JP6771307B2 - 水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、水処理装置に関する。

有機物、微生物（細菌類等）、それらの残骸等を含む各種排水（工業排水、生活排水等）を処理する方法としては、処理槽内において排水を活性汚泥によって生物化学的に処理するとともに、処理槽内に浸漬された膜ユニットによって汚泥と処理水とを固液分離する膜分離活性汚泥法が知られている。

膜ユニットとしては、複数の中空糸膜エレメントが内部に配列された中空糸膜モジュールと、中空糸膜モジュールの下方に配置された複数の散気管を有する散気装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

膜ユニットにおいては、膜閉塞または膜破断、散気管の閉塞等が発生する場合があるため、定期的または臨時にメンテナンスを行う必要がある。メンテナンスの際には、膜ユニット全体を処理槽からクレーン等の重機、設備等で引き上げる必要があるため、クレーン等の重機、設備等を用意するための費用がかかるという問題がある。

メンテナンスの際に、処理槽内で膜エレメントを容易に抜き出すことができる膜ユニットが提案されている（特許文献２）。
しかし、膜エレメントの抜き出し方向が水平方向であるため、処理槽が狭い場合、処理槽内で膜エレメントを抜け出せないことがある。また、散気装置のメンテナンスを行う場合は、膜ユニット全体を処理槽からクレーン等の重機、設備等で引き上げる必要がある。

特開２００７−１５２１７９号公報 特開２００９−１４８７４３号公報

本発明は、メンテナンスの際に膜ユニット全体を水槽から引き上げる必要がなく、メンテナンスが必要な膜エレメントまたは散気管を含む膜ユニットの一部のみを水槽から引き上げることができる水処理装置を提供する。

本発明は、下記の態様を有する。
＜１＞水槽と、前記水槽内に存在する膜ユニットとを備えた水処理装置であり；前記膜ユニットが、少なくとも１つの矩形の膜エレメントと、少なくとも１つの散気管とを有する膜カセットの複数が集合した集合体であり；前記複数の膜カセットが、個々に出し入れ可能となるように、水槽内に配置されている、水処理装置。
＜２＞前記膜ユニットが、前記複数の膜カセットを収束させるように、前記集合体に着脱可能に装着された収束部材をさらに備えた、前記＜１＞の水処理装置。
＜３＞隣り合う前記膜カセットにおいて前記膜カセット間の境界を挟んで最も接近する膜エレメントの中心間距離Ｘと、前記膜カセットにおいて隣り合う前記膜エレメントの中心間距離Ｙとが、Ｘ≦３×Ｙを満足する、前記＜１＞または＜２＞の水処理装置。
＜４＞前記膜エレメントが、中空糸膜エレメントである、前記＜１＞〜＜３＞のいずれかの水処理装置。
＜５＞前記膜カセットを水槽内に配置した状態において、前記中空糸膜エレメントにおける中空糸膜の長さ方向が、鉛直方向に対して交差している、前記＜４＞の水処理装置。
＜６＞前記膜カセットが、前記膜エレメントと、前記膜エレメントの四辺を囲み、かつ少なくとも一部において前記膜エレメントを保持するフレームとを有し；前記膜カセットを水槽内に配置した状態において、前記フレームを構成する部材のうち、前記膜エレメントの下側にある部材が、散気管であり、前記膜エレメントの上側にある部材が、持ち手となる部材である、前記＜１＞〜＜５＞のいずれかの水処理装置。

本発明の水処理装置においては、メンテナンスの際に膜ユニット全体を水槽から引き上げる必要がなく、メンテナンスが必要な膜エレメントまたは散気管を含む膜ユニットの一部のみを水槽から引き上げることができる。

本発明の水処理装置の一例を示す斜視図である。 膜カセットの一例を示す斜視図である。 図２の膜カセットの断面図である。 膜エレメントの一例を示す正面図である。 収束部材の一例を示す斜視図である。 ２つの膜カセットを並んだ状態で配置した状態を示す側面図である。 水槽に膜カセットを挿入する様子を示す斜視図である。 水槽内に配置された複数の膜カセットの集合体に収束部材を装着する様子を示す斜視図である。 膜カセットの他の例を示す斜視図である。 膜カセットの他の例を示す斜視図である。

以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「膜エレメント」とは、膜（中空糸膜束、平膜等）が支持体（流路材を含む。）に固定されたものをいう。
「膜モジュール」とは、複数の膜エレメントを一体化したものをいう。
「膜カセット」とは、膜エレメントと散気管とが一体化し、複数の膜カセットが集合することによって１つの膜ユニットを構成し得るものをいう。
「膜ユニット」とは、複数の膜エレメントと散気手段とを備えたものをいう。膜モジュールと散気装置とを組み合わせたものであってもよく、複数の膜カセットが集合したものであってもよい。

＜水処理装置＞
図１は、本発明の水処理装置の一例を示す斜視図である。
水処理装置１は、水槽２と、水槽２内に存在する膜ユニット３と、膜ユニット３に集水ホース４を介して接続された集水ヘッダ５と、集水ヘッダ５に接続された吸引ポンプ（図示略）と、膜ユニット３に給気ホース６を介して接続されたブロア（図示略）と、吸引ポンプ、ブロア等に電気的に接続された制御装置（図示略）とを備える。

（水槽）
水槽２は、底部に接続された抜液管７を有する。抜液管７は、途中に抜液バルブ８を有する。
水槽２の底部に近い内側壁には、水槽２内の膜ユニット３の位置決めのための位置決め板９が突設されている。

（膜ユニット）
膜ユニット３は、複数の矩形（平型）の中空糸膜エレメント１１と、散気管２４とを有する膜カセット１０の複数が、中空糸膜エレメント１１が互いに平行となるように集合した集合体である。
膜ユニット３は、複数の膜カセット１０を収束させるように、膜カセット１０の集合体に着脱可能に装着された収束部材１２をさらに備える。膜ユニット３が収束部材１２を備えることによって、水槽２内の被処理水の流れによる膜カセット１０の移動が抑えられる。

膜ユニット３における複数の膜カセット１０は、収束部材１２を取り外した状態においては、水槽２内に固定されることなく、単に整列して配置されているだけであり、個々に出し入れ可能とされている。

膜ユニット３の１個あたりの膜カセット１０の数は、２〜５０個が好ましく、４〜２０個がより好ましい。膜ユニット３の１個あたりの膜カセット１０の数が前記範囲の下限値以上であれば、膜カセット１０の１個あたりの中空糸膜エレメント１１の数を減らすことができるため、膜カセット１０が重くなりすぎず、膜カセット１０を水槽２から人力で出し入れしやすい。膜ユニット３の１個あたりの膜カセット１０の数が前記範囲の上限値以下であれば、水槽２ならびに膜ユニット３がコンパクトになり、水処理装置１全体が簡易な構造になる。

（膜カセット）
膜カセット１０は、図２および図３に示すように、互いに平行に揃えられた複数の中空糸膜エレメント１１と、中空糸膜エレメント１１の四辺を囲み、かつ少なくとも一部において中空糸膜エレメント１１を保持するフレーム２１とを有する。

膜カセット１０の１個あたりの中空糸膜エレメント１１の数は、２〜２０個が好ましく、２〜１０個がより好ましい。膜カセット１０の１個あたりの中空糸膜エレメント１１の数が前記範囲の下限値以上であれば、膜ユニット３の１個あたりの膜カセット１０の数が多くなりすぎず、膜ユニット３の組み立てが容易である。膜カセット１０の１個あたりの中空糸膜エレメント１１の数が前記範囲の上限値以下であれば、膜カセット１０が重くなりすぎず、膜カセット１０を水槽２から人力で出し入れしやすい。

膜カセット１０の水平方向の長さは、５００〜２２００ｍｍが好ましく、１０００〜１２００ｍｍがより好ましい。
膜カセット１０の鉛直方向の高さは、３００〜１５００ｍｍが好ましく、７００〜８００ｍｍがより好ましい。
膜カセット１０の水平方向の厚さは、３０〜３００ｍｍが好ましく、８０〜１２０ｍｍがより好ましい。
膜カセット１０のサイズが前記範囲の下限値以上であれば、膜ユニット３の１個あたりの膜カセット１０の数が多くなりすぎず、膜ユニット３の組み立てが容易である。膜カセット１０のサイズが前記範囲の上限値以下であれば、膜カセット１０が重くなりすぎず、膜カセット１０を水槽２から人力で出し入れしやすい。

膜カセット１０の湿潤質量は、５〜４０ｋｇが好ましく、１５〜３０ｋｇがより好ましい。膜カセット１０の湿潤質量が前記範囲の下限値以上であれば、膜ユニット３の１個あたりの膜カセット１０の数が多くなりすぎず、膜ユニット３の組み立てが容易である。膜カセット１０の湿潤質量が前記範囲の上限値以下であれば、膜カセット１０を水槽２から人力で出し入れしやすい。
膜カセット１０の湿潤質量は、被処理水が入った水槽２内に膜カセット１０を１日以上浸漬した後、引き上げた直後の膜カセット１０の質量である。

（中空糸膜エレメント）
中空糸膜エレメント１１は、図４に示すように、複数の中空糸膜１３が一方向に引き揃えられた中空糸膜シート状物１４と；中空糸膜シート状物１４の中空糸膜１３の長さ方向の第１の端部が挿入された第１の取水管１５と；中空糸膜シート状物１４の中空糸膜１３の長さ方向の第２の端部が挿入された第２の取水管１６とを有する。

中空糸膜シート状物１４の第１の端部は、角筒状の第１の取水管１５の側壁に形成されたスリット部分から第１の取水管１５内に挿入され、中空糸膜１３の端部の開口を保った状態でポッティング材（図示略）によって液密に固定されている。
中空糸膜シート状物１４の第２の端部は、角筒状の第２の取水管１６の側壁に形成されたスリット部分から第２の取水管１６内に挿入され、中空糸膜１３の端部の開口を保った状態でポッティング材（図示略）によって液密に固定されている。

第１の取水管１５は、上端から中空糸膜１３の長さ方向の外方に突出して形成された第１の取水口１７と；下端から下方に突出して形成された第２の取水口１８とを有する。
第２の取水管１６は、上端から中空糸膜１３の長さ方向の外方に突出して形成された第１の取水口１９と；下端から下方に突出して形成された第２の取水口２０とを有する。

第１の取水管１５の第１の取水口１７は、中空糸膜１３でろ過され、第１の取水管１５内の集水空間に集められた液体を中空糸膜エレメント１１の外部に取り出すためのものである。第１の取水口１７は、後述するフレーム２１の第１の縦部材２２における集水ブロック２７の差込孔３４に嵌合することによって、集水ブロック２７に液体を取り出せるようにするとともに、中空糸膜エレメント１１をフレーム２１に固定するものである。
第１の取水管１５の第２の取水口１８は、後述するフレーム２１の第１の縦部材２２における下部固定ブロック２８の差込孔３６に嵌合することによって、中空糸膜エレメント１１をフレーム２１に固定するものである。

第２の取水管１６の第１の取水口１９は、後述するフレーム２１の第２の縦部材２３における上部固定ブロック３０の差込孔３７に嵌合することによって、中空糸膜エレメント１１をフレーム２１に固定するものである。
第２の取水管１６の第２の取水口２０は、後述するフレーム２１の第２の縦部材２３における下部固定ブロック３１の差込孔３８に嵌合することによって、中空糸膜エレメント１１をフレーム２１に固定するものである。

中空糸膜１３の材質としては、例えば、ポリスルホン系樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース誘導体、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、フッ素系樹脂（ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等）、ポリアミド、ポリエステル、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、これらの樹脂の共重合体、これらの樹脂の一部に置換基を導入したもの等が挙げられる。中空糸膜１３は、これらの樹脂のうちの１種以上を含むことが好ましい。
中空糸膜１３は、内層または外層に支持層を有していてもよい。支持層の材料としては、通液性を有するものが挙げられ、機械的強度および可とう性の点から、中空繊維材料（中空編物、中空組物等）が挙げられる。

第１の取水管１５および第２の取水管１６の材質としては、機械的強度および耐久性を有するものが好ましく、例えば、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、変成ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。第１の取水管１５および第２の取水管１６は、これらの樹脂のうちの１種以上を含むことが好ましい。

ポッティング材としては、例えば、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等）の硬化物、ポリウレタン樹脂、シリコーン系充填材、各種ホットメルト樹脂が挙げられる。

中空糸膜エレメント１１の中空糸膜１３の長さ方向の長さは、４００〜２０００ｍｍが好ましく、８００〜１２００ｍｍがより好ましい。
中空糸膜エレメント１１の取水管の長さ方向の長さは、３００〜１０００ｍｍが好ましく、４００〜７５０ｍｍがより好ましい。
中空糸膜エレメント１１の水平方向の厚さは、６〜５０ｍｍが好ましく、１０〜３０ｍｍがより好ましい。
中空糸膜エレメント１１のサイズが前記範囲の下限値以上であれば、中空糸膜エレメント１１の１個あたりの膜面積が十分に広くなる。そのため、膜カセット１０の１個あたりの中空糸膜エレメント１１の数が多くなりすぎないため、膜カセット１０が重くなりすぎず、膜カセット１０を水槽２から人力で出し入れしやすい。中空糸膜エレメント１１のサイズが前記範囲の上限値以下であれば、中空糸膜エレメント１１が重くなりすぎず、膜カセット１０を水槽２から人力で出し入れしやすい。

（フレーム）
フレーム２１は、複数の中空糸膜エレメント１１を保持する第１の縦部材２２および第２の縦部材２３と；第１の縦部材２２および第２の縦部材２３の下部同士を接続する散気管２４と；第１の縦部材２２および第２の縦部材２３の上部同士を接続する丸パイプからなる上部横部材２５とを有する。

（縦部材）
第１の縦部材２２は、断面コの字形の部材同士を突き合わせた断面Ｈ形の縦部材本体２６と；縦部材本体２６の中空糸膜エレメント１１とは反対側の溝の上部に位置し、ボルトで縦部材本体２６に固定された集水ブロック２７と；縦部材本体２６の中空糸膜エレメント１１側の溝の下部に位置し、ボルトで縦部材本体２６に固定された下部固定ブロック２８とを有する。

第２の縦部材２３は、断面コの字形の部材同士を突き合わせた断面Ｈ形の縦部材本体２９と；縦部材本体２９の中空糸膜エレメント１１とは反対側の溝の上部に位置し、ボルトで縦部材本体２９に固定された上部固定ブロック３０と；縦部材本体２９の中空糸膜エレメント１１側の溝の下部に位置し、ボルトで縦部材本体２９に固定された下部固定ブロック３１とを有する。

第１の縦部材２２における集水ブロック２７は、ブロック本体３２と、ブロック本体３２から上方に突出した吐水ノズル３３とを有する。ブロック本体３２には、縦部材本体２６に形成された貫通孔（図示略）を介して中空糸膜エレメント１１側に開放した複数の差込孔３４と；差込孔３４に連通し、かつ吐水ノズル３３に接続する集水流路３５とが形成されている。
第１の縦部材２２における下部固定ブロック２８には、上方に開放した複数の差込孔３６が形成されている。

第２の縦部材２３における上部固定ブロック３０には、縦部材本体２９のウェブ部に形成された貫通孔（図示略）を介して中空糸膜エレメント１１側に開放した複数の差込孔３７が形成されている。
第２の縦部材２３における下部固定ブロック３１には、上方に開放した複数の差込孔３８が形成されている。

第１の縦部材２２における集水ブロック２７は、差込孔３４に中空糸膜エレメント１１の第１の取水管１５の第１の取水口１７を嵌合することによって、中空糸膜エレメント１１から集水ブロック２７に液体を取り出せるようにするとともに、第１の縦部材２２によって中空糸膜エレメント１１を保持できるようにするものである。また、集水ブロック２７は、吐水ノズル３３に集水ホース４を接続することによって、集水流路３５から集水ヘッダ５に液体を取り出せるようにするものである。
第１の縦部材２２における下部固定ブロック２８は、差込孔３６に中空糸膜エレメント１１の第１の取水管１５の第２の取水口１８を嵌合することによって、第１の縦部材２２によって中空糸膜エレメント１１を保持できるようにするものである。

第２の縦部材２３における上部固定ブロック３０は、差込孔３７に中空糸膜エレメント１１の第２の取水管１６の第１の取水口１９を嵌合することによって、第２の縦部材２３によって中空糸膜エレメント１１を保持できるようにするものである。
第２の縦部材２３における下部固定ブロック３１は、差込孔３８に中空糸膜エレメント１１の第２の取水管１６の第２の取水口２０を嵌合することによって、第２の縦部材２３によって中空糸膜エレメント１１を保持できるようにするものである。

縦部材本体２６および縦部材本体２９の材質としては、例えば、金属（ステンレス鋼、チタン等）、樹脂（ポリ塩化ビニル、フッ素系樹脂、ポリオレフィン、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート等）が挙げられる。
集水ブロック２７のブロック本体３２および各固定ブロックの材質としては、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、変成ポリフェニレンエーテル等が挙げられる。

（散気管）
散気管２４は、第１の端部側が、第１の縦部材２２の縦部材本体２６を貫通し、第２の端部側が、第２の縦部材２３の縦部材本体２９を貫通したパイプ状の散気管本体３９と；散気管本体３９の第１の端部を封止するキャップ４０と；上方に屈曲した散気管本体３９の第２の端部に設けられた給気ノズル４１とを有する。
給気ノズル４１は、給気ホース６を接続することによって、ブロア（図示略）から散気管２４に空気を供給できるようにするものである。

散気管本体３９には、複数の散気穴４２が形成されている。
散気穴４２は、例えば、すべてが真下に開口したものであってもよく；真下から周方向に沿って前方に４５度傾いて開口したものと、真下から周方向に沿って後方に４５度傾いて開口したものとが交互に形成されたものであってもよい。

散気穴４２の開口径は、１〜８ｍｍが好ましく、２〜６ｍｍがより好ましい。散気穴４２の開口径が前記範囲の下限値以上であれば、散気穴４２が閉塞しにくい。また、散気穴４２を形成しやすい。散気穴４２の開口径が前記範囲の上限値以下であれば、散気管２４からの空気の量が多くなりすぎない。

散気穴４２のピッチ（中心間距離）は、１０〜３００ｍｍが好ましく、４０〜１５０ｍｍがより好ましい。散気穴４２のピッチが前記範囲の下限値以上であれば、散気穴４２の数が多くなりすぎず、空気を均一に散気できる。また、散気管２４からの空気の量が多くなりすぎない。散気穴４２のピッチが前記範囲の上限値以下であれば、中空糸膜シート状物１４において空気が当たりにくい箇所が減り、中空糸膜１３の洗浄効率が向上する。

散気管本体３９の材質としては、例えば、金属（ステンレス鋼、チタン等）、樹脂（ポリ塩化ビニル、フッ素系樹脂、ポリオレフィン、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート等）が挙げられる。

（上部横部材）
上部横部材２５は、膜カセット１０を水槽２から人力で出し入れする際に、持ち手となる部材である。
上部横部材２５は、溶接、接着、嵌合等によって第１の端部が第１の縦部材２２に固定され、第２の端部が第２の縦部材２３に固定される。
上部横部材２５の材質としては、例えば、金属（ステンレス鋼、チタン等）、樹脂（ポリ塩化ビニル、フッ素系樹脂、ポリオレフィン、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート等）が挙げられ、機械的強度が高い点から、金属が好ましい。

（収束部材）
収束部材１２は、図５に示すように、膜カセット１０の配列方向に延びる収束部材本体４３と、収束部材本体４３の第１の端部から下方に屈曲した第１の当接部４４と、収束部材本体４３の第２の端部から下方に屈曲した第２の当接部４５とを有する。

収束部材１２は、膜カセット１０の集合体において第１の縦部材２２が重なった部分または第２の縦部材２３が重なった部分に上方から嵌め合せることによって、膜カセット１０の最前列側および最後列側から第１の当接部４４および第２の当接部４５によって膜カセット１０の集合体を挟持し得る。

従来の大型の膜ユニットの場合、収束部材によって複数の膜ユニットを収束させることはない。収束部材は、簡易な構造を有する軽量な膜カセットの移動を抑えるために必要となる部材であり、収束部材の有無によって、本発明の膜ユニットと、従来の大型の膜ユニットとを区別することができる。

（膜カセットの配置）
膜ユニット３における膜カセット１０は、下記の条件を満足するように水槽２内に配置されていることが好ましい。
図６に示すように、隣り合う膜カセット１０において膜カセット１０間の境界を挟んで最も接近する中空糸膜エレメント１１の中心間距離Ｘと、膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１の中心間距離Ｙとが、Ｘ≦３×Ｙ（好ましくはＸ≦２×Ｙ）を満足する。

膜カセット１０が前記条件を満足するように配置されていれば、隣り合う膜カセット１０間の間隔が広くなりすぎず、隣り合う膜カセット１０間を通過する散気管２４からの空気の量が抑えられる。そのため、膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１間に散気管２４からの空気を十分に供給でき、中空糸膜１３の洗浄効率の低下が抑えられる。

膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１の中心間距離Ｙは、１０〜５０ｍｍが好ましく、１３〜４５ｍｍがより好ましい。Ｙが前記範囲の下限値以上であれば、膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１間に散気管２４からの空気を十分に供給でき、中空糸膜１３の洗浄効率の低下が抑えられる。Ｙが前記範囲の上限値以下であれば、膜カセット１０をコンパクトにできる。

膜ユニット３における膜カセット１０は、中空糸膜エレメント１１における中空糸膜１３の長さ方向が鉛直方向に対して交差するように水槽２内に配置されていることが好ましい。中空糸膜１３の長さ方向が鉛直方向に対して交差していれば、膜ユニット３が鉛直方向に長くなりすぎないため、水槽２が深くなりすぎない。そのため、膜カセット１０を水槽２から出し入れしやすい。

膜ユニット３における膜カセット１０は、中空糸膜エレメント１１の表面が鉛直方向に沿うように水槽２内に配置されていることが好ましい。中空糸膜エレメント１１の表面が鉛直方向に沿っていれば、膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１間に散気管２４からの空気を十分に供給でき、中空糸膜１３の洗浄効率が向上する。

（水処理装置の組み立て）
水処理装置１の組み立てについて図面を参照しながら説明する。

図７に示すように、底部に近い内側壁に間隔をあけて複数の位置決め板９が突設された水槽２を用意する。
図７に示すように、散気管２４の給気ノズル４１に給気ホース６が接続された膜カセット１０を、水槽２内に挿入し、水槽２内の位置決め板９の間に配置する。この際、持ち手となるフレーム２１の上部横部材２５を作業者が把持し、人力で膜カセット１０を水槽２内に挿入してもよい。

図８に示すように、水槽２内にすべての膜カセット１０を挿入し、配置した後、複数の膜カセット１０の集合体においてフレーム２１の第１の縦部材２２が重なった部分に、吐水ノズル３３を塞がないように上方から収束部材１２を嵌め合せる。また、膜カセット１０の集合体においてフレーム２１の第２の縦部材２３が重なった部分に、給気ホース６と重ならないように上方から嵌め合せる。このようにして、収束部材１２によって、膜カセット１０の最前列側および最後列側から膜カセット１０の集合体を挟持し、複数の膜カセット１０を収束させることによって、膜ユニット３が得られる。

図１に示すように、集水ホース４によって、膜ユニット３におけるフレーム２１の第１の縦部材２２の吐水ノズル３３と、集水ヘッダ５とを接続することによって、水処理装置１が得られる。

（水処理方法）
水槽２内に被処理水を貯め、被処理水を供給しながら、集水ヘッダ５に接続された吸引ポンプ（図示略）を作動させることによって、中空糸膜エレメント１１の中空糸膜１３でろ過され、第１の取水管１５内の集水空間に集められた液体を、中空糸膜エレメント１１からフレーム２１の第１の縦部材２２における集水ブロック２７に取り出し、さらに吐水ノズル３３に接続された集水ホース４を介して集水ブロック２７内の集水流路３５から集水ヘッダ５に取り出す。

ろ過と同時に、またはろ過を一旦中断して、給気ホース６を介して散気管２４の給気ノズル４１に接続されたブロア（図示略）を作動させることによって、ブロアから散気管２４に空気を供給する。散気管２４に供給された空気は、散気管本体３９の散気穴４２から散気され、中空糸膜エレメント１１に向かって上昇し、中空糸膜１３の表面を洗浄する。

（メンテナンス）
定期的なメンテナンス、または膜閉塞または膜破断、散気管の閉塞等が発生して臨時にメンテナンスする場合、吸引ポンプ（図示略）およびブロア（図示略）を停止し、引き上げ対象の膜カセット１０の吐水ノズル３３から集水ホース４を取り外す。また、複数の膜カセット１０の集合体から収束部材１２を取り外す。

引き上げ対象の膜カセット１０を水槽２内から引き上げ、メンテナンスを行う。この際、持ち手となる上部横部材２５を作業者が把持し、人力で膜カセット１０を水槽２内から引き上げてもよい。

（作用機序）
以上説明した水処理装置１にあっては、膜ユニット３が中空糸膜エレメント１１と散気管２４とを有する膜カセット１０の複数が集合した集合体であり、複数の膜カセット１０が個々に出し入れ可能となるように水槽内に配置されているため、メンテナンスの際に膜ユニット３全体を水槽２から引き上げる必要がなく、メンテナンスが必要な中空糸膜エレメント１１または散気管２４を含む膜ユニット３の一部、すなわち膜カセット１０のみを水槽２から引き上げることができる。膜カセット１０をコンパクトなものとすることによって、クレーン等の重機、設備等を用いることなく、人力でメンテナンスが必要な中空糸膜エレメント１１または散気管２４を含む膜カセット１０を水槽２から引き上げることができる。

また、膜ユニット３が、複数の膜カセット１０を収束させるように、膜カセット１０の集合体に着脱可能に装着された収束部材１２をさらに備えているため、水槽２内の被処理水の流れによる膜カセット１０の移動が抑えられる。
また、隣り合う膜カセット１０において膜カセット１０間の境界を挟んで最も接近する中空糸膜エレメント１１の中心間距離Ｘと、膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１の中心間距離Ｙとが、Ｘ≦３×Ｙを満足するため、隣り合う膜カセット１０間の間隔が広くなりすぎず、隣り合う膜カセット１０間を通過する散気管２４からの空気の量が抑えられる。そのため、膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１間に散気管２４からの空気を十分に供給でき、中空糸膜１３の洗浄効率の低下が抑えられる。

また、膜エレメントが、中空糸膜エレメント１１であるため、膜ユニット３の設置面積あたりの膜面積を大きく取ることができる。そのため、水槽２を小型化することができ、水処理装置１がコンパクトになる。
また、膜カセット１０が、中空糸膜エレメント１１と、中空糸膜エレメント１１の四辺を囲み、かつ少なくとも一部において中空糸膜エレメント１１を保持するフレーム２１とを有し、フレーム２１を構成する部材のうち、中空糸膜エレメント１１の下側にある部材が散気管２４であり、中空糸膜エレメント１１の上側にある部材が、持ち手となる上部横部材２５であるため、コンパクトで、取扱性がよく、かつ人力で持ち運びが可能である。そのため、膜カセット１０を水槽２から引き上げやすい。

（他の実施形態）
本発明の水処理装置は、水槽と、水槽内に存在する膜ユニットとを備えた水処理装置であり；膜ユニットが、少なくとも１つの矩形の膜エレメントと、少なくとも１つの散気管とを有する膜カセットの複数が集合した集合体であり；複数の膜カセットが、個々に出し入れ可能となるように、水槽内に配置されているものであればよく、図示例の水処理装置１に限定されない。

例えば、膜カセットにおける膜エレメントの数は、１つであってもよい。
膜カセットにおける散気管の数は、複数であってもよい。
膜カセットは、中空糸膜エレメントにおける中空糸膜の長さ方向が鉛直方向に沿うように水槽内に配置されていてもよい。
膜カセットは、中空糸膜エレメントの表面が水平方向に沿うように水槽内に配置されていてもよい。
膜カセットは、フレーム２１における、第１の縦部材２２の縦部材本体２６および第２の縦部材２３の縦部材本体２９が、図９に示すように、断面コの字形の部材であるものであってもよく、図１０に示すように、単なる板状の部材であるものであってもよい。
膜カセットは、膜エレメントと散気管とを有するものであればよく、図示例のようなフレームを有するものに限定はされない。

膜カセットにおける膜エレメントの固定手段は、図示例の固定手段に限定されない。
膜エレメントは、中空糸膜エレメントに限定されず、平膜エレメントであってもよい。
上部横部材は、図示例の丸パイプに限定されず、平板、丸棒、角棒、角パイプ、アングル（Ｌ字形）、チャンネル（コの字形）、Ｈ形等であってもよい。
収束部材は、複数の膜カセットを収束できるものであればよく、図示例の収束部材１２に限定されず、隣接する膜カセット１０同士を締結する締結部材（ボルトおよびナット）等であってもよい。
収束部材は、必ずしも設ける必要はない。
水槽内の位置決め板は、必ずしも設ける必要はない。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図４に示す中空糸膜エレメント１１を作製した。中空糸膜エレメント１１のサイズは、中空糸膜１３の長さ方向の長さが約１０００ｍｍ、取水管の長さ方向の長さが約６００ｍｍ、厚さが最大１８ｍｍであった。中空糸膜１３表面の合計膜面積は、５ｍ^２であった。

５枚の中空糸膜エレメント１１を用い、図２および図３に示す矩形の膜カセット１０を作製した。膜カセット１０のサイズは、水平方向の長さが１０７５ｍｍ、鉛直方向の高さが７８５ｍｍ、厚さが１００ｍｍであった。膜カセット１０の乾燥質量は、１７ｋｇであった。膜カセット１０において隣り合う中空糸膜エレメント１１の中心間距離Ｙは、１８ｍｍであった。

４個の膜カセット１０を用意した。散気管２４の給気ノズル４１に給気ホース６が接続された膜カセット１０を１つずつ、奥行き１２００ｍｍ、幅８００ｍｍ、深さ１５００ｍｍのステンレス鋼製の水槽２内に人力で挿入し、膜カセット１０同士の間隔が５ｍｍとなるように配置した。隣り合う膜カセット１０において膜カセット１０間の境界を挟んで最も接近する中空糸膜エレメント１１の中心間距離Ｘは、２３ｍｍであった。
集水ホース４によって、膜ユニット３におけるフレーム２１の第１の縦部材２２の吐水ノズル３３と、集水ヘッダ５とを接続することによって、水処理装置１を得た。

濁質成分として１５ｍｇ／Ｌのカオリンを含む被処理水を調製した。水槽２内に濁質を含んだ被処理水を深さ１３００ｍｍの位置まで入れた。
吸引ポンプを作動させ、膜ろ過運転を行い、ろ過水を得た。ろ過流量は４００Ｌ／分であった。同時に、ろ過流量と同じ流量の濁質を含んだ被処理水を給水ホース（図示略）から水槽２内に供給した。膜ろ過運転を３０分間行った。
吸引ポンプを停止し、同時に被処理水の供給を停止した。３０秒間にわたってブロアを作動させ、散気運転を行った。ブロアから供給された空気の風量は５５ｍ^３／時間であった。
以上の膜ろ過運転と散気運転とを１サイクルとし、合計１０サイクルになるまで運転を繰り返した。

抜液バルブ８を開き、水槽２内の濃縮水を抜液した。
水処理装置１の運転が停止していることを確認し、水槽２の横に高さ５００ｍｍの作業ステップを配置し、その上に立って膜カセット１０の１つを取り出した。このときホイストクレーン等の引き上げ設備を用いることなく、膜カセット１０を人力で引き上げることができた。膜カセット１０の湿潤質量は、２４ｋｇであった。

本発明の水処理装置は、各種排水（工業排水、生活排水等）の処理、地下水や河川水の処理、海水の淡水化処理等の用途に有用である。

１ 水処理装置、２ 水槽、３ 膜ユニット、４ 集水ホース、５ 集水ヘッダ、６ 給気ホース、７ 抜液管、８ 抜液バルブ、９ 位置決め板、１０ 膜カセット、１１ 中空糸膜エレメント、１２ 収束部材、１３ 中空糸膜、１４ 中空糸膜シート状物、１５ 第１の取水管、１６ 第２の取水管、１７ 第１の取水口、１８ 第２の取水口、１９ 第１の取水口、２０ 第２の取水口、２１ フレーム、２２ 第１の縦部材、２３ 第２の縦部材、２４ 散気管、２５ 上部横部材、２６ 縦部材本体、２７ 集水ブロック、２８ 下部固定ブロック、２９ 縦部材本体、３０ 上部固定ブロック、３１ 下部固定ブロック、３２ ブロック本体、３３ 吐水ノズル、３４ 差込孔、３５ 集水流路、３６ 差込孔、３７ 差込孔、３８ 差込孔、３９ 散気管本体、４０ キャップ、４１ 給気ノズル、４２ 散気穴、４３ 収束部材本体、４４ 第１の当接部、４５ 第２の当接部。

Claims (6)

1. 水槽と、前記水槽内に存在する膜ユニットとを備えた水処理装置であり、
   前記膜ユニットが、少なくとも１つの矩形の膜エレメントと、少なくとも１つの散気管とを有する膜カセットの複数が集合した集合体であり、
   前記複数の膜カセットが、個々に出し入れ可能となるように、水槽内に配置され、
   前記膜ユニットが、前記複数の膜カセットを収束させるように、前記集合体に着脱可能に装着された収束部材をさらに備える、水処理装置。
2. 隣り合う前記膜カセットにおいて前記膜カセット間の境界を挟んで最も接近する膜エレメントの中心間距離Ｘと、前記膜カセットにおいて隣り合う前記膜エレメントの中心間距離Ｙとが、Ｘ≦３×Ｙを満足する、請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記膜エレメントが、中空糸膜エレメントである、請求項１または２に記載の水処理装置。
4. 前記膜カセットを水槽内に配置した状態において、前記中空糸膜エレメントにおける中空糸膜の長さ方向が、鉛直方向に対して交差している、請求項３に記載の水処理装置。
5. 前記膜カセットが、前記膜エレメントと、前記膜エレメントの四辺を囲み、かつ少なくとも一部において前記膜エレメントを保持するフレームとを有し、
   前記膜カセットを水槽内に配置した状態において、前記フレームを構成する部材のうち、前記膜エレメントの下側にある部材が、散気管であり、前記膜エレメントの上側にある部材が、持ち手となる部材である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理装置。
6. 前記水槽の内側壁に、前記膜ユニットの位置決めのための位置決め板が突設されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の水処理装置。

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