(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄水処理工程において排出される排水を、導入部より濃縮槽内へ導入し、膜モジュールを用いて排水の濃縮を行う排水処理装置において、膜モジュールの下方に濁質を堆積させる沈殿部を設けるとともに、膜モジュールと沈殿部との間には、垂直方向の開口部および／またはテーパー状の開口部を有する邪魔板を水平方向に配設し、膜モジュールと邪魔板との間に散気管を設けたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
膜モジュールが、中空糸膜を用いたものであることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
中空糸膜を平板状に積層した平型中空糸膜モジュールを用いることを特徴とする請求項２記載の排水処理装置。
【請求項４】
膜モジュールによる濾過が、吸引濾過方式により行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川水等の浄水処理工程において濁質を濃縮した排水を、精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜を用いて更に濾過濃縮を行うための排水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、河川水等から水道水を製造する浄水処理工程においては、図６に示す如く、原水（河川水等）に凝集剤を添加し、濾過槽において砂濾過法等により原水から濁質を除去し、得られた濾過水に塩素殺菌を施すことにより、浄化が行われている。
この際、濾過槽において産出される、原水中の濁質が濃縮された排水は、適宜濾過槽より抜液され、濃縮槽において、重力沈降法により更に固液分離が行われる。
【０００３】
濃縮槽において濁質を分離した上澄水は、水道水用としては水質が不十分であるため、通常沈殿槽の前に戻されるか、或いは河川等へ放流される。また、濃縮槽において得られる濁質の濃縮された濃縮水は、適宜濃縮槽より抜液されて脱水処理が行われ、その固形分は廃棄され、分離水は河川等へ放流される。
原水に添加される凝集剤は、濁質を凝集沈殿させ、濃縮槽における濁質の浮上を防止して、排水の固液分離を効率的に行うために添加されるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、重力沈降法により排水の濃縮を行う方法においては、濃縮槽内での滞留時間が２４〜４８時間と長いため、巨大な排水処理施設が必要となる。また、重力沈降法による排水の固液分離においては、排水の性状によっては、その濃縮率が低下するという不都合があった。
【０００５】
更に、濃縮槽で濁質を濃縮した濃縮水を脱水機等により脱水処理を行うに際して、凝集剤を用いて凝集させた濁質は保水性が高く、脱水効果が悪くなるという不都合があった。
【０００６】
このような重力沈降法における不都合を改良する方法として、精密濾過膜や限外濾過膜を配設した膜モジュールを用いて濾過を行う膜分離法により、排水の固液分離を行う方法が種々検討されている。
排水処理において膜分離法を用いると、凝集剤を添加する必要がなく、かつ膜濾過を行う濃縮槽内における滞留時間が短いので、時間効率の良い排水処理を行うことができる。
【０００７】
膜分離法を用いた排水処理においては、濾過を継続するに従って排水中の濁質が膜表面に付着し、分離膜の微孔が閉塞され、濾過流量の低下が起こるため、逆洗を行う方法や、膜モジュールの下方に散気管を設け、一定時間ずつ間欠的にバブリングを行う方法により、膜表面に付着した濁質の洗浄を行うことが必要となる。
【０００８】
しかしながら、これらの方法で分離膜の洗浄処理を行うと、濃縮槽の底面に堆積する濁質が逆洗による水流或いは散気管からのバブリングにより発生する水流により、膜モジュール方向へ巻き上げられて浮上するため、この状態で濾過を再び開始すると、膜表面に再び濁質が付着しやすい。
【０００９】
濁質の浮上を防止する手段として、特開平６−１００３３８号公報に示される様な、傾斜を持たせた仕切板を濃縮槽内の膜モジュールの下方に設け、沈殿した濁質の浮上を防止する試みもなされているが、この様な装置により排水の濾過処理を行っても、沈降する濁質が仕切板上に堆積しやすく、散気管よりバブリングを行った際、仕切板上に堆積した濁質が、水流により上方に巻き上げられるという不都合があった。
【００１０】
また、濃縮槽内に傾斜を持たせた仕切板を配設すると、仕切板の下方に設けられた、濁質を集積する沈殿部の容積が大きくなるため、沈殿部に堆積する濁質の濃度が低くなり、よって濃縮水の抜液を行う際には、水分を多く含んだ濃縮水を多量に抜液せざるを得ず、排水の濃縮比（膜モジュールにより濾過を行った濾過水の量／沈殿部より排出した濃縮水の量）は小さくなることとなる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、この様な不都合に鑑みて検討を行った結果、高い濾過効率で排水の濾過分離を行うことのできる排水処理装置を見出したのである。
即ち、本発明の要旨は、浄水処理工程において排出される排水を、導入部より濃縮槽内へ導入し、膜モジュールを用いて排水の濃縮を行う排水の濾過装置において、膜モジュールの下方に濁質を堆積させる沈殿部を設けるとともに、膜モジュールと沈殿部との間には、垂直方向の開口部および／またはテーパー状の開口部を有する邪魔板を水平方向に配設し、膜モジュールと邪魔板との間に散気管を設けたことを特徴とする排水処理装置にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の形態例を説明するが、本発明がこれらに限定解釈されるものでないことはもちろんである。
図１は、本発明の排水処理装置の形態の一例を示す模式図である。
【００１３】
導入部２は、浄水処理工程において、砂濾過法或いは膜分離法等によって原水中の濁質を濃縮した排水を濃縮槽１内に導入するものである。
導入部２の位置は、特に限定されるものではないが、濃縮槽１の上部に設け、膜モジュール３による濾過量に見合うだけの排水を、槽内に静かに流入させると、濁質の沈降を妨げずに濃縮槽１内に排水を導入させることができるので好ましい。
【００１４】
濃縮槽１は、槽内部に膜モジュール３を浸漬し、排水の濾過を膜モジュール３により行うものであり、その大きさ、材質等は限定されるものではない。
【００１５】
濃縮槽１内に配設される膜モジュール３は、実質的に濁質の分離濾過を行う多孔質の分離膜が配設されたものである。
膜モジュール３に用いる分離膜は、平膜、中空糸膜、管状膜、マルチルーメンタイプ等任意の形状の分離膜を使用することができる。
【００１６】
分離膜の材質としては無機膜（セラミック膜）、有機膜（ＰＡＮ系、セルロース系、ポリオレフィン系、ポリスルフォン系、テフロン系、フッ化ビニリデン系、アクリル系、ポリアミド系等）等いずれも使用することができる。
また、これら分離膜は、平均孔径０．０１〜５μｍ程度の精密濾過膜であっても、分画分子量１０００〜３００００００ダルトン程度の限外濾過膜であってもよいが、高い濾過流量で処理を行うことができることから精密濾過膜を用いることが好ましい。
【００１７】
これら分離膜の内、複数の中空糸膜が配設された中空糸膜モジュールを用いると、平膜や管状膜を用いた膜モジュールに比べて、単位体積あたりの膜面積を大きく取ることができるため、容積効率の高い膜モジュール３を得ることができ、排水処理装置を小型化することが可能である。
【００１８】
更に好ましくは、図２に示す如く、中空糸膜を平板状に配設した平型中空糸膜モジュールを用い、各々の中空糸膜の配設方向が水平方向となり、かつ中空糸が積層された平板面が鉛直方向を向くように濃縮槽内に配設すると、膜モジュール３下方に散気管４を設け、バブリングによる膜モジュール３の洗浄処理を行う場合に、洗浄効果のよい排水処理装置とすることができる。
【００１９】
本発明の濾過装置においては、分離膜の洗浄を行う方法として、膜モジュール３の二次側から濾過水を加圧逆流させて逆洗浄を行う方法、或いは膜モジュール３の下方にエアーを発散させる散気管４を配設してバブリングを行う方法により分離膜の洗浄処理を行うことができる。この場合、アルカリ溶液、酸性溶液、界面活性剤溶液、有機溶剤等の薬液による洗浄を併用することも可能である。
【００２０】
好ましくは、膜モジュール３と開口部を有する邪魔板５との間に散気管４を設け、バブリングによる洗浄を行うと、分離膜を動揺させ、膜表面に付着した濁質を膜表面から除去することができるので、上昇した濾過抵抗を効率的に復元することができる。
なお、この場合散気管４は邪魔板５の上端部に配設されることが好ましい。
【００２１】
濾過方式としては、濃縮槽１を耐圧缶体とし、膜モジュール３の一次側を加圧することにより排水の濾過を行う加圧濾過方式と、膜モジュール３の二次側を吸引ポンプ７等で吸引して排水の濾過を行う吸引濾過方式の両者とも用いることができるが、缶体が不要でありかつ散気管４からのバブリング洗浄を行う場合のエアー抜きの制御等が不要であるという観点から吸引濾過方式を用いることが好ましい。
【００２２】
また、散気管４からのバブリングによる分離膜の洗浄処理は、分離膜の膜表面に濁質が付着することにより、濾過圧が一定圧力を越えて上昇（或いは濾過流量が一定流量よりも低下）してきた時点で行う。尚、洗浄処理を行う際には、濾過処理は停止しておくことが好ましい。
【００２３】
本発明の排水処理装置においては、濃縮槽１内の膜モジュール３の下方に、濁質を堆積させる沈殿部６を設ける。
沈殿部６を設けることにより、排水の濾過を継続するに従って増加する濁質をこの沈殿部６に堆積保持させることができるので、導入される排水の濃縮を充分行った後に、濁質を濃縮槽１外へ排出することができる。
【００２４】
本発明の排水処理装置においては、濃縮槽１内に膜モジュール３と沈殿部６との間に開口部を有する邪魔板５を水平方向に設ける。
開口部を有する邪魔板５を水平方向に配設することにより、邪魔板５の下方に設ける沈殿部６の体積をより小さくすることができるので、濁質を高濃度で沈殿部６に堆積させることができる。
よって、濃縮槽１より抜液する濃縮水の量を低減させることができ、排水の濃縮率を向上させることができる。
【００２５】
開口部を有する邪魔板５としては、平板、格子組板、ハニカム構造板、パイプ構造板等を用いることができる。
邪魔板５を複数枚の平板から構成し、濃縮槽１内に水平方向に配設する場合には、図３（ａ）に示す如く、各々の板の面方向を垂直方向に向けた平板を複数枚、全体としての配設方向が水平方向となるように配設する。
この場合には、平板間に構成される隙間が開口部となる。
【００２６】
開口部を有する邪魔板５の配設方法の他の態様としては、図３（ｂ）に示される如く、格子組構造を有する板を濾過槽１内に水平方向に配設してもよいし、図３（ｃ）に示した如き、ハニカム構造板を水平方向に配設してもよい。
或いは、図３（ｄ）に示した如き、パイプ状の開口部を有するパイプ板の複数枚を水平方向に配設してもよい。
【００２７】
また、これらの開口部を有する邪魔板５は、全体として水平方向に配設されていれば、図４（ａ）、（ｂ）に示す如く、その開口部がテーパー形状となっていてもよい。
【００２８】
本発明の装置に設ける邪魔板５は開口部を有する構造であるため、上方より沈降する濁質が開口部より沈殿部６に沈降するため、邪魔板５上に濁質が堆積することがない。
また、導入部２より排水を濃縮槽１内に導入する際や、膜モジュール３の洗浄処理を行う際に発生する水流は、この邪魔板５により遮られ、邪魔板５より上方で回流するため、沈殿部６に堆積した濁質が水流により膜モジュール３方向へ浮上することを防止することができる。
【００２９】
本発明の排水処理装置においては、凝集剤を添加せずに排水濾過を行うことが可能であるが、排水中の、ウィルス、イオン性物質等の溶解性物質を除去する目的で、また、多孔質膜の差圧の上昇を低減する目的で、適量の凝集剤を添加してもよい。
【００３０】
また、本発明の排水処理装置においては、濃縮槽１において膜分離法により排水の濾過を行うので、濃縮槽１においても高水質の濾過水を得ることができる。よって図６に示す如く、濃縮槽１において得られた濾過水を、濾過槽により得られた濾過水に合流させ、浄水として用いることが可能である。
【００３１】
以下、本発明の排水処理装置の運転例について説明する。
排水は濃縮槽１の上部に設けられた導入部２から濃縮槽１内に導入され、膜モジュール３によって濾過されることにより、次第に濃縮される。
濃縮された濁質は膜モジュール３の下方に配設された邪魔板５の開口部を通過し、邪魔板５の下方に設けられた沈殿部６に堆積する。堆積した濁質はその上方に邪魔板５を有するため、排水が導入されることによって起こる水流により、膜モジュール３方向に浮上することはない。
【００３２】
一定時間濾過を継続すると、排水中の濁質が分離膜の膜面に付着してケーキ層を形成し、濾過抵抗が上昇するので、濾過処理を停止し、散気管４からエアーをバブリングすることにより、分離膜表面に付着した濁質を剥離させる。
バブリングにより起こる水流は、沈殿部６上方に配設された邪魔板５により妨げられ、邪魔板５より上方で回流するため、沈殿部６に堆積した濁質が膜モジュール３方向に浮上することがなく、良好な洗浄処理を行うことができる。
また、洗浄処理により分離膜から脱落した濁質は、膜モジュール３下方に設けられた沈殿部６に堆積する。
【００３３】
洗浄処理を終了後、再び濾過処理、洗浄処理を繰り返すことにより排水処理を継続して行うことができる。
所定量排水処理を行った後、沈殿部６に高濃度に濃縮堆積された濁質は、濃縮水として濃縮槽１の底部に設けられた排泥口より、濃縮槽１外へ抜液され、脱水処理が行われる。
この抜液を行う際も、濁質が膜モジュール３方向に浮上することなく、排液を濃縮槽１外へ排出することができる。
【００３４】
【実施例】
本発明を、実施例により具体的に説明する。
〔実施例１〕
図１に示す排水処理装置を用いて、濾過試験を実施した。
【００３５】
膜モジュール３には、三菱レイヨン（株）社製親水性ポリエチレン中空糸膜ＥＸ４１０ＴＳ（平均孔径０．１μｍ、外径４１０μｍ、内径２７０μｍ）を、平板状に集積し、中空糸膜両端に集水管を設けた、図２に示される平型中空糸膜モジュールを用いた。
【００３６】
上記平型中空糸膜モジュールは、各々の中空糸膜が水平方向、集積された中空糸膜のプレート面が鉛直方向となるよう濃縮槽１内に配設するとともに、縦方向に３個の膜モジュール３を連通させて用いた。
これら中空糸膜モジュールの有効膜面積は１．２ｍ2 であった。
また、濃縮槽１内には、一辺３０mmの六角形の開口部を有し、縦方向の厚みが３０cmであるハニカム構造板を水平方向に配設した。
【００３７】
この濃縮槽１内に、カオリンを水道水に１００ppm 懸濁させた懸濁液を、導入部２から、０．０２５ｍ3 ／hrの速度で導入した。
膜モジュール３による濾過は、中空糸膜モジュール内を吸引ポンプ７により吸引することにより行い、濾過速度が、０．０２１ｍ3 ／ｍ2 ・hrとなる条件で行った。
【００３８】
まず６０分間膜モジュール３による濾過処理を行った後、吸引ポンプ７を停止し、散気管４よりエアーを１分間バブリングして、中空糸膜を動揺させることにより、膜面の洗浄処理を行った。洗浄終了後５分間静置し、沈殿部６に濃縮堆積された濃縮水の一部（０．０００１７ｍ3 ）を排出した。これを１サイクルとして複数サイクル濾過処理と洗浄処理を繰り返した（尚、洗浄処理を行った後は直ちに次の濾過処理を開始した）。
【００３９】
所定サイクル終了後の吸引ポンプ７における吸引圧力の変化を表１に示す。
また、１５００サイクル処理を行った際の、濃縮水の、排水に対する濃縮率は１５０倍であった。
本実施例における排水処理装置を用いると、前記濾過処理と洗浄処理とを繰り返しても、吸引圧力の上昇が小さく、かつ濾過液を回収性の高い、濃縮効率に優れた排水処理を行うことができる。
【００４０】
【表１】
0003675552.tif 000002
【００４１】
〔比較例１〕
図７に示す如く、二枚の平板５′を沈殿部６′方向に傾斜を持たせて配設した濃縮槽１′を用いたこと以外は、実施例１と同様の条件で濾過処理及び洗浄処理を行った。
得られた結果を表１に示す。また、４８０サイクル処理を行った際の、濃縮水の排水に対する濃縮率は、３０倍であった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の排水処理装置によれば、膜モジュールの下方に、開口部を有する邪魔板が水平に配設されているため、沈殿部の容積を小さくすることが可能であり、排水の濃縮率を向上させることができる。
また、邪魔板が開口部を有する構造であるため、上方より沈降する濁質が開口部より沈殿部へ沈降するので邪魔板上に濁質が堆積することがなく、洗浄処理を行っても、濁質が水流により膜モジュール方向に浮上することがないので、効率よく分離膜の洗浄処理を行うことができ、よって濃縮効率、濾過水の回収性に優れた排水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の排水処理装置の一例を示す模式図である。
【図２】  図２は実施例において用いた平型中空糸膜モジュールの模式図である。
【図３】  図３は本発明の排水処理装置に用いる開口部を有する邪魔板の形態例を示す模式図である。
【図４】  図４は本発明の排水処理装置に用いる開口部を有する邪魔板の他の形態例を示す模式図である。
【図５】  図５は本発明の排水処理装置を用いた際の、浄水処理工程の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】  図６は従来の浄水処理工程を示すフローチャートである。
【図７】  図７は、本比較例において用いた濃縮槽を示す模式図である。
【符号の説明】
１…濃縮槽
２…導入部
３…膜モジュール
４…散気管
５…開口部を有する邪魔板
６…沈殿部
７…吸引ポンプ
【図１】
0003675552.tif 000003
【図２】
0003675552.tif 000004
【図３】
0003675552.tif 000005
【図４】
0003675552.tif 000006
【図５】
0003675552.tif 000007
【図６】
0003675552.tif 000008
【図７】
0003675552.tif 000009