(57)【要約】【課題】膜分離装置の濾過膜の閉塞を抑制する。【解決手段】濾過面を対向させて平板状の濾過膜４ａを並設した平膜ユニット４を被処理水に浸漬し、濾過膜４ａで被処理水を濾過する膜分離装置２であって、濾過膜４ａの膜閉塞を抑制する膜洗浄装置５を設ける。膜洗浄装置５は、軸５ｂを中心に回転する円盤５ａを有し、円盤５ａの主面と濾過膜４ａの主面とを対向させて、円盤５ａを濾過膜４ａと非接触に設ける。被処理水の濾過を行う際に、軸５ｂを電動機１１で回転させて円盤５ａを濾過膜４ａ間に沿って回転させる。【選択図】図２
2016000383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に浸漬され、該被処理水の固液分離を行う複数の平板状の濾過膜と、
前記濾過膜間に非接触に設けられ、前記濾過膜の膜間に沿って回動可能な平板と、を有する
ことを特徴とする膜分離装置。
【請求項２】
前記平板を、予め定められた間隔毎に反転させる
ことを特徴とする請求項１に記載の膜分離装置。
【請求項３】
前記平板の板面に、穴、スリット、突起、窪み、放射線状の筋または溝、螺旋状の筋または溝、若しくは、空気溜まり、のいずれかを設ける
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の膜分離装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、濾過膜により固液分離を行う膜分離装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜分離装置は、被処理水に濾過膜を浸漬して被処理水の固液分離（または、液液分離）を行う装置であり、下水や産業排水の処理等に広く利用されている。
【０００３】
膜分離装置は、濾過の継続にしたがって濾過膜表面へのケーキ層の堆積、若しくは濾過膜の細孔の目詰まり（いわゆる、ファウリング）が発生して、濾過膜の分離性能が低下する。
【０００４】
この濾過膜の分離性能の低下を抑制するために、濾過膜の下方より曝気を行い、気泡及び気泡の上昇に伴い発生する随伴流によって、濾過膜にせん断流（クロスフロー）を作用させて、濾過膜面の表面洗浄が行われている。以後、気泡及び気泡の上昇に伴う随伴流により濾過膜を洗浄することをスクラビングという。また、一定周期毎に膜濾過運転を停止して、濾過膜の２次側から１次側に膜濾過水または水道水を所定の流量（Ｑ）と時間（Ｔ）で通過させる逆圧洗浄（逆洗）を実施して、濾過膜間の差圧の上昇を抑制することもある。
【０００５】
このような濾過膜の洗浄を行った場合でも、ファウリングはその都度完全には解消されないので、ファウリングが徐々に進行して濾過膜間の差圧が漸増する。このため、濾過膜間の差圧が所定の設定値に達すると、濾過膜の２次側から次亜塩素酸ナトリウム水溶液等の薬液を逆通液させる洗浄（インライン洗浄）や、濾過膜を槽外に取り出して、薬液に浸漬する洗浄等が行われる。
【０００６】
膜分離装置において、スクラビングのための曝気に要する電力費を低減することが求められている。曝気に要する電力費を抑制すると、膜分離装置の運転コストが低減する。
【０００７】
また、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｂｉｏ  Ｒｅａｃｔｏｒ）では、スクラビングと活性汚泥への酸素供給という２つの目的で曝気を行うが、曝気は個々の目的のために独立して制御できず、最適な曝気の制御が難しかった。つまり、ファウリングを抑制するために曝気量を増やすと活性汚泥に対しては過曝気となるおそれがあり、活性汚泥に対する曝気が最適となるように曝気量を減らすと、ファウリングが著しく進行するおそれがあった。
【０００８】
そこで、膜分離装置では、例えば、スクラビングと他の膜洗浄方法とを併用することで、膜面に堆積するケーキ層の制御若しくはファウリング物質の除去を行い、曝気量の低減及び曝気に要する電力費を低減することが提案されている（例えば、特許文献１乃至４）。
【０００９】
特許文献１には、濾過膜面上を摺動する掻き取り具を設け、濾過膜面の汚泥を掻き取ることが記載されている。
【００１０】
特許文献２には、散気管からの気泡によって生じる上昇流によって回転するブラシによって濾過膜面の堆積物を除去することが記載されている。
【００１１】
特許文献３には、槽内の被処理水の水位の上下（若しくは、浮力）によりスクレーパを移動させ、濾過膜面の堆積物を除去することが記載されている。
【００１２】
特許文献４には、回転軸に濾過膜と洗浄具とを設け、洗浄具を固定した状態で濾過膜を回転して、濾過膜面のスクレープを行うことが記載されている。
【００１３】
特許文献５には、中空ドーナツ状のディスク型固定膜の表面近傍に、固定膜の中心部を駆動軸として回転する多数のブレードを固定膜の膜面と平行かつ非接触に設けることが記載されている。
【００１４】
特許文献６には、円筒形密封容器の内部に複数の中空ドーナツ状のディスク型固定膜を併設した膜分離装置において、固定膜間に固定膜と非接触に円盤を設け、この円盤を回転させて固定膜の表面にせん断流を発生させることが記載されている。
【００１５】
特許文献７には、水流に乗って流動する担体を用いて、濾過膜の膜面洗浄を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−３３１２３０号公報
【特許文献２】特開平１１−２６７４７２号公報
【特許文献３】特開平９−５７０７１号公報
【特許文献４】特開平７−２０４４７３号公報
【特許文献５】特表２００７−５２８２９３号公報
【特許文献６】米国特許第３４３７２０８号明細書
【特許文献７】特開２００８−２２１０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、スクラビングにより濾過膜の洗浄を行う膜分離装置においては、濾過膜に作用させる気泡（及び随伴流）は、すべての濾過膜に対して均一とはならない。その結果、濾過運転を継続すると、スクラビングの作用が弱い箇所では、濾過膜間に堆積物が生じやすくなる。濾過膜間に堆積物が蓄積することで、濾過膜間が閉塞すると、濾過を行う面積が小さくなり、濾過効率が低下するおそれがある。
【００１８】
また、スクラビングと併せて他の膜洗浄方法を用いた場合においても、洗浄具に堆積物が付着するおそれがあり、洗浄具に付着した堆積物により濾過膜間が閉塞するおそれがある。
【００１９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、濾過膜の閉塞を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成する本発明の膜分離装置は、被処理水に浸漬され、被処理水の固液分離を行う複数の平板状の濾過膜と、濾過膜間に非接触に設けられ、濾過膜の膜間に沿って回動可能な平板と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
以上の本発明によれば、濾過膜の閉塞を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る膜分離装置を備えた水処理システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る膜分離装置の要部横断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る膜分離装置の要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態に係る膜分離装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係る膜分離装置２を用いた水処理システム１の概略図である。水処理システム１は、膜分離装置２（好気槽）と、無酸素槽３と、を備えている。
【００２５】
膜分離装置２は、被処理水に浸漬される平膜ユニット４と、平膜ユニット４の洗浄を行う膜洗浄装置５と、散気装置６と、を有する。なお、膜洗浄装置５は、平膜ユニット４の内側に設けられているので、図１では、図示省略している。
【００２６】
平膜ユニット４は、例えば、図２に示すように、平板状の濾過膜４ａを主面を対向させて所定の間隔をあけて配置して構成される。具体的な例を挙げて説明すると、幅２５０ｍｍ×高さ１０００ｍｍの平板状の濾過膜４ａが１２ｍｍの間隔をあけて配設され平膜ユニット４が構成される。そして、平膜ユニット４同士は、１００ｍｍの間隔をあけて配設される。
【００２７】
濾過膜４ａは、例えば、透水性の良いセラミック板の外表面に、目の細かいセラミックの膜が形成された２層構造を有し、表面側（主面側）が濾過膜として機能する。濾過膜４ａの孔径は、被処理水の水質にもよるが、例えば、細菌（１〜２μｍ）より小さい孔径が選択される。濾過膜４ａの内部には、集水管として機能するチューブ状の空洞（図示せず）が形成されており、集水管（２次側）を負圧にすることで濾過膜４ａを通過した処理水が得られる。
【００２８】
膜洗浄装置５は、図２に示すように、濾過膜４ａ間に設けられる円盤５ａと、円盤５ａが固定される軸５ｂと、を有する。
【００２９】
円盤５ａは、濾過膜４ａと非接触に設けられる。円盤５ａは、一般的に入手可能で、耐食性に優れ、軽量かつ加工が容易な材料により形成される。例えば、金属、合成樹脂、木材、セラミックス、ゴム、ガラス、またはこれらの複合体が、円盤５ａの材料として適宜選択される。特に、エンジニアリングプラスチックにより円盤５ａを形成すれば、万一円盤５ａと濾過膜４ａとが接触したとしても、濾過膜４ａに擦れ傷が付きにくい。また、円盤５ａの形状は、平板であれば特に限定されるものではないが、円盤５ａの主面の形状を円や楕円等にすることで、円盤５ａに対する夾雑物や繊維状の物質の付着が抑制され好ましい。
【００３０】
円盤５ａの回転中心部には軸５ｂが挿通する孔が形成される。つまり、軸５ｂの断面形状と略等しい孔が円盤５ａの回転中心部に形成される。そして、円盤５ａとスペーサ７とを交互に軸５ｂに挿通した後、端部に設けられたスペーサ７を止めねじ等で固定することで、円盤５ａが所定間隔隔てた状態で軸５ｂに固定される。
【００３１】
円盤５ａは、例えば、周辺速度が０．３〜３ｍ／ｓ程度の速度で回転される。これは、スクラビングの気泡の上昇速度がおよそ１ｍ／ｓ前後であることが知られており、この気泡により生じる随伴流の流速もこの程度の速度となると考えられるためである。なお、円盤５ａの周辺速度は、この例に限定されるものではなく、濾過膜４ａ面の洗浄効果が高くなるように任意に設定されるものである。よって、円盤５ａの回転数を変化できるように、インバータにより変速可能に制御される電動機や変速可能な減速機を有する電動機等を用いて軸５ｂを回転させることが好ましい。また、円盤５ａは、一定の方向に回転させるだけでなく、所定の間隔で反転させてもよい。例えば、円盤５ａの回転を制御する制御盤にタイマーを設け、一定期間毎に円盤５ａの回転を反転させたり、円盤５ａの回転数をカウントし、円盤５ａの回転数に応じて円盤５ａの回転を反転させたりする。
【００３２】
軸５ｂは、例えば、断面が正方形の角型の鋼管（ステンレス製）の両端から中実軸部分５ｃを突設させたものであり、中実軸部分５ｃが軸受８で支承される。軸５ｂに角型の鋼管を用いることで、軸５ｂの撓み剛性を高くするとともに、円盤５ａの空転を防止することができる。中実軸部分５ｃの端部には、キー溝を設けてスプロケットホイール９が設けられる。図３に示すように、スプロケットホイール９には、電動用ローラチェーン１０（及び駆動スプロケットホイール）を介して電動機１１が接続され、電動機１１により軸５ｂが所定の回転数で回動される。
【００３３】
軸受８は、例えば、オイルレスタイプの水中軸受が用いられる。被処理水に砂や金属粒子等の夾雑物が含まれる場合には、軸受８に夾雑物の進入を防ぐシーリングや夾雑物を排出する排出手段等が設けられる。
【００３４】
図３を参照して、濾過膜４ａ及び膜洗浄装置５の取付け方法について説明する。
【００３５】
膜分離装置２に濾過膜４ａを支持する支持枠１２ａ，１２ｂを固定する。支持枠１２ａ，１２ｂは上下（または左右）一対の櫛状部材であり、この支持枠１２ａ，１２ｂ間に濾過膜４ａが支持され平膜ユニット４が構成されることとなる。
【００３６】
次に、平膜ユニット４間に膜洗浄装置５を取り付ける。膜洗浄装置５の取付けは、支持枠１２ａ，１２ｂに濾過膜４ａを固定する前に行う。膜洗浄装置５は、例えば、軸５ｂが１対の平膜ユニット４の中心線上であって、濾過膜４ａの並設方向と平行（すなわち、濾過膜４ａの主面に対して垂直）となるように設けられる。より具体的には、軸５ｂは、濾過膜４ａの側部近傍であって、支持枠１２ａと支持枠１２ｂとの中間付近に設けられる。
【００３７】
そして、膜洗浄装置５の円盤５ａと非接触となるように、支持枠１２ａ，１２ｂ間に濾過膜４ａを嵌設する。櫛状の支持枠１２ａ，１２ｂに濾過膜４ａを嵌設することで、濾過膜４ａが円盤５ａ間に設けられるとともに、濾過膜４ａ同士が所定の間隔を保った状態で固定される。
【００３８】
図１を参照して、本発明の実施形態に係る膜分離装置２を有する水処理システム１による被処理水の処理工程について説明する。この例では、膜分離装置２をＭＢＲの好気槽に用いて、被処理水中の有機物、窒素及びリンの除去を行ったものである。
【００３９】
まず、スクリーン１３により固形物や浮遊物が除去された被処理水が流量調整槽１４に移送され、ポンプＰ１により流量調整槽１４の被処理水が無酸素槽３に供給される。無酸素槽３では、脱窒細菌の働きにより被処理水中の硝酸塩が被処理水中の有機物を用いて脱窒される。無酸素槽３で処理された処理水は、膜分離装置２に移送される。
【００４０】
膜分離装置２では、アンモニアが硝化細菌の働きで硝酸若しくは亜硝酸に酸化される。膜分離装置２の処理水は、硝化液循環用のポンプＰ２により流入水量の２倍程度の割合で無酸素槽３に循環される。このとき、膜分離装置２の余剰汚泥が引き抜かれ、汚泥処理工程にて再利用若しくは廃棄される。
【００４１】
膜分離装置２の処理水に浸漬された平膜ユニット４の集水路には、膜濾過用のポンプＰ３が接続されており、このポンプＰ３により集水路を負圧にすることにより膜分離装置２の処理水が吸引濾過され濾過水槽１５に移送される。この平膜ユニット４による濾過を行う際に、図示省略の膜洗浄装置５の円盤５ａが回転させられる。また、平膜ユニット４の下方に設けられた散気装置６には、膜洗浄用のブロアＢ１が接続されており、ブロアＢ１から散気装置６に曝気のための空気を供給して、平膜ユニット４のスクラビングが行われる。さらに、散気用のブロアＢ２が接続された散気装置１６が膜分離装置２の処理水に浸漬して設けられており、ブロアＢ２から散気装置１６に曝気のため空気が供給され、膜分離装置２中の活性汚泥に必要な酸素が供給される。
【００４２】
なお、濾過水槽１５の処理水の一部は、濾過膜４ａの逆洗時に逆洗用のポンプＰ４により膜分離装置２に返流される。また、インライン洗浄の際には、薬液注入用のポンプＰ５により薬液貯留槽１７の次亜塩素酸ナトリウム溶液が平膜ユニット４に注入され、平膜ユニット４の洗浄が行われる。このとき、ポンプＰ４により次亜塩素酸ナトリウム溶液に処理水が供給され、処理水により薄められた次亜塩素酸ナトリウム溶液が平膜ユニット４の洗浄に供される。
【００４３】
以上のような、本発明の実施形態に係る膜分離装置２によれば、回転可能に支持された円盤５ａを濾過膜４ａ間に設けることで、濾過膜４ａの膜間及び濾過膜４ａの細孔の閉塞を抑制することができる。
【００４４】
すなわち、円盤５ａが回転することで、円盤５ａ表面と濾過膜４ａ面との間に定常的な水流が生じ、この水流のせん断作用により、濾過膜４ａ面に成長するケーキ層の抑制や濾過膜４ａのファウリングを抑制することができる。また、スポンジやブラシ等の機械的な洗浄具では届かなかったような細かい孔の目詰まりを抑制することができる。その結果、スクラビングに必要な曝気量（及び曝気に必要な電力量）を低減することができる。
【００４５】
また、円盤５ａは濾過膜４ａに対して非接触に設けられているので、濾過膜４ａに接触して洗浄を行う洗浄具（例えば、ブラシやスポンジ等）を設けた場合に必要であった、濾過膜４ａと洗浄具との接触圧の調整や、濾過膜４ａと洗浄具との間の堆積物の除去等の維持管理を行う必要がない。よって、膜分離装置２の維持管理が容易となる。また、濾過膜４ａ間に円盤５ａを設けることにより、原水中に含まれる夾雑物や微生物が円盤５ａ等に付着し絡み付くことが抑制される。つまり、膜洗浄装置５の洗浄性能が劣化しにくいので、維持管理が容易である。
【００４６】
また、平板状の濾過膜４ａを濾過面（主面）を対向させて並設することで、濾過膜４ａ間の側部及び上部が開口した状態で濾過膜４ａが並設されることとなる。その結果、円盤５ａの回転により濾過膜４ａから除去されたケーキ層やスラッジが濾過膜４ａ間（側部または上部の開口部）から平膜ユニット４外に排出されることとなり、濾過膜４ａ間の閉塞が抑制される。濾過膜４ａ間の閉塞が抑制されることで、濾過膜４ａの膜面全体を有効に機能させることができ、濾過効率が向上する。
【００４７】
また、円盤５ａの大きさを濾過膜４ａ面の全体にわたる大きさに設定することで、濾過膜４ａの膜面全体に対して膜洗浄装置５の洗浄効果を発揮することができる。例えば、円盤５ａの直径を濾過膜４ａの長手方向の長さ以上とすることで、円盤５ａの回転の影響を濾過膜４ａ全体に作用させることができる。より具体的には、濾過膜４ａの主面（濾過面）の大きさが幅２５０ｍｍ×高さ１０００ｍｍであった場合、円盤５ａの直径を１０００ｍｍ以上とする。
【００４８】
このように、本発明の膜分離装置２は、曝気量によらず濾過膜４ａの閉塞を抑制することができるので、例えば、本発明の膜分離装置２をＭＢＲの好気槽に適用することで、処理水の水質（活性汚泥の活性や生物相）に応じて最適な曝気量となるように曝気量を制御することができる。さらには、曝気を行わずに濾過膜４ａの閉塞を抑制することも可能となるので、膜洗浄装置５を嫌気性処理槽へ適用することが可能であり、嫌気性ＭＢＲ化を容易に行うことができる。
【００４９】
特に、本発明の膜分離装置２をＭＢＲの好気槽に適用すると、活性汚泥への酸素供給の曝気量と濾過膜のスクラビングの曝気量とを適切に制御できるだけでなく、従来、透過水量の数倍から数十倍の曝気風量が必要であったスクラビングの曝気量を低減することができるので、膜分離装置２の運転コストを低減することができる。その結果、活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を高度に維持できることによる曝気層の小容量化、活性汚泥を直接膜濾過できることによる沈殿池の省略、濾過水（処理水）中のＳＳ成分や大腸菌数をゼロにできることによる放流水質の向上、といったＭＢＲ処理の利点を生かした水処理を低コスト（低い維持管理費用及び省電力）で行うことができる。
【００５０】
また、円盤５ａの回転により生じた回転流により濾過膜４ａ間を通過する気泡の移動が妨げられ、気泡の滞留時間が延長される。その結果、気泡と被処理水との接触時間が長くなり、活性汚泥に対する酸素供給能力が向上する。
【００５１】
また、円盤５ａの回転方向を反転させることで、濾過膜４ａ間に生じる掃流の向きが反対となり、濾過膜４ａに対するせん断効果が向上する。その結果、濾過膜４ａ間の差圧上昇速度が低減するので、濾過膜４ａの差圧上昇を解消するために定期的に行う洗浄（例えば、薬品洗浄等）の洗浄間隔を延長することができる。このように薬品洗浄等による洗浄回数を低減すると、膜分離装置２の維持管理コストが低減するだけでなく、膜濾過時間の延長により濾過効率が向上する。
【００５２】
また、円盤５ａの表面に突起、孔、スリット、窪み、放射状の筋（または溝）、螺旋状の筋（溝）を、単独若しくは組み合わせて形成することで、円盤５ａの回転により生じる水流に無数の渦流が随伴することとなる。また、円盤５ａの形状を波板状に形成することで、円盤５ａの回転による水流の勢いが向上する。その結果、濾過膜４ａ面に対するせん断効果が向上し、濾過膜４ａの閉塞をさらに抑制することができる。また、円盤５ａに空気溜まりを設けると、スクラビングによる気泡が空気溜まりに溜まり、浮力が発生する。その結果、スクラビングの気泡の浮力で、円盤５ａを回転させることができる。
【００５３】
また、円盤５ａとスペーサ７とを軸５ｂに交互に嵌設することで、円盤５ａの軸５ｂへの固定及び脱離が容易となるので、膜洗浄装置５の洗浄が容易となる。
【００５４】
なお、実施形態の説明では、本発明の膜分離装置の好ましい形態を例示して説明したが、本発明の膜分離装置は、実施形態に限定されるものではなく、発明の技術的特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術的範囲に属する。
【００５５】
例えば、実施形態の説明では、本発明の膜分離装置をＭＢＲの好気槽に適用した例を示しているが、本発明の膜分離装置は、濾過膜により被処理水を濾過して処理水を得るシステムのいずれにも適用することができる。つまり、本発明の膜分離装置によれば、様々な被処理水の濾過を行う浸漬型の濾過膜の閉塞を抑制することができる。また、濾過膜は、セラミックス製の平膜に限定されるものではなく、例えば、種々の形状を有する有機膜または無機膜を有する膜分離装置に適用することができる。特に、スクラビングしても膜が柔軟に揺れない剛性の高い膜では、膜と膜との間に堆積物が滞留すると、この滞留部分から膜間の閉塞が進行することが考えられるが、本発明の膜分離装置によれば、膜と膜との間の堆積物の蓄積が抑制されるので、有効な濾過面積を維持して濾過を行うことができる。
【００５６】
また、実施形態の説明では、膜洗浄装置の両側（左右）に濾過膜ユニットを設けた形態を示したが、膜洗浄装置の上下に濾過膜ユニットを設ける形態としてもよい。また、濾過膜ユニット毎に膜洗浄装置を設けてもよく、濾過膜間に複数の円盤を設けてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…水処理システム
２…膜濾過装置
３…嫌気槽
４…平膜ユニット
４ａ…濾過膜
５…膜洗浄装置
５ａ…円盤、５ｂ…軸、５ｃ…中実軸部分
６，１６…散気装置
７…スペーサ
８…軸受
９…スプロケットホイール
１０…ローラチェーン
１１…電動機
１２ａ，１２ｂ…支持枠
１３…スクリーン
１４…流量調整槽
１５…濾過水槽
１７…薬液貯留槽
Ｂ１，Ｂ２…ブロア
Ｐ１〜Ｐ５…ポンプ
【図１】
2016000383.tif 000003
【図２】
2016000383.tif 000004
【図３】
2016000383.tif 000005