JP2000176255A

JP2000176255A - 膜分離装置および水の分離方法

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Publication number: JP2000176255A
Application number: JP10360669A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Onoe; 利次尾上; Masahide Taniguchi; 雅英谷口
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1998-12-18
Publication date: 2000-06-27
Anticipated expiration: 2018-12-18
Also published as: JP3937620B2

Abstract

(57)【要約】【課題】設置面積をコンパクトに分離膜エレメント間隔
間に気泡を導き、分離膜エレメントを均一に洗浄しなが
ら運転する。【解決手段】複数の平面状の分離膜エレメントが、所定
の間隔で並べられた膜ユニットを形成し、これが孔を有
する曝気手段とともに槽体内に配置され、処理水を取出
す水取出手段が接続された膜分離装置であって、該曝気
手段が少なくとも膜ユニットの横に設けられていること
を特徴とする膜分離装置であって、該曝気手段が分離膜
エレメントの膜面を正面として、少なくとも膜ユニット
の横に近接して設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、廃水処理の中でも
主に、活性汚泥処理や凝集処理等で行われる固液分離に
用いる膜分離装置および水の分離方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】膜分離技術は、逆浸透膜や限外ろ過膜、
精密ろ過膜を用いて、海水・かん水の脱塩、半導体洗浄
用の超純水の製造、食品の分離または濃縮等のように高
品位な水が必要とされる用途を中心に研究が進められて
きた。しかし、最近では環境保全の観点から、廃水処理
にも膜分離技術を適用しようとする研究が進められてい
る。

【０００３】現在の廃水処理では、多くの場合、沈殿に
よる固液分離プロセスを伴うため、その代替として膜分
離技術が実施できれば、高品位な処理水が得られるだけ
でなく、広大な沈殿池の省略あるいは縮小ができ、スペ
ースメリットが非常に大きい。更に廃水処理では、微生
物を含む活性汚泥により、廃水中の有機物を分解した後
に、フロック化した汚泥と処理水を分離する活性汚泥処
理プロセスが広く用いられている。この活性汚泥処理プ
ロセスでは、処理効率を上げるために、活性汚泥を高濃
度化すると、分解処理が進む一方で、後段の沈殿池にお
いて汚泥の沈降性不良を生じる場合があり、水質の悪化
を防止するための管理作業が煩雑であった。

【０００４】この汚泥と処理水との固液分離に膜分離技
術を利用することで、高濃度活性汚泥処理を行なった場
合にも、水質の悪化を伴わず、更に沈殿池を省略でき非
常に省スペースとなる。このような点から、高濃度（Ｍ
ＬＳＳ約７，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌ）活性汚
泥混合液の固液分離用途に向けての膜分離技術の研究が
行われている。

【０００５】一方で膜分離技術では、素材として有機素
材、無機素材等があり、主に平膜、管状膜、中空糸膜等
の分離膜が用いられ、使用される方式により適した分離
膜モジュールが開発されている。

【０００６】高濃度における固液分離は分離膜モジュー
ルに原水を循環供給し、膜面に付着する汚れを、循環流
でかきとりながら分離するクロスフロー方式が行われて
おり、この方式に合わせた平膜や管状の分離膜を用いた
膜モジュールが主として用いられてきた。

【０００７】しかし、この方式は高濃度の活性汚泥を分
離膜モジュール内へ供給することが困難であることに加
えて、常に膜面に原水を循環供給し、膜面に付着する汚
泥をかきとりながら運転する必要があり、動力を必要と
する技術であった。このため、使用用途は再利用水など
廃水処理の中でも一部の高度な処理を要する分野に限定
されていた。近年になり、槽体内に分離膜モジュールを
浸漬して、モジュールの透過側をポンプで吸引、あるい
はサイホン等のように水位差を利用して処理水を得る、
省エネルギーな浸漬タイプの分離膜モジュールの研究が
行われている。更に、特公平４−７０９５８号公報、特
公平７−２０５９２号公報、特開平７−２７５６６８号
公報に記載のように、この技術を活性汚泥処理に用いれ
ば、好気性の微生物を飼育するために使用されている曝
気を利用して、槽体内に形成される旋回流を利用して膜
面に付着する汚泥をかきとることができ、更に動力コス
トの低減がはかれる。

【０００８】

【発明が解決しょうとする課題】この技術では、曝気で
形成される旋回流が各分離膜エレメントの各流路間に均
一に上昇して生じるせん断力に加えて、曝気の気泡が膜
面に作用することで、ろ過に伴い付着する汚れをかきと
る。

【０００９】しかし、多数の分離膜エレメントを配列し
た場合、下方からの曝気で各分離膜エレメントの間に均
一に流れを与えることは困難であり、加えて、特開平９
−２９９９５２号公報に記載のように、各分離膜エレメ
ント間の中には曝気が入らない場所も生じる。このよう
な場合、分離膜エレメント毎の汚れ具合にむらが生じて
しまうだけでなく、汚れにより分離膜エレメント間の流
路が閉塞し、使用が困難な状況にも陥ってしまう。分離
膜エレメント間隔間に確実に曝気の気泡を導くために、
特公平８−４７２２号公報に記載された技術がある。こ
の技術では各分離膜エレメント間に曝気手段を設けるた
め、分離膜エレメント間隔間に気泡を送り込むことがで
きるが、曝気手段自体が上昇流の高速化を阻害するだけ
でなく、曝気手段の分だけ、分離膜エレメント間隔を大
きくする必要があり、コンパクトに配置することができ
ない点が問題であった。

【００１０】そこで、各分離膜エレメントをコンパクト
に配置でき、均一に洗浄しながら長期間運転できるため
の膜装置が必要であった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、「複数の平面
状の分離膜エレメントが、所定の間隔で並べられて膜ユ
ニットを形成し、これが孔を有する曝気手段とともに槽
体内に配置され、分離膜エレメントに連通して分離膜エ
レメントの透過水を取出す水取出手段が接続された膜分
離装置であって、該曝気手段が少なくとも膜ユニットの
横に設けられていることを特徴とする膜分離装置。」、
「前記膜分離装置を用いて、槽体内に原水が存在する状
態で、曝気手段から曝気しながら、膜を通じて水取出手
段から透過水をえることを特徴とする水の分離方
法。」、「膜収容部、膜収容部内に取り出し自在に複数
の分離膜エレメントが鉛直方向に配置されており、ケー
シングの内面に分離膜エレメント同士の間に曝気用孔が
対峙している構造を有する膜分離用ケーシング。」を提
供するものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づき説明する。

【００１３】図１は本発明の膜分離装置の一例である。

【００１４】本発明は複数の平面状の分離膜エレメント
１が所定の間隔で並べられた膜ユニット２に、曝気手段
３を少なくとも膜ユニットの横に設けることで、コンパ
クトに各分離膜エレメント間に曝気を送り込むことがで
きる。

【００１５】膜ユニット２に曝気手段３を取付ける場合
に、膜ユニットの下方に取付けると槽内に大きな旋回流
が形成されるが、分離膜エレメント間には気泡が導かれ
ない箇所もあり、汚れにより流路が閉塞する箇所が生じ
てくるため、分離膜エレメント間に気泡を導けるように
曝気手段を配置する必要がある。気泡を分離膜エレメン
ト１間に導くために、下方に配置した曝気手段を膜ユニ
ットに近接させると、気泡は分離膜エレメント間に導か
れるが、その一方で曝気手段自体が、発生する上昇流の
抵抗になる。また、分離膜エレメントの間に曝気手段を
配置すると、気泡は導けるが、曝気手段の分だけの分離
膜エレメントの間隔が必要になり、設置面積が大きくな
る。

【００１６】これに対して、曝気手段３を膜ユニット２
の横に設けると、上昇流の抵抗とならずに、コンパクト
に分離膜エレメント間に気泡を導くことが可能になる。

【００１７】膜ユニット２は複数の分離膜エレメントが
所定の間隔で配置されたものであり、さらに分離膜エレ
メントを鉛直に配置すると、曝気による旋回流が各分離
膜エレメント間を上昇する際に、せん断力が最も大きく
作用するため最も好ましい。各分離膜エレメント１を並
べる間隔は小さいと高い速度の上昇流が得られ、設置面
積もコンパクトになるが、大きいと汚泥が付着堆積した
場合にも分離膜エレメント間が閉塞しにくくなる。間隔
については適宜選定するのがよく、特に限定されるもの
ではない。曝気手段３は少なくとも膜ユニット２の横に
設けられる。膜ユニットの横とは、分離膜エレメント１
の膜面を正面として膜ユニット横に設けることを指し、
このように配置することで分離膜エレメント各間隔間に
曝気および曝気による上昇流を付与することができる。

【００１８】曝気手段３はフロアやコンプレッサーなど
の給気手段８から気体を供給され、曝気手段に設けた孔
から気体を噴出するものであればよい。焼結材料などで
構成され、微細な孔から気泡を発するものでもよく、単
にパイプ等に多数の孔９が設けられており、粗大な気泡
を発するものでもよい。活性汚泥処理等で用いる場合な
どに、孔が汚泥により閉塞しないようなものであれば、
特に限定されるものではない。好ましくは孔９が分離膜
エレメント１の各間隔間に対峙するように曝気手段が配
置されていることで、曝気による上昇流に関わらず分離
膜エレメント間に気泡が送り込まれる。この場合、膜ユ
ニットと曝気手段は近接している方が更に好ましい。よ
り好ましくは、更に曝気手段が膜ユニットの両横に設け
られていることで、これにより、孔を設けた一つの曝気
手段に給気することで、分離膜エレメントの各間隔間に
気泡を送り込める。特に好ましくは曝気手段が高さ方向
に複数段設けられていることで、これにより高さの高い
分離膜エレメントを使用した場合に生じる流路における
部分的な閉塞も防止することができる。また曝気手段は
地上に対してほぼ水平に設けられていることで、孔から
の曝気が行ないやすくなる。

【００１９】本発明の分離膜エレメントの一例とその断
面模式図を図２に示す。

【００２０】平面状の分離膜エレメント１は必ずしも限
定されるものではないが、分離膜５が有機素材を用いた
平膜であるような場合には、少なくとも支持部材４の片
面に分離膜５が形成され、分離膜５を通った処理水が分
離膜エレメント１から取出される構造となるのが一般的
である。分離膜は両面に形成されていると膜面積が大き
く取れ、更に好ましい。

【００２１】この場合、分離膜エレメントは平面を構成
する骨格を有する支持部材４とそれを覆う分離膜５から
なる。平面状の支持部材は、必ずしも限定されるもので
はないが、分離膜エレメント間の流れにより反りや撓み
等の変形を生じにくいような剛性を有していることが好
ましい。支持部材は構造については、板状の部材を用い
ることも好ましいが、部分的に骨格を形成し、それによ
り変形を防止することも軽量で取扱いやすく好ましい。
しかし、素材についてはこれらに特に限定されるもので
はない。

【００２２】また、素材としてもプラスチック素材であ
れば軽量で取扱いも簡便であり好ましい。また金属材料
を用いることも、高い剛性が得られ好ましい。しかし、
素材についてはこれらに特に限定されるものではない。

【００２３】分離膜エレメント１は特に限定されるもの
ではないが、支持部材４が形成する平面を覆うように、
分離膜の周縁部が支持部材と液密に接合したものである
ことが好ましい。支持部材のほぼ全平面を分離膜で覆う
と、膜面積が大きく取れ、更に好ましい。分離膜を透過
した処理水は、分離膜と支持部材の間の空間を通って取
出される。この分離膜を通過した処理水を取出す水取出
手段６と接続するために、支持部材にはノズル１４など
が設けられていることが特に好ましい。

【００２４】分離膜５と支持部材４の間には、膜を透過
した処理水が流通しやすいように流材１７等が設けられ
ていることが好ましい。流路材１７は支持部材、分離膜
のどちらかと一体のものであってもよく、支持部材に流
路材の機能が付与されてるものがより好ましい。しか
し、少なくとも平面状の支持部材と分離膜から構成され
るものであれば特に限定されるものではない。必ずしも
限定するものではないが、分離膜５として無機素材を用
いた際には、分離膜自体が充分な剛性を有していれば、
支持部材４を不要または、特に剛性の小さなもので構成
することもよい。分離膜エレメントの内側を処理水が流
通しやすいように構成されていることが好ましい。この
ような場合には分離膜と支持部材は一体に形成できれば
更に好ましいが、その構成などは特に限定されるもので
はない。

【００２５】このような平面状の分離膜エレメント複数
個で膜ユニット２を形成した場合には、各々の分離膜エ
レメント１を個々に水取出手段６を接続してもよいが、
個々の分離膜エレメントを集液部材７に接続して、集液
部材７と水取出手段６を接続すれば、水取出手段も少な
く、簡略化され好ましい。

【００２６】水取出手段６はポンプのようなものを用い
れば、安定して処理水を吸引できるため、好ましい。ま
た、槽体内の水位を利用した水位差によって、膜透過に
必要な差圧を付与することも好ましく、この方法であれ
ば運転動力を大幅に軽減できる。この場合には透過ライ
ン中を真空ポンプで減圧することで、処理水内の気泡に
よるサイホン切れなどを防止でき、更に好ましい。水取
出手段としては以上のような例があげられるが、処理水
を取得可能であれば特に限定されるものではない。更
に、膜ユニット２の下方にも曝気手段を設けることで、
槽内に多くの旋回流を生じさせることができ、その上昇
流に加えて、各分離膜エレメント間隔内の膜面を曝気の
気泡で洗浄できる。しかし、散気手段の設置は膜ユニッ
トの横のみでもよく、特に限定されるものではない。ま
た、高さ方向に複数段の曝気手段を設けた場合には、各
曝気手段から曝気量を調節する手段１０を有することで
水深による曝気手段からの曝気量の偏りを防止できる。

【００２７】次に、本発明の膜分離装置に用いる膜ユニ
ットの一例を図３に示す。

【００２８】膜ユニット２を形成する際には、図２のよ
うに、分離膜エレメント１を所定の間隔で並べやすいよ
うなケーシング１１を用いることが好ましい。この場合
膜収容部、膜収容部内に取り出し自在に複数の分離膜エ
レメントが鉛直方向に配置されており、ケーシングの内
面に分離膜エレメント同士の間に曝気用孔が対峙してい
る構造を有するものである。具体的に膜収容部に所定の
間隔で溝などが設けてあるケーシングであるが、このケ
ーシングに曝気手段および、溝の間隔間にを設けていれ
ばより好ましい。しかし、これらについては、特に限定
されるものではない。

【００２９】このような膜ユニット、曝気手段からなる
装置を槽体１５内に配置する。水取出手段６については
槽体外に設けることが好ましいが、特に限定されるもの
ではない。槽体には処理する原水が流入することが好ま
しく、原水については廃水処理であれば、活性汚泥混合
液、凝集処理液などがあげられるが、使用用途に応じて
必要な原水を供給すればよく、特に限定されるものでは
ない。形状については開放した槽体であることが好まし
いが、旋回流を生じ、膜ユニットを配置可能な表面積と
水深を有していれば特に限定されるものではない。

【００３０】本発明の分離膜エレメントに使用する分離
膜は、限外濾過膜、精密濾過膜が適当であり、低圧での
分離が可能な逆浸透膜でも良い。膜面で汚れを除去し、
処理水を取出せるものであれば、膜構造においても対称
膜、非対称膜等を限定するものではない。

【００３１】分離膜は平膜であることが好ましく、織物
や不織布に代表される支持布帛の片面あるいは両面にコ
ーティングされたものが一般に用いられ、強度面で優れ
好ましいが、支持部材に剛性を有していれば、分離膜単
独も更に好ましい。また板状の無機素材からなる分離膜
であれば、分離膜自体が剛性を有しており、より好まし
いが、特に限定されるものではない。

【００３２】更に、素材としては、分離膜が形成される
ものであれば有機素材、無機素材いずれでもよく特に限
定されるものではない。有機素材としてはポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスル
ホン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、
ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン等
が代表的である。

【００３３】

【実施例】以下、実施例を用いて更に詳細に説明する。

【００３４】＜実施例１＞図２に示すように、分離膜エ
レメント１の構成としては、支持部材４をＡＢＳ樹脂製
の板状部材（高さ１ｍ、幅０．３ｍ、厚さ１０ｍｍ）の
上部に矩形の貫通部を有し、その貫通部と連通して処理
水を取出し可能な接続用ノズル設けたものとし、分離膜
５にはポリスルホンを不織布の基材にコーティングした
ものを、流路材１７として厚さ０．７ｍｍ、空隙率８０
％のネットとした。支持部材４の両面のほぼ全面を覆う
ように分離膜５の周縁部で接着材により貼付け、接着し
ていない分離膜５と支持部材４の間に流路材１７を設け
たものを分離膜エレメント１とした。この分離膜エレメ
ント１を、図３のようにケーシング１１として脚部１３
の高さが０．５ｍで膜収容部分に分離膜エレメント１を
収容する７ｍｍの溝を８ｍｍ毎に設けたものを製作し、
この分離膜エレメント（膜面積約０．５５ｍ２）１８枚
を収容した。

【００３５】更にこのケーシング１１の膜収容部１２の
両側壁外側には、長さ０．３ｍのポリ塩化ビニル製のパ
イプに８ｍｍ毎に直径５ｍｍの孔を有する曝気手段３を
水平に高さ方向に等間になるように３段（高さ０．７
ｍ、１ｍ、１．３ｍ）取付け、側壁を通して、膜収容部
１２の分離膜エレメント間に曝気可能なように構成し、
計６本の曝気手段３を配置した。この膜ユニット２を図
１のように各分離膜エレメント１のノズル１４を集液部
材７に接続し、その集液部材７を介して水取出手段６と
して設けたマグネットギアポンプに接続した。膜ユニッ
ト２に取り付けた曝気手段３はそれぞれ給気調節手段１
０として減圧弁を介して、高さ毎に独立に曝気が可能な
ように可能なように給気手段８として、コンプレッサー
に接続してある。膜ユニット２と曝気手段３を実験用水
槽水深（２．４ｍ）内に配置し、産業廃水処理場の活性
汚泥槽（活性汚泥濃度ＭＬＳＳ１０，０００〜１４，０
００ｍｇ／ｌ）から原水を移液して実験を行った。水取
出手段６である吸引ポンプで吸引し、ろ過線速度が１ｍ
／ｄａｙとなるようにろ過を行なった。この際に、側壁
に取り付けた３段６カ所のの曝気手段３から各３０Ｌ／
ｍｉｎで曝気を行った。３００時間でろ過差圧は、１９
ｋＰａと安定していた。

【００３６】＜実施例２＞実施例１のケーシング１１の
脚部５の高さ０．２ｍの位置には曝気手段を更に２本取
り付け、２本の曝気手段から各１５Ｌ／ｍｉｎで曝気
し、更に、側壁に設けた曝気手段３段６カ所から各２５
Ｌ／ｍｉｎで曝気し、水取出手段６で同様に吸引して運
転した。３００時間でろ過差圧は１２ｋＰａで安定して
いた。

【００３７】＜比較例＞実施例２と同様に水取出手段６
で同様に吸引し、側壁に設けた３段から曝気を行わず、
脚部に設けた２本の曝気手段からのみ各９０Ｌ／ｍｉｎ
で曝気した。３００時間でろ過差圧は約３０ｋＰａに達
し、その後も運転を継続すると３８０時間で５５ｋＰａ
に達し、運転継続が困難となった。槽体内の活性汚泥を
排出し、分離膜エレメントを取出したところ、前後端に
並べられた分離膜エレメントの流路間はほとんど活性汚
泥により閉塞していた。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、コンパクトに各分離膜
エレメント間隔間に気泡を導くことができ、均一に分離
膜エレメントを洗浄しながら運転することができるた
め、分離膜エレメントの寿命が長くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜分離装置の一例。

【図２】本発明の分離膜エレメントの一例とその断面模
式図

【図３】本発明の膜ユニットの一例。

【符号の説明】

１：分離膜エレメント２：膜ユニット３：曝気手段４：支持部材５：分離膜６：水取出手段７：集液部材８：給気手段９：孔１０：給気調節手段１１：ケーシング１２：膜収容部１３：脚部１４：ノズル１５：槽体１６：液面１７：流路材

フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA05 GA06 GA07 HA42 HA48 HA93 JA06C JA08A JA25A JA31A JA31B JA31C JA53A KA44 KE01Q KE05Q KE06P KE12P MA03 MA06 MA25 MC01 MC18 MC22 MC23 MC30 MC33 MC39 MC62X MC63 PA02 PB08 PC64 4D028 BC24 CC05 CC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の平面状の分離膜エレメントが、所定
の間隔で並べられて膜ユニットを形成し、これが孔を有
する曝気手段とともに槽体内に配置され、分離膜エレメ
ントに連通して分離膜エレメントの透過水を取出す水取
出手段が接続された膜分離装置であって、該曝気手段が
少なくとも膜ユニットの横に設けられていることを特徴
とする膜分離装置。
【請求項２】該曝気手段の孔が所定の間隔で並べられた
分離膜エレメント同士の間に対峙するように配置されて
いることを特徴とする請求項１記載の膜分離装置。
【請求項３】該曝気手段が膜ユニットの両横に、上下方
向に複数段設けられていることを特徴とする請求項１〜
２いずれかに記載の膜分離装置。
【請求項４】更に膜ユニットの下方に曝気手段を設けた
ことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の膜分離
装置。
【請求項５】該曝気手段から曝気する量を調節する手段
を曝気手段に連通して設けたことを特徴とする請求項１
〜４いずれかに記載の膜分離装置。
【請求項６】請求項１〜５いずれかの膜分離装置を用い
て、槽体内に原水が存在する状態で、曝気手段から曝気
しながら、膜を通じて水取出手段から透過水をえること
を特徴とする水の分離方法。
【請求項７】請求項６記載の水の分離方法において、上
下方向に複数段設けた曝気手段からの曝気量を段毎に調
節しながら曝気することを特徴とする水の分離方法。
【請求項８】膜収容部、膜収容部内に取り出し自在に複
数の分離膜エレメントが鉛直方向に配置されており、ケ
ーシングの内面に分離膜エレメント同士の間に曝気用孔
が対峙している構造を有する膜分離用ケーシング。