JP5067384B2

JP5067384B2 - 散気装置の洗浄方法および膜分離方法

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Publication number: JP5067384B2
Application number: JP2009045547A
Authority: JP
Inventors: 淳一馬場; 利次尾上; 真一ノ瀬
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: US20100218789A1; JP2010194524A; US8377225B2

Description

本発明は、浄水、下水、し尿、産業廃水等の処理などにおいて好適に使用することができる浸漬型膜分離装置と、それに用いられる散気装置の洗浄方法および膜分離方法に関するものである。

従来、浄水、下水、し尿、産業廃水等を膜によりろ過処理する水処理装置として、図４に示すものがある。図４において、浸漬型膜分離装置は、処理槽１に浸漬し複数枚の平板状ろ過膜（膜エレメント）を平行に配置した分離膜モジュール２と、分離膜モジュール２の透過側に連通した処理水配管３とを有している。また、分離膜モジュール２の下方には散気装置４を配置し、気体供給管５を介して気体供給のための気体供給装置７を設けている。そして、ろ過の駆動力として吸引ポンプ８を使用して、処理槽内の被処理液を分離膜モジュール２によってろ過し、ろ液を処理水配管３を介して処理槽外に取り出す。

ここで、ろ過運転時には、気体供給装置７から気体供給管５を介して散気装置４に気体を供給し、散気装置４の散気孔から処理槽１内に気体を噴出させ、噴出する気体のエアリフト作用によって生起する気液混合の上向流をろ過膜の膜面に掃流として作用させて、ろ過を行いつつも膜面に対するケーキ層の付着を抑制する事で安定したろ過運転を行っている。

この際、散気装置４において、気体供給中の散気孔から被処理液が装置内に流入する現象がしばしばみられ、その被処理液が気体によって乾燥されることで生じる固形物が、散気孔を塞いでしまうことで、散気装置からの気体供給が不十分な状態が生じ、掃流不足による膜面洗浄不良が生じてしまうという問題があった。

そのため、散気孔の閉塞を防止する技術として、散気装置を、枝分かれ構造を有していない主管のみからなる構造とし、散気装置の主管の両端部に気体供給管が各々接続し、気体供給管の両方もしくは片方に弁が配されている装置が提案されている（特許文献１）。しかしながらこの散気装置では、弁の開閉で気体の流れ方向を変化させるだけでは、散気孔に一旦付着した固形物を剥離させる効果が不十分で、結果として散気装置の性能維持が困難になるという問題がある。これは、散気装置内に洗浄液を注入した場合や、開閉可能な分岐管を設けた場合でも同様である。

また、散気孔の閉塞を防止する他の技術として、散気装置と気体供給装置とが給気管を介して接続され、上記幹管の内部圧力を散気装置の外部周辺の液圧よりも低下させる減圧手段が設けられ、全ての気体供給装置を停止した場合に減圧手段を作動して幹管内を減圧し、少なくともいずれか１台の気体供給装置を駆動している場合に減圧手段による幹管内の減圧を停止する制御部が設けられている装置が提案されている（特許文献２）。しかしながらこの散気装置では、散気孔から剥離させた固形物を再度散気孔を通して外部に排出することとなり、排出時に固形物が再度散気孔を閉塞させてしまう問題がある。さらに大規模な処理施設では、気体供給装置も大型化する傾向にあり、そのような気体供給装置の停止・再駆動を頻繁に行うことは機器の運転管理上困難であるという問題もある。

また、散気孔の閉塞を防止する他の技術として、散気装置を、基端側が空気供給源である気体供給装置に連通し、先端側が散気ドレン管に連通し、散気ドレン管は散気装置の上方位置で排気口として開口しており、さらにドレンバルブを有する装置が提案されている（特許文献３）。しかしながらこの散気装置は、一方向のみからの給気のため、内部を閉塞した固形物は、一方にしか排出できない。このため、散気孔に付着した固形物が除去できたとしても、散気ドレン管内で再度滞留、閉塞するおそれがあり、その場合には、それ以上洗浄を行うことができなくなるという問題がある。

さらに、散気孔の閉塞を防止する他の技術として、散気装置が、複数の微細気泡散気管と、該微細気泡散気管へ気体を供給するための複数の気体供給管で構成され、複数の気体供給管が、分離膜モジュールの鉛直下方部分を挟み対向するように配置された装置が提案されている（特許文献４）。しかしながらこの散気装置は、流れ方向を変化させる弁やドレンバルブといった装置内部の洗浄機構を有していないため、何らかの原因で装置内部に固形物が蓄積された場合は、その除去のために装置を解体する必要があり、作業が非常に煩雑になるという問題がある。

特開2006-263716号公報特開2006-116388号公報特許第3382926号公報国際公開2008/139836号パンフレット

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、弁開閉のみの簡易な操作で散気装置の閉塞を確実に除去することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は次の構成をとる。
（１）被処理液を貯留した処理槽内に浸漬設置される分離膜モジュールと、該分離膜モジュールの下方に配設されかつ２箇所の接続口（ａ・ｂ）を持つ散気装置と、該散気装置へ気体供給管を介して気体を供給する気体供給装置とを備えた浸漬型膜分離装置において、１台の処理槽に少なくとも１台の散気装置を配置する際に、気体供給管として２本のヘッダ管（Ａ、Ｂ）を設置し、各散気装置の接続口ａとヘッダ管Ａ、接続口ｂとヘッダ管Ｂを各々接続し、ヘッダ管Ａ・Ｂと最初の散気装置の接続箇所よりも上流側（Ａ１・Ｂ１）およびヘッダ管Ａ・Ｂと最後の散気装置の接続箇所よりも下流側（Ａ２・Ｂ２）の４箇所に１個ずつ開閉弁が配され、さらにヘッダ管Ａ・Ｂの下流側末端部が大気開放されている浸漬型膜分離装置における散気装置を洗浄する方法であって、ろ過運転が停止かつ気体供給装置が駆動している状態で、開閉弁Ａ１・Ｂ２が開かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２が閉の状態（弁状態１）、および開閉弁Ａ１・Ｂ２が閉かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２が開の状態（弁状態２）を交互に設け、さらに全ての開閉弁が開となる状態（弁状態３）を設けることを特徴とする、散気装置の洗浄方法。
（２）弁状態３を弁状態１および２の前後、および弁状態１、２の切替中に設けることを特徴とする、前記（１）に記載の散気装置の洗浄方法。
（３）前記（１）または（２）に記載の散気装置の洗浄方法を間欠的に実施しながら、被処理液の膜分離を行うことを特徴とする、膜分離方法。

本発明によって、２箇所の接続口を持つ少なくとも１台以上の散気装置と、２本のヘッダ管、および４台の開閉弁のみという簡易な構成の装置でありながら、散気装置を洗浄する際に、気体供給装置の停止を伴うことなく、散気装置内に被処理液を導入しかつその流れ方向を変化させることができ、散気装置内に存在する固形物を確実に装置外に排出することができ、それによって散気装置の閉塞を生じさせることなく、膜分離装置の運転を長期間安定して継続することができる。

また、ヘッダ管の処理槽水面からの高さを3m以下とすることで、散気装置内に導入した被処理液の排出がより容易になり、散気装置の洗浄をより確実に行うことができる。

さらに、弁操作によって、気体供給装置が駆動している状態で、全ての開閉弁が開となる状態を設けることで、散気装置内を被処理液で湿潤化して、固形物を剥離させやすくするとともに、ヘッダ管内の固形物を気体供給装置からの空気で確実にブロー除去させることができる。

本発明に係る浸漬型膜分離装置を示す概略フロー図である。本発明に係る、散気装置の洗浄における弁の開閉状態および流れ方向を示す概略図である。実施例１で用いた散気装置を示す概略図である。従来の浸漬型膜分離装置を示す概略フロー図である。比較例１で用いた散気装置を示す概略図である。

以下、本発明における浸漬型膜分離装置を、図１および図２に示す実施態様に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る浸漬型膜分離装置を示す概略フロー図である。

図１において、浸漬型膜分離装置は、処理槽１に浸漬され複数枚の平板状ろ過膜（膜エレメント）を平行に配置した分離膜モジュール２と、分離膜モジュール２の透過側に連通した処理水配管３とを有している。また、分離膜モジュール２の下方には、２箇所の接続口ａ、ｂを持つ散気装置４が配置されている。散気装置４の接続口ａおよびｂにはそれぞれ気体供給管５および６が接続されており、気体供給管５および６はそれぞれ、ヘッダ管ＡおよびＢに接続されている。ヘッダ管ＡおよびＢには、それぞれ最初の散気装置との接続箇所よりも上流側（Ａ１・Ｂ１）および最後の散気装置との接続箇所よりも下流側（Ａ２・Ｂ２）の４箇所に１個ずつ開閉弁が配されている。そして上流側末端部で、気体供給装置７と接続され、下流側末端部は大気開放されている。処理水配管３は、吸引ポンプ８と接続されている。

一対のヘッダ管ＡおよびＢに接続される散気装置の台数は、図１の例に限らず１台以上何台でも構わないが、あまり多数の散気装置を一対のヘッダ管に接続すると、ヘッダ管口径が過大となり設置・運転上不都合となるおそれがあるため、１５台以下が好ましい。またヘッダ管ＡおよびＢの処理槽水面からの高さを、３ｍ以下となるよう配置することで、散気装置洗浄時に、散気装置内に導入した被処理液を、確実に外部へ排出することができるため、より好ましい。

ヘッダ管ＡおよびＢにそれぞれ設けられる開閉弁Ａ１、Ｂ１、Ａ２およびＢ２は、それらヘッダ管内の流れ方向を制御するための開閉ができれば、開閉弁でも切替弁でも特に問題はない。

本発明で用いる処理槽１は、廃水および活性汚泥混合液を貯えることができれば特に問題はなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。

分離膜モジュール２は、複数枚の平板状ろ過膜（膜エレメント）を平行に配置してなる。この膜エレメントは、ろ過膜の取り扱い性や物理的耐久性を向上させるために、たとえばフレームの両面にろ過水流路材を挟んで濾過膜を接着した平膜エレメント構造をしている。この構造は特に限定されるものではなく、中空糸膜を用いたエレメントであってもかまわないが、平膜エレメント構造は、膜面に平行な流速を与えた場合の剪断力による汚れの除去効果が高いことから、本発明において好適に用いられる。なお、本発明における分離膜モジュールとしては、国際公開2008/139836号パンフレット等に開示されている公知のものを使用することができる。

散気装置４は、２箇所の接続口ａおよびｂを持ち、分離膜モジュール２の下方に配置されており、例えば、国際公開2008/139836号パンフレット等に開示されている公知のものを使用することができる。本発明の効果を最大限に発揮するためには、散気装置の散気部は、管の下側に１〜１０ｍｍ径程度の散気孔を多数設けたものであることが好ましい。

気体供給装置７は、散気装置４に気体を供給することができれば良く、ブロワ、コンプレッサ、ファン、ボンベなどを用いることができる。

吸引ポンプ８は、処理水配管３内を減圧状態にすることができれば特に問題はない。吸引ポンプ８の代わりに、サイホンによる水頭圧差を用いることもできる。

上述の浸漬型膜分離装置において、散気装置の洗浄方法は図２に示すように行われる。すなわち、開閉弁Ａ１・Ｂ１を開、かつ開閉弁Ａ２・Ｂ２を閉として散気を行っている状態（通常時）において、ろ過運転が停止かつ気体供給装置７を駆動させたままで、開閉弁Ａ１・Ｂ２を開、かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２を閉（弁状態１）とすることで、散気装置４内にａからｂ方向の流れを作り出し、散気装置４内に存在する固形物をヘッダ管Ｂ側に押し出し、開閉弁Ｂ２から外部へ排出させる。次に開閉弁Ａ１・Ｂ２を閉、かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２を開（弁状態２）とすることで、散気装置４内に弁状態１とは逆の、ｂからａ方向の流れを作り出し、散気装置４内に存在する固形物をヘッダ管Ａ側に押し出し、開閉弁Ａ２から外部へ排出させる。これらを繰り返すことにより、散気装置４内に存在していた固形物には逆方向からの流れ圧力が交互にかかり、散気装置４内で剥離・破砕され、散気装置４外へと移送されて排出され、散気装置が洗浄される。この際、散気装置の散気孔近傍では、散気装置内外で圧力差が生じるため、散気孔から散気装置内に被処理液が導入され、液と気体の混合流で固形物の剥離・破砕効果を高めることができる。この時の弁状態１および２を繰り返す周期および回数は特に限定されるものではないが、固形物の除去効果を高めるために、１０秒〜２４０秒周期で１〜５回繰り返すことが望ましい。また、弁状態１および２はどちらを先に行っても、その効果は同等である。

このように、一対のヘッダ管に設置された計４台の弁操作のみで、該ヘッダ管に接続された全ての散気装置を洗浄することができるため、本発明は複数台の散気装置がヘッダ管に接続される構成の時に、その効果を最大限に発揮することができる。

また、上述した散気装置の洗浄時に、ろ過運転が停止かつ気体供給装置７を駆動させたままで、全ての開閉弁が開となる状態（弁状態３）を設けることで、気体供給装置７からの気体はヘッダ管ＡおよびＢの内部を通って開閉弁Ａ２およびＢ２から排出されるため、ヘッダ管内に蓄積した固形物を気体供給装置からの気体で確実に排出させることができるとともに、その間散気装置４内は被処理液で満たされるため、散気装置内に付着した固形物は湿潤化され、剥離しやすい状態となるため、好ましい。弁状態３を設ける時間および回数は特に限定されるものではないが、ヘッダ管内固形物の除去効果および散気装置内固形物の湿潤効果を高めるために、５〜６０秒で１〜５回繰り返すことが望ましい。

さらに、上述の弁状態３を、上述の弁状態１および２の前後、および弁状態１、２の切替中にそれぞれ設けることで、弁状態１および２にてヘッダ管ＡおよびＢ内に残留した固形物を確実に排出させることができるとともに、弁状態３にて、散気装置４内に付着した固形物は湿潤化され、剥離しやすい状態となっているため、続いて設けられる弁状態１または２の際にそれら固形物が除去され、散気装置の洗浄がより確実に行われるため、特に好ましい。上述のように、弁状態３を、弁状態１および２の前後、および弁状態１、２の切替中にそれぞれ設けるためには、各弁を操作する際に、最初に開閉弁Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２の全てが開となるよう操作することで達成される。

被処理液とは、処理対象となる浄水、下水、し尿、産業廃水等の液体と、液体中の汚濁物質の分解を担う塊状微生物の混合液で、被処理液を乾燥させると、塊状微生物や液体中の無機成分が固形物として析出する。この固形物が散気管内で発生することで、詰まりをもたらす。

＜実施例１＞
ポリエステル不織布にポリフッ化ビニリデン膜がコーティングされた複合平膜（細孔径０．０８μｍ、厚さ２００μｍ）をフレームの両面に貼り付けた膜エレメント縦１，６０８ｍｍ、幅５１５ｍｍ、有効膜面積１．４ｍ^２）５０枚を、隣り合う膜エレメント同士の空隙が７ｍｍとなるように平行に配置して分離膜モジュール２を作製した。分離膜モジュール２の下部に、図３に示すようにＵ字状に形成した散気装置４を設置した。

散気装置４は、外径４２．７ｍｍφ、厚さ３ｍｍのステンレス製パイプを、図３のようにＵ字状に形成したものであり、２箇所の接続口ａおよびｂを有している。散気孔９を設けているＵ字状のお互いに平行に形成した管同士の中心距離は２３０ｍｍ、散気孔９は孔径６ｍｍφで、片側の管に２箇所ずつ１７組、計６８箇所設けた。１組の散気孔は、中心角４０度でお互いに管の円周方向に離れた箇所に設け、散気孔の隣り合った組同士の中心距離（散気孔のピッチ）は４２ｍｍとした。散気装置４は散気孔側を下側になるようにし、分離膜モジュール２および散気装置４を各々４台、処理槽１内に設置し、処理槽水面からの高さが３ｍの位置にある１対のヘッダ管Ａ・Ｂ、および処理水配管３と接続し、浸漬型膜分離装置とした。

この浸漬型膜分離装置の構成は、図１に示すとおりである。処理槽１内の固形分濃度（ＭＬＳＳ）は１２，０００ｍｇ／Ｌとし、吸引ポンプ８により、膜ろ過流束（ＬＶ）を０．６ｍ／ｄ、吸引／停止間隔を９分間／１分間の間欠運転にて６カ月間吸引ろ過を実施し、ろ液を処理槽外に排出した。散気条件は、通常は開閉弁Ａ１・Ｂ１を開、かつ開閉弁Ａ２・Ｂ２を閉にし、気体供給装置７を用いて空気を２，０００Ｌ／ｍｉｎの条件で、散気装置４の両側から供給した。

散気装置の洗浄時には、ろ過運転が停止かつ気体供給装置７を駆動させたままで、まず弁操作により開閉弁Ａ１・Ｂ２を開、かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２を閉（弁状態１）とし、この状態を６０秒保持した。その後、また弁操作により開閉弁Ａ１・Ｂ２を閉、かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２を開（弁状態２）とし、この状態を６０秒保持した。これら弁状態１および弁状態２を２回繰り返した後に、再度弁操作により開閉弁Ａ１・Ｂ１を開、かつ開閉弁Ａ２・Ｂ２を閉とし、通常の散気条件にてろ過運転を再開するという散気装置の洗浄方法を、１日に１回行った。

本実施例において、６カ月後に全ての散気装置の散気孔を確認したところ、散気孔およびヘッダ管の閉塞は認められなかった。
＜実施例２＞
ヘッダ管の処理槽水面からの高さが４ｍになるよう設置したこと以外は、実施例１と同様の方法で散気装置の洗浄を行った。本実施例において、６カ月後に全ての散気装置の散気孔を確認したところ、散気孔の閉塞は認められなかったが、ヘッダ管内に固形物が堆積していることが認められた。
＜実施例３＞
実施例１の方法に加えて、実施例１の方法を実施するのとは別の時間に、ろ過運転が停止かつ気体供給装置７を駆動させたままで、弁操作により全ての開閉弁を開（弁状態３）とし、この状態を２０秒保持することを、１日に１回行ったこと以外は、実施例１と同様の方法で散気装置の洗浄を行った。本実施例において、６カ月後に全ての散気装置の散気孔を確認したところ、散気孔およびヘッダ管の閉塞は認められなかった。
＜実施例４＞
実施例１の方法に加えて、実施例１の方法での弁状態１および２の直前、およびろ過運転再開直前に、ろ過運転が停止かつ気体供給装置７を駆動させたままで、弁状態３を２０秒保持させたこと以外は、実施例１と同様の方法で散気装置の洗浄を行った。本実施例において、６カ月後に全ての散気装置の散気孔を確認したところ、散気孔およびヘッダ管の閉塞は認められなかった。
＜比較例１＞
実施例１と同じ分離膜モジュール２を用い、分離膜モジュール２の下部に、図５に示すようにＹ字状に形成した散気装置４を設置した。

散気装置４は、外径４２．７ｍｍφ、厚さ３ｍｍのステンレス製パイプを、図５のようにＹ字状に形成したものであり、１箇所の接続口ａを有している。散気孔９を設けているＹ字状のお互いに平行に形成した管同士の中心距離は２３０ｍｍ、散気孔９は孔径６ｍｍφで、片側の管に２箇所ずつ１７組、計６８箇所設けた。１組の散気孔は、中心角４０度でお互いに管の円周方向に離れた箇所に設け、散気孔の隣り合った組同士の中心距離（散気孔のピッチ）は４２ｍｍとした。散気装置４は散気孔側を下側になるようにし、分離膜モジュール２および散気装置４を各々４台、処理槽１内に設置し、気体供給装置７および処理水配管３と接続し、浸漬型膜分離装置とした。

この浸漬型膜分離装置の構成は、図４に示すとおりである。処理槽１内の固形分濃度（ＭＬＳＳ）は１２，０００ｍｇ／Ｌとし、吸引ポンプ８により、膜ろ過流束（ＬＶ）を０．６ｍ／ｄ、吸引／停止間隔を９分間／１分間の間欠運転にて６カ月間吸引ろ過を実施し、ろ液を処理槽外に排出した。散気条件は、気体供給装置７を用いて空気を２，０００Ｌ／ｍｉｎの条件で、散気装置４から供給した。本比較例において、６カ月後に全ての散気装置の散気孔を確認したところ、３台の散気装置で、それぞれ散気孔が５箇所、８箇所、１５箇所、計２８箇所の閉塞が認められた。

本発明は、浄水、下水、し尿、産業廃水等を浄化処理するための膜分離方法、それに用いられる浸漬型膜分離装置、さらにそれに用いられる散気装置の洗浄方法に、好適に利用することができる。

１：処理槽
２：分離膜モジュール
３：処理水配管
４：散気装置
５、６：気体供給管
７：気体供給装置
８：吸引ポンプ
９：散気孔
Ａ、Ｂ：ヘッダ管
Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２：開閉弁
ａ、ｂ：散気装置と気体供給管の接続口

Claims

被処理液を貯留した処理槽内に浸漬設置される分離膜モジュールと、該分離膜モジュールの下方に配設されかつ２箇所の接続口（ａ・ｂ）を持つ散気装置と、該散気装置へ気体供給管を介して気体を供給する気体供給装置とを備えた浸漬型膜分離装置において、１台の処理槽に少なくとも１台の散気装置を配置する際に、気体供給管として２本のヘッダ管（Ａ、Ｂ）を設置し、各散気装置の接続口ａとヘッダ管Ａ、接続口ｂとヘッダ管Ｂを各々接続し、ヘッダ管Ａ・Ｂと最初の散気装置の接続箇所よりも上流側（Ａ１・Ｂ１）およびヘッダ管Ａ・Ｂと最後の散気装置の接続箇所よりも下流側（Ａ２・Ｂ２）の４箇所に１個ずつ開閉弁が配され、さらにヘッダ管Ａ・Ｂの下流側末端部が大気開放されている浸漬型膜分離装置における散気装置を洗浄する方法であって、ろ過運転が停止かつ気体供給装置が駆動している状態で、開閉弁Ａ１・Ｂ２が開かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２が閉の状態（弁状態１）、および開閉弁Ａ１・Ｂ２が閉かつ開閉弁Ｂ１・Ａ２が開の状態（弁状態２）を交互に設け、さらに全ての開閉弁が開となる状態（弁状態３）を設けることを特徴とする、散気装置の洗浄方法。
弁状態３を弁状態１および２の前後、および弁状態１、２の切替中に設けることを特徴とする、請求項１に記載の散気装置の洗浄方法。
請求項１または２に記載の散気装置の洗浄方法を間欠的に実施しながら、被処理液の膜分離を行うことを特徴とする、膜分離方法。