(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水に含有される有機物を処理する生物処理水槽と、
ケーシングと、前記ケーシングを前記生物処理水槽から流出する流出水が供給される濃縮側空間と前記流出水から分離される透過水が収容される透過側空間とに区画するとともに、親水性モノマーが共重合された単層構造を有する管状濾過膜と、を有する膜分離装置と、
前記流出水を加圧して前記濃縮側空間に供給する加圧ポンプと、
前記透過側空間から前記透過水を吸引する吸引ポンプと、
前記透過側空間の圧力を測定する圧力計と、
前記膜分離装置から排出される濃縮水を前記生物処理水槽に返送する返送ラインと、
前記透過水の流量が計画値を満足するように前記加圧ポンプと前記吸引ポンプを制御するとともに、前記圧力計の測定値のみに基づいて、前記加圧ポンプによる前記流出水の供給量を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記圧力計の測定値の絶対値が閾値よりも大きい場合に、前記加圧ポンプによって加圧される前記流出水の流量を増加させる生物処理装置。
【請求項２】
前記返送ラインから余剰汚泥を引き抜く余剰汚泥排出部と、
前記生物処理水槽の水位を測定する水位測定装置と、を備え、
前記制御装置は、前記水位測定装置の測定値に基づいて前記余剰汚泥排出部から引き抜かれる余剰汚泥の量を制御する請求項１に記載の生物処理装置。
【請求項３】
前記生物処理水槽の水位を測定する水位測定装置を備え、
前記制御装置は、前記水位測定装置の測定値に基づいて前記生物処理水槽に供給される被処理水の流量を制御する請求項２に記載の生物処理装置。
【請求項４】
前記生物処理水槽は、前記被処理水に含有される有機物を微生物によって分解させるメタン発酵槽である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿などの被処理水に含有される有機物を処理する生物処理水槽を有する生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
し尿などの有機性廃水を処理する場合、固液の分離にＭＦ（精密濾過）、ＵＦ（限外濾過）などの膜分離を用いることが主流となっている。
膜分離装置としては、円筒形状のケーシングと、ケーシング内に収容された複数の管状濾過膜（中空糸膜）と、を備えた複数の膜モジュールを用い、管状濾過膜の内側に原水を循環させながら濾過する方式の装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような膜分離装置を備えた水処理システムにおいては、管状濾過膜を透過した透過水は吸引ポンプによって吸引されて、例えば、貯留槽に貯留されて適宜利用される。
【０００３】
管状濾過膜を用いた膜分離装置は、膜への汚泥堆積を抑制するため、また、ＦＬＵＸ（透過水の流出量）を確保するため、膜面流速（管状濾過膜の内側を原水が流れる速度）を速くしている。例えば、膜面流速は、２．５ｍ／ｓに設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０５２３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来の水処理システムにおいては、膜面流速を速くすることによって膜分離装置を含む水処理システムを循環する循環水の流量が多くなるため、循環水を一時貯留するための槽が必須の構成となっていた。
【０００６】
この発明は、循環水を貯留するための槽を不要とすることによって、設置コストの低減を図ることができる生物処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一の態様によれば、生物処理装置は、被処理水に含有される有機物を処理する生物処理水槽と、ケーシングと、前記ケーシングを前記生物処理水槽から流出する流出水が供給される濃縮側空間と前記流出水から分離される透過水が収容される透過側空間とに区画するとともに、親水性モノマーが共重合された単層構造を有する管状濾過膜と、を有する膜分離装置と、前記流出水を加圧して前記濃縮側空間に供給する加圧ポンプと、前記透過側空間から前記透過水を吸引する吸引ポンプと、前記透過側空間の圧力を測定する圧力計と、前記膜分離装置から排出される濃縮水を前記生物処理水槽に返送する返送ラインと、前記透過水の流量が計画値を満足するように前記加圧ポンプと前記吸引ポンプを制御するとともに、前記圧力計の測定値のみに基づいて、前記加圧ポンプによる前記流出水の供給量を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記圧力計の測定値の絶対値が閾値よりも大きい場合に、前記加圧ポンプによって加圧される前記流出水の流量を増加させる。
【０００８】
このような構成によれば、管状濾過膜が親水性を有することで膜面流速を低くすることができる。これにより、被処理水の循環流量を少なくすることができ、大量の循環水を一時貯留するための槽が不要となる。
また、透過側空間の圧力に基づいて濃縮側空間に供給される流出水の供給量を制御することによって、生物処理水槽に濃縮水（返送汚泥）を安定して供給することができる。
【０００９】
上記生物処理装置において、前記制御装置は、前記圧力計の測定値の絶対値が閾値よりも大きい場合に前記加圧ポンプによって加圧される前記流出水の流量を増加させてよい。
【００１０】
このような構成によれば、管状濾過膜の内周面に異物が堆積した場合においても、堆積した異物を押し流して管状濾過膜の機能を復活させることができる。
【００１１】
上記生物処理装置において、前記制御装置は、前記吸引ポンプによって吸引される前記透過水の流量を制御してよい。
このような構成によれば、増加した流出水の流量を補うことができる。
【００１２】
上記生物処理装置において、前記返送ラインから余剰汚泥を引き抜く余剰汚泥排出部と、前記生物処理水槽の水位を測定する水位測定装置と、を備え、前記制御装置は、前記水位測定装置の測定値に基づいて前記余剰汚泥排出部から引き抜かれる余剰汚泥の量を制御してよい。
【００１３】
上記生物処理装置において、前記生物処理水槽の水位を測定する水位測定装置を備え、前記制御装置は、前記水位測定装置の測定値に基づいて前記生物処理水槽に供給される被処理水の流量を制御してよい。
【００１４】
上記生物処理装置において、前記生物処理水槽は、前記被処理水に含有される有機物を微生物によって分解させるメタン発酵槽であってよい。
【００１５】
このような構成によれば、メタン発酵により発生するメタンガスを効率的に回収することによって、メタンガスのエネルギーを発電などに利用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、管状濾過膜が親水性を有することで膜面流速を低くすることができる。これにより、被処理水の循環流量を少なくすることができ、大量の循環水を一時貯留するための槽が不要となる。
また、透過側空間の圧力に基づいて濃縮側空間に供給される流出水の供給量を制御することによって、生物処理水槽に濃縮水（返送汚泥）を安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態の生物処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態の膜モジュールの概略断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態の生物処理装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第一実施形態の変形例の膜モジュールの概略断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態の変形例の生物処理装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第一実施形態の変形例の生物処理装置の概略構成図である。
【図７】本発明の第二実施形態の膜分離装置の概略斜視図である。
【図８】本発明の第二実施形態の膜モジュールの概略断面図である。
【図９】本発明の第二実施形態の補強部材の斜視図である。
【図１０】本発明の第二実施形態の補強部材を補強部材の軸方向から見た側面図である。
【図１１】本発明の第三実施形態の補強部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の生物処理装置１０について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の生物処理装置１０は、被処理水Ｗ１（し尿、浄化槽汚泥を含む有機性廃水）に含まれる有機物を処理する生物処理水槽１１と、生物処理水槽１１から流出する流出水Ｗ２を透過水ＰＷと濃縮水Ｗ３とに分離する膜分離装置１３と、制御装置１２と、を備えている。
【００１９】
生物処理水槽１１は、硝化菌と脱窒菌の作用により液中のＢＯＤ、窒素化合物等を分解除去する装置である。生物処理水槽１１には、被処理水配管１５を介して被処理水Ｗ１が供給される。
【００２０】
本実施形態の生物処理水槽１１は、循環式硝化脱窒法を用いている。生物処理水槽１１は、脱窒槽２４、硝化槽２５、二次脱窒槽２６、再曝気槽２７が直列的に順次配設された構成を有している。また、生物処理水槽１１は、硝化槽２５から排出された被処理水Ｗ１の一部を循環液として脱窒槽２４に循環させる循環ライン２９を有している。
生物処理水槽１１は、生物処理水槽１１を構成するいずれかの槽の水位を測定する水位測定装置５６を備えている。本実施形態の水位測定装置５６は、再曝気槽２７に設けられている。また、水位測定装置５６は、測定した水位の値を制御装置１２へ電気的に送信する。
【００２１】
脱窒槽２４は、槽内が嫌気性状態に維持され、有機炭素源の存在下にて主として脱窒菌の作用により硝酸性窒素、亜硝酸性窒素等の酸化態窒素を窒素ガスまで還元する装置である。必要に応じて有機炭素源を外部添加する場合もある。
脱窒槽２４は、脱窒槽２４に流入した被処理水Ｗ１の酸化還元電位（Oxidation-reduction Potential，ＯＲＰ）を測定するＯＲＰ測定装置５１（５１Ａ）と、被処理水Ｗ１の水素イオン指数（ｐＨ）を測定するｐＨ測定装置５２（５２Ａ）と、を有している。
【００２２】
硝化槽２５は、槽内の処理液中に空気を曝気し、好気性条件下にて主に硝酸菌の作用により処理液中のアンモニア態窒素を酸化態窒素まで酸化する装置である。
硝化槽２５は、槽内の処理液中に空気を曝気する曝気装置５７（５７Ｂ）と、硝化槽２５に流入した被処理水Ｗ１の溶存酸素濃度（Dissolved Oxygen，ＤＯ）を測定するＤＯ測定装置５３（５３Ｂ）と、ＯＲＰ測定装置５１（５１Ｂ）と、ｐＨ測定装置５２（５２Ｂ）と、を有している。
【００２３】
二次脱窒槽２６は、槽内が嫌気性状態に維持され、メタノール等の有機炭素源の添加により、処理液中に残存する酸化態窒素を窒素ガスまで還元する装置である。
二次脱窒槽２６は、ＯＲＰ測定装置５１（５１Ｃ）と、ｐＨ測定装置５２（５２Ｃ）と、を有している。また、二次脱窒槽２６は、メタノールなど脱窒反応の有機炭素源となる有機物を注入する有機炭素源供給装置５４を備えている。
【００２４】
再曝気槽２７は、空気の曝気により好気性条件に保たれ、主に処理液中に残留するアンモニア態窒素を酸化態窒素に酸化する装置である。
再曝気槽２７は、曝気装置５７（５７Ｄ）と、溶存酸素濃度を測定するＤＯ測定装置５３（５３Ｄ）を備えている。
【００２５】
制御装置１２は、ＤＯ測定装置５３によって測定された溶存酸素濃度の値、ＯＲＰ測定装置５１によって測定された酸化還元電位の値、さらにはｐＨ測定装置５２によって測定されたｐＨの値に基づいて曝気装置５７を制御する。具体的には、ＯＲＰ測定装置５１、ｐＨ測定装置５２、ＤＯ測定装置５３がそれぞれの測定値を電気信号として制御装置１２へ送信し、これら測定値を受信した制御装置１２がそれらの測定値に基づいて曝気装置５７の曝気風量を増加または減少させ、溶存酸素濃度、酸化還元電位、ｐＨの値を所定の範囲内に調整する。
なお、後述の管状濾過膜３内でのエアロック（気泡が流れを妨げる現象）、及び汚泥の解体を抑制するため、酸化還元電位は１０ｍＶ−５０ｍＶになるように制御するのが好ましい。
制御装置１２は、ｐＨをも調整ので、ｐＨが低くなることによる硝化・脱窒反応の阻害を防止することができる。
【００２６】
膜分離装置１３は、複数の膜モジュール１を備えている。
図２に示すように、膜モジュール１は、ケーシング２と、ケーシング２の内部に配置された複数の管状濾過膜３とを有している。膜分離装置１３は、管状濾過膜３の内側に流出水Ｗ２を循環させながら濾過する方式を用い、流出水Ｗ２から透過水ＰＷを取り出す装置である。
管状濾過膜３は、ケーシング２を、流出水Ｗ２が供給される濃縮側空間Ｓと、流出水Ｗ２から分離される透過水ＰＷが収容される透過側空間Ｐとに区画する。
【００２７】
生物処理水槽１１と膜分離装置１３とは流出水供給配管１７によって接続されている。即ち、流出水Ｗ２は、流出水供給配管１７を介して膜分離装置１３に導入される。
流出水供給配管１７には、加圧ポンプ２１が設けられている。生物処理水槽１１から流出した流出水Ｗ２は、加圧ポンプ２１によって加圧されながら、膜分離装置１３に供給される。
【００２８】
膜分離装置１３から分離される透過水ＰＷは、透過水配管１８に導入される。透過水配管１８は、貯留槽２０に接続されている。即ち、膜モジュール１の透過水排出口９（図２参照）は、透過水配管１８に接続されている。透過水配管１８には、透過側空間Ｐを負圧にする吸引ポンプ２２が設けられている。
透過水配管１８には、透過側空間Ｐの圧力（水圧）を測定する圧力計２３が設けられている。圧力計２３によって計測された圧力の値は、制御装置１２に電気的に送信されて後述の通り処理される。
【００２９】
透過水ＰＷが分離されて膜分離装置１３から排出される濃縮水Ｗ３は、余剰汚泥Ｍを除く全量が、活性汚泥として返送配管１９（返送ライン）を介して生物処理水槽１１に返送される。即ち、膜モジュール１の濃縮水排出口８（図２参照）は、返送配管１９に接続されている。
返送配管１９からは、濃縮水Ｗ３（活性汚泥）の一部を余剰汚泥Ｍとして引き抜く余剰汚泥配管２８（余剰汚泥排出部）が分岐している。余剰汚泥配管２８には、余剰汚泥Ｍの流量を調整する余剰汚泥調整装置６７（例えば、ポンプやバルブ）が設けられている。
なお、当該分岐の箇所と濃縮水排出口８との間の返送配管１９には、流速計６６が配置されている。流速計６６は、測定した濃縮水Ｗ３の流速の値を電気的に制御装置１２へ送信する。
生物処理水槽１１から流出した流出水Ｗ２は、膜分離装置１３を介して、生物処理水槽１１に戻る。即ち、被処理水Ｗ１は、生物処理装置１０の配管を循環する。
【００３０】
上述したように、複数の膜モジュール１は、並列に配列されている。具体的には、流出水供給配管１７、透過水配管１８、及び返送配管１９は、各々の膜モジュール１に接続されている。
【００３１】
図２に示すように、膜モジュール１は、円筒形状のケーシング２と、複数の管状濾過膜３と、を備えている。
ケーシング２は、円筒形状をなすケーシング本体４と、ケーシング本体４の上端を閉鎖する第一側壁５と、ケーシング本体４の下端を閉鎖する第二側壁６と、ケーシング本体４の上方に形成された流出水導入口７と、ケーシング本体４の下方に形成された濃縮水排出口８と、ケーシング本体４に形成された透過水排出口９と、を有している。
本実施形態の膜モジュール１は上方から管状濾過膜３に導入された流出水Ｗ２が、管状濾過膜３内を下方に向かって流れる構成とされている。
【００３２】
膜モジュール１は、ケーシング２の内部を３つの空間に分割する、第一隔壁３０と第二隔壁３１と、を備えている。第一隔壁３０と第二隔壁３１とには、複数の挿通孔３２が形成されている。挿通孔３２は、第一隔壁３０及び第二隔壁３１の板厚方向に貫通する孔である。挿通孔３２の内径は、管状濾過膜３の外径よりもやや大きい。
複数の管状濾過膜３は、ケーシング２の内部において軸線Ａ方向、本実施形態では鉛直方向に延在して、一端が第一隔壁３０に連結され、他端が第二隔壁３１に連結されている。
【００３３】
第一隔壁３０は、板形状をなす部材であり、ケーシング２の延在方向の上方（第一側壁５の側）に固定されている。ケーシング本体４と、第一隔壁３０と、第一側壁５とによって囲まれる空間は、第一ヘッダ空間Ｓ１である。第一ヘッダ空間Ｓ１は、ケーシング２の内部空間における第一隔壁３０よりも上方の空間である。
第二隔壁３１は、板形状をなす部材であり、ケーシング２の延在方向の下方（第二側壁６の側）に固定されている。ケーシング本体４と、第二隔壁３１と、第二側壁６とによって囲まれる空間は、第二ヘッダ空間Ｓ２である。第二ヘッダ空間Ｓ２は、ケーシング２の内部空間における第二隔壁３１よりも下方の空間である。
【００３４】
ケーシング本体４と、第一隔壁３０と、第二隔壁３１とによって囲まれ、かつ、管状濾過膜３の外周側の空間は、透過側空間Ｐである。複数の管状濾過膜３から取り出された透過水ＰＷは、透過側空間Ｐに排出された後、透過水排出口９を介して透過水配管１８（図１参照）に導入される。
【００３５】
流出水導入口７は、ケーシング２の外部と第一ヘッダ空間Ｓ１とを連通させる開口である。流出水導入口７は、ケーシング本体４に形成されている。流出水導入口７は、ケーシング２の軸線Ａ方向における、第一隔壁３０と、第一側壁５との間に設けられている。
濃縮水排出口８は、ケーシング２の外部と第二ヘッダ空間Ｓ２とを連通させる開口である。濃縮水排出口８は、ケーシング本体４に形成されている。濃縮水排出口８は、ケーシング２の軸線Ａ方向における、第二隔壁３１と、第二側壁６との間に設けられている。
【００３６】
透過水排出口９は、ケーシング２の外部と透過側空間Ｐとを連通させる開口である。透過水排出口９は、ケーシング本体４に形成されている。透過水排出口９は、ケーシング２の軸線Ａ方向における、第一隔壁３０と、第二隔壁３１との間に設けられている。
透過水排出口９は、透過側空間Ｐの下部に設けられている。換言すれば、透過水排出口９は、第二隔壁３１の僅かに上方に設けられている。透過水排出口９は、透過側空間Ｐの下端に設けられていることが好ましい。透過水排出口９は、複数の管状濾過膜３を透過した透過水ＰＷを透過側空間Ｐに滞留させることなく可能な限り排出できる位置に形成されている。
また、透過水排出口９に接続される透過水配管１８は、下方に向かって傾斜している。即ち、透過水配管１８は、透過水排出口９から排出された透過水ＰＷが重力によって戻らないような形状を有している。
【００３７】
また、ケーシング本体４には、ケーシング２の外部と透過側空間Ｐとを連通させる開閉可能なエア抜き口３３が設けられている。エア抜き口３３は、透過側空間Ｐの上部に設けられている。
【００３８】
濃縮側空間Ｓは、流出水Ｗ２が導入される空間であり、第一ヘッダ空間Ｓ１、管状濾過膜３の内周側の空間である濾過膜内空間Ｓ３、及び第二ヘッダ空間Ｓ２である。
透過側空間Ｐは、流出水Ｗ２から分離された透過水ＰＷが収容される空間である。
【００３９】
各々の管状濾過膜３の一端は、第一隔壁３０の挿通孔３２に挿通された上で、挿通孔３２の内周面に固定されている。挿通孔３２の内周面と管状濾過膜３の外周面との間は、シール材（図示せず）によってシールされている。シール材としては、エポキシ樹脂やウレタン樹脂など、初期に粘性を持ち、経時的に硬化する材料が好ましい。
各々の管状濾過膜３の他端は、管状濾過膜３の一端と同様の方法で第二隔壁３１の挿通孔３２に固定されている。
【００４０】
管状濾過膜３は、円筒形状をなし、単一主要構成素材に親水性モノマーが共重合された単層構造の高分子濾過膜によって形成されている。
即ち、管状濾過膜３は、主要材料が１種類の素材によって形成されている。主要材料が１種類の素材によって形成されているということは、管状濾過膜３を形成する素材（例えば、樹脂）において、１種類の樹脂が５０質量％以上を占めていることを意味する。
また、主要材料が１種類の素材によって形成されているということは、その１種類の素材の性質が構成素材の性質を支配していることを意味する。具体的には、１種類の樹脂が５０質量％−９９質量％を有する素材を意味する。
【００４１】
管状濾過膜３を構成する主要材料としては、塩化ビニル系樹脂、ポリスルホン（ＰＳ）系、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）系、ポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系、ポリエーテルスルフォン系、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）系、ポリイミド（ＰＩ）系などの高分子材料を用いることができる。
【００４２】
管状濾過膜３を構成する主要材料としては、特に塩化ビニル系樹脂が好ましい。塩化ビニル系樹脂としては、塩化ビニル単独重合体（塩化ビニルホモポリマー）、塩化ビニルモノマーと共重合可能な不飽和結合を有するモノマーと塩化ビニルモノマーとの共重合体、重合体に塩化ビニルモノマーをグラフト共重合したグラフト共重合体、これらの塩化ビニルモノマー単位が塩素化されたものからなる（共）重合体などが挙げられる。
【００４３】
親水性モノマーとしては、例えば、
（１）アミノ基、アンモニウム基、ピリジル基、イミノ基、ベタイン構造などのカチオン性基含有ビニルモノマー及び／又はその塩、
（２）水酸基、アミド基、エステル構造、エーテル構造などの親水性の非イオン性基含有ビニルモノマー、
（３）カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などのアニオン性基含有ビニルモノマー及び／又はその塩、
（４）その他のモノマー等が挙げられる。
【００４４】
管状濾過膜３の管径は、流出水Ｗ２の性状等によって適宜選択することができ、例えば流出水Ｗ２について粗繊維量αが２００ｍｇ／リットル以下の場合は、管状濾過膜３の内径を５ｍｍ以下、粗繊維量αが２００ｍｇ／リットルより大きく５００ｍｇ／リットルより小さい場合は、管状濾過膜３の内径を５ｍｍ−１０ｍｍ、粗繊維量αが５００ｍｇ／リットル以上の場合は、管状濾過膜３の内径を１０ｍｍ以上とすることができる。管径を選択する事によって、粗繊維分による管状濾過膜３の閉塞を抑制することができる。
【００４５】
次に、本実施形態の生物処理装置１０の作用について説明する。
し尿などの被処理水Ｗ１は、図示しない前処理設備にて前処理が施された後、被処理水配管１５を介して生物処理水槽１１に送られる。被処理水Ｗ１は、生物処理水槽１１において処理される。具体的には被処理水Ｗ１に含まれる有機性物質が微生物によって分解される。
次いで、生物処理水槽１１から流出した流出水Ｗ２は、加圧ポンプ２１を介して膜分離装置１３に供給される。膜分離装置１３に供給された流出水Ｗ２は、膜モジュール１の管状濾過膜３内に送り込まれる。加圧ポンプ２１は、後述のように制御装置１２により運転の制御がなされる。
【００４６】
一方、膜モジュール１のケーシング２内における透過側空間Ｐは吸引ポンプ２２の作動により、負圧となる。吸引ポンプ２２は、透過水排出口９を通して管状濾過膜３を流れる流出水Ｗ２の流れに対して略直交する方向に吸引する。吸引ポンプ２２は、後述のように制御装置１２により運転の制御がなされる。管状濾過膜３から透過された透過水ＰＷは、透過水排出口９及び透過水配管１８を介して貯留槽２０に貯留される。
また、エア抜き口３３は、吸引ポンプ２２の作動中は閉とする。
【００４７】
膜分離装置１３から排出された濃縮水Ｗ３（返送汚泥）は、余剰汚泥Ｍを除く全量が返送配管１９を介して生物処理水槽１１に返送されて、再度、処理が行われる。
また、生物処理装置１０を停止した場合、膜モジュール１の透過側空間Ｐ内の透過水ＰＷの全量が、透過側空間Ｐ外に排出される。換言すれば、制御装置１２が加圧ポンプ２１を停止させることで流出水Ｗ２の流れが止まった場合においても、透過側空間Ｐに透過水ＰＷが滞留することがない。
【００４８】
次に、本実施形態の生物処理装置１０の制御方法について説明する。
図３に示すように、本実施形態の生物処理装置１０の制御方法は、制御装置１２が生物処理装置１０の運転を開始してから、加圧ポンプ２１を用いて濃縮側空間Ｓに流出水Ｗ２を加圧する流出水加圧工程Ｐ１と、吸引ポンプ２２を用いて膜分離装置１３の透過側空間Ｐの透過水ＰＷを吸引する透過水吸引工程Ｐ２と、透過側空間Ｐの圧力の絶対値が閾値より大きいか否かを制御装置１２が判定する圧力判定工程Ｐ３と、透過側空間Ｐの圧力の絶対値が閾値より大きい場合に制御装置１２が加圧ポンプ２１によって加圧される流出水Ｗ２の流量を増加させる流出水流量増加工程Ｐ４と、流出水Ｗ２の流量を制御装置１２が調整する流出水流量調整工程Ｐ５と、を有している。
【００４９】
流出水加圧工程Ｐ１及び透過水吸引工程Ｐ２では、制御装置１２は、流速計６６から受信した流速の値に基づき、膜面流速及びＦＬＵＸ（透過水ＰＷの流出量）が計画値を満足する範囲となるように、加圧ポンプ２１及び吸引ポンプ２２を制御する。膜面流速とは、管状濾過膜３の内側を流出水Ｗ２が流れる速度である。膜面流速は、例えば、０．１５ｍ／ｓ−０．３０ｍ／ｓである。
【００５０】
圧力判定工程Ｐ３では、圧力計２３によって測定された透過側空間Ｐの圧力（水圧）の値が、閾値より大きいか否か、制御装置１２が判定する。
ここで、管状濾過膜３の内周面３５ａに汚泥等の異物が堆積した状態では、十分に透過水ＰＷが管状濾過膜３を通過しない。このため、吸引ポンプ２２の作動により負圧とされている透過側空間Ｐの圧力は、透過水ＰＷが十分に通過しないことによって、吸引ポンプ２２の動力が増加されるので、絶対値が上昇し、閾値よりも大きくなる。
透過側空間Ｐの圧力の閾値は、例えば、事前の実験などによって適宜決定することができる。
【００５１】
そこで、この状態を回復するため、流出水流量増加工程Ｐ４では、制御装置１２は、加圧ポンプ２１を制御して、濃縮側空間Ｓに供給される流出水Ｗ２の流量を増加させる。このとき、制御装置１２は、吸引ポンプ２２を透過水吸引工程Ｐ２と同様に通常運転させており、動力を増加させる制御は行わない。流出水Ｗ２の流量が増加する（流出水Ｗ２の圧力が高まる）ことにより、管状濾過膜３の内側に堆積した異物が下流側に押し流される。これにより、管状濾過膜３の機能が回復し、透過水ＰＷが透過側空間Ｐに流れるようになる。当該回復によって、圧力計２３が制御装置１２へ送信する圧力の値は閾値以下となる。
【００５２】
流出水流量調整工程Ｐ５では、流出水流量増加工程Ｐ４にて増加した流出水Ｗ２の流量を調整する制御が行われる。
制御装置１２は、圧力計２３から受信した圧力の値が閾値以下となったことで、加圧ポンプ２１を制御して、流出水Ｗ２の流量を元に戻す。
【００５３】
また、流出水Ｗ２の流量が流出水流量増加工程Ｐ４により一時的に増加したことで、濃縮水Ｗ３（返送汚泥）の量が増加し、このため制御装置１２が受信する水位測定装置５６の測定した水位の値が所定値より大きくなっている。そこで、制御装置１２は、余剰汚泥調整装置６７（例えば、ポンプやバルブ）を制御して、余剰汚泥配管２８から引き抜かれる余剰汚泥Ｍの量を増加させ、水位測定装置５６の測定した水位の値が所定値となるように調整する。
【００５４】
また、制御装置１２は、水位測定装置５６の測定値に基づいて、生物処理水槽１１に供給される被処理水Ｗ１の流量を制御することができる。
【００５５】
上記実施形態によれば、管状濾過膜３を親水性を有する材料で形成することによって、膜面流速を低くすることができる。膜面流速は、例えば、０．１５ｍ／ｓ−０．３０ｍ／ｓとすることができる。
【００５６】
管状濾過膜３が疎水性である場合、膜面流速を高くする必要がある（例えば、２．５ｍ／ｓ）。このため、循環流量が多くなり、循環水を一時貯留する槽や、この槽に循環水を導入する配管が必要となる。
【００５７】
本実施形態の生物処理装置１０は、膜面流速を低くすることができるため、循環流量を少なくすることができる。これにより、加圧ポンプ２１の動力を低減することができる。また、循環水を一時貯留するための槽や、この槽に循環水を導入するための配管が不要となる。また、循環水の流量が少なくなることにより、配管を小径化することができる。
【００５８】
また、透過側空間Ｐの圧力に基づいて濃縮側空間Ｓに供給される流出水Ｗ２の供給量を制御することによって、管状濾過膜３の内周面に異物が堆積した場合においても、堆積した異物を押し流して管状濾過膜３の機能を回復させることができる。また、このとき、吸引ポンプ２２の吸引力を変動させない運転を行うことによって、吸引ポンプ２２の運転を安定化させることができる。ただし、流出水流量増加工程Ｐ４において、制御装置１２が吸引ポンプ２２の吸引力を増減させる制御を行って、管状濾過膜３を振動させる構成としてもよい。当該振動により、異物の剥離が促進されるからである。
【００５９】
膜面流速が低い場合、一般的に、管状濾過膜の入口と出口の間のＭＬＳＳ（浮遊物質）濃度差が大きく、出口側に汚泥が堆積しやすい。よって、出口における透過水量が少なくなる。
一方、本実施形態の膜モジュール１は、縦置きとするとともに、管状濾過膜３を流れる流出水Ｗ２が上方から下方へ流れる構成とした。このような構成としたことにより、ヘッド差により出口の透過水量を補うことができる。即ち、管状濾過膜３全体を有効に活用することができ、加圧ポンプ２１の動力を低減することができる。
【００６０】
また、流出水Ｗ２の粗繊維量に応じて、管状濾過膜３の内径を選定することによって、管状濾過膜３が粗繊維分によって閉塞されることを抑制できる。
【００６１】
なお、上記実施形態では、膜モジュール１として、管状濾過膜３を並列に配列した膜モジュール１を採用したがこれに限ることはない。例えば、図４に示すように、複数の管状濾過膜３を直列に接続してもよい。即ち、複数の管状濾過膜３の一端同士、及び管状濾過膜３の他端同士、を複数の管状濾過膜３が直列的に接続されるように接続する複数のＵ字状の第一接続部材４６を有する構成としてもよい。
【００６２】
このとき、直列に接続された複数の管状濾過膜３と流出水導入口７とを管状の第二接続部材５９で直接的に接続するとともに、直列に接続された複数の管状濾過膜３と濃縮水排出口８とを管状の第三接続部材６０で直接的に接続してもよい。この場合、第一ヘッダ空間Ｓ１及び第二ヘッダ空間Ｓ２は無くてもよい。よって、第一側壁５と第二側壁６をなくすなど、ケーシング２の構成を変更してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態の膜モジュール１は上方から管状濾過膜３に導入された流出水Ｗ２が、管状濾過膜３内を下方に向かって流れるので動力の小さい加圧ポンプが採用できる構成であるがこれに限ることはない。動力の大きい加圧ポンプを採用した場合には、ケーシング２の下部に流出水導入口７を設けるとともにケーシング２の上部に濃縮水排出口８を設け、流出水Ｗ２が管状濾過膜３内を上方に向かって流れる構成としてもよい。
【００６４】
〔第一実施形態の変形例〕
以下、本発明の第一実施形態の変形例の生物処理装置１０Ｂを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の生物処理水槽１１Ｂは、活性汚泥法を用いている。
生物処理水槽１１Ｂは、被処理水Ｗ１と返送汚泥とを混合する好気槽６２を備えている。好気槽６２は、ＯＲＰ測定装置５１（５１Ｅ）と、ｐＨ測定装置５２（５２Ｅ）と、ＤＯ測定装置５３（５３Ｅ）と、を備えている。好気槽６２は、曝気装置５７（５７Ｅ）を備えている。
被処理水Ｗ１は、活性汚泥と混合され、曝気されることにより、浄化される。
【００６５】
上記変形例によれば、第一実施形態で述べた効果のみならず、より低コストで生物処理を行うことができる。
【００６６】
さらに、例えば次のような変形例もある。
以下、本発明の第一実施形態の変形例の生物処理装置１０Ｃを図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態の生物処理水槽１１Ｃは、メタン発酵を用いている。
生物処理水槽１１Ｃは、密閉容器であるメタン発酵槽６３を備えている。メタン発酵槽６３は、メタン発酵槽６３内の嫌気性菌（微生物）に高分子有機物を分解させて、メタンガス（バイオガス）を発生させる設備である。また、生物処理水槽１１Ｃは、メタン発酵槽６３内にアルカリ剤を供給するアルカリ剤供給装置６８を備えている。
【００６７】
メタン発酵槽６３は、メタンガスをメタン発酵槽６３の下部へ循環させるガス循環ライン６４を備えている。ガス循環ライン６４は、ガス循環ライン６４を流れるメタンガスの一部を取り出すガス分岐ライン６５を有している。また、ｐＨ測定装置５２（５２Ｆ）の測定値が所定値より過度に酸性になった場合には、制御装置１２がアルカリ剤供給装置６８からアルカリ剤を供給し、ｐＨ測定装置５２（５２Ｆ）の測定値が当該所定値となるように制御する。
ガス分岐ライン６５を介して取り出されるメタンガスは、発電装置などに送られて利用することができる。なお、ガス循環ライン６４を設けることなく、メタンガスの全量を発電装置などに送ってもよい。メタン発酵槽６３に、メタン発酵槽６３に貯留された被処理水Ｗ１を撹拌する撹拌装置を設けてもよい。
【００６８】
上記変形例によれば、第一実施形態で述べた効果のみならず、メタン発酵により発生するメタンガスを回収することによって、メタンガスのエネルギーを発電などに利用することができる。また、発電機に、さらに熱回収設備を設けることで、エネルギー回収率を向上させることが出来る。
【００６９】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の生物処理装置を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。本実施形態と第一実施形態との相違点は、第一実施形態の生物処理装置１０において、膜分離装置１３ではなく、図７に示す膜分離装置１３Ｄを採用していることである。
図７に示すように、本実施形態の膜分離装置１３Ｄにおいて、複数の膜モジュール１Ｄは、膜分離装置１３Ｄの筐体１４内に、横向きで配置されている。即ち、膜モジュール１Ｄの円筒形状のケーシング２の軸線Ａ（図８参照）は、第一実施形態と異なり、水平方向に延在している。
【００７０】
図８に示すように、膜モジュール１Ｄは、円筒形状のケーシング２と、複数の管状濾過膜３と、管状濾過膜３を補強する補強部材３４と、を備えている。
【００７１】
本実施形態の膜モジュール１Ｄは、各々の管状濾過膜３を補強する補強部材３４を備えている。補強部材３４は、各々の管状濾過膜３を外周側から覆っている筒状の部材である。管状濾過膜３は、補強部材３４の内周側に挿通されている。
【００７２】
図９に示すように、補強部材３４は、管状濾過膜３の外周側に配置される筒状本体部３５と、筒状本体部３５の内周面３５ａに設けられた複数の支持部３６と、筒状本体部３５に形成された複数の貫通孔３７と、を有している。
筒状本体部３５は、円筒状をなしている。図１０に示すように、筒状本体部３５の内径（内周面３５ａの直径）は、管状濾過膜３の外径より大きい。筒状本体部３５の内周面３５ａと管状濾過膜３の外周面との間には、隙間Ｇが形成されている。管状濾過膜３の外径を、例えば、５ｍｍとすると、筒状本体部３５の内径は、例えば、７ｍｍとすることができる。この場合、筒状本体部３５の内周面３５ａと管状濾過膜３の外周面との間の隙間ＧＧは２ｍｍである。筒状本体部３５は、管状濾過膜３との間の隙間Ｇが一定となるように形成されている。
【００７３】
筒状本体部３５の長さは、第一隔壁３０と第二隔壁３１との間の間隔と同じである。即ち、筒状本体部３５の長さは、透過側空間Ｐに露出している管状濾過膜３の長さと同じである。
筒状本体部３５は、例えば、チタンやアルミニウムなどの軽量の金属や、ポリアセタール樹脂などのプラスチックによって形成することができる。筒状本体部３５の板厚は、補強部材３４の強度を損なわない範囲で、可能な限り薄くすることが好ましい。
【００７４】
支持部３６は、筒状本体部３５の軸線Ａ方向（延在方向）に延在する突起である。支持部３６は、筒状本体部３５の周方向に、間隔をあけて複数（本実施形態では８つ）形成されている。各々の支持部３６の高さは、筒状本体部３５の内周面３５ａと管状濾過膜３の外周面との間の隙間Ｇの幅と、略同一である。
【００７５】
なお、本実施形態の補強部材３４は、８つの支持部３６を有しているが、管状濾過膜３を支持することができればこれに限ることはない。筒状本体部３５と管状濾過膜３との間の空間、即ち、透過水ＰＷが排出される空間をより広く確保するためには、支持部３６の数を３つにするなど、できるだけ少ないことが好ましい。
また、上記実施形態では、支持部３６が筒状本体部３５の軸線Ａ方向に連続して形成されているが、これに限ることはない。支持部３６は、筒状本体部３５と管状濾過膜３との間の空間を埋めることなく、この空間を可能な限り確保しながら、管状濾過膜３を支持できればよい。例えば、支持部３６は、軸線Ａ方向に断続的に形成されてもよい。また、管状濾過膜３を互いに離間する複数の支持突起により点支持する構成としてもよい。
【００７６】
貫通孔３７は、筒状本体部３５の外周側と筒状本体部３５の内周側とを連通させる開口である。複数の貫通孔３７は、筒状本体部３５の外面の全面に規則的に（均等に）配置されている。貫通孔３７は、補強部材３４の強度を損なわない範囲で、可能な限り多く形成することが好ましい。筒状本体部３５の周方向における貫通孔３７の位置は、支持部３６と異なっていることが好ましい。
【００７７】
上記実施形態によれば、膜モジュール１Ｄを横置き、即ち、ケーシング２が水平方向に延在するように配置することによって、膜モジュール１Ｄを複数配置する場合においても、膜モジュール１Ｄの交換を容易とすることができる。これにより、複数の膜モジュール１Ｄからなる膜分離装置１３Ｄのメンテナンスを容易とすることができる。
【００７８】
また、複数の管状濾過膜３が補強部材３４によって補強されていることによって、管状濾過膜３が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜３が撓むことを防止することができる。
また、補強部材３４の支持部３６によって補強部材３４の内周面３５ａと管状濾過膜３の外周面との間に隙間Ｇが形成されることによって、管状濾過膜３から透過される透過水ＰＷの流れを阻害することなく、管状濾過膜３を撓まないように支持することができる。
【００７９】
また、膜モジュール１Ｄを縦置きする場合は、管状濾過膜３の一端と他端のヘッド差（抵抗）が大きくなる。膜モジュール１Ｄを横置きすることによって、膜モジュール１Ｄを縦置きする場合と比較して、ヘッド差が小さくなり、ＦＬＵＸ（流出量）分布を小さくすることができる。
【００８０】
また、膜モジュール１Ｄを横置きすることによって、複数の膜モジュール１Ｄ同士を直列的に接続することが容易となる。膜分離装置１３Ｄを構成する複数の膜モジュール１Ｄの配列方法を直列にする場合においても対応が容易となる。
【００８１】
なお、上記実施形態では、補強部材３４の長さを第一隔壁３０と第二隔壁３１との間の間隔と同じにしたがこれに限ることはない。例えば、補強部材３４の長さを第一隔壁３０と第二隔壁３１との間の間隔よりも長くして、補強部材３４を第一隔壁３０及び第二隔壁３１の挿通孔３２に挿通してもよい。このような形態とすることによって、管状濾過膜３にかかる負担をより軽減することができる。
【００８２】
また、補強部材３４は、筒状をなし、管状濾過膜３の外周側に管状濾過膜３と接するように配置されたメッシュ状の網状構造体としてもよい。網状構造体は、例えば、複数の線状のプラスチックを互いに格子状に組み合わせることによって形成されているプラスチック管とすることができる。
【００８３】
当該線状のプラスチックの代替として、例えば、ステンレス鋼などの金属で形成されたワイヤを採用することもできる。また、ビニール等で被覆されたワイヤを採用してもよい。
また、複数の線状のプラスチックの組み合わせ方は、格子状に限ることはなく、複数の線状のプラスチックを六角形に編んでもよい。
【００８４】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の膜モジュールに使用される補強部材を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。本実施形態と第二実施形態との相違点は、第一実施形態の生物処理装置１０において膜分離装置１３ではなく図７に示す膜分離装置１３Ｄを採用しているのみならず、膜分離装置１３Ｄの補強部材３４に代わり、図１１の補強部材３４Ｅを採用していることである。
図１１に示すように、本実施形態の補強部材３４Ｅは、円形板状をなす板状本体部４８と、板状本体部４８に形成された複数の膜挿通孔４９と、を有している。複数の膜挿通孔４９には、それぞれ管状濾過膜３が挿通される。補強部材３４Ｅは、ケーシング２の軸線Ａ方向に間隔をあけて３つ設けられている。
【００８５】
補強部材３４Ｅの板状本体部４８の外周面４８ａは、ケーシング２の内周面に当接している。補強部材３４Ｅは、補強部材３４Ｅの下部がケーシング２の内周面に当接することで支持される。補強部材３４Ｅの下部の外周面４８ａは、補強部材３４Ｅを支持する補強部材支持部として機能する。また、透過水ＰＷが透過側空間Ｐ内で流通するように、例えば補強部材３４Ｅの一部に、切欠５５が存在することが望ましい。
【００８６】
上記実施形態によれば、補強部材３４Ｅによって複数の管状濾過膜３が機械的に連結される。これにより、管状濾過膜３が水平方向に延在する配置とした場合においても、管状濾過膜３が撓むことを防止することができる。
また、本実施形態の補強部材３４Ｅは、管状濾過膜３を延在方向の３点のみで支持するため、第四実施形態の補強部材３４Ｅと比較して、透過水ＰＷをより透過させることができる。
【００８７】
なお、上記実施形態の補強部材３４Ｅは、補強部材３４Ｅの外周面４８ａがケーシング２の内周面に当接しているがこれに限ることはない。即ち、補強部材３４Ｅがケーシング２の内周面によって支持されていれば、補強部材３４Ｅの上部がケーシング２の内周面に当接していなくてよい。また、例えば多角形状など、外周の一部がケーシング２に当接する形状でもよい。
また、補強部材３４Ｅの数は３つに限ることはなく、管状濾過膜３の強度に応じて、適宜増減させてよい。
【００８８】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、管状濾過膜３の本数に関して、図２などには５本の管状濾過膜３を示したが、管状濾過膜３の本数はこれに限ることはない。
また、第一実施形態の変形例で示した構成を、第二実施形態、第三実施形態に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１，１Ｄ  膜モジュール
２  ケーシング
３  管状濾過膜
４  ケーシング本体
５  第一側壁
６  第二側壁
７  流出水導入口
８  濃縮水排出口
９  透過水排出口
１０，１０Ｂ，１０Ｃ  生物処理装置
１１，１１Ｂ  生物処理水槽
１２  制御装置
１３，１３Ｄ  膜分離装置
１５  被処理水配管
１７  流出水供給配管
１８  透過水配管
１９  返送配管（返送ライン）
２０  貯留槽
２１  加圧ポンプ
２２  吸引ポンプ
２３  圧力計
２４  脱窒槽
２５  硝化槽
２６  二次脱窒槽
２７  再曝気槽
２８  余剰汚泥配管（余剰汚泥排出部）
３０  第一隔壁
３１  第二隔壁
３２  挿通孔
３３  エア抜き口
３４  補強部材
３５  筒状本体部
３６  支持部
３７  貫通孔
４８  板状本体部
４９  膜挿通孔
５１  ＯＲＰ測定装置
５２  ｐＨ測定装置
５３  ＤＯ測定装置
５４  有機炭素源供給装置
５５  切欠
５６  水位測定装置
５７  曝気装置
６２  好気槽
６３  メタン発酵槽
６４  ガス循環ライン
６５  ガス分岐ライン
６６  流速計
６７  余剰汚泥調整装置（バルブ、ポンプ）
６８  アルカリ剤供給装置
Ｇ  隙間
Ｍ  余剰汚泥
ＰＷ  透過水
Ｓ  濃縮側空間
Ｓ１  第一ヘッダ空間
Ｓ２  第二ヘッダ空間
Ｓ３  濾過膜内空間
Ｐ  透過側空間
Ｗ１  被処理水
Ｗ２  流出水
Ｗ３  濃縮水
【図１】
0006264698.tif 000002
【図２】
0006264698.tif 000003
【図３】
0006264698.tif 000004
【図４】
0006264698.tif 000005
【図５】
0006264698.tif 000006
【図６】
0006264698.tif 000007
【図７】
0006264698.tif 000008
【図８】
0006264698.tif 000009
【図９】
0006264698.tif 000010
【図１０】
0006264698.tif 000011
【図１１】
0006264698.tif 000012