浸渍式膜分离装置及其运行方法.pdf

本发明的目的在于提供一种浸渍式膜分离装置，其在分离膜组件的铅直下方设置微小气泡散气管，在分离膜组件为大型的情况下也可从分离膜组件的铅直下方无遗漏地均匀地产生微小气泡。具有多个以平膜作为分离膜的分离膜元件以膜面平行的方式并列地配置的分离膜组件(2)、设置在该分离膜组件的铅直下方的多个微小气泡散气管(4)、和用于向微小气泡散气管供给气体的多个气体供给管(5)；多个气体供给管(5)以夹着分离膜组件的铅直下方部分而对向的方式配置，连接于气体供给管的多个微小气泡散气管(4)沿与分离膜元件的膜面交叉的方向延伸，且，对向的微小气泡散气管的顶端彼此接近、或顶端部分重叠。

1.  一种浸渍式膜分离装置，被浸渍设置于存积了被处理液的处理槽内，其特征在于，具有：多个分离膜元件以膜面平行的方式并列配置的分离膜组件，所述分离膜元件配设有平膜作为分离膜；设置在该分离膜组件的铅直下方的多个微小气泡散气管；和用于向该微小气泡散气管供给气体的多个气体供给管；多个气体供给管以夹着分离膜组件的铅直下方部分而对向的方式配置，连接于气体供给管的多个微小气泡散气管沿与分离膜元件的膜面交叉的方向延伸，并且对向的微小气泡散气管的顶端彼此接近、或顶端部分重叠。

2.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，组合使用长度不同的微小气泡散气管，并使得：连接设置于对向的气体供给管各自的多个微小气泡散气管的纵长方向在分离膜组件的铅直下方部分在大致直线上排列地配置，对向的微小气泡散气管的顶端彼此设为接近位置，并且，在配置排列的多个微小气泡散气管的排中微小气泡散气管的顶端位置不一致。

3.  根据权利要求2所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，以在大致直线上的微小气泡散气管的顶端位置每1排或每多排地交错的方式配置。

4.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，连接设置于对向的气体供给管各自的多个微小气泡散气管向分离膜组件的铅直下方部分沿大致水平方向延伸，并且，对向的微小气泡散气管的顶端部分局部重叠。

5.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，对于对向的气体供给管，连接于气体供给管的多个微小气泡散气管的纵长方向长度的总和的差为10％以内。

6.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，上述多个微小气泡散气管在与纵长方向轴成直角的方向上隔着80～200mm的间隔设置。

7.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，对向的气体供给管分别从不同的气体供给装置被供给气体。

8.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，上述微小气泡散气管是如下的微小气泡散气管：至少具有筒形的支撑管和形成有微小缝隙的弹性片，上述弹性片以覆盖上述支撑管的外周的方式配置，该散气管具有在向上述弹性片和上述支撑管之间供给了气体时、上述弹性片的微小缝隙打开由此向散气管外产生微小气泡的功能。

9.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，在上述分离膜组件的下部具有支撑上述分离膜组件的框体，在上述框体内部设置有上述微小气泡散气管，其中，由上述框体包围的空间的侧面的开口部面积中，与上述膜元件的配置排列方向平行的侧面中的比微小气泡散气管靠上的开口部的面积B、和上述分离膜组件上面的开口部的面积A的比例(B/A)为0.8～5.0。

10.  根据权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，上述分离膜为在由无纺布形成的基材层上形成聚1，1-二氟乙烯制的多孔质分离功能层的平膜，该多孔质分离功能层中的平均孔径为0.2μm以下，而且膜表面粗糙度为0.1μm以下。

11.  一种浸渍式膜分离装置的运行方法，其特征在于，在存积了被处理液的处理槽内浸渍设置权利要求1所述的浸渍式膜分离装置，在从微小气泡散气管曝气、进行膜过滤的运行时，将向微小气泡散气管供给的曝气风量设为上述分离膜组件的每单位水平截面积0.9m³/m²/分以上。

浸渍式膜分离装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及可以适用于处理下水、排泄物、工业废水等污水时的浸渍式膜分离装置及其运行方法。特别是涉及在该浸渍式膜分离装置中的散气管的结构的改良。
背景技术
以往，作为用膜对下水、排泄物、工业废水等污水进行过滤处理的水处理装置，有如图15所示那样的浸渍设置在处理槽内的浸渍式膜分离装置。在图15中，将浸渍式膜分离装置浸渍在存积于处理槽1中的被处理液中。在以膜面平行的方式并列配置了多块平板形过滤膜的过滤膜组件2设置有透过水出口12，在该透过水出口12，处理水配管13和吸引泵14连通。
在处理槽1的上方被处理液供给管11开口。而且，驱动作为过滤驱动力的吸引泵14，则用配置在分离膜组件2内的分离膜对处理槽内的被处理液进行过滤，经由透过水出口12、处理水配管13将过滤水取出到系统外。
在分离膜组件2的下方配置散气管3，在过滤运行时，将由气体供给装置7供给的空气经由气体供给管5、分支管6输送到散气管，从散气管的散气孔向处理槽(曝气槽)1喷出空气。由喷出的空气的空气升力作用产生气液混合上升流，该气液混合上升流和气泡作为扫流(掃流，推移流，拖拽流)对过滤膜的膜面起作用，抑制污垢团块(滤渣)层在膜面附着和堆积，以求实现过滤运行的稳定化(参照专利文献1)。
为了提高在该膜面的扫流作用，使气泡粗大是有效的，采用产生粗大气泡的散气管。虽然为了降低散气量、也提出了使用产生微小气泡(微气泡)的散气管的技术方案，但即使在这种情况下，也并用微小气泡散气管和粗大气泡散气管，使粗大气泡作用于膜面(参照专利文献2、3)。在该装置中，使用设置了小散气孔的散气管、薄膜式散气板作为微小气泡散气管，将这些散气装置设置在分离膜组件的下方的预定位置。
另外，微小气泡散气管一般在用于向处理槽内的活性污泥液中的微生物供给氧气的散气系统中采用。作为该活性污泥处理用的微小气泡散气管，例如，已知：在图15的分离膜组件的下方记载的那样、将从一根气体供给干管(幹管)5供给的空气向设置在其两侧的多根分支管6引导，从设置在分支管的表面的微小散气孔进行散气的结构(参照专利文献4)。在该结构的微小气泡散气管中，不能从气体供给干管5所处的中央部分散发微小气泡。即使产生这种程度的散气斑，在向活性污泥液中供给氧气的情况下也不会产生问题。但是，在将这种散气装置如图15所示配置在分离膜组件的下方的情况下，由于在散气装置的中央部分不能散发微小气泡，所以几乎不产生空气升力作用，从而对膜面的扫流效果极小。其结果，存在如下问题：在分离膜组件的中央部分与其他部分相比，膜面冼净不足，分离膜的过滤功能的降低大。
专利文献1：日本特开平10-296252号公报
专利文献2：日本特开2001-212587号公报
专利文献3：日本特开2002-224685号公报
专利文献4：日本特开2005-081203号公报
发明内容
本发明的目的在于解决以往技术中的上述问题点，提供一种在分离膜组件的铅直下方设置微小气泡散气管的情况下，即使在分离膜组件为大型时也可以从分离膜组件的铅直下方无遗漏且均匀地产生微小气泡的浸渍式膜分离装置。
为了达成上述目的，本发明的浸渍式膜分离装置具有以下特征。
(1)一种浸渍式膜分离装置，被浸渍设置于存积了被处理液的处理槽内，其特征在于，具有：多个分离膜元件以膜面平行的方式并列配置的分离膜组件，所述分离膜元件配设有平膜(平板膜)作为分离膜；设置在该分离膜组件的铅直下方的多个微小气泡散气管；和用于向该微小气泡散气管供给气体的多个气体供给管；多个气体供给管以夹着分离膜组件的铅直下方部分而对向的方式配置，连接于气体供给管的多个微小气泡散气管沿与分离膜元件的膜面交叉的方向延伸，并且对向的微小气泡散气管的顶端彼此接近、或顶端部分重叠。
(2)根据上述(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，组合使用长度不同的微小气泡散气管，并使得：连接设置于对向的气体供给管各自的多个微小气泡散气管的纵长方向在分离膜组件的铅直下方部分在大致直线上排列地配置，对向的微小气泡散气管的顶端彼此设为接近位置，并且，在配置排列的多个微小气泡散气管的排中微小气泡散气管的顶端位置不一致。
(3)根据上述(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，以在大致直线上的微小气泡散气管的顶端位置每1排或每多排地交错的方式配置。
(4)根据(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，连接设置于对向的气体供给管各自的多个微小气泡散气管向分离膜组件的铅直下方部分沿大致水平方向延伸，并且，对向的微小气泡散气管的顶端部分局部重叠。
(5)根据(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，对于对向的气体供给管，连接于气体供给管的多个微小气泡散气管的纵长方向长度的总和的差为10％以内。
(6)根据(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，上述多个微小气泡散气管在与纵长方向轴成直角的方向上隔着80～200mm的间隔设置。
(7)根据(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，对向的气体供给管分别从不同(不为同一个)的气体供给装置被供给气体。
(8)根据上述(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，上述微小气泡散气管是如下的微小气泡散气管：至少具有筒形的支撑管和形成有微小缝隙的弹性片，上述弹性片以覆盖上述支撑管的外周的方式配置，该散气管具有在向上述弹性片和上述支撑管之间供给了气体时、上述弹性片的微小缝隙打开由此向散气管外产生微小气泡的功能。
(9)根据(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，在上述分离膜组件的下部具有支撑上述分离膜组件的框体，在上述框体内部设置有上述微小气泡散气管，其中，由上述框体包围的空间的侧面的开口部面积中，与上述膜元件的配置排列方向平行的侧面中的比微小气泡散气管靠上的开口部的面积B、和上述分离膜组件上面的开口部的面积A的比例(B/A)为0.8～5.0。
(10)根据(1)所述的浸渍式膜分离装置，其特征在于，上述分离膜为在由无纺布形成的基材层上形成聚1，1-二氟乙烯制的多孔质分离功能层的平膜，该多孔质分离功能层中的平均孔径为0.2μm以下，而且膜表面粗糙度为0.1μm以下。
(11)一种浸渍式膜分离装置的运行方法，其特征在于，在存积了被处理液的处理槽内浸渍设置(1)所述的浸渍式膜分离装置，在从微小气泡散气管曝气、进行膜过滤的运行时，将向微小气泡散气管供给的曝气风量设为上述分离膜组件的每单位水平截面积0.9m³/m²/分以上。
在本发明，将特定结构的微小气泡散气管设置在分离膜组件的铅直下方，因此，即使是具有大型的分离膜组件的浸渍式膜分离装置，也可对所有分离膜的膜面各部无遗漏地作用微小气泡、进行均匀洗净，从而使得可以持续进行稳定的膜过滤运行，可以谋求分离膜组件的长寿命化。
另外，在本发明中，通过做成特定的微小气泡散气管的结构，即使不加长微小气泡散气管也可在分离膜组件的铅直下方部分无遗漏地配置微小气泡散气管。
附图说明
图1是表示本发明的膜分离装置的一实施方式的概略立体图。
图2是表示在本发明中所使用的微小气泡散气管的纵长方向中心轴α处的纵向剖视图。
图3是表示在本发明中所使用的微小气泡散气管的另一实施方式的俯视图。
图4是表示在本发明中所使用的微小气泡散气管的另一实施方式的俯视图和侧视图。
图5是表示本发明中的分离膜组件内的2块相邻的分离膜元件的概略立体图。
图6是表示实施例1中的膜分离装置的主视图、侧视图和A-A剖视图。
图7是表示实施例2中的膜分离装置的主视图、侧视图和A-A剖视图。
图8是表示本发明的膜分离装置的另一实施方式的概略立体图。
图9(a)是表示从与膜元件2的配置排列方向平行的侧面观察图8的膜分离装置的示意图(局部剖切剖视图)，(b)是表示从与膜元件2的配置排列方向垂直的面观察图8的膜分离装置的示意剖视图。
图10是表示实施例3、4中所采用的利用膜分离活性污泥法的废水处理装置的装置概略图。
图11是示意表示分离膜的分离膜表面部分的膜截面概略图。
图12是表示分离膜的膜表面粗糙度(RMS)与非膜透过性物质剥离系数比率的关系的曲线图。
图13是表示分离膜的平均孔径和过滤阻力系数比率的关系的曲线图。
图14是表示为了评价分离膜的膜过滤性所使用的膜过滤评价装置的概略图。
图15是表示以往的膜分离装置的一实施方式的概略立体图。
图16是表示在实施方式5中所使用的浸渍式膜分离装置的从上面观察的示意图，是表示膜元件与微小气泡散气管的位置关系的图。
附图标记说明
1：处理槽(曝气槽)；2：分离膜组件；3：散气管；4(4R、4L)：微小气泡散气管；4a：短尺寸微小气泡散气管；4b：长尺寸微小气泡散气管；α：微小气泡散气管的纵长方向中心轴；5(5R、5L)：气体供给管；6(6R、6L)：分支管部；7：气体供给装置(鼓风机)；8：气体供给用开闭阀；9：气体供给干管；11：被处理液供给管；12：透过水出口；13：处理水配管；14：吸引泵；16：弹性片；17：支撑管；18：环状固定工具；19：贯通孔；22(22-02～22-99)：分离膜元件；23：膜表层部(膜表面)；24：与表面粗糙度相当的高度；25：与平均孔径相当的宽度；31：原水供给泵；32：脱氮槽；33：污泥循环泵；34：污泥抽出泵；35：箱体；36：框体；k：散气管之间的水平间隔；41：元件之间的间隙；42：在与膜元件2的配置排列方向平行的侧面、比散气管3靠上的开口部的面积(B)的单面，43：气泡；44、45：旋转流。
具体实施方式
以下，基于在图1、图2、图3和图4等中所示的实施方式对本发明的浸渍式膜分离装置进行说明。
图1是表示本发明的浸渍式膜分离装置的一实施方式的概略立体图。在图1中，浸渍式膜分离装置被浸渍在处理槽1内的被处理液中。在该浸渍式膜分离装置中，具有以在上下方向成为膜面平行的方式并列配置了多块平板形过滤膜的分离膜组件2、和连通于该分离膜组件2的各元件的透过水出口12的处理水配管13。在处理槽1的上方被处理液供给管11开口。通过使作为过滤驱动力的吸引泵14工作、使处理水配管13内减压，用分离膜过滤处理槽内的被处理液。经由处理水配管13将过滤液取出到系统外。
处理槽1的材质只要是可以存积废水和活性污泥混合液即可，没有特别限定，但是，优选是使用混凝土槽、纤维强化塑料槽等。
设置在处理水配管13的吸引泵14只要是可以使处理水配管3内为减压状态即可，没有特别限定。也可以利用由虹吸作用所产生的水位压差代替该吸引泵14，使处理水配管13内为减压状态。
分离膜组件2是多个分离膜元件22以在上下方向成为膜面平行的方式并列配置的组件。该分离膜元件22是配设了平板形的分离膜的元件。例如可以采用如下结构的分离膜元件：在由树脂、金属等形成的框架的正反两面配设平板形的分离膜，将与由分离膜和框架包围的内部空间连通的处理水出口设置在框架上部。在图5(概略立体图)中表示该分离膜元件22的相邻的2块。相邻的分离膜元件22之间留有预定的间隔，被处理液的上升流、特别是气泡与被处理液的混合液的上升流在该膜间空间S内流动。若采用本发明的装置结构，则可以在所有的膜间空间S的铅直下方部分无遗漏地配置散气孔，可以使含有微小气泡的气液混合流在所有的膜面间空间S内向上流动，可以对膜面均匀地作用微小气泡。
为了增加分离膜组件2中的每单位体积的过滤面积，最好是缩小分离膜元件22的间隔，配置更多的分离膜元件22。但是，若膜间隔过窄、就不能对分离膜元件22的膜面充分作用微小气泡、气液混合流，膜面洗净变得不充分反而降低过滤性能。在此，为了进行高效率过滤，优选是将膜间隔设为1～15mm，更为优选是将膜间隔设为5～10mm。
为了提高分离膜的操作性(处理性)、物理耐久性，该分离膜元件22举例来说做成在框架、平板的正反两面配置分离膜、并粘结固定分离膜的外周部的平膜元件结构。该平膜元件的结构的详细情况没有特别限定，也可以是在平板和过滤膜之间夹着过滤水流路材料的结构。在这样的平膜元件结构中，由赋予了与膜面平行的流速的情况下的剪切力得到高的除污效果，因此，适用于本发明。
在分离膜组件2的铅直下方配置有多个微小气泡散气管4(4L、4R)。经由分支管部6(6L、6R)将该多个微小气泡散气管4分别连接到气体供给管5(5L、5R)。以夹着分离膜组件的铅直下方部分而对向的方式配置该气体供给管5。即，在图1中，从左右的气体供给管5L、5R经由分支管部6L、6R分支了的多个微小气泡散气管4L、4R沿与膜面交叉的方向(左右方向)延伸。
在图1中，以微小气泡散气管4L、4R的顶端部的位置接近、并且使该顶端位置不一致的方式组合设置长度不同的微小气泡散气管。即，在从图1的跟前起的第1排的微小气泡散气管的配置排列中，从左侧延伸的微小气泡散气管4L是短尺寸的微小气泡散气管4a，从右侧延伸的微小气泡散气管4R是长尺寸的微小气泡散气管4b，因此，它们的顶端位置为靠左的位置。在从跟前侧起的第2排的微小气泡散气管的配置排列中，从左侧延伸的微小气泡散气管是长尺寸的微小气泡散气管，从右侧延伸的微小气泡散气管是短尺寸的微小气泡散气管，因此，它们的顶端位置为靠右的位置。在从跟前侧起的第3排的微小气泡散气管的配置排列中，微小气泡散气管的顶端位置与第1排相同为靠左的位置。这样，在图1的情况下，组合使用长度不同的微小气泡散气管，使得在配置排列的多个微小气泡散气管的排中微小气泡散气管的顶端位置变为不一致。
在图1中进行膜过滤运行时，通过打开开闭阀8而从气体供给装置7供给的空气向气体供给干管9流入，并向气体供给管5R、气体供给管5L流入，进而经由分支管6R、分支管6L，将空气供给到微小气泡散气管4R、4L。从微小气泡散气管4R、4L的表面的微小散气孔喷出空气，在处理槽(曝气槽)1内的被处理液中产生微小气泡。由喷出的微小气泡的空气升力作用所产生的气液混合上升流、微小气泡对分离膜的膜面作为扫流起作用，因此，可以抑制在膜过滤时在膜面附着的污垢的堆积，抑制污垢团块层的生成。
气体供给装置7是具有向气体供给干管9及其下游侧的微小气泡散气管4a、4b供给气体的功能的装置，可以使用例如压缩机、风扇、高压储气瓶等。另外，设置在气体供给干管9的开闭阀(阀)8只要是可进行控制在该气体供给干管9的内部流动的气体的开闭即可，不论是开闭阀还是切换阀都可以。
采用例如图2所示的结构的散气管作为微小气泡散气管，基于该结构，散气管的长度越长则用于产生气泡的压力损失越大，在纵长方向上不能以均匀量进行散气。因此，在分离膜组件是配置了许多的分离膜元件的大型组件的情况下，制作配置具有从该大型组件的一端到另一端的长度、且可在纵长方向上以均匀量进行散气的微小气泡散气管是困难的。因此，在本发明中，为了使在大型的分离膜组件的铅直下方配置微小气泡散气管的情况下也可无遗漏地均匀地产生微小气泡，做成如下结构：以夹着分离膜组件的铅直下方部分而对向的方式配置多个气体供给管，以沿与分离膜元件的膜面交叉的方向延伸的方式配置连接于该气体供给管的多个微小气泡散气管，而且，对向的微小气泡散气管的顶端彼此接近，或顶端部分重叠。
例如，如图1所示，做成以纵长方向中心轴α排列在大致同一直线上的方式成对地配置排列微小气泡散气管4L、4R，该对向的微小气泡散气管的顶端彼此接近。在此，优选是采用使相邻的微小气泡散气管的长度不同、顶端部交错配置的配置方法。在此所说的“交错”可例示出如下的配置方法：例如经由分支管部6R配置在右侧的气体供给管5R的微小气泡散气管4R从跟前侧开始依次为长尺寸的微小气泡散气管4b、短尺寸的微小气泡散气管4a、长尺寸的微小气泡散气管4b，且经由分支管部6L配置在左侧的气体供给管5L的微小气泡散气管4L从跟前侧开始依次为短尺寸的微小气泡散气管4a、长尺寸的微小气泡散气管4b、短尺寸的微小气泡散气管4a，由此，顶端部位置为交错的不一致。通过这样的微小气泡散气管的配置，可以使微小散气孔分布在分离膜元件间隙的铅直下方部分、可以将气泡导入所有的分离膜元件间隙、充分洗净膜表面。
优选是在本发明装置中所使用的微小气泡散气管其纵长方向的长度为0.4～1.2m。更为优选是长度为0.6～1.0m。在微小气泡散气管过长的情况下，从在散气管表面形成的所有的散气孔均匀地产生气泡变得困难。在微小气泡散气管过短的情况下，对所有的膜元件的膜表面高效地供给气泡变得困难。在此，微小气泡散气管的纵长方向的长度是指散发微小气泡的表面部(散气面部)的长度。
另外，在对向的气体供给管的各自上连接多个微小气泡散气管，但优选是连接于相同气体供给管的微小气泡散气管的纵长方向长度的总和相同或极为近似。即，优选是使连接于相同的气体供给管的微小气泡散气管的纵长方向长度的总和的差在10％以内，更为优选是5％以内。表示该总和的差的值是以总和小的一方的值为分母计算出的值。这是因为：微小气泡散气管越长，用于产生气泡的压力损失越大，因此，连接于气体供给管的微小气泡散气管的纵长方向长度的总和的差变大、超过10％而不同的情况下，从散气管产生的气体量容易产生偏置。
另外，在将多个微小气泡散气管配置排列在与其纵长方向轴成直角方向的情况下，优选是其间隔为80～200mm。若设置成比该间隔更接近，则抑制微小气泡散气管之间产生的水流，变得容易在微小气泡散气管的上部堆积污泥。特别是，若在散气管间隔极端狭窄的状态下进行散气，则散气管下的空间的流动阻塞，变得污泥容易滞留。污泥的滞留会引起：由在散气管下的污泥粘度、MLSS浓度的增大所产生的性状恶化、并且由溶存氧(溶解而存在于液体中的氧)浓度降低而产生的污泥的厌气化(厌氧化)。而且，性状恶化了的污泥向散气管附着、固化，引起散气量降低、散气孔堵塞，引起称为散气斑的散气效率的降低，会对膜面洗净产生不良影响。另外，若散气管彼此的水平间隔过宽、超过200mm的程度，则存在由散气管放出的气体难以遍及整个膜元件、变得在膜面洗净时容易生成斑的倾向。在此，散气管彼此的水平间隔为例如在图9(b)中用附图标记k表示的距离。
另外，向对向的多个气体供给管供给气体、可以通过将从同一气体供给装置供给的气体分支来进行，另外也可以是分别连通于不同(不是同一个、独立)的鼓风机等的气体供给装置，从不同的气体供给装置分别供给气体。为了最优化向多个气体供给管供给的气体的量，并抑制由于压力损失的不平衡所引起的来自各散气管的气体量的偏置，优选是分别从不同的气体供给装置向气体供给管供给气体。另外，在将来自同一气体供给装置的气体分支供给的情况下，也可以做成在分支的下游侧设置通量调整机构，消除压力损失的不平衡。
另外，优选是：将从微小气泡散气管散发的气体的量调整为：收容多个分离膜元件、设置在微小气泡散气管的上部的分离膜组件的每单位水平截面积的曝气风量为0.9m³/m²/分以上。在此，分离膜组件的水平截面积是指由收容、配置排列在分离膜组件内的多个分离膜元件形成的空间。曝气风量变得比这少，则在被散气的风量上产生偏置，变得难以洗净所有的膜表面。
本发明中所使用的微小气泡散气管的结构没有特别限定。例如，可以使用喷出气泡的部分的材质采用金属、陶瓷、多孔性橡胶、薄膜的微小气泡散气管，可以使用用于提高在水中的氧溶解效率的微小气泡散气装置。可以是例如设置了散气孔的部分由金属管等非伸缩性材质构成的微小气泡散气管，但是，优选是：如图2所示具有通过弹性片的微小缝隙打开而在散气管外产生微小气泡的功能的微小气泡散气管。
在设置了散气孔的部分由金属管等非伸缩性材质构成的微小气泡散气管的情况下，优选是散气孔的孔径为1.0μm～2.0mm。更加优选是孔径为1.0μm～500μm。在此，散气孔的孔径为直接测量孔径得到的值。此时，散气孔为圆形的情况下，以该圆直径为孔径，但在不是圆形的情况下，以从照片计算出孔的有效面积、并将其换算成圆时的直径作为孔径。即，在孔的有效面积为A的情况下，孔径作为2×(A/π)^1/2求出。另外，在存在孔径不同的多个孔时，将各个孔径的平均值作为散气孔的孔径。
另外，作为具有通过弹性片的微小缝隙打开而在散气管外产生微小气泡的功能的微小气泡散气管，举例如下结构的微小气泡散气管：例如，如图2(在纵长方向中心轴α的纵向剖视图)所示，至少具有筒形的支撑管17、和形成有微小缝隙的弹性片16，以覆盖支撑管17外周的方式配置弹性片16，在向弹性片16和支撑管17之间供给气体时，通过弹性片16的微小缝隙打开、向散气管外产生微小气泡。
基于图2对该微小气泡散气管的结构和动作进行说明。微小气泡散气管在中心部有支撑管17，以覆盖该支撑管17的整个外周面的方式设置弹性片16，在向弹性片16与支撑管17之间供给了气体时，弹性片16的微小缝隙打开，由此在散气管外产生微小气泡。
基于图2说明该微小气泡散气管的结构和动作。微小气泡散气管，在中心部具有支撑管17，弹性片16以覆盖该支撑管17的外周整个面的方式设置，弹性片16的轴方向的两端部由环状固定工具18固定。在弹性片16形成有多个散气缝隙(未图示)。散气缝隙的纵长方向的长度为0.1～10mm，特别优选使用长度0.5～5mm的缝隙。
在此，支撑管17的一端与分支管部6连接，在连接端附近设置有贯通孔19。从分支管6供给的空气通过贯通孔19之后，进入支撑管17和弹性片16之间，使弹性片16膨胀。由于弹性片16膨胀、散气缝隙打开，被供给的空气变成微小气泡，并被释放到处理槽内的被处理液中。空气供给停止了时，弹性片16收缩，散气孔关闭，因此，在不释放出微小气泡时被处理液不会从散气孔流入散气管内，可以防止在进行过滤运行过程中、由被处理液中的污泥所引起的散气孔的堵塞、散气管内的弄脏。
长尺寸的微小气泡散气管4b和短尺寸的微小气泡散气管4a除了在其纵长方向的长度是长还是短这一点不同之外、具有相同的结构。
作为气体供给干管9、气体供给管5、分支管部6和支撑管17的材质只要是具有不会因由散气所引起的振动等负荷破损的刚性的材质即可，没有特别限定，优选是：例如不锈钢等的金属类、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡胶(ABS树脂)、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯之类的树脂、纤维强化树脂(FRP)之类的复合材料、其他的材料等。
对于弹性片16的材质也没有特别限定，可以适当选择使用乙丙橡胶(EPDM)、硅橡胶、聚氨酯橡胶之类的合成橡胶或其他的弹性材质。尤其是乙丙橡胶因耐药品性优越而优选。
在在图1的实施方式中，表示了构成为含有纵长方向的长度不同的2种微小气泡散气管4a、4b各3根共计6根的散气管的散气装置，但是，散气管纵长方向的长度种类和根数并不限于此，可以根据处理槽1的容积、分离膜组件2的大小、分离膜元件22的块数、管线(ライン)等设计自由度适当选择。对于后述的其他的实施方式也是同样的。
接着，在图3(散气管部分的俯视图)中表示本发明其他的实施方式。在此，相邻的微小气泡散气管4的纵长方向的长度每隔2根而交错。这样，相邻的微小气泡散气管4的纵长方向的长度不是全部交错、而是每隔几根而交错、成为不一致的配置。采用这样的配置也可以使微小气泡散气孔分布在分离膜元件间隙的铅直下方部分，将气泡导入所有的分离膜元件间隙，使得可以充分洗净膜表面。
另外，在图4(散气管部分的俯视图(a)、侧视图(b))中表示本发明的另一其他的实施方式。连接于左侧的气体供给管5L的分支管部6L而延伸的微小气泡散气管的顶端部分和连接于右侧的气体供给管5R的分支管部6R而延伸的微小气泡散气管的顶端部分，局部重叠。即，配置成：连接于右侧的分支管部6R而延伸的微小气泡散气管的纵长方向中心轴α位于水平面C上，连接于左侧的分支管部6L而延伸的微小气泡散气管的纵长方向中心轴α位于比水平面C靠下的水平面D上。在这种情况下，为了不阻碍从下方的微小气泡散气管释放出的微小气泡的上升流，优选是：使上侧的微小气泡散气管的纵长方向中心轴α与下侧的微小气泡散气管的纵长方向中心轴错开。这样，使微小气泡散气管的纵长方向中心轴不在同一平面上、微小气泡散气管的顶端部彼此的一部分上下互相重叠。采用这样的配置也可以使微小散气孔分布在分离膜元件间隙的铅直下方部分，将气泡导入所有的分离膜元件间隙，使得可以充分洗净膜表面。
另外，在本发明的浸渍式膜分离装置中，做成在分离膜组件的铅直下方设置了多个微小气泡散气管的装置结构的情况下，如图8、图9所示，也可以做成由沿水平方向配置排列了多块膜元件22的膜组件2、配置在膜元件22的下方的微小气泡散气管4、和包围该散气管及其周围的空间的框体36基本构成的结构。以支撑膜组件的方式配置该框体。优选是做成如下装置结构：由框体36包围的空间的侧面的开口部面积中，与膜元件22的配置排列方向平行的侧面的比散气管4靠上的开口部的面积B与配置排列的膜元件上部的开口部的面积A的比例(B/A)为0.8～5.0。
在此，配置排列方向是多个膜元件22配置排列的排列方向、是图9中的箭头E的方向。另外，上述的比散气管4靠上的开口部的面积B是图9(a)中用附图标记42所示的部分的面积的和。即，用附图标记42所示部分存在于图9(a)中的正面侧和反面侧，因此，用附图标记42所示部分的面积的2倍的面积为开口部面积B。另外，膜元件上部的开口部的面积A是指累加图8中的膜元件之间的间隙41的面积(上面的面积)的面积(面积和)。
这样，在由框体包围形成的空间内，使比散气管靠上的空间比以往装置的情况大，使上述的面积比例(B/A)为0.8～5.0，而尤为优选是使上述的面积比例(B/A)处于0.8～3.0的范围。通过在这样的位置设置散气管4，高效率地形成在散气管4的上侧旋转的旋转流45的流动，可以确保旋转流45的流路大，从而在设置微小气泡散气管的情况下也可向各膜元件22的膜面供给具有充分速度的气液混合流(图9(b))。
配置固定在由框体36包围的空间内的散气管4是可以产生微小气泡的微小气泡散气管。
为了高效率地形成旋转流45的流动，更为优选是使膜元件22的下端和散气管4的距离为300mm以下。膜元件22和散气管4的距离表示从膜元件22的最下端到散气管的气体排出部分的最上端的距离。更为优选的距离是处于200～300mm的范围。
在本发明中，配设在分离膜元件22的分离膜是平膜，是具有通过对被处理液侧施加压力、或者从透过侧吸引而捕捉包含在被处理液中的一定粒子直径以上的物质的功能的分离膜，根据该捕捉粒子直径的不同，分类为动态过滤膜、精密过滤膜及超滤膜，优选是精密过滤膜。
作为该分离膜，从高透水性、运行稳定性的角度来考虑，优选是使用透水性优越的膜。可以采用使用前的分离膜的纯水透过系数作为该透过性的指标。该纯水透过系数是使用通过逆浸透(逆渗透)膜处理制造的25℃的纯净水，在水头(压力头、落差)高1m的条件下测定透水量计算出的值，优选是纯水透过系数为2×10^-9m³/m²/s/pa以上，更为优选是为40×10^-9m³/m²/s/pa以上。只要是在该范围内就可在实用上得到充分的透水量。
在图11中示意表示了用作分离膜的平膜的膜表面部分。在膜分离活性污泥法中，活性污泥在膜表层部被固液分离，被分离了的水作为过滤水(处理水)向膜内透过。在本发明的装置中，作为分离膜，优选是膜表面的表面粗糙度为0.1μm以下、更为优选是为0.001～0.08μm、特别优选是为0.01～0.07μm这样的膜表面粗糙度小的平滑表面的分离膜。而且，优选是分离膜其膜表面的平均孔径为0.2μm以下，更为优选是为0.01～0.15μm，特别优选是为0.01～0.1μm。通过采用这样的分离膜，使用一般被认为洗净效果低的微小气泡也可得到充分的膜面洗净效果，可以在膜分离活性污泥法中要求的通常的通量条件下稳定运行。
膜表面的表面粗糙度可以说成是相对于分离膜与被处理液接触的膜表面垂直的方向的高度的平均值，可以用在图11的模式图中用附图标记24表示的高度来表示。而且，可以用如下的装置·方法测定在该膜表面的表面粗糙度。使用原子力显微镜装置(Digital Instruments公司制NanoscopeIIIa)作为测定装置，使用SiN悬臂(交叉支架)(Digital Instruments公司制)作为探针，将扫描模式设为接触式，扫描范围设为10μm×25μm、扫描分辨率(析像度)设为512×512，测定各点的Z轴(相对于膜表面垂直的方向)的高度(设为Zi)，取得数据。在测定前，作为试料的膜样品进行如下前处理：在常温下在乙醇中浸渍15分钟之后、在逆浸透膜处理水中浸渍24小时、洗净之后风干。而且，进行使测定数据的基线水平化的处理，用下述式(1)进行计算，将求出的平方平均粗糙度RMS(μm)作为膜表层部的表面粗糙度
(数学公式1)
RMS=ΣiN(Zi-Z‾)2N]]>··式1
膜表面的平均孔径是分离膜表面的细孔径的平均值，可以用图11的模式图中由附图标记25表示的宽度来表示。而且，为了测定该膜表面的平均孔径，例如，使用扫描型电子显微镜以10,000倍的倍率对膜表面进行拍照，测定10个以上、优选是20个以上的任意的细孔的直径，作为数均求出。在细孔不是圆形的情况下，采用由图像处理装置等求出具有与细孔所具有的面积相等的面积的圆(等价圆)、将等价圆直径作为细孔的直径的方法求出。细孔直径的标准偏差σ过大，则过滤孔性能差的孔的比例变多，因此，优选是标准偏差σ为0.1μm以下。
在使用具有这样的表面性状的平膜状的分离膜的膜分离装置的情况下，通过对膜面作用微小气泡可以良好地洗净膜面。其理由如下。
如图12(横轴表示膜表面粗糙度(RMS)，纵轴表示非膜透过物质剥离系数比率的图)所示，存在越是膜表面粗糙度小的分离膜、膜表面的非膜透过物质剥离系数比率越大的倾向。在此，膜表面的非膜透过物质剥离系数是表示附着在分离膜表面的被过滤液的非膜透过物质从分离膜剥离的容易程度的剥离系数，用该试料膜的剥离系数相对于标准膜的剥离系数的比率表示的值为非膜透过物质剥离系数比率。即，该剥离系数比率越高，附着在分离膜的非膜透过物质越容易从分离膜剥离，难以在膜表面形成非膜透过物质的团块层，膜过滤性能高。另外，在此，采用ミリポア公司制的デユラポア过滤器VVLP02500(亲水性PVDF制、孔径0.10μm)作为标准膜。
另外，如图13(横轴表示膜表面的平均孔径、纵轴表示过滤阻力比率)所示，存在越是平均孔径小的分离膜、过滤阻力系数比率越小的倾向。在此，过滤阻力系数比率是用表示附着在膜表面的非膜透过物质的每单位物质量的阻力发生量的过滤阻力系数相对于标准膜的过滤阻力系数的比率表示的值。即，过滤阻力系数比率越小，则非膜透过物质即使附着于分离膜表面也越难以表现为膜过滤阻力，透水性高。
不是使用粗大气泡而是使用微小气泡作为从散气装置产生并作用于膜表面的气泡，则由气液混合上升流产生的膜表面洗净应力变小。但是，在膜表面粗糙度为0.1μm以下的分离膜中，由于非膜透过物质剥离系数比率高，因此，从膜表面附着在分离膜的非膜透过物质容易从分离膜表面剥离，难以在膜表面形成非膜透过物质的团块层，其结果，即使用微小气泡进行膜面洗净也可得到充分的膜过滤性能。
在图12、图13所示的上述事项，使用膜表面粗糙度和平均孔径不同的4种在市面上销售的分离膜，用图14所示的试验装置进行膜过滤实验和分析，就能够明白。
在图14所示的膜过滤试验装置中，用氮气对收容有纯水的纯水室410内进行加压、或者对搅拌式单元401(ミリポア(股份公司)制Amicon8050)内进行加压，用压力计411测定该加压压力。通过用氮气进行加压，用设置在膜固定架406的过滤膜402过滤被过滤液。在膜过滤时，用电磁式搅拌器403使搅拌子404转动，搅拌搅拌式单元401内的被过滤液。另外，用载置于电子秤408的烧杯407承接透过分离膜402的膜透过液，用电子秤408测定该膜透过液的量，将该测定值输入计算机409。另外，通过打开关闭阀412、阀413、阀414，调整膜过滤试验装置各部的加压的有无。
首先，使用上述的膜过滤试验装置，计算出使用纯水时的膜过滤阻力。
接着，为了求出过滤阻力系数，使用分离膜过滤活性污泥液(从处理农村(農集落)废水的膜分离式活性污泥装置提取的活性污泥液)。在该膜过滤中，卸下膜过滤试验装置中的纯水室410，连接图14的虚线表示的连接管415，不进行电磁式搅拌器403的搅拌地进行膜过滤。对标准膜和评价膜分别测定该过滤阻力系数，用下式2计算出过滤阻力系数比率α_r。
(数学公式2)
αr=αmαs]]>··式2
在此，α_m为评价膜的过滤阻力系数，α_s为标准膜的过滤阻力系数。
接着，为了求出非膜透过物质剥离系数，与上述过滤阻力系数的情况同样地进行膜过滤试验。但是，在该膜过滤试验中，一边进行搅拌一边进行膜过滤。此时，从表示在膜过滤的途中暂时停止膜过滤、由膜过滤得到的时刻和膜过滤液量的关系的数据，与上述同样地制作成每单位膜面积的总过滤液量和膜过滤阻力的关系。
另一方面，用如下的膜过滤阻力预测方法，进行上述每单位膜面积的总过滤液量与膜过滤阻力的关系的再现。在该膜过滤阻力预测方法中，使用下述的数学公式。
(数学公式3)
J(t)=ΔPμ·R(t)]]>··式3
Xm(t+1)＝Xm(t)+(X(t)·J(t)-γ·(τ-λ·ΔP)·(ηXm(t))·Xm(t))·Δt    ··式4
R(t)＝Rm+α·Xm(t)    ··式5
X(0)·V(0)＝X(t)·V(t)+Xm(t)·A    ··式6
V(t)=V(0)-A·∫0tJ(t)dt]]>··式7
在此，J(t)是在时刻t的膜过滤通量(m/s)、R(t)是在时刻t的膜过滤阻力(1/m)、Xm(t)是在时刻t的附着在单位膜面积的固体成分物质量(g/m²)，X(t)是在时刻t的被过滤液中的固体成分物质量(g/m³)，γ是非膜透过物质剥离系数(1/m/s)，τ是膜洗净力(-)，λ是摩擦系数(1/Pa)，η是密度的倒数(m³/g)，Δt是时刻t的步长(刻み幅)(s)，Rm是膜过滤阻力初始值(1/m)、V(t)是时刻t的被过滤液的容量(m³)，A是有效膜面积(m²)。另外，在此，τ＝1、η＝1×10^-6，过滤阻力系数α使用由上述决定的α，Rm使用由上述决定的纯水膜过滤阻力。
一边更新时刻，一边反复进行上述式3～7的计算，由此，计算在各时刻的膜过滤通量、膜过滤阻力的值，得到每单位膜面积的总过滤液量和膜过滤阻力的关系的预测值。在此，计算出在赋予各种各样的非膜透过物质剥离系数和摩擦系数时的上述每单位膜面积的总过滤液量和膜过滤阻力的关系的预测值，将与上述实测值的差异为最小的非膜透过物质剥离系数和摩擦系数决定为该分离膜的非膜透过物质剥离系数和摩擦系数。
如上述那样做，对标准膜和评价膜计算出非膜透过物质剥离系数，用下述式8计算出非膜透过物质剥离系数比率γ_r。
(数学公式4)
γr=γmγs]]>··式8
在此，γ_m为评价膜的非膜透过物质剥离系数，γ_s为标准膜的非膜透过物质剥离系数。
具有本发明中特定的平滑表面性状的平膜状的分离膜可以采用如下方法制造：在由无纺布形成的基材上单面或两面涂布含有聚1，1-二氟乙烯系树脂和开孔剂等的制膜原液，并立刻使其在含有不良溶剂的凝固液中凝固，由此形成多孔质分离功能层。而且，只要采用以下说明的条件即可。
在使制膜原液凝固时，既可以仅使形成在基材上的多孔质分离功能层与凝固液接触，也可以将多孔质分离功能层连同基材一起浸渍在凝固液中。
在制膜原液中，除了上述的聚1，1-二氟乙烯系树脂之外，还可根据需要添加开孔剂、溶解它们的溶剂等。在制膜原液中添加具有促进多孔质形成作用的开孔剂的情况下，该开孔剂使用可由凝固液提取、且在凝固液中的溶解性高的物质。举例来说，可以使用聚乙二醇、聚丙二醇之类的聚氧化烯类、或聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸之类的水溶液高分子、或丙三醇。通过使用这样的界面活性剂，可以更加容易地得到作为目标的细孔结构。
另外，在制膜原液中使用用于溶解聚1，1-二氟乙烯系树脂、其他有机树脂和开孔剂等的溶剂的情况下，作为该溶剂可以使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、丁酮等。尤为优选是可以使用对聚1，1-二氟乙烯系树脂的溶解性高的NMP、DMAc、DMF、DMSO。在制膜原液中，还可以添加其他、不良溶剂。不良溶剂是指不溶解聚1，1-二氟乙烯系树脂、其他的有机树脂的溶剂，以控制聚1，1-二氟乙烯系树脂和其他有机树脂的凝固速度、控制细孔的大小的方式起作用。作为不良溶剂可以使用水或甲醇、乙醇之类的醇类。尤其是从废水处理的容易程度和价格的角度来考虑，优选水、甲醇。
在制膜原液的组成中，优选是聚1，1-二氟乙烯系树脂处于5～30重量％的范围内，开孔剂处于0.1～15重量％的范围内，溶剂处于45～94.8重量％的范围内，不良溶剂处于0.1～10重量％的范围内。尤其是，若聚1，1-二氟乙烯系树脂极端少则多孔质层的强度变低，过多则透水性降低，因此，更为优选是处于8～20重量％的范围。若开孔剂过少则透水性降低、过多则多孔质层的强度降低。另外，若极端多则存在在聚1，1-二氟乙烯系树脂中过剩残存而在使用中溶出，透过水的水质变差、或产生透水性变动的情况。因此，更为优选的开孔剂的范围为0.5～10重量％。而且，溶剂过少则原液变得容易凝胶化，过多则多孔质层的强度降低，因此，更为优选是处于60～90重量％的范围。另外，不良溶剂过多则容易引起原液的凝胶化，极端少则控制细孔、大空间(マクロボイド)的大小变得困难。因此，更为优选是0.5～5重量％。
作为含有不良溶剂的凝固浴，只要使用由不良溶剂形成的液体、或含有不良溶剂和溶剂的混合溶液即可。在制膜原液中也含有不良溶剂的情况下，优选是使在凝固浴中的不良溶剂的比例为凝固浴的至少80重量％。过少则聚1，1-二氟乙烯系树脂的凝固速度变得过慢，表面粗糙度大，细孔直径变得过大。特别是，为了使分离功能层的表面粗糙度为0.1μm以下，优选是使用水作为不良溶剂，且使水的比例处于85～100重量％的范围。
另一方面，在制膜原液中不含有不良溶剂的情况下，优选是与在制膜原液中含有不良溶剂的情况下相比、使在凝固浴中的不良溶剂的含量比上述情况少，例如，优选是60～99重量％。不良溶剂多，则聚1，1-二氟乙烯系树脂的凝固速度变得过快，多孔质层表面变得致密，透水性变得过低。
这样，通过调整在凝固浴中的不良溶剂的含量，可以控制多孔质层表面的表面粗糙度、细孔直径、大空间的大小。另外，凝固浴的温度过高则凝固速度变得过快，相反，过低则凝固速度变得过慢，因此，通常优选是在15～80℃的范围选定，更为优选是20～60℃的范围。
采用这样的分离膜制造方法，制造在多孔质基材的表面形成由聚1，1-二氟乙烯系树脂形成的多孔质树脂层的分离膜，其中，在多孔质树脂层的外表面侧形成具有膜过滤所必要的期望的平均孔径(0.01～0.2μm)并且具有平滑表面(表面粗糙度为0.1μm以下)的分离功能层，在其内侧形成存在大空间的层。即，在多孔质树脂层内，在靠近多孔质基材的内侧存在具有大空间的层，在外表面存在具有预定孔径的平滑表面的分离功能层。
实施例
(实施例1)
在图6中表示本发明的膜分离装置的具体的一实施例。图6(a)(b)(c)分别为膜分离装置的主视图、侧视图、A-A剖视图。在该图中，省略气体供给管及其上游侧。
在该装置中，在分离膜组件2内设置有平行排列的100块分离膜元件。在分离膜组件2的铅直下方设置有从右侧的气体供给管(未图示)的分支管部6R沿水平方向延伸的微小气泡散气管、和从左侧的气体供给管(未图示)的分支管部6L沿水平方向延伸的微小气泡散气管。以排列成大致同一水平面的大致直线上的4排的方式配置排列这些微小气泡散气管的纵长方向中心轴α，使对向的微小气泡散气管的顶端彼此接近。而且，以这些顶端部交错的方式进行配置。另外，长尺寸微小气泡散气管4b的纵长方向长度为0.8m，短尺寸微小气泡散气管4a的纵长方向长度为0.6m。通过做成这样的微小气泡散气管的配置结构，可以对分离膜组件2内的各元件的膜面均匀地散发微小气泡。
(实施例2)
在图7中表示本发明的膜分离装置的具体的另一实施例，图7(a)(b)(c)分别为膜分离装置的主视图、侧视图、A-A剖视图。在该图中，省略气体供给管及其上游侧。
在该装置中的分离膜组件2的结构与实施例1的情况相同，设置在该分离膜组件2的下方的散气管结构与实施例1不同。在分离膜组件2的铅直下方设置有从右侧的气体供给管(未图示)的分支管部6R沿水平方向延伸的微小气泡散气管、和从左侧的气体供给管(未图示)的分支管部6L沿水平方向延伸的微小气泡散气管。作为这些微小气泡散气管，全都使用纵长方向长度为0.8m的长尺寸微小气泡散气管4b，以在上下2个水平面上且纵长方向中心轴错开的方式配置其纵长方向中心轴α，它们的顶端部分局部重叠。通过做成这样的微小气泡散气管结构，可以对各分离膜组件2内的各元件的膜面均匀地散发微小气泡。
(实施例3)
在作为流路材料的代替品的在两面形成有凹凸的ABS制支撑板(高度1000mm×宽度500mm×厚度6mm)的正反面分别设置分离膜(平膜)，制作膜元件(分离膜面积：0.9m²)。在此，使用聚1，1-二氟乙烯制的表面平均孔径为0.08μm且表面粗糙度(RMS)为0.062μm的平膜作为分离膜。
接着，制造内部尺寸(大致尺寸)为高度1000mm×宽度515mm×进深1400mm且上下开放的箱体。在箱体下连接有框体，在框体内空间的预定位置固定微小气泡散气管，从元件下端到微小气泡散气管的上下方向的距离为220mm。此时，在与膜元件的配置排列方向平行的侧面，比散气管靠上部的开口部的面积为单面侧2520cm²。在箱体内装填了100块膜元件时的箱体上部的膜元件上面的开口部的面积为4000cm²。因此，B/A的值为2520×2/4000＝1.26。
另外，散气管使用6根设置有许多缝隙长度为2mm的微小缝隙的直径70mm的微小气泡散气管。为了将该散气管设置在预定位置，如图8所示，将向散气管供给空气用的空气供给管5固定在框体36。另外，将散气管之间的水平间隔k设为125mm。另外，使用纵长方向长度为0.75m的微小气泡散气管和纵长方向长度为0.65m的微小气泡散气管作为微小气泡散气管4，并使各自与对向的空气供给管5连接、且以其顶端彼此接近的方式配置在大致直线上，而且，使其顶端位置交替地不一致。连接于相同的空气供给管5的多个微小气泡散气管的纵长方向长度的总和分别为2.15m、2.05m，其差为5％。
按以上方式做，将100块的膜元件22装填于箱体35内，设置了框体36和散气管4，制作图8所示的结构的浸渍式膜分离装置。
另外，以表1中汇总表示的条件，通过图10所示的处理装置的水净化处理过程进行生活废水的处理。在图10中，将浸渍式膜分离装置简化表示为装填了膜元件的分离膜组件2和微小气泡散气管4。如图10所示，原水(生活废水)经由原水供给泵31首先导入脱氮槽32并与活性污泥混合。其后，将该活性污泥混合液导入曝气槽41。生物处理工序中，为了除去氮，通过硝化工序(需氧)和脱氮工序(无氧)进行处理。在后级的曝气槽41(需氧槽)进行氨性氮(NH₄-N)的硝化，用污泥循环泵33使硝化液从膜分离活性污泥槽向前级的脱氮槽32循环，在脱氮槽32除去氮。
在此，在曝气槽41内经由散气装置3使由空气供给装置7送风的空气曝气。由该曝气将活性污泥维持在需氧状态，进行硝化反应、BOD氧化。而且，由该空气曝气洗净向分离膜组件2内的膜面上附着的污泥的附着·堆积。另外，为了维持曝气槽41和脱氮槽32内的MLSS浓度，由污泥抽出泵34定期抽出污泥。
通过由吸引泵14吸引透过水侧进行由分离膜组件2进行的膜过滤。另外，为了防止污泥向分离膜的膜表面的附着，内置定时器，根据预先存储的程序，使用定期切换吸引泵的运转/停止的继电器开关，以反复8分钟运行和2分钟停止的间歇运行进行膜过滤，进行将膜过滤通量固定为1.0m/日(平均通量)的运行。
表1

在此，随时间测定膜差压、并使用该随时间的变化作为表示运行性能的指标。若在运行中产生的旋转流不均匀则膜面洗净变得不充分，膜差压上升，稳定运行变得困难，因此，可以用膜差压的变化评价运行性能。
在连续90天的运行，结果，在90天中的差压上升速度为0.07kPa/天，可持续进行大致稳定的运行(参照表2)。
(实施例4)
与实施例3同样的浸渍式膜分离装置中，改变固定在框体的散气装置的位置，在从膜元件下端到散气装置的上下方向的距离分别为120mm、155mm、460mm的位置设置微小气泡散气管。此时，B/A的值分别为0.56、0.805、2.94。将它们分别设为4(a)、4(b)、4(c)。
在使用这些膜分离装置在与实施例3同样的运行条件下运行，结果，差压上升速度分别为1.08、0.10、0.05kPa/天。在从元件下端到散气装置的上下方向的距离为120mm时(4(a)的情况下)，差压快速上升，在30天左右运行变得困难，而在从元件下端到散气装置的上下方向的距离为155mm时(4(b)的情况下)和460mm时(4(c)的情况下)，可以持续进行大致稳定的运行。
表2