JP2023032024A - Membrane separation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜分離装置に関する。 The present invention relates to a membrane separation device.
工業廃水や生活廃水は、廃水中に含まれる有機物等を取り除く処理が施されてから、工業用水として再利用されるか、もしくは河川等に放流される。工業廃水等の処理方法としては、例えば、曝気して好気的な微生物に有機物等を分解させる活性汚泥法が挙げられる。 Industrial wastewater and domestic wastewater are treated to remove organic substances and the like contained in the wastewater, and then reused as industrial water or discharged into rivers and the like. Examples of methods for treating industrial wastewater include an activated sludge method in which aerobic microorganisms decompose organic matter by aeration.
活性汚泥法による処理と、膜モジュールによる膜ろ過とを組み合わせた膜分離活性汚泥(MBR)法による処理が知られている。MBR法による処理では、膜ろ過を継続するに従って分離膜表面に有機物等が堆積することにより、ろ過流量の低下や、膜間差圧の上昇が生じることがある。そのため、MBR法による処理では、一般に膜モジュールの下方に散気装置を設置し、散気装置で発生させた気泡が膜表面に接触するときの衝撃、もしくは気泡の発生に伴う水流によって膜自体を振動させて、膜表面への有機物等の堆積を抑制している。 Treatment by the membrane separation activated sludge (MBR) method, which combines treatment by the activated sludge method and membrane filtration using a membrane module, is known. In the treatment by the MBR method, as the membrane filtration continues, organic matter and the like accumulate on the surface of the separation membrane, which may cause a decrease in the filtration flow rate and an increase in the transmembrane pressure difference. Therefore, in the treatment by the MBR method, an air diffuser is generally installed below the membrane module, and the air bubbles generated by the air diffuser come into contact with the surface of the membrane. By vibrating, deposition of organic substances and the like on the film surface is suppressed.
精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜を配設した膜モジュールを用いて活性汚泥の固液分離を行う方法が種々検討されており、膜分離装置としては、散気装置の上方に、複数の膜モジュールを上下方向に並べて配置した多段式の膜分離装置が知られている(特許文献1、2)。 Various methods have been studied for solid-liquid separation of activated sludge using membrane modules in which separation membranes such as microfiltration membranes and ultrafiltration membranes are arranged. A multi-stage membrane separation apparatus in which a plurality of membrane modules are arranged vertically is known (Patent Documents 1 and 2).
多段式の膜分離装置は、大型下水処理施設のように、処理に大きな膜面積の確保が必要で、かつ大きな水深が必要な場合に提案される。多段式の膜分離装置を用いることで膜モジュールの設置面積の削減に繋がる。 A multi-stage membrane separation apparatus is proposed when it is necessary to secure a large membrane area for treatment and a large depth of water, such as in a large-scale sewage treatment facility. The use of a multi-stage membrane separator leads to a reduction in the installation area of the membrane module.
しかし、特許文献1のような従来の膜分離装置では、上段の膜モジュールにおける膜表面への有機物等の堆積を十分に抑制することが難しい。 However, in the conventional membrane separation apparatus as disclosed in Patent Document 1, it is difficult to sufficiently suppress the deposition of organic matter and the like on the membrane surface in the upper membrane module.
特許文献2のような膜分離装置では、下方の散気装置から散気された気泡が膜モジュール間の散気装置に回収されない場合があり、膜表面への有機物等の堆積抑制効果が得られにくい。散気装置からの散気量を増加することで有機物の堆積抑制が可能であるが、省エネルギー効果が低減し、コストが増大してしまう。
In the membrane separation device as disclosed in
本発明は、複数の膜モジュールを上下方向に並べて配置する多段式で、上段の膜モジュールまで膜表面への有機物等の堆積を十分に抑制でき、かつ、省エネルギー低コストである膜分離装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a multistage membrane separation apparatus in which a plurality of membrane modules are arranged vertically, in which deposition of organic matter and the like on the membrane surface can be sufficiently suppressed up to the upper membrane modules, and which is energy-saving and low-cost. intended to
本発明は、以下の態様を有する。
[1]2個以上の膜モジュールが上下方向に並んで配置された膜分離部と、前記膜分離部の一番下の前記膜モジュールの下側に配置された散気装置と、前記散気装置に気体を供給する気体供給装置と、を備え、前記膜分離部及び前記散気装置は被処理水中に浸漬され、前記膜モジュールの外周部にカバー板を備えている、膜分離装置。
[2]上下方向に並んで配置された前記膜モジュール同士の連結部分に、連結補助板が設置されている、[1]に記載の膜分離装置。
[3]前記膜分離部及び前記散気装置が活性汚泥を含む汚泥含有処理水中に浸漬されている膜分離活性汚泥装置である、[1]又は[2]に記載の膜分離装置。
The present invention has the following aspects.
[1] A membrane separation unit in which two or more membrane modules are arranged vertically, an air diffuser arranged below the membrane module at the bottom of the membrane separation unit, and the air diffuser. and a gas supply device for supplying gas to the device, wherein the membrane separation section and the air diffuser are immersed in the water to be treated, and a cover plate is provided on the outer peripheral portion of the membrane module.
[2] The membrane separation device according to [1], wherein a connecting auxiliary plate is installed at a connecting portion between the membrane modules arranged in the vertical direction.
[3] The membrane separation device according to [1] or [2], which is a membrane separation activated sludge device in which the membrane separation section and the air diffuser are immersed in sludge-containing treated water containing activated sludge.
本発明によれば、複数の膜モジュールを上下方向に並べて配置する多段式で、上段の膜モジュールまで膜表面への有機物等の堆積が十分に抑制され、かつ、省エネルギー低コストである膜分離装置を提供できる。 According to the present invention, the membrane separation apparatus is a multi-stage type in which a plurality of membrane modules are arranged in a vertical direction, and the deposition of organic matter and the like on the membrane surface is sufficiently suppressed up to the upper membrane modules, and is energy-saving and low-cost. can provide
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. It should be noted that the dimensions and the like of the drawings illustrated in the following description are only examples, and the present invention is not necessarily limited to them, and can be implemented with appropriate changes within the scope of not changing the gist of the present invention. .
[水処理装置]
水処理装置1000は、図1に示すように、活性汚泥処理槽11と、活性汚泥処理槽11の後段に設けられた膜分離槽21と、膜分離槽21の後段に設けられた処理水槽41とを備えている。さらに、水処理装置1000は、図示を省略するが、活性汚泥処理槽11に流入する原水の流量を調整する流量調整槽、膜分離槽21から余剰汚泥を引く抜く引抜ポンプ、膜分離槽21に薬液や希釈水を送液する送液手段、及び処理水槽41から工場や河川等に処理水を放流する放流手段等を備えている。
[Water treatment equipment]
The
活性汚泥処理槽11は、活性汚泥処理を行うために活性汚泥を充填するものである。
活性汚泥処理槽11には、第一の流路12と第二の流路13とが接続されている。第一の流路12は、工場や家庭等から排出された原水を活性汚泥処理槽11に流入させる流路である。第二の流路13は、活性汚泥処理槽11から排出された汚泥含有処理水(被処理水)を膜分離槽21に流入させる流路である。
The activated
A
活性汚泥処理槽11内には槽内を好気条件に維持するために曝気装置14が設置されている。曝気装置14は、活性汚泥処理槽11内で曝気する曝気管14aと、曝気管14aに気体を供給する導入管14bと、気体を送気するブロア14cとを備えている。曝気管14aとしては、ブロア14cから供給される気体を上方へ吐出できるものであれば特に限定されず、例えば、穴あきの単管やメンブレンタイプのものが挙げられる。
An
膜分離槽21は、活性汚泥処理槽11から送られてきた、活性汚泥及び生物処理水を含む汚泥含有処理水を溜めるものである。
膜分離槽21は、本発明の膜分離装置の一態様を適用した膜分離活性汚泥装置100(以下、「MBR装置100」と称することがある。)を備えている。MBR装置100については後述する。
The
The
膜分離槽21と活性汚泥処理槽11には汚泥返送手段30が接続されている。汚泥返送手段30は、膜分離槽21から活性汚泥処理槽11に、汚泥含有処理水の一部を返送するものである。
汚泥返送手段30は、第四の流路31を備えている。第四の流路31は、汚泥含有処理水の一部を膜分離槽21から排出し、活性汚泥処理槽11に流入させる流路である。
第四の流路31には、ポンプ31aが設置されている。これにより、膜分離槽21内の汚泥含有処理水の一部を膜分離槽21から活性汚泥処理槽11に返送することができる。
A sludge return means 30 is connected to the
The sludge return means 30 has a
A
処理水槽41は、汚泥含有処理水を膜分離した後の処理水を貯留するものである。
The treated
[膜分離装置]
MBR装置100は、2個以上の膜モジュール22が上下方向に並んで配置された膜分離部23と、膜分離部23の一番下の膜モジュール22の下側に配置された散気装置110と、散気装置110に気体を供給する気体供給装置150と、を備えている。膜分離槽21内において、膜分離部23及び散気装置110は、いずれも汚泥含有処理水(被処理水)中に浸漬された状態で配置されている。
[Membrane separation device]
The
(膜分離部)
この例の膜分離部23は、上下方向に並んで配置された2個の膜モジュール22で形成されている。膜分離部23において上下方向に並んで配置される膜モジュール22の数は、膜分離槽21の大きさに応じて適宜設定でき、例えば、2~5個とすることができる。
(Membrane separation part)
The
膜モジュール22は、活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離するものである。図2に示すように、膜モジュール22は分離膜51を備え、この分離膜51により汚泥含有処理水が生物処理水と活性汚泥とに固液分離(膜分離)される。この例の膜モジュール22の分離膜の平面視形状は、矩形状である。なお、分離膜の平面視形状は、矩形状には限定されない。
The
分離膜51としては、分離能を有するものであれば特に限定されず、例えば、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜等が挙げられる。これらの中でも、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましい。例えば複数本の中空糸膜を揃えてシート状にすることで、平面視形状が矩形状の分離膜とすることができる。
The
分離膜51として中空糸膜を用いる場合、その材質としては、例えば、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリフッ化ビニリデンフロライド(PVDF)、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)等が挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の材質としては、耐薬品性やpH変化に強い点から、PVDF、PTFEが好ましい。
分離膜としてモノリス型膜を用いる場合は、セラミック製の膜を用いることが好ましい。
When a hollow fiber membrane is used as the
When a monolithic membrane is used as the separation membrane, it is preferable to use a ceramic membrane.
分離膜51に形成される微細孔の平均孔径としては、一般に限外分離膜と呼ばれる膜で0.001~0.1μm程度であり、一般に精密分離膜と呼ばれる膜で0.1~1μm程度である。本実施形態においては平均孔径が前記範囲内である分離膜を用いることが好ましい。
The average pore diameter of the micropores formed in the
膜モジュール22には、第三の流路33が接続されている。第三の流路33は、分離膜51を透過した処理水を膜分離槽21から排出し、処理水槽41に流入させる流路である。
第三の流路33には、ポンプ33aが設置されている。これにより、膜モジュール22の分離膜を透過した処理水を膜分離槽21から排出できるようになっている。
A
A
MBR装置100の膜分離部23では、水平方向においても、膜モジュール22の分離膜51の面方向に垂直な方向に、複数の膜モジュール22が並んで配置されている。膜分離部23における下から1段目の複数の膜モジュール22の上下方向の位置は互いに一致している。膜分離部23における下から2段目の複数の膜モジュール22の上下方向の位置も互いに一致している。水平方向に並ぶ複数の膜モジュール22の面方向の両端部は、それぞれ枠体50によって固定されている。
水平方向に並んで配置される膜モジュール22の数は、膜分離槽21の大きさに応じて適宜設定でき、例えば、2~5000個とすることができる。
In the
The number of
図3に示すように、上下方向に並んで配置された膜モジュール22の外周部には、膜モジュール22の外周部を囲うようにカバー板52が備えられている。カバー板は外周部の一部を囲っていてもよく、図3に示すように外周部全体を囲っていてもよい。
As shown in FIG. 3 , a
カバー板52の材質は、特に限定されず、例えばステンレス(SUS304系、SUS316系)等の金属製が挙げられる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、アクリル樹脂(ポリメチルメタクリレート(PMMA)等)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)、ポリカーボネート樹脂(PC)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、ポリフェニレンスルファイド樹脂(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリスルフォン樹脂(PSf)、ポリエーテルスルフォン樹脂(PES)等であってもよい。カバー板52の材質は、膜モジュール22のサイズ、重量、要求される強度に応じて選択することができる。
The material of the
膜モジュール22の外周部に設置するカバー板52は、外周部の各面に対して1枚設置してもよく、膜モジュール22のサイズによっては1つの面に対して複数枚設置してもよい。上下方向に並んで配置されている膜モジュール22同士の間の部分にもカバー板52を設置してもよい。
One
図3に示すように、上下方向に並んで配置された膜モジュール22同士の連結部分には、膜モジュール22の被処理液中での摺動を抑制する連結補助板53が設置されていることが好ましい。各モジュール膜22の寸法に製造誤差が生じている場合であっても、連結補助板がその製造誤差に基づく摺動を抑制できるからである。この例では、1段目の膜モジュール22の各分離膜51の両側に配置された枠体50の上部に、上方に立ち上がるように連結補助板53がそれぞれ設けられることによって、それら2つの連結補助板53の間に配置された2段目の膜モジュール22が、1段目の膜モジュール22に対して摺動することが抑制されている。膜モジュール22の摺動を抑制する連結補助板53は、膜モジュール22を上下方向に並んで配置する際の位置合わせにもなり、また配置した後の膜モジュール22の上下方向の動きは固定しない構造となっている。そのため、図4に示すように膜モジュール22の配置及び分離が容易となる。
なお、2段目の膜モジュール22の各分離膜51の両側に配置された枠体50の下部に連結補助板53をそれぞれ設けることによって、1段目の膜モジュール22と2段目の膜モジュール22とが被処理液中で摺動することを抑制してもよい。
As shown in FIG. 3, a connecting
By providing connection
連結補助板53の材質としては、例えば、ステンレス(SUS304系、SUS316系)等の金属が挙げられる。膜モジュール22と接触した際の曲がりや破損を防止する強度を確保するため、Lアングル部材であってもよい。
Examples of the material of the connection
(散気装置)
散気装置110は、サイフォン式散気装置、すなわちサイフォン式散気管を備える散気装置である。本発明では、省エネルギーかつ低コストで、膜モジュール22の膜表面への有機物等の堆積を抑制することが容易な点からサイフォン式散気管を備えることが好ましい。本発明の効果を損なわない範囲であればサイフォン散気管以外の公知の散気管を備える散気装置であってもよい。
(Air diffuser)
The
膜分離部23の膜モジュール22の下側には、水平方向における、膜モジュール22の分離膜の面方向に垂直な方向に、複数の散気装置110が並んで設けられている。各々の散気装置110は、平面視で後述のサイフォン式散気管120の散気穴126が隣り合う膜モジュール22の間に位置し、散気穴126の長さ方向(散気装置110の長さ方向)が膜モジュール22の面方向と一致するように設けられている。
Below the
水平方向に並んで配置される散気装置110の数は、膜分離槽21の大きさ、及び水平方向に並ぶ膜モジュール22の数に応じて適宜設定でき、例えば、2~5000個とすることができる。
The number of
図5に示すように、散気装置110は、水平方向に延びる水平管116と、水平管116の長さ方向に間隔をあけて設けられ、水平管116から気体が分配される3つの分配部118と、水平方向に一列に並んで配置された6つのサイフォン式散気管120とを備えている。
As shown in FIG. 5 , the
各分配部118は、接続管部119を介して水平管116と接続されて、水平管116から下方に延びるように設けられている。6つのサイフォン式散気管120は、水平管116の下側に、それぞれの分配部118の両側に2つのサイフォン式散気管120が位置するように、水平管116の長さ方向に並んで設けられている。
Each
サイフォン式散気管120は、複数の板状部材を組み合わせてなる箱状の筐体である。図5、図7~9に示すように、サイフォン式散気管120は、上板部120Aと、2枚の側板部120Bと、2枚の側板部120Cと、底板部120Dと、第一仕切壁122と、第二仕切壁124と、を備えている。
The siphon
各サイフォン式散気管120を形成する2枚の側板部120Bと2枚の側板部120Cは、それぞれ矩形状であり、側板部120Bが側板部120Cよりも幅が広くなっている。図7及び図8に示すように、各サイフォン式散気管120を形成する2枚の側板部120Bと2枚の側板部120Cは、側板部120Bの面同士が対向し、側板部120Cの面同士が対向するように、それぞれ上板部120Aの下面から下方に延びるように設けられている。2枚の側板部120Bと2枚の側板部120Cとで、断面長方形状の四角筒が形成されている。各サイフォン式散気管120においては、側板部120Bの面方向が水平管116の長さ方向と平行になっている。
The two
散気装置110では、6つのサイフォン式散気管120の上板部120Aが一枚の平板で一体に形成され、6つのサイフォン式散気管120の両側の側板部118Bがそれぞれ一枚の平板で一体に形成されている。6つのサイフォン式散気管120は、隣り合うサイフォン式散気管120の互いの側板部120Cの面が向かい合うように連なっている。
In the
図7に示すように、平面視で各上板部120Aにおける水平管116から遠い側の側板部120B寄りの部分には、その側板部120Bに沿うように延びる長方形状の散気穴126が形成されている。図9に示すように、底板部120Dは、散気穴126が形成されている側の側板部120Bの下端寄りの部分から内側に延びるように設けられている。側板部120Cからの底板部120Dの面方向の長さは、上板部120Aよりも短くなっている。底板部120Dにより、2枚の側板部120Bと2枚の側板部120Cで形成された四角筒の下方の開口部分のほぼ半分が塞がれ、前記開口部分における底板部120Dで塞がれていない部分が処理水流入部127となっている。このように、サイフォン式散気管120は、底部の開口部分に処理水流入部127が形成されている。
As shown in FIG. 7, a
第一仕切壁122は、正面視形状が矩形状であり、散気穴126を挟んで側板部120Bと互いの面が向かい合うようにして、上板部120Aから下方に延びるように設けられている。第一仕切壁122の下端122aは底板部120Dから離間している。処理水流入部127は、第一仕切壁122の下端122aよりも下方に位置している。
The
第二仕切壁124は、底板部120Dにおける第一仕切壁122の散気穴126とは反対側に位置する端部から上方に延びるように設けられている。第一仕切壁122と第二仕切壁124とは互いの面が対向している。第二仕切壁124の上端124aは上板部120Aから離間している。第二仕切壁124の上端124aは、第一仕切壁122の下端122aよりも上方に位置している。
The
サイフォン式散気管120の内部には、サイフォン室128が形成されている。サイフォン室128は、気体を貯留する部分である。サイフォン室128は、サイフォン式散気管120内の第一仕切壁122よりも処理水流入部127側における、第二仕切壁124の上端124aから第一仕切壁122の下端122aまでの高さを有する空間を指す。サイフォン室128は、第二仕切壁124により第一サイフォン室128Aと第二サイフォン室128Bとに区切られている。
A siphon
第一サイフォン室128Aの上方、及び第二サイフォン室128Bの上方は、連通部125で連通されている。サイフォン式散気管120内の第二サイフォン室128Bから散気穴126までの部分が経路123となっている。サイフォン式散気管120においては、処理水流入部127から散気穴126へ向かう被処理水の流れを想定したときの処理水流入部127側を「上流」とし、散気穴126側を「下流」とする。
A communicating
サイフォン式散気管120の材質は、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)樹脂、アクリル樹脂(ポリメチルメタクリレート(PMMA)等)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)、ポリカーボネート樹脂(PC)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(PPE)、ポリフェニレンスルファイド樹脂(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリスルフォン樹脂(PSf)、ポリエーテルスルフォン樹脂(PES)等が挙げられる。サイフォン式散気管120の材質は、1種であってもよく、2種以上の組み合わせであってもよい。また、ステンレス(SUS304系、SUS316系)等の金属製であってもよい。
The material of the siphon
水平管116の形状は、特に限定されず、円筒状、多角筒状等が挙げられる。例えば、水平管116の断面形状が円形である場合、水平管116の内径は、10mm以上が好ましい。
The shape of the
水平管116の流路断面積は、100mm2以上が好ましく、300mm2以上2000mm2以下がより好ましい。水平管116の流路断面積が前記範囲の下限値以上であれば、水平管116内が汚泥で閉塞しにくい。水平管116の流路断面積が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。なお、水平管116の流路断面積は、水平管116を水平管116の長さ方向に垂直な方向(鉛直方向)に切断したときの流路断面の面積の最小値である。
The cross-sectional area of the
水平管116としては、特に限定されず、例えば、樹脂製の配管やチューブ、金属製配管等が挙げられる。樹脂製の配管やチューブを構成する樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、PTFE、PVDF、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)等のフッ素系樹脂、ナイロン、ポリウレタン等が挙げられる。金属製配管を構成する金属としては、例えば、ステンレス(SUS304系、SUS316系)等が挙げられる。水平管116の材質は、1種であってもよく、2種以上の組み合わせであってもよい。
The
図7及び図8に示すように、この例の分配部118は、両隣のサイフォン式散気管120における対向する2枚の側板部120Cと、それら側板部120Cの端部同士を繋ぐように設けられた2枚の側板部130と、2枚の側板部120C及び2枚の側板部130からなる四角筒の上側の開口端を塞ぐように設けられた天板部132とで形成された筒状の部分である。この例の分配部118は、両隣のサイフォン式散気管120と側板部120Cを共有している。また、分配部118を形成する一対の側板部130及び天板部132は、隣り合うサイフォン式散気管120と一体になっている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
分配部118の水平管116と反対側には開口部118aが形成されている。開口部118aは、分配部118の下端の開口端と、分配部118におけるサイフォン式散気管120と共有している側板部120Cの下端部に形成された切欠部134とからなる。分配部118の開口部118aは、サイフォン式散気管120に気体を供給する気体供給口として機能する。
An
分配部118の材質は、特に限定されず、例えば、サイフォン式散気管120で挙げたものと同じものが挙げられる。分配部118の材質は、1種であってもよく、2種以上の組み合わせであってもよい。
The material of the
分配部118の流路断面積は、300mm2以上が好ましく、500mm2以上がより好ましい。一方、3000mm2以下が好ましい。分配部118の流路断面積が前記範囲の下限値以上であれば、分配部118内が汚泥で閉塞しにくい。分配部118の流路断面積が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。なお、分配部118の流路断面積は、分配部118を分配部118内の流路の長さ方向に垂直な方向(水平方向)に切断したときの流路断面の面積の最小値である。
The channel cross-sectional area of the
水平管116と分配部118とは、水平管116内の流路と分配部118内の流路が繋がるように、分配部118よりも流路断面積が小さい接続管部119を介して接続されている。接続管部119の形状は、特に限定されず、円筒状、多角筒状等が挙げられる。
The
接続管部119の流路断面積は、20mm2以上が好ましく、28mm2以上がより好ましく、35mm2以上がさらに好ましく、40mm2以上が特に好ましい。一方、350mm2以下が好ましく、200mm2以下がより好ましく、100mm2以下がさらに好ましく、60mm2以下が特に好ましい。接続管部119の流路断面積が前記範囲の下限値以上であれば、接続管部119内が汚泥で閉塞しにくい。接続管部119の流路断面積が前記範囲の上限値以下であれば、各サイフォン式散気管120に気体が均等に分配されやすくなる。なお、接続管部119の流路断面積は、接続管部119を接続管部119内の流路の長さ方向に垂直な方向に切断したときの流路断面の面積の最小値である。接続管部119は、少なくとも一部の流路断面の面積が20mm2以上350mm2以下であることが好ましい。
The cross-sectional area of the flow path of the connecting
接続管部119の材質は、特に限定されず、例えば、水平管116で挙げたものと同じものが挙げられる。接続管部119の材質は、1種であってもよく、2種以上の組み合わせであってもよい。
The material of the connecting
散気装置110においては、このように交互に並ぶサイフォン式散気管120と各分配部118が一体になっている。このような態様の散気装置110は、分配部118の開口部118aの上下方向の位置合わせや、各サイフォン式散気管120の上下方向の位置合わせが不要になるため、各サイフォン式散気管120から均等に散気させることが容易になる。また、散気装置110の組み立て作業が容易になるうえ、部品点数が減らせるためコスト的にも有利である。
In the
散気装置110では、各サイフォン式散気管120が水平管116の下側に設けられている。水平管116が各サイフォン式散気管120よりも上方に位置することで、各分配部118の開口部118aから各サイフォン式散気管120に均等に気体を供給できるため、各サイフォン式散気管120から均等に散気させることができる。また、水平管の上側に部材が存在する散気装置を用いる場合に比べて、MBR装置100の高さをより低くできるため、MBR装置100がコンパクトになる。
In the
散気装置110は、膜分離槽21を平面視したときに、膜モジュール22における隣り合う分離膜の間と各サイフォン式散気管120の散気穴126とが重なり合う位置に設けられていることが好ましい。なお、散気装置110は、膜分離槽21を平面視したときに、各サイフォン式散気管120の散気穴126が膜モジュール22と交差するように設けられていてもよい。
When the
(ヘッダー)
この例のMBR装置100は、ヘッダー200をさらに備えている。ヘッダー200は、膜分離槽21内において、膜分離部23及び散気装置110とともに汚泥含有処理水(被処理水)中に浸漬された状態で配置されている。
ヘッダー200は、図5及び図6に示すように、気体貯留部210と、給気部212と、送気部214とを備えている。
(header)
The
The
気体貯留部210は、気体を貯留する部分であり、筒状の胴部216と、胴部216の上側の開口端を閉じるように設けられた上板部218とを備えている。気体貯留部210における胴部216の下端側は開口している。すなわち、気体貯留部210は、下部に被処理水流入口210aが形成されている。気体貯留部210の形状は、特に限定されず、円筒状、多角筒状等が挙げられる。
The
気体貯留部210を水平方向に切断したときの気体の貯留部分の断面積は、10,000mm2以上が好ましく、20,000mm2以上がより好ましく、一方1,000,000mm2以下が好ましい。気体貯留部210の前記断面積が前記範囲の下限値以上であれば、気体貯留部210が汚泥で閉塞しにくい。気体貯留部210の前記断面積が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。
When the
ヘッダー200では、気体貯留部210の上板部218に給気部212及び送気部214が設けられている。このように、給気部212及び送気部214は気体貯留部210の上部に設けられている。ヘッダー200においては、気体貯留部210における送気部214よりも散気装置110から遠い側に給気部212が設けられている。これにより、レイアウトがより単純になり、MBR装置100がよりコンパクトになる。
In the
給気部212は、筒状であり、気体貯留部210の上板部218を貫通するように設けられている。給気部212は、図1に示す気体供給装置150のブロア152と配管154を介して接続されている。これにより、ブロア152から配管154を通じて送られてきた気体が給気部212から気体貯留部210内に送り込まれるようになっている。
The
給気部212の形状は、特に限定されず、円筒状、多角筒状等が挙げられる。給気部212の流路断面積は、2000mm2以上が好ましく、3000mm2以上がより好ましく、一方8000mm2以下が好ましい。給気部212の流路断面積が前記範囲の下限値以上であれば、給気部212が汚泥で閉塞しにくい。給気部212の流路断面積が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。なお、給気部212の流路断面積は、給気部212を給気部212内の流路の長さ方向に垂直な方向に切断したときの流路断面の面積の最小値である。
The shape of the
送気部214は、気体貯留部210内の気体が送り出される部分であり、気体貯留部210の上板部218から上方に突出するように筒状に設けられている。ヘッダー200の送気部214は連結管220を介して散気装置110の水平管116と接続されている。これにより、気体貯留部210に貯留されていた気体は送気部214から散気装置110の水平管116へと送られるようになっている。
The
送気部214の形状は、特に限定されず、円筒状、多角筒状等が挙げられる。送気部214の流路断面積は、100mm2以上が好ましく、300mm2以上がより好ましく、一方2000mm2以下が好ましい。送気部214の流路断面積が前記範囲の下限値以上であれば、送気部214が汚泥で閉塞しにくい。送気部214の流路断面積が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。なお、送気部214の流路断面積は、送気部214を送気部214内の流路の長さ方向に垂直な方向に切断したときの流路断面の面積の最小値である。
The shape of the
ヘッダー200においては、送気部214の気体貯留部210内に開口した送気口214aが、給気部212の気体貯留部210内に開口した給気口212aよりも上側に位置している。なお、本発明における送気部の気体貯留部内に開口した送気口と給気部の気体貯留部内に開口した給気口の高さ方向の位置関係は、送気部の送気口や給気部の給気口が下向きに開口していない場合、それら給気口や送気口の上端を基準とする。気体貯留部において給気部に気体貯留部内に開口した給気口が複数形成されている場合は、最も上側の給気口を基準とする。
In the
送気部214の送気口214aが給気部212の給気口212aよりも上側に位置することで、気体貯留部210から散気装置110の水平管116へと汚泥が侵入しにくくなり、水平管116や接続管部119が汚泥で詰まることが抑制される。
Positioning the
送気部214の送気口214aと給気部212の給気口212aの高さの差h1は、50mm以上が好ましく、100mm以上がより好ましい。一方、500mm以下が好ましく、300mm以下がより好ましい。差h1が前記範囲の下限値以上であれば、ヘッダー200から散気装置110に汚泥が侵入することを抑制しやすい。差h1が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。
A height difference h1 between the
ヘッダー200における給気部212の給気口212aは、散気装置110における分配部118の開口部118aよりも上側に位置している。本発明では、水平管から下方に延びる分配部が設けられた態様の散気装置を備える場合、ヘッダーの給気部の給気口の高さ方向の位置が分配部の開口部の位置と同じか、それよりも上側であることが好ましい。これにより、運転を停止した際に気体貯留部内における水面の上昇が給気部の給気口に達したところで止まるため、ヘッダーから散気装置への汚泥の侵入を抑制する効果が十分に得られやすくなる。なお、本発明における給気部の気体貯留部内に開口した給気口と分配部の開口部の高さ方向の位置関係は、給気部の給気口や分配部の開口部が下向きに開口していない場合、それら給気口や開口部の上端を基準とする。気体貯留部において給気部に気体貯留部内に開口した給気口が複数形成されている場合は、最も上側の給気口を基準とする。
The
給気部212の給気口212aと分配部118の開口部118aとの高さの差h2は、5mm以上が好ましく、10mm以上がより好ましい。一方、200mm以下が好ましく、180mm以下がより好ましい。差h2が前記範囲の下限値以上であれば、ヘッダー200から散気装置110に汚泥が侵入することを抑制しやすい。差h2が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。
A height difference h2 between the
ヘッダー200における給気部212の給気口212aは、散気装置110の接続管部119の下端119aよりも下側に位置している。このように、本発明では、水平管と分配部が、分配部よりも流路断面積が小さい接続管部で接続されている態様の散気装置を備える場合、ヘッダーの給気部の給気口が接続管部の下端よりも上側に位置していることが好ましい。これにより、接続管部に汚泥が詰まることを抑制しやすい。
The
給気部212の給気口212aと接続管部119の下端119aとの高さの差h3は、50mm以上が好ましく、100mm以上がより好ましい。一方、180mm以下が好ましい。差h3が前記範囲の下限値以上であれば、接続管部119が汚泥で詰まることを抑制しやすい。差h3が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。
A height difference h3 between the
送気部214と水平管116を連結する連結管220は、可撓性を有していることが好ましい。これにより、運転時に散気装置110やヘッダー200が振動した場合でも、その振動が連結管220で吸収されて緩和されるため、散気装置110やヘッダー200に損傷が生じにくくなる。なお、「連結管が可撓性を有する」とは、最小曲げ半径1000mm以下であることを意味する。
The connecting
可撓性を有する連結管220の材質としては、連結管220が可撓性を有する管となる範囲であればよく、例えば、PVCホース、シリコーンホース、フッ素ホース等が挙げられる。連結管220の材質は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
The flexible connecting
連結管220の流路断面積は、100mm2以上が好ましく、300mm2以上がより好ましい。一方、2000mm2以下が好ましい。連結管220の流路断面積が前記範囲の下限値以上であれば、連結管220が汚泥で閉塞しにくい。連結管220の流路断面積が前記範囲の上限値以下であれば、散気装置110がコンパクトとなる。なお、連結管220の流路断面積は、連結管220を連結管220内の流路の長さ方向に垂直な方向に切断したときの流路断面の面積の最小値である。
The flow passage cross-sectional area of the connecting
以下、MBR装置100の作用機構について説明する。
運転開始前においては、図9に示すように、散気装置110のサイフォン式散気管120内におけるサイフォン室128、連通部125及び経路123は汚泥含有処理水B(被処理水)で満たされている。
The working mechanism of the
Before the start of operation, as shown in FIG. 9, the siphon
気体供給装置150のブロア152から配管154を通じて送気し、図13に示すように、給気部212からヘッダー200の気体貯留部210内に気体Aを送り込む。気体Aとしては、例えば空気を使用できる。ヘッダー200では気体貯留部210内で気体Aが一時的に貯留されて水面S1を押し下げつつ、気体Aの一部が送気部214から連結管220を通じて散気装置110の水平管116へと送られる。
Air is supplied from the
水平管116に送られた気体は各分配部118に分配され、分配部118の開口部118aを通じて処理水流入部127から散気装置110の各サイフォン式散気管120に送られる。このように散気装置110のサイフォン式散気管120に気体Aが連続的に供給されると、図10に示すように、サイフォン室128内の汚泥含有処理水Bが散気穴126や処理水流入部127から押し出されて、サイフォン室128の液面S2が次第に降下する。
The gas sent to the
さらに気体Aを供給し続け、液面S2の高さが第一仕切壁122の下端122aよりも低くなると、図11に示すように、経路123内と第一サイフォン室128Aとの2つの気液界面高さの差によって気体Aが経路123に移動し、散気穴126から一挙に放出されて気泡400を形成する。散気穴126から放出された気泡400は、膜分離部23の膜モジュール22を囲うカバー板52の内側を上昇し、分離膜51の膜表面への接触、もしくは気泡400の発生に伴う水流によって分離膜51を振動させる。カバー板52が設けられていることにより、気泡400が上段の膜モジュール22にも十分に作用するため、散気量を過度に多くしなくても分離膜51の表面への有機物等の堆積が十分に抑制される。
散気穴126から散気されると、図12に示すように、処理水流入部127から汚泥含有処理水Bが流入することで、液面S2の高さは第二仕切壁124の上端124a付近まで上昇する。そして、図10から図12までの状態が繰り返し行われることで、散気装置110から間欠的に曝気される。
When the gas A continues to be supplied and the height of the liquid surface S2 becomes lower than the
When air is diffused through the air diffusion holes 126, as shown in FIG. Ascend to near. 10 to 12 are repeated to intermittently aerate the
運転を停止すると、通常はブロア152近傍の気密性が高くないことから、気体貯留部210内の気体Aが給気部212から逆流し、図14に示すように、気体貯留部210内の水面S1が給気部212の給気口212aまで上昇する。ヘッダー200においては、送気部214の送気口214aが給気部212の給気口212aよりも上側に位置するため、運転停止時でも送気部214の送気口214aが水面S1から離れた状態となる。このため、運転の停止と再開を繰り返しても、汚泥が送気部214から散気装置110に侵入することが抑制される。その結果、水平管116等が乾燥汚泥で詰まることが抑制される。
When the operation is stopped, the airtightness in the vicinity of the
[水処理方法]
以下、前記した水処理装置1000を用いた水処理方法について説明する。本実施形態の水処理方法は、活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、活性汚泥処理工程で得られた汚泥含有処理水を膜分離する膜分離工程と、を有している。
[Water treatment method]
A water treatment method using the
(活性汚泥処理工程)
水処理装置1000による水処理方法では、工場や家庭等から排出された工業廃水や生活廃水等の廃水(原水)を第一の流路12を通じて活性汚泥処理槽11に流入させ、活性汚泥処理槽11で活性汚泥処理し、生物処理水とする。処理後の汚泥含有処理水(被処理水)は、第二の流路13を通じて膜分離槽21に流入させる。
(Activated sludge treatment process)
In the water treatment method using the
(膜分離工程)
膜分離槽21では、MBR装置100の膜モジュール22により、活性汚泥及び生物処理水を含む汚泥含有処理水(被処理水)を膜分離処理する。膜分離処理中においては、散気装置110により曝気を行う。
(Membrane separation process)
In the
汚泥含有処理水Bの一部は、汚泥返送手段30によって膜分離槽21から活性汚泥処理槽11に返送する。膜モジュール22により汚泥含有処理水Bを膜分離した後の処理水は、第三の流路33を通じて処理水槽41に送って貯留する。処理水槽41で貯留する処理水は、工業用水として再利用したり、河川等に放流したりすることができる。
A part of the sludge-containing treated water B is returned from the
なお、水処理方法は、活性汚泥処理槽11の中にMBR装置100が設けられた水処理装置を用いて、活性汚泥処理工程と膜分離工程とを同時に行ってもよい。
In the water treatment method, the activated sludge treatment process and the membrane separation process may be performed simultaneously using a water treatment apparatus in which the
以上説明したように、本発明においては、2個以上の膜モジュールが上下方向に並んで配置された多段式の膜分離部の一番下の膜モジュールの下側に散気装置が配置され、さらに膜モジュール外周部にカバー板が配置されている。これにより、散気装置から散気された気泡によって下段の膜モジュールの膜表面への有機物等の堆積が抑制される。さらに、上段側の膜モジュールにおいても膜表面への有機物等の堆積が抑制される。
さらに、上下方向に並んで設置された膜モジュール同士の間に、連結補助板が設置されていると、被処理液中に浸漬された膜分離部の連結部分の摺動を抑制することが可能となる。また浸漬槽内の膜分離部の分離が容易となり、輸送やクレーンを使用したインストール等の工事が容易となる。
また、本発明では、一番下の散気装置から散気された気泡のみで水処理を行うため、多段式の膜分離部を備える装置であっても省エネルギーかつ低コストである。
As described above, in the present invention, an air diffuser is arranged below the lowest membrane module in a multi-stage membrane separation unit in which two or more membrane modules are arranged in a vertical direction, Furthermore, a cover plate is arranged on the outer periphery of the membrane module. As a result, deposition of organic substances and the like on the membrane surface of the lower membrane module due to air bubbles diffused from the air diffuser is suppressed. In addition, deposition of organic matter and the like on the membrane surface is also suppressed in the membrane module on the upper side.
Furthermore, if a connection auxiliary plate is installed between the membrane modules installed side by side in the vertical direction, it is possible to suppress the sliding of the connection part of the membrane separation part immersed in the liquid to be treated. becomes. In addition, separation of the membrane separation part in the immersion tank becomes easy, and construction work such as transportation and installation using a crane becomes easy.
In addition, in the present invention, since water treatment is performed only with air bubbles diffused from the lowest air diffuser, energy saving and low cost can be achieved even in an apparatus equipped with a multi-stage membrane separation section.
22…膜モジュール、23…膜分離部、51…分離膜、52…カバー板、53…連結補助板、100…膜分離活性汚泥装置、110…散気装置、116…水平管、118…分配部、118a…開口部、119…接続管部、120…サイフォン式散気管、150…気体供給装置、152…ブロア、200…ヘッダー、210…気体貯留部、210a…被処理水流入口、212…給気部、212a…給気口、214…送気部、214a…送気口、216…胴部、218…上板部、220…連結管。
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