(57)【要約】  本発明は、下水等の汚水（廃水）を、膜分離活性汚泥法により処理する廃水処理方法において、生物処理槽内に散気する際、分離膜表面における洗浄効率を阻害することなく、活性汚泥に必要な酸素の供給機能も阻害せず、散気効率を高め、低コストでかつ低ファウリングを実現できる廃水処理方法を提供する。本発明法は、活性汚泥を含む微生物含有液を槽内に貯留させ、この槽内に設置した浸漬型膜分離装置によって膜分離処理する膜分離方法であって、浸漬型膜分離装置が、少なくとも、膜表面粗さが０．１μｍ以下である分離膜と、分離膜の下方に微細気泡を発生させる微細気泡散気装置とを備え、微細気泡散気装置から発生する微細気泡を、分離膜の表面に作用させて、分離膜表面を洗浄しながら、槽内の微生物含有液を膜分離処理するものである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥を含む微生物含有液を微生物含有液収容槽内に貯留させ、該微生物含有液収容槽内に設置した浸漬型膜分離装置によって膜分離処理する膜分離方法であって、前記浸漬型膜分離装置が、少なくとも、膜表面粗さが０．１μｍ以下である分離膜と、該分離膜の下方に微細気泡を発生させる微細気泡散気装置とを備え、前記微細気泡散気装置から発生する微細気泡を、前記分離膜の表面に作用させて、分離膜表面を洗浄しながら、微生物含有液を膜分離処理することを特徴とする膜分離方法。
【請求項２】
前記微細気泡散気装置の散気面に形成された散気孔の孔径が、１．０μｍ〜５００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項３】
前記分離膜の表面に作用する微細気泡が、直径２ｍｍ以下の微細気泡であることを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項４】
前記微細気泡散気装置における散気面が、伸縮により開閉する散気孔が多数形成された弾性シートからなり、散気孔の開閉により微細気泡が放出される構造の散気装置であることを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項５】
伸縮により開閉する散気孔が、伸縮により微細スリットが開閉する散気孔であることを特徴とする請求項４記載の膜分離方法。
【請求項６】
前記微細気泡散気装置が、少なくとも、筒状の支持管と、微細スリットが形成された弾性シートとを有する散気管を備え、該弾性シートが前記支持管の外周を覆うように設けられ、前記弾性シートと前記支持管の間に気体を供給した際に、前記弾性シートの微細スリットが開くことにより、微細気泡が散気孔から放出される構造の微細気泡散気装置であることを特徴とする請求項５に記載の膜分離方法。
【請求項７】
前記分離膜が、不織布からなる基材層上に、ポリフッ化ビニリデン製の多孔質分離機能層が形成されてなる平膜であり、かつ、該多孔質分離機能層における平均孔径が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項８】
前記膜分離処理を、膜分離を一定時間行った後に一定時間停止することを繰り返す間欠運転でもって行い、該間欠運転における膜分離停止時間の占める割合を１〜１５％とし、前記膜分離の継続時間を２０分以下とし、かつ、前記微生物含有液収容槽内の前記微生物含有液の乾燥重量を１０ｇ／Ｌ以上、及び／又は、前記分離膜の平均膜ろ過流束を０．５ｍ／ｄ以上とすることを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項９】
前記微生物含有液の乾燥重量が１５ｇ／ｌ以上であることを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項１０】
前記微細気泡の単位流路面積あたりの曝気風量を０．１３〜０．５Ｌ／分／ｃｍ２とすることを特徴とする請求項１に記載の膜分離方法。
【請求項１１】
被処理液を貯留した槽内に浸漬設置される浸漬型膜分離装置であって、膜表面粗さが０．１μｍ以下である平膜を分離膜として配置してなる分離膜エレメントの複数枚が、膜面平行に配置され、分離膜エレメントの下方に微細気泡を発生させる微細気泡散気装置が配置され、かつ、隣接した分離膜エレメントの膜間によって形成される空間の鉛直下方に散気孔が存在するように微細気泡散気装置を配置することを特徴とする浸漬型膜分離装置。
【請求項１２】
前記微細気泡散気装置の散気孔の孔径が、１．０μｍ〜５００μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項１３】
前記微細気泡散気装置における散気面が、伸縮により開閉する微細スリットが多数形成された弾性シートからなり、微細スリットの開閉により微細気泡が放出される構造の微細気泡散気装置を用いることを特徴とする請求項１１に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項１４】
前記微細気泡散気装置が、少なくとも、筒状の支持管と、微細スリットが形成された弾性シートとを有し、前記弾性シートが前記支持管の外周を覆うように設けられ、前記弾性シートと前記支持管の間に気体を供給した際に、前記弾性シートの微細スリットが開くことにより、微細気泡が散気孔から放出される構造の微細気泡散気装置であることを特徴とする請求項１３に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項１５】
前記微細気泡散気装置に備えられた散気管の長手方向軸が、前記分離膜エレメントの膜面に交差するように、前記微細気泡散気装置が配設されていることを特徴とする請求項１１に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項１６】
前記微細気泡散気管へ気体を供給するための複数の気体供給管が、分離膜エレメントの鉛直下方部分を挟み対向するように配置され、対向する気体供給管の各々から前記微細気泡散気管が分岐するように連接され、該微細気泡散気管の長手方向軸が、前記分離膜エレメントの膜面に交差するように延びることを特徴とする請求項１５に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項１７】
対向する気体供給管の各々に連設された複数の微細気泡散気管の長手方向が、分離膜エレメントの鉛直下方部分において、略直線上に並ぶように配列させ、対向する微細気泡散気管の先端同士を近接位置とし、かつ、配列された複数の微細気泡散気管の列において微細気泡散気管の先端位置が不揃いとなるように、長さの異なる微細気泡散気管を組み合わせて用いることを特徴とする請求項１６に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項１８】
対向する気体供給管の各々に連設された複数の微細気泡散気管が、分離膜モジュールの鉛直下方部分へと略水平方向に延び、かつ、対向する微細気泡散気管の先端部分が部分的に重なることを特徴とする請求項１６に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項１９】
前記分離膜が、不織布からなる基材層上に、ポリフッ化ビニリデン製の多孔質機能層が形成されてなる平膜であり、かつ、該多孔質分離機能層における平均孔径が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の浸漬型膜分離装置。
【請求項２０】
請求項１１に記載の膜分離装置を微生物含有液収容槽内に設置し、収容槽内の微生物含有液を膜分離処理して膜透過水を取得する膜分離プロセスであって、微細気泡散気装置から、酸素含有気体からなる微細気泡を発生させつつ膜分離処理することを特徴とする膜分離プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性汚泥を含む微生物含有液を、膜を用いて固液分離する膜分離方法、浸漬型膜分離装置、及び膜分離プロセスに関する。具体的には、下水等の汚水を、活性汚泥処理した後に膜分離処理する、いわゆる膜分離活性汚泥法を用いた廃水処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、廃水処理方法として、膜分離活性汚泥法が開発され普及しつつある。この膜分離活性汚泥法は、通常の活性汚泥法の最終沈殿池の代わりに、精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜等の分離膜を用いて膜分離処理する処理方法であって、生物反応槽内の被処理水の生物量（一般にＭＬＳＳ（＝Mixed Liquor Suspended Solids、混合液懸濁物質）で表す。）を高く保ちつつ設置面積を小さくすることができる利点があり、さらに、汚泥と処理水の分離は重力沈降によらず膜ろ過により行うため、処理水にＳＳ（＝Suspended Solids、懸濁物質）が流出することがなく、清澄な処理水を得ることができる等の利点がある。中でも、膜分離装置を曝気槽内部に浸漬した浸漬型方式の膜分離活性汚泥法は、曝気エネルギーを酸素供給と膜面洗浄に兼用できるため、膜分離装置を曝気槽外部に設置し循環ポンプが必要な外部循環方式の膜分離活性汚泥法に比べて必要動力が少なく、省スペースであるため、膜価格の低下などと併せて、急速に普及してきている。【０００３】
浸漬型方式の膜分離活性汚泥法による膜分離処理を行う際には、通常、分離膜表面を洗浄するため、分離膜の下方に散気装置を設置して粗大気泡を発生（曝気）させ、この粗大気泡によって発生する気液混合上向流を膜表面に作用させて膜面洗浄することが行われている。ここで、膜面に作用する気泡が大きいほど、膜面への堆積汚泥に対する剪断力が高くなるので、分離膜表面の洗浄効率を高めることができる。従って、分離膜の洗浄用には粗大気泡を用いることが必要と考えられている。【０００４】
一方、槽内に設置した散気装置から発生する気泡は、被処理液を生物処理する活性汚泥に酸素供給するためにも必要である。しかし、分離膜表面の洗浄に好適な粗大気泡は水中での表面積が大きいので、酸素を水中に溶解させる効率が低くなってしまうという問題があり、活性汚泥に必要な酸素量を供給するためには散気量を多くすることが必要となり、散気効率が低下する。【０００５】
そこで、散気効率を高めるために、粗大気泡による分離膜表面の洗浄効率を維持しつつ、生物処理に必要な酸素供給のための散気量を極力少なくすることが検討され、微細気泡と粗大気泡とをともに発生させる散気方法や、微細気泡を発生させた後に気泡を粗大化させる散気方法が提案されている。例えば、分離膜（膜ユニット）の下方に、粗大気泡散気装置と微細気泡散気装置との両方を設置して、粗大気泡と微細気泡を共に発生させる処理装置が提案されている（特許文献１参照）。また、分離膜（膜ユニット）の下方に、上下２段に散気装置を設け、下段の散気装置からは微細気泡を発生させ、上段の散気装置からは粗大気泡を発生させる処理装置が提案されている（特許文献２参照）。さらにまた、分離膜（膜ユニット）よりもかなり下方位置に、微細気泡散気装置を設け、その上方で分離膜の直下の位置に気泡合一装置を設置して気泡を粗大化させる処理装置が提案されている（特許文献３参照）。また、平膜を複数枚並べてその下方から微細気泡を発生させる外部循環式の膜分離活性汚泥法が提案されている（特許文献４参照）。【０００６】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載されている技術では、粗大気泡と微細気泡とを併用するために、粗大気泡用、微細気泡用の両方の散気装置が必要となり、特許文献３の技術では、微細気泡を粗大化させる気泡合一装置の設置や、散気効率を高める膜から微細気泡までの距離を十分に長くすることが必要となるので、装置コスト的に高価となり易く、また、同時に粗大気泡を利用するため十分に散気効率を高めることができないなど、工業的実施のためには好ましくないものであった。また、特許文献４の技術では、外部循環のための高流量の汚泥送液ポンプが必要であり、これにより微細気泡のエアリフトによる上向流以上の流速を発生させる必要があるため、微細気泡が汚泥内に滞留している時間が短く、酸素供給効率を十分に高めることができず、全体的に装置コストおよび運転コストが高くなってしまい、工業実施のためには好ましくないものであった。【０００７】
他方、膜分離活性汚泥法では、固液分離を沈殿槽で行う活性汚泥法に比べて、生物処理槽に保持する活性汚泥量を増やした低汚泥負荷での運転が可能になるため、廃水処理とともに生じる余剰汚泥発生量が減ることが知られている（非特許文献１、２参照）。【０００８】
またこのことは、次の式１でもって説明することができる。【０００９】
【数１】
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【００１０】
上記の式１から、汚泥滞留時間を長くし、生物処理槽に保持する活性汚泥量をさらに増やした運転を行った場合、余剰汚泥発生量がいっそう減ることになる。但し、汚泥滞留時間を長くするほど、粘度上昇によって膜の目詰まりや酸素供給不足のリスクが高くなるので、曝気量過剰な運転でもしない限り実現は困難である。そこで、実用施設では、汚泥滞留時間を制御して、余剰汚泥を定期的に引き抜き、汚泥濃度が８〜１２ｇ／Ｌ程度の管理濃度の範囲に保持する様に運転が行われている。しかし、これでは産業廃棄物である余剰汚泥が依然として著量発生するので、環境負荷や廃水処理費用を減らす観点から、余剰汚泥発生量のより少ない技術が望まれている。【００１１】
ところで、前述したとおり、微細気泡は酸素供給量を増加させるためには有効でも分離膜の膜面洗浄効果が小さいので、散気装置から発生させた微細気泡をそのまま膜面に作用させる方法では、膜分離活性汚泥法における標準的な汚泥濃度でも膜面を十分に洗浄することが困難であり、高汚泥濃度では、よりいっそう困難であると考えられていた。【００１２】
また、微細気泡散気装置として微細気泡散気管を用いる場合、微細気泡散気管は一般に長尺化することが難しいため、大型の膜分離装置の場合には１本の気体供給管から両側に複数の分岐管を設け、微細気泡散気管を配置するなどの方法がとられる（特許文献５参照）。しかし、この配置方法の微細気泡散気管を膜分離装置用散気管に適用した場合（図１３参照）、微細気泡が散気されない中央の気体供給管と分岐管の上部では膜表面洗浄用の気泡を供給することができず、十分な膜表面洗浄効果を得ることができず、膜のろ過機能が低下してしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−２２４６８５号公報
【特許文献２】特開２００１−２１２５８７号公報
【特許文献３】特開２００３−５３３６８号公報
【特許文献４】特開平８−３２３１６５号公報
【特許文献５】特開２００５−８１２０３号公報
【非特許文献１】化学工学、第６４巻８号（２０００）、３９０〜３９２、山本和夫
【非特許文献２】情報技術センター、「汚泥減容化システムの比較と汚泥対策コストダウン」講習会（２００４．６．２５）テキスト
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、下水や工場廃水等の汚水を処理する膜分離活性汚泥法を含む膜分離方法において、分離膜表面における洗浄効率を阻害することなく、即ち、膜ろ過フラックスを低下させることなく、酸素供給効率を高めることを目的とする。また、同時に槽内の微生物濃度を高め、生物反応効率を高めると同時に、膜分離活性汚泥法の場合には余剰汚泥発生量の削減を図ることができる経済的な膜分離方法を提供することを目的とする。さらに、微細気泡を膜面に効率よく供給し、十分な膜表面洗浄効果を得るための浸漬型膜分離装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の膜分離方法は、以下のとおり特定される。【００１５】
活性汚泥を含む微生物含有液を微生物含有液収容槽内に貯留させ、該微生物含有液収容槽内に設置した浸漬型膜分離装置によって膜分離処理する膜分離方法であって、前記浸漬型膜分離装置が、少なくとも、膜表面粗さが０．１μｍ以下である分離膜と、該分離膜の下方に微細気泡を発生させる微細気泡散気装置とを備え、前記微細気泡散気装置から発生する微細気泡を、前記分離膜の表面に作用させて、分離膜表面を洗浄しながら、微生物含有液を膜分離処理することを特徴とする膜分離方法。【００１６】
また、本発明の浸漬型膜分離装置は、以下のとおり特定される。【００１７】
被処理液を貯留した槽内に浸漬設置される浸漬型膜分離装置であって、膜表面粗さが０．１μｍ以下である平膜を分離膜として配置してなる分離膜エレメントの複数枚が、膜面平行に配置され、分離膜エレメントの下方に微細気泡を発生させる微細気泡散気装置が配置され、かつ、隣接した分離膜エレメントの膜間によって形成される空間の鉛直下方に散気孔が存在するように微細気泡散気装置を配置することを特徴とする浸漬型膜分離装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、微細気泡散気装置から噴出される微細気泡による気液混合流を作用させることのみによって膜表面洗浄を行いながら、活性汚泥などの微生物含有液の膜による固液分離を、フラックスを低下させることなく安定的に継続させることが可能となる。即ち、本発明は、従来技術のように、膜洗浄を向上させるために、別途粗大気泡散気装置を設けたり、気泡合一装置を設置したり、送液ポンプによって液体流速を増加させたりする必要がない。しかも、酸素供給効率を増加させることが可能となるので、装置設置・運転の両面から経済的であり、装置構成がシンプルとなる分、メンテナンスも容易となる。【００１９】
また、本発明では、高微生物濃度での運転下でも一定以上の高フラックスのろ過運転を微細気泡だけによる膜面洗浄で実現可能となる。そして、当該技術を高汚泥濃度での運転に適用して廃水を処理することにより、余剰汚泥発生量をコンパクトな設備で経済的に削減することが可能となる。特に、余剰汚泥発生量の抑制を省スペースで、汚泥分解に関するオゾン酸化等の別の付帯設備を必要とせず達成することが可能である。本発明によって高汚泥濃度で余剰汚泥発生量を抑制した（無機化を促進した）運転を行う場合、曝気動力は一般的な低汚泥濃度で運転した場合に比べて増大するため電力費は上昇するが、余剰汚泥発生量が大幅に減り、その処理費用の低減効果の方が電力費上昇を上回るため、廃水処理に際する運転コストを低減することができる。特に、含水率８５％程度の余剰汚泥処理費用が１万円／ｔを超えるような地域ではコスト低減効果がより顕著となる。【００２０】
また、本発明では、微細気泡散気装置の構造の改良や、膜エレメントに対する微細気泡散気装置の配置の改良技術を提供し、この技術により、微細気泡を膜面に効率よく供給し、十分な膜表面洗浄効果を得ることが容易となり、また、槽内に設置された散気装置内の汚染を軽減させることができる。そして、これにより、安定運転可能な浸漬型膜分離装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明法を適用することができる膜分離活性汚泥法による廃水処理装置の一例を示す装置概略図である。
【図２】本発明で用いられる微細気泡散気管の長手方向中心軸での縦断面図である。
【図３】本発明における分離膜モジュール内の２枚の隣接する分離膜エレメントを示す概略斜視図である。
【図４】本発明で用いられる膜分離装置の一実施態様を示す概略斜視図である。
【図５】本発明で用いられる微細気泡散気装置の他の一実施形態を示す上面図である。
【図６】本発明で用いられる微細気泡散気装置の他の一実施形態を示す上面図および側面図である。
【図７】膜分離装置の具体的な一実施態様を示す正面図、側面図、およびＡ−Ａ断面図である。
【図８】膜分離装置の具体的な別の一実施態様を示す正面図、側面図、およびＡ−Ａ断面図である。
【図９】分離膜の表面性状を説明するための分離膜表面部分を模式的に示す膜断面概略図である。
【図１０】実施例において採用した膜分離活性汚泥法による廃水処理装置を示す装置概略図である。
【図１１】実施例において微細気泡を作用させた場合の膜差圧の経時的変化を示すグラフである。
【図１２】粗大気泡を作用させた場合の膜差圧の経時的変化を示すグラフである。
【図１３】従来の膜分離装置の一実施態様を示す概略斜視図である。
【図１４】膜表面粗さ（ＲＭＳ）と非膜透過物質剥離係数比率との関係を表わす図である。
【図１５】平均孔径とろ過抵抗比率との関係を表わす図である。
【図１６】膜ろ過試験装置の概略を表わす図である。
【図１７】分離膜Ｆの分離機能層外表面の走査顕微鏡観察写真である。
【図１８】分離膜Ｇの分離機能層外表面の走査顕微鏡観察写真である。
【図１９】分離膜Ｈの分離機能層外表面の走査顕微鏡観察写真である。
【図２０】分離膜Ｉの分離機能層外表面の走査顕微鏡観察写真である。
【図２１】分離膜Ｊの分離機能層外表面の走査顕微鏡観察写真である。
【符号の説明】
【００２２】
１：原水（廃水）供給管、    ２：曝気槽（微生物含有液収容槽）、    ３：原水供給ポンプ、    ４：膜分離装置、    ５：吸引ポンプ、    ６：汚泥引き抜きポンプ、    ７：空気供給装置、    ８：散気装置、    １８：微細気泡散気管、    ９：膜表層部（膜表面）、    １０：表面粗さに相当する高さ、    １１：平均孔径に相当する幅、    １２：脱窒槽、    １３：汚泥循環ポンプ、    １４：開閉弁、    １５：空気供給管、    １６：分岐管部、    １９：弾性シート、    ２０：支持管、    ２１：固定具、    ２２：貫通孔、    ４１：膜モジュール、    ４２：膜透過水配管、    ４３：膜分離運転停止制御手段、    ４４：平膜エレメント（分離膜エレメント）、    ４５：フレーム、    ４６：平板状の分離膜（平膜）、    ８１：空気配管（気体供給配管）、    ４０１：攪拌式セル、    ４０２：分離膜、    ４０３：マグネティックスターラー、    ４０４：攪拌子、    ４０５：窒素ガス、    ４０６：膜固定ホルダー、    ４０７：ビーカー、    ４０８：電子秤、    ４０９：パソコン、    ４１０：純水チャンバー、    ４１１：圧力計、    ４１２、４１３，４１４：バルブ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、活性汚泥を含む微生物含有液を、分離膜を用いて固液分離する膜分離方法、浸漬型膜分離装置、及び膜分離プロセスに関する。例えば、下水等の汚水を、生物処理槽内で活性汚泥処理し、活性汚泥を含む処理混合液を前記生物処理槽内で浸漬型膜分離装置により膜分離処理する膜分離活性汚泥法によって廃水を処理する方法がある。そして、この膜分離活性汚泥処理する廃水処理方法において、分離膜表面の洗浄効率と活性汚泥への酸素供給機能とを阻害せずに散気効率を高めるため、特定の分離膜を使用し、かつ、散気装置から微細気泡を発生させ、この微細気泡により分離膜表面を洗浄することにしたものである。即ち、廃水処理する場合の散気効率を高めるために、膜洗浄に使用する散気と分離膜の表面性状とを総合的に検討した結果、表面性状が特定範囲内の分離膜を用いれば、微細気泡の作用でも十分な膜面洗浄効率が得られることを見出し、本発明を創出するに至ったものである。【００２４】
本発明法を適用することができる膜分離活性汚泥法による廃水処理装置の一例を図１に示す。この図１の廃水処理装置を利用して、有機性汚水などの廃水を本発明法により処理する方法を、以下説明する。【００２５】
本発明の廃水処理法により処理することができる廃水（汚水）としては、産業廃水や生活廃水等が挙げられる。特に、化学工場や食品工場などから排出される有機物に富んだ産業廃水に対する処理として本発明法は有効である。【００２６】
図１に示す廃水処理装置には、活性汚泥を含む微生物含有液が貯留され活性汚泥による生物処理を行うための曝気槽（微生物含有液収容槽）２と、その曝気槽２に原水（被処理液としての廃水）を供給するための原水供給ポンプ３及び原水供給管１と、生物処理された活性汚泥混合液を固液分離する膜分離装置４と、膜分離装置で固液分離された膜透過水を吸引する吸引ポンプ５と、曝気槽内の余剰汚泥を引き抜く汚泥引き抜きポンプ６が設けられている。【００２７】
膜分離装置４は、膜モジュール４１と、その下方に設置された散気装置８とから構成される。膜分離装置４は、曝気槽２内の液中に浸漬されており、散気装置８は、空気配管（気体供給配管）８１を介して空気供給装置７と連通している。即ち、空気供給装置７によって散気装置８に空気を供給し、散気装置８から微細気泡が活性汚泥中に散気されることによって、活性汚泥による好気処理を進行させるとともに、膜面の洗浄を行う。【００２８】
曝気槽２としては、活性汚泥を貯え、膜分離装置４を原水と活性汚泥の混合液（微生物含有液）に浸漬することができれば、その大きさや材質等は特に制限されるものではなく、例えば、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。また、曝気槽の内部が複数に分割された槽構造でもよいし、その複数に分割されている槽のうちの一部の槽内に膜分離装置４を浸漬することにしてもよい。その他、曝気槽の前段に、嫌気槽、無酸素槽、好気槽などを別に設けて、有機物のほか、窒素・リンなどの栄養塩を除去できるプロセスにしてもよい。【００２９】
原水供給ポンプ３は、原水（廃水）を曝気槽２内に送液することができるポンプであれば特に制限されるものではなく、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどを用いることができる。【００３０】
吸引ポンプ５は、膜透過水配管４２内の膜透過水を吸引するポンプであり、このポンプによる吸引力によって、膜分離装置４による膜ろ過固液分離を行うために必要な駆動力が与えられ、水の流れが生じる。この吸引ポンプ５の形状等は特に制限されるものではないが、通常は減圧状態から300kＰa以下で運転されるポンプが使用される。また、この吸引ポンプ５の代わりに、自然水頭差を駆動力として膜ろ過を行うことも可能である。ここにおいて、膜ろ過流束（単位膜面積あたりの膜ろ過流量）は、水処理方法の効率性を決定する上で極めて重要な項目である。膜ろ過流束が高ければ、小さい膜面積の膜分離装置で一定流量の廃水を処理することが可能であり、水処理装置の設置面積の削減、膜表面に必要な曝気エネルギーの削減などに寄与する。しかしながら、膜ろ過流束を高くするほど膜ろ過抵抗が高くなるので安定運転が難しくなる。本発明法によると、比較的高い膜ろ過流束である０．５ｍ／日以上でも、安定運転が可能となる。【００３１】
また、膜ろ過の運転／停止を一定時間ごとに切り替える機能を有するための膜分離運転停止制御手段４３が、膜透過水配管に設置される。その制御手段は特に限定されないが、例えば、図１のように吸引ポンプ５により固液分離に必要な駆動力を与える場合に配設される制御手段４３としては、タイマーを内蔵し、予め記録されたプログラムに従い、定期的に吸引ポンプの運転／停止を切り替えるリレースイッチによる制御装置が挙げられる。また、自然水頭差を駆動力とする場合には、膜ろ過水の配管途中に電磁弁を設け、その電磁弁の開閉により上記の場合と同様に制御する制御装置などが挙げられる。【００３２】
本発明法では、上記膜分離運転停止制御手段４３によって、膜ろ過の運転と停止を一定のサイクルで繰り返しながら膜ろ過を行う。ここにおいて、膜分離の停止時間の占める割合を式２のように定義する。本発明法では、該膜分離の停止時間の占める割合を１〜１５％とすることが好ましい。【００３３】
【数２】
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【００３４】
従来法の場合では、膜分離の停止時間の割合を１５％以下と短くして膜ろ過運転を行うと、膜表面からの膜汚染物質の剥離が不十分となり易い。しかし、表面粗さが０．１μｍ以下の分離膜、特に、表面粗さが０．１μｍ以下で、かつ平均孔径が０．２μｍ以下である分離膜を用い、微細気泡での膜面洗浄を行う本発明法の場合では、膜分離の停止時間の割合が１５％以下と短くても十分に膜汚染物質を膜表面から剥離でき、逆に膜ろ過安定性が向上する。また、膜分離継続時間（上記において、１サイクルにおける運転時間）を２０分以下とした場合において、上記の膜ろ過安定性の向上が顕著となるため、さらに好ましい。【００３５】
汚泥引き抜きポンプ６は、曝気槽内のＭＬＳＳ濃度を一定に保つために、汚泥を定期的に引き抜くためのポンプである。粘性の高い汚泥を送液できるものであれば、特に制限されるものではない。膜分離活性汚泥法における一般的なＭＬＳＳ濃度は３〜２０ｇ／Ｌ程度であるが、より安定した膜ろ過流束を保つためにはＭＬＳＳ濃度を５〜１５ｇ／Ｌ程度とすることが好ましい。一般的に、ＭＬＳＳ濃度を大きくすることによって、容積あたりの有機物除去速度が高くなり、高効率な水処理を行うことができるが、膜ろ過に関しては、ＭＬＳＳ濃度が高くなるのに従い膜ろ過抵抗が高くなり、膜ろ過の安定運転が難しくなる。本発明法によると、比較的高濃度である１０ｇ／Ｌ以上のＭＬＳＳ濃度でも、安定運転が可能となる。【００３６】
また、本発明法では、後述するように膜表面粗さが０.１μｍ以下と平滑な膜表面をもつ平膜形状の分離膜を用いるので、微細気泡散気装置から発生させる微細気泡のみでも十分な膜面洗浄がなされ、実際の膜ろ過運転上に必要な一定のフラックス条件下でも、安定な運転を行うことができる。しかも、ＭＬＳＳ濃度が１５ｇ／Ｌ以上の高汚泥濃度の場合にも安定した膜ろ過運転を行うことが可能である。具体的には、水温２５℃の条件下、ＭＬＳＳ濃度１０ｇ／Ｌのときは１．０ｍ／ｄ程度の膜ろ過流束で、１５ｇ／Ｌのときは０．７ｍ／ｄ程度の膜ろ過流束で、２０ｇ／Ｌのときは０．４ｍ／ｄ程度の膜ろ過流束で、３０ｇ／Ｌのときは０．２ｍ／ｄ程度の膜ろ過流束で、それぞれ１ヶ月以上膜間差圧１０ｋＰａ以内で運転することができる。【００３７】
余剰汚泥発生量削減の効果の程度は、廃水の種類や活性汚泥、運転条件等の違いにより異なるので、一律的に議論することは困難であるが、ＢＯＤ濃度が２００〜１，５００ｐｐｍの廃水をＢＯＤ容積負荷０．５〜２．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／日で、ＭＬＳＳ濃度を１５ｇ／Ｌの状態で、本発明法による処理をした場合に、高い効果が得られる。【００３８】
汚泥濃度が低いと、汚泥の自己分解速度や内生呼吸による有機物分解の効果が十分でないため、汚泥濃度を高くすることが好ましく、ＭＬＳＳ濃度で１５ｇ／Ｌ以上が好ましく、より好ましくは２０ｇ／Ｌ以上である。しかし、あまり汚泥濃度が高すぎると、粘性が高くなり曝気槽内での活性汚泥液の混合が不良となる、汚泥の性状が悪化する、など運転のリスクが高まるため、ＭＬＳＳ濃度は高くても４０ｇ／Ｌ以下であることが好ましい。ＭＬＳＳ濃度を１５〜４０ｇ／Ｌの範囲内のどの水準に管理するかは、容積負荷や汚泥削減のニーズに応じて決めればよく、特に限定されるものではないが、ＢＯＤ汚泥負荷が０．１ｋｇ／ＭＬＳＳ／日となるようなＭＬＳＳ濃度が目安となる。さらに汚泥を削減したい場合は０．０５ｋｇ／ＭＬＳＳ／日となるようなＭＬＳＳ濃度が目安となり、より一層に汚泥を削減したい場合は０．０２ｋｇ／ＭＬＳＳ／日となるようなＭＬＳＳ濃度が目安となる。【００３９】
汚泥濃度は、運転期間の一部に、汚泥の引き抜き等の理由により１５ｇ／Ｌ以下になる期間があってもよい。ただし、余剰汚泥発生量を抑制するには、１５ｇ／Ｌ以上で運転する期間が長い方がまとまった一定期間での余剰汚泥発生量発生量を抑えることが可能であり望ましく、例えば、年間の５０％以上、より好ましくは７０％以上、ＭＬＳＳ濃度１５ｇ／Ｌ以上に維持することが好ましい。【００４０】
空気供給装置７は、圧縮空気を送風する装置のことであり、一般にはブロア、コンプレッサ等が用いられる。送風された空気は散気装置８から槽内に微細気泡として送出され、この微細気泡により、膜分離装置の分離膜表面の洗浄が行なわれるとともに、生物処理（好気処理）に必要な酸素が液中に供給される。このとき、曝気風量を大きくするほど、分離膜表面の洗浄が行われやすくなるが、曝気風量の水準が大きいときには、曝気風量増分に対する洗浄効果増分が小さくなるため、曝気風量が大きすぎると曝気効率が低下する。さらに、曝気風量が大きすぎると、単位曝気風量あたりの酸素溶解効率が低下し、エネルギー効率が悪くなる。一方、曝気風量が小さすぎると、分離膜表面の洗浄が不十分となるだけでなく、設置面積あたりの曝気効率が小さくなり、不経済となる。そこで、曝気風量は、曝気エア流路単位面積あたりの曝気風量で、０．１３〜０．５Ｌ／分／ｃｍ２であることが好ましく、０．１８〜０．４Ｌ／分／ｃｍ２であることがさらに好ましく、０．１８〜０．２５Ｌ／分／ｃｍ２であることが最も好ましい。【００４１】
膜分離装置４は、上部の膜モジュール４１と下部の散気装置８によって構成される。金属や樹脂などの部材を利用して枠体を形成するなどして、前記膜モジュール４１と散気装置８を支持することが好ましい。【００４２】
膜モジュール４１は、槽内の活性汚泥を含む微生物含有液を固液分離する機能を発揮する分離膜を配設させた構造を有するモジュールである。そのための分離膜の形状としては平膜や中空糸膜などがあるが、本発明においては平膜であることが好ましい。膜モジュール形状については特に限定しないが、ろ過膜（分離膜）の取り扱い性や物理的耐久性を向上させるために、例えば、図３（概略斜視図）に示すように、樹脂や金属等で形成されたフレーム４５の表裏両面に透過水流路材を挟んで平板状の分離膜（平膜）４６を配置し平膜の周囲を接着固定した構造の平膜エレメント４４を用い、この平膜エレメント４４の複数〜多数を膜面平行に配置しているモジュールであることが望ましい。平膜エレメントの構造は上記に限定されるものではない。平膜エレメントを備えてなる膜モジュール４１は、膜面に平行な流速を与えた場合の剪断力による汚れの除去効果が高いことから、本発明に適している。ここで使用する平膜（分離膜）は後で詳細に説明するように、膜表面粗さが０．１μｍ以下の平滑表面をもつことが必要である。【００４３】
また、図３に示すように、平膜エレメント４４の複数枚〜多数枚を一定の間隔をあけて垂直かつ膜面平行に配置する膜モジュール構造であることが好ましい。ここで、図３は、隣り合う２枚の分離膜エレメント４４を示す概略斜視図であり、隣り合う分離膜エレメント４４の膜面の間には所定の間隔が空けられていて、この膜間空間Ｂを、槽内液の上昇流、特に気泡と槽内液との混合流が上昇する。分離膜の膜面洗浄を満遍なく良好に行うためには、この膜面空間Ｂの鉛直下方から微細気泡を含んだ気液混合流を上向きに流すことが好ましい。【００４４】
膜モジュールにおける体積当たりのろ過面積を増やすためには、分離膜エレメント４４の膜面間隔を狭くし、より多くの分離膜エレメントを配置することが望ましいが、膜面間隔が狭すぎると分離膜エレメントの膜面に十分にエアが作用されずに膜面洗浄が不十分となり、逆に膜ろ過性能を低下させてしまう。効率よく膜ろ過を行うためには、膜面どうしの間隔は１〜１５ｍｍであることが好ましく、さらには５〜１０ｍｍであることがより好ましい。【００４５】
散気装置８としては、微細気泡を発生させることができる散気面を備えた散気装置であれば特に限定されるものではないが、例えば、空気吐出部の材質に、金属、セラミック、多孔性のゴム、メンブレンを用いた散気装置を使用することができ、一般に酸素溶解効率が高い散気装置として知られているものを使用することができる。また散気装置８の圧力損失は、高すぎると消費電力が増し、省エネルギー性、経済性を損ねることにつながるため、圧力損失が低い方が好ましい。【００４６】
本発明法において用いる微細気泡は、孔径が１〜500μmの散気孔から散気されることにより発生する微細気泡であることが好ましい。散気孔の孔径は、散気孔が設けられた部分が金属管等の非伸縮性材質から構成される場合には、その散気孔の孔径を直接測った値である。このとき、散気孔が円形の場合には、その円直径を孔径とするが、円形でない場合には、写真から孔の有効面積を算出し、円換算したときの直径を孔径とする。即ち、孔の有効面積がＡの場合には、孔径は、２×（Ａ／π）１／２  として求めればよい。また、孔径の異なる複数個の孔が存在するときには、それぞれの孔径の平均値を、散気孔の孔径とする。また、ゴム製の多孔質膜のように伸縮性の素材からなる部分に散気孔が設けられている場合には、その散気装置内に所定の圧力をかけて散気孔を開いた状態にして写真撮影し、写真から孔径を測る方法をとればよい。【００４７】
また、微細気泡は、直径２ｍｍ以下であることが好ましい。さらに好ましくは、０．５〜１．５ｍｍである。気泡径は小さいほど酸素溶存効果が高くなるが、発生させるためのエネルギー（圧力損失）が大きくなり、気泡の上昇によって発生する気液混合上昇流の流速が小さくなる。この気泡径は、清水環境下で曝気を行い、膜面相当位置の気泡を写真撮影し、その写真から気泡径の平均値を評価する方法をとればよい。このような直径２ｍｍ以下の微細気泡は、前記孔径が１〜500μmの散気孔から散気することにより形成されるが、散気装置から粗大気泡を発生させた後、気泡を分散して微細化させる気泡微細化装置を、散気装置８と膜モジュール４１の中間に設置することによって微細気泡を形成してもよい。【００４８】
また、微細気泡散気装置は、散気面が、伸縮により開閉する散気孔が多数形成された弾性シートからなり、その散気孔の開閉により微細気泡が放出される構造の散気装置であることが好ましい。ここで、伸縮により開閉する散気孔としては、微細スリットが挙げられる。具体的には、円筒状支持管の外周面を覆うように、微細スリットが形成された弾性シートを設け、前記円筒状支持管と弾性シートとの間に空気を供給した際に、弾性シートが膨らみ、弾性シートに形成された微細スリットが開くことにより、微細気泡が発生する構造の散気装置であることが好ましい。このような散気装置としては、（株）美鈴工業により市販されているゴム製円筒型散気管が例示される。【００４９】
上記のような微細気泡散気装置の構造と動作について説明する。図２に微細気泡散気装置の長手方向中心軸aでの断面図を示す。微細気泡散気装置は、中心部に支持管２０があり、この支持管２０の外周全面を覆うように弾性シート１９が設けられ、弾性シート１９の軸方向両端部は、環状固定具２１により固定されている。弾性シート１９には複数の散気スリット（図示なし）が形成されている。この散気スリットの長手方向の長さは０．１〜１０ｍｍであり、特に、長さ０．５〜５ｍｍのスリットが好適である。【００５０】
支持管２０の片端は分岐管部１６と接続しており、接続端付近に貫通孔２２が設けられている。分岐管１６から供給された空気は貫通孔２２を通った後、支持管２０と弾性シート１９の間に入り、弾性シート１９を膨張させる。弾性シート１９が膨張したことによって散気スリットが開き、供給された空気が微細気泡となって、曝気槽２内の液中に噴出される。空気供給が停止した時には弾性シート膜１９が収縮して散気孔が閉じるので、微細気泡が放出されない時に散気孔から、槽内の微生物含有液が散気装置内に流入することがなく、膜ろ過運転を行う過程で微生物含有液中の汚泥による散気孔の閉塞や散気装置内の汚れを防ぐことができる。【００５１】
分岐管１６および支持管２０の材質としては、散気による振動などの負荷によって破損しない剛性を持つ材質であれば特に限定されるものではない。例えば、ステンレスなどの金属類、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの樹脂、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）などの複合材料、その他の材質などを好ましく使用することができる。【００５２】
弾性シート１９の材質については特に限定されず、エチレンプロピレンジェンゴム（ＥＰＤＭ）、シリコンゴム、ウレタンゴムなどの合成ゴムや、その他の弾性材を適宜選択して使用することができる。なかでも、エチレンプロピレンジェンゴムは耐薬品性に優れるので好ましい。【００５３】
また、膜モジュール内の分離膜エレメント４４の膜間空間Ｂ内に、下方から微細気泡を上昇させて膜面に微細気泡を作用させるためには、その膜間空間Ｂの鉛直下方向に散気孔が満遍なく存在するように散気装置８を配置することが好ましい。これにより、分離膜エレメント４４の膜面に均一に微細気泡を作用させ、分離膜表面を効率よく洗浄することができ、高い膜ろ過流束を得ることができる。【００５４】
本発明における具体的な散気装置として、微細気泡散気管を配置した散気装置を例にとって説明する。【００５５】
ここで、散気管は、散気孔が設置された散気面をもつ管状の散気装置であり、その管の横断面は、円でもよいし楕円でもよいし、そのほかの形状でもよい。【００５６】
図４は、膜分離装置を槽内に設置して膜分離を行う場合の一実施態様を示す概略斜視図である。分離膜モジュール４１の鉛直下方には、複数の微細気泡散気管１８ａ、１８ｂが配置されている。この複数の微細気泡散気管１８ａ、１８ｂは、それぞれ、空気供給管１５Ｌ、１５Ｒに、分岐管部１６Ｌ、１６Ｒを介して連接されている。この気体供給管１５Ｒ、１５Ｌは、分離膜モジュールの鉛直下方部分を挟み対向するように配置されている。即ち、図４における左側の気体供給管１５Ｒから分岐管１６Ｒが分岐し、右側の気体供給管１５Ｌから分岐管１６Ｌが分岐して、分岐管１６Ｒ、１６Ｌそれぞれの先端に、異なる長さの散気管１８ａ、１８ｂが接続されている。このように、分離膜エレメント４４の膜面と交差する方向に、微細気泡散気管の長手方向軸が配置されていることによって、分離膜モジュールの鉛直下方部分に満遍なく散気孔を配置させることが可能となる。【００５７】
また、この微細気泡散気管１８ａ、１８ｂは、その長さが長くなるほど長手方向に均一量で散気できなくなる傾向にある。従って、分離膜モジュールが多数の分離膜エレメントを配置した大型のモジュールである場合には、モジュールの端から端までの長さをもち、かつ長手方向に均一量で散気できる微細気泡散気管を製作することが難しい。そこで、本発明では、大型の分離膜モジュールの鉛直下方に配置する場合でも、満遍なく均一に微細気泡を発生できる微細構造散気管として、図４〜図６に示すように、複数の気体供給管を、分離膜モジュールの鉛直下方部分を挟み対向するように配置し、かつ、それら気体供給管に連接された微細気泡散気管を、分離膜エレメントの膜面に交差する方向に延びるように配置した構造のものを用いることが好ましい。即ち、図４に示すように、長手方向中心軸aがほぼ同一直線上に並ぶように対をなして微細気泡散気管を配列したものである。ここで、隣り合う微細気泡散気管の長さが異なるようにし、先端部が互い違いに配置されるようにすることが好ましい。ここで言う「互い違い」とは、例えば、右側の気体供給管１５Ｒに分岐管部１６Ｒを介して微細気泡散気管が、手前側から矢印Ａ方向に順に、長尺微細気泡散気管１８ｂ、短尺微細気泡散気管１８ａ、長尺微細気泡散気管１８ｂを配し、かつ、左側の気体供給管１５Ｌに分岐管１６Ｌを介して矢印Ａ方向に順に、短尺微細気泡散気管１８ａ、長尺微細気泡散気管１８ｂ、短尺微細気泡散気管１８ａを配することにより、先端部位置が互い違いの不揃いとなる配置方法が例示される。【００５８】
なお、図４の実施態様では、長手方向の長さの異なる２種類の微細気泡散気管１８ａ、１８ｂを各３本（計６本の散気管）を備えた散気装置を示したが、散気管の長手方向長さの種類、および本数はこれに限定されるものではなく、曝気槽２の容積や、分離膜モジュール４１の大きさや、分離膜エレメント４４の枚数や、ライン等の設計の自由度に応じて適宜選択する事ができる。後述する第２及び第３の微細気泡散気装置の実施形態（図５、図６）についても同様である。【００５９】
図４において膜ろ過運転を行う時には、開閉弁１４を開とすることによりブロア７から供給される空気が空気供給幹管８１へと流入し、気体供給管１５Ｒ、１５Ｌへと流入し、さらに、分岐管１６Ｒ、１６Ｌを介して、微細気泡散気管１８ａ、１８ｂへと空気が供給される。微細気泡散気管１８ａ、１８ｂの表面の微細散気孔から空気が噴出し、曝気槽（処理槽）２内に微細気泡が発生する。噴出した微細気泡によるエアリフト作用によって生起する気液混合上昇流や微細気泡が、分離膜の膜面に掃流として作用し、膜ろ過される時に膜面に付着し堆積し易いケーキ層を抑制することができる。【００６０】
次に、微細気泡散気管を用いた別の散気装置の一実施態様を図５（散気装置部分の上面図）に示す。ここでは隣り合う微細気泡散気管１８の長手方向長さが２本おきに互い違いになっている。このように、隣り合う微細気泡散気管１８の長手方向長さがすべて互い違いで不揃いになっている必要はなく、複数本おきに互い違いで不揃いになっていてもよい。【００６１】
また、微細気泡散気管を用いたさらに別の散気装置の一実施態様を図６（散気装置部分の（ａ）上面図、（ｂ）側面図）に示す。左側の気体供給管１５Ｌの分岐管部１６Ｌに連接されて延びる微細気泡散気管の先端部分と、右側の気体供給管１５Ｒの分岐管部１６Ｒに連接されて延びる微細気泡散気管の先端部分とが、部分的に重なるようになっている。即ち、右側の分岐管部１６Ｒに連接されて延びる微細気泡散気管は、その長手方向中心軸αが水平平面Ｃ上に位置し、左側の分岐管部１６Ｌに連接されて延びる微細気泡散気管は、その長手方向中心軸αが水平面Ｃよりも下の水平平面Ｄ上にくるよう配置されている。この場合には、下方の微細気泡散気管から放出される微細気泡の上昇流を阻害しないように、上側の微細気泡散気管の長手方向中心軸を、下側の微細気泡散気管の長手方向中心軸とずらしておくことが好ましい。このように、微細気泡散気管１８の長手方向中心軸αは同一平面上にある必要はなく、微細気泡散気管１８の先端部同士の一部が上下に重なり合わせてもよい。【００６２】
図４に示す場合と同様の微細気泡散気装置を配置した膜分離装置の具体的な装置を図７に示す。図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、膜分離装置の正面図、側面図、Ａ−Ａ断面図である。この図では、気体供給管およびその上流側は省略している。【００６３】
図７の装置では、分離膜モジュール４１内に、平行に並べた１００枚の分離膜エレメントが設置されている。分離膜モジュール４１の鉛直下方には、右側の気体供給管（図示なし）の分岐管部１６Ｒから水平方向に延びる微細気泡散気管と、左側の気体供給管（図示なし）の分岐管部１６Ｌから水平方向に延びる微細気泡散気管とが設置されている。それら微細気泡散気管の長手方向中心軸がほぼ同一の水平面の略直線上の４列に並ぶように配列され、対向する微細気泡散気管の先端同士を近接位置としている。さらに、それらの先端部が互い違いとなるように配置している。このような微細気泡散気管構造とすることにより、分離膜モジュール４１内の各エレメントの膜面に均一に微細気泡を散気させることができる。【００６４】
図６に示す場合と同様の微細気泡散気装置を配置した膜分離装置の具体的な装置を図８に示す。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、膜分離装置の正面図、側面図、Ａ−Ａ断面図である。この図では、気体供給管およびその上流側は省略している。【００６５】
図８の装置における分離膜モジュール４１の構造は上記した図７の場合と同じであり、その分離膜モジュール４１の下方に設置された散気装置構造が図７の場合とは異なるものである。分離膜モジュール４１の鉛直下方には、右側の気体供給管（図示なし）の分岐管部１６Ｒから水平方向に延びる微細気泡散気管と、左側の気体供給管（図示なし）の分岐管部１６Ｌから水平方向に延びる微細気泡散気管とが設置されている。それら微細気泡散気管の長手方向中心軸は上下２水平面に、かつ、長手方向中心軸がずれるように配置され、それらの先端部分が部分的に重なっている。このような微細気泡散気装置構造とすることにより、各分離膜モジュール４１内の各エレメントの膜面に均一に微細気泡を散気させることができる。【００６６】
一般的に、分離膜の膜面洗浄用に粗大気泡を用いると、前述したとおり、膜表面に付着する汚泥の洗浄除去効果は高まるが、気泡と水との接触面積が小さくなるので酸素が液中に溶解する効率が低くなり、散気効率が低下する。しかし、本発明では、膜表面粗さが0.1μm以下、さらに好ましくは、膜表面粗さが0.1μm以下かつ膜表面平均孔径が0.2μm以下という表面性状で特定される分離膜を膜分離装置４に用いるので、洗浄効果が低いと考えられてきた微細気泡を用いても十分な膜面洗浄効果を得ることができ、膜分離活性汚泥法で求められる通常のフラックス条件下で安定運転することができる。【００６７】
本発明において、膜分離装置４に用いる分離膜は、平膜であって、被ろ過液側に圧力を加えて、もしくは透過側から吸引することによって被ろ過液中に含まれる一定粒子径以上の物質を捕捉する機能を有する分離膜であり、その捕捉粒子径の違いにより、ダイナミックろ過膜、精密ろ過膜、および限外ろ過膜と分類されるが、好ましくは、精密ろ過膜である。【００６８】
分離膜として用いる平膜の膜表面部分を、図９に模式的に示す。膜分離活性汚泥法において、活性汚泥は膜表層部9において固液分離され、分離された水が透過水（処理水）として膜内を透過する。本発明で用いる分離膜は、膜表面における表面粗さが0.1μｍ以下であり、好ましくは、膜表面粗さが0.1μm以下かつ膜表面における平均孔径が0.2μm以下であり、さらに好ましくは、膜表面の表面粗さが０．００１〜０．０８μｍ、かつ膜表面の平均孔径が０．０１〜０．１５μmであり、さらに好ましくは、膜表面の表面粗さが０．０１〜０．０７μｍ、かつ膜表面の平均孔径が０．０１〜０．１μmである。【００６９】
膜表面における表面粗さとは、分離膜が被ろ過液と接触する膜表面に対して垂直方向の高さの平均値と言うことができ、図９の模式図では符号１０で示す高さでもって表すことができる。そして、この膜表面における表面粗さは、以下のような装置・手法により測定することができる。測定装置として原子間力顕微鏡装置（Digital Instruments社製Nanoscope IIIａ）を用い、探針としてＳｉＮカンチレバー（Digital Instruments社製）を用い、走査モードはコンタクトモード、走査範囲は１０μｍ×２５μｍ、走査解像度は５１２×５１２として各ポイントのＺ軸（膜表面に対して垂直方向）の高さ（Ｚｉとする）を測定し、データを取得する。測定前には、試料となる膜サンプルは、常温でエタノールに１５分浸漬した後、逆浸透膜ろ過水中に２４時間浸漬して洗浄した後、風乾する前処理を行う。そして測定データのベースラインを水平化する処理を行い、下記の式３による計算を行って求められる二乗平均粗さＲＭＳ（μｍ）を膜表層部の表面粗さとする。【００７０】
【数３】
2008038436.tif 000005
【００７１】
膜表面における平均孔径とは、分離膜表面における細孔径の平均値であり、図９の模式図では符号１１で示す幅でもって表すことができる。そして、この膜表面の平均孔径を測定するためには、例えば、膜表面を走査型電子顕微鏡を用いて倍率１０，０００倍で写真撮影し、１０個以上、好ましくは２０個以上の任意の細孔の直径を測定し、数平均して求める。細孔が円状でない場合、画像処理装置等によって、細孔が有する面積と等しい面積を有する円（等価円）を求め、等価円直径を細孔の直径とする方法により求められる。細孔径の標準偏差σが大きすぎると、ろ過孔径性能の劣る孔の割合が多くなるため、標準偏差σは０．１μｍ以下であることが好ましい。【００７２】
また、本発明で用いられる多孔性膜は、高透水性や運転安定性の観点から、水透過性に優れた膜を使用することが好ましい。透過性の指標としては、使用前の多孔性膜の純水透過係数を用いることができる。多孔性膜の純水透過係数は、逆浸透膜による２５℃の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで透水量を測定し算出した値で２×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上であることが好ましく、より好ましくは４０×１０−９ｍ３／ｍ２／ｓ／ｐａ以上であり、この範囲で実用的に十分な透過水量が得られる。【００７３】
このような表面性状を有する平膜状の分離膜を用いた膜分離装置の場合には、膜面に微細気泡を作用させることによって良好に膜面洗浄することができる理由は、次のように考えられる。【００７４】
膜表面粗さが小さい分離膜ほど、膜表面における非膜透過物質剥離係数比率が大きくなる傾向がある（図１４参照）。膜表面における非膜透過物質剥離係数とは、分離膜表面に付着している被ろ過液の非膜透過物質が分離膜からの剥離し易さを表す剥離係数であり、この試料膜の剥離係数を、標準膜の剥離係数に対する比率でもって表した値が非膜透過物質剥離係数比率である。即ち、この剥離係数比率が高いほど、分離膜に付着している非膜透過物質が分離膜から剥離し易く、膜表面に非膜透過物質のケーク層が形成されにくいものであり、膜ろ過性能が高くなる。また、ここで、標準膜とは、ミリポア社製のデュラポア膜フィルターＶＶＬＰ０２５００（親水性ＰＶＤＦ製、、孔径０．１０μｍ）である。【００７５】
また、平均孔径が小さい分離膜ほど、ろ過抵抗係数比率が小さい傾向がある（図１５参照）。ろ過抵抗係数比率は、膜表面に付着している非膜透過物質の単位物質量あたりの抵抗発生量を表すろ過抵抗係数を、標準膜のろ過抵抗係数に対する比率でもって表した値である。即ち、ろ過抵抗係数比率が小さいほど、分離膜表面に非膜透過物質が付着しても膜ろ過抵抗として表れにくいものであり、透水性が高くなる。【００７６】
散気装置から発生されて膜表面に作用させる気泡として、粗大気泡ではなく微細気泡を用いると、気液混合上向流により励起される膜表面洗浄応力が小さくなる。しかし、膜表面粗さが０．１μｍ以下の分離膜では、非膜透過物質剥離係数比率が高いために、膜表面から分離膜に付着している非膜透過物質が分離膜表面から剥離し易く、膜表面に非膜透過物質のケーク層が形成されにくいのであり、この結果、微細気泡による膜面洗浄でも、十分な膜ろ過性能が得られるのである。【００７７】
図１４、図１５に示す上記した事項は、膜表面粗さおよび平均孔径の異なる４種の市販の分離膜を用いて、次のような実験・解析を行った結果、明らかとなったものである。【００７８】
まず、表２に示す４種の分離膜（分離膜Ａ〜Ｄ）を２０％エタノール水溶液に３０℃以上の温度で２時間以上浸漬させた後に、膜ろ過試験装置に取り付ける。この膜ろ過試験装置として、図１６（膜ろ過試験装置の概略図）に示す装置を用いる。この膜ろ過試験装置では、窒素ガスによって、純水を収容している純水チャンバー４１０内を加圧し、あるいは、攪拌式セル４０１（ミリポア（株）製Ａｍｉｃｏｎ８０５０）内を加圧する。その加圧圧力は、圧力計４１１によって測定する。窒素ガスによる加圧によって、被ろ過液を、膜固定ホルダー４０６に設置された分離膜４０２でろ過する。また、膜ろ過の際に、マグネティックスターラー４０３によって攪拌子４０４を回転させ、攪拌式セル４０１内の被ろ過液を攪拌することが可能である。また、分離膜４０２を透過した膜透過液は、電子秤４０８上に載せたビーカー４０７に受けて、その膜透過液の量を電子秤４０８によって測定し、その測定値をパソコン４０９に取り込む。また、バルブ４１２、バルブ４１３、バルブ４１４を開閉することにより、膜ろ過試験装置の各部の加圧の有無を調整する。【００７９】
上記の膜ろ過試験装置を用いて、窒素ガス４０５によって純水チャンバー４１０内の純水を加圧し、攪拌式セル４０１内に純水を供給しながら純水を膜ろ過する。そして、得られた時刻と膜透過液量との関係を示すデータを次のように処理する。まず、任意のろ過時間における膜透過液量の微分係数を用いて、任意のろ過時間における膜ろ過流束を算出する。次に、前記任意のろ過時間における膜ろ過流束から、膜ろ過圧力を用いて、下式に従い、任意のろ過時間における膜ろ過抵抗を算出する。【００８０】
膜ろ過抵抗は、次の計算式で算出される。【００８１】
【数４】
2008038436.tif 000006
【００８２】
ここで、Ｒは膜ろ過抵抗（１／ｍ）、ΔＰは膜間差圧（Ｐａ）、μは透過水の粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｊは膜ろ過流束（ｍ／ｓ）である。ここで、μは下式に従い、温度から換算することにより求める。【００８３】
【数５】
2008038436.tif 000007
【００８４】
ここで、Ｆ=0.01257187、Ｂ=−0.005806436、Ｃ＝0.001130911、Ｄ＝−0.000005723952であり、Ｔは絶対温度[Ｋ]である。すなわち、摂氏温度をσ[℃]とすると、Ｔ＝σ+273.15として表される。【００８５】
上記のように算出された結果から、単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係を作成し、前記純水を用いた膜ろ過試験の結果から作成された単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係から、膜ろ過抵抗が一定となる膜ろ過抵抗を膜ろ過抵抗初期値とする。【００８６】
次に、ろ過抵抗係数を求めるために、図１６の膜ろ過試験装置を用い、活性汚泥液（農集落廃水を処理している膜分離式活性汚泥装置から採取した活性汚泥液）を分離膜を用いて膜ろ過する。【００８７】
この膜ろ過では、膜ろ過試験装置における純水チャンバー４１０を外し、図１６の点線で示す接続管４１５を接続し、被ろ過液及び窒素ガスが直接攪拌式セル４０１内に入るようにした。評価対象とする分離膜を膜固定ホルダー４０６に設置し、被ろ過液を攪拌式セル４０１内に供給するとともに窒素ガスによる加圧を行う。この際には、マグネティックスターラー４０３による攪拌を行わないで膜ろ過を行う。膜ろ過により得られた時刻と膜ろ過液量との関係を示すデータからの計算により、前記と同様に単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係を作成する。ここで作成された単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係には、直線部分が含まれるので、この直線の傾きをｋｏとする。また、被ろ過液中の固形物質量（乾燥重量）を測定し、その値をＸ（ｍｇ／Ｌ）とすると、ろ過抵抗係数αは、下式で求められる。【００８８】
【数６】
2008038436.tif 000008
【００８９】
前記の方法によりろ過抵抗係数を、標準膜と評価膜とについてそれぞれ測定し、ろ過抵抗係数比率αｒを下式により算出する。【００９０】
【数７】
2008038436.tif 000009
【００９１】
ここで、αｍは評価膜におけるろ過抵抗係数であり、αｓは標準膜におけるろ過抵抗係数である。【００９２】
次に、非膜透過物質剥離係数を求めるために、前記ろ過抵抗係数の場合と同様な膜ろ過試験を行う。但し、この膜ろ過試験では、攪拌を行いながら膜ろ過を行う。このとき、膜ろ過の途中で、一時的に膜ろ過を停止する。膜ろ過により得られた時刻と膜ろ過液量との関係を示すデータから、前記と同様に単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係を作成する。【００９３】
ここで、次のような膜ろ過抵抗予測方法により、前記単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係の再現を行う。この膜ろ過抵抗予測方法では、下記の数式を用いる。【００９４】
【数８】
2008038436.tif 000010
【００９５】
ここで、Ｊ（ｔ）は時刻ｔにおける膜ろ過流束（ｍ／ｓ）、Ｒ（ｔ）は時刻ｔにおける膜ろ過抵抗（１／ｍ）、Ｘｍ（ｔ）は時刻ｔにおける単位膜面積に付着している固形成分物質量（ｇ／ｍ２）、Ｘ（ｔ）は時刻ｔにおける被ろ過液中の固形成分物質量（ｇ／ｍ３）、γは非膜透過物質剥離係数（１／ｍ／ｓ）、τは膜洗浄力（−）、λは摩擦係数（１／Ｐａ）、ηは密度の逆数（ｍ３／ｇ）、Δｔは時刻ｔの刻み幅（ｓ）、Ｒｍは膜ろ過抵抗初期値（１／ｍ）、Ｖ（ｔ）は時刻ｔにおける被ろ過液の容量（ｍ３）、Ａは有効膜面積（ｍ２）である。また、ここでは、τ＝１、η＝１×１０−６であり、ろ過抵抗係数αは、上記で決定されたαを用い、Ｒｍは、上記で決定された純水膜ろ過抵抗を用いる。【００９６】
前記式８〜１２の計算を時刻を更新しながら繰り返し行うことにより、各時刻における膜ろ過流量や膜ろ過抵抗の値が計算され、単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係の予測値を得る。ここで、様々な非膜透過物質剥離係数と摩擦係数を与えたときにおける前記単位膜面積あたりの総ろ過液量と膜ろ過抵抗との関係の予測値を算出し、前記実測値との差異が最小となるような非膜透過物質剥離係数と摩擦係数とを、その分離膜における非膜透過物質剥離係数および摩擦係数として決定する。ここで、各時刻における実測値に対する予測値の差異は、下式に従うことが好ましい。【００９７】
【数９】
2008038436.tif 000011
【００９８】
は予測値の差異（−）、Ｒｍｓｒ，ｉはｉ点における膜ろ過抵抗の実測値（１／ｍ）、Ｒｃａｌ，ｉはｉ点における膜ろ過抵抗の計算値（１／ｍ）、Ｎは点の総数（−）である。【００９９】
上記のようにして、非膜透過物質剥離係数を標準膜と評価膜とについて算出し、非膜透過物質剥離係数比率γｒを下式により算出する。【０１００】
【数１０】
2008038436.tif 000012
【０１０１】
ここで、γｍは評価膜における非膜透過物質剥離係数であり、γｓは標準膜における非膜透過物質剥離係数である。【０１０２】
本発明で特定した平滑な表面性状を有する平膜状の分離膜は、以下に説明する製造方法によって製造することができる。【０１０３】
たとえば、不織布からなる基材の上に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂及び開孔剤などを含む製膜原液を塗布し、直ちに、非溶媒を含む凝固液中で凝固させることにより多孔質分離機能層を形成することにより、本発明で用いる分離膜を製造することができる。【０１０４】
このとき、基材の表面上に製膜原液を塗布する代わりに、基材を製膜原液に浸漬して多孔質分離機能層を形成してもよい。基材に製膜原液を塗布する場合には、基材の片面に塗布しても構わないし、両面に塗布してもよい。基材とは別に多孔質分離機能層のみを形成した後に基材と積層させてもよい。【０１０５】
そして、製膜原液を凝固させるにあたっては、基材上に形成された多孔質分離機能層のみを凝固液に接触させたり、多孔質分離機能層を基材ごと凝固液に浸漬すればよい。多孔質分離機能層のみを凝固液に接触するための方法としては、例えば基材上に形成された多孔質分離機能層が下側に位置するようにして凝固浴表面と接触させる方法や、ガラス板、金属板などの平滑な板の上に基材を接触させて、凝固浴が基材側に回り込まないように貼り付け、多孔質分離機能層を有する基材を板ごと凝固浴に浸漬する方法などが挙げられる。後者の方法では、基材を板に貼り付けてから製膜原液の被膜を形成してもよいし、基材に原液の被膜を形成してから板に貼り付けてもよい。【０１０６】
そして、製膜原液には、前記したポリフッ化ビニリデン系樹脂の他に、必要に応じて開孔剤やそれらを溶解する溶媒等を添加してもよい。【０１０７】
製膜原液に、多孔質形成を促進する作用を持つ開孔剤を加える場合、その開孔剤は、凝固液によって抽出可能なものであればよく、凝固液への溶解性の高いものが好ましい。たとえば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリオキシアルキレン類や、ポリビニールアルコール、ポリビニールブチラール、ポルアクリル酸などの水溶液高分子やグリセリンを用いることができる。【０１０８】
また、その開孔剤として、ポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造、又は水酸基を含有する界面活性剤を用いることもできる。このような界面活性剤の使用により、目的とする細孔構造を得ることがより容易になる。【０１０９】
ポリオキシアルキレン構造としては、【０１１０】
【化１】
2008038436.tif 000013
【０１１１】
などを挙げることができる。特に親水性の観点から、  −（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｎ−、いわゆるポリオキシエチレン構造が好ましい。【０１１２】
脂肪酸エステル構造としては、長鎖脂肪族基を有する脂肪酸が挙げられる。長鎖脂肪族基としては、直鎖状、分岐状いずれでもよいが、脂肪酸としては、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリン酸、パルミチン酸などが挙げられる。また、油脂由来の脂肪酸エステル、例えば牛脂、パーム油、ヤシ油等も挙げられる。【０１１３】
水酸基を有する界面活性剤としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、グリセリン、ソルビトール、ブドウ糖、ショ糖などを挙げることができる。【０１１４】
この分離膜製造時において開孔剤として用いる界面活性剤は、ポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造、水酸基のうち２つ以上を含むものが好ましい。【０１１５】
中でも、ポリオキシアルキレン構造、脂肪酸エステル構造及び水酸基の全てを含有している界面活性剤が特に好ましく用いられ、たとえば、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステルとして、モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸ソルビタン、モノオレイン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノラウリン酸ポリオキシエチレンソルビタン、モノパルミチン酸ポリオキシエチレンソルビタン、ポリオキシエチレン脂肪酸エステルとして、モノステアリン酸ポリエチレングリコール、モノオレイン酸ポリエチレングリコール、モノラウリン酸ポリエチレングリコールを挙げることができる。これらの界面活性剤は特に無機微粒子の分散性をよくするだけでなく、多孔質層に残存し乾燥させても透水性、阻止性が低下しないという特長を併せ持つので好ましい。【０１１６】
また、製膜原液中に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂、他の有機樹脂及び開孔剤などを溶解させるための溶媒を用いる場合、その溶媒としては、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、アセトン、メチルエチルケトンなどを用いる事ができる。中でもポリフッ化ビニリデン系樹脂に対する溶解性の高いＮＭＰ、ＤＭＡｃ、ＤＭＦ、ＤＭＳＯを好ましく用いることができる。【０１１７】
製膜原液には、その他、非溶媒を添加することもできる。非溶媒は、ポリフッ化ビニリデン系樹脂や他の有機樹脂を溶解しないものであり、ポリフッ化ビニリデン系樹脂及び他の有機樹脂の凝固の速度を制御して細孔の大きさを制御するように作用する。非溶媒としては、水や、メタノール、エタノールなどのアルコール類を用いることができる。なかでも廃水処理の容易さや価格の点から水、メタノールが好ましい。これらの混合であってもよい。【０１１８】
製膜原液の組成において、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は５重量％〜３０重量％、開孔剤は０．１重量％〜１５重量％、溶媒は４５重量％〜９４．８重量％、非溶媒は０．１重量％〜１０重量％の範囲内であることが好ましい。中でも、ポリフッ化ビニリデン系樹脂は、極端に少ないと多孔質層の強度が低くなり、多すぎると透水性が低下することがあるので、８重量％〜２０重量％の範囲がより好ましい。開孔剤は、少なすぎると透水性が低下し、多すぎると多孔質層の強度が低下することがある。また、極端に多いとポリフッ化ビニリデン系樹脂中に過剰に残存して使用中に溶出し、透過水の水質が悪化したり、透水性変動を生じたりすることがある。したがって、より好ましい開孔剤の範囲は、０．５重量％〜１０重量％である。さらに、溶媒は少なすぎると原液がゲル化しやすくなり、多すぎると多孔質層の強度が低下することがあるので、より好ましくは６０重量％〜９０重量％の範囲である。また、非溶媒は、あまり多いと原液のゲル化が起こりやすくなり、極端に少ないと細孔やマクロボイドの大きさの制御が難しくなる。したがって、より好ましくは０．５重量％〜５重量％である。【０１１９】
非溶媒を含む凝固浴としては、非溶媒からなる液、または非溶媒と溶媒とを含む混合溶液を用いればよい。製膜原液中にも非溶媒を含有させる場合には、凝固浴中における非溶媒の割合を、凝固浴の少なくとも８０重量％とするのが好ましい。少なすぎるとポリフッ化ビニリデン系樹脂の凝固速度が遅くなり過ぎ、表面粗さが大きく、細孔径が大きくなり過ぎる。特に、分離機能層の表面粗さを０．１μｍ以下とするためには、非溶媒として水を用い、水の割合を８５重量％〜１００重量％の範囲とすることが好ましい。【０１２０】
一方、製膜原液中に非溶媒を含有しない場合には、製膜原液中に非溶媒を含有させる場合よりも、凝固浴における非溶媒の含有量を、上記場合よりも少なくすることが好ましく、例えば、６０重量％〜９９重量％とするのが好ましい。非溶媒が多いと、ポリフッ化ビニリデン系樹脂の凝固速度が速くなり過ぎて多孔質層の表面が緻密となり透水性が低くなり過ぎる。【０１２１】
このように凝固浴中の非溶媒の含有量を調整することにより、多孔質層表面の表面粗さや細孔径やマクロボイドの大きさを制御することができる。なお、凝固浴の温度は、あまり高いと凝固速度が速すぎるようになり、逆に、あまり低いと凝固速度が遅すぎるようになるので、通常、１５℃〜８０℃の範囲で選定するのが好ましい。より好ましくは２０℃〜６０℃の範囲である。【０１２２】
このような分離膜の製造方法によると、多孔質基材の表面に、ポリフッ化ビニリデン系樹脂からなる多孔質樹脂層が形成されてなる分離膜であって、多孔質樹脂層の外表面側に、膜ろ過に必要な所望の平均孔径（０．０１〜０．２μｍ）をもつとともに平滑表面（表面粗さが０．１μｍ以下）をもつ分離機能層が形成され、それより内側にはマクロボイドが存在する層が形成されてなる分離膜が製造される。即ち、多孔質樹脂層内には、多孔質基材に近い内側にマクロボイドのある層が存在し、外表面に、所定孔径をもつ平滑表面の分離機能層が存在する。
【実施例】
【０１２３】
以下では、本発明の廃水処理方法について、実施例を用いてさらに具体的に説明をする。なお、本発明は実施例に記載の態様に限定されるものではない。
（実施例１）
表１にまとめて示す条件にて、図１０に示す処理装置の水処理プロセスによって、生活廃水の処理を行った。図１０に示すように、原水（生活廃水）は、原水供給管１および原水供給ポンプ３を介して、まず脱窒槽１２に導入され活性汚泥と混合される。その後、この活性汚泥混合液は曝気槽２に導入される。生物処理工程は、窒素除去のため、硝化工程（好気）と脱窒工程（無酸素）により処理が進められる。後段の曝気槽２（好気槽）でアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）の硝化を進め、膜分離活性汚泥槽から前段の脱窒槽１２へ硝化液を汚泥循環ポンプ１３により循環され、脱窒槽にて窒素を除去する。【０１２４】
ここで、曝気槽２内では、空気供給装置７により送風された空気が散気装置８を介して曝気される。この曝気により、活性汚泥が好気状態に維持され、硝化反応やＢＯＤ酸化が行われる。さらに、この空気曝気により、膜分離装置４の膜面上へ付着する汚泥の付着・堆積が洗浄される。また、曝気槽２と脱窒槽１２内のMLSS濃度維持のため、定期的に汚泥を、汚泥引き抜きポンプ６により引き抜いた。【０１２５】
膜分離装置４による膜ろ過は吸引ポンプ５で透過水側を吸引することにより行った。また、分離膜の膜表面への汚泥付着防止のため、タイマーを内蔵し、予め記録されたプログラムに従い、定期的に吸引ポンプの運転／停止を切り替えるリレースイッチ（膜分離運転停止制御手段４３）を用いることにより、膜ろ過は8分運転と2分休止とを繰り返す間欠運転で行い、膜ろ過流束は1.0m/day（平均フラックス）と固定し運転を行った。【０１２６】
本実施例では、散気装置として、粗大気泡発生用の散気装置（散気孔径６ｍｍ）、又は微細気泡発生用の散気装置（微細スリット長さ２ｍｍ）を使用し、それぞれ評価を行った。また分離膜としては、ポリフッ化ビニリデン製の表面平均孔径0.08μm、表面粗さ０．０６２μmの平膜（膜面積：1.4m２×20枚）（東レ（株）製、ＭＢＲ用膜エレメントＴＳＰ５０１５０に使用されている平膜）を、また、比較対象として、塩素化ポリエチレン製、表面平均孔径0.4μm、表面粗さ０．１８μmの平膜（膜面積：0.8 m２×5枚）（クボタメンブレン（株）製の膜カートリッジＨ３−５１０で使用されている平膜）を用いた。これら分離膜のそれぞれを用いた膜分離装置の２種類（表２の分離膜Ａ、Ｂ）を同じ曝気槽内にいれて運転を行った。【０１２７】
【表１】
2008038436.tif 000014
【０１２８】
【表２】
2008038436.tif 000015
【０１２９】
図１１には微細気泡用の散気装置を使用した場合の検討結果（膜差圧の経時的変化を示すグラフ）を示し、図１２には粗大気泡用の散気装置を使用した場合の検討結果（膜差圧の経時的変化を示すグラフ）を示す。ここで、運転性能の指標として膜差圧の変化を用いた。膜ファウリングが進行すれば膜差圧が上昇し、安定運転ができなくなったことを示している。【０１３０】
微細気泡用の散気装置を使用した場合（図１１）、90日間の運転時に、本発明で特定した範囲内の分離膜Aでは上昇は+6kPaであり、ほぼ安定した運転を継続することができた。しかし、本発明での特定範囲外の汎用的分離膜Ｂでは20日程度の運転で膜差圧が大きく上昇してしまい安定運転が困難となったので薬品洗浄を実施した。その後も１３〜１８日間隔で薬品洗浄を実施することが必要となり、安定した運転を継続することが困難であった。【０１３１】
このように、微細気泡により分離膜面洗浄する場合には、本発明で特定した表面平滑で表面孔径が小さい分離膜であれば膜表面を十分に洗浄することができ、薬品洗浄しなくても長期にわたり運転を続けることができる。しかし、本発明での特定外の表面性状をもつ分離膜の場合には、従来技術での知見どおり、微細気泡では膜表面の洗浄効果が劣る。【０１３２】
他方、粗大気泡用の散気装置を使用した場合（図１２）、分離膜A、分離膜Bともに、90日間の運転時で、分離膜Aは膜差圧は+3kPa程度、分離膜Bでは+7kPa程度で、ほぼ安定した運転が可能であった。このように、粗大気泡による分離膜面洗浄では、本発明で特定した以外の汎用的分離膜を使用しても膜表面を十分に洗浄することができ、薬品洗浄せずに長期にわたり運転を続けることができる。【０１３３】
このように、下水等の汚水（廃水）を膜分離活性汚泥処理する廃水処理方法において、分離膜として、本発明で特定した表面性状の分離膜を使用する場合には、微細気泡を散気して微細気泡で膜表面洗浄を行う条件を工業的実施において採用することが可能となる。【０１３４】
（実施例２）
１．パイロット実廃水テスト
化学工場実廃水を、容量２．３ｍ３、水深２．３ｍの槽内に平膜モジュール（１．５ｍ×０．５ｍの平膜エレメントを２０枚収容）を浸漬し、フラックス０．４ｍ／ｄ（運転８分、休止２分の間欠運転）、容積負荷０．８〜１．２ｋｇＢＯＤ／ｍ３／日の条件で膜ろ過処理を行った。散気装置は、長さ２ｍｍの微細スリットが一定間隔で設けられているゴムシートを円筒外周に設けた微細気泡発生散気装置（散気装置Ａ）（サンロイドフレックスエアーＴシリーズ、４５ｃｍ、２本）と、散気孔径４ｍｍの粗大気泡散気装置（散気装置Ｂ）（ステンレス製散気管、長さ４５ｃｍ、１本あたりの孔の数：１０個、４本）を同一平面上に膜モジュール下端面の２０ｃｍ下部に配置し、各々を独立で風量制御可能な様にし、目的に応じて使用する散気装置、風量を制御可能なシステムとしたが、主に散気装置Ａのみを風量２００Ｌ／ｍｉｎ（＝０．２４Ｌ／ｍｉｎ／ｃｍ２）で使用した。【０１３５】
槽内の被処理液のｐＨは苛性ソーダによりｐＨ７付近に制御した。水温は２０℃前後で推移した。分離膜は、平均細孔径０．０８μｍ、表面粗さ０．０６２μｍのＰＶＤＦ製平膜（分離膜Ａ）（東レ株式会社製ＭＢＲ用膜エレメントＴＳＰ５０１５０に使用されている膜）を用いた。このときの試験結果を表３のケース１〜３にまとめた。【０１３６】
ＭＬＳＳ濃度８ｇ／Ｌのときは、汚泥発生量が０．６ｋｇＭＬＳＳ／ｋｇＢＯＤであったが、ＭＬＳＳ濃度１７ｇ／Ｌのときは０．２５ｋｇＭＬＳＳ／ｋｇＢＯＤと汚泥発生量が約６０％削減した。【０１３７】
次に、汚泥濃度１７ｇ／Ｌのとき、一時的に、同一風量で、使用する散気装置を散気装置Ａのみから散気装置Ｂのみに切り替えたところ、ＤＯが２ｐｐｍから急激に低下しほぼ０ｐｐｍとなった。再度、使用する散気装置を散気装置Ｂのみから散気装置Ａのみに切り替えたところ、少しラグがあった後、ＤＯ２ｐｐｍ付近に復帰した。【０１３８】
２．ラボ合成廃水テスト
３０Ｌのラボ用膜分離活性汚泥装置を用いて、ＢＯＤ濃度１，０００ｐｐｍの食品工場模擬廃水を水滞留時間１日の条件で膜ろ過処理した。分離膜としては、平膜をフレーム両面に溶着した膜エレメント（有効膜面積１２ｃｍ四方×２）を６枚収容可能な膜モジュールを用いた。通常運転では、分離膜Ａ（表２参照）を用いた。散気装置としては、散気装置Ａ（長さ２ｍｍの微細スリットが一定間隔で設けられているゴムシートを円筒外周に設けた微細気泡発生散気装置（サンロイドフレックスエアーＴシリーズ））をラボ検討用にサイズを加工し風量２０Ｌ／ｍｉｎで平膜モジュール約１５ｃｍ下部に配置し曝気した。温度は２０〜２５℃に保たれていた。フラックスは０．４ｍ／ｄ（運転８分、休止２分の間欠運転）の条件で膜ろ過処理を行い、流入模擬廃水と同量の膜透過液を排出し、残りは液面制御のため３０Ｌのラボ用膜分離活性汚泥装置にポンプで返送した。汚泥をＭＬＳＳ濃度約８ｇ／Ｌの濃度で仕込み、運転を開始した。以降の試験結果を表３にまとめた。【０１３９】
ＭＬＳＳ濃度約１２ｇ／Ｌに達したときの汚泥発生量は０．４１ｋｇＭＬＳＳ／ｋｇＢＯＤであったが（ケース５）、ＭＬＳＳ濃度２５ｇ／Ｌとなったときの汚泥発生量は０．１７ｋｇＭＬＳＳ／ｋｇＢＯＤであり（ケース４）、５８％削減した。【０１４０】
次に定期的に汚泥を排出し、ＭＬＳＳ濃度を約２５ｇ／Ｌに保って運転を行った。ここで、６枚あるエレメントのうち３枚を新品の分離膜Ａを用いた膜エレメントとし、残りを分離膜Ｂ（表２参照）を用いた膜エレメントとし、それら膜エレメントを交互にモジュールに収容、配置し運転を行ったところ、分離膜Ｂでは運転２５日に差圧が２０ｋＰａ以上となった（ケース６）。この間、分離膜Ａでは差圧が３ｋＰａ以下で安定に推移した。【０１４１】
【表３】
2008038436.tif 000016
【０１４２】
（実施例３）
実施例１において用いた廃水処理装置（図１０参照）を用い、表１と同様な条件で運転を行った。但し、本実施例では、微細気泡散気装置を利用し、粗大気泡散気装置は利用しなかった。【０１４３】
本試験では、１時間毎の平均膜ろ過圧力を算出し、その上昇速度を、膜ろ過圧力上昇速度とした。この膜ろ過上昇速度が小さい値である方が安定した運転条件であると考えられる。各ろ過条件における膜ろ過圧力上昇速度を表４にまとめた。【０１４４】
膜表面粗さが０．０６２μｍである分離膜Ａを用いた場合の同一平均膜ろ過流束における膜ろ過圧力上昇速度を比較する。平均膜ろ過流速が０．５ｍ／日の場合（Ｎｏ．２、７）、停止時間の占める割合を１０％以下とすることによって、膜ろ過圧力上昇速度が小さくなった。また、平均膜ろ過流速が０．６ｍ／日の場合（Ｎｏ．１、３、５）についても、停止時間の占める割合を１０％以下とすることによって、膜ろ過圧力上昇速度が小さくなった。【０１４５】
特に、運転継続時間が２０分以下（Ｎｏ．１〜３）の場合、その効果が顕著である。【０１４６】
これに対し、膜表面粗さが０．１８０μｍである分離膜Ｂを用いた場合（Ｎｏ．６、８、１０、１１）、停止時間の占める割合が２０％のときの方が１０％のときより、膜ろ過圧力上昇速度が小さくなった。【０１４７】
【表４】
2008038436.tif 000017
【０１４８】
（実施例４）
まず、製膜時の凝固浴組成の異なる５種類の分離膜（分離膜Ｆ〜Ｊ）を、以下の方法、表５に示す条件で作製した。【０１４９】
ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂と、開孔剤として分子量が約２０, ０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）と、溶媒としてＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）と、非溶媒として純水をそれぞれ用い、これらを９０℃の温度下に十分に攪拌し、次の組成を有する製膜原液を調製した。【０１５０】
ＰＶＤＦ：１３．０重量％
ＰＥＧ  ：  ５．５重量％
ＤＭＡｃ：７８．０重量％
純水    ：  ３．５重量％
次に、上記製膜原液を２５℃に冷却した後、密度が０．４８ｇ／ｃｍ３、厚みが２２０μｍのポリエステル繊維製不織布（基材）上に塗布し、塗布後、直ちに２５℃の凝固浴中に５分間浸漬し、さらに８０℃の熱水に３回浸漬してＤＭＡｃおよびＰＥＧを洗い出し、分離膜を製造した。ここにおいて、分離膜Ｆ・Ｇ・Ｈ・Ｉにおける凝固浴組成は、純水のみ、もしくは純水とＤＭＡｃによって構成され、それぞれの純水重量比は、１００％・８５％・７５％・５０％とした。また、分離膜Ｊにおける凝固浴組成は、純水２５％・メタノール７５％とした。【０１５１】
これらの分離膜は、基材中に樹脂が含浸した複合層（基材層）とその上の多孔質樹脂層とから構成されていた。その多孔質樹脂層の外表面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、細孔径を計測した。それら観察写真を、それぞれ、図１７、図１８、図１９、図２０、図２１に示す。分離膜Ｆ〜Ｊの平均孔径は、それぞれ、０．０６７、０．１０４、０．１６９、１．１９、１．５８μｍであった。また、この分離膜の表面に垂直方向の断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、多孔質樹脂層の内側には短径が約３０μｍのマクロボイドが分布していた。また、分離機能層側の表面粗さを前述の原子間力顕微鏡を用いる方法で測定した。分離膜Ｆ〜Ｊの膜表面粗さは、それぞれ、０．０６２、０．０９４、０．１５、０．３７、０．６３μｍであった（表５参照）。また、分離膜Ｆ〜Ｊの多孔質樹脂層の厚みは約１１０μｍであり、複合層の厚みはほぼ多孔質基材の厚みに等しい約２２０μｍであった。【０１５２】
次に、得られた分離膜について、平均粒径０．９μｍの微粒子の排除率、および、透水性を測定した。透水量の測定は、逆浸透膜による２５℃の精製水を用い、ヘッド高さ１ｍで行った。その結果を表５に示す。【０１５３】
膜製造工程における凝固浴中の純水比率を低くすると、膜表面粗さと平均孔径が大きくなり、透水性が高くなるが、逆に微粒子排除率が悪化する。分離膜Ｉ・Ｊにおける微粒子排除率は、それぞれ５４％と２４％であり、活性汚泥のような微生物含有液を固液分離する分離膜として利用した場合、透過液中に多数の固形分（微生物）が混入することとなるので、微生物含有液の膜分離用には適していない。【０１５４】
分離膜Ｆ・Ｇ・Ｈをフレーム両面に溶着して平膜エレメントを製作し、製作した膜エレメントを実施例２のラボ合成廃水テストで用いた装置に設置し、同様な運転条件で運転した。但し、膜ろ過は、９分運転・１分停止の間欠ろ過で行い、平均膜ろ過流束は０．６ｍ／ｄとした。このときの汚泥濃度は１０ｇ／Ｌであった。この運転において、膜ろ過圧力上昇速度を測定した結果、表５のようになった。即ち、分離膜Ｆ・Ｇでは、それぞれ０．１２、０．１５ｋＰａ／ｄと安定運転が可能であったが、分離膜Ｈでは、膜ろ過上昇速度が比較的高く、０．９８ｋＰａ／ｄであった。この結果から、表面粗さが小さく平滑表面の分離膜Ｆ、Ｊでは、微細気泡により膜面が洗浄できていたが、表面粗さの粗い分離膜Ｈでは、微細気泡による膜面洗浄が不十分であったことがわかる。【０１５５】
【表５】
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【産業上の利用可能性】
【０１５６】
本発明法は、下水等の汚水（廃水）を、膜分離活性汚泥法により処理し、水を清浄化する廃水処理場合に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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