JP3419257B2 - 浸漬膜式固液分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は活性汚泥や凝集汚泥
等の懸濁液を固液分離する装置に関するものであり、詳
しくは生物処理槽、凝集処理槽等の前段の水槽内の液を
膜分離槽に導入して膜分離処理するようにした浸漬膜式
固液分離装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】前段の水槽内において生物処理、凝集処
理等の処理を行い、この前段の水槽内の液を膜分離槽に
導入し、該膜分離槽内に設置された透過処理用の膜によ
って透過処理し、透過水を処理水として取り出すように
した浸漬膜式固液分離装置が公知である。

【０００３】図３はかかる浸漬膜式固液分離装置の一例
を示す系統図であり、前段の水槽としての生物処理槽１
と膜分離槽５とが往送管４と返送管９とで接続されてい
る。生物処理槽１内に設置された散気管２により、ブロ
ワ３から供給された空気を散気することにより好気性生
物処理が行われ、生物処理水が膜分離槽５へ往送管４を
介して導入される。この膜分離槽５内には膜モジュール
６が設置されると共に、その下方に散気管７が設置され
ている。散気管７により、ブロワ８から供給した空気を
散気することにより膜面に乱流を与え、膜面近傍におけ
る液の濃縮を制御しながら、膜濾過を行う。膜内は吸引
ポンプ１１によって吸引されており、膜の透過水は配管
１０、該ポンプ１１を介して取り出される。なお、管
４，９には自動弁４ａ，９ａが設置されている。

【０００４】往送管４からはこの膜透過水量よりも多量
の液が膜分離槽５に導入されており、膜分離槽５内の液
は前記返送管９を介して生物処理槽１に返送される。

【０００５】散気管７からの散気により膜モジュール６
の膜面の汚れ付着は相当に抑制されるが、長期にわたっ
て運転を継続すると膜面に汚れが堆積し、濾過差圧が上
昇するので、膜を薬品で洗浄する。この薬品洗浄を行う
場合、自動弁４ａ，９ａを閉弁し、膜分離槽５から液を
排出した後、該膜分離槽５内に薬液を供給して該槽５内
を薬液で満たす。次いでブロワ８を作動させて散気管７
から散気し、膜を薬品洗浄する。

【０００６】なお、生物処理槽２に対し複数の膜分離槽
５を接続した浸漬膜式固液分離装置において薬品洗浄す
る場合、１つ（又は一部）の膜分離槽５で薬品洗浄を行
いながら他の膜分離槽５で膜分離処理運転を継続する場
合がある。このようにすれば、洗浄する槽５を順次に切
り替えることにより、浸漬膜式固液分離装置を連続的に
稼働させながら膜の薬品洗浄を行うことができる。この
場合、膜分離槽５の個々の容積を小さくすることによ
り、洗浄用薬品液の調製槽や、洗浄対象槽５から抜き出
した液を一時的に貯留しておく貯槽の容積を小さくする
ことができる。

【０００７】別の従来例として図４に示す浸漬膜式固液
分離装置が公知である。

【０００８】この浸漬膜式固液分離装置は、前段の水槽
として生物処理槽（硝化脱窒槽）２０を備え、この硝化
脱窒槽２０から自然流下式の移送管２９を介して液が流
入する膜分離槽３１とから主として構成されている。硝
化脱窒槽２０内は隔壁２１によって脱窒部２２と硝化部
２３とに区画されており、原水は脱窒部２２に導入さ
れ、該脱窒部２２内において撹拌ポンプ２４によって撹
拌される。脱窒部２２内の液は隔壁２２の移流部を介し
て硝化部２３に導入される。この硝化部２３内では、ブ
ロワ２６から供給された空気が散気管２５から散気され
ることにより硝化反応が進行する。硝化処理液は、硝化
液循環ポンプ２７及び配管２８を介して脱窒部２２に返
送され、硝化液中の硝酸態あるいは亜硝酸態窒素が窒素
に還元され、大気中に放出される。

【０００９】硝化部２３内の液の一部は前記移送管２９
を介して膜分離槽３１へ移送される。なお、この移送管
２９には自動弁３０が設けられている。

【００１０】膜分離槽３１内には膜モジュール３２と、
該膜モジュール３２の側部を囲むバッフル板３３と、該
膜モジュール３２の下方に配置された散気管３４とが設
置されている。ブロワ３５から散気管３４に空気を供給
して散気することにより、膜モジュール３２の膜面に乱
流を与え、該膜面近傍での液の濃縮を抑制しつつ膜濾過
処理を行う。なお、膜内はポンプ３７で吸引されてお
り、濾過水は配管３６及び該ポンプ３７を介して取り出
される。

【００１１】膜分離槽３１内に浸漬配置された返送ポン
プ３８により膜分離槽３１内の液が配管３９を介して前
記脱窒部２２へ返送される。

【００１２】この図４の浸漬膜式固液分離装置におい
て、膜モジュール３２の膜の薬品洗浄を行う場合には、
自動弁３０を閉弁した後、膜分離槽３１の底部に対し配
管４０、ポンプ４１及び配管４２を介して連通している
洗浄用汚泥貯槽４３へ該膜分離槽３１内の液を排出して
一時的に貯留する。空になった膜分離槽３１に対し、洗
浄用薬剤調製槽４５内の薬液を配管４４、ポンプ４１及
び配管４０を介して流入させ、薬液により該膜分離槽３
１を満たす。次いで、ブロワ３５を作動させて膜分離槽
３１内を曝気し、膜洗浄を行う。洗浄終了後、膜分離槽
３１内の液を薬剤調製槽４５に戻し、次いで汚泥貯槽４
３内の液を膜分離槽３１に戻し、該膜分離槽３１での膜
分離処理を再開する。なお、配管４２，４４にはそれぞ
れ開閉弁４２ａ，４４ａが設けられている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記図３，４の従来装
置において、膜分離槽内の膜洗浄を行うときに膜分離槽
内の液を薬液と置換するのは、槽内の液が洗浄薬剤と混
合すると、洗浄効果が弱くなるだけでなく、膜をより一
層汚染する可能性があるからである。特に被処理水が活
性汚泥の場合には、薬剤を混合することによって活性汚
泥中の有効な微生物が死滅し、活性がなくなる。

【００１４】このような液と洗浄薬液との置換を行うた
めには、上記の自動弁４ａ，９ａ，３０を設け、この弁
を開閉して前段側の槽１，２０と膜分離槽５，３１との
連通・遮断を切り替える必要があるが、巨大な自動弁が
必要になり、コストが高くなるという問題があった。特
に自動弁は、高濃度の活性汚泥中で動作する必要があ
り、しかも自動弁の膜分離槽側は膜洗浄用の強力な薬剤
に接するため、機構・材質ともに高性能なものが必要
で、非常にコストがかかる。

【００１５】また、図４の浸漬膜式固液分離装置の場
合、返送ポンプ３８を膜分離槽３１内に浸漬配置してい
るため、この返送ポンプ３８として膜洗浄用の強力な薬
剤に耐える材質のものが必要で、コストがかかる。

【００１６】なお、前段の槽１，２０に対し膜分離槽
５，３１を複数個接続し、複数系列で並行処理するもの
である場合、各系列ごとに高価な自動弁を設ける必要が
あり、装置コストが著しく高くなる。また、自動弁の数
が増えるとメンテナンスの手間もそれだけ増える。

【００１７】本発明は、上記従来の問題点を解決し、装
置コストが低廉であると共にメンテナンスも容易な浸漬
膜式固液分離装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の浸漬膜式固液分
離装置は、前段の水槽と、濾過処理用の膜が内部に設置
されており、該前段の水槽の液が導入される膜分離槽と
からなる浸漬膜式固液分離装置において、前段の水槽に
対して該膜分離槽が複数設けられ、該前段の水槽から該
複数の膜分離槽に液を移送する手段として該前段の水槽
に設けたポンプを用い、該前段の水槽の液が分配装置を
介して該複数の膜分離槽に供給される浸漬膜式固液分離
装置であって、該膜分離槽内の液を排出するための排出
配管と、該膜分離槽内に薬液を流入させるための流入配
管とを備えたことを特徴とするものである。

【００１９】かかる本発明の浸漬膜式固液分離装置にあ
っては、前段の槽から膜分離槽へポンプによって液を移
送しているため、このポンプを停止するだけで液の移送
を停止でき、自動弁が不要となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図面を参照して実施の形態に係る
浸漬膜式固液分離装置について説明する。

【００２１】図１は参考例に係る浸漬膜式固液分離装置
の概略的な系統図であり、図２は実施の形態に係る浸漬
膜式固液分離装置の概略的な系統図である。

【００２２】前記図４に示す浸漬膜式固液分離装置と同
様に、図１の浸漬膜式固液分離装置は、生物処理槽とし
ての硝化脱窒槽２０と、この硝化脱窒槽２０から液が導
入される膜分離槽３１とから主として構成されている。

【００２３】図２の浸漬膜式固液分離装置では、生物処
理槽（硝化脱窒槽）２０からの硝化液が複数の膜分離槽
３１に分配装置７０を介して分配供給されるように構成
されている。

【００２４】硝化脱窒槽２０内は隔壁２１によって脱窒
部２２と硝化部２３とに区画されており、原水は脱窒部
２２に導入され、該脱窒部２２内において撹拌ポンプ２
４によって撹拌される。脱窒部２２内の液は隔壁２１の
移流部を介して硝化部２３に導入される。この硝化部２
３内では、ブロワ２６から供給された空気が散気管２５
から散気されることにより硝化反応が進行する。硝化処
理液は、硝化液循環ポンプ２７及び配管２８を介して脱
窒部２２に返送され、硝化液中の硝酸態あるいは亜硝酸
態窒素が窒素に還元され、大気中に放出される。

【００２５】なお、この実施の形態では槽２０は硝化液
循環型の活性汚泥槽としたが、本発明はこれに限定する
ものではなく、一槽により生物処理を行うものでも良
く、硝化・脱窒を行わない活性汚泥槽でも良く、間欠曝
気式の活性汚泥槽でも良く、それらの組み合わせでも良
い。

【００２６】また、この実施の形態にように活性汚泥槽
を採用したときにもっとも効果的であるが、凝集分離槽
等を採用しても良い。

【００２７】硝化部２３内の液の一部は、ブロワ３５か
ら下部４７へ空気が供給されるエアリフトポンプよりな
る移送ポンプ４８及び移送管４９を介して膜分離槽３１
へ移送される。

【００２８】図２では、分配装置７０へ、前記ポンプ４
８から硝化液が供給される。この分配装置７０には複数
個の越流口７１，７１…を有した越流堰７２が設けられ
ており、各越流口７１を越流した硝化液が配管７３，７
３…を介して膜分離槽３１， ３１…へ供給される。各膜
分離槽３１からの返送汚泥は、自然流下により返送管５
０を介して槽２０へ返送される。

【００２９】この移送ポンプ４８による移送量は、膜モ
ジュール３２から配管３６を介して取り出される濾過水
量（透過水量）の２倍以上好ましくは２〜４倍とされ
る。このように濾過量よりも格段に多量に液を送液する
関係上、膜分離槽３１からの返送汚泥量（返送液量）も
多くなるが、この返送汚泥は後述の自然流下式の汚泥返
送管５０を介して返送される。

【００３０】膜分離槽３１から槽２０への返送液量を膜
モジュール３２の濾過水量の１倍以上好ましくは１〜１
０倍とくに２〜５倍とする。この理由について次に詳細
に説明する。

【００３１】一般に、返送水量÷処理水量をα（以下返
送比と呼ぶ）としたときに、膜分離槽における懸濁物質
の濃縮倍率が（α＋１）÷α倍になる。仮に１倍しか返
送しないとすると、濃縮倍率は（１＋１）÷１＝２とな
り、２倍に懸濁物質が濃縮されるのに対し、２倍の返送
を行えば濃縮倍率は（２＋１）÷２＝１．５となり、
１．５倍に濃縮を抑えることができる。４倍の返送を行
えば濃縮倍率は５÷４＝１．２５倍となる。

【００３２】特に活性汚泥による生物処理を行う場合、
懸濁物質である活性汚泥の濃度は高い方が処理能力が高
いのに対し、安定して膜分離できる汚泥濃度は約２０，
０００ｍｇ／Ｌと限られているため、返送比を高くして
膜分離槽での汚泥の濃縮を抑え、その分生物処理槽での
活性汚泥濃度を高く保った方が有利である。

【００３３】例えば、返送比を１倍とすると濃縮倍率は
２倍となるため、膜分離槽の活性濃度を２０，０００ｍ
ｇ／Ｌ以下に抑えるためには生物処理槽の活性汚泥濃度
は１０，０００ｍｇ／Ｌ以下にしなければならないのに
対し、返送比を４倍とすると濃縮倍率は１．２５倍とな
るため、生物処理槽の活性汚泥濃度は１６，０００ｍｇ
／Ｌまで高めることができる。このため、返送比を４倍
として設計すれば１倍として設計したときの約１．５倍
の汚泥濃度を見込むことができるため、処理能力も約
１．５倍となり、生物処理槽の大きさは（１／１．５）
＝０．６７倍の大きさで設計することができる。

【００３４】ところで、この実施の形態にあっては、膜
分離槽３１の膜洗浄時に該ポンプ４８の作動を停止する
だけで膜分離槽３１への送液を停止することができ、従
来例の自動弁４ａ，９ａ，３９が不要である。このよう
に高価な自動弁を不要とすることにより浸漬膜式固液分
離装置のコストを低減できる。

【００３５】また、ポンプ４８の設置場所は前段の槽２
０内であり、膜洗浄用の強力な薬剤に接することがない
ため、該ポンプ４８は通常のコストの安い材質のものを
用いることができ、コストを削減できる。

【００３６】この実施の形態のように移送ポンプ４８と
してエアリフトポンプを用いれば更にコストを削減でき
る。すなわち、エアリフトポンプで使用する空気は浸漬
膜で使用する空気の４０分の１以下であるため、膜分離
槽３１で使用する大型ブロワ３５の空気の一部を配管で
分岐して使用すれば、特に専用のブロワも必要無く、ブ
ロワを駆動するための電気量もほとんど変わらないため
である。通常、エアリフトポンプのコストは駆動用ブロ
ワのコストが大部分を占めており、特にその駆動コスト
はブロワを駆動する電気代のみである。従ってこの場合
は通常エアリフトポンプを設置する場合の５分の１以下
のコストで設置でき、運転コストはほとんどかからな
い。また、このように低コストでポンプを設置・運転で
きるため、返送比を高くとることができ、膜分離槽での
汚泥の濃縮を抑えた理想に近い装置とすることができ
る。特に槽２０が活性汚泥式の生物処理槽である場合、
返送比を高くとることによって、前記したように生物処
理槽での活性汚泥濃度を高くとることができるため、水
槽の大きさを削減することができ、コストが安くなる。

【００３７】膜分離槽３１内には膜モジュール３２と、
該膜モジュール３２の側部を囲むバッフル板３３と、該
膜モジュール３２の下方に配置された散気管３４とが設
置されている。ブロワ３５から散気管３４に空気を供給
して散気することにより、膜モジュール３２の膜面に乱
流を与え、該膜面近傍での液の濃縮を抑制しつつ膜濾過
処理を行う。なお、膜内はポンプ３７で吸引されてお
り、濾過水は配管３６及び該ポンプ３７を介して取り出
される。

【００３８】この実施の形態の膜は、スクリーン状中空
糸膜であり、膜モジュールを上下方向に多段（好ましく
は２〜４段）に積層して使用している。ただし、本発明
はこの膜モジュールに限定されるものではなく、平膜や
チューブラ膜等の従来公知のいずれの浸漬型膜にも適用
できるものである。また、この膜の公称孔径は例えば
０．１μｍ、材質は親水化ポリエチレンとされるが、こ
れらに限定されるものではなく、従来公知の精密濾過膜
や限外濾過膜のいずれも用いることができ、膜材質も問
わない。

【００３９】図中のバッフル板３３は曝気による上昇流
と、非曝気部の下降流（以下この２つの流れを合わせて
旋回流と呼ぶ）とを明確に分離し、旋回流の流速を増加
させるとともに、散気管３４からの気泡を確実に膜面付
近を通過させるためのものである。このバッフル板３３
は省略されても良いが、設置した方が好ましい。バッフ
ル板３３を設置する場合、上下端の開口部（曝気による
旋回流の上昇部と下降部の連通部）の流路断面積は、旋
回流の上昇部又は下降部の水平方向断面積の小さい方と
同程度以上であることが好ましい。旋回流下降部の水平
方向断面積は上昇部のそれと同程度以上であることが好
ましい。

【００４０】膜分離槽３１内の液は自然流下式の汚泥返
送管５０を介して前記硝化部２３及び脱窒部２２へ返送
される。

【００４１】膜分離槽３１からの汚泥は、生物処理槽の
硝化部にのみ返送しても良く、脱窒部にのみ返送しても
良く、図示の如く両方に返送しても良い。返送先は槽２
０の種類により任意の好適な部分に返送することができ
るが、槽２０として活性汚泥法を用いる場合は活性汚泥
法の一番上流側の水槽に返送することが望ましい。但し
この活性汚泥法が生物学的脱リン法であり、一番上流側
の水槽が完全嫌気環境を必要とするリン放出槽である場
合は、２番目以降の無酸素環境の水槽か、好気環境の水
槽に返送する方が望ましいこともある。

【００４２】膜モジュール３２の膜の薬品洗浄を行う場
合には、移送ポンプ４８を停止した後、膜分離槽３１の
底部に対し配管４０、ポンプ４１及び配管４２を介して
連通している洗浄用汚泥貯槽４３へ該膜分離槽３１内の
液を排出して一時的に貯留する。空になった膜分離槽３
１に対し、洗浄用薬剤調製槽（薬剤貯槽）４５内の薬液
を配管４４、ポンプ４１及び配管４０を介して流入さ
せ、薬液により該膜分離槽３１を満たす。次いで、ブロ
ワ３５から散気管３４にのみ空気を供給して膜分離槽３
１内を曝気し、膜洗浄を行う。洗浄終了後、膜分離槽３
１内の液を薬剤調製槽４５に戻し、次いで汚泥貯槽４３
内の液を膜分離槽３１に戻し、該膜分離槽３１での膜分
離処理を再開する。なお、配管４２，４４にはそれぞれ
開閉弁４２ａ，４４ａが設けられている。

【００４３】洗浄用汚泥貯槽４３には、該貯槽内の液を
撹拌するために散気管５２とブロワ５３とからなる撹拌
装置が設けられているが、このような曝気式の撹拌装置
の代わりに撹拌ポンプ５４を設けても良い。洗浄用薬剤
調製槽４５にも同様の撹拌手段５５が設けられている。

【００４４】洗浄用薬剤調製槽４５には、工業用水、市
水、膜処理水等の清水の注入手段５７と、次亜塩素酸ソ
ーダ・苛性ソーダ・界面活性剤・硫酸などの薬剤のタン
ク５８及び薬注ポンプ５９を備えた薬注手段６０とが設
けられると共に、ｐＨ計等の液特性センサ６１と、この
センサ６１の検出値に基づいて前記薬注ポンプ５９を制
御する制御器６２が設置されている。なお、この調製槽
４５及び前記汚泥貯槽４３に使用する移送ポンプ４１は
図中に示したように膜分離槽３１から汚泥貯槽４３への
移送と汚泥貯槽４５から膜分離槽への移送を１台のポン
プで兼用しても良いし、別々に設けても良い。また、調
製槽４５用の薬液移送ポンプと汚泥貯槽４３用の汚泥移
送ポンプを別々のものとしても良い。

【００４５】図２でも洗浄用汚泥貯槽４３及び薬剤調製
槽４５が各膜分離槽３１に接続されている。この場合、
図示の如く、複数の膜分離槽３１に対しそれぞれ１槽の
汚泥貯槽４３、薬剤調製槽４５を切替弁を介して接続す
るのが好ましい。

【００４６】この図２の実施の形態のように、１個の生
物処理槽（前段水槽）に対し膜分離槽が複数系列接続さ
れ、該膜分離槽にて並行して膜処理するように構成され
ている場合には、更にコストを削減することができる。
すなわち、容量Ｑのポンプをｎ個設置する場合と、容量
ｎＱのポンプを１個設置する場合とでは、ポンプ自体の
価格、電機計装、架台、設置作業、配管、メンテナンス
等の観点から、後者の方が著しく低コストとなり有利と
なる。

【００４７】本発明のコスト削減効果は、規模や処理方
式によって大きく変わってくるため一概には言えない
が、返送用ポンプ・自動弁等、本発明に関する部分に限
って比較すると、これらの設置コストを３０〜５０％削
減でき、運転コストはエアリフトポンプを用いた場合５
０％以上削減できる。

【００４８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によると浸漬膜式固
液分離装置の装置コスト及びメンテナンスコストを著し
く低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】参考例に係る浸漬膜式固液分離装置の系統図で
ある。

【図２】実施の形態に係る浸漬膜式固液分離装置の系統
図である。

【図３】従来例に係る浸漬膜式固液分離装置の系統図で
ある。

【図４】別の従来例に係る浸漬膜式固液分離装置の系統
図である。

【符号の説明】

１ 生物処理槽 ５ 膜分離槽 ６ 膜モジュール ２０ 生物処理槽（硝化脱窒槽） ２２ 脱窒部 ２３ 硝化部 ３０ 自動弁 ３１ 膜分離槽 ３２ 膜モジュール ４３ 洗浄用汚泥貯槽 ４５ 洗浄用薬剤調製槽 ４８ 移送ポンプ（エアリフトポンプ） ５０ 汚泥返送管 ６０ 薬注手段

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前段の水槽と、 濾過処理用の膜が内部に設置されており、該前段の水槽
   の液が導入される膜分離槽と からなる浸漬膜式固液分離装置において、前段の水槽に
   対して該膜分離槽が複数設けられ、 該前段の水槽から該複数の膜分離槽に液を移送する手段
   として該前段の水槽に設けたポンプを用い、該前段の水
   槽の液が分配装置を介して該複数の膜分離槽に供給され
   る浸漬膜式固液分離装置であって、 該膜分離槽内の液を排出するための排出配管と、 該膜分離槽内に薬液を流入させるための流入配管とを備
   えたことを特徴とする浸漬膜式固液分離装置。
2. 【請求項２】 該ポンプがエアリフトポンプであること
   を特徴とする請求項１に記載の浸漬膜式固液分離装置。
3. 【請求項３】 該膜分離槽から該前段の水槽へ液を返送
   するための自然流下式の返送管が設けられていることを
   特徴とする請求項１又は２に記載の浸漬膜式固液分離装
   置。
4. 【請求項４】 該複数の膜分離装置に対して、１槽の汚
   泥貯槽が前記排出配管を介して接続されると共に、１槽
   の薬剤貯槽が前記流入配管を介して接続されていること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
   浸漬膜式固液分離装置。