特許 6077223 排水膜濾過装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6077223

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】排水膜濾過装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 1/44 20060101AFI20170130BHJP

   B01D 65/02 20060101ALI20170130BHJP

【ＦＩ】

   C02F1/44 A

   B01D65/02 520

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-113233(P2012-113233)

(22)【出願日】2012年5月17日

(65)【公開番号】特開2013-237029(P2013-237029A)

(43)【公開日】2013年11月28日

【審査請求日】2015年4月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】500312894

【氏名又は名称】サンスイエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(72)【発明者】

【氏名】亀田 英世

【審査官】 宮部 裕一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−０２８４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１２５３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２５５７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１４２７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０００６００３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０６６４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２５５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３４４８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ ６５／０２

Ｃ０２Ｆ ３／００

Ｃ０２Ｆ ３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排水中の懸濁物質を濾過膜によって濾過するための装置であって、
濾過対象の排水を貯留する濾過槽と、
前記濾過槽内に設置されて、多数の多孔質の濾過膜によって前記排水を濾過する濾過膜モジュールと、
前記濾過槽内に設置されて、前記濾過膜モジュールの濾過膜の濾過表面を洗浄するための空気を供給するディフューザと、
を備え、
前記ディフューザが、外部からの空気の導入空間を形成するディフューザ本体と、このディフューザ本体の鉛直方向下方を向く平面上に突設されて、前記導入空間に導入された空気を前記濾過槽内に噴出する円筒形状のノズルとを有しており、
前記ノズルの空気を噴出する噴出口が下方を向くように、前記濾過槽内に設置されており、かつ、隣接する前記濾過膜モジュール間に配置されており、
前記濾過膜モジュールの濾過膜は、その最下端の鉛直方向位置が、前記ノズルの噴出口と前記ディフューザ本体の鉛直方向下方を向く平面との間となるように配置されている、排水膜濾過装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、工場排水のような懸濁物質を含む排水の処理に使用される、濾過膜を用いた排水膜濾過装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、工場排水のような懸濁物質を含む排水を浄化するための排水処理設備において、曝気槽の下流に、濾過膜を利用する膜濾過槽を設置して、曝気槽で発生した汚泥を濾過することが行われている（例えば、特許文献１）。

【0003】

このような濾過膜モジュールを用いた排水膜濾過装置では、濾過膜の目詰まりによって排水処理能力が低下するのを防ぐために、膜濾過槽内に濾過膜洗浄用の空気を供給するディフューザを設置して、濾過膜モジュールの下方から空気を供給することにより、濾過膜の表面の洗浄が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−０９４０８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、膜濾過槽の下方に配置されるディフューザに、上向きに設けられた空気の噴出口には、排水に含まれる汚泥が付着し易く、汚泥塊として成長した場合には噴出口を詰まらせる。その結果、空気による濾過膜の洗浄が妨害されて、濾過膜にも目詰まりが発生し、継続して排水処理を行うことが困難になるという問題があった。

【0006】

本発明の目的は、上記の課題を解決するために、濾過膜の洗浄用空気を供給するディフューザの噴出口が詰まることを防止することにより、安定的に排水処理を継続することが可能な排水膜濾過装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記した目的を達成するために、本発明に係る排水膜濾過装置は、排水中の懸濁物質を濾過膜によって濾過するための装置であって、濾過対象の排水を貯留する濾過槽と、前記濾過槽内に設置されて、多数の多孔質の濾過膜によって前記排水を濾過する濾過膜モジュールと、前記濾過槽内の、前記濾過膜モジュールよりも下方に設置されて、前記濾過膜モジュールの濾過膜の濾過表面を洗浄する空気を供給するディフューザとを備え、前記ディフューザが、外部からの空気の導入空間を形成するディフューザ本体と、このディフューザ本体に突設されて、前記導入空間に導入された空気を前記濾過槽内に噴出する円筒形状のノズルとを有している。

【0008】

この構成によれば、濾過膜洗浄用の空気が、ディフューザ本体から直接ではなく、ディフューザ本体に突設されたノズルを介して濾過槽内に噴出されるので、ノズルの噴出口に汚泥が付着しても、ノズル内の狭い通路を通過してきた空気の圧力により、汚泥が容易に除去することができる。したがって、ディフューザの噴出口の詰まりが効果的に防止され、排水膜濾過装置を安定的に継続運転することができる。

【0009】

本発明の一実施形態に係る排水膜濾過装置において、前記ディフューザが、前記ノズルの空気を噴出する噴出口が下方を向くように、前記濾過槽内に設置されていることが好ましい。この構成によれば、ノズルの噴出口が下方を向いているため、噴出口に汚泥が堆積することが抑制され、一層効果的にディフューザの噴出口の詰まりが防止される。

【0010】

本発明の一実施形態に係る排水膜濾過装置において、前記ディフューザが、隣接する前記濾過膜モジュール間に配置されており、前記ノズルが、前記ディフューザ本体の下方を向く平面上に突設されていることが好ましい。この構成によれば、ノズルから噴出された洗浄用空気が濾過槽内を上昇するときに、ディフューザ本体の下方を向く平面が空気を偏向させる偏向板として機能し、空気が効率的に濾過膜モジュールの濾過膜の表面に接触しながら上昇するので、濾過膜の洗浄を効率的に行うことができる。

【発明の効果】

【0011】

以上のように、本発明に係る排水膜濾過装置によれば、濾過膜の洗浄用空気を供給するディフューザの噴出口が詰まることが防止され、安定的に排水処理を継続することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る排水膜濾過装置の構成を示す概略図であり、（ａ）が側面図、（ｂ）が正面図である。

【図2】図１の排水膜濾過装置適用される排水処理設備の一例を示すブロック図である。

【図3】図１の排水膜濾過装置の濾過槽の構造を示す斜視図である。

【図4】図３の濾過槽の要部を示す平面図である。

【図5】図１の排水膜濾過装置の内部の構造を示す正面図である。

【図6】図１の排水膜濾過装置の内部の構造を示す側面図である。

【図7】図１の排水膜濾過装置のディフューザの取付構造を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係る排水膜濾過装置１の構成を示す概略図である。この排水膜濾過装置１は、主に工場から排出される排水Ｗを浄化処理する排水処理設備で使用され、排水Ｗ中の汚泥のような懸濁物質を濾過膜によって濾過する装置であり、例えば、図２に示すように、この排水膜濾過装置１の上流側に配置された曝気槽３で処理された排水Ｗを濾過し、この濾過された処理水Ｆを下流側に配置された処理水槽５へ排出する。

【0015】

図１に示すように、排水膜濾過装置１は、濾過対象の排水Ｗを貯留する濾過槽１１と、濾過槽１１内に設置されて排水Ｗを濾過する複数の濾過膜モジュール１３とを備えている。濾過槽１１の後方（図１（ａ）の右側）の下方には、曝気槽３（図２）からの排水Ｗを濾過槽１１内に導入する導入管１５が接続されている。導入管１５は、濾過槽１１内の底部で、濾過槽１１の長手方向に直交する幅方向Ｙに延設されており、導入された排水Ｗを後方底部の壁面に向けて噴射する噴射口を有している。

【0016】

また、濾過槽１１の一側面（図１（ａ）の例では手前側）には、濾過膜モジュール１３で濾過された処理水Ｆを濾過槽１１の外方へ導出する複数の導出管１７と、この導出管１７を介して導出された処理水Ｆを集水する集水ヘッダ１９と、集水ヘッダ１９に集められた処理水Ｆを処理水槽５（図２）へ排出する排出管２１とが設けられている。濾過槽１１の前面の上方には、未処理の排水Ｗを曝気槽３へ返送する返送管２３が接続されている。さらに、濾過槽１１の、前方（図１（ａ）の左側）、つまり前記導入管１５が接続されている側と反対側の下方には、排水膜濾過装置１を停止して濾過槽１１内の洗浄を行うときに濾過槽１１内の排水を外部へ排出する排水管２４が接続されている。

【0017】

濾過槽１１の後面、つまり返送管２３が接続されている面の反対側の面には、開閉扉２５が設けられている。つまり、濾過槽１１の本体２７の後面は開口部２７ａとして形成されており、図３に示すように、この開口部２７ａが開閉扉２５によって開閉可能に覆われている。開閉扉２５は、ヒンジ機構２９を介して、濾過槽本体２７に回動可能に連結されている。

【0018】

開閉扉２５と濾過槽本体２７との間の密閉性を確保するために、濾過槽本体２７の開口部２７ａの周縁の枠部２７ｂには、弾性材料からなるシール部材３１が取り付けられている。さらに、濾過槽本体２７の枠部２７ｂには複数のボルト孔３３が設けられており、開閉扉２５の、ボルト孔３３に対応する各部分にはボルト挿通孔３５が設けられている。開閉扉２５を閉じた状態で、図４に示すように、ボルト３７を外側から開閉扉２５のボルト挿通孔３５に挿通し、濾過槽本体２７のボルト孔３３に螺合させることにより、開閉扉２５を濾過槽本体２７に密着させた状態で、開口部２７ａを塞ぐことができる。

【0019】

また、開閉扉２５と濾過槽本体２７との間の密閉性を一層高めるために、ヒンジ機構２９は、回動可能であるのみならず、開閉扉２５を閉じた状態で、開閉扉２５を濾過槽本体２７に対して濾過槽１１の長手方向Ｘに平行に位置調整することが可能な構造を有している。具体的には、ヒンジ機構２９は、開閉扉２５の連結部２５ａに取り付けられた回動軸３９と、濾過槽本体２７の連結部分に設けられた、回動軸３９を回転可能に支持する回動支持部材４１とで構成されており、回動支持部材４１の回動軸３９を挿通させる挿通孔４１ａが、濾過槽１１の長手方向Ｘに延びる長孔として形成されている。

【0020】

図５に示す濾過膜モジュール１３は、濾過膜として中空糸膜５１を使用している。具体的には、濾過膜モジュール１３は、多数の中空糸膜５１を結束して形成した中空糸膜束５３を、幅方向Ｙに直線状に並べたものである。本実施形態で使用する濾過膜モジュール１３は、外圧クロスフロー式、すなわち、排水Ｗを各中空糸膜５１の外側から内側へ通過させて、中空糸膜５１の外表面で排水を濾過する構成としている。

【0021】

中空糸膜５１は、閉塞端５１ａと開口端５１ｂを有しており、多数の中空糸膜５１のこれら両端５１ａ、５１ｂがそれぞれ結束されて中空糸膜束５３が形成される。中空糸膜束５３の閉塞端５１ａ側が、濾過槽１１内の鉛直方向Ｚのほぼ中央に配置された円筒状の支持固定管５５に接続、かつ固定され、開口端５１ｂ側が、濾過槽１１内の鉛直方向Ｚの下方に配置された円筒状の集水固定管５７に接続、かつ固定されている。複数の中空糸膜束５３が、両固定管５５，５７の軸心方向、つまり濾過槽１１の幅方向Ｙに沿って順次上記のように接続されて、濾過膜モジュール１３が形成されている。濾過槽１１内には、複数（本実施形態では３０）の濾過膜モジュール１３が、濾過槽１１の長手方向Ｘに複数並べて配置されている。

【0022】

なお、中空糸膜５１を形成する素材としては、一般的に用いられている材料、例えばポリフッ化ビニリデン樹脂、テフロン（登録商標）、ポリスルホン樹脂、セラミック、多孔質ガラス、金属などを使用することができる。また、中空糸膜５１の孔径は、排水の種類や除去すべき懸濁物質の種類によって適宜選択してよいが、例えば０．０００１〜０．５μｍの範囲にあることが好ましい。

【0023】

濾過層１１内の下方の、濾過膜モジュール１３の集水固定管５７の近傍には、濾過膜モジュール１３の中空糸膜５１の外表面を洗浄するための空気Ａを供給するディフューザ６１が設けられている。ディフューザ６１は、濾過槽１１の幅方向Ｙを長手方向とする直方体形状のディフューザ本体６１ａと、ディフューザ本体６１ａに突設されて、空気Ａを濾過槽１１内に噴出する円筒状のノズル６１ｂとを有している。ノズル６１ｂは、ディフューザ本体６１ａの長手方向に沿って複数配設されている。外部のブロワＢ（図２）から送給された空気Ａは、ディフューザ本体６１ａ内に形成された導入空間６２に導入される。

【0024】

図６に示すように、複数のディフューザ６１は、それぞれが、隣接する濾過膜モジュール１３，１３間に配置される。各ディフューザ６１は、ノズル６１ｂの噴出口６３が下向きとなるように濾過槽１１内に設置される。すなわち、各ディフューザ６１において、ノズル６１ｂは、ディフューザ本体６１ａの４つの側面のうちの一側面６１ａａ上に、この側面６１ａａにほぼ垂直に突設されており、ディフューザ本体６１ａのノズル６１ｂが設けられた平面である側面６１ａａが鉛直方向Ｚの下方を向くように、ディフューザ６１が濾過槽１１に取り付けられる。

【0025】

また、ディフューザ６１が濾過槽１１に取り付けられた状態で、ディフューザ６１のノズル６１ｂの噴出口６３は、隣接する濾過膜モジュール１３の集水固定管５７の上面、つまり、中空糸膜５１の、濾過槽内１１に露出する部分の最下端（以下、単に「最下端」という。）５１ａよりも下方に位置している。さらに、上記側面６１ａａは、中空糸膜５１の最下端５１ａよりも上方に位置している。すなわち、中空糸膜５１の最下端５１ａは、その鉛直方向Ｚの位置が、ノズル６１ｂの最下端である噴出口６３と、ノズル６１ｂの最上端である上記側面６１ａａとの間となるように配置されている。

【0026】

さらに、ディフューザ６１が濾過槽１１に取り付けられた状態で、ディフューザ本体６１ａが隣接する濾過膜モジュール１３に近接していることが好ましい。具体的には、ディフューザ本体６１ａの幅方向寸法（濾過槽１１の長手方向Ｘの寸法）をＤとした場合、濾過膜モジュール１３の集水固定管５７の幅方向端との長手方向Ｘの距離が、０以上かつＤ／２以下の範囲にあることが好ましい。

【0027】

ディフューザ本体６１ａに噴出口を直接形成した場合は、噴出口からディフューザ本体６１ａ内に汚泥が流入しやすく、またディフューザ本体６１ａ内で汚泥が乾燥して汚泥塊が容易に成長する。これに対して、本実施形態のように、ノズル６１ｂを設けて、ノズル６１ｂの先端に噴出口６３を形成した場合、ブロワＢの運転中に、ノズル６１ｂの先端に汚泥が付着しても、汚泥塊がある程度成長すると、細い円筒状のノズル６１ｂ内を通過する空気流の圧力によって容易にノズル６１ｂから剥離する。また、ブロワＢの停止中であっても、排水Ｗは細い円筒状のノズル６１ｂの内部でとどまり、容易にはディフューザ本体６１ａ内まで流入しない。すなわち、ディフューザ６１の噴出口６３を、ディフューザ本体６１ａに直接設けるのではなく、ディフューザ本体６１ａから突設したノズル６１ｂの先端に設けたことにより、ディフューザ６１の噴出口６３の汚泥による詰まりが抑制される。

【0028】

さらに、各ディフューザ６１において、ノズル６１ｂを、ディフューザ本体６１ａの４つの側面のうちの一側面６１ａａ上に、この側面６１ａａに垂直に突設し、ノズル６１ｂの先端の噴出口６３が鉛直方向の下方を向くように、ディフューザ６１を濾過槽１１に取り付けたことにより、噴出口６３から濾過槽１１内の水中に噴出された洗浄用の空気Ａが、上昇時に、ノズル６１ｂが突設されている側面６１ａａに衝突して長手方向Ｘに、つまり近接する濾過膜モジュール１３に向かう方向に偏向される。すなわち、ディフューザ本体６１ａの下向きの側面６１ａａが、洗浄用空気Ａを偏向させる偏向板として機能し、空気Ａが効率的に濾過膜モジュール１３の各中空糸膜５１の外表面に接触しながら上昇するので、中空糸膜５１の洗浄を効率的に行うことができる。

【0029】

なお、本実施形態では、ディフューザ本体６１ａが直方体形状を有する例について説明したが、ディフューザ本体６１ａの形状はこれに限られない。少なくとも、ディフューザ本体６１ａの、ノズル６１ｂが突設される部分が平面状に形成されており、この面が下向きに配置されていれば、上記の洗浄用空気Ａを偏向させる効果が得られる。

【0030】

図５に示すように、ディフューザ本体６１ａの一端面には、空気Ａの導入口となる円筒状の導入ポート７１が設けられており、ディフューザ本体６１ａの他端面には、扁平状の係合突起７３が設けられている。濾過槽１１内の一方の側面には、外部から空気Ａを導入する空気導入路７５が長手方向Ｘに延設されており、空気導入路７５から濾過槽１１の幅方向内側に向かって、円筒状の空気導入管７７が突設されている。濾過槽１１内の他方の側面には、図７に示すように、ディフューザ本体６１ａの突起７３を受ける係合凹部７９を有する支持ソケット８１が設けられている。支持ソケット８１は、樹脂のような弾性材料で形成されている。

【0031】

係合突起７３は、その断面が、細長い長円形状を有している。一方、支持ソケット８１の係合凹部７９は、係合突起７３の断面の長円形状における両直線部分７３ａ，７３ａの一方に当接する基部７９ａと、この基部７９ａから突設された、係合突起７３の断面の長円形状における両端部の円弧状部７３ｂ，７３ｂに対応する２つの突片７９ｂ、７９ｂとを有している。

【0032】

図５のディフューザ本体６１ａの導入ポート７１を空気導入管７７に嵌合させた状態で、ディフューザ本体６１ａの突起７３を、図７に示す支持ソケット８１の係合凹部７９に係合させることにより、ディフューザ６１が濾過槽１１内に支持される。ディフューザ本体６１ａの突起７３を支持ソケット８１の係合凹部７９に係合させる際には、同図に示すように、突起７３の一方の円弧状部７３ｂを係合凹部７９の一方の突片７９ｂの内側面に当接させ、この突片７９ｂを弾性変形させた状態で、突起７３の他方の円弧状部７３ｂを係合凹部７９の他方の突片７９ｂの内側面に嵌め込む。このようにして、追加のボルトのような連結部材を用いることなく、容易に、かつ確実にディフューザ６１を濾過槽１１内に取り付けることができる。また、上記とは逆の手順によりディフューザ６１を濾過槽１１内から取り外せるので、ディフューザ６１の交換作業を容易に行うことができる。

【0033】

図１に示すように、各濾過膜モジュール１３で濾過された処理水Ｆは、導出管１７を介して集水ヘッダ１９へ導出される。導出管１７は、複数の濾過膜モジュール１３のそれぞれに対して１つ設けられている。各導出管１７としては、透明または半透明のチューブが用いられる。さらに、各導出管１７には、開閉弁８５が設けられている。

【0034】

各濾過膜モジュール１３に対して、透明または半透明のチューブからなる導出管１７を１つ設けているので、中空糸膜５１が破損して排水Ｗのリークが発生した場合、リークを目視で容易に発見することができる。さらに、各導出管１７に開閉弁８５を設けているので、リークが発生した場合、その濾過膜モジュール１３に対応する開閉弁８５のみを閉じて、残りの濾過膜モジュール１３によって排水処理を一定期間継続することが可能となる。本実施形態に係る排水膜濾過装置１では、濾過膜モジュール１３を多数（３０組）使用しているので、そのうちの１つの濾過膜モジュール１３による処理を停止しても、残りの濾過膜モジュール１３における処理圧にほとんど影響を及ぼさない。

【0035】

集水ヘッダ１９へ導出された処理水Ｆは、排出管２１を介して処理水槽５へ排出される。排出管２１の、集水ヘッダ１９との接続部分である接続管部２１ａは、複数（本実施形態では２つ）に分岐した分岐管として形成されている。

【0036】

このように、排出管２１の集水ヘッダ１９との接続管部２１ａを複数に分岐させることにより、配水管１９の下流に配置された吸引ポンプＰによる吸引圧力の、集水ヘッダ１９内における分布が均一化される。各濾過膜モジュール１３にかかる吸引圧力に偏りが生じ、特定の濾過膜モジュール１３に吸引圧力が集中すると、その濾過膜モジュール１３が目詰まりを起こし易くなり、さらに、これに隣接する濾過膜モジュール１３に高い吸引圧力がかかって目詰まりを起こすという目詰まりの連鎖が発生しやすくなる。しかし、本実施形態では、各濾過膜モジュール１３に係る吸引圧力が均一化されるので、全体として長期に渡って目詰まりを起こさずに継続運転することが可能となる。なお、隣接する分岐管間の間隔Ｓ、および長手方向Ｘにおける最端部に位置する分岐管と、集水ヘッダ１９の端部との長手方向Ｘに沿った間隔Ｐの値は、分岐管の数や管径などの条件を考慮して、集水ヘッダ１９内に作用する吸引圧力が均一化されるように適宜設定してよい。

【0037】

以上のように、本実施形態に係る排水膜濾過装置１によれば、濾過膜洗浄用の空気Ａが、ディフューザ本体６１ａから直接ではなく、ディフューザ本体６１ａに突設されたノズル６１ｂを介して濾過槽１１内に噴出されるので、ノズル６１ｂの噴出口６３に汚泥が付着しても、ノズル６１ｂ内の狭い通路を通過してきた空気Ａの圧力により、汚泥が容易に除去することができる。したがって、ディフューザ６１の噴出口６３の詰まりが効果的に防止され、排水膜濾過装置１を安定的に継続運転することができる。

【0038】

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

【符号の説明】

【0039】

１ 排水膜濾過装置
３ 被処理液導入装置
５ 混合器
７ 濾過装置
９ ガス量調整装置
１１ 濾過槽
１３ 濾過膜モジュール
５１ 中空糸膜（濾過膜）
６１ ディフューザ
６１ａ ディフューザ本体
６１ｂ ノズル
６２ 導入空間
６３ 噴出口
Ａ 空気
Ｗ 排水
Ｆ 処理水

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】