JP3464769B2 - 膜分離装置 - Google Patents

膜分離装置

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JP3464769B2
JP3464769B2 JP07965099A JP7965099A JP3464769B2 JP 3464769 B2 JP3464769 B2 JP 3464769B2 JP 07965099 A JP07965099 A JP 07965099A JP 7965099 A JP7965099 A JP 7965099A JP 3464769 B2 JP3464769 B2 JP 3464769B2
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Activated Sludge Processes (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば下水、工場
廃水等の有機性廃水を浄化する膜分離装置に係り、より
詳細には処理水槽内の被処理水中に浸漬された膜ユニッ
トの洗浄も行う膜分離装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、下水、工場廃水などの有機性
廃水を固液分離する装置として膜分離装置がよく知られ
ている。膜分離装置は、投入される有機性廃水をその廃
水中に浸漬配置された膜ユニットによって膜分離して浄
化する装置である。こうした膜分離装置としては、例え
ば特開平8−257581号公報に開示されるものが知
られている。この装置においては、膜ユニットは、ケー
シングと、その内部に適当な間隔で複数配列された平板
状の膜エレメントとを備えている。さらに、有機性廃水
には顆粒状の活性炭等の浮遊体が投入され、膜エレメン
トの下方で有機性廃水に空気が供給される。そうする
と、膜ユニットの内側で上昇流、外側で下降流が形成さ
れ、これに伴って浮遊体が有機性廃水中で循環流動する
ようになり、膜分離処理と同時に浮遊体による膜エレメ
ントの洗浄が図られる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の公報に記載の膜分離装置においては、膜エレメ
ントの膜が比較的短期間で閉塞し、膜分離処理を長時間
にわたって継続することができない場合があった。
【0004】そこで、本発明は、上記事情に鑑み、膜の
閉塞を十分に防止することができる膜分離装置を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【発明が解決しようとする手段】本発明者らは、前述し
た従来の問題点について検討した結果、浮遊体として、
有機性廃水中で浮上するものを用いた場合、一旦上昇し
た浮遊体の中に下降しないで上部にとどまる浮遊体が存
在する場合があり、こうした浮遊体が増加すると、有機
性廃水中で循環流動する浮遊体の量が減少し、膜エレメ
ントの洗浄が十分に行われなくなり、結果として膜が比
較的短期間で閉塞することを見出した。そこで、本発明
者らは、さらに鋭意研究を進めた結果、処理槽を横切る
平面における開口面積と膜ユニットの占有面積の比を特
定範囲とすることで浮遊体を十分に循環流動させること
ができ、膜面の閉塞を十分に防止できることを見出し
た。
【0006】即ち、本発明は、被処理水を受容する処理
水槽と、処理水槽内の被処理水中に浸漬配置される膜ユ
ニットと、処理水槽内の被処理水中で浮上する浮遊固体
と、被処理水中で浮遊固体を散気によって循環流動させ
る散気装置とを備える膜分離装置において、処理水槽を
横切る平面における処理水槽の開口面積T(m2)と膜
ユニットの占有面積M(m2)との比が下記式: 0.15≦M/T≦0.9 (1) を満たすことを特徴とする。
【0007】この場合、散気装置によって浮遊固体が被
処理水中で循環流動する。通常は、浮遊固体は膜ユニッ
ト内で上昇し、膜ユニットの外側で下降して循環流動す
る。このとき、循環流によって、膜ユニットの外側では
浮遊固体に十分な下降速度が与えられる。このため、膜
分離を継続しても、循環流動する浮遊固体の減少が防止
され、浮遊固体による膜面洗浄が十分に行われる。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の膜分離装置の実施
形態について説明する。
【0009】図1は、本発明の膜分離装置の一実施形態
を概略的に示す縦断面図、図2は、図1の膜分離装置の
横断面図である。図1に示すように、膜分離装置は、被
処理水流入ラインL1と、被処理水流入ラインL1に設
置される流入ポンプ1と、被処理水流入ラインL1を通
して被処理水2を受容する処理水槽3とを備えている。
処理水槽3内には被処理水2が収容され、活性汚泥が投
入されるようになっている。処理水槽3の被処理水2中
には、膜ユニット4が浸漬されている。
【0010】図2に示すように、膜ユニット4は、適当
な間隔で並設される複数の平板状の膜エレメント4a
と、これらの四方を囲む角筒状のケース4bとを備えて
いる。膜エレメント4aとしては、被処理水2を処理水
と固形物とに分離するものであれば特に制限されず、例
えば逆浸透膜、ナノ膜、限外ろ過又はミクロろ過膜、中
空糸膜等が用いられる。なお、膜ユニット4は、ケース
4bに代えて、角材等により膜エレメント4aを支持す
るように組み立てられるエレメント支持枠(図示せず)
を備えてもよい。
【0011】図1に示すように、膜エレメント4aのそ
れぞれには集水管が接続され、集水管は1本の排出ライ
ンL2に接続されている。排出ラインL2には吸引ポン
プ5が取り付けられている。また、膜分離装置は散気装
置6を備えている。散気装置6は、膜エレメント4aの
エアスクラビングを行うと共に処理水槽3の被処理水2
の槽内循環流を形成するものである。散気装置6は、例
えば膜エレメント4aの下方に配設されて気泡7を発生
させる散気管8と、散気管8にラインL3を介して接続
されるブロワ9とからなる。
【0012】被処理水2中には浮遊固体10が存在す
る。浮遊固体10としては、被処理水2中で浮上するも
の、即ち流動化し易くかつ比重が1より小さいものが用
いられる。被処理水2中で浮上した浮遊固体10を用い
るのは、浮上しない浮遊固体を用いる場合に比べて、処
理水槽の底部での滞留がなく、また分離、回収が容易で
あるからである。但し、比重は0.3以上のもの、好ま
しくは0.5以上のものが用いられる。比重が0.3未
満では、浮遊固体10が循環流動しにくくなる傾向があ
るからである。浮遊固体10の粒径は、隣り合う膜エレ
メント4a間での閉塞を起こさない大きさであれば特に
制限されないが、回収や流出防止の点からは0.5〜3
mm程度が好ましい。浮遊固体10の形状は、例えばビ
ーズ状、粒状、柱状、中空状でもよいが、膜表面の損傷
を小さくする観点からはビーズ状であることが好まし
い。浮遊固体10の材質としては、例えばポリプロピレ
ン、ポリエチレン等のプラスチックが用いられる。ま
た、浮遊固体10の処理水槽3への添加量は例えば容積
比で3〜10%程度である。
【0013】こうした構成の膜分離装置では、まず流入
ポンプ1が作動され、被処理水流入ラインL1を通して
被処理水2が処理水槽3内に流入される。一方、吸引ポ
ンプ5が作動され、膜エレメント4aによって被処理水
2が膜分離され、膜分離による処理水は、膜エレメント
4aから集水管及び排出ラインL2を通して排出され
る。他方、ブロワ9が作動されラインL3に空気が供給
され散気管8から気泡7が発生させられる。すると、気
泡7が膜ユニット4のケース4b内を上昇して被処理水
2の上昇流を形成し、ケース4bの外側では下降流を形
成し、これに伴って浮遊固体10が膜ユニット4のケー
ス4b内を上昇し、上昇した浮遊固体10は、ケース4
bの外側を下降する。こうして浮遊固体10は被処理水
2中で循環流動する。浮遊固体10は、上昇時に膜エレ
メント4a間を通過しながら膜面を擦りつけて洗浄し、
膜面の閉塞を防止する。
【0014】このとき、被処理水2の循環流速が不十分
であると、浮遊固体10の比重は1よりも小さいため、
一旦上昇した浮遊固体10の中には下降しないで上部に
とどまる浮遊固体10が存在する場合がある。こうした
浮遊固体10が増加すると、被処理水2中で循環流動す
る浮遊固体10が減少し、膜エレメント4aの洗浄が十
分に行われなくなり、結果として膜が比較的短期間で閉
塞する場合がある。
【0015】そこで、図2に示すように、膜分離装置
は、処理水槽3を横切る水平面11における開口面積T
(m2)と同平面11における膜ユニット4の占有面積
M(m2)との比(M/T)が下記式: M/T≧0.15 (1) の関係を満たすように構成されている。
【0016】ここで、処理水槽3の開口面積とは、平面
11と処理水槽3の内壁面3aとの交線で囲まれた開口
領域12の面積をいう。例えば、処理水槽3が直方体形
状である場合、平面11と処理水槽3の開口領域12の
形状は矩形又は正方形となり、その場合には直交する二
辺の長さをそれぞれA(m),B(m)とすると、T=
A×B(m2)となる。
【0017】一方、膜ユニット4の占有面積とは、処理
水槽3を横切る平面11内での膜ユニット4の占有領域
13の面積、即ちケース4bの外周で囲まれる領域の面
積をいう。例えば膜ユニット4の占有領域13の形状が
矩形又は正方形となる場合には直交する二辺の長さをそ
れぞれa(m),b(m)とすると、M=a×b
(m 2)となる。
【0018】このようにすると、浮遊固体10が被処理
水2の上部に止まることなく、循環流動する浮遊固体1
0の減少が十分に防止されるので、膜面の閉塞が十分に
防止される。なお、上記比(M/T)は、浮遊固体10
の有効利用の観点から、0.15以上であることが好ま
しい。更に、上記比(M/T)は、浮遊固体10を円滑
に循環流動させる点から、0.9以下であることが好ま
しい。
【0019】なお、上記(1)式は以下のようにして導
出される。
【0020】即ち、被処理水2中で循環流が形成されな
いときの浮遊固体10の浮上速度を約0.09m/秒と
すると、一旦被処理水2の上部まで上昇した浮遊固体1
0が膜ユニット4の外側で下降するためには、膜ユニッ
ト4の外側での被処理水2の循環流速が0.09m/秒
以上であることが必要である。ここで、循環流速は散気
装置6からの吹出し空気の流量で決まり、空気の流量
は、膜エレメント4aの膜面洗浄に十分な流量であるこ
とを必要とする。そうすると、膜ユニット4内を通る空
気の流量は約1.5M(m3/分)となる。この空気に
よって循環する被処理水2の流速は約0.5(m/秒)
であり、従って、被処理水2の循環流量は0.5Mとな
る。
【0021】この循環流量は、膜ユニット4の外側でも
同じであるから、膜ユニット4の外側での循環流速は、
上記の循環流量を膜ユニット4の外側の流路面積で除し
た値となる。ここで、膜ユニット4の外側の流路面積
は、処理水槽3を横切る平面における開口面積T
(m2)と膜ユニット4の占有面積M(m2)との差(T
−M)(m2)で表される。
【0022】従って、下向きの循環流速は0.5M/
(T−M)で表され、循環流動する浮遊固体10の減少
を防止するためには、0.5M/(T−M)≧0.09
であることを要する。この式を整理すると、上記(1)
式M/T≧0.15が導出されることになる。
【0023】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではない。例えば前述の実施形態では、処理水槽3
内に膜ユニット4が1つだけ配置されているが、図4に
示すように、処理水槽3内に複数の膜ユニット14が配
置されてもよい。この場合、膜ユニット4の占有面積M
(m2)は、処理水槽3を横切る平面11における各膜
ユニット14の占有面積をM’(m2)とすると、M’
×(膜ユニット14の数)で表される。
【0024】また、本発明の膜分離装置は、有機性廃水
等の処理に適用することが可能であり、例えば産業廃水
の生物処理、農村集落廃水及び小規模下水の生物処理、
CP(コミュニティプラントないし団地汚水処理施設)
の生物処理、浸出水処理等に適用可能である。
【0025】次に、本発明の内容を実施例を用いてより
具体的に説明する。
【0026】
【実施例】(実施例1)膜分離装置の処理水槽内に合成
下水を投入し、合成下水で活性汚泥(MLSS1.2重
量%)を順養させた。また、処理水槽の合成下水中に
は、A4サイズの平膜エレメント5枚からなる膜ユニッ
ト(占有面積M=0.01725m2)をそれぞれ浸漬
配置し、さらに処理水槽の合成下水中には、粒径3mm
でポリプロピレンからなるビーズ状の浮遊固体を処理水
槽の容量に対し容積比で3%添加した。処理水槽として
は、M/Tが0.15となるものを用いた。
【0027】こうして用意した膜分離装置について、膜
の透過流束を1.5m3/m2/日、吹込み空気の流量を
26l/分として膜分離を行った。そして、この膜分離
装置について200時間後の膜差圧〔kPa〕をプロッ
トした。その結果を図5に示す。図5に示すように、膜
差圧の上昇は見られず、浮遊固体による膜面洗浄が十分
に行われていることが分かった。
【0028】(実施例2)M/Tを0.3とした以外は
実施例1と同様の膜分離装置を用意し、この膜分離装置
を用いて実施例1と同様にして膜分離を行い、膜差圧を
測定した。その結果を図5に示す。図5に示すように、
膜差圧の上昇は見られず、浮遊固体による膜面洗浄が十
分に行われていることが分かった。
【0029】(実施例3)M/Tを0.5とした以外は
実施例1と同様の膜分離装置を用意し、この膜分離装置
を用いて実施例1と同様にして膜分離を行い、膜差圧を
測定した。その結果を図5に示す。図5に示すように、
膜差圧の上昇は見られず、浮遊固体による膜面洗浄が十
分に行われていることが分かった。
【0030】(比較例1)M/Tを0.05とした以外
は実施例1と同様の膜分離装置を用意し、この膜分離装
置を用いて実施例1と同様にして膜分離を行い、膜差圧
を測定した。その結果を図5に示す。図5に示すよう
に、膜差圧が相当に上昇しており、浮遊固体による膜面
洗浄が十分に行われていないことが分かった。また、浮
遊固体は循環流に乗らず、その大半が浮上してしまっ
た。
【0031】(比較例2)M/Tを0.1とした以外は
実施例1と同様の膜分離装置を用意し、この膜分離装置
を用いて実施例1と同様にして膜分離を行い、膜差圧を
測定した。その結果を図5に示す。図5に示すように、
膜差圧は相当に上昇しており、浮遊固体による膜面洗浄
が十分に行われていないことが分かった。また、浮遊固
体は循環流に乗らず、その大半が浮上してしまった。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明の膜分離装置
によれば、膜ユニットの外側で浮遊固体には循環流によ
り十分な下降速度が与えられるため、膜分離を継続して
も循環流動する浮遊固体の減少が防止され、浮遊固体に
よる膜面洗浄が十分に行われる。その結果、膜の閉塞を
十分に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の膜分離装置の一実施形態を概略的に示
す縦断面図である。
【図2】図1の膜分離装置を概略的に示す横断面図であ
る。
【図3】図1の膜分離装置における膜ユニット、処理水
槽の寸法を示す横断面図である。
【図4】本発明の膜分離装置の他の実施形態を示す横断
面図である。
【図5】実施例1〜3及び比較例1,2についての膜分
離装置のM/Tと膜差圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
2…被処理水、3…処理水槽、4…膜ユニット、6…散
気装置、10…浮遊固体、11…平面。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理水を受容する処理水槽と、前記処
    理水槽内の前記被処理水中に浸漬配置される膜ユニット
    と、前記処理水槽内の前記被処理水中で浮上する浮遊固
    体と、前記被処理水中で前記浮遊固体を散気によって循
    環流動させる散気装置とを備える膜分離装置において、 前記処理水槽を横切る平面における前記処理水槽の開口
    面積T(m2)と前記膜ユニットの占有面積M(m2)と
    の比が下記式: 0.15≦M/T≦0.9 を満たすことを特徴とする膜分離装置。
  2. 【請求項2】 前記浮遊固体の粒径が0.5〜3mmで
    あることを特徴とする請求項1に記載の膜分離装置。
  3. 【請求項3】 前記浮遊固体の比重が0.3以上であっ
    て1より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載
    の膜分離装置。
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