多級浸沒式膜分離裝置和膜分離方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及多級浸沒式膜分離裝置，并且涉及使用這種膜分離裝置的膜分離方 法，在所述裝置中，在凈化污水和工業廢水時，通過使用過濾分離膜來執行水和污泥之間的 分離。
【背景技術】
[0002] 關于凈化污水和工業廢水的手段，已知有向廢水中的微生物提供酶的方法、將水 混合到活性污泥中且之后執行分離處理的方法(膜生物反應器方法，簡稱MBR方法）等等。 在通過使用均具有多個孔的分離膜將活性污泥分離成固體和液體的膜生物反應器方法中， 為了抑制"結垢"，這是由于活性污泥成分累積在分離膜面上而導致堵塞分離膜的現象，而 使用由來自分離膜下方的曝氣沿豎直方向生成的氣液混合流，對活性污泥進行過濾，同時 清潔分離膜面。作為在這樣的膜生物反應器方法中可用的膜分離裝置的示例，已經提出了 具有以多級方式豎直地堆疊的多個膜盒(膜單元）的多級膜分離裝置(專利文獻1)。
[0003] 然而，具有彼此上下疊置的多個膜單元的多級膜分離裝置相比于單級膜分離裝置 具有較大水深，并且因此傾向于在最下部生成的氣泡由于液壓壓力而尺寸較小并且在向上 運動的同時逐漸增大到較大尺寸。由氣液混合流產生的膜面清潔力響應于氣泡尺寸的增加 而變得更大，并且因此空氣-擴散清潔效果易于在放置在最下級的膜單元比在放置在其他 級處的膜單元中更小，并且易于在放置在上級處的膜單元中較大。因此，具有相對小的有效 面積的下級膜單元傾向于在較早的時間遭受堵塞(結垢)。雖然結垢的膜單元需要通過從槽 中取出并清潔或用新的更換來恢復性能，不過例如由于甚至上級膜單元也必須被取出而使 得性能恢復的工作變得復雜。因此，問題是要通過盡可能防止下級膜單元堵塞來降低取出 和清潔膜單元的頻率。
[0004] 在這種情況下，已經提出了一種操作多級浸沒式膜分離裝置的方法，其目的在于 通過如下設計膜來簡化更換工作：膜的待放置位置越高，它們越能夠以更高的流量滲透水， 從而上級膜的污染的發展要快于下級膜的污染的發展，并且能夠使上級和下級膜的堵塞周 期同步(專利文獻2)。
[0005] 現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1 :日本特開平10-334835 專利文獻2 :日本專利第3659833號公報。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的問題 然而，上述傳統的多級浸沒式膜分離裝置仍具有改進空間，以便使結合在其中的過濾 膜工作更長時間。
[0007] 因此本發明目的在于提供一種能夠更長時間穩定地進行過濾的多級浸沒式膜分 離裝置。
[0008] 解決問題的手段 通過鑒于上述情況進行了深入的研宄，本發明的發明人們發現，在多級浸沒式膜分離 裝置中，安裝通過使用過濾阻力不同的膜單元而構成的膜模塊允許延長發生跨膜堵塞或等 效地出現清潔膜的必要性之前經過的運轉時間，并且同時使得能夠調節膜清潔的時刻，以 便多個膜單元的清潔時刻相同，從而實現本發明。
[0009] gp，本發明涉及下列項目〈1>至〈8>。
[0010] 〈1> 一種多級浸沒式膜分離裝置，包括： 膜模塊，具有以多級方式豎直地堆疊的多個膜單元，在每個膜單元中設置有多個平坦 片狀膜元件，每個平坦片狀膜元件均具有片狀分離膜； 被處理水容納槽，其中容納有被處理水，并且所述膜模塊以浸沒狀態放置在所述被處 理水中；以及 安裝在所述膜模塊下方的空氣擴散器， 其中放置在最下級的膜單元的污泥過濾阻力或純水滲透阻力比任何放置的級高于放 置在所述最下級的膜單元的膜單元低。
[0011] 〈2>根據〈1>所述的多級浸沒式膜分離裝置，其中放置在所述最下級的膜單元的 污泥過濾阻力或純水滲透阻力比任何其他的膜單元至少低10%。
[0012] 〈3>根據〈1>或〈2>所述的多級浸沒式膜分離裝置，其中放置在所述最下級的膜單 元中所安裝的平坦片狀膜元件的數量比任何放置的級高于放置在所述最下級的膜單元的 膜單元多。
[0013] 〈4>根據〈1>至〈3>中任意一項所述的多級浸沒式膜分離裝置，其中每個所述膜單 元均具有與其連通且傳送已經穿過所述分離膜的滲透物的滲透物管線，并且 與所述膜模塊中的放置在最下級的膜單元連通的滲透物管線連接到與放置的級高于 放置在所述最下級的膜單元的任意的膜單元連通的滲透物管線。
[0014] 〈5>根據〈4>所述的多級浸沒式膜分離裝置，其中對放置在所述最下級的膜單元 中的滲透物流量和任何放置的級高于放置在所述最下級的膜單元且與連接到與放置在所 述最下級的膜單元連通的滲透物管線的滲透物管線連通的膜單元中的滲透物流量分別進 行控制，使得放置在所述最下級的膜單元的跨膜壓差幾乎等于任意膜單元的跨膜壓差。
[0015] 〈6>根據〈1>至〈5>中任意一項所述的多級浸沒式膜分離裝置，其中每個所述膜單 元均具有與其連通且傳送已經穿過所述分離膜的滲透物的滲透物管線，并且 所述裝置還包括流量控制機構，該流量控制機構能夠獨立地控制通過與所述膜模塊中 的放置在最下級的膜單元連通的滲透物管線傳送的滲透物流量、和通過與放置的級高于放 置在所述最下級的膜單元的任意的膜單元連通的滲透物管線傳送的滲透物流量。
[0016] 〈7>-種使用多級浸沒式膜分離裝置的膜分離方法，所述多級浸沒式膜分離裝置 包括：膜模塊，具有以多級方式豎直地堆疊的多個膜單元，在每個膜單元中設置有多個平坦 片狀膜元件，每個平坦片狀膜元件均具有片狀分離膜；被處理水容納槽，其中容納有被處理 水，并且所述膜模塊以浸沒狀態放置在所述被處理水中；以及安裝在所述膜模塊下方的空 氣擴散器，其中放置在最下級的膜單元的污泥過濾阻力或純水滲透阻力比任何放置的級高 于放置在所述最下級的膜單元的膜單元低。
[0017] 〈8>根據〈7>所述的膜分離方法，其中將穿過放置在所述膜模塊中的最下級的膜 單元的分離膜的滲透物流量控制成小于穿過放置的級高于放置在所述最下級的膜單元的 任意的膜單元的分離膜的滲透物流量，并且控制成使得這些流量之間的差成為10%以下。
[0018] 本發明的優點 根據本發明，污泥過濾阻力或純水滲透阻力低的膜單元放置在膜模塊的最下級，從而 能夠延長當膜被堵塞時或等效地膜單元需要清潔時之前經過的裝置運轉時間。此外，將多 個膜單元的堵塞時間控制成使得它們是同步的。因此能夠實現裝置的高效維護。
【附圖說明】
[0019] [圖1]圖1是表示根據本發明實施方式的多級浸沒式膜分離裝置的立體圖。
[0020] [圖2]圖2是示出根據本發明一個實施方式的多級浸沒式膜分離系統的示意圖。
[0021] [圖3]圖3是示出根據本發明另一實施方式的多級浸沒式膜分離系統的示意圖。
[0022] [圖4]圖4是表示在膜單元內部彼此相鄰的兩個平坦片狀膜元件的立體圖。
[0023] [圖5]圖5是示出膜滲透性阻力測量設備的示意圖。
[0024] [圖6]圖6是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例1中的過 濾壓差的變化。
[0025] [圖7]圖7是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例2中的過 濾壓差的變化。
[0026] [圖8]圖8是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例3中的過 濾壓差的變化。
[0027] [圖9]圖9是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例4中的過 濾壓差的變化。
[0028] [圖10]圖10是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例5中的 過濾壓差的變化。
[0029] [圖11]圖11是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例6中的 過濾壓差的變化。
[0030] [圖12]圖12是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例7中的 過濾壓差的變化。
[0031] [圖13]圖13是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了比較例1中 的過濾壓差的變化。
[0032] [圖14]圖14是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了示例8中的 過濾流量變化和過濾壓差的變化。
[0033] [圖15]圖15是由長期穩定運轉測試的結果繪制的圖表，其中示出了比較例2中 的過濾流量變化和過濾壓差的變化。
【具體實施方式】
[0034] 現在將更詳細地說明本發明，不過本發明不應該解釋為被限制為以下實施方式。 并且在實施本發明時，在不脫離本發明的主旨的情況下，能夠任意地做出改變和修改。
[0035] 關于根據本發明的多級浸沒式膜分離裝置(下文中也稱為"本裝置")，下面參考如 圖1-圖3所示的具有兩個膜單元的多級浸沒式膜分離裝置的例示來說明本發明。
[0036] 圖1中所示的多級浸沒式膜分離裝置具有膜模塊12,在膜模塊12中豎直地放置兩 個膜單元，即膜單元IlA和膜單元11B。如圖2和圖3所示，膜模塊12浸沒在容納