(57)【要約】【課題】  透過水の水質を確認するための部材を常時水面上に設けることによる透過水質の悪化を防止しつつ、簡易な操作で破損膜を迅速に特定することができる構造を有したろ過膜モジュール、およびそれを用いたろ過膜モジュールの検査方法を提供する。【解決手段】  複数のろ過膜エレメント１と、複数のろ過膜エレメント１から得られる透過水を集水する集水管４と、複数のろ過膜エレメント１のそれぞれと集水管４とに連通する複数の集水チューブ３と、複数のろ過膜エレメント１の下部にあって、ろ過膜エレメント１の表面に空気を供給する散気装置６とを有するろ過膜モジュール２であって、ろ過膜モジュール２は、ろ過運転中は被処理液および活性汚泥を貯留した処理槽７内に浸漬設置されており、かつ集水チューブ３の少なくとも一部が、ろ過運転を中断することなく水面上に引き上げ可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のろ過膜エレメントと、複数の前記ろ過膜エレメントから得られる透過水を集水する集水管と、複数の前記ろ過膜エレメントのそれぞれと前記集水管とに連通する複数の集水チューブと、複数の前記ろ過膜エレメントの下部にあって、前記ろ過膜エレメントの表面に空気を供給する散気装置とを有するろ過膜モジュールであって、前記ろ過膜モジュールは、ろ過運転中は被処理液および活性汚泥を貯留した処理槽内に浸漬設置されており、かつ前記集水チューブの少なくとも一部が、ろ過運転を中断することなく水面上に引き上げ可能であることを特徴とするろ過膜モジュール。
【請求項２】
前記集水チューブが透過水の流れ方向に伸縮可能な構造を有することを特徴とする請求項１に記載のろ過膜モジュール。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載のろ過膜モジュールを用いて、被処理液および活性汚泥を貯留した処理槽内でろ過膜エレメントによるろ過運転を行う際に、前記集水チューブを前記処理槽内水面上に引き上げて直接目視することによって、ろ過膜エレメントの異常有無を確認するろ過膜モジュールの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理液および活性汚泥を含む微生物含有液を、膜を用いて固液分離するろ過膜モジュールおよびその運転状態の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離法は、省エネルギー、省スペース、省力化および製品の品質向上などの特徴を有するため、適用分野を拡大しながら普及している技術である。膜分離法には、逆浸透、限外ろ過、精密ろ過などの方法がある。また、ろ過膜の形態には、中空糸膜、平膜、および管状膜などがあり、各分離対象物の性質や特徴に応じて使い分けられている。最近では環境保全の観点から、廃水処理にも膜分離技術を適用しようとする研究が進められている。
【０００３】
廃水処理では、多くの場合、沈殿による固液分離を行っていたが、その代替として膜分離技術が実施できれば、高品位な処理水が得られるだけでなく、広大な沈殿池の省略あるいは縮小ができ、スペースメリットが非常に大きい。また、廃水処理では、活性汚泥と呼ばれる微生物により、廃水中の有機物を分解した後に、フロック化した汚泥と処理水を分離する活性汚泥処理プロセスが広く用いられているが、かかる活性汚泥処理プロセスで処理効率を上げるために活性汚泥を高濃度化すると、分解処理が進む一方で後段の沈殿池において汚泥の沈降性不良を生じる場合があり、水質の悪化を防止するための管理作業が煩雑である。しかし、沈殿分離の代替として膜分離技術を採用すれば、水質の悪化、スペース確保といった問題点を解決することができるため、膜分離技術が注目されている。
【０００４】
以上のような点から、活性汚泥を含む水槽内に、複数のろ過膜エレメントを集水チューブで接続したろ過膜モジュールを浸漬して、モジュールの透過側をポンプで吸引、あるいはサイホンなどのように水位差を利用して透過水を得る、浸漬タイプのろ過膜モジュールの研究が行われている。活性汚泥処理では通常、好気性の微生物を飼育するための曝気が行われており、この浸漬タイプは曝気により水槽内に形成される旋回流を利用して膜面の汚れをかきとりながら固液分離を行うことができ非常に低コストで運転が可能である。
【０００５】
その際問題となるのが、何らかの要因で膜に損傷が生じ、透過水質が悪化した場合の、損傷した膜の特定方法で、浸漬しているろ過膜モジュールを水槽の外に取り出すか、または水槽内の活性汚泥を排出する必要があるため、モジュール内の膜を全数点検して特定するのに膨大な時間と労力がかかる、という問題点があった。このような問題を解決する手段として、内部に液流路と、外部から前記液流路内に液を導く複数の液流入口と、前記液流路内から外部に液を導く液流出口とが形成されている筐体を備えた集水装置であって、前記筐体に外部から前記液流路内を観察可能なのぞき窓が形成されていることを特徴とする集水装置を水槽の外に設け、ろ過膜モジュール内の個々のエレメントと集水装置を接続し、のぞき窓から透過水の状態を目視観察して破損膜の特定を行う方法が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2001-187381号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の方法は、水槽やろ過膜モジュールの状態を変えることなく破損膜を特定できるものであるが、常時このような複雑な形状の集水装置筐体および集水チューブの一部を水面上に設けておくため、集水装置内での透過水の滞留や日光の照射、およびそれらによって引き起こされる透過水中での微生物や藻の繁殖といった透過水質の悪化が避けられないことや、一つの集水装置に多数のエレメントを接続するため、集水装置内での透過水の流れが互いに干渉し、濁質を含む透過水を出しているエレメントを特定することが困難であるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、透過水の水質を確認するための部材を常時水面上に設けることによる透過水質の悪化を防止しつつ、簡易な操作で破損膜を迅速に特定することができる構造を有したろ過膜モジュール、およびそれを用いたろ過膜モジュールの検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、以下の特徴を備えるものである。
【００１０】
（１）複数のろ過膜エレメントと、複数の前記ろ過膜エレメントから得られる透過水を集水する集水管と、複数の前記ろ過膜エレメントのそれぞれと前記集水管とに連通する複数の集水チューブと、複数の前記ろ過膜エレメントの下部にあって、前記ろ過膜エレメントの表面に空気を供給する散気装置とを有するろ過膜モジュールであって、前記ろ過膜モジュールは、ろ過運転中は被処理液および活性汚泥を貯留した処理槽内に浸漬設置されており、かつ前記集水チューブの少なくとも一部が、ろ過運転を中断することなく水面上に引き上げ可能であることを特徴とするろ過膜モジュール。
【００１１】
（２）前記集水チューブが透過水の流れ方向に伸縮可能な構造を有することを特徴とする（１）に記載のろ過膜モジュール。
【００１２】
（３）前記（１）または（２）に記載のろ過膜モジュールを用いて、被処理液および活性汚泥を貯留した処理槽内でろ過膜エレメントによるろ過運転を行う際に、前記集水チューブを前記処理槽内水面上に引き上げて直接目視することによって、ろ過膜エレメントの異常有無を確認するろ過膜モジュールの検査方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、簡便な操作にて各々の集水チューブ内の透過水の状態を確認することができるので、異常発生時に損傷膜を迅速かつ確実に特定できる。また透過水の状態確認時以外は集水チューブが活性汚泥中に浸漬されており、かつ透過水の滞留部を持たないため、透過水の水質悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明で用いられるろ過膜モジュールの一実施態様を示す概略正面図である。
【図２】本発明で用いられるろ過膜モジュールの別の実施態様を示す概略正面図である。
【図３】本発明で用いられる集水管の一例を示す概略図である。
【図４】比較例１で用いた集水装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るろ過膜モジュールを、図１に示す実施態様に基づいて説明する。
【００１６】
図１に示すろ過膜モジュール２は、被処理液を膜ろ過して透過水を得るために設置される複数のろ過膜エレメント１と、ろ過膜エレメント１から得られる透過水を集水する集水管４と、複数のろ過膜エレメント１のそれぞれと集水管４とに連通する複数の集水チューブ３と、複数のろ過膜エレメント１の下部にあって、ろ過膜エレメント１の表面に空気を供給する散気装置６と、ろ過膜モジュール２を被処理液に浸漬するための処理槽７と、ろ過膜モジュール２の下流側に設けられ集水管４に接続された、透過水を系外に取り出すための送水配管５を有している。
【００１７】
そして、本発明においては、上記のような構成で通常被処理液に浸漬されているろ過膜モジュール２のうち、集水チューブ３を、その一部または全部を垂直方向に、被処理液の水面上まで引き上げることが可能であり、以下、この形態に基づいて本発明を説明する。
【００１８】
本発明においては、ろ過膜モジュール２を上記のような構成とし、ろ過運転中にろ過膜モジュール２からの透過水に濁度上昇等の異常が発見された際には、ろ過運転を継続した状態で集水チューブ３および集水管４を、少なくとも集水チューブ３の一部が被処理液の水面上に出るように引き上げ、水面上に引き上げられた集水チューブ３の内部を通過する各ろ過膜エレメント１からの透過水を観察し、破損したろ過膜エレメント１を特定して封止等の対処を取ることができる。
【００１９】
この時、図１に示すように集水管４は垂直方向に移動可能な構造とし、集水チューブ３とともに被処理液の水面上に出るように引き上げられても良いし、図２に示すように集水管４は固定されて被処理液中に浸漬したままとし、集水チューブ３のみが被処理液の水面上に出るようにしても構わない。
【００２０】
このような装置構成および手順をとることで、必要な時にどのろ過膜エレメント１に異常が生じているのかを的確かつ迅速に判別することができ、従来の破損したろ過膜エレメント１の特定に多大な時間と労力がかかるという問題を解決できる。
【００２１】
また通常集水チューブ３および集水管４は活性汚泥を含む被処理液の中に浸漬した状態であるため、直射日光が遮られ、光合成による藻の繁殖およびそれによる透過水質の悪化を防止することができる。
【００２２】
さらに集水チューブ３および集水管４はチューブと管という単純な構成で、透過水が滞留する部分を持たないため、滞留した透過水の腐敗、微生物の繁殖およびそれによる透過水質の悪化を防止することができる。
【００２３】
集水チューブ３は、ろ過膜エレメント１からの透過水を集水管４に送ることができれば特に制限されるものではないが、チューブ内の透過水状態を観察する観点から、透明もしくは半透明の塩化ビニルやポリウレタン等の樹脂製であることが好ましい。また上記の通り、処理槽７内を上下に移動するため、水面上に引き上げるのに十分な長さを持つことが必要であるが、通常水面下に存在している状態を考慮し、蛇腹構造やチューブの長さ方向に伸縮性を持つ樹脂の適用等、透過水の流れ方向に伸縮可能な構造を有するものとすることがより好ましい。特に、蛇腹構造の場合は、伸縮時にろ過膜エレメント１との接続部に過度な物理的負荷をかけず、よって上記接続部の破損や脱落といった問題を生じることなく伸縮可能なため、さらに好ましい。
【００２４】
集水管４は集水チューブ３および送水配管５との接続口を持っていれば特に制限されるものではなく、ポリエチレンや塩化ビニル、ポリプロピレン等の樹脂製のもの、ステンレス等の鋼管が必要に応じて組み合わされて用いられるが、透過水の滞留を防止する観点からは、図３に示すように円管８に、送水配管接続口９および集水チューブ接続口１０を必要数設けた構成のものが好ましい。
【００２５】
ろ過膜エレメント１上に配置されるろ過膜は、被処理液からの透過水の分離ができれば特に制限されるものではなく、ポリエチレンやポリフッ化ビニリデン、ポリスルホンなどの樹脂からなるものが好ましく用いられる。
【００２６】
送水配管５は透過水を所定の位置まで導くことができれば特に制限されるものではなく、ポリエチレンや塩化ビニル、ポリプロピレン等の樹脂製のもの、ステンレス等の鋼管が必要に応じて組み合わされて用いられる。
【００２７】
散気装置６は、ろ過膜エレメント１の表面を洗浄するための空気を適切に各ろ過膜エレメント１に送ることができれば特に制限されるものではなく、ポリエチレンや塩化ビニル、ポリプロピレン等の樹脂製のもの、ＥＰＤＭ等のラバーを用いたもの、ステンレス等の鋼管が必要に応じて組み合わされて用いられる。
【００２８】
処理槽７は被処理液を貯え、ろ過膜モジュール２を被処理液に浸漬することができれば特に制限されるものではなく、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。また、処理槽７の内部が複数に分割されていても構わないし、複数に分割されている槽のうち一部をろ過膜エレメントを浸漬する槽として、他方を脱窒槽として利用し、被処理液を互いの分割されている槽間で循環されるようにしていてもよい。
【００２９】
被処理液は、下水やし尿等の生活廃水や、各種工場や製造プロセスから排出される産業廃水が挙げられるが、それに限定されるものではない。また活性汚泥は、それらの廃水中で曝気および／または撹拌することによって繁殖し、廃水の浄化能力を持つ微生物の集合体である。
【実施例】
【００３０】
（実施例１）
ろ過膜エレメント１が模擬的な欠陥を有するようにするために予め膜面に２ｍｍ径の穴を３ヶ所空けたろ過膜エレメント１×１枚を含む、ろ過膜モジュール２（ろ過膜エレメント１×１００枚、集水チューブ３×１００本、集水管４×１本）を、長さ２ｍ×幅２．５ｍ×水深３ｍの処理槽７内に設置し、集水管４の一方を送水配管５に接続し、活性汚泥を槽内に満たしてろ過膜モジュールを浸漬させた状態で、ろ過運転を開始した。その際集水管４は図３に示す形状のものを使用し、チェーンブロックにて水面上に引き上げ可能な構造とした。
【００３１】
運転開始後直ちに、送水配管５の末端から出る透過水中に活性汚泥様の浮遊物質が認められたため、運転を継続した状態で、集水管４の全部および集水チューブ３の一部が水面上に出るまで、集水管４をチェーンブロックで引き上げた。
【００３２】
集水管４および集水チューブ３の外部を流水で洗い、各集水チューブ３を観察したところ、１本の集水チューブ３で内部を流れる透過水に濁りが認められ、該チューブをピンチコックで閉止した。その５分後に送水配管５の末端から出る透過水を確認したところ、浮遊物質や濁りは認められず、集水チューブ３の観察によって破損したろ過膜エレメント１を的確に特定できていることが示された。透過水中に浮遊物質を確認してから、破損したろ過膜エレメント１を特定・閉止し、透過水の良好な状態を確認するまでに要した時間は１５分だった。
【００３３】
その後１ヶ月間そのままの状態で運転を続け、再度送水配管５の末端から出る透過水を確認したが、浮遊物質や濁りは認められなかった。
【００３４】
（比較例１）
集水管４の代わりに、図４に示す集水装置４’を水面上に固定して設置し、それ以外は全て実施例１と同じ条件で、ろ過運転を開始した。ここで集水装置４’は、直方体の箱８’に送水配管接続口９’および集水チューブ接続口１０’を必要数設け、さらに箱上部に開閉可能なのぞき窓１１を設けた装置であり、のぞき窓１１から箱８’内に流入する透過水を観察することができる。
【００３５】
運転開始後直ちに、送水配管５の末端から出る透過水中に活性汚泥様の浮遊物質が認められたため、運転を継続した状態で、集水装置４’ののぞき窓１１を開けて、各集水チューブ３からの透過水を観察したところ、集水装置４’内の一部で透過水に濁りが認められたが、それがどの集水チューブ３から流入してきているのか判別できなかった。そのため、濁りが認められる付近の集水チューブ３を３本ずつ交互にピンチコックで閉止し、その５分後に送水配管５の末端から出る透過水を確認する、という作業を３回繰り返し、それぞれの透過水質から破損したろ過膜エレメント１を特定して閉止することができた。透過水中に浮遊物質を確認してから、破損したろ過膜エレメント１を特定・閉止し、透過水の良好な状態を確認するまでに要した時間は２３分だった。
【００３６】
その後１ヶ月間そのままの状態で運転を続け、再度集水装置４’や送水配管５の末端から出る透過水を確認したところ、集水チューブ３のうち水面上にある部分、および集水装置４’内のコーナー部分に緑藻の繁殖が認められ、透過水にも緑藻由来とみられる緑色の浮遊物質が認められた。
【００３７】
（比較例２）
集水管４がろ過膜エレメント１の近傍に固定され、水面上に出せない構造とした以外は実施例１と同じ装置および条件で、ろ過運転を開始した。
【００３８】
運転開始後直ちに、送水配管５の末端から出る透過水中に活性汚泥様の浮遊物質が認められたため、ろ過運転を停止し、処理槽７内の活性汚泥を、集水管４および集水チューブ３が水面上に出るまで５ｍ３程度抜き取り、仮設タンク（図示しない）に貯留した。その上で、集水管４および集水チューブ３の外部を流水で洗い、各集水チューブ３を観察したところ、１本のチューブで内壁に活性汚泥様物質の付着が認められ、該チューブをピンチコックで閉止した。その後、仮設タンクの活性汚泥を処理槽７に戻し、ろ過運転を再開させ、５分後に送水配管５の末端から出る透過水を確認したところ、浮遊物質や濁りは認めらなかった。透過水中に浮遊物質を確認してから、破損膜エレメントを特定・閉止し、透過水の良好な状態を確認するまでに要した時間は６５分だった。
【００３９】
その後１ヶ月間そのままの状態で運転を続け、再度送水配管５の末端から出る透過水を確認したが、浮遊物質や濁りは認められなかった。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明のろ過膜モジュールおよび検査方法は、下水処理等の分野において万一の膜破損にも簡便かつ迅速に対応でき、安定運転可能なろ過膜モジュールおよびその検査方法として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１：ろ過膜エレメント
２：ろ過膜モジュール
３：集水チューブ
４：集水管
４’：集水装置
５：送水配管
６：散気装置
７：処理槽
８：円管
８’：箱
９、９’：送水配管接続口
１０、１０’：集水チューブ接続口
１１：のぞき窓
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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