集水水箱和膜组件单元 【技术领域】
本发明涉及连接膜组件、收集并流动过滤水的集水水箱和膜组件单元。
本申请以日本国专利申请第2002-31414号为基础，其内容编进本说明书。
背景技术
在净化水处理、污水处理等水处理中，使用安装有精密过滤膜、半透膜过滤膜等分离膜的膜组件，进行被处理水的固液分离的方法正在进行着各种研究。使用分离膜进行被处理水的过滤处理，可以得到高水质的处理水。
使用分离膜进行被处理水的固液分离时，随着过滤处理的进行，由于悬浊物质(SS成分)分离膜产生堵塞，因此，会产生过滤流量下降或者膜间压差上升。为了从这样的状态恢复，在膜分离装置的下部设置排气装置，在进行过滤或停止过滤中通过进行排气来进行洗净的技术已公知。
特开平5-261253号公报、特开平6-342号公报、特开平6-340号公报等公开了，在矩形罩中使用由树脂固定片状的中空线膜的中空线膜组件，和邻接的膜组件保持一定的间隔，从排气装置进行吹泡，被处理的水流均匀地接触膜组件，进行稳定的固液分离的方法。
为了将多个膜组件和邻接的膜组件以均匀的间隔配置，在形成有膜组件连接用孔的管状集水水箱中，液密地连接多个膜组件，从而，汇集、导出过滤液的方法已被公知。
已经设计出在树脂制的管上焊接开有组件连接用孔地树脂平板、在弯曲成“コ”字状的金属薄板上焊接开有组件连接用孔的金属厚板、或者组合开组件连接用孔的金属厚板与树脂制的通水部等的集水水箱。
但是，在树脂制的管上焊接开有组件连接用孔的树脂平板，对于组件连接用平板的加工与金属相比，可以容易加工，但是，构成集水部的树脂制管与同样形状的金属相比，机械强度低。
为此，在用树脂性管制成集水水箱的情况，为了通过吹泡洗净等可以长期耐受集水水箱的弯曲应力，需要制成外径粗的集水水箱，由于与过滤无直接关系的部分变大，所以不能提高膜的积蓄效率。
另外，在因某些装置故障的原因而污泥附着在膜面的情况下，为消除故障，升起膜分离装置时，由于受到比一般作用还大的弯曲应力的作用，存在集水水箱破损的危险。为了避免这样的情况，既然要能够耐受一般的使用就需要设计宽的集水水箱，进一步降低了积蓄效率。
另外，存在有将开有组件连接用孔的金属厚板焊接在弯曲成“コ”字状的金属薄板上的集水水箱、组合开有组件连接用孔的金属厚板与树脂制的通水部的集水水箱。但是，这样的集水水箱，必须在金属厚板上进行连续地开多个组件的连接用孔的加工，而这样的加工是非常困难的操作。另外，对于和金属薄板的焊接，在纵向连续地进行变形少的焊接也是困难的。例如，用焊接制作长70cm的集水水箱时，由于焊接的热变形，在水平、垂直方向同时产生5～6cm的变形。因此，在变形的集水水箱上，整齐、并列地安装多个膜组件是困难的。
另外，由于焊接不充分，长时间使用中连接部分分离，有可能发生泄漏。
本发明是为解决所述问题而进行的，其目的是，提供重量轻、紧凑、加工性优异的同时，经过长时间可以用分离膜稳定地进行固液分离处理的集水水箱。
【发明内容】
即，本发明涉及的集水水箱是，具有可以连接多个膜组件、收集并导出来自各个膜组件的滤液的管状集水部，该管状集水部的纵向弹性系数小于等于4.0Gpa，同时管状集水部的至少一部分用具有4.0GPa～250GPa的纵向弹性系数的加强材料覆盖。
另外，当所述管状集水部由合成树脂构成时，由于可以容易并廉价地成型加工，所以优选。
另外，当垂直于所述管状集水部的纵向的截面积是4～36cm2时，由于可以以紧凑的大小流过充足量的滤液，所以优选。
另外，当所述管状集水部用多个部件串联连接构成时，由于可以得到任意长度的集水水箱，所以优选。
另外，当所述加强材料由金属、填料强化塑料、纤维强化塑料的任意一个构成时，因为强度高而优选。
再者，本发明还涉及膜组件单元，其是多个膜组件在所述结构的集水水箱中连接构成。
当所述膜组件是在矩形罩内收容片状的中空线膜束的端部并用固定部件液密式固定而形成的中空线膜组件时，由于可以提高膜的积蓄效率，所以优选。
【附图说明】
图1是表示本发明的集水水箱的一例的斜视图。
图2是表示本发明的集水水箱的一例的截面图。
图3是表示在本发明中使用的中空线膜组件的一例的斜视图。
【具体实施方式】
以下，详细说明本发明。
图1是表示本发明的集水水箱的一例的斜视图。图1中，管状集水部1具有在中央开有膜组件连接孔2的膜组件连接部3。管状集水部1的内部是中空的，其构成为了收集、流动来自膜组件的过滤水。在管状集水部的两端或一端设置过滤水导出口4。
管状集水部的材质，从成型加工容易考虑，优选树脂。例如可以列举氯乙烯树脂、聚烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚酯树脂、改性聚亚苯基醚树脂、聚甲醛树脂等的热塑性树脂。管状集水部1的材质，因为形状复杂而且核对部需要具有液密性，所以优选不加入强化填料的树脂。
作为管状集水部的形状，如图1所示，可以使与纵向垂直的截面形状为四边形，也可以做成其它的多边形和圆形、椭圆形等。
膜组件连接部3，即使在平板状部件上开有膜组件连接用孔也没有关系，也可以做成如图1所示的凸起状。由于做成凸起状时，成型时的变形少，可以保持精度，所以优选。进而，做成凸起状时，邻接的凸起之间用连接部件5连接成型，能够提高强度，所以优选。
图2是表示本发明的集水水箱的一例的截面图。管状集水部1，如图2所示，串联连接多个部件，可以形成一根管状集水部，这样可以容易地得到任意长度的集水水箱，所以优选。
图2的例子中，将可以连接5个膜组件大小作成一个区段来形成管状集水部1，对于各区段，设置在其一端的凸起通过密封材料7液密地嵌合在邻接的区段的内部。而且，两端用凸缘部固定。在凸缘部中，在两端或一端配置有过滤水导出口4。
如果在一个区段中可以连接的膜组件数过多，长度会变得过长。另一方面，可以连接的膜组件数过少，区段数量会过多而不经济。因此，在一个区段中可以连接的膜组件数，优选5～20个，更优选7～15个。
另外，各区段之间的连接方式没有特别的限制。根据组装加工性和使用目的，从机械连接方式、热熔融连接方式、粘合剂连接方式等中进行适当的选择。考虑到集水水箱的组装、拆卸的简便性和再利用，优选机械连接方式。
作为机械连接方式的例子，可以列举螺栓连接、用支杆和挡圈的连接、铆头模配合、压配合、铆接等。在螺栓连接中，必须考虑由于树脂的蠕变引起的连接松动和由于过度连接引起的蠕变破坏。对于铆头模配合，组装容易，但为了做到液密，必须经常在卡爪的弹簧上加力，从而必须考虑弹簧根部产生的应力来设计。因此，这些机械连接方式中，特别优选在成型品之间的连接部分不产生经常性的残余应力的、用支杆和挡圈连接的方法。
密封材料7可以适用O型圈、平衬垫、V型圈等，而密封性能可靠性高的O型圈为优选。密封材料7的材质，根据使用目的从腈橡胶、苯乙烯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等中适当选择。
垂直于管状集水部1纵向的截面积，要是太细则压力损失大，提高过滤量变得困难，另一方面，要是太粗则膜的积蓄效率下降，因此优选制成4～36cm2，更优选制成9～25cm2。
在管状集水部1的周围配置加强材料6。加强材料6要是可以得到必要的强度，不一定限制形状，但优选沿着管状集水部1的外径形状、包围管状集水部1而配置。另外，加强材料6可以全部包围管状集水部1，要是以包围除去膜组件连接部3的部分而配置，由于形状可以简单化，所以优选。
另外，加强材料6只要可以保持必要的强度，即使是网孔形状、格子形状也没有关系。
加强材料6是抵抗在集水水箱上产生的弯曲应力、旋转力矩，防止集水水箱变形的。在加强材料的纵向上施加垂直的拉伸或压缩应力时，其强度作为用应力和纵向的变形长度之比表示的纵弹性系数，为4.0～250GPa。
在集水水箱使用时期望的弯曲应力为60～100MPa。因此，要是加强材料6的纵弹性系数小于4.0GPa，则长期使用的强度是不充分。另一方面，对于纵弹性系数大于250GPa的材料，硬度过高而发脆，所以加工明显困难而并非优选。
通过在管状集水部1的周围配置加强材料6，管状集水部1可以使用纵弹性系数小于等于4.0GPa的材料，由此，既保持集水水箱的强度，又可以紧凑化的同时容易地进行加工。
另外，根据材质，纵弹性系数可以根据JIS K7113(塑料拉伸试验方法)、JIS Z2241(金属材料拉伸试验方法)、JIS K7054(玻璃纤维强化塑料拉伸试验方法)、JIS K7073(碳纤维强化塑料拉伸试验方法)等试验方法求出。
加强材料6的材质，优选耐腐蚀性、强度、加工性优异的，优选由金属、填料强化塑料、纤维强化塑料的任一个构成。作为金属的例子，可以列举不锈钢、钛、铝合金、镁合金等，另外，作为填料强化塑料或纤维强化塑料的例子，可以列举在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚甲醛树脂、改性聚亚苯基醚树脂等中含有填料或玻璃纤维、碳纤维等的物质，可以适宜地从上述物质中选择处于所述纵弹性系数范围的物质。
当作成膜组件单元时，连接的膜组件没有特别的限制，但是，要是使用平板状的膜组件，洗净性好、不易堵塞并可以长时间稳定过滤，所以优选。其中，要是使用如图3所示的，将中空线膜9平面展开、用固定部件10将其端部固定于支架11而形成的中空线膜组件12，可以保持良好洗净性的同时提高积蓄效率，所以优选。
作为中空线膜的材质，可以适用纤维素类、聚烯烃类、聚砜类、聚乙烯醇类、聚甲基丙烯酸酯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯等以往公知的物质，但是，从加工性、排气时的晃动对应性等观点看，优选使用高拉伸度的聚乙烯、聚丙烯等的聚烯烃类原材料。
将膜组件连接于集水水箱的方法，只要能液密式连接就可以，没有特别的限制。但是，通过在膜组件的过滤水导出口配以O型圈、然后将过滤水导出口插入在集水水箱上形成的孔而固定时，可以用简便的结构而液密地固定，而且可以拆卸膜组件，所以优选。
集水水箱可以根据膜组件的形状和过滤水导出口的数量做成任意数量，但是优选从各个膜组件流向集水水箱的过滤液流可以尽可能均等地流动而设置。例如，图3所示的中空线膜组件，在中空线膜两端有过滤水导出口8的情况，每一个膜组件单元可以设有两个集水水箱。另外，图3中，在中空线膜两端的集水管的一端设有过滤水导出口8，但在集水管的两端都设过滤水导出口8也没有关系。此时，每一个膜组件单元优选设有4个集水水箱。
进而，也可以以锯齿状态配置膜组件。此时，可以在一个集水水箱中以锯齿形态开有膜组件连接用孔而适用，也可以将2个集水水箱参差地排列。
另外，使用平面展开的片状中空线膜组件作为膜组件单元时，将片状面配置成垂直方向，有利于提高洗净效率而优选。此时，中空线膜的纤维轴方向，以水平方向或垂直方向而配置。
【具体实施方式】
以下，由实施例具体地说明本发明。
实施例1
注塑成型丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂(商品名：ダイヤペツトABS、SW3、三菱丽阳(株)制)，制作图2所示结构的、垂直于纵向的截面形状几乎是正方形的管状集水部。
每一区段上连接的膜组件数为10，通过丁腈橡胶制的O型密封材料，核对4个区段，然后用4mm的螺栓分别固定邻接的凸缘。
凸缘部分的形状是每边4mm的近似正方形、厚4mm。在管状集水部的两端，通过丁腈橡胶制O型圈构成的密封材料核对过滤水导出口，然后用4mm的螺栓分别固定。
对于管状集水部的全长，包覆除膜组件连接部之外的部分，将纵弹性系数200GPa、厚1.5mm的不锈钢板弯曲作为加强材料，做成高4.5cm、宽4.5cm、长84cm。
本实施例中制作的集水水箱的、相对于长度方向中心线的水平和垂直方向的变形，水平、垂直方向均小于等于1.5mm。
另外，在集水水箱上作用9.8×10-2N/m的等分布载荷时，最大弯曲力矩是0.9N×m，最大弯曲应力大约是87MPa，小于等于破坏应力的1/5，由于具有足够的强度，所以在使用过程中不会损坏。
产业利用的可能性
如果采用本发明的集水水箱，由于用具有纵弹性系数4.0～250GPa的加强材料包覆管状集水部的至少一部分，所以具有重量轻、紧凑、加工性优越、尺寸精度高并且具有足够的强度，所以可以长时间稳定地由分离膜进行固液分离处理。