JP2018108585A - 散気装置、散気方法、及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散気管内に被処理水を流入させることで、散気孔の閉塞を抑制し、枝配管内の堆積物を容易に除去することのできる散気装置とこれを用いた散気方法、及び水処理装置を提供する。
【解決手段】気体供給装置から気体の供給を受ける筒状の主配管２と、主配管２に接続されている枝配管３とを備えて構成される散気装置１であって、枝配管３は、その一端が主配管２に接続され、他端３ｂが開口されているとともに、枝配管３には、複数の散気孔８が形成されてなり、主配管３を水平に配した状態で、複数の散気孔８のうち、少なくとも一部は鉛直方向上方に形成され、かつ、枝配管３は、他端の開口３ｂが鉛直方向下方に向くよう構成されている、散気装置１。
【選択図】図３

Description

本発明は、膜モジュールユニットの下方に配置される散気装置とこれを用いた散気方法、及び膜モジュールユニットの下方に散気装置を配置した水処理装置に関する。
本発明は、２０１２年１０月１９日に日本国に出願された特願２０１２−２３１８８８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、精密濾過膜や限外濾過膜等の分離膜を配設した膜モジュールユニットを用いて、活性汚泥の固液分離を行う方法が種々検討されている。例えば、膜モジュールユニットを備えた水処理装置として活性汚泥処理装置を形成し、この活性汚泥処理装置を用いて前記分離膜により活性汚泥を含む被処理水の濾過処理を行うと、水質の高い処理水を得ることができる。

ところが、前記分離膜を用いて被処理水の固液分離を行うと、濾過処理を続けるに従って懸濁物質（固形分）による分離膜表面の目詰まりが進行し、濾過流量の低下や、膜間差圧の上昇が起こる。
そこで、従来では分離膜表面の目詰まりを防ぐため、膜モジュールユニットの下方に散気管を配設し、散気管の散気孔から空気を散気することによって気泡を生じさせ、前記気泡の上昇によって形成される気泡と被処理液との気液混合流を膜モジュールユニットに当てることにより、洗浄を行っている。すなわち、気液混合流によって膜モジュールの表面に付着した汚泥等の懸濁物質を剥離し、膜モジュールから除去する方法が知られている。

しかしながら、このような洗浄のための運転を長期間続けると、散気孔が目詰まりしたり、散気管内に汚泥が堆積することにより、膜モジュールに対して気泡（気液混合流）を均一に当てることが困難になる。その結果、膜モジュールの表面に洗浄が不十分な部分が残り、固液分離処理（濾過処理）を安定して行うのが難しくなってしまう。
また、散気孔が目詰まりしたり、散気管内に汚泥が堆積した際、散気管を清掃することにより、固液分離処理が不安定になるのを防止することもできるが、その場合には、散気管の清掃作業に比較的長時間を必要とすることから、このような清掃作業が大きな負担になってしまう。

また、散気孔が目詰まりしたり、散気管内に汚泥が堆積した際に、散気管に高風量で空気を送り込むと、ブロワ等の送気装置の電力消費量が多くなり、コストが増大してしまう。一方、低風量で空気を送り込んだ場合には、散気孔から気泡が発生せず、膜モジュールに対して気泡（気液混合流）が当たらなくなり、膜モジュール表面の洗浄が不十分になってしまう。

このような背景のもとに、散気孔の目詰まりや散気管内の汚泥堆積についての対策、及び散気管の洗浄に関して、特許文献１の技術が提案されている。この特許文献１の技術では、散気を停止して散気管の先端開口部、及び各噴出口から散気対象水を散気管内に逆流させ、この流入水によって噴出口付近に乾燥堆積した異物を湿潤化し、散気を再開することで異物を除去するようにしている。
また、膜モジュールの洗浄効果を向上するため、散気管（枝配管）の水平部先端に空気噴出口を設けた構成が、特許文献１〜３に提案されている。

特開２００２−３０７０９１号公報 特開２０１０−１１９９７６号公報 日本国特許第３７８４２３６号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、散気対象水を散気管内に流入させるために大気開放させる必要があることから、そのためのバルブ等が必要になり、コストが増大するとともに装置構成が複雑になってしまう。
また、特許文献１〜３では、散気管（枝配管）の水平部先端に空気噴出口を設けているので、空気の供給量によっては散気孔より水平部先端の空気噴出口から空気が噴出し易くなってしまう。このような現象を改善し、空気噴出口からの空気の噴出を抑えて散気孔からより多くの空気を散気させる方法として、散気管（枝配管）を長くすることも考えられる。しかし、その場合には、散気装置の面積が大きくなり、結果として水処理装置（膜分離装置）の設置面積が大きくなってしまう。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、前記課題を解決した散気装置とこれを用いた散気方法、及び水処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を有する。
［１］気体供給装置から気体の供給を受ける筒状の主配管と、前記主配管に接続される枝配管とを備えて構成される散気装置であって、前記枝配管は、その一端が前記主配管に直接的又は間接的に接続され、他端が開口して設けられるとともに、側面に複数の散気孔が形成されてなり、前記主配管を水平に配した状態で、前記枝配管はその散気孔が全て鉛直方向上方に向き、かつ、前記他端の開口が鉛直方向下方に向くよう構成されている、散気装置。
［２］前記主配管を水平に配した状態で、前記枝配管の前記散気孔を形成した部位が水平となるよう形成され、前記枝配管の他端の近傍に屈曲部が設けられていることにより、前記主配管を水平に配した状態で、前記他端の開口が鉛直方向下方に向くよう構成されている、前記［１］記載の散気装置。
［３］前記枝配管が複数本備えられており、前記枝配管の全てがいずれも他の枝配管と平行に配置されている、前記［１］又は［２］に記載の散気装置。
［４］前記枝配管は、前記主配管を中心として左右対称に配置されている、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の散気装置。
［５］前記主配管には、前記主配管を水平に配した状態で、前記主配管の下部から下方に向かって延びる鉛直管部が、前記主配管内に連通して設けられ、かつ、前記鉛直管部を介して、２本以上の前記枝配管が主配管に連通して接続されている、前記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の散気装置。
［６］前記枝配管は、前記主配管に対して固定部材を介して着脱可能に接続されている、前記［１］〜［５］のいずれか一項に記載の散気装置。
［７］前記主配管には、前記主配管を水平に配した状態で、前記主配管の下部から下方に向かって延びる鉛直管部が、前記主配管内に連通して設けられ、前記鉛直管部に、ユニオン又はねじ込みによる固定機構によって前記固定部材が取り付けられ、前記固定部材一つに対して前記散気管の一端同士を連通させる連通部材を介して前記枝配管が２本接続されている、前記［６］の散気装置。
［８］前記枝配管に形成された散気孔の数が、枝配管一本あたり２個〜６個である、前記［１］〜［７］のいずれかに記載の散気装置
［９］前記枝配管の長さが５００ｍｍ以下である、前記［１］〜［８］のいずれかに記載の散気装置。
［１０］前記枝配管内を減圧する減圧ユニットを有する、前記［１］〜［９］のいずれかに記載の散気装置。
［１１］前記枝配管の内径Ｄが、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記散気孔の直径ｄが、４．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下である、前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の散気装置。
［１２］被処理水が蓄えられるとともに膜モジュールユニットが配置された処理槽内に、前記［１］〜［１１］のいずれか一項に記載の散気装置を配設し、前記主配管を介して前記枝配管に所定の時間気体を連続的に供給する散気工程と、その後、一定時間気体の供給を停止する停止工程を繰り返し行う、散気方法。
［１３］前記停止工程の間に、前記枝配管内を減圧する、前記［１２］に記載の散気方法。
［１４］水槽と、前記水槽内に配置された膜モジュールユニットと、前記膜モジュールユニットの下方に配置された前記［１］〜［１１］のいずれかに記載の散気装置と、を備えた、水処理装置。

また、本発明は以下の側面を有する。
＜１＞気体供給装置から気体の供給を受ける筒状の主配管と、前記主配管に接続されている枝配管とを備えて構成される散気装置であって、前記枝配管は、その一端が前記主配管に接続され、他端が開口されているとともに、前記枝配管には、複数の散気孔が形成されてなり、前記主配管を水平に配した状態で、前記複数の散気孔のうち、少なくとも一部は鉛直方向上方に形成され、かつ、前記枝配管は、前記他端の開口が鉛直方向下方に向くよう構成されている、散気装置；
＜２＞前記枝配管が、更に屈曲部を有する、＜１＞に記載の散気装置；
＜３＞前記主配管を水平に配した状態で、前記枝配管が水平となるよう配設されている、＜１＞又は＜２＞に記載の散気装置；
＜４＞前記枝配管が複数本備えられており、前記枝配管の全てが、いずれも他の枝配管に対して、平行に配置されている、＜１＞〜＜３＞のいずれか一項に記載の散気装置；
＜５＞前記＜１＞〜＜４＞のいずれか一項に記載の散気装置であって、前記主配管を水平に配した状態で前記散気装置を鉛直方向から平面視した際、前記枝配管が、前記主配管の中心軸に対して対称に配置されている、散気装置；
＜６＞前記＜１＞〜＜５＞のいずれか一項に記載の散気装置であって、更に鉛直管部を有し、前記鉛直管部は、前記主配管を水平に配した状態で、前記主配管の下部から下方に向かって延び、かつ前記主配管内に連通して設けられており、更に前記鉛直管部を介して、前記枝配管が主配管に連通して接続されている、散気装置；
＜７＞＜１＞〜＜５＞のいずれか一項に記載の散気装置であって、更に固定部材を有し、前記固定部材を介して、前記枝配管が前記主配管に対して着脱可能に接続されている、散気装置；
＜８＞＜６＞に記載の散気装置であって、更に固定部材を有し、前記固定部材を介して、前記枝配管が前記主配管に対して着脱可能に接続されている、散気装置；
＜９＞前記＜８＞に記載の散気装置であって、更に前記枝配管の一端同士を連通させる連通部材を有し、前記鉛直管部に、ユニオン又はねじ込みによる固定機構によって前記固定部材が取り付けられ、前記連通部材を介して、前記固定部材一つに対して前記枝配管が２本接続されている、散気装置；
＜１０＞前記枝配管に形成された散気孔の数が、枝配管一本あたり２個以上１５個以下である、＜１＞〜＜９＞のいずれか一項に記載の散気装置；
＜１１＞前記枝配管の長さが２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下である、前記＜１＞〜＜１０＞のいずれか一項に記載の散気装置；
＜１２＞前記枝配管の上端の接線から、前記他端の開口までの長さΔｈが、前記枝配管の内径Ｄに対し２倍以上５倍以下である、＜１＞〜＜１１＞のいずれか一項に記載の散気装置；
＜１３＞前記枝配管の他端の開口が、前記他端の開口に最も近い位置に設けられている散気孔の位置よりも外側に設けられている、＜１＞〜＜１２＞のいずれか一項に記載の散気装置；
＜１４＞前記枝配管の内径Ｄが、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、前記散気孔の直径ｄが、４．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下である、＜１＞〜＜１３＞のいずれか一項に記載の散気装置；
＜１５＞被処理水が蓄えられるとともに膜モジュールユニットが配置された処理槽内に、＜１＞〜＜１４＞のいずれか一項に記載の散気装置を配設し、前記主配管を介して前記枝配管に所定の時間気体を連続的に供給する散気工程と、その後、一定時間気体の供給を停止する停止工程とを繰り返し行う、散気方法；
＜１６＞前記停止工程の後に、前記枝配管内に被処理水を流入させる工程を更に含む、前記＜１５＞に記載の散気方法；
＜１７＞ 水槽と、前記水槽内に配置されるとともに膜エレメントを備える膜モジュールユニットと、前記膜モジュールユニットの下方に配置された前記＜１＞〜＜１４＞のいずれか一項に記載の散気装置と、を備えた、水処理装置；
＜１８＞前記＜１７＞に記載の水処理装置であって、前記他端の開口に最も近い位置に設けられている散気孔の位置が、前記散気装置上部に設置される膜エレメントの末端部の真下である、もしくは前記散気孔同士の間隔をａとした際、前記枝配管の、前記膜エレメントの末端部の真下の位置から、±ａ／２の範囲内に設けられている、水処理装置。

本発明の散気装置によれば、前記主配管を水平に配した状態で、前記枝配管に形成されている散気孔の少なくとも一部が鉛直方向上方に向き、かつ、前記他端の開口が鉛直方向下方に向くよう構成されている。当該構成により、被処理水を枝配管内や主配管内へ流入させる際、単に気体の供給を停止して散気を停止することにより、枝配管内や主配管内に被処理水を流入させることができる。したがって、大気開放をさせるためのバルブ等を設置する必要がなくなり、コストを増大させたり、装置構成を複雑化することなく、散気孔の目詰まりや枝配管内の汚泥堆積を防止することができる。
また、本発明の散気装置によれば、枝配管が主配管に対して固定部材を介して着脱可能に接続されることにより、枝配管の位置合わせと交換やメンテナンスが容易になる。
また、本発明の散気方法によれば、処理槽内に前記の散気装置を配設し、前記主配管を介して前記枝配管に所定の時間気体を連続的に供給して前記膜モジュールユニットを洗浄する散気工程と、その後、一定時間気体の供給を停止する停止工程とを有するので、気体の供給を停止している間に枝配管内や主配管内に被処理水を流入させることができる。当該散気方法により、散気孔の目詰まりや枝配管内の汚泥堆積を防止することができる。
また、前記枝配管の他端の開口が鉛直方向下向きに長さを確保し、更に他端の開口に最も近い位置に設けられている散気孔（以下、末端の散気孔と言うこともある）の位置よりも外側に前記他端の開口を設置することで、前記開口部からのエアーの流出を防止し、エアーが安定的に流れる領域を拡大することができる。

本発明に係る散気装置の一実施形態の平面図である。 図１に示した散気装置の側面図である。 図１に示した散気装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る枝配管を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る膜モジュールユニットの側面図である。 本発明の一実施形態に係る膜モジュールユニットの正面図である。 本発明に係る水処理装置の一実施形態の概略構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本発明に係る散気装置の一実施形態を示す平面図、図２は、図１に示した散気装置の側面図、図３は、図１に示した散気装置の正面図である。

これらの図において、符号１は散気装置であり、この散気装置１は、空気供給装置から気体の供給を受ける円筒状の主配管２と、この主配管２に接続される複数の枝配管３とを備えて構成されている。
主配管２は、図２に示すように、その一端側にエルボ管４を介してフランジ配管５を接続した金属製、例えばＳＵＳ３０４製のもので、後述するようにフランジ配管５に別のフランジ配管が接続されることにより、空気供給装置（気体供給装置）が接続されるようになっている。

また、主配管２の他端側は、開口することなく、蓋２ａが被着されていることによって閉塞した気密構造となっている。すなわち、主配管２は、フランジ配管５を接続するためにエルボ管４と接続される端部と、蓋２ａを被着するための端部とを有している。
また、本発明の1つの態様において、前記主配管を水平に配した状態で前記散気装置を鉛直方向から平面視した際の主配管２の端部から端部までの長さは、１５０〜２５００ｍｍであることが好ましく、２００〜２２００ｍｍであることがより好ましい。
また、主配管２の内径は、散気孔の間隔の観点から、２０〜１００ｍｍであることが好ましく、４０〜９０ｍｍであることがより好ましい。主配管２の内径とは、主配管２の直径から管の厚み分を差し引いた、実際に液体、又は気体が流れる部分の径のことを指す。また、円筒状の主配管２の長手方向に垂直な断面は円形であることが好ましい。また、前記断面が楕円形状である場合、主配管２の内径とは、主配管２の前記断面において、主配管２の中心を通るように引かれた直線の内、最も長い線のことを指す。また、主配管２は、その長手方向において内径が変化しない形状であることが好ましい。
このような主配管２は、その中心軸が水平方向に配置された際、すなわち水平に配された状態で、前記エルボ管４の一方側（主配管２に接続する側と反対の側）が、鉛直方向上方を向き、したがって、ここに接続するフランジ配管５も鉛直方向上方を向くように構成されている。

また、主配管２は、このように水平に配された状態で、その下部から下方に向かって延びる鉛直管部６が、主配管２内に連通して設けられている。すなわち、その中心軸が水平となるように主配管２を配した際、主配管２の筒状の側面において、中心軸より下側の中心軸と直交する部位に鉛直管部６が設けられている。鉛直管部６は主配管２の下方、すなわち、主配管２の中心軸に対して鉛直方向の下側に向かって延びており、主配管２内に連通している。
本実施形態では、鉛直管部６の外周（又は内周）にねじ部が形成されており、このねじ部を利用して鉛直管部６の下端側、すなわち、主配管２と連通していない側に固定部材７が着脱可能に接続している。固定部材７は、図３に示すようにＴ字状に形成された三方管（Ｔ字形三方管）であり、中央の管部７ａがユニオン接続やねじ込み接続による固定機構によって鉛直管部６に接続している。すなわち、鉛直管部６のねじ部に、固定部材７の前記中央の管部７ａに形成されたねじ部がユニオン接続され、あるいはねじ込み接続されることにより、固定部材７は鉛直管部６に着脱可能に接続されている。

なお、固定部材７の接続については、ユニオン接続やねじ込み接続以外にも例えば嵌め合わせ固定を採用することができる。しかし、後述するように固定部材７に接続される枝配管３の脱落防止を確実にするためには、ユニオン接続やねじ込み接続により、固定部材７を鉛直管部６に接続するのが好ましい。

固定部材７は、中央の管部７ａが鉛直管部６に接続した状態で、両側の管部（連通部材）７ｂが水平に配置され、かつ、主配管２の中心軸と直交する方向に延びるように形成配置されている。
ここで、本実施形態では主配管２の長さ方向に沿って鉛直管部６が等間隔で複数（例えば５〜１０程度）設けられており、したがって、これら複数の鉛直管部６に対応して、固定部材７も鉛直管部６と同数設けられている。すなわち、各鉛直管部６にそれぞれ固定部材７が接続している。
本発明の１つの態様において、鉛直管部６間の距離は、３０〜１００ｍｍであることが好ましく、４５〜９０ｍｍであることがより好ましい。ここで、鉛直管部６間の距離とは、前記主配管を水平に配した状態で前記散気装置を鉛直方向から平面視した際、一方の鉛直管部６の中心から、前記一方の鉛直管部６に隣接する他方の鉛直管部６の中心までの距離のことを指す。

そして、これら固定部材７の両側の管部７ｂには、それぞれ枝配管３の一端側が接続されている。枝配管３は、散気管として機能する金属製、例えばＳＵＳ３０４製のもので、その側面に散気孔８を１つ又は複数形成したものである。また、枝配管３は、管部７ｂに接続されていない他方の端部に開口部を有している。
枝配管３に設けられている散気孔８の数については、枝配管３の長さ等に基づいて適宜に設定されるが、２個〜１５個とするのが好ましく、３〜６個とすることがより好ましい。
本実施形態では、図４に示すように、散気孔８が、５０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の間隔（等間隔）で５個形成されている。また、これら散気孔８は、図１、図３に示すように主配管２が水平に配置された状態で、全て鉛直方向上方を向くように形成されている。また、本発明の別の態様においては、散気孔８はすべて鉛直方向上方が好ましいが、その少なくとも一部が鉛直方向上方を向いていることがより好ましい。このように、散気孔８の少なくとも一部が鉛直方向上方を向いていれば、その他の散気孔の向きはどの向きであっても良い。

すなわち、枝配管３は、主配管２が水平に配置された状態で、側面の散気孔８を形成した部位が水平となるよう形成されている。また、本発明の別の態様においては、枝配管３は、主配管２が水平に配置された状態で、枝配管３の側面の散気孔８が形成されている部位の一部が水平となるように配置されている。
また、枝配管３は、その他端の開口に屈曲部３ａが形成されていることにより、主配管２を水平に配した状態で、他端の開口３ｂが鉛直方向下方に向くよう構成されている。すなわち、本発明の一つの態様において、枝配管３は、散気孔８と、屈曲部３ａと、他端の開口３ｂとを有している。
屈曲部３ａについては、枝配管３の他端部を曲げ加工することで屈曲させてもよく、あるいは、エルボ等の部品を組み付けることで形成してもよい。ただし、他端の開口３ｂの直径については、枝配管３の直径と同じに形成することが好ましい。また、図３に示すように、枝配管３の上端の接線から、他端の開口３ｂまでの長さΔｈは、枝配管３の内径Ｄに対して、２〜５倍であることが好ましい。

また、屈曲部３ａによって形成される、鉛直方向下方に向く管部の長さΔｈについては、例えば枝配管３に供給する空気の流量が大きい場合には、その長さΔｈを比較的長く、例えば５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度に形成するのが好ましい。これは、空気流量を大きくした場合には、他端の開口３ｂから空気が比較的多く噴出するようになり、散気孔８からの空気の噴出量の均一性に影響が及ぶ可能性があるためである。そこで、前記したように枝配管３の鉛直方向下方に向く管部の長さΔｈを長く形成することにより、散気孔８からの空気の噴出量の均一性に影響が及ぶのを防止することができる。

このような構成のもとに、枝配管３はその全てが、いずれも他の枝配管３と平行に配置されていることが好ましい。また、固定部材７の両側の管部７ｂに、その長さ方向に沿ってそれぞれ接続しているので、主配管２を水平に配置した状態で、散気装置１を鉛直方向から平面視した際、これら枝配管３は、主配管２の中心軸に対して対称に配置されたものとなっている。

このような枝配管３は、その平面視した長さ、すなわち一端から他端までの平面視した長さが、５００ｍｍ以下、好ましくは４００ｍｍ以下に形成されている。枝配管３の長さは短ければ均一散気に適しているが、２００ｍｍ以上、より好ましくは２５０ｍｍ以上で水処理装置の大きさに合わせて選択するのが好ましい。すなわち、枝配管３の管部７ｂとの接続部から、他端の開口３ｂまでの距離は、２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることが好ましく、２５０ｍｍ以上４００ｍｍ以下であることがより好ましい。
また、枝配管３の内径Ｄについては、散気装置の寸法（大きさ）によっても異なるものの、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下とするのが好ましい。ここで、枝配管３の内径Ｄとは、枝配管３の直径から、管の厚み分を差し引いた、実際に液体、もしくは気体が流れる部分の径のことを指す。また、枝配管３の長手方向に垂直な断面は円形であることが好ましい。また、前記断面が楕円形状である場合、枝配管３の内径Ｄとは、枝配管３の前記断面において、枝配管３の中心を通るように引かれた直線の内、最も長い線のことを指す。また、枝配管３は、その長手方向において内径Ｄが変化しない形状であることが好ましい。
また、散気孔８の直径ｄについては、４．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下であるのが好ましい。散気孔８の直径ｄを４．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下とするのが好ましい理由は、４．５ｍｍ未満であると散気孔８が閉塞し易くなり、７．０ｍｍを超えると、散気孔８を通過する空気の流速が低くなり、充分な散気効果が得られなくなるおそれがあるからである。すなわち、散気孔８の直径ｄが、４．５ｍｍ以上７．０ｍｍであれば、散気孔８が閉塞しにくく、散気孔８を通過する空気の流速が低くなりすぎず、十分な散気効果が得られるため好ましい。

また、散気装置１は、例えば図６に示すように、膜モジュールユニット１０の下方に配置されて、前記膜モジュールユニット１０の膜エレメントを洗浄するために用いられる。この時、枝配管３の他端の開口３ｂに最も近い位置に設けられている散気孔の位置を、枝配管３の上部に設置されている膜エレメントの末端部の真下とする、もしくは散気孔８同士の間隔をａとした際、前記膜エレメントの末端部の真下の位置から、±ａ／２の範囲内に設けられていることが好ましい。ここで、「膜エレメントの末端部」とは、膜エレメント端部の内、枝配管３の他端の開口３ｂと隣接する側の角のことを指す。また、「散気孔８同士の間隔ａ」とは、主配管２を水平に配した状態で散気装置１を鉛直方向から平面視した際、一方の散気孔８の中心から、前記一方の散気孔８に隣接する他方の散気孔８の中心までの距離のことを指す。また、「±ａ／２の範囲内」とは、枝配管３において、前記膜エレメントの末端部の真下を基点として、前記他端の開口３ｂに最も近い位置に設けられている散気孔が、ａ／２の範囲内で主配管２寄りに形成されている、あるいはａ／２の範囲内で他端の開口３ｂ寄りに形成されていることを意味している。
また、枝配管３に設けられている他端の開口３ｂは、前述の他端の開口３ｂに最も近い位置に設けられている散気孔よりも外側に設けられていることが好ましい。すなわち、枝配管３において、前記散気孔より先端側に屈曲部３ａが形成され、その先に開口３ｂが設けられていることが好ましい。

このような構成の散気装置１には、例えばフランジ配管５に、前記空気供給装置（気体供給装置）とは別に、吸引ポンプ等からなる減圧ユニットが接続されている。これにより、後述するように空気供給装置によって空気を供給する散気運転を停止した際、主配管２内及び枝配管３内に被処理液を流入できるようになっている。

このような構成からなる散気装置１は、図５、図６に示すように膜モジュールユニット１０の下方に配置されて用いられる。膜モジュールユニット１０は、複数の膜モジュール１１を備えて構成されたものであり、膜モジュール１１は、中空糸膜などの膜エレメントを備えて構成されたものである。

なお、図５、図６に示した例では、図１〜図３に示した散気装置１が図６に示すように隣り合って２基配設され、それぞれのフランジ配管５に、一つの連結配管（フランジ配管）２０を介して空気供給管２１が接続されている。そして、この空気供給管２１に、後述するようにブロワ等の空気供給装置が接続されている。また、この空気供給管２１には、空気供給装置とは別に、吸引ポンプ等からなる減圧ユニットも接続されている。
すなわち、本発明の１つの態様において、散気装置１は、空気供給管２１に接続されている連結配管２０に、フランジ配管５を介して接続されていることが好ましい。これら空気供給装置と減圧ユニットとは、切換弁などによって空気供給管２１との間の連通が切り換えられるようになっている。したがって、空気供給装置によって空気を供給する散気運転と、減圧ユニットによって減圧処理する減圧運転とを、切換弁によって切り換えることができるようになっている。

このような膜モジュールユニット１０と散気装置１は、図７に示すような水処理装置３０に配置されて用いられる。水処理装置３０は、本発明に係る水処理装置の一実施形態となるもので、活性汚泥などの被処理水３１が投入された水槽（処理槽）３２と、水槽３２内に配置された前記膜モジュールユニット１０と、膜モジュールユニット１０の下方に配置された前記散気装置１と、空気供給装置４０と、減圧ユニット４３と、切換弁４６と、を備えた装置であって、浸漬型の膜分離装置として有用に用いることができる。なお、本実施形態の水処理装置３０では、膜モジュールユニット１０を３基有し、したがって散気装置１も各膜モジュールユニット１０に対応してそれぞれの下方に配置している。ただし、膜モジュールユニット１０や散気装置１の数については特に限定されることなく、任意に設定することができる。

水槽３２は、直方体状のもので、大きさは特に制限されないものの、深さは、被処理水３１の水深が１ｍ以上となるように、１ｍを充分に超えていることが好ましい。
空気供給装置４０は、ブロワ４１と、このブロア４１と前記空気供給管２１とを接続する接続配管４２と、を備えて構成されている。また、減圧ユニット４３は、吸引ポンプ４４と、この吸引ポンプ４４と前記空気供給管２１とを接続する接続配管４５と、を備えて構成されている。

そして、接続配管４２と接続配管４５と空気供給管２１との間には、三方弁からなる切換弁４６が設けられている。このような構成のもとに、切換弁４６を切り換えることによってブロワ４１（空気供給装置４０）と空気供給管２１とを連通させ、あるいは吸引ポンプ４４（減圧ユニット４３）と空気供給管２１とを連通させることができるようになっている。すなわち、前述したように散気運転と減圧運転とを、切換弁４６によって切り換えることができるようになっている。

また、膜モジュールユニット１０（膜モジュール１１）には、吸引配管４７を介して吸引ポンプが接続され、膜モジュールユニット１０による吸引濾過が可能に構成されている。
なお、図７では、便宜上、散気装置１の主配管２や枝配管３、さらには連結配管２０等を省略しているが、当然ながら図７中に符号１で示す散気装置は、図５、図６に示したように散気装置１を２基、すなわち図１〜図３に示した散気装置１を２基備えて構成されているものとする。

次に、このような水処理装置３０の処理運転に基づき、本発明に係る散気方法の一実施形態について説明する。
まず、図７に示すように水槽３２内に、膜モジュールユニット１０、散気装置１等を配置するとともに、被処理水３１を所定の水位（水深）となるように蓄える。そして、この状態で膜モジュールユニット１０側の吸引ポンプを作動させることにより、膜モジュールユニット１０による吸引濾過を行う。

また、このような吸引濾過と並行して、所定の時間、空気供給装置４０（ブロワ４１）から散気装置１に向けて空気を連続的に供給する。空気の供給量としては、散気装置１の寸法等によっても異なるものの、例えば各枝配管３毎に７５Ｌ／ｍｉｎとなるように調整する。このように空気を供給することで、空気供給管２１を介して散気装置１に供給された空気は、主配管２を通ってほとんどが枝配管３の散気孔８から噴出する。すなわち、散気孔８では枝配管３の他端の開口３ｂより水圧が低くなっていることにより、特に高風量で空気を供給しなければ、散気装置１に供給された空気はそのほとんどが散気孔８から噴出するようになっている。

このようにして散気孔８から空気を噴出すると、噴出した空気は気泡となり、水槽３２中、すなわち被処理液３１中を上昇する。上昇した気泡は、被処理液３１を伴うことで気液混合流を形成する。この気液混合流は、膜モジュールユニット１０（膜モジュール１１）に当たることによって各膜エレメントを洗浄する。すなわち、気液混合流は膜エレメント（膜モジュールユニット１０）の表面に付着した汚泥等の懸濁物質を剥離し、膜モジュールユニット１０から除去する。

このような散気工程を所定の時間行ったら、一定時間ブロア４１を停止し、散気装置１への空気の供給を停止する、停止工程を行う。すると、主配管２や枝配管３内に残る空気は散気孔８を抜け出て被処理水３１中に排出され、膜モジュールユニット１０を洗浄する。また、この空気と置換して、枝配管３の他端の開口３ｂから被処理水３１が流入する。このように流入する被処理水３１は、例えば散気孔８を目詰まりさせている乾燥堆積した異物（汚泥）や枝配管３内に堆積する汚泥を湿潤化させる。したがって、一定時間経過後、ブロワ４１を作動させて散気を再開した際、これら異物や汚泥を散気孔８から容易に排出することができる。すなわち、主配管２内や枝配管３内、及び散気孔８を洗浄することができる。
すなわち、本発明の散気方法の一つの態様においては、前記散気工程と停止工程を行った後に、被処理水を枝配管内に流入させる工程を更に含むことが好ましい。
また、散気工程を行う時間は、膜モジュールユニット表面に付着した汚泥等の種類、またその量によって異なるが、一般的には、６０分間〜４８０分間であることが好ましい。また、枝配管内に被処理水を流入させる工程は、通常、３０秒間〜１２０秒間行うことが好ましい。

また、本実施形態では、散気装置１に減圧ユニット４３を接続しているので、一定時間ブロア４１を停止している間に、前記切換弁４６を切り換えることによって吸引ポンプ４４（減圧ユニット４３）を散気装置１に連通させ、この吸引ポンプ４４によって主配管２内や枝配管３内を減圧することができる。このように減圧処理することにより、枝配管３内や主配管２内に被処理水３１をより高速でより多く流入させることができ、洗浄の効果を高めることができる。

本実施形態の散気装置１にあっては、主配管２を水平に配した状態で、枝配管３はその散気孔８の少なくとも一部が、鉛直方向上方に向き、かつ、他端の開口３ｂが鉛直方向下方に向くよう構成されている。そのため、被処理水３１を枝配管３内や主配管２内へ流入させる際、単に空気の供給を停止して散気を停止することにより、枝配管３内や主配管２内に被処理水を流入させることができる。したがって、大気開放をさせるためのバルブ等が必要ではなくなり、コストを増大させたり装置構成を複雑化することなく、散気孔８の目詰まりや枝配管３内の汚泥堆積を防止することができる。

また、散気装置１は空気を供給した際にも、枝配管３の他端の開口３ｂ側は水圧が高くなっているため、ほとんどの空気が散気孔８から噴出し、他端の開口３ｂからは空気が噴出しにくい構成となっている。したがって、膜モジュール１１の洗浄を効果的に行うことができるとともに、装置の大型化を抑制して設置スペースの削減を可能にすることができる。
また、枝配管３を、主配管２を中心として左右対称に配置しているので、主配管２から枝配管３の先端までの距離を短くすることができ、枝配管３内の汚泥を排出しやすくすることができる。

また、主配管２に対して枝配管３を、固定部材７を介して着脱可能に接続しているので、枝配管３の位置合わせが容易になるとともに、枝配管３の交換やメンテナンスが容易になる。
また、主配管２の下部から下方に向かって延びる鉛直管部６に、ユニオン又はねじ込みによる固定機構によってＴ字形三方管からなる固定部材７を取り付け、固定部材７一つに対して枝配管３を２本ずつ接続しているので、枝配管３が主配管２の下方にて水平になる。そのため、各枝配管３から空気を均等に噴出させることができる。また、主配管２に異物が堆積しにくくなり、異物が各枝配管３から空気とともに均等に排出されるようになる。また、外部からの衝撃等に対して枝配管３の脱落を防止することができ、さらに、枝配管３を左右均等に配置することができる。

また、各枝配管３に設ける散気孔８の数を枝配管一本あたり２個〜１５個とすれば、１個あたりに付着する汚泥の量を分散効果によって低減することができ、したがって仮に一部の散気孔８が閉塞しても、残りの散気孔８によって散気を行うことができる。
また、枝配管３の内径Ｄを１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下とし、散気孔８の直径ｄを４．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下とすれば、汚泥の付着が生じても枝配管３や散気孔８が完全に閉塞しにくくすることができるとともに、この枝配管３や散気孔８を通過する流体に適度な流速を与えることができる。したがって、各枝配管３や散気孔８の洗浄時における洗浄性を向上し、枝配管３内や散気孔８の洗浄効果をより向上することができる。

また、本実施形態の散気方法にあっては、水槽（処理槽）３２内に散気装置１を配設し、主配管２を介して枝配管３に所定の時間空気を連続的に供給して膜モジュールユニット１０を洗浄し、その後、一定時間空気の供給を停止するので、空気の供給を停止している間に枝配管３内や主配管２内に被処理水３１を流入させることができ、これにより、散気孔８の目詰まりや枝配管３内の汚泥堆積を防止することができる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。前述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、前記実施形態では、主配管２の一端側にエルボ管４、フランジ配管５を介して空気供給装置を接続し、他端側は蓋２ａによって閉塞しているが、散気装置１の寸法（大きさ）によっては、すなわち散気装置１の容量が大きい場合などには、主配管２の両端を開放してそれぞれに空気供給装置を接続し、主配管２の両側から空気を供給するようにしてもよい。

また、主配管２や枝配管３については、金属に代えて例えば塩化ビニル樹脂等の合成樹脂製などとすることもできる。
また、前記実施形態では、散気装置に対して空気供給装置から空気を供給し、散気孔から空気を噴出させるようにしたが、必要に応じて、例えば窒素などの空気以外の気体を、気体供給装置から散気装置に供給するようにしてもよい。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。

（実施例１）
図１〜３に示す散気装置１として、ＳＵＳ３０４製のものを用いた。また、図６に示すように膜モジュールユニット１０の寸法に対応して、図１〜３に示す散気装置１を２基備え、これらを１つの空気供給管２１に接続した構成の散気装置を用いた。各散気装置１の主配管２と枝配管３とを接続する固定部材７の固定にはユニオン接続を用いた。
散気孔８の直径（ｄ）を５．５ｍｍとし、同じ枝配管３にて隣り合う散気孔８同士の間隔ａを１００ｍｍとした。そして、空気供給装置４０からの空気供給量については、枝配管３の空気噴出量が１本あたり７５Ｌ／ｍｉｎとなるようにした。
また、末端の散気孔の位置を膜エレメントの膜部末端から０ｍｍ（膜エレメント末端の真下）に設置した。
また、枝配管径（Ｄ）を１３ｍｍ、屈曲部３ａから他端の開口３ｂまでの長さΔｈを５０ｍｍとした。

この散気装置の上部に分離膜を設置し、図５、図６に示した膜モジュールユニット１０（膜モジュール１１）としたものを、図７に示すように水槽３２中に蓄えた活性汚泥層（被処理水３１）中に沈め、膜分離による固液分離処理を行うとともに、散気装置による散気処理（洗浄処理）を行った。そして、散気孔８の閉塞による散気不良、膜表面の洗浄性の確認を実施した。
６０日間の運転後、膜モジュールユニット１０を確認したところ、枝配管３と散気孔８の閉塞、及び、膜表面の目詰まりも認められず、固液分離処理を安定して行うことができた。
さらに、他端の開口からのエアー噴出もなく、効率的に散気を行うことができた。

（実施例２）
実施例１と同様に図１〜３に示す散気装置を用いて、散気孔８の直径（ｄ）を５．５ｍｍとし、同じ枝配管３にて隣り合う散気孔８同士の間隔ａを１００ｍｍとした。そして、空気供給装置４０からの空気供給量については、枝配管３の空気噴出量が１本あたり７５Ｌ／ｍｉｎとなるようにした。
また、末端の散気孔の位置を膜エレメントの膜部末端から７０ｍｍに設置し、枝配管径（Ｄ）を１３ｍｍ、屈曲部３ａから他端の開口３ｂまでの長さΔｈを５０ｍｍとした。
実施例１と同様に、６０日間の運転後、膜モジュールユニット１０を確認したところ、枝配管３と散気孔８の閉塞は認められなかったものの、膜部末端付近に、一部汚泥付着が確認された。

（実施例３）
実施例１と同様に図１〜３に示す散気装置を用いて、散気孔８の直径（ｄ）を５．５ｍｍとし、同じ枝配管３にて隣り合う散気孔８同士の間隔ａを１００ｍｍとし、空気供給装置４０からの空気供給量を、枝配管３の空気噴出量が１本あたり１２０Ｌ／ｍｉｎとなるようにした。
また、末端の散気孔の位置を膜エレメントの膜部末端から５０ｍｍに設置し、枝配管径（Ｄ）を１３ｍｍ、屈曲部３ａから他端の開口３ｂまでの長さΔｈを１５ｍｍとした。
実施例１と同様に、６０日間の運転後、膜モジュールユニット１０を確認したところ、枝配管３と散気孔８の閉塞、及び、膜表面の目詰まりも認められず、固液分離処理を安定して行うことができた。
しかし、他端の開口から、エアーの一部が噴出してしまった。

（実施例４）
実施例１と同様に図１〜３に示す散気装置を用いて、散気孔８の直径（ｄ）を５．５ｍｍとし、同じ枝配管３にて隣り合う散気孔８同士の間隔ａを１００ｍｍとした。そして、空気供給装置４０からの空気供給量については、枝配管３の空気噴出量が１本あたり１５０Ｌ／ｍｉｎとなるようにした。
また、枝配管径（Ｄ）を１３ｍｍ、Δｈを３０ｍｍ、更に枝配管の他端の開口部は末端の散気孔の真下に設置した。
実施例１と同様に、６０日間の運転後、膜モジュールユニット１０を確認したところ、枝配管３と散気孔８の閉塞、及び、膜表面の目詰まりも認められず、固液分離処理を安定して行うことができた。
しかし、他端の開口から、エアーの一部が噴出してしまった。

（比較例１）
主配管を水平にした状態で、枝配管の散気孔の少なくとも一部は鉛直方向上方に向いているが、前記枝配管の他端の開口が鉛直方向下方に向いていない散気装置を用いて、実施例１と同様に６０日間の運転を行った。
運転後、実施例１と同様に、膜モジュールユニット１０を確認したところ、枝配管３と散気孔８の閉塞、及び、膜表面の目詰まりが認められ、固液分離処理を安定して行うことができなかった。
また、前記枝配管の他端の開口が鉛直方向下方に向いていないため、運転中に、他端の開口から、エアーが大量に噴出してしまった。

（比較例２）
主配管を水平にした状態で、枝配管の他端の開口が鉛直方向下方に向いているが、前記枝配管の散気孔の少なくとも一部が鉛直方向上方に向いていない散気装置を用いて、実施例１と同様に６０日間の運転を行った。
運転後、実施例１と同様に、膜モジュールユニット１０を確認したところ、枝配管３と散気孔８の閉塞、及び、膜表面の目詰まりが認められ、固液分離処理を安定して行うことができなかった。
これは、散気孔が下向きのため、エアー供給停止時に、被処理液が枝配管に流入されず、被処理液による枝配管内の洗浄ができなくなり、散気孔の閉塞が生じたためである。

１…散気装置、２…主配管、２ａ…蓋、３…枝配管、３ａ…屈曲部、３ｂ…開口、６…鉛直部管、７…固定部材、７ｂ…管部（連通部材）、８…散気孔、１０…膜モジュールユニット、１１…膜モジュール、２１…空気供給管、３０…水処理装置、３１…被処理水、３２…水槽、４０…空気供給装置、４１…ブロワ、４３…減圧ユニット、４４…吸引ポンプ、４６…切換弁

Claims (18)

1. 気体供給装置から気体の供給を受ける筒状の主配管と、
   前記主配管に接続されている枝配管とを備えて構成される散気装置であって、
   前記枝配管は、その一端が前記主配管に接続され、他端が開口されているとともに、前記枝配管には、複数の散気孔が形成されてなり、
   前記主配管を水平に配した状態で、前記複数の散気孔のうち、少なくとも一部は鉛直方向上方に形成され、かつ、前記枝配管は、前記他端の開口が鉛直方向下方に向くよう構成されている、散気装置。
2. 前記枝配管が、更に屈曲部を有する、請求項１に記載の散気装置。
3. 前記主配管を水平に配した状態で、前記枝配管が水平となるよう配設されている、請求項１又は２に記載の散気装置。
4. 前記枝配管が複数本備えられており、前記枝配管の全てが、いずれも他の枝配管に対して、平行に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の散気装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の散気装置であって、
   前記主配管を水平に配した状態で前記散気装置を鉛直方向から平面視した際、前記枝配管が、前記主配管の中心軸に対して対称に配置されている、散気装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の散気装置であって、更に鉛直管部を有し、
   前記鉛直管部は、前記主配管を水平に配した状態で、前記主配管の下部から下方に向かって延び、かつ前記主配管内に連通して設けられており、更に前記鉛直管部を介して、前記枝配管が主配管に連通して接続されている、散気装置。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の散気装置であって、更に固定部材を有し、
   前記固定部材を介して、前記枝配管が前記主配管に対して着脱可能に接続されている、散気装置。
8. 請求項６に記載の散気装置であって、更に固定部材を有し、
   前記固定部材を介して、前記枝配管が前記主配管に対して着脱可能に接続されている、散気装置。
9. 請求項８に記載の散気装置であって、更に前記枝配管の一端同士を連通させる連通部材を有し、
   前記鉛直管部に、ユニオン又はねじ込みによる固定機構によって前記固定部材が取り付けられ、
   前記連通部材を介して、前記固定部材一つに対して前記枝配管が２本接続されている、散気装置。
10. 前記枝配管に形成された散気孔の数が、枝配管一本あたり２個以上１５個以下である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の散気装置。
11. 前記枝配管の長さが２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の散気装置。
12. 前記枝配管の上端の接線から、前記他端の開口までの長さΔｈが、前記枝配管の内径Ｄに対し２倍以上５倍以下である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の散気装置。
13. 前記枝配管の他端の開口が、前記他端の開口に最も近い位置に設けられている散気孔の位置よりも外側に設けられている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の散気装置。
14. 前記枝配管の内径Ｄが、１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、
    前記散気孔の直径ｄが、４．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の散気装置。
15. 被処理水が蓄えられるとともに膜モジュールユニットが配置された処理槽内に、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の散気装置を配設し、前記主配管を介して前記枝配管に所定の時間気体を連続的に供給する散気工程と、その後、一定時間気体の供給を停止する停止工程とを繰り返し行う、散気方法。
16. 前記停止工程の後に、前記枝配管内に被処理水を流入させる工程を更に含む、請求項１５に記載の散気方法。
17. 水槽と、前記水槽内に配置されるとともに膜エレメントを備える膜モジュールユニットと、前記膜モジュールユニットの下方に配置された請求項１〜１４のいずれか一項に記載の散気装置と、を備えた、水処理装置。
18. 請求項１７に記載の水処理装置であって、
    前記他端の開口に最も近い位置に設けられている散気孔の位置が、前記散気装置上部に設置される膜エレメントの末端部の真下である、もしくは前記散気孔同士の間隔をａとした際、前記枝配管の、前記膜エレメントの末端部の真下の位置から、±ａ／２の範囲内に設けられている、水処理装置。

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