JP6938349B2 - サイフォン式散気管、膜分離活性汚泥装置、及び水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、サイフォン式散気管、膜分離活性汚泥装置、及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管により、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。

特開２００３−３４０２５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のサイフォン式散気管は、気泡のサイズや間欠時間を調整することができないため、高い洗浄性を必要としない状況においても巨大気泡を放出し続けてしまう。そのため、前記サイフォン式散気管を適用したＭＢＲ法による処理では、エネルギー効率が低くなることがあった。また、気泡のサイズが大きくなるほど水への溶解効率は低くなるため、生物処理に必要な酸素が不足し、汚泥の性状や処理水の水質が悪化することがあった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、気泡のサイズや間欠時間を調整することができるサイフォン式散気管、膜分離活性汚泥装置、及び水処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、以下の態様を有する。
［１］曝気を行うサイフォン式散気管であって、
上壁、側壁及び底壁が内部に空間が形成されるように設けられた筐体と、前記筐体内の空間を仕切る第一仕切壁及び第二仕切壁とを備え、
前記第一仕切壁が、前記筐体の上壁から下方に延び、かつ前記第一仕切壁の下端が前記筐体の底壁から離間するように設けられ、
前記第二仕切壁が、前記筐体の底壁から上方に延び、前記第二仕切壁の上端が前記筐体の上壁から離間し、かつ前記第一仕切壁と互いの面が対向するように間隔を開けて設けられ、
処理水流入口が、前記筐体の下部における前記第二仕切壁の前記第一仕切壁と反対側に形成され、散気穴が、前記筐体の上部における前記第一仕切壁の前記第二仕切壁と反対側に形成され、
前記第一仕切壁と前記第二仕切壁のいずれか一方又は両方と、前記筐体とが、上下方向において相対的に移動する、サイフォン式散気管。
［２］曝気を行うサイフォン式散気管であって、
上壁、側壁及び底壁が内部に空間が形成されるように設けられた筐体と、前記筐体内の空間を仕切る第一仕切壁及び第二仕切壁とを備え、
前記第一仕切壁が、前記筐体の上壁から下方に延び、かつ前記第一仕切壁の下端が前記筐体の底壁から離間するように設けられ、
前記第二仕切壁が、前記筐体の底壁から上方に延び、前記第二仕切壁の上端が前記筐体の上壁から離間し、かつ前記第一仕切壁と互いの面が対向するように間隔を開けて設けられ、
処理水流入口が、前記筐体の下部における前記第二仕切壁の前記第一仕切壁と反対側に形成され、散気穴が、前記筐体の上部における前記第一仕切壁の前記第二仕切壁と反対側に形成され、
前記第一仕切壁に少なくとも１つの貫通孔が形成され、
前記貫通孔を開閉する開閉手段が設けられた、サイフォン式散気管。
［３］前記開閉手段が、前記第一仕切壁の面に沿って前記筐体に対して相対的に上下動して前記貫通孔を開閉する開閉板である、［２］に記載のサイフォン式散気管。
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載のサイフォン式散気管と、
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、
前記サイフォン式散気管及び前記膜モジュールが設置されている膜分離槽とを備える、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し、
活性汚泥処理した汚泥含有処理水を［４］に記載の膜分離活性汚泥装置により膜分離処理する、水処理方法。

本発明のサイフォン式散気管及び膜分離活性汚泥装置を用いれば、気泡のサイズや間欠時間を調整することができる。
本発明の水処理方法によれば、気泡のサイズや間欠時間を調整しながら水処理を行うことができる。

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模式図である。 本発明の第一の態様のサイフォン式散気管の一例を示した斜視図である。 図２のサイフォン式散気管のＩ−Ｉ断面図である。 図２のサイフォン式散気管の作動機構を説明する断面図である。 図２のサイフォン式散気管のサイフォン室の容積を変化させる様子を示した断面図である。 図２のサイフォン式散気管のサイフォン室の容積を変化させる様子を示した断面図である。 本発明の第二の態様のサイフォン式散気管の一例を示した断面図である。 図７のサイフォン式散気管のサイフォン室の容積を変化させる様子を示した断面図である。 図７のサイフォン式散気管のサイフォン室の容積を変化させる様子を示した断面図である。 図７のサイフォン式散気管のサイフォン室の容積を変化させる様子を示した断面図である。 実施例１における第一仕切壁の下端と第二仕切壁の上端との距離ｄに対する平均間欠時間を示した図である。

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。

［第一の態様］
以下、本発明の第一の態様の一例について説明する。
図１は、本発明の第一の態様の水処理方法に用いる水処理装置の一例である水処理装置１０００を示した模式図である。水処理装置１０００は、図１に示すように、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活性汚泥装置１００（以下、「ＭＢＲ装置１００」と称することがある。）と、ＭＢＲ装置１００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、ＭＢＲ装置１００から余剰汚泥を引く抜く引抜ポンプ、ＭＢＲ装置１００に薬液や希釈水を送液する送液手段、及び処理水槽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ＭＢＲ装置１００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。

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、膜分離槽２１と、膜モジュール２２と、膜モジュール２２の下方に設けられたサイフォン式散気管１とを備えている。第二の流路１３は、膜分離槽２１に接続されている。膜モジュール２２とサイフォン式散気管１は、膜分離槽２１内に配置されている。

膜分離槽２１は、活性汚泥処理槽１１から送られてきた、活性汚泥及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。

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前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。

（サイフォン式散気管）
サイフォン式散気管１は、図２及び図３に示すように、筐体５０と、筐体５０内の空間を仕切る第一仕切壁４ａ及び第二仕切壁４ｂとを備えている。
筐体５０は、いずれも正面視形状が矩形状の板状部材である上壁１Ａと、４枚の側壁１Ｂと、底壁１Ｃとが、内部に空間が形成されるように設けられた立方体状の箱状の筐体である。

４枚の側壁１Ｂは、四角筒を形成するように設けられている。４枚の側壁１Ｂで形成された四角筒の上端側に上壁１Ａが設けられている。筐体５０の上壁１Ａ側の１つの側壁１Ｂ寄りの部分には、その側壁１Ｂに沿うように延びる散気穴６が形成されている。
底壁１Ｃは、散気穴６が形成されている側の側壁１Ｂの下端側から内側に延びるように、４枚の側壁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。筐体５０の下側の開口部分における底壁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。

第一仕切壁４ａは、散気穴６を挟んで側壁１Ｂと互いの面が向かい合うようにして、筐体５０における上壁１Ａの散気穴６側から下方に延び、第一仕切壁４ａの下端４ａ_１が筐体５０の底壁１Ｃから離間するように設けられている。
第二仕切壁４ｂは、筐体５０の底壁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先端側から上方に延びるように設けられている。第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１は筐体５０の上壁１Ａから離間している。第一仕切壁４ａと第二仕切壁４ｂとは、互いの面が対向するように間隔を開けて設けられている。

サイフォン式散気管１においては、筐体５０の下部における第二仕切壁４ｂの第一仕切壁４ａと反対側に処理水流入口７が配置され、筐体５０の上部における第一仕切壁４ａの第二仕切壁４ｂと反対側に散気穴６が配置されている。
筐体５０内においては、処理水流入口７から散気穴６へ向かう被処理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。

サイフォン式散気管１では、筐体５０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までの空間がサイフォン室２となる。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、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と第二サイフォン室２Ｂは、それらの上方の連通部５で連通されている。筐体５０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、筐体５０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。

このように筐体５０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、筐体５０におけるサイフォン室２の下流には散気穴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とが通じている。

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。

筐体５０における上壁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。
筐体５０の空気供給口３には空気供給管１ａを介してブロア１ｂが接続され、空気供給口３から筐体５０内に空気を供給できるようになっている。

この例のサイフォン式散気管１では、図６に示すように、第一仕切壁４ａと筐体５０とが上下方向において相対的に移動するようになっている。第一仕切壁４ａと筐体５０とを相対的に移動させる態様は、特に限定されず、筐体５０を固定した状態で第一仕切壁４ａを上下動させてもよく、第一仕切壁４ａを固定した状態で筐体５０を上下動させてもよい。また、筐体５０と第一仕切壁４ａの両方を上下動させてもよい。

同様に、サイフォン式散気管１では、図５に示すように、第二仕切壁４ｂと筐体５０とが上下方向において相対的に移動するようになっている。第二仕切壁４ｂと筐体５０とを相対的に移動させる態様は、特に限定されず、筐体５０を固定した状態で第二仕切壁４ｂを上下動させてもよく、第二仕切壁４ｂを固定した状態で筐体５０を上下動させてもよい。また、筐体５０と第二仕切壁４ｂの両方を上下動させてもよい。
第一仕切壁４ａや第二仕切壁４ｂ、筐体５０を上下動させる機構は、所望の通りに上下動させることができるものであれば特に限定されない。

サイフォン式散気管１では、第一仕切壁４ａだけが筐体５０に対して相対的に上下動できるものであってもよく、第二仕切壁４ｂだけが筐体５０に対して相対的に上下動できるものであってもよい。
サイフォン式散気管１の数は、特に限定されず、膜モジュール２２の大きさ、枚数に応じて適宜設定できる。

以下、サイフォン式散気管１の作動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の筐体５０内におけるサイフォン室２、連通部５及び経路４は汚泥含有処理水Ｂ（被処理水）で満たされている。ブロア１ｂにより空気供給管１ａを介して空気供給口３から空気Ａを筐体５０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の筐体５０内におけるサイフォン室２、連通部５及び経路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。

サイフォン式散気管１によって曝気する際の気泡のサイズ及び間欠時間は、サイフォン式散気管１のサイフォン室２の容積によって変化する。
サイフォン式散気管１では、図５に示すように、第二仕切壁４ｂを筐体５０に対して相対的に下方に移動させることで、上下方向において第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１が第一仕切壁４ａの下端４ａ_１に近づき、サイフォン室２の容積が小さくなる。これにより、サイフォン式散気管１から曝気される気泡のサイズが小さくなり、間欠時間が短くなる。一方、第二仕切壁４ｂを筐体５０に対して相対的に上方に移動させることで、上下方向において第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１が第一仕切壁４ａの下端４ａ_１から離れ、サイフォン室２の容積が大きくなる。これにより、サイフォン式散気管１から曝気される気泡のサイズが大きくなり、間欠時間が長くなる。

また、図６に示すように、第一仕切壁４ａを筐体５０に対して相対的に上方に移動させることで、上下方向において第一仕切壁４ａの下端４ａ_１が第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１に近づき、サイフォン室２の容積が小さくなる。これにより、サイフォン式散気管１から曝気される気泡のサイズが小さくなり、間欠時間が短くなる。一方、第一仕切壁４ａを筐体５０に対して相対的に下方に移動させることで、上下方向において第一仕切壁４ａの下端４ａ_１が第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１から離れ、サイフォン室２の容積が大きくなる。これにより、サイフォン式散気管１から曝気される気泡のサイズが大きくなり、間欠時間が長くなる。
このように、第一仕切壁４ａや第二仕切壁４ｂを筐体５０に対して相対的に上下動させることで、サイフォン室２の容積を変化させることができる。サイフォン室２の容積が小さいほど、気泡のサイズが小さくなり、間欠時間が短くなる。

サイフォン式散気管１では、第一仕切壁４ａを筐体５０に対して相対的に上方に移動させると、第一仕切壁４ａの筐体５０から突出した部分が、散気穴６から出た気泡が上昇するときに障壁となることがある。散気穴６から出た気泡が平面視で筐体５０の第二仕切壁４ｂ側にも広がりやすく、膜モジュール２２の洗浄効果や溶存酸素濃度の向上効果が得られやすい点では、第二仕切壁４ｂを筐体５０に対して相対的に上下動させてサイフォン室２の容積を変化させる態様が好ましい。

また、第二仕切壁４ｂを筐体５０に対して相対的に上下動させると連通部５の容積が大きくなるが、第一仕切壁４ａを筐体５０に対して相対的に上下動させても連通部５の容積は変化しない。連通部５の容積が小さいほど、筐体５０内の上部に乾燥汚泥が堆積しにくい。そのため、サイフォン式散気管１が汚泥で詰まりにくい点では、第一仕切壁４ａを筐体５０に対して相対的に上下動させてサイフォン室２の容積を変化させることが好ましい。

（水処理方法）
以下、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。

水処理装置１０００による水処理方法では、活性汚泥処理工程において、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。活性汚泥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ＭＢＲ装置１００の膜分離槽２１に流入させる。

膜分離工程では、ＭＢＲ装置１００の膜分離槽２１において、膜モジュール２２により、活性汚泥及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、サイフォン式散気管１により曝気を行う。
例えば膜モジュール２２の分離膜表面に有機物等が堆積して膜モジュール２２の膜間差圧が大きくなった場合には、第一仕切壁４ａ及び第二仕切壁４ｂのいずれか一方又は両方を筐体５０に対して相対的に上下動させ、サイフォン室２の容積をより大きくして、曝気される気泡のサイズをより大きくし、間欠時間を長くする。これにより、膜モジュール２２の膜表面の洗浄効果が高くなる。

また、汚泥含有処理水の溶存酸素濃度が低い場合には、第一仕切壁４ａ及び第二仕切壁４ｂのいずれか一方又は両方を筐体５０に対して相対的に上下動させ、サイフォン室２の容積をより小さくして、曝気される気泡のサイズをより小さくし、間欠時間を短くする。これにより、曝気された気泡の酸素溶解効率が高くなり、膜分離槽２１内を容易に適切な好気条件にすることができる。

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、本発明の第一の態様では、第一仕切壁と第二仕切壁のいずれか一方又は両方と、筐体とが上下方向において相対的に移動する。これにより、サイフォン式散気管のサイフォン室の容積を変化させることで、曝気される気泡のサイズや間欠時間を調節することができる。そのため、例えば膜モジュールの分離膜表面への有機物等の堆積を抑制することを優先するか、槽内を適切な好気条件にすることを優先するかといった事情に応じて、気泡のサイズや間欠時間を調整し、水処理を安定して行うことができる。

［第二の態様］
以下、本発明の第二の態様の一例について説明する。
本実施形態の水処理方法に用いる水処理装置は、ＭＢＲ装置１００がサイフォン式散気管１の代わりに図７に例示したサイフォン式散気管８を備えている以外は、水処理装置１０００と同じ態様である。
サイフォン式散気管８の数は、特に限定されず、膜モジュール２２の大きさ、枚数に応じて適宜設定できる。

（サイフォン式散気管）
サイフォン式散気管８は、第一仕切壁４ａ及び第二仕切壁４ｂが筐体５０に対して相対的に上下動せず、第一仕切壁４ａに複数の貫通孔５２が形成され、それら貫通孔５２を開閉する開閉手段５４が設けられている以外は、サイフォン式散気管１と同様の態様である。サイフォン式散気管８では、第一仕切壁４ａに形成された貫通孔５２を開閉手段５４で開閉することで、サイフォン室２の容積を変化させることができる。

複数の貫通孔５２は、第一仕切壁４ａの上下方向において間隔を開けて形成されている。第一仕切壁４ａの上下方向において間隔を開けて形成される貫通孔５２の数は、特に限定されず、適宜設定できる。第一仕切壁４ａの上下方向において間隔を開けて形成される貫通孔５２の数が多いほど、サイフォン室２の容積を細かく変化させることができる。なお、第一仕切壁４ａに形成される貫通孔５２は１つであってもよい。

貫通孔５２の正面視形状は、特に限定されず、例えば、矩形状、楕円状、真円状等が挙げられる。各貫通孔５２は、散気穴６の全体から気泡を均一に生じさせやすい点から、第一仕切壁４ａの横方向に延びる矩形状であることが好ましい。
なお、第一仕切壁４ａの横方向において、複数の貫通孔５２が間隔を開けて形成されていてもよい。
貫通孔５２のサイズは、特に限定されず、サイフォン式散気管８の曝気を損なわない範囲で適宜設定すればよい。

この例の開閉手段５４は、第一仕切壁４ａの面に沿って上下動して貫通孔５２を開閉する開閉板である。なお、開閉手段５４は、第一仕切壁４ａに形成された貫通孔５２を開閉できるものであれば開閉板には限定されない。例えば、開閉手段５４は、各々の貫通孔５２に個別に設けられた蓋部材であってもよい。
開閉手段５４を駆動（この例では上下動）させて貫通孔５２を開閉する機構は、特に限定されない。

図７に示すように、サイフォン式散気管８において、第一仕切壁４ａの貫通孔５２が全て閉口した状態では、筐体５０内の第一仕切壁４ａよりも処理水流入口７側における、第一仕切壁４ａの下端４ａ_１から第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１までの空間がサイフォン室２となる。これにより、サイフォン式散気管８から曝気される気泡のサイズが大きくなり、間欠時間が長くなる。

また、図８及び図９に示すように、開閉手段５４を筐体５０に対して上方に移動させ、貫通孔５２の少なくとも１つが開口した状態では、筐体５０内の第一仕切壁４ａよりも処理水流入口７側における、最も上側の開口した貫通孔５２の上端から第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１までの空間がサイフォン室２となる。これにより、サイフォン式散気管８から曝気される気泡のサイズが小さくなり、間欠時間が短くなる。

また、この例では、第一仕切壁４ａにおいて最も上側の貫通孔５２が、第二仕切壁４ｂの上端４ｂ_１よりも上に形成されている。そのため、図１０に示すように、第一仕切壁４ａの最も上側の貫通孔５２が開口した状態では、筐体５０内にサイフォン室２が形成されなくなる。そのため、この状態ではサイフォン機構が働かず、散気穴６から細かい気泡が連続的に生じる。
このように、サイフォン式散気管８では、第一仕切壁４ａに形成された貫通孔５２の開閉によりサイフォン室２の容積を変化させることで、曝気される気泡のサイズや間欠時間を調節することができる。

（水処理方法）
以下、サイフォン式散気管８を備える水処理装置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。

活性汚泥処理工程は、第一の態様で説明した方法と同様に行える。
膜分離工程は、サイフォン式散気管８を備えるＭＢＲ装置１００を用いる以外は第一の態様で説明した方法と同様に行える。
例えば膜モジュール２２の分離膜表面に有機物等が堆積して膜モジュール２２の膜間差圧が大きくなった場合には、図７に示すように、開閉手段５４により各貫通孔５２を閉口状態としてサイフォン室２の容積をより大きくして、曝気される気泡のサイズをより大きくし、間欠時間を長くする。これにより、膜モジュール２２の膜表面の洗浄効果が高くなる。

また、汚泥含有処理水の溶存酸素濃度が低い場合には、開閉手段５４を筐体５０に対して相対的に上方に移動させて所望の数の貫通孔５２を開口させ、サイフォン室２の容積をより小さくして、曝気される気泡のサイズをより小さくし、間欠時間を短くする。これにより、曝気された気泡の酸素溶解効率が高くなり、膜分離槽２１内を容易に適切な好気条件にすることができる。

以上説明したように、本発明の第二の態様では、第一仕切壁に形成された少なくとも１つの貫通孔を開閉手段によって開閉する。これにより、第一の態様と同様に、サイフォン式散気管のサイフォン室の容積を変化させることで、曝気される気泡のサイズや間欠時間を調節することができる。そのため、本発明の第二の態様でも、例えば膜モジュールの分離膜表面への有機物等の堆積を抑制することを優先するか、槽内を適切な好気条件にすることを優先するかといった事情に応じて、気泡のサイズや間欠時間を調整し、水処理を安定して行うことができる。
第二の態様のサイフォン式散気管は、第一の態様のサイフォン式散気管よりも製造が容易である。

なお、本発明のサイフォン式散気管は、前記したサイフォン式散気管１，８には限定されない。
本発明の膜分離活性汚泥装置は、本発明のサイフォン式散気管と、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、サイフォン式散気管及び膜モジュールが設置されている膜分離槽とを備える以外は、公知の態様を採用できる。
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。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の記載によっては限定されない。
［実施例１］
図２〜５に例示したサイフォン式散気管１と同様の構成のサイフォン式散気管を作製した。該サイフォン式散気管は、外寸で高さＨ１７０ｍｍ×長さＬ１６０ｍｍ×幅Ｄ８０ｍｍ（図２）の筐体とした。散気穴は平面視で１０ｍｍ×１５０ｍｍの矩形状とした。筐体の上壁、側壁及び底壁、第一仕切壁及び第二仕切壁の厚さは、それぞれ５ｍｍとした。第一仕切壁と上壁との距離、第一仕切壁と第二仕切壁との距離、第二仕切壁と底壁との距離、第二仕切壁と側壁との距離はそれぞれ１０ｍｍとした。

筐体の上壁に形成された空気供給口からサイフォン式散気管に１５Ｌ／分の流量で空気を連続的に供給した。第二仕切壁を筐体に対して相対的に上下動させ、第一仕切壁の下端と第二仕切壁の上端との距離ｄ（図３）を１０ｍｍ、７０ｍｍ、１４０ｍｍと変化させて、サイフォン式散気管から気泡が発生する様子を目視で確認し、曝気の平均間欠時間を測定した。結果を図１１に示す。

図１１に示すように、距離ｄが小さくサイフォン室が小さくなるほど、曝気の平均間欠時間が短くなった。また、曝気される気泡のサイズは、距離ｄが小さくサイフォン室が小さくなるほど小さくなった。

１，８…サイフォン式散気管、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、３…空気供給口、４…経路、４ａ…第一仕切壁、４ａ_１…下端、４ｂ…第二仕切壁、４ｂ_１…上端、５…連通部、６…散気穴、７…処理水流入口、１１…活性汚泥処理槽、２１…膜分離槽、２２…膜モジュール、４１…処理水槽、５０…筐体、１００…膜分離活性汚泥装置、１０００…水処理装置。

Claims (4)

1. 曝気を行うサイフォン式散気管であって、
   上壁、側壁及び底壁が内部に空間が形成されるように設けられた筐体と、前記筐体内の空間を仕切る第一仕切壁及び第二仕切壁とを備え、
   前記第一仕切壁が、前記筐体の上壁から下方に延び、かつ前記第一仕切壁の下端が前記筐体の底壁から離間するように設けられ、
   前記第二仕切壁が、前記筐体の底壁から上方に延び、前記第二仕切壁の上端が前記筐体の上壁から離間し、かつ前記第一仕切壁と互いの面が対向するように間隔を開けて設けられ、
   処理水流入口が、前記筐体の下部における前記第二仕切壁の前記第一仕切壁と反対側に形成され、散気穴が、前記筐体の上部における前記第一仕切壁の前記第二仕切壁と反対側に形成され、
   前記第一仕切壁に少なくとも１つの貫通孔が形成され、
   前記貫通孔を開閉する開閉手段が設けられた、サイフォン式散気管。
2. 前記開閉手段が、前記第一仕切壁の面に沿って前記筐体に対して相対的に上下動して前記貫通孔を開閉する開閉板である、請求項１に記載のサイフォン式散気管。
3. 請求項１又は２に記載のサイフォン式散気管と、
   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、
   前記サイフォン式散気管及び前記膜モジュールが設置されている膜分離槽とを備える、膜分離活性汚泥装置。
4. 活性汚泥を用いて原水を活性汚泥処理し、
   活性汚泥処理した汚泥含有処理水を請求項３に記載の膜分離活性汚泥装置により膜分離処理する、水処理方法。

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