(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を処理槽内に入れ、原水中に浸漬したろ過膜ユニットによりろ別処理を行う膜ろ過式水処理装置において、 処理槽内に入れられた原水である槽内水中に水不溶性粒子を投入し、水不溶性粒子をろ過膜表面に接触させることによりろ過膜表面から付着汚泥を離脱させることによって、ろ過膜ユニットのろ過膜表面を洗浄する方法であって、
ろ過膜表面の洗浄開始時に処理槽の槽内水中へ水不溶性粒子を投入し、洗浄終了時に処理槽内の槽内水および水不溶性粒子を槽外に排出するとともに、槽内水と水不溶性粒子とを分離して槽内水を処理槽内に戻すことを特徴とする膜ろ過式水処理装置におけるろ過膜洗浄方法。
【請求項２】
ろ過膜のろ過抵抗を検出し、検出されたろ過抵抗と設定値とを比較することにより、ろ過膜表面の洗浄開始および洗浄終了を行う請求項１記載の膜ろ過式水処理装置におけるろ過膜洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、下水、産業排水、生活排水、河川水等の有機性排水および無機性排水からなる原水を処理槽内に入れ、原水中に浸漬したろ過膜ユニットによりろ別処理を行う膜ろ過式水処理装置において、ろ過膜ユニットのろ過膜表面を洗浄する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
最近、有機性排水および無機性排水を処理するための水処理方法として、膜ろ過技術を応用したものが提案されている。この方法は、上記排水からなる原水を処理槽内に入れ、原水中に浸漬したろ過膜ユニットにより原水中に含まれる固形分のろ別処理を行う膜ろ過式水処理装置を用いて行われる。
【０００３】
しかしながら、膜ろ過技術を応用した水処理方法では、水処理装置の運転を継続していると、ろ過膜表面に徐々に汚泥が付着し、ろ過抵抗が上昇して膜を透過する透水量が減少する。したがって、ろ過膜表面の付着汚泥を離脱させるために、ろ過膜表面を定期的に洗浄する必要がある。
【０００４】
従来、このようなろ過膜表面の洗浄は、水処理装置の運転を停止し、ろ過膜ユニットを処理槽から取り出して別個に用意された洗浄用槽に移して、洗浄装置を用いたり、薬品を用いたりして行われている。したがって、作業が面倒になるとともに、ろ過膜ユニットの移送装置や洗浄用槽が必要となるため設備費が高くなり、その結果コストが高くなるという問題がある。しかも、ろ過膜ユニットの洗浄時には水処理を中断しなければならず、工程管理上不利である。
【０００５】
この発明の目的は、上記問題を解決し、作業が簡単になるとともにコストを安くしうる膜ろ過式水処理装置におけるろ過膜洗浄方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
請求項１の発明による膜ろ過式水処理装置におけるろ過膜洗浄方法は、原水を処理槽内に入れ、原水中に浸漬したろ過膜ユニットによりろ別処理を行う膜ろ過式水処理装置において、 処理槽内に入れられた原水である槽内水中に水不溶性粒子を投入し、水不溶性粒子をろ過膜表面に接触させることによりろ過膜表面から付着汚泥を離脱させることによって、ろ過膜ユニットのろ過膜表面を洗浄する方法であって、ろ過膜表面の洗浄開始時に処理槽の槽内水中へ水不溶性粒子を投入し、洗浄終了時に処理槽内の槽内水および水不溶性粒子を槽外に排出するとともに、槽内水と水不溶性粒子とを分離して槽内水を処理槽内に戻すことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１の発明の膜ろ過式水処理装置におけるろ過膜洗浄方法によれば、処理槽内に入れられた原水である槽内水中に水不溶性粒子を投入し、水不溶性粒子をろ過膜表面に接触させることによりろ過膜表面から付着汚泥を離脱させるので、ろ過膜ユニットを処理槽から取り出して他の洗浄用槽に移し、この槽内でろ過膜ユニットの洗浄を行う必要はなく、洗浄作業が簡単になる。また、洗浄用槽や、ろ過膜ユニットを処理槽から洗浄用槽に移送するための装置を必要としないので、設備費が安くなる。そして、洗浄作業が簡単になるとともに設備費が安くなるので、作業に要するコストが安くなる。しかも、ろ過膜ユニットによる水処理を継続しつつ、ろ過膜を洗浄することができるので、工程管理上極めて有効である。さらに、水不溶性粒子を用いるので、この粒子から溶解成分の溶出が起こらない。
【０００８】
また、ろ過膜表面の洗浄開始時に処理槽の槽内水中へ水不溶性粒子を投入し、洗浄終了時に処理槽内の槽内水および水不溶性粒子を槽外に排出するとともに、槽内水と水不溶性粒子とを分離して槽内水を処理槽内に戻すので、ろ過膜表面の洗浄時だけに、水不溶性粒子が処理槽内に存在することになり、洗浄時以外に水不溶性粒子がろ過膜表面に接触することはなく、ろ過膜に必要以上のせん断力を与えることによるろ過膜表面の早期の摩耗を防止することができる。
請求項２の発明による膜ろ過式水処理装置におけるろ過膜洗浄方法は、請求項１の発明において、ろ過膜のろ過抵抗を検出し、検出されたろ過抵抗と設定値とを比較することにより、ろ過膜表面の洗浄開始および洗浄終了を行うものである。この場合、制御装置を使用することにより、ろ過膜の洗浄作業を容易に自動化することができ、工程管理上極めて有効である。
請求項１または２の発明のろ過膜洗浄方法において、処理槽内に槽内水の流れを形成し、水不溶性粒子を槽内水の流れにのせて流動させることが好ましい。この場合、流動する水不溶性粒子がろ過膜の表面に接触し、ろ過膜表面に付着堆積した付着汚泥がせん断力によりろ過膜表面から離脱させられる。したがって、ろ過膜表面の洗浄効率が優れたものとなる。処理槽において、嫌気性微生物による処理を並行して行う場合は、攪拌機や水流ポンプにより槽内水の流れを形成することが好ましい。処理槽において、好気性微生物による処理を並行して行う場合は、槽内水中に空気を吹き込むことにより槽内水の流れを形成することが好ましい。
【０００９】
請求項１または２の発明のろ過膜洗浄方法において、処理槽内の槽内水中に曝気することによって槽内水および気泡の流れを形成し、水不溶性粒子を槽内水の流れにのせて流動させることが好ましい。この場合、流動する気泡によってもろ過膜表面の付着汚泥が離脱させられるので、ろ過膜表面の洗浄効率が一層優れたものとなる。
【００１０】
請求項１または２の発明のろ過膜洗浄方法において、水不溶性粒子の材質はプラスチックであることが好ましい。プラスチックとしては、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン等が用いられる。この場合、水不溶性粒子が接触することによるろ過膜表面の傷付きを防止し、ろ過膜ユニットを長期間にわたって使用することができる。プラスチック以外の粒子の場合には、ろ過膜表面を傷付け易く、ろ過膜ユニットの交換を比較的短期間に行わなければならず、コストが高くなる。
【００１１】
請求項１または２の発明のろ過膜洗浄方法において、水不溶性粒子の比重が０．８〜１．２であることが好ましい。この場合、粒子の比重が処理槽内の槽内水の比重に近いため、粒子は処理槽内を適切に流動し、ろ過膜表面の洗浄効率が優れたものとなる。
【００１２】
請求項１または２の発明のろ過膜洗浄方法において、槽内水中に入れる水不溶性粒子の量を、処理槽に対して容量比で１５％以下とすることが好ましく、同じく５％以下とすることが望ましい。必要以上の水不溶性粒子を投入すると、処理槽内の実質の容積が減少するので、水処理効率の点から見て好ましくない。処理槽に対して容量比で１５％以下、望ましくは５％以下の水不溶性粒子を投入することにより、十分なろ過膜表面の洗浄効果が得られる。
【００１３】
請求項１または２のろ過膜洗浄方法において、処理槽内に、水不溶性粒子の粒径よりも小さい目開きを有する網状体により仕切られかつ水不溶性粒子の存在しない区画を設け、ろ過膜表面から離脱した汚泥を、上記区画から槽外に排出することが好ましい。この場合、網状体の働きにより水不溶性粒子の上記区画内への侵入が防止され、その結果水不溶性粒子が槽外に排出される汚泥中に混在することが防止される。処理槽内において槽内水の流れが形成されている場合、網状体が汚泥により目詰まりすることもない。また、この場合、処理槽内の汚泥濃度を検出し、検出された汚泥濃度が設定値以上になった場合に処理槽内から汚泥を排出することがある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
図１はこの発明の方法が適用される膜ろ過式水処理装置の第１の具体例を示す。
【００１６】
図１において、膜ろ過式水処理装置は、処理槽(1)と、処理槽(1)内に配置されたろ過膜ユニット(2)と、処理槽(1)内におけるろ過膜ユニット(2)よりも下方の部分に配置された曝気装置(3)と、曝気装置(3)に空気を送り込むブロワ(19)とを備えている。
【００１７】
処理槽(1)には、送水ポンプ(4)により原水供給管(5)を通して原水が供給されるようになされている。処理槽(1)内におけるろ過膜ユニット(2)よりも下方の部分に、水平網状体(6)により仕切られた汚泥排出区画(7)が設けられており、この区画(7)内に曝気装置(3)が配置されている。網状体(6)の目開きは、後述するプラスチック粒子(P)の粒径よりも小さくなっている。
【００１８】
処理槽(1)の周壁における網状体(6)よりも下方の部分に汚泥排出管(8)が接続され、汚泥排出ポンプ(9)によりこの区画(7)内から汚泥排出管(8)を通して汚泥を排出するようになされている。汚泥排出管(8)の途中にバルブ(10)が設けられている。また、処理槽(1)には、処理槽(1)内の槽内水中の汚泥濃度を検出する汚泥濃度計(11)が設けられている。汚泥排出ポンプ(9)、バルブ(10)および汚泥濃度計(11)は図示しない制御装置に接続されており、制御装置は、汚泥濃度計(11)により検出された槽内水中の汚泥濃度が第１の設定値以上になった場合に、バルブ(10)を開くとともにポンプ(9)を起動し、これとは逆に槽内水中の汚泥濃度が第１の設定値よりも低い第２の設定値以下になった場合に、バルブ(10)を閉じるとともにポンプ(9)を停止させるようになっている。
【００１９】
処理槽(1)の周壁における網状体(6)よりも上方の部分にプラスチック粒子(P)および槽内水の循環管(12)が接続されている。循環管(12)の他端は、処理槽(1)内上端部に設けられたプラスチック粒子回収容器(13)上に臨んでいる。プラスチック粒子回収容器(13)は、プラスチック粒子(P)の粒径よりも小さい目開きを有する網状体で形成されており、その底壁(13a)は図示しない開閉装置により開閉させられるようになっている。ろ過膜の洗浄を行わない場合には、プラスチック粒子回収容器(13)の底壁(13a)は閉じられている。そして、処理槽(1)内の槽内水およびプラスチック粒子がポンプ(14)により処理槽(1)内から吸引されてプラスチック粒子回収容器(13)内に吐出され、プラスチック粒子(P)がプラスチック粒子回収容器(13)に回収されるとともに、槽内水は処理槽(1)内に戻るようになっている。なお、循環管(12)の途中にバルブ(15)が設けられている。
【００２０】
ろ過膜ユニット(2)に、ろ過膜ユニット(2)で得られたろ過処理水を送り出す処理水送出管(16)が接続されており、処理槽(1)内の槽内水がポンプ(17)により吸引されてろ過膜ユニット(2)のろ過膜に透過させられ、ろ過処理水が処理水送出管(16)を通して送り出されるようになっている。なお、ろ過膜ユニット(2)としては、平膜を用いた平膜モジュールや、中空糸状膜を用いたキャピラリーモジュール等、適当なモジュールを備えている。
【００２１】
処理水送出管(16)におけるポンプ(17)よりもろ過膜ユニット(2)側の部分に、ろ過膜を通して槽内水を吸引するさいの負圧である吸引圧力を計測する圧力計(18)が設けられている。ろ過膜のろ過抵抗が増大すると負圧である吸引圧力が下がり、圧力計(18)の指示値が下降するので、圧力計(18)の指示値を指標としてろ過膜洗浄の開始および終了時期を自動的に判断することができる。すなわち、圧力計(18)の指示値が下降するとろ過膜ユニット(2)のろ過膜表面に汚泥が付着してろ過抵抗が大きくなったことになるので、ろ過膜の洗浄を開始し、同じく圧力計(18)の指示値が上昇するとろ過膜ユニット(2)のろ過膜表面の付着汚泥が離脱させられてろ過抵抗が小さくなったことになるので、洗浄を終了する。具体的には、圧力計(18)、回収容器(13)の底壁(13a)の開閉装置、ポンプ(14)およびバルブ(15)は図示しない制御装置に接続されており、制御装置は、圧力計(18)の指示値の絶対値が第１の設定値以上になると、回収容器(13)の底壁(13a)を開いてプラスチック粒子(P)を処理槽(1)の槽内水中に投入してろ過膜の洗浄を開始する。また、制御装置は、圧力計(18)の指示値の絶対値が第１の設定値よりも小さい第２の設定値以下になると、回収容器(13)の底壁(13a)を閉じ、さらにバルブ(15)を開くとともにポンプ(14)を起動し、処理槽(1)内の槽内水およびプラスチック粒子をポンプ(14)により処理槽(1)内から吸引してプラスチック粒子回収容器(13)内に吐出し、プラスチック粒子(P)を回収容器(13)に回収するとともに、槽内水を処理槽(1)内に戻して洗浄を終了する。
【００２２】
上記膜ろ過式水処理装置において、下水、産業排水、生活排水、河川水等の有機性排水および無機性排水からなる原水を、ポンプ(4)により原水供給管(5)を通して処理槽(1)内に供給する。このとき、処理槽(1)内の水位がろ過膜ユニット(2)の上端よりも上方になるように原水の供給が制御される。なお、２つのバルブ(10)(15)は閉じているとともに、汚泥排出ポンプ(9)およびポンプ(14)は停止させられている。
【００２３】
そして、ブロワ(19)で曝気装置(3)に空気を送り込むことによって、ろ過膜ユニット(2)の下方から処理槽(1)内に入れられた原水である槽内水中に曝気しつつ、吸引ポンプ(17)で吸引すると、槽内水中に含まれる無機物および有機物等の固形分がろ過膜ユニット(2)のろ過膜によりろ別され、ろ過膜を透過したろ過処理水が吸引管(16)を通して送り出される。こうして、水処理が行われる。なお、この水処理のさいに、必要に応じて好気性微生物を用いた処理を並行して行う。
【００２４】
上述した水処理中には、回収容器(13)の底壁(13a)は閉じられており、回収容器(13)の中に比重０．８〜１．２のプラスチック、たとえばポリスチレンからなるたとえば球状のプラスチック粒子(P)が、処理槽(1)に対して容積比で１５％以下、望ましくは５％以下となるように入れられている。
【００２５】
水処理を続けると、汚泥がろ過膜ユニット(2)のろ過膜表面に付着し、ろ過抵抗が増大して負圧である吸引圧力が下がり、圧力計(18)の指示値が下がる。制御装置は、圧力計(18)の指示値の絶対値が第１の設定値に達すると、プラスチック粒子回収容器(13)の底壁(13a)を開き、プラスチック粒子(P)が槽内水中に投入される。曝気装置(3)により槽内水中に曝気されているので、処理槽(1)内において槽内水および気泡の流れが形成されており、プラスチック粒子(P)は槽内水の流れにのって流動する。すると、気泡およびプラスチック粒子(P)がろ過膜ユニット(2)のろ過膜表面を擦り、そのせん断力によってろ過膜表面の付着汚泥が離脱する。こうして、ろ過膜の洗浄が行われる。なお、ろ過膜の洗浄中も水処理は継続して行われる。
【００２６】
ろ過膜の洗浄を続けると、ろ過抵抗が減少して負圧である吸引圧力が上がり、圧力計(18)の指示値が上がる。制御装置は、圧力計(18)の指示値の絶対値が第１の設定値よりも小さい第２の設定値以下になりかつ定常状態となると、回収容器(13)の底壁(13a)を閉じ、さらにバルブ(15)を開くとともにポンプ(14)を起動させる。すると、槽内水およびプラスチック粒子(P)がポンプ(14)により処理槽(1)内から吸引されて回収容器(13)内に吐出され、プラスチック粒子(P)が回収容器(13)に回収されるとともに槽内水が処理槽(1)内に戻される。こうして、ろ過膜の洗浄が終了する。
【００２７】
また、ろ過膜の洗浄を続けると、処理槽(1)内の槽内水中の汚泥濃度が高くなる。汚泥濃度計(11)により検出される汚泥濃度が第１の設定値に達すると、制御装置は、バルブ(10)を開くとともに汚泥排出ポンプ(9)を起動させる。すると、汚泥が網状体(6)を通過して槽内水とともに排出される。また、制御装置は、汚泥濃度計(11)により検出される汚泥濃度が第１の設定値よりも小さい第２の設定値以下になった場合に、バルブ(10)を閉じるとともに汚泥ポンプ(9)を停止させ、これにより汚泥の排出が停止させられる。
【００２８】
次に、図１に示す装置を用いた具体的実験例について述べる。
【００２９】
処理槽(1)の容積を１０ｌとし、回収容器(13)内には比重１．０５のポリスチレンからなる粒径３ｍｍの球状プラスチック粒子(P)を５００ｍｌ入れておいた。また、区画(7)を仕切るための網状体(6)および回収容器(13)を形成する網状体の目開きをそれぞれ２ｍｍとしておいた。そして、水処理を行い、圧力計(18)の指示値（吸引圧力）の絶対値が０．４ｋｇ／ｃｍ２  になった時点で回収容器(13)の底壁(13a)を開き、処理槽(1)の槽内水中にプラスチック粒子(P)を投入し、ろ過膜ユニット(2)のろ過膜表面の洗浄を開始した。
【００３０】
なお、汚泥濃度計(11)の指示値が１５０００ｍｇ／ｌ以上になると汚泥の排出を行い、１００００ｍｇ／ｌ以下になると汚泥の排出を停止した。
【００３１】
プラスチック粒子(P)の投入開始後、すなわちろ過膜の洗浄開始後２０時間経過した時点において、圧力計(18)の指示値（吸引圧力）の絶対値は、０．０５ｋｇ／ｃｍ２  で定常状態となった。定常状態となってから１０時間経過した後、回収容器(13)の底壁(13a)を閉じ、さらにバルブ(15)を開くとともにポンプ(14)を起動させ、槽内水およびプラスチック粒子(P)をポンプにより処理槽(1)内から吸引して回収容器(13)内に吐出し、プラスチック粒子(P)をプラスチック粒子(P)回収容器(13)に回収するとともに槽内水を処理槽(1)に戻した。
【００３２】
このような操作における水処理開始後の時間と、圧力計(18)で検出される吸引圧力の絶対値との関係を図２に示す。
【００３３】
図３はこの発明の方法が適用される水処理装置の他の具体例を示す。
【００３４】
この装置の場合、処理槽(1)内におけるろ過膜ユニット(2)および曝気装置(3)よりも左方の部分に、垂直網状体(21)により仕切られた汚泥排出区画(7)が設けられている。網状体(21)の目開きは、プラスチック粒子(P)の粒径よりも小さくなっている。
【００３５】
処理槽(1)の周壁における網状体(21)よりも左方の部分の下端部に汚泥排出管(8)が接続され、汚泥排出ポンプ(9)によりこの区画(7)内から汚泥を排出するようになされている。汚泥排出管(8)の途中にバルブ(10)が設けられている。
【００３６】
図３に示す装置のその他の構成は、図１に示す装置と同じであり、同一物および同一部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３７】
なお、汚泥排出区画(7)の位置は、上述した２つの具体例に限られるものではなく、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の方法が適用される膜ろ過式水処理装置の第１の具体例を示す概略図である。
【図２】  図１に示す装置を用いて行った具体的実験例の結果を示し、水処理開始後の時間と、圧力計で検出される吸引圧力の絶対値との関係を表すグラフである。
【図３】  この発明の方法が適用される膜ろ過式水処理装置の第２の具体例を示す概略図である。
【符号の説明】
(1)：処理槽
(2)：ろ過膜ユニット
(3)：曝気装置
(6)(21)：網状体
(7)：汚泥排出区画
(11)：汚泥濃度計
(18)：圧力計
(P)：プラスチック粒子（水不溶性粒子)
【図１】
0003829232.tif 000002
【図２】
0003829232.tif 000003
【図３】
0003829232.tif 000004