JP4918126B2 - マニホールド構造 - Google Patents
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Description
本発明は、スパイラル膜モジュールを備えてなる複数の膜カートリッジを並列に具備するマニホールド構造に関する。
原油等を輸送する貨物用船舶には、航行時の船体の安定性を保つためにバラストタンクが設けられている。通常、原油等が積載されていないときには、バラストタンク内をバラスト水で満たし、原油等を積み込む際にバラスト水を排出することにより、船体の浮力を調整し、船体を安定化させている。
このようにバラスト水は、船舶の安全な航行のために必要な水であり、通常、荷役を行う港湾のバラスト原水が利用される。その量は、世界的にみると年間１００億トンを超えるといわれている。
ところで、バラスト水中には、それを取水した港湾に生息する微生物や小型・大型生物の卵が混入しており、船舶の移動に伴い、これら微生物や小型・大型生物の卵が同時に異国に運ばれることになる。
従って、もともとその海域には生息していなかった生物種が、既存生物種に取って代わるといった生態系の破壊が深刻化している。
このような背景の中、国際海事機関（ＩＭＯ）の外交会議において、バラスト水処理装置等に係る定期的検査の受検義務が採択され、２００９年以降の建造船から適用されている。
また、船舶のバラスト水及び沈殿物の規制及び管理のための条約（以下、条約という）により、バラスト水の排出基準は、バラスト水の排出時に外洋に存在する微生物数の１００分の１程度まで殺菌あるいは除菌されていることが要求されている。
バラスト水中の微生物を殺菌する技術としては、オゾン殺菌技術（特許文献１）が知られている。またオゾン使用量を削減する観点から、本出願人は、膜処理技術も提案している（特許文献２）。膜処理に用いられる膜は、一般に、分離対象となる微生物の大きさを考慮して、精密ろ過膜や限外ろ過膜が用いられている。膜のタイプとしては、平膜（特許文献３）やスパイラル膜（特許文献４）などが知られている。
しかし、膨大な量のバラスト水を短時間で処理するためには、膨大な量の膜を備える必要がある。
特許文献５には、カートリッジ内にスパイラル膜を直列に並設した構成が開示されているが、直列に並設したのでは、大量の膜カートリッジを備えても膜処理の高速化は見込めない。
処理を高速化するためには、大量の膜カートリッジを並列に設置する必要がある。
複数の膜カートリッジを並列に設置した例としては、ヘッダー管に対して、モノリス状フィルタを備えてなる複数の膜カートリッジを、それぞれ配管によって連結し、並列に設置する構成が知られている（特許文献６）。
この技術は、膜カートリッジ毎に運転するために、原水流入配管、濃縮液配管、処理液配管などが膜カートリッジ毎に接続されているので、配管の数が膜カートリッジの数に応じて必要となる。
しかし、バラスト処理では、膜カートリッジの数が数百本必要になるので、それに応じて配管の数も必要になる。配管の場合には流体力学上、配管長さ、配管の曲がり、配管径の拡大・縮小などによって、圧力損失が発生し、その数が増せば、圧力損失は膨大になる。そのため、その圧力損失分を考慮した原水ポンプの動力が必要となり、設備コストが増大するのみならず、ランニングコストも増大する。
また、膜カートリッジ毎に配管を設置するのは、船舶上での限られた設置スペースの中では困難である。
さらに、何れかの膜カートリッジに不具合が発生した場合に、膜カートリッジ毎の修理補修が必要となり、そのために膜カートリッジ毎に接続配管を外す必要があり、作業上非常に煩雑である。
そこで、本発明の課題は、複数の膜カートリッジを並列した場合にも、コスト増を招くことなく、省スペースを実現できるマニホールド構造を提供することにある。
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
（請求項１）
バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室を有し、該バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするマニホールド構造。
バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室を有し、該バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするマニホールド構造。
（請求項２）
前記処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とすることを特徴とする請求項１記載のマニホールド構造。
前記処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とすることを特徴とする請求項１記載のマニホールド構造。
（請求項３）
バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室を有し、該洗浄排液室は、膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口を備えることを特徴とするマニホールド構造。
バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室を有し、該洗浄排液室は、膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口を備えることを特徴とするマニホールド構造。
（請求項４）
前記処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項３記載のマニホールド構造。
前記処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項３記載のマニホールド構造。
（請求項５）
バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び第１の処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記第１の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第１の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び第２の処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記第２の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第２の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするマニホールド構造。
バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び第１の処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記第１の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第１の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び第２の処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記第２の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第２の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするマニホールド構造。
（請求項６）
前記第１の処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とし、
前記第２の処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項５記載のマニホールド構造。
前記第１の処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とし、
前記第２の処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項５記載のマニホールド構造。
本発明によれば、複数の膜カートリッジを並列した場合にも、コスト増を招くことなく、省スペースを実現できるマニホールド構造を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
まず、図１〜図３に基づき、膜カートリッジのマニホールド構造の一例について説明する。図１は膜カートリッジのマニホールド構造の第１態様を示す要部断面図、図２は膜カートリッジのマニホールド構造の第１態様を示す斜視図、図３は図１及び図２に用いられる膜カートリッジの要部断面図である。
膜カートリッジ１は、バラスト処理水集水管１００と該集水管１００の外周に巻回された複数の封筒状膜（スパイラル膜）１０１からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填している。
図３に示すように、封筒状膜１０１は、該集水管１００の外周に高密度に巻回されている。
このため、他の平膜等の膜と比べて単位体積あたりの処理量が大きく、比較的省スペースである。また、カートリッジ化されているために、槽内に浸漬して使用するタイプの膜と比べて、設置場所を選ばず、ユニット化にも好適である。
該集水管１００の外周に巻回された２以上の封筒状膜１０１の各々の封筒体の内部には、膜を封筒状に張設すると共に、処理水（透過水）を該集水管１００に移送するための支持体１０２が設けられている。
隣接する封筒状膜１０１の間には、封筒状膜同士が密着して膜面積が狭くなることを防止するため、及びバラスト原水流路１０３を形成するためにスペーサ１０４が挿設されていてもよい。なお、原水流路１０３は、スパイラル膜の外部で、該集水管１００と膜カートリッジ１の内面に形成される。
本態様では、膜カートリッジ１が２以上並設されればよく、その数は限定されるわけではないが、好ましくは３〜２０本の範囲であり、より好ましくは４〜１５本であり、さらに好ましくは５〜１０本である。本態様では、図２に示すように、６本の膜カートリッジ１を並設している。
本態様では、膜カートリッジの一端（図面上左側）に第１マニホールド２を備え、他端に第２マニホールド３を備える。
第１マニホールド２は、直方体状のマニホールド本体２００内にバラスト原水室２０１を有し、該バラスト原水室２０１は、取水されたバラスト原水を導入する開口であるバラスト原水導入口２０２を備える。
また第１マニホールド２は、前記膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口２０３を備える。
第１マニホールド２と膜カートリッジ１の接続手法は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図１の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３の接続は格別限定されないが、直接接続すると圧力損失を減少できて好ましい。例えば図示のようなバラスト原水入口２０３がバラスト原水室２０１の側壁に設けられた開口である場合には、その開口に向けてバラスト原水流路１０３を連通させる態様が好ましい。
前記第２マニホールド３は、直方体状のマニホールド本体３００内に洗浄排液室３０１と処理水室３０２を備える。洗浄排液室３０１と処理水室３０２は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接して洗浄排液室３０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に処理水室３０２を配置する態様が挙げられる。
洗浄排液室３０１は、膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口３０３を備える。
第２マニホールド３と膜カートリッジ１の接続は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図１の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
また、洗浄排液室３０１は、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口３０４を側壁に備える。
処理水室３０２は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口３０５と、処理水室３０２内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口３０６を備える。集水管１００と処理水導入口３０５は、脱着可能に接続されることが好ましい。
処理水室３０２は、洗浄排液を外部に排出するための排出口３０７を設けることができる。この場合、前記洗浄排液出口３０４に洗浄排液排出管３０８を設け、その洗浄排液排出管３０８を排出口３０７に連結することにより、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出できる。
なお、図示の例では、洗浄排液出口３０４を洗浄排液室３０１の側壁に備えているが、洗浄排液室３０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、排出口３０７を設ける必要はない。
この様にして、本発明の複数の膜カートリッジ１をマニホールド構造により、ユニット化して膜ユニットを形成する。
以上のマニホールド構造を備えた膜ユニットを複数集合させて、バラスト水の処理を行うことができる。
図４に基づき、バラスト水の処理方法を説明する。
図４において、４は上記のマニホールド構造を備えた膜ユニットであり、膜ユニット４は、第１マニホールド２と第２マニホールド３の間に、好ましくは３〜２０本、より好ましくは４〜１５本、さらに好ましくは５〜１０本の膜カートリッジが並設されている。並設の態様は、格別限定されないが、好ましくは、水平に並設される態様が挙げられるが、複数の膜カートリッジを立体的に並設してもよい。例えば図５に示すように、４本の膜カートリッジ１を立体的に並設して正四角柱状の膜ユニット４を形成してもよいし、あるいは図６に示すように、７本の膜カートリッジ１を立体的に並設して正六角柱状の膜ユニット４を形成してもよい。正六角柱状とすることで、円柱状の膜カートリッジを、更に密な状態で膜ユニット内に収納することが可能となり、更なる省スペース化が可能となる。
バラスト原水１０は、バラストポンプ１１によって汲み上げられ、バラスト原水吸込み管１２を介して膜ユニット４に供給され、該膜ユニット４が備えるバラスト原水導入口２０２を経て、各膜カートリッジ１へ供給される。１３はバラスト原水吸込み管１２に設けられる開閉弁である。
本発明において、バラスト原水は、船舶バラスト水として従来使用されてきた水であればよく、海水がおもに使用される。
膜ユニット４に供給されたバラスト原水は、マニホールド構造により、ユニット化された膜ユニット４が備える複数の膜カートリッジ１によって膜処理され、生じた処理水はバラストタンク１６に供給される。
１７は処理水管、１８は処理水管１７に設けられる開閉弁である。処理水管１７はマニホールド構造の処理水排出口３０６に接続される。
また、１４はバラスト原水吐出管（洗浄排液放流管）、１５はバラスト原水吐出管１４に設けられる開閉弁である。バラスト原水吐出管１４は、マニホールド構造の排出口３０７に接続され、洗浄排液をたとえば海へ放流する。
以上のマニホールド構造を備えたスパイラル膜モジュールを用いた好ましいバラスト水の処理方法について説明すると、たとえば、バラスト原水を、マニホールド構造を備えた膜カートリッジ１に供給して処理水を得る膜処理と、膜洗浄を交互に行うことにより、バラスト水の処理を行う。
前記膜処理では、デッドエンド方式による全量ろ過が行われる。この方式は、バラスト原水吐出管１４に設けられた開閉弁１５を閉じ、処理水管１７の開閉弁１８を開けて、バラストポンプ１１を始動して、バラスト原水を汲み上げ、バラスト原水導入口２０２に供給して、その全量を膜処理することによって行われる。膜処理によって生じた処理水は、処理水出口３０６から、処理水管１７に送られ、バラストタンク１６に供給される。
また、バラスト水の漲水時において、上記の全量ろ過と交互に、膜面平行流による膜洗浄（この洗浄を本発明では、クロスフロー方式による膜洗浄といい、単に方式を指称する場合は、クロスフロー方式という場合がある）を行うことが好ましい。このクロスフロー方式は、バラスト原水吐出管１４に設けられた開閉弁１５を開けて、バラストポンプ１１を始動して、バラスト原水を汲み上げ、バラスト原水導入口２０２に供給して、洗浄排液出口３０７から排出させる。膜カートリッジ１内に供給され原水流路１０３を流れるバラスト原水は、スパイラル膜面と平行な流れによって、膜表面の付着物質を剥離させる。排出された付着物質を含むバラスト原水（洗浄排液）は、洗浄排液出口３０７からバラスト原水吐出管１４を介して例えば海へ放流されてもよいし、あるいはその洗浄排液をバラスト原水側（バラスト原水導入口２０２）に戻して洗浄排液を濃縮液として循環させてもよい。
上記膜面平行流による膜洗浄の際には、処理水管１７の開閉弁１８を開いて、膜洗浄と共にバラスト原水をろ過して処理水を得てもよいし、反対に、開閉弁１８を閉じて、処理水を得ないようにしてもよい。
本態様では、１本の膜カートリッジの膜面積が、たとえば３８ｍ２のものを使用し、膜面積当たりの初期フラックス（透過流束）は、例えば、１．５ｍ／Ｄのものを使用する。バラストタンクの容量が２００００ｍ３の場合、１本の膜カートリッジでの処理量は５７ｍ３／Ｄであるから、１日で処理水を供給する場合には膜カートリッジは３５０本必要になる。
これは一例であり、バラスト水処理設備では、大量のバラスト水を高速で処理する必要があるため、１つのバラスト水処理設備あたり、数百〜数万の膜カートリッジを備える場合もある。
本発明では、特有のマニホールド構造によって、複数の膜カートリッジを処理ライン上に並列に設置してユニット化して、省スペース化を実現しつつ処理の高速化を実現した。
つまり、特許文献６に開示されているような、ヘッダー管に対して複数の膜カートリッジを、それぞれ配管によって連結した場合と比較して、配管の数が大幅に削減される。例えば、６本の膜カートリッジを本発明のマニホールド構造によって連結した場合は、配管の数が１／６に削減される。
従って、配管を用いた場合に生じる、流体力学上、配管長さ、配管の曲がり、配管径の拡大・縮小などによって発生する圧力損失が大幅に削減され、原水ポンプの動力を抑えることが可能となり、ランニングコストを下げることができる。特に、バラスト水処理の場合は、大量の膜カートリッジを並列に設置する必要があるため、本発明のマニホールド構造によって削減されるランニングコストは莫大なものとなる。
また、膜カートリッジ毎に配管を設置する必要がないため、船舶上での限られた設置スペースの中で、高密度に膜カートリッジを設置することが可能である。
本発明のマニホールド構造を用いると、図１に示したように、バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３、そして、バラスト原水流路１０３と洗浄排液導入口３０３を、それぞれ直接接続することが可能となる。
このような直接接続は、従来の配管によるマニホールド構造によっては、実現不可能であった。
つまり、スパイラル膜カートリッジにおいて、洗浄排液導入口３０３の開口部の内部には処理水導入口３０５が配される。そのため、バラスト原水流路１０３と洗浄排液導入口３０３とを配管により直接接続しようとすると、二重管を用いない限りは、処理水と洗浄排液を独立して回収することができない。また、二重管を用いた場合は、その後、通常の配管に分岐させる必要があるため設置スペースを消費する問題がある。
これに対して、本発明のマニホールド構造を用いると、バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３、そして、バラスト原水流路１０３と洗浄排液導入口３０３の直接接続が実現すると共に、装置の省スペース化が実現する。
直接接続、つまりバラスト原水入口２０３及び洗浄排液導入口３０３の開口幅を膜カートリッジ１の端面全体に形成することで、それぞれの開口幅を十分に確保できるため、液流の圧力損失を防ぐことが可能となる。特に、バラスト水処理設備のように大量の膜カートリッジを用いる場合、この圧力損失防止による効果は膨大なものとなる。
ところで、本発明のマニホールド構造は、上記に限定されず、図７及び図８に示す態様であってもよい。
図７は、マニホールド構造の第２態様を示す概略図である。
第２態様において、第１マニホールド２は、直方体状のマニホールド本体２００内にバラスト原水室２０１と処理水室２０４を備える。バラスト原水室２０１と処理水室２０４は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接してバラスト原水室２０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に処理水室２０４を配置する態様が挙げられる。
バラスト原水室２０１は、取水されたバラスト原水を導入する開口であるバラスト原水導入口２０２を備える。
また、バラスト原水室２０１は、前記膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口２０３を備える。
第１マニホールド２と膜カートリッジ１の接続手法は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３の接続は格別限定されないが、直接接続すると圧力損失を減少できて好ましい。例えば図示のようなバラスト原水入口２０３がバラスト原水室２０１の側壁に設けられた開口である場合には、その開口に向けてバラスト原水流路１０３を連通させる態様が好ましい。
処理水室２０４は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口２０５と、処理水室２０４内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口２０６を備える。集水管１００と処理水導入口２０５は、脱着可能に接続されることが好ましい。
処理水室２０４は、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入するための導入口２０７を設けることができる。この場合、前記バラスト原水導入口２０２にバラスト原水導入管２０８を設け、そのバラスト原水導入管２０８を導入口２０７に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入できる。
なお、図示の例では、バラスト原水導入口２０２をバラスト原水室２０１の側壁に備えているが、バラスト原水室２０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、導入口２０７を設ける必要はない。
前記第２マニホールド３は、直方体状のマニホールド本体３００内に洗浄排液室３０１を備える。
洗浄排液室３０１は、膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口３０３を備える。
第２マニホールド３と膜カートリッジ１の接続は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
また、洗浄排液室３０１は、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口３０４を側壁に備える。
図８は、マニホールド構造の第３態様を示す概略図である。
第３態様において、第１マニホールド２は、直方体状のマニホールド本体２００内にバラスト原水室２０１と第１の処理水室２０４を備える。バラスト原水室２０１と第１の処理水室２０４は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接してバラスト原水室２０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に第１の処理水室２０４を配置する態様が挙げられる。
バラスト原水室２０１は、取水されたバラスト原水を導入する開口であるバラスト原水導入口２０２を備える。
また、バラスト原水室２０１は、前記膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口２０３を備える。
第１マニホールド２と膜カートリッジ１の接続手法は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
バラスト原水入口２０３とバラスト原水流路１０３の接続は格別限定されないが、直接接続すると圧力損失を減少できて好ましい。例えば図示のようなバラスト原水入口２０３がバラスト原水室２０１の側壁に設けられた開口である場合には、その開口に向けてバラスト原水流路１０３を連通させる態様が好ましい。
第１の処理水室２０４は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口２０５と、第１の処理水室２０４内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口２０６を備える。集水管１００と処理水導入口２０５は、脱着可能に接続されることが好ましい。
第１の処理水室２０４は、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入するための導入口２０７を設けることができる。この場合、前記バラスト原水導入口２０２にバラスト原水導入管２０８を設け、そのバラスト原水導入管２０８を導入口２０７に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室２０１に導入できる。
なお、図示の例では、バラスト原水導入口２０２をバラスト原水室２０１の側壁に備えているが、バラスト原水室２０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、導入口２０７を設ける必要はない。
前記第２マニホールド３は、直方体状のマニホールド本体３００内に洗浄排液室３０１と第２の処理水室３０２を備える。洗浄排液室３０１と第２の処理水室３０２は図示のように併設されることが好ましく、より好ましくは膜カートリッジ１に接して洗浄排液室３０１を配置し、膜カートリッジ１から遠い側に第２の処理水室３０２を配置する態様が挙げられる。
洗浄排液室３０１は、膜カートリッジ１のバラスト原水流路１０３から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口３０３を備える。
第２マニホールド３と膜カートリッジ１の接続は着脱可能であれば、特に限定されず、たとえば螺合手法などが採用され、図示の例では、螺合とＯリングによる密封を採用している。螺合は直接螺合する態様でも、補助部材を用いて螺合する態様でもよい。
また、洗浄排液室３０１は、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口３０４を側壁に備える。
第２の処理水室３０２は、バラスト処理水集水管１００から処理水を導入可能な処理水導入口３０５と、第２の処理水室３０２内の処理水をバラストタンク（図示せず）へ移送するための処理水排出口３０６を備える。集水管１００と処理水導入口３０５は、脱着可能に接続されることが好ましい。
第２の処理水室３０２は、洗浄排液を外部に排出するための排出口３０７を設けることができる。この場合、前記洗浄排液出口３０４に洗浄排液排出管３０８を設け、その洗浄排液排出管３０８を排出口３０７に連結することにより、洗浄排液室３０１内の洗浄排液を外部に排出できる。
なお、図示の例では、洗浄排液出口３０４を洗浄排液室３０１の側壁に備えているが、洗浄排液室３０１の上壁又は下壁に設けることもでき、その場合には、排出口３０７を設ける必要はない。
上記第３態様によれば、第１マニホールド２及び第２マニホールド３を同一の部品とすることが可能であり、装置の成形が容易である。
さらに、本発明では、以下に説明するように、前記膜ユニットを多段に構成させてなる膜ユニット集合体を形成できる。
図９は、膜ユニット集合体の斜視図である。
５は膜ユニット集合体であり、複数の膜ユニット４を棚段状に組み込んで構成されている。ここでは、膜ユニット４は、図１に示した態様のものを用いている。
各々の膜ユニット４は、直方体状のマニホールドの下側面を膜ユニット載置部位に当接させて棚段状に載置されている。また、各々の膜ユニット４において、膜カートリッジ１は、両端をマニホールドに支持された状態で存在している。
直方体状に形成された各々のマニホールド部分の下側面には、コロやキャスター等の滑走手段を設けることができ、これによって水平方向への引き抜きが容易になる。膜ユニット４を載置する面にレールを設けて、前記滑走手段を該レールに係合させてもよい。レールの形成方向は、引き抜きの方向に合わせて適宜設定することができる。
前記膜ユニット載置部位は、Ｌ字型等のアングルによって形成した骨格であってもよいし、他の膜ユニットが有するマニホールドの上側面であってもよい。
このように本発明のマニホールド構造を用いることで、例えば、何れかの膜カートリッジに不具合が発生した場合に、容易に該当する膜カートリッジを含む膜ユニットを摘出することが可能となる。また、大量の膜カートリッジを備える膜ユニット集合体において、奥部に埋もれた状態にある膜カートリッジを摘出する際に、摘出作業が非常に効率化する。
また、例えば膜に発生したピンホールを検出するために、処理水中の粒径等を検出可能なセンサーを設ける場合、一本一本の膜カートリッジにセンサーを取り付けたのでは高コストとなり、逆に、設備全体に１つ取り付けたのではピンホールが発生した膜カートリッジを特定することができず、全ての膜処理を停止して対応しなければならない。これに対して、本発明のマニホールド構造を用いれば、各々のマニホールドの処理水室３０２毎にセンサーを設けることにより、一本一本の膜カートリッジにセンサーを取り付けた場合より低コスト化が図られ、さらに、該当する膜カートリッジを含む膜ユニットのみを運転停止すればよいため、膜処理能力を維持したまま、膜カートリッジの交換等の対処を取ることができる。
次に、図１０〜図１２に、膜ユニット集合体の態様を例示する。
図１０において、膜ユニット集合体５は、並設された膜カートリッジ１が形成する面が水平となるように膜ユニット４を配向させて、これを集合させてなる。
図１１において、膜ユニット集合体５は、膜カートリッジ１の並設方向が鉛直方向となるように膜ユニット４を配向させて、これを集合させてなる。
図１２において、膜ユニット集合体５は、膜カートリッジ１の長手方向が鉛直方向となるように膜ユニット４を配向させて、これを集合させてなる。
上記した何れの態様においても、膜ユニットが、その両端に直方体状のマニホールドを有することにより、該マニホールドが各々の膜ユニットの配置を正確なものとし、密集した状態で整列させることが容易となる。
以上の構成により、複数の膜カートリッジ１をユニット化して膜ユニット４を形成し、更に、前記膜ユニット４を多段に構成させて膜ユニット集合体５を形成することにより、更なる省スペース化が図られる。また、これら複数の膜カートリッジ１は、マニホールドによって並列に配設されているため、同時に大量のバラスト水を処理することが可能となり、処理速度が高速化する。
また、図１３及び図１４は、マニホールド構造の他の態様を示す概略図である。
図１３に示すマニホールド構造において、バラスト原水室２０１、処理液室３０２及び洗浄排液室３０１は、それぞれ２つのバラスト原水導入口２０２、２０２’、処理水排出口３０６、３０６’及び洗浄排液出口３０４、３０４’を有し、２つの各開口部は、直方体の上壁と下壁に配設されている。
このようなマニホールド構造を有する膜ユニットであれば、図に示すように、縦方向に積み重ねることで、上下のマニホールドを連結することが可能であり、ヘッダー管が不要となるため、圧力損失の更なる低下と、更なる省スペース化を図ることができる。連結部は、連結方向に引き抜き可能に嵌合させる構成であってもよいし、垂直方向にスライドさせることで脱着可能に構成してもよい。
また、連結方向は上下方向に限定されず、図１４に示すように、横方向に連結してもよい。縦方向と横方向を組み合わせて連結してもよい。
１：膜カートリッジ
１００：バラスト処理水集水管
１０１：封筒状膜（スパイラル膜）
１０２：支持体
１０３：バラスト原水流路
２：第１マニホールド
２０１：バラスト原水室
２０２：バラスト原水導入口
２０３：バラスト原水入口
２０４：処理水室
２０５：処理水導入口
２０６：処理水排出口
２０７：導入口
２０８：バラスト原水導入管
３：第２マニホールド
３０１：洗浄排液室
３０２：処理水室
３０３：洗浄排液導入口
３０４：洗浄排液出口
３０５：処理水導入口
３０６：処理水排出口
３０７：排出口
３０８：洗浄排液排出管
４：膜ユニット
５：膜ユニット集合体
１０：バラスト原水
１１：バラストポンプ
１２：バラスト原水吸込み管
１３：開閉弁
１４：バラスト原水吐出管（洗浄排液放流管）
１５：開閉弁
１６：バラストタンク
１７：処理水管
１８：開閉弁
１００：バラスト処理水集水管
１０１：封筒状膜（スパイラル膜）
１０２：支持体
１０３：バラスト原水流路
２：第１マニホールド
２０１：バラスト原水室
２０２：バラスト原水導入口
２０３：バラスト原水入口
２０４：処理水室
２０５：処理水導入口
２０６：処理水排出口
２０７：導入口
２０８：バラスト原水導入管
３：第２マニホールド
３０１：洗浄排液室
３０２：処理水室
３０３：洗浄排液導入口
３０４：洗浄排液出口
３０５：処理水導入口
３０６：処理水排出口
３０７：排出口
３０８：洗浄排液排出管
４：膜ユニット
５：膜ユニット集合体
１０：バラスト原水
１１：バラストポンプ
１２：バラスト原水吸込み管
１３：開閉弁
１４：バラスト原水吐出管（洗浄排液放流管）
１５：開閉弁
１６：バラストタンク
１７：処理水管
１８：開閉弁
Claims (6)
- バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室を有し、該バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするマニホールド構造。 - 前記処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とすることを特徴とする請求項１記載のマニホールド構造。
- バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室を有し、該洗浄排液室は、膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口を備えることを特徴とするマニホールド構造。 - 前記処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項３記載のマニホールド構造。
- バラスト処理水集水管と該集水管の外周に設けられるスパイラル膜からなるスパイラル膜モジュールを内部に装填してなり、該スパイラル膜の外部にバラスト原水流路を形成してなり、該原水流路側から膜を介して該集水管にバラスト処理水を得る膜カートリッジを２以上並設し、該２以上の膜カートリッジの一端に第１マニホールドを備え、他端に第２マニホールドを備えるマニホールド構造であって、
前記第１マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内にバラスト原水室及び第１の処理水室を有し、前記バラスト原水室は、取水されたバラスト原水を導入するバラスト原水導入口を備えると共に、前記膜カートリッジのバラスト原水流路にバラスト原水を送液可能なバラスト原水入口を備え、前記第１の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第１の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備え、
前記第２マニホールドは、直方体状のマニホールド本体内に洗浄排液室及び第２の処理水室を有し、前記洗浄排液室は、前記膜カートリッジのバラスト原水流路から送られる洗浄排液を導入可能な洗浄排液導入口と、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出するための洗浄排液出口を備え、前記第２の処理水室は、前記バラスト処理水集水管から処理水を導入可能な処理水導入口と、該第２の処理水室内の処理水をバラストタンクへ移送するための処理水排出口を備えることを特徴とするマニホールド構造。 - 前記第１の処理水室は、洗浄排液を外部に排出するための排出口を有し、前記洗浄排液出口に洗浄排液排出管を設け、該洗浄排液排出管を排出口に連結することにより、洗浄排液室内の洗浄排液を外部に排出可能とし、
前記第２の処理水室は、バラスト原水をバラスト原水室に導入するための導入口を有し、前記バラスト原水導入口にバラスト原水導入管を設け、該バラスト原水導入管を導入口に連結することにより、バラスト原水をバラスト原水室に導入可能とすることを特徴とする請求項５記載のマニホールド構造。
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