(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被除去物を含む被処理流体あるいは被除去物を含む流体に、被除去物より密度が大きいシーディング材と凝集剤を添加することにより前記被除去物と前記シーディング材を含むフロックを生成する手段と、このフロックの生成された被処理流体を濾過するものであって、被除去物やフロックが通過できない目開きを有する網からなる濾過手段と、この濾過手段の表面に捕捉された被除去物やフロック等の堆積物を被処理流体の液面より上方に移動させ、この堆積物を前記濾過手段の表面から水流力で剥離させるための洗浄手段とを備えた膜分離浄化装置において、
前記濾過手段の濾過面の内外面を照射して殺菌する紫外線を設けたことを特徴とする膜分離浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載の膜分離浄化装置において、
前記洗浄手段は、前記濾過手段によって浄化された浄化水を吸い上げるポンプとシャワー管とからなることを特徴とする膜分離浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水質浄化や固液分離等を目的とした膜分離装置に関し、特に生物や汚濁有機物による膜目の閉塞を防止することのできる膜分離浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固液分離等を目的として、細めの金膜や高分子繊維で編んだ膜を通水分離膜として粒子を膜で分離し除去する浄化装置がある。その例としては、 例えば化学技術誌ＭＯＬ Vol.22, No.12 p47-51, (1984) に記載されているものなどがある。
【０００３】
ステンレス鋼の細線、銅の細線、あるいはポリエステル繊維等で膜を構成し、被処理水は、例えばその数十ミクロンメートルの目開きを有した開口部を通過する。被処理水中の被処理物、例えばアオコ等の植物プランクトンや動物フランクトンや有機物等の汚濁物質はその投影面積や投影直径が開口部の投影面積や投影直径よりも大きい場合通過できず捕捉分離され、膜を透過した水は浄化水となる。このまま、同じ膜面に被処理水を通水し続けると、膜の通水側面に被処理物が堆積して通水抵抗が増大し、通水量が極端に低下し、浄化操作に支障をきたす。したがって、被処理水液面以下の部位にあるこの堆積物のある膜面を被処理水液面より上方の大気部まで移動させ、例えばシャワー状の浄化水を使用して膜を洗浄し、その洗浄水と堆積物の混合水をスラッジとして分離部系から排除し、膜面を洗浄再生し再び被処理水液面以下の部位に戻す構造としている。シャワー水で洗浄しきれなかった少量のアオコ等の植物プランクトン、動物プランクトン、微小動物の幼虫や卵、有機物等の汚濁物質は膜の表面に残留する。
【０００４】
スラッジは最終的には、通常トラックで処分場や焼却場に運搬したり、コンポスト化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来例では、シャワー水で洗浄しきれなかった少量のアオコ等の植物プランクトン、動物プランクトン、微小動物の幼虫や卵、有機物等の汚濁物質が膜の表面に残留し、これらの生物が繁殖して膜に固着するとシャワー水で除去できなくなり、膜目が閉塞したり目が狭くなって通水量が減少し、浄化性能を低下させる問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、特に生物や汚濁有機物による膜目の閉塞を防止できる膜分離浄化装置を得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、被除去物を含む被処理流体あるいは被除去物を含む流体に、被除去物より密度が大きいシーディング材と凝集剤を添加することにより前記被除去物と前記シーディング材を含むフロックを生成する手段と、このフロックの生成された被処理流体を濾過するものであって、被除去物やフロックが通過できない目開きを有する網からなる濾過手段と、この濾過手段の表面に捕捉された被除去物やフロック等の堆積物を被処理流体の液面より上方に移動させ、この堆積物を前記濾過手段の表面から水流力で剥離させるための洗浄手段とを備えた膜分離浄化装置において、前記濾過手段の濾過面の内外面を照射して殺菌する紫外線を設けたことにより達成される。
【０００８】
ここで、前記濾過手段を網状細線で構成し、この網状細線表面に光触媒を固定化すると更に良い。
【０００９】
すなわち、本発明では、例えば、シャワー状の浄化水を使用して膜を洗浄した後、膜表面に紫外線を照射する紫外線発生ランプを配置する。また、ステンレス鋼の細線や銅の細線の表面に酸化チタンの粒子を結合したり膜をコーティングし、紫外線をこの表面に照射し、その表面に活性酸素を発生させるようにしたものである。
【００１０】
この紫外線照射による殺菌作用により、シャワー水で洗浄しきれなかった少量のアオコ等の植物プランクトン、動物フランクトン、微小動物の幼虫や卵等は死滅し、その後増殖することはなく、活性酸素により残存汚濁有機物とともに酸化分解され、その後のシャワー水で洗浄される。したがって、膜目が閉塞したり目が狭くなって通水量が減少することがなく、浄化性能を長期間にわたって維持できる膜分離浄化装置が得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図１、図２及び図３により説明する。図２は図１の膜分離浄化装置８の拡大断面図、図３は図２の上部から見た半断面図である。被処理水である原水を，水源例えば貯水池１から、導管２、大きなゴミを取るためのフィルタ３を通してポンプ４で原水貯槽５に汲み上げ，この原水６を配管７を通して膜分離浄化装置８に流入させる。
【００１２】
図２、図３により膜分離浄化装置の構造を説明する。ステンレス鋼の細線や銅の細線やポリエステル繊維等で数ミクロンメートルから数十ミクロンメートルの目開きを有した開口部を有する膜９をドラム状に構成し、膜９の両端は目開きのないドラム状のシェル１０，１１に接合され、その一方向はフランジ１２に接合されて一体化され、フランジ１２の中央部はロッド１３に接合されロッド１３がモータ１４で回転することにより、フランジ１２、シェル１０、ドラム状の膜９、シェル１１が回転する。シェル１１と固定フランジ１５は摺動面１６で気密性を維持しながら回転摺動する。膜９の外側に浄化水槽１７を配置する。原水６は導管７からドラム状の膜９内に流入し、原水６は膜９を通過する。この時原水６中の被除去物１８は膜９内面に捕捉され、膜９を通過し被除去物１８を分離された水は浄化水１９となって浄化水槽１７に溜り、配管２０を通って貯水池１に放流される。原水６が膜９を通水する動力は原水６と浄化水１９との液面位差である。一方、被除去物１８は図２で反時計回りに回転する膜９内面に通水抵抗によって付着し堆積物となって液面上の大気部に露出する。
【００１３】
露出した被除去物１８の堆積物は、即通水の障害にはならないが、長時間運転して堆積物が増加すると通水の障害となる。浄化水槽１７内の浄化水をポンプ２１の取水口２２から吸い込み導管２３からシャワー管２４に送り、孔からシャワー水２５を、膜９外表面から内面側に吹き付ける。膜９の内表面に蓄積した堆積物はシャワー水で剥がれ膜９面は再生され、内側に設けたトレイ２６に堆積物を含む洗浄水は溜る。この洗浄水は、排水口２７から流失し、配管２８を通ってスラッジタンク２９に溜まる。
【００１４】
洗浄された膜９の内外面には、原水内の微生物等が付着し繁殖し、膜９の目を閉塞する虞がある。これを防ぐため本実施例では、紫外線ランプ３０，３１を保護ガラス管３２，３３に挿入して配置する。保護ガラス管３２，３３の内面にはそれぞれ上半分と下半分の部分にアルミニュウム蒸着膜を付着させ、紫外線が反射して、膜９の内外面に紫外線が照射されるようにする。膜９に付着した動・植物プランクトン生物の卵や幼虫が紫外線で死滅することにより網上で繁殖することがなくなり、膜９の目を閉塞したり狭くしたりして浄化機能に障害を与えることを防止できる。また、膜９を構成する細線や繊維上に酸化チタン等の活性酸化触媒物質を固定化することにより、紫外線照射により活性酸素を発生させることができる。この活性酸素により、膜９に付着する有機物を酸化分解して、膜９の有機物等の汚れを取り除くことができる。
【００１５】
スラッジタンク２９に溜まったスラッジは、配管３４を通じて遠心分離機やベルトプレス機等の脱水設備３５により濃縮された後、堆肥等に処理される。
【００１６】
なお、本実施例では膜９をドラム状に形成した場合について説明したが、膜９をディスク状に構成し、このディスクを縦方向に複数枚配置して浄化装置を構成しても、膜の内外面に紫外線を照射して同様な膜分離浄化装置が得られる。
【００１７】
図４に本発明の他の実施例を示す。図１の実施例と異なる点は、原水６に密度が大きい無機質物等の砂粒子や粉砕ガラス粒子のシーディング材を添加するためのシーディング添加装置３６及び配管３７を備えていること、またｐＨ調整剤、ポリ塩化アルミニウム等の凝集剤や高分子補強剤等を加えるための薬剤添加装置３８及び配管３９を備えていること、原水とこれらの添加物を攪拌するための撹絆槽４０と攪拌翼４２を回転駆動するモータ４１を備えていることである。これによって、数百ミクロンメートル〜数ミリメートル程度の大きさの被除去物とシーディング材を含み、密度を大きくされたフロックを多量に含む前処理水４３が生成される。この前処理水４３を導管７を通じて膜分離浄化装置８に通水する。
【００１８】
膜９で分離されたフロックをシャワー水２５で洗浄し、フロックを含む洗浄水をトレイ２６で回収する点は図２、図３で説明した実施例と同様であるが、本実施例の場合、密度が小さい被除去物単体を洗浄する前記の場合に比べ、フロックの体積と密度が大きいため、洗浄時にその重力とシャワー水をフロック表面に蓄えられその重力が作用して、より少ないシャワー水量で容易に膜９から剥離させ、スラッジを回収することができる。したがって、本実施例では、スラッジの含水率が小さく高濃縮のスラッジを得ることができる。したがって、後段側の遠心分離機等の脱水手段の処理能力が小さくて済み、装置コスト、運転コストを低減できる効果がある。また、本実施例では、膜９からフロックの剥離のためにシャワー水を使用したが、シャワー水の代わりに空気圧縮機により圧搾空気をシャワー管２４から高圧空気シャワーとして放射しても密度の高いフロックは容易に剥離され、膜９を洗浄することができる。この場合、洗浄に水を使用しないので、剥離したフロックの含水率を更に低くして高濃縮のスラッジを得ることができる。したがって、後段側の遠心分離機等の脱水手段の処理能力を小さくでき、装置コストや運転コストを低減することができる。
【００１９】
回収されたスラッジを熱分解し、スラッジの減容化及びシーディング材の回収再利用のため、スラッジはスラッジタンク２９から配管４４及びスラリ加圧ポンプ４５を介して下流側に送られる。スラリ加圧ポンプ４５入り口部で、薬剤タンク４６から、高温高圧水で処理する際必要な水、反応促進剤及び中和剤のアルカリ溶液等を弁４７を通してスラッジに添加される。
【００２０】
スラリ加圧ポンプ４５で２ＭＰａ程度に加圧されたスラッジは、反応管４８内に吐出され、処理後の熱回収用の予熱熱交換器４９で予熱され、ヒータ等を内蔵した温度調節器５０で温度が２００度の亜臨界状態にされる。
【００２１】
ここで、スラッジ中の被除去物である植物や動物プランクトン等は有機物であり、凝集剤としては無機系、有機系がある。したがって、亜臨界水中では凝集したフロックやはその結合が破壊され、フロック中の固形物がバラバラになり、有機物は油状の粘性の高い液体と水分が混在した亜臨界溶液となり、スラッジ中のシーディング材の周りから凝集剤が剥がれ、シーディング材単体で分離する。したがって、シーディング材分離器５１では回転流によるサイクロン作用等で密度の高いシーディング材は側壁側から沈降し下部に溜まる。ある程度シーディング材が蓄積すると、弁５２を開いて内圧を利用してシーディング材スラリを回収槽５３に回収する。回収したシーディング材は再利用する。
【００２２】
スラッジはシーディング材分離器５１を出た後、薬剤タンク５４から、高温高圧水中で酸化処理する際に必要な、酸素、過酸化水素水、空気、共晶反応剤、アルカリ溶液等を、弁５５を介して、ヒータを内臓した反応管５６内のスラッジに添加される。反応管５６で温度管理されたスラッジは反応管５６内で、スラッジ中に含まれる有機物が酸化され減容化され、スラッジ中に存在するリンは化学反応によってリン酸塩となって固形沈殿物となる。反応管５６のラインには安全弁５７を取り付けている。
【００２３】
その後、高温高圧スラッジ溶液は、配管５８を通り、予熱熱交換器４９で熱が回収され、フラッシュタンク５９内から圧力調整弁６０を介して減圧、噴霧される。フラッシュタンク５９内は圧力調整弁６０で大気圧より若干高い圧力に調整される。ここで、高温・高圧スラッジ溶液中の水分の一部は内部熱容量で自己蒸発し、残りは内蔵したヒータ等で加熱されて蒸発し、蒸発した蒸気はフラッシュタンクを保温し、圧力調整弁６１から放出される。フラッシュタンク５９内でスラッジ中の未酸化有機物や無機物分子は乾燥固形化され、容器底部に乾燥物が沈降分離されタンク外に取り出され、溶液分は、配管６２や流量調整弁６３を介して導かれた原水と配管６４で混合され、水質を調整された後、下水や植生設備等に放流される。
【００２４】
本実施例では、高温高圧水では凝集剤の凝集作用が壊れ、フロック中の固形物がバラバラになり、スラッジ中のシーディング材の周りから凝集剤が剥がれ、シーディング材単体で分離できるので再使用する際、純度の高いシーディング材を回収することができる。遠心分離機やベルトプレス機等の濃縮手段を使用せずにスラッジを処理できるので装置コストが低減でき、また、スラッジは減容化されるのでスラッジ処理コストも低減できる。
【００２５】
なお、本実施例では、凝集剤を使用せず、被除去物を含むフロックを生成しないでシーディング材と被除去物との混合物を膜分離する場合にも適用でき、シーディング材を回収・再利用することができる。
【００２６】
また、被除去物とほぼ同じサイズもしくは被除去物より小さくかつ膜で捕捉されるサイズのシーディング材を原水中に注入して混合し、被除去物をシーディング材との混合物として膜表面に捕捉堆積させ、この密度の大きい混合物を少ないシャワー水量で膜からシャワー水の水圧及び重力で剥離させるようにすれば、凝集剤を使用することなく同様な効果を生じさせることができる。
【００２７】
なお、本実施例では紫外線ランプを殺菌手段として用いたが、電磁波照射や電気通電による殺菌処理でも同様な効果が得られる。
【００２８】
また、保護ガラス管３２，３３の外表面の汚れを洗浄するために、浄化水を洗浄水として使用し連続的もしくは周期的に、外表面を機械的なブラシやワイパー等で、もしくは洗浄流水で汚れを剥離除去する洗浄手段を設ければ、紫外線の殺菌効率を維持することができる。この場合、機械的なブラシ、ワイパー、洗浄水吹き出し孔を固定し、保護ガラス管３２，３３を洗浄中に回転させながら外表面の全周を洗浄する構成とすることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、紫外線照射などの殺菌手段を設けているから、その殺菌作用により、シャワー水で洗浄仕切れなかった少量のアオコ等の植物プランクトン、動物プランクトンや微小動物の幼虫や卵を死滅させることができ、その増殖を防止できるから、活性酸素により残存汚濁有機物と共に酸化分解して、その後のシャワー水等で洗浄除去することができる。したがって、膜目が閉塞したり目が狭くなって通水量が減少するのを防止でき、浄化性能を長期間にわたり維持できる膜分離浄化装置を得ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す膜分離浄化装置の系統図。
【図２】図１に示す膜分離浄化装置の縦断面図。
【図３】図２の膜分離浄化装置を一部断面で示した平面図。
【図４】本発明の他の実施例を示す膜分離浄化装置の系統図。
【符号の説明】
６…原水、９…膜、１７…浄化水槽、１８…被除去物、１９…浄化水、２５…シャワー水、３０，３１…紫外線ランプ、 ３２，３３…保護ガラス管。
【図１】
0003867454.tif 000002
【図２】
0003867454.tif 000003
【図３】
0003867454.tif 000004
【図４】
0003867454.tif 000005