JP2018047403A - Biological treatment apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biological treatment apparatus which can dissolve a large amount of oxygen in a reaction tank with low power consumption and exhibits good contact efficiency between sewage and microbes.SOLUTION: Multiple stages of oxygen permeable membrane modules 2a to 2c are arranged in a reaction tank 3. An oxygen-containing gas flows from a blower B through the oxygen permeable membrane modules 2a to 2c sequentially via pipes 4, 5, 6, and exits from a pipe 7. The reaction tank 3 has a water depth of 6 m or more, and at least part of the oxygen permeable membrane modules 2a to 2c is arranged at or below the water depth of 6 m. The pressure of the blower is less than a hydraulic pressure caused by the water depth in the reaction tank 3. The oxygen permeable membrane modules 2 have hollow fiber membranes.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、有機性排水の好気性生物処理装置に関する。   The present invention relates to an aerobic biological treatment apparatus for organic waste water.

好気性生物処理は安価であるため有機性廃水の処理法として多用されている。本方法では、被処理水への酸素の溶解が必要であり、通常は散気管による曝気が行われている。   Since aerobic biological treatment is inexpensive, it is frequently used as a treatment method for organic wastewater. In this method, it is necessary to dissolve oxygen in the water to be treated, and aeration with a diffuser is usually performed.

散気管による曝気は溶解効率が5−20%程度と低い。また、散気管の設置される水深にかかる水圧以上の圧力で曝気することが必要であり、高圧で多量の空気を送風するため、ブロアの電力費が問題であった。通常は、好気性生物処理における電力費の2/3以上が酸素溶解のために使用されている。   Aeration with a diffuser has a low dissolution efficiency of about 5-20%. In addition, it is necessary to aerate at a pressure higher than the water pressure applied to the water depth where the diffuser pipe is installed, and a large amount of air is blown at a high pressure, so the power cost of the blower has been a problem. Usually, more than 2/3 of the power cost in aerobic biological treatment is used for oxygen dissolution.

深層曝気槽は、装置の必要面積を小さくでき、さらに酸素の溶解効率が高いことから敷地面積が小さい工場や都市部の生物処理装置として多用されてきた。しかし、水深が5m以上、例えば10m程度の生物処理用深層曝気槽は、最底部から曝気する場合、高圧ブロアが必要でブロアの効率が悪く、電力コストが高くなるという欠点がある。また、汎用の中圧ブロアを使って曝気槽の中間部から曝気し、旋回流によって槽全体を撹拌、混合する場合もある。しかし、この方法では全面曝気に比べて酸素の溶解効率が低く、より電力コストが高くなる。   The deep aeration tank has been widely used as a biological treatment apparatus in factories and urban areas where the site area is small because the required area of the apparatus can be reduced and the dissolution efficiency of oxygen is high. However, the deep aeration tank for biological treatment having a water depth of 5 m or more, for example, about 10 m has a drawback that a high-pressure blower is required when aeration is performed from the bottom, and the efficiency of the blower is poor and the power cost is high. In addition, a general-purpose medium-pressure blower may be used to aerate from the middle of the aeration tank, and the entire tank may be stirred and mixed by a swirling flow. However, in this method, the oxygen dissolution efficiency is lower than that of full aeration, and the power cost is higher.

高圧ブロアを使う方式では、高圧ブロアの効率が悪いため電力コストが高い。また、汎用ブロアの旋回流方式では酸素の溶解効率が低いため電力消費量が多い。   In the system using a high-pressure blower, the efficiency of the high-pressure blower is low, so the power cost is high. The general-purpose blower swirling method uses a large amount of power because of low oxygen dissolution efficiency.

メンブレンエアレーションバイオリアクター(MABR)は、気泡の発生なしで酸素溶解できる。MABRでは、水深にかかる水圧よりも低い圧力の空気を通気すればよいため、ブロアの必要圧力が低く、また、酸素の溶解効率が高い。しかし、MABRは、気泡が発生しないため液の混合撹拌が困難であり、その結果、微生物と基質との接触が悪くなる為、処理効率が低下する。   The membrane aeration bioreactor (MABR) can dissolve oxygen without generating bubbles. In MABR, it is only necessary to ventilate air having a pressure lower than the water pressure applied to the water depth, so that the required pressure of the blower is low and the dissolution efficiency of oxygen is high. However, since MABR does not generate bubbles, it is difficult to mix and agitate the liquid. As a result, the contact between the microorganism and the substrate is deteriorated, and the processing efficiency is lowered.

これを改善するため、通常は間欠的(例えば10〜30分に1〜5分)に曝気して液を混合、撹拌して微生物と基質を接触させている。しかし、曝気するために大きなブロアが必要である。また、ブロアの撹拌効率が低いため、電力消費量が多くなる。   In order to improve this, the microorganisms and the substrate are usually brought into contact with each other by aeration intermittently (for example, 1 to 5 minutes every 10 to 30 minutes) to mix and stir the liquid. However, a large blower is required for aeration. Moreover, since the stirring efficiency of the blower is low, the power consumption is increased.

特開平11−162号公報JP-A-11-162

本発明は、低電力消費で反応槽に多量の酸素を溶解させることができ、また、排水と微生物の接触効率が良好である生物処理装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a biological treatment apparatus capable of dissolving a large amount of oxygen in a reaction tank with low power consumption and having good contact efficiency between waste water and microorganisms.

本発明の生物処理装置は、深層反応槽型の生物処理装置であって、反応槽と、該反応槽内に設置された酸素透過膜モジュールと、該酸素透過膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、を備え、酸素透過膜モジュールは、非多孔性の酸素透過膜を備えており、該膜は供給された酸素含有ガス中の酸素を槽内に透過させると共に、槽内において気泡を発生させないことを特徴とするものである。   The biological treatment apparatus of the present invention is a biological reaction apparatus of a deep reaction tank type, and supplies an oxygen-containing gas to a reaction tank, an oxygen permeable membrane module installed in the reaction tank, and the oxygen permeable membrane module. An oxygen-containing gas supply means, and the oxygen permeable membrane module includes a non-porous oxygen permeable membrane. The membrane allows oxygen in the supplied oxygen-containing gas to pass through the tank and In the method, bubbles are not generated.

本発明の一態様の生物処理装置では、前記反応槽が6m以上の水深を有する。   In the biological treatment apparatus of one embodiment of the present invention, the reaction tank has a water depth of 6 m or more.

本発明の一態様の生物処理装置では、前記酸素透過膜モジュールは、前記膜の少なくとも一部が、6m以上の水深となるように槽内に設置されている。   In the biological treatment apparatus of one aspect of the present invention, the oxygen permeable membrane module is installed in the tank so that at least a part of the membrane has a water depth of 6 m or more.

本発明の一態様の生物処理装置では、前記酸素透過膜モジュールは、前記膜の全体が、6m以上の水深となるように槽内に設置されている。   In the biological treatment apparatus of one aspect of the present invention, the oxygen permeable membrane module is installed in the tank so that the entire membrane has a water depth of 6 m or more.

本発明の一態様の生物処理装置では、前記酸素供給手段は、ブロアを備えており、該ブロアの圧力は前記反応槽の水深により生じる水圧よりも小さい。   In the biological treatment apparatus of one aspect of the present invention, the oxygen supply means includes a blower, and the pressure of the blower is smaller than the water pressure generated by the water depth of the reaction tank.

本発明の一態様の生物処理装置では、前記膜は、中空糸膜であり、前記酸素透過膜モジュールは、該中空糸膜の端部が連なるヘッダーを備えている。   In the biological treatment apparatus of one aspect of the present invention, the membrane is a hollow fiber membrane, and the oxygen permeable membrane module includes a header in which end portions of the hollow fiber membrane are continuous.

本発明の生物処理装置にあっては、反応槽の水深が6m以上であり、また、酸素透過膜モジュールを用いているので、酸素は膜透過により水中に効率よく溶解する。本発明では、酸素含有ガスを水中に吹き込む場合に比べ、ブロア圧力を低くすることができる。   In the biological treatment apparatus of the present invention, the water depth of the reaction tank is 6 m or more, and since the oxygen permeable membrane module is used, oxygen is efficiently dissolved in water by membrane permeation. In this invention, a blower pressure can be made low compared with the case where oxygen-containing gas is blown in water.

実施の形態に係る生物処理装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the biological treatment apparatus which concerns on embodiment. (a)は酸素供給透過膜モジュールの側面図、(b)は酸素供給透過膜モジュールの斜視図である。(A) is a side view of an oxygen supply permeable membrane module, (b) is a perspective view of an oxygen supply permeable membrane module. 中空糸膜モジュールの正面図である。It is a front view of a hollow fiber membrane module. 実施の形態に係る生物処理装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the biological treatment apparatus which concerns on embodiment. 中空糸膜の配列を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the arrangement | sequence of a hollow fiber membrane. 中空糸膜の配列を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the arrangement | sequence of a hollow fiber membrane. 中空糸膜モジュールの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of a hollow fiber membrane module. 中空糸膜モジュールの斜視図である。It is a perspective view of a hollow fiber membrane module. (a)は中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の配列を示す側面図、(b)はその平面図である。(A) is a side view which shows the arrangement | sequence of the hollow fiber membrane in a hollow fiber membrane module, (b) is the top view. 中空糸膜モジュールの側面図である。It is a side view of a hollow fiber membrane module. 中空糸膜モジュールの側面図である。It is a side view of a hollow fiber membrane module. 酸素溶解効率を示すグラフである。It is a graph which shows oxygen dissolution efficiency. 総括酸素移動係数を示すグラフである。It is a graph which shows a general oxygen transfer coefficient.

以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

本発明の生物処理装置は、下水、紙パルプ、化学、食品、自動車製造工程等の有機性排水を処理するのに好適な好気性生物処理装置であり、深槽型の反応槽内に酸素透過膜モジュールを配置している。図1(a)〜(d)はそれぞれ本発明の一例に係る生物処理装置1A〜1Dを示す縦断面図である。各生物処理装置1A〜1Dは、深槽型の反応槽3内に上下多段に配置された複数個の酸素透過膜モジュール2を備えている。この実施の形態では、酸素透過膜モジュール2は3段に設置されているが、酸素透過膜モジュール2は2〜8段に特に2〜4段に設置されることが好ましい。   The biological treatment apparatus of the present invention is an aerobic biological treatment apparatus suitable for treating organic wastewater such as sewage, paper pulp, chemistry, food, and automobile manufacturing process, and oxygen permeation into a deep tank type reaction tank. A membrane module is arranged. 1A to 1D are longitudinal sectional views showing biological treatment apparatuses 1A to 1D according to an example of the present invention. Each of the biological treatment apparatuses 1A to 1D includes a plurality of oxygen permeable membrane modules 2 arranged in multiple stages in a deep tank type reaction tank 3. In this embodiment, the oxygen permeable membrane module 2 is installed in three stages, but the oxygen permeable membrane module 2 is preferably installed in two to eight stages, particularly in two to four stages.

反応槽3は好ましくは6m以上、例えば6〜100m特に10〜20mの水深を有する。酸素透過膜モジュール2の少なくとも一部、特に酸素透過膜モジュール2の上端が、6m以上、例えば10〜20mの水深となるように設置されていることが好ましい。また、複数個設けられている場合には、少なくとも一つの酸素透過膜モジュール2の上端が、6m以上、例えば10〜20mの水深となるように設置されていることが好ましい。   The reaction vessel 3 preferably has a water depth of 6 m or more, for example 6 to 100 m, especially 10 to 20 m. It is preferable that at least a part of the oxygen permeable membrane module 2, particularly the upper end of the oxygen permeable membrane module 2, be installed so as to have a water depth of 6 m or more, for example, 10 to 20 m. When a plurality of oxygen permeable membrane modules 2 are provided, it is preferable that the upper end of at least one oxygen permeable membrane module 2 is installed so as to have a water depth of 6 m or more, for example, 10 to 20 m.

生物処理装置1A〜1Dにあっては、原水は反応槽3の上部に供給され、処理水が反応槽3の下部から取り出されてもよく、原水が反応槽3の下部に供給され、反応槽3の上部から処理水が取り出されてもよい。原水をディストリビュータによって反応槽3の下部に供給してもよく、このようにすると、プラグフローの上昇流が形成され易くなる。   In the biological treatment apparatuses 1A to 1D, raw water may be supplied to the upper part of the reaction tank 3, the treated water may be taken out from the lower part of the reaction tank 3, and the raw water is supplied to the lower part of the reaction tank 3, The treated water may be taken out from the upper part of 3. The raw water may be supplied to the lower part of the reaction tank 3 by a distributor, and in this way, an upward flow of the plug flow is easily formed.

酸素透過膜モジュール2は、非多孔質の酸素透過膜を備えており、膜を透過した酸素が反応槽3内の被処理水に溶解するので、反応槽3内において気泡が生じない。   The oxygen permeable membrane module 2 includes a non-porous oxygen permeable membrane, and oxygen that has permeated through the membrane is dissolved in the water to be treated in the reaction tank 3, so that no bubbles are generated in the reaction tank 3.

図1(a)では、ブロアBからの空気等の酸素含有ガスは、配管4によって最下段の酸素透過膜モジュール2cの上部に供給され、酸素透過膜モジュール2cの下部から流出し、配管5を介して上から2段目の酸素透過膜モジュール2bの上部に供給され、酸素透過膜モジュール2bの下部から流出し、配管6を介して最上段の酸素透過膜モジュール2aの上部に供給される。酸素透過膜モジュール2bの下部から流出したガスは、配管7を介して排出される。   In FIG. 1 (a), oxygen-containing gas such as air from the blower B is supplied to the upper part of the lowermost oxygen permeable membrane module 2c by the pipe 4, flows out from the lower part of the oxygen permeable membrane module 2c, and passes through the pipe 5 Then, it is supplied to the upper part of the second oxygen permeable membrane module 2b from the top, flows out from the lower part of the oxygen permeable membrane module 2b, and is supplied to the upper part of the uppermost oxygen permeable membrane module 2a via the pipe 6. The gas flowing out from the lower part of the oxygen permeable membrane module 2b is discharged through the pipe 7.

図1(b)の生物処理装置にあっては、ブロアBからの酸素含有ガスは、配管4によって最下段の酸素透過膜モジュール2cの上部に供給され、その下部から流出し、下から2段目の酸素透過膜モジュール2bの下部に供給され、その上部から流出し、次いで最上段の酸素透過膜モジュール2aの下部に供給され、その上部から配管7を介して排出される。   In the biological treatment apparatus of FIG. 1 (b), the oxygen-containing gas from the blower B is supplied to the upper part of the lowermost oxygen permeable membrane module 2c through the pipe 4, flows out from the lower part thereof, and comes into two stages from the lower part. It is supplied to the lower part of the oxygen permeable membrane module 2b of the eye, flows out from the upper part thereof, is then supplied to the lower part of the uppermost oxygen permeable membrane module 2a, and is discharged from the upper part through the pipe 7.

図1(c)の生物処理装置にあっては、ブロアBからの酸素含有ガスは、配管4によって最下段の酸素透過膜モジュール2cの下部に供給され、その上部から流出し、下から2段目の酸素透過膜モジュール2bの下部に供給され、その上部から流出し、次いで最上段の酸素透過膜モジュール2aの下部に供給され、その上部から配管7を介して排出される。   In the biological treatment apparatus of FIG. 1 (c), the oxygen-containing gas from the blower B is supplied to the lower part of the lowermost oxygen permeable membrane module 2c through the pipe 4, flows out from the upper part, and comes into two stages from the lower part. It is supplied to the lower part of the oxygen permeable membrane module 2b of the eye, flows out from the upper part thereof, is then supplied to the lower part of the uppermost oxygen permeable membrane module 2a, and is discharged from the upper part through the pipe 7.

図1(d)の生物処理装置にあっては、酸素含有ガスは、各酸素透過膜モジュール2a〜2cに並列に流れる。即ち、ブロアBからの酸素含有ガスは、配管4によって各酸素透過膜モジュール2a,2b,2cの上部に供給され、各々の下部から流出し、配管7を介して排出される。   In the biological treatment apparatus of FIG. 1 (d), the oxygen-containing gas flows in parallel to the oxygen permeable membrane modules 2a to 2c. That is, the oxygen-containing gas from the blower B is supplied to the upper part of each oxygen permeable membrane module 2 a, 2 b, 2 c through the pipe 4, flows out from the lower part of each, and is discharged through the pipe 7.

図1(a),(b)のように、酸素含有ガスが最下段の酸素透過膜モジュール2cの上部に供給され、該酸素透過膜モジュール2cの下部から流出し、その後、上側の酸素透過膜モジュール2b,2aに順次流れるように構成した生物処理装置にあっては、酸素透過膜モジュール内の凝縮水が抜け易い。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the oxygen-containing gas is supplied to the upper part of the lowermost oxygen permeable membrane module 2c, flows out from the lower part of the oxygen permeable membrane module 2c, and then the upper oxygen permeable membrane. In the biological treatment apparatus configured to flow sequentially to the modules 2b and 2a, the condensed water in the oxygen permeable membrane module is easy to escape.

図1(c)のように、酸素含有ガスが酸素透過膜モジュール2a〜2c内を上向きに流れるように構成した場合、酸素透過膜モジュール内の凝縮水が蒸発し易いものとなる。特に、酸素含有ガスとして乾燥度の高いガスを流すことにより、凝縮水が蒸発し易くなる。   As shown in FIG. 1C, when the oxygen-containing gas is configured to flow upward in the oxygen permeable membrane modules 2a to 2c, the condensed water in the oxygen permeable membrane module easily evaporates. In particular, by flowing a gas with high dryness as the oxygen-containing gas, the condensed water is easily evaporated.

図1(a)〜(c)のように、酸素含有ガスを最下段の酸素透過膜モジュール2cから順次に上段側の酸素透過膜モジュール2b,2aに流通させるようにした生物処理装置において、反応槽3内の被処理水の流れを上向流のプラグフローとすることにより、BOD濃度の高い原水側の被処理水ほど多くの酸素が供給されるので、負荷に応じた酸素供給量とすることができる。   As shown in FIGS. 1A to 1C, in a biological treatment apparatus in which an oxygen-containing gas is circulated sequentially from the lowermost oxygen permeable membrane module 2c to the upper oxygen permeable membrane modules 2b and 2a. By making the flow of water to be treated in the tank 3 into an upward flow plug flow, more oxygen is supplied to the water to be treated on the raw water side having a higher BOD concentration. be able to.

図1(d)のように、各酸素透過膜モジュール2a〜2cに並列に酸素含有ガスを流通させる場合、酸素含有ガスの圧力損失が少なく、省エネルギーとなる。なお、図1(d)において、原水側に配置される酸素透過膜モジュールほど(例えば、被処理水を上向流とする場合、下段側の酸素透過膜モジュールほど)酸素含有ガス流通量を多くするようにすることにより、負荷に応じた酸素供給量とすることができる。   As shown in FIG. 1D, when the oxygen-containing gas is circulated in parallel to each of the oxygen permeable membrane modules 2a to 2c, the pressure loss of the oxygen-containing gas is small and energy is saved. In FIG. 1D, the oxygen permeable membrane module disposed on the raw water side (for example, when the water to be treated is an upward flow, the oxygen permeable membrane module on the lower stage side) increases the oxygen-containing gas flow rate. By doing so, the oxygen supply amount according to the load can be obtained.

図1(a)〜(d)のいずれにおいても、被処理水の流れ方向において下流側の酸素透過膜モジュールほど、膜面積を小さくするか、又は膜の充填密度を低くするようにしてもよい。   In any of FIGS. 1A to 1D, the oxygen permeable membrane module on the downstream side in the flow direction of the water to be treated may have a smaller membrane area or a lower membrane packing density. .

酸素透過膜モジュール2の酸素透過膜は、中空糸膜、平膜、スパイラル膜のいずれでもよいが、中空糸膜が好ましい。膜の材質は通常MABRに使用される、シリコン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリウレタン等が使用できるが、シリコンが好適である。強度が高い、ノンポーラスポリマーでポーラス中空糸をコーティングしたコンポジット膜を用いてもよい。   The oxygen permeable membrane of the oxygen permeable membrane module 2 may be any of a hollow fiber membrane, a flat membrane, and a spiral membrane, but a hollow fiber membrane is preferable. As the material of the film, silicon, polyethylene, polyimide, polyurethane and the like which are usually used for MABR can be used, but silicon is preferable. A composite film having a high strength and a porous hollow fiber coated with a nonporous polymer may be used.

中空糸膜は、好ましくは内径0.05〜4mm特に0.2〜1mm、厚み0.01〜0.2mm特に0.02〜0.1mmである。内径がこれより小さいと通気圧力損失が大きく、大きいと表面積が小さくなって酸素の溶解速度が低下する。厚みが上記範囲より小さいと物理的な強度が小さくなり、破断しやすくなる。逆に、厚みが上記範囲よりも大きいと、酸素透過抵抗が大きくなって酸素溶解効率が低下する。   The hollow fiber membrane preferably has an inner diameter of 0.05 to 4 mm, particularly 0.2 to 1 mm, and a thickness of 0.01 to 0.2 mm, particularly 0.02 to 0.1 mm. If the inner diameter is smaller than this, the aeration pressure loss is large, and if it is larger, the surface area becomes smaller and the oxygen dissolution rate decreases. When the thickness is smaller than the above range, the physical strength is reduced and the film is easily broken. On the other hand, when the thickness is larger than the above range, the oxygen permeation resistance increases and the oxygen dissolution efficiency decreases.

中空糸膜の長さは0.5〜3m程度、特に1〜2m程度が好ましい。中空糸膜が長すぎると、生物膜が多量に付着した場合、破断したり、団子状に固まって表面積が小さくなり、酸素溶解効率が低下する、圧力損失が大きくなる等の問題が起こる。中空糸膜が過度に短いと、コストが高くなる。平膜、スパイラル膜の長さも同様の理由で0.5〜1.5mが好ましい。   The length of the hollow fiber membrane is preferably about 0.5 to 3 m, particularly preferably about 1 to 2 m. If the hollow fiber membrane is too long, when a large amount of biofilm adheres, problems such as breakage, solidification into a dumpling, a decrease in surface area, a decrease in oxygen dissolution efficiency, and an increase in pressure loss occur. If the hollow fiber membrane is too short, the cost increases. For the same reason, the length of the flat membrane and the spiral membrane is preferably 0.5 to 1.5 m.

図2は、酸素透過膜モジュール2の一例を示している。この酸素透過膜モジュール2は酸素透過膜として中空糸膜12を用いたものである。この実施の形態では、中空糸膜12は上下方向に配列されており、各中空糸膜12の上端は上部ヘッダー10に連なり、下端は下部ヘッダー11に連なっている。中空糸膜12の内部は、それぞれ上部ヘッダー10及び下部ヘッダー11内に連通している。各ヘッダー10,11は中空管状であり、略水平方向に平行に複数本配列されている。なお、平膜やスパイラル膜を用いる場合にも、上下方向に配列される。   FIG. 2 shows an example of the oxygen permeable membrane module 2. This oxygen permeable membrane module 2 uses a hollow fiber membrane 12 as an oxygen permeable membrane. In this embodiment, the hollow fiber membranes 12 are arranged in the vertical direction, and the upper end of each hollow fiber membrane 12 is connected to the upper header 10 and the lower end is connected to the lower header 11. The inside of the hollow fiber membrane 12 communicates with the upper header 10 and the lower header 11, respectively. Each of the headers 10 and 11 is a hollow tube, and a plurality of headers 10 and 11 are arranged in parallel in a substantially horizontal direction. Even when a flat film or a spiral film is used, they are arranged in the vertical direction.

各ヘッダー10の一端又は両端がマニホルド13に連結され、各ヘッダー11の一端又は両端がマニホルド14に連結されていることが好ましい。酸素透過膜モジュール2の上部に酸素含有ガスを供給し、酸素透過膜モジュール2の下部から排出する場合は、酸素含有ガスは上部ヘッダー10から中空糸膜12を通って下部ヘッダー11へ流れ、この間に酸素が中空糸膜12を透過して反応槽3内の水に溶解する。逆に、酸素透過膜モジュール2の下部に酸素含有ガスを供給し、上部から排出する場合は、下部ヘッダー11に酸素含有ガスが供給され、中空糸膜12を通って上部ヘッダー10から排出される。   One end or both ends of each header 10 are preferably connected to the manifold 13, and one end or both ends of each header 11 are preferably connected to the manifold 14. When oxygen-containing gas is supplied to the upper part of the oxygen permeable membrane module 2 and discharged from the lower part of the oxygen permeable membrane module 2, the oxygen-containing gas flows from the upper header 10 through the hollow fiber membrane 12 to the lower header 11, Oxygen permeates through the hollow fiber membrane 12 and dissolves in the water in the reaction vessel 3. Conversely, when oxygen-containing gas is supplied to the lower part of the oxygen permeable membrane module 2 and discharged from the upper part, the oxygen-containing gas is supplied to the lower header 11 and discharged from the upper header 10 through the hollow fiber membrane 12. .

図3は、フレーム15内に配置された酸素透過膜モジュール2の一例を示す正面図である。このフレーム15は、4隅にそれぞれ立設された4本の柱15aと、各柱15aの上端同士の間に架設された上梁15bと、各柱15bの下部同士の間に架設された下梁15cと、各柱15aの下端面に取り付けられた底座プレート15dとを有する。酸素透過膜モジュール2のマニホルド13,14をフレーム15に保持させることにより、酸素透過膜モジュール2がフレーム15内に設置される。   FIG. 3 is a front view showing an example of the oxygen permeable membrane module 2 arranged in the frame 15. The frame 15 includes four pillars 15a erected at the four corners, an upper beam 15b erected between the upper ends of the pillars 15a, and a lower erection between lower parts of the pillars 15b. It has the beam 15c and the base plate 15d attached to the lower end surface of each pillar 15a. By holding the manifolds 13 and 14 of the oxygen permeable membrane module 2 on the frame 15, the oxygen permeable membrane module 2 is installed in the frame 15.

このフレーム15を備えた酸素透過膜モジュール2は、反応槽3内に上下多段に設置することが容易である。即ち、下側の酸素透過膜モジュール2のフレーム15の上に、上側の酸素透過膜モジュール2の底座プレート15dを載せるようにして上側の酸素透過膜モジュール2を配置することができる。   The oxygen permeable membrane module 2 provided with the frame 15 can be easily installed in the reaction tank 3 in upper and lower stages. That is, the upper oxygen permeable membrane module 2 can be disposed on the frame 15 of the lower oxygen permeable membrane module 2 so that the bottom seat plate 15d of the upper oxygen permeable membrane module 2 is placed thereon.

本発明の一態様では、中空糸膜が上下方向に配列された中空糸膜モジュールを高さ1〜2m程度の高さの低い膜モジュールとし、これを2段以上、好ましくは4段以上に積層する。   In one aspect of the present invention, a hollow fiber membrane module in which hollow fiber membranes are arranged in the vertical direction is a membrane module having a low height of about 1 to 2 m, and is laminated in two or more stages, preferably four or more stages. To do.

このように中空糸膜の長さを短くし、高さを低くした中空糸膜モジュールを多段に積層することにより、低い圧力で酸素を溶解させることができる。   In this way, oxygen can be dissolved at a low pressure by stacking hollow fiber membrane modules in which the length of the hollow fiber membrane is shortened and the height is lowered in multiple stages.

中空糸膜に送風する酸素含有ガスの圧力は、中空糸膜の圧力損失よりわずかに高い程度、例えば5〜20%程度高い圧力がコスト面から好適である。   The pressure of the oxygen-containing gas blown to the hollow fiber membrane is preferably a pressure slightly higher than the pressure loss of the hollow fiber membrane, for example, about 5 to 20% higher from the viewpoint of cost.

中空糸膜に供給する圧力は水深と無関係に決めてよい。通常の散気装置は水深以上の圧力が必要であることから、本発明は反応槽の水深が深いほど有利である。   The pressure supplied to the hollow fiber membrane may be determined regardless of the water depth. Since a normal air diffuser requires a pressure higher than the water depth, the present invention is more advantageous as the water depth of the reaction vessel is deeper.

なお、上下方向のモジュールの配管接続によって、膜内の凝縮水や生物槽から膜内に溶解してくる炭酸ガスの影響が異なる。そのため、圧損、凝縮水、炭酸ガスを考慮した配管接続構造とすることが好ましい。   In addition, the influence of the carbon dioxide gas melt | dissolved in a film | membrane from the condensed water in a film | membrane or a biological tank changes with piping connection of the module of an up-down direction. Therefore, it is preferable to adopt a pipe connection structure that takes pressure loss, condensed water, and carbon dioxide into consideration.

本発明では、図4のように、反応槽3内に上下方向の仕切り20を設置し、反応槽3内に下降流部21と上向流部22とを設け、下降流部21及び上向流部22内にそれぞれ酸素透過膜モジュールを設置してもよい。図4では、下降流部21及び上向流部22にそれぞれ酸素透過膜モジュール2a〜2c,2d〜2fを3段に設置しているが、設置段数はこれに限定されない。   In the present invention, as shown in FIG. 4, a vertical partition 20 is installed in the reaction tank 3, and a downward flow portion 21 and an upward flow portion 22 are provided in the reaction tank 3. You may install an oxygen permeable membrane module in the flow part 22, respectively. In FIG. 4, the oxygen permeable membrane modules 2 a to 2 c and 2 d to 2 f are installed in three stages in the downward flow part 21 and the upward flow part 22, respectively, but the number of installation stages is not limited to this.

ブロアBからの酸素含有ガスを配管4,4a,4bを介して下降流部21内の最上段の酸素透過膜モジュール2aから順次に酸素透過膜モジュール2b,2cに流通させ、酸素透過膜モジュール2cの流出ガスを配管4cを介して上向流部22内の最下段の酸素透過膜モジュール2dに供給する。そして、配管4d,4eを介して順次に酸素透過膜モジュール2e,2fに流通させ、最上段の酸素透過膜モジュール2fの流出ガスを配管7から排出する。原水は、下降流部21の上部に供給され、下降流部21内を下降し、仕切り20の下端を回り込んで上向流部22内を上昇し、上向流部22の上部から処理水が取り出される。   The oxygen-containing gas from the blower B is circulated sequentially from the uppermost oxygen permeable membrane module 2a in the downflow portion 21 to the oxygen permeable membrane modules 2b and 2c via the pipes 4, 4a and 4b, and the oxygen permeable membrane module 2c. Gas is supplied to the lowermost oxygen permeable membrane module 2d in the upward flow portion 22 through the pipe 4c. Then, the oxygen permeable membrane modules 2e and 2f are sequentially passed through the pipes 4d and 4e, and the outflow gas of the uppermost oxygen permeable membrane module 2f is discharged from the pipe 7. The raw water is supplied to the upper part of the downward flow part 21, descends in the downward flow part 21, goes around the lower end of the partition 20 and rises in the upward flow part 22, and treats water from the upper part of the upward flow part 22. Is taken out.

図4では、下降流部21及び上向流部22内の酸素透過膜モジュール2a〜2fを直列に接続し、1台のブロアBによって酸素含有ガスを酸素透過膜モジュール2a〜2fに流通させるようにしているが、下降流部21の酸素透過膜モジュール2a〜2cと上向流部22の酸素透過膜モジュール2d〜2fとに別々のブロアから酸素含有ガスを流通させるようにしてもよい。   In FIG. 4, the oxygen permeable membrane modules 2 a to 2 f in the downflow portion 21 and the upward flow portion 22 are connected in series, and the oxygen-containing gas is circulated to the oxygen permeable membrane modules 2 a to 2 f by one blower B. However, the oxygen-containing gas may be circulated from separate blowers to the oxygen permeable membrane modules 2a to 2c of the downflow portion 21 and the oxygen permeable membrane modules 2d to 2f of the upward flow portion 22.

図4では、仕切り20の下端を反応槽3の底面よりも上位とし、仕切り20の上端を反応槽3内の水面から上方に突出させているが、逆に、仕切り20の下端を反応槽3の底面に当接させ、仕切り20の上端を反応槽3の水面位よりも下位としてもよい。   In FIG. 4, the lower end of the partition 20 is higher than the bottom surface of the reaction tank 3, and the upper end of the partition 20 protrudes upward from the water surface in the reaction tank 3, but conversely, the lower end of the partition 20 is the reaction tank 3. The upper end of the partition 20 may be lower than the water level of the reaction tank 3.

この場合、原水は上向流部の下部に供給され、上向流部内を上昇した後、仕切りの上側を回り込んで下降流部内に流入し、下降流部内を下降して下降流部の下部から処理水が取り出される。   In this case, the raw water is supplied to the lower part of the upward flow part, rises in the upward flow part, wraps around the upper side of the partition, flows into the downward flow part, and descends in the downward flow part to lower the lower flow part. Treated water is taken out of the water.

図示は省略するが、反応槽3内に複数の上向流部と下降流部とを設け、原水が下降流部→上向流部→下降流部→上向流部又は上向流部→下降流部→上向流部→下降流部のように流れるようにし、流路長を長くしてもよい。   Although illustration is omitted, a plurality of upward flow portions and downward flow portions are provided in the reaction tank 3, and the raw water is a downward flow portion → upward flow portion → downflow portion → upward flow portion or upward flow portion → The flow path length may be increased by causing the flow to flow in a downward flow portion → an upward flow portion → a downward flow portion.

本発明では、原水を上向流、または下向流で通水し、プラグフローとすることが好ましい。プラグフローの流れを利用して液と生物を接触させることにより、効率的な生物処理が可能となる。原水をディストリビュータを通して供給するとプラグフローが容易に形成される。   In the present invention, it is preferable to feed the raw water in an upward flow or a downward flow to form a plug flow. By using the flow of the plug flow to bring the liquid and the organism into contact, efficient biological treatment becomes possible. When raw water is supplied through a distributor, a plug flow is easily formed.

通常の好気性生物処理では、曝気するため、上向流、もしくは下向流のプラグフローを形成することはできなかった。しかし、MABRにおいては気泡が発生しないため、上下の液の乱れがなく、上向流、または下向流のプラグフローが容易に形成される。   In normal aerobic biological treatment, since aeration was performed, an upward flow or a downward flow plug flow could not be formed. However, since no bubbles are generated in MABR, there is no disturbance in the upper and lower liquids, and an upward flow or downward flow of plug flow is easily formed.

反応槽3内の被処理水のLVは、原水のBOD濃度によらず、4m/hr以上例えば4〜40m/hrが好ましく、8m/hr以上になれば十分な基質と微生物の混合が行われる。   The LV of the water to be treated in the reaction tank 3 is preferably 4 m / hr or more, for example 4 to 40 m / hr, regardless of the BOD concentration of the raw water, and if it becomes 8 m / hr or more, sufficient substrate and microorganisms are mixed. .

上記実施の形態では、図2,3のように、中空糸膜12を上下方向とし、原水(被処理水)が中空糸膜12に沿って上下方向に流れるものとしているが、少なくとも一部の酸素透過膜モジュールとして、図5のように水平なX方向に配列された中空糸膜12aと、これと直交する水平なY方向に配列された中空糸膜12bとを有する酸素透過膜モジュールを用いてもよい。この場合、中空糸膜12a,12bの上面側にスラッジ等が堆積することを防止するために、原水は上向流にて通水されることが好ましい。   In the above embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the hollow fiber membrane 12 is set in the vertical direction, and the raw water (treated water) flows in the vertical direction along the hollow fiber membrane 12. As the oxygen permeable membrane module, an oxygen permeable membrane module having hollow fiber membranes 12a arranged in the horizontal X direction as shown in FIG. 5 and hollow fiber membranes 12b arranged in the horizontal Y direction perpendicular thereto is used. May be. In this case, in order to prevent sludge and the like from accumulating on the upper surface side of the hollow fiber membranes 12a and 12b, the raw water is preferably passed in an upward flow.

図6は、かかるX,Y方向の中空糸膜12(12a,12b)を備えた酸素透過膜モジュールの一例を示す斜視図である。この酸素透過膜モジュール30Aは、Y方向に延在する平行な1対のヘッダー31,31と、これと直交するX方向に延在する1対のヘッダー32,32と、中空糸膜12とを有する。X方向の中空糸膜12aはヘッダー31,31間に架設され、Y方向の中空糸膜12bはヘッダー32,32間に架設されている。中空糸膜12a内はヘッダー31内に連通し、中空糸膜12b内はヘッダー32内に連通している。   FIG. 6 is a perspective view showing an example of an oxygen permeable membrane module including the hollow fiber membranes 12 (12a, 12b) in the X and Y directions. The oxygen permeable membrane module 30A includes a pair of parallel headers 31 and 31 extending in the Y direction, a pair of headers 32 and 32 extending in the X direction perpendicular to the header 31, and the hollow fiber membrane 12. Have. The X-direction hollow fiber membrane 12 a is constructed between the headers 31, 31, and the Y-direction hollow fiber membrane 12 b is constructed between the headers 32, 32. The hollow fiber membrane 12 a communicates with the header 31, and the hollow fiber membrane 12 b communicates with the header 32.

ヘッダー31,32の端部同士が連結されることにより、ヘッダー31,32は方形枠状となっているが、ヘッダー31,32の両端内部にはエンドプラグ等の閉塞部材(図示略)が設けられており、ヘッダー31,32内は遮断されている。酸素含有ガスは一方のヘッダー31に供給され、中空糸膜12aを通り、他方のヘッダー31に流入する。また、酸素含有ガスは一方のヘッダー32に供給され、中空糸膜12bを通り、他方のヘッダー32に流入する。   By connecting the end portions of the headers 31 and 32 to each other, the headers 31 and 32 have a rectangular frame shape. However, closing members (not shown) such as end plugs are provided inside both ends of the headers 31 and 32. The headers 31 and 32 are blocked. The oxygen-containing gas is supplied to one header 31, passes through the hollow fiber membrane 12 a, and flows into the other header 31. The oxygen-containing gas is supplied to one header 32, passes through the hollow fiber membrane 12 b, and flows into the other header 32.

図6では、中空糸膜12a,12bは図5の通り単に重なっているだけであるが、図7(a),(b)のように、X方向の中空糸膜12aとY方向の中空糸膜12bとを平織り状に編組みしてもよい。   In FIG. 6, the hollow fiber membranes 12a and 12b are simply overlapped as shown in FIG. 5, but as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), the hollow fiber membrane 12a in the X direction and the hollow fiber in the Y direction. The membrane 12b may be braided into a plain weave.

図6では、酸素透過膜モジュール30Aは直交2方向に延在する中空糸膜12a,12bを備えているが、図8のように、一方向にのみ平行に延在する中空糸膜12を1対のヘッダー33,33間に架設し、ヘッダー33,33の両端同士を棒状連結部材34で連結して方形枠状とした酸素透過膜モジュール30を用いてもよい。   In FIG. 6, the oxygen permeable membrane module 30A includes the hollow fiber membranes 12a and 12b extending in two orthogonal directions, but the hollow fiber membrane 12 extending in parallel only in one direction as shown in FIG. An oxygen permeable membrane module 30 that is installed between the pair of headers 33 and 33 and is connected to both ends of the headers 33 and 33 by rod-shaped connecting members 34 to form a rectangular frame shape may be used.

この場合、複数枚の酸素透過膜モジュール30を中空糸膜12の方向が交互に逆になるように重ね合わせて反応槽内に配置する。図8では、奇数段目(最上段及び上から3段目)の酸素透過膜モジュール30は、中空糸膜12がY方向に延在し、偶数段目(2段目)の酸素透過膜モジュール30は、中空糸膜12がX方向に延在している。図8では、酸素透過膜モジュール30が3段だけ示されているが、2段又は4段以上設置されてもよい。また、図8では酸素透過膜モジュール30が相互に離隔しているが、実際には図示よりも相互に接近して、例えば重ね合わせるようにして配置される。   In this case, a plurality of oxygen permeable membrane modules 30 are stacked in the reaction tank so that the directions of the hollow fiber membranes 12 are alternately reversed. In FIG. 8, the oxygen permeable membrane module 30 at the odd-numbered stage (the uppermost stage and the third stage from the top) has the hollow fiber membrane 12 extending in the Y direction, and the even-numbered (second stage) oxygen-permeable membrane module. 30, the hollow fiber membrane 12 extends in the X direction. Although only three stages of oxygen permeable membrane modules 30 are shown in FIG. 8, two stages or four or more stages may be installed. Further, although the oxygen permeable membrane modules 30 are separated from each other in FIG. 8, the oxygen permeable membrane modules 30 are actually arranged closer to each other than illustrated, for example, so as to overlap each other.

図9,10のように、複数枚の酸素透過膜モジュール30をフレーム15内に配置してユニットとしてもよい。図9では、1つのフレーム15内に、中空糸膜をX方向とした酸素透過膜モジュール30(以下、酸素透過膜モジュール30Xという。)と、中空糸膜をY方向とした酸素透過膜モジュール30(以下、酸素透過膜モジュール30Yという。)とを交互に多段に配列している。   As shown in FIGS. 9 and 10, a plurality of oxygen permeable membrane modules 30 may be arranged in the frame 15 as a unit. In FIG. 9, in one frame 15, an oxygen permeable membrane module 30 with the hollow fiber membrane in the X direction (hereinafter referred to as an oxygen permeable membrane module 30 </ b> X) and an oxygen permeable membrane module 30 with the hollow fiber membrane in the Y direction. (Hereinafter referred to as the oxygen permeable membrane module 30Y) are alternately arranged in multiple stages.

図10では、酸素透過膜モジュール30Xをフレーム15内に配置したユニットと、酸素透過膜モジュール30Yをフレーム15内に配置したユニットとを上下に積み上げるように配置している。図10では、ユニットが2段のみ示されているが3段以上設けられてもよい。
なお、これらの中空糸膜は、図5〜図8では1本ずつとなっているが、数本〜100本程度の束にしても良い。
In FIG. 10, the unit in which the oxygen permeable membrane module 30X is arranged in the frame 15 and the unit in which the oxygen permeable membrane module 30Y is arranged in the frame 15 are arranged so as to be stacked up and down. In FIG. 10, only two stages are shown, but three or more stages may be provided.
In addition, although these hollow fiber membranes are one by one in FIGS. 5 to 8, they may be bundles of several to 100.

中空糸膜を水平かつ網目状又は格子状に配置することにより、下部から上昇する被処理水は、網目又は格子を通過するときに撹拌、混合されて、中空糸膜に付着した微生物と接触する。被処理水が上昇するにつれ、また網目又は格子を通過するたびに被処理水は微生物と接触し、生物処理が進行する。また、上部から下降する場合も同様である。   By disposing the hollow fiber membrane horizontally and in a mesh or lattice, the water to be treated rising from the lower part is agitated and mixed when passing through the mesh or lattice and comes into contact with microorganisms attached to the hollow fiber membrane. . As the water to be treated rises and every time it passes through the mesh or lattice, the water to be treated comes into contact with microorganisms and biological treatment proceeds. The same applies when descending from the top.

中空糸膜を縦方向にのみ配置した場合、中空糸が大きな束になって水が優先的に通過する水の通り道ができたり、ショートパスが起こり易い。   When the hollow fiber membranes are arranged only in the longitudinal direction, the hollow fibers are formed into a large bundle and a water passage through which water preferentially passes is formed, or a short path is likely to occur.

中空糸膜を水平に、かつ網目状に配置することにより、増殖した微生物のスライムによって中空糸膜が塊になることが防止され、接触効率が高くなる。   By arranging the hollow fiber membranes horizontally and in a mesh shape, the hollow fiber membranes are prevented from becoming clumped by the slime of the grown microorganisms, and the contact efficiency is increased.

本発明では、被処理水が横向きに流れる反応槽をさらに設けてもよい。この場合は、被処理水の流れをプラグフローとするために、反応槽を細長くして、縦、横の長さ比を20:1以上とすることが好ましい。この場合の被処理水の横向きの線速度は上向流、下向流場合と同様、4m/hr以上が好ましい。   In this invention, you may further provide the reaction tank through which to-be-processed water flows sideways. In this case, in order to make the flow of water to be treated into a plug flow, it is preferable that the reaction tank is elongated and the ratio of length to width is 20: 1 or more. In this case, the lateral linear velocity of the water to be treated is preferably 4 m / hr or more as in the case of the upward flow and the downward flow.

このように被処理水を横向きに流す場合、少なくとも一部の酸素透過膜モジュールとして、図11のように、上下方向の中空糸膜12cと水平方向の中空糸膜12dとを格子状に配列したものを用い、原水が格子を貫く水平方向に流れるように構成してもよい。格子状の代りに網目状の中空糸膜モジュールを用いてもよい。   When the water to be treated is flowed sideways in this way, as at least a part of the oxygen permeable membrane module, as shown in FIG. 11, the vertical hollow fiber membranes 12c and the horizontal hollow fiber membranes 12d are arranged in a lattice pattern. It may be configured so that raw water flows in the horizontal direction through the lattice. A network-like hollow fiber membrane module may be used instead of the lattice shape.

次に、本発明で用いる酸素含有ガス、ブロア等の好適例について説明する。   Next, preferred examples of the oxygen-containing gas and blower used in the present invention will be described.

<酸素含有ガス>
酸素含有ガスは空気、酸素富化空気、純酸素等、酸素を含む気体であればよい。通気する気体はフィルターを通過させて微細粒子を除去することが望ましい。
<Oxygen-containing gas>
The oxygen-containing gas may be a gas containing oxygen, such as air, oxygen-enriched air, or pure oxygen. It is desirable that the gas to be vented pass through a filter to remove fine particles.

通気量は生物反応に必要な酸素量の等量から2倍程度が望ましい。これよりも少ないと酸素不足で処理水中にBODやアンモニアが残存し、多いと通気量が不必要に多くなることに加えて圧力損失が高くなるため、経済性が損なわれる。   The amount of aeration is preferably about twice the amount of oxygen required for biological reactions. If it is less than this, BOD and ammonia will remain in the treated water due to insufficient oxygen, and if it is greater, the air flow will be unnecessarily increased and the pressure loss will be increased, so the economy will be impaired.

通気圧力は所定の通気量で生ずる中空糸の圧力損失よりもわずかに高い程度が望ましい。   The aeration pressure is desirably slightly higher than the pressure loss of the hollow fiber generated at a predetermined aeration amount.

<ブロア>
ブロアは、吐出風圧が水深からくる水圧以下のもので十分である。但し、配管等の圧損以上であることは必要である。通常、配管抵抗は1〜2kPa程度である。
<Blower>
As the blower, it is sufficient that the discharge wind pressure is equal to or lower than the water pressure coming from the water depth. However, it is necessary to be more than the pressure loss of piping. Usually, the pipe resistance is about 1 to 2 kPa.

5mの水深の場合、通常は0.55MPa程度までの出力の汎用ブロアが用いられ、それ以上の水深では高圧ブロアが用いられてきている。   In the case of a water depth of 5 m, a general-purpose blower with an output of up to about 0.55 MPa is usually used, and a high-pressure blower has been used at a water depth higher than that.

本発明では、5m以上の水深であっても0.5MPa以下の圧力の汎用ブロアを用いることができ、0.1MPa以下の低圧ブロアを用いることが好ましい。   In the present invention, a general purpose blower having a pressure of 0.5 MPa or less can be used even at a water depth of 5 m or more, and a low pressure blower of 0.1 MPa or less is preferably used.

酸素含有ガスの供給圧は、中空糸膜の圧力損失より高く、水深圧力よりも低いこと、さらに膜が水圧でつぶれないこと、が条件となる。平膜、スパイラル膜は膜の圧損が水圧と比較すると無視できるため、極めて低い圧力、5kPa程度以上、水圧以下、望ましくは20kPa以下である。   The supply pressure of the oxygen-containing gas is required to be higher than the pressure loss of the hollow fiber membrane, lower than the water depth pressure, and further, the membrane should not be crushed by water pressure. Since the pressure loss of the flat membrane and the spiral membrane is negligible compared to the water pressure, the pressure is very low, about 5 kPa or more, water pressure or less, preferably 20 kPa or less.

中空糸膜の場合、内径と長さによって圧力損失は変化する。通気する空気量は膜1mあたり20mL〜100mL/dayであるから、膜長さが2倍になると空気量は2倍になり、膜径が2倍になっても空気量は2倍にしかならない。したがって、膜の圧力損失は膜長さに正比例し、直径に反比例する。 In the case of a hollow fiber membrane, the pressure loss varies depending on the inner diameter and length. Since the amount of air to be aerated is 20 mL to 100 mL / day per m 2 of membrane, the amount of air doubles when the membrane length is doubled, and the amount of air is only doubled even when the membrane diameter is doubled. Don't be. Therefore, the pressure loss of the membrane is directly proportional to the membrane length and inversely proportional to the diameter.

圧力損失の値は、内径50μm、長さ2mの中空糸で3〜20kPa程度である。   The value of pressure loss is about 3 to 20 kPa for hollow fibers having an inner diameter of 50 μm and a length of 2 m.

本発明者の実験によると、通気圧力を11〜140kPa、通気量を240〜460mL/min変化させた結果、酸素溶解速度はほとんど変化しないことが認められた。   According to the experiment of the present inventor, it was confirmed that the oxygen dissolution rate hardly changed as a result of changing the aeration pressure to 11 to 140 kPa and the aeration amount to 240 to 460 mL / min.

本発明では、酸素溶解効率を30〜100%特に40〜60%となるようにすることが好ましい。   In the present invention, the oxygen dissolution efficiency is preferably 30 to 100%, particularly 40 to 60%.

図12は、中空糸膜の膜面積1.5m、12g−O/m/dayの供給力を持つ中空糸膜モジュールを用い、70mL/minで、11〜140mBarで空気を供給することで、60%の溶解効率で運転した場合の酸素溶解効率の一例を示すグラフである。図12の1/11〜1/31の間のカーブは、中空糸膜への生物膜の付着によって酸素が消費されることに起因する。酸素溶解効率のばらつきは、生物膜による消費やBOD(COD)負荷量の変動によって生じる。 FIG. 12 shows a hollow fiber membrane module having a membrane area of 1.5 m 2 , 12 g-O 2 / m 2 / day, and supplying air at a rate of 11 to 140 mBar at 70 mL / min. And it is a graph which shows an example of oxygen dissolution efficiency at the time of driving | running with 60% dissolution efficiency. The curve between 1/11 and 1/31 in FIG. 12 is attributed to the consumption of oxygen due to the attachment of the biofilm to the hollow fiber membrane. Variations in oxygen dissolution efficiency occur due to consumption by biofilms and fluctuations in BOD (COD) load.

中空糸膜の入口の酸素濃度が20%(空気中)で、出口の酸素濃度が10%(膜を透過することで減少)であれば、酸素溶解効率は50%となる。風量を上げると、十分な量の酸素が供給されるため溶解効率は下がる。逆に風量を下げると、入口部分で酸素が透過し尽くし、溶解効率は100%に近づく。   If the oxygen concentration at the inlet of the hollow fiber membrane is 20% (in the air) and the oxygen concentration at the outlet is 10% (decreases by passing through the membrane), the oxygen dissolution efficiency is 50%. When the air volume is increased, a sufficient amount of oxygen is supplied, so that the dissolution efficiency decreases. Conversely, when the air volume is lowered, oxygen permeates through the inlet portion, and the dissolution efficiency approaches 100%.

本発明の生物処理装置の諸元を設定する場合、水深とブロア圧力を決めた後に、溶解効率を決定し、それに見合う膜面積を決定し、風量を決定するのが好ましい。膜面積と風量の決定は逆でもよい。   When setting the specifications of the biological treatment apparatus of the present invention, it is preferable to determine the water depth and blower pressure, then determine the dissolution efficiency, determine the membrane area commensurate with it, and determine the air volume. The determination of membrane area and air volume may be reversed.

なお、kLa(総括酸素移動係数)は、一般的には高いほうが好ましいが、酸素透過膜を用いる場合では、圧力を上げても、膜の性能以上にはならない。そのため、風量を変化させて溶解量を制御したり、膜面積を増やしたりする必要がある。   In general, kLa (overall oxygen transfer coefficient) is preferably higher. However, when an oxygen permeable membrane is used, even if the pressure is increased, it does not exceed the performance of the membrane. Therefore, it is necessary to control the amount of dissolution by changing the air volume or increase the membrane area.

図13の上側のグラフは、水深60cmの水槽(略同長さの中空糸膜を縦に配置)に中空糸膜モジュールを設置し、酸素の供給圧力を変化させた際のkLaを示し、図13の下側のグラフは、水深5mの水槽に、60cmの中空糸膜を縦に配置した中空糸膜モジュールを設置し、酸素供給圧力を変化させた際のkLaを示す。   The upper graph of FIG. 13 shows kLa when a hollow fiber membrane module is installed in a water tank (substantially the same length of hollow fiber membranes are arranged vertically) at a water depth of 60 cm and the oxygen supply pressure is changed. The lower graph of 13 shows kLa when a hollow fiber membrane module in which a 60 cm hollow fiber membrane is vertically arranged is installed in a water tank having a water depth of 5 m and the oxygen supply pressure is changed.

いずれも、水深より低い圧力でも酸素が透過していることから、水圧以下の圧力で供給するブロアが使用できる。   In any case, since oxygen permeates even at a pressure lower than the water depth, a blower supplied at a pressure lower than the water pressure can be used.

また、水深によって、kLaがほとんど変化しない。   Moreover, kLa hardly changes with the water depth.

なお、図13中の■を結ぶ直線は、散気板を用いた際の理論線であり、kLaが風量と圧力に依存することを示す。そのため、水深圧以上の圧力をかけないと、散気管から槽内へ気泡は出てこない。   The straight line connecting the black squares in FIG. 13 is a theoretical line when using a diffuser plate, and indicates that kLa depends on the air volume and pressure. Therefore, bubbles do not come out from the diffuser tube into the tank unless pressure higher than the water depth is applied.

5m以上の水深を有する深層曝気の場合には、通常の気泡を発生させる散気装置では高圧ブロアを用いる必要があったが、その際の圧損(空気漏れ等)の影響で、水深の浅い場合に比較して、より一層要求される圧力/水圧の傾きは大きくなる。   In the case of deep aeration with a water depth of 5 m or more, it was necessary to use a high-pressure blower in the diffuser that generates normal bubbles, but when the water depth is shallow due to the effect of pressure loss (air leakage, etc.) In comparison with the above, the required pressure / water pressure gradient becomes larger.

したがって、非多孔性の酸素透過膜を用いることで、10〜20m、それ以上の深層曝気であっても、低圧ブロアや汎用ブロアを用いることで、槽内に十分な酸素を供給することが可能である。   Therefore, by using a non-porous oxygen permeable membrane, it is possible to supply sufficient oxygen into the tank by using a low-pressure blower or a general-purpose blower even in deep layer aeration of 10 to 20 m or more. It is.

1A〜1E 生物処理装置
2,30,30A 酸素透過膜モジュール
10,11,31,32,33 ヘッダー
12,12a〜12d 中空糸膜
13,14 マニホルド
15 フレーム
20 仕切り
21 下降流部
22 上向流部
34 連結部材
1A to 1E Biological treatment device 2, 30, 30A Oxygen permeable membrane module 10, 11, 31, 32, 33 Header 12, 12a to 12d Hollow fiber membrane 13, 14 Manifold 15 Frame 20 Partition 21 Downflow portion 22 Upflow portion 34 Connecting members

Claims (6)

深層反応槽型の生物処理装置であって、
反応槽と、
該反応槽内に設置された酸素透過膜モジュールと、
該酸素透過膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
を備え、
酸素透過膜モジュールは、非多孔性の酸素透過膜を備えており、該膜は供給された酸素含有ガス中の酸素を槽内に透過させると共に、槽内において気泡を発生させないことを特徴とする生物処理装置。
A biological reactor of a deep reaction tank type,
A reaction vessel;
An oxygen permeable membrane module installed in the reaction vessel;
Oxygen-containing gas supply means for supplying an oxygen-containing gas to the oxygen permeable membrane module;
With
The oxygen permeable membrane module includes a non-porous oxygen permeable membrane, and the membrane permeates oxygen in the supplied oxygen-containing gas into the tank and does not generate bubbles in the tank. Biological treatment equipment.
前記反応槽が6m以上の水深を有することを特徴とする請求項1に記載の生物処理装置。   The biological treatment apparatus according to claim 1, wherein the reaction tank has a water depth of 6 m or more. 前記酸素透過膜モジュールは、前記膜の少なくとも一部が、6m以上の水深となるように槽内に設置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の生物処理装置。   The biological treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein the oxygen permeable membrane module is installed in a tank so that at least a part of the membrane has a water depth of 6 m or more. 前記酸素透過膜モジュールは、前記膜の全体が、6m以上の水深となるように槽内に設置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の生物処理装置。   The biological treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein the oxygen permeable membrane module is installed in a tank so that the entire membrane has a water depth of 6 m or more. 前記酸素供給手段は、ブロアを備えており、該ブロアの圧力は前記反応槽の水深により生じる水圧よりも小さいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の生物処理装置。   The biological treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxygen supply means includes a blower, and a pressure of the blower is smaller than a water pressure generated by a water depth of the reaction tank. 前記膜は、中空糸膜であり、前記酸素透過膜モジュールは、該中空糸膜の端部が連なるヘッダーを備えている請求項1〜5のいずれか1項に記載の生物処理装置。   The biological treatment apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the membrane is a hollow fiber membrane, and the oxygen permeable membrane module includes a header in which ends of the hollow fiber membranes are continuous.
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