JP2005095799A

JP2005095799A - 膜式活性汚泥処理装置

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Publication number: JP2005095799A
Application number: JP2003333810A
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: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14

Abstract

【課題】処理槽の状況に応じて酸素溶解効率のよい適量の散気を行うことによって、嫌気領域が発生しにくくし、運転コストを節減する。
【解決手段】槽内に保持した活性汚泥によって被処理水１２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、この膜ユニットの下方に配置した粗大気泡散気手段１６と、前記膜ユニットの側方に配置された微細気泡散気手段１８，１８と、この微細気泡散気手段１８，１８の散気量をＤＯ計３６で検出したＤＯ値及びＣＯＤ計４２で検出したＣＯＤ値に基づいて制御する制御器４０とを備えている。微細気泡散気手段１８は、粗大気泡散気手段１６から散気された粗大気泡のエアリフト作用によって形成される旋回流の下向流の領域に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は膜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式活性汚泥処理装置に関する。

この種の膜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、単位体積当たりの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、前記したようにこの種の膜式活性汚泥処理装置では活性汚泥の濃度を高くした高負荷運転が行われ、活性汚泥酸素の消費速度も速い。このため、散気手段からの散気量が不足すると処理槽１内の一部領域が嫌気的になる。嫌気領域では活性汚泥による好気処理が進行せず、処理槽１全体の処理効率が低下する。また、嫌気領域では活性汚泥の活性の低下に伴って粘着性のある代謝物が分泌され易く、これらの代謝物が蓄積して膜ユニット３の膜の閉塞を促進させる。このような嫌気領域が生じないように、粗大気泡散気手段４及び微細気泡散気手段５からの散気量を十分に多くし安全サイドの運転をすると、散気に必要な動力が大きくなり、運転コストの増大を招く。

本発明の目的は上記従来技術の問題点を改善し、処理槽の状況に応じて酸素溶解効率のよい適量の散気を行うことができ、嫌気領域が発生しにくく、運転コストを節減可能な膜式活性汚泥処理装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る膜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、前記膜ユニットの側方に配置された微細気泡散気手段と、この微細気泡散気手段の散気量を所定の指標に基づいて制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

前記指標としては、前記処理槽内を旋回する被処理水の溶存酸素濃度又は粘度、もしくは前記膜ユニットを透過した処理水の有機物濃度のいずれか一つの指標、又はその組み合わせであることが好ましい。また、前記微細気泡散気手段は、前記粗大気泡散気手段から散気された粗大気泡のエアリフト作用によって形成される旋回流の下向流の領域に配置されていることが好ましい。

本発明によれば、被処理水の溶存酸素濃度や処理水の有機物濃度などの指標に基づいて、膜ユニットの側方に配置した微細気泡散気手段の散気量が制御されるので、処理槽の状況に応じて酸素溶解効率のよい適量の散気を行うことができる。したがって、嫌気領域が発生しにくく、運転コストを節減可能な膜式活性汚泥処理装置を実現することができる。

図１は本発明に係る膜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の側方の水深が深い位置には微細気泡散気手段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は管路２６を介してブロア２８に接続しており、このブロア２８で昇圧した空気が粗大気泡散気手段１６に供給され散気される。微細気泡散気手段１８，１８は管路３２を介してブロア３４に接続しており、このブロア３４で昇圧した空気が微細気泡散気手段１８，１８に供給され散気される。

微細気泡散気手段１８の下方には被処理水中の溶存酸素濃度を検出するＤＯ計３６の検出端が配置されている。ＤＯ計３６の検出値は制御器４０に送信される。また、吸引ポンプ２０の吐出側の管路２４Ａには処理水中の有機物濃度を間接的に推定可能なＣＯＤ計４２が取り付けられており、ＣＯＤ計４２の検出値は制御器４０に送信される。制御器４０ではＤＯ計３６、ＣＯＤ計４２のいずれか一方、又は双方の検出値に基づいてブロア３４の稼動を制御し、微細気泡散気手段１８，１８からの微細気泡の散気量を調節する。

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Ｖ_１が下向流の流速Ｖ_２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Ｖ_３はＶ_３＝Ｖ_１−Ｖ_２となり、理論浮上速度Ｖ_１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Ｖ_１が下向流の流速Ｖ_２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Ｖ_４＝Ｖ_２−Ｖ_１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。

処理槽１０内には前記したように活性汚泥が高濃度に保持され、酸素の消費速度が速い。このため、処理槽１０内の被処理水は旋回する過程で溶存酸素濃度が激しく変動する。図３はその状況を示したモデル図であり、横軸は図１に図示した位置番号ａ〜ｆを被処理水が通過する時の時間軸である。図３において実線は本発明の場合、破線は従来技術の場合を示している。従来技術(図５参照)ではａ→ｂ→ｃの上向流の過程では粗大気泡散気手段４と微細気泡散気手段５の双方からの散気によって、溶存酸素濃度が急激に増加する。反面、ｃ→ｄ→ｅ→ｆ→ａの下向流の過程では散気がなく、酸素が一方的に消費されるので溶存酸素濃度が急激に減少する。このように従来技術では溶存酸素濃度の変動幅が大きく不安定な運転状況を呈し、散気量が不足するとｆ又はａの領域が嫌気的になる可能性がある。

一方、本発明ではａ→ｂ→ｃの上向流の過程では粗大気泡散気手段１６からの粗大気泡のみの散気であるため、溶存酸素濃度の増加程度は小さい。反面、ｃ→ｄ→ｅの下向流の過程では、微細気泡散気手段１８から散気された微細気泡が下向流に逆らって浮上する間に被処理水に酸素を補給する。このため、溶存酸素の消費と補給がバランスし、溶存酸素濃度は余り変動しない。ｅ→ｆ→ａの下向流の過程ではｅ→ｆの途中で微細気泡散気手段１８からの散気がなくなるので、溶存酸素濃度は減少するが、その減少幅は小さい。すなわち、本発明の場合は、上記従来技術に比べて被処理水が循環する過程での溶存酸素濃度の変動幅が小さく、安定している。

また、本実施形態では位置番号ｆの近傍に被処理水中の溶存酸素濃度を検出するＤＯ計３６の検出端が配置されている。したがって、このＤＯ計３６で検出される溶存酸素濃度がゼロ以上，好ましくは１〜２ｍｇ／Ｌを維持するように、制御器４０がブロア３４の稼動を制御し、微細気泡散気手段１８，１８からの微細気泡の散気量を調節する。その結果、処理槽の状況に応じて酸素溶解効率のよい適量の散気を行うことができる。したがって、嫌気領域が発生しにくく、運転コストを節減可能な膜式活性汚泥処理装置を実現することができる。なお、粗大気泡散気手段１６は、前記したように膜洗浄作用と旋回流の形成作用を主な目的としているので、これらの作用を強化する時は別として、通常は一定量の粗大気泡を散気する定量運転が実施される。

なお、本実施形態では制御器４０にはＤＯ計３６で検出されたＤＯ値に加えてＣＯＤ計４２で検出されたＣＯＤ値が送信される。すなわち、被処理水の溶存酸素濃度と処理水の有機物濃度は密接に関連しており、被処理水の溶存酸素濃度が不足して処理槽１０内の一部領域が嫌気的になると、処理槽１０全体の処理効率が低下し処理水の有機物濃度が高くなる。処理水のＣＯＤ値が高いことは、処理水の有機物濃度が高いことを意味しており、被処理水の溶存酸素濃度が不足している可能性が強い。したがって、被処理水のＤＯ値に加えて処理水のＣＯＤ値を複合させることによって、制御器４０ではより一層緻密で実情に即した制御が可能になる。ただし、本発明は制御の指標として被処理水のＤＯ値と処理水のＣＯＤ値を複合させることに限定されない。制御の指標として、被処理水のＤＯ値又は処理水のＣＯＤ値を単独に用いるようにしてもよい。なお、処理水の有機物濃度を示す指標としてはＣＯＤ値以外にＴＯＣ値、ＵＶ値があるのでＣＯＤ計４２に替えて、ＴＯＣ計又はＵＶ計を取り付け、検出したＴＯＣ値、ＵＶ値によって同様に微細気泡散気手段の散気量を制御するようにしてもよい。

また、被処理水の溶存酸素濃度と被処理水の粘度は密接に関連しており、被処理水の溶存酸素濃度が不足して処理槽１０内の一部領域が嫌気的になると粘着性のある代謝物が分泌され易く、被処理水の粘度が高くなる。したがって、被処理水の粘度が高いことは、被処理水の溶存酸素濃度が不足している可能性が強い。したがって、被処理水のＤＯ値に加えて被処理水の粘度を複合させることによって、制御器４０ではより一層緻密で実情に即した制御が可能になる。又は、被処理水の粘度を単独の指標とするか、処理水のＣＯＤ値と被処理水の粘度を複合させて、微細気泡散気手段の散気量を制御するようにしてもよい。

図４は制御系統の変形例を示す部分系統図である。上記実施形態では粗大気泡散気手段１６と微細気泡散気手段１８，１８に送る昇圧空気を別個のブロア２８，３４によって供給していた。この変形例では共通のブロア４４を用いて各散気手段に散気用の昇圧空気を供給する。粗大気泡散気手段１６への管路２６Ａには手動式の流量調節弁４６が、微細気泡散気手段１８，１８への管路３２Ａには流量制御弁４８が取り付けられている。流量制御弁４８は制御器４０Ａからの信号によって、その開度が自動的に制御される。この変形例によれば共通のブロア４４を用いるので設備の単純化と低価格化を図ることができる。

本発明に係る膜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。溶存酸素濃度の変動状況を示したモデル図である。制御系統の変形例を示す部分系統図従来技術に係る膜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、２８，３４，４４………ブロア、３６………ＤＯ計、４０，４０Ａ………制御器、４２………ＣＯＤ計、４８………流量制御弁。

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、前記膜ユニットの側方に配置された微細気泡散気手段と、この微細気泡散気手段の散気量を所定の指標に基づいて制御する制御手段とを備えたことを特徴とする膜式活性汚泥処理装置。
前記指標が前記処理槽内を旋回する被処理水の溶存酸素濃度又は粘度、もしくは前記膜ユニットを透過した処理水の有機物濃度のいずれか一つの指標、又はその組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載の膜式活性汚泥処理装置。
前記微細気泡散気手段は、前記粗大気泡散気手段から散気された粗大気泡のエアリフト作用によって形成される旋回流の下向流の領域に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の膜式活性汚泥処理装置。