JP6371970B2

JP6371970B2 - 水処理装置

Info

Publication number: JP6371970B2
Application number: JP2014150019A
Authority: JP
Inventors: 梅沢　浩之; 浩之梅沢; 立木　悦二; 悦二立木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: JP2016022450A

Description

本発明は、水処理に使用される膜分離活性汚泥装置に関し、主に有機物が含まれた流体の処理に関する。

現在、産業廃棄物を減らすこと、産業廃棄物を分別し再利用すること、または産業廃棄物を自然界に放出させないことは、エコロジーの観点から重要なテーマであり２１世紀の企業課題である。

前記産業廃棄物の中には、被除去物が含まれた色々な流体がある。これらは、汚水、排水、廃液等の色々な言葉で表現されているが、以下、水や薬品等の流体中に被除去物である物質が含まれているものを排水と呼び説明する。これらの排水は、様々な水処理方法により前記被除去物が取り除かれ、きれいな流体に処理される。様々な水処理によって浄化され最終的に処理できず残った排水は産業廃棄物となり、燃焼処理や埋め立て処理により、廃棄される。

従来、有機物を含む排水は、活性汚泥法や膜分離活性汚泥法による生物処理により浄化が実施されている。有機物を含む排水の生物処理では、予めオゾンで有機物を酸化分解し生物処理する場合や、生物処理において廃棄される余剰汚泥を減容化するために、汚泥をオゾンにより酸化分解処理して再度生物処理することが行われている。また、生物の浄化性能を向上させるため活性炭や有機材料などの生物担体を利用し、生物密度を高くする処理も行われている。より清浄な流体を得るための高度な浄水処理ではこれらの工程が複雑に組合され浄化が行われている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０００−１９７８９５号公報

このような従来の排水処理では、高度処理として高濃度なオゾンを使用するため、未利用のオゾンが排気される。この未利用オゾンを除去するため排気処理設備や、処理設備全体をオゾンから保護する対策を実施する必要があった。更に添加した生物担体が十分に流動せず処理槽に滞留し、生物が機能不全となることや、滞留した生物担体を清掃する定期的な保守が必要となるという課題があった。

そこで、本発明は、上記の課題を解決するものであり、排気される未利用のオゾンを低減しオゾンを有効に活用するとともに、生物処理を効率よく行い、保守の低減が可能な膜分離活性汚泥装置を提供することを目的としている。

そして、この目的を達成するために本発明は、膜分離活性汚泥槽に鉛直に浸漬された平膜ユニットの外側に、底部に散気装置を備えた循環ガイドを備え、循環ガイド内に硬質担体を添加し、散気装置からオゾン添加空気を導入するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、膜分離活性汚泥槽に硬質担体を添加し膜表面を洗浄し、更にオゾンにより有機物を分解することで生物処理を効率良く行い、余剰汚泥の廃棄など保守を軽減するという効果をえることができる。更に、硬質担体によりオゾンが分解され酸素となり、排気オゾン濃度が低下し、排気設備が不要になるという効果をえることができる。

本発明の実施形態１の膜分離活性汚泥処理装置の構成図本発明の実施形態１の平膜エレメントの構成図（（ａ）三面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図）本発明の実施形態１の膜分離活性汚泥槽上面図本発明の実施形態１の硬質担体による膜洗浄説明図

本発明の請求項１記載の水処理装置は、上方開口型で槽形状の循環ガイドを、膜分離活性汚泥槽内の水面下に配置して、前記膜分離活性汚泥槽内の領域を、前記循環ガイドの内側の領域と、前記循環ガイドの外側の領域に区画し、前記内側の領域に、鉛直に浸漬された平膜ユニットと、前記平膜ユニットの下方からオゾン添加空気を供給する散気装置とを配置させ、前記内側の領域に硬質担体を添加し、前記硬質担体が、前記内側の領域において前記散気装置によるエアリフト効果により循環可能な比重を有するものである。

これにより、硬質担体によりろ過膜表面洗浄し、更に散気装置からオゾン添加空気を導入することでオゾンを平膜ユニットへ供給することとなり、平膜ユニットで有機物を分解しながら生物処理を行うことができる。循環ガイド内に硬質担体を添加することで平膜ユニットを硬質担体で洗浄することができ、膜ろ過量が低下することを抑制し、排水処理能力を維持することを達成している。また、循環ガイド内に散気するオゾン添加空気のオゾンは添加した硬質担体により分解され、酸素となることで生物の活性を向上し、同時にオゾン排気濃度も低減することもできる。更にオゾンが分解し酸素になる過程で生成する活性種により、有機物の分解が促進される。これらにより、排気される未利用のオゾンを低減しオゾンを有効に活用するとともに、生物処理を効率よく行い、保守の低減が可能な膜分離活性汚泥装置を提供することができる。

また、請求項２記載の水処理装置は、前記膜分離活性汚泥槽の底部に連通した脱水装置を備え、膜分離活性汚泥槽底部に滞留した汚泥を回収するものである。

これにより、脱水装置により、膜分離活性汚泥槽底部に滞留した汚泥を回収することで水処理に関係のない生物の繁殖を抑制することで水処理を効率よく行えるという効果を奏する。

また、請求項３記載の水処理装置は、排水をｐＨ７からｐＨ９に調整する前処理槽を膜分離活性汚泥槽前段に備えたものである。

これにより、混入した鉄やマンガンなどの金属イオンが凝集し、同時に膜分離できるためより処理水の清浄が良くなるという効果を奏する。

また、請求項４記載の水処理装置は、硬質担体が無煙炭である。

これにより、硬質な膜材料を使用しても担体が磨耗せず長期間効果を発揮できるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、水処理装置は、前処理槽３と、膜分離活性汚泥槽５と、ろ過ポンプ
８と、オゾン発生器１０と、脱水装置１９を備えている。

前処理槽３は、排水１を貯留してｐＨ調整剤２を加える処理を行なうものである。

必要に応じてｐＨ調整剤２によりあらかじめ前処理を実施する。ｐＨ調整には水酸化ナトリウム、水酸化カルシウムなどを用い、ｐＨは７から９の中性域に調整するのが良い。このｐＨ調整により排水１が含有する金属イオンは水酸化物となり析出し、更に排水１を生物処理に最適なｐＨ状態とすることができる。排水１に懸濁物質が含まれるときは凝集剤を添加しても良いがその場合も中性域に調整する。

前処理槽３から膜分離活性汚泥槽５へ処理液を移送できるように、両者は排水ポンプ４を介して接続されている。

膜分離活性汚泥槽５は、微生物により有機物を分解処理するものである。

膜分離活性汚泥槽５には、散気装置９が底部に設置された循環ガイド３１が取り付けられ、循環ガイド３１内部中央に平膜ユニット６が浸漬される。

平膜ユニット６の内部をろ過ポンプ８により吸引することにより、平膜ユニット６内部の圧力が低下し吸引ろ過が実施され処理水１４を得ることができる。

循環ガイド３１内には硬質担体３０が添加され、散気装置９によるエアリフト効果により循環される。

硬質担体３０は微細な孔を保有しており生物担体として機能する。散気による酸素供給により自然発生する汚泥７にも生物が含まれ、処理に用いられる。

汚泥７は、硬質担体３０よりも小さく軽いため、循環ガイド３１外側に拡散し、やがて膜分離活性汚泥槽５底部に沈降する。硬質担体３０は、比重が大きいため、エアリフト量を調節することにより、循環ガイド３１内で循環される。エアリフト量は、平膜１枚あたり３〔Ｌ／ｍｉｎ〕程度が適切である。

また、散気装置９には、散気ポンプ１１とオゾン発生器１０が接続される。

オゾン発生器１０は散気ポンプ１１の上流、下流どちらに設置しても良いが、保守の容易な上流側が望ましい。散気装置９からは、オゾン発生器１０で空気１２の一部をオゾン化したオゾン添加空気１８が膜分離活性汚泥槽５に供給される。供給するオゾン添加空気１８のオゾン濃度は、処理が十分に機能する３０〜５０〔ｐｐｍ〕が望ましい。３０〔ｐｐｍ〕未満の低濃度の場合は、効果が減少するだけであり、排水性状によっては数ｐｐｍであっても効果が得られる。５０〔ｐｐｍ〕より高い濃度の場合は、活性汚泥に必要な微生物を死滅させるとともに、未利用なオゾンが排気されるため排気施設が必要であり経済的でない。

散気装置９から発生するオゾン添加空気１８は、平膜ユニット６の平膜エレメント２０表面を通過するように設置位置や散気量を調整するのがよい。オゾン濃度は、気泡の内圧や粒径に依存するため、散気装置９で生成する気泡は数ｃｍ程度で良い。

膜分離活性汚泥槽５の底部からバルブ１３を介して、汚泥７の劣化物や活性汚泥として機能していた有機物を捕食する微生物などの死骸などを引抜くための汚泥回収ポンプ１５が設置され、汚泥を脱水装置１９に移送排出する。通常、生物担体として用いる粒状活性
炭の場合は、粒径が数〔ｍｍ〕あるため汚泥回収ポンプ１５では移送するのが困難であり、処理を停止した清掃が必要である。本処理装置では硬質担体３０は、循環ガイド３１から外部に移動しないので、容易に不要な汚泥のみ回収清掃できる。

脱水装置１９では、汚泥を回収スラッジ１６と脱水ろ過水１７に分離する。脱水ろ過水１７は膜分離活性汚泥槽５に返送し、再度処理することもできる。回収スラッジ１６は、産業廃棄物として通常燃焼処理される。

まず、図２を用いて膜分離活性汚泥槽５に使用される平膜ユニット６の膜部品である平膜エレメント２０について説明する。

平膜エレメント２０は、膜２１、フレーム２２、集水管２３によって構成される。膜２１は角型で枠状のフレーム２２の両側面に固定され、集水管２３はフレーム２２上部に連結される。平膜エレメント２０内部には、膜２１を透過した処理水１４が流入する集水空間２４があり、この集水空間２４を経由して集水管２３から処理水１４が吸引排出される。膜分離処理は、集水管２３をろ過ポンプ８に接続し、平膜エレメント２０内部を減圧し、膜２１を排水１が透過することで実施される。次に、図３を用いて平膜エレメント２０の浸漬状態を説明する。図３において、図１および図２と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

平膜エレメント２０は膜２１部分を対面させ、所定の間隔で並行に整列した平膜ユニット６として使用される。循環ガイド３１内の平膜ユニット６は膜分離活性汚泥槽５の下部から所定の高さまで浸漬される。平膜ユニット６は平膜エレメント２０を１０枚から２０枚セットされる場合が多く、処理量に合わせ、平膜ユニット６を数台整列した状態で使用する。

次に硬質担体３０による膜洗浄について図４をもとに説明する。図４において、図１、図２および図３と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

硬質担体３０は、硬度があるため比重が浮遊担体より高く、水中では沈降するため、気泡２６によるエアリフト効果により浮上させて用いる。循環している硬質担体３０は平膜エレメント２０に衝突し、膜に付着した堆積物を洗浄する効果がある。

従来の活性炭の添加処理では、膜分離活性汚泥槽全体に粒状活性炭が浮遊している状態で使用する場合が多い。この場合、添加する粒状活性炭の粒径は数〔ｍｍ〕で浮遊しにくいため多くの散気が必要であり、散気電力が増加する傾向があった。

また、散気量が多くなると活性汚泥が劣化し粘性が上昇するバルキング現象を生ずる可能性も高くなり、安定した処理をするために保守頻度が多くなる傾向もある。更に、膜分離活性汚泥槽５の底部に粒状活性炭が滞留しやすいため生物の機能不全を引き起こし処理が停滞する可能性がある。

本実施の形態の処理方法では、循環ガイド３１内で硬質担体３０を循環させため、従来の活性炭添加方式よりも、少ない散気電力で生物担体である硬質担体３０を循環することができる。循環には散気空気の上昇を利用したエアリフト効果を利用するため、散気装置９から発生させる気泡２６も微細化する必要がなく、低圧力な動作が可能であり省エネルギーである。

硬質担体３０には通常は浮遊担体と使用できない比重である無煙炭やセラミックなども
使用することが可能である。循環可能な粒子の比重はエアリフト力を考慮して決定するが、通常１．３〜１．６〔ｇ／ｃｍ³〕が望ましく、粒径は２〜５〔ｍｍ〕程度が良い。粒径を小さくすれば排水中の有機物と微生物の接触効率も高くなり、生物と吸着しやすくすることができる。また、散気するオゾンが接触する確立も高くなり、担体表面の有機物を分解するとともに、オゾンが分解して生成する酸素の量も多くなる。このため生物の活性は向上し、有機物を分解する速度が上昇する。また、オゾンは分解し酸素になる過程において活性種を生成し、この活性種による有機物分解効果も得ることができるようになる。

供給するオゾン添加空気１８のオゾン濃度は微生物が死滅せず、排気処理する必要がない濃度であるのがよい。

例えば、１．５〔Ｌ／ｍｉｎ〕で高さ６０〔ｃｍ〕の水槽（容積が３〔Ｌ〕）にオゾンを１０〔ｍｇ／ｈｒ〕を添加すると、入口濃度約５０〔ｐｐｍ〕となり、１５〔ｐｐｍ〕程度消費されて、残り３５〔ｐｐｍ〕が排気される。膜分離活性汚泥槽５は、通常２〔ｍ〕程度の高さがあり、高さに比例してオゾンが消費される。膜分離活性汚泥槽５は、前記水槽に対して高さが３倍程度あるので、膜分離活性汚泥槽５でのオゾンの消費量は１５〔ｐｐｍ〕の３倍の４５〔ｐｐｍ〕となり、入口濃度約５０〔ｐｐｍ〕に対して排気される濃度は５〔ｐｐｍ〕となり、十分拡散可能な濃度となる。このため、３０〜５０〔ｐｐｍ〕のオゾン添加空気１８を散気するのが良いと考える。

また、原料空気に含まれた浮遊菌がオゾンにより死滅するため、散気するオゾン添加空気１８によって、活性汚泥への浮遊菌の混入を防止することもできる。排水１にもオゾンは溶解するため、粘性物質も酸化分解し、バルキング現象を防止することができる。バルキング現象の防止だけで添加する場合は、除菌などに使用される濃度である０．１〜１〔ｐｐｍ〕としても良い。

溶解しているオゾンは、吸引ろ過により膜面を通過するときに有機物の分解を行い、更に処理水１４を脱色する効果もある。通常オゾンが分解し酸素を生成する過程で酸化力の高い活性種が発生する。排水に添加した硬質担体３０はオゾンを分解する効果が高いため、平膜エレメント２０表面近傍では沢山の活性種が発生しており、有機物を分解する効果も高くなる。有機物の分解のためにオゾンを効率よく使用するには、機能が低下した微粒子活性炭や膜分離活性汚泥槽５に滞留する汚泥が発生した場合は、定期的に保守を行うことが必要である。

以上のように、本実施形態では、膜分離活性汚泥槽５に硬質担体３０を添加し、平膜エレメント２０表面を洗浄し、更にオゾンにより排水中の有機物や硬質担体３０に付着した有機物を分解し、生物処理速度を向上するという効果をえることができる。更に、硬質担体３０により、オゾンが分解され酸素となり、排気オゾン濃度が低下するという効果をえることができる。

本発明にかかる水処理装置は、膜分離活性汚泥装置に添加した硬質担体により膜面上に生成した堆積層を洗浄し、更にオゾン添加空気を用いて有機物を含む排水を効率よく処理することができる。また、硬質担体は生物担体として機能し、水を浄化する微生物を高密度に収集することが可能であり、オゾンは分解すると酸素と活性種を供給するため、微生物の活性も高くなり処理装置の性能が向上する。これらにより、本発明は、電子産業分野から上下水道、中水、井水など広範囲な水資源への展開が可能である。

１排水
２ｐＨ調整剤
３前処理槽
４排水ポンプ
５膜分離活性汚泥槽
６平膜ユニット
７汚泥
８ろ過ポンプ
９散気装置
１０オゾン発生器
１１散気ポンプ
１２空気
１３バルブ
１４処理水
１５汚泥回収ポンプ
１６回収スラッジ
１７脱水ろ過水
１８オゾン添加空気
１９脱水装置
２０平膜エレメント
２１膜
２２フレーム
２３集水管
２４集水空間
２６気泡
３０硬質担体
３１循環ガイド

Claims

上方開口型で槽形状の循環ガイドを、膜分離活性汚泥槽内の水面下に配置して、
前記膜分離活性汚泥槽内の領域を、前記循環ガイドの内側の領域と、前記循環ガイドの外側の領域に区画し、
前記内側の領域に、鉛直に浸漬された平膜ユニットと、
前記平膜ユニットの下方からオゾン添加空気を供給する散気装置とを配置させ、
前記内側の領域に硬質担体を添加し、前記硬質担体が、前記内側の領域において前記散気装置によるエアリフト効果により循環可能な比重を有することを特徴とする水処理装置。
前記膜分離活性汚泥槽の底部に連通した脱水装置を備え、
膜分離活性汚泥槽底部に滞留した汚泥を回収することを特徴とする、
請求項１に記載の水処理装置。
排水をｐＨ７からｐＨ９の範囲に調整する前処理槽を膜分離活性汚泥槽前段に備えたことを特徴とする、
請求項１から２のいずれか一つに記載の水処理装置。
硬質担体が無煙炭であることを特徴する、
請求項１から３のいずれか一つに記載の水処理装置。