(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の膜ユニットに被処理液を通流させて固液分離する際、各膜ユニットにおける濾過圧力と吸込み水量の積が共通の値を持つように、濾過圧力の変動に応じて各膜ユニットポンプの吸込み流量を制御することを特徴とする膜分離排水処理方法。
【請求項２】
複数の膜ユニットに被処理液を通流させて固液分離する際、各膜ユニットにおける積算流量と圧送水量の比が共通の値を持つように、積算流量の変動に応じて各膜ユニットポンプの吸込み流量を制御することを特徴とする膜分離排水処理方法。
【請求項３】
処理槽に被処理液を導入し固液分離処理する膜分離排水処理装置であって、前記処理槽内部に設置され被処理液を濾過する複数の膜ユニットと、前記各膜ユニット内の処理水を吸引する複数のポンプとを有してなり、前記各膜ユニットごとに処理水の濾過圧力を計測する圧力計測手段を設け、前記濾過圧力とポンプによる吸込み水量との積が共通の値を持つよう前記各ポンプの運転を制御する制御手段を設けることを特徴とする膜分離排水処理装置。
【請求項４】
処理槽に被処理液を導入し固液分離処理する膜分離排水処理装置であって、前記処理槽内部に設置され被処理液を濾過する複数の膜ユニットと、前記各膜ユニット内の処理水を吸引する複数のポンプとを有してなり、前記各膜ユニットごとに処理水の積算流量を計測する流量計測手段を設け、前記積算流量とポンプによる吸込み水量との比が共通の値を持つよう前記各ポンプの運転を制御する制御手段を設けることを特徴とする膜分離排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理施設に設けられ複数の膜ユニットにより濾過処理を行う膜分離排水処理装置に係り、特に処理液の総処理量を一定に維持しながら各膜ユニットごとの状況に応じて各膜ユニットの濾過量を制御する膜分離排水処理方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水などの排水処理施設において、生物処理などの処理槽に導入された被処理液の濾過処理に、膜ユニットを用いた膜分離排水処理を行っている。殊に生物処理は膜分離排水処理を有効に活用している。生物処理とは、微生物の代謝作用を利用して、被処理液中の汚泥に含まれる有機物質を分解する処理である。また、微生物の代謝を促進させるために、被処理液を導入する処理槽底部にブロアを配設し、これにより空気を送給してエアレーション（曝気）を行うことにより、処理槽内部に酸素を供給している。これにより循環流が発生し、汚泥と酸素とを充分に懸濁することができる。
【０００３】
このような処理槽内部には複数の膜ユニットが配設され、被処理液の膜分離排水処理が行われる。生物処理の行われた処理液は、膜ユニットを透過させることによって固液分離される。膜ユニットは、外周にポリスルホン多孔質膜などの膜が張られ、被処理液は膜を透過することで濾過されてポンプによって汲み出されて活性炭吸着処理などを行った後、系外に放流される。
【０００４】
一般的に、膜ユニットにおける濾過は、圧力差によって行われる。すなわち、ポンプによって処理液を吸引し、このとき発生する負圧によって膜ユニット外部の被処理液が膜ユニットを透過して導入される。このとき、水やイオンなどの膜ユニットの膜目よりも小さい溶質は膜を透過するが、分子量の大きなタンパク質などは膜を透過できず、ゲル化現象などを生じさせて膜面に付着することがある。前述のエアレーションにより、膜面の付着物を多少は取り除くことができるが、膜ユニットを長期間に亘って使用することにより、付着物が付着して膜面を閉塞させ、濾過作用に不都合が生じてくる。そこで、膜ユニットは一定期間ごとに洗浄や交換を行っている。
【０００５】
処理槽に複数の膜ユニットを配設した場合には、各膜ユニットの膜面閉塞状態を均一に維持し、それぞれが同様の条件で濾過を行うことができるように、ポンプの運転を同一に行うことを基本としている。これは、特定の膜ユニットに極端な負荷がかかって膜面の閉塞が生じることを防止し、各膜ユニットにおける膜の寿命を均一化するための措置である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら現実的には、膜ユニットのメンテナンスを行う場合や、被処理液の流入量が少ない場合など、いくつかの膜ユニットの運転を停止させることがある。従って、長期に亘って膜ユニットを使用すると、各膜ユニットの運転履歴（積算流量、稼働時間など）は大きく異なってしまう。これにより、個々の膜ユニットに対して膜面の閉塞状況が異なり、汚染の著しい膜ユニットと、膜面が良好な状態にある膜ユニットとが混在する状態となる。従って、すべての膜ユニットに対して同時にメンテナンスを行うことができず、膜ユニットの交換作業などをその都度行うことになり、作業者の負担を増大させている。
【０００７】
また、仮に同一運転を忠実に行って運転履歴が同じになるよう操作した場合でも、被処理液中の物質の分散状態などにより、各膜ユニットごとに膜面の閉塞状況が異なる場合がある。このような現象は、各膜ユニットの配置位置などの恒常的な関係に起因するものではなく、エアレーションによる撹拌状態などの被処理液の状況によって変化するものであるため、各膜ユニットの膜面の閉塞状態を均一に保つことは非常に困難であった。
【０００８】
そこで、本発明では上記問題に着目し、膜ユニットごとの汚染状況や稼動時間に対応して膜ユニットによって濾過される水量を制御し、濾過される総処理量を維持することの可能な膜分離排水処理方法および装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る膜分離排水処理方法は、複数の膜ユニットに被処理液を通流させて固液分離する際、各膜ユニットにおける濾過圧力と吸込み水量の積が共通の値を持つように、濾過圧力の変動に応じて各膜ユニットポンプの吸込み流量を制御することを特徴としている。
【００１０】
また、膜分離排水処理方法は、複数の膜ユニットに被処理液を通流させて固液分離する際、各膜ユニットにおける積算流量と圧送水量の比が共通の値を持つように、積算流量の変動に応じて各膜ユニットポンプの吸込み流量を制御することも可能である。
【００１１】
本発明に係る膜分離排水処理装置は、処理槽に被処理液を導入し固液分離処理する膜分離排水処理装置であって、前記処理槽内部に設置され被処理液を濾過する複数の膜ユニットと、前記各膜ユニット内の処理水を吸引する複数のポンプとを有してなり、前記各膜ユニットごとに処理水の濾過圧力を計測する圧力計測手段を設け、前記濾過圧力とポンプによる吸込み水量との積が共通の値を持つよう前記各ポンプの運転を制御する制御手段を設けることを特徴としている。
【００１２】
また、膜分離排水処理装置は、前記処理槽内部に設置され被処理液を濾過する複数の膜ユニットと、前記各膜ユニット内の処理水を吸引する複数のポンプとを有してなり、前記各膜ユニットごとに処理水の積算流量を計測する流量計測手段を設け、前記積算流量とポンプによる吸込み水量との比が共通の値を持つよう前記各ポンプの運転を制御する制御手段を設ける構成とすることも可能である。
【００１３】
【作用】
上記構成により、本発明は、各膜ユニットごとに設置した圧力計により、各膜ユニットごとの濾過圧力を測定している。これらの測定値から各膜ユニットの膜面の汚染状況を解析し、処理の総量を変えずにその時点における各膜ユニットの能力に応じて処理水量の分配を行うことができる。そのため、特定の膜ユニットにおける膜面の極端な閉塞を防止し膜の安定運転を継続することが可能となった。また、各膜ユニットにおける各膜面を常に同様な状態に維持することは、膜の寿命に好影響を与え、特定の膜ユニットのみをメンテナンスするといった作業の無駄を省くことが可能となる。
【００１４】
また、各膜ユニットごとに流量計を配置することも可能である。このように流量計を配置することによって、各膜ユニットを透過した処理水の水量を計測し、膜面の汚染状況を解析することができる。これらの測定値に基づいて、各膜面の状態に応じて各膜ユニットの処理水量を変化させることで、特定の膜ユニットに負荷がかかることを防止できる。各膜ユニットの積算流量をコントロールすることにより、各膜ユニットの交換時期などを合わせることができるので、無駄な膜交換および工事をなくすことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る膜分離排水処理装置の実施形態を詳細に説明する。図１は膜分離排水処理装置を適用した生物処理装置の全体構成を示す概略図である。なお、以下に記載するものは本発明の実施形態の一態様にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
下水などの排水処理施設において、被処理液１０は処理槽１２の内部で浄化処理が行われている。図１に示すように、処理槽１２の内部には、複数の膜ユニット１４から構成される膜分離排水処理装置２０が配置され、また底部に被処理液１０に空気を供給してエアレーションを行うための散気管１６が設けられている。被処理液１０は、処理槽１２の外部に配設された被処理液貯留槽１８から処理槽１２へ引かれたパイプ２２により処理槽１２へ導入され、処理槽１２の内部で生物処理が行われた後、後述する膜分離排水処理装置２０によって濾過されて系外へ排出される。
【００１７】
被処理液１０の生物処理は、微生物の代謝作用を利用して行われる。微生物は、被処理液１０中の有機物質を吸着して細胞内に貯蔵物質として取り込み、吸着した有機物質を酸化し、増殖と生体維持のエネルギーとする。微生物に吸着されて被処理液中の有機物質が無くなると、微生物は養分を摂取できなくなり、やがて死滅する。このような作用を利用して、生物処理装置では被処理液中の有機物質を除去している。
【００１８】
微生物が有機物質を酸化させる場合に多くの酸素が必要となることから、処理槽１２には酸素を送り込む散気管１６が配設され、エアレーションが行われている。散気管１６は、微細気泡を発生する多孔性のものと、大気泡を発生する非多孔性のものとがあるが、本実施形態では多孔性の散気管１６を使用している。これは、たとえば長尺のエア配管を用いて、この外周に軸線と平行になるように複数の散気孔を一列に穿設して、この散気孔にエア配管の軸線と直交するように散気筒を設けた構成とする。このような散気管１６は、処理槽１２の底部などに配設され、エア供給配管１５を介してブロア１７に接続される。空気は、ブロア１７から供給されると、複数の散気管１６から一斉に被処理液１０中に細やかな気泡として散気する。こうして、被処理液１０中に気泡を発生させるエアレーションを行うことにより、微生物の代謝を促進させるとともに、被処理液１０を撹拌混合する効果を得られる。なお、散気管１６は、前述のものに限らず、多孔性の散気状やチューブ、あるいは非多孔性のディフューザーを使用することも可能である。
【００１９】
処理槽１２の内部には、複数の膜ユニット１４を有した膜分離排水処理装置２０が配設されている。同装置は、処理槽１２の内部の被処理液１０を汚泥と水との固液分離させるものであり、被処理液１０を各膜ユニット１４に透過させることによって濾過を行っている。本実施形態では、各膜ユニット１４を縦型の円筒形状に構成し、このような膜ユニット１４を縦に並列して処理槽１２の内部５箇所に配置する。各膜ユニット１４の一端には、濾過されて膜ユニット１４の内部に流入した処理水を、処理槽１２の内部から排出するための処理水配管２４を接続している。これらの各処理水配管２４は、処理槽１２の外部に配設した複数のポンプ２６にそれぞれ接続される。各膜ユニット１４内部の処理水は、各ポンプ２６をそれぞれ稼動させることによって、各処理水配管２４を通して汲み上げられる。また、ポンプ２６を稼動させて処理水を汲み出すことにより、膜ユニット１４内部に負圧が生じる。この圧力差によって、各膜ユニット１４外部の被処理液１０が膜ユニット１４内部に流入しようとするため、濾過膜２８での濾過が促進される。このように汲み上げられた処理水は、処理水タンク３６に集水されて活性炭吸着処理などを行った後、系外へ排出される。
【００２０】
前記膜ユニット１４は、平膜の濾過膜２８を多層に積層させた構造である。濾過膜２８は、たとえばポリスルホン多孔質膜などの部材を使用し、これを円盤形状に形成する。膜ユニット１４は、このような濾過膜２８を多層に重ね合わせて円筒状に構成される。膜ユニット１４の外部の被処理液１０は、積層された濾過膜２８を透過して円筒状の内部に流入する。このとき、水やイオンなどの濾過膜２８に設けられた孔よりも小さい溶質は濾過膜２８を透過し、砂利などの大きな物質は濾過膜２８を透過できずに処理槽１２内部にとどまる。このように、処理槽１２内部の被処理液１０は、膜ユニット１４によって濾過され、固液分離処理がなされる。ここで、固液分離処理されて、濾過されずに処理槽１２に残留した砂利などを含む汚泥は、焼却処理により廃棄される。なお、膜ユニット１４の構成は、上述の多層膜構造に限られず、外周を平膜によって囲繞する構成とすることも可能である。
【００２１】
ところで、被処理液１０が濾過される際に膜ユニット１４を透過できなかった物質が、膜に付着して膜面閉塞が生じる。このような膜面の閉塞は、前述のエアレーションにより処理槽１２内部の被処理液１０が撹拌されることで多少は取り除くことができるが、膜ユニット１４を長期に亘って使用すると、膜面の閉塞が広範囲に波及する。複数の膜ユニット１４を使用している場合には、各膜ユニット１４ごとの膜面閉塞状況が異なり、特定の膜ユニット１４にのみ膜面の閉塞状況が悪化することがある。そこで本実施形態では、特定の膜ユニット１４に極端な運転負荷がかかることを回避し、処理槽１２に配設されたすべての膜ユニット１４が均等に稼動されるように、各膜ユニット１４ごとの状況を計測する圧力計測手段として圧力計３０を設けている。圧力計３０は、各膜ユニット１４から各ポンプ２６へ至る各処理水配管２４の途中にそれぞれ設けられ、各処理水配管２４の内部を通る処理水の濾過圧力を計測している。それぞれの圧力計３０から得られた計測値は、信号として解析制御手段３２へ送られる。
【００２２】
解析制御手段３２は、前述した各ポンプ２６の運転制御部に接続され、これらの運転を制御している。すなわち、各ポンプ２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄ、２６Ｅの回転数を制御することによって、各膜ユニット１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅを透過する被処理液１０の液量をコントロールしている。その際、濾過される処理水量は、ある膜ユニットにおいて測定された濾過圧力と処理水量との積が、共通の値となるように制御される。すなわち、濾過圧力が高い場合は処理水量が低減し、逆に濾過圧力が低い場合は処理水量が増大する。このとき、すべての膜ユニット１４において濾過圧力とポンプによる吸込み水量との積を共通の値となるように制御することで、各膜ユニット１４ごとの処理水量が変化した場合でも、全体の総処理量を変えずに維持することができる。
【００２３】
上記の制御は、各膜ユニットにおける膜面の閉塞状況に応じてなされているものである。たとえば、膜ユニット１４Ｂの膜面が他の膜ユニット１４Ａ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅに比べて甚だしく閉塞されている場合、膜ユニット１４Ｂから排出される処理水は、他の膜ユニット１４Ａ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅからの処理水に比べて濾過圧力が高くなる（図２参照）。従って、それぞれの処理水配管２４における処理水の濾過圧力が高いほど、膜面が閉塞されていることがわかる。そこで、各膜面の状態を均一化するために、膜面の汚染されている膜ユニット１４Ｂの処理水量を低減し、逆に膜面の良好なものの処理水量を増大させるように、解析制御手段３２によって各ポンプ２６の回転数を制御する。
【００２４】
このように解析制御手段３２は、各膜ユニット１４ごとの圧力の差異を鑑みて、適宜な運転を行うように各ポンプ２６の出力を制御し、且つ全体の総処理量を低減させないように処理水量の配分を行う。また、膜面の閉塞状況は刻々と変化するため、圧力計３０から得られる計測値によって処理水量をオンタイムで制御することが好ましい。
【００２５】
なお、前記圧力計３０の代わりに流量計測手段として積算流量計３４を設け、処理水配管２４を流れる処理水の積算流量を計測することも可能である。積算流量計３４は、たとえばオリフィスプレートを用いることにより配管内部に絞りを形成して、この絞りの前後の圧力を計測することにより配管内部を流れる流速の変化から、その流量を測定する構成とすればよい。これにより、各膜ユニット１４によって濾過されたそれぞれの処理水量を計測することができる。測定値は解析制御手段３２に送られて、各膜ユニット１４ごとの処理水の積算流量が算出される。また、処理水を汲み上げるポンプ２６は、解析制御手段３２によって運転制御がなされる構成とし、各積算流量に応じて処理水ポンプを制御している。
【００２６】
積算流量計３４によって、各処理水配管２４の積算流量が算出されると、その計測値から各膜ユニット１４における膜面の閉塞状況を知ることができる。すなわち、積算流量の多い膜ユニット１４は、膜面状態が良好であり、被処理液１０の濾過処理がスムーズに行われていることになる。反対に、膜面が閉塞されていると、濾過される処理水量が少なくなるため、処理水配管２４に流入する積算流量が減少する。このことを踏まえて、解析制御手段３２では、積算流量の多い膜ユニット１４に対してポンプ２６の駆動率を上げ、積算流量の少ない膜ユニット１４の駆動率を下げるように制御する。
【００２７】
各膜ユニットごとの処理水量は、積算流量と処理水量との比が共通の値となるよう制御される。すなわち、積算流量の多い場合は処理水量を増大させ、逆に積算流量の少ない場合は処理水量を低減させる。このとき、すべての膜ユニットにおいて、積算流量と処理水量との比が同じとなるように制御することにより、各膜ユニットごとの処理水量が変化しても、全体の総処理量は常に一定に維持することができる。
【００２８】
上記のように構成された膜分離排水処理装置２０の作用について説明する。膜分離排水処理装置２０の外部には、処理槽１２に導入された被処理液１０が溜められている。被処理液１０は、処理槽１２の底部に設けられた散気管１６によってエアレーションを行うことによって、被処理液１０に含有される有機物質が分解される。また被処理液１０は、膜分離排水処理装置２０に設けられた複数の膜ユニット１４によって濾過される。このように濾過処理された処理水は、各膜ユニット１４から各ポンプ２６によって汲み上げられ、各処理水配管２４を通って系外に排出される。
【００２９】
このとき、各処理水配管２４に圧力計３０を設置して、それぞれの管路を流れる処理水の圧力を計測している。この計測値は解析制御手段３２へ信号として送信され、解析が行われる。たとえば、ポンプ２６を各膜ユニット１４ごとに同等に制御している場合、すべての膜ユニット１４の膜面状態が良好であれば、処理水配管２４内の処理水の圧力は同じ値を示すはずである。各膜ユニット１４ごとに膜面の閉塞状態が異なると、著しく膜面が閉塞している膜ユニット１４では被処理液１０の濾過が困難な状況になり、処理水配管２４を流れる処理水の液量が低減する。そのため、ポンプ２６の吸引力に対して小量の処理水しか吸引されないことになり、処理水配管２４中の圧力が高くなる。従って、処理水の圧力に差が現れるということは、膜ユニット１４の膜面の閉塞状態がそれぞれ異なっていることになる。
【００３０】
そこで、解析制御手段３２では、圧力の高い膜ユニット１４についてポンプ２６の回転数を下げて濾過処理の負担を低減する。これに伴って処理水の総処理量が低減されることは好ましくないことから、圧力計３０の計測値の低かった膜ユニット１４に対して、ポンプ２６の回転数をあげて処理水量を増大させる。図２は、総処理量に対する個々の膜ユニット１４の水量コントロールを示している。ここでは、圧力計３０による計測値が大きい方から順に、膜ユニット１４Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅと解析された場合を示している。従来では、ポンプ２６の出力を同等に２０％ずつとしていたのに対し、本実施形態では、ポンプ２６の回転数を制御して、圧力の高い膜ユニット１４に対して回転数を小さくしている。すなわち、圧力の低い（付着物の少ない）膜ユニット１４Ｅの処理水量を多くし、逆に圧力の高い（付着物の多い）膜ユニット１４Ｂの処理水量を少なくする。このとき、各膜ユニット１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅで濾過された処理水の総処理量を変えないように、トータルでは同量の処理を行うように制御することが好ましい。
【００３１】
このようにして、各膜ユニット１４から排出される処理水の圧力に応じて処理水量をコントロールすることにより、膜分離排水処理装置２０の総処理量をほぼ一定に保ちながら、各膜ユニット１４は膜面の閉塞状態に適した濾過処理を行うことができる。また、各膜ユニット１４の膜面状態に応じて処理水量を変化させることにより、各膜ユニット１４の使用状況を均一にすることができる。
【００３２】
また、積算流量計３４を用いる場合には、積算流量の少ない膜ユニット１４ほど膜面が閉塞された状態にあり稼働状況が厳しいことになるので、解析制御手段３２によって上述の制御を行う。すなわち、積算流量の少ない膜ユニット１４のポンプ２６の回転数を低減して処理水量を少なくし、逆に積算流量の多い膜ユニット１４に対して処理水量を増大させる制御を行う。
【００３３】
このように、本実施形態の膜分離排水処理装置２０によれば、特定の膜ユニット１４にのみ汚れや積算流量の偏りが生じることを防止し、すべての膜ユニット１４の稼働状況を均一にできるので、不慮に特定の膜ユニット１４のみを激しく汚染してしまうことを防止することができる。従って、汚染された膜ユニット１４の洗浄あるいは交換において、各膜ユニット１４の使用状況に著しく差が生じることなく同様の条件で一度に作業することができ、作業者の負担を軽減することが可能となる。
本実施形態では、膜分離排水処理装置２０を処理槽１２に設置しているが、これを硝化処理槽または脱窒処理槽に設置しても同様の効果を得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
上記により、本発明に係る膜分離排水処理装置によれば、各膜ユニットごとの濾過圧力（または流量）を計測することにより、各膜ユニットのそれぞれの汚染状況を解析し、この解析結果に基づいて各膜ユニットの状況に応じた処理すべき水量を配分できるため、特定の膜ユニットを必要以上に著しく汚染することがない。従って、複数の膜ユニットを設けた膜分離排水処理装置において、各膜ユニットの使用状況を均一にすることができ、優れた膜分離性能を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施形態における膜分離排水処理装置および周辺機器の概要図である。
【図２】  各膜ユニットにおける処理水量制御の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
１０………被処理液、１２………処理槽、１４………膜ユニット、１６………散気管、１８………被処理液貯留槽、２０………膜分離排水処理装置、２２………パイプ、２４………処理水配管、２６………ポンプ、２８………濾過膜、３０………圧力計、３２………解析制御手段、３４………積算流量計。
【図１】
0003722084.tif 000002
【図２】
0003722084.tif 000003