CN101959804B

CN101959804B - 水处理装置以及水处理方法

Info

Publication number: CN101959804B
Application number: CN2008801072122A
Authority: CN
Inventors: 高田一贵; 谷田克义; 野下昌伸; 西尾弘伸
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: WO2009041015A1; JP5049929B2; JP2009202146A; CN101959804A

Abstract

本发明的目的在于提供将颗粒状活性碳作为微生物载体使用的反应槽与浸渍型膜分离装置组合的，小型而且省能，分解效率高的水处理装置和水处理方法。具体地说，本发明的水处理装置，是利用微生物载体对被处理水进行曝气处理的反应槽与具备对所述反应槽的处理水进行膜分离的浸渍型膜分离装置的膜分离槽形成一体的水处理装置，其特征在于，所述反应槽与所述膜分离槽借助于下端部开放的第一隔板区隔，所述反应槽利用上端部以及下端部开放的第二隔板，分割为下部设置第一散气装置的前级区域和隔着所述第一隔板与所述膜分离槽相邻的后级区域，底面倾斜，从所述前级区域起越是靠近所述膜分离槽高度越是增加。

Description

水处理装置以及水处理方法

技术区域

本发明涉及对河川水、湖泊水、地下水等进行净化处理用的，或对污水、工业废水等有机性废水进行净化处理用的处理装置及处理方法。

背景技术

为了将河川水、湖泊水等作为饮用水使用，有必要去除悬浊物质等。作为悬浊物质的去除方法已知有添加凝集剂等然后用长纤维过滤的方法、膜分离处理方法。在原水的水质良好的情况下，只要去除悬浊物质，进行活性碳吸附处理，就能够制造稳定的高质量的饮用水。

另一方面，在原水的水质低的情况下，原水中溶解的有机物浓度高，因此膜分离装置的负担大。而且即使是悬浊化剂与长纤维过滤组合，也不能够有效地使有机物浓度降低。因此作为膜分离的前处理，采用利用需氧性微生物分解有机物的方法。

例如在专利文献1和专利文献2中公开了以颗粒状活性碳为载体，使槽内的原水曝气，利用需氧性微生物分解有机物，然后用投入同一槽内的过滤膜单元进行膜分离处理的净水处理方法和装置。

又，专利文献3公开了使原水依序流入多个槽，利用活性碳对原水进行吸附处理，对该处理水进行膜分离处理的处理装置。

专利文献1：特开2000-197895号公报

专利文献2：特开2000-317484号公报

专利文献3：特开平11-47747号公报

发明内容

本发明所要解决的技术问题

专利文献3公开的处理装置是用活性碳吸附去除有机物的装置，不是利用需氧性微生物进行分解处理的装置。因此如果不连续提供活性碳，就不能够去除有机物，处理成本高。另一方面，专利文献1和专利文献2公开的处理装置中，由于在反应槽内设置浸渍型膜分离装置，浸渍型膜分离装置会妨碍反应槽内的处理水的循环。而且也存在活性碳粉末容易堵塞膜分离装置的膜上的孔的问题。

而且，专利文献1和专利文献2中公开的处理装置在使用颗粒状活性碳的情况下，为了使颗粒状活性碳流动，需要较大的曝气(使水曝露于空气)动力，存在成本高的问题。

本发明的目的在于提供将使用微生物载体的反应槽与浸渍型膜分离装置加以组合的，小型而且省能，分解效率高的水处理装置和水处理方法。

解决技术问题的技术手段

本发明的发明人等发现如果将作为微生物载体使用的反应槽与浸渍型膜分离装置分离，而且反应槽内也利用隔板(通风板)分开为两个区域，将散气装置(曝气装置)设置于低位置上的底面上，就能够使微生物载体高效率循环，浸渍型膜分离装置的膜也不容易发生孔堵塞的情况，从而能够完成本发明。

具体地说，本发明的水处理装置，是利用微生物载体对被处理水进行曝气处理(散气处理)的反应槽与具备对所述反应槽的处理水进行膜分离的浸渍型膜分离装置的膜分离槽形成一体的水处理装置，其特征在于，

所述反应槽与所述膜分离槽借助于下端部开放的第一隔板区隔；

所述反应槽利用上端部以及下端部开放的第二隔板，分割为下部设置第一散气装置的前级区域和隔着所述第一隔板与所述膜分离槽相邻的后级区域；

底面倾斜，从所述前级区域起越是靠近所述膜分离槽高度越是增加。

又，本发明涉及的水处理方法，是借助于利用微生物载体对被处理水进行曝气处理(散气处理)的反应槽与具备浸渍型膜分离装置的膜分离槽依序对淡水进行处理的方法，其特征在于，

底面倾斜，从所述前级区域起越是靠近所述膜分离槽高度越是增加，

在所述反应槽内，利用从所述第一散气装置释放的空气，使颗粒状活性碳通过所述前级区域和所述后级区域之间循环；

在所述膜分离槽，对所述从反应槽来的处理水进行膜分离处理。

本发明的处理装置和处理方法中，在反应槽内用微生物载体，利用需氧性微生物的作用对有机物进行生物接触分解(生物学分解)。反应槽利用第二隔板分为前级区域和后级区域，利用在前级区域的下方设置的第一散气装置放出的空气(气泡)，使处理水和微生物载体向后级区域移动。后级区域的下方没有设置散气装置(air diffuser)，因此处理水和微生物载体在后级区域从上方向下方流动。后级区域与前级区域的下端部连通，而且前级区域的底面比后级区域的底面低，因此微生物载体容易顺着处理水的流动向前级区域移动。

这样，在本发明的处理装置和处理方法中，处理水和微生物载体的循环能够顺利进行，能够利用微生物载体表面上的需氧性微生物高效率地对有机物进行生物接触分解。还有，需氧性微生物不容易分解的有机物及其代谢物等，在微生物载体是颗粒状活性碳那样的吸附性物质的情况下，能够利用微生物载体将其吸附去除。

反应槽的后级区域与膜分离槽在下端连接着，但是底面倾斜，以从反应槽的前级区域越向后级区域和膜分离槽接近，高度越是增加，因此反应槽的处理水中不容易混入颗粒状活性碳和作为其碎片的粉末状活性碳，而向分离槽移动。因此能够防止活性碳造成浸渍型膜分离装置的膜孔的堵塞和膜的损伤。

最好是所述第一隔板具有遮蔽构件，在用药液清洗所述浸渍型膜分离装置时，利用该遮蔽构件遮蔽所述反应槽与所述膜分离槽。

在膜分离槽内进行膜分离的浸渍型膜分离装置，为了防止内装的精密过滤膜(MF膜(Microfiltration Membrane))或超滤膜(UF膜(UltrafiltrationMembrane)等的膜孔的堵塞，有必要定期用次氯酸/氢氧化钠等药液进行清洗。在用药液对MF膜或UF膜的原水一侧(一次侧)进行清洗时，有必要将整个浸渍型膜分离装置都浸渍于药液中，因此通常在用药液进行清洗时有必要将浸渍型膜分离装置从膜分离槽中取出。但是如果利用设置于第一隔板的遮蔽构件遮蔽所述反应槽和所述膜分离槽，就能够防止药液混入反应槽对需氧性微生物造成不良影响。

通过还设置与所述第一隔板相邻的第三隔板，也能够防止在对MF膜或UF膜的原水一侧利用药液进行清洗时发生药液混入反应槽的情况。其中，

所述第三隔板位于比所述第一隔板更靠所述膜分离槽一侧；

所述第三隔板的上端部位于比所述第一隔板的上端部低的位置；

所述第三隔板的下端部与底面接触；

在所述第一隔板与所述第三隔板之间，形成从所述反应槽向所述膜分离槽提供处理水的供水路径。

通过设置这样的第三隔板，反应槽与膜分离槽由第一隔板和与第一隔板相邻的第三隔板区隔，在第一隔板与第三隔板之间形成从反应槽向膜分离槽提供处理水的供水路径。因此即使是在反应槽内用药液清洗浸渍型膜分离装置的MF膜等的原水一侧，药液也不能够混入反应槽，能够防止药液对反应槽内的需氧性微生物产生不良影响。而且也能够缩短清洗时间。

而且由于利用第一隔板和第三隔板这2个隔板能够将反应槽与膜分离槽双重隔离，即使是在反应槽内使用粒径小的微生物载体(例如粉末状活性碳)，微生物载体也不容易侵入膜分离槽，能够防止MF膜等发生孔堵塞和受到损伤。

还有，在设置第三隔板的情况下，最好是设置从膜分离槽向反应槽回送处理液的回送路径。利用第一隔板和第三隔板隔离反应槽和膜分离槽时，处理水通过供水路径从反应槽提供膜分离槽，处理水不从膜分离槽向反应槽移动。因此反应槽内的需氧性微生物也与处理水一起向膜分离槽移动，所以有可能发生反应槽内需氧性微生物量不足的情况。

因此，设置从膜分离槽向反应槽回送处理液的回送路径，这样能够将凝缩的处理液与需氧性微生物送回反应槽。还有，回送路径最好是设置为连接膜分离槽的底面或下部与反应槽的底面或下部。

所述微生物载体最好是颗粒状活性碳。因为颗粒状活性碳是多孔性物质，需氧性微生物容易在表面上增殖，具有能够吸收需氧性微生物不能够分解的物质的能力。

所述第一散气装置最好是空气补给管。因为空气补给管与平板状散气装置相比需要的设置空间比较小，由于是纵向比较长的形状，能够在前级区域与后级区域之间使颗粒状活性碳和处理液高效率循环。而且空气补给管的市售产品的种类也多，容易到手。还有，空气补给管的水平方向上的断面形状可以采用圆形、椭圆形、多边形等。

最好是在所述膜分离槽的下方设置第二散气装置。因为与逆向清洗操作平行地利用第二散气装置进行空气洗涤，能够防止浸渍型分离装置的膜的膜孔被堵塞。

最好是在所述膜分离槽中，在所述膜分离装置的近旁设置固形分去除装置。这是为了去除存在于膜分离槽内的不需要的固体形状的物质和代谢生成物，防止膜孔堵塞。固形分去除装置意味着例如虹吸方式的泄放管(drain)、连接于浆液泵的泄放管等，只要是能够从膜分离槽内的被处理水中将固形分排出到装置外部去除的构件即可。

作为固形分去除装置，通常采用设置于反应槽或膜分离槽底部的泄放管，但是在本发明的水处理装置和水处理方法中，在不具有与第一隔板相邻的第三隔板的情况下，由于在反应槽或膜分离槽的底部存在颗粒状活性碳等微生物载体，如果在槽底部设置泄放管那样的固形分去除装置，则会将微生物载体大量排出。而且在对膜分离装置的MF膜或UF膜进行逆向清洗时，膜分离装置近旁的固形分浓度上升，因此，不具有与第一隔板相邻的第三隔板的情况下，最好是在膜分离装置近旁设置固形分去除装置。

还有，在设置泄放管作为固形分去除装置的情况下，最好是利用有定时器设定的自动阀控制泄放管的固形分去除量(排出量)。这是为了按照膜分离装置的MF膜或UF膜的逆向清洗的定时，高效率地去除膜分离装置近旁的固形分。

所述浸渍型膜分离装置最好是利用MF膜或UF膜进行膜分离的类型的装置。因为MF膜和UF膜每单位面积的透水性良好，能够得到适合饮用的水质。还有，MF膜和UF膜从容积效率以及省能考虑，与平膜相比，由于是中空丝膜，更加理想。

本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点从参照附图对下述理想的实施形态进行的详细说明中能够清楚了解到。

发明效果

本发明的水处理装置和水处理方法，由于是反应槽与膜分离槽形成一体，需要较小的设置空间，与已有的生物接触过滤装置和活性碳过滤装置组合的情况相比，能够以1/3以下的设置面积实现设备的设计。而且在以颗粒状活性碳作为需氧性微生物的载体的情况下，能够同时进行有机物的需氧性分解与吸附处理，处理水的水质好，也容易跟踪原水的水质变动。

附图说明

图1表示包含实施形态1的水处理装置的水处理系统的一个例子(通常运行时)。

图2表示包含实施形态1的水处理装置的水处理系统的一个例子(逆向清洗操作时)。

图3是实施形态1的水处理装置中的被处理水的流动的说明图。

图4A表示包含实施形态2的水处理装置的水处理系统的一个例子(通常运行时)。

图4B表示包含实施形态2的水处理装置的水处理系统的一个例子(用药液清洗时)。

图5A表示包含实施形态2的水处理装置的水处理系统的另一个例子(通常运行时)。

图5B表示包含实施形态2的水处理装置的水处理系统的另一个例子(用药液清洗时)。

图6表示包含实施形态3的水处理装置的水处理系统的一个例子。

图7是作为比较例的水处理装置的大概结构图。

符号说明

1、51 原水槽

2、52 原水泵

3、53 路径

4 水处理装置

5 前级区域

6 后级区域

7 反应槽

8 第二隔板(通风板；Draft板)

9a 第二隔板的上端部

9b 第二隔板的下端部

10 第一散气装置

11 第一隔板

12 膜分离槽

13、54 浸渍型膜分离装置

14a 第一隔板的下端部

14b 第一隔板的上端部

15 底面

15a 底面(水平部分)

15b 底面(倾斜部分)

16、55 路径

17 泄放管(固形分去除装置)

18、60 鼓风机

19a、19b 空气路径

20 流量计

21、25、26 路径

22、57 处理水箱

23a、23b 路径

24、56 吸泵

27 次氯酸贮留槽

28 药液泵

29 药液路径

30 第二散气装置

31 供气口

32a 第一散气装置的下端部

32b 第一散气装置的上端部

33 遮蔽构件

34 排水管

35 能够容纳于第一隔板内的遮蔽构件

36 辅助遮蔽构件

40、62 气泡

41、59 颗粒状活性碳(微生物载体)

58 水处理装置(已有型号)

61 散气装置

71 第三隔板

71a 第三隔板的下端部

71b 第三隔板的上端部

72 供水路径

73 排水路径

74 回送路径

75 泵

具体实施方式

下面参照适当的附图对本发明的实施形态进行说明。还有，本发明不限于下面所述。

实施形态1

图1表示在本发明的水处理装置上连接外部装置的水处理系统的一个例子。在该图中，本发明的水处理装置以剖面图表示。

本发明的水处理装置4具有利用颗粒状活性碳等微生物载体对被处理水进行曝气处理(散气处理)的反应槽7与具备对反应槽7的处理水进行膜分离的浸渍型膜分离装置13的膜分离槽形成一体的结构。还有，在图1中，微生物载体被省略。

第一隔板11的下端部14开放，反应槽7与膜分离槽12利用下端部14连通。又，反应槽7利用上端部9a和下端部9b开放的第二隔板8(通风板)分为前级区域5和后级区域6。还有，上端部9a和下端部9b最好是分别为5cm以上10cm以下以及5cm以上15cm以下。

上端部9a(第二隔板8与液面的距离)采用5cm以上是因为利用空气升液器将其提升的反应槽内的被处理液以及微生物载体通过第二隔板8溢流时，能够使其平稳流动。如果第二隔板8的上端处于液面附近或超出液面，则成为溢流时的阻抗，不能够实现平稳流动。另一方面，如果上端部9a超过10cm，则溢流的被处理液等与流动方向的板发生冲突而折回，生成逆流，隔开效果变小。

在前级区域5的下方设置第一散气装置10。该散气装置10是上端部32b和下端部32a开放的筒状构件，靠近下端部32a的侧面下方存在将鼓风机18通过空气路径19提供的空气放入筒内的供气口31。从供气口31提供的空气作为气泡经过上端部32b进入前级区域5。又，后级区域6隔着第一隔板11与膜分离槽12相邻。第一散气装置10采用空气补给管，借助于此，可以用较少的曝气量(散气量)高效率地实现微生物载体的循环和氧溶解。

还有，第一散气装置10不限于图1所示的结构。为了使反应槽7内的被处理水以及微生物载体高效率循环，最好是从一般结构的空气补给管中选择适合前级区域5的内部尺寸和水深的类型使用。

对膜分离槽12，在浸渍型膜分离装置13的下方设置第二散气装置30，从鼓风机18经过空气路径19b提供空气。该第二散气装置30在通常运行(膜过滤)时和下述逆向清洗时，向膜分离槽12内放出气泡，以此对浸渍型膜分离装置13的MF膜或UF膜进行空气洗涤，防止膜孔堵塞。该第二散气装置是在例如直径10～30mm左右的管上相隔2～3cm间距开直径2～3mm的孔的构件，主要目的是形成粗大气泡，但是并不限于这样的结构。

在膜分离槽12，设置泄放管17作为固形分去除装置。该泄放管17可以借助于利用重力的作用的虹吸方式将固形分排出，也可以利用浆液泵将固形分排出。

水处理装置4的底面，在前级区域5大部分为水平，而越是经过后级区域6向膜分离槽12靠近，底面的高度越是增加，形成倾斜状。水平的底面15a与倾斜的底面15b形成的角度(底面15b的倾斜角θ)最好是在15°以上45°以下范围内。

第一隔板11的下端与底面15b之间的间隙(下端部14的高度)最好是10cm以上20cm以下。还有，该数值范围是将膜处理量设想为20m³/日的数值。如果膜处理量为20m³/日以上，则将上述数值范围设计于变大的方向上，如果是20m³/日以下，就将上述数值范围设计于变小的方向上。

流过第一隔板11的下端部14的流速取决于膜分离装置13的处理量。膜分离装置13的处理量除以下端部14的截面积(也就是第一隔板11的开口部分的面积)，可以算出通过截面的流速，该流速与微生物载体的最后沉降速度(水中的单一颗粒(在这里是颗粒状活性碳等微生物载体)在水中沉降时重力与水的阻力达到平衡，以一定的速度沉降时的速度)相比相当大的情况下，不能够避免微生物载体混入膜分离槽12。为了避免所述混入，调节下端部14的高度，使流速低于微生物载体的最后速度。

下面对图1的水处理系统中被处理水的处理步骤进行说明。贮存于原水槽1中的原水利用原水泵2通过路径3被提供给水处理装置4的反应槽7。原水也可以提供给前级区域5或后级区域6中的任一个。在反应槽7投入微生物载体，从位于前级区域5的下方的第一散气装置10释放包含氧气的气体(空气等)的气泡，以在反应槽内的被处理水中维持氧气的高浓度。而且在微生物载体的表面上需氧性微生物增殖，被处理水中的有机物被需氧性分解。

反应槽7与膜分离槽12借助于第一隔板11的下端部14流通，因此反应槽内的被处理水(曝气处理后)可以从下端部14提供给膜分离槽12。膜分离槽12中设置浸渍型膜分离装置13，对曝气处理(散气处理)后的被处理水进行膜分离(固液分离)。

该浸渍型膜分离装置13从防止膜孔被堵塞的考虑出发，最好MF膜或UF膜为中空丝型，采用纵向放置。而且为了使流路上的压力损失减小，浸渍型膜分离装置13最好是长度0.7m以上2.0m以下，内径0.6mm以上1.5mm以下。

后级区域6与膜分离槽12用下端部14连通，因此反应槽7的处理水从下端部14提供给膜分离槽12。浸渍型膜分离装置13的处理水(透过的水)经过路径16向水处理装置4的外部提供。路径16内的处理水按照路径23a→路径26→吸泵24→路径25→流量计20→路径21的顺序移动，在处理水箱22中贮存。处理水箱22内的处理水达到自来水标准的情况下，可在用氯气消毒等措施之后提供饮用。

腐殖酸等有机物利用生物处理、膜分离处理、吸附处理也难以去除，但是在用氯气消毒时部分发生分解。因此处理水箱22内的处理水在有腐殖酸等残存的情况下由于用氯气消毒，色度减半。

还有，如图1所示，在路径16的下游设置逆向清洗水槽22，对浸渍型膜分离装置13的MF膜或UF膜进行清洗时(膜分离停止的情况下)，最好是采用从路径23向路径16提供处理水的一部分，对浸渍型膜分离装置13的MF膜或UF膜进行逆向清洗的结构。最好是浸渍型膜分离装置13持续进行10～30分钟左右的膜分离，在膜分离操作休止时进行这种逆向清洗1～2分钟。逆向清洗操作结束即再度开始膜分离操作。

逆向清洗操作时，如图2所示，处理水箱22内的处理水按照路径23b→路径26→吸泵24→路径25→路径16的顺序移动，被提供给浸渍型膜分离装置13。

在膜分离槽12中，在浸渍型膜分离装置13的下方设置第二散气装置30则更加理想。利用第二散气装置30在通常运行(用膜过滤)时或逆向清洗时将由空气路径19b提供的空气从浸渍型膜分离装置13的下方释放出，进行空气洗涤，这是为了提高防止污泥等在浸渍型膜分离装置13的MF膜或UF膜上附着的效果、提高防止膜孔堵塞的效果和提高清洗效果。

还有，为了防止浸渍型膜分离装置13的MF膜或UF膜的膜孔堵塞，更理想的方法是利用药液泵28从药液路径29对路径16提供次氯酸溶液贮留槽27内的次氯酸溶液(浓度为3mg/L～500mg/L)，每一定期间用药液对浸渍型膜分离装置13的MF膜或UF膜进行清洗。

如果利用浸渍型膜分离装置13继续进行膜分离(用膜过滤)则反应槽7以及膜分离槽12内的被处理水中浮游需氧性微生物增殖，由于其作用，原水中的铁、锰等无机成分变为固体氧化物。因此反应槽7和膜分离槽12内的被处理水中的固形分浓度慢慢上升。在原封不动的情况下，反应槽7的有机物的分解效率下降，膜分离装置13的MF膜或UF膜膜孔也容易发生堵塞。

因此在膜分离槽12设置例如连接于浆液泵的泄放管17作为固形分去除手段，定期将膜分离槽12内的固体形态的物质排出，最好是将反应槽7以及膜分离槽13内的被处理液中的固形分浓度调整在500mg/L以上4000mg/L以下的范围内。

还有，所谓被处理液中的固形分浓度是指微生物载体之外的，在被处理液中浮游的微生物等固形分的浓度，不包含微生物载体。

在本发明中，利用浮游需氧性微生物使原水中的铁、锰等无机成分变成固态的氧化物，将其作为固体形态的物质，利用固形分去除手段排出到系统外，以此只用微生物载体难于去除的原水中的无机成分也能够有效去除。

下面参照图3对反应槽7中的曝气处理(散气处理)进行说明。在图3中，微生物载体采用颗粒状活性碳。从反应槽7的前级区域5的下方的第一散气装置10经空气路径19a提供的空气作为气泡40从上端部32b放出。利用该气泡40，将反应槽7内的被处理水的氧浓度维持于较高的浓度，形成需氧性微生物容易活动的状态。

还有，反应槽7内水中溶解的氧的浓度最好是6mg/L以上，固形分浓度最好是500mg/L以上4000mg/L以下。而反应槽7的滞留时间(曝气时间)最好是15分钟以上60分钟以下。

在反应槽7中，投入颗粒状活性碳41作为需氧性微生物的载体，在颗粒状活性碳41的表面上，需氧性微生物将被处理水中的有机物加以分解(生物接触分解)。需氧性微生物难以将其分解的难分解性有机物等可以利用颗粒状活性碳41吸附去除。

微生物载体除了颗粒状活性碳外，也可以采用沸石等颗粒状吸附剂、树脂制造的颗粒状体或筒状体等，但是为了吸附去除需氧性微生物不能够分解的物质，最好是使用颗粒状活性碳或沸石等具有吸附能力的颗粒状体。还有，微生物载体采用颗粒状活性碳41的情况下，粒径为0.5mm以上2mm以下是合适的。

第一散气装置10的上端部32b释放出的气泡40通过前级区域5上升。被处理水也伴随气泡40上升，颗粒状活性碳41也同样向上方移动。这时气泡从第一散气装置10的下端部32a释放出来。上端部32b和下端部32a由于开放，气泡40从上端部32b释放出时，向前级区域5的底面15a沉降的颗粒状活性碳与被处理水一起被从下端部32a吸入。

由于第二隔板8的上端部9a开放，前级区域5的被处理水以及颗粒状活性碳41通过上端部9a向后级区域6移动。而且在后级区域6没有设置散气装置，在第二隔板8的下端部9b也是前级区域5与后级区域6连通，因此在后级区域6，被处理水以及颗粒状活性碳41从上端部9a向下端部9b移动。也就是说，由于从第一散气装置10的上端部32b释放出气泡40，反应槽内的颗粒状活性碳41在前级区域5→上端部9a→后级区域→下端部9b的方向上循环。

前级区域5的底面15a处于作为水处理装置4的底面最低的位置上。而且形成倾斜，从底面15a出发，经过后级区域6越靠近膜分离槽12，底面15b高度越增加，由于这样倾斜，沉降到后级区域6的底面15b的颗粒状活性碳41容易经过第二隔板8的下端部9b向前级区域5的底面15a移动。移动到底面15a的颗粒状活性碳41，如上所述，被吸入第一散气装置10的下端部32a后，从上端部32b与气泡一起放出，再度在反应槽7内循环。

这样，在实施形态1的水处理装置4中，利用第一散气装置10、第二隔板8、以及倾斜的底面15b，促进反应槽7中的颗粒状活性碳41的循环流动，需氧性微生物对有机物的分解效率比较高。

在这里，添加于反应槽7的颗粒状活性碳41最好是在反应槽内的被处理水中为2重量％以上15重量％以下。还有，如果使用粉末活性碳取代颗粒状活性碳，则在反应槽7内使微生物载体流动所需要的动力变小，粉末活性碳(通过摩擦等方法从颗粒状活性碳产生的活性碳)容易流入膜分离槽12，容易堵塞浸渍型膜分离装置的MF膜或UF膜的膜孔，因此是不理想的。

反应槽7的后级区域6与膜分离槽12借助于第一隔板11的下端部14连通，但是底面15b倾斜，后级区域6下方较低，膜分离槽12下方较高，因此形成在后级区域6内沉降的颗粒状活性碳41不容易从下端14混入膜分离槽12的结构。

实施形态2

图4A表示本发明的水处理装置上连接外部装置的水处理系统的另一个例子。实施形态2的水处理装置除了在第一隔板11下部设置遮蔽构件33外，与实施形态1的水处理装置相同。

将上述次氯酸溶液贮留槽27内的次氯酸溶液从路径16提供给浸渍型膜分离装置13用药液对MF膜或UF膜进行清洗的方法，对于MF膜或UF膜的透过的水一侧(次级侧)的膜孔堵塞有防止效果，但是对MF膜或UF膜的原水一侧(初级侧)的膜孔堵塞防止效果较低。因此，在长时间使用浸渍型膜分离装置13的情况下，有必要将MF膜或UF膜浸渍于酸性和/或碱性的药液中，MF膜或UF膜的原水一侧也有必要用药液清洗。

在图1所示的水处理装置4中，第一隔板11的下端部14开放，反应槽7与膜分离槽12通常连通着，因此在用药液对MF膜或UF膜的原水一侧进行清洗的情况下，有必要从膜分离槽12中将浸渍型膜分离装置13取出，将其浸渍于酸性和/或碱性的药液中。

在这里，如果在第一隔板11的下部设置图4A所示的遮蔽构件33，在通常运行时使反应槽7与膜分离槽12连通，在用药液对MF膜或UF膜的原水一侧进行清洗时，可以如图4B所示将反应槽7与膜分离槽12遮断。遮蔽构件33只要能够将第一隔板11的下端部14全部遮蔽，防止反应槽7与膜分离槽12之间的被处理液移动即可，材料和厚度等没有特别限定。

在图4A和图4B所示的具有遮蔽构件33的水处理装置中，用药液MF膜或UF膜的原水一侧进行清洗时，首先使水处理装置4的运行停止，使遮蔽构件33从图4A向图4B的状态移动。这样遮断反应槽7与膜分离槽12之后，从设置于膜分离槽12的底面的排水管34排出膜分离槽12内的处理水。这时，也停止从路径3向反应槽7提供原水。

其后，在膜分离槽12中注入药液，将整个浸渍型膜分离装置13浸渍于药液中进行清洗，以此用药液清洗MF膜或UF膜的原水一侧。这时从第二散气装置30释放出空气，有效地进行空气洗涤。还有，在以高浓度药液为原液的情况下，也可以直接将药液注入膜分离槽12内的处理水中，对药液浓度进行调整。

还有，为了从MF膜或UF膜的处理水一侧去除膜内部的污染物，将预先调整过的清洗用药液放入槽27，用泵28提供。从MF膜或UF膜的处理水一侧提供的药液通过膜内部逆向流入到膜分离槽。借助于此，能够有效去除MF膜或UF膜内部的污染物。

该药液清洗结束后就从排水管34排出使用过的药液。也用自来水等进行冲洗，冲洗过的废水也从排水管34排出。

如果冲洗过的废水中的药液浓度低于引起范围，就使遮蔽构件33从图4B慢慢回到图4A的状态，在膜分离槽12内注入反应槽7内的被处理水。其后对水处理装置4内的被处理液量进行调整，再度开始水处理系统的运行。

通过这样在第一隔板11设置遮蔽构件33，依然在膜分离槽12内设置浸渍型膜分离装置13，能够对MF膜或UF膜的原水一侧用药液进行清洗。

还有，遮蔽构件也可以如图5A和图5B所示，与第一隔板11形成一体(在图5A和图5B中用符号35表示)。在这种情况下，通常运行时，遮蔽构件35被容纳于第一隔板11内。

为了提高遮蔽构件的遮蔽效果，更理想的方法是在水处理装置4的底面15b设置嵌入遮蔽构件33下部的辅助遮蔽构件36。辅助遮蔽构件36为例如橡胶制造的衬垫(packing)等。

用药液对MF膜或UF膜进行的清洗中也可以使用次氯酸以外的药液。例如为了去除MF膜或UF膜上的鳞片状物(scale)，可以使用酸性溶液。

实施形态3

图6表示本发明的水处理装置上连接外部装置的水处理系统的又一个例子。实施形态3的水处理装置除了设置与第一隔板11相邻的第三隔板71以外，与实施形态1的水处理装置相同。

在实施形态3的水处理装置中，第一隔板11的下端部14a开放，而第三隔板71的下端部71a与底面15接触。反应槽7与膜分离槽12通过供水路径72连接，而第三隔板71的上端部71b由于位于比第一隔板11的上端部14b低的位置，所以膜分离槽12的水面与第三隔板71的上端部71b相同高度，处于比反应槽7的水面还低的位置。因此在供水路径72中，处理水从反应槽7向膜分离槽12提供，不在其相反方向流动。

又，反应槽7与膜分离槽12利用第一隔板11和第三隔板71双重隔离，因此即使是反应槽7内使用粒径小的微生物载体，微生物载体也不容易侵入膜分离槽12，能够防止MF膜等的膜孔堵塞和损伤。

还有，第三隔板71的上端部71b，最好是处于比第一隔板11的上端部14b低10cm以上30cm以下的位置。这些数值范围是将膜处理量设想为20m³/日数值。如果膜处理量为20m³/日以上，最好是将上述数值范围往大的方向设计，如果是20m³/日以下，最好是将上述数值范围往小的方向设计。

流过供水路径72第一隔板11的下端部14的处理水的流速，取决于膜分离装置13的处理量。将膜分离装置13的处理量除以供水路径72下端部14的截面积(水平方向的截面积、即第一隔板11的开口部分的面积)，就能够算出通过截面的流速。决定流路的宽度时，采用根据STOKES式算出使用的活性碳(粒径已知)在静水中的终端速度(terminal velocity)，将膜处理水除以流路截面积求比该终端速度小的流路宽度的方法。

在膜分离槽12内，利用浸渍型膜分离装置13对处理水进行膜分离处理，经过膜分离的透过的水从路径16向水处理装置4的外部提供。这时由相当于向外部提供的透过的水的水量在膜分离槽12内的处理水会减少，因此从反应槽7向膜分离槽12提供与透过的水量相当的数量的处理水。

处理液中的需氧性微生物没有利用浸渍型膜分离装置13的MF膜或UF膜进行过滤，因此膜分离槽12内的需氧性微生物浓度慢慢上升。另一方面，在通水路径72中，处理水没有从膜分离槽12向反应槽7流入，因此反应槽7内的需氧性微生物浓度慢慢减少。因此如果使水处理系统连续运行，则在反应槽7中，被处理水(原水)中包含的有机物的分解(生物接触分解)容易变得不充分。

因此最好是设置回送路径74，以使膜分离槽的底面或下部与反应槽的底面或下部连接，从膜分离槽12向反应槽7送回包含需氧性微生物的浓缩的处理液。还在回送路径74上，根据需要设置泵75。

还有，为了能够顺着反应槽7内的流动进行移送，设置使在膜分离槽12浓缩的微生物返回倾斜设置的反应槽底部的路径的情况下，泵75等输送设备只要采用最低限度的设备即可，或者就不需要。

回送路径74在进行通常运行时不必常开，每一定时间打开一次即可。还有，在实施形态3的膜分离槽12，没有设置泄放管17，但是排水路径73具有作为固形分去除手段的功能。为了去除存在于膜分离槽内的不要的固体形态物质和代谢生成物，防止膜孔堵塞的目的，也可以在浸渍型膜分离装置13的近旁另行独立设置泄放管等固形分去除手段。

通常为了对MF膜或UF膜的原水一侧用药液进行清洗，有必要从膜分离槽12取出浸渍型膜分离装置13，将其浸渍于药液清洗槽内的酸性和/或碱性的药液中。但是在实施形态3的水处理装置4中，形成膜分离槽12内地的处理液不向反应槽7流动的结构，因此即使是将膜分离槽12保持原样作为用药液对浸渍型膜分离装置13进行清洗的药液清洗槽使用，药液也不会混入反应槽7。

在这里，将对用药液清洗MF膜或UF膜的原水一侧的操作进行说明，首先使水处理装置4停止运行，从排水路径73将膜分离槽12内的处理水排出。这时也停止从路径3向反应槽7提供原水。

而且向膜分离槽12内注入药液，将整个浸渍型膜分离装置13浸入药液中。这时最好是也用药液对MF膜或UF膜的透过的水一侧进行清洗。而从第二散气装置30释放出空气进行空气洗涤也是有效的。还有，在以高浓度药液为原液的情况下，也可以将药液直接注入膜分离槽12内的处理水中，调整药液浓度。

药液清洗结束后，就从排水路径73排出使用过的药液。也可以用自来水等进行冲洗，该冲洗过的废水也从排水路径73排出。如果冲洗废水中的药液浓度为允许范围以下时，就关闭排水路径73，再度从路径3向反应槽7提供原水。通过这样操作向膜分离槽12内注入反应槽7内的被处理水。如果膜分离槽12内的水位回到使整个浸渍型膜分离装置13处于水面下的水位，就再度开始水处理装置4的运行。

<运行方法>

下面对本发明的水处理装置(实施形态1～3)的运行方法进行说明。在水处理装置启动时，同时向反应槽内提供原水和颗粒状活性碳，在除了颗粒状活性碳以外的反应槽内的固体形态物质浓度达到500mg/L之前不在膜分离槽内进行固形分去除，任其自然上升。

首先，在反应槽中，根据被处理水的水质进行一定时间的曝气处理(散气处理)，其后通过使被处理水流入膜分离槽，转向膜分离处理。在曝气处理中一边维持满足自来水基准的最低固形分浓度(500mg/L)，一边利用设置于膜分离槽的固形分去除手段去除过剩的固形分，以使反应槽内的固形分浓度不过剩。

膜分离装置中的透过流束(flux)设置为0.3m/日以上1.0m/日以下。流束越大，则使利用次氯酸溶液进行药液清洗的间隔时间越短。还有，在使次氯酸溶液向浸渍型膜分离装置逆向流动进行逆向清洗的情况下，次氯酸溶液在反应槽内被消耗掉，因此不需要特别的处理设备。

还有，本发明的水处理装置的处理水(透过浸渍型膜分离装置的透过水)不满足自来水基准的情况下，可以进一步利用活性碳吸附装置等高级处理装置对处理水进行更高级的处理。

用具有图1所示的结构的本发明的水处理装置的实验室用实验机(实施例)与具有图7所示结构的已有的水处理装置的实验室用的实验机(比较例)对原水(河川水)进行净化处理。实施例用的表1所示条件，比较例用表2所示条件进行净化处理。在这里，表1的水处理槽尺寸是指，将反应槽以及膜分离槽合起来的尺寸。

还有，在实施例中，作为散气装置，第一散气装置使用空气补给管，第二散气装置使用在直径10mm的管上设置多个直径2mm的孔的散气管，在比较例中，使用平板状的散气装置进行散气，但是使散气量(空气量)以及被处理的水的溶存氧浓度相同。又，比较例的水处理槽为长方体形状，底面平坦。而且有效液深为200mm。

在这里，表1中的散气条件(散气量)为使第一散气装置来的散气量和第二散气装置来的散气量合起来的散气量，第一散气装置来的散气量与第二散气装置来的散气量之比采用1∶1。

表1

表2

对各装置的处理水(浸渍型膜分离装置的透过水)测定铁浓度、锰浓度、氨气状态的氮浓度、色度、全有机碳(TOC)浓度。其结果示于表3。

表3

对于铁浓度、锰浓度、氨气状态的氮浓度，比较例与实施例之间看不出有差异。但是在色度上，实施例显示出比比较例低的数值。又，在比较例中，TOC几乎不能够去除，而在实施例中，TOC被去除30～40％左右。比较例的水处理装置也是将曝气处理(散气处理)、颗粒状活性碳以及浸渍型膜分离装置组合的水处理装置，但是可以看出实施例的水处理装置具有比较例的水处理装置所没有的TOC去除能力。

这被认为是由于在比较例中颗粒状活性碳滞留于槽底部不能够很好进行微生物处理，而相反在实施例中，颗粒状活性碳在反应槽内完全处于浮游状态，所以与被处理水的接触效率得以提高的结果。

根据上面所述，对于本行业的普通技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施形态是显然的。从而，上述说明只应该作为例示解释，其目的在于对本行业的普通技术人员示教实施本发明的最佳形态。在不脱离本发明的精神的条件下，其结构以及/或功能的细节可以有实质上的变更。

工业应用性

本发明的水处理装置以及水处理方法对于饮用水的制造、各种废水处理等领域是有用的。

Claims

1.一种水处理装置，是利用微生物载体对被处理水进行曝气处理的反应槽与具备对所述反应槽的处理水进行膜分离的浸渍型膜分离装置的膜分离槽形成一体的水处理装置，其特征在于，

底面倾斜，从所述前级区域起越是靠近所述膜分离槽高度越是增加;

还具有与所述第一隔板相邻的第三隔板；

所述第三隔板比所述第一隔板更靠所述膜分离槽一侧；

所述第三隔板的下端部与底面接触；

2.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述第一隔板具有遮蔽构件，在用药液清洗所述浸渍型膜分离装置时，遮蔽所述反应槽与所述膜分离槽。

3.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，具有从所述膜分离槽向所述反应槽回送处理液的回送路径。

4.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述微生物载体是颗粒状活性碳。

5.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述第一散气装置是空气补给管。

6.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，在所述膜分离槽中，在所述浸渍型膜分离装置的下方设置第二散气装置。

7.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，在所述膜分离槽中，在所述膜分离装置的近旁设置固形分去除装置。

8.根据权利要求1所述的水处理装置，其特征在于，所述浸渍型膜分离装置利用精密过滤膜或超滤膜进行膜分离。

9.一种水处理方法，是借助于利用颗粒状活性碳对被处理水进行曝气处理的反应槽与具备浸渍型膜分离装置的膜分离槽依序对被处理水进行处理的方法，其特征在于，

底面倾斜，从所述前级区域起越是靠近所述膜分离槽高度越是增加；

在所述反应槽内，利用从所述第一散气装置放出的空气，使颗粒状活性碳通过所述前级区域和所述后级区域之间循环；

在所述膜分离槽，对从所述反应槽来的处理水进行膜分离处理;

还具有与所述第一隔板相邻的第三隔板；

所述第三隔板比所述第一隔板更靠所述膜分离槽一侧；

所述第三隔板的下端部与底面接触；

10.根据权利要求9所述的水处理方法，其特征在于，所述第一隔板具有遮蔽构件，在用药液清洗所述浸渍型膜分离装置时，利用遮蔽构件遮蔽所述反应槽与所述膜分离槽。

11.根据权利要求9所述的水处理方法，其特征在于，利用回送路径从所述膜分离槽向所述反应槽回送处理液。

12.根据权利要求9所述的水处理方法，其特征在于，所述第一散气装置是空气补给管。

13.根据权利要求9所述的水处理方法，其特征在于，在所述膜分离槽的下部设置第二散气装置。

14.根据权利要求9所述的水处理方法，其特征在于，在所述膜分离槽中，在所述膜分离装置的近旁设置固形分去除装置。

15.根据权利要求9所述的水处理方法，其特征在于，所述浸渍型膜分离装置利用精密过滤膜或超滤膜进行膜分离。