JP2014172014A - 膜分離装置および膜分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 膜分離活性汚泥法の膜ユニット１０１に接続する処理水配管中に混入するエアを簡便かつ効率的にエア抜きする。
【解決手段】 被処理水Ａおよび活性汚泥が貯留される被処理水収容槽１０３と、被処理水収容槽１０３に浸漬設置され、被処理水Ａを膜ろ過して処理水Ｃを排出する膜ユニット１０１と、膜ユニット１０１の下方にあって、膜ユニット１０１に空気を供給する散気装置１０２と、膜ユニット１０１から得られる処理水Ｃが送液され、途中に分岐部１１５を有する処理水配管と、アスピレータ１０８と、途中にエア抜きバルブ１０９を有するエア抜き配管と、アスピレータ供給水供給手段に結合し、途中にアスピレータ供給水調整バルブ１０７を有するアスピレータ供給水配管と、途中にアスピレータ排水調整バルブ１１０を有するアスピレータ排水配管とを備えた膜分離装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、特に汚水処理のために高濃度微生物を保つ被処理水収容槽に、膜ユニットを浸漬して処理水を得る膜分離装置および膜分離方法に関する。

図１に、従来の膜分離活性汚泥法で使用される装置概略図を示す。被処理水収容槽１０３には、膜ユニット１０１、散気装置１０２を備えている。膜ユニット１０１は槽内に浸漬させて、膜ユニット１０１の下方には散気装置１０２を設置し、ブロアから供給した空気を用いて散気装置１０２から気泡を発生させて、膜ユニット１０１の表面に付着する汚泥を洗浄する。膜ユニット１０１には処理水配管を接続させており、処理水配管には吸引ポンプ１０６を設ける。吸引ポンプ１０６を稼働させると、膜ユニット１０１の分離膜の２次側が負圧となり、被処理水の膜分離が行われる。分離膜を透過した水は、透過水として排出される。また、処理水配管には圧力計１０４を設け、膜ユニット２次側の圧力が判るようにすることができる。また、処理水配管にはバルブと流量計１０５を設け、ろ過流量を確認しながらバルブを調整し、膜ユニットのろ過流束を調整することもできる。

また、従来の膜分離活性汚泥法の装置では、処理水配管に吸引ポンプを取り付ける方式（特許文献１）、もしくは膜ユニットが浸漬配置された被処理水収容槽の水位と処理水槽との水位差を駆動力として利用し、膜ユニットの２次側から処理水配管を経由して処理水を排出するろ過方式が採用されている。

このような膜分離活性汚泥法の膜ユニットの点検または交換を行う場合には、膜ユニットと処理水配管の接続部分を取り外して、膜ユニット１０１のみを取り出す必要がある。取り外した場合には処理水配管にエアが混入することとなる。処理装置の稼働初期においても同様で、配管の中はエアが混入されていることとなる。処理水配管にエアが混入した状態で吸引ポンプによる吸引を行うと、エアの吸い込みによりポンプの負荷が変化して、吸引作業が不安定となり、膜ユニットに負荷が掛かる。このため、処理水配管内に残存するエアを除去する必要がある。そこで、予め配管に注水する作業を加えて、吸引ポンプもしくは真空ポンプを処理水配管に新たに取り付けて強制的なエア抜きを行っている。

また、膜分離処理の負圧ろ過運転を行う際にも、処理水中に溶存している酸素や窒素が溶け出すことにより、処理水配管中でエアロックを起こさないように自給式ろ過ポンプや真空ポンプを利用した排除対策が採用されている。しかし、膜ユニットは被処理水収容槽に浸漬されているが、被処理水収容槽の水面が大気開放されると、膜ユニットは通水性を有するため、膜ユニットの処理水配管中にエアを抜くために水を注水する方法では、分離膜を介して被処理水収容槽へ処理水が流れてしまう。このため、被処理水収容槽の水面より高い位置に設置された処理水配管をエア抜きすることは困難であった。

一方、処理水配管の吸引ポンプにより強制的に配管中のエアを排除する方法では、ポンプ中にエアが導入された直後と、再び水が導入された直後にポンプの回転数が大きく変動し、処理水配管中の圧力を大きく変動させるため、分離膜に急激な圧力変動をもたらし、膜を破損または劣化させるという問題がある。また、この問題は、真空ポンプを利用した場合も同様である。

これらの問題に対し、処理水配管に別途の配管を繋ぎ、エア抜きタンクを設け、エア抜きタンクに、供給水量を制御しながら水を供給できるようにし、また、エア抜きタンクに、エア抜き速度を制御し、エアを抜けるようにした装置が提案されている（特許文献２）。しかし、この装置は、処理水配管の高い位置に別途タンクを設け、エア抜き配管と供給水配管を設け、それぞれの配管とバルブを設けるなど、タンクと配管とバルブなどの複雑な装置を設けなければならず、処理水配管中から溜まったエアを吸引して引き出す力が働いていないため、処理水配管とタンクを繋ぐ配管に不具合などがあった場合、溜まったエアがエア抜きタンク内の水と順調に置換できず、エア溜まりの状態が続く恐れがある。これは、処理水配管から、エア抜きタンクなど、処理水配管の外側にエアを吸引する力がないことが主な原因と考えられる。さらに、それらのバルブを、エア抜きのプロセスに合わせて開け閉めを繰り返さないと行けないなど、操作が複雑であった。人による操作を避けるために自動弁を設けることも可能だが、タンクの水位を測定する水位計など、設置を要する装置が増え、コスト高に繋がる恐れもあった。

特開２００７−０００７１２号公報 特許第５０４５７１３号公報

そこで、本発明では、上記従来技術の問題点を解決するために、膜分離活性汚泥法の膜ユニットに接続する処理水配管中に混入するエアを簡便かつ効率的にエア抜きすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明における膜分離装置および膜分離処理方法は、以下の構成のいずれかからなる。

（１）被処理水および活性汚泥が貯留される被処理水収容槽と、前記被処理水収容槽に浸漬設置され、前記被処理水を膜ろ過して処理水を排出する膜ユニットと、前記膜ユニットの下方にあって、前記膜ユニットに空気を供給する散気装置と、前記膜ユニットから得られる処理水が送液され、途中に分岐部を有する処理水配管と、アスピレータ供給水供給口とアスピレータ気体供給口とアスピレータ排出口とを有するアスピレータと、前記分岐部と前記アスピレータ気体供給口とに結合し、途中にエア抜きバルブを有するエア抜き配管と、アスピレータ供給水を供給するアスピレータ供給水供給手段と、前記アスピレータ供給水供給手段および前記アスピレータ供給水供給口に結合し、途中にアスピレータ供給水調整バルブを有するアスピレータ供給水配管と、前記アスピレータ排出口に結合し、途中にアスピレータ排水調整バルブを有するアスピレータ排水配管と、を備えた膜分離装置。

（２）前記アスピレータ排出口から排出される水の少なくとも一部を、前記アスピレータ供給水供給手段または前記アスピレータ供給水配管に還流する再利用配管をさらに備えた（１）に記載の膜分離装置。

（３）前記アスピレータ供給水供給手段と、前記エア抜きバルブと、前記アスピレータ供給水調整バルブと、前記アスピレータ排水調整バルブとに接続され、前記アスピレータ供給水供給手段からのアスピレータ供給水供給量と、前記エア抜きバルブの開度と、前記アスピレータ供給水調整バルブの開度と、前記アスピレータ排水調整バルブの開度とを調整可能な制御手段を備えた（１）または（２）に記載の膜分離装置。

（４）（３）に記載の膜分離装置を用いて被処理水を膜ろ過して処理水を得る膜分離方法であって、前記制御手段にエア抜き装置稼働時間を設定し、設定した前記エア抜き装置稼働時間に、前記アスピレータ供給水供給手段を稼働させ、前記エア抜きバルブと、前記アスピレータ供給水調整バルブと、前記アスピレータ排水調整バルブとを開とすることを特徴とする膜分離方法。

（５）前記アスピレータ供給水に薬液を添加することを特徴とする（４）に記載の膜分離方法。

本発明によれば、処理水配管に水を溜めるタンクなど複雑な設備を設けず、膜ユニットに急激な変動などを与えることなく、膜ユニットに安全、簡単かつ効率よく処理水配管中のエアを抜くことができる。

従来の膜分離活性汚泥法で使用する装置を示す概略図である。 本発明の一例を示す概略図である。 本発明の別の一例を示す概略図である。 本発明のさらに別の一例を示す概略図である。 本発明に適用されるアスピレータの例を示す概略図である。 本発明に適用されるアスピレータの別の例を示す概略図である。

以下、図２を用いて本発明について詳しく説明するが、本発明の内容はこの図の態様に限定されるものではない。

本発明の装置は、被処理水収容槽１０３に散気装置１０２を有した膜ユニット１０１を設置し、吸引ポンプ１０６を用いて吸引を行うことで処理水が得られる。被処理水収容槽１０３には活性汚泥を収容し、被処理水Ａを供給するが、被処理水Ａは下水、排水、工場廃水など、膜分離活性汚泥法で処理可能な汚染水であれば良い。

図２に示すように、膜ユニット１０１は被処理水収容槽１０３内の被処理水Ａを含む活性汚泥液中に浸漬される。膜ユニット１０１は、平膜を使用しても、中空糸膜を使用しても良いが、逆圧洗浄工程を行わないことから、平膜を使用した膜ユニットが好ましい。膜ユニット１０１は、分離膜を備えた複数の平膜エレメントが膜面平行となるように一定間隙をおいて配列されていることが好ましい。この平膜エレメントは、シート状の分離膜を備えたエレメントであり、例えば、樹脂や金属等で形成されたフレームの表裏両面に、シート状の分離膜を配設し、分離膜とフレームで囲まれた内部空間に連通する透過水出口をフレーム上部に設けた構造の平膜エレメントが用いられる。隣り合う平膜エレメントの間には一定の間隔（通常６〜１０ｍｍ）が空けられていて、この膜間空間を、被処理水の上昇流、特に後述する散気装置１０２から発生する気泡と被処理水との混合液の上昇流が流れる。

平膜エレメントは分離膜と取水部分を含み、必要に応じて支持板、流路材などを含んでいてもよい。当該分離膜はシート状であれば特に制限されず、必ず分離膜を通って平膜エレメントの中へ水が入る構造であればよい。また２枚の分離膜の間に支持板を設け、分離膜を平たい形に維持してもよい。また、２枚の分離膜の間、もしくは分離膜と支持板の間に流路材を設け、分離膜を平たい形に維持しながら、分離膜を通った透過水が取水部分に流れやすい構造にしてもよい。また平膜エレメントの大きさは３００ｍｍ×３００ｍｍ〜２，０００ｍｍ×２，０００ｍｍであることが好ましく、５００ｍｍ×１，０００ｍｍ〜５００ｍｍ×１，５００ｍｍがより好ましい。

なお、分離膜は一般に使われる多孔質膜であればよく、例えばポリフッ化ビニリデン系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などで作られた分離膜が挙げられる。中でもポリフッ化ビニリデン系樹脂で作られた分離膜が好ましく用いられる。分離膜の厚みは０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることが好ましく、０．１ｍｍ〜０．７ｍｍがより好ましい。

処理水は膜ユニット１０１内の各平膜エレメントの透過水出口から処理水配管を通じて得られる。処理水配管には透過水流量を調節できる流量調整弁１１１、透過水側の圧力測定のための圧力計１０４、透過水流量を測定する流量計１０５が設置されている。

また、膜ユニット１０１中の分離膜を透過した透過水を送水する処理水配管は、被処理水、処理水及び膜ユニット１０１の洗浄に使用する薬品洗浄液に対して安定なものであれば特に制限されず、プラスチック製、金属製の配管等が例示される。特に金属製が好ましい。また、処理水配管の態様としては、膜ユニット１０１一つにつき、一つの処理水配管が連通していることが設置や維持管理の点から好ましいが、複数の膜ユニット１０１の処理水配管に連通して使用すると、その分必要なエア抜き装置の数が減らすことができる。

ろ過の駆動力としては、例えば、吸引ポンプ１０６を作動させて処理水配管内を減圧することにより、被処理水収容槽１０３内の被処理水を分離膜によってろ過する。ろ液は、処理水配管を介して系外に取り出される。なお、処理水配管内を減圧するためにポンプ装置を設けずに水位差を利用してもよい。流束の調整のためにポンプを設置する場合、処理水配管の数と同じだけのポンプを設置してもよいが、処理水配管が連結していると、その分必要なポンプの数を減らすことができるためである。

本装置はさらに、処理水配管によって送液される透過水流量を制御する流量制御手段を備えることが好ましい。流量制御手段としては、具体的にはポンプ装置、流量調整用バルブなどが挙げられるが、特に消費エネルギー削減の点から流量調整バルブが好ましい。当該流量制御手段は、それぞれの膜ユニット１０１に備えても良いが、複数の膜ユニット１０１に連通している処理水配管に備えると、その分必要な流量制御手段の数を減らすことができる。

本発明の装置では、上記流量制御手段に代えて又は流量制御手段と共に、透過水のろ過時吸引圧力を計測する圧力測定手段を備えてもよい。透過水のろ過時吸引圧力とろ過停止圧力との運転差圧が測定できればよい。

被処理水収容槽１０３内の膜ユニット１０１の下方には、気泡を発生させるための散気装置１０２が設置される。散気装置１０２から噴出される空気によって、被処理水収容槽１０３内に気泡が発生する。噴出した気泡によるエアリフト作用によって生起する気液混合上昇流や気泡が膜ユニット１０１に流入し、これにより分離膜の膜面が洗浄され、膜間閉塞を防止することができ、さらに、分離膜面に付着・堆積し易いケーキ層の生成を抑制することができる。散気装置１０２は必要に応じて複数設置することができる。

散気風量は、５ＮＬ／ｍｉｎ／ＥＬ（「ＮＬ／ｍｉｎ／ＥＬ」は”normal liter per minute per element”を示す）から２０ＮＬ／ｍｉｎ／ＥＬまでであることが好ましく、１０ＮＬ／ｍｉｎ／ＥＬがより好ましい。散気装置による散気時間は、場合によっては間欠で行うこともできるが、常時散気が好ましい。

膜ユニットは１つであっても、２つ以上を使用しても良く、２つ以上の膜ユニットは並列でも、垂直に配置しても良い。膜ユニットには散気装置１０２を備えていてもよいが、一つの膜ユニットに１つの曝気装置を備えてもよく、膜ユニットを上下方向に積層する場合は、積層した膜ユニットが複数であっても、１つの曝気装置を備えても良い。

本発明に係る浸漬型膜分離装置及び膜分離方法について、汚泥を含む被処理水を対象として説明したが、活性汚泥の他に、河川水、湖沼水、地下水、海水、下水、排水、食品プロセス水などを被処理水とし、被処理水中の懸濁物を除去することによって、浄水処理、排水処理、飲料水製造、工業用水製造などの用途でも利用することが可能である。

また、本発明では、処理水配管に設けられた分岐部１１５から分岐させたエア抜き配管をアスピレータ１０８に接続させ、アスピレータ１０８に水を供給して流し、排水する際に発生する吸引力で処理水配管の中に溜まったエア抜きをすることができる。

また、本発明の処理水配管から分岐させアスピレータ１０８に繋ぐエア抜き配管は、処理水配管の中でもエアが溜まり易い場所に繋ぐことが好ましい。例えば、処理水配管の高い場所にアスピレータ１０８に繋がるエア抜き配管を備えると、処理水配管に溜まったエアを効率よく除去することができる。

また、本発明において処理水配管から分岐するエア抜き配管は、処理水配管より上方に分岐することが好ましく、処理水配管のエアが溜まる高い場所であることがより好ましい。エア抜き配管はアスピレータ１０８に接続される。分岐部１１５からアスピレータ１０８に繋がるエア抜き配管、アスピレータ１０８にアスピレータ供給水を供給するアスピレータ供給水配管およびアスピレータ排水配管は、処理水配管と同じく、被処理水、処理水及び膜ユニット１０１の洗浄に使用する薬品洗浄液に対して安定なものであれば特に制限されず、プラスチック製、金属製の配管等が例示される。特に、配管の経が細く、設置スペースが小さく、簡単に曲げることができる点からプラスチック製が好ましい。配管の径は、発生するエアの量、エア抜き時間、エア抜き頻度、処理水配管の径にもよるが、直径５ｍｍから１０ｃｍのものが好ましい。

また、本発明に使用されるアスピレータ１０８は、流体を導入する導入配管内に径が相対的に小さくなる小径配管部を設け、小径配管部に、略垂直方向に吸引口と連通する吸引配管を繋ぎ、導入配管から流体を供給することで、吸引口から流体を吸引することができるものを指す。アスピレータが上述のような構成をとることで、導入配管の相対的に径が大きい部分の断面積と、相対的に径が小さい小径配管部の断面積が異なることから、相対的に断面積が大きい部分に供給した流体が相対的に断面積が小さい小径配管部を通る際に、異なる断面積の差によって流体の流束が速くなる。この配管中の流束の差から配管内の圧力が低下して減圧状態となり、その結果吸引力が発生する。

減圧状態を作り出すことに関して、本発明に使用されるアスピレータ１０８では、水道を使用する場合には電源が不要で、故障が少なく、安価である。さらに、本発明においてアスピレータを使用する場合、真空度は水の蒸気圧に依存するため供給する水の温度によって異なり、例えば、水温２５℃では２３．８ｍｍＨｇ、水温２０℃では１７．５ｍｍＨｇまでしか到達できない。これは、処理水配管のエア抜きは必要だが、過度な吸引は膜ろ過運転に不具合を引き起こす恐れがある本発明の分離膜方法には最適である。さらに、膜ろ過運転で発生し、処理水配管内に混入するエアは、冬期に発生量が増えるため、水温が低下すると真空度が低下するアスピレータを使用することで、特別な装置を使用せず、かつ安全に真空度を高め、効率よくエア抜きを行うことができる。このように、本発明においてアスピレータを使用することで、１ｍｍＨｇ以下の真空度を持つ一般的な減圧装置より安全、簡単かつ安価で膜ろ過運転で発生し、処理水配管内に混入したエア抜きを行うことができる。

また、本発明に使用されるアスピレータ１０８は、処理水配管と同じく、被処理水、処理水及び膜ユニットの洗浄に使用する薬品洗浄液に対して安定なものであれば特に制限されず、プラスチック製、金属製の配管等が例示される。特に、安価で簡単に入手が可能なプラスチック製が好ましい。本発明に適用するアスピレータ１０８について、図５を用いて説明する。アスピレータ１０８は、アスピレータ供給水Ｄを供給する給水口２０１と、アスピレータ供給水が通りエア抜き配管から供給されるエアと混合されるノズル口と、エア抜き配管から供給されるエアＦが入る処理水配管連結口２０２と、内径が細くなるボトルネック２０４、アスピレータ供給水とエアが混合されてアスピレータ排水Ｅが排出される排水部２０５を備えている。本発明でのアスピレータ１０８は、上記部分の一部のみを備えても、アスピレータ供給水を給水口２０１に供給することでエアを処理水配管連結口２０２から吸引でき、アスピレータ供給水とエアの混合気液を排水口２０５から排出できるものであれば良い。また、アスピレータ１０８は、故障、閉塞や処理量を考え、１つでも、２つ以上を使用しても良い。

また、本発明に適用するアスピレータ１０８の他の一例を図６に示す。図６のアスピレータは図５のアスピレータに概ね類似する形状であるが、図５のアスピレータと比較してノズル口２０３からボトルネック２０４までの長さが短くなっており、アスピレータ１０８の長さを短くしたものとなっている。このように、図５に示したアスピレータ１０８の形状の他にも、アスピレータ供給水をアスピレータ供給水供給口に供給し、アスピレータ排出口に流れる際に、処理水配管連結口２０２からエアを吸引できる機能を持つものであれば、本発明に使用することができる。

本発明においてアスピレータ供給水Ｄは、水道水、膜透過水、活性汚泥など、液体であれば良く、アスピレータ供給水供給手段１１２を用いてアスピレータ１０８に供給する。アスピレータ供給水Ｄは、アスピレータ１０８の給水口２０１に供給され、排水口２０５に流すことができる液体であれば良いが、アスピレータ１０８を汚せないことでメンテナンス頻度が下がる点から、水道水が好ましい。

また、アスピレータ供給水供給手段１１２は、タンクを設け、アスピレータ供給水Ｄを入れ、タンク内のアスピレータ供給水とアスピレータとの水位差を用いて供給し、その際、供給する配管に流量制御バルブを設け、供給流量などを制御することもできる。また、ポンプにより供給し、その際、供給する配管に流量制御バルブを設け、供給流量などを制御することもできる。アスピレータ用供給水として水道水を使用する場合も、供給する配管に流量制御バルブを設け、供給流量などを制御することもできる。

また、本発明のアスピレータの給水口の径は、発生するエアの量、エア抜き時間、エア抜き頻度にもよるが、エアの流れが円滑に行われるように、内径１ｍｍから２００ｍｍのものが好ましく、アスピレータに供給するアスピレータ供給水の給水量の点から、内径が３ｍｍから５０ｍｍのものがより好ましい。

また、エア抜き配管から供給されるエアが入る処理水配管連結口２０２は、給水口２０１と排水口２０５を繋ぐ直線の配管に、１つ以上の処理水配管連結口がどのような方向からでも繋がっていれば良いが、給水口２０１と排水口２０５を繋ぐ直線と垂直になることが、エア抜き配管からアスピレータ１０８にエアが入りやすい点から好ましい。また、処理水配管連結口２０２の内径は、給水口２０１の内径と同じ、もしくはより小さい内径を備えれば良いが、効率良くエアを吸い込む点から、給水口２０１の内径の３０〜６０％の内径を持つことが好ましい。また、ノズル口２０３は、給水口２０１の内径より小さい内径を備えることで良いが、効率よくエアを吸い込む点から、給水口２０１の内径の１０〜４０％の内径を持つことが好ましい。また、ボトルネック２０４は、内径を一部小さくすることで、エアの吸い込み力を強くすることができ、給水口２０１の内径より小さい内径を備えれば良いが、効率良くエアを吸い込む点から、給水口２０１の内径の１０〜６０％の内径を持つことが好ましい。また、排水口２０５は、エアと給水の混合気液を排出できる構造であれば良く、給水口２０１の内径と同等もしくはより小さい内径を備えれば良いが、効率良くエアとアスピレータ供給水の混合気液を排出できる点から、給水口２０１の内径の５０〜８０％の内径を持つことが好ましい。

また、制御手段１１３は、タイマー機能を有し、設定時間によってバルブの開閉の制御ができるものであれば良い。制御手段は、エア抜きバルブ１０９と、アスピレータ供給水調整バルブ１０７と、アスピレータ排水調整バルブ１１０の開閉を制御できるものが好ましく、設定時間になると、処理水配管エア抜きバルブ１０９と、アスピレータ供給水調整バルブ１０７と、アスピレータ排水調整バルブ１１０を開放して、アスピレータ供給水をアスピレータ１０８に供給することで処理水配管のエア抜きを行うことができ、一定時間後にはバルブを閉止し、エア抜き操作を止めることができる。制御手段は、必要に応じて、ブロア、圧力計１０４、流量計１０５、吸引ポンプ１０６、アスピレータ供給水調整バルブ１０７、処理水配管エア抜きバルブ１０９、アスピレータ排水調整バルブ１１０、流量調整弁１１１、アスピレータ供給水供給手段１１２、薬液供給手段などと繋ぎ、ろ過運転を制御しながら行うこともできる。例えば、膜ろ過の際、分離膜の閉塞によって処理水配管のエア溜まりが多くなった場合は、圧力計１０４の値に導かれた基準値を設け、その基準値が所定値を超えると、吸引ポンプ１０６を止め、流量調整弁１１１を閉止し、アスピレータ供給水調整バルブ１０７とアスピレータ排水調整バルブ１１０を開放し、アスピレータ供給水供給手段１１２を稼働し、薬液供給手段を稼働し、処理水配管エア抜きバルブ１０９を開放することで、エア抜きを行うことができる。

また、膜処理水など、微生物を含み微生物が増殖可能な液体をアスピレータ供給水Ｄとして使用する場合、長時間の使用によりアスピレータの中に微生物が増殖し、アスピレータを閉塞することが考えられる。このように、アスピレータが何らかのものによって閉塞する可能性がある場合は、アスピレータ供給水Ｄに、薬液を添加することでアスピレータのメンテナンス頻度を下げ、寿命を長くすることができる。当該薬液は、アスピレータの中を洗浄できる薬液であれば良いが、酸化剤、殺菌剤、スケール防止剤、酸、アルカリなどを添加することで、アスピレータを閉塞する微生物やスケールを洗浄することができる。ここで、酸化剤は、アスピレータ供給水、配管やアスピレータに閉塞する有機物を分解することができ、殺菌剤は、アスピレータ供給水、配管やアスピレータで増殖する微生物を抑制することができ、スケール防止剤は、イオンや金属塩などの化学物質を溶解して閉塞を防ぐことができる。酸やアルカリは、有機物及び／又は無機物によるアスピレータの閉塞を防止することができる。使用する薬液は、前記薬液の１つでも良く、２つ以上を同時または順番に使用しても良い。

酸化剤としては、例えば次亜塩素酸ナトリウム、クロラミンなどが好ましく、アスピレータ供給水中の濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌになるように添加することが好ましい。殺菌剤としては、例えば２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、これらの塩およびこれらの混合物から選ばれた成分を有効成分とする殺菌剤や２，２−ジブロモ−３−ニトリロプロピオンアミド（ＤＢＮＰＡ）、硫酸などが挙げられ、アスピレータ供給水中の濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌになるように添加することが好ましい。スケール防止剤としては、例えばヘキサメタリン酸ナトリウム（ＳＨＭＰ）などが挙げられ、アスピレータ供給水中の濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌになるように添加することが好ましい。なお、前記以外でも、例えばクエン酸、塩酸、硫酸、シュウ酸、苛性ソーダなどの酸またはアルカリを使用することもできる。また、薬液の注入は、連続的でもよく、間欠的に行うこともできるが、薬液の使用量を減らすことができる面から、間欠的に注入することが好ましい。また、薬液の注入点は、アスピレータ供給水が貯留されるタンクなどからアスピレータを繋ぐアスピレータ供給水配管中であれば特に制限されないが、アスピレータ供給水配管およびアスピレータ供給水供給手段の洗浄も可能であることから、アスピレータ供給水供給手段より上流に設けることが好ましい。また、薬液の注入は、薬液タンクおよび薬液注入ポンプを設け、アスピレータを使用してエア抜きを行うことには関わらず注入して洗浄することができるが、エア抜きを行いながら行うことでアスピレータの内部を揺らしながら薬液と接触させることができる点から好ましい。

排水口２０５から排出されるアスピレータ排水Ｅは、被処理水収容槽１０３に入れることもでき、下水として排出することもできる。また、図３で示すように、アスピレータ供給水供給手段１１２に繋ぎ、アスピレータ排水Ｅの全部または一部を再度アスピレータ１０８の給水口２０１に供給し、再利用することもできる。また、アスピレータ供給水供給手段１１２の代わりにアスピレータ供給水配管に接続するようにしてアスピレータ排水Ｅを再利用することもできる。

例えば、アスピレータ１０８の排水口２０５から排出されるアスピレータ排水Ｅを回収する再利用配管１１６を用意し、アスピレータ排水Ｅを入れるタンクを含むアスピレータ供給水供給手段１１２と繋ぐ。その後、アスピレータ作動の際排出されるアスピレータ排水Ｅをアスピレータ供給水供給手段１１２のタンクに溜める。その後、溜まったアスピレータ排水Ｅをアスピレータ１０８に供給することが可能である。この際再利用する水の量は、タンクの大きさやアスピレータ１０８に供給する水の量、再利用する水の水質に応じて決めることが好ましい。さらに、再利用水に、前記薬液を入れることで、再利用する水の水質を保つことができ、再利用率や再利用可能な時間を長くすることができる。

本発明に使用するバルブは、処理水配管と同じく、被処理水、処理水及び膜ユニットの洗浄に使用する薬品洗浄液に対して安定なものであれば特に制限されず、プラスチック製、金属製の配管等が例示される。特に金属製が好ましい。また、当該バルブは、手動でも自動でも良く、必要に応じて、制御装置とタイマーなどと備え、定期的に一定頻度、一定流量、一定時間の間、処理水配管のエア抜きをすることができる。

このように、処理水配管に設けられた分岐部から分岐させたエア抜き配管をアスピレータに接続してエア抜きを行う本発明の膜分離装置および膜分離方法を適用することによって、処理水配管に水を溜めるタンクや水位計など複雑な設備を設けず、膜ユニットに急激な変動などを与えることなく、膜ユニットに安全、簡単かつ効率よく処理水配管中のエアを抜くことができる。

以下、本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例の態様のみに限定されるものではない。

（比較例１）
図１のように構成された装置を用いて、生活廃水を膜分離活性汚泥方法にて処理した。

表１にまとめて示す条件にて生活廃水の処理を行った。生活廃水を原水供給ポンプによって脱窒槽に導入して処理した後、その液を被処理水Ａとして被処理水収容槽１０３に導入した。被処理水収容槽１０３では散気装置１０２から供給される曝気によって好気性状態が維持され、かつ処理水のろ過が行われた。なお、ＭＬＳＳ濃度の維持のため、定期的に汚泥を、汚泥引き抜きポンプを用いて引き抜いた。膜ユニット１０１でのろ過運転は定流量運転を行った。

膜ユニット１０１は東レ（株）製ＴＭＲ１４０を使用し、平膜エレメント４０枚を入れて組み立てたものを使用した。平膜エレメントは、東レ（株）製のＴＳＰ−５０１５０エレメントを使用した。平膜エレメントは上部に取水ノズルを設けている大きさ１，６００ｍｍ×５００ｍｍの支持板の両面に分離膜を付着させた構造であり、分離膜の面積は１．４ｍ^２である。

比較例１では、処理水配管がエア抜き装置に接続されないまま、ろ過運転を開始して運転を行い続けた。ろ過運転を１ヶ月行うと、処理水配管の頭頂部にろ過水中のエアが溜まり、吸引ポンプ１０６の動作が不安定な症状が発生した。そのまま運転を続けると、溜まったエアが大量となり、処理水配管内にエアが多くなったため、吸引ポンプ１０６が空回転した。吸引ポンプ１０６が処理水を吸引できなかったため、吸引ポンプ１０６を停止し、その後再稼働させたところ、処理水配管の中にエアが入っていたため、吸引ポンプ１０６が大きく回転速度を上げ、溜まったエアを吸い込み、処理水配管から排出することができた。しかし、吸引ポンプ１０６の回転速度が速かったため、膜ユニット１０１にて処理する処理水量は設定した定格の処理水量を大きく上回り、膜ユニット１０１から一気に大量の処理水を吸引したことで、分離膜が閉塞してしまった。

（比較例２）
比較例２では、処理水配管の頭頂部に、エア抜きができるようにエア抜き手動バルブとエア抜き配管を設けた以外には、比較例１と同様にろ過運転を行った。エア抜き配管には、まず、真空ポンプを接続し、ろ過運転開始から３日目に、処理水配管にエアを抜くことを試みた。真空ポンプを稼働させ、エア抜き配管のエア抜き手動バルブを開けると、初期はエアが抜けたが、処理水も入ってきたため、真空ポンプが壊れ、それ以上エア抜きができなかった。真空ポンプを交換し、真空ポンプとエア抜き配管の間に水トラップ用の５Ｌタンクを設置して、再度エア抜きを試みたが、エアを抜いた後、直ぐにタンクが処理水で満たされ、また真空ポンプに水が入り、真空ポンプが壊れてしまった。また真空ポンプを交換し、真空ポンプとエア抜き配管の間に水トラップ用の５０Ｌタンクを設置して、再度エア抜きを試みたが、水トラップ用タンクを真空にするため１時間程度掛かり、エアを抜くことができなかった。

その後、真空ポンプを、水が入っても稼動可能な自給式ポンプに替え、エア抜きを試みた。エア抜き配管と自給式ポンプを繋ぎ、自給式ポンプを稼働し、エア抜き手動バルブを開けることでエア抜きを試みた。自給式ポンプは、できる限り吐出量が小さい１３Ｌ／ｍｉｎのものを使用した。しかし、エア抜きはできたものの、自給式ポンプの吸引力があまりにも強かったため、膜ユニット１０１で処理する処理水量が設定した定格の処理水量を大きく上回り、膜ユニット１０１から一気に大量の処理水を吸引したことで、分離膜が閉塞してしまった。

（実施例１）
実施例１では、図２のように構成された装置を用いてエア抜きを行ったこと以外は、比較例１と同じく生活廃水を膜分離活性汚泥方法にて処理した。

エア抜き装置は、処理水配管の頭頂部に分岐部１１５を設け、アスピレータ１０８を設け、アスピレータ供給水調整バルブ１０７、エア抜きバルブ１０９、アスピレータ排水調整バルブ１１０を設け、アスピレータ供給水供給手段１１２と配管で繋いだ。アスピレータ供給水Ｄは水道水を使用し、アスピレータ供給水供給手段１１２は１００Ｌのアスピレータ供給水タンクとアスピレータ供給ポンプを設け、アスピレータ供給水Ｄと繋がる配管をアスピレータ供給水タンクに繋いだ。また、アスピレータ供給水タンクが常時処理水で溜まるよう、アスピレータ供給水タンクに、レベルバルブを設置し、水道水配管と繋いた。また、前記アスピレータ供給水供給ポンプは、流量が５Ｌ／ｍｉｎ程度になるように設定した。さらに、制御手段１１３を設け、アスピレータ供給水調整バルブ１０７、エア抜きバルブ１０９、アスピレータ排水調整バルブ１１０およびアスピレータ供給水供給手段１１２のアスピレータ供給水供給ポンプの開閉、もしくは作動が制御できるようにした。

膜ろ過運転を開始してから３日後、制御手段１１３を操作し、アスピレータ排水調整バルブ１１０、アスピレータ供給水調整バルブ１０７を開けた後、アスピレータ供給水供給手段１１２を作動させ、アスピレータに水道水が流れるようにした。流れた水道水はアスピレータ排水Ｅとして下水道に流した。その後、また制御手段１１３を操作し、エア抜きバルブ１０９を開けると、処理水配管に溜まっていたエアが抜け出し、アスピレータ排水Ｅに水道水とともに流れて排出された。アスピレータ排水Ｅからエアが排出されないことを確認し、また制御手段１１３を操作し、稼働の場合と逆の順序でそれぞれのバルブおよびアスピレータ供給水供給手段１１２を閉めた。

上記作業を２回／週の頻度で行い、さらに、装置の外観検査などメンテナンスを１回／月の頻度で行い、１年間連続でろ過運転を行った。この１年間、エア溜まりによる処理水配管および吸引ポンプ１０６のトラブルは起こらず、メンテナンス作業時間も３０分／回程度で終わり、他の作業も円滑に行うことができた。

（実施例２）
実施例２では、図３のように構成された装置を用いて、アスピレータ排水Ｅの一部をアスピレータ供給水供給手段１１２のアスピレータ供給水タンクに還流した以外は、実施例１と同じく生活廃水を膜分離活性汚泥方法にて処理した。

その後、まず制御手段に、アスピレータ排水調整バルブ１１０を開け、アスピレータ供給水調整バルブ１０７を開け、アスピレータ供給水供給手段１１２を動かし、エア抜きバルブ１０９を開けるように設定し、同じ設定のまま２０分間稼働し、その後、前記設定の逆の順序でバルブやポンプを閉める、または停止するように設定した。さらに、前記設定が、指定した日付と時間に稼働するようにタイマーを設定した。設定した作動は、ろ過運転の開始から３日後を始め、それから２回／週の頻度で行うようにした。

ろ過開始から３日後、制御手段に設定した時間に前記エア抜き装置を確認すると、前記設定通りバルブやポンプが作動し、処理水配管に溜まっていたエアがアスピレータ排水Ｅから、アスピレータ１０８に供給した水道水と共に排出されることが確認できた。また、アスピレータ排水Ｅは、再利用配管１１６に流れ、アスピレータ供給水タンクに戻された。アスピレータ排水を確認すると、エア抜きはエア抜き開始から１２〜１７分で完了された。さらに確認すると、エア抜き装置が作動してから２０分後、前記設定したようにバルブやポンプが閉まる、または停止し、アスピレータ排水Ｅが排出されないことが確認できた。

その後、ろ過運転を引き続き行い、１年間連続ろ過運転を行った。その間、エア抜き装置に対しては、１回／１ヶ月の頻度で３０分／回程度、エア抜き装置の外観点検などのメンテナンスを行った。その結果、１年間エア溜まりによる処理水配管および吸引ポンプ１０６のトラブルは起こらず、作業時間も２時間／月程度で終わり、他の作業も円滑に行うことができた。

その後、前記アスピレータ供給水タンクに、有効塩素濃度が１００ｍｇ／Ｌになるように次亜塩素酸ナトリウムを添加した。引き続きろ過運転およびエア抜きを行い、１回／１ヶ月の頻度で３０分／回程度、エア抜き装置の外観点検などのメンテナンスを行った。その結果、１年間エア溜まりによる処理水配管および吸引ポンプ１０６のトラブルは起こらず、他の作業も円滑に行うことができた。

（実施例３）
実施例３では、図４のように構成された装置を用いてエア抜きを行ったこと、平膜エレメント２０枚入りの膜ユニットを２台使用したこと以外は、比較例１と同じく生活廃水を膜分離活性汚泥方法にて処理した。

エア抜き装置は、アスピレータ１０８の不具合や閉塞を回避し、流れる流量を十分にするためアスピレータ１０８を２個設け、２台の膜ユニット１０１にそれぞれ分岐部１１５およびエア抜きバルブ１０９を設け、アスピレータ供給水調整バルブ１０７、アスピレータ排水調整バルブ１１０を設け、制御手段１１３を設け、アスピレータ供給水供給手段１１２を設け、薬液供給手段１１４を設け、さらに、制御手段１１３に、アスピレータ供給水調整バルブ１０７、エア抜きバルブ１０９、アスピレータ排水調整バルブ１１０、アスピレータ供給水供給手段１１２、薬液供給手段１１４、吸引ポンプ、流量調整弁１１１を繋いで行った。アスピレータ供給水Ｄは膜処理水を使用し、アスピレータ供給水供給手段１１２はアスピレータ供給水タンクとアスピレータ供給ポンプを設け、膜処理水をタンクに溜めて使用した。制御装置１１３にはアスピレータ供給水供給手段１１２のアスピレータ供給ポンプを繋いだ。前記アスピレータ供給水タンクは１００Ｌのタンクを用意し、別途設置されていた膜処理水のタンクと膜処理水供給ポンプとに繋がる配管を繋ぎ、アスピレータ供給水タンクが常時膜処理水で溜まるようレベルバルブを設置した。さらに、前記アスピレータ供給水供給ポンプは、流量が５Ｌ／ｍｉｎ程度になるように設定した。

薬液供給手段１１４はタンクと薬液ポンプを設け、次亜塩素酸ナトリウムを入れた。薬液ポンプは、アスピレータ供給水供給手段１１２のポンプの流量から算出し、アスピレータ１０８に供給する供給水の中に有効塩素濃度が５０ｐｐｍ程度になるように設定した。

また、制御手段１１３にはタイマーを設け、それぞれのバルブやポンプが制御できるようにした。また、制御手段１１３には、それぞれのバルブやポンプを順次、設定時間の間動かすことができるようにした。

その後、まず制御手段に、アスピレータ排水調整バルブを開け、アスピレータ供給水調整バルブ１０７を開け、アスピレータ供給水供給手段１１２を動かし、薬液供給手段１１４を動かし、エア抜きバルブ１０９を開けるように設定し、その設定のまま２０分間稼働し、その後、前記設定の逆の順序でバルブやポンプを閉める、または停止するように設定した。さらに、前記設定が、指定した日付と時間に稼働するようにタイマーを設定した。設定はろ過運転の開始から３日後を始め、それから２回／週の頻度で行うようにした。

ろ過開始から３日後、制御手段に設定した時間に前記エア抜き装置を確認すると、前記設定通りバルブやポンプが作動し、処理水配管に溜まっていたエアがアスピレータ排水Ｅから、アスピレータ１０８に供給した膜処理水と共に排出されることが確認できた。アスピレータ排水を確認すると、エア抜きはエア抜き開始から１２〜１７分で完了された。さらに２０分後確認すると、前記設定したようにバルブやポンプが閉まる、または停止し、アスピレータ排水Ｅが排出されないことが確認できた。

その後、ろ過運転を引き続き行い、１年間連続ろ過運転を行った。その間、エア抜き装置については、１回／１ヶ月の頻度で３０分／回程度、エア抜き装置の外観点検などのメンテナンスを行った。その結果、１年間エア溜まりによる処理水配管および吸引ポンプの問題は起こらず、他の作業も余裕を持って行うことができた。

その後、制御手段１１３の設定を変え、エア抜き作業を行う際には膜ろ過の吸引ポンプを停止し、流量調整弁１１１を閉め、アスピレータに供給水を流す時間を１０分にした。その後、引き続き膜ろ過運転を行った。エア抜き装置の作動設定時間にアスピレータ排水を確認すると、エア抜き開始から５〜８分でエア抜きが完了された。

その後、ろ過運転を引き続き行い、１年間連続ろ過運転を行った。その間、エア抜き装置については、１回／１ヶ月の頻度で３０分／回程度、エア抜き装置の外観点検などのメンテナンスを行った。その結果、１年間エア溜まりによる処理水配管および吸引ポンプのトラブルは起こらず、アスピレータに使用する膜処理水の量も減らすことができ、他の作業も円滑に行うことができた。

本発明は、膜分離活性汚泥法の分離膜ろ過の際に、処理水配管に発生するエアについて、処理水配管に設けられた分岐部から分岐させたエア抜き配管をアスピレータに接続してエア抜きを行う本発明の膜分離装置および膜分離方法を適用することによって、処理水配管に水を溜めるタンクや水位計など複雑な設備を設けず、膜ユニットに急激な変動などを与えることなく、膜ユニットに安全、簡単かつ効率よく処理水配管中のエアを抜くことができ、膜分離運転をより簡便かつ効果的に行うことができる。

１０１ 膜ユニット
１０２ 散気装置
１０３ 被処理水収容槽
１０４ 圧力計
１０５ 流量計
１０６ 吸引ポンプ
１０７ アスピレータ供給水調整バルブ
１０８ アスピレータ
１０９ エア抜きバルブ
１１０ アスピレータ排水調整バルブ
１１１ 流量調整弁
１１２ アスピレータ供給水供給手段
１１３ 制御手段
１１４ 薬液供給手段
１１５ 分岐部
１１６ 再利用配管
２０１ 給水口
２０２ 処理水配管連結口
２０３ ノズル口
２０４ ボトルネック
２０５ 排水口
Ａ 被処理水
Ｃ 処理水
Ｄ アスピレータ供給水
Ｅ アスピレータ排水
Ｆ エア

Claims (5)

1. 被処理水および活性汚泥が貯留される被処理水収容槽と、前記被処理水収容槽に浸漬設置され、前記被処理水を膜ろ過して処理水を排出する膜ユニットと、前記膜ユニットの下方にあって、前記膜ユニットに空気を供給する散気装置と、前記膜ユニットから得られる処理水が送液され、途中に分岐部を有する処理水配管と、アスピレータ供給水供給口とアスピレータ気体供給口とアスピレータ排出口とを有するアスピレータと、前記分岐部と前記アスピレータ気体供給口とに結合し、途中にエア抜きバルブを有するエア抜き配管と、アスピレータ供給水を供給するアスピレータ供給水供給手段と、前記アスピレータ供給水供給手段および前記アスピレータ供給水供給口に結合し、途中にアスピレータ供給水調整バルブを有するアスピレータ供給水配管と、前記アスピレータ排出口に結合し、途中にアスピレータ排水調整バルブを有するアスピレータ排水配管と、を備えた膜分離装置。
2. 前記アスピレータ排出口から排出される水の少なくとも一部を、前記アスピレータ供給水供給手段または前記アスピレータ供給水配管に還流する再利用配管をさらに備えた請求項１に記載の膜分離装置。
3. 前記アスピレータ供給水供給手段と、前記エア抜きバルブと、前記アスピレータ供給水調整バルブと、前記アスピレータ排水調整バルブとに接続され、前記アスピレータ供給水供給手段からのアスピレータ供給水供給量と、前記エア抜きバルブの開度と、前記アスピレータ供給水調整バルブの開度と、前記アスピレータ排水調整バルブの開度とを調整可能な制御手段を備えた請求項１または２に記載の膜分離装置。
4. 請求項３に記載の膜分離装置を用いて被処理水を膜ろ過して処理水を得る膜分離方法であって、前記制御手段にエア抜き装置稼働時間を設定し、設定した前記エア抜き装置稼働時間に、前記アスピレータ供給水供給手段を稼働させ、前記エア抜きバルブと、前記アスピレータ供給水調整バルブと、前記アスピレータ排水調整バルブとを開とすることを特徴とする膜分離方法。
5. 前記アスピレータ供給水に薬液を添加することを特徴とする請求項４に記載の膜分離方法。

Images