JP4716599B2

JP4716599B2 - 集水ヘッダー及び膜モジュールユニット

Info

Publication number: JP4716599B2
Application number: JP2001152330A
Authority: JP
Inventors: 博行岡崎; 真澄小林; 賢治本城; 勝行矢ノ根; 学矢能
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: JP2002346343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜モジュールが接続され、濾過水を集めて流す集水ヘッダー及び膜モジュールユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
浄水処理、下排水処理等の水処理において、精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜を配設した膜モジュールを用いて被処理水の固液分離を行う方法が種々検討されている。分離膜を用いて被処理水の濾過処理を行うと、水質の高い処理水を得ることができる。
【０００３】
分離膜を用いて被処理水の固液分離を行う場合、濾過処理を継続するに従って懸濁物質（ＳＳ分）による分離膜の目詰まりが進行するため、濾過流量の低下、あるいは膜間差圧の上昇が生じる。このような状態から回復させるため、膜分離装置の下部に散気装置を設け、濾過を実施中もしくは濾過を停止中に散気を行って洗浄を行う技術が知られている。
【０００４】
特開平５−２６１２５３号公報、特開平６−３４２号公報、特開平６−３４０号公報等には、矩形のハウジングにシート状の中空糸膜を樹脂固定した中空糸膜モジュールを用いて、隣接する膜モジュールとの間隔を一定に保ち、散気装置による被処理水の流れを均一として安定した固液分離を行う方法が開示されている。
【０００５】
多数本の膜モジュールを、隣接する膜モジュールと均一な間隔に配設するために、膜モジュール接続用の穴が形成された管状の集水ヘッダーに多数本の膜モジュールを液密に接続し、濾過液を集合させて取り出す方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
集水ヘッダーの部材は、一体成型された部材を用いると安価に製作することができ、中でも樹脂の一体成型品は安価かつ加工が容易であるが、強度が弱いため、集水ヘッダーとして必要な強度を確保するためには、大型化せざるを得ず、コンパクトな構造にできないという問題点がある。
【０００７】
一方、金属部材等の強度の高い材料を用いる場合、部材に連続して多数のモジュール接続用の穴を開ける加工が非常に困難であり、成形コストが高くなるという問題がある。また、集水ヘッダ―部材のすべてを金属の厚板で形成すると、重量が重くなるという問題がある。
【０００８】
ここで、モジュール接続用の穴をあける部材に加工性に優れる部材の平板を用い、他の部材を強度に優れる部材の薄板とすれば、軽量、コンパクトでかつ強度の高い集水ヘッダーとすることができる。しかしながら、異なる部材は熱膨張率が異なるため、集水ヘッダーの形成時と使用時の温度が異なる場合に、接合部分において膨張収縮により寸法差が発生し、その結果液密が保たれず、リークが生じる懸念がある。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、軽量、コンパクトで、加工性に優れると共に、膜モジュール接続部材と集水部材とに異なる部材を使用しても、分離膜による固液分離処理を長期間にわたって安定して行うことのできる集水ヘッダーを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明の第一の要旨は、複数本の膜モジュールを接続し、各膜モジュールからの濾液を集め取り出すための集水ヘッダーにおいて、前記集水ヘッダーは、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選ばれるいずれかの樹脂、木材若しくは軽金属のいずれかからなる膜モジュール接続部材と、金属、セラミック、繊維強化プラスチック又はエンジニアリングプラスチックのいずれかからなる集水部材と、を有し、膜モジュール接続部材と集水部材とが異種部材からなると共に、該集水部材と該膜モジュール接続部材とが弾性部材からなる寸法変化吸収部を介して接合されていることを特徴とする集水ヘッダーにある。
【００１１】
また、膜モジュール接続部材を、弾性を有する部材を介して前記集水部材に接合すると、温度変化による寸法変化を確実に吸収できる。さらに、前記弾性部材の弾性率が１０００〜２５０００ｋｇ／ｃｍ^２であるとより好ましい。
また、膜モジュール接続部材、寸法変化吸収部材、集水部材とを棒状部材により貫通接合すると、各部材を確実に接合できる。
【００１２】
また、本発明の第二の要旨は、平板状の膜モジュールが、前述の集水ヘッダーに複数本接続されてなることを特徴とする膜モジュールユニットにある。
また、膜モジュールが、矩形のハウジング内部にシート状の中空糸膜束端部を収容し固定用部材で液密に固定されてなる中空糸膜モジュールであると、単位体積あたりの膜面積を高く取ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の形態例を説明する。
【００１４】
図１は本発明の集水ヘッダーの一例を示す斜視図であり、集水部材１と、膜モジュール接続部材３が接合されてなる。膜モジュールから取り出された濾液は集水ヘッダー中を流れ、取出し口９から取り出される。
集水部材１の材質は強度が高いものを用いることができ、金属、セラミック、ガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック、エンジニアリングプラスチック等を用いることができるが、金属を用いると、安価かつ強度が高いため好ましく、ステンレス鋼を用いると耐食性に優れ溶接が容易なためより好ましい。
また、形状は特に限定されないが、断面形状を多角形状とするのが強度を高くできるため好ましく、また四角形状とすると、膜モジュール接続部材３と接合し易くコンパクトな集水ヘッダーにできるためより好ましい。
【００１５】
集水部材１の、膜モジュール接続部材３と接合する面には、濾液が通るための穴４を形成する。濾液が通るための穴は、膜モジュールに対応する位置に一つづつ開けても構わないし、各々が連通する長穴としても構わない。穴４の大きさや形は、濾液が通過できれば特に限定はされない。
【００１６】
膜モジュール接続部材３の材質は例えば樹脂、木材、軽金属等の、加工が容易な部材を用いる。中でも樹脂は安価で成型性、加工性に優れるため好ましい。樹脂の種類としては、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂等を使用することができる。樹脂を用いた場合膜モジュール接続部材３は射出成形により容易に高精度のものが製作できるが、平板より切削加工で製作しても構わない。
膜モジュール接続部材３は、樹脂製の平板からなり、膜モジュール６が接続される位置に対応して膜モジュールの濾液取出し口７と概略同じ径の穴５が複数個開けられている。
また、一つの集水ヘッダーについて、一つの膜モジュール接続部材を用いても構わないが、図４のように、複数の膜モジュール接続部材に分割すると、一つの部材における温度変化による伸縮幅を小さくできるため好ましい。複数に分割する場合、膜モジュール接続部材の長さとして５〜６０ｃｍとすることが好ましく、１０〜４５ｃｍとすることがより好ましい。また、一つの膜モジュール接続部材に対し、膜モジュールの数として５〜５０個が接続できるようにすることが好ましく、１０〜２５個が接続できるようにするとより好ましい。
【００１７】
図２は、図１に示した集水ヘッダーのＡ−Ａ’面における断面図である。集水部材１と、膜モジュール接続部材３の間には、温度変化による寸法変化吸収部２を設けると、集水ヘッダーの製作時と使用時に温度変化があり、各々の部材が熱膨張率の違いに起因する伸縮によって寸法の変化が生じた際も、接合部分でこの寸法変化を吸収できるため、接合部分における液密不良によるリークを防止することができる。
【００１８】
弾性部材からなる寸法変化吸収部２は、可撓性樹脂が好適に用いられる。この際、弾性部材が柔らかすぎると変形しすぎて部材の液密を保つことが困難になり、一方硬すぎると寸法変化を吸収する効果が低くなることから、弾性部材の弾性率は１０００〜２５０００ｋｇ／ｃｍ^２の範囲が好ましい。なお、弾性率はＡＳＴＭＤ７４７に従って測定することができる。
【００１９】
また、寸法変化吸収部２の熱膨張率が、集水部材１と膜モジュール接続部材３のそれぞれの熱膨張率の間になるような部材を用いることによっても、集水部材１と膜モジュール接続部材３の接合不良を防止することができる。
【００２０】
寸法変化吸収部２と、集水部材１及び膜モジュール接続部材３とは、それぞれが液密に接合されるのであれば、接合方法は特に限定はされない。例えば、寸法変化吸収部２と、集水部材１及び膜モジュール接続部材３それぞれとを接着剤を用いて接着することもできるし、寸法変化吸収部２を挟んだ状態で集水部材１及び膜モジュール接続部材３の上から紐や針金で縛って固定することもできる。
【００２１】
また、図３に示すように、寸法変化吸収部２と、集水部材１及び膜モジュール接続部材３に穴をあけ、これに棒状部材８を貫通させて固定すると、より強固に固定できるため好ましい。棒状部材８の周囲の液密を保つ方法としては、例えば各部材に設ける穴を棒状部材８の径よりもやや小さくし、棒状部材８を強制的に押し込む方法、棒状部材８の周囲に接着剤、シールテープ、パッキン等を配して隙間をふさぐ方法等を用いることができる。
棒状部材８としては、ネジを用いると、確実に部材を固定できると共に、取付が簡便であるため好ましい。
【００２２】
寸法変化吸収部２は、硬化後に可撓性を有する接着剤を、集水部材１及び膜モジュール接続部材３に塗布することによって形成することもできる。この場合部品点数を少なくできかつ加工も容易であるため好ましい。使用する接着剤は、作業性を考慮すると一液硬化型が好ましい。ただし溶剤揮発型接着剤は硬化後に体積が不均一に減少して液密を保ちにくくなりやすいことから、湿気硬化型、酸素硬化型、熱硬化型等の、硬化後に体積が大きく変化しない接着剤を用いることが好ましい。
また、接着剤の種類は硬化後に可撓性を有しているものであれば特に限定はされず、例えばウレタン系接着剤、シリコーン系接着剤等を用いることができる。特にシリコーン系接着剤は適度な弾力性と耐久性を有するためより好ましい。
【００２３】
寸法変化吸収部２に接着剤を用いる場合、集水部材１及び膜モジュール接続部材３とを、前述した棒状部材５で固定すると、より確実に固定できるため好ましい。
この場合、集水部材１にネジ穴を設け、膜モジュール接続部材３の対応する場所にもネジの通る穴を設け、両部材の接合面に接着剤を塗布して接合した後、ネジで固定すると、簡便かつ確実に液密固定でき、温度変化により伸縮した際も両部材の液密が確保できるためより好ましい。
【００２４】
本発明の集水ヘッダーに複数個の膜モジュールを接続してなる膜モジュールユニットは、温度変化の生じるような場所に設置されても、液密不良によるリークを発生させず、長期間安定して濾過処理を行うことができる。
膜モジュールユニットを作成するにあたって、接続する膜モジュールは特に限定はされないが、平板状の膜モジュールを用いると、洗浄性が良好で閉塞しにくく、長期間安定濾過可能なため好ましい。中でも、図５に示すような平型に展開した中空糸膜モジュールを用いると、良好な洗浄性を保ちつつ集積効率を高めることができるためより好ましい。
【００２５】
膜モジュールを集水ヘッダーに接続する方法は、液密に接続できれば特に限定はされないが、膜モジュールの濾過液取り出し口にＯ−リングを配し、集水ヘッダーに形成された穴に濾過液取り出し口を差し込むことによって固定すると、簡便な構造ながら液密に固定でき、しかも膜モジュールの抜き差しが可能となるため好ましい。
【００２６】
集水ヘッダーは膜モジュールの形状や濾液取出し口の数等に応じて任意の数とすることができるが、各々の膜モジュールから集水ヘッダーへの濾液の流れができるだけ均等に流れるように設けることが好ましい。例えば図５に示す中空糸膜モジュールのように、中空糸膜の両端に濾液取出し口７がある場合は、一つの膜モジュールユニットあたり、集水ヘッダーは２つ設けるとよい。また、図５では中空糸膜両端部の集水管の一方の端部に濾液取出し口７があるが、集水管の両端部に濾液取出し口７を設けても構わない。その場合、集水ヘッダーは一つの膜モジュールユニットあたり４つ設けると良い。
【００２７】
さらに、図６に示すように、膜モジュール６を千鳥状態で配置することもできる。この場合、図６のように一本の集水ヘッダー４に膜モジュール接続用の穴を千鳥状態にあけたものを用いることもできるし、２つの集水ヘッダーをずらして並べることもできる。
【００２８】
なお、平型に展開したシート状中空糸膜モジュールを用いて膜モジュールユニットとする場合、シート面が鉛直方向を向くように配置することが洗浄効率の点で好ましい。この際、中空糸膜の繊維軸方向は水平方向若しくは鉛直方向を向くように配置する。
【００２９】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
＜実施例1＞
１．集水ヘッダーの作成
高さ４ｃｍ、巾４ｃｍ、厚さ１．５ｍｍ、長さ９０ｃｍのステンレス角パイプの両端に、濾過水流出口１２の溶接された、厚さ３ｍｍのステンレス板が溶接されてなる集水部材を作成した。
また、膜モジュール接続部材として、厚さ１．２ｃｍ、巾４ｃｍ、長さ２８ｃｍのＡＢＳ樹脂を用い、φ１．２ｃｍの穴を隣り合う穴の中心間距離が２ｃｍとなるように一列に１４個開け、さらに周辺角部の４カ所に、φ５ｍｍのネジ穴を設けた。
集水部材には、φ９ｍｍの穴を、膜モジュール接続部材の膜モジュール接続口に対応する位置に、一列に合計４２個空け、さらに膜モジュール接続部材の取り付け用ネジ穴に対応する位置に４ｍｍのネジ穴を設けた。
膜モジュール接続部材は６枚作成し、１本の集水部材に３枚の膜モジュール接続部材を、隣接する膜モジュール接続部材と２ｍｍの間隔を空けて取り付けた。取付は、集水部材と膜モジュール接続部材との接合面に、セメダイン（株）製セメダインスーパーＸホワイトを適量塗布して接合させ、さらにＭ４ネジにて固定することにより、集水ヘッダーを２本形成した。
本実施例で製作した集水ヘッダーの長さ方向中心線に対する水平、垂直方向の歪みは、水平、垂直方向共に２ｍｍ以下であった。
【００３０】
２．膜モジュールユニットの作成
精密濾過用ポリエチレン中空糸膜がスクリーン状に展開され、その両端部が集水管に固定された三菱レイヨン（株）製中空糸膜モジュール（商品名：ステラポアＳＵＲ、ハウジング長：１ｍ、中空糸膜の弛みがないように広げた際の相対するハウジングの濾液取出し口の中心同士の距離：３８．５ｃｍ）４２枚を、向かい合うように並べた２つの集水ヘッダーに接続した。中空糸膜モジュールは、スクリーンが垂直方向を向き、向かい合うハウジングの濾液取出し口の中心同士の距離が３７．７ｃｍとなるように接続した。そして、長さ９５ｃｍ、幅４５ｃｍ、高さ１１３ｃｍの上下方向を解放したケーシングに納めて膜分離装置とした。
【００３１】
３．濾過試験
前記膜分離装置を活性汚泥槽に浸漬させ、その下方には、膜モジュール下端部より４５ｃｍの距離に散気装置を設けた。散気装置は、長さ４０ｃｍ、内径２ｃｍの塩化ビニル製パイプ５本を、パイプの中心間距離１５ｃｍ間隔で中空糸膜の長手方向に平行となるように並べ、それぞれのパイプ下面には、長さ方向の中心と、中心の穴より長さの両方向に各１５ｃｍの位置に、φ４ｍｍの穴を合計３箇所開けて、両端を内径５ｃｍ、長さ８０ｃｍの塩化ビニル製パイプからなるヘッダー管１６に接続させたものを用いた。
【００３２】
そして、ブロワーを用いて空気をケーシングの水平方向の断面積あたり１００Ｎｍ^３／ｍ^２／ｈｒの強度で供給しながら、吸引ポンプを用いて膜濾過流速ＬＶ＝０．４ｍ^３／ｍ^２／ｄ、吸引／停止間隔１３分／２分の間欠運転にて６ヶ月間吸引濾過を実施した。
運転期間中の活性汚泥槽内のＳＳ濃度は８０００〜１２０００ｍｇ／Ｌの範囲にあり、活性汚泥の温度は２１℃〜３４℃の範囲であった。
【００３３】
６ヶ月間濾過を実施したところ、運転期間中に濾液中にＳＳ分が混入することは無く、良好に濾過を行うことができた。また、膜の差圧は運転開始時から＋８ｋＰａの上昇にとどまり、良好に安定運転する事ができた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の集水ヘッダーによれば、処理水槽中の水の温度が変動した場合でも集水ヘッダーの液密性を維持でき、水処理を安定に行うことができる。また高強度、軽量で取り扱いが容易であり安価であるうえ、簡単に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集水ヘッダーの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の集水ヘッダーの一例を示す断面図である。
【図３】本発明の集水ヘッダーの一例を示す断面図である。
【図４】本発明の集水ヘッダーの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の膜モジュールユニットに使用する膜モジュールの一例を示す斜視図である。
【図６】本発明の膜モジュールユニットの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１集水部材
２寸法変化吸収部材
３膜モジュール接続部材
４穴
５穴
６膜モジュール
７濾液取出し口
８棒状部材
９濾液取出し口

Claims

複数本の膜モジュールを接続し、各膜モジュールからの濾液を集め取り出すための集水ヘッダーにおいて、
前記集水ヘッダーは、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂及びポリオレフィン樹脂からなる群から選ばれるいずれかの樹脂、木材若しくは軽金属のいずれかからなる膜モジュール接続部材と、金属、セラミック、繊維強化プラスチック又はエンジニアリングプラスチックのいずれかからなる集水部材と、を有し、膜モジュール接続部材と集水部材とが異種部材からなると共に、該集水部材と該膜モジュール接続部材とが弾性部材からなる寸法変化吸収部を介して接合されていることを特徴とする集水ヘッダー。
前記膜モジュール接続部材、前記集水部材、前記寸法変化吸収部が、棒状部材により貫通接合されていることを特徴とする請求項１に記載の集水ヘッダー。
前記弾性部材が弾性接着剤からなる求項１または２に記載の集水ヘッダー。
前記弾性部材の弾性率が１０００〜２５０００ｋｇ／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項に記載の集水ヘッダー。
平板状の膜モジュールが、請求項１〜４いずれか一項に記載の集水ヘッダーに複数本接続されてなることを特徴とする膜モジュールユニット。
前記膜モジュールが、矩形のハウジング内部にシート状の中空糸膜束端部を収容し固定用部材で液密に固定されてなる中空糸膜モジュールであることを特徴とする請求項５記載の膜モジュールユニット