JP2009220018A - 膜の洗浄方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 活性汚泥混合液を固液分離する内圧式分離膜における、膜１次側流路の汚泥による閉塞を、コストのかかる薬品等を用いることなく、効果的に除去する方法を提供すること。
【解決手段】 被処理水を活性汚泥処理し、活性汚泥処理により得られる活性汚泥混合液を固液分離する内圧式分離膜の洗浄方法であって、分離膜１次側に滞留する活性汚泥混合液を分離膜内から排出するドレン工程と、ドレン工程終了後の分離膜１次側に気体を封入し加圧状態にする気体加圧工程と、気体加圧工程終了後に分離膜１次側の圧力を開放し気体を排出する気体排出工程を有することを特徴とする膜の洗浄方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水や産業排水等の有機性排水を生物処理した後、膜分離する分離膜の洗浄方法およびその方法を用いる装置に関する。

従来、下水や産業排水等の有機性排水を処理する方法として、膜分離活性汚泥処理が用いられている。膜分離活性汚泥法では、活性汚泥混合液を精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜等で膜ろ過をすることで、膜を通過できない濁質や微生物が完全に除去され、清澄な処理水を得ることができる。用いられる膜としては、膜の外側から内側に向かってろ過を行う外圧式分離膜と、膜の内側から外側に向かってろ過をする内圧式分離膜があり、膜形状により、平膜、中空糸膜、チューブラ膜などがある。外圧式分離膜は主として、活性汚泥槽に直接浸漬させてろ過を行う目的で使用され、浸漬型の膜分離活性汚泥法と呼ばれる。一方、内圧式分離膜は主として、活性汚泥槽の外部に設置して活性汚泥槽から活性汚泥を膜１次側へ循環供給しろ過を行う目的で使用され、クロスフロー型の膜分離活性汚泥法と呼ばれる。

前記いずれの方式であっても、運転の継続に伴い膜１次側表面に汚泥が付着し透水性能が低下する。内圧式分離膜では膜１次側でのクロスフロー流速を確保し、膜１次側表面で流体によるせん断力を作用させ、汚泥の堆積を抑制している。さらに、ろ過運転を一時中断し膜透過水など清澄な水をろ過方向と逆向きに膜を通過させる逆流洗浄や、洗浄液に薬品を添加した薬品添加逆流洗浄を定期的に実施し、膜１次側表面を洗浄する方法が一般的に実施されている。（特許文献１参照）

しかし、このようなクロスフロー流速によるせん断力や、逆流洗浄による付着汚泥剥離の効果には限界があり、徐々に汚泥が堆積し内圧式分離膜の場合は、膜の１次側流路内に徐々に汚泥が堆積し透水性が低下すると共に、堆積した汚泥により流路が狭くなりクロスフローの圧力損失が増加する。一般的に内圧式分離膜の膜１次側流路は複数存在し、汚泥付着がより少なく圧力損失の少ない他の膜１次側流路に優先的にクロスフローの活性汚泥が流れ、汚泥の堆積により狭くなった流路ではクロスフロー流速が低下し汚泥の堆積がさらに促進され、最終的には流路が完全に汚泥で塞がれてしまう。

一度流路が塞がれると、上述の洗浄方法では閉塞した汚泥の除去は困難であり、高濃度の薬品に膜を浸漬させ閉塞した汚泥を溶解除去させる必要がある。このような洗浄に要する時間は概して長く、２４時間を越えることもあり、その間排水の処理が停止してしまうこととなる。また用いる薬品のコストや排薬品の処理コストも発生し、運転コストが増大する。これらの逆流洗浄や薬品洗浄とは異なった考え方の洗浄方法として、高圧水および高圧ガスを内圧式分離膜の１次側に通過させる方法が下記特許文献１に示されている。このような高圧流体を用いた洗浄方法は一定の洗浄効果は期待できる。

特開２０００−８４３７７号公報

しかしながら、前記洗浄方法では、完全に閉塞してしまった流路の汚泥を除去するには不十分であり、また構成機器が増え、装置コストが増加する課題があった。

本発明では、前記問題に鑑みてなされたものであり、被処理水を活性汚泥処理し、活性汚泥処理により得られる活性汚泥混合液を固液分離する内圧式分離膜における、膜１次側流路の汚泥による閉塞を、コストのかかる薬品等を用いることなく、効果的に除去する方法を提供することを目的とする。

本発明は、被処理水を活性汚泥処理し活性汚泥処理により得られる活性汚泥混合液を固液分離する内圧式分離膜の洗浄方法であって、分離膜１次側に滞留する活性汚泥混合液を排出するドレン工程と、ドレン工程終了後の分離膜１次側に気体を封入し加圧状態にする気体加圧工程と、気体加圧工程終了後に分離膜１次側の圧力を開放し気体を排出する気体排出工程を有することを特徴とする内圧式分離膜の洗浄方法である。

また、本発明においては、内圧式分離膜の洗浄方法は、分離膜１次側の循環流によるクロスフロー工程および／または分離膜の２次側から１次側への逆流による逆洗浄工程をさらに有し、ドレン工程と気体加圧工程と気体排出工程とからなる気体加圧汚泥除去工程と、前記活性汚泥混合液を固液分離するろ過工程との間で、前記クロスフロー工程および／または逆洗浄工程を行うことを特徴とする内圧式分離膜の洗浄方法である。

また本発明は、クロスフロー工程において分離膜の１次側圧力が所定の圧力に達した時点で、ドレン工程と、気体加圧工程と、気体排出工程を実施することを特徴とする内圧式分離膜の洗浄方法である。

また本発明は、気体加圧工程において、分離膜１次側に加える圧力を１０ｋＰａ以上で内圧式分離膜の最高耐圧の９５％または内圧式分離膜のバブルポイント圧のいずれか低い圧力値を超えない範囲とすることを特徴とする内圧式分離膜の洗浄方法である。

さらに本発明は、被処理水を活性汚泥処理し、活性汚泥処理により得られる活性汚泥混合液を内圧式分離膜にて固液分離する排水処理装置であって、内圧式分離膜の洗浄を行うために、分離膜１次側に滞留する前記活性汚泥混合液を排出するドレン手段と、活性汚泥混合液を排出後の分離膜１次側に気体を封入し加圧状態にする気体加圧手段と、気体の封入後に分離膜１次側の圧力を開放し気体を排出する気体排出手段を有することを特徴とする排水処理装置である。

本発明によれば、上記手段を講じることにより、被処理水を活性汚泥処理し、活性汚泥処理により得られる活性汚泥混合液を固液分離する内圧式分離膜における、膜１次側流路の汚泥による閉塞を、コストのかかる薬品等を用いることなく、効果的に除去することが可能となる。

以下、本発明の水処理方法に係る実施形態について図１を参照しながら説明する。

図１において、原水１は活性汚泥槽２に流入し生物処理が行われる。活性汚泥槽２では、図示しない散気装置により散気が行われる。活性汚泥槽２内の活性汚泥３はポンプ４により分離膜６が収納された膜モジュール７へ送られ、分離膜６の膜１次側流路５を通過し、戻り配管２１を経由して活性汚泥槽２へ戻る（クロスフロー）。膜ろ過水はろ過ポンプ１２により、分離膜６の２次側より吸引され、処理水槽１６へ流入する（ろ過工程）。一定時間ろ過を継続した後、逆流洗浄が行われる。逆流洗浄工程においては、処理水槽１６に溜められた膜ろ過水１５は逆洗ポンプ１４により分離膜６の２次側から１次側へ送られる（逆流洗浄工程）。このとき、弁１１は閉であり、弁１３および弁１０は開となる。

逆流洗浄工程終了後、再びろ過工程が行われ、以後上述のろ過、逆流洗浄工程が繰り返される。一定時間経過後、本発明の気体加圧汚泥除去工程からなる洗浄が行われる。まず、ろ過ポンプ１２および逆洗ポンプ１４は停止され、弁１０が閉となる。さらにポンプ４が停止、弁２２が閉となり、弁８が開く。これにより膜モジュール７内および分離膜６の１次側流路５内の活性汚泥が系外へ排出される（ドレン工程）。ドレン工程終了後、弁８および弁９が閉となる。さらに弁２０が開となり、膜モジュール７のクロスフロー入口部に接続されたコンプレッサ１９より加圧気体が膜モジュール７に送られる。所定時間経過後あるいは、膜モジュール７内および分離膜６の１次側の圧力が所定の圧力に達した時点で、弁２０が閉となる（気体加圧工程）。

気体加圧工程終了後、弁８が開となり、膜モジュール７内および分離膜６の１次側の圧力が一気に開放され分離膜６の１次側流路５で固着し閉塞していた汚泥を剥離させ、系外へ排出される（気体排出工程）。この気体排出工程を行う際には、弁８の代わりに弁９を開としても良いが、戻り配管２１の圧力損失がある場合は洗浄の効果が低下するため、より圧力損失の少ない配管から気体を排出するのが良い。気体排出工程終了後は、通常の運転サイクルを実施する。

なお、本発明の気体加圧汚泥除去工程からなる洗浄はろ過工程の後に実施しても良いし、逆流洗浄工程の後に実施してもよい。本発明の気体加圧汚泥除去工程からなる洗浄工程は上述のように１回で終了としても良いし、複数回繰り返し連続して実施しても良い。気体排出工程終了後はクロスフローを行い次いでろ過工程を実施しても良いし、クロスフローを行い次いで逆流洗浄工程を実施しても良いし、まず逆流洗浄工程を行ってからクロスフローを行っても良い。

本発明の気体加圧汚泥除去工程からなる洗浄の実施のタイミングは、上述のように所定の時間経過時点で行うようにしても良いし、膜モジュール７のクロスフロー入口圧を測定し、入口圧が所定の圧力に達した時点で行うようにしても良い。コンプレッサ１９から供給する気体としては、空気、窒素ガスなどを用いるのが良く、分離膜６や膜モジュール７を損傷しない気体であれば、その他の気体を用いることができる。気体加圧工程において分離膜６の１次側にかける圧力としては、１０ｋＰａ以上で膜モジュール７における最高耐圧の９５%以下あるいは分離膜６のバブルポイント圧未満で行うのが良い。１０ｋＰａ未満では、閉塞した汚泥を剥離させる効果が低く、膜モジュール７の最高耐圧の９５%を超える圧力では膜モジュール７に負荷がかかり損傷させる恐れがあり、分離膜６のバブルポイント圧以上では分離膜６の１次側から２次側へ気体が通過してしまうからである。気体加圧工程および気体排出工程については、弁２０を開の状態のままで実施し、気体排出工程終了後に弁２０を閉としても良い。

また、活性汚泥槽２は複数設けても良く、好気槽、嫌気槽、無酸素槽等を単独あるいは組み合わせて処理を行っても良い。分離膜６はMF膜またはUF膜が好適に用いられ、用いる膜の形状は中空糸、チューブラなど内圧式であればどのような形状の膜でも良く、材質も有機、無機のいずれも問題なく用いることができる。クロスフローを行う際にはコンプレッサ１９を用いて膜モジュール７の入口側に気体を注入しながら行っても良い。ろ過ポンプ１２および逆洗ポンプ１４は、図１のようにそれぞれ別に設けても良いし、ろ過工程と逆流洗浄工程を１台で併用して行っても良い。

また、ろ過ポンプ１２あるいは逆洗ポンプ１４を用いずに水位差や空気圧等を利用してろ過、逆流洗浄を実施しても良いし、ろ過についてはポンプ４の押し込み圧を利用して加圧ろ過を行っても良い。また、逆流洗浄工程の際に、薬品注入ポンプ１８を用いて膜ろ過水１５に薬品１７を注入しながら逆流洗浄を行っても良い。注入する薬品１７としては一般的に膜の洗浄に用いられる、酸、アルカリ、酸化剤、還元剤などを単独あるいは複数組み合わせて用いることができる。

＜実施例＞
図１に示した、本発明の内圧式分離膜の洗浄方法に係る実施形態の構成図に基づく実験装置において、都市下水を原水とした処理を行った。使用した原水１の水質は、ＢＯＤ：１３０〜２００ｍｇ／Ｌ、全窒素：２５〜３５ｍｇ／Ｌ、全リン：２〜５ｍｇ／Ｌ、pH：７〜８、水温：１８〜２５℃であった。活性汚泥槽２における滞留時間は約５時間であり、活性汚泥槽２内の活性汚泥濃度は、８０００〜１００００ｍｇ／Ｌであった。分離膜６としては、公称孔径０.１μｍ、膜内径５.２mm、膜長さ１m、材質ポリフッ化ビニリデン製のチューブラ膜を用い、チューブラ膜１００本を束ねた膜モジュール７として装置に設置した。膜ろ過流束は１.０ｍ／ｄで定流量ろ過を行った。膜分離の運転条件としては、ろ過を９.５分間行った後、処理水槽１６内の膜ろ過水１５を用いた逆流洗浄を０.５分間行うという工程を１サイクルとして、このサイクルを繰り返した。なお逆流洗浄工程時の流束は膜ろ過流束の３倍とし、薬品注入ポンプ１８および薬品１７は使用しなかった。また、弁５の直後に圧力計を設置し、クロスフローにおける膜モジュール７の入口圧および気体加圧工程における分離膜６の１次側圧力を計測した。コンプレッサ１９から供給する気体としては空気を用い、気体加圧工程における分離膜６の１次側圧力は３００ｋＰａとした。

上記の運転条件にて、６０日間の連続運転を実施した結果、運転開始時に２ｋＰａであったろ過工程時の膜間差圧は２５ｋＰａとなった。また、運転開始時に１０ｋＰａであったクロスフローにおける膜モジュール７の入口圧は２０ｋＰａとなった。６０日間の連続運転経過後、一度運転を停止し、膜モジュール７を装置から取り外し、分離膜６の１次側流路５の閉塞状況を調査したところ、全分離膜の内、２５%にあたる２５本の分離膜の１次側流路が閉塞している状況であった。調査の後、膜モジュール７を再び装置に取り付け、本発明の洗浄工程を実施した。その結果、ろ過工程時の膜間差圧は７ｋＰａとなり、膜モジュール７のクロスフロー入口圧は１０ｋＰａとなった。再び装置を停止し、膜モジュール７を装置から取り外し、分離膜６の１次側流路５の閉塞状況を確認したところ、流路の閉塞はすべて解消されていた。

＜比較例１＞
実施例と同様の条件で、６０日間の連続運転を実施し、実施例と同様の膜閉塞が生じた膜モジュール７について、次に示す薬品添加逆流洗浄を１回実施した。逆流洗浄工程時に薬品１７として次亜塩素酸ナトリウムを逆流洗浄水に濃度３０００ｍｇ／Ｌとなるように添加し５分間逆流洗浄を継続した。その後、膜モジュール７を装置から取り外し、分離膜６の１次側流路５の閉塞状況を調査したところ、１次側流路の閉塞状況に変化はなく、次亜塩素酸ナトリウムを用いた逆流洗浄では分離膜６の１次側流路５の閉塞は解消されなかった。

＜比較例２＞
実施例において、逆流洗浄工程時に薬品１７として次亜塩素酸ナトリウムを逆流洗浄水に濃度２００ｍｇ／Ｌとなるように添加した以外は実施例と同じ条件で処理を行った。６０日間の連続運転を実施した結果、運転開始時に２ｋＰａであったろ過工程時の膜間差圧は１５ｋＰａとなった。また、運転開始時に１０ｋＰａであったクロスフローにおける膜モジュール７の入口圧は１５ｋＰａとなった。６０日間の連続運転経過後、一度運転を停止し、膜モジュール７を装置から取り外し、分離膜６の１次側流路５の閉塞状況を調査したところ、全分離膜の内、８%にあたる８本の分離膜６の１次側流路が閉塞している状況であり、次亜塩素酸ナトリウムを用いた逆流洗浄を実施していても、分離膜６の１次側流路５の閉塞が生じていた。

＜比較例３＞
実施例と同様の条件で、６０日間の連続運転を実施し、実施例と同様の膜閉塞が生じた膜モジュール７について、次に示す膜洗浄を１回実施した。クロスフローを停止し、膜モジュール７内の活性汚泥を弁８よりドレンし系外へ排出した後、弁８を閉、弁９を開とし、コンプレッサ１９を用いて３００ｋＰａに加圧した空気を、弁２０を開き膜モジュール７に導入した。分離膜６の１次側流路に１分間加圧空気を流通させた後、加圧空気の導入を停止した。その後、膜モジュール７を装置から取り外し、分離膜６の１次側流路５の閉塞状況を調査したところ、全分離膜の内、２０%にあたる２０本の分離膜の１次側流路が閉塞している状況であった。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明に係る実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明の膜洗浄方法に係る排水処理システムの構成図である。

符号の説明

１・・原水
２・・活性汚泥槽
３・・活性汚泥
４・・ポンプ
５・・分離膜一次側流路
６・・分離膜
７・・膜モジュール
８・・弁
９・・弁
１０・・弁
１１・・弁
１２・・ろ過ポンプ
１３・・弁
１４・・逆流ポンプ
１５・・膜ろ過水
１６・・処理水槽
１７・・薬品
１８・・薬品注入ポンプ
１９・・コンプレッサ
２０・・弁
２１・・戻り配管
２２・・弁

Claims (5)

1. 被処理水を活性汚泥処理し、活性汚泥処理により得られる活性汚泥混合液を固液分離する内圧式分離膜の洗浄方法であって、
   前記分離膜１次側に滞留する前記活性汚泥混合液を排出するドレン工程と、
   前記ドレン工程終了後の前記分離膜１次側に気体を封入し加圧状態にする気体加圧工程と、
   前記気体加圧工程終了後に前記分離膜１次側の圧力を開放し気体を排出する気体排出工程を有することを特徴とする内圧式分離膜の洗浄方法。
2. 前記内圧式分離膜の洗浄方法は、前記分離膜１次側の循環流によるクロスフロー工程および／または前記分離膜の２次側から１次側への逆流による逆洗浄工程をさらに有し、
   前記ドレン工程と前記気体加圧工程と前記気体排出工程とからなる気体加圧汚泥除去工程と、前記活性汚泥混合液を固液分離するろ過工程との間で、前記クロスフロー工程および／または逆洗浄工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の内圧式分離膜の洗浄方法。
3. 前記クロスフロー工程において前記分離膜の１次側圧力が所定の圧力に達した時点で、前記ドレン工程と、前記気体加圧工程と、前記気体排出工程と、を実施することを特徴とする請求項２または３に記載の内圧式分離膜の洗浄方法。
4. 前記気体加圧工程において、前記分離膜１次側に加える圧力を１０ｋＰａ以上で前記内圧式分離膜の最高耐圧の９５％または前記内圧式分離膜のバブルポイント圧のいずれか低い圧力値を超えない範囲とすることを特徴とする請求項１ないし３に記載の内圧式分離膜の洗浄方法。
5. 被処理水を活性汚泥処理し、活性汚泥処理により得られる活性汚泥混合液を内圧式分離膜にて固液分離する排水処理装置であって、
   前記内圧式分離膜の洗浄を行うために、
   前記分離膜１次側に滞留する前記活性汚泥混合液を排出するドレン手段と、
   前記活性汚泥混合液を排出後の前記分離膜１次側に気体を封入し加圧状態にする気体加圧手段と、
   前記気体の封入後に前記分離膜１次側の圧力を開放し前記気体を排出する気体排出手段と、
   を有することを特徴とする排水処理装置。

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