(57)【要約】  いくつかの繰返し運転サイクルを有する膜ろ過システムを運転する方法であって、特定の運転サイクルに関連する、システムの1つまたは複数の運転パラメータの値を、前記運転サイクルの1回または複数の繰返し間および/または繰返し中に変更するステップを含む方法。本方法に従って運転する膜ろ過システムも開示されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の繰返し運転サイクルを有する膜ろ過システムを運転する方法であって、特定の運転サイクルに関連した、システムの1つ以上の運転パラメータの値を、前記運転サイクルの1回以上の繰返し間に変更するステップを含んだ方法。
【請求項２】
複数の繰返し運転サイクルを有する膜ろ過システムを運転する方法であって、特定の運転サイクルに関連した、システムの1つ以上の運転パラメータの値を、前記運転サイクルの1回以上の繰返し中に変更するステップを含んだ方法。
【請求項３】
膜に対する負荷に従ってパラメータを調整するステップを含んだ請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記運転サイクルの持続時間を変更するステップを含んだ請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項５】
1つ以上の運転パラメータに対して一定値を使用する代わりに、前記パラメータの値を変更するステップを含んだ請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項６】
前記パラメータが、運転流束、膜貫通圧力、および膜洗浄空気流量の1つ以上を含んだ請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記変更が、前記運転パラメータの前記値および/または前記運転サイクルの前記持続時間を2つ以上の所定の値または持続時間の間で交番させるステップを含んだ請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項８】
前記膜ろ過システムが、別個の運転サイクルを有する少なくとも2つの膜または膜のグループを含み、前記変更が前記膜または膜のグループ間で交番される請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項９】
前記サイクル持続時間が一運転パラメータ値に基づいて変更される請求項1または請求項2に記載の方法。
【請求項１０】
前記運転パラメータが膜貫通圧力(TMP)である請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
前記運転パラメータが運転流束である請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
特定の運転サイクルの持続時間を、前記運転サイクルの1回以上の繰返し間に変更するステップを含んだ、いくつかの繰返し運転サイクルを有する膜ろ過システムを運転する方法。
【請求項１３】
請求項1、請求項2または請求項12に記載の方法に従って運転される膜ろ過システム。
【請求項１４】
特定の運転サイクルに関連する、システムの1つまたは複数の運転パラメータの値を、前記運転サイクルの1回または複数の繰返し間に変更するための制御手段を含んだいくつかの繰返し運転サイクルで運転する膜ろ過システム。
【請求項１５】
特定の運転サイクルに関連する、システムの1つまたは複数の運転パラメータの値を、前記運転サイクルの1回または複数の繰返し中に変更するための制御手段を含んだいくつかの繰返し運転サイクルで運転する膜ろ過システム。
【請求項１６】
特定の運転サイクルの持続時間を、前記運転サイクルの1回または複数の繰返し間に変更するための制御手段を含んだいくつかの繰返し運転サイクルで運転する膜ろ過システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜ろ過システムにおける膜の清掃に関し、より具体的にはこのようなシステムで所要エネルギーを削減するための運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転エネルギーおよび膜の汚染を少なくすることは、膜システムの供給者にとって継続的な仕事となっている。一般的に、膜の汚染は膜を清掃するためのエネルギー入力を減少させると速くなる傾向にある。膜の汚染に著しい影響を与えることなく所要エネルギーを削減するために様々な方法が提案されている。特許文献１および特許文献２が、連続的な空気の注入に代わり膜の間歇的な空気洗浄を提案している。特許文献３および特許文献４では、膜の洗浄時に空気の消費を削減するための特定周期の通気システムが提案されている。従来技術で説明されている周期的な通気システムは、高速応答バルブが高頻度で開閉することを必要とし、したがってバルブの磨耗が著しい。
【特許文献１】米国特許第6,555,005号明細書
【特許文献２】米国特許第6,524,481号明細書
【特許文献３】米国特許第6,245,239号明細書
【特許文献４】米国特許第6,550,747号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上記の問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様によれば、本発明は、いくつかの繰返し運転サイクルを有する膜ろ過システムを運転する方法を提供し、その方法は、特定の運転サイクルに関するシステムの1つまたは複数の運転パラメータの値を、前記運転サイクルの1回または複数の繰返し間および/または繰返し中に変更するステップを含む。
【０００５】
本方法は、膜に対する負荷に従ってろ過サイクル時間および/またはその他のパラメータを調整するステップを含むこともある。
【０００６】
本方法は運転サイクルの持続時間を変更するステップを含むことが好ましい。本発明は、好ましくは1つまたは複数の運転パラメータに対して一定値を使用する代わりにそれらを変更するステップを含むことができる。そのようなパラメータは、運転流束、膜貫通圧力、膜洗浄空気流量を含むことができるがそれらに限定されるものではない。
【０００７】
変更は、好ましくは運転パラメータの値および/または運転サイクルの持続時間を2つ以上の所定の値または持続時間の間で交番するステップを含む。好ましい一形態では、膜ろ過システムは、別個の運転サイクルを有する少なくとも2つの膜または膜のグループを含み、その変更は、前記膜または膜のグループ間で交番される。好ましくは前記サイクル持続時間は、運転パラメータの値、例えば膜貫通圧力(TMP)または運転流束に基づいて変更されることもある。或いは、前記サイクル持続時間は、性能に関するパラメータの変化、例えばTMPの増加または浸透性/抵抗の変化によって変更されることもある。
【０００８】
他の態様によれば、本発明は、いくつかの繰返し運転サイクルを有する膜ろ過システムの運転方法を提供し、その方法は、特定の運転サイクルの持続時間を、前記運転サイクルの1回または複数の繰返し間に変更するステップを含む。
【０００９】
さらなる態様によれば、本発明は、本発明の方法によって動作するようになされた装置または膜ろ過システムも含む。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して例のみとしてここに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
［ろ過サイクルで運転パラメータを交番させる］
膜ろ過システムにおけるろ過サイクルは、一般的にろ過段階と、逆洗および/または弛緩段階とを含む。本発明の一実施形態の方法は、運転パラメータの値をろ過サイクル間で交番させる。膜を掃除するのにガス洗浄または通気を使用するシステムに対しては、運転パラメータに洗浄ガス流量、ろ過流量などを含めることができる。洗浄ガスに対しては、繰返しサイクルの1つのサイクルでは通常のガス流量が使用され、次のサイクルではより低いまたはより高いガス流量が使用される。このような運転方法は、なんら特別なバルブを必要とせず、膜の汚染にほとんど影響を与えず、膜によるろ過液の正味生産量に影響を与えない。
【００１２】
膜ろ過システムにおける一般的なろ過サイクルは、飲用水についても排水の処理についても2〜60分の範囲であり、より一般的には3〜45分の範囲である。洗浄ガス流量は2つのガス流量間で交番する。使用される低い方のガス流量は膜の特性および洗浄の持続時間に関係している。一般的なろ過サイクルに対しては、低い方のガス流量は、通常値の100%より低い任意の流量としてよいが、ろ過サイクル間での交番を達成しかつ膜の汚染に著しい影響を与えないために少なくとも通常流量の20%であることが好ましい。
【００１３】
このような交番する方法は、システムのその他の運転パラメータ、例えばろ過流量に適用することもできる。ろ過流束は、繰返しサイクルにおいて2つの異なる速度、つまり1つのサイクルでは通常流束で他方のサイクルではより高い流束で運転されてよい。
【００１４】
この実施形態を実際に適用する場合、運転パラメータをこのように2つのサイクル間で交番させることを、2つの膜モジュール、2つの膜ラックまたは2つの膜セルに適用することができる。例えば、繰返しサイクルにおいて1つの膜セルを通常の洗浄ガス流量で運転し、他方をより低い洗浄ガス流で運転できる。したがって、ガス洗浄のための正味の所要ガスが削減される。
【００１５】
［洗浄ガス流量を交番させる］
本発明の他の実施形態によれば、本運転方法は、ろ過サイクルに依存せずにガス洗浄の交番周期を柔軟に変化させる。通常ガス流持続時間と、より低いガス流持続時間とを選択することが簡単である。より低いガス流の持続時間は通常ガス流の0.5〜5倍であることが好ましい。
【００１６】
図1は本実施形態の方法による空気流のパターンを図示している。より低いガス流量は通常値の100%より低い任意の量にすることができるが、著しい膜の汚染を避けるために通常値の少なくとも10%であることが好ましい。
【００１７】
膜モジュールのネットワークではこの交番する方法は、モジュールのセットの1つが通常のガス流を受け、モジュールの他のセットがより低いガス流を受けるように、対応するモジュールのセット間で入れ替えることができる。例えば、より低いガス流の持続時間を通常ガス流のそれの2倍にできる。次いでガスの交番は、1セットが通常のガス流を受け、他の2セットがより低いガス流を受ける3セットのモジュールに適用できる。
【００１８】
［膜に対する実際の負荷によってろ過サイクル時間を調整する］
上記で使用されるガス節約方法の望ましくない副作用の1つは、排水処理で発生するピーク流束で運転する間の膜の汚染の増加である。膜は応力を受ける条件下にあり、より低いガス流での洗浄によって達成される低減されたエネルギー入力が状況を悪化させる可能性がある。この問題を克服するために、ろ過サイクルの持続時間を削減させることによって運転方法を変更する。
【００１９】
これは、逆洗または弛緩が膜抵抗の上昇に依存し、固定したろ過時間には依存しないという原則に基づいている。膜運転流束が2倍になると抵抗上昇率は2倍以上になる。ろ過時間が通常流束で使用される値と同じに固定される場合、高い方の流束による運転で抵抗の上昇が著しくなり、逆洗または弛緩を通して膜の性能を回復することが難しくなり膜抵抗が引き続き上昇する。しかし、ろ過時間が縮小される場合、膜抵抗の上昇は少なくなり膜性能の回復はより容易になる。
【００２０】
膜抵抗の上昇は逆洗または弛緩サイクルの要件を決めるための好ましい指標である。膜貫通圧力(TMP)の増加または浸透性の減少など他のパラメータもまた、逆洗/弛緩サイクルに対する必要性を決めるための指標として使用できる。例えば、通常流束でのろ過時間が12分である場合、通常の2倍の流束ではろ過時間を6分以下に削減することができる。
【００２１】
［実施例１］
本実施例は膜の汚染への交番ガス流の効果をはっきりと示している。本実施例は公共排水処理のために膜バイオリアクタシステム構成を使用している。膜タンク内に膜バイオリアクタモジュールが設置された。好気槽からの混合液は、ろ過液の流量の5倍の流量(5Q)で膜タンクに供給され余剰混合液は循環して好気槽に戻された。膜タンク内のMLSS濃度は10から12g/Lであった。膜ろ過は、ろ過および弛緩モードで実行され、システムの運転中、液体逆洗は使用されなかった。下記運転状態が適用された、すなわち
1.標準運転状態:9m3/hrでの連続ガス(本実施例では空気)洗浄を伴う12分間のろ過および1分間の弛緩。
2.ろ過サイクルにおいて空気流量を9m3/hrと5m3/hrで交番させる、つまり空気9m3/hrで13分間、空気5m3/hrで13分間である。図2はこのような交番パターンおよびこの空気流量に伴う膜の浸透性の変化を示している。
【００２２】
図2は、より低い洗浄ガス流量で膜が急速に汚染し膜の浸透性が鋭く降下したことを示している。しかし、ガス流量が増大されると浸透性は大きく回復された。拡張テストが実施され、図3で一定空気流と比較された。30L/m2/hrの通常運転流束で膜が汚染する割合は、9m3/hrと5m3/hrとの交番ガス流運転のもとではほとんど変化しなかった。
【００２３】
本実施例は、膜の汚染に影響を与えることなく膜洗浄ガスが交番する流量で供給されうることをはっきりと示している。この実施例では、膜を効率的に洗浄するのに必要な正味のガス供給量が22%削減された。
【００２４】
［実施例２］
本実施例は最大流束運転に対処するのに運転方法をどのように変えるのかはっきり示している。膜ろ過システムの構成は実施例1の場合と同じであった。
【００２５】
本実施例では運転流束が30L/m2/hr〜45L/m2/hrへ50%増加された。このような高負荷条件下では、運転膜貫通圧力(TMP)は、ろ過期間中にずっと速く増加する。この状況は、空気流量が少なくなるほど強調される。図4は異なる運転方法の下での試験結果を示している。膜貫通圧力(TMP)は、9m3/hrでの洗浄空気の供給を伴う12分のろ過サイクルの期間に約1kPa増加したが、空気流量が5m3/hrに削減されると3kPaを超える値だけ増加した。膜貫通圧力(TMP)の速い上昇は膜の急速な汚染を表わす。膜の汚染は、弛緩による回復がより困難になる傾向にありTMPの漸進的で着実な増加につながる。ろ過時間が6分に短縮され、弛緩も30秒に縮小される場合、低い空気流量でTMPは、約1kPaだけ上昇し、弛緩による回復を容易にする。図4は、交番する空気の方法が最大流束でろ過サイクルを短縮することによって効果的に適用されることを示している。
【００２６】
本発明のさらなる実施形態および事例が、記載されている本発明の精神および範囲を逸脱することなく可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】交番する空気洗浄流量を図示するグラフである。
【図２】膜の浸透性に対する交番するガス洗浄流量の効果を図示するグラフである。
【図３】膜の浸透性に対する一定のガス洗浄流量と交番するガス洗浄流量の効果の比較を図示するグラフである。
【図４】異なる運転状態の下における膜のろ過性能(TMP)の比較を図示するグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【国際調査報告】
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