多段式浸漬型膜分離裝置以及膜分離方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種多段式浸漬型膜分離裝置，在凈化生活污水和工業廢水的情況下 通過使用過濾分離膜在該裝置中進行水和污泥的分離，并且本發明還涉及使用這種膜分離 裝置的膜分離方法。
【背景技術】
[0002] 關于凈化生活污水和工業廢水的方法，已知一種向廢水中的微生物提供酶的方 法，一種將水混入活性污泥然后進行分離處理（膜生物反應方法，簡稱MBR方法）的方法 等等。在通過使用各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方 法中，活性污泥被過濾而分離膜表面利用通過從分離膜下方在垂直方向上曝氣而產生的 氣-液混合流清洗，以抑制"結垢" 一一 "結垢"是一種現象，即由活性污泥成分在分離膜表 面的積聚導致的分離膜堵塞。作為這種膜生物反應方法中可用的膜分離裝置的一個示例， 已提出具有在豎直方向上堆疊成段的多個膜箱（膜單元）的多段式膜分離裝置（專利文獻 1)〇
[0003] 已知在豎直方向上堆疊的膜單元的過濾性能在各段之間不同，并且在下段膜單元 中較早發生堵塞。可能的原因之一是在使用MBR方法的多段式膜分離裝置中從下段向上段 通過曝氣供給活性污泥，以及在下段膜單元處的過濾僅從污泥中去除水，并且朝向較高的 段污泥濃度和過濾阻力增加。這可能導致過濾阻力已增大的上段膜單元堵塞。為了長時間 穩定的裝置運行，公開了一種方法，其中在上段和下段之間設置孔口以接收污泥和防止上 段膜單元堵塞（專利文獻2)。
[0004] 在MBR中，在最低部分進行曝氣的同時，從不暴露至曝氣的膜單元外部吸入污泥， 由此產生氣液混合流。這樣，在膜單元的下部，污泥進入膜單元傾向于導致氣液混合流朝向 中心集中。因此，最下段的膜單元僅在與氣液混合流有接觸的膜表面的中心部分被清洗，不 與氣液混合流接觸的膜中孔隙迅速被堵塞，因此有效的膜面積被限制。在這種情況下，孔隙 的堵塞被認為是在最下段膜單元中比上段膜單元中更快地發生。
[0005] 在待處理水的流入由于降雨或其它原因而臨時增加的情況下，認為可以增加MBR 裝置的過濾通量或提供備用的MBR裝置。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 專利文獻 1 :JP-A-
[0009] 專利文獻2 :日本專利No. 4107819

【發明內容】

[0010] 本發明要解決的問題
[0011] 然而，在意圖用于應付待處理水的臨時流量增加的多段式浸漬型膜分離裝置中， 如同現有技術一樣增加MBR裝置的過濾通量造成特別是下段膜單元中的膜堵塞，以及裝置 不能過濾。提供備用的MBR裝置增加了裝置的總體尺寸。
[0012] 另外，由于污泥流從下段膜單元到上段膜單元非常快的通過，專利文獻2的方法 不足以克服上段和下段之間的膜過濾性能差，并且常常不能抑制最下段的膜單元的性能下 降。
[0013] 因此，本發明的目的是提供一種多段式浸漬型膜分離裝置，其能甚至在下段單元 中發生膜堵塞時臨時增加裝置的總過濾通量，并且能有效地運行整個膜分離裝置。
[0014] 用于解決所述問題的方法
[0015] 在這些情形下，本發明人進行深入細致的研究，并發現了多段式浸漬型膜分離裝 置的總過濾通量可以通過一種膜組件臨時增加一一該膜組件通過組合具有不同過濾阻力 或純水滲透阻力的膜單元配置而成。本發明基于該發現完成。
[0016] 換句話說，本發明涉及以下項〈1>至〈8>。
[0017] 〈1>多段式浸漬型膜分離裝置包括：
[0018] 膜組件，具有在豎直方向上分段堆疊的多個膜單元，每個膜單元中布置有各自具 有片狀分離膜的多個平片膜元件；
[0019] 待處理水的儲罐，在該儲罐中存儲待處理的水并且膜組件被放置成浸漬在待處理 的水中的狀態；和
[0020] 空氣擴散器，安裝在膜組件的下方，
[0021] 其中放置在最下段的膜單元的污泥過濾阻力或純水滲透阻力大于放置在比位于 最下段的膜單元高的段上的任何膜單元。
[0022] 〈2>根據〈1>所述的多段式浸漬型膜分離裝置，其中放置在最下段的膜單元的污 泥過濾阻力或純水滲透阻力比任何其它膜單元高至少10%。
[0023] 〈3>根據〈1>或〈2>所述的多段式浸漬型膜分離裝置，其中安裝在放置于最下段的 膜單元中的平片膜元件的數量比安裝在放置于比位于最下段的膜單元高的段上的任何膜 單元中的平片膜元件的數量少。
[0024] 〈4>根據〈1>至〈3>中任一項所述的多段式浸漬型膜分離裝置，其中每一個膜單元 都具有與其連通并傳送已透過分離膜的透過液的透過液配管，以及
[0025] 與放置在膜組件中最下段的膜單元連通的透過液配管連接至與放置在比位于最 下段的膜單元高的段上的任何膜單元連通的透過液配管。
[0026] 〈5>根據〈4>所述的多段式浸漬型膜分離裝置，其中放置在最下段的膜單元中的 透過液流量和放置在比位于最下段的膜單元高的段上并與連接至與最下段膜單元連通的 透過液配管的透過液配管連通的任何膜單元中的透過液流量分別被控制成使得放置在最 下段的膜單元的跨膜壓差幾乎等于所述任何膜單元的跨膜壓差。
[0027] 〈6>根據〈1>至〈5>中任一項所述的多段式浸漬型膜分離裝置，其中每個膜單元都 有一個與其連通并傳送已透過分離膜的透過液的透過液配管，和
[0028] 該裝置還包括流量控制裝置，該流量控制裝置能夠獨立控制通過與放置在膜組件 的最下段的膜單元連通的透過液配管傳送的透過液的流量，以及通過與放置在比位于最下 段的膜單元高的段上的任何膜單元連通的透過液配管傳送的透過液的流量。
[0029] 〈7> -種使用多段式浸漬型膜分離裝置的膜分離方法，該分離裝置包括：具有在 豎直方向上分段堆疊的多個膜單元的膜組件，每一個膜單元中布置有多個各自具有片狀分 離膜的平片膜元件；待處理水的儲罐，在該儲罐中存儲待處理的水，并且膜組件設置成浸漬 在待處理的水中；以及安裝在膜組件下方的空氣擴散器，其中放置在最下段的膜單元的污 泥過濾阻力或純水滲透阻力比放置在比位于最下段的膜單元高的段上的任何膜單元都高。
[0030] 〈8>根據〈7>所述的膜分離方法，其中通過放置在膜組件的最下段的膜單元的分 離膜的透過液的流量被控制成為比通過設置在比位于最下段的膜單元高的段上的任何膜 單元的分離膜的透過液的流量低，并且控制成使得這些流量之間的差變成10 %或更低。
[0031] 本發明的優勢
[0032] 本發明可以通過在膜組件的最下段放置具有相對較高的抵抗污泥的過濾阻力或 純水滲透阻力的膜單元來實現更高的過濾通量。膜單元的這種有效設置使得即使在臨時增 加了過濾通量的條件下也能夠進行有效的固液分離，并且使得可以處理臨時的流量增大， 例如由于下雨或其它原因導致的待處理的水的流量臨時增大。本發明還使得能將膜分離裝 置整體中的膜有效利用，并且可以降低膜過濾阻力增大的速度，以減少化學清洗的頻率。
【附圖說明】
[0033] 圖1是透視圖，示出了根據本發明的實施方式的多段式浸漬型膜分離裝置。
[0034] 圖2是示意圖，示出了根據本發明的一個實施方式的多段式浸漬型膜分離裝置。
[0035] 圖3是透視圖，示出了在膜單元的內部空間中相互鄰近的兩個平片膜元件。
[0036] 圖4是示意圖，示出了膜滲透阻力測量設備。
[0037] 圖5是由操作測試的結果繪出的圖表，其中示出了實施例1中的過濾壓力差的變 化。
[0038] 圖6是由操作測試的結果繪出的圖表，其中示出了實施例2中的過濾壓力差的變 化。
[0039] 圖7是由操作測試的結果繪出的圖表，其中示出了比較例1中的過濾壓力差的變 化。
[0040] 圖8是由操作測試的結果繪出的圖表，其中示出了比較例2中的過濾壓力差的變 化。
【具體實施方式】
[0041] 現在將更詳細地對本發明進行說明，但本發明并不限于以下的實施方式。在實施 本發明時，可以任意實施修改和變型而不脫離本發明的主旨。
[0042]對于根據本發明的多段式浸漬型膜分離裝置（下文也稱為"本發明的裝置"），下 面參照圖1和2中示出的具有兩個膜單元的多段式浸漬型膜分離裝置的實施例來說明本發 明。
[0043] 圖1中示出的多段式浸漬型膜分離裝置具有膜組件12,該膜組件中具有在豎直方 向上放置的兩個膜單元：膜單元11A和膜單元11B。如圖2所示，膜組件12被浸漬在儲存 于待處理水儲罐13中的待處理的水中。
[0044] 在每個膜單元中，如圖3所示，具有片狀分離膜的多個平片膜元件101以給定間距 設置以使其膜面平行。每個平片膜元件都是具有片狀分離膜的元件，并且例如