JP2007098368A

JP2007098368A - 浸漬膜分離装置及び方法

Info

Publication number: JP2007098368A
Application number: JP2005295694A
Authority: JP
Inventors: Taku Ike; 卓池; Hiroshi Mizutani; 洋水谷; Takehiro Kato; 雄大加藤; Katsushi Yamamoto; 勝士山本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】膜面洗浄に用いられる散気により槽内に硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が生成した場合であっても、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を同一槽内で除去することができる浸漬膜分離装置及び方法を提供する。
【解決手段】生物処理後の有機性排水を流入させる膜分離槽１０と、該膜分離槽内に浸漬配置された膜ユニット１１とからなり、前記有機性排水２０を膜分離液と汚泥に固液分離する浸漬膜分離装置１において、前記膜ユニット１１が、筒状ケーシング１２と、該ケーシングの上方に位置する膜エレメント１３と、該ケーシングの下端に設けられ、前記膜分離槽の底面から隙間を存して形成される開口部１６と、該開口部と前記膜エレメントの間に設けられた散気管１４とを備え、膜分離槽上部に好気ゾーン３０を形成するとともに下部に嫌気ゾーン３１を形成し、嫌気ゾーンにて硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の除去を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種生物処理を施した有機性排水を膜分離する有機性排水の処理に係り、特に、排水中に浸漬配置した浸漬膜分離により生物処理後の有機性排水を固液分離する浸漬膜分離装置及び方法に関する。

下水、し尿及び産業廃水等の有機性排水の処理では、活性汚泥法等の各種生物処理を行った後に、汚泥と処理水とを浸漬膜分離により固液分離する技術が知られている。一般的な浸漬膜分離装置は、複数の膜エレメントからなる膜ユニットを槽内に浸漬配置し、生物処理後の排水を直接ろ過することにより処理水を得る構成となっている。

図７に、一例として浸漬膜分離装置を備えた従来の有機性排水の処理フローを示す。有機性排水は、曝気により好気状態に保持された反応槽３にて排水中の有機物の酸化、窒素化合物の硝化等がなされた後に、嫌気状態に保持された撹拌槽４にて脱窒反応により硝酸態窒素、亜硝酸態窒素の除去などが行われる。これらの生物処理を経た排水は、浸漬膜分離装置１に流入されて汚泥と膜分離液に分離された後に、膜分離液は高度処理設備６により処理されて放流される。

このような排水処理において、浸漬膜分離装置を連続的に運転していくと膜面への汚泥ケーキやゲル状物質の形成、或いは有機物や無機物の付着による細孔の目詰まりに起因して透過水量の低下が生じてくる。そこで、所定の膜ろ過機能を長期間維持するためには、定期的な膜洗浄が不可欠となる。洗浄方法は膜分離装置によって異なり、種々の方法が採用されている。その一つとして、浸漬膜分離装置の下方に散気装置を配置し、散気装置から散気した空気のエアリフト作用で起こる上昇流により膜表面にせん断流をかけて、付着する汚泥ケーキを剥離することにより連続的に洗浄する方法がある。

この散気方法及び散気装置に関する技術として、例えば特許文献１（特開２００３−９４０８６号公報）には、複数の平板状膜カートリッジを、膜面を鉛直方向にして且つ膜面間に一定間隙を置いてケーシング内部に配列し、その下方に散気装置を配置する構成が開示されている。また、特許文献２（特開２００１−２１２５８７号公報）には、微細気泡と粗大気泡の２種類の散気から構成される散気装置が開示されている。
これらの散気装置は膜洗浄を目的として設けられているが、同時にこの散気装置により槽内に十分な酸素供給を行うことによりＢＯＤ除去を図っている。

特開２００３−９４０８６号公報特開２００１−２１２５８７号公報

しかしながら、上記したような浸漬膜分離装置では、膜洗浄に必要な表面流速を確保するための空気量を散気することにより、汚泥の分解等に由来する硝酸態窒素（NO_３−N）や亜硝酸態窒素（NO_２−N）が生成されるという問題があった。生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を同一槽内で除去する方法は未だ確立されておらず、生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の除去には別途生物処理を設ける等の処理が必要であったが、設備の大型化、コストの増大等の問題があった。
特許文献１では、槽底部に散気装置を設けており、ケースユニット内全体に酸素が供給され、またケースユニット外にも補助散気装置を設けているため、槽内全体が好気雰囲気となり硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が残存し易い条件となっている。また、特許文献２も同様に、槽底部から浸漬膜までの間に２種類の散気装置を設けており、槽内を全体的に好気雰囲気としている。このように、従来の散気装置は槽内に十分な酸素供給を行うことを目的としており、生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の除去については考慮されていないのが実状であった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、膜面洗浄に用いられる散気により槽内に硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が生成した場合であっても、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を同一槽内で除去することができる浸漬膜分離装置及び方法を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、生物処理後の有機性排水が流入する膜分離槽と、該槽内に浸漬配置された膜ユニットとからなり、前記有機性排水を膜分離液と汚泥に固液分離する浸漬膜分離装置において、
前記膜ユニットが、筒状ケーシングと、該ケーシング内の上方かつ膜分離槽の上方に位置する膜エレメントと、該ケーシング下端に前記膜分離槽の底面から隙間を存して形成される排水吸入用の開口部と、該開口部と前記膜エレメントの間に設けられた散気手段と、を備えることを特徴とする。
また、前記膜分離槽の上部に好気ゾーンが形成され、該膜分離槽下部に嫌気ゾーンが形成されるように前記散気手段を配置することが好ましい。

浸漬膜分離装置は、膜エレメントにせん断流をかけて膜面へのケーキ層の形成を抑制する散気手段を備えているが、本発明ではこの散気手段を膜ユニットの中段付近に位置させることで、膜分離槽内の排水に対して積極的に溶存酸素濃度の勾配を形成する。即ち、筒状ケーシングの上方かつ膜分離槽の上方に膜エレメントを配置し、ケーシング下端に開口部を設け、膜エレメントと開口部の間に散気手段を設けることで、膜分離槽上方には溶存酸素濃度が高い好気ゾーンが形成され、膜分離槽下方には溶存酸素濃度が低い嫌気ゾーンが形成される。
膜分離槽内の排水の流れは、散気手段のエアリフト作用によりケーシング内に上昇流が生じ、ケーシング外の槽内に下降流が生じて循環流となる。この循環流に沿って溶存酸素濃度勾配が形成され、膜分離槽上方は好気ゾーンとなり、膜分離槽下方は嫌気ゾーンとなる。

このように本発明では、膜分離槽内下方に積極的に嫌気ゾーンを形成することによって、散気により生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を脱窒反応により除去することが可能となる。このとき、排水をこれらのゾーンに循環させることにより同一槽内で硝化脱窒反応を行うことが可能となる。
従って、本発明の構成によれば、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を除去する脱窒素槽を別途設ける場合と比較して、設置スペースをコンパクトに抑えることができる。
また、従来は膜分離槽底部に設けられていた散気手段を、膜分離槽の中段付近に上げて設置することで、膜洗浄用のブロワ揚程を抑えることができ、曝気動力の低減が図れる。

また、前記膜分離槽底面からケーシング上端までの高さに対して、該膜分離槽底面から前記散気管までの高さが１／２〜２／３となるように該散気手段を配置することを特徴とする。
これにより、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の除去に必要とされる嫌気ゾーンを確実に形成することができ、膜分離液中への硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の残存を確実に防止できる。

また、前記膜分離槽内に、炭素源を添加することを特徴とする。
本発明によれば、脱窒反応に必要とされる炭素源を添加することによって、脱窒反応が促進され、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の除去を効率的に行うことが可能である。
このとき、前記炭素源を、前記膜分離槽内の排水の溶存酸素濃度が低い槽内下方に添加することが好ましい。また、前記炭素源を、前記膜分離槽内に設置した散気手段位置より下方に添加するようにしてもよい。
これにより、添加した炭素源が溶存酸素に消費されることがなく、炭素源を効果的に脱窒に利用することが可能となる。

さらに、前記膜分離槽内の排水の少なくとも一部を引き抜き、前記浸漬膜分離装置の前段に配設された嫌気槽に返送する手段を設けたことを特徴とする。
これにより膜分離槽にて生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を、前記嫌気槽内で脱窒反応により除去することが可能となる。

また、生物処理後の有機性排水を膜分離槽内に流入させ、該槽内に浸漬配置された膜ユニットを介して前記排水を膜分離液と汚泥に固液分離する浸漬膜分離方法において、
前記膜ユニットは筒状ケーシング内の上方に膜エレメントを配設してなり、該ケーシング下端に槽底部から隙間を存して形成された開口部と前記膜エレメントとの間に設置した散気手段により該ケーシング内にエアリフトによる上向流と該ケーシング外の下降流により膜分離槽に循環流を形成して膜分離槽下部に嫌気ゾーンを形成させ、該嫌気ゾーンにて脱窒反応を促進することを特徴とする。
さらに、前記膜分離槽内に炭素源を添加することが好ましい。
さらにまた、前記膜分離槽内の排水の少なくとも一部を引き抜き、前記浸漬膜分離装置の前段に配設された嫌気槽に返送することを特徴とする。

以上記載のごとく本発明によれば、浸漬膜分離装置において散気により硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が生成した場合であっても、膜分離槽内に嫌気ゾーンを積極的に形成する構成とすることによって硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を除去することができる。即ち、筒状ケーシング上部に膜エレメントを収納し、膜エレメントとケーシング下端の開口部との間の中段付近に散気手段を備え、膜分離槽上部に形成させた好気ゾーンと下部に形成させた嫌気ゾーンを排水循環させることにより、同一槽内において窒素除去機能を付加することができ、散気により生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の除去を実現する。また本発明の浸漬膜分離装置により、ＢＯＤ除去と窒素除去を同一槽内で行うことができ、前段の生物処理設備の省略若しくは簡易化を図ることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態に係る浸漬膜分離装置を示す基本構成図、図２は膜ユニットの配置構成を説明する図、図３は本発明の実施例１に係る浸漬膜分離装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、図４は本発明の実施例２に係る浸漬膜分離装置を示す構成図、図５は図４を応用した形態に係る浸漬膜分離装置を示す構成図、図６は本発明の実施例３に係る浸漬膜分離装置を示す構成図である。

図１を参照して本発明の実施形態に係る浸漬膜分離装置の基本構成につき説明する。
本実施形態において処理対象とされる有機性排水２０は、活性汚泥処理、生物学的脱窒素処理等の生物処理を施された排水である。
浸漬膜分離装置１は、前記有機性排水２０が流入する膜分離槽１０と、膜分離槽１０内に浸漬配置される膜ユニット１１と、を主要構成とする。
膜ユニット１１は、筒状ケーシング１２と、該ケーシング１２内上方に収納され、複数の微細な透過孔を有する膜がろ板の両側に貼られた膜エレメント１３と、を備えている。該膜エレメント１３は、その内側から膜分離液を抜き出すチューブ及び集合管（何れも不図示）を備え、ポンプ吸引又は水頭差によって膜エレメント内部を負圧にして排水をろ過する。該膜エレメント１３は鉛直方向に配設されており、複数の膜エレメントが一定間隔を隔てて平行に配列されてなる膜モジュールである。
膜エレメント１３の下方には散気管１４が配置される。該散気管１４は散気ブロワ１５により散気量が調整される。浸漬膜分離装置の運転中は常時散気管に送気を行い、気液混相流を発生させることにより膜面へのケーキ形成を抑制するようになっている。
ケーシング１１は、下端が膜分離槽１０から隙間を存して配置され、この下端には排水２０が流入する開口部１６が形成されている。

図２に示されるように、前記膜エレメント１３は筒体ケーシング１１の上方に位置させ、散気管１４は該膜エレメント１３と開口部１６の間に位置させる。好適には、該散気管１４は膜エレメント１３の直下でケーシング中段付近に位置させる。
膜分離槽１０内の排水の流れは、散気管１４のエアリフト作用によりケーシング１１内に上昇流が生じ、ケーシング外の槽内に下降流が生じて循環流Ａとなる。この循環流Ａに沿って溶存酸素濃度勾配が形成され、循環流上流側である膜分離槽上方は好気ゾーン３０となり、循環流下流側である膜分離槽下方は嫌気ゾーン３１となる。
また、前記膜エレメント１３の配置は、図２に示されるように膜分離槽１０の底面からケーシング上端までの距離Ｄに対して、膜分離槽１０の底面から散気管１４までの距離ｄが、１／２Ｄ≦ｄ≦２／３Ｄとすることが好ましい。

このように、膜分離槽１０内下方に積極的に嫌気ゾーン３１を形成することによって、散気管１４により生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を脱窒反応により除去することが可能となる。このとき、好気ゾーン３０ではＢＯＤ酸化、硝化反応等が促進されるため、排水をこれらのゾーンに循環させることにより同一槽内で硝化脱窒反応を行うことが可能となる。
従って本実施例は、硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を除去する脱窒素槽を別途設ける場合と比較して、設置スペースをコンパクトに抑えることができる。また、従来は膜分離槽１０底部に設けられていた散気管１４を中段付近に上げて設置することで、膜洗浄用のブロワ揚程を抑えることができ、曝気動力の低減が図れる。

（実施例１）
さらに具体的な実施形態として、実施例１に係る浸漬型膜分離装置を図３に示す。以下、実施例１乃至実施例３において、上記した図１と同様の構成については詳細な説明を省略する。
本実施例１は、膜分離槽１０内に複数の膜ユニット１１を浸漬配置した構成となっている。図３（ａ）に示すように、複数の膜ユニット１１を膜分離槽１０内に所定間隔を隔てて並列配置する。このとき、図３（ｂ）に示すように夫々の膜ユニット１１内に配設する膜エレメント１３、散気管１４は高さ方向に略同じ位置とすることが好ましい。
また、ケーシング１１は、高さ方向に複数に分割された筒状ケーシング部材を積層して構成するようにしてもよい。これにより装置の施工が容易となる。

（実施例２）
図４に本実施例２に係る浸漬膜分離装置を示す。本実施例２は、膜分離槽１０内にメタノール等の炭素源２２を添加する構成となっている。炭素源２２の注入位置は、排水中の溶存酸素濃度が大幅に低下した嫌気ゾーン３１であることが好ましい。これは、溶存酸素濃度が高い好気ゾーンに炭素源２２を添加すると、炭素源２２が溶存酸素により消費されてしまい脱窒効率の低下、炭素源添加量の増大を招く惧れがあるためである。また、該炭素源２２の注入位置は、散気管１４の高さ位置より下方としてもよい。
膜分離槽１０を循環する排水中には、散気管１４からの散気により硝酸態窒素や亜硝酸態窒素が生成する場合がある。従って、嫌気ゾーン３１となる膜分離槽１０下方に炭素源２２を添加することによって、脱窒を促進して硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を除去することが可能となる。

また、図５に示すように、膜ユニット１０を透過した膜分離液２１の硝酸態窒素濃度を検出するＮＯ_３−Ｎ検出手段を設け、硝酸態窒素濃度が増加した場合に炭素源２２の添加量を増加するようにしてもよい。これにより、必要に応じた量の炭素源２２のみを添加することが可能となり薬剤コストの削減につながる。

（実施例３）
図６に本実施例３に示す浸漬膜分離装置を示す。本実施例３は、浸漬膜分離装置１の前段に配設された嫌気槽２に、膜分離槽１０内の排水の一部を引き抜いて返送汚泥２３として戻す構成となっている。前記嫌気槽２は、生物処理フローの一工程として具備される装置であり、例えば図７に示すシステムなどに用いられる。
このように本実施例によれば、膜分離槽１０にて生成した硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を前段の嫌気槽２にて除去することができ、膜分離液への硝酸態窒素や亜硝酸態窒素の残存を防止することが可能となる。尚、本実施例３と上記した実施例１及び２を組み合わせて用いることによって、より一層確実な窒素除去が期待できる。

本発明は、活性汚泥処理、生物学的硝化脱窒素処理等の各種生物処理後の有機性排水の固液分離に適用でき、さらに浸漬膜分離を用いた固液分離であるため、高負荷脱窒素処理後の処理液にも好適に利用できる。

本発明に係る浸漬膜分離装置を示す基本構成図である。膜ユニットの配置構成を説明する図である。本発明の実施例１に係る浸漬膜分離装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施例２に係る浸漬膜分離装置を示す構成図である。図４を応用した形態に係る浸漬膜分離装置を示す構成図である本発明の実施例３に係る浸漬膜分離装置を示す構成図である。従来の排水処理システムのフロー図である。

符号の説明

１浸漬膜分離装置
２嫌気槽
３反応槽
４撹拌槽
６高度処理装置
１０膜分離槽
１１筒状ケーシング
１２膜ユニット
１３膜エレメント
１５散気管
１６散気ブロワ
１５開口部
１８ＮＯ_３−Ｎ検出手段
２０有機性排水
２１膜分離液
２２炭素源
２３返送汚泥
３０好気ゾーン
３１嫌気ゾーン

Claims

生物処理後の有機性排水が流入する膜分離槽と、該槽内に浸漬配置された膜ユニットとからなり、前記有機性排水を膜分離液と汚泥に固液分離する浸漬膜分離装置において、
前記膜ユニットが、筒状ケーシングと、該ケーシング内の上方かつ膜分離槽の上方に位置する膜エレメントと、該ケーシング下端に前記膜分離槽の底面から隙間を存して形成される排水吸入用の開口部と、該開口部と前記膜エレメントの間に設けられた散気手段と、を備えることを特徴とする浸漬膜分離装置。
前記膜分離槽の上部に好気ゾーンが形成され、該膜分離槽下部に嫌気ゾーンが形成されるように前記散気手段を配置することを特徴とする請求項１記載の浸漬膜分離装置。
前記膜分離槽底面からケーシング上端までの高さに対して、該膜分離槽底面から前記散気管までの高さが１／２〜２／３となるように該散気手段を配置することを特徴とする請求項１記載の浸漬膜分離装置。
前記膜分離槽内に、炭素源を添加することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の浸漬膜分離装置。
前記炭素源を、前記膜分離槽内の排水の溶存酸素濃度が低い槽内下方に添加することを特徴とする請求項４に記載の浸漬膜分離装置。
前記炭素源を、前記膜分離槽内に設置した散気手段位置より下方に添加することを特徴とする請求項４に記載の浸漬膜分離装置。
前記膜分離槽内の排水の少なくとも一部を引き抜き、前記浸漬膜分離装置の前段に配設された嫌気槽に返送する手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の浸漬膜分離装置。
生物処理後の有機性排水を膜分離槽内に流入させ、該槽内に浸漬配置された膜ユニットを介して前記排水を膜分離液と汚泥に固液分離する浸漬膜分離方法において、
前記膜ユニットは筒状ケーシング内の上方かつ膜分離槽の上方に膜エレメントを配設してなり、該ケーシング下端に槽底部から隙間を存して形成された開口部と前記膜エレメントとの間に設置した散気手段により該ケーシング内にエアリフトによる上向流と該ケーシング外の下降流により膜分離槽に循環流を形成して膜分離槽下部に嫌気ゾーンを形成させ、該嫌気ゾーンにて脱窒反応を促進することを特徴とする浸漬膜分離方法。
前記膜分離槽内に炭素源を添加することを特徴とする請求項８に記載の浸漬膜分離方法。
前記膜分離槽内の排水の少なくとも一部を引き抜き、前記浸漬膜分離装置の前段に配設された嫌気槽に返送することを特徴とする請求項８に記載の浸漬膜分離方法。