(57)【要約】【課題】可燃性ガスをガス透過膜を透過させて生物膜に供給し、原水中の酸化性成分を還元処理する生物処理装置において、余剰となるガスをできるだけ少なくしながら、高い処理速度が得られるようにする。【解決手段】硝酸、亜硝酸などの酸化態窒素や、過塩素酸、硫酸イオン等を含んだ原水は、原水散布管３を介して反応槽２下部に供給され、反応槽２内を上向流にて流れ、膜モジュール１０の中空糸膜１３と接触し、中空糸膜１３の表面に形成された生物膜により生物処理される。ブロワ２０からの可燃性ガスが中空糸膜１３を透過して生物膜に供給される。配管７に流出した排ガス中の可燃性ガスの濃度をセンサ８で測定し、この可燃性ガス濃度が所定範囲となるようにブロワ２０を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水が供給される反応槽と、
該反応槽内に設置され、原水側の表面に生物膜が形成されるガス透過膜と、
可燃性ガスを該ガス透過膜を透過させて該反応槽内に可燃性ガスを供給するガス供給手段と、
該反応槽からの排ガス中の可燃性ガス成分濃度を測定する可燃性ガス成分濃度測定手段と、
該可燃性ガス成分濃度測定手段の測定値に基づき、前記ガス供給手段からガス透過膜への可燃性ガスの供給ガス圧を制御するガス圧制御手段と
を備えたことを特徴とする生物処理装置。
【請求項２】
前記ガス透過膜が非多孔性のガス透過膜であることを特徴とする請求項１の生物処理装置。
【請求項３】
前記可燃性ガス成分がメタン及び／又はプロパンである請求項１または２の生物処理装置。
【請求項４】
前記可燃性ガスがバイオガスである請求項１ないし３のいずれかの生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の生物処理装置に係り、特に廃水中の酸化態窒素などの酸化性物質を還元処理する生物処理装置に関する。さらに詳しくは、本発明は可燃性ガスを主成分とするガスをガス透過膜の内部に供給し、ガス透過膜の表面に形成した微生物からなる生物膜により廃水中の酸化性成分を還元除去する生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、水素ガスをガス透過膜を透して酸化態窒素を含む原水と接触させ、ガス透過膜の原水側表面に付着した微生物により酸化態窒素を除去する方法が記載されている。この特許文献１の方法では、メタノールや酢酸などの有機物を水素供与体として添加する必要がなく、脱窒工程の後段で余剰有機物を除去するための酸化工程も不要になる。
【０００３】
近年、メタンを水素供与体として酸化態窒素、過塩素酸などを還元除去する微生物が発見され、それらを廃水処理に利用する動きが始まっている（非特許文献１，２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９０１３２３号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Applied  Microbiology  and  Biotechnology(2015)Vol．99，pp．10853-10860
【非特許文献２】Environmental  Science  and  Pollution  Research(2016)Vol．23，pp．9540-9548
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガス透過膜を用いた生物処理装置においては、膜の内部（気相側）に供給するガスの供給圧を高くすることにより、膜表面の生物膜中のガス成分の溶存濃度が高くなり、処理速度が高くなる。しかしながら、ガスの供給圧を過剰に高くすると、ガス成分が生物膜で消費し尽くされずにバルク水中にも溶解するようになる。バルク水中に溶解したガス成分は、生物処理に利用されないため、特にガス成分が高価なものの場合、不経済となる。また、バルク水中に溶解したガス成分は大気中に揮発するため、可燃性ガスの場合、安全上好ましくない。
【０００７】
本発明は、可燃性ガスをガス透過膜を透過させて生物膜に供給し、原水中の酸化性成分を還元処理する生物処理装置において、余剰となるガスをできるだけ少なくしながら、高い処理速度が得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の生物処理装置は、原水が供給される反応槽と、該反応槽内に設置され、原水側の表面に生物膜が形成されるガス透過膜と、可燃性ガスを該ガス透過膜を透過させて該反応槽内に可燃性ガスを供給するガス供給手段と、該反応槽からの排ガス中の可燃性ガス成分濃度を測定する可燃性ガス成分濃度測定手段と、該可燃性ガス成分濃度測定手段の測定値に基づき、前記ガス供給手段からガス透過膜への可燃性ガスの供給ガス圧を制御するガス圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様では、ガス透過膜が非多孔性のガス透過膜である。
【００１０】
本発明の一態様では、可燃性ガス成分がメタン及び／又はプロパンである。
【００１１】
本発明の一態様では、可燃性ガスがバイオガスである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、反応槽から排出される排ガス中の可燃性ガス成分の濃度を測定し、その濃度が所定の範囲内になるようにガス供給圧を調整することにより、ガス透過膜表面の生物膜に、被処理水中の酸化性成分の還元にほぼ十分な量の可燃性ガスを過剰となることなく供給することができる。これにより、ガス透過膜を用いた生物処理装置において、余剰となる可燃性ガスをできるだけ少なくしながら、高い処理速度が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る生物処理装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。
【００１５】
生物処理装置１は、反応槽２と、反応槽２内に配置されたガス透過膜よりなる中空糸膜モジュール１０とを備えている。この実施の形態では、中空糸膜モジュール１０は１段に設置されているが、中空糸膜モジュール１０は上下に多段に設置されてもよい。中空糸膜モジュール１０は左右に複数個設置されてもよい。
【００１６】
原水は反応槽２の下部に原水管（原水散布管）３によって供給され、処理水は反応槽２上部のトラフ４を介して処理水出口５から流出する。原水としては、製鉄所や金属表面処理工場からの酸洗排水や、発電所からのアンモニア排水や、食品、飲料、化学工場などの窒素含有有機性排水、硝化処理した処理水などの酸化態窒素含有水、金属、化学工場などからの過塩素酸含有排水が例示されるが、これらに限定されない。
【００１７】
反応槽２の頂部（天板部）に排ガス流出口６が設けられ、配管７を介して排ガスが取り出される。この配管７に排ガス中の可燃性ガス成分の濃度を測定するためのセンサ８が設けられており、該センサ８の検出信号が制御器９に入力される。
【００１８】
中空糸膜モジュール１０は、上側ヘッダー１１と、下側ヘッダー１２と、両ヘッダー１１，１２間に上下方向に架設されたガス透過膜としての多数本の中空糸膜１３とを有する。中空糸膜１３の上端及び下端はポッティングにより各ヘッダー１１，１２に固定されると共に、各ヘッダー１１，１２内に向って開放し、これにより各中空糸膜１３内が各ヘッダー１１，１２内に連通している。下側のヘッダー１２には余剰ガスの排出用配管１４が接続されている。余剰ガスの排出用配管１４に圧力調整弁などを設け、ガス透過膜内の圧力を調整できるようにしてもよい。
【００１９】
上側のヘッダー１１に可燃性ガス源（ガスタンク、ガスボンベ等よりなる。）からの可燃性ガスがブロワ（又はファン）２０及び配管２１を介して供給される。ブロワ（又はファン）２０は制御器９によって風量および／または圧力が制御される。
【００２０】
ガス透過膜に可燃性ガスを下向流で通気することで凝縮水が抜け易くなる。
【００２１】
ガス透過膜としては、ポリエチレン、シリコン、ポリイミド、ポリウレタンなどのポーラス膜、ノンポーラス膜のいずれも用いることができるが、孔の目詰まりにより性能低下する恐れがあるため、ノンポーラス膜が望ましい。ノンポーラス膜では、ガスは高分子鎖の熱運動によって生じる隙間を縫って透過する。ガス透過膜として、強度が高い、ノンポーラスポリマーでポーラス中空糸をコーティングしたコンポジット膜を用いてもよい。膜形式は、中空糸膜、平膜、スパイラル膜のいずれでもよいが、膜の充填密度を高くとることができることから、中空糸膜が好ましい。
【００２２】
膜モジュール１０への可燃性ガスの供給圧力は、膜の圧力損失よりわずかに高い程度、例えば５〜２０％程度高い圧力から、膜表面で気泡が生じない程度の圧力の間が好ましい。
【００２３】
可燃性ガスは、可燃性成分のみからなるものであってもよく、不燃性成分も含むものであってもよい。可燃性ガスとしては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、水素や、それらを主成分とする都市ガス、ＬＰＧガス、有機物のメタン発酵により生成するバイオガスなども用いることができる。
【００２４】
反応槽２から配管７へは、生物処理により生成した窒素、二酸化炭素などを含んだ排ガスが排出される。この排ガスには、生物処理で消費されなかった可燃性ガス成分も含まれる。この実施の形態では、この排ガス中の可燃性ガス成分の濃度をセンサ８で測定する。
【００２５】
センサ８としては、一般に用いられている、接触燃焼式、半導体式、熱伝導式などの固体センサや赤外線式などの光学センサを用いることができる。
【００２６】
このように構成された生物処理装置において、硝酸、亜硝酸などの酸化態窒素や、過塩素酸イオン、硫酸イオンといった生物によって還元除去される酸化性成分を含んだ原水は、供給ポンプ及び原水散布管３を介して反応槽２下部に供給され反応槽２内を上向流にて流れ、中空糸膜１３の表面に形成された生物膜により生物処理が行われる。即ち、ガス透過膜表面に形成された生物膜の生物活動により、ガス透過膜を透過してきた可燃性ガスと、原水中の酸化性成分とが反応し、酸化性成分が還元処理される。処理水は流出口５から流出する。なお、酸化性成分の処理効率を向上させるために、処理水の一部を返送ライン３０によって反応槽２の下部に循環させるように構成してもよい。
【００２７】
この実施の形態では、配管７に流出した排ガス中の可燃性ガス成分の濃度をセンサ８で測定し、この可燃性ガス成分濃度が所定範囲となるようにブロワ（又はファン）２０を制御する。好ましくは、排ガス中の可燃性ガス成分濃度が、可燃性ガス成分の爆発下限界（ＬＥＬ）の２〜５０％、好ましくは２〜１０％となるようにブロワ（又はファン）２０を制御する。
【００２８】
このように、反応槽２からの排ガス中の可燃性ガス濃度を測定し、その濃度が所定の範囲内になるようにガス供給圧および／または風量を調整することにより、反応槽２内の被処理水に、被処理水中の酸化性成分の還元にほぼ十分な量の可燃性ガスを過剰となることなく供給することができる。これにより、余剰となるガスをできるだけ少なくしながら、高い処理速度が得られるようになる。
【符号の説明】
【００２９】
１  生物処理装置
２  反応槽
３  原水散布管
５  処理水流出口
１０  中空糸膜モジュール
１１，１２  ヘッダー
１３  中空糸膜
【図１】
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