JP2001029757A

JP2001029757A - 分離膜エレメント及びそれを用いた分離装置

Info

Publication number: JP2001029757A
Application number: JP11211176A
Authority: JP
Inventors: Toyozo Hamada; 豊三浜田; Nobuyuki Nakatsuka; 修志中塚; Yoji Inoue; 洋司井上
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd; Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicel Corp; Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 1999-07-26
Filing date: 1999-07-26
Publication date: 2001-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】分離膜エレメントの固液分離膜を効率よく洗
浄する。【解決手段】互いに離れて対向する固液分離膜３を用
いて、平膜状の分離膜エレメント１ａを形成するととも
に、固液分離膜３を透過した透過液を取り出すための透
過液流路５ａと、固液分離膜を洗浄するための洗浄液流
路７ａとをエレメント１ａ内に互いに独立して形成す
る。また、固液分離膜を透過した透過液を取り出すため
の透過液ポートと、固液分離膜間に洗浄液を導入するた
めの洗浄液ポートとを形成してもよい。前記透過液ポー
トは、エレメントのうち洗浄液ポートからの洗浄液の導
入方向に対して非対向部位に形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、懸濁液や汚泥など
の懸濁粒子（ＳＳ）を含む生物反応液を固液分離するの
に有用な分離膜エレメントおよびそれを用いた分離装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】懸濁液や汚泥などのＳＳを含む生物反応
液の固液分離処理として、分離膜エレメントを用いた膜
分離法が知られている。特開平２−８６８９３号公報に
は、汚泥を浄化処理するための曝気槽内に、濾過膜装置
を浸漬して、吸引濾過する固液分離装置が開示されてい
る。この装置では、膜モジュールとして精密濾過膜や限
外濾過膜などを用いた平膜構造のエレメントが用いられ
ており、膜直下から散気管により空気を供給して、膜面
に付着した汚泥を除去しながら吸引濾過している。しか
し、この膜モジュールでは、膜の孔径が小さいため、濾
過速度（透水速度）が低い。

【０００３】高い透水速度を得るため、例えば、特開平
５−１８５０７８号公報には、最小保留粒子径が１０〜
１００μｍの二枚の不織布を平膜状にし、内部に間隔保
持用の通水性多孔質材を挿入した濾過体が開示されてい
る。この文献では、濾過体の表面に汚泥のケーキ層を形
成し、このケーキ層のフィルター作用により被処理水中
の微細な粒子を捕捉することで固液分離するダイナミッ
ク濾過が行われている。しかし、濾過体の孔径が懸濁粒
子（ＳＳ）の粒径より大きいため、濾過初期において
は、ダイナミック層（ケーキ層）が形成されるまでの
間、懸濁粒子が膜を透過して濾過体内に侵入する。この
ため、濾過体内や、濾過体から濾過液を取り出すための
吸引管にＳＳが蓄積して汚泥閉塞が生じ、透水速度を低
下させる。一方、ダイナミック濾過では、透水速度の大
きな不織布を用い、濾過体が浸漬されている曝気槽の液
面の高さと、吸引管出口の高さとの差（水頭差）を利用
して、低圧（低エネルギー）で濾過できる。しかし、前
記濾過体では、間隔保持用の通気性多孔質材を用いてい
るため、圧力損失が生じやすく、低い圧力でフラックス
を効率よく得ることが困難である。

【０００４】特開平１１−１９６７７号公報では、支持
体の外面に沿って設けられた不織布と、この不織布を透
過した濾過水の流通路（管）と、濾過水の取出しと洗浄
液の供給とを行う流路（管）とを備えている活性汚泥用
濾過体を用い、水頭差を利用して濾過している。この濾
過体には、具体的には、支持体の上部端面に洗浄水流入
管を設け、支持体の底部端面のうち前記洗浄水流入管に
対向する部位に濾過水取出管を設けており、洗浄水を洗
浄水流入管より供給して取出管より排出することによ
り、濾過体内を洗浄している。しかし、この濾過体で
は、洗浄水による洗浄効率が不十分であり、濾過体内に
堆積したＳＳを完全に除去することはできない。また、
前記活性汚泥用濾過体は、濾過体の流路を確保するた
め、ハニカムネットスペーサーや金網状のスペーサーが
不織布の内側に取り付けられている。しかし、水頭差を
利用した低圧濾過のため、これらスペーサーによる圧力
損失が大きく、透水速度が低下しやすい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、固液分離膜を効率よく洗浄可能な分離膜エレメント
およびそれを用いた固液分離装置を提供することにあ
る。

【０００６】本発明の他の目的は、高い透過液量と懸濁
粒子に対する高い分離性能を有する分離膜エレメントお
よびそれを用いた分離装置を提供することにある。

【０００７】本発明のさらに他の目的は、活性汚泥から
の被処理水であっても高い透水速度および分離性能で濾
過水を効率よく得ることができる分離膜エレメントおよ
びそれを用いた分離装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を達成するため鋭意検討した結果、（１）分離膜エレメ
ント内に、透過液（濾過液）を取り出すための透過液流
路と、洗浄液流路とを独立して設けると、透過液流路に
より透過液を効率よく得ることができるとともに、洗浄
液流路を利用して分離膜を効率よく洗浄できること、
（２）洗浄液ポートと濾過液ポートとをエレメントのう
ち非対向部位に形成すると、洗浄液ポートからの洗浄液
が透過液ポートへショートパスするのを防止できるとと
もに、分離膜間やエレメント内で洗浄液の乱流を発生で
き、高い効率でエレメントを洗浄できることを見いだ
し、本発明を完成した。

【０００９】すなわち、本発明の分離膜エレメントは、
互いに離れて対向する固液分離膜を備えた平膜状のエレ
メントである。そして、一の態様において、固液分離膜
を透過した透過液を取り出すための透過液流路と、固液
分離膜を洗浄するための洗浄液流路とがエレメント内で
互いに独立して形成されている。この洗浄液流路には、
洗浄液を吹き出すための吹出孔（又は噴出孔）を形成し
てもよい。また、本発明の分離膜エレメントは、他の態
様において、固液分離膜を透過した透過液を取り出すた
めの透過液ポートと、固液分離膜間に洗浄液を導入する
ための洗浄液ポートとを備えている。前記透過液ポート
は、エレメントのうち洗浄液ポートからの洗浄液の導入
方向に対して非対向部位に形成されている。この分離膜
エレメントには、枠体を横切って連結する連結部を形成
してもよい。連結部は、洗浄液ポートと通じる管状構造
を有していてもよく、洗浄液を吹き出すための吹出孔
（又は噴出孔）を有してもよい。これら分離膜エレメン
トにおいて、固液分離膜として、繊維が互いに交絡した
通水性多孔質体を用いてもよい。

【００１０】本発明には、活性汚泥を含む生物反応槽か
ら供給される被処理液を濾過するための濾過槽と、この
濾過槽からの濾液を貯水するための貯水槽とで構成され
た分離装置であって、濾過槽に、上記分離膜エレメント
を浸漬して備えている分離装置が含まれる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照しつつ本
発明を詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の分離膜エレメントの一例を
示す概略斜視図であり、図２は図１のエレメントの断面
図である。分離膜エレメント１ａは、方形状の枠体２ａ
と、この枠体の両面に貼付などにより張設され、かつ互
いに離れて対向する固液分離膜３とで構成されており、
平膜状構造（又は、袋状構造、内部空洞構造）を有する
平膜エレメントを形成している。前記枠体２ａのうち互
いに対向する一対の枠部において、一方の枠部は、透過
液ポート４ａと、この透過液ポート４ａに連なる集水管
とを備えており、他方の枠部は、洗浄液をエレメント内
（空洞部）に導入するための洗浄液ポート６ａと、この
洗浄液ポート６ａに連なる導入管とを備えている。そし
て、互いに対向する固液分離膜３の間に形成される前記
空洞部には、固液分離膜３を透過した透過液（透過水）
が流通するための透過液流路５ａが形成されており、こ
の透過液用流路５ａは、枠体２ａに形成された透過液ポ
ート４ａと通じている。このため、分離膜エレメントの
膜間差圧（内外圧差）を利用して、透過液用流路５ａに
流入した透過液を、透過液ポート４ａを通じてエレメン
ト外に取り出すことができる。

【００１３】そして、本発明の分離膜エレメントでは、
前記透過液流路５ａと独立して、洗浄液をエレメント内
の空洞部に導入するための洗浄液流路７ａを備えてい
る。すなわち、洗浄液ポート６ａは、前記洗浄液流路７
ａを構成する導入管と通じており、この導入管の軸方向
の複数箇所からは、エレメント内の空洞部を横切る方向
（この例では、透過液流路５ａの集水管に向かう方向）
に向かって複数の細管８ａが櫛歯状に連通して延びてい
る。これらの細管８ａには、軸方向に沿って所定間隔毎
に、洗浄液を吹き出すための複数の吹出孔９ａが形成さ
れており、先端部は閉塞し、かつ吹出孔９ａはそれぞれ
固液分離膜面に対して略直交する方向に開口している。
すなわち、洗浄液流路７ａは、細管８ａで構成され、か
つ吹出孔９ａが形成された管状の流路を備えている。

【００１４】このような分離膜エレメントでは、エレメ
ント内に透過液流路５ａと洗浄液流路７ａとが互いに独
立して形成されているため、固液分離膜３を透過した透
過液を、透過液ポート４ａを通じて取り出すことができ
る。このため、懸濁粒子（ＳＳ）による透水速度の低下
を防止でき、高い効率で懸濁液や汚泥を濾過でき、安定
的に高い透水速度で濾過液を得ることができる。また、
洗浄液ポート６ａから導入された洗浄液は透過液ポート
４ａへショートパスして流出することがなく、エレメン
ト内の空洞部に均一に洗浄液を分散できるので、高い効
率で固液分離膜３の内面を洗浄できる。特に、細管８ａ
で洗浄液流路７ａを形成すると、洗浄液ポート６ａから
導入された洗浄液を細管８ａの吹出孔９ａにより固液分
離膜面に向かって高い圧力で吹き出すことができ、固液
分離膜面に付着（又は堆積）した懸濁粒子を高度に洗い
落とすことができる。なお、複数の吹出孔９ａは、洗浄
液を固液分離膜面に対してむらなく均一に吹き付けるこ
とができるように、細管の軸方向に略等間隔又はランダ
ムな間隔で形成できる。

【００１５】なお、図１に示すエレメントでは、固液分
離膜３と透過液用流路５ａ又は洗浄液用流路７ａとの間
には、固液分離膜３を保持するため、通水性支持体（ネ
ットなど）１０が挿入されている。図１の分離膜エレメ
ントでは、高い透液性および洗浄性が得られるため、通
水性支持体に懸濁粒子が堆積することがなく、圧力損失
の低下を大きく抑制できる。

【００１６】なお、図１及び図２の分離膜エレメントに
おいて、透過液ポートと洗浄液ポートは枠体（支持体）
の同じ辺又は枠部に形成する必要はなく、適当な部位
（例えば、異なる辺又は枠部）に形成してもよい。枠体
の厚さ（固液分離膜の間隔）は、内部の空洞部が形成で
きる限り特に制限されず、例えば、５〜５０ｍｍ程度、
好ましくは５〜３０ｍｍ程度、さらに好ましくは５〜２
０ｍｍ程度である。また、分離膜エレメントは、互いに
離れて対向する固液分離膜により、平膜構造（内部空洞
構造）で通液（通水）可能な閉鎖空間（空洞部）が形成
されていればよく、前記枠体（支持体）は必ずしも必要
ではない。

【００１７】さらに、洗浄液流路と透過液流路とはそれ
ぞれ独立して形成されていればよく、これらの流路はそ
れぞれ独立又は連通した複数の流路で構成してもよい。
例えば、透過液流路は、エレメントの枠体を仕切る仕切
部材（又は連結部材やスペーサ）により仕切られ、かつ
独立した複数の流路で構成してもよく、洗浄液流路は前
記細管などにより連通した複数の流路で構成してもよ
い。さらに、透過液流路に通じる透過液ポートと、洗浄
液流路に通じる洗浄液ポートは、それぞれ、少なくとも
１つ形成すればよく、独立又は連通した複数の流路に連
なる１又は複数のポートとして形成してもよい。

【００１８】洗浄液流路を構成する細管の太さは、濾過
性（透水速度）を低下させない限り特に限定されず、一
般的な管体（例えば、断面円筒状、断面楕円状、断面方
形状などの管体）で形成できる。また、細管部の形状
は、直線状（棒状）である必要はなく、Ｌ字状、Ｕ字
状、放射状など種々の形状から選択できる。さらに、複
数の細管で構成する必要はなく、単一又は複数の管体で
洗浄液流路を構成してもよい。さらに、洗浄液流路は、
吹出孔を有する管状に限らず、固液分離膜間において、
吹出孔を有する一対の板体で形成された板状部（中空プ
レート部）を有していてもよく、板状部の間隔は薄くて
もよい。

【００１９】吹出孔の平均孔径は、特に限定されず、例
えば、０．０１〜５ｍｍ程度、好ましくは０．１〜３ｍ
ｍ程度であってもよい。吹出孔は、固液分離膜の内面に
向けて洗浄液が吹き出し可能に形成されていればよく、
固液分離膜面に対して直交する方向に開口している必要
はない。また、洗浄液を固液分離膜面に対して吹き付け
できる限り、吹出孔を等間隔に形成する必要はない。例
えば、複数の吹出孔が偏在させても、複数の吹出孔の吹
き出し方向をそれぞれ調整することにより、洗浄液を固
液分離膜面全体に吹き付けてもよい。

【００２０】また、互いに対向する固液分離膜が濾過圧
で密着しない限り、通水性支持体は必ずしも必要ではな
い。

【００２１】本発明には、透過液流路と洗浄液流路とが
独立していないエレメントも含まれる。このようなエレ
メントであっても、透過液ポートが、前記エレメントの
うち洗浄液ポートからの洗浄液の導入方向に対して非対
向部位に形成することにより、エレメント内に洗浄液の
乱流を発生させて、エレメント内を効率よく洗浄でき
る。図３は、このような本発明の分離膜エレメントの例
を示す断面図である。

【００２２】分離膜エレメント１ｂでは、方形状の枠体
（又は支持体）２ｂの両面に固液分離膜３が対向して取
り付け又は張設されており、平膜エレメントを構成して
いる。また、この分離膜エレメント１ｂでは、圧力損失
を回避して透水速度を高めるため、スペーサーを用いる
ことなく固液分離膜３を配設しており、エレメント内に
は空洞部１１が形成されている。そして、前記枠体２ｂ
のうち一つの辺又は枠部の両端部には、それぞれ、洗浄
液を導入するための洗浄液ポート５ｂと、透過液を取り
出すための透過液ポート４ｂとが前記空洞部１１に通じ
て形成されている。すなわち、前記枠体２ｂのうち一つ
の辺又は枠部の一方の端部（図中、上部）には、洗浄液
を導入するための洗浄液ポート５ｂが形成されており、
他方の端部（図中、下部）には透過液を取り出すための
透過液ポート４ｂが形成されている。

【００２３】このように、枠体の同一辺又は枠部上に洗
浄液ポートと透過液ポートとを形成すると、洗浄液ポー
トから流入した洗浄液が透過液ポートへショートパスし
て排出されるのを防止でき、空洞部１１内に洗浄液の乱
流を発生できる。そのため、この乱流効果により、エレ
メント内に堆積した懸濁粒子（ＳＳ）を効率よく洗い流
すことができる。さらに、洗浄液ポート５ｂを上部に配
し、透過液ポート（処理液取り出し口）４ｂを下部に配
して被処理液を濾過すると、ダイナミック濾過などにお
いて懸濁粒子が固液分離膜内に侵入しても、エレメント
内で懸濁粒子が堆積するのを防止でき、汚泥閉塞の可能
性を大きく低減できる。

【００２４】なお、前記洗浄液ポートと透過液ポートと
は、枠体の同一辺又は枠部に形成する必要はなく、洗浄
液の乱流を発生できる限り、それぞれ異なる辺又は枠部
に形成してもよい。また、透過液ポートと洗浄液ポート
とは、それぞれ、少なくとも１つ形成すればよく、複数
形成してもよい。乱流を発生させるためには、洗浄液ポ
ートからの洗浄液の導入又は流れ方向と、透過液ポート
からの透過液の取出し又は流れ方向とが異なるように
（特に逆方向となるように）、洗浄液ポートと透過液ポ
ートとを枠体の非対向部位に形成するのが有効である。
枠体の厚さは、前記分離膜エレメント１ａと同様であっ
てもよい。

【００２５】また、空洞部１１には、枠体２ｂから板状
体が延接して設けられていてもよい。この板状体のバッ
フル効果により、さらに高度な乱流を発生できる。

【００２６】分離膜エレメント１ｂにおいて、枠体に
は、枠体を横切って連結する連結部（特に液体が流通可
能な孔を有する管状の通路材）を形成してもよい。図４
は、このような分離膜エレメント１ｃの概略正面図であ
る。この分離膜エレメント１ｃは、枠体２ｃと固液分離
膜３とで形成された内部空洞構造を有する分離膜エレメ
ントであって、枠体２ｃのうち同一辺又は枠部の一方の
端部に洗浄液ポート６ａが形成され、他方の端部に透過
液流路５ｃ（前記空洞部）と連通する透過液ポート４ｃ
が形成されている。

【００２７】そして、枠体２ｃには、前記両ポート４
ｃ，５ｃが形成された辺又は枠部と平行に横切って連結
する連結部（又は架設部材）１１が形成されている。す
なわち、枠体２ｃには梯子状に連結する連結部材（柱部
材）が設けられている。前記連結部１１は、前記洗浄液
ポート６ｃと連通した管状構造を有しており、洗浄液を
固液分離膜の膜面と平行な方向に吹き出すため、管状連
結部（管状柱部）１１の軸方向には、固液分離膜面に対
して略平行する方向に開口した複数の吹出孔９ｃが形成
されている。すなわち、前記図１に示す例と同様に、エ
レメント内には、前記透過液流路５ｃと、前記管状連結
部（管状柱部）１１で構成された洗浄液流路７ｃとが独
立して形成されている。なお、この例では、吹出孔９ｃ
は連結部１１の両側部に形成されている。

【００２８】このような連結部（又は柱部）を形成する
と、固液分離膜の保持性を高めることができ、エレメン
トを大型化するような場合であっても、スペーサーを用
いることなく流路の閉塞を防止できる。そして、スペー
サーを用いていないので、圧力損失の増加を防止でき、
高い透水速度（高フラックス）で濾過液（透水液）を得
ることができる。さらに、連結部１１内に洗浄液流路
（逆洗浄流路）７ｃを形成でき、洗浄液ポート６ｃから
洗浄液を導入し、吹出孔９ｃから洗浄液を両側部方向に
噴出させて固液分離膜を洗浄できる。

【００２９】なお、連結部（柱部）数は特には制限され
ず、複数の連結部（柱部）を形成してもよい。また、連
結部（柱部）は、前記両ポートが形成されている枠部と
平行に形成する必要はなく、適当な方向、例えば、直交
する方向、斜め方向、放射方向、又はこれらを組み合わ
せて形成してもよい。

【００３０】本発明の分離膜エレメントにおいて、固液
分離膜は、精密濾過膜（ＭＦ）や限外濾過膜などであっ
てもよいが、高い透水速度で処理液（フラックス）を得
るためには、通水性多孔膜、特に、繊維を互いに交絡さ
せた通水性多孔質体（織布、不織布など）であるのが有
利である。好ましい固液分離膜は不織布である。不織布
は、例えば、下記特性のうち少なくとも１つの特性を有
する不織布から選択できる。（１）目付け量：１０〜１，０００ｇ／ｍ²程度、好ま
しくは２０〜９００ｇ／ｍ²程度（２）通気度：０．１〜２００ｃｍ³／ｃｍ²・ｓ程度、
好ましくは０．２〜１５０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓ程度（３）繊維の平均直径：０．５〜３０μｍ程度、好まし
くは１〜１０μｍ程度（４）布の厚さ：３０〜５，０００μｍ程度、好ましく
は１００〜２，０００μｍ程度前記不織布は、繊維（天然繊維、再生繊維、半合成繊維
など）を用い、慣用の方法（繊維をウェブ化し、熱圧着
や接着剤などで結合する方法、ニードルパンチ法など）
により製造できる。天然繊維としては、綿、麻、羊毛、
セルロース繊維などが例示できる。再生繊維には、レー
ヨン類（ビスコースレーヨンなど）が含まれる。半合成
繊維としては、セルロースエステル系繊維（酢酸セルロ
ース繊維など）、セルロースエーテル系繊維（メチルセ
ルロース繊維など）が挙げられる。合成繊維には、ポリ
エステル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレン
テレフタレートなど）、（メタ）アクリル系樹脂（ポリ
（メタ）アクリル酸エステル、ポリアクリロニトリルな
ど）、ポリカーボネート、ポリエーテル、ポリエーテル
エステル、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６な
ど）、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリオレフィン
（ポリエチレン、ポリプロピレンなど）、ハロゲン含有
ビニル樹脂（ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンな
ど）、ポリスチレンなどの熱可塑性樹脂、これらの樹脂
の構成単位を組み合わせた共重合体や架橋体、混合物か
ら得られる繊維が挙げられる。好ましい繊維には、ポリ
エステル繊維（ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリ
ブチレンテレフタレート繊維など）、ポリオレフィン繊
維（ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維など）、特
にポリエステル繊維が挙げられる。

【００３１】固液分離膜の平均孔径（又は平均保持粒子
径）は、透水速度および分離性能を損なわない範囲で選
択でき、例えば、１〜３００μｍ程度（例えば、１〜２
００μｍ程度）、好ましくは１０〜３００μｍ程度（例
えば、１０〜２００μｍ程度）、さらに好ましくは１５
〜３００μｍ程度（例えば、１５〜２００μｍ程度）で
あってもよい。なお、平均孔径は、分離膜表面の１００
倍及び１０，０００倍の電子顕微鏡写真を撮影し、画像
処理装置で処理することにより算出できる。

【００３２】また、純水に対する固体分離膜の透水速度
は、膜間差圧１kＰａにおいて、例えば、１０〜１０，
０００m³／m²・day程度、好ましくは５０〜５，０００m
³／m ²・day程度、さらに好ましくは１００〜１，０００
m³／m²・day程度であってもよい。

【００３３】本発明の分離膜エレメントは、懸濁液や汚
泥などの懸濁粒子（ＳＳ）を含む被処理液、特に生物反
応液の固液分離処理に有用である。例えば、本発明の分
離膜エレメントは、活性汚泥を用いて、空気を吹き込み
曝気しながら汚泥を処理する生物反応槽に浸漬し、濾過
膜を通して濾過水（透過水）を取り出してもよい。

【００３４】また、不織布などの平均孔径１〜３００μ
ｍ程度の分離膜を用いてダイナミック濾過を行う場合に
は、活性汚泥を含む生物反応槽の処理液を濾過槽に供給
し、この濾過槽において汚泥を濾過するのが有利であ
る。すなわち、ダイナミック濾過は、汚泥側の濾過面
（分離膜面）に懸濁粒子のケーキ層（フロック層）を形
成し、このケーキ層のフィルター作用により汚泥中の懸
濁粒子を分離除去する濾過方法であり、生物反応槽に分
離膜エレメントを浸漬すると、汚泥処理のために吹き込
まれる空気により、フロック層の安定な形成が阻害され
る。このため、生物反応槽とは別に設けられた濾過槽に
分離膜エレメントを浸漬し、生物反応槽から供給される
被処理液を濾過処理することが好適である。

【００３５】図５は生物反応槽と濾過槽とを独立して設
けた分離装置の概略図であり、図６は図５の濾過槽を構
成する分離膜モジュールを示す概略斜視図である。

【００３６】図５の分離装置（汚泥処理装置）は、活性
汚泥により被処理原水（汚泥などの有機性排水など）を
処理するための生物反応槽２１と、この生物反応槽から
供給された被処理液を濾過処理するための濾過槽２２
と、この濾過槽２２からの濾液を貯水するための貯水槽
２３とを備えている。生物反応槽２１の上部には、汚泥
などの被処理原水を供給するための被処理原水供給ライ
ン２４が形成されており、生物反応槽２１の底部には、
微生物に空気を供給するための散気管２６ａがバルブ２
５ａで流量調整可能に形成されている。このため、被処
理原水供給ライン２４から供給される被処理液は、散気
管２６ａから空気を吹き込みながら、活性汚泥により処
理される。生物反応槽２１で処理された被処理液は、ポ
ンプ２７ａにより、バルブ２５ｃ、圧力計２８ａ、及び
流量計２９ａを備えた供給ライン３０を通じて濾過槽２
２に供給される。濾過槽２２に接続された前記供給ライ
ン３０には、濾過槽２２内の処理液を排出するためのバ
ルブ２５ｄが設けられている。

【００３７】そして、生物反応槽２１からの被処理液を
濾過するための濾過槽は、生物反応槽２１に対して独立
した分離膜モジュールで構成されている。この分離膜モ
ジュール２２は、図６に示されるように、濾過槽２１の
壁面を構成し、かつ底部に前記供給ライン３０が接続さ
れたハウジング（又はケーシング）３１と、このハウジ
ング内の被処理液に浸漬可能な分離膜ユニット３２を備
えている。この分離膜ユニット３２は、複数の図１の分
離膜エレメント１を厚み方向に間隔をおいて並列に配設
する（すなわち積層する）ことにより形成されている。
このような分離膜エレメントを浸漬することで、被処理
液を濾過できる。また、ハウジング３１のうち分離膜ユ
ニット３２の下部には、バルブ２５ｂにより給気量が調
整可能な散気管２６ｂが延びている。この散気管から必
要に応じて空気を供給すると、空気−液体間の界面の剪
断力により、過剰な厚みのケーキを除去し、ケーキ層を
適切な厚みに調整でき、高い透水速度を長期間に亘って
維持できる。

【００３８】さらに、ハウジング３１のうち、生物反応
槽２１側の側壁（この例では、側壁上部）には、分離膜
モジュール２２により濾過されなかった被処理液（懸濁
粒子などを含む非透過液成分）をオーバーフローにより
生物反応槽２１に返送するための開口窓３３が形成され
ている。すなわち、開口窓３３の下端部の高さは、生物
反応槽２１の液面の高さよりも高く設定されている。開
口部３３から非透過液成分をオーバーフローすること
で、非透過液成分がモジュール内で滞留するのを防止で
き、均一な速度分布で被処理液を送液できる。

【００３９】分離膜モジュール２２において、各分離膜
エレメント１の透過液ポートは透過液ライン３４に接続
されて合流しており、この透過液ライン３４からの透過
液は前記貯水槽２３に供給される。この貯水槽２３にお
いては、液面の高さを、前記濾過槽２２の液面の高さよ
りも低くしているため、サイホンの原理により、この液
面の高さの差（水頭差）に対応した圧力（吸引力）で、
透過液ポートから透過液を円滑に流出させることができ
る。

【００４０】なお、貯水槽２３の側壁には、開閉バルブ
２５ｆを介して排水ライン３６ａが取り付けられてお
り、このバルブの開度や、ラインの取り付け高さを調整
することにより、過剰な濾過水を排水ライン３６ｂから
排出でき、水頭差又は膜間差圧を調整できる。また、貯
水槽２３の下部にも、排水ライン３６ａを接続でき、こ
のラインから排水することで、通常運転時よりも高い水
頭差（又は膜間差圧）を生じさせることができる。

【００４１】一方、前記各分離膜エレメント１の洗浄液
ポートは、前記貯水槽２３の透過液を用いて固液分離膜
１７を洗浄するため、洗浄液供給ライン３５に合流して
いる。すなわち、この洗浄液供給ライン３５の一方の端
部は前記分離膜エレメント１の洗浄液ポートに接続さ
れ、他方の端部は前記貯水槽２３の液相に浸漬してい
る。そして、洗浄液ライン３５には、逆流洗浄用ポンプ
２７ｂ、流量調整バルブ２５ｅ、圧力計２８ｂ及び流量
計２９ｂが取り付けられており、このポンプで分離膜エ
レメント内に洗浄液を供給し、エレメント内の堆積ＳＳ
成分を除去することで、長期間に亘って、高い透水速度
で濾過できる。なお、洗浄終了後の洗浄液は、透過液用
ライン３４から貯水槽２３へと排出される。

【００４２】このような分離装置において、生物反応槽
で処理される被処理液（汚泥）の処理度は、例えば、汚
泥中の懸濁粒子（ＳＳ）の界面沈降速度で、例えば、
０．１ｍｍ以上（０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度）、好まし
くは０．２ｍｍ以上（０．２〜５ｍｍ程度）以上であっ
てもよく、静置後の上澄み液のＳＳ濃度が、例えば、２
００ｍｇ／Ｌ以下（１０〜２００ｍｇ／Ｌ程度）、好ま
しくは１００ｍｇ／Ｌ以下（１０〜１００ｍｇ／Ｌ程
度）であってもよい。このように調整処理された被処理
液を用いると、分離膜モジュールで、高い透水速度で濾
過できる。

【００４３】なお、前記分離装置において、分離膜モジ
ュールには種々の構造が採用できるが、通常、被処理液
を供給するための供給ラインが接続されたハウジング
と、このハウジング内に収容可能な少なくとも１つの分
離膜エレメントと、この分離膜エレメントからの透過液
を流出させる透過液ラインと、分離膜エレメントに接続
された洗浄液ラインとを備えており、オーバーフロー可
能な開口窓は必ずしも必要ではない。また、ハウジング
内に散気管は必ずしも必要ではなく、他のケーキ層（フ
ロック層）除去手段、例えば、撹拌手段により濾過膜面
のケーキ層（フロック層）の厚さを調整してもよい。

【００４４】さらに、分離膜エレメントも、本発明の分
離膜エレメントである限り、特には限定されない。ま
た、分離膜ユニットは、分離膜が接触しない種々の形態
で複数の分離膜エレメントを配列することにより形成で
き、分離膜エレメントを厚み方向に並列する必要はな
い。また、分離膜ユニットは、透過液ポートと濾過液ポ
ートとを、共に上部にして形成する必要はなく、例え
ば、図２又は図３の分離膜エレメントを用いる場合、洗
浄液ポートを上側に、透過液ポートを下側にして、分離
膜ユニットを形成してもよい。このようにして分離膜ユ
ニットを形成すると、分離膜エレメントの下部からスム
ーズに濾過液（透過液）を取り出すことができ、エレメ
ント内に懸濁粒子が堆積するのを防止できる。分離膜エ
レメントは、少なくとも１枚以上あればよい。

【００４５】また、吸引力（膜間差圧）は、重力による
水頭差を利用する方法に限らず、種々の圧力差を生じさ
せる手段、例えば、分離膜モジュール内の液面の加圧、
生物反応槽から分離膜モジュールへの被処理液のポンプ
循環による加圧、透過液ラインに設置した吸引ポンプに
よる吸引などの方法が利用できる。

【００４６】洗浄液としては、前記貯水槽の透過液のほ
か、水や薬液（次亜塩素酸水溶液、水酸化ナトリウム水
溶液など）が使用できる。これら水や薬液は、前記洗浄
液用ラインを通じて、又は、必要に応じて別途設けられ
たラインを通じて、分離膜エレメントに供給される。

【００４７】水頭差は、例えば、１〜５０ｃｍ程度、好
ましくは１０〜３０ｃｍ程度である。また、水頭差に対
応して分離膜面に作用する圧力（膜間差圧）は、例え
ば、１００〜５，０００Ｐａ程度、好ましくは１，００
０〜３，０００Ｐａ程度である。

【００４８】得られる透過液の量（透水速度）は、平均
で、例えば、０．５〜５ｍ³／ｍ²・day程度、好ましく
は０．８〜３ｍ³／ｍ²・day程度である。

【００４９】また、得られた透過液中の懸濁粒子の濃度
（透過液ＳＳ濃度）は、平均で、例えば、０．５〜３０
ｍｇ／Ｌ程度、通常、１〜１０ｍｇ／Ｌ程度である。な
お、透過液ＳＳ濃度は、一定体積の透過液中に含まれる
不溶成分を、孔径０．４μｍのガラスフィルター上に捕
集し、ガラスフィルターごと乾燥し、乾燥後の重量を測
定することにより求めることができる。

【００５０】洗浄液ラインからの洗浄液の供給速度は、
固液分離膜１ｍ²当たり、例えば、１〜１００ｍ³／ｍ²
・day程度、好ましくは１０〜５０ｍ³／ｍ²・day程度で
ある。

【００５１】本発明の分離装置（又は分離膜モジュー
ル）は、ＳＳが多い生物反応液、特に活性汚泥で処理さ
れた汚泥の被処理液の固液分離に有利に利用でき、例え
ば、活性汚泥を含む被処理液を長期間に亘って連続的に
処理しても、透水速度は殆ど低下しない。連続処理時間
は、例えば、１００時間以上、好ましくは２００時間以
上、さらに好ましくは５００時間以上である。

【００５２】本発明の分離膜エレメント及び分離装置
（又は分離膜モジュール）は、各種施設の排水、各種施
設の排水の処理に利用できる。例えば、汚泥処理場の活
性汚泥を用いた汚泥処理装置として好適に利用できる。
また、河川、湖沼の浄化処理などにも利用できる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、分離膜エレメントにお
いて、透過液用流路と洗浄液用流路とを独立して形成し
ているため、または乱流形成可能に洗浄液ポートと透過
液ポートとを形成しているため、エレメント内を効率よ
く洗浄できる。このため、長期間に亘って使用しても、
高い透水速度で濾過水が得られる。

【００５４】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定さ
れるものではない。

【００５５】実施例１分離膜として、不織布Ｈ８００７（日本バイリーン
（株）製、ポリエステル製不織布、平均孔径１００μ
ｍ、目付量７５ｇ／ｍ²、通気度６０cm³／cm²・s、繊維
径１０μｍ）を用い、図１の分離膜エレメントを作製し
た（有効膜面積０．０５m²）。このエレメントを、２枚
併設する以外は、図５と同様の分離膜モジュールを作製
し、図６の分離装置により汚泥処理を行った。

【００５６】汚泥として、兵庫県姫路市の下水処理場か
ら採取した活性汚泥を含む排水（ＭＬＳＳ濃度約１０，
０００ｍｇ／Ｌ）を用い、生物反応槽２１から濾過槽２
２への被処理液供給ライン３０の循環線速度を１ｃｍ／
ｓにし、濾過槽温度１８〜２３℃、膜間差圧０．３ｋＰ
ａで固液分離を行った。なお、濾過中は、濾過槽２２の
下部に設けられた散気管２６ｂから、２Ｌ／minの速度
で空気を供給した。また、１２時間に１回の割合で、洗
浄液用ライン３５から水（透過水）を３０m³／m²・day
で１分間供給し、水洗浄を行った。

【００５７】実施例２分離膜として、不織布ＭＦ１８０（日本バイリーン
（株）製、ポリエステル製不織布、平均孔径２０μｍ、
目付量１８０ｇ／ｍ²、通気度２cm³／cm²・s、繊維径１
０μｍ）を用いる以外は、実施例１と同様にした。

【００５８】比較例１実施例１の方法において、透過液用ライン２５を封止す
る一方、洗浄液ライン３５に、ポンプ２７ｂを通過しな
い切り替え可能なバイパスラインを設けて、洗浄液ライ
ンをバイパス側に切り替え、この洗浄液ラインから透過
液を取り出した。なお、１２時間に１回の割合で、洗浄
液ラインをポンプ２７ｂ側に切り替えて、水（透過水）
を３０m³／m²・dayで１分間分離膜エレメントに供給
し、水洗浄（逆洗）を行った。

【００５９】比較例２実施例１の方法において、洗浄液ライン３５を封止し
て、透過液ライン３４から透過液を取り出した。１２時
間に１回の割合で、透過液用ラインに洗浄液供給用のポ
ンプを接続し、水（透過水）を３０m³／m²・dayで１分
間分離膜エレメントに供給し、水洗浄（逆洗）を行っ
た。

【００６０】実施例１、２及び比較例１、２で得られた
透過水の透水速度を図７〜８に示した。また、得られた
透過水のＳＳ濃度を図１１〜１４に示した。図７〜８か
ら明らかなように、実施例の分離膜モジュールを用い
て、透過液用流路から透水液を取り出し、洗浄液用流路
から洗浄液を供給しながら濾過すると、長期間に亘って
高い透水速度が維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の分離膜エレメントの一例を示す
概略斜視図である。

【図２】図２は図１の分離膜エレメントの概略断面図で
ある。

【図３】図３は本発明の分離膜エレメントの他の例を示
す部分切欠概略図である。

【図４】図４は本発明の分離膜エレメントの別の例を示
す概略正面図である。

【図５】図５は本発明の分離装置の一例を示す装置概略
図である。

【図６】図６は分離膜エレメントを用いた分離膜モジュ
ールの一例を示す概略斜視図である。

【図７】図７は実施例１及び２で得られた透過水の透水
速度とＳＳ濃度を示すグラフである。

【図８】図８は比較例１及び２で得られた透過水の透水
速度とＳＳ濃度を示すグラフである。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…分離膜エレメント２、２ａ、２ｂ、２ｃ…枠体３…固液分離膜４ａ、４ｂ、４ｃ…透過液ポート５ａ、５ｃ…透過液用流路６ａ、６ｂ、６ｃ…洗浄液ポート７ａ、７ｃ…洗浄液用流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上洋司大阪府堺市浅香山町３丁３−23 Ｆターム(参考） 4D006 GA02 HA42 HA93 JA08A JA18A JA30A KA01 KA13 KA43 KA63 KB22 KC03 KC13 KC16 KD17 KD24 KE01Q KE02P KE05Q KE06Q KE12P KE13P KE16P KE21Q KE22Q KE23Q KE24Q KE28Q MA03 MA22 MA40 MB02 MC11 MC14 MC18 MC19 MC22 MC23 MC24 MC26 MC27 MC37 MC39 MC45 MC48X MC49 MC54 MC55 MC58 PA01 PA02 PB04 PB08 PC64

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに離れて対向する固液分離膜を備え
た平膜状の分離膜エレメントであって、固液分離膜を透
過した透過液を取り出すための透過液流路と、固液分離
膜を洗浄するための洗浄液流路とがエレメント内で互い
に独立して形成されている分離膜エレメント。
【請求項２】洗浄液流路に、洗浄液を吹き出すための
吹出孔が形成されている請求項１記載の分離膜エレメン
ト。
【請求項３】吹出孔が、固液分離膜面に対して略直交
する方向に開口している請求項２記載の分離膜エレメン
ト。
【請求項４】洗浄液用流路が、吹出孔を有する細管で
形成されている請求項１記載の分離膜エレメント。
【請求項５】互いに離れて対向する固液分離膜を備え
た平膜状の分離膜エレメントであって、固液分離膜を透
過した透過液を取り出すための透過液ポートと、固液分
離膜間に洗浄液を導入するための洗浄液ポートとを備え
ており、前記透過液ポートが、前記エレメントのうち洗
浄液ポートからの洗浄液の導入方向に対して非対向部位
に形成されている分離膜エレメント。
【請求項６】分離膜エレメントが、枠体の両面に固液
分離膜が対向して張設された平膜エレメントであり、透
過液ポートと洗浄液ポートとが、それぞれ、前記枠体の
うち一つの辺の両端部に形成されている請求項５記載の
分離膜エレメント。
【請求項７】枠体を横切って連結する連結部が形成さ
れている請求項５記載の分離膜エレメント。
【請求項８】スペーサーを用いることなくエレメント
内に空洞部が形成されている請求項５又は７記載の分離
膜エレメント。
【請求項９】連結部が、洗浄液ポートと通じる管状構
造を有しており、かつ洗浄液を吹き出すための吹出孔を
有している請求項７記載の分離膜エレメント。
【請求項１０】吹出孔が固液分離膜面に対して略平行
する方向に開口している請求項５記載の分離膜エレメン
ト。
【請求項１１】固液分離膜が、繊維が互いに交絡した
通水性多孔質体である請求項１又は５記載の分離膜エレ
メント。
【請求項１２】固液分離膜の平均孔径が１〜３００μ
ｍである請求項１又は５記載の分離膜エレメント。
【請求項１３】純水に対する固体分離膜の透水速度
が、膜間差圧１kＰａにおいて１０〜１０，０００m³／m
²・dayである請求項１又は５記載の分離膜エレメント。
【請求項１４】活性汚泥を含む生物反応槽から供給さ
れる被処理液を濾過するための濾過槽と、この濾過槽か
らの濾液を貯水するための貯水槽とで構成された分離装
置であって、前記濾過槽に、請求項１又は５記載の分離
膜エレメントが少なくとも１つ浸漬している分離装置。