JP2000061466A

JP2000061466A - 膜ろ過排水処理装置およびその運転方法

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Publication number: JP2000061466A
Application number: JP10234137A
Authority: JP
Inventors: Shohei Fukada; 尚平深田; Torataro Minegishi; 寅太郎峯岸
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2000-02-29

Abstract

(57)【要約】【課題】膜ろ過排水処理装置に供給される被処理排水
中の汚泥濃度の大きさに応じて膜面流速を変更すること
により、中空糸膜の内側に付着・堆積する汚泥量を軽減
できる膜ろ過排水処理装置およびその運転方法を提案す
ることを目的としている。【解決手段】被処理排水を膜モジュールによって膜ろ
過処理する際に、被処理排水中の汚泥濃度の大きさによ
って、循環ポンプ３やバルブ１４の開度を調整して、膜
面流速を変更し得る制御手段１６を備えた膜ろ過排水処
理装置であり、膜モジュール１４の膜目詰まりを防止し
得る膜モジュールの膜内壁表面に汚泥が付着・堆積する
のを抑制して、透過流束を高く設定できるとともに、長
期間洗浄すること無しに運転を継続することができる膜
ろ過排水処理装置およびその運転方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種排水を処理す
るための膜ろ過排水処理装置およびその運転方法に関
し、詳しくは被処理排水の汚泥濃度により、膜面流速を
制御する膜ろ過排水処理装置およびその運転方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、浄水場、下水場または工場等で
は、発生する排水に対し固液分離を実施することで、清
浄な水を得るとともに排水の減容化を図る処理が行われ
ている。この固液分離方法には、（１）槽に排水を貯め
て放置することで沈降分離させる重力沈降法、（２）容
器等に排水を封入して回転させ分離する遠心法、（３）
膜ろ過膜を用いて固液分離する膜ろ過法等が挙げられ
る。

【０００３】これらの中で（１）の重力沈降法は、長時
間、貯槽に排水を滞留させなければならないため、敷地
面積の増大および処理の長時間化が問題であった。これ
は、特に大都市圏等の用地確保が困難な地域において深
刻な問題である。また、冬季の低水温期には重力濃縮が
進まず、濃縮排水の大容量・低濃度化の問題も有してい
た。このことは、後段の脱水設備等の規模および負荷の
増大につながり、コストの増大を招いていた。

【０００４】（２）の遠心法は、処理量が少ない場合に
有効であるが、被処理排水が大量であると、遠心分離設
備および動力コストの増大を招き、やはりコストの増大
を招く欠点を有していた。これに対して、（３）の膜ろ
過法は、設備の設備面積の軽減、処理時間の短縮化が図
れるとともに、重力濃縮等に比較して分離水が清澄化さ
れるために、近年各種排水の濃縮に広く用いられるよう
になってきている。

【０００５】この膜ろ過法（３）には、いくつかのタイ
プがあり、特に各種排水等の汚れた水の濃縮法には、
浸漬型膜ろ過法、回転型膜ろ過法、内圧型クロスフ
ローの膜ろ過法等が挙げられる。の浸漬型膜ろ過法
は、濃縮槽に浸漬して水位差圧または吸引による差圧で
分離する方法であって、設置面積が少なくて済むとうい
う利点を有している。しかし、膜面上に付着・堆積して
ろ過流量を減少させる汚泥をエアレーションで剥離しな
ければならず、動力コストが増大するという問題も有し
ている。

【０００６】の回転型膜ろ過法は、この膜ろ過の際に
膜表面上に付着・堆積する汚泥を、膜を回転させて剥離
することで一定の厚み以下に維持してろ過量を確保する
ものであるが、回転に要する動力コストが増大する問題
があった。

【０００７】の内圧型クロスフローの膜ろ過法は、中
空糸の膜の内側に排水を循環させることによって膜面上
の汚泥の付着・堆積を防止し、排水を濃縮する方法であ
る。排水を循環させるためには、循環水を得る循環ポン
プの動力を要するが、外圧型あるいは内圧型の膜モジュ
ールを用いて通水すると、循環ポンプの動力が同じ場合
では、内圧型の方が外圧型に比して膜面流遠を高く設定
することができるため、膜表面での汚泥の堆積量が少な
くなり膜の目詰まりが抑制される。また、浸漬型のエア
レーションよりも大きな膜面流速を容易に発生させるこ
とができるために膜の剥離性が良く、その効果として透
過流束を高く設定することが可能となる。

【０００８】の内圧型のクロスフローの膜ろ過法の従
来例は、図４に示した通りである。同図において、膜ろ
過排水処理装置は、被処理排水を貯留する循環タンク
１、循環タンク１内の被処理排水を攪拌する攪拌機２、
被処理排水を循環させるための循環ポンプ３、被処理排
水を膜ろ過する膜モジュール４、膜モジュール４の膜に
付着・堆積する汚泥を洗浄するための洗浄手段５等から
構成されている。６〜１２は配管を示し、１３はバルブ
を示している。

【０００９】被処理排水は、まず攪拌機２を備えている
循環タンク１へ供給される。該排水は、循環ポンプ３に
より配管７を通って膜モジュール４へ送られ膜ろ過処理
された後、循環水は配管８を通って循環タンク１へ返送
される。一方、膜モジュール４から配管９を通って得ら
れる膜ろ過水は、再利用される。また、膜モジュール４
は、定期的に洗浄操作が実施され、膜ろ過水等が洗浄手
段５により配管１０を通って膜モジュール４内に供給さ
れ、その洗浄排水は、配管１１を介して循環タンク１へ
返送される。このようにして、循環タンク１内の被処理
廃水は、濃縮排水または濃縮汚泥として濃縮される。ま
た、膜ろ過排水処理装置において、精密ろ過あるいは限
外ろ過の中空糸膜を用いることができ、膜の洗浄手段と
しては、原水あるいは膜ろ過水を用いて行う逆流水洗浄
または加圧ガスを用いて行う逆圧洗浄あるいはそれらの
組み合わせを用いることができる。

【００１０】しかし、図４に示した従来の膜ろ過排水処
理装置では、膜ろ過運転が長期間に及ぶ場合または排水
が高濃度に濃縮された場合には、定期的な逆流水洗浄ま
たは逆圧洗浄の実施を行う必要があり、膜面流速を高く
設定した運転を実施した場合においても、中空糸膜の内
側の供給口に近い側から徐々に汚泥が付着・堆積すると
いった現象は避けられない。

【００１１】図５は、汚泥の付着状態を中空糸膜に供給
する被処理排水の流れから模式的に示している。図５
（１）は、被処理排水を矢印方向から中空糸膜Ａに供給
され、汚泥Ｂが中空糸膜Ａの供給口Ｅに付着し、この状
態をそのまま放置し運転を続けるならば、図５（２）に
示すように、中空糸膜Ａの内側に付着・堆積した汚泥Ｂ
の量は増大し、最終的には閉塞を生じて被処理排水を循
環させることができなくなり、排水の濃縮処理ができな
くなるという問題がある。

【００１２】また、特開平２−７５３８９号公報に開示
された廃水の処理方法では、図６に示すような膜ろ過が
開示されている。図６は、膜モジュール２０₁〜２０₄
が直列に接続されており、２１がろ過膜、２２が原水流
路、２３が透過液流路であり、Ｖ₁〜Ｖ₄は透過液の量
を調整するバルブである。バルブＶ₁〜Ｖ₄を調整し
て、透過側の流路を調節することにより、膜面流速を高
く維持しながらろ過水量は高くなりすぎて汚泥の付着・
堆積を増加させないようにろ過水量を低く維持する方法
が開示されている。しかし、この方法においても、回分
処理のような被処理排水中の汚泥濃度が徐々に変化して
いく場合であっても、膜ろ過流束およびろ過水量をその
まま維持するように運転するために、汚泥濃度が高くな
ってきた場合に汚泥の付着・堆積が避けられないという
問題点があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来処理方式の問題点を克服すべく鋭意研究の結果完
成されたものであって、膜ろ過排水処理装置に供給され
る被処理排水中の汚泥濃度の大きさに応じて膜面流速を
変更することにより、中空糸膜の内側に付着・堆積する
汚泥量を軽減できる膜ろ過排水処理装置およびその運転
方法を提案することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するためになされたものであり、請求項１の発明は、
被処理排水を膜モジュールに循環させてろ過処理する膜
ろ過排水処理装置において、前記膜モジュールに被処理
排水を循環させてろ過する際に、被処理排水中の汚泥濃
度の大きさによって、前記膜モジュールを通過する被処
理排水の膜面流速を変更し得る制御手段を備えたことを
特徴とする膜ろ過排水処理装置である。この構成によれ
ば、制御手段によって、被処理排水中の汚泥濃度の大き
さにより、きめ細かく膜面流速を変更することがなし得
るので、膜モジュールの中空糸膜内壁表面に付着・堆積
する汚泥を軽減し得るとともに、透過流束を高く設定す
ることができるほか、無駄な循環動力が軽減され、長期
間洗浄無しに運転を継続することができる。

【００１５】また、請求項２の発明は、前記膜ろ過排水
処理装置の膜モジュールに使用する膜は、精密ろ過法ま
たは限外ろ過法による中空糸膜であることを特徴とする
請求項１または２に記載の膜ろ過排水処理装置である。
この構成によれば、膜に精密ろ過または限外ろ過の中空
糸膜を用いており、排水中の濁度、色度等の各種有機お
よび無機成分を除去できるために、膜ろ過水を清澄化す
ることができる。

【００１６】また、請求項３の発明は、膜ろ過排水処理
装置の膜ろ過が、内圧型クロスフロー方式で行うことを
特徴とする請求項１に記載の膜ろ過排水処理装置であ
る。この構成によれば、被処理排水を循環させて生じる
膜面流速を高く設定できるとともに、循環動力も低く抑
えることができ、膜面上への汚泥の付着・堆積を効率的
に軽減することができる。

【００１７】また、請求項４の発明は、前記被処理排水
は、浄水場内で発生する沈殿池汚泥、砂ろ過逆洗排水、
活性炭逆洗排水、膜ろ過逆洗排水等の各種排水、または
下水処理場で発生するし渣、初沈汚泥、余剰汚泥等の各
種排水、または工場等で発生する各種排水であり、これ
らの施設に設置したことを特徴とする請求項１，２また
は３に記載の膜ろ過排水処理装置である。この構成によ
れば、被処理排水が既存の処理場等から生じる各種排水
や汚泥を対象とし、既存の処理場設備に膜ろ過排水処理
装置を利用して濃縮処置ができるとともに、膜ろ過排水
処理装置の膜モジュールの逆流水洗浄、逆圧洗浄や薬品
洗浄の頻度が軽減できるので、水回収率を向上させるこ
とができる。

【００１８】また、請求項５の発明は、被処理排水を膜
ろ過排水処理装置によって膜ろ過処理する際に、被処理
排水中の汚泥濃度の大きさによって膜面流速を変更する
ことにより、膜の目詰まりを防止することを特徴とする
膜ろ過排水処理装置の運転方法である。この構成によれ
ば、被処理排水中の汚泥濃度の大きさで膜面流速を変更
することができるので、膜モジュールの膜内壁表面に汚
泥が付着・堆積するのを防止でき、その結果、透過流束
を高く設定できるほか、長期間洗浄すること無しに運転
を継続することができる。

【００１９】また、請求項６の発明は、前記膜ろ過排水
処理装置に使用する膜は、精密ろ過または限外ろ過の中
空糸膜であって、前記中空糸膜による膜モジュールに内
圧型クロスフロー方式で被処理排水を処理することを特
徴とする請求項５に記載の膜ろ過排水処理装置の運転方
法である。この構成によれば、膜に精密ろ過または限外
ろ過の中空糸膜を用いているため、排水中の濁度、色度
等の各種有機および無機成分を除去できるため、膜ろ過
水を清澄化することができるとともに、中空糸膜の内壁
表面に汚泥が付着・堆積するのを抑制することができ、
その結果、透過流束を高く設定できるとともに、長期間
洗浄すること無しに運転を継続することができる。

【００２０】また、請求項７の発明は、前記被処理排水
は、浄水場内で発生する沈殿池汚泥、砂ろ過逆洗排水、
活性炭逆洗排水、膜ろ過逆洗排水等の各種排水、または
下水処理場で発生するし渣、初沈汚泥、余剰汚泥等の各
種排水、または工場等で発生する各種排水であることを
特徴とする請求項５または６に記載の膜ろ過排水処理装
置の運転方法である。この構成によれば、被処理排水が
既存の処理場等から生じる各種排水や汚泥を対象として
おり、既存の処理場設備に膜ろ過排水処理装置を利用し
て濃縮処理ができるとともに、膜ろ過排水処理装置の膜
モジュールの逆流水洗浄、逆圧洗浄や薬品洗浄の頻度が
軽減できるので、水回収率を向上させることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の膜ろ過
排水処理装置およびその運転方法の実施形態を説明する
ための図である。同図において、膜ろ過排水処理装置
は、主な構成要素とし、被処理排水が供給される循環タ
ンク１、循環タンク１内の被処理排水を攪拌する攪拌機
２、循環タンク１内の被処理排水を送り出すための循環
ポンプ３、被処理排水をろ過する膜モジュール４、膜モ
ジュール４を洗浄するための洗浄手段５、循環タンク１
内の被処理排水の汚泥濃度を計測する汚泥濃度計１５、
および制御手段１６から形成されている。６〜１２は配
管を示し、１３、１４はバルブを示している。膜モジュ
ール４に用いる膜は、無機物および有機物により生じて
いる濁質、色度、各種水質項目等の低減効果の高い精密
ろ過膜または限外ろ過膜が用いられる。制御手段１６で
は、循環タンク１内の被処理排水の汚泥濃度を汚泥濃度
計１５によって計測して、その計測値が入力されてお
り、循環ポンプ３とバルブ１４の開度が調整され、膜モ
ジュール４を通過する被処理排水の膜面流速が調整され
ている。

【００２２】次に、本発明に係る実施形態の膜ろ過排水
処理装置の運転方法について説明する。まず、被処理排
水は、配管６を通って、攪拌機２を備える循環タンク１
に供給される。循環タンク１内の該排水は、循環ポンプ
３により配管７を通って膜モジュール４へ送られて膜ろ
過処理された後、循環水は開かれたバルブ１４が備えら
れた配管８を通って循環タンク１へ返送される。このと
き、循環タンク１中に浸漬されている汚泥濃度計１５
は、被処理排水中の汚泥濃度を計測して、その計測デー
タを制御手段１６に出力し、制御手段１６はその計測デ
ータを取り込み、演算処理を実施する。この制御手段１
６には、あらかじめ汚泥濃度値に対して設定した膜モジ
ュール４の膜面流速の条件が記憶されており、その条件
を満足するように、循環ポンプ３の出力およびバルブ１
４の開度が調整されている。

【００２３】このように制御手段１６では、被処理排水
中の汚泥濃度の大きさによって膜モジュール４を通過す
る被処理排水の膜面流速を変更し得るようにして、適正
な操作圧力または透過流束を維持しながら設定膜面流速
となるように制御されている。この制御により、中空糸
膜の内壁表面に被処理排水中の汚泥が付着・堆積し難く
なり、長期間の運転継続や高い透過流束の維持を可能と
することができる。

【００２４】また、本実施形態の膜ろ過排水処理装置
は、循環タンク１と膜モジュール４とが主な構成設備で
あり、比較的広大な敷地面積を要しない特徴を有してお
り、例えば浄水場内で発生する沈殿池汚泥、砂ろ過逆洗
排水、活性炭逆洗排水、膜ろ過逆洗排水等の各種排水、
または下水処理場で発生するし渣、初沈汚泥、余剰汚泥
等の各種排水、または工場等で発生する各種排水を処理
する施設に利用することができる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の膜ろ過排水処理装置およびそ
の運転方法の実施例について、説明する。無論、本発明
は、本実施例に限定するものではない。本実施例は、図
１の膜ろ過排水処理装置であって、表１に示した仕様の
膜モジュールが用いられ、その運転条件が示されてい
る。被処理排水としては、浄水場の排泥池沈降汚泥が用
いられた。その運転方法は、本実施例の運転方法の概要
を示す図２の制御フローに従って行われた。この制御フ
ローは、制御手段１６の記憶装置に記憶されたプログラ
ムに従って実行された。表２には、汚泥濃度に対する膜
面流速設定条件が示されており、この条件が上記記憶装
置に記憶されている。

【００２６】次に、図２の制御フローに従って、その運
転方法を説明する。まず、ステップＳ１において、汚泥
濃度計１５により、循環タンク１内の被処理排水の汚泥
濃度を計測され、この計測値が制御手段１６に入力され
て、その汚泥濃度が判定される。ステップＳ２に進み、
汚泥濃度が１〜２％の範囲内であれば、ステップＳ８に
進み、膜面流速が１．５ｍ／ｓに設定するように循環ポ
ンプ３またはバルブ１４の開度を調整し、ステップＳ１
に戻る。また、ステップＳ２の条件を満足しない場合
は、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、汚泥濃度
が２〜３％の範囲内であるか否かを判断し、この条件を
満足する場合はテップＳ９に進み、満足しない場合は、
ステップＳ４に進み、上記と類似するステップを踏ん
で、ステップＳ７までの操作を繰り返し、ステップＳ７
において、被処理排水の汚泥濃度が６％に達した場合、
膜面流速による運転を終了する。この処理の間に、表１
の逆流水洗浄頻度で膜モジュール４の洗浄が実施されて
いる。

【００２７】なお、この比較実験では、被処理廃水の汚
泥濃度が６％に達した時点で終了したが、通常は、膜面
流速を制御する運転を終了した後、次のステップとし
て、循環タンク１内の被処理排水の引き抜き工程に進
む。この工程は、被処理排水の供給を停止して、バルブ
１３を開き、循環タンク１内の汚泥濃度が６％に達した
被処理排水を引き抜き、完全に引き抜いた後、再び、配
管６から被処理排水を循環タンク１に供給して、同様の
操作を繰り返して運転する。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】本実施例と従来例との比較試験の結果が図
３に示されている。図３は、膜モジュールの汚泥濃度対
透過流束を示し、その横軸が汚泥濃度［％］、縦軸が透
過流束［ｍ／日］を示している。図３の（イ）は、本発
明の実施例の膜ろ過排水処理装置による汚泥濃度に対す
る透過流束の変化を示し、図３の（ロ）は、従来の汚泥
濃度に対する透過流束の変化を示している。

【００３１】図３に示した透過流束の経時変化から明ら
かなように、本発明に係る実施例の運転方法による汚泥
濃度に対して適正な膜面流速を設定することによって、
中空糸膜の内壁表面汚泥の付着・堆積を防止して、しか
も汚泥濃度が大きくなったとしても透過流束を従来処理
方法と比較して高く維持することができた。

【００３２】

【発明の効果】上記記載のように、本発明の膜ろ過排水
処理装置およびその運転方法によれば、被処理排水中の
汚泥濃度に対して適正な膜面流速を設定することによっ
て、中空糸膜の内壁面に付着・堆積した汚泥を防止する
ことがきるために、透過流束を安定に維持できる、ま
た、従来の運転方法と比鮫して高い透過流束の維持を達
成することができる。

【００３３】また、膜に精密ろ過または限外ろ過を用い
ているために、得られた膜ろ過水は清澄化されており、
再利用の適用範囲が拡大されるとともに、逆流水洗浄ま
たは逆圧洗浄の瀕度や薬品洗浄の間隔が長くなることか
ら、水回収率の向上、薬品洗浄操作のための費用や労力
を図ることができる等の効果を有する。

【００３４】さらに、本発明の膜ろ過排水処理装置およ
びその運転方法によれば、膜面上に付着・堆積する汚泥
を効率的に除去することによって、長期間にわたって安
定して膜ろ過水量を確保し得るとともに、汚泥濃度に応
じた膜面流速を設定することによって、ランニングコス
ト低減化を図ることができる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜ろ過排水処理装置の実施形態を示す
とともに、その運転方法を説明するための図である。

【図２】本実施例を説明するための制御フローを示した
図である。

【図３】本実施例と従来例との透過流束の経時変化の結
果を示すグラフである。

【図４】従来例の膜ろ過排水処理装置の一例を示す図で
ある。

【図５】汚泥が中空糸膜に付着・堆積する状態を模式的
に示した図である。

【図６】従来例の膜ろ過排水処理装置の膜モジュールの
一例を示す図である。

【符号の説明】

１循環タンク２攪拌機３循環ポンプ４膜モジュール５洗浄手段６〜１２配管１３，１４バルブ１５汚泥濃度計１６制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA18 JA53Z JA56Z JA63Z JA67Z KA63 KC03 KC13 KC14 KE02Q KE12P KE12Q KE14P KE22Q KE23Q MA01 MA22 MC29 PA02 PB08 PC62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理排水を膜モジュールに循環させて
ろ過処理する膜ろ過排水処理装置において、前記膜モジュールに被処理排水を循環させてろ過する際
に、被処理排水中の汚泥濃度の大きさによって、前記膜
モジュールを通過する被処理排水の膜面流速を変更し得
る制御手段を備えたことを特徴とする膜ろ過排水処理装
置。
【請求項２】前記膜ろ過排水処理装置の膜モジュール
に使用する膜は、精密ろ過または限外ろ過の中空糸膜で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の膜ろ過
排水処理装置。
【請求項３】膜ろ過排水処理装置の膜ろ過が、内圧型
クロスフロー方式で行うことを特徴とする請求項１に記
載の膜ろ過排水処理装置。
【請求項４】前記被処理排水は、浄水場内で発生する
沈殿池汚泥、砂ろ過逆洗排水、活性炭逆洗排水、膜ろ過
逆洗排水等の各種排水、または下水処理場で発生するし
渣、初沈汚泥、余剰汚泥等の各種排水、または工場等で
発生する各種排水であり、これらの施設に設置したこと
を特徴とする請求項１，２または３に記載の膜ろ過排水
処理装置。
【請求項５】被処理排水を膜ろ過排水処理装置によっ
て膜ろ過処理する際に、被処理排水中の汚泥濃度の大き
さによって膜面流速を変更することにより、膜の目詰ま
りを防止することを特徴とする膜ろ過排水処理装置の運
転方法。
【請求項６】前記膜ろ過排水処理装置に使用する膜
は、精密ろ過または限外ろ過の中空糸膜であって、前記
中空糸膜による膜モジュールに内圧型クロスフロー方式
で被処理排水を処理することを特徴とする請求項５に記
載の膜ろ過排水処理装置の運転方法。
【請求項７】前記被処理排水は、浄水場内で発生する
沈殿池汚泥、砂ろ過逆洗排水、活性炭逆洗排水、膜ろ過
逆洗排水等の各種排水、または下水処理場で発生するし
渣、初沈汚泥、余剰汚泥等の各種排水、または工場等で
発生する各種排水であることを特徴とする請求項５また
は６に記載の膜ろ過排水処理装置の運転方法。