JP7031359B2 - 膜エレメントと集水管との接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、膜エレメントと集水管との接続構造に関する。

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。

膜分離装置は、運転継続とともに、膜の表面や流路に付着物質が蓄積していくので、定期的に付着物質を取り除く洗浄が行われる。前記洗浄は、物理洗浄と薬品洗浄に分類されており、これらを単独または併用して行われる。そして、膜洗浄の方法については各種工夫がされている。

また、膜分離装置の運転は、膜の表面への付着物質の蓄積を抑制して膜透過水量を維持することが重要であり、濾過実施中でも、空気洗浄は連続的または断続的に実施される。この空気洗浄は、濾過膜の下方から供給した気泡によって膜表面に強力なせん断力を発生させることにより膜面の付着物質を除去および堆積を抑制する。さらに、膜処理装置の製作や運転においては、組立作業性やメンテナンス性も重要となる。

以下に組立作業性やメンテナンス性を考慮された従来の膜分離装置について説明する。

特許文献１に開示の膜ユニットは、平板状の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。前記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。

また、膜ユニットと集水管とを接続するフレキシブル管を不要とした態様の膜ユニットとして特許文献２に開示の膜ユニットが挙げられる。この膜ユニットは、弾性チューブとワンタッチ継ぎ手を併用することで、ろ過膜のろ過水排出口と、集水管のろ過器接続口とを容易に接続でき、組立が容易になる。

さらに、特許文献３に開示の膜分離装置は、膜エレメント端部のホルダに差込コネクタを備え、この差込コネクタを利用して集水管（文献では濾液集合通路と称する）に直接挿入させている。そして、この膜分離装置は、以下の（１）（２）の構成により、膜エレメントの安定した装着が可能となる。
（１）差込みコネクタにシールリングを備えて液密性を確保すること。
（２）膜エレメントの差込コネクタを集水管（同文献では「集合通路」）の収容部に差し込み、さらに、膜エレメントのホルダの突起部（同文献では「位置決め手段」）をラック（膜エレメントが集水管に接続された状態で収納されるラック）の切欠部に引っ掛かって止めること。

以上のように、特許文献３の膜分離装置は、膜エレメントと集水管とを接続するフレキシブル管やこれに付属する部材などの脱着作業は不要となることから、特許文献２の膜ユニットに比べて組立作業性やメンテナンス性が向上する。

特開２００９－１４８７４３号公報 特開２００７－０８３２２９号公報 ＷＯ／２００７／１２８５６５号公報

しかしながら、特許文献１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ため膜エレメントを着脱する際、脱着作業に多くの時間を要する。

一方、特許文献２の膜ユニットは、メンテナンスなどで膜の脱着を行う際には、集水管と膜エレメントに接続されたチューブの双方の固定を解除しなければならない。したがって、特許文献２の膜ユニットは、特許文献１の膜ユニットに比べて作業性は向上しているが、大幅な作業の効率化は期待できない。

また、特許文献３の膜処理装置は、運転効率向上のために強力な空気洗浄を行う場合、膜エレメントの膜面や周囲などで激しい流動が生じることで膜エレメントの振動は避けられない。そして、この振動は直接、膜エレメントの差込みコネクタのシールリングへも伝わり、シールリングの僅かなずれの発生や差込みコネクタ外周部と集水管と間でのシールリングを押しつぶす力が不均等となることによって液密性が低下し、膜分離装置としての信頼性が低下する懸念がある。そして、シールリングの液密性を向上させるために押しつぶす力を過大とするシールリングを選定してもよいが、膜エレメントの脱着作業性が低下するため現実的ではない。

以上のように、膜エレメントと集水管とを直接接続して組立作業性やメンテナンス性を向上させる膜処理装置の信頼性の観点から、膜エレメントと集水管の接続部の液密性を確保することが重要となる。特に、運転効率向上のために強力な空気洗浄を行う場合には重要な課題となる。

本発明は、上記の事情に鑑み、膜分離装置の組立作業性やメンテナンス性を向上させると共に運転効率向上のために強力な空気洗浄を行う場合でも膜エレメントと集水管の接続部の液密性を確保することを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、膜エレメントと集水管との接続構造であって、膜分離に供される濾過本体部とこの濾過本体部の端部から濾過水を集水する集水部とこの集水部から処理水を取出す処理水取出部とを備えた膜エレメントと、この膜エレメントと接続されて前記濾過水を集水する接続部を備えた集水管とを有し、前記処理水取出部は、前記集水管の接続部に液密に挿入される液密部と、前記接続部に嵌め込まれる嵌め込み部とを備える。

本発明の一態様は、前記液密部には、この液密部と前記接続部とを液密に封止する止水部材が備えられる。

本発明の一態様は、前記液密部には、複数の前記止水部材が備えられる。

本発明の一態様は、前記接続部は、前記液密部が液密に嵌挿される液密部受けと、前記嵌め込み部と嵌り合うガイド部とを備える。

本発明の一態様は、前記処理水取出部は、直接、前記接続部に装着される。

本発明の一態様は、前記処理水取出部には、前記接続部に嵌挿される接続部材が装着される。

本発明の一態様は、前記接続部材は、前記集水管の接続部に液密に挿入される液密部と、前記接続部に嵌め込まれる嵌め込み部とを有する。

本発明の一態様は、前記接続部材には、この接続部材と前記接続部との間を液密に封止する止水部材がさらに備えられる。

以上の本発明によれば、膜分離装置の組立作業性やメンテナンス性が向上すると共に運転効率向上のために強力な空気洗浄を行う場合でも膜エレメントと集水管の接続部の液密性を確保できる。

本発明の実施形態１の膜エレメントと集水管との接続構造の概要図。 実施形態１の膜エレメントの正面図。 実施形態１の膜エレメントと集水管との接続状態の説明図。 本発明の実施形態２の膜エレメントの処理水取出部への接続部材の着脱の説明図。 （ａ）本発明の実施形態３の膜エレメントのヘッダー及びフッターに接続される集水管の適用例、（ｂ）当該膜エレメントが一対に接続される集水管の適用例。 本発明の実施形態４の膜エレメントと集水管との接続状態の説明図。

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。

［実施形態１］
以下、本実施形態の膜エレメント１と集水管２及びその接続構造について説明する。

（膜エレメント１）
図２に示された膜エレメント１は、濾過本体部１１とヘッダー１２とフッター１３とを備える。濾過本体部１１は固液分離に供される平板状の濾過部材から成る。ヘッダー１２はこの濾過本体部１１の一端部から当該固液分離の処理水を集水する集水部である。フッター１３は濾過本体部１１の他端部を液密に封止する封止部である。

ヘッダー１２の一端部には、集水管２に嵌装されて膜エレメント１のヘッダー１２から濾過水を取り出す配管状の部材からなる処理水取出部１４が具備されている。

図１に示すように処理水取出部１４は、集水管２の接続部２２に挿入される液密部１４１と、接続部２２に嵌め込まれる嵌め込み部としてのテーパー部１４２と、膜エレメント１のヘッダー１２の一端部に接続される本体部１４３とを有する。

図１、図３に示すように、液密部１４１には止水部材１４４，１４５が配置され、液密部１４１と接続部２２とが液密に封止される。尚、液密部１４１の外周面には止水部材１４４，１４５を配置するための溝が形成されており、膜エレメント１の着脱時の止水部材１４４，１４５の位置ずれを防止している。止水部材１４４，１４５としてはＯリングが例示され、材質はＥＰＤＭ(エチレンプロピレンゴム）など公知のものが利用できる。

本体部１４３は、液密部１４１よりも大径に形成され、この本体部１４３と液密部１４１との間の段差にテーパー部１４２が形成された状態で、液密部１４１及びテーパー部１４２と一体化している。

濾過本体部１１，ヘッダー１２，フッター１３及び処理水取出部１４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から適宜選択される。

尚、図示の膜エレメント１はヘッダー１２とフッター１３を備えるが、膜エレメントの他の態様としては、濾過本体部１１の周囲にヘッダー１２やフッター１３と同仕様の構成材料の枠を設け、この枠の内部に濾過水の集水構造及び取出構造を備えてもよい。

また、上述の処理水取出部１４は、止水部材１４５として二つのＯリングを備えた構造となっているが、要求される液密効果によっては、単数または複数であっても良い。また、液密効果を有する部材であれば、Ｏリング以外の止水部材の利用が可能である。

（集水管２）
集水管２は、膜エレメント１から導入した濾過水を流通させるための配管であり、例えば、図示省略の膜分離装置の枠体内に配置される。

集水管２は、図１に示したように、前記濾過水を流通させる配管部２１と、当該濾過水を配管部２１に供する接続部２２とを備える。

接続部２２は、配管部２１の外周部に突設される配管状の部材からなる。また、接続部２２は、配管部２１の全長方向に沿って所定の間隔で前記外周部に複数配置される。

接続部２２の内面部には、処理水取出部１４の液密部１４１が液密に嵌挿される液密部受け２２１と、処理水取出部１４のテーパー部１４２と密着して嵌り合うガイド部としてのテーパー部受け２２２とが形成されている。

集水管２の全長及び径、並びに、集水管２における接続部２２の配置個数は、膜エレメント１が具備される膜分離装置の処理水量に応じて適宜設定される。

また、集水管２の構成材料は、ステンレスなどの金属材料や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料や、ポリ塩化ビニルと繊維強化プラスチックとの複合材料、ポリエチレンと繊維強化プラスチックとの複合材料等から適宜選択される。

（本実施形態の作用効果）
膜分離装置の枠体に配置された集水管２に膜エレメント１が接続される際、止水部材１４５、１４６を備えた液密部１４１を集水管２の接続部２２へ挿入することで液密状態が形成される。さらに、処理水取出部１４のテーパー部１４２が接続部２２のテーパー部受け２２２と当接すると、集水管２に対する膜エレメント１の振動が規制を受けることになる。その結果、止水部材１４４，１４５の液密性を低下させる変形力が減少することになり液密効果の向上と信頼性が図れる。そして、集水管２に接続された所定数の膜エレメント１は前記枠体において完全固定される。

以上の本実施形態の接続構造によれば、膜エレメント１と集水管２とが直接接続する態様となっているので、従来の接続用のチューブを要することなく集水管２に対して膜エレメント１を着脱自在に液密に接続できる。

特に、集水管２の接続部２２は処理水取出部１４のテーパー部１４２と嵌り合うテーパー部受け２２２を有するので、膜エレメント１の処理水取出部１４の挿入が容易となる。

また、膜エレメント１は、テーパー部受け２２２と止水部材１４４，１４５とにより集水管２との間の液密効果に加えて強力な気液流動による振動を防止する効果が得られる。したがって、運転効率向上のために強力な空気洗浄を行う場合でも、膜エレメント１と集水管２との液密性が確保されるので、膜エレメント１を有する膜分離装置の信頼性が高まる。

以上のように、本実施形態の接続構造によれば、膜エレメント１に空気洗浄によって強力な気液流動でも液密性が確保されるので、膜分離装置の信頼性を高め且つ組立作業性やメンテナンス性に優れる膜分離装置を提供できる。

［実施形態２］
図４に示された実施形態２の膜エレメント１は、実施形態１の膜エレメント１において、処理水取出部１４の代わりに、ストレート配管からなる処理水取出部１５を備える。

膜エレメント１の処理水取出部１５には、集水管２の接続部２２に嵌挿される接続部材１６が装着される。

接続部材１６の外周部は、実施形態１の処理水取出部１４と同様の構造となっている。

すなわち、接続部材１６は、集水管２の接続部２２に挿入される液密部１６１と、接続部２２に嵌め込まれる嵌め込み部としてのテーパー部１６２と、膜エレメント１のヘッダー１２の一端部に当接する本体部１６３とを有する配管部材からなる。

図４に示すように、液密部１６１には止水部材１６４，１６５が配置され、液密部１６１と接続部２２とが液密に封止される。尚、液密部１６１の外周面には止水部材１６４，１６５を配置するための溝が形成されており、膜エレメント１の着脱時の止水部材１６４，１６５の位置ずれを防止している。止水部材１６４，１６５としてはＯリングが例示され、材質はＥＰＤＭ(エチレンプロピレンゴム）など公知のものが利用できる。そして、処理水取出部１５への接続部材１６の装着は、液密とすればよく、例えば、接着剤により液密に接着される。

処理水取出部１５を有する本実施形態の膜エレメント１と集水管２の接続構造によれば、実施形態１と同様な効果が得られることは明らかである。特に、本実施形態においては、既設の膜分離装置の膜エレメントにおいても適用が可能となり、既存の膜エレメントと集水管の接続構造の液密性が向上する。

尚、上述の接続部材１６は、止水部材１６４，１６５として二つのＯリングを備えた構造となっているが、要求される液密効果によっては、単数または複数であっても良い。また、液密効果を有する部材であれば、Ｏリング以外の止水部材の利用が可能である。

［実施形態３］
また、図５（ａ）に例示された接続構造は、膜エレメント１のヘッダー１２、フッター１３の双方に備え付けられた処理水取出部１４が実施形態１の集水管２に接続される態様となっている。本態様によれば、実施形態１の効果に加えて、濾過水の系外への排出流量の増加とその安定度の向上が図られる。

さらに、図５（ｂ）に例示された接続構造は、膜エレメント１のヘッダー１２、フッター１３の双方に備え付けられた処理水取出部１４が、集水管２の対向する側面部に突設された接続部２２に接続される態様となっている。本態様によれば、図５（ａ）の実施形態の効果に加えて、濾過水の系外の排出流量の増加とその安定度の向上が図られる。

［実施形態４］
また、図６に例示した実施形態４の膜エレメント１のようにヘッダー１２の端部付近の側面部に処理水取出部１４を備えてもよい。そして、この膜エレメント１と集水管２との接続構造も実施形態１と同様の効果が得られることが明らかである。

尚、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で様々な態様で実施が可能である。実施形態１～４の集水管２の接続部２２は、膜エレメント１を液密に接続するために挿入長さを確保するため、集水管２の外周部に突設された状態となっている。膜エレメント１の処理水取出部１４は集水管２にて液密に接続できればよいので、処理水取出部１４の挿入長さが適切に確保できるのであれば、実施形態１の態様に限定されない。したがって、例えば、集水管２の内面部にて接続部２２を突設させた態様としてもよい。または、集水管２の配壁部を肉厚にした態様としてもよい。

さらに、処理水取出部１４のテーパー部１４２および接続部材１６のテーパー部１６２は、接続部２２のテーパー部受け２２２と嵌り合う形状とするためにテーパー状としたが、集水管２に対する膜エレメント１の振動を規制できる形状とすればよい。例えば、テーパー部１４２，テーパー部１６２の形状は、テーパー状も含めて複数の小突起や段差などを備える嵌め込み部とすることができる。また、テーパー部受け２２２の形状は、処理水取出部１４のテーパー部１４２、接続部材１６の挿入が容易となり、さらに、集水管２に対する膜エレメント１の振動を規制できれば良く、例えば、テーパー状も含めて段差などを備えるガイド部とすることができる。

１…膜エレメント
１１…濾過本体部
１２…ヘッダー（集水部）
１３…フッター（封止部）
１４，１５…処理水取出部、１４１…液密部、１４２…テーパー部（嵌め込み部）、１４３…本体部、
１４４，１４５…止水部材
２…集水管、２１…配管部
２２…接続部、２２１…液密部受け、２２２…テーパー部受け（ガイド部）
１６…接続部材、１６１…液密部、１６２…テーパー部（嵌め込み部）、１６３…本体部、１６４、１６５…止水部材

Claims (4)

1. 膜分離に供される濾過本体部とこの濾過本体部の端部から濾過水を集水する集水部とこの集水部から処理水を取出す処理水取出部とを備えた膜エレメントと、
   この膜エレメントと接続されて前記濾過水を集水する接続部を備えた集水管と、
   を有し、
   前記処理水取出部は、
   前記接続部に液密に挿入される液密部と、
   前記接続部に嵌め込まれる嵌め込み部と
   を備え、
   前記接続部は、
   前記液密部が液密に嵌挿される液密部受けと、
   前記嵌め込み部と当接して嵌り合うガイド部と
   を備え、
   前記液密部には、この液密部と前記液密部受けとを液密に封止する止水部材が備えられたことを特徴とする膜エレメントと集水管との接続構造。
2. 膜分離に供される濾過本体部とこの濾過本体部の端部から濾過水を集水する集水部とこの集水部から処理水を取出す処理水取出部とを備えた膜エレメントと、
   この膜エレメントと接続されて前記濾過水を集水する接続部を備えた集水管と、
   を有し、
   前記処理水取出部には、前記接続部に嵌挿される接続部材が装着され、
   前記接続部材は、
   前記接続部に液密に挿入される液密部と、
   前記接続部に嵌め込まれる嵌め込み部と
   を備え、
   前記接続部は、
   前記液密部が液密に嵌挿される液密部受けと、
   前記嵌め込み部と当接して嵌り合うガイド部と
   を備え、
   前記液密部には、この液密部と前記液密部受けとを液密に封止する止水部材が備えられたこと
   を特徴とする膜エレメントと集水管との接続構造。
3. 前記処理水取出部は、直接、前記接続部に装着されることを特徴とする請求項１に記載の膜エレメントと集水管との接続構造。
4. 前記液密部には、複数の前記止水部材が備えられたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の膜エレメントと集水管との接続構造。

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