專利名稱：浸漬型膜過濾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過濾裝置，特別是涉及在浸漬于被處理液中的狀態(tài)下對(duì)被處理液作過濾處理而得到濾液的浸漬型膜過濾裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，把膜組件浸漬于被處理液中而利用空氣泡的浮力來(lái)使被處理液邊自然循環(huán)邊過濾的浸漬型膜過濾方法，作為一種用泵等機(jī)械循環(huán)手段對(duì)膜組件強(qiáng)制供給循環(huán)被處理液的超濾法的替代過濾方法，已經(jīng)作為活性污泥處理液等高污濁液的節(jié)能精密過濾方式在多方面得到應(yīng)用(例如，參見特開昭61-129094)。
在這樣的浸漬型膜過濾法中，所用的膜組件一般稱為浸漬型過濾膜組件，專指中空絲膜組件和平膜組件(例如，參見日本環(huán)境整備教育中心的“引入膜處理法之小型生活排水處理裝置的實(shí)用化研究報(bào)告”的平成4年至平成7年版)。這里，中空絲膜組件是指把多根外徑和內(nèi)徑均為數(shù)mm量級(jí)的中空絲膜集合的兩端固定了的組件，它是按由中孔絲膜內(nèi)部的減壓而使被處理液從外往內(nèi)通過，從而可以實(shí)施對(duì)被處理液的過濾處理所構(gòu)成的。另一方面，平膜組件是指?jìng)溆卸鄠€(gè)被設(shè)定在袋狀中的平膜的組件，它是通過內(nèi)側(cè)減壓使被處理液從這樣的平膜的外側(cè)流入內(nèi)側(cè)從而可以實(shí)施對(duì)被處理液的過濾處理所構(gòu)成的。再是，在中空絲膜組件中，被處理液從中空絲膜的外側(cè)而進(jìn)入內(nèi)側(cè)，中空絲膜的內(nèi)徑與被處理液中所含被過濾物質(zhì)和活性污泥的大小大體相同，使得被處理液從中空絲膜內(nèi)側(cè)向外側(cè)的通過就有可能因引起堵孔而被閉塞，以及空氣泡難以通過到中空絲膜內(nèi)，被處理液的自然循環(huán)變得困難了。另一方面，在平膜組件內(nèi)，被處理液從外側(cè)而到內(nèi)側(cè)，在這樣做之后，被處理液自然循環(huán)所必須的被處理液的上升氣流由空氣泡而容易形成。
可是，在把中空絲膜組件與平膜組件作比較時(shí)，中空絲膜組件的單位容積膜面積要比平膜組件的大，可以有更高的容積效率。也就是說，對(duì)于相同膜面積的中空絲膜組件與平膜組件，中空絲膜組件可以做得更緊湊。與此相反，平膜組件的通量(單位膜面積的過濾量)要比中空絲膜組件大，故也比中空絲膜組件可以更有效的實(shí)施浸漬型膜過濾。所以，使用了這些浸漬型過濾膜組件的浸漬型膜過濾裝置要既小型化又同時(shí)有高過濾效率，實(shí)質(zhì)上是困難的。
還有，這些浸漬型過濾膜組件的通量隨著增加所供給的空氣泡量而提高，為了要達(dá)到一定的通量以上而使過濾效率高，供給空氣泡的能耗就高。再是，在使用了中空絲膜組件的浸漬型膜過濾裝置中，在增加空氣泡的供給量時(shí)，就有必要把中空絲膜之間的間隙加大以使空氣泡容易通過，這也使得中空絲膜組件容積效率的提高變得困難了。
本發(fā)明的目的在于，實(shí)現(xiàn)既可以構(gòu)成小型化又可以有更經(jīng)濟(jì)的高效過濾之浸漬型膜過濾裝置。
發(fā)明公開的內(nèi)容本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置是一種把儲(chǔ)留于儲(chǔ)留槽中的被處理液過濾而得到濾液的裝置，它備有過濾膜組件和空氣泡供給裝置，所述過濾膜組件是一種將含有多個(gè)內(nèi)面具有被處理液過濾功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群收容于具有濾液排出口的筒狀收納容器中且以其兩端部保持的、可以把管狀過濾膜上下方開口那樣的浸漬于儲(chǔ)留槽內(nèi)的被處理液中的過濾膜組件；以及配置在儲(chǔ)留槽中的過濾膜組件下方的、向過濾膜組件供給空氣泡的所述空氣泡供給裝置。
這里，所述的收納容器的排出口被設(shè)定在，例如，由儲(chǔ)留于儲(chǔ)留槽中的被處理液的水頭壓可以使濾液排出的位置?；蛘?，此浸漬型膜過濾裝置進(jìn)一步備有，例如，使排出口設(shè)定為負(fù)壓的手段。
在上述浸漬型膜過濾裝置中使用的管狀過濾膜備有，例如，形成了圓筒狀的過濾膜層和配置在過濾膜層外周面的、具有為賦予對(duì)過濾膜層以形狀保持性的液體通過性的支撐膜層，其崩潰壓至少設(shè)定為20kPa。這里，過濾膜層是由，例如，精密過濾膜所構(gòu)成。此管狀過濾膜進(jìn)一步備有在其支撐膜層的外周面上配置的具有液體通過性的增強(qiáng)層也可以。此時(shí)，支撐膜層和增強(qiáng)層以使用聚酯樹脂系無(wú)紡布所形成為優(yōu)選。管狀過濾膜的內(nèi)徑設(shè)定為3～15mm為優(yōu)選。還有，管狀過濾膜的壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)設(shè)定為0.025～0.1為優(yōu)選。
還有，在管狀過濾膜的外周面上已經(jīng)部分形成了高度為0.02～0.2mm的突起也可以。此時(shí)，以過濾膜層的軸線為中心螺旋狀形成突起為優(yōu)選。
進(jìn)一步說，幾個(gè)管狀過濾膜可以是，例如，以平面平行配置且通過連接鈕形成一體的編組管狀過濾膜群。
收容于收納容器中的管狀過濾膜群，通常用樹脂保持在收納容器的兩端。此時(shí)，收納容器的兩端的內(nèi)面上有凹部和凸部中的至少1個(gè)者為優(yōu)選。
在本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置中所使用的過濾膜組件，通常是在收納容器中具有為了在排出口與管狀過濾膜群之間設(shè)置間隙用的隔板。通常此過濾膜組件以使用內(nèi)徑3～15mm的管狀過濾膜為優(yōu)選，還有，由下式(I)所表示的管狀過濾膜群的填充率設(shè)定為至少0.7為優(yōu)選。再是，式(I)中，N為在管狀過濾膜群中所含有的管狀過濾膜的數(shù)目，d0為管狀過濾膜的外徑，S為垂直于收納容器軸向的內(nèi)部截面積。
填充率＝Nπd02/4S(I)再是，上述隔板一般被設(shè)定成裝備了它的部分占垂直于收納容器軸向的內(nèi)部截面積的比例為3～10％為優(yōu)選。
還有，在本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置中所使用的過濾膜組件也可以是具有帶通液孔的筒狀集水管和在此集水管的外周設(shè)有間隔而配置了的外筒之收納容器、管狀過濾膜群配置于集水管與外筒之間且集水管具有上述排出口。這樣的過濾膜組件，以用內(nèi)徑3～15mm的管狀過濾膜且集水管的外徑(ds)對(duì)在垂直于集水管與外筒之間的軸向上的截面積(S1)之比(ds/S1)設(shè)定為0.3～1m-1為優(yōu)選，而且，以下式(II)表示的管狀過濾膜的填充率設(shè)定為至少在0.8為優(yōu)選。在式(II)中，N為管狀過濾膜群中所含有的管狀過濾膜的數(shù)目，d0為管狀過濾膜的外徑。
填充率＝Nπd02/4S1(II)在此形態(tài)的過濾膜組件中，管狀過濾膜群通常是配置在從集水管設(shè)置了間隔的集水管與外筒之間的。還有，集水管與外筒通常是圓筒形的。
在上述浸漬型膜過濾裝置中所使用的過濾膜組件的收納容器，以具有在從其空氣泡供給裝置一側(cè)的端部向空氣泡供給裝置延伸的壁部者也可以。
使用本發(fā)明涉及的上述那樣的浸漬型膜過濾裝置來(lái)過濾處理被處理液時(shí)，儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽中的被處理液伴隨著從空氣泡供給裝置向過濾膜組件供給的空氣泡而由下往上通過各管狀過濾膜，在儲(chǔ)留槽內(nèi)自然循環(huán)。此時(shí)，被處理液的一部分從內(nèi)往外通過管狀過濾膜，此時(shí)此被處理液中所含濾去成分被具有過濾功能的管狀過濾膜的內(nèi)面所捕捉。這樣做了的除去了濾去成分的被處理液(濾液)流入了收納容器內(nèi)，通過其排出口排出。這里所用的過濾膜組件，由于其內(nèi)面使用了具有被處理液過濾功能的管狀過濾膜，與已有的用中空絲膜和平膜的組件相比，其單位容積的膜面積大，結(jié)果是比已有的組件更易小型化。還有，使用了此過濾膜組件的浸漬型膜過濾處理，在把其空氣泡的供給量設(shè)定為與使用已有的組件的場(chǎng)合相同程度時(shí)，由同樣的理由，過濾膜組件的單位容積過濾流量要比使用中空絲膜組件和平膜組件時(shí)多。也就是說，由用此過濾膜組件，可以在降低供給空氣泡所必須的能耗的同時(shí)還提高過濾效率。所以，本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置與已有者相比，可以構(gòu)成小型，而且可以實(shí)施有效且經(jīng)濟(jì)的浸漬型膜過濾。
把本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置設(shè)計(jì)成在上部可以配置過濾膜組件而且在垂直于軸向的截面中的內(nèi)周形狀基本上是與在垂直于收納容器的軸向的截面中的外周部分的內(nèi)周形狀同樣大小和同樣形狀，并進(jìn)一步備有把從空氣泡供給裝置出來(lái)的空氣泡引向過濾膜組件的定位筒也可以。
此時(shí)，空氣泡供給裝置有多個(gè)空氣泡噴出孔，以由把供給給過濾膜組件的空氣泡的總流量用管狀過濾膜的總個(gè)數(shù)除而得到的每個(gè)管狀過濾膜的空氣流量的平均值的至少30％的空氣泡分配給至少半數(shù)的管狀過濾膜那樣的配置方式的空氣泡噴出孔者為優(yōu)選。
或者，空氣泡供給裝置以是，備有由形成了與垂直于定位筒的軸向之截面中的外周部分的內(nèi)周形狀基本上相同大小和相同形狀的橡膠彈性體所構(gòu)成的面狀體，以及對(duì)于面狀體為在下方向面狀體供給空氣的空氣供給裝置，且其面狀體可以根據(jù)從空氣供給裝置所供給的空氣的壓力的增減而開啟與關(guān)閉、在整個(gè)面上有使空氣泡噴出的復(fù)數(shù)空氣泡噴出孔的為優(yōu)選。此時(shí)，面狀體的空氣泡噴出孔以設(shè)定為可以噴出直徑為管狀過濾膜的內(nèi)徑的至少1/3的空氣泡者為優(yōu)選。
在本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置備有上述那樣的定位筒和空氣泡供給裝置時(shí)，由于可以對(duì)過濾膜組件的各個(gè)管狀過濾膜均等供給空氣泡，提高了各管狀過濾膜中的過濾流量，進(jìn)一步提高了過濾效率。所以，此浸漬型膜過濾裝置，與已有的相比，更容易小型化，而且可以更有效且經(jīng)濟(jì)的實(shí)施浸漬型膜過濾。
特別是，作為空氣泡供給裝置，在備有上述那樣的由橡膠彈性體構(gòu)成的面狀體的場(chǎng)合，此面狀體在空氣供給裝置停止供給空氣時(shí)，即，沒有受到來(lái)自于空氣供給裝置的空氣的壓力時(shí)，由其彈性收縮而關(guān)閉了空氣噴出孔。為此，此空氣泡供給裝置有效地防止了由被處理液中所含有的污濁成分導(dǎo)致的空氣泡噴出孔被堵塞，可以穩(wěn)定的供給空氣泡。
還有，本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置，進(jìn)一步備有配置在過濾膜組件和空氣泡供給裝置之間的、把來(lái)自于空氣泡供給裝置的空氣泡引導(dǎo)向過濾膜組件中分散的、含填充物的填充物層也可以。此時(shí)，填充物層設(shè)定為，可以把空氣泡供給裝置供給給過濾膜組件的空氣泡的總流量用管狀過濾膜的總個(gè)數(shù)除而得到的每個(gè)管狀過濾膜的空氣流量的平均值的至少30％的空氣泡分配給至少半數(shù)的管狀過濾膜那樣，把來(lái)自于空氣泡供給裝置的空氣泡分散者為優(yōu)選。再是，這里所用的填充物，通常是外徑5～50mm、長(zhǎng)度5～50mm的多孔性中空?qǐng)A筒狀物。此中空?qǐng)A筒狀物是，例如，微生物載體。
在本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置備有上述那樣的填充物層時(shí)，來(lái)自于空氣泡供給裝置的空氣泡在被處理液中上升，通過填充物層之后供給給過濾膜組件。這里，從空氣泡供給裝置出來(lái)的空氣泡在通過填充物層時(shí)，于被擾亂的同時(shí)被分散，從而均等供給給過濾膜組件的各管狀過濾膜。結(jié)果是，提高了過濾膜組件的過濾流量，進(jìn)一步提高了被處理液的過濾效率。再是，填充物層在使來(lái)自于空氣泡供給裝置的空氣泡分散的同時(shí)，也可以捕捉被處理液中所含有的各種雜質(zhì)。由此，構(gòu)成過濾膜組件的管狀過濾膜，抑制了因雜質(zhì)導(dǎo)致的閉塞而可以穩(wěn)定維持過濾效率。
還有，當(dāng)填充物層含有上述那樣的作為填充物的多孔性中空?qǐng)A筒狀物而且此中空?qǐng)A筒狀物為微生物載體時(shí)，被處理液即使是生活污水的活性污泥處理液那樣的含菌時(shí)，仍維持了浸漬型膜過濾處理的有效性。也就是說，這時(shí)，由于被處理液中所含有的菌體被中空?qǐng)A筒狀物所捕捉并保持，即使在被處理液急劇流入時(shí)處理水質(zhì)也不降低。由此，抑制了管狀過濾膜的堵孔，維持了浸漬型膜過濾處理的效率。
本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置，進(jìn)一步備有從收納容器的排出口延伸的濾液排出通道和向收納容器加壓使在此濾液排出通道內(nèi)的濾液通向排出口的同時(shí)又逆流的逆洗裝置也可以。此逆流裝置備有，例如，空氣供給裝置和向在濾液排出通道內(nèi)的濾液用來(lái)自于空氣供給裝置的空氣之空氣壓由排出口方向加壓的手段。此時(shí)，逆流裝置進(jìn)一步備有把收納容器內(nèi)的逆流的濾液量設(shè)定為相當(dāng)于收容在收納容器內(nèi)管狀過濾膜每1m2單位膜面積至少200mL之逆流量設(shè)定裝置為優(yōu)選。這里，逆流量設(shè)定裝置是，例如，定量浮球閥。還有，設(shè)定從空氣供給裝置來(lái)的空氣也可向空氣泡供給裝置供給者為優(yōu)選。
在本發(fā)明的浸漬型膜過濾裝置備有上述那樣的逆洗裝置時(shí)，由通過排出口而逆流進(jìn)入收納容器內(nèi)的濾液從外向內(nèi)向管狀過濾膜加壓，由此使其洗凈了。也就是說，由濾液把管狀過濾膜其內(nèi)面上所堆積的被處理液中濾去成分除去了。為此，過濾膜組件又恢復(fù)了過濾性能，可以維持過濾功能。所以，此時(shí)的浸漬型膜過濾裝置可以長(zhǎng)時(shí)間、高效實(shí)施對(duì)被處理液的過濾處理。
本發(fā)明的浸漬型膜過濾方法是一種過濾儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽中的被處理液而得到濾液的方法，它包括了把含多個(gè)其內(nèi)面上有過濾被處理液功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群收容在具有濾液排出口的筒狀收納容器之內(nèi)且在其兩端被保持的過濾膜組件以其管狀過濾膜的上下方向開口那樣配置在儲(chǔ)留槽中的工序；把儲(chǔ)留了儲(chǔ)留槽中的被處理液的過濾膜組件浸漬在被處理液中的工序、從下方向過濾膜組件供給空氣泡使被處理液從下向上通過管狀過濾膜而自然循環(huán)的同時(shí)把過濾了的被處理液的濾液從排出口排出的過濾工序。
在此浸漬型膜過濾方法中，通常，由被處理液的液面與排出口的水頭壓來(lái)使濾液從排出口排出為優(yōu)選?；蛘撸瑑?yōu)選通過在排出口設(shè)定負(fù)壓而使濾液從排出口排出。
在本發(fā)明的浸漬型膜過濾方法中，從下方向?qū)n在儲(chǔ)留槽內(nèi)的被處理液中的過濾膜組件供給空氣泡，隨著這空氣泡的上升，使被處理液從下側(cè)向上通過各管狀過濾膜，自然循環(huán)。此時(shí)，被處理液的一部分從管狀過濾膜的內(nèi)側(cè)向外側(cè)通過；而此時(shí)包含在此被處理液中的濾去成分為具有過濾功能的管狀過濾膜的內(nèi)面所捕捉。這樣做了的除去了濾去成分的被處理液(濾液)流入了收納容器內(nèi)，通過其排出口而排出。這里所用的過濾膜組件，由于內(nèi)面用了具有過濾被處理液的功能的管狀過濾膜，與使用了中空絲膜和平膜的已有組件相比，其單位容積的膜面積大。還有，在此浸漬型膜過濾方法中，在把空氣泡的供給量設(shè)定為與用已有的組件同樣程度時(shí)，由同樣的理由，其過濾膜組件單位容積的過濾流量要比使用中空絲膜組件和平膜組件時(shí)大。所以，用這樣的浸漬型膜過濾方法，可以削減供給空氣泡所需要的能耗而經(jīng)濟(jì)、高效的過濾。
本發(fā)明的浸漬型膜過濾方法，進(jìn)一步包括了在對(duì)從排出口排出的濾液加壓的同時(shí)通過排出口逆流回收納容器內(nèi)的逆洗工序也可以。此時(shí)，以過濾工序和逆流工序定期反復(fù)為優(yōu)選。這里，對(duì)濾液加壓使其逆流時(shí)的壓力，通常，設(shè)定為至少是過濾工序中的過濾壓為優(yōu)選。還有，逆流到收納容器內(nèi)的濾液量以設(shè)定為相當(dāng)于每1m2的收納容器內(nèi)收容的管狀過濾膜的膜面積至少200mL為優(yōu)選。
在實(shí)施本發(fā)明的浸漬型膜過濾方法中上述那樣的逆洗工序時(shí)，由通過排出口而逆流回收納容器內(nèi)的濾液從外向內(nèi)對(duì)管狀過濾膜加壓，使其洗凈。也就是說，由濾液把管狀過濾膜其內(nèi)面上所堆積的被處理液中的濾去成分除去了。為此，過濾膜組件又恢復(fù)了過濾性能，可以維持過濾功能。所以，此時(shí)的浸漬型膜過濾裝置可以長(zhǎng)時(shí)間、高效實(shí)施對(duì)被處理液的過濾處理。
再是，用本發(fā)明的浸漬型膜過濾方法過濾處理了的被處理液是，例如，生活污水的活性污泥處理液。
本發(fā)明的管狀過濾膜，是用浸漬型膜過濾方法來(lái)對(duì)被處理液進(jìn)行過濾處理的膜，它備有形成為圓筒狀的過濾膜層、在過濾膜層外周面上配置的為了賦予過濾膜層以形狀保持性的具有液體通過性的支撐膜層，其崩潰壓至少設(shè)定為20kPa。這里，過濾膜層是由，例如，精密過濾膜所構(gòu)成。此管狀過濾膜進(jìn)一步在其支撐層外周面上配置了具有液體通過性的增強(qiáng)層也可以。此時(shí)，支撐膜層和增強(qiáng)層是由聚酯樹脂系無(wú)紡布所構(gòu)成為優(yōu)選。此管狀過濾膜，通常以設(shè)定其內(nèi)徑為3～15mm為優(yōu)選。還有，管狀過濾膜，通常以設(shè)定其壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1為優(yōu)選。
還有，本發(fā)明的管狀過濾膜的外周面上部分形成了高度為0.02～0.2mm的突起也可以。此時(shí)，突起是以過濾膜層的軸線為中心形成了螺旋狀為優(yōu)選。
本發(fā)明的管狀過濾膜，可以使被處理液從以圓筒狀形成的過濾膜層的內(nèi)往外通過，使此被處理液中所含的濾去成分被過濾膜層所捕捉，除去了濾去成分的被處理液從支撐膜層側(cè)向外部排出。這里，在過濾膜層的內(nèi)周面上形成了由濾去成分堆積的濾餅層，此濾餅層為由從管狀過濾膜的外向內(nèi)施加壓力的逆洗而從過濾膜層上排除掉。此時(shí)，管狀過濾膜，由于已經(jīng)設(shè)定了至少20kPa的崩潰壓，可以抵御逆洗時(shí)所加的壓力，而維持其形狀，使長(zhǎng)壽命得以實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的管狀過濾膜群是用浸漬型膜過濾法來(lái)進(jìn)行過濾處理被處理液的，其內(nèi)面上備有具有過濾被處理液功能的多個(gè)管狀過濾膜，這多個(gè)管狀過濾膜在平面上平行排列且用連結(jié)鈕編組成一體。這里所用的管狀過濾膜，以備有以圓筒狀形成的過濾膜層和配置在過濾膜層的外周面上的賦予過濾膜層以形狀保持性的、具有液體通過性的支撐膜層為優(yōu)選。
本發(fā)明的管狀過濾膜群是用連結(jié)鈕把多個(gè)管狀過濾膜如上述那樣編組成一體，故在管狀過濾膜間由連結(jié)鈕形成了間隙。此間隙成為了從管狀過濾膜的內(nèi)向外通過的被處理液(濾液)的通道。所以，使用了此管狀過濾膜群來(lái)實(shí)施浸漬型膜過濾，可以降低了在各管狀過濾膜中的過濾阻力，提高過濾流量。還有，此管狀過濾膜群，由于是可以把多個(gè)管狀過濾膜作為一體來(lái)處理的，故可以有效制造在用管狀過濾膜的浸漬型膜過濾裝置中使用的過濾膜組件。
本發(fā)明的浸漬型過濾膜組件是在浸漬于被處理液中的狀態(tài)下可以過濾被處理液的組件，其備有含有多個(gè)內(nèi)面具有過濾功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群、收容管狀過濾膜群且具有把通過了管狀過濾膜的被處理液排出到外部的排出口的筒狀收納容器以及設(shè)置在收納容器的兩端的、使管狀過濾膜的兩端開口的同時(shí)保持管狀過濾膜群的長(zhǎng)度方向的兩端之保持部分。在此組件中，保持部分通常是由樹脂所構(gòu)成，而且收納容器以其兩端有凹部和凸部中的至少1種為優(yōu)選。
本發(fā)明的浸漬型過濾膜組件進(jìn)一步備有在排出口與管狀過濾膜群之間設(shè)置間隙用的隔板也可以。此時(shí)，過濾膜組件以使用內(nèi)徑3～15mm的管狀過濾膜而且把由下式(I)所表示的管狀過濾膜的填充率設(shè)定為至少0.7為優(yōu)選。再是，式(I)中，N為在管狀過濾膜群中所含有的管狀過濾膜的數(shù)目，d0為管狀過濾膜的外徑，S為垂直于收納容器軸向的內(nèi)部截面積。
填充率＝Nπd02/4S(I)此時(shí)，隔板被設(shè)定為裝備了它的部分占垂直于收納容器軸向的內(nèi)部截面積的3～10％的比例為優(yōu)選。
還有，此浸漬型過濾膜組件中所用的管狀過濾膜，通常以設(shè)定其壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1為優(yōu)選。
再是，在此組件中所使用的收納容器，通常是圓筒形和方筒形中的一種。
本發(fā)明的另一有關(guān)的浸漬型過濾膜組件，同樣在浸漬于被處理液中的狀態(tài)下可以過濾被處理液，它備有有通液孔的筒狀集水管和在此集水管外周設(shè)有間隔來(lái)配置了的外筒之筒狀收納容器、配置于集水管與外筒之間的含有多個(gè)在內(nèi)面具有過濾功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群以及設(shè)置在收納容器的兩端的、使管狀過濾膜的兩端開口的同時(shí)保持管狀過濾膜群的長(zhǎng)度方向的兩端之保持部分，集水管具有把通過了管狀過濾膜的被處理液排出到外部的排出口。
此過濾膜組件，以集水管的外徑(ds)對(duì)用內(nèi)徑3～15mm的管狀過濾膜且設(shè)定垂直于集水管與外筒之間的軸向的截面積(S1)之比(ds/S1)為0.3～1m-1為優(yōu)選，而且，以下式(II)表示的管狀過濾膜的填充率設(shè)定為至少0.8為優(yōu)選。在式(II)中，N為管狀過濾膜群中所含有的管狀過濾膜的數(shù)目，d0為管狀過濾膜的外徑。
填充率＝Nπd02/4S1(II)還有，這里所用的管狀過濾膜，其以設(shè)定壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1為優(yōu)選。
再是，在此過濾膜組件中，管狀過濾膜群通常是配置在從集水管設(shè)置了間隔的集水管與外筒之間為優(yōu)選。還有，集水管與外筒以圓筒形為優(yōu)選。
使用了本發(fā)明的過濾膜組件來(lái)實(shí)施浸漬型膜過濾時(shí)，在供給給形成管狀過濾膜群的各管狀過濾膜內(nèi)自然循環(huán)的被處理液，從管狀過濾膜的內(nèi)往外通過，此時(shí)此被處理液中所含濾去成分為具有過濾功能的管狀過濾膜的內(nèi)面所捕捉。除去了濾去成分的被處理液(濾液)流進(jìn)了收納容器內(nèi)，通過它的排出口而排出。此過濾膜組件，由于其用了上述那樣的管狀過濾膜，與已有的過濾膜組件，即與中空絲膜組件和平膜組件相比，其單位容積的膜面積大，結(jié)果是這些組件更易小型化。還有，使用了此過濾膜組件的浸漬型膜過濾，在其空氣泡的供給量設(shè)定為與使用已有的組件的浸漬型膜過濾場(chǎng)合的空氣泡供給量相同時(shí)，由同樣的理由，過濾膜組件的單位容積的過濾流量要比使用已有組件時(shí)多。所以，本發(fā)明的過濾膜組件，不但可以削減了供給空氣泡所必須的能耗，而且可以實(shí)施有效且經(jīng)濟(jì)的浸漬型膜過濾。
本發(fā)明的其它目的與效果則可以從下面的詳細(xì)說明來(lái)得到清楚理解。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1是與本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案有關(guān)的采用了浸漬型膜過濾裝置的浸漬型膜過濾系統(tǒng)概圖。
圖2是上述浸漬型膜過濾裝置中采用的過濾膜組件的縱截面圖。
圖3是上述過濾膜組件的相當(dāng)于圖2中的III-III截面的圖。
圖4是圖3的IV的箭頭方向的視圖。
圖5是圖4的V-V截面圖。
圖6是在上述過濾膜組件中使用的管狀過濾膜的立體圖。
圖7是圖6的VII-VII縱截面的端面圖。
圖8是表示上述管狀過濾膜的制造工序的圖。
圖9是表示制造上述過濾膜組件的一個(gè)工序的圖。
圖10是表示制造上述過濾膜組件的其它工序的圖。
圖11是在上述浸漬型膜過濾裝置中采用的定位筒的縱截面圖。
圖12是上述定位筒的相當(dāng)于圖11的VII-VII截面的圖。
圖13是在上述浸漬型膜過濾裝置中采用的構(gòu)成逆洗裝置的定量浮球閥的概圖。
圖14是構(gòu)成上述定量浮球閥的浮球閥部分的截面圖。
圖15是解析上述過濾膜組件的特性時(shí)作為比較對(duì)象的平膜組件的一部分截面的正面圖。
圖16是上述平膜組件中用的膜板的局部剖開立體圖。
圖17是驗(yàn)證試驗(yàn)用的模型液的粘度與過濾流量之間的關(guān)系圖。
圖18示出了驗(yàn)證試驗(yàn)中上述過濾膜組件中的空氣流量與過濾流量關(guān)系的研究結(jié)果。
圖19示出了驗(yàn)證試驗(yàn)中作為比較對(duì)象的平膜組件中的空氣流量與過濾流量關(guān)系的研究結(jié)果。
圖20是在上述過濾膜組件中的空氣流量少的管狀過濾膜的比例與過濾流量的關(guān)系圖。
圖21是在上述浸漬型膜過濾裝置中采用的空氣泡供給裝置中設(shè)置的空氣泡噴出孔的數(shù)目與上述過濾膜組件中的管狀過濾膜所占區(qū)域的直徑和空氣泡的直徑的關(guān)系圖。
圖22示出了為驗(yàn)證由上述逆洗裝置的逆洗條件而實(shí)施的恒壓過濾試驗(yàn)的結(jié)果。
圖23示出了為驗(yàn)證由上述逆洗裝置的逆洗條件而實(shí)施的定量過濾試驗(yàn)的結(jié)果。
圖24是上述浸漬型膜過濾裝置的變形例的與圖11相當(dāng)?shù)膱D。
圖25是與上述變形例有關(guān)的浸漬型膜過濾裝置中采用的空氣泡供給裝置中所使用的面狀體的平面圖。
圖26是上述浸漬型膜過濾裝置的其它變形例的與圖11相當(dāng)?shù)膱D。
圖27是在上述浸漬型膜過濾裝置中可以利用的其它形態(tài)的過濾膜組件的縱截面圖。
圖28是上述其它形態(tài)的過濾膜組件的與圖27的XXVIII-XXVIII截面相當(dāng)?shù)膱D。
圖29表示了制造上述其它形態(tài)的過濾膜組件的一個(gè)工序的圖。
圖30表示了制造上述其它形態(tài)的過濾膜組件的其它工序的圖。
圖31是上述其它形態(tài)的過濾膜組件的變形例的與圖27相當(dāng)?shù)膱D。
圖32是在上述浸漬型膜過濾裝置中可以利用的又一其它形態(tài)的過濾膜組件的縱截面圖。
圖33是上述又一其它形態(tài)的過濾膜組件的與圖32的XXXIII-XXXIII截面相當(dāng)?shù)膱D。
圖34是在采用了上述又一其它形態(tài)的過濾膜組件的場(chǎng)合下所使用的與變形例相關(guān)的定位筒的與圖11相當(dāng)?shù)膱D。
圖35是與變形例相關(guān)的所述定位筒內(nèi)的與圖34的XXXV-XXXV截面相當(dāng)?shù)膱D。
圖36是上述過濾膜組件中使用的管狀過濾膜的變形例之與圖7相當(dāng)?shù)膱D。
圖37是在上述過濾膜組件中可以利用的管狀過濾膜群的一個(gè)例子的展開圖。
圖38是圖37的XXXVIII-XXXVIII截面圖。
圖39是圖2所示的過濾膜組件的變形例的縱截面圖。
圖40是圖27所示的過濾膜組件的變形例的縱截面圖。
圖41是實(shí)驗(yàn)例5中使用的過濾流量測(cè)定裝置概圖。
圖42是實(shí)驗(yàn)例8中使用的過濾流量測(cè)定裝置概圖。
圖43是實(shí)驗(yàn)例9中使用的過濾流量測(cè)定裝置概圖。
圖44是表示實(shí)驗(yàn)例9中所用的空氣泡供給裝置中設(shè)置的空氣泡噴出孔的位置關(guān)系與作為對(duì)比的、在比較實(shí)驗(yàn)例1中使用的空氣泡供給裝置中設(shè)置的空氣泡噴出孔的位置的圖。
圖45是實(shí)驗(yàn)例10中使用的過濾流量測(cè)定裝置概圖。
圖46是比較實(shí)驗(yàn)例2中使用的空氣泡供給裝置的一部分省略了的底面圖。
圖47是實(shí)驗(yàn)例11中使用的過濾流量測(cè)定裝置概圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形式參照?qǐng)D1來(lái)說明與本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)一相關(guān)的、采用了浸漬型膜過濾裝置的浸漬型過濾系統(tǒng)。圖中，浸漬型膜過濾系統(tǒng)100主要備有儲(chǔ)留槽150和浸漬型膜過濾裝置200。
儲(chǔ)留槽150是形成了上部有開口的容器狀而在其內(nèi)部?jī)?chǔ)留被處理液的槽。在儲(chǔ)留槽150中，設(shè)置有供給被處理液的通道(圖中沒有示出)。
浸漬型膜過濾裝置200主要備有配置在儲(chǔ)留槽150內(nèi)的過濾膜組件300、在儲(chǔ)留槽150內(nèi)支撐過濾膜組件300的定位筒400、空氣泡供給裝置500、濾液排出通道600和逆洗裝置700。
如圖2所示，過濾膜組件300主要備有圓筒狀收納容器301、填充在此收納容器301內(nèi)的管狀過濾膜群302。收納容器301是例如由樹脂制的部件，在其側(cè)面已經(jīng)形成了用于排出過濾處理后的被處理液(濾液)的排出口303。還有，在收納容器301的內(nèi)周面上，其上部和下部，為在管狀過濾膜群302和收納容器301的內(nèi)周面之間設(shè)置間隙的隔板304向著中心方向突出。
隔板304形成了向收納容器301的中心方向擴(kuò)大的、截面形狀大體為楔狀的、如圖3、圖4和圖5所示的在收納容器301的圓周方向上形成了大體等間隔的多個(gè)縫隙305。其中，收納容器301的上部和下部各自設(shè)置了隔板304，304從收納容器301的內(nèi)周面的突出量也已經(jīng)被設(shè)定為相同。
優(yōu)選把各隔板304設(shè)定為具有隔板304部分的垂直于收納容器301的軸向的截面(在隔板304的上下方向的中央部分的截面，即圖2的ii-ii部分的截面)占收納容器301的內(nèi)部截面積(相當(dāng)于圖3中以網(wǎng)格線表示的部分的面積)的比例為3～10％。當(dāng)此比例不足3％時(shí)，就難以在收納容器301的內(nèi)周面特別是排出口303與管狀過濾膜群302之間形成間隙，結(jié)果是，在收納容器301中，通過后面講到的管狀過濾膜310的被處理液(濾液)的流動(dòng)性下降，過濾流量恐怕也要下降。另一方面，當(dāng)此比例超過10％時(shí)，由于在收納容器301中管狀過濾膜群302所占的比例變小，恐怕要使被處理液的過濾效率下降。
管狀過濾膜群302是含多個(gè)形成了細(xì)長(zhǎng)的圓筒狀的管狀過濾膜310的膜群，各管狀過濾膜310由后面講的突起320防止了彼此的相互密合(即，設(shè)置了相互的間隔)，使沿著收納容器301的開口方向互相平行而緊密集合。這樣的管狀過濾膜群302的上端和下端，由各自用聚氨酯樹脂等樹脂材料形成的保持部306維持了各管狀過濾膜310的兩端為開口狀態(tài)并與收納容器301的兩端保持一體而被固定。還有，收納容器301的兩端也由此保持部306液封而閉合。
構(gòu)成上述管狀過濾膜群302的管狀過濾膜310形成為如圖6所示的圓筒狀，如圖7所示，它是從內(nèi)周面?zhèn)韧庵苊鎮(zhèn)纫来蝹溆羞^濾膜層311和支撐膜層312的2層結(jié)構(gòu)。
過濾膜層311的種類可以根據(jù)從被處理液中應(yīng)除去的濾去成分的種類來(lái)適當(dāng)?shù)倪x擇，不過它并沒有特別的限制，例如在必須除去微生物等微粒的場(chǎng)合，使用精密過濾膜。精密過濾膜的定義是，例如JISK3802所述的“為用過濾來(lái)分離0.01～數(shù)μm程度的微粒和微生物的膜”，不過這里優(yōu)選的是指在20kPa以下的壓力可以實(shí)際用于過濾的、具有多個(gè)孔徑比0.04μm大的微孔的多孔膜。順便說，對(duì)這樣的精密過濾膜的種類并沒有特別的限制，可以使用大家都知道的各種膜，例如纖維素膜和聚烯烴系樹脂膜等有機(jī)高分子膜。
支撐膜層312是用來(lái)賦予上述過濾膜層311以形狀保持性使過濾膜層311設(shè)定為圓筒狀的。這樣的支撐膜層312，只要是具有液體通過性的多孔質(zhì)材料，各種都可以使用，不過，通常以使用具有韌性強(qiáng)、強(qiáng)度優(yōu)異、耐試劑性優(yōu)異、耐熱性高和經(jīng)濟(jì)性的聚丙烯樹脂制造的或聚酯樹脂制造的無(wú)紡布為優(yōu)選，特別優(yōu)選的是使用聚酯樹脂制造的無(wú)紡布。
還有，如圖6所示，管狀過濾膜310，其外周面，即支撐膜層312的外周面上連續(xù)形成了具有沿過濾膜層311的軸線為中心的螺旋狀的突起320。此突起320是為防止管狀過濾膜群302中的管狀過濾膜310彼此的緊密附著、提高收納容器301內(nèi)的通過各管狀過濾膜310的被處理液(濾液)的流動(dòng)性用的。
例如，在設(shè)定突起320的高度為0.05mm時(shí)，管狀過濾膜310的有效長(zhǎng)度為例如70cm的話，在鄰近的2個(gè)管狀過濾膜310之間至少確保了0.005×70＝0.35cm2的面積。所以，如果在管狀過濾膜群302中存在多個(gè)這樣的間隙的話，就明顯減少了濾液在收納容器301中流動(dòng)的阻力，濾液的流動(dòng)性得到顯著提高。
上述那樣的管狀過濾膜310，通常以設(shè)定其內(nèi)徑(圖7的X)為3～15mm為優(yōu)選，設(shè)定為5～10mm為更優(yōu)選。當(dāng)內(nèi)徑不足3mm時(shí)，在過濾被處理液特別是高污濁的被處理液時(shí)，被處理液中所含的各種濾去成分和雜質(zhì)容易把管狀過濾膜310堵塞，難以繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的過濾。反之，當(dāng)內(nèi)徑超過15mm時(shí)，在有限體積的收納容器301中可以填充的管狀過濾膜群302中所含的管狀過濾膜310的數(shù)目就減少了，使得過濾膜組件300的單位容積的過濾面積(有效膜面積)變小。結(jié)果是，由于過濾流量的降低，在過濾膜組件300緊湊化的同時(shí)，恐怕會(huì)使得被處理液的有效過濾處理的實(shí)施變難了。
還有，管狀過濾膜310以設(shè)定其壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1為優(yōu)選，設(shè)定為0.03～0.1為更優(yōu)選。再是，這里所說的管狀過濾膜310的壁厚和外徑是已經(jīng)包括了上述突起320的厚度(高度)在內(nèi)的。當(dāng)此比值不足0.025時(shí)，在從外側(cè)對(duì)管狀過濾膜310加壓時(shí)，管狀過濾膜310變得容易被壓垮。結(jié)果是，在被處理液的過濾工序中，為了除去堆積在管狀過濾膜310的內(nèi)周面上的、由濾去成分等構(gòu)成的濾餅層而從外側(cè)向管狀過濾膜310加壓實(shí)施逆洗操作時(shí)，管狀過濾膜310被壓垮，實(shí)質(zhì)上使得管狀過濾膜310的逆洗變得困難了。再是，為了達(dá)到20kPa以上的耐壓性，此比值設(shè)定在0.03以上為優(yōu)選。另一方面，當(dāng)此比值超過0.1時(shí)，過濾膜組件300的單位容積過濾面積(有效膜面積)變小，結(jié)果是，由于過濾流量的降低，在過濾膜組件300緊湊化的同時(shí)，恐怕會(huì)使得被處理液的有效過濾處理的實(shí)施變難了。
由于把上述管狀過濾膜310的壁厚與外徑比按上述規(guī)定來(lái)設(shè)定，其崩潰壓大。特別是，當(dāng)此比值在0.03以上時(shí)，管狀過濾膜310的崩潰壓在浸漬型膜過濾方式中通常設(shè)定的過濾壓的上限20kPa以上，即至少得設(shè)定20kPa。再是，這里所說的“崩潰壓”是指從管狀過濾膜310的外側(cè)(即支撐膜層312一側(cè))向內(nèi)側(cè)加壓時(shí)，管狀過濾膜310開始被壓垮時(shí)的壓力。
順便說，管狀過濾膜310的崩潰壓與其厚度和外徑的比值的3次方成正比例(例如，參照小栗富士雄著《機(jī)械設(shè)計(jì)圖表便覽》9-2，共立出版株式會(huì)社)，因此崩潰壓隨設(shè)定的此比值變大而變大。
還有，突起320的高度通常以設(shè)定為0.02～0.2mm為優(yōu)選。突起320的高度不足0.02mm時(shí)，管狀過濾膜群302中的管狀過濾膜310彼此變得容易緊密附著，結(jié)果難以提高濾液的流動(dòng)性。另一方面，當(dāng)超過0.2mm時(shí)，在管狀過濾膜群302中所含的管狀過濾膜310的個(gè)數(shù)，即過濾膜組件300的收納容器301中可以填充的管狀過濾膜310的個(gè)數(shù)減少，使得過濾膜組件300的單位容積過濾面積變小。結(jié)果是，由于過濾流量的降低，在過濾膜組件300緊湊化的同時(shí)，使得被處理液有效過濾處理的實(shí)施恐怕要變難了。再是，這里所說的突起320的高度是指從支撐膜層312表面的突出量。
突起320的高度可以根據(jù)被處理液的種類做適宜的選擇。例如，在被處理液是活性污泥液那樣過濾流量較小時(shí)，從確保過濾面積觀點(diǎn)，突起應(yīng)設(shè)定低一點(diǎn)為優(yōu)選。另一方面，當(dāng)被處理液是如河水之類過濾流量較大者時(shí)，從提高濾液的流動(dòng)性觀點(diǎn)，突起320應(yīng)設(shè)定得高點(diǎn)為優(yōu)選。順便說，如果突起320的高度在上述范圍內(nèi)的話，過濾膜組件300在有100m2程度的膜面積的大型場(chǎng)合，對(duì)幾乎任何一種被處理液，其濾液在通過由突起320所形成的管狀過濾膜310之間的間隙都不會(huì)遇到大的阻力。
下面，參照?qǐng)D8來(lái)說明上述管狀過濾膜310的制造方法的一個(gè)例子。
首先，準(zhǔn)備好一個(gè)在支撐膜層312上一體層積了過濾膜層311的帶狀復(fù)合膜313。而且，如圖8所示，把此復(fù)合膜313，對(duì)著由另外準(zhǔn)備好的圓柱狀芯棒315，按支撐膜層312側(cè)成為表面一側(cè)那樣由寬度方向的兩端314重合而卷成螺旋狀。把此狀態(tài)下的重合之兩端部314彼此用粘合劑或超聲熔融粘合法粘合起來(lái)，就可以得到目標(biāo)的管狀過濾膜310。再是，這樣的管狀過濾膜310的制造方法是在例如特公昭56-35483中已經(jīng)為大家所知道的了。
在這樣的管狀過濾膜310的制造工藝中，重合了的復(fù)合膜313的兩端部314變?yōu)樾纬缮鲜雎菪隣钔黄?20。這里，適當(dāng)調(diào)節(jié)復(fù)合膜313的重合程度和粘合方法，就可以把突起320的高度設(shè)定在上述范圍之內(nèi)。
接著，參照?qǐng)D9和圖10來(lái)說明上述過濾膜組件300的制造方法。與在處置中要對(duì)平膜和中空絲膜細(xì)心注意而且要多步制造工藝的平膜組件和中空絲膜組件相比，此過濾膜組件300可以用簡(jiǎn)單的工藝很容易地制造。
首先，把多個(gè)管狀過濾膜310集束形成管狀過濾膜群302。另一方面，準(zhǔn)備好收納容器301，如圖9所示，在此收納容器301中插入管狀過濾膜群302，形成收納容器301與管狀過濾膜群302的組合體330。在此組合體330中，把管狀過濾膜群302的兩端設(shè)定成從收納容器301的兩端突出。還有，構(gòu)成管狀過濾膜群302的管狀過濾膜310的兩端用例如熱封而封合。
其次，如圖10所示，把上述組合體330的一端浸漬在裝進(jìn)了未固化聚氨酯樹脂等未固化樹脂331的模子332中。這里，未固化樹脂331填充在構(gòu)成管狀過濾膜群302的管狀過濾膜310之間，同時(shí)通過由隔板304設(shè)定的間隙305而均勻到達(dá)收納容器301的內(nèi)周面上，使收納容器301的開口部分變?yōu)橥耆]合。把此狀態(tài)下的樹脂331完全固化之后，去掉模子332，對(duì)組合體330的另一端實(shí)施同樣的操作。由此，管狀過濾膜群302變成與收納容器301相對(duì)保持固定了。
然后，把從收納容器301的兩端突出的固化樹脂和管狀過濾膜310切落，殘余的樹脂部分形成了保持部分306，還得到了各管狀過濾膜310的兩端開口的目標(biāo)過濾膜組件300。此過濾膜組件300中，收納容器301的兩端，按前面所述那樣，除去各管狀過濾膜310的兩端，由固化樹脂即保持部306而液封。由于收納容器301的隔板304已經(jīng)形成了上面所述那樣的楔形凸?fàn)?，此保持?06容易被牢固的固定在收納容器301的內(nèi)周面上，使得管狀過濾膜群302保持相對(duì)穩(wěn)定而固定在收納容器301中。也就是說，隔板304不單是在管狀過濾膜群302和收納容器301的內(nèi)周面之間設(shè)置了間隙，而且還具有作為把保持部306和收納容器301穩(wěn)定固定的凸部的功能。
再是，在收納容器301的兩端，其內(nèi)周面上環(huán)狀設(shè)置了例如溝狀的凹部也可以。此時(shí)，由流入此凹部的樹脂331把保持部306和收納容器301牢固的固定了。
形成保持部分306的材料，除了上述聚氨酯樹脂之外，還可以使用環(huán)氧樹脂等其它的熱固性樹脂或熱熔粘合劑。不過，在制造大型過濾膜組件300時(shí)，由于有必要多設(shè)定樹脂用量，從抑制過多發(fā)熱和固化收縮的理由出發(fā)，使用反應(yīng)速度較慢、彈性率較小的樹脂材料為優(yōu)選。再有，熱熔粘合劑可以由從上述制造工藝中切下來(lái)的粘合劑中回收而再利用。對(duì)這點(diǎn)，由于熱熔粘合劑的粘度比較高，與難以利用它的中空絲膜組件相比，過濾膜組件300是有利的。
還有，為了便于理解，在與過濾膜組件300相關(guān)的圖2等中已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了管狀過濾膜310的粗細(xì)、管狀過濾膜310之間的間隙以及管狀過濾膜310與收納容器301的內(nèi)周面之間的間隙等。還有，為了容易理解圖面，在圖2中只畫出了很少數(shù)的管狀過濾膜310，而在圖3中也只示出了管狀過濾膜310的一部分。
如圖1所示，定位筒400直立以使管狀過濾膜310于上下方開口的直立狀態(tài)在儲(chǔ)留槽150內(nèi)支撐過濾膜組件300。定位筒400是樹脂制造的圓筒狀部件，垂直于其軸向的截面之內(nèi)周形狀設(shè)定為與垂直于收納容器301的軸向的截面的外周部分之內(nèi)周形狀基本相同大小和形狀，也就是說，定位筒400的內(nèi)徑和外徑設(shè)定為與收納容器相同。
如圖11所示，在定位筒400的下緣設(shè)置了帶腳402的凸緣401。而且，定位筒400由腳402而配置在儲(chǔ)留槽150的底部，以此狀態(tài)在上部配置了過濾膜組件300。這里，定位筒400和過濾膜組件300用筒狀套管403(圖1)連接。結(jié)果是，過濾膜組件300由用這樣的定位筒400支撐在離開儲(chǔ)留槽150的底部的位置上。
空氣泡供給裝置500是為向過濾膜組件300供給空氣泡用的，如圖1所示，它是配置在儲(chǔ)留槽150中的過濾膜組件300的下方的定位筒400內(nèi)的。
參照?qǐng)D11和圖12來(lái)詳細(xì)說明空氣泡供給裝置500?？諝馀莨┙o裝置500主要有第1管501、第2管502和4個(gè)支管503、504、505、506。第1管501貫穿定位筒400且水平配置在通過定位筒400內(nèi)部的中心。而且，其在定位筒400外面的一端由罩507氣密封。還有，第2管502是與第1管501水平正交組合的，兩個(gè)端部各自貫穿定位筒400的壁面而由罩507氣密封。再是，第1管501和第2管502的交點(diǎn)與定位筒400的中心一致。進(jìn)一步說，4個(gè)支管503、504、505、506與第1管501平行且水平配置并相對(duì)于第2管502而組合，在第1管501的兩側(cè)各分配2個(gè)。從第1管501等間隔配置了支管503、503，支管505、506也一樣。所以，第1管501和4個(gè)支管503、504、505、506成為等間隔配置了。還有，各支管503、504、505、506各自的兩端延伸到定位筒400的內(nèi)周面附近，由圖中沒有示出的罩氣密封。
上述那樣組合了的第1管501和第2管502，在交點(diǎn)連通，還有，4個(gè)支管503、504、505、506各自在與第2管502的交點(diǎn)與此第2管502連通。由此，第1管501、第2管502和4個(gè)支管503、504、505、506已經(jīng)形成一個(gè)連通的空氣通道。
再是，第1管501、第2管502和4個(gè)支管503、504、505、506具有噴出泡狀空氣的多個(gè)空氣泡噴出孔510(圖12中示出了作為一個(gè)例子的19個(gè)空氣泡噴出孔510)。這些空氣泡噴出孔510各自向儲(chǔ)留槽150的底面開口，而且如圖12所示，在垂直于定位筒400的軸向的截面內(nèi)側(cè)(定位筒400的內(nèi)側(cè)水平面)上以最密集填充配置方式配置。也就是說，各空氣泡噴出孔510是，如圖12中的虛線所示那樣，于多個(gè)正三角形的各頂點(diǎn)位置上在定位筒400的內(nèi)側(cè)水平面上以均等間隔分散配置。
再是，形成上述空氣泡供給裝置500的各個(gè)管501～506的材質(zhì)，只要是不妨礙由從空氣泡噴出孔510出來(lái)的空氣泡的上升氣流造成被處理液的循環(huán)流者就行，沒有特別的限制，不過，通常從經(jīng)濟(jì)性、加工性和對(duì)定位筒400的裝配容易性考慮，以使用塑料制的圓筒狀管為優(yōu)選。
上述空氣泡供給裝置500的第1管501中，如圖1所示，通過備有二次壓·流量調(diào)整閥520的空氣供給通道521而與空氣壓縮機(jī)等空氣供給裝置525相連接。由此，由空氣供給裝置525向第1管501以及和其連接的第2管502和4個(gè)支管503、504、505、506供給空氣。
濾液排出通道600是為把在過濾膜組件300中的過濾處理了的被處理液即濾液排出到外部用的，它備有從過濾膜組件300的排出口303延伸出來(lái)的第1排出通道601和把經(jīng)過逆洗裝置700的濾液排出的第2排出通道602。第2排出通道602裝有第1電磁閥603，其前端604位于儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽150內(nèi)的被處理液的液面L的下方。結(jié)果是，在頭部604和被處理液的液面L之間產(chǎn)生水頭壓P。
逆洗裝置700設(shè)置在濾液排出通道600的途中，即設(shè)置在第1排出通道601和第2排出通道602之間，它有定量浮球閥710(逆流量設(shè)定裝置的一例)。如圖13所示，定量浮球閥710主要備有浮球閥部711、液量設(shè)定管712和異徑T形管713。浮球閥部711，如圖14所示，備有浮球受體714和浮球715。浮球受體714是在軸線方向形成濾液通道716的筒狀部件，通道716的上端有向外擴(kuò)大的錐部717。還有，通道716的下端，形成為中心有開口718的網(wǎng)狀。另一方面，浮球715形成了在濾液中可以上浮且與上述錐部717連接時(shí)可以閉合通道716的球狀，下方已裝有延伸的聚酯樹脂制的細(xì)絲730。細(xì)絲730通過開口718延伸到浮球受體714的下方，在其下端有浮止719。
上述浮球閥部711，如圖13所示，浮球受體714的下端用套管720與濾液排出通道600的第1排出通道601的前端連接。
液量設(shè)定管712是調(diào)節(jié)存在于定量浮球閥710內(nèi)的濾液的容量用的，它用套管721連接到浮球受體714的上端。
異徑T形管713具有設(shè)定為大口徑的第1連接部722和比第1連接部722口徑小的2個(gè)連接部即第2連接部723與第3連接部724。第1連接部722用套管725與液量設(shè)定管712的上端相連接。第2連接部723與濾液排出通道600的第2排出通道602相連接。第3連接部724與從上述空氣供給通道521出來(lái)的分叉延伸的逆洗用空氣供給通道530(加壓手段之一例)相連接。再是，逆洗用空氣供給通道530的順著空氣供給通道521一側(cè)依次裝有二次壓·流量調(diào)整閥531和第2電磁閥532(圖1)。
接下來(lái)，參照?qǐng)D1說明使用上述浸漬型膜過濾裝置200進(jìn)行被處理液的過濾處理的方法(浸漬型膜過濾方法)。
首先，把通過圖中沒有畫出的供給通道供給的含微凝膠、膠體成分、微生物等濾去成分的被處理液，例如，生活污水的活性污泥處理液，儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽150中。由此，使得配置在儲(chǔ)留槽150中的過濾膜組件300浸漬在被處理液中。
其次，把逆洗用空氣供給通道530的第2電磁閥532設(shè)定為閉合狀態(tài)，而第2排出通道602的第1電磁閥603設(shè)定為開放狀態(tài)。在此狀態(tài)下，從空氣供給裝置525通過空氣供給通道521向空氣泡供給裝置500供給空氣，此空氣由空氣泡噴出孔510變成空氣泡而噴出。此空氣泡被導(dǎo)入定位筒400中并在被處理液中上升，大體均勻的提供給過濾膜組件300中所含的各管狀過濾膜310。
由這樣提供給過濾膜組件300的空氣泡的浮力，使儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽150內(nèi)的被處理液按圖2中箭頭所示的方向從下往上通過各管狀過濾膜310。此時(shí)，由上述的水頭壓P使一部分被處理液從內(nèi)向外通過管狀過濾膜310而過濾，被處理液中所含的濾去成分被構(gòu)成為管狀過濾膜310的內(nèi)周面的過濾膜層311所捕捉，而從被處理液中除去。除去了濾去成分的被處理液，即濾液，通過收納容器301內(nèi)的管狀過濾膜310之間的間隙，從排出口303排出到第1排出通道601內(nèi)。排出到第1排出通道601內(nèi)的濾液通過定量浮球閥710，從第2排出通道602的前端604向外連續(xù)排出。
此時(shí)，在定量浮球閥710中，浮球715與浮止719一起由通過中的濾液的浮揚(yáng)而把通道716設(shè)定成開放狀態(tài)，由于使浮止719與開口718連接，防止了其從浮球受體714離開一定的距離。這樣的一系列過濾處理，使得處理槽150中的被處理液按圖1箭頭所示的方向從下往上自然循環(huán)通過過濾膜組件300。
在上述那樣的過濾工藝中，由于各管狀過濾膜310的外周面上具有上述那樣的突起320，在過濾膜組件300內(nèi)，鄰近的管狀過濾膜310難以緊密附著，在管狀過濾膜310之間有效的形成了流過濾液的間隙。所以，備有此管狀過濾膜310的過濾膜組件300可以提高濾液在收納容器301中的流動(dòng)性，濾液很容易毫不滯留地從排出口303排出。
還有，在上述那樣的過濾工藝中，被處理液中所含有的濾去成分漸漸堆積在管狀過濾膜310的內(nèi)周面即過濾膜層311的表面而形成濾餅層，使得管狀過濾膜310的過濾性能下降。此時(shí)，管狀過濾膜310可以用逆洗裝置700經(jīng)逆洗操作把濾餅層除去，過濾性能又得到恢復(fù)。在實(shí)施逆洗操作時(shí)，首先，把逆洗用空氣供給通道530的第2電磁閥532設(shè)定在開放狀態(tài)，而把第2排出通道602的第1電磁閥603設(shè)定為閉合狀態(tài)。由此，來(lái)自于空氣發(fā)生裝置530的空氣在二次壓·流量調(diào)整閥531中調(diào)整了流量，在逆洗用空氣供給通道530內(nèi)流到定量浮球閥710。到達(dá)定量浮球閥710的空氣由在與二次壓·流量調(diào)整閥531中調(diào)整了的流量相當(dāng)?shù)膲毫?空氣壓)把定量浮球閥710內(nèi)的濾液向第1排出通道601的方向擠。由此，在定量浮球閥710內(nèi)和第1排出通道601內(nèi)的濾液從排出口303向過濾膜組件300內(nèi)倒流，在與上述空氣壓相當(dāng)?shù)膲毫ο聫耐馔鶅?nèi)通過各管狀過濾膜310。結(jié)果是，各管狀過濾膜310內(nèi)周面上堆積的濾去成分堆積層(濾餅層)被除去，又變成洗凈了的。
上述那樣的逆洗工藝中，在定量浮球閥710內(nèi)，液量設(shè)定管712和異徑T形管713內(nèi)的濾液被擠出，由浮球715本身的重量使得浮球受體714的錐部717接上，把通道716閉合。為此，從排出口303出來(lái)的在過濾膜組件300內(nèi)倒流的濾液量就為定量浮球閥710和第1排出通道601的容積所規(guī)定的量所限制。因此，逆洗用的濾液量可以由定量浮球閥710的容積、特別是液量設(shè)定管712的容積調(diào)整而任意設(shè)定。
再是，在上述逆洗工藝中，由二次壓·流量調(diào)整閥531設(shè)定的空氣流量以設(shè)定在與其相當(dāng)?shù)目諝鈮?、至少是基于水頭壓P的上述過濾壓，即基于水頭壓P的上述過濾壓，之上為優(yōu)選。此空氣流量(即上述空氣壓)不到此過濾壓時(shí)，管狀過濾膜310的清洗不充分，就有其管狀過濾膜310的過濾性能難以恢復(fù)的情況。
順便說，管狀過濾膜310，由于其所述的崩潰壓大(例如，由于崩潰壓至少設(shè)定為20kPa)，由上述那樣的逆洗操作時(shí)加的壓力還不會(huì)被擠垮，在逆洗處理后仍維持形狀，可以適合于繼續(xù)上述那樣的過濾工藝。也就是說，此浸漬型膜過濾裝置200在經(jīng)上述逆洗工序后，設(shè)定逆洗用空氣供給通道530的第2電磁閥532為閉合狀態(tài)，而把第2排出通道602的第1電磁閥603設(shè)定為開放狀態(tài)，就可以繼續(xù)進(jìn)行過濾處理。
所以，上述浸漬型膜過濾系統(tǒng)100，只要操作第1電磁閥603和第2電磁閥532使上述過濾工序與逆洗工序定期反復(fù)，即使不更換過濾膜組件300就可以恢復(fù)管狀過濾膜310的過濾性能，也就可以長(zhǎng)時(shí)間繼續(xù)有效進(jìn)行被處理液的過濾處理。
還有，浸漬型膜過濾裝置200可以像后面要講的那樣使過濾膜組件300小型化，而且由于空氣供給裝置525是作為空氣泡供給裝置500用的空氣供給源和逆洗裝置700用的空氣供給源共用的，使得作為整體構(gòu)成可以小型化，而且經(jīng)濟(jì)的實(shí)施過濾工序和逆洗工序。
再是，在上述浸漬型膜過濾方法中，第1電磁閥603和第2電磁閥532，無(wú)論是手動(dòng)操作還是用定時(shí)器自動(dòng)操作都行。
還有，上述浸漬型膜過濾裝置200在進(jìn)行活性污泥液那樣的高污濁液的過濾處理時(shí)特別有效，不僅是這樣的高污濁液，在處理像河水那樣的低污濁液的過濾時(shí)也可以有效地利用。也就是說，此浸漬型膜過濾裝置200并不選擇被處理液，可以廣泛用于各種被處理液的過濾處理。
其次，用已有的過濾膜組件為比較對(duì)象，來(lái)說明使用了管狀過濾膜310的過濾膜組件300的緊湊化的可能性與經(jīng)濟(jì)性。再是，與此關(guān)聯(lián)，一并說明由空氣泡供給裝置500向過濾膜組件300供給空氣泡的分布狀態(tài)與過濾特性的關(guān)系，詳細(xì)說明空氣泡供給裝置500中空氣泡噴出孔510的最合適配置方式。進(jìn)而，說明由逆洗裝置700逆洗過濾膜組件300的有效條件。
科學(xué)的推測(cè)使用管狀過濾膜310的過濾膜組件300的特征發(fā)現(xiàn)，它比中空絲膜組件和平膜組件有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，1.由于是大的交叉流的平行流動(dòng)，因此可以利用來(lái)自于空氣泡供給裝置500的所有空氣泡流；2.由于空氣泡與被處理液的通道是圓筒形的，物質(zhì)移動(dòng)系數(shù)比已有的組件形態(tài)大，原則上通量(單位膜面積的過濾流量)大；
3.由于管狀過濾膜310本身構(gòu)成了空氣泡和被處理液的通道，過濾膜組件300的結(jié)構(gòu)變成緊湊化了；4.由于管狀過濾膜310的內(nèi)徑遠(yuǎn)大于中空絲膜，壓力損失小，逆洗效果大；等。在有效除去被處理液中的雜質(zhì)的技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步的今天，實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)點(diǎn)的可能性已很高了。
盡管不限于特定的實(shí)際液體，上述優(yōu)點(diǎn)是一般性的、原則的，但是，首先，一邊與已有的過濾膜組件作比較，一邊對(duì)用管狀過濾膜310的過濾膜組件300的過濾特性進(jìn)行流體力學(xué)解析，并用適當(dāng)?shù)哪Ｐ鸵后w來(lái)驗(yàn)證其結(jié)果是必要的。這樣做了以后，即使在許多實(shí)際液體中，可以認(rèn)為優(yōu)點(diǎn)會(huì)同樣得到發(fā)揮。然而，由于這樣的評(píng)價(jià)方法是未知的，過濾膜組件300的特性在科學(xué)原理上還處于未知狀態(tài)。更是，確立這樣的評(píng)價(jià)方法并由其來(lái)從一般和原理上證明此過濾膜組件300的優(yōu)點(diǎn)，并為了有效實(shí)現(xiàn)過濾膜組件300中的這些優(yōu)點(diǎn)，有必要把設(shè)計(jì)方法具體化。
過濾膜組件特性的解析預(yù)測(cè)如在說明已有技術(shù)中引用的日本環(huán)境整備教育中心發(fā)行的“引入膜處理法的小型生活排水處理裝置的實(shí)用化研究報(bào)告”的平成4年至平成7年版一書中所見到的那樣，平膜組件的通量要比中空絲膜組件大。為此，把平膜組件作為已有膜組件的解析比較對(duì)象。
為了參考，參照?qǐng)D15來(lái)大概說明作為比較對(duì)象的平膜組件。圖中，平膜組件800主要備有收納容器801和配置在此收納容器801中的多個(gè)膜板802。收納容器801是，例如，上下各自開口的方筒狀部件。另一方面，膜板802，如圖16所示，主要備有矩形框架803和在此框架803中設(shè)置了間隙804的一對(duì)對(duì)向合攏的過濾膜805、805。此過濾膜805是，例如，緊密過濾膜。在框架803的上部，連通了間隙804，形成了濾液的排出口806。各膜板802的排出口806，如圖15所示，通常是與排出管807連接的。再是，這種平膜組件800的概況已經(jīng)在，例如，日本國(guó)建設(shè)省建筑研究所使用膜分離技術(shù)等的高度處理凈化槽研究委員會(huì)編著的《用水與廢水》第40卷第3期45頁(yè)(1998)等中說明了。
這樣的平膜組件800，與上述過濾膜組件300一樣，被配置在儲(chǔ)留槽150內(nèi)，提供進(jìn)行被處理液的浸漬型膜過濾。這里，與空氣泡一起流過膜板802之間的被處理液從過濾膜805的外側(cè)流向內(nèi)側(cè)而被過濾。然后，此時(shí)的濾液通過了間隙804而經(jīng)排出口806排出到排出管807內(nèi)。
表1示出了上述那樣的過濾膜組件300(以下有時(shí)用“管狀過濾膜組件”來(lái)表示此種過濾膜組件)與上述那樣的平膜組件800的主要特性。這里，為了不引起不必要的繁雜，把兩種組件的膜的長(zhǎng)度L取成一樣。同樣理由，膜組件的設(shè)置面積分別除去，對(duì)過濾膜組件300是以收納容器301的厚度而平膜組件800則是框架803，來(lái)表示膜部分所占的面積。
表1

適用于浸漬型膜過濾的大多數(shù)實(shí)際液體(被處理液)的粘度在數(shù)mPa·s以上，平膜組件800、過濾膜組件300都可以看到在組件內(nèi)的被處理液流的層流。
在平流的層流交叉過濾中，相對(duì)于平膜組件800的過濾膜組件300的過濾流量以下式(1)表示(例如，參考中垣、清水《膜處理技術(shù)大系》第1編第3章，株式會(huì)社フジ·テクノシステム(1991))。
JTJP=21-a-cMTMP(ddi)1-c(diuTduP)a----(1)]]>式中，J、M和u分別表示過濾流量、膜面積和平流的線速度，下標(biāo)符號(hào)T和P分別表示過濾膜組件300和平膜組件800的值。平流是由氣泡與液體的混合物所構(gòu)成，已假定其以相同的速度移動(dòng)。d表示平膜組件800的膜板802之間的間隔，di表示過濾膜組件300的管狀過濾膜310的內(nèi)徑。
這里，指數(shù)a、c在層流時(shí)為1/3。所以，把這些值代入，得到式(2)。
JTJP=1.26(MTMP)(ddi)1/3(uTuP)1/3----(2)]]>這里，在過濾膜組件300中的整個(gè)管狀過濾膜310，還有，平膜組件800中的所有膜板802之間的氣泡假定為均勻分配，導(dǎo)出了各膜組件中平流的線速度分別為式(3)和式(4)。
uT=uaT2{1+1+2ρfgdi2σTμf/(μaT2)}[uaT=4qaTπdi2]----(3)]]>uP=uaP2{1+1+2ρfgd2σPμf/(uaP2)}[uaP=qaPwd]----(4)]]>式中，qa是相當(dāng)于1個(gè)流路換算的空氣流量，在過濾膜組件300中相當(dāng)于1個(gè)管狀過濾膜310的空氣流量，而對(duì)平膜組件800則相當(dāng)于寬w的1個(gè)膜板802間隔的空氣流量。所以，ua是換算線速度。ρf和μf分別是被處理液的密度和粘度。σ是無(wú)量綱的壓力損失系數(shù)，過濾膜組件300為32，平膜組件800為12。g是重力加速度。
換算線速度可以用列于表2中的表示各膜組件形狀的數(shù)值變換為單位膜面積的空氣流量或組件的總空氣流量。
表2

由表1和表2，可以得到過濾膜組件300與平膜組件800的線速度之比(式5)。
uTuP=2(QTQP)(MPMT)(ddi)1+1+2ρfgdi232μf/(2LQTdiMT)1+1+2ρfgd212μf/(LQPdMP)----(5)]]>用式(2)和(5)，可以從各種各樣的角度來(lái)比較過濾膜組件300與平膜組件800的能力，不過，為了在不失去現(xiàn)實(shí)性的前提下簡(jiǎn)單起見，這里，設(shè)定兩個(gè)膜組件的共同條件是被處理液的密度ρf為1000kg/m3，膜長(zhǎng)L為1m。還有，分別設(shè)定平膜組件800中的膜板802的厚度t為5mm，過濾膜組件300的管狀過濾膜310的外徑(d0)與內(nèi)徑(di)之比(d0/di)為1.2，填充率ε為0.8(最密集填充狀態(tài)為約0.9)。對(duì)空氣流量而言，用平膜組件800的標(biāo)準(zhǔn)使用的單位膜面積之15L/min/m2作為比較基準(zhǔn)。
下面的表3示出了被處理液粘度μf設(shè)定為10mPa·s時(shí)，膜板802間隔d與管狀過濾膜310的內(nèi)徑di相同或者兩組件的總膜面積和總空氣流量相同時(shí)的計(jì)算結(jié)果。
表3

再是，下面的表4示出了在同樣條件下僅把被處理液的粘度μf變?yōu)?00mPa·s時(shí)的計(jì)算結(jié)果。
表4

如表3和表4所示，對(duì)很寬的粘度范圍的被處理液，過濾膜組件300即使在其面積設(shè)置為平膜組件800的約1/2，其過濾流量仍比平膜組件800大。
再一個(gè)例子，表5示出了把被處理粘度μf設(shè)定為10mPa·s時(shí)，膜板802間隔d與管狀過濾膜310的內(nèi)徑di相同以及兩組件的設(shè)置面積和總空氣流量相同時(shí)的計(jì)算結(jié)果。
表5

表5示出了在同樣組件設(shè)置面積、同樣總空氣流量時(shí)過濾膜組件300具有平膜組件800的2倍以上的過濾流量。
進(jìn)而，表3～表5表示用膜面積除過濾流量的通量大，過濾膜組件300比平膜組件800從原理上就優(yōu)越。
由上述解析例可以知道，如果對(duì)所有的過濾膜310均等分配空氣泡，過濾膜組件300比平膜組件800或中空絲膜組件在原理上有優(yōu)越的能力之奧秘所在。下面用模型液來(lái)驗(yàn)證這些解析結(jié)果的可靠、合理性。
驗(yàn)證解析結(jié)果可靠、合理性的試驗(yàn)方法為了驗(yàn)證上述解析結(jié)果的可靠、合理性，探討了如下的試驗(yàn)。詳細(xì)的試驗(yàn)方法和結(jié)果在后面再談。這里先說明驗(yàn)證解析結(jié)果的可靠、合理性的試驗(yàn)方法的理論學(xué)背景。
用特定的實(shí)際液體(被處理液)，必然導(dǎo)出反映其特有性質(zhì)的特定結(jié)果，但是也會(huì)搞清過濾膜組件300的一般特征。另一方面，使用控制了一定特性的模型液體的原理性科學(xué)評(píng)價(jià)方法，雖然會(huì)有與實(shí)際液體有偏離的懸念，但是溶存成分在膜上的不可逆吸著，并不局限于表示在過濾膜上的濾去成分堆積所形成的濾餅層的特異行為上，而且實(shí)際液體的基本流體力學(xué)特性可以作為與模型液體同樣的牛頓流體來(lái)近似。如果是這樣的話，由所用的模型液體得到的結(jié)果，即使有必要對(duì)每種實(shí)際液體下特有的功夫，但是從本質(zhì)上講，可以認(rèn)為對(duì)實(shí)際液體也同樣是成立的。
本發(fā)明人等對(duì)作為模型液體應(yīng)該具備的性質(zhì)設(shè)定如下1.特性明確，可以簡(jiǎn)單測(cè)定；2.在試驗(yàn)所需要的時(shí)間內(nèi)其特性沒有變化；3.可以容易得到，也可以由第3者做追加試驗(yàn)；4.對(duì)膜不顯示特定的化學(xué)吸附性；5.難過濾的。
作為精密過濾膜的評(píng)價(jià)液，早就使用的是膠乳或粘土礦物的懸浮液，但是它不能滿足上述要求的第5點(diǎn)。經(jīng)對(duì)其它的各種液體的調(diào)研，結(jié)果是，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)羧甲基纖維素的水懸浮液幾乎滿足了上述1～5的所有要求。
羧甲基纖維素被認(rèn)為是典型的水溶性高分子，其水溶液是透明的，用精密過濾膜恒速過濾，過濾壓上升很快。還有，其濾液的粘度與水近似，在其水溶液中，羧甲基纖維素并不是以分子狀態(tài)溶解于水中的，而被認(rèn)為是以微凝膠狀態(tài)懸浮于水中的。
由浸漬型膜過濾法來(lái)對(duì)活性污泥液進(jìn)行過濾處理時(shí)，過濾阻力的增大是已經(jīng)知道的，但是，鑒于其原因預(yù)示是并非污泥菌而是其分泌物中所含的水溶性巨大的高分子物質(zhì)(例如，浜谷慎一郎等、第37屆下水道研究報(bào)告會(huì)講演集，7-90，2000)，因此，羧甲基纖維素的微小水凝膠懸浮液被認(rèn)為已經(jīng)具備了作為合適的過濾模型液的資質(zhì)。
在羧甲基纖維素水懸浮液的粘度變化大時(shí)，加入分子量較大的聚氧化乙烯。與羧甲基纖維素不同，聚氧化乙烯在分子狀態(tài)時(shí)幾乎完全溶于水中，把其水溶液用精密過濾膜過濾了的液體的粘度與原來(lái)的水溶液沒有改變。所以，用羧甲基纖維素的水懸浮液或加入了聚氧化乙烯調(diào)整了粘度的液體，被認(rèn)為可以不失去其一般性而客觀驗(yàn)證上述的解析預(yù)測(cè)。因此，此試驗(yàn)使用了羧甲基纖維素的水懸浮液作為模型液(試驗(yàn)液)。
解析結(jié)果的可靠、合理性的驗(yàn)證試驗(yàn)下面，為了驗(yàn)證解析結(jié)果的可靠、合理性，用模型液驗(yàn)證結(jié)果來(lái)說明解析預(yù)測(cè)。
首先，把14重量份的耐熱性聚氯乙烯樹脂溶解在56重量份的四氫呋喃溶劑中。與此相對(duì)添加30重量份的異丙醇。把作為多孔體的厚度12mm的聚酯樹脂系無(wú)紡布浸漬在由這樣得到的合成樹脂溶液中之后，干燥。把由此得到的有多個(gè)平均孔徑0.4μm微孔的聚氯乙烯樹脂膜過濾膜層與由聚酯樹脂系無(wú)紡布構(gòu)成的支撐膜層層積，得到厚度0.15mm的復(fù)合膜。還有，在此復(fù)合膜的支撐膜層一側(cè)用點(diǎn)上熱熔粘合劑的厚度0.15mm的聚酯樹脂系無(wú)紡布作為增強(qiáng)層而進(jìn)一步層積，制造了增強(qiáng)復(fù)合膜。
把所得到的增強(qiáng)復(fù)合膜裁成寬2cm的帶狀，把此增強(qiáng)復(fù)合膜帶如成為增強(qiáng)層一側(cè)的表面?zhèn)饶菢訉?duì)圓柱狀芯棒卷成螺旋狀。此時(shí)，把增強(qiáng)復(fù)合膜帶的寬度方向的兩端重合，在表面形成了螺旋狀突起。然后，用超聲波把重合部分熔融附著，制造成長(zhǎng)度約70cm、內(nèi)徑7mm、壁厚0.3mm、突起高度0.05mm、包括此突起在內(nèi)的外徑7.7mm、壁厚與外徑比為0.045的管狀過濾膜。
接著，用由上述那樣得到的(沒有增強(qiáng)層的)復(fù)合膜制成上述那樣的平膜組件800。還有，用由上述那樣得到的管狀過濾膜制成上述那樣的過濾膜組件300。表6列出了各膜組件的參數(shù)。再是，在過濾膜組件300中，使用了內(nèi)徑28mm的塑料管作為收納容器301。另一方面，在平膜組件800中，用與構(gòu)成膜板802的框架803同樣寬度的、厚度7mm的隔板在膜板802之間設(shè)定7mm的間隔，把空氣泡和被處理液的流路寬與膜寬同樣設(shè)定為4cm。把各種膜組件設(shè)定為如此的小型，在上述式(5)中，假定了所有的管狀過濾膜310和所有的膜板802之間空氣泡的分配是均等的，空氣泡的分布就變成均勻了。
表6

其次，用制成的組件來(lái)制成與上述那樣的浸漬型膜過濾系統(tǒng)100類似的浸漬型膜過濾系統(tǒng)。這里，它是用了過濾膜組件300的浸漬型膜過濾系統(tǒng)，設(shè)定由位于定位筒400內(nèi)之從此膜組件300的底面開始的30cm的下方位置上的空氣泡供給裝置500中形成的口徑4mm的空氣泡噴出孔510噴出空氣。另一方面，在用了平膜組件800的浸漬型膜過濾系統(tǒng)，設(shè)定其在同樣的定位筒400相當(dāng)?shù)牟考?nèi)，由位于從此組件800的底面30cm的下方位置上的口徑4mm的空氣泡噴出孔噴出空氣。
儲(chǔ)留槽150用的是直徑25cm、深度170cm的透明容器，對(duì)在此儲(chǔ)留槽150中儲(chǔ)留的模型液實(shí)施浸漬型膜過濾。此時(shí)，把模型液的溫度調(diào)整為26+1℃。模型液使用的是表7所示的水溶液。表7中，CMC是指羧甲基纖維素，PEO為聚氧化乙烯。表7中所示的粘度指在溫度為26±1℃時(shí)的值。
表7

開始，測(cè)定濾液的粘度，確認(rèn)了CMC與PEO的透過性。僅用CMC的溶液的粘度是約在1.5mPa·s以下(粘度計(jì)讀取精度的極限)，另一方面，CMC與PEO混合溶液的粘度是與PEO的濃度相當(dāng)?shù)恼扯?。由此，大部分CMC在水中呈微凝膠狀態(tài)懸浮而不透過膜，PEO在水中是以分子狀態(tài)溶解而通過了膜。
隨空氣流量變小、模型液濃度變大，過濾流量達(dá)到一定值的時(shí)間有變長(zhǎng)的趨勢(shì)，大概為3小時(shí)。在以下的過濾流量中，已經(jīng)用了此恒定值。再是，過濾流量用20mL的量筒和秒表測(cè)定。容量測(cè)定的誤差是±0.1mL。
由過濾從模型液中排除的成分只是CMC的話，在下面的更熟悉的交叉過濾通量式(6)中，CMC和PEO混合液的Gg、Cb(Cg為凝膠化濃度、Cb為模型液中CMC的濃度)是僅由CMC濃度決定的，還有，其擴(kuò)散系數(shù)D理應(yīng)大體與混合液的粘度成反比的。
j=1.63(D2L)1/3u1/3di-1/3lnCgCb----(6)]]>所以，CMC濃度一定的混合液的通量應(yīng)該變?yōu)橄旅娴氖?7)所示。其中，α、β為常數(shù)。
j=α(1μf)βu1/3di-1/3----(7)]]>使用過濾膜組件300，設(shè)定空氣流量為1.5L/min、水頭差(圖1的P)為60cm，分別測(cè)定過濾流量和模型液的粘度的關(guān)系，如圖17所示。圖中，直線的斜率表示與粘度成反比時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)D的理論值，盡管其比-0.67小，但是顯示很好的線性(如果擴(kuò)散系數(shù)與粘度的-1.25次方成正比的話，理論值與測(cè)定值一致)。
空氣的換算線速度與在實(shí)際的浸漬型膜過濾方法中采用的空氣流量相當(dāng)?shù)膮^(qū)域中，由于上述式(5)的平方根值變成幾乎為1，上述式(7)的線速度u是與空氣的換算線速度即空氣的流量成正比的。所以，由上述式(2)、式(5)和式(7)就可以預(yù)期在現(xiàn)實(shí)中過濾流量是與空氣流量的1/3次方成正比的。這里，設(shè)定與使用的0.9％CMC與PEO的混合溶液相同的水頭壓60cm，改變空氣流量確認(rèn)了空氣流量與過濾流量的關(guān)系。結(jié)果如圖18所示。在圖18中，直線的斜率為0.33，與預(yù)測(cè)值1/3一致。
其次，平膜組件800中，設(shè)定與使用的0.9％CMC與PEO的混合溶液相同的水頭壓60cm，改變空氣流量，確認(rèn)了空氣流量與過濾流量的關(guān)系。結(jié)果如圖19所示。圖19中，與過濾膜組件300的情況一樣，顯示上述式(7)成立。
最后，用這些測(cè)定結(jié)果，驗(yàn)證上述式(2)和(5)。由兩組件的參數(shù)，取共同的空氣流量，這些式就分別變成下面的式(2-1)和式(5-1)。
JTJP=1.26(uTuP)1/3----(2-1)]]>uTuP=21+1+2ρfgdi232μf/(2LQTdiMT)1+1+2ρfgd212μf/(LQPdMP)----(5-1)]]>表8示出了被處理液密度為1000kg/m3、粘度為8mPa·s時(shí)過濾流量比的計(jì)算結(jié)果。表8中的測(cè)定值是從圖18和圖19的數(shù)據(jù)求出的。
表8

考慮到，由于試驗(yàn)中使用的平膜組件800中對(duì)2片膜板802有3個(gè)流路，線速度要比由n＞＞1時(shí)的解析式得到的小，因此可以說，過濾流量比的解析值與測(cè)定值極其一致。
在膜板802的間隔d和過濾膜組件310的內(nèi)徑dI相同，或兩組件的組件設(shè)置面積與總空氣流量相同時(shí)，上述表5的結(jié)果得到了理論證明。還有，被處理液中的溶存成分被不可逆的吸附在膜上，不限于濾餅層的特異行為，即使對(duì)可以作為層流近似的所有實(shí)際液體，這里所得到的結(jié)果成立。
實(shí)際上，在較好控制的活性污泥液的浸漬型膜過濾試驗(yàn)(例如，大川論他，第37屆下水道研究報(bào)告會(huì)論文集，7-94，2000)中，過濾流量幾乎與總空氣流量的1/3次方成正比(在此論文集中所記述的圖太小，難以讀取正確數(shù)據(jù)，大體上可以判斷過濾流量與總空氣流量的1/3次方成正比)。
由上所述，上述的過濾膜組件300與已有的膜組件即平膜組件800相比，可以看出在緊湊化的各方面都格外優(yōu)異。
還有，考慮上述驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果，本實(shí)施形態(tài)所用的過濾膜組件300，其以外尺寸為基準(zhǔn)的單位容積過濾流量要比在使用同樣空氣流量下的平膜組件和中空絲膜組件的2倍以上。浸漬型膜過濾，由于用的空氣流量越多其過濾處理所需要的能耗成本也就越高，因此，與已有的平膜組件和中空絲膜組件相比較，此過濾膜組件300的經(jīng)濟(jì)性也格外優(yōu)異。
與過濾膜組件緊湊化有關(guān)的手段為實(shí)現(xiàn)本實(shí)施形態(tài)所用的過濾膜組件300的緊湊化，優(yōu)選的是，在收納容器301中，要盡可能限制管狀過濾膜群302以外的部件的進(jìn)入，以使管狀過濾膜310緊密填充。
作為過濾膜組件300緊湊化的指標(biāo)是單位容積膜組件的有效膜面積，它以下式(8)表示。
MS(L+l)=4ϵdid02LL+l=4ϵ1d0(1-2δd0)LL+l----(8)]]>這里，1為保持部306的總長(zhǎng)度(相當(dāng)于圖2中上部和下部的保持部306的上下方向的合計(jì)長(zhǎng)度)、δ為管狀過濾膜310的壁厚。還有，S是垂直于收納容器301的軸線方向的內(nèi)部截面積，即上述表1中的組件設(shè)置面積。
由于要固定過濾膜，在所有的組件形態(tài)中，保持部306和平膜組件800中膜板802的框架803有必要要同樣的長(zhǎng)度，可以發(fā)現(xiàn)式(8)中的L/(L+1)項(xiàng)隨組件的種類幾乎不變。這樣，過濾膜組件300的單位容積有效膜面積與填充率(收納容器301中的管狀過濾膜301的填充率)和內(nèi)徑與外徑之比(內(nèi)徑/外徑)成正比，與外徑成反比。
這里，表1所示的填充率，定義為管狀過濾膜310所占的面積相對(duì)于垂直收納容器301的軸線方向的內(nèi)部截面積之比例，更具體說，上述過濾膜組件300中，填充率(ε)為下式(I)所表示填充率(ε)＝Nπd02/4S(I)在過濾膜組件300中，如果以隔板304的內(nèi)側(cè)為基準(zhǔn)，管狀過濾膜310的填充率在最緊密填充狀態(tài)可以設(shè)定為幾乎等于0.9，不過，如果以包含有隔板304的收納容器301的內(nèi)側(cè)為基準(zhǔn)的話，值變得比0.9小。
如上所述，隔板304在排出口303和管狀過濾膜群302之間設(shè)置了間隙，用于減輕濾液向排出口303流動(dòng)的阻力，不過，垂直于收納容器301的軸線方向的內(nèi)部截面積中，隔板304所占面積的比例象已經(jīng)講過的3～10％就足夠了。所以，考慮了這點(diǎn)，為了達(dá)到此過濾膜組件300的緊湊化，管狀過濾膜310的填充率優(yōu)選至少要設(shè)定在0.70以上，設(shè)定在0.75以上為更優(yōu)選。
再是，管狀過濾膜310，如上述式(2)所示，隨內(nèi)徑變大，不僅使過濾流量下降，而且必然使外徑也變大，還有，如由上述式(8)可知的那樣，組件單位容積的有效膜面積也變小。因此，從這些考慮，管狀過濾膜310的內(nèi)徑設(shè)定在15mm以下為優(yōu)選，設(shè)定在10mm以下為更優(yōu)選。
還有，如由式(8)可知的那樣，為了得到單位容積有效膜面積大的過濾膜組件300，作為管狀過濾膜310，其壁厚與外徑的比小者為優(yōu)選。因此，從這些考慮，管狀過濾膜310的此比值設(shè)定在上述那樣的0.1以下為優(yōu)選。
空氣泡供給裝置的設(shè)計(jì)如由上述的解析和驗(yàn)證試驗(yàn)所顯示的那樣，解析預(yù)測(cè)與用模型液的驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果極為一致，過濾膜組件300與已有的膜組件相比，緊湊性和經(jīng)濟(jì)性都特別優(yōu)異。不過，作為要發(fā)揮這樣優(yōu)異的特性的關(guān)鍵是，合適的設(shè)定在定位筒400內(nèi)的由空氣泡供給裝置500所供給的空氣泡的分布狀況。下面來(lái)說明這一點(diǎn)。
如上所述，過濾流量與空氣流量的1/3次方成正比。所以，空氣泡分布狀態(tài)與過濾流量的關(guān)系的確是可能預(yù)測(cè)的。
在管狀過濾膜310的總個(gè)數(shù)為N個(gè)的過濾膜組件300中，所有管狀過濾膜310其空氣泡均勻分配時(shí)，此過濾膜組件300中的過濾流量JN由下面的式(9)所給出。式中，MN是過濾膜組件300的有效膜面積，jN為1個(gè)管狀過濾膜310的過濾流量，Q為總空氣流量，k，k’是常數(shù)。再是，更具體說，總空氣流量Q是指單位時(shí)間(1分鐘)內(nèi)從空氣泡供給裝置500向過濾膜組件300供給作為空氣泡的空氣總流量。
JN=MNjN=(πdiLN)jN=κ′N(QN)1/3=κN2/3----(9)]]>另一方面，在n個(gè)管狀過濾膜310中，總平均值(從空氣泡供給裝置500所供給的空氣泡總流量被管狀過濾膜的總個(gè)數(shù)除所得到的每個(gè)管狀過濾膜310的空氣流量的平均值，即Q/N)比中只有φ有空氣流動(dòng)，余下的(N-n)個(gè)中的每個(gè)的空氣流量為下式(10)所表示。
(Q-nφQN)/(N-n)=N-nφN(N-n)Q----(10)]]>所以，過濾膜組件300的過濾流量以下面的式(11)所表示。
JN,n=κ′n(φQN)1/3+κ′(N-n){(N-nφ)QN(N-n)}1/3]]>=κ[n(φN)1/3+(N-n){N-nφN(N-n)}1/3]----(11)]]>由此，得到了下面的式(12)。其中，r＝n/N，它意味空氣流量少的管狀過濾膜310所占的比例。
JN,n=nNφ1/3+N-nN{N-nφ(N-n)}1/3JN]]>={rφ1/3+(1-r)2/3(1-rφ)1/3}JN----(12)]]>圖20表示了用式(12)得到的過濾膜組件300的過濾流量與φ和r的依賴關(guān)系。
圖中曲線的數(shù)值表示了φ值，如圖所示，一半以上(即至少半數(shù))的管狀過濾膜310中，通過了由從空氣泡供給裝置500供給的空氣泡總流量被管狀過濾膜310的總個(gè)數(shù)除所得出的每管狀過濾膜310的空氣流量平均值(上述的“總平均值”在下面稱為總平均值)的至少30％的空氣的話，在所有的管狀過濾膜310均等分配空氣泡時(shí)就可以確保90％以上的過濾流量。
所以，作為空氣泡供給裝置500的設(shè)計(jì)目標(biāo)的要點(diǎn)是，至少半數(shù)的管狀過濾膜310可以分配到總平均值的至少30％的空氣泡。更具體說，空氣泡供給裝置500必須要有可以把總平均值至少30％的空氣泡分配給至少半數(shù)的管狀過濾膜310的配置方式的空氣泡噴出孔510。
在液體中上浮的空氣泡的形狀，在直徑大體不足1cm時(shí)幾乎是球狀的，但是，更大時(shí)就變?yōu)閺?fù)雜的蘑菇狀了。本發(fā)明人等把蘑菇狀空氣泡的體積考慮為與其蘑菇傘的直徑相當(dāng)?shù)那蛳嗟?，觀察了在上述模型液中實(shí)際發(fā)生的空氣泡、空氣泡噴出孔510的形狀、空氣流量和液體的粘度等與空氣泡的大小的關(guān)系。結(jié)果是，在內(nèi)徑4mm、外徑6mm的管中向下開了4mm孔的空氣泡噴出孔510，于液體粘度大體在1～100mPa·s范圍內(nèi)時(shí)，下面的式(13)大體成立。式中的dP為氣泡直徑。
dp≈{18000μfQπρfg}1/4----(13)]]>盡管發(fā)現(xiàn)，管越粗，而且孔越大，空氣泡的直徑也有變?yōu)楸仁?13)的值稍大的傾向，但是，仍用式(13)作為一個(gè)設(shè)計(jì)式。
另一方面，觀察到空氣泡一邊復(fù)雜蛇行一邊在液中上浮。整理此動(dòng)作，通過空氣泡發(fā)生總數(shù)內(nèi)的30％的區(qū)域的直徑(m)大體按下面的式(14)隨距離空氣泡供給裝置500的距離H(cm)成正比例擴(kuò)大。在這中間，通過30％左右的空氣泡的區(qū)域的比例小于1/2。
dp+0.03H20----(14)]]>所以，在覆蓋了在此區(qū)域的所有管狀過濾膜310的開口部分的、占總數(shù)一半以上的管狀過濾膜310中分配了總平均值的至少30％的空氣泡。
為了用此區(qū)域把在離空氣泡供給裝置500為Hcm的上方的所有管狀過濾膜310的開口部覆蓋，當(dāng)把空氣泡噴出孔510以最緊密填充方式水平配置在定位筒400內(nèi)時(shí)，每個(gè)空氣噴出孔510必須要有以下式(15)表示的面積(m2)。
338(dp+0.03H20)2≈0.65(dp+0.03H20)2----(15)]]>另一方面，把空氣泡噴出孔510以正方格子方式在定位筒400內(nèi)水平面中配置時(shí)，每個(gè)空氣泡噴出孔510必須要有下述式(16)所示的面積。
0.5(dp+0.03H20)2----(16)]]>把2個(gè)數(shù)值相比，無(wú)論什么樣的組件形狀，都以最緊密填充方式時(shí)所必須的空氣泡噴出孔的孔數(shù)為少。然而，實(shí)際中，根據(jù)與過濾膜組件300的制造方法的關(guān)系，垂直收納容器301的軸向的截面形狀為矩形(即垂直于定位筒400的軸向的截面為矩形)時(shí)，空氣泡噴出孔501的配置方式以設(shè)定為正方格子方式為優(yōu)選；在收納容器301的此截面形狀為圓形或五角形以上的多角形(即，定位筒400的此截面形狀為圓形或五角形以上的多角形)時(shí)，以把空氣泡噴出孔510的配置方式設(shè)定為最緊密填充方式為優(yōu)選。
在收納容器301的上述截面形狀為圓形時(shí)，以管狀過濾膜310所占區(qū)域的直徑(除以厚度的收納容器301的直徑，即保持部306的直徑)為DT(m)時(shí)為例，此直徑與空氣泡供給裝置500必須的空氣泡噴出孔510的數(shù)Z之關(guān)系，由下式(17)變成下式(18)。
Z=π(DT2)2/{0.65(dp+0.03H20)2}----(17)]]>
DT=0.9Z1/2{(18000μfπρfgQZ)1/4+0.03H20}----(18)]]>另一方面，在收納容器301的上述截面形狀為矩形時(shí)，令管狀過濾膜310所占區(qū)域的面積(在垂直于收納容器301的軸向的截面中，收納容器301的內(nèi)部面積)為S的話，由下面的關(guān)系式(19)決定空氣泡供給裝置500所必要的空氣泡噴出孔510的數(shù)目Z。
S=0.5Z{(18000μfπρfgQZ)1/4+0.03H20}2----(19)]]>順便說，把空氣泡噴出孔510配置成最緊密填充方式或正方格子方式，用式(18)或式(19)決定的孔數(shù)Z，也有產(chǎn)生余數(shù)而不合適的情況。所以，在產(chǎn)生了這樣的不合適時(shí)，實(shí)際設(shè)定的空氣泡噴出孔510的數(shù)目Z，以根據(jù)實(shí)際容器301的實(shí)際尺寸對(duì)可以由這些公式?jīng)Q定的孔數(shù)鄰近的數(shù)作合適的修正為優(yōu)選。
空氣泡供給裝置設(shè)計(jì)的具體例子下面，舉例來(lái)說明用上述的設(shè)計(jì)公式和決定實(shí)際的空氣泡噴出孔510的數(shù)目與其配置的次序。這里，以使用JIS K 6741-1975稱之為300的硬質(zhì)氯乙烯管的收納容器、內(nèi)徑7mm與外徑7.7mm的管狀過濾膜310來(lái)形成上述過濾膜組件300的情況來(lái)作為具體的例子。再是，在此過濾膜組件300中，分別設(shè)定管狀過濾膜群302中所含管狀過濾膜310的個(gè)數(shù)為1150個(gè)、保持部306的直徑(即隔板304部分的內(nèi)徑)為28cm、管狀過濾膜310的有效長(zhǎng)度(由管狀過濾膜310的長(zhǎng)度與上下保持部306的長(zhǎng)度之差)為60cm，有效膜面積就已被設(shè)定成15m2了。
首先決定使用此過濾膜組件300在以空氣流量150L/min過濾密度ρf1000kg/m3、粘度μf為8mPa·s的被處理液時(shí)所需要的空氣泡噴出孔510的數(shù)目Z。
設(shè)定空氣泡供給裝置500與過濾膜組件300之間的距離H為30cm，由上述式(13)和式(18)，得出空氣泡噴出孔510的數(shù)目Z與管狀過濾膜310所占區(qū)域的直徑(即保持部306的直徑)DT和空氣泡的直徑dP(設(shè)計(jì)空氣泡供給裝置500中并不需要，是作為參考資料而示出的)之間的關(guān)系，如圖21所示。
由于在作為具體例子所設(shè)定的過濾膜組件300中，管狀過濾膜310所占區(qū)域的直徑DT為28cm，由此圖，空氣泡供給裝置500中必須的空氣泡噴出孔510的數(shù)目為18～19個(gè)。這里，設(shè)定空氣泡噴出孔510的數(shù)目為19，把它們以最緊密填充方式配置在定位筒400中，成為圖12所示的狀態(tài)。由這樣的配置方式所設(shè)定的空氣泡噴出孔510，由于是把垂直于定位筒400的軸向的截面形狀設(shè)計(jì)成與垂直于收納容器301的截面形狀基本相同，因此，填充在收納容器301中的管狀過濾膜群302大體已經(jīng)以均勻間隔而配置了。
逆洗條件的設(shè)定由上述可知，在上述浸漬型膜過濾裝置200中使用的過濾膜組件300，與中空絲膜組件和平膜組件相比，其適合于緊湊化且經(jīng)濟(jì)地實(shí)施有效浸漬型膜過濾。所以，如果此浸漬型膜過濾裝置200可以適當(dāng)且貼切的設(shè)定用逆洗裝置700來(lái)對(duì)過濾膜組件300進(jìn)行逆洗的條件的話，就可以延長(zhǎng)管狀過濾膜310的壽命，也就可以有效、經(jīng)濟(jì)的實(shí)施浸漬型膜過濾。本發(fā)明人等由下面列出的與逆洗有關(guān)的主要因素以及它們與逆洗了的管狀過濾膜310的恢復(fù)率的關(guān)系之解析，試著設(shè)定了有效逆洗的條件。
1.逆洗液在管狀過濾膜310內(nèi)的壓力損失2.構(gòu)成管狀過濾膜310的過濾膜層311的微孔的孔徑3.逆洗前的過濾壓記錄4.被處理液中所含有的濾去成分5.過濾機(jī)制6.逆洗壓力7.逆洗液量但是，過濾方式取為定量過濾或恒壓過濾，從現(xiàn)實(shí)性考慮，逆洗液用的是濾液。還有，作為浸漬型膜過濾方法的典型適用例之一的活性污泥液的模型液，用的是羧甲基纖維素(CMC)的懸濁液，還有，用各種平均粒徑的膠體二氧化硅來(lái)作為河水等的模型液。
如上面所述，CMC的懸濁液是透明的，看起來(lái)CMC以分子狀態(tài)是溶解了的，但是，濾液的粘度幾乎與水相等，實(shí)際上CMC被認(rèn)為是凝膠狀懸濁物。還有，在整個(gè)過濾中CMC懸濁液的過濾阻力上升速度大，認(rèn)為是與稱之為堵孔的成分為菌體的分子量分泌物的活性污泥液(參考浜谷慎一郎等，第37屆下水道研究報(bào)告會(huì)論文集7-90，2000)的模型液相應(yīng)的。用聚氧化乙烯(PEO)調(diào)整此懸濁液的粘度。由于PEO水溶液在過濾處理后的濾液濃度與原來(lái)的水溶液相同，PEO被認(rèn)為對(duì)精密過濾膜是通透性的。還有，CMC與PEO的混合液之濾液粘度也與PEO的濃度相對(duì)應(yīng)，這樣的混合液中PEO也被認(rèn)為是對(duì)精密過濾膜通透性的。
另一方面，考慮到河水等自然水的懸濁成分多為微細(xì)的礦物粉末，作為家用凈水器的評(píng)價(jià)物質(zhì)也使用了高嶺土粉末，這樣的物質(zhì)不僅過濾阻力小，極容易逆洗，被認(rèn)為不合適作為長(zhǎng)時(shí)間使用的浸漬型膜過濾裝置的評(píng)價(jià)物質(zhì)。所以，用至少表面是軟的物質(zhì)的較難過濾的膠體二氧化硅來(lái)作為河水等的模型液。
為了研究上述的主要因素與恢復(fù)率之關(guān)系，構(gòu)成了上述的浸漬型過濾膜系統(tǒng)100。此時(shí)，管狀過濾膜310用的是在由聚酯樹脂制造的無(wú)紡布構(gòu)成的支撐膜層312上一體層積上由公稱孔徑0.4μm精密過濾膜構(gòu)成的過濾膜層311的復(fù)合膜313，其內(nèi)徑為7mm、崩潰壓為33kPa。還有，過濾膜組件300用的是內(nèi)徑28mm、長(zhǎng)度70cm的氯乙烯制管構(gòu)成的收納容器301內(nèi)填充了7個(gè)上述管狀過濾膜310的組件。再是，管狀過濾膜310的有效長(zhǎng)度為65cm(有效膜面積＝約0.1m2)，兩端用聚氨酯樹脂固定于收納容器301上。還有，此過濾膜組件300配置在有長(zhǎng)10cm的腳402的、由長(zhǎng)度35cm氯乙烯制管構(gòu)成的定位筒400上。進(jìn)而，空氣泡供給裝置500是水平配置在離過濾膜組件300下方約30cm位置處?？諝馀莨┙o裝置500用的是由內(nèi)徑4mm、外徑6mm的管所構(gòu)成的且以上述那樣配置方式而有多個(gè)空氣泡噴出孔510的裝置。儲(chǔ)留槽150用的是內(nèi)徑25cm、高度170cm的圓筒狀物。
用上述那樣設(shè)定了的浸漬型膜過濾系統(tǒng)100，對(duì)儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽150內(nèi)的試驗(yàn)液(CMC/PEO＝0.1重量％/0.8重量％的混合液，粘度＝8cps)用水頭差P＝60cm(6kPa)進(jìn)行恒壓過濾，研究過濾流量隨時(shí)間的變化。過濾流量用量筒和秒表測(cè)定。還有，從濾液排出通道600的第2排出通道602排出的試驗(yàn)液被回收到儲(chǔ)留槽150中。再是，由二次壓·流量調(diào)整閥520把從空氣供給管路521出來(lái)的供給空氣泡供給裝置500的空氣流量設(shè)定為1.5L/min。
圖22示出了上述恒壓過濾試驗(yàn)的結(jié)果。在圖22中，實(shí)線表示在連續(xù)恒壓過濾時(shí)的過濾流量。另一方面，虛線表示在由定量浮球閥710把逆洗液量設(shè)定為25mL而且逆洗壓(空氣壓)設(shè)定為20kPa時(shí)，經(jīng)30s逆洗后立即測(cè)定的隨過濾時(shí)間改變的過濾流量。再是，雖然設(shè)定逆洗時(shí)間為30s，不過，由逆洗用空氣供給管路530的二次壓·流量調(diào)整閥531的壓力計(jì)觀察可知，基本上在10s以內(nèi)整個(gè)定量浮球閥710和第1排出通道601內(nèi)的濾液已經(jīng)全量逆流回過濾膜組件300內(nèi)了。
由圖22可知，在進(jìn)行上述試驗(yàn)液的恒壓過濾時(shí)，如果過濾時(shí)間超過20min，即使實(shí)施了逆洗操作也已恢復(fù)不到原來(lái)的過濾流量了。
接著，使用上述那樣設(shè)定的浸漬型膜過濾系統(tǒng)100對(duì)試驗(yàn)液(平均粒徑0.5μm、濃度如圖23所示的“c”ppm的膠體二氧化硅懸濁液)實(shí)施定量過濾時(shí)，研究其過濾-逆洗循環(huán)與過濾壓力的關(guān)系。這里，依次把流量計(jì)、數(shù)字式壓力計(jì)和定量管泵接到濾液排出通道600的第2排出通道602上，調(diào)節(jié)定量管泵的吸力來(lái)調(diào)整過濾流量。再，從定量管泵排出的濾液，與上述恒壓過濾時(shí)一樣，回到了儲(chǔ)留槽150中。還有，在儲(chǔ)留槽150中，為使作為試驗(yàn)液使用的膠體二氧化硅懸濁液不沉淀，攪拌試驗(yàn)液。
把定量管泵中的過濾流量設(shè)定為“F”L/min，進(jìn)行9min的定量過濾，然后在設(shè)定逆洗液量25mL、逆洗壓(空氣壓)30kPa的條件下進(jìn)行逆洗30s，圖23示出了反復(fù)進(jìn)行這樣的過濾-逆洗循環(huán)(過濾循環(huán))的結(jié)果。在圖23中，沒有記入“c”或“F”的過濾循環(huán)是與各自前面的循環(huán)的過濾條件一樣的。還有，第17～21這5個(gè)循環(huán)采用的是過濾8min-曝氣(從空氣泡供給裝置500供給空氣泡)2min的過濾模式，即沒有實(shí)施逆洗操作的過濾模式。
與用CMC/PEO混合液作為試驗(yàn)液的恒壓過濾時(shí)不同，用膠體二氧化硅懸濁液作為試驗(yàn)液的定量過濾是在較寬的過濾條件下連續(xù)反復(fù)進(jìn)行過濾-逆洗循環(huán)，由圖23可知，逆洗后的過濾壓力已經(jīng)恢復(fù)到了各過濾循環(huán)開始時(shí)的過濾壓力。還有可知，只曝氣不恢復(fù)的過濾壓力由逆洗就有效的恢復(fù)了。
盡管圖22和圖23分別示出的是恒壓過濾試驗(yàn)和定量過濾試驗(yàn)的典型例子，不過，已經(jīng)實(shí)施了把上述各種要素組合的同樣試驗(yàn)。經(jīng)對(duì)這些試驗(yàn)的結(jié)果的整理，大體搞清了下面的1-6點(diǎn)。其中，定量過濾試驗(yàn)中的恢復(fù)率R為由下式(20)所定義，而恒壓過濾試驗(yàn)的恢復(fù)率R則是由下面的式(21)所定義的。
R=Pf-PiPf-Pi-1----(20)]]>R=Jf-JiJf-Ji-1----(21)]]>其中，式(20)中，Pf表示逆洗前的過濾壓，Pi表示剛逆洗后的過濾壓，Pi-1表示過濾剛開始之后的過濾壓。在式(21)中，Jf表示逆洗前的過濾流量，Ji表示剛逆洗后的過濾流量壓，Ji-1表示過濾開始之后的過濾流量。在式(20)和(21)中，R＝1時(shí)過濾壓力變?yōu)橥耆謴?fù)。
1.在內(nèi)徑3mm以上的管狀過濾膜310中，逆洗液(濾液)的壓力損失可以忽略。
2.逆洗前過濾壓記錄對(duì)恢復(fù)率的影響大，超過特定的壓力(恢復(fù)臨界壓力)，過濾壓力就完全不恢復(fù)，產(chǎn)生了不可逆的堵孔。
3.盡管恢復(fù)率被認(rèn)為是與管狀過濾膜310中的過濾膜層311的微孔孔徑關(guān)系沒有和膜結(jié)構(gòu)的關(guān)系強(qiáng)(恢復(fù)臨界壓力隨膜結(jié)構(gòu)而變得頗為不同)，不過，如果過濾壓記錄是在恢復(fù)臨界壓力以下的話，完全恢復(fù)是可能的。
4.過濾機(jī)制是在濾餅機(jī)制(定量過濾中過濾壓與累積的過濾量成正比例)范圍之內(nèi)的，這是完全恢復(fù)的必要條件。
5.在滿足上述2～4之完全恢復(fù)的必要條件下，膠體二氧化硅懸濁液在a.設(shè)定濾液逆洗量按每m2管狀過濾膜310的膜面積換算為約200mL以上時(shí)，完全恢復(fù)了。
b.把逆洗壓設(shè)定在最大過濾壓以上時(shí)，完全恢復(fù)了。
c.不管過濾量，過濾壓滯后在恢復(fù)臨界壓力以下、過濾機(jī)制是在濾餅過濾機(jī)制范圍以內(nèi)時(shí)，完全恢復(fù)了。
6.在滿足上述2～4的完全恢復(fù)所必要的條件下，CMC/PEO懸濁液a.過濾量超過一定量時(shí)不能完全恢復(fù)。
b.在一定的過濾量以下，設(shè)定濾液逆洗量按每m2管狀過濾膜310的膜面積換算為約200mL以上時(shí)，用最大過濾壓以上的逆洗壓就完全恢復(fù)了。
CMC/PEO懸濁液的過濾量在超過特定的值之后，逆洗不能使其完全恢復(fù)，據(jù)認(rèn)為這是由于，在膜表面CMC凝膠的蓄積成為了互相緊密接觸的狀態(tài)，由弱相互結(jié)合形成了連續(xù)膜，逆洗不容易破壞此膜。換句話說，在這樣的場(chǎng)合，如果不在在形成完全的懸濁粒子膜之前，即過濾量超過一定值之前逆洗的話，就不能完全恢復(fù)。另一方面，由于膠體二氧化硅形成不了這樣的膜，故認(rèn)為恢復(fù)與過濾量無(wú)關(guān)。然而，在任一試驗(yàn)場(chǎng)合，用與膜結(jié)構(gòu)有關(guān)的特定值以上的壓力把懸浮粒子擠進(jìn)了微孔后，多大的逆洗壓·逆洗流量也不能使其脫出來(lái)。也就是說，用特定值以上的過濾壓過濾時(shí)，其逆洗基本上是困難的。
由上面所述，優(yōu)選的逆洗條件可以列舉為逆洗壓要設(shè)定在過濾時(shí)的最大過濾壓之上，而且濾液的逆洗量之最小必須量要設(shè)定在每m2的管狀過濾膜310的膜面積約200mL以上這兩點(diǎn)。所以，在上述浸漬型膜過濾裝置200中，把定量浮球閥710設(shè)定逆洗工序中過濾膜組件300內(nèi)逆流的濾液量設(shè)定為每m2被設(shè)置在收納容器301中的管狀過濾膜面積至少200mL那樣的容積為優(yōu)選。
(1)在上述浸漬型膜過濾裝置200中，定位筒400和空氣泡供給裝置500為圖24所示那樣的變形也可以。在圖24中，定位筒400是由與上述收納容器301同樣的材料所構(gòu)成，上下為開口的圓筒狀，垂直其軸向的截面形狀，特別是內(nèi)周面的形狀設(shè)定成與上述收納容器301的垂直軸向的截面形狀特別是其外周部分的內(nèi)周面形狀基本相同大小的形狀(圓形)。還有，定位筒400的下軸邊緣，已經(jīng)形成了沿水平方向延伸的凸緣部410。
此定位筒400已經(jīng)用支撐臺(tái)420被支撐在儲(chǔ)留槽150之內(nèi)。支撐臺(tái)420備有配置在儲(chǔ)留槽150底部的基臺(tái)421和從此基臺(tái)421垂直起立的數(shù)個(gè)支撐腳422。而且，支撐腳422的上端已經(jīng)被固定在定位筒400的凸緣410上了。由此，定位筒400已經(jīng)被配置在與儲(chǔ)留槽150的底部距離所設(shè)置的間隔處。這樣配置了的定位筒400的上部，與上述實(shí)施形態(tài)中一樣，其過濾膜組件300已經(jīng)被以立起來(lái)的狀態(tài)配置了。
另一方面，空氣泡供給裝置500主要備有配置在定位筒400的下方即儲(chǔ)留槽150的底部與定位筒400之間的面狀體430和空氣供給裝置435。面狀體430是如圖25所示的、與垂直于定位筒400的軸向的截面之內(nèi)周形狀基本相同大小和形狀的平面狀部件，即，它是圓板狀部件，是用橡膠彈性體形成的。在此面狀體430中，已經(jīng)設(shè)置了多個(gè)沿厚度方向打孔的空氣泡噴出孔431。各空氣泡噴出孔431已經(jīng)被設(shè)定成根據(jù)后面講的從空氣供給裝置435所供給的空氣的增減而可以開啟和關(guān)閉。更具體說，在空氣供給裝置435已經(jīng)向面狀體430供給空氣時(shí)，由于空氣的壓力使面狀體430膨脹。結(jié)果是，各空氣泡噴出孔431的開口擴(kuò)大，噴出了泡狀空氣(空氣泡)。反之，當(dāng)沒有從空氣供給裝置435供給空氣時(shí)，面狀體430收縮成為后面所講的與空氣供給板436處于密合狀態(tài)，各空氣泡噴出孔431由橡膠的彈性而被閉合。再是，這樣的空氣泡噴出孔431已經(jīng)幾乎是以數(shù)mm至數(shù)十mm的間隔均勻配置于差不多整個(gè)面狀體430上了。順便說，這樣的面狀體430，可以使用已經(jīng)為大家所熟悉的(例如，三鈴工業(yè)株式會(huì)社的商品“エラストツクステラ-”)、具有上述功能的各種物件。
空氣供給裝置435主要備有已經(jīng)配置于面狀體430下方的空氣供給板436和向空氣供給板436供給空氣的空氣供給管437?？諝夤┙o板436是與面狀體430對(duì)應(yīng)的圓板狀部件，其中心部分具有空氣排出口438。面狀體430被配置在這樣的空氣供給板436的上面，其周緣部分由固定粘合劑439與空氣供給板436相對(duì)固定。因此，互相固定了的面狀體430與空氣供給板436由從支撐腳422延伸出來(lái)的多個(gè)支撐具440而大體保持水平。再是，支撐具440是夾狀物，由固定粘合劑439把相互固定的面狀體430與空氣供給板436夾起來(lái)而保持。
空氣供給管437的一端與空氣供給板436的排出口438相連結(jié)，而另一端已經(jīng)與空氣供給通道521連接。
在上述那樣的空氣泡供給裝置500中，通常以設(shè)定成，面狀體430與定位筒400的下端的間隔(圖24的D1)在垂直于過濾膜組件300的軸向的截面形狀為圓形時(shí)的直徑的約1/3～1/1，還有，在過濾膜組件300的此形狀為其它形狀時(shí)則其面積為相當(dāng)于圓的直徑的大體1/3～1/1，為優(yōu)選。在用浸漬型膜過濾系統(tǒng)100進(jìn)行浸漬型膜過濾時(shí)，上述那樣的被處理液在儲(chǔ)留槽150內(nèi)自然循環(huán)，使在定位筒400的下端和面狀體430之間的被處理液變成移動(dòng)的了。為此，此間隔窄時(shí)，由這樣的被處理液的循環(huán)流動(dòng)，把從空氣泡供給裝置500出來(lái)的空氣泡擠向過濾膜組件300的中心軸方向流動(dòng)，向位于過濾膜組件300的外周一側(cè)的管狀過濾膜310供給的空氣泡變少，有可能使得整個(gè)過濾膜組件300實(shí)施均勻過濾處理變得困難了。
使用上述那樣的空氣泡供給裝置500時(shí)，從空氣供給通道521向空氣供給管437供給的空氣從空氣供給板436的排出口438排向面狀體430。結(jié)果是，由橡膠彈性體構(gòu)成的面狀體430在排出的空氣的壓力下于空氣供給板436上膨脹成鼓狀，隨此，在面狀體430上所形成的多個(gè)空氣泡噴出孔431開口而噴出了空氣泡。
從空氣泡噴出孔431噴出的空氣泡，一邊由定位筒400所定位(即由定位筒400防止了其向外的泄漏)，一邊使被處理液上升。因此，伴隨著這樣的在被處理液中上浮的空氣泡，儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽150中的被處理液，按圖2箭頭所示，從下往上通過過濾膜組件300的各個(gè)管狀過濾膜310內(nèi)，實(shí)施了上述那樣的過濾處理。再是，面狀體430由于是整體具有均勻空氣泡噴出孔431的，因此對(duì)各管狀過濾膜310可以大體均等的供給空氣泡。
另一方面，停止向空氣供給管437供給空氣，面狀體430收縮而緊挨在空氣供給板436上。隨此，開口的空氣噴出孔431關(guān)閉了。由此，空氣泡噴出孔431已經(jīng)設(shè)定為在噴出空氣泡時(shí)的孔徑變大，就有效的回避了被由被處理液中所含的污濁物質(zhì)的閉塞。也就是說，此空氣泡供給裝置500，即使在被處理液中存在有污濁物質(zhì)時(shí)，仍可以繼續(xù)穩(wěn)定的供給空氣泡。所以，在過濾處理含有各種雜質(zhì)和污濁物質(zhì)的被處理液時(shí)，備有這樣的空氣泡供給裝置500的浸漬型膜過濾裝置200是特別有用的。
再，從面狀體430的空氣泡噴出孔431噴出的空氣泡的直徑，以設(shè)定為至少是管狀過濾膜310的內(nèi)徑的1/3，通常為數(shù)mm至數(shù)十mm為優(yōu)選。其理由如下在用上述那樣的平膜組件的浸漬型膜過濾裝置中，空氣泡一邊在幅度寬的膜板之間的間隙中蛇行，一邊上浮，空氣泡的直徑越小，上浮速度也小，交叉流的流速減小，使得過濾流量有變小的傾向。還有，用中空絲膜組件的浸漬型膜過濾裝置，空氣泡的直徑越小，中空絲膜的搖晃效果減少，過濾流量有變小的傾向。與此相反，在上述那樣的過濾膜組件300中，受管狀過濾膜310內(nèi)的液柱的浮力，空氣泡的直徑?jīng)]有明顯變小，這不是由一個(gè)個(gè)空氣泡的直徑而是由管狀過濾膜310內(nèi)存在的空氣泡的總體積所決定的。所以，過濾膜組件300只要總體積相同，其交叉流的流速幾乎一樣，可以使用遠(yuǎn)比在平膜組件和中空絲膜組件中所用的空氣泡的直徑小的空氣泡。不過，即使是過濾膜組件300，在空氣泡的直徑明顯小于管狀過濾膜310的內(nèi)徑時(shí)，就變成了與平膜組件同樣的狀態(tài)，交叉流的流速變小。為此，為了基本上抑制空氣泡在管狀過濾膜310內(nèi)的蛇行而提高過濾流量，把空氣泡的直徑設(shè)定成至少為管狀過濾膜310的內(nèi)徑的1/3是必要的。
從此觀點(diǎn)，面狀體430的各空氣泡噴出孔431以設(shè)定為可以噴出具有直徑至少為管狀過濾膜310的內(nèi)徑的1/3的空氣泡為優(yōu)選。順便說，空氣泡噴出孔431以設(shè)定成通過調(diào)整其孔數(shù)(面狀體430的單位面積的孔數(shù))而能噴出這樣直徑的空氣泡也可以，通過適當(dāng)調(diào)整其孔數(shù)(面狀體430的單位面積的孔數(shù))和從空氣供給板436向面狀體430所供給的空氣的流量來(lái)設(shè)定可能噴出的空氣泡也可以。
還有，由于已有的平膜組件和中空絲膜組件用的空氣泡發(fā)生裝置備有直徑超過數(shù)mm的少數(shù)空氣泡噴出孔，稀疏地發(fā)生了直徑超過數(shù)cm的空氣泡，擴(kuò)大了邊蛇行變上浮的范圍。為此，由設(shè)定了與定位筒400相當(dāng)?shù)牟考拈L(zhǎng)度，使得僅是整個(gè)膜組件盡可能可以為均等的空氣泡。與此相反，從面狀體430發(fā)生的空氣泡，成為與面狀體430的面形狀幾乎相等的束狀流動(dòng)(面狀體430為圓板狀時(shí)為圓柱狀流動(dòng))而上浮，定位筒400的功能，在于把空氣泡均勻分散在過濾膜組件300中，而變成了主要是把從空氣泡供給裝置500噴出的空氣泡盡可能不泄漏地送入過濾膜組件300。為此，在使用備有上述那樣的面狀體430的空氣泡供給裝置500的場(chǎng)合，定位筒400的長(zhǎng)度可以縮短為已有的平膜組件和中空絲膜組件時(shí)的一半以上。
然而，在備有上述那樣的面狀體430的空氣泡供給裝置500中，合適貼切的設(shè)定從空氣泡供給裝置500所供給的空氣在定位筒400內(nèi)的分布狀況是必要的。如已經(jīng)所過的那樣，為此，優(yōu)選的是，必須把空氣泡供給裝置設(shè)定成把至少為總平均值的30％的空氣泡分配給至少半數(shù)的管狀過濾膜310。所以，在與此變形例相關(guān)的空氣泡供給裝置500中，其面狀體430優(yōu)選的是，具有把至少為總平均值的30％的空氣泡分配給至少半數(shù)的管狀過濾膜310的配置方式的空氣泡噴出孔431。
與設(shè)置了大口徑空氣泡噴出孔的空氣泡供給裝置的情況不同，從由多個(gè)微小空氣泡噴出孔431穿孔的面狀體430供給的空氣泡，變成稍稍放大了的面狀體430的面形狀的束狀(柱狀)而上浮。所以，與使用大口徑空氣泡噴出孔場(chǎng)合相比，設(shè)計(jì)為達(dá)到上述目的的面狀體430是甚為容易的。也就是說，具有多個(gè)空氣泡噴出孔431的面狀體430的面形狀只要是在與定位筒400的截面形狀(垂直與軸方向的截面形狀)幾乎一致就行。
還有，為了把從面狀體430發(fā)生的空氣泡幾乎均等的送給所有的管狀過濾膜310，要注意定位筒400和定位筒400與面狀體430的間隔，這是已經(jīng)說明過的了。
面狀體430上設(shè)置的空氣泡噴出孔431，由于是以較短的間隔被多數(shù)穿孔了的，盡管對(duì)其配置方式并沒有特別嚴(yán)格的限制，只是希望空氣泡分布可以盡量均勻，以達(dá)到在面狀體430的面狀(平面狀)中最緊密填充方式或正方格子方式配置為優(yōu)選。
(2)在上述浸漬型膜過濾裝置200中，把定位筒400做了如圖26所示那樣的變形也可以。在圖26中，定位筒400是由與上述收納容器301同樣的材料所構(gòu)成，是上下開口的圓筒狀部件，已設(shè)定成在其上部可以配置過濾膜組件300。此定位筒400的內(nèi)部，已經(jīng)配置了與上述實(shí)施形態(tài)同樣的空氣泡供給裝置500和填充物層450。
填充物層450已經(jīng)配置在定位筒400內(nèi)的空氣泡供給裝置500的上方。還有，此填充物層450在與過濾膜組件300之間形成空間460而配置在過濾膜組件300的下方。在是，空間460的厚度(圖26的D2)通常以設(shè)定5～20cm為優(yōu)選。
填充物層450備有在定位筒400內(nèi)設(shè)置間隔的水平配置的1對(duì)網(wǎng)狀體451、451以及在此網(wǎng)狀體451、451之間填充的填充物452。各個(gè)網(wǎng)狀體451，例如是金網(wǎng)，是為把填充物452保持在定位筒400內(nèi)而設(shè)置的。填充物452在把從空氣泡供給裝置500噴出的空氣泡分散的同時(shí)，還被用來(lái)捕捉被處理液中所含的各種雜質(zhì)特別是纖維狀雜質(zhì)的。對(duì)填充物452的種類沒有特別的限制，可以根據(jù)過濾處理的目的、被處理液的特性、被處理液中所含有的雜質(zhì)種類等來(lái)使用各種物質(zhì)。
不過，可以把填充物452設(shè)定成，使由空氣泡供給裝置500所供給的空氣泡在上述的過濾膜組件300中盡可能充分達(dá)到對(duì)被處理液的過濾功能而且又不妨礙儲(chǔ)留槽150中的被處理液的順利循環(huán)流動(dòng)，為優(yōu)選。這樣的填充物，通常用的是單純形狀且體積密度小的物質(zhì)。例如，使用外徑5～50mm(優(yōu)選5～15mm)、長(zhǎng)度5～50mm(優(yōu)選5～15mm)大小的、諸如由聚丙烯樹脂構(gòu)成的多孔性中空?qǐng)A筒狀物(管狀物)為優(yōu)選。
這樣的中空?qǐng)A筒狀物可以使用各種市售品，不過使用具有作為微生物載體的物質(zhì)也可以?？梢粤信e的具有作為微生物載體功能的中空?qǐng)A筒狀物有，例如，筒中薄片防水株式會(huì)社的商品“ハイオステ-ジ”。再是，把2種以上物質(zhì)適宜并用來(lái)作為中空?qǐng)A筒狀物也可以。
在使用上述那樣的定位筒400時(shí)，從空氣泡供給裝置500排出的空氣泡在被處理液中上浮，通過填充物層450。此時(shí)，空氣泡與被處理液一起在填充物層450內(nèi)一次次邊改變著方向、邊流向填充物450的內(nèi)部和表面而分散。因此，通過了填充物層450的空氣泡一邊在空間460內(nèi)蛇行，還邊擴(kuò)大蛇行范圍邊上升，大體均勻地供給在過濾膜組件300中所含的各個(gè)管狀過濾膜310。隨在這樣的過濾膜組件300中的空氣泡供給，儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽2內(nèi)的被處理液，如圖2的箭頭所示那樣，從下往上通過過濾膜組件300的各個(gè)管狀過濾膜310，實(shí)施了上述那樣的過濾處理。
再是，被處理液中所含有的纖維狀物等各種雜質(zhì)在通過填充物層450時(shí)被填充物452所捕捉。結(jié)果是，從填充物層450流向過濾膜組件300的被處理液，由于雜質(zhì)已經(jīng)被有效地除去了，過濾膜組件300的管狀過濾膜310難為雜質(zhì)堵塞而閉合，可以穩(wěn)定的過濾被處理液。
特別是，在填充物層450中，以上述那樣的具有微生物載體功能的中空?qǐng)A筒狀物作為填充物452時(shí)，由于此填充物452的表面積大，被處理液與其表面或內(nèi)部有效的接觸。因此，此時(shí)，在被處理液內(nèi)部所含有的各種菌體，被有效地?fù)?dān)載在填充物452上。結(jié)果是，被處理液內(nèi)部所含的各種菌體，由于在通過填充物層450時(shí)被除去，管狀過濾膜310有效的抑制了由菌體的堵孔造成的閉塞。所以，使用了備有這樣的填充物層450的浸漬型膜過濾裝置200的浸漬型膜過濾系統(tǒng)100，即使在儲(chǔ)留槽150中的大量被處理液，特別是在生活污水的活性污泥處理液的急劇流入時(shí)，仍可以實(shí)施穩(wěn)定的過濾處理。
然而，在備有上述那樣的定位筒400的浸漬型膜過濾裝置200中，適當(dāng)貼切的設(shè)定定位筒400內(nèi)由空氣泡供給裝置500供給的空氣泡的分布狀況是必要的。為此，如已經(jīng)講過的那樣，如把總平均值的至少30％的空氣泡分配給至少半數(shù)的管狀過濾膜310那樣來(lái)設(shè)定定位筒400內(nèi)的填充物層450為優(yōu)選。這樣的條件通常可以由適當(dāng)?shù)脑O(shè)定管狀過濾膜310的內(nèi)徑、空氣泡供給裝置500中的空氣泡噴出孔的數(shù)目、填充物452的大小、被處理液的特性(特別是粘度)、填充物層450的厚度以及空間460的厚度等來(lái)達(dá)到。但是，在此浸漬型膜過濾裝置200的多種用途中，考慮被處理液的粘度在1～50mPa·s范圍，而且被處理液中所含雜質(zhì)為纖維狀物質(zhì)的話，這是足夠的了，另一方面，對(duì)于每1m2管狀過濾膜310的膜面積，從空氣泡供給裝置500發(fā)生的空氣泡的總量為5～15L/min是現(xiàn)實(shí)的，進(jìn)而，由于垂直于定位筒400的軸向的截面積每100cm2中有1個(gè)左右空氣泡供給裝置500中的空氣泡噴出孔是現(xiàn)實(shí)的，通常把填充物層450的厚度(圖26的D3)設(shè)定為其所含的填充物452的尺寸(長(zhǎng)度)的5～50倍，就可以達(dá)到上述那樣的條件。
再是，在填充物層450的厚度和填充物452的尺寸設(shè)定為上述那樣時(shí)，空氣泡供給裝置500中的空氣泡噴出孔510的孔數(shù)與配置方式不需特別的考慮，就能容易的達(dá)到在至少半數(shù)管狀過濾膜310中分配至少總平均值的30％的空氣泡。
(3)上述的實(shí)施形態(tài)說明的是使用濾液排出口303設(shè)置在收納容器301的側(cè)面的過濾膜組件300時(shí)的情況，不過，在浸漬型膜過濾裝置200中可以利用的過濾膜組件并不限于此。
參照?qǐng)D27和28來(lái)說明在浸漬型膜過濾裝置200中可以利用的其它形態(tài)的過濾膜組件900。此過濾膜組件900主要備有圓筒狀收納容器901和填充于此收納容器901內(nèi)的管狀過濾膜群902。收納容器901為例如樹脂制的部件，主要備有圓筒狀集水管903、以此集水管903的軸為中心的其外側(cè)設(shè)置了間隔(空間)的同心圓狀配置的圓筒狀外筒904。集水管903其在圖的下端已被閉合而圖的上端形成了開口的排出口905。還有，集水管903在其壁面上備有多個(gè)通液孔906。
管狀過濾膜群902是與上述過濾膜組件300中所用的物件相同的、含有多個(gè)管狀過濾膜310的群，各管狀過濾膜310是在收納容器901的集水管903與外筒904之間所形成的空間內(nèi)而與集水管903平行所填充的。這樣的管狀過濾膜群902的上端和下端分別有用聚氨酯樹脂等樹脂材料形成的保持部907，各個(gè)管狀過濾膜310的兩端維持開口狀態(tài)而以一體被保持那樣與收納容器901一起固定。結(jié)果是，收納容器901的兩端由此保持部分907液封而變成閉合。
再有，為了方便理解，圖27中強(qiáng)調(diào)了管狀過濾膜310的粗細(xì)、管狀過濾膜310之間的間隙等。還有，為了容易理解圖面，圖27中的管狀過濾膜310的個(gè)數(shù)畫得較少。還有，圖28中也僅表示了管狀過濾膜310的一部分。
這樣的過濾膜組件900，可以經(jīng)過例如下面那樣的工藝來(lái)制造。
首先，用如圖29所示那樣的固定裝置920形成收納容器901。這里所用的固定裝置920是為把集水管903以同心狀態(tài)固定在外筒904之內(nèi)用的，它備有為了保持外筒904的外筒保持部分921和保持集水管903的集水管保持部分922。
外筒保持部分921具有收納外筒904的一端的接受部分923、為把接受部923固定在外筒904上的壓板924。接受部923有可以收納外筒904的端部的圓形凹部925，在此凹部925的中心已經(jīng)形成了孔部926。還有，凹部925在深度方向上的中間，設(shè)定成開口側(cè)內(nèi)徑變大，在這樣的內(nèi)徑變更部分中形成了臺(tái)階927。進(jìn)而，凹部925的開口部分周邊邊緣上形成了溝928，在此溝928中配置了環(huán)狀的橡膠彈性體929。另一方面，壓板924是中心部分備有可以插入外筒904的插孔930之部件，其平面形狀已被設(shè)定成與接受部923大體相同。
另一方面，集水管保持部922備有軸931、決定位置的部件932、壓具933和螺母934。軸931是可以插入集水管903中且可以穿通接受部923的孔部926的棒狀部件，一端有螺旋部分935，還有，另一端有前端936。位置決定部件932是把可以插入集水管903中的插入部937和在此插入部937插入了集水管903內(nèi)的狀態(tài)下從集水管903突出的突出部938一體了的大體為圓柱狀的部件，其中心部分形成了為貫通軸931的貫通孔939。突出部938的突出量設(shè)定為與接受部923的凹部925中的從低部到臺(tái)階927的距離相同。壓具933是可以插入集水管903內(nèi)部的圓板狀部件，有用來(lái)在中心插入軸931的插入孔940。螺母934可以與軸931的螺旋部935進(jìn)行裝配。
在制造使用了上述固定裝置920的收納容器901時(shí)，首先，由外筒保持部分921把外筒904保持。這里，把外筒904的一端插入到接受部923的凹部925內(nèi)，與臺(tái)階927接觸。然后，在把外筒904插入到壓板924的插入孔930內(nèi)的狀態(tài)下，把壓板924于壓在橡膠彈性體929上的狀態(tài)下固定。由此，外筒904變成了保持在其一端被插入在凹部925內(nèi)的狀態(tài)下了。
其次，用集水管保持部分922把集水管903配置在外筒904的內(nèi)部。這里，先把管狀彈性體941裝在決定位置的部件932的插入部937的前端，于此狀態(tài)下把此插入部分937插入到集水管903內(nèi)。還有，從與集水管903內(nèi)已插入決定位置的部件932的不同一側(cè)插入壓具933。然后，把軸931的前端936與壓具933接觸那樣插入到壓具933的插入孔940和決定位置的部件932的貫通孔939中。在此狀態(tài)下，如軸931的螺旋部935從接受部923的孔部926中突出那樣，把集水管903插入外筒904的內(nèi)部，用螺母934與螺旋部935裝配。由此，固定裝置920以使集水管903在外筒904內(nèi)以同心圓狀配置的狀態(tài)把兩者保持在一起，形成了收納容器901。
然后，在上述那樣形成的收納容器901內(nèi)填充進(jìn)管狀過濾膜群902。這里，把多個(gè)管狀過濾膜310平行束縛成的管狀過濾膜群902插入到在外筒904與集水管903之間形成的空間內(nèi)。此時(shí)，各個(gè)管狀過濾膜310的長(zhǎng)度設(shè)定比收納容器901大，管狀過濾膜群902的兩端設(shè)定成從收納容器901突出去。還有，各個(gè)管狀過濾膜310的兩端由熱封而閉合了。
接下來(lái)，用樹脂材料把管狀過濾膜群902固定在收納容器901上。這里，首先，準(zhǔn)備好圖30所示的模具950。此模具950備有模槽951，模槽951備有可以插入管狀過濾膜群902的中心部分952和在中心部分952的周圍連續(xù)形成的可以插入收納容器901的外筒904的外筒插入部分953。此模具950的中心部分952中注入了未固化狀態(tài)的樹脂材料954(例如未固化的聚氨酯樹脂)。
另一方面，在由固定裝置920所形成的收納容器901中，用罩955把集水管903的開口側(cè)封閉起來(lái)(圖29)。然后，如圖30所示，把從收納容器901中突出的管狀過濾膜群902慢慢浸入到已經(jīng)注入在模槽951的中心部分952內(nèi)的樹脂材料954中，把外筒904的端部保持在外筒插入部953內(nèi)。把此狀態(tài)的樹脂材料954維持到固化，把模具950從完全固化了的樹脂材料954中取出。由此，管狀過濾膜群902的一端變成固定在收納容器901的一端上了。其后，把已經(jīng)從收納容器901突出的、已固化的樹脂材料954和管狀過濾膜群902切除，還把罩955取下。
再接下來(lái)，一旦收納容器901從固定裝置920分離，把收納容器901反方向再次由固定裝置920所固定。在此狀態(tài)，對(duì)模具950重復(fù)上述那樣的操作，管狀過濾膜群902的另一側(cè)也被固定在收納容器的另一側(cè)，就得到了目標(biāo)過濾膜組件900。此時(shí)，集水管903的開口部分為罩955所閉合的話，樹脂材料954流入到集水管903的內(nèi)部，這使集水管903的一端變成被閉合。在所制造的過濾膜組件900中，收納容器901的兩端，除各個(gè)管狀過濾膜310的兩端外，已經(jīng)由固化的樹脂材料954形成了保持部907，根據(jù)所述，由此保持部907的液封而變成閉合。
再是，在所述制造工藝中所使用的樹脂材料954，除了使用與上述實(shí)施形態(tài)中所使用的過濾膜組件300的場(chǎng)合同樣的聚氨酯樹脂之外，用環(huán)氧樹脂等其它的熱固性樹脂和熱熔融粘合劑也可以。還有，在上述制造工藝中，以提高收納容器901與樹脂材料954的粘合性為目的，對(duì)外筒904的內(nèi)周面和集水管903的外周面預(yù)先用粘合助劑或電暈放電處理來(lái)實(shí)施表面處理也可以。還有，為了提高樹脂材料954對(duì)收納容器901的錨定效果，在外筒904的兩端的內(nèi)周面和集水管903的兩端的外周面形成凸部和凹部中的至少1個(gè)也可以。這里，凸部可以由把與外筒904或集水管903同樣材料所構(gòu)成的環(huán)粘合在預(yù)定的部位來(lái)形成。另一方面，凹部可以由在預(yù)定部位實(shí)施溝加工等來(lái)形成。再是，溝狀凹部以形成為環(huán)狀為優(yōu)選。還有，凹部設(shè)定成沿凹下方向擴(kuò)大的形狀為優(yōu)選。
在用這樣的過濾膜組件900構(gòu)成上述浸漬型膜過濾裝置200時(shí)，濾液排出通道600的第1排出通道601與排出口905對(duì)接。
在使用了這樣的過濾膜組件900進(jìn)行被處理液的過濾處理時(shí)，被處理液隨著由空氣泡供給裝置500噴出的空氣泡，按圖27所示的箭頭方向，從下往上通過過濾膜組件900的各個(gè)管狀過濾膜310內(nèi)。此時(shí)，被處理液的一部分在由內(nèi)向外通過管狀過濾膜310時(shí)被過濾，而且，被處理液中所含的濾去成分為管狀過濾膜310的過濾膜層311所捕捉而從被處理液中除去。除去了濾去成分的被處理液(濾液)通過管狀過濾膜310之間的間隙，從通液孔906流入集水管903內(nèi)。流入集水管903內(nèi)的濾液從排出口905連續(xù)排出到收納容器901的外部，即濾液排出通道600內(nèi)。由這樣的一系列過濾處理，儲(chǔ)留槽2內(nèi)的被處理液，與圖1所示的箭頭一樣，由下往上通過了過濾膜組件900而成為自然循環(huán)。
為了達(dá)到上述過濾膜組件900的緊湊化，在收納容器901中，除了管狀過濾膜群902之外，其它要素不要進(jìn)入，以盡可能使管狀過濾膜310緊密填充為優(yōu)選。
雖然此過濾膜組件900，與上述過濾膜組件300場(chǎng)合一樣，其管狀過濾膜310幾乎可以最緊密填充，但是，實(shí)際上一定會(huì)產(chǎn)生小部分的未填充部分。此未填充部分的比例隨管狀過濾膜310的填充數(shù)增多而變小，但實(shí)用的組件規(guī)模的填充率，即管狀過濾膜310所占的面積相對(duì)于填充區(qū)域的總面積之比為0.8以上(最大值是最緊密填充狀態(tài)的0.9)。所以，在此過濾膜組件900中，填充率以0.8以上為優(yōu)選。再是，此填充率的定義是在收納容器901中管狀過濾膜310所占的面積相對(duì)于垂直于收納容器中集水管903與外筒904之間的軸線方向的截面積S1(圖28中以網(wǎng)線部分表示的面積)之比。更具體說，此過濾膜組件900中的填充率(ε)為下式(II)所示。式中，N為管狀過濾膜群902中所含管狀過濾膜310的個(gè)數(shù)，d0為管狀過濾膜310的外徑。
填充率(ε)＝Nπd02/4S1(II)如上述那樣，由于在管狀過濾膜310的表面加有突起320，可以減輕濾液對(duì)管狀過濾膜310之間的阻力。所以，如果集水管903周圍排列的管狀過濾膜310少，透過所有的管狀過濾膜310的濾液由于不得不通過這些有限的間隙，在過濾流量大時(shí)，在這里所產(chǎn)生的阻力就不能被忽略。
這里，由與上述填充率相關(guān)的式(II)，管狀過濾膜310的填充個(gè)數(shù)N變?yōu)橄旅娴氖?22)。
N=4ϵS1πd02----(22)]]>還有，集水管903周圍的管狀過濾膜310的間隙數(shù)與集水管903的外徑ds成正比，而與管狀過濾膜310的外徑d0成反比。所以，如果這里所產(chǎn)生的過濾膜組件900內(nèi)的總壓力損失F近似于劇烈的話，過濾流量J(式(23))被認(rèn)為與填充個(gè)數(shù)M、過濾壓P和壓力損失F之差大體成正比，其比例系數(shù)用α表示。
J≈α4ϵS1πd0(P-F)----(23)]]>壓力損失F與過濾流量J成正比，而與上述間隙數(shù)成反比，系數(shù)為β，以式(24)表示F=βJd0ds----(24)]]>由這些式(23)和式(24)，壓力損失為0時(shí)J相對(duì)于過濾流量J0的比例為下面的式(25)J/J0=1/(1+4αβπϵS1ds)----(25)]]>所以，為了不由過濾膜組件900的大小而來(lái)確保過濾流量J在J0的80％以上，就必須滿足下面的式(26)。
dsS1>16αβϵπ=γϵ----(26)]]>盡管此式(26)不夠嚴(yán)密，但是在實(shí)際過濾膜組件900的設(shè)計(jì)中起作用。也就是說，被處理液的過濾通量、管狀過濾膜310的突起320的高度和填充率決定了ds/S1的最小值，此值與組件的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。
假設(shè)浸漬型膜過濾時(shí)的最大通量為5m/天，在上述的突起320的高度和填充率范圍內(nèi)，由J/J0成為80％的式(25)的右邊的值確認(rèn)要比1m-1稍大。所以，此過濾膜組件900以采用可以抑制在任何用途中由壓力損失導(dǎo)致的能量效率輕微下降之ds/S1值為0.3～1m-1為優(yōu)選。換句話說，集水管903的外徑ds根據(jù)外筒904的大小而把此ds/S1值適當(dāng)貼切的設(shè)定在上述范圍之內(nèi)為優(yōu)選。
在通量超過5m/天這么大時(shí)，如圖31所示，在集水管903的外周面的上下部中，于外筒904方向上配置突出的隔板910為優(yōu)選。由這樣的隔板910在集水管903與管狀過濾膜群902之間形成空間(即，把管狀過濾膜群902配置在離開集水管903所設(shè)置的間隔處)，濾液的流過，擠壓了管狀過濾膜310，使其稍稍移動(dòng)，就使間隙變大，可以減輕對(duì)濾液的阻力。
再是，管狀過濾膜310，如上述式(2)所示，內(nèi)徑變大，過濾流量下降。據(jù)此，從這樣的觀點(diǎn)，在此過濾膜組件900中使用的管狀過濾膜310的內(nèi)徑也以設(shè)定在15mm以下為優(yōu)選，設(shè)定10mm以下為更優(yōu)選。
此過濾膜組件900在其填充率等設(shè)定成上述那樣的場(chǎng)合，與用中空絲膜和平膜的已有組件相比，其單位容積的膜面積大，結(jié)果是比已有的組件更容易緊湊化。還有，在用此過濾膜組件900的浸漬型膜過濾中，把空氣泡供給量設(shè)定成與用已有的組件的浸漬型膜過濾時(shí)相同的程度的場(chǎng)合，由同樣的理由，單位容積的過濾流量比用已有的組件時(shí)更大。也就是說，此過濾膜組件900與在上述實(shí)施形態(tài)中說明的過濾膜組件300一樣，其緊湊性和經(jīng)濟(jì)性比已有的過濾膜組件優(yōu)。特別是，上述的比值(ds/S1)設(shè)定在上述范圍內(nèi)時(shí)，由過濾時(shí)的壓力損失導(dǎo)致的能量效率的輕微下降可以被抑制，浸漬型膜過濾的經(jīng)濟(jì)性可以更高。即，此過濾膜組件900在把上述的比值設(shè)定在所定范圍內(nèi)時(shí)，就可以削減供給空氣泡所必須的能耗，結(jié)果是可以進(jìn)一步提高浸漬型膜過濾的經(jīng)濟(jì)性。
(4)上述的浸漬型膜過濾裝置200中，過濾膜組件300是在圓筒狀，即過濾膜組件300的收納容器301的圓筒狀中形成的，不過，收納容器301形成為方筒狀或多角形(例如五角形以上的多角形)的筒狀等其它形狀的筒狀也可以。
圖32和圖33中列舉了形成方筒狀收納容器301之過濾膜組件300的例。在此過濾膜組件300中，收納容器301盡管與上述實(shí)施形態(tài)的場(chǎng)合相同，在側(cè)面有濾液排出口303，不過，隔板304僅在已經(jīng)形成了此排出口303的面上形成。所以，管狀過濾膜群302，除了在已經(jīng)形成隔板304的面之外，已經(jīng)被填充在靠近收納容器301的內(nèi)面上。
再是，為了便于理解，在圖32中強(qiáng)調(diào)了管狀過濾膜310的粗細(xì)、管狀過濾膜310之間的間隙等。還有，圖32中僅示出少數(shù)管狀過濾膜310，還有，圖33中僅示出部分管狀過濾膜310。
在這樣的過濾膜組件300中，管狀過濾膜群302與排出口303之間由隔板304形成了間隙，從管狀過濾膜310來(lái)的濾液順利地從排出口303排出到外部。
使用上述那樣的方筒狀過濾膜組件300時(shí)，如圖34和圖35所示那樣，定位筒400的垂直其軸向(開口方向)之截面形狀，特別是內(nèi)周面的形狀，有必要設(shè)定成與垂直于上述收納容器301的軸向的截面形狀特別是其外周部分的內(nèi)周面形狀基本相同大小和相同形狀(方形)。
還有，此場(chǎng)合下，空氣泡供給裝置500有必要隨著定位筒400形狀的改變而改變形態(tài)。此時(shí)可以用的空氣泡供給裝置500可以由，例如，主管504和3個(gè)支管541、542、543所構(gòu)成。這里，主管540配置在定位筒400的外部，一端與空氣供給通道521連接。另一端由在圖中沒有畫出的罩氣封。還有，支管541、542、543各自與主管540正交而水平組合，以均等的間隔互相平行延伸。因此，各個(gè)支管541、542、543水平的貫通了定位筒400的長(zhǎng)度方向，前端用罩544氣封。
上述那樣組合的主管540和支管541、542、543在交點(diǎn)處連結(jié)。由此，主管540、支管541、542、543形成了連通的空氣流動(dòng)通道。
還有，如圖35所示，各個(gè)支管541、542、543有多個(gè)空氣泡噴出孔545(圖35中，以有15個(gè)空氣泡噴出孔545為例)。這些空氣泡噴出孔545分別向定位筒400的下方開口，還有，如圖35所示，已經(jīng)以正方格子方式配置在垂直于定位筒400軸向(開口方向)的截面之水平面上了。即，各個(gè)空氣泡噴出孔545是位于圖35中的虛線所示的正方形的各個(gè)頂點(diǎn)，在定位筒400的上述水平面上以均等間隔而分散配置。此時(shí)，空氣泡噴出孔545的總數(shù)以根據(jù)上述式(19)來(lái)設(shè)定為優(yōu)選。
再是，作為形成上述空氣泡供給裝置500的各個(gè)管540、541、542、543以用與上述實(shí)施形態(tài)的場(chǎng)合相同的塑料制圓筒狀管為優(yōu)選。
這樣的空氣泡供給裝置500，與上述實(shí)施形態(tài)場(chǎng)合一樣，對(duì)在方筒狀收納容器301內(nèi)填充的管狀過濾膜301均等供給空氣泡時(shí)，就可以發(fā)揮變形過濾膜組件300的特性。
再是，在使用了上述那樣的方筒狀收納容器301的過濾膜組件300中，垂直于收納容器301的軸向的截面形狀為細(xì)長(zhǎng)的矩形時(shí)(圖33的寬度Y小的場(chǎng)合)，更具體說，寬度Y用上面的式(14)所表示的場(chǎng)合，形成空氣泡供給裝置500的上述支管是1個(gè)的話，為好。所以，此情況下，在此支管上設(shè)置的多個(gè)空氣泡噴出孔545的配置方式，不是上述那樣的正方格子圖式，而變成了以直線方式來(lái)設(shè)定。
還有，在使用形成了上述那樣的方筒狀的過濾膜組件300的場(chǎng)合，作為定位筒400和空氣泡供給裝置500，使用在上述其它實(shí)施形態(tài)(1)中所說明者也可以。此時(shí)，定位筒400和面狀體430有必要根據(jù)過濾膜組件300的形狀分別構(gòu)成為方筒狀和矩形。再是，通常，面狀體430與定位筒400下端的間隔(相當(dāng)于圖24的D1的間隔)設(shè)定成大體為與垂直于過濾膜組件300的軸向的截面形狀(矩形)的面積相當(dāng)?shù)膱A的直徑的1/3～1/1為優(yōu)選。在用浸漬型膜過濾裝置200進(jìn)行浸漬型膜過濾時(shí)，如已經(jīng)講過的那樣，由于被處理液在定位筒400的下端與面狀體403之間循環(huán)，此間隔窄時(shí)，由這樣的被處理液的循環(huán)流動(dòng)，從面狀體430出來(lái)的空氣泡容易被擠向過濾膜組件300的中心軸向。結(jié)果是，向位于過濾膜組件300的外周的管狀過濾膜310供給的空氣泡變少，過濾膜組件300整體均勻過濾處理的實(shí)施就有可能變得困難。
(5)在上述的實(shí)施形態(tài)中，于管狀過濾膜310的外周面上設(shè)置了螺旋狀突起320，即使在沒有設(shè)置這樣的突起320的場(chǎng)合，過濾膜組件300、900可以進(jìn)行逆洗。
還有，雖然在上述實(shí)施形態(tài)中，于管狀過濾膜310中設(shè)置了連續(xù)的螺旋狀突起320，但是突起320的形態(tài)并不僅限于此。即，突起320設(shè)置在支撐膜層312的部分外周面也可以，例如，以斷斷續(xù)續(xù)的螺旋狀或點(diǎn)狀等各種形態(tài)設(shè)置都行。
(6)在上述實(shí)施形態(tài)中，雖然是以過濾膜層311和支撐膜層312的2層結(jié)構(gòu)來(lái)形成管狀過濾膜310的，不過在通過合適設(shè)定其壁厚和外徑之比來(lái)把管狀過濾膜310的崩漬壓設(shè)定在上述所要求的值的場(chǎng)合，如圖36所示，支撐膜層21的外周面上進(jìn)一步配置有具液體通過性的增強(qiáng)層316者也可以。
這里所用的增強(qiáng)層316只要具有液體通過性就行，并沒有特別的限制，不過，通常是使用與構(gòu)成支撐膜層312同樣的無(wú)紡布，特別是優(yōu)選使用聚酯樹脂系無(wú)紡布。再是，備有這樣的增強(qiáng)層316的管狀過濾膜310，通?？梢杂?，在用于制造管狀過濾膜310的上述復(fù)合膜313的支撐膜層312一側(cè)進(jìn)一步層積上增強(qiáng)層316的復(fù)合膜，來(lái)制造。在制造這樣的復(fù)合膜時(shí)，增強(qiáng)層316通常優(yōu)選的是在支撐膜層312的表面點(diǎn)上熱熔融粘合劑或熱固性粘合劑而粘合。這樣做了，復(fù)合膜可以由增強(qiáng)層316來(lái)抑制高過濾阻力，就可以達(dá)到與上述實(shí)施形態(tài)同樣的過濾阻力，即達(dá)到濾液的通過性。
再是，管狀過濾膜310在備有這樣的增強(qiáng)層316時(shí)，此管狀過濾膜310的壁厚和外徑要把此增強(qiáng)層316算在內(nèi)。還有，在管狀過濾膜310的表面上形成了上述那樣的突起320時(shí)，此突起有必要形成在增強(qiáng)層316的表面。
再是，在對(duì)過濾膜組件300進(jìn)行上述有關(guān)驗(yàn)證使用中所用的管狀過濾膜也是有這樣的增強(qiáng)層316的。
(7)在上述過濾膜組件300中，把多個(gè)管狀過濾膜310預(yù)先連接成管狀過濾膜群302也可以。這樣的管狀過濾膜群302，例如，如圖37所示，是多個(gè)管狀過濾膜310在平面上平行排列的，各個(gè)管狀過濾膜310用在其長(zhǎng)度方向以一定的間隔平行配置的連結(jié)鈕340編組成一體的簾狀。連結(jié)鈕340，如圖38所示，于各個(gè)管狀過濾膜310之間交叉那樣把管狀過濾膜310彼此連結(jié)了起來(lái)。再是，在用連結(jié)鈕340把管狀過濾膜310連結(jié)成簾狀時(shí)，例如，可以用例如由塑料管制造簾時(shí)所用的編簾機(jī)。
在上述管狀過濾膜群302中，連結(jié)鈕340之間的間隔(圖37的D4)隨管狀過濾膜310的長(zhǎng)度而異，還有，管狀過濾膜群302只要被設(shè)定成可以維持一定的平面形狀的程度就行，并沒有特別的限制，通常以設(shè)定10～20cm為優(yōu)選。還有，連結(jié)鈕340的粗細(xì)(或厚度)沒有特別的限制，通常優(yōu)選為0.02～0.2mm。進(jìn)一步說，連結(jié)鈕340的材質(zhì)也沒有特別的限制，通常優(yōu)選使用由合成纖維，例如聚酯制造的單絲、短纖維或膜所構(gòu)成的物質(zhì)。
這樣的管狀過濾膜群302由在鄰近的管狀過濾膜310之間夾進(jìn)了連結(jié)鈕340而形成了間隙341。此間隙341在收納容器10中，防止了管狀過濾膜310彼此的緊密附著，提高了濾液的流動(dòng)性。例如，設(shè)定間隙341的大小為0.05mm時(shí)，管狀過濾膜310的有效長(zhǎng)度如果為例如70cm的話，在鄰近的2個(gè)管狀過濾膜310之間至少確保了0.005×70＝0.35cm2的面積。所以，如果在管狀過濾膜群302中存在有多個(gè)這樣的間隙341的話，明顯減輕了濾液在收納容器301中的流動(dòng)阻力，明顯提高了濾液的流動(dòng)性。即，備有此管狀過濾膜群302的過濾膜組件300可以提高濾液在收納容器301中的流動(dòng)性，使得從排出口303出來(lái)的濾液沒有滯留而容易排出。
間隙341的大小(圖37和圖38的D5)可以由適當(dāng)選擇例如連結(jié)鈕340的粗細(xì)(或厚度)來(lái)調(diào)整，通常以設(shè)定為0.02～0.2mm為優(yōu)選，設(shè)定為0.05～0.1mm為更優(yōu)選。間隙341的大小比0.02mm小時(shí)，收納容器301內(nèi)的管狀過濾膜310彼此容易緊密附著，結(jié)果是有可能提高過濾阻力，使過濾流量下降。反之，在大于0.2mm時(shí)，由于收納容器301內(nèi)的可以填充的管狀過濾膜310的個(gè)數(shù)減少，過濾膜組件300的單位容積過濾面積(有效膜面積)變小。結(jié)果是，由于過濾流量的下降，過濾膜組件300在緊湊化同時(shí)對(duì)被處理液實(shí)施有效過濾處理的目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)就變得困難了。
再是，間隙341的大小可以根據(jù)被處理液的種類而作適當(dāng)?shù)倪x擇。例如，在被處理液為活性污泥液那樣的過濾流量較小時(shí)，從確保過濾面積觀點(diǎn)出發(fā)，以設(shè)定小間隙341為優(yōu)選。另一方面，被處理液是如河水那樣的過濾流量較大時(shí)，從提高濾液流動(dòng)性的觀點(diǎn)，以設(shè)定大間隙341為優(yōu)選。順便說，間隙341的大小如果在上述范圍內(nèi)的話，過濾膜組件300即使是有100m2左右的大膜面積時(shí)，對(duì)幾乎所有的被處理液的濾液流動(dòng)也難有大的阻力。
還有，用這樣的管狀過濾膜群302可以容易的制造過濾膜組件300。即，管狀過濾膜310沒有被一體化時(shí)，管狀過濾膜310在插入收納容器301中時(shí)被折彎，使熱封工序復(fù)雜。還有，在收納容器301中填充的管狀過濾膜310的數(shù)目少時(shí)，把上述那樣的組合體330(參照?qǐng)D9、圖10)浸漬在模具332時(shí)，部分管狀過濾膜310會(huì)被碰掉，因此在過濾膜組件300的制造要熟練。與此相反，用了此管狀過濾膜群302，由于管狀過濾膜群302是以在收納容器301內(nèi)纏結(jié)為一體狀態(tài)而可以容易插入，同時(shí)又可以穩(wěn)定的保持在收納容器301中，結(jié)果使過濾膜組件300的制造變得容易了。
這樣的管狀過濾膜群302也可以利用與上述變形例有關(guān)的過濾膜組件900，此時(shí)也可以達(dá)到與上述同樣的效果。
(8)如圖39所示，與上述實(shí)施形態(tài)有關(guān)的浸漬型膜過濾裝置200中所用的過濾膜組件300僅往收納容器301的下方延長(zhǎng)也可以。即，收納容器301在其空氣泡供給裝置500一側(cè)的端部有往下延伸的壁部350也可以。使用這樣的過濾膜組件300時(shí)，浸漬型膜過濾裝置200沒有必要另外再設(shè)定位筒400了。也就是說，從空氣泡供給裝置500出來(lái)的空氣泡由壁部350導(dǎo)向的同時(shí)又向著管狀過濾膜群302而在被處理液中上浮。再是，此場(chǎng)合下，空氣泡供給裝置500根據(jù)其形態(tài)配置在由壁部350所形成的空間內(nèi)或配置在壁部350的下方都行。
還有，在上述其它實(shí)施形態(tài)(3)中所說明的過濾膜組件900，如圖40所示，僅是在收納容器901的外筒904的下部往下延長(zhǎng)也可以。即，外筒904在空氣泡供給裝置500一側(cè)的端部有往下延伸的壁部960也可以。使用這樣的過濾膜組件900的浸漬型膜過濾裝置200，與使用上述過濾膜組件300時(shí)同樣，可以不用定位筒400而把來(lái)自于空氣泡供給裝置500的空氣泡導(dǎo)向管狀過濾膜群902。
(9)在上述浸漬型膜過濾裝置200中，已經(jīng)設(shè)定了由濾液排出通道600的前端604和儲(chǔ)留槽150內(nèi)所儲(chǔ)留的被處理液的液面L之水頭壓來(lái)把濾液從排出口303排出，不過使用浸漬型膜過濾裝置200的過濾方法并不僅限于此。例如，在浸漬型膜過濾裝置200中，在濾液排出通道600的前端604設(shè)置了吸引泵或虹吸管那樣的吸引裝置(設(shè)定負(fù)壓的手段)，由其把過濾膜組件300的排出口303設(shè)定成積極的負(fù)壓，也可以使濾液從排出口303排出，同樣可以實(shí)施對(duì)被處理液的浸漬型膜過濾。
下面，基于實(shí)驗(yàn)例來(lái)具體說明本發(fā)明的效果。
實(shí)驗(yàn)例1把14重量份耐熱性聚氯乙烯樹脂溶解于56重量份溶劑四氫呋喃中，向其中進(jìn)一步加入30重量份異丙醇。把多孔體厚度0.12mm的聚酯樹脂類無(wú)紡布浸漬在這樣得到的合成樹脂溶液中之后，干燥。由此，把平均孔徑0.4μm的有多個(gè)微孔的聚氯乙烯樹脂膜的過濾膜層和由聚酯樹脂類無(wú)紡布構(gòu)成的支撐膜層層積，得到了厚度0.15mm的復(fù)合膜。還有，另外制造在此復(fù)合膜的支撐膜層一側(cè)點(diǎn)上熱熔融粘合劑，進(jìn)一步層積上厚度0.15mm的聚酯樹脂系無(wú)紡布增強(qiáng)層的增強(qiáng)復(fù)合膜。
把得到的增強(qiáng)復(fù)合膜裁成寬2cm的帶狀，把此增強(qiáng)復(fù)合膜帶在圓柱狀芯棒上以增強(qiáng)層一側(cè)為表面?zhèn)饶菢幼雎菪隣罹砝@。此時(shí)，此帶的寬度方向的兩端重合，在表面形成了螺旋狀突起。然后，把重合的部分用超聲熔合，制造了長(zhǎng)度約70cm、內(nèi)徑7mm、壁厚度0.3mm、突起高度0.05mm、含此突起的外徑7.7mm、壁厚與外徑比為0.045的管狀過濾膜。
用所得到的帶有突起的管狀過濾膜，制造與上述過濾膜組件300同樣的組件。這里，收納容器中，用全長(zhǎng)65cm的JIS K 6741-1975稱之為350的水道管用硬質(zhì)氯乙烯管(呼壓500kPa、近似內(nèi)徑348mm、厚度10.5mm，每1m重量為18kg)，由同樣的呼-25的硬質(zhì)氯乙烯的帶螺紋的套管與其熔融連接而形成排出口。排出口的位置設(shè)定成其中心位置離收納容器的前端為7cm。
再是，從與用于收納容器的同樣的硬質(zhì)乙烯管切出截面為楔形的環(huán)狀隔板2片。然后，用水道管用粘合劑把各個(gè)環(huán)狀隔板粘合于距收納容器兩端約1cm的內(nèi)側(cè)，使其與收納容器的內(nèi)周面粘合，從而把隔板設(shè)置在收納容器中。再是，此隔板是在收納容器的內(nèi)周面?zhèn)鹊纳舷路较虻膶挒?cm，而在收納容器的中心側(cè)的上下方向的寬度為3cm，還有，在圓周方向約每5cm有寬5mm的間隙。在此收納容器中，隔板部分的近似內(nèi)徑為327mm，垂直于收納容器的軸線方向的內(nèi)面截面積中隔板所占的比例為6％。
其次，準(zhǔn)備好1600個(gè)上述那樣得到的管狀過濾膜，把各個(gè)管狀過濾膜切齊為73cm長(zhǎng)，把各個(gè)管狀過濾膜的兩端一起熱封。然后，把這些管狀過濾膜成束形成管狀過濾膜群，把此管狀過濾膜群插入上述的收納容器之內(nèi)。這里，管狀過濾膜群的兩端被設(shè)定成從收納容器的兩端各自突出4cm的狀態(tài)。由此，把管狀過濾膜群與收納容器組合得到了組合體。
接著，把組合體的一端慢慢浸入裝有未固化聚氨酯樹脂的聚四氟乙烯制模具內(nèi)，放置到聚氨酯樹脂完全固化為止。聚氨酯樹脂固化后，對(duì)組合體的另一端做同樣的處理。接著，把固化的聚氨酯樹脂從收納容器的兩端切下來(lái)，得到了實(shí)用規(guī)模為目的的過濾膜組件。再是，把管狀過濾膜群與收納容器固定，由聚氨酯樹脂構(gòu)成的保持部分的長(zhǎng)度在收納容器的上下分別設(shè)定為5cm。
此過濾膜組件的有效膜面積為19m2，其管狀過濾膜的填充率為0.78。還有，以此組件的外尺寸為基準(zhǔn)的單位容積之膜面積是2 80m2/m3。此值是同等規(guī)模的平膜組件和中空絲膜組件的約2倍。所以，與已有的平膜組件和中空絲膜組件比較，就可以知道此過濾膜組件在維持了過濾性能情況下可以格外緊湊。
還有，考慮了上述的驗(yàn)證結(jié)果，此過濾膜組件以其外尺寸為基準(zhǔn)的單位容積過濾流量為在同等空氣流量下使用平膜組件和中空絲膜組件的2倍以上。由于浸漬型膜過濾法其用的空氣流量越多，過濾處理所需要的能量成本就越高，因此，與已有的平膜組件和中空絲膜組件相比較，可以知道，此過濾膜組件的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。
實(shí)驗(yàn)例2把由實(shí)驗(yàn)例1所得到的增強(qiáng)復(fù)合膜與實(shí)驗(yàn)例1同樣形成管狀，制造長(zhǎng)約70cm、內(nèi)徑5mm、壁厚0.3mm、壁厚與外徑之比0.054的外周面平滑的管狀過濾膜。
把所得到的管狀過濾膜的一端密封，在水中充分浸潤(rùn)，另一端與減壓泵相連接。一邊觀察管狀過濾膜的外觀，一邊把管狀過濾膜內(nèi)慢慢減壓，到-80kPa突然崩潰。由于此管狀過濾膜的壁厚度與外徑之比是按上述所設(shè)定的，其崩潰壓大，具有可逆洗處理的強(qiáng)度是可以理解的。
實(shí)驗(yàn)例3除了把內(nèi)徑設(shè)定為7mm、壁厚度與外徑之比設(shè)定為0.039之外，與實(shí)驗(yàn)例2同樣制造管狀過濾膜。把此管狀過濾膜與實(shí)驗(yàn)例2同樣進(jìn)行內(nèi)部減壓，在約-30kPa突然崩潰。由于此管狀過濾膜的壁厚與外徑之比是按上述所設(shè)定的，其崩潰壓大，具有可逆洗處理的強(qiáng)度是可以理解的。
參考例1把由實(shí)驗(yàn)例1所得到的(層積增強(qiáng)層之前的)復(fù)合膜與實(shí)驗(yàn)例1同樣形成管狀，制造長(zhǎng)約70cm、內(nèi)徑5mm、壁厚與外徑之比0.028的外周面平滑的管狀過濾膜。把此管狀過濾膜與實(shí)驗(yàn)例2同樣進(jìn)行內(nèi)部減壓，在約-17kPa突然崩潰。由于此管狀過濾膜的壁厚與外徑之比是按上述所設(shè)定的，與實(shí)驗(yàn)例2、3相比其崩潰壓小是可以理解的。
實(shí)驗(yàn)例4用實(shí)驗(yàn)例2得到的管狀過濾膜，制造與實(shí)驗(yàn)例1同樣的膜面積約0.13m2的過濾膜組件。此過濾膜組件的下部連接了作為空氣泡的定位筒的、與此組件的收納容器同樣內(nèi)徑的塑料管。然后，把它浸漬到被處理液中，由配置在過濾膜組件下方約20cm處的口徑4mm的噴嘴產(chǎn)生每1m2膜面積流量為15L/min的氣泡，在水頭差60cm(約6kPa)壓力下開始過濾被處理液。
其中，使用羧甲基纖維素濃度3000ppm的透明水溶液為被處理液。由于此水溶液的粘度在25℃為7mPa·s，而濾液的粘度為約1.3mPa·s，被認(rèn)為被處理液中的羧甲基纖維素是以微小凝膠狀態(tài)懸浮的。
在上述過濾工藝中，過濾流量開始為30mL/min，慢慢降低，2小時(shí)之后變?yōu)?7mL/min，其后幾乎為定值。在過濾開始3小時(shí)后，暫時(shí)停止過濾，僅連續(xù)送氣泡10min，其后重新開始過濾，初期過濾流量恢復(fù)為20mL/min，約10min后重又降低為17mL/min。
然后，把壓縮機(jī)接到過濾膜組件的濾液排出口(內(nèi)徑6mm、長(zhǎng)1.5m)上，向收納容器內(nèi)加上40kPa的空氣壓。由此，用在排出口和收納容器內(nèi)的濾液來(lái)逆洗管狀過濾膜。逆洗所需要的時(shí)間約20s。其后，再次開始過濾，初期過濾流量恢復(fù)為27L/min，約1小時(shí)變?yōu)?7L/min。
由以上結(jié)果可知，此實(shí)驗(yàn)例的過濾膜組件，可以由實(shí)施逆洗操作而有效地除去堆積在各個(gè)管狀過濾膜的內(nèi)周面上的羧甲基纖維素濾餅層，適當(dāng)反復(fù)逆洗就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。
實(shí)驗(yàn)例5在實(shí)驗(yàn)例1的管狀過濾膜制造工藝中，調(diào)節(jié)超聲熔融粘合時(shí)的能量，制造其熔融部分的螺旋狀突起高度設(shè)定為0.1mm的管狀過濾膜(壁厚與外徑之比0.069)。把參考例1的復(fù)合膜形成圓筒狀，其長(zhǎng)度和內(nèi)徑按同樣的設(shè)定，制造沒有表面突起的平滑管狀過濾膜(壁厚度與外徑之比0.028)。
分別用所得到的帶有突起的管狀過濾膜和平滑管狀過濾膜，按實(shí)驗(yàn)例1同樣，制造如圖41所示的、與上述過濾膜組件300同樣的過濾膜組件970。但是，在此收納容器971中，用JIS K 6741-1975稱之為-250(呼壓500kPa、近似內(nèi)徑250mm)的硬質(zhì)氯乙烯管，在其上熔融接合上稱之為呼-50的硬質(zhì)氯乙烯制的套管而構(gòu)成排出口972。還有，此組件970的總長(zhǎng)設(shè)定為28cm，在收納容器971的下端，如圖41所示那樣熔融粘合加上凸緣973。再是，在收納容器971中，設(shè)定隔板厚度為8mm。還有，管狀過濾膜的有效長(zhǎng)度設(shè)定為20cm。進(jìn)一步說，在使用帶有突起的管狀過濾膜的組件970中管狀過濾膜的填充數(shù)設(shè)定為1400個(gè)，而在用平滑管狀過濾膜的組件970中設(shè)定為1500個(gè)。管狀過濾膜的填充率對(duì)任何組件970均設(shè)定為0.86。還有，有效膜面積對(duì)使用帶有突起的管狀過濾膜的組件970為約4.4m2，而使用平滑管狀過濾膜的組件970為約4.7m2。
接著，如圖41所示，在上部有溢流口974，還有，在上方還備有被處理水的供給線975。準(zhǔn)備好直徑約70cm、高約150cm的水槽976。然后，在此水槽976內(nèi)設(shè)置過濾膜組件970，組合成過濾流量測(cè)定裝置。這里，過濾膜組件970的凸緣973部分裝有高約10cm的腳977，由此腳977把過濾膜組件970設(shè)定為與水槽51的底面不直接接觸。還有，把彎管978與排出口972連接并把其一端配置在水槽976的外部。
通過水槽976內(nèi)的供給線975，一邊以10L/min的比例供給作為被處理水的用過濾膜分級(jí)掉分子量3萬(wàn)以外的過濾了的水道水，一邊把從溢流口974溢出的水與從彎管978出來(lái)的濾液回收到水箱中，用圖中沒有示出的循環(huán)泵送回到水槽976內(nèi)。然后，設(shè)定水頭差P為60cm，測(cè)定過濾流量，帶有突起的管狀過濾膜組件970為30L/min，而平滑管狀過濾膜組件970為24L/min。由此，可以知道，此形態(tài)的過濾膜組件由用帶有突起的管狀過濾膜可以提高過濾流量。
實(shí)驗(yàn)例6使用由實(shí)驗(yàn)例1得到的帶有突起的管狀過濾膜，制造與圖27所示的過濾膜組件900同樣的組件。這里，收納容器中使用全長(zhǎng)65cm的稱之為-350的硬質(zhì)氯乙烯管(JIS K 6741-1975，近似內(nèi)徑348mm)。還有，在集水管中，同樣利用全長(zhǎng)65cm的稱之為呼-60的硬質(zhì)氯乙烯管(JIS K 6741-1975，近似外徑60mm)，以約3cm的間隔形成了直徑10mm的多個(gè)穿孔的通液孔。
接著，準(zhǔn)備好上述那樣得到的管狀過濾膜1650個(gè)，把各個(gè)管狀過濾膜切齊為73cm長(zhǎng)，把各個(gè)管狀過濾膜的兩端一起熱封。然后，把這些管狀過濾膜成束形成管狀過濾膜群，把它用上述那樣的固定裝置插入形成的收納容器之內(nèi)。這時(shí)，管狀過濾膜群的兩端被設(shè)定成從收納容器的兩端各自突出4cm的狀態(tài)。由此，把管狀過濾膜群與收納容器組合得到了組合體。
接著，用罩把集水管的一端設(shè)定為封閉的狀態(tài)，把組合體的此端慢慢浸入裝有未固化聚氨酯樹脂的聚四氟乙烯制的模具內(nèi)，放置到聚氨酯樹脂完全固化為止。聚氨酯樹脂固化后，對(duì)組合體的另一端做同樣的處理。此時(shí)，集水管的另一端側(cè)設(shè)定為開口狀態(tài)。接著，把固化的聚氨酯樹脂從收納容器的兩端切下來(lái)，得到了實(shí)用規(guī)模為目標(biāo)的過濾膜組件。再是，把管狀過濾膜群與收納容器固定，由聚氨酯樹脂構(gòu)成的保持部的長(zhǎng)度在收納容器的上下分別設(shè)定為5cm。
此過濾膜組件的有效膜面積為20m2，其管狀過濾膜的填充率為82％。還有，垂直于集水管與外筒之間的軸向的截面積對(duì)集水管的外徑之比為0.64m-1。進(jìn)一步說，以此組件的外尺寸為基準(zhǔn)的單位容積之膜面積是290m2/m3。此值是同等規(guī)模的平膜組件和中空絲膜組件的約2倍。所以，與已有的平膜組件和中空絲膜組件比較，就可以知道此過濾膜組件在維持了過濾性能情況下可以格外緊湊。
還有，考慮了上述的驗(yàn)證結(jié)果，此過濾膜組件以其外尺寸為基準(zhǔn)的單位容積過濾流量為在同等空氣流量下使用的平膜組件和中空絲膜組件的2倍以上。由于浸漬型膜過濾法其用的空氣流量越多，過濾處理所需要的能量成本就越高，因此，與已有的平膜組件和中空絲膜組件相比較，可以知道，此過濾膜組件的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。
實(shí)驗(yàn)例7除了用實(shí)驗(yàn)例2得到的管狀過濾膜和有效長(zhǎng)度為43cm這2點(diǎn)之外，與實(shí)驗(yàn)例6一樣制造膜面積約0.13m2的過濾膜組件。此過濾膜組件的下部與作為空氣泡的定位筒的、與此組件的收納容器同樣內(nèi)徑的塑料管相連接。然后，把它浸漬在被處理液中，由配置在過濾膜組件下方約20cm處的口徑4mm的噴嘴產(chǎn)生每1m2膜面積流量為15L/min的氣泡，在水頭差60cm(約6kPa)壓力下開始過濾被處理液。被處理液用的是與實(shí)驗(yàn)例4同樣的東西。
在此過濾工藝中，過濾流量開始為30mL/min，慢慢降低，2h之后變?yōu)?7mL/min，其后幾乎為定值。在過濾開始3h后，暫時(shí)停止過濾，僅連續(xù)送氣泡10min，其后重新開始過濾，初期過濾流量恢復(fù)為20mL/min，約10min后重又降低為17mL/min。
然后，把壓縮機(jī)接到在過濾膜組件的集水管上設(shè)置的濾液排出口(內(nèi)徑12mm)上，向收納容器內(nèi)加上40kPa的空氣壓。由此，用留在排出口和收納容器內(nèi)的濾液來(lái)逆洗管狀過濾膜。逆洗所需要的時(shí)間約20s。其后，再次開始過濾，初期過濾流量恢復(fù)為27L/min，約1小時(shí)變?yōu)?7L/min。
由以上結(jié)果可知，此實(shí)驗(yàn)例的過濾膜組件，可以由實(shí)施逆洗操作而有效地除去堆積在各個(gè)管狀過濾膜的內(nèi)周面上的羧甲基纖維素濾餅層，合適的反復(fù)逆洗就可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命化。
實(shí)驗(yàn)例8分別用實(shí)驗(yàn)例5制造的帶有突起的管狀過濾膜和平滑管狀過濾膜，與實(shí)驗(yàn)例6一樣，如圖42所示，制造與上述過濾膜組件900同樣的過濾膜組件979。但是，在其收納容器980中，外筒981用的是JISK 6741-1975稱之為-250(近似內(nèi)徑250mm)的硬質(zhì)氯乙烯管，而集水管982用的是JIS K 6741-1975稱之為呼-40(近似外徑48mm)的硬質(zhì)氯乙烯管。進(jìn)一步說，集水管982的兩端粘合上厚度4.1mm的隔板。此組件979的總長(zhǎng)設(shè)定為28cm，在收納容器980的下端，由熔融粘合裝上凸緣983。還有，管狀過濾膜的有效長(zhǎng)度設(shè)定為約20cm。進(jìn)而，填充的管狀過濾膜數(shù)分別設(shè)定為，帶突起的管狀過濾膜組件979為1500個(gè)，平滑管狀過濾膜組件979為1600個(gè)。管狀過濾膜的填充率對(duì)任何組件979均是0.85。還有，有效膜面積分別為，帶突起的管狀過濾膜的組件979為約4.7m2，平滑管狀過濾膜組件979為約5.0m2。進(jìn)而，集水管982的外徑對(duì)垂直于集水管982和外筒981之間的軸向的截面積之比，帶突起的管狀過濾膜的組件979與平滑管狀過濾膜用組件979都是1m-1。
其次，如圖42所示，準(zhǔn)備好與實(shí)驗(yàn)例5所用的同樣的水槽976。然后，在此水槽976內(nèi)設(shè)置過濾膜組件979，組合成過濾流量測(cè)定裝置。這里，過濾膜組件979的凸緣983部分裝有高約10cm的腳984，由此腳984設(shè)定成過濾膜組件979與水槽976的底面不直接接觸。還有，把彎管985與集水管排出口982連接并把其一端配置在水槽976的外部。
通過水槽976內(nèi)的供給線975，一邊以10L/min的比例供給作為被處理水用的由過濾膜分級(jí)掉分子量3萬(wàn)以外的過濾了的水道水，一邊把從溢流口974溢出的水與從彎管985出來(lái)的濾液回收到水箱中，用圖中沒有示出的循環(huán)泵送回到水槽976內(nèi)。然后，設(shè)定水頭差P為60cm，測(cè)定過濾流量，帶有突起的管狀過濾膜的組件979為32L/min，而使用平滑管狀過濾膜的組件979為25L/min。由此，可以知道，此形態(tài)的過濾膜組件使用帶有突起的管狀過濾膜可以提高過濾流量。
實(shí)驗(yàn)例9(過濾膜組件的制造)使用與實(shí)驗(yàn)例1制造的同樣的帶有突起的管狀過濾膜，制造與圖2所示的過濾膜組件300同樣的組件。這里，收納容器中，用全長(zhǎng)70cm的JIS K 6741-1975稱之為-300-的水道管用硬質(zhì)氯乙烯管(即壓力500kPa、近似內(nèi)徑298mm、厚度9.2mm，每1m重量為14kg)，由同樣的稱之為-25-的硬質(zhì)氯乙烯的帶螺紋的套管與其熔融連接而形成排出口。排出口的位置設(shè)定成其中心位置離收納容器的前端為7cm。
再是，從與用于收納容器的同樣的硬質(zhì)乙烯管切出截面為楔形的環(huán)狀隔板2片。然后，用水道管用粘合劑把各個(gè)環(huán)狀隔板片粘合于距收納容器兩端約1cm的內(nèi)側(cè)，使其與收納容器的內(nèi)周面粘合，從而，如圖2所示把隔板304設(shè)置在收納容器中。再是，此隔板是在收納容器的內(nèi)周面?zhèn)鹊纳舷路较虻膶挒?cm，而在收納容器的中心側(cè)的上下方向的寬度為3cm，還有，在圓周方向約每5cm有寬5mm的間隙。在此收納容器中，隔板部分的近似內(nèi)徑，即后面講到的可以填充管狀過濾膜群的區(qū)域的內(nèi)徑為280mm。
其次，準(zhǔn)備好1150個(gè)上述管狀過濾膜，把各個(gè)管狀過濾膜切齊為78cm長(zhǎng)，把各個(gè)管狀過濾膜的兩端一起熱封。然后，把這些管狀過濾膜成束形成管狀過濾膜群，把此管狀過濾膜群插入上述的收納容器之內(nèi)。這里，管狀過濾膜群的兩端被設(shè)定層從收納容器的兩端各自突出4cm的狀態(tài)。由此，把管狀過濾膜群與收納容器組合得到了組合體。
接著，把組合體的一端慢慢浸入裝有未固化聚氨酯樹脂的聚四氟乙烯制的模具內(nèi)，放置到聚氨酯樹脂完全固化為止。聚氨酯樹脂固化后，對(duì)組合體的另一端做同樣的處理。接著，把固化的聚氨酯樹脂從收納容器的兩端切下來(lái)，得到了實(shí)用規(guī)模為目標(biāo)的過濾膜組件。再是，把管狀過濾膜群與收納容器固定，由聚氨酯樹脂構(gòu)成的保持部的長(zhǎng)度在收納容器的上下分別設(shè)定為5cm。
上述那樣制造的過濾膜組件的有效膜面積為15m2，其管狀過濾膜的填充率為0.77。還有，以此組件的外尺寸為基準(zhǔn)的單位容積之膜面積是270m2/m3。此值是同等規(guī)模的平膜組件和中空絲膜組件的約2倍。所以，由上述的驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果，此過濾膜組件在浸漬型膜過濾時(shí)，如果對(duì)所有的管狀過濾膜均等分配空氣泡的話，以外尺寸為基準(zhǔn)的單位容積過濾流量為在同等空氣流量下用平膜組件和中空絲膜組件實(shí)施浸漬型膜過濾的2倍以上。
(空氣泡供給裝置的制造)其次，按與圖11、圖12所示的定位筒400和空氣泡供給裝置500，制造同樣的定位筒和空氣泡供給制造。這里，定位筒中，使用了與制造上述過濾膜組件所用的同樣的硬質(zhì)氯乙烯管，其全長(zhǎng)為35cm，還有，形成空氣泡供給裝置的管子用的是按預(yù)定長(zhǎng)度切斷的稱之為-13的硬質(zhì)氯乙烯管。還有，為了按如圖12所示的形狀組合所要求的把這些管的端部封閉，使用了此硬質(zhì)氯乙烯管用的十字接頭和罩。再是，在把十字接頭與定位筒和管連接時(shí)，使用了硬質(zhì)氯乙烯管用粘合劑。
在浸漬型膜過濾方法中，多數(shù)情況是采用單位膜面積的空氣流量在7.5L/min/m2以上，在此實(shí)驗(yàn)例中，進(jìn)行了每組件110L/min以上的空氣流量的試驗(yàn)。還有，作為被處理液，由于預(yù)想的是0.1％CMC和0.8％PEO的混合液，其密度為1000kg/m3，粘度為8mPa·s。如已經(jīng)講過的，上述過濾膜組件中的管狀過濾膜群所占的區(qū)域的直徑與隔板部分的近似內(nèi)徑相等，為280mm。把這些數(shù)值代入上述式(18)，空氣泡供給裝置中所必須的空氣泡噴出孔的數(shù)目為18～19個(gè)。
在空氣泡供給裝置中，如圖12所示，19個(gè)空氣泡噴出孔按最緊密填充方式而配置。這里，首先設(shè)定從定位筒的下端直至管中心線位置的距離為5cm。然后，設(shè)定平行配置的第1管與4個(gè)支管的間隔各自為55mm，而且，各個(gè)管中以63.5mm的間隔穿上直徑4mm的孔作為空氣泡噴出孔。
(過濾流量測(cè)定裝置的制造)制造如圖43所示那樣的過濾流量測(cè)定裝置。這里，首先在本實(shí)驗(yàn)例所制造的過濾膜組件986的下端熔融接上凸緣部分987，還有，在同樣是本實(shí)驗(yàn)例制造的備有上述空氣泡供給裝置988的定位筒的上端和下端分別裝上同樣的凸緣部分990、991。然后，在定位筒989的上端側(cè)的凸緣部分990上配置過濾膜組件986的凸緣部分987，把兩個(gè)凸緣部分987、990用螺栓、螺母固定。還有，在定位筒989的下端側(cè)的凸緣部分991裝上長(zhǎng)10cm的腳992。
接著，在過濾膜組件986的排出口993上連接排水彎管994，在空氣泡供給裝置998上連接上空氣供給彎管995。然后，在此狀態(tài)下，把上述那樣互相結(jié)合了的過濾膜組件986與定位筒989的組合體放進(jìn)水槽996中。此時(shí)，此組合體像立起來(lái)那樣設(shè)置在腳992上。再是，這里所用的水槽996是內(nèi)徑約70cm、高約150cm的圓筒狀物。
接下來(lái)，在空氣供給彎管995的另一端，接上最大吐出量為250NL/min、最大吐出壓為40kPa的空氣泵997。還有，在水槽996中高出設(shè)置面約135cm的位置上設(shè)置溢流口998，從此溢出的被處理液與從排水彎管994出來(lái)的濾液一起集合在水箱999中，由循環(huán)泵1000打回水槽996中。
(過濾流量的測(cè)定)在水槽996和水箱1000中裝入0.1％CMC溶液和0.8％PEO的混合液，設(shè)定水頭差P為60cm。然后，改變從空氣泵997向空氣泡供給裝置988供給的空氣的流量，測(cè)定過濾流量，結(jié)果示出于表9。此結(jié)果與乘上用小型過濾膜組件測(cè)定的上述驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果之有效膜面積比的值幾乎一致。由此可以知道，此實(shí)驗(yàn)例的空氣泡供給裝置988，已經(jīng)可以把總平均值的30％以上的空氣泡分配給填充在過濾膜組件986內(nèi)的1/2以上的管狀過濾膜。
表9

比較實(shí)驗(yàn)例1在表示實(shí)驗(yàn)例9所用的空氣泡供給裝置988中設(shè)置的空氣泡噴出孔的位置關(guān)系的模式的圖44中，(圖中，黑圓表示的位置是實(shí)驗(yàn)例9中所設(shè)置的空氣泡噴出孔的位置)，除了僅用圓印表示的位置上設(shè)置了互相間隔為95mm的7個(gè)直徑5mm的空氣泡噴出孔之空氣泡供給裝置這一點(diǎn)之外，與實(shí)驗(yàn)例9同樣測(cè)定空氣流量與過濾流量的關(guān)系，結(jié)果示出于表10。由表10可知，在用此比較實(shí)驗(yàn)例的空氣泡供給裝置時(shí)，即使用同樣的過濾膜組件986，也不可能對(duì)管狀過濾膜均等的供給空氣泡，因此與在設(shè)定了同樣空氣流量的實(shí)驗(yàn)例9相比，過濾流量已經(jīng)減少到約70～77％。
表10

實(shí)驗(yàn)例10(空氣泡供給裝置的制造)制造圖24所示的空氣泡供給裝置。這里，面狀體用的是垂直于與實(shí)驗(yàn)例9所用同樣的定位筒989(不過其全長(zhǎng)為10cm)的軸向的截面形狀為幾乎相等的圓盤狀橡膠所構(gòu)成，幾乎整個(gè)面上穿有以約5mm間隔的多個(gè)微孔(空氣泡噴出孔)的物件。面狀體上形成的空氣泡噴出孔具有在從空氣供給板供給空氣時(shí)的壓力下使面狀體膨脹而開口、停止供給空氣時(shí)面狀體收縮而閉合的功能。
在浸漬型膜過濾方法中，多數(shù)情況是采用單位膜面積的空氣流量在7.5L/min/m2以上，在此實(shí)驗(yàn)例中，與實(shí)驗(yàn)例9同樣，進(jìn)行了每組件220L/min以上的空氣流量的試驗(yàn)。還有，作為被處理液，用的是預(yù)想的0.1％CMC和0.8％PEO的混合液，其密度為1000kg/m3，粘度為8mPa·s。
(過濾流量測(cè)定裝置的制造)用與實(shí)驗(yàn)例9所用的同樣的過濾膜組件986、定位筒989和水槽996以及用了上述空氣泡供給裝置制造的如圖45所示那樣的過濾流量測(cè)定裝置。這里，首先在水槽996的底部附近配置上空氣泡供給裝置1001并把它與空氣供給彎管995連接。另一方面，在定位筒989的凸緣990的上面配置上過濾膜組件986的凸緣987的側(cè)面，用螺栓和螺母把兩個(gè)凸緣987和990固定。還有，在定位筒989的下方側(cè)面的凸緣991上裝上腳992。然后，在過濾膜組件986的排出口993與排水彎管994相連接的狀態(tài)下，把所示那樣互相結(jié)合的過濾膜組件986和定位筒989的組合體裝進(jìn)水槽996內(nèi)。此時(shí)，調(diào)節(jié)腳992的長(zhǎng)度使空氣泡供給裝置1001的面狀體位于離定位筒989的下端約15cm的位置上。
接下來(lái)，在空氣供給彎管995的另一端接上最大吐出量250NL/min、最大吐出壓40kPa的空氣泵997。在水槽996中，在比設(shè)置面高約135cm的位置上設(shè)置溢流口998，以把從這里溢出的被處理液與從排水彎管994出來(lái)的濾液一起集中在水箱999中，由循環(huán)泵1000打回水槽996內(nèi)。
(過濾流量的測(cè)定)在水槽996和水箱999中加入0.1％CMC溶液和0.8％PEO混合液，設(shè)定水頭差P為60cm。然后，改變由空氣泵997向空氣泡供給裝置1001供給的空氣流量，測(cè)定過濾流量。結(jié)果示于表11中。此結(jié)果與乘上用小型過濾膜組件測(cè)定的上述驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果之有效膜面積比的值幾乎一致。由此可以知道，此實(shí)驗(yàn)例的空氣泡供給裝置1001，已經(jīng)可以把總平均值的30％以上的空氣泡分配給在過濾膜組件986內(nèi)填充的1/2以上的管狀過濾膜。
表11

比較實(shí)驗(yàn)例2用圖46所示那樣的空氣泡供給裝置1002替代空氣泡供給裝置1001，與實(shí)驗(yàn)例10的場(chǎng)合同樣研究空氣流量與過濾流量的關(guān)系。這里所用的空氣泡供給裝置1002是連接在空氣供給管995上的由水平面內(nèi)組合的管所構(gòu)成的，它均等配置了7個(gè)直徑5mm的空氣泡噴出孔1003。各個(gè)空氣泡噴出孔1003是以95mm的間隔向下，即向水槽996的底部所形成的。用的定位筒989的長(zhǎng)度為35cm。還有，空氣泡供給裝置1002是水平配置在從水槽996的底部往上15cm和定位筒989下端往下5cm的位置上的。
結(jié)果示出于表12中。由表12可知，在使用此比較實(shí)驗(yàn)例的空氣泡供給裝置1002的場(chǎng)合，即使使用同樣的過濾膜組件986，也不能向管狀過濾膜均等供給空氣泡，與設(shè)定了同樣空氣流量的實(shí)驗(yàn)例10相比，過濾流量減少到約70～77％。
表12

實(shí)驗(yàn)例11(定位筒的制造)制造如圖26所示那樣的、備有填充物層的定位筒。定位筒本體用的是與實(shí)驗(yàn)例9所制造的過濾膜組件用的收納容器的截面形狀相同的圓筒狀物，在其內(nèi)部配置了填充物層。這里所用的填充物層的填充物是，形成為比表面積500m2/m3、外徑20mm、內(nèi)徑16mm、長(zhǎng)度20mm大小的聚丙烯樹脂構(gòu)成的多孔性中空?qǐng)A筒狀物，它具有作為微生物載體的功能。此填充物層的厚度(圖26的D3)設(shè)定為約150mm，而且設(shè)定在定位筒內(nèi)的填充物層與過濾膜組件之間所形成的空間的厚度(圖26的D2)為約150mm。在此定位筒內(nèi)，裝上如圖26所示的空氣泡供給裝置，不過對(duì)此空氣泡供給裝置中的空氣泡噴出孔的數(shù)目和配置的方式并沒有特別的考慮。
(過濾流量測(cè)定裝置的制造)用與實(shí)驗(yàn)例9所用的同樣的過濾膜組件986和水槽996以及用上述定位筒制造如圖47所示那樣的過濾流量測(cè)定裝置。這里，首先在內(nèi)部備有填充物層1006的定位筒1004上配置上過濾膜組件986并把兩者制成組合體。還有，把過濾膜組件986的排出口993與排水彎管994相連接，把空氣供給彎管995接到空氣泡供給裝置1005上。然后，在此狀態(tài)下，把組合體裝入水槽996內(nèi)。
接下來(lái)，在空氣供給彎管995的另一端接上最大吐出量250NL/min、最大吐出壓40kPa的空氣泵997。在水槽996中，在比設(shè)置面高約135cm的位置上設(shè)置溢流口998，以把從這里溢出的被處理液與從排水彎管994出來(lái)的濾液一起集中在水箱999中并由循環(huán)泵1000打回水槽996內(nèi)。
(過濾流量的測(cè)定)在水槽996和水箱999中加入0.1％CMC溶液和0.8％PEO混合液，設(shè)定水頭差P為60cm。然后，改變由空氣泵997向空氣泡供給裝置1005供給的空氣流量，測(cè)定過濾流量。結(jié)果示于表13中。此結(jié)果與乘上用小型過濾膜組件測(cè)定的上述驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果之有效膜面積比的值幾乎一致。由此可以知道，此實(shí)驗(yàn)例使用的定位筒1004，由于備有填充物層，已經(jīng)可以把總平均值的30％以上的空氣泡分配給過濾膜組件986內(nèi)填充的1/2以上的管狀過濾膜。
表13

比較實(shí)驗(yàn)例3制造作為定位筒1004除了內(nèi)部沒有配置填充物層之外與實(shí)驗(yàn)例11同樣的過濾流量測(cè)定裝置。然后，用此過濾流量測(cè)定裝置，與實(shí)驗(yàn)例11同樣研究空氣流量與過濾流量的關(guān)系。結(jié)果示出于表14中。由表14可知，在使用不備有所需要的填充物層的定位筒的場(chǎng)合，即使使用同樣的過濾膜組件986，也不能向管狀過濾膜均等供給空氣泡，與設(shè)定了同樣空氣流量的實(shí)驗(yàn)例11相比，過濾流量減少到約70～77％。
表14

只要不違背本發(fā)明的精神或其主要特征，本發(fā)明可以以其它的各種形態(tài)來(lái)實(shí)施。為此，上述的實(shí)施形態(tài)或?qū)嶒?yàn)例的所有各點(diǎn)只不過是示例，并不僅限于所述的這些。本發(fā)明的范圍是由權(quán)利要求所述的那些，并不拘泥于說明書所說的內(nèi)容。進(jìn)一步說，屬于權(quán)利要求范圍同等范圍的變形或變更均是在本發(fā)明的范圍之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種浸漬型膜過濾裝置，是一種為把儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽中的被處理液過濾而得到濾液的浸漬型膜過濾裝置，其特征在于它具備過濾膜組件和空氣泡供給裝置；在所述過濾膜組件是一種將含多個(gè)內(nèi)面具有過濾所述被處理液的功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群收容在具有所述濾液的排出口的筒狀收納容器內(nèi)且以其兩端部保持的、所述管狀過濾膜可以以上下方開口那樣浸漬于在所述儲(chǔ)留槽中的所述被處理液中的過濾膜組件，以及所述空氣泡供給裝置配置在所述儲(chǔ)留槽內(nèi)的所述過濾膜組件的下方，向所述過濾膜組件供給空氣泡。
2.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述排出口已經(jīng)被設(shè)定為可以由儲(chǔ)留在所述儲(chǔ)留槽中的所述被處理液的水頭壓把所述濾液排出。
3.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于進(jìn)一步具備把所述排出口設(shè)定為負(fù)壓的手段。
4.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述管狀過濾膜具有形成為圓筒狀的過濾膜層、和配置于所述過濾膜層的外周面上的為賦予所述過濾膜層以形狀保持性的液體通過性的支撐膜層、且其崩潰壓為至少20kPa。
5.權(quán)利要求4所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述過濾膜層是由精密過濾膜構(gòu)成的。
6.權(quán)利要求4所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于進(jìn)一步具有配置在所述支撐膜層的外周面上的、具有液體通過性的增強(qiáng)層。
7.權(quán)利要求6所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述支撐膜層和所述增強(qiáng)層是用聚酯樹脂系非織造布所形成的。
8.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述管狀過濾膜的內(nèi)徑為3～15mm。
9.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述管狀過濾膜的壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1。
10.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于在所述管狀過濾膜的外周面上部分形成高度為0.02～0.2mm的突起。
11.權(quán)利要求10所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述突起以所述過濾膜層的軸線為中心螺旋狀形成。
12.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于形成了由多個(gè)所述管狀過濾膜以平面平行配置且用連結(jié)鈕編組為一體的所述管狀過濾膜群。
13.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述管狀過濾膜群用樹脂保持在所述收納容器的所述兩端部位上。
14.權(quán)利要求13所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述收納容器在其已經(jīng)保持了所述管狀過濾膜群的所述兩端的內(nèi)周面上至少有凹部和凸部中的1種。
15.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述收納容器具有為了在所述排出口和所述過濾膜群之間設(shè)置間隙的隔板。
16.權(quán)利要求15所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述管狀過濾膜的內(nèi)徑為3～15mm、且設(shè)定以下述式(I)表示的所述管狀過濾膜的填充率至少為0.7，填充率＝Nπd02/4S(I)式(I)中，N為所述管狀過濾膜群中含有的所述管狀過濾膜數(shù)，d0為所述管狀過濾膜的外徑，S為垂直于所述收納容器的軸向的內(nèi)部截面積。
17.權(quán)利要求16所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述隔板被設(shè)定成具有所述隔板的部分占垂直于所述收納容器的軸向的內(nèi)部截面積的比例為3～10％。
18.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述收納容器具有帶有通液孔的筒狀集水管、和在所述集水管的外周以所設(shè)定的間隔配置的外筒，所述管狀過濾膜群配置于所述集水管和所述外筒之間且所述集水管具有所述排出口。
19.權(quán)利要求18所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述管狀過濾膜的內(nèi)徑為3～15mm且所述集水管的外徑(ds)對(duì)垂直于所述集水管與所述外筒之間的軸向的截面積(S1)之比(ds/S1)為0.3～1m-1、和以下述式(II)表示的管狀過濾膜的填充率至少為0.8，填充率＝Nπd02/4S1(II)式(II)中，N為所述管狀過濾膜群中含有的所述管狀過濾膜數(shù)，d0為所述管狀過濾膜的外徑。
20.權(quán)利要求18所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述管狀過濾膜群被配置在離開所述集水管一定間隔設(shè)置的所述集水管與所述外筒之間。
21.權(quán)利要求18所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述集水管和所述外筒是圓筒形的。
22.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述收納容器具有從所述空氣泡供給裝置側(cè)的端部向所述空氣泡供給裝置延伸的壁部。
23.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于進(jìn)一步具有在其上部可以配置所述過濾膜組件、且垂直于軸向的截面上的內(nèi)周形狀與垂直于所述收納容器的軸向的截面的外周部分的內(nèi)周形狀及大小基本相同、把所述空氣泡供給裝置供給的所述空氣泡導(dǎo)向所述過濾膜組件的定位筒。
24.權(quán)利要求23所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述空氣泡供給裝置具有多個(gè)空氣泡噴出孔，所述的這些空氣泡噴出孔的配置方式是使得至少半數(shù)的所述管狀過濾膜可以分配到由把向所述過濾膜組件供給的所述空氣泡的總流量被所述管狀過濾膜的總數(shù)除所得到的每個(gè)所述管狀過濾膜的平均空氣流量值的至少30％。
25.權(quán)利要求23所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述空氣泡供給裝置具有由與垂直于所述定位筒的軸向截面之外周部分的內(nèi)周形狀基本同樣大小的相同形狀形成的橡膠彈性體所構(gòu)成的面狀體以及從下方向所述面狀體供給空氣的空氣供給裝置，且在整個(gè)所述面狀體的面上具有可以隨由所述空氣供給裝置所供給的空氣壓力之增減而開啟閉合的噴出空氣泡的多個(gè)空氣泡噴出孔。
26.權(quán)利要求25所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述空氣泡噴出孔被設(shè)定為可以噴出具有直徑為所述管狀過濾膜的內(nèi)徑的至少1/3的所述空氣泡。
27.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于它進(jìn)一步具有配置在所述過濾膜組件與所述空氣泡供給裝置之間的、為把由所述空氣泡供給裝置出來(lái)的所述空氣泡導(dǎo)向并分散于所述過濾膜組件的、含填充物的填充物層。
28.權(quán)利要求27所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述填充物層被設(shè)定為可以把由所述空氣泡供給裝置供給的所述空氣泡的總流量被所述管狀過濾膜的總數(shù)除所得到的每個(gè)所述管狀過濾膜的平均空氣流量值的至少30％的所述空氣泡分配給至少半數(shù)的所述管狀過濾膜那樣來(lái)把所述空氣泡分散。
29.權(quán)利要求27所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述填充物是外徑5～50mm、長(zhǎng)度5～50mm的多孔性中空?qǐng)A筒狀物。
30.權(quán)利要求29所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述中空?qǐng)A筒狀物是微生物載體。
31.權(quán)利要求1所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于它進(jìn)一步具有從所述排出口延伸的濾液排出通道和通過所述排出口向所述收納容器加壓而使在所述濾液排出通道內(nèi)的所述濾液逆流的逆洗裝置。
32.權(quán)利要求31所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述逆洗裝置具有空氣供給裝置、和對(duì)在所述濾液排出通道內(nèi)的所述濾液由來(lái)自于所述空氣供給裝置的空氣時(shí)所述排出口方向加空氣壓的加壓手段。
33.權(quán)利要求32所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述逆洗裝置進(jìn)一步具有為把所述收納容器內(nèi)被逆流的所述濾液量設(shè)定為相當(dāng)于每1m2的收容在所述收納容器之所述管狀過濾膜面積至少200mL的逆流量設(shè)定裝置。
34.權(quán)利要求33所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于所述逆流量設(shè)定裝置是定量浮球閥。
35.權(quán)利要求32所述浸漬型膜過濾裝置，其特征在于設(shè)定為可以把來(lái)自于所述空氣供給裝置的所述空氣提供給所述空氣泡供給裝置。
36.一種浸漬型膜過濾方法，是把儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽內(nèi)的被處理液過濾得到濾液的浸漬型膜過濾方法，其特征在于包括了把含有多個(gè)內(nèi)面具有過濾所述被處理液的功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群收容于具有所述濾液的排出口的筒狀收納容器中且其兩端已經(jīng)被保持了的過濾膜組件以所述管狀過濾膜的上下方向開口那樣配置在所述儲(chǔ)留槽內(nèi)的工序、把所述過濾膜組件浸漬于在儲(chǔ)留所述被處理液的所述儲(chǔ)留槽內(nèi)的所述被處理液中的工序以及一邊從下方向所述過濾膜組件供給空氣泡使所述被處理液從下往上通過所述管狀過濾膜而自然循環(huán)、一邊使由所述被處理液過濾得到的濾液從所述排出口排出的過濾工序。
37.權(quán)利要求36所述浸漬型膜過濾方法，其特征在于它是由所述被處理液的液面與所述排出口之間的水頭壓來(lái)把所述濾液從所述排出口排出的。
38.權(quán)利要求36所述浸漬型膜過濾方法，其特征在于它是由在所述排出口設(shè)定負(fù)壓來(lái)把所述濾液從所述排出口排出的。
39.權(quán)利要求36所述浸漬型膜過濾方法，其特征在于它進(jìn)一步包括了向從所述排出口排出的所述濾液加壓使其通過所述排出口向所述收納容器內(nèi)逆流的逆洗工序。
40.權(quán)利要求39所述浸漬型膜過濾方法，其特征在于所述過濾工序與所述逆洗工序是定期反復(fù)的。
41.權(quán)利要求39所述浸漬型膜過濾方法，其特征在于把所述濾液加壓逆流時(shí)的壓力設(shè)定為至少是所述過濾工序中的過濾壓。
42.權(quán)利要求39所述浸漬型膜過濾方法，其特征在于把向所述收納容器內(nèi)逆流的所述濾液量設(shè)定為相當(dāng)于每1m2的收容在所述收納容器中的所述管狀過濾膜的膜面積，至少200mL。
43.權(quán)利要求36所述浸漬型膜過濾方法，其特征在于所述被處理液是生活污水的活性污泥處理液。
44.一種管狀過濾膜，其特征在于它是為對(duì)被處理液用浸漬型膜過濾方法進(jìn)行過濾處理用的管狀過濾膜，它具有形成為圓筒形狀的過濾膜層和配置在所述過濾膜層的外周面上的、具有為賦予對(duì)所述過濾膜層以形狀保持性的液體通過性的支撐膜層，管狀過濾膜的崩潰壓已設(shè)定至少為20kPa。
45.權(quán)利要求44所述管狀過濾膜，其特征在于所述過濾膜層是由精密過濾膜構(gòu)成的。
46.權(quán)利要求44所述管狀過濾膜，其特征在于它進(jìn)一步具有配置在所述支撐膜層的外周面上的具有液體通過性的增強(qiáng)層。
47.權(quán)利要求46所述管狀過濾膜，其特征在于所述支撐膜層和所述增強(qiáng)層是由聚酯樹脂系非織造布構(gòu)成的。
48.權(quán)利要求44所述管狀過濾膜，其特征在于其內(nèi)徑設(shè)定為3～15mm。
49.權(quán)利要求44所述管狀過濾膜，其特征在于其壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1。
50.權(quán)利要求44所述管狀過濾膜，其特征在于其外周面具有高度為0.02～0.2mm的突起。
51.權(quán)利要求50所述管狀過濾膜，其特征在于所述突起已經(jīng)以所述過濾膜層的軸線為中心形成了螺旋狀。
52.一種過濾膜群，其特征在于它是為用浸漬型膜過濾方法對(duì)被處理液作過濾處理的管狀過濾膜群，它具有多個(gè)內(nèi)面具有過濾所述被處理液的功能的管狀過濾膜且多個(gè)所述管狀過濾膜平面平行排列并用連結(jié)鈕編組成一體。
53.權(quán)利要求52所述管狀過濾膜群，其特征在于所述管狀過濾膜具有形成為圓筒狀的過濾膜層和在所述過濾膜層外周面上配置的、為賦予對(duì)所述過濾膜層以形狀保持性的液體通過性的支撐層。
54.一種浸漬型過濾膜組件，其特征在于它是在浸漬于被處理液中的狀態(tài)下可以過濾所述被處理液的浸漬型過濾膜組件，它具有包含了多個(gè)在內(nèi)面具有過濾功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群、收容所述管狀過濾膜群且有把通過了所述管狀過濾膜的所述被處理液向外部排出的排出口的筒狀收納容器以及設(shè)置在所述收納容器的兩端的、為使所述管狀過濾膜兩端開口并保持所述管狀過濾膜群的長(zhǎng)度方向之保持部分。
55.權(quán)利要求54所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述保持部分是由樹脂構(gòu)成且所述收納容器的所述兩端具有凹部和凸部中的至少1種。
56.權(quán)利要求54所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于它進(jìn)一步具有為在所述排出口和所述管狀過濾膜群之間設(shè)置間隙用的隔板。
57.權(quán)利要求56所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述管狀過濾膜的內(nèi)徑為3～15mm且設(shè)定以下述式(I)表示的所述管狀過濾膜的填充率至少為0.7，填充率＝Nπd02/4S(I)式(I)中，N為所述管狀過濾膜群中所含所述管狀過濾膜數(shù)，d0為所述管狀過濾膜的外徑，S為垂直于所述收納容器的軸向的內(nèi)部截面積。
58.權(quán)利要求57所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于具有所述隔板的部分占垂直于所述收納容器的軸向的內(nèi)部截面積的比例設(shè)定為3～10％。
59.權(quán)利要求57所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述管狀過濾膜的壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1。
60.權(quán)利要求54所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述收納容器是圓筒形和方筒形中的一種。
61.一種浸漬型過濾膜組件，是在浸漬于被處理液中的狀態(tài)下可以過濾所述被處理液的浸漬型過濾膜組件，其特征在于它具備具有有通液孔的筒狀集水管和在所述集水管的外周設(shè)置間隔配置的外筒之筒狀收納容器、配置在所述集水管和所述外筒之間的、包含了多個(gè)在內(nèi)面具有過濾功能的管狀過濾膜的管狀過濾膜群、和設(shè)置在所述收納容器的兩端的、使所述管狀過濾膜兩端開口并保持所述管狀過濾膜群的長(zhǎng)度方向之保持部；所述集水管具有為把通過了所述管狀過濾膜的所述被處理液向外排出的排出口。
62.權(quán)利要求61所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述管狀過濾膜的內(nèi)徑是3～15mm且所述集水管的外徑(ds)對(duì)垂直于所述集水管與所述外筒之間的軸向的截面積(S1)之比(ds/S1)為0.3～1m-1，和以下述式(II)表示的管狀過濾膜的填充率至少為0.8，填充率＝Nπd02/4S1(II)式(II)中，N為所述管狀過濾膜群中所含所述管狀過濾膜數(shù)，d0為所述管狀過濾膜的外徑。
63.權(quán)利要求62所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述管狀過濾膜的壁厚(A)與外徑(B)之比(A/B)為0.025～0.1。
64.權(quán)利要求61所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述管狀過濾膜群配置在所述集水管與距所述集水管設(shè)定間隔的所述外筒之間。
65.權(quán)利要求61所述浸漬型過濾膜組件，其特征在于所述集水管和所述外筒是圓筒形的。
全文摘要
浸漬型過濾裝置200是為了把儲(chǔ)留在儲(chǔ)留槽150中的被處理液做過濾處理而得到濾液的裝置，它主要備有過濾膜組件300以及在其下方配置的空氣泡供給裝置500。過濾膜組件300在帶有濾液的排出口303的圓筒狀的收納容器301內(nèi)，其填充有多個(gè)內(nèi)面具有過濾被處理液的功能的管狀過濾膜310。管狀過濾膜310的兩端保持成維持開口狀態(tài)。把過濾膜組件300浸漬在被處理液中，使管狀過濾膜301的上下方開著口，向過濾膜組件300供給來(lái)自于空氣泡供給裝置500的空氣泡。使被處理液自下而上自然循環(huán)通過管狀過濾膜310，并從上端流入儲(chǔ)留槽150內(nèi)，部分就從內(nèi)往外通過管狀過濾膜310而過濾。由這樣得到的濾液，通過排出口303經(jīng)過濾液排出通道600而流出。
文檔編號(hào)B01D69/00GK1501833SQ01807639
公開日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月10日
發(fā)明者江口民行, 丹宗紫朗, 村上尚樹, 林信夫, 奧田清次, 朗, 樹, 次 申請(qǐng)人:株式會(huì)社湯淺