JP4336143B2 - 可搬式汚水処理装置及びこの可搬式汚水処理装置の施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所謂活性汚泥プロセスによって下水や産業廃水等の処理を行う汚水処理装置に係る。特に、本発明は、搬送可能（輸送可能）に構成された汚水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、活性汚泥プロセスを利用した水処理システムとしては種々のものが提案されている。例えば下記の特許文献１、２には、代表的な水処理法である標準活性汚泥法を使用した水処理システムが開示されている。
【０００３】
この種の水処理システムは、先ず、下水等の汚水が流量調整槽に流入され、その後、この流量調整槽から引き抜かれた汚水が反応槽に送られ、この反応槽内で標準活性汚泥法の活性汚泥プロセスにより、汚水中の有機物が微生物処理（生物化学的処理）によって分解除去される。この反応槽で処理された汚水は、その後、最終沈殿槽に送られ、この最終沈殿槽により懸濁物が固液分離され、その上澄水が必要に応じて消毒処理された後に河川等に放流される。また、最終沈殿槽内の沈殿汚泥の一部は反応槽に戻されて汚水処理のために再使用される一方、その他の沈殿汚泥は余剰汚泥として脱水処理などが行われた後に処分される。
【０００４】
また、一般に、この種の水処理システムでは、反応槽の内部が複数の生物処理槽に区画されている。例えば、各生物処理槽同士を直列的に連通させ、汚水を各生物処理槽に亘って順に流しながら各槽において上記生物化学的処理が行われるようになっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３２５９８０号公報
【特許文献２】
特開２００２−８６１７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
−改修工事の実施に伴う課題−
ところで、上記水処理システムにあっては、定期的な改修工事が必要とされている。つまり、各生物処理槽の内壁の塗装工事や、付設機器の取り換え工事が必要とされている。また、同一システムにおいて処理方式を変更する場合もあり、この際にも、方式変更のための工事が必要である。
【０００７】
しかしながら、この種の工事を実施する際にあっても水処理システムを停止することはできないのが実情であった。何故なら、この種の工事には数ヶ月を要し、その間にも汚水は発生しており、これを処理していく必要があるからである。
【０００８】
このため、上記工事を実施する際には、水処理システムの一部の機能のみを停止し、この停止した部分のみの工事を行い、その後、他の部分の機能のみを停止して、この停止した部分のみの工事を行っていくといった手法が採られていた。例えば、第１〜第５の５個の生物処理槽を備えた水処理システムの場合には、先ず、第１生物処理槽のみの汚水を抜き取ってこの第１生物処理槽に対して内壁塗装等の工事を実施し、その間、第２〜第５の４個の生物処理槽のみによる運転を行う。第１生物処理槽の工事が終了すると、第２生物処理槽のみの汚水を抜き取ってこの第２生物処理槽に対して内壁塗装等の工事を実施し、その間、第１、第３〜第５の４個の生物処理槽のみによる運転を行う。このようにして、各生物処理槽に対して順に工事を行っていき、水処理システムを停止することなしに全ての生物処理槽に対して工事を行うようにしている。
【０００９】
このように、従来では、水処理システムの一部の機能のみを停止させながら工事を行っていく必要があるために、水処理システム全体の工事が完了するまでの工期が長期化し、しかも、その期間中は水処理システムの処理能力が十分に得られていない状況となる。つまり、処理能力が十分に得られていない状況が長期間に亘って継続してしまうといった状況に陥っていた。
【００１０】
−仮設システムの課題−
一方、博覧会などのイベント会場や建設現場には一般に仮設トイレが設置されるが、イベント会場や建設現場の規模が大きい場合や、イベント期間や建設施工期間が長期に及ぶ場合には、仮設トイレで生じた汚水を処理するために小規模な仮設水処理システムを構築することになる。
【００１１】
しかし、上記したように活性汚泥の分離を沈殿槽での重力沈降により行う場合には、その分離効率が低いために、生物処理槽における微生物濃度を高濃度に維持することが困難で、生物処理槽における汚水の滞留時間を長く必要とする。このため、単位時間当たりの処理量を十分に確保するためには大型の生物処理槽が必要になる。また、沈殿槽においても沈降速度に見合う槽内滞留時間を必要とするため、この沈殿槽も大型のものが必要になる。
【００１２】
その結果、仮設水処理システムの大型化を避けることができず、その設置スペースが大きくなってしまうため、イベント会場や建設現場の敷地面積を大きく制約してしまうことになる。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、既存の水処理システムの改修工事を行う場合に、その工期を大幅に短縮しながらも、その工期中に発生する汚水を十分に処理することが可能であると共に、イベント会場や建設現場に設置した場合には、そのイベント会場や建設現場の敷地面積を大きく制約してしまうことのないコンパクトな構成の可搬式汚水処理装置及びこの可搬式汚水処理装置の施工方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、汚水処理装置を構成する各種機器を同一ベース上に設置することで、この汚水処理装置を可搬式として構成する。また、汚水処理装置を構成する機器として、生物反応槽における生物反応処理後の処理汚泥を膜エレメントで濾過して処理水を得るようにした膜分離器を備えさせ、膜エレメントの内部に比較的高い速度で処理汚泥を通過させながら、一部の処理汚泥に対して濾過を行って処理水を抽出するようにしている。また、この膜エレメントに対し、処理水の濾過方向とは逆方向に洗浄水を定期的に通過させることにより膜エレメントに付着している固形物を剥離除去するようにしている。
【００１５】
−解決手段−
具体的には、少なくとも生物反応槽と膜分離器と逆流洗浄手段とを同一ベース上に設置して可搬式汚水処理装置を構成している。上記生物反応槽は、活性汚泥を利用した生物反応処理によって汚水を処理する。膜分離器は、生物反応槽の外部に設置され且つ膜エレメントを収容した膜分離器本体を備えていると共に、この膜分離器本体が、生物反応槽との間で汚泥を循環させる循環回路を構成しており、この循環回路に汚泥を循環させながら、この汚泥を膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過することにより処理水を得るよう構成されている。逆流洗浄手段は、上記膜エレメントに対し、上記二次側から一次側に向けて洗浄水を通過させて膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する逆流洗浄動作を実行する。また、膜エレメントの一次側空間における汚泥流速を高く確保するための気泡供給手段を設けた。つまり、循環動作中は循環汚泥が流れる膜エレメントの一次側空間にこの循環汚泥の流れ方向に沿って流れる気泡を連続的に供給すると共に循環汚泥に搬送力を与えるように設定された循環流速の下で膜エレメントの一次側空間に汚泥に満たされた層と空気に満たされた層とを交互に生じさせる気泡供給手段を設けた。そして、これら生物反応槽、膜分離器、逆流洗浄手段、気泡供給手段を、共に同一ベース上に設置して、ベースと共に一体的に搬送可能に構成している。また、生物反応槽に対して複数の膜分離器が互いに並列に接続されている。さらに、逆流洗浄手段を、逆流洗浄時には複数の膜分離器のうち選択された一つのみに対して逆流洗浄動作を実行する構成としている。
【００１６】
この特定事項により、先ず、汚水処理装置を搬送する場合には、例えばベースをクレーン等によって吊り上げてトラックの荷台に載置し、本汚水処理装置の設置場所までトラック輸送する。そして、設置現場において、再び、ベースをクレーン等によって吊り上げて所定の設置場所に設置する。また、気泡供給手段から膜エレメントの一次側空間に供給された気泡が、一次側空間を流れる循環汚泥を、その流れ方向に押し流すことになり、この一次側空間で循環汚泥が滞留してしまうことがなくなる。この気泡は、膜エレメントの一次側面に対する汚泥の付着を抑制する機能も発揮することになり、膜エレメントの一次側面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量をよりいっそう低減することができる。具体的な構成としては、膜エレメントを縦型配置とし、一次側空間の下側から上側に向かって処理汚泥を流す循環流速を設定しておき、膜エレメントの下側から一次側空間に向けて気泡を供給（エアリフト）する構成が掲げられる。これにより、気泡の浮力が循環汚泥の搬送力として与えられることになる。その結果、循環汚泥を循環させるために必要な動力（循環ポンプの動力等）を低減することができ、システムのランニングコストの削減を図ることができる。また、気泡供給手段から供給される気泡の形状を、膜エレメントの一次側空間における汚泥流れ方向に直交する断面の形状に略一致させる。つまり、一次側空間に、汚泥に満たされた層と空気に満たされた層とが汚泥流れ方向で交互に生じさせる。このため、汚泥は気泡によって強制的に押し流される状態となり、気泡から汚泥に対して搬送力を確実に与えることができて効率の良い汚泥循環動作を行うことができる。また、複数の膜分離器のうち一つのみが逆流洗浄動作を実行し、その他の膜分離器では循環汚泥の濾過動作が行われている。このため、システム全体としての濾過能力を大きく低下させることなしに上記逆流洗浄動作による膜エレメントの高性能化の維持を図ることができる。
【００１７】
そして、この設置場所に既存の水処理システムが構築されておりこの水処理システムの改修工事等を行う場合にあっては、この水処理システムの流量調整槽と本可搬式汚水処理装置の生物反応槽とを配管接続し、汚水を可搬式汚水処理装置に導入する。この可搬式汚水処理装置において汚水処理を行わせた状況で既存の水処理システムを停止し、この水処理システムに対して改修工事等を行う。つまり、既存の水処理システムを完全に停止させながら可搬式汚水処理装置による汚水処理が行われることになる。このため、水処理システムの全体に対する工事を同時進行させることができるため、水処理システム全体の工事が完了するまでの工期を大幅に短縮することができる。また、可搬式汚水処理装置として、その設置現場の要求に応じた処理能力を有するものを適用すれば、上記工事期間中であっても設置現場で発生する汚水の処理を十分に行うことが可能である。
【００１８】
また、博覧会などのイベント会場や建設現場に設置された仮設トイレからの汚水を処理するものとして本可搬式汚水処理装置を適用した場合、沈殿槽での重力沈降による活性汚泥の固液分離ではなく、膜分離器による濾過によって活性汚泥が固液分離されるため、高効率での分離が可能であり、沈殿槽が不要であって且つ生物反応槽の大型化を招くこともない。このため、小型の仮設水処理システムを実現することができ、イベント会場や建設現場の敷地面積を大きく制約してしまうことがなくなる。
【００１９】
また、上記可搬式汚水処理装置における汚水処理動作としては、生物反応槽において生物反応処理を行い、その後、処理汚泥は、膜分離器本体と生物反応槽との間で構成される循環回路を循環する。つまり、生物反応槽から取り出された処理汚泥は、膜分離器本体に供給され、一部の汚泥については後述する濾過が行われた後、生物反応槽に戻される。循環回路ではこの循環動作が繰り返される。
【００２０】
一方、膜分離器本体では、生物反応槽から供給された処理汚泥の一部が膜エレメントの一次側から二次側に向けて濾過され、これによって、この処理汚泥の一部が固液分離されて処理水が得られる。つまり、上記循環回路での循環動作が繰り返されながら膜分離器本体では処理水が順次得られていく。
【００２１】
このように、膜エレメントの一次側では、循環回路での循環流速に略等しい流速の処理汚泥が流れているため、この循環回路の循環流速を比較的高く設定しておけば、膜エレメントの一次側の面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメントに付着することなしに生物反応槽に戻される。このため、膜エレメントの一次側の面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量は、一般的な浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。浸漬型分離膜ユニットは、膜エレメントの一次側では汚泥が殆ど滞留した状態であるため、処理水が抽出された後の汚泥は押し流されることなしに膜エレメントの一次側の面に付着してしまい、汚泥の濾過を開始した後、短時間のうちに膜エレメントに大量の汚泥が付着してしまって、濾過能力が急激に低下してしまっていた。
【００２２】
本解決手段の構成によれば、循環流の中から処理水を抽出するようにしているので、短時間のうちに膜エレメントに汚泥が付着してしまうといった状況は生じ難く、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能である。尚、循環回路の循環流速は、具体的には循環回路に備えられた循環ポンプの能力により決定される。
【００２３】
更に、本解決手段では、例えば所定時間毎に逆流洗浄動作を実行しており、これによって、膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去している。具体的には、処理汚泥の濾過動作（膜エレメントの一次側から二次側に向けての濾過）を停止した状態で、二次側から一次側に向けて洗浄水を通過させて膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離させる。例えば、膜エレメントの一次側面での固形物の付着量が多大になる前に逆流洗浄動作を実行するように上記所定時間を設定することにより、この付着している固形物を短時間で剥離することができ、この逆流洗浄動作に要する時間も短くて済む。このため、膜エレメントの一次側面に大量の固形物が付着する状況が回避でき、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を図ることができる。その結果、従来のものに比べて、小さな膜面積であっても単位時間当たりに得られる処理水の量を大幅に増大（高フラックス化）することができ、システム全体を大型にすることなしに、高性能の汚水処理を実現することができる。また、膜エレメントに対して薬液洗浄を行うようにしたものにあってはその頻度を低減することもできる（例えば６カ月に１回程度でよい）ため、水処理動作（濾過動作）の稼働率の向上を図ることができ、これによっても高性能の水処理を実現することができる。
【００２４】
尚、逆流洗浄動作の実行タイミングとしては、例えば濾過動作を５ｍｉｎ間連続して行った後に、８ｓｅｃ間の逆流洗浄を行うことなどが掲げられる。また、逆流洗浄動作に使用する洗浄水としては、濾過動作において得られた処理水を利用することが好ましい。この洗浄水としては上記処理水に限らず、個別の水（水道水等）であってもよい。また、付着固形物の剥離が容易に行えるように水に活性剤等を混入したものであってもよいが、この洗浄水は、膜エレメントの二次側から一次側へ透過した後には生物反応槽に流入することになるので、生物反応処理に悪影響を与えないものである方が好ましい。
【００２５】
上記膜分離器の具体構成としては以下のものが掲げられる。つまり、透過膜材料を円筒形に成形して膜エレメントを構成している。そして、多数本の膜エレメントを膜分離器本体内に収容して、各膜エレメントの内部空間と生物反応槽との間で汚泥の循環回路を構成する。更に、上記生物反応槽から各膜エレメントに供給された汚泥が、各膜エレメントの一次側である内部から二次側である外部に向けて濾過されて処理水が得られるようにしている。
【００２６】
このように、透過膜材料（例えばポリエステルやポリスチレン等）を円筒形状に成形して膜エレメントを構成し、多数本の膜エレメントを膜分離器本体内に収容した場合、個々の膜エレメントの内側面積を比較的小さくすることができる。これは、膜エレメントの内面に汚泥が付着した場合に、個々の膜エレメントそれぞれにおける汚泥付着総面積の削減に繋がる。つまり、個々の膜エレメントにあっては、汚泥付着面積が小さいため、上記逆流洗浄動作による固形物の剥離をより簡単に行うことができる。このため、逆流洗浄動作に要する時間が短くなり、濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。また、膜エレメントから処理水を吸引する場合、この膜エレメントは円筒形に成形されているため、吸引負圧による変形は生じ難く、内部空間の形状を維持することができて、濾過能力を安定的に維持することが可能になる。言い換えると、膜エレメントの内部空間を大きく確保して個々の膜エレメントの濾過能力を高めようとする場合、平板状の膜エレメントであると、上記吸引負圧によって簡単に変形してしまう状況となるが、本解決手段の如く円筒状に成形した場合には、吸引負圧による変形は生じ難いため、膜エレメントの内部空間を大きく確保することが可能になり、その結果、膜エレメントの設計の自由度（径寸法の設計自由度）を拡大することができる。具体的に、膜エレメントの外径寸法としては５〜８ｍｍ程度に設定される。
【００３０】
上記気泡供給手段の具体構成としては以下のものが掲げられる。つまり、気泡供給手段として、膜分離器本体における汚泥流れ方向に直交する断面の形状に略一致する形状を有する散気部材を備えさせている。
【００３１】
また、この散気部材としては、以下の構成が掲げられる。つまり、膜分離器本体を、汚泥流れ方向に直交する断面の形状が略円形の管状体とする。そして、散気部材を、上記膜分離器本体の断面形状に略一致する円盤状の多孔質体により構成している。
【００３２】
以上の構成によれば、膜分離器本体の内部に収容された多数本の膜エレメントのそれぞれの内部空間（一次側空間）に対して空気を略均等に供給することが可能となる。このため、各膜エレメントの一次側空間での汚泥流量を略均一にできて、濾過能力の均等化を図ることが可能となり、その結果、膜分離器全体としての濾過能力の向上を図ることができる。
【００３３】
上記逆流洗浄動作をより効率的に行うための手段として以下のものが掲げられる。先ず、逆流洗浄動作の実行中に膜エレメントの一次側空間に比較的大量の空気を一時的に通過させる空気供給手段を設けた構成である。そして、この空気供給手段を、生物反応槽、膜分離器、逆流洗浄手段と共に同一ベース上に設置している。
【００３４】
また、この空気供給手段としては、加圧空気を発生させる圧縮機を適用することが可能であるが、その他に以下の構成としてもよい。つまり、空気を貯留する貯留容器を備えさせ、逆流洗浄動作の実行中に貯留容器の内部空間を膜エレメントの一次側空間に解放して比較的大量の空気を膜エレメントの一次側空間に通過させる構成である。この構成によれば、例えば、上記気泡供給手段を備えさせた場合にその気泡供給手段から供給される気泡の一部を貯留容器に貯留させていき、逆流洗浄動作の実行中に、この貯留容器から膜エレメントの一次側空間に大量の空気を供給することができる。つまり、この場合、気泡供給手段から供給される気泡を逆流洗浄動作用の空気として利用することができ、特別な空気圧送機構が必要なくなってシステム構成の簡素化を図ることができる。
【００３５】
次に、膜分離器を薬液洗浄するようにした場合の解決手段について述べる。先ず、膜分離器本体の薬液洗浄時にこの膜分離器本体の内部に薬液を供給する薬液供給管を、膜分離器本体から処理水を導出する導出管に接続する。また、この薬液供給管から導出管を経て薬液を膜分離器本体の内部に供給する薬液洗浄動作を実行する薬液洗浄手段を備えさせている。そして、この薬液洗浄手段を、生物反応槽、膜分離器、逆流洗浄手段と共に同一ベース上に設置している。
【００３６】
この特定事項により、薬液洗浄時、薬液供給管から導出管を経て膜分離器本体の内部に供給された薬液は、膜エレメントの二次側から一次側に向けて流入することになる。これは上記逆流洗浄の場合と同様の流れである。これにより、膜エレメントの一次側面に付着している固形物は容易に剥離され且つ溶解されて膜エレメントは浄化されることになり、効率の良い薬液洗浄を実行することができる。これにより、薬液洗浄動作に要する時間の短縮化を図ることが可能になり、膜分離器を迅速に復帰させて濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。また、循環回路での汚泥循環を停止した状態で薬液洗浄を行うようにした場合、薬液洗浄に使用する薬液の量は膜分離器本体内の容積程度で済むため、従来の浸漬型分離膜ユニットを薬液洗浄する場合に比べて使用薬液量の削減が図れる。これにより、薬液洗浄後の廃液の量が少なくなり、その処理を容易に行うことができる。
【００３７】
また、膜分離器本体には、薬液洗浄終了後に膜分離器本体内の薬液を排出除去する排出手段を備えさせている。これによれば、薬液洗浄の終了後には、膜分離器本体内の薬液はその大部分が排出手段によって排出除去され、この薬液が生物反応槽へ流入されてしまうことがない。従来の浸漬型分離膜ユニットでは、膜エレメントを薬液洗浄した場合、その薬液はそのまま生物反応槽内に存在することになり、汚泥の活性が低下してしまって、その後の生物反応処理に悪影響を及ぼしていた。本解決手段では、このような状況は生じないため、生物反応処理を常に安定的に行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を維持することができる。
【００３９】
更に、生物反応槽に対して複数の膜分離器が互いに並列に接続されており、薬液洗浄手段が、薬液洗浄時には複数の膜分離器のうち選択された一つのみに対して薬液洗浄動作を実行する構成としている。この場合にも、複数の膜分離器のうち一つのみが薬液洗浄動作を実行し、その他の膜分離器では循環汚泥の濾過動作が行われている。このため、システム全体としての濾過能力を大きく低下させることなしに上記薬液洗浄動作による膜エレメントの高性能化の維持を図ることができる。
【００４０】
また、上述した如く気泡供給手段を設けた場合において、嫌気好気活性汚泥法を利用した活性汚泥処理システムに本発明を適用した場合の循環回路としては以下の構成が掲げられる。つまり、生物反応槽として嫌気槽及び好気槽を備えさせる。そして、循環汚泥を膜分離器本体から生物反応槽に戻す汚泥戻し管を、嫌気槽及び好気槽にそれぞれ対応して分岐させる一方、これら嫌気槽及び好気槽に対する汚泥戻し量を調整する戻し量調整手段（例えば三方弁）を備えさせるようにする。
【００４１】
この構成によれば、好気槽から膜分離器本体に供給された汚泥を汚泥戻し管によって嫌気槽に戻すことが可能となる。従来の嫌気好気活性汚泥法を利用した活性汚泥処理システムでは、好気槽から嫌気槽に汚泥を戻すための特別な戻し配管を備えさせ、この戻し配管にポンプを備えさせる必要があった。本解決手段によれば、この戻し配管及びポンプの機能を上記循環回路が備えることになる。このため、この循環回路を有効利用して好気槽から嫌気槽へ汚泥を戻すことが可能になり、従来の戻し配管及びポンプが必要なくなってシステム全体のコンパクト化を図ることができる。
【００４２】
また、上述した如く気泡供給手段を設けた場合、膜分離器本体を流れる処理汚泥には空気（酸素）が供給されることになる。このため、好気槽に必要な空気量（ＤＯ（Dissolved Oxygen）：溶存酸素量）をこの気泡供給手段によって処理汚泥に与え、この処理汚泥を好気槽に戻すようにした場合には、好気槽には曝気装置が必要なくなる。これにより、システム構成の簡素化を図ることができる。
【００４３】
また、上記好気槽内に空気を供給する曝気手段（エアレーション装置）を備えさせ、この曝気手段から好気槽内に供給する空気の供給量を、気泡供給手段からの空気供給量及び膜分離器本体から好気槽内への循環汚泥の戻し量に応じて調整する曝気量調整手段を備えさせている。この場合、好気槽に必要な空気量のうち、どの程度が気泡供給手段からの空気により賄われているかを、この気泡供給手段からの空気供給量及び膜分離器本体から好気槽内への循環汚泥の戻し量によって認識し、その不足分のみを曝気手段から好気槽内に供給すればよい。これにより、好気槽内に必要以上の空気が供給されてしまうことがなくなり、曝気手段の稼働率を必要最小限に抑えることでシステムのランニングコストの大幅な削減を図ることができる。
【００４４】
上述した各解決手段に係る可搬式汚水処理装置の施工方法として具体的には以下のものが掲げられる。つまり、膜分離器をベースから取り外した状態で、少なくとも生物反応槽及び逆流洗浄手段が設置されたベースと、膜分離器とを設置現場まで搬送し、その後、設置現場において、膜分離器をベース上に設置すると共に、この膜分離器と生物反応槽との間で汚泥を循環させる循環回路が構成されるように、膜分離器を生物反応槽に対して配管により接続するものである。
【００４５】
この施工方法は、例えば生物反応槽の高さ寸法よりも膜分離器の高さ寸法が大きいときに可搬式汚水処理装置をトラック輸送する場合に有効である。つまり、膜分離器をベース上に設置したままで可搬式汚水処理装置をトラックの荷台に載置したのではトラックの積載高さの許容寸法を越えてしまう場合、この膜分離器をベースから取り外し、この膜分離器を横置きに積載して輸送するなどして積載許容範囲内での輸送が可能になる。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、本発明を、標準活性汚泥法を使用した汚水処理装置に適用した場合について説明する。また、本発明の理解を容易にするため、先ず、第１実施形態では、膜分離器としての膜モジュールを１個のみ備えた汚水処理装置について説明する。この膜モジュールを複数個備えた汚水処理装置については第２実施形態で説明する。
【００４７】
（第１実施形態）
−汚水処理装置の概略構成の説明−
図１は本形態に係る汚水処理装置の概略構成を示す平面図、図２はその側面図、図３は回路構成図である。
【００４８】
これら図に示すように、本形態に係る汚水処理装置は、生物反応槽１、膜分離器としての膜モジュール２、処理水槽３を備えている。そして、これら生物反応槽１、膜モジュール２、処理水槽３は、同一のベース１０上に設置されている。また、後述する各付設機器や各種配管もこのベース１０上に設置されている。このため、本汚水処理装置は、ベース１０をクレーン等によって吊り上げたり、トラックの荷台に載置してトラック輸送することにより、装置全体が移動可能な可搬式汚水処理装置として構成されている。尚、図１及び図２における符号７は本汚水処理装置を統括的に制御する制御盤である。
【００４９】
上記ベース１０（例えば長さ６０００ｍｍ、幅２５００ｍｍの金属製板材）には、装置全体をクレーン等によって吊り上げる際にワイヤロープを係止するための図示しないアイボルトが取り付けられており、また、装置を所定の設置場所に固定するためのアンカボルトを挿通するための図示しない開口が形成されている。
【００５０】
上記生物反応槽１は、その上流側に設けられた微細目スクリーン１３を通過した流入水（汚水）が導入されるものである。この生物反応槽１の内部には曝気手段としての曝気ブロアＢ１から延びるエア供給管６１が導入され、このエア供給管６１の先端に設けられた散気装置６１ａから空気が供給可能となっている。そして、この曝気ブロアＢ１の駆動に伴って生物反応槽１内に空気が供給され、それに伴う生物化学的処理が行われるようになっている。
【００５１】
処理水槽３は、後述する膜モジュール２によって汚泥が固形分離されて抽出された処理水を回収するものである。
【００５２】
−膜モジュール２の説明−
次に、本形態の特徴とする機器である膜モジュール２について説明する。図４は膜モジュール２の内部構造を示す断面図であり、図５は膜モジュール２の内部における膜エレメント２２，２２，…の収容状態の一部を示す断面図である。
【００５３】
この膜モジュール２は、縦置き設置された略円筒状の膜分離器本体としての本体ケーシング２１を備え、この本体ケーシング２１の内部に多数本の膜エレメント２２，２２，…が収容された構成となっている。より具体的には、図４に示すように、本体ケーシング２１は、その長手方向の中央部が一定の内径寸法を有するエレメント収容部２３として構成されており、このエレメント収容部２３に多数本（例えば６１５本）の膜エレメント２２，２２，…が束ねられた状態で収容されている。
【００５４】
各膜エレメント２２，２２，…は、透過膜材料が円筒形に成形された小径（外径寸法が例えば５．２ｍｍ）の所謂ストロー形状の部材であって、その内部に汚泥が流入した場合、その汚泥から水のみを外部に濾過できるように微多孔性膜等により構成されている。尚、この膜エレメント２２を構成する透過膜材料としては、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等が掲げられる。透過膜材料はこれら材料に限るものではない。
【００５５】
これにより、本体ケーシング２１の長手方向の下側部分には汚泥流入空間２４が形成されていると共に、本体ケーシング２１の長手方向の上側部分には汚泥流出空間２５が形成されている。また、膜エレメント２２，２２，…の長手方向の両端部分（汚泥流入空間２４及び汚泥流出空間２５に近接する領域）では、これら膜エレメント２２，２２，…の外周面とエレメント収容部２３の内周面との間の空間に樹脂が充填されており、これによって、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間が汚泥流入空間２４及び汚泥流出空間２５に連通状態となり、各膜エレメント２２，２２，…の外部空間は汚泥流入空間２４及び汚泥流出空間２５に非連通状態となっている。
【００５６】
−循環回路の説明−
上記膜モジュール２と生物反応槽１とは、汚泥取り出し管５１及び汚泥戻し管５２によって互いに接続されており、汚泥取り出し管５１に備えられた循環ポンプＰ１の駆動に伴って膜モジュール２と生物反応槽１との間で汚泥が循環するように構成されている。つまり、これら生物反応槽１、膜モジュール２、汚泥取り出し管５１、汚泥戻し管５２によって汚泥循環回路が構成されている。
【００５７】
上記汚泥取り出し管５１は、一端（上流端）が生物反応槽１の下部に、他端（下流端）が膜モジュール２の汚泥流入空間２４にそれぞれ接続されている。一方、汚泥戻し管５２は、一端（上流端）が膜モジュール２の汚泥流出空間２５に、他端（下流端）が生物反応槽１の上部にそれぞれ接続されている。
【００５８】
このように、生物反応槽１、膜モジュール２、汚泥取り出し管５１、汚泥戻し管５２によって汚泥循環回路が構成されていることにより、生物反応槽１における生物反応処理後の処理汚泥は、生物反応槽１から取り出され、膜モジュール２に供給される。この膜モジュール２の内部では、汚泥流入空間２４から各膜エレメント２２，２２，…の内部空間を経て汚泥流出空間２５に向かう流れが生じている。このため、図６（ａ）に示すように、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間を流れている汚泥の一部については濾過が行われ、処理汚泥の一部が固液分離されて処理水が膜エレメント２２の外部に抽出される。このようにして循環回路での汚泥の循環動作が繰り返されながら膜モジュール２では処理水が連続的に得られるようになっている。尚、通常運転状態では、上記循環回路における汚泥循環量と膜エレメント２２による処理水抽出量との比は「２０：１」程度となるように設定されている。本発明はこの比に限るものではない。
【００５９】
尚、固液分離されて膜エレメント２２の内部空間に残った汚泥は、この内部空間に生じている汚泥流に沿って膜エレメント２２の内部空間から汚泥流出空間２５、汚泥戻し管５２を経て生物反応槽１に戻されるようになっている。
【００６０】
このように、膜エレメント２２の内部空間（一次側）では、循環回路での循環流速に略等しい流速の処理汚泥が流れているため、この循環回路の循環流速を比較的高く設定しておけば、膜エレメント２２の内側面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメント２２に付着することなしに生物反応槽１に戻されることになる。このため、膜エレメント２２の内側面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量は、従来の浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。これにより、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能になる。尚、図６（ｂ）は、循環回路での循環動作が所定時間継続して行われて膜エレメント２２の内面に僅かに固形物が付着した状態を示している。
【００６１】
−処理水の取り出し−
上記膜モジュール２と処理水槽３とは、導出管としての処理水取り出し管５３によって接続されている。この処理水取り出し管５３は、膜モジュール２に接続する側が分岐されており、一方の分岐管５３ａは上記エレメント収容部２３の下部に、他方の分岐管５３ｂはエレメント収容部２３の上部にそれぞれ接続されている。また、処理水取り出し管５３には膜濾過ポンプＰ２が備えられており、この膜濾過ポンプＰ２の駆動に伴って、各膜エレメント２２，２２，…で濾過された処理水が各分岐管５３ａ，５３ｂから抜き出され処理水取り出し管５３を経て処理水槽３に回収されるようになっている。
【００６２】
−エアリフト−
また、本システムは、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に気泡を連続的に供給するためのエアリフトブロアＢ２を備えている。このエアリフトブロアＢ２と膜モジュール２の汚泥流入空間２４とはリフトエア供給管６２によって接続されており、エアリフトブロアＢ２の駆動に伴って、汚泥流入空間２４にエアが供給され、このエアが気泡となって各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に連続的に供給されるようになっている（図６（ａ）、（ｂ）参照）。具体的には、リフトエア供給管６２の先端には多数の開口が形成された散気管６２ａが取り付けられており、この散気管６２ａの各開口から汚泥流入空間２４に気泡が供給され、これら気泡はその浮力によって各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に連続的に供給されるようになっている。このように上記リフトエア供給管６２及びエアリフトブロアＢ２によって本発明でいう気泡供給手段が構成されている。
【００６３】
上述の如く各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に気泡を連続的に供給するようにしたことにより、この気泡が、膜エレメント２２内の汚泥をその流れ方向（上方）に押し流すことになり、膜エレメント２２の内部空間で汚泥が滞留してしまうことがなくなる。また、この気泡は、膜エレメント２２の内面に対する汚泥の付着を抑制する機能も発揮することになり、膜エレメント２２の内面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量をよりいっそう低減することができる。これにより、気泡の浮力が循環汚泥の搬送力として与えられることになり、その結果、循環汚泥を循環させるために必要な動力（上記循環ポンプＰ１の動力）を低減することができ、システムのランニングコストの削減を図ることができる。
【００６４】
また、この場合、膜エレメント２２の内部空間に供給される気泡の外径は、膜エレメント２２の内径寸法と略等しいか、または、膜エレメント２２の内径寸法よりも僅かに大きく設定しておく。これによれば、膜エレメント２２の内部空間には、汚泥に満たされた層と空気に満たされた層とが汚泥流れ方向で交互に存在することになり（図６（ａ），（ｂ）参照）、汚泥は気泡によって強制的に押し流される状態となって、気泡から汚泥に対して搬送力を確実に与えることができて効率の良い汚泥循環動作を行うことができる。
【００６５】
−逆流洗浄−
上記処理水槽３と処理水取り出し管５３とは逆流洗浄管５４によって接続されている。この逆流洗浄管５４には逆流洗浄ポンプＰ３が備えられており、この逆洗浄ポンプＰ３の駆動に伴って、処理水槽３内の処理水が逆流洗浄配管５４及び処理水取り出し管５３を経て膜モジュール２のエレメント収容部２３に供給されるようになっている（図３に破線で示す矢印参照）。
【００６６】
つまり、所定時間毎に逆流洗浄ポンプＰ３を駆動することによって逆流洗浄動作を実行し、これによって、各膜エレメント２２，２２，…の内面に付着している固形物を剥離除去できるようにしている。この逆流洗浄動作の実行時には、循環ポンプＰ１の駆動は継続させる一方、膜濾過ポンプＰ２は停止され上記の濾過動作を停止するようになっている。このように上記逆流洗浄管５４及び逆流洗浄ポンプＰ３によって本発明でいう逆流洗浄手段が構成されている。
【００６７】
このような逆流洗浄動作を実行することにより、図６（ｃ）に示すように、膜エレメント２２の内側面に付着している固形物を容易に剥離除去することが可能であり、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を図ることができる。その結果、従来のものに比べて、小さな膜面積であっても単位時間当たりに得られる処理水の量を大幅に増大（高フラックス化）することができ、システム全体を大型にすることなしに、高性能の汚水処理を実現することができる。具体的には、従来の浸漬型分離膜ユニットにあっては処理能力が０．４ｍ³／ｍ²・ｄａｙ程度であったが、本実施形態に係る膜モジュール２では処理能力が０．８ｍ³／ｍ²・ｄａｙ程度に向上することが実験により確認されている。
【００６８】
−エアインジェクション−
上記の逆流洗浄動作をより効率的に行うために、本システムは、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に比較的大量の空気を一時的に通過させるエアインジェクションコンプレッサＣを備えている。このエアインジェクションコンプレッサＣと上記汚泥取り出し管５１とはエアインジェクション管６３によって接続されており、エアインジェクションコンプレッサＣの駆動に伴って、加圧エアが、汚泥取り出し管５１、汚泥流入空間２４を経て各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に一時的に大量に供給されるようになっている。このように上記エアインジェクション管６３及びエアインジェクションコンプレッサＣによって本発明でいう空気供給手段が構成されている。
【００６９】
この加圧エアによって、膜エレメント２２の内面に付着している汚泥を迅速に剥離することが可能となり（図６（ｃ）参照）、上記逆流洗浄動作に要する時間が短くなって、濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。
【００７０】
−各動作の実行タイミング−
次に、上述した逆流洗浄動作や薬液洗浄動作の実行タイミングについて説明する。図７は、本汚水処理装置の動作を示すタイミングチャートである。この図に示すように、通常の処理水濾過動作にあっては、膜濾過ポンプＰ２、循環ポンプＰ１、エアリフトブロアＢ２が運転され、上述した汚泥の循環動作に伴う処理水濾過動作が実行されて、処理水槽３に連続的に処理水が抜き出されることになる。
【００７１】
そして、この動作が所定時間Ａ（例えば５ｍｉｎ）実行された後に、逆流洗浄動作に切り換えられる。この逆流洗浄動作では、上述した如く、膜濾過ポンプＰ２が停止され、逆流洗浄ポンプＰ３が駆動されることにより実行される。この逆流洗浄動作は、図中の時間Ｂ（例えば８ｓｅｃ）だけ行われる。そして、この逆流洗浄動作の途中でエアインジェクションコンプレッサＣが一時的に駆動され、加圧エアが各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に一時的に大量に供給される。このエアインジェクションコンプレッサＣの駆動タイミングとしては、逆流洗浄動作の実行時間のうちの中間の時間に行われる。尚、エアインジェクション動作は、逆流洗浄動作の開始と同時に実行するようにしてもよい。
【００７２】
このような逆流洗浄動作が実行された後、所定時間のウエイト時間（図７中の時間Ｅ）だけ膜濾過ポンプＰ２の起動を禁止し、このウエイト時間の経過後に、膜濾過ポンプＰ２を起動して上記の循環動作に伴う処理水濾過動作が復帰されることになる。以上の動作が繰り返される。
【００７３】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本形態では、汚水処理装置を構成する各種機器を同一ベース１０上に設置することで、この汚水処理装置を可搬式として構成している。このため、この汚水処理装置の設置場所に既存の水処理システムが構築されておりこの水処理システムの改修工事等を行う場合にあっては、この水処理システムの流量調整槽と本汚水処理装置の生物反応槽１とを配管接続し、汚水を汚水処理装置に導入することになる。そして、この汚水処理装置において汚水処理を行わせた状況で既存の水処理システムを停止し、この水処理システムに対して改修工事等を行うことが可能になる。つまり、既存の水処理システムを完全に停止させながら汚水処理装置による汚水処理が行われることになる。このため、水処理システムの全体に対する工事を同時進行させることができるため、水処理システム全体の工事が完了するまでの工期を大幅に短縮することができる。また、汚水処理装置として、その設置現場の要求に応じた処理能力を有するものを適用すれば、上記工事期間中であっても設置現場で発生する汚水の処理を十分に行うことが可能である。
【００７４】
また、博覧会などのイベント会場や建設現場に設置された仮設トイレからの汚水を処理するものとして本可搬式汚水処理装置を適用した場合、沈殿槽での重力沈降による活性汚泥の固液分離ではなく、膜モジュール２による濾過によって活性汚泥が固液分離されるため、高効率で固液分離が可能であり、沈殿槽が不要であって且つ生物反応槽１の大型化を招くこともない。このため、小型の仮設水処理システムを実現することができ、イベント会場や建設現場の敷地面積を大きく制約してしまうことがなくなる。また、本形態では、図１に示すように、生物反応槽１、処理水槽３、膜モジュール２のレイアウトとして、比較的大型の生物反応槽１に対面するように、処理水槽３と膜モジュール２とを併設している。このため、ベース１０上の矩形状のエリア内に、これら生物反応槽１、処理水槽３、膜モジュール２をレイアウトすることができ、これにより、ベース１０上に無駄なスペースが生じてしまうことを抑制して、装置のコンパクト化を図ることができる。
【００７５】
また、本形態では、膜エレメント２２の内部に比較的高い速度で処理汚泥を通過させながら、一部の処理汚泥に対して濾過を行って処理水を抽出するようにしている。このとき、膜エレメント２２の内面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメント２２に付着することなしに生物反応槽１に戻される。このため、膜エレメント２２の内面での単位時間当たりにおける汚泥の付着量は、従来の浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減される。従って、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能になる。また、本形態では、この膜エレメント２２に対し、処理水の濾過方向とは逆方向に洗浄水を定期的に通過させることにより膜エレメント２２の内面に付着している固形物を剥離除去するようにしている。このため、膜エレメント２２の内面に大量の固形物が付着する状況が回避でき、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を図ることができる。その結果、従来のものに比べて、小さな膜面積であっても単位時間当たりに得られる処理水の量を大幅に増大（高フラックス化）することができ、装置全体を大型にすることなしに、高性能の汚水処理を実現することができる。
【００７６】
また、本実施形態のものでは、生物反応槽１と膜モジュール２とを分離配置しているため、膜モジュール２にトラブルが発生した場合には、この膜モジュール２のみをベース１０から取り外してメンテナンス等の作業を行うことができる。このため、メンテナンスのための工数を削減できる。また、従来の浸漬型分離膜ユニットを採用するものでは、このユニットの体積を考慮して生物反応槽を大型に作製しておいたり、このユニットの全体が汚水中に浸漬されるように生物反応槽の高さ寸法を大きく設計しておく必要があった。本実施形態のものでは生物反応槽１と膜モジュール２とを分離配置しているため、この制約は無く、生物反応槽のコンパクト化及び形状の設計自由度の向上を図ることができる。
【００７７】
また、曝気ブロアＢ１から生物反応槽１に供給する空気の供給量を、エアリフトブロアＢ２からの空気供給量及び汚泥戻し管５２から生物反応槽１内への循環汚泥の戻し量に応じて調整するようにし、この生物反応槽１内へ戻される汚泥中の酸素量と曝気ブロアＢ１からの酸素量との合算が目標ＤＯとなるように曝気ブロアＢ１を制御すれば、生物反応槽１内に必要以上の空気が供給されてしまうことがなくなり、曝気ブロアＢ１の稼働率を必要最小限に抑えることでシステムのランニングコストの大幅な削減を図ることができる。この曝気ブロアＢ１から生物反応槽１に供給する空気の供給量の調整は、図示しないコントローラに備えられた曝気量調整手段の制御により行われる。尚、通常運転状態では、曝気ブロアＢ１からの空気の供給量とエアリフトブロアＢ２からの空気供給量とは「３：１」程度に調整されている。本発明はこの比に限るものではない。
【００７８】
尚、本形態では、生物反応槽１へ空気を供給するための曝気ブロアＢ１を備えさせるようにしたが、生物反応槽１に必要な空気量をエアリフトブロアＢ２によって処理汚泥に与え、この処理汚泥を生物反応槽１に戻すようにした場合には、曝気ブロアＢ１が必要なくなる。これにより、システム構成の簡素化を図ることができる。
【００７９】
更に、本実施形態では、汚水処理装置を構成する全ての機器をベース１０上に設置した状態で、ベース１０をクレーン等によって吊り上げたり、トラックの荷台に載置してトラック輸送することにより、装置全体を移動させるようにしていたが、以下の輸送方法を採用することもできる。
【００８０】
つまり、膜モジュール２をベース１０から取り外した状態で、生物反応槽１や処理水槽３等のその他の機器をベース１０上に設置しておき、このベース１０と、膜モジュール２とを設置現場まで搬送し、その後、設置現場において、膜モジュール２をベース１０上に設置すると共に、この膜モジュール２と生物反応槽１との間で汚泥を循環させる循環回路が構成されるように、膜モジュール２を生物反応槽１に対して配管により接続する方法である。つまり、膜モジュール２に汚泥取り出し管５１や汚泥戻し管５２を接続する。また、同時に、膜モジュール２に処理水取り出し管５３やリフトエア供給管６２も接続する。
【００８１】
この施工方法は、例えば生物反応槽１の高さ寸法よりも膜モジュール２の高さ寸法が大きいときに可搬式汚水処理装置をトラック輸送する場合に有効である。つまり、図２に示すように膜モジュール２をベース１０上に設置したままで可搬式汚水処理装置をトラックの荷台に載置したのではトラックの積載高さの許容寸法を越えてしまう場合、この膜モジュール２をベース１０から取り外し、この膜モジュール２を横置きに積載して輸送するなどして積載許容範囲内での輸送が可能になる。
【００８２】
（第１変形例）
次に、上述した第１実施形態の第１変形例について説明する。本例は、膜モジュール２の内部を定期的に薬液洗浄するための構成を付加したものである。その他の構成は上述した第１実施形態のものと略同様である。従って、ここでは薬液洗浄を行うための構成についてのみ説明する。可搬式汚水処理装置の仮設期間が比較的短い（１カ月程度）場合には膜モジュール２の内部を定期的に洗浄する必要がないので、上記第１実施形態の如く薬液洗浄のための構成を備えさせる必要はないが、この仮設期間が比較的長い場合（例えば１年間）には膜モジュール２の内部を定期的（数ヶ月毎）に洗浄する必要があるため本第１変形例の構成が採用されることになる。
【００８３】
図８は本例に係る汚水処理装置の回路構成図である。この図に示すように、本汚水処理装置は薬液タンク４を備えている。この薬液タンク４は、膜モジュール２を薬液洗浄するための薬液が貯留されている。つまり、所定期間毎に実行される薬液洗浄時には、この薬液タンク４に貯留されている薬液が膜モジュール２に供給されることになる。
【００８４】
また、本例における膜モジュール２の本体ケーシング２１の底部には、後述する薬液洗浄動作の終了後に、この本体ケーシング２１の底部から薬液を排出するための排出手段としての排出管６４が接続されており、この排出管６４には開閉自在なバルブＶ２が設けられている。つまり、薬液洗浄動作の終了後にこのバルブＶ２が開放されることにより、本体ケーシング２１から薬液が排出され、生物反応槽１には流入しないようになっている。
【００８５】
−薬液洗浄−
上記薬液タンク４と処理水取り出し管５３とは薬液洗浄管（薬液供給管）５５によって接続されている。この薬液洗浄管５５には薬液洗浄ポンプＰ４が備えられており、この薬液洗浄ポンプＰ４の駆動に伴って、薬液タンク４内の薬液が薬液洗浄管５５及び処理水取り出し管５３を経て膜モジュール２のエレメント収容部２３に供給されるようになっている（図８に一点鎖線で示す矢印参照）。
【００８６】
つまり、所定期間毎に薬液洗浄ポンプＰ４を駆動することによって薬液洗浄動作を実行し、これによって、各膜エレメント２２，２２，…の内面に付着している固形物を溶解除去できるようにしている。この薬液洗浄動作の実行時には、薬液洗浄ポンプＰ４を除く全てのポンプＰ１〜Ｐ３は停止され、上記の濾過動作やエア供給動作を停止するようになっている。このポンプの駆動制御による薬液洗浄動作の実行は、図示しないコントローラに備えられた薬液洗浄手段の制御により行われる。
【００８７】
このような薬液洗浄動作を所定期間毎に実行することにより、膜エレメント２２の内面に付着している固形物は容易に剥離され且つ溶解されて膜エレメント２２は浄化されることになり、効率の良い薬液洗浄を実行することができる。これにより、薬液洗浄動作に要する時間の短縮化を図ることが可能になり、膜モジュール２を迅速に復帰させて濾過動作の稼働率の向上を図ることができる。また、薬液洗浄に使用する薬液の量は膜モジュール２の本体ケーシング２１内の容積程度で済むため、従来の浸漬型分離膜ユニットを薬液洗浄する場合に比べて使用薬液量の削減が図れる。これにより、薬液洗浄後の廃液の量が少なくなり、その処理を容易に行うことができる。
【００８８】
（第２変形例）
次に、上述した第１実施形態の第２変形例について説明する。本例は、逆流洗浄動作時に、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に比較的大量の空気を一時的に通過させるための構成の変形例である。その他の構成は上述した第１実施形態のものと略同様であるため、ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００８９】
図９は、本例に係る汚水処理装置の概略構成を示す図である。この図９に示すように、本形態に係る汚水処理装置は、エアリフトブロアＢ２に繋がっているリフトエア供給管６２の下流側が分岐されており、一方の分岐管６２ｂは膜モジュール２の汚泥流入空間２４に接続され、他方の分岐管６２ｃは上記汚泥取り出し管５１に接続されている。また、この他方の分岐管６２ｃの途中には、エアリフトブロアＢ２から供給される空気を一時的に貯留する貯留容器６５が設けられている。この貯留容器６５の上流側及び下流側の配管には開閉弁Ｖ３，Ｖ４がそれぞれ設けられている。
【００９０】
このため、処理水濾過動作時には、エアリフトブロアＢ２が駆動した状態で上流側の開閉弁Ｖ３のみが開放され、エアリフトブロアＢ２から供給された空気の一部が分岐管６２ｃに流入して貯留容器６５の内部に蓄えられていく。
【００９１】
そして、逆流洗浄動作中に、上流側の開閉弁Ｖ３が閉鎖されると共に下流側の開閉弁Ｖ４が開放され、これによって、貯留容器６５の内部に蓄えられた空気が、汚泥取り出し管５１、汚泥流入空間２４を経て各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に一時的に大量に供給されることになる。これにより、膜エレメント２２の内面に付着している固形物を効果的に剥離除去することができる。
【００９２】
つまり、本例では、エアリフトブロアＢ２から供給される気泡を逆流洗浄動作用の空気として利用することによって、上記第１実施形態におけるエアインジェクションコンプレッサＣやエアインジェクション管６３を不要とすることができ、システム構成の簡素化を図ることができる。
【００９３】
（第３変形例）
次に、上述した第１実施形態の第３変形例について説明する。本例は、エアリフトブロアＢ２から各膜エレメント２２，２２，…の内部空間に連続的に気泡を供給するための構成の変形例である。その他の構成は上述した第１実施形態のものと略同様であるため、ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００９４】
図１０は本例に係る膜モジュール２の内部構造を示す断面図である。図１１はリフトエア供給管６２の先端に取り付けられた散気部材６２ｄの斜視図である。これら図に示すように、リフトエア供給管６２の先端には、膜モジュール２の本体ケーシング２１の断面形状に略一致する円盤状多孔質体により構成された散気部材６２ｄが取り付けられており、この散気部材６２ｄが汚泥流入空間２４の底部に設置されている。
【００９５】
このため、膜モジュール２の本体ケーシング２１の内部に収容された多数本の膜エレメント２２，２２，…のそれぞれの内部空間（一次側空間）に対して空気を略均等に供給することが可能となる。従って、各膜エレメント２２，２２，…の内部空間での汚泥流量を略均一にできて、濾過能力の均等化を図ることが可能となり、その結果、膜分離装置全体としての濾過能力の向上を図ることができる。
【００９６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本形態は、膜モジュールを複数個備えた汚水処理装置に係るものである。尚、ここでは５本の膜モジュールを備えた汚水処理装置について説明する。また、各膜モジュールの構成は、上述した第１実施形態のものと略同様であるため、ここでの説明は省略する。尚、上述した各変形例と同様の膜モジュールを採用することも可能である。
【００９７】
図１２は、本形態に係る汚水処理装置の配管系統図である。この図に示すように、各膜モジュール２Ａ〜２Ｅは、生物反応槽１、処理水槽３、薬液タンク４に対して並列に接続されている。つまり、汚泥取り出し管５１、汚泥戻し管５２、処理水取り出し管５３、逆流洗浄管５４、薬液供給管５５がそれぞれ各膜モジュール２Ａ〜２Ｅに対応するように分岐されていると共に、汚泥取り出し管５１、汚泥戻し管５２、処理水取り出し管５３、逆流洗浄管５４、薬液供給管５５の各分岐管には図示しない開閉弁がそれぞれ設けられている。また、図示しないが、エアリフトブロアＢ２に繋がるリフトエア供給管６２及びエアインジェクションコンプレッサＣに繋がるエアインジェクション管６３も同様に、各膜モジュール２Ａ〜２Ｅに対応するように分岐されていると共に、エアインジェクション管６３の分岐管には開閉弁が設けられている。そして、これら全ての機器が同一ベース１０上に設置されており、これによって汚水処理装置が可搬式として構成されている。
【００９８】
そして、本形態では、逆流洗浄時には５台の膜モジュール２Ａ〜２Ｅのうち選択された１台のみに対して逆流洗浄動作を実行するようになっている。例えば、第１膜モジュール２Ａに対して逆流洗浄動作を実行する際には、他の膜モジュール２Ｂ〜２Ｅでは、処理水濾過動作を継続して実行する。この時には、第１膜モジュール２Ａに接続している各配管の分岐管に備えられた開閉弁のうち、処理水取り出し管５３及び薬液供給管５５の分岐管にそれぞれ備えられた開閉弁が閉鎖され、逆流洗浄管５４の分岐管に備えられた開閉弁が開放されることになる。また、エアインジェクション管６３に備えられた開閉弁も開放されることになる。
【００９９】
そして、この逆流洗浄動作が終了すると、処理水取り出し管５３の分岐管に備えられた開閉弁が開放され、逆流洗浄管５４の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖されて、全ての膜モジュール２Ａ〜２Ｅを使用した処理水濾過動作が復帰する。
【０１００】
その後、他の一つの膜モジュール（例えば第２膜モジュール２Ｂ）の逆流洗浄タイミングに達すると、上記の場合と同様にして開閉弁の開閉が切り換えられて、この一つの膜モジュールに対する逆流洗浄動作が実行される。このようにして、順次、一つの膜モジュールに対する逆流洗浄動作が行われながら４台または５台の膜モジュール２Ａ〜２Ｅにおいて処理水濾過動作が行われるようになっている。
【０１０１】
また、薬液洗浄動作においても同様に、５台の膜モジュール２Ａ〜２Ｅのうち選択された一つのみに対して薬液が供給されて洗浄されることになる。例えば、第１膜モジュール２Ａに対して薬液洗浄動作を実行する際には、他の膜モジュール２Ｂ〜２Ｅでは、処理水濾過動作を継続して実行する。この時には、第１膜モジュール２Ａに接続している各配管の分岐管に備えられた開閉弁のうち、薬液供給管５５の分岐管に備えられた開閉弁が開放し、その他の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖されることになる。また、エアインジェクション管６３に備えられた開閉弁も閉鎖されることになる。
【０１０２】
そして、この薬液洗浄動作が終了すると、薬液供給管５５の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖され、汚泥取り出し管５１、処理水取り出し管５３の分岐管に備えられた開閉弁が開放され、逆流洗浄管５４の分岐管に備えられた開閉弁が閉鎖されて、全ての膜モジュール２Ａ〜２Ｅを使用した処理水濾過動作が復帰する。
【０１０３】
このように、逆流洗浄動作や薬液洗浄動作にあっては１台の膜モジュールのみがその動作に移行し、その他の膜モジュールは、処理水濾過動作が連続して行われる。このため、システム全体としての濾過能力を大きく低下させることなしに上記逆流洗浄動作や薬液洗浄動作による膜エレメントの高性能化の維持を図ることが可能になる。
【０１０４】
−その他の実施形態−
上述した各実施形態及び変形例では、本発明を標準活性汚泥法を使用した汚水処理装置に適用した場合について説明した。本発明は、これに限らず、嫌気好気活性汚泥法などのその他の活性汚泥法を使用した汚水処理装置に適用することも可能である。
【０１０５】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、汚水処理装置を構成する各種機器を同一ベース上に設置することで、この汚水処理装置を可搬式として構成する。また、汚水処理装置を構成する機器として、生物反応槽における生物反応処理後の処理汚泥を膜エレメントで濾過して処理水を得るようにした膜分離器を備えさせ、膜エレメントの内部に比較的高い速度で処理汚泥を通過させながら、一部の処理汚泥に対して濾過を行って処理水を抽出するようにしている。また、この膜エレメントに対し、処理水の濾過方向とは逆方向に洗浄水を定期的に通過させることにより膜エレメントに付着している固形物を剥離除去するようにしている。
【０１０６】
このため、本装置の設置場所に既存の水処理システムが構築されておりこの水処理システムの改修工事等を行う場合にあっては、既存の水処理システムを完全に停止させながら可搬式汚水処理装置による汚水処理が可能になる。これにより、水処理システムの全体に対する工事を同時進行させることができるため、水処理システム全体の工事が完了するまでの工期を大幅に短縮することができる。また、可搬式汚水処理装置として、その設置現場の要求に応じた処理能力を有するものを適用すれば、上記工事期間中であっても設置現場で発生する汚水の処理を十分に行うことが可能である。
【０１０７】
また、博覧会などのイベント会場や建設現場に設置された仮設トイレからの汚水を処理するものとして本可搬式汚水処理装置を適用した場合、沈殿槽での重力沈降による活性汚泥の固液分離ではなく、膜分離器による濾過によって活性汚泥が固液分離されるため、高効率での分離が可能であり、沈殿槽が不要であって且つ生物反応槽の大型化を招くこともない。このため、小型の仮設水処理システムを実現することができ、イベント会場や建設現場の敷地面積を大きく制約してしまうことがなくなる。
【０１０８】
また、膜エレメントの一次側では、循環回路での循環流速に略等しい流速の処理汚泥が流れており、この循環回路の循環流速を比較的高く設定しておけば、膜エレメントの一次側の面に付着しようとする汚泥（固形物）は、循環流によって押し流され、膜エレメントに付着することなしに生物反応槽に戻される。その結果、膜エレメントの一次側の面での単位時間当たりにおける汚泥（固形物）の付着量は、従来の浸漬型分離膜ユニットの場合に比べて大幅に低減されることになり、高い濾過能力を長時間に亘って維持することが可能になる。
【０１０９】
また、本発明では、所定時間毎に逆流洗浄動作を実行しており、これによって、膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去している。このため、膜エレメントの一次側面に大量の固形物が付着する状況が回避でき、高い能力での濾過動作を安定して行うことが可能になり、活性汚泥処理システムの高性能化を図ることができる。その結果、従来のものに比べて、小さな膜面積であっても単位時間当たりに得られる処理水の量を大幅に増大（高フラックス化）することができ、装置全体を大型にすることなしに、高性能の汚水処理を実現することができる。また、膜エレメントに対する薬液洗浄の頻度を低減することもできるため、水処理動作（濾過動作）の稼働率の向上を図ることができ、これによっても高性能の汚水処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る汚水処理装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】第１実施形態に係る汚水処理装置の概略構成を示す側面図である。
【図３】第１実施形態に係る汚水処理装置の回路構成図である。
【図４】膜モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図５】膜モジュール内部に膜エレメントが収容された状態を示す断面図である。
【図６】各工程における膜エレメント内の状態を説明するための図である。
【図７】汚水処理装置の動作を示すタイミングチャート図である。
【図８】第１変形例に係る汚水処理装置の回路構成図である。
【図９】第２変形例に係る汚水処理装置の回路構成図である。
【図１０】第３変形例に係る膜モジュールの内部構造を示す断面図である。
【図１１】第３変形例に係る散気部材の斜視図である。
【図１２】第２実施形態に係る汚水処理装置の配管系統図である。
【符号の説明】
１ 生物反応槽
１０ ベース
２ 膜モジュール（膜分離器）
２１ 本体ケーシング（膜分離器本体）
２２ 膜エレメント
５２ 汚泥戻し管
５３ 処理水取り出し管（導出管）
５４ 逆流洗浄管
５５ 薬液洗浄管（薬液供給管）
６２ リフトエア供給管
６３ エアインジェクション管
Ｐ３ 逆流洗浄ポンプ
Ｂ２ エアリフトブロア
Ｃ エアインジェクションコンプレッサ

Claims (4)

1. 活性汚泥を利用した生物反応処理によって汚水を処理する生物反応槽と、
   上記生物反応槽の外部に設置され且つ透過膜材料を円筒形に成形した多数本の膜エレメントを収容した膜分離器本体を備えていると共に、この膜分離器本体が、各膜エレメントの内部空間と生物反応槽との間で汚泥を循環させる循環回路を構成しており、この循環回路に汚泥を循環させながら、この汚泥を膜エレメントの一次側空間である内部から二次側である外側に向けて濾過することにより処理水を得るよう構成された膜分離器と、
   上記膜エレメントに対し、上記二次側から一次側に向けて洗浄水を通過させて膜エレメントの一次側面に付着している固形物を剥離除去する逆流洗浄動作を実行する逆流洗浄手段と、
   循環動作中は循環汚泥が流れる膜エレメントの下側から一次側空間に向けてこの循環汚泥の流れ方向に沿って流れる気泡を連続的に供給すると共に循環汚泥に搬送力を与えるように設定された循環流速の下で膜エレメントの一次側空間に汚泥に満たされた層と空気に満たされた層とを交互に生じさせる気泡供給手段とを備えており、
   上記生物反応槽、膜分離器、逆流洗浄手段、気泡供給手段が、共に同一ベース上に設置されて構成され、上記生物反応槽に対して複数の膜分離器が互いに並列に接続されており、逆流洗浄手段は、逆流洗浄時には複数の膜分離器のうち選択された一つのみに対して逆流洗浄動作を実行するように構成されていることを特徴とする可搬式汚水処理装置。
2. 請求項１記載の可搬式汚水処理装置において、
   逆流洗浄動作の実行中に膜エレメントの一次側空間に比較的大量の空気を一時的に通過させる空気供給手段が設けられており、この空気供給手段も、生物反応槽、膜分離器、逆流洗浄手段、気泡供給手段と共に同一ベース上に設置されていることを特徴とする可搬式汚水処理装置。
3. 請求項１または２記載の可搬式汚水処理装置において、
   膜分離器本体の薬液洗浄時にこの膜分離器本体の内部に薬液を供給する薬液供給管が、膜分離器本体から処理水を導出する導出管に接続されており、
   この薬液供給管から導出管を経て薬液を膜分離器本体の内部に供給する薬液洗浄動作を実行する薬液洗浄手段が設けられており、この薬液洗浄手段も、生物反応槽、膜分離器、逆流洗浄手段、気泡供給手段と共に同一ベース上に設置されていることを特徴とする可搬式汚水処理装置。
4. 請求項１〜３のうち何れか一つに記載の可搬式汚水処理装置の施工方法であって、
   膜分離器をベースから取り外した状態で、少なくとも生物反応槽及び逆流洗浄手段が設置されたベースと、膜分離器とを設置現場まで搬送し、その後、設置現場において、膜分離器をベース上に設置すると共に、この膜分離器と生物反応槽との間で汚泥を循環させる循環回路が構成されるように、膜分離器を生物反応槽に対して配管により接続することを特徴とする可搬式汚水処理装置の施工方法。

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