成果報告書詳細
管理番号20130000000379
タイトル平成21-24年度成果報告書
「省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 省エネ型膜分離活性汚泥法(MBR)技術の開発うち、担体添加型MBRシステムの開発」
公開日2013/6/15
報告書年度2009 - 2012
委託先名東レ株式会社
プロジェクト番号P09011
部署名環境部
和文要約MBRシステム全体の動力の内、膜面洗浄と生物処理用の散気に係わる動力は60%を占めている。従って、MBRを用いて、中大規模の下水・産業排水処理をするためには、散気ブロワ(散気)量を低減し、システム全体の省エネ化を達成することが重要である。本研究開発が提案するMBRシステムが実現すれば、当該散気動力を50%削減、即ちシステム全体動力の30%を削減できる。
 本研究開発では、主として膜面洗浄と生物処理散気の削減の検討及び高Flux化と高耐久性を備えた新型PVDF平膜の開発によるシステム動力の削減を行ってきた。うち、前者の散気量削減の検討においては、共同研究先の株式会社日立製作所が担当しており、本報告書では、後者の高耐久性PVDF平膜の開発について述べる。
本研究では、既存のMBR用PVDF平膜の汚れにくさ(汚泥の剥離しやすさ)を維持し、担体によるダメージが起こりにくい「高耐久性PVDF平膜」を開発する。本膜の開発において,通常運転Flux0.8m/dに対し,1.0m/d運転が可能となることを目標とする。
走査型電子顕微鏡を用いた膜断面構造解析の結果、高透水性・高耐久性を両立する膜構造の特徴として、最表層部では低空隙率、内部では高空隙率となることがわかった。上記高透水性・高耐久性膜について耐汚れ性の評価を行ったところ、従来よりもろ過抵抗が低下し、実運転時のフラックス予測値が1.0m/dに達することがわかった。
以上の結果をもとに、生産機でのスケールアップ検討を行い、ベンチ試作膜とほぼ同等の基本構造・性能を有する膜を得ることができた。高透水性・高耐久性試作膜について日立製作所でのベンチ試験を実施した結果、ろ過運転性に優れており、担体添加運転後の膜表面観察でも担体による損傷はとくに見られないことを確認した。
さらに、生産機試作膜を日立製作所でのパイロット実証試験に提供し、小型膜エレメントを用いて、実運転による担体からのダメージを再現するテストを実施した。その結果、現行膜、高耐久性膜ともに、担体添加型システムの実運転に対して、十分な耐久性を有しているものと考えられるが、とりわけ高耐久性膜は、現行膜に比べて長期運転においても優れた阻止性能を保持することが示された。
英文要約The power consumption on aeration, which is applied for membrane surface cleaning and biological treatment, occupies 60% of the system power consumption. Therefore, it is clearly a major issue to reduce aeration amount of MBR systems, and achieve the reduction of whole the system power consumption in the field of water treatment of sewage, and industrial waste water with medium and large treatment rate. Accordingly, if the aeration power consumption reduction by 50% is realized, the system power consumption is thus reduced by 30%.
This research program for the reduction of system power consumption employed the approaches through a study on the reduction of membrane surface cleaning, biological treatment, development of PVDF flat sheet membrane with high permeability and durability. The former approach was conducted by Hitachi. Accordingly, in the research program, the group employs the latter approach, that is, newly developed PVDF flat sheet membrane with higher permeability, and higher endurance.
The developed membrane maintains low-fouling property against activated sludge, and is not easily damaged by bio-carriers, compared to conventional flat sheet membrane for MBR. The target of this research is to realize 1.0m/d as stable operation flux of the membrane, compared with the 0.8m/d as normal operation flux.
In the of development of the new membrane, SEM analysis of the cross section structure of the membrane showed topmost surface area had low porosity and the next lower area had high porosity. The laboratory scale filtration test revealed that filtration resistance was lowered, and stable operation flux of the membrane was estimated at 1.0m/d.
The new membrane was successfully scale-uped and high flux and durability was proved by bench scale filtration test with bio-carriers.
In addition, the new membrane was subjected to pilot scale plant and reproducibility test was conducted to evaluate sufficient durability of membrane. As a result, both the new membrane and conventional one had durability against bio-carriers. Especially, the new membrane showed higher durability than the conventional one.
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