JPH0824596A - 懸濁液の膜分離方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】平型膜ユニット２を原液槽１内に設け、平型膜
ユニットの下方に散気部材３を設けた膜分離装置の原液
槽１内に懸濁液を供給し、平型膜ユニット２の濾過液流
路側を減圧し、かつ散気部材３から気体を噴出させつつ
懸濁液を濾過する場合、エア−スクラビングの旋回流速
を増加することなしに、膜面でのゲル層の生成をよく防
止して高濾過流速を保証できる懸濁液の膜分離方法を提
供する。 【構成】上記散気部材３を移動させつつ上記の濾過を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は懸濁液の膜分離方法に関
し、特に生活排水や工場排水の浄化処理に有用なもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】懸濁液を限外濾過膜や精密濾過膜等の半
透膜によって処理する場合、キャピタリ−型膜モジュ−
ルやスパイラル膜モジュ−ルを使用すると、原液流路が
複雑で、かつ細いために、膜面への懸濁物質の付着によ
るゲル層乃至はケ−ク層が形成され易く、濾過流束の低
下が顕著である。従って、これらの膜モジュ−ルにおい
ては、懸濁濃度の高い生活排水や工場排水の浄化処理に
は不適切である。

【０００３】従来、高濃度懸濁液を膜分離法により浄化
処理する場合、内部に濾過液流路を有する平型膜ユニッ
トを原液槽内に設け、平型膜ユニットの下方に散気管を
設けた膜分離装置の原液槽内に懸濁液を供給し、平型膜
ユニットの濾過液流路側を減圧し、かつ散気管から気体
を噴出させつつ（エア−スクラビングしつつ）懸濁液を
濾過することが公知である（特公平４−７０９５８号公
報）。

【０００４】この膜分離方法においては、特に、原液が
生活排水や工場排水のように有機物を多量に含有する懸
濁液の場合、排水中の有機物が浮遊状態の活性汚泥によ
って好気状態下で吸着・代謝分解されて病原菌が減少さ
れ、活性汚泥が増殖されていく。即ち、微生物反応も進
行されていく。

【０００５】この懸濁液の膜分離方法によれば、平型膜
ユニット間に、鉛直方向の所望厚みの原液流路ギャップ
を容易に形成でき、また、原液槽圧力が実質的に大気圧
であるために、散気管からエア−を原液中に噴出させて
エア−スクラビングを効率良く発生させ得、膜面にエア
−リフト効果による気液混合流を充分に高速で接触させ
る得るので、上記ゲル層乃至はケ−ク層の生成の効果的
な防止が期待されている。

【０００６】しかしながら、懸濁液が生活排水や工場排
水の場合は、活性汚泥が絶えず増殖され、これが膜面に
付着するから、単なるエア−スクラビングでは、ゲル層
乃至はケ−ク層の生成を満足に抑制し難く、充分な濾過
流束を保証し難い。

【０００７】そこで、散気管からの単位時間当たりの散
気量を所定時間ごとに大きくし、膜面に接触する気液混
合流のフロ−パタ−ンを激しく変化させて、膜面からゲ
ル層乃至はケ−ク層を除去することが提案されている
（特開平４−２６５１２８号公報）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記活性汚
泥を浮遊させ、懸濁液中の有機物を好気状態のもとで吸
着・代謝分解させるには、有機物の種類や処理速度によ
っても異なるが、エア−スクラビングによる旋回流速
を、２．０ｍ／ｓｅｃもの高流速とすることが必要とさ
れる場合がある。

【０００９】而るに、上記散気量を所定時間ごとに大き
くする場合は、その所定時間ごとに旋回流速を２．０ｍ
／ｓｅｃ以上もの高流速にしなければならないことがあ
り、かかる高旋回流速のもとでは、平型膜ユニットの固
定部材や膜の破損が懸念される。また、動力コストのか
なりの増大が余儀なくされ、膜分離の利点である省エネ
ルギ−化を保証し難くなる。

【００１０】本発明の目的は、平型膜ユニットを原液槽
内に設け、平型膜ユニットの下方に散気部材を設けた膜
分離装置の原液槽内に懸濁液を供給し、平型膜ユニット
の濾過液流路側を減圧し、かつ散気部材から気体を噴出
させつつ懸濁液を濾過する場合、エア−スクラビングの
旋回流速を増加することなしに、膜面でのゲル層の生成
をよく防止して高濾過流速を保証できる懸濁液の膜分離
方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る懸濁液の膜
分離方法は、内部に濾過液流路を有する平型膜ユニット
を原液槽内に設け、平型膜ユニットの下方に散気部材を
設けた膜分離装置の原液槽内に懸濁液を供給し、平型膜
ユニットの濾過液流路側を減圧し、かつ散気部材から気
体を噴出させつつ懸濁液を濾過する方法において、上記
散気部材を移動させつつ上記の濾過を行うことを特徴と
する構成であり、平型膜ユニットの濾過液流路側の減圧
は間歇的に行うことが好ましい。

【００１２】以下、図面を参照しつつ本発明の構成を説
明する。図１の（イ）は本発明において使用する膜分離
装置を示す断面説明図、図１の（ロ）は同膜分離装置を
示す平面説明図である。図１の（イ）並びに図１の
（ロ）において、１は原液槽であり、載蓋で蓋閉するこ
とができ（図示されていない）、この場合でも、内部は
大気圧に保持される。この原液槽１には、従来の活性汚
泥方式による散気式曝気槽の曝気槽本体を使用すること
ができる。２，…は原液槽内に所定の間隔で配設した平
型膜ユニットであり、内部に濾過液流路を有している。
２０は平型膜ユニットの濾過液集水管であり、ユニット
内の濾過液流路に連通され、膜を通過した濾過液が濾過
液流路を経てこの濾過液集水管に集められる。

【００１３】３は平型膜ユニット２，…の下方に設けた
十字状の散気管であり（所定の間隔ごとに散気孔を穿設
してある）、中央に送気管軸３１を有し、この管軸の下
端部並びに上端部を軸受３２，３２により回転可能に軸
支してある。３３は散気管回転用の電動機、３４は送気
管軸３１の上端部に取付けたホイ−ル、３５はこのホイ
−ル３４と電動機３３との間に掛架したベルトやスプロ
ケット等の動力伝達手段である。３６は送気管軸３１に
回転継手３７を介して接続した送気配管、３８はブロワ
である。４は平型膜ユニット２，…の濾過液集水管２
０，…に接続した濾過液取出し配管、４１はこの配管４
に挿入した吸引ポンプ、４２は濾過液貯槽である。５は
懸濁液供給配管、５１はこの配管５に挿入した液送ポン
プである。

【００１４】図２は上記平型膜ユニット２の平膜構造を
示し、濾過液流路部材２１の両面に半透膜２２（限外濾
過膜または精密濾過膜）を積層して成り、濾過液流路部
材２１には、プラスチックネット、織物（例えば、ポリ
エステル製トリコット織物、特に、この織物を樹脂液、
例えばメラミン樹脂液で内部に繊維間隙を残すように固
めたもの等）、多孔プラスチック板等を使用でき、半透
膜２２には、膜を不織布等の基材に貼り合わせたもの、
膜に不織布等の基材を埋め込んだもの等を使用できる。

【００１５】上記平型膜ユニット２には、濾過液集水管
を有する枠体に上記平膜構造を取着したものを使用で
き、例えば、図３の（イ）並びに図３の（ロ）〔図３の
（イ）におけるロ−ロ断面図〕に示すように、２つ割の
集水管付き枠体２３で濾過液流路部材２１を挾着し（通
常、ボルトを使用する）、割れ目をガスケット２０３ま
たは接着剤等で封止し、枠体２３の両面に膜２２を接着
剤２０４または接着テ−プで添着したもの、図４の
（イ）並びに図４の（ロ）〔図４の（イ）におけるロ−
ロ断面図〕に示すように、濾過液流路部材２１の両面に
半透膜２２を積層し、両半透膜の三方を融着等で封止し
た封筒状の平膜構造を２つ割の集水管付き枠体２３でボ
ルト等の締め付け等により挾着し、封筒半透膜の開口端
２０２を集水管２０に連通したもの等を使用できる。

【００１６】上記平型膜ユニット２の寸法は、処理槽の
寸法を、従来の散気型曝気槽の曝気室の寸法にほぼ等し
くする場合、高さ５０ｃｍ〜１５０ｃｍ、巾２０ｃｍ〜
１００ｃｍ、厚み３ｍｍ〜６ｍｍとされる。

【００１７】上記平型膜ユニット２，…のモジュ−ル構
造としては、図５の（イ）に示すように、複数箇の平型
膜ユニット２，…を交互に集水管２０の位置を左右逆に
して並設し、この並設群を、図５の（ロ）に示すような
パイプ部材のフレ−ム２００内に納め、各集水管２０の
上下端をフレ−ム２００の上下水平部材２０５，２０６
に接続し、フレ−ム２００の脚部２０８，…を原液槽の
底面に固定するものを使用できる。この場合、上記図１
の（イ）における濾過液取出し配管４はフレ−ム２００
のパイプ部材に接続することができる。なお、フレ−ム
の上側部材の三方のみをパイプ部材とすることも可能で
ある。上記平型膜ユニットにおいては、左右に透過水集
液管を設けることも可能である。

【００１８】上記図１の（イ）並びに（ロ）中の十字状
散気管２においては、後述するように電動機３３により
送気管軸３１を中心として回転されるから、上記フレ−
ム２００の脚部２０８，…は、この回転に支障を来さな
いように、散気管先端の回転軌跡よりも外側に位置され
ている。

【００１９】上記平型膜ユニットのモジュ−ル構造とし
ては、エア−スクラビングによる原液旋回流に対し、安
定な固定状態を保証でき、かつ、上記十字状散気管の回
転を邪魔するものでなければ、上記のフレ−ム支持方式
以外の適宜の構成を使用できる。

【００２０】本発明により懸濁液、例えば、生活排水、
工場排水等の汚水を処理するには、この排水を貯槽に一
旦貯えたうえ、図１の（イ）並びに（ロ）において、こ
の汚水を液送ポンプ５１により原液槽に供給し、十字状
散気管３を電動機３３の駆動により回転させると（散気
管の回転移動は、濾過処理中、絶えず行う）共にブロワ
３８の駆動により回転中散気管３から空気を噴出させ、
同時に、吸引ポンプ４１の駆動により平型膜ユニット２
の濾過液流路側を減圧して所定の膜間差圧を作用させ、
汚水中の有機物を空気との接触下、好気性微生物により
吸着・代謝分解させ、病原菌を減少させると共に好気性
微生物を増殖させつつ、平型膜ユニット２の膜に水を透
過させ、これを濾過液取出し配管４を経て濾過液貯槽４
２に取出していく。

【００２１】この場合、エア−スクラビングによる旋回
流速（平均流速）は、懸濁液の液質や濃度や処理速度等
によっても異なるが、通常０．４〜２．０ｍ／ｓｅｃ、
好ましくは、０．５〜１．０ｍ／ｓｅｃの範囲内とする
ように、ブロワ３８の送風量が調整される。０．４ｍ／
ｓｅｃ以下では、エア−スクラビングによる膜面の洗浄
効果を満足に行い難く、また、活性汚泥が沈殿して微生
物反応を促進させ難いし、２．０ｍ／ｓｅｃ以上では、
上記モジュ−ルの固定が困難となり、空気供給コストが
高くなり過ぎる。

【００２２】上記平型膜ユニット２，２間の相互間隔
は、原液の水質等によっても異なるが、通常、５〜１５
ｍｍ程度とされる。５ｍｍ以下では、エア−スクラビン
グによる平型膜ユニット間の原液上昇流に対する抵抗が
高くなり過ぎ、その流速を高速になし得ずに膜面洗浄効
果が低下し、１５ｍｍ以上では、原液槽容積に対する膜
面積が小となり過ぎ、膜分離装置の大型化が招来され
る。

【００２３】上記実施例においては、好気性微生物によ
る活性汚泥処理を行っているが、散気管から窒素ガス等
の非酸素ガスをエア−スクラビングさせて嫌気性微生物
による処理を行うことも可能である。

【００２４】上記実施例においては、十字状の散気管を
回転させて散気管を移動させているが、散気管の移動に
より、一の位置での原液の流速や方向を変化させ得れば
よく、上記十字状散気管の回転のみに限定されるもので
ないことはいうまでもない。例えば、図６に示すよう
に、孔開き管３，…を継手３９，…により格子状に組み
立てたものを、平型膜ユニッ２，…トの直下の原液槽底
面上を往復移動させることも可能である。

【００２５】本発明に係る懸濁液の膜分離方法におい
て、平型膜ユニット２，…の濾過液流路側の吸引ポンプ
４１による減圧は、間歇的に行うことが好ましい。平型
膜ユニットの濾過液流路側を間歇的に減圧すれば、濾過
液流路側の圧力変化時に伴い膜を撓み変形させて、生成
したゲル層の剥離を促すことができ、またゲル層が厚く
なる前にそのまだ薄いゲル層をエア−スクラビングによ
る旋回流で効果的に剥離することができる。この間歇的
減圧での吸引ポンプの作動時間／停止時間の比は、原液
の水質や懸濁質濃度やエア−スクラビングの旋回流速に
よって異なるが、通常、２〜３〔（１０〜２０分）／
（３〜１０分）〕とされ、懸濁質濃度が大の場合ほど、
その比を大とすることが望ましい。

【００２６】本発明に係る懸濁液の膜分離方法によれ
ば、濾過の進行に伴い膜面に生成されるゲル層またはケ
−ク層の生成速度を著しく低速にできるが、ゲル層の生
成にもかかわらず、濾過流束を一定とするように、ゲル
層生成による濾過抵抗の増大に伴い平型膜ユニットの濾
過液流路側の減圧度を高くして膜間差圧を大としてい
き、その減圧度が所定値に達すると（例えば、−２３０
ｍｍＨｇ程度）、減圧度を小さくし（例えば、−８０ｍ
ｍＨｇ程度）、膜洗浄を行って（例えば、散気からの散
気流速を一時的に高速とする、ブラシ洗浄をする等）濾
過流速を回復させることを繰り返すことができる。

【００２７】

【作用】散気部材が移動されるから、膜面での一の位置
での散気孔に対する方向や距離が時間的に変化し、従っ
て、膜面の当該位置におけるエア−スクラビングの旋回
流速並びに方向が変化し、その膜位置でのゲル層に対す
る旋回流による剥離の力が静荷重的なものから動荷重的
（繰返し荷重的）なものとなるから、ゲル層が剥離され
易くなると推定される。

【００２８】また、旋回流の乱流化が促され、懸濁物質
の膜面への付着が生じ難くなり、ゲル層が生成され難く
なると推定される。特に、平型膜ユニットの濾過液流路
側の減圧を間歇的に行う場合は、濾過液流路側の圧力変
化時に伴い膜が撓み変形させ、その膜の撓み変形に伴い
ゲル層に応力が発生してゲル層が膜面からよく剥離され
ようとする。

【００２９】このように、ゲル層が生成され難くなり、
生成されても剥離され易いために、濾過流速の低下をよ
く抑制でき、濾過流速を充分に高く維持できる。このこ
とは、次ぎの実施例と比較例との対比からも確認でき
る。

【００３０】

【実施例】

〔実施例１〕平型膜ユニットには図３に示すものを使用
し、枠体２３の寸法は、縦６０ｃｍ、横（巾）５０ｃｍ
とし、膜２２には、縦５０ｃｍ、横４０ｃｍ、公称孔径
０．３μｍの精密濾過膜を使用し、枠２３にエポキシ系
接着剤２０４により接着した。平型膜ユニットのモジュ
−ルには、図５の（イ）並びに（ロ）により説明したも
のを使用し、平型膜ユニット２の枚数は１０枚とし、平
型膜ユニット相互間の間隔を１０ｍｍとした。膜分離装
置には図１の（イ）並びに（ロ）に示したものを使用し
た。

【００３１】懸濁液には、MLSS濃度６，０００〜７，０
００ｍｇ／リットルの活性汚泥溶液を使用し、濾過液流
速を０．６ｍ³／ｍ²・dayに保持するように、平型膜ユ
ニット２の濾過液流路側の減圧度を吸引ポンプ４１によ
り調整し（時間の経過と共にゲル層が生成し、濾過抵抗
が増大するので、減圧度はそれに応じ大としていく）、
また、十字状散気管３のエア−噴出量を原液槽内の平均
旋回流速を１ｍ／ｓｅｃとするように調整し、同散気管
３の回転速度を１２ｒｐｍに設定して、上記活性汚泥溶
液を濾過処理した。吸引ポンプ４１の運転は、１５分間
作動、５分間停止を繰り返して行った。

【００３２】〔実施例２〕散気管には、図６に示す枠型
で、巾が４５ｃｍ、長さが１００ｃｍのものを使用し、
ブロワとこの散気管との間を可撓性チュ−ブで連結し、
この枠型散気管を長さ方向に１２往復／ｍｉｎ、ストロ
−ク距離１０ｃｍで移動させた以外、実施例１に同じと
した。

【００３３】〔比較例〕十字状散気管を回転させずに静
止状態で使用した以外、実施例１に同じとした。

【００３４】上記実施例並びに比較例における、濾過処
理開始後、濾過液流速０．６ｍ³／ｍ²・day保持下での
平型膜ユニットの濾過液流路側吸引圧力（吸引ポンプの
間歇作動における吸引ポンプ作動中の吸引圧力）は、図
７に示す通りであり、何れの実施例においても、比較例
に較べ経時的な濾過抵抗の増大が小であって、減圧度を
小にできること、従って、ゲル層の生成が少ないことが
明らかである。

【００３５】

【発明の効果】本発明に係る懸濁液の膜分離方法によれ
ば、内部に濾過液流路を有する平型膜ユニットを原液槽
内に設け、平型膜ユニットの下方に散気部材を設けた膜
分離装置の原液槽内に懸濁液を供給し、平型膜ユニット
の濾過液流路側を減圧し、かつ散気部材から気体を噴出
させつつ懸濁液を濾過する方法において、散気部材を移
動させる移動させることにより、膜面でのゲル層の生成
を抑制して濾過液流速を充分に保証し得、散気管からの
単位時間当たりの散気量を所定時間ごとに大きくする従
来例とは異なり、エア−スクラビングの旋回流速を間歇
的に高くする必要がなく、平型膜ユニットモシュ−ルの
固定状態の安定保持、エネルギ−コストの低減に有利で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（イ）は、本発明において使用する膜分
離装置を示す断面説明図、図１の（ロ）は、同じく平面
説明図である。

【図２】本発明において使用する平型膜ユニットの平膜
構造の一例を示す説明図である。

【図３】図３の（イ）は、本発明において使用する平型
膜ユニットの一例を示す斜視説明図、図３の（ロ）は、
図３の（イ）におけるロ−ロ断面図である。

【図４】図４の（イ）は、本発明において使用する平型
膜ユニットの上記とは別の例を示す斜視説明図、図４の
（ロ）は、図４の（イ）におけるロ−ロ断面図である。

【図５】図５の（イ）は、本発明において使用する平型
膜ユニットの配設状態を示す説明図、図５の（ロ）は、
その平型膜ユニット群を支持するためのフレ−ムを示す
斜視説明図である。

【図６】本発明において使用する散気部材の別例を示す
平面説明図である。

【図７】本発明と従来例との定量濾過のもとでの平型膜
ユニットの濾過液流路側減圧状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 原液槽 ２ 平型膜ユニット ３ 散気部材 ３８ ブロワ ４ 濾過液取出し配管 ４１ 吸引ポンプ ５ 原液供給配管 ５１ 液送ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に濾過液流路を有する平型膜ユニット
   を原液槽内に設け、平型膜ユニットの下方に散気部材を
   設けた膜分離装置の原液槽内に懸濁液を供給し、平型膜
   ユニットの濾過液流路側を減圧し、かつ散気部材から気
   体を噴出させつつ懸濁液を濾過する方法において、上記
   散気部材を移動させつつ上記の濾過を行うことを特徴と
   する懸濁液の膜分離方法。
2. 【請求項２】平型膜ユニットの濾過液流路側の減圧を間
   歇的に行う請求項１記載の懸濁液の膜分離方法。