JP2014054605A - Membrane element, membrane module and membrane separation system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a membrane element, a membrane module and a membrane separation system capable of uniformly filtering water to be treated in a filtering membrane regardless of the specific resistance of the filter membrane.SOLUTION: There is provided a membrane element 10 which comprises: support means (housing 14) which supports a filtering membrane 12 which filters water to be treated to generate filtered water and has a space for storing the filtered water; a plurality of branch pipes 28 which are disposed and extended from the support means and allow the filtered water to flow; and a header pipe 30 having a water collecting port 32 which is connected in a state where the plurality of branch pipes 28 are disposed and allow the filtered water flowed in from the branch pipes 28 to flow out to the outside. The physical shape inside the header pipe 30 is changed so that the pressure losses from each of the branch pipes 28 to the water collecting port 32 are equal to one another.

Description

本発明は、固液分離に使用される膜エレメント、膜モジュール及び膜分離システムに係り、特に、有機廃水等の膜分離活性汚泥処理で使用される膜エレメント、膜モジュール、及び膜分離システムに関する。   The present invention relates to a membrane element, a membrane module, and a membrane separation system used for solid-liquid separation, and more particularly to a membrane element, a membrane module, and a membrane separation system used in membrane separation activated sludge treatment such as organic wastewater.

従来、有機廃水等の膜分離活性汚泥処理においては、膜モジュールを配置した活性汚泥膜分離システム(Membrane Bio Reactor System)が利用されている。このシステムは、反応槽の内部に固液分離を行う膜モジュールを配置し、膜モジュールの下方に散気装置を設けたものである。ここで、膜モジュールとは、複数の膜エレメントを、垂直に一定間隔をおいて並列に配置してケーシング内に収容することで、複数の膜エレメントを一体型にしたものをいう。膜エレメントは、例えば、筐体に設けられた開口部を濾過膜で覆い、この筐体に筐体内を陰圧にして筐体内に収容された濾過処理水を吸引するポンプが取り付けられたものである。このポンプを駆動することにより被処理水が濾過されて、濾過処理水が濾過膜を透過し、被処理水中の懸濁物質が濾過膜により捕捉される。そして、濾過膜を透過して膜エレメント内の筐体に吸引された清浄な濾過処理水は反応槽の外部に取り出される。また、散気装置から散気される気泡のエアリフト作用により、濾過膜の面に平行な上昇流が生じ、濾過膜から付着物(懸濁物質)が離脱する。   Conventionally, in a membrane separation activated sludge treatment such as organic wastewater, an activated sludge membrane separation system (Membrane Bio Reactor System) in which a membrane module is arranged has been used. In this system, a membrane module for performing solid-liquid separation is arranged inside a reaction tank, and an air diffuser is provided below the membrane module. Here, the membrane module refers to a unit in which a plurality of membrane elements are integrated by arranging a plurality of membrane elements in parallel at regular intervals and accommodated in a casing. The membrane element is, for example, a device in which an opening provided in a housing is covered with a filtration membrane, and a pump that sucks filtered water contained in the housing with a negative pressure inside the housing is attached to the housing. is there. By driving this pump, the water to be treated is filtered, the filtered water passes through the filtration membrane, and suspended substances in the water to be treated are captured by the filtration membrane. And the clean filtration water permeate | transmitted through the filtration membrane and attracted | sucked by the housing | casing in a membrane element is taken out outside the reaction tank. In addition, an upward flow parallel to the surface of the filtration membrane is generated by the air lift action of the air bubbles diffused from the air diffusing device, and the deposits (suspended substances) are detached from the filtration membrane.

上記システムにおいては、濾過膜全体で均一に被処理水を濾過して濾過処理水を生成させることにより、濾過膜の目詰まりの頻度を低減し、散気装置の負担を低減することが重要である。しかし、濾過膜の表面において、濾過膜とポンプとの間の圧力損失が不均一となり、濾過膜においてポンプに近く圧力損失が小さな部分で集中的に被処理水が濾過され、その部分に懸濁物質が集中的に付着する場合がある。   In the above system, it is important to reduce the frequency of clogging of the filtration membrane and reduce the burden on the air diffuser by filtering the treated water uniformly over the entire filtration membrane to generate filtered treatment water. is there. However, on the surface of the filtration membrane, the pressure loss between the filtration membrane and the pump becomes non-uniform, and the water to be treated is filtered intensively at the portion of the filtration membrane where the pressure loss is close to the pump and suspended in that portion. Substances may adhere intensively.

この問題を解決するため、特許文献1においては、濾過膜を外壁の一部として有する筐体から分岐配管を複数延出させるとともに、その分岐配管をヘッダ配管に接続し、ヘッダ配管に配置された集水口から濾過膜がろ過した濾過処理水を排出する膜エレメントを開示している。そして、分岐配管は、ヘッダ配管との接続位置が集水口に近いものほど、その断面積が小さくなるように形成したり、分岐配管の設置間隔が前記集水口に近づくほど広くなるように形成している。上記構成とすることにより、分岐配管間の圧力損失のバラつきを抑制して、濾過膜全体で均一に被処理水を濾過することができるとされる。   In order to solve this problem, in Patent Document 1, a plurality of branch pipes are extended from a housing having a filtration membrane as a part of the outer wall, and the branch pipes are connected to the header pipes and arranged in the header pipes. The membrane element which discharges the filtration treated water which the filtration membrane filtered from the water collection port is disclosed. The branch pipe is formed so that the cross-sectional area is smaller as the connection position with the header pipe is closer to the water collection port, or the branch pipe is installed so that the interval between the branch pipes is closer to the water collection port. ing. By setting it as the said structure, it is supposed that the variation of the pressure loss between branch piping is suppressed, and to-be-processed water can be filtered uniformly by the whole filtration membrane.

特開2012−76005号公報JP 2012-76005 A

ところで、膜エレメントにおける濾過膜からポンプまでで発生する圧力損失は、濾過膜、分岐配管、ヘッダ配管がほぼ同等に寄与している。一方、最近では比抵抗が従来のものより低減された濾過膜が開発されている。よって、このような濾過膜を膜エレメントに適用すると、濾過膜が膜エレメント全体の圧力損失に殆ど寄与することがなくなる。これにより、濾過膜における圧力損失が不均一になり、濾過膜の一部で集中的に濾過が進行して、濾過膜の目詰まりの頻度及び散気装置の負担が増大することが問題となる。   By the way, the pressure loss generated from the filtration membrane to the pump in the membrane element contributes almost equally to the filtration membrane, branch piping, and header piping. On the other hand, recently, a filtration membrane having a specific resistance reduced from that of the conventional one has been developed. Therefore, when such a filtration membrane is applied to the membrane element, the filtration membrane hardly contributes to the pressure loss of the entire membrane element. As a result, the pressure loss in the filtration membrane becomes non-uniform, the filtration proceeds intensively in a part of the filtration membrane, and the frequency of clogging of the filtration membrane and the burden on the air diffuser increase. .

そこで、本発明は上記問題点に着目し、濾過膜の比抵抗に係らず濾過膜において被処理水を均一に濾過することができる膜エレメント、膜モジュール及び膜分離システムを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention focuses on the above-described problems, and an object thereof is to provide a membrane element, a membrane module, and a membrane separation system that can uniformly filter water to be treated in the filtration membrane regardless of the specific resistance of the filtration membrane. To do.

上記目的を達成するため、本発明に係る膜エレメントは、被処理水を濾過して濾過処理水を生成する濾過膜を支持するとともに、前記濾過処理水を収容する空間を有する支持手段と、前記支持手段から複数配列して延出するとともに前記濾過処理水を流出させる分岐配管と、前記分岐配管が複数配列した状態で接続するとともに前記分岐配管から流入した前記濾過処理水を外部に流出させる集水口を有するヘッダ配管と、を備えた膜エレメントにおいて、各分岐配管から前記集水口までの圧力損失が互いに等しくなるように前記ヘッダ配管内の物理的形状を変更してなることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a membrane element according to the present invention supports a filtration membrane that filters treated water to generate filtered treated water, and has a support means having a space for accommodating the filtered treated water, A branch pipe that is arranged in a plurality from the support means and that flows out the filtered water, and a collection pipe that is connected in a state where a plurality of the branch pipes are arranged and that flows out the filtered water that flows in from the branch pipe to the outside. In a membrane element comprising a header pipe having a water port, the physical shape in the header pipe is changed so that the pressure loss from each branch pipe to the water collection port becomes equal to each other.

上記構成により、膜エレメントの濾過膜以外の部分の圧力損失を均一化させることができるので、濾過膜の比抵抗に係らず被処理水の濾過を均一に行なうことができ、濾過膜の局所的な目詰まりを防止することができる。したがって、散気による濾過膜表面の清浄運転が効率化され、濾過運転全体の安定化を図ることができる。   With the above configuration, the pressure loss of the membrane element other than the filtration membrane can be made uniform, so that the water to be treated can be uniformly filtered regardless of the specific resistance of the filtration membrane. Can be prevented. Therefore, the cleaning operation of the filtration membrane surface by air diffusion is made efficient, and the entire filtration operation can be stabilized.

本発明において、前記ヘッダ配管内には、前記濾過処理水を流通させる複数の第1の流量調整手段を備えるとともに、前記分岐配管に接続した第1の分室と、前記集水口を有する第2の分室と、に仕切る第1の仕切り板が配置され、前記第1の流量調整手段は、前記集水口に近いものほどその開口面積が小さくなっていることを特徴とする。
第1の仕切り板がない場合、各分岐配管から集水口までの流通経路に起因する圧力損失は、集水口に近いものほど小さくなっている。よって、上記構成とすることにより、簡易な構成で分岐配管間の圧力損失の均一化を図り、濾過膜において均一に被処理水を濾過することができる。
In the present invention, the header pipe includes a plurality of first flow rate adjusting means for circulating the filtered water, a first branch connected to the branch pipe, and a second outlet having the water collection port. A first partition plate that is partitioned into a compartment is disposed, and the first flow rate adjusting means has a smaller opening area as it is closer to the water collection port.
When there is no 1st partition plate, the pressure loss resulting from the distribution path from each branch piping to a water collection port is so small that it is close to a water collection port. Therefore, by setting it as the said structure, the pressure loss between branch piping can be equalize | homogenized with a simple structure, and to-be-processed water can be filtered uniformly in a filtration membrane.

本発明において、前記ヘッダ配管内には、前記濾過処理水を流通させる複数の第1の流量調整手段を備え、前記分岐配管に接続した第1の分室と前記集水口を有する第2の分室とに仕切る第1の仕切り板が配置され、前記第1の流量調整手段は、その設置間隔が前記集水口に近づくほど広くなっていることを特徴とする。
第1の仕切り板がない場合、各分岐配管から集水口までの流通経路に起因する圧力損失は、集水口に近いものほど小さくなっている。よって、上記構成とすることにより、簡易な構成で分岐配管間の圧力損失の均一化を図り、濾過膜において均一に被処理水を濾過することができる。
In the present invention, a plurality of first flow rate adjusting means for circulating the filtered water is provided in the header pipe, and a first compartment connected to the branch pipe and a second compartment having the water collection port, The first partition plate is arranged, and the first flow rate adjusting means is characterized in that the installation interval becomes wider as it approaches the water collecting port.
When there is no 1st partition plate, the pressure loss resulting from the distribution path from each branch piping to a water collection port is so small that it is close to a water collection port. Therefore, by setting it as the said structure, the pressure loss between branch piping can be equalize | homogenized with a simple structure, and to-be-processed water can be filtered uniformly in a filtration membrane.

本発明において、前記ヘッダ配管内には、前記第2の分室を、前記第1の流量調整手段を有する第3の分室と、前記集水口を有する第4の分室と、に仕切るとともに前記濾過処理水が流通する第2の流量調整手段を備えた第2の仕切り板が配置され、前記第2の流量調整手段は、前記集水口と前記第1の流量調整手段とを結ぶ直線から離れた位置に配置されていることを特徴とする。
上記構成により、ヘッダ配管内の分岐配管から集水口までの経路がさらに延長されるので、分岐配管間の圧力損失の差分の圧力損失に対する割合を低下させることができる。これにより濾過膜において被処理水をさらに均一に濾過することができる。
In the present invention, in the header pipe, the second compartment is divided into a third compartment having the first flow rate adjusting means and a fourth compartment having the water collection port and the filtration treatment. A second partition plate having a second flow rate adjusting unit through which water flows is disposed, and the second flow rate adjusting unit is located away from a straight line connecting the water collecting port and the first flow rate adjusting unit. It is characterized by being arranged in.
By the said structure, since the path | route from the branch piping in a header piping to a water collection port is further extended, the ratio with respect to the pressure loss of the difference of the pressure loss between branch piping can be reduced. Thereby, to-be-processed water can be filtered more uniformly in a filtration membrane.

本発明において、前記分岐配管は、前記ヘッダ配管との接続位置が前記集水口に近いものほどその開口面積が小さくなっていることを特徴とする。
上記構成により、簡易な構成で分岐配管間の圧力損失の均一化を図り、濾過膜において均一に被処理水を濾過することができる。
In the present invention, the branch pipe has a smaller opening area as the connection position with the header pipe is closer to the water collection port.
With the above configuration, the pressure loss between the branch pipes can be made uniform with a simple configuration, and the water to be treated can be filtered uniformly in the filtration membrane.

本発明において、前記ヘッダ配管に対する前記分岐配管間の接続間隔が、前記集水口に近づくほど広くなっていることを特徴とする。
上記構成により、簡易な構成で分岐配管間の圧力損失の均一化を図り、濾過膜において均一に被処理水を濾過することができる。
In this invention, the connection space | interval between the said branch piping with respect to the said header piping becomes so wide that it approaches the said water collection port.
With the above configuration, the pressure loss between the branch pipes can be made uniform with a simple configuration, and the water to be treated can be filtered uniformly in the filtration membrane.

本発明において、前記支持手段は、前記濾過膜により封止される開口部を有する筐体であるとともに、前記筐体内は、前記分岐配管のうち、少なくとも一つの分岐配管に接続する複数のセグメントに仕切られていることを特徴とする。
上記構成により、支持手段内部の濾過処理水の流通経路において、分岐配管の配列方向に沿った方向の成分を低減して、セグメントに接続された分岐配管に向かう方向の成分を増加させることができる。これにより、各分岐配管に流れる濾過処理水の流量をより均等にすることができ、濾過膜の表面における目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。
In the present invention, the support means is a casing having an opening sealed by the filtration membrane, and the casing includes a plurality of segments connected to at least one branch pipe among the branch pipes. It is characterized by being partitioned.
With the above configuration, in the flow path of the filtered treated water inside the support means, the component in the direction along the arrangement direction of the branch pipes can be reduced, and the component in the direction toward the branch pipe connected to the segment can be increased. . Thereby, the flow volume of the filtration process water which flows into each branch piping can be made more equal, and it can prevent that a difference arises in the degree of clogging in the surface of a filtration membrane.

一方、本発明の膜モジュールは、前述の膜エレメントを複数配列してケーシング内に収めたことを特徴とする。
上記構成により、膜モジュールを被処理水に浸漬して複数の膜エレメントにより膜濾過を行うことができ、散気による膜表面の洗浄運転を効率化し、安定した濾過運転を行うことができる。
On the other hand, the membrane module of the present invention is characterized in that a plurality of the membrane elements described above are arranged and housed in a casing.
With the above configuration, the membrane module can be immersed in the water to be treated, and membrane filtration can be performed with a plurality of membrane elements, the membrane surface cleaning operation by aeration can be made efficient, and a stable filtration operation can be performed.

また、本発明の膜分離システムは、前述の膜エレメントを備えたことを特徴とする。
上記構成により、散気による膜表面の洗浄運転を効率化することができ、濾過運転全体の安定化が実現された膜分離システムを提供することができる。
In addition, the membrane separation system of the present invention is characterized by including the above-described membrane element.
With the above-described configuration, it is possible to improve the efficiency of the cleaning operation of the membrane surface by aeration, and it is possible to provide a membrane separation system in which the entire filtration operation is stabilized.

本発明に係る、膜エレメント、膜モジュール及び膜分離システムによれば、ヘッダ配管内の物理的形状を変化させることにより、濾過膜を透過する際の圧力損失を均一化させ、濾過膜の比抵抗に係らず濾過膜において被処理水を均一に濾過することができる。   According to the membrane element, the membrane module, and the membrane separation system according to the present invention, by changing the physical shape in the header pipe, the pressure loss when permeating the filtration membrane is made uniform, and the specific resistance of the filtration membrane Regardless of this, the water to be treated can be uniformly filtered in the filtration membrane.

第1実施形態の膜エレメントの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the membrane element of 1st Embodiment. 本実施形態の膜分離システムのブロック図である。It is a block diagram of the membrane separation system of this embodiment. 本実施形態の反応槽及び反応槽内の膜モジュールの模式図である。It is a schematic diagram of the membrane module in the reaction tank and reaction tank of this embodiment. 本実施形態の筐体内のスペーサの模式図である。It is a schematic diagram of the spacer in the housing | casing of this embodiment. 第1実施形態の膜エレメントの正面図である。It is a front view of the membrane element of a 1st embodiment. 第2実施形態の膜エレメントの正面図である。It is a front view of the membrane element of 2nd Embodiment. 第3実施形態の膜エレメントの正面図である。It is a front view of the membrane element of 3rd Embodiment. 第4実施形態の膜エレメントの正面図である。It is a front view of the membrane element of 4th Embodiment. 本実施形態の膜エレメントの圧力損失と濾過膜における被処理水の濾過量の分布(ケース1)を示す図である。It is a figure which shows the pressure loss of the membrane element of this embodiment, and distribution (case 1) of the filtration amount of the to-be-processed water in a filtration membrane. 本実施形態の膜エレメントの圧力損失と濾過膜における被処理水の濾過量の分布(ケース2)を示す図である。It is a figure which shows the pressure loss of the membrane element of this embodiment, and the distribution (case 2) of the filtration amount of the to-be-processed water in a filtration membrane. 本実施形態の膜エレメントの圧力損失と濾過膜における被処理水の濾過量の分布(ケース3)を示す図である。It is a figure which shows the pressure loss of the membrane element of this embodiment, and the distribution (case 3) of the filtration amount of the to-be-processed water in a filtration membrane.

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。なお、図や以下の説明において、X軸(水平方向)、Y軸(水平方向)、Z軸(鉛直方向)は互いに直交するものとする。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. . In the drawings and the following description, it is assumed that the X axis (horizontal direction), the Y axis (horizontal direction), and the Z axis (vertical direction) are orthogonal to each other.

図2に、本実施形態の膜分離システムのブロック図を示す。本実施形態の膜分離システム100は、原水ポンプ102により原水が供給されるとともに活性汚泥からの一時的なリン放出を行なう嫌気槽104と、原水の脱窒反応を行なう無酸素槽106と、原水(被処理水)中の有機物の分解やリンの除去及びアンモニアの硝化を行なう反応槽108と、を備えた構成となっている。ここで、原水は、嫌気槽104、無酸素槽106、反応槽108の順で送り出される。また、嫌気槽104には反応槽108内の活性汚泥(リン含有)が供給され、無酸素槽106には反応槽108から活性汚泥と共に硝化液(硝酸含有)が供給される。   FIG. 2 shows a block diagram of the membrane separation system of the present embodiment. The membrane separation system 100 of this embodiment includes an anaerobic tank 104 that is supplied with raw water by a raw water pump 102 and that temporarily releases phosphorus from activated sludge, an oxygen-free tank 106 that performs denitrification of raw water, and raw water. And a reaction tank 108 for decomposing organic substances in (treated water), removing phosphorus, and nitrifying ammonia. Here, the raw water is sent out in the order of the anaerobic tank 104, the anoxic tank 106, and the reaction tank 108. The anaerobic tank 104 is supplied with activated sludge (containing phosphorus) in the reaction tank 108, and the oxygen-free tank 106 is supplied with nitrified liquid (containing nitric acid) from the reaction tank 108 together with the activated sludge.

図3に、本実施形態の反応槽及び反応槽内の膜モジュールの模式図を示す。図3に示すように、反応槽108内の中央部には、反応槽108内部を2つの領域に仕切る仕切り板110が配置されている。仕切り板110を隔てて、一方の側には膜モジュール112が配置された膜槽領域113が設けられ、他方の側には好気槽領域114が設けられている。   In FIG. 3, the schematic diagram of the membrane module in the reaction tank and reaction tank of this embodiment is shown. As shown in FIG. 3, a partition plate 110 that divides the inside of the reaction tank 108 into two regions is disposed at the center of the reaction tank 108. A membrane tank region 113 in which the membrane module 112 is disposed is provided on one side across the partition plate 110, and an aerobic tank region 114 is provided on the other side.

膜モジュール112には、Z軸(鉛直)方向に立設されX軸(水平)方向に一定間隔をおいて並列に配列された複数の膜エレメント10と、この複数の膜エレメント10を収容するケーシング116とを備えている。膜槽領域113において、膜モジュール112の下方となる位置には、気泡を散気する散気装置118が設けられている。散気装置118から膜モジュール112内に気泡が散気されると、気泡が液中を上昇する際の被処理水の随伴作用が発生する。また、膜モジュール112内において発生する気液二相流と膜槽領域113の膜モジュール112外部の被処理水との密度差が発生する。これらにより、膜槽領域113においては、膜モジュール112内部を上昇し、膜モジュール112外部を下降する循環流れが形成される。この循環流れにより、濾過膜12(図1)の膜面は、その膜面に平行な上昇流に曝され、この上昇流によって濾過膜12の膜面の付着物が離脱する。   The membrane module 112 includes a plurality of membrane elements 10 that are erected in the Z-axis (vertical) direction and are arranged in parallel at regular intervals in the X-axis (horizontal) direction, and a casing that houses the plurality of membrane elements 10 116. In the membrane tank region 113, an air diffuser 118 that diffuses bubbles is provided at a position below the membrane module 112. When air bubbles are diffused into the membrane module 112 from the air diffuser 118, an accompanying action of water to be treated occurs when the air bubbles rise in the liquid. Further, a density difference between the gas-liquid two-phase flow generated in the membrane module 112 and the water to be treated outside the membrane module 112 in the membrane tank region 113 occurs. As a result, in the membrane tank region 113, a circulation flow is formed that rises inside the membrane module 112 and descends outside the membrane module 112. By this circulation flow, the membrane surface of the filtration membrane 12 (FIG. 1) is exposed to an upward flow parallel to the membrane surface, and the adhering matter on the membrane surface of the filtration membrane 12 is released by this upward flow.

膜モジュール112の上方には、各膜エレメント10の集水口32(図1)に接続した配管120と、前記配管120に取り付けられた処理水吸引ポンプ122とが設けられている。処理水吸引ポンプ122は、膜エレメント10内を陰圧にして濾過処理水を吸引し、濾過処理水を外部に排出する。   Above the membrane module 112, a pipe 120 connected to the water collection port 32 (FIG. 1) of each membrane element 10 and a treated water suction pump 122 attached to the pipe 120 are provided. The treated water suction pump 122 sucks the filtered treated water with a negative pressure inside the membrane element 10 and discharges the filtered treated water to the outside.

反応槽108内の好気槽領域114には、酸素を被処理水(原水)中に溶解させる微細散気装置124が配設されている。微細散気装置124は微細な空気泡を放出して、反応槽108内の好気槽領域114の溶存酸素濃度を高濃度に維持する。また、反応槽108内の被処理水中には活性汚泥が混合されている。反応槽108内の活性汚泥は、被処理水中の溶存酸素を呼吸しつつ、被処理水中のアンモニアを硝酸性窒素にする好気処理を行う。   In the aerobic tank region 114 in the reaction tank 108, a fine air diffuser 124 for dissolving oxygen in the water to be treated (raw water) is disposed. The fine air diffuser 124 emits fine air bubbles to maintain the dissolved oxygen concentration in the aerobic tank region 114 in the reaction tank 108 at a high concentration. In addition, activated sludge is mixed in the water to be treated in the reaction tank 108. The activated sludge in the reaction tank 108 performs an aerobic treatment that converts ammonia in the water to be treated into nitrate nitrogen while breathing dissolved oxygen in the water to be treated.

図1に、第1実施形態の膜エレメントの分解斜視図を示す。図1に示すように、本実施形態の膜エレメント10は、濾過膜12を支持する支持手段となる筐体14と、筐体14から複数延出した分岐配管28と、分岐配管28を並列に接続したヘッダ配管30と、から全体が構成される。なお、図1においては、ヘッダ配管30の+X軸側の側壁、及びヘッダ配管30内に配置される仕切り板48(第2の仕切り板)を省略している。   FIG. 1 shows an exploded perspective view of the membrane element of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the membrane element 10 of the present embodiment includes a casing 14 serving as a support means for supporting the filtration membrane 12, a plurality of branch pipes 28 extending from the casing 14, and branch pipes 28 in parallel. The entire header pipe 30 is connected. In FIG. 1, the + X-axis side wall of the header pipe 30 and the partition plate 48 (second partition plate) disposed in the header pipe 30 are omitted.

濾過膜12は、−X軸側の主面側から陰圧を受けることにより+X軸側の主面から被処理水を濾過して−X軸側の主面側に濾過処理水を生成するものである。筐体14は、濾過膜12を支持するとともに濾過膜12から濾過された濾過処理水を収容するものである。筐体14は、箱型形状を有するとともに反応槽108内でZ軸方向(鉛直方向)に立設されている。また筐体14の+X軸側の側壁には開口部16が形成され、その開口部16が濾過膜12により封止されている。   The filtration membrane 12 receives the negative pressure from the main surface side on the −X axis side to filter the water to be treated from the main surface on the + X axis side to generate filtered water on the main surface side on the −X axis side. It is. The housing 14 supports the filtration membrane 12 and accommodates filtered water filtered from the filtration membrane 12. The casing 14 has a box shape and is erected in the Z-axis direction (vertical direction) in the reaction vessel 108. An opening 16 is formed on the side wall on the + X axis side of the housing 14, and the opening 16 is sealed with the filtration membrane 12.

また筐体14内部には、仕切り板18が、その主面をZ軸方向に向けるとともに、Z軸方向に複数並んで配置されている。この仕切り板18により筐体14がZ軸方向で6つのセグメント20に分割されている。このセグメント20により、筐体14内部において、濾過処理水のZ軸方向に流通する成分を低減して、セグメント20に接続された分岐配管28に向かう方向の成分を増加させることができる。これにより、各分岐配管28に流れる濾過処理水の流量をより均等にすることができ、濾過膜12の表面における目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。   Further, inside the casing 14, a plurality of partition plates 18 are arranged side by side in the Z-axis direction with the main surface thereof facing the Z-axis direction. The partition plate 18 divides the housing 14 into six segments 20 in the Z-axis direction. By this segment 20, the component flowing in the Z-axis direction of the filtered water in the housing 14 can be reduced, and the component in the direction toward the branch pipe 28 connected to the segment 20 can be increased. Thereby, the flow volume of the filtration process water which flows into each branch piping 28 can be made more equal, and it can prevent that a difference arises in the clogging degree in the surface of the filtration membrane 12. FIG.

各セグメント20内には、板状のスペーサ22(図4、図5参照)が配置され、スペーサ22の端面(+X軸側の面)により濾過膜12を支持し、陰圧時の濾過膜12の撓みを防止している。なお、図1では、筐体14の+X軸側の開口部16を濾過膜12で封止する形となっているが、その裏面である−X軸側の側壁にも開口部(不図示)を設けてその開口部(不図示)を別の濾過膜(不図示)で封止し、その濾過膜(不図示)もスペーサ22の−X軸側の端面で支持するようにしてもよい。   In each segment 20, a plate-like spacer 22 (see FIGS. 4 and 5) is disposed, and the filtration membrane 12 is supported by the end face of the spacer 22 (the surface on the + X-axis side). Is prevented from bending. In FIG. 1, the opening 16 on the + X-axis side of the housing 14 is sealed with the filtration membrane 12, but the opening (not shown) is also formed on the side wall on the −X-axis side that is the back surface thereof. The opening (not shown) may be sealed with another filtration membrane (not shown), and the filtration membrane (not shown) may be supported by the end surface of the spacer 22 on the −X axis side.

図4に、本実施形態の筐体内のスペーサの模式図を示す。図4に示すように、スペーサ22は、細長い矩形の平板24を縦横に連結して構成されている。平板24の短辺が筐体14若しくは仕切り板18に接続され、長辺が濾過膜12を支持(または接着)する。そして平板24の主面は、Y軸方向またはZ軸方向に向けられている。また、平板24には、厚さ方向に貫通する円形の流通孔26が設けられている。この流通孔26により、濾過処理水はセグメント20内を流通することができる。なお、流通孔26の形状は図4に示すような円形に限らず、例えば楕円形、矩形、多角形等であってもよい。また、スペーサ22は、流通孔26が設けられた平板24に限らず、例えば筐体14の内壁に円柱(角柱)を多数配置して円柱の端面で濾過膜12を支持する構成や、水を透過する構造体であってもよい。   In FIG. 4, the schematic diagram of the spacer in the housing | casing of this embodiment is shown. As shown in FIG. 4, the spacer 22 is configured by connecting an elongated rectangular flat plate 24 vertically and horizontally. The short side of the flat plate 24 is connected to the housing 14 or the partition plate 18, and the long side supports (or bonds) the filtration membrane 12. The main surface of the flat plate 24 is oriented in the Y-axis direction or the Z-axis direction. The flat plate 24 is provided with a circular flow hole 26 penetrating in the thickness direction. Through this flow hole 26, the filtered water can flow through the segment 20. The shape of the flow hole 26 is not limited to a circle as shown in FIG. 4, and may be an ellipse, a rectangle, a polygon, or the like. In addition, the spacer 22 is not limited to the flat plate 24 provided with the flow holes 26, for example, a structure in which a large number of columns (rectangular columns) are arranged on the inner wall of the housing 14 and the filtration membrane 12 is supported by the end surface of the column, It may be a transparent structure.

図1に示すように、分岐配管28は、セグメント20内に収容された濾過処理水を後述のヘッダ配管30側に流通させるものである。分岐配管28は、筐体14の+Y軸側の側壁においてZ軸方向に並んで複数配列する形で筐体14から水平に延出している。また分岐配管28は、各セグメント20から少なくとも1つ以上延出した形となる必要がある。本実施形態では、分岐配管28は12本配置され、各セグメント20が2つの分岐配管28に接続している。なお、図1において、分岐配管の断面形状は矩形となっているが、円形やその他の形状を適用することができる。   As shown in FIG. 1, the branch pipe 28 circulates the filtered water accommodated in the segment 20 to the header pipe 30 described later. The branch pipes 28 extend horizontally from the casing 14 in a form in which a plurality of branch pipes 28 are arranged side by side in the Z-axis direction on the side wall on the + Y-axis side of the casing 14. Further, at least one branch pipe 28 needs to be extended from each segment 20. In this embodiment, twelve branch pipes 28 are arranged, and each segment 20 is connected to two branch pipes 28. In addition, in FIG. 1, although the cross-sectional shape of branch piping is a rectangle, circular and other shapes are applicable.

ヘッダ配管30は、筐体14同様にZ軸方向の立設された箱型の筐体であり、−Y軸方向の側壁に分岐配管28が接続している。これにより、セグメント20に収容された濾過処理水は分岐配管28を経由してヘッダ配管30に流入する。またヘッダ配管30の上端には、濾過処理水を排出するための集水口32があり、この集水口32に前述の配管120が接続される。   The header pipe 30 is a box-shaped casing that is erected in the Z-axis direction, similarly to the casing 14, and a branch pipe 28 is connected to the side wall in the −Y-axis direction. Thereby, the filtered water accommodated in the segment 20 flows into the header pipe 30 via the branch pipe 28. Further, a water collecting port 32 for discharging filtered water is provided at the upper end of the header pipe 30, and the above-described piping 120 is connected to the water collecting port 32.

よって処理水吸引ポンプ122を駆動させることにより、ヘッダ配管30内、分岐配管28内、セグメント20内を陰圧にすることができ、これにより、濾過膜12が被処理水を濾過して濾過処理水をセグメント20内に生成し、生成された濾過処理水が分岐配管28、ヘッダ配管30を経由して膜エレメント10外に排出される。   Therefore, by driving the treated water suction pump 122, the header pipe 30, the branch pipe 28, and the segment 20 can be set to a negative pressure, whereby the filtration membrane 12 filters the water to be treated and performs the filtration treatment. Water is generated in the segment 20, and the generated filtered water is discharged out of the membrane element 10 via the branch pipe 28 and the header pipe 30.

膜エレメント10において、処理水吸引ポンプ122を駆動させると、圧力損失が発生する。圧力損失の発生箇所は、主に濾過膜12、及び濾過膜12から集水口32までの流通経路(分岐配管28、ヘッダ配管30)である。そして、流通経路における圧力損失は、流通経路の長さが長くなるほど大きくなり、また流通経路の断面積が小さくなるほど大きくなる。このため、濾過膜12において集水口32から遠くなる部分ほど圧力損失が大きくなる。   In the membrane element 10, when the treated water suction pump 122 is driven, pressure loss occurs. The location where the pressure loss occurs is mainly the filtration membrane 12 and the flow path (branch pipe 28, header pipe 30) from the filtration membrane 12 to the water collection port 32. The pressure loss in the distribution channel increases as the length of the distribution channel increases, and increases as the cross-sectional area of the distribution channel decreases. For this reason, the pressure loss increases as the portion of the filtration membrane 12 is further away from the water collection port 32.

よって、この状態で濾過作業を行なうと、濾過膜12における単位時間当たりの濾過量が濾過膜12の位置ごとに異なった値となり、特定の場所で濾過量が大きくなり、それ以外の場所では濾過量が小さくなる状態となり得る。特に後述のように、濾過膜12の圧力損失(比抵抗)が、上述の流通経路の圧力損失に比べて十分小さくなる場合には、濾過膜12の特定の場所のみで濾過が進行し、他の場所では濾過が行なわれない場合が起こりうる。そこで、本実施形態では、ヘッダ配管30において、各分岐配管28から集水口32までの圧力損失が均一となるように、ヘッダ配管30内の物理的形状を変えている。   Therefore, when the filtration operation is performed in this state, the filtration amount per unit time in the filtration membrane 12 becomes a different value for each position of the filtration membrane 12, the filtration amount becomes large at a specific place, and filtration is performed at other places. The amount can be reduced. In particular, as will be described later, when the pressure loss (specific resistance) of the filtration membrane 12 is sufficiently smaller than the pressure loss of the above-described flow path, filtration proceeds only at a specific location of the filtration membrane 12, There may be a case where filtration is not performed in the place. Therefore, in the present embodiment, in the header pipe 30, the physical shape in the header pipe 30 is changed so that the pressure loss from each branch pipe 28 to the water collection port 32 is uniform.

図5に第1実施形態の膜エレメントの正面図を示す。なお、図5〜図8では濾過膜12、及びヘッダ配管30の+X軸側の側壁を省略している。図5(図1)に示すように、集水口32は、ヘッダ配管30の+Z軸側の外壁の+Y軸側となる位置に配置されている。そして、ヘッダ配管30内には、分岐配管28に接続した第1の分室34と、集水口32を有する第2の分室36とに仕切る仕切り板38(第1の仕切り板)が配置されている。   FIG. 5 shows a front view of the membrane element of the first embodiment. 5 to 8, the filtration membrane 12 and the side wall on the + X axis side of the header pipe 30 are omitted. As shown in FIG. 5 (FIG. 1), the water collecting port 32 is disposed at a position on the + Y axis side of the outer wall of the header pipe 30 on the + Z axis side. In the header pipe 30, a partition plate 38 (first partition plate) is disposed that partitions the first compartment 34 connected to the branch pipe 28 and the second compartment 36 having the water collection port 32. .

仕切り板38は、Z軸方向に長手方向を有する部材であるが、その長手方向に沿って複数の第1の流量調整手段となるスリット40(オリフィスでもよい)が形成されている。本実施形態では、スリット40は11個形成されている。そして、スリット40は、集水口32に近いものほど、すなわち+Z軸側に配置されているものほど、その開口面積が小さくなっている。開口面積が小さいスリット40ほど圧力損失は大きくなる。   The partition plate 38 is a member having a longitudinal direction in the Z-axis direction, and slits 40 (or orifices) serving as a plurality of first flow rate adjusting means are formed along the longitudinal direction. In the present embodiment, eleven slits 40 are formed. The slit 40 has a smaller opening area as it is closer to the water collection port 32, that is, as it is disposed on the + Z-axis side. The pressure loss increases as the slit 40 has a smaller opening area.

本実施形態の仕切り板38により、ヘッダ配管30において、一つの分岐配管28から流入する濾過処理水の流通経路は、各スリット40を個別に流通する流通成分に分けることができる。他の分岐配管28から流入する濾過処理水の流通経路も同様の流通成分に分けることができる。したがって、各スリット40には、各分岐配管28からの流通成分を足し合わせた流通量の濾過処理水が流通するものと考えることができる。各流通成分は、いずれも分岐配管28から対応するスリット40を経由して集水口32に至る経路をたどることになる。   With the partition plate 38 of the present embodiment, the flow path of the filtered treated water flowing from one branch pipe 28 in the header pipe 30 can be divided into flow components that flow through the slits 40 individually. The flow path of the filtered treated water flowing from the other branch pipe 28 can be divided into similar flow components. Accordingly, it can be considered that a flow amount of filtered treated water obtained by adding the flow components from the branch pipes 28 flows to each slit 40. Each flow component follows a path from the branch pipe 28 to the water collecting port 32 via the corresponding slit 40.

例えば、一番上に配置された(最も+Z軸側に配置された)分岐配管28から流入した濾過処理水の流通経路を考えると、スリット40を個別に流通する11の流通成分が考えられる。そして最も+Z軸側のスリット40を流通する流通成分を考えると、集水口32までの距離が最も短いので、圧力損失における流通経路の長さに起因する成分は小さなものとなっている。しかし、そのスリット40の開口面積は最も小さくなっているので、圧力損失における流通経路の流通断面積(律速の要因となるスリット40の開口面積)に起因する成分は大きなものとなっている。   For example, considering the flow path of the filtered treated water flowing from the branch pipe 28 disposed at the top (most disposed on the + Z axis side), 11 flow components that individually flow through the slit 40 can be considered. Considering the flow component that flows through the slit 40 on the + Z-axis side, since the distance to the water collecting port 32 is the shortest, the component due to the length of the flow path in the pressure loss is small. However, since the opening area of the slit 40 is the smallest, the component resulting from the flow cross-sectional area of the flow path in the pressure loss (opening area of the slit 40 that causes rate control) is large.

逆に、最も−Z軸側のスリット40を流通する流通成分を考えると、そのスリット40の開口面積は最も大きくなっているので、圧力損失における流通経路の流通断面積に起因する成分は小さなものとなっているが、集水口32までの距離が最も長いので、圧力損失における流通経路の長さに起因する成分は大きなものとなっている。よって、仕切り板38は、上から1番目に配置された分岐配管28から流入した濾過処理水を全てのスリット40を流通させるが、それぞれの流通経路において一定の圧力損失を発生させている。したがって、上から1番目に配置された分岐配管28から流入した濾過処理水の吸引に対して大きな圧力損失を発生させている。   Conversely, considering the flow component flowing through the slit 40 on the most −Z axis side, the opening area of the slit 40 is the largest, so the component due to the flow cross-sectional area of the flow path in the pressure loss is small. However, since the distance to the water collecting port 32 is the longest, the component resulting from the length of the distribution path in the pressure loss is large. Therefore, the partition plate 38 distributes the filtered treated water flowing in from the branch pipe 28 arranged first from the top through all the slits 40, but generates a certain pressure loss in each distribution path. Therefore, a large pressure loss is generated with respect to the suction of the filtered water flowing in from the branch pipe 28 arranged first from the top.

次に、上から2番目以降に配置された分岐配管28から流入した濾過処理水の流通経路を考えると、各分岐配管28の出口と集水口32とを結ぶ直線よりも+Z軸側となるスリット40を流通する経路は、前述の直線よりも長くなるとともにスリット40の開口面積も小さいので、そのスリット40を流通する流通成分はほとんどなく、前述の直線よりも−Z軸側となるスリット40を流通する流通成分が大部分となる。   Next, considering the flow path of the filtered treated water flowing in from the branch pipes 28 arranged from the second onward, the slit which is on the + Z-axis side from the straight line connecting the outlet of each branch pipe 28 and the water collection port 32. The path that circulates 40 is longer than the above-mentioned straight line and the opening area of the slit 40 is small, so there is almost no flow component that circulates through the slit 40, and the slit 40 that is on the −Z-axis side from the above-mentioned straight line. Most of the distribution components are distributed.

例えば、図5に示すように、上から7番目の分岐配管28の出口と直線42を考えた場合、直線42から+Z軸側に配置される一番上のスリット40から4番目のスリット40までは、この分岐配管28から流入した濾過処理水は殆ど流通しない。したがって、仕切り板38は、分岐配管28から流入した濾過処理水において、−Z軸側に配置された分岐配管28から流入した濾過処理水ほど、その吸引に対する圧力損失が小さくなるように作用する。   For example, as shown in FIG. 5, when considering the outlet of the seventh branch pipe 28 and the straight line 42 from the top, from the top slit 40 to the fourth slit 40 arranged on the + Z axis side from the straight line 42. The filtered water that flows in from the branch pipe 28 hardly circulates. Therefore, the partition plate 38 acts so that the filtered water that flows from the branch pipe 28 arranged on the −Z-axis side in the filtered water that flows from the branch pipe 28 has a smaller pressure loss for the suction.

また、仕切り板38がない場合は、−Z軸側に配置された分岐配管28から流入した濾過処理水ほど、その吸引に対する圧力損失は大きくなる。したがって、本実施形態の仕切り板38をヘッダ配管30に配置することにより、各分岐配管28から流入する濾過処理水の吸引に対する圧力損失を均一化することができる。したがって、各セグメント20における濾過量を均一化して、濾過膜12における被処理水の濾過の均一性を高めることができる。   Moreover, when there is no partition plate 38, the pressure loss with respect to the suction | inhalation becomes so large that the filtered water which flowed in from the branch piping 28 arrange | positioned at the -Z-axis side. Therefore, by disposing the partition plate 38 of the present embodiment in the header pipe 30, it is possible to equalize the pressure loss with respect to the suction of the filtered water flowing from each branch pipe 28. Therefore, the amount of filtration in each segment 20 can be made uniform, and the uniformity of filtration of the treated water in the filtration membrane 12 can be improved.

図6に、第2実施形態の膜エレメントの正面図を示す。図6に示すように、仕切り板38におけるスリット40の配置形態を、図1、図5に示す配置形態とは異なる形態にすることも可能である。すなわち、仕切り板38に形成するスリット40の開口面積は共通であるが、設置間隔が集水口32に近づくほど広くなるように配置している。逆に言えば、−Z軸側に向かうにつれて設置間隔が狭くなるように配置している。   FIG. 6 shows a front view of the membrane element of the second embodiment. As shown in FIG. 6, the arrangement form of the slits 40 in the partition plate 38 may be different from the arrangement form shown in FIGS. 1 and 5. That is, although the opening area of the slit 40 formed in the partition plate 38 is common, it arrange | positions so that an installation space | interval may become so wide that the water collection port 32 is approached. In other words, the arrangement interval is narrowed toward the -Z axis side.

このような構成とすることにより、+Z軸側に配置された分岐配管28から流入した濾過処理水ほど、大きく迂回する流通成分が大きくなるので、圧力損失が大きくなる。逆に、−Z軸側に配置された分岐配管28から流入した濾過処理水ほど、大きく迂回する流通成分が小さくなるので、圧力損失が小さくなる。したがって、上述同様に、各分岐配管28から流入する濾過処理水の吸引に対する圧力損失を均一化することができる。   By setting it as such a structure, the flow-through component which detours largely becomes so large that the filtered water flowed in from the branch piping 28 arrange | positioned at the + Z-axis side, Therefore A pressure loss becomes large. Conversely, the filtered water that flows in from the branch pipe 28 arranged on the −Z-axis side has a smaller flow component that bypasses, and thus the pressure loss is reduced. Therefore, similarly to the above, the pressure loss with respect to the suction of the filtered water flowing from each branch pipe 28 can be made uniform.

なお、図1、図5に示す第1実施形態と、図6に示す第2実施形態は同時に実現することができる。すなわち、仕切り板38に配置するスリット40を、その開口面積を集水口32に近いものほど小さくし、且つスリット40の設置間隔を集水口32に近くなるほど広くすることができる。これにより、各セグメント20における被処理水の濾過量を均一化させる効果をさらに高めることができる。   The first embodiment shown in FIGS. 1 and 5 and the second embodiment shown in FIG. 6 can be realized simultaneously. That is, the slit 40 arranged in the partition plate 38 can be made smaller as the opening area is closer to the water collection port 32, and the installation interval of the slits 40 can be made wider as it is closer to the water collection port 32. Thereby, the effect of equalizing the amount of water to be treated in each segment 20 can be further enhanced.

また、図5、図6に示すように、ヘッダ配管30内には、第2の分室36を、スリット40(第1の流量調整手段)を有する第3の分室44と、集水口32を有する第4の分室46と、に仕切るとともに濾過処理水が流通するスリット50(第2の流量調整手段)を備えた仕切り板48(第2の仕切り板)が配置されている。そして、スリット50(オリフィスでもよい)は、集水口32とスリット40(第1の流量調整手段)とを結ぶ直線から離れた位置に配置されている。   As shown in FIGS. 5 and 6, the header pipe 30 has a second compartment 36, a third compartment 44 having a slit 40 (first flow rate adjusting means), and a water collection port 32. A partition plate 48 (second partition plate) provided with a slit 50 (second flow rate adjusting means) through which filtered water flows while being divided into a fourth compartment 46 is disposed. The slit 50 (or an orifice) is arranged at a position away from a straight line connecting the water collecting port 32 and the slit 40 (first flow rate adjusting means).

このように構成することにより、スリット40から集水口32に至る直線的な流通経路が遮断され、ヘッダ配管30内の分岐配管28から集水口32までの経路がさらに延長されるので、分岐配管28間の圧力損失の差分の圧力損失に対する割合を低下させることができる。これにより濾過膜12において被処理水をさらに均一に濾過することができる。   By configuring in this way, the linear flow path from the slit 40 to the water collecting port 32 is blocked, and the route from the branch pipe 28 in the header pipe 30 to the water collecting port 32 is further extended. The ratio of the pressure loss difference between them to the pressure loss can be reduced. As a result, the water to be treated can be filtered more uniformly in the filtration membrane 12.

なお、スリット40及びスリット50の開口面積や設置間隔等は、適用対象となる濾過膜12の比抵抗、分岐配管28の位置、被処理水の流量や粘性抵抗、そして処理水吸引ポンプ122の出力等を考慮して適宜設計される。   The opening area and installation interval of the slit 40 and the slit 50 are the specific resistance of the filtration membrane 12 to be applied, the position of the branch pipe 28, the flow rate and viscosity resistance of the water to be treated, and the output of the treated water suction pump 122. It is designed as appropriate in consideration of the above.

図7、図8に第3、第4実施形態の膜エレメントの正面図を示す。図7、図8に示すように、スリット40と同様に、分岐配管28を、その開口面積(断面積)が集水口32に近いものほど小さくし(第3実施形態)、分岐配管28の配置間隔を集水口32に近づくほど広くなるように配置する(第4実施形態)ことができる。このように、ヘッダ配管30のみならず分岐配管28の物理的形状を変えることにより、各分岐配管28(各セグメント20)から集水口32に至る流通経路における圧力損失を効率的に均一化して、濾過膜12において被処理水の濾過の均一化を高度に行なうことができる。なお、上述同様に、第3実施形態と第4実施形態は、同時に実現することができる。   7 and 8 show front views of the membrane elements of the third and fourth embodiments. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, similarly to the slit 40, the branch pipe 28 is made smaller as the opening area (cross-sectional area) is closer to the water collection port 32 (third embodiment), and the arrangement of the branch pipe 28 is performed. It can arrange | position so that a space | interval may become so wide that it approaches the water collection port 32 (4th Embodiment). Thus, by changing the physical shape of the branch pipe 28 as well as the header pipe 30, the pressure loss in the flow path from each branch pipe 28 (each segment 20) to the water collection port 32 can be made uniform efficiently. The filtration membrane 12 can highly uniformly filter the water to be treated. As described above, the third embodiment and the fourth embodiment can be realized simultaneously.

本願発明者は、膜エレメント10の濾過膜12における被処理水の濾過量の分布をシミュレーションにより調査した。適用対象とする構成は、ケース1からケース3があり、いずれのケースも、前述の濾過膜12、筐体14、分岐配管28、ヘッダ配管30を有しており、筐体14内が6つのセグメント20に分割されている。また濾過対象となる液体を水(粘度:0.001kg/m・s)とした。ケース1では、第4実施形態と同様に分岐配管28の設置間隔及び開口面積を変更するとともに、ヘッダ配管30内の仕切り板38,48を取り除き、濾過膜12の比抵抗を1.5×1014[1/m]とした(特許文献1と同様の構成)。ケース2では、ケース1の構成において、濾過膜12の比抵抗を1.4×1012[1/m]とした。ケース3では、ケース2の構成において、ヘッダ配管30内に仕切り板38(スリット40)を配置した。 The inventor of the present application investigated the distribution of the amount of water to be treated in the filtration membrane 12 of the membrane element 10 by simulation. Configurations to be applied include case 1 to case 3, and each case has the above-described filtration membrane 12, casing 14, branch pipe 28, and header pipe 30, and the inside of the casing 14 includes six cases. It is divided into segments 20. The liquid to be filtered was water (viscosity: 0.001 kg / m · s). In the case 1, as in the fourth embodiment, the installation interval and the opening area of the branch pipe 28 are changed, the partition plates 38 and 48 in the header pipe 30 are removed, and the specific resistance of the filtration membrane 12 is 1.5 × 10. 14 [1 / m] (same configuration as Patent Document 1). In Case 2, in the configuration of Case 1, the specific resistance of the filtration membrane 12 was set to 1.4 × 10 12 [1 / m]. In the case 3, the partition plate 38 (slit 40) is arranged in the header pipe 30 in the configuration of the case 2.

図9乃至図11に、本実施形態の膜エレメントの圧力損失と濾過膜における被処理水の濾過量の分布を示す。図9乃至図11では、各セグメント20における濾過膜12を透過する濾過処理水の速度範囲を、ケースごとに20段階に分けて表した濾過膜12における濾過処理水の速度分布と、Z軸方向における濾過膜12の圧力損失、そしてZ軸方向における分岐配管28及びヘッダ配管30の圧力損失のグラフを表している。グラフでは、連続した線を引いているので、セグメント20の境界のところで段差が生じている。また、濾過膜12における圧力損失は、濾過処理水の速度の2乗に比例する。   9 to 11 show the pressure loss of the membrane element of this embodiment and the distribution of the amount of water to be treated in the filtration membrane. 9 to 11, the speed distribution of the filtered water in the filtration membrane 12 that represents the speed range of the filtered water that passes through the filtration membrane 12 in each segment 20 in 20 stages for each case, and the Z-axis direction. The graph of the pressure loss of the filtration membrane 12 in Fig. 8, and the pressure loss of the branch pipe 28 and the header pipe 30 in the Z-axis direction is shown. In the graph, since a continuous line is drawn, a step is generated at the boundary of the segment 20. Further, the pressure loss in the filtration membrane 12 is proportional to the square of the speed of the filtered water.

図9に示すように、ケース1では、分岐配管28が第4実施形態の構成を有しているので、各分岐配管28から集水口32に向かう流通経路における圧力損失は、ある程度均一化される。しかし、その流通経路における圧力損失は、一番上のセグメント20に接続する流通経路がもっとも小さく(500Pa弱)、下のセグメント20に移るにつれて大きくなっている(最大1500Pa弱)。これにより、濾過膜12においては、一番上のセグメント20に属する部分で最も圧力損失が大きく、下のセグメント20に属する部分に移っていくにつれて圧力損失が小さくなっていく。   As shown in FIG. 9, in case 1, since the branch pipes 28 have the configuration of the fourth embodiment, the pressure loss in the flow path from each branch pipe 28 toward the water collection port 32 is made uniform to some extent. . However, the pressure loss in the distribution path is the smallest (less than 500 Pa) in the distribution path connected to the uppermost segment 20 and increases as the lower segment 20 is moved (up to a little less than 1500 Pa). As a result, in the filtration membrane 12, the pressure loss is the largest in the portion belonging to the uppermost segment 20, and the pressure loss becomes smaller as it moves to the portion belonging to the lower segment 20.

しかし、ケース1においては、グラフからわかるように、濾過膜12の圧力損失が3000Pa弱から4000Pa弱の範囲で推移し、図9の分布図から分かるように濾過処理水の速度も1.0〜1.4×10−5m/sの範囲で推移している。これにより、ケース1においては、濾過膜12において比較的均一に被処理水を濾過していることがわかる。 However, in case 1, as can be seen from the graph, the pressure loss of the filtration membrane 12 changes in the range of slightly less than 3000 Pa to less than 4000 Pa, and as can be seen from the distribution diagram of FIG. It changes in the range of 1.4 × 10 −5 m / s. Thereby, in case 1, it turns out that the to-be-processed water is filtered comparatively uniformly in the filter membrane 12.

図9のグラフから分かるように、ケース1では、濾過膜12における圧力損失が、分岐配管28及びヘッダ配管30における圧力損失よりも2〜3倍程度大きい関係となっている。よって、分岐配管28の圧力損失を調整することにより、膜エレメント10全体の圧力損失に対する濾過膜12の寄与をセグメント20ごとに調整することができ、これにより濾過膜12おける圧力損失をある程度均一にすることが可能となっている。   As can be seen from the graph of FIG. 9, in the case 1, the pressure loss in the filtration membrane 12 is about 2 to 3 times larger than the pressure loss in the branch pipe 28 and the header pipe 30. Therefore, by adjusting the pressure loss of the branch pipe 28, the contribution of the filtration membrane 12 to the pressure loss of the entire membrane element 10 can be adjusted for each segment 20, thereby making the pressure loss in the filtration membrane 12 uniform to some extent. It is possible to do.

一方、ケース2においては、濾過膜12の比抵抗がケース1の場合のほぼ100分の1になっている。これにより、膜エレメント10全体の圧力損失は、分岐配管28及びヘッダ配管30が大半を占め、濾過膜12は殆ど圧力損失に寄与しないことになる。このように、濾過膜12の圧力損失が分岐配管28及びヘッダ配管30の圧力損失よりも著しく小さくなると、分岐配管28の圧力損失を調整しても、膜エレメント10全体の圧力損失に対する濾過膜12の寄与をセグメント20ごとに変化させることは困難となる。よって、濾過膜12における圧力損失は、分岐配管28及びヘッダ配管30の圧力損失のほぼ逆比で発生するものの、著しく小さなものとなる。   On the other hand, in the case 2, the specific resistance of the filtration membrane 12 is almost 1/100 that in the case 1. Thereby, most of the pressure loss of the membrane element 10 is occupied by the branch pipe 28 and the header pipe 30, and the filtration membrane 12 hardly contributes to the pressure loss. Thus, when the pressure loss of the filtration membrane 12 is significantly smaller than the pressure loss of the branch pipe 28 and the header pipe 30, the filtration membrane 12 against the pressure loss of the entire membrane element 10 is adjusted even if the pressure loss of the branch pipe 28 is adjusted. It is difficult to change the contribution of each segment 20. Therefore, the pressure loss in the filtration membrane 12 is remarkably small although it occurs at almost the inverse ratio of the pressure loss of the branch pipe 28 and the header pipe 30.

ケース2では、図10のグラフに示すように、濾過膜12において、流通経路由来の圧力損失の比較的小さい、上から3番目までのセグメント20に属する部分では、圧力損失が発生しているが、それ以下のセグメント20に属する部分では、圧力損失がほとんど発生していない。   In case 2, as shown in the graph of FIG. 10, in the filtration membrane 12, the pressure loss is generated in the portion belonging to the third segment 20 from the top where the pressure loss derived from the flow path is relatively small. In the portion belonging to the segment 20 below that, almost no pressure loss occurs.

したがって、図10の分布図に示すように、濾過膜12において、分岐配管28及びヘッダ配管30の圧力損失の比較的小さい上から3番目のセグメント20に属する部分で被処理水の濾過が行われ、分岐配管28及びヘッダ配管30の圧力損失が比較的大きい4番目以降のセグメント20に属する部分では、濾過が殆ど行なわれていないことがわかる。   Therefore, as shown in the distribution diagram of FIG. 10, in the filtration membrane 12, the water to be treated is filtered at the portion belonging to the third segment 20 from the top where the pressure loss of the branch pipe 28 and the header pipe 30 is relatively small. It can be seen that almost no filtration is performed in the portion belonging to the fourth and subsequent segments 20 in which the pressure loss of the branch pipe 28 and the header pipe 30 is relatively large.

この状態で、濾過を続行すると、濾過膜12の上から3番目までのセグメント20に属する部分で濾過が進行するとともに、その膜面に被処理水中の活性汚泥等が付着する。よってその部分において目詰まりが集中的に進行することになり、散気装置118の負担が増加することになる。   If the filtration is continued in this state, the filtration proceeds at the portion belonging to the third segment 20 from the top of the filtration membrane 12, and the activated sludge in the water to be treated adheres to the membrane surface. Therefore, clogging progresses intensively in that portion, and the burden on the air diffuser 118 increases.

そこで、ケース3では、ヘッダ配管30において、前述の仕切り板38(スリット40)を配置している。ケース3においては、ヘッダ配管30中の仕切り板38(スリット40)が集水口32に近い分岐配管28から流入する濾過処理水の吸引に対して大きな圧力損失を与えることができる。   Therefore, in the case 3, the partition plate 38 (slit 40) described above is arranged in the header pipe 30. In the case 3, the partition plate 38 (slit 40) in the header pipe 30 can give a large pressure loss to the suction of filtered water flowing from the branch pipe 28 close to the water collection port 32.

図11のグラフに示すように、ケース3においては、各セグメント20(分岐配管28及びヘッダ配管30)における圧力損失をほぼ均一にすることができる。これにより、濾過膜12における圧力損失も、10Pa〜40Paの範囲に留まり、ケース2の場合によりも均一にすることができる。したがって、図11の分布図に示すように、全てのセグメント20において被処理水の濾過が行なわれていることがわかる。特に、上から2番目から6番目のセグメント20においては、ほぼ均一に濾過が行なわれていることがわかる。また、ケース2と比べ、濾過膜透過時の圧力損失が平均化されており、均等に濾過されていることがわかる。   As shown in the graph of FIG. 11, in the case 3, the pressure loss in each segment 20 (the branch pipe 28 and the header pipe 30) can be made substantially uniform. Thereby, the pressure loss in the filtration membrane 12 also remains in the range of 10 Pa to 40 Pa, and can be made more uniform than in the case 2. Therefore, as shown in the distribution diagram of FIG. 11, it is understood that the water to be treated is filtered in all the segments 20. In particular, it can be seen that the second to sixth segments 20 from the top are almost uniformly filtered. Moreover, compared with case 2, the pressure loss at the time of permeation | transmitting a filtration membrane is averaged, and it turns out that it is filtering uniformly.

本実施形態の仕切り板38(スリット40)は、分岐配管28から集水口32までの流通経路に対して圧力損失を与えることができるが、流通経路の断面積のみならず流通経路の長さも変更することができるので、ケース1、ケース2のように、分岐配管28のみに圧力損失を変化させる構成を加えた場合よりも、圧力損失の変化量を大きくすることができる。よって、ケース3において、仮に分岐配管28に圧力損失を変化させる構成を加えなくても、仕切り板38(スリット40)のみで、セグメント20(分岐配管28及びヘッダ配管30)に対する圧力損失の均一化を容易に行うことができる。もちろん、ケース3のように、仕切り板38のみならず、分岐配管28に上述の圧力損失を変化させる構成を加えることにより、圧力損失の均一化をより容易に行うことができる。さらに、ヘッダ配管30内に前述の仕切り板48(スリット50)を配置することにより、圧力損失の均一化をより安定的に行なうことができる。   The partition plate 38 (slit 40) of the present embodiment can give pressure loss to the flow path from the branch pipe 28 to the water collection port 32, but also changes not only the cross-sectional area of the flow path but also the length of the flow path. Therefore, the amount of change in pressure loss can be made larger than in the case of adding a configuration for changing the pressure loss only to the branch pipe 28 as in Case 1 and Case 2. Therefore, in the case 3, even if the structure for changing the pressure loss is not added to the branch pipe 28, the pressure loss for the segment 20 (the branch pipe 28 and the header pipe 30) is made uniform only by the partition plate 38 (slit 40). Can be easily performed. Of course, the pressure loss can be made uniform more easily by adding the above-described configuration for changing the pressure loss not only to the partition plate 38 but also to the branch pipe 28 as in the case 3. Furthermore, by arranging the partition plate 48 (slit 50) in the header pipe 30, the pressure loss can be made more stable.

本実施形態では、支持手段は、濾過膜12を支持する筐体14であったが、これを、溝(不図示)を形成した支持板(不図示)とすることもできる。支持板(不図示)は、その主面がX軸方向に向けられている。そして支持板(不図示)の+X軸側の主面には、Y軸方向(水平)に延びるとともに、互いに平行に配置され濾過処理水を収容する複数の溝(不図示)が配置されている。また支持板(不図示)の+Y軸側の側面には前述の分岐配管28が取り付けられる。そして、各溝(不図示)は、その端部が支持板(不図示)の分岐配管28の接続位置に来るように配置され、分岐配管28に接続した構成とすることができる。   In the present embodiment, the support means is the casing 14 that supports the filtration membrane 12, but this may be a support plate (not shown) in which a groove (not shown) is formed. The main surface of the support plate (not shown) is oriented in the X-axis direction. The main surface on the + X axis side of the support plate (not shown) has a plurality of grooves (not shown) that extend in the Y axis direction (horizontal) and that are arranged in parallel with each other and store filtered water. . Further, the aforementioned branch pipe 28 is attached to the side surface on the + Y-axis side of a support plate (not shown). And each groove | channel (not shown) is arrange | positioned so that the edge part may come to the connection position of the branch piping 28 of a support plate (not shown), and it can be set as the structure connected to the branch piping 28. FIG.

これにより、処理水吸引ポンプ122を駆動させると、ヘッダ配管30、分岐配管28、溝(不図示)内部が陰圧となり、濾過膜12の溝(不図示)に対向する部分において被処理水が濾過され、濾過処理水が溝(不図示)に収容されるとともに、溝(不図示)に収容された濾過処理水が分岐配管28、ヘッダ配管30を経由させ、集水口32から膜エレメント10の外部に排出することができる。   Thus, when the treated water suction pump 122 is driven, the header pipe 30, the branch pipe 28, and the inside of the groove (not shown) become negative pressure, and the water to be treated is in a portion facing the groove (not shown) of the filtration membrane 12. The filtered water is filtered and stored in a groove (not shown), and the filtered water stored in the groove (not shown) is routed through the branch pipe 28 and the header pipe 30 from the water collection port 32 to the membrane element 10. It can be discharged to the outside.

ヘッダ配管内の物理的形状を変化させることにより、濾過膜における圧力損失を均一化させ、濾過膜の比抵抗に係らず濾過膜において被処理水を均一に濾過することができる膜エレメント、膜モジュール及び膜分離システムとして利用できる。   Membrane elements and membrane modules that make the pressure loss in the filtration membrane uniform by changing the physical shape in the header piping, and can uniformly treat the water to be treated in the filtration membrane regardless of the specific resistance of the filtration membrane And can be used as a membrane separation system.

10………膜エレメント、12………濾過膜、14………筐体、16………開口部、18………仕切り板、20………セグメント、22………スペーサ、24………平板、26………流通孔、28………分岐配管、30………ヘッダ配管、32………集水口、34………第1の分室、36………第2の分室、38………仕切り板、40………スリット、42………直線、44………第3の分室、46………第4の分室、48………仕切り板、50………スリット、100………膜分離システム、102………原水ポンプ、104………嫌気槽、106………無酸素槽、108………反応槽、110………仕切り板、112………膜モジュール、113………膜槽領域、114………好気槽領域、116………ケーシング、118………散気装置、120………配管、122………処理水吸引ポンプ、124………微細散気装置。 10 ......... Membrane element, 12 ......... Filtration membrane, 14 ......... Case, 16 ......... Opening, 18 ......... Partition plate, 20 ......... Segment, 22 ......... Spacer, 24 ... ... Flat plate, 26 ... ... Flow hole, 28 ... ... Branch pipe, 30 ... ... Header pipe, 32 ... ... Water collecting port, 34 ... ... First compartment, 36 ... ... Second compartment, 38 ......... Partition plate, 40 ......... Slit, 42 ......... Line, 44 ......... Third compartment, 46 ......... Fourth compartment, 48 ......... Partition plate, 50 ......... Slit, 100 ……… Membrane separation system, 102 ……… Raw water pump, 104 ……… Anaerobic tank, 106 ……… Anoxic tank, 108 ……… Reaction tank, 110 ……… Partition plate, 112 ……… Membrane module, 113 ......... Membrane tank area, 114 ......... Aerobic tank area, 116 ......... Case, 118 ......... Air diffuser , 120 ......... pipe, 122 ......... treated water suction pump, 124 ......... fine diffuser.

Claims (9)

被処理水を濾過して濾過処理水を生成する濾過膜を支持するとともに、前記濾過処理水を収容する空間を有する支持手段と、前記支持手段から複数配列して延出するとともに前記濾過処理水を流出させる分岐配管と、前記分岐配管が複数配列した状態で接続するとともに前記分岐配管から流入した前記濾過処理水を外部に流出させる集水口を有するヘッダ配管と、を備えた膜エレメントにおいて、
各分岐配管から前記集水口までの圧力損失が互いに等しくなるように前記ヘッダ配管内の物理的形状を変更してなることを特徴とする膜エレメント。
Supporting the filtration membrane for filtering the water to be treated to generate the filtered water, supporting means having a space for storing the filtered water, and a plurality of the extending means extending from the supporting means and the filtered water In a membrane element comprising: a branch pipe that flows out, and a header pipe that is connected in a state where a plurality of the branch pipes are arranged and has a water collecting port that flows out the filtered water that has flowed in from the branch pipe to the outside,
A membrane element, wherein the physical shape in the header pipe is changed so that the pressure loss from each branch pipe to the water collection port becomes equal to each other.
前記ヘッダ配管内には、
前記濾過処理水を流通させる複数の第1の流量調整手段を備えるとともに、前記分岐配管に接続した第1の分室と、前記集水口を有する第2の分室と、に仕切る第1の仕切り板が配置され、
前記第1の流量調整手段は、前記集水口に近いものほどその開口面積が小さくなっていることを特徴とする請求項1に記載の膜エレメント。
In the header piping,
A first partition plate that includes a plurality of first flow rate adjusting means for circulating the filtered water, and is partitioned into a first compartment connected to the branch pipe and a second compartment having the water collection port. Arranged,
2. The membrane element according to claim 1, wherein the first flow rate adjusting unit has a smaller opening area closer to the water collection port.
前記ヘッダ配管内には、
前記濾過処理水を流通させる複数の第1の流量調整手段を備えるとともに、前記分岐配管に接続した第1の分室と、前記集水口を有する第2の分室と、に仕切る第1の仕切り板が配置され、
前記第1の流量調整手段は、前記集水口に近づくほどその設置間隔が広くなっていることを特徴とする請求項1または2に記載の膜エレメント。
In the header piping,
A first partition plate that includes a plurality of first flow rate adjusting means for circulating the filtered water, and is partitioned into a first compartment connected to the branch pipe and a second compartment having the water collection port. Arranged,
The membrane element according to claim 1 or 2, wherein the first flow rate adjusting means has a larger installation interval as it approaches the water collection port.
前記ヘッダ配管内には、
前記第2の分室を、前記第1の流量調整手段を有する第3の分室と、前記集水口を有する第4の分室と、に仕切るとともに前記濾過処理水が流通する第2の流量調整手段を備えた第2の仕切り板が配置され、
前記第2の流量調整手段は、
前記集水口と前記第1の流量調整手段とを結ぶ直線から離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項2または3に記載の膜エレメント。
In the header piping,
Partitioning the second compartment into a third compartment having the first flow rate adjusting means and a fourth compartment having the water collecting port, and second flow rate adjusting means through which the filtered water flows. A second partition plate is provided,
The second flow rate adjusting means includes
The membrane element according to claim 2 or 3, wherein the membrane element is disposed at a position away from a straight line connecting the water collecting port and the first flow rate adjusting means.
前記分岐配管は、前記ヘッダ配管との接続位置が前記集水口に近いものほどその開口面積が小さくなっていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の膜エレメント。   The membrane element according to any one of claims 1 to 4, wherein an opening area of the branch pipe is smaller as a connection position with the header pipe is closer to the water collection port. 前記ヘッダ配管に対する前記分岐配管間の接続間隔が、前記集水口に近づくほど広くなっていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の膜エレメント。   The membrane element according to any one of claims 1 to 5, wherein a connection interval between the branch pipes with respect to the header pipe becomes wider as it approaches the water collection port. 前記支持手段は、
前記濾過膜により封止される開口部を有する筐体であるとともに、
前記筐体内は、
前記分岐配管のうち、少なくとも一つの分岐配管に接続する複数のセグメントに仕切られていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の膜エレメント。
The support means is
While being a housing having an opening sealed by the filtration membrane,
Inside the housing is
The membrane element according to any one of claims 1 to 5, wherein the membrane element is partitioned into a plurality of segments connected to at least one branch pipe among the branch pipes.
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の膜エレメントを複数配列してケーシング内に収めたことを特徴とする膜モジュール。   A membrane module comprising a plurality of membrane elements according to any one of claims 1 to 7 arranged in a casing. 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の膜エレメントを備えたことを特徴とする膜分離システム。   A membrane separation system comprising the membrane element according to any one of claims 1 to 7.
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