(57)【要約】【課題】平膜型膜分離装置１に於いて、連続散気よりも膜面の洗浄効率を増大させる。【解決手段】平膜型膜分離装置１は、被処理水Ｗを蓄える分離槽４に並列に直立する複数の平膜エレメント１１１と、分離槽４中かつ平膜エレメント１１１の直下に設けられ、被処理水Ｗに散気して、気泡によって平膜エレメント１１１間に被処理水Ｗの上昇流を生じさせる散気部１２と、散気部１２の散気を制御する制御部１５１とを備える。この平膜型膜分離装置１の制御部１５１は、散気部１２の散気に強弱を付けるように制御する膜面洗浄方法を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を満たす分離槽に並列に直立する複数の平膜エレメントと、
前記分離槽の中かつ前記平膜エレメントの直下に設けられ、前記被処理水に散気して、気泡によって前記平膜エレメント間に前記被処理水の上昇流を生じさせる散気部と、
前記散気部の散気を制御する制御部と、
を備える平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法であって、
前記制御部は、
前記散気部の散気に強弱を付けるように制御する、
ことを特徴とする平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法。
【請求項２】
前記制御部は、
散気を弱めたのち、前記被処理水の上昇流速度が所定値以下になったならば、再び散気を強めるように制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法。
【請求項３】
前記平膜型膜分離装置は、前記被処理水が下降している部位の下降流速度を計測する流速センサを更に備えており、
前記制御部は、
散気を弱めたのち、前記被処理水の下降流速度が所定値以下になったならば、再び散気を強めるように制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法。
【請求項４】
前記制御部は、
散気を弱めたのち、前記被処理水の下降流速度が、前記気泡の静止水中の上昇速度以下になったならば、再び散気を強めるように制御する、
ことを特徴とする請求項２に記載の平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法。
【請求項５】
前記制御部は、
前記気泡の上昇速度と前記被処理水の上昇流速度との速度差が繰り返し増大するように制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法。
【請求項６】
前記制御部は、
前記散気部の散気と停止とを間欠的に繰り返させることにより、散気に強弱を付ける、
ことを特徴とする請求項１に記載の平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法。
【請求項７】
前記平膜型膜分離装置は、前記被処理水の粘度を計測する粘度センサを更に備えており、
前記制御部は、
前記被処理水の粘度が高いほど、散気の停止時間を長くする、
ことを特徴とする請求項６に記載の平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法。
【請求項８】
被処理水を満たす分離槽に並列に直立する複数の平膜エレメントと、
前記平膜エレメントの直下に設けられ、前記被処理水に散気して、気泡によって前記平膜エレメント間に前記被処理水の上昇流を生じさせる散気部と、
前記散気部の散気に強弱を付けるように制御する制御部と、
を備える平膜型膜分離装置。
【請求項９】
前記制御部は、
散気と停止とを間欠的に繰り返すように前記散気部を制御する、
ことを特徴とする請求項８に記載の平膜型膜分離装置。
【請求項１０】
送風機と、
当該送風機が送風する空気を前記散気部に供給するか否かを切り替える空気切替器と、
を更に備えており、
前記制御部は、
前記空気切替器を切り替えることにより、前記散気部の散気と停止とを間欠的に繰り返させる、
ことを特徴とする請求項９に記載の平膜型膜分離装置。
【請求項１１】
前記空気切替器は、反応槽の散気部にも空気を供給可能であり、
前記制御部は、
前記散気部に空気を供給していないときには、前記反応槽の散気部に空気を供給するように切り替える、
ことを特徴とする請求項１０に記載の平膜型膜分離装置。
【請求項１２】
前記空気切替器は、他の分離槽の散気部にも空気を供給可能であり、
前記制御部は、
前記散気部に空気を供給していないときには、前記他の分離槽の散気部に空気を供給するように切り替える、
ことを特徴とする請求項１０に記載の平膜型膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理水を平膜によって濾過する平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法、および、この膜面洗浄方法を実行する平膜型膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、汚水処理には、活性汚泥法が用いられていた。これは、汚水浄化能力を持つ微生物を汚水と接触させて処理し、微生物による処理結果である汚泥を自然に沈殿させるというものである。この活性汚泥法では、最初沈殿池、反応槽、最終沈殿池、消毒施設からなる大規模な施設を必要とした。更に、汚泥が自然沈降によって分離できず、処理水側に流出すること（キャリーオーバ）や、浮遊物質が含まれる虞など、処理機能に障碍をもたらす問題点を有している。また、汚泥の発生量が多いという問題点を有している。
【０００３】
近年では、汚水を反応槽で処理したのち、微細な孔をもつ分離膜で濾過する膜分離活性汚泥法（Membrane Bioreactor）が普及し始めている。非特許文献１によれば、この膜分離活性汚泥法は、従来の沈殿池に代わって、細菌よりも微細な孔をもつ分離膜で処理水と活性汚泥とを濾過するため、細菌や浮遊物質を含まない清浄な処理水が得られる。これにより、処理水の消毒工程を省略可能であり、更に凝集・砂濾過工程を省略可能となる。また、従来必要とされていた最初沈殿池、最終沈殿池および消毒施設が不要となるほか、自然の沈降性に頼らずに処理水を濾過するため、処理施設の省スペース化が可能となる。更に、活性汚泥の高濃度化が可能であるため、反応槽の容量を縮小することができ、汚泥の発生量を減少させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】日本下水道事業団、「膜分離活性汚泥法」、［online］、２０１１年１２月作成、［平成２５年４月１５日検索］、インターネット<URL:http://www.jswa.go.jp/g/g4/g4g/pdf/mg07.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
膜分離活性汚泥法に於いて、平膜を用いて活性汚泥を濾過する装置は、平膜型膜分離装置と呼ばれている。この平膜型膜分離装置は、濾過運転時の膜の目詰まりを防ぐため、平膜下方に設置した散気部より連続的に空気を供給して連続散気し、散気によるエアリフト効果によって膜間流路内に気液二相の上昇気流を発生させ、膜面に付着する汚泥を洗浄するものが多い。
しかし、この平膜型膜分離装置は、連続散気することにより、多くの空気を供給する必要があり、よって、送風機の運転に多くのエネルギを必要とする。
【０００６】
そこで、本発明は、連続散気よりも膜面の洗浄効率を増大させた平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法と、その膜面洗浄方法を実行する平膜型膜分離装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、被処理水を満たす分離槽に並列に直立する複数の平膜エレメントと、前記分離槽の中かつ前記平膜エレメントの直下に設けられ、前記被処理水に散気して、気泡によって前記平膜エレメント間に前記被処理水の上昇流を生じさせる散気部と、前記散気部の散気を制御する制御部と、を備える平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法であって、前記制御部は、前記散気部の散気に強弱を付けるように制御する、ことを特徴とする平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法とした。
【０００８】
請求項８に記載の発明では、被処理水を満たす分離槽に並列に直立する複数の平膜エレメントと、前記平膜エレメントの直下に設けられ、前記被処理水に散気して、気泡によって前記平膜エレメント間に前記被処理水の上昇流を生じさせる散気部と、前記散気部の散気に強弱を付けるように制御する制御部と、を備える平膜型膜分離装置とした。
【０００９】
このようにすることで、本発明によれば、散気に強弱を付けることにより、気泡液相間の速度差を繰り返し増大させて気泡の後流を増大させ、膜面洗浄効率を向上させることができる。
【００１０】
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、連続散気よりも膜面の洗浄効率を増大させた平膜型膜分離装置の膜面洗浄方法と、その膜面洗浄方法を実行する平膜型膜分離装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に於ける水処理システムと平膜型膜分離装置を示す概略の構成図である。
【図２】第１の実施形態に於ける平膜型膜分離装置の外観を示す図である。
【図３】第１の実施形態に於ける平膜エレメントを示す図である。
【図４】静止水中の気泡と液相上昇流中の気泡との比較図である。
【図５】第１の実施形態に於ける平膜型膜分離装置の間欠運転動作を示す図である。
【図６】散気制御による膜間差圧上昇の比較を示すグラフである。
【図７】連続散気を示すグラフである。
【図８】９秒散気以降停止を示すグラフである。
【図９】９秒散気３秒停止、以降連続散気を示すグラフである。
【図１０】９秒散気６秒停止、以降連続散気を示すグラフである。
【図１１】９秒散気９停止、以降連続散気を示すグラフである。
【図１２】第１の実施形態に於ける散気処理を示すフローチャートである。
【図１３】第２の実施形態に於ける水処理システムと平膜型膜分離装置を示す概略の構成図である。
【図１４】散気停止後の液相流速の減速傾向を示すグラフである。
【図１５】第２の実施形態に於ける散気処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以降、本発明を実施するための形態を、図と数式とを参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
平膜型膜分離装置は、散気部から空気を供給して散気することにより、エアリフト効果によって膜間流路内に気液二相の上昇流を発生させて、水流の剪断力で膜面に付着する汚泥を洗浄している。本発明者らは、それと共に、膜間流路内の気泡液相間の速度差に由来する流れの乱れ（後流）が発生し、これによっても膜面に付着する汚泥を洗浄していると考えた。
すなわち、平膜型膜分離装置が、決められた量の空気を連続的に散気するならば、気泡液相間の速度差は所定値に収束し、膜面の洗浄効率は減少する。そこで、第１の実施形態の平膜型膜分離装置は、散気に強弱をつける膜面洗浄方法によって、気泡液相間の速度差を発生させ、これによって膜面の洗浄効率を増大させることとした。
【００１４】
図１は、第１の実施形態に於ける水処理システム９および平膜型膜分離装置１を示す概略の構成図である。
図１に示すように、水処理システム９は、微生物を被処理水Ｗと反応させる反応槽２と、ポンプ３と、被処理水Ｗを汚泥と処理水とに分離する分離槽４と、処理水吸引ポンプ５と、反応槽２や分離槽４に散気する空気を供給する送風機６と、空気切替器７とを備えている。水処理システム９は、汚水（被処理水Ｗ）を浄化して清浄な処理水とするものである。水処理システム９が浄化した水は、水資源として再利用することができる。
反応槽２は、例えば不図示の嫌気槽から流入した被処理水Ｗを、汚水浄化能力を持つ微生物と反応させる好気槽である。微生物によって浄化された被処理水Ｗは、後記する分離槽４に送出される。反応槽２中の被処理水Ｗには、複合微生物を有する活性汚泥が所定量だけ保持されている。この複合微生物としては、一例として硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群などがある。
【００１５】
反応槽２は、その下部に散気部２１を備えている。散気部２１は、微細な孔が穿たれた散気管であり、活性汚泥に対して高効率的に酸素供給を行うために、気泡径が比較的細かい微細散気を供給可能に構成している。散気部２１は、空気切替器７との間に送風管が接続され、送風機６から空気切替器７を介して空気が供給されて、散気管の孔から微細な気泡を放出する。これにより、反応槽２中の被処理水Ｗは、溶存酸素濃度が高濃度に維持される。反応槽２中では、活性汚泥によって被処理水Ｗ中のアンモニアが分解されて硝酸となる硝化反応が行われている。散気部２１の散気により、反応槽２内の被処理水Ｗに対して高い効率で酸素が供給される。これにより、微生物による汚水の浄化が効率的に行われる。空気切替器７は、送風機６が送風する空気を散気部１２に供給するか、反応槽２の散気部２１に供給するかを切り替えるものである。これにより、散気部１２に間欠的に散気させながら、かつ、送風機６を継続的に送風させることができる。空気切替器７は更に、送風された空気を無駄にすることなく、反応槽２の散気部２１、または、分離槽４の散気部１２のいずれかに送風することができる。
ポンプ３は、反応槽２中の被処理水Ｗを汲み上げて、分離槽４に供給するものである。
【００１６】
分離槽４中には、平膜型膜分離装置１が設けられており、複数の平膜エレメント１１１を備えた膜ユニット１１と、それらの下部に設けられた散気部１２とが設置されている。分離槽４は、ポンプ３によって供給された被処理水Ｗを満たした好気槽であり、所定量の活性汚泥が保持されている。分離槽４は、平膜型膜分離装置１によって汚水（被処理水Ｗ）を濾過し、清浄な処理水を得るものである。
【００１７】
平膜型膜分離装置１は、膜ユニット１１と、散気部１２と、粘度センサ１３と、制御回路１５とを備えている。
膜ユニット１１は周知のものであり、分離槽４に設けられ、被処理水Ｗ中に浸漬されている。膜ユニット１１は、両面に分離膜を張った複数の平膜エレメント１１１を備えている。各平膜エレメント１１１の外部は、被処理水Ｗに接し、その内部は排出管５１を介して処理水吸引ポンプ５と接続されている。処理水吸引ポンプ５で吸引することにより、平膜エレメント１１１の外部と内部との圧力差が発生し、被処理水Ｗから活性汚泥と処理水とを固液分離することができる。固液分離された処理水は、平膜エレメント１１１内部に透過し、処理水吸引ポンプ５を介して系外に排出される。
このとき活性汚泥は、平膜エレメント１１１の分離膜に付着していく。この活性汚泥の厚みが増すほど、単位面積当たりの分離膜の分離効率が低下するため、後記する散気部１２による散気処理により、平膜エレメント１１１の膜面を洗浄して、活性汚泥の付着を防いでいる。
【００１８】
膜ユニット１１の下部には、支持脚１１２およびケーシング１１３が形成されている。支持脚１１２は、膜ユニット１１の底面の四隅に接続し、膜ユニット１１の底面が分離槽４の底面から所定の高さを維持するように支持している。これにより、膜ユニット１１の下側に散気部１２を設けることができると共に、散気によって各平膜エレメント１１１の隙間に液相の上昇流を形成したとき、この上昇流分の液量を膜ユニット１１の外部から流入させることができる。
ケーシング１１３は、支持脚１１２と膜ユニット１１の接続部を囲む筒状に形成している。ケーシング１１３を設けることにより、散気部１２から上昇する気泡が膜ユニット１１の底面から側部へ流出することを防止し、よって気泡が膜ユニット１１の底面に流れ込むようにしている。なお、膜ユニット１１などは周知のものであり、詳細な説明は省略する。
【００１９】
分離槽４には、微細な気泡を放出可能な散気部１２が設置されている。散気部１２は、複数の微細な孔が穿たれた散気管であり、分離槽４を平面視したとき、上方に膜ユニット１１が配置されている箇所に取り付けられている。散気部１２は、送風機６から空気切替器７を介して空気が供給されて、孔の部分から微細な気泡を放出し、エアリフト効果により平膜エレメント１１１間の流路内に気液二相の上昇流を発生させて、膜面に付着する汚泥を洗浄することができる。散気部１２は更に、微細な気泡を放出して、分離槽４中の被処理水Ｗの溶存酸素濃度を高濃度に維持する。これにより、分離槽４の活性汚泥中の複合微生物は、溶存酸素を呼吸し、被処理水Ｗ中に含まれるアンモニアを硝酸性窒素にする好気処理を行うことができる。
【００２０】
粘度センサ１３は、分離槽４中の被処理水Ｗの粘度を計測するセンサであり、後記する制御回路１５に接続されている。
制御回路１５は、制御部１５１と、停止時間／粘度テーブル１５２１を格納した記憶部１５２とを備えている。制御回路１５は、被処理水Ｗの粘度に応じて、空気切替器７を切り替えることにより、散気部１２の散気と停止とを間欠的に繰り返させて、散気に強弱を付けるものである。制御部１５１は、制御回路１５の不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）が、不図示のＲＯＭ（Read Only Memory）からＲＡＭ（Random Access Memory）に制御プログラムを読込み、実行することによって具現化される。
停止時間／粘度テーブル１５２１は、被処理水Ｗの粘度と散気の停止時間との関係を示すテーブルであり、粘度が高いほど散気の停止時間が長くなるように設定されている。制御部１５１は、粘度センサ１３に基づいて被処理水Ｗの粘度を計測したのち、この停止時間／粘度テーブル１５２１を参照することにより、散気運転の停止時間を制御することができる。
【００２１】
図２は、第１の実施形態に於ける平膜型膜分離装置１の外観を示す図である。
平膜型膜分離装置１は、複数の平膜エレメント１１１を備えた膜ユニット１１と、散気部１２とを備えている。なお、膜ユニット１１の下部に形成された支持脚１１２（図１参照）およびケーシング１１３（図１参照）は、図示していない。
膜ユニット１１の複数の平膜エレメント１１１は、所定間隔を空けて並列に直立するように並べられている。各平膜エレメント１１１の両側の側面は、揃えられると共に、不図示の側板が接合されている。これにより、複数の平膜エレメント１１１は、一体化されると共に、側面方向は封止され、上端および下端が開口される。各平膜エレメント１１１間には、複数の隙間が設けられる。
【００２２】
散気部１２は、分離槽４の中かつ複数の平膜エレメント１１１の直下に設けられている。散気部１２の散気により気泡が発生し、平膜エレメント１１１間の複数の隙間には、速度ＵFである被処理水Ｗの上昇流が発生する。
膜感流路断面積Ａは、膜ユニット１１内の上昇流が発生している部位の水平断面積を示している。
分離槽４の中の膜ユニット１１以外の部分には、速度ＳFである被処理水Ｗの下降流が発生する。
【００２３】
図３は、第１の実施形態に於ける平膜エレメント１１１を示す図である。
平膜エレメント１１１の内部は、濾過膜（不図示）を透過した処理水を搬送する水路である。平膜エレメント１１１は、鉛直方向に立設されて水路を搬送された処理水が流入するヘッダ流路１１１５と、鉛直方向に複数配列され水路とヘッダ流路１１１５とを連絡する分岐流路１１１４とが設けられている。
【００２４】
平膜エレメント１１１内には、複数の仕切板１１１３が水平方向に設けられており、水路は仕切板１１１３によって複数の領域１１１２に分割されている。図３に示す例では、水路は鉛直方向に配列した５つの領域１１１２に分割されている。これらの各領域１１１２は、１または複数の分岐流路１１１４を介してヘッダ流路１１１５に連絡されている。ヘッダ流路１１１５は、同一の断面形状を有し、鉛直方向に直線状に延びている。ヘッダ流路１１１５の上端部には集水口１１１６が設けられ、この集水口１１１６には排出管５１が接続されている。集水口１１１６は、ヘッダ流路１１１５内を搬送された処理水を外部に取り出して回収するための開口部である。
【００２５】
平膜エレメント１１１内の各領域１１１２には、スペーサ１１１１が格子状に設置されている。平膜エレメント１１１内にスペーサ１１１１を設置することにより、処理水吸引ポンプ５の吸引による陰圧で濾過膜（不図示）が、この濾過膜を支持する膜支持板（不図示）側に引き付けられて、濾過膜と膜支持板との間の幅が狭くなるのを防止し、濾過効率が低下するのを防いでいる。なお各平膜エレメント１１１１は、この平膜エレメント１１１１を通しての水の通流を許容する。しかし各仕切板１１１３は、この仕切板１１１３を通しての水の通流を許容しない。
【００２６】
図４（ａ），（ｂ）は、静止水中の気泡８ａと液相上昇流中の気泡８ｂとの比較を示す図である。図４（ａ）は、静止水中の気泡８ａを示している。図４（ｂ）は、液相上昇流中の気泡８ｂを示している。
気泡８ａの下部の後流８１ａは、この気泡８ａの上昇に伴う流れの乱れである。気泡８ａは、静止水中の気泡８ａの速度ＶBで上昇している。
気泡８ｂの下部の後流８１ｂは、この気泡８ｂの上昇に伴う流れの乱れである。被処理水Ｗである液相は、上昇速度ＵFで上昇している。気泡８ｂは、上昇速度（ＵF＋ＶR）で上昇している。液相に対して、気泡８ｂは、相対速度ＶRで上昇しており、静止水中の気泡８ａの上昇速度ＶBよりも遅い。これにより、液相上昇流中の後流８１ｂは、静止水水の後流８１ａよりも短くなる。よって、後流８１ｂによる膜面の洗浄効果は、後流８１ａによる膜面の洗浄効果よりも低い。本発明者らは、この点に着目した。
【００２７】
図５（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に於ける平膜型膜分離装置１の間欠運転動作を示す図である。
図５（ａ）は、散気量の時間的変化を示している。図５（ａ）の縦軸は、散気量［Ｌ／ｍｉｎ］を示している。図５（ａ）の横軸は、時間（秒）を示している。
平膜型膜分離装置１の制御回路１５は、散気時間Ｔｂに亘って分離槽４への散気を行ったのち、停止時間Ｔｓに亘って分離槽４への散気を停止して、代わりに反応槽２への散気を行う。これを繰り返すことによって、制御回路１５は、散気部１２の散気と停止とを間欠的に繰り返させて、散気部１２の散気に強弱を付けるように制御する。これにより、膜面を好適に洗浄することができる。更に、分離槽４への散気を停止しているときの送風を、反応槽２への散気に活用することができるので、送風機の６エネルギ効率を高めることができる。
【００２８】
図５（ｂ）は、気泡と液相の上昇速度の時間的変化示している。図５（ｂ）の縦軸は、上昇速度［ｍｍ／ｓｅｃ］を示している。図５（ｂ）の横軸は、図５（ａ）と共通する時間（秒）を示している。
平膜型膜分離装置１が、制御回路１５によって、最初に分離槽４への散気を開始したとき、分離槽４に於ける液相の上昇速度（被処理水Ｗの上昇流速度）は０である。このとき、気泡は、上昇速度ＶBで上昇する。
【００２９】
平膜型膜分離装置１が散気運転を継続すると共に、分離槽４に於ける液相の上昇速度が増大し、それと共に気泡の上昇速度も増大する。しかし、液相に対する気泡の相対上昇速度は次第に減少する。気泡液相間の速度差による膜洗浄の効率も、次第に減少する。
制御回路１５が、空気切替器７を反応槽２側に切り替えて、分離槽４への散気を停止すると共に、液相の上昇速度は次第に減少する。
平膜型膜分離装置１が空気切替器７を分離槽４側に切り替えて、分離槽４への散気を再開したとき、分離槽４に於ける液相の上昇速度は低下しており、液相に対する気泡の相対上昇速度は、再び増大して充分に大きくなる。よって、気泡液相間の速度差による膜洗浄の効率も、再び増大する。
【００３０】
平膜型膜分離装置１は、これらの制御を繰り返すことにより、気泡の上昇速度と被処理水Ｗの上昇流速度との速度差を繰り返し増大させ、よって、分離槽４への連続散気の場合よりも膜面の洗浄効率を増大させることができる。すなわち、第１の実施形態の膜面洗浄方法は、散気部１２の散気を間欠的にして、停止時には液相の上昇流を減速させ、散気時には液相の上昇流を加速することにより、気泡液相間に速度差を発生させ、膜面洗浄に寄与する流れの乱れを促進するものである。
【００３１】
このとき、重要な運転因子となるのは、散気時間Ｔｂと停止時間Ｔｓの設定である。散気時間Ｔｂが短かすぎると、液相の上昇流が充分に発生せず、充分な洗浄効果が得られない虞がある。また、停止時間Ｔｓが長すぎても、液相の上昇流が減速しすぎて、充分な洗浄効果が得られない虞がある。散気時間Ｔｂと停止時間Ｔｓとを最適に設定することにより、膜洗浄効果を最適化して膜濾過運転を安定化し、かつ、散気量を削減して省エネ効果を得ることができる。
【００３２】
図６（ａ），（ｂ）は、散気制御による膜間差圧上昇の比較を示すグラフである。
ここでは、散気時間Ｔｂと停止時間Ｔｓとを変化させた４パターンについて計測している。第１の運転パターンは、連続運転であり、散気時間Ｔｂを無限大かつ停止時間Ｔｓを０に設定している。第２の運転パターンは、散気時間Ｔｂが１０秒、停止時間Ｔｓが５秒の間欠運転である。第３の運転パターンは、散気時間Ｔｂが５秒、停止時間Ｔｓが５秒の間欠運転である。第４の運転パターンは、散気時間Ｔｂが２秒、停止時間Ｔｓが５秒の間欠運転である。
これらの運転パターンに於ける膜間差圧上昇の測定にあたり、１枚あたり有効濾過面積１．４平方メートルの複数の平膜エレメント１１１を分離槽４内に浸漬させて設置し、評価期間中の分離槽４内の汚泥濃度が所定値前後になるように調整している。
なお、第４の運転パターン（散気時間Ｔｂが２秒、停止時間Ｔｓが５秒の間欠運転）のとき、極めて膜間差圧上昇が大きいため、図６（ｂ）の第３の運転パターンと比較する別グラフを示している。
【００３３】
図６（ａ）は、各運転動作に於ける膜間差圧上昇値の時間変化を示すグラフである。図６（ａ）の縦軸は、膜間差圧上昇値（ｋＰａ）を示し、図６（ａ）の横軸は、運転の経過時間を日数で示している。
黒い菱形のマーカは、連続運転の場合の膜間差圧上昇の時間変化を示している。
白い菱形のマーカは、１０秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転の場合の膜間差圧上昇の時間変化を示している。黒い三角形のマーカは、５秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転の場合の膜間差圧上昇の時間変化を示している。
【００３４】
図６（ａ）により、連続運転の場合よりも、１０秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転と５秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転のいずれも膜間差圧上昇値が小さいままであり、よって膜面の洗浄効果が増大していることがわかる。連続散気に対して、１０秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転の時間あたりの散気量は３分の２であり、５秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転の時間あたりの散気量は２分の１である。これにより、散気量を減少させることができるので、送風機６に使用するエネルギ量を削減可能である。
【００３５】
図６（ｂ）は、各運転動作に於ける膜間差圧上昇値の時間変化を示すグラフである。図６（ｂ）の縦軸は、膜間差圧上昇値（ｋＰａ）を示し、図６（ｂ）の横軸は、運転の経過時間を時間（ｈ）で示している。
黒い三角形のマーカは、５秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転の場合の膜間差圧上昇の時間変化を示している。白い三角形のマーカは、２秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転の場合の膜間差圧上昇の時間変化を示している。
【００３６】
図６（ｂ）により、５秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転では、膜間差圧上昇値が所定値に保たれており、膜面の洗浄効果が高いことがわかる。それに対して、２秒散気／５秒停止を繰り返す間欠運転では、膜間差圧上昇値が急激に上昇しており、膜面の洗浄効果が低いことがわかる。
これにより、散気時間Ｔｂは５秒以上が好ましいことがわかる。散気時間Ｔｂが短すぎると、液相の上昇流速度が低下することにより、洗浄性能が低下するものと思われる。この液相上昇流速度については、数値解析により算出できる。
【００３７】
図７（ａ）〜（ｃ）は、連続散気を示すグラフである。図７（ａ）は、被処理水Ｗの粘度が１ｍＰａ・ｓの場合である。図７（ｂ）は、被処理水Ｗの粘度が５ｍＰａ・ｓの場合である。図７（ｃ）は、被処理水Ｗの粘度が２０ｍＰａ・ｓの場合である。図７の縦軸はすべて上昇流速度を示し、横軸は時間（秒）を示している。
図７の各グラフより、被処理水Ｗの粘度が増大すると共に、定常状態に於ける液相の上昇速度が減少することがわかる。
【００３８】
図８（ａ）〜（ｃ）は、９秒散気以降停止を示すグラフである。ここで「９秒散気以降停止」とは、９秒間の散気を行ったのちに、散気を停止することをいう。図８（ａ）は、被処理水Ｗの粘度が１ｍＰａ・ｓの場合である。図８（ｂ）は、被処理水Ｗの粘度が５ｍＰａ・ｓの場合である。図８（ｃ）は、被処理水Ｗの粘度が２０ｍＰａ・ｓの場合である。図８の縦軸はすべて上昇流速度を示し、横軸は時間（秒）を示している。
図８の各グラフより、各粘度の場合の、散気停止後の液相の上昇流が停止するまでの時間を知ることができる。図８（ａ）より、被処理水Ｗの粘度が１ｍＰａ・ｓの場合には、散気を停止したのち７秒で液相の上昇流が停止する。図８（ｂ）より、被処理水Ｗの粘度が５ｍＰａ・ｓの場合には、散気を停止したのち８秒で液相の上昇流が停止する。図８（ｃ）より、被処理水Ｗの粘度が２０ｍＰａ・ｓの場合には、散気を停止したのち１５秒で液相の上昇流が停止する。すなわち、粘度が高いほど、流速が上がりにくく、かつ、流速が下がりにくいことがわかる。
【００３９】
図９（ａ）〜（ｃ）は、９秒散気３秒停止、以降連続散気を示すグラフである。図９（ａ）は、被処理水Ｗの粘度が１ｍＰａ・ｓの場合である。図９（ｂ）は、被処理水Ｗの粘度が５ｍＰａ・ｓの場合である。図９（ｃ）は、被処理水Ｗの粘度が２０ｍＰａ・ｓの場合である。図９の縦軸は、すべて上昇流速度を示し、横軸は時間（秒）を示している。
【００４０】
図９の各グラフより、各粘度の場合の、散気を３秒停止した後に散気を再開したときの液相の上昇流速度を知ることができる。いずれの粘度に於いても、液相の上昇流速度は充分に低下しておらず、散気再開時には気泡液相間の速度差が無く、よって、膜面を充分に洗浄することはできない。
なお、図９（ａ），（ｂ）のグラフでは、最初の９秒散気したときの上昇流速度が最も大きく、散気を３秒停止したのちに連続散気を再開したときの上昇流速度は、それよりも遅くなっている。これは、被処理水Ｗの粘度が低い場合、散気によって上昇流速度は不足制動して、オーバーシュートするためである。このオーバーシュートは時間と共に収束するため、連続散気を再開したときの上昇流速度は、最初の上昇流速度よりも遅くなる。
【００４１】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、９秒散気６秒停止、以降連続散気を示すグラフである。図１０（ａ）は、被処理水Ｗの粘度が１ｍＰａ・ｓの場合である。図１０（ｂ）は、被処理水Ｗの粘度が５ｍＰａ・ｓの場合である。図１０（ｃ）は、被処理水Ｗの粘度が２０ｍＰａ・ｓの場合である。図１０の縦軸はすべて上昇流速度を示し、横軸は時間（秒）を示している。
【００４２】
図１０の各グラフより、各粘度の場合の、散気を６秒停止した後に散気を再開したとき液相の上昇流速度を知ることができる。いずれの粘度に於いても、液相の上昇流速度は充分に低下しており、散気再開時には気泡液相間の速度差が発生する。よって、膜面を充分に洗浄することができる。
【００４３】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、９秒散気９秒停止、以降連続散気を示すグラフである。図１１（ａ）は、被処理水Ｗの粘度が１ｍＰａ・ｓの場合である。図１１（ｂ）は、被処理水Ｗの粘度が５ｍＰａ・ｓの場合である。図１１（ｃ）は、被処理水Ｗの粘度が２０ｍＰａ・ｓの場合である。図１１の縦軸はすべて上昇流速度を示し、横軸は時間（秒）を示している。
【００４４】
図１１の各グラフより、各粘度の場合の、散気を９秒停止した後に散気を再開したとき液相の上昇流速度を知ることができる。いずれの粘度に於いても、液相の上昇流速度は充分に低下しており、散気再開時には気泡液相間の速度差が発生する。しかし、散気を９秒も停止しているため、液相の上昇流が停止している期間が発生している。この期間には膜面の洗浄が行われず、よって活性汚泥などが膜面に付着する虞がある。
【００４５】
図６〜図１１の各グラフに示すようなデータを測定して、散気時間Ｔｂと停止時間Ｔｓとを検討することにより、最適な設定を知ることができる。
【００４６】
図１２は、第１の実施形態に於ける散気処理を示すフローチャートである。
制御回路１５の制御部１５１は、この平膜型膜分離装置１が運転を開始すると共に、以下の散気処理を開始する。
ステップＳ１０に於いて、制御部１５１は、空気切替器７を分離槽４への散気に切り替える。
ステップＳ１１に於いて、制御部１５１は、散気時間Ｔｂだけ待つ。この散気時間Ｔｂは、予め設定され、記憶部１５２などに格納されている。
ステップＳ１２に於いて、制御部１５１は、空気切替器７を反応槽２への散気に切り替える。
【００４７】
ステップＳ１３に於いて、制御部１５１は、粘度センサ１３により、汚水の粘度を測定する。
ステップＳ１４に於いて、制御部１５１は、停止時間／粘度テーブル１５２１に基づき、測定した汚水の粘度から停止時間Ｔｓを取得する。
ステップＳ１５に於いて、制御部１５１は、停止時間Ｔｓだけ待ち、ステップＳ１０の処理に戻り、更に各処理を繰り返す。この停止時間Ｔｓは、予め設定され、記憶部１５２などに格納されている。
これにより、制御部１５１は、散気部１２に散気と停止とを間欠的に繰り返させることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図１３は、第２の実施形態に於ける水処理システム９Ａおよび平膜型膜分離装置１ａ，１ｂを示す概略の構成図である。第１実施形態の水処理システム９と同一の要素には同一の符号を付与している。なお、水処理システム９Ａは、第１実施形態と同様な反応槽（不図示）を備えている。
第２の実施形態の水処理システム９Ａは、第１の実施形態の分離槽４と同様な第１分離槽４ａに加えて、同様に構成されている第２分離槽４ｂを備えている。
ポンプ３ａは、反応槽（不図示）の被処理水Ｗを、第１分離槽４ａに供給するものである。ポンプ３ｂは、反応槽（不図示）の被処理水Ｗを、第２分離槽４ｂに供給するものである。
【００４９】
平膜型膜分離装置１ａは、膜ユニット１１ａと、散気部１２ａと、流速センサ１４ａとを備えている。平膜型膜分離装置１ｂは、膜ユニット１１ｂと、散気部１２ｂと、流速センサ１４ｂとを備えている。平膜型膜分離装置１ａ，１ｂは、共通する制御回路１５Ａを備えている。平膜型膜分離装置１ａは、第１分離槽４ａに設置されている。平膜型膜分離装置１ｂは、第２分離槽４ｂとに設置されている。第２の実施形態の第１分離槽４ａには、第１の実施形態の膜ユニット１１および散気部１２と同様な、膜ユニット１１ａおよび散気部１２ａが設置され、流速センサ１４ａで液相の下降流速度を計測するように構成されている。第２の実施形態の第２分離槽４ｂにも、同様な膜ユニット１１ｂおよび散気部１２ｂが設置され、流速センサ１４ｂで液相の下降流速度を計測するように構成されている。
【００５０】
第２の実施形態の制御回路１５Ａは、第１の実施形態とは異なり、停止時間／粘度テーブル１５２１を備えていない。これにより、膜ユニット１１ａ，１１ｂや散気部１２ａ，１２ｂに応じて、停止時間／粘度テーブル１５２１を再設定することが不要となり、よって、新たな分離槽４に対応させる工数を削減することができる。
空気切替器７は、第１の実施形態とは異なり、散気部１２ａと散気部１２ｂとを切り替えて送風するように配管されている。これにより、散気部１２に間欠的に散気するときに、送風機６を継続的に送風させることができる。空気切替器７は更に、送風された空気を無駄にすることなく、第１分離槽４ａの散気部１２ａ、または、第２分離槽４ｂの散気部１２ｂのいずれかに送風することができる。
【００５１】
図１４は、散気停止後の液相流速の減速傾向を示す図である。図１４の縦軸は流速を示し、横軸は時間経過を示している。破線は、平膜エレメント１１１間の上昇流速度ＵFを示しており、実線は膜ユニット１１外の下降流速度ＳFを示している。ここでは、時間ｔ＜０のときに連続的に散気しており、時間ｔが０のときに散気を停止し、以降は継続して散気を停止するものとする。時間ｔ１は、上昇流速度ＵFが、静止水中の気泡の上昇速度ＶBと等しくなる時間である。時間ｔ２は、下降流速度ＳFが、静止水中の気泡の上昇速度ＶBと等しくなる時間である。
【００５２】
（分離槽に於ける上昇流と下降流の関係について）
例えば、散気部１２ａが散気を停止すると、第１分離槽４ａの平膜エレメント１１１間の上昇流速度ＵFは、緩やかに減速する。ここで、膜面の洗浄効率を落とさないために、制御部１５１は、上昇流速度ＵFが、静止水中の気泡の上昇速度ＶBよりも常に速くなるように制御することが好ましい。つまり、上昇流速度ＵFが、静止水中の気泡の上昇速度ＶBよりも遅いことを検知したならば、再び散気部１２ａから散気させるように制御すればよい。しかし、上昇流速度ＵFを直接に測定することは困難である。平膜エレメント１１１間は、液相と気相とが混合しているためである。
【００５３】
図１４に示すように、時間の経過につれて上昇流速度ＵFと下降流速度ＳFとは充分に近くなるため、時間ｔ２と時間ｔ１とは、殆ど差が無いものと考えてもよい。
液相の下降流速度ＳFは、分離槽４内の膜ユニット１１外に流速センサ１４ａ，１４ｂを設けて測定することにより、容易かつ正確に測定可能である。よって、下降流速度ＳFが、静止水中の気泡の上昇速度ＶBよりも遅いことを検知したならば、再び散気部１２ａから散気させるように制御すればよい。
【００５４】
（気泡上昇速度の定常解について）
気泡径ＤBが既知であるならば、以下の式（１）により、気泡の上昇速度の定常解を求めることができる。
【数１】
2014231033.tif 000003
【００５５】
液体抗力の項は、以下の式（２）で求められる。
【数２】
2014231033.tif 000004
【００５６】
重力の項は、以下の式（３）で求められる。
【数３】
2014231033.tif 000005
【００５７】
抗力係数は、以下の式（４）で求められる。
【数４】
2014231033.tif 000006
【００５８】
レイノルズ数は、以下の式（５）で求められる。
【数５】
2014231033.tif 000007
【００５９】
図１５は、第２の実施形態に於ける散気処理を示すフローチャートである。
制御回路１５Ａの制御部１５１は、この平膜型膜分離装置１ａ，１ｂが運転を開始すると共に、以下の散気処理を開始する。
ステップＳ２０に於いて、制御部１５１は、空気切替器７を第１分離槽４ａへの散気に切り替える。
ステップＳ２１に於いて、制御部１５１は、散気時間Ｔｂだけ待つ。ここで散気時間Ｔｂは、第１分離槽４ａの上昇流速度ＵFが充分に大きくなるように設定すればよい。
ステップＳ２２に於いて、制御部１５１は、流速センサ１４ｂにより、第２分離槽４ｂの下降流速度ＳFを検知する。
【００６０】
ステップＳ２３に於いて、制御部１５１は、第２分離槽４ｂの下降流速度ＳFが、速度ＶB以下であるか否かを判断する。制御部１５１は、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ２２の処理に戻り、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２４の処理を行う。
ステップＳ２４に於いて、制御部１５１は、空気切替器７を第２分離槽４ｂへの散気に切り替える。これにより制御部１５１は、第２分離槽４ｂの被処理水Ｗの下降流速度ＳFが所定値以下になったならば、再び散気を強めるように制御することができる。
ステップＳ２５に於いて、制御部１５１は、散気時間Ｔｂだけ待つ。ここで散気時間Ｔｂは、第２分離槽４ｂの上昇流速度ＵFが充分に大きくなるように設定すればよい。
ステップＳ２６に於いて、制御部１５１は、流速センサ１４ａにより、第１分離槽４ａの下降流速度ＳFを検知する。
【００６１】
ステップＳ２７に於いて、制御部１５１は、第１分離槽４ａの下降流速度ＳFが、所定速度ＶB以下であるか否かを判断する。制御部１５１は、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ２６の処理に戻り、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０の処理に戻り、次の間欠動作を繰り返す。これにより制御部１５１は、第１分離槽４ｂの被処理水Ｗの下降流速度ＳFが所定値以下になったならば、再び散気を強めるように制御することができる。
【００６２】
図１４で示すように、下降流速度ＳFと上昇流速度ＵFとは、時間が経過するにつれて差がなくなってくるので、制御部１５１は、被処理水Ｗの上昇流速度ＵFが所定値以下になったならば、再び散気を強めるように制御することができる。
このように制御することで、制御部１５１は、散気部１２の間欠運転を行う際に好適な膜面の洗浄効率を得ることができる。よって、散気時間Ｔｂと停止時間Ｔｓの組合せに於ける膜面の洗浄効率の評価を省略可能である。
更に第１分離槽４ａへの散気を停止しているときの送風を、第２分離槽４ｂへの散気に活用することができ、その逆も可能なので、送風機６のエネルギ効率を高めることができる。
【００６３】
（変形例）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【００６４】
上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記録媒体に置くことができる。
【００６５】
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）〜（ｄ）のようなものがある。
【００６６】
（ａ）  第１、第２の実施形態では、空気切替器７によって散気部１２の間欠運転を行っている。しかし、これに限られず、平膜型膜分離装置１，１ａ，１ｂは、送風機６に間欠運転を行わせることにより、散気部１２の間欠運転を行ってもよい。これにより、空気切替器７が不要となる。
【００６７】
（ｂ）  平膜型膜分離装置１，１ａ，１ｂは、送風機６の後段に空気タンクを設けて、この空気タンクに空気を圧縮して貯蔵し、貯蔵した空気を空気切替器７によって間欠的に散気部１２に導き、散気部１２の間欠運転を行ってもよい。これにより、他の槽へ空気を送風する配管を省略すると共に、送風機６を連続運転して、送風効率とエネルギ効率とを高めることができる。
【００６８】
（ｃ）  第１、第２の実施形態では、散気部１２の間欠運転により、散気に強弱を付けている。しかし、これに限られず、平膜型膜分離装置１，１ａ，１ｂは、次第に散気量を減少させたのちに散気量を増大させるなどの方法で散気に強弱を付けてもよく、間欠運転に限定されない。
【００６９】
（ｄ）  第２実施形態の平膜型膜分離装置１ａ，１ｂでは、下降流の速度ＳFが、静止水中の気泡の上昇速度ＶBよりも小さくなったときに、再び散気を行っている。しかし、これに限られず、再び散気を行う条件は、下降流の速度ＳFが、任意の上昇速度よりも小さくなったときであってもよい。この任意の上昇速度は、膜面の洗浄に好適であるか否かによって設定することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１，１ａ，１ｂ  平膜型膜分離装置
１１，１１ａ，１１ｂ  膜ユニット
１１１  平膜エレメント
１１１１  スペーサ
１１１２  領域
１１１３  仕切板
１１１４  分岐流路
１１１５  ヘッダ流路
１１１６  集水口
１１２  支持脚
１１３  ケーシング
１２，１２ａ，１２ｂ  散気部
１３  粘度センサ
１４ａ，１４ｂ  流速センサ
１５，１５Ａ  制御回路
１５１  制御部
１５２  記憶部
１５２１  停止時間／粘度テーブル
２  反応槽
２１  散気部
３，３ａ，３ｂ  ポンプ
４  分離槽
４ａ  第１分離槽
４ｂ  第２分離槽
５  処理水吸引ポンプ
５１  排出管
６  送風機
７  空気切替器
８ａ，８ｂ  気泡
８１ａ，８１ｂ  後流
９，９Ａ  水処理システム
【図１】
2014231033.tif 000008
【図３】
2014231033.tif 000009
【図４】
2014231033.tif 000010
【図５】
2014231033.tif 000011
【図７】
2014231033.tif 000012
【図８】
2014231033.tif 000013
【図９】
2014231033.tif 000014
【図１０】
2014231033.tif 000015
【図１１】
2014231033.tif 000016
【図１２】
2014231033.tif 000017
【図１３】
2014231033.tif 000018
【図１４】
2014231033.tif 000019
【図１５】
2014231033.tif 000020
【図２】
2014231033.tif 000021
【図６】
2014231033.tif 000022