(57)【要約】【課題】中和剤を全く又は殆ど添加することなく反応槽のｐＨを中性付近に維持することができる好気性生物処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】好気性生物処理装置１は、反応槽（槽体）２と、該反応槽２の下部に水平に設置された透水板３と、該透水板３の上側に形成された大径粒子層４と、該大径粒子層４の上側に形成された小径粒子層５と、該小径粒子層５の上側に配置された酸素溶解膜モジュール６と、前記透水板３の下側に形成された受入室７と、該受入室７内に原水を供給する原水散布管８と、受入室７内において散気を行うように設置された散気管９等を有する。反応槽２内のｐＨが低下した場合、散気管９から散気して脱炭酸し、反応槽１内のｐＨを上昇させる。【選択図】図１
2019141780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽と、
該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
反応槽内のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、
該ｐＨ測定手段のｐＨ測定値が所定値以下となった場合に反応槽内を曝気して脱炭酸する曝気手段と
を備えてなる好気性生物処理装置。
【請求項２】
反応槽と、
該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
該反応槽内を間欠的に曝気して脱炭酸する曝気手段と
を備えてなる好気性生物処理装置。
【請求項３】
酸素溶解膜モジュールは非多孔質の酸素溶解膜を備えている請求項１又は２の好気性生物処理装置。
【請求項４】
酸素溶解膜が疎水性である請求項３の好気性生物処理装置。
【請求項５】
反応槽内に流動床担体が充填されている請求項１ないし４のいずれかの好気性生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水の好気性生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
好気性生物処理方法は安価であるため有機性廃水の処理法として多用されている。本方法では、被処理水への酸素の溶解が必要であり、通常は散気管による曝気が行われている。
【０００３】
散気管による曝気は溶解効率が５〜２０％程度と低い。また、散気管の設置される水深にかかる水圧以上の圧力で曝気することが必要であり、高圧で多量の空気を送風するため、ブロワの電力費が高い。通常は、好気性生物処理における電力費の２／３以上が酸素溶解のために使用されている。
【０００４】
中空糸膜を用いたメンブレンエアレーションバイオリアクター（ＭＡＢＲ）は、気泡の発生なしで酸素溶解できる。ＭＡＢＲでは、水深にかかる水圧よりも低い圧力の空気を通気すればよいため、ブロワの必要圧力が低く、また、酸素の溶解効率が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８７３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＭＡＢＲ等気泡を発生させずに反応槽内で好気性生物処理を行うと、生物反応の結果生じた炭酸が反応槽内液に蓄積し、反応槽内のｐＨが低下し、生物処理が阻害される。
【０００７】
また酸素溶解膜を用いて酸素供給する場合は反応槽内で生じた炭酸ガスの一部は、酸素溶解膜を水相側から気相側へ透過して反応槽外に排出されるが、この量は少なく、不十分である。
【０００８】
本発明は、中和剤を全く又は殆ど添加することなく反応槽のｐＨを中性付近に維持することができる好気性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】
本発明の一態様の好気性生物処理装置は、反応槽と、該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、反応槽内のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、該ｐＨ測定手段のｐＨ測定値が所定値以下となった場合に反応槽内を曝気して脱炭酸する曝気手段とを備えてなる。
【００１０】
本発明の一態様の好気性生物処理装置は、反応槽と、該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、該反応槽内を間欠的に曝気して脱炭酸する曝気手段とを備えてなる。
【００１１】
本発明の一態様では、酸素溶解膜モジュールは非多孔質の酸素溶解膜を備えている。
【００１２】
本発明の一態様では、酸素溶解膜が疎水性である。
【００１３】
本発明の一態様では、反応槽内に流動床担体が充填されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の好気性生物処理装置では、反応槽内のｐＨが所定値以下に低下したときに、又は間欠的に、反応槽を曝気する。この曝気により、反応槽が脱炭酸され、ｐＨが上昇する。そのため、中和剤を全く又は殆ど添加することなく、反応槽内のｐＨを中性付近に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る生物処理装置の縦断面図である。
【図２】（ａ）は酸素溶解膜ユニットの側面図、（ｂ）は酸素溶解膜ユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１７】
図１は実施の形態に係る好気性生物処理装置１の縦断面図である。この好気性生物処理装置１は、反応槽（槽体）２と、該反応槽２の下部に水平に設置されたパンチングプレート等の多孔板や、平板に複数の分散ノズルを均等に設けたものなどの透水板３と、該透水板３の上側に形成された大径粒子層４と、該大径粒子層４の上側に形成された小径粒子層５と、小径粒子層５の上側に粉粒状活性炭等の生物付着担体の充填により形成された流動床Ｆと、流動床Ｆ内に少なくとも一部が配置された酸素溶解膜モジュール６と、前記透水板３の下側に形成された受入室７と、該受入室７内に原水を供給する原水散布管８と、受入室７内に設置された散気管９等を有する。この散気管９にはコンプレッサ（又はブロワ）１３から空気が供給される。
【００１８】
反応槽２の上部には、処理水を流出させるためのトラフ１０及び流出口１１が設けられている。トラフ１０は槽内壁に沿って環状流路を形成している。反応槽２の上部には、反応槽２内のｐＨを測定するｐＨ計１４が設けられており、このｐＨ計の測定値が制御器１４に入力されている。制御器１４によりコンプレッサ１３が制御される。
【００１９】
図１は、反応槽に流動床担体を充填して、酸素溶解膜の表面への生物膜の付着を担体の流動による剪断力によって抑制して生物膜の大部分が流動床担体に付着するようにしたものであり、このとき、酸素溶解膜は酸素供給の目的のみに用いられる。一方、図示しないが、反応槽に流動床担体を充填しないときは、酸素溶解膜はＭＡＢＲとして作用する、つまり酸素溶解膜の表面に生物膜が付着して酸素溶解膜の一次側から溶解・供給された酸素が二次側の生物膜に消費されて好気性生物処理が行われる。
【００２０】
図１では、酸素溶解膜として非多孔質（ノンポーラス）の酸素溶解膜を用い、酸素含有気体を槽外から配管を通じて酸素溶解膜の一次側に通気して、排気は配管を通じて槽外に排出するように構成している。そのため、酸素含有気体を、低圧で酸素溶解膜に通気し、酸素を酸素分子として酸素溶解膜の構成原子の間を通過し（膜に溶解し）、酸素分子として被処理水と接触させる（水に直接溶解させるので気泡を生じない）という、いわば濃度勾配による分子拡散のメカニズムを用いた処理を行っているため、従来のように散気管などによる散気が不要となる。
【００２１】
また酸素溶解膜として疎水性の素材を用いると膜中に浸水しづらいので好ましいが、疎水性であっても微量の水蒸気の浸入は免れない。
【００２２】
図２は、酸素溶解膜モジュール６の一例を示している。この酸素溶解膜モジュール６は酸素溶解膜として非多孔質の中空糸膜２２を用いたものである。この実施の形態では、中空糸膜２２は上下方向に配列されており、各中空糸膜２２の上端は上部ヘッダー２０に連なり、下端は下部ヘッダー２１に連なっている。中空糸膜２２の内部は、それぞれ上部ヘッダー２０及び下部ヘッダー２１内に連通している。各ヘッダー２０，２１は中空管状である。なお、平膜やスパイラル膜を用いる場合にも、通気方向が上下方向となるように配列されることが望ましい。
【００２３】
図２（ｂ）の通り、１対のヘッダー２０，２１と中空糸膜２２とからなるユニットが複数個平行に配列されている。図２（ａ）の通り、各上部ヘッダー２０の一端又は両端が上部マニホルド２３に連結され、各下部ヘッダー２１の一端又は両端が下部マニホルド２４に連結されていることが好ましい。酸素溶解膜モジュール６の上部に給気配管２７を通じて酸素含有ガスを供給し、酸素溶解膜モジュール６の下部から排出配管２９を通じて槽外に排出する。空気等の酸素含有ガスは上部ヘッダー２０から中空糸膜２２を通って下部ヘッダー２１へ流れ、この間に酸素が中空糸膜２２を透過して反応槽２内の水に溶解する。
【００２４】
各ヘッダー２０，２１及び各マニホルド２３，２４は流水勾配を有するように設けられてもよい。酸素溶解膜モジュール６は上下に多段に設置されてもよい。
【００２５】
この酸素溶解膜モジュール６に空気を供給するために、ブロワ２６と給気配管２７とが設けられており（酸素含有ガス供給手段を構成）、該給気配管２７が上部マニホルド２３に接続されている。下部マニホルド２４には排ガス用の中継配管２８が接続されている。中継配管２８は排出配管２９が接続している。排出配管２９は、下り勾配（鉛直下向きを含む）を有するように設けられ、反応槽２外にまで延設されている。図１では排出配管２９は反応槽２の側方に引き出されているが、反応槽２の底部から下方に引き出されてもよい。
【００２６】
図１の通り、酸素溶解膜に溶解しなかった酸素含有気体の残部が排出配管２９を通じて槽外に排気され、その末端が酸素溶解膜モジュールの下端（モジュールが複数のときは各モジュール下端の中で最も下位のもの）より低い位置となるよう配置しているため、排気に凝縮水が含まれる場合は排出配管２９の下方に設置のタンク３２に凝縮水が流出する。タンク３２内の水は、ポンプ３３及び配管３４によって反応槽２に送水することもできる。
【００２７】
なお、排出配管２９を槽内または槽外で分岐して排気を槽外に排出する排ガス配管３０を別途設けてもよい。この場合、凝縮水は排出配管２９を通じて排出されるため、分岐して別途設けた排ガス配管３０はその末端の排気部が酸素溶解膜モジュールの下端より高い位置に配置することができるが、凝縮水の溜まりができないよう配管は下り勾配を有さず上り勾配または鉛直上向きのみで構成することが好ましい。またこのとき排出配管２９の排ガス配管３０との分岐点より下流側にバルブを設け、バルブを開くことにより凝縮水がタンク３２に流出するように構成してもよい。
【００２８】
バルブは自動弁、手動弁のいずれでもよい。凝縮水を排出するためのバルブの開放は、連続式でも間欠式でもよい。間欠式の場合は、温度変化、湿度変化によって変化するが、通常の運転では、１日に１回〜３０日に１回（多くても日に１回数秒、少なければ月に１回数十秒）、好ましくは１日に１回〜１５日に１回、バルブを開くことにより排水する。
【００２９】
このように構成された好気性生物処理装置１において、原水は散布管８を通じて受入室７に導入され、透水板３及び大径・小径の粒子層４，５を上向流通水されてＳＳが濾過され、次いで生物膜付着の粉粒状活性炭の流動床Ｆにおいて、一過式で上向流通水され生物反応を行って上部清澄領域からトラフ１０と流出口１１を通じて処理水として取り出される。
【００３０】
ｐＨ計１４で測定される反応槽２内のｐＨが測定値（例えば４〜６．５の間から選択された値）以下になると、制御器１５はコンプレッサ１３を作動させ、散気管９から空気を流出させ、反応槽２内を曝気する。この曝気により反応槽２内が脱炭酸され、ｐＨが上昇する。この曝気は、反応槽２内のｐＨが上記所定値よりも高くなるまで行われてもよく、上記所定値よりも高目に設定された設定値に達するまで行われてもよい。なお、この曝気を行うことにより、担体（活性炭）間に蓄積した炭酸が脱炭酸される。また、担体表面の余剰汚泥を水流の剪断力で剥離させて反応槽２外に排出し、担体同士の固着を抑制し、反応槽２内の偏流を防止することもできる。
【００３１】
本発明では、ｐＨが前記所定値よりも高い場合であっても、定期的に曝気し、余剰汚泥の剥離、排出等を行ってもよい。
【００３２】
給気配管２７から供給された空気等の酸素含有気体は、酸素溶解膜モジュール６を下向流通気した後、酸素溶解モジュール６の下端位置より下部ヘッダー２１、下部マニホルド２４を通じて流出し、排空気は排出配管２９から（または排ガス配管３０を設けたときは排ガス配管３０から）大気中へ排出される。凝縮水は排出配管２９を通じてタンク３２へ流出する。
【００３３】
なお、酸素溶解膜として中空糸膜を用いるときは通気部の断面積が小さいため通気の阻害となりやすく影響が大きいので、酸素溶解膜が中空糸膜である好気性生物処理装置に上記の凝縮水の除去機構をより好適に用いることができる。
【００３４】
本発明では、活性炭等の生物担体の流動床に非多孔性の酸素溶解膜を設置することで、供給酸素量が多くなるため、対象とする原水の有機性排水濃度に上限が無い。
【００３５】
また、生物担体を流動床で運転するため、激しい撹乱にさらされることがない。したがって、多量の生物を安定して維持できるため、負荷を高くとることができる。
【００３６】
また、本発明では酸素溶解膜を使用するため、プリエアレーション、直接曝気と比較すると、酸素の溶解動力が小さい。
【００３７】
これらのことから、本発明によると、中和剤を全く又は殆ど使用することなく、反応槽２内のｐＨを、中性付近に維持し、低濃度から高濃度までの有機性排水を高負荷で、かつ安価に安定して処理することが可能となる。
【００３８】
＜生物担体＞
生物担体としては、活性炭が好適である。
【００３９】
流動床担体の充填量は反応槽の容積の３０〜７０％程度、特に４０〜６０％程度が好ましい。この充填量は、多いほうが生物量が多く活性は高いが、多すぎると担体が流出するおそれがある。従って、流動床が２０〜５０％程度展開するＬＶで通水するのが良い。なお、流動床担体として活性炭以外のゲル状物質、多孔質材、非多孔質材等も同様の条件で使用できる。例えば、ポリビニルアルコールゲル、ポリアクリルアミドゲル、ポリウレタンフォーム、アルギン酸カルシウムゲル、ゼオライト、プラスチック等も用いることができる。ただし、担体として活性炭を用いると、活性炭の吸着作用と生物分解作用による相互作用により、広範囲な汚濁物質の除去を行うことが可能である。
【００４０】
活性炭の平均粒径は０．２〜１．２ｍｍ、特に０．３〜０．６ｍｍ程度が好ましい。平均粒径が大きいと高ＬＶとすることが可能であり、処理水の一部を反応槽に循環する場合は循環量を増やせるため高負荷が可能となる。しかし、比表面積が小さくなるため、生物量が少なくなる。平均粒径が小さいと、低ＬＶで流動できるため、ポンプ動力が安価となる。かつ、比表面積が大きいため、付着生物量が増える。
【００４１】
活性炭の展開率は、２０〜５０％程度が好ましい。展開率が２０％よりも低いと、目詰まり、短絡のおそれがある。展開率が５０％よりも高いと、担体流出のおそれがあると共に、ポンプ動力コストが高くなる。
【００４２】
通常の生物活性炭では、活性炭流動床の展開率は１０〜２０％程度であるがこの場合、活性炭の流動状態が不均一で上下左右に流動する。結果として同時に設置した膜が活性炭によってこすられ、すり減って消耗することになる。これを防止するため、本発明では、活性炭等の流動床担体は十分に流動させることが必要で、展開率は２０％以上とするのが望ましい。このため、担体の粒径は通常の生物活性炭よりも小さいほうが好ましい。なお、活性炭の場合、やしがら炭、石炭、木炭等特に限定されない。形状は球状炭が好ましいが、通常の粒状炭や破砕炭でも良い。
【００４３】
＜酸素含有ガス＞
酸素含有ガスは空気、酸素富化空気、純酸素等、酸素を含む気体であればよい。通気する気体はフィルターを通過させて微細粒子を予め除去することが望ましい。
【００４４】
通気量は生物反応に必要な酸素量の等量から２倍程度が望ましい。これよりも少ないと酸素不足で処理水中にＢＯＤやアンモニアが残存し、多いと通気量が不必要に多くなることに加えて圧力損失が高くなるため、経済性が損なわれる。
【００４５】
通気圧力は所定の通気量で生ずる中空糸の圧力損失よりもわずかに高い程度が望ましい。
【００４６】
＜被処理水の流速＞
被処理水の反応槽内の流速はＬＶ７ｍ／ｈｒ以上とし、ＴＯＣ濃度２０ｍｇ／Ｌ以下の低濃度排水では処理水を循環せず、ワンパスで処理することもできる。一過式で処理するとポンプ動力削減することができる。
【００４７】
ＬＶを高くすると、それに比例して酸素溶解速度が向上する。ＬＶが高い場合は、粒径が大きい活性炭を使い、展開率をあまり大きくしないようにするのが好ましい。生物量、酸素溶解速度から、最適ＬＶ範囲は７〜３０ｍ／ｈｒ特に８〜１５ｍ／ｈｒ程度である。
【００４８】
＜滞留時間＞
槽負荷０．５〜４ｋｇ−ＴＯＣ／ｍ３／ｄａｙとなるように滞留時間を設定するのが好ましい。
【００４９】
＜ブロワ＞
ブロワ２６は、吐出風圧が水深からくる水圧以下のもので十分である。但し、配管等の圧損以上であることは必要である。通常、配管抵抗は１〜２ｋＰａ程度である。
【００５０】
５ｍの水深の場合、通常は０．５５ＭＰａ程度までの出力の汎用ブロワが用いられ、それ以上の水深では高圧ブロワが用いられてきている。
【００５１】
本発明では、５ｍ以上の水深であっても０．５ＭＰａ以下の圧力の汎用ブロワを用いることができ、０．１ＭＰａ以下の低圧ブロワを用いることが好ましい。
【００５２】
酸素含有ガスの供給圧は、中空糸膜の圧力損失より高く、さらに膜が水圧でつぶれないこと、が条件となる。平膜、スパイラル膜は膜の圧損が水圧と比較すると無視できるため、極めて低い圧力、５ｋＰａ程度以上、水深圧力以下、望ましくは２０ｋＰａ以下である。
【００５３】
中空糸膜の場合、内径と長さによって圧力損失は変化する。通気する空気量は膜１ｍ２あたり５０〜２００ｍＬ／ｄａｙであるから、膜長さが２倍になると空気量は２倍になり、膜径が２倍になっても空気量は２倍にしかならない。したがって、膜の圧力損失は膜長さに正比例し、直径に反比例する。
【００５４】
圧力損失の値は、内径５０μｍ、長さ２ｍの中空糸で３〜２０ｋＰａ程度である。
【００５５】
上記実施の形態では、ｐＨ計を反応槽２内の液のｐＨを測定するように設置しているが流出口１１から流出した処理水のｐＨを測定するように設置されてもよい。
【００５６】
上記実施の形態では、反応槽２内のｐＨが所定値以下になると曝気して脱炭酸するようにしているが、本発明では、ｐＨ計１４を省略し、コンプレッサ１３を間欠的に作動させ、間欠的に（定期的に）反応槽２内を曝気して脱炭酸するようにしてもよい。間欠曝気は、例えば５分〜６ｈｒ特に１０分〜１ｈｒに１回の割合で、１回の曝気時間は５秒〜５分特に２０秒〜１分程度とするのが好適であるが、これに限定されない。
【符号の説明】
【００５７】
１  好気性生物処理装置
２  反応槽
６  酸素溶解膜モジュール
９  散気管
２０，２１  ヘッダー
２２  中空糸膜
２７  給気配管
２９  排出配管
３０  排ガス配管
３１  バルブ
３２  タンク
【図１】
2019141780.tif 000003
【図２】
2019141780.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月8日(2019.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽と、
該反応槽内に充填された流動床担体と、
該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する、非多孔質の酸素溶解膜を備えた酸素含有ガス供給手段と、
反応槽内のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、
該ｐＨ測定手段のｐＨ測定値が所定値以下となった場合に反応槽内を曝気して脱炭酸する曝気手段と
を備えてなる好気性生物処理装置。
【請求項２】
反応槽と、
該反応槽内に充填された流動床担体と、
該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する、非多孔質の酸素溶解膜を備えた酸素含有ガス供給手段と、
該反応槽内を間欠的に曝気して脱炭酸する、１回の曝気時間が５秒〜５分である曝気手段と
を備えてなる好気性生物処理装置。
【請求項３】
酸素溶解膜が疎水性である請求項１又は２の好気性生物処理装置。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月9日(2019.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽と、
該反応槽内に充填された流動床担体と、
該反応槽内に設置された、非多孔質の酸素溶解膜を備えた酸素溶解膜モジュールと、
該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
反応槽内のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、
該ｐＨ測定手段のｐＨ測定値が所定値以下となった場合に反応槽内を曝気して脱炭酸する曝気手段と
を備えてなる好気性生物処理装置。
【請求項２】
反応槽と、
該反応槽内に充填された流動床担体と、
該反応槽内に設置された、非多孔質の酸素溶解膜を備えた酸素溶解膜モジュールと、
該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
該反応槽内を間欠的に曝気して脱炭酸する、１回の曝気時間が５秒〜５分である曝気手段と
を備えてなる好気性生物処理装置。
【請求項３】
酸素溶解膜が疎水性である請求項１又は２の好気性生物処理装置。