JP5729031B2 - 膜分離装置用集合管およびその組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、特に廃水処理および浄水処理に利用される膜分離装置の集合管およびその組立方法に関する。

廃水処理において、図６のような、活性汚泥を充填した処理槽１２１内に複数の平板状の膜エレメント１０３を収納した膜分離装置１０１を浸漬して、膜エレメント１０３の透過側をポンプ１２３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ろ過水を得る技術が知られている。活性汚泥処理では、処理槽１２１内で好気性の微生物を飼育するために散気が必要である。この散気装置１０４を膜分離装置１０１の下部に据え付ければ、散気による気液混合流で膜の膜面の汚れをかきとりながら安定した固液分離を行うことができる。

特許文献１のように、膜分離装置には各膜エレメントのろ過水を集合させる集合管が付設され、各膜エレメントのろ過水口と集合管本体に接合されたノズルがチューブ等で接続されている。また、特許文献２および特許文献３のように各膜エレメントのろ過水ノズルを集合管本体に直接接続した構造も開示されている。

特許文献１は、フレキシブルなチューブで接続することから、膜エレメントの配置や集合管の製作に厳密な精度を必要とせず、また透明チューブを使用した場合には膜エレメントの損傷による活性汚泥の漏れを目視で確認することができるため、一般に採用されている構成である。

図７（ａ）は膜分離装置１０１の上面の一部を示した模式図、図７（ｂ）はその膜分離装置用集合管１の側面模式図であるが、膜分離装置用集合管１はろ過水口５とほぼ同様の構造を持つ複数個のノズル３を、膜エレメント１０３と同じ配列間隔で集合管本体２の表面に固定した構成である。

特開２０００−１５７８４８号公報 特開平１１−３００１７６号公報 特開２０００−１５７９７６号公報

しかし、特許文献１の構成では以下の問題があった。

（ｉ）ノズル３へのチューブ７差込作業および運転時の散気によるチューブ７の振動で、図９（ｂ）のように曲げモーメントが最も大きくなる集合管本体２とノズル３の接合部分６であるノズル根元が折れ、膜分離装置用集合管１内に活性汚泥が漏れ込む場合があるが、根元で折れていることおよびノズル３の内壁４の断面が円形であり嵌合する工具の適用が難しいことから、集合管本体２内に残ったノズル破片３２を除去するのが困難であり、漏れを止めるためには膜分離装置用集合管１全体を交換しなければならない。塩濃度が高い廃水を処理する場合には、腐食を防止するために樹脂製のノズル３が使用されるが、ステンレス等に比べ機械的強度が低いため、特にこのトラブルが発生し易い。

（ｉｉ）膜分離装置１０１は、単位面積当たりの処理量を高くするため、膜エレメント１０３をできるだけ狭い間隔で配列する方が好ましいが、ノズル３を集合管本体２にネジ接合する場合、ノズル間に締込み用の工具を入れるスペースが必要であるためノズル間隔を狭くすることにも限界がある。

本発明は上記の目的を達成するために、以下に述べる構成からなる。

（１）処理槽に浸漬され、複数の膜エレメントを収納しかつ下部に散気装置を有する膜分離装置に付設された複数の膜エレメントからのろ過水を集合する膜分離装置用集合管であって、一端が膜分離装置用集合管の集合管本体と接合され、他端が膜エレメントに連通するように設けられたノズルの内壁の少なくとも一部の断面が、非円形であることを特徴とする膜分離装置用集合管。

（２）前記断面が十二角形以下の多角形である（１）に記載の膜分離装置用集合管。

（３）前記非円形の断面が、集合管本体との接合部分に設けられている（１）または（２）に記載の膜分離装置用集合管。

（４）処理槽に浸漬され、複数の膜エレメントを収納しかつ下部に散気装置を有する膜分離装置に付設された複数の膜エレメントからのろ過水をノズルを介して集合する膜分離装置用集合管のノズル取外し方法であって、ノズルの一端が膜分離装置用集合管の集合管本体と接合され、他端が膜エレメントに連通するように設けられており、ノズルの内壁の少なくとも一部の断面が非円形であり、ノズルの内側に、前記非円形の断面と略同一形状の外周部を有する棒状物を差込み、棒状物を回転させることで、ノズルを集合管本体から取外すことを特徴とする膜分離装置用集合管のノズル取外し方法。

本発明によれば、ノズル３の内壁４の少なくとも一部の断面を非円形とすることで、ノズル３の折れが発生した場合にも、非円形断面部４２と略同一形状の棒状物を、集合管本体２側の接合部分６に残ったノズル３の内側に差込み、回転させることで取り外すことができる。また、取り外した部分に新たなノズル３を接合する場合にもノズル３の内側に棒状物を差込み、回転させることで接合できる。その結果、ノズル３が折れた場合でも膜分離装置用集合管１全体を交換する必要がなく、さらにノズル３の周りに工具を入れるスペースを必要としないため、狭い間隔でノズル３を配置することができる。

本発明の集合管の一例を示した、（ａ）集合管のノズル接続部分を示した断面図、（ｂ）ノズルの底面図、である。 本発明の集合管に用いられるノズルの一例を示した、（ａ）一部破断した正面図、（ｂ）集合管本体との接合方向の内壁の底面図、（ｃ）集合管本体との接合位置と反対側の内壁の上面図、である。 本発明の集合管に用いられる別のノズルの一例を示した、（ａ）一部破断した正面図、（ｂ）集合管本体との接合方向の内壁の底面図、（ｃ）集合管本体との接合位置と反対側の内壁の上面図、である。 ノズルの内壁の断面の一例を示した模式図である。 本発明の集合管の組立方法の一例を示した、（ａ）集合管のノズル接続部分を示した断面図、（ｂ）ノズルの底面図、である。 従来の集合管を使用した膜分離装置および水処理装置を表した模式図である。 従来の膜分離装置を示した、（ａ）集合管周辺の一部上面模式図、（ｂ）集合管の一部側面図、である。 従来の集合管に用いられるノズルの一例を示した、（ａ）一部破断した正面図、（ｂ）集合管本体との接合方向の内壁の底面図、（ｃ）集合管本体との接合位置と反対側の内壁の上面図、である。 従来の集合管の一例を示した、（ａ）集合管のノズル接続部分を示した断面図、（ｂ）ノズルが折れた状況を表した断面図、（ｃ）ノズルの底面図、である。

以下、図面に示す実施態様に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。図１は本発明の膜分離装置用集合管１の一実施態様を示した断面模式図、図２および図３は本発明の膜分離装置用集合管１に使用するノズル３の一実施態様を示した模式図、図４は本発明の膜分離装置用集合管１に使用するノズル３の内壁４で非円形断面部４２を表した模式図、である。

本発明の膜分離装置用集合管１は、図１のようにパイプ状の集合管本体２の側面に、内壁４の少なくとも一部を非円形断面部４２とした複数のノズル３を接合した構造である。

ノズル３の内壁４の非円形断面部４２は、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）のように内壁４の全体であっても良いが、円形断面部４１とこの円形に外接する非円形断面部４２とを比較した場合、非円形断面部４２の方が高い流路抵抗となりろ過水を吸引する際に高い圧力を必要とするため、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）のように出来るだけ流路が短くなるよう内壁４の一部に設置する方が好ましく、特に図９（ｂ）のように、ノズル３が折れて集合管本体２にノズル破片３２が残った場合にも取り外せるように、非円形断面部４２が集合管本体２との接合部分６に設けられていることが好ましい。非円形断面部４２としては、図４に示す六角形に代表される多角形、円形の一部を切り欠いた形状、楕円形、また、円形断面の一部に突起を設けた形状、例えば、キー形状、スプライン形状、歯車形状、等が例示できるが、非円形であればいずれの形状であっても本発明の効果が得られ特に限定されるものではない。しかしこれらの中で、ノズル３および締込み用工具８の製作が容易で、ろ過水の流路抵抗となり難く、かつノズル破片３２の取り外し作業でノズル内の非円形断面部に締込み用工具８を挿入する際の位置決めが容易であり、締込み用工具８を回転させる際にノズル内壁との接触部が潰れて空回りし難い正六〜十二角形が好ましく使用できる。この範囲であれば、円形断面部４１に内接する形状の非円形断面部４２を設置した場合、円形断面部４１に対して８２％以上の断面積を確保できる（正六角形の場合）ため著しい流路抵抗とならず、また９５％以下の断面積である（正十二角形の場合）ため接触部の潰れによる空回りの懸念がない。

ノズル３は、内壁４の少なくとも一部が非円形であり、かつ集合管本体２とチューブ７への接続が可能な形状であれば特に限定されるものではない。また、集合管本体２も内部に空間を持ち、集合させたろ過水を流動させられるものであれば限定されず、断面円形のパイプや矩形管等が好ましく使用できる。

集合管本体２へのノズル３の接合方法としては、シール材を介したネジ接合、接着・溶着等の手法で設置されるが、ノズル３が折れた場合の集合管本体２からの破片除去の容易さからシール材を介したネジ接合が好ましく用いられる。また、接合部分６の集合管本体２側のノズル取付穴の形状およびノズル外形は、円形であれば破片除去が容易であり好ましい。

集合管本体２およびノズル３の材質は、活性汚泥中で使用されることから腐食が起き難い材料を選定することが好ましく、ステンレス鋼やプラスチックス類が例示できる。プラスチックス類は塩濃度が高い活性汚泥であっても腐食の恐れが無く、また軽量・低コストという面からも特に好ましく使用することができる。一方で、ステンレス鋼に対し機械的強度が低くノズル折れが発生し易いという特徴をもつことから本発明の形態による高い効果を得ることが出来る。著しく低強度のものは頻繁にノズル交換する必要があるため、ＡＳＴＭ試験法のＤ７９０における曲げ弾性率が３００ＭＰａ程度以上の剛性を持つ材質を選定することが好ましい。アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合（ＡＢＳ）樹脂、ポリ塩化ビニル、ハイインパクトポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などが例示できる。

チューブ７と接続される部分のノズル３の構造も特に限定されず、ホースニップルのような柔軟なチューブ７との接続構造、チューブコネクタのような構造、またチューブ７側にネジ構造を設けたネジ接合、等が例示できる。チューブ７の材質、剛性、に対する接続の容易さ等で適宜選択することができる。

次に、集合管本体２からのノズル３の取付・取外しに使用する締込み用工具８、および組立方法を説明する。

図５（ａ）は、折れたノズル破片３２を集合管本体２から除去する様子を表した断面模式図であり，図５（ｂ）は折れたノズル破片３２および締込み用工具８を下方から見た模式図である。

締込み用工具８は、ノズル３の内壁４の非円形断面部４２と嵌め合わせることが出来る構造であり、少なくとも嵌め合う部分の断面が、ノズル３の非円形断面部４２と略同一の断面形状であれば、特に限定されるものでは無い。

ノズル３の非円形断面部４２と嵌め合わせる部分の形状は、前述の通り略同一の断面形状であることが好ましいが、同一断面形状で無くとも、非円形断面部４２内で締込み用工具８を回転させた場合に空回りしない形状であればよい。例えば、非円形断面部４２が多角形の場合、その対角線と同等長さの板状物とすることが例示できる。また、非円形断面部４２と嵌め合う部分よりも先端側を、内壁４の円形断面部４１や非円形断面部４２よりも小径にし、挿入を容易にする構造も好ましく使用することができる。締込み用工具８の一部分には、非円形断面部４２へ挿入した後に回転を容易とする構造を持たせることが好ましい。例えば図５（ａ）に示すように、接合部分６の他端側にハンドルを設置した構造、他端側に電動ドリルのような回転工具と接続できる構造、が例示できる。

本発明の組立方法の一例、すなわちノズル破片３２を取り外す手順は以下の通りである。
（１）集合管本体２に残ったノズル破片３２に締込み用工具８を挿入する。
（２）締込み用工具８を回転させ、集合管本体２との接合力を緩め、集合管本体２からノズル破片３２を除去する。

従来は、ノズル破片３２を膜分離装置用集合管１外部から掴むことが出来ないこと、および内壁４が円形断面部４１であり嵌合する工具の適用が難しいため除去が困難であったが、本発明の構成および方法であれば容易に除去することができる。

また、本発明のノズル３の非円形断面部４２が内壁４の全体に渡って設置されている場合、または接合部分６の他端側の内壁４の断面が非円形部分４２よりも大きくした場合には、ノズル３と集合管本体２との接合部分６にシール材を取り付け、内壁４に締込み用工具８を挿入した状態で締込み工具８を回転させ、集合管本体２に取り付けることができる。このような構成にした場合には、ノズル３を集合管本体２にネジ接合する際に、ノズル３の外周側に工具を入れ、ノズル外周部分の多角形部分３１で締付固定する必要が無い。膜分離装置用集合管１を新規に製作する場合には、一方向から順序よくノズル３を取り付けていけば、ノズル外周側にも工具を入れるための十分なスペースを取る事ができるが、ノズル３が全て取り付けられた後に、その一部のノズル３が破損した場合には、隣接したノズル３で工具を入れることができない。このことから、従来の膜分離装置用集合管１よりもノズル間の間隔を狭くすることができる。

本発明に使用される膜分離装置１０１は、内部に設置された膜エレメント１０３にろ過水口５が設置されており、各膜エレメント１０３から取出したろ過水を集合させる膜分離装置用集合管１を有す構造であれば特に限定されるものではない。例えば、ステンレスもしくは樹脂製のハウジング１０２内に、複数の中空糸タイプや平膜タイプの膜エレメント１０３を装填したものを例示することができる。

膜エレメント１０３には分離したろ過水を排出するろ過水口５が設けられているが、チューブ７の取付けおよび取外し時の負荷や、運転中の散気による負荷に耐える材質であることが好ましく、かつチューブ７との接続が容易な形状であることが好ましい。

１ 膜分離装置用集合管
２ 集合管本体
３ ノズル
４ 内壁
５ ろ過水口
６ 接合部分
７ チューブ
８ 締込み用工具
３１ 多角形部分
３２ ノズル破片
４１ 円形断面部
４２ 非円形断面部
１０１ 膜分離装置
１０２ ハウジング
１０３ 膜エレメント
１０４ 散気装置
１２１ 処理槽
１２２ ブロア
１２３ ポンプ

Claims (4)

1. 処理槽に浸漬され、複数の膜エレメントを収納しかつ下部に散気装置を有する膜分離装置に付設された複数の膜エレメントからのろ過水を集合する膜分離装置用集合管であって、一端が膜分離装置用集合管の集合管本体と接合され、他端が膜エレメントに連通するように設けられたノズルの内壁の少なくとも一部の断面が、非円形であることを特徴とする膜分離装置用集合管。
2. 前記断面が十二角形以下の多角形である請求項１に記載の膜分離装置用集合管。
3. 前記非円形の断面が、集合管本体との接合部分に設けられている請求項１または２に記載の膜分離装置用集合管。
4. 処理槽に浸漬され、複数の膜エレメントを収納しかつ下部に散気装置を有する膜分離装置に付設された複数の膜エレメントからのろ過水をノズルを介して集合する膜分離装置用集合管のノズル取外し方法であって、ノズルの一端が膜分離装置用集合管の集合管本体と接合され、他端が膜エレメントに連通するように設けられており、ノズルの内壁の少なくとも一部の断面が非円形であり、ノズルの内側に、前記非円形の断面と略同一形状の外周部を有する棒状物を差込み、棒状物を回転させることで、ノズルを集合管本体から取外すことを特徴とする膜分離装置用集合管のノズル取外し方法。

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