(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下が開口した膜ケースの内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジを膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて配列することにより膜ケースユニットを構成し、複数の膜ケースユニットを、膜ケース間に開放空間を形成する間隔ケースを介して多段に配置し、最下段の膜ケースユニットの下方に、散気装置を内設した散気ケースを設け、膜ケースユニットごとに、配列した各膜カートリッジの透過側に一端において連通する透過水導出管を設けた多段積み浸漬型膜分離装置を運転するに際し、各透過水導出管を通して膜差圧を生起する膜差圧生起手段を制御することにより、上段の膜カートリッジほど透過流束を大きくして運転することを特徴とする多段積み浸漬型膜分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下廃水処理、汚泥濃縮などに使用する多段積み浸漬型膜分離装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下廃水処理、汚泥濃縮などに使用する固液分離装置に、図５〜図６に示したような浸漬型膜分離装置１がある。この膜分離装置１は、ケーシング２内の上部に平板状膜カートリッジ３を配列し、その下方に散気装置４を内設したものであり、処理槽５の内部に処理水量に応じた台数だけ設置して、原水６を連続的に導入し、散気装置４より散気する状態において、槽内の処理対象液７を膜カートリッジ３により濾過し、膜面を透過した透過水をチューブ８、集水管９、透過水導出管１０を通じて槽外へ導出するようにしている。搬送や保守管理を容易にするために、ケーシング２を、膜カートリッジ３を収容する膜ケース２ａと散気装置４を収容する散気ケース２ｂとに分割形成することも多い。
【０００３】
この膜分離装置１は、散気装置４からの気泡によって生起する気液混合流を膜カートリッジ３間を上昇させることで、クロスフロー濾過および膜面洗浄を可能ならしめたものであり、安定した濾過性能を発揮するとともに、装置設置面積当たりの膜面積（膜カートリッジ３の設置数に対応）を大きくとれるため、他のタイプの膜分離装置を使用する場合に比べて処理槽５の容量を小さくすることができ、運転およびメンテナンスも容易であることが広く認められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来は複数の膜分離装置１を間隔をおいて並列に、つまり平面的に設置していたため、膜カートリッジ３の設置数は槽内充填効率の観点からは必ずしも大きくなく、処理槽容量を低減できるという利点を生かしきれていなかった。
【０００５】
このため本発明者らは特願平１０−３３４８３５号において、複数の膜ケースを、間隔ケースを介して多段に積載したものを提案したが、このような多段積み浸漬型膜分離装置では、間隔ケースによって気泡がより分散するため、下段膜ケースと上段膜ケースにおける膜面洗浄効果が異なり、上段の方がより高い洗浄効果が得られる。そして洗浄効果が高い上段の膜カートリッジの方が有効膜面積が大きく保持されるため、上下段の膜カートリッジにおける透過流束を同じに設定すると、有効膜面積に限った実質的な透過流束は下段の膜カートリッジの方が高くなり、結果的に下段の膜カートリッジに先に目詰まりが生じる恐れがある。
【０００６】
目詰まりによる濾過性能の低下を解消するために通常は定期的に、膜カートリッジの透過液流路に薬液を送り込む薬液逆洗を実施するが、薬液逆洗によっても解消できないケーキ層が生じた場合等には、膜カートリッジを膜ケースごと槽外へ取り出して物理的洗浄などの別途の洗浄方法を実施する必要がある。その際に、下段の膜ケースは上段の膜ケースを取り出した後でしか取り出せないため、濾過性能に支障のない上段の膜カートリッジまで槽外に取り出さなければならず、その後に上段の膜カートリッジにケーキ層が生じた時には再び取り出し作業が必要となるため、二度手間でもある。その作業の煩雑さを避けるために、濾過性能に支障のない上段の膜カートリッジも、下段の膜カートリッジと同時に槽外で洗浄することさえ考えられる。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するもので、膜面に目詰まりが生じた時の膜カートリッジの脱着を容易にかつ効率的に行えるようにすることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために本発明は、上下が開口した膜ケースの内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジを膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて配列することにより膜ケースユニットを構成し、複数の膜ケースユニットを、膜ケース間に開放空間を形成する間隔ケースを介して多段に配置し、最下段の膜ケースユニットの下方に、散気装置を内設した散気ケースを設け、膜ケースユニットごとに、配列した各膜カートリッジの透過側に一端において連通する透過水導出管を設けた多段積み浸漬型膜分離装置を運転するに際し、各透過水導出管を通して膜差圧を生起する膜差圧生起手段を制御することにより、上段の膜カートリッジほど透過流束を大きくして運転するようにしたものである。
【０００９】
膜差圧生起手段を制御するにはたとえば、透過水導出管にポンプ装置を介装した吸引濾過を行う場合に、各透過水導出管にポンプ装置を設けてそれぞれの吸引圧を調整するか、あるいはポンプ装置を共有して各透過水導出管に設けた流量調整手段を調整し、透過水導出管の他端を大気圧下に開放して水頭を利用した重力濾過を行う場合に、開口端の上下方向の位置を調整する。
【００１０】
上記した構成によれば、上下各段での気泡による膜面洗浄効果の相違を考慮して、上段の膜カートリッジほど透過流束を大きくすることにより、上段の膜カートリッジの膜汚染の進行を下段の膜カートリッジに先んじさせることができる。
したがって、上下各段の膜カートリッジの透過流束に適当な差をつけることによって、槽内では解消できない膜汚染を槽外での洗浄によって除去する頻度を、脱着の容易な上段の膜カートリッジ複数回に対して、脱着の困難な下段の膜カートリッジ１回に設定することができ、各膜カートリッジを濾過性能に支障がない範囲で長く使用しながらも、膜カートリッジの脱着作業の簡素化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示した膜分離装置１１において、上下が開口した膜ケース１２の内部に、剛性を有する複数の平板状膜カートリッジ１３（厚さ約６ｍｍ）を膜面を鉛直方向にして、膜面間に一定間隙をおいて（通常６〜１０ｍｍ）配列することにより膜ケースユニット１４を構成し、構成した膜ケースユニット１４を上下に２段に配置するとともに、膜ケース１２間に開放空間を形成する間隔ケース１５を設け、下段の膜ケースユニット１４の下方に、散気装置１６を内設した散気ケース１７を設けている。
【００１２】
膜カートリッジ１３は、図２（ａ）（ｂ）に示したようなものであり、ＡＢＳ樹脂などで製作した剛性を有する濾板１３Ａの両表面に濾過膜シート１３Ｂを配置して膜周縁部において接着（あるいは溶着）し、濾板１３Ａの内部に形成した透過水流路１３Ｃ、および濾板１３Ａと濾過膜シート１３Ｂとの間に連通する透過水取出口１３Ｄを濾板１３Ａに設けている。濾過膜シート１３Ｂは、支持体である不織布などにポリオレフィン系樹脂等を塗布（コーティング）して一体に成形したものである。
【００１３】
各膜ケース１２の内側面には、膜カートリッジ１３の周縁部を挿入するスリット１２Ａを形成しており、散気ケース１７には処理対象液の流通開口１７Ａを形成している。上段の膜ケース１２および間隔ケース１５にはそれぞれ、膜カートリッジ１３の透過水取出口１３Ｄにチューブ１８を介して連通する集水管１９，２０を設けている。集水管２０は間隔ケース１５と一体をなし、チューブ１８のための接続ノズルはケース内部で開口している。各膜ケース１２内に配列された膜カートリッジ１３の上端には、その浮上を防止する膜押え２１，２２が当接している。
【００１４】
集水管１９，２０にはそれぞれ透過水導出管２３，２４が連通している。各透過水導出管２３，２４はポンプ装置２５，２６を介装し、その他端は槽外の処理水槽（図示せず）で開口している。ポンプ装置２５，２６は、制御装置２７によって吸引圧を制御可能である。
２８はブロワやコンプレッサなどの給気源、２９は給気源２８と散気装置１６との間に配設した給気管、３０は給気管２９に弁装置３１を介して連通する給水手段である。
【００１５】
上記した構成における作用を説明する。
生物処理を行う処理槽３２の活性汚泥混合液３３中に膜分離装置１１を浸漬設置し、原水３４を連続的に導入する状態において、給気源２８より散気装置１６を通じて散気するとともに、制御装置２７によりポンプ装置２５，２６の吸引圧を制御し、透過水導出管２３，２４を通じて上下各段の膜カートリッジ１３に適当な膜差圧を生起する。原水３４の水質によっては、酸素不足にならないように別途の散気装置（図示せず）でも散気する。また、散気装置１６の散気孔の閉塞が生じないように、定期的に弁装置３１によって流路を所定時間だけ切り替え、給水手段３０より給気管２９を通じて散気装置１６に洗浄水を供給する。
【００１６】
このようにすることにより、散気装置１６より散気ケース１７内に均一に噴出する散気空気のエアリフト作用によって活性汚泥混合液３３の上昇流が生じ、この気液混合上昇流によって、流通開口１７Ａを通じた装置内外にわたる循環流が発生するため、槽内の活性汚泥混合液３３が十分に攪拌混合され、活性汚泥・酸素・汚濁物質の接触機会が上昇して効率よい活性汚泥処理が行われる。
【００１７】
また、この気液混合上昇流が、２段に配置された膜ケースユニット１４（すなわち膜ケース１２）に順次に流入して膜カートリッジ１３間の間隙を通過する間に、各膜カートリッジ１３の膜面において活性汚泥混合液３３がクロスフロー濾過され、濾過膜シート１３Ｂを透過して透過水流路１３Ｃに流入した透過水が透過水取出口１３Ｄ、チューブ１８、集水管１９，２０、透過水導出管２３，２４を通じて処理水槽へ導かれるが、気液混合上昇流によって濃度分極が防止されるとともに、散気空気の気泡によって膜カートリッジ１３の膜面が洗浄されるため、濾過効率は高い。
【００１８】
その際に、膜ケースユニット１４を上下に多段（ここでは２段）に配置したことで、装置下部の散気装置１６によって上記したような複数の膜ケースユニット１４にわたる気液混合上昇流を惹起できるため、膜カートリッジ１３の１枚当たりの散気量を低減できる。また膜カートリッジ１３の１枚当たりの装置設置面積を低減できるため、装置周囲に十分な間隙をとって偏流を防止することができ、ケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
【００１９】
さらに、膜ケース１２間に間隔ケース１５が介在するため、気液混合上昇流を構成する気泡流はその開放空間で一旦拡散してから、上方の膜カートリッジ１３間の間隙に均等に流入することになり、これによってもケーキ層の局所堆積およびそれによる膜間閉塞を防止できる。
しかるにこのとき、間隔ケース１５によって気泡流が分散することで、上段の膜ケース１２内での膜面洗浄効果が下段よりも高くなるので、上記したように制御装置２７によってポンプ装置２５，２６の吸引圧を制御するに際して、上段の膜カートリッジ１３ほど透過流束を大きくなるように、たとえば上段０．８(m3/m2・日)、下段０．６(m3/m2・日)になるように、各段の膜カートリッジ１３に生起する膜差圧を調整する。各段において適切な透過流束の大きさは気液混合上昇流の速さなどによって異なるが、通常は上段の膜カートリッジ１３の透過流束が下段の膜カートリッジ１３の透過流束の１３０〜２００％、好ましくは１５０％以上となるようにする。
【００２０】
運転を続ける間に、上記したような膜面洗浄によっても次第に膜汚染物質が堆積してくるので、目詰まりを解消するために定期的に薬液逆洗を実施する。つまり、透過水導出管２７を通じて膜カートリッジ１３の透過液流路に、膜汚染物質の種類に応じた次亜塩素酸ソーダ、シュウ酸などの薬液を送り込む。
そして、薬液逆洗によっても解消できないケーキ層が生じた時に、膜カートリッジ１３を膜ケース１２ごと槽外へ取り出して物理的洗浄などの別途の洗浄方法を実施する。それに際し、上記したように上下各段の膜カートリッジ１３の透過流束に差をつけているので、上段の膜カートリッジ１３にケーキ層がより速く堆積することになり、上段の膜カートリッジ１３を槽外で洗浄する頻度は、下段の膜カートリッジ１３の洗浄頻度より高くなる。上記したような透過流束比では、上下各段での気泡による膜面洗浄効果の相違にもよるが、膜ケース１２の脱着が容易な上段の膜カートリッジ１３を２〜３回洗浄する間に、膜ケース１２の脱着が困難な下段の膜カートリッジ１３を１回洗浄する程度になる。したがって、上下各段の膜カートリッジ１３を濾過性能に支障がない範囲で長く使用しながらも、膜カートリッジ１３の脱着作業の容易化を図ることができる。ただし万が一、下段の膜カートリッジ１３間の間隙が閉塞するほどのケーキ層が堆積したら、気泡流に偏りが生じ、結果的に上段の膜カートリッジ１３でも膜間閉塞を来たすので、そのような事態を招かないように下段の膜カートリッジ１３の槽外洗浄頻度を設定する。
【００２１】
なお、上下各段の膜カートリッジ１３の透過流束に差をつけることは、下段の膜カートリッジ１３の膜寿命、つまり濾過膜シート１３Ｂの破断などの恐れなく使用できる期間を上段のものより延ばすことになり、新しい膜カートリッジと交換する手間の点でも有利である。
図３においては、透過水導出管２３にポンプ装置２５を介装するとともに、この透過水導出管２３に、流量調整弁３５，３６を介して透過水導出管２４を連通させており、流量調整弁３５，３６によって透過水導出管２３，２４を通じて導出する透過水流量を調整することで、上段の膜カートリッジ１３の透過流束を下段の膜カートリッジ１３より大きくしている。流量調整弁３５，３６に代えてダンパを配置することも可能である。
【００２２】
図４は、透過水導出管２３，２４の他端を大気圧下に開放して、開口端２３ａ，２４ａに相応する位置での水頭を利用して重力濾過を行うようにした装置構成を示しており、開口端２３ａ，２４ａの上下方向の位置を調整することで、上段の膜カートリッジ１３の透過流束を下段の膜カートリッジ１３より大きくしている。
【００２３】
さらには、同じ膜差圧条件で透過流束が相違する別途の膜カートリッジを上段と下段とに配置することによっても、上下段の膜カートリッジの透過流束に差をつけることは可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の膜カートリッジを配列した膜ケースユニットを上下に多段に配置してなる多段積み浸漬型膜分離装置を運転するに際し、上段の膜カートリッジほど透過流束を大きくすることで、上段の膜カートリッジの膜汚染が下段の膜カートリッジより先に進行するようにした。このことにより、膜カートリッジを槽外へ取り出して洗浄する作業を、脱着の容易な上段の膜カートリッジ複数回に対して、脱着の困難な下段の膜カートリッジ１回に設定することができ、各膜カートリッジを濾過性能の支障のない限り長く使用しながらも、作業の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における運転方法が適用される多段積み浸漬型膜分離装置を示した説明図である。
【図２】同多段積み浸漬型膜分離装置に配列された膜カートリッジの構成を示した説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態における運転方法が適用される多段積み浸漬型膜分離装置を示した説明図である。
【図４】本発明の第３実施形態における運転方法が適用される多段積み浸漬型膜分離装置を示した説明図である。
【図５】従来の膜分離装置の斜視図である。
【図６】同膜分離装置を処理槽の内部に浸漬設置した状態を示す説明図である。
【符号の説明】
12      膜ケース
13      膜カートリッジ
14      膜ケースユニット
15      間隔ケース
16      散気装置
17      散気ケース
23,24   透過水導出管
23A,24A 開口端（膜差圧生起手段）
25,26   ポンプ装置（膜差圧生起手段）
35,36   流量調整弁（膜差圧生起手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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