JP2005087831A

JP2005087831A - 膜分離式活性汚泥処理装置

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Publication number: JP2005087831A
Application number: JP2003322862A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Takemura; 清和武村; Masato Onishi; 真人大西; Kazuhiko Noto; 一彦能登
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP4066455B2

Abstract

【課題】被処理水への酸素溶解作用が優れた膜分離式活性汚泥処理装置を提供する。
【解決手段】槽内に保持した活性汚泥によって被処理水を好気的に処理する処理槽１０と、この処理槽１０内に浸漬された膜ユニット１４と、この膜ユニット１４の下方に配置された粗大気泡散気手段１６と、処理槽１０内に配置された微細気泡散気手段１８とを備え、粗大気泡散気手段１６から散気した粗大気泡のエアリフト作用によって処理槽１０内に上下方向の旋回流を形成するようにした膜分離式活性汚泥処理装置において、微細気泡散気手段１８を旋回流の下向流の領域に配置したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は膜分離式活性汚泥処理装置に係り、特に処理槽内に膜ユニットを浸漬した膜分離式活性汚泥処理装置に関する。

この種の膜分離式活性汚泥処理装置として、粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図５はその概略構成を示す装置系統図である。処理槽１内には活性汚泥が高濃度に保持されており、被処理水２を好気的に処理する。処理槽１内には膜ユニット３が浸漬されている。膜ユニット３の下方には粗大気泡散気手段４が配置されている。また、粗大気泡散気手段４のさらに下方には微細気泡散気手段５が配置されている。

管路８から流入した被処理水２が処理槽１内に高濃度に保持した微生物、いわゆる活性汚泥によって好気的に生物処理される。この生物処理によって、被処理水２中の有機性物質が酸化分解し、被処理水２は浄化される。膜ユニット３は、複数枚の鉛直状の平膜が間隔を空けて平行に配列された構造とされる。この膜ユニット３によって被処理水２が膜分離される。膜ユニット３を透過した被処理水は膜ユニット３の二次側から排出管路９を介し処理水排出手段６により処理水７として装置外に排出される。

粗大気泡散気手段４から散気された粗大気泡には主に３つの作用がある。第１の作用は膜ユニット３の平膜に対する膜面洗浄作用である。すなわち、粗大気泡はその浮力によって膜ユニット３の平膜相互の間隙を上昇し、その上昇過程で平膜の膜面を擦り、膜分離されて膜面に付着した活性汚泥などの懸濁分離物を膜面から剥離し洗浄する。第２の作用は被処理水に対する酸素供給作用である。粗大気泡が被処理水と接触する過程で、気泡中の酸素が被処理水に溶解する。被処理水に溶解した酸素は活性汚泥による生物処理に必要な酸素源として利用される。第３の作用は旋回流の形成作用である。散気された粗大気泡のエアリフト作用によって平膜相互の間隙には被処理水の上向流が生起され、処理槽１内には矢印Ｆで示したような上下方向の旋回流が形成される。この旋回流によって、被処理水と活性汚泥が十分に混合接触し、活性汚泥による生物処理が効率よく進行する。

活性汚泥は膜分離により処理槽１内に残存するため、処理槽１内には活性汚泥が高濃度に維持される。したがって、この種の膜分離式活性汚泥処理装置は高負荷の運転が可能であり、酸素の消費速度も速い。このため、粗大気泡散気手段４から散気された粗大気泡によって被処理水に溶解する酸素だけでは生物処理に必要な酸素を賄えず、被処理水中の溶存酸素が不足する場合がある。粗大気泡はエアリフト力が大きいので前記した膜面洗浄作用や旋回流の形成作用には有効である。反面、単位体積当たり気泡表面積が小さいので、被処理水に対する酸素溶解効率が低い欠点がある。一方、微細気泡散気手段５から散気される微細気泡は単位体積当たり気泡表面積が大きく、被処理水に対する酸素溶解効率が高い。このため、被処理水中の溶存酸素を補うために有効である。

したがって、この種の膜分離式活性汚泥処理装置では、粗大気泡散気手段４と微細気泡散気手段５からの散気量を適正に配分することによって、効率の良い運転を行うようにしている。

特開２００１−２１２５８７号公報

しかしながら、本発明者らの知見によれば上記の膜分離式活性汚泥処理装置においては微細気泡散気手段５の設置位置に問題点があることが判明した。すなわち、微細気泡散気手段５は粗大気泡散気手段４の下方に設置されている。このため、微細気泡散気手段５からの微細気泡と粗大気泡散気手段４からの粗大気泡とがその浮力によって同一の方向に混在しながら上昇する。その結果、第１に微細気泡の一部が粗大気泡に合体し、酸素溶解効率が高い微細気泡の利点が失われる。第２に微細気泡と粗大気泡のエアリフト作用が合算されるので、これらの気泡の上昇速度が大きくなる。このため、気泡と被処理水との接触時間が少なくなる。この二つの原因によって、上記構成の膜分離式活性汚泥処理装置は膜洗浄作用と被処理水の旋回流の形成作用には有利である反面、被処理水への酸素溶解作用については不利がある。つまり、微細気泡散気手段５の存在意義を弱める結果となり、微細気泡散気手段５の役割を中途半端なものにしていた。

本発明の目的は上記従来技術の問題点を解消し、微細気泡散気手段と粗大気泡散気手段の役割分担が明確で、被処理水への酸素溶解作用が優れた膜分離式活性汚泥処理装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置は、槽内に保持した活性汚泥によって被処理水を好気的に処理する処理槽と、この処理槽内に浸漬された膜ユニットと、この膜ユニットの下方に配置された粗大気泡散気手段と、前記処理槽内に配置された微細気泡散気手段とを備え、前記粗大気泡散気手段から散気した粗大気泡のエアリフト作用によって前記処理槽内に上下方向の旋回流を形成するようにした膜分離式活性汚泥処理装置において、前記微細気泡散気手段を前記旋回流の下向流の領域に配置したことを特徴とする。この構成において、微細気泡散気手段が処理槽の水深の１／２よりも深く、粗大気泡散気手段よりも浅い位置に設置されたことが好ましい。

微細気泡は下向流に散気されることになり、被処理水との接触時間が長くなる。したがって、被処理水への酸素溶解作用が優れた膜分離式活性汚泥処理装置を実現することができる。しかも粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段の役割分担が明確になるから、粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段からの散気量を適正に配分することができ、効率の良い運転を行うことができる。

図１は本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の実施形態を示す装置系統図である。処理槽１０内には活性汚泥が高濃度に保持されており、被処理水１２を好気的に処理する。処理槽１０内には膜ユニット１４が浸漬されている。膜ユニット１４の下方には粗大気泡散気手段１６が配置されている。また、膜ユニット１４の側方には旋回流の下向流の領域に微細気泡散気手段１８、１８が配置されている。膜ユニット１４の二次側には管路２４を介して吸引ポンプ２０が接続している。

管路２２から流入した被処理水１２が処理槽１０内に高濃度に保持した活性汚泥によって好気的に生物処理される。この生物処理によって、被処理水１２中の有機性物質が酸化分解し、被処理水１２は浄化される。膜ユニット１４は、複数枚の鉛直状の平膜が間隔を空けて平行に配列された構造とされる。この膜ユニット１４によって被処理水１２が膜分離される。膜ユニット１４を透過した被処理水は膜ユニット１４の二次側から排出管路２４を介し吸引ポンプ２０により処理水として装置外に排出される。粗大気泡散気手段１６から散気された粗大気泡には主に３つの作用がある。第１の作用は膜ユニット１４の平膜に対する膜面洗浄作用である。粗大気泡はその浮力によって膜ユニット１４の平膜相互の間隙を上昇し、その上昇過程で平膜の膜面を擦る。その結果、膜分離されて膜面に付着した活性汚泥などの懸濁分離物が膜面から剥離し洗われる。また、粗大気泡のエアリフト作用によって平膜相互の間隙には被処理水１２の上向流が生起される。この被処理水の上向流によっても膜面の洗浄が行われる。第２の作用は被処理水１２に対する酸素供給作用である。粗大気泡が被処理水１２と接触する過程で、気泡中の酸素が被処理水１２に溶解する。この被処理水１２に溶解した酸素が活性汚泥による生物処理に必要な酸素源として利用される。第３の作用は旋回流の形成作用である。上記したように散気された粗大気泡のエアリフト作用によって平膜相互の間隙には被処理水１２の上向流が生起され、この上向流の生起に伴い、処理槽１０内には矢印Ｆで示したような上下方向の旋回流が形成される。この旋回流によって、被処理水１２と活性汚泥が十分に混合接触し、活性汚泥による生物処理が効率よく進行する。また、旋回流によって被処理水１２が万遍なく膜ユニット１４を通過することになり、安定した膜分離が行われる。

活性汚泥は膜分離により処理槽１０内に残存するため、処理槽１０内には活性汚泥が高濃度に維持される。したがって、高負荷の運転が可能であり、酸素の消費速度も速い。このため、粗大気泡散気手段１６から散気された粗大気泡によって被処理水に溶解する酸素だけでは生物処理に必要な酸素を賄えず、被処理水中の溶存酸素が不足する場合がある。すなわち、粗大気泡は径が吹出し口で１０ｍｍ前後であり、エアリフト力が大きいので前記した膜面洗浄作用や旋回流の形成作用には有効である。反面、単位体積当たり気泡表面積が小さいので、被処理水１２に対する酸素溶解効率が低い欠点がある。一方、微細気泡散気手段１８から散気される微細気泡は径が吹出し口で１ｍｍ前後であり、単位体積当たり気泡表面積が大きいので、被処理水に対する酸素溶解効率が高い。このため、被処理水中の溶存酸素を補うために有効である。

粗大気泡散気手段１６及び微細気泡散気手段１８には管路２６，２８を介して共通のブロア３０に接続しており、このブロア３０で昇圧した空気が各散気手段に供給され散気される。管路２６，２８には流量調節弁３２，３４が設けられている。これらの流量調節弁３２，３４の開度を調整し、粗大気泡散気手段１６と微細気泡散気手段１８からの散気量を配分する。

ところで、微細気泡散気手段１８は前記したように膜ユニット１４の側方に設置され、この位置は粗大気泡散気手段１８からの散気によって形成された旋回流の下向流の領域に位置している。このため、微細気泡散気手段１８から散気された微細気泡は、被処理水に対する酸素溶解効率を高める上で好適な条件下に置かれる。図２は微細気泡と下向流との関係をモデル化して示した説明図である。図２（イ）は微細気泡の径が比較的大きく、その理論浮上速度Ｖ₁が下向流の流速Ｖ₂よりも大きい場合である。この場合には微細気泡は下向流に逆らって浮上するが、実質浮上速度Ｖ₃はＶ₃＝Ｖ₁−Ｖ₂となり、理論浮上速度Ｖ₁よりも十分に小さくなる。このため、微細気泡は被処理水中を緩慢に浮上し、被処理水との接触時間が長くなる。その結果、微細気泡による被処理水への酸素溶解効率が高まる。図２（ロ）は微細気泡の径が比較的小さく、その理論浮上速度Ｖ₁が下向流の流速Ｖ₂よりも小さい場合である。この場合には微細気泡は下向流に逆らいつつ、下降速度Ｖ₄＝Ｖ₂−Ｖ₁で被処理水に随伴して緩慢に下降し、被処理水との接触時間が長くなる。その結果、この場合にも微細気泡による被処理水への酸素溶解効率が高まる。

図３は微細気泡と上向流との関係をモデル化して示した説明図である。上向流では（イ）の微細気泡の径が比較的大きい場合も、（ロ）の微細気泡の径が比較的小さい場合も、理論浮上速度Ｖ₁に上向流の流速Ｖ₅が加わり、微細気泡は実質浮上速度Ｖ₆＝Ｖ₁＋Ｖ₅で急速に浮上する。その結果、微細気泡と被処理水との接触時間が短くなり、微細気泡による被処理水への酸素溶解効率が低下する。

このように微細気泡が下向流に散気された場合と上向流に散気された場合とでは微細気泡の挙動が正反対となり、被処理水への酸素溶解効率に大きな差が生じる。本実施形態では前記したように、微細気泡散気手段１８が旋回流の下向流の領域に位置している。このため、微細気泡は下向流に散気されることになり、被処理水への酸素溶解効率がよい。したがって、本実施形態によれば被処理水への酸素溶解作用が優れた膜分離式活性汚泥処理装置を実現することができる。しかも粗大気泡散気手段１６及び微細気泡散気手段１８の役割分担が明確であるから、流量調節弁３２，３４の開度を合目的に調整することによって、粗大気泡散気手段１６と微細気泡散気手段１８からの散気量を適正に配分することができ、効率の良い運転を行うことができる。

なお、微細気泡散気手段１８は、処理槽の水深の１／２よりも深く、粗大気泡散気手段１６よりも浅い位置に設置されたことが好ましい。図４は微細気泡散気手段１８と粗大気泡散気手段１６の好ましい位置関係を示す説明図である。図２で説明したように、微細気泡散気手段１８から散気される微細気泡には大別して２種類の気泡がある。下向流Ｒに逆らって浮上する比較的径の大きい微細気泡Ｂ１と下向流Ｒに逆らいつつ下向流Ｒに押し流される比較的径の小さい微細気泡Ｂ２とがある。通常の散気管や散気板を用いた微細気泡散気手段１８ではこのような微細気泡Ｂ１と微細気泡Ｂ２が同時に散気される。比較的径の大きい微細気泡Ｂ１を重視すると散気位置が深いほど浮上時間（被処理水との接触時間）が長くなり、酸素の溶解効率が向上するので有利である。このような観点から微細気泡散気手段１８は処理槽の水深の１／２よりも深い位置に設置することが好ましい。一方、比較的径の小さい微細気泡Ｂ２を重視すると下向流Ｒが粗大気泡散気手段１６から散気によって上向流に転じるまでに長い時間を稼ぎ、その間に微細気泡Ｂ２による酸素の溶解を促進させることが有利である。このような観点から微細気泡散気手段１８はなるべく浅い位置に設置するほうが有利である。具体的には微細気泡散気手段１８を粗大気泡散気手段１６よりも浅い位置に設置し、その水深差Ｈを２００ｍｍ以上にすることが実設計上、好ましい。

本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の実施形態を示す装置系統図である。微細気泡と下向流との関係をモデル化して示した説明図である。微細気泡と上向流との関係をモデル化して示した説明図である。微細気泡散気手段と粗大気泡散気手段の好ましい位置関係を示す説明図である。従来技術に係る膜分離式活性汚泥処理装置の概略構成を示す装置系統図である。

符号の説明

１０………処理槽、１２………被処理水、１４………膜ユニット、１６………粗大気泡散気手段、１８………微細気泡散気手段、２０………吸引ポンプ、３０………ブロア、３２，３４………流量調節弁。

Claims

槽内に保持した活性汚泥によって被処理水を好気的に処理する処理槽と、この処理槽内に浸漬された膜ユニットと、この膜ユニットの下方に配置された粗大気泡散気手段と、前記処理槽内に配置された微細気泡散気手段とを備え、前記粗大気泡散気手段から散気した粗大気泡のエアリフト作用によって前記処理槽内に上下方向の旋回流を形成するようにした膜分離式活性汚泥処理装置において、前記微細気泡散気手段を前記旋回流の下向流の領域に配置したことを特徴とする膜分離式活性汚泥処理装置。
前記微細気泡散気手段が処理槽の水深の１／２よりも深く、前記粗大気泡散気手段よりも浅い位置に設置されたことを特徴とする請求項１に記載の膜分離式活性汚泥処理装置。