー管における枝管入口供給圧力が均等であることが条件となる。
本実施の形態では、薬液洗浄時にヘッダー管２に供給する洗浄薬液が、各枝管３を通して各膜ユニット１の集水管に流れるとともに、一部がリターン管３１を通してヘッダー管２の入口側もしくは洗浄液供給管路系１１に戻り、洗浄薬液がヘッダー管２およびリターン管２２において循環する。

このため、速度水頭の偏在が抑制され、速度水頭の偏在に起因して枝管入口供給圧力が不均等となることがなくなり、主として圧力水頭に起因する「押し込む力」がヘッダー管２の全長にわたって実質的に均等に作用し、全ての枝管３へ均等に洗浄薬液が流入するように枝管入口供給圧力が均等化でき、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に注入することができる。

また、ヘッダー管２に枝管３が水平方向に接続することで、重力が枝管入口に向けて洗浄薬液を「押し込む力」として作用せず、圧力水頭のみが洗浄薬液を枝管入口に向けて「押し込む力」として作用し、ヘッダー管２および枝管３を通して複数台の膜ユニット１に洗浄薬液を均等に注入することができる。

本発明の実施の形態における膜分離装置を示す要部構成図 同実施の形態における膜分離装置を示す全体構成図 本発明の他の実施の形態における膜分離装置を示す要部構成図 従来の膜分離装置を示す全体構成図

符号の説明

１ 膜ユニット
２ ヘッダー管
３ 枝管
４ 弁
６ ろ液取出管路系
７ 処理水タンク
８ 第１切替弁
９ 処理水ポンプ
１０ 第２切替弁
１１ 洗浄液供給管路系
１２ 水中ポンプ
１３ 攪拌器
１４ 洗浄薬液供給管路系
１５ 薬品タンク
１６ 移送ポンプ
２１ａ 散気管
２１ｂ ブロア
２２ リターン管
２３ 開閉弁

Claims (1)

1. 反応槽内に複数の膜ユニットを配列し、膜ユニットの配列方向に沿ってヘッダー管を配置し、ヘッダー管から分岐する枝管を各膜ユニットの集水管に接続する膜分離装置において、ヘッダー管の管軸方向一端の入口側が洗浄薬液供給源に連通し、ヘッダー管の管軸方向他端の出口側がリターン管を介してヘッダー管の入口側もしくは洗浄薬液供給源に連通することを特徴とする大規模膜分離装置の圧力均等化構造。

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