JP2011120971A - 浸漬型膜カセット及び浸漬型膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間利用しても濾過膜表面へのケークの付着を防止するとともに、付着したケークを容易に剥離する。
【解決手段】外部から内部へ被濾過水が通過する流路が形成される平板形状の膜支持体１０１と、膜支持体の外部で被濾過水の乱流が発生するように、支持体上に配置される複数の突起部１０２と、膜支持体の外面及び突起部を覆い、被濾過水を濾過する濾過膜１０３と、濾過膜で濾過され、膜支持体の内部の空間に流入した濾過水を流出する流出口１０４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃水中の懸濁物を分離する浸漬型膜カセット及び浸漬型膜分離装置に関する。

近年、技術分野の発展に伴い、様々な分野で膜分離が利用されている。具体的には、薬品や食品の製造ラインにおける固液分離、用水の製造、排水からの有機物の回収、上水、中水又はし尿の固液分離、下水又は産業排水処理等で利用されている。

膜分離を利用する水処理の一例に、水槽の被濾過水に濾過膜を浸漬して濾過する浸漬方式がある。この浸漬方式では、加圧方式よりも目詰まりの少ないこと、濾過膜を水槽に浸漬するだけでよいことから吸引方式が多く用いられている。この吸引方式では、膜面上にケークが付着する問題があるが、付着したケークは、散気管又は散気板から空気を供給しながらバブリングして剥離され、除去される。

このような膜分離では、管状膜，中空糸膜及び平膜等の膜が利用されている。管状膜は、膜面積を大きく確保できないため、大量処理には不向きである。また、中空糸膜は、容積効率は高いが、中空糸膜の束の内部に懸濁物が付着又は固着するために濾過抵抗が高くなり、これらの懸濁物をエアバブリングによって除去する必要がある（例えば、特許文献１参照）。

これに対して平膜は、中空糸膜のように局部的に懸濁物が付着しないため、エアバブリングによる膜面の洗浄や被処理水をクロスフローで膜表面に流すことで膜表面の懸濁物が除去できる。したがって、懸濁物濃度の高い液を浸漬型の濾過方式で濾過する場合、平膜を用いることが望ましい。

しかしながら、平膜では、エアバブリングによってケークの除去や剥離が充分でないときがある。これを補うために大きな膜面積を必要として装置が大きくなったり、コストが上昇する。膜面積が大きくなる場合に、複数枚の濾過膜を分離槽内に浸漬、立設し、膜間にひも状の可撓性の洗浄体を設けた装置がある（例えば、特許文献２参照）。

下方からのエアバブリングによって、可撓性の洗浄体が膜面に接触して付着物を剥離する場合、接触状態が不均一のため効率的でない可能性がある。また、濾過を停止してエアバブリングを継続していると、膜上部にエア溜まりが生じ、濾過膜が膨れて隣接する濾過膜同士がこすれ合い膜表面を損傷する可能性がある。また、好気性の生物処理で膜分離を行なう場合は、生物の状態によってバッキ風量を調節し、被処理水の溶存酸素量を調節する必要があるが、膜の洗浄のためにバブリングする方法では必ずしも生物に最適な溶存酸素量が出来るとは限らず、複雑な装置構成が必要になる。

このようにエアバブリングによる洗浄には、未だ改善されるべき問題が残されている。

特開平４−２６５１２８号公報 特開平６−３２７９４９号公報

本発明はこのような事情に鑑み、長時間利用しても濾過膜表面へのケークの付着を防止するとともに、付着したケークを容易に剥離することができる浸せき型膜カセットおよびその制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る浸漬型膜カセットでは、外部から内部へ被濾過水が通過する流路が形成される平板形状の膜支持体と、前記膜支持体の外部で被濾過水の乱流が発生するように、前記支持体上に配置される複数の突起部と、前記膜支持体の外面及び前記突起部を覆い、被濾過水を濾過する濾過膜と、前記濾過膜で濾過され、前記膜支持体の内部の空間に流入した濾過水を流出する流出口とを備える。

また、本発明に係る浸漬型膜分離装置では、被濾過水を貯留する水槽に設けられ、外部から内部へ被濾過水が通過する流路が形成される平板形状の膜支持体と、前記膜支持体の外部で被濾過水の乱流が発生するように前記支持体上に配置される複数の突起部と、前記膜支持体の外面及び前記突起部を覆い被濾過水を濾過する濾過膜と、前記濾過膜で濾過されて前記膜支持体の内部の空間に流入した濾過水を流出する流出口とを備える浸漬型膜カセットを複数有する膜モジュールと、前記水槽内の被濾過水を攪拌して、前記浸漬型膜カセットの濾過膜の表面にクロスフローを発生する攪拌機と、前記流出口を介して濾過水の流出を制御する制御部とを備える。

本発明によれば、長時間利用しても濾過膜表面へのケークの付着を防止するとともに、付着したケークを容易に剥離することができる。

本発明の実施形態に係る浸漬型膜カセットの斜視図である。 図１の浸漬型膜カセットが濾過状態の場合の上部断面図である。 図１の浸漬型膜カセットが濾過停止状態の場合の上部断面図である。 本発明の実施形態に係る浸漬型膜分離装置の断面図である。 図４の浸漬型膜分離装置の上面図である。

以下添付図面に従って本発明の実施形態に係る浸漬型膜カセット及びこの浸漬型膜カセットを用いる浸漬型膜分離装置について詳説する。

〈浸漬型膜カセット〉
図１に示すように、本発明の実施形態に係る浸漬型膜カセット１０は、濾過膜１０３が被濾過水（被処理水）の流路となる多数の孔と空間を有する平板状の膜支持体１０１の外側を覆い、濾過膜１０３の外側から膜支持体１０１の内部の空間に透過した膜支持体１０１内部の濾過水（処理水）をポンプ（図示せず）等で流出口１０４から流出する、いわゆる平板型浸漬膜である。また、浸漬型膜カセット１０は、この膜支持体１０１の表面に複数の突起部１０２が配置されている。

図１では、浸漬型膜カセット１０の一面のみを示しているが、反対側の面も同様に、膜支持体１０１と突起部１０２とが、濾過膜１０３で覆われる構成である。また、図１では、膜支持体１０１と突起部１０２を説明するため、濾過膜１０３の一部のみを示しているが、実際には、濾過膜１０３は、膜支持体１０１の各面の全面を覆う構成である。このとき、濾過膜１０３は、膜支持体１０１の前面や各突起部１０２に密着しておらず、ある程度の弛みをもって覆い、図１に示す例では、濾過膜１０３の縁部分のみが、膜支持体１０１の外周と接着されている。膜支持体１０１の表面の突起部１０２は、クロスフローにより乱流を起こすように配置されており、濾過膜１０３はクロスフローにより振動する。

図２は、濾過状態の浸漬型膜カセット１０の上部断面図を示している。浸漬型膜カセット１０では、濾過状態のとき、膜支持体１０１の内部の空間の濾過水が流出口１０４からポンプで吸引されているため、膜支持体１０１の内部の空間は負圧になり、濾過膜１０３は膜支持体１０１に密着する。

また、濾過膜１０３表面では被濾過水がクロスフローで流れている。突起部１０２が無い部分では被濾過水はプラグフローで流れて濾過膜１０３を透過して膜支持体１０１内部に流入するが、突起部１０２の周辺では突起部１０２の存在により乱流が発生する。この乱流によって、濾過膜１０３の表面に付着したケークを剥離することができる。

図３は、濾過停止状態の浸漬型膜カセット１０の上部断面図を示している。浸漬型膜カセット１０では、濾過停止状態のとき、ポンプによる濾過水の吸引が一時停止されているため、膜支持体１０１の内部の空間は負圧ではなく、濾過膜１０３は膜支持体１０１に密着せずに若干のたるみを持っている。

また、濾過停止状態であっても、攪拌機（図示せず）によって浸漬型膜カセット１０の外部の被濾過水は攪拌されているため、濾過膜１０３表面では、被濾過水がクロスフローで流れている。そのため、突起部１０２の周辺では、この突起部１０２の存在により乱流が発生し、濾過膜１０３がクロスフローによって振動する。この振動によって、濾過膜１０３の表面に付着しているクロスフローのみでは隔離することの出来なかったケークを剥離することができる。

なお、図１では、突起部１０２の形状は円形（半球形）であるが、乱流を発生させやすい形状であれば、台形や多角形であってもよい。このとき、濾過膜１０３が突起部１０２の有する角によって破られることが無いように、突起部１０２には鋭角な部分がなく、大きいカーブがついていることが望ましい。乱流を発生させる形状はカセットの大きさ等で変わるが、例えば、浸漬型膜カセット１０の高さが１ｍ程度であり、幅が３０ｃｍ程度であるとき、突起部１０２の直径が２ｃｍ程度の半球形にすることが挙げられる。また、図１では、複数の突起部１０２が膜支持体１０１上に配置されているが、突起物の数、配置方法についても限定されない。すなわち、攪拌速度が同一であっても、突起部１０２の形状、数、配置方法の他、被濾過水の種類、被濾過水に含まれる懸濁物の濃度等、様様な要素によって流速が異なる。したがって、浸漬型膜カセット１０では、被濾過水の種類や懸濁物の濃度等に応じて濾過膜１０３表面で被濾過水がクロスフローで流れ、また、乱流が生じやすいように突起部１０２の形状、数、配置方法を定める。

上述したように、本発明の実施形態に係る浸漬型膜カセット１０では、膜支持体１０１上に突起部１０２を設け、濾過膜１０３でこの膜支持体１０１と突起部１０２を覆う構成にすることにより、被濾過水は、濾過膜１０３の表面をクロスフローで流れ、突起部１０２によって濾過膜１０３の表面にできる凹凸でクロスフローによる乱流を発生させ、濾過膜１０３を振動させる。したがって、浸漬型膜カセット１０では、クロスフローによる乱流の発生や濾過膜１０３の振動により、濾過膜１０３のケーク等の付着を防止し、濾過膜１０３の表面に付着しているケーク等を容易に剥離することができる。また、浸漬型膜カセット１０では、ケークの付着を防止したり付着したケークを剥離することができるため、従来と比較して、薬液による洗浄をせずに長期間使用することができる。

〈浸漬型膜分離装置〉
図４に、本発明の実施形態に係る浸漬型膜分離装置１の断面図を示し、図５に、浸漬型膜分離装置１の平面図を示している。浸漬型膜分離装置１は、水槽２０内に、図１乃至図３を用いて上述した複数の浸漬型膜カセット１０を収納した膜モジュール３０が配置されている。また、浸漬型膜分離装置１は、水槽２０内の被処理水を攪拌し、水槽２０内で循環流を発生させる攪拌機４０を有している。さらに、各浸漬型膜カセット１０には、ポンプ５０が接続されており、ポンプ５０には、ポンプ５０による浸漬型膜カセット１０内から濾過水の吸引を制御する制御部６０を有している。なお、図5では、ポンプ５０と制御部６０は省略している。

各膜モジュール３０には、複数の浸漬型膜カセット１０が所定の間隔（例えば、１０ｍｍ程度）で並置されている。攪拌機４０は、水槽２０内の被濾過水を攪拌し、浸漬型膜カセット１０の濾過膜１０３の表面に被処理水がクロスフローで流れるように被濾過水を循環させている。

制御部６０は、濾過状態のときには、ポンプ５０をオンする制御信号を出力する。また、濾過停止状態のときには、ポンプ５０をオフにする制御信号を出力する。すなわち、濾過状態のときには、ポンプ５０はオンで浸漬型膜カセット１０の内部は負圧になり、濾過膜１０３は、図２で示したような状態になる。一方、濾過停止状態のときには、ポンプ５０はオフで浸漬型膜カセット１０の内部は負圧ではなくなるため、濾過膜１０３は、図３で示したような状態になる。ここで、制御部６０によるポンプ５０のオンオフの制御は、濾過膜１０３へのケークの付着の状態や被濾過水に含まれる懸濁物質等によって定めることができる。

したがって、この浸漬型膜分離装置１は、攪拌機４０によって被濾過水を攪拌して生じるクロスフローの流れで発生する濾過膜１０３の表面に乱流を発生させる。また、浸漬型膜分離装置１では、浸漬型膜カセット１０からの濾過水の排出をオンオフして濾過の運転と停止を切り替えることで、クロスフローにより濾過膜１０３を振動させることができる。したがって、浸漬型膜分離装置１では、クロスフローによって乱流を発生させて濾過膜１０３へのケークの付着を防止したり、振動によって濾過膜１０３から付着したケークを剥離することができるため、従来と比較して長期間使用することができる。

また、浸漬型膜分離装置１では、攪拌機４０によって被処理水を攪拌して発生するクロスフローによってケークの付着を防止したり、付着したケークを剥離している。したがって、エアバブリング等によって付着したケークを剥離することがないため、浸漬型膜分離装置１では、被濾過水に不要な気体を混合させることがなく、好気性の生物処理において過曝気になって活性が低下する恐れなく利用することができる。

なお、図４及び図５を用いて上述する例では、攪拌機４０は水槽２０の底部で、浸漬型膜カセット１０の下側に配置され、循環流（水流）は下から上に向いているが、攪拌機４０の位置と循環流の向きは限定されない。したがって、攪拌機４０は、被濾過水の循環流が、クロスフローで濾過膜１０３の表面を流れるように攪拌させればよい。そのため、例えば、浸漬型膜カセット１０の上から下に循環流を発生させてもよいし、浸漬型膜カセットの横から循環流を発生させてもよい。

１…浸漬型膜分離装置
１０…浸漬型膜カセット
１０１…膜支持体
１０２…突起部
１０３…濾過膜
１０４…流出口
２０…水槽
３０…膜モジュール
４０…攪拌機
５０…ポンプ
６０…制御部

Claims (2)

1. 外部から内部へ被濾過水が通過する流路が形成される平板形状の膜支持体と、
   前記膜支持体の外部で被濾過水の乱流が発生するように、前記支持体上に配置される複数の突起部と、
   前記膜支持体の外面及び前記突起部を覆い、被濾過水を濾過する濾過膜と、
   前記濾過膜で濾過され、前記膜支持体の内部の空間に流入した濾過水を流出する流出口と、
   を備えることを特徴とする浸漬型膜カセット。
2. 被濾過水を貯留する水槽に設けられ、外部から内部へ被濾過水が通過する流路が形成される平板形状の膜支持体と、前記膜支持体の外部で被濾過水の乱流が発生するように前記支持体上に配置される複数の突起部と、前記膜支持体の外面及び前記突起部を覆い被濾過水を濾過する濾過膜と、前記濾過膜で濾過されて前記膜支持体の内部の空間に流入した濾過水を流出する流出口とを備える浸漬型膜カセットを複数有する膜モジュールと、
   前記水槽内の被濾過水を攪拌して、前記浸漬型膜カセットの濾過膜の表面にクロスフローを発生する攪拌機と、
   前記流出口を介して濾過水の流出を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする浸漬型膜分離装置。

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