(57)【要約】【課題】好気処理と無酸素処理とを連続的に同時に実施することが可能な、効率的な膜分離活性汚泥装置および方法を提供すること。【解決手段】好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画内の少なくとも一つに浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置され、残りの区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための液位制御手段又は仕切板の高さ制御手段が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画内の少なくとも一つに浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置され、残りの区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための液位制御手段又は仕切板の高さ制御手段が設けられていることを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項２】
反応槽の中央部に浸漬膜分離ユニットが配置され、その浸漬膜分離ユニットの全周囲が仕切板又は仕切板と槽壁とによって囲包されている、請求項１記載の装置。
【請求項３】
好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換える区画は、１つである請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
反応槽の一部にその反応槽の槽壁と仕切板とで仕切られた区画を有し、その区画内に浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
浸漬膜分離ユニットを配置した単一の反応槽内で好気性処理および無酸素処理を行う膜分離活性汚泥方法であって、浸漬膜分離ユニットの周囲を底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板で区画し、浸漬膜分離ユニットの下方から曝気を行うとともに、反応槽内の液位を調節することにより又は仕切板の位置を変化させることにより、浸漬膜分離ユニットが配置された区画内を好気状態に維持しつつ、その他の区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えることを特徴とする膜分離活性汚泥処理方法。
【請求項６】
間欠的に無酸素状態の区画を形成し、脱窒処理を行う、請求項５記載の方法。
【請求項７】
浸漬膜分離ユニットが配置された区画内を好気状態に維持しつつ、その他の区画内を無酸素状態に切り換えた後も、浸漬膜分離ユニットによるろ過を継続することを特徴とする請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換える区画は、１つである請求項５ないし７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、膜分離とともに窒素除去を効率的に行うことができる膜分離活性汚泥処理装置および方法に関し、特に、窒素を含む下水等の汚水を、浸漬膜を設置した単槽式の反応槽で生物処理し、活性汚泥中の硝化細菌と脱窒細菌との作用で窒素を生物学的に連続的、かつ効率的に除去する膜分離活性汚泥処理装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、窒素やリンといった栄養塩を含む下廃水を処理するにあたっては、汚水を反応槽に導入し活性汚泥と共に曝気・攪拌して生物処理を行う活性汚泥法が用いられている。また、近年は、この活性汚泥法によって処理された処理水から清澄な処理水を得るために、膜分離活性汚泥法が多用されるようになってきた。膜分離活性汚泥法は、反応槽内に膜分離装置を浸漬させ、処理水を排出するため、沈殿池が不要で設置面積が少なく、固形物を含まない清澄な処理水が得られるという利点がある。
【０００３】
ところで、浸漬型の膜分離装置では、膜表面に汚泥が付着するのを防止するために、下部の散気管から空気を吹き込む必要があり、空気を止める時間帯は濾過処理を行えないことから、通常はほぼ連続的に散気を行っている。しかしながら、活性汚泥法では、脱窒処理のために槽内を無酸素状態にする必要がある。したがって、膜分離活性汚泥法においては、膜ろ過時の膜面洗浄のための散気の確保と、脱窒処理のための無酸素状態の確保との両立が必要であり、このための技術が種々開示されている。例えば、特許文献１には、脱窒を行う脱窒槽と膜分離装置を浸漬する硝化槽との二つを設け、汚水をそれらの槽間で移送して処理する処理装置が開示されている。また、特許文献２には、膜モジュールを設けた反応槽を間欠的に曝気して、好気工程と無酸素工程とを交互に行うことが記載されている。さらに、特許文献３には、単一の反応槽に浸漬膜を設けるとともに酸素供給用のブロワと窒素供給用のブロワを設け、活性汚泥に対しては酸素を間欠的に曝気し、浸漬膜に対しては窒素ガスを供給して膜の洗浄を行う技術が記載されている。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、連続的に処理をすることはできるものの、槽を複数個設ける必要があるため、設備が大きくなり浸漬膜としてのメリットを発揮することができないうえに、設備コストが高くなる。また、特許文献２に記載の技術は、単一槽であるので、設備を小さくすることは可能であるのもの、好気条件での硝化、膜分離と、無酸素条件での脱膣処理とを同時に行うことはできず、効率的でない。さらに、特許文献３に記載の技術は、空気中の窒素ガスを吸着、離脱を繰り返すことにより、高濃度の酸素ガスを生成させる酸素発生装置をが必須となり、装置が複雑、高価になる等の問題がそれぞれ存在する。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２４４８９３号報公報
【特許文献２】特開２０００−５８９号公報
【特許文献３】特開２００２−１８４６８号報公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、好気処理と無酸素処理とを連続的に同時に実施することが可能な、効率的な膜分離活性汚泥装置および方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、鋭意研究の結果、単一の反応槽を仕切板で２つの区画に分け、一方の区画に膜分離ユニットを浸漬すると共に、液位の変化又は仕切板の位置の上下方向の変化により、仕切板よりも上の領域を介して両区画の液が流通可能な状態と、仕切板よりも上に液が存在せず、両区画の液の流通が妨げられた状態とを作り出すことにより、膜分離ユニットは空気の供給下で連続的に作動させながら、膜分離ユニットが浸漬されている区画以外の区画（以下、便宜的に「硝化／脱窒処理区画」と言うことがある）への空気の供給を行ったり停止したりすることが可能であることに想到し、これによって、硝化／脱窒処理区画を好気状態にしたり無酸素状態にしたりすることが可能であり、このため、硝化細菌による硝化処理及び脱窒細菌による脱窒処理を同一の区画内で行うことが可能であることを実験的に確認し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画内の少なくとも一つに浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置され、残りの区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための液位制御手段又は仕切板の高さ制御手段が設けられていることを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置を提供する。なお、本明細書において「無酸素状態」とは、完全な無酸素状態のみを意味するものではなく、脱窒菌の作用により硝酸態窒素を窒素分子に還元できる程度に酸素濃度が低い状態をも包含する意味で用いている。
【０００９】
ここで、反応槽の中央部に浸漬膜分離ユニットが配置され、その浸漬膜分離ユニットの全周囲に仕切板が配置されている又は浸漬膜分離ユニットの全周囲が仕切板と槽壁とによって囲包されるように仕切板が配置されていることや、反応槽の一部にその反応槽の槽壁と仕切板とで仕切られた区画を有し、その区画内に浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置されていることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、浸漬膜分離ユニットを配置した単一の反応槽内で好気性処理および無酸素処理を行う膜分離活性汚泥方法であって、浸漬膜分離ユニットの周囲を底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板で区画し、浸漬膜分離ユニットの下方から曝気を行うとともに、反応槽内の液位を調節することにより又は仕切板の位置を変化させることにより、浸漬膜分離ユニットが配置された区画内を好気状態に維持しつつ、その他の区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えることを特徴とする膜分離活性汚泥方法を提供する。
【００１１】
このとき、間欠的に無酸素状態の区画を形成し、脱窒処理を行うこと、さらには、浸漬膜分離ユニットが配置された区画内を好気状態に維持しつつ、その他の区画内を無酸素状態に切り換え、脱窒処理と膜ろ過とを同時に行うことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明に係る単槽式の膜分離活性汚泥装置および膜分離活性汚泥方法の一実施態様を説明する。
【００１３】
図１に、本発明に係る単槽式の膜分離活性汚泥装置における窒素の除去方法を示す。
【００１４】
図１の膜分離活性汚泥装置では、単槽式の反応槽１に、浸漬型の膜分離ユニット２が設けられている。この膜分離ユニット２には反応槽１の外で吸引ポンプ３が接続されるとともに、膜分離ユニット２の下方に、膜洗浄及び好気生物処理用の散気管４が設けられている。散気管４は、ブロワ５に接続され、ブロワ５からエア（空気）が供給される。
【００１５】
このような構成により、散気管４からのエアによって膜分離ユニット２の膜面に汚泥物質等が付着するのを防止しながら膜分離ユニット２によって反応槽１内の処理液をろ過し、そのろ過水を吸引ポンプ３により槽外に取り出すことができる。
【００１６】
反応槽１には、原水ポンプ８が接続されるとともに、レベルセンサ６および仕切板７が設けられている。レベルセンサ６は、液位、すなわち、液表面の位置を調べるセンサであり、それ自体は周知である。また、仕切板７は、図示のように底部が反応槽の底面から離間して設けられている。図示の例では、仕切板７は、膜分離ユニット２の全周囲を囲包しており（「全周囲」は横方向における全周囲であり、図示のように上下は開放）、この場合には仕切板７は、図３に示すように、槽壁と共働して矩形の領域を規定する、２枚の平板状のものが好ましい。あるいは、図４に示すように、仕切板７が膜分離ユニット２の全周囲を囲包するものでもよい。原水ポンプ８は、原水槽９に接続されており、原水槽９中の原水が原水ポンプ８により反応槽１に導入される。
【００１７】
以上の構成で、反応槽１へ原液を供給するとともに、レベルセンサ６によって原水ポンプ８をＯＮ−ＯＦＦ制御して、その供給量を制御し、槽内の液位が一定の範囲内に保たれるようにする。原水ポンプ８は、ＬＷＬ（Ｌｏｗ  Ｗａｔｅｒ  Ｌｅｖｅｌ）でポンプＯＮ、ＨＷＬ（Ｈｉｇｈ  Ｗａｔｅｒ  Ｌｅｖｅｌ）でＯＦＦとなるように設定されている。
【００１８】
反応槽１には、微生物を含有する汚泥が収容されており、この微生物が、有機物の分解菌、さらにはそれら微生物の分解菌として作用し、生物処理を行う。従って、反応槽１は、汚泥が部分的に偏在することがないように、また、酸素が均一に供給されるように、内表面に角がないものや凹凸がないものが好ましい。この結果、反応槽１内では処理液の温度やｐＨが均一になり、安定に分解処理を進めることができる。また、汚泥に含有される微生物は、細菌類、酵母およびカビを含む真菌類など、溶解性有機物などの分解に寄与するもので、土壌、堆肥、汚泥など、自然界から集積培養及び馴養によって取得される。またこの馴養液から分解に関与する主要な微生物群を単離して用いることも可能である。なお、これらの微生物を含有する汚泥自体はこの分野において周知である。
【００１９】
さらに、この反応槽１に浸漬させる膜分離ユニットは、膜そのものとして汚れにくい素材を用いたものや、膜表面に汚れがつきにくくなるように、膜間に適当な隙間を有するものを用いることが好ましい。膜分離ユニット２には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などを用いて形成されたモジュールを用いることができる。経済性の観点からは、ろ過速度が高くコンパクト化が可能で、メンテナンスが容易である精密ろ過膜、限外ろ過膜を用いたモジュールが好ましい。膜の形状は平膜、中空糸膜等のものが用いられる。浸漬型の膜分離ユニットによれば、省スペース化を図ることができる。なお、ここで用いられる浸漬型膜分離ユニット自体はこの分野において広く用いられており、市販もされている。
【００２０】
次に、この設備の作用について説明する。下水処理場等の汚水処理施設に流入した汚水は、前処理設備において砂やごみ等の分離・除去を行った後、原水槽９から原水ポンプ８により反応槽１へと導入される。一方、反応槽１内で生物学的に処理された汚水は、吸引ポンプ３により吸引され、処理水として、消毒等の最終処理の後、場外に排出される。
【００２１】
反応槽１の液位がＨＷＬにある状態から具体的に説明すると、液位は仕切板７より高いため仕切板７の影響はなく、散気管４からのエアで槽全体に及ぶ循環流（膜ユニット収容区画から、仕切板７の上を越えて硝化／脱窒処理区画に入り、該区画内を下降し、仕切板７よりも下の領域を介して膜ユニット収容区画に戻る循環流）が形成され、槽内の流入水のアンモニア成分が、硝化細菌の作用により、硝酸態に酸化される。このとき原水ポンプ８は液位がＨＷＬでＯＦＦの動作であり、ろ過により徐々に液位が下がることになる。
【００２２】
ついで、液位が仕切板７よりも低くなると、散気管４からのエアは仕切板７で囲まれた空間内でとどまることになる。仕切板７の外側の領域にはエアが循環しないため無酸素状態にすることができ、脱窒菌が流入水中の有機物をエネルギー源として利用しながら、硝酸態の窒素を窒素分子に還元する反応が起こる。なお、このとき、膜ユニット２の洗浄エアは変わらないため、ろ過を停止する必要はない。
【００２３】
ついで、液位がＬＷＬになると原水ポンプ８がＯＮとなり、液位がＨＷＬとなったところで停止する。
【００２４】
このように、液位レベルにより単一槽にて好気運転と無酸素・好気混在運転をろ過連続で実施でき、流入水中の窒素成分の効率的な除去が可能となる。
【００２５】
なお、上記操作方法において、本発明は、液又は仕切板の位置を制御することにより、仕切板７よりも上の領域を介する反応液の流通を可能にしたり不可能にしたりすることにより、単一の硝化／脱窒処理区画内に好気状態と無酸素状態とを交互に作り出す点に特徴があり、これ以外の処理条件及び原水の前処理は、従来より周知の方法と同様の条件で行うことができる。
【００２６】
なお、図１の具体例では、仕切板７が膜ユニット２の横方向の全周囲を囲包している（上下は開放）が、仕切板７は、膜分離ユニット２の周囲を実質的に取り囲むものであれば良く、たとえば図２及び図５に示すように、槽壁と組合せて膜分離ユニット２の周囲を取り囲むもの（すなわち、上から見た場合、膜分離ユニット２の周囲４面のうち、一面を仕切板７が、他の３面を槽壁で囲包）でも良い。
【００２７】
また、図１の具体例では、膜ユニット収容区画が１つだけであるが、大型の下水処理等の場合には、単位時間当たりの処理量を大きくするために、所望により、膜ユニットを収容する区画を複数設け、これらの各区画にそれぞれ膜ユニットを浸漬してもよい。この場合、硝化／脱窒処理区画を複数設けることも可能であるが、硝化／脱窒処理区画は１つの方が構造が単純で反応液の均一性も確保しやすいので好ましい。
【００２８】
また、原水流入の制御も、タイマー設定やｐＨ制御、ＯＲＰ計制御等種々の方法が有り、本実施例に限定されるものではない。さらに、図１の具体例においては、吸引ポンプ３でろ過圧を得ているが、反応槽内の水位と濾過水取り出し口との水位との差、すなわち自然水頭のみによって濾過圧を得てもよく、さらに原液側から加圧することによって濾過圧を得てもよい。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明する。
【００３０】
実施例１、比較例１
図１に示す処理装置で、下水処理場の最初沈殿池流出水を凝集沈殿処理した原水を処理した。なお、仕切板７は運転を開始して１５０日を経過した時点で設置した。
【００３１】
凝集沈殿処理は、多孔板と傾斜管によってフロック形成と沈殿を同時に行う噴流撹拌型固液分離装置にて、凝集剤にはポリシリカト鉄を１０  ｍｇ−Ｆｅ／Ｌとなるように添加し、滞留時間は１．５時間の条件で実施した。
【００３２】
この凝集沈殿処理後の処理水を反応槽１に供給した。反応槽１は運転時容量５００Ｌで、仕切板７で区分される容量が、仕切板７の内（膜分離ユニット２を配置した区画）：外（その他の部分）＝３：１の比率になるように仕切板を設置した。膜分離ユニット２の分離膜には、公称孔径０．１μｍのＰＶＤＦ製ＭＦ膜（有効面積０．６  ｍ２の平膜１０枚を膜間距離が７．５  ｍｍに保たれるようにケースに装填）を用いた。
【００３３】
曝気エア量１００  Ｌ／分、ろ過水量２．５  ｍ３／日にてろ過を実施した。ＭＳＬＬ（Ｍｉｘｅｄ  Ｌｉｑｕｏｒ  Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄ）濃度は１２０００〜１５０００  ｍｇ／Ｌとし、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）４．８時間の生物処理条件のもと、初めの１５０日間は仕切板のない運転で（比較例１）、続く１５０日間は、仕切板を設置し、仕切板７より液位が上になる好気運転を３０分間した後、液位が仕切板７の頂部よりも下になるように切換え、部分好気・無酸素混合運転を３０分間行う運転を繰り返し（実施例１）、計３００日間実施した。この結果を下記表１に示す。
【００３４】
【表１】
表１
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ＴＯＣ：全有機性炭素濃度、Ｔ−Ｎ：総窒素濃度、ＮＨ４−Ｎ：アンモニア態窒素濃度、ＮＯｘ−Ｎ：硝酸態・亜硝酸態窒素濃度、Ｔ−Ｐ：総リン濃度
【００３５】
この結果、本発明によれば、仕切板の設置と原水供給制御のみで、充分な脱窒効果が見られ、全窒素濃度１０  ｍｇ／Ｌ程度の処理水を得ることができた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の単槽式膜分離活性汚泥法における汚水処理装置によれば、従来、単一槽での脱窒反応は、無酸素状態とするために膜洗浄用空気及びろ過の停止が必要であったが、仕切板の設置と反応槽液位制御を行うことにより、単一槽で無酸素状態の空間を得ることができ、硝化・脱窒を連続ろ過運転で効率的にすることができるものとなる。また、原水は無酸素部分に供給されるため、流入水中の有機炭素源を優先的に脱窒反応に利用できる。更には、膜による固液分離のため、微生物を高濃度に保持することで、短時間でのＤＯ消費と高い内生脱窒効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単槽式膜分離活性汚泥法における汚水処理装置の一実施例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の単槽式膜分離活性汚泥法における汚水処理装置の他の一実施例を模式的に示す図である。
【図３】膜分離ユニットを反応槽の中央部に配置した、本発明の汚水処理装置の一実施例における仕切板の配置を模式的に示す上面図及び側面図である。
【図４】膜分離ユニットを反応槽の中央部に配置した、本発明の汚水処理装置の他の一実施例における仕切板の配置を模式的に示す上面図及び側面図である。
【図５】膜分離ユニットを反応槽の片側に寄せて配置した、本発明の汚水処理装置の一実施例における仕切板の配置を模式的に示す上面図及び側面図である。
【符号の説明】
１  反応槽
２  膜分離ユニット
３  吸引ポンプ
４  散気管
５  ブロワ
６  レベルセンサ
７  仕切板
８  原水ポンプ
９  原水槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004261711.tif 000008