JPH1177044A - 廃水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膜分離装置の連続運転を可能となして処理能
力の向上、長期安定化および装置の小型化を図ることが
できる廃水装置を提供すること。 【解決手段】 分離膜モジュール７にて被処理液２の処
理を行う膜分離装置７ａと、膜分離装置７ａの下方に設
置され、膜分離装置７ａの分離膜１８を洗浄するための
気体６を散気する散気装置５とを備えている廃水処理装
置であって、散気装置５に窒素ガス、酸素ガス、炭酸ガ
ス若しくはオゾンガスのいずれかが供給されるようにさ
れている廃水処理装置である。窒素ガスと酸素ガスとは
定期的に入れ替わりながら散気装置５に供給されること
が、また、炭酸ガス、オゾンガスが定期的に供給可能な
ように送気ライン３２、３３が廃水装置に組み込まれて
いることが、分離膜モジュール７は中空糸膜モジュール
であることが、それぞれ好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下廃水及び屎尿等
を生物学的に脱窒する廃水処理装置に関し、且つ固液分
離を膜処理によって行う廃水処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、膜モジュールを曝気槽内に浸漬
し、濾過を行って固液分離を行う廃水処理装置が開発さ
れており、その場合のばっ気エアーは好気分解の酸素供
給源となるのみでなく膜モジュールのスクラビング洗浄
用のエアーとしても働き、膜面の急速な目詰まりを抑え
る役目を果たす。しかしながら、環境保護の面から処理
水の水質がＢＯＤの低減ばかりでなく、窒素等の低減ま
で求められるようになるにつれ、好気処理のみでは対応
できなくなり嫌気槽好気槽の二重処理や、嫌気好気を繰
り返す間欠ばっ気方式を採ることが多くなっている。

【０００３】従来の間欠ばっ気方式は、例えば図３に示
すように、分離膜モジュール７を備えた膜分離装置７ａ
を利用したものであった。図３において、被処理液槽１
は活性汚泥と水を含む被処理液２を貯留するものであ
り、被処理液槽１に被処理液の供給管３から適当量の被
処理液を補給し、硝化工程と脱気工程を交互に繰り返し
て被処理液中の有機物を分解する。硝化工程において
は、ブロア４によって散気装置５に空気を送気し、散気
装置５から噴出する空気６ａを被処理液２にばっ気す
る。この曝気によって被処理液２に酸素を供給して好気
性状態となし、被処理液２に含まれた窒素化合物を硝化
菌によって亜硝酸化合物および硝酸化合物にまで酸化す
る。

【０００４】脱窒工程においては、ブロア４による送気
を停止して嫌気状態となし、攪拌機で攪拌混合しながら
脱窒菌の硝酸呼吸および亜硝酸呼吸によって被処理液２
に含まれた亜硝酸化合物および硝酸化合物を窒素ガスに
まで還元する。そして、硝化工程と脱窒工程とを交互に
繰り返しながら、硝化工程（ばっ気状態）で吸引ポンプ
８を駆動して、膜分離装置の分離膜１８により被処理液
２を固液分離し、透過水を処理水として、廃水処理装置
の外に取り出す。又、散気装置５から噴出する空気６ａ
のエアーリフト作用により上昇流を生じさせ、上昇流の
スクラビング作用により膜分離装置の分離膜１８の面に
付着するケーキ層を除去する。さらに、必要に応じて、
引き抜きポンプを駆動して被処理液槽１内に沈積する余
剰汚泥を引き抜く。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の構成によれば、脱窒工程においては散気装置５
によるばっ気を停止して嫌気性状態となすので、膜分離
装置の膜面に付着するケーキ層を除去することができ
ず、膜分離装置を連続稼働させることができなかった。
従って、限られた時間内において膜分離装置を稼働させ
るので、所要の処理能力を確保するためには膜分離装置
の規模が大きくなり、コストが高くなる問題があった。
また、間欠ばっ気であるために、空気が噴出しない状態
において、散気装置５が沈積する汚泥によって目詰まり
する問題や、濾過は行っていない状態でも汚泥が膜面に
堆積しケーキ層の成長を促進させる等の問題があった。

【０００６】よって、本発明は、連続したばっ気を行う
ことにより膜分離装置の連続運転を可能となして処理能
力の向上、長期安定化および装置の小型化を図ることが
できる廃水装置を提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、被処理
液槽内に設置した分離膜モジュールにて被処理液の処理
を行う膜分離装置と、膜分離装置の下方に設置され、膜
分離装置を洗浄するための気体を散気する散気装置とを
備えている廃水処理装置において、散気装置に窒素ガ
ス、酸素ガス、炭酸ガス若しくはオゾンガスのいずれか
が供給されるようにされている廃水処理装置にある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明の廃水処理装置の一例を示す構
成図であって、該廃水処理装置は、被処理液槽１内に設
置されている分離膜モジュール７にて、水を含む被処理
液（被処理水）２の処理を行う膜分離装置７ａと、該膜
分離装置７ａの下方に設置され、膜分離装置７ａを洗浄
するための気体を散気する散気装置５とを備えている廃
水処理装置であって、窒素ガスと酸素ガスと炭酸ガスと
オゾンガスとが被処理液槽１内の散気装置５に供給可能
なように、酸素ガス送気ライン３０、窒素ガス送気ライ
ン３１、炭酸ガス送気ライン３２、オゾンガス送気ライ
ン３３が組み込まれている廃水処理装置である。なお、
窒素ガス等の気体６を散気装置５から均一に散気するた
めに、ブロア４或いはコンプレッサーを送気ラインに設
けることが好ましい。また、散気装置５として、多数の
細孔が形成されている中空管が好ましい。

【０００９】図１に示す廃水処理装置を用いる廃水処理
法の一例は、被処理液流入ライン３から、水を含む被処
理液２を被処理液槽１内に供給し、酸素ガスを散気装置
５に供給して該散気装置５から噴出する酸素ガス６を被
処理液２にばっ気して被処理液２に含まれている窒素化
合物を硝化菌によって亜硝酸化合物及び硝酸化合物にま
で酸化する工程（硝化工程）を施し、次いで、窒素ガス
を散気装置５に供給して該散気装置５から噴出する窒素
ガス６を被処理液２にばっ気して被処理液２に含まれて
いる亜硝酸化合物及び硝酸化合物を脱窒菌によって窒素
ガスまで還元する工程（脱窒工程）を施し、これらの硝
化工程と脱窒工程とを交互に繰り返しながら、窒素化合
物の濃度が所望濃度以下となった被処理液２を、吸引ポ
ンプ８を駆動して膜分離装置７ａの分離膜１８により固
液分離し、分離された透過水を処理水として廃水処理装
置の外に取り出す廃水処理法であって、しかも、廃水処
理を繰り返した後、オゾンガスを散気装置５に供給して
該散気装置５から噴出するオゾンガス６を被処理液２に
ばっ気することで分離膜１８のケーキ層を除去すること
が可能で、また、被処理液流入ライン３から被処理液槽
１内に供給された被処理液２のｐＨが高い場合には炭酸
ガスを散気装置５に供給し散気して被処理液２のｐＨを
調整することも可能な廃水処理法である。次に、各工程
について説明する。

【００１０】図１の構成において、硝化工程において
は、切り換え弁１４を酸素ガス送気ライン３０に切り換
えてばっ気を行う。この時被処理液槽１内は好気性状態
となり硝化菌による硝化反応が進行する。ばっ気用の酸
素ガスとして、空気よりも酸素濃度が高い気体、好まし
くは酸素濃度が約４０容量％以上の気体を用いれば、酸
素ガスばっ気時間が短くなる、或いは、硝化をより完全
に行えるという利点がある。なお、酸素ガス送気ライン
３０には、酸素供給用ボンベなどが接続される。

【００１１】硝化工程において硝化反応が十分に進行し
た後、脱窒工程に移る。脱窒工程においては、切り換え
弁１４を窒素ガス送気ライン３１に切り換えてばっ気を
行う。この時被処理液槽１内は嫌気性状態となり、脱窒
菌による脱窒反応が進行する。なお、窒素ガス送気ライ
ン３１には窒素供給用ボンベなどが接続される。ばっ気
用の窒素ガスとして、空気よりも窒素濃度が高い気体、
好ましくは窒素濃度約８０容量％以上の気体を用いれ
ば、ばっ気時間が短縮される。

【００１２】なお、従来の技術の中で述べたように、被
処理液槽１内を嫌気状態にするにはばっ曝気を停止する
方法でもよい。しかしながら、窒素ガス、特に窒素リッ
チのガスをばっ気する方法で行うと嫌気状態になるスピ
ードが特に速い。従って、本発明においては、窒素リッ
チガスを供給することが好ましい。窒素リッチガス（窒
素富化ガス）として、窒素濃度が約８０容量％以上のも
のが特に好ましい。窒素リッチガスを散気装置５に供給
するために、市販されている窒素ボンベなどを用いても
良いし、気体分離膜を利用したモジュール、脱酸素剤を
利用したモジュール等の窒素富化モジュールを用いても
良い。窒素富化モジュールとは、空気よりも窒素濃度が
高い気体を空気から得るための装置である。

【００１３】脱窒工程において、亜硝酸化合物及び硝酸
化合物を脱窒菌によって窒素ガスまで還元する還元反応
が十分に進行した後、硝化工程が再び繰り返される。こ
のように、窒素ガスと酸素ガスとを定期的に入れ替えな
がら散気装置５に供給してばっ気することで、窒素化合
物は被処理液２から除去される。

【００１４】そして、上述の硝化工程および脱窒工程の
双方を通じて吸引ポンプ８を駆動し膜分離装置７ａを連
続稼働、もしくは好気状態、嫌気状態を問わない間欠稼
働を行い、被処理液槽内の被処理液２を、膜分離装置７
ａの分離膜１８により固液分離し、透過液を処理水とし
て膜濾過水吸引ライン９を通じて取り出す。この間に、
散気装置５からは酸素もしくは窒素リッチガスを連続し
てばっ気すれば、散気装置５から噴出する気体６によっ
て生じる上昇流が分離膜１８の膜面に常に作用し、膜面
に付着するケーキ層を除去するので、膜分離装置の連続
稼働、もしくは好気状態、嫌気状態を問わない間欠稼働
が可能となる。

【００１５】なお、被処理液流入ライン３から被処理液
槽１内に供給された被処理液２のｐＨが高い場合、特に
ｐＨ９以上の場合、炭酸ガスによるばっ気を行うことが
好ましい。被処理液２のｐＨを調整、例えばｐＨ６〜８
に調整した後、硝化工程、脱窒工程を行えば、硝化菌、
脱窒菌の活用を高く維持できるという利点がある。ま
た、炭酸ガスによるばっ気は分離膜の親水性も高めるこ
とができ、ファウリングが起こりにくくなり、差圧上昇
を抑える効果も期待できるので、炭酸ガスによるばっ気
を定期的に行うことが好ましい。定期的に行うとは、例
えば、１時間に５分程度のばっ気を行うを意味する。ば
っ気用の炭酸ガスとして、二酸化炭素濃度が約１０容量
％以上の気体を用いれば、ばっ気時間が短くなるという
利点がある。

【００１６】さらに、膜面の洗浄効果を高めるため、オ
ゾンばっ気を定期的に行うことにより、分離膜１８の長
期安定運転が可能である。廃水処理を長期間にわたり行
うと、酸素ばっ気、窒素ばっ気を行っても分離膜１８に
ケーキ層が付着する。該ケーキ層はオゾンガスによるば
っ気を行うことで除去可能である。オゾンガスばっ気は
定期的に行うことが好ましい。定期的に行うとは、廃水
処理装置を数カ月稼働する等により、分離膜１８にケー
キ層の付着が認められるに至った段階、或いは、何から
の原因で分離膜モジュールの差圧が急激に上昇するに至
った段階でオゾンガスによるばっ気を行うことを意味す
る。オゾンガスとして、オゾン濃度が約１０容量％以上
の気体を用いると、ばっ気時間が短くなる点で好まし
い。以上の通り、炭酸ガス、オゾンガスのいずれか、好
ましくは両方を定期的に供給可能なように送気ラインを
廃水処理装置に組み込めば、被処理液２のｐＨの調整、
差圧上昇の抑制、膜面の洗浄効果の向上が可能となる。

【００１７】これらのことにより、単位時間における処
理能力が向上し、長期安定化及び膜分離装置の小型化を
図ることができる。また、散気装置５から常に気体６を
噴出させれば、沈積した汚泥等による散気装置５の目詰
まりも防止できる。

【００１８】膜分離装置７ａは、分離膜モジュール７
と、該分離膜モジュール７に接続されている膜濾過水吸
引ライン９とを有して概略構成される。分離膜モジュー
ル７として中空糸膜モジュールを用いると効率的に且つ
精密に固液分離でき、また、汚泥の管理（沈降性等）を
容易にすることができる。中空糸膜モジュールは、例え
ば図４に示すように、複数の中空糸で構成される中空糸
膜からなる分離膜１８と、分離膜１８の両開孔端に設け
られた管状支持体２０とを有して概略構成される。特に
限定されるものではないが、中空糸の外径は２０〜２０
００μｍ、孔径は．０．０１〜１μｍ、空孔率は２０〜
９０％、中空糸膜の膜厚は５〜３００μｍであることが
好ましい。

【００１９】管状支持体２０は内部に内部路２４が形成
された筒状のものである。この管状支持体２０の側壁２
６にはその長さ方向に沿ったスリット２８が形成され、
該スリット２８には分離膜１８の端部が挿入され、スリ
ット２８と分離膜１８の隙間は密封材で閉塞され、分離
膜１８は強固に支持固定される。この場合、各中空糸の
両端部は管状支持体２０の内部路２４内に位置される。

【００２０】上記密封材は、分離膜１８の各中空糸をそ
の端部の開口状態を保ったまま、集束してスリット２８
に固定するとともに、管状支持体２０の内部路２４を外
部から液密に仕切るものである。また、１つの管状支持
体に対して２つ以上のスリットを形成し、各スリットに
分離膜を挿入、固定する等により、１つの膜分離装置７
ａに複数の分離膜１８を形成してもよい。このような構
成の中空糸膜モジュール７は１つの被処理液槽１内に複
数個配置することができる。分離膜１８を透過した透過
水は内部路２４、ライン９を通って廃水処理装置の外に
排出される。

【００２１】なお、膜分離装置７ａに用いられる分離膜
１８の種類は特に問わず、形状も中空糸タイプの他に、
平膜タイプ、管状タイプ、袋状タイプなどの任意の形状
のものが使用できるし、膜材質的にも、セルロース、ポ
リオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニリデンフロラ
イド（ＰＶＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦ
Ｅ）、セラミック等を始めとする任意の材質のものが使
用できる。孔径も細菌を完全に分離する事を目的とすれ
ば、０．２μｍ以下である事が好ましいが、これに限定
されるものではない。

【００２２】図２は本発明の廃水処理装置の他の例を示
す構成図であって、気体分離膜を利用したモジュール１
２を用いて窒素ガスと酸素ガスとを供給するようにした
廃水処理装置であり、この点を省いては図１の廃水処理
装置と変わるところがない。気体分離膜を利用した窒素
富化モジュールを用いると、ばっ気用の窒素ガスが簡便
に得られる、或いは、ボンベ等が不要になるという利点
がある。気体分離膜利用窒素富化モジュールは、種類も
特には問わないが、できる限り酸素透過性の高い分離膜
を用いたモジュールを用いることが窒素濃度アップ、気
体の利用率向上の面から望ましい。一般的には窒素濃度
９５％以上の窒素リッチガスを窒素富化モジュールで作
り出すことは公知の技術で十分である。一実施例とし
て、膜分離モジュールと窒素富化モジュールの例を示す
と、膜分離モジュールとしては、三菱レイヨン株式会社
製”ステラポアーＬ”、窒素富化モジュールの例として
は、三菱レイヨン株式会社製”ＭＨＦ三層複合中空糸膜
モジュール”を挙げることができる。

【００２３】一般に、窒素富化モジュールは、供給エア
ーの圧力と排気エアー量によって窒素濃度が決定される
ため、ブロアの圧力等の問題で窒素濃度が若干足りない
場合には、脱酸素剤を充填したカラムを補助的に用いる
ことができる。ブロア４では圧力不足の場合にはコンプ
レッサーや高圧リングブロア等を用いても良い。また、
図２に示すように、窒素富化モジュール１２の排気側１
３の酸素リッチガスを好気状態のばっ気に使用し、より
好気的な状態を作り出すことも可能である。酸素濃度が
約４０容量％以上の酸素リッチガスは、硝化菌を良好に
発育させる点で好ましい。

【００２４】上記例は、嫌気好気を一槽にて行う場合の
例であるが、嫌気槽と好気槽とを独立させた構造でもよ
く、この場合２つの槽に被処理液を循環させながら、硝
化、脱窒を行う。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、硝
化工程においては酸素ばっ気し、脱窒工程において窒素
ガスをばっ気することにより連続ばっ気が可能となり、
膜面洗浄を連続して行うことにより膜分離装置の連続運
転が可能となる。しかも、窒素ガスのばっ気により嫌気
状態への移行が速やかに行われる。また、被処理液の性
状、分離膜の状態により、炭酸ガスばっ気、オゾンばっ
気を行うことにより、従来の膜利用型間欠曝気装置に比
べて、単位時間における処理能力の向上、長期安定化及
び装置の小型化を図ることができ、沈積した汚泥等によ
る散気装置の目詰まりを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の廃水処理装置の一例を示す構成図で
ある。

【図２】 本発明の廃水処理装置の他の例を示す構成図
であって、散気装置に気体を供給するために、気体分離
膜を利用したモジュールを用いた例である。

【図３】 従来例の廃水処理装置を示す構成図である。

【図４】 中空糸膜モジュールの例を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１・・被処理液槽、２・・被処理液（被処理水）、３・
・被処理液流入ライン、４・・ブロア、５・・散気装
置、６・・気体、６ａ・・空気、７・・分離膜モジュー
ル、７ａ・・膜分離装置、８・・吸引ポンプ、９・・膜
濾過水吸引ライン、１２・・窒素富化モジュール、１３
・・排気（酸素富化エアー）排出口、１４・・切り換え
弁、１８・・分離膜、２０・・管状支持体、２４・・内
部路、２６・・側壁、２８・・スリット、３０・・酸素
ガス送気ライン、３１・・窒素ガス送気ライン、３２・
・炭酸ガス送気ライン、３３・・オゾンガス送気ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 亘 賢治 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理液槽内に設置した分離膜モジュー
   ルにて被処理液の処理を行う膜分離装置と、膜分離装置
   の下方に設置され、膜分離装置を洗浄するための気体を
   散気する散気装置とを備えている廃水処理装置におい
   て、散気装置に窒素ガス、酸素ガス、炭酸ガス若しくは
   オゾンガスのいずれかが供給されるようにされているこ
   とを特徴とする廃水処理装置。
2. 【請求項２】 窒素ガスと酸素ガスが定期的に入れ替わ
   りながら供給されることを特徴とする請求項１記載の廃
   水処理装置。
3. 【請求項３】 炭酸ガス、オゾンガスが定期的に供給可
   能なように、送気ラインが組み込まれていることを特徴
   とする請求項２記載の廃水処理装置。
4. 【請求項４】 分離膜モジュールが中空糸膜モジュール
   であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
   記載の廃水処理装置。