WO2017057501A1 - 膜分離活性汚泥処理方法及び膜分離活性汚泥処理システム - Google Patents

膜分離活性汚泥処理方法及び膜分離活性汚泥処理システム Download PDF

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育 田中
博子 三木
知行 米田
森田　徹
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a membrane separation activated sludge treatment method and a membrane separation activated sludge treatment system.
  • MLR method membrane separation activated sludge method
  • MF membrane microfiltration membrane
  • UF membrane ultrafiltration membrane
  • Examples of the purification treatment apparatus using the membrane separation activated sludge method include those in which an aeration tank and a membrane separation tank are separately provided, and those in a single tank type in which a filtration membrane is immersed in a reaction tank.
  • An aeration tank is a tank that purifies sewage by allowing microorganisms propagated in large quantities to capture and consume pollutants, mainly organic matter in sewage.
  • a mass of microorganisms having the ability to purify this wastewater is called activated sludge.
  • Aeration means supplying oxygen by sending air to water. Oxygen may be necessary for microorganisms to live.
  • aeration is performed by sending air from the lower part into the aeration tank with a blower or stirring the surface.
  • the filtration membrane separates the purified water (treated water) and activated sludge in the aeration tank, but clogging (fouling) is unavoidably caused by the activated sludge adhering to the surface of the filtration membrane. For this reason, it has been proposed to remove activated sludge adhering to the surface of the filtration membrane by supplying bubbles from below the filtration membrane and rubbing (scrub) the surface of the filtration membrane with the bubbles (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-2010). 253355).
  • the above publication discloses an apparatus configuration in which drainage (raw water) is temporarily stored in a regulating tank and can be supplied to the activated sludge tank at a constant flow rate. That is, when the inflow amount of waste water exceeds a certain amount, the conventional membrane separation activated sludge treatment system stores the excess amount of waste water in the adjustment tank.
  • the above-mentioned conventional membrane separation activated sludge treatment system supplies the wastewater stored in the adjustment tank to the activated sludge tank in addition to the inflowing wastewater.
  • the conventional membrane separation activated sludge treatment system can be designed to have a maximum filtration capacity lower than the maximum amount of wastewater inflow. .
  • the total volume of the filtration membrane of the filtration module to be disposed can be reduced, and thus the conventional membrane separation activated sludge treatment system can reduce the operating energy consumption.
  • a membrane separation activated sludge treatment method made to solve the above-mentioned problems is a membrane separation comprising a step of biologically treating waste water and a step of membrane-separating treated water in this biological treatment step
  • An activated sludge treatment method comprising a plurality of filtration modules having a plurality of hollow fiber membranes that are aligned in one direction in the membrane separation step and a pair of holding members that fix both ends of the plurality of hollow fiber membranes.
  • a plurality of washing modules for supplying bubbles from below the filtration module, and the amount of treated water sucked into the filtration module and the amount of bubbles supplied to the washing module are calculated based on the amount of wastewater flowing into the biological treatment process. Change according to the change.
  • a membrane separation activated sludge treatment system made to solve the above problems includes a tank for biologically treating wastewater and a device for membrane separation of treated water in this biological treatment tank.
  • a membrane separation activated sludge treatment system provided with a plurality of the membrane separation devices having a plurality of hollow fiber membranes aligned in one direction and a pair of holding members for fixing both ends of the plurality of hollow fiber membranes.
  • a plurality of washing modules for supplying bubbles from below the filtration module, and the amount of treated water sucked from the filtration module and the amount of bubbles supplied to the washing module are drained into the biological treatment tank. Fluctuate according to fluctuations in the amount of inflow.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a membrane separation activated sludge treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing a filtration block by a filtration module in the membrane separation apparatus of the membrane separation activated sludge treatment system of FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control flow of the control device of the membrane separation activated sludge treatment system of FIG.
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and a membrane separation activated sludge treatment method and membrane separation that can cope with fluctuations in the amount of inflow of wastewater without using a regulating tank while suppressing operating energy consumption. It is an object to provide an activated sludge treatment system.
  • the membrane separation activated sludge treatment system according to one aspect of the present invention and the membrane separation activated sludge treatment system according to another aspect can cope with fluctuations in the amount of inflow of wastewater without using an adjustment tank while suppressing operating energy consumption. .
  • a membrane separation activated sludge treatment method is a membrane separation activated sludge treatment method comprising a step of biologically treating waste water and a step of membrane-separating treated water in this biological treatment step.
  • a membrane separation step a plurality of hollow fiber membranes that are aligned in one direction, a plurality of filtration modules having a pair of holding members that fix both ends of the plurality of hollow fiber membranes, and air bubbles from below the filtration module
  • the amount of suction of the treated water of the filtration module and the amount of bubbles supplied to the washing module are changed according to the fluctuation of the inflow amount of waste water into the biological treatment process.
  • the flow rate of the water to be treated passing through the hollow fiber membrane is varied by varying the suction amount of the treated water of the filtration module according to the fluctuation of the inflow amount of the wastewater into the biological treatment process.
  • the amount of treated water discharged is adjusted so that the bundle does not exceed the flow rate at which the hollow fiber membrane is clogged. For this reason, the said membrane separation activated sludge processing method does not require an adjustment tank.
  • the membrane separation activated sludge treatment method varies the suction amount of treated water of the filtration module and the amount of bubbles supplied to the cleaning module according to the fluctuation of the inflow amount of wastewater into the biological treatment process. Energy required for water suction and bubble supply can be minimized. Therefore, the said membrane separation activated sludge processing method can respond to the inflow amount fluctuation
  • the bubble supply amount may be varied so that the variation rate of the bubble supply amount of the cleaning module is larger than the variation rate of the suction amount of the filtration module.
  • the suction amount of the filtration module is changed by half, the present inventors maintain the cleaning power required for cleaning the filtration module even if the amount of air bubbles supplied to the filtration module is changed to less than half. I found that I can do it. Therefore, by making the fluctuation rate of the bubble supply amount of the cleaning module larger than the fluctuation rate of the suction amount of the filtration module, it is possible to further reduce operating energy consumption while maintaining the cleaning power required for cleaning the filtration module. .
  • the “variation rate” means that the bubble supply amount or suction amount V 0 and the bubble supply amount or suction amount V 1 after elapse of one minute, for example, (V 1 ⁇ V 0 ) / It refers to a value represented by V 0.
  • the ratio of the time average bubble supply amount of the cleaning module to the reference bubble supply amount of the cleaning module when treating the daily average inflow wastewater is preferably 0.1 to 4 times.
  • the “time average” means an amount calculated by dividing the integrated value of one hour by the unit time, and the “daily average” is a time average in a range of 12 hours before and after the time when the time average is calculated. Means the average.
  • the “reference bubble supply amount when treating the wastewater of the daily average inflow amount” means the bubble supply amount of the cleaning module set when the inflow amount of wastewater to the biological treatment process is equal to the daily average inflow amount. Meaning, for example, in the time zone for calculating the daily average, the average bubble supply amount of the cleaning module supplied when the inflow amount of the wastewater into the biological treatment process is equal to the daily average inflow amount can be used.
  • the ratio of the time average inflow of the waste water to the daily average inflow of the waste water into the biological treatment process is preferably 0.2 to 2 times.
  • the plurality of filtration modules and the plurality of cleaning modules may be operated continuously. As described above, by continuously operating the plurality of filtration modules and the plurality of cleaning modules, it is possible to further reduce the operation energy consumption compared to the intermittent operation.
  • a membrane separation activated sludge treatment system is a membrane separation activated sludge treatment system comprising a tank for biologically treating wastewater and a device for membrane separation of treated water in the biological treatment tank,
  • the membrane separation device includes a plurality of filtration modules having a plurality of hollow fiber membranes aligned in one direction and a pair of holding members that fix both ends of the plurality of hollow fiber membranes, and from below the filtration module.
  • a plurality of washing modules for supplying bubbles, and the amount of suction of treated water in the filtration module and the amount of bubbles supplied in the washing module are changed according to fluctuations in the amount of inflow of wastewater into the biological treatment tank.
  • the membrane-separated activated sludge treatment system is configured to change the amount of treated water in the filtration module according to fluctuations in the amount of wastewater flowing into the biological treatment tank, thereby allowing the flow of treated water to pass through the hollow fiber membrane.
  • the amount of treated water discharged is adjusted so that the bundle does not exceed the flow rate at which the hollow fiber membrane is clogged. For this reason, the said membrane separation activated sludge processing system does not require an adjustment tank.
  • the membrane separation activated sludge treatment system varies the suction amount of the treated water of the filtration module and the amount of bubbles supplied to the cleaning module according to the fluctuation of the inflow amount of wastewater into the biological treatment tank. Energy required for water suction and bubble supply can be minimized. Therefore, the membrane-separated activated sludge treatment system can cope with fluctuations in the inflow amount of waste water without using an adjustment tank while suppressing operating energy consumption.
  • the membrane separation activated sludge treatment system of FIG. 1 includes a biological treatment tank 1 for biologically treating wastewater, and a membrane separation device 2 for membrane-separating treated water in the biological treatment tank 1.
  • the membrane separation activated sludge treatment system does not have an adjustment tank for adjusting the amount of wastewater flowing into the biological treatment tank 1. For this reason, the said membrane separation activated sludge processing system can suppress installation space and equipment cost.
  • the biological treatment tank 1 is a water tank that stores water to be treated in which new wastewater that flows in and wastewater that is being treated are mixed. Wastewater flows directly into the biological treatment tank 1 from the generation source.
  • the lower limit of the ratio of the time average inflow of the wastewater to the daily average inflow of the wastewater into the biological treatment tank 1 is preferably 0.2 times, more preferably 0.3 times, and even more preferably 0.5 times preferable.
  • the upper limit of the ratio of the time average inflow of the waste water is preferably 2 times, preferably 1.6 times, and more preferably 1.5 times.
  • the ratio of the time average inflow amount of the waste water exceeds the upper limit, the effect of reducing the operation energy consumption may not be sufficiently obtained.
  • the maximum ratio of the daily average inflow of wastewater to the average daily inflow of wastewater in medium-sized and larger cities is about 1.3 to 1.8 times (see “Sewerage Facility Planning and Design Guidelines and Explanations” "Part 1-2009 edition-Japan Sewerage Association, p. 40). Therefore, by setting the ratio of the time average inflow rate of the waste water to be equal to or less than the above upper limit, the membrane separation activated sludge treatment system can be suitably used for waste water treatment in medium-sized or larger cities while suppressing operating energy consumption. it can.
  • the treated water in the biological treatment tank 1 contains activated sludge (aerobic microorganisms).
  • the activated sludge oxidatively decomposes or absorbs and separates organic substances in the water to be treated.
  • the biological treatment tank 1 has a partition part 3, a biological treatment part 6 having a carrier 4 to which activated sludge adheres at a high concentration, and an air diffuser 5 for supplying air below the carrier 4, and a membrane separation device 2 is separated into a separation portion 7 in which 2 is disposed.
  • the biological treatment unit 6 and the separation unit 7 communicate with each other, and the treated water is discharged from the separation unit 7 by the membrane separation device 2 as will be described later, so that the biological treatment unit 6 and the separation unit 7 are treated. Water flows in.
  • the structure of the carrier 4 is not particularly limited as long as a plurality of activated sludges can be adhered and maintained, and for example, a porous film having a plurality of pores can be used.
  • the material of the carrier 4 is not particularly limited, but polytetrafluoroethylene (PTFE) is preferably used from the viewpoints of strength, chemical resistance, and ease of hole formation.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the activated sludge may be attached to the carrier 4 using a flocculant.
  • the carrier 4 may be fixed in the biological treatment tank 1 and may be arranged so as to swing or flow, but oxygen is efficiently added to the activated sludge carried by the bubbles supplied from the air diffuser 5. It is preferable to be arranged so that it can be supplied.
  • the activated sludge can be appropriately supplied to the biological treatment tank 1 or the carrier 4 through the activated sludge addition tank and the activated sludge addition pipe (not shown). Further, the membrane separation device 2 may be provided with a device for observing the amount of activated sludge in the biological treatment tank 1 by photographing or the like and automatically supplying activated sludge when the amount of activated sludge falls below the lower limit value. Good.
  • the membrane separation device 2 can draw the activated sludge from the bottom of the biological treatment tank 1, preferably from the bottom of the separation part 7, when the amount of activated sludge in the biological treatment tank 1 exceeds the upper limit value. It is configured as follows.
  • the membrane separation device 2 may include a device that automatically extracts the activated sludge.
  • the air diffuser 5 supplies air containing oxygen to the activated sludge in the water to be treated in the biological treatment tank 1, particularly the activated sludge carried on the carrier 4. That is, the air diffuser 5 promotes reduction of organic substances by activated sludge by supplying oxygen.
  • the membrane separation device 2 is connected to the plurality of filtration modules 8 capable of filtering the water to be treated, and sucks and discharges the treated water filtered by the filtration module 8 (operates the filtration module 8).
  • the membrane separation activated sludge treatment system as the membrane separation device 2 includes the control device 11, as will be described in detail later, the suction amount of treated water in each filtration module 8 and the amount of bubbles supplied to the cleaning module 10 are set. It can be changed according to the fluctuation of the inflow amount of the wastewater into the biological treatment tank 1. For this reason, the said membrane separation activated sludge processing system can respond to the inflow amount fluctuation
  • the filtration module 8 includes a plurality of hollow fiber membranes 12 that are aligned vertically, an upper holding member 13 that fixes the upper ends of the plurality of hollow fiber membranes 12, and the upper holding member. 13 and a lower holding member 14 that fixes the lower ends of the plurality of hollow fiber membranes 12.
  • the plurality of filtration modules 8 have an upper holding member 13 and a lower holding member 14 formed in a rod shape, and a plurality of hollow fiber membranes 12 in a curtain shape along its axial direction (longitudinal direction). Lined up.
  • the bundle of hollow fiber membranes 12 arranged in the form of a curtain is excellent in the cleaning efficiency by the cleaning module 10 described later, since the bubbles can relatively easily enter the central portion in the thickness direction.
  • the plurality of filtration modules 8 are arranged in parallel and at equal intervals. In other words, the plurality of filtration modules 8 are held such that the longitudinal axes of the upper holding member 13 and the lower holding member 14 are parallel and equally spaced.
  • the filtration module 8 is held such that the distance (straight line distance) between the pair of upper holding member 13 and lower holding member 14 is shorter than the average effective length of the hollow fiber membrane 12. It is preferable that the hollow fiber membrane 12 has a slack. More specifically, the average effective length of the hollow fiber membrane 12 is the average linear distance between both ends of the effective portion (the center of the lower surface of the portion holding the hollow fiber membrane 12 of the upper holding member 13 and the lower holding member 14 It is preferable that the distance is greater than the linear distance from the center of the upper surface of the portion that holds the hollow fiber membrane 12.
  • the “average effective length” means the average length along the central axis of the portion of the hollow fiber membrane that is not held by the holding member.
  • the hollow fiber membrane 12 Since the hollow fiber membrane 12 has slack in this manner, air bubbles can easily enter the bundle of the hollow fiber membranes 12, and the hollow fiber membrane 12 can swing and promote the cleaning effect by the vibration. it can.
  • the hollow fiber membrane 12 is formed by tubularly forming a porous membrane that allows water to permeate while preventing permeation of impurities contained in the water to be treated.
  • thermoplastic resin examples include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyamide, polyimide, polyetherimide, polystyrene, polysulfone, polyvinyl alcohol, polyphenylene ether, polyphenylene sulfide, cellulose acetate, and polyacrylonitrile. And polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PTFE having excellent mechanical strength, chemical resistance, heat resistance, weather resistance, nonflammability and the like and having porous properties is preferable, and uniaxially or biaxially stretched PTFE is more preferable.
  • the material for forming the hollow fiber membrane 12 may be appropriately mixed with other polymers, additives such as a lubricant, and the like.
  • the upper holding member 13 forms an internal space communicating with the lumens of the plurality of hollow fiber membranes 12 to be held, and has a drain nozzle 13a that discharges treated water filtered by the hollow fiber membranes 12 from the internal space. .
  • the lower holding member 14 holds the lower end of the hollow fiber membrane 12.
  • the lower holding member 14 may form an internal space similarly to the upper holding member 13, and may hold the lower end of the hollow fiber membrane 12 by a method that closes the opening of the hollow fiber membrane 12.
  • the filtration module 8 may have a connecting member that connects the upper holding member 13 and the lower holding member 14 in order to facilitate handling (transportation, installation, replacement, etc.).
  • a connecting member include a metal support rod and a resin casing (outer cylinder).
  • the discharge mechanism 9 constitutes a suction system that sucks treated water from the plurality of filtration modules 8.
  • the plurality of filtration modules 8 of the membrane separation apparatus 2 are divided into a plurality of filtration blocks as shown in FIG. 2, and a discharge mechanism 9 that sucks treated water is provided in each filtration block.
  • the plurality of discharge mechanisms 9 are connected to drain nozzles 13 a of the plurality of filtration modules 8, and a water collection pipe 15 that collects treated water obtained by filtering the water to be treated by the hollow fiber membrane 12, and this water collection A suction pump 16 for sucking the treated water from the pipe 15 is provided.
  • the plurality of filtration modules 8 are a plurality of filtration blocks for each filtration module 8 having a common suction system, and the control device 11 controls the suction pump 16 provided in the filtration block. Therefore, in the membrane separation activated sludge treatment system, the number of the discharge mechanisms 9 controlled by the control device 11, that is, the number of filtration blocks is smaller than the number of the filtration modules 8. Can be simplified.
  • the cleaning module 10 is disposed below the plurality of filtration modules 8.
  • the cleaning module 10 is preferably disposed for each filtration block.
  • the control device 11 can be controlled in one set with the corresponding discharge mechanism 9. That is, the control device 11 can determine the bubble supply amount of the corresponding cleaning module 10 using the information for controlling the suction pump 16. Therefore, the control device 11 can simplify the control of the cleaning module 10.
  • the cleaning module 10 only needs to be capable of discharging bubbles.
  • the air supply unit 17 that supplies air and a plurality of airs disposed below the filtration module 8 are used.
  • Each air header 18 may have a plurality of bubble discharge ports 19 formed therein.
  • Air supply As the air supplier 17, for example, a blower, a compressor, or the like can be used.
  • the air header 18 can be composed of, for example, a pipe. More specifically, as shown in FIG. 2, the air header 18 corresponds to the filtration module 8 on a one-to-one basis, and extends along the area where the hollow fiber membrane 12 is present in a plan view, and includes one or more pipes 18 a. It is preferable to have.
  • the bubble discharge ports 19 are preferably formed in a row in each pipe 18a.
  • the bubble discharge ports 19 are preferably formed in a row in the longitudinal direction of the region where the hollow fiber membrane 12 is present. By arranging the bubble discharge ports 19 in the longitudinal direction of the existing region, the bubbles discharged from the bubble discharge ports 19 rise along the bundle of curtain-shaped hollow fiber membranes 12 and scratch the hollow fiber membranes 12. By doing so, the turbidity adhering to the outer peripheral surface of the hollow fiber membrane 12 can be efficiently removed.
  • the control device 11 varies the suction amount of the treated water of the filtration module 8 and the bubble supply amount of the cleaning module 10 according to the variation of the inflow amount of the wastewater into the biological treatment tank 1. That is, the control device 11 controls the suction amount of treated water in the filtration module 8 and the bubble supply amount of the cleaning module 10 based on an input signal from the sensor 20 that detects the inflow amount of wastewater into the biological treatment tank 1. .
  • the control device 11 for example, a personal computer, a programmable logic controller, or the like can be used.
  • the sensor 20 may be a flow meter that detects the amount of wastewater flowing into the biological treatment tank 1.
  • a flow meter suitable for such an inflow measurement of drainage for example, a weir type flow meter or the like can be cited.
  • the suction amount of the treated water of the filtration module 8 is controlled so that the difference between the inflow amount of the wastewater detected by the sensor 20 and the total discharge amount of the treated water from the filtration module 8 approaches zero. Good. That is, it is preferable that the control device 11 performs control so as to increase or decrease the suction amount of the suction pump 16 (filtration block) in accordance with the increase or decrease of the inflow amount of waste water.
  • the bubble supply amount of the cleaning module 10 may be increased or decreased according to the increase or decrease of the suction amount of the suction pump 16. That is, it is preferable that the control device 11 controls the bubble supply amount of the cleaning module 10 in conjunction with the suction amount of the filtration module 8 (suction pump 16).
  • the method for controlling the increase / decrease of the suction amount of the suction pump 16 and the increase / decrease of the bubble supply amount of the cleaning module 10 is not particularly limited.
  • a known PID control can be used.
  • FIG. 3 shows a control flow of the control device 11 using PID control.
  • the control device 11 calculates a difference e between the inflow amount yd of the wastewater detected by the sensor 20 and the total discharge amount y of the treated water from the filtration module 8. This process is performed by checking the detection value of the sensor 20 at regular intervals.
  • PID control control is performed so that e approaches 0. Specifically, the proportional element obtained by multiplying the difference e by the proportional gain Kp in the proportional control P, the integral element obtained by multiplying the accumulated value of the difference e by the integral gain Ki in the integral control I, and the previous difference e in the differential control D.
  • a control amount u obtained by adding a differential element obtained by multiplying the difference from the processing by the differential gain Kd is used.
  • the proportional element is a basic element that increases when the difference e is large and brings the difference close to zero.
  • the integral element is an element that increases when the difference e is accumulated, and prevents the total discharge amount y from dissociating from the wastewater inflow amount yd.
  • the differential element increases when the difference e between the previous time and the current time is large, that is, when the inflow amount yd of the wastewater changes rapidly, and is an element for quickly following such a rapid change.
  • the control device 11 increases or decreases the suction amount of the suction pump 16 based on the control amount u. As a result, the total discharge amount y of the treated water from the filtration module 8 approaches the inflow amount yd of the waste water that is the target value.
  • control amount v of the bubble supply amount of the cleaning module 10 can be determined using the function H having the control amount u of the suction amount of the suction pump 16 as an argument. Thereby, the control device 11 can control the bubble supply amount z of the cleaning module 10 in conjunction with the suction amount y of the filtration module 8 (suction pump 16).
  • control device 11 may change the bubble supply amount so that the fluctuation rate of the bubble supply amount of the cleaning module 10 is larger than the fluctuation rate of the suction amount of the filtration module 8.
  • the suction amount of the filtration module 8 is changed by half
  • the inventors of the present invention have the cleaning power required for cleaning the filtration module 8 even if the amount of air bubbles supplied to the filtration module 8 is changed to less than half. Found that can be maintained. The reason is considered as follows.
  • the suction amount of the filtration module 8 is changed by half, the flux of water to be treated that passes through the hollow fiber membrane 12 of the filtration module 8 becomes half before the change.
  • the suction force of activated sludge and the like is reduced due to the decrease in the flow rate, the attachment of the activated sludge to the hollow fiber membrane 12 is less than half before the fluctuation of the suction amount. Therefore, it is considered that the cleaning power required for cleaning the filtration module 8 can be maintained even if the amount of air bubbles supplied to the filtration module 8 is changed to less than half that before the change. Therefore, by making the fluctuation rate of the bubble supply amount of the cleaning module 10 larger than the fluctuation rate of the suction amount of the filtration module 8, more operating energy is consumed while maintaining the cleaning power required for cleaning the filtration module 8. Can be suppressed.
  • the method of controlling the fluctuation rate of the bubble supply amount of the cleaning module 10 to be larger than the fluctuation rate of the suction amount of the filtration module 8 is not particularly limited.
  • Kq ⁇ u n as a function H of FIG. 3 (n is an odd number, Kq is a constant) may be used.
  • the lower limit of the ratio of the fluctuation rate of the bubble supply amount of the cleaning module 10 to the fluctuation rate of the suction amount of the filtration module 8 is preferably 1.05, more preferably 1.1, and still more preferably 1.2.
  • the upper limit of the ratio of the fluctuation rate of the bubble supply amount of the cleaning module 10 is preferably 1.4, more preferably 1.35, and still more preferably 1.3.
  • the lower limit of the ratio of the time average bubble supply amount of the cleaning module 10 to the reference bubble supply amount of the cleaning module 10 when treating the waste water of the daily average inflow amount is preferably 0.1 times, and 0.2 times More preferably, 0.3 times is more preferable.
  • the upper limit of the ratio of the time average bubble supply amount of the cleaning module 10 is preferably 4 times, preferably 3.5 times, and more preferably 3 times. If the ratio of the time average bubble supply amount of the cleaning module 10 is less than the lower limit, the cleaning power of the cleaning module 10 may be insufficient. On the contrary, if the ratio of the time average bubble supply amount of the cleaning module 10 exceeds the upper limit, there is a possibility that the effect of reducing the operation energy consumption cannot be sufficiently obtained.
  • control device 11 may control the plurality of filtration modules 8 and the plurality of cleaning modules 10 so as to continuously operate.
  • the continuous operation there is no time for the filtration module 8 to stop, so that the average suction amount of the filtration module 8 can be reduced as compared with the intermittent operation.
  • the suction amount of the filtration module 8 is low, the amount of air bubbles supplied to the cleaning module 10 to the filtration module 8 may be reduced to be equal to or greater than the ratio of the average suction amount during continuous operation and the average suction amount during intermittent operation.
  • the cleaning power required for cleaning the filtration module 8 can be maintained. For this reason, the total operation energy consumption of the filtration module 8 and the cleaning module 10 can be further suppressed as compared with the intermittent operation.
  • control device 11 controls the plurality of filtration modules 8 so that the suction amount of the treated water of each filtration module 8 becomes substantially equal.
  • the suction amount of the treated water of each filtration module 8 becomes substantially equal.
  • the control device 11 controls the suction pump 16 so that the outputs of the suction pumps 16 are equal, the suction amount of each filtration module 8 is equal due to the dependence on the location where the filtration module 8 is disposed. It may not be possible.
  • control device 11 maintains the total discharge amount of the treated water based on the information detected by the sensor or the like for each suction amount of the suction pump 16, and the suction amount between the plurality of suction pumps 16
  • Each of the filtration modules 8 may be controlled so as to reduce the difference between the two.
  • Membrane separation activated sludge treatment method [Membrane separation activated sludge treatment method] Subsequently, a membrane separation activated sludge treatment method according to an embodiment of the present invention performed using the membrane separation activated sludge treatment system will be described.
  • the membrane-separated activated sludge treatment method includes a step of biologically treating the waste water and a step of membrane-separating the treated water in this biological treatment step.
  • Bio treatment process organic matter in the water to be treated derived from the wastewater is oxidized and decomposed or absorbed and separated into activated sludge mainly in the biological treatment unit 6 of the biological treatment tank 1.
  • treated water is obtained by filtering the water to be treated using the filtration module 8 and the discharge mechanism 9 of the membrane separation device 2.
  • the suction amount of the treated water in the filtration module 8 and the bubble supply amount in the cleaning module 10 are changed according to the change in the inflow amount of the wastewater into the biological treatment step.
  • the membrane separation activated sludge treatment system changes the suction amount of the treated water of the filtration module 8 according to the fluctuation of the inflow amount of the wastewater into the biological treatment tank 1 (biological treatment step), thereby changing the hollow fiber membrane 12.
  • the discharge amount of the treated water is adjusted so that the flow rate of the treated water passing therethrough does not exceed the flow rate at which the hollow fiber membrane 12 is clogged. For this reason, the said membrane separation activated sludge processing system does not require an adjustment tank.
  • the membrane separation activated sludge treatment system varies the suction amount of the treated water of the filtration module 8 and the amount of bubbles supplied to the cleaning module 10 according to the fluctuation of the inflow amount of the wastewater into the biological treatment tank 1. It is possible to minimize the energy required for sucking the spent water and supplying bubbles. Therefore, the membrane-separated activated sludge treatment system can cope with fluctuations in the inflow amount of waste water without using an adjustment tank while suppressing operating energy consumption.
  • the biological treatment tank of the membrane separation activated sludge treatment system has a partition part, and the case where treated water flows into the separation part from the biological treatment part and is treated is described. It is not an essential component and can be omitted.
  • biological treatment and membrane separation are performed in parallel in the biological treatment tank with respect to the water to be treated.
  • the membrane separation activated sludge treatment system includes a biological treatment tank for biologically treating the water to be treated, and a filtration tank in which a filtration module is disposed to filter the treated water. You may supply to a filtration tank and return sludge to a biological treatment tank from a filtration tank.
  • the membrane separation activated sludge treatment system may have a discharge mechanism for each filtration module, and may be configured to vary the suction amount of treated water of the filtration module by controlling each filtration module.
  • the cleaning module of the membrane separation activated sludge treatment system may have a tank or the like for storing compressed air supplied from a compressor or the like as an air supplier.
  • a tank that stores compressed air is used as an air supply, it is difficult to reduce the energy efficiency of the air supply even if the air supply is shared by a plurality of cleaning modules.
  • the inflow amount of waste water may be detected using, for example, a liquid level gauge that detects the liquid level of the biological treatment tank. Specifically, from the amount of change in the amount of treated water stored in the biological treatment tank detected by the liquid level gauge and the amount of treated water discharged from the filtration module in operation, The inflow amount can be calculated.
  • the liquid level of the biological treatment tank is confirmed with a level gauge at regular intervals, and a suction pump is set so as to obtain a suction amount set in advance according to the liquid level. The method of controlling is mentioned.
  • the membrane separation activated sludge treatment system may have an adjustment tank that adjusts the inflow amount of waste water. For example, by providing a comparatively small capacity adjustment tank, the peak of the drainage inflow amount can be cut, and the number of filtration modules can be reduced.

Abstract

本発明は、運転エネルギー消費を抑止しつつ、調整槽を使用することなく排水の流入量変動に対応できる膜分離活性汚泥処理方法を提供することを課題とする。本発明の一態様に係る膜分離活性汚泥処理方法は、排水を生物処理する工程と、この生物処理工程での処理水を膜分離する工程とを備える膜分離活性汚泥処理方法であって、上記膜分離工程で、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜及びこれらの複数本の中空糸膜の両端を固定する一対の保持部材を有する複数の濾過モジュールと、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュールとを用い、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理工程への排水の流入量の変動に応じ変動させる。

Description

膜分離活性汚泥処理方法及び膜分離活性汚泥処理システム
　本発明は、膜分離活性汚泥処理方法及び膜分離活性汚泥処理システムに関する。本出願は、２０１５年１０月１日出願の日本出願第２０１５－１９５６６５号に基づく優先権を主張し、上記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　工業廃水、畜産汚水、下水等の汚水浄化処理では、処理効率の高い活性汚泥法が多く用いられている。特に、処理水と汚泥との分離を従来の沈殿法に代えて精密濾過膜（ＭＦ膜）又は限外濾過膜（ＵＦ膜）で行う膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）が注目されている。この膜分離活性汚泥法による浄化処理装置には、曝気槽と膜分離槽とが別置きされているものや、反応槽内に濾過膜が浸漬されている一槽式のものなどがある。
　曝気槽は、大量に繁殖させた微生物に汚水中の有機物を中心とした汚濁物質を捕らえさせ、消費させることで汚水を浄化する槽である。この汚水を浄化する能力を持った微生物の塊を活性汚泥という。また、曝気とは水に空気を送って酸素を供給することである。微生物が生きていくためには酸素が必要な場合があり、活性汚泥法では曝気槽の中に下部からブロワーで空気を送ったり、表面を攪拌したりすることで、曝気が行われている。
　濾過膜は、曝気槽において浄化された水（処理水）と活性汚泥とを分離するが、濾過膜表面に活性汚泥が付着することによる目詰まり（ファウリング）の発生が不可避的に生じる。このため、濾過膜の下方から気泡を供給し、気泡により濾過膜表面を擦過（スクラビング）することによって、濾過膜表面に付着した活性汚泥を除去することが提案されている（例えば特開２０１０－２５３３５５号公報参照）。
　また、濾過膜の目詰まりを抑制するためには、濾過膜を通過する処理済水の単位面積当たりの流束（フラックス）を一定値以下に調整することが求められる。そこで、上記公報には、排水（原水）を調整槽に一旦貯留し、活性汚泥槽に一定の流量で供給可能とする装置構成が開示されている。つまり、排水の流入量が一定量を超える場合、上記従来の膜分離活性汚泥処理システムは、その超えた分量の排水を調整槽に貯留する。その後排水の流入量が一定量未満となった際に、上記従来の膜分離活性汚泥処理システムは調整槽に貯留した排水を流入する排水に加えて活性汚泥槽に供給することで、活性汚泥槽で処理する単位時間当たりの排水量を平準化する。
　このように活性汚泥槽で処理する単位時間当たりの排水量を平準化することで、上記従来の膜分離活性汚泥処理システムは、その最大濾過能力を排水の最大流入量よりも低く設計することができる。これにより配設する濾過モジュールの濾過膜の総体積を減らせるため、上記従来の膜分離活性汚泥処理システムは、運転エネルギー消費を抑えられる。
特開２０１０－２５３３５５号公報
　上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る膜分離活性汚泥処理方法は、排水を生物処理する工程と、この生物処理工程での処理水を膜分離する工程とを備える膜分離活性汚泥処理方法であって、上記膜分離工程で、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜及びこれらの複数本の中空糸膜の両端を固定する一対の保持部材を有する複数の濾過モジュールと、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュールとを用い、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理工程への排水の流入量の変動に応じ変動させる。
　また、上記課題を解決するためになされた本発明の別の態様に係る膜分離活性汚泥処理システムは、排水を生物処理する槽と、この生物処理槽での処理水を膜分離する装置とを備える膜分離活性汚泥処理システムであって、上記膜分離装置が、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜及びこれらの複数本の中空糸膜の両端を固定する一対の保持部材を有する複数の濾過モジュールと、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュールとを有し、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理槽への排水の流入量の変動に応じ変動させる。
図１は、本発明の一実施形態の膜分離活性汚泥処理システムの構成を示す模式図である。 図２は、図１の膜分離活性汚泥処理システムの膜分離装置における濾過モジュールによる濾過ブロックを示す模式的斜視図である。 図３は、図１の膜分離活性汚泥処理システムの制御装置の制御フローを示すフロー図である。
［本開示が解決しようとする課題］
　上記公報に開示される従来の膜分離活性汚泥処理システムでは、排水を安定して処理可能とするために、排水の流入量の変動を吸収できるだけの十分に大きな容量を有する調整槽を設ける必要がある。しかしながら、例えば昼間のみ稼働する工場等では、排水の流入量の変動が大きく、十分な容量を有する調整槽を設けることは、設備コストを大きく押し上げるという不都合がある。
　本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、運転エネルギー消費を抑止しつつ、調整槽を使用することなく排水の流入量変動に対応できる膜分離活性汚泥処理方法及び膜分離活性汚泥処理システムを提供することを課題とする。
［本開示の効果］
　本発明の一態様に係る膜分離活性汚泥処理システム及び別の態様に係る膜分離活性汚泥処理システムは、運転エネルギー消費を抑止しつつ、調整槽を使用することなく排水の流入量変動に対応できる。
［本発明の実施形態の説明］
　本発明の一態様に係る膜分離活性汚泥処理方法は、排水を生物処理する工程と、この生物処理工程での処理水を膜分離する工程とを備える膜分離活性汚泥処理方法であって、上記膜分離工程で、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜及びこれらの複数本の中空糸膜の両端を固定する一対の保持部材を有する複数の濾過モジュールと、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュールとを用い、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理工程への排水の流入量の変動に応じ変動させる。
　当該膜分離活性汚泥処理方法は、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量を上記生物処理工程への排水の流入量の変動に応じ変動させることによって、中空糸膜を通過する被処理水の流束が中空糸膜に目詰まりを発生させる流量を超えないように処理水の排出量を調整する。このため、当該膜分離活性汚泥処理方法は、調整槽を必要としない。また、当該膜分離活性汚泥処理方法は、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理工程への排水の流入量の変動に応じ変動させるので、処理済水の吸引及び気泡供給に必要なエネルギーを最小化できる。従って、当該膜分離活性汚泥処理方法は、運転エネルギー消費を抑止しつつ、調整槽を使用することなく排水の流入量変動に対応できる。
　上記洗浄モジュールの気泡供給量の変動率が上記濾過モジュールの吸引量の変動率よりも大きくなるように気泡供給量を変動させるとよい。本発明者らは、例えば濾過モジュールの吸引量を半分に変動させた場合、この濾過モジュールへの気泡供給量を半分未満に変動させても濾過モジュールの洗浄に必要とされる洗浄力を維持することができることを見出した。従って、洗浄モジュールの気泡供給量の変動率を濾過モジュールの吸引量の変動率よりも大きくすることで、濾過モジュールの洗浄に必要とされる洗浄力を維持しつつ、さらに運転エネルギー消費を抑えられる。ここで、「変動率」とは、気泡供給量又は吸引量Ｖ０と、単位時間、例えば１分経過後の気泡供給量又は吸引量Ｖ１とを用いて、（Ｖ１－Ｖ０）／Ｖ０で表される値をいう。
　日平均流入量の排水を処理する際の上記洗浄モジュールの基準気泡供給量に対する上記洗浄モジュールの時間平均気泡供給量の比としては、０．１倍以上４倍以下が好ましい。上記洗浄モジュールの時間平均気泡供給量の比を上記範囲内とすることで、洗浄力を維持しつつ、運転エネルギー消費をさらに抑えることができる。なお、「時間平均」とは、１時間の積算値を単位時間で除して算出した量を意味し、「日平均」は、上記時間平均を算出した時刻の前後１２時間の範囲における時間平均の平均を意味する。また、「日平均流入量の排水を処理する際の基準気泡供給量」とは、生物処理工程への排水の流入量が日平均流入量に等しい際に設定される洗浄モジュールの気泡供給量を意味し、例えば日平均を算出する時間帯において、生物処理工程への排水の流入量が日平均流入量に等しい時に供給される洗浄モジュールの平均気泡供給量を用いることができる。
　上記生物処理工程への上記排水の日平均流入量に対する上記排水の時間平均流入量の比としては、０．２倍以上２倍以下が好ましい。上記排水の時間平均流入量の比を上記範囲内とすることで、活性汚泥の減少を抑止しつつ、運転エネルギー消費をさらに抑えることができる。
　上記複数の濾過モジュール及び複数の洗浄モジュールを連続運転するとよい。このように複数の濾過モジュール及び複数の洗浄モジュールを連続運転することで、間欠運転するよりも運転エネルギー消費をさらに抑えることができる。
　本発明の別の態様に係る膜分離活性汚泥処理システムは、排水を生物処理する槽と、この生物処理槽での処理水を膜分離する装置とを備える膜分離活性汚泥処理システムであって、上記膜分離装置が、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜及びこれらの複数本の中空糸膜の両端を固定する一対の保持部材を有する複数の濾過モジュールと、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュールとを有し、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理槽への排水の流入量の変動に応じ変動させる。
　当該膜分離活性汚泥処理システムは、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量を上記生物処理槽への排水の流入量の変動に応じ変動させることによって、中空糸膜を通過する被処理水の流束が中空糸膜に目詰まりを発生させる流量を超えないように処理水の排出量を調整する。このため、当該膜分離活性汚泥処理システムは、調整槽を必要としない。また、当該膜分離活性汚泥処理システムは、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理槽への排水の流入量の変動に応じ変動させるので、処理済水の吸引及び気泡供給に必要なエネルギーを最小化できる。従って、当該膜分離活性汚泥処理システムは、運転エネルギー消費を抑止しつつ、調整槽を使用することなく排水の流入量変動に対応できる。
　上記生物処理槽への排水の流入量を調整する槽を有しないとよい。このように、上記生物処理槽への排水の流入量を調整する槽を有しないことによって、設備コストが抑制される。
［本発明の実施形態の詳細］
　以下、本発明に係る膜分離活性汚泥処理システムの実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
［膜分離活性汚泥処理システム］
　図１の膜分離活性汚泥処理システムは、排水を生物処理する生物処理槽１と、この生物処理槽１での処理水を膜分離する膜分離装置２とを備える。
　当該膜分離活性汚泥処理システムは、上記生物処理槽１への排水の流入量を調整する調整槽を有しない。このため、当該膜分離活性汚泥処理システムは、設置スペース及び設備コストを抑制できる。
〔生物処理槽〕
　生物処理槽１は、流入する新たな排水と処理中の排水とが混合された被処理水を貯留する水槽である。この生物処理槽１には、発生源から排水が直接流入する。
　上記生物処理槽１への上記排水の日平均流入量に対する上記排水の時間平均流入量の比の下限としては、０．２倍が好ましく、０．３倍がより好ましく、０．５倍がさらに好ましい。一方、上記排水の時間平均流入量の比の上限としては、２倍が好ましく、１．６倍が好ましく、１．５倍がさらに好ましい。上記排水の時間平均流入量の比が上記下限未満であると、微生物の塊である活性汚泥のエネルギー源が不足し、微生物の死滅により活性汚泥が維持されず減少するおそれがある。逆に、上記排水の時間平均流入量の比が上記上限を超えると、運転エネルギー消費の低減効果が十分に得られないおそれがある。なお、中規模以上の都市における排水の日平均流入量に対する排水の時間平均流入量の比の最大値は、１．３～１．８倍程度とされる（「下水道施設計画・設計指針と解説」前編―２００９年版－、社団法人日本下水道協会、ｐ．４０）。従って、上記排水の時間平均流入量の比を上記上限以下とすることで、運転エネルギー消費を抑止しつつ、当該膜分離活性汚泥処理システムを中規模以上の都市の排水処理に好適に用いることができる。
　生物処理槽１内の被処理水には活性汚泥（好気性の微生物）が含有されている。活性汚泥は、被処理水中の有機物を酸化分解又は吸収分離する。
　生物処理槽１は、仕切部３を有し、活性汚泥が高濃度に付着する担体４とこの担体４の下方に空気を供給する散気装置５とを有する生物処理部６と、膜分離装置２が配設される分離部７とに区分されている。生物処理部６と分離部７とは互いに連通しており、後述するように膜分離装置２により分離部７から処理済水が排出されることによって、生物処理部６から分離部７に被処理水が流入する。
（担体）
　担体４の構造としては、複数の活性汚泥を付着維持できる構造であれば特に限定されず、例えば複数の孔を有する多孔質膜等とすることができる。また、この担体４の材質としては特に限定されないが、強度、耐薬品性、空孔形成容易性等の観点からポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を用いることが好ましい。なお、凝集剤を用いて担体４に活性汚泥を付着させてもよい。
　この担体４は、生物処理槽１内に固定してもよく、揺動又は流動するように配置してもよいが、散気装置５から供給される気泡によって担持する活性汚泥に効率よく酸素を供給できるよう配設されることが好ましい。
　なお、活性汚泥は活性汚泥添加槽及び活性汚泥添加配管（図示せず）を通して生物処理槽１内又は担体４に適宜供給することができる。また、膜分離装置２は、生物処理槽１内の活性汚泥の量を撮影等により観測し、活性汚泥の量が下限値以下になった場合に自動で活性汚泥を供給する装置を備えてもよい。
　また、膜分離装置２は、生物処理槽１内の活性汚泥の量が上限値以上になった場合に生物処理槽１の底部から、好ましくは分離部７の底部から活性汚泥を引き抜くことができるよう構成される。膜分離装置２は、この活性汚泥の引き抜きを自動で行う装置を備えてもよい。
（散気装置）
　散気装置５は、生物処理槽１内の被処理水中の活性汚泥、特に担体４に担持されている活性汚泥に酸素を含む空気を供給する。つまり、散気装置５は、酸素の供給によって活性汚泥による有機物の低減を促進する。
〔膜分離装置〕
　膜分離装置２は、被処理水を濾過できる複数の濾過モジュール８と、この複数の濾過モジュール８に接続され、濾過モジュール８が濾過した処理済水を吸引して排出（濾過モジュール８を運転）する複数の排出機構９と、濾過モジュール８の下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュール１０と、排出機構９及び洗浄モジュール１０を制御する制御装置１１とを備える。
　当該膜分離活性汚泥処理システムは、膜分離装置２が制御装置１１を備えることによって、後で詳しく説明するように、各濾過モジュール８の処理済水の吸引量及び洗浄モジュール１０の気泡供給量を生物処理槽１への排水の流入量の変動に応じ変動させることができる。このため、当該膜分離活性汚泥処理システムは、調整槽を使用することなく排水の流入量変動に対応できる。
＜濾過モジュール＞
　濾過モジュール８は、図２に示すように、上下に引き揃えられる複数本の中空糸膜１２と、これらの複数本の中空糸膜１２の上端を固定する上側保持部材１３と、この上側保持部材１３と対をなし、上記複数本の中空糸膜１２の下端を固定する下側保持部材１４とをそれぞれ有する。
　膜分離装置２において、複数の濾過モジュール８は、上側保持部材１３及び下側保持部材１４が棒状に形成され、その軸方向（長手方向）に沿って複数本の中空糸膜１２がカーテン状に列設される。このようにカーテン状に列接される中空糸膜１２の束は、気泡が厚さ方向にその中心部まで比較的容易に入り込むことができるので、後述する洗浄モジュール１０による洗浄効率に優れる。
　また、膜分離装置２において、複数の濾過モジュール８は、平行かつ等間隔に配設される。換言すると、複数の濾過モジュール８は、上側保持部材１３及び下側保持部材１４の長手方向の軸がそれぞれ平行かつ等間隔になるよう保持される。
　また、濾過モジュール８は、対をなす上側保持部材１３と下側保持部材１４との間隔（直線距離）が中空糸膜１２の平均有効長さよりも短くなるよう保持されることによって、複数本の中空糸膜１２が弛みを有することが好ましい。より具体的には、中空糸膜１２の平均有効長さが有効部分の両端間の平均直線距離（上側保持部材１３の中空糸膜１２を把持する部分の下面の中心と下側保持部材１４の中空糸膜１２を把持する部分の上面の中心との直線距離）よりも大きいことが好ましい。なお、「平均有効長さ」とは、中空糸膜の保持部材に保持されていない部分の中心軸に沿う長さの平均を意味する。
　このように中空糸膜１２が弛みを有することにより、気泡が中空糸膜１２の束の内部に進入し易くなると共に、中空糸膜１２が揺動してその振動により洗浄効果を促進することができる。
（中空糸膜）
　中空糸膜１２は、水を透過させる一方、被処理水に含まれる不純物の透過を阻止する多孔性の膜を管状に成形したものである。
　中空糸膜１２としては、熱可塑性樹脂を主成分とするものを用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン－ビニルアルコール共重合体、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリサルホン、ポリビニルアルコール、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、酢酸セルロース、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。これらの中でも機械的強度、耐薬品性、耐熱性、耐候性、不燃性等に優れ、多孔質性を有するＰＴＦＥが好ましく、１軸又は２軸延伸したＰＴＦＥがより好ましい。なお、中空糸膜１２の形成材料には、他のポリマー、潤滑剤などの添加剤等が適宜配合されていてもよい。
（上側保持部材）
　上側保持部材１３は、保持する複数本の中空糸膜１２の内腔と連通する内部空間を形成し、この内部空間から中空糸膜１２によって濾過された処理済水を排出する排水ノズル１３ａを有する。
（下側保持部材）
　下側保持部材１４は、中空糸膜１２の下端を保持する。下側保持部材１４は、上記上側保持部材１３と同様に内部空間を形成してもよく、中空糸膜１２の開口を閉塞するような方法で中空糸膜１２の下端を保持してもよい。
　なお、濾過モジュール８は、取り扱い（運搬、設置、交換等）を容易にするために、上側保持部材１３と下側保持部材１４との間を連結する連結部材を有していてもよい。このような連結部材としては、例えば金属製の支持棒や、樹脂製のケーシング（外筒）等が挙げられる。
＜排出機構＞
　排出機構９は、複数の濾過モジュール８から処理済水を吸引する吸引系を構成する。換言すると、膜分離装置２の複数の濾過モジュール８は、図２に示すような複数の濾過ブロックに区分され、各濾過ブロックに処理済水を吸引する排出機構９が設けられる。
　具体的には、複数の排出機構９は、複数の濾過モジュール８の排水ノズル１３ａに接続され、中空糸膜１２によって被処理水を濾過した処理済水を集める集水配管１５と、この集水配管１５から処理済水を吸引する吸引ポンプ１６とをそれぞれ備える。
　当該膜分離活性汚泥処理システムでは、複数の濾過モジュール８を吸引系が共通する濾過モジュール８毎の複数の濾過ブロックとし、制御装置１１が、濾過ブロックに設けられた吸引ポンプ１６を制御する。従って、当該膜分離活性汚泥処理システムは、制御装置１１が制御する排出機構９の数すなわち濾過ブロックの数が濾過モジュール８の数に比べて少ないため、排水の流入量変動に対応するための制御を簡素化することができる。
＜洗浄モジュール＞
　洗浄モジュール１０は、図１及び図２に示すように、複数の濾過モジュール８の下方に配設される。この洗浄モジュール１０は、濾過ブロック毎に配設されることが好ましい。洗浄モジュール１０を濾過ブロック毎に配設することで、制御装置１１が対応する排出機構９と一組で制御できる。つまり、制御装置１１は、吸引ポンプ１６を制御するための情報を用いて対応する洗浄モジュール１０の気泡供給量を決定できる。従って、制御装置１１は洗浄モジュール１０の制御を簡素化することができる。
　洗浄モジュール１０は、気泡を吐出できるものであればよいが、例えば図１及び図２に示すように、空気を供給する空気供給器１７と、濾過モジュール８の下方に配設される複数の空気ヘッダー１８とを有し、この各空気ヘッダー１８に複数の気泡吐出口１９が形成されたものとすることができる。
（空気供給器）
　空気供給器１７としては、例えばブロワー、コンプレッサー等を用いることができる。
（空気ヘッダー）
　空気ヘッダー１８は、例えばパイプ等で構成することができる。より具体的には、空気ヘッダー１８は、図２に示すように、濾過モジュール８に一対一に対応し、平面視で中空糸膜１２の存在領域に沿って延在する１又は複数のパイプ１８ａを有することが好ましい。気泡吐出口１９は、各パイプ１８ａに一列に並んで形成するとよい。
（気泡吐出口）
　気泡吐出口１９は、中空糸膜１２の存在領域の長手方向に列をなして形成されることが好ましい。気泡吐出口１９が存在領域の長手方向に列設されることによって、気泡吐出口１９から放出される気泡が、カーテン状の中空糸膜１２の束に沿って上昇し、中空糸膜１２を擦過することによって、中空糸膜１２の外周面に付着している濁質等を効率よく除去することができる。
＜制御装置＞
　制御装置１１は、濾過モジュール８の処理済水の吸引量及び洗浄モジュール１０の気泡供給量を生物処理槽１への排水の流入量の変動に応じ変動させる。すなわち、制御装置１１は、生物処理槽１への排水の流入量を検出するセンサー２０からの入力信号に基づき、濾過モジュール８の処理済水の吸引量及び洗浄モジュール１０の気泡供給量を制御する。
　制御装置１１としては、例えばパーソナルコンピューター、プログラマブルロジックコントローラー等を用いることができる。また、上記センサー２０としては、生物処理槽１への排水の流入量を検出する流量計等を用いることができる。このような排水の流入量測定に好適な流量計としては、例えば堰式流量計等が挙げられる。
　濾過モジュール８（吸引ポンプ１６）の処理済水の吸引量は、センサー２０が検出した排水の流入量と、濾過モジュール８からの処理済水の合計排出量との差が０に近づくように制御するとよい。つまり、制御装置１１は、排水の流入量の増減に応じて、吸引ポンプ１６（濾過ブロック）の吸引量を増減するよう制御することが好ましい。また、洗浄モジュール１０の気泡供給量は、上記吸引ポンプ１６の吸引量の増減に応じて、増減させるとよい。つまり、制御装置１１は、濾過モジュール８（吸引ポンプ１６）の吸引量と連動して洗浄モジュール１０の気泡供給量を制御することが好ましい。
　この吸引ポンプ１６の吸引量の増減及び洗浄モジュール１０の気泡供給量の増減の制御方法は、特に限定されないが、例えば公知のＰＩＤ制御を用いることができる。
　図３にＰＩＤ制御を用いた制御装置１１の制御フローを示す。まず、制御装置１１は、センサー２０が検出した排水の流入量ｙｄと濾過モジュール８からの処理済水の合計排出量ｙとの差分ｅを算出する。この処理は一定時間毎にセンサー２０の検出値を確認して行う。ＰＩＤ制御では、このｅが０に近づくように制御する。具体的には、比例制御Ｐにおいて差分ｅに比例ゲインＫｐを乗じた比例要素、積分制御Ｉにおいて差分ｅの累積値に積分ゲインＫｉを乗じた積分要素、及び微分制御Ｄにおいて差分ｅの前回の処理との差分に微分ゲインＫｄを乗じた微分要素を加算した制御量ｕを用いる。ここで、比例要素は差分ｅが大きい場合に大きくなり、差分を０に近づける基本要素である。積分要素は差分ｅが累積した場合に大きくなり、合計排出量ｙが排水の流入量ｙｄと解離してしまうことを防ぐ要素である。微分要素は、前回と今回との差分ｅが大きい場合、すなわち排水の流入量ｙｄが急激に変化した場合に大きくなり、このような急激な変化に速やかに追従させるための要素である。制御装置１１は、この制御量ｕに基づいて吸引ポンプ１６の吸引量を増減させる。これにより濾過モジュール８からの処理済水の合計排出量ｙが目標値である排水の流入量ｙｄに近づく。
　また、洗浄モジュール１０の気泡供給量の制御量ｖは、吸引ポンプ１６の吸引量の制御量ｕを引数とする関数Ｈを用いて決定できる。これにより制御装置１１は、濾過モジュール８（吸引ポンプ１６）の吸引量ｙと連動して洗浄モジュール１０の気泡供給量ｚを制御することができる。
　また、制御装置１１は、洗浄モジュール１０の気泡供給量の変動率が濾過モジュール８の吸引量の変動率よりも大きくなるように気泡供給量を変動させるとよい。本発明者らは、例えば濾過モジュール８の吸引量を半分に変動させた場合、この濾過モジュール８への気泡供給量を半分未満に変動させても濾過モジュール８の洗浄に必要とされる洗浄力を維持することができることを見出した。この理由は、以下のように考えられる。濾過モジュール８の吸引量を半分に変動させた場合、濾過モジュール８の中空糸膜１２を通過する被処理水の流束が変動前の半分となる。さらに、この流速の低下により活性汚泥等の吸引力が低下するため、中空糸膜１２への活性汚泥の付着は、吸引量の変動前の半分未満となる。従って、この濾過モジュール８への気泡供給量を変動前の半分未満に変動させても濾過モジュール８の洗浄に必要とされる洗浄力を維持することができると考えられる。従って、洗浄モジュール１０の気泡供給量の変動率を濾過モジュール８の吸引量の変動率よりも大きくすることで、濾過モジュール８の洗浄に必要とされる洗浄力を維持しつつ、さらに運転エネルギー消費を抑えられる。洗浄モジュール１０の気泡供給量の変動率を濾過モジュール８の吸引量の変動率よりも大きくなるように制御する方法としては、特に限定されない。例えば図３の関数ＨとしてＫｑ×ｕｎ（ｎは奇数、Ｋｑは定数）を用いることができる。
　洗浄モジュール１０の気泡供給量の変動率の濾過モジュール８の吸引量の変動率に対する比の下限としては、１．０５が好ましく、１．１がより好ましく、１．２がさらに好ましい。一方、上記洗浄モジュール１０の気泡供給量の変動率の比の上限としては、１．４が好ましく、１．３５がより好ましく、１．３がさらに好ましい。上記洗浄モジュール１０の気泡供給量の変動率の比が上記下限未満である場合、運転エネルギー消費の低減効果が十分に得られないおそれがある。逆に、上記洗浄モジュール１０の気泡供給量の変動率の比が上記上限を超える場合、洗浄モジュール１０の気泡による洗浄力が不足するおそれがある。
　日平均流入量の排水を処理する際の上記洗浄モジュール１０の基準気泡供給量に対する上記洗浄モジュール１０の時間平均気泡供給量の比の下限としては、０．１倍が好ましく、０．２倍がより好ましく、０．３倍がさらに好ましい。一方、上記洗浄モジュール１０の時間平均気泡供給量の比の上限としては、４倍が好ましく、３．５倍が好ましく、３倍がより好ましい。上記洗浄モジュール１０の時間平均気泡供給量の比が上記下限未満であると、洗浄モジュール１０の洗浄力が不足するおそれがある。逆に、上記洗浄モジュール１０の時間平均気泡供給量の比が上記上限を超えると、運転エネルギー消費の低減効果が十分に得られないおそれがある。
　また、制御装置１１は、複数の濾過モジュール８及び複数の洗浄モジュール１０を連続運転するように制御するとよい。連続運転を行う場合、濾過モジュール８が停止している時間がないため、間欠運転する場合に比べて濾過モジュール８の平均吸引量を低くできる。また、濾過モジュール８の吸引量が低い場合、この濾過モジュール８への洗浄モジュール１０の気泡供給量は、連続運転時の平均吸引量と間欠運転時の平均吸引量の比以上に低減させても濾過モジュール８の洗浄に必要とされる洗浄力を維持することができる。このため、濾過モジュール８及び洗浄モジュール１０の合計運転エネルギー消費を間欠運転するよりもさらに抑えることができる。
　また、制御装置１１が、各濾過モジュール８の処理済水の吸引量が略等しくなるよう、複数の濾過モジュール８を制御することが好ましい。このように各濾過モジュール８の処理済水の吸引量を略等しくなるように制御することで、膜分離活性汚泥処理全体の運転エネルギー消費をさらに抑えることができる。なお、吸引ポンプ１６の出力が等しくなるように制御装置１１が吸引ポンプ１６を制御しても、濾過モジュール８が配設されている場所に対する依存性等により、各濾過モジュール８の吸引量が等しくならない場合がある。このような場合、制御装置１１が、吸引ポンプ１６のそれぞれの吸引量をセンサー等により検出された情報に基づいて処理済水の合計排出量を維持しつつ、複数の吸引ポンプ１６間の吸引量の差が小さくなるように濾過モジュール８をそれぞれ制御するとよい。
［膜分離活性汚泥処理方法］
　続いて、当該膜分離活性汚泥処理システムを用いて行われる本発明の一実施形態に係る膜分離活性汚泥処理方法について説明する。
　当該膜分離活性汚泥処理方法は、排水を生物処理する工程と、この生物処理工程での処理水を膜分離する工程とを備える。
＜生物処理工程＞
　生物処理工程では、上記生物処理槽１の主に生物処理部６において排水に由来する被処理水中の有機物を活性汚泥に酸化分解又は吸収分離させる。
＜膜分離工程＞
　膜分離工程では、膜分離装置２の濾過モジュール８及び排出機構９を用いて、被処理水を濾過することによって処理済水を得る。
　この膜分離工程では、濾過モジュール８の処理済水の吸引量及び洗浄モジュール１０の気泡供給量を上記生物処理工程への排水の流入量の変動に応じ変動させる。
［利点］
　当該膜分離活性汚泥処理システムは、濾過モジュール８の処理済水の吸引量を上記生物処理槽１（生物処理工程）への排水の流入量の変動に応じ変動させることによって、中空糸膜１２を通過する被処理水の流束が中空糸膜１２に目詰まりを発生させる流量を超えないように処理水の排出量を調整する。このため、当該膜分離活性汚泥処理システムは、調整槽を必要としない。また、当該膜分離活性汚泥処理システムは、濾過モジュール８の処理済水の吸引量及び洗浄モジュール１０の気泡供給量を上記生物処理槽１への排水の流入量の変動に応じ変動させるので、処理済水の吸引及び気泡供給に必要なエネルギーを最小化できる。従って、当該膜分離活性汚泥処理システムは、運転エネルギー消費を抑止しつつ、調整槽を使用することなく排水の流入量変動に対応できる。
［その他の実施形態］
　今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　上記実施形態では、当該膜分離活性汚泥処理システムの生物処理槽が仕切部を有し、生物処理部から分離部に被処理水が流入して処理される場合を説明したが、この仕切部は必須の構成要件ではなく、省略可能である。仕切部を省略する場合、当該膜分離活性汚泥処理システムを用いて行われる膜分離活性汚泥処理では、被処理水に対して生物処理と膜分離とが生物処理槽内で並行して行われる。
　また、当該膜分離活性汚泥処理システムは、被処理水を生物処理する生物処理槽と、濾過モジュールが配設されて被処理水を濾過する濾過槽とを備え、生物処理槽から被処理水を濾過槽へ供給し、濾過槽から汚泥を生物処理槽に返送するものであってもよい。
　当該膜分離活性汚泥処理システムは、濾過モジュール毎に排出機構を有し、濾過モジュール毎に制御することで、濾過モジュールの処理済水の吸引量を変動させるよう構成されてもよい。
　当該膜分離活性汚泥処理システムの洗浄モジュールは、空気供給器として、コンプレッサー等から供給される圧縮空気を貯留するタンク等を有するものであってもよい。特に、空気供給器として圧縮空気を貯留するタンクを用いる場合には、複数の洗浄モジュールで空気供給器を共用化しても空気供給器のエネルギー効率を低下させ難い。
　また、当該膜分離活性汚泥処理システム及び当該膜分離活性汚泥処理方法において、排水の流入量は、例えば生物処理槽の液面高さを検出する液面計を用いて検出してもよい。具体的には、液面計により検出される生物処理槽における被処理水の貯留量の変化量と、運転している濾過モジュールの被処理水の排出量とから、生物処理槽への排水の流入量を算出することができる。また、液面計を用いる場合には、排水の流入量を数値として算出するのではなく、間接的に排水の流入量に応じて濾過モジュールの処理済水の吸引量を変化させるよう制御してもよい。このような制御方法の一例としては、一定時間毎に液面計で生物処理槽の液面高さを確認し、液面高さに応じて予め設定された吸引量となるように吸引ポンプを制御する方法が挙げられる。
　当該膜分離活性汚泥処理システムは、排水の流入量を調整する調整槽を有してもよい。例えば比較的小容量の調整槽を設けることによって、排水流入量のピークをカットすることができ、濾過モジュールの配設数を低減することができる。
１　生物処理槽
２　膜分離装置
３　仕切部
４　担体
５　散気装置
６　生物処理部
７　分離部
８　濾過モジュール
９　排出機構
１０　洗浄モジュール
１１　制御装置
１２　中空糸膜
１３　上側保持部材
１３ａ　排水ノズル
１４　下側保持部材
１５　集水配管
１６　吸引ポンプ
１７　空気供給器
１８　空気ヘッダー
１８ａ　パイプ
１９　気泡吐出口
２０　センサー

Claims (7)

  1. 　排水を生物処理する工程と、この生物処理工程での処理水を膜分離する工程とを備える膜分離活性汚泥処理方法であって、
    　上記膜分離工程で、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜及びこれらの複数本の中空糸膜の両端を固定する一対の保持部材を有する複数の濾過モジュールと、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュールとを用い、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理工程への排水の流入量の変動に応じ変動させる膜分離活性汚泥処理方法。
  2. 　上記洗浄モジュールの気泡供給量の変動率が上記濾過モジュールの吸引量の変動率よりも大きくなるように気泡供給量を変動させる請求項１に記載の膜分離活性汚泥処理方法。
  3. 　日平均流入量の排水を処理する際の上記洗浄モジュールの基準気泡供給量に対する上記洗浄モジュールの時間平均気泡供給量の比が０．１倍以上４倍以下である請求項１又は請求項２に記載の膜分離活性汚泥処理方法。
  4. 　上記生物処理工程への上記排水の日平均流入量に対する上記排水の時間平均流入量の比が０．２倍以上２倍以下である請求項１、請求項２又は請求項３に記載の膜分離活性汚泥処理方法。
  5. 　上記複数の濾過モジュール及び複数の洗浄モジュールを連続運転する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理方法。
  6. 　排水を生物処理する槽と、この生物処理槽での処理水を膜分離する装置とを備える膜分離活性汚泥処理システムであって、
    　上記膜分離装置が、一方向に引き揃えられる複数本の中空糸膜及びこれらの複数本の中空糸膜の両端を固定する一対の保持部材を有する複数の濾過モジュールと、上記濾過モジュールの下方から気泡を供給する複数の洗浄モジュールとを有し、上記濾過モジュールの処理済水の吸引量及び上記洗浄モジュールの気泡供給量を上記生物処理槽への排水の流入量の変動に応じ変動させる膜分離活性汚泥処理システム。
  7. 　上記生物処理槽への排水の流入量を調整する槽を有しない請求項６に記載の膜分離活性汚泥処理システム。
     
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