JP2015112516A - 水処理装置及び膜エレメントの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】設置される建物の天井高に関わらず設置することができる水処理装置及びこのような水処理装置の膜エレメントの交換方法を提供する。
【解決手段】水処理装置５は、複数の膜エレメント１５が搭載された膜モジュール１１を備える水処理装置であって、被処理水を貯めることができ、内部に膜モジュール１１が配置される浴槽９と、浴槽９の開口１３を水平方向に向けるように該浴槽９を回転させるための回転機構２５とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、水処理装置及び膜エレメントの交換方法に関し、特に、膜エレメントを有する水処理装置及びその膜エレメントの交換方法に関する。

従来から、生活排水等の下水や工場排水を浄化するために精密濾過膜等を用いた膜分離法が知られている。このような膜分離法では、被処理水を貯留した浴槽に透過膜を備えるモジュールを浸漬させ、モジュールに被処理水を吸引させることで被処理水を膜に通し、汚濁物質を膜で補足するようになっている。このような膜分離法を用いた水処理装置としては特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られている。

特開平９−２７６６６９号公報 特開２００６−１４２３０３号公報

特許文献１及び特許文献２に記載された水処理装置では、多数の中空糸膜を備える膜エレメントを複数個配列させて一つの膜モジュールを形成し、この膜モジュールを被処理水の浴槽に沈殿させている。

このような水処理装置において、被処理水中の濁質が中空糸膜に目詰まりする、いわゆるファウリングを防止するために、膜エレメントを定期的に洗浄・交換する必要がある。そして、膜エレメントを洗浄・交換するためには、膜エレメントが搭載された膜モジュールを一旦、浴槽から引き上げてから膜エレメントを膜モジュールから取り外している。

ここで、膜モジュールを浴槽から引き上げる場合、膜モジュールを浴槽の上部の開口から引き上げるためにクレーン等を用いる必要がある。しかしながら、この作業を行うためには、少なくとも浴槽の高さに加えて、垂直方向に膜ジュールを引き上げて一時的に停留させられるだけの空間、及びクレーンを設置する空間を確保する必要がある。この高さは数メートルになる場合があり、建物の地下室等に水処理装置を設置しようとする場合、設置できる建物が限られているという問題があった。特に、ホテル等の施設では、一般的に天井高さが高くても３〜４ｍ程度であるのに対して、宿泊者の生活排水を処理するために十分な容量の水処理装置の膜エレメントを交換できるようにするためには、例えば、浴槽の高さが約３ｍ、膜モジュールの高さが約３ｍ、クレーンの大きさが１ｍ、合計約７ｍ程度の高さが必要となってしまう。従って、一般的なホテル等の建物の地下に水処理装置を設置しようとする場合、地下を掘り下げる大規模な工事が必要となってしまい、既存の建物に水処理装置を導入するのが特に困難であった。

そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、設置される建物の天井高等に関わらず設置することができる水処理装置を提供することを目的とする。特に、本発明は、屋内用水処理装置として有用である。

上述した課題を解決するために、本発明は、下記態様を有する。
[１] 複数の膜エレメントが搭載された膜モジュールを備える水処理装置であって、被処理水を貯めることができ、内部に前記膜モジュールが配置される浴槽と、該浴槽を回転させるための回転機構とを備える、水処理装置。
[２] 前記回転機構は、前記浴槽の開口を略水平方向に向くように回転させることができる、[１]記載の水処理装置。
[３] 前記回転機構によって前記浴槽を回転させたときに当該浴槽の開口と隣接する位置に配置された台座と、該台座を回転させるための台座回転機構とを備える、[１]又は[２]に記載の水処理装置。
[４] 前記浴槽の内壁には、前記膜モジュールを位置決めするためのガイドが形成されている、[１]〜[３]の何れか１項に記載の水処理装置。
[５] 複数の膜エレメントが搭載された膜モジュールを備える水処理装置の膜エレメントの交換方法であって、
内部に前記膜モジュールが配置されている浴槽から被処理水を排水するステップと、
該浴槽を回転させるステップとを備える、水処理装置の膜エレメントの交換方法。
[６] 前記回転させるステップでは、前記浴槽の開口が略水平方向に向くように該浴槽を回転させる、[５]に記載の水処理装置の膜エレメントの交換方法。

前記[１]の態様によれば、回転機構によって、浴槽の開口が略水平方向に向くように浴槽を回転させることができる。そして、浴槽を回転させることにより、浴槽内に配置された膜モジュールを浴槽の水平方向に取り出して膜モジュールへのアクセスを容易にすることができる。これにより、浴槽の上側に膜モジュールを一時的に停留させるための空間が不要となる。また、膜モジュールを上方に引き上げる必要がなくなるため、浴槽の上側にクレーン等の装置を設置する必要がなくなる。
ここで、略水平方向とは、前記浴槽の開口が、６０〜１２０度の方向に向いていることを示すものとする。

前記[２]の態様によれば、回転機構によって浴槽を約９０度回転させることで、膜モジュールを浴槽のほぼ真横から水平方向に取り出すことができる。これにより、膜モジュールを垂直方向に持ち上げる必要がなくなり、容易に膜モジュールを取り出すことができる。

前記[３]の態様によれば、浴槽を回転させて膜モジュールを横方向に引っ張りだしたときに、開口に隣接する位置に配置された台座によって膜モジュールを受け取ることができる。そして台座回転機構を用いて台座を回転させることによって、浴槽の回転時に横転した膜モジュールを、元の姿勢に戻すことができる。

前記[４]の態様によれば、浴槽の内壁にガイドを形成することにより、浴槽を回転させたときに膜モジュールが動いて浴槽にぶつかるのを防止することができる。

以上のように、本発明によれば、設置される建物の天井高に関わらず設置することができる。

本発明の実施形態による水処理装置を含む処理システムのブロック図である。 本発明の実施形態による水処理装置を示す斜視図である。 本発明の実施形態による水処理装置の上面図である。 本発明の実施形態による水処理装置の側面図である。 本発明の実施形態による水処理装置の側面図である。 本発明の実施形態の変形例による水処理装置を示す側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による水処理装置及び水処理装置の膜エレメントの交換方法について説明する。実施形態による水処理装置は、例えばホテル等の宿泊施設の地下に設置される屋内用水処理装置であり、数ｔ／ｄａｙ〜２００ｔ／ｄａｙ程度の処理能力を有している。

図１は、水処理装置を含む処理システムのブロック図である。図１に示すように、処理システム１は、下水等の被処理水を貯留するための調整槽３と、本実施形態による水処理装置５と、活性汚泥を用いて有機物等を生物分解するための生物反応槽７とを備えている。

調整槽３は、ホテルの排水設備と連結されており、排水設備から流れてきた被処理水を一時的に貯留する。そして調整槽３内の被処理水は定量的に生物反応槽７に排出される。

また、水処理装置５は、生物反応槽７と別体に形成されており、ポンプＰ１を介して生物反応槽７と接続されている。水処理装置５は、被処理水中の有機物を分解する機能を有する生物反応槽７内に流れ込んだ被処理水をポンプＰ１によって定量的に汲み上げ、その一部を濾過し、残る排水を再び水処理装置５に戻す。

また、水処理装置５は、排水用のポンプＰ２と接続されており、水処理装置５で濾過された濾過水は、ポンプＰ２を介して処理システム外に排出される。

図２は、水処理装置５を示す斜視図である。水処理装置５は、生物反応槽７から流れてきた被処理水を貯める浴槽９と、被処理水を濾過するための膜モジュール１１とを備えている。浴槽９は、例えば高さ約３ｍであり、２ｍ^２程度の容積を有している。また浴槽９は、略直方体形状を有しており、膜モジュール１１を完全に浸漬させられるように、高さ、幅、及び奥行きにおいて全て膜モジュール１１よりも大きい寸法を有している。また、浴槽１１の上部には長方形状の開口１３が設けられており、この開口１３から膜モジュール１１を出し入れできるようになっている。なお、説明の便宜上、以下では、膜モジュール１１における浴槽の開口１３の短辺側にある面を膜モジュールの側面であるものとして詳細な説明を行う。

膜モジュール１１は、複数個の膜エレメント１５と、膜エレメント１５を定位置に保持するためのケージ１７と、膜エレメント１５の下側に配置された散気装置１９と、膜エレメント１５に連結された集水管２１とを備えている。

膜エレメント１５は、例えば、中空糸膜１５ａをシート状に配列し、中空糸膜の両端に各々集水部材１５ｂを連結して構成されている。中空糸膜１５ａの材質は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース誘導体、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどの塩素系樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリアクリレートなどが挙げられる。また、これらの樹脂の共重合体や一部に置換基を導入したものであってもよい。さらに、２種以上の樹脂を混合したものであってもよい。

なお、濾過膜として使用可能な中空糸膜であれば、その孔径、空孔率、膜厚、外径等は、特に限定されるものではないが、例えば、その外径は２０〜４０００μｍ、孔径は０．００１〜５μｍ、空孔率は２０〜９０％、膜厚は５〜３００μｍの範囲がよい。

集水部材１５ｂは、中空糸膜１５ａと連通した空洞を内部に備えており、中空糸膜１５ａを通過して濾過された濾過水を空洞内に集める。そして、各膜エレメントの集水部材１５ｂは、一つの集水管２１に連結されており、集水部材内の濾過水は、ポンプＰ２の負圧によって集水管２１を通じて外部に排出される。

散気装置１９は、膜エレメント１５の下側に配置されており、中空糸膜１５ａに向けて空気を流すように構成されている。そして散気装置１９によって中空糸膜１５ａに空気を当てて揺らすことで、中空糸膜１５ａのファウリングを抑制する。

図３は、水処理装置の上面図である。図３に示すように、浴槽９の内壁には、膜モジュール１１を定位置に保持するためのガイド２３が設けられている。ガイド２３は、例えば、Ｌ字断面のレールによって形成されており、膜モジュール１１のケージ１７を四隅で保持できるようになっている。

図４及び図５は、水処理装置の側面図である。図４に示すように水処理装置５は、浴槽９を回転させるための回転機構２５を備えている。回転機構２５は、地面に設置される脚２７と、浴槽９を側面視したときに空の状態の浴槽の重心位置に相当する位置に取り付けられた軸部材２９とを備えている。脚２７及び軸部材２９のセットは、浴槽９の両側面に一セットずつ設けられている。

軸部材２９は、脚２７に対して水平軸周りに回転できるように構成されている。また、浴槽９の両側に取り付けられた二つの軸部材２９は、それぞれ、浴槽９の側面の外表面に固定され、浴槽９の側面で終端している。従って、浴槽９に取り付けられた二つの軸部材２９は、浴槽９内部には延びておらず両者は連結されていない。

また、回転機構２５は、軸部材２９の回転角度を所定の範囲内に規制する規制機構を備えている。また、回転機構２５は、軸部材を所定の位置でロックするロック機構とを備えていることが好ましい。規制機構は、軸部材２９が、例えば、９０度の範囲内で回転できるよう軸部材２９の回転を規制している。そして、この規制機構により、浴槽９は、図４に示す垂直姿勢と、図５に示す水平姿勢との間で回転できるようになっている。垂直姿勢において浴槽９は、開口１３が上方に向いており、内部に被処理水を貯留できるようになっている。また、垂直姿勢から回転軸周りに９０度回転した水平姿勢において浴槽９は、開口１３が水平方向に向けて開いた状態となり、膜モジュール１１を取り出せる状態となる。また、ロック機構は、浴槽９が垂直姿勢にあるとき、又は水平姿勢にあるときに軸部材２９が回転できないようロックするものである。

次に、本発明の実施形態による作用について詳述する。図４に示すように、濾過時には、浴槽９を垂直姿勢にし、ロック機構によって軸部材２９が回転しないようにする。これにより浴槽は被処理水を受け入れることができる。そして、この状態でポンプＰ１を駆動して生物処理装置７との間で被処理水を循環させながら、ポンプＰ２を駆動することにより浴槽内の被処理水を膜モジュール１１で吸引・濾過し、外部に排出する。

膜エレメント１５を洗浄又は交換する場合には、まず、ポンプＰ１及びポンプＰ２を停止することにより被処理水の循環及び濾過水の排出を停止する。次いで、浴槽９内に残留している被処理水を空にする。次いで、集水部材１５ｂと集水管２１の連結を外す。次いで、ロック機構を解除して軸部材２９のロックを外し、浴槽９を軸部材２９周りに回転させる。そして、浴槽９が軸部材２９周りに約９０度回転すると、規制機構により軸部材２９の回転が規制される。これにより、上方に向いた開口１３が水平方向に向く。このときロック機構を作動させて軸部材２９をロックすることにより、浴槽９が回転するのを防止することができる。そしてこの状態で膜モジュール１１を水平方向に引っ張ることで膜モジュール１１を持ち上げることなく、浴槽９から取り出すことができる。このとき必要な作業領域は、浴槽９を回転させるための空間と、浴槽９から膜モジュール１１を水平方向に引っ張り出すために使用する浴槽９の横の空間だけであり、浴槽９の上方の空間は必要ない。

次いで、膜モジュール１１のケージ１７から膜エレメント１５を取り出し、膜エレメント１５を洗浄してケージ１７に戻すか、新しい膜エレメント１５をケージ１７に搭載する。そして、膜エレメント１５を搭載した膜モジュール１１を、ガイド２３に沿って浴槽９内に向けて水平方向に押し込む。次いで、ロック機構を解除し、軸部材２９を回転させて浴槽９を垂直姿勢に戻す。そしてロック機構を作動させて軸部材２９をこの位置でロックする。そして再び集水部材１５ｂと集水管２１を連結する。これにより、膜エレメント１５の洗浄又は交換が完了する。

以上のように、本実施形態による水処理装置５によれば、浴槽９の上部の空間を確保できなくても容易に膜エレメント１５にアクセスすることができるため、設置される建物の天井高に関わらず水処理装置５を設置することができる。また、特に、既存の建物の地下室に水処理装置を設置しようとする場合、床を掘り下げたりする大掛かりな工事を行う必要がない。

図６は、本実施形態の変形例による水処理装置を示す側面図である。図６に示すように、水処理装置に、膜モジュールの浴槽からの出し入れを補助する装置を追加してもよい。

具体的には、変形例による水処理装置３１は、膜モジュール１５を開口１３から水平方向に引っ張り出したときに膜モジュール１５を受け取る台座３３と、台座３３を回転させるための台座回転機構３５とを備える。台座３３は、浴槽９を水平姿勢にしたときに開口１３の底と同じ高さにおいて支持されている。台座３３の上面には、例えばローラのような搬送機構３７が敷設されている。台座回転機構３５は、台座３３を、その上面が上を向いた水平姿勢と、上面が垂直方向に立っている直立姿勢との間で回転させるようになっている。台座回転機構３５は、さらに、台座３３を水平姿勢、又は垂直姿勢でロックする台座ロック機構と、台座上に膜モジュールを載せたときに膜モジュールを台座上で保持する保持機構とを備えている。

このような補助装置を使用する場合、台座３３を水平姿勢にして台座ロック機構によって台座３３を水平姿勢でロックすることが好ましい。次いで、図６（ａ）に示すように、水平姿勢の浴槽９の開口１３から膜モジュール１１を台座３３の上に引っ張り出す。膜モジュール１１を容易３３に台座の上に移動させられるように、台座３３が水平姿勢にあるときに、台座３３の上面が膜モジュールの下側にくる面又は下側にくるガイド２３と同一の高さとなるように台座３３の高さを決定することが好ましい。一旦、膜モジュール１１の一部を台座３３の上に移してローラ３７上に配置すれば、膜モジュール１１をローラ３７上で移動させられるため、膜モジュール１１を引っ張り出す作業を容易にすることができる。そして、図６（ｂ）に示すように、膜モジュール１１を完全に台座の上に載せた後、保持機構を作動させて膜モジュール１１を台座３３上に保持する。次いで、図６（ｃ）に示すように、台座ロック機構を解除し、台座３３を垂直姿勢に回転させる。このとき台座３３の上面が、浴槽９に面するように台座３３を回転させることにより、台座３３上の膜モジュール１１の姿勢を、浴槽９内での姿勢と同一にすることができる。そして、この状態で膜エレメント１５を取り出し、洗浄又は交換することができる。

膜モジュール１１を浴槽９内に戻すときは、台座３３を垂直姿勢から水平姿勢に回転させて台座ロック機構によって台座３３を水平姿勢でロックすることが好ましい。そして、保持機構を解除して膜モジュール１１を浴槽９内に向けて押し込む。このように台座３３及び台座回転機構３５を用いることにより、浴槽９から取り出した膜モジュール１１の取り扱いを向上させることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の実施形態による水処理装置の構成は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述の水処理装置では、散気装置が膜モジュールの一部を構成するものとして説明しているが、散気装置は、膜モジュールの一部を構成していなくてもよい。この場合、膜モジュールを浴槽から取り出すときに散気装置は浴槽内に残ったままとなる。

また、上述の回転機構、規制機構、ロック機構、台座ロック機構、及び台座回転機構は、ユーザが手動で動かせる受動的なものであっても良いし、モータ等を用いた自動的なものであっても良い。

５ 水処理装置
９ 浴槽
１１ 膜モジュール
１３ 開口
１５ 膜エレメント
２３ ガイド
２５ 回転機構

Claims (6)

1. 複数の膜エレメントが搭載された膜モジュールを備える水処理装置であって、
   被処理水を貯めることができ、内部に前記膜モジュールが配置される浴槽と、
   該浴槽を回転させるための回転機構とを備える、水処理装置。
2. 前記回転機構は、浴槽の開口を略水平方向に向けるように回転させることができる、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記回転機構によって前記浴槽を回転させたときに当該浴槽の開口と隣接する位置に配置された台座と、該台座を回転させるための台座回転機構とを備える、請求項１又は２に記載の水処理装置。
4. 前記浴槽の内壁には、前記膜モジュールを位置決めするためのガイドが形成されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の水処理装置。
5. 複数の膜エレメントが搭載された膜モジュールを備える水処理装置の膜エレメントの交換方法であって、
   内部に前記膜モジュールが配置されている浴槽から被処理水を排水するステップと、
   該浴槽を回転させるステップとを備える、水処理装置の膜エレメントの交換方法。
6. 前記回転させるステップでは、前記浴槽の開口が略水平方向に向くように該浴槽を回転させる請求項５に記載の水処理装置の膜エレメントの交換方法。

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