JP3665086B2 - 膜式沈殿分離槽 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高濃度の固形分を含む原液（被処理液）を固液分離する膜式沈殿分離槽に関し、より詳しくは高濃度の固形分を含む原液を連続的に濾過すると共に、固形分を高濃度状態で、効率よく系外に取り出すことができる膜式沈殿分離槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境汚染に伴って上水道用水源の汚染が進み、従来の凝集砂濾過の浄水工程に様々な付加処理が浄水技術に必要となっている。これに対し浄水の主要技術であり、浄水処理場の大部分を占めている砂濾過による河川水の除濁工程を膜式フィルターに代替する検討が急速に進められつつある（厚生省ＭＡＣ−２１プロジェクト）。
【０００３】
一方、半導体等の一般工業においては、技術の高度化により、研磨・切削工程に使用される冷却液の高度化が進み、その回収再使用が課題となっている。この冷却液の回収に代表される一般工業における高濃度の濁質成分を含む原液の固液分離については、遠心分離、従来の濾過技術の応用等が検討されてきたが、現在では、膜式フィルターによる固液分離がその連続性、取扱い、精度等において有利と判断されつつある。
【０００４】
膜式フィルターには、膜の外側から内側に液体を透過させる外圧式と膜の内側から外側に向って液を透過させる内圧式があるが、高濃度の濁質成分を含む原液を処理する場合には外圧式が多く用いられている。また、膜式フィルターは膜面に蓄積した濁質を、逆洗、すなわち外圧式の場合、膜の内側から内圧を加えて離脱させるか、あるいは膜に何らかの力を加えて膜の外側の固液界面を乱すことによって濁質を離脱させる等により膜面より濁質を分離させることができる。
【０００５】
しかしながら、連続処理を前提とする場合、この膜面より離脱した濁質成分を再び濾過工程で膜外面に蓄積させると処理能率は極端に下がってしまう。
【０００６】
沈降性固形分の沈降性を改善する方法として、従来、特に浄水技術に於て傾斜板が使用されており、既に外圧型膜式フィルターとの組合せが特開平５−１５４３５４号に提案されている。しかし、特開平５−１５４３５４号の方法では、傾斜板の部分を含む原液側全体が攪拌されるおそれがあり、濁質成分の傾斜板での沈降が妨げられるばかりか、せっかくこの部分まで沈降した濁質成分が再び膜式フィルター部分への逆流が生ずるおそれがあった。さらに、この方法では傾斜板の上部に膜式フィルターを配設した場合には、膜の外面の固液界面を乱す作用が小さく、膜外表面からの濁質成分の離脱が充分に行われなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、これらの従来技術に鑑み、外圧型膜式フィルターと傾斜板の中間の位置に噴気手段を配設し、上向する気泡により膜の外側の固液界面を激しく乱すことによって、膜外表面に蓄積する濁質を効率よく離脱させる一方、その下方に位置する傾斜板には、液攪拌の影響を与えず、離脱した沈降性濁質成分の傾斜板による沈降を速やかに成就させることができることを見出し本発明に到達した。
【０００８】
本発明の目的は、逆洗可能な外圧型膜式フィルターで、高濃度の濁質成分を含む原液を効率よく連続的に固液分離するための膜式沈殿分離槽を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、外圧型膜式フィルターおよび傾斜板が配設されてなる沈殿分離槽に、膜式フィルターの下方で傾斜板と上方となる位置に、噴気孔を有する噴気管からなる噴気手段が配設されると共に、該噴気孔が下向きになるよう配設されてなることを特徴とする膜式沈殿分離槽である。
【００１０】
【作用】
以下、本発明を図面に基づき説明する。図１は本発明の膜式沈殿分離槽を示す模式図である。本発明の膜式沈殿分離槽は、槽１内に、膜式フィルター２、噴気手段３および傾斜板４が配設されてなる。
【００１１】
本発明にいう膜式フィルター１とは、逆洗可能なものであれば分離膜として均質膜を用いたものでも非対称膜を用いたものでもよく、また多孔質膜を用いたものでも非多孔質膜を用いたものでもよい。また、膜形態も中空糸膜、管状膜、平膜等のいずれでもよい。また、膜式フィルターを用いた濾過（固液分離）は、外圧式濾過であれば、原液（被処理液）側を加圧するいわゆる外圧式だけでなく、処理液側、即ち二次側を吸引する吸引式濾過でもよい。特に逆洗効率を考慮すると吸引式濾過が好ましい。
【００１２】
本発明にいう逆洗とは、濾過時とは逆に二次側を加圧して処理液を逆流させて洗浄を行ういわゆる逆洗だけでなく、吸引濾過の停止に伴うハンマー現象により膜を振動させて濁質を震い落す方法、二次側から空気を送る空気逆洗、単に外圧による濾過を停止し、その間に気泡、攪拌によって膜外面の固液界面を乱す方法等いかなる方法であってもよい。
【００１３】
噴気手段２は、直径１〜２０ｍｍ程度の気泡を発生させることのできる機器であり、噴気管が使用される。噴気手段は、膜式フィルターの膜面積に対して数Ｎリットル／ｍ²／ｍｉｎオーダーの気体を気泡として発生させものが好ましい。
【００１４】
噴気手段は、膜式フィルターの下方でかつ傾斜板の上方となる両者の中間位置に配設される。噴気手段から発生して上昇する気泡が効率よく膜式フィルター内の分離膜に当たるような位置関係であれば、噴気手段と膜式フィルターとの距離は特に限定されない。また、噴気手段からの気泡が傾斜板間に沈殿堆積した汚泥や濁質を極度に攪拌しなければ、噴気手段は傾斜板に近接する状態で配設されてもよい。
【００１５】
噴気手段として、多数の噴気孔を有する噴気管を用いる場合には、噴気孔は、膜フィルターに対抗しない向き、すなわち下向きとなるように配設する。噴気孔が下向きであれば、噴気の停止時に噴気孔が汚泥や濁質で詰まるおそれがなくなるためである。また、分離膜全体に気泡が均一に当たるよう噴気孔は噴気管全体に万遍なく分布していることが好ましい。
【００１６】
膜式フィルターへ気泡を当てて分離膜を揺動させる作用を高めるために、膜式フィルター内の分離膜は上昇してくる気泡に対して実質的に角度を持って配設されることが好ましい。
【００１７】
傾斜板４としては、膜式フィルターの分離膜の表面より離脱した汚泥や濁質成分のうち一旦傾斜板に至ったものを、液攪拌の影響を与えず、速やかに分離膜から遠ざける機能が発揮できるものであれば、板の枚数や間隔等は特に限定されない。傾斜板を構成する素材としては、できるだけ濁質成分が滑落しやすいものが好ましく、例えば塩化ビニルのようなプラスチックや、ステンレススチールのような耐食性金属からなる表面が平滑なものが挙げられる。傾斜板の角度は、上昇液流が生じにくくかつ濁質成分が滑落しやすい角度として、特に５０°〜７０°が好ましい。
【００１８】
膜式フィルター、噴気手段、傾斜板の位置関係は、前述したように上方からこの順序で配設されていれば特に限定されるものではないが、これらが幅方向に平行になるよう配置されることが好ましい。また、沈殿分離槽内には、原液の処理量に応じてこれらをそれぞれ複数組使用することができる。
【００１９】
沈殿分離槽への原液（被処理液）の導入はどの位置からでもよいが、濁質成分の沈降を勘案すると少なくとも、噴気手段の位置より上方が好ましく、膜式フィルターの位置よりも上方であることがより好ましい。
【００２０】
沈殿分離槽の底部は、堆積した汚泥や濁質を集め、これを効率よく槽外に取り出せるよう、ろ斗状の形状をしていることが好ましい。
【００２１】
【実施例】
実施例１
ポリエチレン中空糸膜（外径４１０μｍ、内径２７０μｍ、分画性能０．１μｍ、三菱レイヨン (株) 製）を用いて幅４００ｍｍのラッセル編地を作成し、長さ３００ｍｍに切り出して、これを数枚を重ね、片端をウレタン樹脂で固定して、編地先端部と共に樹脂で固定した部分の先端を切り落してフィルターモジュール端面とし、ラッセル編地の他端はそのままとし、膜面積４ｍ² の膜モジュールを形成した。このモジュールの端面に吸引濾過用の治具を取りつけ吸引式中空糸膜フィルターを作製した。
【００２２】
水槽の底部に近い位置に、高さ４００ｍｍ、傾斜角６０°、傾斜板間隔４ｃｍ／枚の傾斜板をセットした。この傾斜板の上方に直径１ｍｍの噴気孔を２ヶ／ｃｍで有する直径１０ｍｍの塩ビ製噴気管を、噴気孔が下を向くようにセットした。噴気孔と傾斜板の距離は２０ｍｍとした。さらに、中空糸膜フィルターを吸引濾過用の治具が上方で中空糸膜編地の他端が下方で噴気管の直上２０ｍｍとなり、中空糸膜が水平方向に対して約８５度の傾きをもつようにセットした。なお、吸引濾過用の治具、噴気管、傾斜板はそれぞれがほぼ平行になるよう配置されている。沈殿分離槽の底部はろ斗状になっている。
【００２３】
この沈殿分離槽に、１０００ｍｇ／リットルのベンガラを純水中に分散させた試験液を槽上部より導入し、３２０リットル／本／Ｈ、０．０８ｍ／Ｈで１０分間吸引濾過し、次いで２分間停止させるサイクルで、濾過を連続的に実施した。この２分間の停止時に噴気管から、１６Ｎリットル／分でバブリングを行い、中空糸膜表面に蓄積したベンガラ粒子を振り落とした。この試験における膜フィルターの初期膜間差圧（吸引濾過開始直後の膜間差圧）の推移を図２に示した。
【００２４】
比較例１
噴気管を傾斜板の下方に設置した沈殿分離槽を用いたことを除き、実施例１と全く同様に濾過試験を実施し、初期膜間差圧の推移を図２に示した。
【００２５】
比較例２
噴気管が設置されていない以外は実施例１で用いたと同様の沈殿分離槽を用いて濾過試験を実施した。バブリングの代わりに濾過停止時に二次側から１ｋｇ／ｃｍ² で濾過水を１分間逆流させた。この場合の初期膜間差圧の推移も図２に示した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の沈殿分離槽を用いた場合には、膜外表面に蓄積した濁質の膜フィルター近傍からの排除が速やかなため、初期膜間差圧が早期に低いところで安定するのに対し、比較例の沈殿分離槽を用いた場合には安定するのに時間を要し、かつ初期膜間差圧が高かった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜式沈殿分離槽を示す模式図である。
【図２】濾過試験における膜式フィルターの初期差圧の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 槽
２ 膜式フィルター
３ 噴気手段
４ 傾斜板

Claims (1)

1. 外圧型膜式フィルターおよび傾斜板が配設されてなる沈殿分離槽に、膜式フィルターの下方で傾斜板と上方となる位置に、噴気孔を有する噴気管からなる噴気手段が配設されると共に、該噴気孔が下向きになるよう配設されてなることを特徴とする膜式沈殿分離槽。

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