JP2007190488A

JP2007190488A - 膜分離活性汚泥処理装置

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Publication number: JP2007190488A
Application number: JP2006010952A
Authority: JP
Inventors: Wataru Fujii; 渉藤井; Kenji Honjo; 賢治本城; Yoichi Kubota; 洋一窪田
Original assignee: Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JP5448287B2

Abstract

【課題】単一のばっ気槽内の溶存酸素量の不足を効果的に補うべく、ばっ気槽全体又は溶存酸素量が低い領域の溶存酸素量を効果的に増加させて、効率的で且つ確実な汚泥処理を可能にした膜分離活性汚泥処理装置を提供する。
【解決手段】ばっ気槽(4) にて、膜ろ過ユニット(5) の内外を旋回する気液混合旋回流の旋回領域以外の気液混合旋回流の流れを乱さない領域に、前記膜ろ過ユニット(5) に対する散気発生装置(15)の酸素溶解効率よりも高い溶解効率をもつ、例えばスタティクミキサ(6) などの高効率溶解機構を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物を含む排水を生物学的に連続処理する膜分離活性汚泥処理装置に関する。

生物学的な膜分離活性汚泥処理にあって、活性汚泥と処理水とに膜分離する膜ろ過ユニットが浸漬された硝化槽（好気槽、ばっ気槽）が使われる。好適な膜ろ過ユニットの例として、例えば特開２０００−５１６７２号公報（特許文献１）を挙げることができる。この膜ろ過ユニットは、多数の中空糸膜を平行に並べた中空糸膜モジュールと同中空糸膜モジュールの下方に配された散気発生装置とを備えている。前記中空糸膜モジュールは、相互の膜面を平行にして配列された複数枚からなり、全体の形状は略直方体状を呈している。

一方、前記散気発生装置は、例えば金属、樹脂などからなるパイプに孔を設けた複数本の散気管を平行に配設し、各散気管の一端をブロアに接続させている。散気発生装置から空気の気泡を発生させて、生活排水、工場排水などの汚水を処理する場合、硝化槽の汚泥中の有機物を、好気性微生物の存在下で散気装置から発生した空気と接触させることにより、前記有機物を前記好気性微生物に吸着・代謝分解させて、生物学的な処理がなされる。

前記中空糸膜モジュールと散気発生装置とは側部の四方を遮閉板により囲まれている。この遮閉板は、散気発生装置から放出された気泡は上昇により気液混合流を生成し、その流れを上昇流から下降流へと導くための壁部となる。散気発生装置から生成される気液混合流は、斜め方向に飛散せず、まっすぐに上昇して中空糸膜モジュールに効率よく接触する。このとき、中空糸膜モジュールの膜面に対する気液混合流の一様な分散により、中空糸膜モジュールを振動させながら均一に洗浄する。また、この気液混合流により上記生物学的処理が効率的になされるとともに、中空糸膜のろ過機能により固液分離がなされる。前記膜ろ過ユニットはろ過水吸引管路を介してろ過ポンプに接続されており、膜分離ユニットによってろ過された処理水（ろ過水）が取り出される。

一般に上記膜モジュールは、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。また、その材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。

このシート状の膜モジュールに形成された微細孔の平均孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。

膜分離活性汚泥処理システムは、一般的に原水を嫌気槽及び硝化槽（以下、ばっ気槽という。）において活性汚泥により生物学的に浄化する。窒素の除去は、嫌気槽とばっ気槽との間で汚泥を循環させるとにより、いわゆる硝化脱窒反応によってなされる。ＢＯＤに換算される有機物は、主としてばっ気槽内に配置されたばっ気装置である膜ろ過ユニットの空気排出部から排出される空気により好気的に酸化され分解される。またリンの除去は、汚泥中の微生物（リン蓄積細菌）の作用によりポリリン酸として微生物体内に取り込まれることにより行われる。この微生物は好気状態においてリンを取り込み、嫌気状態において体内に蓄えたリンを放出する。リン蓄積細菌は、嫌気状態と好気状態に繰り返して晒されると、嫌気状態で放出したリンの量より多くのリンを好気状態で吸収する。

生物由来の排泄物や残骸などの窒素化合物の一部は、肥料として植物やバクテリアに同化される。また、こうした窒素化合物の一部は、酸素の多い好気条件下で独立栄養アンモニア酸化細菌や独立亜硝酸酸化細菌により、亜硝酸、硝酸へと酸化される。他方、酸素がない嫌気条件下では、脱窒菌と呼ばれる微生物が酸素に代わって硝酸から亜硝酸を生成し、更には一酸化二窒素、窒素ガスへと還元する。この還元反応が上記硝化脱窒反応と称される。

一般の排水処理法における脱窒方法としては、嫌気槽とばっ気槽との汚泥を循環させばっ気槽においてアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化し、嫌気槽で硝酸性窒素を還元して窒素ガスとして系外に排出する活性汚泥循環変法が従来から広く行われている。しかし、この方法によると窒素は効率よく除去できるものの、リンの除去は十分には行えなかった。これは、好気槽からの循環水に含まれる溶存酸素、硝酸性窒素、および亜硝酸性窒素により、嫌気槽の嫌気度が十分上がらず、リン蓄積細菌からのリン放出が十分に起こらないがためである。

このため、脱窒とリン除去とを同時に行う必要がある場合、活性汚泥循環変法の嫌気槽またはばっ気槽内に無機凝集剤を添加し、リン酸イオンを不溶化させ、余剰汚泥とともに系外に取り除く方法や、活性汚泥循環変法の嫌気槽の前に、（完全）嫌気槽を配し生物的に脱窒と脱リンとを行ういわゆるＡ₂Ｏ法が用いられてきた。

しかし、凝集剤を添加する方法は、凝集剤のコストがかかる上に、余剰汚泥の発生量が増加することから、余剰汚泥の処理費用までもが増加するという問題があった。また、Ａ₂Ｏ法は、活性汚泥循環変法と比較して、（完全）嫌気槽を余分に設けなければならず、加えて広い装置設置面積も必要となるという問題があった。

かかる課題を克服すべく、例えば国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット（特許文献２）に記載された技術がある。同特許文献２によれば、嫌気槽とばっ気槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するように構成した汚泥処理装置であり、ばっ気槽から嫌気槽へ循環液である汚泥を送液する際、ばっ気槽中に配された最も低い位置にあるばっ気装置の底部から循環液である汚泥を取り出すように構成しており、嫌気槽とばっ気槽との２つの処理槽のみで、凝集剤を使用せずに窒素及びリンが除去できるようにしている。

上記膜分離活性汚泥処理装置にあっては、循環液である汚泥を取り出す位置が最も低い位置に配されているばっ気装置から更に２０ｃｍ以上下方に離している。こうすることにより、ばっ気槽から送液される汚泥が嫌気槽に導入される部位に溶ける溶存酸素濃度（以下、ＤＯという。）を０．２ｍｇ／Ｌ以下とし、ばっ気槽より汚泥を取り出す部位のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることができるというものである。

一方、近年、工業用排水処理や汚泥処理場などにおける１日の処理量は増加しており、これを効率的に処理する技術の開発が強く望まれている。この要望に応えるべく、例えば米国特許第５，９４４，９９７号明細書（特許文献３）に記載されているような、ばっ気槽を大きくするとともに、単一のばっ気槽に多数の膜ろ過ユニットを浸漬して並置し、活性汚泥が一方向に流れるようにして、同時に大量の排水処理を行おうとする技術が開発されつつある。上記中空糸膜モジュールを使った複数基の膜ろ過ユニットをばっ気槽に並べて浸漬する。複数基の中空糸膜モジュールにてろ過された処理水を一本の集水配管に集めて一括してポンプにより吸引して集水する。
特開２０００−５１６７２号公報国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット米国特許第５，９４４，９９７号明細書

ところで、前述したように膜洗浄のためのばっ気は、生物処理にも利用される。低濃度の排水であれば、膜洗浄のためのばっ気で生物処理をまかなうことができる。しかしながら、生活排水を含めそれ以上の高濃度の排水の場合では、膜洗浄のためのばっ気だけでは、生物処理をまかなうことはできない場合がある。また近年、膜分離活性汚泥法の技術が発達し、より少ない空気量で膜を洗浄できるようになってきている。

これを解消するため、膜洗浄用のばっ気量を増加させて対応する方法もあるが、膜洗浄のためのばっ気は、一般に粗大気泡であり酸素溶解効率が高くないため、非効率的である。また、ばっ気量を大きくすると相対的に酸素溶解効率が減少するため膜洗浄用のばっ気は増加させられる量にも限界がある。そこで不足するエアを補うために、微細気泡散気管を膜ユニットの側方に配置する方法が考案されているが、膜を洗浄するための旋回流を阻害するため好ましくはない。

本発明は、かかる課題を踏まえてなされたものであり、具体的には、膜分離活性汚泥法における酸素供給を効率的に行える手段を提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明の基本構成である、１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬されたばっ気槽内において、排水を生物学的に処理して活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置であって、前記膜ろ過ユニットは、多数の中空糸膜を平行に並べたろ過膜シートが複数枚並列して組んだ中空糸膜モジュールと、同中空糸膜モジュールの下方に配され、気泡を放出して同中空糸膜の間隙を通って上昇し、膜ろ過ユニットの外側を下降する気液混合旋回流を生成する散気装置とを備え、前記ばっ気槽は前記膜ろ過ユニットの内外を旋回する気液混合流の旋回領域以外の領域に散気装置の酸素溶解効率よりも高い溶解効率をもつ高効率酸素溶解機構が配されてなることを特徴とする分離膜活性汚泥処理装置により効果的に達成される。

本発明にあっては、基本的に一日に数万ｔの排水を処理する大型の処理システムを構築することを前提として開発されたものであるが、勿論、前記膜ろ過ユニットが処理方向の上流側から下流側に向けて単基又は２基のような少数が配される場合も当然含まれる。好ましくは、４基以上、５０基以下の多数の膜ろ過ユニットを配した処理装置に好適である。

好ましい態様の一つとして、前記ばっ気槽の上流側に嫌気槽を備え、前記嫌気槽と前記ばっ気槽とが、前記高効率酸素溶解機構を有する送液管路により接続され、同送液管路には前記高効率酸素溶解機構が配され、同高効率酸素溶解機構にエア供給源が接続されてなり、前記高効率酸素溶解機構がスタティックミキサである。

また、前記気液混合流の旋回領域以外の領域がばっ気槽の槽外であり、前記ばっ気槽から槽外に延設されたのち液送ポンプを介してばっ気槽内に戻る汚泥循環管路が設けられ、同循環管路にエア供給源と接続された前記高効率酸素溶解機構が介装され、同高効率酸素溶解機構をスタティックミキサとすることができる。更に前記気液混合流の旋回領域とそれ以外の領域とが、一部で連通する仕切部材により仕切られてなり、旋回領域以外の前記領域に前記高効率酸素溶解機構を配するようにする。このときの高効率酸素溶解機構は超微細気泡噴出装置とすることが好ましい。

作用効果

本発明では上述のとおり更なる酸素の溶解効率が高い機構と、その配設領域の検討を行った。その結果、追加的溶解酸素の供給領域は有機物が多く酸素消費速度の大きい原水導入側の領域であることが好ましく、あるいは、膜洗浄の旋回流の及ばず、溶存酸素濃度の低い場所となることもある。前記高効率的な酸素溶解機構としては、エアを汚泥に極めて効率よく溶解させることができるスタティックミキサか、或いは０．５〜２ｍｍの散気孔径をもつ多数の超微細孔が形成された散気発生装置を採用することが好適である。そのエア供給領域は、膜ろ過ユニットごとにその内外を旋回する気液混合旋回流の流れる旋回流領域に隣接して気液混合旋回流の流れを乱さない領域とするのがよいことを知った。

高効率的な酸素溶解機構としてスタティックミキサを採用するときは、汚泥にエアを効率的に溶解させることができる。嫌気槽から送液ポンプを使ってばっ気槽に汚泥を送り込む途中で、同汚泥にばっ気ブロアから送られるエアをスタティックミキサを介して効率的に溶解させたのち、その気液混合液をばっ気槽に送り込む。その原水の導入領域は周辺の汚泥濃度が高く、且つ上記気液混合旋回流の旋回領域を外れた領域とすることが好ましい。この領域にエア中の酸素が高度に溶解された気液混合液が導入されると、前記気液混合旋回流領域の旋回流と自然合流して、旋回流により攪拌された汚泥中の溶存酸素量を増やし、活発な活性汚泥処理がなされる。

また本発明にあっては、ばっ気槽内の汚泥をばっ気槽外の循環管路を通してばっ気槽の内外を循環させて所要の溶存酸素量を確保することができる。ばっ気槽の内外を送液手段を介して循環する汚泥には、槽外の循環管路でスタティックミキサによりエアを高度に混合溶解したのち、ばっ気槽内の旋回流に異境を及ぼさない領域へと戻す。エアを高度に溶解した気液混合液は、ばっ気槽の導入箇所から旋回流と合流して、活性汚泥処理を円滑に且つ効率的に行わせる。

多数の超微細孔が形成された微細気泡噴出装置を採用する場合も、酸素をばっ気槽内の汚泥中に高い効率で溶解させることができる。膜ろ過ユニットの周辺の気液混合旋回流の旋回領域と同領域以外の領域とを仕切部材により仕切り、その旋回流領域以外の領域で微細気泡噴出装置から微細気泡を噴出させて同領域の汚泥に多量のエアを溶解させる。この過料の溶解酸素を含む汚泥は、仕切りに設けられた一部の連通路を通って膜ろ過ユニットが配設された気液混合旋回流の領域に流れ込み、同旋回流と合流して汚泥中に多くの溶存酸素が含まれることになる。その結果、必要な量の溶存酸素が確保されるため、活性汚泥処理が活発化する。

以下、本発明の好適な実施形態につき詳細に説明するが、本発明は特許請求の範囲内において多様な変更が可能であり、以下の実施形態に限定解釈されるものではない。
図１は、本発明の実施形態の一例を示す活性汚泥処理装置の概略構成図である。同図において、符号１は微細目スクリーン、符号２は原水調整槽、符号３は嫌気槽、符号４はばっ気槽を示している。排水（原水）は、微細目スクリーン１により所定の大きさ以上の固形物が分離されて第１送液ポンプＰ１により嫌気槽３に送液されて脱窒がなされる。この脱窒がなされた原水は、第２送液ポンプＰ２をもってばっ気槽４に積極的に送り込まれて、有機物の酸化分解と、菌による硝化及びリンの摂取とがなされて活性汚泥のうちの好気性菌類を増殖させたのち、膜ろ過ユニット５により汚泥とろ過水とに分離される。ポンプＰ２によって送り込まれた汚泥の一部は、ばっ気槽４から嫌気槽３にオーバーフローして戻される。これにより硝化脱窒による窒素除去が行なわれる。

本実施形態では前記嫌気槽３とばっ気槽４とを第２送液ポンプＰ２を介して送液管路Ｌ１にて連結している。送液管路Ｌ１は、本発明の気液混合旋回流の旋回領域から外れた領域である。この管路Ｌ１にはスタティックミキサ６が介装されており、同スタティックミキサ６にはばっ気ブロアＢからのエア主管１８から分岐したエア副管路Ｌ２が接続されている。ばっ気槽４内には１以上の膜ろ過ユニット５を並列して浸漬している。図示例では、理解を容易にするため２基の膜ろ過ユニット５を示しているが、単基でもよく、或いは２基以上の複数基が配されている。大量の排水処理を行う場合には、４基以上、５０基以下の膜ろ過ユニット５を並設することが好ましい。膜ろ過ユニット５は、図１に示すように、中空糸膜モジュール９と散気発生装置１５とを備えている。

本実施形態においては、汚泥の循環ライン中にスタティックミキサを備えているのでスタティックミキサとエア副管路以外に付加的なラインやポンプを設置することがないため非常に効率が良い。

前記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数枚のシート状の中空糸膜エレメント１０が所要の間隔をおいて平行に配された略立方体形状を呈している。本実施形態にあって、前記膜エレメント１０は、図３に示すように多数の多孔性中空糸１０ａを平行に配列してシート状となし、各多孔性中空糸１０ａの一端側を固定用樹脂１１をもって閉塞固定するとともに、他端側は各多孔性中空糸１０ａの中空部を開口させて、同じく固定用樹脂１１をもって固定している。この多孔性中空糸１０ａの材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。また、前記シート状の膜エレメント１０は、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。

このシート状の中空糸膜エレメント１０に形成された微細孔の孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。

本実施形態による前記膜エレメント１０の膜面積は１枚あたり２５ｍ²であり、前記中糸空膜モジュール９の膜面積は５００ｍ²であって、１枚の中空糸膜エレメント１０によって、１日あたり４００ｔの排水を処理できる。因みに、１基の膜ろ過ユニット５に、２０枚、４０枚、６０枚の中空糸膜エレメント１０を組み込むことができ、その膜ろ過ユニット５の１基あたりの全膜面積は５００ｍ²、１０００ｍ²、１５００ｍ²であって、ユニット１基あたりの処理量は、１日あたり４００ｔ、８００ｔ、１２００ｔとなる。

従って、１日あたり１００００ｔ以上の処理を行うには、最も大きな膜ろ過ユニットを使ったとしても、単一の処理槽（ばっ気槽）に１０基以上の膜ろ過ユニット５を並べて浸漬する必要がある。通常、これらの単一槽内に浸漬される複数の膜ろ過ユニット５は、それぞれが分岐管を介して同一の吸引ヘッダーを通して単一のポンプにより吸引され、処理水として一括処理される。この単一ポンプによる処理を一系列としたとき、更に処理量を増やすには、当然にポンプ容量を増やし、処理槽を大きくしなければならないが、膜ろ過ユニット数を更に増やし、場合によっては系列数をも増やさなければならない。

上記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数本の多孔性中空糸１０ａを平行に並列させたシート状の中空糸膜エレメント１０の上部開口端部を固定用樹脂１１を介してろ過水取出管１２に連通支持させるとともに、下端を閉塞して同じく固定用樹脂１１を介して下枠１３により固定支持させ、前記ろ過水取出管１２及び下枠１３の各両端を一対の縦杆１４により支持して構成される。多数枚の中空糸膜エレメント１０が、多孔性中空糸１０ａを垂直にして上下端面を開口させた矩形筒状の上部ケーシング２０のほぼ全容積内に収容されて並列支持される。

本実施形態による前記多孔性中空糸１０ａは、中心部に沿って長さ方向に中空とされたＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデン）からなる中空糸が使われており、そのろ過孔の孔径は０．４μｍである。また、１枚あたりの有効膜面積は２５ｍ²である。上記シート状の膜エレメント１０は膜ろ過ユニット５あたり２０枚が使われ、その大きさは奥行きが３０ｍｍ、幅が１２５０ｍｍ、高さが２０００ｍｍである。散気発生装置１５をも含めた１膜ろ過ユニット５の大きさは、奥行きが１５５２．５ｍｍ、幅が１４４７ｍｍ、高さが３０４３．５ｍｍである。上記ろ過水取出管１２の材質はＡＢＳ樹脂であり、縦杆１４の材質はＳＵＳ３０４が使われている。ただし、多孔性中空糸１０ａ、ろ過水取出管１２及び縦杆１４などの材質、中空糸膜エレメント１０の大きさ、膜ろ過ユニット１基の大きさや同ユニット１基あたりの中空糸膜エレメント１０の枚数などは、用途に応じて多様に変更が可能である。例えば、中空糸膜エレメント１０の枚数で言えば処理量に合わせて２０枚、４０枚、６０枚、…と任意に設定できる。

各中空糸膜エレメント１０の上記ろ過水取出管１２の一端には、図３に示すように、各多孔性中空糸１０ａによってろ過された良質処理水の取出口１２ａが形成されている。本実施形態にあって、図２及び図３に示すように、各取出口１２ａには、それぞれＬ型継手１２ｂがシール材を介して液密に取り付けられる。また、上記上部ケーシング２０の上端の前記取出口１２ａが形成されている上側端縁に沿って集水ヘッダー管２１が水平に設けられている。この集水ヘッダー管２１の、前記ろ過水取出管１２に設けられた複数の前記取出口１２ａと対応する位置には、それぞれに集水口２１ａが形成されており、各集水口２１ａに上記取出口１２ａと同様のＬ型継手２１ｂがシール材を介して液密に取り付けられている。前記ろ過水取出管１２の処理水取出口１２ａと前記集水ヘッダー管２１の集水口２１ａとが、それぞれに取り付けられたＬ型継手１２ｂ，２１ｂ同士を接続することにより通水可能に連結される。集水ヘッダー管２１の一端部には吸引ポンプＰｖとろ過水吸引管路２２とを介して接続される吸水口２１ｃが形成されている。各集水ヘッダー管２１ごとに形成された吸水口２１ｃと前記ろ過水吸引管路２２とは、図１に示すように、同ろ過水吸引管路２２からそれぞれ分岐した分岐管路２２ａに介装された開閉バルブ２３を介して連結されている。

一方の散気発生装置１５は、図４に示すように、前記上部ケーシング２０の下端に結合された上下が開口する矩形筒体からなり、その４隅の下端から下方に延びる４本の支柱２４ａを備えた下部ケーシング２４の底部に収容固設されている。前記散気発生装置１５は、矩形状の枠体に両端部が固着支持された細長い金属又は合成樹脂からなる複数のパイプ状の散気管１７を備えている。この散気管１７には、通常、下面側に長さ方向に延びるエア噴出スリットか、或いは複数のエア噴出孔が形成されている。また、この散気管１７の一端は閉塞されており、他端はばっ気ブロアＢからのエア導入管１６に開閉バルブ１９を介して接続されている。

エア導入管１６は、図示例によれば、前記散気管１７の本体はスリット付きゴム管から構成されており、水平に配された下面には、長さ方向に沿って内外に連通する図示せぬスリットが形成されている。前記散気発生装置１５は上記中空糸膜エレメント１０の下端から下方に４５ｃｍの間隔をおいて配されることが好ましく、前記支柱２４ａを下部ケーシング２４から下方に突出させて、外部に露呈させることは汚泥の流動を円滑にするため望ましい。

また、本実施形態による散気発生装置１５は複数基の各膜ろ過ユニット５ごとに配されており、同じばっ気ブロアＢから送られるエアを、それぞれの散気発生装置１５に分流させるために、前記ばっ気ブロアＢに直接接続されたエア主管１８を有しており、同エア主管１８から各散気発生装置１５のエア導入管１６に接続している。このエア導入管１６のエア主管側の端部は槽外に配され、実際には、槽外のエア導入管１６の端部に上記開閉バルブ１９が設けられ、同開閉バルブ１９の開閉操作を槽外にて行えるようにすることが望ましい。

本発明は、例示した上述のような構成を備えた膜ろ過ユニット５を４基以上、５０基以下の範囲で同一ばっ気槽４に浸漬して並置し、嫌気槽３とばっ気槽４との間で汚泥を循環させながら、上述のような生物化学的な活性汚泥処理を大量に行う場合を想定している。このような大量な処理を確実に行うには、各膜ろ過ユニット毎に放出されるエア量（溶存酸素量）をばっ気槽内の処理方向の上流側から下流側にかけて、汚泥処理に必要な量が確保されるように各領域で分布させることが好ましい。このような大量の排水処理を行う場合、或いは原水の急激な増加によるばっ気槽４内の溶存酸素の不足量を補うべく、従来も補助的に他の散気発生装置１５よりも溶解効率の高い散気発生装置を独立して配置することがあったが、散気発生装置が従来と同様の構造であるため、期待通りの溶解効率が得られていなかった。

そこで本実施形態では、上述のように原水を嫌気槽３からばっ気槽４へ循環する送液管路Ｌ１の途中には、ばっ気ブロアＢとエア管路で接続されたスタティックミキサ６を介装している。このスタティックミキサ６によれば、汚泥に対して単にエアを吹き込んで混合するのではなく、エアを汚泥中に単に吹き込むのではなく、完全に溶解させて混合することができるため、嫌気槽３から送られる汚泥にはエア中の酸素が完全に溶解した状態となって、ばっ気槽４に導入されることになる。図示例では、前記送液管路Ｌ１の汚泥吐出端をばっ気槽から嫌気槽へのオーバーフロー部と略反対側に配している。これは、流入する汚泥量や濃度が予定処理量を大幅に越える場合には、同領域における有機物やその残骸が増加して、溶存酸素量が散気発生装置１５から放出されるエア量だけでは、到底まかない切れなくなるがためである。

上記送液管路Ｌ１の吐出端は上述のとおりばっ気槽から嫌気槽へのオーバーフロー部と略反対側に配することが好ましいが、例えば処理量が定常であるときも、４基以上の膜ろ過ユニット５を連設して大量に処理しようとすると、嫌気槽側の汚泥領域から排水側の汚泥領域に向かうにつれて活性汚泥濃度が高くなる。その結果、散気発生装置１５から放出するエア量だけでは必要とする余剰汚泥回収側の溶存酸素量が不足してしまうことがある。

かかる場合には、前記送液管路Ｌ１の吐出端を排水側の汚泥領域に臨ませることが好ましい。更には、前記送液管路Ｌ１からの気液混合汚泥をばっ気槽４の全領域に任意に導入できることがより好ましい。そのため、図示は省略するが送液管路Ｌ１をいくつかに分岐させるとともに、その各分岐管にそれぞれ開閉バルブを介装しておけば、送液管路Ｌ１から供給される多量のエアが完全溶解された気液混合原水を、前記開閉バルブの操作によって送液管路Ｌ１の任意の分岐管からばっ気槽４の任意の気液混合旋回流の旋回領域外の領域へと導入することができる。

こうして、ばっ気槽４の特定の領域又は任意の領域にエアが完全に溶解した汚泥（原水）を導入することにより、ばっ気槽４に配設された膜ろ過ユニット５の散気発生装置１５からのエア量だけによるばっ気不足を解消することができる。

図５は本発明の他の好適な実施形態を示しており、同図によればばっ気槽４の汚泥回収側の槽底部と原水導入側の槽底部との間を結んだばっ気槽４の内外を循環する循環管路Ｌ３を形成するとともに、同循環管路Ｌ３の途中に排水側から原水導入側へと送液する第２送液ポンプＰ２を介装し、同第２送液ポンプＰ２の下流側に、膜ろ過ユニット５の散気発生装置８にエアを供給するばっ気ブロアＢのエア主管１８から分岐した分岐エア副管路Ｌ２と接続されたスタティックミキサ６が設けられている。溶存酸素の消費が激しい上記ばっ気槽４の排水側側壁部４ａの下端部に近い領域は比較的溶存酸素量が少ない領域であり、この領域から取り出した汚泥を送液の途中の汚泥にスタティックミキサ６によりエアを高濃度で溶解させたのち、溶存酸素量が少ない原水導入側の底部へと積極的に送り込む。このようにばっ気槽４の内外を通してばっ気槽４内の汚泥を循環させながら新たなエアを高い溶解度で溶解させることにより、仮に処理量が予定された量を越えたときにも、ばっ気槽４の汚泥処理が円滑に進むようになる。

図６は本発明の更に他の好適な実施形態を示している。
同図において、符号１は微細目スクリーン、符号２は原水調整槽、符号３は嫌気槽、符号４はばっ気槽を示している。排水（原水）は、微細目スクリーン１により所定の大きさ以上の固形物が分離されて第１送液ポンプＰ１により嫌気槽３に送液されて脱窒がなされる。この脱窒がなされた汚泥は、オーバーフローによってばっ気槽４に導入される。ばっ気槽４では、有機物の酸化分解と、菌による硝化及びリンの摂取とがなされる。膜ろ過ユニット５により汚泥とろ過水とに分離される。汚泥の一部は、返送ポンプＰｒにより嫌気槽に返送される。

この実施形態によれば、上記実施形態における第２送液ポンプＰ２、送液管路Ｌ１及びスタティックミキサ６を排除して、ばっ気槽４の膜ろ過ユニット５が並設された気液混合旋回流が発生している領域と同旋回流の発生していない領域とを、仕切部材２５を介して第１及び第２室Ｒ１，Ｒ２に画成している。その嫌気槽３からの汚泥導入側の第２室Ｒ２の床部には孔径が２ｍｍ以下の多数のエア噴出孔が形成された超微細な気泡を噴出する超微細気泡噴出装置２６が浸漬配置されている。一方の第１室Ｒ１は通常のばっ気槽４と同様に、その内部には、通常は２基以上の上記膜ろ過ユニット５が並列配置されている。また、前記仕切部材２５は単なる平板材から構成されてよいが、その一部に第１室Ｒ１と第２室Ｒ２との間を連通する連通路が形成されている。本実施形態にあっては、前記仕切部材２５をステンレス製のメッシュ板にて構成するとともに、その下端をばっ気槽４の槽底から僅かに上方にずらして、その間に間隙を設けている。

かかる構成により、嫌気槽３から第２室Ｒ２に流れ込んだ汚泥は超微細気泡噴出装置２６から放出される微細な気泡を溶解して気液混合液となって拡散され、仕切部材２５の連通路を通って第１室Ｒ１へと回流し、ばっ気室である第１室Ｒ１の旋回流と合流してより攪拌されて、同室内の全領域にわたって溶存酸素量を常に補給する。

本発明の代表的な実施形態を示す分離膜活性汚泥処理装置の概略構成図である。同分離膜活性汚泥処理装置に適用される膜ろ過ユニットの一例を一部切開して示す全体立体図である。前記膜ろ過ユニットに適用される中空糸膜エレメントと集水ヘッダー管との接続関係を示す立体図である。前記膜ろ過ユニットに適用される散気発生装置の一例を示す概略構成図である。本発明の他の代表的な実施形態を示す膜分離活性汚泥処理装置の概略構成図である。本発明の更に他の代表的な実施形態を示す膜分離活性汚泥処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１微細目スクリーン
２原水調整槽
３嫌気槽
４ばっ気槽
５膜ろ過ユニット
６スタティックミキサ
９中空糸膜モジュール（膜モジュール）
１０シート状の（中空糸）膜エレメント
１０ａ多孔性中空糸
１１固定用樹脂
１２ろ過水取出管
１２ａろ過水取出口
１２ｂＬ型継手
１３下枠
１４縦杆
１５散気発生装置
１６エア導入管（分岐管路）
１７散気管
１８エア主管
１９開閉バルブ
２０上部ケーシング
２１集水ヘッダー管
２１ａ集水口
２１ｂＬ型継手
２１ｃ吸水口
２２ろ過水吸引管路
２２ａ分岐管路
２３開閉バルブ
２４下部ケーシング
２４ａ支柱
２５仕切部材
２６超微細気泡噴出装置
Ｐ１第１送液ポンプ
Ｐ２第２送液ポンプ
Ｐｒ返送ポンプ
Ｐｖ吸引ポンプ
Ｂばっ気ブロア
Ｌ１送液管路
Ｌ２エア副管路
Ｌ３循環管路
Ｒ１第１室
Ｒ２第２室

Claims

１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬されたばっ気槽内において、排水を生物学的に処理して活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置であって、
前記膜ろ過ユニットは、多数の中空糸膜を平行に並べたろ過膜シートが複数枚並列して組んだ中空糸膜モジュールと、同中空糸膜モジュールの下方に配され、気泡を放出して同中空糸膜の間隙を通って上昇し、膜ろ過ユニットの外側を下降する気液混合旋回流を生成する散気装置とを備え、
前記ばっ気槽は、前記膜ろ過ユニットの内外を旋回する気液混合流の旋回領域以外の領域に散気装置の酸素溶解効率よりも高い溶解効率をもつ高効率酸素溶解機構を有してなる、
ことを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置。
前記ばっ気槽の上流側に嫌気槽を備え、
前記嫌気槽と前記ばっ気槽とが、前記高効率酸素溶解機構を有する送液管路により接続され、
同送液管路には前記高効率酸素溶解機構が配され、
同高効率酸素溶解機構にエア供給源が接続されてなり、
前記高効率酸素溶解機構がスタティックミキサである、
請求項１記載の膜分離活性汚泥処理装置。
前記気液混合流の旋回領域以外の領域がばっ気槽の槽外であり、前記ばっ気槽から槽外に延設されたのち液送ポンプを介してばっ気槽内に戻る汚泥循環管路が設けられ、同循環管路にエア供給源と接続された前記高効率酸素溶解機構が介装され、同高効率酸素溶解機構がスタティックミキサである請求項１記載の膜分離活性汚泥処理装置。
前記気液混合流の旋回領域とそれ以外の領域とが、一部で連通する仕切部材により仕切られてなり、旋回領域以外の前記領域に前記高効率酸素溶解機構が配されてなり、同高効率酸素溶解機構が超微細気泡噴出装置からなる請求項１記載の膜分離活性汚泥処理装置。