JP2003205287A

JP2003205287A - 膜分離廃水処理装置

Info

Publication number: JP2003205287A
Application number: JP2002006011A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Takemura; 清和武村; Shinichi Yoshikawa; 慎一吉川; Masato Onishi; 真人大西; Yutaka Okuno; 裕奥野
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-22
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: JP3744425B2

Abstract

(57)【要約】【課題】膜エレメントの洗浄および活性汚泥への酸素
供給といった相反するエアの供給を効率的に行うことが
できる散気装置を有する膜分離廃水処理装置を提供す
る。【解決手段】廃水を処理する反応槽１８と、反応槽１
８に浸漬される膜エレメント４２を備えた固液分離装置
と、反応槽１８内にエアを供給する散気装置６０とから
なる膜分離廃水処理装置１０で、散気装置６０は、底面が
開口した箱体６１と箱体６１の上板６１ａを貫通して取
り付けた気泡放出管６４と、箱体６１内に連通して設け
た連通管６６と、連通管６６に接続したブロア６５とに
より構成されると共に、気泡放出管６４の下端部が連通
管６６の先端部より低位に配設され、ブロア６５から供
給されるエアが箱体６１内にエア層を形成し、エア層を
介して気泡放出管６４にエアが供給されることを特徴と
する膜分離廃水処理装置１０である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は膜分離廃水処理装置
に関し、詳細には、膜分離廃水処理装置における散気装
置に活性汚泥混合液が逆流せず、しかも、活性汚泥混合
液へのエアの供給を好適に行うことができる散気装置を
具備する膜分離廃水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、廃水を微生物により浄化処理
する廃水処理装置において、活性汚泥と処理水とを分離
するために膜分離による固液分離装置が設けられてい
る。この膜分離による固液分離装置においては、反応水
槽内にエアを供給する装置を設け、膜エレメントに付着
した活性汚泥の洗浄を気泡が上昇する力を利用して行っ
ている。従来の散気装置の一例を図７に示す。散気装置
６０はブロア６５と、連通管６６と、孔あき管６８とに
より構成され、ブロア６５と孔あき管６８とは連通管６
６により接続されている。また、孔あき管６８には、下
向きに数ミリのエア抜き孔６９を設けた管が用いられて
おり、ブロア６５から送出されたエアは、連通管６５を
通じて孔あき管６８のエア抜き孔６９から反応槽１８内
に排出される。孔あき管６８から排出されたエアは気泡
となって、反応槽１８内に貯留された活性汚泥混合液中
で酸素を溶解させながら上昇し、膜分離装置の膜エレメ
ント４２を洗浄する作用をなす。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の膜分離廃水処理
装置における散気装置は、前記のような孔あき管６８を
散気管として用いていたため、気泡が粗大なものしか形
成できず、活性汚泥混合液への酸素溶解効率が低く、微生
物による安定した生物処理を可能とするためには、多く
のエアを供給する必要があり、ブロア動力の増大を招い
ていた。また、孔あき管６８はブロアの運転を停止する
と、孔６９から活性汚泥混合液を吸い込むため、孔あき
管６８が目詰まりしてしまうことがあった。孔あき管６
８が目詰まりした場合、活性汚泥混合液へのエアの供給
が不十分になり、生物処理の効率が悪くなるばかりでな
く、膜エレメント４２の洗浄が十分に行われないため、膜
エレメント４２の寿命が短くなる等、廃水処理装置の安
定運転を行う上での大きな妨げになる。

【０００４】そこで、孔あき管６８に設けられている孔
６９の径を拡大する等の手段がとられているが、孔６９
の径を大きくすると、気泡が粗大になり、膜エレメント
４２の洗浄には適している反面、活性汚泥混合液に対す
る酸素溶解効率は低下してしまうといった課題がある。
したがって、生物処理を安定して行うに必要とされるブ
ロア６５の動力が更に増大するなどといった他の課題が
生じる等、抜本的な解決には至っていない。

【０００５】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、膜分離廃水処理装置の散気装置におい
て、膜エレメントの洗浄を効率的なものとし、また、処
理槽内へ効率的に酸素を溶解可能とし、さらには、ブロ
アの運転を停止させた場合においても、活性汚泥混合液
が逆流して、散気パイプに目詰まりが生じることを防止
し、省エネルギーで、しかも安定運転を可能とする膜分
離廃水処理装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本願発明に係る膜分離廃水処理装置は以下に示す構
成を備えるものである。すなわち、廃水を微生物により
浄化処理する反応槽と、反応槽に浸漬され、活性汚泥混
合液を固液分離するための膜エレメントを備えた固液分
離装置と、反応槽内で前記膜エレメントの下方に配置さ
れ、反応槽にエアを供給するための散気装置とにより構
成される膜分離廃水処理装置において、前記散気装置は、
底面が開口した箱体と、該箱体の上板を上下に貫通して
取り付けられた気泡放出管と、前記箱体内に連通して設
けられた連通管と、連通管に接続したブロアとにより構
成され、前記箱体内部において、前記気泡放出管の下端
部が前記連通管の先端部より低位に配設され、ブロアか
ら供給されるエアが箱体内にエア層を形成し、該エア層
を介して気泡放出管にエアが供給されることを特徴とす
る膜分離廃水処理装置である。これにより、散気装置の
ブロアを停止させた場合においても、活性汚泥混合液が
逆流して、散気装置を目詰まりさせてしまうことを防止
することが可能になった。また、箱体に複数の気泡放出
管が接続されている場合、それぞれの気泡放出管から均
等にエアを放出させることが可能になった。

【０００７】また、前記気泡放出管下端部が、スラッシ
ュカットされていることを特徴とする膜分離廃水処理装
置である。これにより、ブロア出力の調整でエア放出管
から吹き出させるエアの容量を調節することができるた
め、気泡の大きさを任意に設定することが可能となり、
膜エレメントの洗浄や、活性汚泥への酸素供給に際し、
両者を効率的に行うことが可能になった。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る膜分離廃水処
理装置の実施の形態について、添付図面に沿って詳細に
説明する。図１は本発明に係る膜分離廃水処理装置の実
施の形態を示す説明図である。

【０００９】本実施の形態においては、膜分離廃水処理
装置を、脱窒槽と硝化槽とを備えた硝化・脱窒装置に適
用した例について説明していくことにする。１０は硝化
・脱窒装置である。硝化・脱窒装置１０は、仕切り板１
２によって仕切られた脱窒槽１４および硝化槽１６とか
らなる反応槽１８と、反応槽１８に流入させる廃水２０
を貯留する廃水貯留槽３０と、反応槽１８により脱窒・
硝化処理された活性汚泥混合液４０を固液分離するため
の膜エレメント４２と、膜エレメント４２により固液分
離された処理水を吸引するポンプ５０と、硝化槽１６に
エアを供給するための散気装置６０と、硝化槽１６内の
活性汚泥混合液４０を脱窒槽１４に還流させるポンプ７
０とにより構成されている。

【００１０】廃水貯留槽３０には、スクリーンにより大
きなごみを除去した廃水を貯留する。廃水貯留槽３０に
貯留された廃水２０は、制御部によりその送水量を制御
して廃水貯留槽３０と脱窒槽１４とを連結するパイプラ
イン３２を通じて順次脱窒槽１４に送水される。脱窒槽
１４への送水量は、反応槽１８からポンプ５０により排
出された処理水の量と同量となるように制御部により制
御され、反応槽１８に貯留される水量は、常に一定となる
ように制御される。

【００１１】脱窒槽１４に流入した廃水２０は嫌気性状
態において、活性汚泥中の脱窒菌の作用によって廃水中
のＢＯＤ成分の分解および脱窒処理がなされる。脱窒槽
１４の底部には、ポンプ８０が配設されており、脱窒槽１
４内の攪拌混合を行っている。

【００１２】脱窒槽を経由した活性汚泥混合液４０は、
仕切り版１２、１２に挟まれた連通路８２を通り、硝化
槽１６に流入する。硝化槽１６は、活性汚泥混合液４０
を硝化処理するためのものである。この硝化処理では、
好気性状態の下、硝化菌により活性汚泥混合液４０のア
ンモニア態窒素が硝化処理されて硝酸になる。続いて、
硝化槽１６で硝化処理された活性汚泥混合液４０を再度
脱窒槽１４に送り返すことにより、活性汚泥混合液４０
中の窒素成分が窒素ガスとして大気に放出されて窒素除
去がなされる。

【００１３】脱窒槽１４において再度窒素除去がなされ
た活性汚泥混合液４０は、再度硝化槽１６に送り出さ
れ、再び硝化処理がなされる。硝化槽１６では膜エレメ
ント４２を使用して、活性汚泥混合液４０から処理水を
取り出す操作がなされる。処理水は活性汚泥混合液４０
中に含まれる活性汚泥を固液分離することによって得ら
れる。本実施の形態においては、固液分離装置として膜
エレメント４２とポンプ５０を用いた膜分離方式を採用
している。

【００１４】以上に説明したように、脱窒槽１４では、
嫌気性状態の下に脱窒処理がなされ、硝化槽１６では好
気性状態の下に硝化処理がなされるから、脱窒槽１４と
硝化槽１６とを連通する連通路８２に逆止弁（図示せ
ず）を設け、各槽における嫌気状態と、好気状態との区
別を明確にするのが好ましい。

【００１５】また、膜エレメント４２には、逆止弁５２
を介してポンプ５０に接続する取水管５４が接続されて
おり、ポンプ５０により、膜エレメント４２が固液分離
した処理水を排出させる。処理水の排出量の情報が図示
しない制御部に伝達され、制御部は廃水貯留槽３０から
脱窒槽１４に流入する廃水２０の水量を制御する。逆止
弁５２は、ポンプ５０により浄水を排出した後、ポンプ
５０の運転を止めた際に、取水管５４内にある排出途中
の処理水が硝化槽１６に逆流するのを防ぐためのもので
ある。

【００１６】硝化槽１６の下部には、硝化槽１６内の活
性汚泥混合液４０を脱窒槽１４に送り返すための循環用
パイプライン７２が連通している。循環用パイプライン
７２には、ポンプ７０が配設されており、ポンプ７０に
より循環用パイプライン７２を経由して、硝化槽１６に
より処理された活性汚泥混合液４０が再び脱窒槽１４に
流入される。これにより活性汚泥混合液４０は脱窒槽１
４から硝化槽１６へ、硝化槽１６から脱窒槽１４へ順次
循環し、高度な処理水を得ることができる。

【００１７】なお、硝化槽１６で処理された活性汚泥混
合液４０は、酸素の溶解度が高まっているので、嫌気槽
である脱窒槽１４にそのまま返送すると、脱窒槽１４内
で脱窒反応に利用すべき有機物が酸化反応を起こし、脱
窒処理の効率が低下してしまう。そこで、循環用パイプ
ライン７２の中間に溶存酸素除去装置７４を配設し、脱
窒槽１４に返送する活性汚泥混合液４０の溶存酸素を除
去して返送するのが好ましい。

【００１８】図２は硝化槽内で膜エレメントの下方に設
置する散気装置の構造を示す透視説明図である。散気装
置６０は、下部が開口する箱体６１と、気泡放出管６２
と、箱体６１内にエアを吹き込むブロア６５とにより構
成されている。気泡放出管６４は箱体６１の上板６１ａ
から上方および下方へそれぞれ突出して設けられ、箱体
６１の内部と硝化槽１６とを連通させている。本実施の
形態では、気泡放出管６４は、エア吸い込み管６３とエ
ア吹き出し管６２とにより構成され、エア吹き出し管６
２は、エア吸い込み管６３よりも拡径して形成され、エ
ア吹き出し管６２の基部が下方に徐々に縮径するテーパ
ー面に形成されて、エア吸い込み管６３がエア吹き出し
管６２に連結する。６４ａはエア放出管の基部位置にエ
ア吸い込み管６３との連結部の側面に開口させた連通孔
である。

【００１９】箱体６１の側面には連通管６６が連通して
設けられ、箱体６１内で連通管６６は先端部を鉛直方向
に延出し、先端が上板６１ａの下面の近傍に位置する。
ここで、箱体６１の内部において、エア吸い込み管６３
の下端部と、連通管６６の先端部の位置関係は、連通管
６６の先端部がより高い位置となるように設定する。連
通管６６の他端側に接続されているブロア６５からエア
を箱体６１に供給すると、箱体６１内にエアが充てんさ
れ、箱体６１内にエア層が形成される。本発明における
膜分離廃水処理装置の散気装置は、エア層を介してエア
吸い込み管６３にエアを供給し、エア吹き出し管６２か
ら気泡を硝化槽１６に放出させることにより、膜エレメ
ント４２および活性汚泥混合液４０へエアを供給する。
なお、気泡放出管６４の側面には硝化槽１６に連通する
連通孔６４ａが配設されているため、エアと硝化槽１６
内の活性汚泥混合液４０とを混合させながら気泡放出管
６４から気泡が放出される。

【００２０】先述のとおり、箱体６１の内部において
は、エア吸い込み管６３の下端部よりも、連通管６６の
先端部が高い位置に配置しているから、ブロア６５の運
転を停止した際において、硝化槽１６の活性汚泥混合液
４０が気泡放出管６４から箱体６１内に進入しても、箱
体６１に閉じ込められたエアはそのまま箱体６１内に残
留し、エア層内に連通管６６の先端部が位置することに
より、活性汚泥混合液４０が連通管６６まで進入するこ
とがなく、膜エレメント４２、活性汚泥へエアを安定し
て供給することができ、膜エレメント４２の寿命を延ば
すことができ、また、生物処理の効率も大幅に向上す
る。なお、連通管６６において、ブロア６５と箱体６１
の中間に逆止弁を配設して、箱体６１内のエアを逆止す
るようにするとよい。

【００２１】図３は図２におけるエア放出管６２の矢視
図である。本実施の形態におけるエア放出管６２の上端
の開口部内部には井桁状の仕切り板６２ｂが配設されて
いる。仕切り板６２ｂは、エア吸い込み管６３から吸い
込まれたエアと、気泡放出管６４の連通孔６４ａから吸
い込まれた硝化槽１６の活性汚泥混合液４０とを混合
し、エア吹き出し管６２より吹き出すエアの気泡を細か
くする作用をなす。このように井桁状に形成された仕切
り板６２ｂを設ければ、硝化槽１６に供給されるエアの
気泡が微細化されるので、酸素溶解度を高めることがで
き、活性汚泥による硝化処理が効率的になされるように
なる。なお、気泡を微細化する機構はこれに限定され
ず、例えば、エア吹き出し管６２の内側壁からエア吹き
出し管６２の中心に向けて突出する突起体を多数個配設
するといった他の形態であってもよいのはもちろんであ
る。

【００２２】図４はエア吸い込み管の他の実施の形態を
示した説明図である。エア吸い込み管６３の先端部形状
がスラッシュカットされている点が本実施形態の特徴点
である。この実施形態においては、エア吸い込み管６３
の下端部をスラッシュカットしたことにより、ブロア６
５の出力に応じて水面の位置、すなわち、エア層の位置
が変動する。これにより、箱体６１内のエア層の容積が
変化すると共に、エア吸い込み管６３の先端部の開口面
積が変化するため、エア吹き出し管６２から供給される
エアの量を調整することができる。ブロア出力を上げる
と、箱体６１内のエア層のスペースが大きくなり、エア
吸い込み管６３の開口面積が大きくなるので、エア吹き
出し管６２から供給されるエア量も多くなる。このよう
にして供給される気泡は、膜エレメント４２の洗浄をす
る際において効果的なものとなる。反面、ブロア出力を
下げると、箱体６１内のエア層のスペースが小さくな
り、エア吸い込み管６３の開口面積が小さくなるので、
エア吹き出し管６２から供給されるエア量が少なくな
る。この場合は、エア吹き出し管６２より供給される気
泡が小さくなるため、酸素溶解効率が向上し、活性汚泥
への酸素供給をする際において効果的なエア供給とな
る。本実施の形態の散気装置によれば、膜エレメント４
２の洗浄と、酸素溶解効率の二律背反する２通りのエア
の供給を一つのブロアで制御することが可能となる。

【００２３】図５はエア吸い込み管の他の実施の形態を
示した説明図である。エア吸い込み管６３の先端部にス
リット６３ａが配設されている点が本実施形態の特徴点
である。スリット６３ａはエア吸い込み管６３の先端か
らエア吸い込み管６３の長さ方向に伸びた長孔状に形成
されている。このようなスリット６３ａを配設したこと
により、エア吸い込み管６３が水中に没入する深さによ
ってスリット６３ａの開口面積が変動し、先端がスラッ
シュカットされたエア吸い込み管６３と同様にブロア出
力に応じてエアの排出量を調整可能とする効果が得られ
ることに加えて、エアがスリット６３ａを通過した際
に、エアが乱されて、エア吸い込み管６３の内部で気泡
が微細化されやすくなるため、酸素溶解度を向上させる
のに有効に作用する。

【００２４】図６は散気装置の箱体と膜エレメントとの
間に気泡分配板を配設した実施の形態を示す説明図であ
る。気泡分配板６７は、膜エレメント４２の１つずつ対
応して気泡放出管６４が配設され、各気泡放出管６４ご
とにこれを仕切るように気泡分配板６７が設けられてい
る。このように、一つの膜エレメント４２に対し少なく
とも一つの気泡放出管６４が対応して設置したことによ
り、それぞれの膜エレメント４２に対して均等にエアを
供給することができる。これにより、膜エレメント４２
の一部にエアが供給されずにその膜エレメント４２に付
着した活性汚泥を取り除くことができずに、目詰まりす
るといった問題を解消することができ、ポンプの損傷も
未然に防ぐことができ、安定した廃水処理が可能にな
る。また、気泡放出管６４から供給されたエアがすべて
膜エレメント４２を通過してから硝化槽１６に供給され
るため、膜エレメント４２の洗浄が確実になされてから
硝化槽１６に酸素が供給され、エアを有効に利用するこ
とができ好適である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る膜分
離廃水処理装置によれば、ブロアを停止させても、散気
装置に活性汚泥混合液が逆流してこないので、散気装置
の目詰まりを防止することができる。したがって、活性
汚泥、膜エレメントへエアを常に安定して供給すること
ができるため、膜分離廃水処理装置を安定に運転するこ
とが可能になる。また、エア吸い込み管の先端部形状を
スラッシュカットしたことにより、ブロアの出力に応じ
てエア吸い込み管の先端部開口面積を調整することがで
きるため、供給する気泡の大きさを任意に調整すること
ができる。これにより、膜エレメントの洗浄用と、活性
汚泥混合液への酸素供給用のエアを一台のブロアにより
選択的に供給することが可能となるため、膜分離廃水処
理をさらに安定に運転することが可能となり、さらに
は、膜分離廃水処理装置の製造コストを削減させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る膜分離廃水処理装置の実施の形態
を示す説明図である。

【図２】散気装置の構造を示す透視説明図である。

【図３】図２におけるエア放出管の矢視図である。

【図４】エア吸い込み管の他の実施形態を示した説明図
である。

【図５】エア吸い込み管の他の実施形態を示した説明図
である。

【図６】散気装置の箱体と膜エレメントとの間に気泡分
配板を配設した実施例を示す説明図である。

【図７】従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１０硝化・脱窒装置１４脱窒槽１６硝化槽１８反応槽３０廃水貯留槽４２膜エレメント５０、７０、８０ポンプ６０散気装置６１箱体６２エア吹き出し管６２ｂ仕切り板６３エア吸い込み管６３ａスリット６４気泡放出管６４ａ連通孔６５ブロア６６連通管６７分配板７２循環用パイプライン７４溶存酸素除去装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大西真人東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内 (72)発明者奥野裕東京都千代田区内神田１丁目１番14号日立プラント建設株式会社内Ｆターム(参考） 4D006 GA07 HA42 HA93 KA01 KA43 KB14 KC02 KC14 MA03 PA01 PB08 PB24 PC62 4D028 BC03 BC17 BC24 BD17 4D040 BB05 BB14 BB57 BB65

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃水を微生物により浄化処理する反応槽
と、反応槽に浸漬され、活性汚泥混合液を固液分離する
ための膜エレメントを備えた固液分離装置と、反応槽内
で前記膜エレメントの下方に配置され、反応槽にエアを
供給する散気装置とにより構成される膜分離廃水処理装
置において、前記散気装置は、底面が開口した箱体と、該
箱体の上板を上下に貫通して取り付けられた気泡放出管
と、前記箱体内に連通して設けられた連通管と、連通管
に接続したブロアとにより構成され、前記箱体内部にお
いて、前記気泡放出管の下端部が前記連通管の先端部よ
り低位に配設され、ブロアから供給されるエアが箱体内
にエア層を形成し、該エア層を介して気泡放出管にエア
が供給されることを特徴とする膜分離廃水処理装置。
【請求項２】前記気泡放出管下端部が、スラッシュカ
ットされていることを特徴とする請求項１記載の膜分離
廃水処理装置。