WO2012002427A1 - 浸漬型膜モジュールユニット、及び膜分離活性汚泥処理装置 - Google Patents

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WO2012002427A1
WO2012002427A1 PCT/JP2011/064900 JP2011064900W WO2012002427A1 WO 2012002427 A1 WO2012002427 A1 WO 2012002427A1 JP 2011064900 W JP2011064900 W JP 2011064900W WO 2012002427 A1 WO2012002427 A1 WO 2012002427A1
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membrane module
aeration
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hollow fiber
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森田　徹
義公 渡辺
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住友電工ファインポリマー株式会社
国立大学法人北海道大学
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a submerged membrane module unit for filtration of membrane separation activated sludge, and a membrane separation activated sludge treatment apparatus that performs aeration for membrane cleaning and separate biological aeration using the module unit.
  • a water treatment device using a membrane separation activated sludge method has been proposed, and some have been put into practical use in applications such as septic tanks, agricultural settlement wastewater treatment, industrial wastewater treatment, and municipal wastewater treatment.
  • the membrane-separated activated sludge method not only provides high-quality treated water by precise separation with a membrane, but also enables activated sludge to have a high concentration and increases the ability to decompose organic matter per volume of the activated sludge tank. This technology is expected to become widespread in the future, as the sludge tank becomes smaller, leading to a reduction in installation area and civil engineering costs.
  • aeration is also performed as means for giving oxygen to activated sludge in order to maintain the ability to decompose dissolved organic matter and the like by activated sludge (hereinafter referred to as biological aeration).
  • activated sludge hereinafter referred to as biological aeration.
  • the membrane separation activated sludge method requires two types of aeration for membrane cleaning and biological aeration, which requires more energy than the conventional standard activated sludge, and requires a lot of energy, and its reduction is an issue. It has become.
  • Non-Patent Document 1 there are roughly two types of submerged membrane separation activated sludge methods.
  • a conventional basic type is a tank-integrated type in which a membrane module is inserted in a biological treatment tank, that is, in the same tank and has advantages such as compactness.
  • the other is a tank separation type that emphasizes the flexibility of membrane module filtration and chemical cleaning, that is, a system in which activated sludge circulates in two tanks with the biological treatment tank and the membrane separation tank set apart. ing.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a submerged membrane module unit for membrane separation activated sludge that can reduce aeration energy while maintaining compactness, which is a merit of the membrane separation activated sludge method. Furthermore, it is an object to provide a new membrane separation activated sludge treatment apparatus using the same.
  • the present invention provides a submerged membrane module for membrane separation activated sludge filtration, an extension wall extending from the lower end of the membrane module and surrounding a space below the membrane module, and a lower portion in the space or a lower space.
  • a membrane aeration device having a plurality of aeration holes arranged in the vicinity and having a plurality of aeration holes arranged between the membrane module separation membranes, and guiding the bubbles from each aeration hole by an extension wall
  • a mold module unit is provided.
  • bubbles ejected from the air diffuser can be uniformly supplied to the entire membrane module, and sufficient bubbles are generated in the membrane module by suppressing the divergence of bubbles from the lower space of the membrane module to the outside. Can supply. For this reason, it is possible to reduce the aeration energy for membrane cleaning by reducing the amount of supplied air.
  • the air diffuser can have an upper surface that covers the projected area of the membrane module, and a plurality of air holes can be arranged on the upper surface. Air bubbles are uniformly supplied to the entire area of the membrane module from the air diffusion holes on the upper surface that covers the projected area of the membrane module.
  • the diameter of the air diffusion hole can be set to, for example, 1 to 8 mm, and preferably 3 to 6 mm in order to generate coarse bubbles suitable for membrane cleaning.
  • vibrations and swirling flows effective for membrane cleaning are generated from the bubble rising flow velocity and energy magnitude.
  • the plurality of air diffusion holes can be uniformly arranged between the separation membranes.
  • the separation membrane can be cleaned evenly and appropriately.
  • the upper end portions are fixed to each other using a sealing material so that the separation membranes are arranged in parallel.
  • no sealing agent is provided, and the separation membrane is folded back through a support rod or the like and fixed, leaving a gap between the separation membranes, or the lower end of the separation membrane is also attached to the support rod or the like. It can be easily shaken as a semi-free end by fixing only a part.
  • the bubble increases from the air diffuser hole as it rises in the extension wall and becomes coarser. A large bubble is formed, and a larger bubble can be brought into contact with the separation membrane surface of the separation membrane module to effectively shake the separation membrane.
  • a through hole or the like may be provided in a portion where the separation membrane does not exist to provide raw water supply or a bubble introduction hole. It is preferable to set the air diffuser so as to face the gap between the separation membranes provided at the lower end or the through hole of the sealing layer so that the bubbles are introduced and raised between the membranes of the membrane module through the gap.
  • the outer peripheral frame at the lower end of the separation membrane module is attached, for example, via a fixed frame and a connection frame on the upper end side of the separation membrane module.
  • a hollow fiber membrane module or a flat membrane module can be used as the separation membrane module.
  • the separation membrane of the separation membrane module is not dependent on the membrane material, but is preferably a flexible material that vibrates with energy due to the rise of bubbles. It is preferable to use a film made of an organic material, especially a film made of ethylene tetrafluoride resin (hereinafter referred to as PTFE). Since this PTFE separation membrane has strength, durability can be maintained without causing damage or breakage of the separation membrane even if the surface of the separation membrane is continuously diffused. Moreover, since the porosity of the PTFE film can be higher than that of other materials, the resulting PTFE film is lighter and more likely to vibrate because it is a flexible material.
  • PTFE membranes have high strength and are excellent in chemical resistance, chemical stability, and weather resistance. Especially, the membrane surface contaminated with wastewater components and activated sludge is washed with high-concentration alkaline solution, oxidizing agent, and acidic solution. Can be used as
  • the separation membrane module can be formed by converging a hollow fiber membrane made of PTFE.
  • PTFE hollow fiber membrane “Poreflon (registered trademark)” series manufactured by Sumitomo Electric Fine Polymer Co., Ltd. can be suitably used.
  • the separation membrane to which flocs adhere is a separation membrane module made of a hollow fiber membrane made of PTFE, so that durability can be maintained even during continuous operation. Can be held.
  • high-concentration alkaline solution, oxidizing agent, or acidic solution can be used as a cleaning solution, and water treatment is performed with a stable and high permeation flow rate for a long period. can do.
  • the hollow fiber membrane made of PTFE is a single layer or multiple layers made of a stretched PTFE porous membrane.
  • the porous multi-layer hollow fiber described in Japanese Patent No. 3851864 cited by reference is preferably used, and as a separation membrane module in which the hollow fibers are converged,
  • the hollow fiber membrane modules described in Japanese Patent No. 3077260 and the Japanese Patent No. 385864 cited by reference are preferably used.
  • a hollow fiber membrane made of expanded PTFE when used, it has excellent strength, durability, and corrosion resistance, and can exhibit extremely usefulness in high turbidity wastewater treatment. Furthermore, since the expanded PTFE porous membrane is manufactured through extrusion and stretching processes, the fine pores can be made to have a high porosity by a high molecular orientation. Therefore, even if a high-performance filter membrane with a large amount of permeated water is used, even if shaking is generated by aeration treatment, the separation membrane does not crack or break, and has excellent durability.
  • the hollow fiber membrane made of the expanded PTFE porous membrane has, for example, an average pore diameter of the filtration surface of 0.01 ⁇ m or more, an average film thickness of 0.1 to 10 mm, a porosity of 40 to 90%, as defined in JIS K 7113.
  • the tensile strength is preferably 10 N / mm 2 or more.
  • the average pore diameter is preferably 0.01 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less, more preferably 0.1 ⁇ m or more and 0.45 ⁇ m or less.
  • the average pore diameter can be measured with a PMI palm porometer (model number CFP-1200A).
  • the average film thickness is measured with a dial gauge.
  • the porosity is measured by the method described in ASTM D792.
  • the expanded porous PTFE means that PTFE has a porosity of 60% or more, and more preferably 80% or more.
  • a tank-integrated membrane separation activated sludge treatment apparatus that performs biological treatment and membrane separation treatment in the same tank, wherein the above-mentioned submerged membrane module unit is provided in the activated sludge tank.
  • a membrane separation activated sludge treatment apparatus including a biological aeration diffuser independent of the diffuser for supplying oxygen to the activated sludge below the membrane module unit.
  • aeration for membrane cleaning can be performed uniformly over the entire membrane module, and biological aeration is performed independently in the same tank. It is possible to reduce aeration energy as a whole while avoiding enlargement of the apparatus size.
  • the hole diameter of the aeration apparatus for biological aeration can be set to 0.1 to 1 mm, for example, and the bubble diameter can be set to about 0.2 to 2 mm.
  • An appropriate dissolved oxygen concentration is required to ensure good treatment capacity of activated sludge.
  • the oxygen concentration is 1 to 3 mg / l.
  • the amount of dissolved oxygen does not satisfy the amount of dissolved oxygen required by activated sludge.
  • auxiliary biological treatment aeration means is provided.
  • the necessary dissolved oxygen can be supplied without greatly increasing the installation area of the activated sludge tank by providing a biological aeration diffuser capable of generating fine bubbles below the membrane module unit.
  • the aeration device for biological aeration has a small bubble diameter, so that the dissolution efficiency is improved, and as a result, the oxygen supply amount can be reduced and aeration energy can be reduced.
  • One such aeration device for biological aeration can be located under one or more hollow fiber membrane modules.
  • the diffuser for biological aeration in the area where the membrane module unit is present and in the lower part, the bubble rise of biological aeration also flows in the same direction as the aeration for membrane cleaning. It is possible to amplify the swirl flows in the same direction generated by both the processing aeration and enhance the cleaning effect.
  • Biological aeration and membrane aeration can be connected by separate air supply pipes.
  • the lower end of each pipe along the side wall of the activated sludge tank is horizontally refracted and connected to the biological aeration diffuser and the membrane aeration diffuser, respectively.
  • Air is ejected from a plurality of fine air diffuser holes provided in parallel on the upper surface of the membrane aeration diffuser, while the membrane aeration diffuser is connected to the lower peripheral frame of the separation membrane module through an extension wall. It can be set as the structure which ejects air toward the whole projection area area of a separation module from the several diffuser hole provided in the attachment and the upper surface of this diffuser.
  • fine air diffusion holes can be provided on the upper surface of the air supply pipe piped along the bottom surface of the tank, or a tubular air diffusion device for generating fine bubbles in the middle of the piping may be provided. .
  • the membrane separation activated sludge treatment apparatus may further include a control device that independently controls the membrane aeration device and the biological aeration device.
  • each of the biological aeration air supply pipe and the membrane aeration air supply pipe is provided with an automatic opening / closing valve, and the opening / closing control of the automatic opening / closing valve is controlled by a control device, and the air supply flow rate and timing (aeration timing, Aeration time), raw water supply flow rate, timing, suction permeation flow rate of membrane treatment liquid, etc.
  • the air supply flow rate and timing (aeration timing, Aeration time), raw water supply flow rate, timing, suction permeation flow rate of membrane treatment liquid, etc.
  • the automatic opening / closing valve is composed of a solenoid valve, and the solenoid valve can be manually operated.
  • the aeration energy of the entire system can be reduced while maintaining the compactness that is the merit of the membrane separation activated sludge method.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line BB in FIG. 2 is a diagram showing a circuit for automatic control.
  • a hollow fiber membrane module is shown, (A) is a perspective view, (B) is principal part sectional drawing. An aeration box is shown, (A) is a plan view, (B) is a front view, and (C) is a side view.
  • A) is a front view which shows the state which attached the diffuser box to the lower end of a hollow fiber membrane module,
  • (B) is an expanded sectional view of an attaching part.
  • the membrane separation activated sludge treatment apparatus (hereinafter abbreviated as a treatment apparatus) of this embodiment purifies sewage, factory wastewater, etc., and performs high-concentration microorganisms in the same tank for biological treatment and separation. It is set as the processing apparatus of the tank type which suspended the membrane module.
  • each hollow fiber membrane module is provided with a membrane aeration device and its air supply pipe.
  • a biological aeration diffuser 6 is disposed in a lower area of the membrane unit including the hollow fiber membrane module 2 and the membrane aeration diffuser 8.
  • the biological aeration air supply pipe 5 and the membrane aeration air supply pipe 7 are connected to an air supply source (blower) 9, inserted along the side wall 1 a from the upper part of the tank 1, and moved down to be close to the bottom wall 1 b. At the position, the lower end is refracted and horizontally piped, and connected to the biological aeration device 6 and the membrane aeration device 8 installed on the bottom wall 1b via the support material 11.
  • an air supply source Blower
  • a diffuser plate 10 provided with a large number of diffuser holes A1 is arranged on the upper surface of the aeration device 6 for biological aeration at intervals, and the air introduced into the aeration device 6 for biological aeration is distributed over the entire area of the membrane module. It spouts out towards.
  • the air diffusion hole A1 has a relatively small diameter such as a hole diameter of 0.5 mm so that fine bubbles having a diameter of about 1 mm are ejected.
  • a dissolved oxygen meter is provided for measuring dissolved oxygen necessary for biological treatment (not shown).
  • the air supply amount to the biological aeration air supply pipe 5 is automatically controlled by a control device 50 described later, and the tank 1 is supplied from the biological aeration air supply pipe 5 and the biological aeration diffuser 6.
  • the minimum necessary fine bubbles are intermittently supplied inside.
  • the hollow fiber membrane module 2 suspended in the tank 1 has a membrane permeate pipe (water collecting pipe) 16 fixed to a fixing member 15 at its upper end, and the membrane permeate pipe 16 is attached to the lid plate 13 of the tank 1 A flange 16 a that penetrates through the hole and is fixed to the membrane permeate pipe 16 is fixed to the lid plate 13.
  • the membrane permeate pipe 16 is provided with an open / close valve 17 comprising an electromagnetic valve, and a suction pump 19 is provided downstream thereof.
  • the raw water Q is supplied into each tank 1 by passing the raw water supply pipe 4 for supplying the raw water to the tank 1 through a piping hole provided in the cover plate 13.
  • the pipe is provided with an on-off valve 18 made of an electromagnetic valve, and opens and closes the raw water supply path.
  • the hollow fiber membrane module 2 has a large number of stretched PTFE hollow fiber membranes 20 converged in a rectangular (or circular) horizontal cross section.
  • Each hollow fiber membrane 20 is folded in two in a U shape and arranged side by side with a gap therebetween, and the upper ends of these hollow fiber membranes 20 are connected and fixed by a sealing fixing material 21.
  • the sealing and fixing member 21 is provided with a water collecting portion 21a communicating with the hollow portion of each hollow fiber membrane 20, and a water collecting header 22 is externally fitted to the water collecting portion 21a.
  • the water collection header 22 is fixed and connected to the membrane permeate pipe 16.
  • the U-shape is held through the support rod 26 at the curved portion at the lower end of each hollow fiber membrane 20.
  • the hollow fiber membrane 20 is folded back through a support rod and disposed at an interval so that air bubbles and raw water can be easily passed through the void S of the hollow fiber membrane 20.
  • the support rod 26 is held by a holding material 27 that is a lower peripheral frame of the hollow fiber membrane module 2, and the holding material 27 extends further downward and forms a rectangular parallelepiped skirt (extension) that surrounds the space below the hollow fiber membrane 20. Wall).
  • a shallow rectangular parallelepiped film aeration device 8 is disposed at the lower end of the rectangular parallelepiped skirt.
  • the upper surface has a size corresponding to the total projected area of the hollow fiber separation membrane module 2, and a large number of air holes A2 serving as small-diameter air outlets are provided on the upper surface at intervals in the front, rear, left and right directions. These air diffusion holes A2 correspond to the entire gap S between the hollow fiber membranes 20.
  • the distance from the upper surface of the membrane aeration device 8 provided with the air diffusion holes A2 to the hollow fiber membrane 20 can be arbitrarily set according to the length of the holding material 27 fixed to the membrane module. As the length is increased, the bubbles ejected from the air diffusion hole A2 are rapidly increased, and the bubbles contacting the hollow fiber membrane 20 can be made into coarse bubbles.
  • a connection port 8 b of the membrane aeration air supply pipe 7 is provided on the side surface of the membrane aeration diffuser 8.
  • the aeration device 8 for membrane aeration is attached to the lower end of the hollow fiber membrane module 2 via the holding material 27, and the entire space S between the hollow fiber membranes 20 is formed from the air diffusion holes A 2 of the aeration device 8. Air is blown directly locally.
  • the membrane aeration device may be attached at an appropriate distance from the lower end of the holding member 27, specifically 5 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm. In this case, accumulation of solid content remaining on the surface of the diffuser can be reduced.
  • the biological aeration diffuser 6 disposed below the membrane aeration diffuser 8 aerates toward the entire membrane module unit area.
  • the hollow fiber membrane 20 of the hollow fiber membrane module 2 uses a porous multilayer hollow fiber membrane.
  • the multi-layer hollow fiber membrane has a porous stretched PTFE sheet as a support layer, and a porous stretched PTFE sheet as a filtration layer is tightly wound around the outer peripheral surface of the porous stretched PTFE tube to increase the strength.
  • the expanded PTFE porous sheet forming the filtration membrane may be obtained by uniaxial stretching or biaxial stretching, but a molded body obtained by extrusion extrusion of PTFE unsintered powder and liquid lubricant is biaxially stretched. It is preferable that the porous sheet obtained by sintering is obtained by sintering. By biaxially stretching, the strength of the fibrous skeleton surrounding the pores can be increased.
  • the filtration membrane and the support membrane can be easily formed into a laminate by sintering and integrating an unsintered PTFE porous membrane.
  • the hollow fiber membrane 20 is not limited to the multilayer hollow fiber membrane, and may be a single layer.
  • the hollow fiber membrane 20 has an average pore diameter of the filtration surface of 0.01 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less, an average film thickness (a thickness obtained by adding a filtration layer and a support layer in the case of multiple layers) of 0.1 to 10 mm, and a porosity of 40 to 90%.
  • the inner diameter is 0.3 to 10 mm, and the IPA bubble point is in the range of 10 to 600 kPa.
  • the hollow fiber membrane 20 has a tensile strength defined in JIS K 7113 of 10 N / mm 2 or more.
  • the biological aeration air supply pipe 5 connected to the biological aeration diffuser 6 and the membrane aeration air supply pipe 7 connected to the membrane aeration diffuser 8 are piped through piping holes provided in the lid plate 13, respectively.
  • a flow rate adjusting valve and on-off valves 45 and 46 and 47 and 48 are interposed and connected to the air supply source 9.
  • the flow rate control valve and the on-off valve are open / closed and flow controlled by the control device 50 as electromagnetic valves. Further, the controller 50 controls the on-off valve 17 provided in the membrane permeate pipe 16, the on-off valve 18 provided in the processing liquid supply pipe 4 a, and the suction pump 19. The suction pump 19 sets a stop time by a timer after the start of driving.
  • the on-off valve can be opened and closed by manual operation.
  • the suction pump 19 is operated during the filtration operation, and is stopped when the filtration is stopped.
  • the on-off valve 46 for membrane aeration is always opened, including when the filtration operation is stopped, to supply diffused bubbles to the hollow fiber membrane module 2.
  • the treated water flow rate is controlled to be constant, and suction filtration is performed with a suction pump output for maintaining this flow rate.
  • the state of clogging of the hollow fiber membrane 20 is determined through the hollow fiber membrane.
  • a suction pressure detector for filtration is provided, and when the detected value reaches a threshold value, the membrane aeration amount is increased to reduce clogging, and when it is reduced to a certain differential pressure, the membrane aeration amount is reduced.
  • the amount is controlled by feeding back to the biological aeration amount.
  • the pressure of the air supplied to the membrane aeration air supply pipe is suitably in the range of 10 to 70 kPa, more preferably 20 to 50 kPa.
  • the air supply source 9 for the pressurized air may be a blower or a compressor, but since the compressor has an excessively high air pressure and is advantageous in terms of cost, a blower is preferably used.
  • the amount of air required to obtain a stable filtration amount in the membrane separation activated sludge treatment method can be greatly reduced.
  • the air flow rate / filtrated water treatment amount is defined as the air supply magnification, it is greatly improved over the conventional membrane separation activated sludge system.
  • the air supply ratio of the hollow fiber membrane module 2 made of PTFE has been improved by 20% or more.
  • films aeration amount to the amount of treated water 100L / hr is 0.5 ⁇ 1.5Nm 3 / hr, the range of preferably 0.7 ⁇ 1.0Nm 3 / hr, as appropriate according to the characteristics such as the activated sludge water Is set.
  • the treatment liquid biologically treated in the tank 1 is sucked into each hollow fiber membrane 20 of the hollow fiber membrane module 2 by the action of the suction pump 19, and the membrane permeate is collected through the membrane permeate pipe 16.
  • Microbial flocs, inorganic substances, and the like contained in the activated sludge water are captured and attached on the surface of the hollow fiber membrane 20.
  • air that becomes coarse bubbles is directly ejected from the air diffusion holes A 2 of the membrane aeration device 8. Since the bubbles to be ejected are coarse bubbles, they have energy to shake the hollow fiber membrane 20. In addition, air bubbles are supplied uniformly to each part of the module from the holes that are evenly formed in a flat shape, and the air dissipation is effectively used because the air diffused is effectively prevented by the skirt. The amount of air ejected as a result can be reduced.
  • each hollow fiber membrane 20 of the hollow fiber membrane module 2 since the lower part of each hollow fiber membrane 20 of the hollow fiber membrane module 2 is supported with a gap S therebetween, air passing through the gap S of each hollow fiber can be loaded on the membrane surface of the hollow fiber membrane 20, and the membrane surface The suspended component deposited on the surface of the film or between the films can be peeled and removed efficiently and reliably by the liquid flow on the surface. Furthermore, since sufficient air bubbles can be spread over the entire hollow fiber membrane module in which the hollow fibers are bundled, accumulation of solid content can be prevented at the lower part of the hollow fiber membrane module, and a stable filtration function can be ensured.
  • the hollow fiber membrane module 2 is formed of the PTFE hollow fiber membrane 20 having high strength, the hollow fiber membrane module 2 does not cause damage or breakage of the hollow fiber even if aeration is continuously performed during the filtration operation period. There is.
  • the aeration hole A1 of the biological aeration device 6 is normally aerated at all times including when filtration is suspended. At that time, since the air bubbles ejected from the air diffusion hole A1 are minute, they are easily dissolved and the amount of supplied air can be reduced.
  • the tank 1 maintains an appropriate dissolved oxygen concentration for microorganisms. While aeration can be supplied, air is constantly supplied to the hollow fiber membrane module 2 to diffuse it, and clogging can be reduced.
  • FIG. 8 shows a modification of the first embodiment.
  • each hollow fiber membrane 20 of the hollow fiber separation membrane module 2 is U-shaped and turned at the lower end.
  • the lower end of the hollow fiber membrane 20 is inside the U-shaped support member 65 without using a support rod. Can be fixed by being sandwiched between the two.
  • a plurality of support members 65 are disposed in the lower end outer peripheral frame 27 with a moderate gap S therebetween.
  • the configuration in which the aeration apparatus for membrane aeration is connected to the lower end outer peripheral frame 27 via the skirt material is the same as that of the first embodiment, and the other configurations are also the same, and the same effects are generated. Description is omitted.
  • FIG. 9 shows a second embodiment.
  • the separation membrane module 50 is a flat membrane type separation membrane module in which flat membranes 51 are arranged side by side.
  • the parallel flat film 51 is swingably accommodated in the lower peripheral frame 53 as in the first embodiment.
  • the configuration in which the film aeration diffuser 8 is attached to the lower end outer peripheral frame 53 via the holding material 31 is the same as in the first embodiment.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment and has the same function and effect, and thus the description thereof is omitted.
  • FIG. 10 shows a third embodiment.
  • the membrane aeration device is attached with the membrane aeration device 8 at an appropriate distance X from the lower end of the holding member 27, specifically 5 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm.
  • the other configurations are the same, and the description thereof is omitted to generate the same effect.
  • the solid content remaining on the surface of the diffuser can be reduced.
  • Both the set flux (flow rate per unit membrane area) are 0.8 m / day, only local aeration is used in the examples, only full aeration is used in the comparative examples, and the aeration amounts (air supply amounts) of the examples and comparative examples are the same. The amount.
  • the aeration amount was changed to 1500 l / h, 2000 l / h, 2500 L / h, 3000 l / h, and the operation was continued every two weeks.
  • the membrane aeration device is attached to the lower end portion of the extension wall extending from the lower portion of the separation membrane module.
  • the present invention is not limited to this. You may make it arrange
  • an introduction hole for guiding fine bubbles or raw water for biological aeration to the space in the extension wall may be provided in the aeration apparatus for membrane aeration or the extension wall.

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Abstract

　浸漬型膜モジュールユニットは、膜分離活性汚泥ろ過用の浸漬型膜モジュール（２）と、膜モジュール下端部から延び、膜モジュール（２）下方の空間を囲む延長壁（２７）と、前記空間内下部または前記空間下方付近に配置され、平面的に配列された複数の散気穴を有する膜曝気用散気装置（８）とを備え、膜モジュール（２）の分離膜間に、延長壁（２７）によって各散気穴からの気泡を案内する。

Description

浸漬型膜モジュールユニット、及び膜分離活性汚泥処理装置
　本発明は、膜分離活性汚泥ろ過用の浸漬型膜モジュールユニット、及び該モジュールユニットにより膜洗浄用曝気すると共に生物曝気を別途行う膜分離活性汚泥処理装置に関する。
　従来より膜分離活性汚泥法による水処理装置が提案され、浄化槽、農業集落排水処理、産業排水処理、都市下水処理などの用途で一部実用化されている。該膜分離活性汚泥法は、膜による精密な分離により、良質の処理水が得られるだけでなく、活性汚泥を高濃度にでき、活性汚泥槽の容積あたりの有機物分解処理能力が大きくなって活性汚泥槽が小さくなり、設置面積や土木費用の低減につながるなどのメリットがあるので、今後この技術が広く普及すると見られている。
　この高濃度の活性汚泥を用いた膜分離においては、高粘度な活性汚泥フロックの膜への付着、汚染による処理能力の低下が著しく、これを防ぐために膜モジュールの下方から、常時曝気を行い、それによって生じる膜の振動、あるいは気泡上昇による汚泥の密度差により膜モジュール付近に生じる旋回流で、膜面に堆積する活性汚泥を剥離させている（以下、膜洗浄用曝気または膜曝気）。すなわちこのような気泡による物理的洗浄処理が常時必要とされ行われているのが実状である。一方、従来の標準活性汚泥処理と同様、活性汚泥による溶存有機物等の分解処理能力を維持するために、活性汚泥に酸素を与える手段としても曝気が行われている（以下、生物曝気）。このように膜分離活性汚泥法では膜洗浄用曝気と生物曝気の２つが必要となり、従来の標準活性汚泥よりも膜洗浄用曝気分が必要なだけ、多くのエネルギーが必要となり、その低減が課題となっている。
　浸漬型膜分離活性汚泥法には、非特許文献１に記載のように、大きく分けて２つの方式がある。従来の基本型は生物処理槽内に、すなわち同一槽内に膜モジュールを挿入したものでコンパクト性などをメリットとした槽一体型である。もう一つは膜モジュールのろ過方式や薬品洗浄などの融通性を重視した槽分離型、すなわち、生物処理槽と膜分離槽を別置きとして２つの槽を活性汚泥が循環するという方式が普及している。
山本和夫監修「ＭＢＲ（膜分離活性汚泥法）による水活用技術」、サイエンステクノロジー社、２０１０年２月１９日発行
　しかし、それぞれに課題があった。まず槽一体型については、その多くが生物処理用の曝気装置を活用して、膜曝気洗浄をも行い、ひとつ二役としているため、曝気した気泡が膜モジュールに対して必ずしも有効に投入されず、供給した風量が有効に使われない。そのため膜モジュールの膜面の洗浄効果を十分に出すために多くの曝気風量が必要となる。結果として標準活性汚泥法に比べトータルの曝気エネルギーは非常に大きいものとなっている。
　槽分離型については、２つの槽を別個に製作するので、各々の槽を製作するために本来の膜分離活性汚泥処理法のメリットであるコンパクト性が発揮できず、また２つの槽内を循環させるポンプなどが必要となりエネルギーコストの低減に逆行するデメリットがあった。
　本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、膜分離活性汚泥法のメリットであるコンパクト性を維持したまま、曝気エネルギーを低減可能とする膜分離活性汚泥用の浸漬型膜モジュールユニットを提供し、さらにこれを用いた新しい膜分離活性汚泥処理装置を提供することを課題としている。
　前記課題を解決するため、本発明は、膜分離活性汚泥ろ過用の浸漬型膜モジュールと、膜モジュール下端部から延び、該膜モジュール下方の空間を囲む延長壁と、その空間内下部または空間下方付近に配置され、平面的に配列された複数の散気穴を有する膜曝気用散気装置とを備え、膜モジュールの分離膜間に、延長壁によって各散気穴からの気泡を案内する浸漬型モジュールユニットを提供する。
　本発明の膜モジュールユニットによると、散気装置から噴出される気泡が膜モジュール全域に均一に供給でき、また膜モジュールの下方空間から外側への気泡の発散を抑えることで膜モジュールに十分な気泡を供給できる。このため、供給空気量の低減による膜洗浄用曝気エネルギーの低減を図ることができる。
　この膜モジュールユニットにおいて、散気装置が、膜モジュールの投影面積をカバーする上面を有し、その上面に複数の散気穴を配置するようにすることができる。膜モジュールの投影面積をカバーする上面の散気穴から膜モジュールの全域に均一に気泡が供給される。散気穴の径は、膜洗浄に適した粗大気泡を発生させるために、たとえば１～８mmとすることができ、３～６mmが望ましい。これにより、その気泡上昇流速、エネルギーの大きさから、膜洗浄に効果的な振動や旋回流を発生させる。
　本発明の好ましい実施態様において、複数の散気穴は、分離膜の間に合わせて均一に配置することができる。それにより、分離膜の洗浄を均等かつ適切に行うことが可能となる。分離膜モジュールでは、たとえば上端部では分離膜の間隔をあけて並列するように封止材を用いて相互に固定する。一方、下端部では、封止剤を設けず、支持棒等を介して分離膜を折り返すなどして固定し分離膜間に空隙をあけたままにする、あるいは同じく支持棒などに分離膜下端の一部のみを固定するなどして半自由端として容易に揺れるようにすることができる。
　散気穴から分離膜モジュールの下端間での距離、即ち、延長壁の長さを大とすると、散気穴から噴出する気泡が延長壁内を上昇する間に該気泡が増大してより粗く大きな気泡になり、分離膜モジュールの分離膜面にさらに大きな気泡を接触させて分離膜を効果的に揺らすことができる。
　また上端と同様に分離膜の間に封止材を充填して固定するものの、分離膜が存在しない部分に貫通孔などを設けて原水の供給や気泡の導入孔とするなどしてもよい。この下端に設けられた分離膜間の空隙あるいは封止層の貫通孔に散気穴を対向配置し、空隙を通して気泡が膜モジュールの膜間に投入、上昇するように設定することが好ましい。分離膜モジュールの下端の外周枠はたとえば分離膜モジュールの上端側の固定枠と連結枠を介して取り付ける。
　分離膜モジュールには、中空糸膜モジュールまたは平膜モジュールを用いることができる。分離膜モジュールの分離膜は、膜材質によらないが、気泡の上昇によるエネルギーで振動する柔軟な素材が望ましい。有機素材、なかでも特に四弗化エチレン樹脂製（以下、ＰＴＦＥ製と称す）の膜とすることが好ましい。このＰＴＦＥ製の分離膜は強度を有するものであるため、分離膜の表面に継続的に散気しても分離膜の損傷や折れを与えず耐久性を保持することができる。また、ＰＴＦＥ製膜はその気孔率が他素材よりも高くすることができるため、結果としてより軽量となり、かつ柔軟な素材であることから振動しやすい。
　またＰＴＦＥ膜は高強度で、耐薬品性、化学安定性、耐候性に優れた特性を備え、特に、排水成分や活性汚泥によって汚れた膜表面を高濃度アルカリ液や酸化剤、酸性液を洗浄液として用いることができる。
　分離膜モジュールは、ＰＴＦＥ製の中空糸膜を集束して形成することができる。該ＰＴＦＥ製の中空糸膜として、住友電工ファインポリマー株式会社製「ポアフロン（登録商標）」シリーズを好適に用いることができる。
　このように、膜分離活性汚泥処理装置において、フロックが付着する分離膜をＰＴＦＥ製の中空糸膜からなる分離膜モジュールとすることにより、運転期間中は連続して散気しても耐久性を保持することができる。かつ、中空糸膜の表面にフロックや難溶解性成分が蓄積しても高濃度アルカリ液や酸化剤、酸性液を洗浄液として用いることでき、長期間安定して高い透過流速を維持して水処理することができる。
　前記ＰＴＦＥ製の中空糸膜は延伸ＰＴＦＥ多孔質膜からなる単層または複層としている。複層の中空糸とする場合には、参照して引用する特許第３８５１８６４号公報に記載した多孔質複層中空糸等が好適に用いられ、また、中空糸を集束した分離膜モジュールとしては、参照して引用する特許第３０７７２６０号公報および前記特許第３８５１８６４号公報に記載した中空糸膜モジュールが好適に用いられる。
　前記のように延伸ＰＴＦＥ製の中空糸膜を用いると、強度、耐久性、耐食性に優れ、高濁度排水処理において極めて有用性を発揮することができる。さらに、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は押出および延伸工程を経て製造されるため、高度な分子配向により微細孔を高気孔率にすることができる。よって、透過水量が多い高性能の濾過膜としながら、散気処理で揺れを発生させても、分離膜に亀裂ができたり、破断したりせず、優れた耐久性を有する。
　前記延伸ＰＴＦＥ多孔質膜からなる中空糸膜は、例えば、濾過面の平均孔径が０．０１μｍ以上、平均膜厚が０．１～１０ｍｍ、気孔率が４０～９０％、ＪＩＳ　Ｋ　７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ2以上としていることが好ましい。
　特に前記平均孔径は０．０１μｍ以上、５．０μｍ以下、さらに望ましくは０．１μｍ以上０．４５μｍ以下であることが好ましい。該平均孔径はＰＭＩ社製パームポロメーター（型番　CFP-1200A）により測定することができる。
　前記平均膜厚はダイアルゲージにより測定している。前記気孔率はＡＳＴＭ　Ｄ７９２に記載の方法で測定している。
　前記延伸多孔質ＰＴＦＥとは、ＰＴＦＥが気孔率６０％以上のことを指し、更に好ましくは８０％以上である。
　本発明の他の態様によれば、生物処理と膜分離処理とを同一槽内で行う槽一体型の膜分離活性汚泥処理装置であって、活性汚泥槽内に、上述の浸漬型膜モジュールユニットと、その膜モジュールユニットの下方に、活性汚泥への酸素供給のための前記散気装置とは独立した生物曝気用散気装置とを備える膜分離活性汚泥処理装置を提供する。
　この膜分離活性汚泥処理装置によれば、必要十分な供給空気量で、膜洗浄用曝気を膜モジュール全域に均一に行うことができ、同一槽内においてそれとは独立して生物曝気を行うため、装置サイズの肥大化を避けつつ、全体としての曝気エネルギーを低減することが可能である。
　この膜分離活性汚泥処理装置において、浸漬型膜モジュールユニットの散気装置から膜洗浄用曝気のための粗大気泡を分離膜モジュールに供給し、生物曝気用散気装置から微細気泡を供給することができる。上述のように粗大気泡とすることで、膜洗浄に効果的な振動や旋回流を得ることができる。
　生物曝気用散気装置の穴径は、たとえば０．１～１ｍｍ、気泡径は０．２～２ｍｍ程度とすることができる。活性汚泥の良好な処理能力を確保するには適度な溶存酸素濃度が必要である。その酸素濃度は１～３ｍｇ／ｌであるが、本発明では上記膜洗浄用曝気により活性汚泥への酸素溶解がなされるものの、その酸素溶解量は活性汚泥が必要とする酸素溶解量を満たさない場合があり、補助的に生物処理曝気手段を設ける。その場合、上記膜モジュールユニットの下方に微細気泡を発生できる生物曝気用散気装置を設けることで、活性汚泥槽の設置面積を大きく増やすことなく必要な溶存酸素を供給することができる。生物曝気用散気装置は、気泡径が小さいために溶存効率があがり、結果として酸素供給量を低減し、曝気エネルギーの削減を実現することができる。１つの該生物曝気用散気装置が、１つまたは複数の中空糸膜モジュールの下部に位置することができる。
　また特に、該生物曝気用散気装置を膜モジュールユニットの存在するエリア内、下部に配置することにより生物曝気の気泡上昇も膜洗浄用曝気と同じ方向に流れ、結果として膜洗浄用曝気と生物処理曝気双方で生じた同じ向きの旋回流を互いに増幅させより洗浄効果を高めることができる。
　生物曝気用と膜曝気用とは、別系統の空気供給管で接続することができる。たとえば活性汚泥槽の側壁に沿うそれぞれの配管の下端を水平方向に屈折して生物曝気用散気装置と膜曝気用散気装置にそれぞれ接続し、生物曝気用散気装置は槽の底壁と平行配置し、膜曝気用散気装置の上面に設けた複数の微細散気穴から空気を噴出させる一方、膜曝気用散気装置は分離膜モジュールの下端外周枠に連結した延長壁を介して取り付け、該散気装置の上面に設けた複数の散気穴から分離モジュールの投影エリア全域に向けて空気を噴出させる構成とすることができる。
　生物曝気用散気装置では槽の底面に沿って配管した空気供給管の上面に微細な散気穴を設けることができ、あるいは配管途中に微細気泡を発生させる管状散気装置を設けてもよい。
　膜分離活性汚泥処理装置において、膜曝気用散気装置と生物曝気用散気装置とを独立に制御する制御装置をさらに備えることができる。
　具体的には、生物曝気用空気供給管と膜曝気用空気供給菅にそれぞれ自動開閉弁を設け、該自動開閉弁の開閉制御を制御装置で制御し、空気供給流量や時期（散気時期、曝気時期）、原水供給流量、時期、膜処理液の吸引透過流量などをたとえば溶存酸素計や膜の詰まり具合を示す膜間差圧などをモニタリングすることでその信号から、膜の目詰まりや溶存酸素の過不足を防ぐために、それぞれの曝気量を総合的に制御することにより、水処理装置の全体を効率良く稼働させることができる。なお、前記自動開閉弁は電磁弁で構成し、該電磁弁は手動操作も可能としていることが好ましい。
　上述したように、本発明によれば、膜分離活性汚泥法のメリットであるコンパクト性を維持したまま、システム全体としての曝気エネルギーを低減可能とする。
本発明の第一実施形態の膜分離活性汚泥処理装置の平面図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 図１のＢ－Ｂ線断面図である。 自動制御の回路を示す図面である。 中空糸膜モジュールを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は要部断面図である。 散気ボックスを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 （Ａ）は中空糸膜モジュールの下端に散気ボックスを取り付けた状態を示す正面図、（Ｂ）は取付部の拡大断面図である。 第一実施形態の変形例の要部断面図である。 第二実施形態の要部を示す図面である。 第三実施形態における中空糸膜モジュールを示す斜視図である。 実験例の処理装置を示し、（Ａ）は実施例の概略図、（Ｂ）は比較例の概略図である。 （Ａ）～（Ｄ）は実施例と比較例の測定結果を示す表である。
　以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
　本実施形態の膜分離活性汚泥処理装置（以下、処理装置と略す）は、下水や工場排水等を浄化処理するもので、同一槽内に高濃度の微生物を投入して生物処理を行うと共に分離膜モジュールを吊設した槽内型の処理装置としている。
　図１乃至図７に示す第一実施形態では、槽１に複数（４つ）の中空糸分離膜モジュール２を吊り下げている。また、各中空糸膜モジュールに膜曝気用散気装置およびその空気供給管を配置している。さらに中空糸膜モジュール２、膜曝気用散気装置８を含む膜ユニットの下部エリアに生物曝気用散気装置６を配置している。
　生物曝気用空気供給管５と膜曝気用空気供給管７は空気供給源（ブロワー）９に接続し、槽１の上部から側壁１ａに沿わせて挿入して下降させ、底壁１ｂに近接した位置で下端を屈折して水平に配管し、底壁１ｂに支持材１１を介して設置した生物曝気用散気装置６と、膜曝気用散気装置８に接続している。
　生物曝気用散気装置６の上面に間隔をあけて多数の散気穴Ａ１を設けた散気板１０を配置し、生物曝気用散気装置６内に導入された空気を膜モジュール配置エリア全域に向けて噴出するようにしている。該散気穴Ａ１は孔径０．５ｍｍなどの比較的小径とし、直径１ｍｍ程度の微細な気泡を噴出するようにしている。
　槽１内には生物処理に必要な溶存酸素を計測するため溶存酸素計を設けている（図示せず）。溶存酸素量に応じて、後述する制御装置５０で生物曝気用空気供給管５への空気供給量等を自動制御して、生物曝気用空気供給管５、生物曝気用散気装置６から槽１内に必要最小限の微細気泡を間欠的に供給している。
　槽１内に吊り下げる中空糸膜モジュール２は、その上端の固定材１５に膜透過液配管（集水管）１６を固定し、該膜透過液配管１６を槽１の蓋板１３に設けた取付穴に貫通させ、該膜透過液配管１６に固定したフランジ１６ａを蓋板１３に固定している。該膜透過液配管１６に電磁弁からなる開閉弁１７を介設し、さらに、その下流に吸引ポンプ１９を介設している。
　さらに、前記槽１へ原水を供給する原水供給管４を蓋板１３に設けた配管穴に通して、各槽１内に原水Ｑを供給している。配管には電磁弁からなる開閉弁１８を設け、原水供給路を開閉している。
　前記中空糸膜モジュール２は、図５（Ａ）に示すように、多数本の延伸ＰＴＦＥ製の中空糸膜２０を水平断面矩形状（または円形）に集束している。各中空糸膜２０はそれぞれＵ形状に２つ折りして隙間をあけて並設し、これら中空糸膜２０の上端を封止固定材２１で連結固定している。該封止固定材２１には、図５（Ｂ）に示すように、各中空糸膜２０の中空部と連通する集水部２１ａを設け、該集水部２１ａに集水ヘッダー２２を外嵌固定し、該集水ヘッダー２２を前記膜透過液配管１６と接続している。
　一方、各中空糸膜２０の下端の湾曲部には支持棒２６を通してＵ字形状を保持している。中空糸分離膜モジュール２では、中空糸膜２０を支持棒を介して折り返し、かつこれを間隔をあけて配置することにより、中空糸膜２０の空隙Ｓに散気気泡や原水を通し易くしている。支持棒２６は中空糸膜モジュール２の下端外周枠となる保持材２７で保持しており、その保持材２７はさらに下方に伸び、中空糸膜２０の下方の空間を囲む直方体状のスカート（延長壁）を形成している。
　前記直方体スカートの下端に、浅底な直方体形状の膜曝気用散気装置８を配置する。その上面は中空糸分離膜モジュール２の全投影面積に相当する大きさとし、該上面に多数の小径の空気噴出口となる散気穴Ａ２を前後左右に間隔をあけて設けている。これらの散気穴Ａ２は前記中空糸膜２０間の全空隙Ｓに対応させている。
　散気穴Ａ２を設けた膜曝気用散気装置８の上面から中空糸膜２０までの距離は膜モジュールに固定されている保持材２７の長さによって任意に設定できる。長さを大きくするほど散気穴Ａ２から噴出する気泡を急速に増大させて中空糸膜２０に接触する気泡を粗大気泡とすることができる。
　膜曝気用散気装置８の側面に膜曝気用空気供給管７の接続口８ｂを設けている。
　このように、中空糸膜モジュール２の下端に保持材２７を介して膜曝気用散気装置８を取り付け、該散気装置８の散気穴Ａ２からは中空糸膜２０間の全空隙Ｓに空気が局部的に直接に吹き込まれるようにしている。あるいは、保持材２７の下端から適切な距離、具体的には５～５０ｍｍ、望ましくは１０～３０ｍｍをあけて膜曝気用散気装置を取り付けてもよい。この場合は、散気装置表面上に残留する固形分の堆積を軽減することができる。これに対して、膜曝気用散気装置８の下方に配置する生物曝気用散気装置６は、膜モジュールユニットエリア全体に向けて曝気している。
　前記中空糸膜モジュール２の中空糸膜２０は、本実施形態では多孔質複層中空糸膜を用いている。該複層の中空糸膜は支持層となる多孔質延伸ＰＴＦＥチューブの外周面に濾過層となる多孔質延伸ＰＴＦＥシートを密着させて巻き付けて複層とし、強度を高めている。
　前記濾過膜を形成する延伸ＰＴＦＥ多孔質シートは、１軸延伸、２軸延伸で得られたものでもよいが、ＰＴＦＥ未焼結粉末と液状潤滑剤のペースト押出によって得られる成形体を２軸延伸して得られた多孔質シートを焼結して得られたものであることが好ましい。２軸延伸することで、空孔を囲む繊維状骨格の強度を高めることができる。
　また、濾過膜と支持膜とは未焼結状態のＰＴＦＥ多孔質膜を焼結一体化することにより、容易に積層体を形成することができる。
　なお、中空糸膜２０は前記複層中空糸膜に限定されず、単層でもよい。
　中空糸膜２０は濾過面の平均孔径が０．０１μｍ以上５μｍ以下、平均膜厚（複層では濾過層と支持層を加えた厚さ）が０．１～１０ｍｍ、気孔率が４０～９０％、内径が０．３～１０ｍｍ、ＩＰＡバブルポイントを１０～６００ｋＰａの範囲としている。
　さらに、中空糸膜２０はＪＩＳ　Ｋ　７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上としている。
　前記生物曝気用散気装置６と接続した生物曝気用空気供給管５、膜曝気用散気装置８と接続した膜曝気用空気供給管７は蓋板１３に設けた配管穴を通して配管し、それぞれ流量調節弁と開閉弁４５と４６、４７と４８を介設して空気供給源９と接続している。
　前記流量調節弁および開閉弁は電磁弁として制御装置５０で開閉制御および流量制御を行っている。さらに、前記膜透過液配管１６に介設した開閉弁１７、処理液供給管４ａに介設した開閉弁１８、さらに、吸引ポンプ１９の駆動を前記制御装置５０で制御している。吸引ポンプ１９は駆動開始後にタイマにより停止時間を設定している。なお、前記開閉弁は手動操作でも開閉可能としている。
　前記制御装置５０では、濾過運転時に吸引ポンプ１９を稼働させ、濾過停止時は停止させる。一方、膜曝気用の開閉弁４６はろ過運転停止時も含めて常時開弁して散気気泡を中空糸膜モジュール２へ供給している。また通常、処理水流量を一定に制御して運転し、この流量を維持するための吸引ポンプ出力で吸引ろ過しているが、中空糸膜２０の目詰まりの状況を、中空糸膜を介してろ過する際の吸引圧力の検出器を設け、その検出値が閾値に達すると膜曝気量をアップさせて目詰まりを低減させ、一定の差圧まで低下すれば膜曝気量を低減している。またこれらの曝気量の変量に伴い、溶存酸素が増減した場合は生物曝気量にフィードバックしてその量をコントロールしている。
　前記膜曝気用空気供給管に供給する空気の圧力は１０～７０ｋＰａの範囲、より好ましくは２０～５０ｋＰａの加圧空気が好適に用いられる。加圧空気の空気供給源９はブロアとしてもよいし、コンプレッサーでもよいが、コンプレッサーは空気圧力が強くなり過ぎると共に、コスト的にもブロアが有利であるため、ブロアが好適に用いられる。
　本発明により、膜分離活性汚泥処理法において安定したろ過処理量を得るために必要な空気量は大きく低減できる。空気流量／ろ過水処理量を送気倍率と定義すると、従来の膜分離活性汚泥方式に対し大きく改善される。ＰＴＦＥ製の中空糸膜モジュール２の送気倍率は従来２０％以上改善された。たとえば処理水量１００Ｌ／ｈｒに対して膜曝気量は０．５～１．５Ｎｍ３／ｈｒ、好ましくは０．７～１．０Ｎｍ３／ｈｒの範囲で、活性汚泥水の性状等に応じて適宜設定される。
　良好な運転空気導入エネルギー、すなわち、ブロアの運転に消費する電力、即ち、ランニングコストの面から少ない程よいが、前記構成からなる膜分離活性汚泥処理装置では、槽１内に投入される下水あるいは工場排水は、適量の酸素の存在下で微生物により分解される。
　該槽１内で生物処理された処理液は中空糸膜モジュール２の各中空糸膜２０内に吸引ポンプ１９の作用により吸引され、膜透過液は膜透過液配管１６を通して集水される一方、活性汚泥水に含まれる微生物フロックや無機物等は中空糸膜２０の表面で捕捉されて付着する。
　中空糸膜モジュール２の中空糸膜２０間の隙間には膜曝気用散気装置８の散気穴Ａ２から直接に粗大気泡となる空気が噴出されて散気される。噴出される気泡は粗大気泡としているため中空糸膜２０を揺らすエネルギーを有している。かつ平面状に均一に空いた各穴からモジュール各部に均一に気泡が供給され、さらにスカートにより気泡の散逸が防止されることから、散気する空気が有効に使われ中空糸膜を効率的に揺らし、結果として噴出する空気量を低減できる。
　また、中空糸膜モジュール２の各中空糸膜２０の下部は空隙Ｓをあけて支持しているため、各中空糸の空隙Ｓを通る空気を中空糸膜２０の膜面に負荷でき、膜面を確実に揺らし、かつ、表面の液体の流れによって、膜表面又は膜間に堆積した懸濁成分を効率よく確実に剥離除去することができる。さらに、中空糸を集束した中空糸膜モジュール全体に十分な気泡が行き渡たらせることができるので、中空糸膜モジュール下部に固形分の堆積を防ぎ、安定した濾過機能を確保することができる。
　特に、中空糸膜モジュール２は高強度を有するＰＴＦＥ製の中空糸膜２０で形成しているため、濾過運転期間時に連続して散気を行っても、中空糸の損傷や折れを発生させない利点がある。
　また、膜曝気用散気装置８の下方の生物曝気用散気装置６から空気が噴出される時には、中空糸膜モジュール２の外周部分で気泡が上昇するため、該気泡によっても、中空糸の振動や旋回流を強化する有利な作用をもたらす。
　生物曝気用散気装置６の散気穴Ａ１からは、通常、ろ過の休止時も含め常時曝気される。その際、散気穴Ａ１から噴出する空気の気泡は微小としているため溶解しやすく、供給空気量を低減できる。
　さらに、生物曝気用空気供給管に設けた開閉弁と、膜曝気用空気供給管に設けた開閉弁を個別に自動制御しているため、槽１には微生物にとって適正な溶存酸素濃度を維持するための曝気を供給できる一方、中空糸膜モジュール２には常時空気を供給して散気し、目詰まり発生を低減できる。
　図８に第一実施形態の変形例を示す。
　前記第一実施形態では、中空糸分離膜モジュール２の各中空糸膜２０をＵ形状として下端でターンさせているが、支持棒を用いず、その下端を断面Ｕ字状の支持部材６５の内側に挟み込んで固定することができる。複数の支持部材６５が適度に空隙Ｓをあけて下端外周枠２７内に配置される。
　下端外周枠２７にスカート材を介して膜曝気用散気装置を連結している構成は第一実施形態と同じであると共に、他の構成も同様であり、同様の作用効果を発生させるため、説明を省略する。
　図９に第二実施形態を示す。
　第二実施形態では分離膜モジュール５０を平膜５１を並設した平膜型分離膜モジュールとしている。この並設した平膜５１を第一実施形態と同様に下端外周枠５３内に揺動自在に収容している。この下端外周枠５３に保持材３１を介して膜曝気用散気装置８を取り付けている構成は第一実施形態と同様である。また、他の構成も第一実施形態と同様で同様の作用効果を有するため説明を省略する。
　図１０に第三実施形態を示す。膜曝気装置が、保持材２７の下端から適切な距離Ｘ、具体的には５～５０ｍｍ、望ましくは１０～３０ｍｍをあけて膜曝気用散気装置８を取り付けている。他の構成も同様であり、同様の効果を発生させるため、説明を省略するが、加えてこの場合は、散気装置表面上に残留する固形分の堆積を軽減することができる。
　「実験例」
　図１１（Ａ）に示す本発明の局部曝気を行う膜曝気用空気供給手段と生物曝気用空気供給手段を並設した前記第一実施例と、槽内に全面曝気を行う曝気用空気供給手段のみを設けた比較例とで、分離膜モジュールの分離膜の全濾過抵抗を測定した。
　設定フラックス（単位膜面積あたりの流量）をともに０．８ｍ／ｄａｙとし、実施例では局部曝気のみとし、比較例は全面曝気のみとし、実施例と比較例の曝気量（空気供給量）は同量とした。
　前記曝気量を１５００ｌ／ｈ、２０００ｌ／ｈ、２５００Ｌ／ｈ、３０００ｌ／ｈと変化させて、それぞれ２週間づつ運転を継続した。
　その結果を、図１２（Ａ）～（Ｄ）のグラフに示す。各グラフにおいて「◆」印が実施例の局部曝気、「■」印が比較例の全面曝気を示す。
　図１２のグラフから明らかなように、局部曝気を行った実施例の全濾過抵抗が小さく、全面曝気の比較例より分離膜モジュールの中空糸膜表面の洗浄効果が高いことが確認できた。
　本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を越えない範囲で種々の形態とすることができる。たとえば、前記実施の形態では、分離膜モジュールの下部から延びる延長壁の下端部に膜曝気用散気装置が取り付けられていたが、これに限られるものではない。延長壁から離れて延長壁（内の空間）の下方付近に膜曝気用散気装置を配置するようにしてもよい。膜曝気用散気装置からの噴出された気泡の大部分が延長壁により分離膜モジュールに案内されればよい。また、膜曝気用散気装置または延長壁に、生物曝気用の微細気泡や原水を延長壁内の空間に導くための導入孔を設けるようにしてもよい。
　１　槽
　２　中空糸膜モジュール
　５　生物曝気用空気供給管
　６　生物曝気用散気装置
　７　膜曝気用空気供給管
　８　膜曝気用散気装置
　２０　中空糸膜
　２７　保持材
　５０　制御装置
　Ａ１、Ａ２　散気穴

Claims (10)

  1. 　膜分離活性汚泥ろ過用の浸漬型膜モジュールと、
    　前記膜モジュール下端部から延び、前記膜モジュール下方の空間を囲む延長壁と、
    　前記空間内下部または前記空間下方付近に配置され、平面的に配列された複数の散気穴を有する膜曝気用散気装置とを備え、
    　前記膜モジュールの分離膜間に、前記延長壁によって各散気穴からの気泡を案内する浸漬型膜モジュールユニット。
  2. 　前記散気装置が、前記膜モジュールの投影面積をカバーする上面を有し、
    　前記複数の散気穴が、前記上面に配置された請求項１記載の浸漬型膜モジュールユニット。
  3. 　前記複数の散気穴が、前記分離膜の間に合わせて均一に配置された請求項１記載の浸漬型膜モジュールユニット。
  4. 　前記膜モジュールが中空糸膜モジュールまたは平膜モジュールである請求項１記載の浸漬型膜モジュールユニット。
  5. 　前記分離膜がＰＴＦＥ製である請求項１記載の浸漬型膜モジュールユニット。
  6. 　前記膜モジュールはＰＴＦＥ製の中空糸膜を集束して形成した請求項５記載の浸漬型膜モジュールユニット。
  7. 　前記膜モジュールの中空糸膜は、平均孔径が０．０１μｍ以上、平均膜厚が１０μｍ以上、ＪＩＳ　Ｋ　７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ2以上である請求項６記載の浸漬型膜モジュールユニット。
  8. 　生物処理と膜分離処理とを同一槽内で行う槽一体型の膜分離活性汚泥処理装置であって、
    　活性汚泥槽内に、
    　請求項１記載の浸漬型膜モジュールユニットと、
    　前記膜モジュールユニットの下方に、活性汚泥への酸素供給のための前記散気装置とは独立した生物曝気用散気装置と
    　を備える膜分離活性汚泥処理装置。
  9. 　前記浸漬型膜モジュールユニットの散気装置から膜洗浄用曝気のための粗大気泡を前記分離膜モジュールに供給し、前記生物曝気用散気装置から微細気泡を供給する請求項８記載の膜分離活性汚泥処理装置。
  10. 　前記散気装置と前記生物曝気用散気装置とを独立に制御する制御装置をさらに備える請求項８記載の膜分離活性汚泥処理装置。
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