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【発明の名称】 固液分離装置とその運転方法
【発明者】 【氏名】浜田 豊三

【氏名】中塚 修志
【要約】 【課題】生物処理槽内の被処理液をろ過し、十分な酸素が供給でき、懸濁物の洗浄操作が簡単で、ろ過膜の機械的強度も強く、長期的に高い透過水量が維持でき、効率のよい洗浄・散気できる装置および運転方法を得る。

【解決手段】活性汚泥被処理液に浸漬され、全体の個数を一部および残部に分割し、一部をろ過膜の膜間差圧により、被処理液を透過させる膜モジュールとし、残部を酸素含有気体をろ過膜を通し、被処理液内に散気する膜モジュールとする複数個の膜モジュール１−６と、透過水を外部に取り出す透過水取出手段３０と、酸素含有気体をろ過膜の透過側に圧送可能な気体送付手段４０を備え、一部の膜モジュールは被処理液をろ過し、残部の膜モジュールは酸素含有気体を被処理液内に散気し、一定時間後、前記ろ過運転をした一部の膜モジュールを散気運転に切り替え、散気運転をした残部の膜モジュールをろ過運転に切り替える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 活性汚泥被処理液をろ過処理するろ過処理槽と、該ろ過処理槽内の前記被処理液に浸漬され、全体の個数を一部および残部に分割し、一部をろ過膜の内外の膜間差圧により、被処理液をろ過膜の外側の供給側から内側の透過側に透過させ透過水を得る膜モジュールとし、残部を酸素含有気体をろ過膜の透過側から供給側に圧送し、被処理液内に散気する膜モジュールとする複数個の膜モジュールと、前記ろ過膜の透過側に連通し、透過水を外部に取り出す透過水取出手段と、前記ろ過膜の透過側に連通し、酸素含有気体をろ過膜の透過側に圧送可能な気体送付手段を備えたことを特徴とする固液分離装置。
【請求項２】 前記請求項１記載の固液分離装置の運転方法において、複数個の膜モジュールの中、一部の膜モジュールは被処理液をろ過膜の供給側から透過側に透過させ透過水を得るろ過運転にするとともに、残部の膜モジュールは酸素含有気体をろ過膜の透過側から供給側に圧送し、被処理液内に散気する散気運転とし、一定時間後、前記ろ過運転をした一部の膜モジュールのうち、少なくとも１個以上の膜モジュールを散気運転に切り替えるとともに、前記散気運転をした残部の膜モジュールのうち、少なくとも１個以上の膜モジュールをろ過運転に切り替え、この運転切替操作を繰り返すことを特徴とする固液分離装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固液分離装置およびその運転方法に関し、特に、ろ過膜を用いて、し尿の浄化処理、家庭排水処理や工業排水処理等の生物汚濁液を固液分離処理する固液分離装置およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、水処理設備においては、し尿の浄化処理、家庭排水の浄化処理および工業排水処理等に、活性汚泥を投入した原液をろ過膜を通して透過させ、固液分離を行なっている。ろ過膜を用いた排水処理においては、ろ過膜の平均孔径が０．５μｍ以下の精密ろ過膜を用いた膜分離装置が一般的である。特開昭６１−１２９０９４号公報には、汚れの除去と散気手段を兼ね備えた精密ろ過膜を用いた浸漬型膜分離装置が開示されている。
【０００３】従来、活性汚泥を投入した生物処理液の固液分離においては、膜を用いた排水処理が一般的であり、図３に示すような循環型膜分離装置、または図４に示すような浸漬型膜分離装置が用いられている。すなわち、図３において、活性汚泥等を含む原液１０１を生物反応処理する生物処理槽１０２に貯留し、生物処理槽１０２の内部に、必要な空気を供給するための散気管１０３を有する散気装置１０４を設置し、生物処理槽１０２内の原液１０１を循環ポンプ１０５で生物処理槽１０２の外部に導き、外部に設置した膜モジュール１０６でろ過し固液分離して清澄な透過水１０７を得る循環型がある。一方、図４のように、生物処理層１０２の内部に設置した膜モジュール１０６により原液１０１をろ過し、固液分離して吸引ポンプ１０８で外部に吸引して清澄な透過水１０７を得る浸漬型がある。
【０００４】
【発明が解決しょうとする課題】しかしながら、このように生物処理槽１０２内の被処理液（前記の原液１０１）を膜モジュール１０６を用いて固液分離する膜分離装置においては、生物反応に必要な酸素を導入するための散気管１０３を生物処理槽内に設置することが必要である。一方、原液に含まれる活性汚泥等の懸濁物質をろ過することにより、膜モジュール内の膜表面及び内部には、膜細孔を透過できない懸濁物質が付着して該膜細孔を閉塞し、時間の経過とともに膜モジュールの透過水量が減少し、その結果、被処理液のろ過効率が低下してしまうという問題点がある。
【０００５】このため、特開平８−２９９９７９号公報には、透過水を吸引するポンプの発停を制御することにより、膜面の汚染を抑制する方法が開示されている。しかしながら、吸引を停止するだけでは、洗浄効果に限界があるという問題点がある。また、特開平４−１０４８９５号公報には、薬液による洗浄方法が、特開平３−２３８０８６号公報には、オゾン化空気を用いた洗浄方法がそれぞれ開示されている。また、特開平４−２２５８０５号公報には、多孔性透水部材の内面から外面へ水あるいは気体を強制透過させた後、汚染除去剤を供給する方法が開示されている。しかしながら、これらの方法は、操作方法が繁雑になったり、洗浄液の回収方法に時間を要するため、効率よく清澄な透過水を得ることはできないという問題点がある。
【０００６】一方、特開平７−２４１４４６号公報には、透過水を用いた逆洗方法が開示されている。また、大同らは、不織布膜を用いて、活性汚泥混合液をろ過する場合において、水逆洗を実施することにより膜性能が回復することを述べている（第３４回下水道研究発表会要旨集）。しかしながら、水による逆洗の場合、水の回収率が低下したり、残存逆洗水が活性汚泥槽へ混入し、活性汚泥槽の濃度変化を来す恐れがあるという問題点がある。
【０００７】そこで本発明は、活性汚泥等を含む生物処理槽内の被処理液をろ過し、清澄な透過水を得る固液分離処理をするに際し、生物処理槽の濃度変化もなく、生物反応に必要な十分な酸素が供給でき、洗浄液の処理等も不要で、かつ膜面の汚染や膜面に付着した懸濁物の洗浄操作が簡単であり、さらに、ろ過膜の機械的強度も強く、長期的に高い透過水量が維持でき、効率のよい洗浄運転のできる固液分離装置およびその運転方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】発明者らは、ろ過膜の目詰まりの状態、ろ過膜の種類、膜表面状態、洗浄気体の種類と方法、圧力等種々検討し、さらに、膜モジュールの数、ろ過運転と洗浄・散気運転の時間および方法等を検討した。そして、透過物質による膜の目詰まりによる透過水量の低下を回復させるためには、ろ過膜の透過側から供給側へ気体、特に空気を送ることにより、膜表面あるいは内部の洗浄が効果的に実施でき、この逆洗の場合、機械的強度に優れたろ過膜が必要となることも判明した。
【０００９】さらに、ろ過膜表面に緻密な構造を有するろ過層を設けることにより、汚濁物質のろ過膜内部への侵入を阻止し、ファウリングを抑制することができる。さらにまた、機械的強度に優れた特定の表面平均孔径を有する不織布や、不織布表面に高分子多孔質薄膜を設置した不織布を用いて、ろ過運転および空気による逆洗浄運転を間欠的に繰り返すことにより、長期的に高い透過水量が維持できる運転が可能となることが解った。さらにまた、膜の透過側から供給側へ充分な空気を常時送ることが可能となれば、生物反応槽内に通常設置しなければならない散気管の必要がなくなるため、省スペース化や膜の設置面積の増大に繋がることが解り、本発明を完成させた。
【００１０】このような観点から、複数の膜モジュールを２つに分割し、一部の膜モジュールをろ過運転に用いるとともに、残部の膜モジュールは、膜の透過側から供給側、すなわち生物反応槽側へ空気を送る手段として用いる。一定時間後、膜の目詰まり等により、透過水量が低下したならば、ろ過運転に用いていた一部の膜モジュールの全てあるいは１個以上を膜の透過側から生物反応槽へ空気を送る散気運転に切り替え、一方、散気運転に用いていた膜モジュールの全てあるいは１個以上をろ過運転に切り替える。この運転切り替え操作を繰り返すことにより、透過水量が低下した膜モジュールの性能を回復しつつ、かつ、生物反応槽内へ生物反応に必要な酸素を安定して常時供給することが可能となる。
【００１１】本発明の固液分離装置は、活性汚泥被処理液をろ過処理するろ過処理槽と、該ろ過処理槽内の前記被処理液に浸漬され、全体の個数を一部および残部に分割し、一部をろ過膜の内外の膜間差圧により、被処理液をろ過膜の外側の供給側から内側の透過側に透過させ透過水を得る膜モジュールとし、残部を酸素含有気体をろ過膜の透過側から供給側に圧送し、被処理液内に散気する膜モジュールとする複数個の膜モジュールと、前記ろ過膜の透過側に連通し、透過水を外部に取り出す透過水取出手段と、前記ろ過膜の透過側に連通し、酸素含有気体をろ過膜の透過側に圧送可能な気体送付手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１２】本発明の固液分離装置の運転方法は、前記固液分離装置において、複数個の膜モジュールの内の一部の膜モジュールは被処理液をろ過膜の供給側から透過側に透過させ透過水を得るろ過運転にするとともに、残部の膜モジュールは酸素含有気体をろ過膜の透過側から供給側に圧送し、被処理液内に散気する散気運転とし、一定時間後、前記ろ過運転をした一部の膜モジュールのうち、少なくとも１個以上の膜モジュールを散気運転に切り替えるとともに、前記散気運転をした残部の膜モジュールのうち、少なくとも１個以上の膜モジュールをろ過運転に切り替え、この運転切替操作を繰り返すことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明のろ過膜は、従来の高分子膜よりも、通常、機械的強度に優れた不織布で、汚濁液や活性汚泥液を固液分離し、ろ過するものであれば何でもよい。また、濾布基材上にフェルトを積層したろ過体でもよいし、前記不織布の表面に高分子多孔質膜を加工形成したものであってもよい。
【００１４】本発明の不織布は、製編織しないで作られた布を意味し、ウェブ、繊維あるいは繊維の塊が相互に絡まり、接結および接着されたものと定義される。ウェブ、繊維あるいは繊維の塊を接着する方法としては、機械的に交絡、接結および接着する方法、接着剤を使用する方法、自己接着性の繊維で接着する方法等が挙げられる。
【００１５】また、不織布を構成する繊維の材質としては、綿、麻、羊毛等の天然繊維、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ビスコースレーヨン、酢酸セルロース、メチルセルロースなどのセルロース誘導体や、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステルアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエステルなどが挙げられる。さらに、これらの共重合体、ブレンド物や架橋物などが挙げられる。なかでも、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレンやポリカーボネートが望ましく、ポリエステルが最も好ましい。
【００１６】また、不織布の繊維の構成には、これらの繊維の単独でもよいし、複数を組み合わせてもよい。また、複数の組み合わせは、それぞれの材質のものを適当な量だけ組み合わせてもよい。さらに、繊維の一部を加熱溶融させて、繊維同士の接結および接着に用いてもよい。さらにまた、２種の繊維を芯鞘的に、すなわち、一方の材質を繊維の芯に、他方を芯の外側を被う鞘にした繊維であってもよい。さらにまた、緻密層と支持層は材質を変えてもよいのは勿論である。
【００１７】また、不織布の構造は、均一構造であってもよいし、または、機械的締結、圧力加工、熱加工および接着剤加工等により製造された、緻密層とこの緻密層を支持する支持層からなる２層以上の多層構造でもよい。たとえば、緻密層の外表面を熱加工により表層のみを加熱溶融させ繊維密度を増加させて２層化したり、支持層を機械的強度の強い繊維層を付加して２層化してもよい。しかしながら、ファウリングを引き起こす透過物質が膜内部へ侵入するのを抑制するために、不織布は、外表面側に緻密層を配置した多層構造が望ましい。すなわち、１〜５層の緻密層および１〜５層の支持層からなる多層構造を有しているのが望ましい。各層の数は、好ましくは１〜２層である。緻密層および支持層を１〜５層としたのは、５層を超えると透過抵抗が大きくなり過ぎ、かつコストも高くなるからである。
【００１８】ここに、均一構造の不織布とは、不織布の平面方向および厚み方向に繊維の配置密度がほぼ均一な構造であって、繊維間の空孔の平均孔径が０．５〜２００μｍである。また、多層構造の緻密層とは、不織布の平面方向および厚み方向ともに繊維が緻密に配置され繊維の配置密度が大きくかつ相互に接着したもので、繊維間の空孔の平均孔径は０．１〜１００μｍである。また、支持層とは、緻密層の裏面に一体的に形成され緻密層より繊維の配置密度が小さくかつ相互に接着し、繊維間の空孔の平均孔径は３０〜２００μｍであり、さらに厚さが厚く機械的強度が大きいものである。また、積層した１〜５層の各層は外表面側ほど繊維の配置密度が大きいのが好ましい。
【００１９】ろ過膜の膜表面の空隙率、たとえば、不織布の緻密層の膜表面から見た繊維間の孔の部分の全面積に対する割合は、３０〜８０％が望ましく、さらに、４０〜７５％が好ましく、特に５０〜７０％が最も好ましい。ここに、空隙率を３０〜８０％としたのは、３０％未満では透過水量が低下し、８０％を超えると阻止率が低下するからである。
【００２０】また、不織布の外表面の平均孔径は、粒子径が１．０μｍ以上を有する活性汚泥を高度に除去しなければならないため、０．２〜３０μｍが望ましく、特に０．５〜１０μｍが好ましく、さらに、１〜５μｍが最も好ましい。ここに、平均孔径を０．２〜３０μｍとしたのは、０．２μｍ未満では透過水量が低下し、３０μｍを超えると、所望の活性汚泥の阻止率が低下し、分離効率が低下するからである。
【００２１】また、不織布の外表面から見た繊維間の空孔の各孔径の大きさの分布の幅は、狭い程好ましい、すなわち、孔径の分布として横軸に孔径を縦軸に個数を取った場合、孔径の分布の幅が狭く、いわゆる孔径の分布がシャープなほど目詰まりが起こり難く好ましい。
【００２２】不織布全体の厚みは、機械的強度を考慮すると、できるだけ大きいほうが好ましいが、３０μｍ〜５ｍｍが望ましく、特に５０μｍ〜４ｍｍが好ましく、１００μｍ〜３ｍｍが最も好ましい。ここに、３０μｍ〜５ｍｍとしたのは、３０μｍ未満では機械的強度が弱くなり過ぎるからであり、５ｍｍを超えると、透過抵抗が大きくなり過ぎるからである。
【００２３】不織布は、必要に応じて、酸化防止剤、熱安定剤、滑材、顔料、紫外線吸収剤などにより処理してもよく、不織布に親水化処理を行ってもよい。また、機械的強度に優れた多孔質膜を、不織布表面上あるいは内部に形成させた表面処理不織布を用いてもよい。
【００２４】表面処理不織布は、前記不織布の外表面上あるいは内部に、高分子溶液をコートし、相転換法等により、高分子多孔質層を形成した不織布である。高分子としては、セルロース誘導体「セルロースエステル（セルロースアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレートなどの有機酸エステル；硝酸セルロース、硫酸セルロース、リン酸セルロースなどの無機酸エステル；硝酸酢酸セルロースなどの混酸エステルなど）、セルロースエーテル（メチルセルロース、エチルセルロース、イソプロピルセルロース、ブチルセルロース、ベンジルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、シアノエチルセルロースなど）」、ポリオレフィン類（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ１−ブテン、ポリイソブテン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリアレンなど）、ポリアクリロニトリル類（ポリアクリロニトリル、ポリメタアクリロニトリル、アクリロニトリル−ビニルピロリドン共重合体、アクリロニトリル−酢酸ビニル共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体など）、スルホン系高分子（ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなど）、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（メタ）アクリレート類、ポリビニルアルコール、ポリアリルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリアセタール類、ポリビニルケトン類、ポリビニルハライド類、ポリスチレン類、ポリオキシド類、ポリアミド、ポリイミド類、ポリエステル類などが挙げられる。これらの高分子は、単独でまたは二種類以上混合して使用できる。好ましい高分子としては、ポリアクリロニトリル類、セルロース誘導体、ポリアルキル（メタ）アクリレート、ポリスルホン系高分子が挙げられる。
【００２５】高分子多孔質層を不織布表面上に形成する方法としては、相転換法、コーティング法などが考えられるが、これらのうち、本発明においては、相転換法が特に有効である。相転換法には、高分子の良溶媒溶液を流延又は塗布し、高分子に対する貧溶媒に浸漬する湿式相転換法や、高分子と、この高分子に対する良溶媒と、前記高分子に対する貧溶媒とを含む均一なドープを、基材に流延又は塗布し、溶媒を蒸発させてミクロ相分離を生じさせる乾式相転換法がある。
【００２６】不織布表面上に形成した高分子多孔質層の平均孔径は、０．１〜２０μｍが望ましく、特に０．３〜３μｍが好ましく、さらに、０．４〜１μｍが最も好ましい。ここに、高分子多孔質層の平均孔径を０．１〜２０μｍとしたは、０．１μｍ未満では、酸素含有気体を膜の透過側から圧送するのが困難であり、２０μｍを超えると阻止率が低下するからである。また、不織布表面上に形成した高分子多孔質層の厚みは、高分子多孔質層の機械的強度を考慮すると、０．５〜２００μｍの範囲であるのが好ましく、特に、２〜５０μｍであるのが好ましい。
【００２７】ろ過膜の透過側から供給側へ圧送する酸素含有気体としては、活性汚泥の入ったろ過処理槽の生物反応を促進する酸素を含有していれば、どの様な気体でもよい。最も好ましいのは空気であるが、酸素または窒素、炭酸ガス等が混入したものであってもよい。また、ろ過膜の透過側から供給側へ圧送する気体の流量は、１〜５００リットル／分・ｍ2が望ましく、好ましくは５〜２００リットル／分・ｍ2、最も好ましくは１０〜１００リットル／分・ｍ2である。また、ろ過膜の透過側から供給側へ圧送する空気の圧力は、ろ過膜の洗浄効率を考慮すると、できるだけ大きいほうが好ましいが、ろ過膜の強度やろ過膜の伸縮による可逆性、生物反応槽内の活性汚泥への影響や経済性を考慮すると、１０〜５００ｋＰａが望ましく、特に、２０〜３００ｋＰａが好ましい。ここに圧力を１０〜５００ｋＰａとしたのは、１０ｋＰａ未満では、逆洗圧力が小さいため洗浄効果が小さく、５００ｋＰａを超えると経済的ではなく、また膜破損の惧れがある。
【００２８】被処理液をろ過膜の内外の膜間差圧により、ろ過膜の供給側から透過側にろ過させ、透過水を取り出すろ過運転は、膜間差圧を一定としてろ過する定圧運転でもよいし、透過する透過水量を一定とするように膜間差圧を変化し、ろ過を続ける定透過水量運転であってもよい。ろ過運転から、酸素含有気体（空気）をろ過膜の透過側から供給側に圧送し、被処理液内に散気する散気運転への切り替え、または、散気運転から、ろ過運転への切り替えを行う時期の目安としては、定圧運転の場合については、透過水量が初期値の１０〜８０％になった場合に行なうのが望ましく、特に２０〜７０％が好ましく、３０〜６０％が最も好ましい。また、定透過水量運転の場合、膜間差圧の増加が初期値の１０〜８０％になった場合に行なうのが望ましく、特に２０〜７０％が好ましく、３０〜６０％が最も好ましい。ここに、初期値の１０〜８０％としたのは、１０％未満では、切替えが煩雑になり切り替え効果が少なすぎ、８０％を超えると、回復率が低下するからである。
【００２９】不織布をろ過膜として内蔵する膜モジュール内の不織布の形態としては、透過水を通すメッシュ状織物を挟んで２枚の不織布を平行に並べた平膜型、平膜状のものを屏風状にジグザグに連ねたプリーツ型または集水管を中心に渦巻き状に巻き付けた渦巻型にしたものであってもよい。また、ろ過処理槽内に複数のモジュールを配置するときの各膜モジュールの間隔は、例えば、平膜型モジュールの場合、０．１〜３０ｃｍが望ましく、さらに、０．３〜２０ｃｍが好ましく、０．５〜１０ｃｍが最も好ましい。
【００３０】本発明の固液分離装置のろ過処理槽の形態としては、既存の生物処理槽や活性汚泥入りの処理槽等をろ過処理槽として、膜モジュールを直接この既存の処理槽内に浸漬する浸漬型固液分離装置でもよいし。またはろ過処理槽は、生物処理槽等の外部に別個に設置し、被処理液が生物処理槽とろ過処理槽との間を循環するようにした外部設置の循環型固液分離装置でもよい。
【００３１】本発明の複数個の膜モジュールは、全体の個数（Ｎ個）を一部（ｎ個）および残部（Ｎ−ｎ個）に分割するが、Ｎは１以上に整数、ｎは１以上の整数でかつｎ＜Ｎの関係の数であればよい。本発明の運転切替操作は、透過水取出手段と気体送付手段を操作し、膜モジュールのろ過運転と散気運転を相互に切り替えるもので、生物処理槽内の生物反応に必要な酸素量が常時散気されていれば、どの様なものでもよい。また、膜モジュール１個のみを散気運転にしてもよい。
【００３２】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。実施例では、ろ過膜である不織布、表面処理不織布またはろ過媒体等からなる平膜エレメントを内蔵する膜モジュールを複数個装着した、図１および図２に示す固液分離装置を用いた。複数の膜モジュールは全体の個数を１部と残部に分割し、一部の膜モジュールで、被処理液である活性汚泥処理排水をろ過膜を通してろ過し固液分離するろ過運転をし、残部の膜モジュールで、逆圧をかけて洗浄・散気運転をするという一連の運転操作をする。そして、一定時間後に、少なくとも１個以上の膜モジュールを必要に応じて、ろ過運転から散気運転に、同時に散気運転からろ過運転へと運転切替操作をなし、この運転切替操作を繰り返し、その時の透過水量等の性能試験をしたものである。
【００３３】まず、図１および図２に示す固液分離装置につき説明する。図１において、１０はクロスフロー型固液分離装置（後述の表ではＡと示す）であり、ろ過処理層を生物処理槽の外部に設けたいわゆる外部設置の循環型固液分離装置である。固液分離装置１０は、活性汚泥被処理液１１を貯留した生物処理槽１２と、生物処理槽１２の外部に設けられ被処理液１１をろ過処理するろ過処理槽である膜モジュールユニット１３とを有している。生物処理槽１２と膜モジュールユニット１３との間には、被処理液１１が両槽間で循環するように、送液ポンプ１４が取り付けられた供給パイプ１５と返送パイプ１６が設けられている。１７、１８は被処理液１１の液圧を示す入り口側および出口側の圧力計であり、１９は流量計である。
【００３４】膜モジュールユニット１３内の被処理液１１には６個の平膜型の膜モジュール１、２、３、４、５、６、（以下代表して１で示す）が２ｃｍの間隔で浸漬されている。膜モジュール１の枠体の内には複数の平膜エレメント８が交換可能に内蔵されている。図には模式的に示している。膜モジュール１の全有効膜面積は０．５ｍ2である。
【００３５】平膜エレメント８は図示していないが、比較的柔軟で透過水を通すメッシュ状織物の両面に沿って全面に平膜状のろ過膜である不織布が設けられ、上下の通路口を除き周囲を密着シールし袋状に形成されている。平膜エレメント８は図示していない支持部を介して膜モジュール１の枠体に取り付けられている。そして不織布の外側（高圧側）と内側（低圧側）の膜間に差圧が発生すると、被処理液を不織布の外側の供給側から内側の透過側に透過させ、透過水を生成し、透過水はメッシュを通して集まり通路口を通して外部に取り出し可能になされている。
【００３６】膜モジュール１の上側には透過水取出手段が設けられている。すなわち、各膜モジュール１の上側には、各平膜エレメント８の上部の通路口に連通する透過水パイプ３０が取り付けられている。透過水パイプ３０は各膜モジュール１、２、３、４、５、６からの透過水をそれぞれ透過水側バルブ３１、３２、３３、３４、３５、３６、を通して集め、外部の図示していない透過水貯水槽に取り出し可能になされている。３８Ａ〜３８Ｆおよび３８は透過水の流量を計測する流量計である。
【００３７】また、膜モジュール１の下側には気体送付手段が設けられている。すなわち、各膜モジュール１の下側には、各平膜エレメント８の下部の通路口に連通する送気パイプ４０が取り付けられている。各送気パイプ４０は外部の図示していない空気供給源から酸素含有気体である空気を、各膜モジュール１、２、３、４、５、６の下側にそれぞれ設けられた散気側バルブ４１、４２、４３、４４、４５、４６、を介して圧送し、各平膜エレメント８の透過側に供給可能になされている。４８は圧力計であり、４９は流量計である。
【００３８】固液分離装置１０を運転するときには、送液ポンプ１４を駆動して被処理液１１を生物処理槽１２と密閉した膜モジュールユニット１３間を循環させる。膜モジュール１内の平膜エレメント８の内外の膜間差圧を２０ｋＰａに保ちつつ、複数個の膜モジュール１の１部をろ過運転させ、同時に、残部を散気運転させる。たとえば、６個の膜モジュール１の１部（４個）である膜モジュール１、３、５、６をろ過運転するため、透過水側バルブ３１、３３、３５、３６を開とし、散気側バルブ４１、４３、４５、４６を閉とし、透過水を透過水パイプ３０を通して外部に取り出す。
【００３９】一方、残部（２個）の膜モジュール２、４を散気運転するため、透過水側バルブ３２、３４を閉とし、散気側バルブ４２、４４を開とし、送気パイプ４０を介して５０ｋＰａの圧力で、１リットル／分の空気量を圧送した。空気は平膜エレメント８内で不織布の透過側から供給側に圧送され、不織布の外表面側に付着した懸濁物を除去しながら膜モジュールユニット１３内に吹き出し、さらに、返送パイプ１６を通して生物処理槽１２内に循環供給させられる。すなわち、生物処理槽１２内は、この空気の供給で、従来の散気管と同様な散気効果を得ることができる。一定時間後、流量計３８Ａ〜３８Ｆにより透過水量の低下した膜モジュールの１部分（少なくとも１個以上）は、ろ過運転から散気運転に切り替え、一方、散気運転中の膜モジュールの１部分（少なくとも１個以上）を散気運転からろ過運転に切り替える。そして、これらの運転切替操作を繰り返す。
【００４０】次に、図２に示す浸漬型固液分離装置（後述の表ではＢと示す）５０につき説明する。ここに、膜モジュールの符号とその上側バルブと下側バルブの符号は、分かりやすくするため、図１の固液分離装置と同じ符号を付ける。図２において、固液分離装置５０は、活性汚泥被処理液１１を貯留した既存の生物処理槽をろ過処理に用いたろ過処理槽５２と、ろ過処理槽５２内の被処理液１１に直接浸漬された６個の膜モジュール１、２、３、４、５、６（代表して１で示す）を有している。６個の膜モジュール１はそれぞれの間隔が２ｃｍになるように図示していない外部枠体に固定されている。各膜モジュール１は、図１に示す固液分離装置１０と同様に、平膜エレメント８を交換可能に内蔵し、平膜エレメント８はメッシュ状織物の両側に沿ってろ過膜である２枚の不織布を設け、上下の通路口を除き不織布を袋状に形成したものである。平膜エレメントは、不織布の膜間には、後述の吸引ポンプ５４の作動により差圧が発生し、被処理液１１を不織布の外側の供給側から内側の透過側に透過させ、透過水を取り出し可能にしている。
【００４１】膜モジュール１の上側には、図１に示す固液分離装置１０と同様に、透過水取出手段が設けられている。すなわち、各膜モジュールの上側には、平膜エレメント８の上部の通路口に連通する透過水パイプ３０が取り付けられている。透過水パイプ３０のろ過処理槽５２の外部に配置された部分には吸引ポンプ５４が設けられている。そして吸引ポンプ５４の作動により、各透過水パイプ３０は透過水をそれぞれ透過水側バルブ３１、３２、３３、３４、３５、３６を介して集めて、外部の図示していない透過水貯水槽に取り出し可能になされている。３９Ａ〜３９Ｆおよび３９は透過水の液圧を計測する圧力計であり、５５は流量計で透過水量を計測表示する。
【００４２】また、膜モジュール１の下側には、図１に示す固液分離装置１０と同様に、気体送付手段が設けられている。すなわち、各膜モジュール１の下側には、各平膜エレメント８の下部の通路口に連通する送気パイプ４０が取り付けられている。送気パイプ４０は外部の図示していない空気供給源から酸素含有気体である空気を各膜モジュール１の下側のそれぞれの散気側バルブ４１、４２、４３、４４、４５、４６を介して、各平膜エレメント８の下部の透過側の通路口内に供給可能になされている。４８は圧力計であり、４９は流量計である。
【００４３】固液分離装置５０を運転するときには、吸引ポンプ５４を駆動して、膜モジュール１内の平膜エレメント８の内外の膜間に差圧を生ずる様にする。流量計３９で透過水量が０．２ｍ3／ｄａｙ・ｍ2を保つように、複数個の膜モジュール１の１部をろ過運転させ、同時に、残部を散気運転させる定透過水量運転を行った。たとえば、６個の膜モジュール１の１部（４個）である膜モジュール１、３、５、６をろ過運転するため、透過水側バルブ３１、３３、３５、３６を開とし、散気側バルブ４１、４３、４５、４６を閉とし、透過水を透過水パイプ３０を通して外部に取り出す。
【００４４】一方、残部（２個）の膜モジュール２、４を散気運転するため、透過水側バルブ３２、３４を閉とし、散気側バルブ４２、４４を開とし、送気パイプ４０を介して５０ｋＰａの圧力で、１リットル／分の空気量を圧送した。空気は平膜エレメント８内で不織布の透過側から供給側に不織布の外表面側に、付着物を除去しながら生物処理槽でもあるろ過処理槽５２内に吹き出し、散気管と同様に空気の散気効果がある。一定時間後、圧力計３９Ａ〜３９Ｆの表示または圧力計３９の表示から膜間差圧の増加した膜モジュールを見出し、４個の膜モジュールの１部分（少なくとも１個以上）は、ろ過運転から散気運転に切り替え、散気運転中の２個の膜モジュールの１部分（少なくとも１個以上）を散気運転からろ過運転に切り替える。そして、これらの運転切替操作を繰り返す。
【００４５】次に、以下の実施例で用いた部材および装置の性能試験の方法につき説明する。
（１）ろ過媒体である不織布の厚み不織布全体の厚みは、マイクロメーターにより測定した。
（２）表面の平均孔径不織布の平均孔径は、不織布の外表面を２００倍にて撮影した透過型電子顕微鏡写真の各空孔部を長方形とみなし、各空孔の縦と横の算術平均をそれぞれ算出した。各空孔の平均を不織布の平均孔径とみなした。また、高分子多孔質層の平均孔径は、多孔質層の外表面を１０，０００倍にて撮影した透過型電子顕微鏡写真の各空孔部を円とみなし、各空孔の直径をそれぞれ算出した。各空孔の直径の平均を多孔質層の平均孔径とみなした。
【００４６】（３）供給液濃度、透過水濃度および阻止率被処理液の供給液濃度Ｃｂおよび透過水濃度Ｃｐは、所定体積中に含まれる固形分をガラスフィルターによりろ過し、乾燥した後、秤量することにより算出した。阻止率は、上記の供給液濃度Ｃｂおよび透過水濃度Ｃｐから、次式、１−Ｃｐ／Ｃｂ、を定義して表わした。
【００４７】（４）ろ過膜の透過水量および膜間差圧ろ過膜の透過水量は、クロスフローろ過において、単位時間あたり単位膜面積あたりに透過する水の体積量で表わした。単位表示はｍ3／ｄａｙ・ｍ2で示す。また、ろ過膜の膜間差圧は、膜浸漬ろ過において、膜の供給側と透過側の圧力差とした。単位表示はｋＰａで示す。
【００４８】（５）平均透過水量平均透過水量は、ろ過運転と洗浄運転を繰り返すとき、各ろ過運転時において、ろ過開始時の透過水量と、ろ過停止直前、すなわち散気洗浄運転に移る直前の透過水量を測定し、次式、算術平均透過水量＝｛（ろ過開始時の透過水量）＋（ろ過停止直前の透過水量）｝／２を算出し、それぞれのろ過運転時の前記算術平均透過水量の平均値とした。
（６）平均膜間差圧平均膜間差圧は、ろ過運転と洗浄運転を繰り返すとき、各ろ過運転時において、ろ過開始時の膜間差圧と、ろ過運転してろ過停止直前、すなわち散気洗浄運転に移る直前の膜間差圧を測定し、次式、算術平均膜間差圧＝｛（ろ過開始時の膜間差圧）＋（ろ過停止直前の膜間差圧）｝／２を算出し、それぞれのろ過運転時の前記算術平均膜間差圧の平均値とした。
【００４９】（実施例１）実施例１では、ろ過膜として２層構造の不織布を使用した前述の図１に示す固液分離装置（Ａ）１０を用いて、ろ過運転および散気運転を行った場合である。図１において、平膜エレメント８を形成するろ過膜である不織布Ｈを用い、膜モジュール１に装着（全有効膜面積０．５ｍ2）した。この不織布は、５デニールのポリエチレンテレフタレート繊維を用いた１層の緻密層と緻密層の裏面に一体的に形成され緻密層を支持する１層の支持層からなる２層構造の不織布である。また、目付け量が８４９ｇ／ｍ2、通気性が２．０ｃ．ｃ．／ｃｍ2・ｓｅｃである。また、この不織布は、全体の厚みが１．４ｍｍ、緻密層の厚みが２５０μｍ、緻密層の外表面の平均孔径が１０μｍ、空隙率が６０％であり、支持層の平均孔径が５０μｍである。生物処理槽１２内の活性汚泥被処理液１１は姫路市の揖保川浄化センターにて採取した活性汚泥処理排水（ＭＬＳＳ濃度が５，０００ｐｐｍ、粒子径が２〜１００μｍ）を用いた。
【００５０】固液分離装置（Ａ）１０の運転は、まず、温度２０℃において、送液ポンプ１４を稼働し、不織布の膜間差圧が２０ｋＰａ、被処理液１１の供給液水量が５リットル／時の条件下で膜モジュールユニット１３と生物処理槽１２間を循環させながら定圧運転でクロスフローろ過運転を行った。６個の膜モジュール１は後述の表１に示す運転条件でろ過運転と散気運転を繰り返した。すなわち 始めの１時間は膜モジュール番号１、３、５、６をろ過運転し、膜モジュール番号２、４を散気運転とした。このとき、透過水取出手段である透過水バルブは番号３１、３３、３５、３６を開、番号３２、３４を閉とし、気体送付手段である散気側バルブは番号４１、４３、４５、４６を閉、番号４２、４４を開とする。
【００５１】そして、送液ポンプ１４により生物処理層１２から膜モジュールユニット１３の膜モジュール１、３、５、６に送られた被処理液１１は、２０ｋＰａの膜間差圧により平膜エレメント８の不織布の外表面より透過側に透過する。透過した清澄な透過水はメッシュを通り上側の通路口より透過水パイプ３０および透過水バルブ３１、３３、３５、３６を通って集められ、外部の図示していない透過水貯留槽に取り出される。同時に、外部の空気供給源より圧送された空気は、送気パイプ４０を通り散気側バルブ３２、３４を介して膜モジュール２、４の平膜エレメント８の透過側から不織布を通り供給側に圧送され、被処理液１１内に散気する。
【００５２】このとき不織布の外表面に付着した汚泥等は剥がれる。また、被処理液１１内の空気は膜モジュールユニット１３内および生物処理槽１２内の活性汚泥等と生物反応をする。次いで、２時間目から１時間は膜モジュール番号１、２、４、６をろ過運転し、また、流量計３９Ｃ，３９Ｅで透過水の流量が５０％に減少した膜モジュール番号３、５を散気運転とした。このときも前記同様に、透過水バルブおよび散気側バルブを膜モジュールに対応して開閉した。さらに、３時間目および４時間目も同様にろ過運転、散気運転およびバルブの開閉切り替え操作をした。
【００５３】そして、これらの運転切替操作時に１時間毎に性能試験として透過水量を測定し、平均透過水量を算出した。結果を表１に示す。また、阻止率は０．９以上であった。この実施例１のろ過運転および散気運転を同時にかつ、繰り返し実施した結果と、後述の散気運転を行わなかった比較例１の結果とを比較することにより、本発明の固液分離装置の運転方法は、洗浄を兼ねた散気運転により極めて高い平均透過水量（０．９ｍ3／ｄａｙ・ｍ2）を有し、かつ長期的に高い透過水量を保持しているという優れた効果を有することが解る。また、不織布は破損等もなく十分な機械的強度を有している。さらに、これらの散気運転時に、酸素含有気体（空気）を使用するので、散気運転の装置が不要となる、また、ろ過運転と散気運転の切替操作が弁の切り替えのみで済み、処理後の処理剤の処理等もなく、洗浄処理が極めて簡単で迅速で、効率のよいろ過運転および洗浄・散気運転をすることができるという効果がある。
【００５４】（実施例２）実施例２では、ろ過膜として、不織布の外表面に高分子多孔質層を設けた表面処理不織布を用いた場合であり、まず、表面処理不織布の製法につき説明する。高分子多孔質層は、アクリロニトリル−ビニルピロリドン共重合体（アクリロニトリル９５モル％）１５重量％のＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液１０重量部に酢酸３−メトキシブチルを２重量部を添加したドープを調製した。
【００５５】このドープ液をコーターバーを用いて、全体の膜厚１．７８ｍｍ、表面平均孔径１５μmの不織布ＦＣ３１０５（日本バイリーン社製）上に流延し、温度６０℃、湿度９５％ＲＨのもと、３０分間乾燥した後、温度８０℃にて１２時間乾燥した。得られた表面処理不織布の高分子多孔質層の厚みは２０μｍ、平均孔径は０．５μｍであった。この表面処理不織布を用いて、平膜エレメントを作製し、さらにこの平膜エレメントを用いて６個の膜モジュールを作製した。実施例２では、実施例１における不織布Ｈの代わりにこの表面処理不織布を用い、運転条件を表１に示すように行った以外は実施例１と同じ様に行った。平均透過水量を表１に示す。阻止率は０．９以上であった。結果は表１に示すように、ろ過膜が表面処理不織布を用いた場合も、実施例１と同様に、極めて高い平均透過水量を得ることができ、かつ実施例１と同様に優れた効果を得ることができた。
【００５６】（実施例３）実施例３では、実施例１におけるクロスフロー型固液分離装置１０の代わりに前述の図２に示す浸漬型固液分離装置（Ｂ）５０を用いた場合である。ろ過膜は実施例１と同じ不織布を用い、ろ過処理槽５２内の被処理液１１は実施例１と同じものを用いた。６個の膜モジュール１の運転条件は実施例１と同様に実施した。すなわち 始めの１時間は膜モジュール番号１、３、５、６をろ過運転し、膜モジュール番号２、４を散気運転とした。このとき、透過水取出手段である透過水バルブは番号３１、３３、３５、３６を開、番号３２、３４を閉とし、気体送付手段である散気側バルブは番号４１、４３、４５、４６を閉、番号４２、４４を開とする。
【００５７】そして、吸引ポンプ５４を駆動して、膜モジュール１内の平膜エレメント８の内外の膜間に差圧を生ずる様にし、流量計３９で透過水量が０．２ｍ3／ｄａｙ・ｍ2を保つように、膜モジュール１の１部（４個）をろ過運転させ、残部（２個）を散気運転させる定透過水量運転を行った。次いで、２時間目、３時間目、４時間目には、表１に示す様に、圧力計３９Ａ〜３９Ｆの圧力が約５０％増加したそれぞれ２個の膜モジュールを散気運転およびろ過運転に繰り返し切り替えた。この間の膜間差圧を測定し、性能試験をした。平均膜間差圧を表１に示す。結果は散気運転を実施しない比較例２と比較し、優れた結果を示している。また、実施例１と同様に優れた効果を得ることができた。
【００５８】（実施例４）実施例４では、実施例３における各膜モジュールの運転条件を表１に示す様に変えることのみで、他は実施例３と同じ条件で実施した。すなわち、不織布Ｈを用い、６個の膜モジュールを番号１、３、５と番号２、４、６に分割し、ろ過運転と散気運転を１時間毎に交互に実施したものである。平均膜間差圧を表１に示す。阻止率は０．９以上であった。実施例３と同様に優れた結果を示した。また、実施例１と同様に優れた効果を得ることができた。
【００５９】（実施例５）実施例５では、実施例４において、ろ過膜を不織布Ｈに代えて不織布ＦＣ３１０５（日本バイリーン社製）を用いて、膜モジュールを作製した場合である。運転条件は表１に示す様に実施例４と同じ運転条件で行なった。平均膜間差圧を表１に示す。阻止率は０．９以上であった。実施例４と同様に優れた結果を示した。また、実施例１と同様に優れた効果を得ることができた。
【００６０】（比較例１）実施例１で用いた不織布Ｈからなる膜モジュールを固液分離装置（Ａ）１０に用い、生物処理槽内に別個の散気管を設けて、表１に示す運転条件にて行なった。すなわち、６個の膜モジュールのすべてをろ過運転のみ実施した場合である。平均透過水量を表１に示す。
【００６１】（比較例２）実施例３で用いた不織布Ｈからなる膜モジュールを固液分離装置（Ｂ）５０に用い、生物処理槽内に別個に散気管を設けて、表１に示す運転条件にて行なった。平均膜間差圧を表１に示す。
【００６２】
【表１】

【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固液分離装置およびその運転方法によれば、活性汚泥等を含む生物処理槽内の被処理液をろ過し、清澄な透過水を得る固液分離処理をするに際し、生物処理槽の濃度変化もなく、生物処理槽に生物反応に必要な十分な酸素が供給でき、洗浄液の処理等も不要で、かつ膜面の汚染や膜面に付着した懸濁物の洗浄操作が簡単であり、さらに、ろ過膜の機械的強度も強く、長期的に高い透過水量が維持でき、効率のよい洗浄・散気運転をすることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００２９０１
【氏名又は名称】ダイセル化学工業株式会社
【出願日】 平成１０年７月９日（１９９８．７．９）
【代理人】 【識別番号】１０００９０４９１
【弁理士】
【氏名又は名称】三浦 良和
【公開番号】 特開２０００−２４６５９（Ｐ２０００−２４６５９Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２５日（２０００．１．２５）
【出願番号】 特願平１０−２１０３９６