(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の瀘過膜を並設して該瀘過膜間に形成される膜間流路内の原液から瀘液を取り出す膜装置に、反応槽から原液ポンプにより原液が供給されると共に、オーバーフロー液を前記反応槽に返送する濃縮液排出部を有する循環タンクを並設すると共に、該循環タンクと前記膜装置との間に循環ポンプを介設して該循環ポンプの作動により液を循環させる循環系を形成して膜処理ユニットを構成し、各膜処理ユニットの循環系は、循環タンクから原液を膜装置へ導入する導入管と、膜装置内の膜間流路と、該膜装置内の濃縮液を前記循環タンクへ返送する返送管によって構成され、前記導入管のライン中に循環ポンプを配してなり、前記膜処理ユニットを複数ユニット設けると共に、各膜処理ユニットの循環タンクに原液を供給する一つの原液ポンプを設け、前記循環ポンプの圧力により各膜処理ユニットに各々存在する前記循環タンク内の原液を循環供給して瀘液を取り出すことを特徴とする膜処理装置。
【請求項２】
上記循環ポンプは、ラインポンプであることを特徴とする請求項１記載の膜処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物処理の反応槽内の汚泥、反応槽から移送されてきた汚泥又はそれらの濃縮汚泥、生物処理前のし尿廃水、凝集剤添加による凝集反応液又はその反応液を沈殿槽で分離した濃縮汚泥及びその上澄み液等の原液を膜瀘過するための膜処理方法及び膜処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、膜処理方法及び膜処理装置としては、特願平８−９９４４５号の図４に記載されている加圧型の膜処理方法及び膜処理装置が知られている（図４参照）。図４において、１０は膜装置、１１は汚泥等の原液が貯溜される反応槽、１２は加圧ポンプである。１３は図示しないパッキンを外して分解が可能なフレーム板であり、該フレーム板１３内に複数の膜付き板１４が着脱可能に固定されている。膜付き板１４は膜支持部材１７と平膜１８とからなっており、該膜支持部材１７の両側面に間隙１７ａを介して平膜１８が固定され、該膜付き板１４の上下には液流路を形成するための開口１５，１６が形成されている、１９は瀘液の排出溝、２０はフレーム板に設けられた原液流入口、２１は濃縮液流出口、２２は原液或いは濃縮液が流れる膜間流路である。
【０００３】
かかる膜処理装置において、反応槽１１内の原液は加圧ポンプ１２の作動により膜装置１０の原液流入口２０に導入され、開口１６を介して膜間流路２２に入り、平膜１８を透過した瀘液と濃縮液とに分離される。瀘液は瀘液の排出溝１９を介して外部に取り出され、濃縮液は濃縮液流出口２１を介して反応槽１１に戻されて該反応槽１１内の原液と混合される。上記の循環操作は加圧ポンプ１２の作動により繰り返し行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような加圧ポンプ１２を用いて膜処理を行う加圧型の膜処理方法においては、ゲル層の成長を抑え且つ流量を確保するために、膜間流路２２内における液の流速を２〜２．５ｍ／ｓｅｃ程度と速くする手法が採られている。このため、加圧ポンプ１２は、反応槽１１内の原液を膜装置１０まで移送し得、尚且つ膜間流路２２内において上記液流速を得ることができるだけの動力を有するものである必要がある。従って、この従来の加圧型の膜処理方法を実施するために用いられる加圧ポンプ１２には高揚程、高馬力のものが要求され、動力コストの増大化は到底避け難いものである上に、高揚程、高馬力の加圧ポンプ１２は必然的に大型化を余儀なくされ、広い設置スペースを確保する必要があるという問題もあった。
【０００５】
一方、近年、原液から瀘液の取り出しを行う膜装置をユニット化して、該ユニット数を増加することにより処理量の増加に対応したいという要請がある。
【０００６】
上述した従来の加圧型の膜処理装置では、反応槽１１から膜装置１０への原液の移送供給と、該膜装置１０の膜間流路２２内における前記所定の液流速の作出とを加圧ポンプ１２のみに依存しているため、一台の加圧ポンプ１２の作動のみで複数の膜装置１０へ原液を移送供給し且つ各膜装置１０において前記所定の液流速を作出することは、ポンプの巨大化を招き、現実的には到底不可能である。よって、このような要請に応えるためには、膜装置１０と、反応槽１１内の原液を該膜装置１０内に加圧供給する加圧ポンプ１２とによって一組の膜処理装置を構成し、この膜装置１０と加圧ポンプ１２とからなる組の数を、目的とする処理量に応じて増加することが考えられる。
【０００７】
しかし、目的とする処理量に応じて増加した組の数だけ加圧ポンプ１２も必要となることから、設備コストが過大なものとなるばかりでなく、加圧ポンプ１２を設置するためのスペースも増加した組の数だけ必要となるという設置スペース上の新たな問題も発生する。
【０００８】
また、一般に膜間流路２２内における液の循環流量は、該膜間流路２２内を流れる液の流速によって決まる。この流量は、膜付き板１４の上下に形成された開口１５，１６の口径によっても規制され、この開口１５，１６の口径は、所望の透過瀘液量を得るために循環流量を多く確保する目的で比較的大きく形成されており（例えば１開口当り６５ｍｍφ）、それに見合うように、従来の加圧型の膜処理装置では、反応槽１１から膜間流路２２を経て反応槽１１に戻るという循環経路を構成するための配管や、該配管に介設された各種アクセサリーも大きなものとなっている。従って、膜装置１０と加圧ポンプ１２とからなる組の数を増加すると、それだけ上記アクセサリー類に要する設備コストも必然的に増加し、全体として著しくコスト増となる問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の有する問題点に鑑みなされたもので、設備面及び動力面でのコストを低く抑えることができ、しかも省スペース化をも図ることができて、尚且つ従来の加圧型と同程度の処理量を得ることのできる膜処理方法を提供することを課題とする。
【００１０】
また、他の課題は、膜装置の数を増加させて処理量の増加に対応させても、省コスト化及び省スペース化を図ることのできる膜処理装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明に係る膜処理装置は、内部に複数の瀘過膜を並設して該瀘過膜間に形成される膜間流路内の原液から瀘液を取り出す膜装置に、反応槽から原液ポンプにより原液が供給されると共に、オーバーフロー液を前記反応槽に返送する濃縮液排出部を有する循環タンクを並設すると共に、該循環タンクと前記膜装置との間に循環ポンプを介設して該循環ポンプの作動により液を循環させる循環系を形成して膜処理ユニットを構成し、各膜処理ユニットの循環系は、循環タンクから原液を膜装置へ導入する導入管と、膜装置内の膜間流路と、該膜装置内の濃縮液を前記循環タンクへ返送する返送管によって構成され、前記導入管のライン中に循環ポンプを配してなり、前記膜処理ユニットを複数ユニット設けると共に、各膜処理ユニットの循環タンクに原液を供給する一つの原液ポンプを設け、前記循環ポンプの圧力により各膜処理ユニットに各々存在する前記循環タンク内の原液を循環供給して瀘液を取り出すことを特徴とする。
【００１５】
これによれば、膜処理を行う膜装置を有する膜処理ユニットの数を増加させることにより処理量の増加に容易に対応することが可能となる。しかも、このように膜装置の数を増加させても、膜装置の膜間流路内における液流速は、循環タンクとの間で構成される循環系に介設した循環ポンプの作動によって作り出されるので、反応槽から原液を移送供給する原液ポンプには全く依存しない。即ち、原液ポンプは単に原液移送のみの作動を行えばよく、このため膜処理ユニットの増加数に拘らず、原液ポンプは巨大化を招くこともなく一台で十分に賄うことができる。よって、処理量の増加に対応させるべく膜処理ユニットの数を増加させても、原液ポンプは従来同様に一台で済み、設備コストが従来に比して過大に増加するようなことはないと共に、原液ポンプの設置スペースも増加するようなことはない。
【００１６】
また、一台の原液ポンプと各膜処理ユニットの循環タンクとの間の配管も各膜処理ユニットに共通とすることができるため、この配管に介設されたアクセサリー類に要する設備コストも従来に比して増加することはない。
【００１７】
従って、処理量の増加を図り得る膜処理装置でありながら、省コスト化及び省スペース化を図ることができる。
【００１８】
更に、この発明によれば、一台の原液ポンプを各膜処理ユニットに共通としているため、この一台の原液ポンプを停止し、各循環タンクに洗浄液を投入することにより、各膜処理ユニットの自動水洗を容易に行なうことも可能である。
【００２０】
また、上記循環ポンプは、ラインポンプであることが好ましく、低動力、低コスト化に寄与することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明において、原液としては、例えば生物処理の反応槽内の汚泥、反応槽から移送されてきた汚泥又はそれらの濃縮汚泥、生物処理前のし尿廃水、凝集剤添加による凝集反応液又はその反応液を沈殿槽で分離した濃縮汚泥及びその上澄み液等が挙げられる。また、本発明は、廃水の再利用、有価物の回収、雨水の利用、各種分離濃縮、各種分離濃縮精製等にも適用できる。従って、かかる目的を達成する範囲で、本発明の原液には各種原液が含まれる。
【００２２】
また、本発明に用いられる瀘過膜は、原液を比較的低圧で瀘過できれば特に限定されず、例えば限外瀘過膜、精密瀘過膜等のいずれでもよい。膜の形態としては平膜が好ましい。
【００２３】
以下、本発明に係る膜処理方法の実施の形態について、この膜処理方法を実施するために好適な膜処理装置の一例を示す図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、膜処理装置の一例を示す概略構成図、図２は図１に示す膜処理装置に用いられる膜装置を示す要部断面図である。
【００２５】
図１において、１は原液を瀘液と濃縮液とに分離する膜装置、２は膜装置１に原液を供給すると共に原液及び膜装置１により分離された濃縮液が返送されて貯溜される循環タンク、３は膜装置１と循環タンク２との間で循環流を作り出す循環ポンプ、４は原液が貯溜される反応槽、５は該反応槽４から前記循環タンク２へ原液を移送するための原液ポンプである。
【００２６】
膜装置１は、図２に示すように、所定間隔をおいて縦方向に設けられたフレーム板１０１，１０２により開枠可能な側枠を構成し、このフレーム板１０１，１０２の間に複数の仕切り板１０３を縦方向に設け、該フレーム板１０１，１０２の間を複数のブロックＳ１，…Ｓｎに区画している。
【００２７】
この仕切り板１０３には上部又は下部に液の流通口１０４が形成され、この流通口１０４によって隣接するブロック同士が連絡されている。この仕切り板１０３は、隣接する仕切り板１０３で流通口１０４が上下交互に配置されるようにして、隣接するブロック内の液の流れが上向きと下向きとに交互に形成されるようにすることが好ましい。
【００２８】
この仕切り板１０３によって区画される膜装置１の各ブロックＳ内には、それぞれ膜付き板１０５が縦方向に複数並設されている。
【００２９】
上記膜付き板１０５は、上下端部近傍に開口１０６，１０７を形成した膜支持部材１０８と、その両側面に固定された平膜（瀘過膜）１０９とからなっており、該平膜１０９は上下の開口１０６，１０７にそれぞれ嵌着されたシールリング１１０，１１１によって膜支持部材１０８に固定されている。
【００３０】
上記膜支持部材１０８は板材によって形成され、その表面は断面波形の凹凸状に形成されている。平膜１０９は、この膜支持部材１０８の両側面において該膜支持部材１０８との間に若干の間隙を確保して平膜１０９を透過した瀘液の排出部１１２を形成している。
【００３１】
１１３は膜支持部材１０８の下端に設けられた瀘液の排出溝であり、それぞれ瀘液集合管３０１と連結し、瀘液を瀘液集合管３０１を介して外部に取り出し可能に構成されている。
【００３２】
複数並設された膜付き板１０５同士の間、膜付き板１０５とフレーム板１０１，１０２の間及び膜付き板１０５と仕切り板１０３との間には、膜付き板１０５の外縁に沿ってパッキン１１４が設けられ、液の外部漏れを防止している。従って、膜装置１は、側枠を構成するフレーム板１０１，１０２とパッキン１１４とによって水密状に形成されている。
【００３３】
また同時に、パッキン１１４は隣接する膜付き板１０５同士、膜付き板１０５とフレーム板１０１，１０２との間及び膜付き板１０５と仕切り板１０３との間にそれぞれ原液或いは濃縮液が流れる膜間流路１１５を形成している。従って、この膜間流路１１５の間隔はパッキン１１４によって規制され、このパッキン１１４の厚みを調整することによって膜間流路１１５の間隔を調整することができる。
【００３４】
この膜間流路１１５の間隔は、該流路の閉塞を防止する観点から１．５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは３．０ｍｍ以上である。上限は膜装置１の体積効率のために８．０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは６．０ｍｍ以下である。
【００３５】
更に、パッキン１１４は膜付き板１０５において膜支持部材１０８の両側面に平膜１０９の外縁を固定する機能も果たしている。
【００３６】
なお、膜装置１におけるブロックＳの区画数（仕切り板１０３の枚数＋１）及び各ブロックＳ内に設けられる膜付き板１０５の枚数は、フラックスや処理量、後述する循環ポンプ３の容量等の諸条件を勘案して適宜決められる。
【００３７】
かかる膜装置１には、一方のフレーム板１０１に原液を導入するための流入口１１６が形成され、他方のフレーム板１０２に濃縮液を流出するための流出口１１７が形成され、それぞれ導入管２０１及び返送管２０２によって循環タンク２に連結されている。
【００３８】
循環タンク２は、原液が貯溜された反応槽４から原液ポンプ５の作動により移送供給された原液と、前記膜装置１から排出された濃縮液とが循環タンク２内で所定の高さを有して満たされており、膜装置１に新たな原液を供給するために該膜装置１に並設されている。
【００３９】
この循環タンク２は、反応槽４から供給管４０１を介して供給される原液を受け入れる原液受入部２０３を下部に有し、更に、膜装置１の流出口１１７から返送管２０２を通って循環タンク２内に排出された濃縮液をオーバーフローさせ、排出管４０２を介して反応槽４へ戻す濃縮液排出部２０４を、返送管２０２の連結部位よりも上部に有している。
【００４０】
そして、循環タンク２内の原液は、導入管２０１を経て膜装置１の流入口１１６から該膜装置１内に導入される。前記膜装置１における流入口１１６がフレーム板１０１の下部に形成され、また流出口１１７がフレーム板１０２の上部に形成されており、流入口１１６から導入された循環タンク２内の原液は、該膜装置１内において、膜装置１の流入口１１６、各ブロックＳ内の膜間流路１１５、開口１０６，１０７、流通口１０４を流通して各ブロックＳ内を上向き、下向きに交互に流れた後、流出口１１７及び返送管２０２を経て再び循環タンク２に返送され、これにより膜装置１と循環タンク２との間で液が循環する循環流路（循環系）を構成している。
【００４１】
膜装置１と循環タンク２との間で構成される上記循環流路途上には循環ポンプ３が介設され、この循環ポンプ３の作動により所定の流速が作り出されて上記循環流路内に液を循環流通させるようにしている。循環ポンプ３は、図示するように、膜装置１と循環タンク２とを連結している導入管２０１と返送管２０２とのうち、原液を循環タンク２から膜装置１に導入する導入管２０１のライン中に介設することが好ましい。
【００４２】
この循環ポンプ３としてはラインポンプを好ましく用いることができる。これにより低動力、低コスト化に寄与することができる。
【００４３】
循環途上において膜間流路１１５を流通した原液は、平膜１０９を透過して瀘過され、その瀘過された瀘液は、瀘液排出部１１３及び瀘液集合管３０１を介して膜装置１の外部に取り出される。一方、原液から瀘液が取り出されると、膜装置１内における原液内の濃縮物質濃度が上昇するので、濃度上昇防止のために、原液ポンプ５によって移送供給される反応槽４内の原液を循環タンク２内に原液受入部２０３から受入れ、循環タンク２内の余分な原液或いは濃縮液を濃縮液排出部２０４からオーバーフローさせて反応槽４へ戻すようにし、これによって上記循環系内における濃縮物質濃度が異常に高くならないようにしている。
【００４４】
なお、循環タンク２内部の原液を抜いて上水を入れ、循環ポンプ３により膜装置１内に上水を循環させることによって簡単に膜の洗浄ができ、特別な洗浄装置を用意する必要がない。この循環タンク２に薬品を投入すれば簡単に薬液洗浄もできる。
【００４５】
然して、本発明に係る膜処理方法は、膜装置１と循環タンク２との間で構成される循環系に介設した循環ポンプ３により、前記膜間流路１１５内の液流速が、２〜３．０ｍ／ｓｅｃの範囲になる程度の圧力（膜間の圧損を考慮して）にして駆動させ、該循環系に循環供給し、その過程で膜間流路１１５内の原液から瀘液を取り出すようにする。
【００４６】
この循環ポンプ３は、反応槽４の原液を循環タンク２に移送するための前記原液ポンプ５の駆動には何ら影響されない。即ち、上記液流速は、それを反応槽から原液を移送供給する加圧ポンプのみによって作り出していた従来の膜処理方法とは異なり、循環系に介設したこの循環ポンプ３のみの駆動によって作り出される。換言すれば、前記原液ポンプ５は、反応槽４内の原液を循環タンク２内に移送するだけで済み、従来のように膜間流路１１５内を流通する液の流速を作り出すために駆動させる必要はない。
【００４７】
これにより原液ポンプ５には、膜間流路１１５内における液流速を考慮することなく反応槽４内の原液を循環タンク２内に移送し得るだけの比較的低動力のものを使用することができるようになり、原液ポンプ５の小型化が図られ、もって、動力コストの低減化及び設置スペースの狭小化を達成することができる。その一方で、上記循環ポンプ３も、循環タンク２と膜装置１との間に構成される循環系内において液を前記液流速で循環供給し得るだけの動力で十分であるため、小型、低動力のものを使用することができ、具体的には上記したように低動力のラインポンプを使用することができる。しかも、膜装置１における膜間流路１１５内の液流速は、従来の加圧型の膜処理方法と同程度であるため、省コスト化及び省スペース化が図られながらも、従来と同程度の処理量を維持することが可能である。
【００４８】
特に、本発明は、反応槽４を地下に埋設し、その地下埋設型の反応槽４から原液を原液ポンプ５によって循環タンク２まで移送供給するような場合に非常に有益である。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、膜支持部材１０８として表面に凹凸を有する板材を用いた場合について説明したが、これに限定されず、膜支持部材がポーラス構造の板材であってもよいし、膜支持部材が合成繊維製の板材であってもよい。
【００５０】
また、膜間流路１１５を流通する原液から平膜１０９を透過して瀘過される瀘液の取り出しに、必要に応じて吸引ポンプ（図示せず）を付加的に用いるようにすることも任意である。
【００５１】
次に、本発明に係る膜処理装置の実施の形態について、図３に基づいて説明する。
【００５２】
図３は、本発明に係る膜処理装置の一例を示す概略構成図である。
【００５３】
この実施の形態に示す膜処理装置において、膜装置１、循環タンク２及び循環ポンプ３、その他、図１に示す膜処理装置と同一構成については同一符号を付し、その各構成の詳細な説明については省略する。
【００５４】
この実施の形態に示す膜処理装置は、膜装置１と、循環タンク２と、循環ポンプ３が介設された循環流路（循環系）とが一組となって一つの膜処理ユニットＵを構成している。このように膜処理を行う膜装置１を有する膜処理ユニットＵの数を増加させることにより処理量の増加に容易に対応することが可能となる。
【００５５】
なお、図３では、この膜処理ユニットＵをＵ１〜Ｕ３の３ユニット設けた場合を示しているが、膜処理ユニットＵの数は所望の処理量に応じて適宜決定されるものであり、この図示例に限定されない。
【００５６】
各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３の循環タンク２へは、一つの反応槽４から各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３に共通して一つの原液ポンプ５のみによって原液を供給管４０１を介して移送供給するようにしている。各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３においては、膜装置１と循環タンク２との間で液を循環させる循環系に循環ポンプ３を介設し、この循環ポンプ３の作動のみによって膜装置１の膜間流路１１５内における所定の液流速を作り出すようにしているため、原液ポンプ５は単に反応槽４内の原液を各循環タンク２内へ移送するだけで済み、膜間流路１１５内を流通する液の流速を作り出すために駆動させる必要はない。従って、このように一台の原液ポンプ５を各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３で共用することが十分に可能となる。
【００５７】
即ち、このように膜装置１の数を増加させても、膜装置１の膜間流路１１５内における液流速は、循環タンク２との間で構成される循環系に介設した循環ポンプ３の作動によって作出されるので、原液ポンプ５は単に原液移送のみの作動を行えばよく、このため膜処理ユニットＵの増加数に拘らず、原液ポンプ５は巨大化を招くこともなく一台で十分に賄うことができる。よって、処理量の増加に対応させるべく膜処理ユニットＵの数を増加させても、原液ポンプ５は従来同様に一台で済み、設備コストが従来に比して過大に増加するようなことはないと共に、原液ポンプ５の設置スペースも増加するようなことはない。
【００５８】
また、反応槽４から一台の原液ポンプ５により各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３の循環タンク２へ原液を移送供給する配管４０１及び該循環タンク２からのオーバーフロー液を戻す配管４０２も各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３に共通とすることができるため、これら配管４０１，４０２に介設されたアクセサリー類に要する設備コストも従来に比して過度に増加することはない。
【００５９】
従って、処理量の増加を図り得る膜処理装置でありながら、省コスト化及び省スペース化を図ることができる。
【００６０】
更に、一台の原液ポンプ５を各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３に共通としているため、この一台の原液ポンプ５を停止し、各循環タンク２に洗浄液を投入することにより、各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３の自動水洗を容易に行なうことも可能である。
【００６１】
なお、この膜処理装置における各膜処理ユニットＵ１〜Ｕ３においても、膜間流路１１５を流通する原液から平膜１０９を透過して瀘過される瀘液の取り出しに、必要に応じて吸引ポンプ（図示せず）を付加的に用いるようにすることは任意である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明に係る膜処理方法によれば、設備面及び動力面でのコストを低く抑えることができ、しかも省スペース化をも図ることができて、尚且つ従来の加圧型と同程度の処理量を得ることができる。
【００６３】
また、本発明に係る膜処理装置によれば、膜装置の数を増加させて処理量の増加に対応させても、省コスト化及び省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜処理方法を実施する膜処理装置を示す概略構成図
【図２】膜装置の実施の形態を示す一部切欠する要部断面図
【図３】本発明の膜処理装置の実施の形態を示す概略構成図
【図４】従来の加圧型の膜処理装置を示す要部断面図
【符号の説明】
１  膜装置
１０１，１０２  フレーム板
１０３  仕切り板
１０４  流通口
１０５  膜付き板
１０６，１０７  開口
１０８  膜支持部材
１０９  平膜（瀘過膜）
１１０，１１１  シールリング
１１２  瀘液の排出部
１１３  瀘液の排出溝
１１４  パッキン
１１５  膜間流路
１１６  原液の流入口
１１７  原液の流出口
２  循環タンク
２０１  導入管
２０２  返送管
２０３  原液受入部
２０４  濃縮液排出部
３  循環ポンプ
４  反応槽
４０１  供給管
４０２  排出管
５  原液ポンプ
Ｓ  ブロック
Ｕ  膜処理ユニット
【図１】
0004294762.tif 000002
【図２】
0004294762.tif 000003
【図３】
0004294762.tif 000004
【図４】
0004294762.tif 000005