JP2000042587A

JP2000042587A - 生物学的排水処理装置

Info

Publication number: JP2000042587A
Application number: JP10218856A
Authority: JP
Inventors: Minoru Tomita; 実冨田
Original assignee: Organo Corp; Japan Organo Co Ltd
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1998-08-03
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2000-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】高負荷で効率的な運転を行う。【解決手段】反応槽１０内に浸漬膜分離ユニット１２
を配置し、散気管１６により槽内を曝気すると共に、浸
漬膜分離ユニットを空気洗浄する。また、槽内水を循環
ポンプ２８で混合器３０に圧送し、この混合器３０で、
酸素供給源３２からの高酸素濃度ガスを混合溶解し、反
応槽１０に戻す。反応槽１０内の溶存酸素を溶存酸素計
３６で測定し、制御部３８が測定した溶存酸素に基づき
酸素供給源３２から混合器３０へ供給する酸素量を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、活性汚泥処理の反
応槽に浸漬膜分離ユニットを浸漬しこの浸漬膜分離ユニ
ットから処理水を得る生物学的排水処理装置、特に高酸
素濃度ガスを利用するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、反応槽内に浸漬膜分離ユニッ
トを浸漬し、膜表面で微生物汚泥と処理水を分離して処
理水を得る生物学的排水処理装置が知られている。この
浸漬膜分離ユニットを利用することによって、従来の活
性汚泥処理装置のように大きな沈殿池が必要でなくな
り、かつきわめて清澄な処理水を得ることができる。特
に、処理水中のＳＳ（浮遊物）成分はきわめて少なく、
沈殿池の後段にろ過器を設けたものと同等の処理水を得
ることができる場合も多い。

【０００３】また、汚泥の流出がきわめて少ないので、
反応槽内の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）を２００００ｍｇ／Ｌ
程度まで高められる。このため、反応槽に対する有機物
負荷（容積負荷）を高くすることが可能である。一方、
容積負荷を高くしても、汚泥に対する有機物負荷（ＳＳ
負荷）は低く抑えることができるため、汚泥発生量を少
なくすることができる。更に、系内に保持される汚泥量
に対する汚泥引き抜き量が少ないため、ＳＲＴ（スラッ
ジ・リテンション・タイム）を長くして、増殖速度が非
常に低い特殊な有機物に対応した微生物や硝化菌を高濃
度に保持できる。従って、排水中の有機物や窒素成分の
除去に適しており、工業的にきわめて有用な技術であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような浸
漬膜分離ユニットを利用する活性汚泥処理装置におい
て、有機物負荷を非常に高くすると、酸素供給不足が生
じる。このため、処理槽（反応槽）における有機物分解
性能が悪化するばかりでなく、汚泥が分散状態になり、
膜内部に目詰まりを生じてしまう。そして、目詰まりが
生じると膜の透過流速が著しく下がり、処理水を排出で
きなくなり、結果的に処理が不可能になる。

【０００５】この膜の目詰まりを解消する方法として薬
品洗浄があるが、洗浄時には膜分離装置の運転が停止す
るため、処理水が得られなくなる。また、この洗浄時に
は洗浄薬品の一部が反応槽内にしみ出していく。薬品に
は、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤や塩酸、苛性ソ
ーダなどの高ｐＨまたは低ｐＨのものが使用され、これ
らは微生物に対し大きな毒性がある。従って、薬品洗浄
回数が多くなると反応槽内の微生物に悪影響が出て、処
理が良好に行えなくなってしまう。更に、薬品洗浄には
人手を要するため、薬品洗浄の回数をできるだけ少なく
したいという要求がある。

【０００６】そこで、酸素供給量を増加させるために、
酸素富化空気や純酸素を利用する純酸素活性汚泥法があ
る。この純酸素活性汚泥法では、反応槽を密閉槽とし、
上部空間に純酸素を導入し、表面曝気機によって反応槽
内に酸素を溶解している。このような純酸素活性汚泥法
の反応槽内に浸漬膜分離ユニットを浸漬すれば、酸素供
給量を増大して処理が行える。

【０００７】しかし、純酸素活性汚泥法では、反応槽内
の攪拌はかなり弱いため、単に浸漬膜分離ユニットを浸
漬した場合、浸漬膜の表面を攪拌洗浄することができな
い。そこで、浸漬膜分離ユニットの表面に汚泥が付着
し、処理水が得られなくなってしまう。一般に浸漬膜の
表面の目詰まりを防止する目的で上昇攪拌流を作るため
に、下部から曝気するが、純酸素活性汚泥法における密
閉槽では、空気を密閉槽内部に導入すると、密閉槽内部
の酸素濃度が下がり効率が悪くなってしまう。

【０００８】また、密閉槽内部の気体を吸引し、循環曝
気することも考えられる。しかし、密閉槽内部の空気は
酸素濃度が高く、通常のブロワーを使用することができ
ない。すなわち、高酸素濃度に耐えるようなシール材を
使用したり複雑な構造が必要となり、ブロワーが高価な
ものになる。

【０００９】更に、反応槽と別に浸漬膜分離ユニットを
浸漬する槽を設け、この槽内において浸漬膜分離ユニッ
トの下部から曝気することも考えられる。しかし、この
方法では、別の槽が必要であり、かつこの別の槽で分離
された汚泥を反応槽に循環する設備も必要になる。

【００１０】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、高有機物負荷において、十分な酸素を供給して効率
のよい排水処理を行うことができる浸漬膜分離ユニット
を利用した生物学的排水処理装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、活性汚泥処理
の反応槽に浸漬膜分離ユニットを浸漬し、この浸漬膜分
離ユニットから処理水を得る生物学的排水処理装置にお
いて、前記反応槽内の浸漬膜分離ユニットの下方に空気
を導入して曝気する曝気手段と、反応槽内水または反応
槽から排出される処理水の一部を引き抜き前記反応槽に
循環する循環手段と、この循環手段により循環されてい
る循環水に高酸素濃度ガスを溶解させる溶解手段と、を
有することを特徴とする。

【００１２】このように、本発明によれば、反応槽内水
または処理水に高酸素濃度ガスを溶解し、酸素が高濃度
に溶解した循環水を反応槽に戻す。これにより、酸素溶
解速度を高めることができる。すなわち、酸素の溶解速
度は溶存酸素濃度と飽和酸素濃度との差に比例してい
る。酸素濃度が約２０％の空気における飽和酸素濃度は
約９ｍｇ／Ｌであるのに対し、１００％の酸素ガスで
は、約４５ｍｇ／Ｌにもなる。従って、槽内水の溶存酸
素濃度が２ｍｇ／Ｌの場合、各々の溶存酸素濃度の差
は、７ｍｇ／Ｌ、４３ｍｇ／Ｌとなる。これより、酸素
濃度を高めることによって酸素溶解速度を著しく高めら
れることがわかる。

【００１３】このように、酸素溶解速度を速くすること
によって、反応槽内への酸素供給量を増大することがで
き、ＢＯＤ容積負荷を大きくすることができる。また、
溶存酸素を十分なレベルに維持することができるため、
悪臭が発生しにくいという効果もある。

【００１４】更に、浸漬膜分離ユニットを利用する活性
汚泥処理装置では、従来の活性汚泥法のような沈殿池お
よび汚泥返送ラインが必要ない。従って、敷地面積を少
なくできる。

【００１５】そして、本発明によれば、浸漬膜分離ユニ
ットを下方から空気曝気する。そこで、浸漬膜分離ユニ
ットの洗浄に適切な空気量で、曝気を行うことができ
る。ここで、反応槽を密閉構造として、高酸素濃度の空
気を循環して曝気に利用することもできるが、この場合
には、特殊なブロワーが必要になるという問題がある。
本発明では、このような問題を解消して、通常のブロワ
ーで空気曝気しながら、さらに必要な酸素については、
循環水へ溶解した高酸素濃度ガスによってまかなうこと
ができる。

【００１６】また、本発明の場合は、反応槽を開放槽と
することができるため、浸漬膜分離ユニットを引き上げ
てメンテナンスするときなどにも何ら問題がない。

【００１７】また、高酸素濃度ガスは、空気に比べ酸素
濃度の高い酸素富化空気または純酸素ガスであり、例え
ばゼオライトなどの窒素選択性吸着剤を用いたＰＳＡ
（プレッシャー・スイング・アドソープション）、窒素
と酸素の沸点の相違を利用した深冷分離、酸素透過膜を
利用した膜分離による空気中からの酸素分離や、酸素ボ
ンベから得ることができる。

【００１８】なお、本発明においては実質的に処理槽内
水を循環できればよく、例えば処理水配管から処理水を
得、これに高酸素濃度ガスを溶解して被処理水の流入水
配管に戻してもよい。このような構成とすることによっ
て、既設の処理槽の改造などの場合に、処理槽自体の改
造が不要になる。

【００１９】また、反応槽内の汚泥濃度（混合液浮遊物
濃度：ＭＬＳＳ）が所定以上になった場合には、反応槽
から汚泥を引き抜き、濃縮装置などで濃縮して系外に排
出すればよい。

【００２０】さらに、本発明は、反応槽内水または処理
水の溶存酸素濃度を測定する酸素測定手段と、測定され
た溶存酸素濃度に基づいて、前記溶解手段による高酸素
濃度ガスの溶解量を制御する制御手段と、を有すること
を特徴とする。

【００２１】このような制御によって、反応槽内水の溶
存酸素を所望のものに制御できる。特に、溶存酸素濃度
を空気における飽和溶存酸素濃度以下、好ましくは２〜
６ｍｇ／Ｌになるように、高酸素濃度ガスの供給量を調
節することが好ましい。これによって、一旦溶解した酸
素が水中で過飽和状態になり空気中に放散してしまうこ
とを防止でき、無駄な酸素の供給を防止できる。従っ
て、ランニングコストも低減できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００２３】図１は本発明の一実施形態例を示す構成図
であり、反応槽１０の内部には、浸漬膜分離ユニット１
２が配置されている。この浸漬膜分離ユニット１２は、
限外濾過膜（ＵＦ）、精密ろ過膜（ＭＦ）などにより、
微生物汚泥などのＳＳ成分をろ過分離して処理水を得る
ものである。

【００２４】この反応槽１０の底部には、原水管１４が
接続されており、ここから原水（被処理水）が供給され
る。被処理水は、紙パルプ工場や、食品工場などからの
工場排水や、家庭排水などの有機排水である。また、反
応槽１０の浸漬膜分離ユニット１２の下部には、散気管
１６が配置されている。この散気管１６には、散気用配
管１８を介しブロワー２０が接続されており、ブロワー
２０から送られてくる空気が散気管１６から噴出され
る。これにより、浸漬膜分離ユニット１２の下方から曝
気が行われ、反応槽内が攪拌されると共に、浸漬膜分離
ユニット１２の浸漬膜の表面が攪拌洗浄される。

【００２５】なお、浸漬膜分離ユニット１２の下部のみ
でなく、反応槽１０の底部全面にわたって散気管１６を
配置してもよい。

【００２６】また、原水管１４は、反応槽１０の１カ所
から流入してもよいし、複数箇所から流入してもよい。
槽内に流入した被処理水が処理水側に短絡（ショートパ
ス）しないような処置がされていれば、反応槽１０の上
部から原水を流入してもよい。

【００２７】浸漬膜分離ユニット１２には、吸水ポンプ
２２が接続されており、この吸水ポンプによって、浸漬
膜を透過したろ液が処理水として処理水配管２４から排
出される。なお、反応槽１０と処理水の排出位置の間に
十分な水位差があれば、吸水ポンプ２２を省略すること
もできる。

【００２８】また、反応槽１０には、槽内水を循環する
ための循環配管２６が接続されている。この循環配管２
６は、その両端が反応槽１０に接続されているが、その
接続位置はある程度離れている。図示の例では、槽内水
の引き抜き側が反応槽１０の上部に接続され、返送側が
反応槽１０の下部に接続されている。

【００２９】そして、この循環配管２６には、引き抜き
側に近い位置に循環ポンプ２８が設けられており、この
循環ポンプ２８によって、槽内水が循環配管２６内に圧
送される。この循環ポンプ２８は４ｋｇｆ／ｃｍ²程度
の高圧ポンプであることが好適である。循環ポンプ２８
の下流側には混合器３０が設けられ、この混合器３０に
は酸素供給源３２から高酸素濃度ガスが供給されてい
る。従って、この混合器３０において、循環配管２６中
を循環する循環水に高酸素濃度が混合溶解される。な
お、混合器３０としては、エジェクタやスタティックミ
キサなどが採用されるが、単に高酸素濃度ガスを循環水
中に噴出する構成でもよい。循環配管２６の最も返送側
には、減圧弁３４が設けられている。この減圧弁３４に
より、循環ポンプ２８から減圧弁３４までの循環配管２
６内が高圧状態となり、混合された高酸素濃度ガスの循
環水への溶解が促進される。

【００３０】なお、酸素供給源３２としては、高酸素濃
度ガス、すなわち、空気に比べ酸素濃度の高い酸素富化
空気または酸素ガスを供給できるものであればいかなる
ものでもよく、例えば、ゼオライトなどの窒素選択性吸
着剤を用いたＰＳＡ（プレッシャー・スイング・アドソ
ープション）、窒素と酸素の沸点の相違を利用した深冷
分離、酸素透過膜を利用した膜分離による空気中からの
酸素分離や、酸素ボンベなどが利用される。これらの酸
素供給源３２では、通常、高酸素濃度ガスが高圧状態で
得られるため、高酸素濃度ガスを混合器３０に直接供給
することができる。

【００３１】このようにして、槽内水の一部が引き抜か
れ、高酸素濃度ガスが溶解された状態で返送されてく
る。従って、循環水中には大量の酸素が溶解しており、
これが反応槽１０内の槽内水に混合され、トータルとし
ての反応槽１０への酸素の供給量が増加される。

【００３２】反応槽１０内には、溶存酸素計３６が設け
られており、これによって槽内水の溶存酸素濃度が測定
される。溶存酸素計３６には、制御部３８が接続されて
おり、この制御部３８に測定された溶存酸素濃度が供給
される。そして、この制御部３８は、測定された溶存酸
素濃度に基づき、酸素供給源３２から混合器３０に供給
する高酸素濃度ガスの量を調節する。高酸素濃度ガスの
供給量を多くすれば、槽内水の溶存酸素濃度が上昇し、
供給量を少なくすれば槽内水の溶存酸素濃度が下降す
る。制御部３８は、溶存酸素濃度が２〜６ｍｇ／Ｌの範
囲内になるように、高酸素濃度ガスの供給量を制御する
ことが好適であり、例えば４ｍｇ／Ｌを目標溶存酸素濃
度とする。

【００３３】なお、槽内水の溶存酸素濃度は、原水のＢ
ＯＤ濃度などによって変化する。本実施形態では、この
ような原水のＢＯＤ濃度変化にも追従して、槽内水の溶
存酸素濃度を所定値に制御できる。特に、高酸素濃度ガ
スを利用しているため、反応槽１０に対する最大の酸素
供給能力はかなり大きい。そこで、原水のＢＯＤ濃度の
大きな変化にも追従して好適な酸素供給制御を行うこと
ができる。このように、反応槽１０内を常に好気性状態
に保つことができるため、悪臭などが発生しにくいとい
う効果も得られる。

【００３４】また、処理水は浸漬膜分離ユニット１２に
おけるろ過水として得られる。従って、後処理としての
沈殿槽や沈殿汚泥の返送の必要はない。本実施形態で
は、浸漬膜分離ユニット１２を直接反応槽１０内に浸漬
配置しているため、浸漬膜分離ユニット１２を浸漬する
ための別の槽は不要であり、このため分離汚泥の返送手
段も不要である。

【００３５】更に、散気管１６からの曝気には、空気を
利用している。従って、ブロワー２０には、通常の送風
用のブロワーを使用できる。そして、適正な空気量を浸
漬膜分離ユニット１２の下部に供給することができ、浸
漬膜分離ユニット１２の膜表面について洗浄が行え、浸
漬膜分離ユニット１２内における目詰まりを効果的に防
止することができる。また、反応槽１０は、開放槽であ
り、浸漬膜分離ユニット１２を引き上げてメンテナンス
などの作業を容易に行うことができる。

【００３６】また、処理の継続により、反応槽１０内の
汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が上昇してくる。そこで、適当な
頻度で、反応槽１０内の汚泥を引き抜き系外に排除す
る。このような引き抜いた汚泥の処理には、各種の濃縮
器なども利用することができる。

【００３７】図２に示したのは、本発明の他の実施形態
であり、循環配管２６の吸い込み側を処理水配管２４に
接続し、返送側を原水管１４に接続している。その他の
構成は、上述の実施形態と同様である。従って、処理水
配管２４中の処理水の一部が、高酸素濃度ガスを溶解し
た状態で原水管１４を介し反応槽１０内に返送される。
この構成によれば、反応槽１０自体は、通常の空気曝気
の反応槽と同じである。従って、この構成は、処理施設
の改造などに非常に適している。すなわち、被処理水の
増加などに伴い、反応槽１０が高負荷になったときに、
循環系を増設し、処理能力をアップすることができる。
そして、その際には処理水配管２４および原水管１４に
循環配管２６を接続するだけでよく、反応槽１０自体に
ついて工事が必要ない。

【００３８】また、この例では、処理水を輸送するポン
プとして吸水ポンプ２２と循環ポンプ２８の２つを有し
ている。そこで、１つのポンプの吐出側を２つに分け処
理水排出と循環の両方の機能を持たせてもよい。

【００３９】

【実施例】図１および図２に示す装置により、実際に処
理を行った結果について、次に説明する。反応槽１０と
して、縦１．５［ｍ］×横１．０［ｍ］×高さ１．５
［ｍ］の大きさの槽を採用した。反応槽１０内に浸漬膜
分離ユニット１２を配置した。膜面積は３０ｍ²で、透
過流速は０．４ｍ／ｄとした。散気管１６より、曝気空
気量が１５０Ｎｍ³／ｄになるように空気で曝気した。

【００４０】被処理水には、半導体製造から排出される
ＢＯＤ２０００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ_Mn１００ｍｇ／Ｌの排
水を用い、原水管１４から連続的に流入させて処理を行
った。また、被処理水の反応槽１０への供給は、反応槽
１０に設置した液面レベルセンサー（不図示）によって
反応槽１０の液面が一定になるように制御した。なお、
被処理水の流入量を徐々に増加させていった。この時、
吸水ポンプ２２は、被処理水の流入量の増加、すなわ
ち、容積負荷の増加に合わせて処理水の吸水量を増加す
るようにした。

【００４１】制御部３８は、目標溶存酸素濃度を４ｍｇ
／Ｌとして、酸素供給源３２（酸素ボンベ使用）からの
酸素供給量を制御した。循環ポンプ２８は、１５０Ｌ／
ｈで、４ｋｇｆ／ｃｍ²の吐出力で運転した。従って、
この加圧状態で、酸素が循環水に混合された。

【００４２】実施例１では、図１の装置を利用し、実施
例２では、図２の装置を利用した。一方、比較例では、
循環系を利用した高酸素濃度ガスによる酸素の溶解は行
わず、上記曝気の他に６５０Ｎｍ³／ｄの曝気を散気管
１６から行った。表１にＢＯＤ除去率が９５％を下回っ
たときの容積負荷を示す。

【００４３】

【表１】このように、比較例では、１．２ｋｇ／ｍ³／ｄまでし
か容積負荷を上げられなかったのに対し、実施例１では
６．５ｋｇ／ｍ³、実施例２では７．０ｋｇ／ｍ³／ｄま
で容積負荷を上昇することができた。なお、ＴＯＣ除去
率についても同様であった。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば空
気曝気により、浸漬膜分離ユニットの洗浄を十分に行
い、かつ循環水に対し高酸素濃度ガスを溶解すること
で、高負荷の処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る生物学的排水処理装
置の構成を示す図である。

【図２】本発明の他の実施形態の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０反応槽、１２浸漬膜分離ユニット、１６散気
管、２０ブロワー、２８循環ポンプ、３０混合
器、３２酸素供給源、３６溶存酸素計、３８制御
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性汚泥処理の反応槽に浸漬膜分離ユニ
ットを浸漬し、この浸漬膜分離ユニットから処理水を得
る生物学的排水処理装置において、前記反応槽内の浸漬膜分離ユニットの下方に空気を導入
して曝気する曝気手段と、反応槽内水または反応槽から排出される処理水の一部を
引き抜き前記反応槽に循環する循環手段と、この循環手段により循環されている循環水に高酸素濃度
ガスを溶解させる溶解手段と、を有することを特徴とする生物学的排水処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、さらに、反応槽内水または処理水の溶存酸素濃度を測定する酸素
測定手段と、測定された溶存酸素濃度に基づいて、前記溶解手段によ
る高酸素濃度ガスの溶解量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする生物学的排水処理装置。