JP6156480B2 - 膜カセット及び膜ユニット - Google Patents

Description

本発明は板状の膜エレメントを収容するカセットにおける膜エレメントの配置構造に関する。

下水処理や産業排水処理において固液分離手段として適用されている膜分離装置は、排水に含まれる汚濁物質を生物処理若しくは凝集処理した後に固形物質と水成分とに固液分離する装置であって、生物処理槽内若しくは凝集処理槽内の液相に浸漬される。

膜分離装置としては、例えば特許文献１，２に開示された膜ユニットが知られている。この膜ユニットは平板状のセラミックフィルタから成る膜エレメントが複数所定間隔に配置された構成となっている。そして、この膜エレメントは枠体から引き出し可能に当該枠体の案内溝に装着されている。

前記複数の膜エレメントは、膜ユニットの集水管，フレキシブル管，コネクタのいずれかまたは組合せを介して接続されているので、メンテナンス時に膜エレメントを装着脱する際、フレキシブル管やコネクタの脱着作業に多くの時間を要する。また、膜ユニットの設置規模によっては膜エレメントの装着枚数は数千から数万となるので維持管理に相当な手間を要する。さらに、膜エレメントの着脱作業時にはフィルタ本体を損傷または破損させないように慎重な取り扱いを要する。

これに対して、特許文献３に開示された膜分離装置は、中空糸膜を束ねた膜エレメントの集水部を固定枠から取り外し可能に当該膜エレメントを当該固定枠に備える。前記膜エレメントの集水部と前記固定枠の集水部とは継ぎ手によって接続可能となっている。このように、可撓性のある中空糸膜の場合には膜の動きを制限する目的で膜エレメントの両端の集水部によって中空糸膜を保持する必要があるが、中空糸膜はその可撓性のために両端の集水部間の距離（取り付け寸法）がある程度の自由度や誤差が許容される。

しかしながら、膜エレメントがプラスチックやセラミックなどの有機素材，無機素材からなる非収縮性，非可撓性などの場合には、取り付けピッチに合わせて膜エレメントの寸法や当該膜エレメントの集水部の固定寸法などの製作精度が要求されることとなる。したがって、膜エレメントとこれを備える膜ユニットの製造コストの上昇に繋がる。

特許文献４に開示された膜分離装置の膜エレメントは、平板状のセラミックフィルタと、このセラミックフィルタの端部が装着されるマウントを備えた集水部とを備える。前記集水部は前記セラミックフィルタの両端に装着されるので、この集水部とセラミックフィルタの接続寸法の精度が必要となり、特許文献３の膜分離装置と同じ課題を抱える。すなわち、膜エレメントを収容する枠体に対する膜エレメントの取り付け寸法に対応して膜エレメント、集水部の製作精度が要求されるので、膜カセット，膜ユニットの製造コストの上昇に繋がる。

特開平４−２８１８２８号公報 特開２００９−１４８７４３号公報 米国特許出願公開第２００２／０１７９５１７号明細書 米国特許出願公開第２００９／０２３６２９５号明細書 国際公開２０１４／０３０６２９号パンフレット

本発明は、上記の事情に鑑み、膜分離装置の製造コストの低減とメンテナンス性の向上を図ることを課題とする。

そこで、本発明の膜エレメントの配置構造は、固液分離処理に供される濾過本体部とこの濾過本体部の一端部から固液分離処理水を集水する集水部と当該濾過本体部の他端部を封止する封止部とを備えた複数の膜エレメントと、この複数の膜エレメントの集水部が接続される集水部受けと、前記複数の膜エレメントが並列するように当該複数の膜エレメントの封止部が配置される封止部受けとを有する。

本発明の膜カセットの態様としては、複数の膜エレメントを備えた膜カセットであって、固液分離処理に供される濾過本体部とこの濾過本体部の一端部から固液分離処理水を集水する集水部と当該濾過本体部の他端部を封止する封止部とを備えた複数の膜エレメントと、この複数の膜エレメントの集水部が接続される集水部受けと、前記複数の膜エレメントが並列するように当該複数の膜エレメントの封止部が配置される封止部受けとを備える。

本発明の膜ユニットの態様としては、前記膜カセットを積層した膜ユニットである。

以上の本発明によれば膜分離装置の製造コストが低減すると共にメンテナンス性が向上する。

（ａ）は本発明の一態様である膜カセットの正面図、（ｂ）は当該膜カセットの一端側の側面図、（ｃ）は当該膜カセットの他端側の側面図。 （ａ）は前記膜カセットを積層した膜ユニットの平面図、（ｂ）は当該膜ユニットの正面図、（ｃ）は当該膜ユニットの一端側の側面図。 前記膜カセットの組立手順例の説明図。 前記組立手順例の説明図。 前記組立手順例の説明図。 前記組立手順例の説明図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［第一実施形態］
図１に例示された本実施形態の膜カセット１は、固液分離処理に供される被処理水に浸漬される膜カセットである。膜カセット１は、複数の膜エレメント２と、この複数の膜エレメント２のヘッダー（集水部）２２が接続されるヘッダー受け３と、当該複数の膜エレメント２が並列するようにこの複数の膜エレメント２のフッター（封止部）２３が配置されるフッター受け４を備える。また、膜カセット１は、ヘッダー受け３とフッター受け４とに取り付けられる一対のサイドカバー（覆い部）５と、前記複数の膜エレメント２のヘッダー２２若しくはフッター２３を押さえつけた状態で当該一対のサイドカバー５に取り付けられる押さえ部材６を備える。

（膜エレメント２の態様例）
膜エレメント２は、固液分離処理に供される濾過本体部２１と、この濾過本体部２１の一端部から固液分離処理水を集水するヘッダー２２と、濾過本体部２１の他端部を封止するフッター２３とを備える。また、ヘッダー２２の一端部には、ヘッダー受け３に嵌装される処理水取出部２４が備えられている。

濾過本体部２１は、平板状の濾過部材から成る。この濾過部材の内部には固液分離処理水を流通させる空間として流通路または流通間隙が形成されている。濾過部材の具体的な態様としては、通水性の平板状の支持体に濾過膜が形成されたものが挙げられるが、濾過機能を有していればよいので、特定の態様に限定しない。

濾過本体部２１，ヘッダー２２，フッター２３及び処理水取出部２４の構成材料としては、固液分離技術に適用されている金属，セラミック等に例示される周知の無機材料または高分子樹脂等に例示される周知の有機材料が挙げられる。尚、前記構成材料は、濾過本体部２１，ヘッダー２２，フッター２３及び処理水取出部２４が膜カセット１として組み込まれた際に濾過本体部２１の洗浄のための気液混合流によって破損しない程度の強度を有していればよいので、特に限定しない。

ヘッダー２２，フッター２３は接着、溶着若しくはモールド形態により濾過本体部２１の一端部，他端部に各々液密的に固定される。例えば、濾過本体部２１にヘッダー２２，フッター２３をモールド形態によって固定したものとしては、特許文献５に開示された濾過膜モジュールが挙げられる。

（ヘッダー受け３の態様例）
ヘッダー受け３は、複数の膜エレメント２のヘッダー２２が接続される直方体形状の集水本体部３１と、この集水本体部３１を水平支持する一方で集水本体部３１の一端部，他端部と対向してサイドカバー５が一対に取り付けられる支持部３２とを備える。

集水本体部３１には、膜エレメント２の処理水取出部２４が嵌装される嵌装穴３３が集水本体部３１の長手方向に沿って等間隔に複数形成されている。集水本体部３１の内部には、個々の嵌装穴３３と連通する集水路３４が集水本体部３１の長手方向に沿って形成されている。

また、集水本体部３１の長手側面部には、個々の膜エレメント２のヘッダー２２から集水路３４内に集めた固液分離処理水を系外に移送する集水管３５が立設されている。この集水管３５の通水路３５０は通水孔３５２を介して集水本体部３１の集水路３４と連通している。

集水本体部３１の構成材料としてはポリ塩化ビニル樹脂が例示されるが、この材料に限定することなく、膜カセット１の使用環境に応じて強度や耐薬品性の周知の鋼材、樹脂性の部材が適宜選択して適用される。

支持部３２は、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）等の鋼材から成る鋼板の曲げ加工によって形成される。そして、この支持部３２には、集水本体部３１を支持部３２に固定するボルト等の締結具３６が取り付けられる固定孔３７が形成されている。尚、固定孔３７は高さ方向に沿う長孔に形成されると、集水本体部３１の配置が高さ方向に任意に調整可能となる。

（フッター受け４の態様例）
フッター受け４には、複数の膜エレメント２のフッター２３が配置される直方体形状の受け本体部４１と、この受け本体部４１を水平支持する一方で受け本体部４１の一端部，他端部と対向してサイドカバー５が一対に取り付けられる支持部４２とを備える。

受け本体部４１には、複数の膜エレメント２が並列するように膜エレメント２のフッター２３が載置される溝４３が複数等間隔に形成されている。溝４３の長さは、個々の膜エレメント２の長さに個体差がある場合でもフッター２３が溝４３に載置できる程度の長さが確保される。例えば、図４に示したように、溝４３の長さＬは、濾過本体部２１の横方向に沿うフッター２３の外径Ｄよりも長く設定される。

受け本体部４１の構成材料としてはポリ塩化ビニル樹脂が例示されるが、この材料に限定することなく、集水本体部３１と同様に膜カセット１の使用環境に応じて強度や耐薬品性の周知の鋼材、樹脂性の部材が適宜選択して適用される。

支持部４２は、支持部３２と同様にステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）等の鋼材から成る鋼板の曲げ加工によって形成される。また、支持部４２には、受け本体部４１がこの両者の部材の材料に応じて締結具または接着若しくは溶接によって固定される。さらに、支持部４２には、サイドカバー５を支持部４２に固定するボルト，ナット等の締結具５２が取り付けられる固定孔４４が形成されている。

また、図１（ｂ）に示したように、支持部４２には、受け本体部４１を支持部４２に固定するボルト等の締結具４５が取り付けられる固定孔４６が形成されている。尚、固定孔４６は高さ方向に沿う長孔に形成されると、受け本体部４１の配置が高さ方向に任意に調整可能となる。

（サイドカバー５の態様例）
サイドカバー５は、複数の膜エレメント２のうちで最も外側に配置された双方の膜エレメント２と各々並列にヘッダー受け３とフッター受け４とに取り付けられる。

サイドカバー５は、例えば、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）等の長板状の鋼材から成る。また、サイドカバー５には、このサイドカバー５をヘッダー受け３，フッター受け４，押さえ部材６に固定させる締結具５２が挿通される固定孔５１が形成されている。

尚、固定孔５１は高さ方向に沿う長孔に形成されると、サイドカバー５の配置が高さ方向に任意に調整可能となる。また、押さえ部材６により膜エレメント２のヘッダー２２またはフッター２３を押さえつける力を調整できる。

（押さえ部材６の態様例）
押さえ部材６は、膜エレメント２のヘッダー２２若しくはフッター２３の上端部を押さえつける押さえ本体部６１と、サイドカバー５が一対に取り付けられる取り付け部６２とを一体的に備える。

押さえ本体部６１には、複数の膜エレメント２が並列するように膜エレメント２のヘッダー２２，フッター２３の上端部を押さえつける溝６３が複数等間隔に形成されている。

溝６３の長さは、個々の膜エレメント２の長さに個体差がある場合でもヘッダー２２，フッター２３を溝６３にて押さえつけが可能となる程度の長さが確保されている。例えば、図５，６に示したように、溝６３の長さＬは、濾過本体部２１の横方向に沿うヘッダー２２，フッター２３の外径Ｄよりも長く設定される。

押さえ本体部６１の構成材料としてはポリ塩化ビニル樹脂が例示されるが、この材料に限定することなく、膜カセット１の使用環境に応じて強度や耐薬品性の周知の鋼材、樹脂性の部材が適宜選択して適用される。

押さえ本体部６１は、部材の材料に応じて締結具または接着若しくは溶接によって取り付け部６２に固定される。

取り付け部６２には、この取り付け部６２をサイドカバー５に固定する締結具５２が取り付けられる固定孔６４が形成されている。固定孔６４は高さ方向に沿う長孔に形成されると、押さえ部材６の配置が高さ方向に任意に調整可能となる。また、押さえ部材６により膜エレメント２のヘッダー２２またはフッター２３を押さえつける力を調整できる。

（止水部材７の態様例）
ヘッダー２２とヘッダー受け３との間には、この両者間を液密に封止する止水部材７が配置される。止水部材７は、ヘッダー受け３の集水本体部３１上に配置される止水長板部７１と、この止水長板部７１を液密に貫通したヘッダー２２の処理水取出部２４を嵌装穴３３に液密に嵌装させる止水円筒部７２とを一体的に備える。止水円筒部７２はヘッダー受け３に接続される膜エレメント２の数に対応して止水長板部７１に具備される。

止水部材７の構成材料としては、膜カセット１の使用環境に応じて止水性の周知の弾性部材が適宜選択されて適用される。例えば、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）、ＥＰＭ（エチレンプロピレンゴム）、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素系ゴム、シリコーン系ゴム等から適宜選択される。

尚、止水部材７は、必ずしも止水円筒部７２を備える必要はなく、要求される液密性に応じて止水円筒部７２の有無が選択される。

（膜カセット１の組立手順例）
膜カセット１の組立手順の具定例１，２について説明する。

（具体例１）予め、図３に示したようにヘッダー受け３の集水本体部３１における個々の嵌装穴３３に止水部材７の止水円筒部７２が各々嵌装される。次いで、膜エレメント２のヘッダー２２の処理水取出部２４が集水本体部３１上の止水部材７の止水円筒部７２に挿入される。また、図４に示したように膜エレメント２が他の膜エレメント２と並列するように膜エレメント２のフッター２３がフッター受け４の溝４３に載置される。次いで、図３，４に示したようにサイドカバー５が締結具５２によってヘッダー受け３，フッター受け４に一対に固定される。そして、このサイドカバー５間にて仮配置された個々の膜エレメント２のヘッダー２２，フッター２３の上端部が図５，６に示した押さえ部材６によって押さえられた状態で、押さえ部材６が締結具５２によって双方のサイドカバー５に固定される。以上のように膜カセット１の組立が完了する。

（具体例２）予め、図３に示したようにヘッダー受け３の集水本体部３１における個々の嵌装穴３３に止水部材７の止水円筒部７２が各々嵌装される。次いで、図３，４に示したようにサイドカバー５が締結具５２によってヘッダー受け３，フッター受け４に一対に固定される。次いで、図３に示したように膜エレメント２のヘッダー２２の処理水取出部２４が集水本体部３１上の止水部材７の止水円筒部７２に挿入される。また、図４に示したように膜エレメント２が他の膜エレメント２と並列するように膜エレメント２のフッター２３がフッター受け４の溝４３に載置される。そして、このサイドカバー５間にて仮配置された個々の膜エレメント２のヘッダー２２，フッター２３の上端部が図５，６に示された押さえ部材６によって押さえられた状態で、押さえ部材６が締結具５２によって双方のサイドカバー５に固定される。以上のように膜カセット１の組立が完了する。

（本実施形態の効果）
本実施態様によれば、膜カセット１を組み立てる際に膜エレメント２のヘッダー２２をヘッダー受け３の集水本体部３１に接続させる一方で膜エレメント２のフッター２３をフッター受け４の溝４３に載置すればよいので、膜カセット１の組立作業が容易となる。したがって、膜エレメント２を備えた膜分離装置の製造コストが低減すると共にメンテナンス性が向上する。

特に、ヘッダー２２の処理水取出部２４がヘッダー受け３の嵌装穴３３に挿入されると、膜エレメント２の位置決めがなされるので、膜カセット１の組立作業がさらに容易となる。

また、フッター受け４には、膜エレメント２のフッター２３が載置される溝４３が形成されているので、前記位置決めの精度が高まり、膜カセット１の組立作業効率がさらに向上する。

さらに、ヘッダー２２とヘッダー受け３との間に止水部材７を介在させたことにより、ヘッダー受け３上のヘッダー２２の振動などの動きが抑制される。したがって、ヘッダー２２とヘッダー受け３との間の液密性が向上すると共にヘッダー２２の下端部が受ける繰り返し荷重が低減し、ヘッダー２２と集水本体部３１の材料疲労が軽減するので、材料疲労よる破損を防止できる。

そして、前記複数の膜エレメント２のうち最も外側の双方の膜エレメント２に対してサイドカバー５が一対に並列配置されたことにより、双方の膜エレメント２が保護されると共にこの両者の膜エレメント２に対して上昇気液混合流が無駄なく供給される。

また、サイドカバー５に対しては膜エレメント２のヘッダー２２並びにフッター２３の上端部を押さえた状態で押さえ部材６が取り付け固定されるので、前記複数の膜エレメント２がヘッダー受け３及びフッター受け４上に一層安定的に支持される。

さらに、押さえ部材６を取り外せば、膜カセット１の上方から膜エレメント２を引き出すことが可能となるので、例えば、メンテナンス時に膜カセット１が被処理水に浸漬された状態であっても膜カセット１から任意の膜エレメント２を取り出すことができる。

そして、フッター受け４の溝４３の長さＬがヘッダー２２の外径Ｄよりも長いので、膜エレメント２の長さに個体差がある場合でも、全ての膜エレメント２のフッター２３をそのフッター受け４の溝４３に載置できる。また、膜エレメント２の濾過本体部２１がプラスチックやセラミック等の有機素材若しくは無機素材からなる非収縮性、非可撓性等の場合でも、膜エレメント２の製造上の自由度が増し、例えば、膜エレメント２の寸法誤差の許容範囲が拡充する。よって、膜カセット１並びに膜エレメント２の製造コストの低減を図ることができる。

さらに、押さえ部材６の溝６３の長さＬがヘッダー２２，フッター２３の外径Ｄよりも長いので、上述のフッター受け４の溝４３の効果に加えて、全ての膜エレメント２のヘッダー２２，フッター２３を押圧支持できる。

［第二実施形態］
本発明の他の実施態様としては例えば図２に示した膜ユニット１１が挙げられる。

膜ユニット１１は、固液分離処理に供される被処理水に浸漬される膜ユニットであって、膜カセット１を積層したカセット積層部１２と、このカセット積層部１２内の膜カセット１に空気を供給する散気部１３とから成る。

図２に例示された膜ユニット１１においては、２つのカセット積層部１２が並列に配置されている。尚、膜ユニット１１におけるカセット積層部１２の設置数及び膜カセット１の積層数は、図２に例示された態様に限定することなく、被処理水の処理量に応じて適宜に設定される。

（カセット積層部１２の態様例）
カセット積層部１２は、複数の膜カセット１を高さ方向に積層配置して成る。一つの膜カセット１の集水管３５はその上下に配置された他の膜カセット１の集水管３５とフランジ部３５１を介して連結される。

また、最下位に配置された膜カセット１における集水管３５の下端側のフランジ部３５１は、密閉蓋３８によって密閉される。一方、最上位に配置された膜カセット１における集水管３５の上端側のフランジ部３５１には、集水管３５の通水路３５０内に導入された固液分離処理水を系外に移送する移送管１４のフランジ部１４１が接続される。

カセット積層部１２は、引き上げ部材１５によって他のカセット積層部１２と共に引き上げ可能に支持架台１６上に立設支持されている。尚、支持架台１６は膜ユニット１１が設置される水槽の底部に配置固定されている。

（散気部１３の態様例）
散気部１３は、排水処理技術に適用されている周知の散気装置の態様を採ればよい。

散気部１３は、系外のブロアーから空気が供給される供給管１３１に接続されて膜ユニット１１の幅方向に沿うヘッダー管１３２と、このヘッダー管１３２に接続されてカセット積層部１２の真下にて膜エレメント２の長さ方向に沿う複数の散気管１３３とを備える。

散気部１３の構成材料としては、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）等の鋼材が例示されるが、受け本体部４１と同様に当該材料に限定されることなく、膜ユニット１１の使用環境に応じて強度や耐薬品性の周知の鋼材、樹脂性の部材が適宜選択して適用される。

（膜ユニット１１の組立手順例）
図２を参照しながら膜ユニット１１の組立手順の一例について説明する。

先ず、一つの膜カセット１における集水管３５の上端側のフランジ部３５１と他の膜カセット１における集水管３５の下端側のフランジ部３５１とが止水部材（例えば、パッキン）を介して締結具（例えば、ボルト，ナット）によって連結される。次いで、積層された膜カセット１における上下のサイドカバー５が図示省略の連結部材（例えば、連結プレート）によって連結される。以上の組立作業が膜カセット１の積層数に応じて繰り返し行われることにより、図２に例示したように３つの膜カセット１を積層させたカセット積層部１２が２つ並列に支持架台１６上に設置される。そして、最下位に配置された膜カセット１における集水管３５の下端側のフランジ部３５１は密閉蓋３８によって密閉される。

尚、図示の膜ユニット１１において、膜カセット１はヘッダー受け３，フッター受け４が下方に配置されるように積層されているが、この態様に限定することなく、ヘッダー受け３，フッター受け４が上方に配置されるように膜カセット１を積層させてもよい。

（本実施形態の効果）
従来の膜ユニットは膜エレメントに不具合が生じた際に膜ユニットから膜エレメントを直接取り出して膜エレメントを新たに交換する作業が必要であるが、この交換作業の過程で新たな膜エレメントを破損若しくは落下させることがある。または、既存の他の膜エレメントと接触し、この他の膜エレメントをも破損させる可能性もある。

これに対して、膜ユニット１１は膜カセット１を備えており、膜エレメント２は膜カセット１のサイドカバー５によって遮蔽されて膜エレメント２が露出することがない。したがって、第一実施形態の効果に加えて、膜ユニット１１のメンテナンスの過程で膜エレメント２の破損若しくは落下を防止できる。

また、膜ユニット１１において、膜カセット１は個々に取り外しが可能であるので、処理水量に応じて膜カセット１の積層数を任意に変更可能となる。さらに、故障のおそれがある膜エレメント２を有する膜カセット１のみを交換できる。したがって、膜ユニットのメンテナンス性が向上する。

１…膜カセット
２…膜エレメント、２１…濾過本体部、２２…ヘッダー（集水部）、２３…フッター（封止部）、２４…処理水取出部
３…ヘッダー受け（集水部受け）
４…フッター受け（封止部受け）、４３…溝
５…サイドカバー（覆い部）
６…押さえ部材、６３…溝
７…止水部材
１１…膜ユニット
１２…カセット積層部
１３…散気部
Ｄ…濾過本体部２１の横方向に沿うヘッダー２２，フッター２３の外径
Ｌ…溝４３，６３の長さ

Claims (6)

1. 複数の膜エレメントを備えた膜カセットであって、
   固液分離処理に供される濾過本体部とこの濾過本体部の一端部から固液分離処理水を集水する集水部と当該濾過本体部の他端部を封止する封止部とを備えた複数の膜エレメントと、
   この複数の膜エレメントの集水部が接続される集水部受けと、
   前記複数の膜エレメントが並列するように当該複数の膜エレメントの封止部が配置される封止部受けと、
   前記複数の膜エレメントのうち最も外側に配置された双方の膜エレメントと並列に前記集水部受けと前記封止部受けとに取り付けられる一対の覆い部と、
   前記複数の膜エレメントの集水部若しくは封止部の上端部を押さえつけた状態で前記一対の覆い部に取り付け可能な押さえ部材と
   を備え、
   前記集水部受けは、複数の前記膜エレメントの集水部が接続される直方体形状の集水本体部を備え、
   この集水本体部の長手側面部には、個々の前記膜エレメントの集水部から当該集水本体部の集水路内に集めた固液分離処理水を系外に移送する集水管が立設され、
   前記集水管は、当該膜カセットが他の当該膜カセットと積層される際に、当該他の膜カセットの集水管と連結可能である
   膜カセット。
2. 前記集水部の一端部には、前記集水部受けに嵌装される処理水取出部が備えられた
   請求項１に記載の膜カセット。
3. 前記封止部受けには、前記複数の膜エレメントが並列するように当該膜エレメントの封止部が載置される溝が形成された
   請求項１または２に記載の膜カセット。
4. 前記溝の長さは、前記濾過本体部の横方向に沿う前記封止部の外径よりも長い
   請求項３に記載の膜カセット。
5. 前記集水部と前記集水部受けとの間を止水する止水部材
   をさらに有する請求項１から４のいずれか１項に記載の膜カセット。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の膜カセットを積層した膜ユニット。

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