JP2016215165A - 水処理方法及び水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】散気管の目詰まりをより簡単に抑制できる水処理方法及び水処理装置を提供すること。【解決手段】水槽１１と、該水槽１１内に配置された膜モジュール１２と、該膜モジュール１２の下方に配置された散気管１３を備える水処理装置１における水処理方法であって、前記膜モジュール１２で分離された処理水を、前記散気管１３に供給する、水処理方法。水槽１１と、該水槽１１内に配置された膜モジュール１２と、該膜モジュール１２の下方に配置された散気管１３と、前記膜モジュール１２で分離された処理水を前記散気管１３に供給するための処理水供給管３１と、を備える水処理装置１。【選択図】図１

Description

本発明は、水処理方法及び水処理装置に関する。

近年、工業排水や生活排水等の排水の処理として、活性汚泥を含む被処理液が充填された水槽と、該水槽内に配置された膜モジュールと、膜モジュールの下方に配置された散気管を備えた水処理装置を用いた膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）による処理が種々検討されている。ＭＢＲによる処理では、前記被処理液が前記膜モジュールにより固液分離され水質の高い処理水が得られる。

ＭＢＲにおいて、膜モジュールにより被処理液の固液分離を継続して行うと、膜モジュールに配設された分離膜の表面が懸濁物質により目詰まりし、膜モジュールの膜間差圧が上昇し、膜モジュールによる固液分離で得られる単位時間当たりの処理水量が低下する。そこで、ＭＢＲにおいては、膜モジュールの下方に配置された散気管から気体を散気することによって気泡を生じさせ、該気泡の上昇によって形成される気泡と被処理液との気液混合流を分離膜の表面に接触させることにより、分離膜の表面に付着した汚泥等の懸濁物質を除去する洗浄を行いながら固液分離が行われている。

このようなＭＢＲにおいては、処理が継続されるにしたがって、水槽内の汚泥が散気管内に徐々に入り込んで乾燥し堆積物を生じることがあった。この堆積物は散気管を閉塞して散気を不安定にする原因となる。散気管からの散気が不安定になると、分離膜の表面に対して気泡を含む気液混合流を充分に接触させることが困難となり、分離膜の表面に付着した懸濁物質が充分に除去されなくなる。これにより膜モジュールの膜間差圧が上昇し、膜モジュールによる固液分離で得られる単位時間当たりの処理水量が低下する。
かかる問題に対して、従来、水槽内から散気管を引き上げて、散気管に堆積した堆積物を除去する洗浄が行われていた。しかし、散気管を引き上げて洗浄する洗浄方法は、時間がかかり洗浄コストも高くなる。特に、散気管と膜モジュールが一体化された装置の散気管を洗浄する場合には、該装置自体を水槽内から引き上げる必要があり、散気管の洗浄に要する時間及び洗浄コストが多大となる。

特許文献１には、散気を停止して散気管の先端開口および各噴出口から散気対象水（被処理液）を散気管内に逆流させ、この流入水によって噴出口付近に乾燥堆積した異物を湿潤化し、散気を再開して散気管内の散気対象水を先端開口から排出し、湿潤化した異物を散気対象水の掃流で除去する散気装置の洗浄方法が記載されている。
しかしながら、特許文献１の洗浄方法では、散気対象水を散気管内に流入させるために散気管内の圧力を大気開放させる必要があり、そのための分岐ノズルや弁の設置が必要になる。さらに、散気対象水には、汚泥等の懸濁物質が含まれるため散気管内に流入させた懸濁物質がそのまま散気管内に残留し乾燥して堆積する懸念もある。

特開２００２−３０７０９１号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、散気管の目詰まりをより簡単に抑制できる水処理方法及び水処理装置を提供することを目的とする。

本発明は以下の態様を有する。
［１］水槽と、該水槽内に配置された膜モジュールと、該膜モジュールの下方に配置された散気管を備える水処理装置を用いた水処理方法であって、前記膜モジュールで分離された処理水を、前記散気管に供給する、水処理方法。
［２］前記処理水を、前記膜モジュールに接続された処理水排出管から分岐した処理水供給管に取り入れて、前記散気管に供給する、［１］に記載の水処理方法。
［３］前記処理水を、前記散気管に接続されたブロアから送出された気体とともに前記散気管に供給する、［１］又は［２］に記載の水処理方法。
［４］散気管に供給する単位時間当たりの処理水量が、前記膜モジュールで分離された単位時間当たりの処理水量の０．５〜１０容量％である、［１］〜［３］のいずれかに記載の水処理方法。
［５］前記水処理方法が、膜分離活性汚泥法による水処理方法である、［１］〜［４］のいずれかに記載の水処理方法。
［６］水槽と、該水槽内に配置された膜モジュールと、該膜モジュールの下方に配置された散気管と、前記膜モジュールで分離された処理水を前記散気管に供給するための処理水供給管と、を備える水処理装置。
［７］前記膜モジュールは、該膜モジュールで分離された処理水を水槽外に排出する処理水排出管に接続され、前記処理水供給管は、前記処理水排出管から分岐するように接続され、前記処理水排出管から前記処理水供給管に処理水が取り入れられる、［６］に記載の水処理装置。
［８］前記散気管は、該散気管に気体を送給する送給管に接続され、前記処理水供給管は、前記送給管の途中に接続され、前記処理水供給管に取り入れられた処理水が前記送給管に送られる、［６］又は［７］に記載の水処理装置。
［９］前記水処理装置が、膜分離活性汚泥法による水処理装置である、［６］〜［８］のいずれかに記載の水処理装置。

本発明の水処理方法及び水処理装置によれば、水槽内に配置された散気管の目詰まりをより簡単に抑制できる。

本発明に係る水処理装置の一実施形態を示す概略構成図である。 散気管の一実施形態を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明の水処理方法について、実施形態例を示して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。

図１は、本発明の一実施形態の水処理方法に用いる水処理装置１の概略構成図である。
水処理装置１は、膜分離活性汚泥法による水処理装置である。
この実施形態の水処理装置１は、水槽１１と、前記水槽１１内に配置された膜モジュール１２と、前記膜モジュール１２の下方に配置された散気管１３と、前記膜モジュール１２で分離された処理水を排出する処理水排出管１５と、前記散気管１３に気体を送給する送給管２３と、前記処理水排出管１５から分岐し送給管２３の途中に接続された処理水供給管３１と、を備える。

＜水槽１１＞
水槽１１は、活性汚泥の作用により工業排水等の被処理液が生物処理されて生物処理水とされる槽である。水槽１１は、特に限定されないが、直方体状のもので、深さは、被処理液の水深が１ｍ以上となるように、１ｍを超えることが好ましい。
水槽１１には、排水が貯留された原水槽（図示せず）からの排水が供給される排水供給管４１が接続されている。
水槽１１内には、膜モジュール１２と、散気管１３とが配置されている。水槽１１内には、活性汚泥を含む被処理液が充填され、散気管１３からの散気により活性汚泥処理（生物処理）が行われる。生物処理された処理水は、膜モジュール１２により固液分離される。

＜膜モジュール１２＞
膜モジュール１２は、水槽１１内に配置される。前記膜モジュール１２には、処理水排出管１５が接続されている。
前記処理水排出管１５には、その流路の途中に膜モジュール１２の膜間差圧を検出する圧力計１６と、吸引ポンプ１７が設けられている。前記吸引ポンプ１７により、膜モジュール１２内が減圧とされ活性汚泥と処理水（透過水）とが固液分離される。さらに前記処理水が、処理水排出管１５を経て、水槽１１の外へ排出される。

膜モジュール１２としては、公知の分離膜（ろ過膜）を備えた公知の膜モジュールを用いることができる。
分離膜の種類としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）が好ましい。
分離膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、袋状膜等が挙げられる。これらのうち、容積ベースで比較した場合に膜面積の高度集積が可能であることから、中空糸膜が好ましい。

分離膜の材質としては、有機材料（セルロース、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレン等）、金属（ステンレス等）、無機材料（セラミック等）が挙げられる。分離膜の材質は、排水の性状等に応じて適宜選択される。

分離膜の孔径は、処理の目的に応じて適宜選択すればよい。ＭＢＲにおいて、分離膜の孔径は、０．００１〜３μｍが好ましい。孔径が０．００１μｍ未満では、膜の抵抗が大きくなりやすい。孔径が３μｍを超えると、汚泥を完全に分離することができないため、処理水（透過水）の水質が悪化するおそれがある。分離膜の孔径は、精密ろ過膜の範囲とされる０．０４〜１．０μｍがより好ましい。
膜モジュール１２は、水槽内１１内に１つ配備されてもよいし複数配備されてもよい。

＜散気管１３＞
散気管１３は、水槽１１内で、かつ、膜モジュール１２の下方に配置される。散気管１３には、ブロア２１から送出された気体を前記散気管１３に送給する送給管２３が接続されている。

散気管１３としては、特に限定されないが、例えば、図２に示す散気管１０１が挙げられる。
図２に示す散気管１０１は、ブロア２１からの気体が供給される水平方向に延びる主配管１０２と、前記主配管１０２に直接連結して水平方向に延びる複数の枝配管１０３と、を備える。
主配管１０２は、その一端がエルボ管（図示せず）を介して送給管２３に接続され、他端は、該他端近傍において下降管１２０が一体に設けられることで鉛直方向下方に開口し、開放口１２０ａを形成している。
枝配管１０３は、その一端が前記主配管１０２に接続され、他端は開口し、開口部１０７ａを形成している。枝配管１０３の側面には、１または複数の散気孔１０６が形成されている。枝配管１０３は、前記主配管１０２を水平に配した状態で、前記枝配管１０３の側面に形成された散気孔１０６が鉛直方向上方に向き、かつ、前記他端の開口部１０７ａは、前記枝配管１０３の他端の近傍に屈曲部が設けられることにより、鉛直方向下方に向くように構成されている。
前記枝配管１０３は、複数本設けられており、該枝配管１０３の全てがいずれも他の枝配管１０３と平行に配置されている。また、前記枝配管１０３は、前記主配管１０２を中心として左右対称に配置されている。
前記主配管１０２の断面形状は、図３に示すように、主配管１０２の上部側１２１を上に凸となる湾曲形状とし、下部を前記上部の両端にそれぞれ接続して鉛直方向下方に向かう一対の鉛直直線部１２３と、該一対の鉛直直線部１２３の下端部間を連結する水平直線部１２４とからなる形状とされている。前記枝配管１０３は、前記主配管１０２の下部の鉛直直線部１２３に連結されている。

図２の散気管１０１によれば、主配管１０２の一端に開放口１２０ａが設けられているため、散気を停止した場合にも前記開放口１２０ａから被処理液が主配管１０２内に流入し、主配管１０２内等に堆積した堆積物を湿潤状態に保つことができる。また、散気を再開した際に、主配管１０２内の湿潤状態の堆積物をブロア２１からの気体によって前記開放口１２０ａから容易に排出できる。さらに、主配管１０２の上部側１２１が上に凸となる湾曲形状に形成されているため、該上部側１２１に汚泥等が付着しにくく、また、汚泥等が付着しても主配管１０２内からの排出が容易となる。
主配管１０２及び枝配管１０３の材質としては、特に限定されないが、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂等の合成樹脂、ステンレス等の金属が挙げられる。
また、水処理装置１においては、膜モジュール１２と散気管１３とが一体化された膜ユニットが用いられてもよい。このような膜ユニットとしては、例えば特開２０１３−２０２５２４号公報に記載の膜ユニット等が挙げられる。

＜処理水供給管３１＞
処理水供給管３１は、その一端が処理水排出管１５から分岐するように接続され、他端が送給管２３の途中に接続されている。処理水供給管３１と処理水排出管１５の接続点、処理水供給管３１と送給管２３の接続点には、分岐弁３２、分岐弁３３がそれぞれ設けられている。

［水処理方法］
図１の水処理装置を用いた水処理方法を説明する。
水処理装置１を用いた水処理方法では、まず、原水槽（図示略）に貯留された排水が、排水供給管４１を経て水槽１１に供給される。
水槽１１においては、ブロア２１を作動して送出した気体を送給管２３を経由して散気管１３から吐出し、活性汚泥中の微生物に酸素を供給しながら活性汚泥処理法による処理が行われる。
さらに、水処理装置１においては、吸引ポンプ１７を作動させて膜モジュール１２内を減圧にすることによって、水槽１１内の被処理液を膜モジュール１２により固液分離し処理水（透過水）が得られる。この際、散気管１３からの気体を膜モジュール１２に配設された分離膜の表面に接触させることによって、分離膜（例えば中空糸膜等）の表面を洗浄しながら、効率よく固液分離を行うことができる。
前記処理水は、処理水排出管１５を経て水槽１１の外へ排出される。排出された処理水は、河川等に放流されたり、工業用水等として再利用される。

水処理装置１を用いた水処理方法では、上記処理水が、処理水排出管１５の途中に設けられた分岐弁３２により分流され、処理水供給管３１に取り入れられる。前記処理水供給管３１に取り入れられた処理水は、さらに分岐弁３３を経て送給管２３に送られる。前記分岐弁３２、３３は、例えば逆止弁で形成され、処理水供給管３１に取り入れられた処理水が処理水排出管１５に逆流することが防止される。
前記送給管２３に送られた処理水は、ブロア２１から送出された気体とともに散気管１３に供給され、散気管１３内に堆積した汚泥等の堆積物に付着して堆積物を湿潤状態にする。湿潤状態とされた堆積物は、散気管１３の内壁から剥離されやすく、ブロア２１から送出された気体等により剥離され散気管１３から水槽１１内へ排出される。これにより、散気管１３の目詰まりが抑制される。

散気管１３に供給される処理水量は、特に限定されず適宜に設定可能であるが、より高い効果が得られやすい点から、膜モジュール１２により分離されて得られる単位時間当たりの処理水量の０．５容量％以上とされるのが好ましく、０．７容量％以上とされるのがより好ましい。
一方、散気管１３に供給される処理水量が多いほど散気管１３に堆積した堆積物を湿潤状態にすることができるが、前記処理水量が多くなると水処理の処理効率が低下するため、かかる点からは、散気管１３に供給される処理水量は、膜モジュール１２により分離されて得られる単位時間当たりの処理水量の１０容量％以下とされるのが好ましく、５容量％以下とされるのがより好ましく、２容量％以下とされるのがさらに好ましい。

散気管１３に対する処理水の供給は、連続的に行われてもよいし、間欠的に行われてもよい。散気管１３の目詰まりの抑制効果により優れる点から、散気管１３に対する処理水の供給は、連続的に行われることが好ましい。
なお、散気管１３に供給される処理水量の調整、及び散気管１３に対する処理水の供給を連続的に行うか又は間欠的に行うかの調整は、分岐弁３２及び／又は分岐弁３３の開閉操作等により容易に調整される。

以上説明した本発明の一実施形態においては、膜モジュール１２により固液分離された処理水を散気管１３に供給することで、散気管１３内に堆積した堆積物を湿潤状態にできる。湿潤状態とされた堆積物は、散気管１３内から剥離されやすく、ブロア２１からの気体の圧力等により剥離され、水槽１１内に排出される。これにより、散気管１３の目詰まりが抑制される。
また、散気管１３の目詰まりが抑制されることで、散気管１３からの散気が安定し、分離膜の表面に気泡を含む気液混合流を充分に接触させることができる。これにより、分離膜の表面から汚濁物質を良好に除去でき、膜モジュール１２の膜間差圧の上昇が抑制され、かつ、膜モジュール１２で固液分離されて得られる単位時間当たりの処理水量が安定する。
上記一実施形態においては、膜モジュール１２により固液分離された処理水を分流し、処理水供給管３１を経由して散気管１３に供給できる。そのため、散気管を洗浄するための専用の洗浄装置等をあえて設置する必要がなく、コンパクトな水処理装置を構築できる。
また、上記一実施形態においては、膜モジュール１２で分離した処理水の一部を散気管１３に供給して散気管１３の目詰まりを抑制しながら、水槽１１内に散気管１３から散気を行い被処理液の水処理を行える。そのため、散気管１３を洗浄するために被処理液の水処理を停止する必要がなく、又はその回数を低減でき、水処理効率が高められる。さらに、散気管１３内に目詰まりが生じると、散気管１３から水槽１１内への散気量を確保するためにブロア２１の送気量を増加させる必要があり、そのための電力消費量が増え水処理コストが増大する。散気管１３の目詰まりが抑制されることでブロア２１の送気が安定し、かかる水処理コストの増大も回避できる。
さらに、上記一実施形態においては、汚泥等の懸濁物質が分離された処理水を散気管１３に供給できる。そのため、被処理液を散気管１３に流入させた場合のように懸濁物質が散気管１３内に残留して堆積する懸念がなく、散気管１３の目詰まり抑制効果がより高められる。

＜他の実施形態＞
本発明について、上記一実施形態を示して説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、上記一実施形態では、水槽１１内に膜モジュール１２が浸漬された浸漬型（一体型）の水処理装置１が用いられたがこれに限定されない。活性汚泥処理を行う活性汚泥処理槽と、膜モジュールが浸漬された膜分離槽とをそれぞれ設け、活性汚泥処理槽での生物処理後に膜分離槽で膜分離を行うようにした、いわゆる槽外型（別置型）の水処理装置とされてもよい。

上記一実施形態においては、活性汚泥処理が行われる水槽１１が１槽だけ設けられたが、これに限定されない。例えば、水槽１１と、これ以外の嫌気処理や活性汚泥処理が行われる１つ以上の槽とが組み合わされてもよい。
上記一実施形態においては、処理水供給管３１の一端が処理水排出管１５から分岐するように接続されたが、これに限定されない。例えば、処理水供給管３１の一端を、処理水排出管１５とは別に膜モジュール１２に接続し、膜モジュール１２で分離された処理水が処理水供給管３１に直接取り込まれるようにしてもよい。
また、上記一実施形態においては、処理水供給管３１の他端が送給管２３の途中に接続されたが、これに限定されない。例えば、処理水供給管３１の他端を、送給管２３とは別に散気管１３に接続し、処理水供給管３１に取り込まれた処理水が散気管１３に直接供給されるようにしてもよい。
また、分岐弁３２、３３の一方又は両方を省略し、例えば処理水供給管３１の途中に逆止弁が設けられてもよい。さらに、処理水供給管３１の途中にポンプが設けられてもよい。
また、水処理装置１の外に、散気管１３を洗浄するための洗浄装置を設け、前記洗浄装置からの洗浄液を処理水供給管３１に送り、前記洗浄液を処理水供給管３１に取り込まれた処理水とともに散気管１３に供給するようにしてもよい。
さらに、散気管１３の散気を一時的に停止し、被処理液を散気管１３内に流入させる散気管の洗浄処理が行われてもよい。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本実施例においては、図１に示した水処理装置１を用いて排水処理を行った。

＜実施例１＞
排水を水槽１１に供給し、以下の条件で活性汚泥処理を行った。
（活性汚泥処理の条件）
・気体の供給量：０．８ｍ^３／ｍｉｎ。
・気体の吐出圧力：３０ｋＰａ。
・水槽１１内の被処理液のＭＬＳＳ：１０，０００ｍｇ／Ｌ。
・膜モジュール１２の膜面積：１２５ｍ^２（膜面積２５ｍ^２の中空糸膜モジュール×５基）、膜の種類：ポリフッ化ビニリデンを主成分とする公称孔径０．４μｍの中空糸形状の精密ろ過膜。
・処理水（透過水）量：０．８ｍ^３／ｍ^２／日。
・送給管２３、処理水排出管１５、処理水供給管３１：６５Ａステンレス配管。

上記活性汚泥処理により得られた処理水に対して、単位時間当たり１容量％の量の処理水を散気管１３に供給しながら、３０日間継続して活性汚泥処理を行った。この間、膜モジュール１２の膜間差圧の上昇及び単位時間当たりの処理水量の低減は観察されなかった。また、活性汚泥処理を３０日間継続した後、散気管１３を水槽１１内から引き上げてその目詰まりの状態を目視で確認したところ目詰まりは確認されなかった。

＜比較例１＞
活性汚泥処理により得られた処理水を散気管１３に供給しなかったこと以外は、実施例１と同様の条件で活性汚泥処理を行った。活性汚泥処理を開始してから１５日間経過した時点で、膜モジュール１２の膜間差圧が上昇し処理水が安定的に得られなくなったため活性汚泥処理を中止した。散気管１３を水槽１１内から引き上げてその目詰まりの状態を目視で確認したところ、散気管１３内に乾燥した汚泥が堆積し目詰まりを生じていた。

１ 水処理装置
１１ 水槽
１２ 膜モジュール
１３、１０１ 散気管
１５ 処理水排出管
２３ 送給管
３１ 処理水供給管
１０２ 主配管
１０３ 枝配管
１０６ 散気孔

Claims (9)

1. 水槽と、該水槽内に配置された膜モジュールと、該膜モジュールの下方に配置された散気管を備える水処理装置を用いた水処理方法であって、
   前記膜モジュールで分離された処理水を、前記散気管に供給する、水処理方法。
2. 前記処理水を、前記膜モジュールに接続された処理水排出管から分岐した処理水供給管に取り入れて、前記散気管に供給する、請求項１に記載の水処理方法。
3. 前記処理水を、前記散気管に接続されたブロアから送出された気体とともに前記散気管に供給する、請求項１又は２に記載の水処理方法。
4. 散気管に供給する単位時間当たりの処理水量が、前記膜モジュールで分離された単位時間当たりの処理水量の０．５〜１０容量％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の水処理方法。
5. 前記水処理方法が、膜分離活性汚泥法による水処理方法である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の水処理方法。
6. 水槽と、該水槽内に配置された膜モジュールと、該膜モジュールの下方に配置された散気管と、前記膜モジュールで分離された処理水を前記散気管に供給するための処理水供給管と、を備える水処理装置。
7. 前記膜モジュールは、該膜モジュールで分離された処理水を水槽外に排出する処理水排出管に接続され、
   前記処理水供給管は、前記処理水排出管から分岐するように接続され、前記処理水排出管から前記処理水供給管に処理水が取り入れられる、請求項６に記載の水処理装置。
8. 前記散気管は、該散気管に気体を送給する送給管に接続され、
   前記処理水供給管は、前記送給管の途中に接続され、前記処理水供給管に取り入れられた処理水が前記送給管に送られる、請求項６又は７に記載の水処理装置。
9. 前記水処理装置が、膜分離活性汚泥法による水処理装置である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の水処理装置。

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