TWI648094B - 水處理系統 - Google Patents
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Abstract
本發明所述之膜模組(1)係具備：軸線(A)是在鉛直方向上延展的筒形狀之殼體(2)；和複數管狀過濾膜(3)，係於殼體(2)之內部朝殼體之延展方向而延展，具有由親水性單體所共聚而成的單層結構；和複數連接構件(34)，係將管狀過濾膜(3)之一端彼此、及管狀過濾膜(3)之他端彼此予以連接，以使得複數管狀過濾膜(3)是呈串列地連接。
Description
本發明係有關於，處理屎尿等之有機性廢水的膜模組及水處理系統。
在處理屎尿等之有機性廢水時，在固液分離中使用MF(微過濾)、UF(超過濾)等之膜分離，係為主流。
作為膜分離裝置，係使用具備圓筒形狀之殼體、和被收容在殼體內之複數管狀過濾膜(中空絲膜)的複數膜模組，在管狀過濾膜的內側使原水一面循環一面過濾之方式的裝置，已為人知(例如參照專利文獻1)。滲透過管狀過濾膜的滲透水，係藉由抽吸泵浦而被抽吸，例如，被儲留在儲留槽中而被適宜利用。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-052338號公報
先前的膜分離裝置係為，複數膜模組的殼體中所被收容之管狀過濾膜的排列方法，是並列方式。亦即，被處理水係經由殼體的頭部而被導入至複數管狀過濾膜內。
如此型態的情況下，由於循環的被處理水的量較多，因此會有運轉動力較大的課題。又，若被處理水未被均勻供給至各個管狀過濾膜的情況下，則膜面流速會變得不均勻，而有污泥會堆積或停滯在管狀過濾膜的課題。由於污泥的堆積或停滯，而會有導致(1)產生未被有效活用的管狀過濾膜，(2)FLUX(流出量)的降低，(3)管狀過濾膜的閉塞，等不良情形發生之課題。
本發明之目的在於提供一種，謀求水處理系統的運轉動力之減低，同時可抑制管狀過濾膜上的污泥堆積、停滯的膜模組及水處理系統。
(1)若依據本發明之第一態樣，則膜模組係具備：軸線是在鉛直方向上延展的筒形狀之殼體；和複數管狀過濾膜，係於前記殼體之內部朝前記殼體之延展方向而延展，具有由親水性單體所共聚而成的單層結構；和複數連接構件，係將前記管狀過濾膜之一端彼此、及前記管狀
過濾膜之他端彼此予以連接，以使得前記複數管狀過濾膜是呈串列地連接。
若依據如此構成，則相較於將複數管狀過濾膜做並列地連接的方式，可減少通過管狀過濾膜的被處理水的流量。藉此，可以減少用來促使被處理水循環所需的運轉動力。又，由於膜面流速會變成均勻，因此可抑制管狀過濾膜上的污泥堆積或停滯。
(2)如上記(1)所記載之膜模組，其中，亦可為，具備：第一隔壁，係被設在前記殼體的延展方向之一端，具有連結前記複數管狀過濾膜之一端(第一端)的複數貫通孔；和第二隔壁，係被設在前記殼體的延展方向之他端(第二端)，具有連結前記複數管狀過濾膜之他端的複數貫通孔；前記連接構件，係將前記複數貫通孔彼此予以連接。
(3)如上記(1)或(2)所記載之膜模組，其中，前記連接構件係亦可為，具備將前記複數貫通孔彼此予以連接之膜連接溝的膜連接板。
若依據如此構成，則可簡化膜模組的組裝工程。又，藉由減少零件數，就可使得分解、清掃變得容易。
(4)若依據本發明之第二態樣，則膜模組係具備：筒形狀之殼體；和複數管狀過濾膜，係於前記殼體之內部朝前記殼體之延展方向而延展，具有由親水性單體所共聚而成的單層結構；和第一隔壁，係被設在前記殼體的
延展方向之一端(第一端)，具有連結前記複數管狀過濾膜之一端的複數貫通孔；和第二隔壁，係被設在前記殼體的延展方向之他端(第二端)，具有連結前記複數管狀過濾膜之他端的複數貫通孔；和一對膜連接板，係具備膜連接溝，其係將前記管狀過濾膜之一端彼此、及前記管狀過濾膜之他端彼此予以連接，以使得前記複數管狀過濾膜是呈串列地連接。
(5)若依據本發明之第三態樣，則水處理系統係具備：生物處理水槽，係將被處理水中所含有的有機物，予以處理；和原水槽，係收容從前記生物處理水槽所被排出之被處理水；和膜分離裝置，係具有如上記(1)至(4)之任一態樣所記載之膜模組，將從前記原水槽所供給的被處理水，分離成滲透水和濃縮水；和返送管線，係將前記濃縮水返送至前記生物處理水槽；不將前記濃縮水返送至前記原水槽。
(6)如上記(5)所記載之水處理系統，其中，前記膜分離裝置，係亦可具有彼此被串列地連接的複數前記膜模組。
若依據如此構成，則被連接至膜分離裝置的配管係分別為1處，可減少在水處理系統中所循環之被處理水的流量。藉此，可以減少用來促使被處理水循環所需的運轉動力。
若依據本發明，則相較於將複數管狀過濾膜做並列地連接的方式，可減少通過管狀過濾膜的被處理水的流量。藉此，可以減少用來促使被處理水循環所需的運轉動力。又，由於膜面流速會變成均勻，因此可抑制管狀過濾膜上的污泥堆積或停滯。
1‧‧‧膜模組
2‧‧‧殼體
3‧‧‧管狀過濾膜
4‧‧‧殼體本體
5‧‧‧第一側壁
6‧‧‧第二側壁
7‧‧‧被處理水導入口
8‧‧‧濃縮水排出口
9‧‧‧滲透水排出口
10‧‧‧水處理系統
11‧‧‧生物處理水槽
12‧‧‧原水槽
13‧‧‧膜分離裝置
15‧‧‧第一配管
16‧‧‧第二配管
17‧‧‧原水供給配管
18‧‧‧滲透水配管
19‧‧‧返送配管(返送管線)
20‧‧‧儲留槽
21‧‧‧循環泵浦
22‧‧‧抽吸泵浦
30‧‧‧第一隔壁
31‧‧‧第二隔壁
32‧‧‧插通孔(貫通孔)
34‧‧‧膜連接管(連接構件)
36‧‧‧膜連接板(連接構件)
36a‧‧‧密接面
37‧‧‧膜連接溝
38‧‧‧被處理水插通孔
A‧‧‧軸線
PW‧‧‧滲透水
S1‧‧‧下部水頭空間
S2‧‧‧上部水頭空間
S3‧‧‧滲透水空間
W1~W3‧‧‧被處理水
W4‧‧‧濃縮水
[圖1]本發明之第一實施形態的水處理系統的概略構成圖。
[圖2]本發明之第一實施形態的膜模組的概略剖面圖。
[圖3]本發明之第二實施形態的水處理系統的概略構成圖。
[圖4]本發明之第三實施形態的膜模組的第一隔壁及膜連接板的分解斜視圖。
[圖5]本發明之第三實施形態的膜模組的第一隔壁及膜連接板的概略剖面圖。
以下，針對具有本發明之第一實施形態的膜模組1的水處理系統10，參照圖式來詳細說明。
如圖1所示，本實施形態的水處理系統10係具備：將被處理水W1(第一被處理水，含有屎尿、淨化槽污泥的有機性廢水)中所含之有機物予以處理的生物處理水槽11；和將從生物處理水槽11所被排出之被處理水W2(第二被處理水)予以收容的原水槽12；和將從原水槽12所供給之被處理水W3(第三被處理水，原水)分離成滲透水PW和濃縮水W4的膜分離裝置13。
生物處理水槽11係為例如，藉由硝化菌和脫氮菌的作用而將液中的BOD、氮化合物等予以分解除去的裝置。對生物處理水槽11，係經由第一配管15而供給被處理水W1。生物處理水槽11和原水槽12係藉由第二配管16而被連接。
膜分離裝置13，係具備複數膜模組1。複數膜模組1，係被並列地排列。複數膜模組1，係在膜分離裝置13的框體內，被縱向地配置。亦即，膜模組1的圓筒形狀之殼體2(參照圖2)的軸線A，係在鉛直方向上延展。
如圖2所示，膜模組1係具有：殼體2、和被配置在殼體2之內部的複數管狀過濾膜3。膜分離裝置13係為，使用在管狀過濾膜3的內側令被處理水W3一面循環一面過濾的方式，從被處理水W3取出滲透水PW的裝置。
原水槽12和膜分離裝置13係經由原水供給配管17而被連接。在原水供給配管17，設有循環泵浦
21。從原水槽12所排出的被處理水W3，係藉由循環泵浦21而被一面加壓，一面供給至膜分離裝置13。
從膜分離裝置13所分離的滲透水PW，係被導入至滲透水配管18。滲透水配管18，係被連接至儲留槽20。亦即，膜模組1的滲透水排出口9(參照圖2)，係被連接至滲透水配管18。在滲透水配管18，係設有抽吸泵浦22。
滲透水PW被分離而從膜分離裝置13所排出的濃縮水W4，係去除剩餘污泥的全量會經由返送配管19(返送管線)而被返送至生物處理水槽11。亦即，膜模組1的濃縮水排出口8(參照圖2)，係被連接至返送配管19。
因此，濃縮水W4，係不被返送至原水槽12。從生物處理水槽11所排出的被處理水W2，係經由原水槽12、膜分離裝置13，而回到生物處理水槽11。亦即，被處理水W，係在水處理系統10的配管中循環。
如上述，複數膜模組1，係被並列地排列。具體而言，原水供給配管17、滲透水配管18、及返送配管19，係被連接至各個膜模組1。
如圖2所示，膜模組1係具備：圓筒形狀之殼體2、和複數管狀過濾膜3。
殼體2係具有：呈圓筒形狀的殼體本體4、將殼體本體4之下端予以閉鎖的第一側壁5、將殼體本體4之上端予以閉鎖的第二側壁6、被形成在殼體本體4的被處理水導入口7、被形成在殼體本體4的濃縮水排出口8、被形
成在殼體本體4的滲透水排出口9。
膜模組1係具備：將殼體2的內部分割成3個空間的第一隔壁30和第二隔壁31。第一隔壁30和第二隔壁31上，係被形成有複數插通孔32。插通孔32，係將第一隔壁30及第二隔壁31的板厚方向予以貫通的貫通孔。插通孔32的內徑，係比管狀過濾膜3的外徑略大。
第一隔壁30，係被設在殼體2的延展方向之一端(第一端)，複數管狀過濾膜3之一端，係被連結至第一隔壁30的複數貫通孔32。第二隔壁31，係被設在殼體2的延展方向之他端(第二端)，複數管狀過濾膜3之他端，係被連結至第二隔壁31的複數貫通孔32。
第一隔壁30，係為板形狀的構件，被固定在殼體2的延展方向之下方(第一側壁5側)。被殼體本體4、第一隔壁30、第一側壁5所圍繞的空間，係為下部水頭空間S1。
第二隔壁31，係為板形狀的構件，被固定在殼體2的延展方向之上方(第二側壁6側)。被殼體本體4、第二隔壁31、第二側壁6所圍繞的空間，係為上部水頭空間S2。
被殼體本體4、第一隔壁30、第二側壁31所圍繞的空間，係為滲透水空間S3。從複數管狀過濾膜3所取出的滲透水PW，係被排出至滲透水空間S3後，經由滲透水排出口9而被導入至滲透水配管18。
被處理水導入口7，係使殼體2的外部與下部
水頭空間S1連通的開口。被處理水導入口7，係被形成在殼體本體4。被處理水導入口7，係被設在殼體2之軸線A方向上的，第一隔壁30、與第一側壁5之間。
濃縮水排出口8，係使殼體2的外部與上部水頭空間S2連通的開口。濃縮水排出口8，係被形成在殼體本體4。濃縮水排出口8，係被設在殼體2之軸線A方向上的，第二隔壁31、與第二側壁6之間。
滲透水排出口9，係使殼體2的外部與滲透水空間S3連通的開口。
滲透水排出口9，係被形成在殼體本體4。滲透水排出口9，係被設在殼體2之軸線A方向上的，第一隔壁30、與第二側壁31之間。
各個管狀過濾膜3之一端，係被第一隔壁30的插通孔32所插通，並且被固定在插通孔32的內周面。在插通孔32的內周面與管狀過濾膜3的外周面之間，係藉由密封材(未圖示)而被密封。作為密封材，係環氧樹脂或聚氨酯樹脂等，在初期具有黏性，而會經時性硬化的材料為理想。
各個管狀過濾膜3之他端，係用與管狀過濾膜3之一端相同的方法，被固定在第二隔壁31的插通孔32。
本實施形態的複數管狀過濾膜3，係被串列地連接。具體而言，本實施形態的膜模組1，係將管狀過濾膜3之一端彼此、及管狀過濾膜3之他端彼此予以連接，以使得複數管狀過濾膜3是被串列地連接。
管狀過濾膜3之端部彼此，係藉由U字狀的膜連接管34而被連接。U字狀的膜連接管34係例如，藉由POM等的工程塑膠而被形成，係為被彎曲的圓筒狀的連接構件。膜連接管34，係亦可藉由SUS304等耐腐蝕性佳的金屬來形成。膜連接管34之端部，係被連接至隔壁30、31的插通孔32。亦可將膜連接管34之端部直接地連接至管狀過濾膜3。
管狀過濾膜3，係呈圓筒形狀，藉由對單一主要構成素材將親水性單體進行共聚而成的單層結構之高分子過濾膜，而被形成。
亦即，管狀過濾膜3，係藉由主要材料為1種類的素材，而被形成。藉由主要材料為1種類的素材來加以形成這件事情是意味著，在形成管狀過濾膜3的素材(例如樹脂)中，1種類樹脂是佔有50%質量%以上的意思。
又，藉由主要材料為1種類的素材來加以形成這件事情是意味著，該1種類的素材之性質是主宰了構成素材之性質的意思。具體而言，意味著1種類的樹脂是具有50質量%-99質量%的素材。
作為構成管狀過濾膜3的主要材料，係可使用：氯乙烯係樹脂、聚碸(PS)系、聚偏二氟乙烯(PVDF)系、聚乙烯(PE)等之聚烯烴系、聚丙烯腈(PAN)系、聚醚碸係、聚乙烯醇(PVA)系、聚醯亞胺(PI)系等之高分子材料。
作為構成管狀過濾膜3的主要材料，氯乙烯
系樹脂是尤其理想。作為氯乙烯係樹脂，係可舉出氯乙烯單獨聚合物(氯乙烯均聚物)、可和氯乙烯單體共聚的具有不飽和鍵結的單體與氯乙烯單體的共聚物、對聚合物將氯乙烯單體做接枝共聚而成的接枝共聚物、這些氯乙烯單體單位被氯化而成者所成的(共)聚合物等。
作為親水性單體係可舉出例如：(1)氨基、銨基、吡啶基、亞氨基、甜菜鹼結構等之含陽離子性基的乙烯基單體及/或其鹽類、(2)羥基、醯胺基、酯結構、醚結構等之親水性的含非離子性基的乙烯基單體、(3)羧基、磺酸基、磷酸基等之含陰離子性基的乙烯基單體及/或其鹽類、(4)其他單體等。
管狀過濾膜的管徑，係可隨著被處理水W的性狀等而適宜選擇，例如若被處理水W3中的粗纖維量α是200mg/公升以下，則可將管狀過濾膜3的內徑設成5mm以下，若粗纖維量α為大於200mg/公升而小於500mg/公升，則可將管狀過濾膜3的內徑設成5mm-10mm，例粗纖維量α是500mg/公升以上，則可將管狀過濾膜3的內徑設成10mm以上。藉由選擇管徑，就可抑制因為粗纖維而導致管狀過濾膜3的阻塞。
接著說明，本實施形態的水處理系統10的作用。
首先，被處理水W1，係於生物處理水槽11中被處
理。具體而言，被處理水W1中所含之有機性物質，係被微生物所分解。
接下來，從生物處理水槽11排出的被處理水W2，係被儲留在原水槽12。
從原水槽12所排出的被處理水W3，係一旦經由循環泵浦21而被供給至膜分離裝置13，就被送入至膜模組1的管狀過濾膜3內。另一方面，膜模組1的殼體2內的滲透水空間S3係藉由抽吸泵浦22的作動，而變成負壓。抽吸泵浦22，係對通過滲透水排出口9而在管狀過濾膜3中流動的被處理水W3的流動，成略正交的方向做抽吸。從管狀過濾膜3滲透的滲透水PW，係經由滲透水排出口9及滲透水配管18而被儲留在儲留槽20。
此處，使用圖2來說明膜模組1內的被處理水W3的流動。
藉由複數管狀過濾膜3做串列地連接，下部水頭空間S1中流入的被處理水W3，係被導入至第一管狀過濾膜3a。接下來，被處理水W3，係經由膜連接管34a，而被導入至第二管狀過濾膜3b。其後，被處理水W3，係經由第三管狀過濾膜3c、第四管狀過濾膜3d，而被導入至第五管狀過濾膜3e。被處理水W3，係從第五管狀過濾膜3e流入上部水頭空間S2後，從濃縮水排出口8排出。
亦即，藉由將管狀過濾膜3的排列設計成直列方式，在所有的管狀過濾膜3的內部都一定會通過同量的被處理水W3。
又，亦可將第一管狀過濾膜3a和被處理水導入口7、及第五管狀過濾膜3e與濃縮水排出口8，藉由連接構件39及連接構件40而直接連接。此情況下，亦可不設置上部水頭空間S2，或可不用第二側壁6等，而變更殼體的構成。
從膜分離裝置13所被排出的濃縮水W4的全量，係經由返送配管19而被返送至生物處理水槽11，而被再度進行處理。
若依據上記實施形態，則相較於將複數管狀過濾膜3做並列地連接的方式，可減少通過膜模組1的被處理水W3的流量。藉此，可以減少用來促使被處理水W循環所需的運轉動力。
又，在被處理水W的流量不少時，可提升膜面流速。
藉此，可抑制管狀過濾膜3的膜面上的污泥堆積。
又，由於膜面流速會變成均勻，因此可抑制管狀過濾膜3上的污泥堆積或停滯。藉此，可有效活用所有的的管狀過濾膜3。又，可抑制FLUX(流出量)的降低。甚至，可抑制管狀過濾膜3的阻塞。
又，藉由以具有親水性的材料來形成管狀過濾膜3，就可降低被處理水W3的膜面流速。膜面流速，係可設成例如0.15m/s-0.30m/s。
若管狀過濾膜3為疏水性，則必須要將膜面流速提高(例如2.5m/s)。因此，循環流量會變多，就必須
要將從膜分離裝置13所被排出的濃縮水W4，返送至原水槽12及生物處理水槽11。為了返送至原水槽12及生物處理水槽11，就必須要有將濃縮水W4分配至原水槽12與生物處理水槽11的分配槽、或將濃縮水W4返送至原水槽12的配管。
本實施形態的水處理系統10，係可降低膜面流速，因此可減少被處理水W的循環流量。藉此，可減低循環泵浦21的動力。又，不需要將濃縮水W4分配至原水槽12與生物處理水槽11的分配槽、或將濃縮水W4從原水槽12返送至生物處理水槽11的返送泵浦。
又，藉由減少流量，可使配管小徑化。又，藉由減少流量，削減流量計等之機器。
以下，根據圖式來說明本發明之第二實施形態的水處理系統10B。此外，在本實施形態中，是以和上述的第一實施形態的相異點為中心來說明，至於相同的部分則省略其說明。
如圖3所示，本實施形態的水處理系統10B，係有複數膜模組1，被彼此串列地連接。例如，膜分離裝置13是具備3個膜模組1的情況下，從原水槽12所排出的被處理水W3，係只被導入至第一膜模組1a，從第一膜模組1a所排出的被處理水，係只被導入至第二膜模組1b。從第二膜模組1b所排出的被處理水，係只被導入至第三膜
模組1c，從第三膜模組1c所排出的濃縮水W4，係被導入至返送配管19。
若依據上記實施形態，則被連接至膜分離裝置13的原水供給配管17及返送配管19係分別為1處，可減少在水處理系統10B中所循環之被處理水W的流量。藉此，可以減少用來促使被處理水W循環所需的運轉動力。
以下，根據圖式來說明本發明之第三實施形態的膜模組。此外，在本實施形態中，是以和上述的第一實施形態的相異點為中心來說明，至於相同的部分則省略其說明。
如圖4及圖5所示，本實施形態的膜模組1C，係作為第一實施形態的膜連接板34(參照圖2)之替代，具有一對膜連接板36(圖4及圖5中係圖示一對膜連接板36之其中一方)。膜連接板36，係呈板狀，被密接於第一隔壁30的面對第二隔壁31的面的相反側的面而被安裝。
此外，膜連接板36，係也被安裝在第二隔壁31的面對第一隔壁30的面的相反側的面，但因為是相同的結構所以省略說明。
膜連接板36，係以主面是密接於第一隔壁30的面對第二隔壁31的面的相反側的面的方式，而被連接至第一隔壁30。與膜連接板36的第一隔壁30密接的面，稱為密接面36a。膜連接板36的密接面36a上，形成
有複數膜連接溝37。又，膜連接板36上係形成有，將密接面36a和其相反側的面予以貫通的被處理水插通孔38。
膜連接溝37，係被形成在膜連接板36之密接面36a的有底的溝。膜連接溝37，係具有和第一實施形態的膜連接管34相同的機能。亦即，在一個管狀過濾膜3中流動的被處理水W，係經由膜連接溝37而流動至其他管狀過濾膜3。被處理水插通孔38，係為使管狀過濾膜3與水頭空間連通的孔，亦可經由連接管41而被直接連接至被處理水導入口7。
若依據上記實施形態，則相較於使用複數膜連接管34的第一實施形態的膜模組1，膜模組的組裝工程可更加簡化。又，藉由減少零件數，就可使得分解、清掃變得容易。
以上，雖然針對本發明之實施形態而說明了細節，但在不脫離本發明的技術思想的範圍內，可施加各種變更。
例如，關於管狀過濾膜3的根數，雖然在圖2等中圖示了5根管狀過濾膜3，但管狀過濾膜3的根數係不限於此。
又，膜模組1係亦可為橫置。亦即，亦可將膜模組1，配置成膜模組1的軸線A是朝水平方向延展。藉由將膜模組1橫置，即使將膜模組1做複數配置時，仍可容易更換膜模組1。
若依據本發明，則相較於將複數管狀過濾膜做並列地連接的方式，可減少通過管狀過濾膜的被處理水的流量。藉此，可以減少用來促使被處理水循環所需的運轉動力。又，由於膜面流速會變成均勻，因此可抑制管狀過濾膜上的污泥堆積或停滯。
Claims (2)
- 一種水處理系統，係具備：生物處理水槽，係將被處理水中所含有的有機物，予以處理；和原水槽，係收容從前記生物處理水槽所被排出之被處理水；和膜分離裝置，係具有膜模組，將從前記原水槽所供給的被處理水，分離成滲透水和濃縮水，前述膜模組具備：筒形狀之殼體；和複數管狀過濾膜，係於前記殼體之內部朝前記殼體之延展方向而延展，具有由親水性單體所共聚而成的單層結構；和第一隔壁，係被設在前記殼體的延展方向之一端，具有連結前記複數管狀過濾膜之一端的複數貫通孔；和第二隔壁，係被設在前記殼體的延展方向之他端，具有連結前記複數管狀過濾膜之他端的複數貫通孔；和一對膜連接板，係具備膜連接溝，其係將前記管狀過濾膜之一端彼此、及前記管狀過濾膜之他端彼此予以連接，以使得前記複數管狀過濾膜是呈串列地連接；和返送管線，係將前記濃縮水返送至前記生物處理水槽；完全不將前記濃縮水返送至前記原水槽。
- 如請求項1所記載之水處理系統，其中，前記膜分離裝置，係具有彼此被串列地連接的複數前記膜模組。
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