多级浸没式膜分离装置和膜分离方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多级浸没式膜分离装置，并且涉及使用这种膜分离装置的膜分离方 法，在所述装置中，在净化污水和工业废水时，通过使用过滤分离膜来执行水和污泥之间的 分离。
【背景技术】
[0002] 关于净化污水和工业废水的手段，已知有向废水中的微生物提供酶的方法、将水 混合到活性污泥中且之后执行分离处理的方法(膜生物反应器方法，简称MBR方法）等等。 在通过使用均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器方法中， 为了抑制"结垢"，这是由于活性污泥成分累积在分离膜面上而导致堵塞分离膜的现象，而 使用由来自分离膜下方的曝气沿竖直方向生成的气液混合流，对活性污泥进行过滤，同时 清洁分离膜面。作为在这样的膜生物反应器方法中可用的膜分离装置的示例，已经提出了 具有以多级方式竖直地堆叠的多个膜盒(膜单元）的多级膜分离装置(专利文献1)。
[0003] 然而，具有彼此上下叠置的多个膜单元的多级膜分离装置相比于单级膜分离装置 具有较大水深，并且因此倾向于在最下部生成的气泡由于液压压力而尺寸较小并且在向上 运动的同时逐渐增大到较大尺寸。由气液混合流产生的膜面清洁力响应于气泡尺寸的增加 而变得更大，并且因此空气-扩散清洁效果易于在放置在最下级的膜单元比在放置在其他 级处的膜单元中更小，并且易于在放置在上级处的膜单元中较大。因此，具有相对小的有效 面积的下级膜单元倾向于在较早的时间遭受堵塞(结垢)。虽然结垢的膜单元需要通过从槽 中取出并清洁或用新的更换来恢复性能，不过例如由于甚至上级膜单元也必须被取出而使 得性能恢复的工作变得复杂。因此，问题是要通过尽可能防止下级膜单元堵塞来降低取出 和清洁膜单元的频率。
[0004] 在这种情况下，已经提出了一种操作多级浸没式膜分离装置的方法，其目的在于 通过如下设计膜来简化更换工作：膜的待放置位置越高，它们越能够以更高的流量渗透水， 从而上级膜的污染的发展要快于下级膜的污染的发展，并且能够使上级和下级膜的堵塞周 期同步(专利文献2)。
[0005] 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开平10-334835 专利文献2 :日本专利第3659833号公报。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的问题 然而，上述传统的多级浸没式膜分离装置仍具有改进空间，以便使结合在其中的过滤 膜工作更长时间。
[0007] 因此本发明目的在于提供一种能够更长时间稳定地进行过滤的多级浸没式膜分 离装置。
[0008] 解决问题的手段 通过鉴于上述情况进行了深入的研宄，本发明的发明人们发现，在多级浸没式膜分离 装置中，安装通过使用过滤阻力不同的膜单元而构成的膜模块允许延长发生跨膜堵塞或等 效地出现清洁膜的必要性之前经过的运转时间，并且同时使得能够调节膜清洁的时刻，以 便多个膜单元的清洁时刻相同，从而实现本发明。
[0009] gp，本发明涉及下列项目〈1>至〈8>。
[0010] 〈1> 一种多级浸没式膜分离装置，包括： 膜模块，具有以多级方式竖直地堆叠的多个膜单元，在每个膜单元中设置有多个平坦 片状膜元件，每个平坦片状膜元件均具有片状分离膜； 被处理水容纳槽，其中容纳有被处理水，并且所述膜模块以浸没状态放置在所述被处 理水中；以及 安装在所述膜模块下方的空气扩散器， 其中放置在最下级的膜单元的污泥过滤阻力或纯水渗透阻力比任何放置的级高于放 置在所述最下级的膜单元的膜单元低。
[0011] 〈2>根据〈1>所述的多级浸没式膜分离装置，其中放置在所述最下级的膜单元的 污泥过滤阻力或纯水渗透阻力比任何其他的膜单元至少低10%。
[0012] 〈3>根据〈1>或〈2>所述的多级浸没式膜分离装置，其中放置在所述最下级的膜单 元中所安装的平坦片状膜元件的数量比任何放置的级高于放置在所述最下级的膜单元的 膜单元多。
[0013] 〈4>根据〈1>至〈3>中任意一项所述的多级浸没式膜分离装置，其中每个所述膜单 元均具有与其连通且传送已经穿过所述分离膜的渗透物的渗透物管线，并且 与所述膜模块中的放置在最下级的膜单元连通的渗透物管线连接到与放置的级高于 放置在所述最下级的膜单元的任意的膜单元连通的渗透物管线。
[0014] 〈5>根据〈4>所述的多级浸没式膜分离装置，其中对放置在所述最下级的膜单元 中的渗透物流量和任何放置的级高于放置在所述最下级的膜单元且与连接到与放置在所 述最下级的膜单元连通的渗透物管线的渗透物管线连通的膜单元中的渗透物流量分别进 行控制，使得放置在所述最下级的膜单元的跨膜压差几乎等于任意膜单元的跨膜压差。
[0015] 〈6>根据〈1>至〈5>中任意一项所述的多级浸没式膜分离装置，其中每个所述膜单 元均具有与其连通且传送已经穿过所述分离膜的渗透物的渗透物管线，并且 所述装置还包括流量控制机构，该流量控制机构能够独立地控制通过与所述膜模块中 的放置在最下级的膜单元连通的渗透物管线传送的渗透物流量、和通过与放置的级高于放 置在所述最下级的膜单元的任意的膜单元连通的渗透物管线传送的渗透物流量。
[0016] 〈7>-种使用多级浸没式膜分离装置的膜分离方法，所述多级浸没式膜分离装置 包括：膜模块，具有以多级方式竖直地堆叠的多个膜单元，在每个膜单元中设置有多个平坦 片状膜元件，每个平坦片状膜元件均具有片状分离膜；被处理水容纳槽，其中容纳有被处理 水，并且所述膜模块以浸没状态放置在所述被处理水中；以及安装在所述膜模块下方的空 气扩散器，其中放置在最下级的膜单元的污泥过滤阻力或纯水渗透阻力比任何放置的级高 于放置在所述最下级的膜单元的膜单元低。
[0017] 〈8>根据〈7>所述的膜分离方法，其中将穿过放置在所述膜模块中的最下级的膜 单元的分离膜的渗透物流量控制成小于穿过放置的级高于放置在所述最下级的膜单元的 任意的膜单元的分离膜的渗透物流量，并且控制成使得这些流量之间的差成为10%以下。
[0018] 本发明的优点 根据本发明，污泥过滤阻力或纯水渗透阻力低的膜单元放置在膜模块的最下级，从而 能够延长当膜被堵塞时或等效地膜单元需要清洁时之前经过的装置运转时间。此外，将多 个膜单元的堵塞时间控制成使得它们是同步的。因此能够实现装置的高效维护。
【附图说明】
[0019] [图1]图1是表示根据本发明实施方式的多级浸没式膜分离装置的立体图。
[0020] [图2]图2是示出根据本发明一个实施方式的多级浸没式膜分离系统的示意图。
[0021] [图3]图3是示出根据本发明另一实施方式的多级浸没式膜分离系统的示意图。
[0022] [图4]图4是表示在膜单元内部彼此相邻的两个平坦片状膜元件的立体图。
[0023] [图5]图5是示出膜渗透性阻力测量设备的示意图。
[0024] [图6]图6是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例1中的过 滤压差的变化。
[0025] [图7]图7是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例2中的过 滤压差的变化。
[0026] [图8]图8是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例3中的过 滤压差的变化。
[0027] [图9]图9是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例4中的过 滤压差的变化。
[0028] [图10]图10是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例5中的 过滤压差的变化。
[0029] [图11]图11是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例6中的 过滤压差的变化。
[0030] [图12]图12是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例7中的 过滤压差的变化。
[0031] [图13]图13是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了比较例1中 的过滤压差的变化。
[0032] [图14]图14是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了示例8中的 过滤流量变化和过滤压差的变化。
[0033] [图15]图15是由长期稳定运转测试的结果绘制的图表，其中示出了比较例2中 的过滤流量变化和过滤压差的变化。
【具体实施方式】
[0034] 现在将更详细地说明本发明，不过本发明不应该解释为被限制为以下实施方式。 并且在实施本发明时，在不脱离本发明的主旨的情况下，能够任意地做出改变和修改。
[0035] 关于根据本发明的多级浸没式膜分离装置(下文中也称为"本装置")，下面参考如 图1-图3所示的具有两个膜单元的多级浸没式膜分离装置的例示来说明本发明。
[0036] 图1中所示的多级浸没式膜分离装置具有膜模块12,在膜模块12中竖直地放置两 个膜单元，即膜单元IlA和膜单元11B。如图2和图3所示，膜模块12浸没在容纳