(57)【要約】【課題】粒状活性炭等を微生物担体として利用する反応槽と浸漬型膜分離装置とを組み合わせた、小型、かつ、省エネルギーで分解効率の高い水処理装置及び水処理方法を提供すること。【解決手段】本発明の水処理装置は、微生物担体を利用して被処理水を曝気処理する反応槽と、前記反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とが一体化されている。  前記反応槽と前記膜分離槽とは、第一仕切と、該第一仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られており、  前記第一仕切と前記第三仕切との間には、前記反応槽から前記膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成されており、  前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第二仕切によって、下部に第一散気装置を設置した前段領域と、前記膜分離槽に前記第一仕切を介して隣接する後段領域とに分けられていること、を特徴とする。【選択図】図１
2010069359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物担体を利用して被処理水を曝気処理する反応槽と、
前記反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とが一体化された水処理装置であって、
前記反応槽と前記膜分離槽とは、第一仕切と、第一仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られており、
前記第一仕切は、下端部が開放されており、
前記第三仕切の上端部は、前記第一仕切の上端部よりも低い位置であり、
前記第三仕切の下端部は、底面に接しており、
前記第一仕切と前記第三仕切との間には、前記反応槽から前記膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成されており、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第二仕切によって、下部に第一散気装置を設置した前段領域と、前記膜分離槽に前記第一仕切を介して隣接する後段領域とに分けられていることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記膜分離槽から前記反応槽に向かって処理液を返送する返送経路を有する、請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記前段領域から前記膜分離槽に近づくほど高さが増すように底面が傾斜している、請求項１又は２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記微生物担体が粒状活性炭である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記第一散気装置がエアリフト管である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記膜分離槽において、前記浸漬型膜分離装置の下方に第二散気装置を設ける請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記浸漬型膜分離装置が精密ろ過膜又は限外ろ過膜によって膜分離する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
微生物担体を利用して被処理水を曝気処理する反応槽と、
浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とによって被処理水を順次処理する方法であって、
前記反応槽と前記膜分離槽とは、第一仕切と、第一仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られており、
前記第一仕切は、下端部が開放されており、
前記第三仕切の上端部は、前記第一仕切の上端部よりも低い位置であり、
前記第三仕切の下端部は、底面に接しており、
前記第一仕切と前記第三仕切との間に形成される給水経路によって、前記反応槽から前記膜分離槽に向かって処理水が供給され、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第二仕切によって、下部に第一散気装置を設置した前段領域と、前記膜分離槽に前記第一仕切を介して隣接する後段領域とに分けられており、
前記反応槽においては前記第一散気装置から放出される空気によって、粒状活性炭が前記前段領域及び前記後段領域間を循環し、
前記膜分離槽においては前記反応槽からの処理水を膜分離処理することを特徴とする水処理方法。
【請求項９】
前記膜分離槽から前記反応槽に、返送経路によって処理液を返送する、請求項８に記載の水処理方法。
【請求項１０】
前記前段領域から前記膜分離槽に近づくほど高さが増すように底面が傾斜している、請求項８又は９に記載の水処理方法。
【請求項１１】
前記微生物担体が粒状活性炭である請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１２】
前記第一散気装置がエアリフト管である請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１３】
前記膜分離槽の下部に第二散気装置を設ける請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の水処理方法。
【請求項１４】
前記浸漬型膜分離装置が精密ろ過膜又は限外ろ過膜によって膜分離する請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川水、湖沼水、地下水等を浄化処理する、又は下水、産業廃水等の有機性廃水を浄化処理するための処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川水、湖沼水等を飲料水として利用するためには、懸濁物質等を除去する必要がある。懸濁物質等の除去方法としては、凝集剤などを添加して長毛ろ過する方法や、膜分離処理する方法が知られている。原水の水質が高い場合には、懸濁物質を除去し、活性炭吸着処理を行えば、安定して高水質の飲料水を製造することができる。
【０００３】
一方、原水の水質が低い場合には、原水中に溶解している有機物濃度が高いため、膜分離装置の負担が大きくなる。また、懸濁化剤と長毛ろ過とを組み合わせても、有機物濃度を有効に低下させることはできない。このため、膜分離の前処理として、好気性微生物を用いて有機物を分解処理する方法が採用される。
【０００４】
例えば、粒状活性炭を担体として、槽内の原水を曝気して有機物を好気性微生物によって分解した後、同じ槽内に投入したろ過膜ユニットで膜分離処理する浄水処理方法及び装置が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００５】
また、複数の槽部に原水を順次流通させ、原水を活性炭によって吸着処理し、その処理水を膜分離処理する処理装置が、特許文献３に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１９７８９５号公報
【特許文献２】特開２０００−３１７４８４号公報
【特許文献３】特開平１１−４７７４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３に開示されている処理装置は、有機物を活性炭で吸着除去するものであり、好気性微生物によって分解処理するのではないため、活性炭を連続して供給しないと有機物を除去することができず、処理コストが高くなる。一方、特許文献１及び特許文献２に開示されている処理装置では、反応槽内に浸漬型膜分離装置を設置しているため、浸漬型膜分離装置によって反応槽内の処理水の循環が妨げられる。また、活性炭粉末によって膜分離装置の膜が目詰まりしやすくなるという問題もあった。
【０００７】
さらに、特許文献１及び特許文献２に開示されている処理装置で粒状活性炭を用いた場合は、粒状活性炭を流動させるために、多大な曝気動力が必要となり、処理コストが高くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、微生物担体を使用する反応槽と浸漬型膜分離装置とを組み合わせた、小型、かつ、省エネルギーで分解効率の高い水処理装置及び水処理方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、微生物担体として使用する反応槽と浸漬型膜分離装置とを分離し、かつ、反応槽内も仕切（ドラフト板）によって２つの領域に分け、散気装置（曝気装置）を低い位置にある底面に設置すれば、微生物担体を効率よく循環させ、浸漬型膜分離装置の膜も目詰まりしにくいことを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１０】
具体的に、本発明は、
微生物担体を利用して被処理水を曝気処理（散気処理）する反応槽と、
前記反応槽の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とが一体化された水処理装置であって、
前記反応槽と前記膜分離槽とは、第一仕切と、第一仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られており、
前記第一仕切は、下端部が開放されており、
前記第三仕切の上端部は、前記第一仕切の上端部よりも低い位置であり、
前記第三仕切の下端部は、底面に接しており、
前記第一仕切と前記第三仕切との間には、前記反応槽から前記膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成されており、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第二仕切によって、下部に第一散気装置を設置した前段領域と、前記膜分離槽に前記第一仕切を介して隣接する後段領域とに分けられていることを特徴とする水処理装置に関する。
【００１１】
また、本発明は、
微生物担体を利用して被処理水を曝気処理（散気処理）する反応槽と、
浸漬型膜分離装置が備えられた膜分離槽とによって被処理水を順次処理する方法であって、
前記反応槽と前記膜分離槽とは、第一仕切と、第一仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られており、
前記第一仕切は、下端部が開放されており、
前記第三仕切の上端部は、前記第一仕切の上端部よりも低い位置であり、
前記第三仕切の下端部は、底面に接しており、
前記第一仕切と前記第三仕切との間に形成される給水経路によって、前記反応槽から前記膜分離槽に向かって処理水が供給され、
前記反応槽は上端部及び下端部が開放された第二仕切によって、下部に第一散気装置を設置した前段領域と、前記膜分離槽に前記第一仕切を介して隣接する後段領域とに分けられており、
前記反応槽においては前記第一散気装置から放出される空気によって、粒状活性炭が前記前段領域及び前記後段領域間を循環し、
前記膜分離槽においては前記反応槽からの処理水を膜分離処理することを特徴とする水処理方法に関する。
【００１２】
本発明の処理装置及び処理方法では、反応槽内で微生物担体を用いて、好気性微生物の働きによって有機物を生物接触分解する（生物学的に分解する）。反応槽は、第二仕切で前段領域と後段領域とに分けられており、前段領域の下方に設置された第一散気装置から放出される空気（気泡）によって、処理水及び微生物担体は後段領域へと移動する。後段領域の下方には散気装置が設置されていないため、処理水及び微生物担体は、上方から下方に向かって流れる。後段領域と前段領域の下端部は連通しているため、微生物担体は処理水の流れに沿って前段領域へと移動することが可能である。
【００１３】
膜分離槽内で膜分離を行う浸漬型膜分離装置は、内蔵する精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）等の目詰まりを防止するため、定期的に次亜塩素酸／水酸化ナトリウム等の薬液を用いて薬液洗浄する必要がある。ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側（一次側）を薬液洗浄する場合、通常であれば、薬液洗浄時には浸漬型膜分離装置を膜分離槽から取り出さなければならないが、本発明の処理装置及び処理方法では、反応槽と膜分離槽とは、第一仕切と、第一仕切に隣接する第三仕切とによって仕切られており、第一仕切と第三仕切との間には、反応槽から膜分離槽に向かって処理水を供給する給水経路が形成されているため、反応槽内で浸漬型膜分離装置のＭＦ膜等の原水側を薬液洗浄しても、薬液が反応槽に混入することがない。このため、反応槽内の好気性微生物が、薬液による悪影響を受けることが防止でき、洗浄時間も短縮する。
【００１４】
さらに、第一仕切及び第三仕切という２個の仕切板によって、反応槽と膜分離槽が二重に隔離されているため、反応槽内で粒径の小さい微生物担体（例えば、粉末活性炭）を使用しても、膜分離槽へ微生物担体が侵入しにくく、ＭＦ膜等の目詰まりや損傷が防止できる。
【００１５】
前記膜分離槽から前記反応槽に向かって処理液を返送する返送経路を設けることが好ましい。本発明の処理装置及び処理方法では、第一仕切及び第三仕切によって反応槽と膜分離槽とが隔離されると、処理水は給水経路を通じて反応槽から膜分離槽へと向かって供給され、膜分離槽から反応槽へと向かっては、処理水は移動しない。このため、反応槽内の好気性微生物も、処理水と共に膜分離槽へと移動してしまうために、反応槽内の好気性微生物量が不足するおそれがある。
【００１６】
そこで、膜分離槽から反応槽に向かって処理液を返送する返送経路を設けることにより、濃縮された処理液と好気性微生物とを反応槽へと返送することが可能となる。なお、返送経路は、膜分離槽の底面又は下部と反応槽の底面又は下部とを接続するように設けることが好ましい。
【００１７】
前記前段領域から前記膜分離槽に近づくほど高さが増すように底面が傾斜していることが好ましい。このような傾斜を設けることにより、前段領域の底面が後段領域の底面よりも低くなり、微生物担体は処理水の流れに沿って前段領域へと移動しやすくなる。また、反応槽内の微生物担体が膜分離槽へとより移動しにくくなり、活性炭による浸漬型膜分離装置のＭＦ膜等の目詰まりや損傷がさらに防止される。また、膜分離槽で濃縮された微生物を、傾斜を設けた反応槽底部へ戻す経路を設ける場合には、反応槽内の流れに沿って移送させることができるため、ポンプ等の移送設備が最小限になるか不要になるメリットもある。
【００１８】
本発明の処理装置及び処理方法では、処理水及び微生物担体の循環がスムーズであり、微生物担体表面の好気性微生物によって、有機物を効率よく生物接触分解することが可能である。なお、好気性微生物が分解しにくい有機物やその代謝物等は、微生物担体が粒状活性炭のような吸着性物質である場合には、微生物担体によって吸着除去が可能である。
【００１９】
前記微生物担体は、粒状活性炭であることが好ましい。多孔質であるため表面に好気性微生物が増殖しやすく、好気性微生物が分解できない物質を吸着する能力を有するためである。
【００２０】
前記第一散気装置がエアリフト管であることが好ましい。平板状の散気装置と比較して設置スペースが小さくて済み、縦長の形状であるために前段領域と後段領域との間で粒状活性炭及び処理液を効率よく循環させることができるためである。また、市販製品の種類も多く、入手が容易である。なお、エアリフト管の水平方向の断面形状は、円形、楕円形、多角形等とすることができる。
【００２１】
前記膜分離槽の下方に第二散気装置を設けることが好ましい。逆洗浄操作と平行して第二散気装置によってエアスクラビングを行うことにより、浸漬型膜分離装置の膜の目詰まりを防止できるためである。
【００２２】
膜分離槽内に存在する不要な固形物質や代謝生成物を除去し、膜の目詰まりを防止するためには、膜分離槽に、例えば、サイホン方式のドレン管、スラリーポンプに接続されたドレン管等の固形分除去手段を設け、膜分離槽内の被処理水から固形分を装置外へと除去することが一般的であるが、本発明の水処理装置では、返送経路に排水経路を接続することにより、排水経路を固形分除去手段とすることが可能である。
【００２３】
前記浸漬型膜分離装置は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）によって膜分離する種類であることが好ましい。ＭＦ膜及びＵＦ膜は単位面積あたりの透水性に優れており、飲料水に合致する水質を得る事が可能だからである。なお、ＭＦ膜及びＵＦ膜は、容積効率及び省エネルギーの観点から、平膜よりも中空糸膜であることがより好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の水処理装置及び水処理方法は、反応槽と膜分離槽とが一体化しているため、設置スペースが小さくて済み、従来の生物接触ろ過装置及び活性炭ろ過装置の組み合わせた場合と比較して、1/3以下の設置面積で設備設計が可能である。また、粒状活性炭を好気性微生物の担体とした場合には、有機物の好気性分解と吸着処理とを同時に行うことが可能であり、処理水の水質も高く、原水の水質変動にも追従しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参酌しながら説明する。なお、本発明は以下の記載に限定されない。
【００２６】
（実施の形態１）
本発明に係る水処理装置に外部装置を接続した水処理システムの一例を、図１に示す。なお、この図では、本発明に係る水処理装置は、断面図として表されている。
【００２７】
本発明の水処理装置４は、粒状活性炭等の微生物担体を利用して被処理水を曝気処理（散気処理）する反応槽７と、反応槽７の処理水を膜分離する浸漬型膜分離装置１３を備える膜分離槽１２とが一体化した構造となっている。なお、図１では微生物担体は省略されている。
【００２８】
第一仕切１１の下端部１４ａは開放されている。第三仕切７１の下端部７１ａは槽の底面１５と接している。反応槽７と膜分離槽１２とは給水経路７２によって接続されているが、第三仕切７１の上端部７１ｂは、第一仕切１１の上端部１４ｂよりも低い位置にあるため、膜分離槽１２の水面は、第三仕切７１の上端部７１ｂと同じ高さとなり、反応槽７の水面よりも低い位置となる。このため、給水経路７２においては、処理水は反応槽７から膜分離槽１２に向かって供給され、その逆方向には流れない。
また、反応槽７と膜分離槽１２が第一仕切１１及び第三仕切７１によって二重に隔離されているため、反応槽７内で粒径の小さい微生物担体を使用しても、膜分離槽１２へ微生物担体が侵入しにくく、ＭＦ膜等の目詰まりや損傷が防止される。
【００２９】
第一仕切１１の下端と底面１５との隙間（下端部１４ａの高さ）は、10cm以上20cm以下とすることが好ましい。また、第三仕切７１の上端部７１ｂは、第一仕切１１の上端部１４ｂよりも10cm以上30cm以下低い位置であることが好ましい。これらの数値範囲は、膜処理量として20m3/日を想定した数値である。膜処理量が20m3/日以上であれば上記数値範囲を大きくなる方向に設計し、20m3/日以下であれば上記数値範囲を小さくなる方向に設計することが好ましい。
【００３０】
反応槽７は、上端部９ａ及び下端部９ｂが開放された第二仕切８（ドラフト板）によって、前段領域５と後段領域６とに分けられる。なお、上端部９ａ及び下端部９ｂは、それぞれ5cm以上10cm以下及び5cm以上15cm以下とすることが好ましい。
【００３１】
上端部９ａ（第二仕切８と液面との距離）を5cm以上とするのは、エアリフトにより持ち上げられた反応槽内の被処理液及び微生物担体が第二仕切８を越流する際、スムーズな流れになるようにするためである。もし、第二仕切８の上端が液面付近にあるか又は液面から出ると越流の際の抵抗となりスムーズな流れが形成されない。その一方、10cm超とすれば、越流した被処理液等が流動方向の板に衝突して反転し、逆流を生じることとなり仕切り効果が小さくなる。
【００３２】
前段領域５の下方には第一散気装置１０が設置されている。この第一散気装置１０は、上端部３２ｂ及び下端部３２ａが開放された筒状であり、下端部３２ａに近い側面下方に、ブロア１８からエア経路１９ａを経て供給される空気を筒内に放出する給気口３１が存在する。給気口３１から供給された空気は、気泡として上端部３２ｂを経て前段領域５に放出される。また、後段領域６は、第一仕切１１を介して膜分離槽１２に隣接している。第一散気装置１０としてエアリフト管を用いることにより、少ない曝気量（散気量）で微生物担体の循環と酸素溶解を効率よく行うことができる。
【００３３】
なお、第一散気装置１０としては、図１に示された構造に限られない。反応槽７内の被処理水及び微生物担体を効率よく循環させるためには、一般的な構造のエアリフト管から、前段領域５の内寸及び水深に適した種類を選択して使用することが好ましい。
【００３４】
膜分離槽１２には、浸漬型膜分離装置１３の下方に第二散気装置３０が設置されており、ブロア１８からエア経路１９ｂを経て空気が供給される。この第二散気装置３０は、通常運転（膜ろ過）時や後述する逆洗浄時に、膜分離槽１２内に気泡を放出することにより、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜をエアスクラビングし、目詰まりを防止する。この第二散気装置は、例えば、直径10〜30mm程度の管に、直径2〜3mmの孔を2〜3cmピッチで開孔したもので、主に粗大気泡形成を目的としているが、このような構造に限定されない。
【００３５】
図１の膜分離槽１２では、ドレン管等の独立した固形分分離手段は設置されていないが、後述する排水経路７３が固形分除去手段としての機能を有している。なお、膜分離槽内に存在する不要な固形物質や代謝生成物を除去し、膜の目詰まりを防止する目的で、浸漬型膜分離装置１３の近傍に別途独立してドレン管等の固形分分離手段を設けてもよい。
【００３６】
給水経路７２を流れる処理水の流速は、膜分離装置１３の処理量に依存する。膜分離装置１３の処理量を給水経路７２の断面積（水平方向の断面積）で除することにより断面通過流速が算出される。流路の幅を決める際には、使用する活性炭（粒径が判明している）の静水中における終端速度をSTOKES式から算出し、その終端速度よりも小さくなるような流路幅を、膜処理水を流路断面積で除して求める方法を取る。
【００３７】
次に、図１の水処理システムにおける被処理水の処理手順について説明する。原水槽１に貯水された原水は、原水ポンプ２によって経路３を通じて水処理装置４の反応槽７へと給水される。原水は、前段領域５又は後段領域６のいずれに給水してもよい。反応槽７には微生物担体が投入され、前段領域５の下方にある第一散気装置１０から酸素を含む気体（空気等）の気泡を放出することにより、反応槽内の被処理水の酸素濃度を高く維持する。そして、微生物担体の表面で好気性微生物が増殖し、被処理水中の有機物が好気的に分解される。
【００３８】
反応槽７と膜分離槽１２とは、第一仕切１１の下端部１４によって連通しているため、反応槽内の被処理水（曝気処理後）は、下端部１４から膜分離槽１２へと供給することが可能である。膜分離槽１２には、浸漬型膜分離装置１３が設置されており、曝気処理（散気処理）後の被処理水を膜分離（固液分離）する。
【００３９】
この浸漬型膜分離装置１３は、膜の目詰まり防止の観点からはＭＦ膜又はＵＦ膜が中空糸型であり、縦置きとすることが好ましい。また、流路圧損を小さくするため、長さ0.7m以上2.0m以下、内径0.6mm以上1.5mm以下とすることが好ましい。
【００４０】
後段領域６と膜分離槽１２とは、下端部１４で連通しているため、反応槽７の処理水は、下端部１４から膜分離槽１２へと供給される。浸漬型膜分離装置１３の処理水（透過水）は、経路１６を経て水処理装置４の外部に供給される。経路１６内の処理水は、経路２３ａ→経路２６→吸引ポンプ２４→経路２５→流量計２０→経路２１を経て処理水タンク２２に貯水される。処理水タンク２２内の処理水が水道基準を満たしている場合には、塩素消毒等を施した後、飲用に供することが可能となる。
【００４１】
フミン酸等の有機物質は、生物処理、膜分離処理、吸着処理によっても取り除くことが困難であるが、塩素消毒時に一部分解される。このため、処理水タンク２２内の処理水についても、フミン酸等が残存している場合には、塩素消毒によって色度が半減する。  
【００４２】
なお、図１に示すように、経路１６の下流に逆洗水槽２２を設置し、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を洗浄する際（膜分離の休止中）には、経路２３から処理水の一部を経路１６へと供給し、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を逆洗浄する構成とすることが好ましい。浸漬型膜分離装置１３は、10〜30分程度継続して膜分離を行い、膜分離操作の休止中に1〜2分間この逆洗浄操作を行うことが好ましい。逆洗浄操作が終われば、膜分離操作を再開する。
【００４３】
逆洗浄操作時には、図２に示すように、処理水タンク２２内の処理水は、経路２３ｂ→経路２６→吸引ポンプ２４→経路２５→経路１６を経て浸漬型膜分離装置１３へと供給される。
【００４４】
膜分離槽１２においては、浸漬型膜分離装置１３の下方に、第二散気装置３０を設置することがより好ましい。エア経路１９ｂから供給される空気を第二散気装置３０によって、浸漬型膜分離装置１３の下方から通常運転（膜ろ過）時や逆洗浄時に放出してエアスクラビングを行うことにより、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜への汚泥等の付着防止効果、目詰まり防止効果及び洗浄効率が向上するためである。
【００４５】
浸漬型膜分離装置１３によって膜分離（膜ろ過）を継続すると、反応槽７及び膜分離槽１２内の被処理水中に浮遊好気性微生物が増殖し、その働きによって原水中の鉄、マンガン等の無機成分が固体の酸化物へと変化する。このため、反応槽７及び膜分離槽１２内の被処理水中の固形分濃度は徐々に上昇する。そのままでは、反応槽７における有機物の分解効率が低下し、膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜も目詰まりしやすくなる。
【００４６】
このため、膜分離槽１２に固形分除去手段として、例えば、スラリーポンプに接続されたドレン管１７を設置し、定期的に膜分離槽１２内の固形物質を排出し、反応槽７及び膜分離槽１３内の被処理液中の固形分濃度を500mg/L以上4000mg/L以下の範囲に調整することが好ましい。
【００４７】
なお、被処理液中の固形分濃度とは、微生物担体とは別に被処理液中に浮遊している微生物等の固形分濃度であり、微生物担体は含まれない。
【００４８】
本発明では、浮遊好気性微生物によって原水中の鉄、マンガン等の無機成分を固体の酸化物へと変化させ、それを固形物質として固形分除去手段によって系外に排出するため、微生物担体だけでは除去することが困難である原水中の無機成分も効果的に除去することが可能である。
【００４９】
膜分離槽１２内では、浸漬型膜分離装置１３によって処理水が膜分離され、膜分離された透過水は、経路１６から水処理装置４の外部に供給される。このとき、透過水の量だけ膜分離槽１２内の処理水は減少するため、透過水量に相当する量の処理水が反応槽７から膜分離槽１２へと給水される。
【００５０】
処理液中の好気性微生物は、浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜によってろ過されないため、膜分離槽１２内の好気性微生物濃度は徐々に上昇する。一方、通水経路７２では、膜分離槽１２から反応槽７へと処理水は流れないため、反応槽７内の好気性微生物濃度は徐々に減少してしまう。このため、水処理システムを連続運転していると、反応槽７において、被処理水（原水）に含まれる有機物の分解（生物接触分解）が不十分になりやすい。
【００５１】
このため、膜分離槽の底面又は下部と反応槽の底面又は下部とを接続するように返送経路７４を設け、膜分離槽１２から反応槽７に向かって、好気性微生物を含む濃縮された処理液を返送することが好ましい。なお、返送経路７４には、必要に応じてポンプ７５を設置する。
【００５２】
返送経路７４は、通常運転時に常時開いておく必要はなく、一定時間毎に開くようにすれば足りる。
【００５３】
浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜の目詰まり防止のため、次亜塩素酸溶液貯留槽２７内の次亜塩素酸溶液（濃度3mg/L〜500mg/L）を薬液ポンプ２８によって供給する薬液経路２９を経路１６に接続し、一定期間毎に浸漬型膜分離装置１３のＭＦ膜又はＵＦ膜を薬液洗浄することが好ましい。この場合、ＭＦ膜又はＵＦ膜の透過水側（二次側／下流側）は洗浄できるが、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側（一次側／上流側）を洗浄することはできない。このため、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側も定期的に薬液洗浄することが好ましい。
【００５４】
通常、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄するためには、浸漬型膜分離装置１３を膜分離槽１２から取り出し、薬液洗浄槽内の酸性及び／又はアルカリ性の薬液に浸漬する必要がある。しかし、本発明の水処理装置４では、膜分離槽１２内の処理液が反応槽７へと向かって流れない構造となっているため、膜分離槽１２をそのまま薬液洗浄槽として使用しても、酸性及び／又はアルカリ性の薬液が反応槽７に混入することがない。
【００５５】
ここで、ＭＦ膜又はＵＦ膜の原水側を薬液洗浄する操作について説明する。まず、水処理装置４の運転を停止し、排水経路７３から膜分離槽１２内の処理水を排水する。このとき、経路３から反応槽７への原水供給も停止する。
【００５６】
そして、膜分離槽１２内に薬液を注入し、浸漬型膜分離装置１３全体を薬液中に浸漬させる。このとき、ＭＦ膜又はＵＦ膜の透過水側の薬液洗浄も行うことが好ましい。また、第二散気装置３０から空気を放出し、エアスクラビングを行うことが効果的である。なお、高濃度の薬液を原液とする場合、膜分離槽１２内の処理水に直接薬液を注入し、薬液濃度を調整してもよい。
【００５７】
薬液洗浄が終了すれば、排水経路７３から使用済み薬液を排水する。水道水等を用いてすすぎも行い、そのすすぎ排水も排水経路７３から排水する。すすぎ排水中の薬液濃度が許容範囲以下になれば排水経路７３を閉じ、経路３から反応槽７への原水供給を再開する。そうすることにより、膜分離槽内１２に反応槽７内の被処理水が注入される。浸漬型膜分離装置１３全体が水面下になるまで膜分離槽１２内の水位が戻れば、水処理装置４の運転を再開する。
【００５８】
なお、ＭＦ膜又はＵＦ膜の薬液洗浄には、次亜塩素酸以外の薬液も使用しうる。例えば、ＭＦ膜又はＵＦ膜のスケール除去には、酸性溶液を使用することができる。
【００５９】
（実施の形態２）
本発明に係る水処理装置に外部装置を接続した水処理システムの別の一例を、図３に示す。この水処理システムは、図１に示した水処理システムと水処理装置４の形態が異なっているが、その他の構成等は共通している。また、逆洗浄操作時の操作は、実施の形態１の水処理システムと同様である。
【００６０】
水処理装置４の底面は、前段領域５では大部分が水平であるが、後段領域６を経て膜分離槽１２へと近づくほど、底面の高さが増すように傾斜している。水平な底面１５ａと傾斜した底面１５ｂとがなす角度(底面１５ｂの傾斜角θ)は、15°以上45°以下の範囲とすることが好ましい。
【００６１】
前段領域５の底面１５ａは、水処理装置４の底面として最も低い位置にある。そして、底面１５ａから後段領域６を経て膜分離槽１２に近づくほど、底面１５ｂは高さが増すように傾斜しているため、後段領域６の底面１５ｂに沈降した粒状活性炭４１は、第二仕切８の下端部９ｂを経て、前段領域５の底面１５ａに移動しやすいという特徴を有する。
なお、反応槽７内の流れに沿って移送させることができるため、膜分離槽１２で濃縮された微生物を、傾斜を設けた反応槽底部へ戻す経路を設ける場合、ポンプ７５等の移送設備は最小限のもので済むか、あるいは不要となる。
【００６２】
＜反応槽における曝気処理＞
次に、反応槽７における曝気処理（散気処理）について、図４を参照しながら説明する。なお、図４は、実施の形態２の水処理装置を示しているが、実施の形態１の水処理装置についても、曝気処理の操作や原理等は同様である。また、図４では、返送経路７４は図示していない。
【００６３】
図４では、微生物担体として粒状活性炭を使用している。反応槽７の前段領域５下方の第一散気装置１０からは、エア経路１９ａを経て供給された空気が気泡４０として、上端部３２ｂから放出される。この気泡４０によって、反応槽７内の被処理水の酸素濃度が高く維持され、好気性微生物が活動しやすい状態となる。
【００６４】
なお、反応槽７内の溶存酸素濃度は6mg/L以上とし、固形分濃度は500mg/L以上4000mg/L以下とすることが好ましい。また、反応槽７の滞留時間（曝気時間）は、15分以上60分以下とすることが好ましい。
【００６５】
反応槽７には、好気性微生物の担体として粒状活性炭４１が投入されており、粒状活性炭４１の表面で好気性微生物が被処理水中の有機物を分解（生物接触分解）する。好気性微生物によって分解されにくい難分解性有機物等は、粒状活性炭４１によって吸着除去することができる。
【００６６】
なお、微生物担体としては、粒状活性炭以外にゼオライト等の粒状吸着剤、樹脂製の粒状体や筒状体等も適用可能であるが、好気性微生物が分解できない物質を吸着除去するためには、粒状活性炭やゼオライト等の吸着能を有する粒状体を使用する。微生物担体として粒状活性炭４１を使用する場合、粒径が0.5mm以上2mm以下であるものが適している。
【００６７】
第一散気装置１０の上端部３２ｂから放出された気泡４０は、前段領域５を上昇する。被処理水も気泡４０に伴って上昇し、粒状活性炭４１も同様に上方へと移動する。このとき、第一散気装置１０の下端部３２ａからは気泡が出ないようにする。上端部３２ｂ及び下端部３２ａは開放されているため、気泡４０を上端部３２ｂから放出すると、下端部３２ａには前段領域５の底面１５ａに沈降している粒状活性炭が、被処理水と共に吸い込まれることになる。
【００６８】
第二仕切８の上端部９ａが開放されているため、前段領域５の被処理水及び粒状活性炭４１は、上端部９ａを通って後段領域６へと移動する。そして、後段領域６には散気装置が設置されておらず、また、第二仕切８の下端部９ｂにおいても前段領域５と後段領域６とが連通しているため、後段領域６では被処理水及び粒状活性炭４１は、上端部９ａから下端部９ｂへと移動する。すなわち、第一散気装置管１０の上端部３２ｂからの気泡４０放出によって、反応槽内の粒状活性炭４１が前段領域５→上端部９ａ→後段領域→下端部９ｂという方向に循環する。
【００６９】
前段領域５の底面１５ａは、水処理装置４の底面として最も低い位置にある。そして、底面１５ａから後段領域６を経て膜分離槽１２に近づくほど、底面１５ｂは高さが増すように傾斜しているため、後段領域６の底面１５ｂに沈降した粒状活性炭４１は、第二仕切８の下端部９ｂを経て、前段領域５の底面１５ａに移動しやすい。底面１５ａに移動した粒状活性炭４１は、上述したように、第一散気装置１０の下端部３２ａへと吸い込まれた後、上端部３２ｂから気泡と共に放出され、再び反応槽７内を循環する。
【００７０】
このように、実施の形態２の水処理装置４では、第一散気装置１０、第二仕切８及び傾斜した底面１５ｂにより、反応槽７における粒状活性炭４１の循環流動が促進され、好気性微生物による有機物の分解効率が高い。しかし、実施の形態１の水処理装置４でも、粒状活性炭４１の粒径及び第一散気装置１０から放出する空気量を適宜調整することにより、粒状活性炭４１の循環流動を良好に保つことが可能である。
【００７１】
反応槽７に添加する粒状活性炭４１は、反応槽内の被処理水中で2重量％以上15重量％以下とすることが好ましい。なお、粒状活性炭の代わりに粉末活性炭を使用すると、反応槽７内で微生物担体を流動させる動力は少なくなるが、膜分離槽１２へ粉末活性炭（粒状活性炭から摩擦等により生じたもの）が流入しやすくなり浸漬型膜分離装置のＭＦ膜又はＵＦ膜が目詰まりしやすくなるので好ましくない。    
【００７２】
＜運転方法＞
次に、本発明の水処理装置の運転方法について説明する。装置起動時には、原水及び粒状活性炭を同時に反応槽内に供給し、粒状活性炭を除く反応槽内の固形物濃度が500mg/L以上となるまで、膜分離槽内の固形分除去は行わず、自然立ち上げとする。
【００７３】
まず反応槽において、被処理水の水質に応じて一定時間曝気処理（散気処理）を行い、その後、被処理水が膜分離槽に流れ込むことにより膜分離処理に移行する。曝気処理中は、反応槽内の固形分濃度が過剰とならないように、水道基準を満たす最低固形分濃度（500mg/L）を維持しながら、過剰の固形分を膜分離槽に設置した固形分除去手段によってから抜き取る。
【００７４】
膜分離装置における透過流束は、0.3m/日以上1.0m/日以下に設定する。流束が大きいほど、次亜塩素酸溶液による薬液洗浄の間隔を短くする。なお、次亜塩素酸溶液を浸漬型膜分離装置に逆流させて逆洗浄する場合、次亜塩素酸溶液は反応槽内で消費されることになるため、特段の処理設備は必要としない。
【００７５】
なお、本発明の水処理装置の処理水（浸漬型膜分離装置の透過水）が水道基準を満たさない場合には、処理水をさらに活性炭吸着装置等の高度処理装置によって高度処理することができる。
【００７６】
［実施例］
図１に示す構造を有する本発明の水処理装置のラボ実験機（実施例）と、図５に示す構造を有する従来型の水処理装置のラボ実験機（比較例）を用いて、原水（河川水）の浄化処理を行った。実施例は表１、比較例は表２に示す条件で浄化処理を行った。ここで、表１における水処理槽寸法とは、反応槽及び膜分離槽の寸法を合わせたものである。
【００７７】
なお、実施例では散気装置として、第一散気装置はエアリフト管を、第二散気装置は直径10mmの管に直径2mmの孔を複数設けた散気管を使用し、比較例では平板状の散気装置を使用して散気を行ったが、散気量（空気量）及び被処理水の溶存酸素濃度は同じとした。また、比較例の水処理槽は直方体で、底面は平坦である。そして、有効液深は200mmであった。
【００７８】
ここで、表１における散気条件（散気量）は、第一散気装置からの散気量及び第二散気装置からの散気量を合わせたものであり、第一散気装置からの散気量と第二散気装置からの散気量との比率は、１：１とした。
【００７９】
【表１】
2010069359.tif 000003
【００８０】
【表２】
2010069359.tif 000004
【００８１】
それぞれの装置の処理水（浸漬型膜分離装置の透過水）について、鉄濃度、マンガン濃度、アンモニア態窒素濃度、色度、全有機炭素（ＴＯＣ）濃度を測定した。その結果を、表３に示す。
【００８２】
【表３】
2010069359.tif 000005
【００８３】
鉄濃度、マンガン濃度、アンモニア態窒素濃度については、比較例と実施例の間に差異は認められなかった。しかし、色度は、実施例の方が比較例よりも低い値を示した。また、比較例ではＴＯＣがほとんど除去できなかったのに対し、実施例では30〜40％程度除去できていた。比較例の水処理装置も、曝気処理（散気処理）、粒状活性炭及び浸漬型膜分離装置を組み合わせた水処理装置であったが、実施例の水処理装置には、比較例の水処理装置にはないＴＯＣ除去能力があることが確認された。
【００８４】
これは、比較例では粒状活性炭が槽底部に滞留して微生物処理が進まなかった反面、実施例では粒状活性炭が反応槽内で完全浮遊しているために、被処理水との接触効率が向上した結果であると推定された。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明の水処理装置及び水処理方法は、飲料水製造、各種廃水処理等の分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】実施の形態１の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（通常運転時）。
【図２】実施の形態１の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（逆洗浄操作時）。
【図３】実施の形態２の水処理装置を含む水処理システムの一例を示す図である（通常運転時）。
【図４】本発明の水処理装置における被処理水の流れを説明する図である。
【図５】比較例の水処理装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００８７】
１，５１：原水槽
２，５２：原水ポンプ
３，５３：経路
４：水処理装置
５：前段領域
６：後段領域
７：反応槽
８：第二仕切（ドラフト板）
９ａ：第二仕切の上端部
９ｂ：第二仕切の下端部
１０：第一散気装置
１１：第一仕切
１２：膜分離槽
１３，５４：浸漬型膜分離装置
１４ａ：第一仕切の下端部
１４ｂ：第一仕切の上端部
１５：底面
１５ａ：底面（水平部分）
１５ｂ：底面（傾斜部分）
１６，５５：経路
１８，６０：ブロア
１９ａ，１９ｂ：エア経路
２０：流量計
２１，２５，２６：経路
２２，５７：処理水タンク
２３ａ，２３ｂ：経路
２４，５６：吸引ポンプ
２７：次亜塩素酸貯留槽
２８：薬液ポンプ
２９：薬液経路
３０：第二散気装置
３１：給気口
３２ａ：第一散気装置の下端部
３２ｂ：第一散気装置の上端部
４０，６２：気泡
４１，５９：粒状活性炭（微生物担体）
５８：水処理装置（従来型）
６１：散気装置
７１：第三仕切
７１ａ：第三仕切の下端部
７１ｂ：第三仕切の上端部
７２：給水経路
７３：排水経路
７４：返送経路
７５：ポンプ
【図１】
2010069359.tif 000006
【図２】
2010069359.tif 000007
【図３】
2010069359.tif 000008
【図４】
2010069359.tif 000009
【図５】
2010069359.tif 000010