JP2006255707A - 膜ろ過装置及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜面の全体を洗浄することができ、良好な運転を長期間継続して行うことができるようにする。
【解決手段】処理槽３１と、処理槽３１に浸漬され、平膜状の膜エレメントを積層することによって形成された膜ユニット５０と、膜ユニット５０の底部に配設された筒状のスカート部７１と、スカート部７１の下方に配設され、気体を噴射するばっ気装置６１と、膜エレメントの積層方向に配設され、スカート部７１内に区画室７４〜７６を形成し、気泡が区画室７４〜７６間で連通して流れることがないように、上端を膜ユニット５０の底部に密接させて配設された仕切り７２、７３とを有する。ばっ気装置６１によって噴射された気体が気泡になり、気泡が、区画室７４〜７６に供給され、区画室７４〜７６内を上昇するので、各膜間に進入したときの気泡の上昇力を大きくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜ろ過装置及びその運転方法に関するものである。

従来、廃水処理、水中の有価物回収処理等においては、多くの場合、固液分離が行われ、その手法の一つとして精密ろ過膜、限外ろ過膜等の複数の膜エレメントによって形成された膜ユニットを使用する膜ろ過装置が提供されている。この場合、前記膜エレメントにおいて、被処理水側に圧力を加えたり、処理水側に吸引力を発生させたりすることによって処理水が透過させられ、処理水だけが膜を透過する。

ところが、前記膜エレメントにおいては、膜の表面、すなわち、膜面に懸濁物質等の固形物が付着すると、膜を構成する素材自身の抵抗以外にろ過抵抗が発生し、増大して膜エレメントの透過性能を低下させてしまう。そして、定量ろ過方式の場合は、被処理水側の圧力と処理水側の圧力との差、すなわち、ろ過差圧が大きくなり、ろ過に要するエネルギーが増大する。また、定圧ろ過方式の場合は、透過水量、すなわち、処理水の量が減少する。そこで、前記膜面の流速を大きくしたり、スポンジボール、担体等による洗浄を行ったりして、膜面への固形物の付着を極力少なくするようにした膜ろ過装置も提供されている。

そして、水中に膜ユニットを浸漬してろ過を行う浸漬型の膜ろ過装置においては、膜エレメントの下方にばっ気装置を配設し、該ばっ気装置によって空気を噴射してばっ気を行い、エアリフト作用によって膜面に剪断力を加え、膜面を気液混合流によって洗浄するようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

また、前記ばっ気装置によって噴射された空気を各膜間に均一に、かつ、効率的に供給するために、上端及び下端が開放された包囲体内に膜ユニットを配設し、前記包囲体内の下部にばっ気装置を配設（例えば、特許文献２参照。）したり、上端及び下端が開放された包囲体内に膜ユニットを配設し、前記包囲体内の下部にばっ気装置を配設し、かつ、膜ユニットとばっ気装置との間に整流手段を配設（例えば、特許文献３参照。）したり、膜ユニットの下端にスカート部を配設（例えば、特許文献４参照。）したりした装置が提供されている。
特公平４−７０９５８号公報 特公平７−２０５９２号公報 特開平８−２８１０８０号公報 特開平８−２８１０８３号公報

しかしながら、前記従来の浸漬型の膜ろ過装置においては、前記ばっ気装置によって噴射された空気を各膜間に均一に供給することはできるが、膜間を上昇するのに伴って気泡が徐々に膜面の中央側を流れるようになってしまう。

図２は従来の浸漬型の膜ろ過装置の概念図である。

図において、１０はラインＬ１を介して供給された被処理水を収容する処理槽、１１は膜エレメント、１２は膜、１３はフレームであり、該フレーム１３の上端に集水ノズル１４が取り付けられ、該集水ノズル１４に処理水を排出するためのラインＬ２が接続される。そして、該ラインＬ２に、吸引力を加えるためにポンプＰが配設される。なお、前記膜エレメント１１は、複数個隣接させ、積層して配設され、膜ユニットを構成する。

また、膜面を洗浄するために、前記膜ユニットの下方にばっ気装置１５が配設され、該ばっ気装置１５は図示されない空気供給源にラインＬ３を介して接続される。そして、前記ばっ気装置１５によって噴射された空気が、多数の気泡１６になって膜エレメント１１の下端Ｓ１の全体に均一に供給され、膜間を被処理水と共に流れて上昇させられる。なお、前記膜ユニットとばっ気装置１５との間には、該ばっ気装置１５によって噴射された空気を上方に案内するためのスカート部１７が配設される。

ところで、前記膜エレメント１１が処理槽１０内において所定の長さにわたって延びるので、各膜１２間を上昇しようとする気泡１６に対して膜エレメント１１の両側縁部のフレーム１３、その近傍の被処理水等が抵抗になる。したがって、前記気泡１６は、各膜間を上昇するのに伴って、徐々に膜面の中央側に移動し、膜エレメント１１の上端Ｓ２の前記両側縁部においては、気泡１６の量が低下する。すなわち、前記気泡１６は、台形状の領域ＡＲ１において多く流れ、三角形状の領域ＡＲ２、ＡＲ３において相対的に少なくなる。その結果、領域ＡＲ１においては、気泡１６によって汚泥が除去されるが、領域ＡＲ２、ＡＲ３においては、洗浄効果が低下するので汚泥が付着しやすくなり、最終的に、膜面の全体を洗浄することができなくなる。そして、各膜面間が汚泥、ＳＳ、コロイド等によって閉塞し、良好な運転を長期間継続して行うことができなくなってしまう。

本発明は、前記従来の膜ろ過装置の問題点を解決して、膜面の全体を洗浄することができ、良好な運転を長期間継続して行うことができる膜ろ過装置及びその運転方法を提供することを目的とする。

そのために、本発明の膜ろ過装置においては、処理槽と、該処理槽に浸漬され、平膜状の膜エレメントを積層することによって形成された膜ユニットと、該膜ユニットの底部に配設された筒状のスカート部と、該スカート部の下方に配設され、気体を噴射するばっ気装置と、前記膜エレメントの積層方向に配設され、前記スカート部内に区画室を形成し、気泡が区画室間で連通して流れることがないように、上端を前記膜ユニットの底部に密接させて配設された仕切りとを有する。

本発明によれば、膜ろ過装置においては、処理槽と、該処理槽に浸漬され、平膜状の膜エレメントを積層することによって形成された膜ユニットと、該膜ユニットの底部に配設された筒状のスカート部と、該スカート部の下方に配設され、気体を噴射するばっ気装置と、前記膜エレメントの積層方向に配設され、前記スカート部内に区画室を形成し、気泡が区画室間で連通して流れることがないように、上端を前記膜ユニットの底部に密接させて配設された仕切りとを有する。

この場合、ばっ気装置によって噴射された気体が気泡になり、該気泡が、区画室に供給され、区画室内を上昇する。このとき、仕切りは、上端を前記膜ユニットの底部に密接させて配設されるので、各膜間を上昇するのに伴って気泡が徐々に膜面の中央側に移動するのを防止することができる。

したがって、膜面の全体を洗浄することができ、各膜面間が汚泥、ＳＳ、コロイド等によって閉塞することがなくなるので、ろ過抵抗が大きくなることがなく、良好な運転を長期間継続して行うことができる。

しかも、ろ過に必要な動力を小さくすることができ、人手による定期的な洗浄、薬品による洗浄等の頻度を低くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の概念図、図３は本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の斜視図、図４は本発明の第１の実施の形態における膜ユニットの斜視図、図５は本発明の第１の実施の形態における膜エレメントの要部斜視図である。

図において、３１はラインＬ１を介して供給された被処理水を収容する処理槽、５０は該処理槽３１中の被処理水に浸漬された膜ユニットであり、該膜ユニット５０は、膜面５２が垂直方向に延びるように所定の間隔を置いて配設された複数の平膜状の膜エレメント５１を積層することによって形成される。なお、前記膜５２間の間隔は通常５〜１５〔ｍｍ〕程度にされる。

前記膜エレメント５１は、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜等の膜から成り、周縁に中空のフレーム５１ａを備え、該フレーム５１ａに膜を透過した後の処理水が集められるようになっている。なお、各膜面５２にはスペーサ５１ｃが配設される。

そして、前記フレーム５１ａの上端は集水ノズル５１ｂを介してラインＬ２に接続されるとともに、該ラインＬ２にポンプＰ１が配設され、図示されない制御装置によって前記ポンプＰ１を駆動することにより、前記膜エレメント５１内に負圧が発生させられ、処理水が吸引される。この場合、前記制御装置によってポンプＰ１の回転数を調整することにより、吸引される処理水の量を調整し、透過流束を変更することができる。

前記構成の膜ろ過装置において、被処理水をラインＬ１を介して供給し、前記ポンプＰ１を駆動すると、被処理水中の処理水だけが吸引され、前記膜エレメント５１の膜を透過させられる。このとき、前記膜面５２に懸濁物質等の図示されない固形物が付着すると、膜を構成する素材自身の抵抗のほかにろ過抵抗が発生し、増大してろ過差圧が大きくなり、膜エレメント５１の透過性能を低下させてしまう。

そこで、膜面５２を気液混合流によって掃流し、洗浄することにより、膜面５２への固形物の付着を極力少なくするようにしている。

そのために、前記膜ユニット５０の下方にばっ気装置６１が配設され、該ばっ気装置６１は図示されない空気供給源にラインＬ３を介して接続される。そして、前記ラインＬ３に調整弁６３が配設され、前記制御装置によって、例えば、調整弁６３の開度を変更し、ばっ気装置６１によって噴射される気体としての空気の量を調整し、膜面流速を変更することができる。本実施の形態においては、膜間における空気の供給量は０．０５〜３〔ｍ／ｍｉｎ〕程度にされる。

したがって、膜エレメント５１によって被処理水がろ過される間にばっ気装置６１によって空気を噴射すると、該空気が多数の気泡１６になって膜エレメント５１の下端Ｓ１の全体に均一に供給され、各膜間を被処理水と共に上昇させられる。その結果、エアリフト作用によって膜面５２に剪断力が加えられ、該膜面５２を洗浄することができる。その後、気泡１６は処理槽３１の上端から大気中に放出され、被処理水は処理槽３１の周縁部を下降して還流させられる。

ところで、前記膜エレメント５１が処理槽３１内において所定の長さにわたって延びるので、各膜間を被処理水とともに流れて上昇しようとする気泡１６に対して膜エレメント５１の両側縁部のフレーム５１ａ、その近傍の被処理水等が抵抗になる。したがって、前記気泡１６は、各膜間を上昇するのに伴って、徐々に膜面５２の中央側に移動しようとする。

そこで、前記膜ユニット５０とばっ気装置６１との間に、該ばっ気装置６１によって噴射された空気を上方に案内するとともに、整流するための四角筒状のスカート部７１が配設される。該スカート部７１は、前記膜ユニット５０の下側の投影面の外周部分のわずかに内側に配設され、上端及び下端が開放される。

また、前記スカート部７１によって形成された空間内には、膜ユニット５０の幅方向における両側の２箇所に長手方向、すなわち、膜エレメント５１の積層方向に仕切り７２、７３が配設される。該仕切り７２、７３は、前記スカート部７１の側壁７１ａ、７１ｂと平行になるように延在させられ、前記側壁７１ａ、７１ｂと仕切り７２、７３との間にそれぞれ区画室７４、７５を、仕切り７２、７３間に区画室７６をそれぞれ形成する。なお、７９は架台である。また、前記スカート部７１及び仕切り７２、７３によって区画ユニットが構成される。

この場合、必要に応じて仕切りの数を多くし、区画室の数を多くすることもできるが、区画室が多くなると膜ろ過装置の構造が複雑になる。また、被処理水と空気との混合性及び流動性を良好に保つために、各仕切りは、膜ユニット５０の中心に対して対称に配設するのが好ましい。

そして、前記スカート部７１と仕切り７２、７３との間隔は、膜エレメント５１及び膜ユニット５０の寸法に対応させて決定され、例えば、幅が１〔ｍ〕程度の膜ユニット５０においては、１〜１０〔ｃｍ〕程度にされる。

また、区画室７４にラインＬ４を介して、区画室７５にラインＬ５を介してそれぞれ図示されない空気供給源が接続され、各区画室７４、７５にそれぞれ独立して空気を供給することができるようになっている。そして、前記ラインＬ４、Ｌ５にそれぞれ調整弁７７、７８が配設され、前記制御装置によって、例えば、調整弁７７、７８の開度を変更し、各区画室７４、７５に供給される空気の量を調整することができる。なお、空気に代えて他の気体を各区画室７４、７５に供給することもできる。そして、前記ラインＬ４、Ｌ５、調整弁７７、７８及び空気供給源によって気体供給手段が構成される。

また、前記ラインＬ４、Ｌ５は、ラインＬ３と独立させて配設することができるが、ラインＬ３から分岐させて配設することもできる。さらに、前記各区画室７４、７５の下方又は内部に別の図示されないばっ気装置を配設し、該ばっ気装置にラインＬ４、Ｌ５を接続することもできる。

このように、前記スカート部７１によって形成された空間内の周縁部に区画室７４、７５が、中央部に区画室７６がそれぞれ形成されるので、ばっ気装置６１によって噴射された空気は、気泡１６になって仕切り７２、７３によって案内されて区画室７４〜７６内を上昇する。このとき、仕切り７２、７３は、気泡１６が区画室７４、７５と区画室７６との間で連通して流れることがないように、膜ユニット５０の底部に密接させて配設されるので、各膜間を上昇するのに伴って気泡１６が徐々に膜面５２の中央側に移動するのを防止することができる。

また、各区画室７４、７５に空気が供給されるので、各膜間における膜エレメント５１の両側縁部を流れる気泡１６の量を多くすることができる。

したがって、膜面５２の全体を洗浄することができ、各膜面５２間が汚泥、ＳＳ、コロイド等によって閉塞することがなくなるので、ろ過抵抗が大きくなることがなく、良好な運転を長期間継続して行うことができる。

しかも、ろ過に必要な動力を小さくすることができ、人手による定期的な洗浄、薬品による洗浄等の頻度を低くすることができる。

なお、この場合、膜ユニット５０を図示されない包囲体内に収容する必要がないので、膜ろ過装置の寸法を小さくすることができる。また、膜ろ過装置の構造を簡素化することができる。

次に、前記構成の膜ろ過装置の運転方法の動作について説明する。

図６は本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第１の態様図、図７は本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第２の態様図、図８は本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第３の態様図、図９は本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第４の態様図である。

この場合、調整弁６３、７７、７８を開放することによって、各区画室７４〜７６に空気を供給すると、図６に示されるように、気泡１６は膜面５２の全体を流れ、調整弁６３を閉鎖し、調整弁７７、７８を開放することによって、各区画室７４、７５だけに空気を供給すると、図７に示されるように、気泡１６は主として膜面５２の両側縁部を流れ、調整弁６３、７７を閉鎖し、調整弁７８を開放することによって、区画室７５だけに空気を供給すると、図８に示されるように、気泡１６は主として膜面５２一方の側縁部を流れ、調整弁７７、７８を閉鎖し、調整弁６３を開放することによって、各区画室７４〜７６に空気を供給すると、図９に示されるように、気泡１６は主として膜面５２の中央を流れる。

したがって、前記各態様を組み合わせることによって、膜面５２の任意の箇所を洗浄することができる。

例えば、連続洗浄時においては、調整弁６３、７７、７８が連続的に開放される。また、連続・間欠付加洗浄時においては、調整弁６３が連続的に開放され、調整弁７７、７８が間欠的に開放される。この場合、調整弁７７、７８を、同時に開閉しても、独立させて開閉してもよい。

そして、定期的間欠洗浄時においては、調整弁６３を一時的に閉鎖し、この間、調整弁７７、７８の少なくとも一方を開放する。この場合、ばっ気装置６１からの空気の噴射が一時的に停止させられるので、膜ユニット５０の中心部における洗浄が不十分になるので、この操作はなるべく短時間で行う方がよい。例えば、１回当たりの調整弁６３の閉鎖時間は５秒〜５分程度とし、１日当たりの実施頻度は１〜１５００回程度とする。なお、Ｌ３〜Ｌ５はライン、Ｐ１はポンプである。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。

図１０は本発明の第２の実施の形態における区画ユニットの平面図、図１１は本発明の第２の実施の形態における区画ユニットの斜視図である。

この場合、スカート部７１によって形成された空間内には、膜ユニット５０（図４）の幅方向における両側の２箇所に、膜エレメント５１の積層方向に仕切り１０１、１０２が配設される。該仕切り１０１、１０２は、前記スカート部７１の側壁７１ａ、７１ｂと平行になるように延在させられ、側壁７１ａ、７１ｂと仕切り１０１、１０２との間に区画室１０６、１０７を区画ユニットの中心に対して対称に形成する。

また、仕切り１０１、１０２によって形成された空間内には、膜エレメント５１の積層方向における両側の２箇所に、膜ユニット５０の幅方向に仕切り１０３、１０４が配設される。該仕切り１０３、１０４は、前記スカート部７１の側壁７１ｃ、７１ｄと平行になるように延在させられ、側壁７１ｃ、７１ｄと仕切り１０３、１０４との間に区画室１０８、１０９を区画ユニットの中心に対して対称に形成する。

さらに、前記仕切り１０１〜１０４の内側に区画室１０５が形成される。

したがって、膜ユニット５０の幅方向における両側縁部だけでなく、膜エレメント５１の積層方向における両側縁部において膜面５２を十分に洗浄することができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。

図１２は本発明の第３の実施の形態における区画ユニットの平面図、図１３は本発明の第３の実施の形態における区画ユニットの斜視図である。

この場合、スカート部７１によって形成された空間内には、方形の筒状の仕切り１１１が前記スカート部７１の側壁７１ａ〜７１ｄと平行になるように配設される。そして、スカート部７１と仕切り１１１との間に区画室１１２が区画ユニットの中心に対して対称に形成される。また、仕切り１１１の内側に区画室１１３が形成される。

したがって、膜ユニット５０（図４）の幅方向における両側縁部だけでなく、膜エレメント５１の積層方向における両側縁部において膜面５２を十分に洗浄することができる。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ符号を付与することによってその説明を省略する。

図１４は本発明の第４の実施の形態における膜ろ過装置の概念図、図１５は本発明の第４の実施の形態における膜ろ過装置の要部斜視図である。

この場合、スカート部７１によって形成された空間内には、膜ユニット５０の幅方向における両側の２箇所に、膜エレメント５１（図４）の積層方向に仕切り１７２、１７３が配設される。該仕切り１７２、１７３は、前記スカート部７１の側壁７１ａ、７１ｂに対して傾斜させて延在させられ、前記側壁７１ａ、７１ｂと仕切り１７２、１７３との間にそれぞれ区画室１７４、１７５を、仕切り１７２、１７３間に区画室１７６をそれぞれ形成する。

そして、前記仕切り１７２、１７３は、下端をスカート部７１の中央に向けて傾斜させられるので、前記区画室１７４、１７５は下方から上方になるほど狭くなる。したがって、区画室１７４、１７５内において気泡１６及び被処理水が上昇する速度を高くすることができる。

また、ばっ気装置６１によって空気を噴射すると、多くの気泡１６が区画室１７４、１７５に供給されることになる。したがって、膜面５２の両側縁部を気泡１６が多く流れるので、膜面５２を十分に洗浄することができる。この場合、調整弁７７、７８を閉鎖することもできる。

次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。

図１６は本発明の第５の実施の形態における膜エレメントの要部斜視図である。

図において、１５１は中空糸膜又は管状膜を平板状にモジュール化した膜エレメント、１５１ａはフレーム、１５１ｂは前記フレーム１５１ａの上端に形成された集水ノズル、１５２は膜面である。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の概念図である。 従来の浸漬型の膜ろ過装置の概念図である。 本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における膜ユニットの斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における膜エレメントの要部斜視図である。 本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第１の態様図である。 本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第２の態様図である。 本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第３の態様図である。 本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置の第４の態様図である。 本発明の第２の実施の形態における区画ユニットの平面図である。 本発明の第２の実施の形態における区画ユニットの斜視図である。 本発明の第３の実施の形態における区画ユニットの平面図である。 本発明の第３の実施の形態における区画ユニットの斜視図である。 本発明の第４の実施の形態における膜ろ過装置の概念図である。 本発明の第４の実施の形態における膜ろ過装置の要部斜視図である。 本発明の第５の実施の形態における膜エレメントの要部斜視図である。

符号の説明

３１ 処理槽
５０ 膜ユニット
５１、１５１ 膜エレメント
６１ ばっ気装置
７１ スカート部
７２、７３、１０１〜１０４、１１１、１７２、１７３ 仕切り
７４〜７６、１０５〜１０９、１１２、１１３、１７４〜１７６ 区画室
７７、７８ 調整弁
Ｌ４、Ｌ５ ライン

Claims (5)

1. （ａ）処理槽と、
   （ｂ）該処理槽に浸漬され、平膜状の膜エレメントを積層することによって形成された膜ユニットと、
   （ｃ）該膜ユニットの底部に配設された筒状のスカート部と、
   （ｄ）該スカート部の下方に配設され、気体を噴射するばっ気装置と、
   （ｅ）前記膜エレメントの積層方向に配設され、前記スカート部内に区画室を形成し、気泡が区画室間で連通して流れることがないように、上端を前記膜ユニットの底部に密接させて配設された仕切りとを有することを特徴とする膜ろ過装置。
2. 前記区画室はスカート部との間に形成される請求項１に記載の膜ろ過装置。
3. 前記区画室に気体を供給する気体供給手段を有する請求項２に記載の膜ろ過装置。
4. 処理槽、該処理槽に浸漬され、平膜状の膜エレメントを積層することによって形成された膜ユニット、該膜ユニットの底部に配設された筒状のスカート部、及び前記膜エレメントの積層方向に配設され、前記スカート部内に区画室を形成し、気泡が区画室間で連通して流れることがないように、上端を前記膜ユニットの底部に密接させて配設された仕切りを有する膜ろ過装置の運転方法において、
   前記スカート部の下方に配設されたばっ気装置によって気体を噴射することを特徴とする膜ろ過装置の運転方法。
5. 気体供給手段によって前記スカート部との間に形成された区画室に気体を選択的に供給する請求項４に記載の膜ろ過装置の運転方法。

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