WO2018043154A1 - 膜分離装置の運転方法及び膜分離装置 - Google Patents

膜分離装置の運転方法及び膜分離装置 Download PDF

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康信 岡島
公博 石川
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a membrane separator and a membrane separator.
  • Patent Document 1 discloses sewage that employs a membrane separation activated sludge method in which a membrane separation device for solid-liquid separation of an activated sludge mixed liquid in a tank is immersed in an aeration tank that biologically treats organic sludge with activated sludge. A processing unit is shown.
  • the sewage treatment apparatus includes sewage transfer means for transferring organic sewage to the aeration tank at a flow rate that satisfies the daily average sewage amount so that gravity filtration can be efficiently performed while maintaining the water level in the tank within a substantially constant range.
  • a constant flow discharge means for discharging a membrane permeate equivalent to the daily average amount of sewage is provided, and the sewage transfer means and the constant flow discharge means are configured to work together.
  • an object of the present invention is to operate a membrane separation apparatus and a membrane that can cope with an unexpected and sudden increase in transmembrane pressure difference while increasing operating flux and reducing operating costs.
  • the point is to provide a separation device.
  • the first characteristic configuration of the operation method of the membrane separation apparatus is that the treated water is passed through the separation membrane as described in claim 1 of the claims.
  • Membrane filtration step water tank in which the membrane separation tank device is immersed, water tank in communication with the water tank and having the same water level as the water tank, or overflow water from the water tank in which the membrane separation device is immersed And a stop step for temporarily stopping the extraction of the permeate from the membrane separation device when the water level of the water tank into which the water flows is lowered to a preset stop water level.
  • the stop step includes a transmembrane pressure difference of the separation membrane equal to or higher than a preset upper limit allowable value. Then, even before the water level of any one of the water tanks falls to the set water level, the extraction of the permeated water from the membrane separation device is temporarily stopped.
  • the membrane separation device in addition to the first or second feature configuration described above, in the stop step, the membrane separation device is aerated in the stop step and the treated water is directed upward. The point is to perform a relaxation step of cleaning the separation membrane by a flow.
  • a chemical solution cleaning step of cleaning the membrane separation device with a chemical solution is executed. There is in point to do.
  • the water level of the membrane separation tank is stopped after the stop step.
  • a preset time has elapsed, or when any of the conditions in which the transmembrane pressure difference of the separation membrane decreases to a reference value lower than the upper limit allowable value is satisfied, The point is to return to the membrane filtration step.
  • the gain K is in a range of 1.01 ⁇ K ⁇ 1.10. It is in the set point.
  • a first characteristic configuration of a membrane separation device is a membrane separation device for solid-liquid separation of water to be treated through a separation membrane, as described in claim 7, from the membrane separation device.
  • a permeated water amount measuring unit for measuring the permeated water amount M (t) an inflow amount measuring unit for measuring the inflow amount Q (t) of the treated water, a water tank in which the membrane separation device is immersed, or the water tank,
  • Q (t-1) The permeated water amount is set so as to be represented by the inflow amount of the water to be treated in the period t-1 immediately before the period t, and the permeated water from
  • the second characteristic configuration further includes a transmembrane differential pressure measuring unit that measures the transmembrane differential pressure of the separation membrane, as described in claim 8,
  • the membrane filtration control unit can remove the water level of any one of the water tanks from the membrane separation device even before the water level drops to a set water level. The point is to temporarily stop the permeate drawing.
  • the membrane filtration control unit temporarily draws permeate from the membrane separation device.
  • the membrane separation device In the stopped state, the membrane separation device is aerated and the separation membrane is washed by an upward flow of the water to be treated, or the membrane separation device is washed with a chemical solution.
  • the operating method of the membrane separation apparatus and the membrane separation apparatus that can cope with an unexpected and sudden increase in the transmembrane pressure difference while increasing the design flux and reducing the operating cost.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a wastewater treatment facility.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the membrane separation apparatus.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the membrane element.
  • 4 (a) and 4 (b) are explanatory diagrams of the operation method of the membrane separation apparatus.
  • 5A, 5B, and 5C are explanatory diagrams of the operation method of the membrane separation apparatus.
  • FIG. 6 is an explanatory view of a wastewater treatment facility showing another embodiment.
  • FIG. 7 is an explanatory view of a wastewater treatment facility showing another embodiment.
  • FIG. 1 shows an example of a wastewater treatment facility 1 in which a membrane separation device 7 is incorporated.
  • Ammonia nitrogen contained in the raw water which is the treated water flowing into the anoxic tank 4 is nitrified to nitrate nitrogen by activated sludge in the aerobic tank 5 and the organic matter is decomposed, and the downstream membrane separation tank 6
  • the solid-liquid separation is performed by the membrane separation device 7 disposed so as to be immersed.
  • Excess activated sludge contained in the to-be-treated water overflowed to the buffer tank 9 disposed adjacent to the membrane separation tank 6 is returned to the anoxic tank 4 together with nitrate nitrogen contained in the to-be-treated water by the pump P2.
  • the denitrification process is reduced, and a part is extracted and discarded.
  • the permeated water that has been separated into solid and liquid by the membrane separator 7 is stored in the treated water tank 8 and subjected to necessary treatment such as sterilization treatment and then discharged into a river or the like.
  • the membrane separation device 7 has 100 plate-like membrane elements 7 ⁇ / b> B inside a membrane case 71 that is open at the top and bottom so that each membrane surface is in a vertical posture and about 6 mm to 10 mm. (In this embodiment, 8 mm) are arranged at regular intervals, and further, a diffuser 7A is provided below the membrane case 71.
  • the air diffuser 7A includes an air diffuser pipe 13 having a plurality of air diffuser holes, and is connected to an air supply source such as a blower B or a compressor installed outside the tank via an air diffuser header 14 connected to the air diffuser pipe 13. It is connected.
  • the blower B is used as an air supply source, and the air is supplied to the air diffuser 5A provided in the aerobic tank 5, and is also supplied to the air diffuser 7A via the valve V1.
  • a dedicated blower may be provided for each of the diffuser 5A and the diffuser 7A so that the valve V1 is not used.
  • a pump P1 as a suction mechanism installed outside the tank is connected to the membrane element 7B via a water collecting pipe 17, and the water to be treated in the tank is suction filtered so as to pass through the membrane surface of the membrane element 7B.
  • the membrane element 7 ⁇ / b> B has separation membranes 12 disposed on both front and back surfaces of a resin membrane support 10 having a length of 1000 mm ⁇ width of 490 mm via spacers 11. 13 is bonded to the membrane support 10 by ultrasonic waves or heat, or is bonded using an adhesive or the like.
  • the separation membrane 12 is a microporous membrane having an average pore diameter of about 0.2 ⁇ m, and is an organic filtration membrane in which a nonwoven fabric is coated and impregnated with a porous resin.
  • the membrane element 7B is not limited to such a configuration, and the separation membrane 12 is disposed so as to be wound on both the front and back surfaces of the membrane support 10, and the end of the separation membrane 12 is bonded or welded. Also good.
  • a plurality of groove portions 10b having a depth of about 2 mm and a width of about 2 mm are formed along the longitudinal direction on the surface of the membrane support 10, and a horizontal groove portion 10c communicating with each groove portion 10b is formed at the upper end portion thereof.
  • Horizontal groove portions 10c formed on both front and back surfaces are communicated with each other via a communication hole 10d and communicated with a nozzle 10a formed on the upper edge portion of the membrane support 10.
  • Each nozzle 10a is connected to a water collecting pipe 17 through a tube 16, and a pump P1 as a suction mechanism is connected to the water collecting pipe 17 so that permeated water sucked by the pump P1 is transferred to the treated water tank 8. It is configured (see FIG. 2).
  • the operation controller C measures the amount of permeated water M (t) from the membrane separation device 7 and the amount of inflow measurement that measures the amount Q (t) of inflow water to be treated into the biological treatment tank 4. It comprises the part Q, the water level measurement part W which measures the water level of the buffer tank 9, and the membrane filtration control part 20 provided with the arithmetic processing function.
  • the permeated water amount M (t) is set so as to be expressed by the following equation, and the pump P1 is controlled so as to draw the permeated water from the membrane separation device 7 with the set permeated water amount M (t).
  • the permeate drawing from the membrane separation device 7 is temporarily stopped.
  • the membrane filtration control unit 20 aspirates the membrane separation device 7 with the drawing of permeate from the membrane separation device 7 temporarily stopped, and cleans the separation membrane by the upward flow of the water to be treated, or the membrane separation device. 7 is comprised so that it may wash
  • a water stop valve V2 is provided between the water collecting pipe 17 and the pump P1, and a chemical liquid supply pipe connected to a chemical liquid tank (not shown) is branched and connected upstream of the water stop valve V2. After the pump P1 is stopped and the water stop valve V2 is closed, V3 is opened, and the separation membrane 12 is washed by supplying the solution to the membrane separation device 7 from the solution supply pipe.
  • the chemical solution tank is filled with a chemical solution such as sodium hypochlorite.
  • filtration is performed by closing V3, opening the water stop valve V2, and driving the pump P1.
  • a bypass pipe is provided for removing permeate so as not to flow into the treated water tank 8 until the chemical solution flows out of the membrane separation device 7.
  • a transmembrane differential pressure measurement unit P that measures the transmembrane differential pressure of the separation membrane 12 (pressure loss value of the membrane separation device) is further provided, and the membrane filtration control unit 20 sets the transmembrane differential pressure of the separation membrane 12 in advance.
  • the upper limit allowable value Pu is exceeded, the permeated water extraction from the membrane separation device 7 is temporarily stopped even before the water level in the buffer tank 9 is lowered to the set water level LWL.
  • the inflow fluctuation is divided in units of one hour, and the permeated water amount M (t) is set with respect to the inflow amount Q (t-1) before one division.
  • the permeated water amount M (t) is given by K ⁇ Q (t ⁇ 1).
  • the gain K is preferably set in a range of 1.01 ⁇ K ⁇ 1.10, and an appropriate time balance between the membrane filtration step and the stop step can be realized, which is sufficient when the membrane is washed in the stop step. Cleaning time can be obtained.
  • FIG. 4A shows an example in which the amount of raw water Q (t) flowing into the anaerobic tank 4 changes dynamically, and the amount of permeated water M (t) from the membrane separation device 7 changes with a delay. It is shown. As the membrane filtration proceeds, the filtration resistance gradually increases.
  • the filtration operation is performed in a stable state without causing a rapid increase in the transmembrane pressure difference TMP.
  • TMP transmembrane pressure difference
  • the membrane filtration control unit 20 uses the permeated water amount M (t) from the membrane separation device in the period t having a predetermined length to the biological treatment tank 4 in the period t ⁇ 1 immediately before the period t.
  • the inflow amount Q (t ⁇ 1) of the water to be treated and the gain K (K> 1) are set so as to have the relationship represented by the following formula, and the permeation from the membrane separation device 7 with the set permeate amount.
  • a membrane filtration step for drawing water and a stop step for temporarily stopping drawing of permeated water from the membrane separation device 7 when the water level in the buffer tank 9 is lowered to a preset stop water level LWL are executed.
  • M (t) KQ (t-1)
  • the membrane filtration step is switched to the stop step.
  • the membrane element 7B of the membrane separation device 7 is aerated by the air diffuser 7A, and the relaxation step of cleaning the separation membrane 12 by the upward flow of the water to be treated is executed, thereby reducing the transmembrane pressure difference. It is possible to avoid an unexpected sudden increase in transmembrane pressure difference.
  • the transmembrane pressure difference TMP can be recovered to a low value close to the initial state, and the membrane filtration step in a stable state. Can be executed repeatedly.
  • the relaxation step or the chemical solution washing step is executed in the stop step. For example, if the transmembrane pressure difference of the separation membrane 12 measured by the transmembrane pressure measuring unit P is greater than or equal to a predetermined threshold value, the chemical solution cleaning process is selected, and if it is less than the predetermined threshold value, the relaxation process is executed. Can be set.
  • it may be set to repeat a mode in which the relaxation process is preferentially executed a predetermined number of times set in advance and the chemical solution cleaning process is executed in the subsequent stop step.
  • FIG. 5A shows the characteristic of the transmembrane pressure difference when the relaxation process is executed in the stop step (two-dot chain line), and the characteristic of the transmembrane pressure difference when the relaxation process is not executed in the stop step (one point).
  • a chain line) is contrasted.
  • the separation membrane 12 is washed each time the relaxation process is executed in the stop step, and the degree of contamination is reduced, so that the increase in transmembrane pressure is moderated, and membrane separation can be performed stably for a long time. Similar characteristics can be obtained even when the chemical cleaning step is performed with a low concentration chemical instead of the relaxation step.
  • FIG. 5 (b) shows the characteristics of the transmembrane pressure difference when the chemical cleaning process is performed with a high concentration chemical at the stop step (two-dot chain line), and the transmembrane when the relaxation process is not executed at the stop step.
  • the characteristics of the differential pressure are contrasted.
  • FIG. 5C shows the characteristics of the transmembrane pressure difference when the relaxation process and the chemical solution cleaning process are combined (two-dot chain line), and the transmembrane pressure characteristics when the relaxation process is not executed in the stop step. (Dash-dotted line) is contrasted.
  • the chemical solution cleaning process is performed after the relaxation process is performed a plurality of times in the stop step.
  • membrane separation can be stably performed for a long time by combining the relaxation step and the chemical solution washing step.
  • the concentration of the chemical solution used in the chemical solution cleaning step may be switched between light and shade. For example, a mode in which low concentration chemical cleaning is performed in a stop step up to a predetermined number of times and high concentration chemical cleaning is executed after a predetermined number of times may be repeated. In this case, the same characteristics as in FIG.
  • the permeated water is temporarily withdrawn from the membrane separation device 7 even before the water level in the buffer tank 9 drops to the set water level LWL. It is preferable to execute a stop step to stop.
  • the water level in the buffer tank 9 is restored to a predetermined water level NWL higher than the stop water level, and a preset time ⁇ t has elapsed, or the transmembrane pressure difference of the separation membrane 12 is lower than the upper limit allowable value. It is preferable to return to the membrane filtration step when any of the conditions for decreasing to is established.
  • the pump P2 When the water level in the buffer tank 9 is restored to a predetermined level higher than the stop water level, the pump P2 can be prevented from being idle, and when the preset time elapses, the membrane can be stably washed during that time.
  • the transmembrane pressure difference of the separation membrane is reduced to a reference value lower than the upper limit allowable value, the membrane can be reliably washed.
  • the buffer tank 9 is provided adjacent to the membrane separation tank 6, but in the membrane separation tank 6 not provided with the buffer tank 9, the water level is restored to a predetermined water level higher than the stop water level. It is preferable to configure so as to return to the filtration step when it is done.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the wastewater treatment facility.
  • the wastewater treatment facility including the aerobic tank 5 in which the diffuser 5A is installed at the bottom and the membrane separation tank 6 in which the membrane separation apparatus 7 is immersed is described. Further, the aerobic treatment and the membrane separation treatment may be realized in the same treatment tank by using the membrane separation tank 6 together.
  • FIG. 7 shows another embodiment of the wastewater treatment facility.
  • a bar screen 2a and the like for removing contaminants mixed in the raw water are provided.
  • a pretreatment tank 2 and a flow rate adjustment tank 3 for temporarily storing water to be treated from which impurities have been removed by a bar screen 2a or the like may be provided. Even when the inflow of raw water fluctuates, the water to be treated at a constant flow rate is stably supplied from the flow rate adjustment tank 3 to the activated sludge treatment tank 4 by the flow rate adjustment mechanism P3 such as a pump or a valve. .
  • the activated sludge treatment tank including the anaerobic tank 4, the aerobic tank 5, and the membrane separation tank 6 is a series.
  • the waste water in which a plurality of activated sludge treatment tanks are arranged in parallel can be applied even to a processing facility, in which case there is no need to execute the membrane separation step and the stop step in synchronization with each series, and each series independently.
  • the membrane separation process and the stop process may be executed.
  • the operation control device C may be provided in each series, or only the membrane filtration control unit 20 may be configured to be shared.
  • Wastewater treatment equipment 4 Anoxic tank 5: Aerobic tank 5A: Aeration device 6: Membrane separation tank 7: Membrane separation device 7A: Aeration device 8: Treated water tank 20: Membrane filtration control unit C: Operation control device

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Abstract

設計フラックスを上げて運転コストの低減を図りながらも、予期せぬ急激な差圧上昇に対応可能な膜分離装置の運転方法であり、膜分離装置からの透過水量Ｍ（ｔ）を、以下の数式Ｍ（ｔ）＝ＫＱ（ｔ－１）、（但し、Ｍ（ｔ）：所定の長さを有する期間ｔにおける透過水量、Ｋ：ゲイン（＞１）、Ｑ（ｔ－１）：期間ｔの直前の期間ｔ－１における被処理水の流入量とする。）で表される関係となるように設定し、設定した透過水量で前記膜分離装置から透過水を引く抜く膜ろ過ステップと、前記膜分離槽装置が浸漬配置された水槽の水位が予め設定された停止水位まで低下したときに前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する停止ステップと、を備えている。

Description

膜分離装置の運転方法及び膜分離装置
　本発明は、膜分離装置の運転方法及び膜分離装置に関する。
　特許文献１には、有機性汚水を活性汚泥により生物処理する曝気槽の内部に、槽内の活性汚泥混合液を固液分離する膜分離装置を浸漬設置した膜分離活性汚泥法を採用した汚水処理装置が示されている。
　当該汚水処理装置は、槽内の水位をほぼ一定範囲内に維持しながら、効率よく重力濾過できるように、曝気槽へ日平均汚水量を満たす流量で有機性汚水を移送する汚水移送手段を備えるとともに、日平均汚水量と同等量の膜透過液を排出する定流量排出手段を備え、汚水移送手段と定流量排出手段とが連動するように構成されている。
　つまり、重力濾過や吸引濾過の何れであっても、膜分離装置が浸漬配置された曝気槽の水位を一定に維持するように、曝気槽への流入汚水量と流出膜透過液量との差が調整され、流入汚水量と流出膜透過液量とが等しくなるように調整されていた。
特開平１０－１５５７３号公報
　このような膜分離装置では、ろ過に伴って膜面に汚れが付着して膜間差圧（Trans Membrane Pressure）が上昇すると、単位膜面積当たりの透過水量つまりフラックス（Flux）が低下する。
　そのような場合には、ろ過運転を停止して曝気による被処理水の上向流により膜面を洗浄するリラクゼーション工程や、次亜塩素酸ソーダ等の薬液を用いた洗浄工程を実行することによって、膜面から汚れを除去する必要があった。
　リラクゼーション工程や薬液洗浄工程を実行すると、その間はろ過が滞るため、従来は設計フラックス（フラックスの設計値）にかなりの余裕を持たせて、急激な膜間差圧の上昇の発生を抑制するとともに、汚水の流入が少なくなる時期や時間を見計らって、管理者がポンプやバルブを手動操作することによりろ過膜の薬液洗浄処理を行なっていた。
　そのような設計フラックスで所定の透過水量を確保するためには、膜面積を大きくつまり膜分離装置の設置台数を増やす必要があり、その結果、曝気等に要する動力コスト等の運転コストが嵩んでいた。
　このような膜分離活性汚泥法を用いた排水処理設備の運転コストを低減するためには、設置する膜分離装置の膜面積を削減するとともに設計フラックスを上げる必要がある。
　しかし、膜面積を削減して設計フラックスを上げると、予期せぬ急激な膜間差圧の上昇を来す虞があり、そのような場合に所定の透過水量を確保しながら直ちに膜面の洗浄を行なうことができるようにする必要がある。すなわち、通常の運転の中で膜面抵抗を除去する時間を強制的に作り出していく必要がある。
　本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、設計フラックスを上げて運転コストの低減を図りながらも、予期せぬ急激な膜間差圧の上昇に対応可能な膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を提供する点にある。
　上述の目的を達成するため、本発明による膜分離装置の運転方法の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、被処理水を、分離膜を介して固液分離する膜分離装置の運転方法であって、前記膜分離装置からの透過水量Ｍ（ｔ）を、以下の数式
Ｍ（ｔ）＝ＫＱ（ｔ－１）
　　Ｍ（ｔ）：所定の長さを有する期間ｔにおける透過水量
　　Ｋ：ゲイン（＞１）
　　Ｑ（ｔ－１）：期間ｔの直前の期間ｔ－１における被処理水の流入量
で表される関係となるように設定し、設定した透過水量で前記膜分離装置から透過水を引く抜く膜ろ過ステップと、前記膜分離槽装置が浸漬配置された水槽、または該水槽と連通しており当該水槽と同一の水位となる水槽、もしくは当該膜分離装置が浸漬配置された水槽からの越流水が流入する水槽の水位が予め設定された停止水位まで低下したときに前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する停止ステップと、を備えている点にある。
　同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記停止ステップは、前記分離膜の膜間差圧が予め設定された上限許容値以上になると、前記何れかの水槽の水位が設定水位に低下する前であっても、前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する点にある。
　同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記停止ステップで、前記膜分離装置を曝気して被処理水の上向流により分離膜を洗浄するリラクゼーション工程を実行する点にある。
　同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記停止ステップで、前記膜分離装置を薬液により洗浄する薬液洗浄工程を実行する点にある。
　同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記停止ステップの実行後、前記膜分離槽の水位が前記停止水位より高い所定水位に回復し、予め設定された時間が経過し、または前記分離膜の膜間差圧が前記上限許容値より低い基準値へ低下する何れかの条件が成立したときに、前記膜ろ過ステップに復帰する点にある。
　同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一から第５の何れかの特徴構成に加えて、ゲインＫが、１．０１＜Ｋ＜１．１０の範囲に設定されている点にある。
　本発明による膜分離装置の第一の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、被処理水を、分離膜を介して固液分離する膜分離装置であって、前記膜分離装置からの透過水量Ｍ（ｔ）を計測する透過水量計測部と、前記被処理水の流入量Ｑ（ｔ）を計測する流入量計測部と、前記膜分離装置が浸漬配置された水槽、または該水槽と連通しており当該水槽と同一の水位となる水槽、もしくは当該膜分離装置が浸漬配置された水槽からの越流水が流入する水槽の水位を計測する水位計測部と、以下の数式
Ｍ（ｔ）＝ＫＱ（ｔ－１）
　　Ｍ（ｔ）：所定の長さを有する期間ｔにおける透過水量
　　Ｋ：ゲイン（＞１）
　　Ｑ（ｔ－１）：期間ｔの直前の期間ｔ－１における被処理水の流入量
で表される関係となるように透過水量を設定し、設定した透過水量で前記膜分離装置から透過水を引き抜き、前記何れかの水槽の水位が予め設定された停止水位まで低下したときに前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する膜ろ過制御部と、を備えている点にある。
　同第二の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記分離膜の膜間差圧を計測する膜間差圧計測部をさらに備え、前記膜ろ過制御部は、前記分離膜の膜間差圧が予め設定された上限許容値以上になると、前記何れかの水槽の水位が設定水位に低下する前であっても、前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する点にある。
　同第三の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第七または第八の特徴構成に加えて、前記膜ろ過制御部は、前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止した状態で、前記膜分離装置を曝気して被処理水の上向流により分離膜を洗浄し、または前記膜分離装置を薬液により洗浄する点にある。
　以上説明した通り、本発明によれば、設計フラックスを上げて運転コストの低減を図りながらも、予期せぬ急激な膜間差圧の上昇に対応可能な膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を提供することができるようになった。
図１は、排水処理設備の説明図である。 図２は、膜分離装置の説明図である。 図３は、膜エレメントの説明図である。 図４（ａ），（ｂ）は、膜分離装置の運転方法の説明図である。 図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、膜分離装置の運転方法の説明図である。 図６は、別実施形態を示す排水処理設備の説明図である。 図７は、別実施形態を示す排水処理設備の説明図である。
　以下、本発明による膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を説明する。
　図１には、膜分離装置７が組み込まれた排水処理設備１の一例が示されている。活性汚泥が充填された無酸素槽４と、底部に散気装置５Ａが設置された好気槽５と、膜分離槽６とからなる生物処理槽と、膜分離槽６に浸漬配置され槽内の被処理水から透過水を得る膜分離装置７と、膜分離装置７でろ過された処理水を受け入れる処理水槽８と、膜分離装置７の状態を制御する運転制御装置Ｃを備えている。
　無酸素槽４に流入した被処理水である原水に含まれるアンモニア性窒素は、好気槽５で活性汚泥によって硝酸性窒素に硝化処理されるとともに有機物が分解され、下流側の膜分離槽６に浸漬配置された膜分離装置７により固液分離される。
　膜分離槽６に隣接配置されたバッファ槽９にオーバーフローした被処理水に含まれる余剰の活性汚泥はポンプＰ２により被処理水に含まれる硝酸性窒素とともに無酸素槽４に返流されて、窒素に還元される脱窒処理が行なわれ、一部が引抜かれて廃棄される。活性汚泥の返送量Ｒは、原水の設計流入量ＱＤに対して約４倍（Ｒ＝４ＱＤ）に設定されている。
　膜分離装置７により固液分離された透過水は処理水槽８に貯留され、殺菌処理等の必要な処理が施された後に河川等に放流される。
　図２に示すように、膜分離装置７は、上下が開口した膜ケース７１の内部に１００枚の板状の膜エレメント７Ｂが、各膜面が縦姿勢となるように、かつ６ｍｍから１０ｍｍ程度（本実施形態では８ｍｍ）の一定間隔を隔てて配列されており、さらに膜ケース７１の下方に散気装置７Ａを備えている。
　散気装置７Ａは、複数の散気孔が形成された散気管１３を備え、散気管１３に接続された散気ヘッダ１４を介して槽外に設置されたブロワＢやコンプレッサなどの給気源に接続されている。本実施形態では、給気源としてブロワＢが用いられ、好気槽５に備えた散気装置５Ａに給気されるとともに、バルブＶ１を介して散気装置７Ａに給気されるように配管されているが、散気装置５Ａ用と散気装置７Ａ用それぞれに専用のブロワを設けて、バルブＶ１を用いない構成としてもよい。
　膜エレメント７Ｂには集水管１７を介して槽外に設置された吸引機構としてのポンプＰ１が接続され、槽内の被処理水が膜エレメント７Ｂの膜面を透過するように吸引ろ過される。
　図３に示すように、膜エレメント７Ｂは、縦１０００ｍｍ×横４９０ｍｍの樹脂製の膜支持体１０の表裏両面に、スペーサ１１を介して分離膜１２が配置され、分離膜１２の周縁の辺部１３が膜支持体１０に超音波や熱で溶着、または接着剤等を用いて接着されている。
　分離膜１２は、平均孔径が約０．２μｍの微多孔性膜で、不織布に多孔性を有する樹脂が塗布及び含浸された有機ろ過膜である。尚、膜エレメント７Ｂはこのような構成に限るものではなく、分離膜１２を膜支持体１０の表裏両面に巻き付けるように配置し、分離膜１２の端部を接着または溶着処理したものであってもよい。
　膜支持体１０の表面には長手方向に沿って深さ２ｍｍ、幅２ｍｍ程度の溝部１０ｂが複数本形成され、その上端部には各溝部１０ｂを連通する水平溝部１０ｃが形成されている。表裏両面に形成された水平溝部１０ｃが連通孔１０ｄを介して連通され、膜支持体１０の上縁部に形成されたノズル１０ａに連通されている。
　各ノズル１０ａは、チューブ１６を介して集水管１７に接続され、集水管１７には吸引機構としてのポンプＰ１が接続され、ポンプＰ１で吸引された透過水が処理水槽８に移送されるように構成されている（図２参照）。
　このような膜分離装置７の散気装置７Ａ及び吸引機構Ｐ１を作動させることにより、被処理水を分離膜１２に透過させた透過水を得ることができる。
　運転制御装置Ｃは、膜分離装置７からの透過水量Ｍ（ｔ）を計測する透過水量計測部Ｍと、生物処理槽４への被処理水の流入量Ｑ（ｔ）を計測する流入量計測部Ｑと、バッファ槽９の水位を計測する水位計測部Ｗと、演算処理機能を備えた膜ろ過制御部２０を備えて構成されている。
　膜ろ過制御部２０は、所定の時間長さの期間ｔにおける透過水量Ｍ（ｔ）、期間ｔの直前の期間ｔ－１における被処理水の流入量Ｑ（ｔ－１）、ゲインＫ（Ｋ＞１）に対して、以下の数式
Ｍ（ｔ）＝ＫＱ（ｔ－１）
で表される関係となるように透過水量Ｍ（ｔ）を設定し、設定した透過水量Ｍ（ｔ）で膜分離装置７から透過水を引き抜くようにポンプＰ１を制御し、バッファ槽９の水位ＷＬが予め設定された停止水位ＬＷＬまで低下したときに膜分離装置７からの透過水の引抜きを一時停止する。
　膜ろ過制御部２０は、膜分離装置７からの透過水の引抜きを一時停止した状態で、膜分離装置７を曝気して被処理水の上向流により分離膜を洗浄し、または膜分離装置７を薬液により洗浄するように構成されている。
　ポンプＰ１を停止した状態で散気装置７Ａから曝気すると、分離膜１２に沿って被処理水が上昇し、その過程で分離膜１２の表面に付着した微生物の代謝物等のファウリング原因物質が除去され分離膜１２の詰り状態が軽減される。
　集水管１７とポンプＰ１との間には止水バルブＶ２が設けられ、止水バルブＶ２の上流側には薬液タンク（図示せず）に接続された薬液供給管が分岐接続されている。ポンプＰ１を停止して止水バルブＶ２を閉塞した後にＶ３を開け、薬液供給管から膜分離装置７に薬液を給液することにより分離膜１２が洗浄される。薬液タンクには次亜塩素酸ソーダ等の薬液が充填されている。
　薬液洗浄を終えると、Ｖ３を閉め止水バルブＶ２を開放してポンプＰ１を駆動することによりろ過が行なわれる。ろ過の初期には膜分離装置７から薬液が流出するまでの間、透過水が処理水槽８に流入しないように取り出すバイパス管路が設けられている。
　分離膜１２の膜間差圧（膜分離装置の圧損値）を計測する膜間差圧計測部Ｐをさらに備え、膜ろ過制御部２０は、分離膜１２の膜間差圧が予め設定された上限許容値Ｐｕ以上になると、バッファ槽９の水位が設定水位ＬＷＬに低下する前であっても、膜分離装置７からの透過水の引抜きを一時停止する。
　図４（ａ）に示すように、流入変動を１時間単位で区画し、１区画前の流入量Ｑ（ｔ－１）に対して透過水量Ｍ（ｔ）を設定する。透過水量Ｍ（ｔ）はＫ・Ｑ（ｔ－１）で与えられる。
　図４（ｂ）に示すように、流入量Ｑが増加傾向にある場合には系内に保有する汚泥量は増加傾向にあるが、流入量Ｑが減少傾向になると系内に保有する汚泥量も減少傾向となり、ある時点では保有汚泥量が初期値に対してマイナスとなる。系内の保有汚泥量の増減は、バッファ槽９の水位の増減として現れるので水位計にて検知する。
　ゲインＫは、１．０１＜Ｋ＜１．１０の範囲に設定されていることが好ましく、膜ろ過ステップと停止ステップの適度な時間バランスが実現でき、停止ステップで膜を洗浄する場合に十分な洗浄時間が得られるようになる。
　図４（ａ）には、無酸素槽４へ流入する原水の量Ｑ（ｔ）がダイナミックに変動し、それに対して膜分離装置７からの透過水量Ｍ（ｔ）が遅れて変動する例が示されている。膜ろ過が進むにつれてろ過抵抗が次第に上昇する。
　膜分離装置７の設計フラックスを上げて膜分離装置７の全台数を低減することにより運転コストの低減を図ると、予期せぬ急激な膜間差圧ＴＭＰの上昇を来す虞がある。
　本発明による排水処理設備の運転方法では、急激な膜間差圧ＴＭＰの上昇を来すことなく安定した状態でろ過運転が行なわれる。以下、膜ろ過制御部２０により実行される当該運転方法について詳述する。
　上述したように、膜ろ過制御部２０は、所定の長さを有する期間ｔにおける膜分離装置からの透過水量Ｍ（ｔ）を、期間ｔの直前の期間ｔ－１における生物処理槽４への被処理水の流入量Ｑ（ｔ－１）、ゲインＫ（Ｋ＞１）に対して、以下の数式で表される関係となるように設定し、設定した透過水量で膜分離装置７から透過水を引く抜く膜ろ過ステップと、バッファ槽９の水位が予め設定された停止水位ＬＷＬまで低下したときに膜分離装置７からの透過水の引抜きを一時停止する停止ステップと、が実行される。
Ｍ（ｔ）＝ＫＱ（ｔ－１）
　上式に示すように、ゲインＫを１より大に設定し、被処理水の流入量Ｑ（ｔ）に対して透過水量Ｍ（ｔ）が遅れて応答する関係となるように設定することにより、膜ろ過ステップの実行中に時間の経過により槽内の活性汚泥量が次第に低下する定常的な状況が発現する。
　そのような状況で膜分離装置７からの透過水の引抜きを一時停止する停止ステップを実行すると、バッファ槽９の水位が次第に回復するようになり、その間に分離膜１２の洗浄のための時間を確保できるようになる。
　設計フラックスを上げることによる予期せぬ急激な膜間差圧の上昇に対処できるようになり、曝気量の低減等により運転コストを低減できるようになる。そして、停止ステップを実行する停止水位ＬＷＬを適切に設定することにより、流入量Ｑ（ｔ）に対応した透過水量Ｍ（ｔ）を確保することができる。
　バッファ槽９の水位が停止水位ＬＷＬに低下したときに、膜ろ過ステップから停止ステップに切り替えられる。停止ステップで、散気装置７Ａにより膜分離装置７の膜エレメント７Ｂを曝気して、被処理水の上向流により分離膜１２を洗浄するリラクゼーション工程を実行することにより、膜間差圧を下げることができ、予期せぬ急激な膜間差圧の上昇を未然に回避できるようになる。
　また、停止ステップで、膜分離装置７を薬液により洗浄する薬液洗浄工程を実行することにより、膜間差圧ＴＭＰを初期状態に近い低い値に回復させることができ、安定した状態で膜ろ過ステップが繰返し実行できるようになる。
　停止ステップでリラクゼーション工程と薬液洗浄工程の何れを実行するのかは、適宜設定することができる。例えば、膜間差圧計測部Ｐで計測された分離膜１２の膜間差圧が所定の閾値以上であれば薬液洗浄工程を選択し、所定の閾値未満であればリラクゼーション工程を実行するように設定することができる。
　また、予め設定された所定回数だけ優先的にリラクゼーション工程を実行し、その後の停止ステップで薬液洗浄工程を実行するような態様を繰り返すように設定してもよい。
　図５（ａ）には、停止ステップでリラクゼーション工程が実行される場合の膜間差圧の特性（二点鎖線）と、停止ステップでリラクゼーション工程が実行されない場合の膜間差圧の特性（一点鎖線）が対比されている。停止ステップでリラクゼーション工程が実行される度に分離膜１２が洗浄され、汚れの程度が軽減されることにより、膜間差圧の上昇が緩やかになり、長期安定して膜分離できるようになる。リラクゼーション工程に代えて低濃度の薬液で薬液洗浄工程を実行しても同様の特性が得られる。
　図５（ｂ）には、停止ステップで高濃度の薬液で薬液洗浄工程が実行される場合の膜間差圧の特性（二点鎖線）と、停止ステップでリラクゼーション工程が実行されない場合の膜間差圧の特性（一点鎖線）が対比されている。膜間差圧が所定の閾値を超え、停止ステップで薬液洗浄工程が実行される度に分離膜１２が初期状態にまで洗浄されることにより、膜間差圧の上昇が抑制され、長期安定して膜分離できるようになる。尚、閾値に関わらず一律に薬液洗浄工程が実行されるように構成してもよい。
　図５（ｃ）には、上述したリラクゼーション工程と薬液洗浄工程を組み合わせた場合の膜間差圧の特性（二点鎖線）と、停止ステップでリラクゼーション工程が実行されない場合の膜間差圧の特性（一点鎖線）が対比されている。停止ステップで複数回のリラクゼーション工程が実行された後に薬液洗浄工程が実行される。このように、リラクゼーション工程と薬液洗浄工程を組み合わせることにより、長期安定して膜分離できるようになる。
　また、薬液洗浄工程で使用される薬液の濃度を濃淡切り替えるように構成してもよい。例えば、所定回数まで停止ステップで低濃度の薬液洗浄を行ない、所定回数経過すると高濃度の薬液洗浄を実行するような態様を繰り返してもよい。この場合には、図５（ｃ）と同様の特性が得られる。
　分離膜１２の膜間差圧が予め設定された上限許容値以上になると、バッファ槽９の水位が設定水位ＬＷＬに低下する前であっても、膜分離装置７からの透過水の引抜きを一時停止する停止ステップを実行することが好ましい。
　バッファ槽９の水位が設定水位以上の状態であっても、分離膜１２の膜間差圧が上限許容値以上になると停止ステップが実行されて分離膜１２の洗浄の機会が確保でき、緊急時に対処可能になる。
　停止ステップの実行後、バッファ槽９の水位が停止水位より高い所定水位ＮＷＬに回復し、予め設定された時間Δｔが経過し、または分離膜１２の膜間差圧が上限許容値より低い基準値へ低下する何れかの条件が成立したときに、膜ろ過ステップに復帰することが好ましい。
　バッファ槽９の水位が停止水位より高い所定水位に回復したときに復帰すると、ポンプＰ２の空運転を回避でき、予め設定された時間の経過時に復帰すると、その間は安定して膜の洗浄ができ、分離膜の膜間差圧が上限許容値より低い基準値へ低下したときに復帰すると、確実な膜の洗浄が行なえる。
　尚、図１に示した例では、膜分離槽６に隣接してバッファ槽９を設けてあるが、バッファ槽９を備えていない膜分離槽６では、水位が停止水位より高い所定水位に回復したときにろ過工程に復帰するように構成するのが好ましい。
　図６には、排水処理設備の別実施形態が示されている。上述した実施形態では、底部に散気装置５Ａが設置された好気槽５と、膜分離装置７が浸漬配置された膜分離槽６を備えた排水処理設備を説明したが、好気槽５と膜分離槽６を兼用して好気処理と膜分離処理を同じ処理槽で実現してもよい。
　図７には、排水処理設備の別実施形態が示されている。上述した実施形態では、原水が活性汚泥処理槽を構成する上流側の無酸素槽４に直接流入する例を説明したが、原水に混入している夾雑物を除去するバースクリーン２ａ等が設けられた前処理槽２と、バースクリーン２ａ等で夾雑物が除去された被処理水を一旦貯留する流量調整槽３を備えてもよい。原水の流入量が変動する場合であっても、ポンプやバルブ等の流量調整機構Ｐ３によって、流量調整槽３からは一定流量の被処理水が活性汚泥処理槽４に安定供給されるようになる。
　上述した実施形態では、無酸素槽４、好気槽５、膜分離槽６を備えた活性汚泥処理槽が一系列である例を説明したが、複数の活性汚泥処理槽が並設された排水処理設備であっても本発明を適用することが可能であることは言うまでもなく、その場合には各系列で同期して膜分離工程と停止工程を実行する必要はなく、夫々の系列で独立して膜分離工程と停止工程を実行するように構成すればよい。
　この場合、それぞれの系列で運転制御装置Ｃを備えてもよいし、膜ろ過制御部２０のみ共用可能に構成してもよい。
　上述した実施形態は本発明の一態様であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成や制御態様は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。
１：排水処理設備
４：無酸素槽
５：好気槽
５Ａ：散気装置
６：膜分離槽
７：膜分離装置
７Ａ：散気装置
８：処理水槽
２０：膜ろ過制御部
Ｃ：運転制御装置
 

Claims (9)

  1. 　被処理水を、分離膜を介して固液分離する膜分離装置の運転方法であって、
    　前記膜分離装置からの透過水量Ｍ（ｔ）を、以下の数式
    Ｍ（ｔ）＝ＫＱ（ｔ－１）
    　　Ｍ（ｔ）：所定の長さを有する期間ｔにおける透過水量
    　　Ｋ：ゲイン（＞１）
    　　Ｑ（ｔ－１）：期間ｔの直前の期間ｔ－１における被処理水の流入量
    で表される関係となるように設定し、設定した透過水量で前記膜分離装置から透過水を引く抜く膜ろ過ステップと、
    　前記膜分離槽装置が浸漬配置された水槽、または該水槽と連通しており当該水槽と同一の水位となる水槽、もしくは当該膜分離装置が浸漬配置された水槽からの越流水が流入する水槽の水位が予め設定された停止水位まで低下したときに前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する停止ステップと、
    を備えている膜分離装置の運転方法。
  2. 　前記停止ステップは、前記分離膜の膜間差圧が予め設定された上限許容値以上になると、前記何れかの水槽の水位が設定水位に低下する前であっても、前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する請求項１記載の膜分離装置の運転方法。
  3. 　前記停止ステップで、前記膜分離装置を曝気して被処理水の上向流により分離膜を洗浄するリラクゼーション工程を実行する請求項１または２記載の膜分離装置の運転方法。
  4. 　前記停止ステップで、前記膜分離装置を薬液により洗浄する薬液洗浄工程を実行する請求項１または２記載の膜分離装置の運転方法。
  5. 　前記停止ステップの実行後、該停止ステップで水位を検知した水槽の水位が前記停止水位より高い所定水位に回復し、予め設定された時間が経過し、または前記分離膜の膜間差圧が前記上限許容値より低い基準値へ低下する何れかの条件が成立したときに、前記膜ろ過ステップに復帰する請求項１から４の何れかに記載の膜分離装置の運転方法。
  6. 　ゲインＫが、１．０１＜Ｋ＜１．１０の範囲に設定されている請求項１から５の何れかに記載の膜分離装置の運転方法。
  7. 　被処理水を、分離膜を介して固液分離する膜分離装置であって、
    　前記膜分離装置からの透過水量Ｍ（ｔ）を計測する透過水量計測部と、
    　前記被処理水の流入量Ｑ（ｔ）を計測する流入量計測部と、
    　前記膜分離装置が浸漬配置された水槽、または該水槽と連通しており当該水槽と同一の水位となる水槽、もしくは当該膜分離装置が浸漬配置された水槽からの越流水が流入する水槽の水位を計測する水位計測部と、
    　以下の数式
    Ｍ（ｔ）＝ＫＱ（ｔ－１）
    　　Ｍ（ｔ）：所定の長さを有する期間ｔにおける透過水量
    　　Ｋ：ゲイン（＞１）
    　　Ｑ（ｔ－１）：期間ｔの直前の期間ｔ－１における被処理水の流入量
    で表される関係となるように透過水量を設定し、設定した透過水量で前記膜分離装置から透過水を引き抜き、前記何れかの水槽の水位が予め設定された停止水位まで低下したときに前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する膜ろ過制御部と、
    を備えている膜分離装置。
  8. 　前記分離膜の膜間差圧を計測する膜間差圧計測部をさらに備え、
    　前記膜ろ過制御部は、前記分離膜の膜間差圧が予め設定された上限許容値以上になると、前記何れかの水槽の水位が設定水位に低下する前であっても、前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止する請求項７記載の膜分離装置。
  9. 　前記膜ろ過制御部は、前記膜分離装置からの透過水の引抜きを一時停止した状態で、前記膜分離装置を曝気して被処理水の上向流により分離膜を洗浄し、または前記膜分離装置を薬液により洗浄する請求項７または８記載の膜分離装置。
     
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