JP6812908B2 - サイフォン式散気装置、膜分離活性汚泥装置、および水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、サイフォン式散気装置、膜分離活性汚泥装置、および水処理方法に関する。

工業廃水や生活廃水は、廃水中に含まれる有機物等を取り除く処理が施されてから、工業用水として再利用されるか、もしくは河川等に放流される。工業廃水等の処理方法としては、例えば活性汚泥法が挙げられる。活性汚泥法は、曝気して好気的な微生物に有機物等を分解させる方法である。

また近年では、活性汚泥法による処理と、分離膜モジュールによる膜ろ過とを組み合わせた膜分離活性汚泥（ＭＢＲ）法による処理が行われるようになってきている。ＭＢＲ法による処理では、膜ろ過を継続するに従って分離膜表面に有機物等が堆積することにより、ろ過流量の低下や、膜間差圧の上昇が生じることがある。

かかる問題に対して、ＭＢＲ法による処理では、膜モジュールの下方に設置した散気装置により、膜表面への有機物の堆積を抑制している。具体的に、散気管から発生した気泡が膜表面に接触するときの衝撃、もしくは気泡の発生に伴う水流によって膜自体を振動させることにより、膜表面への有機物等の堆積を抑制している。

膜表面の洗浄性の観点から気泡のサイズは大きい方が好ましい。特許文献１、２には、大きな気泡を効率的に放出するサイフォン式散気管が開示されている。また、特許文献３には、連続的な曝気運転に比べて電気代がかからず、且つ、特別な制御系を設けることなく簡単な構成で間欠曝気運転を可能とした膜分離ユニットが開示されている。

サイフォン式散気管を膜モジュールの洗浄用に使用する場合、膜モジュールの大きさ、枚数に応じてサイフォン式散気管を複数個並べて使用する。各サイフォン式散気管に空気を供給するには、分配管から分岐した複数の導入管を各サイフォン式散気管の上部の空気供給口に直結するか、又は各サイフォン式散気管の直下に穴あき単管を配して各サイフォン室内に空気を送り込む方法が用いられる。

特開２００３−３４０２５０号公報 特開２００４−３２２１００号公報 特開２００９−１８３９３９号公報

しかし、下方に配置した単管からサイフォン式散気管に空気を供給する態様では、散気管内に汚泥が飛び散りやすく、単管が詰まるおそれがあるうえ、単管が邪魔になってサイフォン室に被処理水が流入しにくくなり、散気される気泡が予期せず小さくなることがある。
また、本発明者等が検討したところ、複数のサイフォン式散気管を並べ、分配管から分岐した複数の導入管を各サイフォン式散気管の上部に形成された空気供給口に直結すると、特に空気の流量が小さい場合に各サイフォン式散気管から均等に散気されないことがわかった。すなわち、各サイフォン式散気管からの散気の都度、いずれかのサイフォン式散気管から放出される気泡が予期せず小さくなったり、散気されなかったりすることがわかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされてものであって、空気流量が少なくても複数のサイフォン式散気管から均等に散気できるサイフォン式散気装置、膜分離活性汚泥装置、ならびに水処理方法を提供することを目的とする。

本発明者等は、分配管から分岐した複数の導入管を各サイフォン式散気管の上部に直結した場合に均等に散気されなくなる問題について検討した。その結果、サイフォン室内の液面の揺らぎ、サイフォン式散気管間の設置高さ差（設置勾配、膜モジュール製作誤差等による）の影響によって、各サイフォン式散気管のサイフォン室内の液面の高さにバラツキが生じることが要因であることが判明した。具体的には、サイフォン室内の液面にバラツキにより、各サイフォン式散気管の散気のタイミングにずれが生じ、空気放出時に、タイミングが遅れたサイフォン式散気管のサイフォン室内が導入管を通じて減圧され、該サイフォン室内の空気が導入管を通じて逆流するために、各サイフォン式散気管から均等に散気されないことがわかった。本発明者等はさらに検討を行い、サイフォン室内に供給された空気が導入管を逆流することを抑制することで、各サイフォン式散気管から均等に散気できることを見出して本発明に至った。

本発明は、以下の構成を有する。
［１］間欠的に曝気を行うサイフォン式散気装置であって、
少なくとも二つのサイフォン式散気管と、
それら前記サイフォン式散気管に空気を供給する空気供給手段と、を備え、
前記サイフォン式散気管には、第一サイフォン室、および前記第一サイフォン室の下流側の第二サイフォン室を含む、空気を貯留するサイフォン室、ならびに前後のサイフォン室を連通している連通部が形成され、
前記サイフォン式散気管における前記サイフォン室の下流に散気穴が形成され、前記サイフォン室の上流に処理水流入口が形成され、
空気供給口が、前記サイフォン式散気管の上部の前記連通部が面する部分に形成され、
前記空気供給手段は、前記の少なくとも二つのサイフォン式散気管の上方に設けられた分配管と、前記分配管から分岐され、各々の前記サイフォン式散気管の前記空気供給口と接続された少なくとも二つの導入管とを備え、
前記空気供給手段が、空気逆流抑制機構を備えている、サイフォン式散気装置。
［２］前記空気逆流抑制機構として、前記導入管が軟質チューブからなる部分を有している、［１］に記載のサイフォン式散気装置。
［３］前記空気逆流抑制機構が逆止弁である、［１］又は［２］に記載のサイフォン式散気装置。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載のサイフォン式散気装置と、
活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離する膜モジュールと、を備える膜分離活性汚泥装置。
［５］活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、
前記活性汚泥処理工程で得られた汚泥含有処理水を膜分離処理する膜分離工程と、を有し、
前記膜分離工程において［４］に記載の膜分離活性汚泥装置を用いる水処理方法。

本発明のサイフォン式散気装置および膜分離活性汚泥装置では、空気流量が少なくても複数のサイフォン式散気管から均等に散気することができる。
本発明の水処理方法によれば、空気流量が少なくても複数のサイフォン式散気管から均等に散気して水処理を安定して行うことができる。

本発明の水処理方法に用いる水処理装置の一例を示した概略模式図である。 本発明のサイフォン式散気装置の一例を示した概略断面図である。 図２のサイフォン式散気装置におけるサイフォン式散気管を示した斜視図である。 図３のサイフォン式散気管の散気機構を説明する断面図である。 本発明のサイフォン式散気装置の作動機構を説明する断面図である。 本発明のサイフォン式散気装置の他の例を示した概略断面図である。 従来のサイフォン式散気装置の作動機構を説明する断面図である。

以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

［水処理装置］
以下、本発明の水処理方法に用いる水処理装置の一例について、図１に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の水処理装置１０００は、活性汚泥処理槽１１と、活性汚泥処理槽１１の後段に設けられた膜分離槽２１と、膜分離槽２１の後段に設けられた処理水槽４１とを備えている。さらに、水処理装置１０００は、図示を省略するが、活性汚泥処理槽１１に流入する原水の流量を調整する流量調整槽、膜分離槽２１から余剰汚泥を引く抜く引抜ポンプ、膜分離槽２１に薬液や希釈水を送液する送液手段、および処理水槽４１から工場や河川等に処理水を放流する放流手段等を備えている。

活性汚泥処理槽１１は、活性汚泥処理を行うために活性汚泥を充填するものである。
活性汚泥処理槽１１には、第一の流路１２と第二の流路１３とが接続されている。第一の流路１２は、工場や家庭等から排出された原水を活性汚泥処理槽１１に流入させる流路である。第二の流路１３は、活性汚泥処理槽１１から排出された汚泥含有処理水（被処理水）を膜分離槽２１に流入させる流路である。

活性汚泥処理槽１１内には槽内を好気条件に維持するために散気装置１４が設置されている。
散気装置１４は、空気を活性汚泥処理槽１１内に散気する散気管１４ａと、散気管１４ａに空気を供給する導入管１４ｂと、空気を送気するブロア１４ｃとを備えている。
散気管１４ａとしては、ブロア１４ｃから供給される空気を上方へ吐出できるものであれば特に限定されず、例えば、穴あきの単管やメンブレンタイプのものが挙げられる。

膜分離槽２１は、活性汚泥処理槽１１から送られてきた、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水を溜めるものである。
膜分離槽２１は、本発明の一態様を適用した膜分離活性汚泥装置１００（以下、「ＭＢＲ装置１００」と称することがある。）を備えている。ＭＢＲ装置１００については後述する。

膜分離槽２１と活性汚泥処理槽１１には汚泥返送手段３０が接続されている。汚泥返送手段３０は、膜分離槽２１から活性汚泥処理槽１１に、汚泥含有処理水の一部を返送するものである。
汚泥返送手段３０は、第四の流路３１を備えている。第四の流路３１は、汚泥含有処理水の一部を膜分離槽２１から排出し、活性汚泥処理槽１１に流入させる流路である。
第四の流路３１には、ポンプ３１ａが設置されている。これにより、膜分離槽２１内の汚泥含有処理水の一部を膜分離槽２１から活性汚泥処理槽１１に返送することができる。

処理水槽４１は、汚泥含有処理水を膜分離した後の処理水を貯留するものである。

（膜分離活性汚泥装置）
ＭＢＲ装置１００は、複数の膜モジュール２２と、それら膜モジュール２２の下方に設けられたサイフォン式散気装置１０と、を備えている。

膜モジュール２２は、活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離するものである。膜モジュール２２は分離膜を備え、この分離膜により汚泥含有処理水が生物処理水と活性汚泥とに固液分離（膜分離）される。

分離膜としては、分離能を有するものであれば特に限定されず、例えば、中空糸膜、平膜、チューブラ膜、モノリス型膜などが挙げられる。これらの中でも、容積充填率が高いことから、中空糸膜が好ましい。

分離膜として中空糸膜を用いる場合、その材質としては、例えば、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリフッ化ビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）などが挙げられる。これらの中でも、中空糸膜の材質としては、耐薬品性やｐＨ変化に強い点から、ＰＶＤＦ、ＰＴＦＥが好ましい。
分離膜としてモノリス型膜を用いる場合は、セラミック製の膜を用いることが好ましい。

分離膜に形成される微細孔の平均孔径としては、一般に限外分離膜と呼ばれる膜で０．００１〜０．１μｍ程度であり、一般に精密分離膜と呼ばれる膜で０．１〜１μｍ程度である。本実施形態においては平均孔径が上記範囲内である分離膜を用いることが好ましい。

膜モジュール２２には、第三の流路３３が接続されている。第三の流路３３は、分離膜を透過した処理水を膜分離槽２１から排出し、処理水槽４１に流入させる流路である。
第三の流路３３には、ポンプ３３ａが設置されている。これにより、膜モジュール２２の分離膜を透過した処理水を膜分離槽２１から排出できるようになっている。

サイフォン式散気装置１０は、図２に示すように、水平方向に並んで配置された複数のサイフォン式散気管１と、各サイフォン式散気管１の上方に設けられ、それら各サイフォン式散気管１に空気を供給する空気供給手段５０とを備えている。

サイフォン式散気管１は、複数の板状部材を組み合わせてなる箱状の筐体であり、図２及び図３に示すように、いずれも平面視形状が矩形状である上板１Ａと、４枚の側板１Ｂと、底板１Ｃと、第一仕切壁４ａと、第二仕切壁４ｂと、を備えている。

４枚の側板１Ｂは、上板１Ａの四辺それぞれから下方に延びるように設けられている。上板１Ａにおける１つの側板１Ｂ寄りの部分には、その側板１Ｂに沿うように延びる散気穴６が形成されている。第一仕切壁４ａは、散気穴６を挟んで側板１Ｂと互いの面が向かい合うようにして、上板１Ａから下方に延びるように設けられている。

底板１Ｃの長さは、上板１Ａよりも小さくなっている。底板１Ｃは、散気穴６が形成されている側の側板１Ｂの下端部から内側に延びるように、４枚の側板１Ｂで形成された筒状部分の下方の開口端のほぼ半分を塞ぐように設けられている。サイフォン式散気管１の下側の開口部分における底板１Ｃで塞がれていない部分が処理水流入口７となっている。
第二仕切壁４ｂは、底板１Ｃにおける第一仕切壁４ａの散気穴６とは反対側に位置する端部から上方に延びるように設けられている。第一仕切壁４ａと第二仕切壁４ｂとは互いの面が対向している。
サイフォン式散気管１においては、処理水流入口７から散気穴６へ向かう廃水の流れを想定したとき処理水流入口７側を「上流」とし、散気穴６側を「下流」とする。

サイフォン室２は、空気を貯留するものである。サイフォン室２は、サイフォン式散気管１内の第一仕切壁４ａよりも処理水流入口７側における、第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１から第一仕切壁４ａの下端４ａ_１までの高さを有する空間を指す。サイフォン室２は、第二仕切壁４ｂにより第一サイフォン室２Ａと第二サイフォン室２Ｂとに区切られている。

第一サイフォン室２Ａの上方、および第二サイフォン室２Ｂの上方は、連通部５で連通されている。すなわち、連通部５を通じて前後のサイフォン室が連通している。サイフォン式散気管１内の第二サイフォン室２Ｂから散気穴６までの部分が経路４となっている。第一仕切壁４ａの一部は、サイフォン室２と経路４とに面している。換言すると、第一仕切壁４ａの一部は、サイフォン室２と経路４とを仕切っている。また、第二仕切壁４ｂの一部はサイフォン室２に面している。第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１は、少なくとも第一仕切壁４ａの下端４ａ_１よりも上方に位置している。処理水流入口７は、サイフォン式散気管１の底部に形成され、第一仕切壁４ａの下端４ａ_１よりも下方に位置している。

このようにサイフォン式散気管１の内部には、上流から下流に向かって、第一サイフォン室２Ａ、連通部５、第二サイフォン室２Ｂ、経路４がこの順に形成されている。そして、サイフォン式散気管１におけるサイフォン室２の下流において、経路４のサイフォン室２よりも高い位置に散気穴６が形成され、サイフォン室２の上流には処理水流入口７が形成されている。処理水流入口７により、サイフォン式散気管１の外部とサイフォン室２とが連通されている。

散気穴６の平面視形状は、長尺の矩形状である。散気穴６の平面視形状の面積は、好ましくは２５ｃｍ^２以下であり、より好ましくは２０ｃｍ^２以下である。また、平面視形状の長手方向の長さは好ましくは２５ｃｍ以下であり、より好ましくは２０ｃｍ以下である。

サイフォン式散気管１は、膜分離槽２１を平面視したときに、膜モジュール２２における隣り合う分離膜の間と散気穴６とが重なり合う位置に設けられていることが好ましい。なお、サイフォン式散気管１は、膜分離槽２１を平面視したときに、散気穴６が膜モジュール２２と交差するように設けられていてもよい。

上板１Ａの連通部５と面している部分には、空気供給口３が設けられている。すなわち、サイフォン式散気管１の上部における連通部５と面している部分に空気供給口３が設けられている。

サイフォン式散気管１の数は、この例では３つであるが、膜モジュール２２の大きさ、枚数に応じて適宜設定でき、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。

空気供給手段５０は、図１及び図２に示すように、複数のサイフォン式散気管１の上方に設けられた分配管１ｃと、分配管１ｃから分岐され、各々のサイフォン式散気管１の空気供給口３と接続された複数の導入管１ａと、分配管１ｃに空気を送気するブロア１ｂとを備えている。分配管１ｃは水平方向に延びるように設けられており、分配管１ｃと接続されている各導入管１ａが鉛直下向きに真っ直ぐ延びるように設けられている。

各導入管１ａは、空気供給口３を介して各サイフォン式散気管１の連通部５およびサイフォン室２と連通している。ブロア１ｂが送気した空気は、分配管１ｃを通り、分配管１ｃに接続された各導入管１ａにそれぞれ分配され、空気供給口３からサイフォン式散気管１内の連通部５およびサイフォン室２に供給される。これにより、連通部５と連通するサイフォン室２に空気を貯留させることができるようになっている。

導入管１ａの数は、サイフォン式散気管１の数と同じになっており、この例では３つである。導入管１ａの数は、サイフォン式散気管１の数に応じて適宜設定することができる。

空気供給手段５０は、空気逆流抑制機構を備えている。空気逆流抑制機構は、各サイフォン式散気管１のサイフォン室２内に供給された空気が逆流することを抑制する機構である。具体的には、空気逆流抑制機構として、各導入管１ａが軟質チューブからなっている。サイフォン室２内が減圧され、導入管１ａの内部の流路が減圧されたときに軟質チューブからなる導入管１ａが潰れ、導入管１ａ内の流路が塞がれることで、サイフォン式散気管１のサイフォン室２に溜まった空気が逆流することが抑制される。

導入管１ａの断面形状は、特に制限されない。例えば、導入管１ａの断面形状が円形である場合、導入管１ａの内径は、３〜４０ｍｍが好ましく、５〜３０ｍｍがより好ましい。導入管１ａの内径が前記範囲の下限値以上であれば、導入管１ａ内が汚泥で閉塞しにくい。導入管１ａの内径が前記範囲の上限値以下であれば、各サイフォン式散気管１に空気が均等に分配されやすくなる。

導入管１ａの厚みは、０．５〜５ｍｍが好ましく、１〜３ｍｍがより好ましい。導入管１ａの厚みが前記範囲の下限値以上であれば、充分な機械的強度が得られやすく、空気圧が繰り返し作用しても導入管が破損しにくい。導入管１ａの厚みが前記範囲の上限値以下であれば、内部の流路が減圧されたときに潰れて流路が塞がれやすく、サイフォン室２内に供給された空気が逆流することを抑制しやすい。

導入管１ａの長さは、１０ｍｍ〜３００ｍｍが好ましく、２０〜１５０ｍｍがより好ましい。導入管１ａの長さが前記範囲の下限値以上であれば、内部の流路が減圧されたときに潰れて流路が塞がれやすく、サイフォン室２内に供給された空気が逆流することを抑制しやすい。導入管１ａの長さが前記範囲の上限値以下であれば、サイフォン式散気装置のサイズが大きくなり過ぎることを抑制でき、コンパクト性に優れる。

軟質チューブからなる導入管１ａは、分配管１ｃから鉛直下向きに真っ直ぐに延びる態様には限定されず、例えば、Ｓ字状、コイル状になっていてもよい。

軟質チューブの材質としては、内部が減圧されたときに潰れて流路が塞がれるものであれば特に限定はされず、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、熱可塑性エラストマー、軟質塩化ビニルなどが挙げられる。軟質チューブの材質は、１種であってもよく、２種以上の組み合わせであってもよい。

軟質チューブのショアＡ硬度は、９０以下が好ましく、７０以下がより好ましく、６０以下が更に好ましい。ショアＡ硬度が前記上限値以下であれば、内部の流路が減圧されたときに潰れて流路が塞がれやすく、サイフォン室２内に供給された空気が逆流することを抑制しやすい。また、軟質チューブのショアＡ硬度は、機械的強度の点から、３０以上が好ましく、４０以上がより好ましく、５０以上が更に好ましい。
なお、ショアＡ硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したタイプＡデュロメータを用いて測定される値である。

分配管１ｃの断面積は、導入管１ａの断面積よりも大きくなるように構成されている。分配管１ｃの断面形状は、特に制限されない。例えば、分配管１ｃの断面形状が円形である場合、分配管１ｃの内径は、２０ｍｍ以上６０ｍｍが好ましい。

分配管１ｃの材質は、特に限定されず、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン／ペルフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ））等の樹脂製、ステンレス（ＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３１６系）等の金属製などが挙げられる。分配管１ｃの材質は、１種であってもよく、２種以上の組み合わせであってもよい。

以下、サイフォン式散気管１の散気機構について説明する。
作動開始前においては、図４（ａ）に示すように、サイフォン式散気管１内におけるサイフォン室２、連通部５および経路４は汚泥含有処理水Ｂ（被処理水）で満たされている。空気供給手段５０におけるブロア１ｂから分配管１ｃに送気し、分配管１ｃから各導入管１ａに分配した空気Ａを空気供給口３から各サイフォン式散気管１内のサイフォン室２に連続的に供給する。空気供給口３から空気Ａを供給し続けると、図４（ｂ）に示すように、サイフォン室２内の汚泥含有処理水Ｂが散気穴６や処理水流入口７から押し出されて、サイフォン室２の液面Ｓが次第に降下する。

さらに空気供給口３から空気Ａを供給し続け、液面Ｓの高さが第一仕切壁４ａの下端４ａ_１よりも低くなると、図４（ｃ）に示すように、経路４内と第一サイフォン室２Ａとの２つの気液界面高さの差によって空気Ａが経路４に移動し、散気穴６から一挙に放出されて気泡２０を形成する。散気穴６から散気されると、図４（ａ）に示すように、サイフォン式散気管１内におけるサイフォン室２、連通部５および経路４は汚泥含有処理水Ｂで満たされた状態に戻る。そして、図４（ａ）〜（ｃ）の状態が繰り返し行われることで、間欠的に曝気される。

前述したように、分配管から分岐した導入管を通じて複数のサイフォン式散気管に空気を供給して散気するサイフォン式散気装置では、特に空気の流量が小さい場合に、各サイフォン式散気管からの散気の都度、いずれかのサイフォン式散気管から放出される気泡が予期せず小さくなったり、散気されなかったりして、各サイフォン式散気管から均等に散気されにくい。

図７に例示した従来のサイフォン式散気装置２１０を例に具体的に説明する。サイフォン式散気装置２１０は、水平方向に並んで配置された３つのサイフォン式散気管２０１Ｘ，２０１Ｙ，２０１Ｚと、各サイフォン式散気管２０１Ｘ，２０１Ｙ，２０１Ｚの上方に設けられ、それら各サイフォン式散気管２０１Ｘ，２０１Ｙ，２０１Ｚに空気を供給する空気供給手段２５０とを備えている。サイフォン式散気装置２１０は、空気供給手段２５０が空気逆流抑制機構を備えていない以外は、サイフォン式散気装置１０と同じ態様である。

サイフォン式散気装置２１０においては、サイフォン室２０２内の液面Ｓの揺らぎや、設置勾配、装置製造誤差などに起因するサイフォン式散気管２０１Ｘ，２０１Ｙ，２０１Ｚ間の設置高さ差などの影響によって、各サイフォン室２０２内の液面Ｓの高さにバラツキが生じ、各サイフォン式散気管２０１Ｘ，２０１Ｙ，２０１Ｚの散気のタイミングにずれが生じることがある。

例えば、サイフォン式散気管２０１Ｘの散気のタイミングがサイフォン式散気管２０１Ｙ，２０１Ｚよりも早い場合、内部の空気Ａが放出されることでサイフォン式散気管２０１Ｘ内が負圧になると、分配管２０１ｃおよび各導入管２０１ａＸ，２０１ａＹ，２０１ａＺ内の空気がサイフォン式散気管２０１Ｘ内に引き込まれる。これにより、特にブロアからの空気の流量が小さい場合に、分配管２０１ｃおよび各導入管２０１ａＸ，２０１ａＹ，２０１ａＺが減圧されることで、サイフォン式散気管２０１Ｙ，２０１Ｚ内の空気Ａが各導入管２０１ａＹ，２０１ａＺを通じて逆流する。このように、サイフォン式散気管２０１Ｙ，２０１Ｚでは、経路２０４を通じて散気される空気Ａの一部が導入管２０１ａＹ，２０１ａＺを通じて逆流することで、放出される気泡が小さくなったり、気泡が放出されなかったりする。
また、サイフォン式散気管２０１Ｙやサイフォン式散気管２０１Ｚのいずれかの散気のタイミングが早い場合も、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管において、同様の機構で放出される気泡が小さくなったり、気泡が放出されなかったりする。

これに対して、本実施形態のサイフォン式散気装置１０では、各導入管１ａが軟質チューブからなり、空気供給手段５０が空気逆流抑制機構を有している。これにより、図５に示すように、いずれかのサイフォン式散気管１の散気のタイミングが早くなり、分配管１ｃや各導入管１ａ内が減圧されても、散気のタイミングが早いサイフォン式散気管１に接続された導入管１ａが潰れて流路が塞がれる。そのため、散気のタイミングが早いサイフォン式散気管１内の気泡放出時の負圧の他のサイフォン式散気管１への影響を低減でき、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管１内の空気Ａが逆流することが抑制される。その結果、空気流量が少なくても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管から放出される気泡が予期せず小さくなることが抑制され、複数のサイフォン式散気管から均等に散気することができる。

［水処理方法］
以下、本発明の水処理方法の一例として、前記した水処理装置１０００を用いた水処理方法について説明する。本実施形態の水処理方法は、活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、活性汚泥処理工程で得られた汚泥含有処理水を膜分離する膜分離工程と、を有している。

（活性汚泥処理工程）
水処理装置１０００による水処理方法では、工場や家庭等から排出された工業廃水や生活廃水等の廃水（原水）を第一の流路１２を通じて活性汚泥処理槽１１に流入させ、活性汚泥処理槽１１で活性汚泥処理し、生物処理水とする。処理後の汚泥含有処理水（被処理水）は、第二の流路１３を通じて膜分離槽２１に流入させる。

（膜分離工程）
膜分離槽２１では、ＭＢＲ装置１００の膜モジュール２２により、活性汚泥および生物処理水を含む汚泥含有処理水（被処理水）を膜分離処理する。膜分離処理中においては、サイフォン式散気装置１０により曝気を行う。
サイフォン式散気装置１０においては、定期的に導入管１ａ内に水を注入して汚泥閉塞を抑制することが好ましい。

汚泥含有処理水Ｂの一部は、汚泥返送手段３０によって膜分離槽２１から活性汚泥処理槽１１に返送する。膜モジュール２２により汚泥含有処理水Ｂを膜分離した後の処理水は、第三の流路３３を通じて処理水槽４１に送って貯留する。処理水槽４１で貯留する処理水は、工業用水として再利用したり、河川等に放流したりすることができる。

以上説明したように、本発明では、サイフォン式散気装置の空気供給手段が空気逆流抑制機構を備えている。そのため、複数のサイフォン式散気管において散気のタイミングがずれても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管内の空気が逆流することが抑制されることで、複数のサイフォン式散気管から均等に散気することができる。

なお、本発明のサイフォン式散気装置は、前記したサイフォン式散気装置１０には限定されない。例えば、サイフォン式散気装置１０は導入管１ａ全体が軟質チューブからなるものであったが、導入管が軟質チューブからなる部分を有していればよい。具体的には、導入管の一部が部分的に軟質チューブからなり、それ以外の部分は流路が減圧されても潰れず、流路が塞がれないものであってもよい。

本発明のサイフォン式散気装置は、空気供給手段が、空気逆流抑制機構として逆止弁を備えるものであってもよい。具体的には、本発明のサイフォン式散気装置は、図６に例示したサイフォン式散気装置１０Ａであってもよい。図６における図２と同じ部分は同符合を付して説明を省略する。

サイフォン式散気装置１０Ａは、水平方向に並んで配置された複数のサイフォン式散気管１と、各サイフォン式散気管１の上方に設けられ、それら各サイフォン式散気管１に空気を供給する空気供給手段５０Ａとを備えている。サイフォン式散気装置１０Ａは、空気供給手段５０の代わりに空気供給手段５０Ａを備える以外は、サイフォン式散気装置１０と同じである。

空気供給手段５０Ａは、分配管１ｃと、分配管１ｃから分岐された複数の導入管１ｄと、分配管１ｃに空気を送気するブロア１ｂと、各導入管１ｄに設けられた逆止弁１ｅとを備えている。空気供給手段５０Ａは、導入管１ａの代わりに導入管１ｄを備え、各導入管１ｄに逆止弁１ｅが設けられている以外は、空気供給手段５０Ａと同じである。

導入管１ｄは、内部の流路が減圧されても潰れて流路が閉塞しない管である。導入管１ｄのショアＡ硬度は、９０超が好ましい。
導入管１ｄの材質は、内部の流路が減圧されても変形しないものであればよく、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素系樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＦＡ）、ナイロン、ポリウレタン等の樹脂製の配管やチューブ、ステンレス（ＳＵＳ３０４系、ＳＵＳ３１６系）等の金属製などが挙げられる。

逆止弁１ｅとしては、各サイフォン式散気管１内の空気が導入管１ｄを通じて逆流することを抑制できるものであればよく、公知の逆止弁を使用することができる。逆止弁１ｅの具体例としては、例えば、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式などの逆止弁が挙げられる。

サイフォン式散気装置１０Ａでは、各導入管１ｄに逆止弁１ｅが設けられることで、空気供給手段５０Ａが空気逆流抑制機構を有している。これにより、いずれかのサイフォン式散気管１の散気のタイミングが早くなり、分配管１ｃや各導入管１ｄ内が減圧されても、逆止弁１ｅによって、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管１内の空気Ａが逆流することが抑制される。そのため、空気流量が少なくても、散気のタイミングが遅れたサイフォン式散気管から放出される気泡が予期せず小さくなることが抑制され、複数のサイフォン式散気管から均等に散気することができる。

サイフォン式散気装置１０Ａにおいては、導入管１ｄに逆止弁１ｅが設けられていたが、本発明のサイフォン式散気装置は、空気逆流抑制機構として、分配管に逆止弁が設けられたものであってもよい。具体的には、例えば、空気供給手段の分配管における隣り合う導入管が接続された部分同士の間に逆止弁が設けられたサイフォン式散気装置であってもよい。

本発明のサイフォン式散気装置は、空気逆流抑制機構として、軟質チューブと逆止弁とを組み合わせたものであってもよい。具体的には、本発明のサイフォン式散気装置は、導入管の少なくとも一部が軟質チューブからなり、各導入管、又は分配管における隣り合う導入管が接続された部分同士の間に逆止弁が設けられたサイフォン式散気装置であってもよい。

空気供給手段が有する導入管は、水平方向からの傾斜角が４５度以上となる範囲で傾いていてもよい。導入管の水平方向からの傾斜角が４５度以上であれば、たとえ導入管内に汚泥が流入しても導入管外に流出させやすく、導入管が汚泥で詰まることを抑制しやすい。複数の導入管が傾斜していることにより、サイフォン式散気管の上方の空間を少なくすることができる。これにより、サイフォン式散気管の膜面との距離を少なくし、膜面の洗浄性を向上させることができる。
また、空気供給手段が有する導入管の内径は、一定でなくてもよく、例えば、サイフォン式散気管から遠ざかる方向に漸減していてもよい。これにより、導入管内に汚泥が流入しにくくなり、導入管が汚泥で詰まることを抑制しやすくなる。

また、本発明の水処理方法は、活性汚泥処理槽１１の中にＭＢＲ装置１００が設けられた水処理装置を用いて、活性汚泥処理工程と膜分離工程とを同時に行う方法であってもよい。

１…サイフォン式散気管、１ａ，１ｄ…導入管、１ｂ…ブロア、１ｃ…分配管、１ｅ…逆止弁、２…サイフォン室、２Ａ…第一サイフォン室、２Ｂ…第二サイフォン室、５…連通部、６…散気穴、７…処理水流入口、１０，１０Ａ…サイフォン式散気装置、１１…活性汚泥処理槽、２１…膜分離槽、２１ａ…底面部、２２…膜モジュール、４１…処理水槽、５０，５０Ａ…空気供給手段、１００…膜分離活性汚泥装置、１０００…水処理装置。

Claims (5)

1. 間欠的に曝気を行うサイフォン式散気装置であって、
   少なくとも二つのサイフォン式散気管と、
   それら前記サイフォン式散気管に空気を供給する空気供給手段と、を備え、
   前記サイフォン式散気管には、第一サイフォン室、および前記第一サイフォン室の下流側の第二サイフォン室を含む、空気を貯留するサイフォン室、ならびに前後のサイフォン室を連通している連通部が形成され、
   前記サイフォン式散気管における前記サイフォン室の下流に散気穴が形成され、前記サイフォン室の上流に処理水流入口が形成され、
   空気供給口が、前記サイフォン式散気管の上部の前記連通部が面する部分に形成され、
   前記空気供給手段は、前記の少なくとも二つのサイフォン式散気管の上方に設けられた分配管と、前記分配管から分岐され、各々の前記サイフォン式散気管の前記空気供給口と接続された少なくとも二つの導入管とを備え、
   前記空気供給手段が、空気逆流抑制機構を備えている、サイフォン式散気装置。
2. 前記空気逆流抑制機構として、前記導入管が軟質チューブからなる部分を有している、請求項１に記載のサイフォン式散気装置。
3. 前記空気逆流抑制機構が逆止弁である、請求項１又は２に記載のサイフォン式散気装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のサイフォン式散気装置と、
   活性汚泥を含む汚泥含有処理水を膜分離する膜モジュールと、を備える膜分離活性汚泥装置。
5. 活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、
   前記活性汚泥処理工程で得られた汚泥含有処理水を膜分離処理する膜分離工程と、を有し、
   前記膜分離工程において請求項４に記載の膜分離活性汚泥装置を用いる水処理方法。

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