JP6154515B1 - 粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム及びその方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複合水処理システムの設置面積が狭まり、有機物、窒素、リン等の汚染物質の処理効率が向上し、高度の水処理が行える粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた水処理システム及びその方法の提供。【解決手段】原水内に含まれている溶存酸素が飽和濃度に達するように空気を供給する間接曝気槽１００と、間接曝気槽１００を通過した処理水に含まれている浮遊微生物を粒状化させる汚泥ブランケット付き粒状化槽２００と、を備え、粒状化槽２００の上部に配設され、粒状化槽２００内において移動可能な可動膜５００を備える粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。【効果】原水内に含まれている汚染物質を有効に除去すると共に、複合水処理システムの設置面積を最小化させる他、有機物、窒素、リンなどの汚染物質の処理効率を向上させ、設置コスト及び運転コストを削減するという効果が得られる。【選択図】図２
Description
本発明は、粒状活性汚泥が含まれている粒状化槽を用いて原水内に含まれている汚染物質を有効に除去すると共に、前記粒状化槽の上部に配設される可動膜を用いてろ過して中水道用の高度の水処理が行える粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム及びこれを用いた水処理方法に関する。
一般に、下廃水の生物学的な処理施設として汎用されている活性汚泥工法は、浮遊微生物を用いて有機物を酸化させる曝気槽とともに、浮遊微生物及び処理水を固液分離する２次沈殿槽を必要とする。
しかしながら、２次沈殿槽施設は、機械装置が複雑であり、水理学的な負荷に敏感である他、汚泥の浮上など様々な問題が発生するため、最近は、活性汚泥工法に際して、曝気槽にメンブレインを沈積させる方法である種々の膜型バイオリアクタ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＭＢＲ）を用いた水処理技術が開発されている。
しかしながら、２次沈殿槽施設は、機械装置が複雑であり、水理学的な負荷に敏感である他、汚泥の浮上など様々な問題が発生するため、最近は、活性汚泥工法に際して、曝気槽にメンブレインを沈積させる方法である種々の膜型バイオリアクタ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏ Ｒｅａｃｔｏｒ：ＭＢＲ）を用いた水処理技術が開発されている。
この種の膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ）を用いた水処理技術は、下廃水に含まれている汚染物質の除去率を高めるために種々の変形された活性汚泥工程を単独又は連続的に用いて水処理を行い、完全な固液分離のための物理的なバリアとして低圧精密ろ過（ＭＦ：ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜又は限外ろ過（ＵＦ：ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜を用いる。精密ろ過（ＵＦ）膜及び限外ろ過（ＭＦ）膜は、バイオリアクタの内部又はバイオリアクタの外部に沈めて用いる。
しかしながら、活性汚泥工法について、曝気槽にメンブレインを沈積させて沈殿槽の代わりに用いて運転をする場合、活性汚泥固有の粘着性及び曝気により活性汚泥が破砕されて微細粒子（パーチクル）による閉塞現象が起こる結果、膜の表面を頻繁に洗浄することを余儀なくされ、活性汚泥工法のデメリットとして取り上げられて実用化過程における最大の妨げになっている。
破砕された活性汚泥による閉塞を防ぐために、微生物の自己造粒化特性を用いた汚泥の粒状化方法が講じられており、その代表例として、嫌気性の条件下で上向流により行われる上向流嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ：Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）工法や好気性条件下で行われる粒状化方法などが挙げられる。以下、好気性粒状化方法について詳述する。
破砕された活性汚泥による閉塞を防ぐために、微生物の自己造粒化特性を用いた汚泥の粒状化方法が講じられており、その代表例として、嫌気性の条件下で上向流により行われる上向流嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ：Ｕｐｆｌｏｗ Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｓｌｕｄｇｅ Ｂｌａｎｋｅｔ）工法や好気性条件下で行われる粒状化方法などが挙げられる。以下、好気性粒状化方法について詳述する。
活性汚泥工法において、曝気槽の微生物を攪拌器を用いて緩速にて接触させると、活性汚泥粘液の架橋作用により汚泥間の接触が起こり、これにより、汚泥が集塊化されて担体なしでも自己造粒化により粒状化が行われ、粒状化の行われた活性汚泥は沈殿性に優れており、且つ、コンパクト化されて反応槽に占める容積が減って沈殿槽が不要になる。
活性汚泥粒状化装置は、大きく、間接曝気槽及び粒状化槽により構成されるが、間接曝気槽においては、粒状化槽の上部から流出水を過剰に曝気させた後、溶存酸素が豊富になった流出水は粒状化槽から上向流状に流入させて粒状化槽の汚泥が好気性条件を維持するようにし、間接曝気槽から粒状化槽へと流入する流体力による渦流又は攪拌器を用いて粒状化槽において汚泥間の接触を引き起こす。
活性汚泥粒状化装置は、大きく、間接曝気槽及び粒状化槽により構成されるが、間接曝気槽においては、粒状化槽の上部から流出水を過剰に曝気させた後、溶存酸素が豊富になった流出水は粒状化槽から上向流状に流入させて粒状化槽の汚泥が好気性条件を維持するようにし、間接曝気槽から粒状化槽へと流入する流体力による渦流又は攪拌器を用いて粒状化槽において汚泥間の接触を引き起こす。
仕切り板がそれぞれ設けられる嫌気槽と、無酸素層と、第１の曝気槽及び第２の曝気槽に嫌気性粒状汚泥と、第１の好気性粒状汚泥と、第２の好気性粒状汚泥及び硝化粒状汚泥をそれぞれ注入することにより、下廃水の有機物、窒素、リンなどの汚染物質の処理効率を大幅に向上させた粒状汚泥を用いた下廃水処理装置及び方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
このような従来の技術は、曝気槽を通過した処理水に含まれている浮遊微生物を分離し且つ排出するために、更にメンブレイン付き沈殿槽を通過させて処理水を排出するために、設置面積が更に増え、且つ、前記メンブレインを洗浄するために空気捕集装置、ポンプ、配管などの設備を付設する必要があるという欠点がある。
このような従来の技術は、曝気槽を通過した処理水に含まれている浮遊微生物を分離し且つ排出するために、更にメンブレイン付き沈殿槽を通過させて処理水を排出するために、設置面積が更に増え、且つ、前記メンブレインを洗浄するために空気捕集装置、ポンプ、配管などの設備を付設する必要があるという欠点がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、粒状活性汚泥が含まれている粒状化槽を用いて原水内に含まれている汚染物質を有効に除去すると共に、前記粒状化槽の上部に配設される可動膜を備えることにより、前記複合水処理システムの設置面積が狭まり、有機物、窒素、リンなどの汚染物質の処理効率が向上し、しかも、高度の水処理が行える粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた水処理システム及びその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、内部に攪拌手段が設けられることにより、粒状化槽内における汚泥ブランケットの固着が防がれ、所定の攪拌効果が得られる他、設置コスト及び運転コストが削減される粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた水処理システム及びその方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、内部に攪拌手段が設けられることにより、粒状化槽内における汚泥ブランケットの固着が防がれ、所定の攪拌効果が得られる他、設置コスト及び運転コストが削減される粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた水処理システム及びその方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムは、原水内に含まれている溶存酸素が飽和濃度に達するように空気を供給する間接曝気槽１００と、前記間接曝気槽を通過した処理水に含まれている浮遊微生物を粒状化させる汚泥ブランケット付き粒状化槽２００と、を備え、前記粒状化槽２００の上部に配設され、前記粒状化槽２００内において移動可能な可動膜５００を備えることを特徴とする。
前記粒状化槽２００は、汚泥ブランケットが粒状化槽２００の底面の内壁に固着しないように汚泥ブランケットに所定の攪拌効果を与える攪拌手段を内部に備えることを特徴とする。
前記粒状化槽２００の内部においては、浮遊微生物の接触により発生する副産物であるゼラチンにより粒状化され、間接曝気槽１００から送られてくる処理水の第１の流体力及び粒状化槽２００に含まれている攪拌手段に起因する第２の流体力により前記粒状化が加速化されることを特徴とする。
前記攪拌手段は、前記粒状化槽２００の内部に存在する攪拌器２１０であることを特徴とする。
前記可動膜５００は、低圧精密ろ過（ＭＦ）膜又は限外ろ過（ＵＦ）膜であることを特徴とする。
前記可動膜５００が粒状化槽２００内において移動することにより発生する乱流の伝搬を遮断し、且つ、汚泥ブランケットの安定的な形状を維持するために、前記粒状化槽の内部を上部及び下部に仕切る隔壁２３０を更に備えることを特徴とする。
前記隔壁２３０は、多孔性部材であるか、或いは、所定の間隔を隔てて斜めに配置される傾斜板であることを特徴とする。
前記可動膜５００の汚染を低減させるために、前記粒状化槽内において可動膜を前後に又は左右に往復運動させる往復装置を更に備えることを特徴とする。
また、本発明で、前記往復装置は、前記可動膜と互いに連結されて往復する滑走フレームと、前記滑走フレームと軸を介して連結され、回転運動をする回転子と、前記回転子を回転させ、連結された軸を介して回転運動を滑走フレームの往復運動に切り換えるモータと、を備えることを特徴とする。
前記往復装置により発生する衝撃負荷は、滑走フレームと軸との間に緩衝器が付設されて低減されることを特徴とする。
前記滑走フレームは、線形軸受け及び軸台支持物を伴う滑走レールに沿って可変となることを特徴とする。
前記可動膜５００は、前記粒状化槽２００内の上澄み液がろ過される間に移動し続けるか、或いは、可動膜の汚染を防ぐために、必要に応じて選択的に移動することを特徴とする。
前記攪拌手段は、粒状化槽２００内の汚泥ブランケットを攪拌しながら同時に粒状化槽２００内において移動可能な可動膜５００を駆動することを特徴とする。
前記攪拌手段は、粒状化槽の上部から下部へと汚泥ブランケットを経た処理水を再び循環させる補助循環水路４３７を備えることを特徴とする。
前記処理水は、可動膜５００の移動に伴い発生する力により補助循環水路４３７を介して循環されることを特徴とする。
また、本発明による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理方法は、汚染物質が含まれている原水に空気を注入する曝気ステップと、前記曝気ステップを経て溶存酸素量が飽和状態である処理水内に含まれている浮遊微生物を粒状化させる粒状化ステップと、前記粒状化ステップにおいて粒状化されたスラリーは除外し、上澄み液は移動可能な可動膜を通過させて排出するろ過ステップと、を含み、前記粒状化ステップにおいては、粒状化された浮遊微生物により形成される汚泥ブランケットが攪拌手段により攪拌されることを特徴とする。
前記粒状化ステップは、浮遊微生物の接触により発生する副産物であるゼラチンにより行われ、曝気ステップを経て送られてくる処理水が有する第１の流体力及び粒状化ステップの攪拌手段に起因する第２の流体力により加速されることを特徴とする。
前記粒状化ステップ及びろ過ステップが行われる粒状化槽２００の内部には、前記可動膜５００が粒状化槽２００内において移動することにより発生する乱流の伝搬を遮断し、且つ、汚泥ブランケットの安定的な形状を維持するために、前記粒状化槽２００の内部を上部及び下部に仕切る隔壁２３０が更に配設されることを特徴とする。
前記第２の流体力は、前記粒状化槽２００の内部に存在する攪拌器２１０又は粒状化槽２００の上部から下部へと汚泥ブランケットを経た処理水を再び循環させる補助循環水路４３７により形成されることを特徴とする。
前記隔壁２３０は、多孔性部材であるか、或いは、所定の間隔を隔てて斜めに配置される傾斜板であることを特徴とする。
本発明によれば、粒状活性汚泥が含まれている粒状化槽を用いて原水内に含まれている汚染物質を有効に除去すると共に、前記粒状化槽の上部に配設される可動膜を用いてろ過し高度の水処理が行えることから、従来の生物学的な水処理装置の問題点である膜の汚染が極力抑えられるだけではなく、膜の洗浄周期が延び、運転期間が長くなる。
また、膜の洗浄周期及び膜の使用周期を延ばすための曝気装置、ポンプ、配管などの追加装備が不要になることから、設置費が削減され、前記膜が粒状化槽の内部に設けられることから、全体の設備が小型化されて設置面積が狭まり、その結果、設備の資本的支出（ＣＡＰＥＸ）が低減されるだけではなく、システムの運転に際してエネルギー消耗量が減るので修繕費（ＯＰＥＸ）も節減される。
更に、内部に攪拌手段が設けられることにより、粒状化槽内における汚泥ブランケットの固着を防ぐことができ、所定の攪拌効果が得られる他、設置コスト及び運転コストが削減される。
また、膜の洗浄周期及び膜の使用周期を延ばすための曝気装置、ポンプ、配管などの追加装備が不要になることから、設置費が削減され、前記膜が粒状化槽の内部に設けられることから、全体の設備が小型化されて設置面積が狭まり、その結果、設備の資本的支出（ＣＡＰＥＸ）が低減されるだけではなく、システムの運転に際してエネルギー消耗量が減るので修繕費（ＯＰＥＸ）も節減される。
更に、内部に攪拌手段が設けられることにより、粒状化槽内における汚泥ブランケットの固着を防ぐことができ、所定の攪拌効果が得られる他、設置コスト及び運転コストが削減される。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム及びその方法について詳細に説明する。
本明細書において、特に断りのない限り、「原水」とは、各種の汚染物質が含まれていて浄水処理の対象となる下水又は下廃水のことをいう。また、「処理水」とは、各段やステップ、装置を通過した原水のことをいい、「戻り水」とは、処理水の一部が経た前段やステップ、装置に戻る原水のことをいい、「粒状化」とは、原水に含まれている微生物が集塊化して粒子状を呈する現象のことをいい、以下では、相互間の接触により絡み合って大きな塊状を呈する現象である「凝集」、「凝結」の意味と区別せず、これらを網羅する広い意味であると理解されるべきである。
本明細書において、特に断りのない限り、「原水」とは、各種の汚染物質が含まれていて浄水処理の対象となる下水又は下廃水のことをいう。また、「処理水」とは、各段やステップ、装置を通過した原水のことをいい、「戻り水」とは、処理水の一部が経た前段やステップ、装置に戻る原水のことをいい、「粒状化」とは、原水に含まれている微生物が集塊化して粒子状を呈する現象のことをいい、以下では、相互間の接触により絡み合って大きな塊状を呈する現象である「凝集」、「凝結」の意味と区別せず、これらを網羅する広い意味であると理解されるべきである。
まず、活性汚泥工法に際して、曝気槽にメンブレインを沈積させて用いる既存の膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ）は、図１に示す通り、原水内に含まれている汚染物質を除去するために、流入する原水又は粒状化槽２００から戻る戻り水による流体力及び注入される空気により原水内に含まれている溶存酸素が飽和濃度に達するようにし、前記汚染物質を粒状化させる準備をする間接曝気槽１００と、間接曝気槽１００を通過して溶存酸素量が飽和された原水を粒状化させて汚泥処理を行う粒状化槽２００と、粒状化槽２００において粒状化された汚泥を除外し、上澄み液のみを取ってメンブレインを通過させて処理水を排出するろ過槽３００と、を備える。
メンブレイン付きろ過槽３００は、粒状化された微細な汚染物質がメンブレインを汚染させるため、長期に亘って使用するとき、周期的に膜の洗浄を行わなければならない。これにより、エネルギー消耗量が増えるだけではなく、メンブレインの汚染を防ぐために、ろ過槽３００内に、空気が注入可能な曝気装置、ポンプ、配管などを付設しなければならず、これは、設備コストの高騰につながるという問題がある。
この理由から、活性汚泥工法に際して、曝気槽にメンブレインを沈積させて用いる既存の膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ）の問題を解消するための本発明の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム装置は、原水に含まれている汚染物質を粒状汚泥工法を用いて粒状化させて有効に除去する。また、可動膜を用いて処理水を外部に排出してメンブレインの沈積時に発生する閉塞現象を極力抑えることにより、膜の洗浄周期及び運転期間が延び、高度の処理水が得られる。
この理由から、活性汚泥工法に際して、曝気槽にメンブレインを沈積させて用いる既存の膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ）の問題を解消するための本発明の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム装置は、原水に含まれている汚染物質を粒状汚泥工法を用いて粒状化させて有効に除去する。また、可動膜を用いて処理水を外部に排出してメンブレインの沈積時に発生する閉塞現象を極力抑えることにより、膜の洗浄周期及び運転期間が延び、高度の処理水が得られる。
本発明による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムは、間接曝気槽及び粒状化槽をこの順に配置した連続式の流れの高度の水処理装置であり、原水内に含まれている有機物、窒素、リンなどの汚染物質の処理効率を極大化させ、短い水理学的な滞留時間による装置の体積を最小化させ、後処理工程において固液分離を円滑に行うために、間接曝気槽及び粒状化槽をこの順に配置した後、反応槽、すなわち、間接曝気槽及び粒状化槽に製造済みの良質の粒状活性汚泥をそれぞれ注入して水処理を行う装置である。
「粒状活性汚泥」とは、高価な担体、回転体などの生物膜なしに生物学的、物理的、化学的な要因などにより活性汚泥に含まれている微生物が互いに自己造粒化現象を示しながら集塊化されて粒状化されたものをいう。
「粒状活性汚泥」とは、高価な担体、回転体などの生物膜なしに生物学的、物理的、化学的な要因などにより活性汚泥に含まれている微生物が互いに自己造粒化現象を示しながら集塊化されて粒状化されたものをいう。
粒状活性汚泥は、嫌気性粒状汚泥又は好気性粒状汚泥のうちのいずれか一方が原水の状態及び工程の運転方法に応じて選択的に用いられ、好ましくは、好気性粒状汚泥が用いられる。なお、粒状活性汚泥の好適な使用量は、原水内に含まれている有機物及び窒素の濃度に応じて粒状化槽の混合液の浮遊固形物（ＭＬＳＳ）を適切に調節して決定する。
図２は、本発明の一実施形態による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムを示す模式図であり、同図に示すように、原水内に含まれている溶存酸素が飽和濃度に達するように空気を供給する間接曝気槽１００及び間接曝気槽１００を通過した処理水に含まれている汚染物質を粒状化させるための汚泥ブランケット２５０付き粒状化槽２００を備え、更に、粒状化槽の上部に配設され、粒状化槽内において移動可能な可動膜５００を備える。
図２は、本発明の一実施形態による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムを示す模式図であり、同図に示すように、原水内に含まれている溶存酸素が飽和濃度に達するように空気を供給する間接曝気槽１００及び間接曝気槽１００を通過した処理水に含まれている汚染物質を粒状化させるための汚泥ブランケット２５０付き粒状化槽２００を備え、更に、粒状化槽の上部に配設され、粒状化槽内において移動可能な可動膜５００を備える。
また、粒状化槽２００の内部には、汚泥ブランケット２５０が粒状化槽２００の底面の内壁に固着しないように汚泥ブランケットに所定の攪拌効果を与える攪拌手段が更に配設される。
間接曝気槽１００には空気注入装置を介して空気が供給され、空気が供給された間接曝気槽１００は、間接曝気槽の下部に配設されるノズルを介して下部から上部に空気を供給することにより、上向流を発生させて流入水路４１０を介して流入する原水の溶存酸素の濃度が飽和状態に達するようにする。
空気注入装置１１０は、水処理に用いられる空気を注入するために汎用される部材であれば、特に制限無しに使用可能であり、下部から上部にノズル１１１を介して空気を注入することにより、上向流を発生させる。
間接曝気槽１００には空気注入装置を介して空気が供給され、空気が供給された間接曝気槽１００は、間接曝気槽の下部に配設されるノズルを介して下部から上部に空気を供給することにより、上向流を発生させて流入水路４１０を介して流入する原水の溶存酸素の濃度が飽和状態に達するようにする。
空気注入装置１１０は、水処理に用いられる空気を注入するために汎用される部材であれば、特に制限無しに使用可能であり、下部から上部にノズル１１１を介して空気を注入することにより、上向流を発生させる。
間接曝気槽を通過して溶存酸素量が飽和状態である原水を送り水路４３０を介して粒状化槽２００の下部に流入させることにより、原水の流れによる流体力と共に、粒状化槽２００内の攪拌器２１０による攪拌力が粒状活性汚泥に加えられ、これにより、粒状活性汚泥が互いに衝突して微生物反応副産物であるゼラチン物質により粒状化される。このとき、粒状化槽は、溶存酸素が豊富な原水により好気性の環境が造成され、溶存酸素を電子受容体として用いる有機物除去微生物及び窒素成分酸化微生物が前記流体力及び攪拌力により粒状化される。
特に、粒状化槽２００の内部における粒状化は、浮遊微生物の接触により発生する副産物であるゼラチンにより行われるが、間接曝気槽１００から送られる処理水の第１の流体力及び粒状化槽２００に組み込まれる攪拌手段に起因する第２の流体力により加速化される。
特に、粒状化槽２００の内部における粒状化は、浮遊微生物の接触により発生する副産物であるゼラチンにより行われるが、間接曝気槽１００から送られる処理水の第１の流体力及び粒状化槽２００に組み込まれる攪拌手段に起因する第２の流体力により加速化される。
攪拌手段は、粒状化槽２００の内部に存在する攪拌器２１０又は粒状化槽の上部から下部へと汚泥ブランケット２５０を経た処理水を再び循環させる補助循環水路４３７を備え、これにより、処理水は、可動膜５００の移動に伴い発生する力により補助循環水路４３７を循環するか、或いは、攪拌器２１０の回転により粒状化槽２００内の粒状化現象が加速化されるだけではなく、汚泥ブランケット２５０が粒状化槽２００の底面に沈殿して固着化することが有効に防がれる。
このため、第２の流体力は、粒状化槽２００の内部に存在する攪拌器２１０又は粒状化槽の上部から下部へと汚泥ブランケットを経た処理水を再び循環させる補助循環水路４３７により形成される。
このため、第２の流体力は、粒状化槽２００の内部に存在する攪拌器２１０又は粒状化槽の上部から下部へと汚泥ブランケットを経た処理水を再び循環させる補助循環水路４３７により形成される。
攪拌手段として攪拌器２１０が用いられる場合には、攪拌器２１０を別のモータ若しくは動力源を用いて駆動するが、好ましくは、後述する粒状化槽２００の内部に設けられる可動膜５００を移動させる移動手段であるモータを併用する。
このとき、攪拌器２１０の回転速度及び可動膜５００の移動速度が等しくない場合には、適切な回転比を有する歯合を付加して最適な攪拌速度及び可動膜の移動速度を制御することが好ましいが、最終的な攪拌器の適切な回転数の範囲は、２５〜４０ｒｐｍであることが更に好ましく、可動膜の移動速度の範囲は、約７〜１３ｃｍ／ｓｅｃであることが更に好ましい。
粒状化槽の下部に配設される汚泥排出管４３５を用いて粒状活性汚泥の量を減らしたり、粒状活性汚泥を排出して処理したりする。
このとき、攪拌器２１０の回転速度及び可動膜５００の移動速度が等しくない場合には、適切な回転比を有する歯合を付加して最適な攪拌速度及び可動膜の移動速度を制御することが好ましいが、最終的な攪拌器の適切な回転数の範囲は、２５〜４０ｒｐｍであることが更に好ましく、可動膜の移動速度の範囲は、約７〜１３ｃｍ／ｓｅｃであることが更に好ましい。
粒状化槽の下部に配設される汚泥排出管４３５を用いて粒状活性汚泥の量を減らしたり、粒状活性汚泥を排出して処理したりする。
上述したように、粒状化槽の好気性条件下で粒状化された有機物除去微生物は、有機物質を酸化させて除去するが、窒素成分酸化微生物は、原水中に含まれているアンモニア性窒素（ＮＨ４ ＋）などを硝性窒素（ＮＯ３ −）又は亜硝性窒素（Ｎ０２ −）に酸化させるため、これらの窒素酸化物は、原水内に溶存された状態で残存する。このため、硝性窒素又は亜硝性窒素を除去すると共に、粒状化槽内の粒状活性汚泥の濃度を維持するために、汚泥及び原水が混合された混濁層である汚泥ブランケット２５０の上部に形成される戻り水路４３３を介して汚泥及び原水が混合された原水の一部を間接曝気槽に戻す。
本発明の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムは、粒状化槽２００の上部に配設されると共に、粒状化槽内において移動可能な可動膜５００を備える。
本発明の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムは、粒状化槽２００の上部に配設されると共に、粒状化槽内において移動可能な可動膜５００を備える。
また、可動膜５００が移動することにより発生する粒状化槽２００内の乱流の汚泥ブランケット２５０への伝搬を遮断して粒状化槽内の粒状活性汚泥及び原水が混合された混濁層である汚泥ブランケット２５０及び上澄み液を分離するために粒状化槽の内部を仕切る隔壁２３０を更に備えることが好ましい。
隔壁２３０は、粒状化槽２００の空間を上部及び下部に仕切ると共に、原水の流れを遮断しない限り、特に制限なしに使用可能である。好ましくは、気孔を有する多孔性部材又は所定の間隔を隔てて斜めに配置される傾斜板が使用可能である。更に好ましくは、層状傾斜板が使用可能である。
粒状化槽２００の上部に形成される可動膜５００は、自分の汚染を低減させるために粒状化槽２００の上部の内部において可動であるが、好ましくは、粒状化槽２００内において前後に又は左右に往復運動し、可動膜を往復運動させるために往復装置を更に備える。
隔壁２３０は、粒状化槽２００の空間を上部及び下部に仕切ると共に、原水の流れを遮断しない限り、特に制限なしに使用可能である。好ましくは、気孔を有する多孔性部材又は所定の間隔を隔てて斜めに配置される傾斜板が使用可能である。更に好ましくは、層状傾斜板が使用可能である。
粒状化槽２００の上部に形成される可動膜５００は、自分の汚染を低減させるために粒状化槽２００の上部の内部において可動であるが、好ましくは、粒状化槽２００内において前後に又は左右に往復運動し、可動膜を往復運動させるために往復装置を更に備える。
往復装置は、可動膜と互いに連結されて往復する滑走フレームと、滑走フレームと軸を介して連結され、回転運動をする回転子と、回転子を回転させ、連結された軸を介して回転運動を滑走フレームの往復運動に切り換える低速モータと、を備える。
更に詳しくは、可動膜は、完全な固液分離のための物理的なバリアとして用いられる低圧精密ろ過（ＭＦ）膜又は限外ろ過（ＵＦ）膜であり、可動膜は、往復装置に機械的に連結される。往復装置は、可動膜を往復させるのに用いられるが、例えば、往復装置としては、回転運動を往復運動に切り換えるための機械装置が使用可能である。
可動膜５００は、粒状化槽の上澄み液をろ過する間に往復運動し続け、可動膜の汚染を防ぐために、必要に応じて選択的に往復運動する。
更に詳しくは、可動膜は、完全な固液分離のための物理的なバリアとして用いられる低圧精密ろ過（ＭＦ）膜又は限外ろ過（ＵＦ）膜であり、可動膜は、往復装置に機械的に連結される。往復装置は、可動膜を往復させるのに用いられるが、例えば、往復装置としては、回転運動を往復運動に切り換えるための機械装置が使用可能である。
可動膜５００は、粒状化槽の上澄み液をろ過する間に往復運動し続け、可動膜の汚染を防ぐために、必要に応じて選択的に往復運動する。
可動膜は、滑走フレームに連結され、モータにより駆動される回転子が軸を介して滑走フレームに連結される。これにより、回転子の回転運動が滑走フレームの往復運動に切り換えられ、往復の頻度及び速度は、回転子が回転する速度により制御される。より具体的に、モータを用いて軸を運動させて回転子の回転運動を滑走フレームの往復運動に切り換える。往復運動による衝撃負荷は、滑走フレームと軸との間に配設される緩衝器により低減され、滑走フレームは、線形軸受け及び軸台支持物を伴う滑走レールに沿って可変となる。本発明において可動膜を往復運動させる往復装置としては、所定の往復運動を実現する多くの異なる形態の装置が使用可能である。
このとき、モータは、可動膜５００を移動させ、これと同時に、粒状化槽２００内に設けられる攪拌器２１０を移動させる。このように一つのモータを用いて可動膜５００及び攪拌器２１０を同時に運転させることにより、全体的な水処理装置の設備コスト及び運転コストが削減される。このように一つのモータを用いて可動膜５００の移動及び攪拌器２１０の回転を同時に行いながらそれぞれの移動速度若しくは回転速度を適切に調節するために、軸を連結する連結部位に適切なギア比を有する連結手段を選択して設けてもよい。このとき、水処理装置内のそれぞれのユニットの運転速度をモニタリングし、これを適切に制御する制御手段が付設可能であるということはいうまでもない。
図１に示す通常の膜型バイオリアクタ（ＭＢＲ）において用いられている空気注入装置を介して注入された空気滴を用いて汚染物質と膜を分離する膜とは異なり、図２から図４に示すように、本発明の可動膜は、低速にて往復運動をするので、分離膜の移動方向とは逆方向に形成される慣性力を用いて優れた洗浄効果を得る。これにより、可動膜の汚染を低減し続けて空気注入装置が不要になるだけではなく、外部に可動膜を用いたろ過のための設置空間を追加することなく、既存のシステムに適用及び設置することができるというメリットがある。
図２は、本発明の一実施形態による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理装置を示すものであり、原水の溶存酸素の濃度を飽和させるように空気を供給する間接曝気槽１００と、間接曝気槽を経た処理水に含まれている浮遊微生物が粒状化されて内部の底面に汚泥ブランケットが形成される粒状化槽２００と、を備える。
図２は、本発明の一実施形態による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理装置を示すものであり、原水の溶存酸素の濃度を飽和させるように空気を供給する間接曝気槽１００と、間接曝気槽を経た処理水に含まれている浮遊微生物が粒状化されて内部の底面に汚泥ブランケットが形成される粒状化槽２００と、を備える。
このとき、粒状化槽２００は、汚泥ブランケットが粒状化槽２００の底面の内壁に固着しないように汚泥ブランケットに所定の攪拌効果を与える攪拌手段を内部に備え、粒状化槽２００の上部には、粒状化槽２００内において移動可能な可動膜５００が配設される。
粒状化槽２００は、内部に上部及び下部を仕切る隔壁２３０が、隔壁２３０の下部には汚泥ブランケット２５０が形成され、汚泥ブランケット２５０の攪拌のために攪拌器２１０が配設され、隔壁２３０の上部には、可動膜５００を移動させる移動手段であるモータが連結されるが、攪拌器２１０のモータは、可動膜５００のモータとはそれぞれ別々に形成される。
粒状化槽２００は、内部に上部及び下部を仕切る隔壁２３０が、隔壁２３０の下部には汚泥ブランケット２５０が形成され、汚泥ブランケット２５０の攪拌のために攪拌器２１０が配設され、隔壁２３０の上部には、可動膜５００を移動させる移動手段であるモータが連結されるが、攪拌器２１０のモータは、可動膜５００のモータとはそれぞれ別々に形成される。
図３は、 本発明の他の実施形態による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムを示すものであり、一つのモータを用いて攪拌器２１０及び可動膜の移動を同時に行う。
図４で示すシステムは、粒状化槽２００の下部に別の攪拌器２１０が形成されることなく、汚泥ブランケット２５０の攪拌手段として、粒状化槽の上部から下部へと汚泥ブランケット２５０を経た処理水を再び循環させる補助循環水路４３７を備える。
このような構造を有する粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムは、粒状化槽２００の下部に、攪拌器の代わりに、粒状化槽２００の上部において移動する可動膜５００の移動に起因する処理水が有する慣性力を用いて粒状化槽２００の外部に形成される補助循環水路４３７を用いて処理水の流れを導くことにより、汚泥ブランケット２５０に攪拌効果を与えると共に、粒状化を促す。補助循環水路４３７を用いる場合には、このような処理水の流れのための別の動力が不要であるので、運転コストが削減されるという効果が得られる。
図４で示すシステムは、粒状化槽２００の下部に別の攪拌器２１０が形成されることなく、汚泥ブランケット２５０の攪拌手段として、粒状化槽の上部から下部へと汚泥ブランケット２５０を経た処理水を再び循環させる補助循環水路４３７を備える。
このような構造を有する粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムは、粒状化槽２００の下部に、攪拌器の代わりに、粒状化槽２００の上部において移動する可動膜５００の移動に起因する処理水が有する慣性力を用いて粒状化槽２００の外部に形成される補助循環水路４３７を用いて処理水の流れを導くことにより、汚泥ブランケット２５０に攪拌効果を与えると共に、粒状化を促す。補助循環水路４３７を用いる場合には、このような処理水の流れのための別の動力が不要であるので、運転コストが削減されるという効果が得られる。
選択的に、補助循環水路４３７を用いて処理水の流速を制御する必要がある場合には、別の低速モータ若しくは減速部材などを補助循環水路４３７に付設してもよい。
本発明は、汚染物質が含まれている原水に空気を注入する曝気ステップと、曝気ステップを経て溶存酸素量が飽和状態である処理水内に含まれている浮遊微生物を粒状化させる粒状化ステップ及び粒状化ステップにおいて粒状化されたスラリーは除外し、上澄み液は可動膜を通過させて排出するろ過ステップを含む粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理方法を提供するが、同方法は、図２から図４に示す本発明による複合水処理システムを用いて行う。
本発明の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理方法によれば、汚染物質が含まれている原水に空気を注入して前記原水内の溶存酸素量が飽和状態に達するように空気を注入する曝気ステップを含むことが好ましい。
本発明は、汚染物質が含まれている原水に空気を注入する曝気ステップと、曝気ステップを経て溶存酸素量が飽和状態である処理水内に含まれている浮遊微生物を粒状化させる粒状化ステップ及び粒状化ステップにおいて粒状化されたスラリーは除外し、上澄み液は可動膜を通過させて排出するろ過ステップを含む粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理方法を提供するが、同方法は、図２から図４に示す本発明による複合水処理システムを用いて行う。
本発明の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理方法によれば、汚染物質が含まれている原水に空気を注入して前記原水内の溶存酸素量が飽和状態に達するように空気を注入する曝気ステップを含むことが好ましい。
曝気ステップを経た処理水内に含まれている浮遊微生物を粒状化させる粒状化ステップを用いて粒状活性汚泥を製造し、粒状活性汚泥により有機物が活発に分解されてエネルギーを得ると共に、細胞合成を行って原水内の有機物が微生物の新たな（Ｃ５Ｈ７Ｏ２Ｎ）、ＣＯ２などに切り換えられて除去される。
また、粒状活性汚泥に含まれているリン蓄積細菌（ＰＡＯ）は、好気性の状態で細胞内に貯蔵されているＰＨＢを酸素に分解しながらオルトリン酸塩を外部から取り込んでポリリン酸塩の形で細胞内に貯蔵される。このような合成過程に必要なエネルギー源（ＡＴＰ）を供給し続けるために、外部からのリン蓄積細菌（ＰＡＯ）（リン蓄積細菌（ＰＡＯ）の主な優占種はアシネトバクターである）によるリンの取り込み量が増えるが、このように、リンの取り込み量が高い微生物は、粒状活性汚泥から浮遊微生物の形で分離されて原水に含まれている好気性浮遊微生物と共に排出され、排出された浮遊微生物は、粒状化槽の下部に配設される沈殿スラリーと共に排出されることにより、原水内に含まれているリンは最終的に除去される。
また、粒状活性汚泥に含まれているリン蓄積細菌（ＰＡＯ）は、好気性の状態で細胞内に貯蔵されているＰＨＢを酸素に分解しながらオルトリン酸塩を外部から取り込んでポリリン酸塩の形で細胞内に貯蔵される。このような合成過程に必要なエネルギー源（ＡＴＰ）を供給し続けるために、外部からのリン蓄積細菌（ＰＡＯ）（リン蓄積細菌（ＰＡＯ）の主な優占種はアシネトバクターである）によるリンの取り込み量が増えるが、このように、リンの取り込み量が高い微生物は、粒状活性汚泥から浮遊微生物の形で分離されて原水に含まれている好気性浮遊微生物と共に排出され、排出された浮遊微生物は、粒状化槽の下部に配設される沈殿スラリーと共に排出されることにより、原水内に含まれているリンは最終的に除去される。
粒状化ステップにおいて粒状化されたスラリーは除外し、上澄み液は可動膜を通過させて排出するろ過ステップを経て中水道用の処理水を排出する。
可動膜及び粒状化槽の内部構造の詳細については上述した通りであるため、ここではその説明を省略する。
このため、本発明による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム及びその方法によれば、粒状活性汚泥の好気性及び嫌気性の消化が同時に行える特性及び粒状化を用いた優れた沈積性を活用して既存の生物学的な処理工程にかかる時間を短縮し、沈殿槽の設置面積を狭める。また、粒状化槽の上部に可動膜を配設して粒状化させ、ろ過し且つ排出することにより、膜のろ過率及び膜の使用周期の増加のために曝気装置、ポンプ、配管などの装置を設けることが不要になり、その結果、設置面積が狭まるだけではなく、前記可動膜の洗浄周期が延び、運転期間が長くなり、これは、省エネにつながる。
可動膜及び粒状化槽の内部構造の詳細については上述した通りであるため、ここではその説明を省略する。
このため、本発明による粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム及びその方法によれば、粒状活性汚泥の好気性及び嫌気性の消化が同時に行える特性及び粒状化を用いた優れた沈積性を活用して既存の生物学的な処理工程にかかる時間を短縮し、沈殿槽の設置面積を狭める。また、粒状化槽の上部に可動膜を配設して粒状化させ、ろ過し且つ排出することにより、膜のろ過率及び膜の使用周期の増加のために曝気装置、ポンプ、配管などの装置を設けることが不要になり、その結果、設置面積が狭まるだけではなく、前記可動膜の洗浄周期が延び、運転期間が長くなり、これは、省エネにつながる。
以上、本発明に関する好適な実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の属する技術分野を逸脱しない範囲でのすべての変更が含まれる。
本発明によれば、粒状活性汚泥が含まれている粒状化槽を用いて原水内に含まれている汚染物質を有効に除去すると共に、粒状化槽の上部に配設される可動膜を用いてろ過して高度の水処理が行えることから、設置面積が狭まり、有機物、窒素、リンなどの汚染物質の処理効率が向上し、また、内部に攪拌手段が設けられることにより、設置コスト及び運転コストが削減されるので、産業上の利用可能性がある。
１００：間接曝気槽
１１０：空気注入装置
１１１：ノズル
２００：粒状化槽
２１０：攪拌器
２３０：隔壁
２５０：汚泥ブランケット
３００：ろ過槽
４１０：流入水路
４３０：送り水路
４３３：戻り水路
４３５：汚泥排出管
４３７：補助循環水路
４５０：排出水路
５００：可動膜
１１０：空気注入装置
１１１：ノズル
２００：粒状化槽
２１０：攪拌器
２３０：隔壁
２５０：汚泥ブランケット
３００：ろ過槽
４１０：流入水路
４３０：送り水路
４３３：戻り水路
４３５：汚泥排出管
４３７：補助循環水路
４５０：排出水路
５００：可動膜
Claims (9)
- 原水内に含まれている溶存酸素が飽和濃度に達するように空気を供給する間接曝気槽（１００）と、
前記間接曝気槽を通過した処理水に含まれている浮遊微生物を粒状化させる汚泥ブランケット付き粒状化槽（２００）と、
前記粒状化槽（２００）の上部に配設され、前記粒状化槽（２００）内において移動可能な可動膜（５００）と、
前記汚泥ブランケットが粒状化槽（２００）の底面の内壁に固着しないように汚泥ブランケットに所定の攪拌効果を与える攪拌手段と、
前記可動膜（５００）の汚染を低減させるために、前記粒状化槽内において可動膜を前後に又は左右に往復運動させる往復装置と、を備え、
前記攪拌手段は、粒状化槽の上部から下部へと汚泥ブランケットを経た処理水を再び循環させる一対の補助循環水路（４３７）であり、
前記処理水は、可動膜（５００）の移動に伴い発生する力により一対の補助循環水路（４３７）を介して循環され、
前記粒状化槽（２００）の内部においては、浮遊微生物の接触により発生する副産物であるゼラチンにより粒状化され、間接曝気槽（１００）から送られてくる処理水の第１の流体力及び前記攪拌手段に起因する第２の流体力により前記粒状化が加速化される粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムであって、
前記一対の補助循環水路（４３７）は、粒状化槽（２００）の上部における可動膜（５００）の上方で夫々が可動膜（５００）の往復運動方向に対向する位置から粒状化槽（２００）の外側へ向けて延びており、続いて夫々下方に向けて屈曲して粒状化槽（２００）の下方位置まで延びており、続いて夫々屈曲して粒状化槽（２００）の底面の下方位置まで延びており、続いて夫々上方に向けて屈曲して前記粒状化槽（２００）底面の内壁における前記可動膜（５００）の往復運動方向に夫々異なる位置に至る構造となっていることを特徴とする粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。 - 前記可動膜（５００）は、低圧精密ろ過（ＭＦ）膜又は限外ろ過（ＵＦ）膜であることを特徴とする請求項１に記載の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。
- 前記可動膜（５００）が粒状化槽（２００）内において移動することにより発生する乱流の伝搬を遮断し、且つ、汚泥ブランケットの安定的な形状を維持するために、前記粒状化槽の内部を上部及び下部に仕切る隔壁（２３０）を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。
- 前記隔壁（２３０）は、多孔性部材であるか、或いは、所定の間隔を隔てて斜めに配置される傾斜板であることを特徴とする請求項３に記載の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。
- 前記往復装置は、
前記可動膜と互いに連結されて往復する滑走フレームと、
前記滑走フレームと軸を介して連結され、回転運動をする回転子と、
前記回転子を回転させ、連結された軸を介して回転運動を滑走フレームの往復運動に切り換えるモータと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の粒状活性汚泥と膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。 - 前記往復装置により発生する衝撃負荷は、滑走フレームと軸との間に緩衝器が付設されて低減されることを特徴とする請求項５に記載の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。
- 前記滑走フレームは、線形軸受け及び軸台支持物を伴う滑走レールに沿って可変となることを特徴とする請求項５に記載の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。
- 前記可動膜（５００）は、前記粒状化槽（２００）内の上澄み液がろ過される間に移動し続けるか、或いは、可動膜の汚染を防ぐために、必要に応じて選択的に移動することを特徴とする請求項１に記載の粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システム。
- 請求項１乃至８のいずれかに記載された粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理システムによって実行される粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理方法であって、
汚染物質が含まれている原水に空気を注入する曝気ステップと、
前記曝気ステップを経て溶存酸素量が飽和状態である処理水内に含まれている浮遊微生物を粒状化させる粒状化ステップと、
前記粒状化ステップにおいて粒状化されたスラリーは除外し、上澄み液は移動可能な可動膜を通過させて排出するろ過ステップと、を含み、
前記粒状化ステップにおいては、粒状化された浮遊微生物により形成される汚泥ブランケットが攪拌手段により攪拌されることを特徴とする粒状活性汚泥及び膜型バイオリアクタを用いた複合水処理方法。
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