CN108348861B - 膜组件以及水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本申请的膜组件(1)具备：壳体(2)；设置在壳体(2)的下方的第一隔壁(30)；设置在壳体(2)的上方的第二隔壁(31)；设置在壳体(2)的内部且具有亲水性单体共聚而成的单层结构的多个管状过滤膜(3)；由壳体(2)、第一隔壁(30)以及第二隔壁(31)划分形成，且被导入透过了多个管状过滤膜(3)的透过水(PW)的透过水空间(S3)；以及设置在透过水空间(S3)的下部，用于排出透过水(PW)的透过水排出口(9)。
Description
技术领域
本发明涉及对屎尿等有机性废水进行处理的膜组件以及水处理系统。
本申请基于2015年11月18日在日本申请的日本特愿2015-225959号而主张优先权，在此援引其内容。
背景技术
在对屎尿等有机性废水进行处理的情况下，在固液的分离中使用MF(精密过滤)、UF(限外过滤)等的膜分离成为主流。
作为膜分离装置，已知有如下方式的装置：使用具备圆筒形状的壳体和在壳体内收容的多个管状过滤膜(中空纤维膜)的多个膜组件，一边使原水在管状过滤膜的内侧循环，一边对原水进行过滤(例如，参照专利文献1)。透过了管状过滤膜的透过水由吸引泵进行吸引，贮存于例如贮存槽而适当加以利用。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-052338号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，以往的膜分离装置通常纵向放置多个膜组件，即，将多个膜组件以壳体的轴线沿着上下方向的方式配置，从设置于壳体的上部的透过水排出口将透过水取出。透过了多个管状过滤膜的透过水在滞留于壳体的内部的透过水空间之后，从设置于壳体的上部的透过水排出口排出。
然而，在将透过水排出口设置于壳体的上部的情况下，当进行循环的被处理水的流动停止时，透过水不从壳体内的透过水空间排出而滞留。由此，存在引起透过水的腐臭这样的课题。另外，存在因透过水所含的水垢成分(磷酸离子、钙离子、镁离子等)而引发水垢析出、蓄积、从而产生堵塞喷嘴等的不良情况这样的课题。此外，由滞留的透过水向管状过滤膜施加背压，从而存在发生FLUX(流出量)降低这样的课题。
本发明的目的在于，提供一种能够抑制透过水的腐臭以及水垢析出的膜组件以及水处理系统。
用于解决课题的方案
(1)根据本发明的第一方案，膜组件具备：筒形状的壳体，其轴线沿铅垂方向延伸；第一隔壁，其设置在所述壳体的延伸方向的下方；第二隔壁，其设置在所述壳体的延伸方向的上方；多个管状过滤膜，其在所述壳体的内部沿铅垂方向延伸，一端与所述第一隔壁连结，另一端与所述第二隔壁连结，且具有亲水性单体共聚而成的单层结构；透过水空间，其由所述壳体、所述第一隔壁以及所述第二隔壁划分形成，被导入透过了所述多个管状过滤膜的透过水；以及透过水排出口，其设置在所述透过水空间的下部，用于排出所述透过水。
根据这样的构成，即便在流通于膜组件的管状过滤膜的被处理水的流动停止的情况下，也从设置于下部的透过水排出口排出透过水。由此，透过水不会滞留在透过水空间，能够抑制透过水的腐臭以及水垢析出。
另外，通过使管状过滤膜整体由具有亲水性的材料形成，即便在被处理水的流动停止而使管状过滤膜干燥的情况下，也与疏水性的情况不同，能够防止管状过滤膜的因干燥引起的损伤。
(2)在上述(1)所记载的膜组件中，也可以具备：下部集管空间，其是所述壳体的内部空间中的比所述第一隔壁靠下方的空间；上部集管空间，其是所述壳体的内部空间中的比所述第二隔壁靠上方的空间；被处理水导入口，其向所述上部集管空间供给被处理水；以及浓缩水排出口，其从所述下部集管空间排出被处理水。
(3)根据本发明的第二方案，水处理系统具备：生物处理水槽，其对被处理水所含的有机物进行处理；原水槽，其收容从所述生物处理水槽排出的被处理水；膜分离装置，其具有上述(1)或(2)所述的膜组件，将从所述原水槽供给的被处理水分离成透过水和浓缩水；以及返送管线，其将所述浓缩水返送至所述生物处理水槽，所述水处理系统不向所述原水槽返送所述浓缩水。
根据这样的构成，通过使管状过滤膜具有亲水性而能够降低膜面流速，因此，能够减少被处理水的循环流量。由此，无需使用在疏水性膜的情况下必须的、将浓缩水分配给原水槽和生物处理水槽的分配罐以及将浓缩水返送至原水槽的配管。另外，通过流量变少，能够使配管小径化。另外，通过流量变少，能够削减流量计等设备。
发明效果
根据本发明，即便在流通于膜组件的管状过滤膜的被处理水的流动停止的情况下，也从设置于下部的透过水排出口排出透过水。由此，透过水不会滞留在透过水空间，能够抑制透过水的腐臭以及水垢析出。
另外，通过使管状过滤膜由具有亲水性的材料形成，即便在被处理水的流动停止的情况下，也能够防止管状过滤膜的因干燥引起的损伤。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的水处理系统的概要结构图。
图2是本发明的第一实施方式的膜组件的概略剖视图。
图3是本发明的第一实施方式的变形例的膜组件的概要剖视图。
图4是本发明的第二实施方式的膜组件的概要剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下，参照附图对本发明的第一实施方式的具有膜组件1的水处理系统10详细进行说明。
如图1所示，本实施方式的水处理系统10具备：对被处理水W1(包含屎尿、净化槽污泥在内的有机性废水)所含的有机物进行处理的生物处理水槽11；对从生物处理水槽11排出的被处理水W2进行收容的原水槽12；以及将从原水槽12供给的被处理水W3(原水)分离成透过水PW和浓缩水W4的膜分离装置13。
生物处理水槽11例如是通过硝化菌和脱氮菌的作用而将液体中的BOD、氮化合物等分解去除的装置。经由第一配管15向生物处理水槽11供给被处理水W1。生物处理水槽11与原水槽12由第二配管16连接。
膜分离装置13具备多个膜组件1。多个膜组件1并排地排列。多个膜组件1以纵向配置在膜分离装置13的框体内。即，膜组件1的圆筒形状的壳体2(参照图2)的轴线A沿铅垂方向延伸。
如图2所示，膜组件1具有壳体2以及在壳体2的内部配置的多个管状过滤膜3。膜分离装置13是采取一边使被处理水W3在管状过滤膜3的内侧循环一边对被处理水W3进行过滤的方式而从被处理水W3取出透过水PW的装置。
原水槽12与膜分离装置13经由原水供给配管17而连接。在原水供给配管17设置有循环泵21。贮存于原水槽12的被处理水W在被循环泵21加压的状态下向膜分离装置13供给。
从膜分离装置13分离的透过水PW被导入透过水配管18。透过水配管18与贮存槽20连接。即，膜组件1的透过水排出口9(参照图2)与透过水配管18连接。在透过水配管18设置有吸引泵22。
被分离出透过水PW后从膜分离装置13排出的浓缩水W4中，除了剩余的污泥之外，全部经由返送配管19(返送管线)而返送至生物处理水槽11。即，膜组件1的浓缩水排出口8(参照图2)与返送配管19连接。因此，浓缩水W4不被返送至原水槽12。
从生物处理水槽11排出的被处理水W2经由原水槽12、膜分离装置13而返回生物处理水槽11。即，被处理水W在水处理系统10的配管内循环。
如上所述，多个膜组件1并排地排列。具体而言，原水供给配管17、透过水配管18以及返送配管19与各个膜组件1分别连接。
如图2所示，膜组件1具备圆筒形状的壳体2和多个管状过滤膜3。
壳体2具有：呈圆筒形状的壳体主体4；将壳体主体4的下端封锁的第一侧壁5；将壳体主体4的上端封锁的第二侧壁6；形成于壳体主体4的被处理水导入口7；形成于壳体主体4的浓缩水排出口8；以及形成于壳体主体4的透过水排出口9。
膜组件1具备将壳体2的内部分割成三个空间的第一隔壁30和第二隔壁31。在第一隔壁30和第二隔壁31形成有多个插通孔32。插通孔32是沿着第一隔壁30以及第二隔壁31的板厚方向贯穿的孔。插通孔32的内径比管状过滤膜3的外径稍大。
多个管状过滤膜3在壳体2的内部沿铅垂方向延伸，且一端与第一隔壁30连结，另一端与第二隔壁31连结。
第一隔壁30是呈板形状的构件，且固定在壳体2的延伸方向的下方(第一侧壁5的一侧)。由壳体主体4、第一隔壁30以及第一侧壁5围成的空间是下部集管空间S1。下部集管空间S1是壳体2的内部空间中的比第一隔壁30靠下方的空间。
第二隔壁31是呈板形状的构件，且固定在壳体2的延伸方向的上方(第二侧壁6的一侧)。由壳体主体4、第二隔壁31以及第二侧壁6围成的空间是上部集管空间S2。上部集管空间S2是壳体2的内部空间中的比第二隔壁31靠上方的空间。
由壳体主体4、第一隔壁30以及第二隔壁31围成的空间是透过水空间S3。从多个管状过滤膜3取出的透过水PW排出到透过水空间S3之后，经由透过水排出口9而导入到透过水配管18。
被处理水导入口7是使壳体2的外部与下部集管空间S1连通的开口。被处理水导入口7形成于壳体主体4。被处理水导入口7设置在壳体2的轴线A方向上的第一隔壁30与第一侧壁5之间。
浓缩水排出口8是使壳体2的外部与上部集管空间S2连通的开口。浓缩水排出口8形成于壳体主体4。浓缩水排出口8设置在壳体2的轴线A方向上的、第二隔壁31与第二侧壁6之间。
透过水排出口9是使壳体2的外部与透过水空间S3连通的开口。
透过水排出口9形成于壳体主体4。透过水排出口9设置在壳体2的轴线A方向上的、第一隔壁30与第二隔壁31之间。
本实施方式的透过水排出口9设置在透过水空间S3的下部。换言之，透过水排出口9设置在第一隔壁30的稍靠上方。透过水排出口9优选设置在透过水空间S3的下端。透过水排出口9形成在不使透过了多个管状过滤膜3的透过水PW滞留在透过水空间S3而能够尽可能地将其排出的位置。
另外，与透过水排出口9连接的透过水配管18朝向下方倾斜。
即，透过水配管18具有使从透过水排出口9排出的透过水PW不会在重力的作用下返回这样的形状。
另外，在壳体主体4设置有使壳体2的外部与透过水空间S3连通的排气口34。排气口34设置在透过水空间S3的上部。
各个管状过滤膜3的一端穿过第一隔壁30的插通孔32之后，固定于插通孔32的内周面。插通孔32的内周面与管状过滤膜3的外周面之间由密封材料(未图示)密封。作为密封材料，优选环氧树脂、聚氨酯树脂等初期具有粘性且随时间经过而发生固化的材料。
各个管状过滤膜3的另一端按照与管状过滤膜3的一端同样的方法而固定于第二隔壁31的插通孔32。
管状过滤膜3呈圆筒形状，由对单一主要组成原材料共聚了亲水性单体而成的单层结构的高分子过滤膜形成。
即，管状过滤膜3的主要材料由一种原材料形成。主要材料由一种原材料形成是指，在形成管状过滤膜3的原材料(例如树脂)中，一种树脂占据50质量％以上。
另外，主要材料由一种原材料形成是指，该一种原材料的性质支配着组成材料的性质。具体而言，是指一种树脂具有50质量％-99质量％的原材料。
作为构成管状过滤膜3的主要材料，能够使用氯乙烯系树脂、聚砜(PS)系、聚偏二氟乙烯(PVDF)系、聚乙烯(PE)等的聚烯烃系、聚丙烯腈(PAN)系、聚醚砜系、聚乙烯醇(PVA)系、聚酰亚胺(PI)系等的高分子材料。
作为构成管状过滤膜3的主要材料，尤其是优选氯乙烯系树脂。作为氯乙烯系树脂，举出氯乙烯均聚物(氯乙烯均聚物)、具有能够与氯乙烯单体共聚的不饱和键的单体与氯乙烯单体的共聚物、将氯乙烯单体接枝共聚于重合物而成的接枝共聚物、由这些氯乙烯单体单元氯化而成的单元构成的(共)聚合物等。
作为亲水性单体，例如举出：
(1)含氨基、铵基、吡啶基、亚氨基、甜菜碱结构等阳离子性基团的乙烯基单体及/或其盐类，
(2)含羟基、酰胺基、酯结构、醚结构等亲水性的非离子性基团的乙烯基单体，
(3)含羧基、磺酸基、磷酸基等阴离子性基团的乙烯基单体及/或其盐类，
(4)其他的单体等。
管状过滤膜的管径能够根据被处理水W的性状等而适当选择，例如在被处理水W3的粗纤维量α为200mg/升以下的情况下，能够将管状过滤膜3的内径设为5mm以下，在粗纤维量α大于200mg/升且小于500mg/升的情况下，能够将管状过滤膜3的内径设为5mm-10mm，在粗纤维量α为500mg/升以上的情况下，能够将管状过滤膜3的内径设为10mm以上。通过选择管径，能够抑制由粗纤维引起的管状过滤膜3的堵塞。
接着，对本实施方式的水处理系统10的作用进行说明。
首先，在生物处理水槽11中对被处理水W1进行处理。具体而言，被处理水W1所含的有机性物质由微生物进行分解。
接着，将从生物处理水槽11排出的被处理水W2贮存在原水槽12中。
当从原水槽12排出的被处理水W3经由循环泵21向膜分离装置13供给时，被送入膜组件1的管状过滤膜3内。
从管状过滤膜3透过的透过水PW向透过水空间S3流动。透过水空间S3内的透过水PW在重力的作用下向下方流动。流到透过水空间S3的下方的透过水PW从设置于透过水空间S3的下部的透过水排出口9排出，经由透过水配管18而贮存于贮存槽20。
从膜分离装置13排出的浓缩水W4中，除了剩余的污泥之外，全部经由返送配管19而返送至生物处理水槽11，再次被进行处理。
另外，在停止了水处理系统10的情况下，透过水空间S3内的透过水PW全部被排出到透过水空间S3外。换言之，即便在通过停止循环泵21而使被处理水W3的流动停止的情况下，透过水PW也不会滞留在透过水空间S3。
根据上述实施方式，即便在流通于膜组件1的管状过滤膜3的被处理水W3的流动停止的情况下，也从设置于下部的透过水排出口9排出透过水PW。由此，透过水PW不会滞留在透过水空间S3，能够抑制透过水PW的腐臭以及水垢析出。
另外，在水处理系统10的运转中，透过水PW也不滞留在透过水空间S3，因此，管状过滤膜3内的压力与管状过滤膜3外的压力差变大。由此，能够提高管状过滤膜3的过滤性能。
另外，与由具有疏水性膜的材料形成的过滤膜、对疏水性的基材实施了亲水性的涂层的过滤膜不同，通过使管状过滤膜3由具有亲水性的材料形成，即便在水处理系统10停止的情况下，管状过滤膜3也不会因干燥而引起损伤。
另外，能够抑制因滞留的透过水PW而向管状过滤膜3施加背压、从而发生FLUX(流出量)降低的情况。
另外，通过在壳体主体4设置有排气口34，从而透过水空间S3内的空气压成为大气压，因此，能够防止透过水PW难以从透过水排出口9排出。另外，通过设置排气口34，即便在吸引泵22停止的情况下，也能够将透过水空间S3内的透过水PW向壳体2的外部排出。
另外，通过使管状过滤膜3由具有亲水性的材料形成，能够降低被处理水W3的膜面流速。膜面流速例如能够为0.15m/s-0.30m/s。
在管状过滤膜3为疏水性的情况下，需要提高膜面流速(例如，2.5m/s)。因此，循环流量变多，需要将从膜分离装置13排出的浓缩水W4返送至原水槽12以及生物处理水槽11。为了向原水槽12以及生物处理水槽11返送，需要使用将浓缩水W4分配给原水槽12和生物处理水槽11的分配罐、配管。
本实施方式的水处理系统10能够降低膜面流速，因此，能够减少被处理水W的循环流量。因此，能够降低循环泵21的动力。另外，不需要使用将浓缩水W4分配给原水槽12和生物处理水槽11的分配罐、将浓缩水W4返送至原水槽12的配管。
另外，通过流量变少，能够使配管小径化。另外，通过流量变少，能够削减流量计等设备。
需要说明的是，在上述实施方式中，作为膜组件1而采用了将管状过滤膜3并排地排列的膜组件1，但不局限于此。例如，如图3所示，也可以将多个管状过滤膜3串联连接。即，也可以构成为，具有将多个管状过滤膜3的一端彼此以及管状过滤膜3的另一端彼此以多个管状过滤膜3串联连接的方式连接的多个U字状的连接构件46。
另外，在串联连接的多个管状过滤膜3中，也可以经由连接构件47以及连接构件48将被处理水导入口7与浓缩水排出口8直接连接，从而导入被处理水W3并排出浓缩水W4。在该情况下，也可以不设置上部集管空间S2，还可以变更壳体的结构，如不设置第二侧壁6等。
(第二实施方式)
以下，基于附图对本发明的第二实施方式的膜组件1进行说明。需要说明的是，在本实施方式中，以与上述第一实施方式的不同之处为中心进行说明，针对同样的部分省略其说明。
如图4所示，本实施方式的膜组件1的被处理水导入口7与上部集管空间S2连接，浓缩水排出口8与下部集管空间S1连接。被处理水W从上方朝向下方流动。
本发明的膜组件1如上述实施方式那样能够采用被处理水W3朝向下方流动的方式。在该情况下，期望设置虹吸截断器。
以上，对本发明的实施方式详细进行了说明，但在不脱离本发明的技术思想的范围内能够加以各种变更。
例如，关于管状过滤膜3的根数，在图2等中示出了五根管状过滤膜3，但管状过滤膜3的根数不局限于此。
工业实用性
根据本发明，即便在流通于膜组件的管状过滤膜的被处理水的流动停止的情况下，也从设置于下部的透过水排出口排出透过水。由此，透过水不会滞留在透过水空间，能够抑制透过水的腐臭以及水垢析出。
另外，通过使管状过滤膜由具有亲水性的材料形成，即便在被处理水的流动停止的情况下，也能够防止管状过滤膜的因干燥引起的损伤。
附图标记说明
1 膜组件；
2 壳体；
3 管状过滤膜；
4 壳体主体；
5 第一侧壁；
6 第二侧壁；
7 被处理水导入口；
8 浓缩水排出口；
9 透过水排出口；
10 水处理系统；
11 生物处理水槽；
12 原水槽；
13 膜分离装置；
15 第一配管；
16 第二配管；
17 原水供给配管；
18 透过水配管；
19 返送配管(返送管线)；
20 贮存槽；
21 循环泵；
22 吸引泵；
30 第一隔壁；
31 第二隔壁；
32 插通孔；
34 排气口；
46 连接构件；
47 连接构件；
48 连接构件；
A 轴线；
PW 透过水；
S1 下部集管空间；
S2 上部集管空间；
S3 透过水空间；
W1～W3 被处理水；
W4 浓缩水。
Claims (3)
1.一种膜组件，其具备：
筒形状的壳体，其轴线沿铅垂方向延伸；
第一隔壁，其设置在所述壳体的延伸方向的下方；
第二隔壁，其设置在所述壳体的延伸方向的上方；
多个管状过滤膜，其在所述壳体的内部沿铅垂方向延伸，一端与所述第一隔壁连结，另一端与所述第二隔壁连结；
透过水空间，其由所述壳体、所述第一隔壁以及所述第二隔壁划分形成，被导入透过了所述多个管状过滤膜的透过水；以及
透过水排出口，其设置在所述透过水空间的下部，用于排出所述透过水，
所述膜组件的特征在于，
所述多个管状过滤膜具有亲水性单体共聚而成的单层结构，
所述膜组件还具备排气口，该排气口设置在所述透过水空间的上部。
2.根据权利要求1所述的膜组件，其中，
所述膜组件具备：
下部集管空间，其是所述壳体的内部空间中的比所述第一隔壁靠下方的空间；
上部集管空间，其是所述壳体的内部空间中的比所述第二隔壁靠上方的空间；
被处理水导入口，其向所述上部集管空间供给被处理水；以及
浓缩水排出口，其从所述下部集管空间排出被处理水。
3.一种水处理系统，其具备：
生物处理水槽，其对被处理水所含的有机物进行处理；
原水槽，其收容从所述生物处理水槽排出的被处理水；
膜分离装置，其具有权利要求1或2所述的膜组件，将从所述原水槽供给的被处理水分离成透过水和浓缩水；以及
返送管线，其将所述浓缩水返送至所述生物处理水槽，
所述水处理系统不向所述原水槽返送所述浓缩水。
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