JP3667131B2 - Immersion membrane separator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下廃水処理、汚泥濃縮などにおいて固液分離に使用される浸漬型膜分離装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
下廃水処理、汚泥濃縮などでは、固液分離にたとえば図7に示したような浸漬型膜分離装置を使用している。この膜分離装置1は、ケーシング2内の上部に平板状膜カートリッジ3を配列し、その下方に散気装置4を内設したものであり、図8に示したように処理槽5内に設置して、原水6を連続的に導入し、散気装置4より散気する状態において、槽内の処理対象液7を膜カートリッジ3により濾過し、膜面を透過した透過水をチューブ8、集水管9、透過水導出管10を通じて槽外へ導出するようにしている。
【0003】
このような膜分離装置1では、維持管理を容易にするために、膜カートリッジ3を1枚ずつ一人で取り出せる500×1000×6mm程度(非含水状態で約3kg)に製作するとともに、必要に応じてケーシング2を、膜カートリッジ3を配列する膜ケース2Aと、散気装置4を収容する散気ケース2Bとに分割形成するようにしており、活性汚泥の固液分離に使用する場合には、膜面に対するクロスフロー流を惹起するために1枚の膜カートリッジ3について10〜15L/分の空気を散気装置4より噴出するようにしている。この空気は活性汚泥への酸素供給、膜面洗浄も兼ねるものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような空気量では産業排水などの高濃度汚水(BOD濃度で500mg/L以上)に対しては酸素不足になるので、別途の散気装置によって散気するようにしているが、通常の生活系排水(合併処理浄化槽、下水、集落排水など)に対しては酸素過剰になり、動力等の節減の観点から改善が望まれる。
【0005】
また、図8の右側に示した膜分離装置1のように壁際等に設置した場合には、クロスフロー流に伴った処理対象液の潜り込みが反壁側からの方が大きくなり、気泡流が壁側に偏ってしまうため、反壁側で膜面洗浄効果が低くなる恐れがある。
【0006】
本発明は上記問題を解決するもので、散気量をできるだけ低減しながら効率よくクロスフロー流を惹起することができ、また偏りなく膜面洗浄できる浸漬型膜分離装置を提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、処理対象液中に浸漬設置する浸漬型膜分離装置を構成するに際し、上下が開口した膜ケースの内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジを膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて配列することにより膜ケースユニットを構成し、複数の膜ケースユニットを上下に多段に配置するとともに、膜ケース間に開放空間を形成する間隔ケースを設け、最下段の膜ケースユニットの下方に、散気装置を内設した散気ケースを設けたことを特徴とする。
【0008】
また本発明は、上記した浸漬型膜分離装置において、間隔ケースは、膜ケース内に配列した膜カートリッジの透過水流路に接続したチューブを挿通する複数の孔を有し、各孔にチューブを水密に保持するシールリングを設けた構成としたことを特徴とする。
【0009】
また間隔ケースは、膜ケースと一体化した構造となしたことを特徴とする。
【0010】
上記した構成によれば、散気装置より散気された空気などのガスが上昇するに伴って、そのエアリフト作用により処理対象液の上昇流が生じ、この気液混合上昇流が、多段に配置された膜ケース内に順次に流入して膜カートリッジ間の間隙を通過し、その間に膜面において処理対象液がクロスフロー濾過され、膜面を透過して透過水流路に流入した透過水が装置外部へ導出される。
【0011】
つまり、最下段に配置した散気装置によって、複数の膜ケースユニットにわたるクロスフロー流を惹起することができ、処理対象液を効率よく濾過できるとともに、膜カートリッジ1枚当たりの散気量を低減できる。
【0012】
その際に、気液混合上昇流は間隔ケースの開放空間で一旦拡散するので、上下の膜カートリッジ間の位置ズレ等による偏流は発生せず、ケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【0013】
また膜カートリッジ1枚当たりの装置設置面積を低減できるので、装置周囲に十分な間隙をとって偏流を防止することができ、これによってもケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【0014】
間隔ケースに、チューブを挿通する複数の孔、およびチューブを水密に保持するシールリングを設けた時には、ケース外部の処理対象液を引き込むことなく、気液混合流を漏れなく上方の膜ケースに案内することができ、偏流の発生を確実に防止できる。
【0015】
膜ケースと間隔ケースとを一体化構造とした時には、処理槽における脱着作業が容易である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【0017】
図1に示した膜分離装置11は、上下が開口した膜ケース12の内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジ13(厚さ約6mm)を膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて(通常6〜10mm)配列することにより膜ケースユニット14を構成し、複数の膜ケースユニット14を上下に2段に配置するとともに、膜ケース12間に開放空間を形成する間隔ケース15を設け、下段の膜ケースユニット14の下方に、散気装置16を内設した散気ケース17を設けている。
【0018】
膜カートリッジ13は、図2(a)(b)に示したようなものであり、ABS樹脂などの剛性を有する濾板13Aの両表面に、ポリオレフィン系などの濾過膜シート13Bを配置して膜周縁部において接着(あるいは溶着)しており、濾板13Aと濾過膜シート13Bとの間、および濾板13Aの内部の透過水流路に連通する透過水取出口13Cを濾板13Aに形成している。濾過膜シート13Bはスペーサでもある基材の表面に濾過膜を一体に形成したものである。
【0019】
各膜ケース12の内側面には、膜カートリッジ13の周縁部を挿入するスリット12Aを形成しており、散気ケース17には処理対象液の流通開口17Aを形成している。上段の膜ケース12および間隔ケース15の側方には、膜カートリッジ13の透過水取出口13Cにチューブ18を介して連通する集水管19を設けている。
【0020】
間隔ケース15には、図3〜図4にも示したように、膜カートリッジ13の配列ピッチと同一ピッチでチューブ挿通孔20を形成し、各チューブ挿通孔20に、チューブ18の周囲を水封する環状ゴムパッキン21を設けている。
【0021】
各集水管19には、槽外の処理水槽(図示せず)に至る透過水導出管22が連通しており、その管路途中にポンプ装置23を介装している。散気装置16は給気管24を介してブロワ25やコンプレッサなどの給気源に連通している。
【0022】
上記した構成における作用を説明する。
【0023】
生物処理を行う処理槽26において、槽内の活性汚泥混合液27中に膜分離装置11を浸漬設置し、原水28を連続的に導入し、散気装置16を通じて散気する状態において活性汚泥処理するとともに、ポンプ装置23による吸引圧によって膜カートリッジ13の膜面で活性汚泥混合液27を濾過し、膜面を透過して透過水流路に流入した透過水を透過水取出口13C、チューブ18、集水管19、透過水導出管22を通じて処理水槽へ導く。原水28の水質によっては、酸素不足にならないように別途の散気装置(図示せず)でも散気する。
【0024】
このようにして処理することにより、散気された空気が上昇するに伴ってそのエアリフト作用により活性汚泥混合液12の上昇流が生じ、この気液混合上昇流が2段に配置された膜ケースユニット14に順次に流入して膜カートリッジ13間の間隙を通過し、その際に、各膜カートリッジ13の膜面において活性汚泥混合液27がクロスフロー濾過される。
【0025】
つまり、装置下部の散気装置16によって、複数の膜ケースユニット14にわたるクロスフロー流を惹起することができ、活性汚泥混合液27を効率よく濾過できるとともに、膜カートリッジ13の1枚当たりの散気量を低減できる。
【0026】
この気液混合上昇流の発生は、流通開口17Aを通じた装置内外にわたる循環流の発生を伴うため、活性汚泥混合液27が十分に攪拌混合されることになり、濃度分極が防止されて濾過効率がさらによくなるとともに、活性汚泥・酸素・汚濁物質の接触機会が上昇して活性汚泥処理効率が高まる。
【0027】
また膜カートリッジ13の1枚当たりの装置設置面積を低減できるので、装置周囲に十分な間隙をとって偏流を防止することができ、ケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【0028】
しかも間隔ケース15が存在するため、気液混合上昇流はその開放空間で一旦拡散してから、上方の膜カートリッジ13間の間隙に均等に流入することになり、これによってもケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。このとき間隔ケース15にはゴムパッキン21を設けているので、ケース外側の活性汚泥混合液27を引き込むことなく、ケース内側の気液混合流を漏れなく上方の膜ケース12に案内することができ、間隔ケース15内での偏流の発生を防止できる。気液混合流によって激しく振動するチューブ18によるチューブ挿通孔20の摩耗も防止できる。
【0029】
これに対して、間隔ケース15を設けない場合には、上下の膜カートリッジ13の位置が幾分ずれて段差が生じたり間隙が生じる恐れがある。段差が生じると、下段の膜カートリッジ13間の間隙を出た気液混合上昇流が上段の膜カートリッジ13間の間隙にスムーズに入り込めなかったり偏流が発生するので、高い据付精度が要求される。また段差や間隙があると、図5に模式的に示したように、運転初期には気液混合上昇流がスムーズに流通するものの(図中▲1▼)、次第に活性汚泥や夾雑物(毛髪や繊維など)が堆積し(図中▲2▼▲3▼)、やがては対向する膜間隙が閉塞してしまう(図中▲4▼)。
【0030】
ただし、長期間にわたって膜分離装置11を運転する間には、各膜カートリッジ13に徐々に膜面付着物が堆積して透過流束が低下し、膜カートリッジ13の破損なども生じるので、定期点検等を行う必要がある。その際には、透過水導出管22を集水管19から取り外し、上段の膜ケースユニット14、次いで間隔ケース15と下段の膜ケースユニット14とを一体で処理槽26の外部へ取り出し、膜カートリッジ13を点検、補修あるいは交換する。
【0031】
図4は第2実施形態における膜分離装置11を示し、ケーシング29は上述した膜ケース12と間隔ケース15とをこの順に上下に配したのと同等の一体構造をなすものであり、ケーシング30は上述した膜ケース12と散気ケース17とをこの順に上下に配したのと同等の一体構造をなすものである。ケーシング29,30には、膜カートリッジ13の濾板周縁部を挿入するスリット29A,30Aを形成するとともに、膜カートリッジ13の透過水取出口13Cに相応する位置に貫通孔29B,30Bを形成し、各貫通孔29B,30Bに嵌入してチューブ18を設け、集水管19を外側面に取り付けている。ケーシング30には処理対象液の流通開口30Aを形成している。
【0032】
このような構成によっても、上述した膜分離装置11と同様の作用効果が得られる。ケーシング29には、上述した上段の膜ケース12と同様にしてチューブ18,集水管19を設けることもできる。
【0033】
さらに、間隔ケース15と膜ケース12とをこの順に上下に配したのと同等の一体構造のケーシングを形成することも可能である。
【0034】
なお、膜ケース12,間隔ケース15(あるいはケーシング29,30)の段数には特に制限はない。間隔ケース15の高さにも性能上は特に制限はないが、高すぎると膜カートリッジ13の脱着作業が困難になるので、500mm前後が適当である。
【0035】
【発明の効果】
以上のように、本発明の浸漬型膜分離装置によれば、装置最下部に配した散気装置によって、複数段の膜カートリッジ列にわたるクロスフロー流を惹起することができ、一段の膜カートリッジ列を配した膜分離装置を並列に設置する従来の方式に比べて、クロスフロー流を惹起するための散気量、つまりは運転コストを低減できる。膜カートリッジの維持管理は従来と同様に膜カートリッジ列単位で行える。
【0036】
また膜カートリッジ1枚当たりの装置設置面積を低減できるので、装置周囲に十分な間隙をとって偏流を防止することができ、偏流が発生した場合も間隔ケースによって緩和できるので、ケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【0037】
処理槽の設置面積を低減すること、設置時の工事費を低減することも可能であり、既設処理場への適用も容易である。この膜分離装置を深層曝気槽に適用した時には、酸素溶解率が増大するので、散気量(あるいは酸素含有ガスの供給量)をより低減できる。
【0038】
また、透過水導出用のチューブを間隔ケースに挿通する時にシールリングによって水密を保持することにより、装置内部での偏流の発生を防止できる。
【0039】
膜ケースと間隔ケースとを一体化構造とすることにより、処理槽における脱着作業の容易化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における膜分離装置を処理槽の内部に浸漬設置した状態を示した説明図である。
【図2】同膜分離装置に配列する従来よりある膜カートリッジの構成を示した説明図である。
【図3】同膜分離装置に配置する間隔ケースの構成を示した斜視図である。
【図4】同間隔ケースの構成を示した縦断面図である。
【図5】同間隔ケースを配置しない場合に生じる不都合を説明する模式図である。
【図6】本発明の第2実施形態における膜分離装置を処理槽の内部に浸漬設置した状態を示した説明図である。
【図7】従来の膜分離装置の斜視図である。
【図8】同膜分離装置を処理槽の内部に浸漬設置した状態を示した説明図である。
【符号の説明】
11 膜分離装置
12 膜ケース
13 膜カートリッジ
14 膜ケースユニット
15 間隔ケース
16 散気装置
17 散気ケース
18 チューブ
20 チューブ挿通孔
21 ゴムパッキン
27 活性汚泥混合液
29 ケーシング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a submerged membrane separation apparatus used for solid-liquid separation in sewage wastewater treatment, sludge concentration, and the like.
[0002]
[Prior art]
In sewage wastewater treatment, sludge concentration, etc., for example, a submerged membrane separation apparatus as shown in FIG. 7 is used for solid-liquid separation. This
[0003]
In such a
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
With the above air amount, oxygen is insufficient for high-concentration sewage such as industrial effluent (BOD concentration of 500 mg / L or more). Living system wastewater (merged treatment septic tanks, sewage, village wastewater, etc.) becomes excessive in oxygen, and improvements are desired from the viewpoint of saving power.
[0005]
Further, when installed near the wall as in the
[0006]
An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a submerged membrane separation apparatus that can efficiently induce a crossflow flow while reducing the amount of diffused air as much as possible, and that can evenly clean the membrane surface. To do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a plurality of plate-like membrane cartridges having rigidity inside a membrane case that is open at the top and bottom when constituting a submerged membrane separation apparatus that is immersed in a liquid to be treated. The membrane case unit is configured by arranging the surfaces in a vertical direction with a certain gap between the membrane surfaces, and a plurality of membrane case units are arranged in multiple stages up and down, and an open space is formed between the membrane cases. An interval case is provided, and an air diffuser case having an air diffuser is provided below the lowermost membrane case unit.
[0008]
According to the present invention, in the above-described submerged membrane separation apparatus, the spacing case has a plurality of holes through which tubes connected to the permeate flow paths of the membrane cartridges arranged in the membrane case, and the tubes are watertight in each hole. It is characterized in that a seal ring for holding is provided.
[0009]
In addition, the interval case has a structure integrated with the membrane case.
[0010]
According to the configuration described above, as the gas diffused from the air diffuser rises, an upward flow of the liquid to be treated is generated by the air lift action, and this gas-liquid mixed upward flow is arranged in multiple stages. The liquid to be treated flows into the membrane case sequentially and passes through the gap between the membrane cartridges. During that time, the liquid to be treated is cross-flow filtered on the membrane surface, and the permeated water that permeates the membrane surface and flows into the permeate flow path is the device. Derived outside.
[0011]
That is, the air diffuser arranged at the lowermost stage can induce a cross flow flow across a plurality of membrane case units, can efficiently filter the liquid to be treated, and can reduce the amount of air diffused per membrane cartridge. .
[0012]
At that time, the gas-liquid mixed upward flow once diffuses in the open space of the spacing case, so there is no drift due to misalignment between the upper and lower membrane cartridges, preventing local deposition of the cake layer and inter-membrane clogging due to it. it can.
[0013]
Further, since the apparatus installation area per film cartridge can be reduced, a sufficient gap can be taken around the apparatus to prevent uneven flow, and this can also prevent local deposition of the cake layer and intermembrane clogging caused thereby.
[0014]
When the interval case is provided with a plurality of holes through which the tube passes and a seal ring that keeps the tube watertight, the gas-liquid mixed flow is guided to the upper membrane case without leakage without drawing the liquid to be processed outside the case. This can reliably prevent the occurrence of drift.
[0015]
When the membrane case and the spacing case have an integrated structure, the detachment operation in the processing tank is easy.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
A
[0020]
As shown in FIGS. 3 to 4, the
[0021]
Each
[0022]
The operation of the above configuration will be described.
[0023]
In the
[0024]
By processing in this way, as the diffused air rises, an upward flow of the activated sludge mixed
[0025]
That is, the cross-flow flow over the plurality of membrane case units 14 can be caused by the
[0026]
The generation of this gas-liquid mixed upward flow is accompanied by the generation of a circulating flow through the flow opening 17A inside and outside the apparatus, so that the activated sludge mixed
[0027]
Further, since the apparatus installation area per
[0028]
Moreover, since the
[0029]
On the other hand, when the
[0030]
However, during operation of the
[0031]
FIG. 4 shows the
[0032]
Even with such a configuration, the same operation and effect as the above-described
[0033]
Furthermore, it is possible to form a casing having an integral structure equivalent to the case in which the
[0034]
The number of stages of the
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the submerged membrane separation apparatus of the present invention, the cross-flow flow over a plurality of stages of the cartridge cartridges can be induced by the air diffuser disposed at the lowermost part of the apparatus. Compared with the conventional system in which the membrane separation apparatus with the gas is arranged in parallel, the amount of air diffused for causing the cross flow flow, that is, the operation cost can be reduced. The maintenance of membrane cartridges can be performed in units of membrane cartridge rows as in the prior art.
[0036]
In addition, since the device installation area per film cartridge can be reduced, it is possible to prevent a drift by taking a sufficient gap around the apparatus, and even if a drift occurs, it can be mitigated by an interval case, so that the cake layer is locally deposited. Further, it is possible to prevent the intermembrane blockage.
[0037]
It is possible to reduce the installation area of the treatment tank and the construction cost at the time of installation, and it is easy to apply to existing treatment plants. When this membrane separation apparatus is applied to a deep aeration tank, the oxygen dissolution rate increases, so that the amount of aeration (or supply amount of oxygen-containing gas) can be further reduced.
[0038]
Further, when the permeated water leading tube is inserted into the spacing case, the water tightness is maintained by the seal ring, thereby preventing the occurrence of drift in the apparatus.
[0039]
By making the membrane case and the spacing case into an integrated structure, it is possible to facilitate the detachment work in the treatment tank.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a state in which a membrane separation apparatus according to a first embodiment of the present invention is immersed in a processing tank.
FIG. 2 is an explanatory view showing a configuration of a conventional membrane cartridge arranged in the membrane separation apparatus.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a spacing case arranged in the membrane separation apparatus.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the same spacing case.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining inconveniences that occur when the same spacing case is not arranged.
FIG. 6 is an explanatory view showing a state in which a membrane separation apparatus according to a second embodiment of the present invention is immersed in a treatment tank.
FIG. 7 is a perspective view of a conventional membrane separation apparatus.
FIG. 8 is an explanatory view showing a state in which the membrane separation apparatus is immersed in the treatment tank.
[Explanation of symbols]
11 Membrane separator
12 Membrane case
13 Membrane cartridge
14 Membrane case unit
15 spacing case
16 Air diffuser
17 Aeration case
18 tubes
20 Tube insertion hole
21 Rubber packing
27 Activated sludge mixture
29 Casing
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