(57)【要約】【課題】            凝集剤の使用を抑制しつつ膜面の閉塞を防止できる膜分離法における凝集剤注入方法を提供する。【解決手段】        槽内混合液を反応槽１１に浸漬した膜分離装置１２の膜面にクロスフローで供給して膜分離するに際して、槽内混合液に膜分離装置１１へ流入する直前の上流側位置で凝集剤供給ノズル１７から凝集剤を供給し、膜面上をクロスフローで流れる槽内混合液の流れ中に凝集剤を未反応で新鮮な状態で、かつ高濃度に存在させ、膜汚染物質を膜面から離間させて膜汚染物質の付着を抑制する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理液を膜分離装置の膜面にクロスフローで供給して膜分離するに際して、被処理液に膜分離装置へ流入する直前の上流側位置で凝集剤を供給することを特徴とする膜分離法における凝集剤注入方法。
【請求項２】
上下方向に配置する平板状の複数の膜カートリッジを所定間隔で平行に配列してなる膜分離装置を反応槽内に浸漬し、膜分離装置の下方に配置した散気装置から噴出する曝気空気で上昇流を生起させ、散気装置の上方位置もしくは下方位置で凝集剤を供給し、凝集剤をともなう被処理液の上昇流を膜カートリッジ間の流路にクロスフローで供給することを特徴とする請求項１に記載の膜分離法における凝集剤注入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜分離法における凝集剤注入方法に関し、膜面閉塞の防止の技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機物、窒素濃度の高い窒素含有汚水を処理する方法として、膜分離装置を併用して反応槽の活性汚泥濃度を高く維持する浸漬型膜分離活性汚泥処理方法がある。
この方法では、例えば図７に示すように、前処理設備において夾雑物を除去した汚水を第１反応槽（脱窒槽）１に貯留し、第１反応槽１から槽内混合液を一定流量で第２反応槽（膜分離槽）２に供給するとともに、第２反応槽２から槽内混合液を第１反応槽１へ返送して循環する間に生物学的脱窒し、第２反応槽２において膜分離装置３で固液を分離し、ろ液を減菌槽を経て放流している。第２反応槽２では散気装置４から散気する空気によって上昇流を生じさせ、この上昇流によって槽内混合液を膜分離装置３の膜面に対してクロスフローで供給し、固気液混相の上昇流を膜面に掃流として作用させることで、分離した固形分の付着に起因して膜面が閉塞することを防止している。
【特許文献１】特開２００１−６２４７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、汚水中の汚濁物に含まれた溶解性物質（コロイド性物質）を水から分離するために凝集剤を用いることが一般に行われるが、溶解性物質の除去には多量の凝集剤が必要となり、高濃度に凝集剤を注入すると膜の細孔に凝集剤自体が詰まるだけなく、コストが大きくなる。一般に凝集剤は処理系内に流入する原水に注入するか、反応槽（膜分離槽）に注入する。
【０００４】
膜分離は汚水中の汚濁物の分離に有効であるが、膜汚染物（バイオフィルム等）が非常に少ない状態でないと、水が膜を透過する際に膜汚染物が膜の孔に目詰まることなる。つまり、膜汚染物が多い汚水を膜分離する場合には膜分離操作を長期に継続して行うことはできず、膜面洗浄のために逆洗操作を定期的に行う必要があり、逆洗操作の頻度が増加すると稼動率が低下する問題がある。膜は本来疎水性である膜表面を親水化して使用するが、汚れが付着するにしたがって疎水化する。膜面に対する汚れの付着はほとんどが可逆的吸着であり、付着したものを他の物質に付着させるためには凝集剤を一定濃度（閾値）以上で反応させる必要がある。反応に必要な凝集剤濃度、凝集剤性状は対象水の種類によって様々であり、凝集剤の使用量が多くなる場合にはコスト的な問題がある。
【０００５】
本発明は上記した課題を解決するものであり、凝集剤の使用を抑制しつつ膜面の閉塞を防止できる膜分離法における凝集剤注入方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載する本発明の膜分離法における凝集剤注入方法は、被処理液を膜分離装置の膜面にクロスフローで供給して膜分離するに際して、被処理液に膜分離装置へ流入する直前の上流側位置で凝集剤を供給するものである。
【０００７】
上記した構成により、膜分離装置はクロスフローで供給する被処理液により膜面に洗浄効果を与えて膜分離した固形物の付着を抑制しつつ、被処理液を膜分離する。
膜分離装置の膜面には被処理液の生物処理に由来するバイオフィルム等の膜汚染物質が経時的に増加する傾向にある。しかし、膜分離装置へ流入する直前の上流側位置で被処理液に供給した凝集剤が膜面上をクロスフローで流れる被処理液の流れ中に高濃度に存在し、膜面に付着する膜汚染物質に対して凝集剤が集中的に接触し、その吸着反応によって膜汚染物質を膜面から離間させて膜汚染物質の付着を抑制する。
【０００８】
請求項２に記載する本発明の膜分離法における凝集剤注入方法は、上下方向に配置する平板状の複数の膜カートリッジを所定間隔で平行に配列してなる膜分離装置を反応槽内に浸漬し、膜分離装置の下方に配置した散気装置から噴出する曝気空気で上昇流を生起させ、散気装置の上方位置もしくは下方位置で凝集剤を供給し、凝集剤をともなう被処理液の上昇流を膜カートリッジ間の流路にクロスフローで供給するものである。
【０００９】
上記した構成により、被処理液、凝集剤、曝気空気を含む固気液混相の上昇流は、膜分離装置の膜カートリッジ間の流路へクロスフローで流入し、膜分離装置の膜面に洗浄効果を及ぼす。このとき、膜面上をクロスフローで流れる被処理液の固気液混相の層流中には、膜分離装置へ流入する直前の上流側位置である散気装置の上方位置もしくは下方位置で被処理液に供給した凝集剤が、膜分離装置外の反応槽内領域に拡散することなく、膜カートリッジ間の狭い領域において高濃度に存在し、膜面に付着する膜汚染物質に対して凝集剤が集中的に接触し、その吸着反応によって膜汚染物質を膜面から離間させて膜汚染物質の付着を抑制する。
【００１０】
ところで、膜分離装置から被処理液とともに流れ出た凝集剤は反応槽内の被処理液中に拡散し、被処理液中の膜汚染物質のみならず汚泥粒子に吸着反応を及ぼして消費される。したがって、反応槽内を循環した被処理液が再び膜分離装置へ流入する際に、循環中に帯同した凝集剤による吸着反応は弱くなる。また、反応槽内で生物処理に起因して発生する膜汚染物質は膜分離によって膜面上に最も高濃度に存在する。
【００１１】
しかし、膜分離装置へ流入する直前の上流側位置である散気装置の上方位置もしくは下方位置で被処理液に供給する凝集剤は、未反応の新鮮な状態で、かつ高濃度に膜面上に存在するので、膜面上に膜汚染物質が高濃度に付着していても、十分に膜汚染物質を除去するに必要な濃度閾値に凝集剤を維持することができ、吸着反応において競合する汚泥粒子に阻害されることなく未反応の新鮮な状態の凝集剤が膜面上の膜汚染物質に選択的に集中して吸着反応を及ぼすことができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、膜分離装置へ流入する直前の被処理液に凝集剤を供給することで、膜面上をクロスフローで流れる被処理液の層流中に凝集剤を未反応で新鮮な状態で、かつ高濃度に存在させることができ、膜面に付着する膜汚染物質に対して凝集剤を選択的に集中して吸着反応を及ぼし、膜汚染物質を膜面から離間させて膜汚染物質の付着を抑制することができる。したがって、膜分離装置において膜を透過する膜ろ液の透過速度を上げて運転コストを抑制しつつ、凝集剤で膜汚染物質による膜面の閉塞を抑制することで安定運転を実現できる。また、添加する凝集剤の注入率を最少限に抑制して最大限の効果を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態は膜分離装置を反応槽内に浸漬する浸漬型平膜活性汚泥法について説明するが、本発明は膜分離装置を槽外に配置する場合にも適用できる。
【００１４】
図１において、反応槽１１には膜分離装置１２を浸漬しており、膜分離装置１２は膜充填部１３を有し、膜充填部１３には駆動圧（膜間差圧）を与える吸引ポンプ１４を接続している。この吸引ポンプ１４に代えて重力ろ過方式を採用することも可能である。膜充填部１３の下方には散気装置の散気管１５を配置しており、散気管１５にはブロワ１６を接続している。
【００１５】
図２に示すように、膜充填部１３は所定間隙をあけて平行に配列する膜カートリッジ１３ａからなり、各膜カートリッジ１３ａは濾板の表裏両側面に有機平膜を配置してなり、膜面を上下方向に沿わせて配置する。膜充填部１３にはセラミック膜やチューブ状の膜を使用することも可能である。
【００１６】
散気管１５の上方位置には凝集剤供給ノズル１７を配置しており、凝集剤供給ノズル１７には送液ポンプ１８を介して凝集剤槽１９を接続している。使用する凝集剤は膜に目詰まらないカチオン系の凝集剤が好ましく、さらには後述する膜汚染物質と親和性の高い、例えば有機性高分子凝集剤が好ましい。
【００１７】
凝集剤供給ノズル１７は散気管１５の下方位置に配置することも可能であり、複数箇所に設置することも可能であり、供給した凝集剤が後述する上昇流による乱流によって強い攪拌作用を受けるところに設けることが好ましい。反応槽１１には被処理液としての汚水を供給する汚水供給系２０を接続するとともに、余剰汚泥を排出する汚泥排出系２１を設けている。
【００１８】
以下、上記した構成における作用を説明する。ブロワ１６によって供給する空気を散気管１５から散気し、散気管１５から噴出する曝気空気によって上昇流を生起させる。また、送液ポンプによって凝集剤槽１９の凝集剤を凝集剤供給ノズル１７に供給し、膜分離装置１２へ流入する直前の上流側位置である散気管１５の上方位置で上昇流中に凝集剤供給ノズル１７から凝集剤を供給する。
【００１９】
図３に示すように、上昇流中に注入した凝集剤は乱流による強い攪拌作用を受けて上昇流中に均等に分散する。図２に示すように、汚水、活性汚泥、凝集剤を含む槽内混合液と曝気空気との固気液混相の上昇流は、膜分離装置１２の膜カートリッジ１３ａの間の流路へクロスフローで流入し、膜分離装置１２の膜面に洗浄効果を与える。膜分離装置１２はクロスフローで流入する汚水を膜分離し、膜分離した汚泥粒子等の固形物の付着を上昇流による洗浄効果によって抑制する。
【００２０】
膜分離装置１２の各膜カートリッジ１３ａの膜面には汚水の活性汚泥処理に由来するバイオフィルム等の膜汚染物質が経時的に増加する傾向にある。
このとき、膜カートリッジ１３ａが平膜型であるために、膜面上をクロスフローで流れる槽内混合液の固気液混相流は一方向へ均等に流れ、流れには、膜分離装置１２へ流入する直前に供給した凝集剤が、膜分離装置１２の外部の反応槽内領域に拡散することなく、膜カートリッジ１３ａの間の狭い領域において高濃度に存在する。
【００２１】
このため、図４および図５に示すように、未反応で高濃度の凝集剤２２が、反応槽内の汚泥粒子に対するよりも優先的に、膜面に付着する膜汚染物質２３に対して選択的に集中して接触し、親和性の高い有機性高分子凝集剤２２の吸着反応によって膜汚染物質２３を膜面から離間させて膜汚染物質２３の付着を抑制する。
【００２２】
したがって、汚泥濃度を多少高負荷で運転しても安定した運転が可能であり、凝集剤として膜面に目詰まり難いカチオン系のものを使用することで、凝集剤の濃度が多少上昇しても安定した運転が可能である。
【００２３】
膜分離装置１２から被処理液とともに流れ出た凝集剤は反応槽１１の内部の槽内混合液中に拡散し、槽内混合液中の膜汚染物質のみならず汚泥粒子に吸着反応を及ぼして消費される。したがって、反応槽１１を循環した槽内混合液が再び膜分離装置１２へ流入する際には、循環中に帯同した凝集剤による吸着反応は弱くなる。また、反応槽１１において活性汚泥処理に起因して発生する膜汚染物質は膜分離によって膜面上に最も高濃度に存在する。
【００２４】
しかし、膜分離装置１２へ流入する直前の上流側位置である散気管１５の上方位置で槽内混合液に供給する凝集剤２２は、未反応の新鮮な状態で、かつ高濃度に膜面上に存在するので、膜面上に膜汚染物質２３が高濃度に付着していても、十分に膜汚染物質を除去するに必要な濃度閾値に凝集剤２２を維持して電気的吸着反応速度を高めることができ、未反応の新鮮な状態の凝集剤２２が膜面上の膜汚染物質２３に選択的に集中して吸着反応を及ぼすことができる。
【００２５】
以下に、凝集剤と膜汚染物質との反応について説明する。膜汚染物質および汚泥粒子を含む汚泥に、活性汚泥による生物的分解作用を受けない凝集剤を添加する。添加直後から適宜の時間間隔で５０ｍＬずつ汚泥をサンプリングし、サンプリングした汚泥をろ紙でデッドエンドろ過し、５分間にろ過されたろ液量を計測した。この凝集剤を添加してからの経過時間とろ過速度との関係を図６に示す。
【００２６】
図６によれば、凝集剤を添加した直後においてはろ液量が多くて高いろ過速度を示すが、凝集剤を添加して１０分後にはろ液量が少なくなりろ過速度が大きく低下する傾向を示し、さらに数時間経過する間にろ過速度が徐々に低下した。
【００２７】
これは、凝集剤を添加した直後においては凝集剤との反応速度が速い膜汚染物質が一瞬に吸着されることで、膜汚染物質によるろ紙の目詰まりが少ないことを示唆し、時間の経過とともに凝集剤が反応速度の遅い大粒の汚泥粒子とも反応し、凝集剤の吸着反応が膜汚染物質と汚泥粒子とで競合し、膜汚染物質に対する凝集剤の吸着効果が薄れて膜汚染物質によるろ紙の目詰まりが多くなることを示唆する。
【００２８】
上述した浸漬型平膜活性汚泥法では、槽容量／槽内の内部循環流量が数１０分である。このため、反応槽に凝集剤を均等に注入する方法では本発明の効果を得ることはできず、膜分離装置へ流入する直前の被処理液に凝集剤を供給することで本発明に独特の作用効果を得ることができる。また、膜面上の膜汚染物質の濃度が高いほどに多くの凝集剤を必要とするが、膜汚染物質の濃度が低い場合には、注入する凝集剤の濃度を下げるか、間欠的な注入とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態における浸漬型平膜活性汚泥法を示す模式図
【図２】同浸漬型平膜活性汚泥法における膜分離装置を示す模式図
【図３】同浸漬型平膜活性汚泥法における凝集剤の広がりを示す模式図
【図４】同浸漬型平膜活性汚泥法における凝集剤の吸着反応を示す模式図
【図５】同浸漬型平膜活性汚泥法における凝集剤の吸着反応を示す模式図
【図６】凝集剤を添加してからの経過時間とろ液量との関係を示すグラフ図
【図７】従来の膜分離活性汚泥法を示す模式図
【符号の説明】
【００３０】
１１    反応槽
１２    膜分離装置
１３    膜充填部
１３ａ  膜カートリッジ
１４    吸引ポンプ
１５    散気管
１６    ブロワ
１７    凝集剤供給ノズル
１８    送液ポンプ
１９    凝集剤槽
２０    汚水供給系
２１    汚泥排出系
２２    凝集剤
２３    膜汚染物質
【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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【図７】
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