JP2003251386A - 膜分離装置 - Google Patents
膜分離装置Info
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- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Abstract
移動効率を高めるとともに、クロスフロー流の流速を高
く維持できる膜分離装置を提供すること。 【解決手段】 活性汚泥を収容する反応槽2に浸漬され
た膜モジュール31aと、該膜モジュール31aの下方
に配置された散気手段である散気装置4aと、を備える
膜分離装置1aであり、前記膜モジュール31aと前記
散気装置4aの間には、該散気装置4aから吐出される
気泡Gを微細化しながら分散し、かつ膜面に向かうクロ
スフロー流C1が増強されるように撹拌手段である攪拌
機5aが設けられた膜分離装置1aを提供する。
Description
技術に関する。より詳細には、活性汚泥法に基づく水処
理における固液分離処理に実用化できる膜分離装置に関
する。
における沈殿池や凝集沈殿池(以下、沈殿池と総称。)
に代わる固液分離処理として膜ろ過技術が実用化されて
いる。
活性汚泥の沈降性に依存した固液分離ではなく、処理水
の固液分離を強制的に加圧膜ろ過する構成であるので、
被処理水の性状に関わりなく、より完全な固液分離を行
うことが可能となるという利点を有している。
定の膜モジュールが浸漬されて配置され、この膜モジュ
ールの下方に散気手段が設けられた膜分離装置(以下、
「浸漬型膜分離装置」と称する。)と、反応槽の外に膜
モジュールを配置し、原水ポンプを用いて加圧ろ過する
膜分離装置(以下、「外置き型膜分離装置」と称す
る。)が、一般的に採用されている。以下、浸漬型膜分
離装置の代表的な従来技術を添付図面に基づいて説明す
る。
を表す簡略図である。この膜分離装置100は、活性汚
泥が収容された反応槽101と、該反応槽101に浸漬
されて固定されている膜モジュール102と、を備えて
いる。膜モジュール102の下方には、散気手段103
が配設されている。この散気手段103は、反応槽10
1の外に設置されたブロワBを介して反応槽101内に
空気を導入し、この空気を気泡104にして、上方の膜
モジュール102に向けて吐出する。
記気泡104を、膜モジュール102の下方領域に対し
て下方斜め向きに設置した(モータMで回転する)攪拌
機106により微細化して分散させる手段が用いられ
る。この気泡分散手段は、被処理水Rに対して気泡10
4中の酸素を充分に溶解させて、活性汚泥による生物処
理を効率化するために採用される。
流fを形成し、この上昇流fは、反応槽101内を対流
する如き循環流Fを形成する。この循環流Fによって、
反応槽101内に酸素が行き渡り、好気性条件が維持さ
れるとともに、配管105から導入された被処理水Rと
活性汚泥は撹拌されて相互の接触頻度が高められ、生物
処理が促進される。
1内で活性汚泥と接触しながら所定時間滞留し、この滞
留の間に被処理水R中の有機成分が活性汚泥によって酸
化分解され、浄化される。浄化された被処理水Rは、膜
モジュール102に接続された吸引ポンプPによって、
活性汚泥が濾し取られた清澄な処理水Tとして取り出さ
れる。
膜モジュール102の膜表面に接触することによって、
膜表面に汚泥のケーキ層やゲル層が付着して成長するの
を防止する。即ち、前記上昇流fは、膜表面の洗浄作用
を発揮する。この膜表面に接触する水流は、特に「クロ
スフロー流」と称され、図7では、符号Cで表されてい
る。
置では、散気による反応槽内の好気性条件の維持、循環
流による活性汚泥と被処理水の接触効率の向上、クロス
フロー流の形成による膜表面の洗浄作用の安定化、が重
要となる。
膜分離装置においては、上昇流fは、気泡の浮上作用
(「リフト作用」とも言う。)のみに基づいて形成され
る構成であるため、該上昇流fの流速を、所望の程度に
することが困難であった。その結果、クロスフロー流及
び循環流Fについても、必要十分な流速を得ることが困
難であった。
分散するための手段が講じられた技術では、膜モジュー
ルに下方斜め向きに取り付けられた攪拌機により気泡が
微細化される一方で、気泡の流れ方向が乱され、結果と
して気泡の浮上作用が弱められてしまうことになるの
で、上昇流fの流速は、分散手段を設けない場合と比較
して、更に低下してしまうという問題があった。
ける流動性が不足していたので、酸素の拡散移動が円滑
に行われず、活性汚泥の生物処理能力を充分に発揮させ
ることができないという技術的課題があった。
れる酸素の反応槽内での移動効率を高め、かつクロスフ
ロー流の流速を高く維持できる膜分離装置を提供するこ
とを目的とする。
技術的課題を解決するために、本発明では、次の手段を
採用する。
応槽に浸漬された膜モジュールと、該膜モジュールの下
方に配置された散気手段と、を備える膜分離装置であっ
て、前記膜モジュールと前記散気手段の間に、前記散気
手段から吐出される気泡を微細化した上で分散し、かつ
膜面に向かうクロスフロー流が増強されるように撹拌手
段を設けた膜分離装置を提供する。なお、反応槽の形態
は、狭く解釈されるものではなく、例えば、反応槽本体
に連通するように分岐形成されたような分岐反応槽等も
包含する。
泡を微細化しながら分散することに起因する気泡の浮上
作用の低下(気泡の微細化による浮力の低下)に伴う上
昇流の流速低下を、撹拌手段の撹拌作用によって補うだ
けに留まらず、気泡の浮上作用のみから得られる上昇流
の流速を更に上回る高速の上昇流を形成することが可能
となる。この結果、気泡の微細化による酸素と活性汚泥
の接触率の向上とクロスフロー流の高速化を両立させる
ことができ、更には、循環流の流動促進を達成すること
が可能となる。
は、適宜の攪拌機を採用できる。即ち、散気手段と膜モ
ジュールの間に水中攪拌機を設置する構成を採用でき
る。攪拌機から得られる上昇流は、渦流状となるので、
気泡を効果的に微細化しながら分散させることが可能と
なる。
応槽に浸漬された膜モジュールと、該膜モジュールの下
方に配置された攪拌機と、を備える膜分離装置であっ
て、前記撹拌機の撹拌翼部に散気手段を設けた膜分離装
置を提供する。
気手段と膜モジュールの間に攪拌機を介装した構成で
は、上記のような顕著な効果が得られるものの、散気手
段から吐出されて上昇してくる気泡群の浮上作用の一部
は、直上に配置された撹拌機に邪魔され、分断される可
能性があるところ、本手段ではこのような問題が発生し
ないという更に有利な効果が得られる。即ち、本手段で
は、攪拌機の撹拌翼部から散気するように工夫したの
で、気泡群の浮上作用が分断されることがないため、上
方の膜モジュールにストレートに向かっていく上昇流を
形成することができる。また、本手段によれば、散気手
段と撹拌手段を集約できるので、膜モジュール下方領域
の装置構成を簡素化できる。
水平方向に回転するように設置した。
撹拌流が円滑に得られるので、膜モジュールをより高い
流速で通過するクロスフロー流を確実に形成することが
可能となる。即ち、撹拌翼部を傾斜させて配置させた構
成に比べて、鉛直方向の上昇流を速やかに形成できる。
反応槽に浸漬された膜モジュールと、該膜モジュールの
上方に配置された散気手段と、を備え、該散気手段から
吐出される気泡を分散させながら前記膜モジュールに向
かうクロスフロー流を形成する下降流発生手段を設けた
膜分離装置を提供する。即ち、該発明では、膜モジュー
ルの下方に散気手段や撹拌手段を配置するという発想を
転換し、膜モジュールの上方側に、散気手段及び撹拌手
段を配置するように工夫した。
作用によって、反応槽に滞留している周辺の被処理水を
上方から下方の膜モジュールへ向けて引き込み、膜面に
接触しながら下降するクロスフロー流を形成する。この
クロスフロー流は、上方の散気手段から吐出された気泡
群を膜モジュール下方にまで搬送して、周囲の反応槽に
向けて排出する。この構成によって、気泡群の浮上作用
を有効に利用した流速の大きな上昇循環流を反応槽内に
形成できる。このため、反応槽全体における被処理水の
流動性が高まる。同時に、前記上昇循環流には、膜モジ
ュールの下方開口部から排出されてくる気泡群が多量に
含まれているので、気泡中の酸素が反応槽の隅々にまで
移動し、反応槽の生物処理能力が高まる。
前記膜モジュールの上方に配置された撹拌手段を採用
し、更には、この撹拌手段を、散気手段の上方に配置す
るように工夫した。
とから、気泡の分散効果を高めるので、特に下降流発生
手段として特に好適である。そして、この撹拌手段を散
気手段の上方に配置することにより、散気手段から吐出
される気泡群を有効に下方の膜モジュールに送り込むこ
とが可能となる。気泡をより多量に含むクロスフロー流
の膜面の洗浄作用はより大きくなるので、散気手段の上
方に撹拌手段を配置する構成が好適である。
ジュールを、上昇又は下降するクロスフロー流が通過で
きる貫通スペースを設けるように工夫する。好適には、
波形のスペーサ部材が介装されたスパイラル型膜モジュ
ール又はチューブ状の膜体が束ねられたチューブ集束型
膜モジュールを採用することができる。
ジュール内をスムーズに通過することができるようにな
るので、膜モジュール上方又は下方にまで及ぶクロスフ
ロー流を確実に形成することができ、更には、このクロ
スフロー流を、確実に循環流に転じさせることが可能と
なる。
る水浄化処理能力及び膜分離能力の高い膜分離装置を提
供できるという技術的意義を有している。
ついて、添付図面を参照しながら、説明する。
第1実施形態の構成を簡略に表す図である。この膜分離
装置1aは、浄化対象となる被処理水Rと活性汚泥を収
容する反応槽(生物処理槽)2aを備えている。この反
応槽2aには、該反応槽2a内に滞留する被処理水Rに
浸漬され、固定配置された膜ろ過ユニット3aが設けら
れている。
パイプ32を備える。このガイドパイプ32の内部に所
定の膜モジュール31aが収容固定されている。なお、
膜ろ過ユニット3aの形態、膜モジュール31aを構成
する膜体の種類や形状は、本発明の目的に沿うものであ
れば採用でき、特に限定されない。
引ポンプPが連結されている。反応槽2aに滞留してい
る間に、活性汚泥の働きで、含有する有機物が酸化分解
された被処理水Rは、この吸引ポンプPによって、膜モ
ジュール31aに吸引され、活性汚泥が濾し取られる。
このようにして、固液分離された清澄な処理水Tのみが
反応槽2aから抜き取られる。
ル31aの下方領域には、反応槽2a外に配置されたブ
ロワBに連結されている散気装置4aが設置されてい
る。この散気装置4aは、ブロワBから取り込まれた空
気を気泡状態で吐出し、反応槽2a内を好気条件に維持
するとともに、空気を気泡化して分散させることによっ
て、反応槽2内に拡散している活性汚泥と酸素との接触
効率を高めるという役割を果たす。
は、浮上力を有することから、周辺の被処理水Rに浮上
作用を及ぼし、上昇流f1を形成する。そして、この上
昇流f1が、膜モジュール31aの膜面に接触しながら
通過するクロスフロー流C1を形成し、更には、上方に
至ったクロスフロー流C1は、続いて、膜モジュール3
1aの外側を下降する循環流F1となり、反応槽2aの
被処理水Rを対流の如きに流動させる。
は、モータMと、該モータMの駆動によって回転する撹
拌翼51と、を備える攪拌機(水中攪拌機)5aが配置
されている。この攪拌機5aは、下方の散気装置4aか
ら吐出されてきた気泡Gを微細化して分散させながら、
上昇流f1を加速するという役割を果たす。
速やかに形成できるという理由から、水平方向に回転す
る構成が特に好適である。
5’aの構成を簡略に表す図である。
る点に特徴がある。具体的には、まず、ブロワBを介し
て取り込まれた空気を、モータMの駆動で回転する軸5
4内部に導入できるように工夫されている。そして、軸
54の上端には、軸54内部に形成された通気路に連通
する散気孔53が多数形成された撹拌翼52が取り付け
られている。この構成によって、撹拌翼52は、多数の
気泡Gを吐出させながら回転する。即ち、この攪拌機
5’aを採用すれば、撹拌作用と同時に気泡Gを分散さ
せることができる。なお、この攪拌機5’aは、本発明
に係る全ての膜分離装置に適用できる。
施形態の構成を簡略に表す図である。
槽2bと、該反応槽2bに浸漬された状態で固定配置さ
れた円筒形状の膜ろ過ユニット3bと、を備える。この
膜ろ過ユニット3bの特徴は、膜モジュール31bが下
方側に配置されていることである。
ール31bの上方に散気装置4bが配置されている。散
気装置4bは、下方側の膜モジュール31bに向けて気
泡Gを吐出する構成とされている。なお、散気装置4b
は、反応槽2b外に設置されたブロワBに連結されてい
る。
置され、撹拌翼53は、下方側の散気装置4bに対向す
るように配向されている。
された気泡Gは、撹拌機5bの撹拌作用によって発生す
る下降流f2によって、下方の膜モジュール31bへ搬
送される。更には、気泡Gは、膜面に接触しながら下降
するクロスフロー流C2に乗って運ばれて、膜ろ過ユニ
ット3bの下方開口部33から排出される。
は、続いて、その浮上力によって上昇に転じ、周辺の被
処理水Rに上昇流を形成する(図3参照)。この上昇流
は、膜ろ過ユニット3bの外側を上昇する循環流F2と
なる。気泡Gは、循環流F2に乗って反応槽2の上層域
まで確実に搬送されるので、反応槽2に滞留する被処理
水Rの隅々にまで酸素が供給され、好気条件が好適に維
持される。即ち、活性汚泥による有機物の酸化分解が反
応槽2b全体で活発に行われるようになる。
ット3bのガイドパイプの上端部は、上方に向けて末広
がるロート状の形態(図3、X部参照)とするのが好適
である。その理由は、上層に至った循環流F2が、撹拌
機5bの撹拌作用によって、膜ろ過ユニット3bの内部
に円滑に流入し易くなるからであり、ひいては反応槽2
b全体での被処理水Rの流動性が円滑になるからであ
る。
ールは、クロスフロー流C2が、その流速が弱められて
しまうことがないように、スムーズに膜モジュールを通
過できるように工夫された構成が望ましい。即ち、膜モ
ジュールには、下降するクロスフロー流C2が通り抜け
できる貫通スペースを設ける。
ル型膜モジュール31cや図5に示されているチューブ
集束型膜モジュール31d、加えて図示しない平膜状の
膜体を、所定間隔を置いて並設した膜モジュール等が好
適である。特に、スパイラル型膜モジュール31c、チ
ューブ集束型膜モジュール31dは、膜体をコンパクト
に集約できるので、好適である。
cは、平膜状の膜体35を波形のスペーサ部材34を介
装させながらスパイラル状(海苔巻き状)に巻回させた
構成であって、膜体35間には、スペーサ34によって
貫通スペースS1が形成されている。図5に示すチュー
ブ集束型膜モジュール31dは、内部空洞のチューブ状
の膜体36を複数集束した構成であって、膜体36の間
には、貫通スペースS 2が形成されている。
向かうクロスフロー流C2がスムーズに通り抜けていく
ので、大きい流速で反応槽2の底面に衝突する下降流
は、引き続いて上昇流に転じ、流速の安定した循環流F
2を形成する。
では、気泡Gの浮上作用に打ち勝って下降するクロスフ
ロー流C2が膜モジュール31c、31d内を円滑に通
過することができるので、膜モジュール31c、31d
の下方にまで到達する下降流を確実に形成でき、更に
は、この下降流を、上昇する循環流F2に確実に転じさ
せることが可能となる。なお、膜モジュール31c,3
1dは、本発明に係る膜分離装置のすべてに適用するこ
とにより、クロスフロー流を、スムーズに膜モジュール
を通過させることができるようになる。
施形態の構成を簡略に示す図である。
離装置1cでは、反応槽2cの側壁部に分岐槽6を形成
し、この分岐槽6内に膜モジュール31cを設けた。分
岐槽6の上端部61、下端部62は、それぞれ反応槽2
cに開口し、反応槽2cに連通している。膜モジュール
31cの所定位置には、吸引ポンプPが連結され、該吸
引ポンプPによって、処理水Tを取り出す。
れた散気装置4cが配置され、取り込んだ空気を気泡に
して反応層2cに吐出している。分岐槽6の下端部62
の開口部付近には、ブロワBに連結された散気装置4d
が設けられ、この散気装置4dと膜モジュール31cの
間には、攪拌機5cが横置き状態で配置されている。な
お、符号54は、撹拌翼である。
処理水Rを引き込んで、散気装置4dから吐出された気
泡gを伴う上昇流f3を形成する。該上昇流f3は、上
方の膜モジュール31cに送り込まれて、膜面を接触し
ながら上昇するクロスフロー流C3を形成する。膜モジ
ュール31cを通り抜けた上昇流は、上端部61の開口
部から反応槽2cに返送される。
は、上端部61の開口部から反応槽2cに返送される
(図6参照)。なお、分岐反応槽6に、上記第2実施形
態同様に、膜モジュール31cの上方側に散気装置4c
を設け、さらに該散気装置4cの上方に攪拌機5cを設
けてもよい。
た。反応槽は、水深2,500mm、直径500mmの
円筒状の槽を用いた。反応槽の中央に、直径150m
m、長さ1,000mm及び同径のガイドパイプを設け
た膜ろ過ユニットを上下ともに250mmずつフリーボ
ードを設けて配置した。また、前記ガイドパイプ中央下
方に水中攪拌機を配置し、その下方に散気装置(散気
管)を配置した。散気位置は水深2,000mmに設定
した。膜モジュールは、既述したスパイラル型膜モジュ
ールを採用し、波形のスペーサにより原水流路幅を3m
mに設定した。膜面積は5m2である。また、膜は孔径
0.4μmのポリオレフィン製MF膜を用いた。ろ過水
(処理水)取り出し口は、膜モジュールの中央に設置さ
れたセンターパイプを通じて、系外に取り出す構造とし
た。吸引ポンプは、容積型ポンプを用いて定量ろ過を行
った。更に、間欠運転とし、8分吸引し2分休止する方
法で吸引ろ過を行った。散気量は1.0m3/h、即ち
被処理水(原水)に対する通気倍率として12vvhと
なるように設定した。また、前記水中攪拌機は、膜モジ
ュールの原水流路におけるクロスフロー流の流速が0.
7m/sとなるように設計調整した。合成下水は鰹エキ
スを主成分とするもので、BOD濃度が500mg/L
となるように希釈調整した。ろ過水量を2m3/d、即
ち、吸引ろ過時のろ過流束が0.5m/dとなるように
設定した。MLSS濃度は30,000mg/L程度に
維持するように適宜、余剰汚泥を排出した。
速度は、0.1kPa/dとなり、極めて緩やかで安定
的な膜ろ過が維持できた。また、ろ過された処理水のB
ODは、5mg/L以下を達成でき、良好な生物処理を
行うことができた。反応槽内のDOは、常に2mg/L
以上を保持できた。
と膜モジュールの中間である水深1500の位置に配置
した以外は、上記実施例同様の構成及び条件とした。本
比較例1における実験では、膜モジュールの吸引差圧の
増加速度は0.8kPa/dとなり、約1ヶ月で薬品洗
浄が必要になった。また、反応槽内のDO(溶存酸素)
は、1〜2mg/Lであり、実施例に比較してやや低め
の値を示した。ろ過された処理水のBODは5〜10m
g/Lの値を示し、前記実施例に比べて高い値となっ
た。
置から水中攪拌機を撤去し、水深2500mm位置に散
気装置を配置した以外は、実施例と同条件で実験を行っ
た。通気量は12vvhであり、膜モジュールの被処理
水流路部分の空塔ガス線速度は、0.05m/sであ
る。この場合における膜モジュールの吸引差圧の増加速
度は、10kPa/dと極めて大きく、ろ過固液分離の
継続が短期間で実施できなくなった。
膜モジュールと散気装置の間に設けたことによって、散
気された気泡が微細化して分散して、酸素の移動、拡散
が向上し、反応槽内の溶存酸素を高く維持できた。これ
はBODの分解が充分に達成された結果、膜面の汚染が
少なかったことによるものと考えられる。また、比較例
2での吸引差圧の増加は、初期のMLSS濃度が高く、
散気処理だけでの浮上作用が充分に得られず、クロスフ
ロー流の流速が充分に得られなかったことに原因があ
る。
は、高いMLSS条件下においても膜モジュールに対し
て充分な流速のクロスフロー流を形成できると同時に、
気泡の微細化、分散効果により、効率的に酸素の拡散移
動を達成できる。
による反応槽内の好気性条件の維持、循環流による活性
汚泥と被処理水の接触効率の向上、クロスフロー流の形
成による膜表面の洗浄作用の安定化を確実に達成でき
る。
の構成を簡略に表す図
略に表す図
の構成を簡略に表す図
簡略化して示す図
を簡略化して示す図
の構成を簡略に示す図
簡略に示す図
ース S2 (チューブ集束型膜モジュール31dの)貫通ス
ペース
Claims (9)
- 【請求項1】 活性汚泥を収容する反応槽に浸漬された
膜モジュールと、該膜モジュールの下方に配置された散
気手段と、を備える膜分離装置であって、 前記膜モジュールと前記散気手段の間には、前記散気手
段から吐出される気泡を微細化しながら分散し、かつ膜
面に向かうクロスフロー流が増強されるように撹拌手段
が設けられたことを特徴とする膜分離装置。 - 【請求項2】 前記撹拌手段は、攪拌機であることを特
徴とする請求項1記載の膜分離装置。 - 【請求項3】 活性汚泥を収容する反応槽に浸漬された
膜モジュールと、該膜モジュールの下方に配置された攪
拌機と、を備える膜分離装置であって、 前記撹拌機の撹拌翼部に散気手段が設けられたことを特
徴とする膜分離装置。 - 【請求項4】 前記攪拌機の撹拌翼部が、水平方向に回
転することを特徴とする請求項2又は請求項3記載の膜
分離装置。 - 【請求項5】 活性汚泥を収容する反応槽に浸漬された
膜モジュールと、該膜モジュールの上方に配置された散
気手段と、を備え、該散気手段から吐出される気泡を分
散させながら前記膜モジュールに向かうクロスフロー流
を形成する下降流発生手段が設けられたことを特徴とす
る膜分離装置。 - 【請求項6】 前記水流発生手段は、前記膜モジュール
の上方に配置された撹拌手段であることを特徴とする請
求項5記載の膜分離装置。 - 【請求項7】 前記撹拌手段は、前記散気手段の上方に
配置されたことを特徴とする請求項6記載の膜分離装
置。 - 【請求項8】 前記膜モジュールは、下降する前記クロ
スフロー流が通過できる貫通スペースが設けられた構成
を備えることを特徴とする請求項5から請求項7のいず
れか一項に記載の膜分離装置。 - 【請求項9】 前記膜モジュールは、波形のスペーサ部
材が介装されたスパイラル型膜モジュール又はチューブ
状の膜体が束ねられたチューブ集束型膜モジュールであ
ることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記
載の膜分離装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002055312A JP3831942B2 (ja) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | 膜分離装置 |
Publications (2)
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