JP3979114B2 - 濾過膜モジュールおよび造水方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に廃水処理および浄水処理に利用するのに好適な濾過膜モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上などの特徴を有するため、適用分野を拡大しながら普及している技術である。膜分離法には、逆浸透、限外ろ過、精密ろ過、などの方法があり、その適用分野としては、海水淡水化、浄水処理、ガス分離、血液浄化などがある。また、濾過膜の形態には、中空糸膜、平膜、管状膜などがあり、分離対象物の性質や特徴に応じて使い分けられている。
【０００３】
例えば、比較的少量かつ清澄な懸濁液を分離・ろ過するためには、０．０１μｍ程度以上の粒子を除去する精密ろ過膜を備えた、小型のディスクフィルターやプリーツ型カートリッジフィルターが使用されてきている。また、超純水の製造や食品製造および清涼飲料の製造などには、０．００１μｍ程度以上の粒子を除去する限外ろ過膜や、原水中の溶解性物質をも除去できる逆浸透膜を備えた平膜ろ過装置や中空糸型膜モジュールが使用されている。
【０００４】
そして、最近では環境保全の観点から、廃水処理にも膜分離技術を適用しようとする研究も進められている。
【０００５】
廃水処理では、活性汚泥と呼ばれる微生物により、廃水中の有機物を分解した後に、フロック化した汚泥と処理水とを分離する活性汚泥処理プロセスが広く用いられている。この場合、沈殿法による固液分離を伴うため、活性汚泥を高濃度化して分解処理を進ませて処理効率を上げようとすると、後段の沈殿池において汚泥の沈降性不良を生じる場合があり、水質の悪化を防止するための管理作業が煩雑になる。そこで、この汚泥と処理水との固液分離に膜分離技術を利用することで、高濃度活性汚泥処理を行った場合にも水質の悪化を伴わず、さらに沈殿池を省略でき非常に省スペースとなる。
【０００６】
このような観点から、近年、水槽内に濾過膜モジュールを浸漬してモジュールの透過側をポンプで吸引あるいはサイホンなどのように水位差を利用して処理水を得る、浸漬タイプの濾過膜モジュールの研究が行われている。活性汚泥処理では、通常、好気性の微生物を飼育するための曝気が行われているので、水槽内に濾過膜モジュールを浸漬させて使用すると、曝気により水槽内に形成される旋回流によって膜面の汚れをかきとりながら固液分離を行うことができ、非常に低コストでの運転が可能である。
【０００７】
浸漬タイプの濾過膜モジュールとしては、図７に示すように、濾過膜エレメント３２の側部に凸部３５設け、この凸部３５により隣接する濾過膜との間隙３６を一定に保ちながら、ハウジング内３１に装填するものが知られている。しかしながら、この濾過膜モジュールにおいては、濾過膜エレメント３２をハウジング３１に一方向から順々に隙間なく装填していかなければ所定枚数全数の濾過膜エレメント３２をハウジング３１内に装填できず、また、所定枚数の濾過膜エレメント３２を装填しない場合には各濾過膜エレメント３２を十分に固定できず、濾過運転を行った場合に曝気による振動で濾過膜エレメント３２が損傷したり、濾過膜エレメント３２間の原水流路が不規則となるため旋回流が均一に発生しないという問題がある。
【０００８】
また、実開平６−６０４２７号公報や特開平４−２８１８２８号公報には、図８に示すように、ハウジング３１に凹部３７を設けることにより作業者の技術に依らず隣接する濾過膜の間隙３６を一定に保つことができる濾過膜モジュールが開示されている。しかしながら、このような濾過膜モジュールにおいて、曝気時の濾過膜エレメント３２の振動を低減するためには、凹部と濾過膜エレメントの幅の差をできる限り小さくする必要があるが、その幅の差を小さくすると濾過膜エレメントの装填および抜出が困難となるという問題があり、バランスが非常に難しい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ハウジングへの濾過膜エレメントの装填および抜出を容易とするとともに、濾過膜エレメントの損傷を低減できる濾過膜モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、支持板およびこの支持板の両面に配した濾過膜を有する濾過膜エレメントと、その濾過膜エレメントの複数枚を互いに並行するように収納したハウジングとを有し、濾過膜エレメントの左右の外側端に突部が設けられ、該突部同士が当接することにより隣接する濾過膜エレメント同士が位置規制され、突部の少なくとも一方の先端に凹部が設けられ、ハウジングの内側部には濾過膜エレメントの凹部と緩嵌できる凸部が設けられ、かつ、ハウジングの内側部の凸部が濾過膜エレメントの凹部と嵌合している濾過膜モジュールを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、ハウジングの内側部に設けられた凸部の数が、濾過膜エレメントの外側端の突部に設けられた凹部の数よりも少ないことや、並行する複数枚の濾過膜エレメントに対し濾過膜エレメントの厚み方向に向かう力が加えられていて、それら複数枚の濾過膜エレメントが互いに押圧されていることが好ましい。また、濾過膜エレメントの厚み方向に向かう力を加える手段として、濾過膜エレメントの外側端の突部に隣接するように挿入される押圧部材が用いられていることが好ましい。さらに、凸部における凸幅と凹部における凹幅の差が大きくても２０ｍｍであることが好ましい。
【００１２】
そして、上記いずれかの濾過膜モジュールを被処理液中に浸漬し、濾過膜エレメントの内側から透過水を得ることも好ましい態様であり、特に、ＭＬＳＳ濃度が１，０００ｍｇ／リットル以上である被処理液から透過水を得る場合に好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の濾過膜モジュールは、例えば図１に示すように、支持板の両面に液体中の不純物を除去する濾過膜を配してなる濾過膜エレメント２と、内部に複数枚の濾過膜エレメント２が装填、固定されるハウジング１などから構成され、複数枚の濾過膜エレメント２が互いに並行し膜面間に空間ができるようにハウジング１内に収納されてなる。
【００１４】
濾過膜エレメント２は、図２に示すように、支持板２０の両表面に、濾過水が流動する領域を確保するための流路材２１と、液体中の不純物を除去する濾過膜２２とがこの順序で配されてなり、また、側部に、ハウジングの凸部と緩嵌できる凹部４を有する突部５が設けられている。
【００１５】
支持板２０としては、種々のものを選択して使用することができ、たとえば中実の板や中空板、さらには表面に凹凸を有する凹凸板などを用いることができる。中実の板は機械的な強度が非常に高いため、強力な曝気環境下のもとで特に好ましく使用することができ、中空板や凹凸板の場合は、これらの中空部や凹部を透過水の流路とすることができるため、高い透水性を必要とする場合に特に好ましく使用することができる。また、その材質は、ＡＳＴＭ試験法のＤ６３８におけるヤング率が５００ＭＰａ程度以上の剛性を持つ材質であれば特に限定されるものではないが、ステンレスなどの金属類、アクリロニトリルブタジエンスチレンゴム（ＡＢＳ樹脂）、塩化ビニルなどの樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などの複合材料、その他の材質などを適宜選択、使用することができる。
【００１６】
そして、この支持板２０の側部には、ハウジングの凸部と緩嵌できる凹部４を有する突部５を設けることが好ましい。
【００１７】
濾過膜２２としては、特に限定されるものではなく、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリル、塩素化ポリエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリビニルフルオライド、その他の材質を適宜選択して使用することができる。連続で曝気するような環境下で使用する場合には、耐久性の高いポリオレフィン系やフッ素系の材質を特に好ましく使用することができ、ＭＬＳＳ(Mixed Liquor and Suspended Solid)濃度が１０００ｍｇ／リットル以下の比較的清澄な原水の場合には、ポリアクリロニトリルやセルロースアセテート、ポリスルホンなどを特に好ましく使用することができる。そして、濾過膜の孔径についても、多孔質であれば特に限定するものではないが、特に活性汚泥水の固液分離を行う場合にはその膜の濾過性能を決定する細孔の孔径が０．０１〜２０μｍ程度の範囲内にあるものが好ましい。
【００１８】
また、流路材２１としては、ネットや不織布など比較的空隙率の高い素材をを使用することが好ましく、空隙率が４０％〜９６％程度のものを特に好ましく使用できる。
【００１９】
一方、濾過膜エレメント２が収容されるハウジング１は、内側部に凸部３を有し、凸部における凸幅と凹部における凹幅との関係は、濾過膜エレメント２の凹部４がこの凸部３に緩嵌できるようになっている。
【００２０】
凸部３、凹部４の形状は、凸部３における凸幅よりも凹部４における凹幅が幅広で凸部３との間に間隙を有するような形状であれば特に限定されるものではなく、凸部、凹部の断面が矩形、半円形、三角形、台形、その他の形状になるように便宜選択すればよいが、濾過膜エレメントの装填をし易くするとともに膜面積充填率および原液流速を維持するためには、凸部３における凸幅と、凹部４における凹幅との差が大きくても２０ｍｍであることが好ましい。より好ましくは、０．３〜２０ｍｍの範囲内であること、さらには０．５〜６ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００２１】
また、凸部３は、側面全長に亘って設けても、側面一部に設けてもよい。
【００２２】
さらに、ハウジングそのものの形状は、円形や矩形など種々の形状を選択することができるが、板状の濾過膜エレメント２を充填密度が高くするためには直方体にするのが好ましい。また、本濾過膜モジュールを曝気槽内に設けて使用する場合には、曝気による旋回流がハウジング１内を通過するように上下端部を開放することが好ましい。
【００２３】
そして、濾過膜エレメントを鉛直方向に配置する場合には、濾過膜エレメントが下方にずり落ちないようにストッパー２３を設けることが好ましい。このストッパー２３の形状は特に限定されず、直方体や円筒形、三角柱、その他の形状を適宜選択して使用することができる。また、このストッパー２３はハウジング１に接着または溶接などの方法で直接固定してもよく、またボルトなどで取り外し可能に固定してもよい。
【００２４】
ハウジング１の材質については、濾過膜モジュールの形状を保持することができる剛性を有するものであれば特に限定されず、ステンレスなどの金属類、アクリロニトリルブタジエンスチレンゴム（ＡＢＳ樹脂）、塩化ビニルなどの樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などの複合材料、その他の材質を便宜選択することができる。
【００２５】
本発明においては、ハウジング１の内側部にある凸部３と濾過膜エレメント２の外側端の突部にある凹部４とが緩嵌できるような構成にすることにより、濾過膜エレメント２のハウジング１への装填、抜き出しを容易にできる。また、凹部４における凹幅と凸部３における凸幅にはハウジングに装填するときに緩嵌されるよう差を設けているものの、所定の数枚の濾過膜エレメント２がハウジング１内に収容されたときには、それら濾過膜エレメント２は隣接する濾過膜エレメント２の外側端の、凹部を有する突部５同士が当接することによって互いに位置規制され、使用時の振動さらには損傷を低減できる。
【００２６】
ここで、凸部３は、図５、図６に示すように、収容する濾過膜エレメント２の全ての凹部４に対応する数を設けることで、複数枚の濾過膜エレメント２をハウジング１内に装填する際に収容順序を気にする必要がなく、所望の濾過膜エレメント２からハウジングへ収容することができるので作業性を向上でき、また、濾過膜エレメントの装填数が少ないときでも濾過膜エレメント２が倒れることがないので好ましい。なお、濾過膜エレメント２を取り出す際にも、順番を気にする必要はなく、所望の濾過膜エレメントから取り出すことができる。
【００２７】
一方、ハウジング１の内側部に設ける凸部３が、図９に示すように、濾過膜エレメント２に設けた凹部４の数よりも少なくなるように構成してもよい。ハウジング１に装填する濾過膜エレメント２の全ての凹部４に対応する数の凸部３を設けずとも、適切な枚数の濾過膜エレメント毎に１つの割合で凸部を設けるなどして、凸部３の数を凹部４の数よりも少なくすることで、位置規制や倒れ防止ができるうえ、ハウジング１に設ける凸部３の数が少なくてすむことから凸部製作の手間が省略でき好ましい。また、濾過膜エレメント２の装填が容易である。この場合、２つの凸部がハウジング内で対向するように濾過膜エレメントの両側の凹部に対応するように設けることが好ましい。また、隣接する凸部の間隔は、凸部間に収容される濾過膜エレメントが一定数となるように設けても良く、凸部間に収容される濾過膜エレメントの数が変わるように設けても良い。たとえば、エレメントやハウジングの寸法にもよるが、２〜２０個の濾過膜エレメントごとに、濾過膜エレメントの凹部が遊嵌する凸部を１組設け、位置規制や倒れ防止をしつつ製作の手間を省略し作業性を向上する。
【００２８】
そして、複数枚の濾過膜エレメント２をハウジングに収容した後に、図１や図６に示すように押圧部材８を濾過膜エレメントの外側端の突部に隣接するように挿入することで、並行する複数枚の濾過膜エレメント２に濾過膜エレメントの厚み方向に向かう力が加えられ、それら複数枚の濾過膜エレメント２を互いに押圧することができる。その結果、上記効果がより高く、また、濾過膜エレメント２をハウジング１のある一方向から順々に装填しなければならないという制約もなくなる。押圧部材８としては、すべての原水流路６が均一となるように、突部５の幅と等しい程度の厚みを有するものであるものが好ましい。そして、この押圧部材８の設置位置や個数については、特に限定されるものではなく、ハウジング１の角部や中央部、さらに、角部と中央部などというように複数個設置してもよい。
【００２９】
次に、上記の本発明の濾過膜モジュールを用いた造水方法について説明する。
【００３０】
本発明の濾過膜モジュールは、図３に示すように、被処理水槽２４に貯えた有機性廃水などの被処理水に浸漬するように設ける。濾過膜エレメント２の下方には、ブロア２６から気体を濾過膜エレメント２に供給する散気装置２５を設け、また、濾過膜モジュールよりも下流側には濾過水を吸引するポンプ２７を設けている。
【００３１】
このように構成された濾過装置において、被処理水は、ポンプ２７による吸引力により濾過膜２２を通過する。この際、被処理水中に含まれる微生物粒子、無機物粒子などの懸濁物質が濾過される。そして、濾過膜２２を通過した水は、流路材２１によって形成されている濾過水流路、支持板２０に設けられた濾過水取出口９を通って被処理水槽２４の外部に取り出される。一方、濾過と平行して散気装置２５が気泡を発生し、その気泡のエアリフト作用によって生じる濾過膜エレメント２の膜面に平行な上昇流が、膜面に堆積した濾過物を離脱させる。
【００３２】
このとき、本発明の濾過膜モジュールによると、濾過膜エレメント２が強固にハウジング１に固定されているため、曝気および濾過を行っても濾過膜エレメント２の振動による損傷を低減することができ、長期間安定した運転を可能とすることができる。
【００３３】
そして、本発明の濾過膜モジュールは、振動を防ぐことができるので、被処理水の濃度が高い被処理水中に浸漬した場合でも、被処理液をエアーなどで乱流状態にすることにより濾過膜の膜面での濁質の付着を少なくすることができる。よって、被処理液中のＳＳ濃度を示すＭＬＳＳ(Mixed Liquor and Suspended Solid)濃度が１，０００ｍｇ／リットル以上の被処理水を濾過する際に特に好適に用いることができる。
【００３４】
【実施例】
＜実施例１＞
高さ９９８ｍｍ×幅４９８ｍｍ×厚み６ｍｍのＡＢＳ板材（支持板）の両面に空隙率９０％のポリエチレン製ネットを流路材２１として貼り付けるとともに、その上に表面平均細孔径が０．１μｍの濾過膜を貼り付け、さらに、ＡＢＳ板材の両側部には凹部を有する突部５を設けて濾過膜エレメント２を構成した。突部５はＡＢＳ板材からなり、濾過膜エレメント両側部全域にわたって設けた。また、突部５の形状は、図４においてａ＝４ｍｍ、ｂ＝１４ｍｍ、ｃ＝５ｍｍ、ｄ＝１２ｍｍであった。凹部４の断面形状は幅６ｍｍ（図４におけるｂ−２ａの寸法）で奥行５ｍｍ（図４におけるｃの寸法）であった。
【００３５】
この濾過膜エレメント２を７枚、図１および図５に示すように、上下端部を開放した矩形のハウジング１（ＳＵＳ３０４製）に収納した。このとき、ハウジング１の内側部には、濾過膜エレメントの凹部４との幅の差が１ｍｍとなるように、幅５ｍｍ、奥行５ｍｍの凸部３を設けており、各濾過膜エレメント２の凹部４とハウジング１の凸部３とを緩嵌させるように濾過膜エレメント２を１枚づつハウジング１内に装填し、最後の１枚を装填することで隣合う濾過膜エレメント同士の突部５を密着させた。なお、本実施例では押圧部材を設けなかった。
【００３６】
続いて、この濾過膜モジュールを、純水を貯えた幅１，０００ｍｍ×奥行１，０００ｍｍ×高さ２，０００ｍｍの水槽内に浸漬し、濾過膜モジュール下部の散気装置２５から２１０リットル／分のエアーを排出することで各濾過膜エレメント２間の原水流路６にエアーを分配し、濾過線速度０．４ｍ／ｄで６０日間濾過運転（造水）を行った。
【００３７】
濾過運転終了後、濾過膜エレメント２を取りだし損傷を確認したところ、目視では損傷箇所を確認できなかった。また、濾過膜エレメントの装填時には、凸部３および凹部４を緩嵌させるように装填すればよく、作業性が大幅に改善できた。さらに、濾過膜エレメント２抜出時も１枚目の取りだし以降の作業が非常に容易になる。
＜実施例２＞
濾過膜エレメント２をハウジング１に収納した後に押圧部材８を設け、上面図が図６のようになるようにした以外は実施例１と同様にして、濾過（造水）を行った。
【００３８】
押圧部材８は、ハウジングへの掛止部材と、横断面が長さ１２ｍｍ（図４におけるｄと同じ方向の寸法）×幅４ｍｍ（図４におけるａと同じ方向の寸法）でかつ高さが５０ｍｍの直方体部を有するステンレス板状体で、図１に示すように、直方体部がハウジング１内部に設けられるように、ハウジング１の角部に引っ掛けた。このとき、押圧部材８を、各濾過膜エレメント２を装填した後に嵌めこむことで、各エレメント２の突部５同士をより強固に密着させ、上面図が図６に示すような濾過膜モジュールとした。
【００３９】
濾過運転終了後、濾過膜エレメント２を取りだし損傷を確認したところ、目視では損傷箇所を確認できなかった。また、濾過膜エレメント２の装填時には、凸部および凹部を緩嵌させるように装填すればよく作業性が大幅に改善でき、また、押圧部材８を設けたため運転時の振動を実施例１よりもさらに低減できた。そして、濾過膜エレメント２抜出時も、押圧部材を始めに抜き出し１枚目の濾過膜エレメント２を取り出した後の作業が非常に容易であった。
＜比較例１＞
図７に示すように、両側部に突部３５（凹部なし）を有する７枚の濾過膜エレメント３２を、上下端部を開放した矩形のハウジング３１（ＳＵＳ３０４製）に互いに隣り合う突部３５が密着するように収納し、濾過膜モジュールを構成し、実施例１と同様に濾過を行った。なお、濾過膜モジュールの構成部材について、ハウジングおよび突部の形状が異なる以外は実施例１と同じであった。
【００４０】
濾過運転終了後、濾過膜エレメント３２を取りだし損傷を確認したところ、目視では損傷箇所を確認できなかったが、濾過膜エレメント３２のハウジング３１への嵌めこみ時の作業性について、各濾過膜エレメント３２の位置決めが難しく、最後の１枚をハウジング３１内へ装填するのが非常に困難であった。
＜比較例２＞
図８に示すように、幅が６．５ｍｍ、奥行が５ｍｍの凹部３７を有するハウジング３１に板状の濾過膜エレメント３２（凹部を有する突部がない濾過膜エレメント）を凹部３７に嵌合させるように挿入して濾過膜モジュールとした以外は、実施例１と同様の濾過運転を実施した。なお、凹部３７の幅と濾過膜エレメントの厚みの差は１ｍｍであった。
【００４１】
濾過運転終了後、濾過膜エレメント３２を取りだし損傷を確認したところ、濾過膜エレメント３２のハウジング１の凹部３７と接触する部分に擦り傷を確認した。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の濾過膜モジュールは、濾過膜エレメントの左右の外側端の突部の先端に設けた凹部と、ハウジングの内側部に設けた凸部とが緩嵌できるようになっているので、濾過膜エレメントのハウジングへの装填、抜き出しを容易に行うことができる。さらに、ハウジング内に濾過膜エレメントを容易に装填し、所定の数枚の濾過膜エレメントがハウジング内に収容されたときには、それら濾過膜エレメントは、隣接する濾過膜エレメントの左右の外側端の突部同士が当接することにより互いに位置規制されるので、曝気環境下での振動、さらには損傷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す濾過膜モジュールの概略斜視図である。
【図２】濾過膜モジュールに収納した濾過膜エレメントの一実施態様を示す概略分解図である。
【図３】本発明の造水方法の概略フロー図である。
【図４】図１の濾過膜モジュールにおける凹部４と凸部３との緩嵌部分の拡大断面図である。
【図５】本発明の一実施態様を示す濾過膜モジュールの概略上面図である。
【図６】本発明の一実施態様を示す濾過膜モジュールの概略上面図である。
【図７】従来の濾過膜モジュールの概略上面図である。
【図８】従来の濾過膜モジュールの概略上面図である。
【図９】本発明の一実施態様を示す濾過膜モジュールの概略上面図である。
【符号の説明】
１ …… ハウジング ２ …… 濾過膜エレメント
３ …… 凸部 ４ …… 凹部
５ …… 突部 ６ …… 原水流路
８ …… 押圧部材 ９ …… 濾過水取出口
２０…… 支持板 ２１…… 流路材
２２…… 濾過膜 ２３…… ストッパー
２４…… 被処理水槽 ２５…… 散気手段
２６…… ブロア ２７…… ポンプ
３１…… ハウジング ３２…… 濾過膜エレメント
３５…… 突部 ３６…… 間隙
３７…… 凹部 ３９…… 濾過水取出口

Claims (7)

1. 支持板およびこの支持板の両面に配した濾過膜を有する濾過膜エレメントと、その濾過膜エレメントの複数枚を互いに並行するように収納したハウジングとを有し、濾過膜エレメントの左右の外側端に突部が設けられ、該突部同士が当接することにより隣接する濾過膜エレメント同士が位置規制され、突部の少なくとも一方の先端に凹部が設けられ、ハウジングの内側部には濾過膜エレメントの凹部と緩嵌できる凸部が設けられ、かつ、ハウジングの内側部の凸部が濾過膜エレメントの凹部と嵌合していることを特徴とする濾過膜モジュール。
2. ハウジングの内側部に設けられた凸部の数が、濾過膜エレメントの外側端の突部に設けられた凹部の数よりも少ない、請求項１に記載の濾過膜モジュール。
3. 並行する複数枚の濾過膜エレメントに対し濾過膜エレメントの厚み方向に向かう力が加えられていて、それら複数枚の濾過膜エレメントが互いに押圧されている、請求項１または２に記載の濾過膜モジュール。
4. 濾過膜エレメントの厚み方向に向かう力を加える手段として、濾過膜エレメントの外側端の突部に隣接するように挿入される押圧部材が用いられていることを特徴とする請求項３に記載の濾過膜モジュール。
5. 凸部における凸幅と凹部における凹幅の差が大きくても２０ｍｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の濾過膜モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の濾過膜モジュールを被処理液中に浸漬し、濾過膜エレメントの内側から透過水を得ることを特徴とする造水方法。
7. ＭＬＳＳ濃度が１，０００ｍｇ／リットル以上である被処理液から透過水を得る、請求項６に記載の造水方法。

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