JP2007136388A - 膜分離活性汚泥処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】膜モジュールの設置スペースを抑制することができ、しかも膜面のメンテナンスも容易な膜分離活性汚泥処理設備を提供する。
【解決手段】生物処理槽１の外部に、その槽内水を循環ろ過する膜モジュール４、５を上下方向に複数段直列に設置する。各段の膜モジュール４、５の二次側に、上段よりも下段の逆洗水量が多くなるように流量調節された逆洗手段を設ける。逆洗水の流量調節は流量制御弁を用いたり、逆洗用配管の径を変更したりすることにより行う。複数段直列に設置された膜モジュール４、５が同一直線上にあることが好ましく、各段を並列接続された複数の膜モジュールにより構成することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、下水、返流水、ゴミ浸出水、屎尿、農業排水、畜産排水、養殖排水、工場排水などの各種の排水の処理に用いられる膜分離活性汚泥処理設備に関するものである。

下水をはじめとする上記のような排水の処理には、従来から活性汚泥処理法が広く用いられている。旧来の活性汚泥処理設備は、最初沈殿池と生物処理槽と最終沈殿池とを直列に配置したもので、広い設置面積を必要とするものである。都市部においては処理すべき排水量が増加しても下水処理場の敷地面積を拡大することは困難であるから、最近では設置面積を大幅に削減できる膜分離活性汚泥処理設備への設備更新が検討され始めている。

膜分離活性汚泥処理設備は、図１に示すように生物処理槽１で活性汚泥処理された水を分離膜２によりろ過し、ろ過水を処理水として取り出すようにしたものである。この装置は固液分離を分離膜２により行うことができるので、生物処理槽１と分離膜２のみから構成することができ、処理能力を落とすことなく設置面積を大幅に削減できる利点がある。その一例が特許文献１に記載されている。

ところが、特許文献１のように分離膜２を槽内に設置すると膜面のメンテナンスが容易でないため、分離膜を槽外設置型とした膜分離活性汚泥処理設備も検討されている。この場合には生物処理槽のほかに分離膜の設置スペースも必要となるが、分離膜を備えた膜モジュールの大きさには製作技術上の制限があるため、実際には多数本の膜モジュールを並列設置することとなる。従って大きい処理能力を要求される排水処理場では膜モジュールやそれらを結ぶ配管にかなりの設置スペースが必要となり、膜分離活性汚泥処理の利点が減少するという問題があった。
特開２００３−９４０８５号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決して、大きい処理能力を要求される場合にも膜モジュールの設置スペースを抑制することができ、しかも膜面のメンテナンスも容易である槽外設置型の分離膜を用いた膜分離活性汚泥処理設備を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、生物処理槽の外部に、その槽内水を循環ろ過する膜モジュールを上下方向に複数段直列に設置するとともに、各段の膜モジュールの二次側に、上段よりも下段の逆洗水量が多くまたは圧力が高くなるように流量調節または圧力調整された逆洗手段を設けたことを特徴とするものである。

逆洗手段は、加圧水槽またはポンプと流量制御弁とにより構成したり、加圧水槽またはポンプと管径の異なる逆洗用配管により構成することができる。また上下方向に複数段直列に設置された膜モジュールが、同一直線上にあることが好ましく、各段を並列接続された複数の膜モジュールにより構成することができる。膜モジュールには、モノリス型、チューブラー型、ハニカム型のＭＦ膜またはＵＦ膜で、材質がセラミックまたは高分子が使用できる。好ましくは、膜モジュールはモノリス型セラミック膜である。

本発明では生物処理槽の槽内水を循環ろ過する膜モジュールを上下方向に複数段直列に設置したので、その設置面積を削減することができる。また各段の膜モジュールの二次側に、上段よりも下段の逆洗水量が多くなるように流量調節、または逆洗圧力が高くなるように圧力調節された逆洗手段を設けたので、上段よりも一次側の静水圧が高くなる下段の膜モジュールも上段の膜モジュールと同様に逆洗することができる。逆洗排水は下段の膜モジュールの下部から排出される。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図２において１は生物処理槽であり、散気手段３により槽内に酸素が供給され、原水を活性汚泥処理している。４、５は槽外に設置された膜モジュールであり、上下方向に複数段が設置されている。図２では図面を簡単にするために２段とし、上段の膜モジュール４と下段の膜モジュール５とするが、３段以上としても差し支えない。上段の膜モジュール４と下段の膜モジュール５とは、垂直配管６により同一直線上にあるように直列に接続されている。また上段の膜モジュール４と下段の膜モジュール５とはそれぞれ並列接続された複数の膜モジュールにより構成されており、図２では図面を簡単にするために３つの膜モジュールを示したが、実際には１０個程度が並列接続されている。

膜モジュール４、５は缶体の内部にモノリス型セラミック膜７を封入したものである。図２では図面を簡素化するために単一のチャンネル８を示したが、実際には多数のチャンネル８がセラミック多孔体の内部に形成されており、その内表面がろ過膜となっている。生物処理槽１の槽内水は循環ポンプ９、下部ヘッダ管１０を介して下段の膜モジュール５の下部に送られ、チャンネル８を通過する間にろ過される。膜面を透過したろ過水は処理水排出管１１から取り出される。また下段の膜モジュール５を通過した槽内水は垂直配管６を介して上段の膜モジュール４に送られ、同様のろ過が行われて膜面を透過したろ過水は処理水排出管１２から取り出される。上段の膜モジュール４を通過した濃縮水は上部ヘッダ１３及び返送配管１４を経由して生物処理槽１に返送される。

このようにしてクロスフロー方式のろ過が行われるが、膜モジュール４と膜モジュール５とを垂直方向に配置したので、膜モジュールの設置面積を一定としたままで膜面積を２倍以上に拡大することができる。

このようにして膜ろ過を継続すると、膜面に次第に堆積物が生じて膜ろ過性能が低下してくるため、逆洗を行う必要がある。このために従来と同様に逆洗手段としての加圧水槽１５が設けられており、ろ過水の一部を貯留している。逆洗時には循環ポンプ９を停止し、バルブ１６を閉じ、下部ヘッダ管１０のバルブ１７を開いて加圧水槽１５から加圧された逆洗水を処理水排出管１１、１２に打ち込んで逆洗を行う。

ところが上段の膜モジュール４と下段の膜モジュール５とを垂直方向に配置した本発明においては、通常の逆洗を行っても下段の膜モジュール５の膜面を十分に逆洗することができない。すなわち、上段の膜モジュール４のチャンネル８と下段の膜モジュール５のチャンネル８とは連通しているため、下段の膜モジュール５のチャンネル８にはより大きな静水圧（ヘッド）が作用している。逆洗は膜の二次側から一次側（チャンネル８側）に逆洗水を流す操作であるから、逆洗水は一次側の水圧が低い上段の膜モジュール４に主として流れ、下段の膜モジュール５には少量しか流れず、うまく逆洗が行えない。

この問題を解決するために、本発明では上段よりも下段の逆洗水量が多くなるように流量調節された逆洗手段が設けられる。この実施形態では、加圧水槽１５からの逆洗水を処理水排出管１１、１２に供給する部分にそれぞれ流量制御弁１８、１９を設け、下段の処理水排出管１４に供給される逆洗水量をより多くする。例えば上段が３０ｍ/ｄであれば下段は３５ｍ/ｄとする。このように上段よりも下段の逆洗水量が多くなるように流量調節された逆洗を行えば、静水圧差があってもほぼ均等な逆洗が可能となる。

なお逆洗手段の形態は上記のものに限定されるものではなく、例えば管径の異なる逆洗用配管２０、２１を用いることもできる。この場合には下段用の逆洗用配管２１を上段用の逆洗用配管２０よりも太くしておき、管路抵抗の差を利用して上段よりも下段の逆洗水量が多くなるように流量調節する。また、加圧水槽１５の代わりにポンプを使用しても良い。

さらに図３に示す実施形態のように、加圧水槽１５を複数個設け、それらに加えられる空気圧を変えて、下段用の逆洗圧力を上段用の逆洗圧力よりも高く設定するようにしてもよい。また、同じ加圧水槽１５にて下段用の逆洗圧力と上段用の逆洗圧力を変えて逆洗しても良い。

以上の説明は逆洗水による逆洗について行ったが、下段の膜モジュール５の下部から空気配管２２によりチャンネル１２内に空気を供給し、気液混相流を膜モジュール４、５の一次側に流すことにより逆洗効果を高めることもできる。前記したように上段の膜モジュール４と下段の膜モジュール５とを垂直配管６により同一直線上にあるように直列に接続しておけば、下段の膜モジュール５の下部から供給された空気気泡が途中で滞留することなく垂直に上段の膜モジュール４内を上昇し、逆洗効果が高まることとなる。

図２の実験装置を用いて、膜ろ過流束２．０ｍ／ｄにて連続膜ろ過運転の実験を行った。原水は下水、生物処理槽は硝化液循環型反応槽を用い、MLSSは約１００００ｍｇ／Lで運転した。膜は１ｍ長さ、3ｃｍ径、膜孔径０．１μｍのセラミック膜を２本上下直列に並べた。逆洗時の流量は流量調整無しが上段・下段とも３０ｍ／ｄ、流量調整有りの場合、上段が３０ｍ／ｄ、下段が３５ｍ／ｄとした。表１に結果を示す。
表１より流量調整が有る場合は、膜差圧は初期と３０日後でほとんど変化無かった。しかし、流量調整が無い場合は、膜差圧は３０日後には８５ｋPaと大幅に上昇し、膜ろ過に影響が出ていた。

従来の膜分離活性汚泥処理設備を示すフロー図である。 本発明の実施形態を示すフロー図である。 本発明の他の実施形態を示すフロー図である。

符号の説明

１ 生物処理槽
２ 分離膜
３ 散気手段
４ 上段の膜モジュール
５ 下段の膜モジュール
６ 垂直配管
７ モノリス型セラミック膜
８ チャンネル
９ 循環ポンプ
１０ 下部ヘッダ管
１１ 処理水排出管
１２ 処理水排出管
１３ 上部ヘッダ
１４ 返送配管
１５ 加圧水槽
１６ バルブ
１７ バルブ
１８ 流量制御弁
１９ 流量制御弁
２０ 逆洗用配管
２１ 逆洗用配管
２２ 空気配管

Claims (6)

1. 生物処理槽の外部に、その槽内水を循環ろ過する膜モジュールを上下方向に複数段直列に設置するとともに、各段の膜モジュールの二次側に、上段よりも下段の逆洗水量が多くまたは圧力を高くなるように流量調節された逆洗手段を設けたことを特徴とする膜分離活性汚泥処理設備。
2. 逆洗手段が、加圧水槽またはポンプと流量制御弁とにより構成されることを特徴とする請求項１記載の膜分離活性汚泥処理設備。
3. 逆洗手段が、加圧水槽またはポンプと管径の異なる逆洗用配管により構成されることを特徴とする請求項１記載の膜分離活性汚泥処理設備。
4. 上下方向に複数段直列に設置された膜モジュールが、同一直線上にあることを特徴とする請求項１記載の膜分離活性汚泥処理設備。
5. 各段が並列接続された複数の膜モジュールにより構成されることを特徴とする請求項１記載の膜分離活性汚泥処理設備。
6. 膜モジュールがモノリス型セラミック膜を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の膜分離活性汚泥処理設備。

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