(57)【要約】【課題】生物反応槽の無終端水路内に回転型膜分離装置を浸漬配設することにより、汚水と活性汚泥を混合し、かつ固液分離を確実に行い、安定した好気と嫌気運転とにより、汚水中の窒素除去もできるようにした汚水の処理システムを提供すること。【解決手段】曝気攪拌機１２を備えた生物反応槽１の無終端水路１０内で汚水と活性汚泥とを混合し、有機性汚水を酸化分解処理した後、活性汚泥の固形成分と水溶液とを固液分離して処理するようにした汚水の処理システムにおいて、回転する中空軸１３ａに、複数のディスク状ろ過膜１３ｂを配設し、中空軸１３ａを介して汚水を吸引するように構成した回転型膜分離装置１３を、無終端水路１０へ浸漬配設して、汚水と汚泥とを分離するようにする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気攪拌機を備えた生物反応槽の無終端水路内で汚水と活性汚泥とを混合し、有機性汚水を酸化分解処理した後、活性汚泥の固形成分と水溶液とを固液分離して処理するようにした汚水の処理システムにおいて、回転する中空軸に、複数のディスク状ろ過膜を配設し、中空軸を介して汚水を吸引するように構成した回転型膜分離装置を、前記無終端水路へ浸漬配設して、汚水と汚泥とを分離するようにしたことを特徴とする汚水の処理システム。
【請求項２】
回転型膜分離装置を、中空軸が互いに平行となるように並設するとともに、隣接する回転型膜分離装置のディスク状ろ過膜が互いにその隙間に挿入されるように設置したことを特徴とする請求項１記載の汚水の処理システム。
【請求項３】
回転型膜分離装置を、無終端水路の中央部に配設する仕切り壁若しくは水路内側壁と並行状態に設置したことを特徴とする請求項１又は２記載の汚水の処理システム。
【請求項４】
回転型膜分離装置を、無終端水路の中央部に浸漬配設して、仕切り壁の機能を有するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の汚水の処理システム。
【請求項５】
水路内中央側に位置するろ過膜ユニットの回転方向が、無終端水路を旋回する水流に対して、同一方向となるようにしたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の汚水の処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水の処理システムに関し、特に下水等の有機性汚水と活性汚泥を生物反応槽の無終端水路内で混合して生物処理するオキシデーションディッチ法において回転型膜分離装置を適用し、１槽式の生物反応槽内で好気と嫌気の双方の処理が行え、かつ無終端水路の循環水流を阻害せず、効率的に汚水を処理するようにした汚水の処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、活性汚泥を利用して汚水を処理する方法として、例えば、オキシデーションディッチ法（以下、「ＯＤ法」という。）と、膜分離活性汚泥法とがある。このＯＤ法においては、例えば、図５に示すように、下水処理場に流入してきた汚水Ａは、生物反応槽２１において活性汚泥と混合・曝気され、汚水Ａ中の有機物等が分解される。次いで、汚水と汚泥の混合液Ｂは最終沈殿池２２へ流下し、一定時間の滞留によって固液分離がなされ、上澄は処理水Ｃとして消毒など適切な処理の後、河川等に放流される。
一方、固形物は汚泥引抜ポンプ２３によって最終沈殿池２２から引き抜かれ、一部は返送汚泥Ｄとして生物反応槽２１へ返され、残りは余剰汚泥Ｅとして系外に排出・処理される。
【０００３】
また、膜分離活性汚泥法においては、図６に示すように、一般的に生物反応槽が嫌気槽２４と好気槽２５との二槽式になっている。汚水Ａは、一旦、嫌気槽２４に流入し、ここで嫌気処理された後、嫌気処理水Ｆとして膜分離装置２６が設置されている好気槽２５に流入し、好気槽２５では膜分離装置２６の下部にろ過膜の洗浄を行う散気筒２７を設置し、そこから気泡を放出すると共に、必要に応じて、好気槽２５内に配設されている曝気攪拌機２８により空気（酸素）を供給する。
このようにして、好気槽２５では汚水中に空気を供給して有機物や窒素成分の酸化を行うことができる。好気槽２５で酸化された酸化汚水Ｇは、循環ポンプ２９により再度、嫌気槽２４へと移送され、膜分離装置２６のろ過水は処理水Ｃとして消毒など適切な処理の後、河川等に放流される。
この嫌気槽２４では、酸化された窒素成分を脱窒して窒素ガスに変換し、水中より窒素を除去することができる。このように、汚水中に存在する窒素を除去するためには、好気と嫌気を繰返して行うことが重要であり、好気槽２５の混合液を循環ポンプ２９により一定の比率で嫌気槽２４に移送して効率的に反応を進めるようにすることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の汚水処理におけるＯＤ法等は、標準活性汚泥法と比べて、活性汚泥に対する汚水の負荷が小さく、安定した水処理が行えるものの、活性汚泥が性状的に沈降しにくく、最終沈殿池で固液分離がうまく行えない場合に、汚泥が流出したり、処理水が悪化するといという問題があった。
このため、固液分離を確実に実施するために、ＯＤ法に膜分離装置を適用することが望まれるが、ＯＤ槽は生物反応槽が１槽式のため、通常、２槽構造の膜分離活性汚泥法をそのまま適用することができないという問題もあった。
また、ＯＤ法には無終端水路を循環して攪拌・混合する水流が必要とされ、無終端水路内に設置する膜分離装置により該水流を阻害し、このため水路内底部等水流が弱くなる箇所に汚泥などが沈殿しやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の汚水の処理システムの有する問題点に鑑み、生物反応槽の無終端水路内に回転型膜分離装置を浸漬配設することにより、汚水と活性汚泥を混合し、かつ固液分離を確実に行い、安定した好気と嫌気運転とにより、汚水中の窒素除去もできるようにした汚水の処理システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の汚水の処理システムは、曝気攪拌機を備えた生物反応槽の無終端水路内で汚水と活性汚泥とを混合し、有機性汚水を酸化分解処理した後、活性汚泥の固形成分と水溶液とを固液分離して処理するようにした汚水の処理システムにおいて、回転する中空軸に、複数のディスク状ろ過膜を配設し、中空軸を介して汚水を吸引するように構成した回転型膜分離装置を、前記無終端水路へ浸漬配設して、汚水と汚泥とを分離するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この汚水の処理システムは、無終端水路内に設置した回転型膜分離装置により固液分離が確実に行えるとともに、ろ過膜ユニットの回転にてろ過膜ユニットのろ過膜面近傍に発生する乱水流により、ろ過膜の表面を洗浄することができるので、空気等を用いた洗浄手段を用いる必要がなく、したがって、ろ過膜ユニットの運転にて窒素の除去性能に影響を及ぼすことがなく、生物反応槽に配設した曝気攪拌機の運転により好気状態と嫌気状態を作って窒素をも確実に除去することができる。
【０００８】
この場合において、回転型膜分離装置を、中空軸が互いに平行となるように並設するとともに、隣接する回転型膜分離装置のディスク状ろ過膜が互いにその隙間に挿入されるように設置することができる。
【０００９】
これにより、回転型膜分離装置のろ過膜ユニットを回転させることによりろ過膜ユニット近傍で乱水流が発生し、この乱水流によりろ過膜の表面を洗浄することができるので、空気等を用いた洗浄手段を用いる必要がなく、ろ過膜ユニットを運転しても窒素の除去性能に影響を及ぼすことがなく、生物反応槽に配設した曝気攪拌機の運転により好気状態と嫌気状態を作り、窒素の除去を確実に行うことができる。
【００１０】
また、この場合、回転型膜分離装置を、無終端水路の中央部に配設する仕切り壁若しくは水路内側壁と並行状態に設置することができる。
【００１１】
これにより、無終端水路内に回転型膜分離装置を設置しても、無終端水路内の旋回水流に影響を与えることなく、旋回水流との接触を高めて汚水のろ過を効率的に行うことができる。
【００１２】
また、この場合、回転型膜分離装置を、無終端水路の中央部に浸漬配設して、仕切り壁の機能を有するようにすることができる。
【００１３】
これにより、中央部に回転型膜分離装置を浸漬配設するようにしているから、仕切り壁が設置されなくても、無終端水路を形成でき、旋回水流に影響を与えることなく、旋回水流との接触を高めて汚水のろ過を効率的に行うことができる。
【００１４】
また、この場合、水路内中央側に位置するろ過膜ユニットの回転方向が、無終端水路を旋回する水流に対して、同一方向とすることができる。
【００１５】
これにより、回転型膜分離装置が発生させる水流の方向と、無終端水路に形成される旋回水流の方向とを一致するようにしているから、無終端水路内に回転型膜分離装置を設置しても膜分離装置自身が旋回水流の障害とならず、さらには無終端水路内の旋回水流を乱すこともなく、確実に汚水と汚泥を混合攪拌することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の汚水の処理システムの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
本発明は、ＯＤ法に膜分離装置を適用するに際し、１槽式の生物反応槽で好気処理と嫌気処理とが行え、かつ無終端水路の循環水流を阻害しないようにするため、回転型膜分離装置を用い、効率的な汚水処理を図るようにしたもので、図１は、本発明の汚水の処理システムにおいて、生物反応槽の無終端水路の中央部で循環水路を形成するように配設した中央仕切り壁に沿って回転型膜分離装置を配設した実施例を示す。
汚水又は下水を流入するようにした所要容積を有する生物反応槽１には、その中央部に中央仕切り壁１１を配設して、生物反応槽１内に無終端水路１０（循環水路）を形成し、該無終端水路１０内には１又は２台以上の曝気攪拌機１２，１２（図示の実施例では２台）を配設し、これにより、無終端水路１０内に所要の水流が発生するようにする。
【００１８】
また、この無終端水路の中央仕切り壁１１の片側あるいは双方の壁面に沿って回転型膜分離装置１３，１３を配設する。この場合、中央仕切り壁１１の壁面に沿って回転型膜分離装置１３が配設されても、無終端水路１０内には水流が阻害されないよう、所要の水路幅、深さを維持できるようにして無終端水路１０の幅などを設定する。
【００１９】
この回転型膜分離装置１３は、特に限定されるものではないが、例えば、図４に示すように、回転する中空軸１３ａに、複数のディスク状ろ過膜１３ｂを定間隔に配設し、中空軸１３ａを介して汚水を吸引するように構成したろ過膜ユニット１３Ａ，１３Ａの２本を、該中空軸１３ａ，１３ａが互いに平行となるように並設するとともに、隣接する回転型膜分離装置のろ過膜ユニット１３Ａ，１３Ａのディスク状ろ過膜１３ｂ，１３ｂが互いにその隙間１３ｃに挿入されるように設置し、中空軸１３ａに吸引ポンプ（図示省略）を接続するようにする。
また、この場合、双方のろ過膜ユニット１３Ａ，１３Ａの互いに隣接するディスク状ろ過膜１３ｂ，１３ｂ間には、少しの隙間を有するようにし、吸引作用により該隙間より汚水が侵入し、ろ過されるようにする。
この中空軸１３ａは、少なくとも一端側を開口し、該中空軸１３ａに長さ方向に沿って所定間隔で配設する複数のディスク状ろ過膜１３ｂを固定し、かつディスク状ろ過膜１３ｂの表面に微細孔、例えば、０．２〜０．４μｍの微細孔を無数に有して汚水のろ過を可能とし、各ディスク状ろ過膜１３ｂと中空軸１３ａとの連結部分においては互いに導通するようにし、さらに中空軸１３ａ，１３ａが互いに相反する方向に、例えば、回転装置（図示省略）にて図示の方向に回転するように構成する。
【００２０】
また、中空軸１３ａの開口端に吸引装置、特に限定されるものではないが、例えば、吸引ポンプ（図示省略）を接続し、これにより中空軸１３ａの開口端側から吸引すると、無終端水路１０内を旋回水流により流下する汚水をディスク状ろ過膜１３ｂの側面のろ過膜面からろ過して液体のみ吸引され、固形物の汚泥分は無終端水路１０内に取り残されて固液分離が行われる。
【００２１】
また、図２に示す本発明の汚水の処理システムにおいては、生物反応槽の無終端水路１０の中央部に中央仕切り壁１１を配設すると共に、図１に示す実施例と同様の回転型膜分離装置１３を生物反応槽の無終端水路１０の側壁の内面に沿って配設する。この無終端水路１０内には、１又は２台以上の曝気攪拌機１２，１２（図示の実施例では２台）を、無終端水路１０内に所要の水流が発生するように配設する。この場合、回転型膜分離装置１３は、特に限定されるものではないが、例えば、無終端水路の片方の側壁内面にのみ配設するか、あるいは図示のように双方の側壁内面にそれぞれ配設することも可能である。
【００２２】
図３に示す本発明の汚水の処理システムにおいては、生物反応槽の無終端水路１０の中央部には、中央仕切り壁１１を配設せず、中央仕切り壁１１に代わるものとして回転型膜分離装置１３を配設する。これにより、無終端水路１０の中央部に配設する回転型膜分離装置１３が中央仕切り壁１１のようになり、無終端水路１０の中央部を仕切るようにし、無終端水路１０を形成する。
なお、図１から図３に示す実施例において、無終端水路内に配設される回転型膜分離装置１３の回転方向は、無終端水路１０内を旋回する水流に対して、同一方向となるようにし、これにより水路内水流を阻害せず、予め設定した水流速でもって旋回水流を得ることができる。
【００２３】
ところで、通常、生物反応槽に膜分離装置を浸漬させる場合、ろ過膜の表面に付着する汚泥を絶えず洗浄しなければ所定のろ過効率を得られないため、殆どの膜分離装置においては空気洗浄を定期的にあるいは任意に行うようにしている。このため、膜が浸漬する槽は空気洗浄による好気状態となって汚水中の窒素が除去されない。
これに対し、本発明は、無終端水路内に回転型膜分離装置を設置することにより、該回転型膜分離装置の回転体となるろ過膜ユニットの回転により発生する乱水流により、ろ過膜の表面を洗浄することができるので、空気等を用いた洗浄手段を用いる必要がなく、したがって、ろ過膜ユニットの運転により窒素の除去性能に影響を及ぼすことがなく、生物反応槽に配設した曝気攪拌機の運転により好気状態と嫌気状態を作り、窒素を除去することができる。
【００２４】
また、生物反応槽が小さい場合には、曝気攪拌機を間欠運転し、時間的に好気と嫌気を繰返すこともでき、反対に、生物反応槽が大きく水路長が長い場合には、ゾーン的に好気と嫌気の状態を作ることができる。
一方、無終端水路に形成される旋回水流の阻害の問題については、回転型膜分離装置が発生させる水流の方向と無終端水路に形成される旋回水流の方向を一致させることにより、膜分離装置自身が旋回水流の障害にならずに配置することにより解決することができる。
【００２５】
以下、本発明の汚水の処理システムにおける作用について説明する。
図１乃至図３に示す実施例において、無終端水路１０内に設置した回転型膜分離装１３の中空軸１３ａと吸引ポンプ（図示せず）を連結して吸引することにより、各ろ過膜ユニット１３Ａ，１３Ａの膜面外側から内側に向かって水溶液が浸透して中空軸に集水し、処理水として系外に放出される。
この場合、ディスク状ろ過膜面により分離された汚泥が、ろ過膜表面に付着するが、中空軸を回転させてディスク状ろ過膜を回転させることにより、ディスク状ろ過膜自身の遠心力とディスク状ろ過膜近傍に発生した乱水流でもってろ過膜面に付着した汚泥を剥離させることができ、汚泥分を無終端水路１０内に残留させ、このようにして固液分離が行われる。
この時、本装置を、常時回転運転させることにより、ディスク状ろ過膜の膜面の自浄作用にて連続して吸引ろ過することが可能である。
【００２６】
この場合、回転型膜分離装置１３を、図１及び図３に示すように、生物反応槽１の中央部に配設する仕切り壁１１により無終端水路１０を形成し、該無終端水路内の中央付近に配置した曝気攪拌機１２を運転することにより、汚水と汚泥を混合し、攪拌するための旋回水流を形成することができる。
この回転型膜分離装置１３を無終端水路１０内に設置しても、基本的に旋回水流を阻害することがない。
また、生物反応槽の中央に仕切り壁がある場合は、回転型膜分離装置１３を仕切り壁側に集めるか若しくは生物反応槽の内壁側に並行して設置することにより、無終端水路を循環する旋回水流の障害にならないようにすることができる。
【００２７】
また、生物反応槽の中央部分に仕切り壁がない場合は、図３に示すように、中央位置に回転型膜分離装置１３を配備することにより、膜分離装置自身を仕切り壁として使用して、無終端水路を形成することができる。
なお、回転型膜分離装置の回転方向は、いずれの実施例においても、無終端水路を循環する旋回水流に対して、同一方向となるようにろ過膜ユニットを回転させることにより、無終端水路を旋回する水流を乱すことなく、確実に汚水と汚泥を混合攪拌することができる。
【００２８】
本発明の汚水の処理システムは、生物反応槽の無終端水路内に回転型膜分離装置を浸漬配設することにより固液分離を確実に行うことができるため、安定した水処理が実施できる。また、回転型膜分離装置を効率的に用いることにより、１槽式の生物反応槽においても好気と嫌気運転が可能となり、汚水中の窒素除去が可能である。
さらに、無終端水路の旋回水流の障害とならないように回転型膜分離装置を配設すると共に、該回転型膜分離装置自らが生み出す水流により、より確実に汚水と活性汚泥を混合できるため、未処理の汚水のショートパスを防止でき、場合によっては、曝気攪拌機の攪拌部分の動力を小さくできる利点がある。
【００２９】
以上、本発明の汚水の処理システムについて、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の汚水の処理システムによれば、無終端水路内に設置した回転型膜分離装置により固液分離が確実に行えるとともに、ろ過膜ユニットの回転にてろ過膜ユニットのろ過膜面近傍に発生する乱水流により、ろ過膜の表面を洗浄することができるので、空気等を用いた洗浄手段を用いる必要がなく、したがって、ろ過膜ユニットの運転にて窒素の除去性能に影響を及ぼすことがなく、生物反応槽に配設した曝気攪拌機の運転により好気状態と嫌気状態を作って窒素をも確実に除去することができる。
【００３１】
また、回転型膜分離装置を、中空軸が互いに平行となるように並設するとともに、隣接する回転型膜分離装置のディスク状ろ過膜が互いにその隙間に挿入されるように設置することにより、回転型膜分離装置のろ過膜ユニットを回転させることによりろ過膜ユニット近傍で乱水流が発生し、この乱水流によりろ過膜の表面を洗浄することができるので、空気等を用いた洗浄手段を用いる必要がなく、ろ過膜ユニットを運転しても窒素の除去性能に影響を及ぼすことがなく、生物反応槽に配設した曝気攪拌機の運転により好気状態と嫌気状態を作り、窒素の除去を確実に行うことができる。
【００３２】
また、回転型膜分離装置を、無終端水路の中央部に配設する仕切り壁若しくは水路内側壁と並行状態に設置することにより、無終端水路内に回転型膜分離装置を設置しても、無終端水路内の旋回水流に影響を与えることなく、旋回水流との接触を高めて汚水のろ過を効率的に行うことができる。
【００３３】
また、回転型膜分離装置を、無終端水路の中央部に浸漬配設して、仕切り壁の機能を有するようにすることにより、中央部に回転型膜分離装置を浸漬配設するようにしているから、仕切り壁が設置されなくても、無終端水路を形成でき、旋回水流に影響を与えることなく、旋回水流との接触を高めて汚水のろ過を効率的に行うことができる。
【００３４】
また、水路内中央側に位置するろ過膜ユニットの回転方向が、無終端水路を旋回する水流に対して、同一方向とすることにより、回転型膜分離装置が発生させる水流の方向と、無終端水路に形成される旋回水流の方向とを一致するようにしているから、無終端水路内に回転型膜分離装置を設置しても膜分離装置自身が旋回水流の障害とならず、さらには無終端水路内の旋回水流を乱すこともなく、確実に汚水と汚泥を混合攪拌することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚水の処理システムの第１実施例を示し、回転型膜分離装置を無終端水路の中央仕切り壁に沿って配設した平面図である。
【図２】同回転型膜分離装置を無終端水路の内壁に沿って配設した第２実施例の平面図である。
【図３】本同回転型膜分離装置を無終端水路の中央部に配設した第３実施例の平面図である。
【図４】本発明に使用する回転型膜分離装置を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
【図５】従来のオキシデーションディッチ法のフローである。
【図６】従来の膜分離活性汚泥法のフローである。
【符号の説明】
１    生物反応槽
１０  無終端水路
１１    中央仕切り壁
１２    曝気攪拌機
１３    回転型膜分離装置
１３Ａ  ろ過膜ユニット
１３ａ  中空軸
１３ｂ  ディスク状ろ過膜
１３ｃ  隙間
【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】
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【図６】
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