WO2014010554A1 - エレメントユニット、分離膜モジュール、分離膜エレメントの着脱方法 - Google Patents

エレメントユニット、分離膜モジュール、分離膜エレメントの着脱方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a separation membrane module and a separation membrane module unit suitable for water treatment fields such as drinking water production, water purification treatment, waste water treatment, and the food industry.
  • separation membranes in the form of flat membranes or hollow fiber membranes have come to be used in the water treatment field and the food industry field.
  • a membrane element provided with a separation membrane and a membrane module provided with a plurality of membrane elements are used in a water purification treatment apparatus.
  • the separation membrane include a microfiltration membrane, an ultrafiltration membrane, a nanofiltration membrane, a reverse osmosis membrane, and a forward osmosis membrane from the viewpoint of the pore size and separation function.
  • These membranes are used for, for example, purification of drinking water from seawater, brine, or water containing harmful substances, production of industrial ultrapure water, wastewater treatment, and recovery of valuable materials.
  • the membrane is properly used depending on the target separation component and separation performance.
  • the membrane separation activated sludge method is a treatment method in which a separation membrane is immersed in an activated sludge tank and the activated sludge and treated water are separated by a membrane. Since MBR is space-saving and provides good water quality, the introduction of MBR has been promoted mainly in small facilities in Japan, and in large facilities exceeding 100,000 m 3 / day in many new facilities overseas.
  • Patent Documents 1 to 3 propose separation membrane elements having various configurations.
  • the membrane module provided with the some membrane element which is the bag formed with the flat membrane is described.
  • the plurality of membrane elements are arranged in parallel to each other in a rectangular parallelepiped frame by a ring attached to the membrane element.
  • the frame is fixed to the wall of the sedimentation tank.
  • Each membrane element is provided with a hole penetrating the separation membrane and the flow path material as a permeate outflow hole.
  • Adjacent membrane elements are connected by a cylindrical coupling member connected to each outflow hole.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an element unit that facilitates maintenance, that is, replacement or removal of a failed membrane element when a failure occurs in a part of the membrane element constituting the separation membrane module, and a separation comprising the element unit. It is to provide a membrane module.
  • the present invention has the following configuration in order to solve such a problem.
  • a separation membrane pair having a shaft, two separation membranes arranged so that the surfaces on the permeate side face each other, and a water collecting channel provided between the separation membranes, and a peripheral portion of the separation membrane
  • a plurality of separation membrane elements including a sealing portion for sealing between separation membranes;
  • a water collection nozzle communicating the water collection flow path and the outside of the separation membrane element;
  • the separation membrane element includes a resin portion that adheres to both surfaces of the separation membrane pair facing each other on the permeate side, The element unit according to (1), wherein the resin portion has a dot shape, a linear shape, or a lattice shape.
  • the separation membrane is substantially square, The element unit according to (6), wherein the through holes are provided at four corners of the separation membrane pair.
  • the element unit according to any one of (1) to (7) above, A housing for accommodating the element unit in a removable manner; An aeration block disposed below the housing for supplying air to the element unit;
  • a separation membrane module comprising: (9) The separation membrane module according to (8), wherein the housing has an opening through which the element unit can be taken in and out, on at least one of an upper surface and a side surface.
  • the separation membrane element is a method for attaching and detaching the separation membrane element, A method for attaching and detaching a separation membrane element, wherein the separation membrane element is attached to and detached from the separation membrane module by sliding the shaft and inserting and removing it from the suspension portion.
  • the separation membrane element is suspended from the shaft, and the water collection nozzle provided in each separation membrane element communicates the water collection flow path of the separation membrane element with the outside of the separation membrane element. That is, the separation membrane elements are independent of each other. Therefore, only a part of the separation membrane elements can be easily taken out.
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views schematically showing an example of an embodiment of a separation membrane element constituting the element unit of the present invention, and FIG. 1 (a) is parallel to the membrane surface at the center of thickness.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view cut in the thickness direction.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 1 (a) showing an example of another embodiment of the separation membrane element constituting the element unit of the present invention.
  • 3 (a) and 3 (b) are schematic views showing an example of an embodiment of a water collection nozzle used in the present invention, FIG. 3 (a) is a plan view, and FIG. 3 (b) is a front view.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) are schematic diagrams showing an example of still another embodiment of the separation membrane element constituting the element unit of the present invention, and FIG. 4 (c) is shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). It is the schematic which looked at the embodiment of the element unit which arranged the described separation membrane element alternately from the top.
  • FIG. 5 (a) is a schematic view showing an example of still another embodiment of the separation membrane element constituting the element unit of the present invention
  • FIG. 5 (b) shows the separation membrane element described in FIG. 5 (a).
  • FIG. 6 is a sectional view showing another example of the embodiment of the separation membrane element constituting the element unit of the present invention.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) are cross-sectional views showing another example of the embodiment of the end portion of the separation membrane element constituting the element unit of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are schematic cross-sectional views showing, in a partially enlarged manner, another example of the embodiment of the fixing portion using the shaft constituting the element unit of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the embodiment of the separation membrane module of the present invention.
  • FIG. 10A is a perspective view schematically showing an example of an embodiment of the element unit of the present invention
  • FIG. 10B is a perspective view of an example of a shaft constituting the element unit seen from another direction. is there.
  • FIG. 11A is a front view of the separation membrane module shown in FIG. 9, and FIG.
  • FIG. 11B is a side view.
  • 12 (a) and 12 (b) are front views showing an example of an embodiment of the separation membrane module unit of the present invention
  • FIG. 12 (a) is a unit in which two separation membrane modules are connected
  • FIG. 12 (b). Is a unit in which three separation membrane modules are connected.
  • FIG. 13 is a perspective view showing another example of the embodiment of the separation membrane module of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an example of an embodiment of the element unit of the present invention.
  • FIG. 15 is a partially enlarged perspective view showing an example of a housing groove guide portion constituting the separation membrane module of the present invention.
  • FIG. 16 is a perspective view showing still another example of the embodiment of the separation membrane module of the present invention.
  • the element unit has a plurality of separation membrane elements.
  • the separation membrane element is an element having a flat membrane structure.
  • a water collection portion is provided at a part of the peripheral edge of the membrane, and the water collection
  • the peripheral part other than the part is sealed.
  • a resin part is disposed on the permeation side surface region of the separation membrane inside the sealed peripheral edge, and a part of the separation membrane on both sides is adhered to the resin part.
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views illustrating an embodiment of a separation membrane element
  • FIG. 1 (a) is a cross-sectional view in plan view cut in parallel with the membrane surface at the thickness center of the separation membrane composite
  • FIG. 1B schematically illustrates a cross section in the thickness direction.
  • the separation membrane element 1 has a sealing portion 2, a water collection portion 3, a dot-like resin portion 4, a water collection flow path 5, and a separation membrane 6.
  • the separation membrane element 1 is composed of a separation membrane pair composed of two separation membranes 6 and 6.
  • the separation membranes 6 and 6 are arranged such that the surfaces on the permeate side face each other and leave a predetermined gap.
  • the periphery (peripheral part) of the gap is sealed to form the sealing part 2, and a part between the separation films 6 and 6 inside the peripheral part is connected by the resin part 4.
  • the predetermined interval formed between the separation membranes 6 and 6 becomes a flow path through which the water that has passed through the membrane passes, that is, the water collection flow path 5, and the water that passes there is collected in the water collection section 3, from here It is taken out of the separation membrane element 1.
  • the periphery (peripheral part) of the separation membrane element 1 is sealed by a method such as adhesive resin, heat welding, ultrasonic welding, etc., and constitutes the sealing part 2.
  • a water collecting portion 3 is provided at a part of the membrane peripheral portion, and this water collecting portion 3 is not sealed.
  • the sealing at the peripheral edge means that the supply water (treated water) outside the separation membrane element flows directly into the inside of the separation membrane element from the peripheral edge by adhesion, pressure bonding, welding, fusion, folding, or the like. (That is, to prevent the supply water from flowing in a route other than passing through the separation membrane). At the same time, the permeated water that has passed through the separation membrane is prevented from leaking outside the separation membrane element except for the water collection section 3.
  • the separation membrane 6 forming a pair may be one in which the opposite edges of two independent separation membranes are sealed, or the opposite edge in one folded separation membrane is sealed. But you can.
  • the configuration in which the resin part 4 bonds a part of both separation membranes means that, in the separation membrane pair, the resin part 4 has both the permeation side surface of one separation membrane 6 and the permeation side surface of the other separation membrane 6 opposite thereto. Refers to the structure that adheres to That is, in the separation membrane pair, one separation membrane is fixed to the other separation membrane via the resin portion.
  • “inside” refers to the surface of the permeation side surface of the separation membrane 6 excluding the peripheral edge.
  • the portion surrounded by the sealing portion corresponds to “inside”.
  • the separation membrane 6 is not limited as long as it separates components in the fluid supplied to the surface of the separation membrane and obtains a permeated fluid that has permeated the separation membrane.
  • a separation membrane a separation functional layer, a porous support layer, and a base material can be provided, for example.
  • the resin component of the resin part 4 may be impregnated in the base material.
  • resin is disposed on the base material on the permeation side of the separation membrane and heated from the surface of the separation functional layer of the separation membrane, the impregnation of the resin proceeds from the permeation side of the separation membrane toward the functional layer surface.
  • the adhesion between the resin and the substrate becomes stronger. For this reason, when the manufactured separation membrane element 1 is washed, even if it is washed from the permeation side with a chemical solution, the separation membrane pair is hardly separated.
  • the separation membrane element 1 by ensuring a predetermined gap on the permeation side of the separation membrane 6, the flow resistance of the permeated water that has permeated the separation membrane 6 can be reduced. Normally, if a member such as a spacer is not provided on the permeation side of the separation membrane 6 in the separation membrane element, the permeation sides of the separation membrane are in close contact with each other. To do.
  • the separation membrane element 1 secures a gap between the separation membranes and reduces the flow resistance of the permeated water without arranging such a member such as a spacer.
  • the gap on the permeate side between the separation membranes 6 and 6 is preferably in the range of 50 ⁇ m to 5000 ⁇ m.
  • the gap between the separation membranes is 5000 ⁇ m or less, the impact of bubbles colliding with the membrane surface during the aeration operation during the water treatment operation is alleviated, so that the membrane is prevented from being damaged.
  • the separation membrane has a gap of 50 ⁇ m or more, a wide space is secured between the membrane surfaces on the permeate side facing each other, so that the flow resistance of the permeate is reduced, and as a result, the amount of permeate is increased.
  • the gap between the separation membranes is more preferably in the range of 500 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less.
  • the separation membrane and the flow path material are not fixed, so cleaning from the permeation side with a chemical solution permeates the separation membrane. Due to the pressure applied from the side, the bag formed of the separation membrane may swell and the separation membrane 6 may be damaged. By attaching the resin part 4 between the separation membranes 6 and 6 and bonding them, it is possible to prevent such breakage and to clean the permeate side with a chemical solution.
  • the separation membrane may be peeled off by washing from the permeation side with a chemical solution. . Therefore, the area ratio of the inner resin part is preferably in the range of 1% to 70%. More preferably, it is the range of 10% or more and 50% or less.
  • the shape of the resin portion 4 is not particularly limited, and the shape projected on the separation membrane is a dot shape such as a circle, a polygon, or an indeterminate shape, or a line shape such as a straight line, a curve, a wavy line, a zigzag, or a lattice shape. Can be formed. Further, the arrangement of the dot-shaped resin is not particularly limited, such as a lattice dot shape or a staggered array shape. By adjusting the shape and arrangement of the inner resin portion, the separation membrane element can be designed so as to satisfy the required separation characteristics and permeation performance conditions.
  • the projected image of the resin part onto the separation membrane 6 is preferably discontinuous.
  • two or more resin parts are arranged on one separation membrane at intervals in the planar direction of the separation membrane. More specifically, it is preferable that 1 or more, 5 or more, or 10 or more resin parts are provided per 5 cm square in the inner part of the permeation side surface of the separation membrane 6. Moreover, it is preferable that 100 or less, 50 or less, or 30 or less resin parts are provided per 5 cm square.
  • polyolefin, copolymer polyolefin, etc. such as ethylene vinyl acetate copolymer resin, polyethylene, a polypropylene
  • Polymers such as urethane resins and epoxy resins can also be selected.
  • a thermoplastic polymer is easy to mold, the shape of the resin can be made uniform. If the thermoplastic polymer has a high melting point, the separation functional layer may be dissolved when the resin is adhered to the separation membrane. If the melting temperature is too low, the inside of the separation membrane may be peeled off during operation. Therefore, the resin is preferably a thermoplastic polymer having a melting point in the range of 80 ° C to 200 ° C.
  • the method for adhering the sealing portion 2 and the resin portion 4 to the separation membrane 6 is not particularly limited, but the required separation characteristics and permeation performance conditions can be satisfied by changing the processing temperature and the type of resin to be selected. Thus, the shape of the resin can be adjusted freely.
  • the same resin may be applied to the sealing part 2 and the resin part 4, or different resins may be applied, and the sealing part 2 does not use a resin and welds the separation membranes directly. May be.
  • the separation membrane 6 is bonded by the above-described method, so that the adhesive bears the effect of the bonding interlining and gives the separation membrane 6 appropriate flexibility and rigidity. For this reason, it is also necessary to select the interval, shape, and material of the resin parts from the viewpoint of the flexibility and rigidity of the separation membrane 6 together with the bonding condition.
  • the separation membrane is a flat membrane-like separation membrane, and preferably has a separation functional layer formed on a non-woven base material.
  • the thickness of the separation functional layer of the separation membrane is too thin, defects such as cracks may occur and the filtration performance may deteriorate. If it is too thick, the water permeability may decrease. 1 ⁇ m to 500 ⁇ m), preferably 0.05 to 0.2 mm (50 ⁇ m to 200 ⁇ m).
  • a crosslinked polymer is preferably used in terms of pore size control and durability, and polyfunctional amine and polyfunctional acid halide are polycondensed on the porous support layer in terms of component separation performance.
  • a membrane in which a separation functional layer, an organic / inorganic hybrid functional layer, and the like are laminated can be suitably used.
  • a porous support layer such as a cellulose membrane, a polyvinylidene fluoride membrane, a polyethersulfone membrane, or a polysulfone membrane, which has both a separation function and a support function, can also be used. That is, the separation functional layer and the porous support layer may be realized as a single layer.
  • the separation membrane is preferably composed of a base material and a separation functional layer, and in particular, a separation membrane formed with a separation functional layer made of a polyvinylidene fluoride resin may be used.
  • a layer in which the resin constituting the separation functional layer and the base material are mixed is interposed between the base material and the separation functional layer.
  • the separation functional layer may be present on one side with respect to the base material, or may be present on both sides.
  • the separation functional layer may have a symmetric structure or an asymmetric structure with respect to the base material. Further, when the separation functional layer is present on both sides with respect to the substrate, the separation functional layers on both sides may be continuous through the substrate or may be discontinuous. .
  • the base material has a function of supporting the separation functional layer and giving strength to the separation membrane.
  • the material constituting the base material is not particularly limited, such as an organic base material or an inorganic base material, but an organic base material is preferable from the viewpoint of easy weight reduction.
  • the organic substrate include woven and knitted fabrics and nonwoven fabrics made of organic fibers such as cellulose fibers, cellulose triacetate fibers, polyester fibers, polypropylene fibers, and polyethylene fibers. Among these, a nonwoven fabric whose density is relatively easy to control is particularly preferable.
  • the separation membrane 6 can be applied to any of reverse osmosis membranes, nanofiltration membranes, ultrafiltration membranes, and microfiltration membranes. Further, one or more appropriate membranes may be selected and combined depending on the size of the substance to be separated, but ultrafiltration membranes and microfiltration membranes are particularly preferable for treating sewage wastewater.
  • the water that has passed through the separation membrane 6 is collected in the water collection section 3 through the water collection flow path 5 and taken out of the system of the separation membrane element via the water collection nozzle 7 attached to the water collection section 3. It is. In order to take out permeated water easily and reliably from the water collecting part, it is preferable to arrange a hollow water collecting nozzle in the water collecting part.
  • FIG. 2 shows the separation membrane element 1 and the water collection nozzle 7 side by side. Moreover, in FIG. 3, the top view (a) and front view (b) of the water collection nozzle 7 are shown.
  • a water collecting part 3 is provided in a part of the sealing part 2 at the periphery of the membrane, and a water collecting nozzle 7 is disposed in the water collecting part 3.
  • the water collecting portion 3 is not sealed, and is sealed after the water collecting nozzle 7 is attached.
  • the water collection nozzle 7 communicates the water collection flow path 5 and the outside of the separation membrane element 1.
  • the width necessary for installing the water collecting nozzle 7 may be determined comprehensively based on the size of the water collecting nozzle 7 to be attached, the size of the separation membrane element 1 and the like.
  • the cylindrical shape of the water collecting nozzle 7 is used.
  • the diameter of the part is about 0.3 cm to 3 cm.
  • the structure of the water collection nozzle 7 is not particularly limited as long as the purpose of extracting the permeated water from the separation membrane element 1 is achieved.
  • a resin tube can be used.
  • the water collection nozzle 7 is composed of upper and lower hollow members.
  • the lower part of the water collection nozzle 7 is arranged so that the two curved surfaces are hollow, the lower part is opened and the upper part is closed with a substantially flat surface, and an opening is provided at the approximate center of the upper surface.
  • a cylindrical portion (upper hollow member) whose cross-sectional shape is circular or elliptical is connected.
  • a sealing method a method by heat welding, a method using an adhesive, and the like can be considered, but the sealing method is not particularly limited. In order to make sealing more reliable, a method in which heat welding and an adhesive are used in combination is also conceivable.
  • the shape of the attachment portion is not particularly limited, but an appropriate one may be selected from the size of the separation membrane element 1 and the size and shape of the water collection nozzle 7.
  • the separation membrane element is an element without the support plate, the thickness of the entire element can be reduced. For this reason, it is possible to increase the membrane area (filling rate of the separation membrane) per installation area as an element unit.
  • a water collection nozzle 7 is attached to the separation membrane element 1. For this reason, the problem is how to arrange the water collection nozzles rather than the membrane portion and increase the filling rate of the separation membrane element 1. Then, the element unit of this invention is arrange
  • FIG. 4 (c) shows an embodiment of the element unit as seen from above, in which a plurality of separation membrane elements 1a and 1b are alternately arranged.
  • 4A to 4C show an example, and the structure is not limited to this structure as long as the water collection nozzle 7 can be disposed so as not to interfere.
  • the separation membrane elements 1a and 1b described in FIGS. 4 (a) and 4 (b) take one corner of a rectangular flat membrane-like separation membrane, have a shape having an inclined side 11, and a water collecting portion on the inclined side.
  • a water collecting nozzle 7 is arranged.
  • by providing the inclined side 11 and arranging the water collecting nozzle 7 on the inclined side 11 in this way it is easy to position the mounting position of the water collecting nozzle.
  • a water collection pipe is installed on the side of the membrane element and this water collection pipe and each water collection nozzle are connected by a tube, etc., make sure that the water collection nozzle is not subjected to excessive force.
  • the adhesion is prevented from being peeled off or broken.
  • Fig. 5 (a) shows an example of a separation membrane element according to this embodiment
  • Fig. 5 (b) shows an example of an embodiment of an element unit.
  • through holes 8 are arranged at four locations near the end (corner) of the separation membrane element 1.
  • An appropriate number of through holes may be formed depending on the size of the element.
  • the separation membrane is substantially rectangular, it is preferable to provide through holes at the outer four corners in the surface direction of the separation membrane.
  • the through hole is formed by hitting a grommet, the periphery of the through hole is reinforced, which is preferable in terms of durability.
  • the separation membrane elements having through holes are arranged and arranged so that the water collecting nozzles 7 do not overlap each other. Can be made into an element unit. By adopting such a structure, it is possible to greatly reduce the members constituting the element unit.
  • the separation membrane element, element unit, and separation membrane module have moderate rigidity and flexibility that allows aeration energy to escape, and have excellent durability against aeration from the bottom when used in MBR.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of another embodiment of the separation membrane element constituting the element unit of the present invention cut by a plane at the center in the thickness direction of the separation membrane element.
  • a water collecting pipe 27 and a tube 26 are described.
  • a water collection pipe 27 is connected to the water collection nozzle 7 via a tube 26.
  • a suction pump (not shown) is connected to the downstream side of the water collection pipe 27, and a negative pressure is applied to the inside of the separation membrane element 1 to take out permeated water.
  • the separation membrane element 1 is mainly composed of two flat membrane-like separation membranes 6 arranged with a separation membrane pair arranged so that the surfaces on the permeate side face each other. It has a sealed bag-like structure.
  • the separation membrane element 1 has a suspension part represented by the through hole 8 at the outer end in the surface direction of the separation membrane. The edge of the through-hole 8 is sealed, and is configured to block the outside and the inside of the separation membrane element.
  • the through hole 8 may be surrounded by the sealing portion 2 and / or the resin portion 4 '.
  • the cross-sectional area in the edge part of the sealing part 2 may be taken large, and the through-hole 8 may be formed in the inside.
  • the number of through holes 8 is four through holes in FIG. 6, but is not limited to this example, and can be set as appropriate depending on the size and shape of the elements.
  • the position of the through hole 8 is not particularly limited. In terms of durability, the through hole 8 is preferably reinforced around the hole by hitting a stopper such as eyelet. Any material such as stainless steel, aluminum, polycarbonate resin, or ABS resin can be used as the material of the fastener.
  • an upper support structure (FIG. 8 (a)) or notch structure (FIG. 8 (b)) may be used.
  • the upper support structure of the suspension portion shown in FIG. 8A is configured so that protrusions 51 are formed at the upper portions of the left and right ends of the separation membrane element 1 so that the protrusions 51 are supported on the upper side of the shaft 9.
  • the notch structure of the suspension part is formed with a notch part 52 that accommodates the shaft 9 at both left and right ends of the separation membrane element 1, and the shaft 9 passes through the notch part 52. It is a structure to be fixed.
  • the shape, position, and number of the protrusions 51 and the notches 52 can be determined as appropriate.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the embodiment of the separation membrane module of the present invention.
  • the separation membrane module 21 includes an element block 22, an aeration block 23, and a water collection pipe 27.
  • the element block 22 accommodates the element unit 10 described above inside the housing 32.
  • the element unit 10 is configured by arranging a plurality of separation membrane elements 1 in parallel so that the shafts 9 are respectively passed through the through holes 8 of the separation membrane element 1.
  • An aeration block 23 is disposed below the element block 22.
  • the aeration block 23 includes an air diffuser (not shown) connected to a blower (not shown). Air is ejected from the lower aeration block 23 toward the element block 22 of the separation membrane module 21 submerged in the water to be treated in the activated sludge tank.
  • a clearance holding member 28 is provided between the adjacent separation membrane elements 1, in order to secure a flow path of water to be treated and air.
  • the clearance holding member 28 is not particularly limited, but a polyurethane washer or collar or a rubber washer or collar typified by nitrile rubber or silicon rubber is preferable from the viewpoint of durability and shock absorption. Used for.
  • the separation membrane element and the separation membrane module have an appropriate rigidity and a flexibility to release the energy of aeration, and have excellent durability against aeration from the lower aeration block 23. Will show gender.
  • the shaft 9 that has passed through the through holes 8 at the end portions (four corners in the example of FIG. 9) of the separation membrane element 1 is connected and fixed to the housing 32 by the shaft holding portion 33.
  • the shaft 9 is slidable in a direction substantially parallel to the entire length of the separation membrane module (direction perpendicular to the flat membrane of the membrane element).
  • the shaft 9 and the housing 32 are connected by installing the shaft holding portion 33 in the housing 32 and passing the shaft 9 through the shaft holding portion 33. Further, the shaft 9 can be slid by operating the set screw mechanism of the shaft holding portion 33.
  • the connection between the shaft 9 and the housing 32 is not particularly limited, and a hole for passing the shaft is provided in the frame of the housing 32 and a C-shaped or E-shaped retaining ring is used.
  • the format and method may be arbitrary.
  • the material of the housing frame and shaft holding part can be arbitrarily selected from various metals such as stainless steel and aluminum, various thermoplastic resins such as PVC resin and ABS resin, and various thermosetting resins such as polyurethane resin and epoxy resin. However, a stainless material having high corrosion resistance and rigidity is preferably used.
  • the shaft 9 is preferably constructed by connecting a plurality of unit shafts 31 together.
  • a shaft joint 34 that connects adjacent unit shafts 31 can be used.
  • FIG. 10B a method of connecting and fixing unit shafts 31 having stepped ends at both ends by a shaft joint 34 typified by a set collar can be used conveniently and suitably.
  • the outer diameter of the unit shaft 31 and the outer diameter of the set collar are substantially the same.
  • the connected shaft 9 is passed through the through-hole of the separation membrane element 1 to smoothly Can be slid.
  • other methods such as a key set type and a pinning type can be arbitrarily selected.
  • the material of the shaft 9 and the unit shaft 31 can be arbitrarily selected from various metals such as stainless steel and aluminum, various thermoplastic resins such as PVC resin and ABS resin, and various thermosetting resins such as polyurethane resin and epoxy resin.
  • a stainless material having high corrosion resistance and rigidity is preferably used.
  • either a solid shaft or a hollow shaft may be used, and the shaft shape is not limited to a round shape, and may be an arbitrary shape such as an ellipse or a substantially square shape.
  • the unit shaft is not limited to a rigid rod such as a shaft or pipe, but may be a flexible rod such as a wire or string as long as the membrane element can be suspended. In this case, it is desirable to provide a joint portion at each end so that the flexible rod can be connected.
  • the shaft holding portion By releasing the fixed portion 33, sliding the connecting portion 35 of the shaft 9 around the damaged element, and separating the connecting portion 35 and the unit shaft 31, the failed membrane element can be easily extracted.
  • the space after extraction can be reloaded with a new or repaired membrane element, or can be loaded with a spacer represented by shims, washers, and the like. That is, it is not necessary to disassemble the entire element block, and any membrane element can be easily maintained.
  • the length and number of unit shafts 31 will be described with reference to FIG.
  • the length of the unit shaft 31 is S
  • the number of unit shafts related to one separation membrane module is N
  • the total length of the separation membrane module is L
  • S ⁇ It is preferably defined by L / (N-1).
  • the lengths S of the plurality of unit shafts 31 may be the same as or different from each other as long as the above formula is satisfied. For example, in FIG. 11, when the module total length L is 100 cm and the number N of unit shafts is 3, the unit shaft length S needs to be at least 50 cm.
  • the sliding margin A of the shaft 9 relative to the total length L of the separation membrane module is from the distance B to the failed separation membrane element 1x that is to be extracted from the shaft coupling portion 35. It means big. If the slide allowance A is smaller than the distance B, the shaft 9 slides down in the module and cannot function.
  • the unit shaft length S is a length in a direction substantially parallel to the separation membrane module full length L
  • the separation membrane module full length L is a length in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the water collecting pipe. is there.
  • both end portions of the shaft 9 can be configured such that adjacent separation membrane modules 21 can be connected to each other.
  • the configuration in which the adjacent shafts 9 can be connected can be the same as the method of connecting the unit shafts 31 described above.
  • FIG. 12A shows a separation membrane module unit 36 when two separation membrane modules 21 constituted by the shaft 9 are connected
  • FIG. 12B shows three separation membrane modules 21 connected.
  • the separation membrane module unit 37 in the case is shown.
  • S the number of unit shafts N
  • the separation membrane module unit can be configured without lowering the filling rate of the membrane element.
  • the connecting portion 35 of the shaft 9 is slid around the damaged element.
  • the separation membrane element can be easily extracted.
  • the space after extraction can be reloaded with a new or repaired membrane element, or can be loaded with a spacer represented by shims, washers, and the like. That is, it is not necessary to disassemble the entire separation membrane module unit, and maintenance of any membrane element can be easily performed.
  • the method of attaching and detaching the separation membrane element from the separation membrane module of the present invention slides (moves) the connecting portion of the shaft to the vicinity of the separation membrane element to be attached and detached, separates the connecting portion, and from the separated end portion,
  • the separation membrane element can be individually attached and detached by inserting and removing the suspension portion of the separation membrane element. This facilitates maintenance of the separation membrane module, that is, replacement or removal of the failed membrane element.
  • the separation membrane module units 36 and 37 shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b) are immersed in the immersion tank, heavy machinery work is required.
  • the connection member 38 since the joint strength is low only by the shaft connection, the casings 32 may be joined to each other using the connection member 38.
  • the joining method of the connecting member 38 and the casing may be arbitrary, but a bolt and nut method using a stainless plate, an angle, or the like is preferable.
  • FIG. 13 is a perspective view showing another example of the embodiment of the separation membrane module of the present invention.
  • the separation membrane module 121 has substantially the same configuration as the separation membrane module 21 of FIG.
  • the separation membrane module 121 includes a housing 132 that can accommodate a plurality of element units 10.
  • the separation membrane module 121 includes an element block 122, an aeration block 23, and a water collection pipe (not shown).
  • the element block 122 is configured by an element unit 10 and a housing 132 that accommodates the element unit 10 in a removable manner.
  • An aeration block 23 is disposed below the element block 122.
  • the aeration block 23 includes an air diffuser (not shown) connected to a blower (not shown). Air is ejected from the lower aeration block 23 toward the element block 122 of the separation membrane module 121 submerged in the water to be treated in the activated sludge tank.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an example of an embodiment of the element unit 10 applied to the separation membrane module 121 of FIG.
  • the element unit 10 is configured by arranging a plurality of separation membrane elements 1 in parallel so that shafts pass through the through holes of the separation membrane element 1 described above.
  • a clearance holding member 28 (FIG. 9) is provided between adjacent separation membrane elements 1 in order to secure a flow path of water to be treated and air.
  • the water collection nozzle 7 is arranged on the side surface of the separation membrane element 1 so as not to interfere with the position of the through hole 8. “Do not interfere” means that the water collection nozzle 7 is provided so as to be separated from the through hole 8, that is, provided at a different position. While the water collection nozzle 7 communicates with the water collection flow path 5, the through hole 8 is isolated from the water collection flow path 5 by the sealing portion 2 or the resin portion 4 ′ to prevent leakage of permeated water. It is preferable (FIGS. 7A and 7B). Therefore, the water collection nozzle 7 and the through hole 8 are preferably provided so as to be separated from each other.
  • Side plates 41 are provided at both ends of the element unit 10 in consideration of handling properties when accommodated in the housing 132. Further, a fixing member 42 for fixing each of these parts is provided on the shaft 9 or the side plate 41 part.
  • the number of the separation membrane elements 1 constituting the element unit 10 can be arbitrarily set to 10 to 150, but 20 to 50 is preferable in consideration of handling property when being taken in and out of the housing 132.
  • the membrane element shape is not particularly limited, but a substantially rectangular shape is preferably used.
  • the suspension part of the separation membrane element 1 and the clearance holding member 28 are as described above.
  • the thickness of the side plate 41 is not particularly limited, but may be 2 to 10 mm, and a range of 2 to 5 mm is preferably used in consideration of increasing the filling rate of the separation membrane element 1.
  • the shape of the side plate 41 may be arbitrary, but a flat bar (flat steel) that does not have a projection or the like that may damage the membrane surface when adjacent membrane elements are swung and contacted by aeration air is preferable.
  • the side plate 41 is provided with a handle (not shown).
  • the shape of the handle may be arbitrary, and an arbitrary shape such as an ellipse or a substantially square shape may be cut out from the side plate, or a handle made of a member such as metal may be separately installed on the side plate 41.
  • the material of the side plate 41 and the handle can be arbitrarily selected from various metals such as stainless steel and aluminum, various thermoplastic resins such as PP resin, PVC resin and ABS resin, and various thermosetting resins such as polyurethane resin and epoxy resin.
  • PP resin is preferably used from the viewpoint of corrosion resistance, weight, and wear resistance.
  • the end of the shaft 9 has a screw structure, and both ends are fastened and fixed by a fixing member 42 such as a fastening nut via a plurality of separation membrane elements 1 and side plates 41.
  • a fixing member 42 such as a fastening nut via a plurality of separation membrane elements 1 and side plates 41.
  • the end portion of the shaft 9 must have a screw structure, but it may have a full screw structure represented by a dimension bolt or the like, or a structure in which only the shaft end portion is threaded.
  • the fixing member 42 such as a nut may be directly joined to the shaft 9 or the side plate 41 or may be separated.
  • the housing 132 has an opening 43 through which the element unit 10 can be taken in and out, on at least one of the upper surface and the side surface.
  • each element unit 10 can be detached from the housing 132, so that maintenance and replacement or removal of the membrane element can be facilitated.
  • the separation membrane element 1 mainly constituting the element unit 10 has a structure without a support plate, its weight is as light as about 100 to 500 g, and the unit is also about 5 to 25 kg (dry weight / number of membrane elements). 50). Therefore, the element unit can be easily taken in and out without using a heavy machine or the like, which is a great merit at the time of maintenance and replacement or removal of the membrane element.
  • the distance of the gap between the element unit 10 and the opening 43 is not particularly limited as long as the distance between the element unit 10 and the opening 43 can be taken in and out, but can be 2 to 10 mm, for example. In consideration of increasing the packing rate of the separation membrane element 1, 2 to 5 mm is more preferable.
  • the housing 132 is provided with a groove guide 44 (notch guide) for allowing the end portion of the shaft 9 or the fixing member 42 to pass when the element unit 10 is inserted and removed. By doing so, positioning is performed when the element unit 10 is suspended, and handling is improved. Furthermore, since the distance between the element unit 10 and the opening 43 can be reduced, the filling rate of the separation membrane element 1 can be further increased.
  • the housing 132 has a unit suspension that can suspend the element unit 10 using the shaft 9. Specifically, as shown in FIG. 13, a recess 45 is provided on the surface of the frame of the housing 132 orthogonal to the shaft 9, and the shaft 9 fitted in the recess 45 is pressed and held from above by a shaft pressing tool (not shown). Good.
  • the configuration of the unit suspension is not limited to this, and a gripping method according to another suspension configuration as shown in FIG. 8 can be arbitrarily selected.
  • the materials of the main structural members constituting the casing 132 are various metals such as stainless steel and aluminum, various thermoplastic resins such as PP resin, PVC resin and ABS resin, polyurethane resin and epoxy resin, etc. These various thermosetting resins can be arbitrarily selected.
  • FIG. 16 is a perspective view showing another example of the embodiment of the separation membrane module of the present invention.
  • the housing 232 has a structure in which a plurality of element units 10 can be stacked vertically or horizontally. Each element unit is arranged at a position where it can be extracted in a substantially horizontal direction or a substantially vertical direction through a plurality of openings 43.
  • FIG. 16 shows an example in which three parallel element units are arranged in two stages in the vertical direction.
  • the present invention is not particularly limited to this, and is arbitrarily set depending on the size of the bath to be immersed, the required processing capacity, and the like. It is possible. In particular, when loading element units in multiple stages in the vertical direction, it is possible to save space and save energy by significantly increasing the membrane area per unit area occupied by aeration air diffused from below the element unit. Can also be achieved.
  • the element block 22 is arranged such that a single element or a plurality of element units 10 are individually detachable through openings 43 provided in a parallel and vertical multi-stage provided in the housing 32. Constitute. For this reason, the element unit 10 can be easily and individually inserted and removed without complicated separation work in the element block 22, so that workability at the time of maintenance and membrane replacement can be improved. Time can be greatly reduced. Further, since the separation membrane element 1 has a structure without a support plate, even when unitized, it can be significantly reduced in weight compared to a conventional separation membrane element with a support plate, and the housing 32 Can be simplified, and the manufacturing cost as a module can be greatly reduced.
  • the separation membrane element having the configuration of the present invention has the form schematically shown in FIG. 1, and the resin part is formed in a cylindrical shape having a diameter of about 3.0 mm and a height of about 2.5 mm.
  • the periphery of the separation membrane was sealed with a sealing portion having a width of about 20 mm, and a water collecting portion having a width of about 35 mm was formed on a part of the periphery so as to be a combination of positions that did not overlap between adjacent separation membrane elements. .
  • a water collection nozzle made of polyethylene resin having the shape of FIG. 3 was inserted into this water collection portion, and then sealed.
  • a through hole (diameter of about 20 mm) is formed at the end of the separation membrane element, and a through rod is passed through the through hole while arranging adjacent water collecting nozzles so as not to overlap.
  • the separation membrane element of the present invention was half the thickness of the element and the weight of the element was 1 ⁇ 4 that of the conventional separation membrane element.
  • the weight of the separation membrane module as a whole was 1 ⁇ 4 or less.
  • the weight can be reduced to about 1/5.
  • the membrane filling rate of the separation membrane module of the present invention was 1.3 times that of the conventional separation membrane module. This is because the separation membrane element is thinned and the water collecting nozzle is disposed so as not to interfere.
  • the support plate-less element successfully improved the energy of aeration from the results of operation of the MBR prototype module in which the separation membrane element (support plate-less element) of the present invention was actually arranged for several months.
  • the separation membrane element was not damaged.

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Abstract

　本発明は、分離膜モジュールを構成する部材のコストダウン、併せて、分離膜エレメントに適度な剛性とともに曝気のエネルギーを逃がすような柔軟性を付与することを目的とする。さらに、分離膜モジュールを構成する膜エレメントの一部に故障が生じたとき、そのメンテナンス、すなわち故障した膜エレメントの交換または取り出しを容易にすることができる分離膜モジュールを提供することにある。分離膜モジュール２１はエレメントユニットを有し、該エレメントユニットは、シャフト９と、透過側の面が互いに対向するように配置された２枚の分離膜と前記分離膜間に設けられた集水流路とを有する分離膜対、および前記分離膜の周縁部において分離膜間を封止する封止部を含む複数の分離膜エレメント１と、前記シャフト９に前記分離膜エレメント１を懸架する懸架部（８）と、前記集水流路と前記分離膜エレメントの外部とを連通する集水ノズル７と、を備える。

Description

エレメントユニット、分離膜モジュール、分離膜エレメントの着脱方法
　本発明は、飲料水製造、浄水処理、廃水処理などの水処理分野、食品工業分野に好適な分離膜モジュールおよび分離膜モジュールユニットに関する。
　近年、平膜状や中空糸膜状の分離膜は、水処理分野および食品工業分野に使われるようになってきている。例えば分離膜を配設した膜エレメント、およびこの膜エレメントを複数配置した膜モジュールが水浄化処理装置に使用されている。分離膜には、その孔径や分離機能の点から、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜、正浸透膜などがある。これらの膜は、例えば海水、かん水または有害物を含んだ水などからの飲料水の精製、工業用超純水の製造、排水処理、および有価物の回収などに用いられている。膜は、目的とする分離成分及び分離性能によって使い分けられている。
　また、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）は、活性汚泥槽に分離膜を浸漬し、活性汚泥と処理水を膜で分離する処理方法である。ＭＢＲは、省スペースで、良好な水質が得られるため、国内では小規模な施設を中心に、新設の多い海外では１０万ｍ3／ｄａｙを超える大規模な施設に導入が進められている。
　特許文献１～３では、様々な構成の分離膜エレメントが提案されている。
　特許文献４では、平膜で形成された袋である複数の膜エレメントを備える膜モジュールが記載されている。複数の膜エレメントは、膜エレメントに取り付けられた輪によって、直方体形状の枠に、互いに並行になるように並べられている。枠は、沈降槽の壁等に固定される。各膜エレメントには、透過液の流出孔として分離膜および流路材を貫通する孔が設けられている。隣り合う膜エレメント同士は、それぞれの流出孔に接続する筒状の結合部材によって連結されている。
国際公開第２００８／１１７７８３号 日本国特開２０００－１１７０６７号公報 日本国特表２０１１－５１９７１６号公報 米国特許第７，８９２，４３０号明細書
　特許文献４に開示された膜モジュールでは、上述したように、隣り合う膜エレメント同士が結合部材で連結されている。いわば、この文献では、連続する透過液の流路が、複数の膜エレメントを貫通しそれぞれの膜エレメントを固定している。このようにエレメント同士が連結された状態では、一部のエレメントのみを取り出すことは難しい。よって、複数の膜エレメントのうちの一部が破損した場合も、一つなぎになった膜エレメント全体（つまり１個の膜モジュール）を交換する必要がある。
　本発明が解決しようとする課題は、分離膜モジュールを構成する膜エレメントの一部に故障が生じたとき、そのメンテナンス、すなわち故障した膜エレメントの交換または取り出しを容易にするエレメントユニットおよびそれからなる分離膜モジュールを提供することにある。
　本発明は、かかる課題を解決するため、以下の構成を有するものである。
　（１）シャフトと、透過側の面が互いに対向するように配置された２枚の分離膜と前記分離膜間に設けられた集水流路とを有する分離膜対、および前記分離膜の周縁部において分離膜間を封止する封止部を含む複数の分離膜エレメントと、
　前記シャフトに前記分離膜エレメントを懸架する懸架部と、
　前記集水流路と前記分離膜エレメントの外部とを連通する集水ノズルと、
を備えるエレメントユニット。
　（２）　前記分離膜エレメントは、前記分離膜対の互いに対向する透過側の面の両方に接着する樹脂部を備え、
　該樹脂部は、ドット状、線状、または格子状である
上記（１）に記載のエレメントユニット。
　（３）　前記シャフトは、複数の単位シャフトを備える
上記（１）または（２）に記載のエレメントユニット。
　（４）　前記シャフトは、隣接する前記単位シャフト同士を接続するシャフトジョイントをさらに備える
上記（３）に記載のエレメントユニット。
　（５）　前記シャフトは前記懸架部を貫通するように設けられており、
　前記分離膜エレメントは、前記シャフトの前記懸架部に対する抜き差しにより、前記シャフトに対して着脱可能である
上記（１）～（４）のいずれかに記載のエレメントユニット。
　（６）　前記分離膜は平膜であり、
　前記分離膜対において、前記集水流路よりも前記分離膜の面方向において外側に、前記シャフトが貫通可能な孔が設けられており、
　前記上記孔が前記懸架部として機能する
上記（１）～（５）のいずれかに記載のエレメントユニット。
　（７）　前記分離膜が略四角形であり、
　前記貫通孔が前記分離膜対の四隅に設けられている
上記（６）に記載のエレメントユニット。
　（８）　上記（１）～（７）のいずれかに記載のエレメントユニットと、
　前記エレメントユニットを出し入れ可能に収容する筐体と、
　前記筐体の下方に配置され、前記エレメントユニットにエアを供給するエアレーションブロックと、
を備える分離膜モジュール。
　（９）　前記筐体は、上面または側面の少なくとも一方に、前記エレメントユニットを出し入れ可能な開口部を有する
上記（８）に記載の分離膜モジュール。
　（１０）　前記懸架部を貫通するように設けられた前記シャフトを備える上記（８）または（９）に記載の分離膜モジュールにおいて、前記分離膜エレメントを着脱する方法であって、
　前記シャフトをスライドさせて前記懸架部から抜き差しすることにより、前記分離膜エレメントを前記分離膜モジュールから着脱することを特徴とする分離膜エレメントの着脱方法。
　本発明のエレメントユニットでは、分離膜エレメントがシャフトに懸架され、かつ個々の分離膜エレメントに設けられた集水ノズルが、分離膜エレメントの集水流路と分離膜エレメントの外部とを連通する。つまり、分離膜エレメントはそれぞれ互いに独立している。よって、一部の分離膜エレメントのみを容易に取り出すことができる。
図１（ａ）（ｂ）は本発明のエレメントユニットを構成する分離膜エレメントの実施形態の一例を模式的に示す断面図であり、図１（ａ）は厚さ中心で膜表面と平行に切断した断面図、図１（ｂ）は厚さ方向に切断した断面図である。 図２は本発明のエレメントユニットを構成する分離膜エレメントの他の実施形態の一例を示す図１（ａ）に相当する断面図である。 図３（ａ）（ｂ）は本発明で使用する集水ノズルの実施形態の一例を示す概要図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図である。 図４（ａ）（ｂ）は本発明のエレメントユニットを構成する分離膜エレメントのさらに他の実施形態の一例を示す概要図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）（ｂ）に記載の分離膜エレメントを交互に配列したエレメントユニットの実施形態を上から見た概要図である。 図５（ａ）は本発明のエレメントユニットを構成する分離膜エレメントのさらに他の実施形態の一例を示す概要図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に記載の分離膜エレメントを使用したエレメントユニットの実施形態の一例を示す概要図である。 図６は本発明のエレメントユニットを構成する分離膜エレメントの実施形態の他の一例を示す断面図である。 図７（ａ）（ｂ）は本発明のエレメントユニットを構成する分離膜エレメントにおける端部の実施形態の他の一例を示す断面図である。 図８（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明のエレメントユニットを構成するシャフトによる固定部の実施形態の他の一例を部分拡大して示す概略断面図である。 図９は本発明の分離膜モジュールの実施形態の一例を示す斜視図である。 図１０（ａ）は本発明のエレメントユニットの実施形態の一例を模式的に示す斜視図であり、図１０（ｂ）はエレメントユニットを構成するシャフトの一例を別の方向から見た斜視図である。 図１１（ａ）は図９に示した分離膜モジュールの正面図、図１１（ｂ）は側面図である。 図１２（ａ）（ｂ）は本発明の分離膜モジュールユニットの実施形態の一例を示す正面図であり、図１２（ａ）は分離膜モジュールを２基連接させたユニット、図１２（ｂ）は分離膜モジュールを３基連接させたユニットである。 図１３は本発明の分離膜モジュールの実施形態の他の一例を示す斜視図である。 図１４は本発明のエレメントユニットの実施形態の一例を示す斜視図である。 図１５は本発明の分離膜モジュールを構成する筐体溝ガイド部の一例を部分拡大して示す斜視図である。 図１６は本発明の分離膜モジュールの実施形態のさらに他の一例を示す斜視図である。
　〔分離膜エレメント〕
　本発明において、エレメントユニットは、複数の分離膜エレメントを有する。その分離膜エレメントは、平膜構造をしたエレメントであって、透過側の面同士が対向するように分離膜を貼りあわせるに際し、膜の周縁部の一部に集水部を設け、かつ集水部以外の周縁部を封止している。封止した周縁部よりも内側の分離膜の透過側表面領域に、樹脂部を配置し、この樹脂部で両側の分離膜の一部を接着させた構造を有する。
　図１（ａ）（ｂ）は分離膜エレメントの実施形態を例示する断面図であり、図１（ａ）は分離膜複合体の厚さ中心で膜表面と平行に切断した平面視の断面、図１（ｂ）は厚さ方向の断面を模式的に説明するものである。
　図１（ａ）（ｂ）において、分離膜エレメント１は、封止部２、集水部３、ドット状の樹脂部４、集水流路５、分離膜６を有する。分離膜エレメント１は、２枚の分離膜６，６からなる分離膜対で構成される。分離膜６，６は、その透過側の面が互いに向き合い、所定の間隙をあけるように配置される。この間隙の周囲（周縁部）は封止されて封止部２を形成し、この周縁部より内側の分離膜６，６間の一部が樹脂部４により繋がれる。
　すなわち２枚の分離膜６，６は、所定の間隙を確保するように、その膜表面の一部が樹脂部４により接着される。分離膜６，６の間に形成された所定の間隔は、膜を透過した水が通る流路、すなわち集水流路５となり、ここを通った水は集水部３に集水され、ここから分離膜エレメント１の外部へ取り出される。集水部３を周縁部に配置することにより、ろ過機能を有する分離膜の面積を損なうことがない。
　分離膜エレメント１の周囲（周縁部）は接着樹脂、熱溶着、超音波溶着等の方法により封止され、封止部２を構成する。膜周縁部の一部には集水部３が設けられ、この集水部３は封止されない。
　ここで、周縁部における封止とは、接着、圧着、溶着、融着、折り畳み等によって、分離膜エレメントの外部の供給水（被処理水）が、分離膜エレメントの内部に周縁部から直接流入しないようにすること（つまり供給水が分離膜を透過すること以外の経路で流入しないようにすること）である。同時に、分離膜を透過した透過水が、集水部３を除き、分離膜エレメントの外部に漏れないようにすることである。
　なお、対を形成する分離膜６は、独立した２枚の分離膜の対向する縁部を封止したものでもよいし、折り畳まれた１枚の分離膜の対向する縁部を封止したものでもよい。
　樹脂部４が両方の分離膜の一部を接着する構成とは、分離膜対において、樹脂部４が、一方の分離膜６の透過側面およびそれに対向する他方の分離膜６の透過側面の両方に接着する構成を指す。すなわち、分離膜対において、一方の分離膜は他方の分離膜に、樹脂部を介して固定される。
　また「内側」は、分離膜６の透過側表面のうち周縁を除いた表面をいう。特に、分離膜が上述のとおり袋状膜を形成している場合、封止部分で囲まれた部分が「内側」に相当する。分離膜６とは、分離膜表面に供給される流体中の成分を分離し、分離膜を透過した透過流体を得るものであれば限定されない。分離膜としては、例えば、分離機能層、多孔性支持層、基材を備えることができる。
　分離膜６の透過側の面が基材で構成されるとき、基材の中に、樹脂部４の樹脂の成分が含浸していてもよい。分離膜の透過側の基材に樹脂を配置し、分離膜の分離機能層表面から加熱すると、分離膜の透過側から機能層面に向かって、樹脂の含浸が進行する。このように含浸が進行するに従い樹脂と基材との接着が強固となる。このため製造された分離膜エレメント１を洗浄するとき、薬液により透過側から洗浄しても分離膜対の間が剥離し難くなる。
　分離膜エレメント１において、分離膜６の透過側に所定の間隙を確保することにより、分離膜６を透過した透過水の流動抵抗を小さくすることができる。通常、分離膜エレメントにおいて分離膜６の透過側にスペーサ等の部材を設けないと、分離膜の透過側同士が密着するので、透過水の流動抵抗が大きくなり、その結果透過水の水量が低下する。分離膜エレメント１は、このようなスペーサ等の部材を配置せずに、分離膜間に間隙を確保し透過水の流動抵抗を小さくする。
　分離膜６，６間の透過側の間隙は、５０μｍ以上５０００μｍ以下の範囲が好ましい。分離膜の間隙が、５０００μｍ以下であることで、水処理運転中のエアレーション操作時において気泡が膜面に衝突する衝撃が緩和されるので、膜の破損が抑制される。また、分離膜の間隙が、５０μｍ以上であることで、向かい合う透過側の膜面の間に広い空間が確保されるので、透過水の流動抵抗が低減され、その結果、透過水の水量が増大する。分離膜の間隙は、さらに好ましくは５００μｍ以上３０００μｍ以下の範囲である。
　なお、ネットなどの流路材を透過側内側に挟み込み流路を確保することはできるが、分離膜と流路材とが固定されていないため薬液による透過側からの洗浄では、分離膜に透過側からかかる圧力によって、分離膜で形成された袋が膨らみ、分離膜６が破損するおそれがある。分離膜６，６間に樹脂部４を介在させて接着することにより、このような破損を防ぎ薬液による透過側の洗浄も可能になる。
　分離膜６の面積に対する樹脂部の面積割合は、小さいと薬液による透過側からの洗浄で分離膜が剥がれる恐れがあり、また、大きくなると、樹脂により流路を阻害し透過水の水量が低下する。そのため、内側の樹脂部の面積割合は、１％以上７０％以下の範囲が好ましい。さらに好ましくは１０％以上５０％以下の範囲である。
　樹脂部４の形状は特に限定されるものではなく、分離膜に投影した形状として円形、多角形、不定形などのドット状、或いは直線、曲線、波線、ジグザグなどの線状、さらに格子状に形成することができる。また、ドット状の樹脂の配置は格子点状、千鳥配列状など特に限定されない。内側の樹脂部の形状および配置を調整することにより、要求される分離特性や透過性能の条件を満足するように、分離膜エレメントを設計することができる。樹脂部の分離膜６への投影像は、不連続であることが好ましい。つまり、１枚の分離膜に、分離膜の平面方向において、２つ以上の樹脂部が間隔をおいて配置されることが好ましい。より具体的には、分離膜６の透過側表面の内側部分において、５ｃｍ四方あたり１個以上、５個以上、または１０個以上の樹脂部が設けられることが好ましい。また、５ｃｍ四方あたり１００個以下、５０個以下、または３０個以下の樹脂部が設けられることが好ましい。
　封止部２および内側の樹脂部４を構成する成分としては特に限定されないが、耐薬品性の点で、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンや共重合ポリオレフィンなどが好ましく、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などのポリマーも選択できる。ただし、熱可塑性重合体であれば成形が容易であるため、樹脂の形状を均一にできる。融点が高い熱可塑性重合体であると、分離膜に樹脂を接着させるときに分離機能層を溶かしてしまうおそれがあり、溶融温度が低すぎると運転中に分離膜の内側が剥がれるおそれがある。そのため、樹脂としては、融点が８０℃～２００℃の範囲の熱可塑性重合体が好ましい。
　分離膜６に、封止部２および樹脂部４を接着させる方法は特に限定されないが、処理温度や選択する樹脂の種類を変更することで、要求される分離特性や透過性能の条件を満足できるように自由に樹脂の形状を調整することができる。
　なお、封止部２および樹脂部４には、同じ樹脂が適用されてもよいし、異なる樹脂が適用されてもよいし、また、封止部２は樹脂を用いず分離膜同士を直接溶着してもよい。
　なお、分離膜６を上記方法で接着することにより、接着剤が接着芯地の効果を担い、分離膜６に適度な柔軟性と剛性を与えていることも本発明における重要なポイントである。このため接着具合とともに、分離膜６の柔軟性と剛性の観点から、樹脂部の間隔、形状や材質を選択することも、状況によっては必要である。
　本発明において、分離膜は、平膜状の分離膜であり、好ましくは不織布ベースの基材の上に分離機能層を製膜したものである。
　分離膜の分離機能層の厚みは、薄すぎるとひび割れなどの欠陥が生じ、ろ過性能が落ちる場合があり、厚すぎると透水量が低下することがあるので、通常０．００１～０．５ｍｍ（１μｍ～５００μｍ）、好ましくは０．０５～０．２ｍｍ（５０μｍ～２００μｍ）の範囲で選定することが好ましい。
　分離機能層としては、孔径制御、耐久性の点で架橋高分子が好ましく使用され、成分の分離性能の点で多孔性支持層上に、多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物とを重縮合させてなる分離機能層、有機無機ハイブリッド機能層などが積層された膜を好適に用いることができる。また、セルロース膜、ポリフッ化ビニリデン膜、ポリエーテルスルホン膜、ポリスルホン膜のような多孔性支持層であって、分離機能と支持体機能との両方を有する膜を用いることもできる。つまり、分離機能層と多孔性支持層とが、単一の層で実現されてもよい。
　本発明において分離膜としては、好ましくは基材と分離機能層とからなり、特に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂からなる分離機能層が形成された分離膜を用いるとよい。ここで、基材と分離機能層との間には、当該分離機能層を構成する樹脂と基材とが混在する層が介在していることが好ましい。基材表面から内部にポリフッ化ビニリデン系ブレンド樹脂が入り込むことで、いわゆるアンカー効果によって分離機能層が基材に堅固に定着され、分離機能層が基材から剥がれるのを防止できるようになる。分離機能層は、基材に対して、片面に偏って存在しても構わないし、また、両面に存在しても構わない。分離機能層は、基材に対して、対称構造であっても、非対称構造であっても構わない。また、分離機能層が基材に対して両面に存在している場合には、両側の分離機能層が、基材を介して連続的であっても構わないし、不連続であっても構わない。
　分離機能層と基材で形成された分離膜において、基材は、分離機能層を支持して分離膜に強度を与える機能をもつ。基材を構成する材質としては、有機基材、無機基材等、特に限定されないが、軽量化しやすい点から、有機基材が好ましい。有機基材としては、セルロース繊維、セルローストリアセテート繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維からなる織編物や不織布があげられる。なかでも、密度の制御が比較的容易な不織布が特に好ましい。
　分離膜６としては、逆浸透膜、ナノろ過膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜のいずれにも適用することができる。また、分離対象物質の大きさに応じて適当な一種以上の膜を選択、組み合わせればよいが、下廃水処理用としては特に限外ろ過膜、精密ろ過膜が好ましい。
　なお、分離膜６を透過した水は、集水流路５を通って集水部３に集められ、集水部３に取り付けられた集水ノズル７を経由して分離膜エレメントの系外に取り出される。集水部から透過水を容易かつ確実に取り出すため、集水部に中空状の集水ノズルを配置することが好ましい。
　図２に、分離膜エレメント１と集水ノズル７を並べて示す。また図３には、集水ノズル７の平面図（ａ）および正面図（ｂ）を示す。
　図２に示すように、膜周縁の封止部２の一部に集水部３が設けられ、この集水部３に集水ノズル７が配置される。上述した通り集水部３は封止されておらず、集水ノズル７を取り付けた後、封止される。集水ノズル７は、集水流路５と分離膜エレメント１の外部とを連通する。集水ノズル７の設置に必要な幅等は、取り付ける集水ノズル７の大きさや分離膜エレメント１の大きさ等から総合的に判断して決めれば良いが、通常は集水ノズル７の筒状部の直径として０．３ｃｍから３ｃｍ程度である。集水ノズル７は、分離膜エレメント１から透過水を取り出す目的が達成されるのであれば、特に構造、材質など限定されるものではなく、例えば樹脂製のチューブを用いることができる。
　図３（ａ）（ｂ）は、本発明で使用する集水ノズルの実施形態の一例である。集水ノズル７は、上部および下部の中空部材により構成されている。集水ノズル７の下部は２枚の湾曲面を中空になるように配置し、その下方を開放し上方を略平面で閉じるとともに、この上方の平面の略中央に開口を有し、この開口に断面形状が円形または楕円状である筒状部（上部中空部材）を接続し構成されている。集水ノズル７を図３に示すような形状にすることにより、分離膜エレメント１の集水部３への取り付けに伴う皺を発生させないで、集水ノズル７と封止部２とを封止させることが可能である。封止の方法としては、熱溶着による方法、接着剤を使用する方法などが考えられるが、封止方法は特に限定されるものではない。封止をより確実なものとするため、熱溶着と接着剤を併用する方法も考えられる。取り付け部分の形状としては、特に形状は限定されるものではないが、分離膜エレメント１の大きさ、集水ノズル７の大きさや形状等から適切なものを選定すればよい。
　次に、この分離膜エレメント１を複数枚束ねてモジュール化したエレメントユニットの実施形態を説明する。本発明において分離膜エレメントは支持板を無くしたエレメントであるため、エレメント全体の厚さを薄くすることができる。このため、エレメントユニットとして設置面積あたりの膜面積（分離膜の充填率）を高くすることが可能である。しかしながら、分離膜エレメント１には、集水ノズル７が取り付けられている。このため膜の部分よりむしろ、集水ノズルをどう配置し、分離膜エレメント１の充填率を上げるのかが課題となる。そこで、本発明のエレメントユニットは、隣同士の分離膜エレメントの集水ノズルが干渉しないように配置させることを特徴とする。
　図４（ａ）（ｂ）に２枚の分離膜エレメント１ａ，１ｂを示す。両者の違いは、集水ノズル７の取り付け位置であり、（ａ）の分離膜エレメント１ａにおける集水ノズル７の位置と、（ｂ）の分離膜エレメント１ｂにおける集水ノズル７の位置とを異ならせている。集水ノズルの設置位置を互い違いにすることにより、熱可塑性重合体に組み立てるとき、隣接する分離膜エレメントの集水ノズル同士の干渉を避けることができるため、分離膜エレメント同士の間隔を狭くとって配置することが可能となる。分離膜エレメント１ａおよび１ｂを交互に複数枚並べ、上部から見たエレメントユニットの実施形態を図４（ｃ）に示す。なお、図４（ａ）～（ｃ）は一例を示したものであり、集水ノズル７が干渉しないように配置できるのであれば、この構造に限ったものではない。
　ここで図４（ａ）（ｂ）に記載した分離膜エレメント１ａおよび１ｂは、長方形の平膜状分離膜の一つの角をとり、傾斜辺１１を有する形状にし、この傾斜辺に集水部および集水ノズル７を配置した例である。この配置に限ったものではないが、このように傾斜辺１１を設け、傾斜辺１１上に集水ノズル７を配置することにより、集水ノズルの取り付け場所の位置決めがしやすくなるという製作上のメリットの他、集水管を膜エレメントの横側に設置し、この集水管と各集水ノズルとをチューブ等で接続する場合に、集水ノズルに無理な力がかからないようにし、集水ノズルの接着が剥がれたり破壊されるのを防ぐというメリットがある。
　図５（ａ）にこの実施形態に係る分離膜エレメントの一例、図５（ｂ）にエレメントユニットの実施形態の一例を示す。
　図５（ａ）において、分離膜エレメント１の端部（角部）近くの４ヶ所に貫通孔８が配置される。貫通孔の数は、エレメントの大きさなどにより適当数開ければよい。分離膜が略四角形である場合、分離膜の面方向において外側の四隅に貫通孔を設けることが好ましい。貫通孔は、例えばハトメを打つことにより形成すると、貫通孔の周囲が補強され、耐久性の点では好ましい。貫通孔を有する分離膜エレメントは、図５（ｂ）に示すように、複数枚が、それぞれの集水ノズル７が重なり合わないように配列してまとめられ、隣接する貫通孔８に例えばシャフト９を貫通させてエレメントユニットとすることができる。このような構造をとることにより、エレメントユニットを構成する部材を大幅に削減することが可能となる。併せて、分離膜エレメント、エレメントユニットや分離膜モジュールには適度な剛性とともに曝気のエネルギーを逃がすような柔軟性が加わり、ＭＢＲに使用したとき下部からの曝気等に対し優れた耐久性を有する。
　図６は、本発明のエレメントユニットを構成する分離膜エレメントの他の実施形態の一例を、分離膜エレメントの厚さ方向中心の平面で切断して示す断面図である。また分離膜エレメント１とともに、集水管２７およびチューブ２６を記載する。
　集水ノズル７は、チューブ２６を介して集水管２７が接続される。集水管２７の下流側に吸引ポンプ（図示せず）が接続され、分離膜エレメント１内部に陰圧をかけ、透過水を取り出す。
　図６において、分離膜エレメント１は、主として２枚の平膜状の分離膜６を、透過側の面が互いに対向するように配置した分離膜対で構成し、この分離膜対の周縁部が封止された袋状の構造をしている。分離膜エレメント１は、その分離膜の面方向において外側の端部に貫通孔８を代表とする懸架部を有する。貫通孔８は、その縁部が封止されており、分離膜エレメントの外部と内部とを遮断するように構成される。
　または、図７（ａ）に示すように、貫通孔８を封止部２および／または樹脂部４’により囲むように構成させてもよい。また図７（ｂ）に示すように、封止部２の端部での断面積を大きくとり、その内部に貫通孔８を形成してもよい。
　このように貫通孔８の縁部を封止することにより、分離膜エレメントの外部の被処理水が貫通孔８から内部へ漏れ込んだり、内部の透過水が外部へ漏れ出たりすることがない。また貫通孔８の数として、図６では４つの貫通孔が設けられているが、この例に限定されるものではなく、エレメントの大きさ、形状などにより適宜設定することができる。貫通孔８の位置についても特に限定されるものではない。貫通孔８は、例えばハトメなどの止め金具を打つことにより穴の周囲が補強されることが、耐久性の点では好ましい。止め金具の材質はステンレス、アルミ、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂など任意のものが使用できる。
　なお、分離膜エレメント１をシャフト９へ懸架する懸架部の構造について、特に貫通孔に限定されず、図８に示すような、上支持構造（図８（ａ））や、切り欠き構造（図８（ｂ））でも構わない。図８（ａ）に示した懸架部の上支持構造は、分離膜エレメント１の左右の両端の上方部に突出部５１を形成し、この突出部５１がシャフト９の上側に支持されるようにして固定する構造である。また図８（ｂ）に示した懸架部の切り欠き構造は、分離膜エレメント１の左右の両端部にシャフト９を収容する切り欠き部５２を形成し、この切り欠き部５２にシャフト９を貫通させて固定する構造である。突出部５１および切り欠き部５２の形状、位置および数は適宜、決めることができる。
　図９は本発明の分離膜モジュールの実施形態の一例を示す斜視図である。
　図９において、分離膜モジュール２１は、エレメントブロック２２、エアレーションブロック２３および集水管２７により構成される。エレメントブロック２２は、筐体３２の内側に、上述したエレメントユニット１０を収容する。エレメントユニット１０は、分離膜エレメント１の貫通孔８にそれぞれシャフト９を通すようにして、分離膜エレメント１を複数平行に並べることで構成されている。このエレメントブロック２２の下方にはエアレーションブロック２３が配設されている。エアレーションブロック２３は、ブロワ（図示せず）に連結されている散気装置（図示せず）からなる。活性汚泥槽内の被処理水中に沈められた分離膜モジュール２１のエレメントブロック２２に向けて下方のエアレーションブロック２３から空気が噴出される。
　隣接する分離膜エレメント１間には、被処理水および空気の流路を確保するため、クリアランス保持部材２８が設けられている。クリアランス保持部材２８は、特に限定されるものではないが、耐久性および衝撃吸収性の観点から、ポリウレタン製のワッシャやカラー、またはニトリルゴムやシリコンゴムに代表されるゴム製ワッシャやカラーなどが好適に使用される。このようなクリアランス保持部材２８を配置することで、分離膜エレメントや分離膜モジュールには適度な剛性とともに曝気のエネルギーを逃がすような柔軟性が加わり、下部のエアレーションブロック２３からの曝気に対する優れた耐久性を示すこととなる。
　また、分離膜エレメント１の端部（図９の例では４隅）の貫通孔８を通したシャフト９はシャフト保持部３３により筐体３２に接続、固定されている。シャフト保持部３３の固定部を解除することにより、シャフト９は分離膜モジュール全長に対して略平行な方向（膜エレメントの平膜に垂直な方向）にスライド可能な構造となっている。
　シャフト９と筐体３２の接続は、シャフト保持部３３を筐体３２に設置し、シャフト保持部３３の内部にシャフト９を通すようにする。またシャフト保持部３３の止めネジ機構の操作により、シャフト９のスライドを可能としている。ただし、シャフト９と筐体３２の接続は、特にこれに限定されるものではなく、筐体３２のフレームにシャフトを通すための穴を設け、Ｃ形、Ｅ形止め輪を使用するなど、その形式および方法は任意で構わない。筐体フレームおよびシャフト保持部の材質は、ステンレス、アルミなどの各種金属、ＰＶＣ樹脂やＡＢＳ樹脂などの各種熱可塑性樹脂、またポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの各種熱硬化性樹脂など任意に選択可能であるが、耐食性および剛性の高いステンレス材が好適に使用される。
　このようなエレメントブロック構成の場合、例えば、分離膜が破損し、ろ過機能をなくした故障した膜エレメントが両端に発生したときでも、シャフト９をスライドさせることにより、故障した膜エレメントを簡便に抜き取ることができる。抜き取り後のスペースについては、新品もしくは補修後の膜エレメントを再装填することが可能であり、もしくはシム、ワッシャなどに代表されるスペーサを装填することもできる。つまり、エレメントブロック全体の分解を必要とせず、簡便に故障した膜エレメントの交換・メンテナンスが可能となる。
　つぎに、本発明を構成するシャフトの好適な構成について説明する。シャフト９は複数の単位シャフト３１を繋ぎ合せることにより構成することが望ましい。単位シャフト３１の連結方法は、隣接する単位シャフト３１同士を接続するシャフトジョイント３４を用いることができる。例えば、図１０（ｂ）に示すように、両端部が段付きの単位シャフト３１を、セットカラーに代表されるシャフトジョイント３４により連接させ固定させる方法が簡便で好適に使用できる。また単位シャフト３１の外径とセットカラーの外径とを略同一にすることが好ましく、図１０（ａ）に示すように、連結したシャフト９を分離膜エレメント１の貫通孔に通し、スムーズにスライドさせることができる。ただし、隣接する単位シャフト同士の連結方法として、キーセットタイプやピン止めタイプなど、その他方法も任意に選択可能である。
　シャフト９および単位シャフト３１の材質はステンレス、アルミなどの各種金属、ＰＶＣ樹脂やＡＢＳ樹脂などの各種熱可塑性樹脂、またポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの各種熱硬化性樹脂など任意に選択可能であるが、耐食性および剛性の高いステンレス材が好適に使用される。また連結の機能が果たせるのであれば、中実および中空シャフト、どちらのシャフトを使用してもよく、シャフト形状について、丸形状に限定されず、楕円、略四角形状など任意形状でも構わない。
　さらに、単位シャフトは、膜エレメントを懸架させられる構成であれば、シャフト、パイプ等の剛性棒に限らず、針金、紐等のフレキシブル棒でも構わない。この場合、フレキシブル棒を連結出来るように各端部にジョイント部を設けることが望ましい。
　これら単位シャフト３１を連結したシャフト９を使用して構成されたエレメントブロックの場合、例えば、分離膜が破損し、ろ過機能をなくした故障した膜エレメントが一部に発生したときでも、シャフト保持部３３の固定部を解除し、シャフト９の連結部３５を破損エレメントの周辺にスライドさせ、連結部３５と単位シャフト３１とを分離することにより、故障した膜エレメントを簡便に抜き取ることができる。抜き取り後のスペースについては、前記同様、新品もしくは補修後の膜エレメントを再装填することが可能であり、もしくはシム、ワッシャなどに代表されるスペーサを装填することもできる。つまり、エレメントブロック全体の分解を必要とせず、簡便に任意の膜エレメントのメンテナンスが可能となる。
　また、単位シャフト３１の長さおよび本数について、図１１を用いて説明する。前述したメンテナンス機能を満足させるためには、単位シャフト３１の長さをＳ、分離膜モジュール一つにかかわる単位シャフト本数をＮ、分離膜モジュール全長をＬとした場合、これらの関係が、Ｓ≧Ｌ／（Ｎ－１）で規定されることが好ましい。複数の単位シャフト３１の長さＳは、前記式を満たす限り、互いに同じでも異なってもよい。例えば、図１１において、モジュール全長Ｌを１００ｃｍ、単位シャフト本数Ｎを３本とした場合、単位シャフト長さＳは少なくとも５０ｃｍ必要となる。これはすなわち、分離膜モジュール全長Ｌに対するシャフト９のスライド代Ａ（シャフト保持部３３から外れることのないスライド量）が、シャフトの連結部３５から抜き取りたい故障した分離膜エレメント１ｘまでの距離Ｂより大きいことを意味する。スライド代Ａが距離Ｂより小さいと、シャフト９がモジュール内で滑落し、機能を果たすことができなくなる。なお、ここでの単位シャフト長さＳは、分離膜モジュール全長Ｌに対して略平行な方向の長さであり、分離膜モジュール全長Ｌは集水管の長手方向と略平行な方向の長さである。
　さらに、別の実施形態として、シャフト９の両端部が、隣り合う分離膜モジュール２１同士が連接可能に成るよう構成することができる。ここで隣り合うシャフト９を連接可能にする構成とは、上述した単位シャフト３１の連結方法と同様にすることができる。
　図１２（ａ）は、シャフト９で構成された分離膜モジュール２１を２基連接させた場合の分離膜モジュールユニット３６を、図１２（ｂ）は、分離膜モジュール２１を、３基連接させた場合の分離膜モジュールユニット３７を示す。分離膜モジュールユニット３７では、分離膜モジュール１基にかかるシャフト９として、単位シャフト３１が２つ連結されて構成され（Ｎ＝２）、かつ単位シャフト長さＳ、単位シャフト本数Ｎ、分離膜モジュール全長Ｌとの関係が、Ｓ≧Ｌ／（Ｎ－１）の関係を満たしている。このように、単位シャフト３１を連結したシャフト９を接続させることにより、複数の分離膜モジュールを簡便にユニット化させることができる。
　図１２（ａ）の場合、例えば、分離膜が破損し、ろ過機能をなくした故障した分離膜エレメント１が、各分離膜モジュール２１両端に発生したときでも、シャフト９をスライドさせることにより、当該膜エレメントを簡便に抜き取ることができる。抜き取り後のスペースについては、新品もしくは補修後の膜エレメントを再装填することが可能であり、もしくはシム、ワッシャなどに代表されるスペーサを装填することもできる。つまり、分離膜モジュールユニット３６全体の分解を必要とせず、簡便に両端の膜エレメントのメンテナンスが可能となる。またシャフト９のどちらかの端部に、別のシャフトを接続することにより、既存のシャフト連結部３５を破損したエレメントの周辺にスライドさせることができる。
　図１２（ｂ）の場合、Ｓ≧Ｌ／（Ｎ－１）の規定上、分離膜モジュール２１の両側にスペースが生じてしまうが、スペースに見合った複数枚の分離膜エレメント１およびクリアランス保持部材２８を装填することで、膜エレメントの充填率を下げることなく、分離膜モジュールユニットを構成させることができる。
　またこの場合、例えば、分離膜が破損し、ろ過機能のなくなった分離膜エレメント１が分離膜モジュールユニット３７の任意位置に発生したときでも、シャフト９の連結部３５を破損エレメントの周辺にスライドさせ、連結部３５を解除することにより、当該分離膜エレメントを簡便に抜き取ることができる。抜き取り後のスペースについては、前記同様、新品もしくは補修後の膜エレメントを再装填することが可能であり、もしくはシム、ワッシャなどに代表されるスペーサを装填することもできる。つまり、分離膜モジュールユニット全体の分解を必要とせず、簡便に任意の膜エレメントのメンテナンスが可能となる。
　本発明の分離膜モジュールから分離膜エレメントを着脱する方法は、シャフトの連結部を着脱しようとする分離膜エレメントの近くまでスライド（移動）させ、連結部を分離し、その分離した端部から、分離膜エレメントの懸架部を抜き差しすることにより、分離膜エレメントを個別に着脱することができる。これにより分離膜モジュールのメンテナンス、すなわち故障した膜エレメントの交換または取り出しを容易にすることができる。
　さらに、図１２（ａ）（ｂ）に示す各分離膜モジュールユニット３６，３７を浸漬槽に浸漬する際、重機作業が必要となる。この場合、シャフト連結のみでは接合強度が低いため、連結部材３８を使用して各筐体３２同士を接合すると良い。連結部材３８および筐体同士の接合方法は任意で構わないが、ステンレス製のプレート、アングルなどを使用したボルトナット方式が好ましい。
　次に図１３は本発明の分離膜モジュールの実施形態の別の一例を示す斜視図である。
　図１３において、分離膜モジュール１２１は、図９の分離膜モジュール２１とほぼ同様の構成を有する。ただし、分離膜モジュール１２１は、複数のエレメントユニット１０を収容できる筐体１３２を備える。分離膜モジュール１２１は、エレメントブロック１２２、エアレーションブロック２３および集水管（図示せず）により構成される。エレメントブロック１２２は、エレメントユニット１０およびエレメントユニット１０を出し入れ可能に収容する筐体１３２により構成される。このエレメントブロック１２２の下方にはエアレーションブロック２３が配設されている。エアレーションブロック２３はブロワ（図示せず）に連結された散気装置（図示せず）から構成される。活性汚泥槽内の被処理水中に沈められた分離膜モジュール１２１のエレメントブロック１２２に向けて下方のエアレーションブロック２３から空気が噴出される。
　図１４は図１３の分離膜モジュール１２１に適用されるエレメントユニット１０の実施形態の一例を示す斜視図である。
　エレメントユニット１０は、上述した分離膜エレメント１の貫通孔にそれぞれシャフトを通すようにして、分離膜エレメント１を複数平行に並べることで構成されている。隣接する分離膜エレメント１間には、被処理水および空気の流路を確保するため、クリアランス保持部材２８（図９）が設けられている。
　また集水ノズル７が、貫通孔８の位置と干渉しないように、分離膜エレメント１の側面に配列されている。「干渉しないように」とは、集水ノズル７が、貫通孔８とは離間するように設けられること、つまり異なる位置に設けられることを意味する。集水ノズル７が集水流路５に連通するのに対して、貫通孔８は、透過水の漏れ防止のために、封止部２または樹脂部４’等によって集水流路５とは隔離されることが好ましい（図７（ａ）および図７（ｂ））。よって、集水ノズル７と貫通孔８とは、離間するように設けられることが好ましい。
　エレメントユニット１０の両端部には、筐体１３２に収容する際のハンドリング性等を考慮して側板４１が備えられている。また、これら各部位を固定するための固定部材４２がシャフト９もしくは側板４１部に備えられている。
　エレメントユニット１０を構成する分離膜エレメント１の枚数は、１０～１５０枚と任意に設定可能であるが、筐体１３２への出し入れ時のハンドリング性を考慮すると２０～５０枚が好ましい。膜エレメント形状は、特に限ったものではないが、略四角形状のものが好適に使用される。
　分離膜エレメント１の懸架部、クリアランス保持部材２８については前述の通りである。
　側板４１の厚みは、特に限定されるものではないが、２～１０ｍｍあればよく、分離膜エレメント１の充填率を上げることを考慮して、２～５ｍｍの範囲が好適に使用される。側板４１形状は任意で構わないが、隣接する膜エレメントが曝気エアにより揺動し接触する際に、膜表面を傷付ける可能性のある突起等がないフラットバー（平鋼）が好ましい。
　また、エレメントユニット１０を筐体１３２に収容する際のハンドリング性を考慮して、側板４１には取手が備えられている（図示せず）。取手の形状は任意でよく、楕円、略四角形状など任意形状を側板から切り抜き形成してもよいし、金属等の部材で構成される取手を別途側板４１に設置してもよい。側板４１および取手の材質はステンレス、アルミなどの各種金属、ＰＰ樹脂、ＰＶＣ樹脂やＡＢＳ樹脂などの各種熱可塑性樹脂、またポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの各種熱硬化性樹脂など任意に選択可能であるが、耐食性、重量、および耐摩耗性の観点からＰＰ樹脂が好適に使用される。
　固定部について図１４では、シャフト９端部をネジ構造とし、複数の分離膜エレメント１および側板４１を介して、両端部を締結ナット等の固定部材４２で締め付け固定している。別の固定方法として、カラー等によるセット止め、シャフト部に溝を切りＣ形、Ｅ形止め輪を使用するなど、任意に選択可能である。構成を簡素化し製作コストを抑えることが出来るという観点から、シャフト９端部のネジ部をナット締結により固定する方法が好適に使用できる。この場合、シャフト９端部はネジ構造にしなければならないが、寸切りボルト等に代表される全ネジ構造でもよいし、シャフト端部のみをねじ切りする構造でもよい。また、ナット等の固定部材４２については、シャフト９もしくは側板４１に直接接合していてもよいし、分離していてもよい。
　筐体１３２には、上面または側面の少なくとも一方に、エレメントユニット１０を出し入れ可能な開口部４３を有する。このような構造にすることで、エレメントユニット１０毎に筐体１３２部より着脱可能となるため、メンテナンスおよび膜エレメントの交換または取り出しを容易にすることができる。さらに、エレメントユニット１０を主に構成する分離膜エレメント１は、支持板の無い構造であるため、その重量は約１００～５００ｇと軽く、ユニットとしても、約５～２５ｋｇ（乾重量／膜エレメント枚数５０枚の場合）である。そのため、重機等を用いずにエレメントユニットの出し入れを容易に行うことができ、メンテナンスおよび膜エレメントの交換または取り出し時の大きなメリットとなる。
　エレメントユニット１０と開口部４３との空隙の距離は、エレメントユニット１０が開口部４３から出し入れ可能な間隔であれば特に限定されるものではないが、例えば２～１０ｍｍにすることができる。分離膜エレメント１の充填率を上げることを考慮すると２～５ｍｍがさらに好ましい。
　また、図１５に示すように、エレメントユニット１０を出し入れする際、シャフト９の端部ないしは固定部材４２を通過せしめるための溝ガイド４４（切り欠きガイド）を筐体１３２に備えることが好ましい。こうすることで、エレメントユニット１０を懸架させる際の位置決めになるとともに、ハンドリング性が向上する。さらには、エレメントユニット１０と開口部４３の空隙の距離を狭くすることも可能となるため、分離膜エレメント１の充填率をさらに上げることができる。
　筐体１３２にはシャフト９を利用してエレメントユニット１０を懸架させることができるユニット懸架部を有する。具体的には、図１３に示すように、シャフト９と直交する筐体１３２のフレームの面に凹部４５を設け、凹部４５に嵌ったシャフト９をシャフト押さえ具（図示略）により上方から押さえ把持するとよい。ただし、ユニット懸架部の構成はこれに限ったものではなく、図８に示すような他の懸架構成に応じた把持方法も任意に選択可能である。
　フレームおよびシャフト押さえ具等の筐体１３２を構成する主要構造材の材質は、ステンレス、アルミなどの各種金属、ＰＰ樹脂、ＰＶＣ樹脂やＡＢＳ樹脂などの各種熱可塑性樹脂、またポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂などの各種熱硬化性樹脂など任意に選択可能である。
　図１６は、本発明の分離膜モジュールの実施形態の別の一例を示す斜視図である。
　筐体２３２は、エレメントユニット１０を鉛直または水平方向に複数積載できる構造である。各エレメントユニットは複数の開口部４３を介して略水平方向または略鉛直方向に抜き出し可能な位置に配置されている。図１６では、３基の並列したエレメントユニットを鉛直方向に２段配置した例を示したが、特にこれに限定されず、浸漬する槽のサイズ、要求される処理能力、等々により任意に設定することが可能である。特に、鉛直方向に多段にエレメントユニットを積載する際には、省スペース化が図れるとともに、エレメントユニット下方から散気される曝気エアの占める単位面積当たりの膜面積を大幅に上げることができるため省エネルギー化も図れる。
　本実施形態では、単体または複数のエレメントユニット１０を、筐体３２内に設けられた並列および鉛直多段に設けられた開口部４３を介して個別に出し入れ可能に配設することによりエレメントブロック２２を構成する。このため、エレメントブロック２２内での煩雑な切り離し作業を伴うことなく、エレメントユニット１０を個別に、簡便に出し入れすることができるのでメンテナンス及び膜交換時の作業性を向上させることが出来るとともに、作業時間を大幅に短縮できる。また、分離膜エレメント１を支持板のない構造とするため、ユニット化させた場合においても、従来の支持板有りの分離膜エレメントに比べ大幅に軽量化を図ることが可能であり、筐体３２を構成するフレームの構造を簡素化することができ、モジュールとしての製造コストを大幅に下げることができる。
　従来品としてＡＢＳ樹脂製の支持板を有する分離膜エレメントと、本発明の構成を有する分離膜エレメントと、それぞれの分離膜エレメントを１００枚配列して構成したエレメントユニットを収容した分離膜モジュールを製作し比較した。その結果を表１に表す。なお、使用する分離膜の種類および平面サイズ（０．５ｍ×１．４ｍ）は同じとした。
　本発明の構成を有する分離膜エレメントは、図１の模式的に示した形態を有し、樹脂部が直径約３．０ｍｍ、高さ約２．５ｍｍの円柱状に形成した。分離膜の周縁を幅約２０ｍｍの封止部で封止するとともに、周縁の一部に幅約３５ｍｍの集水部を、隣接する分離膜エレメント間で重ならない位置の組み合わせになるように形成した。この集水部に図３の形状を有するポリエチレン樹脂製の集水ノズルを挿入した後、封止した。
　本発明の構成を有するエレメントユニットは上記分離膜エレメントの端部に貫通孔（直径約２０ｍｍ）を形成し、隣接する集水ノズルが重ならないように配列しながら貫通孔に通し棒を通すことにより製作した。
　表１の結果から明らかなように、本発明の分離膜エレメントは、従来の分離膜エレメントに比べ、エレメントの厚さが半分に、エレメントの重量が１／４になった。また分離膜モジュール全体としての重量は１／４以下となった。また分離膜エレメントの束を支える筺体についてみると、重量を１／５程度にすることが可能になった。分離膜エレメント重量を下げることにより、筺体の簡素化が図れている。最後に膜の充填率についてみると、本発明の分離膜モジュールは、従来の分離膜モジュールに比べ、膜充填率が１．３倍となった。これは分離膜エレメントが薄くなったことと併せて、集水ノズルを干渉しないように配置したことによる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、分離膜モジュール耐久性については、実際に本発明の分離膜エレメント（支持板レスエレメント）を配置したＭＢＲ用試作モジュールの数ヶ月の運転した結果から、支持板レスエレメントは曝気のエネルギーをうまく逃がすことができており、分離膜エレメントが破損することはなかった。
　１　　分離膜エレメント
　１ｘ　故障した分離膜エレメント
　２　　封止部
　３　　集水部
　４　　樹脂部
　５　　集水流路
　６　　分離膜
　７　　集水ノズル
　８　　貫通孔
　９　　シャフト
１０　　エレメントユニット
１１　　傾斜辺
２１　　分離膜モジュール
２２　　エレメントブロック
２３　　エアレーションブロック
２６　　チューブ
２７　　集水管
２８　　クリアランス保持部材
３１　　単位シャフト
３２　　筐体
３３　　シャフト保持部
３４　　シャフトジョイント
３５　　シャフト連結部
３６　　膜モジュールユニット
３７　　膜モジュールユニット
３８　　連結部材
　Ｌ　　膜のジュール全長
　Ｓ　　単位シャフト長さ
　Ａ　　スライド代
　Ｂ　　シャフト連結部から抜き取りたい膜エレメントまでの距離
４１　　側板
４２　　固定部材
４３　　開口部
４４　　溝ガイド
４５　　凹部
５１　　突出部
５２　　切り欠き部
１２１　　分離膜モジュール
１２２　　エレメントブロック
１３２　　筐体
２２２　　エレメントブロック
２３２　　筐体

Claims (10)

  1. 　シャフトと、
    　透過側の面が互いに対向するように配置された２枚の分離膜と前記分離膜間に設けられた集水流路とを有する分離膜対、および前記分離膜の周縁部において分離膜間を封止する封止部を含む複数の分離膜エレメントと、
    　前記シャフトに前記分離膜エレメントを懸架する懸架部と、
    　前記集水流路と前記分離膜エレメントの外部とを連通する集水ノズルと、
    を備えるエレメントユニット。
  2. 　前記分離膜エレメントは、前記分離膜対の互いに対向する透過側の面の両方に接着する樹脂部を備え、
    　該樹脂部は、ドット状、線状、または格子状である
    請求項１に記載のエレメントユニット。
  3. 　前記シャフトは、複数の単位シャフトを備える
    請求項１または２に記載のエレメントユニット。
  4. 　前記シャフトは、隣接する前記単位シャフト同士を接続するシャフトジョイントをさらに備える
    請求項３に記載のエレメントユニット。
  5. 　前記シャフトは前記懸架部を貫通するように設けられており、
    　前記分離膜エレメントは、前記シャフトの前記懸架部に対する抜き差しにより、前記シャフトに対して着脱可能である
    請求項１～４のいずれかに記載のエレメントユニット。
  6. 　前記分離膜は平膜であり、
    　前記分離膜対において、前記集水流路よりも前記分離膜の面方向において外側に、前記シャフトが貫通可能な孔が設けられており、
    　前記孔が前記懸架部として機能する
    請求項１～５のいずれかに記載のエレメントユニット。
  7. 　前記分離膜が略四角形であり、
    　前記貫通孔が前記分離膜対の四隅に設けられている
    請求項６に記載のエレメントユニット。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載のエレメントユニットと、
    　前記エレメントユニットを出し入れ可能に収容する筐体と、
    　前記筐体の下方に配置され、前記エレメントユニットにエアを供給するエアレーションブロックと、
    を備える分離膜モジュール。
  9. 　前記筐体は、上面または側面の少なくとも一方に、前記エレメントユニットを出し入れ可能な開口部を有する
    請求項８に記載の分離膜モジュール。
  10. 　前記懸架部を貫通するように設けられた前記シャフトを備える請求項８または９に記載の分離膜モジュールにおいて、前記分離膜エレメントを着脱する方法であって、
    　前記シャフトをスライドさせて前記懸架部から抜き差しすることにより、前記分離膜エレメントを前記分離膜モジュールから着脱することを特徴とする分離膜エレメントの着脱方法。
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