JPH084722B2 - 膜分離装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の任意の懸濁液
（例えば、微生物粒子、無機物粒子等のサスペンショ
ン）を簡便に、効率的に膜分離し、清澄な分離液を得る
膜分離装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、曝気槽内に中空糸膜の束状モ
ジュールを浸漬し、透過液を得るようにした装置が公知
である（図４参照）。

【０００３】図４に示した装置は、曝気槽２１内に中空
糸膜モジュール２２を浸漬し、散気管２３から空気２４
を供給して槽内を好気性に維持して微生物の繁殖を確保
すると共に中空糸膜の濾過機能を維持し、吸引ポンプ２
５により中空糸膜から微生物処理された槽内懸濁液の透
過水２６を得るものである。

【０００４】しかしながら、本発明者がこの従来技術の
追試を行ったところ、次のような重大欠点が認められ、
実用性が欠けることが判った。即ち、図４に示したよう
な装置では、次の問題がある。

【０００５】 活性汚泥、繊維分などのＳＳ粒子が、
中空糸膜の束の内部に入り込んで付着あるいは固着し、
濾過抵抗が急増してしまう。 中空糸膜の束の内部に
入り込んだＳＳ分は洗浄除去が極めて困難であり、中空
糸膜モジュールを取り出して糸をほぐしながら高圧水で
スプレーしないと付着汚泥、繊維分を洗浄除去できな
い。これは大変な手間であり、実用上このような作業を
行うことは不可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来装置
の重大欠点を完全に解決することを課題とするものであ
り、濾過抵抗を長期間低く維持でき、かつメンテナンス
フリーの新技術を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は従来の技術の欠
点を解決するために、種々検討した結果、次のような手
段によって従来の欠点が解決できることを見出し完成さ
れた。

【０００８】即ち、本発明はスペーサーと平面状分離膜
とからなる濾過体と、該濾過体を１以上配備し、かつ懸
濁液を受け入れる槽と、該濾過体の下方部または濾過体
下部側方に配備された散気部を有する散気装置とからな
り、該散気装置からの単位時間当たりの散気ガス量を間
欠的に大きく設定できる手段を備えたことを特徴とする
膜分離装置である。

【０００９】本発明の新規思想は次の点にある。 中
空糸膜の採用をやめ、ＳＳが束の内部にくいこむこと
が、形状的に有り得ない平面状分離膜を有する濾過体を
適用する。

【００１０】従来、平面状分離膜はフィルタプレス、脱
水機的な構造体内に設置する方法は知られていたが、曝
気槽体に、本発明のような方法で浸漬する概念は従来存
在しなかった。

【００１１】 膜表面に乱れを与えるための散気量を
間欠的に増減させると膜汚染を効果的に防止できること
を見出した。本発明に使用される濾過体は、少なくとも
スペーサーと平面状分離膜とから構成される濾過部を有
する。その濾過体の構造は、濾過部として少なくとも平
面状分離膜外部で懸濁液を濾過し、該濾過水を該膜の内
部へ移行する機能を有し、更に移行された濾過水を取り
出す手段を備えていれば、特に濾過部の構成は制限され
ることはない。但し、濾過部の外部形状は濾過体を槽内
に配備した時に、平面状分離膜表面全面が散気装置から
供給される気泡および気泡による水流に接触し易い構造
であることが好ましい。

【００１２】該濾過部の外表面は、平面状分離膜で形成
されるが、必ずしも該外表面全部を平面状分離膜で形成
する必要はなく、適宜所望の表面領域を選択して部分的
に形成することができる。

【００１３】また、平面状分離膜の外表面の形状は、上
記条件を満足するのであれば、特に制限されず、平面の
みに限定されず、任意の曲面を包含できる。スペーサー
は、平面状分離膜を支持すると共に濾過水の内部への移
行を可能にするためのスペースを確保する機能を少なく
とも有するのであれば、その構造は任意であり、特に制
限されない。また、該移行された濾過水を外部へ取り出
す手段、例えば、流出管をこれに具備させることもでき
る。

【００１４】スペーサーの構成材料、具体的形状構造は
任意であり、内部が充実した単体でも内部に空間を設け
た単体でも、枠状でもあるいはこれらの組合せでもよ
い。例示すれば、枠状、内部の充実した単なる板状、内
部に空間を設けた板状、格子状等が挙げられる。特に、
構成材料としては、濾過機能を有する多孔体が好まし
く、形状としては板状が特に好ましい。

【００１５】スペーサーへの平面状分離膜の支持手段と
しては、接着剤、ボルト・ナット、磁石等が適用でき
る。従って、濾過体の濾過部の外部形状はスペーサーの
形状と平面状分離膜のスペーサーへの保持方法によって
決まるため任意であり、例示すれば、板状、棒状、逆円
錐状等が挙げられる。特に、本発明では、板状が好まし
く、両面を平面状分離膜で形成したものが好ましい。

【００１６】該平面状分離膜の材料は清澄な濾過水が得
られれば、特に制限がなく、公知の限外濾過膜、精密濾
過膜を使用でき、目的に応じて膜孔径を適宜選定すれば
よい。

【００１７】本濾過体１体当たりの平面状分離膜の総面
積は、通常、４〜２０ｍ² の範囲から選択される。該濾
過体は、本発明濾過装置内に配備されるが、その配備の
位置等は特に限定されないが、同じく濾過装置内に配備
される散気装置からの気泡および／または気泡による水
流が平面状分離膜表面に衝突し易くなるように配置する
ことが好ましい。特に、濾過体を複数個配備した場合に
は、各濾過体の平面状分離膜表面が垂直方向に対して平
行になるようにかつ各平面状分離膜間の間隔が適切に設
定されることが好ましく、同時に散気装置を濾過体の下
方部または下部側方、例えば、各濾過体の間隙の下部に
配備することが好ましい。

【００１８】本発明に使用される散気装置は、ブロワ
ー、管路、および散気部から概略構成されるが、通常使
用されている公知ものが適用でき、特にその構造に制限
はないが、散気部としては、管状、板状等が一般的であ
る。

【００１９】本発明は、散気装置からの散気ガスにより
平面状分離膜の清浄性を維持するものであるが、その散
気ガスの槽内へ供給する方法に特に制限はなく、供給
量、供給時間、停止時間の設定等は懸濁液の種類、濾過
体の種類、濾過水の基準等に応じて適宜選定される。

【００２０】特に、本発明においては、単位時間当たり
の散気ガス量を間欠的に大きく設定することにより、膜
表面の清浄性をより高く維持できる特徴を有する。この
場合、好ましくは、該大きく設定した時間帯（Ｇｔ）は
その他の時間帯（Ｃｔ）よりも時間的に短くとることが
好ましい。単位時間当たりの供給量はＧｔ時の方がＣｔ
時に比べ大きく設定されるが、時間の経過に対して、通
常、各々一定レベルを維持するが、各時間帯において増
減あるいは供給停止も許容され得る。そして、散気管を
複数使用した場合には各散気管において独立に供給仕様
を設定してもよいし、各散気管を連絡して一律に設定し
てもよい。この設定の手段は任意であり、自動でも手動
でもよく、例えば、ブロワー自体の制御、ブロワーとバ
ルブの組合せ等が挙げられる。

【００２１】また、散気ガスの種類は、本発明が適用さ
れる懸濁液の性状により適宜選択され、好気性生物処理
液の場合は酸素含有ガス、例えば、空気が一般的であ
り、嫌気性生物処理液の場合は窒素ガスが挙げられる。
これら処理液等の懸濁液は、外部から導入されたもので
あっても当初から本発明装置内で処理したものであって
構わない。即ち、本発明は膜分離機能以外に汚水等の処
理機能を有することは明白である。

【００２２】本発明に適用される濾過方法は、平面状分
離膜の外部、即ち懸濁液に接触する側から膜内部へ濾過
水を移行する方法であるなら、任意の濾過圧発生手段が
使用できる。例えば、濾過体内部をポンプで陰圧にする
こと、槽を密閉して槽内を陽圧にすること、サイホンを
利用すること等が挙げられる。

【００２３】濾過体を複数設けた時の濾過水集水機構
は、各濾過体を個別に行っても各濾過体を連絡して行っ
てもよい。例えば、各スペーサーに濾過水流出管を設
け、これを連絡して１個のポンプで吸引濾過する方法が
挙げられる。

【００２４】

【実施例】以下、図１を参照しながら本発明の作用と一
実施例を説明する。図１において、１は任意の懸濁液が
貯留された槽、２は懸濁液の流入部である。

【００２５】本発明の膜分離装置は、槽１、濾過体であ
る平膜モジュール３、および散気装置７から概略構成さ
れる。槽１内には、図２に示されるような板状多孔体の
スペーサー４の両面に平面状ＵＦまたはＭＦ膜５を設け
てなる平膜モジュール３が垂直方向に、間隙６を介して
複数個、平行状に浸漬設置されている。

【００２６】各々の濾過モジュール３からは膜透過水の
流出管７が各々設けられている。該流出管５は、膜透過
水吸引ポンプ８と連絡している。平膜モジュール３の下
部には散気管または散気板からなる散気部９が設けら
れ、空気、その他のガス１０をブロワー１１によって散
気させる。メタン発酵菌などの嫌気性微生物を膜分離す
る場合にはガス１０として窒素ガス、メタンガスなどの
酸素を含まないガスを使用する。

【００２７】本発明において、ガス１０の吐出量を間欠
的に大きくさせるという概念は重要であり、一定量のガ
スを散気させる場合よりも効果的に膜汚染を防止でき、
高い膜フラックスを長時間確保できることが実験的に確
認された。

【００２８】ガス１０の流量を間欠的に大きくさせる手
段は容易であり、任意の手段を適用できるが、図１の例
ではブロワー１３を設け、間欠的にバルブ１２を開閉す
る方法を採用したものである。

【００２９】なぜガス１０の散気流量を間欠的に大きく
させると膜の汚染が効果的に防止できるのか、そのメカ
ニズムの詳細は現時点で不明であるが、次のように推測
できる。

【００３０】即ち、ガス１０の散気流量を間欠的に大き
くすると平膜近傍の流れのフローパターンが激しく変化
し、その際に膜表面の汚染物質が除去され、膜表面が清
浄に保たれるのではないかと思われる。

【００３１】ガス流量の大きさのパターンは種々変える
ことができるが、実験の結果では長時間の間隔をもたせ
てガス流量を大きくさせるよりも短時間のサイクルで大
きくさせる方法の方が効果的であった。

【００３２】つまり、例えば、５ｈｒに１回３０分間大
きくさせるよりも、１ｈｒに６分間大きくさせるサイク
ルのほうが効果的である。さらに、平膜モジュール３の
相隣接するモジュールの間隙６の距離は重要な因子であ
り、広すぎると膜汚染が進行し、狭すぎると夾雑物によ
って閉塞し易い。実験結果では１０〜３０ｍｍが最も好
適であった。

【００３３】また、散気装置９の設置方法もかなり重要
な因子であり、図２のように平膜モジュールの横方向に
散気管または板からなる散気部９を各々の間隙部６にそ
れぞれ設置する方法が最も好ましい。

【００３４】この方法によれば、平膜モジュール３の各
々の膜表面に確実に気泡の上昇による激しい水流の乱れ
を与えることができ、膜汚染を効果的に防止できる。本
発明において使用する平膜分離膜の種類としては、ＵＦ
膜（即ち、限外濾過膜）、ＭＦ膜（即ち、精密濾過膜）
の各種のものを用いることができ、反応の種類、サスペ
ンジョンの種類に応じて選定すればよい。

【００３５】例えば、廃水処理、上水処理に適用する場
合には、孔径０．０１〜１μｍ程度のＭＦ膜を、また高
度な処理を行う場合には、分画分子量が１０００〜１０
００００程度のＵＦ膜を用いることができる。

【００３６】本発明の装置は微生物サスペンジョンの分
離に好適であるが、河川水に硫酸アルミなどの凝集剤を
注入して、生成フロックを分離するにも好適である。実
験例 本発明を下水の活性汚泥処理を行う装置として、本発明
の性能の実証実験を行った。

【００３７】横３０ｃｍ、縦４０ｃｍ、高さ７０ｃｍの
水槽にＭＬＳＳ３５００ｍｇ／ｌの活性汚泥スラリーを
満たし（水位５０ｃｍ）、下記の平膜モジュールを垂直
方向に２枚浸漬した。

【００３８】平膜モジュール仕様： 大きさ；１５×１５ｃｍの正方形のＭＦ膜 膜孔径；０．５μｍ スペーサー；孔径１５０μｍのプラスチック多孔体（板
状） 散気空気量：散気管から吐出させる空気量を次のサイク
ルで増減。

【００３９】１００リットル空気／分を３０分 その後、３００リットル空気／分を３分 その後、１００リットル空気／分に減少させて３０分 というサイクルを繰り返す。

【００４０】この条件で６ヶ月運転を続けたところ、膜
透過ｆｌｕｘは図３の線ａのようになった。この実験の
間、薬品による膜の洗浄は一度も行わなかった。

【００４１】また、図の線ｂは、空気量の散気流量を１
００リットル／分一定で行った場合の結果を示す。明ら
かに空気の間欠的増減法がｆｌｕｘを高く保つのに有効
である。

【００４２】また、本発明の濾過体に使用される膜は平
面状であるため、中空糸膜束状モジュールのような内部
へのＳＳのくいこみ、固着は全く認められず、メンテナ
ンスフリーであった。

【００４３】

【発明の効果】 中空糸膜法のような膜面へのＳＳ、
汚泥、繊維分の固着がなく、メンテナンスフリーの操作
が可能である。

【００４４】 膜の透過ｆｌｕｘを長期間、高い値に
安定して維持できる。平膜をスペーサーにとりつけ
て、単にタンクに浸漬するだけなので、装置、製作が簡
単で製作費も安価である。

【００４５】 万一、予測できないトラブルによる膜
汚染が発生し、透過ｆｌｕｘが低下した場合でも平膜モ
ジュールをつり上げて、高圧水でスプレーするだけで、
容易に洗浄できる。中空糸膜法では、中空糸を一本一本
ほぐさないと洗浄できないので、人手でないと実施でき
ないし、大変な手間がかかる。

【００４６】 膜面が平板状なので気泡による水流の
乱れを各々の膜面に対し、確実に与えることができる。
中空糸膜では一本一本の中空糸膜の表面に均等に乱れを
与えることは不可能である。

【００４７】この結果、極めて膜汚染が発生しにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜分離装置の一例を説明するための図
である。

【図２】本発明に使用される濾過体の一例を示す斜視図
である。

【図３】本発明の装置を用いた実験例の結果を示すグラ
フである。

【図４】従来の膜分離装置の一例を説明するための図で
ある。

【符号の説明】

１ 槽 ２ 流入部 ３ 平膜モジュール ４ スペーサー ５ 平面状ＵＦ又はＭＦ膜 ６ 間隙 ７ 流出管 ８ 膜透過水吸引ポンプ ９ 散気部 10 ガス 11 ブロワー 12 バルブ 13 ブロワー 21 曝気槽 22 中空糸膜モジュール 23 散気管 24 空気 25 吸引ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スペーサーと平面状分離膜とからなる濾
   過体と、該濾過体を１以上配備し、かつ懸濁液を受け入
   れる槽と、該濾過体の下方部または濾過体下部側方に配
   備された散気部を有する散気装置とからなり、該散気装
   置からの単位時間当たりの散気ガス量を間欠的に大きく
   設定できる手段を備えたことを特徴とする膜分離装置。