JP6917153B2 - 膜カートリッジおよび膜分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば下水処理、汚泥濃縮等に使用される膜カートリッジおよび膜分離装置に関する。

従来、この種の浸漬型の膜分離装置としては、例えば図１１に示すように、膜分離ユニット１０１と、膜分離ユニット１０１の下方に設けられた散気装置１０２とを有するものがある。膜分離ユニット１０１は、上下が開口した膜ケース１０３と、膜ケース１０３内に設けられた複数の膜カートリッジ１０４と、各膜カートリッジ１０４の濾過膜１０５を透過した透過水１０６を集める集水管１０７とを有している。

集水管１０７は膜ケース１０３の上端部の一側端に取り付けられている。また、複数の膜カートリッジ１０４は厚さ方向において所定間隔をあけて配列されている。

膜カートリッジ１０４は、濾板１０８と、濾板１０８の表裏両面に取り付けられた濾過膜１０５と、濾過膜１０５を透過した透過水１０６を取り出す透過水取出ノズル１０９とを有している。透過水取出ノズル１０９は、濾板１０８の上辺部に取り付けられており、鉛直方向に沿った上向きに突出している。

山なりに湾曲した複数の接続チューブ１１０の一端部が各膜カートリッジ１０４の透過水取出ノズル１０９に接続されるとともに、複数の接続チューブ１１０の他端部が集水管１０７に接続されて、各膜カートリッジ１０４の透過水取出ノズル１０９と集水管１０７とが接続チューブ１１０を介して連通している。

これによると、散気装置１０２より散気しながら、槽内の処理対象水１１１が膜カートリッジ１０４により濾過され、濾過膜１０５を透過した透過水１０６が、透過水取出ノズル１０９から接続チューブ１１０を経て集水管１０７に集められ、集水管１０７から槽外へ導出される。

尚、上記のような膜分離装置１１２は例えば下記特許文献１に記載されている。

特許第３６６７１３１号

しかしながら上記の従来形式では、濾板１０８の上辺から接続チューブ１１０の最高点までの高さｈが高いため、槽内に膜分離装置１１２を設置するのに要する設置スペースが上下方向に増大するといった問題がある。

特に、複数の膜分離ユニット１０１を上下に段積みした場合、膜分離装置１１２の全高が高くなり、設置スペースが上下方向に増大するといった問題がある。

本発明は、設置スペースを上下方向において低減することができる膜カートリッジおよび膜分離装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明は、槽内に浸漬されて上下方向に配置される平板状の膜カートリッジであって、
濾板の少なくとも表裏いずれか片面に濾過膜が取り付けられ、
濾板に形成された透過水流路に連通する透過水取出部が濾板の上辺部に設けられ、
透過水取出部は、濾板の幅方向における一側端部に位置し且つ上辺部から突出したノズルであり、鉛直方向に対して水平方向に向かって濾板の外側方へ傾いているものである。

これによると、槽内に膜カートリッジを設け、膜カートリッジの一側方に集水管を設け、接続管の一端部を膜カートリッジの透過水取出部に接続するとともに、他端部を集水管に接続して、接続管を介して透過水取出部と集水管とを連通させる。

透過水取出部は、濾板の幅方向における一側端部に位置し、鉛直方向に対して水平方向に向かって濾板の外側方へ傾いているため、濾板の上辺部から接続管の最高点までの高さが低減される。これにより、設置スペースを上下方向において低減することができる。

本第２発明における膜カートリッジは、透過水取出部は濾板の幅方向における一側端から外側方へはみ出していないものである。

これによると、濾板をコンベヤ等で搬送しながら膜カートリッジを製作する際、濾板はコンベヤ等の両側部に備えられた搬送ガイドによって搬送経路に案内されながら搬送される。このとき、透過水取出部が搬送ガイドに当接して損傷するのを防止することができる。

本第３発明における膜カートリッジは、濾板の上辺部に、膜カートリッジを吊り上げるための吊上げ部が設けられ、
濾板の上辺部から透過水取出部の上端までの高さが濾板の上辺部から吊上げ部の上端までの高さよりも低いものである。

これによると、膜カートリッジを箱等に入れて運搬している際、透過水取出部の上端が箱の内面に当接し難くなり、運搬中に、透過水取出部が損傷し難くなる。

本第４発明は、上記第１発明から第３発明のいずれか１項に記載の膜カートリッジを備えた浸漬型の膜分離装置であって、
膜分離ユニットと、膜分離ユニットの下方に設けられた散気装置とを有し、
膜分離ユニットは、厚さ方向において所定間隔をあけて配列された複数の膜カートリッジと、各膜カートリッジの濾過膜を透過して透過水取出部から取り出される透過水を集める集水管とを有し、
集水管は複数の膜カートリッジの一側方に設けられ、
複数の接続管の一端部が各膜カートリッジの透過水取出部に接続されるとともに、複数の接続管の他端部が集水管に接続されて、各膜カートリッジの透過水取出部と集水管とが接続管を介して連通し、
集水管が透過水取出部よりも下位に位置しているものである。

これによると、散気装置より散気しながら、槽内の処理対象水が膜カートリッジにより濾過され、濾過膜を透過した透過水が、透過水取出部から接続管を経て集水管に集められ、集水管から槽外へ導出される。

集水管が透過水取出部よりも下位に位置しているため、濾板の上辺部から接続管の最高点までの高さがさらに低減され、これにより、設置スペースを上下方向においてさらに低減することができる。

本第５発明における膜分離装置は、膜分離ユニットは上下が開口した膜ケースを有し、
複数の膜カートリッジは膜ケース内に設けられ、
集水管は膜ケースの外側上部に設けられ、
接続管は膜ケースの内側から膜ケースの外側に引き出されているものである。

本第６発明における膜分離装置は、複数の膜分離ユニットが上下に段積みされ、
散気装置が最下段の膜分離ユニットの下方に設けられているものである。

これによると、膜分離装置の全高が低減されるため、設置スペースを上下方向において低減することができる。

本第７発明における膜分離装置は、下段の膜分離ユニットの接続管は下段の膜分離ユニットと上段の膜分離ユニットとの間から外側へ引き出されているものである。

本第８発明における膜分離装置は、散気装置からの散気によって発生した上向流が複数の膜カートリッジ間を流れ、
接続管は上向流が発生する領域の外側に位置しているものである。

これによると、膜カートリッジの濾過膜の表面に付着した付着物は上向流によって離脱するため、膜面に付着物が堆積するのを防止することができる。

また、接続管は上向流が発生する領域の外側に位置しているため、上向流が接続管によって阻害されることはなく、処理対象水中のし渣が接続管に付着せず、上向流は膜カートリッジ間をほぼ均一に流れる。これにより、膜面全体にわたって付着物の堆積を防止することができる。

以上のように本発明によると、設置スペースを上下方向において低減することができる。

本発明の第１の実施の形態における膜分離装置の正面の断面図である。 同、膜分離装置の右側面図である。 同、膜分離装置の膜分離ユニットの正面の断面図である。 同、膜分離装置に備えられる膜カートリッジの正面図である。 同、膜カートリッジの透過水取出ノズル形成部分における濾板表面の拡大図である。 図５におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、膜分離ユニットの平面図である。 図３におけるＸ−Ｘ矢視図である。 膜分離ユニットの一部拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態における膜カートリッジの透過水取出ノズル形成部分の拡大図である。 従来の膜分離装置の正面の断面図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すように、１は槽２内に設置された浸漬型の膜分離装置である。この膜分離装置１は、複数の上下に段積みされた膜分離ユニット３，４と、下段の膜分離ユニット４の下方に設けられた散気装置６とを有している。

上段の膜分離ユニット３は、上下が開口した四角筒状の膜ケース８と、膜ケース８内に設けられた複数の平板状の膜カートリッジ９と、各膜カートリッジ９の濾過膜１０を透過して透過水取出ノズル１１（透過水取出部の一例）から取り出される透過水１２を集める集水管１３とを有している。

図４に示すように、膜カートリッジ９は、樹脂製の長方形の濾板１６と、濾板１６の表裏両面に取り付けられた濾過膜１０とを有している。図４〜図６に示すように、濾板１６には、濾過膜１０を透過した透過水１２が流れる溝状の透過水流路１８が形成されている。透過水流路１８は、濾板１６の表裏両面に形成されて膜カートリッジ９の幅方向Ｗに長い上部横透過水流路１９と、濾板１６の表裏両面に形成されて膜カートリッジ９の高さ方向Ｈに長い複数の縦透過水流路２０と、濾板１６の表面の上部横透過水流路１９と裏面の上部横透過水流路１９とに貫通する貫通透過水流路２１とを有している。尚、上部横透過水流路１９は濾板１６の上部にあり、各縦透過水流路２０の上端が上部横透過水流路１９に連通している。

透過水取出ノズル１１は、濾板１６の上辺部に設けられて濾板１６の幅方向Ｗにおける一側端部に位置しており、貫通透過水流路２１に連通する透過水取出孔２３を有し、鉛直方向に対して水平方向に向かって濾板１６の外側方へ傾いている。尚、鉛直軸２５に対する透過水取出ノズル１１の傾斜角度Ａは４５°を超え且つ９０°未満に設定されている。

濾板１６の上辺部の中央部には、膜カートリッジ９を吊り上げるための吊上げ部２７が設けられている。吊上げ部２７は貫通した吊上穴２８を有している。

濾板１６の上辺部から透過水取出ノズル１１の上端までの高さｈ１は濾板１６の上辺部から吊上げ部２７の上端までの高さｈ２よりも低い。また、透過水取出ノズル１１の先端部は、濾板１６の幅方向Ｗにおける一側端１６ａ（右側端）から僅かに反対側の他側方（左側方）へずれており、これにより、濾板１６の一側端１６ａから外側方へはみ出していない。

図７，図８に示すように、膜カートリッジ９は、膜ケース８内に上下方向に配置され、厚さ方向Ｔにおいて所定間隔Ｂをあけて配列されている。

膜ケース８は、四角筒状の部材であり、前後左右の四隅に立設した縦支柱３１〜３４と、右側の前後一対の縦支柱３１，３２間に設けられた右側のサイドパネル３５と、左側の前後一対の縦支柱３３，３４間に設けられた左側のサイドパネル３６と、前側の左右一対の縦支柱３１，３３間に設けられた前側のパネル３７と、後側の左右一対の縦支柱３２，３４間に設けられた後側のパネル３８とを有している。

図２，図７，図９に示すように、集水管１３は、前後一対の縦支柱３１，３２間に取り付けられて、膜ケース８の外側上部に設けられており、膜ケース８内に収容された膜カートリッジ９の透過水取出ノズル１１よりも下位に位置している。また、図１〜図３および図７，図９に示すように、右側のサイドパネル３５の上方には、膜ケース８の内部と外部とに連通する開口部４０が前後一対の縦支柱３１，３２間にわたり形成されている。

各膜カートリッジ９の透過水取出ノズル１１と集水管１３とは円弧状に湾曲自在な柔かい樹脂製の接続チューブ４２（接続管の一例）を介して連通している。すなわち、複数の接続チューブ４２の一端部が各膜カートリッジ９の透過水取出ノズル１１に接続されるとともに、他端部が集水管１３に接続されている。これら接続チューブ４２は、膜ケース８の内側から開口部４０を通じて膜ケース８の外側に引き出されている。

図１，図３に示すように、左右両サイドパネル３５，３６の内面下部には、下方から各膜カートリッジ９を支持する支持部材４４が左右一対設けられている。また、図３，図８，図９に示すように、両サイドパネル３５，３６の内面にはそれぞれ、上下方向の複数の溝４５を有するスリット部材４６が設けられている。各膜カートリッジ９の両側部は上方から両スリット部材４６の溝４５に差し込まれており、これにより、各膜カートリッジ９間の間隔が所定間隔Ｂに保持される。

図３，図７，図９に示すように、膜ケース８の上部には、膜カートリッジ９を横向きＣに押し付ける第１押え装置４８と、膜カートリッジ９を下向きＤに押し付ける第２押え装置４９とが備えられている。第１押え装置４８は、右側のサイドパネル３５の上端に取り付けられたＬ形状の第１取付フレーム５１と、第１取付フレーム５１に備えられた第１押え部材５２とを有している。

第１取付フレーム５１は、ボルトおよびナット５３を介して、サイドパネル３５に着脱自在である。第１押え部材５２は、ゴム等の弾性材製の櫛歯状の部材であり、複数のスリット５４（図７参照）を有している。各膜カートリッジ９の上部一側端（右側端）が第１押え部材５２のスリット５４に嵌め込まれており、各膜カートリッジ９の上部は第１押え部材５２によって横向きＣ（例えば他側方（左側方））に押し付けられている。

図３，図７に示すように、第２押え装置４９は、左側のサイドパネル３６の上端に取り付けられた第２取付フレーム５７と、第２取付フレーム５７に備えられた第２押え部材５８とを有している。第２取付フレーム５７は、ボルトおよびナット５９を介して、サイドパネル３６に着脱自在である。第２押え部材５８は、ゴム等の弾性材製の櫛歯状の部材であり、複数のスリット（図示省略）を有している。各膜カートリッジ９の他側端（左側端）の上辺が第２押え部材５８のスリットに嵌め込まれており、各膜カートリッジ９の上部は第２押え部材５８によって下向きＤに押し付けられている。

尚、図１，図２に示すように、下段の膜分離ユニット４は上述した上段の膜分離ユニット３と同じ構成を有している。上段の膜分離ユニット３の膜ケース８の縦支柱３１〜３４の下端が下段の膜分離ユニット４の膜ケース８の縦支柱３１〜３４の上端に載置されている。

また、各集水管１３には、集水管１３内に集められた透過水１２を槽外へ導出する導出管路６３が接続されている。導出管路６３にはポンプ（図示省略）が設けられている。

散気装置６は、散気ケース７０と、散気ケース７０内に設けられた散気管７１とを有している。散気管７１は複数の空気放出孔７２を有し、槽外から散気管７１に空気を供給する給気管路７３が散気管７１に接続されている。

以下、上記構成における作用を説明する。

図５，図９に示すように、透過水取出ノズル１１は、濾板１６の幅方向Ｗにおける一側端部（右側端部）に位置し、鉛直方向に対して水平方向に向かって濾板１６の外側方へ傾いているため、接続チューブ４２の湾曲が緩やかになり、濾板１６の上辺部から接続チューブ４２の最高点までの高さｈ３が低減される。また、集水管１３は透過水取出ノズル１１よりも下位に位置しているため、上記高さｈ３がさらに低減される。

これにより、下段の膜分離ユニット４の膜カートリッジ９の上辺部と上段の膜分離ユニット３の膜ケース８の下端との上下間のスペース７６（図１参照）を短縮することができるため、膜分離装置１の全高ＨＡが低減され、膜分離装置１の設置スペースを上下方向において低減することができる。

図１に示すように、給気管路７３から散気管７１へ給気することにより、空気が散気管７１の空気放出孔７２から放出され、多数の気泡８０となって浮上する。これにより、槽２内に上向流７７が発生し、この上向流７７は、散気ケース７０内から下段の膜分離ユニット４内の各膜カートリッジ９間を流れ、さらに、上段の膜分離ユニット３内の各膜カートリッジ９間を流れる。これにより、膜カートリッジ９の濾過膜１０の表面に付着した付着物は上向流７７によって離脱するため、膜面に付着物が堆積するのを防止することができる。

また、透過水取出ノズル１１は膜カートリッジ９の濾板１６の幅方向Ｗにおける一側端部に位置し、接続チューブ４２は上向流７７が発生する領域７８の外側に位置するため、上向流７７が接続チューブ４２によって阻害されることはなく、槽２内の処理対象水７９（原水）中のし渣が接続チューブ４２に付着せず、上向流７７は膜カートリッジ９間をほぼ均一に流れる。これにより、膜面全体にわたって付着物の堆積を防止することができる。

また、槽２内の処理対象水７９（原水）が膜カートリッジ９により濾過され、図５，図６，図９に示すように、濾過膜１０を透過した透過水１２が、縦透過水流路２０を通って上部横透過水流路１９に流れ込み、上部横透過水流路１９から貫通透過水流路２１と透過水取出ノズル１１の透過水取出孔２３と接続チューブ４２を経て集水管１３に集められ、集水管１３から導出管路６３を流れて槽外へ導出される。

また、図３，図９に示すように、膜カートリッジ９は、第１押え装置４８によって横向きＣに押し付けられているとともに、第２押え装置４９によって下向きＤに押し付けられている。このため、膜カートリッジ９が上向流７７によって浮き上がったり振動するのを防止することができる。

また、膜分離装置１の製造工場において、図４に示すように、濾板１６をローラコンベヤ８２等の搬送装置で搬送しながら膜カートリッジ９を製作する際、濾板１６はローラコンベヤ８２の左右両側部に備えられた搬送ガイド８３によって搬送経路８４に案内されながら搬送される。このとき、透過水取出ノズル１１の先端は濾板１６の左右一側端１６ａから外側方へはみ出していないため、透過水取出ノズル１１が搬送ガイド８３に当接して損傷するのを防止することができる。

また、図５に示すように、濾板１６の上辺部から透過水取出ノズル１１の上端までの高さｈ１は濾板１６の上辺部から吊上げ部２７の上端までの高さｈ２よりも低いため、製作後の膜カートリッジ９を箱等に入れて運搬している際、透過水取出ノズル１１の上端が箱の内面に当接し難くなり、運搬中に、透過水取出ノズル１１が損傷し難くなる。

上記第１の実施の形態では、図５に示すように、尚、透過水取出ノズル１１の傾斜角度Ａを、４５°<Ａ<９０°の範囲内に設定しているが、０°<Ａ<９０°の範囲内に設定してもよい。

（第２の実施の形態）
先述した第１の実施の形態では、図５に示すように、透過水取出ノズル１１を鉛直軸２５に対して傾斜角度Ａで傾斜させているが、第２の実施の形態では、図１０に示すように、透過水取出ノズル１１を、傾斜させず、水平方向にしてもよい（言い換えれば、上記傾斜角度Ａを９０°にしてもよい）。

これによると、第１の実施の形態と同様な作用および効果が得られる。

上記各実施の形態では、図１に示すように、膜分離ユニット３，４を上下二段に積み上げているが、三段以上の複数段に積み上げてもよい。

上記各実施の形態では、図４に示すように、透過水取出ノズル１１を濾板１６の右側端部に設けているが、反対側の左側端部に設けてもよい。

上記各実施の形態では、濾過膜１０を濾板１６の表裏両面に取り付けているが、いずれか片面のみに取り付けてもよい。

１ 膜分離装置
２ 槽
３，４ 膜分離ユニット
６ 散気装置
８ 膜ケース
９ 膜カートリッジ
１０ 濾過膜
１１ 透過水取出ノズル（透過水取出部）
１２ 透過水
１３ 集水管
１６ 濾板
１６ａ 一側端
１８ 透過水流路
２７ 吊上げ部
４２ 接続チューブ（接続管）
７７ 上向流
７８ 上向流が発生する領域
Ｂ 所定間隔
Ｔ 厚さ方向
Ｗ 幅方向
ｈ１ 濾板の上辺部から透過水取出ノズルの上端までの高さ
ｈ２ 濾板の上辺部から吊上げ部の上端までの高さ

Claims (8)

1. 槽内に浸漬されて上下方向に配置される平板状の膜カートリッジであって、
   濾板の少なくとも表裏いずれか片面に濾過膜が取り付けられ、
   濾板に形成された透過水流路に連通する透過水取出部が濾板の上辺部に設けられ、
   透過水取出部は、濾板の幅方向における一側端部に位置し且つ上辺部から突出したノズルであり、鉛直方向に対して水平方向に向かって濾板の外側方へ傾いていることを特徴とする膜カートリッジ。
2. 透過水取出部は濾板の幅方向における一側端から外側方へはみ出していないことを特徴とする請求項１記載の膜カートリッジ。
3. 濾板の上辺部に、膜カートリッジを吊り上げるための吊上げ部が設けられ、
   濾板の上辺部から透過水取出部の上端までの高さが濾板の上辺部から吊上げ部の上端までの高さよりも低いことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の膜カートリッジ。
4. 上記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の膜カートリッジを備えた浸漬型の膜分離装置であって、
   膜分離ユニットと、膜分離ユニットの下方に設けられた散気装置とを有し、
   膜分離ユニットは、厚さ方向において所定間隔をあけて配列された複数の膜カートリッジと、各膜カートリッジの濾過膜を透過して透過水取出部から取り出される透過水を集める集水管とを有し、
   集水管は複数の膜カートリッジの一側方に設けられ、
   複数の接続管の一端部が各膜カートリッジの透過水取出部に接続されるとともに、複数の接続管の他端部が集水管に接続されて、各膜カートリッジの透過水取出部と集水管とが接続管を介して連通し、
   集水管が透過水取出部よりも下位に位置していることを特徴とする膜分離装置。
5. 膜分離ユニットは上下が開口した膜ケースを有し、
   複数の膜カートリッジは膜ケース内に設けられ、
   集水管は膜ケースの外側上部に設けられ、
   接続管は膜ケースの内側から膜ケースの外側に引き出されていることを特徴とする請求項４記載の膜分離装置。
6. 複数の膜分離ユニットが上下に段積みされ、
   散気装置が最下段の膜分離ユニットの下方に設けられていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の膜分離装置。
7. 下段の膜分離ユニットの接続管は下段の膜分離ユニットと上段の膜分離ユニットとの間から外側へ引き出されていることを特徴とする請求項６記載の膜分離装置。
8. 散気装置からの散気によって発生した上向流が複数の膜カートリッジ間を流れ、
   接続管は上向流が発生する領域の外側に位置していることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の膜分離装置。

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