JP2007209964A - 分離膜の洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜ろ過設備の稼働率及び水回収率の低下を抑制しつつ、分離膜の洗浄を行うことができる分離膜の洗浄方法を提供する。
【解決手段】生物処理槽１から外部に引き出した槽内水をクロスフロー方式で膜ろ過する分離膜２の洗浄方法の発明であり、膜ろ過を停止して行う通常の本逆洗の間に、膜の二次側から一次側に逆圧を加えるパルス逆洗を複数回実施する。パルス逆洗は分離膜の膜差圧が許容膜差圧の８０％以下の段階で実施されるもので、膜面の堆積物を剥離し、剥離された堆積物は循環流に乗せて生物処理槽に返送される。本逆洗では逆洗排水の排水先を分離膜の入口側とすることにより、分離膜の閉塞物をパルス逆洗とは反対方向に除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は分離膜の洗浄方法に関するものであり、更に詳細には、膜分離活性汚泥法などにおいて用いられる分離膜の洗浄方法に関するものである。

膜分離活性汚泥法は、活性汚泥処理を行う生物処理槽の槽内水を分離膜により膜ろ過して処理水とする方法であり、従来の沈殿池を用いた方法に比較してスペースの削減が可能となるため、都市部の下水処理場を中心として注目を集めている。

これに用いられる分離膜は特許文献１にされるように生物処理槽の内部に設置される浸漬型のものと、生物処理槽の外部に設置されるものとがある。浸漬型の分離膜については、特許文献１に示されるように浮遊固体を気泡によって膜面に接触させ、常時洗浄を行う方法が知られているが、外部設置型の分離膜については、定期的にろ過を停止して水逆洗及び薬品洗浄を行い、膜面の堆積物を除去する通常の洗浄方法が採用されている。

本明細書では、従来から実施されてきた洗浄方法を本逆洗と呼ぶ。本逆洗には水逆洗のみと水逆洗とエアブローとを組み合わせる場合と、薬品洗浄を行った後に水逆洗とエアブローとを行う場合とがある。何れの場合にも通常のろ過運転を停止し、逆洗により膜面の堆積物を剥離させ、膜の一次側から汚泥を膜モジュール外に排出する工程を含むものである。薬品を使用する本逆洗の場合には、次亜塩素酸等による堆積物の溶出が水逆洗に先行して行われる。

ところがこのような本逆洗を行うためには長いろ過停止時間が必要となり、装置の稼働率が低下するという問題があるうえ、多量の処理水を逆洗水として使用するため、水回収率が低下するという問題がある。また毎回薬品洗浄を併用した本逆洗を行うと薬品費用が増加するうえ、分離膜の材質によっては膜劣化が進行したり、活性汚泥の活性が低下することとなる。このような問題は分離膜の膜ろ過流束を高めた場合に特に顕著となる。
特開平9−１３６０２１号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決して、膜ろ過設備の稼働率及び水回収率の低下を抑制しつつ、分離膜の洗浄を行うことができ、また薬品を使用する場合にも薬品費用を抑制することができる分離膜の洗浄方法を提供するためになされたものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、生物処理槽から外部に引き出した槽内水をクロスフロー方式で膜ろ過する分離膜の洗浄方法であって、循環流と膜ろ過を停止して行う本逆洗の間に、膜の二次側から一次側に逆圧を加えて膜面の堆積物を剥離し、循環流に乗せて生物処理槽に返送するパルス逆洗を複数回実施することを特徴とするものである。なお、パルス逆洗を分離膜の膜差圧が許容膜差圧の８０％以下の段階で実施することが好ましく、さらに好ましくは５０％以下の段階で実施するのが好ましい。また、本逆洗では逆洗排水の排水先を分離膜の入口側とすることにより、分離膜の閉塞物をパルス逆洗とは反対方向に除去する。

本発明によれば、循環流と膜ろ過を停止して行う本逆洗の間に、膜の二次側から一次側に逆圧を加えて膜面の堆積物を剥離し、循環流に乗せて生物処理槽に返送するパルス逆洗を複数回実施することにより、小刻みに膜面の堆積物を除去し、膜差圧の上昇を抑制する。このパルス逆洗は短時間で行うので、稼働率の低下を招くことがなく、また剥離された堆積物は循環経路を介して生物処理槽に返送されるので、生物処理槽のＭＬＳＳが低下することもない。さらにパルス逆洗は本逆洗に比較して逆洗水の使用量が少ないので、トータル的な水回収率の低下も防止できる。本発明によれば、膜ろ過流束を高めても膜差圧の上昇が抑制されるので膜ろ過設備の高流束設計が可能となり、設備コスト及びランニングコストを低下させることができる。また本逆洗の頻度を減少させることができるので、本逆洗に薬品を使用する場合にも薬品費用を抑制することができる。

膜分離活性汚泥法では、分離膜の形状によっては、分離膜の汚泥入口側の一部あるいは全体に、槽内水中の夾雑物が詰まる場合があるが、本逆洗は、汚泥を膜モジュール外に排出する際に、逆洗排水の排水先を分離膜の汚泥入口側とすることにより、このような閉塞物を除去することが可能である。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１において、１は生物処理槽、２は生物処理槽１から引き出された槽内水を膜ろ過する分離膜である。生物処理槽１は例えば活性汚泥処理を行う曝気槽であり、多量の活性汚泥を含む槽内水がろ過ポンプ３により分離膜２に打込まれ、膜ろ過される。しかし生物処理は必ずしも活性汚泥法に限定されるものではなく、硝化液循環法、ＡＯ(嫌気−好気)法、Ａ_２Ｏ(嫌気−無酸素−好気)法、硝化＋内生脱窒法、多段ステップ流入式硝化脱窒法、多段ステップ流入式Ａ_２Ｏ法などであってもよい。

分離膜２はＭＦ膜もしくはＵＦ膜であり、その材質は高分子であってもセラミックであってもよいが、セラミック膜は耐薬品性と耐圧強度に優れる利点がある。またその形状はモノリス型、チューブラー型、ハニカム型などの各種の形態とすることができるが、内部に丸形または多角形（四角形以上）のチャンネルを備えた形状が好ましい。さらに加圧方式は外圧式としても、内圧式としてもよい。この実施形態では、セラミック製で内圧式のモノリス膜が使用される。

分離膜２による膜ろ過はクロスフロー方式で行われ、ろ過ポンプ３により分離膜２に打込まれた槽内水の一部は膜ろ過されて処理水槽４に送られ、残部は循環経路５によって生物処理槽１に返送される。なお、膜ろ過を効率的に行ううえでは、図１、図２に示すように分離膜２と処理水槽４との間にポンプ８を設けることが好ましいが、このポンプ８は省略することもできる。この分離膜２の膜ろ過流束は従来一般に２．０ｍ／ｄ以下に設計されているが、２．０ｍ／ｄ以上に高めると膜面における堆積物の増加や圧密化の速度が高まり、従来は本逆洗の回数を増加させることにより対応せざるを得なかったため、前記したような稼働率の低下、水回収率の低下を招いていた。

しかし本発明では、膜ろ過を停止して行う本逆洗の間に、パルス逆洗を複数回実施する。このパルス逆洗は短時間に行われるもので、例えば逆洗ポンプ６や圧縮空気により膜の二次側から一次側に逆圧を加えて膜面の堆積物を剥離させ、剥離物は図１中に矢印Ａで示すように循環流に乗せて循環経路５を介して生物処理槽１に返送する。このため生物処理槽のＭＬＳＳが低下することによる生物処理活性低下も防止することができる。

パルス逆洗は分離膜２の膜差圧が許容膜差圧の８０％以下の段階で実施するものとし、さらに好ましくは５０％以下の段階で実施するものとし、例えば分離膜２の許容膜差圧が１００ｋＰａである場合、膜差圧が１０〜５０ｋＰａの段階で実施することが好ましい。膜差圧が許容膜差圧の８０％を越えた状態でパルス逆洗を実施しても、十分な堆積物剥離効果を得ることができない。また、圧縮空気で逆洗を行う場合、パルス逆洗時は本逆洗よりも低い圧力にしても良い。例えばセラミック膜を用いて圧縮空気などで本逆洗を行う場合、逆圧は４５０〜５００ｋPa程度かけるが、パルス逆洗を圧縮空気などで行う際には、逆圧が本逆洗よりも低い１００〜３００ｋPa程度でもよい。

また膜面からの堆積物の剥離を促進するため、図１に示すように分離膜２の一次側に設置した気体供給手段７から空気、オゾン、窒素等の気体を供給して、一次側に気液混相流を形成することもできる。このような気液混相流は気体による撹拌効果で膜面の堆積物を物理的に剥離させることができる。またオゾンを使用すれば、堆積物を酸化分解できる効果も発揮される。

このような複数回のパルス逆洗と本逆洗とを組み合わせれば、分離膜２の膜差圧の上昇幅が小さい段階で膜差圧を回復させることができる。このため分離膜２の膜ろ過流束を高めることができる。なお、パルス逆洗のみでは十分な堆積物剥離効果を得ることができないため次第に分離膜２の膜差圧が上昇するほか、分離膜２の汚泥の入口部分で槽内水中に存在するし渣などの夾雑物が徐々に堆積することがあるため、分離膜２の汚泥入口部分の汚泥流路径を、例えば直径５ｍｍ以下など、小さくすることができない。ここで、夾雑物が堆積することの悪影響は、ろ過ポンプ３の負荷の増加や、分離膜２のチャンネル全体に槽内水が行き渡らないことにより膜全体が使用されずに部分的に使用されて膜閉塞が進行する場合があることである。また、汚泥流路径を小さくできないことの悪影響は、分離膜の単位体積あたりの膜面積を増やせないことである。

本発明では、２〜１０回程度のパルス逆洗を行う毎に、本逆洗を行うものとする。本逆洗はろ過ポンプ３を停止して膜ろ過を停止し、図２に示すように逆洗ポンプ６や圧縮空気により膜の二次側から一次側にパルス逆洗よりも多量の逆洗水とより高い逆圧を加えて膜面の堆積物を剥離させる。本逆洗による剥離物は矢印Ｂで示すように系外に排出するか、あるいは図２中に破線で示すように生物処理槽１に返送される。表１に、本逆洗とパルス逆洗との違いを示す。なお本逆洗は０.５〜３時間に１回程度の頻度で行うのが良く、更に好ましくは本逆洗を数回行うごとに１回、薬品洗浄を併用した本逆洗を行うとよい。

１回のパルス逆洗はごく短時間でよく、一般的に本逆洗に要する時間（循環流の停止、逆洗、循環流の再開などろ過を停止後再びろ過が再開できるまでに要する時間）が１〜３分であるのに対し、パルス逆洗は１分以下でよく、逆洗水の使用量も僅かで済む。本発明によれば本逆洗のインターバルを延長することが可能で、かつ膜ろ過流束も高くできるので、トータル的な水回収率を向上させることができる。また本逆洗に薬品を使用する場合にも、薬品使用量を削減することができる。さらに、槽内水中に多少の夾雑物があっても安定した運転が可能なため、通常生物処理槽の原水流入部に設置されているスクリーンの目幅を大きくしたり、スクリーンを最初沈殿池で代替することができる。

図１に示した下水の活性汚泥処理槽の槽内水を外部に引き出して循環させ、内圧式のセラミック膜によるクロスフローろ過を行った。使用した分離膜は出願人会社製のモノリス膜（膜細孔径０.１μｍ、膜孔径４ｍｍ）である。循環水量を１．０ｍ/ｓ、膜ろ過流束を２.４ｍ/ｄとして運転したところ急速に膜差圧が上昇し、４５分毎に本逆洗を行っても安定運転ができなかった。また気体供給手段から０．１１ｍ／ｓの空気を供給して膜の一次側を気液混相流としたが、やはり安定運転ができなかった。これに対して、循環水量を１．０ｍ/ｓ、膜ろ過流束を２.４ｍ/ｄ、気体流量０．１１ｍ／ｓの条件で、１５分毎に本逆洗の１／４の水量でパルス逆洗を行ったところ、安定運転が可能となった。

本発明は、下水、返流水、工場排水、ゴミ浸出水、屎尿、農業廃水、畜産排水、養殖排水などの排水処理の技術分野において、広く適用できるものである。

パルス逆洗における逆洗排水の排出経路を示すフロー図である。 本洗浄における逆洗排水の排出経路を示すフロー図である。

符号の説明

１ 生物処理槽
２ 分離膜
３ ろ過ポンプ
４ 処理水槽
５ 循環経路
６ 逆洗ポンプ
７ 気体供給手段

Claims (3)

1. 生物処理槽から外部に引き出した槽内水をクロスフロー方式で膜ろ過する分離膜の洗浄方法であって、膜ろ過を停止して行う本逆洗の間に、膜の二次側から一次側に逆圧を加えて膜面の堆積物を剥離し、循環流に乗せて生物処理槽に返送するパルス逆洗を複数回実施することを特徴とする分離膜の洗浄方法。
2. パルス逆洗を、分離膜の膜差圧が許容膜差圧の８０％以下の段階で実施することを特徴とする請求項１記載の分離膜の洗浄方法。
3. 本逆洗では逆洗排水の排水先を分離膜の入口側とすることにより、分離膜の閉塞物をパルス逆洗とは反対方向に除去することを特徴とする請求項１記載の分離膜の洗浄方法。

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