(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水中の有機物を生物処理する微生物と、排水を処理水と汚泥とに分離する膜を有する膜ユニットが内蔵される貯槽と、
前記膜面に対してクロスフローの水流を発生させるポンプと、
前記ポンプの吐出側に設けられ、前記ポンプで発生した水流に前記貯槽内で発生した気体を吸引混合させるエジェクタと、
前記エジェクタに接続される給気パイプと、
を備え、
膜ろ過時に、前記ポンプにより気泡を含まない前記排水を前記膜ユニットに導入して前記膜ユニットで層流を発生し、
膜洗浄時に、前記ポンプ及び前記エジェクタにより前記給気パイプを介して気泡を含む前記排水を前記膜ユニットに導入して前記膜ユニットで乱流を発生する
ことを特徴とする膜分離生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、嫌気性の有機物を含む汚水を処理する膜分離生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理で使用されている活性汚泥処理法や、汚泥処理で使用されている嫌気性処理法（または嫌気性消化法）は、微生物を用いて排水や汚物中の有機物を分解し除去する方法である。このような微生物を用いた処理を効率化するためには、生物反応槽内の微生物濃度を高める必要がある。
【０００３】
微生物濃度を高める方法の一つとして、膜を利用した分離法（膜分離活性汚泥法）が実用化されている。下水処理に適用されている一般的な生物反応槽内の微生物濃度は３０００ｍｇ／Ｌ程度であるのに対して、膜分離活性汚泥法では生物反応槽内の微生物濃度を８０００〜１００００ｍｇ／Ｌ程度に濃縮できるため、清澄な処理水を得ることができるといった利点がある。
【０００４】
しかしながら、排水から膜で処理水を分離するため、排水中の有機物や汚泥により膜が閉塞する。膜が有機物や汚泥で閉塞することを防止するため、一般には膜ユニットの下部から洗浄用に空気を供給し、粗大気泡が膜面を上昇する際のせん断力により洗浄する方法がとられている。一方、膜洗浄処理で曝気を利用する場合、生物処理で曝気に必要な空気量の約５倍の空気量が必要となるため、多大な動力が必要になる。そのため、従来から、膜分離活性汚泥法では、膜洗浄での動力を削減するため、さまざまな膜洗浄の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このように、膜分離活性汚泥法では、ろ過で得られた濃縮汚泥液の移動と、膜表面の洗浄を曝気で行っているため、多大な動力が必要になる。また、曝気による洗浄では散気管の設置の精度や閉塞により、曝気が不均一になった場合に膜表面の一部に汚泥が堆積し、膜面積を減少させる問題がある。
【０００６】
さらに、大型設備になると、膜寸法を大きくしたり、膜を多段にして水深の深いタンクに膜を浸漬させたりすることで、設置するための曝気用ブロワーの吐出圧を高くする必要があり、さらに曝気用ブロワーの消費電力が増加する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３３４１４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、小さい動力で汚泥の移動及び膜表面の洗浄を行うことができる膜分離生物処理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】
【０００９】
実施形態に係る膜分離生物処理装置は、貯槽と、ポンプと、エジェクタとを備える。貯槽には、排水中の有機物を生物処理する微生物と、排水を処理水と汚泥とに分離する膜が内蔵される。ポンプは、膜面に対してクロスフローの水流を発生させる。エジェクタは、ポンプの吐出側に設けられ、ポンプで発生した水流に気体を吸引混合させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る膜分離生物処理装置を説明する断面図の一例である。
【図２】第２実施形態に係る膜分離生物処理装置を説明する断面図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図面を用いて本発明の各実施形態に係る膜分離生物処理装置について説明する。本実施形態に係る膜分離生物処理装置は、排水中の有機物を微生物を利用して生物処理するとともに、生物処理された排水を膜分離して処理水を得る装置である。
【００１２】
〈第１実施形態〉
図１に示すように、第１実施形態に係る膜分離生物処理装置１ａは、膜分離槽１０と汚泥循環槽１１とが循環ライン１２で接続されている。この膜分離槽１０と汚泥循環槽１１は、密閉状態に形成されている。汚泥循環槽１１内には、排水中の有機物を生物処理する微生物が存在しており、汚泥循環槽１１内で処理された排水が膜分離槽１０に送られる。また、膜分離槽１０において膜分離によって排水が処理水と濃縮汚泥とに分離されると、この濃縮汚泥は循環ライン１２で汚泥循環槽１１に送られる。
【００１３】
汚泥循環槽１１には、排水供給管Ｌ１を介して排水が流入するとともに、循環ライン１２を介して膜分離槽１０で得られた濃縮汚泥が流入し、濃縮汚泥が混合された排水が貯留されている。汚泥循環槽１１にはポンプ１５とバルブ１６を有する第１送水管Ｌ２の流入口が配置されている。バルブ１６が開状態のときには、ポンプ１５によって第１送水管Ｌ２を介して汚泥循環槽１１内の排水が膜分離槽１０に送られる。
【００１４】
膜分離槽１０内には、第１送水管Ｌ２と接続されるエジェクタ１８と、エジェクタ１８と接続される第２送水管Ｌ３と、エジェクタ１８と接続される給気パイプ１９と、複数の平膜１４を有する膜ユニット１３が内蔵されている。
【００１５】
第１送水管Ｌ２を介して汚泥循環槽１１から送られた排水は、バルブ１６が開状態のときにエジェクタ１８及び第２送水管Ｌ３を介して膜ユニット１３内に導入される。また、エジェクタ１８は、バルブ２０が開状態のときに膜分離槽１０内で発生した気体を給気パイプ１９を介して吸引し、この気体を気泡として排水に混合して膜ユニット１３に導入する。例えば、膜分離槽１０及び汚泥循環槽１１内には、生物処理によって発生したメタンガス等の気体が存在しており、過剰な気体は排気管Ｌ５を介して膜分離槽１０及び汚泥循環槽１１から排出する。
【００１６】
膜ユニット１３では、下部から第２送水管Ｌ３を介して流入する排水が上昇して平膜１４によってクロスフロー方式でろ過される。したがって、ポンプ１５は、排水を送水する際には、膜ユニット１３内で平膜１４に対してクロスフローの水流が形成されるような圧力で送水する必要がある。また、第２送水管Ｌ３の排出口も、ポンプ１５によって送水された排水の水流が平膜１４に対してクロスフローになるように形成されている。
【００１７】
平膜１４で得られた処理水は、バルブ２２が開状態のときに処理水排出管Ｌ４を介して膜分離槽１０から流出する。また、平膜１４で排水から処理水が分離されたあとに残った濃縮汚泥は、膜ユニット１３の上部から流出すると、オーバーフローによって循環ライン１２を介して膜分離槽１０内から汚泥循環槽１１に導入される。
【００１８】
膜ユニット１３の平膜１４の表面には排水中の汚泥がケークとなって堆積するが、クロスフローの層流によって汚泥の平膜１４への堆積を抑制したり、クロスフローの水流に気泡を混入させて発生した乱流（ジェット流）を利用して汚泥を平膜１４から剥離したりすることができる。ここで、エジェクタ１８が混合する気泡のサイズは限定されないが、乱流が生じやすいサイズにすることが好ましい。
【００１９】
ここで、ろ過処理のタイミングや平膜１４の洗浄処理のタイミングに応じて各バルブ１６，２０，２２をそれぞれ対応するモータ１７，２１，２３で開閉することで、汚泥の平膜１４からの剥離効果や汚泥の平膜１４への堆積の抑制効果を向上させることができる。
【００２０】
たとえば、膜分離生物処理装置１ａでは、ろ過処理中は、第１送水管Ｌ２上のバルブ１６をモータ１７で開にし、給気パイプ１９上のバルブ２０をモータ２１で閉にし、気泡を含まない排水を大速流で膜ユニット１３内に導入する。また、処理水排出管Ｌ４上のバルブ２２をモータ２３で開にし、膜ユニット１３内のろ過で得られた処理水を膜分離槽１０から送出する。この場合、膜ユニット１３内に導入された排水は乱流とならずに層流となるため、特許文献１にも記載されているように、膜表面上における濃度分極層ないしゲル層の生成、すなわち、平膜１４面への汚泥の堆積を抑制することができる。
【００２１】
また、たとえば、膜分離生物処理装置１ａでは、平膜１４の洗浄処理中は、第１送水管Ｌ２上のバルブ１６をモータ１７で開にし、給気パイプ１９上のバルブ２０をモータ２１で開にし、気泡を含む排水を膜ユニット１３内に導入する。また、処理水排出管Ｌ４上のバルブ２２をモータ２３で閉にし、膜ユニット１３内からの処理水の排出を停止する。この場合、クロスフローの水流に気泡を混入させることによって膜ユニット１３内では乱流が発生し、この乱流で平膜１４を振動させることによって、平膜１４の表面のケークを効果的に剥離することができる。
【００２２】
この膜分離生物処理装置１ａでは、ポンプ１５から見た圧力損失は、エジェクタ１８の絞りによる圧損と、複数の平膜１４間のクロスフロー水路の圧損のみで、膜分離槽１０から汚泥循環槽１１へは同一水深間の循環のため水頭による圧力損失はないため、トータルの圧力損失は極わずかである。したがって、圧力損失が少ないため、ポンプ１５で必要な動力が少なくなり、曝気で洗浄する場合と比較しても消費電力を低減することができる。
【００２３】
例えば、水深が５ｍで膜面積１５０ｍ2の膜の場合、従来のように曝気を利用した洗浄する際には、曝気風量は１．５〜２．０ｍ3／ｍｉｎ必要であり、曝気ブロワーの動力は２．７ｋｗ必要であった。これに対し、膜分離生物処理装置１ａでは、同様に水深が５ｍで膜面積の膜について同様の性能を得るために、循環水量１ｌｍ3／ｍｉｎ、気泡流量０．７ｍ3／ｍｉｎ、合計１．７ｍ3／ｍｉｎのクロスフローを約２．２ｋｗで実現することができた。
【００２４】
上述したように、膜分離生物処理装置１ａでは、膜ユニット１３内で生じる層流により平膜１４上への汚泥の堆積を抑制するとともに、乱流により平膜１４上に堆積した汚泥を剥離することができる。これにより、曝気よりも小さい動力で汚泥の移動及び膜表面の洗浄を行うことができる。
【００２５】
なお、図１を用いて上述した例では、エジェクタ１８は、膜分離槽１０内で発生した気体を給気パイプ１９を介して吸引して排水に混合させるものとして説明したが、エジェクタ１８が吸引する気体は膜分離槽１０内の気体に限定する必要はない。
【００２６】
〈第２実施形態〉
図２に示すように、第２実施形態に係る膜分離生物処理装置１ｂは、図１を用いて上述した膜分離生物処理装置１ａと比較して、生物処理と膜分離とを同一の槽で行う点で異なる。すなわち、膜分離生物処理装置１ｂは、汚泥循環槽１１を備えておらず、排水供給管Ｌ１から膜分離槽１０内に排水が直接流入する。したがって、この膜分離生物処理装置１ｂでは、膜分離槽１０内に排水中の有機物を処理する微生物が存在する。また、膜分離生物処理装置１ｂでは、ポンプ１５は膜分離槽１０内でエジェクタ１８と接続されて配置されており、膜分離槽１０内部の汚水を第２送水管Ｌ３を介して膜ユニット１３に導入する。
【００２７】
この膜分離生物処理装置１ｂの膜ユニット１３では、下部から流入した排水が上昇して平膜１４によってクロスフロー方式でろ過された処理水は処理水排出管Ｌ４を介して流出する。また、平膜１４で排水から処理水が分離されたあとに残った濃縮汚泥は、膜ユニット１３の上部から膜分離槽１０に流出する。
【００２８】
膜分離槽１０では、排水供給管Ｌ１を介して流入した排水と、膜ユニット１３の上部から流出した濃縮汚泥とが混合された排水が貯留され、排水中の有機物が微生物によって生物処理されている。この膜分離槽１０内で貯留される排水がポンプ１５によってエジェクタ１８及び第２送水管Ｌ３を介して膜ユニット１３内に送られる。ここで、バルブ２０が開状態のときには、エジェクタ１８は、給気パイプ１９を介して吸引した気体を気泡として混合した排水を膜ユニット１３に導入する。
【００２９】
第２実施形態に係る膜分離生物処理装置１ｂでも、ろ過処理のタイミングや平膜１４の洗浄処理のタイミングに応じて各バルブ１６，２０，２２を開閉し、クロスフローの水流を利用して、膜ユニット１３の平膜１４の表面のケークの形成を防止したり、平膜１４の表面に形成されたケークを剥離して汚泥の平膜１４への堆積の抑制効果を向上させることができる。
【００３０】
たとえば、膜分離生物処理装置１ａでは、ろ過処理中は、給気パイプ１９上のバルブ２０をモータ２１で閉にし、気泡を含まない排水をポンプ１５によって大速流で膜ユニット１３内に導入する。また、処理水排出管Ｌ４上のバルブ２２をモータ２３で開にし、膜ユニット１３内のろ過で得られた処理水を膜分離槽１０から送出する。この場合、膜ユニット１３内に導入された排水は乱流とならずに層流となるため、膜表面上における濃度分極層ないしゲル層の生成、すなわち、平膜１４への汚泥の堆積を抑制することができる。
【００３１】
また、たとえば、膜分離生物処理装置１ａでは、平膜１４の洗浄処理中は、給気パイプ１９上のバルブ２０をモータ２１で開にし、ポンプ１５で膜分離槽１０内の排水を送出し、気泡を含む排水を膜ユニット１３内に導入する。また、処理水排出管Ｌ４上のバルブ２２をモータ２３で閉にし、膜ユニット１３内からの処理水の排出を停止する。この場合、クロスフローの水流と気泡を含む水流によって膜ユニット１３内では乱流が発生し、この乱流で平膜１４を振動させることによって、平膜１４の表面のケークを効果的に剥離することができる。
【００３２】
この膜分離生物処理装置１ｂでは、ポンプ１５からみタ圧力損失は、エジェクタ１８の絞りによる圧損と、複数の平膜１４間のクロスフロー水路の圧損のみである。したがって、圧力損失が少ないため、ポンプ１５で必要な動力が少なくなり、曝気で洗浄する場合と比較しても消費電力を低減することができる。
【００３３】
上述したように、膜分離生物処理装置１ｂでは、膜ユニット１３内で生じる層流により平膜１４への汚泥の堆積を抑制するとともに、乱流により平膜１４上に堆積した汚泥を剥離することができる。
【００３４】
なお、図２を用いて上述した例では、エジェクタ１８は、膜分離槽１０内で発生した気体を給気パイプ１９を介して吸引して排水に混合させるものとして説明したが、エジェクタ１８が吸引する気体は膜分離槽１０内の気体に限定する必要はない。
【００３５】
本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ，１ｂ…膜分離生物処理装置
１０…膜分離槽（貯槽）
１１…汚泥循環槽（貯槽）
１２…循環ライン
１３…膜ユニット
１４…平膜
１５…ポンプ
１６…バルブ
１７…モータ
１８…エジェクタ
１９…給気パイプ
２０…バルブ
２１…モータ
２２…バルブ
２３…モータ
Ｌ１…排水供給管
Ｌ２…第１送水管
Ｌ３…第２送水管
Ｌ４…処理水排出管
【図１】
0005439344.tif 000002
【図２】
0005439344.tif 000003