JPH0478426A - 液体の膜分離方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体の膜分離方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

様々な液体中の成分を分離除去して再生水を得るため、
近年、膜分離技術が注目されている。最近では、下水、
し尿等の有機物を含む液体の生物学的処理と膜分離とを
組み合わせて再生水を得ることが提案された。この方法
に用いる従来の装置は、活性汚泥と呼ばれる微生物群を
有する生物処理槽と、処理水と活性汚泥を分離する膜分
離装置で構成されている。

この膜分離装置は、供給ポンプと膜モジュールで構成さ
れており、膜モジュールとしては主として固定平膜モジ
ュールが使用されている。膜分離を実施するには、膜モ
ジュールに活性汚泥を含む生物処理液を供給し、処理水
を分離するが、分離には圧力を必要とし、数ｋｇ、ｆ　
／ｃ４以下の圧力で運転する。一方、生物処理槽での反
応速度を高めるには活性汚泥を高濃度にした運転が効率
的であるが、後段の膜分離装置にとっては処理水蓋とな
る透過流束（フラフクス）は、汚泥濃度が高くなるにつ
れて減少することが知られている。

また、活性汚泥のような懸濁液では、ある圧力以上では
一定の透過流束になり、いわゆる限界流束があることが
知られている。そのため、このような系では、透過流束
が徐々に低下することは避けられず、透過流束を一定以
上に維持するためには、定期的な薬洗などを行うしかな
かった。しかも、生物処理槽内の汚泥濃度は増殖により
徐々に増加するため、生物処理槽内の汚泥を定期的に排
出して膜モジユール入口の汚泥濃度を低くするか、供給
ポンプの吐出量を増加させて、膜モジユール内の汚泥濃
縮が進行し５ないように運転を管理する必要があり、こ
の方法ではいずれも労力や動力が大きくなるなどの問題
があった。

〔発明が解決しようとする課題］ この発明の目的は、前記従来技術の欠点を解消し、長期
にわたって透過流束を高く維持でき、低動力で、効率よ
く分離を行いうる液体の膜分離方法及び装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、膜モジュールの膜を動かすことによって膜面
での流速を得ることができ、低動力での膜モジュールの
運転が可能となるという知見に基づいて回転平膜モジュ
ールを完成するとともに、回転平膜モジュールの透過流
束と溶質及び懸濁質との濃度の関係を調べたところ、あ
る濃度範囲で高い透過流速が得られることを実験により
確認し、モジュール内の溶質及び懸濁質の濃度をコント
ロールする手段として膜モジュールの液体流入ライン、
濃縮液ライン及び透過液ラインのうち二つのラインに流
量センサーを設け、流量比が一定になるように制御器に
よって、供給ポンプの回転数をコントロールするように
構成したものである。

すなわち、本発明による液体の膜分離方法は、膜分離モ
ジュールとして中空の回転軸に円板状の膜ディスクを複
数枚設けた回転平膜モジュールを使用し、該モジュール
の液体流入ライン、濃縮液ライン及び透過液ラインのう
ちの二つのラインに流量センサーを設け、制御器を介し
て流量比が一定となるように液体供給ポンプ吐出量を制
御することを特徴とする。

また、本発明による液体の膜分離装置は、液体供給ポン
プと、中空の回転軸に円板状の膜ディスクを複数枚設け
た回転平膜モジュールと、該モジュールの液体流入ライ
ン、ｆｉ縮液液ラインび透過液ラインのうちの二つのラ
インに設けた流量センサーと、該流量センサーの信号に
より流量比が一定となるように液体供給ポンプ吐出量を
制御する制御器を設けたことを特徴とする。

本発明の方法は、特に、液体の生物学的処理と組み合わ
せて実施するのが好ましく、この場合生物処理槽から活
性汚泥を含む生物処理液を液体供給ポンプにより回転平
膜モジュールに供給し、処理水と濃縮汚泥とに分離する
ことができる。

回転平膜モジュールは、従来の市販されている膜モジュ
ールとは異なり、膜面での流速を得るために膜を動かす
構造となっている。このため、従来モジュールに比べて
低動力での運転が可能となる。また、従来の膜モジュー
ルのように膜面での乱流を生じさせるために被処理液の
流路を狭くする必要がないため、本発明に用いる回転平
膜モジュールは、高濃度懸濁液の処理にあたってストレ
ーナ等による前処理を行うことなく、膜処理を行える特
徴がある。従来の膜モジュール、例えば、固定平膜型モ
ジュールでは、被処理液の流路が１゜５ｍと狭いため、
６０〜１００メツシユのストレーナを必要とする。しか
も、活性汚泥を含む液では、６０００１ｇ、’４２以上
の濃度となると、液粘度が急激に上昇するため、透過流
束が汚泥濃度の上昇とともに低下する現象が生しる。こ
れを第１図に従来の固定平膜モジュールとして示す。第
１図は膜モジュールの透過流束と汚泥濃度との関係を示
すグラフである。

上記の透過流速の低下現象を解消するには、汚泥濃度が
上昇しないように汚泥の引抜や供給ポンプの吐出量を増
大させるなどの運転を行ったり、また、定期的な薬品洗
浄を行って性能の回復に努める必要があった。

これに対して、回転平膜モジュールは、第１図に示すよ
うに、汚泥濃度が約１００００１ｇ／ｌ〜２００００ｇ
、＃！のときに透過流束が著しく上昇し、この範囲をは
ずれると、透過流束が急激に低下するという特性をもっ
ていることが実験によりわかった。これは、膜面と汚泥
との間の剪断応力が、従来のモジュールと異なっている
形で作用していることを示しており、回転平膜モジュー
ルの大きな特徴である。特に、高濃度の汚泥でも高い透
過流束が得られるということは、膜分離装置にとって経
済的であるばかりでなく、生物処理槽内の汚泥濃度を従
来のモジュールを使用している系では６０００■／１前
後に抑えなければならないのに対して、回転平膜モジュ
ールを使用する系では生物処理槽内の汚泥濃度を６００
０■／！以上にすることができ、回転平膜モジュール内
の汚泥濃度を１ｏｏｏｏ〜２００００＋ｇ／ｆまで高め
ることができるという利点をもたらし、生物処理の効率
化、コンパクト化につながる。

本発明の方法においても、生物処理槽では活性汚泥が増
殖し、そのまま放置すると、汚泥濃度が増大するので、
定期的に汚泥を槽外へ引き抜き、汚泥濃度をほぼ一定に
維持して実施するのが好ましい。

〔実施例〕

次に、実施例に基づいて本発明を詳述するが、本発明は
これに限定されるものではない。

第２図は、本発明の一実施例を示す膜分離装置の系統図
であり、この装置は、生物処理槽１と液体供給ポンプ２
、回転平膜モジュール３、制御器４、流量センサー５及
び６で構成されている。

生物処理槽１には、原水の流入管７と汚泥濃縮液返送管
８と空気導入管９が設置されている。生物処理槽１の下
部より液体供給ポンプ２を介して回転平膜モジュール３
へ活性汚泥含有液が供給される０回転平膜モジュール３
は、中空の回転軸に円板状の膜ディスクを複数枚セット
したもので、膜透過水は、中空の回転軸内に集められ、
系外に処理水として排出される０回転平膜モジュール３
は単軸でもよいが、双軸にして、膜ディスクをかみ合わ
せる構造にするとさらに好ましい。

回転平膜モジュール３のＩ液液ライン８及び透過水ライ
ンにそれぞれ流量センサー５及び６を設置する。これら
の流量センサーからの信号を制御器４に取り入れ、制御
器４から液体供給ポンプ２へ信号を送り、ポンプの吐出
量を変化させる。

回転平膜モジュール３内の汚泥濃度は、ポンプの吐出量
（Ｑ８）とモジュールからの濃縮液量（Ｑｏ）の比（濃
縮比Ｑｉ／Ｑ、）によってコントロールされる。透過水
流量（Ｑ、）　、すなわち膜の透過流束が汚れや圧力低
下などにより低下すると、Ｑ、は一定であるため、Ｑｏ
が増加し、結果としてＱｉ／Ｑ、が低下する、すなわち
、回転平膜モジュール３内の汚泥濃度が低下するため、
第１図矢印Ａ以下ではさらに透過流束が低下するという
現象が生じる。矢印Ａ以上のときはＱ、が低下、汚泥濃
度が低下しても透過流束が回復するが、運転が不安定と
なる。これを解消するためには、Ｑ、が低下しても、Ｑ
ｉ／Ｑ、を一定にするようにＱｌをコントロールする必
要があり、これを流量センサー及びの信号から読み取り
、液体供給ポンプ２の回転数を変化させて吐出量をＱ、
をコントロールする。また、Ｑ、とＱ、を測定し、ポン
プ吐出量Ｑ１をコントロールすることもできる。

なお、ポンプの吐出量Ｑ、はＱｐ＋Ｑｏであるから、（
Ｑｐ＋Ｑ、）／Ｑ、＝Ｑｐ／Ｑ、＋１であり、透過水流
量と濃縮液量を流量センサー５及び６で測定し、その信
号により制御器４を介し、て流量比をコントロールして
もよい。このように流量比を一定にコントロールするこ
とにより、透過流束の急激な低下を防止することができ
、比較的高い透過流束を長期間にわたって維持できる。

液体供給ポンプ２の吐出量は、従来のモジュールでは濃
度増加で透過流束が低下するため、濃縮比を１．１程度
以下に抑えており、しかも、汚泥濃度としては、６００
０ｇ＃を越えないような運転管理がされている。これに
対して、回転平膜モジュールでは、前述したように６０
００１１ｇ／Ｉ！、以」二の高濃度での運転において、
透過流束が高くとれる特徴があるため、従来モジュール
を使用するときのような生物処理槽内の汚泥濃度では、
濃縮比を２倍程度以上に高めることができ、液体供給ポ
ンプ２の吐出蓋を１１５に滅する運転が可能となり、大
巾な動力低減につながる。しかも、従来のモジ１−ルよ
り、高い透過流束を得ることができる。

第３図は、この発明の他の実施例を示すもので、前記実
施例と異なるのは、処理水ラインに処理水引抜ポンプ１
０を設けたことで、この実施例によれば、水温の変動に
影響なく、透過水量を一定に引抜くことができることで
ある。

第４図は、この発明の他の実施例を示すもので、前記実
施例と異なるのは、生物処理槽を嫌気槽１１と好気？！
１２に分けたことにあり、ＢＯＤ成分のみならず、窒素
骨も処理できる構成としたものである。従来の膜モジュ
ールを使用する場合には、濃縮液の返送量が多くなりす
ぎるため、嫌気槽での嫌気度が十分に保てなかったのに
対し、第４図に示した実施例では、ｆＩＡ縮液液液送量
が少ないことと、濃縮された汚泥が返送されてくるため
、より高い嫌気度が保持され、少ない動力でより高い窒
素除去が可能となる。

なお、図面には、本発明の膜分離装置を生物処理液の分
離に適用した実施例を示したが、本発明の膜分離方法及
び装置は他の液体の膜分離にも好適に適用できる。

また、本発明における処理水量は、原水流入量にほぼ見
合う量にする必要があるが、この条件を満たすには当初
の設計段階で膜面積を適切に設計すればよい。外気温の
変動により水温が変化するため透過流束が変化するなど
の運転上の変動要因に対しては、回転平膜モジュール内
の操作圧力を変化させることによって対応することがで
きる。

その具体的手段としては、濃縮液側の背圧を制御するこ
とが、最も簡便である。そのため、背圧弁などを設ける
ことができる。

実施例１ 生物処理槽内の汚泥濃度８０００１ｇ／ｎとし、膜ディ
スク径５００瞳のポリスルホン系平膜２４枚を設置した
回転平膜モジュールを使用した第２図に示した装置で膜
分離を行った。濃縮比を２．０倍に設定したところ、ポ
ンプ吐出！１８１／分、操作圧力０．８ｋｇ、ｆ／ｃｄ
のとき、透過流束は１．６ホ／ボ・ｄであった・ 従来の固定平膜モジュールでは、濃縮比１．１倍にする
ため、ポンプ吐出量４０１／分、操作圧力１．０ｋｇ−
ｆ／Ｃｉのとき、透過流束は、０，９５ボ／ｄ−ｄであ
った。

したがって、本発明の実施例によれば、膜面積を約４削
減することができ、動力の低減のみならず、膜イニシャ
ルコストを低減することができる。

また、外気温の変化により水温が変化するため透過流束
が変化したり、また、汚泥の増殖などにより回転平膜モ
ジュール内の汚泥濃度が変化するため、透過流束が低下
することがあるため、濃縮比を２，０±０．２内になる
ように流量センサーの信号により供給ポンプ吐出量を変
化させる運転を長期間にわたって行ったところ、約３ケ
月間無洗浄で透過流束は、１．６ｄ／ｎ（・ｄを維持す
ることができた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、膜モジユール内の溶質及び懸濁質濃度
を高くしても、高い透過流束と低動力で安定な透過流束
が得られる。したがって、膜面積を節約することもでき
る。さらに、本発明は、特に生物処理と組み合わせて活
性汚泥を含む液の膜分離を行うのに好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は膜モジユール内の汚泥濃度と透過流束との関係
を示すグラフ、第２図は本発明の一実施例を示す膜分離
装置の系統図、第３図は本発明の別の実施例を示す膜分
離装置の系統図、第４図は本発明のさらに別の実施例を
示す膜分離装置の系統図である。 符号の説明 １・・・生物処理槽、２・・ ３・・・回転平膜モジュール、 ５．６・・・流量センサー　１ 抜ポンプ、１１・・・嫌気槽、 液体供給ポンプ、 ４・・・制御器、 ０・・・処理水引 １２・・・好気槽

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）膜モジュールとして中空の回転軸に円板状の膜デ
   ィスクを複数枚設けた回転平膜モジュールを使用し、該
   モジュールの液体流入ライン、濃縮液ライン及び透過液
   ラインのうちの二つのラインに流量センサーを設け、制
   御器を介して流量比が一定となるように液体供給ポンプ
   吐出量を制御することを特徴とする液体の膜分離方法。
2. （２）液体が活性汚泥を含む生物処理液である請求項１
   記載の液体の膜分離方法。
3. （３）回転平膜モジュール内の汚泥濃度を １００００〜２００００ｍｇ／ｌとする請求項２記載の
   液体の膜分離方法。
4. （４）液体供給ポンプと、中空の回転軸に円板状の膜デ
   ィスクを複数枚設けた回転平膜モジュールと、該モジュ
   ールの液体流入ライン、濃縮液ライン及び透過液ライン
   のうちの二つのラインに設けた流量センサーと、該流量
   センサーの信号により流量比が一定となるように液体供
   給ポンプ吐出量を制御する制御器を設けたことを特徴と
   する液体の膜分離装置。
5. （５）液体供給ポンプを生物処理槽に連結し、モジュー
   ルの濃縮液ラインに汚泥濃縮液返送管を設けた請求項４
   記載の液体の膜分離装置。