专利名称：膜分离装置及膜盒的制作方法
技术领域：
本发明涉及在自来水或废水等的一般水处理中用于过滤或浓缩的膜分离装置及 膜盒，并涉及其集水箱构造。
背景技术：
作为以往的膜分离装置，已知有例如浸没式膜装置，该浸没式膜装置以适当的间 隔平行地配置有多个膜元件。例如，在日本国专利公报(特开平11-33370号)所记载的装置中，经由间隔件层 叠两片平膜，在两片平膜的两侧通过熔敷或粘结双方的端部彼此而形成过滤膜体，设置于 过滤膜体的侧部的滤液集水部与过滤膜体的内部连通。另外，在日本国专利公报(专利第3815645号)所记载的装置中，分离体单元在具 有水通过功能的通水材料的两面安装有过滤膜，通过接合部件将过滤膜的膜端与通水材料 接合，在接合部件中形成有中空部，设置于接合部件的中空部的吸引管与通水材料的流路 连通。这样的膜分离装置的概念性模型如图18 图19所示。在此，并列配置多个膜元 件1，在膜元件1的相互之间形成有沿着被处理液的流动方向的流路2。膜元件1是在膜支 承体的表面上配置有过滤膜的结构，在膜支承体与过滤膜之间具有透过液流路。配置于膜 元件1的两侧的各集水箱3，具有与内部的集水空间4连通的开口部，通过密封材料水密地 保持插入到开口部中的膜元件1的侧部，膜元件1的透过液流路与集水箱3的集水空间4 连通。
发明内容
但是，上述那样的膜分离装置，仅通过膜元件1和集水箱3形成组件，不需要其它 的构造部件。因此，存在以下的问题。1.在处理槽的被处理液中浸没膜分离装置的情况下，为了增加膜元件1的填充 数，多层地层叠配置多个组件的结构是有效。但是，由于仅通过膜元件1和集水箱3构成组件，因此下层膜分离装置在集水箱3 中承受配置在上层的膜分离装置的负荷。因此，越往下层侧施加在集水箱3上的负荷越变 大，要求集水箱3具有能够承受该负荷的强度。2.在维护等中在将膜分离装置向处理槽外提升的情况下，集水箱3处于内部充满 透过液的状态，除了自身重量以外还施加内部的透过液的重量。3.在过滤运转时，在集水箱3的内部作用作为驱动压力的吸引压力，与外部压力 相比内部压力变低。另外，在膜元件1的药液清洗时，由于从集水箱3向膜元件1的内部供 给药液，因此在集水箱3的内部作用供给压力，与外部压力相比内部压力变高。因此，由于 使用时的压力，有时发生集水箱3的变形、破损。但是，由于集水箱3仅由形成外壁的薄板状的壁体构成，仅通过外周的壁体承受负荷、内压、外压，因此集水箱3的承受负荷在构造上变小。如图19所示，在集水箱3的内部配置有肋5而进行加强的情况下，肋5成为阻碍 集水箱3的集水空间4中的透过液流动的主要原因。另外，在集水箱3的外部配置有肋5 的情况下，成为阻碍处理槽的被处理液流动的主要原因，并且膜分离装置的外形尺寸变大。其次，为了在膜元件1中充满药液，需要使药液充满集水箱3，若使集水箱3的集水 空间4不必要地增大，则在进行药液清洗时将增加所需要的药液量。其次，在集水箱3的集水空间4中，从各膜元件1同时流入透过液。由于集水箱3 的透过液通过集水口 6向外部流出，因此越接近集水口 6从各膜元件1流入的透过液越合 流。换言之，对于从离集水口 6远的膜元件1朝向集水口 6流动的透过液，从离集水口 6近 的膜元件1流入集水空间4的透过液成为流路阻力。该流路阻力，随着膜元件1越远离集水口 6变得越大，成为阻碍透过液从膜元件1 流入集水空间4的主要原因。因此，流过膜元件1的透过液的流量在膜元件1相互之间产
生偏差。本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种能够在集水箱中确 保充分的强度并且能够在集水空间中使透过液顺利流动的膜分离装置及膜盒。为了解决上述课题，本发明的膜分离装置的特征在于，具有多个膜元件和集水箱， 所述多个膜元件并列配置并且在相互之间形成有被处理液流路，所述集水箱水密地保持沿 着被处理液流路的膜元件的侧部、在内部具有集水空间，并且膜元件的透过液流路与集水 空间连通，对于集水箱，在包围集水空间而配置的壁体中，至少与膜元件的侧部相对的壁体 形成有向外侧突出的凸部和向内侧凹陷的凹部。另外，在本发明的膜分离装置中，其特征在于，对于集水箱，其与膜元件的侧部相 对的壁体形成有向外侧突出的凸部，并且在集水空间中形成有扩张区域，且具有朝向扩张 区域开口的集水口。此外，在本发明的膜分离装置中，其特征在于，集水箱在包围集水空间的壁体的外 侧具有肋，并且肋形成为收容在沿着集水箱之间的方向的装置的整个长度尺寸内的形状。本发明的膜分离盒使用上述的膜分离装置，其特征在于，沿着被处理液的流动方 向将多个膜分离装置在上下层叠多层。另外，本发明的膜分离盒，其特征在于，上下的膜分离装置经由形成连接部的集水 口而连通，所述连接部形成于上下的膜分离装置双方的集水箱的相对的壁面上。发明效果如上所述，在本发明中，在包围集水空间而配置的壁体中，至少与膜元件的侧部相 对的壁体形成有朝外侧突出的凸部，并且形成有朝内侧凹陷的凹部，因此壁体的压曲负荷 变大。因此，在本申请的发明中，在设置与以往的结构中的集水箱相同容积的集水空间的情 况下，能够实现提高了强度的集水箱。另外，与膜元件的侧部相对的壁体形成有朝外侧突出的凸部，并且在集水空间中 形成有扩张区域，且具有朝向扩张区域开口的集水口，因此集水口周围的流路变宽。因此， 即使从各膜元件流入的透过液一边合流一边朝向集水口流动，也能够抑制集水口附近的流 路阻力的增加，能够有助于在各膜元件中流动的透过液的流量的均勻化。肋在壁体的外侧、配置在沿着集水箱之间的方向的装置的整个长度尺寸内，因此不成为阻碍被处理液的流动的主要原因，能够使膜分离装置的外形尺寸不变大地增加集水 箱的强度。
图1是表示本发明的实施方式中的膜盒的立体图。图2是表示该膜盒的膜组件中的主要部分的剖视图。图3是表示本发明的实施方式中的膜元件的立体图。图4是表示该膜元件的主视图。图5是该实施方式中的膜组件的俯视图。图6是该实施方式中的膜组件的主视图。图7是本发明其它的实施方式中的膜组件的俯视图。图8是本发明其它的实施方式中的膜组件的侧视图。图9是本发明其它的实施方式中的膜组件的俯视图。图10是本发明其它的实施方式中的膜组件的俯视图。图11是本发明其它的实施方式中的膜组件的主视图。图12是本发明其它的实施方式中的膜组件的俯视图。图13是本发明其它的实施方式中的膜组件的主视图。图14是本发明其它的实施方式中的集水箱的俯视图。图15是本发明其它的实施方式中的集水箱的俯视图。图16是本发明其它的实施方式中的集水箱的俯视图。图17是本发明其它的实施方式中的集水箱的俯视图。图18是表示以往的膜组件的俯视图。图19是表示以往的膜组件的俯视图。
具体实施例方式(实施方式1)以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。在图1 图6中，形成膜分离装置 的膜盒11由上下层叠的多个膜组件12构成，以浸没在处理槽(省略图示)内的被处理液 中的方式进行设置。膜盒11在下层的膜组件12的下方位置配置有空气扩散装置11a。膜 分离装置也可以仅通过一层的膜组件12构成。膜组件12以规定的间隔并列配置有多个膜元件13，在膜元件13相互之间在纵向 形成有被处理水的流路，将沿着被处理水的液流的各膜元件13的两侧分别水密地密封在 集水箱14上。各集水箱14形成中空状、在内部具有集水空间。但是，集水箱14也可以仅 设置在膜元件13的一方的侧部。在这种情况下，膜元件13的另一方的侧部通过后述的树 脂等进行密封。在本实施方式中，表示了在上下方向配置膜元件13的结构。但是，膜元件13的配 置方向并不限于上下方向，也可以沿着被处理液的流动方向配置，还可以沿着水平方向配 置，或者倾斜配置。膜组件12具有设置于集水箱14的上端面的上部连接部23以及设置于下端面的下部连接部24，上部连接部23以及下部连接部24形成集水口、与集水箱14的集水空间14a 连通。上方的膜组件12的下部连接部24与下方的膜组件12的上部连接部23进行连接， 上方的膜组件12中的集水箱14的上部连接部23经由管25与集水管26连通。在本实施方式中，虽然下方的膜组件12的下部连接部24通过栓部(省略图示) 而关闭，但是作为下方的膜组件12也可以使用不具有下部连接部24的结构。另外，透过液的取出，可以从上方的膜组件12中的左右的上部连接部23、下方的 膜组件12中的左右的下部连接部24中的至少1个部位进行。如图2所示，各集水箱14经由浇注在开口部15中的密封材料(树脂等)16水密 地保持多个膜元件13。但是，并不限于图2所示的结构，在将膜元件13水密地接合在集水 箱14上的构造中存在各种结构。例如，可以不将集水箱14的开口部15形成为单一的开口 而形成为多个狭缝，并在各狭缝中插入膜元件13、向狭缝浇注树脂等的密封材料16。或者， 可以在膜元件13的周围配置橡胶等的密封件。(膜元件的结构)如图3及图4所示，膜元件13具有形成膜支承体的树脂制的过滤板17、由以覆盖 过滤板17的正反的主面的方式配置的平膜(有机膜)构成的过滤膜18，在各膜元件13中， 形成于过滤板17的正反的主面与过滤膜18之间的透过液流路与集水箱14的集水空间14a 连通。在本实施方式中，作为膜支承体例示有树脂制的过滤板1，但作为膜支承体有时也可 以使用无纺布或网等的柔性材质的结构。对于膜元件13，上端侧在被处理液的流动方向上位于下游侧，下端侧在被处理液 的流动方向上位于上游侧。过滤膜18具有包覆过滤板17的下游侧的端部19而折回的下 游侧翻转部20和包覆上游侧的端部27而折回的上游侧翻转部29，过滤膜18的端部彼此在 过滤板17的主面上或者端面上相互重叠，位于过滤膜18的外侧的一方的端部朝向下游侧 延伸，接合过滤膜18的端部彼此而形成接合部30。接合部30通过利用超声波的熔敷或者 利用粘结剂的粘结而形成。以规定的间隔并列配置该构造的膜元件13，将多个膜元件13通过在该多个膜元 件13相互之间配置的密封材料(树脂等)16束缚在过滤板17上，并且通过密封材料16水 密地密封在集水箱14的开口部15上。密封材料16能够确保与过滤膜18的水密性即可， 未必需要将过滤膜18强力地按压在过滤板17上。通过该结构，膜元件13具有不直接固定接合过滤板17和过滤膜18的构造，实现 了在过滤板17的四边不通过粘结或熔敷直接固定过滤膜18和过滤板17的构造。但是，膜 元件13在过滤膜18的膜面不与被处理液接触的区域，例如在与密封材料16相对应的区域 或位于集水箱14的内部的区域，也可以直接接合过滤板17和过滤膜18。但是，该接合以不 阻碍透过液流路为条件。如图4所示，密封材料16可以在各个膜元件13上分别形成，在各膜元件13上，在 沿着被处理液的流动方向的过滤板17的两侧部通过密封材料16将过滤膜18的边缘部束 缚在过滤板17上。然后，以规定的间隔并列配置该构造的膜元件13，可通过配置于多个膜元件13相 互之间的密封材料(树脂等)16捆扎该多个膜元件13。另外，如上所述，可以在过滤膜18上配置橡胶部件等的密封件而将过滤膜18接合在过滤板17上。在上述的实施方式，通过1片膜片形成环状的过滤膜18。但是，也可以通过多片膜 片以环状形成过滤膜18。另外，过滤膜18也可以通过形成无缝的环状的膜片形成。在本实施方式中，膜片形成环状，但是也可以在膜元件13的上游侧端部和下游侧 端部的任何一个或者双方中将过滤膜18接合在过滤板17上。但是，前提是在进行药液清 洗时膜元件13的内部不形成为过压状态。(集水箱的结构)如图5所示，集水箱14在包围集水空间14a而配置的壁体41中，至少与膜元件13 的侧部相对的壁体41形成有向外侧突出的凸部41a，并且在与凸部41a连续的两侧形成有 向内侧凹陷的凹部41b。凸部41a及凹部41b由曲面形成，最好形成连续的曲面。这样，壁体41通过形成向外侧突出的凸部41a和向内侧凹陷的凹部41b，壁体41 的压曲负荷变大。因此，在本实施方式中的集水空间14a形成为与以往的结构中的集水箱 相同容积的情况下，例如如图5所示，即使在将集水空间14a的截面积和宽度W形成为与以 往相同的情况下，也能够实现提高了强度的集水箱，即使层叠多层膜组件12，集水箱14也 难以破损。另外，由于壁体41形成有向外侧突出的凸部41a，因此在集水空间14a中形成有扩 张区域14b。朝向该扩张区域14b形成集水口的上部连接部23及下部连接部24开口。通过该结构，形成集水口的上部连接部23及下部连接部24的周围的流路变宽。因 此，即使从各膜元件13流入的透过液一边合流一边朝向上部连接部23 (下部连接部24)流 动，也能够抑制上部连接部23 (下部连接部24)附近的流路阻力的增加，有助于使流过各膜 元件13的透过液的流量均勻化。在本实施方式中，虽然集水箱14仅由壁体41构成，但是如图7 图8所示，也可 以在包围集水空间14a的壁体41的外侧设置肋42。肋42在纵向和横向配置有纵肋42a及 横肋42b，形成为收容在沿着集水箱之间的方向的装置的整个长度尺寸内的形状。通过该结构，肋42不会成为阻碍被处理液的流动的主要原因，能够使膜分离装置 的外形尺寸不变大地增加集水箱14的强度。在本发明的膜组件12中具有以下的作用效果。通常运转从配置在下层的膜组件12的下方位置的空气扩散装置Ila使空气作为曝气用气 体而扩散，通过空气的气泡的空气升力作用在膜盒11的内部产生气液混相的上升流。通过 该上升流将处理槽(省略图示)内的被处理液向膜元件13相互之间供给，形成沿着膜元件 13的膜面的被处理液的液流，以横流向透过过滤膜18而流动的透过液的液流供给被处理 液。在本实施方式中，由于通过利用空气升力作用的上升流以横流供给被处理液，所 以在上下方向配置膜元件13。但是，在通过泵等的动力装置以横流向膜元件13相互之间供 给被处理液的情况下，也可以沿水平方向或者倾斜方向配置膜元件13。在向膜元件13施加驱动压力的方式中具有各种方式。在此，以槽内的水位差作为 驱动压力通过各膜元件13对槽内的活性污泥混合液进行重力过滤。或者利用吸引泵通过 集水管26及管25向膜盒11的各膜组件12施加吸引压力作为驱动压力、进行吸引过滤。
受到驱动压力而透过膜元件13的过滤膜18的透过液，通过过滤膜18与过滤板17 之间的透过液流路流入集水箱14的集水空间14a。此时，即使从各膜元件13流入的透过液一边合流一边朝向上部连接部23及下部 连接部24流动，也能够抑制上部连接部23 (下部连接部24)附近的流路阻力的增加，有助 于使流过各膜元件13的透过液的流量均勻化。流入下层的膜组件12的集水箱14的透过液通过上部连接部23，从下部连接部24 流入上层的膜组件12的集水箱14。流入上层的膜组件12的集水箱14的透过液从上部连 接部23通过管25及集水管26作为处理水向槽外导出。在此期间，通过上升流以横流向膜元件13的相互之间的流路供给活性污泥混合 液，并且，通过上升流对膜元件13的膜面进行曝气清洗。通过该曝气清洗，能够抑制因水生 物污垢而引起的分离功能的降低，并能够防止膜分离装置陷入功能不全。曝气清洗运转在重力过滤的情况下，关闭设置于集水管26的阀门(省略图示)，在吸引过滤的情 况下，停止吸引泵、从而停止过滤运转。若在该状态下运转空气扩散装置11a、进行曝气清 洗，则能够获得优异的清洗效果。此时，上升流在过滤板17与过滤膜18之间将各膜元件13的内部的透过液向上方 的下游侧推压。另外，过滤膜18具有包覆过滤板17的下游侧的端部19并折回的翻转部20，因此 在过滤板17与过滤膜18之间被向上方的下游侧推压的透过液聚集到翻转部20，过滤膜18 在翻转部20柔软地膨胀、容许透过液的移动。另外，翻转部20的膨胀部形成在过滤板17的下游侧的端部19的下游区域，因此 翻转部20的膨胀部相对于沿着过滤板17流动的上升流不成为阻力，不会因为翻转部20的 膨胀部而在过滤膜18上产生振动及应力。因此，由于翻转部20柔软地膨胀而容许透过液的移动，以及膨胀部相对于上升流 不成为阻力，所以能够抑制作用于过滤膜18的负荷、防止过滤膜18破裂。药液清洗在药液清洗时，通过集水管26及管25向膜盒11的各膜组件12供给药液，以规定 的压力向过滤板17与过滤膜18之间的透过液流路供给药液。此时，过滤膜18承受内压而 形成向外侧膨胀的状态。在该状态下，在过滤膜18上作用沿着膜面的拉伸应力。但是，由于在接合部30中接合过滤膜18的端部彼此、形成环状的过滤膜18，不存 在直接固定过滤膜18和过滤板17的部位，因此与例如熔敷膜支承体和过滤膜的情况下相 比，能够抑制过滤膜18的破裂，在药液清洗中能够施加高的内压。S卩，在本实施方式中，在过滤板17的主面上相互重叠配置双方的膜片的端部彼 此，并且接合双方的膜片的端部彼此而形成接合部30，因此作用在过滤膜18上的拉伸力在 接合部30中作为剪切力而发挥作用，所以能够确保大的接合强度。另外，在沿着膜元件13 的被处理液的流动方向的两侧部，密封材料16从外侧将过滤膜18束缚在过滤板17上，因 此即使在过滤膜18受到内压而向外侧膨胀的状态下，也能够确保大的强度。因此，在药液清洗中能够抑制过滤膜18的破裂，并能够在高的压力下在短时间内 输送药液，能够在高的内压下进行使药液从内侧流通到外侧的逆液清洗。
另外，对于集水箱14，壁体41连续地形成有形成为曲面的凸部41a和凹部41b，因 此壁体41的压曲负荷变大，并且对于内外压的耐压强度变大，即使在药液的供给压力下或 过滤运转时的驱动压力下，也不会发生破损。另外，由于设置肋42，所以耐压强度变大。如图9所示，集水箱14可以在多个位置形成凸部41a，该凸部41a形成在壁体41 上，并在各凸部41a的两侧形成凹部41b。但是，凹部41b也可以仅形成在凸部41a的相互 之间。如图10 图11所示，设置于壁体41的外侧的肋42的纵肋42a及横肋42b，也可 以形成为比沿着集水箱之间的方向的装置的整个长度尺寸短。在这种情况下，如图12 图 13所示，可以在多个位置形成凸部41a，该凸部41a形成在壁体41上，并在各凸部41a的两 侧形成凹部41b。如图14所示，在集水箱14中，也可以将形成于壁体41的凸部41a形成为剖面为 矩形的形状，凸部41a的突角及凹部41b的凹角并不限于直角，也可以形成为倒角形状或者 曲面形状。在这种情况下，如图15所示，也能够在壁体41的外侧形成肋42的纵肋42a及横 肋 42b。如图16所示，在集水箱14中，可以将形成于壁体41的凸部41a形成为截面为三 角形的形状，凸部41a的突角及凹部41b的凹角并不限于直角，也可以形成为倒角形状或者 曲面形状。在这种情况下，如图17所示，也可以在壁体41的外侧形成肋42的纵肋42a及横 肋42b，还可以倾斜地形成肋42。
权利要求
一种膜分离装置，其特征在于，具有多个膜元件和集水箱，所述多个膜元件并列配置并且在相互之间形成有被处理液流路，所述集水箱水密地保持沿着被处理液流路的膜元件的侧部、在内部具有集水空间，并且所述膜元件的透过液流路与集水空间连通，对于集水箱，在包围集水空间而配置的壁体中，至少与膜元件的侧部相对的壁体形成有向外侧突出的凸部和向内侧凹陷的凹部。
2.如权利要求1所述的膜分离装置，其特征在于，对于集水箱，其与膜元件的侧部相对 的壁体形成有向外侧突出的凸部，并且在集水空间中形成有扩张区域，且具有朝向扩张区 域开口的集水口。
3.如权利要求1或2所述的膜分离装置，其特征在于，集水箱在包围集水空间的壁体 的外侧具有肋，并且肋形成为收容在沿着集水箱之间的方向的装置的整个长度尺寸内的形 状。
4.一种膜盒，其特征在于，使用权利要求1 3中的任何一项所述的膜分离装置，沿着 被处理液的流动方向将多个膜分离装置在上下层叠多层。
5.如权利要求4所述的膜盒，其特征在于，上下的膜分离装置经由形成连接部的集水 口而连通，所述连接部形成于上下的膜分离装置双方的集水箱的相对的壁面上。
全文摘要
本发明提供一种膜分离装置及膜盒，其中，集水箱的壁体形成有向外侧突出的凸部，并且形成有向内侧凹陷的凹部。
文档编号B01D69/06GK101980765SQ20088012834
公开日2011年2月23日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年3月27日
发明者冈岛康信, 北野智一, 枡谷英俊 申请人:株式会社久保田