JP2001121147A - 膜分離浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】生物や汚濁有機物による膜目の閉塞を防止す
る。 【解決手段】ドラム状にされた膜９の表面に捕捉された
被除去物やフロック等の堆積物を被処理流体の液面より
上方に移動させ、この堆積物を膜表面から、シャワー状
の浄化水２５を使用して洗浄し、その後、膜表面に紫外
線を照射する紫外線発生ランプを配置する。また、ステ
ンレス鋼の細線や銅の細線の表面に酸化チタンの粒子を
結合したり膜をコーティングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水質浄化や固液分
離等を目的とした膜分離装置に関し、特に生物や汚濁有
機物による膜目の閉塞を防止することのできる膜分離浄
化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】固液分離等を目的として、細めの金膜や
高分子繊維で編んだ膜を通水分離膜として粒子を膜で分
離し除去する浄化装置がある。その例としては、 例え
ば化学技術誌ＭＯＬ Vol.22, No.12 p47-51, (1984) に
記載されているものなどがある。

【０００３】ステンレス鋼の細線、銅の細線、あるいは
ポリエステル繊維等で膜を構成し、被処理水は、例えば
その数十ミクロンメートルの目開きを有した開口部を通
過する。被処理水中の被処理物、例えばアオコ等の植物
プランクトンや動物フランクトンや有機物等の汚濁物質
はその投影面積や投影直径が開口部の投影面積や投影直
径よりも大きい場合通過できず捕捉分離され、膜を透過
した水は浄化水となる。このまま、同じ膜面に被処理水
を通水し続けると、膜の通水側面に被処理物が堆積して
通水抵抗が増大し、通水量が極端に低下し、浄化操作に
支障をきたす。したがって、被処理水液面以下の部位に
あるこの堆積物のある膜面を被処理水液面より上方の大
気部まで移動させ、例えばシャワー状の浄化水を使用し
て膜を洗浄し、その洗浄水と堆積物の混合水をスラッジ
として分離部系から排除し、膜面を洗浄再生し再び被処
理水液面以下の部位に戻す構造としている。シャワー水
で洗浄しきれなかった少量のアオコ等の植物プランクト
ン、動物プランクトン、微小動物の幼虫や卵、有機物等
の汚濁物質は膜の表面に残留する。

【０００４】スラッジは最終的には、通常トラックで処
分場や焼却場に運搬したり、コンポスト化する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来例
では、シャワー水で洗浄しきれなかった少量のアオコ等
の植物プランクトン、動物プランクトン、微小動物の幼
虫や卵、有機物等の汚濁物質が膜の表面に残留し、これ
らの生物が繁殖して膜に固着するとシャワー水で除去で
きなくなり、膜目が閉塞したり目が狭くなって通水量が
減少し、浄化性能を低下させる問題があった。

【０００６】本発明の目的は、特に生物や汚濁有機物に
よる膜目の閉塞を防止できる膜分離浄化装置を得ること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の膜分離浄化装置
は、上記課題を解決するため、被除去物を含む被処理流
体あるいは被除去物を含む流体に、被除去物より密度が
大きいシーディング材と凝集剤を添加することにより前
記被除去物と前記シーディング材を含むフロックを生成
する手段と、このフロックの生成された被処理流体を濾
過するものであって、被除去物やフロックが通過できな
い目開きを有する濾過手段と、前記濾過手段の表面に捕
捉された被除去物やフロック等の堆積物を被処理流体の
液面より上方に移動させ、この堆積物を前記濾過手段の
表面から水流力で剥離させるための洗浄手段と、前記濾
過手段の濾過面を殺菌する殺菌手段とを有するものであ
る。

【０００８】ここで、前記濾過手段を網状細線で構成
し、この網状細線表面に光触媒を固定化すると更に良
い。

【０００９】すなわち、本発明では、例えば、シャワー
状の浄化水を使用して膜を洗浄した後、膜表面に紫外線
を照射する紫外線発生ランプを配置する。また、ステン
レス鋼の細線や銅の細線の表面に酸化チタンの粒子を結
合したり膜をコーティングし、紫外線をこの表面に照射
し、その表面に活性酸素を発生させるようにしたもので
ある。

【００１０】この紫外線照射による殺菌作用により、シ
ャワー水で洗浄しきれなかった少量のアオコ等の植物プ
ランクトン、動物フランクトン、微小動物の幼虫や卵等
は死滅し、その後増殖することはなく、活性酸素により
残存汚濁有機物とともに酸化分解され、その後のシャワ
ー水で洗浄される。したがって、膜目が閉塞したり目が
狭くなって通水量が減少することがなく、浄化性能を長
期間にわたって維持できる膜分離浄化装置が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１、
図２及び図３により説明する。図２は図１の膜分離浄化
装置８の拡大断面図、図３は図２の上部から見た半断面
図である。被処理水である原水を，水源例えば貯水池１
から、導管２、大きなゴミを取るためのフィルタ３を通
してポンプ４で原水貯槽５に汲み上げ，この原水６を配
管７を通して膜分離浄化装置８に流入させる。

【００１２】図２、図３により膜分離浄化装置の構造を
説明する。ステンレス鋼の細線や銅の細線やポリエステ
ル繊維等で数ミクロンメートルから数十ミクロンメート
ルの目開きを有した開口部を有する膜９をドラム状に構
成し、膜９の両端は目開きのないドラム状のシェル１
０，１１に接合され、その一方向はフランジ１２に接合
されて一体化され、フランジ１２の中央部はロッド１３
に接合されロッド１３がモータ１４で回転することによ
り、フランジ１２、シェル１０、ドラム状の膜９、シェ
ル１１が回転する。シェル１１と固定フランジ１５は摺
動面１６で気密性を維持しながら回転摺動する。膜９の
外側に浄化水槽１７を配置する。原水６は導管７からド
ラム状の膜９内に流入し、原水６は膜９を通過する。こ
の時原水６中の被除去物１８は膜９内面に捕捉され、膜
９を通過し被除去物１８を分離された水は浄化水１９と
なって浄化水槽１７に溜り、配管２０を通って貯水池１
に放流される。原水６が膜９を通水する動力は原水６と
浄化水１９との液面位差である。一方、被除去物１８は
図２で反時計回りに回転する膜９内面に通水抵抗によっ
て付着し堆積物となって液面上の大気部に露出する。

【００１３】露出した被除去物１８の堆積物は、即通水
の障害にはならないが、長時間運転して堆積物が増加す
ると通水の障害となる。浄化水槽１７内の浄化水をポン
プ２１の取水口２２から吸い込み導管２３からシャワー
管２４に送り、孔からシャワー水２５を、膜９外表面か
ら内面側に吹き付ける。膜９の内表面に蓄積した堆積物
はシャワー水で剥がれ膜９面は再生され、内側に設けた
トレイ２６に堆積物を含む洗浄水は溜る。この洗浄水
は、排水口２７から流失し、配管２８を通ってスラッジ
タンク２９に溜まる。

【００１４】洗浄された膜９の内外面には、原水内の微
生物等が付着し繁殖し、膜９の目を閉塞する虞がある。
これを防ぐため本実施例では、紫外線ランプ３０，３１
を保護ガラス管３２，３３に挿入して配置する。保護ガ
ラス管３２，３３の内面にはそれぞれ上半分と下半分の
部分にアルミニュウム蒸着膜を付着させ、紫外線が反射
して、膜９の内外面に紫外線が照射されるようにする。
膜９に付着した動・植物プランクトン生物の卵や幼虫が
紫外線で死滅することにより網上で繁殖することがなく
なり、膜９の目を閉塞したり狭くしたりして浄化機能に
障害を与えることを防止できる。また、膜９を構成する
細線や繊維上に酸化チタン等の活性酸化触媒物質を固定
化することにより、紫外線照射により活性酸素を発生さ
せることができる。この活性酸素により、膜９に付着す
る有機物を酸化分解して、膜９の有機物等の汚れを取り
除くことができる。

【００１５】スラッジタンク２９に溜まったスラッジ
は、配管３４を通じて遠心分離機やベルトプレス機等の
脱水設備３５により濃縮された後、堆肥等に処理され
る。

【００１６】なお、本実施例では膜９をドラム状に形成
した場合について説明したが、膜９をディスク状に構成
し、このディスクを縦方向に複数枚配置して浄化装置を
構成しても、膜の内外面に紫外線を照射して同様な膜分
離浄化装置が得られる。

【００１７】図４に本発明の他の実施例を示す。図１の
実施例と異なる点は、原水６に密度が大きい無機質物等
の砂粒子や粉砕ガラス粒子のシーディング材を添加する
ためのシーディング添加装置３６及び配管３７を備えて
いること、またｐＨ調整剤、ポリ塩化アルミニウム等の
凝集剤や高分子補強剤等を加えるための薬剤添加装置３
８及び配管３９を備えていること、原水とこれらの添加
物を攪拌するための撹絆槽４０と攪拌翼４２を回転駆動
するモータ４１を備えていることである。これによっ
て、数百ミクロンメートル〜数ミリメートル程度の大き
さの被除去物とシーディング材を含み、密度を大きくさ
れたフロックを多量に含む前処理水４３が生成される。
この前処理水４３を導管７を通じて膜分離浄化装置８に
通水する。

【００１８】膜９で分離されたフロックをシャワー水２
５で洗浄し、フロックを含む洗浄水をトレイ２６で回収
する点は図２、図３で説明した実施例と同様であるが、
本実施例の場合、密度が小さい被除去物単体を洗浄する
前記の場合に比べ、フロックの体積と密度が大きいた
め、洗浄時にその重力とシャワー水をフロック表面に蓄
えられその重力が作用して、より少ないシャワー水量で
容易に膜９から剥離させ、スラッジを回収することがで
きる。したがって、本実施例では、スラッジの含水率が
小さく高濃縮のスラッジを得ることができる。したがっ
て、後段側の遠心分離機等の脱水手段の処理能力が小さ
くて済み、装置コスト、運転コストを低減できる効果が
ある。また、本実施例では、膜９からフロックの剥離の
ためにシャワー水を使用したが、シャワー水の代わりに
空気圧縮機により圧搾空気をシャワー管２４から高圧空
気シャワーとして放射しても密度の高いフロックは容易
に剥離され、膜９を洗浄することができる。この場合、
洗浄に水を使用しないので、剥離したフロックの含水率
を更に低くして高濃縮のスラッジを得ることができる。
したがって、後段側の遠心分離機等の脱水手段の処理能
力を小さくでき、装置コストや運転コストを低減するこ
とができる。

【００１９】回収されたスラッジを熱分解し、スラッジ
の減容化及びシーディング材の回収再利用のため、スラ
ッジはスラッジタンク２９から配管４４及びスラリ加圧
ポンプ４５を介して下流側に送られる。スラリ加圧ポン
プ４５入り口部で、薬剤タンク４６から、高温高圧水で
処理する際必要な水、反応促進剤及び中和剤のアルカリ
溶液等を弁４７を通してスラッジに添加される。

【００２０】スラリ加圧ポンプ４５で２ＭＰａ程度に加
圧されたスラッジは、反応管４８内に吐出され、処理後
の熱回収用の予熱熱交換器４９で予熱され、ヒータ等を
内蔵した温度調節器５０で温度が２００度の亜臨界状態
にされる。

【００２１】ここで、スラッジ中の被除去物である植物
や動物プランクトン等は有機物であり、凝集剤としては
無機系、有機系がある。したがって、亜臨界水中では凝
集したフロックやはその結合が破壊され、フロック中の
固形物がバラバラになり、有機物は油状の粘性の高い液
体と水分が混在した亜臨界溶液となり、スラッジ中のシ
ーディング材の周りから凝集剤が剥がれ、シーディング
材単体で分離する。したがって、シーディング材分離器
５１では回転流によるサイクロン作用等で密度の高いシ
ーディング材は側壁側から沈降し下部に溜まる。ある程
度シーディング材が蓄積すると、弁５２を開いて内圧を
利用してシーディング材スラリを回収槽５３に回収す
る。回収したシーディング材は再利用する。

【００２２】スラッジはシーディング材分離器５１を出
た後、薬剤タンク５４から、高温高圧水中で酸化処理す
る際に必要な、酸素、過酸化水素水、空気、共晶反応
剤、アルカリ溶液等を、弁５５を介して、ヒータを内臓
した反応管５６内のスラッジに添加される。反応管５６
で温度管理されたスラッジは反応管５６内で、スラッジ
中に含まれる有機物が酸化され減容化され、スラッジ中
に存在するリンは化学反応によってリン酸塩となって固
形沈殿物となる。反応管５６のラインには安全弁５７を
取り付けている。

【００２３】その後、高温高圧スラッジ溶液は、配管５
８を通り、予熱熱交換器４９で熱が回収され、フラッシ
ュタンク５９内から圧力調整弁６０を介して減圧、噴霧
される。フラッシュタンク５９内は圧力調整弁６０で大
気圧より若干高い圧力に調整される。ここで、高温・高
圧スラッジ溶液中の水分の一部は内部熱容量で自己蒸発
し、残りは内蔵したヒータ等で加熱されて蒸発し、蒸発
した蒸気はフラッシュタンクを保温し、圧力調整弁６１
から放出される。フラッシュタンク５９内でスラッジ中
の未酸化有機物や無機物分子は乾燥固形化され、容器底
部に乾燥物が沈降分離されタンク外に取り出され、溶液
分は、配管６２や流量調整弁６３を介して導かれた原水
と配管６４で混合され、水質を調整された後、下水や植
生設備等に放流される。

【００２４】本実施例では、高温高圧水では凝集剤の凝
集作用が壊れ、フロック中の固形物がバラバラになり、
スラッジ中のシーディング材の周りから凝集剤が剥が
れ、シーディング材単体で分離できるので再使用する
際、純度の高いシーディング材を回収することができ
る。遠心分離機やベルトプレス機等の濃縮手段を使用せ
ずにスラッジを処理できるので装置コストが低減でき、
また、スラッジは減容化されるのでスラッジ処理コスト
も低減できる。

【００２５】なお、本実施例では、凝集剤を使用せず、
被除去物を含むフロックを生成しないでシーディング材
と被除去物との混合物を膜分離する場合にも適用でき、
シーディング材を回収・再利用することができる。

【００２６】また、被除去物とほぼ同じサイズもしくは
被除去物より小さくかつ膜で捕捉されるサイズのシーデ
ィング材を原水中に注入して混合し、被除去物をシーデ
ィング材との混合物として膜表面に捕捉堆積させ、この
密度の大きい混合物を少ないシャワー水量で膜からシャ
ワー水の水圧及び重力で剥離させるようにすれば、凝集
剤を使用することなく同様な効果を生じさせることがで
きる。

【００２７】なお、本実施例では紫外線ランプを殺菌手
段として用いたが、電磁波照射や電気通電による殺菌処
理でも同様な効果が得られる。

【００２８】また、保護ガラス管３２，３３の外表面の
汚れを洗浄するために、浄化水を洗浄水として使用し連
続的もしくは周期的に、外表面を機械的なブラシやワイ
パー等で、もしくは洗浄流水で汚れを剥離除去する洗浄
手段を設ければ、紫外線の殺菌効率を維持することがで
きる。この場合、機械的なブラシ、ワイパー、洗浄水吹
き出し孔を固定し、保護ガラス管３２，３３を洗浄中に
回転させながら外表面の全周を洗浄する構成とすること
もできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、紫外線照射などの殺菌
手段を設けているから、その殺菌作用により、シャワー
水で洗浄仕切れなかった少量のアオコ等の植物プランク
トン、動物プランクトンや微小動物の幼虫や卵を死滅さ
せることができ、その増殖を防止できるから、活性酸素
により残存汚濁有機物と共に酸化分解して、その後のシ
ャワー水等で洗浄除去することができる。したがって、
膜目が閉塞したり目が狭くなって通水量が減少するのを
防止でき、浄化性能を長期間にわたり維持できる膜分離
浄化装置を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す膜分離浄化装置の系統
図。

【図２】図１に示す膜分離浄化装置の縦断面図。

【図３】図２の膜分離浄化装置を一部断面で示した平面
図。

【図４】本発明の他の実施例を示す膜分離浄化装置の系
統図。

【符号の説明】

６…原水、９…膜、１７…浄化水槽、１８…被除去物、
１９…浄化水、２５…シャワー水、３０，３１…紫外線
ランプ、 ３２，３３…保護ガラス管。

フロントページの続き (72)発明者 西嶋 規世 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 4D006 GA02 HA82 HA93 JA30A JA34A JA51A JA55A KA02 KA03 KA13 KA16 KA17 KA71 KB13 KB14 KB20 KB30 KC03 KC13 KC14 KC22 KD08 KD30 KE15Q KE21P MA03 MA06 MA22 MC02 MC48 MC90 PA01 PB04 PB24 4D037 AA05 AB02 AB03 BA18 BB09 CA03 CA08 CA14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被除去物を含む被処理流体あるいは被除去
   物を含む流体に、被除去物より密度が大きいシーディン
   グ材と凝集剤を添加することにより前記被除去物と前記
   シーディング材を含むフロックを生成する手段と、 このフロックの生成された被処理流体を濾過するもので
   あって、被除去物やフロックが通過できない目開きを有
   する濾過手段と、 前記濾過手段の表面に捕捉された被除去物やフロック等
   の堆積物を被処理流体の液面より上方に移動させ、この
   堆積物を前記濾過手段の表面から水流力で剥離させるた
   めの洗浄手段と、 前記濾過手段の濾過面を殺菌する殺菌手段とを有するこ
   とを特徴とする膜分離浄化装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記濾過手段を網状細
   線で構成し、この網状細線表面に光触媒を固定化したこ
   とを特徴とする膜分離浄化装置。