JP2007260636A - 膜ろ過装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝集剤の過剰注入を防止し、且つ、良好なフロック形成により目詰まりのし難い膜ろ過装置を提供する。
【解決手段】供給ポンプ４の吐出側管路５が膜モジュール３に接続され、吐出側管路５から分岐して供給ポンプ４の吸込側管路６に接続される戻り管路７が設けられ、戻り管路７に、流量調節用のバルブ８が設けられ、吐出側管路５と戻り管路７との分岐点Ａからバルブ８までの間で、凝集剤をダイヤフラムポンプ１２により戻り管路７へ注入する第１の注入部１０が設けられ、緩速攪拌用の攪拌装置１７が供給ポンプ４の吐出側と上記分岐点Ａとの間で吐出側管路５に設けられ、供給ポンプ４の吐出側と攪拌装置１７との間で、凝集剤をダイヤフラムポンプ２２により吐出側管路５へ注入する第２の注入部２０が設けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、上水、浄水、下水、用水、廃水等の処理において、このような被処理液に凝集剤を添加してフロックを形成した後、膜モジュールでろ過する膜ろ過装置に関する。

従来、この種の膜ろ過装置としては例えば、図７（ａ）に示すように、被処理液５１をろ過する膜モジュール５２と、この膜モジュール５２に被処理液５１を供給する供給ポンプ５３とを備えた膜ろ過装置５４がある。供給ポンプ５３の吸込側には、攪拌槽５５と、この攪拌槽５５に被処理液５１を送水する送水ポンプ５６とが設けられている。供給ポンプ５３の吸込側管路５７は攪拌槽５５の排出口に接続され、供給ポンプ５３の吐出側管路５８は膜モジュール５２の入口に接続されている。また、攪拌槽５５内の被処理液５１に凝集剤を注入する注入部５９が設けられており、さらに、攪拌槽５５内の被処理液５１と凝集剤とを攪拌してフロックを生成させる攪拌機６０が設けられている。この攪拌機６０は、攪拌翼６１と、攪拌翼６１を回転させるモータ６２等で構成されている。

これによると、被処理液５１を攪拌槽５５に送水し、凝集剤を注入部５９から攪拌槽５５内の被処理液５１に注入し、攪拌機６０で攪拌するとともに攪拌槽５５内に滞留させてフロックを生成させる。フロックを含んだ被処理液５１は、攪拌槽５５から吸込側管路５７と供給ポンプ５３と吐出側管路５８とを通って、膜モジュール５２でろ過される。

尚、上記のように供給ポンプ５３の吸込側に攪拌槽５５を設置した構成の膜ろ過装置は下記特許文献１に示されている。
しかしながら図７（ａ）に示した膜モジュール５２では、攪拌槽５５内にて生成され十分な滞留時間を経て粗大化したフロックが供給ポンプ５３を通過する際に破壊されて細かくなってしまい、膜モジュール５２が目詰まりし易い。また、攪拌槽５５を設置して攪拌機６０で攪拌しているため、動力や設置スペースが増大するといった問題がある。

このような問題の対策として、図７（ｂ）に示すような膜ろ過装置６５がある。すなわち、攪拌槽５５や攪拌機６０を設けず、その代りに、供給ポンプ５３の吐出側管路５８の途中に、ラインミキサーやフロキュレーター等の攪拌装置６６を設けている。また、供給ポンプ５３の吐出側と攪拌装置６６の入口との間で、凝集剤を吐出側管路５８に注入する注入部６７が設けられている。凝集剤は、ダイヤフラムポンプ６８によって、注入部６７から吐出側管路５８に注入される。尚、ダイヤフラムポンプ６８は、モータ等を用いてダイヤフラムを往復させ、ダイヤフラムに連動させて吸入弁と吐出弁とを開閉させるポンプである。

これによると、凝集剤は、供給ポンプ５３から吐出した被処理液５１に、注入部６７から注入される。その後、凝集剤と被処理液５１とは攪拌装置６６で攪拌され、フロックが生成される。

しかしながら図７（ｂ）に示した膜ろ過装置６５では、凝集剤注入直後における攪拌や滞留時間が不足し易いため、フロックを十分に形成することが難しいといった問題があった。

このような問題の対策として、図７（ｃ）に示す膜ろ過装置７０は、凝集剤を注入部６７から供給ポンプ５３の吸込側管路５７に注入するように構成されている。
これによると、凝集剤が注入部６７から被処理液５１に注入され、その後、凝集剤と被処理液５１とは、供給ポンプ５３によって均一に混合され、その後、さらに攪拌装置６６によって緩速攪拌される。これにより、膜ろ過に有効なサイズのフロックが生成される。
特開２００１−２８６８７２

しかしながら上記図７（ｃ）に示した膜ろ過装置７０では、供給ポンプ５３の吸込側管路５７内が大気圧未満（すなわち負圧）になる。これに対して、凝集剤はダイヤフラムポンプ６８によって注入部６７から吸込側管路５７に注入されるのであるが、上記のように吸込側管路５７内が大気圧未満となるため、吸引作用が働いてダイヤフラムポンプ６８の吐出弁が確実に閉鎖せず、凝集剤が引き出されて過剰な量の凝集剤が注入されてしまうといった問題があった。

本発明は、凝集剤の過剰注入を防止し、且つ、良好なフロック形成により目詰まりのし難い膜ろ過装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本第１発明は、被処理液をろ過する膜モジュールと、この膜モジュールに被処理液を供給する供給ポンプとを備えた膜ろ過装置であって、
供給ポンプの吐出側管路が膜モジュールの入口に接続され、
上記吐出側管路から分岐して供給ポンプの吸込側管路に接続される戻り管路が設けられ、
戻り管路に、戻り管路から上記吸込側管路に戻る被処理液の流量を調節する流量調節手段が設けられ、
吐出側管路と戻り管路との分岐点から流量調節手段までの間で、凝集剤を注入ポンプで戻り管路に注入する注入部が設けられているものである。

これによると、供給ポンプを作動することにより、被処理液は、吸込側管路から供給ポンプを経て吐出側管路へ流れ、吐出側管路を経て膜モジュールでろ過される。この際、被処理液の一部は、吐出側管路から分岐して戻り管路を流れ、注入ポンプによって凝集剤を注入され、戻り管路から供給ポンプの吸込側管路へ戻る。このようにして凝集剤を注入された被処理液は、吸込側管路を通り、供給ポンプ内で凝集剤と均一に混合され、その後、吐出側管路へ吐出され、吐出側管路中で膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

さらに、被処理液の一部が吸込側管路と吐出側管路と戻り管路とで形成される循環管路を循環することによって、被処理液中に形成されたフロックの一部が供給ポンプにより破壊され、その破壊された小さなフロックが核となって後段でのフロック形成が促進される。このようなフロック形成過程が上記循環管路において繰り返されることにより、一段と膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

また、上記吐出側管路は供給ポンプの吐出圧力によって大気圧よりも高い圧力（正圧）に加圧されているため、上記戻り管路も吐出側管路と同様に大気圧よりも高い圧力となる。したがって、凝集剤を戻り管路内の被処理液に注入する際、注入部に吸引作用が働くことはなく、凝集剤の過剰注入を防止することができる。

尚、戻り管路から吸込側管路に戻る被処理液の流量は流量調節手段によって最適な流量に調節される。
本第２発明は、供給ポンプの吐出側管路に攪拌装置が設けられているものである。

これによると、戻り管路において凝集剤を注入された被処理液は、吸込側管路を通り、供給ポンプ内で凝集剤と均一に混合され、その後、攪拌装置で緩速攪拌される。これにより、膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

本第３発明は、攪拌装置は供給ポンプの吐出側から吐出側管路と戻り管路との分岐点までの間に設けられ、
供給ポンプの吐出側と攪拌装置との間で、凝集剤を注入ポンプで吐出側管路に注入する別の注入部が設けられているものである。

これによると、被処理液の一部が吸込側管路と吐出側管路と戻り管路とで形成される循環管路を循環し、この際、供給ポンプにおいて、注入部から注入された凝集剤と被処理液との均一な混合と、被処理液中に形成されたフロックの一部の破壊とがなされる。その後、供給ポンプの吐出側において別の注入部から吐出側管路に注入された凝集剤によって、前段において上記供給ポンプで破壊された小さなフロックが核となって、フロック形成が促進され、このようなフロック形成過程が上記循環管路において繰り返されることにより、膜ろ過に適した非常に良好なフロックを形成することができる。

さらに、上記のように凝集剤の注入を注入部と別の注入部との二段に分けることで、凝集剤の使用総量を抑えることができる。
また、上記吐出側管路と戻り管路とは共に、供給ポンプの吐出圧力によって大気圧よりも高い圧力（正圧）に加圧されているため、凝集剤を戻り管路内の被処理液に注入する際、注入部に吸引作用が働くことはなく、注入部における凝集剤の過剰注入を防止することができる。同様に、凝集剤を吐出側管路内の被処理液に注入する際、別の注入部に吸引作用が働くことはなく、別の注入部における凝集剤の過剰注入を防止することができる。

以上のように本発明によると、正圧部となる戻り管路に凝集剤を注入することにより、注入部に吸引作用が働くことはなく、凝集剤の過剰注入を防止することができ、また、凝集剤注入後、凝集剤と被処理液とが速やかに均一に混合されるため、膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

さらに、前段において供給ポンプで破壊された小さなフロックが核となって、後段でフロックが形成され、このようなフロック形成過程が循環管路において繰り返されることにより、膜ろ過に適した非常に良好なフロックを形成することができる。また、吸引作用が働かない別の注入部からも凝集剤を注入することで、必要な凝集剤の総量を抑えることができる。

以下、本発明における実施の形態を図面に基いて説明する。
（実施の形態１）
本発明における実施の形態１を図１，図２に基いて説明する。

１は膜ろ過装置であり、被処理液２を全量ろ過する膜モジュール３と、この膜モジュール３に被処理液２を供給する供給ポンプ４とを備えている。供給ポンプ４の吐出側管路５が膜モジュール３の入口に接続されている。また、上記吐出側管路５の途中から分岐して供給ポンプ４の吸込側管路６の途中に接続される戻り管路７が設けられている。戻り管路７には、戻り管路７から吸込側管路６に戻る被処理液２の流量を調節するバルブ８（流量調節手段の一例）が設けられている。

吐出側管路５と戻り管路７との分岐点Ａからバルブ８までの間で、凝集剤を戻り管路７に注入する注入部１０が設けられている。注入部１０は、戻り管路７に接続される注入管路１１と、凝集剤を注入管路１１から戻り管路７に圧送するダイヤフラムポンプ１２（注入ポンプの一例）とを有している。

以下、上記構成における作用を説明する。
供給ポンプ４を作動することにより、被処理液２は、吸込側管路６から供給ポンプ４を経て吐出側管路５へ流れ、吐出側管路５を経て膜モジュール３でろ過される。この際、被処理液２の一部は、吐出側管路５から分岐して戻り管路７を流れ、ダイヤフラムポンプ１２によって凝集剤を注入され、戻り管路７から吸込側管路６へ戻る。このようにして凝集剤を注入された被処理液２は、再び吸込側管路６を通り、供給ポンプ４内で回転するインペラー等により凝集剤と均一に混合され、その後、吐出側管路５へ吐出される。これにより、被処理液２と凝集剤とは供給ポンプ４によって十分に混合され、吐出側管路５中で膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

さらに、被処理液２の一部が吸込側管路６と吐出側管路５と戻り管路７とで形成される循環管路を循環することによって、被処理液２中に形成されたフロックの一部が供給ポンプ４により破壊され、その破壊された小さなフロックが核となって後段でのフロック形成が促進される。このようなフロック形成過程が上記循環管路において繰り返されることにより、一段と膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

また、上記吐出側管路５は供給ポンプ４の吐出圧力によって大気圧よりも高い圧力（正圧）に加圧されているため、上記戻り管路７も吐出側管路５と同様に大気圧よりも高い圧力となる。したがって、凝集剤を戻り管路７内の被処理液２に注入する際、注入部１０に吸引作用が働くことはなく、ダイヤフラムポンプ１２が凝集剤を過剰に注入するといった不具合を防止することができる。

尚、バルブ８の開度を調節することによって、戻り管路７から吸込側管路６に戻る被処理液２の流量を最適な流量となるように調節しており、通常、戻り管路７から吸込側管路６に戻る被処理液２の流量が吐出側管路５から膜モジュール３に供給される被処理液２の流量よりも少なくなるように設定されている。

尚、図２はろ過時間に対する膜モジュールの膜差圧を示すグラフであり、グラフＧ１は上記図１に示した実施の形態１の膜ろ過装置１の膜モジュール３に関するものであり、グラフＧ３は図７（ｂ）に示した従来の膜ろ過装置６５の膜モジュール５２に関するものである。

これによると、実施の形態１の膜ろ過装置１では、被処理液２と凝集剤とは供給ポンプ４によって十分且つ均一に混合されるため、膜ろ過に適した良好なフロックが形成され、これにより、グラフＧ１に示されるように、膜モジュール３の膜差圧が低下する。これに対して、グラフＧ３に示されるように、従来の図７（ｂ）の膜ろ過装置６５では、膜ろ過に適したフロックを十分に形成することが難しいため、膜モジュール５２の膜差圧が本発明のものより上昇してしまう。

（実施の形態２）
本発明における実施の形態２を図３に基いて説明する。
供給ポンプ４の吐出側と上記分岐点Ａとの間において、上記吐出側管路５には、緩速攪拌を行う攪拌装置１７が設けられている。この攪拌装置１７には、例えばラインミキサーやフロキュレーター等が用いられている。

これによると、戻り管路７において凝集剤を注入された被処理液２は、吸込側管路６を通り、供給ポンプ４内で回転するインペラー等により急速攪拌され、供給ポンプから吐出された後、攪拌装置１７で緩速攪拌される。これにより、凝集剤と被処理液２とをより十分に攪拌することができ、膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

尚、図２のグラフＧ２は本実施の形態２におけるろ過時間に対する膜差圧を示すグラフである。
（実施の形態３）
本発明における実施の形態３を図４に基いて説明する。

凝集剤を戻り管路７に注入する注入部１０を第１の注入部１０とする。また、供給ポンプ４の吐出側と攪拌装置１７の入口との間において、凝集剤を吐出側管路５に注入する第２の注入部２０（別の注入部の一例）が設けられている。第２の注入部２０は、吐出側管路５に接続される注入管路２１と、凝集剤を注入管路２１から吐出側管路５に圧送するダイヤフラムポンプ２２（注入ポンプの一例）とを有している。

以下、上記構成における作用を説明する。
供給ポンプ４を作動することにより、被処理液２は、吸込側管路６から供給ポンプ４を経て吐出側管路５へ流れ、吐出側管路５から攪拌装置１７を経て膜モジュール３でろ過される。この際、被処理液２の一部は、吐出側管路５から分岐して戻り管路７を流れ、ダイヤフラムポンプ１２によって第１の注入部１０から凝集剤を注入され、戻り管路７から吸込側管路６へ戻る。このようにして凝集剤を注入された被処理液２は、再び吸込側管路６を通り、供給ポンプ４内で回転するインペラー等により凝集剤と均一に混合され、その後、吐出側管路５を流れ、ダイヤフラムポンプ２２によって第２の注入部２０から凝集剤を注入され、攪拌装置１７で緩速攪拌される。

これにより、被処理液２の一部が吸込側管路６と吐出側管路５と戻り管路７とで形成される循環管路を循環し、この際、供給ポンプ４において、第１の注入部１０から注入された凝集剤と被処理液２との均一な混合と、被処理液２中に形成されたフロックの一部の破壊とがなされる。その後、供給ポンプ４の吐出側において第２の注入部２０から注入された凝集剤によって、前段において上記供給ポンプ４で破壊された小さなフロックが核となって、フロック形成が促進され、このようなフロック形成過程が上記循環管路において繰り返されることにより、膜ろ過に適した非常に良好なフロックを形成することができる。

さらに、上記のように凝集剤の注入を第１の注入部１０と第２の注入部２０との二段に分けることで、凝集剤の使用総量を抑えることができる。
また、上記吐出側管路５と戻り管路７とは共に、供給ポンプ４の吐出圧力によって大気圧よりも高い圧力（正圧）に加圧されているため、凝集剤を戻り管路７内の被処理液２に注入する際、第１の注入部１０に吸引作用が働くことはなく、ダイヤフラムポンプ１２が凝集剤を戻り管路７に過剰に注入するといった不具合を防止することができる。同様に、凝集剤を吐出側管路５内の被処理液２に注入する際、第２の注入部２０に吸引作用が働くことはなく、ダイヤフラムポンプ２２が凝集剤を吐出側管路５に過剰に注入するといった不具合を防止することができる。

上記実施の形態３では、凝集剤を第１の注入部１０と第２の注入部２０との両方から注入しているが、いずれか片方のみから注入してもよい。
（実施の形態４）
本発明における実施の形態４は、図５に示すように、攪拌装置１７は、分岐点Ａと膜モジュール３との間で、吐出側管路５に設けられている。尚、第２の注入部２０を設けなくてもよい。

上記各実施の形態では、膜モジュール３は全量ろ過方式とクロスフロー方式とのどちらであってもよい。尚、クロスフロー方式の膜モジュールを用いた別の例を下記実施の形態５で説明する。

（実施の形態５）
図６の実線で示すように、膜モジュール２６はクロスフロー方式のものであり、膜モジュール２６から排出された濃縮液２７を吸込側管路６に戻す戻り管路２８が設けられている。戻り管路２８には、戻り管路２８から吸込側管路６に戻る濃縮液２７の流量を調節するバルブ２９（流量調節手段の一例）が設けられている。

膜モジュール２６とバルブ２９との間で、凝集剤を戻り管路２８に注入する注入部３０が設けられている。注入部３０は、戻り管路２８に接続される注入管路３１と、凝集剤を注入管路３１から戻り管路２８に圧送するダイヤフラムポンプ３２（注入ポンプの一例）とを有している。

以下、上記構成における作用を説明する。
供給ポンプ４を作動することにより、被処理液２は、吸込側管路６から供給ポンプ４を経て吐出側管路５へ流れ、吐出側管路５から攪拌装置１７を経て膜モジュール２６でろ過される。この際、被処理液２の一部は膜を透過して透過液として膜モジュール２６から排出され、残りは濃縮液２７として膜モジュール２６から排出され戻り管路２８を通って吸込側管路６に戻される。

凝集剤はダイヤフラムポンプ３２によって注入部３０から戻り管路２８へ注入され、凝集剤を注入された濃縮液２７が吸込側管路６内の被処理液２に混合される。濃縮液２７が混合された被処理液２は、再び吸込側管路６を通り、供給ポンプ４内で回転するインペラー等により凝集剤と均一に混合され、供給ポンプ４から吐出された後、攪拌装置１７で緩速攪拌される。これにより、凝集剤と被処理液２とをより十分に攪拌することができ、膜ろ過に適した良好なフロックを形成することができる。

また、上記吐出側管路５は供給ポンプ４の吐出圧力によって大気圧よりも高い圧力（正圧）に加圧されているため、上記戻り管路２８も吐出側管路５と同様に大気圧よりも高い圧力となる。したがって、凝集剤を戻り管路２８内の濃縮液２７に注入する際、注入部３０に吸引作用が働くことはなく、ダイヤフラムポンプ３２が凝集剤を過剰に注入するといった不具合を防止することができる。

尚、バルブ２９の開度を調節することによって、戻り管路２８から吸込側管路６に戻る濃縮液２７の流量を最適な流量となるように調節している。
上記実施の形態５では、凝集剤を注入部３０のみから注入しているが、注入部３０を第１の注入部３０とし、図６の仮想線で示すように、先述した実施の形態３と同様な第２の注入部２０を設けてもよい。また、攪拌装置１７を設けなくてもよい。

上記各実施の形態では、注入ポンプの一例としてダイヤフラムポンプ１２，２２，３２を用いたが、ダイヤフラム以外のポンプを用いてもよい。
上記各実施の形態では、流量調節手段の一例としてバルブ８，２９を用いたが、絞り等を用いてもよい。

上記各実施の形態では、膜モジュール３，２６に使用される膜のタイプは、特に限定されるものではなく、例えば、管状膜、スパイラル状膜、中空糸膜、平膜等のいずれかであってもよく、また、その材質も有機膜或いは無機膜のいずれであってもよい。

本発明の実施の形態１における膜ろ過装置の図である。 同、膜ろ過装置の膜モジュールと従来の膜ろ過装置の膜モジュールとのろ過時間に対する膜差圧を示すグラフである。 本発明の実施の形態２における膜ろ過装置の図である。 本発明の実施の形態３における膜ろ過装置の図である。 本発明の実施の形態４における膜ろ過装置の図である。 本発明の実施の形態５における膜ろ過装置の図である。 従来の膜ろ過装置の図である。

符号の説明

１ 膜ろ過装置
２ 被処理液
３ 膜モジュール
４ 供給ポンプ
５ 吐出側管路
６ 吸込側管路
７ 戻り管路
８ バルブ（流量調節手段）
１０ 注入部
１２ ダイヤフラムポンプ（注入ポンプ）
１７ 攪拌装置
２０ 第２の注入部（別の注入部）
２２ ダイヤフラムポンプ（注入ポンプ）
Ａ 分岐点

Claims (3)

1. 被処理液をろ過する膜モジュールと、この膜モジュールに被処理液を供給する供給ポンプとを備えた膜ろ過装置であって、
   供給ポンプの吐出側管路が膜モジュールの入口に接続され、
   上記吐出側管路から分岐して供給ポンプの吸込側管路に接続される戻り管路が設けられ、
   戻り管路に、戻り管路から上記吸込側管路に戻る被処理液の流量を調節する流量調節手段が設けられ、
   吐出側管路と戻り管路との分岐点から流量調節手段までの間で、凝集剤を注入ポンプで戻り管路に注入する注入部が設けられていることを特徴とする膜ろ過装置。
2. 供給ポンプの吐出側管路に攪拌装置が設けられていることを特徴とする請求項１記載の膜ろ過装置。
3. 攪拌装置は供給ポンプの吐出側から吐出側管路と戻り管路との分岐点までの間に設けられ、
   供給ポンプの吐出側と攪拌装置との間で、凝集剤を注入ポンプで吐出側管路に注入する別の注入部が設けられていることを特徴とする請求項２記載の膜ろ過装置。

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