(57)【要約】【課題】膜の汚染を低減又は除去するための機械的な膜往復システムを備える膜ろ過システムを提供すること。【解決手段】  本発明の膜ろ過システムは、空気の精錬を用いる膜ろ過システムに比べてより高い凝集体及びより低い汚染で運転され、一つの戻り活性汚泥（ＲＡＳ）及び一本の内部再循環ライン又は内部再循環ラインなしに窒素及びリンを除去することができ、膜の往復運動を生成するために種々の機械的手段が採用される。【選択図】  図１
2017042755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に浸漬膜が配設されて内部に流入する処理対象物である廃水が前記膜を介してろ過されて処理水を生成して排出する膜タンクと、
前記膜を前後に往復させて慣性力を与えて前記膜の表面に形成された汚染物質を酸素欠乏条件下で払い落とす機械的な往復装置と、
を備え、
前記膜は、精密ろ過（ＭＦ）膜又は限外ろ過（ＵＦ）膜である、往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項２】
前記膜の左右方向の往復振動数が２Ｈｚ以下であり、振幅が１０ｍｍ以上である、請求項１に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項３】
前記膜の左右方向の往復振動数が１Ｈｚ以下であり、振幅が３０ｍｍ以上である請求項１に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項４】
前記膜の左右方向の往復振動数が０．５Ｈｚ以下であり、振幅が４０ｍｍ以上である請求項１に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項５】
前記膜の左右方向の往復振動数が０．２〜０．５Ｈｚであって、低速攪拌条件下で前記膜が往復され、
前記膜タンクの上流側に凝集剤投入部が配設されて単一の前記膜タンク内において投入された凝集剤による凝集及びろ過が同時に起こる請求項１に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項６】
前記膜タンクの上流側に配設され、セレン酸化物が含まれている廃水を無酸素又は嫌気性条件下で生物学的に還元処理して生成される中間処理水を前記膜タンクに供給するセレン還元槽を更に備える請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項７】
前記セレン還元槽において生成される前記中間処理水が前記膜タンクに供給される前に前記中間処理水に凝集剤を投入する凝集剤投入部と、
前記膜タンクから排出される処理水の一部を分離・回収して前記セレン還元槽に再投入する再循環配管と、
を更に備える請求項６に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項８】
前記膜タンクの上流側に配設され、流入する有機化合物が含まれている廃水を嫌気性条件下で生物学的に嫌気性消化処理して生成された汚泥の上部に浮遊する上澄液を前記膜タンクに供給する嫌気性消化槽を更に備える請求項１から請求項７のうちのいずれか一項に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項９】
前記膜タンクから排出される処理水の一部を分離・回収して前記嫌気性消化槽に再投入する再循環配管を更に備える請求項８に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項１０】
前記嫌気性消化槽の上流側に配設され、流入する有機化合物が含まれている廃水を攪拌機を用いて機械的に攪拌させ、汚泥ヒーターを用いて加熱して最終的に生成される中間汚泥を前記嫌気性消化槽に供給する高速消化槽を更に備えて前記嫌気性消化槽とともに２段嫌気性消化槽をなす請求項８に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項１１】
前記膜タンクから排出される処理水の一部が前記高速消化槽から排出される前記中間汚泥と混合されて前記嫌気性消化槽に投入されるように分離・回収する再循環配管を更に備える請求項１０に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項１２】
前記機械的な往復装置は、
軸を介して滑走フレームに互いに連結される回転子と、前記膜と互いに連結される滑走フレームと、を備え、
前記滑走フレームが前記膜を往復させる請求項１から請求項１１のうちのいずれか一項に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項１３】
前記機械的な往復装置は、ベルトを介してプーリに連結されて前記回転子を回転させ、これにより発生される前記軸の回転運動を前記滑走フレームの往復運動に切り換える低速モーターを更に備える請求項１２に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【請求項１４】
前記滑走フレームには、往復運動による衝撃負荷を低減させるために、前記滑走フレームと軸との間に配設される緩衝機と、前記滑走フレームが滑走レールに沿って移動可能なように設けられる線形軸受け及び軸台支持物と、が配設される請求項１２又は請求項１３に記載の往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水を処理するための膜ろ過システムに関する。特に、本発明は、浸漬型膜ろ過において通常的に活用される膜空気の精錬の代わりに、浸漬型膜の繰り返し前後進運動（以下、「往復運動」又は「往復」と称する。）を採用してろ過及び栄養物の除去効能を増加させた膜ろ過システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜ろ過システムの種々の実施形態においては、膜ろ過工程を活用して廃水から汚染物を除去する。膜ろ過における汚染物質の除去を増加させるために、種々の変形された膜処理工程は単独で又は連続して用いられる。公知の膜ろ過システムはまた、完全な固液分離のための物理バリアとして低圧精密ろ過（ＭＦ：ｍｉｃｒｏ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）又は限外ろ過（ＵＦ：ｕｌｔｒａ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜を用いる。膜は、典型的に、ろ過槽内に設けられる。膜空気の精錬は、浸漬型膜ろ過の運転に際して、深刻且つ急速な膜の汚染を防ぐ上で非常に重要である。これらの公知の技術を用いて、膜ろ過システムは、２次及び３次廃水処理を達成することができる。
【０００３】
公知の膜ろ過システムの一つのメリットは、３級溶出水の家庭及び産業廃水の処理への直接的な取り込みである。膜ろ過技術における関心が増加する他の理由は、通常の処理工程に比べて当該設備が占める空間の大きさ、すなわち、フットプリントが小さいためである。例えば、通常の膜ろ過システムを用いると、処理設備は、その全体のフットプリントの増加なしに潜在的にその容量が２倍になる。膜ろ過技術は、家庭廃水に限定されないだけではなく、再使用のための産業廃水を処理するのに適用される。
【０００４】
Ｄａｉｇｇｅｒによる膜ろ過システムの一つの実施形態が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。同文献には、都市の廃水から有機物、リン及び窒素栄養物を除去するための高速の生物学的廃水処理工程が開示されている。また、Ｎｉｃｋら及び彼の同僚による膜ろ過システムの他の実施形態が提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。これらには、第１及び第２の無酸素槽と第１及び第２の好気槽を活用するシステムが開示されている。なお、複数の膜タンクを囲繞するための膜チャンバーの使用が開示されている。
【０００５】
公知の膜ろ過システムの一つの共通的な欠点は、膜の汚染である。これは、可溶性であり、且つ、粒子化した物質が膜の表面上に蓄積される場合に生じる。このような汚染が生じる場合、膜を通過する透過液におけるはっきりとした低減又は膜貫通圧における増加が存在する。いずれにしても、その結果は、システム性能における劇的な低減である。膜ろ過システムが大体高い混合液懸濁固形物（ＭＬＳＳ：ｍｉｘｅｄ ｌｉｑｕｏｒ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｓｏｌｉｄｓ）に対して運転されることを考慮すると、膜の汚染は、膜ろ過システムにおいて特に問題視される。
【０００６】
膜の汚染に対する一つのソリューションは、空気の精錬である。激しい空気の精錬は、急速且つ永久的な汚染及び特に、ケーキ層の累積なしに、且つ、安定的なフラックス運転を許容する。膜ろ過装置が運転されるより高い混合液懸濁固形物（ＭＬＳＳ）の濃度を仮定すると、頻繁な維持(maintenance)の洗浄及びタンク外部の洗浄が、汚染及び透過性の観点からみて、膜の性能を維持する上で重要である。空気の精錬がエネルギー集約的であるために最適なものであるとはいえない。膜に対するさらなる空気の精錬により膜ろ過システムにおけるエネルギー消耗はかなり高い。
【０００７】
また、激しく空気を吹き込む方式であるため、無酸素や嫌気性などの酸素欠乏条件や低速攪拌条件に適した工程ユニットと組み合わせ難いため、様々な適用に制限が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，８６７，８８３号明細書
【特許文献２】米国特許第８，２８７，７３３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
当該技術分野において膜の汚染を除去又は低減し、且つ、空気の精錬に依存しない改善された膜ろ過システムに対するニーズが存在するため、本発明は、当該技術分野においてこれら及び他のニーズを満たすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、好適な一実施形態により、浸漬膜７０と、浸漬膜７０を往復させて慣性力を生成し、これにより往復が浸漬膜７０上の汚染を低減させる機械的な往復装置８０と、を備える膜往復システムを提供する。
【００１１】
また、前記機械的な往復装置８０が前記浸漬膜７０を前後に往復させて前記浸漬膜７０の表面から汚染物質を払い落とす。
【００１２】
更に、前記機械的な往復装置８０は、軸１１０を介して滑走フレーム９０に互いに連結される回転子１００と、前記浸漬膜７０と互いに連結される滑走フレーム９０と、を備え、前記滑走フレーム９０が前記浸漬膜７０を往復させるように構成される。
【００１３】
更にまた、前記機械的な往復装置８０は、ベルト１０２を介してプーリ１０１に連結されて前記回転子１００を回転させ、これにより前記軸１１０を用いて回転運動を前記滑走フレーム９０の往復運動に切り換える低速モーター１０３を備える。
【００１４】
更にまた、前記滑走フレーム９０には、往復運動による衝撃負荷を低減させるために、前記滑走フレーム９０と軸１１０との間の配設される緩衝機９４と、前記滑走フレーム９０が滑走レール９２に沿って移動可能なように設けられる線形軸受け及び軸台９１支持物と、が配設される。
【００１５】
一方、本発明は、好適な他の実施形態により、処理されるべき流入水１０を収容し、処理された廃水を生成する生物学的な処理トレイン５０と、浸漬膜７０を囲繞し、前記生物学的な処理トレイン５０からの処理された廃水が前記浸漬膜７０によりろ過されて流出水４０を生成する膜タンク６０と、前記浸漬膜７０上の汚染を低減させ、前記膜タンク６０内に酸素枯渇条件を提供するために前記浸漬膜７０を往復させる機械的な往復装置８０と、を備える往復する膜バイオリアクタシステムを提供する。
【００１６】
このとき、前記機械的な往復装置８０は、軸１１０を介して滑走フレーム９０に互いに連結される回転子１００と、前記浸漬膜７０と互いに連結される滑走フレーム９０と、を備え、前記滑走フレーム９０が前記浸漬膜７０を往復させるように構成される。
【００１７】
また、前記機械的な往復装置８０は、ベルト１０２を介してプーリ１０１に連結されて前記回転子１００を回転させ、これにより前記軸１１０を用いて回転運動を前記滑走フレーム９０の往復運動に切り換える低速モーター１０３と、を備える。
【００１８】
更に、前記生物学的な処理トレイン５０は、溶存酸素の不在条件下で流入水を生物学的に処理するための嫌気処理槽５１と、酸素欠乏条件下で前記嫌気処理槽５１からの処理された廃水を脱窒するための無酸素処理槽５２と、溶存酸素の存在条件下で前記無酸素処理槽５２から処理された廃水を生物学的に処理するための好気処理槽５３と、を備える。
【００１９】
このとき、前記膜タンク６０から前記無酸素処理槽５２に活性汚泥を送るための活性汚泥戻りライン３１と、前記無酸素処理槽５２から前記嫌気処理槽５１への内部再循環ライン３２と、を更に備える。
【００２０】
また、前記膜タンク６０から前記嫌気処理槽５１に活性汚泥を送るための活性汚泥戻りライン３３と、前記好気処理槽５３から前記無酸素処理槽５２への内部再循環ライン３４と、を更に備える。
【００２１】
更にまた、前記生物学的な処理トレイン５０は、酸素欠乏条件下で流入水１０を脱窒するための無酸素処理槽５２と、溶存酸素の不在条件下で前記無酸素処理槽５２からの処理された廃水を生物学的に処理するための嫌気処理槽５１と、溶存酸素の存在条件下で前記嫌気処理槽５１からの処理された廃水を生物学的に処理するための好気処理槽５３と、を備える。
【００２２】
このとき、前記膜タンク６０から前記無酸素処理槽５２に活性汚泥を送るための活性汚泥戻りライン３１を更に備える。
【００２３】
更にまた、前記生物学的な処理トレイン５０は、酸素欠乏条件下で流入水１０を脱窒するための無酸素処理槽５２と、溶存酸素の存在条件下で前記無酸素処理槽５２からの処理された廃水を生物学的に処理するための好気処理槽５３と、を備える。
【００２４】
このとき、前記膜タンク６０から前記無酸素処理槽５２に活性汚泥を送る活性汚泥戻りライン３１を更に備える。
【００２５】
一方、本発明は、好適な他の実施形態により、内部に浸漬膜が配設されて内部に流入する処理対象物である廃水が前記膜によりろ過されて処理水を生成して排出する膜タンクと、前記膜を前後に往復させて慣性力を与えて前記膜の表面に形成された汚染物質を酸素欠乏条件下で払い落とす機械的な往復装置と、を備え、前記膜は、精密ろ過（ＭＦ）膜又は限外ろ過（ＵＦ）膜である往復する膜を用いる浸漬型膜ろ過システムを提供する。
【００２６】
このとき、前記膜の左右方向の往復振動数が２Ｈｚ以下であり、振幅が１０ｍｍ以上であり、好ましくは、左右方向の往復振動数が１Ｈｚ以下であり、振幅が３０ｍｍ以上であり、更に好ましくは、前記膜の左右方向の往復振動数が０．５Ｈｚ以下であり、振幅が４０ｍｍ以上である。
【００２７】
また、前記膜の左右方向の往復振動数が０．２〜０．５Ｈｚであって、低速攪拌条件で前記膜が往復され、前記膜タンクの上流側に凝集剤投入部が配設されて単一の前記膜タンク内において投入された凝集剤による凝集及びろ過が同時に起こるように構成される。
【００２８】
前記膜タンクの上流側に配設され、セレン酸化物が含まれている廃水を無酸素又は嫌気性条件下で生物学的に還元処理して生成される中間処理水を前記膜タンクに供給するセレン還元槽を更に備える。
【００２９】
このとき、前記セレン還元槽において生成される前記中間処理水が前記膜タンクに供給される前に前記中間処理水に凝集剤を投入する凝集剤投入部と、前記膜タンクから排出される処理水の一部を分離・回収して前記セレン還元槽に再投入する再循環配管と、を更に備える。
【００３０】
前記膜タンクの上流側に配設され、流入する有機化合物が含まれている廃水を嫌気性条件下で生物学的に嫌気性消化処理して生成された汚泥の上部に浮遊する上澄液を前記膜タンクに供給する嫌気性消化槽を更に備える。
【００３１】
このとき、前記膜タンクから排出される処理水の一部を分離・回収して前記嫌気性消化槽に再投入する再循環配管を更に備える。
【００３２】
また、前記嫌気性消化槽の上流側に配設され、流入する有機化合物が含まれている廃水を攪拌機を用いて機械的に攪拌させ、汚泥ヒーターを用いて加熱して最終的に生成される中間汚泥を前記嫌気性消化槽に供給する高速消化槽を更に備えて、前記嫌気性消化槽とともに２段嫌気性消化槽をなすように構成する。
【００３３】
このとき、前記膜タンクから排出される処理水の一部が前記高速消化槽から排出される前記中間汚泥と混合されて前記嫌気性消化槽に投入されるように分離・回収する再循環配管を更に備える。
【発明の効果】
【００３４】
本発明において提供する、浸漬膜と、浸漬膜を往復させて慣性力を生成し、これにより往復が浸漬膜上の汚染を低減させる機械的な往復装置と、を備える膜往復システムは、効果的に膜の汚染を防ぐことができ、膜を通過する透過液の低減又は膜貫通圧の増加を防いで膜分離システム性能の低下を防ぐことができるという効果がある。
【００３５】
本発明は、従来の空気の精錬によるエネルギー消耗を低減させることができ、無酸素や嫌気性などの酸素欠乏条件や低速攪拌条件に適した工程ユニットと組み合わせられて運転されるというメリットを有する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の膜ろ過システムを示す概略的な通常の工程フローダイアグラムである。
【図２】本発明の好適な一実施形態により本発明の膜ろ過システムを適用した単一段軟水化工程フローダイアグラムである。
【図３】本発明の好適な一実施形態により本発明の膜ろ過システムを適用した２段軟水化工程フローダイアグラムである。
【図４】本発明の好適な一実施形態により本発明の膜ろ過システムを適用した煙道ガス脱硫（ＦＧＤ）廃水内のセレン除去工程フローダイアグラムである。
【図５】本発明の好適な一実施形態により本発明の膜ろ過システムを適用した単一段嫌気性消化槽の工程フローダイアグラムである。
【図６】本発明の好適な一実施形態により本発明の膜ろ過システムを適用した２段嫌気性消化槽の工程フローダイアグラムである。
【図７】本発明の好適な一実施形態により本発明の膜ろ過システムを適用した膜バイオリアクタ（ＭＢＲ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）システムの工程フローダイアグラムである。
【図８】本発明の好適な一実施形態による機械的な往復装置の概略的な具体例である。
【図９】本発明の好適な一実施形態による機械的な往復装置の他の具体例の詳細図である。
【図１０】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１１】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１２】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１３】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１４】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１５】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１６】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１７】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【図１８】本発明の多数の代案の膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程を示す工程フローダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明は、膜ケージ（又は、膜カセット）を前後に往復させるための機械的な往復装置を備える浸漬型膜ろ過システムに関するものである。機械的な往復装置は、空気の精錬の使用を除去する。膜ケージ／カセットの繰り返し往復は、膜ファイバーに対して働く慣性力を生成し、これは、膜の表面から汚染物を払い落とす。システムは、好気槽又は別途の膜タンク内に浸漬される膜モジュールを有する膜ケージ／カセットを備える。膜ケージ／カセットは機械的に往復され、これは、記述された膜ろ過システムが空気の精錬を用いる膜ろ過システムよりも高いフラックス及びより低い汚染で作動することを可能にする。往復運動を生成するための多数の機械手段が採用される。以下、本発明の種々の詳細及びこれらが連携される方法について具体的に記述する。
【００３８】
図１は、本発明の膜ろ過システムの基本構成を示す。システムは、内部に浸漬膜が配設されて内部に流入する処理対象物である廃水が前記膜によりろ過されて処理水を生成して排出する膜タンクと、前記膜を前後に往復させて慣性力を与えて前記膜の表面に形成された汚染物質を酸素欠乏条件下で払い落とす機械的な往復装置と、を備える。このとき、前記膜は、完全な固液分離のための物理的なバリアとして用いられる低圧精密ろ過（ＭＦ）又は限外ろ過（ＵＦ）膜である。
【００３９】
上述したように、既存の浸漬式限外ろ過（ＵＦ）／低圧精密ろ過（ＭＦ）システムにおける空気の精錬を用いた膜洗浄方式は、電力の消費が多大であるだけではなく、空気の精錬それ自体のための設備に伴う装置コストもかなり高くつき、この理由から、高いエネルギー効率が得られながらも、酸素欠乏条件を維持する膜洗浄方式に対するニーズが高まりつつある。
【００４０】
これを解消するために、本発明においては、空気注入方式の代わりに、膜モジュールを徐々に震とうさせて膜モジュールに低速往復運動を伝えることにより、膜モジュールの左右運動により発生する慣性力を用いて汚染物質を払い落として膜を洗浄する方式を採択している。
【００４１】
本発明は、低い振動数及び相対的に高い振幅を用いて膜が左右方向の往復運動をするように誘導することにより、膜に最適化した慣性力を加えるところに本発明の差別化した特徴がある。これにより、従来の高コスト、高エネルギー、高酸素、高速攪拌条件を有する空気の精錬方式に取って代わって、低いコスト及び高いエネルギー効率で膜を洗浄することができ、各種の無酸素若しくは嫌気性生物学的な反応工程と効果的に組み合わせられるように酸素欠乏条件を維持することができ、低速攪拌条件で運転されることから、水処理工程の基本及び核心であるといえる凝集／混和と沈殿／ろ過を単一のタンク内において同時に行うことができて資本的支出（ＣＡＰＥＸ）を顕著に低減させることができる。
【００４２】
図２及び図３は、本発明の膜ろ過システムを適用した単一段／２段軟水化工程フローダイアグラムである。軟化工程は、多量の金属イオンが含有されている硬水内においてカルシウム、マグネシウム、その他の金属イオンを除去する工程である。硬水内に含まれている金属のうち炭酸塩、塩化物及び硫酸塩などは、配管内の水垢の生成を促して配管の目詰まりや腐食を引き起こす虞がある。硬水内の金属イオンを除去するために、前記急速混和槽内に凝集剤を投入して硬水と混合する。混合された硬水は凝集槽に搬送され、硬水内の金属イオンは凝集剤と反応して凝集体（フロック）を形成する。凝集体を含む硬水は膜タンクに搬送され、膜タンクに搬送された硬水は、往復装置に連結された膜によりろ過されて処理水を生産し、硬水内に含まれている凝集体は、膜タンクの下部に沈殿される。これにより、膜タンク内において沈殿及びろ過が単一槽において同時に行われ、別途の沈殿槽を設けることが不要になることから、装置設置面積及びコストを節減することができる。
【００４３】
本発明の膜ろ過システムは、低い振動数及び高い振幅で膜に左右方向に往復運動を行わせる膜洗浄方式を採択することから、低速攪拌条件を維持することができる。したがって、凝集剤の投入による凝集及び混和が行われながらも、タンク内の下部に上澄み液と境界をなして形成されるブロック懸濁層、すなわち、汚泥床が安定的に維持されるため、換言すると、高さによる汚泥の濃度勾配が生じるため、凝集／混和及び沈殿／ろ過が単一の膜ろ過システムタンク内において同時に行われる。
【００４４】
一方、膜に加えられる往復運動の振動数及び振幅は、適用される工程の種類や処理対象物である原水の状態、除去されるべき対象物の種類や量など様々な変数を考慮して、低い振動数及び相対的に高い振幅を用いて膜に十分な慣性力を与えて膜の洗浄を効果的に行わなければならない。例えば、膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）システムに適用される場合、約０．５Ｈｚの振動数であることが好ましく、パーチクルが少ない限外ろ過（ＵＦ）システムの場合には、０．２Ｈｚまで低く運転される。通常の種々の水処理工程を参酌するとき、約２Ｈｚレベルの振動数及び約１０ｍｍレベルの振幅をそれぞれ上限値及び下限値と想定することができ、本発明は、上述したように、低い振動数及び相対的に高い振幅を用いた慣性力の発生を主な特徴とするため、下限値の想定は大きな意味がない。
【００４５】
具体的に、膜往復運動の振動数の場合には、上述したように、下限値には大きな意味がなく、２Ｈｚ以下で運転し、好ましくは、１Ｈｚ以下で運転し、更に好ましくは、０．５Ｈｚ以下で運転し、最も好ましくは、０．３〜０．５Ｈｚの範囲内で運転する。これは、１Ｈｚ以上では、エネルギー消費量及び構造的な安全性に問題が生じる虞があるためである。膜往復運動の振幅の場合には、１０ｍｍ以上で運転し、好ましくは、３０ｍｍ以上で運転し、更に好ましくは、４０ｍｍ以上で運転する。振幅の場合にも、上述したように、上限値に大きな意味がないが、敢えて限定すると、エネルギー経済性及び構造的な安定性を考慮したとき、約１００ｍｍで運転することが好ましい。
【００４６】
往復運動の振動数と振幅との間には絶対的な相関関係が存在しないが、ある程度の従属関係は存在して、振動数が小さくなれば小さくなるほど、振幅が大きくなる。しかしながら、適用分野、膜の汚染傾向性などによる。
【００４７】
図４は、本発明の好適な一実施形態により膜ろ過システムが適用された形の煙道ガス脱硫（Ｆｌｕｅ  ｇａｓ  ｄｅｓｕｌｆｕｒｉｚａｔｉｏｎ；ＦＧＤ）工程において発生する廃水内のセレン除去工程フローダイアグラムである。煙道ガス脱硫廃水に加えて、各種の石炭産業分野において発生する廃水にはセレン化合物が含まれているため、これを除去する必要がある。特に、セレン酸化物を除去するためには、これをセレン元素に還元させてろ過除去しなければならない。このために、高効率担体式生物処理装置（ＭＢＢＲ）、高速増殖炉（ＦＢＲ）、充てん層反応器（ＰＢＲ）のように無酸素若しくは嫌気性微生物を用いた生物反応機、すなわち、セレン還元槽を用いる。このとき、還元されたセレンが含まれている中間処理水に凝集剤を投入して本発明の膜ろ過システムに取り込むと、効果的にセレンをろ過除去することができ、たとえ膜の表面に汚染が生じたとしても、往復運動を用いて膜に慣性力を発生させて除去することができ、空気の精錬方式ではないため酸素欠乏条件が保たれるため、排出水を直ちに再循環配管を介してセレン還元槽に再投入することができるので、全体の工程の処理効率を顕著に高めることができる。
【００４８】
図５及び図６は、本発明の好適な一実施形態により膜ろ過システムが適用された形の単一段／２段嫌気性消化槽の工程フローダイアグラムである。上述したように、本発明の膜ろ過システムは、酸素欠乏条件を維持して運転することができるため、有機化合物の分解・除去のための嫌気性消化槽と組み合わせ易い。具体的に、膜タンクの上流側には、有機化合物が含まれている廃水を嫌気性条件下で生物学的に嫌気性消化処理して汚泥を生成する一方で、汚泥の上部に浮遊する上澄液を膜タンク側に供給する嫌気性消化槽が配設される。原水が嫌気性消化槽に流入すると、生物学的な作用により、図５に示すように、活性消化層の下部に消化処理された汚泥が沈殿され、上部に上澄液及び浮きかすが浮遊しながらガスが発生するが、ガス及び浮きかすは、別途に除去して最終的に上澄液が後段に搬送される。このとき、活性消化層に存在する微生物を加熱して代謝を促す。このような方式を単一段方式若しくは標準速度方式と称する。
【００４９】
また、図６に示すように、２段の嫌気性消化槽を直列に連結して運転する。前段には、有機化合物が含まれている廃水を攪拌機を用いて機械的に攪拌させて有機化合物と微生物との間の接触を向上させる一方、汚泥ヒーターを用いて加熱して微生物の代謝速度を促して消化速度を高める高速消化槽を配置し、高速消化槽から排出される中間汚泥を上述した嫌気性消化槽に投入する２段嫌気性消化槽である。このような方式を２段方式若しくは高速方式と称する。単一段若しくは２段方式は両方とも膜タンクから排出される排出水の一部を再循環させることができる。
【００５０】
一方、以下、本発明の膜ろ過システムの具体的な機械装置とともに、本発明の膜ろ過システムが適用された膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）システムについて詳細に説明する。
【００５１】
本発明は、膜ケージ（又は、膜カセット）を前後に往復させるための機械装置を備える膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）システムに関するものである。機械装置は、空気の精錬の使用を除去する。膜ケージ／カセットの繰り返し往復は、膜ファイバーに対して働く慣性力を生成し、これは、膜の表面から汚染物を払い落とす。システムは、好気槽又は別途の膜タンク内に浸漬される膜モジュールを有する膜ケージ／カセットを備える。膜ケージ／カセットは、往復装置により機械的に往復され、これは、記述された膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）システムが空気の精錬を用いる膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）システムよりも高い凝集体及びより低い汚染で作動することを可能にする。往復運動を生成するための種々の機械手段が採用される。以下、本発明の種々の詳細及びこれらが連携される方法について具体的に記述する。
【００５２】
図７は、記述された往復膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）システムの基本構成を示す。システムは、処理されるべき流入水１０を収容するための生物学的な処理トレイン５０を備える。種々の嫌気、無酸素及び好気の生物学的な処理工程が処理トレイン５０内において行われる。次いで、処理トレイン５０からの混合液体２０が膜タンク６０内に通過する。膜タンク６０には、浸漬膜７０又は一連の膜７０が配設される。例えば、膜７０は、完全な固液分離のための物理的なバリアとして用いられる低圧精密ろ過（ＭＦ）又は限外ろ過（ＵＦ）膜である。
【００５３】
膜ケージ／カセット７０は、往復装置８０に機械的に互いに連結される。本発明によれば、往復装置８０は、膜７０を往復させるのに用いられる。一つの非制限的な具体例において、往復装置８０としては、回転運動を往復運動に切り換えるための機械装置を用いる。膜タンク６０内の膜７０を用いたろ過は、流出水４０を生成する。膜７０は、ろ過中に持続的に往復され続けられる。これとは異なり、膜７０は、汚染を防ぐために、必要に応じて選択的に往復される。活性汚泥３０（すなわち、戻り活性汚泥（ＲＡＳ））の一部は、生物学的な処理トレイン５０に戻ってトレイン５０内の汚泥の濃度を維持する。
【００５４】
図８は、往復装置８０の概略的な具体例を示す。膜カセット７０は、滑走フレーム９０に連結される。モーターにより駆動される回転子１００が軸１１０を介して滑走フレーム９０に連結される。これにより、前記往復装置８０は、回転子１００の回転運動を滑走フレーム９０の回転運動に切り換える。往復の頻度は、回転子１００が回転される速度により左右される。
【００５５】
このような装置の代案の具体例が図９に示されている。同装置は、ベルト１０２を介してプーリ１０１に連結された低速モーター１０３を備え、軸１１０を用いて回転運動を滑走フレーム９０の往復運動に切り換える。往復運動による衝撃負荷は、滑走フレーム９０と軸１１０との間の緩衝機９４により低減される。滑走フレーム９０は、線形軸受け及び軸台９１支持物を伴う滑走レール９２に沿って変わる（図９）。所定の往復運動を提供する多くの他の形態の機械設備が存在する。本発明を考慮して当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、他の適切な機械装置が認識できる筈である。
【００５６】
本工程発明の種々の代案の具体例について図１０から図１８と結び付けて述べる。図１０に関し、システムは、一連の生物学的な処理槽からなる。これらには嫌気処理槽５１と、無酸素処理槽５２と、好気処理槽５３及び膜タンク６０が配設される。膜７０は、膜タンク６０内に浸漬され、且つ、往復装置８０により往復される。
【００５７】
嫌気処理槽５１は、処理されるべき流入水１０を収容する。次いで、嫌気処理槽５１は、溶存酸素の不在下で流入水を生物学的に処理して後続する好気条件下での過剰吸収のためのリンを放出する。無酸素槽５２において、廃水は、酸素枯渇条件下で脱窒される。化学的に結合された酸素が存在するとはいえ、溶存酸素は無酸素槽５２から排除される。窒化及び過剰リン吸収が溶存酸素の存在下で好気処理槽５３内において行われる。膜タンク６０中におけるろ過により流出水４０が生成される。
【００５８】
活性汚泥に対する２本の循環ラインが存在する。一本のライン３１は、膜タンク６０から無酸素槽５２に戻り活性汚泥（ＲＡＳ）を送る。なお、内部再循環ライン３２は、無酸素槽５２から嫌気槽５１に活性汚泥の一部を送って混合液懸濁固形物（又は、混合液懸濁固形物（ＭＬＳＳ）を維持する。
【００５９】
本発明において、戻り活性汚泥（ＲＡＳ）は、通常の活性汚泥又は膜バイオリアクタ（ＭＢＲ）工程の２種類の役割を果たす。先行技術に記載のシステムにおいて、膜タンクからの活性汚泥の戻り流は、溶存酸素（「ＤＯ」）を含む。このため、先行技術に記載のシステムにおいて、膜タンクからの活性汚泥は、脱窒又はリンの放出に対して影響を及ぼす高い含量の溶存酸素により無酸素槽５２又は嫌気槽５１に戻れない。
【００６０】
しかしながら、本発明に関しては、激しい曝気の代わりに物理的な膜往復が活用されるため、戻り活性汚泥（ＲＡＳ）中の溶存酸素（ＤＯ）が通常のＭＢＲに比べて最小となる。このため、本発明においては、汚泥及び硝酸塩の両方の戻りのために単一の汚泥戻りラインのみが求められる。
【００６１】
図１１に示すシステムは、無酸素処理槽５２及び好気処理槽５３を備え、これは、公知の変形された循環式硝化脱窒（ＭＬＥ：Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｌｕｄｚａｃｋ ａｎｄ Ｅｔｔｉｎｇｅｒ）工程と略同様である。上述したように、戻り活性汚泥（ＲＡＳ）は、本発明においては、硝酸塩及び汚泥の戻りのために膜タンク６０から直接的に無酸素槽５２に進む。
【００６２】
図１２は、図１０に示す同じ反応機からなる他の具体例を示す。しかしながら、戻り活性汚泥３３は、嫌気処理槽５１に進み、且つ、好気槽５３及び無酸素槽５２の間において内部再循環３４が行われる。
【００６３】
図１３は、図１２に示す工程と略同じ具体例を示す。しかしながら、ここには内部再循環が存在せず、且つ、戻り活性汚泥（ＲＡＳ）は無酸素槽に進み、ここで脱窒が行われる。
【００６４】
図１４、図１５、図１６及び図１７は、それぞれ図１０、図１１、図１２及び図１３に示すシステムの変形である。その相違点は、膜タンクの存在である。図１０から図１３のシステムは別途の膜タンク６０を有するが、図１４から図１７のシステムは別途の膜タンク６０を有さない。すなわち、図１４から図１７のタンク５３が膜タンクとして、且つ、生物反応機として働く。
【００６５】
図１８は、本発明において開発された工程のさらなる実施形態を示し、これは、最も簡単な反応機の構成を有する。往復する膜が単一の生物反応機内に浸漬され、ここで、生物学的な除去及び膜分離の両方が同時に行われる。反応機は、循環順序において好気及び無酸素条件が成り立つ曝気槽、池又は一連のバッチ反応機（ｂａｔｃｈ ｒｅａｃｔｏｒ：ＳＢＲ）である。
【００６６】
この詳細な説明は、添付の特許請求の範囲に含まれていることと同様に、上述した詳細な説明に含まれていることを含む。たとえ本発明が特定の特殊性を有する好適な形態として記述されたが、好適な形態のこの詳細な説明は単に実施形態の方法により行われたものであり、且つ、本発明の精神及び観点から逸脱することなく構成の詳細及び部品の組み合わせ並びに配列における様々な変化が期待さされるということは理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、当該技術分野において膜の汚染を除去又は低減し、且つ、空気の精錬に依存しない改善された膜ろ過システムに対するニーズを満たすためのものであり、浸漬膜と、浸漬膜を往復させて慣性力を生成し、これにより往復が浸漬膜上の汚染を低減させる機械的な往復装置と、を備える膜往復システムは、効果的に膜の汚染を防ぐことができ、膜を通過する透過液の低減又は膜貫通圧の増加を防いで膜分離システム性能の低下を防ぐことができ、従来の空気の精錬によるエネルギー消耗を低減させることができ、無酸素や嫌気性などの酸素欠乏条件や低速攪拌条件に適した工程ユニットと組み合わせられて運転されるというメリットを有することから、産業上の利用可能性があるものであるといえる。
【符号の説明】
【００６８】
１０：流入水
２０：混合液体
３０：活性汚泥
３１：活性汚泥戻りライン（タンクから無酸素へ）
３２：内部再循環ライン（無酸素槽から嫌気槽へ）
３３：活性汚泥戻りライン（膜タンクから嫌気槽へ）
３４：内部再循環ライン（好気槽から無酸素槽へ）
４０：流出水
５０：生物学的な処理トレイン
５１：嫌気槽
５２：無酸素槽
５３：好気槽
６０：膜タンク
７０：膜（膜カセット）
８０：往復装置
９０：滑走フレーム
９１：線形軸受け及び軸台
９２：滑走レール
９４：緩衝機
１００：回転子
１０１：プーリ
１０２：ベルト
１０３：低速モーター
１１０：軸
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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