JP2008049248A - 膜分離槽および運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】槽底部に沈砂やカルシウムを含む汚泥が長期にわたって堆積することによる弊害の発生を防止する。
【解決手段】槽内に浸漬した膜分離装置５の膜分離運転時に膜面洗浄用散気装置４から供給する膜面洗浄用散気流体により膜分離装置５の膜面に洗浄用の掃流を作用させ、槽内の汚泥を攪拌する汚泥攪拌時もしくは槽内の汚泥を排出する汚泥排出時に槽底面に配置した堆積物除去用散気装置６から供給する堆積物除去用散気流体により槽底部に堆積する汚泥を槽内液中に攪拌混合する。
【選択図】図１

Description

本発明は膜分離槽および運転方法に関し、特に膜分離槽から堆積物を排出する技術に係るものである。

従来、排水処理において膜分離槽は好気性処理、嫌気性処理の何れにおいても採用されている。例えば特許文献１に開示するものは、発酵槽に有機性廃棄物を導いてメタン発酵し、発酵汚泥を発酵槽と膜分離槽との間において循環するものであり、膜分離槽の膜分離装置によって発酵汚泥を固液分離し、膜透過液を系外へ取り出すことにより発酵槽内のＳＳ濃度をメタン発酵を維持するに必要な有効値以上に維持する。

そして、発酵槽の槽内ガスを膜分離装置の下方に配置した散気装置から曝気し、曝気ガスにより生起する気液混相流を膜分離装置の濾過膜の膜面に対して掃流として作用させ、発酵槽の槽底部から余剰な発酵汚泥を引き抜くものである。

また、特許文献２では、内部が通気路をなす複数の管体を並行に設けて散気装置を構成しており、散気装置の基端をブロワに連通させ、先端を膜カートリッジの下方で開口させている。

また、特許文献３では、処理槽の内部に設置した浸漬型膜分離装置が上下方向に配置される平板状の膜カートリッジを適当間隔で並列するとともに、膜カートリッジの下方に散気箱を配置してなり、散気箱は底部が開放するとともに壁面に複数の空気吐出孔を有し、空気吐出孔は膜カートリッジ間の間隔に相応する孔径を有するものである。
特開２０００−２４６６１号公報 特開平９−１０８５４９号公報 特開平８−２６７０８４号公報

上述したように、散気装置は濾過膜の膜面に対して掃流を生じさせる機能を担うために膜分離装置の膜ユニットの下方位置に配置している。また、膜分離槽の槽底部に沈殿する汚泥等による閉塞を防止するために膜分離槽の槽底面から一定の高さの位置に配置している。

ところで、汚泥濃度が高い排水処理方法、例えば原料として有機性廃棄物を発酵槽内に投入するメタン発酵においては、散気に由来する上向流が散気装置より下方領域で生じ難くなり、槽底部に堆積物が発生し易い。特に生ごみ等の有機性廃棄物は砂、貝殻、卵殻等を含んでおり、これらは発酵槽の槽底部から余剰な発酵汚泥とともに引き抜くが、沈砂、貝殻、卵殻等は流動性が悪く、槽底部に留まって堆積物となり易い。好気性処理において槽底部に堆積する汚泥は長期間のＤＯ不足によって腐敗し、自己消化を起こして処理水質を悪化させる要因となる。

本発明は上記した課題を解決するものであり、槽底部に沈砂、貝殻、卵殻等を含む汚泥が長期にわたって堆積することによる弊害の発生を防止できる膜分離槽および運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の膜分離槽は、膜面洗浄装置を有する膜分離装置を槽内に浸漬し、槽底面に堆積物除去装置を配置したことを特徴とする。
また、堆積物感知手段を有し、堆積物感知手段により槽底部の堆積物を検知して堆積物除去装置を駆動することを特徴とする。

本発明の膜分離槽の運転方法は、槽内に浸漬した膜分離装置の膜分離運転時に膜面洗浄装置により膜分離装置の膜面を洗浄し、槽内の汚泥を攪拌する汚泥攪拌時もしくは槽内の汚泥を排出する汚泥排出時に槽底面に配置した堆積物除去装置により槽底部に堆積する汚泥を槽内液中に攪拌混合することを特徴とする。

また、槽内の汚泥を攪拌する汚泥攪拌時もしくは槽内の汚泥を排出する汚泥排出時に膜分離装置の膜分離運転を停止することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、膜分離槽内に浸漬した膜分離装置の膜分離運転時には、膜面洗浄装置の駆動により、例えば膜面洗浄用流体を散気して上向流の固気液混相流を生起させ、この固気液混相流を膜分離装置の濾過膜の膜面に対して洗浄用の掃流として作用させつつ、膜分離装置により槽内液を固液分離して膜透過液を系外へ取り出す。

この膜分離運転時に堆積物除去用散気装置は停止した状態にあり、膜分離槽内は一様な流れが定常流的に循環する定常状態となる。この定常状態で槽内液中の砂、貝殻、卵殻等の流動性に乏しいものが沈殿する。これらの流動性に乏しい沈殿物は一般的に硬くて重いものが多く、その流動によって濾過膜の膜面に損傷等の悪影響を与えるので、膜分離運転時には沈殿した状態にあることが好ましい。

しかし、これらの流動性に乏しいものが層状に堆積するとその排出が困難となり、特に難溶性の有機酸カルシウム塩を含む汚泥が層状に堆積すると困難である。また、嫌気性消化においては有機酸発酵とメタン発酵が生じ、有機性廃棄物を効率良くメタン発酵させるためには、有機酸発酵において生成する有機酸とメタン菌との接触が重要である。しかし、膜分離運転時の定常状態では一部の有機酸が有機酸カルシウム塩等として槽底部に偏在する。このため、堆積物除去装置によって膜分離槽の全体を槽底部から攪拌して有機酸およびメタン菌を膜分離槽内に均一に分散させてメタン発酵を促進する。

この堆積物除去装置による攪拌は、任意の汚泥攪拌時、汚泥排出時、あるいは堆積物感知手段により槽底部の堆積物を検知した時に行い、膜分離装置の運転を停止した状態で堆積物除去装置を駆動し、槽底面に配置した堆積物除去装置から、例えば加圧した空気やバイオガスを供給して槽底部に堆積する汚泥を槽底面から全面的に噴き上げて槽内液中に攪拌混合する。

このように、膜分離槽の槽底部に堆積した汚泥を定期的に、あるは任意の時に槽内液中に攪拌混合することで、好気性処理においては堆積汚泥の腐敗を防止することができる。また、槽底部に砂分等が堆積することを抑制することができ、槽内清掃の頻度を少なくできる。さらに、汚泥、砂分の堆積が減少することで、膜分離装置の膜面洗浄用散気装置の周辺に堆積物がなくなり、常に正常な散気操作を行うことができ、散気不良による膜分離装置の膜面の閉塞などが防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の膜分離槽は単独使用も可能であり、好気性処理、嫌気性処理の何れにも使用することができるが、図１に示すように、本実施の形態では、し尿、浄化槽汚泥、生ごみ、食品廃棄物等の有機性廃棄物をメタン発酵させる設備に使用する膜分離槽１を例に説明する。

膜分離槽１は密閉構造をなしており、汚泥循環系２および汚泥返送系３を介してメタン発酵槽（図示省略）に連通している。汚泥循環系２はメタン発酵槽の発酵汚泥を膜分離槽１へ循環するためのもので、循環ポンプ、スクリーン等を有し、汚泥返送系３は膜分離槽１の発酵汚泥をメタン発酵槽に戻すものである。

本実施の形態では、膜分離槽１の槽内には膜面洗浄装置として膜面洗浄用散気装置４を有する膜分離装置５を浸漬しており、槽底面に堆積物除去装置として複数の堆積物除去用散気装置６を適当間隔で配置している。膜面洗浄装置および堆積物除去装置は散気装置に限らず、機械式のものを適用することも可能である。

堆積物除去用散気装置６は膜面洗浄用散気装置４より下方位置にあり、膜面洗浄用散気装置４には散気孔を有する散気管等を使用しており、堆積物除去用散気装置６としては閉塞が起き難い底面設置型のディスクディフューザー等を使用する。

膜分離装置５は膜ケース５ａに複数の膜カートリッジ５ｂを鉛直方向に、かつ適当間隙をあけて平行に収納しており、膜カートリッジ５ｂの下方に膜面洗浄用散気装置４を配置している。膜カートリッジ５ｂは平板状の濾板の表面を覆って有機膜を配置したものであり、駆動方式は槽内の水頭を利用する重力濾過も可能であるが、本実施の形態では吸引ポンプ７による吸引濾過を行なう。

膜面洗浄用散気装置４および堆積物除去用散気装置６には膜分離槽１もしくはメタン発酵槽の槽内ガス（バイオガス）を供給する曝気ガス供給系８が電動式の三方切換弁９を介して接続しており、曝気ガス供給系８はブロア８ａを有している。ブロア８ａはインバーター制御により膜面洗浄用散気装置４へ供給する風量と堆積物除去用散気装置６へ供給する風量とを変更可能である。

本実施の形態では堆積物除去用散気装置６に膜面洗浄用散気装置４と兼用のブロア８ａを接続したが、堆積物除去用散気装置６に独立したコンプレッサーを接続し、圧縮した槽内ガス（バイオガス）を供給することも可能である。

膜分離槽１の上部には槽内ガスを逃がすガス逃がし系１０を設けており、槽底部には汚泥排出系１１を設けている。膜分離槽１の下部には堆積物感知手段をなす堆積物感知センサー１２を設けており、堆積物感知センサー１２はトルク感知式のレベルセンサー、振動式レベルセンサーなどが使用可能である。

上記した構成における作用を説明する。メタン発酵槽では槽内で発酵する発酵汚泥を汚泥循環系２および汚泥返送系３を通して膜分離槽１に循環し、膜分離槽１の膜分離装置５によって発酵汚泥を固液分離する。

この膜分離装置５を通った膜透過液を系外へ取り出すことによりメタン発酵槽におけるＳＳ（メタン菌）濃度をメタン発酵を維持するに必要な有効値、例えば３〜７％以上に維持する。

この膜分離装置５の膜分離運転時には、曝気ガス供給系８により膜面洗浄用散気流体として槽内ガスを膜面洗浄用散気装置４に供給し、膜面洗浄用散気装置４から曝気する槽内ガスにより生起する固気液混相流を膜分離装置５の濾過膜の膜面に掃流として作用させ、膜面におけるケーキ層の付着を防止する。

この膜分離運転時に堆積物除去用散気装置６は停止した状態にあり、膜分離槽１の内部は一様な流れが定常流的に循環する定常状態となる。この定常状態で槽内液中の砂、貝殻、卵殻等の流動性に乏しいものが沈殿する。これらの流動性に乏しい沈殿物は一般的に硬くて重いものが多く、その流動によって濾過膜の膜面に損傷等の悪影響を与えるので、膜分離運転時には沈殿した状態にあることが好ましい。

しかし、これらの流動性に乏しいものが層状に堆積するとその排出が困難となり、特に難溶性の有機酸カルシウム塩を含む汚泥が層状に堆積すると困難である。
このため、任意の汚泥攪拌時時に手動操作によって、あるいは定期的にタイマー操作によって、もしくは堆積物感知センサー１２がオンする時に、三方切換弁９を膜面洗浄用散気装置４から堆積物除去用散気装置６へ切り換え、ブロア８ａの風量を制御し、曝気ガス供給系８により堆積物除去用散気流体として槽内ガスを堆積物除去用散気装置６に供給し、堆積物除去用散気装置６から曝気する槽内ガスにより膜分離槽１の全体を槽底部から攪拌する。堆積物除去用散気装置６は膜分離装置５の運転を停止した状態で作動させる。

このように、膜分離槽１の槽底部に堆積した汚泥を定期的に、あるは任意の時に槽内液中に攪拌混合することで、好気性処理においては堆積汚泥の腐敗を防止することができる。また、槽底部に砂分等が堆積することを抑制することができ、槽内清掃の頻度を少なくできる。さらに、汚泥、砂分の堆積が減少することで、膜分離装置５の膜面洗浄用散気装置４の周辺に堆積物がなくなり、常に正常な散気操作を行うことができ、散気不良による膜分離装置５の膜面の閉塞などが防止できる。

また、余剰汚泥の排出時には、手動操作によって三方切換弁９を操作して、曝気ガス供給系８により堆積物除去用散気流体として槽内ガスを堆積物除去用散気装置６に供給し、堆積物除去用散気装置６から曝気する槽内ガスにより膜分離槽１の全体を槽底部から攪拌しつつ汚泥排出系１１から槽内液を排出する。

また、メタン発酵槽および膜分離槽１では嫌気性消化として有機酸発酵とメタン発酵が生じるが、有機性廃棄物を効率良くメタン発酵させるためには、有機酸発酵において生成する有機酸とメタン菌との接触が重要である。しかし、膜分離運転時の定常状態では一部の有機酸が有機酸カルシウム塩等として槽底部に偏在する。

このため、任意の汚泥攪拌時時に手動操作によって、あるいは定期的にタイマー操作によって三方切換弁９を操作して、曝気ガス供給系８により堆積物除去用散気流体として槽内ガスを堆積物除去用散気装置６に供給し、堆積物除去用散気装置６から曝気する槽内ガスにより膜分離槽１の全体を槽底部から攪拌する。この攪拌によって槽底部に堆積する有機酸カルシウム塩等を含む汚泥およびメタン菌を膜分離槽１の内部に均一に分散させてメタン発酵を促進する。

このように、メタン発酵における膜分離槽１の運転において、膜分離槽１の内部に定常状態と攪拌状態を意図的に形成し、定常状態では濾過膜の膜面に損傷等の悪影響を与える流動性に乏しいものを沈殿させ、攪拌状態では槽底部の有機酸カルシウム塩等を含む汚泥およびメタン菌を均一に分散させることで、膜分離装置５の膜面保護とメタン発酵の促進とを実現する。

本発明の他の実施の形態としては、図３に示すように、堆積物除去装置に攪拌羽根２０を採用することも可能である。攪拌羽根２０は槽底面の近傍に配置するものであり、連続的な形状であっても良く、不連続で単発的な形状でも良い。攪拌羽根２０は槽外に配置したモータ２１によって回転駆動する。

本発明の実施の形態における膜分離槽の膜分離運転時を示す模式図 同実施の形態における膜分離槽の攪拌時を示す模式図 本発明の他の実施の形態における膜分離槽を示す模式図

符号の説明

１ 膜分離槽
２ 汚泥循環系
３ 汚泥返送系
４ 膜面洗浄用散気装置
５ 膜分離装置
５ａ 膜ケース
５ｂ 膜カートリッジ
６ 堆積物除去用散気装置
７ 吸引ポンプ
８ 曝気ガス供給系
８ａ ブロア
９ 三方切換弁
１０ ガス逃がし系
１１ 汚泥排出系
１２ 堆積物感知センサー
２０ 攪拌羽根
２１ モータ

Claims (4)

1. 膜面洗浄装置を有する膜分離装置を槽内に浸漬し、槽底面に堆積物除去装置を配置したことを特徴とする膜分離槽。
2. 堆積物感知手段を有し、堆積物感知手段により槽底部の堆積物を検知して堆積物除去装置を駆動することを特徴とする請求項１に記載の膜分離槽。
3. 槽内に浸漬した膜分離装置の膜分離運転時に膜面洗浄装置により膜分離装置の膜面を洗浄し、槽内の汚泥を攪拌する汚泥攪拌時もしくは槽内の汚泥を排出する汚泥排出時に槽底面に配置した堆積物除去装置により槽底部に堆積する汚泥を槽内液中に攪拌混合することを特徴とする膜分離槽の運転方法。
4. 槽内の汚泥を攪拌する汚泥攪拌時もしくは槽内の汚泥を排出する汚泥排出時に膜分離装置の膜分離運転を停止することを特徴とする請求項３に記載の膜分離槽の運転方法。

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