JP4403495B2

JP4403495B2 - 排水処理装置

Info

Publication number: JP4403495B2
Application number: JP2004000329A
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: 2004-01-05
Filing date: 2004-01-05
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-01-05
Also published as: JP2005193106A

Description

本発明は排水処理装置に係り、特に排水を生物処理する生物処理槽に分離膜による固液分離を併用した排水処理装置に関する。

従来、排水や下水を微生物で処理する生物処理は、比較的低コストであることから広く採用される。この生物処理で処理された処理水は微生物を含有する活性汚泥が混合しているため、処理水を系外に排出する前に活性汚泥を固液分離する手段が必要とされる。

この固液分離手段の一つとして分離膜モジュールなどを用いた膜処理が採用されている。しかしながら、濁度の高い排水を処理する際には膜面の付着物により吸引力が低下して、排水処理能力全体が低下するという欠点があった。

その対策として、特許文献１の排水処理装置のように、分離膜モジュールの下方に散気装置を設けて、分離膜モジュールに対してエアなどのガスを散気する方法が採用され、定期的にオゾンガスの散気に切り換えることにより、分離膜モジュールの表面に対する洗浄効果を高めることができる。
特開平１１−７７０４４号公報

ところで、一般的に散気するガスの気泡は大きければ大きいほど洗浄力が向上するため、特許文献１の散気手段では比較的粗大な気泡で散気が行われている。

しかしながら、オゾンガスによる膜洗浄を行う場合、大きな気泡で散気を行うとオゾンガスが排水中に溶解し難い上、分離膜モジュールが溶解したオゾンと接触して劣化するため、オゾンに耐性を有する材質の分離膜しか使用できないという問題があった。

また、エアを用いて散気を常時行う膜洗浄では、生物処理槽の溶存酸素量が上昇するため、活性汚泥内の微生物が増殖して活性汚泥量が増大し、活性汚泥が分離膜モジュールへ付着し易くなるという欠点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、分離膜モジュールによって効率よく固液分離できるとともに、安定した排水処理できる排水処理装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１は前記目的を達成するために、生物処理槽で生物学的処理により排水を処理する排水処理装置において、前記生物処理槽内の排水に浸漬配置され、膜処理による固液分離を行う分離膜モジュールと、前記生物処理槽内の底部で前記分離膜モジュールの真下位置に設置され、エアを粗大な気泡で散気する粗大気泡散気手段と、前記生物処理槽の底部で前記分離膜モジュールの真下以外の位置に設置され、エア又はオゾンガスを微細な気泡で散気する微細気泡散気手段と、前記微細気泡散気手段の散気をエアからオゾンガス、または、オゾンガスからエアに切り換える散気切換手段と、を備え、前記生物処理槽内の活性汚泥濃度を測定する活性汚泥測定手段と、該活性汚泥測定手段の測定値に基づいて前記散気切換手段を制御する制御手段と、を設け、前記制御手段は、あらかじめ設定された前記活性汚泥濃度の設定値を１００％としたときに、前記活性汚泥測定手段の測定値が、前記設定値から１０〜２０％増加した範囲の一定値を超えた場合には前記微細気泡散気手段の散気をオゾンガスに切換え、前記一定値以下の場合には前記微細気泡散気手段の散気をエアに切り換えることを特徴とする。

本発明によれば、分離膜モジュールの真下に粗大気泡散気手段を設置して、分離膜モジュールに対して粗大な気泡でエアを散気することにより、膜面に活性汚泥などが付着することを抑制することができるとともに、分離膜モジュールに付着したケーキ層を効率よく除去できる。これにより、膜処理効率の低下を低減した効率のよい廃水処理を行うことができる。

また、生物処理槽内の底部に微細気泡散気手段を設置して、エア又はオゾンガスを微細な気泡で散気することにより、生物処理槽内の排水に効率よくエア又はオゾンガスを溶存させることができる。そして、散気切換手段で微細気泡散気手段での散気を切換ることにより、状況に応じた散気を行うことができる。すなわち、通常時はエアに切り換えて散気を行うことにより、微細な気泡によりエアを排水中に溶解し易くできるので、排水中の溶存酸素量を上昇させて、活性汚泥による排水処理効率を向上できる。一方、活性汚泥量が増大した時には、散気切換手段により微細気泡散気手段の散気をオゾンガスに切り換えることにより、排水中に効率よくオゾンガスを溶解させ、溶解したオゾンにより活性汚泥の微生物を可溶化したり、有機物の分解を促進することができる。また、微細気泡散気手段は散気した気泡が分離膜モジュールに接しない位置に配置されているため、オゾンの強酸化力による分離膜モジュールの劣化を低減できる。
排水処理装置において、排水の水質などにより生物処理槽の活性汚泥量は常に変化する。そのため、活性汚泥測定手段で生物処理槽内の活性汚泥濃度を測定し、あらかじめ設定した設定値を１００％として、その測定値が設定値から１０〜２０％の間の一定値を越えたら、制御手段が散気切換手段における散気の切り換えを制御するようにした。これにより、生物処理槽内の活性汚泥量に対応してエア又はオゾンガスに切り換えて散気を行うため、常に適切な活性汚泥量に保持することができる上、分離膜モジュールによる固液分離を安定して行うことができるので、効率のよい排水処理を安定して行うことができる。

なお、微細気泡散気手段から散気される気泡の径は、０．１〜２．０ｍｍの範囲であることが好ましい。これにより、エア又はオゾンガスを効率よく排水中に溶解させることができるので、散気切換手段による切り換えだけで活性汚泥量や生物処理能力を調整することができる。

以上説明したように本発明に係る排水処理装置によれば、生物処理槽内に浸漬配置された分離膜モジュールの下方に粗大気泡散気手段を設置するとともに、散気した気泡が分離膜モジュールに接しない位置に微細気泡散気手段を設置して、散気切換手段で微細気泡散気手段における散気をエア又はオゾンガスに切り換えることにより、効率のよい膜分離が行えるとともに、余剰汚泥の発生量を低減することができるので、安定した効率のよい排水処理を行うことができる。

以下添付図面に従って本発明に係る排水処理装置における好ましい実施の形態について詳説する。

図１は、本発明の実施の形態である排水処理装置１０の概略構成図であり、好気的に生物処理を行う一例である。

排水処理装置１０は、主に生物処理槽１２と、分離膜モジュール１４と、粗大気泡散気手段である粗大気泡散気管１６と、微細気泡散気手段である微細気泡散気管１８と、ブロア２０と、オゾンガス発生器２２と、制御手段であるコントローラ２４と、から構成される。

生物処理槽１２では、上方に配置された流入管２６から流入した排水が生物処理槽１２内の活性汚泥と混合して生物学的に処理される。また、生物処理槽１２の底部には活性汚泥測定手段である活性汚泥濃度計２７が設置されており、濁度から生物処理槽１２内の活性汚泥量が測定される。

分離膜モジュール１４は生物処理槽１２内に浸漬した状態で配置され、活性汚泥などの汚濁物質を濾過できる分離膜が使用される。また、分離膜モジュール１４の上方にはポンプ３０を備えた流出管２８が設けられ、ポンプ３０を駆動させることにより分離膜モジュール１４に吸引力が付与されて、膜処理により固液分離された処理水が流出管２８から系外に排出される。

生物処理槽１２内の底部には、粗大気泡散気管１６が分離膜モジュール１４の真下に位置するように設置される。粗大気泡散気管１６は複数の孔（図示せず）を備えた配管であり、各孔は散気した気泡が分離膜モジュール１４の外面と接触するように配置される。粗大気泡散気管１６はエア供給管３２を介してブロア２０と接続し、ブロア２０から分離膜モジュール１４の膜処理能力に影響しない程度のエアが供給される。

また、生物処理槽１２内の底部には、微細気泡散気管１８が分離膜モジュール１４の真下以外の位置に設置される。微細気泡散気管１８は複数の孔（図示せず）を備えた配管であるが、粗大気泡散気管１６の孔よりは小さく、散気する気泡の径が０．１〜２．０ｍｍの範囲になるように各孔 (図示せず）の大きさが設定されている。また、微細気泡散気管１８はオゾンガス供給管３４を介してオゾンガス発生器２２に接続され、オゾンガス発生器２２で発生したオゾンガスが微細気泡散気管１８に供給される。

エア供給管３２及びオゾンガス供給管３４は連結管３６で連結され、連結管３６には散気切換手段であるエア供給弁３８が設置される。エア供給弁３８は、開閉することにより微細気泡散気管１８へのエアの供給が調整される。また、オゾンガス供給管３４には、連結管３６との連結箇所より下流側の位置に、同じく散気切換手段であるオゾンガス供給弁４０が設置される。オゾンガス供給弁４０は、開閉することにより微細気泡散気管１８へのオゾンガスの供給が調整される。

コントローラ２４は活性汚泥濃度計２７、エア供給弁３８、及びオゾンガス供給弁４０と接続し、活性汚泥濃度計２７から送信された測定値を基にして、エア供給弁３８及びオゾンガス供給弁４０の開閉を制御する。

次に、上記の如く構成された本発明の実施の形態である排水処理装置１０の作用について説明する。

排水処理装置１０において、下水などの排水は、流入管２６を介して生物処理槽１２へ流入し、活性汚泥と混合して好気条件下で生物処理される。そして、生物処理された排水は、ポンプ３０の吸引力で分離膜モジュール１４により活性汚泥と固液分離されて、流出管２８から処理水として系外へ流出される。

このとき、粗大気泡散気管１６では、ブロア２０から供給される一定量のエアが粗大な気泡の状態で常に散気されているため、散気により発生した上昇流が分離膜モジュール１４の表面に作用する。これにより、活性汚泥などの汚濁物質が吸引力によって分離膜モジュール１４の表面上に付着固定することを抑制できるので、分離膜モジュール１４における膜処理を効率よく行うことができる。

また、粗大気泡散気管１６から一定量のエアを常に散気することにより、生物処理槽１２内の排水は活性汚泥と効率よく攪拌混合されるとともに、排水中の溶存酸素量も上昇させることができるので、生物処理槽１２内で好気的な生物処理を効率よく安定して行うことができる。

排水処理装置１０において、排水の水質などの外因によって生物処理槽１２内の活性汚泥量は変動し易く、活性汚泥量に比例して排水処理装置１０の排水処理能力は向上する。しかしながら、活性汚泥量が多くなりすぎると、いくら粗大気泡散気管１６からエアを散気しても分離膜モジュール１４に活性汚泥が付着し易くなる。そのため、分離膜モジュール１４による能力が低下するので、排水処理装置１０全体の処理能力が低下してしまう。したがって、排水処理装置１０で効率のよい排水処理を行うためには、生物処理槽１２内の活性汚泥を適切な量に保持する必要がある。

そこで、生物処理槽１２内の活性汚泥量を測定する活性汚泥濃度計２７を設置して、測定値をコントローラ２４へ送信し、コントローラ２４が送信された測定値を基にしてエア供給弁３８及びオゾンガス供給弁４０の開閉を制御するようにした。すなわち、コントローラ２４において、あらかじめ任意の値を設定し、その設定値を１００％として、測定値が設定値に１０〜２０％増加した一定値を超えた場合にはエア供給弁３８を閉成してオゾンガス供給弁４０を開成するようにし、測定値が一定値以下になった場合にはエア供給弁３８を開成してオゾンガス供給弁４０を閉成するようにした。なお、コントローラ２４において設定値よりも１０〜２０％の範囲で管理したのは、活性汚泥量は直線的に変化しないため、設定値に幅を持たせた方が管理し易いためである。

このとき、設定値から１０〜２０％増加した範囲を活性汚泥濃度の絶対値で見た場合の好ましい範囲は１５〜２０ｇ／Ｌの範囲であり、例えば活性汚泥濃度が２０ｇ／Ｌを超えたら微細気泡散気管１８の散気をオゾンガスに切り換え、２０ｇ／Ｌ以下の場合には散気をエアに切り換えるようにすることが好ましい。

これにより、生物処理槽１２の活性汚泥量が増加して、活性汚泥濃度計２７の測定値が一定値、すなわち活性汚泥濃度が２０ｇ／Ｌを超えると、コントローラ２４はエア供給弁３８を閉成するとともに、オゾンガス供給弁４０を開成すれば、オゾンガス発生器２２で発生したオゾンガスを微細気泡散気管１８から散気することができる。オゾンガスは０．１〜０．２ｍｍ径の気泡で散気されるため、排水中に迅速に溶解して活性汚泥と効率よく反応し、活性汚泥中の微生物の可溶化及び有機物の分解を促進させることができる。こうして可溶化及び分解された活性汚泥は自己消化により生物処理槽１２内で生物処理されるので、増加した活性汚泥を系外へ排出することなく生物処理槽１２内で分解して減少させることができる。

このとき、散気されたオゾンガスは、直ぐに溶解して活性汚泥と反応する上、微細気泡散気管１８は散気される気泡が分離膜モジュール１４に接触しない位置に配置されているため、オゾンによる分離膜モジュール１４の劣化を防止できる。

一方、オゾンガスにより生物処理槽１２内の活性汚泥量が減少して、活性汚泥濃度計２７の測定値が一定値以下、すなわち活性汚泥濃度が２０ｇ／Ｌ以下になると、コントローラ２４はエア供給弁３８を開成させるとともに、オゾンガス供給弁４０を閉成させる。このとき、微細気泡散気管１８では０．１〜２．０ｍｍ径の気泡でエアが散気されるため、排水中へのエアの溶解を促進することができる。これにより、生物処理槽１２における生物処理能力を更に向上させることができるので、オゾンによって可溶化・分解が促進された活性汚泥を効率よく生物処理することができる。

このように、本発明の排水処理装置１０を採用することにより、生物処理槽１２内の活性汚泥量が自動的に保持されるので、安定した排水処理を行うことができる。

なお、上述した排水処理装置１０において、使用される各部材及び装置の個数、形状、材質などは特に限定するものではない。排水処理装置１０では、好気的な生物処理を行う生物処理槽１２を使用したが、特に限定するものではない。生物処理槽１２の上面を密閉してエアの代わりに窒素を循環散気すれば、嫌気的な脱窒処理も効率よく行うことができる。

本発明の実施の形態である排水処理装置の概略構成図

符号の説明

１０…排水処理装置、１２…生物処理槽、１４…分離膜モジュール、１６…粗大気泡散気管、１８…微細気泡散気管、２０…ブロア、２２…オゾンガス発生器、２４…コントローラ、２６…流入管、２８…流出管、３０…ポンプ、３２…エア供給管、３４…オゾンガス供給管、３６…連結管、３８…エア供給弁、４０…オゾンガス供給弁

Claims

生物処理槽で生物学的処理により排水を処理する排水処理装置において、
前記生物処理槽内の排水に浸漬配置され、膜処理による固液分離を行う分離膜モジュールと、
前記生物処理槽内の底部で前記分離膜モジュールの真下位置に設置され、エアを粗大な気泡で散気する粗大気泡散気手段と、
前記生物処理槽の底部で前記分離膜モジュールの真下以外の位置に設置され、エア又はオゾンガスを微細な気泡で散気する微細気泡散気手段と、
前記微細気泡散気手段の散気をエアからオゾンガス、または、オゾンガスからエアに切り換える散気切換手段と、を備え、
前記生物処理槽内の活性汚泥濃度を測定する活性汚泥測定手段と、該活性汚泥測定手段の測定値に基づいて前記散気切換手段を制御する制御手段と、を設け、
前記制御手段は、
あらかじめ設定された前記活性汚泥濃度の設定値を１００％としたときに、前記活性汚泥測定手段の測定値が、前記設定値から１０〜２０％増加した範囲の一定値を超えた場合には前記微細気泡散気手段の散気をオゾンガスに切換え、前記一定値以下の場合には前記微細気泡散気手段の散気をエアに切り換えることを特徴とする排水処理装置。
前記微細気泡散気手段から散気される気泡の径は、０．１〜２．０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１の排水処理装置。