JP2008080228A

JP2008080228A - 膜エレメント及び膜ユニット

Info

Publication number: JP2008080228A
Application number: JP2006261935A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Otaka; 善文尾高; Kenji Sakai; 憲司酒井; Hiromitsu Kanamori; 浩充金森
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2006-09-27
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2008-04-10

Abstract

【課題】膜エレメントのスペーサー部に膜エレメントの摩耗を防止する機能を付与することにより、構造を簡略化した膜ユニットを提供する。
【解決手段】支持板１２の表裏両面に分離膜１１が配され、支持板の左右両側部に、隣接する膜エレメントの膜面間を所定間隔とするためのスペーサー部１０が設けられた膜エレメントであって、スペーサー部１０が、ゴム硬度が３０〜９５度の材質からなるものである。また、その膜エレメントの複数枚が、スペーサー部どうしが当接するように配列されている膜ユニットである。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に廃水処理および浄水処理における浸漬型膜ろ過装置として利用するのに好適な膜ユニットに関する。

廃水処理に適用される膜分離技術として、活性汚泥などの廃水を充填した処理槽内に膜ユニットを浸漬して、膜ユニットの透過水側をポンプで吸引することにより、あるいはサイホンなどのような水位差利用による水排出により、膜ろ過されたろ過水を得る技術が知られている。

活性汚泥処理の場合には、処理槽内で好気性の微生物を飼育するために槽内への散気が必要である。この散気する装置を、膜ユニットの下方に据え付ければ、散気による気液混合流が膜ユニット内を上昇し、膜表面（膜面）の汚れをかきとることができるので、膜面洗浄しつつ固液分離を行うことができ、低コストでの膜ろ過運転が可能となる。この場合、通常、膜ユニットと散気装置を合わせて膜モジュールと称されている。

膜面の汚れをかきとる気液混合流のエネルギーが高ければ、安定した運転を継続させることができる。その一方、気液混合流のエネルギーが高いと膜エレメントが大きく振動し、膜エレメントの当接した面で摩耗が発生し、膜エレメントを所定間隔で維持することができなくなり、安定した運転を持続することが困難となる。そこで、膜エレメントの摩耗を防止する手段として、図３（従来モジュールを模式的に示す斜視図）に示すように、膜エレメント３の各隙間に弾性材製の櫛歯状凸部１８を上方から圧入させて設置し、膜エレメント同士の当接部分の摩耗を減少する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特許３３２８１４９号公報

前述した従来の技術では、膜エレメントの摩耗を防止する手段として膜エレメントの隙間に圧入する弾性材製の櫛歯状凸部を別途設置する必要がある。そのため、膜ユニットの上方開口部における膜エレメント間のスペースの一部を櫛歯状凸部が塞ぐので、散気による気液混合流の上昇速度が低下し、膜面洗浄の効果が低下してしまう問題がある。また、部品点数が多くなり膜ユニット製作上、効率が悪いという問題がある。

そこで、本発明の目的は、この問題点を解消し、膜エレメントの摩耗を防止する機能を既設のスペーサー部に付与することにより、散気による気液混合流の流れを阻害せず、膜面洗浄の効果を向上でき、また、部品点数を削減できる膜ユニットを提供することである。

本発明は上記の目的を達成するために、以下に述べる構成からなる。すなわち、
（１）支持板の表裏両面に分離膜が配され、支持板の左右両側部に、隣接する膜エレメントの膜面間を所定間隔とするためのスペーサー部が設けられた膜エレメントであって、該スペーサー部は、ＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質からなることを特徴とする膜エレメント。
（２）支持板の表裏両面に分離膜が配され、支持板の左右両側部に、隣接する膜エレメントの膜面間を所定間隔とするためのスペーサー部が設けられた膜エレメントの複数枚が、スペーサー部どうしが当接するように配列された膜ユニットであって、該スペーサー部は、ＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質からなることを特徴とする膜ユニット。

本発明の膜エレメントは、左右両側部のスペーサー部を、ゴム硬度が３０〜９５度の硬質弾性体を使用しているので、散気による隣接する膜エレメントどうしの当接部の擦れを抑制することができ、その当接部分における摩耗を抑制することができる。

以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。

図１は、本発明の膜エレメントの一実施態様を、分離膜の取付け前の状態で示す概略斜視図である。図４はこの膜エレメントを用いた膜ユニットに、散気装置を組合せた膜モジュールの一実施態様を示す概略斜視図である。また、図５はこの膜ユニットの上面を示す概略上面図である。

本発明の膜エレメント３は、支持板１２の表裏両面に分離膜１１が配され、支持板１２の左右両側部に、隣接する膜エレメントの膜面間を所定間隔とするためのスペーサー部１０が設けられていて、このスペーサー部１０は、ＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質で構成されている。

この一例を示す図１の実施態様では、支持板１２の表裏両面に、シート状の分離膜１１が設置されおり、支持板１２の上端部にノズル形状の透過水出口１７があり、左右両側部にスペーサー部１０を有し、さらに、透過水出口１７は、分離膜１１と支持板１２との間のろ過水流動空間（ろ過水室という）に、連通孔１８を介して接続されている。分離膜１１の外側からろ過されてろ過水室内に入ったろ過水は、連通孔１８を介して透過水出口１７から排出される構造である。ここで、膜エレメント３の左右両側部は、膜エレメントの水平方向の端部を指す。

支持板１２は略平板状のものであれば特に限定されない。その材質としては、ＡＳＴＭ試験法のＤ７９０におけるヤング率が３００ＭＰａ程度以上の剛性を持つ材質であれば特に限定されるものではないが、ステンレスなどの金属類、アクリロニトリルブタジエンスチレンゴム（ＡＢＳ樹脂）、塩化ビニルなどの樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などの複合材料、その他の材質などを適宜選択、使用することができる。

スペーサー部１０は、図１に示すように支持板１２の両側部に固設させて厚肉部分を形成させた膜エレメントと一体構造のものでもよいし、また、図２に示すように、膜ユニットの組立て時に、支持板の両側部を挟むように取り付ける構造（分割構造）でもよい。図５のように、この両スペーサー部１０と分離膜１１とで囲まれる空間に原水流路１３が形成される。そのため、原水流路１３の幅に応じて適宜スペーサー部１０の厚みが設定される。原水流路１３の幅は特に限定されないが、原水流路１３内を流れる原水の流速が０．１〜１．５ｍ／秒となるように設定するのが好ましい。

スペーサー部１０は、膜エレメント３の左右両側部の全長に渡って設置しても良いし、また断続的に設置しても良い。全長に渡って設置する場合には、膜エレメント各部を均等に固定することができ、また断続的に設置した場合には、膜エレメントの重量を低減することができる。例えば、各原水流路１３に８リットル／分以上のエア３３を流す場合、全長に渡ってスペーサー部１０を設置するのが好ましい。

また、スペーサー部を構成する材質は、少なくとも隣接する膜エレメントと当接する面がＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質であれば特に限定されるものではなく、スペーサー部の全体が、ＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質であってもよい。

このスペーサー部を構成するＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質としては、例えば、そのようなゴム硬度をもつ硬質エラストマー樹脂が挙げられる。

このスペーサー部１０の材質と支持板１２の材質を同じものを選択した場合、スペーサー部１０はエレメントと一体のものとすることが容易になる。また、スペーサー部１０の材質としてオレフィン系熱可塑性エラストマーまたはスチレン系熱可塑性エラストマーを選択し、支持板１２の材質としてポリプロピレンまたはポリエチレンを選択した場合、または、スペーサー部１０の材質としてエステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマーまたはウレタン系熱可塑性エラストマーを選択し、支持板１２の材質としてアクリロニトリルブタジエンスチレンゴム（ＡＢＳ樹脂）、ポリカーボネイト、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド樹脂またはポリアクリル酸メチルを選択した場合、２色成形法を用いて、スペーサー部が支持板の両側部に固設された一体構造成形物を製作することができるので、膜エレメントの生産工程を簡略化できる。

分離膜１１は、全周縁部が支持板１２に溶着、融着、接着等の手段で固定されていて、分離膜１１の外面が原水側、内面がろ過水側と仕切られている。分離膜１１としては、特に限定されるものではないが、活性汚泥水の固液分離を行う場合にはその分離膜１１のろ過性能を決定する細孔の孔径が０．０１〜２０μｍ程度の範囲内にある平膜状分離膜が好ましい。

本発明の膜ユニット２は、複数枚の膜エレメント３と、これら膜エレメント３の両最外部に設置される封止パネル４とから基本的に構成され、これらを一体化させるため、図５に示すようにスペーサー部１０および封止パネル４に通しボルト５を通すための貫通孔を設置し通しボルト５を用いて締結しても良いし、図６に示すように封止パネル４に通しボルト５を通すための貫通孔を設置して通しボルト４を用いて締結しても良い。ここで、複数枚の膜エレメント３の両最外部とは、膜エレメント配列方向の両端側を指す。複数枚の膜エレメント３は隣り合った膜エレメントのスペーサー部１０どうしを当接させつつ配列される。

封止パネル４は、配列させた膜エレメント３の最外部を覆う板状のものであり、通しボルト５により一体化させる場合には通しボルト用の貫通孔が設けられている。膜ユニット２における各膜エレメント３間の原水流路１３は略均一な幅であるのが好ましいので、封止パネル４の内側の面にも膜エレメント間と略同じ幅の原水流路１３が形成されるように、図５に示すように、封止パネル４の内面側の左右両側部（膜エレメントと当接する側）にスペーサー部を設置するのが好ましい。封止パネル４の材質は特に限定されず、支持板１２と同様の材質を適宜選択することができる。

通しボルト５は、封止パネル４および複数枚の膜エレメント３を貫通させることにより一体化し、固定できるものであれば、特に限定されるものではない。膜ユニット２の締付力や重量に応じて、適宜、通しボルトの本数やボルト径を設定することができる。通しボルト５を固定する際には、両端にナット８を設置して固定するのが好ましい。

図４は、図２の膜エレメント３を用いた膜ユニット２に、散気装置を組み合せた膜モジュール１の一例を表すものである。

本発明の膜エレメント３を用いて組み立てた膜ユニット２の下方には、エアを噴出する散気装置７を設置し、膜モジュール１として使用に供される。この散気装置７は図４のように、膜ユニット２を積載する架台６に固定されてもよく、また別体に設置されても良い。散気装置７の配置、形態に関しても特に限定されるものではなく、複数枚の膜エレメントに均一にエアを送れるような配置であり、かつ散気孔のある形態であればよい。一例としては、複数本のパイプを膜エレメント３の下方に配置し、このパイプの上面もしくは下面に一定間隔の散気孔を設けたものがあげられる。この散気孔の孔の数、大きさなども特に限定されず、エアの量などに応じて適宜設定することができる。

上述した膜モジュール１は、図７に示すように、被処理水３１が貯留された処理槽３４内に浸漬されて使用される。被処理水３１が貯留された処理槽３４内に膜モジュール１を浸漬し、膜モジュール１にはろ過水を吸引するための吸引ポンプ３５が接続され、また、散気装置７にはエアを供給する配管３３が接続されている。図７では、ろ過水を膜ユニット１から取り出すために吸引ポンプ３５を使用しているが、その他に、ポンプを使用せず、処理槽３４内の水面とろ過水抜き出し部分との水頭差を利用した重力ろ過も実施することができる。

このように構成された水処理装置において、廃水などの被処理水３１は、ポンプの吸引力により膜エレメント３に設置された分離膜を通過する。この際、被処理水３１中に含まれる微生物粒子、無機物粒子などの懸濁物質が濾過されて被処理水３１側に残留する。そして、分離膜を通過した水（ろ過水）は、支持板と分離膜との間の空間（ろ過水室）から集水路等を経て処理槽３４の外部に取り出される。一方、膜ろ過を行うと同時にエアが散気装置７から噴出され、膜ユニットの原水流路内に入る。エア３３の上昇によって生じる、膜エレメント３の膜面に平行な気液混合の上昇流が、膜面に堆積した濾過物を離脱させ、膜面洗浄される。

本発明の膜ユニット装置や膜エレメントは、処理槽内に設置して水ろ過処理を行う場合に適用することでき、例えば、廃水処理や浄水処理に利用できる。

本発明の膜エレメントの一例を、分離膜の取付け前の状態で示す概略斜視図である。本発明の膜エレメントの他の一例を、分離膜の取付け前の状態で示す概略斜視図である。従来の膜ユニットに、散気装置を組合せた膜モジュールの一例を示す概略斜視図である。図１の膜エレメントを用いた膜ユニットに、散気装置を組合せた膜モジュールの一例を示す概略斜視図である。図４の膜ユニットの上面を示す概略上面図である。本発明の膜ユニットの他の一例の上面を示す概略上面図である。本発明の膜ユニットを使用する水処理装置を示す模式的断面図である。

符号の説明

１膜モジュール
２膜ユニット
３膜エレメント
４封止パネル
５通しボルト
７散気装置
８ナット
１０スペーサー部
１１分離膜
１２支持板
１３原水流路
１７透過水出口
１８櫛歯状凸部
３１被処理水
３３エア供給配管
３４処理槽
３５吸引ポンプ

Claims

支持板の表裏両面に分離膜が配され、支持板の左右両側部に、隣接する膜エレメントの膜面間を所定間隔とするためのスペーサー部が設けられた膜エレメントであって、該スペーサー部は、ＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質からなることを特徴とする膜エレメント。
支持板の表裏両面に分離膜が配され、支持板の左右両側部に、隣接する膜エレメントの膜面間を所定間隔とするためのスペーサー部が設けられた膜エレメントの複数枚が、スペーサー部どうしが当接するように配列された膜ユニットであって、該スペーサー部は、ＪＩＳＫ６２５３に従って測定したゴム硬度が３０〜９５度の材質からなることを特徴とする膜ユニット。