JP4899795B2

JP4899795B2 - 膜モジュール

Info

Publication number: JP4899795B2
Application number: JP2006295441A
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: JP2008110307A

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に関する。

図９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１０（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１０（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８に供された下水はスクリーン除塵機（１ｍｍ）８１を介して原水槽８２内に導入される。原水槽８２内の下水はポンプＰ１によって生物反応槽８３に供給される。生物反応槽８３は無酸素槽８４と好気槽８５とから成る。無酸素槽８４は主に脱窒処理を行う。無酸素槽８４内には水中攪拌機Ｍが設置されている。好気槽８５は主に硝化処理を行う。好気槽８５内には散気装置８６と膜モジュール８７が設置されている。散気装置８６は曝気ブロワＢ１から空気の供給を受ける。好気槽８５内の液相はポンプＰ２によって吸引されて膜モジュール８７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８８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８７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１０（ａ）及び図１０（ｂ）に例示された膜モジュール９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９は複数の中空糸９１からなる中空糸束９２を円筒状の外筒９３に収納して成る。中空糸束９２は外筒９３の上端及び下端にそれぞれ設置された上部キャップ９４及び下部キャップ９５によって固定されている。上部キャップ９４は接続部９７によって外筒９３と同軸に接続されている。下部キャップ９５も図示省略された接続部９７によって外筒９３と同軸に接続されている。外筒９３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９１によってろ過される。ろ過処理水は上部キャップ９４に接続されたろ過水吸引口９６から排出される。

膜モジュール９は中空糸９１の外側から原水（図９のＭＢＲプロセスでは好気槽８５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Ｂ２の底部に設置された散気装置８７１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８７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８９からポンプＰ３によって膜モジュール８７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８３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８７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８７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８７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８７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。

そこで、本発明の膜モジュールは、複数の中空糸から成る中空糸束と、液相中で前記中空糸束を支持する支持体とを備え、前記中空糸束の各中空糸はその上端に浮き子を備える。この膜モジュールによれば前記中空糸束は液相中で浮き子の浮力によって略直立した状態で支持される一方で前記中空糸束の上端は自由端になっている。したがって、前記中空糸束は前記液相中で安定に支持されると共に前記中空糸への夾雑物の絡みつきが抑制される。

前記浮き子は逆円錐型に形成するとよい。前記中空糸束が浸っている液相に上昇流が生ずると前記中空糸の近傍に存在する夾雑物は前記上昇流に乗って前記浮き子の面に沿って滑らかに移動しやすくなるので、前記中空糸の近傍に夾雑物が滞留しなくなる。したがって、前記中空糸への夾雑物の絡みつきの防止効果が高まる。

前記支持体としては、前記中空糸束の下端を固定する固定部と、この固定部上にて前記中空糸束を収容する筒体とを備え、前記筒体の上端部には前記中空糸束が挿通される支持枠が設けられたものがある。この支持体によれば膜モジュールが設置される生物反応槽の運転状況及び水位に関係なく中空糸束の倒れを防止できる。

他の支持体としては、前記中空糸束の下端を固定する固定部と、前記中空糸束の上端付近を支持する支持枠と、前記固定部と前記支持枠とを連結する支柱とから成るものがある。この支持体によれば筒体の代わりに支柱によって中空糸束がその上端付近及び下端付近で支持されるので膜モジュールの構成が簡素となる。また、前記支持枠の内径は可変であるようにすると、膜モジュールが設置される生物反応槽の運転状況及び水位に応じて中空糸束をより一層安定した状態で支持できる。

以上の発明によれば中空糸への繊維状の夾雑物の絡みつきが抑制されると共に前記中空糸から成る中空糸束の倒れが防止されるので膜モジュールにおい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。

図１は発明の第一の実施形態に係る膜モジュールの概略構成を示した断面図である。

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。中空糸束１１は液相１０に浸漬された状態で支持体１３によって支持されている。

中空糸１２はその上端に浮き子１４を備える。中空糸１２は液相１０中で浮き子１４の浮力によって略直立した状態で支持される。このように中空糸１２の上端は自由端になっており、膜モジュール１を備えた生物反応槽の稼動中、繊維状の夾雑物は前記稼動によって生じた液相１０の上昇流により上昇して除外されるので中空糸１２への夾雑物の絡みつきが抑制される。

浮き子１４としては図８（ａ）及び図８（ｂ）に例示されたように上端が球面である逆円錐型に形成されたものが挙げられる。浮き子１４が各々の中空糸１２の上端に設けられると、複数の中空糸１２からなる中空糸束が浸っている液相に上昇流が生ずると中空糸１２の近傍に存在する夾雑物は前記上昇流に乗って浮き子１４の面に沿って滑らかに移動しやすくなる。これにより、中空糸１２の近傍に夾雑物が滞留しなくなり、中空糸１２への夾雑物の絡みつきの防止効果が高まる。

支持体１３は中空糸束１１の下端を固定させた状態で中空糸束１１を収容する筒体１５を備える。この筒体１５の上端部には中空糸束１１が挿通される支持枠としてストップリング１６が設けられている。

筒体１５の下端部には中空糸束１１の下端を固定する固定部である下部キャップ１７が設置されている。下部キャップ１７は筒体１５の下端から液相１０の出入りが可能となるように配置されている。また、下部キャップ１７には中空糸１２の内側から供されたろ過水を系外（例えば放流槽）に移送するための吸引管１８が接続されている。すなわち、中空糸１２の上端が自由端となっているので膜モジュール１はろ過水を下部から吸引排出する形態となっている。

ストップリング１６の内径は中空糸束１１の浮き子１４の総体の径よりも小さく設定されている。このような支持体１３によれば膜モジュール１が設置される生物反応槽の運転状況及び水位に関係なく中空糸束１１の倒れを防止できる。

以上の膜モジュール１によれば浮き子１４の浮力で個々の中空糸１２が上方（液相の液面方向）に引き上げられるので中空糸１２の倒れ防止に有利に働く。スクラビングが停止され、液相１０に上昇流が生じない場合でも中空糸１２の倒れを防止できる。

また、膜モジュール１を備えた設備例えば生物反応槽の保守等に伴い、前記生物反応槽の液位が低下若しくは前記生物反応槽が空になった場合、または前記生物反応槽から膜モジュール１１を引き出した場合は浮き子１４の総体がストップリング１６によって支えられ、中空糸１２の倒れが防止される。

図２は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断面図である。

膜モジュール２は中空糸束１１の支持体の構成が異なること以外は膜モジュール１の構成と同じである。膜モジュール２の支持体２１はストップリング１６と下キャップ部１７と複数の支柱２２とから成る。下キャップ部１７は中空糸束１１の下端を固定する。一方、ストップリング１６は中空糸束１１を中空糸１２の浮き子１４より下方の上端付近で支持する。個々の支柱２２はストップリング１６と下キャップ部１７とを連結する。以上の支持体２１によれば第一の実施形態に係る筒体１５の代わりに支柱２２によって中空糸束１１がその上端付近及び下端付近で支持されるので膜モジュール２の構成が簡素となる。したがって製造コストが低減する。

図３は第三の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図である。

膜モジュール３は支持枠の内径が可変であること以外は膜モジュール１の構成と同じである。膜モジュール３の支持枠であるストップリング３１は内径が可変となっている。すなわち、ストップリング３１はその内径を変化させる可動リング３２を備えている。可動リング３２は例えば加圧空気や機械的な手段で駆動させればよい。本実施形態に係るストップリング３１は可動リング３２の駆動源として加圧空気を導入するための導入口３３を備えている。

ストップリング３１の内径は通常の運転時には図３に示された左側の膜モジュール３のように可動リング３２によって中空糸束１１の径以上に設定される。一方、液相１０の液位が低下した時や液相１０を貯留させた生物反応槽のメンテナンス時はストップリング３１の内径は図３に示された右側の膜モジュール３のように可動リング３２によって中空糸束１１の径未満に設定される。

以上のように膜モジュール３は液相１０の液面の低下による浮き子１４の挙動が不安定になることに対応するために液面１０が低下する直前の十分な液位が保たれている時にストップリング３１の内径を縮小させる。したがって、中空糸束１１が上下端で固定されて中空糸１２の倒れが確実に防止できる。このように膜モジュール３によれば膜モジュール３が設置される生物反応槽の運転状況及び水位に応じて中空糸束１１をより一層安定した状態で支持できる。

図４は第四の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図である。

膜モジュール４は支持枠の内径が可変であること以外は膜モジュール２の構成と同じである。膜モジュール４の支持枠は膜モジュール３のストップリング３１と同じ仕様のものを適用するとよい。すなわち、通常の運転時には膜モジュール４の支持枠であるストップリング３１の内径は図４に示された左側の膜モジュール４のように可動リング３２によって中空糸束１１の径以上に設定される。一方、液相１０の液位が低下した時や液面１０が低下する直前または液相１０を貯留させた生物反応槽のメンテナンス時はストップリング３１の内径が図４に示された右側の膜モジュール４のように可動リング３２によって中空糸束１１の径未満に設定される。

以上のように膜モジュール４によれば膜モジュール２の作用効果に加えて膜モジュール４が設置される生物反応槽の運転状況及び水位に応じて中空糸束１１をより一層安定した状態で支持できる。

図５は第五の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図である。

膜モジュール５は中空糸１２が浮き子１４を有していない点以外は膜モジュール３の構成と同じである。ストップリング３１の内径は通常の運転時に図５に示された左側の膜モジュール５のように可動リング３２によって中空糸束１１の径以上に設定される。一方、スクラビング停止時、液相１０の液位が低下した時や液面１０が低下する直前または液相１０を貯留させた生物反応槽のメンテナンス時にストップリング３１の内径が図５に示された右側の膜モジュール５のように可動リング３２によって中空糸束１１の径未満に設定される。

以上のように膜モジュール５によれば膜モジュール５が設置される生物反応槽の運転状況及び水位に応じて中空糸束１１をより一層安定した状態で支持できる。特に、膜モジュール５は浮き子１４を有していないので製造コストが削減される。

図６は第六の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図である。

膜モジュール６は中空糸束１１の支持枠であるストップリング３１を複数備えた点以外は膜モジュール５の構成と同じである。ストップリング３１は筒体１５の上端部の他に中央部に設けられている。ストップリング３１の設置数は中空糸束１１（中空糸１２）の長さに応じて定まる。

個々のストップリング３１の内径は通常の運転時に図６に示された左側の膜モジュール６のように可動リング３２によって中空糸束１１の径以上に設定される。一方、スクラビング停止時、液相１０の液位が低下した時や液面１０が低下する直前または液相１０を貯留させた生物反応槽のメンテナンス時に個々のストップリング３１の内径が図６に示された右側の膜モジュール６のように可動リング３２によって中空糸束１１の径未満に設定される。

したがって、膜モジュール６によれば膜モジュール５の作用効果に加えてストップリン３１が複数具備されたことで中空糸束１１の倒れ防止の確実性が向上する。

図７は第七の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図である。

膜モジュール７は中空糸束３１の支持枠であるストップリング３１を複数備えていること及び中空糸１２が浮き子１３を有していないこと以外は膜モジュール４の構成と同じである。

個々のストップリング３１の内径は通常の運転時に図７に示された左側の膜モジュール７のように可動リング３２によって中空糸束１１の径以上に設定される。一方、スクラビング停止時、液相１０の液位が低下した時や液面１０が低下する直前または液相１０を貯留させた生物反応槽のメンテナンス時に個々のストップリング３１の内径が図７に示された右側の膜モジュール７のように可動リング３２によって中空糸束１１の径未満に設定される。

したがって、膜モジュール７によれば膜モジュール４の作用効果に加えてストップリング３１が複数具備されたことで中空糸束１１の倒れ防止の確実性が向上する。

発明の第一の実施形態に係る膜モジュールの概略構成を示した断面図。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断面図。発明の第三の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図。発明の第四の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図。発明の第五の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図。発明の第六の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図。発明の第七の実施形態に係る膜モジュールの概略構成と動作例を示した断面図。（ａ）膜モジュールに具備された中空糸の浮き子の形状を示した平面図，（ｂ）前記浮き子の形状を示した側面図。膜分離活性汚泥法が適用された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

１，２，３，４，５，６，７…膜モジュール
１０…液相
１１…中空糸束、１２…中空糸
１３…支持体
１４…浮き子
１５…筒体、１６…支持枠、１７…下キャップ部、１８…吸引管
２１…支持体、２２…支柱
３１…ストップリング、３２…可動リング、３３…導入口

Claims

複数の中空糸から成る中空糸束と、
液相中で中空糸束を支持する支持体と
を備え、
前記中空糸束の各中空糸はその上端に浮き子を備え、
前記支持体は、前記中空糸束の下端を固定する固定部と、この固定部上にて前記中空糸束を収容する筒体とを備え、前記筒体の上端部には前記中空糸束が挿通される支持枠が設けられたこと
を特徴とする膜モジュール。
複数の中空糸から成る中空糸束と、
液相中で中空糸束を支持する支持体と
を備え、
前記中空糸束の各中空糸はその上端に浮き子を備え、
前記支持体は、前記中空糸束の下端を固定する固定部と、前記中空糸束の上端付近を支持する支持枠と、前記固定部と前記支持枠とを連結する支柱とから成ること
を特徴とする膜モジュール。
前記支持枠はその内径が可変であることを特徴とする請求項１または２に記載の膜モジュール。
前記浮き子は逆円錐型に形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の膜モジュール。