(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥供給槽からの供給汚泥を膜分離処理して透過液と濃縮汚泥とに分離する膜分離装置の運転方法であって、膜分離処理を行いつつ膜分離装置から排出される濃縮汚泥の全量を装置外に排出する排出運転と、膜分離処理を行いつつ前記膜分離装置から排出される濃縮汚泥の全量を前記汚泥供給槽に返送する循環運転と、膜分離処理を停止しつつ供給される供給汚泥に相当する量の濃縮汚泥を装置外に排出する押出運転との、いずれかの運転を濃縮汚泥の汚泥濃度に応じて自動的に切り替えることを特徴とする膜分離装置の運転方法。
【請求項２】
前記濃縮汚泥の汚泥濃度を下限値、中間値、上限値の３段階に区分し、前記排出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が下降して下限値に達した時には前記循環運転に切り替え、この循環運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が上昇して中間値に達した時には前記排出運転に切り替え、前記排出運転の結果、濃縮汚泥の汚泥濃度が上限値に達した時には押出運転に切り替え、この押出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が下降して前記中間値に達した時には前記排出運転に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項３】
前記濃縮汚泥の汚泥濃度を下限値、上限値の２段階に区分し、前記排出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が下降して下限値に達した時には前記循環運転を所定時間実行した後に前記排出運転に切り替え、前記排出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が上昇して上限値に達した時には前記押出運転を所定時間実行した後に前記排出運転に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の膜分離装置の運転方法。
【請求項４】
前記膜分離装置は分離槽と、この分離槽内の濃縮汚泥に浸漬された膜モジュールと、濃縮汚泥の液面を一定に保持する濃縮汚泥の排出手段とを具備していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の膜分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は膜分離装置の運転方法に係り、特に汚泥を膜分離処理して透過液と濃縮汚泥とに分離する膜分離装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
廃水処理や浄水処理の分野では、生物学的や物理化学的な処理によって発生した汚泥を膜分離処理して透過液と濃縮汚泥とに分離することが行われている。濃縮のための膜分離装置としては、濃縮汚泥を満たした分離槽内に膜モジュールを浸漬したのものが知られている。この浸漬式の膜分離装置においては、定量の原汚泥を分離槽に連続的に供給しつつ、膜モジュールから吸引する透過液の流量を一定に保持する運転が一般的に行われている。分離槽からオーバーフローして排出される濃縮汚泥の量も原汚泥と透過液の差分として一定となる運転であった。濃縮汚泥の汚泥濃度は原汚泥量と濃縮汚泥量との比である濃縮倍率によって定まる。したがって、上記のような濃縮倍率が一定の運転では原汚泥の汚泥濃度が変動した場合には濃縮汚泥の汚泥濃度も比例して変動する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の運転方法によれば量的な観点からは安定な処理が可能であるが、何らかの原因によって原汚泥の汚泥濃度が高くなった時には、濃縮汚泥の汚泥濃度も高くなり、濾過膜の目詰まりなどを誘発して膜分離装置の運転操作上の不具合を招く。また、濃縮汚泥は後段処理として脱水、天日乾燥、焼却などの処理を受けるが、濃縮汚泥の汚泥濃度が変動すると後段処理の負荷や運転が不安定となり、処理性能や効率を低下させるという問題点があった。
【０００４】
このような問題点を解決するために、濃縮汚泥の汚泥濃度を計測し、その計測結果に基づいて濃縮汚泥の汚泥濃度が目標値となるように原汚泥や透過液の流量をフィードバック制御することが考えられる。しかしながら、このような方法はフィードバック制御を実現するための装置構成が複雑で高価になるとともに、原汚泥の汚泥濃度の変動が大きい場合には膜分離装置の負荷も追随して変動することになり、運転の不安定を招く。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を改善し、原汚泥の汚泥濃度の変動が大きい場合でも、複雑なフィードバック制御を行うことなく膜分離装置の負荷を安定に維持し、かつ、最終的に系外に排出する濃縮汚泥の汚泥濃度を目標値に近づけることができる膜分離装置の運転方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係る膜分離装置の運転方法は、汚泥供給槽からの供給汚泥を膜分離処理して透過液と濃縮汚泥とに分離する膜分離装置の運転方法であって、膜分離処理を行いつつ膜分離装置から排出される濃縮汚泥の全量を装置外に排出する排出運転と、膜分離処理を行いつつ前記膜分離装置から排出される濃縮汚泥の全量を前記汚泥供給槽に返送する循環運転と、膜分離処理を停止しつつ供給される供給汚泥に相当する量の濃縮汚泥を装置外に排出する押出運転との、いずれかの運転を濃縮汚泥の汚泥濃度に応じて自動的に切り替えることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る膜分離装置の運転方法は上記の構成において、前記濃縮汚泥の汚泥濃度を下限値、中間値、上限値の３段階に区分し、前記排出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が下降して下限値に達した時には前記循環運転に切り替え、この循環運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が上昇して中間値に達した時には前記排出運転に切り替え、前記排出運転の結果、濃縮汚泥の汚泥濃度が上限値に達した時には押出運転に切り替え、この押出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が下降して前記中間値に達した時には前記排出運転に切り替えることを特徴とする。
また、本発明に係る膜分離装置の運転方法は上記の構成において、前記濃縮汚泥の汚泥濃度を下限値、上限値の２段階に区分し、前記排出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が下降して下限値に達した時には前記循環運転を所定時間実行した後に前記排出運転に切り替え、前記排出運転の結果、前記濃縮汚泥の汚泥濃度が上昇して上限値に達した時には前記押出運転を所定時間実行した後に前記排出運転に切り替えることを特徴とする。
なお、本発明において「下限値（中間値、上限値）に達した時」の「達した時」という用語は、「その値に接近した時」「その値に一致した時」「その値を超えた時」のいずれにも理解し得るものとする。
【０００７】
また、本発明に係る膜分離装置の運転方法は上記の構成において、前記膜分離装置は分離槽と、この分離槽内の濃縮汚泥に浸漬された膜モジュールと、濃縮汚泥の液面を一定に保持する濃縮汚泥の排出手段とを具備していることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る膜分離装置の運転方法を実施するための装置系統図である。図１において汚泥供給槽１０には管路１２から濃縮対象物である原汚泥が流入する。また、この汚泥供給槽１０には管路１４から後述するように濃縮汚泥が返送される場合がある。汚泥供給槽１０は管路１６によって膜分離装置２０と接続され、汚泥供給槽１０内の汚泥は管路１６の途中に設けた供給ポンプ１８によって、膜分離装置２０に供給される。本発明においては、このような汚泥供給槽１０から膜分離装置２０に供給される汚泥を供給汚泥と定義し、前記原汚泥と区別する。膜分離装置２０は主として分離槽２２と、この分離槽２２内の濃縮汚泥に浸漬された膜モジュール２４とからなる。膜モジュール２４の二次側には管路２６が接続され、この管路２６に設けた吸引ポンプ２８によって、膜モジュール２４の濾過膜を透過した透過液が管路２６から抜き出され、装置外に排出される。また、膜分離によって濃縮された分離槽２２内の濃縮汚泥は、その液面が一定に保持されつつ、オーバーフロー分が管路３０から排出される。
【０００９】
膜モジュール２４の膜材としては有機材料又はセラミック材料で形成された精密濾過膜又は限外濾過膜が用いられる。膜モジュール２４の型式としては浸漬式の中空糸膜、平膜が好ましく、特に円盤状の平膜を回転させるようにした回転平膜式の膜モジュールが汚泥の濃縮用に好都合である。しかしながら、本発明に係る膜分離装置は上記の浸漬式の膜モジュールを用いたものに限らず、例えば管型の膜モジュールを用いたものにも適用可能である。
【００１０】
管路３０から排出された濃縮汚泥は汚泥溜３２を経由したのち、排出ポンプ３４によって管路３６から前記汚泥供給槽１０又は汚泥貯槽３８のいずれか一方に送出される。すなわち、管路３６は循環用の管路１４と排出用の管路４０とに分岐しており、管路１４には切替弁１５が、管路４０には切替弁４２が設けられている。この切替弁１５と切替弁４２の開閉を操作することによって、管路３６からの濃縮汚泥は管路１４を介して汚泥供給槽１０に返送されるか、又は管路４２を介して汚泥貯槽３８に排出される。
切替弁１５と切替弁４２の操作は前記分離槽２２に配設した汚泥濃度計４４の検出信号を取り込む制御器４６によって制御される。また、この制御器４６は汚泥濃度計４４の検出信号に応じて、吸引ポンプ２８の稼動と停止を切り替える信号を出力する機能を備えている。
なお、分離槽２２内の濃縮汚泥の液面を一定に保持する濃縮汚泥の排出手段としては前記したオーバーフローによる方法に限らない。例えば管路３０と排出ポンプ３４とを汚泥溜３２を介さずに直接に接続し、分離槽２２内に設けた液面計の指示値が一定となるように排出ポンプ３４による濃縮汚泥の引き抜き量を制御するようにしてもよい。
【００１１】
上記の構成において、汚泥供給槽１０には管路１２から原汚泥が連続的又は間欠的に流入する。また、後述する循環運転時には汚泥供給槽１０に管路１４から濃縮汚泥が流入する。このように濃縮汚泥が汚泥供給槽１０内に流入する場合には、原汚泥よりは汚泥濃度が比較的高い濃度に調整された供給汚泥が膜分離装置２０に供給される。通常は膜分離装置２０では供給される供給汚泥の流量及び膜モジュール２４から吸引する透過液の流量を一定に保持する運転をする。その結果、分離槽２２をオーバーフローして排出される濃縮汚泥の流量も一定に保持される。なお、分離槽２２内の濃縮汚泥の汚泥濃度は汚泥濃度計４４によって連続的に又は適当な制御間隔で検出され、制御器４６にその検出信号が送信される。
【００１２】
当該膜分離装置２０の運転モードは排出運転、循環運転、押出運転の３種類に区分される。
排出運転は濃縮汚泥の汚泥濃度が目標範囲内の正常な時の運転であり、膜分離処理を行いつつ膜分離装置２０から排出される濃縮汚泥の全量を装置外に排出する。具体的には供給ポンプ１８と吸引ポンプ２８を稼動し、供給汚泥の流量及び膜モジュール２４から吸引する透過液の流量を一定に保持して膜分離処理を行いつつ、切替弁１５を閉、切替弁４２を開として膜分離装置２０から排出される濃縮汚泥を汚泥貯槽３８に排出する。
循環運転は濃縮汚泥の汚泥濃度が比較的低濃度な時の運転であり、膜分離処理を行いつつ膜分離装置２０から排出される濃縮汚泥の全量を汚泥供給槽１０に返送する。具体的には供給ポンプ１８と吸引ポンプ２８を稼動し、供給汚泥の流量及び膜モジュール２４から吸引する透過液の流量を一定に保持して膜分離処理を行いつつ、切替弁１５を開、切替弁４２を閉として膜分離装置２０から排出される濃縮汚泥を汚泥供給槽１０に返送する。この循環運転を行うと汚泥供給槽１０では原汚泥と濃縮汚泥が混合し、供給汚泥の濃縮汚泥が上昇する。その結果、濃縮汚泥の汚泥濃度も上昇する。
押出運転は濃縮汚泥の汚泥濃度が比較的高濃度な時の運転であり、膜分離処理を停止しつつ供給される供給汚泥に相当する量の濃縮汚泥の全量を装置外に排出する。具体的には供給ポンプ１８からの供給汚泥の流量一定に保持するとともに、吸引ポンプ２８を停止して膜分離処理を停止し、切替弁１５を閉、切替弁４２を開として供給汚泥に相当する量の濃縮汚泥を汚泥貯槽３８に排出する。この押出運転を行うと分離槽２２内の濃縮汚泥が逐次、汚泥濃度が低い供給汚泥と置換される。その結果、濃縮汚泥の汚泥濃度が比較的急速に下降する。
【００１３】
上記３種類の運転モードの切り替えは汚泥濃度計４４からの検出信号に応じた制御器４６による前記切替弁１５と切替弁４２の切り替え信号及び吸引ポンプ２８の稼動と停止の切り替え信号によって実行される。図２はその制御手順を示すフローチャートである。排出運転からスタートした場合、濃縮汚泥の汚泥濃度が下限値以上、上限値未満の正常値であれば排出運転を継続し（Ｓ１００）、下限値未満になると循環運転に切り替え（Ｓ１１０）、上限値以上になると押出運転に切り替える（Ｓ１２０）。循環運転をしても汚泥濃度が中間値未満であれば循環運転を継続し（Ｓ１３０）、中間値以上になると排出運転に切り替える（Ｓ１４０）。また、押出運転をしても汚泥濃度が中間値を超える時には押出運転を継続し（Ｓ１５０）、中間値以下になると排出運転に切り替える（Ｓ１６０）。このような運転モードの切り替えによって、原汚泥の汚泥濃度が大幅に変動した場合でも膜分離装置２０から装置外へ排出される濃縮汚泥の汚泥濃度を下限値以上、上限値未満の目標範囲内にほぼ維持することができる。
なお、上記の例は中間値を１点とする場合であるが、本発明はこれに限らない。例えば中間値として中間値▲１▼と中間値▲２▼を設定し、循環運転と排出運転との切り替え制御点として中間値▲１▼を用い、押出運転と排出運転との切り替え制御点として中間値▲２▼を用いるようにしてもよい。
【００１４】
図３は上記の運転モードの切り替え制御を実行した場合に、原汚泥と濃縮汚泥の汚泥濃度の経時変化状況をモデル化して示したものである。（イ）は原汚泥の汚泥濃度の経時変化を示し、例えば標準濃度１.０％に対して、時間帯Ｔ１では０.５％以下、時間帯Ｔ２では１.５％以上に原汚泥の汚泥濃度が変動したと仮定する。（ロ）は原汚泥の濃度変動に伴う濃縮汚泥の汚泥濃度の経時変化を示し、例えば標準濃度４.０％を中間値とし、下限値を３.８％、上限値を４.２％に設定して制御を実行した場合である。汚泥供給槽１０や分離槽２２は相応の容量を有しており、汚泥が一定時間滞留するので、濃縮汚泥の汚泥濃度は原汚泥の濃度変動に対して遅れて、かつ濃度変動をある程度吸収して平均化した状態で変動する。このため、原汚泥の汚泥濃度が標準濃度１.０％を中心に多少変動しても、排出運転Ａを実行すれば濃縮汚泥の汚泥濃度は標準濃度４.０％を中心に比較的安定に推移する。しかしながら、（イ）に示したように原汚泥の汚泥濃度が０.５％以下の時間帯Ｔ１が比較的長時間にわたって継続すると、濃縮汚泥の汚泥濃度は徐々に下降して、終には下限値の３.８％に達する。すると制御器４６は汚泥濃度計４４からの検出信号に応じて切替弁１５を開、切替弁４２を閉とする切り替え信号を出力して、運転モードを循環運転Ｂに切り替える。この循環運転Ｂの結果、濃縮汚泥の汚泥濃度が徐々に上昇し、中間値である標準濃度４.０％に達する。すると制御器４６は汚泥濃度計４４からの検出信号に応じて切替弁１５を閉、切替弁４２を開とする切り替え信号を出力して、運転モードを排出運転Ａに復帰させる。しかしながら、原汚泥の汚泥濃度が０.５％以下の時間帯が継続している場合には排出運転Ａにより、濃縮汚泥の汚泥濃度は再び下降する。したがって、原汚泥の汚泥濃度が０.５％以下の時間帯Ｔ１が継続する期間中はこのような排出運転Ａと循環運転Ｂが交互に繰り返されることになる。
【００１５】
一方、（イ）に示したように原汚泥の汚泥濃度が１.５％以上の時間帯Ｔ２が比較的長時間にわたって継続すると、濃縮汚泥の汚泥濃度は徐々に上昇して、終には上限値を４.２％に達する。すると制御器４６は汚泥濃度計４４からの検出信号に応じて運転モードを排出運転Ａから押出運転Ｃに切り替える。すなわち、切替弁１５を閉、切替弁４２を開とした状態を維持しつつ、供給ポンプ１８からの供給汚泥の流量一定に保持するとともに、吸引ポンプ２８を停止して膜分離処理を停止する。この押出運転Ｃの結果、分離槽２２内の濃縮汚泥が逐次、汚泥濃度が低い供給汚泥と置換され、濃縮汚泥の汚泥濃度が急速に下降して中間値である標準濃度４.０％に達する。すると制御器４６は汚泥濃度計４４からの検出信号に応じて吸引ポンプ２８を再稼動し、運転モードを排出運転Ａに復帰させる。しかしながら、原汚泥の汚泥濃度が１.５％以上の時間帯が継続している場合には排出運転Ａにより、濃縮汚泥の汚泥濃度は再び上昇する。したがって、原汚泥の汚泥濃度が１.５％以上の時間帯Ｔ２が継続する期間中はこのような排出運転Ａと押出運転Ｃが交互に繰り返されることになる。
【００１６】
上述のとおり、本実施の形態によれば原汚泥の汚泥濃度が標準濃度１.０％に対して、０.５％以下や１.５％以上の範囲で大きく変動する場合でも、装置外に排出する濃縮汚泥の汚泥濃度を常に平均約４％（上限４.２％、下限３.８％）の安定した値にすることができる。このため、汚泥濃度の変動に対して原汚泥や透過液の流量制御などの複雑な制御を必要とせず、安定した汚泥の濃縮操作を実施できる。
【００１７】
図４は他の制御手順を示すフローチャートである。排出運転からスタートし、濃縮汚泥の汚泥濃度が下限値以上、上限値未満の正常値であれば排出運転を継続し（Ｓ２００）、下限値未満になると循環運転に切り替え（Ｓ２１０）、上限値以上になると押出運転に切り替える（Ｓ２２０）。循環運転では所定の設定時間Ｔ３が経過するまで運転を継続し（Ｓ２３０）、所定の設定時間Ｔ３を経過すると排出運転に切り替える（Ｓ２４０）。また、押出運転では所定の設定時間Ｔ４が経過するまで運転を継続し（Ｓ２５０）、所定の設定時間Ｔ４を経過すると排出運転に切り替える（Ｓ２６０）。この制御方法によれば、循環運転と押出運転の運転時間をタイマーによって設定するので図２に示した中間値（標準濃度）に基づく制御に比べて、制御の単純化を図ることができる。なお、循環運転と押出運転とでは、濃縮汚泥の汚泥濃度に対する応答性に差がある。したがって、応答が緩慢な循環運転では設定時間Ｔ３を長めとし、応答が敏感な押出運転では設定時間Ｔ４を短めとし、各運転を排出運転に切り替えた際の濃縮汚泥の汚泥濃度が下限値と上限値とのほぼ中間となるように設定することが好ましい。
【００１８】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明に係る汚泥の濃縮方法によれば、原汚泥の汚泥濃度の変動が大きい場合でも、複雑なフィードバック制御を行うことなく膜分離装置の負荷を安定に維持し、かつ、最終的に系外に排出する濃縮汚泥の汚泥濃度を一定の目標値に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る膜分離装置の運転方法を実施するための装置系統図。
【図２】本発明に係る運転方法の実施形態を示すフローチャート。
【図３】本発明に係る運転方法実行した場合に濃縮汚泥などの汚泥濃度の経時変化を例示した説明図。
【図４】本発明に係る運転方法の他の実施形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０……汚泥供給槽
１５……切替弁
１８……（供給汚泥の）供給ポンプ
２０……膜分離装置
２２……分離槽
２４……膜モジュール
２８……（透過液の）吸引ポンプ
３２……汚泥溜
３４……（濃縮汚泥の）排出ポンプ
３８……汚泥貯槽
４２……切替弁
４２……汚泥濃度計
４６……制御
【図１】
0003894043.tif 000002
【図２】
0003894043.tif 000003
【図３】
0003894043.tif 000004
【図４】
0003894043.tif 000005