JP6431820B2

JP6431820B2 - 活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法

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Publication number: JP6431820B2
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Description

本発明は、活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法に関し、特に膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）による処理に好適な活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法に関する。

下水、畜産排水、し尿、工場排水などの有機物を含む有機性廃水を活性汚泥処理する技術として、膜分離活性汚泥法を利用した活性汚泥処理装置が近年注目されてきている。分離膜を利用した活性汚泥処理装置においては、処理効率化等の観点から、分離膜の汚染や分離膜の目詰まり等による透過水量の低下を抑制することが求められている。

例えば、特許文献１（特開平９−２９４９９６号公報）では、分離膜が浸漬された分離槽と反応室との間を仕切で分け、反応室から分離槽へと流出する処理水の溶解性ＢＯＤ濃度を一定範囲に制御することによって、膜汚染を抑制し、膜の洗浄頻度を少なくすることが記載されている。

特許文献２（特開２００６−３５０９９号公報）では、原水と活性汚泥とが混合された被処理水をろ過するための膜ユニットを備えた好気槽が複数槽設けられ、上流側よりも下流側の汚泥濃度を高くするとともに、上流側の膜ユニットの膜を透過する透過水の膜透過流速を下流側の膜ユニットの膜を透過する透過水の膜透過流速より高く設定することが記載されている。

特許文献３（特開２００５−１４４２９０号公報）では、処理槽内のＭＬＳＳ濃度に基づいて処理水から汚泥の引き抜き量を制御することにより、処理槽内のＭＬＳＳ濃度を所定の範囲に制御することが記載されている。

特開平９−２９４９９６号公報特開２００６−３５０９９号公報特開２００５−１４４２９０号公報

しかしながら、特許文献１〜３の活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法によっても、処理装置の態様によってはまだ、分離膜の汚染或いは分離膜の目詰まり等による透過水量の低下への抑制対策が十分とは言えない場合がある。

上記課題を鑑み、本発明は、分離膜の膜汚染や膜閉塞を抑制でき、長期間安定した処理を行うことが可能な活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法を提供する。

本発明者は鋭意検討の結果、流入水が処理槽の水平方向に押し出し流れとなるような、水平方向に細長い直方体状の槽内に分離膜を多数配置した場合、下流側の分離槽内のＭＬＳＳ濃度が徐々に高くなるとともに、被処理水の溶解性ＢＯＤの濃度勾配が流入水の処理量や負荷変動によって大きく影響を受けるという知見を得た。そこで、本発明者は、分離膜が配置される分離槽内に被処理水を循環させるための循環手段を配置したところ、分離膜の膜汚染や膜閉塞が部分的に発生するという問題を抑制でき、且つ長期間安定した処理を行うことが可能であることを見いだした。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水から膜分離を用いて処理水を得るための活性汚泥処理装置であって、被処理水を収容し、被処理水から処理水を分離する分離槽と、分離槽内の被処理水中に浸漬され、分離槽の槽長手方向に沿って互いに間隔をおいて配置された複数の分離膜と、複数の分離膜を介して処理水を抜き出すための処理水抜き出し手段と、分離槽内の槽長手方向下流部の被処理水を分離槽内の槽長手方向上流部へと循環させるための循環手段とを備える活性汚泥処理装置が提供される。

本発明は別の一側面において、有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水から膜分離を用いて処理水を得るための活性汚泥処理装置であって、有機性廃水を活性汚泥を用いて好気処理するための好気槽と、好気槽から流入する有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水を収容し、被処理水から処理水を分離するための分離槽とを少なくとも備える処理槽と、分離槽内の被処理水中に浸漬され、分離槽の槽長手方向に沿って互いに間隔をおいて配置された複数の分離膜と、複数の分離膜を介して処理水を抜き出すための処理水抜き出し手段と、分離槽内の槽長手方向下流部の被処理水を分離槽内の槽長手方向上流部へと循環させるための循環手段とを備える活性汚泥処理装置が提供される。

本発明に係る活性汚泥処理装置は一実施態様において、分離槽の槽長手方向上流部に配置され、槽長手方向上流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第１の検出器と、分離槽の槽長手方向下流部に配置され、槽長手方向下流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第２の検出器と、第１の検出器が検出した被処理水のＭＬＳＳ濃度と第２の検出器が検出したＭＬＳＳ濃度とが所定の濃度差以上になる場合に、循環手段による被処理水の循環流量を増加させるように制御する制御手段とを備える。

本発明に係る活性汚泥処理装置は別の一実施態様において、有機性廃水を脱窒処理するための無酸素槽と、無酸素槽又は好気槽内の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第１の検出器と、分離槽の槽長手方向下流部に配置され、槽長手方向下流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第２の検出器と、を更に備え、第１の検出器と第２の検出器とが検出したＭＬＳＳ濃度が所定の濃度差以上になる場合に、分離槽内部の循環手段による被処理水の循環流量を増加させるように制御する制御手段とを更に備える。

本発明に係る活性汚泥処理装置は更に別の一実施態様において、制御手段が、分離槽へ流入する被処理水の流量に対して、分離槽内部の循環手段による被処理水の流量を、設定倍率に比例した流量とするように増加又は減少させるように制御することを含む。

本発明に係る活性汚泥処理装置は更に別の一実施態様において、分離槽内に複数の分離膜エレメントをユニット化した分離膜が４台以上配置されている。

本発明に係る活性汚泥処理装置は更に別の一実施態様において、循環手段がエアリフトポンプであることを含む。

本発明に係る活性汚泥処理装置は更に別の一実施態様において、分離槽の槽長手方向に延在し、槽長手方向に沿って複数の流入口を備え、複数の流入口から被処理水を分離槽内へ流入させるための流入手段を更に備える。

本発明は別の一側面において、有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水を収容する分離槽の槽長手方向に沿って互いに間隔をおいて配置された複数の分離膜を介して処理水を抜き出す活性汚泥処理方法であって、分離槽の槽長手方向下流部の被処理水を分離槽の槽長手方向上流部へと循環させることを含む活性汚泥処理方法が提供される。

本発明に係る活性汚泥処理方法は一実施態様において、分離槽の槽長手方向下流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する検出器が検出したＭＬＳＳ濃度と、分離槽の槽長手方向上流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する検出器が検出したＭＬＳＳ濃度とが、所定の濃度差以上になる場合に、被処理水の循環流量を増加させるように制御することを含む。

本発明によれば、分離膜の膜汚染や膜閉塞を抑制でき、長期間安定した処理を行うことが可能な活性汚泥処理装置及び活性汚泥処理方法が提供できる。

本発明の第１の実施の形態に係る活性汚泥処理装置を表す概略図である。本発明に係る循環手段による被処理水の槽内循環を行った場合の分離槽の上流側と下流側の被処理水の濃度勾配の変化のシミュレーション結果例を示すグラフである。本発明の第１の実施の形態の変形例に係る活性汚泥処理装置を表す概略図である。本発明の第２の実施の形態に係る活性汚泥処理装置を表す概略図である。本発明の第２の実施の形態の別の活性汚泥処理装置を表す概略図である。本発明の第２の実施の形態の変形例に係る活性汚泥処理装置を表す概略図である。従来法の活性汚泥処理装置を示す概略図である。本実施例に係る活性汚泥処理装置を示す概略図である本実施例と従来法における分離槽内の各膜エリア内におけるＭＬＳＳ濃度分布を表すグラフである。本実施例と従来法における分離槽内の各膜エリア内における溶解性ＢＯＤ濃度分布を表すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態はこの発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る活性汚泥処理装置は、図１に示すように、有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水から膜分離を用いて処理水を得るための活性汚泥処理装置である。活性汚泥処理装置は、被処理水を収容する分離槽１０と、分離槽１０内の被処理水中に浸漬され、分離槽１０の槽長手方向に沿って互いに間隔をおいて配置された複数の分離膜１１と、複数の分離膜１１を介して処理水を抜き出すための処理水抜き出し手段１２と、分離槽１０内の被処理水を分離槽１０内で循環させるための循環手段１００とを備える。

分離槽１０は、有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水から処理水を抜き出すための処理槽であり、図１に示すように、槽長方向に槽長手方向（図１矢印方向）を有する。分離槽１０の槽長手方向の具体的寸法は特に制限されないが、例えば複数の分離膜エレメントをユニット化した分離膜１１を４台以上並列配置する分離槽１０に特に好適である。分離槽１０内に配置される分離膜１１の平面寸法や分離膜１１の配置間隔にもよるが、現状の処理設備を考慮すると、より典型的には、分離槽１０の槽長が１２ｍ以上で縦横比が４以上の反応容器により効果が見られる。

処理対象とする有機性廃水（原水）としては、有機物を含有する廃水が用いられる。より具体的には、下水消化汚泥、有機性工場排水、浸出水、畜産廃液、し尿、浄化槽汚泥の混合液等を有機性廃水として用いることができる。

図１の分離槽１０内では、有機性廃水に活性汚泥が添加された被処理水が供給される。分離槽１０に供給される被処理水中の好適な活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、典型的には５０００〜２００００ｍｇ／Ｌであり、より典型的には６０００〜１２０００ｍｇ／Ｌである。分離槽１０に供給される被処理水の溶解性ＢＯＤは、典型的には５０〜７００ｍｇ／Ｌであり、より典型的には１００〜３００ｍｇ／Ｌである。

分離膜１１としては、分離孔径が１μｍ以下（例えば０．１〜０．４μｍ）の有機高分子素材からなる平膜及び中空糸膜、平膜及び管状のセラミック膜などの、精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）等の複数の膜エレメントをユニット化したものが用いられる。分離膜１１は、分離槽１０の鉛直方向に所定の間隔をそれぞれ空けて槽長手方向（水平方向）に沿って並べられている。

図１に示すような槽長手方向に細長い直方形の分離槽１０を使用する場合で、循環手段１００を設けずに、槽上流側より被処理水を流入させる場合は、例えば膜面積１０００ｍ²の分離膜１１を４台以上、より典型的には８台以上、更に典型的には１２台以上重ねて配置して運転をしていくと、槽上流側より処理対象水が流入すること、および、槽上流部では槽下流部に比べてＭＬＳＳ濃度が薄くなることにより、分離槽内でのＭＬＳＳに対するＢＯＤ負荷が相対的に槽上流部で高くなる。また、分離膜１１により処理水が排出されることで、槽長手方向下流部のＭＬＳＳ濃度が徐々に高くなる現象が顕著になる。これにより、分離槽１０内の被処理水に槽長手方向にわたってＭＬＳＳ濃度の勾配が生じ、先端の分離膜１１では被処理水の溶解性ＢＯＤの影響を受け、分離膜１１の一部に膜汚染又は目詰まりがより発生しやすくなる。また、槽下流側の分離膜１１では、ＭＬＳＳ濃度が高くなり過ぎる場合がある。その結果、一部の分離膜１１の圧力が上昇する問題や、定期洗浄の頻度が高くなり処理効率が低下する問題が生じる。そこで、循環手段１００を設けることにより、図１に示すような槽長手方向に細長い直方形の分離槽１０を使用した場合においても、分離槽１０内のＭＬＳＳ濃度差が少なくなることから、分離槽１０内でのＭＬＳＳに対するＢＯＤ負荷をより均一にすることができる。その結果、分離槽１０内の一部の分離膜１１において、膜汚染や目詰まり、圧力が上昇するといった問題の発生を防ぐことができる。

分離槽１０内の分離膜１１の下部には、図示を省略した散気手段が配置されており、散気手段から供給される気泡の流れを分離膜１１の膜面に与えることにより、膜面に付着する活性汚泥等が剥離され、膜面洗浄が行われるようになっている。分離膜１１にはそれぞれ処理水抜き出し手段１２が接続されており、図示しないポンプ手段又は水位差によって所定の圧力で処理水が抜き取られる。分離膜１１の透過流速又は処理水抜き取り時のポンプ圧は分離膜１１の配置位置（例えば上流側と下流側）によって調整してもよい。

循環手段１００の形状は特に限定されるものではないが、一実施態様においては、分離槽１０内の分離膜１１の底部において槽長手方向に延びる管形状を有しており、分離槽１０内の槽長手方向下流部（即ち、図１の分離槽１０においては、被処理水が流入口とは反対にある分離槽１０の右端部分）の被処理水を槽長手方向上流部（即ち、図１の分離槽１０において被処理水の流入口側にある分離槽１０の左端部分）へと循環させる。

分離槽１０へ流入する被処理水が処理槽の水平方向に押し出し流れとなるような、水平方向に細長い直方体状の分離槽１０内に分離膜１１を多数配置した場合、分離槽内の槽長手方向上流部から下流部に向かってＭＬＳＳ濃度が上昇する濃度勾配が生じる。本実施形態では、循環手段１００を配置することにより、分離槽１０内の槽長手方向下流部の被処理水を上流部へ返送させて槽内循環を行うことができるため、分離槽１０内のＭＬＳＳ濃度及び水質の均一化が図れる。

循環手段１００の具体的構成は特に限定されないが、循環手段１００の具体例としては、機械式のポンプやエアリフトポンプ等が利用可能である。特に、エアリフトポンプを採用することにより、被処理水を槽内循環するための動力源（電力）の利用を極力小さくすることができるため、より効率的な処理を行うことができる。

循環手段１００の形状は特に制限されない。例えば、図１に示すように、分離槽１０の槽長手方向下流部の底部から、分離槽１０の槽長手方向上流部の上部へ被処理水を返送できるような装置が好適に用いられる。

分離槽１０の槽長手方向上流部には、槽長手方向上流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出するための検出器１８（第１の検出器）が設けられている。槽長手方向下流部には、槽長手方向下流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出するための検出器１７（第２の検出器）が設けられている。検出器１７および検出器１８は制御手段２０に接続されている。制御手段２０は、検出器１７が検出するＭＬＳＳ濃度と、検出器１８が検出するＭＬＳＳ濃度に基づいて、循環手段１００の運転を制御することが可能である。

制御手段２０は、検出器１８が検出したＭＬＳＳ濃度と検出器１７が検出したＭＬＳＳ濃度とが所定の濃度差以上になる場合に、循環手段１００による被処理水の循環流量を増加させるように制御することができる。或いは、検出器１８が検出したＭＬＳＳ濃度が６０００〜１２０００ｍｇ／Ｌ程度で安定している場合には、制御手段２０が検出器１７によるＭＬＳＳ濃度が例えば１２０００ｍｇ／Ｌを超えた場合に、循環手段１００による被処理水の循環流量を増加させるように制御することができる。制御手段２０は、検出器１８が検出したＭＬＳＳ濃度と検出器１７が検出したＭＬＳＳ濃度とが所定の濃度差よりも小さくなる場合に、循環手段１００による被処理水の循環流量を減少させるように制御してもよい。更に、制御手段２０は、分離槽１０へ流入する被処理水の流量の増減に基づいて、循環手段１００による被処理水の循環流量を増加もしくは減少させるように制御することもできる。

循環手段１００による被処理水の循環流量の調整方法としては、（１）予め定められた所定の流量（設定流量）で循環手段１００により被処理水を随時循環させる方法（流量一定制御）（２）分離槽１０へ流入する被処理水の流入水量に比例して、流入水量に対する設定値倍した流量で、循環手段１００により被処理水を循環させる方法（流入倍率制御）（３）検出器１８が検出したＭＬＳＳ濃度と検出器１７が検出したＭＬＳＳ濃度との濃度差に応じて、循環手段１００による被処理水の循環流量を段階的に上下させていく方法（段階制御）（４）検出器１８が検出したＭＬＳＳ濃度と検出器１７が検出したＭＬＳＳ濃度との濃度差に応じて被処理水の循環流量の増減を比例制御する方法（比例制御）などが利用できる。

なお、分離槽１０の槽長手方向下流側（図１の紙面右側）には、分離槽１０の槽長手方向下流部の底部から分離槽１０内の余剰汚泥を抜き出す余剰汚泥抜き出し手段１６が設けられている。

余剰汚泥抜き出し手段１６は、制御手段２０に接続されており、検出器１７が検出した分離槽１０内の被処理水のＭＬＳＳ濃度に基づいて、余剰汚泥の抜き取り量の調整、制御手段２０が備える制御アルゴリズム或いは外部入力に基づいて制御することも可能である。制御手段２０は、更に、処理水抜き出し手段１２に接続されていてもよく、処理水抜き出し手段１２が抜き出す処理水のポンプ圧などを、制御手段２０が備える制御アルゴリズム或いは外部入力に基づいて制御してもよい。

循環手段１００による被処理水の槽内循環に対する分離槽１０の上流側と下流側の被処理水の濃度勾配の変化のシミュレーション結果の例を図２に示す。図２の例では、被処理水の流入流量をＱ、処理水抜き出し手段１２による抜き出し流量を３Ｑとして、分離槽１０の槽長手方向下流部のＭＬＳＳ濃度を９０００ｍｇ／Ｌとなるように調整して定常状態にした場合において、循環手段１００による被処理水の循環比を０（従来例）〜４Ｑに変更した場合の、分離槽１０の槽長手方向上流部（流入部ＭＬＳＳ）と槽長手方向下流部（末端部ＭＬＳＳ）の濃度勾配の割合の変化を表している。

循環手段１００による被処理水の槽内循環を行わない従来の場合では、分離槽１０内で２５％もの濃度勾配が生じているが、槽内循環比を高くすることで濃度勾配が小さくなり、循環比３Ｑで約１５％まで低減されている。本実施形態によれば、分離槽１０に流入する被処理水に処理し切れていない成分（未分解の溶解性ＢＯＤ）などが流入する場合でも、槽内循環がないときに比べて分離槽１０に流入する被処理水中の成分濃度を分離槽１０内でより均一にすることができる。これにより、従来のように、単一の流入口から被処理水を分離槽１０内に流入させるが分離槽１０内に循環手段１００を持たない場合に比べて、被処理水が流入する領域付近にある分離膜１１の膜汚染や膜閉塞が部分的に発生するという問題を抑制でき、且つ長期間安定した処理を行うことが可能になる。

（第１の実施の形態の変形例）
図３に示すように、第１の実施の形態の変形例に係る活性汚泥処理装置は、流入手段１３を更に備える点が図１に示す活性汚泥処理装置と異なる。

流入手段１３は、分離槽１０の槽長手方向（図１矢印方向）に延在し、槽長手方向に沿って複数の流入口１４を備える。流入手段１３は、例えば、分離膜１１の上部に延在する樋状又は管状部材で構成することができ、樋状又管状部材に形成された凹状（又はＶ状）の切り欠き（ノッチ）からなる複数の流入口１４を介して、樋状又は管状部材を流れる被処理水を越流により流出させることができる。このような流入手段１３を用いることにより、被処理水を均等に供給するための特別な動力源は不要であり、処理費用を上げることなく、処理効率を向上できる。

流入手段１３は、被処理水のＭＬＳＳ濃度又は被処理水の溶解性ＢＯＤに基づいて、各流入口１４から流れる被処理水のＭＬＳＳ濃度又は被処理水の溶解性ＢＯＤがそれぞれ均一となるように、各流入口１４から前記分離槽１０へ流す被処理水の供給水量が調整可能である。

流入口１４からの供給水量の調整方法としては、例えば、複数の流入口１４にそれぞれ流入口１４の開口面積を調整可能な可動堰部材１５が設けられており、被処理水のＭＬＳＳ濃度又は被処理水の溶解性ＢＯＤに基づいて、後述する制御手段２０による自動制御或いは操作者による手動作業により、可動堰部材１５の高さを変更することができる。

或いは、分離槽１０の槽長手方向上流側から下流側へ向けて複数の流入口１４の間隔を変更する（例えば被処理水のＭＬＳＳ濃度が高くなる領域の流入口１４の間隔が短くなるように流入口１４を形成すること、或いは均等配置した流入口１４の一部を閉じて分離槽１０への被処理水の流入間隔を変更すること）などにより、被処理水の供給水量を調整してもよい。

流入手段１３は、制御手段２０に接続されている。制御手段２０は、分離槽１０へ供給される被処理水の性状（溶存性有機物量）に基づいて、流入手段１３の流入口１４の可動堰の開度調整などを、制御手段２０が備える制御アルゴリズム或いは外部入力に基づいて制御することが可能である。例えば、検出器１７が検出した分離槽１０の被処理水のＭＬＳＳ濃度が設定値以上となる場合に、制御手段２０が、流入手段１３の各流入口１４からの被処理水の供給流量を変更することによって、分離膜１１への負荷が槽内でより均等となるように制御することができる。

図１に示すような槽長手方向に細長い直方形の分離槽１０を使用して従来のように１箇所のみの流入口から被処理水を流入させ、分離槽１０において処理を行う場合、分離槽１０の槽長手方向上流側には未処理のＢＯＤ濃度の高い被処理水が供給されるため、槽長手方向上流側に位置する分離膜１１のみの汚染が大きくなる場合がある。または、押し出し流れに沿って槽長手方向下流側の端部にＭＬＳＳ濃度の濃い領域が発生し、槽長手方向下流側に位置する分離膜１１に活性汚泥による膜閉塞が拡がる場合もある。第１の実施の形態の変形例に係る活性汚泥処理装置によれば、流入手段１３及び制御手段２０が配置されることにより、分離槽１０内の被処理水の活性汚泥濃度がより均一となるように制御されるため、従来のように、単一の流入口から被処理水を分離槽１０内に流入させる場合に比べて、分離膜の膜汚染や膜閉塞が部分的に発生するという問題を抑制でき、且つ長期間安定した処理を行うことが可能になる。

（第２の実施の形態）
活性汚泥を用いた好気処理と膜分離処理とを組み合わせた活性汚泥処理装置を図４に示す。第２の実施の形態に係る活性汚泥処理装置は、無酸素槽３０、好気槽４０及び分離槽１０を備えた処理槽１を備える。これらの槽は、同じ躯体に仕切りを設けることによって構築されてもよいし、別躯体として、水路又は配管でそれぞれの槽を接続してもよい。また、好気槽４０と分離槽１０とは１対１の関係に必ずしもする必要は無く、図５に示すように、好気槽４０に対して複数の分離槽１０が接続されていてもよい。

図４に示すように、無酸素槽３０は、好気槽４０の上流側に配置され、有機性排水を無酸素処理するための反応容器である。無酸素槽３０内には攪拌手段３１が配置され、脱窒菌などを用いて有機性廃水が脱窒処理される。無酸素槽３０と好気槽４０との間は仕切手段５０によって仕切られている。仕切手段５０の上部には開口部（図示せず）が設けられており、無酸素槽３０から流出する被処理水が開口部から好気槽４０へ流入する。

好気槽４０は、分離槽１０の上流側に配置され、無酸素槽３０から流出した被処理水を、活性汚泥を用いて好気処理するための反応容器である。好気槽４０内には、図示しない散気手段が設けられ、槽内へのＤＯ供給と撹拌が行われる。好気槽４０と分離槽１０は、仕切手段によって仕切られている。仕切手段の下方には開口部（図示せず）が設けられており、被処理水が開口部から分離槽１０へと流入する。

分離槽１０には、有機性排水を処理過程にある活性汚泥混合液が被処理水として供給される。分離槽１０内の好適な活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、典型的には５０００〜２００００ｍｇ／Ｌであり、より典型的には６０００〜１２０００ｍｇ／Ｌである。分離槽１０に供給される被処理水の溶解性ＢＯＤは、典型的には３〜２００ｍｇ／Ｌであり、より典型的には１０〜１００ｍｇ／Ｌである。

無酸素槽３０の流入口には有機性廃水の流量を検出するための流量計２５が配置されており、この流量計２５による検出結果が制御手段２０へ送られるようになっていてもよい。

分離槽１０は図１に示す分離槽１０の構成と実質的に同様の構成を採用することができる。なお、図４の分離槽１０では、槽長手方向下流側の被処理水を抜き出して無酸素槽３０へ循環させるための循環路１８０が配置されており、分離槽１０中の被処理水の一部が無酸素槽３０へ供給されるようになっている。図４において、循環路１８０は分離槽１０と無酸素槽３０の上流部との間に配置されており、循環路１８０は分離槽１０の槽下流部から引抜く場合が図示されているが、引抜箇所は、図４の例に限定されるものではない。循環路１８０と循環手段１００は独立して制御することが可能であることから、循環路１８０の循環水量は好気処理により硝化された硝酸性窒素が無酸素槽３０へ供給され、無酸素槽３０で脱窒反応させることで窒素として除去する為に最適な水量で運転可能である。これにより、循環手段１００は分離槽１０の槽内のＭＬＳＳ濃度をより均一にするための運転が可能となるという効果が得られる。

好気槽４０には、好気槽４０内のＭＬＳＳ濃度を検出するための検出器１９（第２の検出器）が設けられている。検出器１９は無酸素槽３０内に配置されていてもよい。検出器１９の代わりに、第１の実施の形態で説明したように、分離槽１０内の槽長手方向上流部に検出器を設けてもよい。制御手段２０は、検出器１９が検出した被処理水中のＭＬＳＳ濃度の検出値と、検出器１７が検出した被処理水中のＭＬＳＳ濃度の検出値に基づいて、循環手段１００による被処理水の循環流量を増加させるように制御する。循環手段１００による被処理水の循環流量の制御方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同様である。

第２の実施形態に係る活性汚泥処理装置によれば、無酸素槽３０、好気槽４０及び分離槽１０を有する直方体状の処理槽１の分離槽１０内に循環手段１００を設けることにより、分離膜１１それぞれに均等に負荷を与えて平準化することができるため、上流側の分離膜１１のみに過大に負荷がかかるという状況を抑制することができる。

（第２の実施の形態の変形例）
図６に示すように、第２の実施の形態の変形例に係る活性汚泥処理装置は、分離槽１０に流入手段１３を更に備え、仕切手段６０の上部に設けられた開口部（図示せず）から越流により好気槽４０内の被処理水が流入手段１３へと流入する点が、図４に示す活性汚泥処理装置と異なる。流入手段１３は、制御手段２０に接続されており、制御手段２０が流入手段１３の流入口１４からの被処理水の供給水量と、循環路１８０を介して無酸素槽３０へ循環させる被処理水の流量比等を制御することが可能である。これにより、第２の実施の形態の変形例に係る活性汚泥処理装置によれば、有機性廃水の有機物濃度に変動が生じた場合においても、膜汚染等の問題を抑制しつつより長期間安定的に活性汚泥処理装置を運転することができる。

（その他の実施の形態）
本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態及び運用技術が明らかとなろう。

図４〜図６に示す活性汚泥処理装置では、上流側から順に無酸素槽３０、好気槽４０、分離槽１０を配置して廃水処理を実施したが、これら槽の配置順序は適宜変更可能である。即ち、処理槽の上流側から順に好気槽４０、無酸素槽３０、分離槽１０と配置し、各槽から得られる流出水を管路で繋げて供給することも勿論可能である。

なお、本発明において「槽長手方向下流部」とは、分離槽１０の長手方向の中央部から下流側の領域を意味し、より典型的には、分離槽１０の槽長手方向の最も下流側に配置された分離膜１１に近接する領域を指す。「槽長手方向上流部」とは、分離槽１０の長手方向の中央部から上流側の領域を意味し、より典型的には、分離槽１０の槽長手方向の最も上流側に配置された分離膜１１に近接する領域を指す。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

既設２６００ｍ³／日の標準活性汚泥処理を行う施設を、処理量５０００ｍ³／日の処理を行うＭＢＲ施設に改造する場合を設定し、モデル試算を行った。図４に示す活性汚泥処理装置において、表１に示す性状の原水を本発明に係る有機性廃水として、処理量５０００ｍ³／日の廃水処理を行うこととした。処理槽のサイズは、表２に示す無酸素槽２５０ｍ³、好気槽１２５ｍ³、分離槽５００ｍ³に分けて処理を行った。分離槽内に１台当たり１０００ｍ²の膜面積を持つ分離膜を配置した。分離膜は８台で、分離槽内に均等に配置した。図７及び図８に従来方式と本発明の方式（分離槽内に循環手段を持つ方式）の平面概略図を示す。好気槽寄りの被処理水と活性汚泥の混合液は、分離槽内の先頭の分離膜付近に集中するが、本発明では分離槽内の循環手段により、槽下流側のよりＭＬＳＳ濃度の高い被処理水に希釈・混合される効果が得られた。なお、本モデル試算では、分離槽内を膜エリア１〜４の４つのエリアに分割し、押し出し流れとして試算を行った。

原水水質

処理槽のサイズ

分離槽から無酸素槽への循環流量を被処理水量の２．５倍、各分離膜のろ過水量は均等として、好気槽ＭＬＳＳ濃度を７５００ｍｇ／Ｌ、分離槽末端でのＭＬＳＳ濃度を１０５００ｍｇ／Ｌとし、従来方式と分離槽内の循環水量倍率を流入被処理水量の１、２、３倍で運転した場合の分離槽内のＭＬＳＳ濃度分布試算結果を図９に示す。なお、活性汚泥の増加量に相当する余剰汚泥の引抜を行うものとした。図９より従来法では、膜エリア１のＭＬＳＳ濃度は約８０００ｍｇ／Ｌとなっている。一方、分離槽内で循環を行うことで、その水量倍率を１〜３倍すると膜エリア１でのＭＬＳＳ濃度は約８６００ｍｇ／Ｌ〜約９２００ｍｇ／Ｌに増加する。分離槽上流部である膜エリア１でのＭＬＳＳ濃度がより高く保持されることで、分離槽上流部においてもより高い負荷で処理を行うことができる。

図１０に従来法および分離槽内部の循環倍率を１〜３倍した場合の分離槽内の溶解性ＢＯＤを示す。従来法では先頭の膜エリア１の溶解性ＢＯＤ、すなわち膜ろ過水には比較的高い溶解性ＢＯＤが残留する傾向にある。本試算結果ではＢＯＤ８．５ｍｇ／Ｌとなった。一方、分離槽内の循環を行いその水量倍率を１倍から３倍に変化させると、膜エリア１における溶解性ＢＯＤは循環倍率１倍で約７２％の６．１ｍｇ／Ｌ、循環倍率３倍では約４５％の３．８ｍｇ／Ｌ程度の値に縮減することができた。このことから、先頭の分離膜への溶解性ＢＯＤによる負荷を軽減することができ、その結果、溶解性ＢＯＤに起因する膜汚染を軽減することが可能となることが分かる。

１…処理槽
１０…分離槽
１１…分離膜
１２…処理水抜き出し手段
１３…流入手段
１４…流入口
１５…可動堰部材
１６…余剰汚泥抜き出し手段
１７…検出器
１８…検出器
１９…検出器
２０…制御手段
２５…流量計
３０…無酸素槽
３１…攪拌手段
４０…好気槽
４１…攪拌手段
５０…仕切手段
６０…仕切手段
１００…循環手段

Claims

有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水から膜分離を用いて処理水を得るための活性汚泥処理装置であって、
前記被処理水を収容し、前記被処理水から処理水を分離する分離槽と、
前記分離槽内の前記被処理水中に浸漬され、前記分離槽の槽長手方向に沿って互いに間隔をおいて配置された複数の分離膜と、
前記複数の分離膜を介して処理水を抜き出すための処理水抜き出し手段と、
前記分離槽内の槽長手方向下流部の被処理水を前記分離槽内の槽長手方向上流部へと仕切りの無い同一槽内で循環させるための循環手段と
を備える活性汚泥処理装置。
有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水から膜分離を用いて処理水を得るための活性汚泥処理装置であって、
有機性廃水を活性汚泥を用いて好気処理するための好気槽と、前記好気槽から流入する有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水を収容し、前記被処理水から処理水を分離するための分離槽とを少なくとも備える処理槽と、
前記分離槽内の前記被処理水中に浸漬され、前記分離槽の槽長手方向に沿って互いに間隔をおいて配置された複数の分離膜と、
前記複数の分離膜を介して処理水を抜き出すための処理水抜き出し手段と、
前記分離槽内の槽長手方向下流部の被処理水を前記分離槽内の槽長手方向上流部へと仕切りの無い同一槽内で循環させるための循環手段と
を備える活性汚泥処理装置。
前記分離槽の槽長手方向上流部に配置され、槽長手方向上流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第１の検出器と、
前記分離槽の槽長手方向下流部に配置され、槽長手方向下流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器が検出した前記被処理水のＭＬＳＳ濃度と前記第２の検出器が検出したＭＬＳＳ濃度とが所定の濃度差以上になる場合に、前記循環手段による被処理水の循環流量を増加させるように制御する制御手段と
を備える請求項１又は２に記載の活性汚泥処理装置。
前記有機性廃水を脱窒処理するための無酸素槽と、
前記無酸素槽又は前記好気槽内の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第１の検出器と、
前記分離槽の槽長手方向下流部に配置され、槽長手方向下流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する第２の検出器と、を更に備え、
前記第１の検出器と前記第２の検出器とが検出したＭＬＳＳ濃度が所定の濃度差以上になる場合に、前記分離槽内部の前記循環手段による前記被処理水の循環流量を増加させるように制御する制御手段と
を更に備える請求項２に記載の活性汚泥処理装置。
前記循環手段による前記被処理水の循環流量を、前記分離槽へ流入する被処理水の流量に対して設定値倍にした流量となるように制御する制御手段を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の活性汚泥処理装置。
有機性廃水と活性汚泥とを含有する被処理水を収容する分離槽の槽長手方向に沿って互いに間隔をおいて配置された複数の分離膜を介して処理水を抜き出す活性汚泥処理方法であって、前記分離槽の槽長手方向下流部の被処理水を前記分離槽の槽長手方向上流部へと仕切りの無い同一槽内で循環させることを含む活性汚泥処理方法。
前記分離槽の槽長手方向下流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する検出器が検出したＭＬＳＳ濃度と、前記分離槽の槽長手方向上流部の被処理水のＭＬＳＳ濃度を検出する検出器が検出したＭＬＳＳ濃度とが、所定の濃度差以上になる場合に、被処理水の循環流量を増加させるように制御することを含む請求項６に記載の活性汚泥処理方法。
前記循環手段が、前記分離槽内の底部において槽長手方向に延びる管形状を有するエアリフトであり、前記分離膜の間に仕切りの無い前記分離槽において前記分離槽内の槽長手方向下流部の被処理水を前記分離槽内の槽長手方向上流部へ供給することを含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の活性汚泥処理装置。