JP2001286888A - 水処理装置およびこれを備えた水処理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 好気処理と嫌気処理からなる生物学的処理を
一槽で行うことができ、同時に膜分離も行うことのでき
る水処理装置およびこれを備えた水処理システムを提供
する。 【解決手段】 原水を固液分離するととともに、原水中
の汚染物を生物学的に処理する水処理装置であり、分離
槽１１と、分離槽１１内に備えられた分離膜モジュール
と、分離膜モジュールの下方の分離槽１１内に備えら
れ、上方に向けて気体を発生する散気手段とを有し、散
気手段の下方の分離槽１１内には、さらに炭素繊維ユニ
ット１３が備えられている水処理装置を使用する。炭素
繊維ユニット１３を分離槽１１下部の嫌気雰囲気中に設
けることによって、嫌気性細菌を炭素繊維表面に吸着
し、効率的に嫌気処理を行うことができる。好気処理は
分離槽１１の上部で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は生活排水、工業廃水
または河川水等の水を処理する水処理装置およびこれを
備えた水処理システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】生活排水や工業廃水等の汚水中に含まれ
る汚染物質には、ＢＯＤで表される有機性物質や、アン
モニア性窒素に代表される窒素含有物質がある。従来、
このような汚染物を含む汚水の処理法としては、微生物
を使用した生物学的処理が行われている。汚水を生物学
的に処理する方法としては、まず、原水中の砂等の固形
分をスクリーンで除去する。ついで、酸化細菌の作用に
よる原水中の有機性物質の酸化分解と、硝化細菌の作用
による原水中のアンモニア性窒素の酸化とを行う好気処
理を行う。アンモニア性窒素はここで亜硝酸性窒素また
は硝酸性窒素にまで酸化される。ついで、必要に応じて
メタノール等の水素供与体の存在下、脱窒素細菌の作用
によって、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を分子状窒素
にまで還元する嫌気処理を行う。さらに、最近では、好
気処理を行う槽内に、吸引型の中空糸膜モジュール等の
分離膜モジュールを浸漬させて、生物学的処理とともに
膜分離による固液分離を同時に行う方法も実施されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな生物学的処理法においては好気処理と嫌気処理を行
うため、処理槽を２槽設け、それぞれを好気的雰囲気と
嫌気的雰囲気に維持する必要がある。よって、装置構成
が複雑となり、建設コストがかかるうえに、２槽分の設
置スペースが必要であった。

【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、好気処理と嫌気処理を一槽で行うことができ、同時
に膜分離も行うことのできる水処理装置およびこれを備
えた水処理システムを提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の水処理装置は、
原水を固液分離するととともに、原水中の汚染物を生物
学的に処理する水処理装置であり、分離槽と、分離槽内
に備えられた分離膜モジュールと、分離膜モジュールの
下方の分離槽内に備えられ、上方に向けて酸素含有気体
を発生する散気手段とを有し、散気手段の下方の分離槽
内には、さらに炭素繊維ユニットが備えられていること
を特徴とする。上記炭素繊維ユニットは、複数本の炭素
繊維フィラメントからなるストランドを複数本束ねて一
端を紐等で括って固定した束状物、組み紐を変形させた
組織等の各種の炭素繊維からなる編織物が使用できるが
実用上の取り扱いを考慮するとシート状物から構成され
ることが好ましい。上記炭素繊維シート状物は、炭素繊
維からなる横糸が互いに略平行にシート状に配列され、
これら横糸の配列間隔が１列以上の縦糸によって保持さ
れたシート状物であり、前記縦糸がラッセル編みを形成
していて、編み目には横糸が通されて固定されているこ
とが好ましい。また、本発明の水処理システムは、上記
の水処理装置を備えていることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の水処理システムを説明する流れ図であ
る。この水処理システムにおいては、まず、生活排水、
工業廃水または河川水等からの原水を原水池に貯水し、
この原水池から原水を取水して水処理装置に導入する。
この際、原水中に含まれている砂やゴミなどの大きな固
形物を除去するために、原水池の前や水処理装置の前に
は、スクリーンを設けることが好ましい。ついで、水処
理装置において、原水中の有機性物質や窒素含有物質等
の汚染物を生物学的に処理しながら、原水を汚泥等の汚
濁物と濾過水に固液分離する。得られた濾過水は処理水
槽を経て放流ポンプ槽に供給され、放流される。一方、
汚濁物は、余剰汚泥とともに汚泥貯留槽に貯留された
後、適宜処理される。なお、水処理装置内には、汚濁物
の沈殿凝集を促進させるために凝集剤を添加してもよ
い。

【０００７】この水処理システムで使用される水処理装
置は、図２に示すように、分離槽１１と、分離槽１１内
に備えられた中空糸膜モジュール１２と、分離槽１１内
の、中空糸膜モジュール１２の下方の位置に備えられ、
上方に向けて酸素含有気体を発生する散気管１６と、分
離槽１１内の、散気管１６の下方の位置に備えられた炭
素繊維ユニット１３から概略構成されてる。また、分離
槽１１には、次亜塩素酸ナトリウム水溶液などの入った
薬液タンク１９が備えられていて、この水溶液をポンプ
あるいは落差を利用して分離膜の２次側から１次側（原
水側）に送液して中空糸膜の膜面に付着した有機物を分
解し除去する、いわゆる逆洗ができるようにする場合も
ある。分離槽１１は、その底部１１ａを図示のように傾
斜した錐体状にして、原水中の汚泥が底部１１ａに沈降
しやすいようにする場合もある。分離槽１１内に配置さ
れた中空糸膜モジュール１２は、略平行にシート状に配
列された複数本の中空糸膜１２ａと、これら中空糸膜１
２ａの両端部を支持する管状支持体１２ｂから構成され
ている。中空糸膜１２ａは、その両端部が開口状態を維
持したまま管状支持体１２ｂの側面と接合されていて、
この管状支持体１２ｂには吸引ポンプ１４が接続されて
いる。そして、この吸引ポンプ１４を作動させて分離槽
１１内の原水を中空糸膜１２ａを通して吸引濾過するこ
とによって、処理水槽に濾過水が溜まるようになってい
る。

【０００８】散気管１６は、中空糸膜モジュール１２の
下方に配置されていて、ポンプ１８から圧縮空気等の酸
素含有気体を送ることによって、散気管１６の側面の上
部に形成されている散気孔から上方に向けてこの気体を
発生できるようになっている。このような散気管１６か
らの酸素含有気体によって、分離槽１１内の散気管１６
よりも上方の原水に酸素を供給できるとともに、中空糸
膜１２ａの膜面をエアースクラビング処理できるように
なっている。

【０００９】分離槽１１内の、散気管１６の下方に備え
られた炭素繊維ユニット１３は、図３に示すように、複
数本の炭素繊維がシート状に配列された炭素繊維シート
状物２０が積層され、支持体３１に固定された形態の炭
素繊維積層体からなり、炭素繊維の有する有機物吸着能
によって原水中の活性汚泥をその表面に吸着できるよう
になっている。支持体３１は、平行に配された２枚の平
板３１ａとこれらの間に設けられた４本の支柱３１ｂか
らなり、各炭素繊維シート状物２０の両端部が平板３１
ａに固定治具３３で固定されている。なお、平板３１ａ
は桟で形成された簀の子状であってもよい。また、炭素
繊維シート状物２０は水流等で揺動できるように、炭素
繊維に張力がかかっておらず、撓みを有している状態で
固定されていることが好ましい。

【００１０】このような水処理装置で原水を処理する際
には、まず、原水を分離槽１１に導入し、散気管１６に
接続しているポンプ１８を作動させて、散気孔から上方
に向けて酸素含有気体を発生させる。すると、分離槽１
１内において、散気管１６よりも上方の原水には酸素が
供給されるため、分離槽１１内の上部は酸素濃度が高く
なり、好気的な雰囲気が形成される。一方、散気管１６
よりも下方に存在する原水中には酸素が直接供給されな
い。そのため、分離槽１１内の下部は酸素濃度が低くな
り、嫌気的な雰囲気が形成される。その結果、汚泥中に
存在する細菌のうち、原水中の有機性物質を酸化分解す
る酸化細菌や、原水中のアンモニア性窒素を酸化する硝
化細菌等の好気性細菌は、分離槽１１の上部に多く存在
するようになる。一方、硝化細菌の作用で得られた亜硝
酸性窒素または硝酸性窒素を、分子状窒素にまで還元す
る脱窒素細菌等の嫌気性細菌は、炭素繊維ユニット１３
が設けられている分離槽１１の下部に多く存在するよう
になる。そして、炭素繊維は、その表面に有機物を吸着
する能力、すなわち有機物吸着能を有するため、炭素繊
維の表面には嫌気性細菌を多く含む汚泥が吸着するよう
になる。このような状態において、中空糸膜モジュール
１２に接続している吸引ポンプ１４を作動させると、分
離槽１１内で好気性細菌と嫌気性細菌によって生物学的
処理された原水が中空糸膜１２ａで濾過され濾過水とな
り、処理水槽に送られる。一方、原水中の活性汚泥等の
固形分は分離槽１１内にとどまる。

【００１１】このような水処理装置においては、中空糸
膜モジュール１２よりも下方に、上方に向けて酸素含有
気体を発生する散気管１６が設けられている。したがっ
て、この散気管１６から、酸素含有気体を発生させるこ
とによって、分離槽１１の上部を酸素濃度が高い好気雰
囲気に維持し、好気性細菌による好気処理を行うことが
できる。一方、有機物吸着能を有する炭素繊維ユニット
１３は散気管１６よりも下方に設けられているため、そ
の周囲を酸素濃度が低い嫌気的雰囲気に維持し、炭素繊
維の表面に吸着した嫌気性細菌による嫌気処理を行うこ
とができる。したがって、１槽の分離槽１１の上部と下
部で、それぞれ好気処理と嫌気処理を行うことができ、
そして、中空糸膜モジュール１２に接続している吸引ポ
ンプ１４を作動させることにより、中空糸膜モジュール
１２による固液分離も同時に行うことができる。

【００１２】水処理装置においては、特に分離槽１１の
横断面積中に占める分離膜モジュールの横断面積の割合
を５０％以下とし、同時に散気管１６も分離膜モジュー
ルの直下に配置して、分離槽１１の内壁と中空糸膜モジ
ュール１２との間に十分な間隔を確保すると、散気管１
６からの酸素含有気体の発生量を小さくしても、分離槽
１１の内壁と中空糸膜モジュール１２との間に、酸素を
高濃度で含有し、かつ、高濃度の活性汚泥懸濁液をスム
ーズに循環させることができる。

【００１３】ここで中空糸膜モジュール１２に使用され
る中空糸膜１２ａとしては、セルロース系、ポリオレフ
ィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリス
ルフォン系等の各種材料からなるものが使用でき、外径
が５０〜１０００μｍ、阻止孔径または分画が０．０１
〜１．０μｍ、空孔率が５０〜８０％、膜厚が２０〜３
００μｍであることが好ましい。また、ここで、中空糸
膜の孔径を０．２μｍ以下とすると、原水中の病原性微
生物をほぼ完全に膜面で捕らえ、分離することができ
る。中空糸膜モジュール１２の形態には特に制限はな
く、図２および図３に示した形態の他、中空糸膜１２ａ
を束にしてケーシング内やハウジングに固定した形態の
もの等を使用できる。また、分離槽１１内に複数の中空
糸膜モジュール１２を配置して、膜面積を大きくし、濾
過効率を向上させてもよい。また、この例では分離膜モ
ジュールとして中空糸膜１２ａを使用した中空糸膜モジ
ュール１２を使用しているが、分離膜の種類は中空糸膜
１２ａタイプに限らず、平膜タイプ、管状タイプ、袋状
タイプ等の任意の分離膜を使用できる。分離膜の表面に
親水化処理が施され、有機物の吸着を抑制できるものを
使用してもよい。

【００１４】炭素繊維ユニット１３は、複数枚の炭素繊
維シート状物２０からなる炭素繊維積層体であるが、こ
こで炭素繊維シート状物２０に使用される炭素繊維は、
ＰＡＮ系、ピッチ系等の炭素繊維であり、直径１〜２０
μｍのフィラメントが１０００〜３２００００本集合し
たストランド、撚糸等であり、これらの炭素繊維がシー
ト状に配列されたものである。炭素繊維シート状物２０
の具体例としては、図４に示すように、炭素繊維が互い
に略平行にシート状に配列された横糸２１と、これら横
糸２１の配列間隔を保持するための縦糸２２から構成さ
れていて、縦糸２２が、図５に示すようにラッセル編み
を形成している形態が挙げられる。この例においては、
縦糸２２が形成しているラッセル編みの編み目内には横
糸２１が１列ずつ通されていて、横糸２１は移動しない
ように編み目によって固定されている。そして、縦糸２
２が形成する連続した編み目によって、横糸２１同士は
ほぼ一定の間隔を保持して配列されている。この例では
横糸２１には、多数の炭素繊維フィラメント２１ａから
なるストランドが使用されている。

【００１５】この例の炭素繊維シート状物２０において
は、縦糸２２は横糸２１に対して略９０°に、かつ、各
縦糸２２同士は適宜間隔を有して設けられている。すな
わち、縦糸２２は横糸２１の両端部に２列ずつ、横糸２
１の中央部に４列、両端部の近傍に１０列ずつ設けられ
ていて、さらにこれらの１０列の縦糸２２と中央部の縦
糸２２との間に４列ずつ設けられている。この炭素繊維
シート状物２０において、横糸２１は、縦糸２２が配さ
れている部分は縦糸２２のラッセル編みによって固定さ
れているが、それ以外の部分には縦糸２２が設けられて
いないため、外からの力によって容易に揺動できるよう
になっている。また、この例では、１本の炭素繊維スト
ランドが所定の長さＬ₁ ずつｎ回折り返されて、（ｎ＋
１）列の横糸２１を形成している。また、ここで使用さ
れている縦糸２２としては、通常の織物や編物に使用さ
れる糸を使用でき、特に制限はないが、水中で使用した
場合でも酸化や加水分解等の化学反応を起こしにくく劣
化しにくいものであることが好ましい。このようなもの
としては、例えば、炭素繊維からなる糸や、ポリエステ
ル、ポリエチレン等の樹脂糸等が挙げられる。

【００１６】このような炭素繊維シート状物２０は、炭
素繊維からなる横糸２１が互いに略平行にシート状に配
列され、これら横糸２１の配列間隔が縦糸２２によって
保持されているため、炭素繊維フィラメント２１ａ同士
がばらばらになったり、絡み合ったりすることがないう
えに、炭素繊維の表面積を高く維持している。したがっ
て、分離槽１１内で使用する場合にも交換時等の取り扱
いが容易で、かつ、炭素繊維と水との接触効率も高く維
持でき、嫌気性細菌を含む汚泥を効率的に吸着できる。
また、炭素繊維が規則的に配列した形態であって、か
つ、水中等で揺動することができるため、単位体積あた
りの炭素繊維密度を高くできるうえに、より効率的に炭
素繊維と水とを接触させ嫌気性細菌を吸着することがで
きる。そして、この炭素繊維シート状物は横糸２１に対
して縦糸２２がラッセル編みを形成している単純な構造
であるため、通常のラッセル機を用いて容易に製造する
ことができる。さらにこの場合、使用する炭素繊維のフ
ィラメント径、１本のストランドや撚糸を形成するフィ
ラメント数、１列の横糸の長さＬ₁ 、横糸の列数（ｎ＋
１）等を任意に変化させることによって、炭素繊維の全
表面積を任意に調節でき、原水の処理量、汚濁の度合い
に応じた所望の有機物吸着能力を有する炭素繊維シート
状物２０を簡単に得ることができる。

【００１７】また、使用する炭素繊維シート状物２０の
他の形態として、図６に示すように、縦糸２２が横糸２
１の一方の端部に１列のみ配されている形態、図７に示
すように、横糸２１の両端部に１本列ずつ配されている
形態、図８に示すように、横糸２１の一方の端部に１列
とその近傍に数列配されている形態等が挙げられる。こ
のように、縦糸２２の列数や縦糸２２の位置を変化させ
ることによって、横糸２１の水中での揺動状態を適宜設
定することができ、取り扱い易さ等とのバランスを考慮
して所望の形態の炭素繊維シート状物２０を得ることが
できる。

【００１８】例えば、図６に示すように横糸２１の一方
の端部のみが縦糸２２で固定されていると、それ以外の
部分は外部からの水流等の力によって大きく揺動できる
ため、水中で使用する場合、高い接触効率で水と接触す
ることができ、嫌気性細菌の吸着効率を高めることがで
きる。また、図７に示すような形態では、横糸２１の両
端部が固定されているため、図６に示した形態例よりも
横糸２１の揺動幅は小さくなるが、炭素繊維フィラメン
ト２１ａ同士はより絡まりにくく扱い易いものとなる。
図８に示す例では、横糸２１の一方の端部だけでなく、
その近傍も固定されているため、横糸２１の揺動が大き
く炭素繊維と水との接触効率が高いうえ、より取り扱い
やすい形態になっている。

【００１９】なお、これらの図示例においては、横糸２
１は１本のストランドが複数回折り返されて、複数の横
糸２１の列を形成しているが、必ずしも横糸２１の各列
が糸の折り返しによって連続的に形成されている必要は
なく、一列の横糸２１がそれぞれ１本のストランドから
なっていてもよい。しかしながら、糸の折り返しによっ
て横糸２１の各列が連続的に形成される方が、炭素繊維
シート状物２０の製造時に横糸２１を取り扱いやすい。
炭素繊維ユニット１３として、このような炭素繊維シー
ト状物２０が、支持体３１に複数枚固定された、図３の
ような形態の炭素繊維積層体を使用すると、炭素繊維の
密度を高くでき、しかも、炭素繊維フィラメント同士を
絡まりにくく取り扱い易い状態に維持できるため好まし
い。また、炭素繊維シート状物２０の枚数やこれらを支
持体３１に固定する間隔等を適宜設定することによっ
て、分離槽１１の大きさや形状、汚泥の量に応じた所望
の有機物吸着能力を有する炭素繊維ユニット１３を得る
ことができる。しかしながら、炭素繊維ユニット１３の
形態は、例示したような炭素繊維積層体に限定されず、
例えば、炭素繊維シート状物２０を、簀巻きして図３で
示したものと同じ支持体３１に固定した図９に示す形態
や、多数の炭素繊維を束ねて支持体に固定した形態等で
もよい。

【００２０】また、このような水処理装置に使用される
散気手段としては、図２に示す例では側面に散気孔を有
する散気管１６を使用しているが、上方に向けて気体を
発生できる形態であれば特に制限はなく、多孔質板を利
用した散気板等を使用してもよい。さらに、分離槽１１
内に、図１０に示すように遮蔽板４０を設けてもよい。
遮蔽板４０を設けることによって、分離槽１１中の酸素
濃度分布をより容易に制御でき、好気雰囲気と嫌気雰囲
気をそれぞれ形成させやすくすることができる。

【００２１】このような水処理装置によれば、分離槽１
１と、分離槽１１内に備えられた分離膜モジュールと、
分離膜モジュールの下方の分離槽１１内に備えられ、上
方に向けて気体を発生する散気手段とを有し、散気手段
の下方の分離槽１１内には、さらに炭素繊維ユニット１
３が備えられているので、分離槽１１の上部を好気的雰
囲気とし、分離槽１１の下部を嫌気的雰囲気とすること
ができる。よって、嫌気性細菌を含む汚泥は炭素繊維ユ
ニット１３に吸着して、炭素繊維上にとどまって嫌気処
理を行うため、１つの分離槽１１で、好気性細菌による
有機物の酸化分解およびアンモニア性窒素の酸化と、嫌
気性細菌による亜硝酸性窒素および硝酸性窒素の還元を
安定に効率的に行うことができる。

【００２２】さらに、炭素繊維ユニット１３として、複
数本の炭素繊維がシート状に配列された炭素繊維シート
状物２０から構成されるものを使用することによって、
炭素繊維フィラメント２１ａ同士がばらばらになった
り、絡み合ったりすることを防ぎ、かつ、炭素繊維の表
面積を高く維持できる。よって、交換等の取り扱いが容
易であるうえに、炭素繊維と水との接触効率も高く維持
でき原水中の嫌気性細菌を効率的に吸着できる。さら
に、炭素繊維シート状物２０として、炭素繊維からなる
横糸２１が互いに略平行にシート状に配列され、これら
横糸２１の配列間隔が１列以上の縦糸２２によって保持
されたシート状物であり、さらに、この縦糸２２がラッ
セル編みを形成していて、編み目には横糸２１が通され
て固定されているものを使用すると、この炭素繊維シー
ト状物は、炭素繊維が規則的に配列した形態であって、
かつ、水中で揺動することができるため、単位体積あた
りの炭素繊維密度を高くできコンパクトであり、より効
率的に嫌気性細菌を吸着することができる。したがっ
て、このような水処理装置を備えた浄水システムによれ
ば、装置構成が簡単で建設コストが低く、省スペース化
が図れるとともに、効率的に水処理を行うことができ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の水処理装置
によれば、１槽で好気性細菌と嫌気性細菌による生物学
的処理と、分離膜による固液分離を行うことができる。
したがって、この水処理装置を用いた本発明の水処理シ
ステムによれば、簡単な装置で非常に効率的に水処理を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 水処理システムを説明する流れ図である。

【図２】 水処理装置の一形態を示す概略構成図であ
る。

【図３】 炭素繊維ユニットの一形態を示す斜視図であ
る。

【図４】 炭素繊維シート状物の一形態を示す平面図で
ある。

【図５】 図４の炭素繊維シート状物の端部を示す拡大
平面図である。

【図６】 炭素繊維シート状物の他の形態を示す平面図
である。

【図７】 炭素繊維シート状物の他の形態を示す平面図
である。

【図８】 炭素繊維シート状物の他の形態を示す平面図
である。

【図９】 炭素繊維ユニットの他の形態を示す斜視図で
ある。

【図１０】 水処理装置における分離槽の他の形態を示
す概略構成図である。

【符号の説明】

１１…分離槽、１３…炭素繊維ユニット、２０…炭素繊
維シート状物、２１…横糸、２２…縦糸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D006 GA07 HA03 HA15 HA19 HA21 HA41 HA93 JA02B JA67A KA01 KA02 KA44 KA63 KB14 KB22 KB23 KB25 KC03 KC16 KD24 MA01 MA22 MA24 MA31 MA33 MC11 MC22 MC33 MC36 MC62 PA01 PB04 PB08 PB24 PC62 4D028 AA08 AB00 BC01 BC17 BD17 4D040 BB63 BB64 BB82

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水を固液分離するととともに、原水中
   の汚染物を生物学的に処理する水処理装置であり、 分離槽と、分離槽内に備えられた分離膜モジュールと、
   分離膜モジュールの下方の分離槽内に備えられ、上方に
   向けて酸素含有気体を発生する散気手段とを有し、 散気手段の下方の分離槽内には、さらに炭素繊維ユニッ
   トが備えられていることを特徴とする水処理装置。
2. 【請求項２】 炭素繊維ユニットは、複数本の炭素繊維
   がシート状に配列された炭素繊維シート状物から構成さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
3. 【請求項３】 炭素繊維シート状物は、炭素繊維からな
   る横糸が互いに略平行にシート状に配列され、これら横
   糸の配列間隔が１列以上の縦糸によって保持されたシー
   ト状物であり、 前記縦糸がラッセル編みを形成していて、編み目には横
   糸が通されて固定されていることを特徴とする請求項２
   に記載の水処理装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の水
   処理装置を備えていることを特徴とする水処理システ
   ム。