JP2017140546A - 気泡案内構造 - Google Patents

Abstract

【課題】分離膜の洗浄に供される気泡の散逸と旋回流の形成障害とを低廉に回避する。【解決手段】気泡案内構造１は気泡案内部材１１、固定部材１２及び開口部形成部材１３を有する。膜モジュール２は高さ方向に積層された状態で支持体４にて収容支持されている。気泡案内部材１１は前記積層された膜モジュール２間の空間２０を介して対向して備えられた状態で気泡３０を空間２０に案内する可撓性のシート状の部材からなる。固定部材１２は支持体４における前記積層された膜モジュール２のうちの上段側の膜モジュール２の下端付近部位に気泡案内部材１１の上縁部１４を固定させる。開口部形成部材１３は気泡３０を空間２０に供する開口部１０が形成されるように気泡案内部材１１の下縁部１５が取り付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は膜ユニットの膜エレメントの洗浄に供される気泡を案内する構造に関する。

被処理水に浸漬された状態で固液分離処理に供される膜ユニットを構成する膜モジュールは、複数の膜エレメントを備えている（特許文献１〜４）。膜エレメントは、少なくとも平膜状やパイプ状の分離膜とこの分離膜から濾過処理水を取り出す部材を備えている。

膜ユニットは、ファウリングの抑制のため膜エレメントの洗浄に供される気泡を当該膜エレメントに案内するために、膜モジュールの周囲に板状の気泡案内部材が配置される（特許文献１）。ファウリングとは、処理対象に含まれる物質が経時的に分離膜の表面に付着して膜透過流束を低下させる現象をいう。したがって、固液分離処理を継続的に安定して実施するにはファウリングへの対策が必要となる。膜ユニットにおいては、膜ユニットの下方に配置された散気装置からの散気によって前記気泡が供される。

膜ユニットは被処理水の処理量に応じて複数の膜モジュールが高さ方向に積層若しくは並列に配置されている。そして、この膜ユニットにおいては、前記気泡が膜ユニットの外部に散逸することを防止するために、膜モジュールの周囲または積層された膜モジュール間の空間の周囲に前記気泡案内部材が配置される（例えば、特許文献２〜４）。

実開平４−７４５２６号公報 特開２００８−２８４４２２号公報 特開２００４−２９０７３５号公報 特表２００２−５２７２２９号公報

膜ユニットの下方に配置された散気装置による散気によって生じた気泡を含んだ気液混合流は膜ユニットの最上端部から流出して水槽内の水面に到達すると下降流となる。このとき一部の気泡は大気中に解放されるがほとんどの気泡は下降流によって膜ユニットの下方に移行する。そして、この下降流が膜ユニットの下端部内にて生じた気液混合流と合流すると当該下降流に残留した気泡は膜ユニット内の膜モジュールに再度供される。以上の気液混合流の流れによって膜ユニット内の濁度濃度が局部的に上昇することが抑制されると共に膜モジュールの膜洗浄に供される気泡の再利用を図ることができる。

また、膜ユニット内において気液混合流を、膜ユニット外において下降流を円滑に一連の流れとして形成させることは、膜分離排水処理装置の全消費電力に対して高い割合を占める散気や曝気のためのブロアーを効率的に稼動することにも繋がる。

以上のことを鑑み、膜ユニットにおける気泡案内部材の理想的な要件として以下の条件（１）〜（３）が必要とされる。
（１）膜洗浄に供される気泡の散逸防止を効果的に行うこと。
（２）膜ユニットの外部から内部への被処理水の導入のしやすさ及び初期コストの低減という観点から気泡案内部材の配置領域を最小限に抑えること。
（３）膜ユニットに循環的に供される気泡の旋回流の形成障害とならないこと。

従来の膜ユニットは、膜ユニットの頂部から底部に戻る旋回流は当該膜ユニットの外周壁においてはその傾斜面に沿って当該膜ユニットからその外部へと離れる流れとなる。そして、前記外周壁の傾斜角度が大きくなり水平に近づく程、旋回流の迂回距離が長くなるので、結果として被処理水と膜エレメントとの接触頻度が低下して旋回流の形成障害となり、条件（３）を満たさなくなる。一方、外周壁の傾斜角度を小さくし垂直に近づける程、旋回流の迂回距離が短くなり、旋回流の形成障害とならないものの、気泡の散逸防止の効果が不足し、特に間欠曝気時の急激な上昇流が発生した場合には、さらに不足することが懸念される。このことは条件（１）の不足に繋がる。したがって、条件（１）と条件（３）のバランス調整が必要となる。

また、条件（２）の初期コストを下げるために気泡案内部材を配置する領域を削減した場合でも、上述の条件（１）と条件（３）とのバランス調整が必要となる。

以上のことから膜ユニットにおけるファウリングの抑制のためには膜表面の掃流を増大させることが効果的であるが、気泡を発生させるブロアーの空気流量を上昇させることにより、膜ユニットの開口部からの気泡の散逸並びにその増加が懸念される。

本発明は、上記の事情に鑑み、分離膜の洗浄に供される気泡の散逸と旋回流の形成障害とを低廉に回避することを課題とする。

そこで、本発明の気泡案内構造の一態様としては、被処理水に浸漬される膜モジュールを収容支持する支持体と、この支持体を介して対向して備えられた状態で前記膜モジュールの膜洗浄に供される気泡を当該膜モジュールに案内する可撓性のシート状の気泡案内部材と、この気泡案内部材の上縁部を前記支持体に固定する固定部材と、前記気泡を前記膜モジュールに供する開口部が形成されるように前記気泡案内部材の下縁部が取り付けられる開口部形成部材を有する。

前記気泡案内構造の一態様としては、前記膜モジュールは高さ方向に積層された状態で前記支持体に収容され、前記気泡案内部材は前記積層された膜モジュール間の空間を介して対向して備えられ、前記固定部材は前記支持体における前記積層された膜モジュールのうちの上段側の膜モジュールの下端付近部位に前記気泡案内部材の上縁部を固定する。

前記気泡案内構造の一態様としては、前記膜モジュールは並列に配置された状態で前記支持体に収容される。

前記開口部形成部材の一態様としては、前記気泡案内部材の下縁部の一部分が所定の間隔で取り付けられる複数の錘からなる。

前記開口部形成部材の一態様としては、前記気泡案内部材の横方向に沿って配置される板状部材であって、この板状部材に当該気泡案内部材の下縁部が所定の間隔で部分的に取り付けられる。

前記開口部形成部材の一態様としては、前記気泡案内部材の横方向に沿って所定の間隔で並列に立設される複数の棒状部材であって、この棒状部材の下端部付近に前記気泡案内部材の下縁部の一部分が取り付けられる。

以上の本発明によれば、分離膜の洗浄に供される気泡の散逸と旋回流の形成障害とを低廉に回避できる。

本発明の気泡案内構造の概略構成とその作用を説明した膜ユニットの側面図。 （ａ）本発明の気泡案内構造の態様例１を示した斜視図、（ｂ）は当該構造の態様例２を示した斜視図、（ｃ）は当該構造の態様例３を示した斜視図。 本発明の気泡案内部材の外面における下降流の流れを示した斜視図。 （ａ）は従来の気泡案内構造の作用を説明した膜ユニットの側面図、（ｂ）は間欠的な曝気が行われた場合の当該構造の作用を説明した同ユニットの側面図。 本発明の気泡案内構造が適用された膜ユニットの一態様を示す側面図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に示された気泡案内構造１は、被処理水に浸漬された膜モジュール２の膜洗浄に供される気泡３０の流れを案内するための気泡案内構造である。

気泡案内構造１は、複数の膜モジュール２を高さ方向に積層させた膜ユニット３において、同方向に隣り合う膜モジュール２間の空間２０に気泡３０を案内する。

膜モジュール２は、直方体状のフレーム２１内に収容された状態で等間隔並列に立設される複数の平膜状の膜エレメント２２を備える。そして、この膜モジュール２は、直方体形状の枠体から成る支持体４にて高さ方向に積層された状態で収容支持されている。

気泡案内構造１は、気泡案内部材１１と固定部材１２と開口部形成部材１３とを有する。

気泡案内部材１１は、高さ方向に積層された膜モジュール２間の矩形の空間２０を介して対向して備えられた状態で気泡３０を空間２０に案内する可撓性のシート状の部材からなる。

気泡案内部材１１は、空間２０を介して対向して一対または二対に備えられる。尚、気泡案内部材１１が一対に具備される場合には、気泡案内部材１１が配置されない空間２０の対向二方面側からの気泡３０の散逸を抑制する図示省略の板状部材が当該二方面側の部位のフレーム２１に取り付けられる。

固定部材１２は、支持体４における前記積層された膜モジュール２のうちの上段側の膜モジュール２の下端付近部位にて、気泡案内部材１１の上縁部１４を固定させる。

開口部形成部材１３は、気泡３０を空間２０に供する開口部１０が形成されるように気泡案内部材１１の下縁部１５が取り付けられる。

前記可撓性のシート状の部材としては、エチレンプロピレンゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム等の合成ゴムや、軟質ポリ塩化ビニル、その他の可撓性の周知の材料から適宜選択されたものから成る。

気泡案内部材１１以外の気泡案内構造１、膜ユニット３及び支持体４を構成する材料はステンレス鋼に例示される剛性を有する鋼材が挙げられるが、鋼材以外の材料としては金属類、樹脂類、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）等の複合材料が適宜選択されたものが適用される。

気泡案内構造１の具体的な態様例を以下の図２に例示した。

（態様例１）
図２（ａ）に示された気泡案内構造１の態様例１について説明する。

気泡案内部材１１は、可撓性の矩形シート状の部材からなる。

固定部材１２は、膜ユニット３内にて高さ方向に隣り合う膜モジュール２のうちで上段側の膜モジュール２の下端付近部位にて支持体４に固定される長板状の板状部材２３から成る。板状部材２３には、気泡案内部材１１の上縁部１４を膜モジュール２のフレーム２１に固定させる締結具２４が締結される。

開口部形成部材１３は、気泡案内部材１１の下縁部１５の一部分が所定の間隔で取り付けられる複数の錘２５からなる。

以下、態様例１の気泡案内構造１の作用について説明する。

図４に例示された従来の膜ユニット３は、気泡３０の膜ユニット３からの漏れを防ぐため、高さ方向に隣り合う膜モジュール２間の空間２０を介して板状の連結カバー５が一対に配置されている。また、膜モジュール２の膜エレメント２２間からの気泡３０の漏れを防ぐため、膜モジュール２のフレーム２１の上端付近部位には板状のフロントカバー６が配置されている。尚、同図において、白矢印は気液混合流の流れを示し、黒矢印は気泡３０の流れを示す。

図４（ａ）に示した膜ユニット３の連続曝気運転時には、圧力損失が高い部位を除いて膜ユニット３の内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも低くなる傾向にあるので、膜モジュール２に供されている気泡３０が膜ユニット３から殆ど漏れることがない。

しかしながら、図４（ｂ）に示した膜ユニット３の間欠曝気運転時には、曝気開始時の急激な上昇流が発生したとき一時的に内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも高くなる。その際、気泡３０が広がって膜ユニット３の外部に洩れやすい状況となる。

これに対して、図２（ａ）の気泡案内構造１は、可撓性を有するシート状の気泡案内部材１１が高さ方向に隣り合う膜モジュール２間の空間２０を介して対向して配置され、さらに、気泡案内部材１１の下縁部１５には複数の錘２５が所定の間隔で配置されている。

そして、膜ユニット３の間欠曝気運転時に図１に示したように膜ユニット３の内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも高くなると、図２（ａ）に示したように気泡案内部材１１はその可撓性により膜ユニット３の外側に拡張する。これにより、気泡案内部材１１の下縁部１５における錘２５間にて開口部１０が形成される。

気泡案内部材１１の上縁部１４は固定部材１２によって上段側の膜モジュール２の下端付近部位にて支持体４に固定されているので開口部１０付近の気泡３０は気泡案内部材１１の内面に沿う上昇水流によって前記上下段の膜モジュール２間の空間２０に案内される。したがって、膜モジュール２における膜エレメント２２の膜洗浄効果が維持される。

また、気泡案内部材１１が空間２０を介して対向して配置されているので、膜ユニット３の内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも高い状態から低い状態に変化した場合でも気泡３０を伴った上昇水流は一方に偏流しない流れを形成する。したがって、一時的でも膜洗浄効果が低下することがない。

さらに、図３に記載の黒矢印で示したように膜ユニット３の最上段の膜モジュール２からの下降水流は気泡案内部材１１の外面に沿う流れとなる。特に、気泡案内部材１１はその可撓性により間欠曝気時に山折りされた傘状に拡張するので流体の下降流に対する抵抗が最小限に抑えられる。したがって、膜ユニット３に循環的に供される気泡３０の旋回流の形成障害とならない。

以上のように態様例１の気泡案内構造１を備えた膜ユニット３によれば、間欠曝気時の一時的な気泡３０の散逸が防止されて膜ユニット３外への気泡３０の漏れが回避される。また、連続曝気時には気泡案内部材１１の抵抗を極力抑えることができる。

また、気泡案内部材１１の下縁部１５に複数の錘２５が所定の間隔で配置されたことにより、簡素な構成により気泡案内部材１１の下縁部１５において必要最低限の開口部１０の形成が可能となる。さらに、気泡案内部材１１の設置スペースを縮小でき、膜ユニット３のレイアウトに有利となる。そして、膜ユニット３の組み立て後に必要に応じて気泡案内部材１１の設置が可能となり、初期コストの低減を図ることができる。また、気泡案内部材１１の交換時のメンテナンスも容易となり、そのコストも安価となる。

（態様例２）
図２（ｂ）に示された気泡案内構造１の態様例２について説明する。

態様例２の気泡案内構造１は、開口部形成部材１３が気泡案内部材１１の横方向に沿って配置される板状部材３１からなること以外は、態様例１の気泡案内構造１と実質的に同じ構成となっている。

板状部材３１には、気泡案内部材１１の下縁部１５が所定の間隔で固定具３２によって部分的に取り付けられる。板状部材３１は、固定部材１２の下方位置にて一対の連結部材３３を介して固定部材１２と略平行に固定部材１２の板状部材２３に連結される。

開口部形成部材１３，連結部材３３は、長板状の態様に特に限定することなく、気泡３０の流れに支障をきたさない範囲で任意形状の部材によって構成すればよい。

以上の態様例２の気泡案内構造１は、気泡案内部材１１が高さ方向に隣り合う膜モジュール２間の空間２０を介して対向して配置され、さらに、気泡案内部材１１の下縁部１５は固定具３２によって板状部材３１に対して所定の間隔で部分的に取り付けられている。

そして、膜ユニット３の間欠曝気運転時に図１に示したように膜ユニット３の内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも高くなると、図２（ｂ）に示したように気泡案内部材１１はその可撓性により膜ユニット３の外側に拡張する。これにより、板状部材３１上の取り付け部位間における気泡案内部材１１の下縁部１５にて開口部１０が形成される。

また、態様例１と同様に気泡案内部材１１の上縁部１４は固定部材１２によって上段側の膜モジュール２の下端付近部位にて支持体４に固定されている。したがって、開口部１０付近の気泡３０は気泡案内部材１１の内面に沿う上昇水流によって上下の膜モジュール２間の空間２０に案内される。これより、膜モジュール２における膜エレメント２２の膜洗浄効果が維持される。また、気泡案内部材１１が空間２０を介して対向して配置されているので、膜ユニット３の内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも高い状態から低い状態に変化した場合でも気泡３０を伴った上昇水流は一方に偏流しない流れを形成する。したがって、一時的でも膜洗浄効果が低下することがない。さらに、図３を参照して説明した前述の態様例１の気泡案内構造１と同様の作用により、流体の下降流に対する抵抗が最小限に抑えられる。

以上のように態様例２の気泡案内構造１を備えた膜ユニット３によれば、態様例１の気泡案内構造１を備えた膜ユニット３と同様に、間欠曝気時の一時的な気泡３０の散逸が防止されて膜ユニット３外への気泡３０の漏れが回避される。また、連続曝気時には気泡案内部材１１の抵抗を極力抑えることができる。

さらに、態様例１と同様に簡素な構成により気泡案内部材１１の下縁部１５において必要最低限の開口部１０の形成が可能となる。また、気泡案内部材１１の設置スペースを縮小でき、膜ユニット３のレイアウトに有利となる。さらに、膜ユニット３の組み立て後に必要に応じて気泡案内部材１１の設置が可能となり、初期コストの低減を図ることができる。そして、気泡案内部材１１の交換時のメンテナンスも容易となり、そのコストも安価となる。

（態様例３）
図２（ｃ）に示された気泡案内構造１の態様例３について説明する。

態様例３の気泡案内構造１は、開口部形成部材１３が気泡案内部材１１の横方向に沿って所定の間隔で並列に立設される複数の棒状部材４１からなること以外は、態様例１の気泡案内構造１と実質的に同じ構成となっている。

複数の棒状部材４１の上端部には、棒状部材４６からなる固定部材１２によって気泡案内部材１１の上縁部１４が固定される。一方、当該複数の棒状部材４１の下端部付近には、気泡案内部材１１の下縁部１５の一部分が固定具４２によって各々取り付けられる。

また、この複数の棒状部材４１には、これらの棒状部材４１の立設状態を補強する複数の棒状の補強部材４３が取り付けられる。

さらに、この複数の棒状部材４１の最も左側並びに右側に配置された棒状部材４１には、固定具４５によって膜ユニット３の支持体４に固定される固定部４４が固着されている。

棒状部材４１，４６及び補強部材４３は、図示された円柱状の態様に特に限定することなく、気泡３０の流れに支障をきたさない範囲で任意形状の部材が適宜採用される。

以上の態様例３の気泡案内構造１は、気泡案内部材１１が上下の膜モジュール２間の空間２０を介して対向して配置され、さらに、気泡案内部材１１の下縁部１５は所定の間隔で立設支持された棒状部材４１の下端付近に固定されている。

そして、膜ユニット３の間欠曝気運転時に図１に示したように膜ユニット３の内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも高くなると、図２（ｃ）に示したように気泡案内部材１１はその可撓性により膜ユニット３の外側に拡張する。これにより、隣り合う棒状部材４１の下端付近部位間における気泡案内部材１１の下縁部１５にて開口部１０が形成される。

また、態様例１，２と同様に気泡案内部材１１の上縁部１４は固定部材１２によって上段側の膜モジュール２の下端付近部位にて支持体４に固定されている。したがって、開口部１０付近の気泡３０は気泡案内部材１１の内面に沿う上昇水流によって上下の膜モジュール２間の空間２０に案内されるので、膜モジュール２における膜エレメント２２の膜洗浄効果が維持される。また、気泡案内部材１１が空間２０を介して対向して配置されたことにより、膜ユニット３の内部圧力（Ｐ１）が外部圧力（Ｐ２）よりも高い状態から低い状態に変化した場合でも気泡３０を伴った上昇水流は一方に偏流しない流れを形成する。したがって、一時的でも膜洗浄効果が低下することがない。さらに、図３を参照して説明した前述の態様例１の気泡案内部材１１と同様の作用により、流体の下降流に対する抵抗が最小限に抑えられる。

以上のように態様例３の気泡案内構造１を備えた膜ユニット３によれば、態様例１，２の気泡案内構造１を備えた膜ユニット３と同様に、間欠曝気時の一時的な気泡３０の散逸が防止されて膜ユニット３外への気泡３０の漏れが回避される。また、連続曝気時には気泡案内部材１１の抵抗を極力抑えることができる。

さらに、態様例１，２と同様に簡素な構成により気泡案内部材１１の下縁部１５において必要最低限の開口部１０の形成が可能となる。また、気泡案内部材１１の設置スペースを縮小でき、膜ユニット３のレイアウトに有利となる。さらに、膜ユニット３の組み立て後に必要に応じて気泡案内部材１１の設置が可能となり、初期コストの低減を図ることができる。そして、気泡案内部材１１の交換時のメンテナンスも容易となる。

（他の態様例）
以上の膜ユニット３において、図１に示したように、膜モジュール２のフレーム２１の上端付近部位においても、図２に例示した気泡案内構造１を備えると、膜モジュール２の膜エレメント２２間からの気泡３０の漏れを防ぐことができる。

また、図２の気泡案内構造１は、図１に例示された膜ユニット３の態様に限定することなく、例えば図５に示された複数の膜モジュール２が並列に配置された状態で支持体４に収容支持される膜ユニット３にも適用できる。

図５の膜ユニット３において、気泡案内部材１１は支持体４を介して対向して一対または二対に備えられる。特に、気泡案内部材１１が一対に具備される場合には、気泡案内部材１１が配置されない支持体４の対向二方面側からの気泡３０の散逸を抑制する図示省略の板状部材が当該二方面側の部位の支持体４に取り付けられる。同図において、白矢印は気液混合流の流れを示し、黒矢印は気泡３０の流れを示す。本態様の膜ユニット３においても上述の図１の膜ユニット３と同様の効果が得られることは明らかである。

１…気泡案内構造
２…膜モジュール、２１…フレーム、２２…膜エレメント
３…膜ユニット
４…支持体
１０…開口部
１１…気泡案内部材、１４…上縁部、１５…下縁部
１２…固定部材、２３…板状部材、４６…棒状部材
１３…開口部形成部材、２５…錘、３１…板状部材、４１…棒状部材
２０…空間
３０…気泡

Claims (6)

1. 被処理水に浸漬される膜モジュールを収容支持する支持体と、
   この支持体を介して対向して備えられた状態で前記膜モジュールの膜洗浄に供される気泡を当該膜モジュールに案内する可撓性のシート状の気泡案内部材と、
   この気泡案内部材の上縁部を前記支持体に固定する固定部材と、
   前記気泡を前記膜モジュールに供する開口部が形成されるように前記気泡案内部材の下縁部が取り付けられる開口部形成部材と
   を有する気泡案内構造。
2. 前記膜モジュールは、高さ方向に積層された状態で前記支持体に収容され、
   前記気泡案内部材は、前記積層された膜モジュール間の空間を介して対向して備えられ、
   前記固定部材は、前記支持体における前記積層された膜モジュールのうちの上段側の膜モジュールの下端付近部位に前記気泡案内部材の上縁部を固定する
   請求項１に記載の気泡案内構造。
3. 前記膜モジュールは、並列に配置された状態で前記支持体に収容された
   請求項１に記載の気泡案内構造。
4. 前記開口部形成部材は、前記気泡案内部材の下縁部の一部分が所定の間隔で取り付けられる複数の錘からなる
   請求項１から３のいずれか１項に記載の気泡案内構造。
5. 前記開口部形成部材は、前記気泡案内部材の横方向に沿って配置される板状部材であって、この板状部材に当該気泡案内部材の下縁部が所定の間隔で部分的に取り付けられる
   請求項１から３のいずれか１項に記載の気泡案内構造。
6. 前記開口部形成部材は、前記気泡案内部材の横方向に沿って所定の間隔で並列に立設される複数の棒状部材であって、この棒状部材の下端部付近に前記気泡案内部材の下縁部の一部分が取り付けられる
   請求項１から３のいずれか１項に記載の気泡案内構造。

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