JP2018089600A - 膜エレメント - Google Patents

Abstract

【課題】一部の中空糸膜のみを交換可能で、かつ単位体積当たりの中空糸膜本数を増加させることを可能とする膜エレメントを提供する。
【解決手段】複数の中空糸膜ユニット２００が個々に着脱自在に取り付けられる装着孔１１１ａを複数有する支持板部１１１が、一対のケース１１０にそれぞれ設けられると共に、環状部材２３０の内側の空間は直方体形状となるように構成され、かつ環状部材２３０の外周面には段差が形成されており、装着孔１１１ａの内周面にも段差が形成されており、環状部材２３０の外周面に形成された段差の段差面２３１ａと、装着孔１１１ａの内周面に形成された段差の段差面１１１ｂ１との間に、これらの段差面間を封止するガスケット３００が設けられていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、排水処理装置などに備えられる膜エレメントに関する。

排水処理装置において、膜分離活性汚泥法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ（ＭＢＲ））を用いた装置が知られている。この排水処理装置においては、すだれ状の多数の中空糸膜を有する膜エレメントが複数（２０〜３０程度）配列された膜モジュールが備えられている。中空糸膜の材料としては、機械的強度が高く、耐薬品性にも優れたＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン)が用いられることが多い。

この排水処理装置を稼働させた状態においては、中空糸膜に対して、排水に含まれている異物が衝突し、また、流体圧力による応力が作用する。そのため、中空糸膜が損傷してしまうことは避けられない。ＰＶＤＦ製の中空糸膜からなる膜エレメントは高価であるが、複数の中空糸膜が損傷した場合には、膜エレメント自体を交換しなければならない。

そこで、膜エレメントを構成する多数の中空糸膜のうち、一部の中空糸膜を交換可能とする技術も知られている。しかしながら、従来技術の場合には、中空糸膜束の両端を円筒状部材で固定させている。そのため、一つの円筒状部材により固定される中空糸膜の本数を増やすことが難しい。その結果、単位体積当たりの中空糸膜の本数を増やすことが難しくなり、排水処理装置の小型化の妨げとなり得る。

特開２００８−１８８５７９号公報 特開平１０−２４９１７１号公報 特開２０１２−１８７５５５号公報

本発明の目的は、一部の中空糸膜のみを交換可能で、かつ単位体積当たりの中空糸膜本数を増加させることを可能とする膜エレメントを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の膜エレメントは、
複数の中空糸膜ユニットと、
各中空糸膜ユニットの両端をそれぞれ支持する一対のケースと、
を備える膜エレメントにおいて、
前記中空糸膜ユニットは、
複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
前記中空糸膜束の両端にそれぞれ設けられ、各中空糸膜の中空内部を開放させつつ、各中空糸膜同士を封止固定する一対の封止固定部と、
これら一対の封止固定部の外周面にそれぞれ固定される一対の環状部材と、
を備え、
複数の中空糸膜ユニットが個々に着脱自在に取り付けられる装着孔を複数有する支持板部が、前記一対のケースにそれぞれ設けられると共に、
前記環状部材の内側の空間は直方体形状となるように構成され、かつ該環状部材の外周面には段差が形成されており、
前記装着孔の内周面にも段差が形成されており、
前記環状部材の外周面に形成された段差の段差面と、前記装着孔の内周面に形成された段差の段差面との間に、これらの段差面間を封止するガスケットが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、中空糸膜ユニットに備えられる環状部材（封止固定部の外周面に固定される環状部材）は、その内側の空間が直方体形状となるように構成されている。従って、当該環状部材が円筒状部材で構成される場合に比べて、４隅を有効に利用できる分だけ中空糸膜の本数を多くすることができる。これにより、単位体積当たりの中空糸膜の本数を増やすことができる。

ここで、本発明の場合には、中空糸膜ユニットに備えられる環状部材として、円筒状部材を採用していない。そのため、環状部材の外周面側にシールリングを取り付けることで安定的に密封性を維持させることは困難となる。しかしながら、本発明の場合には、環状部材の外周面に形成された段差の段差面と、装着孔の内周面に形成された段差の段差面との間に、これらの段差面間を封止するガスケットが設けられている。これにより、安定的に密封性を維持させることが可能となる。

前記中空糸膜ユニットは、前記環状部材を前記支持板部に対して固定する固定具によって前記ケースに対して固定されると共に、
前記固定具により前記環状部材を前記支持板部に対して押し付ける方向は、前記ガスケットが、前記段差面間により圧縮される方向であるとよい。

これにより、ガスケットによる密封性を高めることができる。

以上説明したように、本発明によれば、一部の中空糸膜のみを交換可能で、かつ単位体積当たりの中空糸膜本数を増加させることができる。

図１は本発明の実施例に係る排水処理装置の概略図である。 図２は本発明の実施例に係る膜エレメントの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る膜エレメントに備えられる環状部材及びガスケットの斜視図である。 図４は本発明の実施例に係る膜エレメントの一部拡大模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１〜図４を参照して、本発明の実施例に係る膜エレメントについて説明する。図１は本発明の実施例に係る膜エレメントが備えられる排水処理装置の概略図である。図２は本発明の実施例に係る膜エレメントの模式的断面図であり、図１中のＡＡ断面図（ただし、膜エレメントのみ示している）に相当する。図３は本発明の実施例に係る膜エレメントに備えられる環状部材及びガスケットの斜視図である。図４は本発明の実施例に係る膜エレ
メントの一部拡大模式的断面図であり、膜エレメントを構成する複数の中空糸膜ユニットのちの一つの中空糸膜ユニットの端部付近を拡大した断面図である。なお、図４は図２中のＢＢ断面図に相当する。また、図４においては、一部を更に拡大した断面図を丸の中に示している。

＜排水処理装置＞
図１を参照して、本実施例に係る膜エレメントが適用される排水処理装置について説明する。本実施例に係る排水処理装置１０は、膜分離活性汚泥法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ（ＭＢＲ））が用いられている。排水処理装置１０は、タンク１０Ａと、タンク１０Ａ内に備えられる複数の膜エレメント１００とを備えている。一般的に、膜エレメント１００は２０〜３０程度配列される。なお、複数配列された膜エレメントは、膜モジュールと呼ばれる。タンク１０Ａには、排水（原液）Ｆが導入され（矢印Ｘ参照）、膜エレメント１００によって浄化された後に、タンク１０Ａから排出される（矢印Ｙ参照）。なお、ポンプＰによる動力によって、処理水はタンク１０Ａ内からタンク１０Ａの外に流れていく。また、タンク１０Ａ内においては、排水中の汚濁物質を除去するための微生物が大量に繁殖されている。

＜膜エレメント＞
特に、図２〜図４を参照して、本実施例に係る膜エレメント１００について、より詳細に説明する。膜エレメント１００は、複数の中空糸膜ユニット２００と、各中空糸膜ユニット２００の両端をそれぞれ支持する一対のケース１１０とを備えている。なお、図示の例では、便宜上、中空糸膜ユニット２００は４つのみ示しているが、一つの膜エレメント１００に備えられる中空糸膜ユニット２００の個数は限定されるものではない。

中空糸膜ユニット２００は、複数の中空糸膜からなる中空糸膜束２１０と、中空糸膜束２１０の両端にそれぞれ設けられる一対の封止固定部２２０と、これら一対の封止固定部２２０の外周面にそれぞれ固定される一対の環状部材２３０とを備えている。なお、図４においては、中空糸膜２００の一端側（設置時における上端側）のみ示しているが、他端側の構成も同様である。中空糸膜の材料としては、機械的強度が高く、耐薬品性にも優れたＰＶＤＦ(ポリフッ化ビニリデン)を好適に用いることができる。封止固定部２２０は、各中空糸膜の中空内部を開放させつつ、各中空糸膜同士を封止した状態で、環状部材２３０に中空糸膜束２１０を固定させている。

封止固定部２２０の製法については、公知技術であるので、ここでは簡単に説明する。まず、中空糸膜束２１０における各中空糸膜の先端の開口部が封止される。より具体的には、各中空糸膜の開口部の辺りに、液状のポッティング材料（ウレタンやエポキシ樹脂）が、塗布またはディッピング（浸漬して封止）される。より好ましくは、各中空糸膜の開口部の辺りに、ホットメルト接着剤が塗布またはディッピングされる。そして、環状部材２３０に中空糸膜束２１０の端部を挿入した状態で、環状部材２３０の内側に液状のポッティング材料が充填される。このとき、上記の通り、各中空糸膜の先端の開口部は封止されているため、中空内部にポッティング材料が吸い上げられてしまうことはない。そして、ポッティング材料が硬化した後に、環状部材２３０の端部と中空糸膜の端部と硬化したポッティング材料の端部が同時に切断される。これにより、上記の通り、封止固定部２２０によって、各中空糸膜の中空内部を開放させつつ、各中空糸膜同士を封止した状態で、中空糸膜束２１０の端部が環状部材２３０に固定される。なお、環状部材２３０は、封止固定部２２０の材料（ポッティング材料）との接着性に優れた材料により構成される。例えば、ポッティング材料としてウレタン樹脂が採用される場合には、環状部材２３０の材料として、ＡＢＳやポリ塩化ビニル等を好適に用いることができる。

一対のケース１１０には、それぞれ支持板部１１１が設けられている。この支持板部１
１１には、複数の中空糸膜ユニット２００が個々に着脱自在に取り付けられる装着孔１１１ａが複数（中空糸膜ユニット２００の個数と同数）設けられている。例えば、図４においては、中空糸膜ユニット２００は、図中下側から上側に向けて装着孔１１１ａに取り付けられる。なお、図４においては、一対のケース１１０のうちの一方（設置時における上部側のケース１１０）のみ示しているが、他方の構成も同様である。下方のケース１１０に対しては、中空糸膜ユニット２００は上側から下側に向けて装着孔１１１ａに取付けられる。

また、中空糸膜ユニット２００における環状部材２３０の内側の空間は直方体形状となるように構成されている。そして、環状部材２３０の外周面には段差が形成されている。この構成について、より具体的に説明する。環状部材２３０は、本体部２３１と、本体部２３１よりも先端側（中空糸膜束２１０の端面側）の環状突出部２３２と、本体部２３１よりも後端側の張り出し部２３３とから構成される。本体部２３１と環状突出部２３２と張り出し部２３３の内周面については、平面形状（上方から見た形状）がいずれも矩形かつ同一寸法で構成されている。これにより、環状部材２３０の内側の空間は直方体形状となっている。これに対して、本体部２３１と環状突出部２３２の外周面については、平面形状がいずれも矩形で、かつ縦横の寸法について本体部２３１よりも環状突出部２３２の方が小さくなるように設定されている。これにより、環状部材２３０の外周面に段差が形成されている。なお、張り出し部２３３の外周面についても、平面形状は矩形であり、縦横の寸法は本体部２３１よりも大きくなるように設定されている。なお、この張り出し部２３３には、後述するボルト４００の軸部が挿通される貫通孔２３３ａが複数個所に設けられている。

また、支持板部１１１に設けられた装着孔１１１ａの内周面にも段差が形成されている。つまり、装着孔１１１ａの内周面には、内側に向かって突出する環状突出部１１１ｂが設けられることにより、段差が形成されている。

そして、環状部材２３０の外周面に形成された段差の段差面２３１ａと、装着孔１１１ａの内周面に形成された段差の段差面１１１ｂ１との間に、これらの段差面間を封止するガスケット３００が設けられている。ガスケット３００は平板状かつ環状の部材であり、その外形及び孔の平面形状はいずれも矩形である（図３の斜視図参照）。このように構成されるガスケット３００の一方の面が、環状部材２３０の外周面に形成された段差（本体部２３１と環状突出部２３２との間の段差）の段差面２３１ａに密着する。また、ガスケット３００の他方の面が、装着孔１１１ａの内周面に形成された段差の段差面（図４において環状突出部１１１ｂの下側の面）１１１ｂ１に密着する。以上の構成により、ケース１１０に設けられた支持板部１１１の装着孔１１１ａと中空糸膜ユニット２００との間の隙間が、ガスケット３００により封止される。

また、中空糸膜ユニット２００は、環状部材２３０を支持板部１１１に対して固定する固定具としてのボルト４００によってケース１１０に対して固定される。ボルト４００により環状部材２３０を支持板部１１１に対して押し付ける方向は、ガスケット３００が、上記の段差面間により圧縮される方向である。つまり、図４においては、ボルト４００によって、環状部材２３０は支持板部１１１に対して図中上方に押し付けられる。これにより、ガスケット３００は、上記の段差面間により圧縮される。

＜本実施例に係る膜エレメントの優れた点＞
本実施例に係る膜エレメント１００によれば、ケース１１０に設けられた支持板部１１１に対して取り付けられる複数の中空糸膜ユニット２００は、個々に着脱自在である。従って、損傷した中空糸膜の数が増えた場合でも、中空糸膜ユニット２００毎に交換すればよいので、膜エレメント１００自体を交換しなくてもよい。つまり、一部の中空糸膜のみ
を交換可能である。また、中空糸膜ユニット２００に備えられる環状部材２３０は、その内側の空間が直方体形状となるように構成されている。従って、当該環状部材が円筒状部材で構成される場合に比べて、４隅を有効に利用できる分だけ中空糸膜の本数を多くすることができる。これにより、単位体積当たりの中空糸膜の本数を増やすことができる。なお、環状部材２３０内における中空糸膜の充填率は、４０％以上５０％以下にすると好適である。

ここで、本実施例に係る膜エレメント１００においては、中空糸膜ユニット２００を構成する環状部材２３０として、円筒状部材を採用していない。そのため、環状部材２３０の外周面側にシールリングを取り付けることで安定的に密封性を維持させることは困難となる。しかしながら、本実施例に係る膜エレメント１００の場合には、環状部材２３０の外周面に形成された段差の段差面２３１ａと、装着孔１１１ａの内周面に形成された段差の段差面１１１ｂ１との間に、これらの段差面間を封止するガスケット３００が設けられている。これにより、安定的に密封性を維持させることが可能となる。

また、中空糸膜ユニット２００をケース１１０に対して固定するボルト４００により環状部材２３０を支持板部１１１に対して押し付ける方向は、ガスケット３００が、上記の段差面間により圧縮される方向である。これにより、ガスケット３００による密封性を高めることができる。

１０ 排水処理装置
１０Ａ タンク
１００ 膜エレメント
１１０ ケース
１１１ 支持板部
１１１ａ 装着孔
１１１ｂ 環状突出部
１１１ｂ１ 段差面
２００ 中空糸膜ユニット
２１０ 中空糸膜束
２２０ 封止固定部
２３０ 環状部材
２３１ 本体部
２３１ａ 段差面
２３２ 環状突出部
２３３ 張り出し部
２３３ａ 貫通孔
３００ ガスケット
４００ ボルト
Ｐ ポンプ

Claims (2)

1. 複数の中空糸膜ユニットと、
   各中空糸膜ユニットの両端をそれぞれ支持する一対のケースと、
   を備える膜エレメントにおいて、
   前記中空糸膜ユニットは、
   複数の中空糸膜からなる中空糸膜束と、
   前記中空糸膜束の両端にそれぞれ設けられ、各中空糸膜の中空内部を開放させつつ、各中空糸膜同士を封止固定する一対の封止固定部と、
   これら一対の封止固定部の外周面にそれぞれ固定される一対の環状部材と、
   を備え、
   複数の中空糸膜ユニットが個々に着脱自在に取り付けられる装着孔を複数有する支持板部が、前記一対のケースにそれぞれ設けられると共に、
   前記環状部材の内側の空間は直方体形状となるように構成され、かつ該環状部材の外周面には段差が形成されており、
   前記装着孔の内周面にも段差が形成されており、
   前記環状部材の外周面に形成された段差の段差面と、前記装着孔の内周面に形成された段差の段差面との間に、これらの段差面間を封止するガスケットが設けられていることを特徴とする膜エレメント。
2. 前記中空糸膜ユニットは、前記環状部材を前記支持板部に対して固定する固定具によって前記ケースに対して固定されると共に、
   前記固定具により前記環状部材を前記支持板部に対して押し付ける方向は、前記ガスケットが、前記段差面間により圧縮される方向であることを特徴とする請求項１に記載の膜エレメント。

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