JPH0698275B2 - 液体の濃縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は膜分離手段を用いた液体の濃縮装置に係り、
特に、有機性の廃水を活性汚泥処理するに際して好適な
液体の濃縮装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、有機性の廃水を活性汚泥処理する場合には、曝気
槽内に浮遊させた活性汚泥と廃水とを曝気によつて混合
攪拌し、活性汚泥の作用によつて、廃水中の有機性物質
を好気的に酸化分解処理していた。処理を受けた廃水は
浮遊する活性汚泥とともに次段の沈殿池に送り、沈殿池
の上澄水を処理水として放流する。沈殿した活性汚泥
は、その一部を前記曝気槽に返送し、曝気槽における汚
泥濃度を一定に維持するとともに、残りは余剰汚泥とし
て処理処分していた。曝気槽における活性汚泥の濃度
が、高濃度であればあるほどBOD負荷を高くすることが
でき、廃水の処理効率が向上する。しかし、次段の沈殿
池においては、流入する廃水の汚泥濃度（曝気槽におけ
る汚泥濃度とほぼ一致する。）が高いと所定の滞留時間
では汚泥が十分に沈降せず、放流すべき上澄水に多量の
汚泥が混入することとなる。このため、沈殿池の容量を
著しく大きくするか、もしくは上澄を別置のろ過手段で
ろ過する必要が生じるが、いずれも装置の規模が過大と
なつたり、複雑となるので採用できない。以上の理由に
よつて活性汚泥処理においては、曝気槽における活性汚
泥の濃度は3000〜5000mg/l程度に維持することが一般と
されていた。

しかし近年において、活性汚泥処理を見直す気運が高ま
り、特に膨大な敷地を必要とする沈殿池を省略する有効
な方法が模索されている。沈殿処理がなければ、前記の
ように曝気槽の汚泥濃度を大巾に高めることができ、廃
水の処理効率を格段に向上させることができる。このよ
うな試みの一つとして、曝気槽で処理を受けた活性汚泥
が浮遊する廃水を曝気槽内で直接にろ過または膜分離し
て、透過液のみを曝気槽外へ放流することが提案されて
いる。また、他の試みとして、同様の廃水を曝気槽外で
沈殿池を経ずにろ過または膜分離によつて濃縮し、濃縮
水を曝気槽へ返送し、透過液を放流することも提案され
ている。しかしながら、これらの方法はいずれもろ過面
や膜面に汚泥が付着堆積して透過液量が低下するという
ろ過操作または膜分離操作における基本的な課題が解決
できず、維持管理の面から実用化に至つていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上に述べた有機性廃水の活性汚泥処理における技術課
題は、膜分離手段を用いた液体の濃縮装置に共通する課
題であり、膜面の汚染を極力排除すること、汚染した膜
面を迅速かつ他の運転に支障を与えることなく洗浄する
有効な手段が見当らないのが実情であつた。

この発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し、膜分
離手段における膜面の汚染が少なく、汚染した膜面を効
果的に洗浄することができる膜分離手段を用いた液体の
濃縮装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、被処理液の流入口を備えた貯槽と、この貯
槽から抜き出した被処理液を複数の膜分離手段に分配す
るとともに、膜分離手段で濃縮した被処理液を前記貯槽
に返送循環する濃縮循環系とからなる液体の濃縮装置に
おいて、前記被処理液が活性汚泥を高濃度に含む有機性
廃水であり、貯槽は、曝気手段を備え、この貯槽内で増
殖させた活性汚泥によって、前記被処理液中の有機性物
質を酸化分解処理するものであり、前記膜分離手段は被
処理液の流入口および流出口を備えた筒状のケース内
に、中空回転軸に多数の円板膜を並列に取付けた膜モジ
ュールを収納し、円板膜からの透過液を前記中空回転軸
の中空部を経由して装置外へ排出する構造とされ、かつ
複数の膜分離手段がそれぞれ被処理液の通液工程および
円板膜の洗浄工程を独立して切替え可能とされたことを
特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る膜分離手段は、被処理液を充満させた筒状
ケース内で、多数の円板膜を並列させた中空回転軸を回
転させるものであり、円板膜からの透過液は中空回転軸
の中空部を経由して、装置外へ排出される。円板膜の表
面に付着した被処理液中の固形分は、円板膜の回転によ
つて、剥離しやすくなる。このため膜面に固形物が付着
堆積して汚染されることが少ない。また、膜面における
溶質の濃度分極を抑えることができるので、透過水量を
長時間にわたつて安定に維持できる。

複数の膜分離手段がそれぞれ被処理液の通液工程と円板
膜の洗浄工程を独立して切り替え可能とされているの
で、円板膜が汚染した場合でも膜分離手段を個別に洗浄
できる。このため、装置を停止することなく濃縮操作を
連続に行うことができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明を有機性廃水の活性汚泥処理に適用した
場合の実施例の装置系統図である。貯槽10は有機性廃水
の流入管路12と曝気手段14を備えており、曝気槽として
機能する。貯槽10には被処理液の循環用管路16が設けて
あり、この管路16の途中に設けたポンプ18によつて、被
処理液を、複数の膜分離手段20に分配する。各膜分離手
段20を経た被処理液は合流したのち、管路22から前記貯
槽10に返送される。各膜分離手段20がそれぞれ上記の通
液工程を独立して操作できるように、被処理液の流入用
分岐管24および流出用分岐管26にはそれぞれ切替弁28お
よび30が設けてある。

膜分離手段20は、第２図に示すように、筒状のケース32
の両端をフランジ34で閉止し、その内部に膜モジュール
36を収納したものである。膜モジュール36は中空回転軸
38に多数の円板膜40を並列して取付けた構造を基本と
し、一端は前記フランジ34から軸封42を介して外部の回
転駆動源44に連結されている。なお、図中、46は軸受、
48は軸継手を意味する。また、中空回転軸38の他端は同
じくフランジ34から軸封42を介して外部の回転式管継手
50に連結し、この管継手50は仕切弁54を備えた管路52に
接続する。

第１図に戻つて、図中、56は膜面を洗浄するための洗浄
液の貯槽であり、この洗浄液貯槽56の洗浄液を管路58の
途中に設けポンプ60によつて、前記各膜分離手段20に供
給し、膜分離手段20を経た洗浄液を管路62から洗浄液貯
槽56に戻し、循環できるようにしてある。各膜分離手段
をそれぞれ独立して洗浄できるように、各膜分離手段20
は洗浄液の流入用分岐管64および流出用分岐管66にはそ
れぞれ切替弁68および70が設けてある。

上記の構成において、まず、流入管路12から有機性廃水
を貯槽10内に注入するとともに、種汚泥を投入して曝気
手段14によつて貯槽10内の廃水を曝気する。投入した種
汚泥は、曝気による好気条件下で、その生化学作用によ
つて、廃水中の有機性物質を酸化分解し、廃水を浄化す
るとともに、前記有機性物質を栄養源として汚泥が増殖
する。廃水の注入を継続すると、注入量に対応して浄化
した廃水を貯槽外に排出する必要がある。このために、
前記ポンプ18を稼動して被処理液を各膜分離手段20に分
配供給する。流入用分岐管24、切替弁28を経て、各膜分
離手段20に供給された被処理液はケース32内を通過する
過程で、回転する円板膜40によつて、透過液が分離さ
れ、汚泥濃度が高い濃縮された状態で膜分離手段から排
出されることとなり、この濃縮された被処理液は流出用
分岐管26、切替弁30を経て、管路22に合流し、前記貯槽
10に返送される。前記円板膜40からの透過液は、円板膜
中心の中空回転軸の中空部に集められ、管路52から装置
外へ排出される。この透過液は前記貯槽10で浄化した廃
水を膜によつて分離したものであるから十分に清澄であ
り、そのまま放流するか、用水として再利用できる。以
上の被処理液の膜分離手段20への循環を繰り返すことに
より、貯槽10内被処理液の汚泥濃度は徐々に高くなる。
したがつて、被処理液である廃水中の有機性物質の酸化
分解が活発となる。すなわち、廃水の処理効率が著しく
向上する。前記膜分離手段20では、汚泥濃度が10000〜3
0000mg/lに達する泥状の被処理液を膜分離することとな
り、円板膜40における膜面への汚泥の付着堆積が懸念さ
れるが、円板膜40が回転しているので、円板膜表面と被
処理液の間には剪断力が作用し、付着した汚泥は膜面か
ら剥離しやすくなる。また、膜面における溶質の濃度分
極を抑えることができる。このため、透過液量を長時間
にわたつて安定に維持できる。

長時間の運転によつて透過液量が徐々に低下してくる
と、複数の膜分離手段20の円板膜を個別に洗浄する。こ
の洗浄工程はまず複数の膜分離手段20のうちのいずれか
１つにおいて、前記切替弁28,30および切替弁54を閉止
したのち、第２図に示した膜分離手段20のドレン弁72と
ベント弁74を開放し、ケース32内の被処理液をドレン弁
72から排出する。その後、ドレン弁72、ベント弁74を閉
止した上で、洗浄液貯槽56に連なる切替弁68および70を
開放して、ポンプ60を稼動し、前記ケース32内に洗浄液
を循環して行う。この洗浄液の循環によつて、円板膜40
の膜面が清浄化され、所望の透過液量を回復する。次い
で、上記とは逆の順序に各切替弁を操作して、ケース32
内の洗浄液を排出したのち、被処理液の通液工程に移
る。通液工程と洗浄工程の切替操作を各膜分離手段ごと
に独立して行うことにより、大多数の膜分離手段を被処
理液の通液工程として運転することができる。したがつ
て、濃縮操作を連続に行うことができる。前記貯槽10内
では被処理液である廃水中の有機性物質を栄養源として
活性汚泥が必要以上に増殖する。したがつて、汚泥濃度
が一定値以上になつたときは、仕切弁76を開放して、管
路78から余剰の汚泥を引き抜く。

膜分離手段では膜分離のための駆動圧力が必要であるの
で、ポンプ18の揚程を十分に高く選定するとともに、被
処理液の流出用分岐管26には、絞り弁を付設するか、も
しくは切替弁30を絞り機能を備えた弁とすることによつ
て、ケース32内の被処理液を所望の圧力範囲に保持す
る。

また、第２図に示す膜分離手段では流入用分岐管24から
流入した被処理液が、円板膜40とは十分に接触せずに、
ケース32の内面と円板膜40の外周縁との隙間をバイパス
してケース32内を通過する欠点がある。この欠点を解消
するためには、例えば、第３図に示すように、円板膜40
を中空回転軸38に対して、鉛直ではなく傾斜として取付
ける。また、被処理液の流入口80および流出口82をケー
ス32の長手方向に一定間隔で多数設ける。この構成で
は、傾斜して回転する円板膜40がケース32内の被処理液
を攪拌するとともに、ケース内に流入した被処理液が円
板膜40の膜面に沿つて流れ易くなるので、被処理液と円
板膜との接触が十分となる。

前記の欠点を解消する他の構成としては、第４図に示す
ようにケース32に内接して被処理液の流路形成部材84を
設ける。この部材84は、筒状体86の外側に弾性体88を全
周又は部分的に取付け、また、筒状体86の内側には中心
孔を備えた円板90を円板膜40の並列ピツチと同じピツチ
で並列してある。この部材84を、円板90と円板膜40とが
交互に位置するように膜モジュール36と組合せたのち、
ケース32の一側の開放端（第４図において右側）から、
ケース32内に挿通する。挿通時においては、前記筒状体
86の外側に取付けた弾性体88を圧縮させつつケース32の
内面と密着させて、ストツパ92の位置まで押し込む。部
材84と膜モジュール36の組合せを容易にするため部材84
は長手方向に２分割することが好ましい。第４図に示し
た膜分離手段20に対して、被処理液を流入用分岐管24か
ら供給すると、被処理液は円板膜40と円板90との隙間を
蛇行してケース32を進むことになり、被処理液と円板膜
40との接触が十分となる。

第５図に膜分離手段20の変形零を示す。本例において
は、ケース32の断面を楕円状とし、このケース32内に、
２本の膜モジュール36をそれぞれ円板膜40が交互に噛み
合うように収納する。各膜モジュールを同方向に回転さ
せることによつて、円板膜40が交差する領域94では被処
理液の攪拌が促進し、円板膜40と被処理液が良好に接触
する。

また、円板膜40の膜面に付着した固形分は、この領域94
で容易に剥離するので、膜面を常に清浄して維持でき
る。このため、前記洗浄工程の頻度を少なくできる。

本発明に係る膜分離モジュール36は、ケース20の少なく
とも一側から、抜き出し自在とされることがきわめて好
ましい。すなわち、長期間の運転によつて、円板膜40の
一部が損傷するなどして、膜分離機能が著しく低下した
場合には、ケース20から抜き出して補修又は交換を行
う。

本発明に係る洗浄工程は前記第１図に基づいて説明した
方法に限らない。例えば、第６図に示すように膜モジュ
ール36からの透過液の排出用管路52に洗浄用管路96を接
続し、洗浄工程では、この管路96に設けた切換弁98を開
とし、膜モジュール36内に洗浄液を流すようにしてもよ
い。洗浄液は管路96から管路52、中空回転軸38を経て円
板膜40の内側に供給され、円板膜40の膜面を内側から外
に向けて逆洗しながら、膜面を透過する。膜面を透過し
てケース32内に至つた洗浄液は図示しない管路から抜き
出し、必要に応じて循環使用する。本実施例によれば、
洗浄液ば膜面を逆洗するように作用するので、洗浄効果
がより一層向上する。洗浄工程を前記第１図で説明した
洗浄と、上記の逆洗とを組み合せて行うようにしてもよ
い。また、洗浄剤としては、薬液のみならず、蒸気や気
体を用いてもよい。

第７図に逆洗に適した円板膜40の構成を示す。第７図
（イ）に示すように円板膜40は多孔質性の基板100にUF
膜または逆浸透膜などの膜材102を張り付けたものであ
り、中空回転軸38に孔けた小孔104に基板100の芯が一致
するように、スペーサ106によつて位置決めされる。ス
ペーサ106を図示しない押圧機構によつて、円板膜40と
スペーサ106がＯリング108を介して一体に締め付けられ
液封する。膜材102を透過した透過液は基板100の多孔部
分を経て、中空回転軸38の小孔104から、中空回転軸38
の中空部に至り、前記のように装置外に排出される。

膜材102は必要部分のみを接着剤を用いて基板100に張り
付ける。したがつて、逆圧が作用したとき、すなわち、
逆洗時には膨脹して基板100から離間し、破裂しやす
い。このため、第７図（ロ）に示すように、円板膜40の
外周に多数の微少溝110を設け、この溝110を用いて膜材
102を養生するための糸112を張りめぐらす。この構成に
よつて、膜材102に逆圧が作用しても膜材102の膨脹を最
小限に抑えることができ、破裂に至らない。前記糸112
の張設に替えて、膜材102の表面を金網で養生するよう
にしてもよい。

第８図に本発明の他の実施例を示す。本実施例において
は、膜分離手段20が６台設置され、これら６台のうち、
３台ずつがブロツク化され、２ブロツクの膜分離系統が
構成される。各ブロツクの透過液の集合管路114にはそ
れぞれ透過液の流量計116と濃度計118が設けられてお
り、各ブロツクのうち、少なくとも１台の膜分離手段が
被処理液の通液工程であるときは、透過液の流量と濃度
を常時または間欠的に検出している。透過液の流量が膜
分離手段20の運転台数に応じて、所定の基準値以下であ
れば、少なくとも１台の膜分離手段の透過液量が低下し
たことを示すので、その膜分離手段を適宜の方法で見つ
け、図示しない洗浄系統によつて、膜分離手段ごとに個
別に洗浄を行う。透過液における特定物質の濃度が所定
の基準値以上であれば、少くとも１台の膜分離手段が、
膜面の破損などによつて、膜分離機能に障害が生じたと
判断できる。したがつて、その膜分離手段を適宜の方法
で見つけ、その運転を停止する。次いで、膜モジュール
を点検、補修する。本実施例によれば、ブロツク内の複
数の膜分離手段20に共通の透過液の流量と濃度を検出す
るセンサを備え、このセンサの信号によつて、ブロツク
毎に膜分離手段の運転性能を監視できるので、最小限の
センサ数で多数の膜分離手段の関し、運転工程の切替、
点検、補修を比較的容易に実施できる。上記実施例にお
いて、センサに代えて、人為的なサンプリングを実施す
るようにしてもよい。

本発明は有機性廃水の活性汚泥処理のみならず一般的な
液体の濃縮装置にも適用できる。また、膜分離手段は水
平に配置する必要はなく、傾斜または垂直に配置しても
よい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膜分離手段における膜面の汚染が少な
く、汚染した膜面を効果的に洗浄することができ、液体
を連続的に安定して濃縮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す装置系統図、第２図は本
発明に係る膜分離手段の実施例を示す側断面図、第３図
〜第５図はそれぞれ膜分離手段の変形例を示す説明図、
第６図は膜分離手段を逆洗する場合の説明図、第７図は
本発明に係る円板膜の構造を示す図であり、（イ）は側
断面図、（ロ）は正面図、第８図は本発明の他の実施例
を示す装置系統図である。 10……貯槽,12……流入管路 16……循環用管路,18……ポンプ 20……膜分離手段,22……（濃縮液の戻り）管路 28,30……切替弁,32……ケース 36……膜モジュール,38……中空回転軸 40……円板膜,44……回転駆動源 56……洗浄液貯槽,60……ポンプ 68,70……切替弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理液の流入口を備えた貯槽と、この貯
   槽から抜き出した被処理液を複数の膜分離手段に分配す
   るとともに、膜分離手段で濃縮した被処理液を前記貯槽
   に返送循環する濃縮循環系とからなる液体の濃縮装置に
   おいて、前記被処理液が活性汚泥を高濃度に含む有機性
   廃水であり、貯槽は、曝気手段を備え、この貯槽内で増
   殖させた活性汚泥によって、前記被処理液中の有機性物
   質を酸化分解処理するものであり、前記膜分離手段は被
   処理液の流入口および流出口を備えた筒状のケース内
   に、中空回転軸に多数の円板膜を並列に取付けた膜モジ
   ュールを収納し、円板膜からの透過液を前記中空回転軸
   の中空部を経由して装置外へ排出する構造とされ、かつ
   複数の膜分離手段がそれぞれ被処理液の通液工程および
   円板膜の洗浄工程を独立して切り換え可能とされたこと
   を特徴とする液体の濃縮装置。