(57)【要約】【課題】ろ過膜の目詰まりを効率よく抑制することができるろ過装置、及び膜分離活性汚泥処理設備を提供する。【解決手段】膜分離活性汚泥法による水処理に用いられるろ過装置１であって、活性汚泥処理水Ｗ２をろ過する管状のろ過膜２と、振動を発生する振動発生部３と、振動発生部３とろ過膜２とを接続する振動伝達部材４とを備える。振動発生部３の所定の振動が振動伝達部材４を介してろ過膜２に印加されることにより、ろ過膜２の上流側の膜面２ｐに表面弾性波が発生する。【選択図】図１
2013071024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜分離活性汚泥法による水処理に用いられるろ過装置であって、
被処理水をろ過する管状のろ過膜と、
振動を発生する振動発生部と、
前記振動発生部と前記ろ過膜とを接続する振動伝達部材と、を備え、
前記振動発生部の所定の振動が前記振動伝達部材を介して前記ろ過膜に印加されることにより、前記ろ過膜の上流側の膜面に表面弾性波が発生することを特徴とする、ろ過装置。
【請求項２】
前記ろ過膜において発生する前記表面弾性波の波長は前記ろ過膜の厚さよりも短い、ことを特徴とする、請求項１記載のろ過装置。
【請求項３】
前記振動伝達部材の共振周波数は前記所定の振動の周波数よりも高い、ことを特徴とする、請求項１又は２記載のろ過装置。
【請求項４】
前記ろ過膜の上流側の前記膜面に接触しながら流動する気泡を発生させる気泡発生手段を更に備えることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項記載のろ過装置。
【請求項５】
排水を活性汚泥法により処理する活性汚泥槽と、
前記活性汚泥槽で処理された後の活性汚泥処理水をろ過し汚泥を分離除去する請求項１〜４の何れか一項に記載のろ過装置と、を備えたことを特徴とする、膜分離活性汚泥処理設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離活性汚泥法による水処理に用いられるろ過装置、及び該ろ過装置を備えた膜分離活性汚泥処理設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水や工場排水の水処理には、膜分離活性汚泥法による水処理装置が用いられる場合がある。この装置では、活性汚泥を有する反応タンク（活性汚泥槽）に排水を導入して、排水中の有機物を微生物により分解する。続いて、この反応タンクの活性汚泥を含む被処理水を、ろ過膜を有するろ過装置を用いて活性汚泥と処理水とに分離する。このとき、被処理水に含まれる活性汚泥等がろ過膜の表面に堆積してろ過膜が目詰まりを起こし、ろ過性能を低下させる場合がある。
【０００３】
特許文献１には、ろ過性能の低下を抑制するろ過装置が記載されている。このろ過装置は、ろ過膜を含むろ過モジュール、及びろ過モジュールを往復振動させる加振手段を備えている。ろ過モジュールの振動がろ過膜の延在方向に沿った往復振動であるため、膜表面に付着した付着物と排水との境界にせん断力が発生する。このせん断力により、膜表面に付着した付着物が除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４０２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された装置では、活性汚泥を含む被処理水中において、ろ過モジュール全体を振動させる。この構成によれば、付着物と被処理水との境界ではせん断力が生じるため、付着物の剥離が促進される。しかし、付着物と膜表面との境界ではせん断力が生じにくいため、付着物の剥離が促進されない。従って、ろ過膜の目詰まりが効率よく抑制されないおそれがある。
【０００６】
上記問題に対して、本発明は、ろ過膜の目詰まりを効率よく抑制することができるろ過装置、及び膜分離活性汚泥処理設備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】
【０００７】
本発明のろ過装置は、膜分離活性汚泥法による水処理に用いられるろ過装置であって、被処理水をろ過する管状のろ過膜と、振動を発生する振動発生部と、振動発生部とろ過膜とを接続する振動伝達部材と、を備え、振動発生部の所定の振動が振動伝達部材を介してろ過膜に印加されることにより、ろ過膜の上流側の膜面に表面弾性波が発生することを特徴とする。
【０００８】
このろ過装置では、振動発生部が振動伝達部材と接続されているので、振動発生部において発生された所定の振動が振動伝達部材に伝達される。そして、振動伝達部材がろ過膜と接続されているので、振動伝達部材に伝達された振動がろ過膜に伝達される。振動が伝達されたろ過膜の膜面には表面弾性波が発生される。この表面弾性波によれば、ろ過膜の膜面に付着した付着物とろ過膜の膜面との境界に、付着物を剥離させる力を発生させることができる。従って、このろ過装置では、ろ過膜の目詰まりを効率よく抑制することができる。
【０００９】
また、本発明のろ過装置では、ろ過膜において発生する表面弾性波の波長はろ過膜の厚さよりも短いこととしてもよい。この振動によれば、ろ過膜に表面弾性波を好適に生じさせることができる。
【００１０】
また、本発明のろ過装置では、振動伝達部材の共振周波数が所定の振動の周波数よりも高いこととしてもよい。この振動伝達部材によれば、振動発生部により発生された振動の振幅の減衰が小さいので、振動をろ過膜に効率よく伝達することができる。
【００１１】
また、本発明のろ過装置は、ろ過膜の上流側の膜面に接触しながら流動する気泡を発生させる気泡発生手段を更に備えることとしてもよい。この場合、気泡が流動する流路において、付着物の表面には気泡の流動によりせん断力が発生する。従って、付着物を効率よく剥離させることができるので、ろ過膜の目詰まりをさらに効率よく抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の別の側面である膜分離活性汚泥処理設備は、排水を活性汚泥法により処理する活性汚泥槽と、活性汚泥槽で処理された後の活性汚泥処理水をろ過し汚泥を分離除去するろ過装置とを備えていることを特徴とする。ここで、活性汚泥処理水とは、活性汚泥処理を経て残留する活性汚泥を含む被処理水である。この膜分離活性汚泥処理設備は、ろ過装置を備えている。このろ過装置は、ろ過膜の表面に表面弾性波を発生させてろ過膜の目詰まりを抑制するため、活性汚泥処理水を効率よくろ過し汚泥を分離除去することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によるろ過装置、及び膜分離活性汚泥処理設備によれば、ろ過膜の目詰まりを効率よく抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係るろ過装置、及び膜分離活性汚泥処理設備を説明するための図である。
【図２】ろ過膜の断面図である。
【図３】ろ過装置の効果を説明するための図である。
【図４】ろ過装置の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明によるろ過装置及び該ろ過装置を備えた膜分離活性汚泥処理設備の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
図１は、一実施形態に係るろ過装置１及び膜分離活性汚泥処理設備１００を説明するための図である。膜分離活性汚泥処理設備１００は、膜分離活性汚泥法による水処理に用いられる設備である。膜分離活性汚泥処理設備１００は、ろ過装置１、活性汚泥槽１１、ブロワ１２、及びポンプ１４、１５を備えている。
【００１７】
活性汚泥槽１１は、活性汚泥法により排水Ｗ１を処理する。活性汚泥槽１１は、槽内において大量に繁殖させた微生物に汚濁物質を捕らえさせ、これを代謝又は呼吸によって消費させる。或いは付着させたまま活性汚泥として排出するものである。この活性汚泥槽１１は、排水Ｗ１を好気性処理するための曝気領域１１ａを有する。曝気領域１１ａの下部には、ブロワ１２に接続された複数のノズル１３が設けられている。ブロワ１２から供給された空気は、このノズル１３から曝気領域１１ａ内に散気される。
【００１８】
排水Ｗ１は、流入ラインＬ１を通じ曝気領域１１ａに流入する。この排水Ｗ１は、曝気領域１１ａにおいて処理された後、排出ラインＬ２を通じ活性汚泥処理水Ｗ２として排出される。活性汚泥処理水Ｗ２は、ろ過装置１に導入され、ろ過装置１による膜ろ過処理の被処理水となる。活性汚泥処理水Ｗ２には、活性汚泥槽１１から流出した活性汚泥がわずかに残留している。この排出ラインＬ２には、所定の位置にポンプ１４が設けられている。
【００１９】
次に、図１及び図２を参照しつつ、ろ過装置１について説明する。図２は、図１のＩ―Ｉ線に沿ったろ過膜２の断面図である。ろ過装置１は、ろ過膜２、振動発生部３、振動伝達部材４、及び気泡発生手段（気泡発生手段）５を備えている。ろ過装置１は、活性汚泥処理水Ｗ２をろ過膜２でろ過して固体成分（汚泥）を分離除去し、処理水Ｗ３を得る。
【００２０】
ろ過膜２は管状に形成されている。ろ過膜２の厚さｔは例えば０．５ｍｍである。このろ過膜２の中空部は第１流路６である。この第１流路６には活性汚泥処理水Ｗ２が流動する。第１流路６の直径Ｄは例えば５ｍｍ程度である。また、ろ過膜２は活性汚泥処理水Ｗ２と接触する側に膜面２ｐを有する。この膜面２ｐは、ろ過膜２の上流側の面である。ろ過膜２の周囲には、第２流路７が形成されている。
【００２１】
活性汚泥処理水Ｗ２は、第１流路６の一端６ａから第１流路６に流入する。第１流路６を通過する活性汚泥処理水Ｗ２の液体成分の一部が、ろ過膜２を透過して第２流路７に流入して処理水Ｗ３となる。処理水Ｗ３は排出ラインＬ６を通じ排出される。一方、ろ過膜２を透過しなかった活性汚泥処理水Ｗ２は、第１流路６の他端６ｂから排出され、排出ラインＬ５を介して再び曝気領域１１ａに流入される。
【００２２】
ブロワ５は、第１流路６内に気泡を供給するための装置である。気泡は第１流路６の一端６ａから供給される。
【００２３】
振動発生部３では、所定の振動が発生される。振動発生部３で発生された振動が振動伝達部材４を介してろ過膜２に伝達されることにより、ろ過膜２の上流側の膜面２ｐにおいて表面弾性波が発生する。
【００２４】
ここで表面弾性波について説明する。表面弾性波とは物体の表面において伝播する振動をいう。表面弾性波は、レイリー波或いは弾性表面波ともいう。表面弾性波が生じているろ過膜２はろ過膜２の膜面２ｐ付近のみが振動している形態であり、ろ過膜２の延在方向等にろ過膜２の全体が移動して振動している形態ではない。
【００２５】
表面弾性波を生じさせるためには、物体の厚さよりも短い波長である振動を物体表面に印加する必要がある。例えば、ろ過膜２の厚さｔは０．５ｍｍ程度であるので、この厚さｔよりも短い波長である振動を発生させる必要がある。ろ過膜２中の音速を毎秒１０００ｍ程度であるとしたとき、ろ過膜２の厚さｔよりも短い波長である０．１〜０．２５ｍｍの波長を有する振動を印加する必要がある。よって、下記式（１）より、振動の周波数は、４〜１０ＭＨｚ程度である。
周波数（Ｈｚ）＝速度（ｍ／ｓｅｃ）／波長（ｍ）…（１）
このような周波数帯はいわゆる超音波領域である。そのため、振動発生部３には、例えば圧電素子や超磁歪素子等が用いられる。
【００２６】
振動伝達部材４は振動発生部３とろ過膜２とを接続している。本実施形態では、振動伝達部材４の一端は振動発生部３に接続されている。そして、振動伝達部材４の他端はろ過膜２の膜面２ｐに接続されている。振動伝達部材４は、振動発生部３において発生された所定の振動をろ過膜２に伝達するため、効率よく振動を伝達することが可能に構成されている。すなわち、振動の振幅の減衰を抑制するために、振動伝達部材４の共振周波数が高くなるように構成されている。振動伝達部材４は、例えば高い剛性を有する金属等からなる。さらに、振動発生部３からろ過膜２へ延びる方向に対して距離が短くなるように形成されていると共に、延在方向と交わる断面の面積が大きくなるように形成されている。この振動伝達部材４の共振周波数は、振動発生部３において発生された振動の周波数よりも高くなるように設定されることが好ましい。
【００２７】
次に、ろ過装置１の作用について、比較例と共に説明する。まず、比較例に係るろ過装置の作用について説明する。図３（ａ）は比較例に係るろ過装置の断面拡大図である。ろ過装置はろ過膜５２を備えている。このろ過膜５２は活性汚泥処理水Ｗ８と接触する側に膜面５２ｐを有する。活性汚泥処理水Ｗ８は、例えば矢印Ｄ１の方向に向かって下方から上方へ流動する。この流動の間に一部の活性汚泥処理水Ｗ８はろ過膜５２を透過してろ過され、処理水Ｗ９が膜面５２ｐと反対側の領域へ排出される。このとき、活性汚泥処理水Ｗ８中の活性汚泥等が付着物（ケーキ層）Ｇとなり膜面５２ｐに堆積する。
【００２８】
ここで、ろ過膜５２を矢印Ｄ１に沿った方向に振動させる。この振動は、例えばモータとモータの回転軸に固定されたアンバランスマスとからなる加振器のように、機械的な駆動機構により与えられる。この振動では、ろ過膜５２の全体が活性汚泥処理水Ｗ８の流動する方向に沿った矢印Ｄ２の方向に振動する。この振動により、膜面５２ｐ上に付着した付着物Ｇも矢印Ｄ２の方向に振動する。そうすると、活性汚泥処理水Ｗ８と付着物Ｇの表面Ｇｐとの間の流体摩擦に起因したせん断力が発生する。このせん断力により、付着物Ｇの表面Ｇｐ側から付着物Ｇが剥離される。しかし、このせん断力によれば、付着物Ｇの剥離は表面Ｇｐから進行する。そのため、ろ過膜５２を振動させるために消費されたエネルギ量に対して効率よく剥離が行われないおそれがある。また、付着物Ｇの厚さが厚い場合には、表面Ｇｐから剥離させるため、多くのエネルギーと時間とを要する可能性がある。
【００２９】
次に、本実施形態に係るろ過装置１の作用について説明する。図３（ｂ）は本実施形態に係るろ過装置１におけるろ過膜２の断面拡大図である。ろ過膜２の膜面２ｐに付着物Ｇが堆積する過程は上述した比較例の場合と同様である。
【００３０】
付着物Ｇが堆積した膜面２ｐにおいて、表面弾性波を発生させる。表面弾性波は、ろ過膜２の膜面２ｐにのみ生じる。図３（ｂ）に示されるように、付着物Ｇが付着した膜面２ｐが振動することにより、付着物Ｇと膜面２ｐとの間に、直接的に膜面２ｐから付着物Ｇを剥離させる力が作用する。この力により、付着物Ｇの剥離は、膜面２ｐと接触した付着物Ｇの接触面Ｇｓから進行する。そのため、膜面２ｐ上の付着物Ｇを効率よく剥離させることができる。また、付着物Ｇの接触面Ｇｓから剥離が進行するため、付着物Ｇの厚さが厚い場合であっても効率よく剥離させることができる。また、機械的な加振器によらず振動が印加されるので、ろ過装置１の耐久性を向上させることができる。
【００３１】
なお、膜面２ｐには、連続的に表面弾性波を発生させてもよいし、断続的に発生させてもよい。例えば、数分間の時間のうち、数秒間だけ表面弾性波を発生させることにより、付着物Ｇを剥離させる効果を十分に得ることができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態に係るろ過装置１では、振動発生部３が振動伝達部材４と接続されているので、振動発生部３において発生された所定の振動が振動伝達部材４に伝達される。そして、振動伝達部材４がろ過膜２と接続されているので、振動伝達部材４に伝達された振動がろ過膜２に伝達される。振動が伝達されたろ過膜２の膜面２ｐには、表面弾性波が発生される。この表面弾性波によれば、ろ過膜２の膜面２ｐに付着した付着物Ｇとろ過膜２の膜面２ｐとの境界に、付着物Ｇを剥離させる力を発生させることができる。すなわち、振動発生部３を用いてろ過膜２の膜面２ｐに表面弾性波を発生させることによって、ろ過膜２の膜面２ｐのみに微細振動を発生させる。これにより、ろ過膜２の膜面２ｐに付着している汚泥や付着性の物質を剥離、或いは剥離しやすい状態にすることができる。従って、このろ過装置１では、ろ過膜２の目詰まりを効率よく抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態のろ過装置１では、ろ過膜２において発生する表面弾性波の波長はろ過膜２の厚さよりも短い。この振動によれば、ろ過膜２に表面弾性波を好適に生じさせることができる。
【００３４】
また、本実施形態のろ過装置１では、振動伝達部材４の共振周波数が所定の振動の周波数よりも高くなるように設定されてもよい。この振動伝達部材４によれば、振動発生部３により発生された振動が減衰が小さいので、振動発生部３により発生された振動を効率よくろ過膜２に伝達することができる。
【００３５】
また、本発明のろ過装置１は、ろ過膜２の上流側の膜面２ｐに接触しながら流動する気泡を発生させるブロワ（気泡発生手段）５を更に備える。図４は、ブロワ５を備えるろ過装置１の効果を説明するための図である。ろ過膜２内の第１流路６には活性汚泥処理水Ｗ２が流通すると共に、ブロワ５から供給された気泡８が流動する。この気泡８はろ過膜２の膜面２ｐと接触し、又はこの気泡８は付着物Ｇの表面Ｇｒと接触している。そして、気泡８と膜面２ｐ或いは表面Ｇｒが接触した状態で、気泡８は下方から上方へ移動する。気泡８が移動するとき、気泡８と表面Ｇｒとの間には、付着物Ｇを剥離させるせん断力が生じる。このため、表面弾性波によって膜面２ｐから剥離しやすい状態となった付着物Ｇを気泡８により剥離させることができる。従って、本実施形態のろ過装置１では、ろ過膜２の目詰まりをさらに効率よく抑制することができる。
【００３６】
また、本実施形態のろ過装置１は、ろ過膜２が管状に形成されている。このため、ろ過膜２により形成される第１流路６における断面積が小さいため、活性汚泥処理水Ｗ２の流速を高めることが可能となる。活性汚泥処理水Ｗ２の流速が高まると、付着物Ｇの表面Ｇｒに作用するせん断力が大きくなる。その上、気泡８はろ過膜２の膜面２ｐ或いは付着物Ｇの表面Ｇｒに接触しつつ第１流路６を流動する。そのため、膜面２ｐの全面に渡って気泡８の流動によるせん断力を生じさせることが可能となる。従って、ろ過膜２の膜面２ｐに付着した付着物Ｇを確実に除去することが可能になるので、さらに効率よくろ過膜２の目詰まりを抑制することができる。
【００３７】
また、膜分離活性汚泥処理設備１００は、排水Ｗ１を活性汚泥法により処理する活性汚泥槽１１と、活性汚泥槽１１で処理された活性汚泥処理水Ｗ２をろ過し汚泥を分離除去するろ過装置１とを備えている。この膜分離活性汚泥処理設備１００によれば、ろ過膜２の膜面２ｐに表面弾性波を発生させてろ過膜２の目詰まりを抑制するろ過装置１を備えている。従って、排水Ｗ１を効率よくろ過し汚泥を分離除去することができる。
【００３８】
なお、上述した実施形態は本発明に係るろ過装置１及び膜分離活性汚泥処理設備１００の一例を示すものである。本発明に係るろ過装置１及び膜分離活性汚泥処理設備１００は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施形態に係るろ過装置１及び膜分離活性汚泥処理設備１００を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００３９】
例えば、上述した実施形態では、管状のろ過膜２の内側に形成された第１流路６を活性汚泥処理水Ｗ２が流通する形態である、いわゆる内圧式のろ過形態を例に説明した。本発明に係るろ過装置及び膜分離活性汚泥設備はこれに限定されることはない。例えば、管状のろ過膜の外側の第２流路７を活性汚泥処理水Ｗ２が流通して処理水が第１流路６を流通する、いわゆる外圧式のろ過形態であってもよい。
【００４０】
また、逆洗の実施と同時に、膜面２ｐに表面弾性波を発生させてもよい。逆洗とは、被処理水をろ過するために被処理水を透過させる方向と逆の方向に水等の液体又はガスを流して付着物を除去する方法である。これによれば、表面弾性波により付着物を剥離させる効果をさらに高めることができる。
【００４１】
また、上述した実施形態では、ろ過装置１は１つのろ過膜２を備えていたが、ろ過膜２の数は１つに限定されることはない。ろ過装置１は複数のろ過膜２を備えていてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…ろ過装置、２，５２…ろ過膜、３…振動発生部、４…振動伝達部材、５，１２…ブロワ（気泡発生手段）、６…第１流路、７…第２流路、８…気泡、１１…活性汚泥槽、１２，１４…ポンプ、１３…ノズル、１００…膜分離活性汚泥処理設備、Ｇ…付着物、Ｇｐ、Ｇｒ…表面、Ｇｓ…接触面、Ｌ１，Ｌ３…流入ライン、Ｌ２，Ｌ５，Ｌ６…排出ライン、Ｌ４…出力ライン、Ｗ１…排水、Ｗ２，Ｗ８…活性汚泥処理水（被処理水）、Ｗ３，Ｗ９…処理水。
【図１】
2013071024.tif 000003
【図２】
2013071024.tif 000004
【図３】
2013071024.tif 000005
【図４】
2013071024.tif 000006