JP2005342609A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 逆洗浄や薬剤洗浄を行わなくとも、分離膜の外表面の膜面付着物を十分に除去することができる水処理装置を得る。
【解決手段】 この発明に係る水処理装置は、複数の分離膜７を接続管８、９で連結した膜分離器１０を備えた膜分離槽２と、膜分離器１０から処理水５を移送する移送管１１、１３と、分離膜７に原水３を噴射する吐水口１７を有する圧送管１４、１６とからなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、水を膜分離器によってろ過処理する水処理装置に関し、特に膜分離器の分離膜の外表面を洗浄する構造を備えた水処理装置に関するものである。

従来、上水道の浄水施設での最終浄化処理は、沈殿槽での自然沈降による懸濁物質の分離処理が主流であった。しかし、近年、原水の水質が今までよりも悪化しているという問題や、原水中にクリプトスポリジウム等の病原性微生物が存在しているという問題が発生し、より高度な浄化処理が必要となっている。このため、最終浄化処理に膜分離器を使用してろ過処理を行う施設が増加してきている。

一方、畜産系排水を処理して河川等に放流する排水処理施設においても、クリプトスポリジウム等の病原性微生物を河川等に排出しないようにするため、最終浄化処理に膜分離器によるろ過処理を行う場合が多くなっている。また、建物内の排水再利用施設においても、以前は加圧浮上方式等の物理的処理や、活性汚泥法等の生物処理を前処理として行い、最終浄化処理に砂ろ過等によるろ過処理が主流となっていたが、負荷変動に関係なく安定した質の処理水を常に確保できる等の理由から、近年では、膜分離器を使用するろ過処理を採用することが多くなっている。

近年採用されている膜分離器には、主にケーシング型と槽浸漬型の２種類がある。ケーシング型は分離膜をケーシング内に収納した構造であり、そのケーシングは被処理水を流入させる流入接続口、ろ過処理した処理水を取り出す処理水接続口、処理されて懸濁物質が濃縮された濃縮水を排出する濃縮水接続口を有している。被処理水は移送管によってケーシングまで移送されるようになっている。一方、槽浸漬型は分離膜とこの分離膜を並列に連結する接続管とから構成され、被処理水が貯留された水槽内に浸漬配置される（この水槽は膜分離槽と呼ばれる）。

上水道の浄水施設では、既存の床下水槽を利用できること、被処理水を移送する移送管を必要としないこと等の理由から、槽浸漬型の膜分離器を適用することが多い。また、排水処理施設や排水再利用施設では、通常、ろ過処理を行う前に物理的あるいは生物的排水処理を前処理として行っている。しかし、このように前処理してもこの処理水は懸濁物質を多く含んでいるため、ケーシング型の膜分離器は排水処理施設や排水再利用施設に適していない。これに対し、槽浸漬型の膜分離器は前処理の最終の水槽に浸漬配置して前処理した水を直接吸引ろ過処理することが可能であるため、槽浸漬型の膜分離器は排水処理施設や排水再利用施設に適用する場合がほとんどである。

このような槽浸漬型の膜分離器の分離膜は内部に空間を有する中空構造となっており、被処理水は分離膜の表面にある無数の微細孔から分離膜の内部に取り込まれる。この際に、微細孔の径よりも大きな径の懸濁物質が分離膜の外表面に残されることで、被処理水はろ過処理される。被処理水のろ過処理が継続されるうちに、分離膜の外表面に懸濁物質が徐々に付着して蓄積する（この蓄積した物は膜面付着物という）。このため、ろ過速度が低下するという問題が以前よりあって、分離膜の外表面を定期的に洗浄する必要があった。

分離膜の外表面を洗浄するため、従来は膜分離器の下側あるいは側面側に散気管を配設し、この散気管に空気ブロワ等の空気供給設備から空気を供給し、この空気を気泡として分離膜の外表面に衝突させることによって膜面付着物を除去する、いわゆる散気洗浄が主に行われていた。また、分離膜の処理水側（内部側）に処理水を加圧送水し、その処理水を分離膜の内部から微細孔を通して分離膜の外表面に吐出させることによって膜面付着物を除去する、いわゆる水による逆洗浄も行われていた。さらに、この逆洗浄の際に処理水に次亜塩素酸ナトリウム等の薬剤を添加する、いわゆる薬剤添加による逆洗浄も行われていた。

例えば、膜分離槽としての曝気槽では、微生物担体や粉末活性炭等は、空気ブロワから散気管を経て曝気槽中に供給される空気によって引き起こされる乱流によって流動している。曝気槽には中空糸膜モジュールが浸されており、生物学的に浄化された水がポンプによって中空糸膜モジュールを通して吸引ろ過され清澄処理水が処理水流出管を経て流出する（例えば特許文献１参照）。

特開平７−３２８６２４号公報（第３頁右欄第２２−２９行、および図１）

上述した従来の水処理装置では、散気管から分離膜の外表面に気泡を衝突させるのであるが、気泡は常に上昇するため、気泡を均等に分離膜の外表面に衝突させることが難しく、洗浄ムラが発生するという問題があった。また、排水処理施設や排水再利用施設での膜分離器によるろ過処理では、前処理として生物的排水処理を行う場合があるが、この生物的排水処理には、好気性微生物による排水処理である好気性処理と、嫌気性微生物による廃水処理である嫌気性処理がある。このため、生物排水処理では、好気性処理と嫌気性処理のいずれか一方の処理を行う、両方の処理を別の処理水槽で順番に行う、または両方の処理を同時に行うという方法で排水処理が行われている。

しかし、嫌気性微生物の多くは酸素が存在すると生存できない偏性嫌気性菌であるので、嫌気性処理を行う処理水槽内で酸素供給源が存在する場合に、処理能力が大幅に低下するという問題があった。また、前処理の最終処理水槽に膜分離器を浸漬配置して膜分離槽とし、この膜分離槽で嫌気性処理を行ってろ過処理を行い、更に分離膜の外表面の洗浄に散気洗浄を適用すると、酸素を膜分離槽内に供給することになり、嫌気性処理の能力を低下させることになる。このため、嫌気性処理においては、分離膜の外表面の洗浄に散気洗浄を適用することは好ましくないという問題があった。

さらに、排水処理施設や排水再利用施設において膜分離器に平膜を適用した場合には、平膜の耐圧性能が中空糸膜に比べて低いことから逆洗浄を適用することができず、散気洗浄に依存している。しかし、膜分離槽内で嫌気性処理を行う場合に、散気洗浄は前述と同様の理由によって嫌気性処理に重大な影響を与えるため、嫌気性処理に適用することができず、膜面付着物を自動的に除去処理するための有効な対策がないという問題があった。そして、薬剤による洗浄は膜面付着物を最も効果的に除去することができるが、排水処理施設や排水再利用施設の膜分離槽内で好気性処理や嫌気性処理による生物的排水処理を行う場合に微生物に悪影響を与えるため、洗浄回数を多くすることができず、十分に洗浄することができないという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、逆洗浄や薬剤洗浄を行わなくとも、分離膜の外表面の膜面付着物を十分に除去することができる水処理装置を得るものである。

この発明に係る水処理装置は、複数の分離膜を接続管で連結した膜分離器を備える膜分離槽と、前記膜分離器から処理水を移送する移送管と、前記分離膜に洗浄水を噴射する吐水口を有する圧送管とからなるものである。

また、この発明に係る水処理装置は、複数の分離膜を接続管で連結した膜分離器を備え、且つ担体が流動する担体型膜分離槽と、前記膜分離器から処理水を移送する移送管と、前記分離膜に洗浄水を噴射する吐水口を有する圧送管とからなるものである。

さらに、この発明に係る水処理装置は、複数の分離膜を接続管で連結した膜分離器を備える膜分離槽と、前記膜分離器から処理水を移送する移送管と、前記膜分離器に配設された超音波発振器とからなるものである。

従来の散気洗浄では気泡が下方から上方に移動する特性があることから、分離膜の外表面の膜面付着物に対してほとんど剪断方向にしか剥離力が作用しなかったのに対し、この発明では洗浄水を圧送管によって吐水口まで圧送し、吐水口から分離膜の外表面に洗浄水を噴射する構成としたので、洗浄水が分離膜の外表面に衝突し、剥離力が垂直方向に作用し、しかも洗浄水が発生させた水流が分離膜の外表面の上方および下方のそれぞれに向かうことにより、剥離力が剪断方向にも作用するという大きな効果がある。

また、従来は膜分離槽内の被処理水に対して嫌気性処理を行っている場合に散気洗浄すると、水中に酸素を供給することになって、嫌気性処理の処理能力を低下させるが、この発明では分離膜を洗浄水で洗浄するので、膜分離槽内の被処理水の嫌気性処理に影響を与えないという大きな効果や、膜分離槽内の被処理水の攪拌も兼ねることができるという効果がある。

また、従来は膜分離器の分離膜に平膜を適用した場合においては、平膜の耐圧性能が中空糸膜に比べて低いことから逆洗浄ができず、膜分離槽内で嫌気性処理を行っている場合に膜面付着物を自動的に除去処理する有効な対策がなかったことから、この発明は特に大きな効果がある。

そして、この発明の洗浄水を用いた分離膜の外表面の洗浄は、散気設備を用いた空気による洗浄に比べて膜面付着物を有効に除去処理することができるので、薬剤洗浄を行わなくとも、ろ過速度を高く保つことができるという大きな効果がある。

実施の形態１
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における水処理装置のフロー図である。図１において、水処理装置は被処理水１を貯留する膜分離槽２、この膜分離槽２の上流に在って原水（流入水）３を貯留する原水槽４、および膜分離槽２の下流にあって処理水５を貯留する処理水槽６を備えている。膜分離槽２の内部には、複数の分離膜７をヘッダー形状の上方の第１の接続管８と下方の第２の接続管９とで並列に連結してなる膜分離器１０を配置してあり、この膜分離器１０は被処理水１に浸漬させてある。第１の接続管８は第１の移送管１１を介して処理水槽６に接続し、第１の移送管１１には処理水ポンプ１２を配設してある。第２の接続管９は第２の移送管１３を介して第１の移送管１１に処理水ポンプ１２の一次側において接続してある。

ここで、水処理装置には、分離膜７の外表面に付着して蓄積した懸濁物質、つまり膜面付着物を水流によって分離膜７から剥離させる水流洗浄設備を設けてある。この水流洗浄設備の洗浄水には被処理水１、原水３、処理水５等のいわゆる構内水を使用することができるが、この実施の形態１では原水３を使用するようにしてある。このため、原水槽４内の原水３を膜分離槽２に流通させる圧送管１４を設け、この圧送管１４の原水槽４側に圧送ポンプ１５を配設してある。

そして、圧送管１４には、原水槽４内の原水３に浸漬させた吸引口１４ａと、膜分離槽２の上方において水平に延在する部分１４ｂを設けてある。この部分１４ｂには、複数の分岐圧送管１６を各分離膜７の両側において分離膜７に平行に位置するように連結し、各分岐圧送管１６は分離膜７の下部まで延在させてある。また、各分岐圧送管１６には、洗浄水を分離膜７に向けて噴射する複数の吐水口１７を連結してある。各吐水口１７は例えば、ノズルを設けることや、分岐圧送管１６に多数の孔を設けることによって形成することができ、全ての吐水口１７は洗浄水が分離膜７の外表面に均一に衝突するように所定間隔で配置してある。

なお、図１では第１の移送管１１を第１の接続管８の中央に接続し、第２の移送管１３を第２の接続管９の右端部に接続するように示してあるが、それらの接続部の位置は限定するものではない。また、圧送管１４と分岐圧送管１６の接続部についても、便宜的に圧送管１４は原水槽４から膜分離槽２の上方で水平に延在する部分１４ｂまでとし、分岐圧送管１６は部分１４ｂとの連結部の下方の部分としてあるが、圧送管１４と分岐圧送管１６の接続部の位置も限定するものではない。

以下、この実施の形態１における水処理装置をより詳細に説明する。膜分離槽２に貯留してある被処理水１は、上水道の浄水施設等の場合においては河川水、湖水、井水等の比較的懸濁物質の少ない水であり、排水処理施設や排水再利用施設の場合においては汚水、雑排水、各種洗浄排水のような懸濁物質の多い水である。

分離膜７には中空糸膜や平膜を適用することができるが、この実施の形態１では中空糸膜を使用してある。分離膜７は多数の中空糸膜を束状に配置してなり、このような束状の分離膜７を水平方向に切断した外形は細長い矩形としてある。そして、各中空糸膜の一端部（上端部）同士を第１の接続管８に並列に連結し、各中空糸膜の他端部（下端部）同士を第２の接続管９に並列に連結してある。したがって、第１の接続管８と第１の移送管１１はそれぞれ１つの接続口を有し、第２の接続管９と第２の移送管１３もそれぞれ１つの接続口を有している。

なお、第１の接続管８と第２の接続管９を膜分離器１０内で１つにまとめれば、接続口を１つにして第１の移送管１１に接続し、第２の移送管１３を省くことができる。また、分離膜７に平膜を適用する場合には、平膜の一端部同士を第１の接続管８または第２の接続管９で並列に連結し、平膜の外表面から被処理水１を取り込んでろ過処理し、ろ過処理によって生じた処理水５をその一端部の一箇所から外部に取り出す構成となる。

移送管１１、１３は、膜分離器１０でろ過処理した処理水５を処理水槽６、つまり系外に移送するものであるので、膜分離器１０との接続口を１つ以上有している。特に、この実施の形態１では分離膜７に中空糸膜を使用しているので、分離膜７の外表面と内裏面との間の差圧、つまり膜差圧を高くする必要がある。このため、この実施の形態１では第１の移送管１１に処理水ポンプ１２を配設することにより、分離膜７に吸引圧力を与えて被処理水１を強制的に分離膜７内に吸引するようにしてある。なお、分離膜７の孔径によっては、分離膜７に中空糸膜や平膜を使用する場合であっても、自然水頭圧程度の低い膜差圧で被処理水１をろ過処理することが可能である。したがって、膜分離槽２と第１の移送管１１の吐水口１１ａとの間に十分な落差を与えることにより、処理水ポンプ１２を配設する無駄を省くことができる。

上述したように、圧送管１４の吸引口１４ａは原水槽４内の原水３に水没するように配置してある。また、分岐圧送管１６はそれぞれ、分離膜７と平行に分離膜７の下方まで延在させてある。そして、複数の吐水口１７は、洗浄水が分離膜７の外表面に均一に当たるように、分岐圧送管１６に所定間隔で配置してある。したがって、圧送管１４に配置した圧送ポンプ１５は、原水槽４内の原水３を吸引し、その原水３を洗浄水として吐水口１７から分離膜７に向けて噴射することができる。そして、洗浄水の水流が分離膜７の外表面に直接衝突すること、および吐水口１７から噴射した洗浄水によって発生した膜分離槽２内の被処理水１の水流が分離膜７の外表面に衝突することにより、洗浄水が分離膜７の外表面の膜面付着物を除去することができる。

なお、この実施の形態１では洗浄水が分離膜７に均一に当たるように分岐圧送管１６と吐水口１７を分離膜７の両側に設けたが、それらを煙突状に配置したり横引きに配置したりすることも可能である。しかし、この場合には分岐圧送管１６と吐水口１７は状況に応じて配設する必要がある。また、膜分離器１０の分離膜７や接続管８、９、そして水流洗浄設備の分岐圧送管１６や吐水口１７は、図示しないフレーム等に組み付けて１つのユニットとしてもよい。この場合には、圧送管１４、分岐圧送管１６および吐水口１７を施工現場において配管施工する場合と比べ、施工時間を大幅に短縮することができ、施工コストを大幅に低減することができる。

また、吐水口１７はどのような構造としてもよいが、吐水口１７の口径を絞り込んだ形状とすれば、洗浄水の噴射の勢いを増加させることができ、分離膜７上の膜面付着物の除去能力を向上させることができる。また、吐水口１７は、分離膜７の下に配置して洗浄水を上方に向かって噴射するように配置することも可能である。この場合には、吐水口１７の数を削減して初期コストを削減することができる。さらに、吐水口１７は、分岐圧送管１６の周壁に多数の小孔を形成することによっても構成することができる。

そして、分離膜７を洗浄する際の吐水口１７への原水３の供給量は、膜分離器１０のろ過処理量とほぼ同量にする必要がある。しかし、ろ過処理量が原水３の供給量よりも少ない場合には、原水３の供給量を制限するように、圧送ポンプ１５を間欠運転するのが好ましい。また、分岐圧送管１６を分離膜７毎に系統分けし、系統毎に開閉弁を設けて間欠運転するように制御するのも好ましい。他方、ろ過処理量が原水３の供給量よりも多い場合には、原水３の不足量を補う必要が生じるが、この場合には分岐圧送管１６の数を増やすか、原水３を供給するための別の原水供給管を配設すればよい。

次に、この実施の形態１における水処理装置の作用を説明する。処理水ポンプ１２が作動すると、膜分離器１０の分離膜７の内部に吸引力が発生し、膜分離槽２内の被処理水１が分離膜７の内部に流れ込み、分離膜７は被処理水１をろ過処理する。ろ過処理することによって生じた処理水５は、接続管８、９および移送管１１、１３を通って処理水槽６に流出する。この間に、被処理水１の中の懸濁物質が分離膜７の外表面に付着して徐々に蓄積する。

しかし、この実施の形態１における水処理装置では圧送ポンプ１５が作動し、原水槽４内の原水３が圧送管１４を通って吐水口１７から洗浄水となって噴出する。吐水口１７から噴射した洗浄水の水流は分離膜７の外表面に直接衝突すると共に、吐水口１７から噴射した洗浄水によって生じた膜分離槽２内の被処理水１の水流が分離膜７の外表面に衝突する。このとき、洗浄水は分離膜７の外表面に対して垂直方向に働いた後に、洗浄水による水流が上昇流および下降流となる。これにより、洗浄水は分離膜７の外表面に対して剪断方向にも働き、膜面付着物を分離膜７から剥離させる。

以上のように、従来の散気洗浄では気泡が下方から上方に移動する特性があることから、分離膜７の外表面に対する洗浄力の大部分は剪断方向にしか働かなかったのに対し、この実施の形態１の水処理装置では、原水３を圧送管１４と圧送ポンプ１５によって圧送し、分離膜７の外表面に衝突させるように吐水口１７から噴射するので、洗浄水は分離膜７の外表面に対して垂直方向に働いた後に、洗浄水による水流によって上昇流および下降流が発生する。このため、この実施の形態１の水処理装置では分離膜７に垂直方向の衝突力に加えて剪断力も働き、洗浄能力が向上するという大きな効果がある。

また、従来では排水処理施設や排水再利用施設で膜分離器によるろ過処理を行い、かつ膜分離槽内で嫌気性処理による浄化処理を行う場合に、酸素を膜分離槽内に供給してしまう散気洗浄を分離膜の外表面の洗浄に適用することができず、逆洗浄を適用するしか方法がなかったが、この実施の形態１の水処理装置では、膜分離槽２内に酸素を供給することなく分離膜７の外表面を洗浄できるという大きな効果がある。特に、従来では分離膜に平膜を適用した場合に耐圧性能が低いことから逆洗浄を行うことができず、膜面付着物を除去するための自動洗浄に有効な方法がなかったことからも、この実施の形態１の水処理装置の洗浄効果は極めて大きくなる。

さらに、この実施の形態１に示した水処理装置によれば、原水３を分離膜７の洗浄水とすることにより、原水３を膜分離槽２に供給するための供給動力と供給管を圧送管１４と兼用できるため、初期コストおよび運転コストが大幅に低減するという効果がある。また、この実施の形態１に示した水処理装置によれば、原水３が河川水や工業用水のような比較的懸濁物質の少ない水である場合には、分離膜７の外表面の膜面付着物の除去能力が更に向上するという効果がある。

なお、この実施の形態１の水処理装置においては、分離膜７の外表面を原水３によって洗浄するように構成したが、散気洗浄、水による逆洗浄、および薬品添加による逆洗浄のいずれの洗浄を併用することができる。また、この実施の形態１の水処理装置においては、膜分離槽２内の被処理水１に空気を供給する装置、いわゆる散気設備を配設して好気性処理を行うことができる。

実施の形態２．
図２はこの発明を実施するための実施の形態２における水処理装置のフロー図であり、実施の形態１と同様な機能を有する部分には同じ符号を付してある。この実施の形態２における水処理装置は、実施の形態１における原水槽４を備えず、膜分離槽２内の被処理水１を洗浄水として吐水口１７から噴射することが実施の形態１における水処理装置と大きく異なっている。

すなわち、この実施の形態２では、端部に向かって拡径する漏斗状の吸引口２１ａを有する圧送管２１を膜分離槽２内の低部に水平に配置し、その圧送管２１には圧送ポンプ２２を配設してある。また、圧送管２１には複数の分岐圧送管１６を上方に向けて連結し、各分岐圧送管１６には吐水口１７を設けてある。これらの分岐圧送管１６と吐水口１７は、分離膜７に関して実施の形態１と同様な位置関係で配置してある。そして、その他の構成は実施の形態１と同様としてある。

この実施の形態２における水処理装置では、ろ過処理は実施の形態１と同様になる。そして、圧送ポンプ２２が作動すると、膜分離槽２内の被処理水１が吸引口２１ａから圧送管２１に流入し、吐水口１７から洗浄水となって噴出し、この洗浄水は分離膜７の膜面付着物に対して実施の形態１の場合と同様に作用する。

この実施の形態２には実施の形態１と同様な効果ある上に、次のような効果もある。すなわち、実施の形態１において既設の水処理装置に水流洗浄設備を配設する工事を行う際に、膜分離槽２内に圧送管１４を配設する工事と、原水槽４に圧送管１４と圧送ポンプ１５を配設する工事を行う必要があって、工事が分離膜槽２と原水槽４の双方に及んだが、この実施の形態２では既設の膜分離槽２に圧送管２１と圧送ポンプ２２を配設するだけで済むので、設置工事が実施の形態１の場合よりも容易になるという効果がある。

また、実施の形態１では膜分離器１０の処理水量に応じた膜分離槽２内への原水３の必要供給量が、圧送管１４による吐水口１７からの洗浄水としての原水３の供給量よりも多い場合に、分岐圧送管１６の数を増やすか別の原水供給管を配設する必要があったが、この実施の形態２では膜分離槽２内の被処理水１を洗浄水とするため、分離膜７を洗浄する設備を備えているにも拘らず、膜分離槽２内への原水３の供給が原水供給管のみで済むという効果がある。

なお、この実施の形態２では圧送ポンプ２２を膜分離槽２内に配設したが、圧送管２１の一部を膜分離槽２の外部に配管することにより、圧送ポンプ２２を膜分離槽２の外部に配設してもよい。この場合には、圧送ポンプ２２やその電動機への電気配線等の防水処理を簡略化することができる上に、圧送ポンプ２２の故障時のメンテナンスや交換処理も容易に行うことができる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３における水処理装置のフロー図であり、実施の形態１と同様な機能を有する部分には同じ符号を付してある。この実施の形態３における水処理装置は、実施の形態１における水処理装置の原水槽４を備えず、処理水槽６内の処理水５を洗浄水として吐水口１７から噴射することが実施の形態１における水処理装置と大きく異なっている。

すなわち、この実施の形態３では、処理水槽６内の処理水５中に水没した吸引口３１ａを有して処理水５を膜分離槽２内に流通させる圧送管３１と、処理水槽６内の処理水５を圧送するために圧送管３１の処理水槽６側に配設した圧送ポンプ３２を備えている。圧送管３１には、複数の分岐圧送管１６を第１の実施の形態と同様に接続し、分岐圧送管１６には吐水口１７を実施の形態１と同様に設けてある。そして、その他の構成は実施の形態１と同様としてある。

この実施の形態３における水処理装置では、ろ過処理は実施の形態１と同様になる。そして、圧送ポンプ３２が作動すると、処理槽６内の処理水５が吸引口３１ａから圧送管３１に流入し、吐水口１７から洗浄水となって噴出し、この洗浄水は実施の形態１の場合と同様に作用する。

ここで、膜分離槽２内で嫌気性処理を行う場合に処理水槽６から処理水５を圧送ポンプ３２によって常時圧送すれば、分離膜槽２内の被処理水１を攪拌することができ、嫌気性処理能力が向上する。しかし、圧送ポンプ３２を常時動作させると、電力の消費量が多くなる上に圧送ポンプ３２の消耗量も大きくなるので、運転コストが嵩むことになる。したがって、圧送ポンプ３２は所定の条件で動作させるのが好ましい。

また、水や薬品添加による逆洗浄と併用する場合には、圧送ポンプ３２を常時停止させおき、逆洗浄と同時に動作させるように制御してもよい。そして、膜分離器１０によるろ過処理を一定間隔毎に起動・停止する間欠ろ過処理の場合には、ろ過処理の停止時に圧送ポンプ３２を動作させるように制御してもよい。また、処理水ポンプ１２の一次側の第１の移送管１１に圧力計測器を取り付け、第１の移送管１１の内部の圧力が所定値以上に上昇した場合のみに圧送ポンプ３２を動作させるように制御してもよい。この場合には、水流洗浄設備の動作回数が必要最小限になり、運転コストが大幅に低減する。

なお、この実施の形態３では、分離膜７の外表面の洗浄水に処理水５を使用したが、排水再利用施設のような処理水を再生水として便器洗浄水や植栽散水等に利用する場合で、かつ膜分離器１０の処理能力が再生水使用水量に対して余裕がない場合には、水道水や井水を利用してもよい。また、圧送ポンプ３２を間欠運転する場合に、分岐圧送管１６を分離膜７毎に系統分けし、系統毎に開閉弁を設けて間欠運転するように制御すれば、洗浄水の消費量が減少し、洗浄効果が向上する。

また、実施の形態１では原水３を洗浄水として使用し、実施の形態２では被処理水１を洗浄水として使用するため、特に原水槽４内の原水３や膜分離槽２内の被処理水１が懸濁物質の多い高濃度排水である場合には、その洗浄能力が減少してしまうが、この実施の形態３では、膜分離器１０でろ過処理した処理水５を洗浄水として使用するので、原水３や被処理水１の水質によって分離膜７の洗浄能力が左右されないという効果がある。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４における水処理装置のフロー図であり、実施の形態３と同様な機能を有する部分には同じ符号を付してある。この実施の形態４における水処理装置は、実施の形態３の水処理装置における洗浄水を第１の移送管１１の処理水ポンプ１２の二次側から導入して吐水口１７から噴射することにより、実施の形態３の圧送ポンプ３２を不要としていることが実施の形態３における水処理装置と大きく異なっている。

そこで、洗浄水を導入するための圧送管４１の吸引口側を、処理水ポンプ１２の二次側に位置する接続部すなわち分岐部４１ａにおいて接続してある。そして、分岐部４１ａと処理水槽６との間において、第１の移送管１１に開閉弁４２を配設してある。また、圧送管４１には、複数の分岐圧送管１６を連結し、これらの分岐圧送管１６には吐水口１７を設けてある。その上に、分岐圧送管１６にはそれぞれ、開閉弁４３を設けてある。分離膜７に対する分岐圧送間１６と吐水口１７の位置関係は実施の形態３と同様としてあり、その他の構成は実施の形態３と同様としてある。

膜分離器１０によるろ過処理時には、移送管１１に配設した開閉弁４２を開き、分岐圧送管１６に配設した全ての開閉弁４３を閉じて、分離膜７でろ過処理した処理水５を第１の移送管１１を介して処理水槽６内に流す。そして、通常の流量に基づくろ過処理を所定時間行った後は、第１の移送管１１の開閉弁４２の開度を小さくし、分岐圧送管１６の開閉弁４３を系統毎に順次に開くか閉じて、分離膜７からの処理水５を圧送管４１に導入して吐水口１７から噴射する。その後は、分離膜７の外表面の洗浄を行いながら、分離膜７からの処理水５を処理水槽６に移送するように開閉弁４２、４３を制御する。

このように、実施の形態４では、処理水ポンプ１２の二次側において第１の移送管１１に圧送管４１の吸引口を接続することにより、実施の形態３における圧送ポンプ３２の役目を処理水ポンプ１２に持たせ、かつ第１の移送管１１と圧送管４１の接続部４１ａの二次側に開閉弁４２を設けると共に、系統分けした分岐圧送管１６に開閉弁４３を設けて、実施の形態３における圧送ポンプ３２を省いてある。したがって、この実施の形態４における水処理装置では、実施の形態３で得た効果の他に、初期コストが低減すると共に使用電力も大幅に低減するという効果がある。

実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５における水処理装置のフロー図であり、実施の形態３と同様な機能を有する部分には同じ符号を付してある。この実施の形態５における水処理装置は、逆洗浄を行う設備を有し、その逆洗浄水を吐水口１７から噴射する洗浄水とする点において実施の形態３の水処理装置と大きく異なっている。

逆洗配管５１の一端を吸引口５１ａを処理水槽６の処理水５に水没するように配置し、他端を第１の移送管１１に処理水ポンプ１２の一次側において接続してある。逆洗配管５１の処理水槽６側に逆洗ポンプ５２を配設してあり、この逆洗ポンプ５２は逆洗浄時に起動するようにしてある。すなわち、処理水槽６内の処理水５を破線で示す方向ｄ１へと逆洗配管５１から第１の移送管１１を介して膜分離器１０の接続管８、９に移送し、分離膜７の微細孔を介して分離膜７の内側から外表面側に噴出することにより、分離膜７の外表面の膜面付着物を除去するように構成してある。

また、圧送管３１は実施の形態３とほぼ同様な構造としてあるが、圧送管３１の吸引口は逆洗配管５１の逆洗ポンプ５２の二次側において逆洗配管５１に接続し、その部分を分岐部３１ａとして示してある。そして、圧送管３１には定流量弁５３を配設し、圧送管３１の圧送動力を逆洗ポンプ５２と兼用可能としてある。さらに、薬注設備５４を用意してあって、この薬注設備５４は配管５５とポンプ５６によって逆洗配管５１に接続してある。そこで、薬品添加による逆洗浄としてもよいし、水による逆洗浄、薬品添加による逆洗浄および水流による洗浄の全てを併用してもよい。

この実施の形態５における吐水口１７からの洗浄水による分離膜７の外表面の洗浄は、逆洗ポンプ５２を圧送管３１の圧送動力と兼用しているため、逆洗ポンプ５２は原則として逆洗浄時にのみ動作する。吐水口１７から分離膜７の外表面に向かって流出する処理水５の量は、通常逆洗ポンプ５２の移送量と比べて少ないため、第１の移送管１１の口径よりも圧送管３１の口径を小さくすることにより、圧送管３１に流れる処理水５の量を少なくすると共に、定流量弁５３によって一定流量の処理水５のみを圧送管３１に流すように制御する。

これにより、吐水口１７に不必要な量の処理水５が流れることを防止し、ろ過処理を効率的に行うことができる。その他に、実施の形態３と同様な効果がある上に、分離膜７の外表面の膜面付着物を除去するために、水や薬品を添加することによる逆洗浄と、洗浄水を吐水口１７から噴射することによる洗浄を併用する場合において、逆洗ポンプ５２を圧送管３１の洗浄水の圧送動力として兼用したことにより、実施の形態３において必要であった圧送ポンプ３２が不要となり、初期コストが低減する。また、実施の形態３の圧送ポンプ３２が不要であるので、使用電力が低減するという効果がある。

なお、この実施の形態５では圧送管３１に定流量弁５３を配設して圧送管３１内を流れる処理水５の流量を制御するようにしてあるが、定流量弁５３の代りにオリフィスを使用することができる。オリフィスを使用すると、膜分離器１０の性能が高く、処理水５中の固形物質の粒径が小さい場合でも、オリフィスが目詰まりすることはない。また、オリフィスは定流量弁５３よりも安価であるため、初期コストを低減できるという効果がある。

実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６における水処理装置のフロー図であり、実施の形態３と同様な機能を有する部分には同じ符号を付してある。この実施の形態６における水処理装置は、実施の形態３における吐水口１７の代りに超音波ノズル６１を分岐圧送管１６に配設し、この超音波ノズル６１を空気配管６２によって空気取入口６３に接続してある点が実施の形態３の水処理装置と大きく異なっている。そして、その他の構成は実施の形態３と同様としてある。

超音波ノズル６１は、水と空気を混合して気水混合水を作って吐出し、特に空気を微細な気泡にして水と混合させ、微細な気泡がはじける際に衝撃波が発生するものとしてある。また、超音波ノズル６１は水が流れる流路にオリフィスを備え、空気供給管６２はそのオリフィスの二次側に接続してある。したがって、処理水５が破線で示す矢印方向ｄ２に流れてオリフィスを通過すると、処理水５すなわち洗浄水は流速と圧力が急上昇した状態でオリフィスの二次側に到達する。これにより、オリフィスの二次側において強い吸引作用が発生するため、空気が空気取入口６３と空気供給管６２を介して流入して洗浄水と混合する。このとき、洗浄水の流速が極めて高いため、流入した空気は微細気泡に分解して洗浄水と混合する。

このように、実施の形態６における水処理装置によれば、超音波ノズル６１から分離膜７の外表面に噴射する気水混合流によって、水流と微細気泡の両方で膜面付着物を良好に除去することができるという効果がある。また、微細気泡がはじけた際に発生する衝撃波が分離膜７の外表面に到達するにより、膜面付着物を物理的に除去することができるという効果がある。

実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７における水処理装置の要部の垂直断面図、図８はその水平断面図であり、図７は図８のＡ−Ａ線に沿って切断し、図８は図７をＢ−Ｂ線に沿って切断してある。上述の実施の形態１〜６では、分離膜７の外表面の全体を洗浄するように吐水口１７を所定間隔で配設したが、この実施の形態７では、分離膜７の外表面の上端側および下端側のみを洗浄するように吐水口１７を配設してあることが上述の実施の形態１〜６における水処理装置と異なっている。そして、その他の構成は実施の形態１〜６と同様として、実施の形態１〜６と同様な機能を有する部分には実施の形態１〜６と同じ符号を付してある。

特に、実施の形態１〜６では分離膜７に中空糸膜を束にしたもの使用し、多数の中空糸膜を束にして少ない面積に配設してあるため、分離膜７の上端部と下端部は中空糸膜が密集した状態かつ、この上下端部は、支持フレーム７２、７５に固定され、揺れ動作が全く生じないので、膜面付着物が付着しやすい。このような状態で従来の散気洗浄を実施すると、気泡が分離膜７の上端部や下端部の外表面に接触し難く、膜面付着物を除去することが容易でない。この現象は薬剤による洗浄においても同様となり、この種の膜面付着物の除去は人力で行わざるを得ない。また、実施の形態１〜６における水処理装置では、分離膜７の上端部と下端部を含む全体から膜面付着物を除去することができるが、洗浄水を分離膜７の全体に衝突させるように吐水口１７を所定間隔で配設しなければないため、分岐圧送管１６や吐水口１７の初期コストが増大すると共に、吐水口１７から吐出する洗浄水の量も多くなって、運転コストが嵩む。

そこで、この実施の形態７では、分離膜７の上端部と下端部の膜面付着物を主として剥離させるように構成しある。また、この実施の形態７の膜分離器７１は実施の形態１〜６の膜分離器１０よりも若干大型にしてある。すなわち、膜分離器７１には下方に平面矩形の支持フレーム７２を設置してあり、この支持フレーム７２の４つの隅部にはフレーム柱７３をそれぞれ立設してある。４本のフレーム柱７３の間には例えば５つの分離膜７４を配設し、分離膜７４の上方において４本のフレーム柱７３には支持フレーム７５を水平に支持させてある。そして、分岐圧送管７６に吐水口７７を設け、分離膜７４の上端側と下端側に水平に配設してある。

このような構成により、上部の吐水口７７から噴射した洗浄水は、分離膜７４の上端部に衝突してその部分の膜面付着物を剥離させた後に、分離膜７の外表面に沿って下方に流れ、分離膜７の中間部の膜面付着物を剥離させる。また、下部の吐水口７７から噴射した洗浄水は、分離膜７４の下端部に衝突してその部分の膜面付着物を剥離させた後に、分離膜７の外表面に沿って上方に流れ、分離膜７の中間部の膜面付着物を剥離させる。したがって、上下の吐水口７７から噴射した洗浄水は、分離膜７の上端部と下端部のみならず、分離膜７の外表面の全体にわたって膜面付着物を除去する。このため、高濃度排水等の膜面付着物が著しく多く付着する場合を除いて、洗浄水が分離膜７の上端部と下端部のみに衝突するように吐水口７７を配設すれば、分離膜７の外表面の全体の膜面付着物を除去することが可能となる。

以上のように、この実施の形態７における水処理装置によれば、実施の形態１〜６と同様な効果が得られる上に、次のような効果が得られる。すなわち、実施の形態１〜６では、洗浄水が分離膜７の外表面の全体に衝突するように多数の吐水口１７を配設したため、初期コストや運転コストが嵩んだが、この実施の形態７では洗浄水が分離膜７の上端部と下端部のみに衝突するように吐水口１７を配設したので、初期コストや運転コストが大幅に低減する。特に、比較的水質の良好な河川水や工業用水を水源とした場合には膜面付着物が少ないため、洗浄水を分離膜７の外表面の全体に直接衝突させる必要性が少なく、この実施の形態７による効果は大きい。

実施の形態８．
図９は、この発明の実施の形態８における水処理装置のフロー図であり、上述の実施の形態１と同様な機能を有する部分には同じ符号を付してある。この実施の形態８における水処理装置は、膜分離器１０を浸漬配置してある膜分離槽２を、微生物保持用の多量の担体８１を含む担体膜分離槽８２としてある点において実施の形態１における水処理装置と大きく異なっている。そして、その他の構成は実施の形態１と同様としてある。

担体８１はキューブ形状、球形状、カプセル形状等とし、生物処理を行う担体膜分離槽８２内の被処理水１中を流動させて微生物を保持させ、担体膜分離槽８２内における生物処理能力を向上させるものとしてある。同時にこの担体８１は、担体膜分離槽８２内の被処理水１中で流動して分離膜７に衝突することにより、分離膜７に付着した膜面付着物を分離膜７から剥離させるものともしてある。したがって、担体８１は分離膜７に衝突した際に分離膜７を破損させない硬さとする必要がある。この種の担体８１としてポリウレタン製のスポンジを使用することができるが、特に限定するものではない。

この実施の形態８における水処理装置でも、吐水口１７から噴射した洗浄水によって分離膜７を洗浄するが、その洗浄水は担体膜分離槽８２内において被処理水１の水流を発生させ、この水流が担体８１を流動させて分離膜７に衝突させ、分離膜７の外表面に付着した膜面付着物を物理的に除去する。その上に、担体８１が担体膜分離槽８２内の被処理水１中で流動して分離膜７に衝突し、分離膜７に付着した膜面付着物を分離膜７から剥離させる。

このように、実施の形態８における水処理装置では、実施の形態１と同様な効果が得られる上に、担体膜分離槽８２内で生物処理を行う場合に、担体８１によって生物処理能力が向上すると共に、洗浄水によって発生する被処理水１の水流が担体８１を膜面付着物衝突させ、膜面付着物を物理的に除去するという大きな効果がある。

また、担体８１を流動させた場合には、担体８１の衝突による物理的な洗浄効果と、さらに、活性炭を添加した場合には浄化効果が得られる上に、担体８１に生物が付くことによる分離膜７の負荷の低減も期待することができる。また、担体８１に汚泥を保持させることによっても、分離膜７に対する低負荷対策効果が得られる。また、ＳＲＴが長くなることによる環境ホルモン除去効果も期待できる。なお、活性炭は上水分野において溶解性物質の除去に効果があり、下水分野では環境ホルモン除去や色度除去に効果がある。衝突による物理的な洗浄効果は特に平膜で著しい。

実施の形態８における水処理装置の分離膜７に平膜を用い、担体８１は１辺が１２ｍｍの立方体の多孔質ポリウレタンとした。そして、担体８１の体積と担体膜分離槽８２の容積との比が１０％となるように担体８１を担体膜分離槽８２内に投入した。この水処理装置を５０日にわたって運転した後の膜間差圧は、担体８１を投入した場合の方が担体８１を投入しない場合よりも３割程度低かった。また、分離膜７に付着した膜面付着物は、担体８１を投入した場合の方が担体８１を投入しない場合よりも７割ほどに低くかった。後者の場合には、増殖速度の遅い硝化菌を担体８１に保持できるので、アンモニア性窒素の濃度も担体８１を添加しない場合よりも低く保持できた。さらに、浮遊性の汚泥濃度を低い濃度にしても、担体８１の添加量を増やすことにより、浮遊汚泥濃度が高濃度である場合と同等以上の処理水質を得ることができた上に、沈殿槽を大きくしなくても処理量を増加させることができた。

実施の形態９．
図１０は実施の形態９における水処理装置のフロー図であり、実施の形態１と同様な機能を有する部分には実施の形態１と同じ符号を付してある。上述の実施の形態１における水処理装置では圧送分岐管１６と吐水口１７によって分離膜７を洗浄するようにしたが、この実施の形態９における水処理装置では超音波発振器９１によって分離膜７を洗浄する点で実施の形態１における水処理装置と異なっている。

すなわち、この実施の形態９における水処理装置では、例えば２つの超音波発振器９１を膜分離器１０の分離膜７の間において被処理水１中に浸漬配置してある。これらの超音波発振器９１を膜分離槽２内で作動させると、超音波発信器９１は超音波を被処理水１中に発振する。このとき、被処理水１中に超音波による無数のキャビテーションが発生し、これらのキャビテーションにより発生する衝撃波が分離膜７の外表面に到達する。これにより、分離膜７の外表面に衝撃波による物理的な衝撃力が加わり、この衝撃力が膜面付着物を分離膜７の外表面から物理的に除去する。また、膜分離槽２内で生物処理を行っている場合には、衝撃波が汚泥にも到達し、汚泥を分解して減容化する。

このように、実施の形態９における水処理装置によれば、膜分離槽２内に超音波発振器９１を配設したので、超音波発信器９１から発振した超音波が被処理水１中に衝撃波を発生させ、この衝撃波によって分離膜７の外表面の膜面付着物を物理的に除去することができる。また、分離膜７を超音波によって洗浄する場合には、他の手段によって洗浄する場合と異なり、衝撃波は水が接触している部分ならどんな狭い所へも到達するため、分離膜７に中空糸膜の束を適用していても、その束が密集している上端部や下端部の洗浄に特に優れた効果がある。

ところで、上述の実施の形態１〜６では、分離膜７の中空糸膜の束を水平方向に切断した外形を細長い矩形とし、分岐圧送管１６や吐水口１７は洗浄水が分離膜７に均一に当たるように配設してある。また、実施の形態７では、分離膜７４の中空糸膜の束を水平方向に切断した外形を細長い矩形とし、分岐圧送管７６や吐水口７７は洗浄水が分離膜７の上端部と下端部のみに当たるように配設してある。しかし、中空糸膜の例えば１０本に１つの割合で流入水を導入する管を配設し、この管に設けた孔から流入水を周囲の中空糸膜に水鉄砲状に当てるようにすれば、分離膜７の洗浄を促進して膜間閉塞を防止することができる。

実施の形態１０．
図１１は、この発明の実施の形態１０における水処理装置の膜分離器の支持フレーム１０１の平面図であり、図７の支持フレーム７２の平面図に対応している。図１１に示すように、支持フレーム１０１には中空糸膜の束からなる上記分離膜７の下端部が連結される分離膜連結部１０２をほぼ全体的に設けてあると共に、管状の吐水口１７を煙突状に差し込む複数の吐水口差込部１０３を分離膜連結部１０２の間に例えばジグザグ状に設けてある。また、支持フレーム１０１の一端に移送管連結部１０４を設け、他端には空気管連結部１０５を設けてある。移送管連結部１０４には実施の形態１〜６の第２の移送管１３を角パイプ状にして連結することができ、空気管連結部１０５には実施の形態６の空気供給管６３を角パイプ状にして連結することができる。この実施の形態１０では、吐水口差込部１０３に差し込んだ吐水口１７から分離膜７の間に洗浄水を流すことにより、分離膜７に汚泥が溜まることを防ぐことができる。

その他の洗浄方法として、吐水口差込部１０３に吐水口１７の代りに現状と同様に散気管を支持フレーム１０１の下側から煙突状に差し込み、分離膜７の間に空気を入れるようにしても、分離膜７を洗浄することができる。また、吐水口差込部１０３に吐水口１７や散気管を煙突状に配管するのではなく、散気設備からの空気を流して洗浄に用いることもできる。また、分離膜７の間に洗浄水の圧送管（原水流入管）を横向きに配設（横引き）して吐水口を設けることによっても、分離膜７を洗浄することができる。さらに、分離膜７の間に散気管を横向きに配設して分離膜７を洗浄することもできる。なお、流入水を導入する管の径は中空糸膜の径よりも大きくすることが好ましい。

図１２および図１３は、実施の形態１０における膜分離器の支持フレーム１０１の変形例である。図１２では分離膜７を２つの領域１０１Ａ、１０１Ｂに分割するように複数の吐水口差込部１０３を直線状に設けてある。また、図１３では分離膜７を３つの領域１０１Ｃ、１０１Ｄ、１０１Ｅに分割するように複数の吐水口差込部１０３を直線状に２列に設けてある。いずれの場合にも、分離膜７の領域１０１Ａ〜１０１Ｅのそれぞれの幅Ｗを狭くすることにより、吐水口１７からの洗浄水が分離膜７の間に良好に行き渡るようにすれば、洗浄効果を向上させることができる。

なお、上述の実施の形態１〜１０の洗浄運転は、分離膜７の汚染の程度に応じても間欠的に行うことができる。また、複数の膜分離槽２が存在する場合には、１槽ずつ洗浄運転を行えば、ろ過処理に支障を与えることはない。さらに、実施の形態１〜３や実施の形態５〜１０においても、圧送管１４の分岐する部分に３方弁を配設して、複数の分離膜７の一部を集中して洗浄するように構成することができる。そして、上記の分離膜層２が好気槽である場合には、エジェクターを用いて洗浄水に空気を混合すれば、分離膜７の外表面に対する洗浄水の衝突力や衝突面積が増加し、洗浄効果が向上する。

この発明の実施の形態１を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態２を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態３を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態４を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態５を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態６を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態７を示す水処理装置の要部の水平断面図であり、図８のＡ−Ａ線に沿って切断した図である。 この発明の実施の形態７を示す水処理装置の要部の垂直断面図であり、図７のＢ−Ｂ線に沿って切断した図である。 この発明の実施の形態８を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態９を示す水処理装置のフロー図である。 この発明の実施の形態１０を示す水処理装置の膜分離器の支持フレームの平面図である。 この発明の実施の形態１０を示す水処理装置の膜分離器の支持フレームの変形例の平面図である。 この発明の実施の形態１０を示す水処理装置の膜分離器の支持フレームの変形例の平面図である。

符号の説明

１ 被処理水
２ 膜分離槽
３ 原水
４ 原水槽
５ 処理水
６ 処理水槽
７ 分離膜
８、９ 接続管
１０、７１ 膜分離器
１１、１３ 移送管
１４、２１、３１、４１ 圧送管
１６、７６ 分岐圧送管
１７、７７ 吐水口
６１ 超音波ノズル
８１ 担体
８２ 担体膜分離槽
９１ 超音波発信器

Claims (3)

1. 複数の分離膜を接続管で連結した膜分離器を備える膜分離槽と、前記膜分離器から処理水を移送する移送管と、前記分離膜に洗浄水を噴射する吐水口を有する圧送管とからなることを特徴とする水処理装置。
2. 複数の分離膜を接続管で連結した膜分離器を備え、且つ担体が流動する担体型膜分離槽と、前記膜分離器から処理水を移送する移送管と、前記分離膜に洗浄水を噴射する吐水口を有する圧送管とからなることを特徴とする水処理装置。
3. 複数の分離膜を接続管で連結した膜分離器を備える膜分離槽と、前記膜分離器から処理水を移送する移送管と、前記膜分離器に配設された超音波発振器とからなることを特徴とする水処理装置。

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