(実施の形態1)
 以下、本発明の実施の形態を図面に基づい� ��説明する。図1および図2において、浸漬型� �分離装置11は膜分離手段として複数の膜エレ メント12を適当な間隔で並列に配置してなり� ��膜エレメント12の相互間に流路を形成して� �る。膜分離手段には、本実施の形態に係る� �エレメント12に限らず、中空糸膜やセラミッ クチューブ膜などの種々の形式のものを使用 できる。

 膜エレメント12は、膜支持体である矩形� �平板状のろ板13に、その表面を覆って有機膜 からなるろ過膜14を配置し、ろ過膜14を周縁� �でろ板13に接合したものである。膜支持体に は、樹脂製のろ板13の他に、シート状の不織� ��、ネット等がある。膜エレメント12の下方� �は曝気用の気体を散気する散気装置15を配置 している。浸漬型膜分離装置11は処理槽16の� �処理液17に浸漬して使用する。

 膜エレメント12は、駆動圧力を受けてろ� �膜14で被処理液17をろ過するものであり、駆� ��圧力として処理槽16の槽内の水頭圧を与え� �場合、あるいはろ過膜14の内側に負圧を駆動 圧力として与える場合がある。

 浸漬型膜分離装置11は、膜エレメント12の 周囲の側面を囲む壁体18を有し、壁体18で囲� �れた内部領域に下部開口18aから上部開口18b� �至る流路を形成しており、内部領域に膜エ� �メント12を配置している。

 本実施の形態では、膜エレメント12と壁� �18とが別体である。しかしながら、膜エレメ ント12の両側部に壁体18の一部をなす部位を� �け、膜エレメント12を配列することで膜エレ メント12の両側位置に壁体18を形成すること� �可能である。

 本実施の形態では、上下方向において膜� ��レメント12の上端が上部開口18bに対応し、� �エレメント12の下端が下部開口18aに対応して いる。しかしながら、壁体18で形成する内部� ��域は膜エレメント12より長く形成すること� �可能であり、上部開口18bが膜エレメント12の 上端より上方に位置し、下部開口18aが膜エレ メント12の下端より下方に位置することも可� ��である。

 壁体18の上端位置には整流部をなす整流� �19を設けており、整流板19の形状は後に詳述� ��る。整流板19は膜エレメント12の配列方向と 直交する方向において相対向する位置と、膜 エレメント12の配列方向において相対向する� ��置とに配置している。

 整流板19を設ける態様は、図1に示すよう� ��、上部開口18bの四辺の全周にわたって設け� ��ものに限らず、図10に示すように、膜エレ� �ント12の配列方向と直交する方向において相 対向する位置にのみ整流板19を設けることも� ��能である。

 この理由は、クロスフローの偏流が主と� ��て膜エレメント12の幅方向において生じる� �とにあり、膜エレメント12の幅方向の両側、 つまり膜エレメント12の配列方向と直交する� ��向において相対向する位置にのみ整流板19� �設けることでも本願発明は実現できる。

 さらに、本実施の形態では膜エレメント1 2を1列に配置した構成を開示している。しか� ��ながら、膜エレメント12を複数列で配置す� �場合には複数列の膜エレメント12を隔てた位 置に整流板19を配置することも可能である。

 例えば、図11に示すように、複数の浸漬� �膜分離装置を相互に隣接して配置し、列を� �す複数の浸漬型膜分離装置における配列方� �の外側位置にのみ整流板19を配置することも 可能である。この場合にあっても、膜エレメ ント12の配列方向と直交する方向において相� ��向する位置にのみ整流板19を設けることも� �能である。

 整流板19は、壁体18の上端位置から斜め上 方へ、つまり上部開口18bの鉛直方向における 上方領域の内側に向けて突出する形状を有し 、壁体18の内側縁近傍領域に臨んで上部開口1 8bに対向している。整流板19は、壁体18の上部 開口から離れるほどに双方の整流板19の間の� ��離が漸次に小さくなる形状をなし、双方の� ��端間が最小離間距離の最小離間部をなす。

 しかしながら、整流板19は、壁体18と一体 的な構造である必要はなく、壁体18の上端か� ��離れた位置に、つまり壁体18の上端近傍か� �延びる形状とすることも可能であり、壁体18 の周囲を囲む形状とすることも可能であり、 整流板19の途中位置において最小離間部を形� ��することも可能である。いずれにしても、� ��流板19は上部開口18bの鉛直方向における上� �領域の内側へ向けて突出している。

 また、図5に示すように、整流板19は平板� ��に限定するものではなく、凹面や凸面とす� ��ことも可能であり、曲面や屈曲した面を採� ��することも可能である。さらに、整流板19� �して利用可能な素材には、孔の無い部材に� �らず、パンチングメタルの様な孔の有る部� �や、スリットを有する部材がある。

 以下に、上記した構成の作用を説明する� ��ろ過運転時には、散気装置15から被処理液� �に空気を曝気し、被処理液中に気液混相の� �昇流を生じさせる。この上昇流により被処� �液17をクロスフローで膜エレメント12の膜面� ��沿って供給するとともに、膜エレメント12� �膜面を洗浄する。

 上昇流は、膜エレメント12の膜面に沿っ� �内部領域を流れ、上部開口18bから整流板19の 最小離間距離の最小離間部を通過して処理槽 16の上方領域に流れ出る。そして、処理槽16� �上方領域で反転して下降流となり、浸漬型� �分離装置11の側方領域を流れ、循環流を形成 する。

 このため、上部開口18bの内側縁近傍領域� ��つまり膜エレメント12の両側部近傍領域か� �流れ出る上昇流にあっても、上部開口18bか� �直接的に下降流となることはなく、一旦、� �流板19の最小離間距離の最小離間部を通過し て処理槽16の上方領域に流れ出て後に反転し� ��下降流となるので、上昇流に含まれた気泡� ��処理槽16の上方領域で離間し、被処理液の� �面上に解放され、下降流が気泡を連行する� �とを抑制できる。

 この際に、上部開口18bの内側縁近傍領域� ��つまり膜エレメント12の両側部近傍領域か� �流れ出る上昇流に対して、上部開口18bに臨� �で対向する整流板19が抵抗として作用する。 このため、膜エレメント12の両側部近傍領域� ��流れる上昇流の流れが抑制され、結果とし� ��上昇流が膜エレメント12の膜面の全体に均� �に流れる状態に近いものとなる。

 よって、上昇流、つまりクロスフローの� ��様をろ過膜の膜面の全体に均一に流れる状� ��に近いものとすることができ、ろ過膜の膜� ��の各部位におけるクロスフローの流速が等� ��くなる状態に近いものとすることができる� ��

 下降流が気泡を連行することを抑制する� ��とで、下降流の流れを阻害する要因をなく� ��て下降流の円滑な流れを実現し、結果とし� ��ろ過膜14の膜面の各部位におけるクロスフ� �ーの流速を大きくすることができる。

 したがって、限られた容積の処理槽内に� ��り大きな浸漬型膜分離装置11を配置する場� �や、より多くの浸漬型膜分離装置11を配置す る場合にあっても拡散作用および洗浄作用を 十分に発揮することができる。

 以下に、本発明の浸漬型膜分離装置に係� ��解析について説明する。図3において、(a)は 整流板を設けた本願発明の構成のモデルを示 し、(b)は整流板を設けていない従来の構成の モデルを示している。図4は本願発明の構成� �部分的に示している。図3および図4において 、散気箇所30は図1および図2における散気装� �15に相当するものであり、他の構成要素には 図1および図2における符号を付して説明する� ��また、膜エレメント12の膜面上には、4つの� ��定点、下方から上方へ順次にline1、line2、lin e3、line4を設定している。

 この解析においては、図5に示すように、整 流板19の形態の相違によって8つのモデルを設 定し、整流板19を設けていないモデルを対照� ��準としている。以下に各モデルを説明する� ��
モデル1.
 図5(a)に示すように、整流板19は、平板面を� ��し、上部開口18bの流路断面に対して60°に傾 斜し、かつ整流板19の長さが200mmであり、最� �離間距離が300mmである。
モデル2.
 図5(a)に示すように、整流板19は、平板面を� ��し、上部開口18bの流路断面に対して60°に傾 斜し、かつ整流板19の長さが100mmであり、最� �離間距離が400mmである。
モデル3.
 図5(b)に示すように、整流板19は、平板面を� ��し、上部開口18bの流路断面に対して30°に傾 斜し、かつ整流板19の長さが200mmであり、最� �離間距離が154mmである。
モデル4.
 図5(b)に示すように、整流板19は、平板面を� ��し、上部開口18bの流路断面に対して30°に傾 斜し、かつ整流板19の長さが100mmであり、最� �離間距離が327mmである。
モデル5.
 図5(c)に示すように、整流板19は、上部開口1 8bに対して凹面の円弧状をなし、円弧の弦が� ��部開口18bの流路断面に対して60°に傾斜し、 かつ弦の長さが200mmであり、最小離間距離が3 00mmである。
モデル6.
 図5(d)に示すように、整流板19は、上部開口1 8bに対して凸面の円弧状をなし、円弧の弦が� ��部開口18bの流路断面に対して60°に傾斜し、 かつ弦の長さが200mmであり、最小離間距離が3 00mmである。
モデル7.
 図5(e)に示すように、整流板19は、屈曲した� ��状をなし、上部開口18bの流路断面に対して� ��直な部位と平行な部位からなり、垂直な部� ��の長さが100mm、平行な部位の長さが100mmであ り、最小離間距離が300mmである。
モデル8.
 図5(f)に示すように、整流板19は、屈曲した� ��状をなし、各辺が上部開口18bの流路断面に� ��して45°に傾斜し、各辺の長さが141mmであり� ��最小離間距離が300mmである。
モデル9.
 図5(g)に示すように、整流板19を設けない構� ��である。
解析条件
 解析ソフト;Fluent ver6.3
 解析モデル;2D、倍精度、混相流(二流体Euler- Euler)、膜分離装置の下方での単位面積当たり 曝気量2m ³ /min、膜エレメント幅500mm
結果
 1.モデル1~モデル8の全てにおいて、散気箇� �30より曝気を行なうことで、壁体18の内外に� ��たって循環流が形成される。

 2.モデル1~モデル8の全てにおいて、循環� �は膜エレメント12の幅方向の側部に近いほど に速くなる傾向にあり、膜エレメント12の幅� ��向の中央側に近いほどに遅くなる傾向にあ� ��、この傾向は流れが上昇するにしたがって� ��著になった。

 図7は、モデル1における流速の変化を示� �ものであり、膜エレメント12の膜面上のline1� ��line2、line3、line4の各位置におけるクロスフ� ��ーの流速を示しており、膜エレメント12の� �方向の端である膜端から膜エレメント12の幅 方向の中央側に近いほどに遅くなる傾向を示 しており、この傾向は下位の測定点から上位 の測定点に移動するほどに顕著となる。

 図8は、モデル9における流速の変化を示� �ものであり、モデル1と同様の傾向を示して� ��る。しかしながら、モデル1の傾向に比べて 、膜エレメント12の幅方向の端である膜端か� ��膜エレメント12の幅方向の中央側に近いほ� �に遅くなる傾向が大きくなる。

 すなわち、整流板19の存在によって、膜� �レメント12の膜面上におけるクロスフローの 流速の偏在が緩和された。

 表2、表3は、モデル1~モデル9におけるク� �スフローの流速を示し、膜エレメント12の膜 面の全体での平均流速および最大流速、line4� ��おける平均流速および偏差を示している。

 表2、表3に示すように、整流板19のないモ デル9に比べて、整流板19を設けるモデルにお いて平均流速が大きくなる傾向を示す。ただ し、モデル3を除く。また、偏差も整流板19を 設けるモデルにおいて小さくなる傾向を示す 。

 特にモデル1、モデル4、モデル5、モデル7 では流速、偏差がともに改善している。モデ ル3では整流板19の間での抵抗が大きくなり過 ぎて、モデル9より平均流速が低下した。

 図9はモデル1とモデル9とにおける平均流� ��の分布を示すものであり、膜エレメント12� �幅方向の端である膜端から膜エレメント12の 幅方向の中央側に近いほどに遅くなる傾向が あり、整流板19を設けるモデル1における偏差 が整流板19のないモデル9の偏差に比べて小さ くなることが分かる。

 次に、図6に示すように、整流板19の間の� ��小離間部における開口割合が異なる10のモ� �ルを設定して解析した。開口割合(%)は装置� �に対する最小離間部における最小離間距離� �割合であり、最小離間距離/装置幅×100によ� �求める。各モデルの最小離間距離および開� �割合は表4および表5に示す。

 全モデル10-19において装置幅は500mmである 。図6(a)および表4に示す各モデル10-14におい� �、整流板19は上部開口18bの流路断面に対して 15°に傾斜し、図6(b)および表5に示す各モデル 15-19において、整流板19は上部開口18bの流路� �面に対して60°に傾斜する。

 モデル10.最小離間距離200mm、開口割合40%、� �デル11.最小離間距離250mm、開口割合50%、モデ ル12.最小離間距離300mm、開口割合60%、モデル1 3.最小離間距離400mm、開口割合80%、モデル14.� �小離間距離450mm、開口割合90%、モデル15.最小 離間距離150mm、開口割合30%、モデル16.最小離� ��距離200mm、開口割合40%、モデル17.最小離間� �離300mm、開口割合60%、モデル18.最小離間距離 400mm、開口割合80%、モデル19.最小離間距離450m m、開口割合90%
 先に図5gおよび表3において示した整流板19� �ないモデル9に比べて、表4、表5に示すよう� �、整流板19の傾斜角度に関係なく、開口割合 が50%-90%であるモデル11-14および17-19モデルに� ��いて平均流速が大きくなる傾向を示す。

 さらに、好ましい結果として、開口割合� ��50-60%であるモデル11、モデル12、モデル17で� ��、平均流速が大きくなるとともに、偏差が� ��さくなる傾向を示す。

 以上の結果より、整流板の設置は膜間の� ��流速と偏差の改善に効果があること、およ� ��膜間の液流速と偏差の改善は整流板の形状� ��りも最小離間部の開口割合の大きさに依拠� ��ることが確認できた。整流板19が、クロス� �ローに対して抵抗となる存在にも拘らず、� �差の改善および平均流速の向上に効いてい� �理由としては以下の要因が考えられる。

 クロスフローは気泡流に依拠しており、� ��ロスフローによって槽全体に循環流が発生� ��る。気泡自体は自らの浮力によって上方向� ��移動しつつ、循環流の流れに乗って膜エレ� ��ント12の幅方向の端部側に集まる。

 気泡が上部開口18bから直ちに下降流に巻� ��込まれると、その気泡は上昇流の駆動力で� ��なくなり、下降流中に渦が発生する要因と� ��り、下降流の流れを阻害してエネルギーロ� ��が生じる。

 上述した現象により、気泡流に依拠する� ��ロスフローの流速が膜エレメント12の膜面� �の位置によって異なるものとなる。

 しかしながら、整流板19が循環流による� �泡流の連行を抑制し、気泡流を処理槽の液� �に向けて上方へ導き、気泡が処理槽の液面� �に解放されることで、下降流中に渦が発生� �ることを抑制するとともに、渦の発生位置� �浸漬型膜分離装置から遠ざけることができ� �その結果、クロスフローの流速の不均一性� �つまり偏差が改善され、平均流速が向上す� �。また、開口割合が50%-90%であれば本発明を� ��現できる。