(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給気源に給気管を介して連通する散気装置から曝気空気が噴出する状態において、生物処理槽の内部に流入する被処理水を活性汚泥処理するとともに、槽内の活性汚泥混合液を、散気装置の上方に外圧型分離膜を配置した膜分離装置により濾過し、膜面を透過した透過水を分離膜の透過側に連通した透過水導出系を通じて槽外へ導出するに際し、槽内の活性汚泥混合液の水位が通常水位である間は透過水導出系を通じて透過水を処理水槽へ送り、槽内の活性汚泥混合液の水位が所定の下限水位に低下した時に、透過水導出系を通じて導出する透過水を、返送管により給気管の途中に注入して散気装置から噴出する曝気空気とともに槽内に返送し、その後に活性汚泥混合液の水位が所定の上方水位まで上昇した時に、透過水の注入を停止することを特徴とする膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法。
【請求項２】
分離膜として、膜支持体の表面に濾過膜を設けた平板状膜カートリッジが使用されたことを特徴とする請求項１記載の膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水量変動の大きい有機性汚水、下水などを処理対象として、活性汚泥処理と膜分離とを行う、膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、膜を利用して有機性汚水、下水など（以下、汚水と称す）を処理する膜分離活性汚泥処理が知られている。この処理では通常、図６に示したように、流入する汚水４１を前処理設備４２で夾雑物や砂を除去した後、流量調整槽４３に貯溜し、定流量にて曝気槽４４に送って、汚水４１中の有機物質を活性汚泥により分解除去し、必要に応じて脱窒素する一方で、槽内の活性汚泥混合液をその中に浸漬設置した膜分離装置４５により濾過して膜透過水４６を導出し、処理水槽４７を経て放流するようにしている。このとき、曝気槽４４の活性汚泥濃度が著しく高くならないように、余剰汚泥４８を連続または間欠で引き抜き、汚泥貯溜槽４９に貯溜するようにしている。
【０００３】
このような膜分離活性汚泥処理は、処理水質が安定し、システムの維持管理も容易なことから、広く普及し始めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、浸漬型の膜分離装置は通常、曝気装置の上方に膜を配置して、曝気の気泡流を膜面洗浄や液流生起に利用するようにしているため、曝気装置の影響を受け易い。
【０００５】
すなわち、散気管などにより均一に適正な空気量で曝気が行われていれば、膜面が均一に洗浄され、濾過も安定するが、散気管が目詰まりするとその直上の膜面には堆積物が生じ易くなる。この点において、連続曝気を行っていても全ての散気孔から絶えず均一に空気が噴出するとは限らず、たとえば散気管が水平に配設されていない場合には、噴出量の多い散気孔が存在する一方で、その対極に位置する散気孔は負圧気味になり、その散気孔を通じて汚泥が散気管内に侵入するなどの現象が局部的には生じており、散気管内に侵入した汚泥は長期間の内には供給される空気によって乾燥され、かさぶた状となり、散気管が目詰まりしてしまうという問題がある。
【０００６】
また、流入汚水量と濾過量とのバランスをとるために濾過を停止した時も、曝気により生じる圧力差で若干の濾過が行われるため、濾板の表面に有機濾過膜を配置した分離膜を配列するようにした膜分離装置にあっては、濾過膜の透過液側に濾液が滞留して、濾過膜が膨らむことがあり、その状態で曝気の気泡流に曝されると、濾過膜が振動して疲労し易く、破断に至ることがある。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するもので、散気装置（曝気装置）の閉塞および濾過膜の疲労破断を防止できるようにすることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、給気源に給気管を介して連通する散気装置から曝気空気が噴出する状態において、生物処理槽の内部に流入する被処理水を活性汚泥処理するとともに、槽内の活性汚泥混合液を、散気装置の上方に外圧型分離膜を配置した膜分離装置により濾過し、膜面を透過した透過水を分離膜の透過側に連通した透過水導出系を通じて槽外へ導出するに際し、槽内の活性汚泥混合液の水位が通常水位である間は透過水導出系を通じて透過水を処理水槽へ送り、槽内の活性汚泥混合液の水位が所定の下限水位に低下した時に、透過水導出系を通じて導出する透過水を、返送管により給気管の途中に注入して散気装置から噴出する曝気空気とともに槽内に返送し、その後に活性汚泥混合液の水位が所定の上方水位まで上昇した時に、透過水の注入を停止するようにした膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法を提供する。
【０００９】
上記した運転方法は、分離膜として、膜支持体の表面に濾過膜を設けた平板状膜カートリッジが使用された膜分離装置を備えた水処理装置において、より有利に行える。
【００１０】
上記した構成によれば、活性汚泥混合液の水位が所定の下限水位に低下する都度、透過水によって、散気装置の内部や散気孔に付着した汚泥を散気装置の外部へ除去し、残留した汚泥も湿潤状態として固着防止できるので、散気装置の閉塞を防止することができ、それにより分離膜の膜面への堆積を防止できる。
【００１１】
その際、水位に関わりなく絶えず濾過が行われるので、膜支持体の表面に濾過膜を配置した平板状膜カートリッジを分離膜とする膜分離装置にあっては、濾過膜は膜支持体に張りついた状態にあり、従来の濾過膜の膨らみに起因する疲労破断の問題は生じない。
【００１２】
濾過方式は、透過水導出系を通じて分離膜の透過側に吸引圧を作用させる吸引濾過方式であっても、活性汚泥混合液の水頭を濾過駆動圧とする重力濾過方式であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示した第１実施形態における水処理装置は、流入する原水１を前処理する前処理設備２と、前処理設備２に原水供給系３を介して連通した流量調整槽４と、流量調整槽４に原水供給系５を介して連通し、内部に膜分離装置６を設置した生物処理槽７と、膜分離装置６に透過水導出系８を介して連通した処理水槽９と、生物処理槽７に汚泥移送系１０を介して連通した汚泥貯溜槽１１とを備えている。処理水槽９には、放流路に至る放流管１２が開口し、汚泥貯溜槽１１には、汚泥引抜管１３が開口している。
【００１４】
詳細には、前処理設備２はスクリーン２ａと夾雑物や砂を貯溜する夾雑物貯溜槽２ｂとを有している。
原水供給系３は、スクリーン透過側の夾雑物貯溜槽２ｂの内部で一端が開口し、他端が流量調整槽４の内部で開口した原水供給管３ａと、この原水供給管３ａに介装された原水供給ポンプ３ｂとからなる。
【００１５】
原水供給系５は、流量調整槽４の内部で一端が開口し、他端が生物処理槽７の内部で開口した原水供給管５ａと、この原水供給管５ａに介装された原水供給ポンプ５ｂとからなる。
【００１６】
生物処理槽７には、槽内の活性汚泥混合液１４の水位を検知するレベル計１５が設けられている。
膜分離装置６は、活性汚泥混合液１４中に浸漬設置されていて、図２にも示したように、上下が開口した箱枠状のケース１６の内部に平板状膜カートリッジ１７を、膜面が上下方向に沿うように、かつ適当膜間隙（６〜１０ｍｍ）をおいて配列しており、膜カートリッジ１７の下方に、槽外のブロワ１８やコンプレッサなどの給気源に給気管１９を介して連通する散気装置２０を配設している。散気装置２０は複数の散気孔２０ａを有している。
【００１７】
膜カートリッジ１７は、濾板１７ａの表裏各面に有機濾過膜１７ｂを配置し、濾板１７ａと濾過膜１７ｂとの間、および濾板１７ａの内部に形成された透過液流路に連通する透過水ノズル１７ｃを濾板１７ａに形成したものであり、各膜カートリッジ１７の透過水ノズル１７ｃにチューブ２１を介して連通する集水管２２がケース１６に取り付けて設けられている。
【００１８】
透過水導出系８は、膜分離装置６の集水管２２に一端において連通し、他端が処理水槽９内に開口し、ポンプ装置２３を介装した透過水導出管２４と、透過水導出管２４におけるポンプ装置２３の吐出側に弁装置２５を介して連通し、給気管１９の管路途中に導かれた返送管２６とを有している。また、弁装置２５と前出のレベル計１５とに電気的に接続して、レベル計１５からの電気信号に応じて弁装置２５を開閉操作する制御装置２７を有している。
【００１９】
汚泥移送系１０は、生物処理槽７内の下部で一端が開口し、他端が汚泥貯溜槽１１の内部で開口した汚泥移送管１０ａと、この汚泥移送管１０ａに設けられた汚泥ポンプ（好ましくはエアリフトポンプ）１０ｂ，弁装置１０ｃとからなる。
【００２０】
上記した構成における作用を説明する。
原水１は前処理設備２に流入し、原水１中の夾雑物はスクリーン２ａにより分離されるとともに砂等は夾雑物貯溜槽２ｂで沈降して残留し、端部の原水が原水供給系３によって流量調整槽４へ送られる。
【００２１】
流量調整槽４に流入した原水１は貯溜されつつ、原水供給系５によって生物処理槽７へ送られる。
生物処理槽７では、流量調整槽４からの原水１が流入し、散気装置２０の各散気孔２０ａより曝気空気が噴出する状態において、原水１中のＢＯＤが活性汚泥により酸化分解される。
【００２２】
このとき、膜分離装置６のケース１６の内部において、曝気空気の気泡流とそれより生起された上昇液流とが膜カートリッジ１７，１７間の間隙を上向きに通過し、それにより濾過膜１７ｂの膜面が洗浄され、濃度分極が防止される状態において、ポンプ装置２３より作用する吸引圧によって、活性汚泥混合液１４が濾過膜１７ｂの膜面で濾過され、膜面を透過した透過水２８が透過水導出管２４の内部に流入する。
【００２３】
またこのとき、活性汚泥混合液１４の水位がレベル計１５によって測定され、測定値が電気信号として制御装置２７に送られていて、通常水位を示す電気信号が送られている間は、透過水２８は透過水導出管２４を通じて処理水槽９へ送られる。そして、適宜に、放流管１２を通じて放流される。
【００２４】
一方、所定の下限水位ＬＬを示す電気信号が送られると、制御装置２７により弁装置２５が開閉操作されて返送管２６側が開放され、透過水２８は返送管２６，給気管１９を通じて散気装置２０へと送られ、散気孔２０ａを通じて生物処理槽７の内部に流入する。
【００２５】
その後に、活性汚泥混合液１４の水位が上昇して、レベル計１５によって、所定の上方水位ＨＬを示す電気信号が送られると、制御装置２７により弁装置２５が開閉操作されて返送管２６側が閉塞され、透過水２８は処理水槽９へ送られる。
【００２６】
このようにして、生物処理槽７内の活性汚泥混合液１４の水位が所定の下限水位ＬＬに低下する都度、透過水２８によって散気装置２０が洗浄されるため、散気装置２０の閉塞は生じにくく、それに起因する膜カートリッジ１７の膜面への堆積物も生じにくい。
【００２７】
その際に、活性汚泥混合液１４は所定の下限水位ＬＬより低下することがないので、膜カートリッジ１７が露出することはなく、かつ膜カートリッジ１７で絶えず濾過が行われるため、濾過膜１７ｂは濾板１７ａに張りついた状態にあり、従来の濾過膜の膨らみに起因する疲労破断の問題は生じない。
【００２８】
生物処理槽７内の底部に蓄積してくる汚泥２９は適宜に汚泥移送系１０により汚泥貯溜槽１１へと移送され、汚泥引抜管１３を通じて引き抜かれる。
図３に示した第２実施形態における水処理装置は、第１実施形態のものとほぼ同様の構成を有している。
【００２９】
ただし、膜透過水導出管２４はポンプ装置を介装することなく、処理水槽９内において、活性汚泥混合液１５の所定の下限水位ＬＬに対応する位置（膜カートリッジ１７の上端よりやや高い位置でもある）で開口していて、生物処理槽７内で、活性汚泥混合液１５の水頭を濾過駆動圧として重力濾過が行われ、下限水位ＬＬで濾過停止するようになっている。
【００３０】
このような装置構成によれば、重力濾過による透過水２８は透過水導出管２４を通じて処理水槽９に導出され、処理水槽９内の透過水２８が、活性汚泥混合液１５の水位に応じて、返送管３０を通じて曝気装置２０へ送り込まれる。この場合も上記と同様にして、散気装置２０の閉塞、膜カートリッジ１７の膜面への堆積物、濾過膜１７ｂの疲労を防止できる。
【００３１】
図４に示した第３実施形態における水処理装置は、第２実施形態のものとほぼ同様の構成を有している。
ただし、生物処理槽７は、原水供給管５ａが開口する脱窒部７ａと、脱窒部７ａに連通する硝化部７ｂとに区分されていて、硝化部７ｂに膜分離装置６が設置されている。そして、脱窒部７ａと硝化部７ｂとの間で原水流入量の２〜５倍程度の活性汚泥混合液１４を循環する循環系３２が設けられ、硝化部７ｂにレベル計１５が設けられている。
【００３２】
このような装置構成によれば、第２実施形態のものと同様の作用効果が得られるうえに、高い窒素除去効果が得られる。
脱窒部７ａと硝化部７ｂとでバランスがとれるようであれば、レベル計１５は脱窒部７ａと硝化部７ｂのいずれに設けてもよい。
【００３３】
このような、窒素除去を目的とした装置構成を、第１実施形態の水処理装置に適用してもよい。
さらに、図５に示したように、生物処理槽７内の活性汚泥混合液１４を流量調整槽４に導く越流路７ｃを設け、流量調整槽４にレベル計１５を設けて、生物処理槽７内の水位は一定に維持し、流量調整槽４内の所定の下限水位ＬＬと所定の上方水位ＨＬとにおいて、透過水２８の注入を開始し、停止するようにしても、上記した各実施形態におけるのと同様の効果が得られる。
【００３４】
膜分離装置６としては、上記したような有機濾過膜を有した平板状膜カートリッジタイプのものが、濾過膜の疲労、散気装置の閉塞を防止できるという本発明の利点を有効に利用できるが、管状セラミック膜や中空糸状膜等、他の形状や材料からなる膜を備えたタイプの膜分離装置を設置しても、散気装置の閉塞を防止できるという利点を利用できる。
【００３５】
なお、上記した各実施形態は、本発明の特徴的構成である生物処理槽７と透過水導出系８との例示を目的とするものであり、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の方法によれば、活性汚泥混合液が所定の下限水位に低下する都度、透過水によって曝気装置を洗浄することになるので、曝気装置の閉塞および分離膜の膜面への堆積を防止することができる。したがって、曝気以外の手段によって膜洗浄する頻度を低減することができ、水逆洗を省略して、薬液洗浄だけで対応することも可能である。
【００３７】
その際、水位に関わりなく絶えず濾過が行われるので、膜支持体の表面に濾過膜を配置した平板状膜カートリッジを有した膜分離装置にあっては、濾過膜は膜支持体に張りついた状態にあり、従来の濾過膜の膨らみに起因する疲労破断の問題は生じない。したがって、膜寿命は長くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法を説明する装置構成図である。
【図２】膜分離装置の全体構成を示した斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態における膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法を説明する装置構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態における膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法を説明する装置構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態における膜分離装置を備えた水処理装置の運転方法を説明する装置構成図である。
【図６】従来の膜分離装置を備えた水処理装置における処理フローを示したブロック図である。
【符号の説明】
１    原水
６    膜分離装置
７    生物処理槽
８    透過水導出系
９    処理水槽
14    活性汚泥混合液
15    レベル計
17    膜カートリッジ（分離膜）
17a    濾板
17b    濾過膜
20    曝気装置
26    返送管
27    制御装置
【図１】
0003933320.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003933320.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003933320.tif 000007