JP5135267B2 - 散気装置、同散気装置を備えた浸漬型膜分離装置及び前記散気装置の運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、膜分離システムにおける膜の汚れを制御するため散気管より噴射される気泡流を偏向させることができる散気装置、同散気装置を備えた浸漬型膜分離装置、及びその運転方法に関する。

膜分離技術は逆浸透膜や限外ろ過膜、精密ろ過膜を用いて海水・かん水の脱塩、半導体洗浄用の超純水の製造、食品の分離または濃縮等のように高品位な水が必要とされる用途を中心に研究が進められてきた。しかし、最近では水質保全の観点から排水処理にも膜分離技術を適用しようとする研究が進められている。

排水処理の多くは沈殿処理を伴うため、その代替として膜分離技術が実施できれば、広大な沈殿池の省略あるいは縮小ができ、スペースメリットが非常に大きい。
排水処理プロセス中には溶解性の有機物の分解を目的として、微生物（活性汚泥）により排水中の有機物を分解した後に、フロック化した微生物と処理水とを分離する活性汚泥処理プロセスが広く用いられている。このプロセスにおいて膜分離技術を使用できれば、微生物の濃度が高められ分解処理の効率が向上する上に、活性汚泥と処理水との分離が効率よく行えるというメリットが期待されている。

このような観点から、高濃度（ＭＬＳＳ５０００〜１５０００ｍｇ／Ｌ）活性汚泥水の固液分離用途に向けた膜分離技術の研究が行われている。分離膜は主に平膜、管状膜、中空糸膜等があり、これらを利用して実際に使用する構成をもつ膜モジュールが形成される。特に中空糸膜は単位容積当たりの膜面積が大きく取れるため、装置化にあたり非常にコンパクトとなり、また、大量処理にも適している。膜分離技術では、処理する原水の性状によってその性能が大きく左右される。雑多な成分を含有する排水中での使用にあたっては膜の目詰まりが懸念される。活性汚泥処理の面から考えると、被ろ過物である活性汚泥の濃度が高いほど効率化され、一方、膜分離プロセスでは活性汚泥の濃度が高いと膜の目詰まりが進行しやすい。

従来、分離膜の洗浄方法としては多くの方法が実用化或いは提案されており、大別すると、（１）逆洗によりろ過抵抗を回復させる方法、（２）分離膜表面を界面活性剤等の洗浄液を用いて洗浄する方法、（３）分離膜の下方より曝気を行って分離膜表面の付着物又は堆積物を剥離・除去する方法、等が挙げられる。

これらのなかでも、上記（３）に示す曝気洗浄方法は、好気性雰囲気下で生物処理を行いながら膜分離を行う処理槽の場合、散気装置を膜洗浄に兼用することができ、しかも、必ずしも薬液が要らないこともあり、簡便性及び洗浄性に優れている。この曝気洗浄方法には、中空糸膜を気泡によって揺動させることで汚れを除去する方法が一般的である。これによって中空糸膜は常に揺動し、汚れ物質による中空糸膜間の閉塞は抑えられる。気泡を発生させる曝気装置としては、ブロアと配管を介して接続された散気管を膜ユニットの下方に設け、散気管から空気を吐出するようにしたものがよく知られている。

例えば、特許第３６４５８１４号公報（特許文献１）においては、膜モジュールの下部に散気管を配し、高いガス流量に引き続く低いガス流量を繰り返し、又はガス供給の停止を繰り返して膜の揺動を喚起し、その低下させた流量分を膜モジュールの外側に配した微細気泡型の散気装置に供給することでブロアの供給量の一定化を図りながら必要酸素量を低減する手法が採用されている。

また、例えば特許第３６４３８０２号公報（特許文献２）においては、膜モジュールの下部に散気管を配し、さらに膜モジュールと散気管との間に分配板を配し、その分配板を可動させることにより気泡密度を特定領域に高めている。

また、例えば特表２００８−５１３１９０号公報（特許文献３）においては、膜モジュールの下部に散気管を配し、２以上の膜モジュール間でその気体流量を連続的に変動させることで膜の揺動を喚起し、その低下させた分を膜モジュールの外側に配された微細気泡型の散気装置に供給することによりブロアの供給量の一定化を図りながら必要酸素量を低減する手法を提案している。

特許第３６４５８１４号公報 特許第３６４３８０２号公報 特表２００８−５１３１９０号公報

特許文献１の手法では、処理中にガスをあまり長く止めると、この間に膜汚れが急激に増加するので好ましくないことから、通常は繰り返しの頻度を極めて高くしている。高い繰り返し頻度は、複数のセル又は膜タンクの間で繰り返し動作し、ブロアからの全ガス流量をより一定に保つ、又はより変動させ続けるのに必要とされるバルブの消耗を増大させる。また、バルブを作動状態と停止状態の間でどのぐらい早く繰り返すことができるかは、バルブの設計と、ガス流量を加速するのにかかる時間との制限によって生じる実際的な制限がある。

特許文献２の手法は、分配板を可動させて気泡密度を変化させることにより洗浄性を高めることができ有効であるが、機械的な可動部を有するために汚泥中のしさや夾雑物により障害が起こる可能性を有するという問題がある。

特許文献３の手法は、連続的に気体流量を変化させることで気体使用量の削減などには有効な手段といえるが、散気管の散気口の位置は変わらず、上昇流速を上下させる効果しかなく、洗浄位置が固定化される問題がある。

本発明は、上述のような様々な課題に対処すべくなされたものであり、具体的には、散気管に簡単な改良を加えるだけで、噴射流により形成される気泡流の方向を任意に偏向させることができるとともに、膜の揺動の大きさを任意に調整することができ、膜面の洗浄効果を著しく高めることができる散気装置、その運転方法及び同散気装置を備えた浸漬型膜分離装置を提供することを目的としている。

上記目的は、第１の発明である、膜エレメントの膜面が鉛直方向となるように配列された複数の膜モジュールの下方位置に、水平に並列して配された２以上の散気管を有する浸漬型膜分離装置に適用される散気装置であって、前記２以上の散気管は２種類以上の異なる散気管系列に分けられ、各散気管は隣接する各散気管の正対位置に、それぞれ１個以上の気体噴射ノズルを有し、種類の異なる前記散気管系列ごとの各散気管が隣接して配され、正対する気体噴射ノズルの各ノズル口は、同ノズル口から噴射される気泡流が交差状態で衝突するように配置されてなり、前記交差状態で衝突する気泡流を偏向調整すべく、各散気管系列に対する各流体通路における気体供給量を制御する気体供給量制御手段を有してなる、散気装置により効果的に達成される。

かかる散気装置は、浸漬型膜分離装置に好適に適用される。また前記散気装置は、上記散気管系列が、水平方向に間隔を置いて交互に配置された複数の散気管系列からなり、２種類の散気管系列ごとに気体供給量を気体供給量制御手段によって制御して気泡流を偏向制御させることを特徴とする上記散気装置の運転方法を採用することが好ましい。

上記構成を備えた散気装置を運転するにあたっては、水平方向に間隔を置いて配置された複数の散気管系列ごとに気体供給量を前記気体供給量制御手段により分配制御して気泡流を偏向させることを含み、その分配制御は、ろ過時間内において、一方の散気管系列に対する気体供給量を最大流量から最小流量へと変化させたのちに、最小流量から最大流量へと変化させることを１周期として、これを少なくとも１周期行い、他方の散気管系列に対する気体供給量を一方の散気管系列に対する前記流量変化とは逆の流量変化を行うこと各散気管系列の気泡流を偏向制御することを含む運転方法を採用することが好ましい。

水平方向に間隔を置いて配置された複数の散気管系列（散気管系列Ａ，Ｂ）に対する空気供給量を連続的にあるいは段階的に分配させるとき、例えば、一方の散気管系列に全体の空気供給量の１０〜９０％を供給すると同時に、他方の散気管系列に９０％〜１０％を供給する。

かかる制御にあって、ろ過時間内においては、水平方向に間隔を置いて配置された複数系列（散気管系列Ａ，Ｂ）の流量変化を、最大流量（全気体量の９０％）から最小流量（全気体流量の１０％）へと変化させたのち、その逆の流量変化を行い、これを１周期として、膜ろ過時に各系列の空気量を偏向することを、それぞれに１周期以上行うことが好ましい。膜ろ過停止時には、例えば各系列に対する空気供給量を一律５０％としておき、膜ろ過時には空気供給量を上述のように変動させるとよい。

また、正対する気体噴射ノズルのなす角度が水平方向に対して−４５°〜＋４５°であることが望ましく、この正対する気体噴射ノズルの間隔は１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。更には、正対する気体噴射ノズルの中間点が隣接する膜モジュールの中間地点にあることが望ましい。また、気体噴出ノズル９２と膜モジュール下端面との距離は５〜２００ｍｍであることが望ましく、前記各噴射口は、散気管の側面に配するとよい。

本発明によれば、少なくとも２個の噴射口から噴射される気泡流を交差状態で衝突するように配置して、気体供給手段からの気体供給量を調整するだけの単純な制御で、気泡流を任意に偏向させることができ、膜の揺動量を任意に変更させることができる。その結果、膜面の洗浄効果を効果的に高めることができるようになる。

本発明に係る浸漬型膜分離装置を備えた排水処理システムの一例を概要で示す構成図である。 本発明の浸漬型膜分離装置の一例を概略構成で示す斜視図である。 本発明の散気管系列Ｂが最大気体流量・散気管系列Ａが最小気体流量時の１実施例における散気ヘッダー管の断面方向から見た気体噴射ノズルの配置例を示した説明図である。 本発明の散気管系列Ａが最大気体流量・散気管系列Ｂが最小気体流量時の１実施例における散気ヘッダー管の断面方向から見た気体噴射ノズルの配置例を示した説明図である。 本発明の散気装置における散気ヘッダー管の断面方向から見た気体噴射ノズルの配置角度を示す説明図である。 本発明の浸漬型膜分離装置のろ過運転時における透過水のろ過流量を示す運転説明図である。 本発明の浸漬型膜分離装置のろ過運転時における２つの散気管系列Ａ、Ｂの気体噴射ノズルからの気体流量の分配変化を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
本発明の散気方法及びシステムによって提供される利点は、以下のとおりである。

図１は、本発明が適用される排水処理装置の一例を概略で示している。
この排水処理装置によれば、浄化処理すべき原水が第１送液ポンプＰ１を介して原水流量調整槽１に間欠的に導入される。原水流量調整槽１に導入された原水は、第２送液ポンプＰ２により嫌気槽２へと送り込まれて脱窒処理がなされる。脱窒処理を終えた原水は第３送液ポンプＰ３により好気槽３へと送られ、原水中の活性汚泥にリンを過剰採取させて脱リンを行う。好気槽３内の下部には、排水中の活性汚泥に空気（酸素）を供給する好気槽内散気装置３１が配されている。好気槽３は、第１及び第２配管４ａ，４ｂを介して浸漬型膜分離槽５に接続されている。浸漬型膜分離槽５の内部には、本発明における膜モジュールである中空糸膜モジュール６が配されており、この中空糸膜モジュール６によってろ過された透過水（ろ過水）以外は、最終的に第２配管４ｂを介して好気槽３へと戻り、第１及び第２配管４ａ，４ｂにより循環路を形成する。また、リンを放出した活性汚泥が好気槽３の底部から循環ポンプＰ４を介して嫌気層２に戻される。

中空糸膜モジュール６は、複数の膜エレメント６１がその膜面方向を鉛直方向に平行して配列されて浸漬型膜分離槽５の内部に収容され、該中空糸膜モジュール６の下方位置には複数の２種類の散気管系列Ａ，Ｂが水平に並列して交互に配されている。本実施形態における散気管系列Ａ，Ｂを構成する各散気装置９は、詳しくは後述するが、散気ヘッダー管９１と気体噴射ノズル９２とを有している。なお、本実施形態では前記散気管系列をＡ，Ｂの２系列としているが、２系列に限らず３以上の系列とすることもできる。

こうして原水は、嫌気槽２及び好気槽３に保持された活性汚泥により浄化される。この浄化にあたり、好気槽３内は好気槽内散気装置３１から送られる空気によって好気状態を維持する。好気槽内散気装置３１及び中空糸膜モジュール６の下部に配した散気管系列Ａ，Ｂには、外部の気体供給手段から気体供給配管８を介して空気が供給される。その気体供給手段としては、一般にブロアを用いることが好ましいが、その他コンプレッサー、ガスボンベ、圧縮タンク等を用いることもできる。気体供給手段から供給される空気は、中空糸膜モジュール６の洗浄に用いられると共に、その気液混合流中の酸素が原水の浄化にさらに利用される。

（多孔質膜）
本発明の膜モジュール６に用いられる多孔質膜は、所定孔径の微細孔を有する膜であれば、いかなる多孔質膜も使用することができる。
本発明に用いられる多孔質膜の形状としては、例えば、平膜、中空糸膜、チューブラー膜、スパイラル膜が挙げられる。また、前記多孔質膜は、精密ろ過膜(MF)、限外ろ過膜(UF)、ナノろ過膜(NF)等の分離膜であってもよい。

前記多孔質膜の材質は、例えばセルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニールアルコール系、ポリスルフォン系、ポリアクリロニトリル系、フッ素系樹脂など分離膜の形状に成形可能なものであれば各種材料が使用できる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ四フッ化エチレン、ポリスルホン等が挙げられる。特に多孔質膜の表面特性として、疎水性の強い樹脂を用いることが好適であり、特に好ましくは、フッ素系樹脂である。フッ素系樹脂の中でも、膜への賦形性と耐薬品性などからフッ化ビニリデリン樹脂を用いることがより好ましい。ここでフッ化ビニリデリン樹脂としては、フッ化ビニリデリンのホモポリマーの他、フッ化ビニリデリンと、フッ化ビニリデリンと共重合可能な単量体との共重合体が挙げられる。上記共重合可能な単量体としては、例えばフッ化ビニル、四フッ化エチレン、三フッ化エチレン、ヘキサフルオロプロピレンなどがある。

また、ろ過膜として使用可能なものであれば、孔径、空孔率、膜厚、外径等には特に制限はないが、ろ過の対象となるものによってそれらの値が適宜選択される。更に、有機物やウイルスの除去を目的とする場合には分画分子量が数万から数十万の限外ろ過膜を用いる場合もある。

本発明に用いられる多孔質膜は、複数の細孔を有している。この細孔は、疎水性多孔質膜の表面及び裏面を貫通する連続孔であることが好ましい。細孔の孔径は、目的によって任意に選択できるが、例えば、０．０１〜５μｍ、好ましくは、０．１〜１μｍである。また、前記疎水性多孔質膜は、疎水性多孔質膜の一方の表面の孔径が小さく、他方の表面の孔径が大きい、非対称構造であることが好ましい。非対称構造の場合、一方の表面の孔径が、他方の表面の孔径の１倍より大きく１００倍以下、好ましくは、２倍〜１０倍であることが適当である。

また、多孔質膜が中空糸膜６１である場合、中空糸の外径は、例えば、０．１〜１０ｍｍ、好ましくは、０．５〜５ｍｍであることが適当である。本発明に用いられる多孔質膜は、純水に対する透液性能を示す純水透過係数が、１０〜２５０ｍ³ ／ｍ² ／ｈｒ／ＭＰａ、好ましくは、２０〜１５０ｍ³ ／ｍ² ／ｈｒ／ＭＰａであることが適当である。なお、純水透過係数は、以下の式（１）、
純水透過係数＝［純水透過量（ｍ³ ）］／［多孔質膜の表面積（ｍ² ）］／［透過時間（時）］／［純水の圧力（ＭＰａ）］ …（１）により求めることができる。

素材の強度面では外力に対する強度が３００〜７００ｇ／ｍｍ² 程度で、脆いと使用が困難であるため、３０〜９０％程度の伸度を有していることが好ましい。中空糸膜６１は形状面でも中空糸膜外径に対して１〜３割程度の膜厚を有していることがより好ましい。しかし、揺動性を損わないのであれば強度や膜厚等は特に限定するものではない。

多孔質膜に中空糸膜６１を使い、同中空糸膜６１を例えば緯糸として編地としたものを数枚積層したものであれば、中空糸膜６１の端部連結固定部材である角柱状集水ヘッダー管１０の側面に形成される矩形の開口部に収納するのに好適である。編地の製造方法は、例えば特開昭６２−５７９６５号公報、特開平１−２６６２５８号公報に開示されている。

本用途で使用する中空糸膜モジュール６を構成する中空糸膜６１は、しなやかに揺動するようにするため十分な強度とそれが効果的に働く形状を有していることが好ましい。

（膜モジュール構造）
膜モジュール６として、例えば、図２に示す一例を挙げることができる。膜モジュール６は、多孔質膜として上記中空糸膜を用い、中空糸の両端部をそれぞれ内部に収容するように固定用部材( ポッティング材) で一体的に液密に固定される一対の集水ヘッダー管１０を有する。形状は特に限定されるものではないが、シート状の膜モジュールを用いると、洗浄性が良好で閉塞しにくく、長期間安定ろ過可能なため好ましい。中空糸の両側の一対の集水ヘッダー管１０間に、図示しない導液管が設けられ、一対の集水ヘッダー管間隔を保持し、中空糸を膜状に支持すると共に、一方の集水ヘッダー管１０に集液されたろ液の他方の集水ヘッダー管１０への流路として機能する。集水ヘッダー管１０は、膜モジュールを均等配置し、高集積可能とするのを実現可能な形であれば円柱状・角柱状など特に限定はされない。集水ヘッダー管内は中空であり、一方の集水ヘッダー管１０の側面には図示しない濾液取出口が設けられる。

このような膜モジュールは複数を、並列した中空糸により形成される中空糸膜面を相互に対向するよう並行に一列配置、複数縦列配置、千鳥状に配置することができるが、中空糸膜面が鉛直方向に配置することが洗浄効率の点で好ましい。

中空糸膜６１の端部はそれぞれポッティング材により固定され固定部とされる。固定は、特に限定するものではないが、一般の中空糸膜モジュールの製作と同様に遠心成型法や静置法により行うことが好ましい。より好ましくはポッティング材の塗布により多数の中空糸膜間に浸透させる方法であることである。中空糸膜束は非常に薄いため、束表面からの塗布により中空糸膜間へポッティング材などが浸透しやすい。

固定部ではエポキシ樹脂、ウレタン樹脂を用いて中空糸膜間を固定する。このポッティング材として、最も好ましくはウレタン接着材の使用である。ウレタン接着材であれば硬化後も柔らかく、切断が容易であり、後の作業が簡易化される。また、固定部の形成は型枠の中でポッティング材とともに中空糸膜間を固定し、硬化後型枠を外し、固定部としてもよいし、予め用意した固定部材内で中空糸膜間を固定するのもよい。部材の有無については特に限定するものではない。

こうして固定部によりシート状に固定された多数の中空糸膜６１は、固定部において糸端を開口させ、その上下一対の固定部を中空矩形断面をもつ一対の集水ヘッダー管１０の対向側面に形成された直線状のスリット内に挿入され、ポッティング材と同様の樹脂によって封入固定される。各集水ヘッダー管１０の一端は閉止され、他端は合流して吸引ポンプ等に連結する透過水吸引管１２に接続される。

複数の中空糸膜モジュール６を並列して透過水を取り出す場合には、各中空糸膜モジュール６を吸引ポンプ等の透過水取得手段に個別に接続するのもよいが、２以上の中空糸膜モジュール６を配管等の接続部材を介して接続すると、吸引ポンプ等の透過水取得手段を用いる場合にはポンプ台数が少なくなり好ましい。より好ましくは複数の中空糸膜モジュール６を１組として中空糸膜モジュールユニット７を構成し、各中空糸膜モジュールの透過水取出部を合流配管などの接続部材を介して接続することである。

このような中空糸膜モジュールユニット７に、接続部材の内側を通常負圧にする吸引ポンプ等の透過水取得手段を配するとともに、上記好気槽内散気装置３１や以下に述べる散気装置９にブロア等の気体供給手段を接続することによって汚水処理装置が形成される。

（散気装置）
散気装置９は、一般的に下水処理装置の生物反応槽に浸漬された、例えば中空糸膜６１などを有するろ過膜モジュール（膜モジュール）６の下方に所定数設置して膜の洗浄に用いる。

この気泡は大きなエネルギーを持っており、且つこれにより作られる上昇水流は高速の乱流となり、これらは膜表面にせん断力だけでなく衝撃力としても作用することに加え、膜自身をも振動させるので、小径の気泡では剥離できない膜表面の付着物をよく剥離することができる。

本実施形態における散気装置９は、既述したように、散気ヘッダー管９１と本発明の特徴部の一つである気体噴射ノズル９２とを備えている。散気ヘッダー管９１は、一端が止板或いはプラグで閉止され、他端がブロア（図示せず）に連なる気体供給配管８と接続される。散気ヘッダー管９１にブロアから空気が供給される。供給された空気は、散気ヘッダー管９１を通って気体噴射ノズル９２から吐出される。
その際のユニット投影単位積当たりの全散気量は、５０〜２００ｍ／ｈｒの範囲にあることが好ましく、より好ましくは７５〜１５０ｍ／ｈｒである。

気体噴射ノズル９２は、図３に示すように、少なくとも２以上の隣接する散気ヘッダー管９１に対向して配し、隣接して対向する各気体噴射ノズル９２のノズル口は、噴射流が交差状態で衝突するように配置するとともに、隣接する散気ヘッダー管９１に接続される各流体通路における気体供給量を、例えば電磁式開閉バルブや切替えバルブ等の気体供給量制御手段により調整することで、気泡流の方向を任意の方向に偏向調整する。

また本発明にあっては、水平方向に間隔を置いて配置された２つ以上の散気管からなる複数の散気管系列を、例えば電磁開閉バルブや切り替えバルブ等を備えた流量制御手段によって各系列の空気供給量を制御して気泡を偏向させることを特徴の一つとしている。水平方向に間隔を置いて配置された複数の散気管系列を連続的にあるいは段階的にその空気供給量を分配させる。例えば２種類の散気管系列Ａ, Ｂを用いた場合、一方の散気管系列Ａに対する空気供給量を全供給量の１０〜９０％としたときに、他方の散気管系列Ｂに対する空気供給量を全供給量の９０％〜１０％とする。

すなわち、例えば一方の気体供給量を全供給量の９０％、他方の気体供給量を全供給量の１０％に調整すれば、一方の噴射口から主として噴射流が斜め一方向に噴射されることになり、より膜モジュール近傍にその気泡流を偏向させることができる。特に膜ろ過時には、この気泡流を偏向させることで膜の揺動を誘発し、その洗浄効果を上げることが出来る。

さらに、一方と他方の気体供給量を等量、すなわち５０％ずつに調整すれば、一方と他方の噴射口から噴射流が交差点で衝突することで、斜め方向から垂直方向に偏向されて噴射されるようになる。特に、膜ろ過停止時には、気体供給量を一律５０％ずつにすることで、最も気泡同士がぶつかり合い破砕されるために微細な気泡を形成することができる。このとき、交互に隣接する各散気管系列Ａ，Ｂの正対する各気体噴射ノズル９２のノズル口から噴射される噴出流の交差位置を、隣接する膜モジュール６の間の中間地点となるようにすると、隣接する膜モジュール６の中間地点で噴出流が交差するために直接モジュールに当たる気泡の量が少なくなるために、偏流させた時ほどの洗浄効果はないが、気泡を微細化することで酸素溶解効率を上げることができる。

各気体噴射ノズル９２のノズル口が、一方の噴射口からの噴射流と正対して配された他方の噴射口からの噴射流とが交差点で衝突する必要があるので、各気体噴射ノズル９２は、散気ヘッダー管９１の側面に配することが好ましい。上下方向に配したのではいくら噴出流を交差させてもその流れを膜面方向に偏向できないので好ましくない。

また正対する気体噴射ノズルの間隔は、１ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。１ｍｍ以下にすると噴出流を交差させることが難しいのに加え、その間隔に排水中の夾雑物が障害となるため好ましくない。また３０ｍｍ以上では噴射流を交差させることが難しい。ただし、気体噴射ノズルの間隔とは、ノズルの根元の中央部同士の間隔をいう。

気体噴射ノズル９２と膜モジュール下端面との距離が５〜２００ｍｍであることが好ましい。５ｍｍ以下であると噴出流を交差させてからの距離がないために十分に偏向させることが出来ない。また２００ｍｍ以上だと噴出流を交差させてからの距離がありすぎるために十分に偏向による効果を発現しにくくなる。ただし、気体噴射ノズル９２と膜モジュール下端面との距離とは、その気体噴射ノズル９２先端部との直線の距離をいう。
正対する気体噴射ノズル９２の中間点が、偏向流による洗浄において隣接する膜モジュール間において斑無く洗浄する点から隣接する膜モジュールの中間地点にあることが好ましい。

図３は、２種類の散気管系列Ａ，Ｂにおいて、一方の散気管系列Ａに供給される空気の供給量を図示せぬ空気供給手段から送られる全空気量の１０％として、他方の散気管系列Ｂに供給される空気の供給量を空気供給手段から送られる全空気量の９０％としたときの、散気管系列Ａ，Ｂの正対する気体噴射ノズル９２から噴射される噴射流の交差による気泡流の方向を隣接する膜モジュール６の膜面に向けるように偏向させている。図４は、図３に示す散気装置の運転とは逆に、一方の散気管系列Ａに供給される空気の供給量を空気供給手段から送られる全空気量の９０％として、他方の散気管系列Ｂに供給される空気の供給量を空気供給手段から送られる全空気量の１０％としたときの、散気管系列Ａ，Ｂの正対する気体噴射ノズル９２から噴射される噴射流の交差による気泡流の方向を隣接する膜モジュール６の膜面に向けるように偏向させている。

これらの図から理解できるとおり、図３に示す例では散気管系列Ａ側の膜モジュール６の両膜面に向けて気泡流が集中的に作用し、図４に示す例では散気管系列Ｂ側の膜モジュール６の両膜面に向けて気泡流が集中的に作用している。このように、２種類の散気管系列Ａ，Ｂについて、その気体噴出流の分配割合を変更することにより、それぞれの散気管系列Ａ，Ｂ側の膜モジュール６に集中する気泡流の流量が変化し、気泡流が集中する側の膜モジュール６が激しく揺動することにより、同膜モジュール６に付着する汚れ物質を効率的に剥離させることができる。

正対する気体噴射ノズル９２のなす角度が水平方向に対して−４５°〜＋４５°の範囲に有ることが好ましい。図５（ａ）は気体噴射ノズル９２の噴射方向を＋４５°とした例を示しており、図５（ｂ）は気体噴射ノズル９２の噴射方向を−４５°とした例を示している。また、図５（ｃ）では気体噴射ノズル９２の噴射角度を水平方向（０°）として例示している。

この洗浄操作は膜透過による固液分離処理中も継続して行うことができるので、ろ過処理を中止しなければならない逆洗処理の処理間隔を広げることができ、処理能率を向上させることができる。なお、本発明における膜モジュール６と散気管系列Ａ，Ｂは、通常の排水装置の水槽中で使用することができる。また、そのときに使用する水槽の大きさは、処理する排水量に見合った水槽であれば特に限定するものではない。また当然に、活性汚泥処理槽内に直接浸漬するようにしてもよいし、別途浸漬型膜分離装置を設けて、中空糸膜モジュール６を運転することも可能である。

（対象とする原水）
本発明の中空糸膜モジュールを使用した際に効果の高い排水用途では、もとの原水として、下水、し尿、農業集落排水、生活廃水、凝集排水等が挙げられ、これらの各分野での使用は好ましいが、使用用途は特に限定されるものではない。清澄な水のろ過に用いることも好ましい用途となる。

（ろ過方法・運転方法）
膜モジュール６によりろ過された透過水の取得手段は、浸漬される水槽の水位での圧力を０としたときに、それに対して透過水の取得位置を負圧とするものであれば特に限定するものではなく、具体的には各種ポンプであることが好ましく、エゼクタ等であれば省エネルギーが実現でき更に好ましい。
気体供給手段はコンプレッサーやブロアなどが好ましいが、散気装置に対して気体供給が安価に行えるものであれば、特に限定するものではない。

汚水処理装置の運転には、ろ過、停止を周期的、あるいは定期的に実施し膜面への汚れの付着量を低く抑えるのも好ましく、また単にろ過のみを実施してもよい。また、更に中空糸膜モジュール６を使用する場合には、透過水を逆向きに流し、膜面から透過水を吹き出させて膜表面に付着する汚れを除去する逆圧洗浄を実施し、ろ過圧力を回復させる運転を実施することも好ましく実施できる。逆圧洗浄に関しては周期的に実施することが好ましく、ろ過差圧よりも高い圧力で水を押し戻すことが好ましい。更に好ましくは定期的に水槽内を浄水に置換してすすぎ洗浄を実施することであり、これによって膜面に付着する物質をほとんど除去でき効果的である。従って、これらの運転方法が実施可能な装置構成であることが好ましいが、どの運転方法を実施するかは原水の状況により適宜選定でき、特に限定するものではない。ただし、汚水処理装置は水位が所定の位置より低下した際には散気装置の運転が停止する構造を採用することが望ましい。
以下、本発明の実施例を図面に基づいてより具体的に説明する。

（実施例１）
中空糸膜には、ポリエステル製組紐を支持体とするＰＶＤＦ製中空糸膜（三菱レイヨン・エンジニアリング社製 孔径０．４μｍ 外径２．８ｍｍ）を用いた。図２に示す中空糸膜モジュール６を用いて排水処理を行った。この中空糸膜モジュール６は、膜エレメントである多数の中空糸膜６１の端部をポッティング固定部である集水ヘッダー管１０に対して直線上に配した矩形型のものを用いた。散気ヘッダー管９１を５０ｍｍの間隔で配置し、隣接する散気ヘッダー管９１の気体噴射ノズル(MAZZEI INJECTOR社製ターボミキサーノズル) ９２を互いに水平方向に対して＋４５°で正対するように配置した。また正対する気体噴射ノズル９２間の間隔は１０ｍｍとし、隣接する気体噴射ノズル間隔は５０ｍｍとした。また、気体噴出ノズルと膜モジュール下端面との距離は、１００ｍｍとした。

濾過に関する運転パターンとして図６及び散気に関する運転パターンとして図７を用い、本発明に係る上述の浸漬型膜分離装置のろ過運転時における透過水吸引運転と散気運転の相関を示している。
図示実施例によれば、まず吸引ポンプを使って排水のろ過流量を５０Ｌ／ｍｉｎとして７分間ろ過吸引した後、１分間停止の操作を繰り返した。このろ過時間７分の間に２系列（散気管系列Ａ及びＢ）の気体流量変化を逆にしながら、ユニット投影単位積当たり１００ｍ／ｈｒの全空気量のうち、最大流量（全気体量の９０％）から最小流量（全気体流量の１０％）の変化およびその逆を１周期として１周期行い、これを繰り返した。また、周期の間に適宜、透過水の集水口１１から透過水１００Ｌを中空糸内部に供給して逆洗浄を行った。酸素溶解性を向上させるために濾過吸引を停止している間は散気配分量は５０％ずつとした。

ろ過、気体流量変化による気相流の偏向、逆洗浄及び排水操作を繰り返しながら透過水を得た。その結果、中空糸膜６１とポッティング下端固定部分付近における懸濁物質の堆積や散気孔の詰まりが抑制され、ろ過差圧が２０ｋＰａに上昇するまでに約１００日間を要した。

（比較例１）
φ５の穴を５０ｍｍ間隔で配置した穴あき単管型の散気管を用い、ユニット投影単位積当たり１００ｍ／ｈｒの定格空気量で散気した以外は、実施例１と同様に実施した。その結果、中空糸膜６１とポッティング下端固定部分付近における懸濁物質の堆積や散気孔の詰まりが抑制されず、ろ過差圧が２０ｋＰａに上昇するまでに約５０日間を要した。

以上説明したように、本発明における散気装置を２つの系列として、水平に交互に並列させて配置するとともに、隣接する散気装置の気体噴射ノズルの少なくとも２個の噴射口を噴射流が交差状態で衝突するように配置し、気体供給手段からの気体供給量を調整するだけで、噴射流により形成される気泡流の方向を任意に偏向させることができ、膜の揺動を任意の大きさに調整することができる。その結果、膜面の洗浄効果を著しく高めることができた。

１ 原水流量調整槽
２ 嫌気槽（無酸素槽）
３ 好気槽
３１ 好気槽内散気装置
４ａ，４ｂ 第１及び第２配管
５ 浸漬型膜分離槽
６ 膜モジュール（中空糸膜モジュール）
６１ 中空糸膜（膜エレメント）
７ 膜モジュールユニット（中空糸膜モジュールユニット）
８ 気体供給配管
９ 散気装置
９１ 散気ヘッダー管
９２ 気体噴射ノズル
１０ 中空角柱状の集水ヘッダー管
１１ 集水口
１２ 透過水吸引管
Ａ，Ｂ 散気管系列（散気管）
Ｐ１〜Ｐ３ 第１〜第３送液ポンプ
Ｐ４ 循環ポンプ

Claims (10)

1. 膜エレメントの膜面が鉛直方向となるように配列された複数の膜モジュールの下方位置に水平に並列して配された２以上の散気管を有する浸漬型膜分離装置に適用される散気装置であって、
   前記２以上の散気管は２種類以上の異なる散気管系列に分けられ、
   各散気管は隣接する各散気管の正対位置に、それぞれ１個以上の気体噴射ノズルを有し、
   種類の異なる前記散気管系列ごとの各散気管が隣接して配され、
   正対する気体噴射ノズルの各ノズル口は、同ノズル口から噴射される気泡流が交差状態で衝突するように配置されてなり、
   前記交差状態で衝突する気泡流を偏向調整すべく、各散気管系列に対する各流体通路における気体供給量を制御する気体供給量制御手段を有してなる、散気装置。
2. 正対する気体噴射ノズルのなす角度が水平方向に対して−４５°〜＋４５°である請求項１に記載の散気装置。
3. 前記各ノズル口が、散気管の側面に配されてなる請求項１に記載の散気装置。
4. 正対する気体噴射ノズルの間隔が１ｍｍ以上３０ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の散気装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の散気装置を備えてなる浸漬型膜分離装置。
6. 正対する気体噴射ノズルの中間点が隣接する膜モジュールの中間地点にある請求項５記載の浸漬型膜分離装置。
7. 気体噴射ノズルと膜モジュール下端面との距離が５〜２００ｍｍである請求項５又は６に記載の浸漬型膜分離装置。
8. 膜エレメントの膜面が鉛直方向となるように配列された複数の膜モジュールの下方位置
   に水平に並列して配された２以上の散気管を有する浸漬型膜分離装置に適用され、前記２以上の散気管は２種類以上の異なる散気管系列に分けられ、各散気管は隣接する各散気管の正対位置に、それぞれ１個以上の気体噴射ノズルを有し、種類の異なる前記散気管系列ごとの各散気管が隣接して配され、正対する気体噴射ノズルの各ノズル口は、同ノズル口から噴射される気泡流が交差状態で衝突するように配置されてなり、前記交差状態で衝突する気泡流を偏向調整すべく、各散気管系列に対する各流体通路における気体供給量を制御する気体供給量制御手段を有してなる、散気装置の運転方法であって、
   水平方向に間隔を置いて配置された複数の散気管系列ごとに気体供給量を前記気体供給量制御手段により分配制御して気泡流を偏向させることを含み、
   その分配制御は、ろ過時間内において、一方の散気管系列に対する気体供給量を最大流量から最小流量へと変化させたのちに、最小流量から最大流量へと変化させることを１周期として、これを少なくとも１周期行い、他方の散気管系列に対する気体供給量を一方の散気管系列に対する前記流量変化とは逆の流量変化を行って、各散気管系列の気泡流を偏向制御することを含んでなる、散気装置の運転方法。
9. ２種類の散気管系列からなる散気装置の一方の散気管系列に対する気体供給量の分配が総気体供給量の１０〜９０％であり、他方の散気管系列に対する気体供給量の分配が総気体供給量の９０％〜１０％である請求項８に記載の散気装置の運転方法。
10. ろ過停止時に、各散気管系列の気体供給量を等量とする請求項８又は９に記載の散気装置の運転方法。

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