WO2011058835A1

WO2011058835A1 - 浸漬平膜エレメント、浸漬平膜ユニット、並びに浸漬平膜濾過装置

Info

Publication number: WO2011058835A1
Application number: PCT/JP2010/067409
Authority: WO
Inventors: 光太郎北村; 穣森田
Original assignee: 株式会社日立プラントテクノロジー
Priority date: 2009-11-16
Filing date: 2010-10-05
Publication date: 2011-05-19
Also published as: JP2011104502A

Abstract

　隣接する平膜エレメント間を通過する気泡の中央集中化を抑制し、膜面の洗浄効率の向上を図ることのできる浸漬平膜エレメント、平膜ユニット、及び浸漬平膜濾過装置を提供する。処理槽内の被処理水中に、濾膜を対向させて隣接配置された複数の平膜エレメントを垂直に浸漬させ、前記複数の平膜エレメントの下方に散気手段を配置した浸漬平膜濾過装置としている。前記平膜エレメントは、集水溝を有する支持板と当該支持板の側面に配置される集水部とを有するベースフレームを備え、支持板の両主面に配置される濾膜を備えている。支持板の上端部と下端部とを結ぶ垂直距離に、水平方向における変化を持たせ、長距離部Ｂと短距離部Ａを設けた。

Description

浸漬平膜エレメント、浸漬平膜ユニット、並びに浸漬平膜濾過装置

　本発明は、水の浄化処理に用いられる膜濾過技術に関し、濾過膜として使用される浸漬平膜エレメント、平膜エレメントを積層した浸漬平膜ユニット、並びに浸漬平膜濾過装置に関する。

　浸漬平膜濾過装置は、産業排水系の凝集汚泥処理や下水等の活性汚泥処理に用いられる。浸漬平膜濾過装置では、図１３に示すように、並列配置された複数の平膜エレメント１を処理槽２内に浸漬させた状態に配置し、各平膜エレメント１の内部から被処理水を吸引することによって濾過水が得られる。

　このような配置形態にある平膜エレメント１の下方には、散気手段３が配置されている。散気手段３による散気は、平膜エレメント１における濾膜面の洗浄、処理槽２内の攪拌、および処理槽２内の微生物に対する酸素供給等といった目的を持って成される。このような目的の中で、被処理水の濾過に対して直接的に関係するのが膜面の洗浄である。しかしながら、従来の浸漬平膜濾過装置では、処理槽２内に活性汚泥などの固形物が高濃度で存在する場合、被処理水の粘度が増加するため、散気手段３によって発生する気泡の大きさに均一性がなくなると共に気泡の偏りが生じ、効果的な膜面洗浄が成されなくなり、被処理水の濾過効率が低下するという問題があった。

　このような問題に対しては、様々な技術が提案されており、例えば特許文献１では、平膜エレメントの上部に生ずるエア溜まりを解消するために、平膜エレメントの上部左右から、処理水と共にエアを吸引し、エア溜まりの発生を防止することで、散気による洗浄効率の向上を図っている。

　また特許文献２では、平膜エレメントと散気管の間に、散気された気泡を分散させる分散板を配置して、平膜エレメントに供給される気泡の小径化、および分散を図っている。

　さらに特許文献３では、並列配置される平膜エレメントの枠部下端部の厚みを膜面より狭小化すると共にその配置位置によって間隔を変えることにより、平膜エレメントの下部に形成したエアベッドから膜面に供給されるエアを均等分散させることを特徴としている。

特開２０００－２３７５５１号公報特開２００１－１６２１４１号公報特開２００６－４３６３１号公報

　上記特許文献に開示されているような種々の工夫が成されたとしても、隣接する平膜エレメント間に流れ込んだ気泡は、平膜エレメントの中央に集中し、気泡が粗大化して上昇速度を加速させるという現象が生ずることが確認されている。このような現象が生じた場合、平膜エレメントの端部、すなわち膜面の左右部には、気泡の流れが生じないこととなり、膜面の洗浄効率および被処理水の濾過効率が共に低下することとなる。

　そこで本発明では、隣接する平膜エレメント間を通過する気泡の中央集中化を抑制し、膜面の洗浄効率、被処理水の濾過効率の向上を図ることのできる浸漬平膜エレメントを提供することを目的とする。

　上記目的を達成するための浸漬平膜エレメントは、支持板に濾膜を貼って濾過水を得る平膜エレメントであって、前記支持板の上端部と下端部とを結ぶ垂直距離に、水平方向における変化を持たせ、長距離部と短距離部を設けたことを特徴としている。更には、処理槽内の被処理水中に、濾膜面を対向させて隣接配置された複数の平膜エレメントを垂直に浸漬させ、前記複数の平膜エレメントの下方に散気手段を配置した浸漬平膜濾過装置の平膜エレメントであって、集水溝を有する支持板と当該支持板の側面に配置される集水部とを有するベースフレームと、前記支持板の両主面に配置される濾膜を備え、前記支持板の上端部と下端部とを結ぶ垂直距離に、水平方向における変化を持たせ、長距離部と短距離部を設けたことを特徴とする。

　また、上記のような特徴を有する浸漬平膜エレメントにおいて前記支持板の上端部および下端部のうちの少なくとも一方は、前記長距離部と前記短距離部とを結ぶ直線部を有すると良い。

　また、上記のような特徴を有する浸漬平膜エレメントでは、前記支持板の上端部および下端部のうちの少なくとも一方は、前記長距離部と前記短距離部とを結ぶ曲線部を有するものとしても良い。

　また、上記のような特徴を有する浸漬平膜エレメントでは、前記長距離部は、前記支持板における水平方向中央部に設けられ、前記短距離部は、前記支持板における水平方向両端部に設けられるようにすると良い。
　さらに、上記のような特徴を有する浸漬平膜エレメントにおいて前記長距離部と前記短距離部は、１つの前記支持板に対して複数設けるようにしても良い。
　上記構成の平膜エレメントを複数積層した浸漬平膜ユニット、あるいは浸漬平膜ユニットを処理槽内に装備している浸漬平膜濾過装置も本発明の適用対象である。

　上記のような特徴を有する本発明によれば、隣接する平膜エレメント間を通過する気泡の中央集中化を抑制し、膜面の洗浄効率の向上、および被処理水の濾過効率の向上を図ることができる。また、膜面の効果的な洗浄により、不可逆的な膜閉塞（膜面に対する汚泥の固着）を抑制することができるため、薬品洗浄の頻度を少なくすることができ、膜寿命の延命化を図ることもできる。

第１の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの構成を示す部分分解斜視図である。第１の実施形態に係る浸漬平膜エレメントを複数組み合わせた平膜ユニットの構成を示す斜視図である。従来の浸漬平膜ユニットに生ずる被処理水の流れの速度分布と、気泡の偏りを説明するための図である。実施形態に係る浸漬平膜ユニットに生ずる被処理水の流れの速度分布と、気泡の分散化を説明するための図である。第１の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの第１の変形例を示す図である。第１の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの第２の変形例を示す図である。第２の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの構成を示す平面図である。第２の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの第１の変形例を示す図である。第３の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの構成を示す平面図である。第３の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの第１の変形例を示す図である。第４の実施形態に係る浸漬平膜エレメントの構成を示す平面図である。支持板の上端部側にも凸部を設けて長距離部を構成した浸漬平膜エレメントの例を示す図である。浸漬平膜エレメントを用いた浸漬平膜濾過装置の構成を示す図である。

　以下、本発明の浸漬平膜エレメントに係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１を参照して、本発明の浸漬平膜エレメント（以下、単に平膜エレメント１０と称す）に係る第１の実施形態について説明する。

　本実施形態に係る平膜エレメント１０は、ベースフレーム１２と、このベースフレーム１２に貼付される濾膜２２とを基本として構成される。また、本実施形態に係る平膜エレメント１０のベースフレーム１２は、支持板１４と集水部１８を有する。

　本実施形態に係る支持板１４は、支持板１４の上端部１４ａと下端部１４ｂとを結ぶ垂直距離に、水平方向（配置形態上）における変化を持たせている。すなわち、支持板１４の上端部１４ａと下端部１４ｂを平行に形成していないのである。具体的には、支持板１４の水平方向中央部近傍に、垂直距離を長距離とする長距離部Ｂを配置し、両端部に、長距離部Ｂよりも垂直距離を短くした短距離部Ａを配置している。

　本実施形態に係る平膜エレメント１０では図１に示すように、支持板１４の下端部１４ｂを下に凸状に形成することで、長距離部Ｂと短距離部Ａを形成し、長距離部Ｂと短距離部Ａとを直線で結ぶように支持板１４の下端部１４ｂの外形を形成している。このため、支持板１４の下端部１４ｂは、下に凸な台形状となる。

　このような外形形状を有する支持板１４の主面（板面）には、複数の集水溝１６が形成されている。集水溝１６は支持板１４の両主面に形成され、いずれか一方の端部を、詳細を後述する集水部１８に接続することで、詳細を後述する濾膜２２を介して主面に接する被処理水を、集水部１８へと導くことが可能となる。支持板１４としては、集水溝に代えて膜面を平板上に保持するスペーサやネットなどを介在させて内部に通水路を設けた構造のものでも適用可能である。

　集水部１８は、支持板１４の両側面に配置される流水路である。集水部１８には吸引口２０が設けられ、吸引口２０に負圧が印加されることにより、支持板１４に形成された集水溝１６より吸引された被処理水が、集水部１８内部に流れ込み、吸引口２０を介して外部へ送水される。集水部１８は、支持板１４よりも厚みを厚く形成され、集水部１８の厚み方向中央部に、支持板１４が配置されるように構成されている。このような構成とすることにより、平膜エレメント１０を隣接配置した際に、隣り合う平膜エレメント１０の支持板１４間に隙間を形成することができ、気泡の通過する流路が確保できると共に、詳細を後述する濾膜２２同士の接触による濾膜２２の破損を防止することができる。なお、濾膜２２は、支持板１４の両主面に貼付され、被処理水を濾過する役割を担う。

　図２は、本実施形態に係る平膜エレメント１０を複数、隣接配置して構成される平膜ユニット５０である。平膜ユニット５０は、複数の平膜エレメント１０における濾膜２２の膜面を対向させ、集水部１８を重ね合わせるように配置して構成される。

　このように配置された平膜エレメント１０では、隣接配置された平膜エレメント１０の濾膜２２間をエアが通過することにより、隣り合う平膜エレメント１０の膜面間に位置する被処理水には、エアリフトの作用による上昇流が生ずることとなる。

　この際、濾膜２２の両端側には集水部１８が配置されるため、従来の平膜エレメントでは図３（Ａ）に示すように、濾膜上を流れる被処理水の流速は、集水部近傍よりも濾膜中央部の方が抵抗が少なくなるため、濾膜中央部の流れが速くなる。

　隣接する平膜エレメントの濾膜間に、このような速度分布を有する上昇流が生ずると、流速の高低に基づく圧力差が生ずることとなる。濾膜間に、このような圧力差が生ずると、圧力の低い部分、すなわち流速の早い中央部へ気泡が集中し易くなる。そして、中央部に集中した気泡は合一により粗大化し、上昇速度が加速することでさらなる流速の偏りを生み出すこととなり、濾膜の洗浄効率の低下、具体的には、濾膜端部側の洗浄効率の低下を招くこととなる（図３（Ｂ）参照）。また、粗大化して中央に集中した気泡は、平膜エレメントを歪ませて、隣接配置した平膜エレメント間の接触、破損を生じさせる要因にもなる。

　これに対して上述したような特徴を有する本実施形態に係る平膜エレメント１０では、集水部１８を配置した両端部よりも支持板の中央部の長さを長くしている。上述のような図３（Ａ）に見られる流速分布は、隣接配置された平膜エレメント１０における濾膜２２の膜面間においても生ずるため、支持板１４の対向領域が長いほど、被処理水の受ける抵抗が大きくなり、エアリフトによって生ずる上昇流の速度が加速することを抑制する。そして図４（Ａ）に示すように、本実施形態の平膜エレメント１０では、支持板１４の長距離部Ｂにおける対向領域（Ｂ－Ｂ断面）は、短距離部Ａの対向領域（Ａ－Ａ断面）に比べて垂直距離が長い。このため、長距離部Ｂである支持板１４の中央部では、エアリフトによって生ずる上昇流の加速化が生じにくく、圧力差によって生ずる気泡の集中肥大を避けることができる。このため、図４（Ｂ）に示すように、気泡を分散させることができる。

　これにより、濾膜２２の洗浄効果の向上、すなわち濾膜２２の洗浄率の偏りの防止、および濾膜２２の効果的な洗浄による被処理水の濾過効率の向上を図ることが可能となる。また、支持板１４を樹脂により構成する平膜エレメント１０の歪みを抑制し、濾膜２２の接触による破損等も防止することができる。さらに、洗浄効果の向上を図ることができるため、濾膜２２の不可逆的な膜閉塞を抑制することができる。これにより、薬品洗浄の頻度を減らすことができ、濾膜寿命の延命化を図ることもできる。
　このような平膜エレメント１０を積層した図２に示すような平膜ユニット構成とし、また、図１３に示すように平膜ユニットを処理槽に浸漬し、下部から散気手段によって散気しつつ膜濾過する浸漬平膜濾過装置の構成とすることで、濾膜寿命が長く、設備コストの低減効果が大きくなるメリットがある。

　図５は、本実施形態に係る平膜エレメント１０の第１の変形例である。図１に示す実施形態では、長距離部Ｂと短距離部Ａとを直線で結ぶ形態とし、支持板１４の下端部１４ｂに台形形状を形成していた。これに対して図５に示す変形例では、長距離部Ｂと短距離部Ａを曲線で結ぶように、支持板１４の下端部１４ｂを形成した。このため、本実施例に係る平膜エレメント１０ａでは、支持板１４の下端部１４ｂの形状が円弧状を成すこととなる。

　支持板１４の形状をこのようなものとした場合であっても、支持板１４の上端部１４ａと下端部１４ｂとを結ぶ垂直距離に、長距離部Ｂと短距離部Ａを有する構造となるため、上記実施形態に係る平膜エレメント１０と同様な効果を得ることができる。

　図６は、本実施形態に係る平膜エレメント１０の第２の変形例である。図５に示した第１の変形例では、支持板１４の下端部１４ｂ全体を円弧状に形成している。これに対して本変形例に係る平膜エレメント１０ｂでは、長距離部Ｂを構成する領域（長距離部領域）に直線部を残しつつ、長距離部Ｂと短距離部Ａを結ぶ辺を曲線により構成している。

　次に、本発明の浸漬平膜エレメントに係る第２の実施形態について、図７を参照して説明する。本実施形態に係る平膜エレメント１１０は、その殆どの形態を上述した第１の実施形態に係る平膜エレメント１０と同一とする。よって、その機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して、詳細な説明は省略するものとする。

　本実施形態に係る平膜エレメント１１０は、上述した第１の実施形態に係る平膜エレメント１０に比べ、支持板１４における短距離部Ａの形成領域（短距離部領域）を広げ、長距離部Ｂの形成領域（長距離部領域）を狭めた点を特徴とする。このような形態的特徴を有する平膜エレメント１１０によれば、濾膜２２の両端側（左右側）に位置する短距離部Ａの領域を広げたことにより、当該部分に生ずる上昇流の加速度を向上させることができる。このため、気泡の中央集中化が促進されるような被処理水であっても、気泡の中央集中化を効果的に抑制することが可能となる。
　なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る平膜エレメント１０と同様である。

　図８は、本実施形態に係る平膜エレメント１１０の変形例である。本変形例は、上述した第１の実施形態における第１の変形例と同様に、長距離部Ｂと短距離部Ａを曲線で結び、支持板１４の下端部１４ｂの形状を円弧状としている。なお、本変形例では、短距離部Ａの領域を広く確保しているため、円弧状の下端部１４ｂの両端側に、直線部が設けられることとなる。
　支持板１４の形状をこのようなものとした場合であっても、上記第２の実施形態に係る平膜エレメント１１０と同様な効果を得ることができる。

　次に、本発明の浸漬平膜エレメントに係る第３の実施形態について、図９を参照して説明する。本実施形態に係る平膜エレメント２１０も、その殆どの形態を上述した第１、第２の実施形態に係る平膜エレメント１０，１１０と同一としている。よって、その機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して、詳細な説明は省略するものとする。

　本実施形態に係る平膜エレメント２１０は、支持板１４に形成する長距離部Ｂを一点とし、両端部に位置する短距離部Ａに向けて伸びる直線に沿って支持板１４の下部形状を定めている。このため、本実施形態に係る平膜エレメント２１０における支持板１４の下端部１４ｂの形状は、下に凸な三角形となる。このような端部形状を有する支持板１４を備える平膜エレメント２１０では、より粘度の高い被処理水であっても、気泡の分散化を図ることができる。

　図１０は、本実施形態に係る平膜エレメント２１０の変形例である。本変形例は、上述した第１の実施形態における第１の変形例と同様に、長距離部Ｂと短距離部Ａを曲線で結んでいるが、本変形例に係る平膜エレメント２１０ａでは、円弧部を上に向けるようにして辺を形成しているため、１点とした長距離部Ｂが鋭角に張り出す形状となっている。支持板１４の形状をこのようなものとした場合であっても、上記第３の実施形態に係る平膜エレメント２１０と同様な効果を得ることができる。

　次に、本発明の浸漬平膜エレメントに係る第４の実施形態について、図１１を参照して説明する。本実施形態に係る平膜エレメント３１０も、その殆どの形態を上述した第１、第２、および第３の実施形態に係る平膜エレメント１０，１１０，２１０と同一としている。よって、その機能を同一とする箇所には、図面に同一符号を付して、詳細な説明は省略するものとする。

　本実施形態に係る平膜エレメント３１０は図１１に示すように、１つの支持板１４に対して、複数（図１１においては２箇所）の長距離部Ｂおよび複数（図１１においては３箇所）の短距離部Ａを備える構成としている。
　このような形態とした場合であっても、上述した各実施形態に係る平膜エレメントと同様に、上昇する気泡の分散化を図ることができる。

　また、上記実施形態ではいずれも、支持板１４の下端部１４ｂの形状のみを変化させ、支持板１４の下端部１４ｂに凸部を形成するように示した。しかしながら、長距離部Ｂの形成は支持板１４の上端部１４ａを利用して行うようにしても良い。例えば第１の実施形態に係る平膜エレメント１０の上端部１４ａを変形させると、図１２に示すような形態となり、支持板１４の下端部１４ｂに加え上端部１４ａにも凸状の台形を備えた形態となる。このような形態の支持板１４を備える平膜エレメント１０ｃによれば、抵抗となる長距離部Ｂの長さをより長くすることができる。よって、気泡が中央へ集中し、肥大化することの抑制効果を向上させることができる。

　本発明は浄水処理場など、水処理設備への利用が可能である。

１０………平膜エレメント、１２………ベースフレーム、１４………支持板、１４ａ………上端部、１４ｂ………下端部、１６………集水溝、１８………集水部、２０………吸引口、２２………濾膜、５０………平膜ユニット。

Claims

　支持板に濾膜を貼って濾過水を得る平膜エレメントであって、
　前記支持板の上端部と下端部とを結ぶ垂直距離に、水平方向における変化を持たせ、長距離部と短距離部を設けたことを特徴とする浸漬平膜エレメント
　浸漬平膜濾過装置の平膜エレメントであって、
　集水溝を有する支持板と当該支持板の側面に配置される集水部とを有するベースフレームと、
　前記支持板の両主面に配置される濾膜を備え、
　前記支持板の上端部と下端部とを結ぶ垂直距離に、水平方向における変化を持たせ、長距離部と短距離部を設けたことを特徴とする浸漬平膜エレメント。
　前記支持板の上端部および下端部のうちの少なくとも一方は、前記長距離部と前記短距離部とを結ぶ直線部を有することを特徴とする請求項１に記載の浸漬平膜エレメント。
　前記支持板の上端部および下端部のうちの少なくとも一方は、前記長距離部と前記短距離部とを結ぶ曲線部を有することを特徴とする請求項１に記載の浸漬平膜エレメント。
　前記長距離部は、前記支持板における水平方向中央部に設けられ、
　前記短距離部は、前記支持板における水平方向両端部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の浸漬平膜エレメント。
　前記長距離部と前記短距離部は、１つの前記支持板に対して複数設けられることを特徴とする請求項１に記載の浸漬平膜エレメント。
　支持板に濾膜を貼って濾過水を得る平膜エレメントを、濾膜面を対抗させて隙間を形成しつつ複数積層した平膜ユニットであって、
　前記各平膜エレメントにおける支持板の上端部と下端部とを結ぶ垂直距離に、水平方向における変化を持たせ、長距離部と短距離部を設けたことを特徴とする浸漬平膜ユニット。
　処理槽内の被処理水中に、濾膜面を対向させて隣接配置された複数の平膜エレメントを垂直に浸漬させ、前記複数の平膜エレメントの下方に散気手段を配置した浸漬平膜濾過装置であって、
　前記各平膜エレメントにおける支持板の上端部と下端部とを結ぶ垂直距離に、水平方向における変化を持たせ、長距離部と短距離部を設けたことを特徴とする浸漬平膜濾過装置。