JPH08323165A - 膜装置及び膜処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】膜表面のゲル層の成長を防止でき、高い透過濾
過量を維持しつつ汚泥の閉塞を防止でき、しかも膜全体
の汚泥閉塞をバラツキなく防止できる膜装置、フレーム
の分解洗浄回数を減少でき、外部設置型でメインテナン
ス性の良い平膜装置、及び循環ポンプをなくすことがで
き、コストの低減に寄与する膜処理装置を提供するこ
と。 【解決手段】平膜状の濾過膜104を縦方向に複数並設し
て該濾過膜104間に膜間流路108と濾液の排出部を交互に
形成し、且つ該膜間流路108の下端部に微細気泡の吐出
部401を設けてなる膜装置、及び上記膜装置１と前記吐
出部401に空気を供給する散気装置と、該膜装置１へ濃
縮原液を導入する流入口110と該膜装置１から濃縮原液
を排出する流出口111に連結された循環タンク３と、前
記濾液を吸引する濾液ポンプ２とからなる膜処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生物処理の反応槽
内の汚泥、反応槽から移送されてきた汚泥又はそれらの
濃縮汚泥、生物処理前のし尿廃水、凝集剤添加による凝
集反応液又はその反応液を沈殿槽で分離した濃縮汚泥及
びその上澄み液等の原液を膜濾過するための膜装置及び
その膜装置を組み込んで膜処理プロセスを実現する膜処
理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】海洋や河川等の汚染の原因となる有機
物、窒素、リン等を含有する廃水は、一般に生物処理に
よって清澄な水に処理され、河川等に放流されている。

【０００３】生物処理反応液の固液分離手段としては、
従来、重力沈降式の沈殿槽が用いられていたが、最近で
は設置スペースの減少、メンテナンスの容易性等から膜
分離技術が用いられるようになってきた。

【０００４】膜分離技術では、濾液量を長期間一定量得
られることが極めて重要な課題であるが、一般に濾液量
が時間とともに低下していくことは避けられない。この
原因の一つとして、膜表面に分離濃縮物質等が沈積して
ゲル層を形成し、このゲル層が成長して濾液の透過の妨
げとなることが考えられている。このゲル層を濃度分極
層と称しており、濃度分極層の厚みは、汚泥中の汚濁物
質濃度が高く、かつ透過濾液量が多いほど厚くなりやす
くなる。従って、膜分離技術では、上記の濃度分極層の
厚みをいかに少なく抑えていくか、生成した濃度分極層
をいかに除去させるか、が重要となる。

【０００５】膜分離技術としては、膜の種類によって、
平膜方式、チューブラー方式等が知られており、膜の設
置位置によって、反応槽外に膜を設置する外部設置式、
反応槽内に膜を設置する液中膜式が知られている。

【０００６】従来、外部設置式で平膜を用いた膜装置又
は膜処理装置としては、図４に示す装置が知られてい
る。同図において、50は膜装置、51は図示しない反応槽
等から送られてくる汚泥を受け入れる循環槽、52は循環
ポンプである。53は図示しないパッキンを外し分解が可
能なフレームであり、該フレーム53内に複数の膜付き板
54が着脱可能に固定されている。膜付き板54は上下に開
口55、56を有する膜支持部材57と膜58とから成ってお
り、該膜支持部材57の両面に間隙57ａを介して膜58が取
り付けられている。59は濾液の排出溝である。60はフレ
ームに設けられた汚泥流入口、61は流出口である。62は
汚泥あるいは濃縮汚泥が流れる膜間流路である。

【０００７】循環槽51内の汚泥は循環ポンプ52を用いて
汚泥流入口60に導入され、開口56を介して膜間流路62に
入り、濃縮汚泥と濾液に分離される。濾液は濾液の排出
溝59を介して外部に取り出される。濃縮汚泥は汚泥流出
口61を介して循環槽51に戻され、図示しない反応槽等か
ら送られてくる汚泥と混合される。上記の循環操作は繰
り返し行なわれる。

【０００８】上記の従来装置においては、濃度分極を抑
えるために、膜間流路62内における汚泥の循環流速を2
〜2.5m/s程度と早くする手法が採られていた。しかし、
循環流量が多く、かつ圧力損失も増大するため、ポンプ
の動力が大きくならざるを得ない。

【０００９】また、膜の循環汚泥側（膜間流路側）に圧
力をかけて運転すると、透過濾液量が一時的には高くな
るが、透過濾液量を高くすることによって、膜表面のゲ
ル層の成長が早くなり、濾液量は低下してしまう。高い
透過濾液量を維持しようとすると、さらに動力費が高く
なる。

【００１０】平膜方式では、図示しないパッキンを外し
フレームを分解して洗浄することにより完全にゲル層を
除去することができる。このため、仮に汚泥の閉塞が発
生しても膜の機能を完全に回復することができる利点が
ある。しかし、膜の分解点検作業は、汚れ作業になるの
で、この作業回数を少なくすることが望まれている。

【００１１】一方、特開平2-86893号公報には、平膜を
反応槽に浸漬して、吸引ポンプで吸引して濾液を得る液
中平膜装置が開示されている。かかる装置によれば、必
要濾液量を得るのに必要な動力を低く抑えることができ
るようになる。また透過濾液量を低く抑えることによ
り、ゲル層の成長を遅く抑え、反応槽内の曝気の気泡に
よって汚泥の付着を防止することができる。

【００１２】しかし、上記公報記載の液中平膜装置では
散気管と膜との距離が離れているので、気泡が膜間に入
っていくのにバラツキが生じる。そのために膜全体の汚
泥閉塞にバラツキが生じやすい。また、万一汚泥付着が
発生した場合、装置全体を水中から引き上げて洗浄する
ことになる。この作業は煩雑で、汚れ作業になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の第１
の課題は、膜表面のゲル層の成長を防止でき、高い透過
濾過量を維持しつつ汚泥の閉塞を防止でき、しかも膜全
体の汚泥閉塞をバラツキなく防止できる膜装置を提供す
ることにある。

【００１４】また本発明の第２の課題は、フレームの分
解洗浄回数を減少でき、外部設置型でメインテナンス性
の良い平膜装置を提供することにある。

【００１５】更に本発明の第３の課題は、循環ポンプを
なくすことができ、コストの低減に寄与する膜処理装置
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の膜装置は、濾過膜の一方の面側に循環する原液の流
路を有すると共に他方の面側に濾液の排出部を有し、該
原液の流路の入口近傍に微細気泡の吐出部を有すること
を特徴とする。

【００１７】好ましくは、上記濾過膜が平膜であり、該
平膜を縦方向に複数並設して該平膜間に膜間流路と濾液
の排出部を交互に形成し、且つ該膜間流路の下端部に微
細気泡の吐出部を設けてなることである。

【００１８】更に上記課題を解決する本発明の膜処理装
置は、平膜状の濾過膜を縦方向に複数並設して該濾過膜
間に膜間流路と濾液の排出部を交互に形成し、且つ該膜
間流路の下端部に微細気泡の吐出部を設けてなる膜装置
と、該吐出部に空気を供給する散気装置と、該膜装置へ
濃縮原液を導入する流入口と該膜装置から濃縮原液を排
出する流出口に連結された循環タンクと、前記濾液を吸
引する濾液ポンプとによって少なくとも構成されること
を特徴とする。

【００１９】本発明の膜装置は、原液の流路の入口近傍
に微細気泡の吐出部を有することにより、吐出部から放
出された微細気泡によって原液の流れが生じるのみなら
ず、微細気泡が単独でまたは原液と共に膜表面に当接及
び又は擦接するため、膜表面のゲル層の成長を防止で
き、高い透過濾過量を維持しつつ汚泥の閉塞を防止でき
る。気泡が膜表面に沿って均一に通過していくために、
膜全体の汚泥閉塞をバラツキなく防止できる。

【００２０】また濾過膜として平膜を用いた膜装置の場
合には、膜間流路で上記の当接及び又は擦接の現象が起
こり、膜表面のゲル層の成長を防止でき、従って高い透
過濾過量を維持しつつ汚泥の閉塞を防止でき、しかも膜
全体の汚泥閉塞をバラツキなく防止できるという上記の
作用を呈するのみならず、平膜装置において特有のフレ
ーム分解洗浄回数を減少できるという作用も呈する。

【００２１】更に上記の膜装置と散気装置と循環タンク
と濾液ポンプとによって少なくとも構成されることによ
って、膜装置内で気泡を含有した原液は相対密度が減少
し、循環タンクから流路に新たに供給される気泡を含有
しない原液との間に密度差が生じるため、流路にはその
密度差による液流が生じ、循環のためのみの動力は必要
なくなる。このため循環ポンプをなくすことができ、コ
スト（イニシャル及びランニングコストの両方）の低減
に寄与する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００２３】本発明の膜装置においては、濾過膜の一方
の面側に循環する原液の流路を有すると共に他方の面側
に濾液の排出部を有している。かかる要件を満たす膜装
置としては、平膜やチューブラー膜を用いた外部設置型
の膜装置、平膜等を用いた液中膜装置が挙げられる。ま
た外部設置型というのは、生物処理設備の反応槽等の外
部に膜装置を設置するタイプのものである。また液中膜
装置というのは、反応槽の内部に膜装置を浸漬させるタ
イプの装置である。

【００２４】本発明では、原液の流路の入口近傍に微細
気泡の吐出部を有していることが重要である。ここで流
路の入口近傍というのは、従来のように流路から離れて
おらず構造上設置可能な場所であればよいことを意味す
る。

【００２５】本発明の膜装置として好ましいのは、平膜
状の濾過膜を縦方向に複数並設して該濾過膜間に膜間流
路と濾液の排出部を交互に形成してなる、平膜を用いた
外部設置型の膜装置であり、具体的には構造上平膜の着
脱が可能な装置、即ちフレーム分解が可能な平膜装置で
ある。かかる平膜装置において、膜間流路の下端部に微
細気泡の吐出部を設けていることが更に好ましい。かか
る膜装置の使用態様は任意であり、本発明の膜処理装置
に用いることは好ましい。

【００２６】本発明の膜処理装置は、上記の平膜装置
と、該膜装置の吐出部に空気を供給する散気装置と、該
膜装置へ濃縮原液を導入する流入口と該膜装置から濃縮
原液を排出する流出口に連結された循環タンクと、前記
濾液を吸引する濾液ポンプとを少なくとも有していれば
よい。平膜装置と循環タンクは別体でもよいが、スペー
ス的には一体に形成することが好ましい。

【００２７】本発明に用いられる濾過膜は、比較的低圧
で濾過できれば特に限定されず、限外濾過膜、精密濾過
膜等のいずれでもよい。本発明では膜間差圧として1Kg/
cm²以下で濾過できる膜が好ましい。

【００２８】本発明において、原液としては、例えば生
物処理の反応槽内の汚泥、反応槽から移送されてきた汚
泥（循環槽汚泥等）又はそれらの濃縮汚泥、生物処理前
のし尿廃水、凝集剤添加による凝集反応液又はその反応
液を沈殿槽で分離した濃縮汚泥及びその上澄み液等が挙
げられる。

【００２９】また本発明の膜装置は、廃水の再利用、有
価物の回収、雨水の利用、各種分離濃縮、各種分離濃縮
精製等にも適用できる。従って、かかる目的を達成する
範囲で、本発明の原液には、各種原液が含まれる。

【００３０】次に、本発明の実施の形態を図面に基づき
説明する。

【００３１】図１は本発明の膜装置を組込んだ膜処理装
置の一例を示す要部断面説明図である。図１において、
１は膜装置、２は濾液ポンプ、３は循環タンクである。
101は開枠可能な膜装置フレームであり、該フレーム101
内に複数の膜付き板102が着脱可能に固定されている。

【００３２】膜付き板102は上下に開口を有する膜支持
部材103と、その両側に固定された平膜104とからなって
いる。平膜104は上下の開口に設けられた各々のシール
リング部105、106で固定されている。

【００３３】膜支持部材103は板材によって形成され、
該膜支持部材103表面は凹凸状に形成される。107は平膜
104と膜支持部材103の間に形成された間隙である。108
は複数の膜付き板102の間に形成された原液、例えば汚
泥あるいは濃縮汚泥が流れる膜間流路である。

【００３４】膜間流路108の間隔は膜間流路の閉塞を防
止する観点から3.0mm以上が好ましく、より好ましくは
4.5mm以上である。上限は膜装置の体積効率のために8.0
mm以下が好ましく、より好ましくは6.0mm以下である。

【００３５】109は濾液の排出溝であり、濾液ポンプ２
に連結され濾液を吸引可能なように構成されている。11
0はフレーム101に設けられた汚泥流入口、111は流出口
であり、各々循環タンク３に連結されている。

【００３６】４は図示しない散気装置(例えばブロワー
又はコンプレッサー)に接続された散気管であり、該散
気管４には、原液の流入口近傍あるいは膜間流路108の
下端部に複数の細孔が形成される。該細孔が本発明にお
ける微細気泡の吐出部401である。具体的には金属製の
パイプ又は樹脂製のホース等に複数の細孔を形成する。
従って、散気管４をシールリング部106に形成される開
口に送入すると、吐出部401から膜間流路108に微細気泡
を送ることができる。該細孔の径は100〜1000μmである
ことが好ましい。

【００３７】また本発明においては、散気管に形成され
る吐出部の部分自体を多孔性のゴム、樹脂、金属又はセ
ラミック等の部材で形成することもできる。この場合に
多孔性の部材の複数の気孔によって吐出部401が形成さ
れることになる。気孔の径は100〜1000μmであることが
好ましい。

【００３８】散気管４の吐出部401は、膜間流路から送
られた微細気泡が直接膜間流路部分を上昇して行くよう
な位置に複数設けられている。

【００３９】また図２に示すように吐出部401の径を大
きくしてその部分に微細気泡を発生させるノズル402を
付加することも好ましい。かかるノズルとしてはパイプ
にミキシング部材を含有したもの、多数のポア構造を有
するセラミック、スポンジ等が挙げられる。

【００４０】この生成した気泡が確実にしかも均一に膜
間流路108を上昇していくように膜間隔を設定すること
が好ましい。さらに膜を張り付けている膜支持部材103
の表面に形成された凹凸状の波目は膜間隔を上昇する散
気空気が膜間流路108全体に均一に広がって上昇するよ
うな役割も果たす。

【００４１】循環タンク３の下部には汚泥の流入口301
が設けられ、上部には流出口302が設けられている。循
環タンク３には脱気可能なベント等が付加されていても
よいが、外部に取り出した後、脱気することも可能であ
る。本装置例では循環タンク３で脱気する例について説
明する。

【００４２】汚泥は、循環タンク３から汚泥流入口110
を介して膜装置１の下部のシールリング部106の開口を
通過して膜間流路108に流れ、散気された微細気泡と一
緒に上昇する。気泡と一緒になった汚泥は、膜装置１の
上部のシールリング部105の開口を通って汚泥流出口111
を介して、再び循環タンク３に戻ってくる。

【００４３】上部のシールリング部105の開口から流れ
てきた汚泥は、この循環タンク３で気泡を分離させる。
従って、循環タンク３から汚泥流入口110を介して膜装
置１へ送られる汚泥は気泡を実質的に含まない。

【００４４】かかる汚泥の循環は、循環ポンプ等の動力
を用いずに行なわれる。即ち、循環タンク３から膜装置
１へ供給される汚泥と、膜間流路108部分の気泡を含む
汚泥との密度差により汚泥が循環する。

【００４５】この循環タンク３は、汚泥の循環の為の気
液分離槽として重要な役割を果たしているが、さらに、
汚泥を抜いて上水を入れることによって簡単に膜の洗浄
ができ、特別な洗浄装置は必要ない。この循環タンク３
に薬品を投入すれば、簡単に薬液洗浄もできる。

【００４６】膜間流路108に散気された微細気泡は、循
環タンク３との密度差による汚泥循環の推進力だけでな
く、膜間流路108の流れに乱れを作って、膜表面に付着
するゲル層の成長を防止する。

【００４７】水洗浄を実施している時にも、この散気は
停止せずに継続する。これによって膜表面に付着成長し
たゲル層や汚泥を洗浄することが簡単にできる。

【００４８】濾液は、膜装置１の濾液集合管201に接続
されている濾液ポンプ２により、吸引して取り出す。濾
液が吸引されると、膜装置１内の循環汚泥濃度が上昇す
るので、汚泥濃度上昇防止のために循環タンク３に流入
口301から汚泥を供給し、一部を循環タンク３から流出
口302を介してオーバーフローして元の図示しない限外
濾過膜用の循環槽に戻す。これによって、膜処理装置内
の汚泥濃度と濃縮物質濃度が異常に高くならないように
する。

【００４９】上記の実施態様では、膜支持部材として表
面に凹凸を有する板材を用いた場合について説明した
が、これに限定されず、膜支持部材がポーラス構造の板
材であってもよいし、あるいは膜支持部材が合成繊維製
の板材であってもよい。

【００５０】

【実施例】以下、本発明の実施例に基づき、更に本発明
について詳細に説明するが、かかる実施例によって本発
明が限定されるものではない。

【００５１】（１） テスト試料 原液としては、し尿処理設備の生物処理反応槽内の活性
汚泥を用い、その汚泥濃度は10,000〜15,000mg/リット
ルであった。その原液の温度は32〜35℃であった。

【００５２】（２） テスト装置 テスト装置として、図１に記載の膜装置を用いた。

【００５３】膜装置の型式と膜の構成は以下の通りであ
る。 膜装置の型式：ＵＦＰ−７１（三井石油化学工業株式会
社製） 膜の構成：１Ｓ−３１Ｐ（膜付き板の枚数30枚、膜面積
10.5m²） 膜装置に用いた膜の銘柄、膜の膜分画分子量は以下の通
りである。 膜の銘柄：ＩＲＩＳ ３０３８（材質：ポリアクリロニ
トリル） 膜の分画分子量：２０，０００

【００５４】合計30枚の膜付き板を、各々10枚づつ、膜
間隔が3.0mm、4.5mm、6.0mmの３種類になるようにセッ
トした。

【００５５】吐出部を設けた散気管は、内径16.5mm、外
径21.0mmの多孔性の合成樹脂製チューブを用いた。この
散気管の吐出部の概略気孔径は、300μmであった。原液
である汚泥の供給量は2m³/hrとした。また、濾液は吸引
濾過方式によって生産した。吸引濾液フラックスは１）
20リットル/m²/hr、２）30リットル/m²/hrの２つケース
に設定した。

【００５６】（３） テスト結果テスト１ 連続安定運転の基本データとして、吸引濾液量を一定と
して、その時の吸引圧力の変化を測定し、経過時間と膜
間隔による汚泥の膜に対する閉塞状況の違いを見た。そ
の結果を図３に示す。

【００５７】図３において、曲線Ｉは吸引濾液フラック
ス20リットル/m²/hrを得ようとした時の吸引圧力と濾過
時間の関係を示し、曲線IIは吸引濾液フラックス30リッ
トル/m²/hrを得ようとした時の吸引圧力と濾過時間の関
係を示している。

【００５８】図３から明らかなように、30リットル/m²/
hrでは４日ほど（曲線II）、20リットル/m²/hrでは１週
間ほど（曲線Ｉ）連続運転が可能で、設定フラックスが
低い方が長期連続運転に好都合であった。

【００５９】吸引濾過フラックス30リットル/m²/hrの４
日経過後に運転を停止して１時間水洗浄をして再起動し
たところ（曲線IIの５日目参照）、吸引圧力は−0.37Kg
/cm²から−0.12Kg/cm²に回復した。かなりの水洗効果が
あることが確認された。

【００６０】膜間隔は、3.0mm、4.5mm、6.0mmの３種類
を１つのユニットに組み込んでテストし、その連続テス
トの結果から、吸引濾過フラックスの設定による差はあ
ったが、膜間隔が3.0mmと4.5mmでは若干の汚泥付着があ
った。6.0mmではほとんど汚泥の付着はなく、非常にき
れいな状態であった。

【００６１】連続運転を停止して、循環タンクの汚泥を
抜いて、上水を注入し１時間散気洗浄したところ、きれ
いに汚泥が洗浄でき、更に、膜に薄く沈積していたゲル
層もほぼ取り除くことができた。

【００６２】テスト２ テスト１の好ましい結果から、膜間隔4.5mm、膜枚数60
枚、吸引濾過フラックス30リットル/m²/hrの運転条件
で、吸引圧力が低下してくる前に１日１回運転を停止し
て水洗浄を組み込んだ結果、約60日の長期安定運転が可
能となった。

【００６３】テスト３（比較） 散気による汚泥循環と汚泥付着防止の効果を確認するた
めに、散気を停止して、運転した場合の吸引圧力の変化
についてテストした。

【００６４】テスト開始直後から吸引圧力は下がり始
め、テスト開始わずか16分で運転不能になった。さらに
１時間水洗をして再度濾過テストを再開したところ、ほ
ぼ初期の吸引圧力に回復したが、２回目のテストでも１
回目と同様に13分で運転不能となった。この状態でフレ
ーム分解したところ、膜間に汚泥が全数の膜について全
面閉塞してしまった。付着した汚泥は、非常に粘性が高
くなっていて、膜表面にまとわりつくように付着してい
た。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、膜表面のゲル層の成長
を防止でき、高い透過濾過量を維持しつつ汚泥の閉塞を
防止でき、しかも膜全体の汚泥閉塞をバラツキなく防止
できる。

【００６６】また、フレームの分解洗浄回数を減少で
き、外部設置型でメインテナンス性の良い平膜装置を提
供することができる。

【００６７】更に、循環ポンプをなくすことができ、コ
ストの低減に寄与する膜処理装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜装置を組込んだ膜処理装置の一例を
示す要部概略断面図

【図２】散気管の改良例を示す概略図

【図３】テスト結果を示すグラフ

【図４】従来の膜装置を示す要部断面図

【符号の説明】

１：膜装置 101：フレーム 102：膜付き板 103：膜支持板 104：平膜 105：上部のシーリング部 106：下部のシーリング部 107：間隙 108：膜間流路 109：濾液の排出溝 110：汚泥流入口 111：汚泥流出口 ２：濾液ポンプ 201：集合管 ３：循環タンク 301：汚泥の流入口 302：汚泥の流出口 ４：散気管 401：吐出部 402：ノズル

フロントページの続き (72)発明者 綿屋 栄 千葉県浦安市入船２−１−904 (72)発明者 入江 浩史 千葉県市川市大野町３−216 (72)発明者 橋本 忠昭 千葉県佐倉市ユーカリが丘１−35−11

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】濾過膜の一方の面側に循環する原液の流路
   を有すると共に他方の面側に濾液の排出部を有し、該原
   液の流路の入口近傍に微細気泡の吐出部を有することを
   特徴とする膜装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の濾過膜が平膜であり、該平
   膜を縦方向に複数並設して該平膜間に膜間流路と濾液の
   排出部を交互に形成し、且つ該膜間流路の下端部に微細
   気泡の吐出部を設けてなることを特徴とする膜装置。
3. 【請求項３】平膜状の濾過膜を縦方向に複数並設して該
   濾過膜間に膜間流路と濾液の排出部を交互に形成し、且
   つ該膜間流路の下端部に微細気泡の吐出部を設けてなる
   膜装置と、該吐出部に空気を供給する散気装置と、該膜
   装置へ濃縮原液を導入する流入口と該膜装置から濃縮原
   液を排出する流出口に連結された循環タンクと、前記濾
   液を吸引する濾液ポンプとによって少なくとも構成され
   ることを特徴とする膜処理装置。