JP2005161113A

JP2005161113A - 膜分離装置

Info

Publication number: JP2005161113A
Application number: JP2003399786A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Saito; 憲一齋藤
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】浸漬型膜モジュールに対する負担を軽減して、シリコンなどの被処理水中の懸濁物質の除去ができる膜分離装置を得る。
【解決手段】懸濁物質を含んだ被処理水が貯留され、この被処理水をろ過するための浸漬型膜モジュール１１を備えた浸漬槽１と、前記浸漬槽１で濃縮された濃縮液を導入して濃縮液中の汚泥を沈降分離する沈降槽２とを備え、前記浸漬型膜モジュール１１によって被処理水のろ過を行って、ろ過水を前記浸漬槽１の外部に引き出すとともに、前記沈降槽２に導入した濃縮液から沈降分離した汚泥を沈降槽２の下部より外部に引き出し、沈降槽２の上澄み液を浸漬槽１に返送する。
【選択図】図１

Description

本発明は膜分離装置に関するもので、さらに詳しく言えば、浸漬型膜モジュールを用いて被処理水を膜分離した後の濃縮液中の懸濁物質を減少させ、浸漬型膜モジュールの長寿命化を可能にした膜分離装置に関するものである。

従来、浄水処理、下水処理、産業排水処理等の水処理工程において生じる排水は、凝集沈澱槽、重力沈澱槽等で固液分離されていた。しかしながら、近年では、膜技術の発達により、上述した各種の槽そのものに供給された被処理水中に浸漬型膜モジュールを浸漬させて、被処理水をろ過する方法が採用されるようになっている。すなわち、浸漬槽内に供給された被処理水は上述した浸漬型膜モジュールでろ過されて、ろ過水が浸漬槽の外部に引き出されるようにされている。このような方法によれば、被処理水中に、ろ過後の濃縮液が懸濁物質とともに浸漬槽内に残留し、浸漬型膜モジュールの透過側に除濁されたろ過水を得ることができる。

しかしながら、浸漬型膜モジュールは、時間の経過とともに、被処理水の供給側の懸濁物質の濃度が上昇するため、この懸濁物質あるいは浸漬槽内に堆積した固形分によってモジュールが目詰りを起こし、最終的には、所定のろ過水流量が得られなくなる。

特開平１０−２８６５６３号公報

上記特許文献１には、被処理水中の懸濁物質の濃度を連続的に求め、前記懸濁物質の濃度が所定の基準値以下に維持されるように膜分離処理の条件を変更することが開示され、この条件の変更を浸漬槽の下部から沈降汚泥を引き抜くことによって行うことが例示されている。

上記特許文献１によれば、膜ろ過処理の進行に伴って、浸漬槽内で懸濁物質が濃縮され、被処理水中に残留する懸濁物質は散気によるクロスフロー流で巻き上げられて浸漬型膜分離手段に対する固形分負荷を次第に上昇させることになるが、これに対しては、浸漬槽の下部から沈降汚泥を引き抜くこと等によって、懸濁物質の濃度が所定の基準値以下に維持されるようにして、浸漬型膜分離手段の膜モジュールが目詰まりしないようにしている。このような操作は、通常、浸漬型膜分離手段に対する固形分負荷が上昇し過ぎないうちに行われるため、沈降汚泥の引き抜き頻度を増加させなければならないという問題や、含水率の高い汚泥を引き抜いて、それを乾燥等の後処理を経て廃棄することによるコスト上の問題があった。

本発明の目的は、浸漬型膜モジュールに対する固形分負荷を、簡易な方法で低減し、以って、浸漬型膜モジュールを長期間にわたって使用可能にすることにある。

請求項１記載の発明は、懸濁物質を含んだ被処理水が貯留され、この被処理水をろ過するための浸漬型膜モジュールを備えた浸漬槽と、前記浸漬槽で濃縮された濃縮液を導入して濃縮液中の汚泥を沈降分離する沈降槽とを備え、前記浸漬型膜モジュールによって被処理水のろ過を行って、ろ過水を前記浸漬槽の外部に引き出すとともに、前記沈降槽に導入した濃縮液から沈降分離した汚泥を沈降槽の下部より外部に引き出し、沈降槽の上澄み液を浸漬槽に返送することを特徴とする。また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の膜分離装置において、浸漬槽は下部に傾斜面を有していることを特徴とする。また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の膜分離装置において、浸漬槽は下部にスクレーパー、水中ミキサーが備えられていることを特徴とする。また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の膜分離装置において、沈降槽は下部に傾斜面を有していることを特徴とする。

上記請求項１記載の発明によれば、浸漬型膜モジュールを備えた浸漬槽内では、懸濁物質の濃度が上昇すると、それに伴って粒子同士が集合し、干渉しながら沈降する干渉沈降が起こり、浸漬槽から沈降槽に、沈降性の高い懸濁物質を多く含んだ濃縮液を導入することができる。そして、沈降槽では、このような濃縮液が導入されるため、短時間で懸濁物質の濃度が低い上澄み液を得ることができて、これを浸漬槽に返送することができる。従って、浸漬槽内の懸濁物質の濃度を低レベルに保つことができ、浸漬型膜モジュールの目詰まり等の問題を解消して、膜分離装置の、長期間に渡る、安定した運転を可能とする。また、沈降槽内では、浸漬槽内での干渉沈降より速やかな干渉沈降によって効率よく沈降汚泥を引き抜くことができるので、後処理を経て廃棄するコストの削減ができる。また、請求項２、３記載の発明によれば、請求項１の、浸漬槽内での懸濁物質の干渉沈降の効果をさらに高めることができる。また、請求項４記載の発明によれば、沈降槽内での汚泥の沈降の効果をさらに高めることができる。

このように、本発明では、浸漬型膜モジュールによるろ過によって、ろ過水を得るに際し、沈降槽を用いて浸漬型膜モジュールの目詰まり等の発生を防止しているから、十分な滞留時間を経て上澄み液を清澄させたり、凝集剤を添加して上澄み液を清澄させるシックナーと比較して、処理水の水量や水質または上澄み液の清澄度に応じて浸漬槽の床面積を大きくする、といったことなく清澄なろ過水を得ることができる。すなわち、本発明では、処理水の水量に応じて膜ろ過の速度を変化させるだけでよいから、小型の浸漬槽と沈降槽を用いて十分な効果を得ることができる。特に、浸漬型膜モジュールに対してクロスフロー流を与える場合、沈降槽を用いることによって浸漬槽内に沈降分離された汚泥を巻き上げないようにできるといった点においても有利である。

また、沈降槽では、浸漬槽で濃縮された濃縮液が導入され、その中の懸濁物質成分が連続的に沈降してくるため、その下部では、後から沈降してくる懸濁物質成分によって先に沈降した懸濁物質成分が圧縮される。そのため、沈降槽の下部では、圧縮沈降による脱水も進行し、沈降槽から排出される排出汚泥は沈降槽での沈降操作のみで脱水することが可能となる。

図１は本発明の実施形態に係る膜分離装置の断面図である。前記膜分離装置は、図１に示したように、懸濁物質を含んだ被処理水が貯留され、この被処理水をろ過するための浸漬型膜モジュール１１を有するとともに、後述する沈降槽２に濃縮液を送るための引き抜きポンプ１２を有した浸漬槽１と、前記浸漬槽１で濃縮された濃縮液を導入して濃縮液中の汚泥を沈降分離する沈降槽２とを備えている。前記浸漬型膜モジュール１１は、多数の平膜エレメントまたは管状膜エレメントからなる膜ユニット１１ａおよびこの膜ユニット１１ａの膜面に形成されたケーク層を削り取るための気泡を発生させる散気ブロワ１１ｂを有し、浸漬槽１内の被処理水のろ過を行って、ろ過水を前記浸漬槽１の外部に引き出すものであるが、その設置位置は浸漬槽１の底部より１５０mm以上離隔させた位置にし、沈降分離された汚泥を巻き上げないようにするのが好ましい。前記引き抜きポンプ１２は、これを作動させて濃縮液を前記沈降槽２に導入するためのものである。前記沈降槽２は、導入された濃縮液から汚泥を沈降分離し、分離した汚泥を沈降槽２下部の汚泥排出口２２から外部に排出し、上澄み液を浸漬槽１に返送するもので、好ましくは、浸漬槽１から導入される濃縮液側と浸漬槽１に返送される上澄み液側とを区画する仕切板２１を設けるのがよい。

上記した膜分離装置は、シリコン、シリカ、金属塩、金属粉あるいは樹脂研磨粉等のような沈降性の懸濁物質を含んだ排水を膜ろ過によって処理するのに適している。

上記した膜分離装置を運転する場合、浸漬型膜モジュール１１の下方からのエアバブリングによるクロスフロー流は、これをなくしてしまうと、懸濁物質を含んだ濃縮液が膜ユニット１１ａの周辺に滞留して目詰まりを起こすことになり、これを大きくすると、沈降分離された汚泥を巻き上げることになるため、最小限にするのがよい。このようなクロスフロー流にすることは散気ブロワ１１ｂの運転に要する動力を低減する点からも好ましい。

上記した膜分離装置における浸漬槽１および／または沈降槽２は、下部に傾斜面を有しているか、スクレーパーや水中ミキサーを設け、沈降した汚泥が引き抜きポンプ１２または汚泥排出口２２付近に移動するようにしておくのが好ましい。このようにすると、浸漬槽１および／または沈降槽２内で懸濁物質を干渉沈降によって効率よく沈降させることができる。この傾斜面としては、図１のような中心軸方向に向かって傾斜するもの、一方の側面に向かって傾斜するもの等が考えられるが、どのようなものであっても、浸漬槽１の最深部に引き抜きポンプ１２を設け、沈降槽２の最深部に汚泥排出口２２を設けるのがよい。また、スクレーパーや水中ミキサーとしては、たとえば、森永エンジニアリング社製のランディア水中ミキサー等が使用できる。なお、汚泥排出口２２にも、浸漬槽１に設けたのと同様の引き抜きポンプ１２を設けてもよい。

上記した膜分離装置では、浸漬槽１内で懸濁物質の粒子を成長させてから沈降槽２に導入することができるから、該粒子を沈降槽２内で短時間で沈降させることができるとともに、上澄み液を浸漬槽１に返送するため、沈降槽２を小型化することができる。また、沈降槽２で沈降せずに浸漬槽１に返送される粒子は浸漬槽１内で再度他の粒子とともに成長する機会を得て浸漬槽１内に沈降させることができる。また、浸漬槽１には沈降させにくい粒子が残留するため、膜ユニット１１ａに対する負担も小さくなる。

上記した膜ろ過装置に用いられる浸漬型膜モジュール１のろ過膜としては、被処理水からろ過によって取り除く成分に応じて適宜選択できるが、精密ろ過膜を一例として挙げることができる。この精密ろ過膜は、ＪＩＳＫ３８０２に「０．０１〜数μｍ程度の微粒子および微生物をろ過によって分離するために用いる膜」と定義されており、その材質としては、セルロース膜やポリオレフィン系樹脂膜などの有機高分子膜からなるものが使用できるが、強度を確保するために、ポリプロピレン樹脂製あるいはポリエステル樹脂製の不織布の表面に前記膜材料を溶解した溶剤を含浸させて乾燥させて得たものを好ましく用いることができる。

また、前記浸漬型膜モジュール１の膜ユニット１１ａとしては、管状膜ユニットや平膜ユニットが使用できる。

管状膜ユニットは、ろ液出口を有する円筒形の収納容器と、この収納容器内に充填された多数の管状膜エレメントからなるろ過膜群とを備えたもので、前記収納容器とろ過膜群とはポッティング材によって両端で集束固定されたものである。上記した管状膜エレメントは、内側を被処理水が気泡の上昇に随伴してクロスフロー流として滞りなく流れるように、内径を２〜１５ｍｍとし、内面に前述した精密ろ過膜が用いられる。その理由は、内径が２ｍｍ未満であると被処理水中の夾雑物によって管状膜エレメントが閉塞しやすくなり、内径が１５ｍｍを超えると容積の限られた収納容器内に充填できる管状膜エレメントの本数が少なくなって単位容積当たりのろ過面積が小さくなるからである。また、このようなろ過膜としては、支持膜層とろ過膜層とが一体的に成形された有機高分子製の複合膜が特に適しており、前記支持膜層には、腰の強さ、強度、耐薬品性、耐熱性、経済性などの理由により、ポリプロピレンあるいはポリエステル製の不織布が利用される。このような管状膜エレメントは、たとえば、特公昭５６−３５４８３号公報に記載されているように、テープ状の複合膜を、内径を規定する心棒に螺旋状に巻き付けながら、その長手方向の周辺部を互いに重ね合わせ、重なり部分を接着剤あるいは超音波溶着で接着することによって、任意の直径の管状膜を連続的に製造する。この製造方法であれば、高強度な支持膜層によって逆洗に耐えられるようにできるだけでなく、隣接する管状膜の間に隙間を確保して被処理水の濾過抵抗を小さくしたり、被処理水に乱流を生じさせて膜面に生成したケーク層あるいは濃度分極層が剥離しやすいようにすることを、接着部分を厚くして管状膜の外周面に凹凸を形成させることによって実現できる。このような凹凸は上記した効果を持たせるために０．０２〜０．２ｍｍとするのがよい。

平膜ユニットは、複数の平膜エレメントを、膜面を鉛直方向にし、かつ膜面間に６〜１０ｍｍの一定間隔を形成して配列したものである。また、前記平膜エレメントとしては、平膜を樹脂などの剛性を有する平板の表裏両面に配置し、その周縁部において平膜を平板に接着あるいは溶着し、平板と平膜との間および平板に形成したろ液流路を前記ろ液出口に連通させるようにしたものである。なお、膜面間に６〜１０ｍｍの一定間隔を形成するのは、被処理水が気泡の上昇に随伴してクロスフロー流として滞りなく流れるようにするためである。

本発明によれば、浸漬型膜モジュールに対する負担を軽減して、被処理水中の懸濁物質の除去ができる膜分離装置が得られるから、産業上の利用可能性は大である。

本発明の膜分離装置の断面図。

符号の説明

１浸漬槽
２沈降槽
１１浸漬型膜モジュール

Claims

懸濁物質を含んだ被処理水が貯留され、この被処理水をろ過するための浸漬型膜モジュールを備えた浸漬槽と、前記浸漬槽で濃縮された濃縮液を導入して濃縮液中の汚泥を沈降分離する沈降槽とを備え、前記浸漬型膜モジュールによって被処理水のろ過を行って、ろ過水を前記浸漬槽の外部に引き出すとともに、前記沈降槽に導入した濃縮液から沈降分離した汚泥を沈降槽の下部より外部に引き出し、沈降槽の上澄み液を浸漬槽に返送することを特徴とする膜分離装置。
請求項１記載の膜分離装置において、浸漬槽は下部に傾斜面を有していることを特徴とする膜分離装置。
請求項１または２記載の膜分離装置において、浸漬槽は下部にスクレーパー、水中ミキサーが備えられていることを特徴とする膜分離装置。
請求項1〜３のいずれかに記載の膜分離装置において、沈降槽は下部に傾斜面を有していることを特徴とする膜分離装置。