JP5495129B2 - Membrane element, membrane module and membrane separation system - Google Patents
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Description
本発明は、固液分離に使用される膜エレメント、膜モジュール及び膜分離システムに係り、特に、有機廃水等の膜分離活性汚泥処理で使用される膜エレメント、膜モジュール及び膜分離システムに関する。 The present invention relates to a membrane element, a membrane module and a membrane separation system used for solid-liquid separation, and more particularly to a membrane element, a membrane module and a membrane separation system used in membrane separation activated sludge treatment such as organic waste water.
従来、有機廃水等の膜分離活性汚泥処理においては、膜モジュールを配置したMBR(Membrane Bio Reactor:活性汚泥膜分離)システムが利用されている。この種のMBRシステムは、反応槽の内部に固液分離を行う膜モジュールを配置し、膜モジュールの下方に散気装置を設けている。ここで、膜モジュールとは、複数の膜エレメントを垂直に一定間隔をおいて並列に配置してケーシング内に収容することで、複数の膜エレメントを一体型にしたものをいう。膜エレメントは膜支持板の表面をろ過膜で覆ったものであり、膜エレメント内部にはろ過処理水が流れる流路が形成されている。この流路に連通してこの流路内を陰圧とするポンプが反応槽外部に設けられている。このポンプを駆動することにより被処理水がろ過膜を透過し、被処理水中の懸濁物質がろ過膜により捕捉される。そして、ろ過膜を透過して膜エレメント内の流路に吸引された清浄なろ過処理水は処理槽の外部に取り出される。また、散気装置から散気される気泡のエアリフト作用により、ろ過膜の面に平行な上昇流が生じ、ろ過膜から付着物が離脱する。 Conventionally, in the membrane separation activated sludge treatment of organic waste water or the like, an MBR (Membrane Bio Reactor: activated sludge membrane separation) system in which a membrane module is arranged has been used. In this type of MBR system, a membrane module that performs solid-liquid separation is disposed inside a reaction tank, and an air diffuser is provided below the membrane module. Here, the membrane module refers to one in which a plurality of membrane elements are integrated by arranging a plurality of membrane elements in parallel at regular intervals and accommodated in a casing. The membrane element is obtained by covering the surface of the membrane support plate with a filtration membrane, and a flow path through which filtered water flows is formed inside the membrane element. A pump that communicates with the flow path and creates a negative pressure in the flow path is provided outside the reaction tank. By driving this pump, the water to be treated passes through the filtration membrane, and suspended substances in the water to be treated are captured by the filtration membrane. And the clean filtration water permeate | transmitted through the filtration membrane and attracted | sucked by the flow path in a membrane element is taken out outside the processing tank. Moreover, the upward flow parallel to the surface of the filtration membrane is generated by the air lift action of the air bubbles diffused from the diffuser, and the deposits are detached from the filtration membrane.
図9には膜エレメント4内部の模式的平面図を示す。膜エレメント4に配管2を介して接続された処理水吸引ポンプ12を駆動すると、処理水がろ過膜(不図示)を透過する。ろ過膜を通過したろ過処理水は、仕切り板27によって複数に分割された水路28を水平方向に流れ、複数の分岐流路15Aを通過して、ヘッダ流路13に流入する。そして、ろ過処理水はヘッダ流路13の集水口14からポンプにより吸引され外部に取り出されて回収される。
FIG. 9 shows a schematic plan view of the inside of the
ここで、各分岐流路15Aが同一断面積で同一形状である場合、分岐流路15Aのろ過処理水の入口から集水口14までの抵抗は、集水口14からの距離が遠い分岐流路15Aほど高くなる。そのため、分岐流路15Aからヘッダ流路13へ流入するろ過処理水の流量は、集水口14から距離が遠い分岐流路15Aほど少なくなる。
Here, when each
さらに、各分岐流路15Aは鉛直方向に配列され、ヘッダ流路13の集水口14はヘッダ流路13の最上部に設けられることが多いため、上記抵抗には、管路摩擦による抵抗に加えて、高さ損失による抵抗が加わる。そのため、集水口14から最も離れた位置にある、すなわち分岐流路15Aの中で最も低い位置にある分岐流路15Aの入口から集水口14までの抵抗が最も大きくなる。そして、その抵抗と、集水口14から最も近い位置にある分岐流路15Aから集水口14までの抵抗との差は大きくなる。
Furthermore, since each
各分岐流路15Aから集水口14までの抵抗の差によって、各分岐流路15Aを流れるろ過処理水の流量が非均等になり、移動するろ過水の量の差が生じる。これにより、ろ過膜25表面の場所(位置)によって、膜エレメント4の外部から内部にろ過吸収される水量が異なってくる。すなわち、ろ過膜25の表面にろ過量(フラックス)が高い場所と低い場所が分布してしまう。そして、ろ過量が高い場所は過負荷となり、ろ過膜25の表面が目詰まりしやすくなる。
Due to the difference in resistance from each
目詰まりし易くなった場所を洗浄して再生するためには、散気管からの散気量を増やす必要がある。しかしながら、目詰まりしていない場所がある一方で、目詰まりし易くなった場所を洗浄再生するために散気量を増やすことは非効率的である。 In order to clean and regenerate a place where clogging is likely to occur, it is necessary to increase the amount of air diffused from the air diffuser. However, while there is a place where clogging is not present, it is inefficient to increase the amount of air diffused in order to clean and regenerate the place where clogging is likely to occur.
実際、目詰まり度合いが高い場所のみに集中的に散気を行うことは不可能に近く、目詰まり度合いが高い場所が生じた場合には、目詰まり度合いの低い場所も含めてろ過膜25の表面全体を散気量を上げて洗浄する必要が生じる。これにより、散気によるろ過膜25表面の洗浄運転が非効率化する。
Actually, it is almost impossible to concentrate the air diffusing only in a place where the degree of clogging is high, and when a place where the degree of clogging is high occurs, the
従来においては、ろ過膜を効率的に洗浄するために、散気装置から気泡を均等に散気させるように調整したり、膜を支持する膜支持体の剛性を向上させて膜面全体の洗浄効果を均一にしたりすることが行われている(例えば、特許文献1〜7参照)。
Conventionally, in order to efficiently clean the filtration membrane, the entire membrane surface can be cleaned by adjusting the air diffuser so that bubbles are evenly diffused or by improving the rigidity of the membrane support that supports the membrane. The effect is made uniform (for example, refer to
しかしながら、特許文献1〜7に記載の膜エレメントは上部に吸引ノズルを設けた構成を有しているが、図9に示すような鉛直方向に複数の分岐流路を配置した構成を有していない。このため引用文献1〜7では、ろ過膜表面の位置によるろ過量の違いによって、目詰まり度合いの違いが発生するという問題の解決策を考えていない。したがって、複数の分岐流路を備えた膜エレメントに対して特許文献1〜7に記載の洗浄方法を適用したとしても、膜エレメントのろ過膜表面を効率的に洗浄することはできない。
However, although the membrane elements described in
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、複数の分岐流路を備えた膜エレメントにおいてろ過膜表面における目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる膜エレメント、膜モジュール及び膜分離システムを提供することを目的とする。 The present invention was made to solve the above-described problems, and a membrane element that can prevent a difference in the degree of clogging on the filtration membrane surface in a membrane element having a plurality of branch channels, An object is to provide a membrane module and a membrane separation system.
また、散気によるろ過膜表面の洗浄運転を効率化し、ろ過運転全体の安定化を実現することを目的とする。 Another object of the present invention is to improve the efficiency of the cleaning operation of the filtration membrane surface by aeration and to stabilize the entire filtration operation.
上記目的を達成するために、本発明に係る膜エレメントは、ろ過膜と、該ろ過膜を透過したろ過処理水を搬送する水路と、前記ろ過膜と膜支持板の間に設けて前記ろ過処理水が前記水路内を移動可能な孔を備えたスペーサーと、鉛直方向に立設され前記水路を搬送されたろ過処理水が流入するヘッダ流路と、鉛直方向に複数配列され前記水路と前記ヘッダ流路とを連絡する分岐流路と、前記ヘッダ流路に設けられ前記ヘッダ流路を搬送されたろ過処理水を外部に取り出す集水口と、を備えた膜エレメントにおいて、前記分岐流路の断面積は、前記複数の前記分岐流路のうち前記集水口からのN番目の前記分岐流路の位置をNとし、前記集水口からもっとも遠い位置の前記分岐流路の断面積を基準値とし、各前記分岐流路の断面積を前記基準値で除した値を断面積比Rとし、係数A(1〜1.5)とし、指数B(0.2〜0.25)としたとき、R=A×N −B の関係を満たすことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the membrane element according to the present invention is provided with a filtration membrane, a water channel for carrying the filtered water that has permeated the filtration membrane, and the filtration treated water provided between the filtration membrane and the membrane support plate. A spacer having a hole movable in the water channel; a header channel into which filtered water standing in a vertical direction and transported through the water channel flows; and a plurality of vertical channels arranged in the water channel and the header channel. And a water collecting port that is provided in the header flow path and takes out the filtered water transported through the header flow path to the outside, the cross-sectional area of the branch flow path is The position of the N-th branch flow channel from the water collection port among the plurality of branch flow channels is N, the cross-sectional area of the branch flow channel farthest from the water collection port is a reference value, The cross-sectional area of the branch channel is the reference value The value obtained by dividing a sectional area ratio R, the coefficient A (1 to 1.5), when the index B (0.2 to 0.25), satisfy the relationship R = A × N -B And
上記構成によれば、膜エレメントの各分岐流路は、該分岐流路それぞれのろ過処理水の入口からヘッダ流路の集水口までの圧力損失が等しくなるように形成されているため、複数の各分岐流路を流れるろ過処理水の流量を均等にすることができ、ろ過膜表面における目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。したがって、散気によるろ過膜表面の洗浄運転が効率化され、ろ過運転全体の安定化を実現することができる。
上記構成において、前記分岐流路それぞれは、等しい流量のろ過処理水が流れるように形成されていることを特徴とする。
According to the above configuration, each branch channel of the membrane element is formed so that the pressure loss from the inlet of the filtered water of each branch channel to the water collection port of the header channel is equal, The flow rate of the filtered treated water flowing through each branch channel can be made uniform, and a difference in the degree of clogging on the filtration membrane surface can be prevented. Therefore, the cleaning operation of the filtration membrane surface by aeration is made efficient, and the entire filtration operation can be stabilized.
The said structure WHEREIN: Each of the said branch flow path is formed so that the filtration process water of an equal flow volume may flow.
上記構成によれば、複数の各分岐流路を流れるろ過処理水の流量を均等にすることができ、ろ過膜表面において目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。
上記構成において、前記分岐流路それぞれは、その断面積が前記集水口の近くに配置される分岐流路ほど小さくなるように形成されていることを特徴とする。
According to the said structure, the flow volume of the filtration process water which flows through each several branch flow path can be equalized, and it can prevent that a difference arises in the clogging degree in the filtration membrane surface.
The said structure WHEREIN: Each of the said branch flow path is formed so that the cross-sectional area may become so small that the branch flow path arrange | positioned near the said water collection port.
上記構成によれば、複数の各分岐流路を流れるろ過処理水の流量を均等に近づけることができ、ろ過膜表面において目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。
上記構成において、前記集水口は前記ヘッダ流路の上端部に設けられており、前記分岐流路それぞれは、その断面積が上方に配置される分岐流路ほど小さくなるように形成されていることを特徴とする。
According to the said structure, the flow volume of the filtration process water which flows through each several branch flow path can be closely approached, and it can prevent that a difference arises in the degree of clogging in the filtration membrane surface.
In the above configuration, the water collection port is provided at an upper end portion of the header flow path, and each of the branch flow paths is formed such that the cross-sectional area thereof is smaller as the branch flow path is disposed above. It is characterized by.
上記構成によれば、複数の各分岐流路を流れるろ過処理水の流量を均等に近づけることができ、ろ過膜表面において目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。
上記構成において、前記分岐流路それぞれは、その断面積が前記分岐流路それぞれのろ過処理水の入口から前記ヘッダ流路の集水口までの圧力損失が等しくなるように形成されていることを特徴とする。
According to the said structure, the flow volume of the filtration process water which flows through each several branch flow path can be closely approached, and it can prevent that a difference arises in the degree of clogging in the filtration membrane surface.
In the above-described configuration, each of the branch flow paths is formed such that the cross-sectional area thereof is equal to the pressure loss from the filtered water inlet of each of the branch flow paths to the water collecting port of the header flow path. And
上記構成によれば、複数の各分岐流路を流れるろ過処理水の流量を等しくすることができ、ろ過膜表面における目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。
上記構成において、前記水路は、水平方向に設けられた1又は複数の仕切り板により複数の領域に分割されていることを特徴とする。
According to the said structure, the flow volume of the filtration process water which flows through each several branch flow path can be made equal, and it can prevent that a difference arises in the clogging degree in the filtration membrane surface.
The said structure WHEREIN: The said water channel is divided | segmented into the several area | region by the 1 or several partition plate provided in the horizontal direction, It is characterized by the above-mentioned.
上記構成によれば、水路に1又は複数の仕切り板を水平方向に設け、水路を複数の領域に分割することにより、ろ過処理水は水路内を水平方向に流れ易くなり、鉛直方向に配置された複数の各分岐流路を流れるろ過処理水の流量をより均等に近づけることができ、ろ過膜表面における目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。
また、本発明に係る膜モジュールは、膜エレメントを複数配列してケーシング内に収めたものであることを特徴とする。
According to the above configuration, by providing one or more partition plates in the water channel in the horizontal direction and dividing the water channel into a plurality of regions, the filtered water easily flows in the water channel in the horizontal direction and is arranged in the vertical direction. In addition, the flow rate of the filtered treated water flowing through each of the plurality of branch flow paths can be made more uniform, and a difference in the degree of clogging on the filtration membrane surface can be prevented.
The membrane module according to the present invention is characterized in that a plurality of membrane elements are arranged and housed in a casing.
上記構成によれば、膜モジュールを被処理水に浸漬して複数の膜エレメントにより膜ろ過を行うことができ、散気による膜表面の洗浄運転を効率化し、安定したろ過運転を行うことができる。
また、本発明に係る膜分離システムは、上記構成の膜エレメントを備えたことを特徴とする。
According to the said structure, a membrane module can be immersed in to-be-processed water, membrane filtration can be performed with a several membrane element, the washing | cleaning operation of the membrane surface by aeration can be made efficient, and stable filtration operation can be performed. .
In addition, a membrane separation system according to the present invention includes the membrane element having the above-described configuration.
上記構成によれば、散気による膜表面の洗浄運転を効率化することができ、ろ過運転全体の安定化が実現された膜分離システムを提供することができる。 According to the said structure, the washing | cleaning operation | movement of the membrane surface by aeration can be made efficient, and the membrane separation system by which stabilization of the whole filtration operation was implement | achieved can be provided.
本発明によれば、膜エレメントの各分岐流路は、分岐流路それぞれのろ過処理水の入口からヘッダ流路の集水口までの圧力損失が等しくなるように形成されているため、複数の各分岐流路を流れるろ過処理水の流量を均等にすることができ、ろ過膜表面における目詰まり度合いに差が生じるのを防ぐことができる。したがって、散気によるろ過膜表面の洗浄運転が効率化され、ろ過運転全体の安定化を実現することができる。 According to the present invention, each branch channel of the membrane element is formed so that the pressure loss from the filtered treated water inlet of each branch channel to the water collecting port of the header channel is equal, The flow rate of the filtered treated water flowing through the branch channel can be made uniform, and a difference in the degree of clogging on the filtration membrane surface can be prevented. Therefore, the cleaning operation of the filtration membrane surface by aeration is made efficient, and the entire filtration operation can be stabilized.
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
図2は、本発明の実施形態に係るMBR(Membrane Bio Reactor:膜分離式活性汚泥処理)システム1の全体構成を模式的に示す図である。MBRシステム1は、廃水等の原水を外部から引き込む原水配管17と、原水配管17からの原水を引き込む原動力となる原水ポンプ18と、嫌気槽19と、無酸素槽20と、反応槽21と、を主な構成要素としている。
Next, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the overall configuration of an MBR (Membrane Bio Reactor: membrane separation activated sludge treatment)
図3は反応槽21の内部構成を示す模式図である。同図に示すように、反応槽21内の中央部には、反応槽21内部を2つの領域に仕切る仕切り板22が配置されている。仕切り板22を隔てて、一方の側には膜モジュール5が配置されており、他方の側には好気槽領域23が設けられている。膜モジュール5は、垂直に一定間隔をおいて並列に配列された複数の膜エレメント4と、この複数の膜エレメント4を収容するケーシング41とを備えている。膜モジュール5の下方には、気泡を散気する散気装置8が設けられている。散気装置8から散気された気泡は、その気泡のエアリフト作用により、膜エレメント4間にろ過膜面に平行な上昇流を生じさせる。この上昇流によってろ過膜面の付着物が離脱する。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the internal configuration of the reaction vessel 21. As shown in the figure, a partition plate 22 that divides the inside of the reaction tank 21 into two regions is disposed at the center of the reaction tank 21. The
膜モジュール5の上方には、各膜エレメント4内の流路(不図示)に連通した配管2と、当該配管2に取り付けられた処理水吸引ポンプ12とが設けられている。処理水吸引ポンプ12は、膜エレメント4内を陰圧にしてろ過処理水を吸引し、ろ過処理水を外部に取り出す。
Above the
反応槽21内の好気槽領域23には、酸素を被処理水中に溶解させる微細散気装置24が配設されている。微細散気装置24は微細な空気泡を放出して、反応槽21内の好気槽領域23の溶存酸素濃度を高濃度に維持する。また、反応槽21内の被処理水中には活性汚泥が混合されている。当該活性汚泥は、被処理水中の溶存酸素を呼吸しつつ、被処理水中のアンモニアを硝酸性窒素にする好気処理を行う。 In the aerobic tank region 23 in the reaction tank 21, a fine air diffuser 24 for dissolving oxygen in the water to be treated is disposed. The fine air diffuser 24 emits fine air bubbles to maintain the dissolved oxygen concentration in the aerobic tank region 23 in the reaction tank 21 at a high concentration. In addition, activated sludge is mixed in the water to be treated in the reaction tank 21. The activated sludge performs an aerobic treatment in which ammonia in the water to be treated is nitrated nitrogen while breathing dissolved oxygen in the water to be treated.
次に、図1を参照して、膜エレメント4の内部構成について説明する。図1は1つの膜エレメント4の模式的な平面図である。
膜エレメント4内には、ろ過膜(不図示)を透過したろ過処理水を搬送する水路28と、鉛直方向に立設され水路28を搬送されたろ過処理水が流入するヘッダ流路13と、鉛直方向に複数配列され水路28とヘッダ流路13とを連絡する分岐流路15とが設けられている。水路28には複数の仕切り板27が水平方向に設けられており、水路28は当該仕切り板27によって複数の領域16に分割されている。図1に示す例では、水路28は鉛直方向に配列した6つの領域16に分割されている。これらの各領域16は、1又は複数の分岐流路15を介してヘッダ流路13に連絡されている。ヘッダ流路13は、同一の断面形状を有し、鉛直方向に直線状に延びている。ヘッダ流路13の上端部には、集水口14が設けられるとともに配管2が接続されている。集水口14はヘッダ流路13内を搬送されたろ過処理水を外部に取り出して回収するための開口である。
Next, the internal configuration of the
In the
水路28にはスペーサー29が設置されている。水路28にスペーサー29を設置することにより、処理水吸引ポンプ12の吸引による陰圧でろ過膜(不図示)が当該ろ過膜を支持する膜支持板(不図示)側に引き付けられて、ろ過膜と膜支持板との間の幅が狭くなるのを防止し、ろ過効率が低下するのを防ぐことができる。
A spacer 29 is installed in the
図4は、スペーサー29の構成の一例を示す模式図である。スペーサー29は、細長い矩形の平板30を縦横に連結して構成されている。平板30の一方の側面が膜支持板に取り付けられ、他方の側面がろ過膜と接触する。平板30には、厚さ方向に貫通する円形の孔31が設けられている。この孔31により、ろ過処理水は水路28内を移動することができる。なお、孔31の形状は円形に限らず、例えば楕円形、矩形、多角形等であってもよい。
また、スペーサー29は、孔31が設けられた平板30に限らず、例えば膜支持板26上に円柱を多数配置した構成や、水を透過する構造体であってもよい。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the spacer 29. The spacer 29 is configured by connecting elongated rectangular
The spacer 29 is not limited to the
次に、図5を参照して、膜エレメント4の詳細な内部構成と、膜エレメント4内のろ過処理水の流れを説明する。図5は、膜エレメント4を構成する膜支持板26の表面に取り付けられているろ過膜25を取り外した上で、当該膜支持板26の一部を斜め下方から見た模式図である。
Next, with reference to FIG. 5, the detailed internal structure of the
膜支持板26の表面には、水路28等を形成する各種溝が設けられている。その溝を覆うように、膜支持板26の表面にろ過膜25が取り付けられている。膜支持板26がろ過膜25で覆われた状態において、膜支持板26とろ過膜25とで挟まれた空間に、水路28と、ヘッダ流路13と、複数の分岐流路15とが形成される。
Various grooves for forming a
処理水吸引ポンプ12を駆動させて吸引を行うと、水路28、ヘッダ流路13、分岐流路15内は陰圧となり、矢印D1に示すように、被処理水はろ過膜25を透過する。ろ過膜25を透過したろ過処理水は、膜支持板26とろ過膜25との間の水路28に侵入する。その後、ろ過処理水は、分岐流路15に向かって当該水路28を流れていき、矢印D2に示すように、分岐流路15を通ってヘッダ流路13へ流入する。その後、矢印D3に示すように、ろ過処理水はヘッダ流路13中を上方に移動し、矢印D4に示すように、ヘッダ流路13の集水口14から外部に排出される。
When suction is performed by driving the treated
各分岐流路15は、各分岐流路15を流れるろ過処理水の流量が等しくなるように物理的形状を変えて形成されている。本実施形態では、各分岐流路15の断面積を調整することにより、各分岐流路15を流れるろ過処理水の流量を調整している。
Each
各分岐流路15を流れるろ過処理水の流量を等しくする各分岐流路15の断面積は、図6に示す流体工学で扱われる等流量の分配の問題として解析することができる(日本機械学会編、技術資料 管路・ダクトの流体抵抗(1979年)参照)。
The cross-sectional area of each
以下では、分岐流路15の全体数をnとし、各分岐流路15を「分岐流路15j(j=1〜n)」と表記する。また、Qjはヘッダ流路13を流れるろ過処理水と分岐流路15jを流れるろ過処理水との合流点付近の流量、Aはヘッダ流路13の断面積、Vjは前記合流点付近の平均流速、Pjは前記合流点付近の圧力、qjは分岐流路15jを流れるろ過処理水の流量、vjは分岐流路15jを流れるろ過処理水の平均流速、pjは分岐流路15jのろ過処理水の入口の圧力、ajは分岐流路15jの断面積、Lはヘッダ流路13の長さ、hは分岐流路15jの長さ、lは分岐流路15jと分岐流路15j+1との区間の距離を表すものとする。
In the following, the total number of
図6に示した模式構造において、分岐流路15jと分岐流路15j+1との区間について、ヘッダ流路13内の平均流速Vj+1とVj、及び圧力Pj+1とPjに関して、次の式が成り立つ。
In the schematic structure shown in FIG. 6, with respect to the sections of the
(但し、ξ:合流抵抗係数、λ:管路摩擦損失係数、D:ヘッダ流路13の断面の直径、g:重力加速度)
(However, ξ: Confluence resistance coefficient, λ: Pipe friction loss coefficient, D: Diameter of the cross section of the
数式2の右辺第2項は、ヘッダ流路13内の管摩擦損失と、ヘッダ流路13を流れるろ過処理水と分岐流路15jから流入したろ過処理水との合流による合流損失とを示す。また、数式2の右辺第3項は、分岐流路15jと分岐流路15j+1との区間の距離による高さ損失を示す。
The second term on the right side of
また、分岐流路15jのろ過処理水の出口部(ヘッダ流路13との連絡部)の圧力pj−Δpjを、ヘッダ流路13内の分岐流路15jの合流点の圧力Pjに等しいとして近似し、次の数式4を用いる。
Further, the pressure p j −Δp j at the outlet portion of the filtered water in the branch flow channel 15 j (the communication portion with the header flow channel 13) is set to the pressure P at the confluence of the
ここで、数式4の分岐流路15jの合流損失係数と管路摩擦損失係数との各損失係数には、上付き添え字“’”をつけ、数式2中のヘッダ流路13の各損失係数と区別している。
Here, each loss coefficient of the confluence loss coefficient and the pipe friction loss coefficient of the
また、各分岐流路15jから等しい流量でヘッダ流路13に集水される条件を設けるため、圧力平衡の条件として、次の数式5を設ける。
Further, in order to provide a condition for collecting water from each
これらの式を利用して、各分岐流路15jを流れるろ過処理水を均等にする分岐流路15jの断面積ajを算出することができる。
Using these equations, the cross-sectional area a j of the
図7は、これらの式を利用した断面積ajの算出手順を示すフローチャートである。以下、図7を参照して分岐流路15jの断面積ajの算出手順を説明する。
まず、初期条件として、各分岐流路15jからヘッダ流路13へ流入する各流量を合計した全体流量を設定する(ステップS101)。
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for calculating the cross-sectional area a j using these equations. Hereinafter, the procedure for calculating the cross-sectional area a j of the
First, as an initial condition, setting the entire flow rate is the total of each flow flowing from the
次に、全体流量を分岐流路15の全体数で除算することにより、各分岐流路15jの流量を設定する(ステップS102)。
次に、初期値として、分岐流路151の入口の圧力を設定する(ステップS103)。
Next, the flow rate of each
Then, as an initial value, to set the pressure at the inlet of the branch passage 15 1 (step S103).
次に、数式1を利用して、全体の流量と、分岐流路151の流量と、ヘッダ流路13の断面積とに基づいて、ヘッダ流路13を流れるろ過処理水と分岐流路15jからヘッダ流路13へ流入したろ過処理水との合流点jでの流量及び流速を算出する(ステップS104)。
Then, using
次に、数式3を利用して、ヘッダ流路13内の合流点jと合流点(j+1)との区間における圧力損失を算出する(ステップS105)。
次に、ヘッダ流路13と分岐流路151との合流点1での圧力と、摩擦損失及び合流損失とに基づいて、合流点1での圧力を算出する(ステップS106)。
Next, using
Next, the pressure at the
次に、合流点1での圧力と数式2とに基づいて、合流点(j+1)での圧力を算出する(ステップS107)。
次に、ステップS105及びステップS107での算出結果と数式5とに基づいて、各分岐流路15jにおける圧力損失を算出する(ステップS108)。
次に、ステップS107での算出結果と数式4とに基づいて、分岐流路15jの断面積aj及び流速vjを算出する(ステップS109)。
Next, the pressure at the junction (j + 1) is calculated based on the pressure at the
Next, the pressure loss in each
Then, based on the calculation result and the
図8は、上述した算出手順に従って、各分岐流路15の断面積を算出した結果を示すグラフである。ここで、グラフの縦軸「断面積比R」は、ヘッダ流路13の集水口14から最も遠い位置の分岐流路15の断面積を基準値とし、各分岐流路15の断面積を当該基準値で除した値である。また、横軸「分岐流路位置N」は、膜エレメント4に設けられた複数の各分岐流路15を表している。値“1”はヘッダ流路13の集水口14から最も近い分岐流路15を示し、集水口14から漸次離れて集水口14に近づくに従い、その位置にある分岐流路15を表すNの値が1ずつ増えるように番号付けしている。すなわち、値“N”は集水口14からN番目に遠い分岐流路15を表している。
FIG. 8 is a graph showing the result of calculating the cross-sectional area of each
図8(a)は分岐流路15の全体数が10(N=1、…、10)、図8(b)は分岐流路15の全体数が30(N=1、…、30)、図8(c)は分岐流路15の全体数が50(N=1、…、50)の場合を示している。
FIG. 8A shows that the total number of
図8に示す各グラフから判るように、分岐流路15が漸次集水口14に近づくに従い、分岐流路15の断面積は小さくなっている。これは、集水口14に近いほど分岐流路15の断面積が小さくなることにより、分岐流路15内を流れるろ過処理水の流速が大きくなって流体抵抗が大きくなり、分岐流路15を流れるろ過処理水の流量が均等になることを示している。
As can be seen from the graphs shown in FIG. 8, the cross-sectional area of the
そして、図8(a)、(b)、(c)のいずれの場合も、分岐流路位置Nと断面積比Rとの関係は、数式6で表すことができることが確認できた。
数式6の関係を満たすように各分岐流路15の断面積を設計することで、ヘッダ流路13の集水口14に近い位置にある分岐流路15には小さい断面積によって高い抵抗を与え、当該集水口14から離れるに従い分岐流路15の断面積を広げていき、漸次抵抗を小さくしていくことができる。これによって、各分岐流路15の入口から集水口14までの圧力損失や抵抗を一定にすることができ、各分岐流路15から等流量のろ過処理水がヘッダ流路13に流入する。これにより、膜エレメント4内の水路28では、ろ過処理水が分岐流路15に向かって水平方向に等速度で線形に流れるため、ろ過膜25の表面におけるろ過速度を一様とすることができる。したがって、ろ過膜25の表面を均等に効率的に利用することができ、ろ過膜25の表面の目詰まりや汚れが均等化し、散気装置8によるろ過膜25表面の洗浄運転も効率化され、ろ過運転全体の安定化を実現することができる。
By designing the cross-sectional area of each
なお、上述した実施形態では、各分岐流路15を流れる流量を均等にするために、分岐流路15の断面積を調整して、各分岐流路15の入口から集水口14までの圧力損失(抵抗)を等しくした。しかしながら、調整対象とする分岐流路15の物理的形状は分岐流路15の断面積に限定されることはない。例えば、分岐流路15の長さや、断面の形状や流路の形状を調整することにより、或いはこれらを分岐流路15の断面積と組み合わせて調整することにより、圧力損失を等しくし、流量を均等にしてもよい。
In the above-described embodiment, the pressure loss from the inlet of each
また、上述した実施形態では、集水口14をヘッダ流路13の上端部に設けたが、集水口14を設ける位置はこれに限定されることはなく、集水口14をヘッダ流路13の中央部や下部に設けてもよい。集水口14をヘッダ流路13の上端部以外の位置に設けた場合は、数式6は成り立たなくなるが、上述した実施形態と同様の原理で集水口14の近くに配置される分岐流路15ほど断面積を小さくして圧力損失を等しくすることにより、各分岐流路15を流れるろ過処理水の流量を均等にすることができる。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施形態では、水路28を仕切り板27で複数の領域16に分割する例を示したが、水路28の鉛直方向の幅が狭い等でろ過処理水を水平方向に容易に搬送可能な場合には、領域16に分割しなくてもよいし、設ける仕切り板27の数を1枚にしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、上述した実施形態では、膜支持板26に溝を設けることによって分岐流路15やヘッダ流路13を形成したが、これに限らず、分岐流路15やヘッダ流路13をパイプで形成し、分岐流路15やヘッダ流路13を膜支持板26に外付けで取り付けるようにしてもよい。
また、膜エレメント4の形状は矩形の平板状に限らず、例えば円筒形であってもよい。
In the embodiment described above, the
The shape of the
本発明は、活性汚泥膜分離処理における固液分離に限らず、活性汚泥以外の固液分離にも適用することができ、膜エレメントを用いる膜分離処理の分野全てに適用することが可能である。 The present invention can be applied not only to solid-liquid separation in activated sludge membrane separation processing but also to solid-liquid separation other than activated sludge, and can be applied to all fields of membrane separation processing using membrane elements. .
1………MBR(Membrane Bio Reactor:膜分離式活性汚泥処理)システム、2………配管、4………膜エレメント、5………膜モジュール、12………処理水吸引ポンプ、13………ヘッダ流路、14………集水口、15………分岐流路、16………領域、17………原水配管、18………原水ポンプ、19………嫌気槽、20………無酸素槽、21………反応槽、22………仕切り板、23………好気槽領域、24………微細散気装置、25………ろ過膜、26………膜支持板、27………仕切り板、28………水路、29………スペーサー、30………平板、31………孔。
1 ... MBR (Membrane Bio Reactor)
Claims (4)
前記分岐流路の断面積は、前記複数の前記分岐流路のうち前記集水口からのN番目の前記分岐流路の位置をNとし、前記集水口からもっとも遠い位置の前記分岐流路の断面積を基準値とし、各前記分岐流路の断面積を前記基準値で除した値を断面積比Rとし、係数A(1〜1.5)とし、指数B(0.2〜0.25)としたとき、R=A×N −B の関係を満たすことを特徴とする膜エレメント。 A filtration membrane, a water channel that conveys the filtered water that has passed through the filtration membrane, a spacer that is provided between the filtration membrane and the membrane support plate, and has a hole through which the filtered water can move in the water channel, and a vertical direction Provided in the header flow path, a header flow path into which filtered treated water standing up and flowing through the water flow path flows, a plurality of vertical flow paths that connect the water flow path and the header flow path. In a membrane element comprising a water collection port for taking out the filtered treated water conveyed through the header channel,
The cross-sectional area of the branch flow path is defined as N in the position of the Nth branch flow path from the water collection port among the plurality of branch flow paths, and the breakage of the branch flow channel farthest from the water collection port. A value obtained by dividing the cross-sectional area of each branch channel by the reference value is defined as a cross-sectional area ratio R, a coefficient A (1 to 1.5), and an index B (0.2 to 0.25). ), The membrane element satisfying the relationship of R = A × N− B .
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