JP4899794B2

JP4899794B2 - 膜分離システム

Info

Publication number: JP4899794B2
Application number: JP2006295440A
Authority: JP
Inventors: 茂雄佐藤; 哲文渡辺; 徳正吉野; 美代子久住
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: JP2008110306A

Description

本発明は膜分離活性汚泥法に適用される中空糸型の膜モジュール及びこれを備えた水処理装置並びに膜分離システムに関する。

図６は膜分離活性汚泥法が適用された水処理装置（以下、ＭＢＲプロセスと称する）の構成例を示したフロー図である。図７（ａ）はＭＢＲプロセスに適用された中空糸型の膜モジュール（以下、膜モジュールと称する）の平面図である。また、図７（ｂ）はＭＢＲプロセスに適用された膜モジュールの概略構成を示した断面図である。

ＭＢＲプロセス６に供された下水はスクリーン除塵機（１ｍｍ）６１を介して原水槽６２内に導入される。原水槽６２内の下水はポンプＰ１によって生物反応槽６３に供給される。生物反応槽６３は無酸素槽６４と好気槽６５とから成る。無酸素槽６４は主に脱窒処理を行う。無酸素槽６４内には水中攪拌機Ｍが設置されている。好気槽６５は主に硝化処理を行う。好気槽６５内には散気装置６６と膜モジュール６７が設置されている。散気装置６６は曝気ブロワＢ１から空気の供給を受ける。好気槽６５内の液相はポンプＰ２によって吸引されて膜モジュール６７の中空糸膜の外側から内側に導入されてろ過される。ろ過された下水は放流槽６８に移送される。以上のＭＢＲプロセスは非特許文献１に例示されている。

膜モジュール６７としては例えば特許文献１に開示された中空糸型の膜モジュールがある。図７（ａ）及び図７（ｂ）に例示された膜モジュール７は特許文献１の中空糸膜モジュールと同類のものである。膜モジュール７は複数の中空糸７１からなる中空糸束７２を円筒状の外筒７３に収納して成る。中空糸束７２は外筒７３の上端及び下端にそれぞれ設置された上部キャップ７４及び下部キャップ７５によって固定されている。上部キャップ７４は接続部７７によって外筒７３と同軸に接続されている。下部キャップ７５も図示省略された接続部７７によって外筒７３と同軸に接続されている。外筒７３の上端及び下端の開口部から流入してきた原水は中空糸７１によってろ過される。ろ過処理水は上部キャップ７４に接続されたろ過水吸引管７６から排出される。

膜モジュール７は中空糸７１の外側から原水（図６のＭＢＲプロセスでは好気槽６３内の液相）を導入しているので、中空糸膜の外側に有機または無機の物質が経時的に付着そして閉塞する。したがって、経時的にろ過能力が低下する。ろ過能力の低下を防ぐために、通常以下のような対策が採られている。

（１）ろ過時間中、膜モジュール６７の底部に設置された散気装置６７１から空気を供給し、比較的大きな径の気泡を上昇させ、中空糸膜を揺さぶるスクラビングを行なう（特許文献１参照）。前記空気は膜洗浄ブロワＢ２から供給される。

（２）一定時間間隔で一定時間（例えば１０分間のうち３０秒間）ろ過処理水を用いて逆洗を行なう。

（３）一定期間毎（例えば１ヶ月に１回）に次亜塩素酸ナトリウム液等の洗浄液を洗浄液タンク６９からポンプＰ３によって膜モジュール６７の中空糸内に供給して薬液洗浄を行なう。

（４）一定期間毎（例えば１年に１回）に次亜塩素酸ナトリウム液等を含んだ洗浄水を貯留した洗浄液槽に移送して前記洗浄水に一定時間例えば一昼夜程度浸漬させて中空糸膜の付着物を除去している。

（５）繊維や毛髪等の絡み付きや夾雑物による中空糸膜の破損等を防ぐために細目スクリーンが生物反応槽６３の手前に設けられる。
第４１回下水道研究発表会講演集ｐｐ．７６２（２００４）特開平０６−０３９２４９

しかしながら、細目スクリーンが設けられても、毛髪等の繊維状の夾雑物を全て除去することは困難である。そのため、ＭＢＲプロセスが長期間稼動すると、繊維状の夾雑物が徐々に中空糸に絡み、スクラビング用の気泡による上昇流等により膜モジュール６７の上部に集まる。さらに、絡んだ繊維状の夾雑物を核として微生物膜や他の夾雑物が付着し成長する。このような付着が発生すると付着した部分のろ過効率が低下する。さらに付着が増大すると膜モジュール６７のろ過能力も低下する。また、この付着の増大は中空糸の切断の要因となる。このような付着物は前述の（２）の逆洗や（３）の薬液逆洗では除去できず、膜モジュール６７を洗浄液槽から取り出して人手により除去することになる。

したがって、前記夾雑物の付着現象はろ過効率を低下させると共に煩雑な保守作業を必要とするため、長時間の稼働に供するためには解決しなければならない。また、小規模の水処理施設に適用されるＭＢＲには無人化運転が求められており、前記付着現象の解決は必須である。

この付着現象を防ぐ方法として膜モジュール６７の上端でそれぞれ中空糸を自由端とし、上昇した繊維状の夾雑物が中空糸の上端からすり抜ける構造が考えられるが、現状では、中空糸の上端を自由端にすると、中空糸を確実に自立させることができず、ろ過運転中や逆洗中に中空糸が倒れるなどの状況が生じる。これは中空糸の破損に繋がる。

本発明の膜分離システムは好気槽の汚泥混合液が供給される水路と前記水路内を流通する汚泥混合液を固液分離処理する膜モジュールとを備える。前記水路は、当該水路の下端が前記好気槽の液面下に垂直に潜入するように設置されて前記汚泥混合液を前記好気槽に流下させるようにしている。また、本発明の膜分離システムは、好気槽の汚泥混合液が供給される水路と、前記水路内を流通する汚泥混合液を固液分離処理する膜モジュールと、前記水路から排出された汚泥混合液を受け入れた後にオーバーフローにより前記好気槽に返送するための槽とを備える。この水路は、当該水路の下端が前記槽の液面下に垂直に潜入するように設置されて前記汚泥混合液を前記槽に流下させるようにしている。前記膜モジュールは前記汚泥混合液と接触する複数の中空糸から成る中空糸束を備える。前記中空糸束はその上端が固定端となっている一方で下端は自由端となっている。前記中空糸束は前記水路内に生じている前記汚泥混合液の下降流に供される。

以上の発明によれば中空糸の下端が自由端でありまた中空糸は被処理液相（被処理水，汚泥混合液）の下降流に供されるので繊維状の夾雑物の絡みつきを防ぐと共に中空糸の倒れを防止できる。また、前記夾雑物の絡みつきが防止されることで前記夾雑物を核とした有機物等の付着も抑制される。したがって、所定ろ過流量の長期的な維持と安定した運転が確保される。

また、前記膜モジュールにおいて、中空糸束の上端を固定端にする固定部には前記中空糸をスクラビングするための空気を導入する配管を接続するとよい。これによればスクラビング用の空気を自給できると共に前記空気の導入により生じたスクラビング気泡が中空糸を揺さぶりながら汚泥混合液と比較的長時間接触するので、夾雑物の付着の抑制と共に好気槽への酸素供給エネルギーが低減する。

前記膜分離システムにおける汚泥混合液の循環供給の形態としては、前記水路から排出された汚泥混合液を受け入れた後にオーバーフローにより前記好気槽に返送する槽を備えたものがある。このような形態によれば、前記膜モジュールに対して好気槽の汚泥混合液を安定的に循環供給できる。前記水路はその下端が前記槽の液面下に所定の長さ潜入するように配置されると、安定的に前記汚泥混合液を循環供給できる。また、汚泥混合液の循環供給の他の形態としては、前記好気槽からオーバーフローにより導入した汚泥混合液を前記水路に供給するための槽を備えたものがある。このような形態によっても、前記膜モジュールに対して汚泥混合液を安定的に循環供給できる。前記水路はその下端が前記好気槽の液面下に潜入するように配置されると、安定的に前記汚泥混合液を循環供給できる。

尚、本発明の膜モジュールは下廃水処理の膜分離活性汚泥法に使用する膜モジュールに限らず、浄水処理における浸漬ろ過膜モジュール等に適用できる。

以上の発明によれば繊維状の夾雑物の絡みつきを防ぐと共に中空糸の倒れを防止できる。また、前記夾雑物の絡みつきを防ぐことができるので前記夾雑物を核とした有機物等の付着も防げる。これにより所定ろ過流量の長期的な維持と安定した運転が確保される。このことは膜モジュールを備えた施設の保守点検作業の低減にも繋がる。

図１（ａ）は発明の第一の実施形態に係る膜モジュールの平面図である。図１（ｂ）は前記膜モジュールの概略構成を示した側面図である。

膜モジュール１は中空糸束１１を備えている。中空糸束１１は複数の中空糸１２から成る。膜モジュール１は下キャップ部を備えていない。すなわち、中空糸束１１は上キャップ部１３によって保持されているのみであり中空糸束１１の下端が自由端となっている。個々の中空糸１２の下端は密閉されている。上部キャップ１３の上端部にはろ過水吸引管１４が中空糸束１１と略同軸に接続されている。ろ過水吸引管１４は中空糸束１１の個々の中空糸１２の内側から供されたろ過水を図示省略されたポンプによって吸引して系外（例えば放流槽）に移送するための排出口である。

膜モジュール１は下降流を生じさせた液相（被処理水）に浸漬され、前記液相中の中空糸１２の近傍に存在する繊維状の夾雑物が前記下降流によって前記近傍の領域から除外されるようになっている。これにより中空糸１２への前記夾雑物の絡みつきが抑制される。また、中空糸束１１は前記液相の下降流に供されているのでろ過処理中はほぼ直立状態に維持されて倒れが防止される。膜モジュール１は中空糸束１１の上端が固定端となっているので被処理液相から取り出し時にも中空糸１２が倒れることなく保守点検を確実に行なえる。

図２は膜モジュール１を適用した水処理装置２の概略図である。

水処理装置２は無酸素槽２１と好気槽２２と膜ろ過槽２３とから成る。無酸素槽２１は原水ポンプＰ２１によって導入した原水およびポンプＰ２３で返送された汚泥混合液により脱窒処理する。好気槽２２は無酸素槽２１からオーバーフローしてきた汚泥混合液を硝化処理する。好気槽２２は槽内に硝化に必要な空気を導入するための散気装置２４を備える。前記空気はブロワＢから供給される。膜ろ過槽２３は槽内に膜モジュール１を備える。膜ろ過槽２３内の汚泥混合液はポンプＰ２３によって無酸素槽２１に定量的に返送される。尚、無酸素槽２１を設けない場合はろ過膜槽２３から好気槽２２に循環的に供給すればよい。

図２を参照しながら水処理装置２の動作例について説明する。

好気槽２２からオーバーフローによって膜ろ過槽２３内に流入した汚泥混合液は膜モジュール１によって固液分離処理される。ろ過水はポンプＰ２２によって吸引されてろ過水吸引管１４から系外に移送される。膜ろ過槽２３の液相は下降流が形成されている。前記下降流は膜ろ過槽２３内の液相をポンプＰ２３によって無酸素槽２１に循環的に供給することにより形成される。膜モジュール１は前記下降流によって前記汚泥混合液に含まれる夾雑物の絡みつきが抑制される。また、膜ろ過槽２３内の汚泥混合液が引き抜かれた場合、中空糸束１１は倒れることなく固定されるので、膜ろ過槽２３に次亜塩素酸ナトリウム等の洗浄薬液を満たす（但し、前記洗浄薬液は好気槽２１に移行させないようにする）工程を有するようにすれば、膜モジュール１を浸漬洗浄する工程を自動化できる。この膜モジュール１の洗浄の自動化により膜モジュール１を備えた小規模施設の運転の無人化することができ、中規模及び大規模の施設では省力化が実現する。

図３は発明の第二の実施形態に係る膜モジュールの概略構成を示した側面図である。

膜モジュール３は上部キャップ部１３にスクラビング用の空気を導入するための配管として空気導入管１５を備えている。スクラビング用の空気は膜モジュール３が漬かっている液相の下降流の吸引力によって下降する。膜モジュール３が水処理装置２の膜ろ過槽２３に設置された場合、膜ろ過槽２３内の液相の流速が前記空気の導入によって生じたスクラビング気泡の上昇速度を上まわって前記スクラビング気泡が下降する程度の下降流が前記液相に形成される。これはろ過流速の断面積、循環汚泥流量、スクラビング用空気量が適切に設計されることで実現できる。

図４は膜モジュール３を適用した膜分離システムの概略図である。

膜分離システム４は好気槽４１と高架水槽４２と垂直水路４３と受水槽４４とを備える。高架水槽４２は好気槽４１よりも高位に配置される。高架水槽４２の底部には垂直水路４３が好気槽４１の液面に対して垂直に接続されている。垂直水路４３内には膜モジュール３が収納されている。膜モジュール３は高架水槽４２から供された汚泥混合液を固液分離処理する。受水槽４４は垂直水路４３の下端側に配置されている。受水槽４４は液面下に高架水槽４２の下端が若干潜るように配置される。受水槽４４はオーバーフロー堰が適宜に設けられて液位がほぼ一定に保たれるように調整される。受水槽４４内の汚泥混合液はオーバーフロー堰によって好気槽４１に戻される。

図４を参照しながら膜分離システム４の動作例について説明する。

好気槽４１内の汚泥混合液はポンプＰ４１によって高架水槽４２に移送される。高架水槽４２に導入された汚泥混合液は垂直水路４３に移行する。垂直水路４３内に導入された汚泥混合液は膜モジュール１によって固液分離処理される。膜モジュール１は垂直水路４３内に生じている汚泥混合液の下降流によって前記汚泥混合液に含まれる夾雑物の絡みつきが抑制される。ろ過水はポンプＰ４２によって吸引されてろ過水吸引管１４から系外に移送される。一方、膜モジュール１の空気導入管１５からはスクラビング用の空気が導入される。垂直水路４３から排出された汚泥混合液は受水槽４４内に滞留した後にオーバーフローによって好気槽４１に移行する。

膜分離システム４では高架水槽４２への供給水量、垂直水路４３の内径及び受水槽４４の液面下への潜入の長さ等が適宜に調整される。この調整により垂直水路４３内の汚泥混合液の流速が前記空気の導入によって生じたスクラビング気泡の上昇速度を上まわって前記スクラビング気泡が下降する程度の下降流が前記液相に形成される。前記汚泥混合液は落下流となっているので、この落下流の流速を利用して膜モジュール３はスクラビング用の空気を図３に示された空気導入管１５から自給するようになっている。また、垂直水路４３内のスクラビング気泡は膜モジュール３の中空糸１２を揺さぶりながら比較的長時間汚泥混合液を接触させることができるので好気槽４１への酸素供給作用も高くなる。

図５は膜モジュール３を適用した他の膜分離システムの概略図である。

膜分離システム５は膜分離システム４の構成において受水槽４４の代わりに供給槽５１を備える。垂直水路４３はその下端が好気槽４１の液面下に若干潜るように配置されている。高架水槽４２への汚泥混合液の供給は供給槽５１から行なわれる。好気槽４１は汚泥混合液の液位はほぼ一定に保たれるように前記汚泥混合液を供給槽５１に移行させるためのオーバーフロー等が設けられて調整される。但し、本実施形態では供給槽５１の液位を検知するレベル計が設置され、検知された液位に基づきポンプＰ４１の動作を制御する必要がある。膜モジュール１，３及び垂直水路４３の設定数は図２、図４及び図５に示された実施形態に限定されず負荷量に応じて適宜複数設けられる。

図５を参照しながら膜分離システム５の動作例について説明する。

供給槽５１内の汚泥混合液はポンプＰ４１によって高架水槽４２に移送される。高架水槽４２に導入された汚泥混合液は垂直水路４３に移行する。垂直水路４３内に導入された汚泥混合液は膜モジュール３によって固液分離処理される。膜モジュール３は垂直水路４３内に生じている汚泥混合液の下降流によって前記汚泥混合液に含まれる夾雑物の絡みつきが抑制される。ろ過水はポンプＰ４２によって吸引されてろ過水吸引管１４から系外に移送される。一方、膜モジュール３の空気導入管１５からはスクラビング用の空気が導入される。垂直水路４３から排出された汚泥混合液は好気槽４１内に滞留した後にオーバーフローによって供給槽５１に移行する。膜分離システム５でも高架水槽４２への供給水量、垂直水路４３の内径及び好気槽４１の液面下への潜入等が適宜に調整されて、スクラビング気泡が下降する程度の下降流が垂直水路４３内の液相に形成される。前記スクラビング気泡は膜モジュール３の中空糸１２を揺さぶりながら比較的長時間汚泥混合液を接触させることができるので好気槽４１への酸素供給作用も高くなる。

（ａ）発明の第一の実施形態に係る膜モジュールの平面図，（ｂ）前記膜モジュールの概略構成を示した側面図。第一の実施形態に係る膜モジュールを適用した水処理装置の概略図。発明の第二の実施形態に係る膜モジュールの概略構成を示した側面図。第二の実施形態に係る膜モジュールを適用した膜分離システムの概略図。第二の実施形態に係る膜モジュールを適用した膜分離システムの概略図。膜分離活性汚泥法に基づく水処理装置の構成例を示したフロー図。（ａ）膜分離活性汚泥法に基づく水処理装置に適用された膜モジュールの平面図，（ｂ）前記水処理装置に適用された膜モジュールの概略構成を示した断面図。

符号の説明

１，３…膜モジュール
２…水処理装置
４，５…膜分離システム
１１…中空糸束、１２…中空糸、１３…上キャップ部、１４…ろ過水吸引管、１５…空気導入管
２１…無酸素槽、２２…好気槽、２３…膜ろ過槽、２４…散気装置、Ｐ２１〜Ｐ２３…ポンプ、Ｂ…ブロワ
４１…好気槽、４２…高架水槽、４３…垂直水路、４４…受水槽、Ｐ４１，Ｐ４２…ポンプ
５１…供給槽

Claims

好気槽の汚泥混合液が供給される水路と、
前記水路内を流通する汚泥混合液を固液分離処理する膜モジュールと、
前記水路から排出された汚泥混合液を受け入れた後にオーバーフローにより前記好気槽に返送するための槽と
を備え、
前記水路は、当該水路の下端が前記槽の液面下に垂直に潜入するように設置されて前記汚泥混合液を前記槽に流下させるようにし、
前記膜モジュールは前記汚泥混合液と接触する複数の中空糸から成る中空糸束を備え、
前記中空糸束はその上端が固定端となっている一方で下端は自由端となっており、
前記中空糸束は前記水路内に生じている前記汚泥混合液の下降流に供されること
を特徴とする膜分離システム。
好気槽の汚泥混合液が供給される水路と、
前記水路内を流通する汚泥混合液を固液分離処理する膜モジュールと
を備え、
前記水路は、当該水路の下端が前記好気槽の液面下に垂直に潜入するように設置されて前記汚泥混合液を前記好気槽に流下させるようにし、
前記膜モジュールは前記汚泥混合液と接触する複数の中空糸から成る中空糸束を備え、
前記中空糸束はその上端が固定端となっている一方で下端は自由端となっており、
前記中空糸束は前記水路内に生じている前記汚泥混合液の下降流に供されること
を特徴とする膜分離システム。
前記好気槽からオーバーフローにより導入した汚泥混合液を前記水路に供給するための槽を備えたこと
を特徴とする請求項２に記載の膜分離システム。