JP2006224050A - 浸漬型膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】分離膜部分での液上向流について高い上昇速度が得られるとともに、その下方では高い気泡の分散効果が得られ、分離膜洗浄性能の向上と曝気空気による酸素の供給性能の向上との両方を達成可能な浸漬型膜分離装置の構造を提供する。
【解決手段】上下が開口した膜ケースと、該膜ケースの内部に配置された膜エレメントと、膜ケースの下方に配置された枠体に内挿され、気泡を分散させる分散手段と、該分散手段の下方に配置された散気手段とを有し、膜ケースと分散手段との間に、該膜ケース内へ液を導入する液導入開口を設けたことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、被処理液中に浸漬され、被処理液中の固形物を固液分離する浸漬型膜分離装置に関する。

従来、被処理液（被処理水）中の活性汚泥や凝集汚泥を固液分離するために、処理槽内に浸漬型膜分離装置を設置する方法が用いられている。この方法は、設備がコンパクトである、得られる処理液（処理水）が清澄である、濃縮槽が不要である、また、活性汚泥を処理槽内に高濃度に保持し、高い処理効率が得られるなど、多数の利点を有する優れた技術である。

図６に代表的な従来の浸漬型膜分離装置の構成を示す。処理槽（図示略）内に、図示のような浸漬型膜分離装置１００が浸漬され、設置される。この浸漬型膜分離装置１００では、上部に、膜ケース１０１内に分離膜エレメント１０２（図示例では、平膜エレメント）を配設した浸漬型膜モジュール１０３が設けられ、浸漬型膜モジュール１０３の直下部には散気装置１０４が設けられて、槽内に曝気空気を供給するようになっている。浸漬型膜モジュールの形状としては、上記平膜型の他、中空糸膜型、チューブラー膜型などがある。

浸漬型膜モジュール１０３には透過液流路（図示略）が接続されており、この透過液流路に吸引手段により負圧を与えるか、もしくはサイフォンによる自然水頭により、被処理液中の活性汚泥や凝集汚泥などの固形物が分離された透過液を得る。この透過液流路には差圧計が接続されており、膜モジュールの差圧を常時検出し、膜モジュールの性能、寿命を監視できるようにしている。

膜モジュールの膜面は、上記散気装置１０４から供給される曝気空気により生起され浮上する気泡との接触、気泡に伴う液の上向流との接触により、洗浄される。また、この曝気空気により、好気性活性汚泥処理の場合に必要な酸素が供給される。すなわち、曝気空気は、酸素の供給と膜の洗浄を兼ねている。

上記のような処理において、処理槽内の汚泥濃度は、ＭＬＳＳ １００００ｍｇ／Ｌ前後に濃縮されることが一般的であるが、このような高濃度条件下では汚泥混合液の粘度が高いため、気泡が上昇する際の高い上昇速度が得がたく、気泡の滞留が起こりやすくなり、結果として、気泡の合一、粗大化が起こる。このような気泡の粗大化が起こると、酸素の溶解効率が著しく低下するのみならず、膜間への気泡の導入に偏りを生じやすく、結果として、部分的な膜汚染の進行を生じやすい。特に、気泡が上昇する際には、膜またはモジュールの中心部へ集中していく傾向があるので、特に膜端部に汚染が生じやすい。

このような問題に対し、特許文献１や特許文献２には、膜エレメントと、散気手段との間に整流板や分散板と呼ばれる内挿物を配置して、気泡の合一を防止することが提案されている。これらの提案では、内挿物から膜エレメント下部までが、枠体によって囲われている。
特開平８−２８１０８０号公報 特開２００１−１６２１４１号公報

しかしながら、上記のような提案について鋭意検討した結果、上記内挿物が密な構成であると、気泡の分散効果は良好であるが、液上昇の抵抗となり、所望の上昇速度が得難く、十分な洗浄効果が得られない。一方、内挿物が疎な構成であると、抵抗が小さく、所望の上昇速度は得られるものの、目標とする気泡の分散効果が得難い。

そこで本発明の課題は、分離膜部分での液上向流について高い上昇速度が得られるとともに、その下方では高い気泡の分散効果が得られ、分離膜洗浄性能の向上と曝気空気による酸素の供給性能の向上との両方を達成可能な浸漬型膜分離装置の構造を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る浸漬型膜分離装置は、上下が開口した膜ケースと、該膜ケースの内部に配置された膜エレメントと、前記膜ケースの下方に配置された枠体に内挿され、気泡を分散させる分散手段と、該分散手段の下方に配置された散気手段とを有し、前記膜ケースと分散手段との間に、該膜ケース内へ液を導入する液導入開口を設けたことを特徴とするものからなる。

このような浸漬型膜分離装置においては、膜ケースと分散手段との間に液導入開口を設けて開放空間を形成したことにより、液導入開口を通して周囲の液を導入可能となり、散気手段からの気泡の浮上による上向流に伴って、液導入開口周囲の液が液導入開口を通して膜ケース内に導入される。その結果、液導入開口下方では、相対的に低い上昇速度とされつつ、液導入開口上方（つまり、膜ケース内）では、上記液導入開口を通しての導入液が加えられるため相対的に高い上昇速度とされる。したがって、分散手段に比較的密な構成の抵抗の高いものを使用して気泡分散効果を高めようとする場合にあっても、膜ケース内においては、従来の課題であった、高い液流速が得られるようになる。

本発明に係る浸漬型膜分離装置においては、上記膜ケースと、上記分散手段が内挿された枠体とを、実質的に別体として、これらの間に液導入開口を形成することも可能であるが、上記膜ケースと、上記分散手段が内挿された枠体が、上記液導入開口を間に連続した構造体に構成されている構成とすれば、全体を一体構造物として槽内に浸漬できるので、取扱いが便利になる。

また、上記分散手段としては、特に限定されないが、例えば、金網、多孔板、パイプ、ワイヤー、格子のいずれかを実質的に水平方向に延設したものから構成できる。分散手段としてこのような内挿物構成を採用することで、単純な構造でありながら、水平方向に関して（つまり、多数の分離膜配設方向に）容易に気泡を分散させることができる。

とくに、上記分散手段が、下方に向けて凸となるように配置されている構成とすることで、従来の課題の一つであった、膜端部に汚染が生じやすいという問題を改善することができる。下方に向けて凸となる配置とすることで、気泡が分散手段の端部を通過しやすくなり、結果として、上方に位置する分離膜の端部をより効果的に洗浄することができるようになる。

本発明に係る浸漬型膜分離装置によれば、気泡の良好な分散と膜ケース内における高い液流速の二つを同時に達成することが可能となり、高い膜洗浄効果と酸素供給効率が得られる。また、これによって、散気手段用ブロワの動力費を低減し、膜洗浄頻度を下げることも可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施態様に係る浸漬型膜分離装置を示している。浸漬型膜分離装置１の本体部分は、処理槽２（例えば、反応槽）内の被処理液３中に浸漬されて設置される。被処理液３（例えば、被処理水）としての原液（例えば、原水）は、原液ポンプ４により処理槽２内に供給される。浸漬型膜分離装置１は、上下が開口した膜ケース５を有しており、該膜ケース５の内部には、本実施態様では、被処理液３に対し固液分離する、平膜の分離膜からなる平膜エレメント６が複数個、平行かつ一定の間隔で配置されている。膜エレメントとしては、平膜に限らず、中空糸膜やチューブラー膜であってもよい。平膜エレメント６で処理された処理液は、各膜エレメントの集水部に接続されたチューブ（図示略）を介して集液管７（集水管）内に集められ、そこから処理液ポンプ８により所定の行き先に送られる。本実施態様では、平膜エレメント６の差圧を検出あるいは監視するために、圧力計９が設けられている。

膜ケース５の下方には、上下が開口した枠体１０の内部への内挿物である、気泡を分散させるための分散手段１１が配置されている。この枠体１０の内部で、かつ、分散手段１１の下方には、散気手段として複数の散気管１２が配置されている。ブロワ１３から供給された空気が、風量計１４を介して所定の風量に調整され、分散手段１１の下方に配置された散気管１２から被処理液３中に供給される。本実施態様では、平膜エレメント６が収容された膜ケース５と、分散手段１１および散気管１２を内蔵した枠体１０とは、上下方向に繋がった、連続して延びる構造体１５として構成されている。

上記内挿物としての分散手段１１としては、金網や多孔板、パイプ、ワイヤー、格子等から選ばれるいずれかのものを水平に配置したものが好ましく、気泡の分散効果と目詰まりの抑制の二つを同時に達成するために、開口率は２０〜７０％、目幅は２〜１０ｍｍ程度のものが好ましい。図４に、金網からなる分散手段１１ａ（図４（Ａ））、ウェッジワイヤーからなる分散手段１１ｂ（図４（Ｂ））、多孔板からなる分散手段１１ｃ（図４（Ｃ））の例を示す。

このような分散手段１１は、下方に向けて凸となるように配置されることが好ましい。ただし、下方に向けての凸形状が極端であると、中心部での気泡の通過が過小となるので、端部の傾斜角度が５〜３０度程度が好適である。凸形状としては、図５に示すように、屈曲した断面折れ線状の形状１６ａ（図５（Ａ））でもよく、滑らかに湾曲した断面曲線状の形状１６ｂ（図５（Ｂ））でもよい。

上記膜ケース５と分散手段１１との間には、膜ケース５内へ液を導入する液導入開口１７が設けられている。本実施態様では、膜ケース５と枠体１０とは、上下方向に繋がった、連続して延びる構造体１５として構成されているので、液導入開口１７は、この構造体１５の上下方向中間位置に設けられた開口として形成されている。本実施態様では、液導入開口１７は、図２に示すように、金網が張られた開口に形成されている。また、図２には、矩形横断面を有する構造体１５の４面のそれぞれに液導入開口１７を設けた形態を示してあるが、例えば、平膜からなる分離膜間の間隙延在方向両側にのみ設ける形態としてもよい。また、膜ケース５と枠体１０とが別体構成とされる場合には、これら膜ケース５と枠体１０との間に適当な間隙を持たせることで、同様の液導入開口を形成することが可能である。

このように構成された浸漬型膜分離装置１においては、処理槽２内には、例えば、汚泥濃度として、５０００〜２００００ｍｇ／Ｌ程度の活性汚泥が保持されている。散気手段としての散気管１２によって導入され、分散手段１１によって、分散された気泡から酸素が供給され、原水中の有機物やアンモニア態窒素などを酸化し、処理する。

また、図３に示すように、気泡の浮上に伴い、槽内部液は、散気管１２の下部から導入されるとともに、構造体１５内には上向流が形成されるが、液導入開口１７形成位置では、この上向流に伴って周囲の液が液導入開口１７を通して導入されることになり、この部分よりも上方の位置では、枠体１０内における液の流量にこの導入された液の流量が加算されて、液上昇速度が増加されることになる。したがって、分散手段１１が内挿された枠体１０内での上昇速度をそれほど増加させないでも、あるいは、分散手段１１が気泡分散効果を高めるため比較的高抵抗の構成（密な構成）であったとしても、液導入開口１７から上方の部分のみ液上昇速度を増加させることが可能になる。その結果、分散手段１１による良好な気泡分散効果の発現と、分離膜設置部分での高い液上昇速度との両方をともに達成できるようになる。良好な気泡分散効果により優れた酸素供給効率が得られ、分離膜設置部分での高い液上昇速度により、優れた膜洗浄効果が得られる。

本発明に係る浸漬型膜分離装置は、あらゆる浸漬方式膜分離に適用でき、とくに、活性汚泥処理に好適なものである。

本発明の一実施態様に係る浸漬型膜分離装置の全体概略構成図である。 図１の浸漬型膜分離装置本体部分の透視斜視図である。 図１の浸漬型膜分離装置における流れ状態を示す概略構成図である。 分散手段の例を示す部分平面図である。 分散手段の凸形状例を示す概略縦断面図である。 従来の浸漬型膜分離装置の透視斜視図である。

符号の説明

１ 浸漬型膜分離装置
２ 処理槽
３ 被処理液
４ 原液ポンプ
５ 膜ケース
６ 平膜エレメント
７ 集液管
８ 処理液ポンプ
９ 圧力計
１０ 枠体
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 分散手段
１２ 散気手段として散気管
１３ ブロワ
１４ 風量計
１５ 構造体
１６ａ、１６ｂ 分散手段の形状
１７ 液導入開口

Claims (4)

1. 上下が開口した膜ケースと、該膜ケースの内部に配置された膜エレメントと、前記膜ケースの下方に配置された枠体に内挿され、気泡を分散させる分散手段と、該分散手段の下方に配置された散気手段とを有し、前記膜ケースと分散手段との間に、該膜ケース内へ液を導入する液導入開口を設けたことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
2. 前記膜ケースと、前記分散手段が内挿された枠体が、前記液導入開口を間に連続した構造体に構成されている、請求項１の浸漬型膜分離装置。
3. 前記分散手段が、金網、多孔板、パイプ、ワイヤー、格子のいずれかを実質的に水平方向に延設したものからなる、請求項１または２の浸漬型膜分離装置。
4. 前記分散手段が、下方に向けて凸となるように配置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の浸漬型膜分離装置。

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