JP2001038354A

JP2001038354A - 膜分離装置

Info

Publication number: JP2001038354A
Application number: JP11217969A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Kumami; 和久熊見
Original assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Current assignee: Daicen Membrane Systems Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】浄水処理や排水処理等の液処理を行う際に、
目詰まりなどが起こっても装置を止める必要がなく、か
つ簡便でかつ安価に、液処理を行うことができる膜分離
装置を提供する。【解決手段】定常運転するための主たる精密濾過膜ユ
ニット２と、非定常運転するための従たる不織布ユニッ
ト３とを含む膜分離装置において、主ユニット２を、浸
漬槽５内の被処理液中に浸漬し、従ユニット３を、浸漬
槽５内の主ユニット２の上方に設置する。また、従ユニ
ット３を透過した透過液を排出する排液ライン７と、分
離膜を逆流洗浄する逆洗ライン９とが弁によって切り替
え可能に接続してよい。さらに、主ユニット２に吸引に
よって濾過するための吸引ライン８を接続し、この吸引
ラインを、従ユニット３を透過した透過液を排出するた
めの排液ライン８に対して弁を介して接続してよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水処理や排水処
理等において固液分離処理に用いられる膜分離装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】膜分離法は、分離膜を介して溶液中の溶
質又は粒子を分離する方法であり、浄水処理や排水処理
等の様々な分離処理に使用されている。例えば、排水処
理では、膜分離法として、逆浸透（ＲＯ）膜、限外濾過
（ＵＦ）膜、精密濾過（ＭＦ）膜等による膜濾過法が用
いられている。

【０００３】膜分離には目詰まりや濾過速度の低下等の
問題が付随し、例えば、被処理液の流量の変動が激しい
と、常時運転している濾過膜の濾過速度を超えて被処理
液が供給され、原液の処理が不可能となり、ついには運
転処理を中止せざるを得なくなる。また、分離膜は使用
することにより、目詰まりを徐々に起こしたり、被処理
液の微妙な液質の変化によって、急激に目詰まりを生じ
る場合がある。

【０００４】特に、生活排水を生物処理する活性汚泥液
の濾過では、排水量や排液の水質が大幅に変動したり、
さらに、生物処理を行うため、活性汚泥の性質が大幅に
変動する場合があり、濾過膜が目詰まりし易い。目詰ま
りを防止するためには、例えば、膜直下に散気管を設け
る方法（特開平２−８６８９３号公報）などが提案され
ているが、完全に目詰まりを防止することは不可能であ
る。

【０００５】また、濾過膜が目詰まりした場合は、水や
薬剤による洗浄や逆流洗浄を行うことが提案されている
（特開平８−２２９３６２号公報、特開平１１−１９６
７７号公報等）。しかし、このような方法では、運転を
中止し、洗浄や逆流洗浄を行なう必要があるため、濾過
効率を大きく低下させる。特に、生活排水処理において
は、濾過膜が目詰まりしても、分離装置への排水の流入
を急に止めることはできない。従って、このような装置
においては、予め、予想される最大処理量を見越して濾
過膜の分離性能や容量、装置の容量を余分に設計する必
要があるため、過剰な設備投資が強いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、浄水処理や排水処理等の膜分離において、目詰まり
などが起こっても装置の運転を停止することなく分離処
理できる膜分離装置を提供することにある。

【０００７】本発明の他の目的は、簡便でかつ安価に、
被処理液を分離処理できる膜分離装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意検討の結果、非定常に運転される
緊急用の濾過膜ユニットを従たる濾過膜ユニットとして
用いることより、主たる濾過膜ユニットに目詰まりなど
が起こっても装置の運転を停止することなく、膜分離処
理できることを見出し、本発明を完成した。

【０００９】すなわち、本発明の膜分離装置は、定常運
転するための主たる濾過膜ユニットと、非定常運転する
ための従たる濾過膜ユニットとを含む。各ユニットが、
互いに離れて対向する分離膜を備えた分離膜エレメント
で構成されており、主たる濾過膜ユニットの分離膜は、
精密濾過膜又は限外濾過膜であり、従たる濾過膜ユニッ
トの分離膜は不織布であってよい。また、主たる濾過膜
ユニットが、浸漬槽内の被処理液中に浸漬されており、
従たる濾過膜ユニットが、浸漬槽内の主たる濾過膜ユニ
ットの上方又は浸漬槽外部に設置されていてよい。被処
理液は、生物処理活性汚泥液であってよい。さらに、従
たる濾過膜ユニットを透過した透過液を排出するための
排液ラインと、分離膜を逆流洗浄する逆洗ラインとが弁
によって切り替え可能に接続されていてよく、また、主
たる濾過膜ユニットに吸引によって濾過するための吸引
ラインが接続されており、この吸引ラインが、従たる濾
過膜ユニットを透過した透過液を排出するための排液ラ
インに対して弁を介して接続されていてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の膜分離装置につい
て、具体的な実施の形態を用いて以下に説明する。

【００１１】（実施の形態１）本発明の膜分離装置の一
例を図１〜３を用いて説明する。図１は、実施の形態１
における膜分離装置を示す概略斜視図であり、図２は図
１の従たる濾過膜ユニットを拡大した概略斜視図であ
り、図３は膜分離装置のフロー図である。

【００１２】図１に示すように、浸漬槽５内で、通常運
転における液面６より下方に、主たる濾過膜ユニット２
が設置され、浸漬槽５内で、通常運転における液面６よ
りも上方に、従たる濾過膜ユニット３が設置されてい
る。

【００１３】このように、本発明の膜分離装置は、定常
運転されるための主たる濾過膜ユニット２と、非定常運
転されるための従たる濾過膜ユニット３とを備え、主た
る濾過膜ユニット２は、浸漬槽５内の被処理液中に浸漬
されており、処理中は常時運転される。一方、従たる濾
過膜ユニットは、浸漬槽内の主たる濾過膜ユニット２の
上方に設置され、通常の処理中は使用されず、主たる濾
過膜ユニット２が目詰まりや排水量の増加等によって槽
内の水量が増大した場合にのみ運転される。従って、主
たる濾過膜ユニット２が目詰まりを生じても、従たる濾
過膜ユニット３を作動させ、濾過処理を中止することな
く行なうことができる。

【００１４】従たる濾過膜ユニット３の濾過は、液位セ
ンサー１３により液面を検知してポンプの作動や弁の開
放等により濾過を開始する。

【００１５】主たる濾過膜ユニット２の形式としては、
生活排水の処理などの分離（特に固液分離）処理で、通
常、用いられている形式が使用可能である。例えば、ユ
ニットは、複数の分離膜エレメントで構成されており、
間隙をおいて対向して並設することにより形成できる。
分離膜エレメントは、互いに離れて対向する分離膜を備
えている平膜エレメントなどが用いられる。

【００１６】主たる濾過膜ユニット２は、分離膜を備え
ており、この分離膜の種類は、通常使用される分離膜で
あれば、特に制限されず、逆浸透膜、限外濾過膜、精密
濾過膜、不織布膜等のユニットが挙げられる。これらの
うち、生活排水の処理などの液処理の場合は、精密濾過
膜ユニット又は限外濾過膜ユニットが好ましく用いられ
る。

【００１７】精密濾過膜としては、粒径０．０２５〜１
０μｍ程度の粒子を分離できる細孔径を有する膜であれ
ば、特に制限されず、例えば、酢酸セルロース、ポリア
ミド、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリプロピレン等で構成されたメン
ブランフィルターなどを使用できる。

【００１８】限外濾過膜としては、分子量５００〜１，
０００，０００程度の高分子量物質を分離できる細孔径
を有する膜であれば、特に制限されず、例えば、酢酸セ
ルロース、ポリアクリロニトリル、ポリスルホン、ポリ
イミド、ポリアミド等で構成された膜などを使用でき
る。

【００１９】本実施の形態では、主たる濾過膜ユニット
２として、精密濾過膜の平膜ユニットを使用している。

【００２０】従たる濾過膜ユニット３の一例を図２に示
すが、ユニットの形式としては、生活排水の処理などの
分離（特に、固液分離）処理で、通常、用いられている
形式が使用可能である。例えば、ユニットは、複数の分
離膜エレメントで構成されており、間隙をおいて対向し
て並設することにより形成できる。分離膜エレメント
は、互いに離れて対向する分離膜を備えている平膜エレ
メントなどが用いられる。より詳細には、例えば、方形
状の枠体（又は支持体）と、この枠体の両面に、貼付な
どにより張設され、かつ互いに離れて対向する不織布と
で構成されており、袋状構造（内部空洞構造）を有する
平膜エレメントを形成している。

【００２１】従たる濾過膜ユニット３の分離膜として
は、通常、使用される分離膜であれば、特に制限され
ず、逆浸透膜、限外濾過膜、精密濾過膜、繊維交絡した
分離膜（織布又は不織布）等が挙げられる。これらのう
ち、不織布が好ましく用いられる。不織布は、膜の濾過
速度が大きいため、小さい膜面積であっても効率良く濾
過処理できる。さらに、不織布は操作性にも優れ、例え
ば、膜が乾燥していても前処理の必要がなく、いつでも
使用できる状態にあり、例えば、一旦、非定常運転した
後、膜が乾燥しても再度使用することができる。

【００２２】不織布としては、例えば、下記特性のうち
少なくとも１つの特性を有する不織布から選択できる。（１）目付け量：１０〜１，０００ｇ／ｍ²程度、好ま
しくは２０〜９００ｇ／ｍ²程度（２）通気度：０．１〜２００ｃｍ³／ｃｍ²・ｓ程度、
好ましくは０．２〜１５０ｃｍ³／ｃｍ²・ｓ程度（３）繊維の平均直径：０．５〜３０μｍ程度、好まし
くは１〜１０μｍ程度（４）布の厚さ：３０〜５，０００μｍ程度、好ましく
は１００〜２，０００μｍ程度前記不織布は、繊維（天然繊維、再生繊維、半合成繊維
等）を用い、慣用の方法（繊維をウェブ化し、熱圧着や
接着剤などで結合する方法、ニードルパンチ法等）によ
り製造できる。天然繊維としては、綿、麻、羊毛、セル
ロース繊維等が例示できる。再生繊維には、レーヨン類
（ビスコースレーヨンなど）が含まれる。半合成繊維と
しては、セルロースエステル系繊維（酢酸セルロース繊
維など）、セルロースエーテル系繊維（メチルセルロー
ス繊維など）が挙げられる。合成繊維には、ポリエステ
ル（ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート等）、（メタ）アクリル系樹脂［ポリ（メタ）
アクリル酸エステル、ポリアクリロニトリル等］、ポリ
カーボネート、ポリエーテル、ポリエーテルエステル、
ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６等）、ポリイミ
ド、ポリアミドイミド、ポリオレフィン（ポリエチレ
ン、ポリプロピレン等）、ハロゲン含有ビニル樹脂（ポ
リ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等）、ポリスチレン
などの熱可塑性樹脂、これらの樹脂の構成単位を組み合
わせた共重合体や架橋体、混合物から得られる繊維が挙
げられる。好ましい繊維には、ポリエステル繊維（ポリ
エチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレ
ート繊維等）、ポリオレフィン繊維（ポリエチレン繊
維、ポリプロピレン繊維等）、特にポリエステル繊維が
挙げられる。

【００２３】不織布などの分離膜の平均孔径は、透水速
度および分離性能を損なわない範囲で選択でき、例え
ば、１〜３００μｍ程度（例えば、１〜２００μｍ程
度）、好ましくは１０〜３００μｍ程度（例えば、１０
〜２００μｍ程度）、さらに好ましくは１５〜３００μ
ｍ程度（例えば、１５〜２００μｍ程度）であってもよ
い。なお、平均孔径は、分離膜表面の１００倍及び１
０，０００倍の電子顕微鏡写真を撮影し、画像処理装置
で処理することにより算出できる。

【００２４】また、純水に対する分離膜の透水速度は、
膜間差圧１kＰａにおいて、例えば、１０〜１０，００
０ｍ³／ｍ²・ｄａｙ程度、好ましくは５０〜５，０００
ｍ³／ｍ²・ｄａｙ程度、さらに好ましくは１００〜１，
０００ｍ³／ｍ²・ｄａｙ程度であってもよい。

【００２５】なお、不織布などの平均孔径１〜３００μ
ｍ程度の分離膜を用いた場合は、ダイナミック濾過が行
われる。ダイナミック濾過は、汚泥側の濾過面（分離膜
面）に懸濁粒子のケーキ層（フロック層）を形成し、こ
のケーキ層のフィルター作用により汚泥中の懸濁粒子を
分離除去する濾過方法である。

【００２６】本実施の形態では、図２に示すように、従
たる濾過膜ユニット３は、複数（図では７枚）の不織布
の平膜エレメント１４が互いに離れて対向するように構
成されており、不織布を透過した排液はノズル１５より
ユニット３の外へ流通するようになっている。

【００２７】図３に示すように、主たる濾過膜ユニット
２の下方には、精密濾過膜の目詰まりを低減するため
の、又は被処理液を曝気するための散気装置４が設置さ
れている。このように、主たる濾過膜ユニットには、下
部に散気装置が装着されていてもよい。

【００２８】また、主たる濾過膜ユニット２に吸引によ
って濾過するための吸引ライン８が接続されており、こ
の吸引ライン８が、従たる濾過膜ユニット３を透過した
透過液を排出するための排液ライン７と弁１１を介して
接続されている。このような構造とすることにより、主
たる濾過膜ユニット２及び従たる濾過膜ユニット３を同
時に処理することができるため、設備が簡便でコンパク
トになる。

【００２９】さらに、従たる濾過膜ユニット３を透過し
た透過液を排出するための排液ライン７と、分離膜を逆
流洗浄する逆洗ライン９とが弁１０によって切り替え可
能に接続されている。このような構造とすることによ
り、従たる濾過膜ユニット３を使用しないときに弁を切
り替えて、従たる濾過膜ユニット３を逆流洗浄すること
ができる。

【００３０】通常は、原水供給ライン１より被処理液が
定量的に供給されるが、目詰まりや原水量の増大等によ
って液面が上昇すると、液位センサー１３が検知して、
従たる濾過膜ユニット３の透過液の排液ライン７に設置
された弁１１が開き、主たる濾過膜ユニット２の透過液
を吸引している吸引ポンプ１２によって吸引され、従た
る濾過膜ユニット３の濾過が開始される。これによっ
て、液位が下がり、槽をオーバーフローすることがな
い。

【００３１】通常運転の際に、手動で逆洗ラインに設置
された弁１０を開放して逆流洗浄を行うことができる。
また、排液ライン７に設置された弁１１の開放時間を積
算して一定値になった後に弁の切り替えをする（例え
ば、弁１１を閉じて弁１０を開く）ことによって、自動
で逆流洗浄を行ってもよい。なお、逆流洗浄液の供給に
は、例えば、水道水ラインを接続して使用することがで
きる。

【００３２】（実施の形態２）本発明の膜分離装置の他
の例について図４を用いて説明する。図４は実施の形態
２における膜分離装置のフロー図である。

【００３３】本実施の形態の膜分離装置は、従たる濾過
膜ユニット３の作動方法が異なる以外は、実施の形態１
の膜分離装置と同じである。本実施の形態においては、
目詰まりや原水量の増大等によって液面が上昇して、従
たる濾過膜ユニット３にまで液位が上昇すると、濾過膜
ユニット３に水深圧がかかり、濾過が自動的に開始され
る。従って、本実施の形態の膜分離装置では、実施の形
態１の膜分離装置とは異なり、排液ライン７は吸引ライ
ン８とは接続されておらず、濾過方法もポンプを使用し
ない重力濾過であって、槽内に液位センサーも設置され
ていない。

【００３４】本実施の形態において、弁の開閉を手動で
行う場合は、排液ライン７の弁１１のみ開放しておけ
ば、いつでも水圧さえかかると、従たる濾過膜ユニット
３によって濾過できる状態になっている。この濾過は、
重力濾過であるため、従たる濾過膜ユニット３内の透過
液の排出は、濾過膜ユニット３の高さよりも低い高さ
で、槽外に配管を出すだけでよい。逆流洗浄時は、手動
で、排液ライン７の弁１１を締めて、逆洗ライン９の弁
１０を開放すればよい。自動で逆流洗浄する場合は、出
力接点付きの積算流量計や電気伝導度計などの通液セン
サー１６を排液ライン７に設け、通液時間又は流量を積
算して一定値になった後に弁を切り替えてもよい。

【００３５】（実施の形態３）本発明の膜分離装置のさ
らに他の例について図５を用いて説明する。図５は実施
の形態３における膜分離装置のフロー図である。

【００３６】本実施の形態の膜分離装置は、従たる濾過
膜ユニット３が浸漬槽５の外部にあり、その作動方法が
異なる以外は、実施の形態１の膜分離装置と同じであ
る。本実施の形態においては、目詰まりや原水量の増大
等によって液面が上昇すると、液位センサー１３が検知
して、循環ポンプ１７が作動する。そして、循環液（濃
縮液）は循環ライン１８によって浸漬槽５内に返送さ
れ、透過液は、排液ライン７の弁１１を開放することに
よって排出され、従たる濾過膜ユニット３の濾過が開始
される。従って、本実施の形態の膜分離装置では、実施
の形態１とは異なり、排液ライン７は吸引ライン８とは
接続されていない。

【００３７】本発明の膜分離装置は、浄水処理や排水処
理等のさまざまな液処理に用いることができ、特に制限
されないが、目詰まりや排水量の変動が起こりやすい、
生活排水の処理、特に生物処理活性汚泥液の分離（例え
ば、硝化槽）に用いると有効である。

【００３８】

【発明の効果】本発明の膜分離装置を用いると、浄水処
理や排水処理等の液処理を行う際に、目詰まりなどが起
こっても装置を止める必要がなく、簡便でかつ安価に、
液処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施の形態１における膜分離装置の概略
斜視図である。

【図２】図２は実施の形態１における従たる濾過膜ユニ
ットの概略斜視図である。

【図３】図３は実施の形態１における膜分離装置のフロ
ー図である。

【図４】図４は実施の形態２における膜分離装置のフロ
ー図である。

【図５】図５は実施の形態３における膜分離装置のフロ
ー図である。

【符号の説明】

１原水供給ライン２主たる濾過膜ユニット３従たる濾過膜ユニット４散気装置５浸漬槽６通常運転の液面７排液ライン８吸引ライン９逆洗ライン１０弁１１弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA41 HA93 KA12 KA13 KA44 KA87 KB22 KC03 MA03 MB02 MB03 MC11 MC14 MC18 MC19 MC23 MC27 MC30 MC37 MC39 MC45 MC48 MC49 MC54 MC58 MC62 PA02 PB08 PC64 4D028 BC17 BD17 CA00 CD05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定常運転するための主たる濾過膜ユニッ
トと、非定常運転するための従たる濾過膜ユニットとを
含む膜分離装置。
【請求項２】各ユニットが、互いに離れて対向する分
離膜を備えた分離膜エレメントで構成されており、主た
る濾過膜ユニットの分離膜が精密濾過膜又は限外濾過膜
であり、従たる濾過膜ユニットの分離膜が不織布である
請求項１記載の膜分離装置。
【請求項３】主たる濾過膜ユニットが、浸漬槽内の被
処理液中に浸漬されており、従たる濾過膜ユニットが、
浸漬槽内の主たる濾過膜ユニットの上方又は浸漬槽外部
に設置されている請求項１記載の膜分離装置。
【請求項４】被処理液が生物処理活性汚泥液である請
求項１記載の膜分離装置。
【請求項５】従たる濾過膜ユニットを透過した透過液
を排出するための排液ラインと、分離膜を逆流洗浄する
逆洗ラインとが弁によって切り替え可能に接続されてい
る請求項１記載の膜分離装置。
【請求項６】主たる濾過膜ユニットに吸引によって濾
過するための吸引ラインが接続されており、この吸引ラ
インが、従たる濾過膜ユニットを透過した透過液を排出
するための排液ラインに対して弁を介して接続されてい
る請求項１記載の膜分離装置。