(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽内に設置した膜モジュールにより該処理槽内を左右に区画して好気室と嫌気室とを形成するとともに、前記膜モジュールの上方及び下方に好気室と嫌気室とを連通させる通水部をそれぞれ設け、前記嫌気室の上部に原水流入管を、前記好気室の下部に散気装置をそれぞれ設けたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記処理槽内に流動担体を投入するとともに、前記膜モジュールの周囲に、前記流動担体を分離するスクリーンを設けたことを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記流動担体が生物膜担体であることを特徴とする請求項２記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記処理槽の前段に、噴流撹拌固液分離装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理装置に関し、詳しくは、ＢＯＤや窒素の除去と、膜による固液分離とを同時に行うことができる排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
各種水処理における固液分離手段として近年急速に実用化が進んでいる浸漬型膜ろ過装置は、処理槽内に平膜や中空糸膜からなる膜モジュールを浸漬することで処理が可能なことから、シンプルでコンパクトな装置構成で確実な固液分離を行えるという利点を有している。さらに、このような膜モジュールによる固液分離と、活性汚泥法等の排水処理とを組合わせた排水処理装置も開発されつつある。
【０００３】
しかし、処理槽内に膜モジュールを単純に浸漬しただけでは、原水流入部から流入した原水が、処理されることなく膜モジュールに吸引されてしまう短絡流が発生することがあり、処理が十分に行われないことがあった。これを回避するために、原水流入部と膜モジュールとを十分な距離を設けて設置することも考えられるが、処理槽が大型化するため、好ましいものではない。また、膜モジュール周辺の水を十分に撹拌しないと、水中に浮遊する汚泥や担体によって膜の目詰まりが短時間で発生してしまうため、膜の洗浄を頻繁に行う必要もあった。
【０００４】
一方、窒素除去を行う場合は、嫌気性での脱窒処理と好気性での硝化処理とを行う必要があるため、窒素除去を目的とした一般的な排水処理設備では、嫌気槽と好気槽とを個別に設置し、好気槽から嫌気槽に硝化液を循環させることにより処理していた。したがって、二つの処理槽を直列に設置する必要があった。
【０００５】
そこで本発明は、短絡流の発生を防止してＢＯＤや窒素の除去を効率よく行えるとともに、固液分離を行う膜モジュールの目詰まりも抑えることができる排水処理装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、処理槽内に設置した膜モジュールにより該処理槽内を左右に区画して好気室と嫌気室とを形成するとともに、前記膜モジュールの上方及び下方に好気室と嫌気室とを連通させる通水部をそれぞれ設け、前記嫌気室の上部に原水流入管を、前記好気室の下部に散気装置をそれぞれ設けたことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の排水処理装置は、前記処理槽内に流動担体を投入するとともに、前記膜モジュールの周囲に、前記流動担体を分離するスクリーンを設けたことを特徴とし、さらに、前記流動担体が生物膜担体であることを特徴としている。また、前記処理槽の前段に、噴流撹拌固液分離装置を設けたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排水処理装置の一形態例を示す断面正面図、図２は同じく断面側面図、図３は流動担体の形状例を示す斜視図である。
【０００９】
この排水処理装置１０は、縦長直方体状の処理槽１１と、該処理槽１１の内部を左右に区画して好気室１２と嫌気室１３とを形成する膜モジュール１４と、該膜モジュール１４の全周を覆うようにして設けられたスクリーン１５と、前記好気室１２の下部に設けられた散気装置１６と、嫌気室１３の上部に設けられた原水流入管１７と、処理槽１１の底部に設けられた洗浄排水排出管１８と、膜モジュール１４の下方のスクリーン１５内に設けられた膜洗浄用散気部１９とにより形成されている。また、前記膜モジュール１４の上方及び下方には、前記好気室１２と嫌気室１３とを上下でそれぞれ連通させる通水部２０，２１が設けられ、スクリーン１５の下端部には、槽内の循環流の動きを円滑にするためのＶ字状あるいはＵ字状の整流板２２が設けられている。
【００１０】
このように形成した排水処理装置１０は、上方の通水部２０が十分な流路面積となるように水を張った状態で使用され、水中には、所定の大きさ、形状の流動担体２３が投入される。この流動担体２３としては、各種のものを使用可能であるが、プラスチック、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンに、比重調整用のシリカやカルシウム等の無機物，金属粉を添加したプラスチック製の担体を用いることが好ましい。
【００１１】
このプラスチック製の担体は、シリカ等の添加量を調節することによって比重を任意に調整することが可能であり、また、球形，パイプ状等の適宜な形状に成形が可能であるという利点を有している。例えば、図３に示すように、外周に放射状のフィン２５を有する円筒体２６の内部に複数の仕切板２７を設けた担体は、担体同士が衝突しても円筒体内に付着した微生物が剥離することがなく、所要量の微生物を確実に付着生息させておくことができるとともに、外周のフィン２５等の作用で流動性も十分に得られるという利点を有しており、前記流動担体２３として最適である。さらに、表面に微細な凹凸を設けたものは生物膜が付着し易く、５０〜３００μｍ程度の空孔を設けたものは微生物の最適な生息環境を形成できる点で好ましい。。
【００１２】
流動担体２３のサイズは、３〜２０ｍｍ程度が適当であり、例えば、前記図３に示した形状では、円筒体２６の直径が１０〜１５ｍｍ、長さが７〜１５ｍｍのものが最適である。この流動担体２３のサイズが小さい場合は、スクリーン１５として目の細かいものを使用しなければならず、スクリーン自体のコストが上昇し、目詰まりの可能性も高くなる。逆に大きくし過ぎると、微生物が付着する有効面積が減少してしまう。
【００１３】
また、流動担体２３の比重は、槽内を循環する水と同程度の速度で流動化できるように、０．９〜１．２の範囲が適当である。流動担体２３の比重が小さすぎると、そのほとんどが水面近くに浮上してしまうため、生物膜付着担体としての機能を十分に発揮できなくなる。同様に、比重が大き過ぎると、流動担体２３が処理槽底部に沈降してしまうので、いずれの場合も流動担体２３を流動化させる循環流の流速を高くしなければならないため、散気等の流動化に要するコストが上昇してしまう。
【００１４】
前記スクリーン１５は、流動担体２３を通過させずに水を通過させて両者を分離するものであって、網目状のもの（ネット）を使用することもできるが、水の流れ方向に平行なワイヤー等を所定間隔で並べた面が外面に位置するものを用いることにより、流動担体２３がスクリーン１５に捕捉されることがほとんど無くなり、スクリーン１５の目詰まりを防止できる。
【００１５】
このようなスクリーン１５を膜モジュール１４の周囲に設けることにより、流動担体２３が膜モジュール１４に捕捉されて付着し、これが原因で膜に目詰まりが発生してしまうことを防止できる。なお、膜モジュール１４に捕捉された流動担体２３を、流動する水や流動担体２３によって剥離できる条件下で処理を行える場合は、スクリーン１５を省略することもできる。また、整流板２２を設けることにより、スクリーン１５の下端部に流動担体２３が引っかかることを防止できる。
【００１６】
そして、膜モジュール１４は、通常の膜分離装置に用いられている中空糸膜等を利用することが可能であり、膜モジュール１４のみで処理槽１１を区画する必要はなく、図２に示すような適当な仕切部材２４を連設して処理槽１１内を区画するようにしてもよい。なお、完全に水密状態にして処理槽１１内を区画する必要はなく、循環流を妨げない程度の隙間があってもよい。
【００１７】
処理槽１１の高さ（深さ）及び膜モジュール１４の高さ、すなわち、循環流路の長さは、散気装置１６からの散気によって好気室１２が十分な好気状態を維持することができ、嫌気室１３は、好気室１２からの水の流入によっても十分な嫌気状態を維持できるように設定される。したがって、装置設置場所における流入原水の性状や流量、流動担体２３の種類や微生物の状態、散気強度等の条件を勘案して設定すべきである。
【００１８】
また、好気室１２及び嫌気室１３における最適な通水速度（滞留時間）が異なる場合は、膜モジュール１４の位置を調節して各室の流路面積を変化させればよい。さらに、散気装置１６の設置位置を上下方向に調節することにより、循環流における好気状態及び嫌気状態を調節することもできる。なお、散気装置１６を上方に設けると好気室１２の下部は嫌気状態となり、流路長によっては、嫌気室１３の上部が好気状態となるが、所定の処理が行われれば問題はない。加えて、膜モジュール１４の好気室１２側あるいは嫌気室１３側に適当なパネル等を設置することにより、膜モジュール１４で吸引する処理水を、好気室１２側あるいは嫌気室１３側のいずれかを主体にすることができる。また、原水流入管１７からの原水の流入位置を、処理状態に応じて適当に調節することもできる。さらに、本形態例では、散気装置１６によって循環流を形成するようにしているが、循環流形成用の撹拌翼やポンプを設置することもできる。
【００１９】
このように形成した排水処理装置１０は、膜モジュール１４を介して処理水流出管１４ａに流出する処理水の量に見合う量の原水を原水流入管１７から処理槽１１内に流入させるとともに、散気管１６ａに圧縮空気を供給して散気装置１６から所定の強度で散気を行った状態で運転される。処理槽１１に流入した原水は、嫌気室１３の下降流に混合して流動担体２３と接触しながら流下し、ここで嫌気処理、即ち脱窒処理が行われて下部の通水部２０から好気室１２に流入する。好気室１２内の水及び流動担体２３は、散気装置１６から散気された気泡によって撹拌されながら好気室１２を上昇し、ここで好気処理、即ち硝化処理が行われて上部の通水部２１から嫌気室１３に循環する。
【００２０】
したがって、上部の通水部２１から嫌気室１３に循環する水が、従来の脱窒処理における硝化液に相当し、好気室１２と嫌気室１３とを循環することによって窒素の除去が行われる。また、原水中のＢＯＤ等は、この循環流の中で流動担体２３に付着した微生物によって順次処理され、循環流の一部が、スクリーン１５を通って流動担体２３と分離した後、膜モジュール１４に吸入されて処理水流出管１４ａから流出する。
【００２１】
このように、膜モジュール１４の周囲に循環流を形成して水処理を行うことにより、原水流入管１７からの原水が処理されることなく膜モジュール１４に吸引される短絡流の発生を防止することができる。さらに、循環流の中で水と流動担体２３とを接触させることにより、両者の接触を均一化することができるので、処理効率を向上させることができる。また、膜モジュール１４の周囲に水を循環させるので、処理槽１１の小型化を図ることもできる。さらに、膜モジュール１４の表面に水が常に流動しているので、膜の目詰まりを抑制して膜にかかる負荷を軽減することができる。なお、排水処理装置１０における滞留時間を長くする場合は、処理槽１１の容積を増大させる代わりに、膜モジュール１４からの処理水の取出しを間欠的に行うようにしてもよく、膜モジュール１２から処理水を取出している間は、原水の流入を停止させるようにしてもよい。
【００２２】
特に、膜モジュール１４の周囲に流動担体２３を分離するスクリーン１５を設置することにより、流動担体２３が膜表面に付着することを確実に防止できる。さらに、流動担体２３として生物膜担体を用いて流動床生物膜処理を行うことにより、より効果的な水処理を行うことができる。また、好気室１２から嫌気室１３への硝化液の返流、即ち循環流の形成を、好気室１２に設けた散気装置１６で行うことにより、硝化液循環用のポンプや配管が不要になる。
【００２３】
膜モジュール１４の洗浄は、処理水流出管１４ａからの逆洗水の導入や、散気管１９ａから圧縮空気を供給することによる膜洗浄用散気部１９からの散気等を適当に組合わせて行うことができる。このときの洗浄排水は、洗浄排水排出管１８から排出して最初沈殿池等へ戻せばよい。
【００２４】
図４は本発明の排水処理装置を使用した排水処理設備の一例を示す概略系統図である。この排水処理設備は、前記形態例に示したような排水処理装置１０の前段に、原水中の固形物成分を分離するための噴流撹拌固液分離装置３０を設けたものである。この噴流撹拌固液分離装置３０は、原水の流れ方向に対して垂直に複数の多孔板３１を挿入したものであって、凝集剤添加混合槽３２で凝集剤と混合した原水は、多孔板３１の所定位置に設けられた複数の噴出孔３３から下流側に噴出し、噴出した水のエネルギーによる撹拌作用で沈降性に富んだフロックを形成する。形成されたフロックは、その沈降性に応じて多孔板３１部分及び傾斜管３４部分で沈殿し、底部の排泥管３５から排出される。この噴流撹拌固液分離装置３０は、撹拌機等を必要とせずに水のエネルギーによって撹拌作用を得るようにしているので、優れた固液分離能力を有するとともに、設備コストや運転コストが低廉であるという利点を有している。
【００２５】
そして、このような噴流撹拌固液分離装置３０で固液分離を行った原水を前記排水処理装置１０で処理することにより、膜モジュール１４の負荷を一層軽減することができ、安定した水処理運転を長期間継続して行え、膜モジュール１４の洗浄間隔を延長させることができる。
【００２６】
図５は、本発明の排水処理装置の他の形態例を示す断面正面図である。なお、前記形態例の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
本形態例は、流動担体を使用せずに、好気室１２及び嫌気室１３に固定床４１，４２をそれぞれ設置したものである。この固定床４１，４２には、適宜なものを使用することができるが、空隙率の大きなプラスチック製接触材、すなわち、ポリエチレン，ポリプロピレン，硬質塩化ビニル等を波状、網状，ループ状等に形成し、これを９０％以上の空隙率を有するように成形したプラスチック製接触材を使用することが好ましい。
【００２８】
このようなプラスチック製接触材からなる固定床４１，４２を使用することにより、通水抵抗をほとんど増加させずに循環流の形成を容易に行えるとともに、好気処理、嫌気処理に適した微生物を各固定床４１，４２にそれぞれ成育させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排水処理装置によれば、膜モジュールによって処理槽内を好気室と嫌気室とに区画するとともに、好気室に設けた散気装置によって循環流を形成したことにより、短絡流の発生を防止してＢＯＤや窒素の除去を効果的に行うことができるだけでなく、膜の目詰まりも抑制して膜にかかる負荷の軽減も図れ、固液分離も効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の排水処理装置の一形態例を示す断面正面図である。
【図２】  同じく断面側面図である。
【図３】  流動担体の形状例を示す斜視図である。
【図４】  本発明の排水処理装置を使用した排水処理設備の一例を示す概略系統図である。
【図５】  本発明の排水処理装置の他の形態例を示す断面正面図である。
【符号の説明】
１０…排水処理装置、１１…処理槽、１２…好気室、１３…嫌気室、１４…膜モジュール、１４ａ…処理水流出管、１５…スクリーン、１６…散気装置、１７…原水流入管、１８…洗浄排水排出管、１９…膜洗浄用散気部、２０，２１…通水部、２２…整流板、２３…流動担体、２４…仕切部材、３０…噴流撹拌固液分離装置、３１…多孔板、３２…凝集剤添加混合槽、３３…通孔、３４…傾斜管、３５…排泥管、４１，４２…固定床
【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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