JPH0824595A

JPH0824595A - 膜分離装置の運転方法

Info

Publication number: JPH0824595A
Application number: JP6180795A
Authority: JP
Inventors: Masashi Beppu; 雅志別府; Yuji Nishida; 祐二西田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1996-01-30

Abstract

(57)【要約】【目的】原液処理槽１内に膜分離ユニット２と散気手段
３を設け、膜分離ユニット２の濾過液側の吸引ポンプ４
１による減圧下、散気手段３によりエア−スクラビング
を行いつつ原液を濾過する場合、散気手段３によるエア
−スクラビングを強化することなく元のままで、膜汚染
により低下した濾過流速を、そのエア−スクラビングに
より回復できる膜分離装置の運転方法を提供する。【構成】膜面汚染による濾過抵抗の増大に伴い上記膜分
離ユニットの濾過液側減圧度を増加して濾過流束をほぼ
一定に保持する定量濾過運転を所定の高減圧度まで行う
ことと、上記膜分離ユニットの濾過液側減圧度を上記所
定の高減圧度よりも低い所定の低減圧度に保持して濾過
する定圧濾過運転を一定時間行うことを、上記エア−ス
クラビングを行いつつ繰り返す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原液、特に生活排水や
工場排水等の高濃度懸濁液を限外濾過膜や精密濾過膜等
の半透膜によって膜分離する場合に使用する膜分離装置
の運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】懸濁液を限外濾過膜や精密濾過膜等の半
透膜によって処理する場合、キャピタリ−型膜モジュ−
ルやスパイラル膜モジュ−ルを使用すると、原液流路が
複雑で、かつ細いために、膜面への懸濁物質の付着によ
るゲル層乃至はケ−ク層が形成され易く、濾過流束の低
下が顕著である。従って、これらの膜モジュ−ルにおい
ては、懸濁濃度の高い生活排水や工場排水の浄化処理に
は不適切である。

【０００３】従来、高濃度懸濁液を限外濾過膜や精密濾
過膜等の半透膜により浄化処理する場合、内部に濾過液
流路を有する分離膜ユニットを原液処理槽内に設け、分
離膜ユニットの下方に散気管を設けた膜分離装置の原液
処理槽内に懸濁液を供給し、平型膜ユニットの濾過液流
路側を減圧し、かつ散気管から気体を噴出させつつ（エ
ア−スクラビングしつつ）懸濁液を濾過することが公知
である（特公平４−７０９５８号公報）。

【０００４】この膜分離方法においては、特に、原液が
生活排水や工場排水のように有機物を多量に含有する懸
濁液の場合、排水中の有機物が浮遊状態の活性汚泥によ
って好気状態下で吸着・代謝分解されて病原菌が減少さ
れ、活性汚泥が増殖されていく。即ち、微生物反応も進
行されていく。

【０００５】膜分離法においては、膜面に原液中の固形
分の付着によりゲル層または、ケ−ク層が形成され、濾
過抵抗が増大され、濾過流束が経時的に低下していく現
象が避けられない。

【０００６】そこで、従来においては、膜分離装置を定
圧濾過運転し（膜間差圧一定下での運転）、濾過流束が
所定値にまで低下すると、運転を中断し、膜洗浄により
濾過流束を回復させ、而るのち、再運転すること、また
は、膜面汚染による濾過抵抗の増大に伴い膜間差圧を増
加して濾過流束をほぼ一定に保持し、すなわち、膜分離
装置を定量濾過運転し、膜間差圧が上限値（耐圧上の限
界による）に達すると、運転を中断し、膜洗浄により濾
過流束を回復させ、而るのち、再運転すること等が公知
である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、原液処理槽
内に膜分離ユニットと散気手段を設け、膜分離ユニット
の濾過液側の吸引ポンプによる減圧下、散気手段により
エア−スクラビングを行いつつ原液を濾過する方法にお
いても、低速ではあるが（常時のエア−スクラビングの
ために）、ゲル層またはケ−ク層の形成が避けられず、
濾過流束の低下を免れ得ない。

【０００８】この場合、濾過流束を回復するための洗浄
処理としては、散気手段のエア−噴出量を増加するこ
と、逆洗を行うこと等が考えられるが、前者による場合
は、原液の旋回流速の高速化を伴い、かかる高旋回流速
のもとでは、膜分離ユニットの固定部材の破損が懸念さ
れ、後者の場合は、膜の膨張破損が懸念される。

【０００９】本発明の目的は、原液処理槽内に膜分離ユ
ニットと散気手段を設け、膜分離ユニットの濾過液側の
吸引ポンプによる減圧下、散気手段によりエア−スクラ
ビングを行いつつ原液を濾過する場合、散気手段による
エア−スクラビングを強化することなく元のままで、膜
汚染により低下した濾過流速を、そのエア−スクラビン
グにより回復できる膜分離装置の運転方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る膜分離装置
の運転方法は、原液処理槽内に膜分離ユニットと散気手
段を設け、膜分離ユニットの濾過液側の吸引ポンプによ
る減圧下、散気手段によりエア−スクラビングを行いつ
つ原液を濾過する方法において、膜面汚染による濾過抵
抗の増大に伴い上記膜分離ユニットの濾過液側減圧度を
増加して濾過流束をほぼ一定に保持する定量濾過運転を
所定の高減圧度まで行うことと、上記膜分離ユニットの
濾過液側減圧度を上記所定の高減圧度よりも低い所定の
低減圧度に保持して濾過する定圧濾過運転を一定時間行
うことを、上記エア−スクラビングを行いつつ繰り返す
ことを特徴とする構成であり、所定の高減圧度は吸引圧
力２００〜３００mmHgとし、所定の低減圧度は吸引圧力
５０〜１００mmHgとすることが適切であり、また、吸引
ポンプは間歇的に作動させることが好ましい。

【００１１】以下、図面を参照しつつ本発明の構成を説
明する。図１の（イ）は本発明において使用する膜分離
装置を示す説明図、図１の（ロ）は図１の（イ）のロ−
ロ断面図である。図１の（イ）並びに図１の（ロ）にお
いて、１は原液処理槽であり、載蓋で蓋閉することがで
き（図示されていない）、この場合でも、内部は大気圧
に保持される。この原液処理槽１には、従来の活性汚泥
方式による散気式曝気槽の曝気槽本体を使用することが
できる。２，２…は原液処理槽内に所定の間隔で配設し
た膜分離ユニットであり、内部に濾過液流路を有してい
る。２０は膜分離ユニット２の濾過液集水管であり、ユ
ニット内の濾過液流路に連通され、膜を通過した濾過液
が濾過液流路を経てこの濾過液集水管に集められる。

【００１２】３，３…は膜分離ユニット２，…の下方に
設けた散気管であり（所定の間隔ごとに散気孔を穿設し
てある）、膜分離ユニット２，２間のギャップに原液を
エア−リフト効果により効率良く昇流させ得るように配
設してある。３１は散気管３に接続した送気配管、３２
はブロワである。４は膜分離ユニット２，…の濾過液集
水管２０，…に接続した濾過液取出し配管、４１はこの
配管４に挿入した吸引ポンプ、４２は濾過液貯槽であ
る。５は懸濁液供給配管、５１はこの配管５に挿入した
液送ポンプである。

【００１３】図２は上記膜分離ユニット２の平膜構造を
示し、濾過液流路部材２１の両面に半透膜２２（限外濾
過膜または精密濾過膜）を積層して成り、濾過液流路部
材２１には、プラスチックネット、織物（例えば、ポリ
エステル製トリコット織物、特に、この織物を樹脂液、
例えばメラミン樹脂液で内部に繊維間隙を残すように固
めたもの等）、多孔プラスチック板等を使用でき、半透
膜２２には、膜を不織布等の基材に貼り合わせたもの、
膜に不織布等の基材を埋め込んだもの等を使用できる。

【００１４】上記膜分離ユニット２には、濾過液集水管
を有する枠体に上記平膜構造を取着したものを使用で
き、例えば、図３の（イ）並びに図３の（ロ）〔図３の
（イ）におけるロ−ロ断面図〕に示すように、２つ割の
集水管（２０）付き枠体２３で濾過液流路部材２１を挾
着し（通常、ボルトを使用する）、割れ目をガスケット
２０３または接着剤等で封止し、枠体２３の両面に膜２
２を接着剤２０４または接着テ−プで添着したもの、図
４の（イ）並びに図４の（ロ）〔図４の（イ）における
ロ−ロ断面図〕に示すように、濾過液流路部材２１の両
面に半透膜２２を積層し、両半透膜の三方を融着等で封
止した封筒状の平膜構造を２つ割の集水管付き枠体２３
でボルト等の締め付け等により挾着し、封筒半透膜の開
口端２０２を集水管２０に連通したもの等を使用でき
る。

【００１５】上記膜分離ユニット２の寸法は、処理槽の
寸法を、従来の散気型曝気槽の曝気室の寸法にほぼ等し
くする場合、通常、高さ５０ｃｍ〜１５０ｃｍ、巾２０
ｃｍ〜１００ｃｍ、厚み３ｍｍ〜６ｍｍとされる。

【００１６】上記膜分離ユニット２，…のモジュ−ル構
造としては、図５の（イ）に示すように、複数箇の膜分
離ユニット２，…を交互に集水管２０の位置を左右逆に
して並設し、この並設群を、図５の（ロ）に示すような
パイプ部材のフレ−ム２００内に納め、各集水管２０の
上下端をフレ−ム２００の上下水平部材２０５，２０６
に接続し、フレ−ム２００の脚部２０７，…を原液槽の
底面に固定するものを使用できる。この場合、上記図１
の（イ）における濾過液取出し配管４はフレ−ム２００
のパイプ部材に接続することができる。なお、フレ−ム
の上側部材の三方のみをパイプ部材とすることも可能で
ある。上記膜分離ユニットにおいては、左右に透過水集
液管を設けることも可能である。上記膜分離ユニットの
モジュ−ル構造としては、エア−スクラビングによる原
液旋回流に対し、安定な固定状態を保証できるものであ
れば、上記のフレ−ム支持方式以外の適宜の構成も使用
できる。

【００１７】上記の膜分離装置により懸濁液、例えば、
生活排水、工場排水等の汚水を処理するには、この排水
を貯槽に一旦貯えたうえ、図１の（イ）並びに（ロ）に
おいて、この汚水を液送ポンプ５１により原液処理槽１
に供給し、ブロワ３２の駆動により散気管３から空気を
噴出させ、同時に、吸引ポンプ４１の駆動により膜分離
ユニット２，…の濾過液流路側を減圧して所定の膜間差
圧を作用させ、汚水中の有機物を噴出空気との接触下、
好気性微生物により吸着・代謝分解させ、病原菌を減少
させると共に好気性微生物を増殖させつつ、膜分離ユニ
ット２，…の膜に水を透過させ、これを濾過液取出し配
管４を経て濾過液貯槽４２に取出していく。

【００１８】この場合、エア−スクラビングによる旋回
流速（平均流速）は、懸濁液の液質や濃度や処理速度等
によっても異なるが、通常０．４〜２．０ｍ／ｓｅｃ、
好ましくは、０．５〜１．０ｍ／ｓｅｃの範囲内とする
ように、ブロワ３８の送風量が調整される。０．４ｍ／
ｓｅｃ以下では、エア−スクラビングによる膜面の洗浄
効果を満足に行い難く、また、活性汚泥が沈殿して微生
物反応を促進させ難いし、２．０ｍ／ｓｅｃ以上では、
上記モジュ−ルの固定が困難となり、空気供給コストが
高くなり過ぎる。

【００１９】上記膜分離ユニット２，２間の相互間隔
は、原液の水質等によっても異なるが、通常、５〜１５
ｍｍ程度とされる。５ｍｍ以下では、エア−スクラビン
グによる膜分離ユニット間の原液上昇流に対する抵抗が
高くなり過ぎ、その流速を高速になし得ずに膜面洗浄効
果が低下し、１５ｍｍ以上では、原液処理槽の容積に対
する膜面積が小となり過ぎ、膜分離装置の大型化が招来
される。

【００２０】上記懸濁液の膜分離濾過においても、低速
ではあるが（常時のエア−スクラビングのために）、ゲ
ル層またはケ−ク層の形成が避けられない。本発明に係
る膜分離装置の運転方法おいては、かかるゲル層または
ケ−ク層の形成にもかかわらず、濾過流束をほぼ一定と
するように、吸引ポンプ４１の吸引圧力を高くして膜分
離ユニット２の膜間差圧を増加していく。即ち、膜の濾
過抵抗をＲ₀、ゲル層またはケ−ク層の濾過抵抗をｒ、
膜間差圧をＸ、濾過流束をＦとすると、Ｆ＝Ｘ／（Ｒ₀
＋ｒ）の関係があり、ゲル層またはケ−ク層の厚み増大
によるｒの増加にもかかわらず、濾過流束Ｆをほぼ一定
流束ｋとするように、膜分離ユニット２の濾過液側減圧
度を増加して膜間差圧Ｘを増加し、膜分離装置を定量濾
過運転していく。

【００２１】そして、図６の点線（イ）で示すように、
膜分離ユニット２の濾過液側減圧度が所定の高減圧度Ｘ
hに達すると、散気管３によるエア−スクラビングを続
行したままで、吸引ポンプ４１の吸引圧力を低下させて
その減圧度を所定の低減圧度ＸLに減少させ、この減圧
度ＸLを保持して、所定時間（Ｔ）、膜分離装置を定圧
濾過運転していく。

【００２２】而るに、膜面からのゲル層またはケ−ク層
の剥離は、ゲル層またはケ−ク層の膜面への固着力より
もエア−スクラビングによる洗浄力が勝ったときに生じ
るが、ゲル層またはケ−ク層の膜面への固着力は、ゲル
層またはケ−ク層を膜面に押し付ける力、すなわち膜間
差圧が大きく関与し、膜間差圧が所定の圧力に低下する
と、ゲル層またはケ−ク層の膜面への固着力よりもエア
−スクラビングによる洗浄力が勝って、ある時間経過す
ると、ゲル層またはケ−ク層がほぼ剥離されるに至る。

【００２３】上記の低減圧度ＸLのもとでは、ある時間
（Ｔ）の経過後、ゲル層またはケ−ク層がほぼ剥離さ
れ、このＸLが高いほど、また上記Ｘhが高いほど、その
剥離に要する上記の時間（Ｔ）が長くなる。例えば、上
記の高減圧度Ｘhが吸引圧力にして２２８mmHg、低減圧
度ＸLが吸引圧力にして７６mmHgのときの剥離に要する
時間Ｔは、約４０時間であるのに対し、Ｘhが吸引圧力
にして４５０mmHg、低減圧度ＸLが吸引圧力にして７６m
mHgのときの剥離に要する時間Ｔは、約１００時間であ
り、Ｘhが吸引圧力にして２２８mmHg、低減圧度ＸLが吸
引圧力にして１５０mmHgのときの剥離に要する時間Ｔ
は、約１４０時間である。而して、上記高減圧度Ｘhは
吸引圧力にして２００〜３００mmHg、低減圧度ＸLは吸
引圧力にして５０〜１００mmHgとすることが好ましい。

【００２４】この低減圧度ＸLのままでは、ゲル層また
はケ−ク層がほぼ剥離された後でも、低濾過流束である
ので、図６の実線（ロ）で示すように、減圧度を高め膜
間差圧を増加して上記の濾過流束ｋに戻すことが望まし
い。この場合、減圧度ＸLのもとで、ゲル層またはケ−
ク層が剥離したときの濾過流束は、ＸL／Ｒ₀で与えら
れ、この状態で濾過流束ｋを得るためには、減圧度〔図
６においてＸｃで示す〕をｋＲ₀とすればよいから、減
圧度ＸLのもとでの濾過流束ＸL／Ｒ₀を濾過流束ｋに戻
すための減圧度は、理論的には、ｋＲ₀で与えられる。

【００２５】上記において、膜分離ユニット２の濾過液
側の吸引ポンプ４１による減圧は、間歇的に行うことが
好ましい。吸引ポンプを間歇的に作動させれば、吸引ポ
ンプの作動停止時に、ゲル層またはケ−ク層の剥離を促
すことができ、吸引ポンプの作動時間／停止時間の比を
調整することにより、エア−スクラビングによる洗浄効
果を効果的に発揮させ、濾過流束を効果的に高めること
ができる。その比は、原液の水質や懸濁質濃度やエア−
スクラビングの旋回流速によって異なるが、通常、２〜
３〔（１０〜２０分）／（３〜１０分）〕とされる。

【００２６】

【作用】図６に示すように、膜間差圧がＸｈに達するま
で、定量濾過運転を行い、膜間差圧がＸｈに達すると、
膜間差圧をＸLに低下させてこの膜間差圧ＸLのもとで所
定時間（Ｔ）、定圧濾過運転を行う際、膜間差圧が小で
あるために膜面のゲル層またはケ−ク層を押え付ける力
が小となり、散気管からの散気エア−量を増やさなくて
も、そのゲル層またはケ−ク層がエア−スクラビングに
より剥離除去される。

【００２７】その剥離の終了により濾過流束がＸL／Ｒ₀
になると、減圧度をｋＲ₀に高め、または、高めること
なく、その後は、ゲル層またはケ−ク層の形成にもかか
わらず、濾過流束をほぼ一定値ｋに保持するように、減
圧度を増大して膜間差圧を増加していき、これを膜間差
圧Ｘｈに達するまで行う間に、充分な量の濾過流束を保
証できる。この場合、このＸｈを適度に設定することに
より（２００〜３００mmHg程度）、運転動力コストを節
減でき（減圧度を余り大きくすると動力コストが過大と
なる）、またゲル層またはケ−ク層の付着量が少なくな
り、上記低減圧度ＸL時でのゲル層またはケ−ク層の剥
離が容易になり、低濾過量定圧濾過運転の時間（Ｔ）を
短くでき、全体としての濾過流束の増大に有利である。

【００２８】

【実施例】

〔実施例１〕膜分離ユニットには図３に示すものを使用
し、枠体２３の寸法は、縦６０ｃｍ、横（巾）５０ｃｍ
とし、膜２２には、縦５０ｃｍ、横４０ｃｍ、公称孔径
０．３μｍの精密濾過膜を使用し、枠２３にエポキシ系
接着剤２０４により接着した。膜分離ユニットのモジュ
−ルには、図５の（イ）並びに（ロ）により説明したも
のを使用し、膜分離ユニット２の枚数は１０枚とし、膜
分離ユニット相互間の間隔を１０ｍｍとした。膜分離装
置には図１の（イ）並びに（ロ）に示したものを使用し
た。

【００２９】懸濁液には、MLSS濃度６，０００〜７，０
００ｍｇ／リットルの活性汚泥溶液を使用し、時間の経
過に伴う膜面ゲル層またはケ−ク層の形成にもかかわら
ず、濾過液流速をほぼ０．６ｍ³／ｍ²・dayに保持する
ように、膜分離ユニット２の濾過液流路側の減圧度を吸
引ポンプ４１の回転数の増加により増大して定量濾過運
転を行っていき、減圧度が吸引圧力２２８mmHgに達する
と、減圧度を吸引圧力７６mmHgに低下させ、この減圧度
７６mmHgの定圧濾過運転下での濾過流速の変動からゲル
層またはケ−ク層の剥離が行われたことを確認したのち
（濾過流速が増加しなくなることで確認できる）、その
後は、ゲル層またはケ−ク層の再形成にもかかわらず、
濾過液流速をほぼ０．６ｍ³／ｍ²・dayに保持するよう
に定量濾過運転を行い、以後、この運転を繰り返して行
った。図７の（イ）は、この実施例１における吸引圧力
状態を示している。

【００３０】〔実施例２〕図７の（ロ）に示すように、
定量濾過運転を実施例１と同様、吸引圧力２２８mmHgま
でにて行ったが、定圧濾過運転は吸引圧力１５２mmHgで
行った。この実施例２においては、定圧濾過運転時の膜
間差圧が、実施例１に較べて高いために、定圧濾過運転
によるゲル層またはケ−ク層の剥離に、実施例１の場合
に較べ長い時間を必要とした。

【００３１】〔実施例３〕図７の（ハ）に示すように、
定圧濾過運転を実施例１と同様、吸引圧力７６mmHgにて
行ったが、定量濾過運転は実施例１の場合よりも高減圧
度の吸引圧力４５６mmHgまで行った。この実施例３にお
いては、定量濾過運転を実施例１よりも高吸引圧力に至
るまで行っているために、ゲル層またはケ−ク層の形成
量が多く、定圧濾過運転によるゲル層またはケ−ク層の
剥離に、実施例１の場合に較べ長い時間を必要とした。
また、実施例１に較べ、全体としての減圧度が高いため
に、その減圧吸引に要する動力コストも高くなった。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、原液処理槽内に膜分離
ユニットと散気手段を設け、膜分離ユニットの濾過液側
の吸引ポンプによる減圧下、散気手段によりエア−スク
ラビングを行いつつ原液を濾過する場合、膜汚染により
低下した濾過流束を、散気手段によるエア−スクラビン
グは強化することなく元のままとし、定圧濾過運転と定
量濾過運転との交互運転により回復できるから、エア−
スクラビングの強力化による膜分離ユニットの固定状態
の不安定化、散気電力コストの増大等を伴うことがな
く、更に、濾過運転を停止することなく定圧濾過運転の
もとでゲル層またはケ−ク層の除去を行っているから、
安全にかつ経済的に充分な濾過流束、従って、充分な効
率の濾過処理を保証できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１の（イ）は、本発明において使用する膜分
離装置を示す説明図、図１の（ロ）は、図１の（イ）に
おけるロ−ロ断面図である。

【図２】本発明において使用する膜分離ユニットの平膜
構造の一例を示す説明図である。

【図３】図３の（イ）は、本発明において使用する膜分
離ユニットの一例を示す斜視説明図、図３の（ロ）は、
図３の（イ）におけるロ−ロ断面図である。

【図４】図４の（イ）は、本発明において使用する膜分
離ユニットの上記とは別の例を示す斜視説明図、図４の
（ロ）は、図４の（イ）におけるロ−ロ断面図である。

【図５】図５の（イ）は、本発明において使用する膜分
離ユニットの配設状態を示す説明図、図５の（ロ）は、
その膜分離ユニット群を支持するためのフレ−ムを示す
斜視説明図である。

【図６】本発明に係る膜分離装置の運転方法における膜
分離ユニットの濾過液側の吸引圧力状態を示す説明図で
ある。

【図７】本発明の実施例における膜分離ユニットの濾過
液側の吸引圧力状態を示す図である。

【符号の説明】

１原液槽２膜分離ユニット３散気手段３２ブロワ４濾過液取出し配管４１吸引ポンプ５原液供給配管５１液送ポンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原液処理槽内に膜分離ユニットと散気手段
を設け、膜分離ユニットの濾過液側の吸引ポンプによる
減圧下、散気手段によりエア−スクラビングを行いつつ
原液を濾過する方法において、膜面汚染による濾過抵抗
の増大に伴い上記膜分離ユニットの濾過液側減圧度を増
加して濾過流束をほぼ一定に保持する定量濾過運転を所
定の高減圧度まで行うことと、上記膜分離ユニットの濾
過液側減圧度を上記所定の高減圧度よりも低い所定の低
減圧度に保持して濾過する定圧濾過運転を一定時間行う
ことを、上記エア−スクラビングを行いつつ繰り返すこ
とを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項２】所定の高減圧度を吸引圧力２００〜３００
mmHgとし、所定の低減圧度を吸引圧力５０〜１００mmHg
とする請求項１記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項３】吸引ポンプを間歇的に作動させる請求項１
又は２記載の膜分離装置の運転方法。