JP7181731B2

JP7181731B2 - 排水処理装置

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Publication number: JP7181731B2
Application number: JP2018158301A
Authority: JP
Inventors: 拓藤原; 進石田; 太郎三好; タンフォングェン
Original assignee: Kochi University NUC; Maezawa Industries Inc
Current assignee: Kochi University NUC; Maezawa Industries Inc
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2038-08-27
Also published as: JP2020032315A

Description

本発明は排水処理装置に関する。

従来より、精密ろ過膜(ＭＦ（Microfiltration）膜)や限外ろ過膜（ＵＦ（Ultrafiltration）膜）を用いて下水等の排水を処理する膜分離活性汚泥法が排水処理方法として知られている（例えば、特許文献１～３参照。）。膜分離活性汚泥法では、通常、排水に含まれる比較的大きな夾雑物を分離除去する分離除去工程、分離除去工程において除去されなかった夾雑物のうち比較的重い夾雑物を沈殿させる沈澱工程、分離除去工程及び沈澱工程で除去されなかった夾雑物や排水に含まれる有機物を微生物によって除去する生物処理工程、並びに、生物処理工程後の排水をＭＦ膜やＵＦ膜で濾過する膜濾過工程が実行され、各工程が実行された後の排水処理水は河川等に放流される。

ところで、膜濾過工程では、排水を濾過するためのＭＦ膜やＵＦ膜の表面に夾雑物及び溶解性物質が付着するファウリングが発生する虞がある。これに対応して、ＭＦ膜やＵＦ膜の近傍に散気管が配置され、散気管から大量の気泡がＭＦ膜やＵＦ膜に曝気されることにより、ＭＦ膜やＵＦ膜へのファウリングが防止されている。

特開昭６２－１８０７０４号公報特開平７－１８５２６９号公報特開平１０－０１５５７３号公報

しかしながら、膜濾過工程において、大量の気泡をＭＦ膜やＵＦ膜に曝気する際の消費電力量は大きく、消費電力量の削減が要請されている。消費電力量は膜濾過工程が実行されなければ削減されるところ、簡単且つ迅速な排水処理が損なわれるため、膜濾過工程が実行されないことは妥当でない。また、近年、ＭＦ膜やＵＦ膜以外の膜を用い、生物処理工程を実行しないことによって排水処理の更なる迅速化を図ることが要請されている。そうすると、微生物が除去していた夾雑物や有機物も膜濾過工程において除去しなければならず、排水処理で使用される膜へのファウリングは一層深刻化する。

すなわち、排水処理に使用される膜へのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することができないという問題がある。

本発明の目的は、排水処理に使用される膜へのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することができる排水処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の排水処理装置は、夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第１の除去手段と、前記第１の除去手段を固定する回転軸と、前記第１の除去手段から離間して前記回転軸に固定されるとともに、前記排水及び前記駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第２の除去手段と、を備え、前記第１の除去手段、前記回転軸、及び前記第２の除去手段は第１の膜モジュールを構成し、前記第１の膜モジュールは前記回転軸を中心に回転することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の第２の排水処理装置は、夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第１の除去手段と、夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第２の除去手段と、を備え、前記第１の除去手段は前記第２の除去手段に対して変位する変位手段を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の第３の排水処理装置は、夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第１の除去手段と、前記第１の除去手段を固定する第１の固定手段と、夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第２の除去手段と、前記第２の除去手段を固定する第２の固定手段と、を備え、前記第１の固定手段は前記第２の固定手段に対して変位することを特徴とする。

本発明によれば、排水処理に使用される膜へのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る排水処理装置を概略的に示す側面図である。図１の排水処理装置を左方向から見た正面図である。図１の排水処理装置における１つの膜モジュールの構造を概略的に示す断面図である。図３におけるＦＯ膜に供給された駆動溶液がＦＯ膜を浸透した水分と混合して固定ボスの混合液通過部に移動するまでの詳細を説明するための図である。図４のＦＯ膜が複数のＦＯ膜部材からなる様子を概略的に示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る排水処理装置におけるＦＯ膜を概略的に示す図である。図６のＦＯ膜を備える排水処理装置を概略的に示す側面図である。図７の排水処理装置の変形例を概略的に示す図である。図８の排水処理装置の変形例を概略的に示す図である。図７のＦＯ膜が複数のＦＯ膜部材からなる様子を概略的に示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る排水処理装置を概略的に示す縦方向断面図である。図１１の排水処理装置の上面図である。図１１の排水処理装置のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る排水処理装置を概略的に示す側面図である。

図１の排水処理装置は、排水中に浸漬され、半透膜としての正浸透膜１（以下、「ＦＯ（Forward Osmosis）膜１」という。」を有する。ＦＯ膜１には溶質濃度の異なる２種類の溶液が接触し、低濃度側の溶媒が高濃度側の溶液に移動する正浸透作用に基づいてＦＯ膜１は排水中の夾雑物及び溶解性物質を除去する。このとき、半透膜としてＦＯ膜１ではなく、ＭＦ膜、ＵＦ膜又はＲＯ（Reverse Osmosis）膜を用いると、排水から夾雑物及び溶解性物質を除去するためにＭＦ膜、ＵＦ膜又はＲＯ膜に対して強い圧力を加える必要があるが、ＦＯ膜１を用いると、そのような圧力を加える必要はない。したがって、ＦＯ膜１はＭＦ膜、ＵＦ膜及びＲＯ膜に比べてエネルギー効率に関し優位な膜である。

本実施の形態では、ＦＯ膜１は排水（供給溶液）に浸漬されるとともに、ＦＯ膜１の内部に形成された流路に海水等の駆動溶液（ＤＳ（Draw Solution））を流通させる。駆動溶液は排水よりも溶質濃度が高いため、ＦＯ膜１が排水から受ける圧力は駆動溶液から受ける圧力よりも高く、正浸透作用によって排水に含まれる水分のみがＦＯ膜１を浸透してＦＯ膜１内部の駆動溶液に移動し、夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜１の排水側の表面に残存する。その後、ＦＯ膜１を浸透した水分は、駆動溶液とともにＦＯ膜１の内部に形成された流路から流出して排水処理装置から排出される。

図１の排水処理装置は第１の膜モジュール１０ａ、第２の膜モジュール１０ｂ、及び第３の膜モジュール１０ｃを備え、第１の膜モジュール１０ａ、第２の膜モジュール１０ｂ、及び第３の膜モジュール１０ｃの各々は、複数の円板状のＦＯ膜１と、これを一定間隔で固定する回転軸２とから構成されている。また、１つの膜モジュールを構成する複数のＦＯ膜１は、隣接する膜モジュールを構成するＦＯ膜１と交互に重なり合うように設置されている。

具体的に、第１の膜モジュール１０ａは、ＦＯ膜１ａ（第１の除去手段）と、ＦＯ膜１ａを固定する回転軸２ａと、ＦＯ膜１ａから離間して回転軸２ａに固定されたＦＯ膜１ａａ（第２の除去手段）と、その他のＦＯ膜１とを備え、回転軸２ａを中心に回転する。また、第２の膜モジュール１０ｂは、ＦＯ膜１ｂ（第３の除去手段）と、ＦＯ膜１ｂを固定する回転軸２ｂ（他の回転軸）と、ＦＯ膜１ｂから離間して回転軸２ｂに固定されたその他のＦＯ膜１とを備え、回転軸２ｂを中心に回転する。第２の膜モジュール１０ｂを構成するＦＯ膜１ｂは、第１の膜モジュール１０ａを構成するＦＯ膜１ａ及びＦＯ膜１ａａの間に介在するように設置される。

図１の排水処理装置によれば、排水中に浸漬された第１の膜モジュール１０ａ、第２の膜モジュール１０ｂ、及び第３の膜モジュール１０ｃの各々はゆっくりと回転する。これにより、第１の膜モジュール１０ａ、第２の膜モジュール１０ｂ、及び第３の膜モジュールの各々が有するＦＯ膜１表面の近傍にせん断流が発生するので、ＦＯ膜１に対して大量の気泡を曝気することなくＦＯ膜１の表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができ、もって、排水処理に使用されるＦＯ膜１へのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することができる。

また、図１の排水処理装置によれば、１つの膜モジュールを構成する複数のＦＯ膜１は、隣接する膜モジュールを構成するＦＯ膜１と交互に重なり合うように設置されているので、ＦＯ膜１表面の近傍に発生するせん断流の勢いを向上させることができる。

膜モジュールの回転方向は特に限定されることはなく、隣接する膜モジュールの回転方向は同一方向であっても逆方向であってもよいが、第１の膜モジュール１０ａ、第２の膜モジュール１０ｂ、及び第３の膜モジュールのいずれも同一方向に回転するのがよい（図２）。これにより、ＦＯ膜１表面の近傍にせん断流がより効率的に発生するので、ＦＯ膜の表面に蓄積したファウリング物質をより効果的に除去することができる。

図３は、図１の排水処理装置における１つの膜モジュールの構造を概略的に示す断面図である。

図３の膜モジュールは、複数のＦＯ膜１と、回転軸２と、固定ボス３とを備え、複数のＦＯ膜１は固定ボス３によって一定間隔で回転軸２に固定されている。回転軸２は、両端に設けた軸受け６により、排水で満たされた排水処理槽に当該膜モジュールが水没する状態で取り付けられている。回転軸２内部の右端部には駆動溶液をＦＯ膜１に供給するための供給部３０が設けられ、供給部３０はスイベルジョイント９に接続されている。また、回転軸２内部の左端部には、ＦＯ膜を浸透した水分及び駆動溶液の混合液を集水する集水部３１が設けられ、集水部３１はスイベルジョイント９に接続されている。固定ボス３の内部は、供給部３０から供給された駆動溶液が通過する駆動溶液通過部３２と、ＦＯ膜を浸透した水分及び駆動溶液の混合液が通過する混合液通過部３３とを有し、これらは駆動溶液通過部３２を通過する駆動溶液及び混合液通過部３３を通過する混合液が混合しないように区分されている。

駆動溶液は回転軸２の右側にあるスイベルジョイント９を介して回転軸２の右端部にある供給部３０に流入し、次いで、固定ボス３の駆動溶液通過部３２を経由してＦＯ膜１に供給される。また、ＦＯ膜１を浸透した水分及び駆動溶液の混合液は、固定ボス３の混合液通過部３３を経由して回転軸２の左端部にある集水部３１に流入し、次いで、スイベルジョイント９を介して膜モジュールの外部で集水される。このような構成を有する図３の膜モジュールは駆動装置７に接続され、駆動装置７を駆動させることにより回転軸２を中心に回転する。

図４は、図３におけるＦＯ膜１に供給された駆動溶液がＦＯ膜１を浸透した水分と混合して固定ボス３の混合液通過部３３に移動するまでの詳細を説明するための図である。

図４のＦＯ膜１は、ＦＯ膜１の外周部方向に延びる供給管４（供給手段）を備え、供給管４の両側にはＦＯ膜１に駆動溶液を供給する多数の穴（以下、「供給孔」という。）が設けられている。また、ＦＯ膜１は、ＦＯ膜１の外周部方向に延びる集水管５（集水手段）を備え、集水管５の両側にはＦＯ膜１を浸透した水分及び駆動溶液の混合液を集水する多数の穴（以下、「集水孔」という。）が設けられている。固定ボス３、供給管４及び集水管５は一体に形成され、ＦＯ膜１を取り付けるための保持器を構成している。

図４において、固定ボス３の駆動溶液通過部３２を通過した駆動溶液は供給管４の両側に設けられた供給孔からＦＯ膜１の内部に形成された流路に流入する。このとき、ＦＯ膜１は排水に浸漬しているため、ＦＯ膜１が排水から受ける圧力は駆動溶液から受ける圧力よりも高く、ＦＯ膜１の正浸透作用によって排水中の水分がＦＯ膜１内に浸透する。浸透した水分はＦＯ膜１内部の流路において駆動溶液と混合し集水管５に向かって流通する。ＦＯ膜１を浸透した水分及び駆動溶液の混合液は集水管５の両側の集水孔から集水管５に集水され、次いで、集水管５から固定ボス３の混合液通過部３３に移動する。このように、ＦＯ膜１が複数の供給孔を有する供給管４及び複数の集水孔を有する集水管５（集水手段）を備えることにより、ＦＯ膜１に効率的に駆動溶液を供給し効果的な膜分離を行うことができる。

なお、本実施の形態で使用するＦＯ膜１は内部に駆動溶液が流通する流路を有するが、例えば、駆動溶液が流通する流路材層の両面にＦＯ膜を積層した構造のものを使用することができる。

図４のＦＯ膜１自体やＦＯ膜１の近傍には、ブラシ、スポンジ及びゴム板等のワイパー機構（清掃手段）や邪魔板を設けることができる。これにより、ＦＯ膜が回転した際に、ワイパー機構を備えたＦＯ膜に対向するＦＯ膜の表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができ、また、邪魔板を設けることによってせん断流の勢いを向上させてＦＯ膜の表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができる。例えば、ＦＯ膜１ａ又はＦＯ膜１ａａに設けた供給管４及び集水管５の少なくともいずれか一方の表面にワイパー機構を設けて回転させることにより、隣接するＦＯ膜１ｂの表面に蓄積したファウリング物質を効率的に除去することができる。また、ＦＯ膜１ｂに設けた供給管４及び集水管５の少なくともいずれか一方の表面にワイパー機構を設けて回転させることにより、隣接するＦＯ膜１ａ又はＦＯ膜１ａａの表面に蓄積したファウリング物質を効率的に除去することができる。

ＦＯ膜１は内部に流路が形成されているため、駆動溶液の圧力及び浸透圧力によって膨張し又は収縮する場合がある。このような膨張や収縮を防止するため、ＦＯ膜の内部又は外部に支持材（補強手段）を設けることができる。ＦＯ膜の内部に支持材を設ける場合には、例えば、ポリエステル等の樹脂製の多孔体や不織布等を支持材として用い、支持材の表面上にＦＯ膜１を積層した積層構造とすることができる。また、ＦＯ膜１の外部に支持材を設ける場合には、ナイロンやポリエチレン等の樹脂製の網をＦＯ膜の表面上に設置することができる。このような支持体を設けることにより、ＦＯ膜１の膨張や収縮を防止し、ＦＯ膜１に十分な強度を付与することができる。

ＦＯ膜１の外部に樹脂製の網を設ける場合には、その網の表面にさらに細毛等の清掃手段を設けることができる。このような構成により、ＦＯ膜が回転する際に補強手段に設けた細毛等の清掃手段が清掃機能を示すため、対向するＦＯ膜の表面に蓄積したファウリング物質をさらに効率的に除去することができる。

図５は、図４のＦＯ膜１が複数のＦＯ膜部材からなる様子を概略的に示す図である。

ＦＯ膜１は、固定ボス３、供給管４及び集水管５から構成される複数の保持器を備え、各保持器はＦＯ膜部材を備える。ＦＯ膜部材が保持器に取り付けられたとき、そのＦＯ膜部材が取り付けられた保持器が有する供給管４からそのＦＯ膜部材に駆動溶液が供給され、そのＦＯ膜部材を浸透した水分及び駆動溶液の混合液は保持器が有する集水管５に集水される。すなわち、各ＦＯ膜部材が排水処理を実行するので、保持器に取り付けられた複数のＦＯ膜部材のうち１つのＦＯ膜部材を取り外しても、他のＦＯ膜部材によって排水処理を継続して実行することができる。換言すれば、保持器へのＦＯ膜部材毎の着脱が可能になるので、例えば、一のＦＯ膜部材の正浸透作用がファウリング物質によって阻害されたときに一のＦＯ膜部材のみ交換することができ、もって、ＦＯ膜１のメンテナンスを容易にすることができる。

本実施の形態では、４枚のＦＯ膜部材が各保持器に取り付けられて１枚の円盤状のＦＯ膜１が構成される。各保持器に取り付けられるＦＯ膜部材は、例えば、扇状や二等辺三角形状等でよい。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態で上述したＦＯ膜１と基本的に同じ機能を有するＦＯ膜１１ａ，１１ｂを用いた排水処理装置について説明する。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る排水処理装置におけるＦＯ膜１１ａ，１１ｂを概略的に示す図である。

図６に示すＦＯ膜１１ａ（第１の除去手段）及びＦＯ膜１１ｂ（第２の除去手段）は平膜型の膜であり、排水処理槽内の排水に浸漬されて使用される。ＦＯ膜１１ａ，１１ｂはその機能、用途について実質的に同一であり、第２の実施の形態において、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂが排水に浸漬されたとき、ＦＯ膜１１ａはＦＯ膜１１ｂに対して変位することを前提とする。ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの横方向の一端には、駆動溶液が流入する供給管１４（供給手段）が設けられ、供給管１４にはＦＯ膜と接する部分に多数の穴（供給孔）が設けられている。また、ＦＯ膜の横方向の他端には、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂを浸透した水分及び駆動溶液の混合液を集水する集水管１５（集水手段）が設けられ、集水管１５にはＦＯ膜１１ａ，１１ｂと接する部分に多数の穴（集水孔）が設けられている。

図６において、駆動溶液は供給管１４の上部から供給管１４に流入し、供給管１４の多数の供給孔（供給孔）からＦＯ膜１１ａ，１１ｂの内部に形成された流路に流入する。このとき、ＦＯ膜は排水に浸漬しているため、ＦＯ膜が排水から受ける圧力はＤＳから受ける圧力よりも高く、正浸透作用によって排水中の水分のみがＦＯ膜１１ａ，１１ｂ内に浸透し、夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜１１ａ，１１ｂの排水側の表面に残存する。浸透した水分と駆動溶液はＦＯ膜１１ａ，１１ｂの内部の流路において混合され、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂを浸透した水分及び駆動溶液の混合液は集水管１５に向かって流通する。その後、集水管１５の多数の穴（集水孔）から集水された混合液は集水管１５内を移動し、集水管１５の上部を経由して排水処理槽から排出される。このように、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂが複数の供給孔を有する供給管１４及び複数の集水孔を有する集水管１５を備えることにより、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂに効率的に駆動溶液を供給し効果的な膜分離を行うことができる。

図７は、図６のＦＯ膜１１ａ，１１ｂを備える排水処理装置を概略的に示す側面図である。

図７の排水処理装置は、複数枚のＦＯ膜１１ａ，１１ｂの上端部及び下端部がクランク１２（変位手段）に固定され、ＦＯ膜１１ａ及びＦＯ膜１１ｂが一定間隔で交互に配置されている。クランク１２は基軸部分と凹凸部分を有し、基軸部分にＦＯ膜１１ｂが固定され、凹凸部分にＦＯ膜１１ａが固定されている。クランク１２は駆動装置７に接続され、駆動装置７が駆動するとクランク軸が回転し、ＦＯ膜１１ｂは固定されたまま、ＦＯ膜１１ａが一定周期で上下動する。このような構成により、ＦＯ膜１１ａがＦＯ膜１１ｂに対して一定周期で変位する。なお、クランク機構１２の代わりにカム機構やその他の振動機構を用いてＦＯ膜１１ａを変位させてもよい。さらに、図７では、ＦＯ膜１１ａのみを上下動させているが、クランクの形状を変えることにより、ＦＯ膜１１ｂをＦＯ膜１１ａと同時に上下動させてもよい。

図７の排水処理装置によれば、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂが排水中に浸漬され、クランク１２に接続されている。クランク１２は基軸部分及び凹凸部分を有し、ＦＯ膜１１ｂは基軸部分に固定され、ＦＯ膜１１ａは凹凸部分に固定されている。これにより、クランク１２が回転すると、ＦＯ膜１１ａはＦＯ膜１１ｂに対して変位し、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面の近傍にせん断流が発生するので、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂに対して大量の気泡を曝気することなくＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができ、もって、排水処理に使用されるＦＯ膜１１ａ，１１ｂへのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することができる。

図８は、図７の排水処理装置の変形例を概略的に示す図である。

図８の排水処理装置は、その構成、作用が図７の排水処理装置と基本的に同じであり、ＦＯ膜１１ａの下端部が排水処理槽の底面に固定されたゴムやバネ等の伸縮材１３（振動手段）に固定されている点で図７の排水処理装置と異なる。

図８において、ＦＯ膜１１ａの下端部を伸縮材１３に固定することにより、クランプ１２が回転するとＦＯ膜１１ａが上下動する。これにより、図８の排水処理装置は図７の排水処理装置と同様の効果を奏することができる。伸縮材１３の材質は排水に対して耐食性のある樹脂や金属等が用いられ、伸縮材１３の強度と長さはＦＯ膜１１ａのＦＯ膜１１ｂに対する変位の自由度を考慮して適宜設定される。

図９は、図８の排水処理装置の変形例を概略的に示す図である。

図９の排水処理装置は、その構成、作用が図８の排水処理装置と基本的に同じであり、ＦＯ膜１１ａの上端部が直線状の固定部材に固定され、該固定部材がバイブレーター８に接続されている点で図８の排水処理装置と異なる。

具体的に、図９の排水処理装置は、ＦＯ膜１１ｂを移動しないよう固定しつつ、ＦＯ膜１１ａの上端部を直線状の固定部材に固定し、ＦＯ膜１１ａの下端部を排水処理槽の底面に固定されたゴムやバネ等の伸縮材に固定するよう構成される。バイブレーター８を用いて該固定部材を所定の周波数で振動させることにより、ＦＯ膜１１ａはＦＯ膜１１ｂに対して一定周期で振動して変位する。図９の排水処理装置は、図７及び図８の排水処理装置に比べてＦＯ膜１１ａの振動の振幅は小さいが、振動周波数を任意に設定することができ、ＦＯ膜１１ａの振動の振幅を変更することができる。

図９において、ＦＯ膜１１ａの振動方向は上下方向のみならず、ＦＯ膜１１ａ、１１ｂが対向していれば横方向や円弧方向であってもよく、いずれの方向でもＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面のファウリング物質を除去する効果がある。ＦＯ膜１１ａの振動方向は、ＦＯ膜１１ａの上端部を固定する固定部材を振動させる方向を調節することにより設定することができ、振動発生機構はバイブレーターに限らず振動性能やコスト面で優位な機構を選定することができる。

本実施の形態で使用する平膜型のＦＯ膜１１ａ，１１ｂには、本発明の第１の実施の形態と同様に、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂ自体やＦＯ膜１の近傍に、ブラシ、スポンジ及びゴム板等のワイパー機構（清掃手段）や邪魔板を設けることができる。これにより、ＦＯ膜１１ａが変位した際に、ワイパー機構を備えたＦＯ膜１１ａ，１１ｂに対向するＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができ、また、邪魔板を設けることによってＦＯ膜１１ａ，１１ｂの間のせん断流の勢いを向上させてＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができる。例えば、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの横方向に、ワイパー機構を設けることにより、ＦＯ膜１１ａがＦＯ膜１１ｂに対して変位した際に、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂは互いに対向するＦＯ膜の表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができる。

また、本実施の形態においては、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの内部又は外部に支持材（補強手段）を設けることができる。ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの内部に支持材を設ける場合には、例えば、ポリエステル等の樹脂製の多孔体や不織布等を支持材として用い、支持材の表面上にＦＯ膜１１ａ，１１ｂを積層した積層構造とすることができる。また、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの外部に支持材を設ける場合には、ナイロンやポリエチレン等の樹脂製の網をＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面上に設置することができる。このような支持材を設けることにより、ＦＯ膜の膨張又は収縮を防止しＦＯ膜１１ａ，１１ｂに十分な強度を付与することができる。

ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの外部に網等の補強手段を設ける場合には、補強手段の表面にさらに細毛等の清掃手段を設けることができる。このような構成により、ＦＯ膜が変位する際に補強手段に設けた細毛等の清掃手段が清掃機能を発揮するため、互いに対向するＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面に蓄積したファウリング物質をさらに効率的に除去することができる。

また、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂは、ＦＯ膜１１ａを浸透した水分及び駆動溶液の混合液がＦＯ膜１１ａの内部に形成された流路を通過する方向と、ＦＯ膜１１ｂを浸透した水分及び駆動溶液の混合液がＦＯ膜１１ｂの内部に形成された流路を通過する方向とが逆方向となるように設置されるのがよい。排水中の水分がＦＯ膜１１ａ，１１ｂを浸透する際に、その浸透圧によってＦＯ膜１１ａ，１１ｂの一部が膨張又は収縮する場合があるが、このような構成により、隣接するＦＯ膜１１ａ，１１ｂ全体としての変形を抑制することができる。

図１０は、図７のＦＯ膜１１ａ，１１ｂが複数のＦＯ膜部材からなる様子を概略的に示す図である。
図１０において、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂは３つのＦＯ膜部材が連結されている。これにより、ＦＯ膜部材毎の着脱が可能になるので、例えば、一のＦＯ膜部材の正浸透作用がファウリング物質によって阻害されたときに一のＦＯ膜部材を他のＦＯ膜部材に簡単に交換することができる。すなわち、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂのメンテナンスを容易にすることができる。

次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態では、第２の実施の形態で説明したＦＯ膜１１ａ，１１ｂを用いた排水処理装置であって第２の実施の形態で説明した排水処理装置とは異なる構成の排水処理装置について説明する。

図１１は、本発明の第３の実施の形態に係る排水処理装置を概略的に示す縦方向断面図である。

図１１の排水処理装置は、上下方向に振動可能な振動フレーム１６（第１の固定手段）と、排水処理槽に固定した固定フレーム１７（第２の固定手段）とを備える。振動フレーム１６には複数枚のＦＯ膜１１ａ（第１の除去手段）が一定間隔で固定されるとともに、固定フレーム１７には複数枚のＦＯ膜１１ｂ（第２の除去手段）が一定間隔で固定されている。振動フレーム１６の上端はカム機構１８（変位手段）に連結され、また、振動フレーム１６はバネやゴム等の伸縮材により固定フレーム１７に連結されている。振動フレーム１６が固定フレーム１７に連結されているとき、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂが一定間隔で交互に配置され、振動フレーム１６、固定フレーム１７、及びＦＯ膜１１ａ，１１ｂは排水処理槽内の排水に浸漬されている。

図１２は、図１１の排水処理装置の上面図である。

図１２において、振動フレーム１６は固定フレーム１７の内側に嵌合するように設置されている。カム機構１８は駆動装置７に連結され、駆動装置７を駆動してカム機構１８を回転させることにより、振動フレーム１６が伸縮材を介して一定の周期で上下方向に移動する。これにより、振動フレーム１６は固定フレーム１７に対して一定の周期で変位し、隣接するＦＯ膜１１ａがＦＯ膜１１ｂに対して相対的に振動する。振動フレーム１６の上下の振動幅は、ＦＯ膜の深さ方向の幅を考慮し、排水処理槽の底面に振動フレーム１６が接触しない範囲で設定される。なお、カム機構１８の代わりにクランク機構や種々のバイブレーターを用いて振動フレーム１６を振動させてもよい。

図１２排水処理装置によれば、振動フレーム１６には複数枚のＦＯ膜１１ａが一定間隔で固定されるとともに、固定フレーム１７には複数枚のＦＯ膜１１ｂが一定間隔で固定され、振動フレーム１６、固定フレーム１７、及びＦＯ膜１１ａ，１１ｂは排水処理槽内の排水に浸漬されている。このとき、振動フレーム１６は固定フレーム１７の内側に嵌合するように設置されるとともに、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂが一定間隔で交互に配置されている。振動フレーム１６はカム機構１８の回転に基づいて一定の周期で上下方向に移動するので、ＦＯ膜１１ａはＦＯ膜１１ｂに対して変位し、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面の近傍にせん断流が発生する。その結果、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂに対して大量の気泡を曝気することなくＦＯ膜１１ａ，１１ｂの表面に蓄積したファウリング物質を効果的に除去することができ、もって、排水処理に使用されるＦＯ膜１１ａ，１１ｂへのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することができる。

図１３は、図１１の排水処理装置のＡ－Ａ線に沿う断面図である。

振動フレーム１６及び固定フレーム１７のそれぞれには、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの内部に形成された流路に駆動溶液を供給する供給口と、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂを浸透した水分及び駆動溶液の混合液を集水する集水口が設けられている。また、図６と同様に、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの横方法の一端には、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂに駆動溶液を流入する供給管１４（供給手段）が設けられ、供給管１４にはＦＯ膜１１ａ，１１ｂに駆動溶液を供給する多数の穴（供給孔）が設けられている。また、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの横方法の他端には、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂを浸透した水分及び駆動溶液の混合液を集水する集水管１５（集水手段）が設けられ、集水管１５にはＦＯ膜１１ａ，１１ｂを浸透した水分及び駆動溶液の混合液を集水する多数の穴（集水孔）が設けられている。

図１３において、振動フレーム１６及び固定フレーム１７のそれぞれの供給口に供給された駆動溶液は、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの一端にある供給管１４に流入し、供給管１４の多数の供給孔からＦＯ膜の内部に形成された流路に流入する。このとき、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂは排水に浸漬しており、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂが排水から受ける圧力はＦＯ膜１１ａ，１１ｂが駆動溶液から受ける圧力よりも高いため、正浸透作用により排水中の水分はＦＯ膜の内部に浸透し、排水中の夾雑物及び溶解性物質はＦＯ膜１１ａ，１１ｂの排水側の表面に残存する。その結果、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂを浸透した水分及び駆動溶液の混合液は集水管１５を経由し、その後、振動フレーム１６の集水口や固定フレーム１７の集水口をさらに経由して排水処理槽から排出される。

本実施の形態で使用するＦＯ膜１１ａ，１１ｂ自体やＦＯ膜１１ａ，１１ｂの近傍には、本発明の第１の実施の形態と同様に、清掃手段や邪魔板を設けることができる。これにより、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態においても、第２の実施の形態と同様に、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂの内部又は外部に支持材（補強手段）を設けることができ、その表面には細毛等の清掃手段を設けることができる。これにより、第２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。さらに、本実施の形態においても、図１０と同様に、ＦＯ膜１１ａ，１１ｂが複数のＦＯ膜部材から構成されてもよい。

また、振動フレーム１６を伸縮材により固定フレーム１７に連結する場合には、伸縮材の強さやフレームの浮力を調整することにより、カム機構１８の回転に要する動力を最小にすることができる。さらに、駆動装置７を排水の水面よりも上部に設け、振動フレーム１６及び固定フレーム１７を含むユニット全体を釣り上げて排水処理槽の外部に取り出せる構成とすることにより、メンテナンス性に優れた排水処理装置とすることができる。

上述した本発明の第１の実施の形態～第３の実施の形態に係る排水処理装置は、ＦＯ膜１又はＦＯ膜１１ａ，１１ｂが回転又は変位するという共通の技術的特徴を有し、排水処理に使用される膜へのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することが可能な排水処理方法を提供することができる。

また、本発明の第１の実施の形態～第３の実施の形態に係る排水処理装置は既存の下水処理場の更新に適用できる。駆動溶液には、精製処理や濾過処理等が施された海水が使用できる場合がある。既存の下水処理場では、標準活性汚泥法（生物処理）が用いられる場合が多いが、本発明の排水処理装置では、生物処理を実行することなく有機物等を除去することができる。なお、本発明の排水処理装置は排出された夾雑物及び溶解性物質に基づいてエネルギーとして利用されるバイオガスを生成することができ、もって、資源の有効活用に寄与することができる。

このように、本発明の排水処理装置は、既存の排水処理場の設備に容易に適用させることができ、複雑な生物処理設備を省いた迅速な処理が可能であるとともに、エネルギー効率の高いプロセス設計を可能とする。

以上、本発明について、上述した実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明は、排水処理に使用される膜へのファウリングを軽減するとともに、排水処理に必要な消費電力量を削減することができる。

１，１ｃＦＯ膜
１ａＦＯ膜（第１の除去手段）
１ａａＦＯ膜（第２の除去手段）
１ｂＦＯ膜（第３の除去手段）
２回転軸
２ａ回転軸
２ｂ他の回転軸
３固定ボス
４供給管
５集水管
６軸受け
７駆動装置
８バイブレーター
９スイベルジョイント
１０膜モジュール
１０ａ第１の膜モジュール
１０ｂ第２の膜モジュール
１０ｃ第３の膜モジュール
１１ａ，１１ｂＦＯ膜
１２クランク
１３伸縮材
１４供給管
１５集水管
１６振動フレーム
１７固定フレーム
１８カム機構
３０供給部
３１集水部
３２駆動溶液通過部
３３混合液通過部

Claims

夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第１の除去手段と、
前記第１の除去手段を固定する回転軸と、
前記第１の除去手段から離間して前記回転軸に固定されるとともに、前記排水及び前記駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第２の除去手段と、を備え、
前記第１の除去手段、前記回転軸、及び前記第２の除去手段は第１の膜モジュールを構成し、前記第１の膜モジュールは前記回転軸を中心に回転することを特徴とする排水処理装置。
前記排水及び前記駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第３の除去手段と、
前記第３の除去手段を固定する他の回転軸と、をさらに備え、
前記第３の除去手段及び前記他の回転軸は第２の膜モジュールを構成し、前記第２の膜モジュールは前記他の回転軸を中心に回転し、前記第３の除去手段の一部は前記第１の除去手段及び前記第２の除去手段の間に介在していることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
前記第１の膜モジュールが回転する方向は、前記第２の膜モジュールが回転する方向と同一方向であることを特徴とする請求項２記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段又は前記第２の除去手段は、前記駆動溶液を供給する供給手段と、前記供給された駆動溶液及び前記排水から前記駆動溶液に移動した水分を集水する集水手段とを備えることを特徴とする請求項２又は３記載の排水処理装置。
前記供給手段は前記駆動溶液を供給するための複数の供給孔を有し、前記集水手段は前記供給された駆動溶液及び前記排水から前記駆動溶液に移動した水分を集水するための複数の集水孔を有することを特徴とする請求項４記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段、前記第２の除去手段、又は前記第３の除去手段は複数の領域からなり、前記供給手段は前記駆動溶液を各前記領域に供給し、前記集水手段は各前記領域に供給された駆動溶液及び前記排水から各前記領域の駆動溶液に移動した水分を集水することを特徴とする請求項４又は５記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段又は前記第２の除去手段に対応する前記供給手段及び前記集水手段は前記第３の除去手段を清掃する第１の清掃手段を有し、前記第３の除去手段に対応する前記供給手段及び前記集水手段は前記第１の除去手段及び前記第２の除去手段を清掃する第２の清掃手段を有することを特徴とする請求項４乃至６記載のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段、前記第２の除去手段、及び前記第３の除去手段は補強手段を有することを特徴とする請求項２乃至７記載のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段又は前記第２の除去手段に対応する前記補強手段は前記第３の除去手段を清掃する第３の清掃手段を有し、前記第３の除去手段に対応する前記補強手段は前記第１の除去手段及び前記第２の除去手段を清掃する第４の清掃手段を有することを特徴とする請求項８記載の排水処理装置。
前記第１の膜モジュール及び前記第２の膜モジュールを回転駆動する駆動装置を有することを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の排水処理装置。
夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第１の除去手段と、
夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第２の除去手段と、を備え、
前記第１の除去手段は前記第２の除去手段に対して変位する変位手段を有することを特徴とする排水処理装置。
前記変位手段は少なくとも前記第１の除去手段の一端に配設されていることを特徴とする請求項１１記載の排水処理装置。
前記変位手段はカム機構、クランク機構、又は振動機構を有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段又は前記第２の除去手段に対して前記駆動溶液を供給する供給手段と、前記供給された駆動溶液及び前記排水から前記駆動溶液に移動した水分を集水する集水手段とを備えることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記供給手段は前記駆動溶液を供給するための複数の供給孔を有し、前記集水手段は前記供給された駆動溶液及び前記排水から前記駆動溶液に移動した水分を集水するための複数の集水孔を有することを特徴とする請求項１４記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段に沿って流れる駆動溶液の方向は、前記第２の除去手段に沿って流れる駆動溶液の方向と逆方向であることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の排水処理装置
前記第１の除去手段は前記第２の除去手段を清掃する第１の清掃手段を有し、前記第２の除去手段は前記第１の除去手段を清掃する第２の清掃手段を有することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段及び前記第２の除去手段は補強手段を有することを特徴とする請求項１１乃至１７記載のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段が有する補強手段は前記第２の除去手段を清掃する第３の清掃手段を有し、前記第２の除去手段が有する補強手段は前記第１の除去手段を清掃する第４の清掃手段を有することを特徴とする請求項１８記載の排水処理装置。
前記変位手段を駆動する駆動装置を有することを特徴とする請求項１１乃至１９のいずれか１項に記載の排水処理装置。
夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第１の除去手段と、
前記第１の除去手段を固定する第１の固定手段と、
夾雑物及び溶解性物質及び水分を含む排水、並びに、水分を含み且つ前記排水以外の駆動溶液の間に配設され、前記排水から受ける圧力が前記駆動溶液から受ける圧力よりも高い場合に前記排水から前記夾雑物及び溶解性物質を取り除き且つ前記排水に含まれる水分を前記駆動溶液に移動する第２の除去手段と、
前記第２の除去手段を固定する第２の固定手段と、を備え、
前記第１の固定手段は前記第２の固定手段に対して変位することを特徴とする排水処理装置。
前記第１の固定手段は前記第２の固定手段に対して変位するための変位手段を介して前記第２の固定手段に接続されていることを特徴とする請求項２１記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段又は前記第２の除去手段に対して前記駆動溶液を供給する供給手段と、前記供給された駆動溶液及び前記排水から前記駆動溶液に移動した水分を集水する集水手段とを備えることを特徴とする請求項２１又は２２記載の排水処理装置。
前記供給手段は前記駆動溶液を供給するための複数の供給孔を有し、前記集水手段は前記供給された駆動溶液及び前記排水から前記駆動溶液に移動した水分を集水するための複数の集水孔を有することを特徴とする請求項２３記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段に対して供給される駆動溶液が流れる方向は、前記第２の除去手段に対して供給される駆動溶液が流れる方向と逆方向であることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段は前記第２の除去手段を清掃する第１の清掃手段を有し、前記第２の除去手段は前記第１の除去手段を清掃する第２の清掃手段を有することを特徴とする請求項２１乃至２５のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段及び前記第２の除去手段は補強手段を有することを特徴とする請求項２１乃至２６記載のいずれか１項に記載の排水処理装置。
前記第１の除去手段が有する補強手段は前記第２の除去手段を清掃する第３の清掃手段を有し、前記第２の除去手段が有する補強手段は前記第１の除去手段を清掃する第４の清掃手段を有することを特徴とする請求項２７記載の排水処理装置。
前記変位手段を駆動する駆動装置を有することを特徴とする請求項２１乃至２８のいずれか１項に記載の排水処理装置。