JP2014233686A - 排水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】担体を用いることで処理効率が向上された排水処理装置を提供する。【解決手段】本発明の排水処理装置１０は、処理タンク１２に貯留された排水２４に浸漬された濾過膜１６と、濾過膜１６の下方で空気３０を発生させる散気部２８とを備え、担体２３に担持された活性汚泥３２により排水処理を行なっている。本発明で用いる担体２３は、比重が水よりも大きい微粒子であるため、散気部２８の作用により良好に撹拌されて、担体２３の機能を十分に発揮する。【選択図】図１

Description

本発明は、担体に担持された活性汚泥を用いて有機性排水を処理する排水処理装置に関する。

汚水処理装置として、活性汚泥を用いたものが従来から知られている。具体的には、この種の装置は、汚水に曝気を施して活性汚泥処理を行わせる曝気槽と、この曝気槽に設けられ槽内の活性汚泥混合液を濾過により固液分離する濾過膜装置と、この濾過膜装置に接続されて同部材による濾液を吸引して外部へ流出させるための吸引ポンプと、濾過膜装置と吸引ポンプとを結ぶ吸引経路に設けられ濾過膜装置にかかる吸引ポンプの吸引負圧を測定するための圧力計とを備えている。

また、活性汚泥による排水処理の効率を高めるために、処理槽に貯留された排水に活性炭等の担体を添加し、この担体に各種有機物やバクテリアを担持させる技術が知られている（下記特許文献１、特許文献２、特許文献３）。

特許文献１では、排水に粉末炭素系吸着剤を添加することにより、生物処理による下水処理に加えて、排水の脱臭処理等も可能としている。

特許文献２では、処理槽の内部にて排水に粒状活性炭を添加し、この活性炭の表面に好気性微生物を吸着させ、これにより排水の生物処理を行なっている。

特許文献３では、活性汚泥を用いた生物処理に際し、粉末活性炭を排水に添加することで、色度やＣＯＤを分解している。

特許第３１４２７９２号公報 特開２０００−１９７８９５号公報 特開２００２−１９２１８４号公報

しかしながら、上記した特許文献に記載された発明では、濾過膜としてポリオレフィン等の樹脂材料から成る樹脂製濾過膜が採用されており、担体として比重の大きい硬質のものを採用した場合、担体が濾過膜に接触することで濾過膜が破壊されてしまう恐れがあった。

また、活性汚泥処理を行う処理槽にて濾過処理を行う場合、粉末状の活性炭を担体として使用すると、この活性炭が濾過膜に堆積することで濾過抵抗となってしまう。更に、活性炭が小さすぎると汚泥とともに破棄されてしまい、その後に新たに担体を補充する必要があり経済性が悪い。

一方、幅が数ｍｍ程度の活性炭から成る大型の担体を使用することも考えるが、このようにすると、上記のように樹脂製濾過膜が担体の衝撃で破壊されてしまう恐れがある。更に、濾過膜同士の間に担体が挟まったり、処理タンクの壁面に担体が接触して破砕され、この破砕された部分の担体の処理が煩雑となる恐れがあった。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、担体を用いることで処理効率が向上された排水処理装置を提供することに有る。

本発明の排水処理装置は、活性汚泥を含む排水が貯留される処理タンクと、前記排水に浸漬される硬質濾過膜と、前記排水の内部にて前記硬質濾過膜の下方で気体を発生させる気体発生手段とを備え、水よりも比重が大きい硬質材料から成る硬質担体を前記処理タンクに収納される前記排水に添加し、前記活性汚泥は前記硬質担体に担持されることを特徴とする。

本発明では、活性汚泥に含まれる微生物を担持する担体の材料として、比重が水よりも大きい小型の硬質材料を採用している。よって、担体が排水上面に浮遊すること無く、排水に担体が略均一に分散された状態が実現され、排水の処理効率が向上される。

本発明の排水処理装置を示す図であり、（Ａ）は排水処理装置を全体的に示す斜視図であり、（Ｂ）は担体に活性汚泥が担持された状態を示す概念図である。 本発明の排水処理装置を示す図であり、（Ａ）は濾過膜を示す斜視図であり、（Ｂ）は濾過面を示す断面図である。 本発明の排水処理装置を具体的に示す断面図である。

図１を参照して、本形態に係る排水処理装置１０の構成を説明する。

本発明の排水処理装置１０は、排水２４が貯留される処理タンク１２と、排水２４に浸漬された濾過膜１６と、処理タンク１２の下方に配置されて空気３０を発生させる散気部２８と、濾過膜１６とパイプを経由して連通して吸引圧を与えるポンプ１８とを主要に備えている。尚、この図１では、各要素を接続するパイプを太い実線で示している。

本形態の排水処理装置１０の機能は、処理タンク１２に含まれる活性汚泥で、排水２４に含まれる有機性物質を減少させ、更に、濾過膜１６で濾過された濾過水２６を外部に取り出すことに有る。よって、本形態の排水処理装置１０で処理された後の濾過水２６は、導入される排水２４と比較すると、含有される有機性物質が少なく、更に、有機性固形物が殆ど含まれていない状態である。更に本形態では、処理タンク１２に貯留された排水に担体を添加しており、これにより活性汚泥３２に含まれる微生物が高濃度に維持されて処理効率が高くなっている。

本形態で処理される排水２４は、有機性物質が高濃度に水に含まれたものであり、具体的には、糞尿等を含む一般下水、食品工場等から排出される排水等である。

処理タンク１２は、ステンレス等から成る金属または樹脂製の容器であり、濾過される排水２４および濾過膜１６等を収納する役割を有する。排水２４の汚泥処理および濾過処理は処理タンク１２で行われる。

濾過膜１６は、ここでは平膜の濾過膜であり、処理タンク１２に収納された排水２４に浸漬されている。ここで、濾過膜１６は、実質的に濾過を行う濾過面が全面的に排水２４に浸漬される状態となっている。濾過膜１６の内部空間は、パイプを経由してポンプ１８と連通しており、ポンプ１８が濾過膜１６の内部空間に所定の吸引圧を加える事で、濾過膜１６により排水２４が濾過される。これにより、濾過された排水２４である濾過水が処理タンク１２から取り出される。

濾過膜１６の材料としては、樹脂材料、セラミック、焼結金属、細かい濾過孔が設けられた金属板等が採用される。図１（Ａ）では１つのみの濾過膜１６が排水２４に浸漬されているが、実際は、所定の間隔で離間された複数の濾過膜１６が排水２４に浸漬される。

散気部２８は、処理タンク１２の内部に於いて濾過膜１６の下方に配置されており、空気３０を発生させる役割を有する。散気部２８の具体的形状は、上部に孔部が設けられた管の如き形状である。散気部２８の役割は、空気３０を排水２４の内部で発生させることで、排水２４に酸素を供給し、排水２４に添加された担体を流動させることに有る。

ここでは、圧力計２０で計測される圧力が一定となるように、ポンプ１８から濾過膜１６に負圧が加えられ、これにより、排水２４が濾過膜１６で濾過された濾過水２６がパイプを経由して外部に取り出される。濾過膜１６の内部空間にポンプ１８から付与される吸引圧は例えば１０ｋＰａ程度である。

図１（Ｂ）を参照して、本形態では、処理タンク１２に貯留された排水２４を活性汚泥で生物的に処理する効率を向上させるために、担体２３を排水２４に添加している。ここで、担体２３とは、活性汚泥３２に含まれる有用な微生物を担持するための粒子である。この図に示すように担体２３の表面には活性汚泥３２を構成する微生物が担持されており、これにより多くの活性汚泥３２を処理タンク１２の内部に留まらせて、処理効率が高くなる。

本形態では、担体２３として、水よりも比重が大きい（即ち比重が１よりも大きい）材料を採用している。これにより、活性汚泥３２を担持した担体２３が排水２４の液面に浮遊することによる浄化機能の低下が抑制される。即ち、比重が大きい担体２３を採用することにより、活性汚泥３２を担持した担体２３を排水２４に分散させた状態にすることが可能となる。

担体２３の材料としては、一定以上の硬度を有する無機材料が採用される。担体２３の材料として、例えば柔らかい樹脂材料が採用されると、この樹脂材料に発生したクラックから内部に微生物が侵入し、この微生物が発するガスにより膨張した担体が液面に浮上してしまう問題が発生する。本形態の担体２３は、硬度が高い硬質材料から成るので、担体２３にクラックが発生しづらい。また、担体２３にクラックが発生し、このクラックに微生物が進入したとしても、発生したガスで担体２３が膨張しないので、この膨張による担体２３の浮き上がりは防止されている。具体的な担体２３の材料としては、活性炭、発泡ガラス、ゼオライト、シリカ等を採用することが可能である。

更に本形態では、硬質材料から成る担体２３を採用することで、濾過膜１６の閉塞が抑制される効果が得られる。具体的には、本形態で採用される濾過膜１６は、極めて微細な濾過孔を有するため、排水２４に含まれる微粒子や活性汚泥がこの濾過孔に詰まり、得られるフラックスが減少してしまう恐れがある。これに際して本形態では、排水２４の内部における濾過膜１６の下方で散気部２８から空気３０を散気することで、空気３０を排水２４の内部で上昇させている。これにより、排水２４の内部にて、下方から上方への水流が発生し、これに沿って担体２３も下方から上方に移動している。この移動に伴い、硬度が高い担体２３が濾過膜１６の濾過面に接触し、濾過面に付着した粒子が離れて濾過孔の閉塞が抑制される。

担体２３の大きさとしては、比重が水よりも大きい場合であっても排水２４の内部を浮遊することが可能な範囲とされる。具体的には、担体２３の幅は、０．１μｍ以上０．５μｍ以下が好適である。担体２３の幅をこの範囲とすることにより、担体２３がコロイドの如く振る舞うように成り、担体２３を電気化学的に排水２４の内部で分散させることができる。一方、担体２３の幅がこの範囲よりも小さいと、活性汚泥を構成する微生物に比して担体２３が小さすぎ、微生物を担持する機能が発揮されない。また、担体２３の幅がこの範囲よりも大きくなると、活性汚泥３２が付着した担体２３が処理タンク１２の底面付近に沈殿してしまい、活性汚泥の処理効率が低下する恐れがある。

担体２３の形状は特に問われないが、球形、六面体または、これらの形状に近似する形状が採用される。担体２３の内部に空隙は存在しても良いし、存在しなくても良い。

図２（Ａ）を参照して、平膜状のセラミック濾過膜が濾過膜１６として採用された場合、紙面上にて左右方向に対向する主面が濾過面１６Ａとなる。この濾過面１６Ａの全体に濾過孔が形成されている。また、濾過膜１６の内部には縦方向に細長く直方体形状に伸びる多数の空隙部１６Ｂ（内部空間）が形成されている。これらの空隙部１６Ｂは、濾過膜１６の上端部付近に接続するパイプと連通している。そして、濾過面１６Ａに形成された濾過孔は空隙部１６Ｂと連通している。よって、濾過時には、濾過面１６Ａを透過した被処理水である濾過水が、空隙部１６Ｂを経由してパイプに供給される。

上記したように、濾過膜１６はセラミック等の硬質材料から成る。よって、上記した散気処理により撹拌された担体が濾過面１６Ａに接触しても、担体２３の接触により濾過面１６Ａが破損することは無い。

図２（Ｂ）を参照して、図２（Ａ）にて点線の円で囲んだ部分を拡大して示す断面図である。この図に示すように、濾過面１６Ａの表面に、活性汚泥を担持した担体２３から成る汚泥層２２が形成されても良い。この場合、濾過面１６Ａの閉塞を防止するために、濾過水を濾過膜１６に注入して汚泥層２２を濾過面１６Ａから離脱させる逆洗が必要となる。ここで、濾過面１６Ａに設けられる濾過孔１６Ｃの大きさは、担体２３よりも小さい。よって、濾過孔１６Ｃにより濾過孔１６Ｃが閉塞する恐れは小さい。

図３を参照して、排水処理装置１０を更に詳述する。ここでは、処理タンク１２に貯留された排水２４に、複数の濾過膜１６Ｄ、１６Ｅ、１６Ｆが、互いの濾過面が対向するように配置されている。複数の濾過膜を備えることで、装置全体としてのフラックスが大きく確保される。

本形態では、散気部２８に設けた散気孔１７Ａ等から排水２４に空気３０を発生させているが、散気孔１７Ａの場所は、担体２３の撹拌に適した箇所に配置される。

具体的には、紙面上にて最も左側に配置された濾過膜１６Ｄと処理タンク１２の側壁との間隙に、空気３０が侵入するように、散気孔１７Ａが設けられている。即ち、散気部２８の散気孔１７Ａは、この間隙の下方に配置されている。これにより、濾過膜１６Ｄと処理タンクの側壁との間で、空気３０が上昇し、これにより上方向に向く排水２４の水流と共に、担体２３も上方に移動する。よって、排水２４の内部で担体２３が撹拌される効果が得られる。

同様に、濾過膜１６Ｄ、１６Ｅおよび１６Ｆ同士の間隙の下方に、散気孔１７Ｂ、１７Ｃが設けられている。更に、右端に配置された濾過膜１６Ｆと処理タンク１２の側壁との間隙の下方に散気孔１７Ｄが配置されている。

上記した各図を参照して、上記した排水処理装置１０を用いて排水を浄化する方法を説明する。

先ず、図１（Ａ）を参照して、処理タンク１２の内部に外部から排水２４を導入する。本形態で浄化処理される排水は、下水等の有機性の被除去物が水に含まれたものである。下水そのものが処理タンク１２に導入されても良いが、沈殿処理等により大型の固形物が除去処理された下水が処理タンク１２に導入されても良い。処理タンク１２には、下水を濾過処理するための濾過膜１６が備えられており、この濾過膜１６は全体的に排水２４に浸漬された状態となる。

その後、排水２４に担体２３を導入して、散気部２８から空気３０を発生させる。発生される空気３０の量は、通常の膜分離活性汚泥法と同程度で良い。これにより、空気３０が上昇することにより、処理タンク１２の内部で排水２４、これに含まれる活性汚泥および担体２３が撹拌される。また、空気３０が排水２４に散気されることにより、排水２４に酸素が供給されて活性汚泥３２の活動が活発に成る。これにより、担体２３の表面に活性汚泥３２が担持され、活性汚泥が濃縮されて処理効率が向上する。

上記したように、本形態の担体２３は、比重が１よりも大きい微粒子から成るので、担体２３が排水２４の液面に浮上することが無く、排水２４の流動と共に担体２３は良好に撹拌される。

本形態では、上記したように、担体２３の材料として活性炭等の硬質材料が採用されているが、濾過膜１６としても硬質なセラミックが採用されているので、担体２３が接触することにより濾過膜１６が破損することが防止されている。

上記のように担体２３に活性汚泥３２が十分に担持されたら、ポンプ１８で濾過膜１６の内部空間に負圧を与えることにより、濾過膜１６で濾過された濾過水２６を系外に取り出す。ポンプ１８で与えられる負圧は圧力計２０で所定の範囲となるように制御される。取り出された濾過水は、その後に、沈殿処理、消毒処理等を経て外部に放出される。

１０ 排水処理装置
１２ 処理タンク
１４ ポンプ
１６ 濾過膜
１６Ａ 濾過面
１６Ｂ 空隙部
１６Ｃ 濾過孔
１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ 濾過膜
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ 散気孔
１８ ポンプ
２０ 圧力計
２２ 汚泥層
２３ 担体
２４ 排水
２６ 濾過水
２８ 散気部
３０ 空気
３２ 活性汚泥

Claims (5)

1. 活性汚泥を含む排水が貯留される処理タンクと、
   前記排水に浸漬される硬質濾過膜と、
   前記排水の内部にて前記硬質濾過膜の下方で気体を発生させる気体発生手段と、を備え、
   水よりも比重が大きい硬質材料から成る硬質担体を前記処理タンクに収納される前記排水に添加し、前記活性汚泥は前記硬質担体に担持されることを特徴とする排水処理装置。
2. 前記硬質濾過膜は、セラミックから成ることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
3. 前記硬質担体は、無機材料から成ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排水処理装置。
4. 前記硬質担体は、活性炭、ゼオライト、シリカまたは発泡ガラスから成ることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の排水処理装置。
5. 前記硬質担体の幅は、０．１μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の排水処理装置。
   

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