JP2009112883A - 散気装置およびそれを有する膜分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下排水を処理する膜分離装置に用いられる散気管の噴出口に入り込んだ汚泥の乾燥、固化を抑制し、散気管の閉塞が防止でき、長期間にわたる連続運転が可能な散気装置及びこの散気装置を用いた膜分離装置を提供する。
【解決手段】ブロア１２８から供給されるエアをブロア冷却装置２３０で冷却し、湿潤装置２４０に供給して水分を含有させた後、ダンプ冷却装置２８０、２９０で冷却することにより、散気管１２２に常時低温高湿のエアを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水や各種工場から生じる廃水を処理槽内で浄化する際に用いられる膜分離装置に関する。

生活廃水や産業廃水（以下「下廃水」という。）は、そのまま環境に放流してしまっては、環境汚染につながる。そのため一定のレベルまで浄化した後に放流する。従来は下廃水を処理槽（活性汚泥槽）に入れ、空気を通しながら微生物によって下廃水中の汚濁物質を分解処理して活性汚泥液にし、次いで、活性汚泥液を、別途設けた沈殿池にて汚濁分を沈降分離させた後、上澄み水を放流する。これは活性汚泥法と呼ばれる。

近年、高分子膜技術や膜分離技術の向上によって、膜分離活性汚泥法という方法が使われてきている。この方法では、処理槽（膜浸漬槽）内の被処理水中に膜分離装置を沈め、微生物による分解と、膜による活性汚泥液からの浄化水の取り出しとを同時に行う。膜ろ過されて取り出された水はそのまま放流できるため、沈降分離用の沈殿池を設置しなくてよいという利点がある。

ここで、膜浸漬槽内には、下廃水と共に、それを微生物処理するための微生物及び微生物処理により生成された活性汚泥液が貯留しており、この処理槽内に存在する液体を被処理水という。

ここで用いられる膜分離装置１００は、図８に示すように主として、支持板の表裏両面に分離膜を貼り合わせた膜エレメント１１０を多数並べてなるエレメントブロック１１２から構成される。このエレメントブロックの下方には散気管１２２が配設されている。エレメントブロック１１２と散気管１２２はフレーム１１８に固定されている。

膜エレメントにはろ過水を取り出す吸水管１１４が配設されていて、この吸水管１１４には集水管１１６が接続され、その下流側に吸引ポンプ１１７が接続され、膜エレメント１１０内部に陰圧をかけ、ろ過水を取り出す。散気管１２２は噴出口１２４を有し、配管１２６を介してブロワ１２８に連結されている。膜浸漬槽１０２内の被処理水中に沈められた膜分離装置（エレメントブロック１１２）に向けて下方の散気管１２２から空気が噴出される。この空気を曝気と称する。曝気は微生物に酸素を供給して活性化させ、汚濁物質の分解を促進させる。

散気管１２２からの曝気はまた、各膜エレメント１１０の両面に配置された分離膜の外表面に付着しようとする汚泥を剥ぎ取って、膜への汚泥付着堆積を抑制すると共に、槽内の被処理水を膜エレメント間に循環させる流れをも作る。すなわち、膜エレメント間には、曝気による被処理水の上昇流が生じていて、この上昇流が膜の表面に衝突することで、膜表面が洗浄されて膜の目詰まりが抑制され、固液分離性能の経時的低下が抑制される。

このような膜分離装置における課題の１つに、散気管の閉塞という問題がある。散気管には噴出口が設けられているが、この噴出口に汚泥などの異物が乾燥堆積し、噴出口が閉塞する現象である。噴出口が閉塞すると、曝気が弱くなり上述した分離膜の表面の洗浄効果や、処理槽内の微生物の活性を低下させるという問題が生じる。また、さらに散気管や散気管へのエア配管内の圧力上昇が起こり、ブロアへのダメージも発生する。

このような課題に対して、従来はいくつかの解決手段が提案されている。特許文献１には、詰まった散気装置を洗浄するための洗浄液を、５秒〜５分の時間をかけて散気装置内へ供給する膜処理装置の運転方法が開示されている。この文献では、洗浄液とエアが混合した気液混合流を散気管内に供給する、若しくはエア供給を停止して洗浄液のみを供給し、洗浄液を散気孔から放出する点が開示されている（特許文献１第１７段参照）。

また、特許文献２には、散気停止時に閉塞防止水用タンクと給気管（図８でいう配管１２６である）とを連通さるための常開型電磁弁を備えた散気装置が開示されている。この発明は、散気停止時（曝気停止時）に汚泥が散気管内に流入することをなくし、汚泥の流入に起因する散気孔の閉塞を確実に防止することを目的とする。具体的な手段としては、停電、若しくは散気停止時に自動的に閉塞防止水用タンクと給気管が連通され、タンクの高さと散気管の高さを利用して、散気管内の空気を全てタンク内の水で置き換えるというものである（特許文献２第２７段参照）。

また、特許文献３には、同じくブロアが停止している時は、散気管内を置換水で満たす発明が開示されている。ブロアの停止は、処理槽への汚水流入量が低下した場合、汚水中の好気性と嫌気性の切り替えの場合、また脱水ケーキ状の付着制御の場合に発生する事象である。特許文献３の発明は、その際に散気管内を水で満たし（特許文献３第３２段参照）、汚水の流入による散気管の閉塞を防止する。ブロアのポンプ内の圧力上昇を抑えるために、配管に圧力調製弁を設ける発明が開示されている。
特開２００３−１５４２３６号公報 特開２００４−６６０２５号公報 特開２００５−５２７７３号公報

上記に示した発明は、すでに閉塞した場合の洗浄方法や、曝気を停止した際の予防手段を開示するだけである。しかしながら、散気管の閉塞という問題では、一度生じた閉塞は、散気管を分解し閉塞部分を削りとらなければ、詰まりは解消しない。すなわち、散気管中に水を充填したり、気液混合流を流しても、詰まりを洗浄するのは容易ではない。なぜなら、散気管を詰まらせるのは、運転中に飛沫として噴出孔から入った汚泥が乾燥して堆積し固まった乾燥汚泥であるからである。この乾燥汚泥は、水につけられても容易に表面が溶解せず、固まったままの状態を維持する。本発明は、このような性質を有する乾燥汚泥による散気管の閉塞という課題を解消するために想到されたものである。

本発明の発明者は、乾燥汚泥はブロアから供給される高温で乾燥した空気が、散気管の噴出口から侵入した飛沫汚泥を乾燥させ、散気管内に強固に付着することで形成されることを見出した。そして、形成された乾燥汚泥を除去するのではなく、乾燥汚泥そのものを発生させない手段を発明した。すなわち、本発明は、
ブロアと、
前記ブロアに接続された湿潤装置と、
前記湿潤装置に接続された冷却装置と、
前記冷却装置に接続された散気管を有する散気装置および、この散気装置を用いた膜分離装置を提供するものである。

本発明では、常時湿った空気を散気管内に通すので、運転中に噴出孔から混入する汚泥の飛沫が乾燥することがないので、乾燥汚泥が発生しない。そのため、汚泥飛沫が入っても低音高湿のエアで自己洗浄され、散気管の洗浄が不要になるという効果を奏する。また、仮に洗浄するとしても、エア圧若しくは、水を用いた洗浄などで、散気管内を簡単に洗浄することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態を図面により説明する。図１は本発明の散気装置を有する膜分離装置の一実施形態を示す図である。本発明の散気装置１２０には、ブロア１２８、配管１２６、散気管１２２、噴出口１２４に加えて、ブロア冷却装置２３０と、湿潤装置２４０と、水冷却装置２６０と、ダンプ冷却装置２８０、２９０とがさらに付加される。乾燥汚泥は、高温低湿のエアによって生じるものである。従って、本発明の散気装置１２０は、低温高湿の空気を散気管に送り乾燥汚泥の形成を防止することを目的とする。

まず、ブロア１２８から出たエアはブロア冷却装置２３０で冷却される。ブロアは常時運転されるエアポンプであり、それ自体が熱を持っている。またブロアからのエアは加圧されているのでエア自体も温度が上がっている。そこで、ブロア冷却装置で、エアの温度を下げる。

次に、ブロアからのエアに湿潤装置２４０で水分を持たせる。水分はできるだけ多く持たせることができればよい。すなわち、単に飽和水蒸気をつくるのではなく、さらに霧状の水分を混入させることができればより好適である。湿潤装置の詳細は後述する。

湿潤装置は、ブロアからのエアに持たせる水を蓄積しておくタンクを有する。このタンク内の水を冷却するために、水冷却装置２６０がある。冷たい水をエアに混入させることで、エアの温度をさらに下げることができる。

そして、湿潤装置の後方には、湿潤装置で水分を含有させたエアを冷却するダンプ冷却装置２８０および２９０が設置されている。水分を含有させたエアは、冷却されることで、確実に飽和水蒸気となる。

以上のように、本発明の散気装置は、ブロアからのエアを湿潤装置で高湿にし、冷やしてから散気管に送り、曝気を発生させる。この間、ブロアのエアを冷却するブロア冷却装置２３０、湿潤装置のタンクの水を冷却する水冷却装置２６０、湿潤したエアを冷やすダンプ冷却装置２８０と２９０が設置される。

しかし、ブロアからのエアは湿潤される過程である程度冷却される。特に細かい水滴を霧状にしてエアに通す場合は、水滴の蒸発熱によってエアは温度を奪われる。従って、本発明では、上記の冷却装置がなかったとしても、本発明の目的である低温高湿のエアを得ることはできる。しかし、それぞれの冷却装置を用いることでより好適に低温高湿のエアを得ることができる。それぞれの冷却装置は、１つ若しくは複数を同時に用いても良い。

散気管へ供給される低温高湿のエアとは、温度が処理槽内の被処理水と同程度が好ましい。通常曝気として散気管に供給されるエアは被処理水の温度から数十℃程度高い温度となる。従って、湿潤装置若しくは湿潤装置と各種冷却装置を用いて被処理水と同程度までエアの温度を下げるようにするのがよい。

以下にそれぞれの装置について詳細を説明する。
ブロア１２８は、送風機であって、配管１２６に空気を送り込む。処理槽１０２中に沈められた散気管１２２から空気を出すので、散気管の水深までの水圧に打ち勝つだけの圧力で配管１２６に空気を送ることができる程度の能力は必要である。また、膜分離装置の引き上げなど、特定の事情がなければ、連続運転が基本であるので、耐久性の高いことが好ましい。

ブロア冷却装置２３０は、ブロアからの空気を冷却するための冷却器である。構成上に特に限定はなく、配管自体を冷却してもよいし、配管内に冷却フィンを設けて、冷却フィンを冷却してもよい。この冷却装置の段階でどの程度ブロアの空気を冷却するかは、散気装置全体の設計で決める。上記に説明したように、ブロア冷却装置は省略してシステムを構成することもできる。

湿潤装置２４０は、ブロアからの空気に水分を含ませる装置である。湿潤装置は空気に水分を含ませることができれば、特に限定されるものではない。一例を示すと、大きく分けて２つのタイプに分かれる。１つは、エア中に霧状の水分（「ミスト」とも呼ぶ）を噴射するタイプ（ミストタイプ湿潤装置と呼ぶ）であり、もう１つは、エアを水中にくぐらせるタイプ（バブルタイプ湿潤装置と呼ぶ）である。

図２には、ミストを噴出するタイプの湿潤装置２４０の一例を示す。この湿潤装置２４１は、減圧管２４２と、細管２４３とタンク２４４を含む。減圧管２４２は、入り口と出口が広く、中ほどが狭くなっている形状をしている。中狭部の中ほどに小さな孔があけてあり、そこに細管２４３が配設される。細管はそのまま水が貯められているタンク２４４に延びる。細管の先端は、タンクの水の水位より下になるように配設される。

ブロアからのエアＢＷは減圧管の入り口から入り、中狭部で加速され減圧される。その結果タンクの水が細管を伝って、吸い上げられ、小さな孔から霧状になってエア中に拡散し、湿潤されたエアＷＷとなって送出される。

この時、タンク中の水を冷却する水冷却装置２６０が設置されていてもよい。水冷却装置は特に限定されるものではないが、タンクの水が凍結してしまうほど冷却する必要はない。図２では、タンク２４４の周囲に冷却パイプ２６１を配設し、冷却パイプ２６１中の冷媒を冷却する冷却器２６２で構成される様子を示した。

図２では、減圧管がタンクの水を吸い上げる場合を示したが、別途空気供給装置を有し、配管内の流速に係わらず、一定量のミストを供給できるようにしてもよい。図３には、この場合の一例を示す。図３では、空気供給装置を、空気ボンベ２４５と噴霧ノズル２４６で構成した場合を示す。ノズルには細管２４３と空気ボンベ２４５からのパイプが繋がれ、空気ボンベ２４５からの空気でタンク２４４内の水を吸い上げ霧状にして配管内のエアに水分を与える。

図２の場合は、タンク２４４内の水を吸い上げるのは、ブロアからのエアＢＷが中狭部で加速された時の陰圧である。従って、ブロアからのエアＢＷの風速によって、噴霧量が決まる。しかし、図３の場合は、空気ボンベ２４５からの空気が噴霧量を決めるので、エアＢＷの風速に係らず、噴霧量を調整できる。

図３の例は一例であり、空気ボンベはブロアからのエアＢＷに関係しない空気を供給できる手段であれば、他の手段であってもよい。また、空気タンクからの空気はタンク２４３へ供給し、タンク２４３の水面に圧力をかけて、噴霧ノズル２４４から微小水滴を噴出できるようにしてもよい。

なお、図２の場合も図３の場合も、タンク２４４中に水を供給する手段を適宜設けてもよい。また、微小水滴を発生する方法としては、図２、図３以外に、超音波振動子を用いた噴霧器などを利用してもよい。

図４には、エアを水中にくぐらせるバブルタイプ湿潤装置２５１を示す。タンク２５４には、吸気管２５２と排気管２５３が設けられている。吸気管は、タンクに貯蔵された水の水面より下に吐き出し口が設けられている。従って、ブロアからのエアは、一度タンク内の水中に放出される。一方、タンクの水面より上側には、排気管の入り口があり、タンク内の水をくぐったエアは、排気管から放出される。ここでも、タンク中の水を冷却する水冷却装置２６０が設置されていてもよい。

湿潤装置２４０は、これら２つのタイプをそれぞれ、若しくは同時に利用しても良い。すなわち、ミストタイプ湿潤装置２４１とバブルタイプの湿潤装置２５１を直列につなげて用いても良い。この場合どちらを先に行ってもよいが、バブルタイプ湿潤装置の後にミストタイプ湿潤装置をつなぐのがよい。ミストタイプ湿潤装置後のエアには、微小な水滴が多く含まれるので、水をくぐらせると、水滴が水中に取られることがあるからである。

また、２つのタイプの湿潤装置は、１つにしてもよい。図５には、２つのタイプが融合した融合湿潤装置２５７の一例を示す。タンク２５４には吸気管２５２と排気管２５３が設けられており、この点バブルタイプ湿潤装置と同様の構造である。融合湿潤装置には、タンク内の水面より上に噴霧器が設けられており、ここからミストがタンク内に放出される。吸気管から入り、水をくぐったエアは、このミストとともに、排気管から放出される。噴霧器は噴霧ノズル２４６、空気タンク２４５、水タンク２４３から構成される例を示したが、もちろんこれに限定されるものではない。

なお、湿潤装置で用いる水は、曝気と共に被処理水中に放出される。すなわち、膜分離装置によってろ過された後、そのまま環境へ放出される。従って、環境を汚染しない種類の水を用いる必要がある。例えば、膜分離装置で１度処理された水や、水道水、雨水、井戸水などが好適に用いることができる。また洗浄作用のある薬液などを用いても良い。これらの水や薬液は、単独若しくは複数を混在させて用いることができる。

湿潤装置２４０の後方にはダンプ冷却装置２８０および２９０が配設されてもよい。ダンプ冷却装置は、湿潤装置からの高湿のエアの温度を下げて、過飽和の空気を生成する。ダンプ冷却装置も特に限定されるものではないが、配管を直接冷却するタイプや、配管を折り曲げて風を通すことで冷却するものであってもよい。ダンプ冷却装置は、大気中で冷却するタイプ２８０と、処理槽中の被処理水を用いたタイプ２９０に分けられる。

図６には大気中で冷却するダンプ冷却装置２８０の一例を示す。ダンプ冷却装置２８０は、配管を曲げて複数のループ状にしたものである。湿潤器からのエアＷＷは、ループ状の配管内を通過するうちに熱を奪われる。従って、この部分の配管は熱導電性のよい材質を用いるのがよい。ここで、熱を奪われた湿潤エアは低温高湿のエアＣＷＷとなって放出される。

なお、さらに表面積を増やすために、フィンなどを配管に形成してもよい。また、ループ状の配管に強制的に風を送る送風機を併設してもよい。また、ダンプ冷却装置２８０では、エアが冷却されるため配管中に水が結露する場合もあるが、その水も散気管に送ってもよい。

図７には、処理槽内の配管で形成した冷却部からなるダンプ冷却装置２９０の一例を示す。処理槽内の被処理水は、上下に循環しているので、配管に冷却フィン２９１を設置することで、配管内のエアを冷却することができる。また、配管を屈曲加工させた冷却部２９２を被処理水中に配設してもよい。

また、処理槽内に設けたダンプ冷却装置は、冬などに冷えすぎたエアを被処理水と同程度の温度にするという効果も持つ。処理槽内の微生物が活性を持って作用する温度は一定の幅があり、その温度より低いエアを処理槽内に供給するのは、好ましくないからである。従って、処理槽内にダンプ冷却装置２９０と、ダンプ冷却装置を施していないただの断熱パイプの２経路を配設しておき、それぞれの経路を切替えられるようにしてもよい。

以上のように本発明の散気装置は、低温高湿のエアを散気管に送り曝気を発生させる。そのため、噴出口から入り込んだ汚泥が乾燥して固まることがなく、エア圧で自己洗浄される。従って、散気管の閉塞が生じず、散気管を洗浄せずとも、長期にわたる連続運転が可能になる。

本発明は、下水や各種工場から生じる廃水を処理槽内で浄化する際に用いられる膜分離装置の散気装置に好適に利用することが出来る。

本発明に関する散気装置を有する膜分離装置の構成を示す図である。 湿潤装置の一例を示す図である。 湿潤装置の他の一例を示す図である。 湿潤装置の他の一例を示す図である。 湿潤装置の他の一例を示す図である。 ダンプ冷却装置の一例を示す図である。 ダンプ冷却装置の他の一例を示す図である。 従来の散気装置を有する膜分離装置の構成を示す図である。

符号の説明

１２０ 散気装置
１２２ 散気管
１２４ 噴出口
１２８ ブロア
２３０ ブロア冷却装置
２４０ 湿潤装置
２６０ 水冷却装置
２８０ ダンプ冷却装置

Claims (10)

1. 汚泥水を処理する膜分離装置に用いる散気装置であって、
   ブロアと、
   前記ブロアに接続された湿潤装置と、
   前記湿潤装置に接続された散気管を有する散気装置。
2. 前記ブロアからのエアを冷却し前記湿潤装置に送るブロア冷却装置を有する請求項１に記載の散気装置。
3. 前記湿潤装置の水を冷却する水冷却装置を有する請求項１乃至２の何れかの請求項に記載された散気装置。
4. 前記湿潤装置からのエアを冷却するダンプ冷却装置を有する請求項１乃至３の何れかの請求項に記載された散気装置。
5. 前記ダンプ冷却装置は処理槽内に設置される請求項４に記載された散気装置。
6. 前記湿潤装置は、
   噴霧器である請求項１乃至５の何れかの請求項に記載された散気装置。
7. 前記湿潤装置は、
   水を貯蓄するタンクと、
   前記ブロアからのエアを前記タンクに貯蓄される水の水面より下から噴出させる吸気管と、
   前記タンクに貯蓄される水の水面より上からエアを排出する排気管を有する請求項１乃至５の何れかの請求項に記載された散気装置。
8. 前記湿潤装置は、
   水を貯蓄するタンクと、
   前記ブロアからのエアを前記タンクに貯蓄される水の水面より下から噴出させる吸気管と、
   前記タンクに貯蓄される水の水面より上からエアを排出する排気管と、
   前記タンクの水面より上にミストを放出する噴霧器と、
   を有する請求項１乃至５の何れかの請求項に記載された散気装置。
9. 前記湿潤装置に用いる水は、前記膜分離装置で処理された水、水道水、雨水、井戸水、薬液のいずれか又は複数の混合水である１乃至８の何れかの請求項に記載された散気装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかの散気装置を用いた膜分離装置。

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