(57)【要約】【課題】  膜モジュールの透過水流束の安定化を図り、仕事率の高い膜処理装置を提供する。【解決手段】  排水Ｗを貯留する循環槽１は、第１の供給ライン３Ａを介して第１の膜モジュール２Ａに連通しており、この第１の膜モジュール２Ａの濃縮側は、第２の供給ライン３Ｂを介して第２の膜モジュール２Ｂに連通している。さらに第２の膜モジュール２Ｂの濃縮側は、第３の供給ライン３Ｃを介して第３の膜モジュール２Ｃに連通している。そして、第３の膜モジュール２Ｃの濃縮側には、返送ライン５が接続されている。第１の供給ライン３Ａには、供給機構としてのブランチライン６が接続していて、このブランチライン６は第２の供給ライン３Ｂ及び第３の供給ライン３Ｃに合流している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
循環槽に貯留された排水を膜モジュールに供給し、固液分離して処理水を得るとともに、該膜モジュールの濃縮水を前記循環槽に返送して循環水とする排水処理方法であって、
前記膜モジュールを２段以上直列に設け、
前記循環水を１段目の膜モジュールに通水して前段の膜モジュールの濃縮水を次段の膜モジュールに通水する操作を順次行うとともに、該前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに通水する濃縮水に循環水を供給して、それぞれの膜モジュールから処理水を得るとともに、
最終段の膜モジュールの濃縮水を循環槽に返送する
ことを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記２段以上の膜モジュールにおける流速がほぼ一定となるように、前記前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに通水する濃縮水に循環水を供給することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記膜モジュールが、チューブラ膜型の膜モジュールであることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理方法。
【請求項４】
排水を貯留する循環槽と、前記循環槽に連通した膜モジュールと、この膜モジュールの濃縮水を前記循環槽に返送して循環水とする返送ラインと、前記循環槽に貯留された排水を前記膜モジュールを経て循環通水する循環ポンプとを備える膜処理装置であって、
前記膜モジュールは、前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに濃縮水を通水するように２段以上直列に設けられているとともに最終段の膜モジュールの濃縮水側に前記返送ラインが接続しており、
前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに通水される濃縮水に前記循環槽から循環水を供給する供給機構を備えることを特徴とする膜処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理方法に関し、特に排水を膜処理装置で固液分離するに当り、膜の透過水流束（フラックス）の安定化を図り、仕事率の高い排水処理方法に関する。また、本発明は、仕事率の高い膜処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排水中からＳＳ成分を固液分離する方法には膜処理装置を用いるのが普通である。この膜処理装置による固液分離法としては、全量ろ過とクロスフローろ過とがあるが、クロスフローろ過は、膜面に対し平行な流れを作ることで膜への供給水中の懸濁物質やコロイドが膜面に堆積する現象を抑制しながらろ過を行うものであるので、ＳＳ成分を比較的多く含む排水の処理に一般的に採用されている。
【０００３】
このクロスフローろ過は、膜面流速が高いほど膜面への付着物質の堆積が抑制されるので高い透過水流束が得られ、膜汚染防止の点では高膜面流速が好ましいことになるが、高膜面流速にするにはそれに応じた性能のポンプが必要であり、多大なエネルギーを消費するのでランニングコストが増加するという問題点がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、クロスフローろ過による排水処理方法が開示されているが、この特許文献１では、０．５〜３ｍ／ｓｅｃの流速でクロスフローろ過を行うことが記載されている。そして、この排水処理においては、透過水流束としては５〜１０ｍ／ｄ程度が採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８２９３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このクロスフローろ過による膜処理装置の一例を図５に示す。図５において、膜処理装置は、排水Ｗを受ける循環槽１１と、チューブラ型などの膜モジュール１２と、これら循環槽１１と膜モジュール１２とを連通する供給ライン１３と、この供給ライン１３に付設された循環ポンプ１４と、膜モジュール１２の濃縮側に設けられた返送ライン１５とを備える。
【０００７】
このクロスフローろ過装置では、排水Ｗを循環槽１１に所定量貯留したら、循環ポンプ１４を駆動して、供給ライン１３から排水Ｗを膜モジュール１２に供給することで処理水Ｗ２を得ることができる。一方、膜モジュール１２における濃縮水は、返送ライン１５から循環槽１１に返送され、結果的に排水Ｗは循環水Ｗ１となる。
【０００８】
上述したようなクロスフローろ過装置による水処理において、膜モジュール１２の相当直径は、チューブラ型で一般に５〜２５ｍｍφである。そこで相当直径６ｍｍφで長さ３ｍのチューブラ型の膜モジュール用いた場合について試算すると、チューブ１本当たりの膜面積（Ｓ１）は、
Ｓ１＝６／１０００（ｍ）×３．１４×３（ｍ）＝０．０５７ｍ２となる。したがって、１ｍ２の膜モジュールではチューブの本数は１８本である。
さらにこの１８本のチューブの断面積（Ｓ２）は、
Ｓ２＝（６×１０−３（ｍ））×（６×１０−３（ｍ））×３．１４×１８
≒０．００２ｍ２となる。
ここで、クロスフロー流を維持するために流す流速を１．８ｍ／ｓｅｃとすると、１個の膜モジュールに流すべき液量（Ｑ：循環水量）は、
Ｑ＝０．０００２（ｍ２）×１．８ｍ／ｓｅｃ×３６００ｓｅｃ／ｈ≒１３ｍ３／ｈとなる。
【０００９】
これらのことからフラックス５ｍ／ｄの時に、１ｍ２の膜モジュールで１時間あたり得られる水量（Ｑ１）は、
Ｑ１＝５／２４＝０．２１ｍ３／ｈとなる。
すなわち、処理水量０．２１ｍ３／ｈを得るための循環水量（Ｑ）は、処理水量の６２倍の１３ｍ３／ｈが必要であり、大きなエネルギーロスが発生していることがわかる。このようにクロスフローろ過による膜処理は、仕事率の点で改善の余地があるものであった。
【００１０】
この対策として、膜モジュール１２を複数段直列に接続、すなわち前段の膜モジュールの濃縮水を後段の膜モジュールに通水して処理することで、処理水を得るためのエネルギーを減少させることが考えられる。しかしながら、２段目以降の膜モジュールの流量、すなわちチューブ内の流速は、前段の膜モジュールで処理水を排出する分だけ小さくなる。この結果ＳＳ濃度の増加やチューブ内の流速が小さくなり、膜ろ過性能の低下をきたす、という問題があり、膜モジュール１２を直列で接続するのは実用的でなかった。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、排水を膜モジュールで固液分離するに当り、膜モジュールの透過水流束の安定化を図り、仕事率の高い排水処理方法を提供することを目的とする。また、本発明は、膜モジュールの透過水流束の安定化を図り、仕事率の高い膜処理装置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】
【００１２】
上記課題を解決するために、第一に本発明は、循環槽に貯留された排水を膜モジュールに供給し、固液分離して処理水を得るとともに、該膜モジュールの濃縮水を前記循環槽に返送して循環水とする排水処理方法であって、前記膜モジュールを２段以上直列に設け、前記循環水を１段目の膜モジュールに通水して前段の膜モジュールの濃縮水を次段の膜モジュールに通水する操作を順次行うとともに、該前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに通水する濃縮水に循環水をそれぞれ供給して、それぞれの膜モジュールから処理水を得るとともに最終段の膜モジュールの濃縮水を循環槽に返送することを特徴とする排水処理方法を提供する（発明１）。
【００１３】
かかる発明（発明１）によれば、２段以上直列に設けた膜モジュールの前段の膜モジュールの濃縮水を後段の膜モジュールに通水するに際し、この通水する濃縮水に循環水をそれぞれ供給して膜分離を行うことにより、前段の膜モジュールで処理水として排出した分の水量を補給できるので、各膜モジュール間の流速の変動を小さくすることができる。さらに、前段からの濃縮水を希釈することができるので、後段側の膜モジュールのＳＳ濃度の上昇を抑制することができる。これらにより排水を膜モジュールで固液分離する際の透過水流束の安定化を図り、排水処理の仕事率を高くすることができる。
【００１４】
上記発明（発明１）においては、前記２段以上の膜モジュールにおける流速が一定となるように、前記前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに通水する濃縮水に循環水を供給するのが好ましい（発明２）。
【００１５】
かかる発明（発明２）によれば、各膜モジュール間の流速をほぼ一定とすることにより、各膜モジュールの処理水量をほぼ等量とすることができ、また後段側の膜モジュールのＳＳ濃度を効果的に抑制することができる。
【００１６】
上記発明（発明１，２）においては、前記膜モジュールが、チューブラ膜型の膜モジュールであるのが好ましい（発明３）。
【００１７】
かかる発明（発明３）によれば、クロスフローろ過による排水を膜モジュールで固液分離する際の透過水流束の安定化と、水処理の仕事率の向上を最大限に発揮することができる。
【００１８】
第二に本発明は、排水を貯留する循環槽と、前記循環槽に連通した膜モジュールと、この膜モジュールの濃縮水を前記循環槽に返送して循環水とする返送ラインと、前記循環槽に貯留された排水を前記膜モジュールを経て循環通水する循環ポンプとを備える膜処理装置であって、前記膜モジュールは、前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに濃縮水を通水するように２段以上直列に設けられているとともに最終段の膜モジュールの濃縮水側に前記返送ラインが接続しており、前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに通水される濃縮水に前記循環槽から循環水を供給する供給機構を備えることを特徴とする膜処理装置を提供する（発明４）。
【００１９】
かかる発明（発明４）によれば、膜モジュールを２段以上直列に設け、前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに通水する濃縮水にそれぞれ循環水を供給する供給機構を設けて各膜モジュールの入口側に循環水を供給することで、各モジュール間の流速の変動を小さくすることができる。さらに、前段の濃縮水を希釈することができるので、後段側の膜モジュールのＳＳ濃度の上昇を抑制することができる。これらにより排水を膜モジュールで固液分離する際の透過水流束の安定化を図り、排水処理の仕事率を高くした膜処理装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排水処理方法によれば、２段以上直列に設けた膜モジュールの前段の膜モジュールから後段の膜モジュールに濃縮水を通水するに際し、この通水する濃縮水に循環水をそれぞれ供給して膜分離を行うことにより、各膜モジュール間の流速の変動を小さくすることができるとともに、前段の濃縮水を希釈することができるので、後段側の膜モジュールのＳＳ濃度の上昇を抑制することができ、これにより排水を膜モジュールで固液分離する際の透過水流束の安定化を図り、排水処理の仕事率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る膜処理装置を示す系統図である。
【図２】比較例１の膜処理装置を示す系統図である。
【図３】実施例２及び比較例２の膜処理装置の各膜モジュールの入口のＳＳ濃度を示すグラフである。
【図４】実施例２及び比較例２の膜処理装置の各膜モジュールの流速を示すグラフである。
【図５】従来の膜処理装置を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図１に示す本実施形態の膜処理装置に基づいて排水処理方法について説明する。図１は、本発明の排水処理方法を実施可能な膜処理装置を示す系統図である。
【００２３】
図１に示す膜処理装置において、１は排水Ｗを貯留する循環槽であり、この循環槽１は、第１の供給ライン３Ａを介して第１の膜モジュール２Ａに連通しており、この第１の膜モジュール２Ａの濃縮側は、第２の供給ライン３Ｂを介して第２の膜モジュール２Ｂに連通しており、さらに第２の膜モジュール２Ｂの濃縮側は、第３の供給ライン３Ｃを介して第３の膜モジュール２Ｃに連通していて、これら第１の供給ライン３Ａ、第２の供給ライン３Ｂ及び第３の供給ライン３Ｃによりメインラインが構成される。そして、第１の供給ライン３Ａの途中には循環ポンプ４が付設されているとともに、第３の膜モジュール２Ｃの濃縮側には返送ライン５が接続されていて、この返送ライン５が循環槽１に連通することで、循環槽１内には循環水Ｗ１が貯留されることとなる。なお、本実施形態においては、第１の膜モジュール２Ａ、第２の膜モジュール２Ｂ及び第３の膜モジュール２Ｃはチューブラ膜である。
【００２４】
上述したような膜処理装置において、第１の供給ライン３Ａには、供給機構としてのブランチライン６が接続していて、このブランチライン６は第２の供給ライン３Ｂ及び第３の供給ライン３Ｃに合流している。
【００２５】
次に上述したような膜処理装置を用いた本実施形態の排水処理方法について説明する。まず、排水Ｗを循環槽１に所定量貯留したら、循環ポンプ４を駆動して、第１の供給ライン３Ａから排水（循環水）Ｗ１ａを第１の膜モジュール２Ａに供給し、処理水Ｗ２ａを得る。一方、第１の膜モジュール２Ａの濃縮水は、第２の供給ライン３Ｂから第２の膜モジュール２Ｂに供給される。このとき、第１の膜モジュール２Ａの濃縮水は、処理水Ｗ２ａの分だけ減少している一方、ＳＳ濃度が上昇しているので、ブランチライン６から第２の供給ライン３Ｂに循環水Ｗ１ｂを補給してやることで、チューブ内の流速の変動を小さくし、またＳＳ濃度の上昇を抑制して安定した条件でろ過を行い、処理水Ｗ２ｂを得る。
【００２６】
続いて、同様にして第３の供給ライン３Ｃにブランチライン６から循環水Ｗ１ｃを補給しながら、第２の膜モジュール２Ｂの濃縮水を第３の膜モジュール２Ｃに供給することにより、該第３の膜モジュール２Ｃで安定した条件でろ過を行い、処理水Ｗ２ｃを得る。そして、第３の膜モジュール２Ｃの濃縮水は、返送ライン５から循環槽１に返送され、補充される排水Ｗと混合して循環水Ｗ１として循環する。
【００２７】
このようにしてクロスフローろ過を行うことにより、第１の膜モジュール２Ａ、第２の膜モジュール２Ｂ及び第３の膜モジュール２Ｃのチューブラ膜内の流速の変化を小さくし、また、ＳＳの濃度の上昇を抑制することができるので、膜処理装置全体としての膜ろ過性能の安定化を図ることができる。
【００２８】
なお、ブランチライン６から第２の供給ライン３Ｂ及び第３の供給ライン３Ｃに補給する循環水Ｗ１ｂ及び循環水Ｗ１ｃの量を、第１の膜モジュール２Ａ、第２の膜モジュール２Ｂ及び第３の膜モジュール２Ｃへの供給水量が同量となるようにすることにより、各膜モジュール２Ａ、２Ｂ及び２Ｃにおける流速を一定とすることができる。ここで、チューブラ膜の直径はほぼ均一であるので、チューブラ膜を構成するチューブ内の流速も一定となる。具体的には、循環水Ｗ１ｂ及び循環水Ｗ１ｃによる補給量を、排出される処理水Ｗ２ａ及び処理水Ｗ２ｂに近似する量とすればよい。なお、本明細書中において、「流速が一定」とは、完全に一定である必要はなく、例えば±３％の範囲内にある状態を含む。
【００２９】
以上、本実施形態の有機化合物含有排水処理方法について説明してきたが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形実施が可能である。
【００３０】
例えば、本実施形態においては、膜モジュール２Ａ，２Ｂ、２Ｃを３段直列に配置してシリーズ通水したが、複数段であれば２段あるいは４段以上としてもよい。また、循環水Ｗ１ａの流量及び流速は、装置の規模、排水ＷのＳＳの濃度などに応じて適宜設定することができる。
【実施例】
【００３１】
以下の具体的実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００３２】
〔実施例１〕
図１に示す膜処理装置において、処理水Ｗ２ａ及び処理水Ｗ２ｂとほぼ同量の循環水が補給されるように循環水Ｗ１ｂ及び循環水Ｗ１ｃの量を設定して排水処理を行った。処理条件及び処理水量は以下のとおりであった。なお、膜モジュールの出口は開放系となっているため、圧力損失は操作圧力と同等とした。
【００３３】
循環槽１のＳＳ濃度：１．５重量％
循環槽１の容量：２０００Ｌ
膜モジュール：内径６．０ｍｍ、表面積１ｍ２のＭＦ膜×３本（直列）
循環水量：１３．４ｍ３／ｈ
操作圧力：０．３ＭＰａ
処理水量：０．６３ｍ３／ｈ
処理水量／循環水量：４．７％（０．６３／１３．４×１００）
仕事率（操作圧力×循環水量）：０．３×１３．４＝４．０２（ＭＰａ・ｍ３／ｈ）
【００３４】
〔比較例１〕
比較のために図２に示す膜処理装置を用意した。この膜処理装置は、第１の膜モジュール２Ａ、第２の膜モジュール２Ｂ及び第３の膜モジュール２Ｃを並列に設け、循環ポンプ４の水を分岐させてそれぞれの膜モジュールに直接供給するとともに、それぞれの膜モジュールの濃縮水を循環槽１に返送する構成としたものであり、前述した図１に示す膜処理装置と同様の構成には同一に符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３５】
この図２に示す膜処理装置を用いて排水処理を行った。処理条件及び処理水量は以下のとおりであった。なお、膜モジュールの出口は開放系となっているため、圧力損失は操作圧力と同等とした。
【００３６】
循環槽１のＳＳ濃度：１．５重量％
循環槽１の容量：２０００Ｌ
膜モジュール：内径６．０ｍｍ、表面積１ｍ２のＭＦ膜×３本（並列）
循環水量：３９ｍ３／ｈ
操作圧力：０．１５ＭＰａ
膜モジュールの出口圧力：０．１０ＭＰａ
処理水量：０．６３ｍ３／ｈ
処理水量／循環水量：１．６％（０．６３／３９×１００）
仕事率（操作圧力×循環水量）：０．１５×３９＝５．８５（ＭＰａ・ｍ３／ｈ）
【００３７】
実施例１及び比較例１の結果から、実施例１の膜処理装置は、膜モジュールを並列に設けた比較例１のものと比べて、約７０％の仕事率で排水処理を行なうことができ、仕事効率が良好であることがわかる。
【００３８】
〔実施例２及び比較例２〕
実施例１において、図１に示す膜処理装置の膜モジュールの本数を１〜６本に変化させた場合のＳＳ濃度と、膜モジュールのチューブ内の流速を測定した結果をそれぞれ図３及び図４に示す。
【００３９】
また、比較のために各膜モジュールの入口に循環水を補給せずにそのまま直列に通水して水処理を行なった場合のＳＳ濃度と、膜モジュールのチューブ内の流速を測定した結果をそれぞれ図３及び図４にあわせて示す。
【００４０】
図３及び図４から明らかなとおり、各膜モジュールの入口に循環水を補給する実施例２の膜処理装置では、各膜モジュール入口のＳＳ濃度の上昇が単に直列に通水した比較例１と比べて小さく、この傾向は膜モジュールの段数が増えるほど拡大することがわかる。また。各膜モジュールでの流速は、比較例２では各膜モジュールから処理水が排出される分だけ減少していくが、各膜モジュールの入口に循環水を補給する実施例２の膜処理装置では、ほぼ一定に維持することができ、チューブ内流速を安定化することができることが確認された。これらの効果として、膜モジュールを多段に直列に通水して処理した際のろ過性能や透過水流束の安定化が達成され、エネルギーの低減も図れることが期待できる。
【符号の説明】
【００４１】
１…循環槽
２Ａ…第１の膜モジュール
２Ｂ…第２の膜モジュール
２Ｃ…第３の膜モジュール
３Ａ…第１の供給ライン
３Ｂ…第２の供給ライン
３Ｃ…第３の供給ライン
４…循環ポンプ
５…返送ライン
６…ブランチライン（供給機構）
Ｗ…排水
Ｗ１…循環水
Ｗ１ａ…循環水
Ｗ１ｂ…循環水
Ｗ１ｃ…循環水
Ｗ２ａ…処理水
Ｗ２ｂ…処理水
Ｗ２ｃ…処理水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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