膜分離活性汚泥法における安定運転フラックスに対するろ過膜の孔径の影響
武蔵工業大学 学生会員 ○中村 充博 武蔵工業大学 正会員 長岡 裕
1.研究目的
従来膜分離法で使用されている外ろ過膜・精密ろ過 膜よりも安価で，膜孔径が大きい（膜目が粗い）ろ過 膜（不織布膜等）の利用が検討されている．膜孔径が 大きいので，高フラックス（膜透過流速）で膜透過水 を多く摂取できるといわれているが，実際は濁質が除 去できず早期に目詰まりが起き，安定した膜透過水を 摂取することができないといわれている．
そこで本研究では，フラックスに対し安定した運転 が行なえるろ過膜の孔径の影響を検討した．
2.実験装置および実験方法
実験装置の概略図及び反応槽の実験条件を図−1 に，
膜モジュール形状を図−
2
に示す．使用した膜モジュー ルは，膜分離生物処理連続実験用に開発されたマグネ ティックスターラーによって駆動されるプラスチック 製平膜クロスフローろ過装置である．本実験では，ク ロスフローによる堆積物剥離を連続的に行なった．本実験は，吸引ポンプの調整により膜透過流量を変 化させフラックスを設定し実験を行なった．
実験の運転条件を表−
1
に示す．なお，フラックス0.9m/day
の実験結果は，1.2m/day
と0.6m/day
のほぼ平 均化したデータを得たので省略した．ろ過膜は，孔径
8.0・5.0・3.0・1.2μm
のセルロース 混合エステルろ過膜と孔径0.25
μm
の親水化塩化ビニ ルろ過膜を使用し，膜面積は1
モジュールあたり0.004
（
m
2）である．人工基質の組成は，酢酸を炭素源，塩化アンモニウ ムを窒素源とし連続投与した．
処理水 水道水供給槽 水道水供給槽
G G G
P 反応槽 P
水温調節装置 散気装置 恒温槽 水位管理槽
M M P P 基質
10 水理学滞留時間
（hrt)
9.00 混合液 ｐH
40 空気量
(L/min）
0.5 TOC容積負荷
（g／L／day）
23 混合液温度
（℃）
30 混合液容積
(L)
10 水理学滞留時間
（hrt)
9.00 混合液 ｐH
40 空気量
(L/min）
0.5 TOC容積負荷
（g／L／day）
23 混合液温度
（℃）
30 混合液容積
(L) 膜モジュール
図−
1
実験装置の概略図1 0 c m 2 .5 c m
活 性 汚 泥 流 入 口 活 性 汚 泥
流 出 口
4 c m
膜 透 過 水
図−
2
膜モジュール形状表−1 運転条件
F l u x
（ m / d a y ) 初 期 M L S S
( m ｇ / L ) 初 期 粘 度 ( m ・ P a / s e c ) 初 期 混 合 液 ｐ H
運 転 条 件 0 . 1 〜 1 . 2 6 5 0 0 〜 8 0 0 0 8 . 0 0 〜 1 2 . 0 9 . 1 0 〜 9 . 4 0
3.実験結果および考察
ろ過抵抗の経日変化を図−
3
〜6
に示す．フラックス0.1m/day
時，5.0
μm
のろ過膜は実験中に膜が破損した．全ろ過膜において高フラックス条件になるほど早期に 目詰まりが起きた．これは，高圧により膜表面に堆積 するケーキ層が，膜表面に強固に付着し透過性を著し く低下させたためと考えられる．またフラックス
1.2・
0.6m/day
時，3.0
μm
以上のろ過膜は，1.2
・0.25
μm
の ろ過膜より膜目詰まりが早期に起きた．これより3.0μ m
以上のろ過膜は汚泥粒子および代謝物質などが，膜 目へ流入し孔を閉塞する傾向が高いと考えられる．0 20 40 60 80 100 120
0 1 2 3 4
経 過 日 数 （ 日 ）
ろ 過 抵 抗（1012 )( m ‑1 ) 8μm 5μm
3μm 0.25μm
フラックス 1.2m/day
図−3 フラックス
1.2m/day
ろ過抵抗の経日変化0 20 40 60 80 100 120
0 4 8 12 16
経 過 日 数 （ 日 ）
ろ 過 抵 抗（1012 )( m ‑1 ) 8μm 5μm
3μm 1.2μm
0.25μｍ
フラックス 0.6m/day
図−
4
フラック0.6m/day
ろ過抵抗の経日変化0 20 40 60 80 100 120
0 2 4 6 8 10 12 14
経 過 日 数 （ 日 ） ろ 過 抵 抗（1012 )( m ‑1 )
8μm 5μm 3μm
フラックス 0.3m/day
図−
5
フラックス0.3m/day
ろ過抵抗の経日変化キーワード 膜分離活性汚泥法 フラックス 膜孔径 安定運転
武蔵工業大学工学部（〒
158-8557
東京都世田谷区玉堤1-28-1
TEL03-3703-3111
FAX03-5707-2222
土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）‑245‑
VII‑124
0 20 40 60 80 100 120 140 160
0 4 8 12 16 20 24 28 32
経 過 日 数 （ 日 ） ろ 過 抵 抗（1012 )( m ‑1 )
8μm 5μm 3μm
フラックス 0.1m/day
5 μ m ろ 過 膜 破 損
図−
6
フラックス0.1m/day
ろ過抵抗の経日変化 膜透過水濁度の経日変化を図−7
〜10
に示す．フラッ クス1.2m/day〜0.3m/day
の条件では，経過0
日目に3.0
μm
以上のろ過膜に濁度が2
（NTU
）以上生じたが，フラックス
0.1m/day
の条件では濁度が2（NTU）以下に
軽減された．
膜孔径と膜透過水の初期濁度の関係図を図−11 に示 す．
3.0
μm
以上のろ過膜に初期濁度が高く示された．また膜孔径との関係と同様に，
3.0
μm
以上のろ過膜は フラックス0.6m/day
の高フラックス条件ほど初期濁度 が高く示された．これより高フラックス条件では3.0
μm
以上のろ過膜は高圧により濁質物質が急激に透過水 中に流入する傾向が高いと考えられる．0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
0 1 2 3 4
経 過 日 数 （ 日 ）
濁 度 （ N T U )
8μm 5μm
3μm 0.25μm
フラックス 1.2m/day
図−７ フラックス
1.2m/day
膜透過水濁度の経日変化0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
0 2 4 6 8 10 12 14
経 過 日 数 （ 日 ）
濁 度 （ N T U )
8μm 5μm
3μm 1.2μm
0.25μm フラックス 0.6m/day
図−
8
フラックス0.6
ｍ/day
膜透過水濁度の経日変化0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
0 2 4 6 8 10 12 14
経 過 日 数 （ 日 ）
濁 度 （ N T U ) 8μm 5μm 3μm
フラックス 0.3m/day
図−
9
フラックス0.3
ｍ/day
膜透過水濁度の経日変化0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
0 4 8 12 16 20 24 28 32
経 過 日 数 （ 日 ）
濁 度 （ N T U ) 8μm 5μm 3μm
フラックス 0.1m/day 5 μ m ろ 過 膜 破 損
図−
10
フラックス0.1
ｍ/day
膜透過水濁度の経日変化0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
膜 孔 径 ( μ m )
初 期 濁 度 （ N T U ) 1.2m/day
0.9m/day 0.6m/day 0.3m/day 0.1m/day
0.25 1.2 3.0 5.0 8.0
図−
11
膜孔径と膜透過水の初期濁度膜孔径とろ過膜の生産膜透過水量（測定開始から目 詰まりまでに摂取した膜透過水量を膜面積で除し表し た透過水量）の関係図を図−
12
に示す．フラックス0.1m/day
時，5.0μmのろ過膜は破損したので，データは省略した．フラックス
0.3m/day
以下の低フラックス 条件，また膜孔径が小さくなる程ほど，膜透過水量を 多く確保することが示された．0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
膜 孔 径 ( μ m )
生 産 処 理 水 量 （ ｃ ｍ ) 1.2m/day 0.9m/day 0.6m/day 0.3m/day 0.1m/day
0.25 1.2 3.0 5.0 8.0
図−12 膜孔径とろ過膜の生産膜透過水量
4.まとめ
本研究では，孔径が
3.0
μm
以上のろ過膜になるとフラックス
0.6m/day
以上の高フラックス条件では安定したろ過が行なえない事が以下の結果より得られた．
① 高フラックス条件ほど，全ろ過膜において目詰ま りが早期に起きるが，フラックス
1.2
・0.6m/day
では3.0
μｍ以上のろ過膜は，1.2
・0.25
μm
ろ過膜の半分以下 の日数で目詰まりを起こした．②
1.2μm・0.25μm
ろ過膜は，フラックス0.6m/day
以上の高フラックス条件でも初期濁度が2(NTU)
以下で 安定しているが，3.0
μｍ以上のろ過膜は高フラックス 条件になるほど初期濁度が高く示された．③ 生産膜透過水量は，高フラックス条件になるほど 全ろ過膜において少なくなるが，
3.0
μm
以上のろ過膜 は， 1.2μm・0.25μｍのろ過膜よりも目詰まり時期が 早期のため，特に生産膜透過水量は少ない．土木学会第58回年次学術講演会（平成15年9月）
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