JP3608353B2 - Membrane module and water treatment apparatus using the same - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、膜モジュール及びこれを用いた水処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
膜を用いて廃水処理を行う場合、ろ過の対象となる原液の懸濁物質濃度や粘度、運転方法、求められる処理水質などにより、最適なモジュール形状や膜孔径を選定することが必要となる。ここで、モジュールとは、膜エレメントを容器(ハウジングまたはケーシング)に組み込んだろ過器のことをいう。現在市販されているモジュールの形状には、管状、中空糸状、スパイラル状、平膜(プリーツタイプ、プレート&フレームタイプ)などがあるが、それぞれに長所及び短所がある。
近年、これらの膜モジュールをリアクタに浸漬し、吸引ろ過によりろ液を得る浸漬方式が開発されている。この際、膜モジュールを活性汚泥や凝集汚泥などの高濁質液中に浸漬してろ過するため、固形分を含む液のろ過に最適なプレート&フレームタイプの平膜が主に用いられている。
【0003】
管状や中空糸状モジュールを被ろ過液中に浸漬してろ過する場合、管状モジュールは膜面積が大きく確保できず、大量処理に不向きであったり、中空糸状モジュールは中空糸膜の束の内部に付着又は固着した懸濁物質がエアバブリングによって除去困難であるなどの問題を抱えている。一方、平膜状の膜を浸漬した浸漬平膜型モジュールは、エアバブリングによる膜面の洗浄が中空糸膜モジュールに比べて容易であり、また、管状モジュールより膜充填密度を高くとれるため、高濁質液のろ過に適していると考えられる。
しかし、膜充填密度を浸漬平膜型モジュールとスパイラル状モジュールとで比較すると、スパイラル状の方が高くとれる。したがって、スパイラル型膜モジュールを用いれば、膜分離装置のコンパクト化が可能になると考えられる。ところが、従来のスパイラル型膜モジュールは、液の流路が狭く、固形分を含む液の分離には不適当であるため、高濁質液のろ過にスパイラル型膜モジュールを適用した例はない。
【0004】
スパイラル型膜エレメントは、袋状の平膜をスペーサと一緒に集水管軸に巻いて形成し、ベッセルと呼ばれる容器内に装着して使用される。このとき、スペーサ部が原液の流路となるため、その厚みで膜間隔が決定する。スペーサの厚みは通常1mm程度であるが、スペーサを波板状にして膜面の乱流促進を期待するスパイラル型膜エレメントも提案されているが、この場合の波板状スペーサによる有効流路高さは2.5mmとされている(特開平4−87695号公報参照)。しかしながら、このような膜間隔では、膜間に懸濁物質が閉塞して運転できなくなってしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、高濁質液に浸漬して吸引ろ過が可能な膜モジュール及びこれを用いた水処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着し、膜間隔が5〜10mmとなるように、スパイラルに巻いてなることを特徴とする。本発明は、さらに、スパイラル型膜エレメントの袋状の平膜の長手方向の端部を断面形状が円形又多角形のケーシングあるいは複数のポールに固定してなることを特徴とする膜モジュールを提供するものである。また、本発明の水処理装置は、リアクタ内に本発明の膜モジュールを1個又は複数個装着したことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、上記のように袋状の平膜をろ液集水管軸に複数枚装着したものであるが、使用する膜としては、例えば、精密ろ過膜、限外ろ過膜などが好ましい。
【0009】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、上記のような膜を複数枚、膜間隔が5〜10mmとなるように、スパイラルに巻いて形成される。この膜間隔を5mm以上とすることにより、約15000mg/(リットル)の高濁質液をろ過処理しても流路の閉塞は起こらず、また、バブリングしたエアが膜間に確実に供給されるため、膜面のケーキ層の蓄積も防止できることが分かった。また、スパイラル型膜エレメントの膜間隔を10mm以下とすれば、膜充填密度もプレート&フレームタイプの平膜モジュールと同等以上になる。
【0010】
また、本発明のスパイラル型膜エレメントには、その袋状の平膜の上端と下端に、補強材を装着するのが好ましい。補強材としては、形状を自在に調整できるプラスチック製の薄板を用いるか又はメッシュ状に張ったワイヤを用いることが好ましい。また、膜エレメントの垂直方向の長さによっては、その中間部にも補強材を装着することが好ましい。
【0011】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、上記のように、膜間隔が充分に広く、膜充填密度も高くできるため、これを被ろ過液中に浸漬し、吸引ろ過するのに有効であり、高濁質液を被ろ過液とすることができる。被ろ過液としては、一般に5000〜15000mg/(リットル)の懸濁物質を含む液が対象となる。
その際、本発明のスパイラル型膜エレメントを、そのろ液集水管軸が水面に対して垂直に位置するように被ろ過液中に浸漬し、吸引ろ過するのが好ましい。
吸引方法には、ポンプを解する方法と高低差(ヘッド差)を利用した方法があるが、本発明においては、いずれの方法でも適用することができる。
【0012】
ろ過を継続すると、膜面で除去された懸濁物質がケーキ層を形成し、ろ過抵抗の上昇を引起し、ろ過圧力が上昇する。そのため、定期的に膜面のケーキ層を排除する。このケーキ層の除去には、膜エレメントの下方からのエアバブリングによって膜洗浄を行うのが好ましい。スパイラル型膜エレメントの下方から吹き込まれたエアは、スパイラル型膜エレメントの膜同士の間を上昇し、その気泡及び水流により膜面のケーキ層を剥離して取り除く。
【0013】
本発明の膜モジュールは、上記のような本発明のスパイラル型膜エレメントを断面形状が円形又は多角形のケーシングあるいはポールに固定してなるものである。
本発明の水処理装置は、リアクタ内に本発明の膜モジュールを1個又は複数個装着したものである。膜モジュールは、そのろ液集水管軸がリアクタ内の水面に対して垂直に位置するように設置されるのが好ましい。また、膜面のエアバブリング洗浄のため、膜エレメントの下方に散気設備を備えるのが好ましい。
【0014】
【実施例】
次に、図面を参照して本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれによって制限されるものではない。
図1は、本発明の一実施例を示す膜モジュールの横断面図である。図1において、膜モジュール1は、ろ液集水管軸2に袋状の平膜3を複数枚装着し、スパイラルに巻いて形成されたスパイラル型膜エレメントを有し、各袋状の平膜3の長手方向の端部がケーシング4に固定されている。
【0015】
図2は、図1に示した膜モジュールをリアクタ内に装着した水処理装置の略示縦断面図である。この水処理装置は、リアクタ10内に1個の膜モジュール1をそのろ液集水管軸2が水面に対して垂直に位置する状態で装着したものであり、この膜エレメントの上端と下端は補強材5によって補強されている。また、膜エレメントの下方には散気設備6が付設されている。ろ液集水管軸2の上端部は、リアクタ10内の水面より上方にある。
この水処理装置で廃水処理を行う場合、リアクタ10内に投入された被ろ過液は吸引ろ過により膜でろ過され、膜を透過した処理水は、吸引によりろ液集水管軸2の上端部から系外に排出される。
所定時間ろ過を継続した後、定期的に膜面のケーキ層を除去するため、散気設備6からエアを吹き込み、エアバブリング洗浄を行う。
スパイラル型膜エレメントを下水処理場の曝気槽内に浸漬する場合には、生物処理に必要なエア量が常に供給されているため、このエアを洗浄用として代用してもよい。
【0016】
図3は、本発明の別の実施例を示す膜モジュールの横断面図であり、図4はリアクタ内における膜モジュールの配置例を示す説明図である。図3に示した膜モジュール11は、断面形状が三角形のケーシング14に固定されている点で、図1に示した実施例と相違する。
また、図5は、本発明の別の実施例を示す膜モジュールの横断面図であり、図6はリアクタ内における膜モジュールの配置例を示す説明図である。図5に示した膜モジュール21は、6枚の袋状の平膜3をろ液集水管軸2に装着し、断面形状が六角形のケーシング24に固定した点で図1に示した実施例と相違する。
図3及び図5に示した膜モジュールは、ケーシングの断面形状が円形のもの(図1)に比べて、それぞれ図4及び図6に示した配置ができるため、リアクタ内の膜モジュールの充填密度を高めることができ、隣あった膜モジュール間のデッドスペースも無くなるという利点を有する。
【0017】
図7は、本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図であり、図8は、図7に示す膜モジュールの側面図である。図7に示した膜モジュール31においては、ろ液集水管軸32に3枚の袋状の平膜33が装着され、巻かれてスパイラル型膜エレメントが形成されており、その平膜33の長手方向の端部は、3本のポール34にそれぞれ固定されている。巻かれた袋状の平膜の上端及び下端は、補強材35によって補強されている。
【0018】
図9は、本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図である。この膜モジュール41においては、ろ液集水管軸42に袋状の平膜43が装着され、巻かれてスパイラル型膜エレメントが形成されており、袋状の平膜43の長手方向の端部は、断面形状が円形のケーシング44に固定されている。袋状の平膜43の上端は、補強材としてメッシュ状に張ったワイヤ45によって固定されており、図示していない下端は、図7と同様の補強材によって補強されている。この実施例では、ワイヤが目詰まりしないように、そのメッシュ幅は、50mm程度と大きくすることが必要である。
なお、図中の黒点は、固定点を意味する。
【0019】
【発明の効果】
本発明の膜モジュールは、高濁質液中に浸漬し、吸引ろ過することにより、効率の良い固液分離を行うことが可能となる。また、本発明は、スパイラル型膜エレメントの下方からエアを吹き込み、定期的に膜面のエアバブリング洗浄を行うことにより、その気泡及び水流により膜面のケーキ層を除去できるので、長期間にわたり安定してろ過運転を行うことが可能となる。さらに、本発明において、断面形状が多角形のケーシングを用いることにより、膜充填密度を著しく高くでき、モジュール間のデッドスペースを無くすことができ、装置のコンパクト化を図ることができる。したがって、本発明の水処理装置によれば、コンパクトな装置で、濁質濃度の高い廃水、例えば、活性汚泥などを含む廃水を効率よく、長期間にわたって安定して処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す膜モジュールの略示横断面図である。
【図2】図1に示した膜モジールを装着した本発明の水処理装置の略示縦断面図である。
【図3】本発明の別の実施例を示す膜モジュールの略示横断面図である。
【図4】図3に示した膜モジュールの配置例を示す説明図である。
【図5】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの略示横断面図である。
【図6】図5に示した膜モジュールの配置例を示す説明図である。
【図7】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図である。
【図8】図7に示す膜モジュールの側面図である。
【図9】本発明のさらに別の実施例を示す膜モジュールの平面図である。
【符号の説明】
1 膜モジュール
2 ろ液集水管軸
3 袋状の平膜
4 ケーシング
5 補強材
6 散気設備
10 リアクタ
11 膜モジュール
14 ケーシング
21 膜モジュール
24 ケーシング
31 膜モジュール
32 ろ液集水管軸
33 袋状の平膜
34 ポール
35 補強材
41 膜モジュール
45 ワイヤ[0001]
The present invention relates to a membrane module and a water treatment apparatus using the same .
[0002]
[Prior art]
When wastewater treatment is performed using a membrane, it is necessary to select an optimal module shape and membrane pore size depending on the suspended solid concentration and viscosity of the stock solution to be filtered, the operation method, the required treated water quality, and the like. Here, the module refers to a filter in which a membrane element is incorporated in a container (housing or casing). Currently available modules include tubular, hollow fiber, spiral, and flat membranes (pleated type, plate & frame type), but each has advantages and disadvantages.
In recent years, an immersion method has been developed in which these membrane modules are immersed in a reactor and a filtrate is obtained by suction filtration. At this time, the membrane module is immersed in a highly turbid liquid such as activated sludge or agglomerated sludge and filtered, so plate and frame type flat membranes that are optimal for filtration of liquids containing solids are mainly used. .
[0003]
When a tubular or hollow fiber module is immersed in the liquid to be filtered, the tubular module cannot secure a large membrane area and is not suitable for mass processing, or the hollow fiber module adheres to the inside of a bundle of hollow fiber membranes. Or, there is a problem that the suspended suspended solids are difficult to remove by air bubbling. On the other hand, an immersion flat membrane type module in which a flat membrane membrane is immersed is easier to clean the membrane surface by air bubbling than a hollow fiber membrane module, and also has a higher membrane packing density than a tubular module. It is considered suitable for filtration of turbid liquid.
However, when the membrane packing density is compared between the submerged flat membrane module and the spiral module, the spiral shape is higher. Therefore, if a spiral membrane module is used, it is considered that the membrane separator can be made compact. However, since the conventional spiral membrane module has a narrow liquid flow path and is not suitable for separation of a liquid containing a solid content, there is no example in which the spiral membrane module is applied to filtration of a highly turbid liquid.
[0004]
A spiral type membrane element is formed by winding a bag-like flat membrane around a water collecting tube shaft together with a spacer, and mounting it in a container called a vessel. At this time, since the spacer portion serves as a flow path for the stock solution, the film interval is determined by the thickness. Although the thickness of the spacer is usually about 1 mm, a spiral type membrane element is also proposed in which the spacer is made into a corrugated plate and expected to promote turbulent flow on the membrane surface. The height is set to 2.5 mm (see Japanese Patent Laid-Open No. 4-87695). However, with such a membrane interval, suspended substances are blocked between the membranes, making it impossible to operate.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, and to provide a membrane module that can be suction filtered by being immersed in a highly turbid liquid and a water treatment apparatus using the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems ]
[0007]
The present invention is characterized in that a plurality of bag-like flat membranes are attached to the filtrate water collecting tube shaft and wound in a spiral so that the membrane interval is 5 to 10 mm. The present invention further the membrane module the longitudinal ends of the bag-shaped flat sheet membrane of the scan Pairaru membrane element cross-sectional shape and characterized by being fixed to the casing or a plurality of poles of circular addition polygonal It is to provide. Moreover, the water treatment apparatus of the present invention is characterized in that one or a plurality of the membrane modules of the present invention are mounted in a reactor.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As described above, the spiral membrane element of the present invention has a plurality of bag-like flat membranes attached to the filtrate water collecting tube shaft. Examples of membranes to be used include microfiltration membranes and ultrafiltration membranes. Etc. are preferable.
[0009]
The spiral membrane element of the present invention is formed by winding a plurality of membranes as described above in a spiral so that the membrane spacing is 5 to 10 mm. By setting the distance between the membranes to 5 mm or more, even if a high-turbidity liquid of about 15000 mg / (liter) is filtered, the flow path is not blocked, and bubbling air is reliably supplied between the membranes. Therefore, it was found that accumulation of the cake layer on the film surface can also be prevented. If the membrane distance of the spiral membrane element is 10 mm or less, the membrane packing density is equal to or higher than that of the flat membrane module of the plate & frame type.
[0010]
Moreover, it is preferable to attach a reinforcing material to the upper end and the lower end of the bag-shaped flat membrane in the spiral membrane element of the present invention. As the reinforcing material, it is preferable to use a plastic thin plate whose shape can be freely adjusted, or a wire stretched in a mesh shape. Further, depending on the length of the membrane element in the vertical direction, it is preferable to attach a reinforcing material to an intermediate portion thereof.
[0011]
As described above, the spiral membrane element of the present invention has a sufficiently wide membrane interval and a high membrane packing density. Therefore, the spiral membrane element is effective for immersing this in a liquid to be filtered and performing suction filtration. The liquid material can be used as a liquid to be filtered. As the liquid to be filtered, a liquid containing suspended substances of 5000 to 15000 mg / (liter) is generally targeted.
At that time, the spiral membrane element of the present invention is preferably immersed in the filtrate to be filtrated so that the filtrate collecting pipe axis is positioned perpendicular to the water surface, and suction filtered.
As a suction method, there are a method using a pump and a method using a height difference (head difference), but any method can be applied in the present invention.
[0012]
When the filtration is continued, the suspended matter removed on the membrane surface forms a cake layer, causing an increase in the filtration resistance and increasing the filtration pressure. Therefore, the cake layer on the film surface is regularly removed. For removing the cake layer, it is preferable to perform membrane cleaning by air bubbling from below the membrane element. The air blown from below the spiral membrane element rises between the membranes of the spiral membrane element, and peels and removes the cake layer on the membrane surface by the bubbles and water flow.
[0013]
The membrane module of the present invention is obtained by fixing the spiral membrane element of the present invention as described above to a casing or pole having a circular or polygonal cross section.
The water treatment apparatus of the present invention has one or more membrane modules of the present invention mounted in a reactor. The membrane module is preferably installed such that its filtrate water collection tube axis is positioned perpendicular to the water surface in the reactor. Moreover, it is preferable to provide an air diffuser below the membrane element for air bubbling cleaning of the membrane surface.
[0014]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail based on examples with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a membrane module showing an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a membrane module 1 includes a spiral membrane element formed by attaching a plurality of bag-like
[0015]
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a water treatment apparatus in which the membrane module shown in FIG. 1 is mounted in a reactor. In this water treatment apparatus, one membrane module 1 is mounted in a
When wastewater treatment is performed with this water treatment apparatus, the liquid to be filtered put into the
After continuing the filtration for a predetermined time, air is blown from the
When the spiral membrane element is immersed in the aeration tank of the sewage treatment plant, since the air amount necessary for biological treatment is always supplied, this air may be used for cleaning.
[0016]
FIG. 3 is a cross-sectional view of a membrane module showing another embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an explanatory view showing an arrangement example of the membrane module in the reactor. The
FIG. 5 is a cross-sectional view of a membrane module showing another embodiment of the present invention, and FIG. 6 is an explanatory view showing an arrangement example of the membrane module in the reactor. The
The membrane modules shown in FIGS. 3 and 5 can be arranged as shown in FIGS. 4 and 6, respectively, compared to the case where the casing has a circular cross-sectional shape (FIG. 1). And the dead space between adjacent membrane modules is eliminated.
[0017]
FIG. 7 is a plan view of a membrane module showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a side view of the membrane module shown in FIG. In the
[0018]
FIG. 9 is a plan view of a membrane module showing still another embodiment of the present invention. In this
In addition, the black point in a figure means a fixed point.
[0019]
【The invention's effect】
The membrane module of the present invention can perform efficient solid-liquid separation by immersing in a highly turbid liquid and suction filtration. The present invention also blowing air from below the spiral type membrane element, by performing air bubbling cleaning periodically film surface, it can be removed cake layer of the membrane surface by the bubbles and water, stable over a long period of time Thus, the filtration operation can be performed. Furthermore, in the present invention, by using a casing having a polygonal cross-sectional shape, the film filling density can be remarkably increased, dead space between modules can be eliminated, and the apparatus can be made compact. Therefore, according to the water treatment apparatus of the present invention, wastewater containing high turbidity concentration, for example, wastewater containing activated sludge can be efficiently and stably treated over a long period of time with a compact apparatus.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a membrane module showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of a water treatment apparatus of the present invention equipped with the membrane module shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a membrane module showing another embodiment of the present invention.
4 is an explanatory view showing an arrangement example of the membrane module shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a membrane module showing still another embodiment of the present invention.
6 is an explanatory view showing an arrangement example of the membrane module shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a plan view of a membrane module showing still another embodiment of the present invention.
8 is a side view of the membrane module shown in FIG.
FIG. 9 is a plan view of a membrane module showing still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
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