JPH1190436A - 膜ろ過装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被処理水の汚泥濃度を高くしても、ろ過継続時
間を長くすることができるようにする。 【解決手段】被処理水が供給され、凝集剤が加えられて
被処理水中の汚泥を凝集させるための凝集槽１１と、膜
エレメント１５を備え、前記凝集槽１１から供給された
被処理水を前記膜エレメント１５によってろ過し、汚泥
と処理水とに分離させるための膜分離槽１２と、該膜分
離槽１２内の汚泥を所定の割合で前記凝集槽１１に還流
させる循環路とを有する。膜分離槽１２内の汚泥が所定
の割合で前記凝集槽１１に還流させられ、再び凝集させ
られるので、被処理水の汚泥濃度を高くしても膜差圧が
高くなるのを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜ろ過装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、廃水、すなわち、被処理水を処理
するために膜ろ過装置が提供されていて、該膜ろ過装置
においては、膜分離槽に収容された被処理水中に膜エレ
メントを浸漬（せき）し、該膜エレメントによって被処
理水をろ過するようになっている。この場合、被処理水
には、生物汚泥、各種の凝集剤によって凝集させられた
凝集汚泥等の汚泥が含まれ、ろ過によって汚泥と処理水
とに分離させられる。そして、ろ過によって分離させら
れた汚泥のうちの余剰汚泥は、後段の濃縮槽等に送られ
て濃縮させられた後、脱水されるようになっている。

【０００３】ところで、前記膜ろ過装置における膜分離
槽内の被処理水の汚泥濃度が高くなると、膜エレメント
の内外の圧力差（以下「膜差圧」という。）が大きくな
るので、薬品による膜エレメントの膜面の洗浄回数をそ
の分多くする必要があり、ろ過継続時間が短くなってし
まう。そこで、膜分離槽内の被処理水の汚泥濃度を低く
抑えるようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の膜ろ過装置においては、被処理水の汚泥濃度が低く
なると、膜面に加わる剪（せん）断応力が小さくなり、
膜エレメントの分離能力がその分低下してしまう。図２
は従来の膜ろ過装置における膜差圧の経時変化を示す図
である。なお、図において、横軸に時間を、縦軸に膜差
圧を採ってある。

【０００５】この場合、膜分離槽の容積を６０〔ｌ〕と
し、膜エレメントの膜面積を０．２〔ｍ² 〕とし、前記
膜分離槽における攪拌（かくはん）条件を１〔ｍ³ ／ｍ
² ／ｈｒ〕とし、前記膜分離槽からの被処理水の流出量
（Ｆｌｕｘ）を２．０〔ｍ／日〕とした。また、膜分離
槽における膜エレメント以外の部分（以下「ホールドア
ップ部」という。）は、処理水が７．２時間で透過する
だけの容量を有するようにした。そして、このような膜
分離条件でＳＳ分が３００〔ｍｇ／ｌ〕の被処理水をろ
過し、膜分離槽内のＳＳ分を一定に保ちながら各時間の
膜差圧を測定した。

【０００６】その結果、図に示すように、汚泥濃度が高
くなると、時間の経過と共に膜差圧が高くなることが分
かった。そこで、膜分離槽からの被処理水の流出量を少
なくして、ろ過継続時間を長くすることが考えられる
が、ろ過継続時間を長くしようとすると、膜分離槽が大
型化してしまう。

【０００７】本発明は、前記従来の膜ろ過装置の問題点
を解決して、被処理水の汚泥濃度を高くしても膜差圧が
高くなることがなく、ろ過継続時間を長くすることがで
きる膜ろ過装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の膜
ろ過装置においては、被処理水が供給され、凝集剤が加
えられて被処理水中の汚泥を凝集させるための凝集槽
と、膜エレメントを備え、前記凝集槽から供給された被
処理水を前記膜エレメントによってろ過し、汚泥と処理
水とに分離させるための膜分離槽と、該膜分離槽内の汚
泥を所定の割合で前記凝集槽に還流させる循環路とを有
する。

【０００９】本発明の他の膜ろ過装置においては、さら
に、前記循環路に、前記膜分離槽内の汚泥を引き抜き、
該汚泥を再び凝集させるための再凝集槽が配設される。
本発明の更に他の膜ろ過装置においては、さらに、前記
汚泥は、前記膜分離槽内の被処理水をオーバーフローさ
せることによって前記凝集槽に還流させられる。

【００１０】

【発明の実施の形態】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細に説明する。なお、この場
合、被処理水として飲料廃水を使用し、膜ろ過装置のテ
スト装置によって被処理水中の色度成分の除去を試み
た。図１は本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装
置の概念図である。

【００１１】図において、１１は生物汚泥、凝集汚泥等
の汚泥を含む被処理水を収容し、前記汚泥を凝集させる
ための凝集槽、１２は前記被処理水を汚泥と処理水とに
分離させるための膜分離槽、１３は該膜分離槽１２にお
いて分離させられた処理水を収容する処理水槽、１４は
被処理水のｐＨを調整し、汚泥の粒子自身が有する凝集
力を大きくし、汚泥を再び凝集させるための再凝集槽、
１５は前記膜分離槽１２内においてステム２１によって
支持され、被処理水中に浸漬された膜エレメントであ
る。該膜エレメント１５は、精密ろ過膜、限外ろ過膜等
から成り、膜分離槽１２内の被処理水を汚泥と処理水と
に分離させる。

【００１２】また、前記凝集槽１１、膜分離槽１２及び
再凝集槽１４のそれぞれの底部の近傍には、空気攪拌機
２５〜２７が配設され、ブロワＢから供給された空気が
各空気攪拌機２５〜２７に供給されるようになってい
る。したがって、空気攪拌機２５〜２７から噴射された
空気によって凝集槽１１、膜分離槽１２及び再凝集槽１
４内の被処理水は攪拌される。

【００１３】この場合、前記膜分離槽１２において、膜
エレメント１５の図示しない膜面に汚泥が付着すると、
分離能力が低下してしまうが、膜分離槽１２内が前記空
気攪拌機２６によって攪拌されるので、膜面に汚泥が付
着するのを防止することができる。そして、Ｌ１は被処
理水を凝集槽１１に供給するためのライン、Ｌ２は前記
凝集槽１１内の被処理水を膜分離槽１２に供給するため
のライン、Ｌ３は処理水を前記処理水槽１３に供給する
めのライン、Ｌ４は前記処理水槽１３内の処理水を膜ろ
過装置の系外に排出するためのライン、Ｌ７は前記膜分
離槽１２内の汚泥を再凝集槽１４に供給するためのライ
ン、Ｌ８は前記再凝集槽１４内の汚泥を凝集槽１１に還
流させるためのラインである。なお、前記ラインＬ２、
Ｌ７には被処理水を搬送するためのポンプＰ１、Ｐ５が
それぞれ配設され、ラインＬ３には処理水を搬送するた
めのポンプＰ２、及び処理水の圧力を検出するための圧
力センサＰＩが配設され、ラインＬ８には汚泥を搬送す
るためのポンプＰ６が配設される。また、ラインＬ７、
Ｌ８によって循環路が構成される。

【００１４】そして、前記凝集槽１１内の被処理水中の
汚泥を凝集させるために、凝集剤、例えば、ポリ塩化ア
ルミニウムクロライド（以下「ＰＡＣ」という。）、硫
酸アルミニウム（バン土）、塩化第２鉄（塩鉄）等の無
機凝集剤がラインＬ５を介して凝集槽１１に供給され
る。そのために、前記ラインＬ５にポンプＰ３が配設さ
れる。なお、本実施の形態においては、無機凝集剤とし
てＰＡＣを使用した。

【００１５】さらに、凝集槽１１内のｐＨの調整を行う
ために、凝集槽１１にｐＨセンサＰＨＩＣが配設され、
該ｐＨセンサＰＨＩＣによって凝集槽１１内のｐＨが検
出される。そして、検出されたｐＨに対応させて、中和
剤として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）がラインＬ６を
介して凝集槽１１に供給される。そのために、前記ライ
ンＬ６にポンプＰ４が配設される。

【００１６】ところで、前記汚泥は微細な粒子から成
る。そして、ＰＡＣが加えられると、汚泥は、自らが有
する凝集力によって凝集し、被処理水中で２〜５〔μ
ｍ〕程度にフロック化する。ところが、前記凝集力は時
間の経過と共に小さくなるので、フロック化した汚泥を
含む被処理水を膜分離槽１２に送り、該膜分離槽１２に
おいて膜エレメント１５によって被処理水を汚泥と処理
水とに分離させようとすると、膜分離槽１２内が空気攪
拌機２６によって攪拌され、汚泥は微細化してしまう。
したがって、微細化した汚泥によって膜エレメント１５
の膜差圧が高くなり、ろ過を継続することができなくな
ってしまう。

【００１７】また、膜分離槽１２のホールドアップ部
は、処理水が１〜１２時間程度で透過するだけの容量を
有するように設計され、例えば、ＳＳ分が３００〔ｍｇ
／ｌ〕含まれる被処理水をろ過し、膜分離槽１２内の汚
泥濃度を１５０００〔ｍｇ／ｌ〕に保とうとすると、膜
分離槽１２における汚泥の平均滞留時間は５０〜６００
時間になる。

【００１８】そこで、膜分離槽１２内から汚泥を引き抜
き、ラインＬ７を介して再凝集槽１４に供給し、該再凝
集槽１４内において、汚泥の一部を溶解して一層粒子化
するとともに、ｐＨの調整を行い、汚泥の凝集力を再び
大きくするようにしている。そのために、再凝集槽１４
にｐＨセンサＰＨＩＣが配設され、該ｐＨセンサＰＨＩ
Ｃによって再凝集槽１４内のｐＨが検出される。そし
て、検出されたｐＨに対応させて、中和剤として水酸化
ナトリウムがラインＬ９を介して、塩酸（Ｈｃｌ）がラ
インＬ１０を介してそれぞれ再凝集槽１４に供給され
る。また、前記ラインＬ９、Ｌ１０にポンプＰ７、Ｐ８
がそれぞれ配設される。

【００１９】次に、前記再凝集槽１４内において凝集力
が大きくされた汚泥は、ポンプＰ６の回転数を制御する
ことによって、ラインＬ８を介して所定の割合で凝集槽
１１に還流させられ、該凝集槽１１内においてＰＡＣに
よって再び凝集させられ、フロック化して膜分離槽１２
に供給される。この場合、膜分離槽１２内の微細化した
汚泥がその分少なくなるので、膜エレメント１５の膜差
圧が高くなるのを防止することができる。したがって、
被処理水の汚泥濃度を高くしても膜差圧が高くなるのを
防止することができるので、薬品による膜面の洗浄回数
を少なくすることができ、ろ過継続時間をその分長くす
ることができる。

【００２０】また、汚泥の凝集力が大きくなるのに伴っ
て、膜エレメント１５の膜面に形成される汚泥のケーク
層によって、膜分離槽１２内の微細化した汚泥が十分に
捕捉されるようになる。この場合、微細化した汚泥が膜
エレメント１５の膜面に到達しないので、膜面が目詰ま
りするのを抑制することができる。したがって、膜エレ
メント１５の膜差圧が高くなるのを防止することができ
る。

【００２１】さらに、膜分離槽１２内においては、微細
化した汚泥が少なくなるので、膜分離槽１２内の汚泥濃
度を高くすることができる。したがって、膜エレメント
１５の膜面に加わる剪断応力が大きくなり、被処理水に
よる膜面の洗浄効果を高くし、膜エレメント１５の分離
能力を高くすることができる。その結果、前記ケーク層
を薄くすることができるので、膜エレメント１５の膜差
圧が高くなるのを防止することができる。

【００２２】また、膜分離槽１２において発生した余剰
汚泥を濃縮槽等によって濃縮することなく、直接脱水す
ることができる。図３は本発明の第１の実施の形態にお
ける膜差圧の特性を示す第１の図、図５は本発明の第１
の実施の形態における膜差圧の特性を示す第２の図であ
る。なお、図３において、横軸に時間を、縦軸に膜差圧
を、図５において、横軸に汚泥引抜きの割合を、縦軸に
膜差圧１０〔ｋＰａ〕に達するまでの時間を採ってあ
る。

【００２３】図３においては、膜分離槽１２（図１）内
の汚泥を２〔ｌ／ｈｒ〕で引き抜き、再凝集槽１４にお
いてｐＨを３．５にして５分間維持した後、凝集槽１１
に還流させた。そして、還流させられた汚泥を凝集槽１
１において再び凝集させた後、再び膜分離槽１２に供給
した。その結果、図３に示すように、汚泥を引き抜く場
合には、引き抜かない場合と比べて、膜差圧が高くなる
のを防止することができ、ろ過継続時間を長くすること
ができた。

【００２４】また、図５においては、膜分離槽１２内の
被処理水が１．５時間〜５日間で入れ替わるように汚泥
の引抜きの割合を変化させ、膜分離槽１２内の汚泥濃度
を１５０００〔ｍｇ／ｌ〕にした。その結果、膜分離槽
１２内の被処理水が２時間〜３日程度で入れ替わるよう
に汚泥の引抜きの割合を変化させると、膜差圧が１０
〔ｋＰａ〕に達するまでの時間は変化しないが、膜分離
槽１２内の被処理水が３日以上で入れ替わるように汚泥
の引抜きの割合を変化させると、ろ過継続時間が短くな
った。

【００２５】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図４は本発明の第２の実施の形態における膜
ろ過装置の概念図である。なお、第１の実施の形態と同
じ構造を有するものについては同じ符号を付与すること
によってその説明を省略する。この場合、膜分離槽１２
内に収容された、微細化した汚泥を含む被処理水の一部
をオーバーフローさせることによって、前記汚泥を循環
路としてのラインＬ１１を介して凝集槽１１に還流さ
せ、該凝集槽１１においてＰＡＣによって汚泥を凝集さ
せるようにしている。したがって、膜分離槽１２内の微
細化した汚泥をその分少なくすることができる。

【００２６】なお、ポンプＰ１が制御され、膜分離槽１
２から処理水槽１３に供給される処理水の量と膜分離槽
１２から排出される汚泥の量とを加えた量より、凝集槽
１１から膜分離槽１２に供給される被処理水の量が多く
される。図６は本発明の第２の実施の形態における膜差
圧の特性を示す図である。なお、図において、横軸にオ
ーバーフロー量を、縦軸に膜差圧１０〔ｋＰａ〕に達す
るまでの時間を採ってある。

【００２７】図において、膜分離槽１２（図４）内の被
処理水が１．５時間〜５日間で入れ替わるようにオーバ
ーフロー量を変化させ、膜分離槽１２内の汚泥濃度を１
５０００〔ｍｇ／ｌ〕とした。その結果、膜分離槽１２
内の被処理水が２時間〜３日程度で入れ替わるようにオ
ーバーフロー量を変化させると、膜差圧が１０〔ｋＰ
ａ〕に達するまでの時間は変化しないが、膜分離槽１２
内の被処理水が２日以上で入れ替わるようにオーバーフ
ロー量を変化させると、ろ過継続時間が短くなった。

【００２８】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。

【００２９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、膜ろ過装置においては、被処理水が供給され、凝
集剤が加えられて被処理水中の汚泥を凝集させるための
凝集槽と、膜エレメントを備え、前記凝集槽から供給さ
れた被処理水を前記膜エレメントによってろ過し、汚泥
と処理水とに分離させるための膜分離槽と、該膜分離槽
内の汚泥を所定の割合で前記凝集槽に還流させる循環路
とを有する。

【００３０】この場合、凝集槽に被処理水が供給され、
凝集剤が加えられると、被処理水中の汚泥は凝集する。
また、凝集槽から膜分離槽に送られた被処理水は、膜エ
レメントによってろ過され、汚泥と処理水とに分離させ
られる。そして、膜分離槽内の汚泥が所定の割合で前記
凝集槽に還流させられ、再び凝集させられる。

【００３１】したがって、被処理水の汚泥濃度を高くし
ても膜差圧が高くなるのを防止することができるので、
薬品による膜面の洗浄回数を少なくすることができ、ろ
過継続時間をその分長くすることができる。また、汚泥
の凝集力が大きくなるのに伴って、膜エレメントの膜面
に形成された汚泥のケーク層によって、膜分離槽内の微
細化した汚泥が十分に捕捉されるようになる。この場
合、微細化した汚泥が膜エレメントの膜面に到達しない
ので、膜面が目詰まりするのを抑制することができる。
したがって、膜エレメントの膜差圧が高くなるのを防止
することができる。

【００３２】さらに、膜分離槽内においては、微細化し
た汚泥が少なくなるので、膜分離槽内の汚泥濃度を高く
することができる。したがって、膜エレメントの膜面に
加わる剪断応力が大きくなり、被処理水による膜面の洗
浄効果を高くし、膜エレメントの分離能力を高くするこ
とができる。その結果、前記ケーク層を薄くすることが
できるので、膜エレメントの膜差圧が高くなるのを防止
することができる。また、膜分離槽において発生した余
剰汚泥を濃縮槽等によって濃縮することなく、直接脱水
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における膜ろ過装置
の概念図である。

【図２】従来の膜ろ過装置における膜差圧の経時変化を
示す図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態における膜差圧の特
性を示す第１の図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における膜ろ過装置
の概念図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態における膜差圧の特
性を示す第２の図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態における膜差圧の特
性を示す図である。

【符号の説明】

１１ 凝集槽 １２ 膜分離槽 １４ 再凝集槽 １５ 膜エレメント Ｌ７、Ｌ８、Ｌ１１ ライン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）被処理水が供給され、凝集剤が加
   えられて被処理水中の汚泥を凝集させるための凝集槽
   と、（ｂ）膜エレメントを備え、前記凝集槽から供給さ
   れた被処理水を前記膜エレメントによってろ過し、汚泥
   と処理水とに分離させるための膜分離槽と、（ｃ）該膜
   分離槽内の汚泥を所定の割合で前記凝集槽に還流させる
   循環路とを有することを特徴とする膜ろ過装置。
2. 【請求項２】 前記循環路に、前記膜分離槽内の汚泥を
   引き抜き、該汚泥を再び凝集させるための再凝集槽が配
   設される請求項１に記載の膜ろ過装置。
3. 【請求項３】 前記汚泥は、前記膜分離槽内の被処理水
   をオーバーフローさせることによって前記凝集槽に還流
   させられる請求項１に記載の膜ろ過装置。