JP5273935B2

JP5273935B2 - 集水装置

Info

Publication number: JP5273935B2
Application number: JP2007086626A
Authority: JP
Inventors: 清司和泉; 達也上島
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008238141A

Description

本発明は、集水装置に関する。

下排水処理、汚泥濃縮などに使用する固液分離装置として、浸漬型膜分離装置が知られている。この浸漬型膜分離装置では、一般に、ケーシング内の上部に平板状膜カートリッジを配列し、その下方に散気装置を設けている。処理槽の内部に、処理水量に応じた台数だけ浸漬型膜分離装置を設置する。この処理槽に被処理液を連続的に導入し、散気装置が散気する状態において槽内の処理対象液を膜カートリッジにより濾過する。膜カートリッジの膜面を透過した濾過液（透過液）を、チューブ、集水管、透過水導出管、吸引手段としてのポンプを通じて槽外へ導出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３０１１３４号公報

しかしながら、浸漬膜による分離工程において、被処理液は、膜面洗浄のための散気を受けているため、気体溶解した状態、すなわち気泡を発生し易い状態にある。このため浸漬膜と吸引手段の間の配管内には、濾過液に溶存していた気体が温度変化や圧力変化によって気相化して蓄積する。また、メンテナンス等の目的で浸漬膜の一部または全部を取り外した後、再度装着した際には多くの気体が配管内に存在する状態となる。

蓄積した気体は配管内の圧力変化や温度変化によって体積が変化し、浸漬膜の吸引圧力や透過液流量を不安定にさせる。特に、後段に吸引手段と圧力及び／又は流量の測定手段を設けて圧力または流量を調節しようとする場合には、測定手段による測定値が撹乱されるため、安定した調整ができない。また、後段を大気開放として水頭圧によって濾過液を取出す場合でも、同様に気泡により圧力及び／又は流量が不安定となる。

本発明の目的は、濾過液を取出す場合に、気泡による影響を受け難くすることが可能な集水装置を提供することである。

本発明は、被処理液に浸漬した複数の膜エレメントからの透過液を集合させる第一集水管を被処理液に浸漬配置して有する集水装置であって、複数の第一集水管からの透過液を集合させる第二集水管は、その流路断面積が前記第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも大きい配管であり、前記第二集水管から透過液を送出する配管は、その流路断面積が前記第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも小さい配管であることを特徴とする。

本発明によれば、第一集水管を設けたことにより、配管内の流速を高めて気泡を押し流すようにする。さらに、第二集水管から透過液を送出する配管は、その流路断面積が第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも小さい。このため、複数の第一集水管からの透過液を第二集水管に送入する各配管内の流速よりも、第二集水管から透過液を送出する配管内の流速をさらに高めることができる。また、このようにすることで、気泡の発生を防止するとともに、管内に流入した気泡をせん断力によって分割し、気泡径を小さくすることで気泡の滞留を防止できる。また、例えば、管路の途中に流下配管部分が存在する場合には、気泡径が小さくなることで気泡の上昇速度が小さくなり、さらに気泡を排出しやすくすることができる。さらにメンテナンス時などに発生した気泡が管内に滞留することを防止することができるので、気泡による影響を受け難くすることができる。

図１及び図２は、排水処理設備１０を示す。排水処理設備１０は、移送ポンプ１２が設けられた流量調整槽１４、廃水処理を行う膜分離槽１６、及び吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂなどが設けられた機械室２０を有する。

膜分離槽１６には、２つの膜ユニット２２Ａ，２２Ｂが浸漬されている。各膜ユニット２２Ａ，２２Ｂは、膜ケース２４、散気ケース２６、散気管２８、及び複数の平板状膜カートリッジ３０（膜エレメント）により構成されている。

膜ケース２４は、複数の膜カートリッジ３０を収納している。散気ケース２６は、膜ケース２４の下部に設けられている。散気ケース２６には、散気管２８が配置されている。散気管２８は、膜面洗浄気体を噴出する。

膜カートリッジ３０は、ＡＢＳ樹脂製の濾板、及びこの濾板の両表面に配置された濾過膜により構成されている。濾板と濾過膜との間、及び濾板の内部には、透過液流路が形成されている。濾板の上端縁には、透過液流路に連通する透過液取出口が形成されている。各膜カートリッジ３０は、透過液取出口に接続したチューブ３２を介して、集水管３４Ａ，３４Ｂ（第一集水管）に連通している。

図２に示すように、集水管３４Ａ，３４Ｂは、被処理液の液面よりも低い位置に配置されている。また、集水管３４Ａ，３４Ｂは、その先端が閉じられ、長さ方向に沿って複数のチューブ３２が互いに距離をおいて接続され、複数の膜カートリッジ３０からの透過液を集合させる。図２では、チューブ３２などの図示を省略している。

各集水管３４Ａ，３４Ｂの一端は、鉛直方向の上向きに延びる連結管３６Ａ，３６Ｂにそれぞれ連通している。各連結管３６Ａ，３６Ｂは、液面よりも高い位置に配置されたフランジ３８Ａ，３８Ｂを介して、挿入管４０Ａ，４０Ｂと連通している。フランジ３８Ａ，３８Ｂを設けたことにより、液面を下げることなく特定の膜カートリッジのメンテナンスを行うことができる。各挿入管４０Ａ，４０Ｂは、被処理液の液面よりも上方位置に配置された円筒状のヘッダー管４２（第二集水管）に接続している。

ヘッダー管４２の流路断面積（ヘッダー管４２の長さ方向に垂直な断面の面積）は、各挿入管４０Ａ，４０Ｂの流路断面積の総和よりも大きい。このため、ヘッダー管４２内の流速を遅くし、ヘッダー管４２内の静圧差を小さくすることができ、ヘッダー管４２へ透過液を送入する各挿入管４０Ａ，４０Ｂの圧力を均一にでき、これにより各膜ユニット２２Ａ，２２Ｂからの濾過液量を均等にすることができる。

ヘッダー管４２は、２つの集水管３４Ａ，３４Ｂからの透過液を集合させ、長さ方向の中央部で流下配管４６（第二集水管から透過液を送出する配管）と接続している。流下配管４６の流路断面積は、各挿入管４０Ａ，４０Ｂの流路断面積の総和よりも小さい。このため、流下配管４６の流速を各挿入管４０Ａ，４０Ｂの流速よりも高くし、気泡の滞留を防止することができる。ここで、流下配管４６は、ヘッダー管４２から吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂまでの区間のうち流路断面積の最も小さい部分である。なお、この流路断面積は、ヘッダー管４２の下流側で複数の管に分岐している場合には、その複数の管の流路断面積の総和を示す。流下配管４６の流路断面積は、流下配管４６の下端で透過液を２手に分岐させる後述の水平管５０の流路断面を２倍にした面積よりも小さい。

また、流下配管４６の流路断面積は、ヘッダー管４２の流路断面積よりも小さい。このため、配管内の大きい気泡の上昇速度を流速が上回り、気泡の排出を容易にすることができる。流下配管４６は、ヘッダー管４２の長さ方向に垂直且つ水平の方向に延び、機械室２０内で鉛直方向の下向きに向きを変える。吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂの上流側である流下配管４６には、濾過膜面に作用する駆動圧力を測定する圧力計４８が設けられている。

流下配管４６の下端は、水平方向に配置された水平管５０の長さ方向の中央部に接続している。この水平管５０の両端は、それぞれ吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂの一端に接続している。各吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂの他端は、それぞれ定流量弁５２Ａ，５２Ｂ、ボール弁５４Ａ，５４Ｂを介して、液体を処理水槽（図示せず）に移送するための処理水槽用管５６に接続している。吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂの下流側の処理水槽用管５６には、処理水の水量を測定する流量計５８が設けられている。吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂの吸引口は、ヘッダー管４２よりも低い位置に設けられているが、ヘッダー管４２を設けて流速を高めたことにより、吸引口とヘッダー管４２との間における気泡による影響を受けにくくすることができる。

圧力計４８及び流量計５８は、図示しないコントローラ（制御手段）に電気的に接続されている。このコントローラにより、圧力計４８及び流量計５８の計測値に基づいて各吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂの吸引量（吸引力）を変化させ（制御し）、濾過膜面に作用する駆動圧力、及び流下配管４６の流量を適切に調整することができる。

図３は、図１及び図２に示す集水装置とは別の実施形態を示す。図１及び図２の実施形態と異なるのは、フランジ３８と挿入管４０との間に、バルブ６０を設けた点である。バルブを設けることにより、液面を下げずに他の膜ユニットの運転を継続したまま、特定の膜ユニットを管路から分離し引き上げてメンテナンスを行うことができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。実施形態では、膜分離槽１６に２つの膜ユニット２２Ａ，２２Ｂを設置し、ヘッダー管４２に２つの挿入管４０Ａ，４０Ｂを挿入するようにしているが、これに限られず、膜分離槽１６に３つ以上の膜ユニットを設置し、ヘッダー管４２に３つ以上の挿入管を挿入するようにしてもよい。また、吸引ポンプの数も２つに限られず、１つ、３つ以上などとすることができる。また、実施例では、ヘッダー管４２と吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂを繋ぐようにしているが、これに限られず、ヘッダー管４２の後段（例えば、流下配管４６の一端など）を開放として水頭圧によって濾過液を取り出すようにしてもよい。

また、ヘッダー管４２における挿入管の接続位置、ヘッダー管４２における流下配管４６の接続位置、集水管における連結管の接続位置は、実施形態の位置に限られるものではない。また、実施形態では、フランジ３８及びバルブ６０をヘッダー管４２と同じ高さに設けるようにしているが、これに限られず、被処理液の液面よりも上方位置かつヘッダー管４２の高さよりも低い位置に設けるようにしてもよい。なお、実施形態の集水装置には、基本的に、集水管３４Ａ，３４Ｂ及び処理水槽用管５６が含まれるとともに、これらの間の流路を構成する管、この流路内に設けられている吸引ポンプ１８Ａ，１８Ｂ、フランジ３８Ａ，３８Ｂ、圧力計４８、流量計５８及びバルブ６０が含まれる。

以上で説明した本願発明の実施形態及びその作用効果をまとめ記載する。即ち、
（１）実施形態１
被処理液に浸漬した複数の膜エレメントからの透過液を集合させる第一集水管を被処理液に浸漬配置して有する集水装置であって、複数の第一集水管からの透過液を集合させる第二集水管を被処理液の液面よりも上方位置に配置して有し、第二集水管から透過液を送出する配管は、その流路断面積が第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも小さい配管であることを特徴とする集水装置において、例えば、第二集水管から透過液を送出する配管を、第二集水管と吸引手段を繋いでいる場合にあっては第二の集水管から吸引手段までの区間のうち流路断面積の最も小さい部分の流路断面積が、また、第二集水管の後段を開放として水頭圧によって濾過液を取り出す場合にあっては第二の集水管から大気開放されるまでの区間のうちで流路断面積の最も小さい部分の流路断面積が第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも小さい配管とすることもできる。
このようにした場合でも、本願発明の上記効果を奏する。ここで、上記「気泡を排出しやすくすることができる」という効果は、上記「流路断面積の最も小さい部分」が、上記流下配管部分より前（上流側）にある場合、又は上記流下配管部分を含んでいる場合には特に大きい。

（２）実施形態２
前記集水装置において、第二集水管から透過液を送出する配管の下流位置に、透過液を吸引する吸引手段を設けるとともに、圧力計及び／又は流量計を設け、吸引手段の吸引口の位置は、第二集水管の位置よりも低く、吸引手段と圧力計及び／又は流量計とは、制御手段に電気的に接続され、圧力計及び／又は流量計の出力値によって吸引手段の吸引量を変化させるようにし、圧力計を設ける場合には、吸引手段よりも上流位置に設けることも出来る。

これによれば、圧力計及び／又は流量計の出力値によって吸引手段の吸引量を変化させる。このようにすることで、圧力及び／又は流量を適切に調整することができる。また、第二集水管を設けて流速を高めたことにより、吸引手段の吸引口の位置を第二集水管の位置よりも低くした場合でも、気泡による影響を受けにくくすることができる。

（３）実施形態３
さらに前段落に記載の集水装置において、第一集水管と第二集水管とを繋ぐ配管に、被処理液の液面よりも上方位置かつ第二集水管以下の高さ位置に脱着構造、又は脱着構造及びバルブを有するようにすることもできる。

これによれば、複数の第一集水管と第二集水管とを繋ぐ各配管に、被処理液の液面よりも上方位置（例えば、水平部）に脱着構造（例えば、フランジ構造）を設けたことにより、液面を下げることなくメンテナンスを行うことができる。また、脱着構造及びバルブ（例えば、フランジとバルブ）を設けた場合には、他の膜ユニットの運転を継続したまま、特定の膜ユニットを管路から分離し引き上げてメンテナンスを行うことができる。さらに、再接続時に管路に入り込んだ気泡を他の膜ユニットからの濾過水で押し流すことにより、安定した運転が可能となる。

ここで、第一集水管を液面上に設けた場合には、メンテナンス終了時に第一集水管の内部、及び浸漬膜と第一集水管とを接続する多数の配管内に空気が残存し、問題を生じやすい。また、第二集水管を液面下に設けた場合には、フランジ構造が液面下に位置することになり、液面を下げることなく特定の膜ユニットを切り離すことが難しくなる。また、フランジ構造の部分だけを液面上に設けようとすると、フランジ構造をまたいで鳥居配管（フランジ構造のみを液面上に配置するための凸型の配管）とならざるを得ず、気泡が大量に蓄積しやすくなる。したがって、第一集水管は液面下に、第二集水管は液面上に設けるのが良い。

また、フランジ構造を浸漬膜と第一集水管との間に設けた場合には、多数の配管（チューブ）を切り離す必要が生じ、現実的でない。また、この場合、第一集水管は液面下にあるため液面を下げずに切り離すことが難しくなる。フランジ構造を第二集水管の後方に設けた場合には、特定の膜ユニットだけを切り離すことが出来なくなり、特定の膜ユニットをメンテナンスした後に、該ユニットから排出される気泡を、運転を継続していた他のユニットからの濾過液で押し流すことが出来なくなる。従って、フランジ構造は第一集水管と第二集水管の間であって、液面より上に設けるのがよい。

（４）実施形態４
上記各実施形態において、第二集水管は、その流路断面積が第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも大きい管であるようにすることもできる。

この集水装置によれば、第二集水管の流路断面積が第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも大きいので、第二集水管内の流速を遅くし、第二集水管内の静圧差を小さくすることができ、第二集水管へ透過液を送入する各配管の圧力を均一にでき、これにより各膜ユニットからの濾過液量を均等にすることができる。また、第二集水管の断面積よりも、後段の流下配管の断面積を小さくした場合には、配管内の大きい気泡の上昇速度を流速が上回ることで気泡の排出を容易にすることができる。

排水処理設備を示す斜視図である。膜分離槽を示す側面図である。膜ユニットを示す斜視図である。

符号の説明

１０・・・排水処理設備、１２・・・移送ポンプ、１４・・・流量調整槽、１６・・・膜分離槽、１８Ａ，１８Ｂ・・・吸引ポンプ、２０・・・機械室、２２Ａ，２２Ｂ・・・膜ユニット、２４・・・膜ケース、２６・・・散気ケース、２８・・・散気管、３０・・・膜カートリッジ、３２・・・チューブ、３４Ａ，３４Ｂ・・・集水管、３６Ａ，３６Ｂ・・・連結管、３８Ａ，３８Ｂ・・・フランジ、４０Ａ，４０Ｂ・・・挿入管、４２・・・ヘッダー管、４６・・・流下配管、４８・・・圧力計、５０・・・水平管、５２Ａ，５２Ｂ・・・定流量弁、５４Ａ，５４Ｂ・・・ボール弁、５６・・・処理水槽用管、５８・・・流量計、６０・・・バルブ。

Claims

被処理液に浸漬した複数の膜エレメントからの透過液を集合させる第一集水管を被処理液に浸漬配置して有する集水装置であって、
複数の第一集水管からの透過液を集合させる第二集水管は、その流路断面積が前記第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも大きい配管であり、
前記第二集水管から透過液を送出する配管は、その流路断面積が前記第二集水管へ透過液を送入する各配管の流路断面積の総和よりも小さい配管であることを特徴とする集水装置。
前記第二集水管が被処理液の液面よりも上方位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載された集水装置。