(57)【要約】【課題】  活性汚泥処理系統（活性汚泥処理ライン）を複数備えた活性汚泥処理システムにおいて、一部の系統においてのみ活性汚泥処理を行う場合に、システム全体としての処理能力を十分に得ることが可能な運転方法及びその運転方法に使用される膜分離ユニットを提供する。【解決手段】  一部の系統においてのみ活性汚泥処理を行う場合に、この活性汚泥処理を行う系統に対して、膜分離ユニットＵを接続する。膜分離ユニットＵは、透過膜材料で成る多数本の膜エレメントを内装する膜モジュール２を備えており、活性汚泥処理系統の硝化槽１２ａから引き抜いた汚泥を膜エレメントで濾過して固液分離し、濃縮された汚泥を活性汚泥処理系統の硝化槽１２ａに戻す。これにより活性汚泥処理系統でのＭＬＳＳ濃度を高めて、この系統の処理能力を向上させる。【選択図】      図４
2005081273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥処理系統を複数備えた活性汚泥処理システムにおいて、一部の系統においてのみ活性汚泥処理動作を行わせる場合の運転方法であって、
膜エレメントを備えた膜分離ユニットを上記活性汚泥処理動作を行う系統に接続し、この系統から汚泥を引き抜いて膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過することにより処理水を得ると共に、この濾過動作後の上記一次側の汚泥を上記活性汚泥処理動作を行う系統に戻すことを特徴とする活性汚泥処理システムの運転方法。
【請求項２】
請求項１記載の活性汚泥処理システムの運転方法において、
活性汚泥処理系統は少なくとも一つの生物反応槽及び最終沈殿槽を備えており、
活性汚泥処理動作を行っている系統における上記生物反応槽から最終沈殿槽への汚泥の導入を遮断した状態で、この生物反応槽から汚泥を引き抜いて膜エレメントによる濾過動作を行った後の一次側の汚泥を生物反応槽に戻すことを特徴とする活性汚泥処理システムの運転方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の活性汚泥処理システムの運転方法において、
膜エレメントに対し、二次側から一次側に向けて洗浄水を通過させて膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する逆流洗浄動作を定期的に実行することを特徴とする活性汚泥処理システムの運転方法。
【請求項４】
請求項３記載の活性汚泥処理システムの運転方法に使用される膜分離ユニットであって、
膜エレメントに対し、二次側から一次側に向けて洗浄水を通過させて膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する逆流洗浄動作を実行する逆流洗浄手段を備えていることを特徴とする膜分離ユニット。
【請求項５】
請求項１、２または３記載の活性汚泥処理システムの運転方法に使用される膜分離ユニットであって、
膜エレメントの一次側空間に、汚泥の流れ方向に沿って流れる気泡を供給することによって循環汚泥に搬送力を与える気泡供給手段が設けられていることを特徴とする膜分離ユニット。
【請求項６】
請求項３記載の活性汚泥処理システムの運転方法に使用される膜分離ユニットであって、
逆流洗浄動作の実行中に膜エレメントの一次側空間に比較的大量の空気を一時的に通過させる空気供給手段が設けられていることを特徴とする膜分離ユニット。
【請求項７】
請求項１、２または３記載の活性汚泥処理システムの運転方法に使用される膜分離ユニットであって、
膜エレメントは膜分離器本体の内部に収容されており、
上記膜分離器本体の薬液洗浄時にこの膜分離器本体の内部に薬液を供給する薬液供給管が、膜分離器本体から処理水を導出する導出管に接続されており、
この薬液供給管から導出管を経て薬液を膜分離器本体の内部に供給する薬液洗浄動作を実行する薬液洗浄手段が設けられていることを特徴とする膜分離ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂活性汚泥プロセスによって下水や産業廃水等の処理を行う活性汚泥処理システム（水処理システム）の運転方法及びその運転方法に使用される膜分離ユニットに係る。特に、本発明は、活性汚泥処理系統（活性汚泥処理ライン）を複数備えたシステムにおいて、一部の系統においてのみ活性汚泥処理を行う場合の運転方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、下水や産業廃水等の汚水を処理する活性汚泥処理システムとしては種々のものが提案されている。その一例として、下記の特許文献１に開示されているように、脱窒槽及び硝化槽を備え、脱窒槽における嫌気工程及び硝化槽における好気工程により汚水の脱窒や脱リンを行う嫌気好気活性汚泥法を利用した水処理システムが知られている。
【０００３】
この水処理システムでは、汚水中に含まれる窒素化合物が好気工程において活性汚泥により酸化されて硝酸性窒素になり、その後、嫌気工程によって硝酸性窒素から酸素を奪って窒素ガスを発生させ、これによって脱窒を行う。また、嫌気工程において活性汚泥からリンが一旦放出され、その後、好気工程によって活性汚泥にリンを過剰採取させることにより脱リンを行う。
【０００４】
また、この処理システムでは、上記活性汚泥による生物反応処理によって流入水（汚水）が浄化された後の処理汚泥は最終沈殿槽へ流出される。そして、この最終沈殿槽の内部において処理汚泥中の固形分を沈殿させることによって処理水と汚泥とが分離され、上澄み水となった処理水をシステムから排出する一方、最終沈殿槽内に沈殿した汚泥を引き抜いて上記脱窒槽及び硝化槽へ返送するようにしている。
【０００５】
また、比較的大量の汚水を処理する能力が要求される大型の活性汚泥処理システムでは、上記脱窒槽、硝化槽及び最終沈殿槽が直列に接続されて成る活性汚泥処理ラインを２系統備えさせ、各活性汚泥処理ラインにおいて生物反応処理を同時並行させるようにしている。
【特許文献１】特開平８−１１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記活性汚泥処理システムにあっては、定期的な改修工事が必要とされている。つまり、各処理槽（脱窒槽、硝化槽及び最終沈殿槽）の内壁の塗装工事や、付設機器の取り換え工事が必要とされている。また、同一システムにおいて処理方式を変更する場合もあり、この際にも、方式変更のための工事が必要である。
【０００７】
しかしながら、この種の工事を実施する際にあっても活性汚泥処理システムを停止することはできないのが実情である。何故なら、この種の工事には数ヶ月を要し、その間にも汚水は発生しており、これを処理していく必要があるからである。
【０００８】
このため、上述の如く２系統の活性汚泥処理ラインを備えたシステムでは、一方の活性汚泥処理ラインのみに対して工事を行い、他方の活性汚泥処理ラインでの生物反応処理を継続させるようにしている。そして、この一方の活性汚泥処理ラインの工事が終了した後に、この活性汚泥処理ラインでの生物反応処理を再開させ、他方の活性汚泥処理ラインに対する工事を行う。
【０００９】
しかしながら、このように単に一方の活性汚泥処理ラインを停止させるのみでは、システムの処理能力が半減してしまい、処理水質の悪化を招いてしまう可能性がある。
【００１０】
この不具合を回避するための手段として、可搬式の仮設水処理システムを予め用意しておくことが掲げられる。この可搬式の仮設水処理システムは、基板上に各種処理水槽（脱窒槽や硝化槽）やポンプ等の付設機器を据え付けて構成されたものである。そして、上記工事の必要が生じた場合には、この仮設水処理システムを現地まで輸送して、活性汚泥処理システムに併設し、この仮設水処理システムによる処理動作と上記他方の活性汚泥処理ラインでの処理動作とを並行させることによってシステム全体としての処理能力の維持を図るようにしている。
【００１１】
ところで、生物反応処理に使用する汚泥の活性度合いは、外気温度に支配される水温の影響を大きく受ける。つまり、水温が低い環境条件では十分な活性を得ることができず、生物反応処理能力を十分に得ることができない。一般に、寒冷地等に建設される活性汚泥処理システムでは、各生物反応槽を地面に埋め込む所謂土木水槽として構築し、冬季であっても生物反応槽内の水温が低下し難いようにして汚泥の活性を維持するようにしている。しかし、上記可搬式の仮設水処理システムを設置する場合、この仮設水処理システムは地上に設置されるものであるため、このシステム内の各生物反応槽は外気に晒されることになり、冬季には水温が低下してしまって汚泥に十分な活性を得ることができず、生物反応処理能力を十分に得ることができなくなってしまう。つまり、可搬式の仮設水処理システムを設置したにも拘わらず、システム全体としての処理能力を十分に得ることができない可能性がある。
【００１２】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、活性汚泥処理系統（活性汚泥処理ライン）を複数備えた活性汚泥処理システムにおいて、一部の系統においてのみ活性汚泥処理を行う場合に、システム全体としての処理能力を十分に得ることが可能な運転方法及びその運転方法に使用される膜分離ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決手段は、互いに独立して構築された活性汚泥処理系統（活性汚泥処理ライン）を複数備えたシステムにおいて、一部の系統においてのみ活性汚泥処理を行う場合に、この活性汚泥処理を行う系統に対して、透過膜材料で成る膜エレメントを備えた膜分離ユニットを接続し、この活性汚泥処理系統内から引き抜いた汚泥を膜エレメントで濾過して固液分離し、濃縮された汚泥を活性汚泥処理系統に戻すようにしている。これにより活性汚泥処理系統でのＭＬＳＳ濃度を高めて（例えば１００００ｍｇ／１程度まで高めて）、この系統の処理能力を向上させるようにしている。つまり、上記濾過動作による処理水の抽出動作と、単位系等当たりの処理能力の向上を図るための動作とを同時に行わせるようにしている。
【００１４】
−解決手段−
具体的に、本発明は、活性汚泥処理系統を複数備えた活性汚泥処理システムにおいて、一部の系統においてのみ活性汚泥処理動作を行わせる場合の運転方法を対象とする。この運転方法に対し、膜エレメントを備えた膜分離ユニットを上記活性汚泥処理動作を行う系統に接続し、この系統から汚泥を引き抜いて膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過することにより処理水を得ると共に、この濾過動作後の上記一次側の汚泥を上記活性汚泥処理動作を行う系統に戻すようにしている。
【００１５】
この運転方法のより具体的な動作としては、活性汚泥処理系統に少なくとも一つの生物反応槽及び最終沈殿槽を備えさせ、活性汚泥処理動作を行っている系統における上記生物反応槽から最終沈殿槽への汚泥の導入を遮断した状態で、この生物反応槽から汚泥を引き抜いて膜エレメントによる濾過動作を行った後の一次側の汚泥を生物反応槽に戻すようにしている。
【００１６】
この特定事項により、活性汚泥処理システムの工事が必要となり、先ず、一つの活性汚泥処理系統を停止させねばならないとき、他の少なくとも一つの活性汚泥処理系統に対して膜分離ユニットを接続する。これにより、この活性汚泥処理動作を行う系統と膜分離ユニットに備えられた膜エレメントとの間で汚泥循環回路が構成されることになる。この状態で活性汚泥処理系統の活性汚泥処理動作を行うと、その系統から取り出された処理汚泥は、膜分離ユニットに供給され、一部の汚泥については後述する濾過が行われた後、活性汚泥処理系統の生物反応槽に戻される。循環回路ではこの循環動作が繰り返される。
【００１７】
膜分離ユニットでは、活性汚泥処理系統から供給された処理汚泥の一部が膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過され、これによって、この処理汚泥の一部が固液分離されて上記二次側に処理水が得られる。つまり、上記循環回路での循環動作が繰り返されながら膜分離ユニットでは処理水が順次得られていく。
【００１８】
このように、膜エレメントの一次側では、汚泥循環回路での循環流速に略等しい流速の処理汚泥が流れているため、この循環回路の循環流速を比較的高く設定しておけば、膜エレメントの一次側の面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメントに付着することなしに活性汚泥処理系統の生物反応槽に戻される。このため、膜エレメントの一次側の面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量は、一般的な浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。浸漬型分離膜ユニットは、膜エレメントの一次側では汚泥が殆ど滞留した状態であるため、処理水が抽出された後の汚泥は押し流されることなしに膜エレメントの一次側の面に付着してしまい、汚泥の濾過を開始した後、短時間のうちに膜エレメントに大量の汚泥が付着してしまって、濾過能力が急激に低下してしまっていた。
【００１９】
本解決手段の構成によれば、循環流の中から処理水を抽出するようにしているので、短時間のうちに膜エレメントに汚泥が付着してしまうといった状況は生じ難く、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能である。尚、循環回路の循環流速は、具体的には循環回路に備えられた循環ポンプの能力により決定される。
【００２０】
また、本解決手段では、処理水の抽出によって濃度が高くなった汚泥（上記一次側の汚泥）が膜分離ユニットから活性汚泥処理系統の生物反応槽に戻される。このため、この生物反応槽におけるＭＬＳＳ濃度を高く設定することができ、生物反応槽での処理能力を向上させることができる。その結果、複数の活性汚泥処理系統のうち一部の系統のみしか稼働させることができない場合であっても、システム全体としての処理能力を維持することができ、安定した生物反応処理を実現することができる。
【００２１】
また、本解決手段では、活性汚泥処理系統から引き抜いた汚泥を濾過し、処理水を抽出した後の濃縮汚泥を再び活性汚泥処理系統に戻すようにしているため、この膜分離ユニットに生物反応槽を備えさせることなしに活性汚泥処理が行える。言い換えると、この膜分離ユニットを使用する処理動作では、既設の活性汚泥処理系統の生物反応槽を利用しながら活性汚泥処理が行える。上述した如く、寒冷地等に建設される活性汚泥処理システムでは、各生物反応槽が地面に埋め込まれて成る所謂土木水槽として構築され、冬季であっても生物反応槽内の水温が低下し難いようになっている。このため、このシステムに本発明に係る膜分離ユニットを適用すれば、外気温が低い場合（寒冷地の冬季）であっても、水温が高く維持された環境下に汚泥を存在させることができ、その結果、汚泥の活性を高く維持することができて、システム全体としての処理能力を十分に確保することができる。
【００２２】
また、上述した如く、膜分離ユニットには生物反応槽を備えさせる必要がないため、この膜分離ユニットを小型のユニットとして構成することができる。従って、ユニットの輸送及び設置作業が容易であると共に、大きな設置スペースを必要としないため、種々の活性汚泥処理システムへ適用することができる。
【００２３】
膜エレメントの一次側面に付着した固形物を除去するための方法及び構成としては以下のものが掲げられる。つまり、膜エレメントに対し、二次側から一次側に向けて洗浄水を通過させて膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する逆流洗浄動作を定期的に実行する運転方法である。
【００２４】
この運転方法を実現するための構成として、膜エレメントに対し、二次側から一次側に向けて洗浄水を通過させて膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する逆流洗浄動作を実行する逆流洗浄手段を備えさせている。
【００２５】
例えば、膜エレメントの一次側面での固形物の付着量が多大になる前に逆流洗浄動作を実行するようにその実行タイミングを設定することにより、この付着している固形物を短時間で剥離することができ、この逆流洗浄動作に要する時間も短くて済む。このため、膜エレメントの一次側面に大量の固形物が付着する状況が回避でき、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を図ることができる。その結果、浸漬型分離膜方式に比べて、小さな膜面積であっても単位時間当たりに得られる処理水の量を大幅に増大（高フラックス化）することができ、高性能の水処理を実現することができる。また、膜エレメントに対する薬液洗浄を行うようにしたものにあってはその頻度を低減することもできる（例えば６カ月に１回程度でよい）ため、水処理動作（濾過動作）の稼働率の向上を図ることができ、これによっても高性能の水処理を実現することができる。
【００２６】
尚、逆流洗浄動作の実行タイミングとしては、例えば濾過動作を５ｍｉｎ間連続して行った後に、８ｓｅｃ間の逆流洗浄を行うことなどが掲げられる。また、逆流洗浄動作に使用する洗浄水としては、濾過動作において得られた処理水を利用することが好ましい。この洗浄水としては上記処理水に限らず、個別の水（水道水等）であってもよい。また、付着固形物の剥離が容易に行えるように水に活性剤等を混入したものであってもよいが、この洗浄水は、膜エレメントの二次側から一次側へ透過した後には活性汚泥処理系統の生物反応槽に流入することになるので、生物反応処理に悪影響を与えないものである方が好ましい。
【００２７】
上記膜エレメントは膜分離器本体の内部に収容されており、これによって膜分離器が構成されている。この膜分離器の具体構成としては以下のものが掲げられる。つまり、透過膜材料を円筒形に成形して膜エレメントを構成している。そして、多数本の膜エレメントを膜分離器本体内に収容して、各膜エレメントの内部空間と活性汚泥処理系統の生物反応槽との間で汚泥循環回路を構成する。更に、上記生物反応槽から各膜エレメントに供給された汚泥が、各膜エレメントの一次側である内部から二次側である外部に向けて濾過されて処理水が得られるようにしている。そして、この一次側に残った濃度の高い汚泥が活性汚泥処理系統に戻されることになる。
【００２８】
このように、透過膜材料（例えばポリエステルやポリスチレン等）を円筒形状に成形して膜エレメントを構成し、多数本の膜エレメントを膜分離器本体内に収容した場合、個々の膜エレメントの内側面積を比較的小さくすることができる。これは、膜エレメントの内面に汚泥が付着した場合に、個々の膜エレメントそれぞれにおける汚泥付着総面積の削減に繋がる。つまり、個々の膜エレメントにあっては、汚泥付着面積が小さいため、上記逆流洗浄動作による固形物の剥離をより簡単に行うことができる。このため、逆流洗浄動作に要する時間が短くなり、濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。また、膜エレメントから処理水を吸引する場合、この膜エレメントは円筒形に成形されているため、吸引負圧による変形は生じ難く、内部空間の形状を維持することができて、濾過能力を安定的に維持することが可能になる。言い換えると、膜エレメントの内部空間を大きく確保して個々の膜エレメントの濾過能力を高めようとする場合、平板状の膜エレメントであると、上記吸引負圧によって簡単に変形してしまう状況となるが、上述の如く円筒状に成形した場合には、吸引負圧による変形は生じ難いため、膜エレメントの内部空間を大きく確保することが可能になり、その結果、膜エレメントの設計の自由度（径寸法の設計自由度）を拡大することができる。具体的に、膜エレメントの外径寸法としては５〜８ｍｍ程度に設定される。
【００２９】
上記膜エレメントの一次側空間における汚泥流速を高く確保するための手段として以下のものが掲げられる。つまり、循環汚泥が流れる膜エレメントの一次側空間にこの循環汚泥の流れ方向に沿って流れる気泡を供給することによって循環汚泥に搬送力を与える気泡供給手段を設けた構成である。
【００３０】
この特定事項によれば、気泡供給手段から膜エレメントの一次側空間に供給された気泡が、一次側空間を流れる循環汚泥を、その流れ方向に押し流すことになり、この一次側空間で循環汚泥が滞留してしまうことがなくなる。また、この気泡は、膜エレメントの一次側面に対する汚泥の付着を抑制する機能も発揮することになり、膜エレメントの一次側面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量をよりいっそう低減することができる。具体的な構成としては、膜エレメントを縦型配置とし、一次側空間の下側から上側に向かって処理汚泥を流す構成としておき、膜エレメントの下側から一次側空間に向けて気泡を供給（エアリフト）する構成が掲げられる。これにより、気泡の浮力が循環汚泥の搬送力として与えられることになる。その結果、循環汚泥を循環させるために必要な動力（循環ポンプの動力等）を低減することができ、システムのランニングコストの削減を図ることができる。
【００３１】
また、この解決手段の場合、気泡供給手段から供給される気泡の形状を、膜エレメントの一次側空間における汚泥流れ方向に直交する断面の形状に略一致させることが好ましい。この場合、一次側空間には、汚泥に満たされた層と空気に満たされた層とが汚泥流れ方向で交互に存在することになる。このため、汚泥は気泡によって強制的に押し流される状態となり、気泡から汚泥に対して搬送力を確実に与えることができて効率の良い汚泥循環動作を行うことができる。
【００３２】
上記気泡供給手段の具体構成としては以下のものが掲げられる。つまり、気泡供給手段として、膜分離器本体における汚泥流れ方向に直交する断面の形状に略一致する形状を有する散気部材を備えさせる。
【００３３】
また、この散気部材としては、以下の構成が掲げられる。つまり、膜分離器本体を、汚泥流れ方向に直交する断面の形状が略円形の管状体とする。そして、散気部材を、上記膜分離器本体の断面形状に略一致する円盤状の多孔質体により構成する。
【００３４】
以上の構成によれば、膜分離器本体の内部に収容された多数本の膜エレメントのそれぞれの内部空間（一次側空間）に対して空気を略均等に供給することが可能となる。このため、各膜エレメントの一次側空間での汚泥流量を略均一にできて、濾過能力の均等化を図ることが可能となり、その結果、膜分離器全体としての濾過能力の向上を図ることができる。
【００３５】
上記逆流洗浄動作をより効率的に行うための手段として以下のものが掲げられる。つまり、逆流洗浄動作の実行中に膜エレメントの一次側空間に比較的大量の空気を一時的に通過させる空気供給手段を設けた構成である。
【００３６】
また、この空気供給手段としては、加圧空気を発生させる圧縮機を適用することが可能であるが、その他に以下の構成としてもよい。つまり、空気を貯留する貯留容器を備えさせ、逆流洗浄動作の実行中に貯留容器の内部空間を膜エレメントの一次側空間に解放して比較的大量の空気を膜エレメントの一次側空間に通過させる構成である。この構成によれば、例えば、上記気泡供給手段を備えさせた場合にその気泡供給手段から供給される気泡の一部を貯留容器に貯留させていき、逆流洗浄動作の実行中に、この貯留容器から膜エレメントの一次側空間に大量の空気を供給することができる。つまり、この場合、気泡供給手段から供給される気泡を逆流洗浄動作用の空気として利用することができ、特別な空気圧送機構が必要なくなってシステム構成の簡素化を図ることができる。
【００３７】
次に、膜分離器を薬液洗浄するようにした場合の解決手段について述べる。先ず、膜分離器本体の薬液洗浄時にこの膜分離器本体の内部に薬液を供給する薬液供給管を、膜分離器本体から処理水を導出する導出管に接続する。また、この薬液供給管から導出管を経て薬液を膜分離器本体の内部に供給する薬液洗浄動作を実行する薬液洗浄手段を備えさせている。具体的には、この薬液洗浄手段が、所定時間毎に薬液洗浄動作を実行するよう構成されている。
【００３８】
この特定事項により、薬液洗浄時、薬液供給管から導出管を経て膜分離器本体の内部に供給された薬液は、膜エレメントの二次側から一次側に向けて流入することになる。これは上記逆流洗浄の場合と同様の流れである。これにより、膜エレメントの一次側面に付着している固形物は容易に剥離され且つ溶解されて膜エレメントは浄化されることになり、効率の良い薬液洗浄を実行することができる。これにより、薬液洗浄動作に要する時間の短縮化を図ることが可能になり、膜分離器を迅速に復帰させて濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。また、循環回路での汚泥循環を停止した状態で薬液洗浄を行うようにした場合、薬液洗浄に使用する薬液の量は膜分離器本体内の容積程度で済むため、従来の浸漬型分離膜ユニットを薬液洗浄する場合に比べて使用薬液量の削減が図れる。これにより、薬液洗浄後の廃液の量が少なくなり、その処理を容易に行うことができる。
【００３９】
また、膜分離器本体には、薬液洗浄終了後に膜分離器本体内の薬液を排出除去する排出手段を備えさせている。これによれば、薬液洗浄の終了後には、膜分離器本体内の薬液はその大部分が排出手段によって排出除去され、この薬液が生物反応槽へ流入されてしまうことがない。従来の浸漬型分離膜ユニットでは、膜エレメントを薬液洗浄した場合、その薬液はそのまま生物反応槽内に存在することになり、汚泥の活性が低下してしまって、その後の生物反応処理に悪影響を及ぼしていた。本解決手段では、このような状況は生じないため、生物反応処理を常に安定的に行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を維持することができる。
【００４０】
また、膜分離ユニットは、生物反応槽において生物反応処理を行った後の処理汚泥を膜分離ユニットに導入するための導入管を備えている。そして、この導入管には、生物反応槽から取り出した処理汚泥中の余剰汚泥を循環回路から引き抜くための引き抜き手段が設けられている。この構成によれば、余剰汚泥を引き抜くための構成を容易に実現でき、活性汚泥処理システムの実用性の向上を図ることができる。
【００４１】
次に、複数の膜分離器を生物反応槽に対して並列接続した処理システムに対して本発明を適用する場合について説明する。先ず、生物反応槽に対して複数の膜分離器が互いに並列に接続されている。また、逆流洗浄手段を、逆流洗浄時には複数の膜分離器のうち選択された一つのみに対して逆流洗浄動作を実行する構成としている。この構成によれば、複数の膜分離器のうち一つのみが逆流洗浄動作を実行し、その他の膜分離器では循環汚泥の濾過動作が行われている。このため、ユニット全体としての濾過能力を大きく低下させることなしに上記逆流洗浄動作による膜エレメントの高性能化の維持を図ることができる。
【００４２】
更に、生物反応槽に対して複数の膜分離器が互いに並列に接続されており、薬液洗浄手段が、薬液洗浄時には複数の膜分離器のうち選択された一つのみに対して薬液洗浄動作を実行する構成としている。この場合にも、複数の膜分離器のうち一つのみが薬液洗浄動作を実行し、その他の膜分離器では循環汚泥の濾過動作が行われている。このため、ユニット全体としての濾過能力を大きく低下させることなしに上記薬液洗浄動作による膜エレメントの高性能化の維持を図ることができる。
【００４３】
また、上述した如く気泡供給手段を設けた場合において、嫌気好気活性汚泥法を利用した活性汚泥処理システムに本発明を適用した場合の循環回路としては以下の構成が掲げられる。つまり、生物反応槽として嫌気槽及び好気槽を備えさせる。そして、循環汚泥を膜分離器本体から生物反応槽に戻す汚泥戻し管を、嫌気槽及び好気槽にそれぞれ対応して分岐させる一方、これら嫌気槽及び好気槽に対する汚泥戻し量を調整する戻し量調整手段（例えば三方弁）を備えさせるようにする。
【００４４】
この構成によれば、好気槽から膜分離器本体に供給された汚泥を汚泥戻し管によって嫌気槽に戻すことが可能となる。従来の嫌気好気活性汚泥法を利用した活性汚泥処理システムでは、好気槽から嫌気槽に汚泥を戻すための特別な戻し配管を備えさせ、この戻し配管にポンプを備えさせる必要があった。本解決手段によれば、この戻し配管及びポンプの機能を上記循環回路が備えることになる。このため、この循環回路を有効利用して好気槽から嫌気槽へ汚泥を戻すことが可能になり、従来の戻し配管及びポンプが必要なくなってシステム全体のコンパクト化を図ることができる。
【００４５】
また、上述した如く気泡供給手段を設けた場合、膜分離器本体を流れる処理汚泥には空気（酸素）が供給されることになる。このため、好気槽に必要な空気量（ＤＯ（Dissolved Oxygen）：溶存酸素量）をこの気泡供給手段によって処理汚泥に与え、この処理汚泥を好気槽に戻すようにした場合には、好気槽には曝気装置が必要なくなる。これにより、システム構成の簡素化を図ることができる。
【００４６】
また、上記好気槽内に空気を供給する曝気手段（エアレーション装置）を備えさせ、この曝気手段から好気槽内に供給する空気の供給量を、気泡供給手段からの空気供給量及び膜分離器本体から好気槽内への循環汚泥の戻し量に応じて調整する曝気量調整手段を備えさせてもよい。この場合、好気槽に必要な空気量のうち、どの程度が気泡供給手段からの空気により賄われているかを、この気泡供給手段からの空気供給量及び膜分離器本体から好気槽内への循環汚泥の戻し量によって認識し、その不足分のみを曝気手段から好気槽内に供給すればよい。これにより、好気槽内に必要以上の空気が供給されてしまうことがなくなり、曝気手段の稼働率を必要最小限に抑えることでシステムのランニングコストの大幅な削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明では、互いに独立して構築された複数の活性汚泥処理系統の一部の系統においてのみ活性汚泥処理を行う場合に、この活性汚泥処理を行う系統に対して、膜エレメントを備えた膜分離ユニットを接続し、この活性汚泥処理系統内から引き抜いた汚泥を膜エレメントで濾過して固液分離し、濃縮された汚泥を活性汚泥処理系統に戻すようにしている。これにより活性汚泥処理系統でのＭＬＳＳ濃度を高めることができ、この系統の処理能力の向上を図ることができる。このため、複数の活性汚泥処理系統のうち一部の系統のみしか稼働させることができない場合であっても、システム全体としての処理能力を維持することができ、安定した生物反応処理を実現することができる。
【００４８】
また、本発明では、既設の活性汚泥処理系統の生物反応槽を利用しながら活性汚泥処理が行える。従来の可搬式の仮設水処理システムでは、システム自体に生物反応槽を備えさせていたため、このシステム内の生物反応槽が外気に晒されることになり、冬季には水温が低下してしまって汚泥に十分な活性を得ることができなかった。これに対し、本発明によれば、膜分離ユニットには汚泥を通過させる（膜エレメントに通過させる）のみであって、生物反応処理は既設の活性汚泥処理系統の生物反応槽（土木水槽等で構成されている）において行わせている。このため、外気温が低い場合であっても、水温が高く維持された環境下に汚泥を存在させることができ、その結果、汚泥の活性を高く維持することができて、システム全体としての処理能力を十分に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、２系統の活性汚泥処理ライン（活性汚泥処理系統）を備えた活性汚泥処理システムに本発明を適用した場合について説明する。
【００５０】
−活性汚泥処理システムの全体構成−
先ず、活性汚泥処理システムの全体構成の概略について説明する。図１（ａ）は、本活性汚泥処理システムの全体構成の概略図である。この図に示すように、本活性汚泥処理システムは第１及び第２の２系統の活性汚泥処理ラインＩ，ＩＩを備えている。
【００５１】
各ラインＩ，ＩＩは、共通の流量調整槽Ｒに接続されていると共に、脱窒槽１１ａ，１１ｂ、硝化槽１２ａ，１２ｂ、最終沈殿槽１３ａ，１３ｂ、処理水槽３ａ，３ｂをそれぞれ備えており、第１活性汚泥処理ラインＩにおける脱窒槽１１ａ、硝化槽１２ａ、最終沈殿槽１３ａ、処理水槽３ａが配管接続されて一方の活性汚泥処理ラインを構成していると共に、第２活性汚泥処理ラインＩＩにおける脱窒槽１１ｂ、硝化槽１２ｂ、最終沈殿槽１３ｂ、処理水槽３ｂが配管接続されて他方の活性汚泥処理ラインを構成している。つまり、各活性汚泥処理ラインＩ，ＩＩそれぞれが、脱窒槽１１ａ，１１ｂにおける嫌気工程及び硝化槽１２ａ，１２ｂにおける好気工程により汚水の脱窒や脱リンを行う嫌気好気活性汚泥法を利用した水処理システムとして構築されている。また、活性汚泥による生物反応処理によって流入水（汚水）が浄化された後の処理汚泥が最終沈殿槽１３ａ，１３ｂに回収され、ここで処理汚泥中の固形分を沈殿させることによって処理水と汚泥とを分離し、上澄み水となった処理水を処理水槽３ａ，３ｂに排出（放流）するようになっている。更に、最終沈殿槽１３ａ，１３ｂと脱窒槽１１ａ，１１ｂとは、上記沈殿した汚泥を返送するための返送管１４ａ，１４ｂにより接続されている。
【００５２】
そして、活性汚泥処理システムの工事が必要となった場合には、先ず、上記２系統の活性汚泥処理ラインＩ，ＩＩのうち一方の活性汚泥処理ライン（例えば第２活性汚泥処理ラインＩＩ）のみに対して工事（槽内壁の塗装工事や付設機器の取り換え工事など）を行い、他方の活性汚泥処理ライン（例えば第１活性汚泥処理ラインＩ）での生物反応処理を継続させる。そして、この一方の活性汚泥処理ラインの工事が終了した後に、この活性汚泥処理ラインでの生物反応処理を再開させ、他方の活性汚泥処理ラインに対する工事が行われることになる。
【００５３】
本形態の特徴とするところは、一方の活性汚泥処理ラインのみに対して工事を行い、他方の活性汚泥処理ラインでの生物反応処理を継続させる場合の運転方法及びその運転方法に使用される膜分離ユニットＵを用意していることにある。つまり、この他方の活性汚泥処理ライン（生物反応処理を継続する活性汚泥処理ライン）に対して膜分離ユニットＵを接続することにより、この活性汚泥処理ラインでの処理能力を高めてシステム全体としての処理能力を十分に確保するようにしている。図１（ｂ）は、第２活性汚泥処理ラインＩＩ（破線で示す）に対して工事を行う場合であって、第１活性汚泥処理ラインＩに膜分離ユニットＵを接続して、この第１活性汚泥処理ラインＩでの処理能力を高めるようにした状態を示している。
【００５４】
−膜分離ユニットの構成−
以下、一方の活性汚泥処理ラインＩＩ（Ｉ）を工事する際に、他方の活性汚泥処理ラインＩ（ＩＩ）に接続される膜分離ユニットＵの構成について説明する。尚、この膜分離ユニットＵは、活性汚泥処理ラインを工事する場合だけでなく、低負荷時（流入水量の少ない時）にシステムの省エネルギ化を図るべく、一方の活性汚泥処理ラインＩＩ（Ｉ）を停止し、片側の活性汚泥処理ラインＩ（ＩＩ）のみで生物反応処理を行わせる運転においても使用可能である。
【００５５】
図２は本形態に係る膜分離ユニットＵの概略構成を示す平面図、図３はその側面図、図４はこの膜分離ユニットＵが脱窒槽１１ａ、硝化槽１２ａ及び処理水槽３ａに接続された状態を示す回路構成図である。
【００５６】
これら図に示すように、膜分離ユニットＵは、ベース１０上に、膜分離器としての膜モジュール２やポンプその他の付設機器やこれらを接続する各種配管が設置されて構成されている。このため、本膜分離ユニットＵは、ベース１０をクレーン等によって吊り上げたり、トラックの荷台に載置してトラック輸送することにより、ユニット全体が移動可能な可搬式膜分離ユニットとして構成されている。尚、図２及び図３における符号７は本膜分離ユニットＵを統括的に制御する制御盤である。
【００５７】
上記ベース１０（例えば長さ４０００ｍｍ、幅２０００ｍｍの金属製板材）には、ユニット全体をクレーン等によって吊り上げる際にワイヤロープを係止するための図示しないアイボルトが取り付けられており、また、ユニットを所定の設置場所に固定するためのアンカボルトを挿通するための図示しない開口が形成されている。
【００５８】
尚、上記脱窒槽１１ａは、その上流側に設けられた微細目スクリーン１１ｃを通過した流入水（汚水）が導入されるものである。膜分離ユニットＵが接続される硝化槽１２ａの内部には曝気手段としての曝気ブロアＢ１から延びるエア供給管６１が導入され、このエア供給管６１の先端に設けられた散気装置６１ａから空気が供給可能となっている。そして、この曝気ブロアＢ１の駆動に伴って硝化槽１２ａ内に空気が供給され、それに伴う生物化学的処理が行われるようになっている。
【００５９】
尚、上記処理水槽３ａは、上記膜モジュール２によって汚泥が固形分離されて抽出された処理水を回収するものである。
【００６０】
−膜モジュール２の説明−
次に、本形態の特徴とする機器である膜モジュール２について説明する。図５は膜モジュール２の内部構造を示す断面図であり、図６は膜モジュール２の内部における膜エレメント２２，２２，…の収容状態の一部を示す断面図である。
【００６１】
この膜モジュール２は、縦置き設置された略円筒状の膜分離器本体としての本体ケーシング２１を備え、この本体ケーシング２１の内部に多数本の膜エレメント２２，２２，…が収容された構成となっている。より具体的には、図５に示すように、本体ケーシング２１は、その長手方向の中央部が一定の内径寸法を有するエレメント収容部２３として構成されており、このエレメント収容部２３に多数本（例えば６１５本）の膜エレメント２２，２２，…が束ねられた状態で収容されている。
【００６２】
各膜エレメント２２，２２，…は、透過膜材料が円筒形に成形された小径（外径寸法が例えば５．２ｍｍ）の所謂ストロー形状の部材であって、その内部に汚泥が流入した場合、その汚泥から水のみを外部に濾過できるように微多孔性膜等により構成されている。尚、この膜エレメント２２を構成する透過膜材料としては、ポリエステル、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル等が掲げられる。透過膜材料はこれら材料に限るものではない。
【００６３】
これにより、本体ケーシング２１の長手方向の下側部分には汚泥流入空間２４が形成されていると共に、本体ケーシング２１の長手方向の上側部分には汚泥流出空間２５が形成されている。また、膜エレメント２２，２２，…の長手方向の両端部分（汚泥流入空間２４及び汚泥流出空間２５に近接する領域）では、これら膜エレメント２２，２２，…の外周面とエレメント収容部２３の内周面との間の空間に樹脂が充填されており、これによって、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間が汚泥流入空間２４及び汚泥流出空間２５に連通状態となり、各膜エレメント２２，２２，…の外部空間は汚泥流入空間２４及び汚泥流出空間２５に非連通状態となっている。
【００６４】
−汚泥循環回路の説明−
膜分離ユニットＵが第１活性汚泥処理ラインＩに接続された状態（図４に示す状態）では、上記膜モジュール２の汚泥流入空間２４と硝化槽１２ａとが汚泥取り出し管５１を介して接続され、膜モジュール２の汚泥流出空間２５と硝化槽１２ａとが汚泥戻し管５２を介して接続される。また、循環汚泥の一部が脱窒槽１１ａに戻されるようになっている（図１（ａ）における破線の矢印参照。図１（ｂ）では図示省略）。そして、汚泥取り出し管５１に備えられた循環ポンプＰ１（上記ベース１０上に固定されている）の駆動に伴って、硝化槽１２ａ、膜モジュール２、硝化槽１２ａの順で汚泥が循環するように構成されている。つまり、これら硝化槽１２ａと膜モジュール２とを接続する配管５１，５２によって汚泥循環回路が構成されることになる。
【００６５】
上記汚泥取り出し管５１は、一端（上流端）が硝化槽１２の内部で開放されており、他端（下流端）が膜モジュール２の汚泥流入空間２４に接続されている。一方、汚泥戻し管５２は、一端（上流端）が膜モジュール２の汚泥流出空間２５に接続されており、他端（下流端）が硝化槽１２ａの上部で開放されている。
【００６６】
このように、硝化槽１２ａと膜モジュール２との間で汚泥循環回路が構成されていることにより、硝化槽１２ａにおける生物反応処理後の処理汚泥は、硝化槽１２ａから取り出され、膜モジュール２に供給される。この膜モジュール２の内部では、汚泥流入空間２４から各膜エレメント２２，２２，…の内部空間を経て汚泥流出空間２５に向かう流れが生じている。このため、図７（ａ）に示すように、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間を流れている汚泥の一部については濾過が行われ、処理汚泥の一部が固液分離されて処理水が膜エレメント２２の外部に抽出される。このようにして循環回路での汚泥の循環動作が繰り返されながら膜モジュール２では処理水が連続的に得られるようになっている。尚、通常運転状態では、上記循環回路における汚泥循環量と膜エレメント２２による処理水抽出量との比は「２０：１」程度となるように設定されている。本発明はこの比に限るものではない。
【００６７】
そして、固液分離されて膜エレメント２２の内部空間（一次側空間）に残った汚泥は、この内部空間に生じている汚泥流に沿って膜エレメント２２の内部空間から汚泥流出空間２５、汚泥戻し管５２を経て硝化槽１２ａに戻されるようになっている。
【００６８】
このように、膜エレメント２２の内部空間（一次側）では、循環回路での循環流速に略等しい流速の処理汚泥が流れているため、この循環回路の循環流速を比較的高く設定しておけば、膜エレメント２２の内側面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメント２２に付着することなしに硝化槽１２ａに戻されることになる。このため、膜エレメント２２の内側面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量は、従来の浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。これにより、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能になる。尚、図７（ｂ）は、循環回路での循環動作が所定時間継続して行われて膜エレメント２２の内面に僅かに固形物が付着した状態を示している。
【００６９】
−処理水の取り出し−
上記膜モジュール２と処理水槽３ａとは、導出管としての処理水取り出し管５３を介して接続されている。この処理水取り出し管５３は、膜モジュール２に接続する側が分岐されており、一方の分岐管５３ａは上記エレメント収容部２３の下部に、他方の分岐管５３ｂはエレメント収容部２３の上部にそれぞれ接続されている。また、処理水取り出し管５３には上記ベース１０上に固定された膜濾過ポンプＰ２が備えられており、この膜濾過ポンプＰ２の駆動に伴って、各膜エレメント２２，２２，…で濾過された処理水が各分岐管５３ａ，５３ｂから抜き出され処理水取り出し管５３を経て処理水槽３ａに回収されるようになっている。
【００７０】
−エアリフト−
また、本膜分離ユニットＵは、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に気泡を連続的に供給するためのエアリフトブロアＢ２（上記ベース１０上に固定されている）を備えている。このエアリフトブロアＢ２と膜モジュール２の汚泥流入空間２４とはリフトエア供給管６２によって接続されており、エアリフトブロアＢ２の駆動に伴って、汚泥流入空間２４にエアが供給され、このエアが気泡となって各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に連続的に供給されるようになっている（図７（ａ）、（ｂ）参照）。具体的には、リフトエア供給管６２の先端には多数の開口が形成された散気管６２ａが取り付けられており、この散気管６２ａの各開口から汚泥流入空間２４に気泡が供給され、これら気泡はその浮力によって各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に連続的に供給されるようになっている。このように上記リフトエア供給管６２及びエアリフトブロアＢ２によって本発明でいう気泡供給手段が構成されている。
【００７１】
上述の如く各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に気泡を連続的に供給するようにしたことにより、この気泡が、膜エレメント２２内の汚泥をその流れ方向（上方）に押し流すことになり、膜エレメント２２の内部空間で汚泥が滞留してしまうことがなくなる。また、この気泡は、膜エレメント２２の内面に対する汚泥の付着を抑制する機能も発揮することになり、膜エレメント２２の内面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量をよりいっそう低減することができる。これにより、気泡の浮力が循環汚泥の搬送力として与えられることになり、その結果、循環汚泥を循環させるために必要な動力（上記循環ポンプＰ１の動力）を低減することができ、システムのランニングコストの削減を図ることができる。
【００７２】
また、この場合、膜エレメント２２の内部空間に供給される気泡の外径は、膜エレメント２２の内径寸法と略等しいか、または、膜エレメント２２の内径寸法よりも僅かに大きく設定しておく。これによれば、膜エレメント２２の内部空間には、汚泥に満たされた層と空気に満たされた層とが汚泥流れ方向で交互に存在することになり（図７（ａ），（ｂ）参照）、汚泥は気泡によって強制的に押し流される状態となって、気泡から汚泥に対して搬送力を確実に与えることができて効率の良い汚泥循環動作を行うことができる。
【００７３】
−逆流洗浄−
上記処理水槽３ａと処理水取り出し管５３とは逆流洗浄管５４を介して接続されている。この逆流洗浄管５４には上記ベース１０上に固定された逆流洗浄ポンプＰ３が備えられており、この逆洗浄ポンプＰ３の駆動に伴って、処理水槽３ａ内の処理水が逆流洗浄配管５４及び処理水取り出し管５３を経て膜モジュール２のエレメント収容部２３に供給されるようになっている（図４に破線で示す矢印参照）。
【００７４】
つまり、所定時間毎に逆流洗浄ポンプＰ３を駆動することによって逆流洗浄動作を実行し、これによって、各膜エレメント２２，２２，…の内面に付着している固形物を剥離除去できるようにしている。この逆流洗浄動作の実行時には、循環ポンプＰ１の駆動は継続させる一方、膜濾過ポンプＰ２は停止され上記の濾過動作を停止するようになっている。このように上記逆流洗浄管５４及び逆流洗浄ポンプＰ３によって本発明でいう逆流洗浄手段が構成されている。
【００７５】
このような逆流洗浄動作を実行することにより、図７（ｃ）に示すように、膜エレメント２２の内側面に付着している固形物を容易に剥離除去することが可能であり、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を図ることができる。その結果、従来のものに比べて、小さな膜面積であっても単位時間当たりに得られる処理水の量を大幅に増大（高フラックス化）することができ、システム全体を大型にすることなしに、高性能の汚水処理を実現することができる。具体的には、従来の浸漬型分離膜ユニットにあっては処理能力が０．４ｍ3／ｍ2・ｄａｙ程度であったが、本実施形態に係る膜モジュール２では処理能力が０．８ｍ3／ｍ2・ｄａｙ程度に向上することが実験により確認されている。
【００７６】
−エアインジェクション−
上記の逆流洗浄動作をより効率的に行うために、本膜分離ユニットＵは、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に比較的大量の空気を一時的に通過させるエアインジェクションコンプレッサＣ（上記ベース１０上に固定されている）を備えている。このエアインジェクションコンプレッサＣと上記汚泥取り出し管５１とはエアインジェクション管６３によって接続されており、エアインジェクションコンプレッサＣの駆動に伴って、加圧エアが、汚泥取り出し管５１、汚泥流入空間２４を経て各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に一時的に大量に供給されるようになっている。このように上記エアインジェクション管６３及びエアインジェクションコンプレッサＣによって本発明でいう空気供給手段が構成されている。
【００７７】
この加圧エアによって、膜エレメント２２の内面に付着している汚泥を迅速に剥離することが可能となり（図７（ｃ）参照）、上記逆流洗浄動作に要する時間が短くなって、濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。
【００７８】
−各動作の実行タイミング−
次に、上述した逆流洗浄動作の実行タイミングについて説明する。図８は、本膜分離ユニットＵの動作を示すタイミングチャートである。この図に示すように、通常の処理水濾過動作にあっては、膜濾過ポンプＰ２、循環ポンプＰ１、エアリフトブロアＢ２が運転され、上述した汚泥の循環動作に伴う処理水濾過動作が実行されて、処理水槽３ａに連続的に処理水が抜き出されることになる。
【００７９】
そして、この動作が所定時間Ａ（例えば５ｍｉｎ）実行された後に、逆流洗浄動作に切り換えられる。この逆流洗浄動作では、上述した如く、膜濾過ポンプＰ２が停止され、逆流洗浄ポンプＰ３が駆動されることにより実行される。この逆流洗浄動作は、図中の時間Ｂ（例えば８ｓｅｃ）だけ行われる。そして、この逆流洗浄動作の途中でエアインジェクションコンプレッサＣが一時的に駆動され、加圧エアが各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に一時的に大量に供給される。このエアインジェクションコンプレッサＣの駆動タイミングとしては、逆流洗浄動作の実行時間のうちの中間の時間に行われる。尚、エアインジェクション動作は、逆流洗浄動作の開始と同時に実行するようにしてもよい。
【００８０】
このような逆流洗浄動作が実行された後、所定時間のウエイト時間（図８中の時間Ｅ）だけ膜濾過ポンプＰ２の起動を禁止し、このウエイト時間の経過後に、膜濾過ポンプＰ２を起動して上記の循環動作に伴う処理水濾過動作が復帰されることになる。以上の動作が繰り返される。
【００８１】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本形態では、硝化槽１２ａ、膜モジュール２、これらを接続する配管５１，５２によって汚泥循環回路を構成し、この汚泥循環回路に汚泥を循環させながら膜モジュール２により処理水を抽出するようにしている。その結果、２系統の活性汚泥処理ラインＩ，ＩＩのうち一方の系統のみしか稼働させることができない場合であっても、システム全体としての処理能力を維持することができ、安定した生物反応処理を実現することができる。
【００８２】
一般的な活性汚泥処理システムでは、ＭＬＳＳ濃度が３０００ｍｇ／１程度に設定されるが、本形態のものでは、１００００ｍｇ／１程度での生物反応処理を実現することが可能になる。尚、この脱窒槽１１ａや硝化槽１２ａにおけるＭＬＳＳ濃度は、図示しない濃度検出器によって常時検出されており、例えばこのＭＬＳＳ濃度が２００００ｍｇ／１を越えないように調整される。つまり、この濃度検出器によって検出されるＭＬＳＳ濃度が２００００ｍｇ／１に達すると、汚泥の抜き取り動作（上記循環ポンプＰ１からの余剰汚泥の抜き取りや、脱窒槽１１ａや硝化槽１２ａからの抜き取りや、膜モジュール２からの抜き取り）を行って槽内のＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／１程度まで低下させるようにしている。
【００８３】
また、本形態では、膜分離ユニットＵを構成する各種機器を同一ベース１０上に設置することで、この膜分離ユニットＵを可搬式として構成している。このため、膜分離ユニットＵの輸送及び据え付けが容易であり、利用価値の高い膜分離ユニットＵを実現できる。
【００８４】
また、この膜分離ユニットＵでは、沈殿槽での重力沈降による活性汚泥の固液分離ではなく、膜モジュール２による濾過によって活性汚泥が固液分離されるため、高効率な固液分離が可能である。また、この膜分離ユニットＵが接続された汚泥処理ライン（本実施形態では第１活性汚泥処理ラインＩ）にあっては沈殿槽１３ａによる処理動作が不要であるため、稼働中の汚泥処理ラインであってもその沈殿槽の工事を行うことが可能である。つまり、両ラインＩ，ＩＩの沈殿槽１３ａ，１３ｂを同時に工事することができる。
【００８５】
また、本形態では、膜エレメント２２の内部に比較的高い速度で処理汚泥を通過させながら、一部の処理汚泥に対して濾過を行って処理水を抽出するようにしている。このとき、膜エレメント２２の内面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメント２２に付着することなしに硝化槽１２ａに戻される。このため、膜エレメント２２の内面での単位時間当たりにおける汚泥の付着量は、従来の浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。従って、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能になる。また、本形態では、この膜エレメント２２に対し、処理水の濾過方向とは逆方向に洗浄水を定期的に通過させることにより膜エレメント２２の内面に付着している固形物を剥離除去するようにしている。このため、膜エレメント２２の内面に大量の固形物が付着する状況が回避でき、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を図ることができる。その結果、従来のものに比べて、小さな膜面積であっても単位時間当たりに得られる処理水の量を大幅に増大（高フラックス化）することができ、システム全体を大型にすることなしに、高性能の汚水処理を実現することができる。
【００８６】
また、本実施形態のものでは、膜モジュール２にトラブルが発生した場合には、この膜モジュール２のみをベース１０から取り外してメンテナンス等の作業を行うことができる。このため、メンテナンスのための工数を削減できる。また、従来の浸漬型分離膜ユニットを採用するものでは、このユニットの体積を考慮して生物反応槽を大型に作製しておいたり、このユニットの全体が汚水中に浸漬されるように生物反応槽の高さ寸法を大きく設計しておく必要があった。本実施形態のものでは各槽１１ａ，１２ａと膜モジュール２とを分離配置しているため、この制約は無く、各槽１１ａ，１２ａのコンパクト化及び形状の設計自由度の向上を図ることができる。
【００８７】
また、汚泥戻し管５２の下流側を分岐してそれぞれを各槽１１ａ，１２ａの上方で開放し（図１（ｂ）及び図４の仮想線参照）、且つこの分岐部に分流割合を可変とする三方弁で成る流量調整弁を備えさせ、各槽１１ａ，１２ａへの汚泥戻し量を調整できるようにしてもよい。この場合、曝気ブロアＢ１から硝化槽１２ａに供給する空気の供給量を、エアリフトブロアＢ２からの空気供給量及び汚泥戻し管５２から硝化槽１２ａ内への循環汚泥の戻し量に応じて調整するようにし、この硝化槽１２ａ内へ戻される汚泥中の酸素量と曝気ブロアＢ１からの酸素量との合算が目標ＤＯとなるように曝気ブロアＢ１を制御すれば、硝化槽１２ａ内に必要以上の空気が供給されてしまうことがなくなり、曝気ブロアＢ１の稼働率を必要最小限に抑えることでシステムのランニングコストの大幅な削減を図ることができる。この曝気ブロアＢ１から硝化槽１２ａに供給する空気の供給量の調整は、図示しないコントローラに備えられた曝気量調整手段の制御により行われる。尚、通常運転状態では、曝気ブロアＢ１からの空気の供給量とエアリフトブロアＢ２からの空気供給量とは「３：１」程度に調整されている。本発明はこの比に限るものではない。
【００８８】
尚、本形態では、硝化槽１２ａへ空気を供給するための曝気ブロアＢ１を備えさせるようにしたが、硝化槽１２ａに必要な空気量をエアリフトブロアＢ２によって処理汚泥に与え、この処理汚泥を硝化槽１２ａに戻すようにした場合には、曝気ブロアＢ１が必要なくなる。これにより、システム構成の簡素化を図ることができる。
【００８９】
更に、本実施形態では、膜分離ユニットＵを構成する全ての機器をベース１０上に設置した状態で、ベース１０をクレーン等によって吊り上げたり、トラックの荷台に載置してトラック輸送することにより、ユニット全体を移動させるようにしていたが、以下の輸送方法を採用することもできる。
【００９０】
つまり、膜モジュール２をベース１０から取り外した状態で、その他の機器をベース１０上に設置しておき、このベース１０と、膜モジュール２とを設置現場まで搬送し、その後、設置現場において、膜モジュール２をベース１０上に設置すると共に、この膜モジュール２と各槽１１ａ，１２ａとの間で汚泥を循環させる循環回路が構成されるように、膜モジュール２を各槽１１ａ，１２ａに対して配管により接続する方法である。つまり、膜モジュール２に汚泥取り出し管５１や汚泥戻し管５２を接続する。また、同時に、膜モジュール２に処理水取り出し管５３やリフトエア供給管６２も接続する。
【００９１】
この施工方法は、膜モジュール２の高さ寸法が大きいときに膜分離ユニットＵをトラック輸送する場合に有効である。つまり、図３に示すように膜モジュール２をベース１０上に設置したままで膜分離ユニットＵをトラックの荷台に載置したのではトラックの積載高さの許容寸法を越えてしまう場合、この膜モジュール２をベース１０から取り外し、この膜モジュール２を横置きに積載して輸送するなどして積載許容範囲内での輸送が可能になる。
【００９２】
（第１変形例）
次に、上述した第１実施形態の第１変形例について説明する。本例は、膜モジュール２の内部を定期的に薬液洗浄するための構成を付加したものである。その他の構成は上述した第１実施形態のものと略同様である。従って、ここでは薬液洗浄を行うための構成についてのみ説明する。膜分離ユニットＵの仮設期間が比較的短い（１カ月程度）場合には膜モジュール２の内部を定期的に洗浄する必要がないので、上記第１実施形態の如く薬液洗浄のための構成を備えさせる必要はないが、この仮設期間が比較的長い場合（例えば１年間）には膜モジュール２の内部を定期的（数ヶ月毎）に洗浄する必要があるため本第１変形例の構成が採用されることになる。
【００９３】
図９は本例に係る図４相当図である。この図に示すように、本膜分離ユニットＵは薬液タンク４を備えている。この薬液タンク４は、膜モジュール２を薬液洗浄するための薬液が貯留されている。つまり、所定期間毎に実行される薬液洗浄時には、この薬液タンク４に貯留されている薬液が膜モジュール２に供給されることになる。
【００９４】
また、本例における膜モジュール２の本体ケーシング２１の底部には、後述する薬液洗浄動作の終了後に、この本体ケーシング２１の底部から薬液を排出するための排出手段としての排出管６４が接続されており、この排出管６４には開閉自在なバルブＶ２が設けられている。つまり、薬液洗浄動作の終了後にこのバルブＶ２が開放されることにより、本体ケーシング２１から薬液が排出され、脱窒槽１１ａや硝化槽１２ａには流入しないようになっている。
【００９５】
−薬液洗浄−
上記薬液タンク４と処理水取り出し管５３とは薬液洗浄管（薬液供給管）５５によって接続されている。この薬液洗浄管５５には薬液洗浄ポンプＰ４が備えられており、この薬液洗浄ポンプＰ４の駆動に伴って、薬液タンク４内の薬液が薬液洗浄管５５及び処理水取り出し管５３を経て膜モジュール２のエレメント収容部２３に供給されるようになっている（図９に一点鎖線で示す矢印参照）。
【００９６】
つまり、所定期間毎に薬液洗浄ポンプＰ４を駆動することによって薬液洗浄動作を実行し、これによって、各膜エレメント２２，２２，…の内面に付着している固形物を溶解除去できるようにしている。この薬液洗浄動作の実行時には、薬液洗浄ポンプＰ４を除く全てのポンプＰ１〜Ｐ３は停止され、上記の濾過動作やエア供給動作を停止するようになっている。このポンプの駆動制御による薬液洗浄動作の実行は、図示しないコントローラに備えられた薬液洗浄手段の制御により行われる。
【００９７】
このような薬液洗浄動作を所定期間毎に実行することにより、膜エレメント２２の内面に付着している固形物は容易に剥離され且つ溶解されて膜エレメント２２は浄化されることになり、効率の良い薬液洗浄を実行することができる。これにより、薬液洗浄動作に要する時間の短縮化を図ることが可能になり、膜モジュール２を迅速に復帰させて濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。また、薬液洗浄に使用する薬液の量は膜モジュール２の本体ケーシング２１内の容積程度で済むため、従来の浸漬型分離膜ユニットを薬液洗浄する場合に比べて使用薬液量の削減が図れる。これにより、薬液洗浄後の廃液の量が少なくなり、その処理を容易に行うことができる。
【００９８】
（第２変形例）
次に、上述した第１実施形態の第２変形例について説明する。本例は、逆流洗浄動作時に、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に比較的大量の空気を一時的に通過させるための構成の変形例である。その他の構成は上述した第１実施形態のものと略同様であるため、ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００９９】
図１０は、本例に係る図４相当図である。この図１０に示すように、本形態に係る膜分離ユニットＵは、エアリフトブロアＢ２に繋がっているリフトエア供給管６２の下流側が分岐されており、一方の分岐管６２ｂは膜モジュール２の汚泥流入空間２４に接続され、他方の分岐管６２ｃは上記汚泥取り出し管５１に接続されている。また、この他方の分岐管６２ｃの途中には、エアリフトブロアＢ２から供給される空気を一時的に貯留する貯留容器６５が設けられている。この貯留容器６５の上流側及び下流側の配管には開閉弁Ｖ３，Ｖ４がそれぞれ設けられている。
【０１００】
このため、処理水濾過動作時には、エアリフトブロアＢ２が駆動した状態で上流側の開閉弁Ｖ３のみが開放され、エアリフトブロアＢ２から供給された空気の一部が分岐管６２ｃに流入して貯留容器６５の内部に蓄えられていく。
【０１０１】
そして、逆流洗浄動作中に、上流側の開閉弁Ｖ３が閉鎖されると共に下流側の開閉弁Ｖ４が開放され、これによって、貯留容器６５の内部に蓄えられた空気が、汚泥取り出し管５１、汚泥流入空間２４を経て各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に一時的に大量に供給されることになる。これにより、膜エレメント２２の内面に付着している固形物を効果的に剥離除去することができる。
【０１０２】
つまり、本例では、エアリフトブロアＢ２から供給される気泡を逆流洗浄動作用の空気として利用することによって、上記第１実施形態におけるエアインジェクションコンプレッサＣやエアインジェクション管６３を不要とすることができ、システム構成の簡素化を図ることができる。
【０１０３】
（第３変形例）
次に、上述した第１実施形態の第３変形例について説明する。本例は、エアリフトブロアＢ２から各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に連続的に気泡を供給するための構成の変形例である。その他の構成は上述した第１実施形態のものと略同様であるため、ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【０１０４】
図１１は本例に係る膜モジュール２の内部構造を示す断面図である。図１２はリフトエア供給管６２の先端に取り付けられた散気部材６２ｄの斜視図である。これら図に示すように、リフトエア供給管６２の先端には、膜モジュール２の本体ケーシング２１の断面形状に略一致する円盤状多孔質体により構成された散気部材６２ｄが取り付けられており、この散気部材６２ｄが汚泥流入空間２４の底部に設置されている。
【０１０５】
このため、膜モジュール２の本体ケーシング２１の内部に収容された多数本の膜エレメント２２，２２，…のそれぞれの内部空間（一次側空間）に対して空気を略均等に供給することが可能となる。従って、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間での汚泥流量を略均一にできて、濾過能力の均等化を図ることが可能となり、その結果、ユニット全体としての濾過能力の向上を図ることができる。
【０１０６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本形態は、膜モジュールを複数個備えた膜分離ユニットＵに係るものである。尚、ここでは５本の膜モジュールを備えた膜分離ユニットＵについて説明する。また、各膜モジュールの構成は、上述した第１実施形態のものと略同様であるため、ここでの説明は省略する。尚、上述した各変形例と同様の膜モジュールを採用することも可能である。
【０１０７】
図１３は、本形態に係る膜分離ユニットＵの配管系統図である。この図に示すように、各膜モジュール２Ａ〜２Ｅは、脱窒槽１１ａ、硝化槽１２ａ、処理水槽３ａ、薬液タンク４に対して並列に接続されている。つまり、汚泥取り出し管５１、汚泥戻し管５２、処理水取り出し管５３、逆流洗浄管５４、薬液洗浄管５５がそれぞれ各膜モジュール２Ａ〜２Ｅに対応するように分岐されていると共に、汚泥取り出し管５１、汚泥戻し管５２、処理水取り出し管５３、逆流洗浄管５４、薬液洗浄管５５の各分岐管には図示しない開閉弁がそれぞれ設けられている。また、図示しないが、エアリフトブロアＢ２に繋がるリフトエア供給管６２及びエアインジェクションコンプレッサＣに繋がるエアインジェクション管６３も同様に、各膜モジュール２Ａ〜２Ｅに対応するように分岐されていると共に、エアインジェクション管６３の分岐管には開閉弁が設けられている。そして、これら全ての機器が同一ベース１０上に設置されており、これによって膜分離ユニットＵが可搬式として構成されている。
【０１０８】
そして、本形態では、逆流洗浄時には５台の膜モジュール２Ａ〜２Ｅのうち選択された１台のみに対して逆流洗浄動作を実行するようになっている。例えば、第１膜モジュール２Ａに対して逆流洗浄動作を実行する際には、他の膜モジュール２Ｂ〜２Ｅでは、処理水濾過動作を継続して実行する。この時には、第１膜モジュール２Ａに接続している各配管の分岐管に備えられた開閉弁のうち、処理水取り出し管５３及び薬液洗浄管５５の分岐管にそれぞれ備えられた開閉弁が閉鎖され、逆流洗浄管５４の分岐管に備えられた開閉弁が開放されることになる。また、エアインジェクション管６３に備えられた開閉弁も開放されることになる。
【０１０９】
そして、この逆流洗浄動作が終了すると、処理水取り出し管５３の分岐管に備えられた開閉弁が開放され、逆流洗浄管５４の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖されて、全ての膜モジュール２Ａ〜２Ｅを使用した処理水濾過動作が復帰する。
【０１１０】
その後、他の一つの膜モジュール（例えば第２膜モジュール２Ｂ）の逆流洗浄タイミングに達すると、上記の場合と同様にして開閉弁の開閉が切り換えられて、この一つの膜モジュールに対する逆流洗浄動作が実行される。このようにして、順次、一つの膜モジュールに対する逆流洗浄動作が行われながら４台または５台の膜モジュール２Ａ〜２Ｅにおいて処理水濾過動作が行われるようになっている。
【０１１１】
また、薬液洗浄動作においても同様に、５台の膜モジュール２Ａ〜２Ｅのうち選択された一つのみに対して薬液が供給されて洗浄されることになる。例えば、第１膜モジュール２Ａに対して薬液洗浄動作を実行する際には、他の膜モジュール２Ｂ〜２Ｅでは、処理水濾過動作を継続して実行する。この時には、第１膜モジュール２Ａに接続している各配管の分岐管に備えられた開閉弁のうち、薬液洗浄管５５の分岐管に備えられた開閉弁が開放し、その他の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖されることになる。また、エアインジェクション管６３に備えられた開閉弁も閉鎖されることになる。
【０１１２】
そして、この薬液洗浄動作が終了すると、薬液洗浄管５５の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖され、汚泥取り出し管５１、処理水取り出し管５３の分岐管に備えられた開閉弁が開放され、逆流洗浄管５４の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖されて、全ての膜モジュール２Ａ〜２Ｅを使用した処理水濾過動作が復帰する。
【０１１３】
このように、逆流洗浄動作や薬液洗浄動作にあっては１台の膜モジュールのみがその動作に移行し、その他の膜モジュールは、処理水濾過動作が連続して行われる。このため、システム全体としての濾過能力を大きく低下させることなしに上記逆流洗浄動作や薬液洗浄動作による膜エレメントの高性能化の維持を図ることが可能になる。
【０１１４】
−その他の実施形態−
上述した各実施形態及び変形例では、本発明を嫌気好気活性汚泥法を使用した汚水処理システムに適用した場合について説明した。本発明は、これに限らず、標準活性汚泥法などのその他の活性汚泥法を使用した汚水処理システムに適用することも可能である。
【０１１５】
また、上述した各実施形態及び変形例では、活性汚泥処理ラインＩの硝化槽１２ａから汚泥を引き抜き、濾過動作を行った後の汚泥の大半を硝化槽１２ａに戻し、一部を脱窒槽１１ａに戻すようにしていた。本発明はこれに限らず、硝化槽１２ａから引き抜いて濾過動作を行った後の汚泥を脱窒槽１１ａに戻すようにしてもよい。
【０１１６】
更に、上述した各実施形態及び変形例では、２系統の活性汚泥処理ラインＩ，ＩＩを備えて成る活性汚泥処理システムに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、３系統の活性汚泥処理ラインを備えて成る活性汚泥処理システムに適用することも可能である。この場合、工事などによって稼働が停止される活性汚泥処理ラインの数や膜分離ユニットＵが接続される活性汚泥処理ラインの数は一つに限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】実施形態に係る活性汚泥処理システムを示し、（ａ）はその全体構成の概略図であり、（ｂ）は第１活性汚泥処理ラインに膜分離ユニットを接続した状態を示す概略図である。
【図２】膜分離ユニットの概略構成を示す平面図である。
【図３】膜分離ユニットの概略構成を示す側面図である。
【図４】膜分離ユニットが脱窒槽、硝化槽及び処理水槽に接続された状態を示す回路構成図である。
【図５】膜モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図６】膜モジュール内部に膜エレメントが収容された状態を示す断面図である。
【図７】各工程における膜エレメント内の状態を説明するための図である。
【図８】膜分離ユニットの動作を示すタイミングチャートである。
【図９】第１変形例における図４相当図である。
【図１０】第２変形例における図４相当図である。
【図１１】第３変形例に係る膜モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図１２】第３変形例に係る散気部材の斜視図である。
【図１３】第２実施形態における配管系統図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１１ａ，１１ｂ  脱窒槽
１２ａ，１２ｂ  硝化槽
１３ａ，１３ｂ  最終沈殿槽
２１      本体ケーシング（膜分離器本体）
２２      膜エレメント
５３      処理水取り出し管（導出管）
５４      逆流洗浄管
５５      薬液洗浄管（薬液供給管）
６２      リフトエア供給管
６３      エアインジェクション管
Ｐ３      逆流洗浄ポンプ
Ｂ２      エアリフトブロア
Ｃ        エアインジェクションコンプレッサ
Ｉ        第１活性汚泥処理ライン（活性汚泥処理系統）
ＩＩ      第２活性汚泥処理ライン（活性汚泥処理系統）
Ｕ        膜分離ユニット
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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