(57)【要約】【課題】  従来に比べて長期間にわたって膜差圧の上昇を抑制することができ、ひいては膜寿命の延命化を図ることができる膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を提供すること。【解決手段】  生物反応槽に浸漬して槽内の活性汚泥混合液をろ過する膜モジュールを備えた膜分離装置の運転方法であって、膜モジュールによるろ過と該膜モジュールの洗浄とを交互に繰り返し行うに際し、目標透過流束の５０％以下の値に設定された透過流束でろ過を開始し、ろ過開始から所定時間内に透過流束を前記目標透過流束まで段階的に又は連続的に増加させ、しかる後、次の洗浄まで前記目標透過流束を保持してろ過を行うことを特徴とする浸漬型膜分離装置の運転方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物反応槽に浸漬して槽内の活性汚泥混合液をろ過する膜モジュールを備えた膜分離装置の運転方法であって、膜モジュールによるろ過と該膜モジュールの洗浄とを交互に繰り返し行うに際し、目標透過流束の５０％以下の値に設定された透過流束でろ過を開始し、ろ過開始から所定時間内に透過流束を前記目標透過流束まで段階的又は連続的に増加させ、しかる後、次の洗浄まで前記目標透過流束を保持してろ過を行うことを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項２】
前記ろ過開始時の透過流束は、前記目標透過流束の４０％以下の値であることを特徴とする請求項１記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項３】
前記ろ過開始から２４時間以内に透過流束を目標透過流束まで少なくとも３段階で増加させることを特徴とする請求項１又は２記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項４】
生物反応槽に浸漬された膜モジュールと、前記膜モジュールの二次側に連通する処理水導出管の途中に介装された吸引ポンプと、前記処理水導出管における前記吸引ポンプの下流側に設けられた処理水流量検知器と、設定処理水量として、前記膜モジュールによるろ過開始時には目標処理水量の５０％以下の値とし、ろ過開始から所定時間内に前記目標処理水量まで段階的又は連続的に増加させた値とし、しかる後、次の洗浄までは前記目標処理水量の値とし、前記処理水流量検知器で測定した前記吸引ポンプから吐出される処理水量が前記設定処理水量になるように前記吸引ポンプを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする膜分離装置。
【請求項５】
前記設定処理水量として、前記膜モジュールによるろ過開始時には目標処理水量の５０％以下の値とし、ろ過開始から２４時間以内に前記目標処理水量まで少なくとも３段階で増加させる値とし、しかる後、次の洗浄までは前記目標処理水量の値とすることを特徴とする請求項４記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物反応槽に浸漬して槽内の活性汚泥混合液をろ過する膜モジュールを備えた膜分離装置の運転方法及び膜分離装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膜分離活性汚泥法は、都市下水，産業排水などの汚水の処理方法であって、曝気槽に膜モジュールを浸漬し、吸引ポンプによりろ過膜の内側を吸引して減圧し、膜ろ過により活性汚泥混合液（汚水と活性汚泥との混合液）の固液分離を行って膜モジュールの二次側より清澄な処理水（透過水）を得るようにしたものである。
【０００３】
この膜分離活性汚泥法では、膜ろ過により処理水を得るため、膜モジュールを備えた膜分離装置の運転にともなう膜の目詰まり（ファウリング）が避けられないのが現状である。活性汚泥混合液のろ過に際し、膜モジュールの下方に配置した散気装置からの曝気による上昇流で絶えず膜面を洗浄するようにしているものの、目詰まりの進行を十分に抑えることは難しい。そのため、膜の膜差圧が上昇した場合、あるいは一定期間ろ過を行った段階で膜の性能回復のために膜面の洗浄を行うようにしている。
【０００４】
膜分離装置の運転方法として、一定圧力でろ過を行う定圧法と、一定の透過流束でろ過を行う定流量法とがある。定圧法は、膜面の汚れ付着によるろ過抵抗の増大ΔＲのもとで膜差圧ΔＰを一定に保持するために、ΔＲの増加に応じて透過流束Ｆを減少して行き、一定期間ろ過を行うと（透過流束Ｆが下限値に達すると）運転を一時停止し、膜を薬液洗浄して透過流束Ｆを回復させ、次いで運転を再開するようにした運転方法である。定流量法は、膜面の汚れ付着によるろ過抵抗の増大ΔＲのもとで透過流束Ｆを一定に保持するために、ΔＲの増加に応じて膜差圧ΔＰを増加して行き、一定期間ろ過を行うと（ΔＰが上限値に達すると）運転を一時停止し、膜を薬液洗浄して透過流束Ｆを回復させ、次いで運転を再開するようにした運転方法である。最近では、処理水の回収率向上を図る点から、膜分離装置の運転では、一定の透過流束でろ過を行う定流量法が多く採用されている。
【特許文献１】特開平１１−２７６８６４号公報（段落［００３７］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし前述した定流量法を用いた膜分離装置の運転方法では、薬液洗浄の直後から次の薬液洗浄の直前までにわたって、一定値に設定された目標透過流束にてろ過を行うようにしたものであるから、いきなりの目標透過流束によるろ過運転の開始にともなって、膜面に懸濁物質粒子などの膜で分離される汚泥粒子（ファウリング物質粒子）が急激に付着する。このため、ろ過運転開始直後に膜差圧が急激に上昇してしまい、これに起因してそれ以後のろ過運転による膜差圧の上昇も大きくなり、その結果、膜の性能回復のための膜の薬液洗浄の頻度が高くなっていた。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、従来に比べて長期間にわたって膜差圧の上昇を抑制することができ、これにより長期間にわたって安定して十分な処理水量を得ることができるとともに、膜の洗浄頻度を少なくできて洗浄用の薬品使用量を極力少なくすることができ、ひいては膜寿命の延命化を図ることができる膜分離装置の運転方法及び膜分離装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、本願発明は次の技術的手段を講じている。
【０００８】
請求項１の発明は、曝気槽に浸漬して槽内の活性汚泥混合液をろ過する膜モジュールを備えた膜分離装置の運転方法であって、膜モジュールによるろ過と該膜モジュールの洗浄とを交互に繰り返し行うに際し、目標透過流束の５０％以下の値に設定された透過流束でろ過を開始し、ろ過開始から所定時間内に透過流束を前記目標透過流束まで段階的に又は連続的に増加させ、しかる後、次の洗浄まで前記目標透過流束を保持してろ過を行うことを特徴とする浸漬型膜分離装置の運転方法である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の浸漬型膜分離装置の運転方法において、前記ろ過開始時の透過流束は、前記目標透過流束の４０％以下の値であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の浸漬型膜分離装置の運転方法において、前記ろ過開始から２４時間以内に透過流束を目標透過流束まで少なくとも３段階で増加させることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の発明は、生物反応槽に浸漬された膜モジュールと、前記膜モジュールの二次側に連通する処理水導出管の途中に介装された吸引ポンプと、前記処理水導出管における前記吸引ポンプの下流側に設けられた処理水流量検知器と、設定処理水量として、前記膜モジュールによるろ過開始時には目標処理水量の５０％以下の値とし、ろ過開始から所定時間内に前記目標処理水量まで段階的又は連続的に増加させた値とし、しかる後、次の洗浄まで前記目標処理水量を保持し、前記処理水流量検知器で測定した前記吸引ポンプから吐出される処理水量が前記設定処理水量になるように前記吸引ポンプを制御する制御装置とを備えたことを特徴とする膜分離装置である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４記載の膜分離装置において、前記設定処理水量として、前記膜モジュールによるろ過開始時には目標処理水量の５０％以下の値とし、ろ過開始から２４時間以内に前記目標処理水量まで少なくとも３段階で増加させる値とし、しかる後、次の洗浄まで前記目標処理水量を保持することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の膜分離装置の運転方法又は膜分離装置は、洗浄後、目標透過流束の５０％以下の値に設定された透過流束でろ過を開始し、ろ過開始から透過流束を前記目標透過流束まで段階的に又は連続的に増加させるようにしている。これにより、いきなりの目標透過流束によるろ過開始に比較して徐々に膜面に付着する汚泥粒子が増加することに加えて、ろ過開始時において、種々の大きさの汚泥粒子について、膜への接近→接触→吸引付着する際の汚泥粒子の速度をほぼ同一にすることができる。よって、ろ過開始時において、できるだけ膜面を大きな汚泥粒子でケーク状（凝集体状）に覆うことができるので、膜の目詰まりを促進させる原因となる小さな汚泥粒子が先に膜孔に付着することを大幅に抑制することができる。したがって、従来とは違って、運転開始時における膜差圧の上昇を抑制することができるので、それ以後の目標透過流束でのろ過運転による膜差圧の上昇も抑制することができ、従来に比べて長期間にわたって膜差圧の上昇を抑制することができることで、長期間にわたって安定して十分な処理水量を得ることができるとともに、膜の洗浄頻度を少なくできて洗浄用の薬品使用量を極力少なくすることができ、ひいては膜寿命の延命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の方法又は装置は、目標透過流束の５０％以下の値に設定された透過流束でろ過を開始することにより、種々の大きさの汚泥粒子について、膜への接近→接触→吸引付着する際の汚泥粒子の速度をほぼ同一にすることができるので、小さな汚泥粒子が集中的に膜孔に付着し、膜孔を閉塞することを大幅に抑制して膜差圧の急激な上昇を抑制することができる。目標透過流束の５０％を超える値に設定された透過流束でろ過を開始すると、活性汚泥混合液から受ける抵抗が小さい小さな汚泥粒子が集中的に膜孔に接近、付着し膜孔を閉塞させるので、前記膜差圧の上昇抑制効果が安定して得られにくい。なお、ろ過開始時の透過流束は、ポンプ吸引流量の安定性を考慮して１０％の幅を持たせて、目標透過流束の４０％以下とすることが望ましい。また、ろ過を開始するときの透過流束の下限値は、処理水の回収率の低下と、透過流束（処理水量）を制御する制御装置の複雑化を回避する点から、目標透過流束の１０％以上が望ましい。
【００１５】
本発明の方法又は装置では、ろ過開始から２４時間以内に透過流束を目標透過流束まで少なくとも３段階で増加させることが望ましい。ろ過開始時期において透過流束を目標透過流束まで２段階で増加させると、前記膜差圧上昇抑制効果が安定して十分に得られにくいためである。なお、透過流束を制御する制御装置の複雑化を回避する点から、目標透過流束までの設定段階の上限は５段階程度が適切である。
【００１６】
また、ろ過開始から透過流束を目標透過流束まで段階的に増加させるときの時間Ｈｓは、２４時間以内が望ましい。２４時間を超えると１日当たりの必要処理量を得られなくなる可能性が生じてくるためである。また、一般的に排水を処理する場合、流量調整槽などで２４時間程度まで余裕を見込むので、２４時間以内とした。なお、前記膜差圧上昇抑制効果を得る点から、この時間Ｈｓの下限値は２時間程度が適切である。
【００１７】
図１は本発明の方法を実施する膜分離装置を備えた下水処理設備のフロー図である。
【００１８】
図１において、３１は流量調整槽、３２は前処理スクリーン３１ａを備えた前処理槽、３３は脱窒槽である。また、３４は生物反応槽としての硝化槽、２は硝化槽３４内の活性汚泥混合液中に浸漬されている複数の中空糸膜モジュールである。中空糸膜モジュール２は、活性汚泥混合液中に、上下方向に延びる多数の中空糸膜を有して起立姿勢で浸漬される外圧型のものである。９は中空糸膜モジュール２の下方に配設された散気装置、１０は散気装置９に曝気用空気を供給するブロアである。本実施形態では、図における左右方向に間隔を隔てて並べられた複数の中空糸膜モジュール２によって１つの膜ユニットが構成されており、硝化槽３４内に複数の膜ユニットが浸漬配置されるようになっている。３は各膜ユニットごとに１つずつ設けられた集水ヘッダーであり、膜ユニットを構成する複数の中空糸膜モジュール２の二次側（処理水取出し口）が集水ヘッダー３に連通している。集水ヘッダー３は、途中に開閉弁４、吸引ポンプ６及び処理水流量検知器７が介装された処理水導出管５に接続されている。
【００１９】
８は吸引ポンプ６の制御装置である。この制御装置８には、設定処理水量Ｑｒとして、ろ過開始時には目標処理水量の５０％以下の値が与えられ、ろ過開始から所定時間内に前記目標処理水量まで段階的に増加させた値が与えられ、しかる後、次の洗浄までは前記目標処理水量とする値が与えられるようになっている。そして本実施形態では、制御装置８は、インバータ回路を有し、処理水流量検知器７で測定した吸引ポンプ６から吐出される処理水量Ｑが設定処理水量Ｑｒになるように吸引ポンプ６の回転数を制御して、吸引ポンプ６から吐出される処理水量Ｑを設定処理水量Ｑｒに維持するようにしている。すなわち、制御装置８により、中空糸膜モジュール２は、目標透過流束の５０％以下の値に設定された透過流束でろ過を開始し、ろ過開始から所定時間内に透過流束を前記目標透過流束まで段階的又は連続的に増加させ、しかる後、次の洗浄まで前記目標透過流束を保持してろ過を行うようになっている。
【００２０】
膜分離装置１は、硝化槽３４内に浸漬された複数の中空糸膜モジュール２と、これらの中空糸膜モジュール２の下方に配置され、槽外のブロア１０から曝気用空気が供給される散気装置９と、集水ヘッダー３を介してこれら中空糸膜モジュール２の二次側に連通する処理水導出管５と、処理水導出管５の途中に介装された吸引ポンプ６と、処理水導出管５の途中であって吸引ポンプ６の上流側に介装された開閉弁４と、処理水導出管５の途中であって吸引ポンプ６の下流側に設けられた処理水流量検知器７と、吸引ポンプ６の回転数を制御する制御装置８とにより構成されている。
【００２１】
２１は薬液タンクであり、薬液タンク２１から導かれた薬液供給管２３が集水ヘッダー３に接続されており、薬液供給管２３には開閉弁２２が介装されている。また、２４は洗浄水タンクであり、洗浄水タンク２４から導かれた洗浄水供給管２６が、薬液供給管２３の管路途中における開閉弁２２の下流側に接続されている。洗浄水供給管２６には開閉弁２５が介装されている。
【００２２】
このような下水処理設備において、汚水を流量調整槽３１と前処理槽３２に順次導入して流量調整及び夾雑物の除去を行う。次いで、微生物（脱窒菌）を存在させた脱窒槽３３に前処理槽３２からの汚水を流入させるとともに、微生物（硝化菌など）を存在させた硝化槽３４からの硝酸性窒素を含む硝化液を循環させるという循環式硝化脱窒法により、脱窒槽３３において硝酸性窒素を還元して窒素ガスとして大気に放出して、汚水中に含まれている窒素を除去するようにしている。
【００２３】
そして、このような窒素除去とともに、ろ過運転時には、吸引ポンプ６によって中空糸膜モジュール２の中空糸膜内部を吸引して膜の内外に圧力差を生じさせることにより、硝化槽３４内の活性汚泥混合液を中空糸膜モジュール２によってろ過した処理水（透過水）を、集水ヘッダー３、開閉弁４が開かれた処理水導出管５を通じて槽外へ取り出している。
【００２４】
このろ過運転時には、目標透過流束の５０％以下の値に設定された透過流束でろ過を開始し、ろ過開始から２４時間内に透過流束を前記目標透過流束まで段階的に増加させ、しかる後、次の洗浄まで前記目標透過流束を保持してろ過を行うようにしている。
【００２５】
そして、連続して一定期間ろ過を行った段階で膜の性能回復のために中空糸膜モジュール２の洗浄を、次のようにして行うようにしている。洗浄は、活性汚泥混合液中に中空糸膜モジュール２を浸漬した状態で行った。このとき、散気装置９による曝気を停止して洗浄を行った。また、処理水導出管５の開閉弁４は閉じてある。
【００２６】
まず、開閉弁２２を開き、薬液供給管２３と集水ヘッダー３を通じて、薬液タンク２１からの薬液を本実施形態では水頭差により圧送して、処理水を得るときとは逆方向に中空糸膜モジュール２の中空糸膜の内部から外部へ透過させる。薬液が注入された状態を所定時間保持する。次いで、開閉弁２５を開き（このときに開閉弁２２はすでに閉じられている）、洗浄水供給管２６、薬液供給管２３及び集水ヘッダー３を通じて、洗浄水タンク２４からの洗浄水を本実施形態では水頭差により圧送して、処理水を得るときとは逆方向に中空糸膜モジュール２の中空糸膜の内部から外部へ透過させる。薬液洗浄に加えて、この洗浄水による洗浄を行う目的は、膜面付着汚泥（ファウリング物質）をより確実に除去することにある。
【００２７】
なお、本発明は、前記実施形態では膜モジュールとして中空糸膜モジュールとしたが、これに限定されるものではなく、平膜モジュールであってもよく、膜モジュールの形式や形状は適宜選定可能である。また、生物反応槽としては、前記実施形態では窒素除去を目的とする硝化槽としたが、これに限定されるものではなく、有機物を分解するための通常の活性汚泥槽であってもよい。また、膜モジュールの洗浄については、前記実施形態で説明した洗浄方法に限られるものではないものの、ろ過運転停止時間の短縮や、洗浄操作の容易性の点から、生物反応槽に浸漬したままで膜モジュールの洗浄を行うことが好ましい。
【実施例】
【００２８】
前記図１に示す下水処理設備に本発明の方法を適用して実験を行った。まず、硝化槽内の活性汚泥混合液（ＭＬＳＳ濃度（汚泥濃度）：約１００００ｍｇ／Ｌ）中に中空糸膜モジュールを浸漬した状態で、薬液洗浄を行った。薬液として濃度５０００ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を、中空糸膜モジュールの中空糸膜の内部から外部へ透過させるように、各中空糸膜モジュールそれぞれに９０リットル注入し、９０分間保持した。しかる後、各中空糸膜モジュールそれぞれに洗浄水９０リットルを注入して、洗浄水による洗浄を行った。
【００２９】
薬液洗浄後、中空糸膜モジュールによるろ過を行った。透過流束を０．２ｍ3／ｍ2／日に設定してろ過を開始し、この値を１時間保持した後、透過流束０．３ｍ3／ｍ2／日（１時間保持）→透過流束０．４ｍ3／ｍ2／日（１時間保持）→透過流束０．５ｍ3／ｍ2／日（１時間保持）→透過流束０．６ｍ3／ｍ2／日というように、透過流束をろ過開始から目標透過流束０．６ｍ3／ｍ2／日まで５段階で増加させた後、目標透過流束０．６ｍ3／ｍ2／日を保持して連続してろ過を行った。なお、ろ過開始から目標透過流束に達するまでの時間は、前記のように４時間である。また、比較例では、実施例と同様にして薬液洗浄を行った後、透過流束を目標透過流束である０．６ｍ3／ｍ2／日に設定してろ過を開始し、この値を保持して連続してろ過を行った。そして、ろ過開始から、１日経過後及び３０日経過後における中空糸膜モジュールの膜差圧を測定した。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2005246283.tif 000002
【００３１】
表１に示されるように、比較例では、いきなりの目標透過流束によるろ過開始を行うようにしたものであるから、ろ過開始時（運転開始時）において小さな汚泥粒子が膜孔に急激に付着して膜差圧が大きくなり、このろ過開始時における膜の目詰まりの進行に起因して、それ以後のろ過運転による膜差圧も大きくなっている。このため、定期的に薬液洗浄を行っても膜の性能回復が困難となり、膜モジュールの膜寿命が数ヶ月（処理すべき汚水の性状にもよるが、例えば８ヶ月）と短い。
【００３２】
これに対して、実施例によれば、ろ過開始時における膜差圧の上昇を抑制することができるので、それ以後の目標透過流束でのろ過運転による膜差圧の上昇も抑制することができ、比較例に比べて長期間にわたって膜差圧の上昇を抑制することができた。これにより、比較例と同じように薬液洗浄を行っても、膜モジュールの膜寿命を数年（例えば５年）と延ばすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の方法を実施する膜分離装置を備えた下水処理設備のフロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…膜分離装置
２…中空糸膜モジュール
３…集水ヘッダー
４，２２，２５…開閉弁
５…処理水導出管
６…吸引ポンプ
７…処理水流量検知器
８…制御装置
９…散気装置
２１…薬液タンク
２３…薬液供給管
２４…洗浄水タンク
２６…洗浄水供給管
３３…脱窒槽
３４…硝化槽
【図１】
2005246283.tif 000003