JP4069246B2 - 濾過膜モジュール束用多分岐管 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一端部が筒状である３本以上の濾過膜モジュール束を主配管に液密に接続し得る濾過膜モジュール束用多分岐管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浄水処理、下水処理、産業排水処理等における固液分離は、凝集沈殿槽、重力沈殿槽等を用いて行われていた。しかしながら、近年では、膜技術の発達により濾過膜モジュールを用いて被処理水を固液分離する方法が採用されるに至っている。
【０００３】
即ち、懸濁物質を含む被処理水を加圧、水頭差或いは吸引圧等の膜間差圧を与えて濾過膜モジュールにより濾過を行い、得られた濾過水が濾過膜モジュールの外部に引き出される。
【０００４】
このような方法によれば、被処理水中の懸濁物質は、濾過膜モジュールの供給側に固形分として残り、濾過膜モジュールの透過側において、除濁、除菌された清浄な濾過水が得られる。
【０００５】
このような膜分離装置においては、濾過膜モジュールへ被処理水を送水したり、或いは、濾過膜モジュールにより得られた濾過水を集水するために濾過膜モジュールの被処理水入口及び濾過水出口は、被処理水用配管及び濾過水用配管へ各々接続されている。
【０００６】
この時、これ等の配管へ接続される濾過膜モジュールにおいて、隣り合う濾過膜モジュールの間隔が広いと膜分離装置の設置床面積あたりの膜面積、即ち、膜充填密度が小さくなる。
【０００７】
この結果、処理水量が増加するほど、即ち、必要な濾過膜モジュールの本数が増加するほど、膜分離装置の設置床面積が大きくなり膜分離装置が大型化する。また、各濾過膜モジュールを各々被処理水用配管及び濾過水用配管に接続すると、濾過膜モジュールの本数分の接続個所が必要であり、また、各配管との接続部品点数も増加するため膜分離装置のメンテナンス作業等が煩雑になる。
【０００８】
このような問題に鑑み、設置床面積あたりの膜面積、即ち、膜充填密度を高めるため矩形型濾過膜モジュールを縦方向に数段積み重ねた濾過膜ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、４本の濾過膜モジュールを正方形の角部に配置して１組とした濾過膜ユニットを複数個配置した膜分離装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
また、タンク或いはケース内に管板等を用いて正三角形状に濾過膜モジュールを配置した膜分離装置が開示されている（例えば、特許文献３〜６参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−３１４０２６号公報
【特許文献２】
国際公開第００／６２９０８号パンフレット
【特許文献３】
特公昭６４−５９２５号公報
【特許文献４】
特開平９−３８４７０号公報
【特許文献５】
特開平７−８７６３号公報
【特許文献６】
特開２００１−１３７６７０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例において、特許文献１、２に開示されている濾過膜モジュールの配置方法では、濾過膜モジュールが最密充填の位置に配置されておらず膜充填密度が十分ではないため処理水量が増加するほど膜分離装置が大型化するという問題を解決するには至っていない。
【００１３】
また、特許文献３〜６に開示されているタンクまたはケース内に正三角形状に濾過膜モジュールを配置した膜分離装置では、管板と濾過膜モジュールを液密にするために多数のボルト及び専用治具により濾過膜モジュールを固定しなければならず多数の接続部品が必要である。また、ボルトや専用治具を使用するため濾過膜モジュールの間隔を密にすることが困難である。
【００１４】
また、部品点数が多いため膜分離装置の維持管理が煩雑である。また、正三角形状に配置するための管板等に精密な加工をする必要があり装置製作コストが上昇する。また、多数本の濾過膜モジュールを同一の管板で支持する場合、管板に十分な強度を確保する必要があり非常に重厚な膜分離装置となってしまうという問題があった。
【００１５】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、複数の濾過膜モジュールを充填密度の高い位置に容易に配置出来、膜充填密度を最大限まで高めることにより膜分離装置を小型化し、また、濾過膜モジュールと主配管との接続部品点数を少なくすることにより膜分離装置のメンテナンスが容易になり、更には、濾過膜モジュールと主配管との接続部分の損失水頭を小さくすることによりエネルギー損失を小さく出来る濾過膜モジュール束用多分岐管を提供せんとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管は、少なくとも一端部が筒状である３本以上の濾過膜モジュール束を主配管に液密に接続し得る濾過膜モジュール束用多分岐管であって、一端が前記主配管に連結される主管部と、前記主管部の他端から分岐した複数の分岐管部とを有し、前記分岐管部の夫々の先端部は同方向で、且つ前記濾過膜モジュールの筒状端部との連結部を構成し、該先端部の中心を通る複数の中心軸と、該中心軸に垂直な平面との交点を結んでなる多角形が、最隣接の中心軸間距離を一辺の長さとする正三角形の組み合わせから構成されることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、上述の如く構成したので、濾過膜モジュール束用多分岐管の各分岐管部の先端部が隣り合う３本以上の濾過膜モジュールの端部に接続されており、該分岐管部の先端部が正三角形の頂点にある多分岐管を用いることにより濾過膜モジュールを充填密度の高い位置に容易に配置出来、且つ各濾過膜モジュールの間隔を密にすることにより膜充填密度を最大限まで高めることが出来、これにより膜分離装置を小型化出来る。
【００１８】
また、前記主管部の中心軸と、前記分岐管部の先端部の中心を通る複数の中心軸に垂直な平面との交点は、前記先端部の中心を通る複数の中心軸と、該中心軸に垂直な平面との交点を結んでなる多角形において該多角形を線対称に区分する線対称軸上にあり、且つ前記多角形の各頂点から前記線対称軸上に引いた垂線で区切られる最長の線分の中点に位置する場合には、配列された複数の膜濾過モジュール束用多分岐管の主管部を直線上に配列することが容易に出来、主配管と膜濾過モジュール束用多分岐管の主管部とを直管で接続することが出来るため損失水頭を低減することが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る膜濾過モジュール束用多分岐管の一実施形態を具体的に説明する。図１及び図２は本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本、或いは４本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットの一例を示す平面説明図、図３は図１及び図２に示す濾過膜ユニットの側面説明図、図４は本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットを多数配列した様子を示す平面模式図、図５は比較例を示す図である。
【００２０】
本発明に係る膜濾過モジュール束用多分岐管（以下、単に「多分岐管」という）は、例えば、河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、工場排水、下水二次処理水等の被処理水を膜分離により除濁、除菌する濾過膜モジュールを用いて、各濾過膜モジュールより得られる濾過水を複数本分一括して集水したり、或いは、被処理水を複数本の濾過膜モジュールへ一括して送水するための濾過膜モジュール束用多分岐管である。
【００２１】
図１は、３本の濾過膜モジュール２を多分岐管１Ａにより連結した濾過膜ユニットＡを上から見た平面図であり、図２は４本の濾過膜モジュール２を多分岐管１Ｂにより連結した濾過膜ユニットＢを上から見た平面図である。
【００２２】
また、図３は図１及び図２に示す各多分岐管１Ａ，１Ｂと連結される側の濾過膜モジュール２の上部ヘッダがキャップ５によるネジ込み式構造を有しており、且つ濾過膜モジュール２において各多分岐管１Ａ，１Ｂと連結していない側が専用の固定治具６により固定されている濾過膜ユニットＡ，Ｂの一例を示す概略図である。
【００２３】
ここで、濾過膜ユニットＡ，Ｂとは複数本の濾過膜モジュール２を多分岐管１Ａ，１Ｂを用いて束ねた構成単位のことである。多分岐管１Ａ，１Ｂは少なくとも一端部が円筒状、角筒状等の筒状である３本、或いは４本（３本以上）の濾過膜モジュール２束を主配管４に液密に接続し得るものであり、一端が主配管４に連結される主管部７と、該主管部７の他端から分岐した複数の分岐管部３とを有している。
【００２４】
図１〜図３に示すように、分岐管部３の夫々の先端部は同方向（図３の上下方向）であって濾過膜モジュール２の筒状端部との連結部を構成し、該先端部の中心を通る複数の中心軸３ｍと、該中心軸３ｍに垂直な平面との交点を結んでなる多角形が、最隣接する中心軸３ｍ間の距離を一辺の長さとする正三角形の組み合わせから構成されるように設定されている。
【００２５】
また、主管部７の中心軸７ｍと、分岐管部３の先端部の中心を通る複数の中心軸３ｍに垂直な平面との交点は、中心軸３ｍと該中心軸３ｍに垂直な平面との交点を結んでなる多角形において該多角形を線対称に区分する線対称軸ｓ上にあり、且つその多角形の各頂点から線対称軸ｓ上に引いた垂線で区切られる最長の線分の中点に位置するように設定されている。
【００２６】
例えば、図１に示す濾過膜ユニットＡは、多分岐管１Ａを用いて３本の濾過膜モジュール２を１組とし、多分岐管１Ａの各分岐管部３ａ，３ｂ，３ｃと接続された各濾過膜モジュール２の中心軸と一致する各分岐管部３ａ，３ｂ，３ｃの夫々の先端部3a1，3b1，3c1の中心軸3ma，3mb，3mcが正三角形８の頂点に配置された一例である。
【００２７】
各分岐管部３ａ〜３ｃが接続される主管部７の中心軸７ｍは、各濾過膜モジュール２と接続された各分岐管部３ａ〜３ｃの先端部3a1〜3c1の中心軸3ma，3mb，3mcと、該中心軸3ma，3mb，3mcと垂直な平面との交点を結んでなる正三角形８において、その正三角形８の線対称軸ｓ上にあり、且つその正三角形８の各頂点から線対称軸ｓ上に引いた垂線ａ，ｂで区切られる最長の線分８ａの中点に位置している。
【００２８】
一方、図２に示す濾過膜ユニットＢは、多分岐管１Ｂを用いて４本の濾過膜モジュール２を１組とし、多分岐管１Ｂの各分岐管部３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇと接続された各濾過膜モジュール２の中心軸と一致する各分岐管部３ｄ〜３ｇの夫々の先端部3d1，3e1，3f1，3g1の中心軸3md，3me，3mf，3mgが正三角形を２つ組み合わせた菱形９の頂点に配置された一例である。
【００２９】
各分岐管部３ｄ〜３ｇが接続される主管部７の中心軸７ｍは、各濾過膜モジュール２と接続された各分岐管部３ｄ〜３ｇの先端部3d1〜3g1の中心軸3md，3me，3mf，3mgと、該中心軸3md，3me，3mf，3mgと垂直な平面との交点を結んでなる菱形９において、その菱形９の線対称軸ｓ上にあり、且つその菱形９の各頂点から線対称軸ｓ上に引いた垂線ａ，ｂで区切られる最長の線分９ａの中点に位置している。
【００３０】
ここで、多分岐管に連結する濾過膜モジュール２の本数は任意の数で良いが、５本以上の濾過膜モジュール２を多分岐管を用いて濾過膜ユニットにすると、濾過膜モジュール２を連結するための多分岐管の形状が複雑になり、多分岐管の損失水頭が増加してしまう。
【００３１】
また、メンテナンス時には、多数本の濾過膜モジュール２を同時に停止させる必要があり、メンテナンス作業等が煩雑になってしまう。
【００３２】
一方、２本の濾過膜モジュール２を１組とした濾過膜ユニットとすると、多分岐管と主配管４の接続点数が増加するため配管製作等が困難となる。また、接続に必要な部品点数が増加してしまう等の問題がある。
【００３３】
このため、濾過膜ユニットを構成する濾過膜モジュール２の本数としては、好ましくは３本或いは４本で、より好ましくは３本であることが望ましい。即ち、多分岐管の主管部７から分岐した分岐管部３の数が３或いは４であることが好ましく、より好ましくは３であることが望ましい。
【００３４】
図３は、多分岐管１Ａ，１Ｂと、濾過膜モジュール２及び主配管４との連結方法の一例を示したものである。多分岐管１Ａ，１Ｂと濾過膜モジュール２との連結方法としては、両者を直接連結する方法、或いは、図３に示すように、キャップ５等を介して連結する方法のいずれでも良いが、濾過膜モジュール２の脱着の容易さからキャップ５等を介して連結する方法が望ましい。
【００３５】
濾過膜モジュール２とキャップ５の連結方法としては、隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が密に出来るものであれば特に限定されないが、ネジ込み式の構造が濾過膜モジュール２を密に構成することが出来るため望ましい。
【００３６】
更に、濾過膜モジュール２を取り付けたキャップ５と、多分岐管１Ａ，１Ｂとの接続方法としては、フランジ接続、クランプ接続、ヘルール接続、ヴィクトリックジョイント接続、ネジ接続等があるが、隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が密に出来るものであれば特に限定されない。
【００３７】
また、多分岐管１Ａ，１Ｂと、濾過膜モジュール２とを直接接続する場合においても略同様な接続用治具を用いれば良い。多分岐管１Ａ，１Ｂと主配管４との接続方法としては、両者を溶接等により直接固定する方法、或いは、フランジ接続、クランプ接続、ヘルール接続、接続長さを変えられる接続（例えば、ヴィクトリックジョイント接続）等による脱着可能な方法のいずれでも良い。
【００３８】
更には、隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が密になった濾過膜ユニットＡ，Ｂにおいては、濾過膜モジュール２同士が接触することにより破損する恐れがあるため固定治具６等により濾過膜モジュール２下部を固定することが好ましい。
【００３９】
図３に示す濾過膜モジュール２は、筒形状の中空糸膜の下端部が接着固定されて閉塞され、上端部が開口されたものであり、接着固定される下端部の断面形状としては、円形の他、三角形、四角形、六角形、楕円形等であっても良いが、特に膜充填密度を高く出来る円形が好ましい。
【００４０】
また、濾過膜モジュール２に用いる中空糸膜としては、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜のいずれでも良い。
【００４１】
図３に示す濾過膜ユニットＡ，Ｂは多数組み連結されて槽10、或いはタンク内に収容されており、例えば、主配管４から供給される原液が多分岐管１Ａ，１Ｂにより各濾過膜モジュール２に分岐されて流通し、中空糸膜を通って濾過された濾過液が槽10或いはタンク内部に貯留され、図示しない排出口から取り出されるか、または、図示しない供給口からタンク内に原液が供給されて各濾過膜モジュール２の中空糸膜を通って濾過された濾過液が多分岐管１Ａ，１Ｂにより集液されて主配管４から外部に排出される。
【００４２】
上記構成の多分岐管１Ａを使用して主配管４に接続した場合、図４に示すように、多分岐管１Ａの主管部７が接続される主配管４の分岐管部４ａの配列位置を一直線上に配列することが可能であり、多分岐管１Ａの主管部７と、主配管４の分岐管部４ａとを損失水頭が少ない直管により接続することが容易に出来る。
【００４３】
また、図示しないが、多分岐管１Ｂを使用して主配管４に接続した場合も同様に主配管４の分岐管部４ａの配列位置を一直線上に配列することが可能であり、多分岐管１Ｂの主管部７と、主配管４の分岐管部４ａとを損失水頭が少ない直管により接続することが容易に出来る。
【００４４】
ここで、比較例として、図５に示すように、各濾過膜モジュール２の中心軸と、該中心軸と垂直な平面との交点を結んでなる正三角形８の重心位置に多分岐管１Ａの主管部７の中心軸７ｍを設定した場合には、配列された多分岐管１Ａの主配管４の位置が千鳥状に配列されてしまう。
【００４５】
このため、多分岐管１Ａの主管部７と主配管４の分岐管部４ａとをエルボ等の管継手を用いて接続しなければならず直管と比較して損失水頭が大きくなるという問題がある。
【００４６】
以下、濾過膜モジュール２を最密充填の位置に容易に配置出来、且つ濾過膜モジュール２の間隔を密にすることにより膜充填密度を最大限まで高めて膜分離装置を小型化出来る濾過膜モジュール束用多分岐管の具体的な実施例を詳細に説明する。
【００４７】
＜実施例１＞
図１に示した多分岐管１Ａを用いて該多分岐管１Ａの分岐管部３ａ〜３ｃと濾過膜モジュール２の濾過水出口を接続し、３本の濾過膜モジュール２を１組とした１６個の濾過膜ユニットＡを用いて該濾過膜ユニットＡを８個ずつ２本の濾過水用配管に接続した。
【００４８】
上記膜分離装置を上部端面の形状が長方形である槽10内へ直接設置した。使用した濾過膜モジュール２は、概略寸法で直径６インチ（約１５．２４cm）、長さ２ｍであり、ポリフッ化ビニリデン製の公称孔径０．１μｍの中空糸型精密濾過膜を膜面積５０ｍ２に束ねたものを用いた。
【００４９】
また、濾過膜モジュール２のキャップ５はネジ込み式構造を有するものを使用した。膜分離装置が設置された槽10のサイズは２３３０mm×６８０mmである。この膜分離装置の全膜面積は２４００ｍ２であり、設置床面積は１．５８ｍ２となる。
【００５０】
従って、設置床面積あたりの膜面積、即ち、膜充填密度は１５１５ｍ２／ｍ２（設置床面積１ｍ２あたり膜面積が１５１５ｍ２ある）である。これは、多分岐管１Ａを用いることにより、濾過膜モジュール２を最密充填の位置に配置出来、且つ濾過膜モジュール２のキャップ５がネジ込み式構造を有することにより、隣設される濾過膜モジュール２の相互の間隔を密に出来るため膜分離装置を小型化出来た。
【００５１】
＜比較例１＞
前述した特許文献２に開示されたように、多分岐管の分岐管部の先端部が正方形の頂点にある多分岐管を用いて各分岐管部と濾過膜モジュール２の濾過水出口を接続し、４本の濾過膜モジュール２を１組とした１２個の濾過膜ユニットを用いて各濾過膜ユニットを６個ずつ２本の濾過水用配管に接続した。
【００５２】
上記膜分離装置を上部端面の形状が長方形である槽10内へ直接設置した。使用した濾過膜モジュール２は、中空糸膜、膜面積等は前記実施例１と同じであるが、濾過膜モジュール２の上部ヘッダが前述した特許文献２と同様にネジ込み式構造を持たないものを使用した。
【００５３】
この多分岐管を用いた場合、濾過膜モジュール２は最密充填の位置に配置されず、且つ、濾過膜モジュール２の間隔も密にはならない。膜分離装置が設置された槽10のサイズは２８００mm×９３０mmである。この膜分離装置の全膜面積は２４００ｍ２であり、設置床面積は２．６１ｍ２となる。
【００５４】
従って、設置床面積あたりの膜面積、即ち、槽10内の膜充填密度は９２０ｍ２／ｍ２（設置床面積１ｍ２あたり膜面積が９２０ｍ２ある）であり、前記実施例１の膜充填密度と比べて約４０％小さかった。これは、濾過膜モジュール２が最密充填の位置に配置出来ないこと、及び濾過膜モジュール２の上部ヘッダがネジ込み式構造になっていないことにより隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が広くなったためである。
【００５５】
＜比較例２＞
各濾過膜モジュール２の中心軸と、該中心軸と垂直な平面との交点を結んでなる正三角形８の重心位置に主管部７の中心軸７ｍを設定した多分岐管を用いて、各分岐管部３ａ〜３ｃと濾過膜モジュール２の濾過水出口を接続し、３本の濾過膜モジュール２を１組とした６個の濾過膜ユニットを直線上に配列した例を図５に示す。
【００５６】
ここで用いた多分岐管の主管部７に接続される主配管４は呼び径７５mmの配管を用いた。また、各多分岐管の分岐管部３ａ〜３ｃに接続した濾過膜モジュール２は、中空糸膜、膜面積等は前記実施例１と同じである。
【００５７】
この多分岐管を用いた場合、濾過膜モジュール２は最密充填の位置に配置され、且つ、濾過膜モジュール２の間隔も密になるが、図５に示すように、各主管部７の位置が交互にずれるため、主配管４の分岐管部４ａとはエルボ等の管継手により接続しなければならず、エルボ等の管継手は直管に比べて損失水頭が大きくなるという問題がある。
【００５８】
例えば、呼び径７５mmの９０゜エルボの場合、相当する直管管長は３．０ｍであり、呼び径７５mmの４５゜エルボの場合、相当する直管管長は１．８ｍになる。即ち、図５に示した装置の場合、６箇所に呼び径７５mmの４５゜エルボが必要であり、相当管長は１０．８ｍとなるため損失水頭が増加した分だけ余分なポンプ動力が必要となる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、濾過膜モジュールを最密充填の位置に容易に配置出来、膜充填密度を最大限まで高めることにより膜分離装置を小型化することが出来、また、濾過膜モジュールと主配管との接続部品数を少なくすることにより膜分離装置のメンテナンスが容易になり、更には、濾過膜モジュールと主配管との接続部分の損失水頭を小さくすることによりエネルギー損失を小さく出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットの一例を示す平面説明図である。
【図２】本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて４本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットの一例を示す平面説明図である。
【図３】図１及び図２に示す濾過膜ユニットの側面説明図である。
【図４】本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットを多数配列した様子を示す平面模式図である。
【図５】比較例を示す図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ…濾過膜ユニット
１Ａ，１Ｂ…多分岐管
２…濾過膜モジュール
３，３ａ〜３ｇ…分岐管部
3a1〜3g1…先端部
３ｍ，3ma〜3mg…中心軸
４…主配管
４ａ…分岐管部
５…キャップ
６…固定治具
７…主管部
７ｍ…中心軸
８…正三角形
８ａ…線分
９…菱形
９ａ…線分
10…槽
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも一端部が筒状である３本以上の濾過膜モジュール束を主配管に液密に接続し得る濾過膜モジュール束用多分岐管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浄水処理、下水処理、産業排水処理等における固液分離は、凝集沈殿槽、重力沈殿槽等を用いて行われていた。しかしながら、近年では、膜技術の発達により濾過膜モジュールを用いて被処理水を固液分離する方法が採用されるに至っている。
【０００３】
即ち、懸濁物質を含む被処理水を加圧、水頭差或いは吸引圧等の膜間差圧を与えて濾過膜モジュールにより濾過を行い、得られた濾過水が濾過膜モジュールの外部に引き出される。
【０００４】
このような方法によれば、被処理水中の懸濁物質は、濾過膜モジュールの供給側に固形分として残り、濾過膜モジュールの透過側において、除濁、除菌された清浄な濾過水が得られる。
【０００５】
このような膜分離装置においては、濾過膜モジュールへ被処理水を送水したり、或いは、濾過膜モジュールにより得られた濾過水を集水するために濾過膜モジュールの被処理水入口及び濾過水出口は、被処理水用配管及び濾過水用配管へ各々接続されている。
【０００６】
この時、これ等の配管へ接続される濾過膜モジュールにおいて、隣り合う濾過膜モジュールの間隔が広いと膜分離装置の設置床面積あたりの膜面積、即ち、膜充填密度が小さくなる。
【０００７】
この結果、処理水量が増加するほど、即ち、必要な濾過膜モジュールの本数が増加するほど、膜分離装置の設置床面積が大きくなり膜分離装置が大型化する。また、各濾過膜モジュールを各々被処理水用配管及び濾過水用配管に接続すると、濾過膜モジュールの本数分の接続個所が必要であり、また、各配管との接続部品点数も増加するため膜分離装置のメンテナンス作業等が煩雑になる。
【０００８】
このような問題に鑑み、設置床面積あたりの膜面積、即ち、膜充填密度を高めるため矩形型濾過膜モジュールを縦方向に数段積み重ねた濾過膜ユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、４本の濾過膜モジュールを正方形の角部に配置して１組とした濾過膜ユニットを複数個配置した膜分離装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
また、タンク或いはケース内に管板等を用いて正三角形状に濾過膜モジュールを配置した膜分離装置が開示されている（例えば、特許文献３〜６参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−３１４０２６号公報
【特許文献２】
国際公開第００／６２９０８号パンフレット
【特許文献３】
特公昭６４−５９２５号公報
【特許文献４】
特開平９−３８４７０号公報
【特許文献５】
特開平７−８７６３号公報
【特許文献６】
特開２００１−１３７６７０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来例において、特許文献１、２に開示されている濾過膜モジュールの配置方法では、濾過膜モジュールが最密充填の位置に配置されておらず膜充填密度が十分ではないため処理水量が増加するほど膜分離装置が大型化するという問題を解決するには至っていない。
【００１３】
また、特許文献３〜６に開示されているタンクまたはケース内に正三角形状に濾過膜モジュールを配置した膜分離装置では、管板と濾過膜モジュールを液密にするために多数のボルト及び専用治具により濾過膜モジュールを固定しなければならず多数の接続部品が必要である。また、ボルトや専用治具を使用するため濾過膜モジュールの間隔を密にすることが困難である。
【００１４】
また、部品点数が多いため膜分離装置の維持管理が煩雑である。また、正三角形状に配置するための管板等に精密な加工をする必要があり装置製作コストが上昇する。また、多数本の濾過膜モジュールを同一の管板で支持する場合、管板に十分な強度を確保する必要があり非常に重厚な膜分離装置となってしまうという問題があった。
【００１５】
本発明は前記課題を解決するものであり、その目的とするところは、複数の濾過膜モジュールを充填密度の高い位置に容易に配置出来、膜充填密度を最大限まで高めることにより膜分離装置を小型化し、また、濾過膜モジュールと主配管との接続部品点数を少なくすることにより膜分離装置のメンテナンスが容易になり、更には、濾過膜モジュールと主配管との接続部分の損失水頭を小さくすることによりエネルギー損失を小さく出来る濾過膜モジュール束用多分岐管を提供せんとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管は、少なくとも一端部が筒状である３本以上の濾過膜モジュール束を主配管に液密に接続し得る濾過膜モジュール束用多分岐管であって、一端が前記主配管に連結される主管部と、前記主管部の他端から分岐した複数の分岐管部とを有し、前記分岐管部の夫々の先端部は同方向で、且つ前記濾過膜モジュールの筒状端部との連結部を構成し、該先端部の中心を通る複数の中心軸と、該中心軸に垂直な平面との交点を結んでなる多角形が、最隣接の中心軸間距離を一辺の長さとする正三角形の組み合わせから構成されることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、上述の如く構成したので、濾過膜モジュール束用多分岐管の各分岐管部の先端部が隣り合う３本以上の濾過膜モジュールの端部に接続されており、該分岐管部の先端部が正三角形の頂点にある多分岐管を用いることにより濾過膜モジュールを充填密度の高い位置に容易に配置出来、且つ各濾過膜モジュールの間隔を密にすることにより膜充填密度を最大限まで高めることが出来、これにより膜分離装置を小型化出来る。
【００１８】
また、前記主管部の中心軸と、前記分岐管部の先端部の中心を通る複数の中心軸に垂直な平面との交点は、前記先端部の中心を通る複数の中心軸と、該中心軸に垂直な平面との交点を結んでなる多角形において該多角形を線対称に区分する線対称軸上にあり、且つ前記多角形の各頂点から前記線対称軸上に引いた垂線で区切られる最長の線分の中点に位置する場合には、配列された複数の膜濾過モジュール束用多分岐管の主管部を直線上に配列することが容易に出来、主配管と膜濾過モジュール束用多分岐管の主管部とを直管で接続することが出来るため損失水頭を低減することが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図により本発明に係る膜濾過モジュール束用多分岐管の一実施形態を具体的に説明する。図１及び図２は本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本、或いは４本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットの一例を示す平面説明図、図３は図１及び図２に示す濾過膜ユニットの側面説明図、図４は本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットを多数配列した様子を示す平面模式図、図５は比較例を示す図である。
【００２０】
本発明に係る膜濾過モジュール束用多分岐管（以下、単に「多分岐管」という）は、例えば、河川水、湖沼水、地下水、海水、生活排水、工場排水、下水二次処理水等の被処理水を膜分離により除濁、除菌する濾過膜モジュールを用いて、各濾過膜モジュールより得られる濾過水を複数本分一括して集水したり、或いは、被処理水を複数本の濾過膜モジュールへ一括して送水するための濾過膜モジュール束用多分岐管である。
【００２１】
図１は、３本の濾過膜モジュール２を多分岐管１Ａにより連結した濾過膜ユニットＡを上から見た平面図であり、図２は４本の濾過膜モジュール２を多分岐管１Ｂにより連結した濾過膜ユニットＢを上から見た平面図である。
【００２２】
また、図３は図１及び図２に示す各多分岐管１Ａ，１Ｂと連結される側の濾過膜モジュール２の上部ヘッダがキャップ５によるネジ込み式構造を有しており、且つ濾過膜モジュール２において各多分岐管１Ａ，１Ｂと連結していない側が専用の固定治具６により固定されている濾過膜ユニットＡ，Ｂの一例を示す概略図である。
【００２３】
ここで、濾過膜ユニットＡ，Ｂとは複数本の濾過膜モジュール２を多分岐管１Ａ，１Ｂを用いて束ねた構成単位のことである。多分岐管１Ａ，１Ｂは少なくとも一端部が円筒状、角筒状等の筒状である３本、或いは４本（３本以上）の濾過膜モジュール２束を主配管４に液密に接続し得るものであり、一端が主配管４に連結される主管部７と、該主管部７の他端から分岐した複数の分岐管部３とを有している。
【００２４】
図１〜図３に示すように、分岐管部３の夫々の先端部は同方向（図３の上下方向）であって濾過膜モジュール２の筒状端部との連結部を構成し、該先端部の中心を通る複数の中心軸３ｍと、該中心軸３ｍに垂直な平面との交点を結んでなる多角形が、最隣接する中心軸３ｍ間の距離を一辺の長さとする正三角形の組み合わせから構成されるように設定されている。
【００２５】
また、主管部７の中心軸７ｍと、分岐管部３の先端部の中心を通る複数の中心軸３ｍに垂直な平面との交点は、中心軸３ｍと該中心軸３ｍに垂直な平面との交点を結んでなる多角形において該多角形を線対称に区分する線対称軸ｓ上にあり、且つその多角形の各頂点から線対称軸ｓ上に引いた垂線で区切られる最長の線分の中点に位置するように設定されている。
【００２６】
例えば、図１に示す濾過膜ユニットＡは、多分岐管１Ａを用いて３本の濾過膜モジュール２を１組とし、多分岐管１Ａの各分岐管部３ａ，３ｂ，３ｃと接続された各濾過膜モジュール２の中心軸と一致する各分岐管部３ａ，３ｂ，３ｃの夫々の先端部3a1，3b1，3c1の中心軸3ma，3mb，3mcが正三角形８の頂点に配置された一例である。
【００２７】
各分岐管部３ａ〜３ｃが接続される主管部７の中心軸７ｍは、各濾過膜モジュール２と接続された各分岐管部３ａ〜３ｃの先端部3a1〜3c1の中心軸3ma，3mb，3mcと、該中心軸3ma，3mb，3mcと垂直な平面との交点を結んでなる正三角形８において、その正三角形８の線対称軸ｓ上にあり、且つその正三角形８の各頂点から線対称軸ｓ上に引いた垂線ａ，ｂで区切られる最長の線分８ａの中点に位置している。
【００２８】
一方、図２に示す濾過膜ユニットＢは、多分岐管１Ｂを用いて４本の濾過膜モジュール２を１組とし、多分岐管１Ｂの各分岐管部３ｄ，３ｅ，３ｆ，３ｇと接続された各濾過膜モジュール２の中心軸と一致する各分岐管部３ｄ〜３ｇの夫々の先端部3d1，3e1，3f1，3g1の中心軸3md，3me，3mf，3mgが正三角形を２つ組み合わせた菱形９の頂点に配置された一例である。
【００２９】
各分岐管部３ｄ〜３ｇが接続される主管部７の中心軸７ｍは、各濾過膜モジュール２と接続された各分岐管部３ｄ〜３ｇの先端部3d1〜3g1の中心軸3md，3me，3mf，3mgと、該中心軸3md，3me，3mf，3mgと垂直な平面との交点を結んでなる菱形９において、その菱形９の線対称軸ｓ上にあり、且つその菱形９の各頂点から線対称軸ｓ上に引いた垂線ａ，ｂで区切られる最長の線分９ａの中点に位置している。
【００３０】
ここで、多分岐管に連結する濾過膜モジュール２の本数は任意の数で良いが、５本以上の濾過膜モジュール２を多分岐管を用いて濾過膜ユニットにすると、濾過膜モジュール２を連結するための多分岐管の形状が複雑になり、多分岐管の損失水頭が増加してしまう。
【００３１】
また、メンテナンス時には、多数本の濾過膜モジュール２を同時に停止させる必要があり、メンテナンス作業等が煩雑になってしまう。
【００３２】
一方、２本の濾過膜モジュール２を１組とした濾過膜ユニットとすると、多分岐管と主配管４の接続点数が増加するため配管製作等が困難となる。また、接続に必要な部品点数が増加してしまう等の問題がある。
【００３３】
このため、濾過膜ユニットを構成する濾過膜モジュール２の本数としては、好ましくは３本或いは４本で、より好ましくは３本であることが望ましい。即ち、多分岐管の主管部７から分岐した分岐管部３の数が３或いは４であることが好ましく、より好ましくは３であることが望ましい。
【００３４】
図３は、多分岐管１Ａ，１Ｂと、濾過膜モジュール２及び主配管４との連結方法の一例を示したものである。多分岐管１Ａ，１Ｂと濾過膜モジュール２との連結方法としては、両者を直接連結する方法、或いは、図３に示すように、キャップ５等を介して連結する方法のいずれでも良いが、濾過膜モジュール２の脱着の容易さからキャップ５等を介して連結する方法が望ましい。
【００３５】
濾過膜モジュール２とキャップ５の連結方法としては、隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が密に出来るものであれば特に限定されないが、ネジ込み式の構造が濾過膜モジュール２を密に構成することが出来るため望ましい。
【００３６】
更に、濾過膜モジュール２を取り付けたキャップ５と、多分岐管１Ａ，１Ｂとの接続方法としては、フランジ接続、クランプ接続、ヘルール接続、ヴィクトリックジョイント接続、ネジ接続等があるが、隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が密に出来るものであれば特に限定されない。
【００３７】
また、多分岐管１Ａ，１Ｂと、濾過膜モジュール２とを直接接続する場合においても略同様な接続用治具を用いれば良い。多分岐管１Ａ，１Ｂと主配管４との接続方法としては、両者を溶接等により直接固定する方法、或いは、フランジ接続、クランプ接続、ヘルール接続、接続長さを変えられる接続（例えば、ヴィクトリックジョイント接続）等による脱着可能な方法のいずれでも良い。
【００３８】
更には、隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が密になった濾過膜ユニットＡ，Ｂにおいては、濾過膜モジュール２同士が接触することにより破損する恐れがあるため固定治具６等により濾過膜モジュール２下部を固定することが好ましい。
【００３９】
図３に示す濾過膜モジュール２は、筒形状の中空糸膜の下端部が接着固定されて閉塞され、上端部が開口されたものであり、接着固定される下端部の断面形状としては、円形の他、三角形、四角形、六角形、楕円形等であっても良いが、特に膜充填密度を高く出来る円形が好ましい。
【００４０】
また、濾過膜モジュール２に用いる中空糸膜としては、ナノ濾過膜、限外濾過膜、精密濾過膜のいずれでも良い。
【００４１】
図３に示す濾過膜ユニットＡ，Ｂは多数組み連結されて槽10、或いはタンク内に収容されており、例えば、主配管４から供給される原液が多分岐管１Ａ，１Ｂにより各濾過膜モジュール２に分岐されて流通し、中空糸膜を通って濾過された濾過液が槽10或いはタンク内部に貯留され、図示しない排出口から取り出されるか、または、図示しない供給口からタンク内に原液が供給されて各濾過膜モジュール２の中空糸膜を通って濾過された濾過液が多分岐管１Ａ，１Ｂにより集液されて主配管４から外部に排出される。
【００４２】
上記構成の多分岐管１Ａを使用して主配管４に接続した場合、図４に示すように、多分岐管１Ａの主管部７が接続される主配管４の分岐管部４ａの配列位置を一直線上に配列することが可能であり、多分岐管１Ａの主管部７と、主配管４の分岐管部４ａとを損失水頭が少ない直管により接続することが容易に出来る。
【００４３】
また、図示しないが、多分岐管１Ｂを使用して主配管４に接続した場合も同様に主配管４の分岐管部４ａの配列位置を一直線上に配列することが可能であり、多分岐管１Ｂの主管部７と、主配管４の分岐管部４ａとを損失水頭が少ない直管により接続することが容易に出来る。
【００４４】
ここで、比較例として、図５に示すように、各濾過膜モジュール２の中心軸と、該中心軸と垂直な平面との交点を結んでなる正三角形８の重心位置に多分岐管１Ａの主管部７の中心軸７ｍを設定した場合には、配列された多分岐管１Ａの主配管４の位置が千鳥状に配列されてしまう。
【００４５】
このため、多分岐管１Ａの主管部７と主配管４の分岐管部４ａとをエルボ等の管継手を用いて接続しなければならず直管と比較して損失水頭が大きくなるという問題がある。
【００４６】
以下、濾過膜モジュール２を最密充填の位置に容易に配置出来、且つ濾過膜モジュール２の間隔を密にすることにより膜充填密度を最大限まで高めて膜分離装置を小型化出来る濾過膜モジュール束用多分岐管の具体的な実施例を詳細に説明する。
【００４７】
＜実施例１＞
図１に示した多分岐管１Ａを用いて該多分岐管１Ａの分岐管部３ａ〜３ｃと濾過膜モジュール２の濾過水出口を接続し、３本の濾過膜モジュール２を１組とした１６個の濾過膜ユニットＡを用いて該濾過膜ユニットＡを８個ずつ２本の濾過水用配管に接続した。
【００４８】
上記膜分離装置を上部端面の形状が長方形である槽10内へ直接設置した。使用した濾過膜モジュール２は、概略寸法で直径６インチ（約１５．２４cm）、長さ２ｍであり、ポリフッ化ビニリデン製の公称孔径０．１μｍの中空糸型精密濾過膜を膜面積５０ｍ２に束ねたものを用いた。
【００４９】
また、濾過膜モジュール２のキャップ５はネジ込み式構造を有するものを使用した。膜分離装置が設置された槽10のサイズは２３３０mm×６８０mmである。この膜分離装置の全膜面積は２４００ｍ２であり、設置床面積は１．５８ｍ２となる。
【００５０】
従って、設置床面積あたりの膜面積、即ち、膜充填密度は１５１５ｍ２／ｍ２（設置床面積１ｍ２あたり膜面積が１５１５ｍ２ある）である。これは、多分岐管１Ａを用いることにより、濾過膜モジュール２を最密充填の位置に配置出来、且つ濾過膜モジュール２のキャップ５がネジ込み式構造を有することにより、隣設される濾過膜モジュール２の相互の間隔を密に出来るため膜分離装置を小型化出来た。
【００５１】
＜比較例１＞
前述した特許文献２に開示されたように、多分岐管の分岐管部の先端部が正方形の頂点にある多分岐管を用いて各分岐管部と濾過膜モジュール２の濾過水出口を接続し、４本の濾過膜モジュール２を１組とした１２個の濾過膜ユニットを用いて各濾過膜ユニットを６個ずつ２本の濾過水用配管に接続した。
【００５２】
上記膜分離装置を上部端面の形状が長方形である槽10内へ直接設置した。使用した濾過膜モジュール２は、中空糸膜、膜面積等は前記実施例１と同じであるが、濾過膜モジュール２の上部ヘッダが前述した特許文献２と同様にネジ込み式構造を持たないものを使用した。
【００５３】
この多分岐管を用いた場合、濾過膜モジュール２は最密充填の位置に配置されず、且つ、濾過膜モジュール２の間隔も密にはならない。膜分離装置が設置された槽10のサイズは２８００mm×９３０mmである。この膜分離装置の全膜面積は２４００ｍ２であり、設置床面積は２．６１ｍ２となる。
【００５４】
従って、設置床面積あたりの膜面積、即ち、槽10内の膜充填密度は９２０ｍ２／ｍ２（設置床面積１ｍ２あたり膜面積が９２０ｍ２ある）であり、前記実施例１の膜充填密度と比べて約４０％小さかった。これは、濾過膜モジュール２が最密充填の位置に配置出来ないこと、及び濾過膜モジュール２の上部ヘッダがネジ込み式構造になっていないことにより隣設される濾過膜モジュール２相互の間隔が広くなったためである。
【００５５】
＜比較例２＞
各濾過膜モジュール２の中心軸と、該中心軸と垂直な平面との交点を結んでなる正三角形８の重心位置に主管部７の中心軸７ｍを設定した多分岐管を用いて、各分岐管部３ａ〜３ｃと濾過膜モジュール２の濾過水出口を接続し、３本の濾過膜モジュール２を１組とした６個の濾過膜ユニットを直線上に配列した例を図５に示す。
【００５６】
ここで用いた多分岐管の主管部７に接続される主配管４は呼び径７５mmの配管を用いた。また、各多分岐管の分岐管部３ａ〜３ｃに接続した濾過膜モジュール２は、中空糸膜、膜面積等は前記実施例１と同じである。
【００５７】
この多分岐管を用いた場合、濾過膜モジュール２は最密充填の位置に配置され、且つ、濾過膜モジュール２の間隔も密になるが、図５に示すように、各主管部７の位置が交互にずれるため、主配管４の分岐管部４ａとはエルボ等の管継手により接続しなければならず、エルボ等の管継手は直管に比べて損失水頭が大きくなるという問題がある。
【００５８】
例えば、呼び径７５mmの９０゜エルボの場合、相当する直管管長は３．０ｍであり、呼び径７５mmの４５゜エルボの場合、相当する直管管長は１．８ｍになる。即ち、図５に示した装置の場合、６箇所に呼び径７５mmの４５゜エルボが必要であり、相当管長は１０．８ｍとなるため損失水頭が増加した分だけ余分なポンプ動力が必要となる。
【００５９】
【発明の効果】
本発明は、上述の如き構成と作用とを有するので、濾過膜モジュールを最密充填の位置に容易に配置出来、膜充填密度を最大限まで高めることにより膜分離装置を小型化することが出来、また、濾過膜モジュールと主配管との接続部品数を少なくすることにより膜分離装置のメンテナンスが容易になり、更には、濾過膜モジュールと主配管との接続部分の損失水頭を小さくすることによりエネルギー損失を小さく出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットの一例を示す平面説明図である。
【図２】本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて４本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットの一例を示す平面説明図である。
【図３】図１及び図２に示す濾過膜ユニットの側面説明図である。
【図４】本発明に係る濾過膜モジュール束用多分岐管を用いて３本の濾過膜モジュールを１組とした濾過膜ユニットを多数配列した様子を示す平面模式図である。
【図５】比較例を示す図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ…濾過膜ユニット
１Ａ，１Ｂ…多分岐管
２…濾過膜モジュール
３，３ａ〜３ｇ…分岐管部
3a1〜3g1…先端部
３ｍ，3ma〜3mg…中心軸
４…主配管
４ａ…分岐管部
５…キャップ
６…固定治具
７…主管部
７ｍ…中心軸
８…正三角形
８ａ…線分
９…菱形
９ａ…線分
10…槽
Claims (2)
- 少なくとも一端部が筒状である３本以上の濾過膜モジュール束を主配管に液密に接続し得る濾過膜モジュール束用多分岐管であって、
一端が前記主配管に連結される主管部と、
前記主管部の他端から分岐した複数の分岐管部と、
を有し、
前記分岐管部の夫々の先端部は同方向で、且つ前記濾過膜モジュールの筒状端部との連結部を構成し、該先端部の中心を通る複数の中心軸と、該中心軸に垂直な平面との交点を結んでなる多角形が、最隣接の中心軸間距離を一辺の長さとする正三角形の組み合わせから構成されることを特徴とする濾過膜モジュール束用多分岐管。 - 前記主管部の中心軸と、前記分岐管部の先端部の中心を通る複数の中心軸に垂直な平面との交点は、前記先端部の中心を通る複数の中心軸と、該中心軸に垂直な平面との交点を結んでなる多角形において該多角形を線対称に区分する線対称軸上にあり、且つ前記多角形の各頂点から前記線対称軸上に引いた垂線で区切られる最長の線分の中点に位置することを特徴とする請求項１に記載の濾過膜モジュール束用多分岐管。
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