(57)【要約】【課題】生物反応槽内の活性汚泥混合液内に活性汚泥が通過する濾過体を浸漬配置し、該濾過体に生物汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該活性汚泥混合液を該濾過体の表面に沿って流通させながら濾過する活性汚泥濾過方法において、濾過体表面の下向流の流速はダイナミック濾過層を良好に形成するのに重要な因子であるにも係わらず、その値を操作するのに有効な手段が見出されていない。【解決手段】生物反応槽２内の活性汚泥混合液内に活性汚泥が通過する濾過体３を浸漬配置し、濾過体に生物汚泥の付着物層を形成させ、活性汚泥混合液を濾過体の表面に沿って所定の流速で流通させながら濾過する活性汚泥濾過方法において、曝気により生物反応槽内に旋回流Ｘを生じさせ、旋回流の流路の一部においてその幅Ｌを調整することにより前記所定の流速を得る活性汚泥濾過方法。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物反応槽内の活性汚泥混合液内に活性汚泥が通過する濾過体を浸漬配置し、該濾過体に生物汚泥の付着物層を形成させ、該活性汚泥混合液を該濾過体の表面に沿って所定の流速で流通させながら濾過する活性汚泥濾過方法において、曝気により生物反応槽内に旋回流を生じさせ、旋回流の流路の一部においてその幅を調整することにより前記所定の流速を得ることを特徴とする活性汚泥濾過方法。
【請求項２】
生物反応槽内に深さ方向に動かすことのできる隔壁を設け、旋回流の流路の幅を調整することを特徴とする請求項１記載の活性汚泥濾過方法。
【請求項３】
前記隔壁の上端部と液面との間隔および／または下端部と生物反応槽の底面との間隔を調整することにより前記所定の流速を得ることを特徴とする請求項２に記載の活性汚泥濾過方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は活性汚泥濾過方法に係り、特に、生物反応槽内に浸漬配置した濾過体により、活性汚泥を効率的に分離して生物処理水を得る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生物反応により水中の有機物を分解処理する活性汚泥などの生物処理装置では、生物汚泥を固液分離するために沈殿池等の沈降分離手段を用いることがあるが、生物反応槽の後段に沈殿池を設けた従来の生物処理装置では、次のような問題がある。
▲１▼比重差により汚泥を沈降分離する沈殿処理では汚泥の分離性能に限界があり、流入負荷の変動時やバルキング発生時等に処理水質が悪化する。このため、高度な処理水質が要求される場合には沈殿池の後段に更に急速濾過機やストレーナー等の設備が必要である。
▲２▼最終沈殿池で分離した生物汚泥を生物反応槽に返送する操作も必要とされる。
▲３▼汚泥返送操作や汚泥濃度管理を行っても、最終沈殿池でスカムが発生したり、汚泥が浮上したりする等のトラブルが発生し、水質が悪化する場合が多い。
▲４▼沈殿池は、大きな設備スペースを必要とする。
【０００３】
上記の沈降分離の代りに、生物汚泥を限外濾過膜や精密濾過膜により膜分離する場合もある。この膜分離処理によれば、沈殿池のような大きなスペースを必要とすることなく、ＳＳが高度に除去された高水質処理水を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、限外濾過膜や精密濾過膜による膜分離処理では、消費動力が大きい上に、膜で阻止した物質（この膜汚染物質は、高分子状の微生物代謝産物などが主体となっている。）により膜が汚染され、膜孔の閉塞で濾過性能が低下するため、定期的な薬品洗浄が必須であるという欠点がある。
【０００５】
このような膜分離処理における問題を解決するものとして、濾布を備える濾過体を生物反応槽に浸漬配置し、この濾過体の濾布を通過した濾過水を処理水として取り出すことで、生物汚泥を固液分離することが考えられている。
【０００６】
この濾過体による濾過は、実際には、濾過の進行により濾過体の濾布表面に形成された活性汚泥粒子の付着物層（ダイナミック濾過層。以下、単に「濾過層」と称する場合がある。）によって行われている。即ち、濾過体の濾布は、実質的には活性汚泥粒子を通過させる、金属や高分子繊維の不織布よりなる厚み１ｍｍ以下のものであるが、濾過の駆動圧が小さい条件下において、濾布の表面に活性汚泥粒子の付着物層が形成され、この付着物層により活性汚泥粒子の通過を阻止することができるようになる。
【０００７】
このような濾過体を用いる方法では、濾過体の濾布の表面に濾過層としての活性汚泥粒子の付着物層を活性汚泥の濾過に適当な厚さ及び圧密度等となるように効率的に形成させることが、活性汚泥粒子の通過を確実に阻止して良好な水質の処理水を安定して得るうえで重要となる。したがって、そのための適切な運転条件を確立しなければならないという課題がある。
【０００８】
この課題を解決する手段に例えば特許文献１に開示される活性汚泥濾過方法がある。この濾過方法は、生物反応槽内の活性汚泥混合液内に活性汚泥が通過する濾過体を浸漬配置し、該濾過体に生物汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該活性汚泥混合液を該濾過体の表面に沿って流通させながら濾過する活性汚泥濾過方法において、該活性汚泥混合液を濾過体表面に沿って、０．０５〜０．４ｍ／ｓｅｃの平均流速で流通させるというものである。
【０００９】
この濾過方法によれば濾過の進行に伴い、あたかも沈殿槽で生じる汚泥の層と清澄な層との境界層のうちスラッジブランケットと呼ばれる汚泥境界層に近似した流動的なダイナミック濾過層が濾過体の表面に形成されるようになる。そして、この流動的なダイナミック濾過層により、濾過抵抗を増大させることなく活性汚泥の粒子を効率的に捕捉・濾過することが可能となる。
【００１０】
上記の活性汚泥濾過方法を図４に示す実験装置を用いてより具体的に説明する。この実験装置は、無酸素槽（有効容積１ｍ３  ）４１、好気槽（有効容積１．４ｍ３  ）４２及び沈殿槽（有効容積０．２７ｍ３  ）４３を有する循環法による硝化・脱窒装置であって、好気槽４２の一方の側に濾過体４４を浸漬し、この濾過体４４の下部に洗浄用の散気管４５を設け、他方の側に隔壁４６を介して曝気用の散気管４７を設けてある。散気管４７から供給される気泡は上昇途中で濾過体４４と接触しそのダイナミック濾過層を剥離させることはない。無酸素槽４１には撹拌機４８が設けられている。４９は合成下水原液槽であり、Ｐはポンプ、Ｂはブロワ、Ｍはモータを示す。
【００１１】
好気槽４２には、濾過体４４を複数個並設した。この濾過体は濾布で一定の空間を囲んで閉空間を形成したものであり、原水を濾過体外表面から閉空間内に達するように流通させて閉空間にて濾過水を得る。濾過体は直方体形状とし少なくとも一部の面を濾布で構成することが好ましく、このような濾過体は、広い濾過面積を確保するために複数個を連設して濾過ユニットとして用いのに好適である。
【００１２】
濾過の駆動圧は好気槽４２の水位と濾過水取出管５０の出口部の水位との水位差とし、この取出管５０の高さにより駆動圧を調整する。
【００１３】
無酸素槽４１の流出水を配管５３より好気槽４２に送給し、好気槽４２の液の一部は配管５４により無酸素槽４１に返送する。
【００１４】
また、好気槽４２の液を必要に応じて配管５５で抜き出して沈殿槽４３に送給することにより、原水負荷量が一定となるように調整する。
【００１５】
この沈殿槽４３の上澄水は配管５６より系外へ排出される。また、分離汚泥の一部は配管５７より無酸素槽４１に返送され、残部は配管５８より系外へ排出される。
【００１６】
散気管４７による曝気で生じる濾過体４４表面の活性汚泥混合液の下向流の平均流速（隣接する濾過体同士の間隙部分における流速）を変え、下記条件で処理を行い、その時の濾過体４４によるＳＳ除去率（好気槽４２内の活性汚泥混合液中のＳＳ濃度に対する得られる濾過水のＳＳ濃度の割合）及び濾過流束低下速度（１日運転した場合の平均）を調べ、結果を図５に示した。
【００１７】
好気槽４２のＭＬＳＳ＝４０００ｍｇ／Ｌ
濾過水位差＝１００ｍｍ
初期濾過流束：２ｍ３／ｍ２／ｄａｙ
なお、濾過体４４は３Ｈｒに１回の割合で３分間散気管４７の曝気を停止し、散気管４５からの散気でガス洗浄を行った。このとき、濾過水の取り出しは停止した。
【００１８】
図５より、ＳＳ除去率を高く維持するためには流速が０．４ｍ／ｓｅｃ以下であることが、濾過流束の低下速度を小さく抑えるためには流速が０．０５ｍ／ｓｅｃ以上であることが必要とされることがわかる。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１１−１９６７１号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
濾過体４４表面の下向流は、散気管４７の曝気で生じる気泡のエアリフト効果によって形成される旋回流（図４好気槽４２内の矢印で表記）によるものである。したがって上記の従来の活性汚泥濾過方法では、下向流の流速は散気管４７の曝気量の影響を大きく受ける。また、好気槽４２や濾過体４４内側の形状や寸法および旋回流の流路に位置する散気管等の影響も受ける。しかし、散気管４７の曝気量は生物処理に必要な酸素量を満たし且つ動力費を抑えるために過不足ない量に設定されるのであり、旋回流に与える影響ついては考慮されない。好気槽４２や濾過体４４の形状や寸法を決める際にも旋回流への影響については考慮されない。また、散気管４７の曝気量と好気槽４２や濾過体４４の形状や寸法から下向流の流速を予測することも困難である。
【００２１】
その結果、濾過体４４表面の下向流の流速はダイナミック濾過層を良好に形成するのに重要な因子であるにも係わらず、その値を操作するのに有効な手段が見出されていない。散気管４７の曝気量は上記で設定された値から大幅に変更することはできないので、曝気量を調整してもなお０．０５〜０．４ｍ／ｓｅｃの範囲に入らないときは下向流の流速を好適な値に設定することが困難となる。
【００２２】
本発明は上記従来の問題点を解決し、濾過体表面の下向流の流速を曝気量および生物反応槽やその中に浸漬配置した濾過体の形状や寸法によらずに好適な値に設定することができる活性汚泥濾過方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、旋回流の流速を調節するのにその流路の幅を加減することにより容易に下向流の流速を制御できること、および旋回流の流路の幅の加減には従来から生物反応槽内に設けられている隔壁を利用できることを見出し本発明に想到した。
【００２４】
すなわち本発明の活性汚泥濾過方法は、生物反応槽内の活性汚泥混合液内に活性汚泥が通過する濾過体を浸漬配置し、該濾過体に生物汚泥の付着物層を形成させ、該活性汚泥混合液を該濾過体の表面に沿って所定の流速で流通させながら濾過する活性汚泥濾過方法において、曝気により生物反応槽内に旋回流を生じさせ、旋回流の流路の一部においてその幅を調整することにより前記所定の流速を得ることを特徴とする活性汚泥濾過方法である。
【００２５】
本発明では、生物反応槽内に深さ方向に動かすことのできる隔壁を設け、旋回流の流路の幅を調整することが好ましい。
【００２６】
前記隔壁はその全体を深さ方向に動く構造とする必要はなく、隔壁のうち少なくとも旋回流に望む部位を可動部とし、それが深さ方向に動く構造になっていれば旋回流の流路の幅を調整することができる。
【００２７】
本発明では、前記隔壁の上端部と液面との間隔および／または下端部と生物反応槽の底面との間隔を調整することにより旋回流の流速を制御し、前記所定の流速を得ることが好ましい。
【００２８】
旋回流の流路の幅は隔壁の上端部と下端部において比較的狭くなっているので、ここにおいて旋回流の幅を加減することが旋回流の流速を制御するのに好適である。旋回流の幅を加減する手段には、従来は固定していた隔壁を上下動可能にしておけばよい。隔壁全体が上下動すると隔壁の上端部と下端部における旋回流の幅が同時にそれぞれ拡大・縮小するため、ストロークが大き過ぎると流速の制御が不安定になることがある。可動部は隔壁の上端部または下端部に設けることが好ましい。両方に設けてもよいことは言うまでもない。何れの場合も隔壁の上端部と下端部における旋回流の幅の大小関係が逆転しない範囲で隔壁のストロークを設定することが安定した流速制御を行ううえで望ましい。
【００２９】
生物反応槽内に浸漬配置する濾過体は濾過膜の洗浄や膜交換の際には生物反応槽から取り出さなければならない。取り出し作業を容易に行えるよう例えば吊下げ手段により濾過体を浸漬配置する。このように支持した濾過体は浸漬深さ方向の位置変更が容易であるので、隔壁の可動部と一体化させておけば、可動部の駆動機構を別途に設ける必要がない。また、濾過体の浸漬深さは濾過体全体が水面下にある限りは濾過駆動圧に影響しない。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の活性汚泥濾過方法の実施の形態について説明する。
【００３１】
まず、図３を参照して本発明の活性汚泥濾過方法で用いられる濾過体について説明する。
【００３２】
図３は、本発明の活性汚泥濾過方法に好適な濾過体の一例を示す図であって、（ａ）図は一部切欠正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う模式的な断面図である。
【００３３】
この濾過体３１は、板状の支持体３２の両面にスペーサ３３を介して不織布３４を取り付け、上から取付枠３５で押さえて固定したものである。不織布３４とスペーサ３３とを一体化した構造としても良い。支持体３２には底部の端面に濾過水取出管３７が設けられ、濾過体３１の内部空間と連通している。
【００３４】
このような濾過体３１では、不織布３４を通過した濾過水は濾過体３１の内部空間及び取出管３７を経て取り出される。
【００３５】
なお、このような濾過体は、一般的には、複数個を連設して濾過ユニットとして用いられる。この場合には、複数個の濾過体を不織布面が平行となるように適当な間隔で並設し、各濾過体の下部に設けられた濾過水取出管を連通する濾過水取出集合管で濾過体を連結してユニット化すれば良い。
【００３６】
本発明の活性汚泥濾過方法では、このような濾過体を生物反応槽内に浸漬し、濾過体の不織布の表面に活性汚泥混合液の旋回流を発生させる。そして、通常の場合、生物反応槽とこの濾過体の濾過水取り出し出口との水位差によって生じる水頭差を駆動圧として活性汚泥の濾過を行う。
【００３７】
本発明では、この濾過体の表面における活性汚泥混合液の旋回流の平均流速を０．０５〜０．４ｍ／ｓｅｃ、好ましくは０．１〜０．３ｍ／ｓｅｃとする。この平均流速が０．４ｍ／ｓｅｃを超えると、濾過体の表面の活性汚泥の付着物層が活性汚泥混合液の流れで洗い流され、濾過層が形成されにくくなる。このような濾過層が形成されない場合には、濾過体の不織布の孔から活性汚泥の粒子が濾過水側に流出して濾過水の濁度が上昇する。
【００３８】
逆に、活性汚泥混合液の平均流速が０．０５ｍ／ｓｅｃ未満であると、活性汚泥の付着物層が肥大して濾過抵抗が増大するため、所定の濾過流束を維持できなくなる。
【００３９】
なお、濾過体表面における活性汚泥混合液の旋回流の流速とは、複数の濾過体を所定の間隔で並設した場合、この濾過体同士の間の流路における平均流速である。即ち、濾過体同士の間の流路の濾過体膜面と垂直方向における流路断面積をＡ（ｍ２  ）、この流路を流れる単位時間当りの流量をＶ（ｍ３  ／ｓｅｃ）とした場合、この間隙を流れる活性汚泥混合液の平均流速Ｆ（ｍ／ｓｅｃ）は、Ｆ＝Ｖ／Ａとして表わされる。液の流速を熱線流速計等で直接的に測定する場合には、この流路の濾過体膜面と垂直な断面の多数点で流速を測定し、その平均値を活性汚泥混合液の平均流速Ｆ（ｍ／ｓｅｃ）とする。
【００４０】
生物反応槽内の活性汚泥混合液の旋回流は散気管や水中撹拌機等により生じるものであるが、濾過体表面の活性汚泥混合液の旋回流が上昇流であると、この上昇流に気泡が混入し、この気泡による撹乱作用で濾過体表面の濾過層が不必要に剥離されてしまうため、本発明では、濾過運転中の濾過体表面の活性汚泥混合液の旋回流が下向流となるようにするのが好ましい。旋回流の下向流の位置であれば気泡を巻き込むことがなく、濾過体表面の濾過層を不必要に剥離することはない。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。図１に示す実験装置を用いて、隔壁上端部と液面との間隔と活性汚泥混合液の流速及び処理水質（濁度）との関係を調べた。この実験装置は、生物反応槽（有効容積２１０ｍ３  ）２を有する生物反応により水中の有機物を分解処理する活性汚泥生物処理装置であって、生物反応槽２の一方の側に図４に示す構成の濾過体を有する濾過ユニット３を浸漬し、この濾過ユニットの下部に洗浄用の散気管５を設け、他方の側に隔壁１を介して曝気用の散気管４を設けてある。濾過の駆動圧は生物反応槽２の水位と濾過水取出管６の出口部の水位との水位差とし、この濾過水取出管６の高さにより圧力を調整した。
【００４２】
隔壁１の上端部は可動壁１ａ（可動部）となっており、矢印方向に上下動することにより隔壁１の上端部と活性汚泥混合液の液面との間隔Ｌ（旋回流の流路の幅）を調整することができる。散気管４から曝気すると気泡の上昇に伴って上向流が生じ、この上向流は間隔Ｌを通って濾過ユニット３側へ流入し下向流となる。下向流は濾過ユニット３の周囲および濾過体どうしの間隔Ｇ１を流れて隔壁１の下端部と生物反応槽２の底面との間隔を通って散気管４側へ流入する。その結果、矢印Ｘで表す旋回流が形成される。間隔Ｌを大とすると旋回流の流速は大きくなり、間隔Ｌを小とすると旋回流の流速は小さくなる。
【００４３】
濾過ユニット３の構造を図２に示す。図２は図１のＡ−Ａ断面拡大図でありそのうちの濾過ユニット３のみを表したものである。濾過ユニットは主に濾過体３１と濾過水を集水するための配管３８とからなり、隣り合う濾過ユニットの間には仕切板４０を設けた。仕切板４０の作用は、濾過体３１の不織布３４表面に形成されたダイナミック濾過層が隣接する濾過ユニット（図示省略）の洗浄の際に影響を受けて剥離することを防ぐことである。
【００４４】
濾過体および濾過ユニットの仕様は表１に示す通りである。
【００４５】
【表１】
2004305806.tif 000003
【００４６】
濾過体の詳細仕様は次に示す通りである。
【００４７】
2004305806.tif 000004
被処理水として下水を連続的に導入した。下水の水質は表２に示す通りであり、表３に示すような負荷量となるように導入した。
【００４８】
【表２】
2004305806.tif 000005
【００４９】
【表３】
2004305806.tif 000006
【００５０】
隔壁の可動部を上下させて液面との間隔Ｌを変えることで、散気管４７による曝気で生じる濾過体４４表面の活性汚泥混合液の下向流の平均流速（隣接する濾過体どうしの間隙部分における流速）を変え、下記条件で処理を行った。
【００５１】
好気槽４２のＭＬＳＳ＝１５００〜４０００ｍｇ／Ｌ
濾過水位差＝１００ｍｍ
初期濾過流束：２ｍ３  ／ｍ２  ／ｄａｙ
なお、濾過ユニット３は３Ｈｒに１回の割合で７分間洗浄を行った。このとき、散気管４の曝気をしたままで散気管５からの散気でガス洗浄を洗浄開始から３分間行った。逆洗水の注入を洗浄開始から７分間行った。このとき、濾過水の取り出しは停止した。
【００５２】
このときの濾過流束と濾過水の濁度、および活性汚泥混合液の流速の経時変化を測定した。
【００５３】
隔壁と液面との間隔Ｌを先ず３００ｍｍに設定した。このときの下向流平均流速は０．２ｍ／ｓｅｃであり、濾過水の水質は濁度１０〜２０度程度で安定して推移することを確認した。濾過流束も約２ｍ３  ／ｍ２  ／ｄａｙで安定していた。
【００５４】
続いて隔壁と液面との間隔Ｌを６００ｍｍに変更した。下向流平均流速は０．４ｍ／ｓｅｃであり、濾過水の水質は濁度２０〜３０度程度であり水質不良であった。濾過流束も約１．７ｍ３  ／ｍ２  ／ｄａｙであったことからダイナミック濾過層の形成が不充分であることが分る。しかし、濾過体の洗浄を目的とするならこの条件を使用することができる。
【００５５】
続いて隔壁と液面との間隔Ｌを１００ｍｍに変更した。下向流平均流速は０．１ｍ／ｓｅｃであり、濾過水の水質は濁度５〜１５度程度で安定して推移することを確認した。濾過流束も約２ｍ３  ／ｍ２  ／ｄａｙで安定していた。
【００５６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の活性汚泥濾過方法によれば、濾過体表面の下向流の流速を曝気量および生物反応槽やその中に浸漬配置した濾過体の形状や寸法によらずに好適な値に設定することができる。
【００５７】
本発明の活性汚泥濾過方法によれば、生物反応槽に浸漬配置した濾過体に良好な活性汚泥の付着物層を形成させて、活性汚泥を効率的に分離することにより、高水質処理水を安定に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の活性汚泥濾過方法の実施の形態（濾過運転時）の一例を示す断面図である。
【図２】本発明で用いられる濾過ユニットの一実施例を示す図であり、図１のＡ−Ａ線に沿う断面の拡大図である。
【図３】本発明で用いられる濾過体の一実施例を示す図であって、（ａ）図は一部切欠正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】従来の活性汚泥濾過方法の実施の形態の一例を示す装置の系統図である。
【図５】図４の装置による実施の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  隔壁
１ａ  可動壁（可動部）
２  生物反応槽
３  濾過ユニット
４  曝気用散気管
５  洗浄用散気管
６  濾過水取出管
Ｘ  旋回流
３１  濾過体
３２  支持体
３３  スペーサ
３８  配管
３４  不織布
３５  取付枠
４０  仕切板
【図１】
2004305806.tif 000007
【図２】
2004305806.tif 000008
【図３】
2004305806.tif 000009
【図４】
2004305806.tif 000010
【図５】
2004305806.tif 000011