WO2009118789A1 - 膜エレメントおよび膜モジュール - Google Patents

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filtration
filtration membrane
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桝谷英俊
岡島康信
北野智一
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株式会社クボタ
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Definitions

  • the present invention relates to a membrane element and a membrane module used for filtration or concentration in general water treatment such as clean water and wastewater.
  • an immersion type membrane device in which a plurality of membrane elements are arranged in parallel at appropriate intervals is known.
  • the membrane element include those shown in FIGS. 9 to 10, the membrane element has a filter plate 2 made of an organic membrane covering a surface of a rectangular flat filter plate 1 that is a membrane support, and the filter membrane 2 is disposed at the peripheral portion thereof.
  • the filter plate 1 is joined, and the filter plate 1 has a water collection port 3.
  • the resin filter plate 1 is illustrated as the membrane support, but a flexible material such as a nonwoven fabric or a net may be used as the membrane support.
  • the membrane element receives the driving pressure and filters the water to be treated by the filtration membrane 2.
  • the membrane element performs gravity filtration using the head pressure in the tank as the driving pressure, or applies a negative pressure as the driving pressure to the inside of the filtration membrane 2. Used for suction filtration.
  • the joining method of the filter plate 1 and the filtration membrane 2 with such a membrane element includes, for example, welding and adhesion.
  • welding the resin of the filter plate 1 is melted by using ultrasonic waves to form the welded portion 4, and the filter plate 1 and the filtration membrane 2 are joined at the welded portion 4.
  • Adhesion joins the filter plate 1 and the filter membrane 2 using an adhesive.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 11-33370 describes that two flat films are laminated via a spacer, and both end portions are welded or bonded to both sides of the two flat films. Thus, a filtration membrane body is formed.
  • Patent No. 3815645 is a bonding member in which a separator unit is attached to both sides of a member having a water flow function through a spacer and a membrane end is joined. A hollow part is formed.
  • the membrane separation device when using the above-mentioned membrane separation device, the membrane separation device is immersed in the activated sludge mixed liquid in the aeration tank, and aeration air is ejected from the aeration device. In this state, a driving pressure is applied to the membrane element to filter the activated sludge mixed solution, and the permeated solution that has permeated the filtration membrane is led out of the tank as treated water.
  • This chemical solution cleaning is performed by supplying the chemical solution from the water collection port 3 to the permeate flow path between the filter plate 1 and the filtration membrane 2.
  • the filtration membrane 2 expands outward and exerts a peeling action on the joint between the filter plate 1 and the filtration membrane 2.
  • the present invention solves the above-described problems, and even when aeration is performed while the filtration operation is stopped, or even when a high internal pressure is applied in chemical cleaning, a membrane element that does not easily break or peel off the filtration membrane and An object is to provide a membrane module.
  • the membrane element of the present invention is arranged so as to cover the main surface of the membrane support, which is arranged along the flow direction of the liquid to be treated, and the front and back surfaces of the membrane support.
  • a filtration membrane made of a flat membrane having a looped shape including an inverted portion including the upstream and downstream ends, and a filtration membrane on both sides of the membrane support along the flow direction of the liquid to be treated. It consists of the sealing material formed watertight on the edge part.
  • the filtration membrane has at least one junction, and the junction is arranged by overlapping the ends of the filtration membrane on the main surface or the end surface of the membrane support, It is characterized in that the back surface at the other end is bonded to the surface at one end.
  • the other end portion facing the downstream side among the end portions of the filtration membrane overlapping at the joint portion is arranged outside.
  • the membrane module of the present invention includes at least one membrane element and at least one water collecting case, and the membrane element is disposed along the flow direction of the liquid to be treated, and the main and front sides of the membrane support
  • a filtration membrane made of a flat membrane having a loop shape with an inverted portion including the upstream and downstream ends of the membrane support, and covering the surface in the flow direction of the liquid to be treated
  • a sealing material formed in a watertight manner on the edge of the filtration membrane on both sides of the membrane support along, the water collection case has an opening communicating with the internal water collection space, and the opening The side of the inserted membrane element is kept watertight.
  • the present invention forms the sealing material on the edge of the filtration membrane on both sides of the membrane support along the flow direction of the liquid to be treated in a watertight manner. Since the opening edge is held on the membrane support, there is no portion for directly fixing the filtration membrane and the membrane support. It is not always necessary for the sealing material to strongly press the filtration membrane against the filter plate. However, the membrane element directly connects the filter plate and the filtration membrane in the region where the membrane surface of the filtration membrane does not come into contact with the liquid to be treated, such as the region corresponding to the sealing material or the region located inside the water collection case. It is also possible to join them. However, the condition is that the joining does not disturb the permeate channel.
  • the filtration membrane may be formed in a loop shape by joining the end portions of one or a plurality of membrane sheets, or may be formed by a membrane sheet that forms a seamless loop shape.
  • the sealing material is formed watertight on the filtration membrane, so even if the filtration membrane bulges outward due to internal pressure, Strength can be secured.
  • the permeate between the membrane support and the filtration membrane is pushed downstream of the flow of the liquid to be treated and gathers in the reversal section, and is filtered.
  • the membrane swells flexibly at the reversal part to allow the permeate to move. Furthermore, since the bulge of the reversal part occurs in the downstream region of the downstream end of the membrane support, the bulge of the reversal part does not become a resistance to the flow of the liquid to be processed flowing along the membrane support, and the inversion Vibration and stress do not occur in the filtration membrane due to the swelling of the part.
  • the load acting on the filtration membrane can be suppressed and the filtration membrane can be prevented from breaking.
  • positioned outside faces the downstream and does not oppose the flow of a to-be-processed liquid, the peeling of a filtration membrane junction part can be suppressed.
  • the perspective view which shows the membrane cassette in embodiment of this invention Sectional drawing which shows the principal part in the membrane module of the membrane cassette
  • the perspective view which shows the membrane element in embodiment of this invention Front view showing the membrane element
  • the perspective view which shows the membrane element in other embodiment of this invention The perspective view which shows the membrane element in Embodiment 3 of this invention
  • Schematic diagram showing the action of the membrane element of the present invention Schematic diagram showing the action of a conventional membrane element
  • An exploded perspective view showing a configuration of a conventional membrane element A perspective view showing a conventional membrane element Side view showing a conventional membrane element Side view showing a conventional membrane element
  • a membrane cassette 11 constituting a membrane separation apparatus is composed of a plurality of membrane modules 12 stacked one above the other, and is immersed in a liquid to be treated in a treatment tank (not shown).
  • a treatment tank not shown
  • an air diffuser 11 a is arranged at a position below the lower membrane module 12.
  • the membrane module 12 has a plurality of membrane elements 13 arranged in parallel at a predetermined interval, and both lateral sides of each membrane element 13 are sealed in a water collecting case 14 in a watertight manner. A flow path is formed.
  • Each water collecting case 14 is hollow and has a water collecting space inside, and forms a rectangular box.
  • the shape of the water collecting case 14 may be other than a rectangular shape.
  • the water collecting case 14 can be provided only on one side of the membrane element 13. In this case, the other side portion of the membrane element 13 is sealed with a resin or the like to be described later.
  • the membrane element 13 is arranged in the vertical direction.
  • the arrangement direction of the membrane element 13 is not limited to the vertical direction, and any arrangement is possible as long as it is arranged along the flow direction of the liquid to be processed. Therefore, as will be described later, it can be arranged in the horizontal direction or can be arranged obliquely.
  • the membrane module 12 has an upper connecting portion 23 provided on the upper end surface of the water collecting case 14 and a lower connecting portion 24 provided on the lower end surface, and the upper connecting portion 23 and the lower connecting portion 24 form a flow path to collect. It communicates with the water collection space of the water case 14.
  • the lower connecting portion 24 of the upper membrane module 12 and the upper connecting portion 23 of the lower membrane module 12 are connected, and the upper connecting portion 23 of the water collecting case 14 of the upper membrane module 12 is collected via the tube 25. It communicates with the water pipe 26.
  • the lower connecting portion 24 of the lower membrane module 12 communicates with the water collecting pipe 26 via the tube 25, and further, the lower connecting portion 24 or the upper connecting portion 23 does not directly pass through the tube 25. It is also possible to communicate with the water collecting pipe 26.
  • the lower connecting portion 24 of the lower membrane module 12 is closed by a plug (not shown), but it is also possible to use a lower membrane module 12 that does not have the lower connecting portion 24. is there.
  • the permeate may be taken out from at least one of the left and right upper connecting portions 23 of the upper membrane module 12 and the left and right lower connecting portions 24 of the lower membrane module 12.
  • each water collecting case 14 holds a plurality of membrane elements 13 in a watertight manner via a sealing material (resin or the like) 16 potted in the opening 15.
  • a sealing material 16 such as a resin is potted in the slit.
  • a sealing material such as rubber can be disposed around the membrane element 13.
  • the membrane element 13 is a filtration membrane comprising a resin filter plate 17 that forms a membrane support, and a flat membrane (organic membrane) that is disposed so as to cover the main surfaces of the front and back surfaces of the filter plate 17. 18, and each membrane element 13 communicates with the water collection space of the water collection case 14 through a permeate passage formed between the front and back main surfaces of the filter plate 17 and the filtration membrane 18.
  • the resin filter plate 1 is exemplified as the membrane support, but a flexible material such as a nonwoven fabric or a net may be used as the membrane support.
  • the upper end side of the membrane element 13 is positioned downstream in the flow direction of the liquid to be processed, and the lower end side thereof is positioned upstream in the flow direction of the liquid to be processed.
  • the filtration membrane 18 has a downstream inversion portion 20 that is folded back including the downstream end portion 19 of the filter plate 17 and an upstream inversion portion 29 that is folded back including the upstream end portion 27.
  • the end parts of the filter membrane 18 are overlapped with each other on the main surface or the end face of the filter plate 17, the back face at the other end part is joined to the surface at the one end part, and the other facing toward the downstream side
  • the joint part 30 is formed by positioning the end of the outer part on the outside.
  • the joint portion 30 is formed by welding with ultrasonic waves or adhesion with an adhesive.
  • the membrane elements 13 having this structure are arranged in parallel at a predetermined interval, and a plurality of membrane elements 13 are sealed in a watertight manner to the opening 15 of the water collection case 14 with a sealing material (resin or the like) 16 arranged between them. .
  • the membrane element 13 has a structure in which the filter plate 17 and the filtration membrane 18 are not directly fixed and joined, and the filtration membrane 18 and the filter plate 17 are not directly fixed on the four sides of the filter plate 17 by adhesion or welding.
  • the structure is realized.
  • the membrane element 13 it is also possible to join the filtration membrane 18 directly. However, the condition is that the joining does not disturb the permeate channel.
  • the sealing material 16 can be formed for each individual membrane element 13, and on each side of the filter plate 17 along the flow direction of the liquid to be treated for each membrane element 13.
  • the edge of the filtration membrane 18 is held by the sealing material 16.
  • the membrane elements 13 having this structure can be arranged in parallel at a predetermined interval, and a plurality of membrane elements 13 can be bound by a sealing material (resin or the like) 16 arranged between them.
  • a sealing material such as a rubber material can be disposed on the filtration membrane 18 to join the filtration membrane 18 to the filter plate 17.
  • the loop-shaped filtration membrane 18 is formed by one membrane sheet.
  • the filtration membrane 18 may be formed in a loop shape with a plurality of membrane sheets.
  • one of the two membrane sheets constituting the filtration membrane 18 forms a downstream inversion portion 20 that is folded back including the upper end edge 19 of the filter plate 17, and the other membrane sheet is on the upstream side.
  • An upstream reversing portion 29 that includes the end 27 and is folded back is formed.
  • the end portions of both membrane sheets are arranged on the main surface of the filter plate 17 so as to overlap each other, and the end portions of both membrane sheets are joined to form two joint portions 30.
  • the joint portion 30 is formed by welding with ultrasonic waves or adhesion with an adhesive.
  • the filtration membrane 18 can be formed of a membrane sheet having a seamless loop shape.
  • the membrane module 12 of the present invention has the following effects.
  • Normal operation Air is diffused as an aeration gas from the diffuser 11a arranged at the lower position of the lower membrane module 12, and an upward flow of gas-liquid mixed phase is generated inside the membrane cassette 11 by the air lift action of air bubbles. .
  • the liquid to be processed in the treatment tank (not shown) is supplied between the membrane elements 13 to form a flow of the liquid to be treated along the membrane surface of the membrane element 13 and permeate the filtration membrane 18.
  • the liquid to be treated is supplied in a cross flow with respect to the flow of permeate flowing in
  • the membrane element 13 is arranged in the vertical direction.
  • the membrane elements 13 can be arranged in a horizontal direction or an oblique direction.
  • the activated sludge mixed liquid in the tank is gravity filtered by each membrane element 13 using the water head in the tank as the driving pressure.
  • suction filtration is performed by applying a suction pressure as a driving pressure to each membrane module 12 of the membrane cassette 11 through the water collection pipe 26 and the tube 25 by a suction pump.
  • the permeate that has permeated the filtration membrane 18 of the membrane element 13 under the driving pressure flows into the water collection space of the water collection case 14 through the permeate flow path between the filtration membrane 18 and the filter plate 17.
  • the permeate flowing into the water collecting case 14 of the lower membrane module 12 passes through the upper connecting portion 23 and flows into the water collecting case 14 of the upper membrane module 12 from the lower connecting portion 24.
  • the permeate flowing into the water collecting case 14 of the upper membrane module 12 is led out of the tank as treated water from the upper connecting portion 23 through the tube 25 and the water collecting pipe 26.
  • the activated sludge mixed liquid is supplied by crossflow to the flow path between the membrane elements 13 by the upward flow, and the membrane surface of the membrane element 13 is aerated and washed by the upward flow.
  • aeration cleaning a decrease in the separation function due to fouling is suppressed, and the membrane separation apparatus is prevented from malfunctioning.
  • the end portion arranged on the outer side faces the downstream side and does not face the flow of the liquid to be treated, peeling of the filtration membrane joined portion can be suppressed.
  • Aeration cleaning operation In the case of gravity filtration, a valve (not shown) provided in the water collecting pipe 26 is closed. In the case of suction filtration, the suction pump is stopped to stop the filtration operation. If the diffuser 11a is operated in this state to perform aeration cleaning, an excellent cleaning effect can be obtained.
  • the upward flow pushes the permeate inside each membrane element 13 to the upper downstream side between the filter plate 17 and the filtration membrane 18.
  • the filtration membrane 18 has an inverted portion 20 that is folded back including the downstream end portion 19 of the filter plate 17, so that the filter membrane 18 and the filtration membrane 18 are located upstream and downstream.
  • the pushed permeate collects in the reversing unit 20 and the filtration membrane 18 swells flexibly in the reversing unit 20 to allow the permeate to move.
  • the bulge 20a of the reversing part 20 is formed in the downstream region of the end 19 on the downstream side of the filter plate 17, the bulge 20a of the reversing part 20 does not become a resistance to the upward flow flowing along the filter plate 17, Vibration and stress are not generated in the filtration membrane 18 due to the bulge 20a of the reversing unit 20.
  • the reversing part 20 swells flexibly and allows the permeate to move, and the swell 20a does not become a resistance against the upward flow, thereby suppressing the load acting on the filtration membrane 18 and breaking the filtration membrane 18.
  • Chemical liquid cleaning At the time of chemical liquid cleaning, the chemical liquid is supplied to each membrane module 12 of the membrane cassette 11 through the water collection pipe 26 and the tube 25, and the chemical liquid is supplied to the permeate flow path between the filter plate 17 and the filtration membrane 18 at a predetermined pressure. . At this time, the filtration membrane 18 receives the internal pressure and swells outward. In this state, the tensile stress along the membrane surface acts on the filtration membrane 18.
  • the end portions of the filtration membrane 18 are joined at the joining portion 30 to form the loop-shaped filtration membrane 18.
  • the separation of the filtration membrane 18 from the plate 17 cannot occur, and only the tensile stress acts on the joint portion 30, so that the joint portion 30 can sufficiently withstand, and a high internal pressure can be applied in chemical cleaning. .
  • the end portions of both membrane sheets are arranged to overlap each other on the main surface of the filter plate 17.
  • the joining portion 30 is formed by joining the back surface at the other end on the surface at the one end.
  • the sealing material 16 is formed in a watertight manner on the filtration membrane 18 at both sides along the flow direction of the liquid to be treated of the membrane element 13, the filtration membrane 18 receives the internal pressure and swells outward. Even if it becomes a state, big intensity

Abstract

　ろ過膜をループ状に形成することで、薬液洗浄において高い内圧を与えること可能となり、高い内圧での逆液洗浄が可能となる。

Description

膜エレメントおよび膜モジュール
　本発明は、上水や廃水などの一般水処理においてろ過または濃縮に用いられる膜エレメントおよび膜モジュールに関するものである。
　従来の膜分離装置としては、例えば複数の膜エレメントを適当な間隔で平行に配置した浸漬型膜装置が知られている。膜エレメントとしては、例えば図９～図１０に示すものがある。図９～図１０において、膜エレメントは、膜支持体である矩形の平板状のろ板１に、その表面を覆って有機膜からなるろ過膜２を配置し、ろ過膜２をその周縁部においてろ板１に接合しており、ろ板１に集水口３を有している。ここでは膜支持体として樹脂製のろ板１を例示するが、膜支持体としては不織布やネット等のフレキシブルな材質のものを使用する場合もある。
　膜エレメントは、駆動圧力を受けてろ過膜２で被処理水をろ過するものであり、槽内の水頭圧を駆動圧力とする重力ろ過、あるいはろ過膜２の内側に負圧を駆動圧力として与える吸引ろ過に用いる。
　このような膜エレメントでのろ板１とろ過膜２との接合方法には、例えば溶着、接着等がある。溶着は超音波を用いてろ板１の樹脂を溶融して溶着部４を形成し、溶着部４においてろ板１とろ過膜２とを接合するものである。接着は接着剤を用いてろ板１とろ過膜２とを接合するものである。
　このようなろ板１とろ過膜２との接合方法としては、例えば日本国特許公報（特許第３０１０９７９号）に記載するものがある。これは、ろ板の表面にろ過膜を配置し、ろ過膜の上からろ過膜の周縁部に沿って超音波振動を与え、その摩擦熱により、ろ板にろ過膜を溶着するものである。
　また、日本国特許公報（特開平１１－３３３７０号）に記載するものは、スペーサーを介して２枚の平膜を積層し、２枚の平膜の両側において双方の端部同士を溶着または接着してろ過膜体を形成するものである。
　また、日本国特許公報（特許第３８１５６４５号）に記載するものは、分離体ユニットが、通水機能を有する部材の両面にスペーサを介してろ過膜を装着し、膜端を接合する接合部材に中空部を形成してなる。
　ところで、上述した膜分離装置を使用する場合には、曝気槽内の活性汚泥混合液中に膜分離装置を浸漬し、散気装置から曝気用空気を噴出させる。この状態で駆動圧力を膜エレメントに与えて活性汚泥混合液をろ過し、ろ過膜を透過した透過液は処理水として槽外へ導き出す。
　このとき、散気装置から散気する曝気用空気の気泡のエアリフト作用により上昇流を生じさせる。この上昇流によって膜エレメントのろ過膜の膜面を曝気洗浄する。この曝気洗浄によって、ファウリングに起因する分離機能の低下を抑制し、膜分離装置が機能不全に至ることを防止する。
　このように、膜分離装置ではファウリングを防止するために曝気洗浄が必要である。この場合に、ろ過運転を停止した状態で曝気を行なうと洗浄効果が高くなることが知られている。
　しかしながら、図１１に示すように、ろ過運転を停止した状態で放置しておくと、膜エレメントの内部、つまりろ板１とろ過膜２との間に透過液が溜まり、ろ過膜２が少し膨らんだ状態になる。
　図１２に示すように、ろ過運転を停止したままの状態で曝気だけを行なうと、ろ板１とろ過膜２との間に溜まった透過液が上昇流により上方へ押し上げられる。この結果、図８に示すように、ろ過膜２が溶着部４で折り返して膜エレメントの上部付近に膨らみ５を形成し、この膨らみ５が上昇流に対して抵抗となってろ過膜２に振動および応力が生じる。このため、ろ過膜２が溶着部４で剥離し、あるいは溶着部４の付近で破断し易くなる。
　また、ファウリングが生じた場合にはファウリングを除去するための薬液洗浄が必要となる。この薬液洗浄は集水口３からろ板１とろ過膜２との間の透過液流路に薬液を供給して行なう。薬液の供給圧力でろ板１とろ過膜２との間の透過液流路における内圧が高くなると、ろ過膜２が外側に膨らんでろ板１とろ過膜２との接合部に剥離作用を及ぼす。
　このため、上述したように、ろ過膜２をろ板１との接合面から剥離させる方向に引張力が作用するので、溶着部４でろ過膜２に破断や剥離が起こり易くなり、薬液洗浄において高い内圧を与えることができない問題があった。
　本発明は上記した課題を解決するものであり、ろ過運転を停止したままの状態で曝気を行なっても、あるいは薬液洗浄において高い内圧を与えてもろ過膜の破断や剥離が起こり難い膜エレメントおよび膜モジュールを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の膜エレメントは、被処理液の流れ方向に沿って配置する膜支持体と、膜支持体の表裏の主面を覆って配置するとともに、膜支持体の上流側および下流側の端部を含んで折り返した反転部を有してループ状をなす平膜からなるろ過膜と、被処理液の流れ方向に沿った膜支持体の両側部においてろ過膜の縁辺部上に水密に形成した封止材とからなることを特徴とする。
　また、本発明の膜エレメントにおいて、ろ過膜は少なくとも１つの接合部を有し、接合部が膜支持体の主面上もしくは端面上でろ過膜の端部どうしを重ねて配置し、ろ過膜の一方の端部における表面上に他方の端部における裏面を接合してなることを特徴とする。
　また、本発明の膜エレメントにおいて、接合部において重なるろ過膜の端部うち、下流側に向いた他方の端部を外側に配置したことを特徴とする。
　本発明の膜モジュールは、少なくとも１つの膜エレメントと、少なくとも１つの集水ケースを備え、膜エレメントが、被処理液の流れ方向に沿って配置する膜支持体と、膜支持体の表裏の主面を覆って配置するとともに、膜支持体の上流側および下流側の端部を含んで折り返した反転部を有してループ状をなす平膜からなるろ過膜と、被処理液の流れ方向に沿った膜支持体の両側部においてろ過膜の縁辺部上に水密に形成した封止材を有し、集水ケースが、内部の集水空間に連通する開口部を有し、前記開口部に挿入した前記膜エレメントの側部を水密に保持することを特徴とする。
　以上のように本発明は、被処理液の流れ方向に沿った膜支持体の両側部においてろ過膜の縁辺部上に封止材を水密に形成することで、ループ状のろ過膜の両側の開口縁を膜支持体上に保持するので、ろ過膜と膜支持体とを直接に固定する部位は存在しない。封止材はろ過膜をろ板に強く押し圧することは必ずしも必要ではない。しかしながら、膜エレメントは、ろ過膜の膜面が被処理液に接することがない領域、例えば封止材に対応する領域や集水ケースの内部に位置する領域では、ろ板とろ過膜とを直接に接合することも可能である。ただし、その接合が透過液流路を阻害しないことを条件とする。
　また、ろ過膜は１枚もしくは複数枚の膜シートの端部を接合してループ状に形成しても良く、シームレスでループ状をなす膜シートで形成することもできる。
　この構成により、薬液洗浄に際して膜支持体とろ過膜との間の透過液流路に所定圧力で薬液を供給すると、ろ過膜は内圧を受けて外側に膨らんだ状態となる。この状態において、ろ過膜には膜面に沿った引張応力が作用するが、ろ過膜と膜支持体とを直接に固定する部位は存在しないので、従来のように膜支持体とろ過膜とを溶着する場合に比べてろ過膜の破断を抑制でき、薬液洗浄において高い内圧を与えることが可能となる。
　膜エレメントの被処理液の流れ方向に沿った両側部では、ろ過膜上に封止材を水密に形成しているので、ろ過膜が内圧を受けて外側に膨らんだ状態となっても、大きな強度を確保できる。
　ろ過運転を停止する状態で膜エレメントの下方から散気する場合に、膜支持体とろ過膜との間にある透過液は被処理液の流れの下流側へ押されて反転部に集まり、ろ過膜は反転部で柔軟に膨らんで透過液の移動を許容する。さらに、反転部の膨らみが膜支持体の下流側の端部の下流域に生じることで、膜支持体に沿って流れる被処理液の流れに対して反転部の膨らみが抵抗とならず、反転部の膨らみを原因としてろ過膜に振動および応力が生じることはない。よって、ろ過膜に作用する負荷を抑制してろ過膜が破断することを防止できる。また、外側に配置した端部が下流側を向いて被処理液の流れに対向しないので、ろ過膜接合部のはがれを抑えられる。
本発明の実施の形態における膜カセットを示す斜視図 同膜カセットの膜モジュールにおける要部を示す断面図 本発明の実施の形態における膜エレメントを示す斜視図 同膜エレメントを示す正面図 本発明の他の実施の形態における膜エレメントを示す斜視図 本発明の実施の形態３における膜エレメントを示す斜視図 本発明の膜エレメントの作用を示す模式図 従来の膜エレメントの作用を示す模式図 従来の膜エレメントの構成を示す分解斜視図 従来の膜エレメントを示す斜視図 従来の膜エレメントを示す側面図 従来の膜エレメントを示す側面図
（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１～図４において、膜分離装置をなす膜カセット１１は上下に積み重ねた複数の膜モジュール１２からなり、処理槽（図示省略）内の被処理液に浸漬して設置している。膜カセット１１は下段の膜モジュール１２の下方位置に散気装置１１ａが配置してある。
　膜モジュール１２は複数の膜エレメント１３を所定間隔で並列に配置し、各膜エレメント１３の横方向の両側をそれぞれ集水ケース１４に水密に封止し、膜エレメント１３の相互間に縦方向の流路を形成している。各集水ケース１４は中空状をなして内部に集水空間を有しており、四角形状の箱体をなすが、その形状は四角形状以外のものとすることも可能である。しかしながら、集水ケース１４は膜エレメント１３の一方の側部にのみ設けることも可能である。この場合に、膜エレメント１３の他方の側部は後述する樹脂等によって封止する。
　本実施の形態では、膜エレメント１３を上下方向に配置する構成を示している。しかしながら、膜エレメント１３の配置方向は上下方向に限るものではなく、被処理液の流れ方向に沿って配置するものであれば良い。よって、後述するように、水平方向に配置することも可能であり、あるいは斜めに配置することも可能である。
　膜モジュール１２は集水ケース１４の上端面に設けた上部連結部２３および下端面に設けた下部連結部２４を有しており、上部連結部２３および下部連結部２４は流路をなして集水ケース１４の集水空間に連通している。
　上方の膜モジュール１２の下部連結部２４と下方の膜モジュール１２の上部連結部２３とが連結しており、上方の膜モジュール１２の集水ケース１４の上部連結部２３がチューブ２５を介して集水管２６に連通している。
　しかしながら、下方の膜モジュール１２の下部連結部２４がチューブ２５を介して集水管２６に連通することも可能であり、さらにはチューブ２５を介することなく下部連結部２４もしくは上部連結部２３が直接に集水管２６に連通することも可能である。
　本実施の形態では、下方の膜モジュール１２の下部連結部２４は栓（図示省略）によって閉栓しているが、下方の膜モジュール１２として下部連結部２４の存在しないものを使用することも可能である。
　また、透過液の取り出しは、上方の膜モジュール１２の左右の上部連結部２３、下方の膜モジュール１２の左右の下部連結部２４の少なくとも１箇所から行なえば良い。
　図２に示すように、各集水ケース１４は開口部１５にポッティングした封止材（樹脂等）１６を介して複数の膜エレメント１３を水密に保持している。しかしながら、図２に示した構成に限らず、集水ケース１４に膜エレメント１３を水密に接合する構造には種々のものがある。例えば、集水ケース１４の開口部１５を単一の開口とせずに、複数のスリットに形成し、各スリットに膜エレメント１３を挿入し、スリットに樹脂等の封止材１６をポッティングすることも可能である。あるいは、膜エレメント１３の周囲にゴム等のシール材を配置することも可能である。
（膜エレメントの構成）
　図３および図４に示すように、膜エレメント１３は膜支持体をなす樹脂製のろ板１７と、ろ板１７の表裏の主面を覆って配置する平膜（有機膜）からなるろ過膜１８を有しており、各膜エレメント１３はろ板１７の表裏の主面とろ過膜１８との間に形成した透過液流路が集水ケース１４の集水空間に連通している。本実施の形態では、膜支持体として樹脂製のろ板１を例示するが、膜支持体としては不織布やネット等のフレキシブルな材質のものを使用する場合もある。
　膜エレメント１３は、上端側が被処理液の流れ方向において下流側に位置し、下端側が被処理液の流れ方向において上流側に位置している。ろ過膜１８はろ板１７の下流側の端部１９を含んで折り返した下流側反転部２０と上流側の端部２７を含んで折り返した上流側反転部２９とを有している。そして、ろ過膜１８の端部どうしがろ板１７の主面上もしくは端面上において相互に重なり、一方の端部における表面上に他方の端部における裏面を接合し、かつ下流側に向けた他方の端部を外側に位置させて接合部３０を形成している。接合部３０は超音波による溶着、もしくは接着剤による接着にて形成する。
　この構造の膜エレメント１３を所定間隔で並列に配置し、複数の膜エレメント１３をその相互間に配置する封止材（樹脂等）１６で集水ケース１４の開口部１５に水密に封止する。
　この構成により、膜エレメント１３はろ板１７とろ過膜１８とを直接に固定接合しない構造を有しており、ろ板１７の四辺においてろ過膜１８とろ板１７とが接着や溶着によって直接に固定しない構造を実現している。
　しかしながら、膜エレメント１３は、ろ過膜１８の膜面が被処理液に接することがない領域、例えば封止材１６に対応する領域や集水ケース１４の内部に位置する領域では、ろ板１７とろ過膜１８とを直接に接合することも可能である。ただし、その接合が透過液流路を阻害しないことを条件とする。
　ところで、図４に示すように、封止材１６は個々の膜エレメント１３ごとに形成することも可能であり、各膜エレメント１３ごとに被処理液の流れ方向に沿ったろ板１７の両側部においてろ過膜１８の縁辺部を封止材１６で保持する。その後に、この構造の膜エレメント１３を所定間隔で並列に配置し、複数の膜エレメント１３をその相互間に配置する封止材（樹脂等）１６で結束することも可能である。さらに、上述したように、ろ過膜１８の上にゴム材等のシール材を配置してろ過膜１８をろ板１７に接合することも可能である。
　上述した実施の形態では、１枚の膜シートによってループ状のろ過膜１８を形成した。しかしながら、図５に示すように、ろ過膜１８は複数枚の膜シートでループ状に形成することも可能である。
　ここでは、ろ過膜１８を構成する２枚の膜シートのうち一方の膜シートがろ板１７の上端縁１９を含んで折り返した下流側反転部２０を形成し、他方の膜シートが上流側の端部２７を含んで折り返した上流側反転部２９を形成している。双方の膜シートの端部どうしをろ板１７の主面上において相互に重ねて配置し、双方の膜シートの端部どうしを接合して二つの接合部３０を形成している。この接合部３０は、超音波による溶着、もしくは接着剤による接着にて形成する。
　さらには、ろ過膜１８はシームレスのループ状をなす膜シートで形成することも可能である。
　上述した何れの膜エレメント１３を用いても、本発明の膜モジュール１２においては、以下の作用効果を奏する。
通常運転
　下段の膜モジュール１２の下方位置に配置した散気装置１１ａから曝気用気体として空気を散気し、空気の気泡のエアリフト作用により膜カセット１１の内部に気液混相の上昇流を生じさせる。この上昇流により処理槽（図示省略）内の被処理液を膜エレメント１３の相互間に供給し、膜エレメント１３の膜面に沿った被処理液の流れを形成し、ろ過膜１８を透過して流れる透過液の流れに対して被処理液をクロスフローで供給する。
　本実施の形態では、エアリフト作用による上昇流により被処理液をクロスフローで供給するので、膜エレメント１３を上下方向に配置した。しかしながら、ポンプ等の動力手段により被処理液を膜エレメント１３の相互間にクロスフローで供給する場合には、膜エレメント１３は水平方向もしくは斜め方向に配置することも可能である。
　膜エレメント１３に駆動圧力を与える方式には種々のものがある。ここでは、槽内の水頭を駆動圧力として各膜エレメント１３により槽内の活性汚泥混合液を重力ろ過する。あるいは吸引ポンプにより集水管２６およびチューブ２５を通して膜カセット１１の各膜モジュール１２に駆動圧力として吸引圧力を与えて吸引ろ過する。
　駆動圧力を受けて膜エレメント１３のろ過膜１８を透過した透過液は、ろ過膜１８とろ板１７との間の透過液流路を通って集水ケース１４の集水空間に流入する。下段の膜モジュール１２の集水ケース１４に流入した透過液は上部連結部２３を通り、上段の膜モジュール１２の集水ケース１４へ下部連結部２４から流入する。上段の膜モジュール１２の集水ケース１４に流入した透過液は上部連結部２３からチューブ２５および集水管２６を通して処理水として槽外へ導き出す。
　この間に、上昇流によって膜エレメント１３の相互間の流路にクロスフローで活性汚泥混合液を供給するとともに、上昇流によって膜エレメント１３の膜面を曝気洗浄する。この曝気洗浄によって、ファウリングに起因する分離機能の低下を抑制し、膜分離装置が機能不全に至ることを防止する。この際に、外側に配置した端部が下流側を向いて被処理液の流れに対向しないので、ろ過膜接合部のはがれを抑えられる。
曝気洗浄運転
　重力ろ過の場合には、集水管２６に設けたバルブ（図示省略）を閉栓し、吸引ろ過の場合には、吸引ポンプを止めてろ過運転を停止する。この状態で散気装置１１ａを運転して曝気洗浄を行うと、優れた洗浄効果を得ることができる。
　このとき、上昇流が各膜エレメント１３の内部の透過液をろ板１７とろ過膜１８との間において上方の下流側に押す。しかしながら、図７に示すように、ろ過膜１８はろ板１７の下流側の端部１９を含んで折り返した反転部２０を有するので、ろ板１７とろ過膜１８との間において上方の下流側へ押される透過液は反転部２０に集まり、ろ過膜１８が反転部２０で柔軟に膨らんで透過液の移動を許容する。さらに、反転部２０の膨らみ２０ａはろ板１７の下流側の端部１９の下流域に形成するので、ろ板１７に沿って流れる上昇流に対して反転部２０の膨らみ２０ａが抵抗とならず、反転部２０の膨らみ２０ａを原因としてろ過膜１８に振動および応力が生じることはない。
　よって、反転部２０が柔軟に膨らんで透過液の移動を許容すること、および膨らみ２０ａが上昇流に対して抵抗とならないことにより、ろ過膜１８に作用する負荷を抑制してろ過膜１８が破断することを防止する。
薬液洗浄
　薬液洗浄時には、集水管２６およびチューブ２５を通して膜カセット１１の各膜モジュール１２に薬液を供給し、ろ板１７とろ過膜１８との間の透過液流路に所定圧力で薬液を供給する。このとき、ろ過膜１８は内圧を受けて外側に膨らんだ状態となる。この状態において、ろ過膜１８には膜面に沿った引張応力が作用する。
　しかしながら、ろ過膜１８とろ板１７との固定ではなく、接合部３０においてろ過膜１８の端部どうしを接合してループ状のろ過膜１８を形成することで、当然のことに従来のようにろ板１７からろ過膜１８が剥離することは起こり得ず、接合部３０には引張応力のみが作用するので接合部３０は十分に耐えることができ、薬液洗浄において高い内圧を与えることが可能となる。
　また、従来のようにろ板１７とろ過膜１８とを溶着する場合に比べて、本実施の形態では、双方の膜シートの端部どうしをろ板１７の主面上において相互に重ねて配置し、一方の端部における表面上に他方の端部における裏面を接合して接合部３０を形成している。このため、ろ過膜１８に作用する引張力が接合部３０では剪断力として作用するので大きな接合強度を確保することができる。さらに、膜エレメント１３の被処理液の流れ方向に沿った両側部では、ろ過膜１８の上に封止材１６を水密に形成しているので、ろ過膜１８が内圧を受けて外側に膨らんだ状態となっても、大きな強度を確保できる。
　例えば、従来の構成、つまりろ過膜をろ板に溶着接合した場合には、内圧が４０ｋＰａ以上になると、溶着部の破断が見られた。しかしながら、発明の構成では、内圧が１００ｋＰａとなる条件下においても接合部３０での破断は生じず、耐圧強度が向上した。
　よって、薬液洗浄においてろ過膜１８の破断を抑制しつつ、高い圧力の下で短時間に薬液を移送し、高い内圧の下で薬液を内側から外側へ通液させる逆液洗浄が可能となる。

Claims (4)

  1. 　被処理液の流れ方向に沿って配置する膜支持体と、膜支持体の表裏の主面を覆って配置するとともに、膜支持体の上流側および下流側の端部を含んで折り返した反転部を有してループ状をなす平膜からなるろ過膜と、被処理液の流れ方向に沿った膜支持体の両側部においてろ過膜の縁辺部上に水密に形成した封止材とからなることを特徴とする膜エレメント。
  2. 　ろ過膜は少なくとも１つの接合部を有し、接合部が膜支持体の主面上もしくは端面上でろ過膜の端部どうしを重ねて配置し、ろ過膜の一方の端部における表面上に他方の端部における裏面を接合してなることを特徴とする請求項１に記載の膜エレメント。
  3. 　接合部において重なるろ過膜の端部うち、下流側に向いた他方の端部を外側に配置したことを特徴とする請求項２に記載の膜エレメント。
  4. 　少なくとも１つの膜エレメントと、少なくとも１つの集水ケースを備え、
    　膜エレメントが、被処理液の流れ方向に沿って配置する膜支持体と、膜支持体の表裏の主面を覆って配置するとともに、膜支持体の上流側および下流側の端部を含んで折り返した反転部を有してループ状をなす平膜からなるろ過膜と、被処理液の流れ方向に沿った膜支持体の両側部においてろ過膜の縁辺部上に水密に形成した封止材を有し、
    　集水ケースが、内部の集水空間に連通する開口部を有し、前記開口部に挿入した前記膜エレメントの側部を水密に保持することを特徴とする膜モジュール。
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