多段式浸渍型膜分离装置以及膜分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种多段式浸渍型膜分离装置，在净化生活污水和工业废水的情况下 通过使用过滤分离膜在该装置中进行水和污泥的分离，并且本发明还涉及使用这种膜分离 装置的膜分离方法。
【背景技术】
[0002] 关于净化生活污水和工业废水的方法，已知一种向废水中的微生物提供酶的方 法，一种将水混入活性污泥然后进行分离处理（膜生物反应方法，简称MBR方法）的方法 等等。在通过使用各具有多个孔的分离膜将活性污泥分离成固体和液体的膜生物反应方 法中，活性污泥被过滤而分离膜表面利用通过从分离膜下方在垂直方向上曝气而产生的 气-液混合流清洗，以抑制"结垢" 一一 "结垢"是一种现象，即由活性污泥成分在分离膜表 面的积聚导致的分离膜堵塞。作为这种膜生物反应方法中可用的膜分离装置的一个示例， 已提出具有在竖直方向上堆叠成段的多个膜箱（膜单元）的多段式膜分离装置（专利文献 1)〇
[0003] 已知在竖直方向上堆叠的膜单元的过滤性能在各段之间不同，并且在下段膜单元 中较早发生堵塞。可能的原因之一是在使用MBR方法的多段式膜分离装置中从下段向上段 通过曝气供给活性污泥，以及在下段膜单元处的过滤仅从污泥中去除水，并且朝向较高的 段污泥浓度和过滤阻力增加。这可能导致过滤阻力已增大的上段膜单元堵塞。为了长时间 稳定的装置运行，公开了一种方法，其中在上段和下段之间设置孔口以接收污泥和防止上 段膜单元堵塞（专利文献2)。
[0004] 在MBR中，在最低部分进行曝气的同时，从不暴露至曝气的膜单元外部吸入污泥， 由此产生气液混合流。这样，在膜单元的下部，污泥进入膜单元倾向于导致气液混合流朝向 中心集中。因此，最下段的膜单元仅在与气液混合流有接触的膜表面的中心部分被清洗，不 与气液混合流接触的膜中孔隙迅速被堵塞，因此有效的膜面积被限制。在这种情况下，孔隙 的堵塞被认为是在最下段膜单元中比上段膜单元中更快地发生。
[0005] 在待处理水的流入由于降雨或其它原因而临时增加的情况下，认为可以增加MBR 装置的过滤通量或提供备用的MBR装置。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献 1 :JP-A-2000-157848
[0009] 专利文献2 :日本专利No. 4107819
【发明内容】
[0010] 本发明要解决的问题
[0011] 然而，在意图用于应付待处理水的临时流量增加的多段式浸渍型膜分离装置中， 如同现有技术一样增加MBR装置的过滤通量造成特别是下段膜单元中的膜堵塞，以及装置 不能过滤。提供备用的MBR装置增加了装置的总体尺寸。
[0012] 另外，由于污泥流从下段膜单元到上段膜单元非常快的通过，专利文献2的方法 不足以克服上段和下段之间的膜过滤性能差，并且常常不能抑制最下段的膜单元的性能下 降。
[0013] 因此，本发明的目的是提供一种多段式浸渍型膜分离装置，其能甚至在下段单元 中发生膜堵塞时临时增加装置的总过滤通量，并且能有效地运行整个膜分离装置。
[0014] 用于解决所述问题的方法
[0015] 在这些情形下，本发明人进行深入细致的研究，并发现了多段式浸渍型膜分离装 置的总过滤通量可以通过一种膜组件临时增加一一该膜组件通过组合具有不同过滤阻力 或纯水渗透阻力的膜单元配置而成。本发明基于该发现完成。
[0016] 换句话说，本发明涉及以下项〈1>至〈8>。
[0017] 〈1>多段式浸渍型膜分离装置包括：
[0018] 膜组件，具有在竖直方向上分段堆叠的多个膜单元，每个膜单元中布置有各自具 有片状分离膜的多个平片膜元件；
[0019] 待处理水的储罐，在该储罐中存储待处理的水并且膜组件被放置成浸渍在待处理 的水中的状态；和
[0020] 空气扩散器，安装在膜组件的下方，
[0021] 其中放置在最下段的膜单元的污泥过滤阻力或纯水渗透阻力大于放置在比位于 最下段的膜单元高的段上的任何膜单元。
[0022] 〈2>根据〈1>所述的多段式浸渍型膜分离装置，其中放置在最下段的膜单元的污 泥过滤阻力或纯水渗透阻力比任何其它膜单元高至少10%。
[0023] 〈3>根据〈1>或〈2>所述的多段式浸渍型膜分离装置，其中安装在放置于最下段的 膜单元中的平片膜元件的数量比安装在放置于比位于最下段的膜单元高的段上的任何膜 单元中的平片膜元件的数量少。
[0024] 〈4>根据〈1>至〈3>中任一项所述的多段式浸渍型膜分离装置，其中每一个膜单元 都具有与其连通并传送已透过分离膜的透过液的透过液配管，以及
[0025] 与放置在膜组件中最下段的膜单元连通的透过液配管连接至与放置在比位于最 下段的膜单元高的段上的任何膜单元连通的透过液配管。
[0026] 〈5>根据〈4>所述的多段式浸渍型膜分离装置，其中放置在最下段的膜单元中的 透过液流量和放置在比位于最下段的膜单元高的段上并与连接至与最下段膜单元连通的 透过液配管的透过液配管连通的任何膜单元中的透过液流量分别被控制成使得放置在最 下段的膜单元的跨膜压差几乎等于所述任何膜单元的跨膜压差。
[0027] 〈6>根据〈1>至〈5>中任一项所述的多段式浸渍型膜分离装置，其中每个膜单元都 有一个与其连通并传送已透过分离膜的透过液的透过液配管，和
[0028] 该装置还包括流量控制装置，该流量控制装置能够独立控制通过与放置在膜组件 的最下段的膜单元连通的透过液配管传送的透过液的流量，以及通过与放置在比位于最下 段的膜单元高的段上的任何膜单元连通的透过液配管传送的透过液的流量。
[0029] 〈7> -种使用多段式浸渍型膜分离装置的膜分离方法，该分离装置包括：具有在 竖直方向上分段堆叠的多个膜单元的膜组件，每一个膜单元中布置有多个各自具有片状分 离膜的平片膜元件；待处理水的储罐，在该储罐中存储待处理的水，并且膜组件设置成浸渍 在待处理的水中；以及安装在膜组件下方的空气扩散器，其中放置在最下段的膜单元的污 泥过滤阻力或纯水渗透阻力比放置在比位于最下段的膜单元高的段上的任何膜单元都高。
[0030] 〈8>根据〈7>所述的膜分离方法，其中通过放置在膜组件的最下段的膜单元的分 离膜的透过液的流量被控制成为比通过设置在比位于最下段的膜单元高的段上的任何膜 单元的分离膜的透过液的流量低，并且控制成使得这些流量之间的差变成10 %或更低。
[0031] 本发明的优势
[0032] 本发明可以通过在膜组件的最下段放置具有相对较高的抵抗污泥的过滤阻力或 纯水渗透阻力的膜单元来实现更高的过滤通量。膜单元的这种有效设置使得即使在临时增 加了过滤通量的条件下也能够进行有效的固液分离，并且使得可以处理临时的流量增大， 例如由于下雨或其它原因导致的待处理的水的流量临时增大。本发明还使得能将膜分离装 置整体中的膜有效利用，并且可以降低膜过滤阻力增大的速度，以减少化学清洗的频率。
【附图说明】
[0033] 图1是透视图，示出了根据本发明的实施方式的多段式浸渍型膜分离装置。
[0034] 图2是示意图，示出了根据本发明的一个实施方式的多段式浸渍型膜分离装置。
[0035] 图3是透视图，示出了在膜单元的内部空间中相互邻近的两个平片膜元件。
[0036] 图4是示意图，示出了膜渗透阻力测量设备。
[0037] 图5是由操作测试的结果绘出的图表，其中示出了实施例1中的过滤压力差的变 化。
[0038] 图6是由操作测试的结果绘出的图表，其中示出了实施例2中的过滤压力差的变 化。
[0039] 图7是由操作测试的结果绘出的图表，其中示出了比较例1中的过滤压力差的变 化。
[0040] 图8是由操作测试的结果绘出的图表，其中示出了比较例2中的过滤压力差的变 化。
【具体实施方式】
[0041] 现在将更详细地对本发明进行说明，但本发明并不限于以下的实施方式。在实施 本发明时，可以任意实施修改和变型而不脱离本发明的主旨。
[0042]对于根据本发明的多段式浸渍型膜分离装置（下文也称为"本发明的装置"），下 面参照图1和2中示出的具有两个膜单元的多段式浸渍型膜分离装置的实施例来说明本发 明。
[0043] 图1中示出的多段式浸渍型膜分离装置具有膜组件12,该膜组件中具有在竖直方 向上放置的两个膜单元：膜单元11A和膜单元11B。如图2所示，膜组件12被浸渍在储存 于待处理水储罐13中的待处理的水中。
[0044] 在每个膜单元中，如图3所示，具有片状分离膜的多个平片膜元件101以给定间距 设置以使其膜面平行。每个平片膜元件都是具有片状分离膜的元件，并且例如