CN101820980B - 膜过滤单元 - Google Patents

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Abstract

一种膜过滤单元，当处理活性污泥时，防止废水所含的毛、纤维、纸片等将中空纤维膜组件的多孔性中空纤维膜捆扎住、或者缠绕或钩挂在中空纤维膜与周边的框架等之间，可确保中空纤维膜组件的耐久性。该膜过滤单元(5)具有：中空纤维膜组件(9)，其由平行排列多根多孔性中空纤维膜(10a)而得到的板状中空纤维膜单体(10)，隔开规定间隔平行排列设置而成；以及放气发生装置(15)，其配置在该中空纤维膜组件(9)的下方，向该中空纤维膜组件的下端放出微小的气泡，并在该中空纤维膜组件的内部空间与外部空间之间产生向上下方向回旋的气液混合流。该膜过滤单元(5)具有碎屑排出机构，其对于一部分所述混合流，在所述纤维膜组件(9)的多孔性中空纤维膜间、以及板状的中空纤维膜单体间形成强制的流动，将混入气液混合流中的碎屑从中空纤维膜组件向外部排出。

Description

膜过滤单元
技术领域
本发明涉及一种适于活性污泥处理法的膜过滤单元，该活性污泥处理法对工业废水和生活废水中所含的有机物及其残骸、或含有微生物和细菌类的废水进行生物化学性处理，然后用分离膜进行固体液体分离。
背景技术
作为废水处理方法中的脱氮方法，以往广泛进行如下一种活性污泥循环方法：使污泥在不存在分子状氧的无氧槽和从放气发生装置将空气放出到污泥中的曝气槽之间循环，在曝气槽中将氨化氮氧化成硝酸氮，在无氧槽中将硝酸氮还原，作为氮气而排出到系统外。但是，虽然用这种方法能有效去除氮，但不能充分去除磷。这是因为，无氧槽的厌氧度因来自需氧槽的循环水所含的溶氧、硝酸氮和亚硝酸氮而不能充分提高，从而不能从磷积蓄细菌将磷充分放出。
因此，当需要同时进行脱氮和除磷时，使用了所谓A2/O法，即在上述活性污泥循环方法的无氧槽(脱氮槽)之前配设不包含分子状氧、硝酸和亚硝酸之类的结合氧的绝对厌氧槽，进行生物化学性的脱氮和脱磷。在所述绝对厌氧槽中，加水分解聚磷酸积蓄菌所产生的聚磷酸，将磷析出，使生物化学性氧需求量(以下称为BOD)成分进入菌体内。为了保持绝对厌氧状态，需要将BOD做成50mg/L以上。
但是，这种A2/O法的废水处理方法与活性污泥循环方法相比，存在这样的问题：必须多余地设置完全厌氧槽，还需要宽大的装置安放面积。
因此，在例如WO03/101896号公报(专利文献1)中，提出了仅通过无氧槽和曝气槽这二个处理槽就能不使用凝聚剂地去除氮和磷的废水处理方法。该废水处理方法，使用构成为使污泥在无氧槽和曝气槽之间循环而对废水进行生物化学性处理的用来实施所谓活性污泥循环方法的活性污泥处理装置，当将循环液即污泥从曝气槽输送到无氧槽时，从配置于曝气槽中最低位置处的放气发生装置的下方将循环液即污泥取出，并把取出污泥的部位的DOC(下面称为DOC)设为0.5mg/L以下，较佳的是把由曝气槽输送的污泥进入无氧槽的部位处的DOC设为0.2mg/L以下。由此，仅使用无氧槽和曝气槽这二个处理槽，就可去除氮和磷，而无需使用凝聚剂等。
对于这种活性污泥处理的上述曝气槽，如专利文献1所记载的那样，因活性污泥的生物化学性处理能力和过滤效率较高这种理由，往往使用具有中空纤维膜组件和放气发生装置的膜过滤单元，中空纤维膜组件是将并列使用多根多孔性中空纤维的多个板状中空纤维膜单体平行并列装配而成的，而放气发生装置配设在该中空纤维膜组件的下方、是向所述中空纤维膜组件放出空气的微小气泡发生部。
从所述放气发生装置放出预先设定量的空气，该空气在污泥中成为微小气泡，在污泥中上升的期间成为气液混合流并上升，沿所述中空纤维膜组件的内部空隙向上方流动，并且通过了中空纤维膜组件的气液混合流沿膜过滤单元外侧流下，形成气液混合回旋流。在该气液混合回旋流上下回旋期间，所述空气中的氧成为分子状氧并溶解在污泥中，将有机物等分解或硝化，及/或使磷进入聚磷酸积蓄菌并生长，使污泥增殖，并且，也如日本特开2000－51672号公报(专利文献2)、日本特开2000－84553号公报(专利文献3)所记载的那样，通过使所述气液混合液振动作用于构成中空纤维膜组件的中空纤维膜而振动、即利用空气洗涤将附着在中空纤维膜单体上的污浊物剥离，进行清洗。与此同时，污泥由吸引泵吸引并通过多孔性中空纤维膜进行固体液体分离，处理水通过该中空纤维膜的中空部向外部的处理水槽输送。
专利文献1：WO03/101896号公报
专利文献2：日本特开2000－51672号公报
专利文献3：日本特开2000－84553号公报
如专利文献1～3所记载的那样，使用这种中空纤维膜组件的生物化学性活性污泥处理，一般包含曝气工序。所述中空纤维膜组件，如上所述，隔开所需空间,将多个多孔性中空纤维膜平行并列，其整体利用固定用树脂固定在矩形框架上，形成板状的中空纤维膜单体。将该多个中空纤维膜单体隔开所需间隔平行排列而做成长方状的中空纤维膜组件。因从配置在该中空纤维膜组件下方的放气发生装置放出的气泡而产生的气液混合回旋流，因对多孔性中空纤维膜的洗涤而产生紊流。
另一方面，在作为处理对象的污泥中，混入有以有机物为代表的例如纤维、丝屑、发毛、纸片等各种固态物。这些混入物往往因从中空纤维膜组件下方向上方流动的气液混合回旋流而被向上方输送，并钩挂在中空纤维膜组件的构成部件上。此时，利用通常的采用放气发生装置，仅通过中空纤维膜组件的气液混合流所产生的洗涤作用，无法防止尤其纤维、丝屑、发毛等钩挂在中空纤维膜组件的框体上、多孔性中空纤维膜自身上，或缠绕在相邻的多孔性中空纤维膜间、处理水的取出管与多孔性中空纤维之间的现象。若钩挂或缠绕有这些纤维、丝屑、发毛等碎屑(筛余物)，则将多个中空纤维膜捆扎住，不仅使过滤性能下降，而且溶氧不能到达中空纤维膜间，污泥处理不能顺利进行。在这种情况下，只好将中空纤维膜组件从曝气槽吊起运到槽外并更换新的中空纤维膜组件。
发明内容
发明要解决的课题
本发明是为解决这种问题而做成的，其具体目的在于提供一种上述那样的活性污泥处理装置，防止废水中所含的毛、纤维和纸片等将中空纤维膜组件的多孔性中空纤维膜捆扎住，或者缠绕或钩挂在中空纤维膜和周围框架等之间，确保中空纤维膜组件的耐久性。
用于解决课题的手段
本发明目的由本发明的基本结构即膜过滤单元来有效地实现，该膜过滤单元适用于活性污泥处理法，该方法具有厌氧槽和需氧槽，所述膜过滤单元浸渍在所述需氧槽中，对废水依次进行生物学性处理而将其分离成活性污泥和处理水，其特征在于，该膜过滤单元具有：中空纤维膜组件，其是由多片以微小间隙平行排列多根多孔性中空纤维而得到板状的中空纤维膜单体，使所述多孔性中空纤维朝向垂直方向地隔开规定间隔平行排列设置而成；微小气泡发生部，其配置在所述中空纤维膜组件的下方，向该组件的下端部放出微小的气泡，并使得在该中空纤维膜组件的内部空间与外部空间之间产生向上下方向回旋的气液混合流；以及壁件，其是将所述中空纤维膜组件和所述微小气泡发生部的周边围住而配置、且上下开口，所述膜过滤单元中的中空纤维膜组件的各中空纤维膜单体，具有构成该中空纤维膜单体的多孔性中空纤维膜间的间隙微小的第一区域、以及在该微小间隙区域之间形成有较宽间隙的第二区域，所述第一区域与所述第二区域交替重复地形成。
可以此为特征：在所述中空纤维膜组件的排列方向，相邻的多个中空纤维膜单体间的一部分间隔形成为较宽，在该一部分间隔的气液混合流的下端导入口配置有阻碍部件，阻碍部件由板件构成，板件将从中空纤维膜组件的下方朝向中空纤维膜组件的下表面上升的气液混合流分流从而流向相邻的中空纤维膜单体群。另外有此特征：在该壁件的下端具有下摆扩展并延伸的裙部。所述裙部的水平方向的延伸长度最好是1mm以上、1000mm以下，该裙部相对于从所述壁件的下端向垂直下方延伸的铅垂线的倾斜角度为10°以上、70°以下就可以。
另外，所述中空纤维膜单体间的间隔和所述中空纤维膜单体的构成纤维条即多孔性中空纤维膜间的间隙也可做成双方不一致。
发明的效果
如上所述，在下排水和产业废水中混入有纤维类、多种材质的丝条、纸片(无纺布)等的碎屑，尽管在原水的阶段由滤网去除较大的固态物，但尤其是细长而柔软且有可挠性的纤维或毛之类的碎屑通过滤网而混进废水并流入到处理槽中。当对废水进行处理时，尤其在进行上述曝气处理时，所述碎屑随气液混合流上升并流入到中空纤维膜组件中。该中空纤维膜组件如上所述，由多个多孔性中空纤维膜和对其支撑的框体所构成，因此，所述碎屑钩挂在多孔性中空纤维膜上和框体上，或互相缠绕，将多个多孔性中空纤维膜扎成一个。另外，碎屑互相之间还缠绕成为团子状。这种碎屑所产生的影响较大，例如使中空纤维膜单体的过滤性能明显下降。基本上难以在槽中去除所述碎屑来恢复中空纤维膜单体的性能，必须将每个膜过滤单元吊起运到槽外，将缠绕有碎屑的中空纤维膜单体更换为新中空纤维膜单体。
因此，本发明为了避免发生上述不良情况，使构成上述多个的各中空纤维膜单体的多个多孔性中空纤维膜间的间隙的一部分形成为比其它间隙宽大的第二区域。从下方流入多个所述中空纤维膜单体之间的空隙并向上方流动的一部分气液混合流横穿所述形成得宽大的间隙，并在中空纤维膜单体间移动，使在中空纤维膜单体间上升的气液混合流产生紊流，随着流动使钩挂或缠绕在周边间隙狭窄的第一区域的碎屑向上方移动，运出到膜过滤单元外。因此，即使长期处理，碎屑也难以在各中空纤维膜单体上硬化为团子状，并且碎屑的硬化块也难以附着在中空纤维膜单体等上，而且，多个多孔性中空纤维膜不会因碎屑而被捆扎住，更耐于长期使用。
如上所述，作为本发明的另一形态，所述碎屑排出机构，其在所述各中空纤维膜组件的排列方向上相邻的中空纤维膜单体间的一部分间隔形成为比其它间隔大。仅将如此在中空纤维膜组件的排列方向上相邻的中空纤维膜单体间的一部分间隔做得比其它间隔大，也被例如上述专利文献2揭示。但是，根据该专利文献2的记载，通过在板状的中空纤维膜单体相互间设置适度的间隙，因来自放气发生装置的气泡所产生的气液混合流就迅速沿隔有该间隙的中空纤维膜单体间的较大间隙部分上升。因此，中空纤维膜单体被高效地洗涤，并且可抑制固体吸附在膜面上而进行过滤运行。
并且，当所述间隙的距离过小时，多个气液混合流互相碰撞而难以向上方移动，不能高效地进行中空纤维膜单体的洗涤，清洗效果下降，当间隙的距离过大时，尽管气液混合流无阻力而迅速上升，但难以与中空纤维膜单体接触，因此不能获得适度的清洗效果。
也就是说，专利文献2的较大间隔，获得气液混合流的适度的上升流，具有空气洗涤效果，并且抑制污浊物吸附在膜面上而顺利地进行过滤运行。
与此相反，对于本发明的上述形态，尽管将中空纤维膜单体间的间隔设置得比其它间隔大这一点是与上述专利文献2相同，但在本发明中，碎屑排出机构配置有阻碍部件，该阻碍部件配设在形成于所述板状的相邻中空纤维膜单体间的一部分所述宽大间隔的下端开口处，利用该阻碍部件将所述开口遮蔽，基本上将气液混合流向所述开口的流入隔断。该阻碍部件由细长板件构成，也可在该阻碍部件与开口之间设置间隙。此时，也可使所述板件倾斜配置以使气液混合流向与所述开口相邻的多个中空纤维膜单体流动。
利用这种结构，从中空纤维膜组件的下方上升起来的气液混合流因阻碍部件而向以通常间隔配置的中空纤维膜单体集中，流入该中空纤维膜单体间。如此流入中空纤维膜单体间的气液混合流向形成在阻碍部件上方的较大间隔区域扩张而改变方向，并强势地向该间隔区域上方流动。由于此时的横断流和上升流，欲钩挂在多孔性中空纤维膜和中空纤维膜单体上的碎屑、欲硬化成团子状的碎屑从中空纤维膜组件被运出到外面。如此流入中空纤维膜单体间的碎屑虽然欲钩挂在多孔性中空纤维膜上，但横穿该中空纤维膜流动的横断流带着欲钩挂在该中空纤维膜上的碎屑而向形成在阻碍部件上方的较大间隔区域运送，随着在该间隔区域向上方强势上升的流动迅速向空纤维膜组件外流出。
通常的膜过滤单元，中空纤维膜组件和配置在该中空纤维膜组件下方的放气发生装置的侧周边由上下开口的壁件围住。从放气发生装置产生的气泡上升而形成与污泥混合的混合流。该混合流通过膜过滤单元的中空纤维膜组件上升并从该单元的上表面开口流出，在该单元的外侧从上方下降到下方后，从该单元的底面开口与因放气发生装置放出的气泡而产生的上升流合流并在膜过滤单元的内部上升，重复这种状况，形成在膜过滤单元的内外向上下循环的回旋流。
如本发明的进一步不同的典型形态那样，当所述壁件的下端具有下摆扩展并向下方延伸的裙部时，对于上述的气液混合回旋流，在膜过滤单元的壁件周边从上方向下方流动的下降流，其一端在裙部扩大成宽尾状，同时，利用因放气发生装置放出的气泡而产生的气液混合上升流被归拢到膜过滤单元的底面开口的中心部，成为向上方的流动，流量比无裙部时大的气液混合流量一边汇集一边流入到膜过滤单元的中空纤维膜组件。
因此，通过中空纤维膜组件内部的流速增大，欲钩挂在该组件的构成部件上的碎屑因气液混合流的流速而与该混合流一起向上方流动，被运出到膜过滤单元外。所以，钩挂在膜过滤单元的构成部件上、或硬化成团子状的碎屑几乎不发生将多个多孔性中空纤维膜捆扎住、或附着在中空纤维膜单体上的现象，能确保膜过滤单元的长期使用。另外，所述裙部的延伸长度若短于1mm，则气液混合流的汇集量过少，不能获得排出碎屑所需的流量。而当超过1000mm时，所欲汇集的周边气液混合流的流量过多，放气发生装置发生的气泡上升所引起的气液混合流中的上升流，不能完全汇集这些周边的流量，相反，通过中空纤维膜组件内部的流量未达到运走碎屑所需的流量，容易发生碎屑所引起的过滤不良。另外，该裙部相对于从所述壁件的下端向垂直下方延伸的铅垂线的倾斜角度若小于10°，气液混合流的汇集量变少，成为与以往基本不变的结果。而若超过70°，则所述下降流扩散到四方，因此不发生所谓的回旋流。
附图说明
图1是本发明的膜过滤单元所适用的膜分离活性污泥处理装置的大略结构图。
图2是对通常膜过滤单元的整体结构进行局部剖视所表示的斜视图。
图3是表示中空纤维膜组件的构成部件即中空纤维膜单体的构成例的斜视图。
图4是表示本发明实施例1的所述膜过滤单元的构成部件之一即中空纤维膜组件一个例子的斜视图。
图5是所述膜过滤单元的构成部件之一即放气发生装置的斜视图。
图6是示意表示本发明的实施例2的所述中空纤维膜组件一个例子的斜视图。
图7是表示本发明实施例3即所述膜过滤单元的大略外观图。
(符号说明)
1 微小孔滤网
2 原水调整槽
3 无氧槽
4 曝气槽
5 膜过滤单元
6 循环液的取出部位
7 处理水槽
8 污泥储藏槽
9 中空纤维膜组件
10 中空纤维膜单体
10a 中空纤维膜
10g 中空纤维膜单体群
11 膜板
11a 浇注件
12 过滤水取出管
12a 过滤水取出口
12b L形接头
13 下框
14 纵杆
15 放气发生装置
16 空气导入管(分支管路)
17 放气管
18 空气主管
19 开闭阀
20 上部壁件
21 集水总管
21a 集水口
21b L形接头
21c 吸水口
22 吸引管路
22a 分支管路
23 开闭阀
24 下部壁件(裙部)
24a 支柱
28 板件(碎屑排出机构)
P1 第一送液泵
P2 第二送液泵
Pv 吸引泵
A 第一区域(微小间隙区域)
B 第二区域(较大间隙区域)
C 曝气送风机
具体实施方式
下面，根据典型实施例参照附图来具体说明本发明的较佳的实施方式。
图1表示本发明的膜过滤单元所适用的活性污泥处理装置的大致结构的一个例子。
根据该活性污泥处理装置，利用微小孔滤网1去除较大固态物后的废水(原水)被导入原水调整槽2内。这里，利用未图示的液面计测器来测定液面，使第一送液泵P1进行间歇动作以将槽内的液面高度调整在规定的范围内。由第一送液泵P1输送的原水在被导入无氧槽3后，使从无氧槽3溢出的原水流入到相邻的曝气槽4内。多个薄膜过滤单元5浸渍配置在该曝气槽4中。利用该膜过滤单元5而被膜分离的活性污泥和处理水后的处理水由吸引泵Pv输送到处理水槽8内。另一方面，经曝气槽4进行曝气处理而生长的污泥固态物(悬浊物)因自重而沉到槽底部，其剩余污泥储藏在污泥储藏槽7中。另外，曝气槽4内部的一部分污泥由第二送液泵P2回送到上述无氧槽3内进行循环。
采用该膜分离活性污泥处理装置，原水在无氧槽3和曝气槽(需氧槽)4中利用活性污泥得到生物学性净化。氮的去除，通过污泥在无氧槽3和曝气槽4之间循环即所谓硝化脱氮反应来进行。换算为BOD(生物化学性氧气需求量)的有机物，主要利用配置在曝气槽4内的曝气装置即膜过滤单元5的空气排出部所排出的空气而被需氧性地氧化而分解。另外，磷的去除，通过利用污泥中微生物(磷积蓄细菌)的作用而作为聚磷酸进入微生物的体内来进行。该微生物在需氧状态下吸收磷，在厌氧状态下放出积蓄在体内的磷。磷积蓄细菌若反复暴露于厌氧状态和需氧状态的话，则在需氧状态吸收比厌氧状态下放出的磷含量多的磷。
来自生物的排泄物和尸体等的一部分氮化合物作为肥料而被吸收成为植物或细菌。并且，这样的一部分氮化合物在多氧的需氧条件下因独立营养氨氧化菌和独立亚硝酸氧化菌而被氧化成亚硝酸、硝酸。另一方面，在无氧的厌氧条件下，称为脱氮菌的微生物代替氧而由硝酸生成亚硝酸，进一步还原为一氧化二氮、氮气。该还原反应称为上述硝化脱氮反应。
无氧槽3与曝气槽4之间的污泥循环，用泵从哪个槽进行输送不一定要进行限定，但通常用第二送液泵P2从曝气槽输送到无氧槽3内，然后利用溢流从无氧槽3流入到曝气槽4中。在本实施方式中，将来自曝气槽4的循环液进入到无氧槽3的部位的DOC设为0.2mg/L以下、及/或将循环液从曝气槽4取出的部位的DOC设为0.5mg/L以下，从而抑制溶氧流入到无氧槽3内，充分维持无氧槽3内的厌氧度，由此促进磷的释放。
在无氧槽3内若实质上不存在溶氧、硝酸离子和亚硝酸离子的话，有机物被厌氧性地分解，此时积蓄在细菌内的聚磷酸作为磷酸而被放出到菌体外。在本实施方式中，最好将循环污泥从曝气槽4回送到无氧槽3内的部位的DOC设为0.2mg/L以下，若是1mg/L以下，则磷的去除性更稳定，若进一步设为0.05mg/L以下，则更加稳定，因此是较佳的。DOC的测定，可用采用隔膜电极法的通常的DO计来测定。
为了将从曝气槽4取出循环液(污泥)的部位6的DOC设为0.5mg/L以下，最好把将污泥从曝气槽4取出到无氧槽3的部位做成污泥的滞留部。所谓污泥滞留部，是指难以受到曝气所引起的污泥流动影响的部位。例如，当在膜过滤单元5与曝气槽4底部之间设有空间时，存在于膜过滤单元5之下部分的污泥就不能被良好地搅拌，故成为滞留部。
因此，如图1所示，通过从膜过滤单元5位置之下取出污泥，从而可将从曝气槽4取出循环液(污泥)的部位6的DOC设为0.5mg/L以下。当在曝气槽4内并列配置多个膜过滤单元5时，取出循环液(污泥)的部位设为曝气装置的下方。另外，从膜过滤单元5至取出污泥的部位的距离最好是向下方离开20cm以上，更好的是离开30cm以上。
曝气槽4内污泥的流动是，主要在膜过滤单元5的曝气部分，随着从空气吹出口吹出的气泡的上升污泥也上升，在未曝气的部分污泥下降，由此整体被搅拌。此时，若将曝气槽4内污泥的氧利用速度(rr)维持得较高，则未曝气的部分急速消耗氧，因此容易在曝气槽4中形成溶氧变低的部位。这里，所谓曝气槽4内污泥的氧利用速度(rr)，是指从曝气槽4的被曝气部分取得的污泥的氧利用速度，测定方法可根据下水道试验方法(1997年社团法人日本下水道协会)来求得。
图2表示通常膜过滤单元5的典型例子。如该图所示，膜过滤单元5包括：使中空纤维膜长度方向垂直配置的多片中空纤维膜单体10并列并对其进行支撑固定的中空纤维膜组件9；以及隔开所需间隔配置在该中空纤维膜组件9下方的放气发生装置15。所述中空纤维膜单体102由如下构成：利用浇注件11a使平行并列有多个多孔性中空纤维膜10a的中空纤维膜板11的上端开口端部连通支撑于过滤水取出管12，并且将中空纤维膜板11的下端封闭并同样利用浇注件11a固定支撑于下框13，通过一对纵杆14支撑所述过滤水取出管12和下框13的各两端。多片中空纤维膜单体10以其板面为铅锤状态地被并列支撑收容在上下端面开口的矩形筒状的上部壁件20的大致整个容积内。
这里，上述中空纤维膜单体10一般如图2所示，其多根多孔性中空纤维膜以相同间隙并列配置在同一平面上，但对于本实施例，如图3和图4所示，其特征在于，在形成以微小间隙排列预先设定的规定根数的所述多孔性中空纤维膜10a的第一区域之后，隔着具有比所述间隙大的间隙的第二区域，以相同的微小间隙排列相同根数的多孔性中空纤维膜10a的第一区域，然后再形成具有较大间隙的第二区域，如此重复配置。所述较大间隙构成了用于排除本发明的纤维、纤维丝条和纸片等的碎屑的碎屑排出机构。
对于本实施例，所述中空纤维膜10a使用了沿中心部在长度方向做成中空的PVDF(聚偏二氟乙烯（日文：ポリフッ化ビニデン）)的多孔质中空纤维，其滤孔的孔径是0.4μm。另外，每一片的有效膜面积是25m2。每一膜过滤单元5使用20片上述板状的中空纤维膜单体10，该中空纤维膜单体10的大小是，进深为30mm、宽度为1250mm、从过滤水取出管12的上表面至下框13下表面的长度为2000mm。也包含放气发生装置15，其每一个膜过滤单元5的大小是，进深为1552.5mm，宽度为1447mm，高度为3043.5mm。上述过滤水取出管12的长度为1280mm，其材质为ABS树脂，纵杆14的材质使用SUS304。另外，对于图示例，配置在过滤水取出管12与下框13之间的多孔性中空纤维膜10a的总数是1575根，如图3所示，将其三等分，每525根形成有具有二个较大间隙的第二区域。此较大间隙做成20mm。
但是，多孔性中空纤维膜10a、过滤水取出管12及纵杆14等的材质、中空纤维膜单体10的大小、一个膜过滤单元5的大小和每一单元的中空纤维膜单体10的片数等，可根据用途进行各种变化。例如，以中空纤维膜单体10的片数来说，按照处理量可任意设定为20片、40片、60片……，或对于多孔性中空纤维膜10a的材质，可适用纤维素系、聚烯烃系、聚砜系、聚乙烯醇系、聚甲烯酸甲酯、聚氟乙烯等以往公知的材质。
在各中空纤维膜单体10的上述过滤水取出管12一端，形成有由各多孔性中空纤维膜10a过滤后的高水质处理水的取出口12a。对于本实施例，与图2所示的膜过滤单元5相同，在各取出口12a分别利用密封材料液密地安装有L形接头12b。另外，沿上述上部壁件20上端的形成有所述取出口12a的一侧的端缘，横设有集水总管21。该集水总管21，在与多个所述取出口12a对应的位置分别形成有集水口21a，各集水口21a上利用密封材料液密地安装有与上述取出口12a相同的L形接头21b。所述过滤水取出管12的处理水取出口12a和所述集水总管21的集水口21a，通过将各自所安装的L形接头12b、21b互相连接而连结成可通水。集水总管21的一端部形成有通过吸引管路22而与吸引泵Pv连接的吸水口21c。如图1所示，每个集水总管21所形成的吸水口21c和所述吸引管路22，通过开闭阀23互相连接，该开闭阀23安装在从该吸引管路22分别分支的分支管路22a内。
另一方面，如图5所示，所述放气发生装置15由与所述上部壁件20下端结合的同样上下开口的矩形筒体构成，收容固定在下部壁件24的底部上，而下部壁件24具有从四个角落下端向下方延伸的四根支柱24a。所述放气发生装置15具有空气导入管(分支管路)，该空气导入管沿所述下部壁件24的正面侧内壁面在宽度方向上水平延伸设置，并通过配管与图1所示的配置在外部的送风机C连接；以及具有多根放气管17，其隔开规定间隔沿该空气导入管(分支管路)的长度方向配置，一端固定，且另一端沿背面侧的内壁面水平固定设置。放气管17的与所述空气导入管(分支管路)的连接侧的端部，与该空气导入管(分支管路)的内部连通，放气管17的另一端被封住。
根据图示例，该放气管17的主体由带有狭槽的橡胶管构成，在水平配置的下表面形成有沿长度方向与内外连通的未图示的狭槽。所述放气发生装置15最好从上述中空纤维膜单体10的下端向下方隔开45cm的间隔配置，且最好使所述支柱24a从下部壁件24向下方突出并显露在外部，以使污泥顺利流动。此时，为了把从曝气槽4取出循环液(污泥)的部位的DOC设为0.5mg/L以下，最好按上述那样，将膜过滤单元5至取出污泥的部位的距离设为向下方离开20cm以上，离开30cm以上则更好。另外，本实施例的放气发生装置15与多个膜过滤单元5中的每一个相对应地配置，具有与所述曝气送风机C直接连接的空气主管18，借助各放气发生装置15的空气导入管(分支管路)而与该空气主管18连接，以使同样从曝气送风机C送出的空气分流到各个放气发生装置15。
如具有上述结构的图示例的膜过滤单元那样，当在中空纤维膜单体10中，在以微小间隙并列有规定根数的多孔性中空纤维膜10a的上述微小间隙的第一区域A之间，设置多个具有较大间隙S的第二区域B时，若与含有放气发生装置15所放出的微小气泡而上升的污泥相混合的气液混合流，浸入膜过滤单元5的中空纤维膜组件9的内部空间的话，则混入所述气液混合流的纤维、毛或纤维丝条、纸片等碎屑也浸入所述中空纤维膜组件9的内部空间。
此时的中空纤维膜单体，如果像以往那样以全部相同的微小间隙将多孔性中空纤维膜并列而构成的话，则浸入中空纤维膜组件9内的碎屑往往就会钩挂在多孔性中空纤维膜、下框、过滤水取出管12等上，紧紧地将周边的多根多孔性中空纤维膜捆扎住，或以碎屑集中而硬化成互相缠绕的团子状的状态附着在中空纤维膜单体10的膜面上。这是因为，流入中空纤维膜组件9内的各膜单体间的气液混合流，因各膜单体间的空间较大，故流量大，其大部分作为上升流直接向中空纤维膜组件9的上部流动，混入于该气液混合液的碎屑往往钩挂在上端的过滤水取出管12等上。另一方面，在相邻的多孔性中空纤维膜间的微小空间中流动的气液混合流，在具有微小间隙的上述第一区域A中很少向横向流动，而且因相邻的多孔性中空纤维膜间的洗涤所产生的振动而成为紊流，混入气液混合液的碎屑就在无方向性的流动中移动并钩挂在周边的任一多孔性中空纤维膜上。如此重复，就与周边的多孔性中空纤维膜缠绕，紧紧地将多根多孔性中空纤维膜捆扎住。
如果这样钩挂碎屑将多根多孔性中空纤维膜10a捆扎住的话，各中空纤维膜10a就强力贴紧，将中空纤维膜的过滤孔互相封住，因此过滤性能明显下降，剩余污泥就向槽外流出。像上所述那样，当产生碎屑硬化并附着在膜面上时，同样将中空纤维膜的过滤孔的网孔封住，使过滤性能明显下降。
与此相反，根据图示例，虽然气液混合流在相邻的中空纤维膜单体10间的间隔较大的第二区域B的空间中形成与以往同样大的流动而欲上升，但由于在每个中空纤维膜单体10的、以微小间隙并列有规定根数的多孔性中空纤维膜10a的上述第一区域A之间，形成具有所述较大间隙的第二区域B，因此，使在所述中空纤维膜单体10间的较大空间欲向上方流动的大量气液混合流的流动变更为，向斜上方横穿地流过形成于所述第一区域A间的具有较大间隙的第二区域B。其结果，在所述第一区域A发生的紊流被引向成向所述斜上方横穿的流动，形成横穿各多孔性中空纤维膜10a的流动。其结果，例如欲钩挂在多孔性中空纤维膜10a上的碎屑随着横穿所述多孔性中空纤维膜10a的流动而同向流动，钩挂在多孔性中空纤维膜10a上的现象消失。因此，受碎屑影响将多孔性中空纤维膜10a的过滤孔封住的现象消失，膜过滤单元5可长期使用。
图6表示本发明的典型实施例2。根据该图，没有将中空纤维膜组件9的中空纤维膜单体间隔做成等间隔，而是例如与上述专利文献2相同地将一部分间隔做宽。对于本发明，其特征在于，将所述一部分中空纤维膜单体间的间隔做得比其它间隔宽，此外，在由该较宽间隔形成的较大区间的下端开口配置有对从下方升上来的气液混合流予以遮挡的阻碍部件。
根据图示例，作为所述阻碍部件，采用细长的二片为一组的板件28。在本实施例2中，沿着形成较宽间隔的、隔着该间隔配置的中空纤维膜单体10的各下框13的相对端缘，固定设有所述一对板件28。此时，使各板件28的相对端缘从固定设置端缘向下方稍微下倾，在其前端相对端缘间形成少许间隙。
对于具有这种结构的实施例2的膜过滤单元5，从中空纤维膜组件9的下方朝向中空纤维膜组件9的下表面上升的气液混合流，由所述一对板件28分流而流向相邻的中空纤维膜单体群10g，不直接浸入到形成于中空纤维膜单体10间的较宽间隔的空间内。因此，浸入到与所述较宽间隔空间相邻的中空纤维膜单体群10g中的气液混合流，除了从该中空纤维膜单体群10g下方升上来的气液混合流之外，还汇合了由所述板件28分开的气液混合流。
在如此浸入各中空纤维膜单体群10g的气液混合流中混入有上述那样的碎屑。若含有该碎屑的气液混合流进入各中空纤维膜单体群10g，则产生强势流向形成于所述板件28上方的较宽间隔空间的向斜上方的流动。因此，与上述实施例1相同，混入气液混合流的碎屑虽然欲钩挂在通过途中的多孔性中空纤维膜10a、膜面上，但由于该流动较强，因此不会产生钩挂现象而被导入到所述较宽间隙空间中，最后随着流动而被运到上方，从中空纤维膜组件9的上方被排到膜过滤单元5的壁件外。其结果，与上述实施例相同，不会受碎屑的影响而堵塞多孔性中空纤维膜10a的过滤孔，膜过滤单元5可长期使用。
图7表示本发明的典型实施例3即膜过滤单元5的外观。在本实施例中，从该图可容易地理解，膜过滤单元5的配置在放气发生装置15周边的上述下部壁件24形成有向下方扩展的裙部。该裙部构成本发明的碎屑排出机构。其它结构与以往结构无实质性变动。当然，可采用上述实施例1和2的结构中的任一结构或同时采用两种结构。
如此，当将膜过滤单元5的下端部做成裙部时，虽然混有沿上部壁件20外侧向下方流动的气泡的气液混合流暂时沿裙部向扩散方向流动，但越过所述裙部的气液混合流，因为设于膜过滤单元5下端部的放气发生装置15所放出的气泡上升而生成的气液混合流的上升流，而从扩展的裙部下端缘汇集到内侧，产生大量的气液混合流。该汇集后的上升流向下端开口面积比裙部小的中空纤维膜组件9的下端流入。其结果，与无裙部时的膜过滤单元相比，中空纤维膜组件内向上方流动的流量增加，中空纤维膜单体10的洗涤效果也提高，除此之外，还能可靠地使混入气液混合流中的碎屑移动。其结果，与上述实施例1和2相同，可实现膜过滤单元的寿命延长。
另外，当将所述裙部的水平方向的延伸长度做得短于1mm时，就等于几乎无气液混合流的汇集量，不能实现排出碎屑所需的较大流量的增加。而当超过1000mm时，欲汇集的周边气液混合流的流量过多，仅靠放气发生装置发生所产生的气泡上升所引起的气液混合流的上升流，不能完全汇集这些周边流量，相反，通过中空纤维膜组件9内部的气液混合流不能达到可靠地将碎屑运到组件外的流量，容易发生碎屑所引起的过滤不良。另外，当该裙部相对于从所述壁件下端向垂直下方延伸的铅垂线的倾斜角度α被设为小于10°时，气液混合流的增加量就少，成为与以往基本不变的结果。而若超过70°，则所述下降流向四方扩散，因此使所谓回旋流的产生本身消失，污泥的混合作用下降。
以上的说明是对本发明的典型的实施方式进行陈述的，可采用例如上述实施例1～3中任一中结构，但也可将实施例1～3进行适当组合而进行实施，本发明在权利要求书的等同领域中可作各种变更。

Claims (4)

1.一种膜过滤单元，其适用于活性污泥处理法，该方法具有厌氧槽和需氧槽，所述膜过滤单元浸渍在所述需氧槽中，对废水依次进行生物学性处理而将其分离成活性污泥和处理水，其特征在于，
该膜过滤单元具有：中空纤维膜组件，其是由多片以微小间隙平行排列多根多孔性中空纤维而得到板状的中空纤维膜单体，使所述多孔性中空纤维朝向垂直方向地隔开规定间隔平行排列设置而成；微小气泡发生部，其配置在所述中空纤维膜组件的下方，向该组件的下端部放出微小的气泡，并使得在该中空纤维膜组件的内部空间与外部空间之间产生向上下方向回旋的气液混合流；以及壁件，其是将所述中空纤维膜组件和所述微小气泡发生部的周边围住而配置、且上下开口，
所述膜过滤单元中的中空纤维膜组件的各中空纤维膜单体，具有构成该中空纤维膜单体的多孔性中空纤维膜间的间隙微小的第一区域、以及在该微小间隙区域之间形成有较宽间隙的第二区域，所述第一区域与所述第二区域交替重复地形成。
2.如权利要求1所述的膜过滤单元，其特征在于，在所述中空纤维膜组件的排列方向，相邻的多个中空纤维膜单体间的一部分间隔形成为较宽，在该一部分间隔的气液混合流的下端导入口配置有阻碍部件，所述阻碍部件由板件构成，所述板件将从所述中空纤维膜组件的所述下方朝向所述中空纤维膜组件的下表面上升的所述气液混合流分流从而流向相邻的中空纤维膜单体群。
3.如权利要求1或2所述的膜过滤单元，其特征在于，在所述壁件的下端具有下摆扩展并延伸的裙部。
4.如权利要求3所述的膜过滤单元，其特征在于，所述裙部的水平方向的延伸长度是1mm以上、1000mm以下，该裙部相对于从所述壁件的下端向垂直下方延伸的铅垂线的倾斜角度是10°以上、70°以下。
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