JP4860843B2 - 外圧型中空糸膜モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜分離活性汚泥法等の廃水処理方法において、活性汚泥槽等に浸漬して使用される外圧型の中空糸膜モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
廃水処理方法として近年注目されている膜分離活性汚泥法においては、活性汚泥槽に膜モジュールを浸漬して処理水と汚泥とを分離することが行われる。この方法では、通常、活性汚泥の菌体濃度(いわゆるMLSS:混合液浮遊性固形物)を10000〜20000と極めて高くして処理を行う。また、原水中の夾雑物の混入により、SS(浮遊性固形物)濃度も処理時間と共に高くなってくる。また、余剰汚泥の引き抜きを少量ずつ行うことで、処理時間が長期になるとMLSSやSS濃度はほぼ一定となる。
【0003】
この膜分離活性汚泥法で外圧型の中空糸膜モジュール(中空糸束の外周側から原水を導入して使用するタイプの中空糸膜モジュール)を用いると、この膜モジュールに汚泥や夾雑物が徐々に蓄積し、長期間の処理によって膜モジュールによる濾過効率は低下する。特に、中空糸膜の直径(内径)が500、600μm以下と細い場合にその傾向は顕著であり、夾雑物や汚泥が中空糸膜に付着したり絡み付いたりする。夾雑物や汚泥を含んだ原水は、中空糸膜モジュールの原水導入口の周辺や濃縮水(濾過水が除かれた原水)の排出口の周辺に溜まり易い。
【0004】
このような中空糸膜モジュールに汚泥や夾雑物が蓄積することを防止する方法として、従来より、曝気を行ったり、中空糸膜の直径を大きくしたり、膜モジュールの構造に工夫を凝らしたりすることが行われているが、未だに効果的な方法は得られていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、活性汚泥槽等に浸漬して使用される外圧型の中空糸膜モジュールにおいて、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積されないようにして、長期間安定的な濾過性能が発揮されるようにすることを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、多数の中空糸膜(濾過膜を中空糸状に形成したもの)が長さ方向両端で結合されている中空糸束からなり、中空糸束の長さ方向一端を下方に他端を上方に配置し、中空糸束の外周側から原水を導入して使用される外圧型中空糸膜モジュールにおいて、中空糸束の長さ方向下端部に筒状の原水導入部を設け、原水導入部内に中空糸束の結合部分を配置し、前記結合部分に、中空糸束の長さ方向に延びる複数個の気体導入孔が形成され、前記原水導入部の前記結合部分より下側の部分をスカート部とし、前記原水導入部に中空糸束の長さ方向に延びる一つ以上の原水導入孔を設け、前記原水導入孔の基端を前記結合部分をなす円柱の断面円内に配置し、前記原水導入孔の先端を前記スカート部の下端面より突出させて設けたことを特徴とする外圧型中空糸膜モジュールを提供する。
【0007】
本発明の外圧型中空糸膜モジュールを、前記一端側を下側にして活性汚泥槽等に浸漬して使用すると、原水は、中空糸束の外周側からだけでなく、中空糸束の下端(前記一端)の原水導入孔から上方にも導入される。また、下端に設けた複数個の気体導入孔から中空糸束内に気体が導入されることにより、モジュール内に導入された原水は、エアリフト効果で中空糸束内を上昇していく。この気体導入によって気体導入孔の近傍の原水に気泡が生じ、この気泡が前記原水を攪拌する。
【0008】
その結果、本発明の外圧型中空糸膜モジュールによれば、前記原水導入孔および気体導入孔がない場合と比較して、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積され難くなる。
原水導入孔の数は1つであってもよいし2つ以上であってもよい。ただし、中空糸束に均一に原水が導入されるようにする必要があるため、1つの場合は中空糸束の端面の中心部に設け、2つ以上の場合はバランスの良い配置にする必要がある。また、原水導入孔は気体導入孔よりも突出させて設ける必要がある。
【0009】
本発明の外圧型中空糸膜モジュールにおいては、少なくとも中空糸束の長さ方向他端側を除いて中空糸束の外周を外筒で囲い、中空糸束と外筒との間に、原水および気体導入孔から導入された気体を通過させる空間を設けることが好ましい。
これにより、前記空間内を気体および原水が整流されて通過するため、この空間内でのばっ気により中空糸膜面の洗浄が効率的に行われる。その結果、前記外筒がない場合と比較して、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積され難くなる効果が高い。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に相当する中空糸膜モジュールを、図1および2を用いて説明する。図1は、この実施形態の中空糸膜モジュールの使用状態(活性汚泥槽等の水槽への浸漬状態)を示す正面図である。図2(a)はこの実施形態の中空糸膜モジュールの部分断面図であり、図2(b)はこの実施形態の中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図である。
【0011】
図1に示すように、このモジュールは、中空糸束1と、中空糸束1の長さ方向下端部(一端側)に設けた原水導入部2と、中空糸束1の長さ方向上端部(他端側)に設けた濾過水回収部3と、原水導入部2と濾過水回収部3との間で中空糸束1を囲う円筒状のケース4とで構成されている。中空糸束1は、多数の中空糸膜が長さ方向両端で結合されたものであり、これら両端の結合されている部分が原水導入部2および濾過水回収部3内に入っている。原水導入部2には、水槽の外部に設置されたブロア28からの配管H1の先端が配置され、濾過水回収部3には、水槽の外部に設置されたポンプ38からの配管H2が接続されている。
【0012】
また、原水導入部2とケース4との間の中空糸束1が露出している部分5が、中空糸束1の外周側からの原水導入口となっている。濾過水回収部3とケース4との間の中空糸束1が露出している部分6が、中空糸束1とケース4との間を通った気体や原水および濃縮水の排出口となっている。また、原水導入部2に、中空糸束1の長さ方向に延びる原水導入孔7が設けてある。
【0013】
原水導入部2内に入っている中空糸束1の結合部分は、中空糸膜を束ねた状態でその長さ方向端部を接着剤に入れて引き上げた後、この接着剤を硬化することによって中空糸膜を結合したものであり、中空糸膜の糸孔内にも固化した接着剤が入っている。図2ではこの結合部分を符号「11」で示す。すなわち、図2においては、この結合部分11を、中空糸膜と接着剤とを区別しないで一体の円柱体とみなし、この円柱状の結合部分11を断面にしてある。
【0014】
この結合部分11に、中空糸束1の長さ方向と平行に延びる複数個の気体導入孔12が形成されている。各気体導入孔12は、図2(b)に示すように、結合部分11をなす円柱の断面円内に均一な分布で形成されている。原水導入孔7の基端は、この結合部分11の断面円の中心に固定されている。
原水導入部2をなす円筒の長さは結合部分11をなす円柱よりも長く、この円筒の結合部分11より下側の部分21は、気体相Kを形成するためのスカート部21となっている。また、スカート部21に入れた気体が原水導入孔7に入らないようにするために、原水導入孔7の先端を原水導入部2の下端面より所定値Aだけ(例えば1cm以上)突出させる。
【0015】
さらに、原水導入孔7の断面円の内径Bは、原水導入部2をなす円筒の断面円の内径Cよりも小さくする必要があり、例えば、原水導入孔7の断面円の面積〔π(B/2)2 〕が、原水導入部2をなす円筒の断面円の面積〔π(C/2)2 〕の5%以上15%以下となるようにすることが好ましい。
ここで、実施例1として、この中空糸膜モジュールを、MLSSが10000〜15000である下水処理水が入った活性汚泥槽内に入れ、膜分離活性汚泥法による処理を下記の条件で行った。
【0016】
中空糸束:内径が0.7mmで外径が1.1mmであるポリフッ化ビニリデン製の中空糸からなり、長さ1m、直径5インチ(12.7cm)、濾過膜面積20m2 。
ケース4の内径:12.9cm。その結果、ケース4と中空糸束との間の空間:半径(図2(a)の「r1」)で1.0mm
原水導入孔7の先端の突出長さ(A):2cm
原水導入孔7の内径B:2.5cm
原水導入部2をなす円筒の内径C:12.7cm
気体導入孔12の断面円の直径:0.8cm
設定濾過水量:650リットル/時間
ポンプ38による吸引圧力:−20kPa
ブロア28からの気体導入量:10Nm3 /時間
また、実施例2として、図3の中空糸膜モジュールを用い、同じ条件で同じ処理を行った。図3の中空糸膜モジュールは、実施例1のケース4よりも内径の大きなケース40(内径:7インチ、17.78cm)を用いて、ケース40と中空糸束1との間 の空間を半径(図3(a)の「r2」)で1インチ(2.54mm)とした。これ以外の点は全て図2のモジュールと同じである。
【0017】
また、比較例1として、図4の中空糸膜モジュールを用い、同じ条件で同じ処理を行った。図4の中空糸膜モジュールは、原水導入孔7が無く、図2のモジュールで原水導入孔7があった部分にも気体導入孔12が形成されている。すなわち、結合部分11の断面円全体に気体導入孔12が均一に形成されている。これ以外の点は全て図2のモジュールと同じである。
【0018】
また、比較例2として、図5の中空糸膜モジュールを用い、同じ条件で同じ処理を行った。図5の中空糸膜モジュールは、原水導入孔7が無く、図3のモジュールで原水導入孔7があった部分にも気体導入孔12が形成されている。すなわち、結合部分11の断面円全体に気体導入孔12が均一に形成されている。これ以外の点は全て図3のモジュールと同じである。
【0019】
前述の処理を2カ月行った後の運転圧力を調べたところ、実施例1では−25kPa(上昇減圧度5kPa)、実施例2では−20kPa(上昇減圧度0)、比較例1では−45kPa(上昇減圧度25kPa)、比較例2では−37kPa(上昇減圧度17kPa)であった。また、前述の処理を2カ月行った後に各モジュールを引き上げて目視により観察したところ、実施例1および2のモジュールでは汚泥の付着が見られなかったが、比較例1および2では、中空糸束の原水導入口5および排出口6で露出している部分に汚泥の付着が見られた。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の外圧型中空糸膜モジュールによれば、活性汚泥槽等に浸漬して使用された場合に、夾雑物や汚泥が中空糸膜モジュールに蓄積され難いため、長期間安定的な濾過性能が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態(実施例1)に相当する中空糸膜モジュールの使用状態(活性汚泥槽等の水槽への浸漬状態)を示す正面図である。
【図2】実施例1の中空糸膜モジュールの部分断面図(a)と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図(b)である。
【図3】実施例2の中空糸膜モジュールの部分断面図(a)と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図(b)である。
【図4】比較例1の中空糸膜モジュールの部分断面図(a)と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図(b)である。
【図5】比較例2の中空糸膜モジュールの部分断面図(a)と、この中空糸膜モジュールを長さ方向一端面側から見た図(b)である。
【符号の説明】
1 中空糸束
2 原水導入部
3 濾過水回収部
4 ケース(外筒)
40 ケース(外筒)
5 原水導入口
6 排出口
7 原水導入孔
11 中空糸束の結合部分
12 気体導入孔
21 スカート部
28ブロア
38 ポンプ
H1 ブロアからの配管
H2 ポンプからの配管
K 気体相
Claims (3)
- 多数の中空糸膜が長さ方向両端で結合されている中空糸束からなり、中空糸束の長さ方向一端を下方に他端を上方に配置し、中空糸束の外周側から原水を導入して使用される外圧型中空糸膜モジュールにおいて、
中空糸束の長さ方向下端部に筒状の原水導入部を設け、原水導入部内に中空糸束の結合部分を配置し、前記結合部分に、中空糸束の長さ方向に延びる複数個の気体導入孔が形成され、前記原水導入部の前記結合部分より下側の部分をスカート部とし、
前記原水導入部に中空糸束の長さ方向に延びる一つ以上の原水導入孔を設け、前記原水導入孔の基端を前記結合部分をなす円柱の断面円内に配置し、前記原水導入孔の先端を前記スカート部の下端面より突出させて設けたことを特徴とする外圧型中空糸膜モジュール。 - 前記原水導入孔は、前記結合部分をなす円柱の断面円の中心に一つ配置され、前記複数個の気体導入孔は、前記断面円内の前記原水導入孔以外の部分に均一な分布で形成されている請求項1記載の外圧型中空糸膜モジュール。
- 少なくとも中空糸束の長さ方向他端側を除いて中空糸束の外周を外筒で囲い、中空糸束と外筒との間に、原水および気体導入孔から導入された気体を通過させる空間を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の外圧型中空糸膜モジュール。
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