(57)【要約】【課題】気泡の散逸を防止して気泡を効率的に利用するとともに、コスト安に製造できるようにする。【解決手段】活性汚泥の処理槽１内に、中空糸膜９ａを含む膜分離装置２Ａ，２Ｂが上下方向に多段で設置されて、上段となる膜分離装置２Ｂと下段となる膜分離装置２Ａとの間に、下段となる膜分離装置２Ａに供給された中空糸膜洗浄用気泡ｂを回収して、上段となる膜分離装置２Ｂに再供給する気泡回収手段１２が配置されている。【選択図】  図１
2004290735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜を用いて活性汚泥を固液分離する膜分離活性汚泥処理装置であって、
活性汚泥の処理槽内に、中空糸膜を含む膜分離装置が上下方向に多段で設置されて、上段となる膜分離装置と下段となる膜分離装置との間に、下段となる膜分離装置に供給された中空糸膜洗浄用気泡を回収して、上段となる膜分離装置に再供給する気泡回収手段が配置さ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】
上記気泡回収手段の入口開口面積は、この気泡回収手段の真下の膜分離装置から浮上する気泡分布範囲以上に設定されている請求項１に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項３】
上記気泡回収手段は、上段となる膜分離装置に取付けられている請求項１または２に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項４】
上記気泡回収手段は、フード形状である請求項１〜３のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項５】
上段となる膜分離装置と下段となる膜分離装置とを相互に連結する連結手段が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項６】
上記膜分離装置は筒形状に構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気泡を効率的に利用できる膜分離活性汚泥処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、微生物の働き（活性汚泥）を利用した廃水処理装置における固液分離（活性汚泥と処理水とに分離）手段として、膜分離装置が提案されている。
【０００３】
この膜分離装置として、分離膜に中空糸膜を利用して多段に設置するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
かかる装置では、多段に設置した中空糸膜の最下部にエア供給（曝気）装置を配置して、このエア供給装置で発生する気泡で中空糸膜を洗浄するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−５３４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、気泡が浮上するにつれて散逸して、特に上段となる中空糸膜には充分な気泡が供給されにくいので、洗浄効率が悪くなって中空糸膜の洗浄作業を頻繁に行う必要があった。
【０００７】
なお、多段に設置した中空糸膜をケーシングで囲んで気泡の散逸を防止することが考えられるが、ケーシングコストが高くつくという問題がある。また、上下に長い筒形状に形成した中空糸膜を利用することによって、多段設置と同様に気泡を効率的に利用できるが、中空糸膜自体が長くなってハンドリングが悪くなるとともに、物理強度も弱くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題を解消するためになされたもので、気泡の散逸を防止して気泡を効率的に利用するとともに、コスト安に製造できる膜分離活性汚泥処理装置を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、中空糸膜を用いて活性汚泥を固液分離する膜分離活性汚泥処理装置であって、
活性汚泥の処理槽内に、中空糸膜を含む膜分離装置が上下方向に多段で設置されて、上段となる膜分離装置と下段となる膜分離装置との間に、下段となる膜分離装置に供給された中空糸膜洗浄用気泡を回収して、上段となる膜分離装置に再供給する気泡回収手段が配置さ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ものである。
【００１０】
請求項２のように、上記気泡回収手段の入口開口面積は、この気泡回収手段の真下の膜分離装置から浮上する気泡分布範囲以上に設定されている構成が好ましい。
【００１１】
請求項３のように、上記気泡回収手段は、上段となる膜分離装置に取付けられている構成が好ましい。
【００１２】
請求項４のように、上記気泡回収手段は、フード形状である構成が好ましい。
【００１３】
請求項５のように、上段となる膜分離装置と下段となる膜分離装置とを相互に連結する連結手段が設けられている構成が好ましい。
【００１４】
請求項６のように、上記膜分離装置は筒形状に構成されている構成が好ましい。
【００１５】
【発明の作用および効果】
本発明によれば、上段となる膜分離装置と下段となる膜分離装置との間に配置した気泡回収手段によって、下段となる膜分離装置に供給された中空糸膜洗浄用気泡を散逸する前に回収して、上段となる膜分離装置に再供給することができるから、気泡を効率的に利用できるので、エア供給（曝気）量が低減してランニングコストが安価になる。
【００１６】
また、従来のようなケーシングが無くても気泡の散逸を防止できるので、製造コストも安価になる。
【００１７】
請求項２のように、気泡回収手段の入口開口面積を、気泡回収手段の真下の膜分離装置から浮上する気泡分布範囲以上に設定すると、気泡のほぼ全量を回収できるので、気泡をより効率的に利用できるようになる。
【００１８】
請求項３のように、気泡回収手段を上段となる膜分離装置に取付けると、上段となる膜分離装置と気泡回収手段とを一体物として取り扱えるので、設置コストやメンテナンスコストが安価になる。
【００１９】
請求項４のように、気泡回収手段は、フード形状とすると、構造が極めて簡易で製造コストが安価になる。
【００２０】
請求項５のように、上段となる膜分離装置と下段となる膜分離装置とを相互に連結する連結手段を設けると、処理槽内における設置高さの位置決めや処理槽外への取出しを同時に行うことができる。
【００２１】
請求項６のように、膜分離装置が筒形状であると、コンパクトになって処理槽内への設置が容易になるとともに、処理槽外での取り扱いも容易になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、活性汚泥処理槽１内には、膜分離装置２Ａ，２Ｂが上下方向に多段（本例では２段）で設置されて、入口側配管３から活性汚泥処理槽１内に供給された廃水原水は活性汚泥処理槽１内で浄化処理され、この処理水は各膜分離装置２Ａ，２Ｂでろ過され、このろ過水は出口側配管４に設けられたポンプ５で吸引されて、次工程に排出されるようになる。
【００２４】
図２および図３に詳細に示すように、上記膜分離装置２Ａ，２Ｂは、それぞれが短長円筒状の散気部７Ａ，７Ｂと集水部８Ａ，８Ｂとが上下方向に所定の間隔Ｌ１を隔てて対向配置されて、この散気部７Ａ，７Ｂと集水部８Ａ，８Ｂとは、上下方向に延在する支持棒（図示せず）で、所定の間隔Ｌ１に保持されている。
【００２５】
上記各散気部７Ａ，７Ｂは中空に形成され、上面部７ａには多数個の散気穴７ｂが形成されるとともに〔図２（ｂ）参照〕、この散気穴７ｂを避けた上面部７ａと上記集水部８Ａ，８Ｂの下面部８ｂとの間には、上下方向に伸張状態で多数本の中空糸膜９ａを集束して、これらの下端と上端とがそれぞれ固定支持されてなる中空糸膜束９が設けられている。この中空糸膜束９は、処理水を浸透させてろ過するものであり、精密膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）を好適に使用することができる。
【００２６】
上記膜分離装置２Ａ，２Ｂは、散気部７Ａ，７Ｂと集水部８Ａ，８Ｂとの間に中空糸膜束９が固定支持された状態では、図２（ａ）に示したような円筒形状に構成されることになる。
【００２７】
上記散気部７Ａ，７Ｂは、下面が開口されていて、下段側の膜分離装置２Ａの散気部７Ａには、エア配管１０のエアａが下面開口７ｃから供給されるようになる。この散気部７Ａに供給されたエアａは、上面部７ａの各散気穴７ｂから中空糸膜束９の間に放出されることにより無数の気泡ｂとなって、矢印ｃのように浮上することによって中空糸膜束９を洗浄するようになる。
【００２８】
上記集水部８Ａ，８Ｂは中空に形成され、上面部８ａには上記出口側配管４がそれぞれ接続されて、ポンプ５の吸引力で負圧にされることにより、中空糸膜束９に処理水が強制的に浸透されながら、ろ過水ｆが中空糸膜束９の上端から集水部８Ａ，８Ｂ内に集められて、出口側配管４から次工程に排出されるようになる。
【００２９】
下段側の膜分離装置２Ａの真上には、上段側の膜分離装置２Ｂが上下方向に所定の間隔Ｌ２を隔てて対向配置されている。
【００３０】
そして、上段側の膜分離装置２Ｂの散気部７Ｂの下面開口７ｃには、フード状の気泡回収手段１２が固定されて、この気泡回収手段１２は、下段側の膜分離装置２Ａの散気部７Ａに供給されて浮上してきた気泡ｂを回収して、上段側の膜分離装置２Ｂの散気部７Ｂに、下面開口７ｃから再供給するようになる。
【００３１】
上記気泡回収手段１２は、図５に対比して示すように、（ａ）のような末広がりの浅いラッパ状であるが、（ｂ）のような円柱状や（ｃ）のような末広がりの深いラッパ状として、下段側の膜分離装置２Ａの集水部８Ａを覆うようにしても良い。
【００３２】
上記気泡回収手段１２の入口開口１２ａの面積は、真下の下段側の膜分離装置２Ａから浮上してきた気泡ｂの分布範囲以上に設定されている。
【００３３】
図９は、各膜分離装置２Ａ，２Ｂにおいて、中空糸膜束９の中心部から最外面までの距離Ｌ３を７５ｍｍとし、散気部７Ａ，７Ｂと集水部８Ａ，８Ｂとの間隔Ｌ１（中空糸膜束９の有効全長）を１〜２ｍとして、散気部７Ａ，７Ｂから２００ＮＬ／分〜６００ＮＬ／分のエアを供給した場合に、集水部８Ａ，８Ｂにおける気泡分布測定（ボイド率測定）の結果を示したグラフである。なお、白抜きと黒べたは、図２（ａ）に示すＸ軸方向とＹ軸方向の測定結果である。
【００３４】
このグラフからも明らかなように、散気部７Ａ，７Ｂから放出された気泡ｂは、集水部８Ａ，８Ｂにおいて、中空糸膜束９の中心部から２００ｍｍ程度の範囲に収まっている。
【００３５】
したがって、気泡回収手段１２の入口開口１２ａの寸法Ｌ４は、中心部から最外面までの距離Ｌ３の３倍、これを面積で考えると、気泡回収手段１２の水平面への投影面積（Ｓ１）が中空糸膜束９の水平面へ投影面積（Ｓ２）の９倍とすれば充分であることが分かる。
【００３６】
図４に示すように、上段側の膜分離装置２Ｂは、上記活性汚泥処理槽１の躯体や施設天井１３等に固定されるとともに、下段側の膜分離装置２Ａは、下段側の膜分離装置２Ａの集水部８Ａと上段側の膜分離装置２Ｂの散気部７Ｂとがチェーンやワイヤーロープのような連結手段１４で相互に連結されて、上段側の膜分離装置２Ｂで下段側の膜分離装置２Ａを吊り下げることにより、上記所定の間隔Ｌ２が保持されるようになる。
【００３７】
上記のように構成した膜分離活性汚泥処理装置の作用を図３を用いて説明する。
【００３８】
下段側の膜分離装置２Ａの散気部７Ａに、エア配管１０からエアａが供給されると、散気部７Ａの散気穴７ｂから中空糸膜束９の間に放出されることにより無数の気泡ｂとなって、矢印ｃのように浮上することによって下段側の膜分離装置２Ａの中空糸膜束９が洗浄されるようになる。
【００３９】
この気泡ｂが下段側の膜分離装置２Ａの集水部８Ａに達すると、この集水部８Ａで一旦遮られるが、矢印ｄのように集水部８Ａの外回りに沿ってさらに浮上するようになる。
【００４０】
そして、この気泡ｂは、上段側の膜分離装置２Ｂの気泡回収手段１２で回収されて散気部７Ｂに再供給されると、散気部７Ｂの散気穴７ｂから中空糸膜束９の間に放出されることにより再び無数の気泡ｂとなって、矢印ｅのように浮上することによって上段側の膜分離装置２Ｂの中空糸膜束９が洗浄されるようになる。
【００４１】
図４に示すように、この気泡ｂが上段側の膜分離装置２Ｂの集水部８Ｂに達すると、この集水部８Ｂで一旦遮られるが、矢印ｇのように集水部８Ｂの外回りに沿ってさらに浮上して、活性汚泥処理槽１内の処理水の水面から大気中に放出されるようになる。このように、活性汚泥処理槽１内に多量の気泡ｂが供給されることにより、活性汚泥処理槽１内は好気状態に保たれることになる。
【００４２】
一方、各集水部８Ａ，８Ｂは、ポンプ５の吸引力で負圧にされているから、各膜分離装置２Ａ，２Ｂの中空糸膜束９に処理水が強制的に浸透されながら、ろ過水ｆが中空糸膜束９の上端から集水部８Ａ，８Ｂ内に集められて、出口側配管４から次工程に排出されるようになる。
【００４３】
上記実施形態においては、上段側の膜分離装置２Ｂと下段側の膜分離装置２Ａとの間に配置した気泡回収手段１２によって、下段側の膜分離装置２Ａに供給された中空糸膜束洗浄用の気泡ｂを散逸する前に回収して、上段側の膜分離装置２Ｂに再供給することができるから、気泡ｂを効率的に利用できるので、エア供給（曝気）量が低減してランニングコストが安価になる。
【００４４】
ここで、膜分離装置を単段で設置して気泡回収をしない場合と、膜分離装置をｎ段で設置して全量の気泡回収をする場合とのエア供給（曝気）量の比較を行うと、下式のように表される。
【００４５】
単段設置の場合のエア供給（曝気）量
Ｑａ＝（１−ｘ）Ｑ＋ｘＱ＝Ｑ
ｎ段設置の場合のエア供給（曝気）量
Ｑｂ＝（１−ｘ）Ｑ＋ｘＱ／ｎ＝（１＋（（１−ｎ）／ｎ）ｘ）Ｑ
ここで、ｘは、総エア供給（曝気）量のうち散気部７Ａ，７Ｂから気泡ｂとして放出されるエア量の割合であり、Ｑは、気泡回収をしない場合に必要なエア供給（曝気）量である。
【００４６】
これを実際の条件に当てはめると、ｘ＝０．７程度が想定されるので、ｎ＝２（２段設置）とすると、Ｑａ／Ｑｂ＝０．６５となり、ｎ＝３（３段設置）とすると、Ｑｂ／Ｑａ＝０．５３となって、通気倍率（曝気空気体積流量と流入下水体積流量の比）を容易に低減できることが分かる。
【００４７】
また、簡易な気泡回収手段１２を設けることで、従来のようなケーシングが無くても気泡ｂの散逸を防止できるので、製造コストも安価になる。
【００４８】
さらに、気泡回収手段１２の入口開口面積を、気泡回収手段１２の真下の下段側の膜分離装置２Ａから浮上する気泡分布範囲以上に設定しているから、気泡ｂのほぼ全量を回収できるので、気泡ｂをより効率的に利用できるようになる。
【００４９】
さらにまた、気泡回収手段１２を上段側の膜分離装置２Ｂの散気部７Ｂに取付けているから、上段側の膜分離装置２Ｂと気泡回収手段１２とを一体物として取り扱えるので、設置コストやメンテナンスコストが安価になる。
【００５０】
また、気泡回収手段１２はフード形状であるから、構造が極めて簡易で製造コストが安価になる。
【００５１】
さらに、上段側の膜分離装置２Ｂと下段側の膜分離装置２Ａとを連結手段１４で相互に連結しているから、活性汚泥処理槽１内における設置高さの位置決めや活性汚泥処理槽１外への取出しを同時に行うことができる。
【００５２】
また、膜分離装置２Ａ，２Ｂを円筒形状としているから、コンパクトになって活性汚泥処理槽１内への設置が容易になるとともに、活性汚泥処理槽１外での取り扱いも容易になる。なお、膜分離装置２Ａ，２Ｂは円筒形状に限られるものではなく、四角や六角のような多角筒形状であっても良い。
【００５３】
上記実施形態では、図６（ａ）のように、上段側の膜分離装置２Ｂの散気部７Ｂに気泡回収手段１２を取付けたものであったが、図６（ｂ）のように、散気部７Ｂを省略して、気泡回収手段１２のみを取付けることも可能である。この場合には、散気部７Ｂの上面部７ａに相当する部材を設ければ良い。
【００５４】
図７は、各膜分離装置２Ａ，２Ｂを水平方向に位置決めする機構である。すなわち、活性汚泥処理槽１内に２本の支持棒１６を平行に立設するとともに、各膜分離装置２Ａ，２Ｂの集水部８Ａ，８Ｂの左右位置に、Ｕ字部１７ａを有する支持部材１７をそれぞれ固定して、この支持部材１７のＵ字部を上記２本の支持棒１６にそれぞれ上下移動可能に係合させる。
【００５５】
これにより、各膜分離装置２Ａ，２Ｂの水平方向の位置決めを正確に行うことができる。
【００５６】
上記実施形態では、上下２段の膜分離装置２Ａ，２Ｂであったが、それ以上の段数、例えば、図８に示すような上下３段の膜分離装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃとすることができる。
【００５７】
この場合、図８のように、中段と最上段の膜分離装置２Ｂ，２Ｃのそれぞれに気泡回収手段１２を取付けるのが好ましい。
【００５８】
また、上記実施形態では、上下２段の膜分離装置２Ａ，２Ｂを同径、同長としたが、異径、異長としても良い。例えば、上段側ほど径を大きくすれば、下段側の膜分離装置から放出される気泡ｂを効率的に回収することができる。この場合には、気泡回収手段１２の入口開口面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、膜分離活性汚泥処理装置の側面図、（ｂ）は、上下２段の膜分離装置の詳細側面図である。
【図２】（ａ）は、下段側の膜分離装置の斜視図、（ｂ）は、散気部の斜視図である。
【図３】上下２段の膜分離装置の要部側面断面図である。
【図４】連結手段で連結した上下２段の膜分離装置の側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、気泡回収手段の形状例を示す側面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、気泡回収手段の取付け例を示す側面図である。
【図７】上下２段の膜分離装置の水平位置決め機構であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図８】上下３段の膜分離装置の側面図である。
【図９】ボイド率と中空糸膜束の中心部からの距離との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１      活性汚泥処理槽
２Ａ〜２Ｃ  膜分離装置
７Ａ，７Ｂ  散気部
８Ａ，８Ｂ  集水部
９      中空糸膜束
９ａ    中空糸膜
１０    エア配管
１２    気泡回収手段
１４    連結手段
ａ      エア
ｂ      気泡
【図１】
2004290735.tif 000003
【図２】
2004290735.tif 000004
【図３】
2004290735.tif 000005
【図４】
2004290735.tif 000006
【図５】
2004290735.tif 000007
【図６】
2004290735.tif 000008
【図７】
2004290735.tif 000009
【図８】
2004290735.tif 000010
【図９】
2004290735.tif 000011