(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜を原水槽に浸漬し、原水供給手段から供給される原水を膜分離する膜分離装置であって、原水槽内の固形分の濃度を、運転初期において一時的に低くするための液体を供給する槽内濃度低減手段を有することを特徴とする膜分離装置。
【請求項２】
槽内濃度低減手段が水供給手段であることを特徴とする請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
槽内濃度低減手段が、原水槽への原水供給手段とは別個に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の膜分離装置。
【請求項４】
槽内濃度低減手段は、原水槽への原水供給手段と一体であり、切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の膜分離装置。
【請求項５】
原水槽に浸漬した分離膜を用いて原水を膜分離する膜分離方法であって、運転初期において一時的に原水槽内の固形分の濃度を低くして膜透過水を取得し、その後、該原水槽内の固形分の濃度を上げて膜透過水を取得することを特徴とする膜分離方法。
【請求項６】
原水が活性汚泥処理水であることを特徴とする請求項５に記載の膜分離方法。
【請求項７】
原水槽内の固形分の濃度を、運転初期において一時的に３０００ｍｇ/Ｌ以下とすることを特徴とする請求項５または６に記載の膜分離方法。
【請求項８】
分離膜を水に浸漬して膜透過水を取得し、その後、原水槽に原水を供給して原水槽内の固形分の濃度を上げることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の膜分離方法。
【請求項９】
膜透過水を水位差あるいは透過側の減圧により取得することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の膜分離方法。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれかに記載の膜分離装置を使用したこと特徴とする活性汚泥処理装置。
【請求項１１】
請求項１〜４のいずれかに記載の膜分離装置を使用したこと特徴とする水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は排水処理等に使用する膜分離装置およびその運転方法、活性汚泥処理装置、ならびに処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家庭、産業等、目的を問わず、年々増え続ける水の使用量に伴い排水量の増加の一途にあり今後も水質汚濁防止の観点から、排水処理設備には常に高い処理能力が要求されている。
【０００３】
排水の処理方法として、現在、活性汚泥法が最も広く採用されている。現行の活性汚泥法がかかえる問題点としては、汚泥管理が困難であること、処理水と汚泥の固液分離に大きな沈殿池を必要とすること等がある。
【０００４】
そこでこの固液分離に膜分離を用いることで処理量が増えるに従って広大になっていた沈殿池を縮小或いは削減でき、その他にも汚泥の高濃度化による活性汚泥槽の小型化、メンテナンス性の向上、処理水質の安定などのメリットが期待できることから膜分離を用いた排水処理の技術が要求されている。
【０００５】
排水処理では膜分離に関わらず、大量処理が可能で流入排水の変動に強く、長期にわたり安定して運転でき、処理コストが低い技術が要求される。まず高濃度の活性汚泥処理水を膜分離により処理する場合は、分離の際に膜面への汚泥の堆積が激しく性能が低下しやすい。
【０００６】
そこでチューブラー型分離膜を用いクロスフロー運転によって活性汚泥処理水の固液分離を行う技術がし尿処理等で実用化されている。この方法では内壁に分離膜を有する管に活性汚泥処理水を供給し、管の入口圧よりも出口圧を絞ることで膜間に圧力を与え、かつ管内壁の分離膜面に所定の流速を与えて膜面へ堆積する汚泥を流しとりながら汚泥分離を行うものである。しかし、この方法は活性汚泥処理水を分離膜に循環供給する必要があり、高濃度の活性汚泥処理水は高粘度となるため、その循環にかかる多くの動力を要し、処理コストが高いこと、分離膜に強度が要求されることが難点であった。
【０００７】
最近では分離膜を活性汚泥処理槽に浸漬して分離膜の透過側を減圧あるいは透過水取り出し口を槽内液位よりも低くし水位差により汚泥分離を行う方法が研究されている。本技術は活性汚泥処理槽内で生物処理用の曝気流を膜面に効果的に付与することにより膜面に堆積する汚泥を流しとりながら運転できるため、処理コストが安価な点で期待されている技術である。
【０００８】
しかし高濃度の原水下で使用することから、膜面への汚泥が付着堆積しやすく、膜に負担の大きな運転を行うと、膜面に強固に堆積した汚泥を剥離することができなくなる。よって膜に負担の少ない運転を行わざるを得ず運転圧力が上昇した際には、取得水量の低下が否めない。そこで膜面への汚泥の付着堆積を極力抑える技術が重要となることが重要となる。
【０００９】
そこで運転初期から膜面への汚泥の堆積を抑止できれば、膜の運転寿命の増大につながるというため、初期の膜への負担を軽減する観点から特開平６−３１１４１号公報に開示されているように、定量運転を行う際に徐々に取得水量を上げ一定値に保持することで始動時の膜性能の低下を抑える技術もある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、始動時の透過水の取得量を軽減しても、分離膜を槽内に浸漬する方法では、高濃度の活性汚泥槽内に分離膜を浸漬する場合、あるいは分離膜を収容した原水槽内に高濃度の活性汚泥処理水を供給する場合のどちらでも、槽内で膜が原水中に浸漬された時点で既に膜面への汚泥が付着し運転初期に性能低下が起こる。
【００１１】
これは運転開始時に分離膜の透過側を開放したまま原水槽に高濃度の液体を供給すると水位差により高濃度の液体が膜面を透過するとともに、膜面へ汚泥が付着しはじめる。分離膜の透過側を閉止したままであると液体の透過はないが運転開始（透過側の開放あるいは減圧）とともに急激に液体が膜面を透過し、汚泥が付着堆積しはじめる。
【００１２】
曝気流を与えながら分離膜を浸漬すれば付着物除去の効果が期待できるが、分離膜の透過性能と除去性能が高いと、高濃度の原水下では、膜面への付着が多く強固になる。
【００１３】
また高濃度の原水に浸漬された分離膜から運転開始時に透過水を取得すると、膜面への付着堆積が促進され、運転初期に性能の低下が大きくなる。
【００１４】
このように、高濃度の活性汚泥処理水を分離膜を用いて処理する場合、運転開始直後に膜面へ汚泥の付着が起こり性能低下を起こす。使用に伴う性能低下は否めないが、使用条件が過酷であること、大量処理になれば膜の性能低下は微量であっても大きく影響することから、できるだけ膜への負担の小さな運転を行う必要があった。
【００１５】
【発明を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、基本的に下記の構成により達成される。
【００１６】
即ち、「分離膜を原水槽に浸漬し、原水供給手段から供給される原水を膜分離する膜分離装置であって、原水槽内の固形分の濃度を、運転初期において一時的に低くするための液体を供給する槽内濃度低減手段を有することを特徴とする膜分離装置。」または「原水槽に浸漬した分離膜を用いて原水を膜分離する膜分離方法であって、運転初期において一時的に原水槽内の固形分の濃度を低くして膜透過水を取得し、その後、該原水槽内の固形分の濃度を上げて膜透過水を取得することを特徴とする膜分離方法。」である。
【００１７】
本発明により膜分離装置に設けた槽内濃度低減手段を用いて原水槽内あるいは原水の濃度を低く調整することによって、原水槽内に分離膜が浸漬される際、あるいは原水槽内の分離膜に原水が供給される際に起こる、膜面への被分離物の付着堆積が抑止でき、運転初期に起こる性能低下を抑止することができる。
【００１８】
本発明を図面にしたがって説明するが特に図面に限定されるものではない。図１は本発明の膜分離装置の一例である。原水槽１は分離膜２を収容し、原水供給手段３により原水を、あるいは水供給手段４により水を収容可能であれば、大きさ、形状は特に限定するものではない。図２のように既設の原水槽１に分離膜を浸漬し、それに水供給手段４を有するのもよい。また原水槽１は底面が排出口に向かいテーパになっており、原水を容易に排出可能な形状であると作業が短期化されるので好ましい。
【００１９】
膜分離装置は分離膜２が原水槽１内に浸漬され、図１のように槽内の液位と分離膜の透過水の取り出し口５との水位差により分離に必要な膜間差圧を得るもの、あるいは図２のように単に分離膜の透過側をポンプ６等の吸引側に接続するような減圧によって膜間差圧を得るものが好ましい。水位差とポンプを併用すればポンプの負担が少なく処理水が安定して取得できより好ましい。しかしその方法については特に限定するものではない。分離する原水が高濃度であるため洗浄手段を備えていることがより好ましい。
【００２０】
洗浄手段７は図１に示すようにバブリングにより原水槽１内に循環流を起こし膜面の付着物を流し取るものでもよいし、図２のようにプロペラ等の攪拌による循環流を用いてもよい。スプレーのようなもので膜面に液体を吹き付け付着物を除去したり、分離膜に設けたバブリング等の振動手段等により膜を揺れ動かし付着物を除去するものでもよい。しかし特に限定されるものではない。洗浄手段７は常時あるいは間欠的に運転されても、性能低下時に運転されるてもよい。運転方法についても特に限定するものではない。
【００２１】
原水供給手段３は原水槽１に分離される成分を有する液体を供給可能なものであれば、形や方法については特に限定されるものではない。図１のようにポンプや図２のように隣の液槽と連通可能に接続するものや図３のように隣の液槽から流下するものであってもよく、その設置位置も特に限定されるものではない。原水供給手段３に図１，２，３のようにバルブまたは弁等を設けておくと閉止したり、供給量を調節することができ好ましい。槽内から原水があふれないように原水槽１にオーバーフロー口、あるいは原水供給手段３ボールタップあるいはレベルセンサーと連動したものであると過剰に原水が供給されずより好ましい。
【００２２】
水供給手段４は原水槽１内に水を供給し原水供給手段３より供給される原水の濃度よりも槽内の液濃度を下げることができるものであればよく、方法については特に限定されるものではない。図１のように原水供給手段３とは別個に設けてあれば本発明を実施可能であり好ましい。更に好ましくは図４のように原水供給手段３と一体で切り替え可能に接続されていることで、原水供給手段３、水供給手段４のバルブまたは弁の切り替え、または開度を調節することにより濃度の低く調整した原水を槽内に直接供給できるのでよい。
【００２３】
原水供給手段３により供給される原水は用途によって各種あり、排水の凝集処理液や菌体の分離等も用途の一つである。使用する原水は高濃度であるほど本発明の効果は大きくなるが、膜に負担の少ない運転を行うのであれば低濃度の原水で実施することも好ましい。固形分を含む原水であれば適用可能であり、原水、用途ともに特に限定されるものではない。
【００２４】
水供給手段により供給される液体に関しては水道水、河川水、海水等でもよい。一時的に原水を分離した液を用いるのも良く、固形分の濃度が原水よりも低ければ特に限定されるものではない。水供給手段４により低く調節される原水の濃度は、低いほど膜面への負担が少なく好ましいが、濃度については特に限定されるものではない。
【００２５】
活性汚泥処理水を原水とし、汚泥分離を行う活性汚泥処理装置乃至はその設備に用いることも可能である。活性汚泥処理装置は、生活排水や工業廃水あるいは屎尿などＢＯＤ、ＣＯＤ乃至は窒素分などの多い排水を被処理水として、曝気装置を備え好気的微生物処理をして活性汚泥が発生する活性汚泥槽と、発生した活性汚泥と液体成分を分離する原水槽からなり、この原水槽に膜分離が適用される。活性汚泥槽から原水槽への被処理水の移送手段としては、自然流入する配管を用いても良いし、ポンプを用いることもできるが、エネルギーコストやメンテナンスの観点からは前者の方が好ましい。また、原水槽に堆積してくる汚泥は、排出口から取り出し、水分をさらに除いて処分するか、調整槽乃至は活性汚泥槽に戻し再処理することもできる。また、かかる活性汚泥装置の前に、髪の毛などのゴミをのぞく除さ工程設備、流量を一定に保つ調整槽を設けた活性汚泥設備として構成することが好ましい。
【００２６】
活性汚泥装置では、初めて運転を開始するとき、分離膜モジュールの交換、洗浄乃至はその他のメンテナンスなどにより、膜が一旦浸漬状態でなくなった場合の後に運転を開始した運転初期において、水供給手段により槽内の汚泥濃度を３０００ｍｇ/Ｌ以下に調節することが好ましく、更に好ましくは１０００ｍｇ/Ｌ以下とすることである。最も膜に負担が少なく好ましいものは原水供給手段３と別個あるいは一体であるに関わらず原水供給手段３からの供給を停止し、水供給手段４のみを使用して分離膜２を水中に浸漬することである。これにより槽内の汚泥（固形分）濃度をほぼ０にすることができるためよい。
【００２７】
低濃度に調節された原水槽１内または水中に分離膜２を浸漬した状態で透過水を取得し運転開始すれば、高濃度の原水下で運転を開始するよりも膜への負担が少なく好ましい。
【００２８】
本発明の膜分離装置の運転方法は運転初期に起こる膜面への汚れの付着を抑止するものである。低濃度の原水にて膜透過水が取得できれば、水供給手段４を停止あるいは閉止し、原水供給手段３を用いて原水槽内の濃度を高めればよい。膜透過水の取得は、定量運転であればインバータ制御等の自動制御を用いれば運転条件の設定は数秒で行えてよい。水位差等を用いた場合は槽内に浸漬した直後から膜透過水が取得できる。低濃度の原水あるいは水中での運転は長いと膜面への負担は軽くなる。取得の際の運転圧力の確認等、状態確認のために長く運転するのも好ましい。しかし運転開始から原水の投入までの時間はできるだけ短い方が効率的であり、正常な運転が行えれば１０秒以内が好ましいが、これらの時間については特に限定するものではない。膜透過水は大量に取得すると膜面への汚れの付着が大きいため、運転圧力を５０ｋＰａ以下となるように取得することが好ましい。更に好ましくは３０ｋＰａであり、最も好ましくは１０ｋＰａ以下であるが、取得量については特に限定するところではないが、槽内の濃度が３０００ｍｇ/Ｌ以下の状態で、膜面積当たりの取得量で０．０５〜１．２ｍ3／ｍ2が好ましく、０．２〜０．５ｍ3／ｍ2がより好ましい。
【００２９】
原水供給手段３を用いて槽内の濃度を上げる際には急激に高濃度の原水を供給すると槽内の濃度が急激に上がるため徐々に供給することが好ましい。しかし透過水を取得した後、槽内の濃度を上げるのであれば特に限定するところではない。
【００３０】
本発明の膜分離装置乃至はその運転方法は、新品の分離膜を運転開始するときはもちろん、単に槽内の原水を排出した際や、薬液により分離膜の機能を回復した際、すなわち運転初期に使用される。
【００３１】
分離膜２は平膜であれば構造が簡単で、散気流により付着する汚れを掻き取りやすく、管状膜であれば圧力に強く、中空糸膜は単位容積当りの膜面積を大きくとれ、それぞれによい。しかし、いかなる形態の膜であるかは特に限定されるものではない。ただ原水中に浸漬され、透過水を取得するため、分離機能を有する膜面が原水と接触するような形態をとっており、原水側と膜透過側とが液密にシールされていることが好ましい。分離機能としては精密ろ過膜、限外ろ過膜が適当であり最も好ましい。精密瀘過膜は、膜面に多数の孔があいた多孔質膜であり、孔径が１〜０．１μｍである膜をいう。限外瀘過膜は、やはり膜面に多数の孔があいた多孔質膜であり、孔径が０．１〜０．０１μｍである膜をいう。
【００３２】
運転動力が小さければ逆浸透膜でもよく、原水にあわせて選択することが好ましい、しかしこれについても特に限定されるものではない。分離膜素材としては有機素材であれば安価でありよい。有機素材として酢酸セルロ−ス、ポリカ−ボネ−ト、ニトロセルロ−ス、セルロ−ス、ポリスルホン、ポリエ−テルスルホン、ポリアクリロニトリル、架橋ポリビニルアルコ−ル、ポリフロロエチレン等が上げられるが、これらに限定されるものではない。またその膜構造は膜の少なくとも片面に緻密層を持ち、緻密層から膜内部あるいはもう片方の面に向けて徐々に大きな孔径の微細孔を有する非対称膜も例示できる。あるいは、繊維、多孔質体等の支持基材の上に有機素材をコーティングするのもよい。無機素材であれば薬液等に侵されにくく雑多な原水にも半永久的に強度を保持できよい。また交換の予測される部分と半永久的に使用される部分に使用素材を分けることも好ましい。しかし分離機能を有する膜であれば素材は特に限定するものではない。
【００３３】
（実施例１）
装置の原水供給手段には工場排水の活性汚泥処理槽から処理水（ＭＬＳＳ約12000mg/L）を水中ポンプを用いて原水槽（1.2×0.5×1.8=1.1m3）にスクリーン（１ｍｍ目）を介してくみ上げるものを用いた。原水供給手段は原水槽上部に設け、水供給手段は原水供給手段とは別に原水槽上部に設け、水供給手段には工場内の湖水ラインを使用する。原水槽は高さ1.6mのところにオーバーフロー口を設け液位を一定に保てるようにした。分離膜はポリアクリロニトリル外圧多孔質中空糸膜（公称孔径０．０１μｍ、外径６８０μｍ内径４００μｍ）を5000本束ねた長さ750mm中空糸膜モジュール（膜面積約6.5m2）を使用する。原水槽に中空糸膜モジュールを浸漬し透過側をマグネットポンプにて吸引して膜透過水を得る。また中空糸膜モジュールに設けた散気手段により常時気体を噴出させることで中空糸膜を揺動させ膜面を洗浄する。
【００３４】
まず水中ポンプを運転せずに、湖水ラインを開放し槽内に湖水を供給した。次に散気手段に気体を供給しながら、湖水を供給し槽からオーバーフローし出したところでポンプをインバータ制御し、流量を０.４５Ｌ/ｍｉｎの一定値に設定し、運転を開始した。安定して透過水が得られたため、水中ポンプを稼動し、湖水の供給をストップした。0.5、２、６、１２時間後の原水槽内の濃度、ポンプ前の圧力計から運転圧力を記録した。１２時間後の運転圧力は6.2kPaであった。
【００３５】
【表１】
0003726404.tif 000002
（実施例２）
実施例１と同様にして膜モジュールを新品に交換し、散気手段を始動し、湖水を槽内に供給しオーバーフロー口まで４０ｃｍとなったところから原水を供給し、湖水と原水の両方を供給した。オーバーフローした時点から同流量にて分離を開始した。分離開始から約５分で湖水の供給をストップした。その際の0.5、２、６、１２時間後の原水槽内の濃度、ポンプ前の圧力計から運転圧力を記録した。１２時間後の運転圧力は6.2kPaであった。
【００３６】
【表２】
0003726404.tif 000003
（比較例１）
膜モジュールを新品にし、散気手段を始動し、原水を供給しオーバーフロー後、同流量にて分離を開始した。１２時間後の運転圧力は８．８kPaであった。
【００３７】
【表３】
0003726404.tif 000004
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、原水中の成分の膜への付着を抑え、膜に負担の少ない膜分離装置及び運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  洗浄手段に散気を用いた本発明の膜分離装置。
【図２】  洗浄手段に撹拌を用いた本発明の膜分離装置。
【図３】  隣に液槽から原液が流下する構造の本発明の膜分離装置。
【図４】  切り替え接続されている本発明の膜分離装置。
【符号の説明】
１：原水槽
２：分離膜
３：原水供給手段
４：水供給手段
５：透過水取り出し口
６：ポンプ
７：洗浄手段
【図１】
0003726404.tif 000005
【図２】
0003726404.tif 000006
【図３】
0003726404.tif 000007
【図４】
0003726404.tif 000008