JP4500648B2 - 浸漬型膜分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、生活排水を浄化するための浸漬型膜分離装置、特に小型浄化槽用に適した浸漬型膜分離装置に関する。

環境汚染防止のために生活排水を総合的に浄化することは社会的にも重要であり、小型浄化槽へ浸漬型膜ろ過法を適用することもその一つの手段として開発に注力されている（例えば、（財）日本環境整備教育センター、「膜処理方を導入した小型生活排水処理装置の実用化に関する研究報告書」、平成４〜平成７年度、参照）。この方法が実用的であるためには、受容され得るコストパーフォーマンスだけでなく、コンパクトであること、維持管理が容易であることも必要である。とくに維持管理性においては、浄化槽へ設置する浸漬型膜分離装置全体を、点検等のために浄化槽から容易に取り出すことができ、かつ浄化槽へ容易に精度よく再装着できることが必要である。

従来検討されてきた膜モジュールは専らプレート型と中空糸型であるが、１０人程度までを対象にした小型浄化槽のための浸漬型膜分離装置としては必ずしもコンパクトかつ経済的であるとは言えず、また維持管理性においては、もともと装置全体が着脱できる構造になっていない、重すぎるために着脱作業が困難である、再装着時の寸法出しが容易でない、といった課題を残している。

これを解決すべく多数の管状膜からなる膜モジュールが開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。このような膜モジュールによって、コンパクト性と経済性は格段に改善されたが、このような膜モジュールにおいても、維持管理性の点では必ずしも満足できるものではなかった。
特開２００２−１６６１３７号公報 特開２００２−１６６１３８号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するべくなされたもので、特別な道具を使用しなくとも容易に装置全体を着脱でき、かつ精度よく再装着できるとともに、容易にろ過処理を再開できる浸漬型膜分離装置を提供することを目的とする。

本発明に係る浸漬型膜分離装置は、被処理液をろ過する膜モジュールと、膜モジュールの下方に取り付けられ、膜モジュールに気泡を供給する気泡供給装置と、気泡供給装置の側方に取り付けられ、上方に延出された内側スライド体と、膜モジュールの側方に取り付けられ、内部に内側スライド体が上下方向摺動可能なパイプ状の外側スライド体とを具備し、外側スライド体は、浄化槽内に予め設けられたガイド体に上下方向摺動可能に構成されるものである。

上記構成の浸漬型膜分離装置によれば、膜モジュールおよびその下方に設置される気泡供給装置の側方にそれぞれ、外側スライド体および内側スライド体が取り付けられている。膜モジュールに取り付けられた外側スライド体は、浄化槽内に予め設置されたガイド体に、上下方向摺動可能に取り付けられる。さらに、気泡供給装置に取り付けられた内側スライド体は、外側スライド体のパイプ状内部を上下方向摺動可能に取り付けられる。

したがって、浄化槽のガイド体に内側スライド体および外側スライド体をそれぞれ摺動させつつ、気泡供給装置および膜モジュールを設置することにより、特別な道具を必要とすることなく容易かつ精度よく浸漬型膜分離装置を設置できる。また、メンテナンス等で着脱を繰り返しても容易かつ精度よく再装着することができる。

好ましくは、前記ガイド体は、断面Ｃ字形状であるように構成される。

この場合、外側スライド体を形成容易な円筒形とすることができる。したがって、ガイド体と外側スライド体との滑らかな摺動を容易に実現させることができるとともに、外側スライド体の水平方向のずれを有効に防止することができる。

好ましくは、１０人槽以下の浄化槽に取り付けられるように構成される。

このように、着脱作業の際、スペースが狭い小型の浄化槽であっても、容易かつ精度よく気泡供給装置および膜モジュールを着脱することができ、より効果的である。

好ましくは、前記膜モジュールは、上下端が集束固定された多数の管状膜を具備するように構成される。

この場合、膜モジュールが多数の管状膜よりなるため、管状膜自身がエアリフトポンプ作用を有することとなり、被処理液の液面がかなり低下した位置にあってもろ過処理が可能となる。したがって、膜モジュールの小型化による浸漬型膜分離装置の小型化を達成することができるとともに、浄化槽の可変容量を大きくすること可能となるため、浄化槽自身もより小型化することができる。

好ましくは、前記膜モジュールは、重力ろ過によるろ過処理を行い、ろ過処理後のろ過液の出口に、大気開放された第１パイプとろ過液を排出するポンプに通じる第２パイプとに分岐される排出パイプが接続されるように構成される。

この場合、膜モジュールを浄化槽から取り外す際に、大気開放された第１パイプが接続されていることにより、液面が浄化槽における被処理液の液面より高い膜モジュール内のろ過液には逆圧が加わるため、膜モジュール内のろ過液が逆流し、自然に外部（浄化槽）に排出される。

したがって、膜モジュールの着脱をろ過液のない軽量な状態で取り扱うことができるため、作業者の負担が軽減され、着脱作業をより容易に行うことができる。また、必要に応じて第１パイプより薬液等を流し、膜モジュールの洗浄を容易に行うことができる。

本発明に係る浸漬型膜分離装置によれば、浄化槽のガイド体に内側スライド体および外側スライド体をそれぞれ摺動させつつ、気泡供給装置および膜モジュールを設置することにより、特別な道具を必要とすることなく容易かつ精度よく浸漬型膜分離装置を設置できる。また、メンテナンス等で着脱を繰り返しても容易かつ精度よく再装着することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る浸漬型膜分離装置を浄化槽に配置したところを側方から見た部分断面図である。図２は本発明の一実施形態に係る浸漬型膜分離装置を浄化槽に配置したところを上から見た部分断面図である。

本発明に係る浸漬型膜分離装置１は、被処理液をろ過する膜モジュール１１と、膜モジュール１１の下方に取り付けられ、膜モジュール１１に気泡を供給する気泡供給装置１２と、気泡供給装置１２の側方に取り付けられ、上方に延出された内側スライド体１２１と、膜モジュール１１の側方に取り付けられ、内部に内側スライド体１２１が上下方向摺動可能なパイプ状の外側スライド体１１１とを具備し、外側スライド体１１１は、浄化槽２内に予め設けられたガイド体２１に上下方向摺動可能に構成されるものである。

はじめに、浄化槽２における浸漬型膜分離装置１の機能について説明する。合併処理機能を有する浄化槽２は、大別して２から３の槽より構成される。例えば、３槽の場合は、固液分離槽、脱窒槽および硝化槽から構成され、２槽の場合は、固液分離槽および硝化槽から構成される。本実施形態の浄化槽２においては、図２に示すように、槽２２と槽２３とが仕切り板２４で仕切られており、槽２２が固液分離槽または脱窒槽に該当し、槽２３が硝化槽に該当するが、本発明はこれに限定されるものではない。浸漬型膜分離装置１は、硝化槽２３に設置され、前段の槽２２から移送パイプ２５を経て送り込まれる被処理液である生活排水（汚水）を硝化槽２３の活性汚泥を用いてろ過処理する。なお、生活排水の移送量が急激に増加したり、ろ過性能が低下したりして硝化槽２３の水位が上限ＨＷＬを超えると警報（図示せず）が作動するべく構成される。

浸漬型膜分離装置１は、膜モジュール１１の下方に気泡供給装置１２が設置されており、膜モジュール１１全体に略均一に気泡が送り込まれる。膜モジュール１１に下方から送り込まれた気泡は、活性汚泥を含む被処理液を随伴しながら膜モジュール１１内を上昇し、その上端から放出される。これにより、曝気中、被処理液は、硝化槽２３内において膜モジュール１１内外を循環し、この間、膜モジュール１１においてろ過処理が行われる。

膜モジュール１１においてろ過処理が行われた後のろ過液は、ろ過液出口１１５に接続された排出パイプ１３を通じて排出される。排出パイプ１３は、大気開放された第１パイプ１４とろ過液を排出するポンプ２７に通じる第２パイプ１５とに分岐される。これにより、ろ過液出口１１５の位置をろ過圧の基準として活性汚泥を含む被処理液は重力ろ過される。ろ過処理されたろ過液が第２パイプ１５を通じてポンプ２７でくみ上げられ、消毒槽２８に送られる。消毒槽２８に送られたろ過液は、消毒されて排出口２９から排出される。

次に、上記浸漬型膜分離装置１の着脱機構について詳しく説明する。本実施形態の浸漬型膜分離装置１によれば、膜モジュール１１が気泡供給装置１２の上に設置される。気泡供給装置１２の側方には、内側スライド体１２１が取り付け板１２２を介して取り付けられている。また、膜モジュール１１には、周囲を囲むようにバンド１１３，１１４が膜モジュール１１の上端近傍及び下端近傍にそれぞれ取り付けられ、当該バンド１１３，１１４に取り付けられた取り付け板１１２を介して外側スライド体１１１が取り付けられる。これらの取り付けの際には、予め同寸法、同精度の空容器を用いて溶接等により固定した後、実際の膜モジュール１１に置き換えると、作業の効率がよい。バンド１１３，１１４は、ボルト・ナット１１６で締め付けることにより膜モジュール１１に膜モジュール１１を着脱するための把持棒１１８とともに固定される。一方、浄化槽２には、ガイド体２１がスタンド２６を介して仕切り板２４にネジ等で予め固定されている。

なお、ガイド体２１およびスタンド２６は、例えば、同じ樹脂材料で形成され、溶接等により一体的に固定され、１ｍあたり約１ｍｍ以内の平行度で仕切り板２４に取り付けられるとともに、同様の垂直度で浄化槽２の底面（水平面）に対し垂直に設置される。

膜モジュール１１に取り付けられた外側スライド体１１１は、このガイド体２１に、上下方向摺動可能に取り付けられる。本実施形態において、外側スライド体１１１は、円筒形であり、ガイド体２１は、断面Ｃ字形状であるように構成される。この場合、外側スライド体１１１を形成容易な円筒形とすることができる。したがって、ガイド体２１と外側スライド体１１１とを滑らかに摺動させることを容易に実現させることができるとともに、外側スライド体１１１の水平方向のずれを有効に防止することができる。なお、ガイド体２１の開放幅（Ｃ字形状により上下方向に形成された溝の幅（水平方向長さ））は、取り付け板１１２，１２２の厚さ（水平方向長さ）よりも大きくなっている。

さらに、気泡供給装置１２に取り付けられた内側スライド体１２１は、外側スライド体１１１の円筒形のパイプ内を上下方向摺動可能に取り付けられる。外側スライド体１１１の内側は、上下方向に開口部のあるパイプ状に形成され、内側スライド体１２１は、当該パイプの直径よりわずかに短い直径を有する円筒形に形成されることにより相互に摺動可能となる。なお、ガイド体２１と外側スライド体１１１との嵌め合いの遊びは、１ｍｍ以下が好ましく、外側スライド体１１１と内側スライド体１２１との嵌め合いの遊びも、１ｍｍ以下が好ましい。

このような浸漬型膜分離装置１を浄化槽２に設置する際には、はじめに内側スライド体１２１を浄化槽２のガイド体２１に挿入することにより位置決めし、摺動させることにより気泡供給装置１２を設置する。続いて、内側スライド体１２１とガイド体２１との間に外側スライド体１１１を挿入、摺動させることにより、気泡供給装置１２の上方に膜モジュール１１を設置する。このようにして、水平方向、垂直方向の誤差が、ともに１ｍあたり２ｍｍ以下の精度で浸漬型膜分離装置１を浄化槽２に設置することができる。浄化槽２から浸漬型膜分離装置１を取り出す際には、まず、着脱用の把持棒１１８を持って膜モジュール１１を引き出し、続いて、内側スライド体１２１をもって、気泡供給装置１２を引き出す。再装着しても装着精度がほとんど変わらないことは明らかである。膜モジュール１１は、所定の周期で交換する必要があるため、装着精度の変化がほとんどない本発明の構成が特に有効である。なお、装着（再装着）の際には、先に外側スライド体１１１に内側スライド体１２１を挿入、摺動させることにより、浸漬型膜分離装置１を浄化槽２の外で組み上げてから、浄化槽２のガイド体２１に外側スライド体１１１を摺動させて、浄化槽２に設置することとしてもよい。

このように、浄化槽２のガイド体２１に内側スライド体１２１および外側スライド体１１１をそれぞれ摺動させつつ、気泡供給装置１２および膜モジュール１１を設置することにより、特別な道具を必要とすることなく容易かつ精度よく浸漬型膜分離装置１を設置できる。また、メンテナンス等で着脱を繰り返しても容易かつ精度よく再装着することができる。

なお、本実施形態においては、ガイド体２１、外側スライド体１１１および内側スライド体１２１は２つずつ（２組）設けられているが、これに限られるものではなく、１組でも３組以上でもよい。１組で構成する場合には、浸漬型膜分離装置１の位置決めを有効にするために、ガイド体２１の開放幅を取り付け板１１２，１２２の厚さよりわずかに大きくすればよい。

ここで、本実施形態の膜モジュール１１の構成についてより詳しく説明する。

膜モジュール１１は、円筒形の容器に多数の管状膜１１７が収納され、両端（上下端）近傍で熱硬化性樹脂によって集束固定されており（図１において破線で示される）、前述したろ過液出口１１５が膜モジュール１１の側方の上端近傍に設けられている。活性汚泥を含む被処理液は、管状膜１１７の内側を気泡供給装置１２から供給される気泡の上昇に随伴して流れ、その間に、内側から外側へとろ過される。管状膜１１７は、例えば、特公昭５６−３５４８３号公報に記載の方法によって製造される。この方法によれば、膜を不織布で補強して複合膜とし、内径を規定する心棒に螺旋状に巻き付けながら、その長手方向の互いに重ね合わせた周辺部を超音波溶着することによって任意の内径の管状膜１１７が連続的に製造される。浄化槽２に用いられる膜モジュール１１には、内径１０ｍｍ程度の管状膜１１７を用いることが好ましい。

この膜モジュール１１は、非常に軽量かつコンパクトな特徴を有しており、例えば、内径１１ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの管状膜１１７を有効長が約５０ｃｍとなるように内径約３０ｃｍ、高さ約５７ｃｍの円筒形容器に約６００本集束固定すると、膜モジュール１１の重量は、約７ｋｇ、有効膜面積は約１０ｍ²となり、好ましくは１０人以下の浄化槽２、少なくとも７人槽の浄化槽２に対応できる。

さらに、他の形式の膜モジュールとは異なり、管状膜１１７自身がエアリフトポンプ作用を有するため、第１パイプ１４によって大気圧に開放されたろ過液出口１１５よりも活性汚泥を含む被処理液の液面が低下しても、当該被処理液が管状膜１１７内を上昇するため、このエアリフトポンプ作用により、被処理液が膜モジュール１１の上端まで持ち上げられる限り、重力ろ過が継続して行われる。これにより、硝化槽２３の可変容量を大きくすることができるので、浄化槽２自身も他の形式の膜モジュールを使用する場合に比べてコンパクトにすることができる。

さらに、ろ過液出口１１５が大気開放された第１パイプ１４に接続されていることにより、膜モジュール１１を浄化槽２から取り出す際、膜モジュール１１内の液面が浄化槽２の被処理液の液面より高い場合に、膜モジュール１１内の被処理液の液面には逆圧が加わるため、内部の被処理液が自然に膜モジュール１１の外に排出されることとなる。このため、被処理液の重量が加重されることが少なく、膜モジュール１１単体の重量で作業を行うことができるため、作業人数やその労力も少なくてすむ。特に、上記のような膜モジュール１１においては、膜モジュール１１自体の重量が１０ｋｇを超えないため、一人で着脱作業を行うこともできる。一方、第１パイプ１４は、必要に応じて、大気開放口から薬液を注入することにより、膜モジュール１１の洗浄作業に利用することも可能である。

ろ過液出口１１５には、大気開放パイプである第１パイプ１４の他にポンプ２７へとろ過液を導く第２パイプ１５が接続されている。本実施形態においては、膜モジュール１１の着脱作業時における障害物を少なくするために、ポンプ２７を浄化槽２に固定している。このため、第２パイプ１５が浄化槽２から膜モジュール１１を取り出す際に不都合が生じない長さにするとともに、第２パイプ１５全体をろ過液出口１１５の高さより高くしないように設置する必要がある。第２パイプ１５の一部がろ過液出口１１５より高い位置にあると、被処理液面が低下したときに、第２パイプ１５の一部に空気溜りができてろ過液がポンプ２７に送れない場合があるからである。

本実施形態のポンプ２７には、エアリフトポンプが用いられる。ポンプ効率を上げるためには、ろ過液の入口はできるだけ、下方にあることが好ましい。第２パイプ１５からポンプ２７に入ったろ過液は、エアポンプ（図示せず）から送り出された空気が空気導入口２６１からポンプ２７内に噴出した気泡に随伴して上昇し、消毒槽２８に送られる。なお、ポンプ２７を膜モジュール１１に固定することとしてもよい。

続いて、本実施形態の気泡供給装置１２の構成についてより詳しく説明する。

本実施形態の気泡供給装置１２には、膜モジュール１１と同じ円筒形の容器が用いられる。当該容器の上端には、膜モジュール１１を正しく装着するための位置決め具１２３が設けられる。また、容器の底部には、硝化槽２３の底面からの位置（水平方向・垂直方向）を規定するための支持足１２４が取り付けられている。容器の中には、気泡発生装置１２５が設置され、エアポンプ（図示せず）から送り込まれた空気が噴出穴１２６から活性汚泥を含む被処理液中に気泡となって噴出する。

浸漬型膜分離装置１における膜モジュール１１のろ過性能を十分に発揮させるためには、気泡を膜モジュール１１全体に均一分配する必要がある。気泡供給装置１２には、例えば、数ｃｍ間隔で直径１０ｍｍ程度の気泡の噴出穴１２６が設けられているが、噴出穴１２６の位置に例えば２ｍｍの水深差が生じた（水平が取れていない）場合、気泡の噴出量としては約６０％の大差となって表れてしまう。したがって、気泡供給装置１２には、高い設置精度が要求される。当然、膜モジュール１１においても気泡供給装置１２に対して高い精度で設置する必要が生じる。

したがって、ＦＲＰ等からなる堅牢な構造体である浄化槽２に、位置決め基準となるガイド体２１を設け、当該ガイド体２１に沿って気泡供給装置１２および膜モジュール１１を設置する本発明の構成により、浄化槽２に対する気泡供給装置１２および膜モジュール１１の設置精度および気泡供給装置１２に対する膜モジュール１１の設置精度をともに高くすることができ、膜モジュール１１のろ過性能を十分に発揮させることができる。

本実施形態における気泡供給装置１２の容器中には、膜モジュール１１の管状膜１１７を閉塞させる恐れのある夾雑物や汚泥の塊を除去または細分化するための数ｍｍ目のネット１２７も取り付けられている。

浄化槽２で処理される生活排水等の汚水は様々であり、しばしば空気の噴出穴１２６やネット１２７を詰まらせることがある。これらの点検、清掃のためにも気泡供給装置１２を浄化槽２から容易に引き出せることが必要であり、本発明の構成によりこれを達成することができる。

以上のような本発明の構成は一例であってこれに限定されるものではなく、ガイド体２１およびスライド体１１１，１２１の構造や固定方法等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であり、これと同様の効果を奏する多数の態様を得ることができる。

本発明の一実施形態に係る浸漬型膜分離装置を浄化槽に配置したところを側方から見た部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る浸漬型膜分離装置を浄化槽に配置したところを上から見た部分断面図である。

符号の説明

１ 浸漬型膜分離装置
２ 浄化槽
１１ 膜モジュール
１２ 気泡供給装置
１３ 排出パイプ
１４ 第１パイプ
１５ 第２パイプ
２１ ガイド体
２７ ポンプ
１１１ 外側スライド体
１１５ ろ過液出口
１１７ 管状膜
１２１ 内側スライド体

Claims (5)

1. 被処理液をろ過する膜モジュールと、
   膜モジュールの下方に取り付けられ、膜モジュールに気泡を供給する気泡供給装置と、
   気泡供給装置の側方に取り付けられ、上方に延出された内側スライド体と、
   膜モジュールの側方に取り付けられ、内部に内側スライド体が上下方向摺動可能なパイプ状の外側スライド体とを具備し、
   外側スライド体は、浄化槽内に予め設けられたガイド体に上下方向摺動可能に構成されることを特徴とする浸漬型膜分離装置。
2. 前記ガイド体は、断面Ｃ字形状であることを特徴とする請求項１記載の浸漬型膜分離装置。
3. １０人槽以下の浄化槽に取り付けられることを特徴とする請求項１または２記載の浸漬型膜分離装置。
4. 前記膜モジュールは、上下端が集束固定された多数の管状膜を具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の浸漬型膜分離装置。
5. 前記膜モジュールは、重力ろ過によるろ過処理を行い、ろ過処理後のろ過液の出口に、大気開放された第１パイプとろ過液を排出するポンプに通じる第２パイプとに分岐される排出パイプが接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の浸漬型膜分離装置。

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