JP2013121570A - 膜分離活性汚泥装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 膜の洗浄を効率よく行って、電力消費量を節減できる膜分離活性汚泥装置を提供する。
【解決手段】 上記課題は、活性汚泥への酸素供給を行う散気装置を備えた好気槽と、浸透型膜分離装置と前記膜分離装置の膜面に向けた水流を形成する水流形成装置を備えた膜分離槽とを有する膜分離活性汚泥装置によって解決される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、下水や工場排水の処理に用いられる膜分離活性汚泥装置に関する。

活性汚泥装置は種々のものが知られているが、そのなかに曝気槽と浸透型膜分離装置を備えた膜浸漬槽よりなる装置が知られている（特許文献１）。この装置では、図８に示すように、曝気槽２０と膜分離槽３０からなっている。曝気槽２０は散気管２１とブロア２２からなる散気装置を有している。膜分離槽３０内には膜分離装置４０が設置され、その下方には膜面洗浄気体を噴出する散気管４１が配置されている。処理しようとする原水は原水供給系５０から曝気槽２０内に投入されて活性汚泥菌により処理されて活性汚泥とともに膜分離槽３０に入る。そこで膜分離されて処理水を膜を透過させて取り出す。膜を透過しないで残った汚泥は一部が循環系６０を通って曝気槽に返送され、一部は余剰汚泥排出系７０から余剰汚泥として系外に取り出される。

特開２００２−１９２１８２号公報（３頁、図１）

膜の洗浄は、通常、膜の真下からの散気によって行われており、そのため電力消費量が多い。

本発明の目的は、膜の洗浄を効率よく行って、電力消費量を節減できる膜分離活性汚泥装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、機械力を用いて水流を形成し、これを膜面に当てることによって、膜面を効率よく洗浄できるようにして、このような目的を達成したものである。

すなわち、本発明は、活性汚泥への酸素供給を行う散気装置を備えた好気槽と、浸透型膜分離装置と前記膜分離装置の膜面に向けた水流を形成する水流形成装置を備えた膜分離槽とを有する膜分離活性汚泥装置を提供するものである。

本発明者らは、上記装置において、膜モジュールにおける水流速が０．５〜１．０ｍ／ｓであることが好ましく、また、この流速を低動力で発生させるために、機械力として旋回機構付プロペラ式水中攪拌機又は水流ポンプの使用が有効であることも見出した。また、膜分離装置を複数の膜ユニットとして、それぞれに短時間水流を供給するだけでも充分な膜洗浄効果が得られることを見出した。

従って、本発明は、上記装置において、水流形成装置が旋回機構付プロペラ式水中攪拌機である装置、水流形成装置が水流ポンプである装置、これらの水流形成装置によって形成される水流速が膜モジュール内において０．５〜１．０ｍ／ｓである装置をも提供するものである。

本発明は、また、水流ポンプを用いた上記装置において、浸透型膜分離装置が複数の膜ユニットからなり、かつ、前記膜ユニットが、各々の下部または上部に前記膜ユニットの膜面に向けた水流吐出口を備え、水流ポンプより前記水流吐出口への水供給配管に各膜ユニット毎の自動開閉弁が設けられ、１または複数の水流吐出口毎に順次切り替えて水供給を可能とされている装置をも提供するものである。

本発明により、電力消費量を大きく節減して、活性汚泥処理コストを低下させることができる。

本発明の装置の一例の概略構成を示す側面断面図である。 本発明の装置の別の例の概略構成を示す側面断面図である。 本発明の装置のさらに別の例の概略構成を示す側面断面図である。 本発明の装置のさらに別の例の概略構成を示す側面断面図である。 図４の装置を平面で示した図である。 膜面を洗浄できる流速を測定した装置の構成を示す図である。 図６の装置で測定した膜間差圧の経時変化を示すグラフである。 従来の装置の概略構成を示す側面断面図である。

本発明の装置における好気槽は、活性汚泥を収容して働かせる槽であり、曝気槽とも呼ばれる。形状は、円筒形等種々の形態をとりうるが、通常は箱型である。

散気装置は、気泡を噴出させて、活性汚泥への酸素供給を行うものである。構造は、基本的に通常の散気装置と同様でよく、箱や管などの形をしたマニホールドに多数の空気噴出口を設けたものである。空気噴出口は、微細孔でよく、ノズルを取付けてもよい。空気噴出口の口径は、酸素溶解効率を高くするために微細気泡を形成するように定められ、気泡の径は０．５〜４ｍｍ程度、特に０．５〜１．０ｍｍ程度とするのがよい。気泡径が過大では十分な酸素溶解効率が得られず、過小では散気装置の圧力損失が高く、安定した運転を行うことが困難である。０．５〜１．０ｍｍの気泡径であれば、３０〜４０％の酸素溶解効率が得られるため、好適である。

膜分離槽は、内部に浸透型膜分離装置を設けて、活性汚泥で処理された水を分離するところである。膜の孔径に関しては精密濾過膜あるいは限外濾過膜を適用することができる。膜の形状は、平膜タイプ、中空糸タイプ、チューブラータイプ等を用いることができ、膜の透過流束と処理水量を基に適切な面積の膜を設置する。膜の配置は、通常は水流を妨げないように互いに平行とする。

膜分離槽には、さらに、この膜分離装置の膜面に向けた水流を形成する水流形成装置を設ける。この水流形成装置は、機械力によって水流を形成するものであり、攪拌機や水中ポンプを設置する方法があるが、旋回機構付プロペラ式水中攪拌機を用いると、攪拌機が旋回するため、膜の全面に均等に水流を当てることができるため好適である。膜面部の流速を０．５ｍ／ｓ以上とすることによって、洗浄効果が得られるが、好ましくは０．５〜１．０ｍ／ｓである。

膜面を洗浄できる流速を調べた装置の構成を図６に示す。この装置は、１本の中空糸を透明塩ビ筒内に筒長方向に設置した膜分離装置と、活性汚泥槽からなり、活性汚泥槽の底部からは透明塩ビ筒の下部へ液を送るチューブが接続され、透明塩ビ筒の上部からは活性汚泥層の上面に液を戻すチューブが接続されて、活性汚泥槽内液の循環ラインが形成されている。この循環ラインの途中には循環ポンプ、圧力計、流量計および流量調整弁が設けられている。中空系の下部は、透明塩ビ筒の下端を突き抜けており、そこには吸引ポンプと圧力計が取り付けられている。中空系の下端の下には中空糸で濾過された液を受けるビーカが配置されている。この装置を用いて流速を０．２５ｍ／ｓ、０．４ｍ／ｓ、０．５５ｍ／ｓに変えて膜間差圧の経時変化を調べた結果を図７に示す。同図に示すように、流速が０．２５ｍ／ｓと０．４ｍ／ｓでは膜間差圧が時間と共に上昇して目詰まりを生じているが、流速が０．５５ｍ／ｓでは膜間差圧がほぼ一定で充分に洗浄が行われていることを示している。その結果、膜面を流れる流速が０．５ｍ／ｓ以上であれば充分に洗浄効果があることが分った。

水流を膜面に当てる角度はできるだけ浅いことが好ましく、０〜４５度程度が適当である。活性汚泥処理槽に垂直に配置した膜において、槽全体に旋回流を生じさせると、効率的に膜面に平行な水流を生じることができる。

水流形成装置として、水流ポンプも本発明の装置に有効である。水流ポンプは、水流を膜面に当てることによって膜面を効率よく洗浄するものであり、水流の吐出口は膜の下部から垂直に上向きとして膜面と平行な水流を形成するようにしてもよく、あるいは、膜の上部から垂直に下向きとして膜面と平行な水流を形成してもよい。全ての膜の下あるいは上から水流を吐出させるようにすれば、部分的に水流の弱いところがなくなり、膜全体を効率よく水流洗浄することができる。水流ポンプの位置は槽内外を問わない。

また、ポンプにタイマーを接続して水流ポンプの作動をコントロールできるようにすることができる。例えば、膜からの処理水の吸引を一定時間毎に停止させて、その停止期間中に水流ポンプを作動させて効率よく水流洗浄を行うこともできる。このタイムスケジュールは適宜定めることができるが、例えば、処理水の吸引を５〜６０分行って３０秒〜５分間吸引を停止し、その間に水流ポンプを作動させて水流洗浄を行う。

本発明の装置においては、一つの膜分離装置を１ユニットとして複数の膜ユニットを設けることができる。そして、各膜ユニットの下部に散気装置と上向きの水流吐出口を設け、水流ポンプより前記水流吐出口への水供給配管に各膜ユニット毎の自動開閉弁を、１または複数の水流吐出口毎に順次切り替えて水を供給できるようにする。これは、本発明者が、膜面の洗浄は、洗浄の全時間水流を流す必要はなく、短時間の水流供給を間欠的に行なっても充分な膜面洗浄を達成できることを見出したことによるものである。各膜分離装置毎に適切な運転条件が異なるので実験でこれを求めるのがよい。適切な運転条件は膜面差圧の経時変化を調べることで設定でき、電力費などの運転コストも考慮して定める。一般的には水流を長時間にわたって停止するのは好ましくなく、水流の停止時間は３０秒〜５分間程度とし、それに対して各膜ユニット毎の適切な水流供給時間を定めるのがよい。

こうして定めた１回の水流供給時間で各膜ユニットに順次水流を供給し、全膜ユニットについて水流供給が終了する時間を１サイクルとし、吸引ポンプの停止時間中に１〜５サイクル程度の水流洗浄を実施する。

この方式により、１台のポンプで複数の膜ユニットの洗浄を担当させることができ、電力をさらに節減することができる。

好気槽には、その外、溶存酸素濃度計、ｐＨ計、温度計などが適宜設けられる。

本発明の一実施態様である膜分離活性汚泥装置の概略構成を図１に示す。

この装置の好気槽１と膜分離槽５はいずれも箱型である。

好気槽１の底部には散気装置２が設置されている。この散気装置２は、平板や直管形状であり、表面はゴムや金属板、あるいはセラミック焼結体等で構成され、気泡放出用の細孔が多数形成されている。この細孔から放出される気泡は散気面直上部で径が１．５ｍｍ程度である。各直管は連結管で連結され、槽外のブロワ３に接続されている。好気槽１内の活性汚泥で処理される原水は、槽外に設置された原水ポンプ４から好気槽１に上部から投入される、この好気槽１の上部に設けられて出口からは膜分離槽５の上部に処理水を送る配管が接続されている。

膜分離槽５には浸透型膜分離装置６と水流形成装置７が設置されている。

膜分離装置６は中空糸タイプの膜を垂直に多数配置したもので、上下端が集水部に接続されており、吸引ポンプ９によってろ液を得られる。膜の孔径は０．０１〜１μｍ程度の範囲である場合が多く、特に０．０２〜０．５μｍの範囲にあるものが清澄な処理水質が得られて経済的な透過水流束が得られるために多く用いられる。

水流形成装置７は、旋回機構付プロペラ式水中攪拌機が用いられている。この攪拌機は処理槽の上方に設置された駆動装置の動力を槽下部に設置されたプロペラに伝達する軸の回転に伴い、プロペラが左右に旋回する機構を備えた攪拌機である。この攪拌機によって形成される水流が膜分離槽５内で旋回流を形成するとともに、膜設置部では上昇流となるように、膜分離槽５の膜分離装置６と反対側の側面下部に取付けられている。８は整流板である。また、膜分離槽５には、そのなかの汚泥を好気槽１に返送するラインと余剰汚泥の引抜きラインが設けられている。本設備構成によって、膜表面の上向きの流速は最大値で０．５ｍ／ｓとすることができた。

本発明の別の実施態様である膜分離活性汚泥装置の概略構成を図２に示す。

この装置は、水流形成装置７に水流ポンプを用いた以外は実施例１と同じである。ただし、整流板８は無いケースもある。整流板８を設置する目的は同じで、旋回流を作ることで、膜面に対し上向流を作る、または、上向流の流速を上げることである。

水流ポンプ１０は膜分離槽５の槽外に取付けて、膜分離槽５の上部に引抜配管が接続され、一方、膜分離装置６の直下には水流を吹出する配管が設けられている。この配管は途中で多管に分岐され、それぞれに多数のノズル７１が上方に向けて垂直に膜全体を水流洗浄できるように均等に配置されている。

本発明の別の実施態様である膜分離活性汚泥装置の概略構成を図３に示す。

この装置は膜面に送る水流を下向流とした外は実施例２と同じである。

本発明の別の実施態様である膜分離活性汚泥装置の概略構成を図４に側面断面図で、図５に平面図で示す。

この装置は、膜ユニット６１が８基配置され、各々の下部には上向きの水流吐出口７１を有する水流形成装置７を設けられている。各水流形成装置７は、いずれも自動開閉弁１２を介して水流洗浄ポンプ１０に接続されている。各自動開閉弁１２はコンピュータ（図示されていない）によってその開閉が自動制御されている。処理される原水は原水ポンプ４によって好気槽１に投入されて活性汚泥処理され、処理水は膜分離槽５に移って、吸引ポンプ９で吸引されてそれぞれが膜分離装置６である膜ユニット６１の膜を通過して系外に出される。そして、各膜ユニット６１はコンピュータの指令によって自動開閉弁１２が開閉して洗浄水流の供給、停止を行う。この自動開閉弁１２の開閉は、膜洗浄中は、いずれか１つのみの自動開閉弁１２が開いており、水流は１基のポンプで供給されるようになっている。吸引ポンプ９にはタイマー１１が接続されており、これにより、処理水の吸引を一定時間毎に停止させて、その停止期間中に水流ポンプを作動させて水流洗浄を効率よく行うことができる。

図６に示す装置を用い、ＭＦ膜とＵＦ膜について、洗浄水流量と洗浄水流の供給時間と停止時間を変えて膜間差圧の変化を測定した結果を表１、表２、に示す。

表１の結果から、１分運転−７分停止では膜間差圧が上昇し、２分運転−６分停止の条件から徐々に膜表面にケーキが堆積して洗浄が不十分になっていたことが分かる。０．８ｍ^３／分で１０秒運転−５０秒停止が最も好ましかった。

この経験から、水流量を０．８ｍ^３／分とし、運転時間を１０〜３０秒とし、停止時間を１０５〜１６０秒にして膜間差圧の変化を調べた結果を表２に示す。

この結果、１５秒運転−１０５秒停止で膜面を洗浄でき、これにより、１台のポンプで８基の膜ユニットの洗浄を担当させることができることが分かった。

本発明により、活性汚泥処理に使用する電力を大幅に節減することができるので、膜分離活性汚泥処理設備に広く利用できる。

１ 好気槽
２ 散気装置
３ ブロワ
４ 原水ポンプ
５ 膜分離槽
６ 膜分離装置
６１ 膜ユニット
７ 水流形成装置
７１ 水流吐出口
８ 整流板
９ 吸引ポンプ
１０ 流水ポンプ
１１ タイマー
１２ 自動開閉弁
２０ 曝気槽
２１ 散気管
２２ ブロア
３０ 膜分離槽
４０ 膜分離装置
４１ 散気管
４２ ブロア
５０ 原水供給系
６０ 循環系
７０ 余剰汚泥排出系

Claims (5)

1. 活性汚泥への酸素供給を行う散気装置を備えた好気槽と、浸透型膜分離装置と前記膜分離装置の膜面に向けた水流を形成する水流形成装置を備えた膜分離槽とを有する膜分離活性汚泥装置。
2. 前記水流形成装置が旋回機構付プロペラ式水中攪拌機であることを特徴とする請求項１に記載の膜分離活性汚泥装置。
3. 前記水流形成装置が、前記浸透膜分離装置の下部に配置された上向きの水流吐出口または前記浸透型膜分離装置の上部に配置された下向きの水流吐出口と、それに水を送る水流ポンプであることを特徴とする請求項１に記載の膜分離活性汚泥装置。
4. 浸透型膜分離装置が複数の膜ユニットからなり、かつ、前記膜ユニットが、各々の下部または上部に前記膜ユニットの膜面に向けた水流吐出口を備え、水流ポンプより前記水流吐出口への水供給配管に各膜ユニット毎の自動開閉弁が設けられ、１または複数の水流吐出口毎に順次切り替えて水供給を可能とされていることを特徴とする請求項３に記載の膜分離活性汚泥装置。
5. 前記水流形成装置によって形成される水の流速が膜モジュール内において０．５〜１．０ｍ／ｓであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の膜分離活性汚泥装置。

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