JP2009119354A - 生物処理装置および生物処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、生物処理の処理効率の向上を課題としている。
【解決手段】本発明は、被処理水と好気性微生物とを含む活性汚泥混合液が収容される生物処理槽と、該生物処理槽の底部に配された散気装置と、前記生物処理槽内に配され、しかも、前記該散気装置よりも上方に配されており前記活性汚泥混合液に浸漬された状態で用いられる膜分離装置とが備えられ、前記散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させることにより膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化機構が備えられている生物処理装置であって、前記散気装置から発生された気泡を集合させて前記粗大な気泡を発生させ、しかも、該粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させる気泡集配機構が前記膜面浄化機構に用いられている生物処理装置などを提供する。
【選択図】 図１

Description

下水や工場排水などといった有機成分やアンモニアなどの処理対象物質を含有している水（以下「被処理水」ともいう）を、該処理対象物質を分解可能な微生物によって分解させる生物処理方法が従来広く用いられている。
この生物処理は、通常、好気性微生物や嫌気性微生物と被処理水とを含有する活性汚泥混合液を槽（以下「生物処理槽」ともいう）に収容させた状態で実施されている。
また、このような生物処理後の処理水は、沈殿槽で処理水に含有されている微生物を沈殿分離した後に後段の処理が実施されたり、あるいは、処理が完了されて系外に排出されたりしている。

このような生物処理においては、従来、より効率良く処理を実施することが求められている。
一般に好気的な生物処理においては、処理に必要な動力量に占める散気のための動力量の割合が大きく、使用動力量を低減させるべく、散気量を抑制しつつ処理に必要な酸素を活性汚泥混合液中に溶存させる方法が種々検討されている。
例えば、好気的な生物処理においては、気液界面を増大させて酸素溶解効率を向上させるべく、より微細な気泡を発生させることが検討されている。

また、生物処理槽での生物処理においては、通常、好気性微生物や嫌気性微生物の濃度（以下「汚泥濃度」ともいう）を高い状態にさせて生物処理を実施するほど単位時間当たりに処理可能な処理対象物質の量を増大させることができ処理効率の向上を図ることができる。
そのため、生物処理槽での汚泥濃度を向上させることを目的として、近年、沈殿槽での沈殿分離に代えて膜分離装置を用いた膜分離が実施されたりしている。
また、通常、膜分離装置を用いることで沈殿槽を用いる場合よりも省スペース化を図ることができ、膜分離装置を生物処理槽内の活性汚泥混合液中に浸漬させて膜分離させることが行われたりもしている。

しかし、このような場合には汚泥濃度の高い活性汚泥混合液中に浸漬された状態で膜分離装置が用いられることから膜面に汚泥ケーキ層が堆積されやすく、膜分離装置に目詰まりが発生されて生物処理の効率が低下するおそれを有している。
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、生物処理槽の槽底に配された第一の散気装置とは別に、該第一の散気装置よりも上方で膜分離装置の下方となる位置に、第一の散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を発生させる第二の散気装置を配し、該第二の散気装置からの粗大気泡の発生によって汚泥ケーキ層の堆積を抑制したり、堆積された汚泥ケーキ層を除去したりして膜面浄化を実施させることが記載されている。

しかし、特許文献１に記載の生物処理装置では、槽底に配された散気装置よりも上方位置において、槽底に配された散気装置よりも粗大な気泡を発生させており、この第二の散気装置による散気は、散気量に見合う溶存酸素を得ることが困難で、第一の散気装置による散気に比べて酸素溶解効率を低下させるおそれがある。
すなわち、特許文献１に記載の生物処理装置は、活性汚泥混合液に酸素を溶存させることを主たる目的とした第一の散気装置とは別に、膜分離装置の膜面に汚泥ケーキ層が堆積されることを抑制し、堆積された汚泥ケーキ層を除去する膜面浄化機構のための第二の散気装置が備えられており、より多くの散気量を必要としている。
したがって、使用動力量が十分低減されたものとはなっておらず生物処理の処理効率が十分向上されたものとはなっていない。

すなわち、被処理水と好気性微生物とを含む活性汚泥混合液が収容される生物処理槽と、該生物処理槽の底部に配された散気装置と、前記生物処理槽内に配され、しかも、前記該散気装置よりも上方に配されており前記活性汚泥混合液に浸漬された状態で用いられる膜分離装置とが備えられ、前記散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させることにより膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化機構が備えられている生物処理装置においては、従来、生物処理の処理効率を十分向上させることが困難であるという問題を有している。

また、被処理水と好気性微生物とを含んでなる活性汚泥混合液を生物処理槽に収容させて、該生物処理槽の底部に配された散気装置から気泡を発生させて散気を実施し、該散気装置よりも上方で前記生物処理槽内の前記活性汚泥混合液に膜分離装置を浸漬させて膜分離を実施し、しかも、前記散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させることにより膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化を実施しつつ前記膜分離を実施する生物処理方法においては、従来、生物処理の処理効率を十分向上させることが困難であるという問題を有している。
特開２００１−２１２５８７号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、生物処理の処理効率の向上を課題としている。

上記課題を解決するための生物処理装置にかかる発明は、被処理水と好気性微生物とを含む活性汚泥混合液が収容される生物処理槽と、該生物処理槽の底部に配された散気装置と、前記生物処理槽内に配され、しかも、前記該散気装置よりも上方に配されて前記活性汚泥混合液に浸漬された状態で用いられる膜分離装置とが備えられ、前記散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させることにより膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化機構が備えられている生物処理装置であって、前記散気装置から発生された気泡を集合させて前記粗大な気泡を発生させ、しかも、該粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させる気泡集配機構が前記膜面浄化機構に用いられていることを特徴としている。

また、上記課題を解決するための生物処理方法にかかる発明は、被処理水と好気性微生物とを含んでなる活性汚泥混合液を生物処理槽に収容させて、該生物処理槽の底部に配された散気装置から気泡を発生させて散気を実施し、該散気装置よりも上方で前記生物処理槽内の前記活性汚泥混合液に膜分離装置を浸漬させて膜分離を実施し、しかも、前記散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させることにより膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化を実施しつつ前記膜分離を実施する生物処理方法であって、前記散気装置から発生された気泡を集合させて粗大な気泡を発生させ、しかも、該粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させて前記膜面浄化を実施させることを特徴としている。

本発明によれば、従来、膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化を実施するために発生されている粗大な気泡に代えて、生物処理槽の底部に配された散気装置から発生されている気泡を集合させて形成された粗大な気泡が用いられる。
したがって、従来の生物処理装置における膜面浄化のための散気量の一部または全部を削減することができ生物処理装置の使用動力量を低減させ得る。
すなわち、本発明によれば、従来に比べて処理効率の向上された生物処理装置を提供しうる。
また、本発明によれば、使用動力量を低減しつつ膜面浄化を実施することができ、従来に比べて生物処理方法の処理効率を向上させうる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について（添付図面に基づき）説明する。

図１は、本発明の生物処理方法を実施するための生物処理装置を表す概略側面図であり、図１中の１０は、被処理水と好気性微生物とを含有する活性汚泥混合液が収容されている生物処理槽を表している。
１１は、この生物処理槽１０に被処理水を流入させるための流入経路（以下「被処理水流入経路」ともいう）を示している。
前記生物処理槽１０は、槽底１２が略平坦に形成されており、この槽底１２から上方に向けて立設された側壁１３が四面に配されて内部に略直方体形状の収容スペースが形成されている。
そして、前記活性汚泥混合液は、前記生物処理槽１０の前記収容スペースに水深約５ｍとなる状態で収容されている。
また、収容スペースの略直方体形状の上面に相当する部分は、四つの側壁１３の上端縁により画定された長方形の開口領域が形成されており、該開口領域は、生物処理装置の運転時には開放状態または覆蓋（図示せず）等で覆われた状態とされる。

２０は、散気装置を表しており、２１は、生物処理槽１０の外部に設置された送風機（図示せず）により供給される空気を圧送するための配管（以下「空気供給配管」ともいう）を表している。

前記散気装置２０としては、例えば、メンブレン弾性体膜や硬質の多孔質体（例えば、高密度ポリエチレンなどの硬質樹脂粒子の焼結体、セラミック粒子焼結体、金属粒子焼結体）が用いられたものを例示しうる。
本実施形態の生物処理装置においては、活性汚泥混合液中に微細な気泡を発生させて散気を実施しうるものが好適であり、酸素溶解効率に優れた、例えば、３ｍｍ以下の直径を有する微細気泡を発生させうるものが好適である。
そして、前記散気装置２０は、生物処理槽１０のより槽底１２に近い位置に前記微細気泡の発生箇所を形成させ得るように前記生物処理槽１０の底部に配置されている。
しかも、気泡発生箇所があたかも槽底１２全面となっているかのように散気を実施させて生物処理槽１０全体に気泡を供給し得るように、生物処理槽１０の槽底１２の全領域に均等に散気装置２０が配置されている。

３０は、膜分離装置を表しており、限外ろ過膜、精密ろ過膜などにより中空糸状に形成された中空糸膜が多数本備えられている。
そして、前記多数本の中空糸膜は、その長さ方向が垂直方向となるように延在されており、該垂直方向に延在された多数本の中空糸膜で全体円柱形状の集合体が形成されている。
前記膜分離装置３０には、前記集合体が露出状態で備えられており、しかも、中空糸膜同士が互いにわずかな間隙を設けた状態で前記集合体が形成されている。
また、本実施形態の生物処理装置においては、前記集合体は、直径が十数ｃｍから数十ｃｍで、高さが約１ｍの略円柱形状に形成されており、該集合体の上端部が前記生物処理槽１０に収容されている活性汚泥混合液の液面に僅かに没した状態で前記膜分離装置３０が備えられている。

すなわち、本実施形態の生物処理装置においては、前記集合体の下端部が前記散気装置２０よりも上方３ｍ弱となる位置に膜分離装置３０が備えられており、しかも、中空糸膜同士の間隙に活性汚泥混合液を流通させてそれぞれの中空糸膜の外表面を活性汚泥混合液に接触させ得るように膜分離装置３０が備えられている。
さらに、前記膜分離装置３０は、活性汚泥混合液中の主として水分を前記中空糸膜の内側に透過させて、この透過させた水を処理水として生物処理槽１０の外部に排出し得るように構成されている。
図１中の３１は、前記処理水を排出させるための配管（以下「処理水排出配管」ともいう）である。

図１中の４０は、気泡集配機構を構成する気泡集配部材を表しており、該気泡集配部材４０は、全体が管形状に形成されており、この管形状の一端部側から前記散気装置から発生された気泡が導入され、内部でこの導入された気泡を集合させて、例えば、直径１０ｍｍ〜２０ｍｍの大きさを有する粗大な気泡を形成し、他端部側から該粗大気泡を放出し得るように形成されている。

この気泡集配部材４０について、図２を参照しつつより詳しく説明する。
図２（ａ）は、気泡集配部材４０の上面図であり、該図２（ｂ）は、この図２（ａ）のＸ−Ｘ’線矢視断面図である。
図２中の４１は、気泡集配部材４０の前記一端部を表しており、４１ａは、該一端部４１における開口部（以下「一端側開口部」ともいう）を表している。
４２は、気泡集配部材４０の前記他端部を表しており、４２ａは、該他端部４２における開口部（以下「他端側開口部」ともいう）を表している。
また、この図２（ａ）に示すように、気泡集配部材４０は、流通方向に垂直な平面による流路の断面が円形であり、しかも、本実施形態における気泡集配部材４０は、その断面円形の流路が一端部４１から他端部４２にかけて縮径するように形成されている。
また、前記一端部４１ならびに前記他端部４２は、その全面を開口させており、前記一端側開口部４１ａならびに前記他端側開口部４２ａは、気泡集配部材４０の流路の断面形状と同じく円形となっている。
したがって、前記一端側開口部４１ａを画定する一端部４１の端縁は、その半径（Ｒ₁）が前記他端側開口部４２ａを画定する他端部４２の端縁の半径（Ｒ₂）よりも大きな円形に形成されている。
しかも、他端側開口部４２ａは、前記中空糸の集合体の円柱形状を水平面により切断した際の断面形状よりも僅かに大きな円形に形成されている。
なお、一端部４１から他端部４２にかけての気泡集配部材４０の長さは、例えば、十数ｃｍから数十ｃｍとさせ得る。

図２中の４３は、本実施形態の気泡集配部材４０の一端部４１から他端部４２にいたる途中箇所に備えられた仕切り板であり、４３ａは、該仕切り板４３に複数穿設されている貫通孔である。
前記仕切り板４３は、一端部４１から他端部４２へと至る気泡集配部材４０の流路に対して垂直に配されており、前記一端側開口部４１ａを下方に向け、前記他端側開口部４２ａを上方に向けて気泡集配部材４０を配置した際に、その板面方向が水平方向となるように気泡集部材４０に備えられている。
なお、前記貫通孔４３ａについては、例えば、直径２ｍｍから３０ｍｍ程度の円形に形成させることができる。

本実施形態の生物処理装置における気泡集配部材４０は、前記一端側開口部４１ａを下方に向け、前記他端側開口部４２ａを上方に向けて、しかも、この他端側開口部４２ａを前記中空糸の集合体の下端部に位置させた状態で配置されている。
したがって、気泡集配部材４０の下端（一端部４１）は、集合体の下端部のさらに十数ｃｍから数十ｃｍ下方に位置することとなり、気泡発生箇所となる散気装置２０よりも２ｍ以上上方に位置することとなる。
このようにして気泡集配部材４０を設けることにより、この気泡集配部材４０によって構成された気泡集配機構を、中空糸膜の表面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制するための膜面浄化機構に用いることができる。

なお、前記散気装置２０から散気される気泡よりも粗大な気泡を中空糸膜の集合体の下方に発生させて中空糸膜の表面に汚泥ケーキ層が堆積することを抑制する、あるいは、堆積した汚泥ケーキ層を除去する機構について後段の生物処理方法の説明において詳述する。
また、ここでは詳述しないが、従来の生物処理装置に用いられている攪拌手段、各種センシング手段、制御手段など種々の構成を本実施形態の生物処理装置にも採用することができる。

次いで、このような生物処理装置を用いた生物処理方法について説明する。
まず、槽底１２に配置された散気装置２０から気泡を発生させ、しかも、例えば、３ｍｍ以下の気泡が占める割合が全体の気泡の個数に対して９０％以上となるような状態で微細気泡を発生させて生物処理槽１０に収容されている活性汚泥混合液に散気を実施する。
そして、前記被処理水流入経路１１から被処理水を流入させるとともに、前記処理水排出配管３１から被処理水の流入量に相当する排出量で処理水を排出させて生物処理槽１０に収容されている活性汚泥混合液の量をほぼ一定に保持させる。

前記散気装置２０による散気を実施させ、気泡発生箇所となるメンブレン弾性体膜や多孔質体の表面から活性汚泥混合液中に微細な気泡を放出させて生物処理槽１０全体にこの微細気泡を供給する。
そして、生物処理槽１０全体に微細気泡を供給することにより、一部を活性汚泥混合液の液面まで浮上させるとともに、一部を前記気泡集配部材４０の一端側開口部４１ａによって捕集させて当該気泡集配部材４０内に導入させる。

この気泡集配部材４０に導入させた微細気泡は、前記仕切り板４３に到達した時点で当該仕切り板４３によって浮上が遮られ、一部の微細気泡はその場で停止し、一部の微細気泡は仕切り板４３の僅かな傾斜や、水流によって仕切り板４３に沿って移動する。
さらに、一端側開口部４１ａによる微細気泡の捕集は継続して実施されることから、この仕切り板４３に停止または仕切り板４３に沿って移動する微細気泡同士が集合して、散気装置から散気される気泡よりも粗大な気泡がこの仕切り板４３箇所において形成される。
さらに、散気を実施することで、粗大な気泡がより大きな気泡に成長し、仕切り板４３に形成された貫通孔４３ａを通じて、例えば、直径１０ｍｍ〜２０ｍｍの大きさで他端側開口部４２ａより上方に放出されることとなる。

この気泡集配部材４０で発生された粗大気泡は他端側開口部４２ａから中空糸膜の集合体下端部に放出され、該放出された粗大気泡の浮上力による上昇流ならびに気泡の打力によって中空糸膜の表面への汚泥ケーキ層の堆積が抑制されるとともに、一旦堆積された汚泥ケーキ層が除去されて膜面浄化が実施される。
すなわち、本実施形態の生物処理方法においては、気泡集配機構が膜面浄化機構として機能し、生物処理槽１０の底部に配した散気装置から気泡を発生させて散気を実施させるだけで、粗大気泡を発生させるための特別な散気を実施することなく膜分離装置の膜面浄化を実施し得る。
したがって、粗大気泡の発生のための動力量に相当する使用動力量の削減を図りつつ生物処理を実施させ得る
しかも、本実施形態にいては、気泡集配機構として上方に向けて縮径する管形状を有する気泡集配部材４０が用いられていることにより、煙突効果のごとく、この気泡集配部材４０内の気泡の浮上によって気泡集配部材４０の一端側開口部４１ａから微細な気泡を含む活性汚泥混合液を気泡集配部材４０内に誘引させることができ、より効率的に上昇流を形成させることができる。
しかも、この上昇流が気泡集配部材４０によって、散気装置２０の下端部にガイドされることからより優れた膜面浄化の効果を発揮させ得る。

また、要すれば、粗大気泡を発生させる散気装置を生物処理槽の底部に配した散気装置とは別に設けて、この散気装置から発生される粗大気泡を前記気泡集配機構による粗大気泡とともに膜面浄化に用いることも可能ではあるが、より多くの使用動力量の削減を図りうる点においては、本実施形態の生物処理装置のごとく散気装置を生物処理槽の底部に配するもののみとして膜面浄化を実施させることが好ましい。

なお、本実施形態においては、生物処理装置や生物処理方法を上記例示によって説明しているが本発明は、生物処理装置や生物処理方法を上記例示に限定するものではない。

例えば、膜分離装置は、中空糸膜が用いられたものに限定されるものではなく、例えば平板状などの他形態の膜が用いられているものも本発明の膜分離装置として採用することが可能である。
また、本実施形態においては、散気装置２０から散気された微細気泡を、その高い酸素移動効率性を発揮させた後に捕集して粗大気泡を形成させて膜面浄化に用い得るように、気泡集配機構を構成する前記気泡集配部材４０の下端を気泡発生箇所となる散気装置２０の表面から２ｍ以上上方に配置させているが散気装置による気泡発生箇所から２ｍ以内で気泡を捕集する場合も本発明の意図する範囲である。
また、膜分離装置の形状にあわせて気泡集配機構の形態も種々の変更が可能である。

生物処理装置を示す概略側面図。 （ａ）気泡集配部材（気泡集配機構）の構造を示す上面図。 （ｂ）同上Ｘ−Ｘ’線矢視断面図。

符号の説明

１０：生物処理槽、１１：被処理水流入経路、１２：槽底、１３：側壁、２０：散気装置、２１：空気供給配管、３０： 膜分離装置、３１：処理水排出配管、４０：気泡集配部材、４１：一端部、４１ａ：一端側開口部、４２：他端部、４２ａ：他端側開口部、４３：仕切り板、４３ａ：貫通孔

Claims (4)

1. 被処理水と好気性微生物とを含む活性汚泥混合液が収容される生物処理槽と、該生物処理槽の底部に配された散気装置と、前記生物処理槽内に配され、しかも、前記該散気装置よりも上方に配されて前記活性汚泥混合液に浸漬された状態で用いられる膜分離装置とが備えられ、前記散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させることにより膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化機構が備えられている生物処理装置であって、
   前記散気装置から発生された気泡を集合させて前記粗大な気泡を発生させ、しかも、該粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させる気泡集配機構が前記膜面浄化機構に用いられていることを特徴とする生物処理装置。
2. 前記散気装置から発生された気泡を、気泡発生箇所よりも２ｍ以上上方の位置において集合し得るように前記気泡集配機構が配されている請求項１記載の生物処理装置。
3. 被処理水と好気性微生物とを含んでなる活性汚泥混合液を生物処理槽に収容させて、該生物処理槽の底部に配された散気装置から気泡を発生させて散気を実施し、該散気装置よりも上方で前記生物処理槽内の前記活性汚泥混合液に膜分離装置を浸漬させて膜分離を実施し、しかも、前記散気装置から発生される気泡よりも粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させることにより膜分離装置の膜面への汚泥ケーキ層の堆積を抑制する膜面浄化を実施しつつ前記膜分離を実施する生物処理方法であって、
   前記散気装置から発生された気泡を集合させて粗大な気泡を発生させ、しかも、該粗大な気泡を前記膜分離装置の下方に発生させて前記膜面浄化を実施させることを特徴とする生物処理方法。
4. 前記散気装置から発生された気泡の集合を、気泡発生箇所から２ｍ以上上方の位置において実施する請求項３記載の生物処理方法。

Images