JP2007268388A - 膜カートリッジおよび浸漬型膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水流の抵抗を減じて上昇流のスムーズな反転を行って膜面に対する上昇流の均一な洗浄作用を確保し、膜カートリッジの目詰まりを抑制するとともに、膜面全体に均等な膜間差圧が作用する膜カートリッジおよび浸漬型膜分離装置を提供する。
【解決手段】平行に重ね合わせてユニットを構成する膜カートリッジ５１であって、濾板５２の表面に濾過膜５３を配置し、濾過膜５３と濾板５２との間の通液流路に連通するとともに膜カートリッジ５１の配列方向に貫通するヘッダー流路部６２ａを形成したヘッダー形成部６２を設けてなり、隣接し合う膜カートリッジ５１のヘッダー形成部６２を相互に連結して濾過ユニット７０のヘッダー６０を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は膜カートリッジおよび浸漬型膜分離装置に関し、下水、産業排水、生活排水等における固液分離技術に係るものである。

従来の水処理、例えば膜分離活性汚泥処理（ＭＢＲ）においては、下水、産業排水、生活排水等を活性汚泥処理する反応槽内に浸漬型膜分離装置を浸漬している。この浸漬型膜分離装置には、例えば図１３〜図１６に示すものがある。これは反応槽１に浸漬する浸漬型膜分離装置２が本体ケーシング３の内部に複数枚の有機平膜型の膜カートリッジ４を所定間隔で平行に配列して充填したものである。各膜カートリッジ４は樹脂製の濾板４ａの表裏の両面に有機平膜からなる濾過膜４ｂを有するものであり、膜面を上下方向に沿わせて配置している。

本体ケーシング３の下部に配置する散気ケース３ａの下端開口付近には膜カートリッジ４の下方に位置して散気装置５を配置しており、散気装置５より噴出する膜面洗浄気体の全量が本体ケーシング３に流入する。各膜カートリッジ４はチューブ（図示省略）を介してヘッダー（図示省略）に接続している。

上記した浸漬型膜分離装置２では、平行に配列した膜カートリッジ４の相互間に槽内混合液が流れる流路を形成し、散気装置５より噴出する空気のエアリフト作用により固気液混相の上昇流６を生じさせ、この上昇流６によって槽内混合液を膜カートリッジ４の相互間の流路に供給する。

膜カートリッジ４には吸引ポンプ７によって吸引圧を与えており、槽内混合液が膜カートリッジ４の膜面に沿ってクロスフローで流れる間に、濾過膜４ｂに作用する膜間差圧を駆動圧として濾過膜４ｂで槽内混合液を濾過し、濾過膜４ｂを透過した濾過液を処理水として取り出している。

また、槽内混合液をクロスフローで供給することにより、膜カートリッジ４の膜面に固形分８が膜間差圧で押し付けられて付着することを抑制し、固気液混相の上昇流６で膜面の付着物を洗い流して洗浄している。

上記した構成における膜カートリッジの濾板としては、他に特許文献１に開示する構成がある。これは、図１２に示すように、両面に平膜を配置する通水性の流路スペーサ２１に平行な多数の突条２２を設け、突条２２の間に溝２３を形成している。

また、特許文献２には、濾板の表裏面に、上下方向の縦導水路と、途中で複数の縦導水路に連通する複数の傾斜導水路とを形成する構成が開示されている。
特開平７−１９４９４５号公報 特開２００３−１１７３５８公報

ところで上記した構成、つまり、散気装置５より噴出する空気のエアリフト作用により固気液混相の上昇流６を生じさせ、この上昇流６によって槽内混合液を膜カートリッジ４の相互間の流路に供給することで、膜カートリッジ４の膜面に固形分８が膜間差圧で吸い寄せられて付着することを抑制し、固気液混相の上昇流６で膜面の付着物を洗い流して洗浄する構成において、散気装置５より噴出する空気のエアリフト作用を有効に利用し、かつ膜カートリッジ４の１枚当たりの膜透過水量を増加させるために、膜カートリッジ４を縦方向に長く形成する場合がある。

この場合に、膜面で濾過された膜透過水は膜カートリッジの上端の一箇所に設けた集液部に集めて取り出されるために、濾板上の集液部に近い箇所になるほど流速が高くなり、濾板と濾過膜との間の流路の抵抗が大きくなる。また、各膜カートリッジとヘッダーとを接続するチューブにごみが絡まって大きな面積の抵抗体となり、上昇流に対する抵抗体となる。

この流路の抵抗が大きくなることで、集液部から離れた箇所、すなわち膜カートリッジの下部になるほど十分な濾過圧力（膜間差圧）が得られなくなり、膜カートリッジの下端側ではほとんど膜透過水を得られず、膜面全体をより有効に利用した均等な濾過を行えなかった。

また、本体ケーシング３の内部に生じる上昇流６は直線距離が長いと水流の直進性が大きくなるが、上昇流６が反転して下降流９になるときにエネルギー損失が大きくなり、大型膜においては水槽水深の７０〜８０％が直進距離となる。

このため、図１５および図１６に示すように、反応槽１内に複数基の浸漬型膜分離装置２を設置する場合にあっては、上昇流６がスムーズに下降流９に反転するためには、浸漬型膜分離装置２の相互間の距離を大きくして反転時に水流が横方向にスムーズに流れる領域を確保する必要がある。しかし、反応槽１の限られた領域内では浸漬型膜分離装置２の相互間に確保できる距離Ｌには限界がある。

また、各膜カートリッジ４とヘッダー２ｄとを接続するチューブ２ｃが上昇流６に対して抵抗となり、排水処理の場合にはチューブにごみが絡まると大きな面積の抵抗体となって流れを阻害し、反応槽１の内部における水流の流れ方向が偏ったものとなり、結果として膜面に対する上昇流６の洗浄作用が不均一となる。

特に図１５に示すように、膜カートリッジ４の上端から水面までの距離、つまりフリーボードの高さが低い場合には、上昇流６の反転をスムーズに行うことができない。一方、図１６に示すように、フリーボードの高さを十分に確保すれば、上昇流６の反転をスムーズに行うことができる。しかし、この場合には反応槽１の水深を過剰に大きく設定する必要がある。

本発明は上記した課題を解決するものであり、水流の抵抗を減じて上昇流のスムーズな反転を行って膜面に対する上昇流の均一な洗浄作用を確保し、膜カートリッジの目詰まりを抑制するとともに、膜面全体に均等な膜間差圧が作用する膜カートリッジおよび浸漬型膜分離装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明の膜カートリッジは、平行に配列して相互間に流路を形成した濾過ユニットを構成する膜カートリッジであって、濾板の表面に濾過膜を配置し、濾過膜と濾板との間の通液流路に連通するとともに膜カートリッジの配列方向に貫通するヘッダー流路部を形成したヘッダー形成部を設けてなり、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部を相互に連結して濾過ユニットのヘッダーを形成することを特徴とする。

また、ヘッダー形成部は、濾過膜を配置する濾板の表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出するヘッダー肉厚部を有し、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部がヘッダー肉厚部で相互に当接することを特徴とする。

また、ヘッダー形成部は、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部の相対位置を位置決めするヘッダー連結部を有することを特徴とする。
また、ヘッダー形成部は、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部の相対位置を位置決めするヘッダー連結部をヘッダー肉厚部に有し、ヘッダー連結部はヘッダー肉厚部の表裏の一方面に膜カートリッジの配列方向に突出して形成したヘッダー連結用凸部と、ヘッダー肉厚部の表裏の他方面にヘッダー連結用凸部に相応する形状に形成したヘッダー連結用窪み部とからなることを特徴とする。

また、ヘッダー形成部は、濾板の側部の上部位置に設けたことを特徴とする。
また、ヘッダー形成部は、濾板と別体の組込部材をなすことを特徴とする。
また、濾板は、濾過膜を配置する表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出する濾板肉厚部を両側部に有し、隣接し合う膜カートリッジの濾板が濾板肉厚部で相互に当接することを特徴とする。

また、濾板は、隣接し合う膜カートリッジの濾板の相対位置を位置決めする濾板連結部を有することを特徴とする。
また、濾板は、隣接し合う膜カートリッジの濾板の相対位置を位置決めする濾板連結部を濾板肉厚部に有し、濾板連結部は濾板肉厚部の表裏の一方面に膜カートリッジの配列方向に突出して形成した濾板連結用凸部と、濾板肉厚部の表裏の他方面に濾板連結用凸部に相応する形状に形成した濾板連結用窪み部とからなり、ヘッダー連結用凸部およびヘッダー連結用窪み部をヘッダー流路部の周囲を囲んで設けたことを特徴とする。

また、ヘッダー形成部は濾過膜を配置する濾板の表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出するヘッダー肉厚部を有し、濾板は濾過膜を配置する表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出する濾板肉厚部を両側部に有し、隣接し合う膜カートリッジがヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で相互に当接し、ヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で濾過ユニットの側壁を形成することを特徴とする。

本発明の浸漬型膜分離装置は、膜カートリッジを平行に重ね合わせて濾過ユニットを構成し、隣接し合う膜カートリッジをヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で相互に当接させて膜カートリッジ間に上下方向の流路を形成し、膜カートリッジの配列方向に連接するヘッダー形成部で濾過ユニットのヘッダーを形成し、膜カートリッジの配列方向に連接するヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で濾過ユニットの側壁を形成し、濾過ユニットの下方に散気ケースおよび散気装置を配置したことを特徴とする。

また、濾過ユニットを上下に多段に積層したことを特徴とする。
また、複数の濾過ユニットを水平方向に沿って配列したことを特徴とする。
また、ヘッダーのヘッダー流路に吸引装置を接続したことを特徴とする。

また、吸引装置を所定条件で運転制御する運転制御装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、濾板の側部においてヘッダー形成部が直接に濾過膜と濾板との間の通液流路に連通することで、従来において必要であった各膜カートリッジとヘッダーとを接続するチューブが不要となり、チューブにごみが絡まって大きな面積の抵抗体となることがなく、上昇流に対する抵抗体がなくなる。

このため、上昇流の反転をスムーズに行うために必要なフリーボードの高さが低くなり、反応槽内に複数基の浸漬型膜分離装置を設置する場合にあっても、上昇流がスムーズに下降流に反転するために必要な浸漬型膜分離装置の相互間の距離を狭くすることができ、反応槽の限られた領域内において浸漬型膜分離装置の相互間に上昇流の反転をスムーズに行うための距離を十分に確保できる。よって、反応槽内における水流の流れ方向を均一化でき、結果として膜面に対する上昇流の洗浄作用が均一となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図２に示すように、膜カートリッジ５１は濾板５２の表裏面に配置した濾過膜５３を周縁部の固定部５４で濾板５２に固着しており、固着の方法としては溶着、接着等がある。濾板５２と濾過膜５３の間には通液流路５５を形成しており、必要に応じてスペーサ（図示省略）を配置する。

図１に示すように、濾板５２には通液流路５５に連通する集液部５６を濾板上部で濾板幅方向の一側に設けており、集液部５６に隣接して流路調整部５７を形成している。
濾板５２は通液流路５５を形成する濾板面に所定パターンの通液溝パターン６１ａを形成している。図５に示すように、通液溝パターン６１ａの通液溝６１ｂは、濾板５２の表裏の一方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａと他方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａとにおいて濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成してある。

本実施の形態では通液溝パターンの一例としてハニカム状の通液溝６１ｂを開示しているが、他のパターンとすることも可能であり、後に図５〜図８において各通液溝パターンについて説明する。

集液部５６に隣接する流路調整部５７には、流路抵抗調整手段をなす所定パターンの集液溝パターン５６ａを形成している。この集液溝パターン５６ａは通液溝パターン６１ａに比べて単位面積当たりの溝数を多く形成してなり、集液溝パターン５６ａの流路抵抗が通液溝パターン６１ａの流路抵抗より小さくなるように流路抵抗が調整されている。

集液溝パターン５６ａは格子状に集液溝５６ｂを形成し、集液溝５６ｂと集液溝５６ｂの間に山部５６ｃを形成してなり、集液溝５６ｂを直線状に形成することで流路抵抗を減じている。本実施の形態においては集液溝パターン５６ａの一例として格子状に形成した集液溝５６ｂを開示したが、他のパターンとすることも可能である。

本実施の形態においては、集液溝パターン５６ａは濾板５２自体に形成しているが、集液溝パターン５６ａを別途の組込部材に形成し、集液部５６に濾板５２を表裏に貫通する開口を形成し、この開口に組込部材を配置しても良い。集液部５６は濾板５２の側部の上部位置に設けたヘッダー形成部６２に貫通孔５２ａで連通している。

図２および図３に示すように、濾板５２は、濾過膜５３を配置する濾板面に比べて膜カートリッジ５１の配列方向に突出する濾板肉厚部５２ｂを両側部に濾板５２の全高にわたって形成している。膜カートリッジ５１は隣接し合う膜カートリッジ５１の濾板５２が濾板肉厚部５２ｂで相互に当接して連結されることで、後述する複数の膜カートリッジ５１の集合体としての濾過ユニット７０を形成する。

また、濾板５２は濾板肉厚部５２ｂに濾板連結部をなす濾板連結用凸部５２ｃと濾板連結用窪み部５２ｄを形成している。濾板連結部は隣接し合う膜カートリッジ５１の濾板５２の相対位置を位置決めするものであり、濾板連結用凸部５２ｃは濾板肉厚部５２ｂの表裏の一方面に膜カートリッジ５１の配列方向に突出して形成しており、濾板連結用窪み部５２ｄは濾板肉厚部５２ｂの表裏の他方面に濾板連結用凸部５２ｃの形状に相応する形状に形成している。濾板連結用凸部５２ｃおよび濾板連結用窪み部５２ｄは濾板肉厚部５２ｂに形成した連結用孔９１を囲んで形成しており、連結用孔９１の開口縁をなす。連結用孔９１は連結用ロッド９２を挿通するためのものであり、濾板５２およびヘッダー形成部６２を表裏方向に貫通し、所定間隔で複数個所に形成している。

図２および図３に示すように、濾板５２の側部の上部位置に設けたヘッダー形成部６２は膜カートリッジ５１の配列方向に貫通するヘッダー流路部６２ａを有し、ヘッダー流路部６２ａが貫通孔５２ａおよび集液部５６を介して濾板５２と濾過膜５３の通液流路５５に連通する。

ヘッダー形成部６２は濾過膜５３を配置する濾板５２の表面に比べて膜カートリッジ５１の配列方向に突出するヘッダー肉厚部６２ｂを有しており、隣接し合う膜カートリッジ５１のヘッダー形成部６２がヘッダー肉厚部６２ｂで相互に当接して（パッキンを介することも可能）濾過ユニット７０のヘッダー６０を形成する。

ヘッダー形成部６２は、ヘッダー肉厚部６２ｂにヘッダー連結部をなすヘッダー連結用凸部６２ｃとヘッダー連結用窪み部６２ｄを形成している。ヘッダー連結部は隣接し合う膜カートリッジ５１のヘッダー形成部６２の相対位置を位置決めするものであり、ヘッダー連結用凸部６２ｃはヘッダー肉厚部６２ｂの表裏の一方面に膜カートリッジ５１の配列方向に突出して形成しており、ヘッダー連結用窪み部６２ｄはヘッダー肉厚部６２ｂの表裏の他方面にヘッダー連結用凸部６２ｃの形状に相応する形状に形成している。

ヘッダー連結用凸部６２ｃおよびヘッダー連結用窪み部６２ｄはヘッダー流路部６２ａを囲んで（全周もしくはＣ字形、断続的）形成しており、ヘッダー流路部６２ａの開口縁をなす。ヘッダー連結用凸部６２ｃおよびヘッダー連結用窪み部６２ｄの外周にはＯリング溝６２ｅを形成しており、Ｏリング溝６２ｅにＯリング６２ｆを配置している。

図４に示すように、ヘッダー形成部６２には濾板５２の貫通孔５２ａの成型を容易に行うための型抜き孔６２ｇを形成することも可能である。型抜き孔６２ｇは貫通孔５２ａと直線状の位置に形成し、濾板５２の成型後に栓体６２ｈを接着固定して水密に封止する。本実施の形態において、ヘッダー形成部６２は濾板５２と一体に形成しているが、濾板５２と別体の組込部材として形成し、濾板５２に接続して組み込むことも可能である。この場合には、濾板５２の貫通孔５２ａの成型が容易となる。

図５に示すように、ハニカム状の通液溝パターン６１ａは、六角形状のセル６１ｃを千鳥状に配列し、セル６１ｃの周囲に通液溝６１ｂを形成してなり、通液溝６１ｂが濾板５２の上下方向において直線状に連続せず、合流と分岐を繰返している。

また、図６（ａ）に示すように、ハニカム状の通液溝パターン６１ａは、六角形状のセル６１ｃを横方向の行と縦方向の列との格子状に配列し、行と行の間にひし形状のセル６１ｄを配置し、セル６１ｃ、６１ｄの周囲に通液溝６１ｂを形成してなり、通液溝６１ｂが濾板５２の上下方向において直線状に連続せず、合流と分岐を繰返している。

濾板５２の表裏の一方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａと他方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａは濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成してある。
また、図６（ｂ）に示すように、ハニカム状の通液溝パターン６１ａは、五角形状のセル６１ｅを横方向の行と縦方向の列との格子状に配列し、セル６１ｅの周囲に通液溝６１ｂを形成してなり、通液溝６１ｂが濾板５２の上下方向において直線状に連続せず、合流と分岐を繰返し、２行毎に横方向に直線状に連続している。

濾板５２の表裏の一方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａと他方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａは濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成してある。
また、図７（ａ）に示すように、ハニカム状の通液溝パターン６１ａは、四角形状のセル６１ｆを千鳥状に配列し、セル６１ｆの周囲に通液溝６１ｂを形成してなり、通液溝６１ｂが濾板５２の上下方向において直線状に連続せず、合流と分岐を繰返している。

濾板５２の表裏の一方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａと他方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａは濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成してある。
また、図７（ｂ）に示すように、ハニカム状の通液溝パターン６１ａは、四角形状のセル６１ｇを千鳥状に、かつ斜めに傾斜して配列し、セル６１ｇの周囲に通液溝６１ｂを形成してなり、通液溝６１ｂが濾板５２の上下方向において直線状に連続せず、合流と分岐を繰返している。

濾板５２の表裏の一方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａと他方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａは濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成してある。
また、図８（ａ）に示すように、ハニカム状の通液溝パターン６１ａは、半円扇状のセル６１ｈを千鳥状に配列し、各セル６１ｈが上部側ほど濾板面から隆起する形状をなし、セル６１ｈの周囲に通液溝６１ｂを形成してなり、通液溝６１ｂが濾板５２の上下方向において直線状に連続せず、合流と分岐を繰返している。

図示を省略しているが、濾板５２の表裏の一方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａと他方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａは濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成してある。

また、図８（ｂ）に示すように、ハニカム状の通液溝パターン６１ａは、大円形状のセル６１ｉを横方向の行と縦方向の列との格子状に配列し、行と行の間に小円形状のセル６１ｊを配置し、セル６１ｉ、６１ｊの周囲に通液溝６１ｂを形成してなり、通液溝６１ｂが濾板５２の上下方向において直線状に連続せず、合流と分岐を繰返している。

図示を省略しているが、濾板５２の表裏の一方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａと他方の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａは濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成してある。

図１１に示すように、本実施の形態における浸漬型膜分離装置１００は、複数の膜カートリッジ５１を平行に重ね合わせて濾過ユニット７０を構成している。
濾過ユニット７０では、図３に示すように、隣接する膜カートリッジ５１の双方の濾板５２が濾板肉厚部５２ｂで相互に当接して双方の膜カートリッジ５１の間に上下方向の流路を形成し、一方の濾板５２の濾板連結用凸部５２ｃが他方の濾板５２の濾板連結用窪み部５２ｄに嵌合して隣接する膜カートリッジ５１の濾板５２の相対位置を位置決めしている。また、双方のヘッダー形成部６２がヘッダー肉厚部６２ｂで相互に当接し、一方の膜カートリッジ５１のヘッダー連結用凸部６２ｃが他方の膜カートリッジ５１のヘッダー連結用窪み部６２ｄに嵌合して隣接するヘッダー形成部６２の相対位置を位置決めしている。そして、連結用孔９１に連結用ロッド９２を挿通し、連結用ロッド９２に螺合するナット（図示省略）を締め付けることで、複数の膜カートリッジ５１を一体化している。

この複数の膜カートリッジ５１の集合体をなす濾過ユニット７０は、隣接し合う膜カートリッジ５１の相互に当接する濾板肉厚部５２ｂおよびヘッダー肉厚部６２ｂにより濾過ユニット７０の側壁７１（図３参照）を形成し、連接する複数のヘッダー形成部６２によりヘッダー６０を形成し、ヘッダー形成部６２のヘッダー流路部６２ａが連続することでヘッダー６０におけるヘッダー流路を形成する。

そして、複数の濾過ユニット７０を所定間隙をあけて上下に重ねて散気ケース１００ａ上に配置し、散気ケース１００ａの内部に散気装置８０を配置している。また、ヘッダー６０のヘッダー流路に接続して吸引装置（図示省略）を設けており、吸引装置を所定条件で運転制御する運転制御装置を備えている。また、複数の浸漬型膜分離装置１００を反応槽１の内部に所定間隔で配置することで複数の濾過ユニット７０を水平方向に沿って配列している。

以下、上記した構成における作用を説明する。濾板５２の側部においてヘッダー形成部６２が直接に集液部５６に連通することで、従来において必要であった各膜カートリッジとヘッダーとを接続するチューブが不要となり、チューブにごみが絡まって大きな面積の抵抗体となることがなく、上昇流に対する抵抗体がなくなる。

このため、図１１に示すように、反応槽１内に複数基の浸漬型膜分離装置１００を設置する場合にあって、上昇流６の反転をスムーズに行うために必要なフリーボードの高さが低くなり、上昇流６がスムーズに下降流９に反転するために必要な浸漬型膜分離装置１００の相互間の距離Ｌ２を狭くすることができ、反応槽１の限られた領域内において浸漬型膜分離装置１００の相互間に上昇流６の反転をスムーズに行うための距離Ｌ２を十分に確保できる。よって、反応槽１内における水流の流れ方向を均一化でき、結果として膜面に対する上昇流の洗浄作用が均一となる。

また、上昇流６がスムーズに下降流９に反転するために必要な浸漬型膜分離装置１００の相互間の距離Ｌ２を狭くすることができるので、反応槽１の限られた領域内において浸漬型膜分離装置１００の相互間に上昇流６の反転をスムーズに行うための距離Ｌ２を十分に確保しつつ、複数基の浸漬型膜分離装置１００を反応槽１の中央部に配置し、反応槽１の端部側に浸漬型膜分離装置１００の存在しない領域を大きく設定することができる。

このため、浸漬型膜分離装置１００の存在しない領域において下降流９の流れを阻害する抵抗が極めて小さくなるので、結果として膜面に対する上昇流６の洗浄作用が均一となり、浸漬型膜分離装置の安定継続使用期間を長くすることができ、上昇流６を生じさせる動力を低減できる。

また、濾板５２の濾板表裏の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａが濾板面に沿う方向において位置をずらせて形成されることにより、濾板表裏の一方の濾板面に形成する通液溝６１ｂと他方の濾板面に形成する通液溝６１ｂとが濾板５２の板厚方向において重ならず、濾板表裏の濾板面に通液溝パターン６１ａを形成するにもかかわらず、濾板５２の強度の劣化を抑制できる。

また、濾板表裏の濾板面に形成する通液溝パターン６１ａが濾板面に沿う方向においてその位置がずれることで、浸漬型膜分離装置に複数の膜カートリッジ５１を平行に充填した状態において、隣接する膜カートリッジ５１の相対向する双方の濾板面において通液溝６１ｂの位置が濾板面に沿う方向においてずれることになる。この関係は図５に示す濾板５２の表裏における通液溝６１ｂの位置関係と同様となる。

ところで、浸漬型膜分離装置の運転時には、濾過膜５３の通液溝６１ｂに対応する部位の膜面に固形分が膜間差圧で吸い寄せられて付着し易いが、隣接する膜カートリッジ５１の相対向する双方の濾板面において通液溝６１ｂの位置が濾板面に沿う方向においてずれることで、隣接する膜カートリッジ５１の相対向する一方の濾過膜５３において固形分が付着し易い部位と、他方の濾過膜５３において固形分が付着し易い部位とが双方の膜カートリッジ５１の間の流路幅方向において重ならず、膜カートリッジ５１の間の流路幅が不均一となることを抑制できるとともに、上昇流の流れを濾過膜５３の膜面全体に有効に作用させて膜カートリッジ５１の間の流路閉塞および濾過膜５３の目詰まりを防止できる。

浸漬型膜分離装置で膜カートリッジ５１を使用する状態において、濾過膜５３には通液流路５５と濾過膜５３を隔てた外部との間において膜間差圧が作用し、通液流路５５および集液部５６は膜カートリッジ５１の外部に比べて減圧状態となり、内部と外部の差圧（膜間差圧）が大きいほどに濾過膜５３が濾板５２に密着しようとする。

このような、通液流路５５および集液部５６が減圧環境にある状態で、集液部５６では集液溝パターン５６ａの集液溝５６ｂと集液溝５６ｂの間にある山部５６ｃが濾過膜５３を支持する。

このため、濾過膜５３を透過した膜透過液が集液部５６に流入するに際し、集液部５６に隣接する流路調整部５７に集液溝パターン５６ａが存在することで濾過膜５３の変形に起因する集液部５６の流路の狭まりを抑制し、集液溝パターン５６ａの集液溝５６ｂにおいて所定の流路を確保することができる。よって、集液溝パターン５６ａよる集液部５６の流路抵抗の調整によって膜透過液が円滑に流れる流路抵抗を確保して通液流路５５の流路抵抗の高まりを抑制できる。

また、通液溝パターン６１ａの通液溝６１ｂが集液部５６および流路調整部５７へ向かう斜め方向流路を形成するので、ろ過液が集液部５６および流路調整部５７へ導かれ易くなる。通液溝６１ｂはその流路形態が直線的でないために、濾板５２の強度が流路を直線的に形成するものに比べて大きくなり、流路面積を広く設定することができる。

また、通液溝６１ｂの各合流部では、通液溝６１ｂが非直線状に接合することにより、各合流部で膜透過液の流れが直線状に対向することがなく、通液溝６１ｂのＴ字状の合流点において直線上に対向して合流する形態のものよりも圧力損失（抵抗）が小さくなる。

図９は本発明に係る膜カートリッジ５１の他の実施の形態を示すものであり、濾板５２にバイパス流路５５ａを形成している。バイパス流路５５ａは濾板幅方向の一側に濾板５２の上下方向に沿って形成しており、濾板５２の濾板面から突出して濾板幅方向の一側と平行に形成した一条の凸部５５ｂの間に形成している。凸部５５ｂは複数でも良い。

このバイパス流路５５ａは凸部５５ｂが濾過膜５３と強く密着して障壁となるため、膜透過液が凸部５５ｂを越えて流れることがない。
このため、図１０に示すように、バイパス流路５５ａは隣接する通液流路５５の近領域Ａに対して凸部５５ｂによって隔てられて不連通であり、一端が集液部５６に向けて開口し、他端が集液部５６から離間した通液流路５５の遠領域Ｂに向けて開口している。凸部５５ｂは集液部５６に接続しても良く、集液部５６との間に所定距離をあけても良い。また、バイパス流路５５ａは濾板５２の内部にトンネル状に形成することも可能である。

ところで、本実施の形態の膜カートリッジ５１では、通液流路５５を近領域Ａと遠領域Ｂに水理的に区分しているが、遠領域Ｂをさらに複数に区分し、各区分した領域ごとにバイパス流路５５ａを設けることも可能である。また、近領域Ａと遠領域Ｂとの間に物理的な障壁を設けることも可能である。

上記した構成により、濾過膜５３を透過して通液流路５５を流れる膜透過液のうち、集液部５６に近い近領域Ａを流れる膜透過液はバイパス流路５５ａを通ることなく集液部５６に流入する。一方、濾過膜５３を透過して通液流路５５の集液部５６から遠い遠領域Ｂを流れる膜透過液は少なくとも一部が、近領域Ａを流れる膜透過液に合流することなく、バイパス流路５５ａを通して集液部５６へ流入する。

このように、遠領域Ｂの膜透過液が集液部５６へ円滑に流れることをバイパス流路５５ａによって確保することで、濾過膜５３を透過して通液流路５５へ流入する膜透過液を部分毎に区分し、膜透過液が流れる経路を分散して集液を行うことで、膜透過液が集中することで発生する通液流路５５の流路抵抗の高まりを抑制することができる。

よって、集液部５６の数を増やすことなく流路抵抗の上昇を抑制し、濾過膜５３に作用する膜間差圧を膜全面において均等化することが可能となり、集液部５６から離れた濾過膜５３の領域を有効に利用して濾過膜５３の膜面全体を濾過に利用できる。

その結果、集液部５６に近い領域ほど透過流束が高くなるという現象を軽減でき、従来の膜カートリッジに比べて膜カートリッジ５１の１枚当たりの設定流量が同じ場合には、膜面が汚れ難い状態を保つことができる。

また、バイパス流路５５ａによって膜透過液の流路分割（分散）を図ることで、１枚の大きな膜カートリッジ５１内において小さな膜カートリッジがあたかも複数枚存在しているか、あるいは、実際は１つの集液部５６しかないのにも拘らず、複数箇所に集液部が存在するかのような効果を得ることができる。

また、バイパス流路５５ａを濾板幅方向の一側に濾板５２の上下方向に沿って形成することで、凸部５５ｂが膜面の幅方向において占める割合を最小限に抑えることができ、凸部５５ｂが膜カートリッジ５１の膜面に沿った上昇流の流れを阻害することを最小限に抑えることができる。

また、通液溝６１ｂが集液部５６又は、バイパス流路５５ａの入口に向かう斜め方向流路を形成するので、ろ過液が集液部５６、流路調整部５７およびバイパス流路５５ａの入口に導かれ易くなる。

また、通液溝６１ｂは、濾板５２のある地点から集液部５６に至る経路は、流路を直線的に形成するものに比べて長くなり、流路抵抗が大きくなる。このため、バイパス流路５５ａを設けない場合には通液溝６１ｂのデメリットが大きくなるが、バイパス流路５５ａを設けることで通液溝６１ｂを流れる経路が短くなり、圧力損失を小さくできる。

（ａ）本発明の実施の形態における膜カートリッジの濾板を示す正面図、（ｂ）流路調整部の拡大図 同実施の形態における膜カートリッジの濾板の濾板肉厚部を示す断面図 （ａ）同実施の形態における膜カートリッジのヘッダー形成部を示す断面図、（ｂ）同膜カートリッジの濾板を示す断面図 （ａ）本発明の他の実施の形態におけるヘッダー形成部を示す正面図、（ｂ）同側面図 本発明の実施の形態における膜カートリッジのハニカム状の通液溝パターンを示す拡大図 （ａ）本発明の他の実施の形態における膜カートリッジのハニカム状の通液溝パターンを示す拡大図、（ｂ）本発明の他の実施の形態における膜カートリッジのハニカム状の通液溝パターンを示す拡大図 （ａ）本発明の他の実施の形態における膜カートリッジのハニカム状の通液溝パターンを示す拡大図、（ｂ）本発明の他の実施の形態における膜カートリッジのハニカム状の通液溝パターンを示す拡大図 （ａ）本発明の他の実施の形態における膜カートリッジのハニカム状の通液溝パターンを示す拡大図、（ｂ）本発明の他の実施の形態における膜カートリッジのハニカム状の通液溝パターンを示す拡大図 本発明の他の実施の形態における膜カートリッジの濾板を示す正面図 図９に示した膜カートリッジの模式図 本発明の浸漬型膜分離装置の配置構成を示す模式図 （ａ）従来の膜カートリッジの濾板の構造を示す正面図、（ｂ）同側面図 従来の浸漬型膜分離装置を示す模式図 従来の浸漬型膜分離装置の作用を示す説明図 従来の浸漬型膜分離装置の配置構成を示す模式図 従来の浸漬型膜分離装置の配置構成を示す模式図

符号の説明

５１ 膜カートリッジ
５２ 濾板
５２ａ 貫通孔
５２ｂ 濾板肉厚部
５２ｃ 濾板連結用凸部
５２ｄ 濾板連結用窪み部
５３ 濾過膜
５４ 固定部
５５ 通液流路
５５ａ バイパス流路
５５ｂ 凸部
５６ 集液部
５６ａ 集液溝パターン
５６ｂ 集液溝
５６ｃ 山部
５７ 流路調整部
６０ ヘッダー
６１ａ 通液溝パターン
６１ｂ 通液溝
６１ｃ 六角形状のセル
６１ｄ ひし形状のセル
６１ｅ 五角形状のセル
６１ｆ、６１ｇ 四角形状のセル
６１ｈ 半円扇状のセル
６１ｉ 大円形状のセル
６１ｊ 小円形状のセル
６２ ヘッダー形成部
６２ａ ヘッダー流路部
６２ｂ ヘッダー肉厚部
６２ｃ ヘッダー連結用凸部
６２ｄ ヘッダー連結用窪み部
６２ｅ Ｏリング溝
６２ｆ Ｏリング
６２ｇ 型抜き孔
６２ｈ 栓体
７０ 濾過ユニット
７１ 側壁
８０ 散気装置
９１ 連結用孔
９２ 連結用ロッド
１００ 浸漬型膜分離装置
１００ａ 散気ケース

Claims (15)

1. 平行に配列して相互間に流路を形成した濾過ユニットを構成する膜カートリッジであって、濾板の表面に濾過膜を配置し、濾過膜と濾板との間の通液流路に連通するとともに膜カートリッジの配列方向に貫通するヘッダー流路部を形成したヘッダー形成部を設けてなり、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部を相互に連結して濾過ユニットのヘッダーを形成することを特徴とする膜カートリッジ。
2. ヘッダー形成部は、濾過膜を配置する濾板の表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出するヘッダー肉厚部を有し、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部がヘッダー肉厚部で相互に当接することを特徴とする請求項１に記載の膜カートリッジ。
3. ヘッダー形成部は、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部の相対位置を位置決めするヘッダー連結部を有することを特徴とする請求項１に記載の膜カートリッジ。
4. ヘッダー形成部は、隣接し合う膜カートリッジのヘッダー形成部の相対位置を位置決めするヘッダー連結部をヘッダー肉厚部に有し、ヘッダー連結部はヘッダー肉厚部の表裏の一方面に膜カートリッジの配列方向に突出して形成したヘッダー連結用凸部と、ヘッダー肉厚部の表裏の他方面にヘッダー連結用凸部に相応する形状に形成したヘッダー連結用窪み部とからなり、ヘッダー連結用凸部およびヘッダー連結用窪み部をヘッダー流路部の周囲を囲んで設けたことを特徴とする請求項２に記載の膜カートリッジ。
5. ヘッダー形成部は、濾板の側部の上部位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の膜カートリッジ。
6. ヘッダー形成部は、濾板と別体の組込部材をなすことを特徴とする請求項１に記載の膜カートリッジ。
7. 濾板は、濾過膜を配置する表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出する濾板肉厚部を両側部に有し、隣接し合う膜カートリッジの濾板が濾板肉厚部で相互に当接することを特徴とする請求項１に記載の膜カートリッジ。
8. 濾板は、隣接し合う膜カートリッジの濾板の相対位置を位置決めする濾板連結部を有することを特徴とする請求項１に記載の膜カートリッジ。
9. 濾板は、隣接し合う膜カートリッジの濾板の相対位置を位置決めする濾板連結部を濾板肉厚部に有し、濾板連結部は濾板肉厚部の表裏の一方面に膜カートリッジの配列方向に突出して形成した濾板連結用凸部と、濾板肉厚部の表裏の他方面に濾板連結用凸部に相応する形状に形成した濾板連結用窪み部とからなることを特徴とする請求項７に記載の膜カートリッジ。
10. ヘッダー形成部は濾過膜を配置する濾板の表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出するヘッダー肉厚部を有し、濾板は濾過膜を配置する表面に比べて膜カートリッジの配列方向に突出する濾板肉厚部を両側部に有し、隣接し合う膜カートリッジがヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で相互に当接し、ヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で濾過ユニットの側壁を形成することを特徴とする請求項１に記載の膜カートリッジ。
11. 請求項１０に記載の膜カートリッジを平行に重ね合わせて濾過ユニットを構成し、隣接し合う膜カートリッジをヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で相互に当接させて膜カートリッジ間に上下方向の流路を形成し、膜カートリッジの配列方向に連接するヘッダー形成部で濾過ユニットのヘッダーを形成し、膜カートリッジの配列方向に連接するヘッダー肉厚部および濾板肉厚部で濾過ユニットの側壁を形成し、濾過ユニットの下方に散気ケースおよび散気装置を配置したことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
12. 濾過ユニットを上下に多段に積層したことを特徴とする請求項１１に記載の浸漬型膜分離装置。
13. 複数の濾過ユニットを水平方向に沿って配列したことを特徴とする請求項１１に記載の浸漬型膜分離装置。
14. ヘッダーのヘッダー流路に吸引装置を接続したことを特徴とする請求項１１に記載の浸漬型膜分離装置。
15. 吸引装置を所定条件で運転制御する運転制御装置を備えることを特徴とする請求項１２に記載の浸漬型膜分離装置。

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