(57)【要約】【課題】  生物処理槽を利用した水処理における濾過運転性能が良い排水処理方法の提供。【解決手段】  生物処理槽100内に１又は２以上の中空糸膜エレメント10を浸漬し、中空糸膜エレメント10により濾過処理するとき、濾過処理時において生物処理槽100内に散気するとき、中空糸膜エレメント10内の散気手段133から散気すると共に、中空糸膜エレメント10外の散気手段122、125から散気しながら濾過運転する排水処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物処理槽内に１又は２以上の中空糸膜エレメントを浸漬し、前記中空糸膜エレメントにより濾過処理する排水処理方法であり、
濾過処理時において前記生物処理槽内に散気するとき、前記中空糸膜エレメント内の散気手段から散気すると共に、前記中空糸膜エレメント外の散気手段から散気する、排水処理方法。
【請求項２】
前記中空糸膜エレメント外からの散気を生物処理槽の底部に配置された散気手段から行う、請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記中空糸膜エレメントとして、支持管の周囲に多数の中空糸膜が配置され、前記支持管が散気管を兼ねているものを使用する、請求項１又は２記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記中空糸膜エレメントとして、支持管の周囲に多数の中空糸膜が配置され、前記支持管が、外側の散気管と、前記散気管の内部に配置された集水管を有する二重管構造のものを使用する、請求項１又は２記載の排水処理方法。
【請求項５】
前記中空糸膜エレメント内から散気する散気手段が有する散気孔の径（ｄｍ）と、前記中空糸膜エレメント外から散気する散気手段が有する散気孔の径（ｄ）が、ｄ≦ｄｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物処理槽に中空糸膜エレメントを浸漬して濾過する排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
中空糸膜モジュールは、比較的濁度の高い水処理分野で使用される場合は、生物処理槽内に浸漬した状態で使用されることが多い。このような浸漬濾過方式の中空糸膜モジュールの場合は、濾過を継続して行った場合、膜面に懸濁質（ＳＳ）等による汚れが付着して、濾過性能が低下するという問題がある。
【０００３】
従来は、膜の下方からエアバブリングすることで、膜面に付着した汚れを除去している。しかし、中空糸膜束の外側に位置する中空糸膜表面の汚れは除去され易いが、中空糸膜束の内側にある中空糸膜表面の汚れは除去され難いため、エアバブリングのみでは、充分な濾過性能の回復は困難であった。
【０００４】
また、生物処理槽内では、槽内に散気する必要があり、通常は、槽底部に配置された散気管から散気する方法が採用されている。
【特許文献１】特開２００５−３４２６９０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３９６４２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２６１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２の中空糸膜モジュールでは、下部固定部に空気の供給部と中空糸膜が混在しているが、微細気泡を発生させることは困難で、洗浄効果も充分ではない。
【０００６】
更に特許文献２のモジュールでは、下部固定部に空気の供給管及び噴出孔が設けられているが、このようなモジュールでは、固定部の接着剤層に空気供給管や噴出孔を加工するための工数が多くなり、加工コストも高くなる。
【０００７】
本発明は、中空糸膜エレメント内外に設置された散気手段により、中空糸膜束の洗浄と生物処理槽内の散気を行うことで、高い排水処理能力を安定して発揮させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、課題の解決手段として、生物処理槽内に１又は２以上の中空糸膜エレメントを浸漬し、前記中空糸膜エレメントにより濾過処理する排水処理方法であり、
濾過処理時において前記生物処理槽内に散気するとき、前記中空糸膜エレメント内の散気手段から散気すると共に、前記中空糸膜エレメント外の散気手段から散気する、排水処理方法を提供する。
【０００９】
請求項２の発明は、課題の解決手段として、前記中空糸膜エレメント外からの散気を生物処理槽の底部に配置された散気手段から行う、請求項１記載の排水処理方法を提供する。
【００１０】
請求項３の発明は、課題の解決手段として、前記中空糸膜エレメントとして、支持管の周囲に多数の中空糸膜が配置され、前記支持管が散気管を兼ねているものを使用する、請求項１又は２記載の排水処理方法を提供する。
【００１１】
請求項４発明は、課題の解決手段として、前記中空糸膜エレメントとして、支持管の周囲に多数の中空糸膜が配置され、前記支持管が、外側の散気管と、前記散気管の内部に配置された集水管を有する二重管構造のものを使用する、請求項１又は２記載の排水処理方法を提供する。
【００１２】
請求項５の発明は、課題の解決手段として、前記中空糸膜エレメント内から散気する散気手段が有する散気孔の径（ｄｍ）と、前記中空糸膜エレメント外から散気する散気手段が有する散気孔の径（ｄ）が、ｄ≦ｄｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排水処理方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の排水処理方法によれば、生物処理と膜分離を併用した場合に、高い濾過性能を安定して発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１により、本発明の排水処理方法を説明する。図１は、本発明の排水処理方法で使用する排水処理装置の概念図であり、前記装置の内の生物処理槽を図示している。なお、本発明の排水処理方法は、生物処理槽を含む排水処理装置を利用した処理フローに特徴を有するものであり、生物処理槽以外の処理手段による処理フローは、周知の処理フローと同じようにすることができる。
【００１５】
＜排水処理装置＞
図１により、排水処理装置で用いる生物処理槽について説明する。生物処理槽１００内は仕切壁１１１、１１２で３つに仕切られており、第１槽１１４、第２槽１１５、第３槽１１６に分離されている。なお、処理液は、仕切板１１１、１１２の上端を越えて隣接する槽に移動できるようになっている。生物処理槽１００は、仕切板が１つのものや３つ以上のものでもよいし、仕切板がないものでもよい。
【００１６】
第１槽１１４には、原水供給ライン１２１が接続されており、原水が供給される。なお、ここでいう原水は、全く処理されていない水（各種施設からの排水、河川水等）でもよいし、油水分離処理、凝集処理、ミクロフィルター等による濾過処理等の公知の処理手段で処理された処理水でもよい。
【００１７】
第１槽１１４の底面には、第１散気手段１２２が配置されており、第１散気ライン１２３と接続されている。また、第１槽１１４内には、原水供給量を調整するために用いる水位計１２４が入れられている。第１散気手段１２２としては、多数の細孔を有する筒状部材（但し、第１散気ライン１２３と接続されていない端面は閉塞されている）、ＵＳ公開２００５／１５１２８１ Ａ１のFig．２、特開２００７−７７７号公報の図１に示されたもの等を用いることができる。
【００１８】
第３槽１１６の底面には、第２散気手段１２５が配置されており、第２散気ライン１２６と接続されている。第２散気手段１２５は、第１散気手段１２２と同じものを用いることができる。
【００１９】
更に、第３槽１１６内には、第２散気手段１２５の直上に位置し、かつ底面から間隔をおいて、複数の中空糸膜エレメント１０が浸漬されている。複数の中空糸膜エレメント１０は、透過液ライン１３１と空気供給ライン１３２に接続されている。なお、中空糸膜エレメント１０には、周知の逆圧洗浄手段（洗浄水タンク、薬液タンク、逆圧洗浄ライン、ポンプ等）を接続して、逆圧洗浄できるようにすることができる。
【００２０】
第１散気手段１２２は、生物処理槽１００内における生物処理用の酸素を供給するためのものであり、第２散気手段１２５は、主として中空糸膜エレメント１０を外側から洗浄するためのものである。第１散気手段１２２と第２散気手段１２５は、両方設置してもよいし、いずれか一方のみを設置してもよい。第１散気手段１２２を設置しないときには、第２散気手段１２５は、中空糸膜エレメント１０の洗浄と生物処理内への酸素の供給の両方をすることになるが、この場合には仕切板は設置しない。
【００２１】
中空糸膜エレメント１０は、膜束の内側に内部散気手段１３３を有しており、膜束の内側から散気して、膜面を洗浄できる構造のものである。
【００２２】
中空糸膜エレメント１０が有する内部散気手段１３３の散気孔の径（ｄｍ）と、第１散気手段１２２及び第２散気手段１２５が有する散気孔の径（ｄ）は、ｄ≦ｄｍであることが好ましい。このような大小関係にすることで、生物処理槽への酸素の供給と膜面の洗浄を適切に行うことができる。
【００２３】
なお、第１散気手段１２２及び第２散気手段１２５が有する散気孔の径は異なっていてもよく、その場合には、前記散気孔の径（ｄ）は、径が大きな方の孔径である。また、第１散気手段１２２及び第２散気手段１２５が有する散気孔の径が異なっている場合には、第１散気手段１２２の散気孔の径の方が小さいことが望ましい。
【００２４】
次に、本発明で用いる排水処理装置に適用できる中空糸膜エレメント１０の複数の実施形態について説明する。
【００２５】
（１）図２の中空糸膜エレメント
図２は、本発明の一実施形態である中空糸膜エレメント１０Ａの縦断面図である。
【００２６】
中空糸膜エレメント１０Ａは、支持管１１の周囲に多数の中空糸膜（中空糸膜束）２０が配置されたものである。
【００２７】
支持管１１は、外側の散気管１２と、散気管１２の内部に配置された集水管１３を有する二重管構造のものである。散気管１２と集水管１３は、金属、プラスチック又はこれらの組み合わせからなるものである。
【００２８】
散気管１２は、孔の無い散気本管１４の一端側に多数の細孔（散気孔）１６を有する散気筒１５が接続されているものであり、これらが図１に示す内部散気手段１３３に相当する。散気筒１５としては、公知の多孔質筒を用いることができ、例えば、特開平８−１５５４８４号公報に記載のＡＢＳ樹脂等の合成樹脂からなるものや、セラミックスからなるものを用いることができる。
【００２９】
散気本管１４と散気筒１５は、ねじ込み方式又は嵌め込み方式等で着脱自在に接続されている。散気孔１６の開口方向は特に制限されず、中空糸膜束２０に正対する方向、斜め上方向、斜め下方向、これらの方向が混在した方向のいずれでもよい。散気本管１４の上端側には、外部から散気管１２内に空気を導入するための空気導入管１８が接続されている。空気導入管１８が、図１の空気供給ライン１３２に接続される。
【００３０】
散気筒１５の細孔（散気孔）１６の径や密度（単位面積当たりの孔の個数）は、中空糸膜束２０を構成する中空糸膜の本数等を考慮して適宜設定することができるものであり、例えば、径は０．０１〜１ｍｍの範囲にすることができ、密度は１００〜１０，０００個／ｃｍ２の範囲にすることができる。
【００３１】
集水管１３は、その長さ方向の中心軸が散気本管１４の中心軸と一致するように配置されている。集水管１３の外径（ｄ１）と、散気本管１４の内径（ｄ２）の比率は特に制限されるものではなく、ｄ１／ｄ２が０．２〜０．８の範囲になるようにすることができる。散気本管１４の外径は１０〜３０ｍｍ程度にすることができる。
【００３２】
中空糸膜束２０を構成する中空糸膜は公知のものであり、外径１〜３ｍｍ程度、内径０．５〜２ｍｍ程度で、長さが３０〜３００ｃｍのものを１つの中空糸膜エレメント当たり数百本程度用いることができる。
【００３３】
中空糸膜束２０、散気本管１４及び集水管１３の上端側は、上部リング３２内にて、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂のような樹脂３３で固定一体化されている。上部リング３２の周囲には、上部集水キャップ３１がねじ込まれて一体化された状態で被せられている。上部集水キャップ３１内に面した中空糸膜束２０と集水管１３の端部は開口しており、散気本管１４は樹脂３３で封止され開口していない。
【００３４】
中空糸膜束２０、散気本管１４及び集水管１３の下端側は、下部リング４２内にて、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂のような樹脂４３で固定一体化されている。下部リング４２の周囲には、下部集水キャップ４１がねじ込まれて一体化された状態で被せられている。下部集水キャップ４１内に面した中空糸膜束２０と集水管１３の端部は開口しており、散気本管１４は樹脂４３で封止され開口していない。
【００３５】
このような樹脂３３、４３による固定方法は、公知の中空糸膜束の樹脂封止法を適用して、中空糸膜束２０、散気本管１４及び集水管１３の両端側を樹脂で封止した後、中空糸膜束２０と集水管１３の両端側を切断して開口させる方法を適用することができる。
【００３６】
上部キャップ３１内は上部集水室３５となり、使用時には、連通管３６にて集水本管に接続される。下部キャップ４１内は下部集水室４５となる。
【００３７】
（２）図３の中空糸膜エレメント
図３は、本発明の他の実施形態である中空糸膜エレメント１０Ｂの縦断面図である。図２の中空糸膜エレメント１０Ａとは、一部を除いて同じ構造である。以下、異なる部分についてのみ説明する。
【００３８】
支持管１１は、外側の散気管１２と、散気管１２の内部に配置された集水管１３を有する二重管構造のものである。散気管１２と集水管１３は、金属、プラスチック又はこれらの組み合わせからなるものである。
【００３９】
散気管１２は、下端部側にのみ多数の散気孔１６を有しており、図２における散気筒１５は使用されない。散気孔１６は、散気管１２の他の部分（中央部や上端部）にも形成されていてもよい。散気管１２が図１に示す内部散気手段１３３に相当する。
【００４０】
空気導入管１８は、一端側は樹脂３３を貫通して散気管１２内に連通されており、他端側は上部集水キャップ３１の曲面部分を貫通している。この実施形態の場合は、図２の中空糸膜エレメント１０Ａのように空気導入管１８を横方向に延ばした形態と比べて、空気導入管１８を含めた中空糸膜エレメント１０Ｂの幅を狭くすることができる。
【００４１】
また散気管１２の上端側は、上部アダプター１７ａに接続されており、散気管１２の下端側は下部アダプター１７ｂに接続されている。それぞれの接続部分は、ねじ込み方式又は嵌め込み方式等で着脱自在に接続されている。散気管１２の上端側には、外部から散気管１２内に空気を導入する空気導入管１８が接続されている。空気導入管１８が、図１の空気供給ライン１３２に接続される。
【００４２】
上部アダプター１７ａの上端側は、中空糸膜束２０及び集水管１３の上端側と共に、樹脂３３で固定一体化されている。下部アダプター１７ｂの下端側は、中空糸膜束２０及び集水管１３の下端側と共に、樹脂４３で固定一体化されている。
【００４３】
（３）図４の中空糸膜エレメント
図４は、本発明の更に他の実施形態である中空糸膜エレメント１０Ｃの縦断面図である。図２の中空糸膜エレメント１０Ａとは、一部を除いて同じ構造である。以下、異なる部分についてのみ説明する。
【００４４】
支持管１１は、外側の散気管１２と、散気管１２の内部に配置された集水管１３を有する二重管構造のものである。散気管１２と集水管１３は、金属、プラスチック又はこれらの組み合わせからなるものである。
【００４５】
散気管１２は、ゴムメンブレン１９とこれを支持するためのサポート管１２ａ’からなり、全面にわたって多数の通気孔１６を有するサポート管１２ａ’の表面に密着した状態で、筒状のゴムメンブレン１９が被せられている。これらが図１に示す内部散気手段１３３に相当する。ゴムメンブレン１９の両端は、上部アダプター１７ａと下部アダプター１７ｂに固定されている。
【００４６】
ゴムメンブレンは、通常の状態（圧力が加わらない状態）では目視できる孔が存在していないが、圧力を受けるとゴムメンブレン自体が膨張して、微細孔を生じさせるものである。このようなゴムメンブレンとしては、特開２００６−７５７７１号公報、特開２００７−１４８９８号公報、特開２００４−３３８８９号公報等に開示されているような、伸縮可能なゴム製シートに微細な孔が多数設けられたもの等を用いることができる。
【００４７】
（４）図５の中空糸膜エレメント
図５は、本発明の更に他の実施形態である中空糸膜エレメント１０Ｄの縦断面図である。図４の中空糸膜エレメント１０Ｃと類似する構造であり、異なる部分を中心に説明する。
【００４８】
支持管１１は、外側のゴムメンブレン１９（図４の散気管１２に相当する）と、その内部に配置された集水管１３を有する二重管構造のものである。集水管１３は、金属、プラスチック又はこれらの組み合わせからなるものである。ゴムメンブレン１９は、集水管１３の表面に密着した状態で被せられている。ゴムメンブレン１９の両端は、上部アダプター１７ａと下部アダプター１７ｂに固定されている。
【００４９】
本実施形態では、集水管１３が、中空糸膜エレメント１０Ｃにおけるサポート管１２’の役割もしている。散気管となるゴムメンブレン１９（図１に示す内部散気手段１３３に相当する。）は加圧により膨張して開口するものであるため、また、ゴムメンブレン１９が集水管１３に密着しているので、中空糸膜エレメント１０Ｃにおける散気管１２よりも外径を小さくすることができる。このため、膜エレメントが同じ外径であると、中空糸膜エレメント１０Ｃよりも中空糸膜の充填率が高められる。
【００５０】
＜排水処理方法＞
次に、図１により、本発明の排水処理方法を説明する。原水供給ライン１２１から生物処理槽１００の第１槽１１４内に原水を供給する。供給量は、水位計１２４を利用して調整する。
【００５１】
第１槽１１４では、第１散気手段１２２により散気を行い、生物処理を行う。第１槽１１４で処理された水は、仕切り板１１１を越えて第２槽１１５内に流入し、更に仕切板１１２を越えて第３槽１１６内に流入する。
【００５２】
第３槽１１６内では、複数の中空糸膜エレメント１０による膜分離が行われる。このとき、中空糸膜エレメント１０は、第２散気手段１２５による外側からの膜面の洗浄と、内部散気手段１３３による内側からの膜面の洗浄が行われるため、高い濾過性能を維持できる。第２散気手段１２５と内部散気手段１３３は、連続して作動させてもよいし、間歇的に作動させてもよく、同時に作動させてもよいし、交互に作動させてもよい。
【００５３】
また、内部散気手段１３３の散気孔の径（ｄｍ）と、第１散気手段１２２及び第２散気手段１２５が有する散気孔の径（ｄ）をｄ≦ｄｍの関係にすることにより、第１散気手段１２２による生物処理槽１００内への酸素の供給と、内部散気手段１３３による内側からの膜面の洗浄と、第２散気手段１２５による外側からの膜面の洗浄をバランス良く行うことができるため、生物処理と膜分離を合わせた濾過性能を向上させることができる。
【実施例】
【００５４】
実施例１
内部が仕切板で分離されていない生物処理槽（槽内容積０．１ｍ３；但し、槽１１５を有していない）を有する排水処理装置を用い、排水処理を行った。散気手段は、図１に示す第１散気手段１２２及び第２散気手段１２５に相当する位置に計４本の散気手段を設置した。散気手段は、パールコン・メンブレン・ディフューザー超微細気泡型チューブタイプ（PMD-T03）（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）を用いた。散気孔径は表１に示すとおりである。
【００５５】
中空糸膜エレメントは、図２に示す中空糸膜エレメント１０Ａを用いた。中空糸膜エレメント１０Ａは、有効膜面積０．９ｍ２、有効膜長さ４００ｍｍ、中空糸膜１本の内径／外径＝０．９ｍｍ／２．０ｍｍ、散気孔の径ｄｍ＝０．３ｍｍであり、これを２本用いた。
【００５６】
原水として、グルコース、尿素及び無機塩を主成分としたＢＯＤ１，０００ｍｇ／Ｌの模擬排水を活性汚泥を満たした生物処理槽へ供給した。濾過運転は、２０Ｌ／ｈの一定流量にて濾過し、濾過時間７分、濾過停止時間１分を１サイクルとして、これを繰り返した。
【００５７】
濾過運転中は、第１及び第２散気手段１２２、１２５に相当する散気手段と、中空糸膜エレメント内の内部散気手段から、それぞれ６０Ｌ／minで散気した。
【００５８】
濾過停止中には、透過液を用いた逆圧洗浄を２０Ｌ／ｈにて１分間行った。運転開始時と、運転開始から１週間経過後における中空糸膜の差圧の差（差圧の上昇の程度）と
中の溶存酸素濃度を測定した。結果を表１に示す。
【００５９】
実施例２
第２散気手段１２５に相当する散気手段として、パールコン多孔体小口径（ダイセン・メンブレン・システムズ社製）を用いたほかは実施例１と同様にして濾過運転した。結果を表１に示す。
【００６０】
比較例１
中空糸膜エレメントとして、内部散気手段を有していないほかは実施例１、２と同じものを用い、第２散気手段１２５に相当する散気手段として実施例２と同じものを用いたほかは実施例１と同様にして濾過運転した。結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2009050780.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の排水処理方法の処理フローの概念図。
【図２】本発明で用いる中空糸膜エレメントの縦断面図。
【図３】本発明で用いる中空糸膜エレメントの他実施形態の縦断面図。
【図４】本発明で用いる中空糸膜エレメントの他実施形態の縦断面図。
【図５】本発明で用いる中空糸膜エレメントの他実施形態の縦断面図。
【符号の説明】
【００６３】
１０（１０Ａ〜１０Ｄ）  中空糸膜エレメント
１００  生物処理槽
１１１、１１２  仕切壁
１１４  第１槽
１１５  第２槽
１１６  第３槽
１２２  第１散気手段
１２５  第２散気手段
【図１】
2009050780.tif 000004
【図２】
2009050780.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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