(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬型膜分離装置を設置した活性汚泥処理槽において、該活性汚泥処理槽の液面が所定の水位を超えたときに、該活性汚泥処理槽内に設置した下端が該活性汚泥処理槽の底近傍にある幹管と該水位の位置で該幹管から分岐した枝管からなるリターン装置を用いて、該底近傍の汚泥を活性汚泥処理槽より前段の処理槽に返送すること、及び前記前段の処理槽の液を、前記リターン装置の幹管の中へ移送することを特徴とする浄化槽。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は活性汚泥処理槽に浸漬型膜分離装置を埋設した膜分離型合併処理浄化槽に関し、さらに詳しくは、所定の水位を超えた活性汚泥処理槽の汚泥を、濾過能力の低下を防止若しくは抑制するための装置を経て前段の処理槽に戻す膜分離型合併処理浄化槽に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境汚染防止のために生活排水を総合的に浄化することは社会的にも重要であり、浄化槽へ浸漬型膜濾過法を適用することもその一つの手段として開発に注力されている（例えば、（財）日本環境整備教育センター「膜処理法を導入した小型生活排水処理装置の実用化に関する研究報告書」平成４〜平成７年度、参照）。
ここで、浸漬型膜濾過法とは、従来の沈殿分離に代わって、浄化槽の活性汚泥処理槽に埋設した浸漬型膜分離装置よって活性汚泥処理液を濾過する方法であり、曝気によって活性汚泥に酸素を供給しながら、気泡の上昇に随伴する流れをクロスフローに利用して膜面上での濾過抵抗層の成長を抑制する。
【０００３】
上述の報告書でも指摘されているように、濾過能力を維持するためには、活性汚泥処理槽における汚泥の濃度としてMLSS濃度でおよそ3000mg/L以上（以下、下限濃度と呼ぶ）が必要で、浸漬型膜分離装置の運転を開始する前には下限濃度以上になるように種汚泥が投入される。
一方、運転開始後については、MLSS濃度がおよそ15000mg/L（以下、上限濃度と呼ぶ）を超えても濾過能力は低下するために（環境省浄化槽対策室監修「窒素除去型・膜分離型小型合併処理浄化槽維持管理ガイドライン・同解説」、(財)日本環境整備教育センター、平成13年11月発行、参照）、活性汚泥処理槽の汚泥を前処理槽に返送して、あるいは別途設けた汚泥貯留槽へ引き抜いて、上限濃度以下に抑えられる。
【０００４】
しかしながら、何らかの原因で濾過能力が低下し、活性汚泥処理槽の汚泥が前処理槽に大量にオーバーフローしたために、僅か1日でMLSS濃度が半減し、数日すると下限濃度をはるかに下回り、濾過能力のさらなる低下が急速に進んで生物処理されなかった排水が流出することも珍しくはない。それにもかかわらず、この方法が実用化されてから数年を経た現在に至っても、オーバーフローによって下限濃度以下になるのを防止或いは抑制する手段は特に講じられてはいない。
【０００５】
このような事態に至ると、濾過能力が自然に回復することはほとんどないので、従来では、次亜塩素酸ソーダの水溶液などで膜を洗浄して濾過能力を回復させ、さらに種汚泥を再投入するか、あるいは汚泥を全量入れ替えてから運転を再開する必要があった。しかしながら、このような方法は維持管理上の負担があまりにも大きい。尚、上記した先行技術に関する文献の存在については不知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かくして、本発明によって解決すべき課題は、生物処理されなかった排水が流出しないように、オーバーフローによるMLSS濃度の低下がもたらす濾過流量の低下を抑制する簡単で経済的な手段を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
未だに必ずしも確定してはいないようであるが、前記した報告書などによれば、下限濃度の根拠は生活排水中の濾過抵抗物質を吸着するために必要な活性汚泥の最少濃度であり、上限濃度の根拠は粘度の急上昇である。後者に関連して、汚泥の高分子分泌物に濾過抵抗物質が含まれるならば（例えば、浜谷  慎一郎、他、第38回下水道研究発表会講演集、7-94(2001)、参照）、汚泥の濃度とともにこの濾過抵抗物質の濃度も増加することになる。適正範囲である下限濃度と上限濃度の間では、これらの濾過抵抗成分の大部分が汚泥に吸着されるために濾過流量が安定すると考えられる。
【０００８】
しかしながら、運転開始後について、従来の装置では下限濃度以下になるのを防止あるいは抑制する手段が特に講じられなかった理由として、オーバーフローによって下限濃度以下になると実際に濾過流量が低下するのか、逆に下限濃度以上に維持さえすれば実際に濾過流量の低下が抑制されるのか、すなわち、濾過抵抗物質の濃度がMLSS濃度によって一律に決まるのか、と言った点が必ずしも明らかではなかったことが挙げられる。
そこで、本発明者らは、濾過流量とMLSS濃度の関係を様々な視点から、あらためて詳しく調べてみた。
【０００９】
下限濃度に関して、活性汚泥は濾過抵抗物質を含む生活排水中のBOD成分を細胞外酵素反応の過程で吸着するであろうから、その反応活性と強い相関があると考えられる。
一方、上限濃度に関しては、細胞外酵素反応が活発である間は排水中の濾過抵抗物質が汚泥に積極的に吸着されるが、汚泥の濃度が高くなると、粘度の上昇によって汚泥が均一に循環しなくなり、酸素の供給が滞るために反応活性が低下して、遊離の濾過抵抗物質が残るようになるだけでなく、沈殿層も形成されると考えられる。したがって、沈殿層を形成した汚泥が濾過抵抗物質を分泌するならば、この層には吸着されなかった排水中の濾過抵抗物質と分泌された濾過抵抗物質が次第に蓄積されると考えられる。
【００１０】
細胞外酵素反応が活発ならば、窒素を含む成分は硝酸性窒素（以下、NO3-Nで示す）まで酸化されるから、濾過液中の全窒素濃度（以下、TNで示す）に対するNO3-Nの割合は細胞外酵素反応の活性を表すはずである。この比を用いて上記の下限濃度に関する推定を検証してみると、実際に、この比が小さくなるほど濾過流量は低くなり、逆に、この比が1に近いときには、MLSS濃度が3000未満であっても濾過流量は高かった、あるいは3000未満になっても濾過流量の低下は比較的軽微であった。
【００１１】
一方、上限濃度に関する上記の推定を検証すために、まずMLSS濃度とNO3-N/TN比および汚泥の濃度分布との関係を調べた。その結果、よく循環している上層MLSS濃度が槽の構造や曝気量によってやや異なるある値を超えると、実際に、NO3-N/TN比が低下し、上層の汚泥の濃度の増加速度が鈍くなるとともに濃度の高い下層の領域が上層に向かって広がった。さらにMLSS濃度が上昇すると、上層の汚泥の濃度は頭打ち状態に達し、ほとんど循環しない沈殿層の割合が急速に増加した。
【００１２】
このようなMLSS濃度の変化に付随して濾過流量は低下した。すなわち、よく循環しているNO3-N/TN比の高い層には濾過抵抗物質は少なく、この層の割合が大きいときには濾過流量も大きいが、濾過抵抗物質が多く含まれる沈殿層の割合が増えるとともに濾過流量が低下した。
したがって、頭打ち状態の汚泥あるいはそれに近い汚泥からオーバーフローによって上層が流出すると、沈殿していた層の割合がさらに大きくなるだけでなく、粘度の低下によって再び分散した沈殿層から濾過抵抗物質が流出するために濾過流量が急速に低下する。その結果、オーバーフロー量がさらに増加し、活性化した汚泥がますます少なくなるために濾過流量の低下が加速される。
【００１３】
ところが、オーバーフローの際に濾過抵抗物質を多く含む沈殿層の汚泥を選択的に流出させることができれば、活性の高い層の割合が増えるので、濾過流量の低下が収まり、さらには濾過流量が回復することさえも期待できる。
かくして、MLSS濃度の低下がもたらす濾過流量の低下によって生物処理されない排水が流出する問題は解決され、本発明に至った。
すなわち、本発明は浸漬型膜分離装置を設置した活性汚泥処理槽において、該活性汚泥処理槽の液面が所定の水位を超えたときに、該活性汚泥処理槽内に設置した下端が該活性汚泥処理槽の底近傍にある幹管と該水位の位置で該幹管から分岐した枝管からなるリターン装置を用いて、該底近傍の汚泥を活性汚泥処理槽より前段の処理槽に返送するように構成し、前記前段の処理槽の液は、移送ポンプによって前記リターン装置の幹管の中へ移送するように構成することを特徴とする（請求項１）。具体的には、移送ポンプの出口をリターン装置の幹管内に流入配置する。尚、本浄化槽は対象人数が１０人以下の家庭排水を合併処理する規模に好適である。
【００１６】
上記した手段によって、オーバーフローの際には、濾過抵抗成分を大量に含む汚泥が選択的に前段の槽に戻され、濾過抵抗物質を積極的に吸着する汚泥が残されるので、濾過流量のさらなる低下が抑制されるだけでなく、しばしば濾過流量の回復さえも見られる。
その結果、オーバーフローによる濾過流量の低下によって生物処理されない排水が流出する問題は解決され、次亜塩素酸ソーダの水溶液などで膜を洗浄して濾過流量を回復させ、さらに種汚泥を再投入するか、あるいは汚泥を全量入れ替えてから運転を再開する、従来行われてきた維持管理上の負担も著しく軽減される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の浄化槽は、オーバーフローが発生した際にも、MLSS濃度が濾過流量の急激な低下を招く下限濃度以下になることはなくなるので、濾過流量の低下が抑制されるだけでなく、一度低下した濾過流量が自然に回復することも多い。したがって、維持管理面での効果はとりわけ大きい。
又、間欠運転方式には、消費エネルギーが少ないだけでなく、停止中に汚泥が嫌気化するので窒素成分が除去される利点もあるが、濾過時間が短くなるので濾過性能が低下しやすい欠点もある。そのため、間欠運転方式の膜分離型合併処理浄化槽は未だに上市されていない。しかしながら、本発明によってこの欠点は大きく改善される。
更に、本発明の汚泥の循環装置は、単純な構造で、かつ経済的であり、ほとんどの浄化槽に適用することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図１を参照しながら説明する。但し、本図は本発明を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。
図1に示す膜分離型合併処理浄化槽1は、固液分離槽２と、活性汚泥処理槽３および消毒槽４の三槽からなり、この浄化槽における前段の処理槽は固液分離槽２である。
本発明を適用する浄化槽の規模を限定する理由は特にないが、一般的に小型になるほど生活排水の水質変動が激しく、濾過流量が急に低下する事態が発生することも多くなる。このような浄化槽に対して本発明は顕著な効果を発揮する。したがって、本発明の特に効果的な適用対象は凡そ10人以下の浄化槽である。
【００１９】
はじめに、排水処理フローを説明する。流入口11から固液分離槽２に流入した生活排水は、自然沈殿と濾材９によって夾雑物が除かれたのち、仕切り板５によって固液分離槽２と仕切られた活性汚泥処理槽３に移送ポンプ７で移送される。浸漬型膜分離装置６で濾過された活性汚泥処理液は、濾過液ポンプ10で消毒槽4に送られ、流出口12から外界に放流される。活性汚泥処理槽３のオーバーフローは、リターン装置８を経て固液分離槽２に返送される。以下に、構造と機能について詳しく説明する。
【００２０】
移送ポンプ７には、通常、ポンプ室に一定量貯まった液体を空気圧で押し出す半定量ポンプが用いられる。そのサクション管71の入り口は、粗い点描で表した水位の変動範囲16の下限位置にあり、水位が下限以下になると自動的に移送が止まる。
移送ポンプ７の出口72は、定期点検などの作業の邪魔にならず、落下する移送液が浸漬型膜分離装置６の膜モジュール61に直接当たらない位置が好ましい。移送流量は、通常、排水の平均流入流量の1.5〜3倍に設定される。
図示を省略したが、固液分離槽２の水位が変動範囲16の上限を超えると、生物処理されないまま消毒槽４へ流れ、外界に放流される。
【００２１】
活性汚泥処理槽３には、膜モジュール61と気泡の案内筒62からなる浸漬型膜分離装置６が設置されている。膜モジュール61としては、公知の中空糸型、プレート型など、いずれも本発明に使用できるが、本発明者らによって開発された多数の管状膜からなる膜モジュールは、コンパクト性と経済性において格段に優れているので、特に好ましい（特願2000−363389、同2000−363461参照）。また、管状膜自身にエアリフト作用があるので、このモジュールは活性汚泥液からかなり露出した状態でも使用することができる。そのため、活性汚泥処理槽３の容量を比較的小さくすることもできる。従って、図１ではこのモジュールが用いられている。
【００２２】
管状膜には、孔径が0.1〜1μm程度の公知の精密濾過膜が使用される。例えば、特公昭56−35483に記載されている方法では、不織布で補強したテープ状の膜を、内径を規定する心棒に螺旋状に巻きつけながら、その長手方向の互いに重ね合わせた周辺部を超音波溶着することによって任意の孔径や内径の管状膜が連続的に製造される。
内径が小さいと汚泥で閉塞しやすく、大きいとモジュールの単位体積あたりの膜面積が小さくなるので、本発明に適した内径は8〜15mm、より好ましくは10〜13mmである。
管状膜モジュールは非常に軽量・コンパクトであり、例えば、内径11mm、厚さ0.2mmの管状膜を、有効長が約50cmとなるように内径約30cm長さ約57cmの塩ビ製円筒に約600本集束固定すると、重量は約3kg、有効膜面積は少なくとも10人槽まで対応できる約10m2になる。
【００２３】
気泡の案内筒62の中には、すべての管状膜にほぼ均等に気泡を送る散気装置64と管状膜の活性汚泥処理液の流路を閉塞させる汚泥の塊などを細分化するための目開きが約６mmのネット63が装着されている。気泡の案内筒62から膜モジュール61全体にほぼ均一に送り込まれた気泡は、活性汚泥液を随伴しながら膜モジュールを上昇した後、その上端から放出される。従って、曝気中、活性汚泥液は膜モジュールの内外を循環し、この間に濾過が行われる。
濾過方式として、吸引濾過、サイホン濾過、及び重力濾過のいずれも本発明に使用できるが、設備が単純で所要エネルギーも少ないことから重力濾過方式が好ましく、本例においては、重力濾過方式が用いられている。
【００２４】
濾過液ラインは濾過圧の基準点を決める位置65で二つに分岐し、一方のライン67は先端で大気に開放され、他方のライン66（図面では直線的に描かれているが、実際には、浸漬型膜分離装置６を簡単に着脱できるようにホースが用いられている）は、濾過液ポンプ10に接続されている。この濾過液ポンプ10には、通常、エアリフト型のポンプが用いられる。
分岐点65と活性汚泥処理液の液面の位置との差が濾過圧力になる。活性汚泥処理液の液面は、密な点描で示した範囲17で変動し、上限水位で濾過流量は最大になる。濾過流量が０になる下限の水位が分岐点65よりも低いのは、前記のように、管状膜が持つエアリフト作用によって活性汚泥処理液の液面よりも高い位置まで活性汚泥処理液が持ち上げられるためである。
【００２５】
移送ポンプ７、散気装置64、および濾過液ポンプ10には、空気が1台のエアポンプ13から供給され、それぞれの空気流量はバルブ14と15で調整される。勿論、複数のエアポンプを使って、それぞれの空気流量を精密に制御してもよい。
オーバーフローは活性汚泥処理槽３の上限水位を超えると発生し、本発明の一例を示すリターン装置８の幹管82から枝管81を経て固液分離槽２の排水の流入口11近傍に戻される。ここで、オーバーフロー中の汚泥や濾過抵抗物質は沈殿分離されるので、活性汚泥処理槽３に移送される液はこれらをほとんど含まない。
【００２６】
オーバーフローが発生する条件は、日々変化する排水の流入パターンにもよるので、正確に特定することはできないが、概ね、最大濾過流量が平均移送流量以下になったときである。最大濾過流量がさらに低下して、排水の平均流入流量以下になると、固液分離槽２の水位が粗い点描で表した変動範囲16の上限を超え、図示されてはいないが、生物処理されないまま消毒槽４へ流れ、外界に放流される。但し、前述のように、平均移送流量は排水の平均流入流量の1.5〜３倍であるから、オーバーフローが発生しても、直ちに未処理の排水が流出することにはならない。
【００２７】
幹管82と枝管81には、通常JIS規格の塩化ビニル製パイプなどが用いられる。その内径は、オーバーフローが滞りなく流れさえすればよく、５人槽でおよそ25mm、10人槽でおよそ30mm以上である。幹管82の内面にスカムが付着しやすい汚泥の場合には、枝管81よりも太くしてもよいが、定期点検等の作業の障害になるほど太くする必要はなく、およそ100mm以下が好ましい。また、製造上有利であるならば、幹管82を槽とともに成型し、枝管81を後に取り付けてもよい。
【００２８】
幹管82の上端については、オーバーフローが枝管81を滞りなく流れるので、枝管81が分岐する位置から数cm伸びていればよい。一方、幹管82の下端は、濾過抵抗物質を積極的に吸着する汚泥をできるだけ含まず、濾過抵抗物質を多量に含む汚泥が選択的に固液分離槽2に戻るように、できるだけ底に近いことが望ましい。しかしながら、あまりに近いと沈着した汚泥による閉塞や流動性の低下が生じるので、現実的には底から3〜7cm程度離す必要がある。
【００２９】
図２は、比較的太い幹管82内に移送液を送り、その中の汚泥を流動させることによってオーバーフローが長期間発生しないときに生じやすい汚泥やスカムの付着・成長による閉塞を防止する本発明のリターン装置の他の例である。
枝管81の先端は、オーバーフロー中の汚泥や濾過抵抗物質が再び活性汚泥処理槽３に移送されないように、移送ポンプ７のサクション管71から離れた位置に置かれている。しかし、濾材９の上にオーバーフローした汚泥などが貯まらないように、この方法においても枝管81の先端を図1ように流入口11近傍まで伸ばす方が好ましい。
【００３０】
この方法によって汚泥やスカムによる幹管82の閉塞を簡単に防止できるが、移送液の一部も固液分離槽２に戻るために、大量のオーバーフローが長期間続くと、次第に固液分離槽２のBOD成分などの濃度が高くなり、濾過液の濃度も高くなる恐れがある。しかしながら、このような事態は現実的にはほとんど発生せず、むしろ維持管理面での効果の方がはるかに大きい。
【００３１】
BOD成分だけでなく窒素除去も目的とした膜分離型合併処理浄化槽には、槽の構成、運転方式、および処理フローに種々の組み合わせがあり、オーバーフローが異なる機能を持つ二つの槽に向かうものもある（例えば、前出の（財）日本環境整備教育センター「膜処理法を導入した小型生活排水処理装置の実用化に関する研究報告書」平成４〜平成７年度、および、矢橋  毅、他、月刊浄化槽、No. 267、33、1998、など参照）。
このような浄化槽にも本発明は適用可能であるが、その際に、本発明の目的である活性汚泥処理浄化槽におけるMLSS濃度の低下の防止もしくは抑制が効率的に行われるように、オーバーフローを二つの槽に適切に分配する工夫も必要になる。
【００３２】
浄化槽の運転方式は、連続運転と間欠運転に大別され、いずれにも本発明を適用することが可能である。連続運転は文字通り24時間連続的に運転する方式を意味するが、間欠運転は運転と停止を周期的に繰り返す運転方式で、停止中は生活排水の流入以外の動作が停止される。図１の浄化槽では、唯一の動力源であるエアポンプ13を停止することによって生活排水の流入以外の動作がすべて停止される。
停止時間の割合が大きすぎると、濾過時間が短くなるだけでなく、曝気による膜面の洗浄効果が低下するためか、MLSS濃度によらず濾過流量の低下も早くなる。従って、本発明においても、運転時間と停止時間の比はおよそ0.7以上であることが望ましい。また、停止時間が長すぎると、一時的或いは突発的に大量の生活排水が流入したときには生物処理されずに生活排水が流出するリスクが高くなるので、凡そ60分間以内、好ましくは40分間以内に止めるべきである。
【００３３】
連続運転に比べて、濾過時間が短いために間欠運転の濾過能力の余裕は少なく、MLSS濃度によらない何らかの原因で濾過流量が低下したときや短時間で多量の汚水が流入したときには未処理の排水が流出するリスクが高くなる。
このような突発的な事態に対して、固液分離槽２若しくは活性汚泥処理槽の水位が上限水位に達すると連続運転になり、該水位未満になると再び間欠運転に戻るようにすれば、濾過能力がフルに利用され、未処理の排水が流出するリスクは格段に低下する。公知の技術の範囲でこのような機能を付与することは容易であり、詳しい説明は不要であろう。
【００３４】
次に、図１の浄化槽で、集合住宅の総合家庭排水を処理した参考例と３邸の戸別住宅の生活排水を処理した実験例によって本発明をさらに具体的に説明する。
５人対象の浄化槽1と膜モジュール61の主な仕様を表1に示す。管状膜の孔径は約0.4μmである。また、濾過方式は重力濾過、運転方式は連続運転、曝気量は約140L/minである。
【００３５】
【表１】
0004734160.tif 000002
【００３６】
参考例における1日あたりの排水処理量は1m3で、(財)日本建築センター「浄化槽の性能評価方法（追記・解説版）」Verl.05(2001.10.19更新)で定められたパターンで浄化槽1に流入させた。移送流量は設計最大日処理量である3m3に相当する最大2.1L/分（ただし、移送ポンプ7の流量は固液分離槽の水位によって変化し、平均で約1.5L/分であった）である。この槽にはリターン装置８は設置されていない。
【００３７】
３邸の排水量は１日あたり概ね１m3で、移送流量を参考例と同様に設定した。オーバーフローが発生する条件は、日々変化する排水の流入パターンにもよるので、正確に特定することはできないが、概ね、最大濾過流量が平均移送流量以下になったときである。
リターン装置８の幹管82と枝管81は、ともに内径が約50mmのパイプからなり、幹管82の下端は底から約５cmの位置である。
はじめに、３邸ともに、リターン装置８を設置しないで試験を開始した。オーバーフローが発生しても、最大濾過流量が排水の平均流入流量以上である間は固液分離槽から生物処理されない排水は流出しなかった。
測定結果を示す図における最大濾過流量、MLSS濃度、および溶存酸素濃度（DO）の意味は次の通りである。
【００３８】
浸漬型膜分離装置6の濾過フラックスf〔m/d〕は、濾過圧P（図1の分岐点65から液面までの距離をkPaの単位に換算したもの）と近似的にf＝a×(P＋c)の関係にあり、aは透過係数〔m/d/kPa〕、cは0.5〔kPa〕の定数である。したがって、フラックスと濾過圧の測定値からこの式で計算した透過係数を使って、最大濾過流量〔L/min〕をa×(103/24/60)×4.5×膜面積(=10.9)で計算した。また、MLSS濃度とDOは、液面と浸漬型膜分離装置6のほぼ中間で採取された汚泥で測定された値である。
【００３９】
（参考例１）
この例によって、MLSS濃度および汚泥の濃度分布と濾過流量もしくは濾過抵抗物質との関係について検証する。
図３と図４に最大濾過流量、MLSS濃度、DO、および濾過液のNO3-N/TN比の約200日間に渉る変化を示す。
運転開始に先立って通常の合併処理浄化槽の汚泥が、MLSS濃度が約4000mg/Lになるように活性汚泥処理槽３に投入された。
103日目に活性汚泥処理槽３の汚泥が引き抜かれ、202日目には汚泥の引き抜きと0.6%次亜塩素酸ソーダを用いた膜の洗浄が行われた。この例では、オーバーフローは発生しなかった。
【００４０】
はじめに、下限濃度の視点から運転開始初期を見ると、汚泥のシーディング量は十分であるにもかかわらず、濾過流量はしばらくの間低下している。この間は、NO3-N/TN比が低く、DOが高いので汚泥の活性は低い。約30日経過すると、NO3-N/TN比が立ち上がるとともに濾過流量の低下が止まり、回復が始まった。したがって、排水中の濾過抵抗物質は活性化した汚泥に吸着されることが分かる。
【００４１】
次に、103日目の汚泥の引抜き後の変化について調べる。この作業で浄化槽の底に近い汚泥を掻き回しながら引き抜いた。引き抜かれた上層の汚泥量は少ないので、NO3/TN比の低下は僅かであるが、濾過抵抗物質が沈殿層から放出されたために、濾過流量が急に低下している。その後、しばらく安定したが、MLSS濃度が約12000mg/Lを超えると濾過流量の低下が再び始まった。同時に、MLSS濃度の増加速度が鈍化し、濾過抵抗物質を多量に含む沈殿層の割合が増え、NO3-N/TN比も低下した。
【００４２】
活性汚泥処理槽３における汚泥の濃度分布は、槽の構造や曝気量などによって当然ながら変化し、例えば、浸漬型膜分離装置６の位置がいずれかに偏っていたり、曝気量が少ないときには大きくなる。図５は、浸漬型膜分離装置６が活性汚泥処理槽３のほぼ中央に設置された本例における代表的な濃度分布を示す。
横軸の水深は液面からの距離を意味し、破線は浄化槽の底の水深である。最も浅い測定点は浸漬型膜分離装置６から液面までのほぼ中間で、最も深い測定点は浄化槽の底から約5cm離れた浸漬型膜分離装置６の周辺３箇所である。もう一つの測定点はこれらのほぼ中間の水深にある浸漬型膜分離装置６の周辺３箇所である。図のプロットは各水深において吸引採取した汚泥のMLSS濃度の平均値である。（課題を解決するための手段）で述べた上層のMLSS濃度は、最も浅い水深における汚泥のMLSS濃度にほぼ該当する。
【００４３】
図には上層の濃度が異なる三つの曲線が描かれており、すべての曲線が大きい濃度分布を示しているが、濃度が高くなるとともに下に凸から上に凸へ変化し、下層域が広がっている。また、上層と下層の濃度がともに頭打ち状態に近づいていることから、上層はよく循環しているものの、下層域は流動性の乏しい沈殿状態になっていると推定される。
図６は、すべてのサンプルのMLSS濃度とB型粘度計で測定した粘度をプロットしたものであり、この図からもMLSS濃度の上昇とともに下層の汚泥が循環し難くなることが容易に推定される。
【００４４】
（実験例１）
図７と図８は、Ａ邸における約1年間の最大濾過流量、MLSS濃度、ＤＯ、及び濾過液のNO3-N/TN比の推移を示す。
Ａ邸では56日目から固液分離槽２と活性汚泥処理槽３の仕切り板５を越えるオーバーフローが始まり、このとき4500mg/LであったMLSS濃度が64日目には360mg/Lまで低下し、最大濾過流量も0.5L/分まで低下した。その後、次亜塩素酸ソーダ水溶液による膜洗浄や汚泥の全量入れ替えなどを行ったが、MLSS濃度の増加と濾過流量の回復は一時的で、87日目にはMLSS濃度が170mg/L、最大濾過流量は0.4L/分まで再び低下した。そのため次亜塩素酸ソーダ水溶液で再び洗浄したが、その後も似たような経過が繰り返された。
【００４５】
図８矢印で示す108日目にリターン装置８を設置すると、450mg/LであったMLSS濃度の上昇が始まった。しかしながら、250日目頃まではNO3-N/TN比が低く、汚泥の活性が低い状態が続いたので濾過流量の低下が続き、しばしば未処理の排水が流出した。その後、活性化とともに濾過流量も急速に回復し、270日目頃からは最大濾過流量が1.5L/分以上になり、オーバーフローも発生しなくなった。
濾過液のBODについては、リターン装置の有無に関わり無く、希に5mg/Lを超えることはあったが、ほとんど3mg/L以下であった。
【００４６】
（実験例２）
図９と図10に示すように、Ｂ邸では35日目頃からオーバーフローが始まり、42日目にはMLSS濃度は1500mg/L、最大濾過流量は0.98L/minまで低下した。そこで45日目に汚泥を全量入れ替え、膜を次亜塩素酸ソーダ水溶液で洗浄してから再開すると、Ａ邸と異なり、最大濾過流量は約2.5L/分でほぼ安定し、MLSS濃度も増加し続けた。
87日目にリターン装置を設置した。100日目頃から移送ポンプやエアポンプの故障が相次いで発生したために、最大濾過流量が1L/分まで低下し、オーバーフローが発生した。その時点のMLSS濃度はおよそ10000mg/Lであった。しかしながら、このようなトラブルが発生したにもかかわらずMLSS濃度が5000mg/L以下になることはなく、120日目に移送ポンプの故障を直し、エアポンプを交換した後は、濾過流量も徐々に回復し、180日目からはオーバーフローが発生しなくなった。
【００４７】
さらに補足すると、120日目から、排水がほとんど流入しない午前1時から6時の間は運転10分間−停止50分間の間欠運転を行った。205日目には汚泥を固液分離槽2に返送し、活性汚泥処理槽3のMLSS濃度を約5000mg/Lにした。211日目には固液分離槽2の沈殿汚泥を引き抜いた。247日目からは、間欠運転条件を変更し、比較的排水量の多い午後1時から6時の間を運転30分間−停止30分間とした。
上述のように、180日目からオーバーフローを実際に確認することはできなかったが、図を詳細に見ると、200日目、250日目、310日目、および340日目頃にオーバーフローが発生したはずである。しかしながら、リターン装置の効果によって濾過流量の低下が抑制されたので、短時間かつ少量に止まり、確認できるまでには至らなかったと考えられる。
濾過液のBODについては、Ａ邸と同様であった。
【００４８】
（実験例３）
Ｃ邸では114日目にリターン装置を設置したが、図11と12が示すように、MLSS濃度が約11000mg/Lを超えた120日目頃までオーバーフローは発生しなかった。その後、少量のオーバーフローの発生が繰り返されたが、リターン装置の効果によって濾過流量のさらなる低下が抑制され、MLSS濃度は再び上昇した。
168日目に少量の汚泥を返送し、次亜塩素酸ソーダ水溶液による膜洗浄ってからは、最大濾過流量はおよそ2.7L/minで安定した。
210日目に固液分離槽2の沈殿汚泥を引き抜いた。その際に沈殿汚泥をかき混ぜる操作を行ったためか、濾過流量が急に低下し、220日目頃にオーバーフローが発生した。しかしながら、リターン装置の効果によって、この場合も最大濾過流量は1L/min程度に止まり、230日目頃からは急速に回復した。
この邸では、濾過液のBODが3mg/L以上になることはなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る浄化槽の実施の一例を示す膜分離型合併処理浄化槽の概略図。
【図２】浄化槽に装備するリターン装置の他の構成を示す説明図。
【図３】参考例の試験結果を示す線図。
【図４】参考例の試験結果を示す線図。
【図５】参考例における代表的な濃度分布を示す線図。
【図６】参考例におけるMLSS濃度と粘度の関係を示す線図。
【図７】戸別住宅Ａ邸での本発明の評価実験の結果を示す線図。
【図８】戸別住宅Ａ邸での本発明の評価実験の結果を示す線図。
【図９】戸別住宅Ｂ邸での本発明の評価実験の結果を示す線図。
【図１０】戸別住宅Ｂ邸での本発明の評価実験の結果を示す線図。
【図１１】戸別住宅Ｃ邸での本発明の評価実験の結果を示す線図。
【図１２】戸別住宅Ｃ邸での本発明の評価実験の結果を示す線図。
【符号の説明】
【００５０】
１…膜分離型合併処理浄化槽      ２…固液分離槽（前処理槽）
３…活性汚泥処理槽              ４…消毒槽
６…浸漬型膜分離装置            ７…移送ポンプ
８…リターン装置                81…枝管
82…幹管                        ９…濾材
10…濾過液ポンプ                13…エアポンプ
【図１】
0004734160.tif 000003
【図２】
0004734160.tif 000004
【図３】
0004734160.tif 000005
【図４】
0004734160.tif 000006
【図５】
0004734160.tif 000007
【図６】
0004734160.tif 000008
【図７】
0004734160.tif 000009
【図８】
0004734160.tif 000010
【図９】
0004734160.tif 000011
【図１０】
0004734160.tif 000012
【図１１】
0004734160.tif 000013
【図１２】
0004734160.tif 000014