JP4874231B2

JP4874231B2 - 水処理システム

Info

Publication number: JP4874231B2
Application number: JP2007505909A
Authority: JP
Inventors: 一久西森; 清司和泉; 太一上坂; 達也上島; 英俊桝谷; 滋人三馬
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: CA2597756A1; CN101128398B; EP1897857A1; EP1897857A4; CA2597756C; WO2006093070A1; JPWO2006093070A1; US20090236275A1; CN101128398A; US7931802B2

Description

本発明は、水処理システムに関し、膜分離装置を用いて排水の高度な処理を行う技術に係るものである。

従来、この種の水処理技術には、例えば日本国特許公報の特開２００４−８４０号公報に記載するものがある。この技術を図６を参照して説明する。

浄化槽汚泥、し尿４１はばっ気槽４２に導き、ばっ気槽４２において微生物等による生物処理を施す。生物処理を施した生物処理水は生物処理水槽４３を経て第１の膜分離装置４４に送り、膜分離装置４４において濃縮汚泥４５と膜分離水４６とに分離する。

濃縮汚泥４５は一部を返送汚泥としてばっ気槽４２、生物処理水槽４３へ返送し、残った濃縮汚泥を連続的または間欠的に脱水機４７に送る。一方、膜分離水４６は混和槽４８で凝集薬剤と混和して後に凝集槽４９へ導き、凝集槽４９でフロックを形成した後に凝集膜原水槽５０へ導き、その後に第２の膜分離装置５１に送り、膜分離装置５１において凝集濃縮汚泥５２と凝集膜分離水５３とに分離する。

凝集膜分離水５３は系外へ導き出し、凝集濃縮汚泥５２は一部を凝集膜原水槽５０に返流し、残りは濃縮汚泥４５の残部とともに汚泥スラリーとして連続的に脱水機４７に供給して脱水する。脱水した脱水汚泥５５は系外へ導き出し、汚泥から分離された脱水分離液５６は連続的に生物処理水槽４３中に返流する。

また、従来の技術としては、日本国特許公報の特開２００３−２３６５８４号公報に開示するものがある。この技術を図７を参照して説明する。

汚水処理装置３０は前処理設備３１と第１凝集分離設備３２と生物処理設備３３と第２凝集分離設備３４と酸化設備３５と吸着設備３６と脱塩設備３７と乾燥設備３８と放流設備３９を備えている。

前処理設備３１は汚水の水量および水質の調製・均一化等の前処理を行うものである。第１凝集分離設備３２は凝集沈殿分離処理を行うものであり、前処理設備３１の下流に隣接して配置する。生物処理設備３３は生物処理を行うものであり、第１凝集分離設備３２の下流に隣接して配置する。第２凝集分離設備３４は凝集膜ろ過分離処理を行うものであり、生物処理設備３３の下流に隣接して配置する。

また、酸化設備３５は促進酸化処理を行うものであり、第２凝集分離設備３４の下流に隣接して配置する。吸着設備３６は吸着処理を行うものであり、酸化設備３５の下流に隣接して配置する。脱塩設備３７は脱塩処理を行うものであり、吸着設備３６の下流に隣接して配置する。

さらに、乾燥設備３８は固形塩を取り出すものであり、脱塩設備３７の下流に隣接して配置する。放流設備３９は最終処理水を公共用水域に放流するものであり、脱塩設備３７の下流に隣接して配置する。

上述したように、特開２００４−８４０号公報において、ばっ気槽４２で生物処理した生物処理水は第１の膜分離装置４４および第２の膜分離装置５１によって多段階に膜分離しており、特に第２の膜分離装置５１では凝集剤を併用して凝集膜分離を行っている。

また、特開２００３−２３６５８４号公報においては、第１凝集分離設備３２で凝集沈殿分離処理を行い、生物処理設備３３で生物処理を行い、第２凝集分離設備３４で凝集膜ろ過分離処理を行って高度な処理を行っている。

しかし、生物処理水のＢＯＤ濃度は一定ではなく、生物処理前の原水におけるＢＯＤ濃度に起因して変動する。このため、膜分離装置を配置した反応槽において凝集剤を併用して高度な処理を行う場合には以下の問題がある。

生物処理水のＢＯＤ濃度が低い（２０ｍｇ／Ｌ）場合には、反応槽における汚泥発生量（微生物量）が小さくなり、反応槽内の有機物濃度が低くなる。このため、凝集剤を添加しても反応槽内で形成される汚泥フロックが小さくなり、汚泥フロックが分散し易い傾向となり、凝集剤の使用量が増加する。

また、流入ＢＯＤ濃度が低い環境は反応槽内の微生物にとって細胞外の基質が枯渇する状態であり、微生物が細胞内の炭素源（内生基質）を使いはじめることで汚泥フロックに含まれた微生物が自己分解を起こし、汚泥フロックが細かく分散する。このため、分散した細かい汚泥および微生物の自己分解によって発生する微生物の小さい固形物質に起因して膜分離装置の膜面が閉塞し易くなる。

さらに、高度な処理に浸漬型凝集膜分離槽を用いる場合にあっては、運転に適した汚泥濃度範囲が存在する。この汚泥濃度範囲は、十分な処理性能を確保するために、あるいは汚泥フロックを好適な大きさに形成するために必要なものである。しかし、流入ＢＯＤ濃度が低い場合には、運転に適した汚泥濃度に達するまでに時間を要し、もしくは達成が難しくなる。

本発明は上記した課題を解決するものであり、生物処理した後の処理水を膜分離装置で処理するものにおいて、膜面の閉塞を抑制し、凝集剤の使用量を抑制できる水処理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の水処理システムは、系内に流入する処理対象原水が生物処理工程を経て膜分離工程の反応槽へ流入し、膜分離工程で凝集剤を併用して膜分離処理を行う水処理システムであって、前記処理対象原水を前記反応槽へ供給する原水供給手段と、前記凝集剤を添加する凝集剤添加手段を備えることを特徴とする。

上記した構成により、膜分離活性汚泥法を高度な処理に適用する場合において、膜分離工程の反応槽でのＢＯＤ濃度が低く（例えば２０ｍｇ／Ｌ以下）、汚泥発生量が極めて少ない場合には、生物処理工程を経ていない処理対象原水の適量を原水供給手段により反応槽へ供給するとともに、凝集剤添加手段により凝集剤を添加する。

この処理対象原水の添加によって有機物成分やＳＳを増加させて、反応槽の膜分離対象液の性状をフロック形成に適したものに調整し、凝集剤により有機物成分（溶解性物質）やＳＳ（固形物）を凝集させて十分な大きさの汚泥フロックを形成する。

このように、反応槽内の汚泥濃度をフロック形成に適した所定の汚泥濃度に調整して汚泥フロック径の増大を図ることで、膜面閉塞の低減およびろ過性の向上を図ることができ、生物処理工程の処理水を好適に処理することが可能となり、かつ凝集剤添加量を低減することができる。

凝集剤には乱流条件下で解体し難く、かつ生物分解し難い有機系高分子凝集剤が望ましい。

また、凝集剤は単独で反応槽へ添加するか、あるいは処理対象原水へ予め混合した後に処理対象原水とともに反応槽へ供給する。凝集剤の添加は処理対象原水の投入量に対して一定の割合で行う。

この凝集剤の添加割合は、反応槽における汚泥発生量もしくは汚泥減少量に対して一定の割合（汚泥濃度当たりの凝集剤量）とする。この添加割合とすることで凝集剤の添加量を最適化することが可能となる。あるいは反応槽から排出する余剰汚泥中に含まれる凝集剤量を計測し、計測した値から不足する凝集剤量を経験則により求め、求めた不足量を補充する凝集剤量とすることも可能である。

このことにより、従来の手法、つまり反応槽内の溶解性ＣＯＤ濃度や、反応槽から流れ出る流出水中のＣＯＤ濃度、濁度などを計測し、これらの計測値が適値となるように凝集剤を添加する手法よりも簡便に、凝集剤の添加を行える。膜分離工程における膜分離処理は、反応槽中に膜分離手段を浸漬して行っても良く、反応槽外に膜分離手段を配置して行っても良い。

本発明の水処理システムは、系内に流入する処理対象原水が前処理工程および生物処理工程を順次に経て膜分離工程の反応槽へ流入し、膜分離工程で凝集剤を併用して膜分離処理を行う水処理システムであって、前記前処理工程の処理水を前記反応槽へ供給する処理水供給手段と、前記凝集剤を添加する凝集剤添加手段を備えることを特徴とする。

上記した構成により、膜分離活性汚泥法を高度な処理に適用する場合において、膜分離工程の反応槽でのＢＯＤ濃度が低く（例えば２０ｍｇ／Ｌ以下）、汚泥発生量が極めて少ない場合には、生物処理工程を経ていない前処理工程の処理水の適量を前処理水供給手段により反応槽へ供給するとともに、凝集剤添加手段により凝集剤を添加する。

この前処理工程の処理水の添加によって有機物成分やＳＳを増加させて、反応槽の膜分離対象液の性状をフロック形成に適したものに調整し、凝集剤により有機物成分（溶解性物質）やＳＳ（固形物）を凝集させて十分な大きさのフロックを形成する。

また、凝集剤は単独で反応槽へ添加するか、あるいは前処理工程の処理水へ予め混合した後に処理水とともに反応槽へ供給する。凝集剤の添加は処理水の投入量に対して一定の割合で行う。

また、本発明の水処理システムは、前処理工程が、固液分離処理工程もしくは溶解処理工程からなることを特徴とする。

上記した構成において、固液分離処理工程は、スクリーンを用いて行ってもよく、あるいは沈殿分離、ろ過分離、凝集剤を用いた凝集分離等の方法が適用可能である。溶解処理工程は、し渣の破砕、ＳＳ分の物理化学的溶解を行う。

また、本発明の水処理システムは、生物処理工程と膜分離工程の間に、生物処理工程をなす生物処理槽の流出水を沈殿処理して分離水を膜分離工程の反応槽へ供給する沈殿処理手段と、前記沈殿処理手段を経ずに前記生物処理槽の流出水を膜分離工程の反応槽へ直接供給する混合液供給手段とを設けたことを特徴とする。

上記した構成により、沈殿処理手段を経た分離水を膜分離工程の反応槽へ導入し、沈殿処理手段を経ない生物処理槽の流出水を適宜な量で反応槽へ供給することで、反応槽における汚泥濃度の調整を行って凝集剤の添加量を抑制する。この場合に、沈殿処理手段を経た分離水だけを反応槽へ供給することも可能である。

また、本発明の水処理システムは、膜分離工程の反応槽内に浸漬型膜分離装置を備え、浸漬型膜分離装置が膜分離手段と膜分離手段の下方に配置する散気装置と散気装置のばっ気量を制御する制御手段とを有し、制御手段が膜分離手段の膜間差圧、反応槽へ流入する負荷の流入量、反応槽における水位、膜分離手段を通して流出する膜透過液の流出量のうちで少なくとも何れか一つを制御指標として散気装置のばっ気量を制御することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、膜分離工程において生物処理工程をなす生物処理槽の流出水を膜分離処理するのに際して、処理対象原水もしくは前記前処理工程の処理水と凝集剤を供給することで、膜分離手段の膜面の閉塞を抑制し、凝集剤の使用量を抑制できる。

本発明の実施例１における水処理システムを示すフローシート図同実施例における浸漬型凝集膜分離槽を示す模式図本発明の実施例２における水処理システムを示すフローシート図本発明の実施例３における水処理システムを示すフローシート図ＭＬＳＳと負圧増加速度の関係を示すグラフ図従来の水処理システムを示すフローシート図従来の水処理システムを示すブロック図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

実施例１
図１〜図２において、水処理システムは、一次処理工程が前処理工程の最初沈殿槽２からなり、二次処理工程が生物処理工程の生物処理槽３および沈殿処理手段としての沈殿槽４からなり、三次処理工程が膜分離工程の浸漬型凝集膜分離槽５からなる。

最初沈殿槽２は系内に流入する処理対象原水１を固液分離処理し、生物処理槽３は最初沈殿槽２から流れ出る処理水である一次処理水を生物処理する。沈殿槽４は生物処理槽３から流れ出る流出水を固液分離処理し、浸漬型凝集膜分離槽５は沈殿槽４から流れ出る二次処理水である分離水を生物処理する。

本実施例１では沈殿槽４を設けているが、生物処理槽３の流出水を直接に浸漬型凝集膜分離槽５へ供給して生物処理することもできる。浸漬型凝集膜分離槽５は反応槽６に浸漬型膜分離装置７を浸漬したものであるが、反応槽６の槽外に膜分離装置を配置する構成とすることも可能である。また、本実施例１における水処理システムの運転は、連続処理を基本とするが、各槽でバッチ処理を行う運転も可能である。

水処理システムは、最初沈殿槽２、生物処理槽３、沈殿槽４、浸漬型凝集膜分離槽５を順次に接続する主流路系８を有している。この主流路８とは別途に、一次処理水を反応槽６へ供給する処理水供給手段をなす一次処理水供給系９と、沈殿槽４を経ずに生物処理槽３の流出水を反応槽６へ直接供給する混合液供給系１０とを備えている。

浸漬型凝集膜分離槽５は、反応槽６へ凝集剤を供給する凝集剤添加手段をなす凝集剤供給系１１を有し、凝集剤供給系１１は原水供給系９の途中に接続して設けることも可能である。

また、図面において開示していないが、生物処理槽３はばっ気装置を有し、主流路８、一次処理水供給系９、混合液供給系１０にはポンプおよび弁装置を適宜に設けている。

浸漬型膜分離装置７は、複数枚の平板状膜カートリッジ２１と、その下方より膜面洗浄気体を噴出する散気装置２２とをケース２３の内部に配置してなり、散気装置２２へ空気を供給するブロア２４を槽外に配置している。各膜カートリッジ２１は集水管（図示省略）を介して透過液導出管２５に連通している。

この浸漬型膜分離装置７は、散気装置２２から噴出する空気で槽内の活性汚泥混合液ばっ気し、かつばっ気空気を膜面洗浄気体として膜カートリッジ２１の膜面に作用させる。

このばっ気状態において、浸漬型膜分離装置７は吸引ポンプ２６によって膜カートリッジ２１に駆動圧を与え、膜カートリッジ２１により槽内の活性汚泥混合液をろ過する。膜カートリッジ２１を透過した透過液は処理水として透過液導出管２５を通じて槽外へ導出する。膜カートリッジ２１は槽内の水頭を駆動圧として重力ろ過することも可能である。

散気装置２２より噴出するばっ気空気は槽内混合液の上昇流を生じさせ、ばっ気空気の気泡および槽内混合液からなる上昇流が膜カートリッジ２１の膜面を洗浄し、分離機能の低下を抑制して機能不全に至ることを防止する。

本実施例１では前処理工程が最初沈殿槽２からなるが、前処理の手法は処理対象原水１の性状によって適宜に選択する。例えば、処理対象原水１が粗いし渣を含む場合には、スクリーンを用いて固液分離する。粗いし渣を除去することにより、浸漬型膜分離装置７における膜カートリッジ２１や散気装置２２における閉塞を防止する。

また、処理対象原水１のＢＯＤ濃度が大きすぎることにより、浸漬型膜分離装置７の処理水における生物難分解性物質濃度、ＣＯＤ濃度に悪影響が生じる場合には、沈殿分離、ろ過分離、凝集分離等を行うことで、生物処理工程へ流入する一次処理水のＢＯＤ濃度を低減し、反応槽６におけるＭＬＳＳ濃度の増加を抑制する。

あるいは、処理対象原水１のＢＯＤ濃度が小さすぎることにより、反応槽６におけるＭＬＳＳ濃度が十分な濃度にまで増加しない場合には、物理的手法によるし渣破砕、化学薬品による化学反応的溶解処理、あるいは化学薬品による酸化によって生物難分解性物質を易分解性化することなどにより、生物処理工程へ流入する一次処理水のＢＯＤ濃度を増加させ、反応槽６におけるＭＬＳＳ濃度の増加を促進する。

図２に示すように、浸漬型凝集膜分離槽５は、反応槽６に水位計１２を設け、反応槽６へ接続する主流路８、一次処理水供給系９、混合液供給系１０に、それぞれ流量計１３、１４、１５を設け、透過液導出管２５に流量計１６および圧力計１７を設けており、制御装置１８が流量計１３、１４、１５、１６および圧力計１７の計測値に基づいてブロア２４および吸引ポンプ２６の運転を制御する。

実施例１では一次処理水供給系９を設けたが、本発明は、図３に示すように、実施例２として、反応槽６へ処理対象原水１を供給する原水供給手段として原水供給系１８を設けることも可能である。また、図４に示すように、実施例３として、一次処理水供給系９に原水供給系１８を接続し、一次処理水と処理対象原水１を選択的に、あるいは混合して反応槽６へ供給することも可能である。

以下、実施例１の構成における作用を説明するが、実施例２および実施例３においても基本的な作用は同じであるので、その説明は省略する。

系内に流入する処理対象原水１は、最初沈殿槽２、生物処理槽３、浸漬型凝集膜分離槽５を順次に経て処理される。

二次処理工程の二次処理水を浸漬型凝集膜分離槽５で処理する場合に、反応槽６におけるＢＯＤ濃度が低く（例えば２０ｍｇ／Ｌ以下）なると反応槽６の汚泥発生量が極めて少なくなる。

この場合には、浸漬型凝集膜分離槽５の反応槽６へ一次処理水供給系９から適量の一次処理水を供給する。ここで、実施例２では原水供給系１８から適量の処理対象原水１を供給し、実施例３では一次処理水と処理対象原水１の少なくとも何れかを供給する。

この一次処理水（もしくは処理対象原水１）の供給によって、反応槽６におけるＢＯＤ濃度を調整して反応槽６における汚泥発生量を増加させるとともに、凝集剤供給系１１から所定量の凝集剤を添加する。

また、反応槽６における汚泥濃度を調整するために、生物処理槽３の流出水の適宜の量を沈殿槽４を経ずに混合液供給系１０から反応槽６へ直接供給することも可能である。この汚泥濃度調整によって凝集剤の添加量を抑制することができる。この場合に、反応槽６へ導入する二次処理水を全て沈殿槽４を経ない生物処理槽３の流出水とすることも可能である。

上述したように、一次処理水および凝集剤の添加によって反応槽６における有機物成分やＳＳを増加させて、反応槽６の槽内混合液（膜分離対象液）の性状をフロック形成に適した汚泥濃度に調整し、凝集剤により有機物成分（溶解性物質）やＳＳ（固形物）を凝集させて十分な大きさの汚泥フロックを形成する。

このように、反応槽６における汚泥濃度をフロック形成に適したものに調整して汚泥フロック径の増大を図ることで、膜面閉塞の低減およびろ過性の向上を図ることができ、生物処理工程の処理水を好適に処理することが可能となり、かつ凝集剤添加量を低減することができる。

上述した構成では、凝集剤を反応槽６へ単独で添加しているが、原水供給系９の途中において処理対象原水１へ凝集剤を添加することも可能である。この場合、処理対象原水１の投入量に対して一定割合で凝集剤を添加し、凝集剤を予め混合した処理対象原水１を反応槽６へ供給する。

この凝集剤の添加割合は、汚泥発生量もしくは汚泥減少量に対して一定の割合（汚泥濃度当たりの凝集剤量）で添加することで凝集剤の添加量を最適化することが可能となる。もしくは、反応槽６から排出する余剰汚泥中に含まれる凝集剤量を計測し、計測した値から不足する凝集剤量を経験則により求め、求めた不足量を補充する凝集剤量とすることも可能である。この凝集剤の添加量は以下にして決定する。
反応槽６における汚泥濃度が増加する場合
つまり、一次処理水に由来するＢＯＤに起因して汚泥が増加し、あるいは、二次処理水に含まれる固形分、ＳＳ分の濃縮によって増加する場合には、次式によって１日当たりの凝集剤添加量Ｅ（ｍｇ／ｄ）を決定する。
Ｅ＝Ｃ×Ｄ
ここでは、凝集剤が汚泥フロックに吸着して存在し、反応槽６における凝集剤濃度Ａ（ｍｇ／Ｌ）が汚泥濃度Ｂ（ｍｇ／Ｌ）に比例するとし、汚泥濃度当たりの凝集剤濃度Ｃ＝Ａ／Ｂを求める。そして、反応槽６における１日当たりの汚泥増加量Ｄ（ｍｇ／ｄ）に対して１日当たりの凝集剤添加量Ｅ（ｍｇ／ｄ）を求める。

反応槽６における汚泥濃度が減少する場合
つまり、反応槽６へ導入する二次処理水のほとんどが生物処理槽３と沈殿槽４を経た二次処理水であり、反応槽６における汚泥が自己分解により減少し、余剰汚泥の引き抜きに伴い減少する場合には、次式によって１日当たりの凝集剤添加量（ｍｇ／ｄ）を決定する。
凝集剤添加量＝汚泥減少速度＝汚泥濃度減少速度×反応槽容量
ここで、反応槽６における汚泥減少速度＝ＭＬＳＳ減少速度−ＭＬＳＳ増加速度であり、上式の両辺を反応槽６の槽容量で除算すると、汚泥濃度減少速度＝ＭＬＳＳ濃度減少速度−ＭＬＳＳ濃度増加速度となる。

上述した手法によれば、従来の手法、つまり反応槽６における溶解性ＣＯＤ濃度や、反応槽６から流れ出る流出水中のＣＯＤ濃度、濁度などを計測し、これらの計測値が適値となるように凝集剤を添加する手法よりも簡便に、凝集剤の添加を行える。

反応槽６で攪拌を行う場合には、機械式、空気式のいずれも採用可能であるが、本実施の形態では浸漬型凝集膜分離槽５の散気装置２２によるばっ気で行う。

図５に浸漬型凝集膜分離槽５の浸漬型膜分離装置７を吸引ろ過方式で運転する場合における負圧増加速度（ｋＰａ／ｄ）とＭＬＳＳ濃度（ｍｇ／Ｌ）の関係を示す。負圧増加速度はその値が大きいほど膜が汚れ易いことを表す。

これによると、ＭＬＳＳ濃度が低いほどに負圧増加速度が大きくなり、平板状膜カートリッジ２１の膜が汚れ易くなるは明らかであり、一次処理水および凝集剤の添加によってＭＬＳＳ濃度を増加させることで膜の目詰まりを抑制できる。

以下に表１を参照して説明する。

ケース１
これは二次処理水質にＢＯＤ規制のみがある場合を示すものであり、生下水（一次処理水）を投入可能量の５０％程度にあたる２０ｍ^３／ｄを添加した。凝集剤添加必要量は生下水（一次処理水）の投入を行わない場合に５９５０ｇ／ｄであったものが、生下水を投入することで３１００ｇ／ｄに低減され、凝集剤削減量が２８５０ｇ／ｄとなり、凝集剤削減率４８％を得た。

ケース２
これは二次処理水質にＢＯＤおよびＴ−Ｎ規制がある場合を示すものであり、生下水（一次処理水）をケース１ほどに投入できず６．２５ｍ^３／ｄを添加した。凝集剤添加必要量は生下水の投入を行わない場合に５９００ｇ／ｄであったものが、生下水を投入することで５１００ｇ／ｄに低減され、凝集剤削減量が８００ｇ／ｄとなり、凝集剤削減率１４％を得た。

ケース３
これは二次処理水質にＢＯＤおよびＴ−Ｎ規制がある場合を示すものであり、生下水（一次処理水）を６．２５ｍ^３／ｄを添加するとともに、混合液供給系１０から沈殿槽４を経ない生物処理槽３の流出水の適宜の量を高度な処理工程の反応槽６へ直接供給した。凝集剤添加必要量は生下水の投入を行わず、沈殿槽４を経ない生物処理槽３の流出水の投入を行う場合に１７００ｇ／ｄであったものが、生下水と、沈殿槽４を経ない生物処理槽３の流出水を投入することで９００ｇ／ｄに低減され、凝集剤削減量が８００ｇ／ｄとなり、凝集剤削減率４７％を得た。

ところで、処理対象原水１の水質は一定でなく変動する。この水質変動にともなって反応槽６における汚泥増加量が変化し、汚泥の増加は凝集剤使用量の増加を招く。このため、本発明における凝集剤低減効果を十分に発揮させるには、水質が変動しても汚泥増加量を適正な範囲に制御することが求められる。

この汚泥増加量の制御は、処理対象原水１の水質および生物処理槽３の二次処理水の水質を考慮し、一次処理水もしくは処理対象原水１と二次処理水との混合条件を変更することで行う。しかし、この制御は多くの経験を必要とする高度な制御となる。

また、本発明のように、反応槽６におけるＭＬＳＳ濃度が低い負荷条件で浸漬型膜分離装置７を運転する場合に、処理対象原水１の水質変動は反応槽６の槽内混合液のろ過性に敏感に影響する。このため、水質の変動に応じてリアルタイムに汚泥発生量の制御を行うことが必要であるが、水質分析を迅速に行うことが困難なために、リアルタイムな制御は実質的に不可能である。

例えば、複数種類の清涼飲料水を同一ラインで製造し、その工場廃水を生物処理する場合に、製造する製品が変わると工場廃水の水質は大きく変動し、生物処理槽３のＢＯＤ負荷が変化する。しかし、生物処理の活性汚泥が環境変動に対して馴致するには数日を要するので、二次処理水の水質、つまり反応槽６での流入ＢＯＤを短時間に安定化するにはかなりの経験がいる。

また、生物処理効率が向上する場合には、二次処理水におけるＢＯＤ濃度が低下するので、一次処理水の混合割合の調整で対応できる。しかし、生物処理効率が低下する場合には、二次処理水のＢＯＤ濃度が高くなり、水量も低下する。この状態で浸漬型凝集膜分離槽５における透過液の水質および水量を目標値に維持するためには凝集剤の使用量の増加が必要である。

以下に処理対象原水１の水質変動が槽内混合液のろ過性に与える影響を説明する。一般的な生物処理法では、反応槽の生物量Ｘ（ｍｇ／Ｌ）と流入ＢＯＤＣ（ｍｇ／Ｌ）と槽内滞留時間Ｔ（ｄａｙ）との関係において、ＢＯＤ負荷Ｃ／ＴＸが０．０１＜Ｃ／ＴＸ＜０．０２であるときに、処理水質が良好であるが、活性汚泥の増殖が不良となる。また、Ｃ／ＴＸ＞０．１では、生物処理が困難となって処理水質が悪化する。

本発明においても、処理対象原水１の水質が大きく変動すれば、生物処理槽３の二次処理水が大きく変動する。このことを表２および表３に示す。

表２に示すように、原水（処理対象原水１）のＢＯＤが５０（ｍｇ／Ｌ）と小さいときに、生物処理水（二次処理水）でＢＯＤが３（ｍｇ／Ｌ）となり、原水と生物処理水とを１：１０で混合してなる反応槽への流入水でＢＯＤが７（ｍｇ／Ｌ）となる。原水（処理対象原水１）のＢＯＤが１５０（ｍｇ／Ｌ）と標準であるときに、生物処理水（二次処理水）でＢＯＤが２０（ｍｇ／Ｌ）となり、原水と生物処理水とを１：１０で混合してなる反応槽への流入水でＢＯＤが３２（ｍｇ／Ｌ）となる。原水（処理対象原水１）のＢＯＤが５００（ｍｇ／Ｌ）と大きいときに、生物処理水（生物処理槽３の二次処理水）でＢＯＤが１５０（ｍｇ／Ｌ）となり、原水と生物処理水とを１：１０で混合してなる反応槽への流入水でＢＯＤが１８２（ｍｇ／Ｌ）となる。

表３に示すように、槽内滞留時間Ｔが０．２５（ｄａｙ）、槽内の生物量Ｘが７０００（ｍｇ／Ｌ）であると、ＢＯＤ負荷Ｃ／ＴＸは、流入水の流入ＢＯＤＣが７（ｍｇ／Ｌ）のときに０．００４となり、流入水の流入ＢＯＤＣが３２（ｍｇ／Ｌ）のときに０．０２となり、流入水の流入ＢＯＤＣが１８２（ｍｇ／Ｌ）のときに０．１となる。

したがって、流入ＢＯＤＣが３２（ｍｇ／Ｌ）となる通常運転時には、ＢＯＤ負荷Ｃ／ＴＸが０．０２となって安定しているが、処理対象原水１の水質が大きく変動すると、ＢＯＤ負荷Ｃ／ＴＸが０．１となって汚泥増殖が大きくなり、微生物が生成する副代謝物（バイオポリマー）によって槽内混合液のろ過性が膜分離に不向きなものとなる。

このため、制御装置１８は、膜カートリッジ２１に作用する膜間差圧、反応槽６へ流入する負荷の流入量、反応槽６における水位、膜透過液の流出量のうちで少なくとも何れか一つを制御指標として散気装置２２のばっ気量を制御する。

膜間差圧は圧力計１７において計測する。反応槽６へ流入する負荷の流入量は、主流路８、一次処理水供給系９、混合液供給系１０を通して反応槽６へ流入する流水量であり、流量計１３、１４、１５において計測する。反応槽６の水位は水位計１２で計測し、膜透過液の流出量は流量計１６で計測する。
制御方法１
膜間差圧は膜分離装置の膜面閉塞状態を間接的に示す指標となるものであり、膜間差圧が上昇したときに膜面が目詰まりする傾向にある。このため、圧力計１７で計測する膜間差圧が上昇したときにブロア２４の運転を制御し、散気装置２２のばっ気量を増加させる。

例えば表４に示すように、予め設計値として設定する最小膜間差圧値に対応するばっ気量を１００％とすると、膜間差圧が最小膜間差圧値より５ｋＰａ増加すると１５０％のばっ気量とし、膜間差圧が最小膜間差圧値より１０ｋＰａ増加すると２００％のばっ気量とする。このばっ気量の増加が膜面閉塞状態の軽減に寄与することを表５に示す。

表５において、ばっ気量を増加させることで膜間差圧の上昇速度が０．６から０．１２に抑えられた。また、瞬間フラックスは２．２を維持できる。
制御方法２
膜面の閉塞は、フラックスが高く、膜分離装置の稼動率が高くなるほどに進行が早い。このため、膜カートリッジ２１を透過した透過液量を流量計１６で計測し、反応槽６へ流入する流水量を流量計１３、１４、１５において計測する。もしくは、反応槽６の水位を水位計１２で計測する。

表６において、フラックスは瞬間フラックスとして表示し、反応槽６へ流入する流水量は流入排水量として表示している。表６に示すように、予め設計値として設定する設計フラックス、設計流量、反応槽の基準水位に対応するばっ気量を１００％とすると、流入排水量（流量計１３、１４、１５において計測する流水量）が設計流量の２倍となったときには、瞬間フラックスが２倍となるように吸引ポンプ２６の運転を制御するとともに、ばっ気量が１５０％となるようにブロア２４の運転を制御する。

流入排水量（流量計１３、１４、１５において計測する流水量）が設計流量の２．５倍となったときには、瞬間フラックスが２．５倍となるように吸引ポンプ２６の運転を制御するとともに、ばっ気量が２００％となるようにブロア２４の運転を制御する。

流入排水量の増減は反応槽６の水位においても検知できる。このため、水位計１２で計測する水位が基準水位より０．５ｍ高くなったときには、瞬間フラックスが２倍となるように吸引ポンプ２６の運転を制御するとともに、ばっ気量が１５０％となるようにブロア２４の運転を制御する。

水位計１２で計測する水位が基準水位より１．０ｍ高くなったときには、瞬間フラックスが２．５倍となるように吸引ポンプ２６の運転を制御するとともに、ばっ気量が２００％となるようにブロア２４の運転を制御する。

ばっ気量の制御は、圧力計１７で計測する膜間差圧、流量計１３、１４、１５で計測する流入量、水位計１２で計測する水位の組み合わせにおいて制御することも可能である。

Claims

系内に流入する処理対象原水が生物処理工程を経て膜分離工程の反応槽へ流入し、膜分離工程で凝集剤を併用して膜分離処理を行う水処理システムであって、前記処理対象原水を前記反応槽へ供給する原水供給手段と、前記凝集剤を添加する凝集剤添加手段を備えることを特徴とする水処理システム。
系内に流入する処理対象原水が前処理工程および生物処理工程を順次に経て膜分離工程の反応槽へ流入し、膜分離工程で凝集剤を併用して膜分離処理を行う水処理システムであって、前記前処理工程の処理水を前記反応槽へ供給する処理水供給手段と、前記凝集剤を添加する凝集剤添加手段を備えることを特徴とする水処理システム。
前処理工程が、固液分離処理工程もしくは溶解処理工程からなることを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
生物処理工程と膜分離工程の間に、生物処理工程をなす生物処理槽の流出水を沈殿処理して分離水を膜分離工程の反応槽へ供給する沈殿処理手段と、前記沈殿処理手段を経ずに生物処理槽の流出水を膜分離工程の反応槽へ直接供給する混合液供給手段とを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
生物処理工程と膜分離工程の間に、生物処理工程をなす生物処理槽の流出水を沈殿処理して分離水を膜分離工程の反応槽へ供給する沈殿処理手段と、前記沈殿処理手段を経ずに前記生物処理槽の流出水を膜分離工程の反応槽へ直接供給する混合液供給手段とを設けたことを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。
膜分離工程の反応槽内に浸漬型膜分離装置を備え、浸漬型膜分離装置が膜分離手段と膜分離手段の下方に配置する散気装置と散気装置のばっ気量を制御する制御手段とを有し、制御手段が膜分離手段の膜間差圧、反応槽へ流入する負荷の流入量、反応槽における水位、膜分離手段を通して流出する膜透過液の流出量のうちで少なくとも何れか一つを制御指標として散気装置のばっ気量を制御することを特徴とする請求項１に記載の水処理システム。
膜分離工程の反応槽内に浸漬型膜分離装置を備え、浸漬型膜分離装置が膜分離手段と膜分離手段の下方に配置する散気装置と散気装置のばっ気量を制御する制御手段とを有し、制御手段が膜分離手段の膜間差圧、反応槽へ流入する負荷の流入量、反応槽における水位、膜分離手段を通して流出する膜透過液の流出量のうちで少なくとも何れか一つを制御指標として散気装置のばっ気量を制御することを特徴とする請求項２に記載の水処理システム。