(57)【要約】【課題】従来の水処理装置では、高濃度なオゾンが使用されるため未利用な排気オゾンを除去する処理設備や、処理装置全体をオゾンから保護する対策を実施する必要があった。更に添加した生物担体が十分に流動せず処理槽に滞留して、担体を清掃する定期的な保守が必要となる課題があった。【解決手段】浸漬型膜分離装置のろ過膜表面に微粒子活性炭からなる堆積層を生成し、膜表面にオゾン添加空気を供給することで微粒子活性炭に付着した有機物を分解する。更に膜表面から微粒子活性炭を拡散することで、微粒子活性炭が滞留することを抑制し生物処理能力を維持することを達成している。  また、処理槽内に散気するオゾン添加空気のオゾンが活性炭により分解され、オゾン排気濃度も低減することができ、更にオゾンが分解し生成した酸素により生物の活性を向上することができる。【選択図】図１
2014064977.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平膜を鉛直方向に浸漬した膜分離活性汚泥槽に、微粒子活性炭を添加し、
前記平膜の表面上に前記微粒子活性炭からなる堆積層を生成し、膜分離活性汚泥槽底部に散気装置を備え、散気装置からオゾン添加空気を導入し、
前記微粒子活性炭表面に付着した有機物を分解することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記散気装置から導入するオゾン添加空気のオゾン濃度が３０ｐｐｍから５０ｐｐｍであることを特徴とする、
請求項１記載の水処理装置。
【請求項３】
前記膜分離活性汚泥槽の底部に連通した脱水装置を備え、浮遊していない微粒子活性炭を回収することを特徴とする、
請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
排水をｐＨ７から９の範囲に調整する前処理槽を膜分離活性汚泥槽前段に備えたことを特徴とする、
請求項１から３のいずれかに記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理に使用される膜分離活性汚泥装置に関し、主に有機物が含まれた流体の処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、産業廃棄物を減らすこと、産業廃棄物を分別し再利用すること、または産業廃棄物を自然界に放出させないことは、エコロジーの観点から重要なテーマであり、２１世紀の企業課題である。
【０００３】
この産業廃棄物の中には、被除去物が含まれた色々な流体がある。これらは、汚水、排水、廃液等の色々な言葉で表現されているが、以下、水や薬品等の流体中に被除去物である物質が含まれているものを排水と呼び説明する。これらの排水は、様々な水処理方法により前記被除去物が取り除かれ、きれいな流体に処理される。様々な水処理によって浄化され最終的に処理できず残った排水は産業廃棄物となり、燃焼処理や埋め立て処理により、廃棄される。
【０００４】
従来、有機物を含む排水は、活性汚泥法や膜分離活性汚泥法による生物により浄化処理が実施されている。有機物を含む排水の生物処理では、予めオゾンで有機物を酸化分解し生物処理する場合や、生物処理において廃棄される余剰汚泥を減容化するために、汚泥をオゾンにより酸化分解処理して再度生物処理することが行われている。また、生物の浄化性能を向上させるため活性炭や有機材料などの生物担体を利用し、生物密度を高くする処理も行われている。より清浄な流体を得るための高度な浄水処理ではこれらの工程が複雑に組合され浄化が行われている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９７８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような従来の排水処理では、高度処理として高濃度なオゾンを使用するため、未利用のオゾンが排気される。この未利用オゾンを除去するため排気処理設備や、処理設備全体をオゾンから保護する対策を実施する必要があった。更に添加した生物担体が十分に流動せず処理槽に滞留して生物が機能不全を生じたり、滞留した担体を清掃する定期的な保守が必要となるという課題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するものであり、排気される未利用のオゾンを低減しオゾンを有効に活用するとともに、生物処理を効率よく行い、保守の低減が可能な膜分離活性汚泥装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そして、この目的を達成するため本発明では、膜分離活性汚泥槽と微粒子活性炭、オゾン添加空気を用いることにより、微粒子活性炭からなる堆積層をろ過膜表面に生成する。更に膜表面にオゾンを供給することで微粒子活性炭に付着した有機物を分解しながら、膜表面から微粒子活性炭を拡散することで、微粒子活性炭が滞留することを抑制し生物処理能力を維持することを達成している。
【０００９】
また、処理槽内に散気するオゾン添加空気のオゾンが微粒子活性炭により分解され、酸素となることで生物の活性を向上し、同時にオゾン排気濃度も低減することができる。更にオゾンが分解し酸素になる過程で生成する活性種により、有機物の分解が促進される。これらにより、初期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、膜分離活性汚泥槽に微粒子活性炭を添加し、膜表面に微粒子活性炭からなる堆積層を生成し、更にオゾンにより微粒子活性炭に付着した有機物を分解することで、生物処理を効率良く行い、余剰汚泥の廃棄など保守を軽減するという効果をえることができる。更に、微粒子活性炭によりオゾンが分解され酸素となり、排気オゾン濃度が低下し、排気設備が不要になるという効果をえることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態１の膜分離活性汚泥処理装置の構成図
【図２】本発明の実施形態１の浸漬型膜分離槽上面図
【図３】本発明の実施形態１の平膜エレメントの構成図
【図４】本発明の実施形態１のオゾン添加空気による処理説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の請求項１記載の水処理装置は、平膜を鉛直方向に浸漬した膜分離活性汚泥槽と膜分離活性汚泥槽の底部に散気装置を備え、前記膜分離活性汚泥槽に微粒子活性炭を添加し、微生物を吸着した前記微粒子活性炭からなる堆積層を膜面上に生成、前記散気装置からオゾン添加空気を導入し、微粒子活性炭に付着した有機物を分解することにより、生物処理が効率よく行えるという効果を奏する。
【００１３】
また、散気装置から導入するオゾン添加空気のオゾン濃度を３０から５０ｐｐｍの範囲にすることにより、排気オゾン濃度が低下し、排気処理設備が不要となり、設備費用を低減できるという効果を奏する。
【００１４】
また、膜分離活性汚泥槽の底部に連通した脱水装置で、浮遊していない微粒子活性炭を回収し、水処理に関係のない生物の繁殖を抑制することで水処理を効率よく行えるという効果を奏する。
【００１５】
また、排水をｐＨ７から９に調整する前処理槽を膜分離活性汚泥槽前段に備えたことにより、混入した鉄やマンガンなどの金属イオンが凝集し、同時に膜分離できるためより処理水の清浄が良くなるという効果を奏する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１に示すように、排水１を前処理槽３に貯留し、必要に応じてｐＨ調整剤２によりあらかじめ前処理を実施する。ｐＨ調整には水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを用い、ｐＨは７から９の中性域に調整するが良い。
【００１８】
このｐＨ調整により排水１が含有する金属イオンは水酸化物となり析出し、更に排水１を生物処理に最適なｐＨ状態とすることができる。排水１に懸濁物質が含まれるときは凝集剤を添加しても良いがその場合も中性域に調整する。その後、排水ポンプ４により、順次、微生物により有機物を分解処理する膜分離活性汚泥槽５に移送する。
【００１９】
膜分離活性汚泥槽５には、平膜ユニット６が浸漬され、ろ過ポンプ８により吸引することにより、平膜ユニット６内部の圧力が低下しろ過が実施される。膜分離活性汚泥槽５には微粒子活性炭７を添加し生物担体として利用する。微粒子活性炭７は、膜分離活性汚泥槽５の中で排水１とともに十分に流動するが、平膜ユニット６の膜面上に移動し堆積する様な粒径である０．１から０．５μｍが含まれることが望ましい。これらの粒径はコロイド域である１μｍ以下にあり、通常荷電粒子となり、電気的な反発力によって水中での分散性や浮遊性が高いため、沈降して滞留することが少ない。
【００２０】
また、膜分離活性汚泥槽５の底部、平膜ユニット６下方には、散気装置９を設置する。散気装置９には、散気ポンプ１１とオゾン発生器１０が接続される。オゾン発生器１０は散気ポンプ１１の上流、下流どちらに設置しても良いが、保守の容易な上流側が望ましい。
【００２１】
散気装置９からは、オゾン発生器１０で空気１２の一部をオゾン化したオゾン添加空気１８が膜分離活性汚泥槽５に供給される。供給するオゾン添加空気１８のオゾン濃度は、処理が十分に機能する３０ｐｐｍから５０ｐｐｍが望ましい。３０ｐｐｍ未満の低濃度の場合は、効果が減少するだけであり、排水性状によっては数ｐｐｍであっても効果が得られる。５０ｐｐｍより高い濃度の場合は、活性汚泥に必要な微生物を死滅させるとともに、未利用なオゾンが排気されるため排気施設が必要であり経済的でない。
【００２２】
散気装置９から発生するオゾン添加空気１８は、平膜ユニット６の膜表面を通過するように設置位置や散気量を調整するのがよい。オゾン濃度は、気泡の内圧や粒径に依存するため、散気装置９で生成する気泡は数ｍｍより小さい方がより効果的である。
【００２３】
膜分離活性汚泥槽５の底部からバルブ１３を介して、微粒子活性炭７の劣化物や活性汚泥として機能していた有機物を捕食する微生物などの死骸などを引抜くための汚泥回収ポンプ１５が設置され、これらの汚泥を脱水装置１９に移送排出する。通常、生物担体として用いる粒状活性炭の場合は、粒径が数ｍｍあるため汚泥回収ポンプ１５では移送するのが困難である。脱水装置１９では、汚泥を回収スラッジ１６と脱水ろ過水１７に分離する。脱水ろ過水１７は膜分離活性汚泥槽５に返送し、再度処理することもできる。回収スラッジ１６は、産業廃棄物として通常燃焼処理される。
【００２４】
図２を用いて膜分離活性汚泥槽５に使用される平膜ユニット６の膜部品である平膜エレメント２０について説明する。平膜エレメント２０は、膜２１、フレーム２２、集水管２３によって構成される。膜２１は角型で枠状のフレーム２２の両側面に固定され、集水管２３はフレーム２２上部に連結される。
【００２５】
平膜エレメント２０内部には、膜２１を透過した処理水１４が流入する集水空間２４があり、この集水空間２４を経由して集水管２３から処理水１４が吸引排出される。膜分離処理は、集水管２３をろ過ポンプ８に接続し、平膜エレメント２０内部を減圧し、膜２１を排水１が透過することで実施される。
【００２６】
次に図３をもちいて平膜エレメント２０の浸漬状態を説明する。図３において、図１および図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
平膜エレメント２０は膜２１部分を対面させ、所定の間隔で並行に整列した平膜ユニット６として使用される。平膜ユニット６は膜分離活性汚泥槽５の下部から所定の高さまで浸漬される。平膜ユニット６は平膜エレメント２０を１０枚から２０枚セットされる場合が多く、処理量に合わせ、平膜ユニットを数台整列した状態で使用する。
【００２８】
膜分離活性汚泥槽５に導入した微粒子活性炭７は、ろ過ポンプ８の吸引により平膜ユニット６の膜面上に移動し、後述する均一な活性炭堆積層２５を生成し効率良く有機物を吸着すると供に微生物の担体となる。
【００２９】
従来の活性炭の添加処理では、膜分離活性汚泥槽５全体に粒状活性炭が浮遊している状態で使用する場合が多い。従来方式の場合、添加する粒状活性炭の粒径は数ｍｍで浮遊しにくいため多くの散気が必要であり、散気電力が増加する傾向があった。
【００３０】
また、散気量が多くなると活性汚泥が劣化し粘性が上昇するバルキング現象を生ずる可能性も高くなり、安定した処理をするために保守頻度が多くなる傾向もある。更に、膜分離活性汚泥槽５の底部に粒状活性炭が滞留しやすいため生物の機能不全を引き起こし処理が停滞する可能性がある。
【００３１】
本発明が考案している処理方法では、膜面上に微粒子活性炭７を堆積するが、排水１の流れとは垂直な方向に薄く広く堆積させ、排水１と接触させるので、使用する微粒子活性炭７の粒径は０．１から０．５μｍのコロイド状の微粒子を用いるのがよい。これらの粒径はコロイド域である１μｍ以下にあり、通常荷電粒子となり、電気的な反発力によって水中での分散性や浮遊性が高いため、沈降して滞留することが少ない。また、微粒子活性炭７を排水１に添加し浮遊させる場合、散気量を増加する必要はなく既設の膜分離活性汚泥への追加も容易である。更に活性炭は、微生物との親和性が高く水処理に適している。
【００３２】
更に、排水１中の有機物と微生物の接触効率も高くなり、生物と吸着しやすくすることができる。また、散気するオゾンが接触する確立も高くなり、活性炭表面の有機物を分解するとともに、オゾンが分解して生成する酸素の量も多くなる。このため生物の活性は向上し、有機物を分解する速度が上昇する。また、オゾンは分解し酸素になる過程において活性種を生成し、この活性種による有機物分解効果も得ることができるようになる。
【００３３】
次に、活性炭の堆積と拡散について図４をもとに説明する。図４において、図１、図２および図３と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
膜分離活性汚泥槽５の平膜ユニット６には、散気装置９により生成された気泡２７が供給され、それらの上昇により発生する水の流れ２８により、膜分離活性汚泥槽５内で微粒子活性炭７は複雑に移動している。
【００３５】
また、平膜エレメント２０内は前述のろ過ポンプ８により吸引２６されるため、平膜エレメント２０の膜面には吸引力が働き、微粒子活性炭７は平膜エレメント２０に引き寄せられ堆積していく。しかしながら、排水１の流れ２８が発生していると、活性炭堆積層２５から最表面の微粒子活性炭７が拡散される。このため、活性炭堆積層２５の最外部では常時、微粒子活性炭７が交換される状態になる。
【００３６】
散気量を増加し、排水１の流れ２８を増加していくと更に拡散する微粒子活性炭７が増加するため、有機物を多く吸着した微粒子活性炭７が新たに膜表面に堆積し、活性炭堆積層２５は更新されることになる。たとえば、通常処理として設定した散気量より、更新モードでの散気量を多くすることで、処理と更新を分割して行うことも可能である。
【００３７】
膜表面に堆積した微粒子活性炭７に吸着した有機物は気泡２７に含まれるオゾンにより、酸化分解され、その後分解生成物は膜内に吸引され、微粒子活性炭７に吸着した微生物により分解されることになる。このとき必要な酸素は、気泡２７中の酸素に加えオゾンが分解した酸素が供給されるため、酸素濃度が高くなり生物処理が効率よく行われる。
【００３８】
供給するオゾン添加空気１８のオゾン濃度は微生物が死滅せず、排気処理する必要がない濃度であるのがよい。例えば、１．５Ｌ／ｍｉｎで高さ６０ｃｍの水槽３Ｌにオゾン１０ｍｇ／ｈｒを添加すると入口濃度約５０ｐｐｍとなり、１５ｐｐｍ程度消費されて、３５ｐｐｍになり排気される。膜分離活性汚泥槽５は通常２ｍ程度の深さであるから、深さと比例してオゾンが消費されるので３倍程度の４５ｐｐｍなら排気濃度がなくなると考えられる。このため、３０から５０ｐｐｍのオゾン添加空気１８を散気するのが良い。散気するオゾン添加空気１８では、原料空気に含まれた浮遊菌がオゾンにより死滅するため、活性汚泥への浮遊菌の混入を防止することができる。排水１にもオゾンが溶解するため、粘性物質も酸化分解し、バルキング現象を防止することができる。バルキング現象の防止だけで添加する場合は、除菌などに使用される濃度である０．１から１ｐｐｍ以下としても良い。
【００３９】
溶解しているオゾンは、吸引ろ過により活性炭堆積層２５を通過するときに有機物の分解を行い、更に処理水１４を脱色する効果もある。通常オゾンが分解し酸素を生成する過程で酸化力の高い活性種が発生する。排水に添加した微粒子活性炭７はオゾンを分解する効果が高いため、膜表面の活性炭堆積層２５近傍では沢山の活性種が発生しており、有機物を分解する効果も高くなる。オゾンを有機物の分解のため、効率よく使用するには機能が低下した微粒子活性炭７や膜分離活性汚泥槽５に滞留する汚泥が発生した場合は、定期的に保守を行うことが必要である。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、膜分離活性汚泥槽に微粒子活性炭を添加し、膜表面に微粒子活性炭からなる堆積層を生成し、更にオゾンにより微粒子活性炭に付着した有機物を分解し、生物処理速度を向上するという効果をえることができる。更に、活性炭により、オゾンが分解され酸素となり、排気オゾン濃度が低下するという効果をえることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかる水処理装置は、膜分離活性汚泥装置の膜面上に微粒子活性炭により生成した堆積層とオゾン添加空気を用いて有機物を含む排水を効率よく処理することができる。また、微粒子活性炭は生物担体として機能し、水を浄化する微生物を高密度に収集することが可能であり、オゾンは分解すると酸素と活性種を供給するため、微生物の活性も高くなり処理装置の性能が向上する。これらにより、本発明は、電子産業分野から上下水道、中水、井水など広範囲な水資源への展開が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  排水
２  ｐＨ調整剤
３  前処理槽
４  排水ポンプ
５  膜分離活性汚泥槽
６  平膜ユニット
７  微粒子活性炭
８  ろ過ポンプ
９  散気装置
１０  オゾン発生器
１１  散気ポンプ
１２  空気
１３  バルブ
１４  処理水
１５  汚泥回収ポンプ
１６  回収スラッジ
１７  脱水ろ過水
１８  オゾン添加空気
１９  脱水装置
２０  平膜エレメント
２１  膜
２２  フレーム
２３  集水管
２４  集水空間
２５  活性炭堆積層
２６  吸引
２７  気泡
２８  流れ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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