JP4199976B2 - Immersion membrane separator - Google Patents

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水、有機性汚水などの膜分離活性汚泥処理に用いられる浸漬型膜分離装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
浸漬型膜分離装置は、小型合併処理浄化槽など小型の生活排水小型処理設備や、都市の大規模下水処理設備において用いられ、反応槽内の被処理水中に浸漬され、前記被処理水を濾過する平板状膜モジュールと、該平板状膜モジュールの下方に配置され、散気を行う散気装置とを備えている。例えば、特開平7−275668号公報には、小型合併処理浄化槽に用いられると思われる浸漬型膜分離装置が示されており、この浸漬型膜分離装置は、2本の散気装置としての散気管が備えられている。
【0003】
一方、都市の下水処理設備のような大規模な活性汚泥処理設備において用いられる浸漬型膜分離装置では、図13に示すように、幅寸法が1000mm程度の幅広である複数の平板状膜モジュール53と、通常、5本の粗大気泡散気装置としての粗大気泡散気管551〜555とが備えられている。図13は従来の浸漬型膜分離装置の構成を説明するための一部破断斜視図、図14は図13に示す従来の浸漬型膜分離装置を備えた活性汚泥処理設備の構成を示す図である。
【0004】
この従来の浸漬型膜分離装置51は、図13に示すように、上下が開口した箱状の膜ケース52の内部に、複数の平板状膜モジュール53を膜面53aが上下方向垂直で且つ互いに平行となるように適当間隔で奥行き方向に並列に配置し、さらに、上下と、左右の側面下部とが開口した箱状の散気ケース54の内部に、5本の粗大気泡散気装置としての粗大気泡散気管551〜555を配置し、並列に配置された複数の平板状膜モジュール53の下方に5本の粗大気泡散気管551〜555が位置するように、膜ケース52と散気ケース54を互いに上下に分離可能に積層配置することにより構成されている。粗大気泡散気管551〜555の各々には、反応槽56の外部に設置された空気源としてのブロワ57より給気管58を通じて散気のための空気が所定量供給されるようになっている。
【0005】
粗大気泡散気管551〜555は、図13に示すように、複数の平板状膜モジュール4の下方に配置されており、平板状膜モジュール幅方向と直角をなす方向(奥行き方向)に延びて各平板状膜モジュール53とはそれらの下方で直交するように配置されている。粗大気泡散気管551〜555には、その外周面下部に孔径5〜15mmφの多数の散気孔が散気管長手方向に沿って設けられている。これらの粗大気泡散気管551〜555により散気を行う目的は、粗大気泡散気管551〜555からの粗大気泡により生起される気液二相の膜間上昇流によって平板状膜モジュール53の膜面53aに作用する剪断応力を利用して、該膜面53aを洗浄して膜面53aに汚泥ケーキ層が堆積することを防止すること、また、被処理液中の好気性微生物の好気処理のために酸素供給を行うことにある。この場合、粗大気泡は、微細気泡に比べて上昇速度が速く剪断応力が大きいことから、特に平板状膜モジュール53の膜面洗浄に効果的である。
【0006】
従来の浸漬型膜分離装置1では、粗大気泡散気管551〜555は、図15に示すように、幅1000mm程度の平板状膜モジュール53の下方に配置されている。すなわち、平板状膜モジュール53に対する粗大気泡散気管551〜555の配置については、1番〜5番の5本の粗大気泡散気管551〜555が互いに200mmの等間隔を有し、かつ、真ん中にある3番の粗大気泡散気管553が平板状膜モジュール53の幅中央位置の下方に位置するように配置されている。なお、各粗大気泡散気管551〜555と平板状膜モジュール53との上下方向における間隔は一定である。また、5本の粗大気泡散気管551〜555の各々には同一空気量が供給され、これらの粗大気泡散気管551〜555の各々からの散気量は、同一になるように設定されている。
【0007】
このように構成される浸漬型膜分離装置1が、図14に示すように、反応槽56内の被処理水(活性汚泥と原水との混合液)中に浸漬設置されており、各平板状膜モジュール53は、集合管59を介して、管路途中に吸引ポンプ60が介装されている処理水取出し管路61に接続されている。そして、浸漬型膜分離装置51を備えた活性汚泥処理設備において、粗大気泡散気管551〜555による散気を行いながら、平板状膜モジュール53により被処理水を固液分離して濾過し、平板状膜モジュール53を透過させた膜透過水を処理水として吸引ポンプ60にて反応槽56の外部に取り出すようにした膜分離活性汚泥処理が行われている。
【0008】
【特許文献1】
特開平7−275668号公報(第2図)
【特許文献2】
特開2002−224685号公報(第1図)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前述した従来の浸漬型膜分離装置1では、前記5本の粗大気泡散気管551〜555の配置が適切でないことから、幅1000mm程度の幅広の平板状膜モジュール53の膜面全体にわたって膜面洗浄効果を得ることができず、運転時間の経過とともに平板状膜モジュール53の幅方向における端部領域などに汚泥ケーキ層が堆積するという問題があった。
【0010】
このことについて説明すると、気泡には浮力が作用して周囲の液体よりも速く上昇しようとする。したがって、図16に示すように、粗大気泡散気管55 〜55 からの上昇する粗大気泡は、流れの早い方へ早い方へと寄って行くことになり、上昇するに従って徐々に平板状膜モジュール53の幅方向における中央部領域付近に集まってくるようになる。そして、このような平板状膜モジュール幅方向中央部領域に集まって行くような粗大気泡の上昇流(プルーム)が一旦生じると、平板状膜モジュール幅方向における均一な流れにはならない。
【0011】
このため、粗大気泡が通過しない部位では、膜面の洗浄が行われないので膜面に堆積する汚泥が取り除かれない。その結果、気液二相の膜間上昇流が遅くなり、気泡がさらに行き渡り難くなり、最終的には、膜面の汚泥は、大量に付着し膜面を閉塞して嫌気状態になり汚泥ケーキ層と呼ばれる粘着性の強い固形物になる。このように、平板状膜モジュール幅方向における粗大気泡の分布に関しては、不均一になった場合の自己修復機能はなく、一度局部的な膜面の閉塞が起こるそれがきっかけになり、その周囲の膜面洗浄も行われ難くなってしまう。
【0012】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、平板状膜モジュール幅方向において粗大気泡が不均一分布するような粗大気泡の上昇流の発生を抑制することができ、これにより平板状膜モジュールの膜面全体にわたって膜面洗浄効果を得ることができるようにした、浸漬型膜分離装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本願発明では次の技術的手段を講じている。請求項1の発明は、反応槽内の被処理水中に浸漬され、前記被処理水を濾過する平板状膜モジュールと、該平板状膜モジュールの下方に配置され、散気を行う散気装置とを備えた浸漬型膜分離装置において、前記散気装置は、前記平板状膜モジュールの有効幅の1/4を有する一方の平板状膜モジュール幅方向端部領域の下方に配置され、複数本の粗大気泡散気管で構成される一方の端部領域用粗大気泡散気装置と、前記平板状膜モジュールの有効幅の1/4を有する他方の平板状膜モジュール幅方向端部領域の下方に配置され、複数本の粗大気泡散気管で構成される他方の端部領域用粗大気泡散気装置と、前記平板状膜モジュールの幅方向中央位置の下方に配置され、1本の粗大気泡散気管で構成される中央部領域用粗大気泡散気装置とを有し、前記各粗大気泡散気管が、それぞれ、平板状膜モジュール幅方向と直角をなす方向に延びており、平板状膜モジュール幅方向において前記中央部領域用粗大気泡散気装置を構成する前記1本の粗大気泡散気管から等距離に、前記一方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成する前記複数本の粗大気泡散気管と前記他方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成する前記複数本の粗大気泡散気管とがそれぞれ配置されるとともに、反応槽の上下方向において前記平板状膜モジュールから等距離に前記各粗大気泡散気管がそれぞれ配置されており、前記一方の端部領域用粗大気泡散気装置と前記他方の端部領域用粗大気泡散気装置と前記中央部領域用粗大気泡散気装置から散気するとともに、前記両方の端部領域用粗大気泡散気装置による各散気量が、それぞれ、前記中央部領域用粗大気泡散気装置による散気量の2倍以上となるように、散気を行うものであることを特徴とする浸漬型膜分離装置である。
【0014】
請求項2の発明は、前記請求項1記載の浸漬型膜分離装置において、さらに微細気泡散気装置を備えていることを特徴とするものである。
【0015】
請求項3の発明は、前記請求項2記載の浸漬型膜分離装置において、前記微細気泡散気装置は、前記両方の端部領域用粗大気泡散気装置及び前記中央部領域用粗大気泡散気装置を収納する散気ケースの外部に配置されていることを特徴とするものである。
【0016】
本願の請求項1〜3の発明による浸漬型膜分離装置によれば、前記した3つの各領域用粗大気泡散気装置により、一方と他方の端部領域用粗大気泡散気装置による各散気量VR,VLが、それぞれ、中央部領域用粗大気泡散気装置による散気量VCの2倍以上となるように、散気を行うよう構成したものであるから、幅寸法が1000mm程度の幅広の平板状膜モジュールを備えたものでも、平板状膜モジュール幅方向において粗大気泡が中央部領域付近に集まってきて不均一分布するような粗大気泡の上昇流の発生を抑制することができので、これにより平板状膜モジュールの膜面全体にわたって膜面洗浄効果を得ることができ、平板状膜モジュールの幅方向における端部領域などに汚泥ケーキ層が堆積することを防止することができる。
【0017】
この場合、一方の端部領域用粗大気泡散気装置からの散気量VRと、他方の端部領域用粗大気泡散気装置からの散気量VLとは、同一の散気量とすることがよい。また、中央部領域用粗大気泡散気装置による散気量VCに対する前記散気量VR,VLの上限値は、平板状膜モジュールの大きさなどにより一概に定められないが、散気量VCの3倍が適切である。
【0018】
また、本発明による浸漬型膜分離装置では、散気装置が微細気泡散気装置を備えているものが望ましい。微細気泡散気装置は、孔径1〜5mmφの多数の散気孔を有しており、粗大気泡散気装置に比べて酸素溶解効率が高く、好気性微生物に対する酸素供給に効果的である。したがって、粗大気泡散気装置による酸素供給が不足する場合には、微細気泡散気装置を備えることが望ましい。この場合、微細気泡散気装置は、粗大気泡散気装置を収納する散気ケースの外部(膜ケースの外部)の反応槽底面に配置して、微細気泡が粗大気泡と合体しないようにすることがよい。なお、散気ケースの外部(膜ケースの外部)には、膜ケース上端の開口から該ケース外部を下降する下降流が形成される。
【0019】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態による浸漬型膜分離装置の構成を示す一部破断斜視図である。
【0020】
浸漬型膜分離装置1は、図1に示すように、上下が開口した箱状の膜ケース2の内部に、上段膜ユニット3Aと下段膜ユニット3Bとを所定間隔をおいて上下2段に並べて配置し、さらに、上下と、左右の側面下部とが開口した箱状の散気ケース5の内部に、5本の粗大気泡散気装置としての粗大気泡散気管61〜65を配置し、下段膜ユニット3Bの下方に前記粗大気泡散気管61〜65が位置するように、膜ケース2と散気ケース5とを互いに上下に分離可能に積層配置することにより構成されている。
【0021】
上段膜ユニット3Aと下段膜ユニット3Bとは、それぞれ、複数の平板状膜モジュール4を膜面4aが上下方向垂直で且つ互いに平行となるように適当間隔で奥行き方向に並列に配置してなるものである。上段膜ユニット3Aの平板状膜モジュール4と、下段膜ユニット3Bの平板状膜モジュール4とは、互いに奥行き方向における位置が一致するように配置されている。
【0022】
前記5本の粗大気泡散気管61〜65は、下段膜ユニット3Bの平板状膜モジュール4の下方に配置されており、平板状膜モジュール幅方向と直角をなす方向(奥行き方向)に延びて各平板状膜モジュール4とはそれらの下方で直交するように配置されている。これらの粗大気泡散気管61〜65には、その外周面下部に孔径5〜15mmφの多数の散気孔が散気管長手方向に沿って設けられている。粗大気泡散気管61〜65の詳細な配置位置については後述する。なお、粗大気泡散気管61〜65と下段膜ユニット3Bの平板状膜モジュール4との上下方向における間隔は一定である。
【0023】
また、上段膜ユニット3Aと下段膜ユニット3Bとの間における一方の平板状膜モジュール幅方向端部には、平板状膜モジュール4の奥行き方向へ延びる1本の補助用粗大気泡散気管7Rが配置されている。同様にして、他方の平板状膜モジュール幅方向端部にも1本の補助用粗大気泡散気管7Lが配置されている。
【0024】
また、散気ケース5の外部(膜ケース2の外部)の反応槽底面には、散気ケース5の両側に微細気泡散気装置としての平板状をなすメンブレン式微細気泡散気板8R,8Lがそれぞれ配置されている。さらに、散気ケース5内における反応槽底面には、粗大気泡散気管61〜65より下方であって、かつ、平板状膜モジュール幅方向中央部の下方に位置するように1つのメンブレン式微細気泡散気板8Cが配置されている。メンブレン式微細気泡散気板8R,8L,8Cには、孔径1mmφの多数の散気孔が設けられている。
【0025】
前記のように構成される浸漬型膜分離装置1を用い、粗大気泡散気管61〜65よる粗大気泡の分布状態を調べる実験を行った。この実験は、実際とほぼ同じ水深5mの実験用の反応槽内に浸漬型膜分離装置1を設置し、粗大気泡散気管61〜65の平板状膜モジュール幅方向における配置位置を後述の第1〜第6の管配置(第6の管配置は従来例)に変化させ、これらの各管配置にて浸漬型膜分離装置1を運転して実施した。これらの運転時の上段膜ユニット3Aの平板状膜モジュール4の膜面4aに作用する剪断応力を剪断応力計にて計測し、その計測結果と、平板状膜モジュール4の膜面4aでの汚泥付着状態観察結果とに基づいて、粗大気泡散気管61〜65よる粗大気泡の分布状態について評価を行った。
【0026】
図2は5本の粗大気泡散気管の配置位置を説明するための図である。
【0027】
図2に示すように、下段膜ユニット3Bの平板状膜モジュール4について、幅方向に4等分し、平板状膜モジュール4の有効幅の1/4を有する一方の平板状膜モジュール幅方向端部領域LRと、平板状膜モジュール4の有効幅の1/4を有する他方の平板状膜モジュール幅方向端部領域LLと、これらの端部領域LR,LLを除く残りの平板状膜モジュール幅方向中央部領域LCとを定めている。この場合、平板状膜モジュール4の有効幅は1000mmで、前記幅方向中央部領域LCの長さは500mm、その右側の位置する前記一方の幅方向端部領域LRの長さは250mm、その左側に位置する前記他方の幅方向端部領域LLの長さは250mmである。
【0028】
粗大気泡散気管61〜65は、図2における右から順に、1番、2番、3番、4番、5番の粗大気泡散気管とし、実験に際し、図2に示すように配置した。この場合、粗大気泡散気管61〜65の配置位置の表示は、粗大気泡の分布が左右対称な現象であるから、平板状膜モジュール幅方向の中央を原点とし、これより右側を正、左側を負で示してある。第1〜第5の管配置は本発明例のものであり、第6の管配置は従来例のものである。
【0029】
本発明例の第1〜第5の管配置のものでは、1番の粗大気泡散気管61と2番の粗大気泡散気管62とは、前記一方の平板状膜モジュール幅方向端部領域LRの下方に配置された一方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成している。また、5番の粗大気泡散気管65と4番の粗大気泡散気管64とは、前記他方の平板状膜モジュール幅方向端部領域LLの下方に配置された他方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成している。また、3番の粗大気泡散気管63は、前記平板状膜モジュール幅方向中央部領域LCの下方に配置された中央部領域用粗大気泡散気装置を構成している。なお、第3管配置と第5管配置において、前記端部領域LRと前記中央部領域LCとの境界上にある2番の粗大気泡散気管62は、その作用効果から、前記一方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成するものとし、同様に、前記端部領域LLと前記中央部領域LCとの境界上にある4番の粗大気泡散気管64は、その作用効果から、前記他方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成するものとしてある。
【0030】
図3は平板状膜モジュールの膜面に作用する剪断応力を説明するための図、図4は上段膜ユニットの平板状膜モジュールの膜面に作用する剪断応力を計測する剪断応力計の設置位置を示す図である。
【0031】
図3に示すように、対向する平板状膜モジュール4の膜面4a間に上昇流があると、膜間中央で速度が大きく、膜面では速度がゼロになる。剪断応力τは、膜面4aの接線方向に作用する応力で、上昇流の速度の膜面垂直方向の勾配に比例し、τ=μ×(∂v/∂x)で表される。ここで、v:速度、μ:粘性係数、x:膜面垂直方向変位である。このような剪断応力を、図4に示すように、上段膜ユニット3Aの平板状膜モジュール4の幅方向における第1から第10の10箇所の計測点で計測するようにしている。このような剪断応力の計測結果から、粗大気泡散気管61〜65よる粗大気泡の分布状態を評価することができる。
【0032】
この粗大気泡の分布状態を評価するために2つの評価指針を導入した。その一つは時間比率αである。図5は時間比率を説明するための図であり、横軸は時間を示し、縦軸は平板状膜モジュール4の膜面に作用する剪断応力を示している。時間比率αは、図5に示すように、所定の剪断応力レベルτj以上(負の剪断応力の場合は、所定の剪断応力レベル以下)を経験している時間の割合である。前記所定の剪断応力レベルτjは、本例では後述するように5Pa刻みで正負合わせて26レベル設定されるようになっている。時間比率αの値が大きいということは、その計測点において所定の剪断応力レベルτj以上の剪断応力が作用している時間が長いことを表している。
【0033】
もう一つの評価指針は頻度βである。図6は頻度を説明するための図であり、横軸は時間を示し、縦軸は平板状膜モジュール4の膜面に作用する剪断応力を示している。頻度βは、剪断応力が1分間(t1=60s)当たりに所定の剪断応力レベルτj以上に上昇(負の剪断応力の場合は剪断応力レベルτjより下降)する回数である。図6の場合、剪断応力は設定された剪断応力レベルτjを7回超えており、頻度β=(60/t1)×7=7回/minとなる。図6に示すように、膜面に作用する剪断応力が変動しているために、ある剪断応力レベルτjを超える剪断応力が血流の脈のように変動しながら作用しており、そのような変動により、膜面に付着する汚泥が除去される場合、この変動する回数を表す頻度βが重要になる。
【0034】
そして、前記時間比率αと前記頻度βを導入した式(1)により気泡分布指針値γを求め、粗大気泡散気管61〜65よる粗大気泡の分布状態を定量的に評価するようにした。
【0035】
【数1】

Figure 0004199976
【0036】
式(1)において、iは第1(i=1)から第10(i=10)の計測点を表し、jは5Pa刻みで段階的に評価する剪断応力レベルτjを定めるためのレベル値を表す。すなわち、j=1〜13での評価する剪断応力レベルτjは、τj=5j−65である(j=1のときはτ1=−60Pa、j=13のときはτ13=0Pa)。また、j=14〜26での評価する剪断応力レベルτjは、τj=5j−70である(j=14のときはτ14=0Pa、j=26のときはτ26=60Pa)。したがって、α3,17は、第3計測点における剪断応力レベルτ17:15Pa以上となる時間比率を表している。また、β3,17は、第3計測点における剪断応力レベルτ17:15Pa以上となる頻度を表している。
【0037】
また、αave,jは式(2)で表され、評価しようとする所定の剪断応力レベルτj(レベル値j)の場合における第1から第10の各計測点での時間比率の平均値である。βave,jは式(3)で表され、前記剪断応力レベルτj(レベル値j)の場合における第1から第10の各計測点での頻度の平均値である。
【0038】
【数2】
Figure 0004199976
【0039】
【数3】
Figure 0004199976
【0040】
式(1)の気泡分布指針値γは、26段階の各剪断応力レベルτjにおける平均値からの変位量を表している。つまり、式(1)の右辺の第1項は時間比率αi,jについての平均値αave,jからの変位量の大小を表しており、第2項は頻度βi,jについての平均値βave,jからの変位量の大小を表しています。式(1)の係数「0.5」は重み付けの値であり、気泡分布指針値γは時間比率と頻度をそれぞれ50%ずつ等しく重み付けをして扱っている。よって、もし全ての計測点で時間比率αi,j=αave,j、かつ、頻度βi,j=βave,jであれば、すなわち、時間比率αi,jと頻度βi,jが、それぞれ、10箇所全ての計測点で平均値と一致していれば、気泡分布指針値γはゼロとなり、それぞれが平均値から離れるにしたがって、気泡分布指針値γは大きくなる。したがって、気泡分布指針値γの大小によって粗大気泡散気管61〜65による粗大気泡の分布状態を評価することができ、平板状膜モジュール幅方向において粗大気泡が不均一分布するような粗大気泡の上昇流の発生を抑制すると、気泡分布指針値γはその値が小さくなることになる。
【0041】
表1に散気量についての実験条件を示す。ケース1とケース2とは粗大気泡の散気量については同一であり、ケース1とケース2との違いは、ケース1では散気ケース5外部のメンブレン式微細気泡散気板8R,8Lによる微細気泡の散気を行い(散気板8Cは設置せず)、一方、ケース2では平板状膜モジュール幅方向中央部の下方に位置するメンブレン式微細気泡散気板8Cによる微細気泡の散気を行った点にある(散気板8R,8Lは設置せず)。この表1に示す条件で、前記第1〜第6の管配置それぞれにて浸漬型膜分離装置1を運転し、そのときの上段膜ユニット3Aの平板状膜モジュール4の膜面4aに作用する剪断応力を計測し、得られた計測値から、前記気泡分布指針値γを求めた。結果を表2、表3に示す。
【0042】
【表1】
Figure 0004199976
【0043】
【表2】
Figure 0004199976
【0044】
【表3】
Figure 0004199976
【0045】
表2、表3からわかるように、前記第1〜第5の管配置とした本発明による浸漬型膜分離装置1によれば、第1〜第5のいずれの管配置の場合にも従来例である第6の管配置としたものに比較して気泡分布指針値γを小さくすることができており、目視観察によっても、引き上げられた平板状膜モジュール4の膜面4aでの汚泥の付着もなかった。特に、ケース1、ケース2にともに第1、第2及び第4の管配置において良好な結果が得られた。このように、一方の端部領域用粗大気泡散気管61,62による散気量VR(=200NL/min)と他方の端部領域用粗大気泡散気管64,65による散気量VL(=200NL/min)が、それぞれ、中央部領域用粗大気泡散気管63による散気量VC(=100NL/min)の本例では2倍となるように、散気を行うことにより、幅寸法が1000mm程度の幅広の平板状膜モジュール4を備えたものでも、平板状膜モジュール幅方向において粗大気泡が中央部領域付近に集まってきて不均一分布するような粗大気泡の上昇流の発生を抑制することができ、これにより平板状膜モジュール4の膜面全体にわたって膜面洗浄効果を得ることができた。
【0046】
ここで、表2に示す前記ケース1の場合に比べて、表3に示す、平板状膜モジュール幅方向中央部の下方にメンブレン式微細気泡散気板8Cを配置した前記ケース2の場合には、気泡分布指針値γが大きくなっており、粗大気泡が不均一分布するような上昇流の発生を抑制する効果が小さくなっている。この原因は、前記ケース2の場合、中央部にあるメンブレン式微細気泡散気板8Cからの微細気泡により、粗大気泡散気管61,62,64,65からの粗大気泡が記ケース1の場合に比べて平板状膜モジュール幅方向中央部に寄ってくるためと考えられる。したがって、好気性微生物に対する酸素供給に効果的である微細気泡散気装置については、前記ケース1の場合のように、散気ケース5の外部に配置することが好ましい。
【0047】
図7は、ケース1での第1の管配置(本発明例)の場合における時間比率αi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。図7において横軸は剪断応力、縦軸は時間比率、奥行き軸は計測位置(第1〜第10の計測点)をそれぞれ示す。図8は、ケース1での第1の管配置(本発明例)の場合における頻度βi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。図8において横軸は剪断応力、縦軸は頻度、奥行き軸は計測位置(第1〜第10の計測点)をそれぞれ示す。また、図9は、図8における剪断応力レベルが15Paでの頻度βi,17(i=1〜10)を示す図である。
【0048】
ケース1の場合、表2に示すように、第1の管配置、第2の管配置及び第4の管配置としたものでは、従来例である第6の管配置としたものに比較して気泡分布指針値γの値を半分以下に小さくすることができた。このことは、前記図7〜図9に示されるように、各計測点での、例えば剪断応力レベルが15Paでの頻度βi,17(i=1〜10)と時間比率αi,17(i=1〜10)が、ほぼ一定で変動が小さいことからも裏付けられた。
【0049】
図10は、ケース1での第6の管配置(従来例)の場合における時間比率αi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。同じく、図11は、ケース1での第6の管配置(従来例)の場合における頻度βi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。また、図12は、図11における剪断応力レベルが15Paでの頻度βi,17(i=1〜10)を示す図である。
【0050】
これに対して、第6の管配置(従来例)のものでは、気泡分布指針値γの値は0.054であり(表2参照)、目視観察によっても、引き上げられた平板状膜モジュールの幅方向における両側端部の膜面への汚泥の付着、また中央部にも膜面への汚泥の付着が発生していることが観察された。このことは、前記図10〜図12に示されるように、各計測点での、例えば剪断応力レベルが15Paでの頻度βi,17(i=1〜10)と時間比率αi,17(i=1〜10)が、ほぼ一定でなく変動が大きいことからも裏付けられた。
【0051】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による浸漬型膜分離装置は、一方と他方の端部領域用粗大気泡散気装置による各散気量VR,VLが、それぞれ、中央部領域用粗大気泡散気装置による散気量VCの2倍以上となるように、散気を行うよう構成されている。これにより、本発明による浸漬型膜分離装置によれば、幅寸法が1000mm程度の幅広の平板状膜モジュールを備えたものでも、平板状膜モジュール幅方向において粗大気泡が中央部領域付近に集まってきて不均一分布するような粗大気泡の上昇流の発生を抑制することができるので、平板状膜モジュールの膜面全体にわたって膜面洗浄効果を得ることができ、平板状膜モジュールの幅方向における端部領域などに汚泥ケーキ層が堆積することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による浸漬型膜分離装置の構成を示す一部破断斜視図である。
【図2】5本の粗大気泡散気管の配置位置を説明するための図である。
【図3】平板状膜モジュールの膜面に作用する剪断応力を説明するための図である。
【図4】上段膜ユニットの平板状膜モジュールの膜面に作用する剪断応力を計測する剪断応力計の設置位置を示す図である。
【図5】時間比率を説明するための図である。
【図6】頻度を説明するための図である。
【図7】ケース1での第1の管配置(本発明例)の場合における時間比率αi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。
【図8】ケース1での第1の管配置(本発明例)の場合における頻度βi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。
【図9】図8における剪断応力レベルが15Paでの頻度βi,17(i=1〜10)を示す図である。
【図10】ケース1での第6の管配置(従来例)の場合における時間比率αi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。
【図11】ケース1での第6の管配置(従来例)の場合における頻度βi,j(i=1〜10,j=1〜26)を示す図である。
【図12】図11における剪断応力レベルが15Paでの頻度βi,17(i=1〜10)を示す図である。
【図13】従来の浸漬型膜分離装置の構成を説明するための一部破断斜視図である。
【図14】図13に示す従来の浸漬型膜分離装置を備えた活性汚泥処理設備の構成を示す図である。
【図15】従来の浸漬型膜分離装置における5本の粗大気泡散気管の配置位置を説明するための図である。
【図16】上昇するに従って徐々に平板状膜モジュールの幅方向における中央部領域付近に集まってくるような粗大気泡の上昇流の様子を説明するための図である。
【符号の説明】
1…浸漬型膜分離装置 2…膜ケース 3A…上段膜ユニット 3B…下段膜ユニット 4…平板状膜モジュール 4a…膜面 5…散気ケース 61〜65…粗大気泡散気管 7R,7L…補助用粗大気泡散気管 8R,8L,8C…メンブレン式微細気泡散気板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a submerged membrane separation apparatus used for membrane separation activated sludge treatment such as sewage and organic sewage.
[0002]
[Prior art]
The submerged membrane separation device is used in small domestic wastewater small treatment facilities such as small merged treatment septic tanks and large-scale sewage treatment facilities in cities. A flat membrane module, and an air diffuser that is disposed below the flat membrane module and diffuses air. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-275668 discloses an immersion type membrane separation apparatus that is supposed to be used in a small merged treatment septic tank. This immersion type membrane separation apparatus is a diffuser as two air diffusers. A trachea is provided.
[0003]
On the other hand, in a submerged membrane separation apparatus used in a large-scale activated sludge treatment facility such as a city sewage treatment facility, as shown in FIG. 13, a plurality of flat membrane modules 53 having a width of about 1000 mm are wide. Usually, the coarse bubble diffusing tube 55 as five coarse bubble diffusers1~ 55FiveAnd are provided. FIG. 13 is a partially broken perspective view for explaining the configuration of a conventional submerged membrane separator, and FIG. 14 is a diagram showing the configuration of an activated sludge treatment facility equipped with the conventional submerged membrane separator shown in FIG. is there.
[0004]
As shown in FIG. 13, this conventional submerged membrane separation apparatus 51 has a plurality of flat membrane modules 53 arranged in a box-shaped membrane case 52 that is open at the top and bottom, with membrane surfaces 53a vertically perpendicular to each other. Arranged in parallel in the depth direction at appropriate intervals so as to be parallel, and further inside the box-shaped air diffuser case 54 opened at the top and bottom and the left and right side surfaces as five coarse bubble diffusers Coarse bubble diffuser 551~ 55FiveAnd five coarse bubble diffusers 55 below a plurality of flat membrane modules 53 arranged in parallel.1~ 55FiveThe membrane case 52 and the diffuser case 54 are stacked so as to be separated from each other vertically. Coarse bubble diffuser 551~ 55FiveEach of these is supplied with a predetermined amount of air for air diffusion through a supply pipe 58 from a blower 57 as an air source installed outside the reaction tank 56.
[0005]
Coarse bubble diffuser 551~ 55FiveAs shown in FIG. 13, each of the flat membrane modules 53 is arranged below the plurality of flat membrane modules 4 and extends in a direction (depth direction) perpendicular to the flat membrane module width direction. They are arranged orthogonally below them. Coarse bubble diffuser 551~ 55FiveIn the lower part of the outer peripheral surface, a large number of diffused holes having a hole diameter of 5 to 15 mmφ are provided along the longitudinal direction of the diffuser tube. These coarse bubble diffusers 551~ 55FiveThe purpose of aeration by the coarse bubble diffusion tube 551~ 55FiveThe membrane surface 53a is cleaned by using shear stress acting on the membrane surface 53a of the flat membrane module 53 by the gas-liquid two-phase upward flow generated by the coarse bubbles from the membrane, and the membrane surface 53a is sludged. It is to prevent the cake layer from being deposited and to supply oxygen for aerobic treatment of aerobic microorganisms in the liquid to be treated. In this case, the coarse bubbles are effective in cleaning the membrane surface of the flat membrane module 53 because the rising speed is higher and the shear stress is larger than the fine bubbles.
[0006]
In the conventional submerged membrane separation apparatus 1, the coarse bubble diffuser 551~ 55FiveAs shown in FIG. 15, it is arranged below the flat membrane module 53 having a width of about 1000 mm. That is, the coarse bubble diffusing tube 55 for the flat membrane module 53 is used.1~ 55FiveAs for the arrangement of the five coarse bubble diffusers 55 of No. 1 to No. 51~ 55FiveNo. 3 coarse bubble diffusing tubes 55 in the middle, having an equal interval of 200 mm from each otherThreeAre arranged below the center of the width of the flat membrane module 53. Each coarse bubble diffuser 551~ 55FiveAnd the flat membrane module 53 in the vertical direction are constant. Also, five coarse bubble diffusing tubes 551~ 55FiveAre supplied with the same amount of air, and these coarse bubble diffusing tubes 55.1~ 55FiveThe amount of air diffused from each of these is set to be the same.
[0007]
As shown in FIG. 14, the submerged membrane separation apparatus 1 configured in this way is immersed in the water to be treated (mixed liquid of activated sludge and raw water) in the reaction tank 56, and has a flat plate shape. The membrane module 53 is connected via a collecting pipe 59 to a treated water extraction pipe 61 in which a suction pump 60 is interposed in the middle of the pipe. In the activated sludge treatment facility provided with the submerged membrane separation device 51, the coarse bubble diffusing tube 55 is used.1~ 55FiveThe water to be treated is separated into solid and liquid by the flat membrane module 53 and filtered, and the membrane permeated water that has permeated through the flat membrane module 53 is treated with the suction pump 60 as the treated water. Membrane separation activated sludge treatment that is taken out to the outside is performed.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-275668 (FIG. 2)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-224585 (FIG. 1)
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional submerged membrane separation apparatus 1 described above, the five coarse bubble diffusing tubes 55 are used.1~ 55FiveIs not appropriate, the membrane surface cleaning effect cannot be obtained over the entire membrane surface of the wide flat membrane module 53 having a width of about 1000 mm, and the end of the flat membrane module 53 in the width direction with the passage of operating time. There is a problem that a sludge cake layer accumulates in the area.
[0010]
  To explain this, buoyancy acts on the bubbles and tries to rise faster than the surrounding liquid. Therefore, as shown in FIG.55 1 ~ 55 5 Ascending coarse bubbles rise from the earlier to the earlier direction, and gradually gather near the central region in the width direction of the flat membrane module 53 as it rises. Once such an upward flow (plume) of coarse bubbles gathering in the central region of the flat membrane module width direction is generated, the flow is not uniform in the flat membrane module width direction.
[0011]
For this reason, since the membrane surface is not cleaned at a site where coarse bubbles do not pass, sludge accumulated on the membrane surface is not removed. As a result, the gas-liquid two-phase upward flow between the membranes slows down, making it difficult for the bubbles to spread further. It becomes a strongly sticky solid called a layer. In this way, regarding the distribution of coarse bubbles in the width direction of the flat membrane module, there is no self-healing function in the case of non-uniformity, and it is triggered by the local membrane surface clogging once. Membrane surface cleaning is difficult to perform.
[0012]
This invention is made | formed in view of such a situation, The objective of this invention is suppressing generation | occurrence | production of the upward flow of a coarse bubble in which a coarse bubble is unevenly distributed in a flat membrane module width direction. Accordingly, an object of the present invention is to provide a submerged membrane separation apparatus which can obtain a membrane surface cleaning effect over the entire membrane surface of a flat membrane module.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means. Invention of Claim 1 is immersed in the to-be-processed water in a reaction tank, The flat membrane module which filters the said to-be-processed water, The aeration apparatus which is arrange | positioned under this flat membrane module and performs aeration In the submerged membrane separation apparatus, the air diffuser is disposed below one end region in the width direction of the flat membrane module having a quarter of the effective width of the flat membrane module., Composed of multiple coarse bubble diffusersA coarse bubble diffusing device for one end region and the other flat membrane module width direction end region having a quarter of the effective width of the flat membrane module are disposed below., Composed of multiple coarse bubble diffusersA coarse bubble diffuser for the other end region;It is arranged below the center position in the width direction of the flat membrane module and is composed of one coarse bubble diffusing tube.A coarse bubble diffuser for the central region,Each of the coarse bubble diffusing tubes extends in a direction perpendicular to the flat membrane module width direction, and the one piece constituting the coarse bubble diffuser for the central region in the flat membrane module width direction. The plurality of coarse bubble diffusing tubes constituting the one end region coarse bubble diffusing device and the other end region coarse bubble diffusing device are equidistant from the coarse bubble diffusing tube. Each of the coarse bubble diffusing tubes of the book, and each of the coarse bubble diffusing tubes is arranged at an equal distance from the flat membrane module in the vertical direction of the reaction tank,Air is diffused from the one end region coarse bubble diffuser, the other end region coarse bubble diffuser, and the central region coarse bubble diffuser, and both the end region coarse Immersion type characterized in that each air diffused by the bubble diffuser is diffused so that the amount of air diffused by the coarse bubble diffuser for the central region is twice or more. It is a membrane separator.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, the submerged membrane separation apparatus according to the first aspect further includes a fine bubble diffusing device.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the submerged membrane separation apparatus according to the second aspect, wherein the fine bubble diffusing device includes both the large-area bubble diffuser for the end region and the coarse-bubble diffuser for the central region. It is arrange | positioned outside the diffuser case which accommodates an apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
[0016]
According to the submerged membrane separation apparatus according to the first to third aspects of the present invention, each of the three air bubble diffusers for each region causes each air diffuser by the one and the other end region coarse bubble diffuser. Amount VR, VLHowever, the amount of air diffused by the coarse bubble diffuser for the central region is V, respectively.CTherefore, even if a wide flat membrane module having a width of about 1000 mm is provided, coarse bubbles are centered in the flat membrane module width direction. As a result, it is possible to suppress the generation of an upward flow of coarse bubbles that are gathered in the vicinity of the partial area and are unevenly distributed, so that a membrane surface cleaning effect can be obtained over the entire membrane surface of the flat membrane module. It is possible to prevent the sludge cake layer from being deposited on the end region in the width direction of the membrane module.
[0017]
In this case, the amount of air diffused from one end region coarse bubble diffuser VRAnd the amount of air diffused from the coarse bubble diffuser for the other end regionLIs preferably the same amount of air diffused. Also, the amount of air diffused by the coarse bubble diffuser for the central region VCVentilation amount VR, VLThe upper limit value of is not generally determined by the size of the flat membrane module, but the amount of air diffused VC3 times is appropriate.
[0018]
Moreover, in the submerged membrane separation apparatus according to the present invention, it is desirable that the diffuser has a fine bubble diffuser. The fine bubble diffusing device has a large number of diffusing holes having a pore diameter of 1 to 5 mmφ, and has higher oxygen dissolution efficiency than the coarse bubble diffusing device, and is effective in supplying oxygen to aerobic microorganisms. Therefore, when oxygen supply by the coarse bubble diffusing device is insufficient, it is desirable to provide a fine bubble diffusing device. In this case, the fine bubble diffuser is arranged on the bottom of the reaction tank outside the diffuser case that houses the coarse bubble diffuser (outside the membrane case) so that the fine bubbles do not merge with the coarse bubbles. Is good. In addition, a downward flow that descends outside the case from the opening at the upper end of the membrane case is formed outside the diffuser case (outside the membrane case).
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a configuration of a submerged membrane separation apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, the submerged membrane separation apparatus 1 includes an upper membrane unit 3A and a lower membrane unit 3B arranged in two upper and lower rows at a predetermined interval in a box-like membrane case 2 that is open at the top and bottom. The coarse bubble diffusing tube 6 as five coarse bubble diffusing devices is disposed inside a box-like diffuser case 5 that is open at the top and bottom and left and right side lower portions.1~ 6FiveAnd the coarse bubble diffuser 6 below the lower membrane unit 3B.1~ 6FiveThe membrane case 2 and the diffuser case 5 are stacked so as to be separated from each other vertically.
[0021]
Each of the upper membrane unit 3A and the lower membrane unit 3B is formed by arranging a plurality of flat membrane modules 4 in parallel in the depth direction at appropriate intervals so that the membrane surfaces 4a are vertical in the vertical direction and parallel to each other. It is. The flat membrane module 4 of the upper membrane unit 3A and the flat membrane module 4 of the lower membrane unit 3B are arranged so that their positions in the depth direction coincide with each other.
[0022]
The five coarse bubble diffusers 61~ 6FiveIs arranged below the flat membrane module 4 of the lower membrane unit 3B and extends in a direction (depth direction) perpendicular to the width direction of the flat membrane module, and each flat membrane module 4 is below them. It arrange | positions so that it may orthogonally cross. These coarse bubble diffusers 61~ 6FiveIn the lower part of the outer peripheral surface, a large number of diffused holes having a hole diameter of 5 to 15 mmφ are provided along the longitudinal direction of the diffuser tube. Coarse bubble diffuser 61~ 6FiveThe detailed arrangement position will be described later. Coarse bubble diffuser 61~ 6FiveAnd the flat membrane module 4 of the lower membrane unit 3B are constant in the vertical direction.
[0023]
Further, one auxiliary coarse bubble diffusing tube 7 extending in the depth direction of the flat membrane module 4 is disposed at one end of the flat membrane module width direction between the upper membrane unit 3A and the lower membrane unit 3B.RIs arranged. Similarly, one auxiliary coarse bubble diffusing tube 7 is provided at the other end in the width direction of the flat membrane module.LIs arranged.
[0024]
Further, on the bottom surface of the reaction tank outside the diffuser case 5 (outside the membrane case 2), a membrane-type fine bubble diffuser plate 8 having a flat plate shape as a fine bubble diffuser on both sides of the diffuser case 5 is provided.R, 8LAre arranged respectively. Further, a coarse bubble diffusing tube 6 is provided on the bottom of the reaction tank in the diffusing case 5.1~ 6FiveOne membrane type fine bubble diffuser plate 8 so as to be located below and below the central portion of the flat membrane module width direction.CIs arranged. Membrane type fine bubble diffuser 8R, 8L, 8CAre provided with a large number of diffused holes having a hole diameter of 1 mmφ.
[0025]
Using the submerged membrane separation apparatus 1 configured as described above, a coarse bubble diffusing tube 6 is used.1~ 6FiveExperiments were conducted to investigate the distribution of coarse bubbles. In this experiment, the submerged membrane separation apparatus 1 is installed in an experimental reaction tank having a water depth of about 5 m, which is the same as the actual depth, and the coarse bubble diffuser 61~ 6FiveThe arrangement position in the width direction of the flat membrane module is changed to first to sixth pipe arrangements described later (the sixth pipe arrangement is a conventional example), and the submerged membrane separation apparatus 1 is operated with each of these pipe arrangements. And carried out. The shear stress acting on the membrane surface 4a of the flat membrane module 4 of the upper membrane unit 3A during these operations is measured with a shear stress meter, and the measurement results and sludge on the membrane surface 4a of the flat membrane module 4 are measured. Based on the observation result of the adhesion state, the coarse bubble diffuser 61~ 6FiveThe distribution of coarse bubbles was evaluated.
[0026]
FIG. 2 is a view for explaining the arrangement positions of five coarse bubble diffusing tubes.
[0027]
As shown in FIG. 2, the flat membrane module 4 of the lower membrane unit 3 </ b> B is divided into four equal parts in the width direction, and has one flat membrane module width direction end having a quarter of the effective width of the flat membrane module 4. Partial area LRAnd the other flat membrane module width direction end region L having 1/4 of the effective width of the flat membrane module 4LAnd these end regions LR, LLCentral area L in the width direction of the remaining flat membrane module excludingCIs stipulated. In this case, the effective width of the flat membrane module 4 is 1000 mm, and the width direction central region LCIs 500 mm and the one width direction end region L located on the right side thereof is 500 mm.RThe length of the other width direction end region L located on the left side is 250 mmLThe length of is 250 mm.
[0028]
Coarse bubble diffuser 61~ 6FiveAre the first, second, third, fourth, fifth coarse bubble diffusers in order from the right in FIG. 2 and arranged as shown in FIG. 2 in the experiment. In this case, the coarse bubble diffuser 61~ 6FiveSince the distribution of coarse bubbles is a bilaterally symmetrical phenomenon, the center of the flat membrane module width direction is the origin, the right side is positive and the left side is negative. The first to fifth tube arrangements are the examples of the present invention, and the sixth tube arrangement is the conventional example.
[0029]
In the first to fifth tube arrangements of the present invention example, the first coarse bubble diffusing tube 61And No. 2 coarse bubble diffuser 62And said one flat membrane module width direction end region LRThe coarse bubble diffusing device for one end part region arranged below is constituted. No. 5 coarse bubble diffuser 6FiveAnd No. 4 coarse bubble diffuser 6FourAnd the other flat membrane module width direction end region LLThe coarse bubble diffusing device for the other end region arranged below is constituted. No. 3 coarse bubble diffuser 6ThreeIs the flat membrane module width direction central region LCThe coarse bubble diffusing device for the central region disposed below is configured. In the third tube arrangement and the fifth tube arrangement, the end region LRAnd the central region LCNo. 2 coarse bubble diffuser 6 on the boundary with2Constitutes the one end region coarse bubble diffusing device because of its effect, and similarly, the end region LLAnd the central region LCNo. 4 coarse bubble diffuser 6 on the boundary withFourIs configured as the above-described coarse bubble diffusing device for the other end region because of its function and effect.
[0030]
FIG. 3 is a diagram for explaining shear stress acting on the membrane surface of the flat membrane module, and FIG. 4 is an installation position of a shear stress meter for measuring the shear stress acting on the membrane surface of the flat membrane module of the upper membrane unit. FIG.
[0031]
As shown in FIG. 3, when there is an upward flow between the membrane surfaces 4a of the opposed flat membrane modules 4, the velocity is large at the center of the membrane and the velocity is zero at the membrane surface. The shear stress τ is a stress acting in the tangential direction of the film surface 4a, and is proportional to the gradient of the upward flow speed in the direction perpendicular to the film surface, and is expressed by τ = μ × (× v / ∂x). Here, v: velocity, μ: viscosity coefficient, x: displacement in the direction perpendicular to the film surface. As shown in FIG. 4, such shear stress is measured at first to ten ten measurement points in the width direction of the flat membrane module 4 of the upper membrane unit 3A. From the measurement result of such shear stress, the coarse bubble diffuser 61~ 6FiveTherefore, the distribution state of coarse bubbles can be evaluated.
[0032]
In order to evaluate the distribution state of the coarse bubbles, two evaluation guidelines were introduced. One of them is the time ratio α. FIG. 5 is a diagram for explaining the time ratio, where the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the shear stress acting on the membrane surface of the flat membrane module 4. The time ratio α is a predetermined shear stress level τ as shown in FIG.jThis is the percentage of time experiencing the above (below the predetermined shear stress level in the case of negative shear stress). The predetermined shear stress level τjIn this example, as will be described later, 26 levels are set in positive and negative directions in increments of 5 Pa. The large value of the time ratio α means that a predetermined shear stress level τ at the measurement point.jIt represents that the time during which the above shear stress is applied is long.
[0033]
Another evaluation guideline is the frequency β. FIG. 6 is a diagram for explaining the frequency. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the shear stress acting on the membrane surface of the flat membrane module 4. The frequency β indicates that the shear stress is 1 minute (t1= Shear stress level τ per 60 s)jIncreased above (in the case of negative shear stress, shear stress level τjIs the number of times to descend). In the case of FIG. 6, the shear stress is the set shear stress level τj7 times and frequency β = (60 / t1) × 7 = 7 times / min. As shown in FIG. 6, since the shear stress acting on the film surface fluctuates, a certain shear stress level τjIf the shear stress that exceeds is acting while fluctuating like a blood flow pulse, and sludge adhering to the membrane surface is removed by such fluctuation, the frequency β representing the number of fluctuations becomes important. .
[0034]
Then, the bubble distribution guide value γ is obtained by the formula (1) in which the time ratio α and the frequency β are introduced, and the distribution state of the coarse bubbles by the coarse bubble diffusing tubes 61 to 65 is quantitatively evaluated.
[0035]
[Expression 1]
Figure 0004199976
[0036]
In Expression (1), i represents the first (i = 1) to 10th (i = 10) measurement points, and j is the shear stress level τ evaluated stepwise in increments of 5 Pa.jRepresents a level value for determining That is, the shear stress level τ to be evaluated at j = 1 to 13jIs τj= 5j−65 (when j = 1, τ1= -60 Pa, j = 13 when τ13= 0 Pa). Further, the shear stress level τ to be evaluated at j = 14 to 26jIs τj= 5j−70 (when j = 14, τ14= 0 when = 0 Pa and j = 2626= 60 Pa). Therefore, α3,17Is the shear stress level τ at the third measurement point17: Represents a time ratio of 15 Pa or more. Β3,17Is the shear stress level τ at the third measurement point17: Represents the frequency of 15 Pa or more.
[0037]
Αave, jIs expressed by equation (2), and a predetermined shear stress level τ to be evaluatedjIt is an average value of time ratios at the first to tenth measurement points in the case of (level value j). βave, jIs expressed by equation (3) and the shear stress level τjThe average value of the frequencies at the first to tenth measurement points in the case of (level value j).
[0038]
[Expression 2]
Figure 0004199976
[0039]
[Equation 3]
Figure 0004199976
[0040]
The bubble distribution guide value γ in the equation (1) is expressed by each of 26 shear stress levels τ.jThe amount of displacement from the average value at. That is, the first term on the right side of Equation (1) is the time ratio α.i, jMean value for αave, jRepresents the amount of displacement from, and the second term is the frequency βi, jMean value for βave, jIndicates the amount of displacement from. The coefficient “0.5” in the equation (1) is a weighting value, and the bubble distribution guide value γ is handled by equally weighting the time ratio and the frequency by 50%. Therefore, if all measurement points have time ratio αi, j= Αave, jAnd frequency βi, j= Βave, jThat is, the time ratio αi, jAnd frequency βi, jHowever, if the average value coincides with the average value at all ten measurement points, the bubble distribution guide value γ becomes zero, and the bubble distribution guide value γ increases as the distance from the average value increases. Accordingly, the coarse bubble diffusing tube 6 depends on the size of the bubble distribution guide value γ.1~ 6FiveThe bubble distribution guideline value γ is smaller when the generation of coarse bubbles that cause uneven distribution of coarse bubbles in the width direction of the flat membrane module is suppressed. Will be.
[0041]
Table 1 shows the experimental conditions for the amount of diffused air. Case 1 and case 2 are the same in terms of the amount of diffused air bubbles, and the difference between case 1 and case 2 is that in case 1, membrane type fine bubble diffuser plate 8 outside diffuser case 5 is used.R, 8LAeration of fine bubbles by (air diffuser plate 8COn the other hand, in the case 2, in the case 2, the membrane type fine bubble diffusing plate 8 located below the central part in the width direction of the flat membrane moduleCIt is in the point where fine air bubbles were diffused by (air diffuser plate 8R, 8LIs not installed). Under the conditions shown in Table 1, the submerged membrane separator 1 is operated in each of the first to sixth tube arrangements, and acts on the membrane surface 4a of the flat membrane module 4 of the upper membrane unit 3A at that time. Shear stress was measured, and the bubble distribution guide value γ was determined from the obtained measurement value. The results are shown in Tables 2 and 3.
[0042]
[Table 1]
Figure 0004199976
[0043]
[Table 2]
Figure 0004199976
[0044]
[Table 3]
Figure 0004199976
[0045]
As can be seen from Tables 2 and 3, the submerged membrane separation apparatus 1 according to the present invention having the first to fifth tube arrangements is a conventional example in any of the first to fifth tube arrangements. The bubble distribution guideline value γ can be made smaller than that of the sixth pipe arrangement, and sludge adheres to the membrane surface 4a of the raised flat membrane module 4 by visual observation. There was not. In particular, good results were obtained in the first, second and fourth tube arrangements for both Case 1 and Case 2. Thus, the coarse bubble diffuser 6 for one end region1, 62Aeration amount due to VR(= 200 NL / min) and coarse bubble diffuser 6 for the other end regionFour, 6FiveAeration amount due to VL(= 200 NL / min), respectively, a coarse bubble diffuser 6 for the central regionThreeAeration amount due to VC(= 100 NL / min) In this example, even if the flat plate membrane module 4 having a wide width of about 1000 mm is provided by aeration so as to be doubled, in the flat membrane module width direction It is possible to suppress the generation of an upward flow of coarse bubbles where the coarse bubbles gather near the central region and are unevenly distributed, thereby obtaining a membrane surface cleaning effect over the entire membrane surface of the flat membrane module 4. I was able to.
[0046]
Here, as compared with the case 1 shown in Table 2, the membrane-type microbubble diffuser 8 shown in Table 3 below the central portion of the flat membrane module width direction is shown in Table 3.CIn the case 2 in which the bubble is disposed, the bubble distribution guide value γ is large, and the effect of suppressing the generation of the upward flow in which coarse bubbles are unevenly distributed is small. In the case 2, this is caused by the membrane type fine bubble diffuser plate 8 at the center.CCoarse bubble diffusing tube 6 due to fine bubbles from1, 62, 6Four, 6FiveIt is considered that the coarse bubbles from the end are closer to the central portion in the width direction of the flat membrane module than in the case 1. Therefore, it is preferable to arrange the fine bubble diffuser effective for supplying oxygen to the aerobic microorganisms outside the diffuser case 5 as in the case 1.
[0047]
FIG. 7 shows the time ratio α in the case of the first tube arrangement (case of the present invention) in Case 1.i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26). In FIG. 7, the horizontal axis represents shear stress, the vertical axis represents time ratio, and the depth axis represents measurement positions (first to tenth measurement points). FIG. 8 shows the frequency β in the case of the first tube arrangement (case of the present invention) in Case 1.i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26). In FIG. 8, the horizontal axis represents shear stress, the vertical axis represents frequency, and the depth axis represents measurement positions (first to tenth measurement points). FIG. 9 shows the frequency β when the shear stress level in FIG.i, 17It is a figure which shows (i = 1-10).
[0048]
In case 1, as shown in Table 2, the first pipe arrangement, the second pipe arrangement, and the fourth pipe arrangement are compared with the conventional pipe arrangement of the sixth pipe arrangement. The bubble distribution guideline value γ could be reduced to less than half. As shown in FIGS. 7 to 9, this is the frequency β at each measurement point, for example, when the shear stress level is 15 Pa.i, 17(I = 1 to 10) and time ratio αi, 17(I = 1 to 10) is supported by the fact that the fluctuation is almost constant and the fluctuation is small.
[0049]
FIG. 10 shows the time ratio α in the case of the sixth pipe arrangement (conventional example) in case 1.i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26). Similarly, FIG. 11 shows the frequency β in the case of the sixth pipe arrangement (conventional example) in case 1.i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26). FIG. 12 shows the frequency β when the shear stress level in FIG.i, 17It is a figure which shows (i = 1-10).
[0050]
On the other hand, in the case of the sixth tube arrangement (conventional example), the value of the bubble distribution guide value γ is 0.054 (see Table 2). It was observed that sludge adheres to the film surface at both ends in the width direction, and that sludge adheres to the film surface at the center. As shown in FIGS. 10 to 12, this is the frequency β at each measurement point, for example, when the shear stress level is 15 Pa.i, 17(I = 1 to 10) and time ratio αi, 17(I = 1 to 10) was supported by the fact that the fluctuation was not substantially constant but was large.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the submerged membrane separation device according to the present invention has each of the diffused air amounts V by the coarse bubble diffuser for one and the other end region.R, VLHowever, the amount of air diffused by the coarse bubble diffuser for the central region is V, respectively.CIt is configured to perform aeration so as to be twice or more. As a result, according to the submerged membrane separation apparatus according to the present invention, even if a flat membrane module having a width of about 1000 mm is provided, coarse bubbles gather near the central region in the flat membrane module width direction. Therefore, it is possible to suppress the generation of the upward flow of coarse bubbles that are unevenly distributed, so that the membrane surface cleaning effect can be obtained over the entire membrane surface of the flat membrane module, and the edge in the width direction of the flat membrane module can be obtained. It is possible to prevent the sludge cake layer from accumulating in the partial area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a configuration of a submerged membrane separation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the arrangement positions of five coarse bubble diffusing tubes.
FIG. 3 is a diagram for explaining shear stress acting on the membrane surface of a flat membrane module.
FIG. 4 is a diagram showing an installation position of a shear stress meter that measures a shear stress acting on a membrane surface of a flat membrane module of an upper membrane unit.
FIG. 5 is a diagram for explaining a time ratio.
FIG. 6 is a diagram for explaining a frequency.
FIG. 7 shows the time ratio α in the case of the first pipe arrangement in the case 1 (example of the present invention).i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26).
FIG. 8 shows the frequency β in the case of the first pipe arrangement (example of the present invention) in Case 1i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26).
FIG. 9 shows the frequency β when the shear stress level is 15 Pa in FIG.i, 17It is a figure which shows (i = 1-10).
FIG. 10 shows a time ratio α in the case of the sixth tube arrangement (conventional example) in case 1;i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26).
FIG. 11 shows the frequency β in the case of the sixth pipe arrangement (conventional example) in case 1i, jIt is a figure which shows (i = 1-10, j = 1-26).
12 shows frequency β when the shear stress level in FIG. 11 is 15 Pa. FIG.i, 17It is a figure which shows (i = 1-10).
FIG. 13 is a partially broken perspective view for explaining the configuration of a conventional submerged membrane separation apparatus.
14 is a diagram showing the configuration of an activated sludge treatment facility equipped with the conventional submerged membrane separation apparatus shown in FIG.
FIG. 15 is a view for explaining the arrangement positions of five coarse bubble diffusing tubes in a conventional submerged membrane separation apparatus.
FIG. 16 is a view for explaining the state of the rising flow of coarse bubbles that gradually gather near the central region in the width direction of the flat membrane module as it rises.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Submerged membrane separator 2 ... Membrane case 3A ... Upper membrane unit 3B ... Lower membrane unit 4 ... Flat membrane module 4a ... Membrane surface 5 ... Air diffuser case 61~ 6Five... Coarse bubble diffuser 7R, 7L... Auxiliary coarse bubble diffuser 8R, 8L, 8C... Membrane type fine bubble diffuser

Claims (3)

反応槽内の被処理水中に浸漬され、前記被処理水を濾過する平板状膜モジュールと、該平板状膜モジュールの下方に配置され、散気を行う散気装置とを備えた浸漬型膜分離装置において、
前記散気装置は、前記平板状膜モジュールの有効幅の1/4を有する一方の平板状膜モジュール幅方向端部領域の下方に配置され、複数本の粗大気泡散気管で構成される一方の端部領域用粗大気泡散気装置と、
前記平板状膜モジュールの有効幅の1/4を有する他方の平板状膜モジュール幅方向端部領域の下方に配置され、複数本の粗大気泡散気管で構成される他方の端部領域用粗大気泡散気装置と、
前記平板状膜モジュールの幅方向中央位置の下方に配置され、1本の粗大気泡散気管で構成される中央部領域用粗大気泡散気装置とを有し、
前記各粗大気泡散気管が、それぞれ、平板状膜モジュール幅方向と直角をなす方向に延びており、
平板状膜モジュール幅方向において前記中央部領域用粗大気泡散気装置を構成する前記1本の粗大気泡散気管から等距離に、前記一方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成する前記複数本の粗大気泡散気管と前記他方の端部領域用粗大気泡散気装置を構成する前記複数本の粗大気泡散気管とがそれぞれ配置されるとともに、反応槽の上下方向において前記平板状膜モジュールから等距離に前記各粗大気泡散気管がそれぞれ配置されており、
前記一方の端部領域用粗大気泡散気装置と前記他方の端部領域用粗大気泡散気装置と前記中央部領域用粗大気泡散気装置から散気するとともに、前記両方の端部領域用粗大気泡散気装置による各散気量が、それぞれ、前記中央部領域用粗大気泡散気装置による散気量の2倍以上となるように、散気を行うものであることを特徴とする浸漬型膜分離装置。
Submerged membrane separation comprising a flat membrane module that is immersed in the water to be treated in the reaction tank and filters the water to be treated, and an air diffuser that is disposed below the flat membrane module and diffuses air. In the device
The air diffuser is disposed under one flat membrane module width direction end region having a quarter of the effective width of the flat membrane module , and is constituted by a plurality of coarse bubble diffusers . A coarse bubble diffuser for the end region;
Coarse bubbles for the other end region, which are arranged below the other end region in the width direction of the other flat membrane module and have a plurality of coarse bubble diffusing tubes, which have a quarter of the effective width of the flat membrane module. An air diffuser;
A coarse bubble diffusing device for a central region , which is arranged below the center position in the width direction of the flat membrane module and is composed of one coarse bubble diffusing tube ;
Each of the coarse bubble diffusing tubes extends in a direction perpendicular to the width direction of the flat membrane module,
The plurality of constituents constituting the one end region coarse bubble diffuser at an equal distance from the one coarse bubble diffuser constituting the central region coarse bubble diffuser in the width direction of the flat membrane module A plurality of coarse bubble diffusing tubes and the plural large bubble diffusing tubes constituting the other end region coarse bubble diffusing device are respectively disposed in the vertical direction of the reaction tank from the flat membrane module. Each of the coarse bubble diffusing tubes is arranged at an equal distance,
Air is diffused from the one end region coarse bubble diffuser, the other end region coarse bubble diffuser, and the central region coarse bubble diffuser, and both the end region coarse Immersion type characterized in that each air diffused by the bubble diffuser is diffused so that the amount of air diffused by the coarse bubble diffuser for the central region is twice or more. Membrane separator.
前記散気装置は、さらに微細気泡散気装置を備えていることを特徴とする請求項1記載の浸漬型膜分離装置。  The submerged membrane separation device according to claim 1, wherein the air diffuser further includes a fine bubble diffuser. 前記微細気泡散気装置は、前記両方の端部領域用粗大気泡散気装置及び前記中央部領域用粗大気泡散気装置を収納する散気ケースの外部に配置されていることを特徴とする請求項2記載の浸漬型膜分離装置。  The fine bubble diffusing device is disposed outside a diffusing case that accommodates both of the end region large bubble diffusing devices and the central region large bubble diffusing device. Item 3. A submerged membrane separation apparatus according to Item 2.
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