JP4833642B2 - 膜分離活性汚泥処理設備 - Google Patents

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Description

本発明は、下水、返流水、ゴミ浸出水、屎尿、農業排水、畜産排水、養殖排水、工場排水などの各種の排水の処理に用いられる膜分離活性汚泥処理設備に関するものである。
下水をはじめとする上記のような排水の処理には、従来から活性汚泥処理法が広く用いられている。旧来の活性汚泥処理設備は、最初沈殿池と生物処理槽と最終沈殿池とを直列に配置したもので、広い設置面積を必要とするものである。都市部においては処理すべき排水量が増加しても下水処理場の敷地面積を拡大することは困難であるから、最近では設置面積を大幅に削減できる膜分離活性汚泥処理設備への設備更新が検討され始めている。
膜分離活性汚泥処理設備は、図１に示すように生物処理槽１で活性汚泥処理された水を分離膜２によりろ過し、ろ過水を処理水として取り出すようにしたものである。この装置は固液分離を分離膜２により行うことができるので、生物処理槽１と分離膜２のみから構成することができ、処理能力を落とすことなく設置面積を大幅に削減できる利点がある。その一例が特許文献１に記載されている。
ところが膜分離活性汚泥処理設備を実際に運転する際には、生物処理槽１への原水流入部にスクリーン３を設置し、原水中の固形物を除去することが必要である。例えば特許文献１では夾雑物捕捉部が設置されている。また多くの特許文献では省略されているものの、実際にはスクリーン３を省略することはできない。これはスクリーン３を省略すると原水中の固形物が生物処理槽１内に浸漬された分離膜２に絡まり、次のような不具合を生じるためである。
具体的には、髪の毛のような固形物が生物処理槽１内に流入すると、循環流に載って流動する間に分離膜２に絡まり、容易に除去することができないために有効膜面積が次第に減少してしまうこととなる。また石や金属片のような硬質異物が生物処理槽１内に流入すると、循環流に載って流動する間に分離膜２の膜面を傷付けることとなり、いずれにしても安定運転を継続することができなくなる。
なお、旧来の活性汚泥処理設備では生物処理槽に流入した固形物は最終沈殿池で沈降し、返送汚泥の一部として系外に排出される。しかし旧来の生物処理槽の槽内滞留時間（ＳＲＴ）は１０〜２０日であったのに対して、膜分離活性汚泥処理設備における生物処理槽１のＳＲＴは２０〜４００日と長いため、いったん生物処理槽１内に流入した固形物はなかなか系外に排出されない。
このため実際の膜分離活性汚泥処理設備においては、スクリーン３として０.５〜２ｍｍ程度の狭い目幅のものを用い、生物処理槽１内への固形物の流入を防止している。しかし、このような狭い目幅のスクリーン３は原水中の固形物により急速に閉塞するため、作業員が頻繁にスクリーン３をメンテナンスする必要があるため、メンテナンス作業の負担が大きい。また大量のし渣が発生するため、その処分も大変である。このように、膜分離活性汚泥処理設備は設置面積の削減効果は大きいものの、スクリーン３の設置に伴う問題が生じている。
特開２００３−９４０８５号公報
本発明は上記した従来の問題点を解決して、原水中の固形物の分離膜への絡み付きや固形物による膜の損傷を防止しつつ膜分離活性汚泥処理を支障なく実施することができ、しかもメンテナンスの負担を軽減した膜分離活性汚泥処理設備を提供することを目的とするものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明は、生物処理槽の外部に、槽内水をクロスフローろ過する分離膜を設置するとともに、この生物処理槽の前段に、原水中の固形物を沈降分離する最初沈殿池を設置した膜分離活性汚泥処理設備であって、前記生物処理槽の槽内固形物滞留時間を２０〜４００日、ＭＬＳＳを５０００〜２００００ｍｇ/Ｌとしたことを特徴とするものである。なお、生物処理槽のＭＬＳＳを７０００〜１５０００ｍｇ／Ｌとすることがより望ましい。また、分離膜がＭＦまたはＵＦであるモノリス膜またはチューブラー膜またはハニカム膜で、材質がセラミックまたは高分子であることが好ましい。さらに、原水中の固形物を膜入口で捕捉するためには、膜の原水入口の大きさは１〜１０ｍｍが望ましく、より好ましくは１〜５ｍｍであることが望ましい。
本発明の膜分離活性汚泥処理設備においては、最初沈殿池によって原水中の沈降性固形物を沈降分離し、浮上性固形物をスカムスキマなどで除去したうえ、原水を生物処理槽に導いて汚泥処理を行い、槽外の分離膜によって槽内水をクロスフローろ過する。このため原水中の固形物の大半はスクリーンのような頻繁なメンテナンスを要しない最初沈殿池で分離され、生物処理槽に持ち込まれることがない。また仮に固形物の一部が持ち込まれたとしても、分離膜は槽外に設置されているので、固形物が分離膜に絡み付くことがない。特に分離膜がモノリス膜またはチューブラー膜またはハニカム膜である場合には、膜モジュールの入口部分でも固形物が捕捉でき、逆洗時に系外に排出できる。
このため本発明の膜分離活性汚泥処理設備はメンテナンス頻度が少ないうえ、し渣の発生量も減少させることができる。しかもスクリーンにより分離されたし渣とは異なり固形物が完全に除去できないので、最初沈殿池によって沈降分離されなかった有機性固形物は脱窒用有機物源として利用することができ、脱窒処理を行う処理場においては有利である。
以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１において、１は生物処理槽、２はその外部に設置され、生物処理槽１の槽内水をクロスフローろ過する分離膜である。この生物処理槽１は槽内滞留時間が２０〜４００日のもので、散気装置４によって空気が吹き込まれ、活性汚泥処理がなされる。また槽内のＭＬＳＳは５０００〜２００００ｍｇ/Ｌであり、旧来の生物処理槽の槽内滞留時間が１０〜２０日、ＭＬＳＳが３０００ｍｇ/Ｌ未満であったのと比較して、生物量を大幅に増加させている。本発明において生物処理槽１の槽内滞留時間を２０〜４００日としたのは、２０日未満であるとMLSSが５０００ｍｇ／Lを下回るため活性汚泥の大きさが小さくなり膜に詰まりやすくなり、４００日を越えるとMLSSが２００００ｍｇ／Lを超えるため汚泥の粘度が非常に高くなり膜ろ過に動力を要するからである。
分離膜２としては、膜モジュールの入口部分で固形物が分離し易いモノリス膜またはチューブラー膜を用いることが好ましい。この実施形態ではセラミック製のモノリス膜が用いられているが、その材質は必ずしもセラミックに限定されるものではなく、高分子膜であっても差し支えない。膜の種類はＭＦ膜あるいはＵＦ膜が好ましく、外圧式であっても内圧式であってもよい。生物処理槽１の槽内水は循環ポンプ５によって分離膜２が入ったモジュール内に打ち込まれ、クロスフローろ過が行なわれる。
生物処理槽１の槽内水には活性汚泥を主体とする固形分が含まれているが、固形分は分離膜２の膜面で分離されて処理水が分離膜２の２次側から取り出される。また分離膜１の膜面を通過しなかった濃縮水は循環流路６を経由して生物処理槽１に返送される。
本発明の膜分離活性汚泥処理設備では、図１のスクリーン３に代えて、原水中の固形物を沈降分離する最初沈殿池７が生物処理槽１の前段に設置されている。この最初沈殿池７は旧来のような大型のものとする必要はなく、簡易沈殿池とすればよい。原水は最初沈殿池７に流入し、含有される固形物を沈降させてＢＯＤを低下させる。膜面を傷付けるおそれのある石や金属片のような硬質異物は確実に分離され、髪の毛などの膜に絡み付き易い固形物も大部分を沈降分離させることができる。最初沈殿池７で固形物を除去させた後の上澄水が生物処理槽１に供給される。
最初沈殿池７は図１のスクリーン３のような目詰まりのおそれはないから、頻繁にメンテナンス作業を行なわなくても、原水中の固形物を分離し、生物処理槽１への固形物の持ち込みを低減することができる。しかも最初沈殿池７はスクリーン３とは異なり、原水流入量の変動を吸収するバッファ機能を備えているので、この点でも有利である。このため本発明の膜分離活性汚泥処理設備は、無人運転が可能となる。
最初沈殿池７は簡易型で十分であるが、本発明を既設の下水処理場で実施する場合には、既設の最初沈殿池をそのまま使用してもよいことはいうまでもない。なお、最初沈殿池によってあら取りされた上澄み水中には有機性固形物が多く存在し、脱窒用有機物源として利用することができるので、同一処理場内に脱窒槽が設置されている場合には有利である。
以下に本発明の実施例を比較例とともに示す。
表１に膜分離活性汚泥法により下水を処理した場合の例を示す。生物反応槽は硝化液循環型で、その槽内固形物滞留時間は８０日である。用いた膜は外圧式の中空糸膜と内圧式のセラミック膜であり、中空糸の場合生物反応槽内に浸漬するタイプで、セラミック膜の場合は生物反応槽外に設置するタイプとして使用した。スクリーンの目幅は標準的な１．０ｍｍを使用した。
表１に示したように、スクリーンを使用する場合は、メンテナンス頻度が高いことが判る。また、中空糸を用いた場合、スクリーンがないと安定ろ過が不可能なことが判る。それに対し、セラミック膜を用いた場合、スクリーンが無くとも１年以上安定ろ過可能なことが判った。
Figure 0004833642
上記の実施例のデータからも明らかなように、本発明の膜分離活性汚泥処理設備によれば、原水中の固形物の分離膜への絡み付きや固形物による膜の損傷を防止しつつ膜分離活性汚泥処理を支障なく実施することができる。しかもスクリーンを用いた場合に比べてメンテナンスの負担を大幅に軽減することができる。
従来の膜分離活性汚泥処理設備を示すフロー図である。 本発明の膜分離活性汚泥処理設備を示すフロー図である。
符号の説明
１ 生物処理槽
２ 分離膜
３ スクリーン
４ 散気装置
５ 循環ポンプ
６ 循環流路
７ 最初沈殿池

Claims (2)

  1. 生物処理槽の外部に、槽内水をクロスフローろ過する分離膜を設置するとともに、この生物処理槽の前段に、原水中の固形物を沈降分離する最初沈殿池を設置した膜分離活性汚泥処理設備であって、前記生物処理槽の槽内固形物滞留時間を２０〜４００日、ＭＬＳＳを５０００〜２００００ｍｇ/Ｌとしたことを特徴とする膜分離活性汚泥処理設備。
  2. 分離膜がモノリス膜またはチューブラー膜またはハニカム膜であることを特徴とする請求項１記載の膜分離活性汚泥処理設備。
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