JP4055077B2

JP4055077B2 - 膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法

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Publication number: JP4055077B2
Application number: JP2003322860A
Authority: JP
Inventors: 清和武村; 真人大西; 一彦能登
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP2005087829A

Description

本発明は膜分離式活性汚泥処理装置に係り、特に処理槽内に膜ユニットを浸漬した膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法に関する。

この種の膜分離式活性汚泥処理装置として、粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段とを備えたものが知られている（例えば，特許文献１参照。）。
図３はその概略構成を示す模式図である。処理槽１内には活性汚泥が高濃度に保持されており、被処理水２を好気的に処理する。処理槽１内には膜ユニット３が浸漬されている。膜ユニット３の下方には粗大気泡散気手段４が配置されている。粗大気泡散気手段４の下方にはさらに微細気泡散気手段５が配置されている。管路８から流入した被処理水２が処理槽１内に高濃度に保持した活性汚泥によって好気的に生物処理される。生物処理によって、被処理水２中の有機性物質が酸化分解し、被処理水２は浄化される。膜ユニット３は、複数枚の鉛直状の平膜３Ａが間隔を空けて平行に配列された構造とされる。この膜ユニット３によって被処理水２が膜分離される。膜ユニット３を透過した被処理水２は膜ユニット３の二次側から排出管路９を介し処理水排出手段６により処理水７として装置外に排出される。

粗大気泡散気手段４から散気された粗大気泡には主に３つの作用がある。第１の作用は平膜３Ａに対する膜面洗浄作用である。粗大気泡はその浮力によって膜ユニット３の平膜３Ａ相互の間隙を上昇し、その上昇過程で平膜３Ａの膜面を擦る。その結果、膜分離されて膜面に付着した活性汚泥などの懸濁分離物が膜面から剥離し洗われる。また、粗大気泡のエアリフト作用によって平膜３Ａ相互の間隙には被処理水の上向流が生起される。この被処理水の上向流によっても膜面の洗浄が行われる。第２の作用は被処理水に対する酸素供給作用である。粗大気泡が被処理水と接触する過程で、気泡中の酸素が被処理水に溶解する。被処理水に溶解した酸素が活性汚泥による生物処理に必要な酸素源として利用される。第３の作用は旋回流の形成作用である。上記したように散気された粗大気泡のエアリフト作用によって平膜３Ａ相互の間隙には被処理水の上向流が生起され、この上向流の生起に伴い、処理槽１内には矢印Ｆで示したような旋回流が形成される。この旋回流によって、被処理水と活性汚泥が十分に混合接触し、活性汚泥による生物処理が効率よく進行する。また、旋回流によって被処理水が万遍なく膜ユニット３を通過することになり、安定した膜分離が行われる。

活性汚泥は膜分離により処理槽１内に残存するため、処理槽１内には活性汚泥が高濃度に維持される。したがって、この種の膜分離式活性汚泥処理装置は高負荷の運転が可能であり、酸素の消費速度も速い。このため、粗大気泡散気手段４から散気された粗大気泡によって被処理水に溶解する酸素だけでは生物処理に必要な酸素を賄えず、被処理水中の溶存酸素が不足する場合がある。すなわち、粗大気泡はエアリフト力が大きいので前記した膜面洗浄作用や旋回流の形成作用には有効である。反面、単位体積当たり気泡表面積が小さいので、被処理水に対する酸素溶解効率が低い欠点がある。一方、微細気泡散気手段５から散気される微細気泡は単位体積当たり気泡表面積が大きいので、被処理水に対する酸素溶解効率が高い。このため、不足する被処理水中の溶存酸素を補うために有効である。

したがって、この種の膜分離式活性汚泥処理装置では、粗大気泡散気手段４と微細気泡散気手段５のそれぞれからの散気量を適正に配分することによって、効率の良い運転を行うようにしている。

ところで、膜分離式活性汚泥処理装置においては被処理水の流入量が大きく変動するケースが多い。例えば被処理水が生活系の下水である場合、夜間の流入量は日中に比べると、著しく減少する。このような被処理水の流入量が少ない時間帯において膜ユニット３での膜分離を継続し、処理水排出手段６によって処理水を排出し続けると仮定する。すると、処理槽１の液面が低下して被処理水に対する活性汚泥の濃度が著しく高まり、終には運転不能の状態になる。したがって、このような事態が起きないように、被処理水の流入量が少ない時間帯では処理水排出手段６の駆動を停止して膜ユニット３での膜分離を行わない。すなわち、膜ユニット３の運転を停止するようにしていた。また、膜ユニット３の運転停止と同時に、電力費削減の観点から粗大気泡散気手段４と微細気泡散気手段５の双方を停止するか、もしくはこれらの気泡散気手段４，５の散気量を通常運転時よりも少なくした状態で連続的に散気していた。

特開２００１−２１２５８７号公報

しかしながら、膜ユニット３の運転停止中に散気を停止すると、処理槽１内の被処理水が溶存酸素の枯渇した嫌気状態となり、槽内に保持した活性汚泥の一部が死滅し腐敗するという問題点があった。この活性汚泥の死滅腐敗によって粘着性物質が発生し、運転再開時に膜ユニット３の膜分離性能に悪影響を及ぼすという問題も派生していた。このような傾向は被処理水の水温が高い夏季に特に著しい。一方、膜ユニット３の運転停止中に散気を連続的に行うと、上記の被処理水が嫌気状態になる弊害は回避することができる。しかしながら、無負荷の状態で散気を継続すると、活性汚泥の自己分解が進行して活性汚泥のフロックが微細化し、運転再開時に膜の閉塞を招く傾向がある。また、散気のための運転動力も嵩む。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を改善し、膜ユニットの運転が停止している時間帯においても、活性汚泥を良好な状態に保つことができ、かつ散気のための運転動力が少ない膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法は、槽内に保持した活性汚泥によって被処理水を好気的に処理する処理槽と、この処理槽内に浸漬された膜ユニットと、この膜ユニットの下方に配置された粗大気泡散気手段と、前記処理槽内に配置された微細気泡散気手段とを備えた膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法であって、前記膜ユニットの運転を停止させた時間帯に、膜ユニットの運転を停止させた直後の時間ｔ _１は前記粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段の双方の散気を停止し、その後は時間ｔ _１よりも短い時間ｔ _２毎に時間ｔ _２よりも十分に短い時間ｔ _３だけ、前記粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段とを交互に間欠作動させることを特徴とする。

また、本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法は、前記の時間ｔ _１を１〜２時間、時間ｔ _２を３０分〜１時間、時間ｔ _３を５〜１０分に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、膜ユニットの運転が停止している時間帯においても散気を間欠的に行うので、被処理水が嫌気状態になることを防止するか、又は一時的に嫌気状態になった被処理水を速やかに好気状態に回復させることができる。また、散気の過多による活性汚泥のフロックの微細化を防止できる。このため、膜ユニットの運転が停止している時間帯においても活性汚泥を良好な状態に保つことができる。かつ、散気を連続的に行う場合に比べて、散気のための運転動力を節減することができる。また、膜ユニットの運転停止時間中における膜面の洗浄作用も期待できる。

図１は本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法を実施するための装置系統図である。原水調整槽１０は被処理水を貯留するための槽であり、被処理水は原水調整槽１０に一時的に貯留された後に、管路１２に設けられた原水ポンプ１４によって処理槽１６に定量供給される。なお、原水調整槽１０には液面調節計１８が設けられており、この液面調節計１８からの信号によって原水ポンプ１４の稼動などが制御される。

処理槽１６内には活性汚泥が高濃度に保持されており、この処理槽１６内には膜ユニット２０が浸漬されている。膜ユニット２０の下方には粗大気泡散気手段２２が配置されている。また、膜ユニット２０の側方には微細気泡散気手段２４が配置されている。膜ユニット２０の二次側には管路２６が接続している。管路２６には流量調節計２８と吸引ポンプ３０が設けられている。吸引ポンプ３０を駆動することにより、膜ユニット２０を構成する膜の二次側に負圧が生じる。膜の二次側に作用する負圧によって膜分離が行われ、膜ユニット２０を透過した被処理水が管路２６から処理水として抜き出される。吸引ポンプ３０の駆動は流量調節計２８で検出される処理水の流量が定量となるように制御される。吸引ポンプ３０として容積式の定量ポンプを用いた場合には、流量調節計２８による流量制御は不要となる。なお、吸引ポンプ３０で吸引する処理水の流量は、原水ポンプ１４によって処理槽１６に定量供給される被処理水の流入量とほぼ一致させる。

処理対象である被処理水は有機性の汚水である。管路１２から流入した被処理水が処理槽１６内に高濃度に保持した活性汚泥によって好気的に生物処理される。この生物処理によって、被処理水中の有機性物質が酸化分解し、被処理水は浄化される。膜ユニット２０は複数枚の鉛直状の平膜が間隔を空けて平行に配列された構造とされる。粗大気泡散気手段２２から散気された粗大気泡には主に３つの作用がある。第１の作用は膜ユニット２０の平膜に対する膜面洗浄作用である。第２の作用は被処理水に対する酸素供給作用である。第３の作用は旋回流の形成作用である。散気された粗大気泡のエアリフト作用によって平膜相互の間隙には被処理水の上向流が生起され、この上向流の生起に伴い、処理槽１６内には旋回流が形成される。この旋回流によって、被処理水と活性汚泥が十分に混合接触し、活性汚泥による生物処理が効率よく進行する。また、旋回流によって被処理水が万遍なく膜ユニット２０を通過することになり、安定した膜分離が行われる。

活性汚泥は膜分離により処理槽１６内に残存するため、処理槽１６内には活性汚泥が高濃度に維持される。したがって、処理槽１６では高負荷の運転が可能であり、酸素の消費速度も速い。このため、粗大気泡散気手段２２から散気された粗大気泡によって被処理水に溶解する酸素だけでは生物処理に必要な酸素を賄えず、被処理水中の溶存酸素が不足する場合がある。そこで、微細気泡散気手段２４から微細気泡を散気することによって、被処理水中の溶存酸素を補う。微細気泡は単位体積当たり気泡表面積が大きいので、被処理水に対する酸素溶解効率が高い。このため、被処理水中の溶存酸素を補うために有効である。

散気用の空気源はブロア３２によって供給される。すなわち、ブロア３２の吐出側には昇圧空気のストレージタンク３４が設けられており、このストレージタンク３４内の昇圧空気が一定の圧力を維持するようにブロア３２が稼動する。ストレージタンク３４出口の管路３６は、粗大気泡散気手段２２に通じる管路３８と、微細気泡散気手段２４に通じる管路４０とに分岐している。管路３８には自動開閉弁４２が、管路４０には自動開閉弁４４が取り付けられている。通常運転時には自動開閉弁４２、４４がともに開とされ、粗大気泡散気手段２２及び微細気泡散気手段２４のそれぞれから適量の空気が散気される。

処理槽１６には液面計４６が取り付けられており、液面計４６の検出信号はコントローラ４８に送信される。コントローラ４８では液面計４６の検出信号に基づいて、吸引ポンプ３０の駆動と自動開閉弁４２、４４の開閉を制御する。

上記構成の膜分離式活性汚泥処理装置において、原水ポンプ１４は前記したように定流量運転される。したがって、原水調整槽１０に流入する被処理水の水量が減少すると、原水調整槽１０の液面が徐々に低下して液面が最小レベルになる。すると、液面調節計１８からの信号によって原水ポンプ１４の駆動が停止される。その結果、原水調整槽１０の液面が標準レベルに回復すると液面調節計１８からの信号によって原水ポンプ１４が再駆動する。また、降雨などによって原水調整槽１０に流入する被処理水の水量が一時的に増加し、原水調整槽１０の液面が上昇して液面が最大レベルになる。すると、液面調節計１８からの信号によって原水調整槽１０に流入する被処理水の水量が適正値に制限される。

被処理水の流入量が少ない時間帯においては、上記のとおり原水ポンプ１４の駆動が停止するので、処理槽１６には被処理水が流入しない。この状態で吸引ポンプ３０を駆動して膜ユニット２０での膜分離運転を続けると、処理槽１６の液面が直ちに低下する。この液面の低下が液面計４６によって検出され、検出信号がコントローラ４８に送信される。コントローラ４８では液面低下の信号に基づいて、吸引ポンプ３０の駆動を停止させるとともに、自動開閉弁４２、４４を閉にして、散気手段２２、２４からの散気を停止させる。

被処理水の流入量が少ない時間帯が長時間にわたって継続し、それに伴い吸引ポンプ３０の駆動を停止した時間帯が所定時間以上に達すると、コントローラ４８では自動開閉弁４２、４４の開閉を制御することによって、散気手段を間欠的に作動させる。図２はその時の運転モードを例示したものである。図２において横軸は吸引ポンプ３０の駆動停止時間、すなわち膜ユニット２０の運転停止時間の経過を示している。また、同図において黒く塗りつぶした時間帯は微細気泡散気手段２４の作動を示し、白抜きで表示した時間帯は粗大気泡散気手段２２の作動を示している。

図２に示した運転モードでは、吸引ポンプ３０の駆動停止を開始してから時間ｔ_１経過後に、自動開閉弁４４を時間ｔ_３だけ開とし、微細気泡散気手段２４を作動させる。すると、微細気泡散気手段２４から散気される微細気泡によって、被処理水に酸素が効率よく溶解し、被処理水が嫌気状態になることを防止するか、又は嫌気状態になった被処理水を速やかに好気状態に回復させる。微細気泡の散気エネルギによって被処理水は緩慢に旋回流動するので、処理槽１６内の被処理水の全量に対して万遍なく酸素を補給させることができる。この時間ｔ_３の微細気泡の散気後、微細気泡散気手段２４を停止する。

その後は時間ｔ_１よりも短い時間ｔ_２毎に時間ｔ_２よりも十分に短い時間ｔ_３だけ、前記粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段とを交互に間欠作動させる。この運転モードによれば、酸素溶解効率がよい微細気泡の散気と、旋回流の形成と膜面洗浄作用に優れた粗大気泡の散気との両者の長所を生かした間欠運転を実現できる。

なお、上記運転モードにおける時間ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３は処理層１６や膜ユニット２０の構造と容量、活性汚泥の濃度、散気手段の配置と散気容量、被処理水の温度（換言すれば、季節）などを勘案して経験的に決める。通常は時間ｔ_１を１〜２時間、時間ｔ_２を３０分〜１時間、時間ｔ_３を５〜１０分程度に設定する。

上記運転モードによれば、膜ユニットの運転が停止している時間帯においても散気を間欠的に行うので、被処理水が嫌気状態になることを防止するか、又は一時的に嫌気状態になった被処理水を速やかに好気状態に回復させることができる。また、散気の過多による活性汚泥のフロックの微細化を防止できる。このため、活性汚泥を良好な状態に保つことができる。

上記の間欠散気の運転を行っている途中で、処理槽１６に被処理水が流入し、液面が正常レベルに復帰した時には、液面計４６からその旨の信号がコントローラ４８に送信される。コントローラ４８では液面正常の信号に基づいて、吸引ポンプ３０の駆動を再開させるとともに、自動開閉弁４２、４４を開にして、散気手段２２、２４からの散気を再開させ、通常運転に戻る。

上記実施形態では、液面計４６からの信号に基づいて吸引ポンプ３０の駆動と自動開閉弁４２、４４の開閉を制御した。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば原水ポンプ１４の駆動信号や処理槽１６に流入する被処理水の流量信号に基づいて吸引ポンプ３０の駆動や自動開閉弁４２、４４の開閉を制御するようにしてもよい。また、微細気泡散気手段２４の設置位置は膜ユニット２０の側部に限らず、特許文献１に記載されているような粗大気泡散気手段２２の直下位置であってもよい。

本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法を実施するための装置系統図である。本発明に係る運転方法の運転モードを例示したタイムチャートである。膜分離式活性汚泥処理装置の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１０……原水調整槽、１４……原水ポンプ、１６……処理槽、２０……膜ユニット、２２……粗大気泡散気手段、２４……微細気泡散気手段、３０……吸引ポンプ、３２……ブロア、４２，４４……自動開閉弁、４６……液面計、４８……コントローラ。

Claims

槽内に保持した活性汚泥によって被処理水を好気的に処理する処理槽と、この処理槽内に浸漬された膜ユニットと、この膜ユニットの下方に配置された粗大気泡散気手段と、前記処理槽内に配置された微細気泡散気手段とを備えた膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法であって、前記膜ユニットの運転を停止させた時間帯に、膜ユニットの運転を停止させた直後の時間ｔ _１は前記粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段の双方の散気を停止し、その後は時間ｔ _１よりも短い時間ｔ _２毎に時間ｔ _２よりも十分に短い時間ｔ _３だけ、前記粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段とを交互に間欠作動させることを特徴とする膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法。
前記の時間ｔ _１を１〜２時間、時間ｔ _２を３０分〜１時間、時間ｔ _３を５〜１０分に設定したことを特徴とする請求項１に記載の膜分離式活性汚泥処理装置の運転方法。