(57)【要約】【課題】ダイナミックろ過層が過大に成長しないように制御して定流量ろ過の場合は差圧上昇、定圧ろ過の場合は透過流束の低下を防止する運転方法及び装置を提供する。【解決手段】ダイナミックろ過装置において、あらかじめ設定されたろ過体表面流速Ｖ１、かつ透過流束Ｊ１で処理水を吸引した後、前記のろ過体表面流速Ｖ１より大きいろ過体表面流速Ｖ２、かつ前記透過流束Ｊ１と同等以下の透過流束Ｊ２で処理水を吸引することを特徴とする運転方法。ろ過体表面流速Ｖ１を活性汚泥の沈降速度以上０．０５ｍ／ｓ未満とすること、ろ過体表面流速Ｖ２を０．０５ｍ／ｓ以上０．４ｍ／ｓ以下とすることが好ましい。及びその装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイナミックろ過装置において、あらかじめ設定されたろ過体表面流速Ｖ１、かつ透過流束Ｊ１で処理水を吸引した後、前記のろ過体表面流速Ｖ１より大きいろ過体表面流速Ｖ２、かつ前記透過流束Ｊ１と同等以下の透過流束Ｊ２で処理水を吸引することを特徴とするダイナミックろ過装置の運転方法。
【請求項２】
ろ過体表面流速Ｖ１を活性汚泥の沈降速度以上０．０５ｍ／ｓ未満とし、ろ過体表面流速Ｖ２を０．０５ｍ／ｓ以上０．４ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする請求項１記載の運転方法。
【請求項３】
ダイナミックろ過層形成後、ろ過体表面流速Ｖ１からろ過体表面流速Ｖ２へ変換することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の運転方法。
【請求項４】
被処理水を生物反応部に流入させ、好気的に処理された活性汚泥混合液を通水性ろ過体を有する固液分離部に導入し、固液分離部で活性汚泥を分離する活性汚泥のダイナミックろ過装置において、該固液分離部はその内部に通水性ろ過体が浸漬されたろ過体設置部を有し、該通水性ろ過体の上部又は下部に整流装置が設置され、該通水性ろ過体の下方に洗浄用空気の散気装置が設置され、該生物反応部は該固液分離部のろ過体設置部と連通し、下部に汚泥混合液のエアリフト用兼流速制御用の散気装置が配置された汚泥混合液循環部が設置され、該ろ過体設置部の該整流装置を通って該通水性ろ過体の表面に沿って上方又は下方に流れる活性汚泥混合液流を形成することにより、該通水性ろ過体にダイナミックろ過層を形成させ、該通水性ろ過体より水頭圧又はポンプ吸引によりろ過水を得ることを特徴とするダイナミックろ過装置。
【請求項５】
生物反応部と固液分離部とを別槽とし、固液分離部を隔壁により区画され、かつ上下が連通したろ過体設置部と汚泥混合液循環部とで構成し、該ろ過体設置部もしくは汚泥混合液循環部の下部に汚泥混合液のエアリフト用兼ろ過体表面流速制御用の散気装置が配置され、前記したエアリフト用兼ろ過体表面流速制御用の散気装置によりダイナミックろ過層の過大な成長を防止することを特徴とする請求項４記載のダイナミックろ過装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理分野全般、特に汚濁の進行したし尿、下水、産業排水等の有機性汚水を生物学的に浄化する生物処理において、活性汚泥等の浮遊物質を固液分離する固液分離方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中の浮遊物質を固液分離する方法の一つとして、限外ろ過膜や精密ろ過膜を用いる膜ろ過法がある。これらの膜ろ過法では孔径１μｍ以下の膜が一般的に用いられるが、高いｆｌｕｘ（透過流束）を得るためには大きな動力が必要となるため、目的に応じて孔径の大きな膜を用いて低動力で高いｆｌｕｘを得る方法が開発されてきている。（非特許文献１，非特許文献２，非特許文献３）
【０００３】
例えば、実質的に活性汚泥粒子を通過させるろ過体でろ過を行うダイナミックろ過に関して、活性汚泥混合液をろ過体表面に沿って、０．０５〜０．４ｍ／ｓｅｃ、特に好ましくは０．１５〜０．２５ｍ／ｓｅｃの平均流速で流通させる活性汚泥ろ過方法がある。
また、「膜分離装置の膜ろ過方法」では、あらかじめ設定された第１の膜面流速で曝気を行い、かつ第１の透過流束で処理水を吸引し、膜面にケーキ層を形成した後、前記第１の膜面流速より高い膜面流速で曝気を行い、かつ前記第１の透過流束より大きい透過流束で処理水を吸引する膜ろ過方法がある。
【０００４】
【非特許文献１】
平成１４年６月２０日、財団法人日本下水道協会発行、「第３９回下水道研究発表会講演要旨集」第６８９〜６９１頁
【非特許文献２】
２００２年７月１０日、京都大学環境衛生工学研究会発行、「環境衛生工学研究」第１６巻第３号第１０２〜１０６頁
【非特許文献３】
２００２年３月２７〜２９日、化学工学会第６７年会、Ｌ１１３「ダイナミックろ過による活性汚泥の固液分離に関する操作因子の検討」
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実質的に活性汚泥フロックを通過させるろ過体でろ過を行うダイナミックろ過では、透過流束がある程度大きくないと汚泥層の形成できない。
活性汚泥混合液のろ過体表面と平行な流れの平均流速（以降、ろ過体表面流速と呼ぶ）を０．０５〜０．４ｍ／ｓｅｃ、特に好ましくは０．１５〜０．２５ｍ／ｓｅｃとした場合、汚泥の流動が激しいため、粗大なフロックは水の抵抗を受けて流れ去りやすく、微小なフロックによるろ過体の目詰まりが生じ、ろ過体表面に均一なダイナミックろ過層の形成が困難である。
【０００６】
均一なダイナミックろ過層を形成させるためにろ過体表面流速を０．０５ｍ／ｓ未満に小さくすると、ダイナミックろ過層が過大に成長して透過流束が大幅に低下する問題がある。特に、設置面積当たりのろ過面積を大きくするためにろ過面間距離を小さくすると、ろ過面間に汚泥層がブリッジし局所的にろ過体表面流速が増加するため、一部のダイナミックろ過層が崩壊し、処理水中に活性汚泥フロックが流出するという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記の欠点を解消し、ダイナミックろ過層が過大に成長しないように制御して定流量ろ過の場合は差圧上昇、定圧ろ過の場合は透過流束の低下を防止する運転方法、及びそれを実施できる装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、前記の目的を達成することができるダイナミックろ過方法を検討し、ろ過開始時にろ過体表面流速を汚泥沈降速度以上０．０５ｍ／ｓ未満に制御することで均一なダイナミックろ過層を形成し、ダイナミックろ過層形成後に透過流束を形成前と同等以下、ろ過体表面流速を０．０５以上０．４ｍ／ｓ以下にすることで、ダイナミックろ過層が過大に成長しないように制御して定流量ろ過の場合は差圧上昇、定圧ろ過の場合は透過流束の低下を防止する運転方法を見出し、それを基礎として本発明を完成した。
【０００９】
本発明は、下記手段により上記課題を解決した。
（１）ダイナミックろ過装置において、あらかじめ設定されたろ過体表面流速Ｖ１、かつ透過流束Ｊ１で処理水を吸引した後、前記のろ過体表面流速Ｖ１より大きいろ過体表面流速Ｖ２、かつ前記透過流束Ｊ１と同等以下の透過流束Ｊ２で処理水を吸引することを特徴とするダイナミックろ過装置の運転方法。
（２）ろ過体表面流速Ｖ１を活性汚泥の沈降速度以上０．０５ｍ／ｓ未満とし、ろ過体表面流速Ｖ２を０．０５ｍ／ｓ以上０．４ｍ／ｓ以下とすることを特徴とする前記（１）記載の運転方法。
（３）ダイナミックろ過層形成後、ろ過体表面流速Ｖ１からろ過体表面流速Ｖ２へ変換することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の運転方法。
【００１０】
（４）被処理水を生物反応部に流入させ、好気的に処理された活性汚泥混合液を通水性ろ過体を有する固液分離部に導入し、固液分離部で活性汚泥を分離する活性汚泥のダイナミックろ過装置において、該固液分離部はその内部に通水性ろ過体が浸漬されたろ過体設置部を有し、該通水性ろ過体の上部又は下部に整流装置が設置され、該通水性ろ過体の下方に洗浄用空気の散気装置が設置され、該生物反応部は該固液分離部のろ過体設置部と連通し、下部に汚泥混合液のエアリフト用兼流速制御用の散気装置が配置された汚泥混合液循環部が設置され、該ろ過体設置部の該整流装置を通って該通水性ろ過体の表面に沿って上方又は下方に流れる活性汚泥混合液流を形成することにより、該通水性ろ過体にダイナミックろ過層を形成させ、該通水性ろ過体より水頭圧又はポンプ吸引によりろ過水を得ることを特徴とするダイナミックろ過装置。
（５）生物反応部と固液分離部とを別槽とし、固液分離槽を隔壁により区画され、かつ上下が連通したろ過体設置部と汚泥混合液循環部とで構成し、該ろ過体設置部もしくは汚泥循環部の下部に汚泥混合液のエアリフト用兼ろ過体表面流速制御用の散気装置が配置され、前記したエアリフト用兼ろ過体表面流速制御用の散気装置によりダイナミックろ過層の過大な成長を防止することを特徴とする前記（４）記載のダイナミックろ過装置。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明で用いるろ過体は、その材質は特に限定されず高分子多孔膜、不織布、織布、無機質多孔体、金属不織布、金属網等いずれでもよく、その形状も円筒型、平板型、プリーツ状等いずれでもよい。孔径や強度に応じて材質、形状が選定される。
【００１２】
孔径１０μｍ以上のろ過体であると、特に耐久性の高い無機性の多孔体、金属不織布、金属網が好ましく、さらに金属網が好ましい。織布、金属網の場合、その織り方は平織、綾織または朱子織が望ましく、これらの織布、金属網は１層でもよいし、複数を組合せた多層織りや積層品でもよい。ろ過体の孔径は１０〜４００μｍ、好ましくは２５〜２００μｍ、さらに好ましくは５０〜１５０μｍがよい。孔径が小さいと目詰まりを起こしやすく、孔径が大きいと処理水中に被処理水中の浮遊物質の増加を招く。
ろ過体を複数まとめてモジュールとすることもできる。
【００１３】
ろ過方式は、ポンプを用いて透過流束Ｊ１、透過流束Ｊ２を制御してもよいし、水頭差を利用して透過流束Ｊ１、透過流束Ｊ２を制御してもよい。水頭差を利用した場合は、ダイナミックろ過層の形成に伴い、透過流束が減少するので一定水頭差のままでもよいし、水頭差を変えて透過流束を制御してもよい。
【００１４】
ろ過に際しては、ろ過体の上流もしくは下流側の一方もしくは両方には整流装置を設けたほうが好ましい。
ろ過体は生物反応槽に浸漬しても、生物反応槽とは別に設けた固液分離槽に浸漬してもよい。ろ過体を生物反応槽に浸漬する場合には、ろ過体を有するろ過体設置部と生物反応部とを隔壁で区画し、前記隔壁の上下で両部が連通するようにして、活性汚泥混合液が循環できるようにするのがよい。また、ろ過体を別に設けた固液分離槽に浸漬した場合、固液分離後の濃縮液は生物反応槽へ返送できるように、生物反応槽と固液分離槽とをそれぞれ上下で連通される。固液分離槽には例えば槽壁との間に上下が開いた隔壁を設けて活性汚泥混合液循環部を設け、その循環部を通って活性汚泥混合液が上に又は下に循環するようにさせ、それによってろ過体の表面に沿って流れるクロスフローを形成させることができる。
【００１５】
ろ過体表面流速Ｖ１およびろ過体表面流速Ｖ２の制御方法は、間接曝気もしくは直接曝気を行い、曝気のエアリフト作用によってろ過体表面流速を増加させてもよい。ろ過体を固液分離槽に浸漬する場合は、生物反応槽から固液分離槽への活性汚泥循環量を増加してもよいが、ポンプを使用する場合は多大なエネルギーを消費し、活性汚泥フロックの微細化が生じ固液分離に悪影響を及ぼすので、間接曝気もしくは直接曝気を行い、曝気のエアリフト作用によってろ過体表面流速を増加させるほうが好ましい。ポンプとエアリフト作用を併用することもできる。ろ過体表面流速は、Ｖ１＜Ｖ２を満たしていれば、ろ過体表面流速制御用の曝気もしくはポンプの動作は、連続的でも間欠的でも良い。
【００１６】
曝気のエアリフト作用によりろ過体表面流速を制御する楊合は、ろ過体設置部と汚泥循環部とに分割される構造を採ることが好ましいが、両区分を仕切るための仕切板は設けても設けなくともよい。
循環の方法及びろ過体表面流速の制御方法についての例を第１表に示すが、これに限定されない。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
ろ過体の下方に空気洗浄用の散気装置を設置し、定期的に散気することでろ過体外部を空洗し、ろ過体表面に過剰に生成した汚泥層を容易に剥離することができる。
また、ろ過体内部に散気装置を設置し、ろ過体外部の空洗を組合せ、ろ過体内部に付着した汚泥を容易に剥離することができる。さらに、水逆洗や次亜塩素酸塩・オゾン等の薬洗を組合せることもできる。
【００１９】
以下に、本発明の実施形態の一例を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、下水に対する本発明のフローの一例を示したものである。下水１は生物反応槽２に流入し、ブロアから供給される空気３によって活性汚泥による好気処理が行われる。
活性汚泥混合液４は、生物反応槽２より自然流下で固液分離槽４上部へ供給され、整流装置１０を通過後、同槽内に配置されたろ過体９の表面を流過することによってろ過されて固液分離される。固液分離の駆動力は水頭差Ｈによって得られる。固液分離後の濃縮された活性汚泥１４は、固液分離槽４下部より生物反応槽２ヘポンプ１５で返送される。ろ過体９内にろ過された水は流出管から処理水１３として取り出される。
【００２０】
この固液分離槽４は、上端及び下端が開いている隔壁６によりろ過体設置部７と活性汚泥混合液循環部８とに区画され、ろ過体設置部７の内部にはろ過体９が垂直に配置され、上部には整流装置１０が設置されており、下部には散気装置１１が設置されている。液循環部８は上部及び下部がろ過体設置部７の上部及び下部とそれぞれ連通しており、その下部に散気装置１２が設置されていて、そこからろ過体表面制御用空気１５を導入し、エアリフト作用を行わせ、その散気量の調整でろ過体９の表面を流下する液の速度を調整できるようにする。
【００２１】
ろ過を開始するために、返送ポンプ１７による固液分離槽４から生物反応槽２への下向流のみで、ろ過体６の表面流速Ｖ１が与えられる。それによってろ過体９の表面にダイナミックろ過層が形成されていく。この時の透過流束をＪ１とするが、ダイナミックろ過層が容易に形成できるように小さめとする。返送ポンプ７のみではろ過体表面流速Ｖ１が不足する場合は、補助的に固液分離槽４の汚泥循環部８に設置された散気装置１２で間接曝気を行い、エアリフト作用によって固液分離槽４内において循環流を生じさせ、ろ過体９表面流速を増加させることができる。
【００２２】
ろ過を開始しダイナミックろ過層形成後、固液分離槽４の汚泥循環部８に設置された散気装置１２で間接曝気を行い、エアリフト作用によって固液分離槽４内において循環流を生じさせ、ろ過体９の表面流速Ｘｎを増加させていき、所定の表面流速Ｘ２とする。この表面流速Ｖ２の大きさは表面流速Ｖ１より大きいものとし、最大で５倍以下とすることが好ましい。その値が５倍以上とすると、ろ過体９の上に形成されたダイナミックろ過層が液流により破壊されるおそれがある。また、その際の透過流束Ｊ２は透過流束をＪ１と同等以下とする必要がある。
ろ過体９の洗浄は、定期的にろ過を停止し、ろ過体９下方に設置された散気装置１１からの曝気によってろ過体９外部の空洗、ろ過体９内部に設置された散気装置により空気１８を導入して、ろ過体９内部の空洗、ろ過体９上部からの逆洗水１９による水洗の操作の中から１つ以上を組合せて行う。
【００２３】
【実施例】
以下に実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるのもではない。
【００２４】
（実施例１）
下水を図１に示すフローによる本発明の方法にて処理した。
活性汚泥は、生物反応槽より自然流下で固液分離槽上部へ供給され、整流装置を通過後、ろ過体によって固液分離される。ポンプを用いて処理水を吸引し、固液分離を行った。ろ過体は、ろ過面が金網によって構成されているものである。ろ過体は２時間間隔でろ過を停止し、洗浄した。
実験装置の寸法を第２表に示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
本実施例の生物反応槽の条件を第３表に示す。生物反応槽への下水流入量は１０ｍ３／ｄ、固液分離槽からの汚泥返送量は１０ｍ３／ｄとした。生物反応槽のＭＬＳＳは約２０００ｍｇ／リットル、ＢＯＤ汚泥負荷は約０．２ｋｇ−ＢＯＤ／（ｋｇ−ＭＬＳＳ・ｄ）である。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
実験に使用したろ過体の仕様を第４表に示す。ろ過体は、開口率４７％の円筒型のパンチングプレートに、孔径１５４μｍのリボン状の金網をスパイラルに巻いたろ過面の長さ２ｍのものである。１本あたりの有効ろ過面積は０．３１４ｍ２であり、８本を１モジュールとして固液分離槽へ浸漬した。
【００２９】
【表４】
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【００３０】
処理水はろ過体下部から集水した。
実施例の固液分離槽の条件を第５表に示す。固液分離槽は、ろ過部の断面積０．０４８ｍ２、有効容積０．２０ｍ３である。
【００３１】
【表５】
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【００３２】
透過流束並びにろ過体表面流速の条件を第６表に示す。透過流束を５ｍ／ｄとしてろ過を行った。ろ過体表面流速Ｖ１を平均０．０１ｍ／ｓとしたのときの固液分離槽の循環部の曝気量は１リットル／ｍｉｎであった。ろ過体表面流速Ｖ２を平均０．０５ｍ／ｓとしたのときの固液分離槽の循環部の曝気量は５リットル／ｍｉｎであった。
【００３３】
【表６】
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【００３４】
ろ過開始から１０分後、ダイナミックろ過層が形成され処理水濁度が安定した後、固液分離槽の循環部の曝気量を５リットル／ｍｉｎとした。
２時間に１回ろ過を停止して、ろ過体外部の空洗とろ過体内部の空洗を同時に３分間行った。空洗の空気量は、ろ過体外部の空洗では、ろ過体外部の流路断面積あたりの空気量で５ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）とした。ろ過体内部の空洗では、ろ過体内部の流路断面積辺りの空気量で１ｍ３／（ｍ２・ｍｉｎ）とした。
【００３５】
ろ過体内部の空洗を行った空気は、ろ過体上部から大気開放される。
本実施例の差圧の経日変化を図２に示す。実施の結果として、約６０日間の運転結果において、差圧は約０．７ｋＰａでほとんど変わらず、安定したろ過が行われていることが判明した。
また、本実施例の処理水濁度の経日変化を図３に示す。処理水濁度は約２度であり、安定した処理水質が得られた。
【００３６】
（比較例１）
比較例１は、ろ過体表面流速を変換せず、ダイナミックろ過層が形成されてもろ過体表面流速を変えない条件で行った。
透過流束ならびにろ過体表面流速の条件を第６表に示す。透過流束は５ｍ／ｄとしてろ過を行った。ろ過体表面流速を平均０．０１ｍ／ｓとしたのときの固液分離槽の循環部の曝気量は１リットル／ｍｉｎであった。
他の条件は、実施例１と同じである。
【００３７】
比較例１の差圧の経日変化を図２に示す。実施の結果として、約６０日間の運転結果において、差圧は当初約０．７ｋＰａであったが、３０日目付近より徐々に上昇し６０日目には１０ｋＰａになった。
【００３８】
また、本比較例１の処理水濁度の経日変化を図３に示す。処理水濁度は不安定で約１０〜４５度であった。
処理水濁度が高いのは、ろ過面間に汚泥プリッジが形成され、汚泥の流路が狭くなることで局所的にろ過体表面流速が大きくなったため、ダイナミックろ過層が破壊されたことが原因であった。ろ過中にダイナミックろ過層が破壊されたため、ろ過体内部に微細な活性汚泥粒子が入り込み、目詰まりが生じて透過流束が減少した。
【００３９】
（比較例２）
比較例２は、実施例１同様にろ過体表面流速を変換し、ダイナミックろ過層が形成されてから、ろ過体表面流速を減少させるとともに透過流束を増加させた。透過流束並びにろ過体表面流速の条件を第６表に示す。透過流束Ｊ１はろ過開始時１ｍ／ｄとし、透過流束Ｊ２は５ｍ／ｄとしてろ過を行った。ろ過体表面流速Ｖ１を平均０．０１ｍ／ｓとしたのときの固液分離槽の循環部の曝気量は１リットル／ｍｉｎであった。ろ過体表面流速Ｖ２を平均０．０５ｍ／ｓとしたのときの固液分離槽の循環部の曝気量は５リットル／ｍｉｎであった。
この例では、Ｖ１＜Ｖ２であるが、Ｊ１＜Ｊ２であって、実施例１とは異なる。
【００４０】
他の条件は、実施例１と同じである。
比較例２の差圧の経日変化を図２に示す。実施の結果として、約６０日間の運転結果において、差圧は当初約０．７ｋＰａであったが、４０日目付近より徐々に上昇し６０日目には約５ｋＰａになった。
また、本比較例２の処理水濁度の経日変化を図３に示す。処理水濁度は約４度であった。ろ過初期に形成されるダイナミックろ過層は脆く崩れやすい状態であり、ろ過体内部に崩れた微細な活性汚泥粒子が入り込み、目詰まりが生じて透過流束が減少した。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は、ダイナミックろ過装置において、あらかじめ設定されたろ過体表面流速Ｖ１、かつ透過流束Ｊ１で処理水を吸引した後、前記のろ過体表面流速Ｖ１より大きいろ過体表面流速Ｖ２、かつ前記透過流束Ｊ１と同等以下の透過流束Ｊ２で処理水を吸引することを特徴とする運転方法により、定流量ろ過の場合は差圧上昇、定圧ろ過の場合は透過流束低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のフローシートを示す。
【図２】実施例及び比較例の実験による差圧の経日変化を示す点グラフである。
【図３】実施例及び比較例の実験による処理水濁度の経日変化を示す点グラフである。
【符号の説明】
１  下水
２  生物反応槽
３  曝気用空気
４  活性汚泥混合液
５  固液分離槽
６  隔壁
７  ろ過体設置部
８  汚泥循環部
９  ろ過体
１０  整流装置
１１  ろ過体洗浄用散気装置
１２  エアリフト用散気装置
１３  処理水
１４  空気（洗浄用）
１５  空気（ろ過体表面流速制御用）
１６  濃縮汚泥
１７  汚泥返送ポンプ
１８  空気（洗浄用）
１９  逆洗水
【図１】
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【図２】
2004167393.tif 000010
【図３】
2004167393.tif 000011