JP6194161B2 - 濾過及びエアリフト兼用装置ならびに水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、被処理液の濾過と移送が可能な濾過及びエアリフト兼用装置、ならびにこれを用いた水処理システムに関する。

従来から、気泡と共に水を上昇させるエアリフト装置が知られている。例えば、特許文献１には、膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：Membrane Bio-Reactor）により対象水を処理する水処理システムに用いられたエアリフト装置が開示されている。

特許文献１に記載された水処理システムは、嫌気槽、無酸素槽および好気槽からなる一連の生物反応槽と、対象水と活性汚泥の混合液を濾過して透過液を生成する濾過膜ユニットが配置された膜分離槽とを備えている。膜分離槽と無酸素槽とは隣接しており、エアリフト装置は、濾過膜ユニットの下流側に、濾過後の混合液を膜分離槽から無酸素槽に返送する移送手段として配置されている。

具体的に、エアリフト装置は、膜分離槽の底に配置された気泡を放出する散気部と、散気部の直ぐ上の位置から鉛直上向きに延びる揚水管と、揚水管の上部から横向きに折れ曲がり、膜分離槽と無酸素槽とを隔てる隔壁を貫通する送水管とを含む。

特開２０１１−１９１８号公報

しかしながら、エアリフト装置を混合液などの被処理液の移送手段として用いたシステムでは、エアリフト装置の散気部に空気を送り込む必要があるため、大きな消費動力が必要になる。

そこで、本発明は、より少ない消費動力で被処理液を移送できるようにすることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明者の発明者らは、水処理システムにおいては濾過膜ユニットの下方にも当該濾過膜ユニットに洗浄のためのスクラビングエアを供給する散気装置が配置されていることに着目し、その散気装置をエアリフト装置の散気部として使用することを思い付いた。本発明は、このような観点からなされたものである。

すなわち、本発明は、被処理液の液溜まり中に浸されて、前記被処理液から透過液を生成する濾過膜ユニットと、前記濾過膜ユニットを収容する立ち上げ管と、前記濾過膜ユニットの下方に配置され、前記濾過膜ユニットへスクラビングエアを供給する散気部と、前記立ち上げ管の上部に接続された、前記スクラビングエアと共に前記立ち上げ管内を上昇する被処理液を側方に移送するための移送路と、を備えた、濾過及びエアリフト兼用装置を提供する。

上記の構成によれば、散気部から放出されるスクラビングエアにより、濾過膜ユニットに付着した異物が除去されるとともに、被処理液が立ち上げ管内を上昇した後に移送路を通じて移送される。従って、従来の水処理システムのように濾過膜ユニットとエアリフト装置を別々に配置した場合に比べて、少ない消費電力で被処理液を移送することができる。換言すれば、１つの装置で、被処理液の濾過と濾過膜ユニットの洗浄と被処理液の移送とを実現することができる。

前記立ち上げ管は、前記液溜まりの液面を超えて上方に延びており、前記散気部は、前記スクラビングエアにより前記立ち上げ管内の被処理液が前記液溜まりの液面よりも上方に持ち上がるように前記スクラビングエアを放出してもよい。この構成によれば、液溜まりの被処理液を当該液溜まりの液面よりも高い位置までポンプアップすることができる。

前記立ち上げ管には、持ち上げられた被処理液を前記液溜まりに戻すための開口が前記液溜まりの液面よりも上方に設けられており、上記の濾過及びエアリフト兼用装置は、前記開口を通過する被処理液の量を調整する調整手段をさらに備えてもよい。この構成によれば、移送路を通じて移送される被処理液の量を容易にコントロールすることができる。

前記散気部は、前記立ち上げ管内に配置されていてもよい。この構成によれば、散気部の下方にも液流が生じるため、散気部が被処理液の沈殿物中に埋没することを防止することができる。

例えば、前記濾過膜ユニットは、水平方向に互いに対向するように配列された、平面状の複数の濾過膜モジュールを含んでもよい。例えば、前記複数の濾過膜モジュールのそれぞれは、一対のヘッダに跨って延びる複数の中空糸膜を有してもよい。

また、本発明は、活性汚泥法により対象水を処理する水処理システムであって、嫌気槽、無酸素槽および好気槽を含む生物反応槽と、前記好気槽から流出する対象水と活性汚泥の混合液を蓄えて液溜まりを形成する膜分離槽と、を備え、前記膜分離槽には、上記の濾過及びエアリフト兼用装置が配置され、この濾過及びエアリフト兼用装置により、混合液が前記嫌気槽と前記無酸素槽の少なくとも一方に返送されるように構成された、水処理システムを提供する。この構成によれば、水処理システムの消費動力を低減することができる。

前記嫌気槽または前記無酸素槽は、前記膜分離槽に隣接しており、前記濾過及びエアリフト兼用装置は、少なくとも前記膜分離槽に隣接する嫌気槽または無酸素槽に混合液を返送してもよい。この構成によれば、混合液の返送に必要な距離を短くすることができる。

上記の水処理システムは、前記膜分離槽から前記嫌気槽および／または前記無酸素槽まで延びる還流路をさらに備え、前記膜分離槽は前記立ち上げ管および前記移送路を介して前記還流路と連通しており、前記嫌気槽および／または前記無酸素槽は前記還流路に直接連通していてもよい。この構成によれば、各槽のレイアウトを自由に設計することができる。

本発明によれば、１つの装置で、被処理液の濾過と濾過膜ユニットの洗浄と被処理液の移送とを実現することができる。

本発明の一実施形態に係る水処理システムの平面図である。 図１のII−II線に沿った濾過装置の正面図である。 図２のIII−III線に沿った濾過装置の断面図である。 図１のIV−IV線に沿った濾過及びエアリフト兼用装置の断面図である。 図４のV−V線に沿った濾過及びエアリフト兼用装置の断面図である。 濾過及びエアリフト兼用装置の上部の側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る水処理システム１を示す。この水処理システム１は、生活排水や下水などの対象水を膜分離活性汚泥法により処理するものである。本実施形態では、水処理システム１の略中央に嫌気槽２２が配置され、この嫌気槽２２の回りに時計回りの流れが形成されるように無酸素槽２３、好気槽２４、膜分離槽２５および還流路２６が配置されている。ただし、各槽のレイアウトは図１に示すものに限らず、適宜変更可能である。また、複数の水処理システム１を併設する場合は、それらの水処理システム１でいずれかの槽または還流路２６が共有されていてもよい。

嫌気槽２２、無酸素槽２３および好気槽２４は、活性汚泥中の微生物を働かせる一連の生物反応槽を構成する。水処理システム１の周縁から嫌気槽２２までは、流水路１１が無酸素槽２３を上流側２３Ａと下流側２３Ｂとに分断するように延びている。無酸素槽２３の上流側２３Ａと下流側２３Ｂとは流水路１１の下方で連続している。また、嫌気槽２２と無酸素槽２４の間には、流水路１１の下方に、嫌気槽２２および無酸素槽２３の下部同士が連通する隙間を形成する仕切り壁（図示せず）が設けられている。

嫌気槽２２と流水路２１とを隔てる隔壁には、嫌気槽２２を流水路２１と直接的に連通させる流通口１１が設けられている。そして、図１中に矢印Ａで示すように流水路２１の上流端に対象水が供給されると、その対象水が流水路２１を流れた後に流通口１１から嫌気槽２２に流入する。また、嫌気槽２２と流水路２１とを隔てる隔壁には、流通口１１を通過する対象水の量を調整するゲート１２が設けられている。

嫌気槽２２では、当該嫌気槽２２に流入した対象水が活性汚泥と混合して混合液となる。嫌気槽２２は、活性汚泥中の微生物からリンを放出させるための槽である。混合液は、上述した仕切り壁により形成される隙間を通じて嫌気槽２２から無酸素槽２３に流入する。

無酸素槽２３は、混合液から窒素を除去するための槽である。無酸素槽２３と好気槽２４とを隔てる隔壁には、その下部に無酸素槽２３と好気槽２４とを連通する開口が形成されている。無酸素槽２３からは、その開口を通じて混合液が好気槽２４に流入する。

好気槽２４には、混合液に曝気を行う曝気装置３が設けられている。曝気装置３による曝気より、混合液が撹拌されるとともに、活性汚泥中の微生物に酸素が送られ、微生物による有機物の分解およびリンの吸収などが行われる。

好気槽２４と膜分離槽２５とを隔てる隔壁は、図２に示すように、好気槽２４および膜分離槽２５の下部同士が連通する隙間を形成している。好気槽２４から膜分離槽２５へはその隙間を通じて混合液が流入する。

膜分離槽２５は、好気槽２４から流出する混合液（本発明の被処理液に相当）を蓄えて液溜まり１０を形成する。図１に示すように、膜分離槽２５には、複数の濾過装置４と濾過及びエアリフト兼用装置５とが一列に並んで配置されている。これらの装置４，５により混合液が濾過される。

具体的に、濾過装置４ならびに濾過及びエアリフト兼用装置５のそれぞれは、図２および図４に示すように、液溜まり１０中に浸されて、混合液から透過水（本発明の透過液に相当）を生成する濾過膜ユニット６を含んでいる。これらの濾過膜ユニット６で生成された透過水は、図１中に矢印Ｂで示すように集められて例えば図示しない貯水槽に貯められた後再利用されるか、又は放流される。

より詳しくは、各濾過膜ユニット６は、図２および図３に示すように、鉛直方向と平行な平面状の複数の濾過膜モジュール６０を含む。これらの濾過膜モジュール６０は、水平方向に互いに対向するように配列されている。各濾過膜モジュール６０は、水平方向に延びる一対のヘッダ６１と、これらのヘッダ６１に跨って延びる複数の中空糸膜６２（図３では中空糸膜６２を一本一本作図せずに、簡略的に一枚のシートとして作図）とを有する。一対のヘッダ６１の両端部同士は連結管６３によって連結されており、中空糸膜６２内に浸透した透過水は上側のヘッダ６１に集められる。上側のヘッダ６１は、後述するケーシング４１または立ち上げ管５１の外に配置された集水管６５（図２では作図を省略）に接続されている。集水管６５は、各濾過膜モジュール６０の上側ヘッダ６１から透過水を回収し、濾過膜ユニット６ごとに透過水をまとめて膜分離槽２５外へ導く。

各濾過装置４は、濾過膜ユニット６の他に、濾過膜ユニット６を収容するケーシング４１と、濾過膜ユニット６の下方に配置された散気部４０とを含む。ケーシング４１は、上下に延びる、平面視で長方形の筒状をなしている。本実施形態では、ケーシング４１が散気部４０の少し下まで延びており、散気部４０がケーシング４１内に配置されている。ただし、濾過膜ユニット６からケーシング４１の下端までの長さが短く設定されていて、散気部４０の一部または全部がケーシング４１から露出していてもよい。

散気部４０は、濾過膜モジュール６０の配列方向と同方向に配列された複数の散気管４２からなり、濾過膜ユニット６へスクラビングエアを供給する。各散気管４２の一端はケーシング４１を貫通して給気管４３につながっている。給気管４３には図略のブロアから空気が供給され、これにより散気部４０から気泡状のスクラビングエアが放出される。放出されたスクラビングエアは、濾過膜モジュール６０の間を通って上昇し、濾過膜モジュール６０の表面に付着した異物を除去する。一方、ケーシング４１内では混合液がスクラビングエアと共に上昇する。その結果、ケーシング４１の下側開口には膜分離槽２５の底に沿って混合液が周囲から流れ込み、ケーシング４１の上側開口からは濾過後の濃縮された混合液が周囲に拡散される。

濾過及びエアリフト兼用装置５は、混合液を濾過する機能だけでなく、混合液を還流路２６を通じて嫌気槽２２および無酸素槽２３へ返送する機能も有する。図１に示す、上述した嫌気槽２２を中心とするレイアウトにより、嫌気槽２２は膜分離槽２５に隣接しており、無酸素槽２３は嫌気槽２２を挟んで膜分離槽２５と反対側に位置している。還流路２６は、膜分離槽２５から嫌気槽２２および無酸素槽２３まで延びている。濾過及びエアリフト兼用装置５は、濾過後の濃縮された混合液を還流路２６に送り込む。

還流路２６と嫌気槽２２および無酸素槽２３とを隔てる隔壁には、還流路２６から嫌気槽２２および無酸素槽２３へと混合液をオーバーフローにより送り込むための流通口１３，１５が設けられている。すなわち、嫌気槽２２および無酸素槽２３は還流路２６に直接連通している。また、還流路２６と嫌気槽２２および無酸素槽２３とを隔てる隔壁には、流通口１３，１５を通過する混合液の量を調整するゲート１４，１６が設けられている。これらのゲート１４，１６は、濾過後の混合液を嫌気槽２２と無酸素槽２３とにどのような比率で分配するかを決定する役割を果たす。当然ながら、ゲート１４，１６を操作することにより、嫌気槽２２と無酸素槽２３のどちらかに混合液を返送しないようにすることもできる。換言すれば、本実施形態の水処理システム１は、濾過及びエアリフト兼用装置５により混合液が嫌気槽２２と無酸素槽２３の少なくとも一方に返送され得るように構成されている。

濾過及びエアリフト兼用装置５は、具体的に、図４および図５に示すように、濾過膜ユニット６の他に、濾過膜ユニット６を収容する立ち上げ管５１と、濾過膜ユニット６の下方に配置された散気部５０とを含む。立ち上げ管５１は、上端にフランジが設けられた以外は上述した濾過装置４のケーシング４１と同様の構成の下側管５２と、下側管５２のフランジに締結されるフランジが下端に設けられた、下側管５２を上方に延長するように延びる上側管５３とを含む。すなわち、下側管５２は散気部５０の少し下まで延びており、散気部５０が下側管５２内に配置されている。ただし、濾過装置４と同様に、濾過膜ユニット６から下側管５２の下端までの長さが短く設定されていて、散気部５０の一部または全部が下側管５２から露出していてもよい。一方、上側管５３は、液溜まり１０の液面Ｌ１を超えて上方に延びている。

また、立ち上げ管５１の上部には、移送路５４が接続されている。本実施形態では、移送路５４が水平方向に延びる管によって構成されているが、移送路５４は、上方に開口する溝状部材によって構成されていてもよい。

散気部５０は、濾過膜モジュール６０の配列方向と同方向に配列された複数の散気管５５からなり、濾過膜ユニット６へスクラビングエアを供給する。各散気管５５の一端は立ち上げ管５１を貫通して給気管５６につながっている。給気管５６には図略のブロアから空気が供給され、これにより散気部５０からスクラビングエアが放出される。放出されたスクラビングエアは、濾過膜モジュール６０の間を通って上昇し、濾過膜モジュール６０の表面に付着した異物を除去する。一方、立ち上げ管５１内では混合液がスクラビングエアと共に上昇する。移送路５４は、スクラビングエアと共に立ち上げ管５１内を上昇する混合液を側方に移送するためのものである。

膜分離槽２５は、立ち上げ管５１および移送路５４を介して還流路２６と連通している。上述したように還流路２６から嫌気槽２２および無酸素槽２３へと混合液をオーバーフローにより送り込むため、還流路２６内の液面Ｌ２は、嫌気槽２２および無酸素槽２３内の液面よりも高くなる。また、嫌気槽２２および無酸素槽２３内の液面は膜分離槽２５および好気槽２４内の液面Ｌ１と同じ高さである。すなわち、還流路２６内の液面Ｌ２は、膜分離槽２５内の液面Ｌ１よりも高い。この液面差による混合液の逆流を抑制するために、移送路５４は、液溜まり１０の液面Ｌ１よりも上方に位置している。

濾過膜モジュール６０の表面に付着した異物を除去するには、散気部５０から大量のスクラビングエアを放出する必要がある。このスクラビングエアの量は、従来のエアリフト装置における気泡放出量と比べてはるかに多い。この散気部５０から放出される大量のスクラビングエアにより、立ち上げ管５１内の混合液が液溜まり１０の液面Ｌ１よりも上方である還流路２６内の液面Ｌ２まで持ち上げられる。これは、立ち上げ管５１内の混合液がスクラビングエアを含む分だけ、立ち上げ管５１外の混合液より比重（密度）が小さくなるためである。

さらに、本実施形態では、嫌気槽２２および無酸素槽２３へ返送される混合液の量を調整するための構成が採用されている。具体的には、立ち上げ管５１における移送路５４と連続した壁面を構成する両側壁に、持ち上げられた混合液を液溜まり１０に戻すための開口５７が液溜まり１０の液面Ｌ１よりも上方に設けられている。さらに、立ち上げ管５１の両側壁には、開口５７を開閉するゲート機構７が設けられている。

図例では、開口５７が還流路２６内の液面Ｌ２によって横切られる位置に設けられているが、開口５７は液溜まり１０の液面Ｌ１よりも上方であればどのような位置に設けられていてもよい。例えば、開口５７は、液面Ｌ１と液面Ｌ２の間に設けられていてもよい。

ゲート機構７は、開口５７を通過する混合液の量を調整するものであり、本発明の調整手段に相当する。図６に示すように、各ゲート機構７は、立ち上げ管５１の側壁に固定されたブロック７２と、ブロック７２を上下に貫通する、上端にハンドルが設けられたネジ軸７１と、ネジ軸７１の下端に接合された、立ち上げ管５１の側壁に沿って上下動する可動板７３とを含む。可動板７３には流通口７４が設けられており、可動板７３の流通口７４と開口５７の重なり代により開口５７を通過する混合液の量が決定される。

以上説明したように、本実施形態の水処理システム１における濾過及びエアリフト兼用装置５では、散気部５０から放出されるスクラビングエアにより、濾過膜ユニット６に付着した異物が除去されるとともに、混合液が立ち上げ管５１内を上昇した後に移送路５４を通じて移送される。従って、従来の水処理システムのように濾過膜ユニットとエアリフト装置を別々に配置した場合に比べて、少ない消費電力で混合液を移送することができる。換言すれば、１つの装置で、混合液の濾過と濾過膜ユニット６の洗浄と混合液の移送とを実現することができる。そして、このような濾過及びエアリフト兼用装置５を用いることにより、水処理システム１の消費動力を低減することができる。

また、立ち上げ管５１内の混合液が液溜まり１０の液面Ｌ１よりも上方に持ち上がるように散気部５０からスクラビングエアが放出されることにより、液溜まり１０の混合液を液面Ｌ１よりも高い位置までポンプアップすることができる。

また、本実施形態では散気部５０が立ち上げ管５１内に配置されているので、散気部５０の下方にも液流が生じる。そのため、散気部５０が混合液の沈殿物中に埋没することを防止することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、前記実施形態では混合液が嫌気槽２２および無酸素槽２３の双方に返送され得るように水処理システム１が構成されていたが、水処理システム１は嫌気槽２２と無酸素槽２３のどちらか一方のみに混合液が返送されるように構成されていてもよい。また、嫌気槽２２と無酸素槽２３の位置は入れ替わっていてもよい。例えば、無酸素槽２３が膜分離槽２５に隣接する場合、還流路２６は膜分離槽２５から無酸素槽２３だけに延びていてもよい。

あるいは、還流路２６を通じて混合液を返送する場合は、膜分離槽２５に好気槽２４のみが隣接していてもよい。ただし、膜分離槽２５に嫌気槽２２と無酸素槽２３のどちらかが隣接しており、少なくともその隣接する方の槽に濾過及びエアリフト兼用装置５により混合液が返送される構成であれば、混合液の返送に必要な距離を短くすることができる。

また、水処理システム１において、還流路２６は必ずしも必要ではない。例えば、混合液を嫌気槽２２のみに返送する場合は、濾過及びエアリフト兼用装置５の移送路５４を嫌気槽２２に直接連通させてもよい。ただし、還流路２６を設ければ、各槽のレイアウトを自由に設計することができる。

また、濾過及びエアリフト兼用装置５の立ち上げ管５１は、必ずしも液溜まり１０の液面Ｌ１を超えて上方に延びている必要はなく、立ち上げ管５１の上部が液溜まり１０の液面Ｌ１よりも下方に位置しており、移送路５４の上面が液面Ｌ１を下から上に斜めに横切るように、移送路５４が下流に向かって斜めに延びたり拡大したりしていてもよい。

さらに、立ち上げ管５１には必ずしも開口５７が設けられている必要はない。例えば、還流路２６内の液面Ｌ２が上昇すれば、濾過及びエアリフト兼用装置５による混合液の伝送能力も減少する。そのため、ゲート１４，１６の操作により、嫌気槽２２および無酸素槽２３に返送される混合液の量を調整することも可能である。ただし、立ち上げ管５１に開口５７およびゲート機構が設けられていれば、嫌気槽２２および無酸素槽２３に返送される混合液の量（すなわち、移送路５４を通じて移送される混合液の量）を容易にコントロールすることができる。特に、本実施形態のように、開口５７が液溜まり１０の液面Ｌ１よりも上方に設けられていれば、混合液が開口５７を通じて立ち上げ管５１の外側から内側に流れ込むことを防止することができる。

また、本発明の濾過及びエアリフト兼用装置は、水処理システムに限らず、種々の用途に用いることができる。

１ 水処理システム
１０ 液溜まり
２２ 嫌気槽
２３ 無酸素槽
２４ 好気槽
２５ 膜分離槽
５ 濾過及びエアリフト兼用装置
５０ 散気部
５１ 立ち上げ管
５４ 移送路
５７ 開口
６ 濾過膜ユニット
６０ 濾過膜モジュール
６１ ヘッダ
６２ 中空糸膜
７ ゲート機構（調整手段）

Claims (7)

1. 被処理液の液溜まり中に浸されて、前記被処理液から透過液を生成する濾過膜ユニットと、
   前記濾過膜ユニットを収容する、前記液溜まりの液面を超えて上方に延びる立ち上げ管と、
   前記濾過膜ユニットの下方に配置され、前記濾過膜ユニットへスクラビングエアを供給する散気部と、
   前記立ち上げ管の上部に接続された、前記スクラビングエアと共に前記立ち上げ管内を上昇する被処理液を側方に移送するための移送路と、を備え、
   前記散気部は、前記スクラビングエアにより前記立ち上げ管内の被処理液が前記液溜まりの液面よりも上方に持ち上がるように前記スクラビングエアを放出し、
   前記立ち上げ管には、持ち上げられた被処理液を前記液溜まりに戻すための開口が前記液溜まりの液面よりも上方に設けられており、
   前記開口を通過する被処理液の量を調整する調整手段をさらに備える、濾過及びエアリフト兼用装置。
2. 前記散気部は、前記立ち上げ管内に配置されている、請求項１に記載の濾過及びエアリフト兼用装置。
3. 前記濾過膜ユニットは、水平方向に互いに対向するように配列された、平面状の複数の濾過膜モジュールを含む、請求項１または２に記載の濾過及びエアリフト兼用装置。
4. 前記複数の濾過膜モジュールのそれぞれは、一対のヘッダに跨って延びる複数の中空糸膜を有する、請求項３に記載の濾過及びエアリフト兼用装置。
5. 活性汚泥法により対象水を処理する水処理システムであって、
   嫌気槽、無酸素槽および好気槽を含む生物反応槽と、
   前記好気槽から流出する対象水と活性汚泥の混合液を蓄えて液溜まりを形成する膜分離槽と、を備え、
   前記膜分離槽には、請求項１〜４の何れか一項に記載の濾過及びエアリフト兼用装置が配置され、この濾過及びエアリフト兼用装置により、混合液が前記嫌気槽と前記無酸素槽の少なくとも一方に返送されるように構成された、水処理システム。
6. 前記嫌気槽または前記無酸素槽は、前記膜分離槽に隣接しており、
   前記濾過及びエアリフト兼用装置は、少なくとも前記膜分離槽に隣接する嫌気槽または無酸素槽に混合液を返送する、請求項５に記載の水処理システム。
7. 前記膜分離槽から前記嫌気槽および／または前記無酸素槽まで延びる還流路をさらに備え、
   前記膜分離槽は前記立ち上げ管および前記移送路を介して前記還流路と連通しており、
   前記嫌気槽および／または前記無酸素槽は前記還流路に直接連通している、請求項５または６に記載の水処理システム。

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