JP2022101940A - 分離膜エレメント、集水チューブ挿入用治具、分離膜モジュールの組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分離膜カセット、モジュールの状態においても、簡便に、かつ分離膜を損傷させることなく集水チューブを挿し込むことができる分離膜エレメント、集水チューブ挿入用治具、及び組立方法を提供する。【解決手段】透過側の面が互いに対抗するように配置された２枚の分離膜の周縁部が封止され、２枚の分離膜の互いに対向する透過側の面の両方に接着する樹脂部を備え、該樹脂部により分離膜間に所定の間隙を確保することで、２枚の分離膜の間に集水流路が形成されるとともに、集水流路内の透過水を２枚の分離膜の外部へ排出する集水ノズル１０が周縁部の一部に配置された分離膜エレメントであって、集水ノズルは、集水チューブに挿入される集水チューブ挿入部１と、２枚の分離膜の間に挿入される分離膜挿入部２と、集水チューブ挿入部と分離膜挿入部の間に集水チューブの挿入位置を規制する突起部３と、突起部と分離膜挿入部の間に隙間部４と、が設けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、膜分離活性汚泥処理で使用される分離膜エレメント、集水チューブ挿入用治具、分離膜モジュールの組立方法に関する。

可撓性で、軽量な支持板のない複数の分離膜エレメントを収容した分離膜カセットを、フレームに収容し、下方に散気装置が設置された分離膜モジュールとしては、特許文献１（特に図６と図９）に示すような分離膜モジュールが知られている。特許文献１の構造を模式的に示した斜視図を図６に示す。ここでは、分離膜エレメントを構成する集水ノズル１０に、集水チューブ３２が接続された分離膜エレメント３３、および分離膜モジュール４０の構造が開示されている。

特許第６１６４２１６号公報

特許文献１の分離膜モジュールは、可撓性で、軽量な支持板のないエレメント構造のため、隣り合う分離膜エレメント同士の間隔を狭くすることができる。しかしながら、隣り合う集水ノズル同士の間隔も狭くなるため、集水チューブを集水ノズルに挿し込む時のスペースが十分にとれず、集水チューブを挿し込む時に手で集水ノズルを持って支えることが極めて困難である。そして、分離膜エレメントが支持板のような強固な剛性を有していないため、支えがない状態で無理に集水チューブを挿し込もうとした時に、分離膜エレメントが折れて分離膜面が損傷するという場合があった。そのため、分離膜カセット、分離膜モジュールの状態での集水チューブ挿し込み作業ができず、製造において、先に分離膜エレメントの状態で集水チューブを挿し込み、その後、分離膜カセットに組み立てる、という工程の制約があった。また、分離膜エレメントごとにチューブを挿し込むという作業が手間となっていた。さらに、製品使用場所でのメンテナンスやトラブル対応時に、集水チューブを交換する必要があるが、わざわざ分離膜カセット、分離膜モジュールを分離膜エレメントに解体して、分離膜エレメント個々に集水チューブを抜き差しするという非常に手間な作業が必要となっていた。
本発明の目的は、分離膜カセット、分離膜モジュールの状態においても、簡便、かつ分離膜を損傷させることなく集水チューブを挿し込むことができる分離膜エレメント、集水チューブを挿入するための集水チューブ挿入用治具、および、その分離膜カセット、モジュールの組立方法を提供することにある。

本発明は、かかる課題を解決するため、以下の構成を有するものである。
（１）透過側の面が互いに対抗するように配置された２枚の分離膜の周縁部が封止され、前記２枚の分離膜の互いに対向する透過側の面の両方に接着する樹脂部を備え、該樹脂部により前記分離膜間に所定の間隙を確保することで、前記２枚の分離膜の間に集水流路が形成されるとともに、前記集水流路内の透過水を前記２枚の分離膜の外部へ排出する集水ノズルが前記周縁部の一部に配置された分離膜エレメントであって、前記集水ノズルは、集水チューブに挿入される集水チューブ挿入部と、前記２枚の分離膜の間に挿入される分離膜挿入部と、前記集水チューブ挿入部と前記分離膜挿入部の間に前記集水チューブの挿入位置を規制する突起部と、前記突起部と前記分離膜挿入部の間に隙間部と、が設けられたことを特徴とする分離膜エレメント。
（２）請求項１記載の分離膜エレメントに集水チューブを挿入するための集水チューブ挿入用治具であって、前記突起部と前記分離膜挿入部の間の前記隙間部に介在させて使用する集水チューブ挿入用治具。
（３）請求項１記載の分離膜エレメントを複数平行に配列されてなる分離膜カセットを備えた分離膜モジュールであって、請求項２記載の集水チューブ挿入用治具を使用して前記集水チューブを挿入する分離膜モジュールの組立方法。

可撓性で、軽量な支持板のないエレメント構造であって、隣り合う集水ノズル同士の間隔が狭く、集水チューブを集水ノズルに挿し込む時のスペースが十分にとれないような、分離膜カセット、分離膜モジュールの状態においても、簡便、かつ分離膜エレメントを損傷することなく、集水チューブの挿し込みができる。そのため、製造において、分離膜カセットを組み立てた後に、集水チューブの挿し込みが可能となり、個々のエレメントを持って支えてチューブを挿し込むという手間な作業を省ける。また、製品使用現場におけるチューブ交換時に、分離膜カセット、モジュール状態でのチューブ抜き差しが可能となり、作業効率が格段に上がる。

本発明の集水ノズルの実施形態の一例を模式的に示す（ａ）正面図と（ｂ）側面図である。 本発明の分離膜挿入部と分離膜の位置関係を模式的に示した（ｃ）正面図と（ｄ）側面図である。 集水チューブ挿入用治具の一例を模式的に示した（ｅ）正面図と（ｆ）側面図である。 複数の集水ノズルを同時に支持できる別の集水チューブ挿入用治具の一例を模式的に示した（ｇ）正面図と（ｈ）側面図である。 複数の集水ノズルを同時に支持できるさらに別の集水チューブ挿入用治具の一例を模式的に示した（ｉ）正面図と（ｊ）側面図である。 従来技術の分離膜モジュールの実施形態の一例を示す斜視図である。 従来技術の分離膜カセットの実施形態の一例を示す斜視図である。 従来技術の分離膜モジュールの別の実施形態の一例を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）は本発明の分離膜カセットを構成する分離膜エレメントの実施形態の一例を示す概要図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）（ｂ）に記載の分離膜エレメントを交互に配列した分離膜カセットの実施形態を側面から見た概要図である。 本発明の集水ノズルと貫通穴の位置の実施形態の一例を模式的に示した斜視図である。

本発明の集水ノズル１０は、集水チューブに挿入される集水チューブ挿入部１と、２枚の分離膜の間に挿入される分離膜挿入部２と、集水チューブ挿入部１と分離膜挿入部２の間に集水チューブの挿入位置を規制する突起部３と、突起部３と分離膜挿入部２の間に隙間部４と、が設けられたことを特徴とする。なお、１～４各部は、それぞれ内部が中空で連通して水が流れるような構造になっている。
以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１に、本発明の集水ノズル１０の実施形態の一例を示す。集水チューブ挿入部１は、チューブを抜き差しできる汎用のチューブタイプであれば特に限定されるものではないが、外形がタケノコ様の形状をしており、挿し込み易く、抜けにくい構造であることが好ましい。
図２は、本発明の分離膜挿入部２と分離膜６の位置関係を模式的に示した（ｃ）正面図と（ｄ）側面図である。分離膜挿入部２は、分離膜６との接合部にあたる。分離膜挿入部２を、分離膜６の周縁に配置し、２枚の分離膜６の間に挿入し、正面から見た断面形状が、略縦長の六角形状であり、分離膜挿入部２の表裏に設けられた凸状の融着突起５を分離膜ごと熱で溶かして接合する。より詳しくは、溶けた融着突起５を、後述する分離膜の多孔性支持層内に含侵させることで一体化させる。これにより、接合部はシールされて水が漏れることはない。接合位置は、集水チューブ側の挿入部端部７と分離膜の集水ノズル側端部８が互いに揃うように配置される。
突起部３は、集水チューブの挿入位置を規制する。集水チューブを力いっぱい挿し込んでも、突起部３があるためそれ以上押し込めない構造となっている。製造組立時やチューブ交換時において、突起部３がなければ、集水チューブの挿入位置が定まらないため、挿入位置の調整が必要であり管理が面倒となる。突起部３の集水チューブ当たり面の形状は、丸、楕円、四角、台形など、任意で可能である。大きさは、円形状の場合、少なくとも集水チューブ外径より大きくする必要がある。好ましくは、集水チューブ外径をΦＤｍｍとした場合、突起部３の外径はφ（Ｄ＋２）ｍｍ以上であるとよい。他形状の場合は、部分的に集水チューブ外径より大きな部分があればよい。また、集水チューブ挿入方向に対して略垂直に凸状となることが好ましい。
隙間部４は、本形態における重要なポイントである。分離膜挿入部２と突起部３との間に隙間部４を設けることで、集水チューブ挿入用治具２０を介在させることができる。隙間部４の距離は、本形態では２～３ｍｍとしているが、使用する治具の厚みに応じて任意に設定すればよい。突起部３の大きさは、隙間部４にも影響する。突起部３が小さければ集水チューブ挿入用治具２０の引掛りが小さくなるため、突起部３と隙間部４の段差Ｓは２ｍｍ以上あることが好ましい。また、突起部３の厚みは、集水ノズル１０および集水チューブ挿入治具２０の形状、材質により任意に設定できるが、集水チューブ挿入治具２０を介在させて使用した時に、突起部３が折れないように、突起部３の厚みは１．５ｍｍ以上あることが好ましい。
集水ノズル１０の材質は、ＩＳＯ ２０３９－１に従って測定したロックウェル硬さ（スケールＲ）が５０度以上１３０度以下のプラスチック材が使用できる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネートなどの汎用プラスチックや、ナイロン、ポリアセタール、ＡＢＳ、ポリフッカビニリデン、四弗化エチレン樹脂などの汎用エンジニアリングプラスチックがあげられる。
図３は、集水チューブ挿入用治具２０の一例を模式的に示した（ｅ）正面図と（ｆ）側面図である。チューブ挿入方向に対して垂直な方向に切り欠き２１を有する切り欠きプレート２０である。（ｆ）側面図のＡ－Ａは切り欠き２１部分の断面を、Ｂ－Ｂは切り欠き２１がない部分の断面を示す。切り欠き２１は、手が入らないような狭い集水ノズル１０の隙間部４にスライドインできる。また、集水チューブ挿入用治具２０により集水ノズル１０を支持してチューブ挿し込みによる押し力を抑えることができる。すなわち、手が入らないような狭いスペースでも、分離膜エレメントが折れて分離膜面が損傷することなく、チューブ挿し込みが可能となる。
図４は、複数の集水ノズル１０を同時に支持できる別の集水チューブ挿入用治具の一例を模式的に示した（ｇ）正面図と（ｈ）側面図である。切り欠き２６を複数並列に配列した櫛状プレート２５は、各切り欠き２６を各集水ノズル１０の隙間部４にスライドインして使用できる。（ｈ）側面図のＡ－Ａは切り欠き２６部分の断面を、Ｂ－Ｂは切り欠き２６がない部分の断面を示している。
図５は、複数の集水ノズル１０を同時に支持できるさらに別の集水チューブ挿入用治具の一例を模式的に示した（ｉ）正面図と（ｊ）側面図である。断面形状がＬ字やコの字様など、隙間部４にスライドインできる断面形状を有する治具２７であって、本治具２７の先端部２８を各集水ノズル１０の隙間部４にスライドインして使用できる。このような櫛形でない真っ直ぐな板形の場合、先端部２８で集水ノズル１０を支持する形となり、例えば、下側からの治具２７の挿入だけで支持をしようとすると、集水チューブを集水ノズル１０に挿し込む時に、先端部２８を支点に集水ノズル１０にモーメント力が生じ、分離膜６と集水ノズル１０の接合部を損傷する可能性がある。そのため、治具２７を使用する時には、上下挟む形で使用することが望ましい。
ここで、本発明において分離膜エレメントは支持板を無くしたエレメントであるため、エレメント全体の厚さを薄くすることができる。このため、分離膜カセットとして設置面積あたりの膜面積（分離膜の充填率）を高くすることが可能である。しかしながら、分離膜エレメントには、集水ノズル１０が取り付けられているので、分離膜エレメントの充填率を上げるためには、隣り合う分離膜エレメント同士の集水ノズル１０が干渉しないように配置させる必要がある。
図９（ａ）（ｂ）に本発明における分離膜カセット３０の、２枚の分離膜エレメント３３ａ，３３ｂを示す。両者の違いは、集水ノズル１０の取り付け位置であり、（ａ）の分離膜エレメント３３ａにおける集水ノズル１０の位置と、（ｂ）の分離膜エレメント３３ｂにおける集水ノズル１０の位置は異なる。集水ノズルの設置位置を互い違いにすることにより、隣接する分離膜エレメントの集水ノズル同士の干渉を避けることができるため、分離膜エレメント同士の間隔を狭くとって配置することが可能となる。分離膜エレメント３３ａおよび３３ｂを交互に複数枚並べ、集水ノズル１０側から見たエレメントユニットの実施形態を図９（ｃ）に示す。なお、図９（ａ）～（ｃ）は一例を示したものであり、集水ノズル７が干渉しないように配置できるのであれば、この構造に限ったものではない。
このように、集水ノズル１０が上下に配置されるカセット形態において、治具２７を挟み込んで使用する場合には、上下の集水ノズル１０の間に治具を入れて使用する必要があり、集水ノズル１０と治具２７の干渉を避けるために、治具２７の断面形状をＬ字やコの字様にすることが好ましい。
各治具の固定は任意でよい。治具に取手を付けてフリーハンドで使用してもよいし、分離膜カセットの構成部材である膜保護板や、分離膜モジュールの構成部材であるフレームに固定して使用してもよい。また、治具の材質は任意でよい。金属が望ましいが強度を有するプラスチック材でも構わない。

以降、本発明の分離膜カセット、分離膜モジュールについて説明する。図７に、従来技術の分離膜カセット３０の実施形態の一例を、図８に、従来技術の分離膜モジュール４０（散気装置を除く）の実施形態の一例を示す。本発明の分離膜モジュール４０の構成要素のうち、分離膜カセット３０、分離膜カセット３０を複数、並列に収容したフレーム４１、散気装置４３、分離膜６を透過した水を系外に取り出すための、集水チューブ３２、集水管３７については、従来技術と同じ構成を有するため、これらの構成については、図６～８を含めて説明する。
図６～図８に示すとおり、本発明の分離膜カセット３０は、複数の分離膜エレメント３３を有する。その分離膜エレメント３３は、平膜構造をしたエレメントであれば特に限定されるものではないが、特許文献１に記載の分離膜エレメント３３を好適な例として挙げることができる。すなわち、透過側の面同士が対向するように分離膜６を貼りあわせるに際し、膜の周縁部の一部に集水部を設け、かつ集水部以外の周縁部を封止している。封止した周縁部よりも内側の分離膜の透過側表面領域に、樹脂部を配置し、この樹脂部で両側の分離膜の一部を接着させた構造を有することで、膜どうしの固定と透過水流路を確保する。
分離機能層としては、孔径制御、耐久性の点で架橋高分子が好ましく使用され、成分の分離性能の点で多孔性支持層上に、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させてなる分離機能層、有機無機ハイブリッド機能層などが積層された膜を好適に用いることができる。また、セルロース膜、ポリフッ化ビニリデン膜、ポリエーテルスルホン膜、ポリスルホン膜のような多孔性支持層であって、分離機能と支持体機能との両方を有する膜を用いることもできる。つまり、分離機能層と多孔性支持層とが、単一の層で実現されてもよい。
分離膜６を透過した水は、平膜に挟まれた内部の集水流路を通って、集水部に取り付けられた集水ノズル１０を経由して分離膜エレメント３３の系外に取り出される。集水ノズル１０は、集水チューブ３２を介して集水管３７が接続され、集水管３７の下流側に吸引ポンプ（図示せず）が接続され、分離膜エレメント３３内部に陰圧をかけ、透過水を取り出す。
分離膜カセット３０は、例えば、図８に示すように、分離膜エレメント３３の四隅に設けた貫通孔にそれぞれシャフト３４を通すようにして、分離膜エレメント３３を複数平行に並べることで構成される。この分離膜カセット３０を複数並列収容したフレームの下方には、ブロワ（図示せず）に連結されている散気装置４３があり、活性汚泥槽内の被処理水中に沈められた分離膜カセット３０の分離膜エレメント３３に向けてエアーが噴出され、エアー水流により分離膜エレメント３３の表面が物理洗浄され、被処理水である汚泥をろ過する際の目詰まりを防止する。
隣接する分離膜エレメント３３間には、被処理水およびエアーの流路を確保するため、クリアランス保持部材３６が設けられ、クリアランス保持部材３６は、特に限定されるものではないが、耐久性および衝撃吸収性の観点から、ポリウレタン製のワッシャやカラー、またはニトリルゴムやシリコンゴムに代表されるゴム製ワッシャやカラーなどが好適に使用される。このようなクリアランス保持部材３６を配置することで、分離膜エレメント３３や分離膜モジュール４０には適度な剛性とともに曝気のエネルギーを逃がすような柔軟性が加わり、下部の散気装置４３からの曝気に対する優れた耐久性を示すこととなる。
また、図１０に、本発明の集水ノズルと貫通穴の位置の実施形態の一例を模式的に示した斜視図を示す。集水ノズル１０は、貫通孔の位置３８と干渉しないように、分離膜エレメント３３の側面に配列されている。「干渉しないように」とは、集水ノズル１０が、貫通孔とは離間するように設けられること、つまり異なる位置に設けられることを意味する。集水ノズル１０が集水流路に連通するのに対して、貫通孔は、透過水の漏れ防止のために、封止部または樹脂部等によって集水流路とは隔離された構造とする。よって、集水ノズル１０と貫通孔とは、離間するように設けられることが好ましい。分離膜カセット３０の両端部には、フレーム４１に収容する際、膜面への物品衝突による傷防止のため、すなわちハンドリング性等を考慮して膜保護板３５が備えられている。膜保護板３５は、図７に示すように、例えば、分離膜カセット３０を懸架するためのシャフト３４に、クリアランス保持部材３６を介して膜保護板３５を配置させ、膜保護板３５の外部で、ねじ切りをした（図示せず）シャフト３４部にナット（図示せず）を用いて固定すればよい。
フレーム４１は、分離膜カセット３０を並列に収容するためのラックの役割を果たす構造物である。フレーム４１の下部には、散気装置４３が配設され、フレーム４１は鉛直方向の下部および上部に、分離膜エレメント３３にエアー・汚泥流を流せるようにするための、開口部を有する。フレーム４１は散気装置４３とはボルト等で結合されていても、あるいは、散気装置４３の上部にガイド等を介してフレーム４１を積載させても良い。フレーム４１は、被処理液中に浸漬させ、ぬれて重量の増加した分離膜モジュール４０を、被処理液（汚泥）貯留タンク外部につり上げる際に、自身あるいは分離膜モジュール４０の形状を保持可能な強度を有するものであれば、構造、部材は特に限定されない。
フレーム４１は、図７に例示するように、側面にも分離膜カセット３０を出し入れ可能な開口部を有する。このような構造にすることで、分離膜カセット３０毎にフレーム４１より着脱可能となるため、メンテナンスおよび分離膜エレメント３３の交換または取り出しを容易にすることができる。
また、分離膜カセット３０を出し入れする際、シャフト３４の端部ないしは固定部材を通過せしめるための溝ガイド（切り欠きガイド）をフレーム４１に備えることが好ましい。こうすることで、分離膜カセット３０を懸架させる際の位置決めになるとともに、ハンドリング性が向上する。さらには、分離膜カセット３０と開口部の空隙の距離を狭くすることも可能となるため、分離膜エレメント３３の充填率をさらに上げることができる。
フレーム４１およびシャフト押さえ具等を構成する主要構造材の材質は、ステンレス、アルミなどの各種金属、ＰＰ樹脂、ＰＶＣ樹脂やＡＢＳ樹脂などの各種熱可塑性樹脂、またポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの各種熱硬化性樹脂など任意に選択可能である。

１ 集水チューブ挿入部
２ 分離膜挿入部
３ 突起部
４ 隙間部
５ 融着突起
６ 分離膜
７ 集水チューブ側の挿入部端部
８ 分離膜の集水ノズル側端部
１０ 集水ノズル
Ｓ 突起部３と隙間部４の段差
２０ 集水チューブ挿入用治具
２１ 治具２０の切り欠き
２５ 複数の集水ノズルを同時に支持できる集水チューブ挿入用治具
２６ 治具２５の切り欠き
２７ 複数の集水ノズルを同時に支持できる別の集水チューブ挿入用治具
２８ 治具２５の切り欠きの先端部
３０ 分離膜カセット
３２ 集水チューブ
３３ 分離膜エレメント
３４ シャフト
３５ 膜保護板
３６ クリアランス保持部材
３７ 集水管
３８ 貫通穴の位置
４０ 分離膜モジュール
４１ 分離膜カセットを複数、並列に収容したフレーム
４２ 開口部
４３ 散気装置

Claims (3)

1. 透過側の面が互いに対抗するように配置された２枚の分離膜の周縁部が封止され、前記２枚の分離膜の互いに対向する透過側の面の両方に接着する樹脂部を備え、該樹脂部により前記分離膜間に所定の間隙を確保することで、前記２枚の分離膜の間に集水流路が形成されるとともに、前記集水流路内の透過水を前記２枚の分離膜の外部へ排出する集水ノズルが前記周縁部の一部に配置された分離膜エレメントであって、前記集水ノズルは、集水チューブに挿入される集水チューブ挿入部と、前記２枚の分離膜の間に挿入される分離膜挿入部と、前記集水チューブ挿入部と前記分離膜挿入部の間に前記集水チューブの挿入位置を規制する突起部と、前記突起部と前記分離膜挿入部の間に隙間部と、が設けられたことを特徴とする分離膜エレメント。
2. 請求項１記載の分離膜エレメントに集水チューブを挿入するための集水チューブ挿入用治具であって、前記突起部と前記分離膜挿入部の間の前記隙間部に介在させて使用する集水チューブ挿入用治具。
3. 請求項１記載の分離膜エレメントを複数平行に配列されてなる分離膜カセットを備えた分離膜モジュールであって、請求項２記載の集水チューブ挿入用治具を使用して前記集水チューブを挿入する分離膜モジュールの組立方法。

Images