JP2015000370A

JP2015000370A - 水処理方法および水処理装置

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Publication number: JP2015000370A
Application number: JP2013125843A
Authority: JP
Inventors: 中原　禎仁; Sadahito Nakahara; 禎仁中原
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-01-05
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: JP6194650B2

Abstract

【課題】汚泥による配管の閉塞をより確実に防止することができる散気装置を提供する。【解決手段】有機物を含む被処理水を処理する水処理方法は、被処理水中の有機物を生物分解により処理する生物反応工程と、生物反応工程後の被処理水を、気泡供給口２２ａを有する気泡供給部２２を配置した水槽２１を備えた浮上分離部２０に供給し、加圧浮上分離により被処理水を濃縮汚泥Ｐｓと汚泥濃度が低下された二次被処理水とに分離する浮上分離工程と、二次被処理水を膜ろ過する膜ろ過工程とを備え、二次被処理水は、気泡供給口より低い位置から膜ろ過工程に送られる。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理方法、および当該水処理方法に適した水処理装置に関する。

有機物を含む排水の処理方法において、従来の標準活性汚泥法と比較し、ＭＢＲ（膜分離活性汚泥法）は有効な手段である。
近年、ＭＢＲにおいても、更なる省エネルギー化やコンパクト化、運転安定性などが求められており、マイクロバブル等の加圧浮上技術との組み合わせにより、使用するフィルターの閉塞を防止する方法が多数報告されている。

特許文献１には、生物処理槽中中空糸膜を浸漬し、ＭＢＲ化することに加え、気泡により水槽の上層部に汚泥を濃縮させることが記載されている。
特許文献２では、生物反応槽にて生物処理を行った後、加圧浮上分離を行うことで、濃縮汚泥と比較的濃度の低い汚泥の含まれる水とに分離し、この低濃度汚泥水を膜層へ導入して膜ろ過を行っている。濃縮された汚泥は生物処理槽に返送される。
特許文献３では、特許文献２と同様の手順で膜ろ過を行い、濃縮汚泥を別途設けられた嫌気槽へ導入している。

特開平１０−１２８４００号公報特開２００６−１６７５５１号公報特開２００８−２２１１６３号公報

上述の特許文献に記載の装置では、加圧浮上分離を行う槽から膜ろ過を行う槽へ処理水を送る配管が槽において比較的上側の位置にある。このため、分離が十分行われていない処理水が一部膜ろ過工程に送られてしまう可能性がある。その結果、膜ろ過を行う槽（膜槽）内の活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が高くなり、膜のろ過性能が十分発揮できなくなるという問題がある。

上記事情を踏まえ、本発明は、膜ろ過工程における汚泥濃度を低く抑えることができる水処理方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、膜ろ過を行う槽に送られる処理水の汚泥濃度を低く抑えることができる水処理装置を提供することである。

本発明の第一の態様は、有機物を含む被処理水を処理する水処理方法であって、前記被処理水中の前記有機物を生物分解により処理する生物反応工程と、前記生物反応工程後の前記被処理水を、気泡供給口を有する気泡供給手段を備えた処理槽に供給し、加圧浮上分離により濃縮汚泥と汚泥濃度が低下された二次被処理水とに分離する浮上分離工程と、前記二次被処理水を膜ろ過する膜ろ過工程とを備え、前記二次被処理水は、前記気泡供給口より低い位置から前記膜ろ過工程に送られる水処理方法である。

前記浮上分離工程において、前記被処理水が前記処理槽内の前記気泡供給口より高い位置に供給されてもよい。

本発明の第二の態様は、有機物を含む被処理水を処理する水処理装置であって、前記被処理水中の前記有機物を生物分解により処理する生物反応部と、処理槽と、前記処理槽内に配置されて気泡供給口を有する気泡供給手段とを有し、前記生物反応工程後の前記被処理水を、加圧浮上分離により濃縮汚泥と、汚泥濃度が低下された二次被処理水とに分離する浮上分離部と、前記二次被処理水を膜ろ過する膜ろ過部と、前記処理槽内の前記気泡供給口より低い位置に接続された、前記膜ろ過部へ前記二次被処理水を供給する二次被処理水供給配管とを備える水処理装置である。

上記水処理装置は、前記生物反応部内の前記被処理水を前記処理槽内の前記気泡供給口よりも高い位置に供給する供給路をさらに備えてもよい。
また、前記生物反応部と前記浮上分離部とは、中間槽を介して接続されており、前記生物反応物と前記中間槽とが上側及び下側で連通されてもよい。

本発明の水処理方法および水処理装置によれば、膜ろ過工程における汚泥濃度を低く抑えることができる。

本発明の一実施形態の水処理装置の構成を示す模式図である。同水処理装置の変形例を示す模式図である。同水処理装置の他の変形例を示す模式図である。

本発明の一実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１は、本実施形態の水処理装置１００の概略構成を示す模式図である。水処理装置１００は、本発明の水処理方法を好適に実行可能な水処理装置であり、被処理水Ｗが投入される生物反応槽（生物反応部）１０と、生物反応槽１０と接続された浮上分離槽（浮上分離部）２０と、浮上分離槽２０と接続された膜ろ過槽（膜ろ過部）３０とを備えている。

生物反応槽１０は、供給された被処理水に含まれる有機物を微生物に分解させて処理する（生物処理）ものであり、公知のものを適用することができる。必要に応じて、微生物を担持する流動担体や、被処理水に酸素を送り込むための散気機構１１等を設けてもよい。また、生物反応槽を複数の水槽で構成し、段階的に生物反応を行ってもよい。
生物反応槽１０は、第一配管（供給路）１１により浮上分離槽２０と接続され、生物処理後の被処理水が浮上分離槽２０に送られる。

浮上分離槽２０は、生物反応槽１０から供給される被処理水をたくわえる水槽（処理槽）２１と、水槽２１内に配置される気泡供給部２２とを備えている。生物反応槽１０と接続された第一配管１１は、水槽２１の上方に開口している。

気泡供給部２２は、気泡供給口２２ａを備えた公知の構成を有し、気泡を発生して被処理水中の汚泥に付着させ、汚泥を浮上分離させる。気泡供給部２２から発生する気泡の径（泡径）は、３０マイクロメートル（μｍ）以上５ミリメートル（ｍｍ）以下が好ましく、１００μｍ以上２ｍｍ以下とされるのがより好ましい。泡径が３０μｍ未満であると、気泡の上昇速度が低下して分離性能が低くなり、好ましくない。泡径が５ｍｍより大きくなると、気泡が汚泥に付着しにくくなり、分離性能の低下につながるため好ましくない。

気泡供給部２２の気泡供給口２２ａは、水槽２１内において、生物反応槽１０から被処理水が供給される第一配管１１の開口よりも低く、かつ底部から一定の高さの位置に配置される。例えば、第一配管１１の開口と気泡供給口２２ａとの高さの差を３０センチメートル（ｃｍ）〜７０ｃｍ程度、気泡供給口２２ａと水槽の底部との高さの差を１ｃｍ〜６０ｃｍ程度とすることができる。
第一配管１１の開口と気泡供給口２２ａとの高さの差は、開口から供給される被処理水が、落下や流入等の勢いで気泡供給口２２ａよりも下方に到達しない程度に設定するのが好ましい。
なお、本発明における気泡供給口は、散気管に気泡を放出する孔を形成した散気孔、開口した筒状の管の先端面のいずれであってもよい。また、気泡供給口が複数存在し、それらの鉛直方向における位置（高さ）が異なる場合は、最も低い気泡供給口を基準として供給路の高さを設定する。

分離処理済みの被処理水（以下、「二次被処理水」と称することがある。）は、第二配管（二次被処理水供給配管）２３から膜ろ過槽３０に送られる。第二配管２３は、気泡供給部２２が設けられる位置以下の高さに設けられ、気泡供給口２２ａよりも低い位置に設けられる。第二配管２３は水槽２１の底部付近に設けられても構わない。

膜ろ過槽３０は、水槽３１と膜モジュールユニット３２と、膜モジュールユニット３２の下方に配置された散気装置３３とを備えた公知の構成を有する。
膜モジュールユニット３２は、複数の膜モジュールを備えている。膜モジュールの構造には特に制限はなく、例えば中空糸膜等の膜エレメントを備えたものを用いることができる。
散気装置３３は、ブロワ等から気体が供給されて膜モジュールユニット３２に気泡を送り、膜モジュールユニットのろ過能の低下を防止する。散気装置３３についても、その構造等に特に制限はなく、公知の各種のものを採用することができる。

上記のように構成された水処理装置１００を用いて、本実施形態の水処理方法を実行する際の流れについて説明する。
まず装置外から処理対象の被処理水が生物反応槽１０に導入され、導入された被処理水に対して生物反応による処理が行われる（生物反応工程）。

生物反応工程後、被処理水は、第一配管１１を通って気泡供給部２２よりも高い位置から浮上分離槽２０内に供給される。供給された被処理水には、気泡供給部２２から気泡が供給され、気泡が汚泥に付着することにより浮上分離が行われる。
以上が浮上分離工程である。浮上分離工程において、浮上分離槽２０の水槽２１内では、上部に濃縮汚泥Ｐｓが蓄積する一方、汚泥の濃度の低い二次被処理水は、気泡供給部２２よりも下方の領域に貯留していく。

続いて、第二配管２３が開かれ、水槽２１内の被処理水が膜ろ過槽３０に送られる（抜液工程）。第二配管２３は、気泡供給口２２ａよりも低い位置に設けられているため、第二配管２３から排出される二次被処理水は、気泡によって攪拌されない。その結果、二次被処理水に汚泥が再度混入することなく汚泥濃度の低いまま膜ろ過槽３０に移動する。
抜液工程は、浮上分離工程と並行して行ってもよいし、浮上分離工程を終了させてから行ってもよい。浮上分離工程と並行する場合、気泡による攪拌と分離が行われている状態で二次被処理水を第二配管から排出するため、特に本発明のメリットが大きい。

膜ろ過槽３０に移動した被処理水は、膜モジュールユニット３２の膜モジュールによってろ過される（膜ろ過工程）。第二配管２３から導入される二次被処理水は、汚泥濃度が低い状態が好適に保持されているため、膜モジュールのろ過性能が低下しにくく、所望の性能を十分発揮して処理を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態の水処理方法および水処理装置１００によれば、気泡供給口２２ａより低い位置に設けられた第二配管２３から膜ろ過槽３０に二次被処理水が送られるため、汚泥濃度の低い状態で二次被処理水が膜ろ過工程に供される。その結果、膜ろ過工程において膜の汚染によるろ過性能の低下を好適に防ぎ、効率よく水処理を行うことができる。

さらに、気泡供給部２２が水槽２１の底部から一定の高さの位置に設けられているため、気泡供給部２２の下方に貯留する汚泥濃度の低い二次被処理水には気泡が当たらない。その結果、汚泥の再混入等がなく、汚泥濃度の低い状態を好適に保持することができる。

さらに、生物反応工程後の浮上分離工程において、被処理水が気泡供給口２２ａよりも高い位置から浮上分離槽２０に供給される。その結果、供給された被処理水にもれなく気泡を供給することができ、効率よく分離浮上を行うことができる。

本発明の水処理方法および水処理装置について、実施例を用いてさらに説明する。なお、実施例はあくまでも一例であり、実施例の具体的内容により本発明の技術的範囲は何ら制限されない。

（実施例）
（水処理装置構成）
生物反応槽１０として、容積２．５立方メートル（ｍ^３）のものを用いた。
浮上分離槽２０の水槽２１として、容積１ｍ^３（高さ１ｍ）のものを用いた。第一配管１１は、水槽２１の高さ９００ｍｍの位置で開口するように取り付け、気泡供給部２２は、気泡供給口２２ａの位置が高さ５００ｍｍとなるように設置した。第二配管２３は、高さ２０ｍｍの位置に開口するように設けた。
膜ろ過槽３０の水槽３１として、容積０．６ｍ^３（高さ１ｍ）のものを用いた。槽の底面に沿って散気装置３３を配置し、散気装置３３の上方に膜モジュールユニット３２を配置した。膜モジュールの膜は、三菱レイヨン（株）製のＭＦ中空糸膜（材質：ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ））を用いた。膜面積は５ｍ^３のエレメント２つで計１０ｍ^３とした。

（水処理方法の実行）
被処理水として、生活排水（ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）３０５ｍｇ／Ｌ）を用いた。ＭＬＳＳが約６０００ｍｇ／Ｌとなるように適宜汚泥引き抜きを実施した。気泡供給部２２から供給される気泡の泡径は、７００μｍ〜１．３ｍｍの範囲に設定した。
その他の条件は以下の通りである。
処理量７．２ｍ^３／日
膜フラックス１ｍ／日
配管等を含む初期差圧８キロパスカル（ｋｐａ）

上記条件で１０日間運転したところ、膜ろ過槽３０内の被処理水のＭＬＳＳは１５００ｍｇ／Ｌ前後で安定していた。また、差圧は１０日間運転後も９ｋｐａに維持されており、好適に水処理を継続することができた。

以上、本発明の各実施形態および実施例について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したり、各実施形態の構成を組み合わせたりすることが可能である。

例えば、本発明の水処理槽では、生物反応槽、浮上分離槽、および膜ろ過槽を必ずしも配管で接続しなくてもよい。
図２に示す変形例の水処理装置１００Ａでは、生物反応槽１０と浮上分離槽２０の水槽２１Ａとを中間槽５１を介して接続している。中間槽５１と水槽２１Ａの上部が隔壁で仕切られておらず、濃縮汚泥Ｐｓが中間槽５１および浮上分離槽２０にわたって層状に蓄積されている。このようにしても、水槽２１の上部であって気泡供給口２２ａより高い位置から被処理水が水槽２１Ａ内に供給される、すなわち中間槽５１の上部が供給路として機能するため、問題なく本発明の水処理方法を実行することができる。

図３に示す変形例の水処理装置１００Ｂでは、さらに生物反応槽１０と中間槽５１とが上部でもつながっている。浮上分離槽２０で分離された濃縮汚泥Ｐｓは、まず浮上分離槽２０側に蓄積されて、図３に矢印Ａで示すように、徐々に中間槽５１側に移動し、さらに生物反応槽１０側に移動する。その結果、濃縮汚泥Ｐｓは、図３に示すように浮上分離槽２０側が高い斜面状に蓄積する。
この変形例でも、水槽２１Ａの上部であって気泡供給部２２より高い位置から被処理水が水槽２１Ａ内に供給されるため、問題なく本発明の水処理方法を実行することができる。さらに、濃縮汚泥Ｐｓが生物反応槽１０まで移動可能であるため、汚泥の引き抜き頻度を少なくすることができ、好適に長時間運転を行うことができる。

１０生物反応槽（生物反応部）
１１第一配管（供給路）
２０浮上分離槽（浮上分離部）
２１、２１Ａ水槽（処理槽）
２２気泡供給部
２２ａ気泡供給口
２３第二配管（二次被処理水供給配管）
３０膜ろ過槽（膜ろ過部）
５１中間槽
１００、１００Ａ、１００Ｂ水処理装置
Ｐｓ濃縮汚泥

Claims

有機物を含む被処理水を処理する水処理方法であって、
前記被処理水中の前記有機物を生物分解により処理する生物反応工程と、
前記生物反応工程後の前記被処理水を、気泡供給口を有する気泡供給手段を備えた処理槽に供給し、加圧浮上分離により濃縮汚泥と汚泥濃度が低下された二次被処理水とに分離する浮上分離工程と、
前記二次被処理水を膜ろ過する膜ろ過工程と、
を備え、
前記二次被処理水は、前記気泡供給口より低い位置から前記膜ろ過工程に送られる、
水処理方法。
前記浮上分離工程において、前記被処理水が前記処理槽内の前記気泡供給口より高い位置に供給される、請求項１に記載の水処理方法。
有機物を含む被処理水を処理する水処理装置であって、
前記被処理水中の前記有機物を生物分解により処理する生物反応部と、
処理槽と、前記処理槽内に配置されて気泡供給口を有する気泡供給手段とを有し、前記生物反応工程後の前記被処理水を、加圧浮上分離により濃縮汚泥と、汚泥濃度が低下された二次被処理水とに分離する浮上分離部と、
前記二次被処理水を膜ろ過する膜ろ過部と、
前記処理槽内の前記気泡供給口より低い位置に接続された、前記膜ろ過部へ前記二次被処理水を供給する二次被処理水供給配管と、
を備える、水処理装置。
前記生物反応部内の被処理水を、前記処理槽内の前記気泡供給口よりも高い位置に供給する供給路をさらに備える、請求項３に記載の水処理装置。
前記生物反応部と前記浮上分離部とは、中間槽を介して接続されており、前記生物反応物と前記中間槽とが上側及び下側で接続されている、請求項３または４に記載の水処理装置。