(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多本数の中空糸膜の一端が自由端にされ、他端が束ねられた固定端にされているとともに、集水部と連結され、かつ前記中空糸膜に隣接して保護部材が設けられた中空糸膜モジュールが、自由端を上側、集水部を下側にして配置された中空糸膜処理装置であって、前記中空糸膜モジュールを鉛直方向に対する角度が５°以上、４５°以下となるように傾けて配置したことを特徴とする中空糸膜処理装置。
【請求項２】
前記中空糸膜モジュールを、鉛直方向に対する角度が５°以上、２０°以下となるように配置したことを特徴とする請求項１記載の中空糸膜処理装置。
【請求項３】
前記中空糸膜モジュールの下方に上昇流発生手段を配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の中空糸膜処理装置。
【請求項４】
前記中空糸膜が親水性の膜素材を使用した中空糸膜モジュールであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜処理装置。
【請求項５】
原水が活性汚泥を含むものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃水処理等に利用する中空糸膜処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
膜分離技術は、逆浸透膜や限外ろ過膜、精密ろ過膜を用いて、海水・かん水の脱塩、半導体洗浄用の超純水の製造、食品の分離または濃縮等のように高品位な水が必要とされる用途を中心に研究が進められてきた。しかし、最近では環境保全の観点から、廃水処理にも膜分離技術を適用しようとする研究が進められている。
【０００３】
廃水処理では、多くの場合、沈殿による固液分離を伴うため、その代替として膜分離技術が実施できれば、高品位な処理水が得られるだけでなく、広大な沈殿池の省略あるいは縮小ができ、スペースメリットが非常に大きい。廃水処理では、活性汚泥と呼ばれる微生物により、廃水中の有機物を分解した後に、フロック化した汚泥と処理水を分離する活性汚泥処理プロセスが広く用いられている。
【０００４】
この活性汚泥処理プロセスでは、処理効率を上げるために、活性汚泥を高濃度化すると、分解処理が進む一方で、後段の沈殿池において汚泥の沈降性不良を生じる場合があり、水質の悪化を防止するための管理作業が煩雑であった。
【０００５】
この汚泥と処理水との固液分離に膜分離技術を利用することで、高濃度活性汚泥処理を行なった場合にも、水質の悪化を伴わず、更に沈殿池を省略でき非常に省スペースとなる。このような点から、高濃度（ＭＬＳＳ  約７，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌ）活性汚泥混合液の固液分離用途に向けての膜分離技術の研究が行われている。
【０００６】
ところで、分離膜には主に平膜、管状膜、中空糸膜等があり、使用される方式により適した分離膜モジュールが開発されている。
【０００７】
高濃度の固液分離は分離膜モジュールに原水を循環供給し、膜面に付着する汚れを、循環流でかきとりながら分離するクロスフロー方式が行われており、この方式に合わせた平膜や管状膜モジュールが主として用いられてきた。
【０００８】
しかし、この方式は高濃度の活性汚泥を分離膜モジュール内へ供給することが困難にであることに加えて、膜面に付着する汚泥をかきとるために、常に膜面に原水を循環供給する必要があり、動力コストが高価であった。このため、再利用水など廃水処理の中でも一部の高度な処理を要する分野に使用は限定されていた。
【０００９】
近年になり、水槽内に分離膜モジュールを浸漬してモジュールの透過側をポンプで吸引、あるいはサイホン等のように水位差を利用して処理水を得る、省エネルギーな浸漬タイプの分離膜モジュールの研究が行われている。活性汚泥処理では通常、好気性の微生物を飼育するための曝気が行われており、この浸漬タイプは膜面を曝気により水槽内に形成される旋回流を利用して、汚れをかきとりながら固液分離を行うことができ、非常に低コストで運転が可能である。
【００１０】
平膜モジュールでは、特公平４−７０９５８号公報に記載のような装置が試用されつつあるが、高濃度の活性汚泥を分離する際には、単位膜面積当りの処理水量を大きく取ると膜面に汚泥の付着が急速に進むため、大量処理には大きな膜面積が必要であった。
【００１１】
一方、中空糸膜モジュールは平膜と比較して、単位容積当たりの膜面積を大きく取れ、コンパクトに大量処理が可能である。しかし、中空糸膜モジュールをし尿処理などの廃水処理用途に使用した際には、廃水中の非常に細かい繊維状屑（し渣）が、中空糸膜に絡み付くことが判明した。このし渣は大きなものは前処理などで除去されるが、中空糸膜を使用した場合には前処理で除去しきれないような非常に小さなし渣が中空糸膜に絡むことで粗大化し、更にその上に汚泥が付着していることが判明した。
【００１２】
し渣は中空糸膜に一旦絡むと除去が困難であり、絡みが徐々に蓄積していき、それを核として、汚泥が付着していく。汚泥が中空糸膜間を閉塞し、ろ過差圧が上昇するだけでなく、中空糸膜の破断等も起こり、活性汚泥中での使用は困難であった。そこで本発明者らは特願平９−２９７９９３号において、中空糸膜の先端部分が自由端で、この先端部から絡んだし渣を取り除き、廃水中でのし渣の絡みとその蓄積を防止できる中空糸膜モジュールを提案した。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このモジュールは、水槽内に配置され運転している最中、つまり水槽内の原水に浸漬されている場合は、水槽内の旋回流により中空糸膜の自由端から絡んだし渣等を除去できる。一方で運転を停止し、水槽内の原水を排出する場合等のように、水槽内の水位が低下した場合には、中空糸膜は自重によって下方に沈み込み、再度水位が上昇した場合に、中空糸膜が乱れてしまうことがある。
【００１４】
本モジュールで中空糸膜の乱れや中空糸膜同士の絡みを生じた場合は、そこに汚泥や、し渣の絡みが蓄積し、運転の長期安定継続を妨げることになる。
【００１５】
長期の運転では水槽内の水を排出する機会もあるとともに、機器の故障により水位が低下することもあり、このような時に中空糸膜に乱れが生じることがある。一部の中空糸膜の乱れが長期安定運転を行なう上で、装置の信頼性を欠く大きな因子であり、これを解決することが課題である。
【００１６】
本発明の目的は、廃水処理などにおいて、中空糸膜モジュールを使用した際におこる、し渣の絡みを除去しながら運転できかつ、中空糸膜自体の絡み付きを防止して長期間安定に運転が可能な中空糸膜処理装置を提供するものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の発明により基本的に達成される。
すなわち、「多本数の中空糸膜の一端が自由端にされ、他端が束ねられた固定端にされているとともに、集水部と連結され、かつ前記中空糸膜に隣接して保護部材が設けられた中空糸膜モジュールが、自由端を上側、集水部を下側にして配置された中空糸膜処理装置であって、前記中空糸膜モジュールを鉛直方向に対する角度が５°以上、４５°以下となるように傾けて配置したことを特徴とする中空糸膜処理装置。」である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細を説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００１９】
図１は本発明に係る中空糸膜処理装置の一例を示す側面概略図である。図２は水位が低下した際の本発明に係る中空糸膜処理装置の一例を示す側面概略図である。
【００２０】
中空糸膜処理装置は、水槽１内に中空糸膜モジュール２が中空糸膜３の自由端４を上側、集水部５を下側にして容器８内に収容されている。各々の中空糸膜モジュールは鉛直方向に対する角度が５°以上、４５°以下となるように傾けて配置されている。これにより図２に示すように、水槽内の水位が低下した場合にでも、中空糸膜３は中空糸膜モジュール２の保護部材７にもたれ掛かり、その結果として、中空糸膜３の沈み込みを防止する。
【００２１】
中空糸膜モジュール２は、分離手段１０によって、水槽内の中空糸膜モジュールの膜面に圧力差を生じさせ、水槽内の原水を分離し、処理水を取出す。上昇流発生手段９は、水槽内の中空糸膜モジュールの下方に設けられ、旋回流を生じさせる。分離の際に除去され、膜面に付着する汚れは、生じた旋回流の上昇流によりかき取られるとともに、汚れ以外にも中空糸膜に絡み付く、し渣なども中空糸膜の自由端部を上側にして配置しているため、絡みが蓄積せず、安定に運転が可能である。
【００２２】
図３は本発明に係る中空糸膜処理装置で用いる中空糸膜モジュールの一例を示す正面斜視概略図である。
【００２３】
図３に示すように、多本数の中空糸膜３は、一端が互いに固定されていない自由端４で、他端が中空糸膜同士の間隙を封止するように接着材等で充填固定され、固定端６で切断等により、中空糸膜の内側が開口され、開口面に集水部材を取付け、中空糸膜の内側を通って得られる処理水を集める集水部５を形成して、中空糸膜モジュール２を構成する。
【００２４】
自由端４は、一本一本の中空糸膜が何にも拘束されず独立して、揺動可能な状態となっており、支持部材を設けて拘束したり、複数の中空糸膜が引っ付いて、自由に動いたり、端部がループした状態とはなっていない。
【００２５】
また、自由端となる中空糸膜の先端部の状態は封止してあるものも、開放しているものも好ましい。各々の中空糸膜が自在に揺動する自由端であれば、先端の状態は特に限定するものではない。
【００２６】
一方、他端は接着固定され、切断等により、中空糸膜の内側を開口し、固定部６を形成し、集水部５が取付けられ、中空糸膜の内側を通って得られる処理水を集める。他端に取り付けられる集水部５の形状は薄板状であれば、多本数の中空糸膜を使用した際にも、中空糸膜の全体に水流を付与でき好ましい。しかし、集水可能な形状であればよく、丸型、角型など形状は特に限定するものではない。更に、中空糸膜モジュール２は中空糸膜の長手方向に対する側部に保護部材７を隣接して設けることで、保護部材７に中空糸膜３がもたれ掛り、その結果として、中空糸膜の沈み込みを防止する。なお、保護部材７は側面にのみ設けられていることが好ましく、長手方向の両端部では開放していることで原水が中空糸膜モジュール２内を流通可能となる。
【００２７】
保護部材７は中空糸膜モジュール２と一体に取付けられており、これにより、中空糸膜に損傷を与えることなく取扱える。形状については、中空糸膜束の形状により、適宜選定するのがよく、中空糸膜を単に束ねたものであれば筒状のものが好ましい。中空糸膜を薄板状に並べた場合には板状のようなものが好ましい。中空糸膜部分のみを覆うように取付けられるのも好ましく、板状のものであれば多孔のものも好ましい。板以外にも中空糸膜を支えるようなものであればよく、網状、棒状のものもまた好ましい。中空糸膜がもたれ掛るものであれば、特に限定するものではない。
【００２８】
また、処理水取出し部１１は分離された処理水を取出すものである。集水部５と一体に取付けられていてもよいし、漏れなどが防止できれば別体であることも好ましい。図３に示すように保護部材７と接合されているものも、集水部に設けたノズルでもよく、形状などについては特に限定するものではない。
【００２９】
この中空糸膜モジュール２を図１のように水槽１内に中空糸膜３の自由端４を上側、集水部５を下側に、鉛直方向に対して所定の角度で配置する。
【００３０】
図１では複数の中空糸膜モジュールを容器に収容してあるが、各々の中空糸膜モジュールを鉛直方向に対して所定の角度に傾けて配置することも好ましい。しかし、より好ましいのはある一定の角度で、すべての中空糸膜モジュールを配置することであり、この場合、容器に収容すれば配置も容易である。容器は下方が開口しており、上昇流を中空糸膜モジュールに流通可能とする。最も好ましくは容器は一つではなく、複数の容器に収容して、グループ毎に配置することであり、大量の中空糸膜モジュールの場合は配置が容易になる。
【００３１】
中空糸膜モジュールを配置する角度は、鉛直方向に対して大きいほど中空糸膜はもたれやすくなる。しかしその一方で大き過ぎる角度であると、上昇流の効果が小さくなるため、中空糸膜がもたれ掛かることができる角度で、かつできるだけ小さい角度とする。具体的には、鉛直方向に対して５°以上、４５°以下の角度とする。好ましくは５°以上、２０°以下である。
【００３２】
ここで用いる水槽１には、廃水処理であれば、活性汚泥混合液、凝集処理液等が原水として貯えられる。活性汚泥を含む原水であれば、中空糸膜により汚泥を高濃度に保持し、処理能力を高めることができ、好ましい。しかし、原水の種類は処理の目的によって様々であり、特に限定するものではない。原水は、処理の度に水槽内に原水を供給するのもよいが、連続的に安定して供給されていることが好ましい。また、既設の水槽に中空糸膜モジュール２を浸漬するのもよいし、水槽として別途水槽を設け、ポンプ等により、原水を移送してもよい。水槽の大きさは設置する中空糸膜モジュールを収容可能であり、原水を受入れ可能な容積を有していれば特に限定するものではない。
【００３３】
そこで、この中空糸膜モジュール２に上昇流発生手段９で槽内に形成される旋回流の上昇流を付与することで、中空糸膜３に付着する汚れを除去するとともに、し渣の絡みを自由端４から取り除きながら運転継続できる。
【００３４】
上昇流発生手段９は、プロペラ等を新設して、槽内を攪拌することで中空糸膜モジュールに上昇流を付与することが好ましい。より好ましくは既設の攪拌手段等により効果的に上昇流が付与することで、動力費を低減できる。廃水処理等で活性汚泥混合液を原水として使用する場合は、好気性の生物処理のために曝気が使用される。従って図１に示すように曝気を用いて上昇流を形成することが、最も好ましい。しかし、上昇流を付与するようなものであれば、特に限定するものではない。
【００３５】
中空糸膜を介して得られる処理水は、中空糸膜モジュール２に直接あるいは間接的に接続された分離手段１０により取出される。ここでいう分離手段１０とはポンプのように吸引手段を用いることも好ましい。さらに好ましくは、透過ライン中に設けた減圧部を真空ポンプで補助することであり、最も好ましくは水槽内の水位を利用した水位差によって、膜透過に必要な差圧を付与することが最も好ましい。この方法であれば運転動力を大幅に軽減できよい。
【００３６】
また、本発明の中空糸膜モジュール２に使用する中空糸膜３は、限外濾過膜、精密濾過膜が適当であり、低圧での分離が可能な逆浸透膜でも良い。中空糸膜の外表面で汚れを除去し、内表面に向かって透過水が流れる外圧型多孔質中空糸膜を使用してあれば、それ以上の形式は特に問わない。また、膜構造においても対称膜、非対称膜等を限定するものではない。
【００３７】
更に、中空糸膜素材としては、中空糸が形成されるものであれば特に限定はしないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることが可能である。廃水処理で使用する場合は、親水性の膜素材であれば、高濃度の廃水中で使用しても膜面が汚れにくい。親水性の膜素材としては、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、セルロースアセテート等があげられ、これらを用いることが好ましい。
【００３８】
［実施例１］
ポリアクリロニトリル中空糸膜２，４００本を薄板状に並べ、一端のみ端部をウレタン接着剤の塗布により型枠内で薄板状に接着固定し、固定部を切断し、中空糸膜内部を開口した。集水部材を接着により固定部に取り付けた。逆端の開口した中空糸膜先端部はモジュールの集水部に真空ポンプを接続して透過側を減圧し、ポリアクリロニトリルのポリマーを中空糸膜先端部から吸引し、所定の位置まで吸引した後に、先端部を水に浸漬し凝固させ、先端部を封止した。集水部材には中空糸膜の両側に中空糸膜と並べるように、角パイプを接続し、中空糸膜の先端方向に向かい、処理水が取出し可能な形状とした。更に角パイプに接着によって板状の保護部材を取付けた。保護部材は、中空糸膜部分のみではなくモジュール全体を覆うように取付けた。この中空糸膜モジュール（３．５ｍ2 ）３つを透過手段としてマグネットギアポンプに接続した。上下方向の開放した容器に中空糸膜の自由端が上、他端が下になるように鉛直方向に対する角度が５°になるように収容し、水槽に配置した。配置した容器の下方にステンレス製の散気管２本を配置し、ここから曝気を行ない上方の容器内の中空糸膜モジュールに上昇流を付与した。
【００３９】
この水槽に産業廃水処理の活性汚泥混合液（ＭＬＳＳ  約１３，０００ｍｇ／Ｌ）を供給し、曝気として槽内を３０ｌ／ｍｉｎで曝気し、膜透過流束が０．４ｍ3 ／ｍ2 ／ｄａｙとなるようにポンプで透過水を吸引し定量運転を実施した。１日毎に水槽内の液を排出し、その際に傾斜手段を稼動させ、中空糸膜モジュールの中空糸膜束が乱れを生じていないかを観察した。し渣が絡み付いているか否かを観察した。排水回数１６回で中空糸膜の乱れおよび絡みはなかった。
【００４０】
［実施例２］
実施例１と同様に、中空糸膜モジュールを鉛直方向に対して２０°で容器に収容し、水槽に配置した。排水回数１６回で中空糸膜の乱れおよび絡みはなく、中空糸膜モジュールにし渣の絡みはなかった。
【００４１】
［比較例］
実施例１，２と同様に、中空糸膜モジュールを鉛直方向に配置して排水を行なった場合、排水回数５回目で２つの中空糸膜モジュールで中空糸膜の絡みを生じ、排水回数９回目で残りの一つの中空糸膜モジュールも中空糸膜の絡みを生じ、初めの２つのモジュールは絡み箇所に汚泥が多量に付着し、多本数の中空糸膜が絡みを生じていた。
【００４２】
【発明の効果】
コンパクトに膜面積を大きく取れる中空糸膜モジュールを、廃水処理などのし渣の絡み付く用途でも長期間安定に運転することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中空糸膜処理装置の一例を示す側面概略図である。
【図２】水位が低下した際の本発明に係る中空糸膜処理装置の一例を示す側面概略図である。
【図３】本発明に係る中空糸膜処理装置で用いる中空糸膜モジュールの一例を示す正面斜視概略図である。
【符号の説明】
１：水槽
２：中空糸膜モジュール
３：中空糸膜
４：自由端
５：集水部
６：固定部
７：保護部材
８：容器
９：上昇流発生手段
１０：分離手段
１１：処理水取出し部
【図１】
0003918304.tif 000002
【図２】
0003918304.tif 000003
【図３】
0003918304.tif 000004