JP5077586B2

JP5077586B2 - 汚水処理水の再利用システム

Info

Publication number: JP5077586B2
Application number: JP2009074555A
Authority: JP
Inventors: 清和武村; 真人大西; 慎一吉川; 真実伊藤; 新次郎上田
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: AU2010201168B2; US20100243544A1; AU2010201168A1; JP2010221195A; CN101844854B; EP2236465A3; US8647502B2; CN101844854A; EP2236465A2

Description

本発明は、特に下水道幹線の複数箇所で汚水の一部を取水し、汚水処理を行い近隣に再利用水を供給するサテライト処理場の汚水処理水の再利用システムに関する。

従来の下水道幹線は、終末下水処理場において汚水処理を行い、生成した再利用水を上流側の需要地域へ供給していた。しかしながら、終末下水処理場から遠隔の再利用水が必要な地域では、再利用水の供給手段が問題となっていた。

そこで近年下水道処理水を有効活用できるサテライト処理場が利用されている。図４はサテライト処理場の構成概略図である。図示のようにサテライト処理場１は、末端に終末下水処理場２を有する下水道幹線３に分散して複数配置されている。サテライト処理場１は、下水道幹線３を流れる汚水の一部を取水し、浄化処理して再利用水を生成し、サテライト処理場１近隣に存在する再利用水の需要地域へ供給することができる。

しかし、従来のサテライト処理場は、広大な設置スペースを確保することが困難な市街地に配置するため、設置箇所をできるだけ省スペース化しなければならないという問題があった。

そこで本出願人は、特許文献１に示すようなサテライト処理場の汚水処理装置を提案している。特許文献１では、高速ろ過手段と膜分離活性汚泥手段を組み合わせて汚水処理を行う汚水処理装置が開示されている。

特開２００８−７０５号公報

特許文献１に開示の汚水処理装置によれば、処理装置全体の省スペース化を図りつつ、清浄度の高い再利用水（処理水）を生成することができる。
しかしながら再利用水は近隣地域の需要に応じて生成する必要がある。また生成した再利用水は清浄度に応じて一次的に貯水する水槽が必要となる。さらに再利用水の需要に応じて再利用水を生成し貯水量を管理することは重要な課題であるが、特許文献１では考慮されていない。

そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、サテライト処理場の汚水処理装置で生成する再利用水の貯水量を管理し制御することを目的としている。また本発明は、複数の汚水処理装置の貯水量を一元管理し制御することを目的としている。

本発明の汚水処理装置は、下水道幹線を流れる汚水の一部を取水手段により取水して生物処理する膜分離活性汚泥手段と、前記汚水を高度膜処理する高度膜処理手段と、前記膜分離活性汚泥手段の処理水を貯水する膜処理水槽と、前記高度膜処理手段の処理水を貯水する高度膜処理水槽と、前記膜処理水槽及び高度膜処理水槽の水位を測定する水位センサーと、前記水位センサーの水位データに基づいて前記取水手段の取水量を制御する動力制御手段と、を備えたことを特徴としている。
この場合において、前記動力制御手段は、気温に基づいて前記取水量を制御している。

また前記膜分離活性汚泥手段と前記高度膜処理手段を駆動する動力制御手段に電源手段を備え、前記電源手段から生じた排熱を前記膜分離活性汚泥手段と、前記膜処理水槽と、前記高度膜処理水槽の加温手段に用いている。
また前記高度膜処理手段の濃縮水を前記下水道幹線に接続する前記取水手段の取水口より下流側に返送している。

本発明の汚水処理水の再利用システムは、下水道幹線を流れる汚水の一部を取水手段により取水して生物処理する膜分離活性汚泥手段と、前記膜分離活性汚泥手段の処理水を高度膜処理する高度膜処理手段と、前記膜分離活性汚泥手段の処理水の一部を貯水する膜処理水槽と、前記高度膜処理手段の処理水を貯水する高度膜処理水槽と、前記膜処理水槽及び高度膜処理水槽の水位を測定する水位センサーと、前記水位センサーの水位データに基づいて前記取水手段の取水量を制御する動力制御手段と、を備え、前記高度膜処理手段の濃縮水を前記下水道幹線に接続する前記取水手段の取水口より下流側に返送する汚水処理装置を前記下水道幹線のある地域に複数分散配置し、前記汚水処理装置のそれぞれの運転情報を送信する通信手段と、前記通信手段から送信された前記運転情報、再利用水の需要情報に基づいて、前記汚水処理装置の膜処理水槽及び／又は前記高度膜処理水槽の貯水量を制御する中央管理手段と、を備えたことを特徴としている。

この場合において、前記複数の汚水処理装置の前記膜処理水槽及び／又は前記高度膜処理水槽を相互に繋ぐ供給手段を備え、前記中央管理手段が、再利用水の需要情報に基づいて再利用水の不足する地域の前記膜処理水槽及び／又は前記高度膜処理水槽へ再利用水を前記供給手段を介して相互に供給させるとよい。

上記構成による本発明の汚水処理装置によれば、膜分離活性汚泥手段又は高度膜処理手段で生成した再利用水を清浄度に応じて貯水することができ、再利用水の需要情報、気温、水位データに基づいて、膜処理水槽及び／又は高度膜処理水槽の貯水量を制御し管理することができる。

また電源手段の排熱を回収して汚水処理槽又は貯水槽の加温手段に利用しているため、生物処理に最適な温度に加温させて生物処理効率を高めることができ、かつ再利用水の用途に応じて再利用水を加温することができる。

また高度膜処理手段の高度膜処理で生じる濃縮水を下水道幹線へ返送することにより、濃縮水の処理設備を新たに設ける必要がなく、装置全体の省スペース化を図ることができる。

汚水処理水の再利用システムによれば、再利用水の需要に応じて、複数の汚水処理装置の再利用水の貯水量を一元管理して、制御することができる。
また、再利用水の需要に応じて、再利用水の不足している地域の処理水槽へ再利用水を供給することにより、各処理水槽の貯水量を補完することができる。

本発明に係る汚水処理装置の構成概略を示す図である。排熱を利用した汚水処理装置の説明図である。本発明の汚水処理水の再利用システムの構成概略を示す図である。サテライト処理場の汚水処理装置の説明図である。

本発明の汚水処理水の再利用システムの実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は本発明の汚水処理装置の構成概略を示す図である。図２は排熱を利用した汚水処理装置の説明図である。図１に示すように汚水処理装置１０は、前処理手段２０と、膜分離活性汚泥手段３０と、高度膜処理手段４０と、膜処理水槽５０と、高度膜処理水槽６０と、水位センサー７０と、動力制御手段８０と、電源手段９０とを主な構成要件としている。なお汚水処理装置１０は、下水道幹線１２の任意箇所、一例として再利用水の需要地域などに設置している。

前処理手段２０は、後段の汚水処理を行う前工程であり、汚水中に含まれるしさを除去する処理を行っている。前処理手段２０は一例として、繊維ろ材やスクリーン等を用いることができる。具体的に前処理手段２０は、被処理水を繊維ろ材やスクリーンを通すことにより被処理水中に含まれる浮遊ごみをしさとして分離除去している。

前処理手段２０へ導入する汚水は、下水道幹線１２と前処理手段２０の間に形成した導入管の取水口から導入管の途中に設けた取水手段１４を用いて導入している。取水手段１４は、一例として電磁開閉弁、吸引ポンプから構成されている。前処理手段２０は、汚水処理後に生じたしさを下水道幹線１２に返送する排出管２２を備えている。排出管２２は取水口よりも下流側の下水道幹線１２に接続させている。返送されたしさは終末下水処理場で処理される。

膜分離活性汚泥手段３０は、嫌気槽３２及び好気槽３４を主な構成要件としている。上流側の嫌気槽３２及び下流側の好気槽３４は隣接配置してあり、好気槽３２から嫌気槽３４へ活性汚泥を循環させる循環経路が形成されている。嫌気槽３２は、前処理手段２０からの被処理水が導入され、活性汚泥による生物処理を行っている。好気槽３４は、生物処理後の被処理水が導入され、槽内に浸漬した平膜により膜分離し、活性汚泥と処理水を分離している。処理水は後述する高度膜処理手段４０または膜処理水槽５０に導入される。膜分離活性汚泥手段３０は、生物処理により活性汚泥が成長して余剰汚泥が発生する。膜分離活性汚泥手段３０は、この余剰汚泥を下水道幹線１２に返送する排出管３６が形成されている。排出管３６は取水口よりも下流側の下水道幹線１２に接続させている。返送された余剰汚泥は終末下水処理場で処理される。なお本実施形態の好気槽３４は一例として平膜を用いた構成で説明したが、活性汚泥と処理水を分離できる構成であれば分離手段はこれに限らず、この他に中空糸膜を用いて処理水と活性汚泥を分離するように構成することもでき、材質も特に限定しない。

高度膜処理手段４０は、再利用水の用途に応じて、清浄度の高い水を生成する処理手段である。高度膜処理手段４０は、一例として逆浸透膜（ＲＯ膜）及び／又はナノろ過膜（ＮＦ膜）を用いることができる。逆浸透膜（ＲＯ膜）又はナノろ過膜（ＮＦ膜）は被処理水の流路に取り付けて、被処理水が膜を通過することにより浄化させることができる。逆浸透膜は、被処理水に含まれる無機分子を除去することができ、飲料水に近い清浄度の処理水を生成することができる。ナノろ過膜は、被処理水に含まれる色素成分を除去し、透明の処理水を生成することができる。高度膜処理手段４０は、膜処理によって、再利用水が生成されるほか、副生成物として濃縮水が発生する。高度膜処理手段４０は、この濃縮水を下水道幹線１２に返送する排出管４２が形成されている。排出管４２は取水口よりも下流側の下水道幹線１２に接続させている。返送された濃縮水は終末下水処理場で処理される。

膜処理水槽５０は、膜分離活性汚泥手段３０で生物処理された処理水となる再利用水の一部が流入する貯水槽である。膜処理水槽５０は、再利用水を必要箇所へ供給するための供給管と、水槽内の再利用水を下水道幹線１２に排出する排出管が形成されている。

高度膜処理水槽６０は、高度膜処理手段４０で膜分離処理された処理水となる再利用水が流入する貯水槽である。高度膜処理水槽６０は、再利用水を必要箇所へ供給するための供給管と、水槽内の再利用水を下水道幹線１２に排出する排出管が形成されている。

水位センサー７０は、膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０にそれぞれ設けられており、水槽に貯水している再利用水の水位（貯水量）を計測することができる。
動力制御手段８０は、取水手段１４と、前処理手段２０と、膜分離活性汚泥手段３０と、高度膜処理手段４０と、水位センサー７０と、開閉弁（不図示）と電気的に接続させている。動力制御手段８０は、取水手段１４と、前処理手段２０と、膜分離活性汚泥手段３０と、高度膜処理手段４０を作動制御させている。

電源手段９０は、汚水処理装置１０に併設し、動力制御手段８０に電源を供給している。電源手段９０は、一例として、太陽光発電、風力発電などの自家発電機や、燃料電池等を適用することができる。なお電源手段９０は、主電源に付帯させて、災害時など緊急時に作動させるように構成することもできる。

また電源手段９０は、排熱回収手段９２を備えている。電源手段９０は電力の生成過程において発熱する。本発明では、この発熱、即ち排熱を排熱回収手段９２により回収し、汚水処理に利用している。

図２に示すように排熱回収手段９２は、電源手段９０の発電機などから発生する排熱を回収し、蓄熱設備等により一時的に蓄熱する。排熱回収手段９２は、加温手段と接続し加温している。加温手段は一例として次のように構成することができる。排熱回収手段９２と膜分離活性汚泥手段３０の好気槽３４の散気手段３８とを接続して、槽内に加温した空気をバブリングさせている。散気手段３８による槽内の被処理水の加熱は生物処理に適した温度まで加温することができる。これにより活性汚泥による生物処理効率を高くすることができる。また排熱回収手段９２は、膜処理水槽５０と高度膜処理水槽６０の熱交換器９４と接続し、熱交換器９４に加温した流体物を供給している。これにより槽内の処理水（再利用水）を加温することができ、融雪用水として利用することができる。なお加温手段による加温は、被処理水、再利用水を加温させることができれば上記散気手段３８又は熱交換器９４に限定されるものではない。

なお汚水処理装置１０で新たに発生するしさ、余剰汚泥、濃縮水は下水道幹線の取水口よりも下流側に返送しているため、処理設備を別途設ける必要がなく、装置全体の小型化を図ることができる。

上記構成による本発明の汚水処理装置は、次のように作用する。
下水道幹線１２から取水手段１４により、汚水を前処理手段２０に導入する。前処理手段２０では、汚水に含まれるしさを取り除き、後段の膜分離活性汚泥手段３０の膜処理の負担を軽減している。発生したしさは排出管２２を介して下水道幹線１２の取水口よりも下流側へ返送させている。前処理手段２０で処理した被処理水は後段の膜分離活性汚泥手段３０へ導入される。

膜分離活性汚泥手段３０では、前段の嫌気槽３２により所定の濃度に調整された活性汚泥により生物反応が行なわれる。ついで隣接する好気槽３４へ活性汚泥処理水が導入されて、好気槽３４内に浸漬した平膜により活性汚泥と処理水に分離される。生物反応により成長した余剰汚泥は排出管３６を解して下水道幹線１２へ返送させている。処理水は後段の高度膜処理手段４０へ導入される。このとき一部の処理水は膜処理水槽５０へ導入され一時的に貯水される。

高度膜処理手段４０では、前段の生物処理による処理水よりも清浄度の高い処理水を生成するため、再利用水の需要に応じて逆浸透膜及び／又はナノろ過膜を用いている。浄化処理した処理水は、高度膜処理水槽６０へ導入され一次的に貯水される。

上記汚水の浄化処理と並行して動力制御手段８０は、再利用水の需要情報、気温（外気）などの気象情報、水位センサー７０による膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０の処理水の水位（貯水量）の水位データが入力される。また動力制御手段８０は、取水手段１４と、前処理手段２０と、膜分離活性汚泥手段３０と、高度膜処理手段４０を作動制御しており、夫々の稼動情報が入力されている。そして動力制御手段８０は、水位データ、再利用水の需要、気温（外気）などの気象情報に基づいて、膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０の処理水の貯水量を必要な貯水量にするため、取水手段１４による汚水の取水量を制御している。例えば、貯水量を増加させるためには、取水量を増加させている。一方、貯水量を減少させるためには、取水量を減少させるか、又は槽内の再利用水を排出管から下水道幹線１２へ排出させることにより調整することができる。

なお、動力制御手段８０は、膜処理水槽５０及び／又は高度膜処理水槽６０が所定の貯水量に達して、再利用水の需要がないときに、再利用水の腐敗を防止するため、槽内の再利用水を排出管を介して下水道幹線１２へ返送させるように構成することもできる。

また動力制御手段８０に電力供給する電源手段９０は、発電機からの排熱が排熱回収手段９２に蓄熱されている。そして熱回収手段９２は、膜分離活性汚泥手段３０の好気槽３４の散気手段３８と接続して、槽内に加温した空気をバブリングさせている。散気手段３８による槽内の被処理水の加熱は生物処理に適した温度まで加温することができる。また排熱回収手段９２は、膜処理水槽５０と高度膜処理水槽６０の熱交換器９４と接続し、熱交換器９４に加温した流体物を供給している。

このような汚水処理装置によれば、膜分離活性汚泥手段又は高度膜処理手段で生成した再利用水を清浄度に応じて貯水することができ、再利用水の需要、気温、水位データに基づいて、膜処理水槽及び／又は高度膜処理水槽の貯水量を管理することができる。

また電源手段の排熱を回収して、膜処理水槽及び／又は高度膜処理水槽の加温手段に利用しているため、生物処理に最適な温度に加温させて生物処理効率を高めることができ、再利用水の用途に応じて加温することができる。

次に本発明の汚水処理水の再利用システムについて以下説明する。図３は本発明の汚水処理水の再利用システム１００の構成概略を示す図である。本発明の汚水処理水の再利用システム１００は、複数の汚水処理装置１０と、通信手段１１０と、中央管理手段１２０とを主な構成要件としている。

本実施形態の汚水処理装置１０は図１、図２に示す装置であり、予め再利用水の需要のある地域の下水道幹線１２に複数分散設置されている。
なお再利用水の用途としては、例えば、公園などの環境用水、融雪用水、トイレ用水、散水、園芸用水、緊急時の生活用水などが挙げられる。

通信手段１１０は、汚水処理装置１０の動力制御手段８０のデータ発信元と、後述する中央管理手段１２０のデータ受信元を繋ぐ有線又は無線ネットワークである。通信手段１１０は、データ発信元とデータ受信元の距離に応じて中継局を複数配置し、通信方式として移動体通信、無線ＬＡＮなどの無線ネットワークシステムを用いることができる。

データ発信元となる動力制御手段８０の送信データは、一例として、膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０の貯水量、膜分離活性汚泥手段３０及び高度膜処理手段４０の処理水量、取水手段１４の取水量、膜分離活性汚泥手段３０及び高度膜処理手段４０の故障情報、気温・降雨・降雪等の気象情報などである。

中央管理手段１２０は、無線受信機、データ処理装置、モニタ等からなり、各汚水処理装置１０の運転状況を一元管理している。具体的に中央管理手段１２０は、各汚水処理装置１０の運転状況などのデータを無線受信機を介して受信している。また中央管理手段１２０のデータ処理装置には、再利用水の需要情報、サテライト処理場近隣の気象情報などが入力される。中央管理手段１２０では、このような各種の情報に基づいて、各汚水処理装置の貯水量を管理し制御する。

また下水道幹線又は分岐管のある地域に複数分散配置された各汚水処理装置１０は、相互に供給手段１３０となる供給配管で接続されている。供給手段１３０は、配管およびポンプを備え、各汚水処理装置１０の膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０を結ぶネットワーク配管であり、生成した再利用水を相互に供給することができる。供給手段１３０は各汚水処理装置１０で生成した処理水を互いに補完できればよく、供給配管のほかにも給水車などの移動手段を適用することもできる。

上記構成による汚水処理水の再利用システム１００は次のように作用する。各汚水処理装置１０に設けられた膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０の水位データが水位センサー７０により計測される。水位データは、動力制御手段８０に送られ記憶される。動力制御手段８０では水位データのほかにも、膜分離活性汚泥手段３０及び高度膜処理手段４０の処理水量、取水手段１４の取水量、膜分離活性汚泥手段３０及び高度膜処理手段４０の故障情報、気温・降雨・降雪等の気象情報などが入力されている。このような各種の情報が通信手段１１０を用いて中央管理手段１２０に送信される。

通信手段１１０は次のように動作する。まずデータ発信元から通信可能な範囲の中継局にデータが送信され、データを受信した中継局は、さらに通信可能な範囲の中継局にデータを送信する。この動作を繰り返してデータ受信元となる中央管理手段１２０にデータが送信される。

中央管理手段１２０では、複数の汚水処理装置の運転情報、過去の運転情報、近隣地域の再利用水の需要情報及び気象情報が入力される。中央管理手段１２０は、再利用水の需要情報に基づいて需要地域の汚水処理装置１０の貯水量が不足する場合には、取水手段による被処理水の取水量を増加して、汚水処理を行い、槽内の貯水量が需要量を補う水量となるように制御している。この他にも、中央管理手段１２０は、気象情報、過去の再利用水の使用履歴に基づいて貯水量を制御し管理するように構成することもできる。

中央管理手段１２０は、再利用水の需要情報、気象情報等により、需要地域の汚水処理装置の再利用水の貯水量が不足する（例えば処理装置の汚水処理能力を超えた需要など）と判断した場合には、近隣の汚水処理装置１０の膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０から再利用水を供給手段１３０を介して補給するようにしている。

また各汚水処理装置１０に付随する膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０をポンプを介して接続することで、再利用水の使用状況により再利用水を地域間で融通することが可能となる。再利用水の使用状況は膜処理水槽５０及び高度膜処理水槽６０に設置された水位センサー７０の水位データにより把握することができる。
さらに水の需要の予測により再利用水を地域間で融通することも可能である。水の需要予測は、過去の再利用水の使用履歴や気温の情報を元に制御し管理する。

このような汚水処理水の再利用システムによれば、複数の汚水処理装置の再利用水の貯水量を一元管理して、再利用水の需要に応じて、貯水量を制御することができる。また、再利用水の需要に応じて、再利用水の不足している地域の汚水処理装置へ再利用水を供給することにより、各汚水処理装置の貯水を補完することができる。

１………サテライト処理場、２………終末下水処理場、３………下水道幹線、１０………汚水処理装置、１２………下水道幹線、１４………取水手段、２０………前処理手段、２２………排出管、３０………膜分離活性汚泥手段、３２………嫌気槽、３４………好気槽、３６………排出管、３８………散気手段、４０………高度膜処理手段、４２………排出管、５０………膜処理水槽、６０………高度膜処理水槽、７０………水位センサー、８０………動力制御手段、９０………電源手段、９２………排熱回収手段、９４………熱交換器、１００………汚水処理水の再利用システム、１１０………通信手段、１２０………中央管理手段、１３０………供給手段。

Claims

下水道幹線を流れる汚水の一部を取水手段により取水して生物処理する膜分離活性汚泥手段と、
前記膜分離活性汚泥手段の処理水を高度膜処理する高度膜処理手段と、
前記膜分離活性汚泥手段の処理水の一部を貯水する膜処理水槽と、
前記高度膜処理手段の処理水を貯水する高度膜処理水槽と、
前記膜処理水槽及び高度膜処理水槽の水位を測定する水位センサーと、
前記水位センサーの水位データに基づいて前記取水手段の取水量を制御する動力制御手段と、
を備え、前記高度膜処理手段の濃縮水を前記下水道幹線に接続する前記取水手段の取水口より下流側に返送する汚水処理装置を前記下水道幹線のある地域に複数分散配置し、
前記汚水処理装置のそれぞれの運転情報を送信する通信手段と、
前記通信手段から送信された前記運転情報、再利用水の需要情報に基づいて、前記汚水処理装置の膜処理水槽及び／又は前記高度膜処理水槽の貯水量を制御する中央管理手段と、
を備えたことを特徴とする汚水処理水の再利用システム。
前記複数の汚水処理装置の前記膜処理水槽及び／又は前記高度膜処理水槽を相互に繋ぐ供給手段を備え、
前記中央管理手段が、再利用水の需要情報に基づいて再利用水の不足する地域の前記膜処理水槽及び／又は前記高度膜処理水槽へ再利用水を前記供給手段を介して相互に供給させることを特徴とする請求項１に記載の汚水処理水の再利用システム。