JP2019188273A - 散気管の洗浄方法及び膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散気管内の堆積物による散気孔の閉塞などによる散気管の目詰まりを察知して散気装置の性能の維持を図る。【解決手段】膜分離装置１は、気泡放出確認装置と洗浄制御装置５を備える。気泡放出確認装置は、膜分離装置１の処理水槽６内における散気管３１からの気泡の放出状況を監視する。洗浄制御装置５は、前記監視により検出された前記気泡の放出状況に基づき散気管３１の目詰まりを判断して散気管３１の洗浄を実行させる。前記気泡放出確認装置としては、例えば、前記気泡の放出状況の画像を取得する画像入力装置４が挙げられる。また、他の気泡放出確認装置としては、前記気泡の放出状況として当該気泡の放出流量を検出する気泡放出流量検知装置や、前記気泡の放出状況として当該気泡の放出圧力を検出する気泡放出圧力検知装置が例示される。【選択図】図１

Description

本発明は、浸漬型膜分離方法に用いられる散気管の洗浄技術に関する。

ＭＢＲ（膜分離活性汚泥法）などに利用される浸漬型膜分離装置の分離膜の洗浄では、安定した透水性能を維持する目的で、膜の差圧上昇抑制のために膜の逆洗操作と気泡による膜面の洗浄操作とを併用している。

浸漬型膜分離装置の分離膜におけるろ過能力に影響を及ぼす要因としては、分離膜の本体の透水性能、散気発生部の構造、散気部洗浄方式などがあり、これらの技術に対して様々な改善や改良がなされている。

浸漬型膜分離槽の通常運転操作においては、膜ファウリング対策として、特に気泡による膜面の洗浄操作を安定的に実施することが必要とされている。

そして、散気孔の閉塞などによる散気管の詰まりを防止する操作として以下の洗浄技術が提案されている。例えば、特許文献１の散気装置の洗浄方法は、タイマー制御により散気の停止と再開を行って散気管内に乾燥堆積した異物を除去することにより散気管内の洗浄を行う。また、特許文献２の散気装置の洗浄方法は、タイマー制御の他にブロアからのエア流量低下や圧力が所定値を超えた場合に気体供給配管の圧力を大気開放させて散気装置内に導入した処理槽内の被処理液により散気装置を洗浄する。

特開２００２−３０７０９１号公報 特開２００５−２７９４９５号公報

特許文献１のタイマー制御による洗浄方式は、タイマーの設定時間が短い場合には、散気が停止する頻度が過剰となり、膜ファウリングを助長させるおそれがある。一方、前記設定時間が長い場合には、散気状態の低下が進み過ぎて、分離膜面に被ろ過物質が過度に堆積し、結果的に膜ファウリングを促進させることなる。

特許文献２の洗浄方式は、ブロアからのエア流量低下、圧力などが設定値を超える場合に自動的に散気部洗浄を実施する。しかしながら、その洗浄方式は、ブロアの不具合やブロアと散気部とを接続する配管の不具合（一部閉塞）などを考慮できない。そのため、膜面洗浄の機能面からみれば散気状態は正常にあるにも関わらず管内圧が異常値を示す場合には、散気部の洗浄作動を実施させる懸念がある。これは、タイマー制御による洗浄で設定時間が短い場合と同様に、散気停止頻度が過剰となり、逆に膜ファウリングを助長するおそれがある。

本発明は、上記の事情を鑑み、散気管内の堆積物による散気孔の閉塞などによる散気管の目詰まりを察知して散気装置の性能の維持を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、散気管の洗浄方法であって、膜分離装置の処理水槽における気泡の放出状況の監視により当該膜分離装置の散気管の目詰まりを検知した後に当該散気管の洗浄を行う。

本発明の一態様は、前記監視は、前記気泡の放出状況の画像、前記気泡の放出流量または前記気泡の放出圧力のいずれかに基づき前記目詰まりを検知する。

本発明の一態様は、前記散気管に空気を供給して前記洗浄を行う際に当該散気管に前記処理水槽の液相を満たした後に当該空気の供給量を急増させる。

本発明の一態様は、膜分離装置であって、膜分離装置の槽内における散気管からの気泡の放出状況を監視する気泡放出確認装置と、前記監視により検出された前記気泡の放出状況に基づき前記散気管の目詰まりを判断して当該散気管の洗浄を実行させる洗浄制御装置とを備える。

本発明の一態様は、前記気泡放出確認装置は、前記気泡の放出状況の画像を取得する画像入力装置、前記気泡の放出状況として当該気泡の放出流量を検出する気泡放出流量検知装置または前記気泡の放出状況として当該気泡の放出圧力を検出する気泡放出圧力検知装置のいずれかである。

本発明の一態様は、前記洗浄制御装置は、前記散気管に空気を供給して前記洗浄を行う際に当該散気管に前記槽内の液相を満たした後に当該空気の供給量を急増させる。

以上の本発明によれば、散気管内の堆積物による散気孔の閉塞などによる散気管の目詰まりを察知して散気装置の性能の維持を図ることができる。

本発明の実施形態１における散気管の洗浄方式の概要図。 本発明の実施形態２における散気管の洗浄方式の概要図。 本発明の実施形態３における散気管の洗浄方式の概要図。 （ａ）は散気管が正常時の散気状況の画像、（ｂ）は散気管が目詰まり時の散気状況の画像。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［実施形態１］
図１に示された本発明の実施形態１の膜分離装置１は、膜ユニット２、散気装置３、画像入力装置４及び洗浄制御装置５を備える。

膜ユニット２は、膜分離装置１の処理水槽６内の液相の固液分離に供される周知の膜エレメントを複数備える。前記固液分離により得られた濾過水は膜分離装置１の外部に移送される。

散気装置３は、膜洗浄ブロア７から供された気体を膜ユニット２の下方から散気して膜ユニット２の膜エレメント（分離膜）の膜面の洗浄を行う。散気装置３は、膜洗浄ブロア７から供された空気を排出する散気管３１を備える。

散気管３１には複数の散気孔が形成されている。また、散気管３１は、その両端が膜ユニット２の下部からはみ出した状態で水平に配置される。さらに、散気管３１の一端側は下方に屈曲すると共に当該一端側の端部には前記散気孔よりも大径に開口された泥吐き部３２が形成されている。

膜洗浄ブロア７は、洗浄制御装置５からの制御信号により一定時間毎に作動し、大気から導入した空気を散気装置３に供給する。

散気装置３と膜洗浄ブロア７とは送気配管７１を介して接続される。そして、この送気配管７１には、放風弁８を備えた放風管７２が接続されている。

放風弁８は、洗浄制御装置５からの制御信号により開閉作動して散気管３１からの膜洗浄用また散気管洗浄用の空気の供給を制御する。放風弁８としては、例えば、水処理技術に採用されている周知の電動弁や電磁弁が適用される。

画像入力装置４は、本発明の気泡放出確認装置の一態様であり、膜分離装置１の処理水槽６における気泡の放出状況を撮影することにより当該放出状況の画像を取得する。画像入力装置４としては例えば洗浄制御装置５と通信可能なデジタルカメラが挙げられる。

洗浄制御装置５は、画像入力装置４から入力された前記気泡の放出状況の画像に基づき散気装置３の散気管３１の目詰まりの有無を判断する。そして、前記目詰まりが有ると判断すると後述の「散気管３１の洗浄工程」を実行させる。

前記画像から前記目詰まりを検知する方法としては、部分的な発泡表面気泡量の増加を二値化による画像解析により認識する方式が挙げられる。さらに、画像入力装置４の撮影画像が入力されるニューラルネットワークにより予め散気管３１の目詰まり発生時の画像を学習させておき、画像入力装置４の画像から散気管３１の目詰まりを検出してもよい。

また、上記画像解析の方式以外の検知手段としては、レーザー光を水面に沿って水平に照射して当該水面の上昇を検出するレーザー照射法、カメラの焦点距離に基づき数値化する光学的な検知法、フロート式などのレベルスイッチを用いた機械的な検出法などが例示される。

以下に本実施形態の「通常洗浄工程」及び「散気管３１の洗浄工程」について説明する。

（通常洗浄工程）
放風弁８は、通常、閉に制御される。膜洗浄ブロア７は一定時間毎に作動して空気を散気装置３に供給する。散気装置３から排出された気泡は膜ユニット２の膜エレメントの洗浄に供される。散気装置３の散気管３１に目詰まりが生じていない場合、例えば、図１に示された処理水槽６の領域Ａにおける散気状態は図４（ａ）のような状況となる。

一方、散気管３１に目詰まりが生じている場合、散気管３１内の堆積物による散気孔の閉塞によって散気管３１の内圧が上昇するため、膜洗浄ブロア７から供給された空気は、同図（ｂ）の実線の楕円で示した領域Ａの状態のように、散気管３１の先端の泥吐き部３２から集中的に空気が放出している状態となる。その結果、膜ユニット２の内部に膜洗浄用の空気が十分に供給されない領域が生じ、膜ユニット２の膜面の目詰まりや最悪の場合には膜ユニット２の膜エレメント間に過剰に汚泥が堆積して膜エレメントを圧迫することによって破損が起こるおそれがある。

本実施形態においては、画像入力装置４にて取得された処理水槽６内の状況を示す画像が洗浄制御装置５に逐次に入力される。洗浄制御装置５は、前記画像の情報を受けると、例えば同図（ｂ）に示された領域Ａの状態が「散気管３１は正常」または「散気管３１の目詰まり」のいずれかであるかを判断する。洗浄制御装置５は前記画像の二値化などによる画像解析により「散気管３１の目詰まり」と判断すると以下の「散気管３１の洗浄工程」を実行させる。

（散気管３１の洗浄工程）
散気管３１の洗浄工程は以下の工程Ｓ１〜Ｓ４からなる。

Ｓ１：放風弁８が開に設定される。

Ｓ２：散気装置３の散気管３１の内部が処理水槽６の液相すなわち汚水で満たされる。

Ｓ３：放風弁８が閉に設定される。

Ｓ４：散気管３１内の汚水が散気管３１の散気孔及び泥吐き部３２から吐出される。そして、この過程で散気管３１の散気孔から前記付着物が剥離し、散気管３１の目詰まりが解消される。

以上の散気管３１の洗浄工程は同図（ｂ）に示された領域Ａの状態が解消されるまで繰り返し実行される。尚、散気管３１の洗浄は、洗浄制御装置５のタイマー制御により実行されるが、手動操作により適宜に実施が可能である。

本実施形態の散気管３１の洗浄方法及び膜分離装置１によれば、散気管３１の目詰まりにより泥履き部３２からの気泡が放出されることに着目し、画像入力装置４から入力された膜分離装置１の処理水槽６における気泡の放出状況の画像情報に基づき当該目詰まりを検知する。特に、画像解析を用いることにより、散気装置３の目詰りが迅速に検知される。

また、工程Ｓ２の過程で散気管３１内に処理水槽６の液相が満たされると散気管３１の汚泥などの付着物は水分を多く含むことになり剥離し易い状態となる。そして、この状態のもとで膜洗浄ブロア７からの空気の供給量を、通常の散気時よりも増加、特に、急増させて散気管３１の内圧を上昇させることにより、散気管３１から汚泥などの付着物は容易に除去される。

以上のように、本実施形態の散気管３１の洗浄方法及び膜分離装置１によれば、散気管３１内の堆積物による散気孔の閉塞などによる散気装置３の目詰りを察知して散気管３１の自動洗浄が実行される。したがって、散気管３１の散気状態を劣化させることなく、安定した透水性能の維持を図ることができる。

尚、本実施形態においては、従来のタイマー制御と併用することにより、更に安定した透水性能を維持できる。また、単一の画像入力装置４が複数の膜ユニット２に各々対応した複数の散気装置３を監視する態様を採ってもよい。

［実施形態２］
図２に示された実施形態２の膜分離装置１は、気泡放出確認装置の一態様として、実施形態１の画像入力装置４の代わりに、気泡放出流量検知装置９を備える。

気泡放出流量検知装置９は散気管３１の泥吐き部３２に設置される。気泡放出流量検知装置９はこの泥吐き部３２からの気泡の放出流量を検知する。気泡放出流量検知装置９としては水中での気体の流量の計測が可能な周知の流量計が適用される。気泡放出流量検知装置９にて計測された前記放出流量は逐次に洗浄制御装置５に出力される。

洗浄制御装置５は、気泡放出流量検知装置９から受けた前記気泡の気体流量の値に基づき「散気管３１は正常」または「散気管３１の目詰まり」のいずれかを判断する。例えば、洗浄制御装置５は、気泡放出流量検知装置９から受けた前記気体流量の値が所定の値を超えた場合に「散気管３１の目詰まり」と判断し、上述の散気管３１の洗浄工程（工程Ｓ１〜Ｓ４）を実行させる。

以上の本実施形態の散気管３１の洗浄方法及び膜分離装置１によれば、実施形態１と同様に、散気管３１の泥吐き部３２からの気泡の放出状態が当該気泡の流量に基づき散気装置の目詰りを迅速に検知される。そして、この検出に基づき、散気管３１を自動洗浄することにより、散気管３１からの散気状態を劣化させることなく、膜分離装置１の膜ユニットにおいて、安定した透水性能を維持できる。

以上のように、本実施形態の散気管３１の洗浄方法及び膜分離装置１によれば、散気管３１内の堆積物による散気孔の閉塞などによる散気管３１の目詰まりを察知して、適時に散気管３１の洗浄を行うことができ、散気装置３の性能の維持を図ることができる。尚、本実施形態においても、実施形態１と同様に、従来のタイマー制御と併用することにより、さらに安定した透水性能を維持できる。

［実施形態３］
図３に示された実施形態３の膜分離装置１は、気泡放出確認装置の一態様として、実施形態１の画像入力装置４の代わりに、気泡放出圧力検知装置１０を備える。

気泡放出圧力検知装置１０は、例えば、泥吐き部３２から気泡を受けるダイヤフラム１１と、前記気泡の放出圧力によるダイヤフラム１１の変位に基づき接点をＯＮ（またはＯＦＦ）させるリミットスイッチ１２とを備える。

リミットスイッチ１２は、例えば、ダイヤフラム１１の変位が散気管３１の目詰まりにより前記放出圧力が所定の値に達した際の変位となった場合に接点がＯＮ（またはＯＦＦ）であることを示す信号を洗浄制御装置５に出力する。尚、リミットスイッチ１２としては水中での使用が可能な防水仕様の周知なものが適用される。

洗浄制御装置５は、気泡放出圧力検知装置１０の出力信号に基づき「散気管３１は正常」または「散気管３１の目詰まり」のいずれかを判断する。例えば、洗浄制御装置５は、前記出力信号がリミットスイッチ１２の接点がＯＮ（またはＯＦＦ）であることを示す信号である場合に「散気管３１の目詰まり」と判断し、上述の散気管洗浄工程（工程Ｓ１〜Ｓ４）を実行させる。

以上の本実施形態の散気管３１の洗浄方法及び膜分離装置１によれば、実施形態１と同様に、散気管３１の泥吐き部３２からの気泡の放出状態が当該気泡の流量に基づき散気装置３の目詰りが迅速に検知される。そして、この検知に基づき、散気管３１を自動洗浄することにより、散気管３１からの散気状態を劣化させることなく、膜分離装置１の膜ユニット２において、安定した透水性能を維持できる。

以上のように、本実施形態の散気管３１の洗浄方法及び膜分離装置１によれば、散気管３１内の堆積物による散気孔の閉塞などによる散気管３１の目詰まりを察知して、適時に散気管３１の洗浄を行うことができ、散気装置３の性能の維持を図ることができる。また、本実施形態においても、実施形態１と同様に、従来のタイマー制御と併用することにより、さらに安定した透水性能を維持できる。尚、本実施形態の気泡放出圧力検知装置１０においては、ダイヤフラム１１が適用されているが、気泡の放出圧力による変位をリミットスイッチ１２が検知できるものであれば、特にダイヤフラム１１に限定することなく、ダイヤフラム１１以外のアクチュエータも適用できる。

１…膜分離装置
２…膜ユニット
３…散気装置、３１…散気管、３２…泥吐き部
４…画像入力装置
５…洗浄制御装置
６…処理水槽
７…膜洗浄ブロア
８…放風弁
９…気泡放出流量検知装置
１０…気泡放出圧力検知装置、１１…ダイヤフラム、１２…リミットスイッチ

Claims (6)

1. 散気管の洗浄方法であって、
   膜分離装置の処理水槽における気泡の放出状況の監視により当該膜分離装置の散気管の目詰まりを検知した後に当該散気管の洗浄を行うことを特徴とする散気管の洗浄方法。
2. 前記監視は、前記気泡の放出状況の画像、前記気泡の放出流量または前記気泡の放出圧力のいずれかに基づき前記目詰まりを検知することを特徴とする請求項１に記載の散気管の洗浄方法。
3. 前記散気管に空気を供給して前記洗浄を行う際に当該散気管に前記処理水槽の液相を満たした後に当該空気の供給量を急増させることを特徴とする請求項１または２に記載の散気管の洗浄方法。
4. 膜分離装置の槽内における散気管からの気泡の放出状況を監視する気泡放出確認装置と、
   前記監視により検出された前記気泡の放出状況に基づき前記散気管の目詰まりを判断して当該散気管の洗浄を実行させる洗浄制御装置と
   を備えたことを特徴とする膜分離装置。
5. 前記気泡放出確認装置は、
   前記気泡の放出状況の画像を取得する画像入力装置、
   前記気泡の放出状況として当該気泡の放出流量を検出する気泡放出流量検知装置
   または
   前記気泡の放出状況として当該気泡の放出圧力を検出する気泡放出圧力検知装置
   のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の膜分離装置。
6. 前記洗浄制御装置は、前記散気管に空気を供給して前記洗浄を行う際に当該散気管に前記槽内の液相を満たした後に当該空気の供給量を急増させることを特徴とする請求項４または５に記載の膜分離装置。