JPH11309346A - 浸漬型膜分離装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】膜エレメントの複数枚を相互間に鉛直方向通路
を保持して原液槽内に配設し、これらの膜エレメント群
の下方に散気手段を設け、該散気手段からの噴出エア−
による気液混合上昇流で膜面を洗浄しつつ原液を濾過す
る膜分離装置において、従前の装置寸法のままで膜面の
洗浄効率を高めて濾過流束の安定性をよく向上できる浸
漬型膜分離装置を提供する。 【解決手段】各膜エレメント１の下端部を前記気液混合
上昇流に対して流線形乃至はテ−パ表面１４とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はし尿、下水、生活排
水、工場廃水（以下、汚水と称する）の浄化処理乃至は
固液分離に使用する浸漬型膜分離装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近来、汚水の伝統的な処理方法である重
力分離活性汚泥処理法（曝気槽で微生物分解処理を行
い、この処理汚水を沈殿分離室に導き、活性汚泥を重力
分離により分離し、その分離汚泥の一部を曝気槽に返送
する方法）に代替する方法として、膜分離活性汚泥処理
法が注目されている。この処理法においては、固液分離
を膜濾過で行い、濾過液を取出し、余剰汚泥を直接曝気
槽から引き抜いており、曝気槽のMLSS（混合液浮遊性
固形物）を重力分離法に較べて著しく高くできるので、
曝気槽を重力分離法の場合に較べて相当に縮小でき、更
に沈殿分離室が不要であるので、装置全体を小型化でき
る、曝気槽内のMLSS濃度を高く維持できるので、重力
分離法とは異なり、余剰汚泥処理に際しての脱水を軽減
できる、運転エネルギ−の省力化を図ることができ
る、等の利点がある。

【０００３】本出願人においては、膜分離法による汚水
処理装置として、「散気装置を有し、膜面に沿い鉛直方
向流路を有する膜エレメント群を前記散気装置の直上に
配設し、該膜エレメント群の膜体濾過側を負圧とするた
めの手段（吸引ポンプ）を設けた散気式曝気槽」を既に
提案した（特公平４−７０９５８号）。この散気式曝気
槽によれば、散気装置からの噴出空気によるエア−リフ
ト効果で原液を膜エレメント間の鉛直方向流路に向け上
昇させることにより槽内原液を旋回させ、汚水中の有機
物を空気との接触下、好気性微生物により吸着・代謝分
解させて有機物を減少させると共に好気性微生物を増殖
させ、鉛直方向流路の気液混合上昇流により膜面に作用
する剪断力で膜面での汚泥ケ−ク層の生成を抑制しつつ
膜エレメントの濾過液側を減圧して膜間差圧で活性汚泥
液から水を濾過により分離していくことができる。

【０００４】この汚水処理において、膜面での汚泥ケ−
ク層の生成抑制は、濾過流束の安定化のために極めて重
要である。そこで、膜エレメント群の下方に長さ５００
ｍｍ〜２０００ｍｍの筒状ケ−ス部を設け、この筒状ケ
−ス部で前記気液混合上昇流の平行流化を促し、膜エレ
メント間で同上昇流の理想的な平行流を確保して膜面洗
浄の均一化を図りその洗浄効率を向上させることが提案
されている（特開平５−２７７３４５号公報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来例では、膜エレメント群の下方にかなり長い筒状ケ−
ス部を設ける必要があり、装置全体の大型化が余儀なく
される。

【０００６】ところで、上記膜エレメントの相互間隔５
ｍｍ〜１５ｍｍに対し、膜エレメントの厚さは３ｍｍ〜
１０ｍｍであり、膜エレメント下端の端面への前記気液
混合上昇流の衝突による乱流化の領域巾が前記膜エレメ
ント間の間隔に較べて広く、また、角のために境界層が
物体表面から離れて発生する渦の領域も同様に広く、こ
れらの乱流化や渦流化が膜エレメント間の鉛直方向流路
での気液混合上昇流の流速に及ぼす影響は極めて大であ
る。そこで本発明者は膜エレメント下端での乱流化や渦
流化が前記気液混合上昇流による膜面の洗浄効率を低下
させていると推測し、膜エレメント下端の乱流化や渦流
化を抑制することを試みたところ、濾過流束の安定性が
飛躍的に向上することを知った。

【０００７】本発明の目的は、かかる知見に基づき、膜
エレメントの複数枚を相互間に鉛直方向通路を保持して
原液槽内に配設し、これらの膜エレメント群の下方に散
気手段を設け、該散気手段からの噴出エア−による気液
混合上昇流で膜面を洗浄しつつ原液を濾過する膜分離装
置において、従前の装置寸法のままで膜面の洗浄効率を
高めて濾過流束の安定性をよく向上できる浸漬型膜分離
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る浸漬型膜分
離装置は、膜エレメントの複数枚を相互間に鉛直方向流
路を保持して原液槽内に配設し、これらの膜エレメント
群の下方に散気手段を設け、該散気手段からの噴出エア
−による気液混合上昇流で膜面を洗浄しつつ原液を濾過
する膜分離装置において、各膜エレメントの下端部を前
記気液混合上昇流に対して流線形乃至はテ−パ表面とす
るか、または各膜エレメントの下端部に前記気液混合上
昇流に対する整流用突子を設けたことを特徴とする構成
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１の（イ）は本発明に
おいて使用する平膜エレメントの一例の平面図を、図１
の（ロ）及び図１の（ハ）は図１の（イ）におけるロ−
ロ断面図及びハ−ハ断面図をそれぞれ示し、濾過液集水
管部１０を少なくとも片端に有するプラスチック製枠体
１１内に濾過液通路用部材１２（例えば、プラスチック
ネット、プラスチック不織布、トリコット等）を収容
し、この濾過液通路用部材１２を挾んで平膜１３，１３
を配し、各平膜１３の周囲部を枠体１１に接着剤や融着
により封止固定してある。

【００１０】上記膜エレメントの下端部１１０には、後
述する散気管からの気液混合上昇流の接触下での乱流の
発生を抑制するために、図１の（ロ）に示すように流線
形乃至はテ−パ表面１４としてある。この流線形乃至は
テ−パ表面に代え、図２〜図４に示すように整流用突子
１５，…を設けることもできる。図２〔図２の（イ）は
平面図、図２の（ロ）は側面図〕に示すものにおいては
枠辺１１０の長さ方向に対し直角方向のフィン１５を２
段互い違いに突設してあり、図３〔図３の（イ）は平面
図、図３の（ロ）は側面図〕に示すものにおいてはフィ
ン１５の段数を１段としてあり、図４に示すものにおい
てはフィンに代え半球状の突子１５を用いている。な
お、後述するように膜エレメント上端での渦の発生等に
よるエネルギ−損失も槽内の原液の旋回流速を低下させ
るので、上端部にも流線形乃至はテ−パ表面または整流
用突子を設けることが好ましい。

【００１１】上記膜を枠体に固着する接着剤にはエポキ
シ樹脂、ウレタン樹脂、ホットメルト樹脂等を使用で
き、融着には熱融着法、超音波融着法等を使用できる。
上記平膜１３には、不織布、織布等の支持材上に限外濾
過膜や精密濾過膜等を貼り合わせたもの、限外濾過膜や
精密濾過膜等に織布、不織布等の支持材を埋入したもの
を使用できる。上記平膜エレメントの寸法は、通常、縦
５０〜１５０ｃｍ、横２０〜１００ｃｍ、厚さ（枠体の
厚さ）３ｍｍ〜１０ｍｍとされる。

【００１２】上記テ−パ表面１４の通常の寸法は、図１
の（ロ）においてｔ＝２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以
下、Ｌ＝５ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜３０
ｍｍとされる。流線形表面の寸法はこのテ−パ表面の寸
法に準じて設定される。上記整流用突子１５の寸法は、
高さが膜エレメント間の間隔（膜間の間隔）を５ｍｍ〜
１５ｍｍに保持し得るように設定され、突子間の間隔は
１ｍｍ〜５ｍｍ程度に設定される。

【００１３】図５のは本発明において使用する膜モジュ
−ルの一例を示している。図５において、２は下端にス
カ−ト部２１を有するラックを、１，…はラック２内に
装着した膜エレメントを示し、膜エレメント１の濾過液
集水管部１０により膜エレメント１，１相互間に鉛直方
向流路ａが形成されている。３は膜エレメント群１，…
の下方に配設した散気管であり、給気管部３１において
スカ−ト部２１に支持してある。

【００１４】図６は本発明に係る浸漬型膜分離装置の一
例を示している。図６において、６１は開放式の被処理
液槽である。Ａは上記した膜モジュ−ルである。６２は
膜モジュ−ル膜エレメントの各膜エレメント１の濾過液
集水管部を連通した濾過液集合ヘッダ−、６３はヘッダ
−６２に接続した濾過液取出し配管、６４は配管６３に
設けた吸引ポンプ、６５は濾過液貯水槽である。６６は
汚水供給配管、６７はこの配管６６に設けた液送ポンプ
である。３は膜エレメント群の直下に配設した散気管、
３３は散気管３に接続したブロワである。

【００１５】上記の膜分離装置により汚水を処理するに
は、汚水を液送ポンプ６７により被処理液槽６１に供給
し、ブロワ３３の駆動により散気管３から空気を噴出さ
せ、この噴出気流のエアリフト作用で汚水を膜エレメン
ト間の鉛直方向流路ａにおいて上昇させ、その上昇流に
伴いスカ−ト部２１の下端開口２１０よりスカ−ト部２
１内に汚水を流入させて汚水を槽６１内に旋回させる
（この旋回流速には、膜エレメント上端での乱流化や渦
の発生によるエネルギ−損失も関与するから、既述した
とおり、膜エレメント上端も乱流化を抑制できる構成、
例えば流線形表面とすることが好ましい）。同時に吸引
ポンプ６４の間歇的運転により平膜エレメント１の濾過
液通路側を間歇的に減圧して濾過を行い、濾過液をを濾
過液貯水槽６５に貯えていく。

【００１６】上記汚水の旋回により、汚水中の有機物が
空気との接触下、好気性微生物により吸着・代謝分解さ
れ、有機物が減少されると共に好気性微生物（活性汚
泥）が増殖されていく。この汚水の旋回流速は通常０．
０１〜２ｍ／ｓに設定される（０．０１ｍ／ｓ未満で
は、汚泥の沈殿が顕著となり、好気性微生物により吸着
・代謝分解を満足に行い難く、また膜面への活性汚泥粒
子の付着が顕著となる。２ｍ／ｓを越えると、膜エレメ
ントの強度上問題が生じる）。

【００１７】上記エアリフト作用に基づく膜エレメント
間の鉛直方向流路ａでの気液混合上昇流で膜面に剪断力
が作用し、特に、吸引ポンプ６４の間歇的減圧の非減圧
時に膜面の吸引が解除されて膜面への汚泥付着が生じ難
くなる結果、膜面でのケ−ク層の生成がよく抑制され
る。この膜エレメント間の鉛直方向流路ａの厚さは通常
５ｍｍ〜１５ｍｍ程度に設定される（５ｍｍ未満では汚
水上昇に対する抵抗が高くなり過ぎ、膜面剪断力が不足
してケ−ク層の生成防止を満足に行い得なくなり、１５
ｍｍを越えると膜モジュ−ルの大型化が避けられな
い）。

【００１８】上記において、散気管３からの噴出空気に
より発生する気液混合上昇流が膜エレメント１の下端に
接触し、更に膜エレメント間の鉛直流路ａに分配されて
いくが、膜エレメント下端部の流線形乃至はテ−パ表面
１４または整流用突子で同下端部での乱流化をよく抑制
できるから、同下端部でのエネルギ−の浪費を排除しつ
つ気液混合流を高流速で鉛直流路ａに沿い上昇させるこ
とができる。従って、膜面での汚泥ケ−ク層の堆積生成
を抑制し、濾過流束の低下をよく抑えて安定な濾過流束
を得ることができる。このことは次ぎの実施例と比較例
との濾過特性の比較からも確認できる。

【００１９】

【実施例】〔実施例１〕膜エレメントには、枠体（ＡＢ
Ｓ樹脂製）寸法が縦１０６０ｍｍ、横６１０ｍｍ、厚み
５ｍｍで、平膜が公称孔径０．４μｍ、膜面積０．９ｍ
²のポリオレフィン系限外濾過膜であるものを使用し
（枠体に熱融着により接着）、下端部の枠辺を図におい
てｔ＝１ｍｍ、Ｌ＝３０ｍｍのテ−パ表面に形成した。
この膜エレメント１５枚をラック内に相互間隔８ｍｍで
並設して組立てた膜モジュ−ルを水槽内の活性汚泥液
（MLSS濃度１０，０００〜１５，０００mg/リットル)に
浸漬し、下方から膜エレメント１枚当たり、１０リット
ル／分の空気量でエアスクラビングしつつ運転濾過流束
を０．６ｍ³／ｍ²・dayとするように吸引ポンプを８分
間作動、２分間停止で間歇運転した。図７の（イ）はこ
の実施例の濾過特性を示し、２００日経過後において
も、減圧度がほぼ一定であり膜の濾過抵抗の変化がな
く、濾過特性が極めて安定している。

【００２０】〔比較例〕膜エレメントの下端部表面を従
前のストレ−ト面のままとした以外、実施例１と同様に
した。図７の（ロ）はこの比較例の濾過特性を示し、ほ
ぼ２０日経過頃から濾過抵抗が増大し始め、ほぼ１６０
経過頃に濾過抵抗が跳躍的に増大して運転困難となり、
濾過特性の早期不安定化が生じた。

【００２１】〔実施例２〕膜エレメント下端部の枠辺に
図２に示す２段のフィン整流用突子を、フィン高さ１．
４ｍｍ、フィン間隔３ｍｍにて設けた以外、実施例１と
同じとした。この実施例２の濾過特性は実施例１の濾過
特性に近く、比較例に較べ極めて安定であった。

【００２２】

【発明の効果】本発明に係る浸漬型膜分離装置は、内側
を濾過液側とする膜エレメントの複数枚を相互間に鉛直
方向流路を保持して汚水槽内に配設し、これらの膜エレ
メント群の下方に散気手段を設け、該散気手段からの噴
出エア−による気液混合上昇流で膜面を洗浄しつつ原液
を濾過する膜分離装置において、膜エレメントの下端部
を乱流化を抑制可能なように加工するだけで、濾過流束
の安定性を飛躍的に向上でき、装置寸法の従前のままに
して透過流束の安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用する膜エレメントの一例を
示す図面である。

【図２】本発明において使用する膜エレメントの整流用
突子の一例を示す図面である。

【図３】本発明において使用する膜エレメントの整流用
突子の上記とは別の例を示す図面である。

【図４】本発明において使用する膜エレメントの整流用
突子の上記とは別の例を示す図面である。

【図５】本発明において使用する膜モジュ−ルの一例を
示す図面である。

【図６】本発明に係る浸漬型膜分離装置の一例を示す図
面である。

【図７】本発明に係る浸漬型膜分離装置の濾過特性を示
す図面である。

【符号の説明】

１ 膜エレメント ａ 膜エレメント間の鉛直方向流路 １４ 流線形乃至はテ−パ表面 １５ 整流用突子 ３ 散気管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】膜エレメントの複数枚を相互間に鉛直方向
   流路を保持して原液槽内に配設し、これらの膜エレメン
   ト群の下方に散気手段を設け、該散気手段からの噴出エ
   ア−による気液混合上昇流で膜面を洗浄しつつ原液を濾
   過する膜分離装置において、各膜エレメントの下端部を
   前記気液混合上昇流に対して流線形乃至はテ−パ表面と
   したことを特徴とする浸漬型膜分離装置。
2. 【請求項２】膜エレメントの複数枚を相互間に鉛直方向
   流路を保持して原液槽内に配設し、これらの膜エレメン
   ト群の下方に散気手段を設け、該散気手段からの噴出エ
   ア−による気液混合上昇流で膜面を洗浄しつつ原液を濾
   過する膜分離装置において、各膜エレメントの下端部に
   前記気液混合上昇流に対する整流用突子を設けたことを
   特徴とする浸漬型膜分離装置。