JP4770726B2 - 膜ろ過装置の運転条件の決定方法、それを用いた膜ろ過装置 - Google Patents
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Description
R=ΔP/(μJ) (1)
ここで、Qは膜ろ過流量[m3/s]、Aは膜面積[m2]である。
dPm/dt=P・J−γp・(τ−λp・ΔP)・(ηx・Xm+ηp・Pm)・Pm (4)
(実施例1)
本実施例に用いた膜ろ過装置500の構造概略を図11に示す。膜ろ過装置500は、浸漬型の膜分離式活性汚泥装置であり、酢酸を主成分とする工場排水を処理する排水処理装置である。原水508である酢酸を主成分とする工場排水を、断続的に平均流量2.3m3/dで有効容量2.3m3の被ろ過液収容槽501に投入した。被ろ過液収容槽501には、被ろ過液504として活性汚泥が収容されており、被ろ過液504中に分離膜502を浸漬させ、前記分離膜502の下方部には散気管509が設置され、前記散気管509には洗浄手段である曝気ブロア503からエアが供給される構造とした。すなわち、本装置においては、散気管509から供給されるエアバブルが膜表面に接触し、また曝気による活性汚泥の流動も同時に発生するために、膜表面の付着成分が膜から剥離する効果が得られることとなる。曝気風量は300L/minで設定した。また水温は20℃で運転を行った。なお、分離膜502には、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)製の平膜型の精密ろ過膜(有効膜面積7.8m2)を用いた。また、ろ過については、膜透過液側に設置した吸引ポンプを膜ろ過液獲得手段513を用いて行った。また、ろ過は8分間連続で行い、その後2分間休止し、これを繰り返した。平均膜ろ過流束は1.0m/日に設定した。また、改質剤506を収容した改質剤収容槽505を用意し、ポンプを改質剤注入手段507として、これを用いて改質剤を被ろ過液収容槽501に供給した。改質剤はカチオン系凝集剤(三洋化成社製)を用いた。前記ポンプについては吐出時間を調整することにより、改質剤注入量を調整できるようにした。本実施例では、このような膜ろ過装置において、改質剤を活性汚泥重量あたり、0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%の量で注入した場合、どの量で注入した場合に、最も運転コストが安くなるかどうかを計算し、その結果に基づき、改質剤注入量を決定した。
γx=2.0×103 (10)
λx=4.2×10−5×exp(0.0958×WP) (11)
ここにおいて、ΔPaveは計算期間における膜ろ過圧力の平均値[kPa]である。
本実施例に用いた膜ろ過装置の構造概略は実施例1で用いた膜ろ過装置500と全く同じである。本実施例では、このような膜ろ過装置において、平均膜ろ過流束を1.0[m/日](8分ろ過、2分休止)、膜ろ過圧力の許容最大値を10[kPa]と設定した場合、改質剤を活性汚泥重量あたり何%以上注入すればよいか(以下、改質剤最低注入量)を算出し、その結果に基づき、改質剤の注入量を決定した。
401:攪拌式セル
402:分離膜
403:マグネティックスターラー
404:攪拌子
405:窒素ガス
406:膜固定ホルダー
407:ビーカー
408:電子秤
409:パソコン
410:純水チャンバー
411:圧力計
412、413,414:バルブ
500:膜ろ過装置
501:被ろ過液収容槽
502:分離膜
503:曝気ブロア
504:被ろ過液
505:改質剤収容槽
506:改質剤
507:改質剤注入手段
508:原水
509:散気管
510:流量計
511:記録計
512:バルブ
513:膜ろ過液取得手段
Claims (16)
- 少なくとも、分離膜、被ろ過液用改質剤注入手段、被ろ過液用改質剤の注入量を調整する改質剤注入量調整手段を有する膜ろ過装置を用いて、前記被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に改質剤の注入量の調整を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量、前記改質剤の注入量、および、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記改質剤注入量調整手段の運転条件を決定することを特徴とする膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 少なくとも、分離膜、被ろ過液用改質剤注入手段、被ろ過液用改質剤の注入量を調整する改質剤注入量調整手段を有する膜ろ過装置を用いて、被ろ過液を前記分離膜によりろ過し、ろ過と同時または逐次的に前記改質剤の注入量の調整を行う膜ろ過装置の運転条件の決定方法であって、被ろ過液の構成成分の種類および構成成分量、前記改質剤の注入量、および、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータから、前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過流量もしくは膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記改質剤注入量調整手段の運転条件を決定することを特徴とする膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記改質剤の注入量を表すデータの代わりに改質剤注入量に依存するパラメータを用い、前記パラメータと前記改質剤注入量との相関関係をあらかじめ決定しておくことを特徴とする請求項1または2に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記パラメータが、抵抗係数、剥離係数、及び、摩擦係数のうちのいずれか1以上であることを特徴とする請求項3に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記パラメータの値が、前記被ろ過液を試験用分離膜によりろ過し、ろ過過程における膜ろ過圧力の値、膜ろ過流束あるいは膜ろ過流量の値、膜抵抗の値の変化に基づいて決定されることを特徴とする請求項3又は4に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記パラメータの値を決定するための膜ろ過試験において、試験用分離膜の面積が0.01m2以下であること、試験用分離膜によってろ過するための被ろ過液の量が100ml以下であること、前記試験用分離膜によってろ過するための被ろ過液を1.1倍以上で希釈した後にろ過すること、及び、ろ過中に10秒以上のろ過休止期間が1回以上含まれること、のうちのいずれか1以上の条件を用いることを特徴とする請求項5に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測が、前記被ろ過液の構成成分量の時系列的変化を表すデータ、膜ろ過流量の時系列的変化を表すデータ、あるいは、膜ろ過圧力の時系列的変化を表すデータに基づいて、前記分離膜に付着している構成成分量を計算する計算ステップ100を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記計算ステップ100が、前記分離膜に付着している構成成分量の変化量を、前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜に付着する速度と前記分離膜から剥離する速度との差として表現される計算式に基づいて計算される計算ステップ101であることを特徴とする請求項7に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記被ろ過液の構成成分に含まれる物質が前記分離膜から剥離する速度が、前記分離膜に付着している構成成分量の値の2次以上の高次式に基づいて決定されることを特徴とする請求項7に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記被ろ過液の構成成分の種類として、被ろ過液の上清成分及び/又は固形成分を用いることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記分離膜に付着している上清成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の値の項を含んでいる計算式であること、及び/又は、前記分離膜に付着している固形成分の物質量の変化量を表現した計算式が、前記分離膜に付着している上清成分の物質量の値の項を含んでいる計算式であることを特徴とする請求項10に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件から、前記分離膜に付着している前記被ろ過液の構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量もしくは膜ろ過流束の変動、あるいは膜抵抗の変動を予測し、前記予測結果に基づいて、前記仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件の是非を判断し、前記判断結果において是と判断された前記仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件の中から、適正な改質剤注入量調整手段の運転条件を決定し、前記決定された適正な改質剤注入量調整手段の運転条件に基づいて、前記改質剤注入量調整手段の運転条件を決定することを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記判断結果において、仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件を非と判断したときに、前記仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件に相当する仮想的な改質剤注入量の値より、仮想的な改質剤注入量の値が大きくなるような仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件に変更し、変更された仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件から、再度前記分離膜に付着している構成成分量の変動、膜ろ過圧力の変動、膜ろ過流量もしくは膜ろ過流束の変動、あるいは、膜抵抗の変動を予測し、該予測結果に基づいて、前記変更後の仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件の是非を判断すること、および、前記判断結果において、前記仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件を是と判断したときに、前記仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件を適正な改質剤注入量調整手段の運転条件とすることを特徴とする請求項12に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、所定時間内に、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値あるいは膜ろ過圧力の値があらかじめ決定された所定値以下、あるいは、膜ろ過流量の値あるいは膜ろ過流束の値があらかじめ決定された所定値以上となったときに、前記仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項12または13に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 前記予測に際し、仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件を用いて予測を行い、前記予測の結果において、前記分離膜に付着している構成成分量の値、膜抵抗の値、膜ろ過圧力の値、膜ろ過流量の値、あるいは膜ろ過流束の値が収束するときに、前記仮想的な改質剤注入量調整手段の運転条件を是と判断することを特徴とする請求項12または13に記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法。
- 少なくとも分離膜、被ろ過液用改質剤注入手段、被ろ過液用改質剤の注入量を調整する改質剤注入量調整手段、および該改質剤注入量調整手段の運転を制御する改質剤注入量制御手段を有する膜ろ過装置であって、前記改質剤注入量制御手段が、請求項1〜15のいずれかに記載の膜ろ過装置の運転条件の決定方法において決定された前記改質剤注入量調整手段の運転を制御するものであることを特徴とする膜ろ過装置。
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