WO2019163423A1 - 好気性生物処理装置 - Google Patents

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aeration
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哲朗 深瀬
小林　秀樹
太郎 駒井
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栗田工業株式会社
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    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to an aerobic biological treatment apparatus for organic wastewater.
  • the aerobic biological treatment method is widely used as a treatment method for organic wastewater because it is inexpensive. In this method, it is necessary to dissolve oxygen in the water to be treated, and aeration with a diffuser is usually performed.
  • Aeration with a diffuser has a low dissolution efficiency of about 5-20%.
  • more than 2/3 of the power cost in aerobic biological treatment is used for oxygen dissolution.
  • MABR Membrane aeration bioreactor
  • An object of the present invention is to provide an aerobic biological treatment apparatus capable of maintaining the pH of a reaction vessel in the vicinity of neutrality without adding or little neutralizing agent.
  • An aerobic biological treatment apparatus includes a reaction tank, an oxygen-dissolving membrane module installed in the reaction tank, an oxygen-containing gas supply unit that supplies an oxygen-containing gas to the oxygen-dissolving membrane module, PH measuring means for measuring the pH in the reaction tank, and aeration means for aeration and decarboxylation in the reaction tank when the measured pH value of the pH measuring means becomes a predetermined value or less.
  • An aerobic biological treatment apparatus includes a reaction tank, an oxygen-dissolving membrane module installed in the reaction tank, an oxygen-containing gas supply unit that supplies an oxygen-containing gas to the oxygen-dissolving membrane module, And aeration means for intermittently aeration and decarboxylation inside the reaction vessel.
  • the oxygen-dissolving membrane module includes a non-porous oxygen-dissolving membrane.
  • the oxygen-dissolving film is hydrophobic.
  • a fluidized bed carrier is filled in the reaction vessel.
  • the reaction tank is aerated when the pH in the reaction tank drops below a predetermined value or intermittently. This aeration decarboxylates the reaction tank and raises the pH. Therefore, the pH in the reaction vessel can be maintained near neutral without adding or little neutralizing agent.
  • FIG. 1 It is a longitudinal cross-sectional view of the biological treatment apparatus which concerns on embodiment.
  • (A) is a side view of an oxygen-dissolved membrane unit
  • (b) is a perspective view of the oxygen-dissolved membrane unit.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an aerobic biological treatment apparatus 1 according to an embodiment.
  • This aerobic biological treatment apparatus 1 includes a reaction tank (tank body) 2, a perforated plate such as a punching plate installed horizontally below the reaction tank 2, and a plurality of dispersion nozzles uniformly provided on a flat plate A large-diameter particle layer 4 formed above the water-permeable plate 3, a small-diameter particle layer 5 formed above the large-diameter particle layer 4, and a powder above the small-diameter particle layer 5.
  • a fluidized bed F formed by filling a bioadhesive carrier such as granular activated carbon, an oxygen-dissolving membrane module 6 at least partially disposed in the fluidized bed F, and a receiving chamber formed below the water-permeable plate 3. 7, a raw water spray pipe 8 for supplying raw water into the receiving chamber 7, a diffuser pipe 9 installed in the receiving chamber 7, and the like. Air is supplied to the air diffuser 9 from a compressor (or blower) 13.
  • a trough 10 and an outlet 11 for flowing out treated water are provided in the upper part of the reaction tank 2.
  • the trough 10 forms an annular flow path along the inner wall of the tank.
  • a pH meter 14 for measuring the pH in the reaction vessel 2 is provided at the upper part of the reaction vessel 2, and the measured value of this pH meter is input to the controller 14.
  • the compressor 13 is controlled by the controller 14.
  • FIG. 1 shows that the reaction vessel is filled with a fluidized bed carrier, and the biofilm adheres to the surface of the oxygen-dissolved membrane by the shearing force caused by the flow of the carrier so that most of the biofilm adheres to the fluidized bed carrier.
  • the oxygen-dissolved film is used only for the purpose of supplying oxygen.
  • the oxygen-dissolving membrane acts as MABR, that is, the biofilm adheres to the surface of the oxygen-dissolving membrane and is dissolved and supplied from the primary side of the oxygen-dissolving membrane.
  • the treated oxygen is consumed by the secondary biofilm and the aerobic biological treatment is performed.
  • a non-porous oxygen-dissolving film is used as the oxygen-dissolving film, and an oxygen-containing gas is vented from the outside of the tank to the primary side of the oxygen-dissolving film through the pipe, and the exhaust is discharged outside the tank through the pipe. It is configured to do. Therefore, an oxygen-containing gas is passed through the oxygen-dissolved film at a low pressure, passes oxygen as oxygen molecules between constituent atoms of the oxygen-dissolved film (dissolves in the film), and is brought into contact with the water to be treated as oxygen molecules. Since oxygen is dissolved directly in water, no bubbles are generated.
  • This method uses a molecular diffusion mechanism based on a concentration gradient, and does not require aeration using a diffuser tube as in the prior art.
  • hydrophobic material it is preferable to use a hydrophobic material as the material for the oxygen-dissolving film because it is difficult to be immersed in the film. A trace amount of water vapor enters even a hydrophobic film.
  • FIG. 2 shows an example of the oxygen-dissolving membrane module 6.
  • This oxygen dissolution membrane module 6 uses a non-porous hollow fiber membrane 22 as an oxygen dissolution membrane.
  • the hollow fiber membranes 22 are arranged in the vertical direction, and the upper end of each hollow fiber membrane 22 is connected to the upper header 20 and the lower end is connected to the lower header 21.
  • the interior of the hollow fiber membrane 22 communicates with the upper header 20 and the lower header 21, respectively.
  • Each header 20, 21 is a hollow tube. Even when a flat membrane or a spiral membrane is used, it is desirable to arrange the ventilation direction to be the vertical direction.
  • each upper header 20 are preferably connected to the upper manifold 23, and one end or both ends of each lower header 21 are preferably connected to the lower manifold 24.
  • An oxygen-containing gas is supplied to the upper part of the oxygen-dissolving membrane module 6 through the air supply pipe 27 and discharged from the lower part of the oxygen-dissolving membrane module 6 to the outside of the tank through the discharge pipe 29.
  • Oxygen-containing gas such as air flows from the upper header 20 through the hollow fiber membrane 22 to the lower header 21, during which oxygen passes through the hollow fiber membrane 22 and dissolves in the water in the reaction vessel 2.
  • Each header 20, 21 and each manifold 23, 24 may be provided to have a running water gradient.
  • the oxygen-dissolving membrane module 6 may be installed in multiple stages up and down.
  • a blower 26 and an air supply pipe 27 are provided, and these constitute oxygen-containing gas supply means.
  • the air supply pipe 27 is connected to the upper manifold 23.
  • a relay pipe 28 for exhaust gas is connected to the lower manifold 24.
  • a discharge pipe 29 is connected to the relay pipe 28.
  • the discharge pipe 29 is provided so as to have a downward slope (including a vertically downward direction), and extends to the outside of the reaction tank 2. In FIG. 1, the discharge pipe 29 is drawn to the side of the reaction tank 2, but may be drawn downward from the bottom of the reaction tank 2.
  • the remainder of the oxygen-containing gas that did not dissolve in the oxygen-dissolving film is exhausted outside the tank through the discharge pipe 29.
  • the end of the pipe 29 is arranged to be lower than the lower end of the oxygen-dissolving membrane module 6 (the lowest one among the lower ends of the modules when there are a plurality of modules 6). Therefore, when the condensed water is contained in the exhaust gas, the condensed water flows out to the tank 32 below the discharge pipe 29.
  • the water in the tank 32 may be sent to the reaction tank 2 by the pump 33 and the pipe 34.
  • An exhaust gas pipe 30 for exhausting the exhaust gas to the outside of the tank may be connected to the discharge pipe 29 inside or outside the tank.
  • the condensed water is discharged through the discharge pipe 29. Therefore, the exhaust part at the end of the exhaust gas pipe 30 which is branched and provided separately may be arranged at a position higher than the lower end of the oxygen-dissolving membrane module.
  • the exhaust gas pipe 30 is configured only ascending or vertically upward without having a descending slope.
  • a valve (not shown) may be provided on the downstream side of the branch point of the discharge pipe 29 with the exhaust gas pipe 30 so that the condensed water flows out into the tank 32 by opening the valve.
  • the valve may be either an automatic valve or a manual valve.
  • the valve for discharging the condensed water may be opened continuously or intermittently. In the case of intermittent operation, in normal operation, once a day to once every 30 days (at most once a day, at least once a month for 10 seconds), preferably once a day Drain by opening the valve once every 15 days.
  • raw water is introduced into the receiving chamber 7 through the spray pipe 8, and is circulated upward through the water permeable plate 3 and the large and small diameter particle layers 4 and 5, and SS is generated. Then, in the fluidized bed F of the granular activated carbon adhered to the biofilm, the water is flowed upward in a transient manner, undergoes a biological reaction, and is taken out as treated water from the upper clarified region through the trough 10 and the outlet 11.
  • the controller 15 activates the compressor 13 and the air from the air diffuser 9 And the inside of the reaction tank 2 is aerated.
  • a measured value for example, a value selected from 4 to 6.5
  • the controller 15 activates the compressor 13 and the air from the air diffuser 9 And the inside of the reaction tank 2 is aerated.
  • the inside of the reaction tank 2 is decarboxylated and the pH rises.
  • This aeration may be performed until the pH in the reaction tank 2 becomes higher than the predetermined value, or may be performed until a set value set higher than the predetermined value is reached.
  • the carbonic acid accumulated between the carriers activateated carbon
  • the excess sludge on the surface of the carrier can be peeled off by the shearing force of the water flow and discharged out of the reaction tank 2 to suppress the sticking between the carriers and to prevent the uneven flow in the reaction tank 2.
  • aeration may be periodically performed to remove or discharge excess sludge.
  • Oxygen-containing gas such as air supplied from the air supply pipe 27 flows downward through the oxygen-dissolving membrane module 6, and then flows out from the lower end position of the oxygen-dissolving module 6 through the lower header 21 and the lower manifold 24 to exhaust air. Is discharged from the exhaust pipe 29 (or from the exhaust gas pipe 30 when the exhaust gas pipe 30 is provided) into the atmosphere. The condensed water flows out to the tank 32 through the discharge pipe 29.
  • a non-porous oxygen-dissolving membrane is installed in a fluidized bed of a biological carrier such as activated carbon to increase the amount of oxygen supplied, there is no upper limit to the organic wastewater concentration of the target raw water.
  • the biological carrier since the biological carrier is operated in a fluidized bed, it is not exposed to intense disturbance. Therefore, since a large amount of organisms can be stably maintained, the load can be increased.
  • the dissolution power of oxygen is small compared to preaeration and direct aeration.
  • the pH in the reaction tank 2 is maintained in the vicinity of neutrality with little or no use of a neutralizing agent, and organic wastewater from a low concentration to a high concentration is heavily loaded. In addition, it is possible to stably process at a low cost.
  • Activated carbon is suitable as the biological carrier.
  • the filling amount of the fluidized bed carrier is preferably about 30 to 70%, particularly about 40 to 60% of the volume of the reaction vessel.
  • the larger the filling amount the more the biomass and the higher the activity.
  • the carrier may flow out. Therefore, it is preferable to pass water through an LV in which the fluidized bed develops about 20 to 50%.
  • a gel material other than activated carbon a porous material, a non-porous material, etc. can be used under the same conditions.
  • polyvinyl alcohol gel, polyacrylamide gel, polyurethane foam, calcium alginate gel, zeolite, plastic and the like can also be used.
  • activated carbon when activated carbon is used as the carrier, it is possible to remove a wide range of pollutants by the interaction between the activated carbon adsorption and biodegradation.
  • the average particle diameter of the activated carbon is preferably 0.2 to 1.2 mm, particularly preferably about 0.3 to 0.6 mm.
  • the average particle size is large, it is possible to increase the LV, and when a part of the treated water is circulated to the reaction tank, the amount of circulation can be increased, so that a high load is possible.
  • the specific surface area is small, the biomass is reduced. If the average particle size is small, the pump power can be reduced because it can flow at a low LV. And since the specific surface area is large, the amount of attached organisms increases.
  • the expansion ratio of activated carbon is preferably about 20 to 50%. If the expansion rate is lower than 20%, there is a possibility of clogging and short circuit. If the development rate is higher than 50%, there is a risk of carrier outflow, and the pump power cost increases.
  • the development rate of the activated carbon fluidized bed is about 10 to 20%, but in this case, the activated carbon flow is uneven and flows vertically and horizontally. As a result, the membrane installed at the same time is rubbed by activated carbon and worn out.
  • the fluidized bed carrier such as activated carbon needs to be sufficiently fluidized, and the development rate is desirably 20% or more.
  • the particle size of the carrier is preferably smaller than that of normal biological activated carbon.
  • activated carbon it is not specifically limited, such as coconut charcoal, coal, charcoal.
  • the shape is preferably spherical charcoal, but may be ordinary granular charcoal or crushed charcoal.
  • the oxygen-containing gas may be a gas containing oxygen, such as air, oxygen-enriched air, or pure oxygen. It is desirable that the gas to be vented passes through a filter to remove fine particles in advance.
  • the aeration rate is preferably about twice the amount of oxygen required for biological reactions. If it is less than this, BOD and ammonia will remain in the treated water due to insufficient oxygen, and if it is greater, the air flow will be unnecessarily increased and the pressure loss will be increased, so the economy will be impaired.
  • the aeration pressure is slightly higher than the pressure loss of the hollow fiber generated at a predetermined aeration amount.
  • the flow rate in the reaction tank of the water to be treated is LV 7 m / hr or higher, and the low-concentration waste water having a TOC concentration of 20 mg / L or less can be treated in one pass without circulating the treated water. Pumping power can be reduced by a one-time process.
  • the oxygen dissolution rate is increased proportionally.
  • LV is high, it is preferable to use activated carbon having a large particle size so that the expansion rate is not so large. From the biomass and oxygen dissolution rate, the optimum LV range is about 7 to 30 m / hr, particularly about 8 to 15 m / hr.
  • the residence time is preferably set so that the tank load is 0.5 to 4 kg-TOC / m 3 / day.
  • the blower 26 is sufficient if the discharge wind pressure is equal to or lower than the water pressure coming from the water depth. However, it is necessary to be more than the pressure loss of piping. Usually, the pipe resistance is about 1 to 2 kPa.
  • a general-purpose blower having a pressure of 0.5 MPa or less can be used even at a water depth of 5 m or more, and a low-pressure blower of 0.1 MPa or less is preferably used.
  • the supply pressure of the oxygen-containing gas is higher than the pressure loss of the hollow fiber membrane, and the membrane must not be crushed by water pressure. Since the pressure loss of the flat membrane and the spiral membrane is negligible compared to the water pressure, the pressure is extremely low, about 5 kPa or more, water depth pressure or less, desirably 20 kPa or less.
  • the pressure loss varies depending on the inner diameter and length. Since the amount of air vent is a membrane 1 m 2 per 50 ⁇ 200 mL / day, film air quantity when the doubled length is doubled, the air quantity even Maku ⁇ becomes doubled only doubles Don't be. Therefore, the pressure loss of the membrane is directly proportional to the membrane length and inversely proportional to the diameter.
  • the value of pressure loss is about 3 to 20 kPa for hollow fibers having an inner diameter of 50 ⁇ m and a length of 2 m.
  • the pH meter is installed so as to measure the pH of the liquid in the reaction tank 2, but it may be installed so as to measure the pH of the treated water flowing out from the outlet 11.
  • the pH in the reaction tank 2 becomes a predetermined value or less, aeration and decarboxylation are performed, but in the present invention, the pH meter 14 is omitted, the compressor 13 is operated intermittently, The inside of the reaction tank 2 may be aerated intermittently (periodically) for decarboxylation.
  • intermittent aeration is preferably performed once every 5 minutes to 6 hours, particularly 10 minutes to 1 hour, and a single aeration time is preferably 5 seconds to 5 minutes, particularly 20 seconds to 1 minute. It is not limited.

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Abstract

好気性生物処理装置１は、反応槽（槽体）２と、該反応槽２の下部に水平に設置された透水板３と、該透水板３の上側に形成された大径粒子層４と、該大径粒子層４の上側に形成された小径粒子層５と、該小径粒子層５の上側に配置された酸素溶解膜モジュール６と、前記透水板３の下側に形成された受入室７と、該受入室７内に原水を供給する原水散布管８と、受入室７内において散気を行うように設置された散気管９等を有する。反応槽２内のｐＨが低下した場合、散気管９から散気して脱炭酸し、反応槽１内のｐＨを上昇させる。

Description

好気性生物処理装置
　本発明は、有機性排水の好気性生物処理装置に関する。
　好気性生物処理方法は安価であるため有機性廃水の処理法として多用されている。本方法では、被処理水への酸素の溶解が必要であり、通常は散気管による曝気が行われている。
　散気管による曝気は溶解効率が５～２０％程度と低い。また、散気管の設置される水深にかかる水圧以上の圧力で曝気することが必要であり、高圧で多量の空気を送風するため、ブロワの電力費が高い。通常は、好気性生物処理における電力費の２／３以上が酸素溶解のために使用されている。
　中空糸膜を用いたメンブレンエアレーションバイオリアクター（ＭＡＢＲ）は、気泡の発生なしで酸素溶解できる。ＭＡＢＲでは、水深にかかる水圧よりも低い圧力の空気を通気すればよいため、ブロワの必要圧力が低く、また、酸素の溶解効率が高い。
特開２００６－８７３１０号公報
　ＭＡＢＲ等気泡を発生させずに反応槽内で好気性生物処理を行うと、生物反応の結果生じた炭酸が反応槽内液に蓄積し、反応槽内のｐＨが低下し、生物処理が阻害される。
　また酸素溶解膜を用いて酸素供給する場合は反応槽内で生じた炭酸ガスの一部は、酸素溶解膜を水相側から気相側へ透過して反応槽外に排出されるが、この量は少なく、不十分である。
　本発明は、中和剤を全く又は殆ど添加することなく反応槽のｐＨを中性付近に維持することができる好気性生物処理装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様の好気性生物処理装置は、反応槽と、該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、反応槽内のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、該ｐＨ測定手段のｐＨ測定値が所定値以下となった場合に反応槽内を曝気して脱炭酸する曝気手段とを備えてなる。
　本発明の一態様の好気性生物処理装置は、反応槽と、該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、該反応槽内を間欠的に曝気して脱炭酸する曝気手段とを備えてなる。
　本発明の一態様では、酸素溶解膜モジュールは非多孔質の酸素溶解膜を備えている。
　本発明の一態様では、酸素溶解膜が疎水性である。
　本発明の一態様では、反応槽内に流動床担体が充填されている。
　本発明の好気性生物処理装置では、反応槽内のｐＨが所定値以下に低下したときに、又は間欠的に、反応槽を曝気する。この曝気により、反応槽が脱炭酸され、ｐＨが上昇する。そのため、中和剤を全く又は殆ど添加することなく、反応槽内のｐＨを中性付近に維持することができる。
実施の形態に係る生物処理装置の縦断面図である。 （ａ）は酸素溶解膜ユニットの側面図、（ｂ）は酸素溶解膜ユニットの斜視図である。
　以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。
　図１は実施の形態に係る好気性生物処理装置１の縦断面図である。この好気性生物処理装置１は、反応槽（槽体）２と、該反応槽２の下部に水平に設置されたパンチングプレート等の多孔板や、平板に複数の分散ノズルを均等に設けたものなどの透水板３と、該透水板３の上側に形成された大径粒子層４と、該大径粒子層４の上側に形成された小径粒子層５と、小径粒子層５の上側に粉粒状活性炭等の生物付着担体の充填により形成された流動床Ｆと、流動床Ｆ内に少なくとも一部が配置された酸素溶解膜モジュール６と、前記透水板３の下側に形成された受入室７と、該受入室７内に原水を供給する原水散布管８と、受入室７内に設置された散気管９等を有する。この散気管９にはコンプレッサ（又はブロワ）１３から空気が供給される。
　反応槽２の上部には、処理水を流出させるためのトラフ１０及び流出口１１が設けられている。トラフ１０は槽内壁に沿って環状流路を形成している。反応槽２の上部には、反応槽２内のｐＨを測定するｐＨ計１４が設けられており、このｐＨ計の測定値が制御器１４に入力されている。制御器１４によりコンプレッサ１３が制御される。
　図１は、反応槽に流動床担体を充填して、酸素溶解膜の表面への生物膜の付着を担体の流動による剪断力によって抑制して生物膜の大部分が流動床担体に付着するようにしたものであり、酸素溶解膜は酸素供給の目的のみに用いられる。一方、図示しないが、反応槽に流動床担体を充填しないときは、酸素溶解膜はＭＡＢＲとして作用する、つまり酸素溶解膜の表面に生物膜が付着して酸素溶解膜の一次側から溶解・供給された酸素が二次側の生物膜に消費されて好気性生物処理が行われる。
　図１では、酸素溶解膜として非多孔質（ノンポーラス）の酸素溶解膜を用い、酸素含有気体を槽外から配管を通じて酸素溶解膜の一次側に通気して、排気は配管を通じて槽外に排出するように構成している。そのため、酸素含有気体を、低圧で酸素溶解膜に通気し、酸素を酸素分子として酸素溶解膜の構成原子の間を通過し（膜に溶解し）、酸素分子として被処理水と接触させる。酸素を水に直接溶解させるので気泡が生じない。この方法は、濃度勾配による分子拡散のメカニズムを用いており、従来のように散気管などによる散気が不要となる。
　酸素溶解膜の素材として疎水性の素材を用いると膜中に浸水しづらいので好ましい。疎水性の膜であっても微量の水蒸気は浸入する。
　図２は、酸素溶解膜モジュール６の一例を示している。この酸素溶解膜モジュール６は酸素溶解膜として非多孔質の中空糸膜２２を用いたものである。この実施の形態では、中空糸膜２２は上下方向に配列されており、各中空糸膜２２の上端は上部ヘッダー２０に連なり、下端は下部ヘッダー２１に連なっている。中空糸膜２２の内部は、それぞれ上部ヘッダー２０及び下部ヘッダー２１内に連通している。各ヘッダー２０，２１は中空管状である。なお、平膜やスパイラル膜を用いる場合にも、通気方向が上下方向となるように配列されることが望ましい。
　図２（ｂ）の通り、１対のヘッダー２０，２１と中空糸膜２２とからなるユニットが複数個平行に配列されている。図２（ａ）の通り、各上部ヘッダー２０の一端又は両端が上部マニホルド２３に連結され、各下部ヘッダー２１の一端又は両端が下部マニホルド２４に連結されていることが好ましい。酸素溶解膜モジュール６の上部に給気配管２７を通じて酸素含有ガスを供給し、酸素溶解膜モジュール６の下部から排出配管２９を通じて槽外に排出する。空気等の酸素含有ガスは上部ヘッダー２０から中空糸膜２２を通って下部ヘッダー２１へ流れ、この間に酸素が中空糸膜２２を透過して反応槽２内の水に溶解する。
　各ヘッダー２０，２１及び各マニホルド２３，２４は流水勾配を有するように設けられてもよい。酸素溶解膜モジュール６は上下に多段に設置されてもよい。
　この酸素溶解膜モジュール６に空気を供給するために、ブロワ２６と給気配管２７とが設けられており、これらにより酸素含有ガス供給手段が構成されている。該給気配管２７が上部マニホルド２３に接続されている。下部マニホルド２４には排ガス用の中継配管２８が接続されている。中継配管２８に、排出配管２９が接続されている。排出配管２９は、下り勾配（鉛直下向きを含む）を有するように設けられ、反応槽２外にまで延設されている。図１では排出配管２９は反応槽２の側方に引き出されているが、反応槽２の底部から下方に引き出されてもよい。
　図１の通り、酸素溶解膜に溶解しなかった酸素含有気体の残部が排出配管２９を通じて槽外に排気される。配管２９の末端は、酸素溶解膜モジュール６の下端（モジュール６が複数のときは各モジュール下端の中で最も下位のもの）より低い位置となるよう配置されている。そのため、排気に凝縮水が含まれる場合は排出配管２９の下方のタンク３２に凝縮水が流出する。タンク３２内の水は、ポンプ３３及び配管３４によって反応槽２に送水されてもよい。
　槽内または槽外において、排出配管２９に、排気を槽外に排出する排ガス配管３０を接続してもよい。この場合、凝縮水は排出配管２９を通じて排出される。そのため、分岐して別途設けた排ガス配管３０の末端の排気部は、酸素溶解膜モジュールの下端より高い位置に配置されてもよい。凝縮水の溜まりができないようにするために、排ガス配管３０を、下り勾配を有さず上り勾配または鉛直上向きのみで構成することが好ましい。またこのとき排出配管２９の排ガス配管３０との分岐点より下流側にバルブ（図示略）を設け、バルブを開くことにより凝縮水がタンク３２に流出するように構成してもよい。
　バルブは自動弁、手動弁のいずれでもよい。凝縮水を排出するためのバルブの開放は、連続式でも間欠式でもよい。間欠式の場合は、通常の運転では、１日に１回～３０日に１回（多くても日に１回数秒、少なければ月に１回数十秒）、好ましくは１日に１回～１５日に１回、バルブを開くことにより排水する。
　このように構成された好気性生物処理装置１において、原水は散布管８を通じて受入室７に導入され、透水板３及び大径・小径の粒子層４，５を上向流通水されてＳＳが濾過され、次いで生物膜付着の粉粒状活性炭の流動床Ｆにおいて、一過式で上向流通水され生物反応を行って上部清澄領域からトラフ１０と流出口１１を通じて処理水として取り出される。
　ｐＨ計１４で測定される反応槽２内のｐＨが測定値（例えば４～６．５の間から選択された値）以下になると、制御器１５はコンプレッサ１３を作動させ、散気管９から空気を流出させ、反応槽２内を曝気する。この曝気により反応槽２内が脱炭酸され、ｐＨが上昇する。この曝気は、反応槽２内のｐＨが上記所定値よりも高くなるまで行われてもよく、上記所定値よりも高目に設定された設定値に達するまで行われてもよい。なお、この曝気を行うことにより、担体（活性炭）間に蓄積した炭酸が脱炭酸される。また、担体表面の余剰汚泥を水流の剪断力で剥離させて反応槽２外に排出し、担体同士の固着を抑制し、反応槽２内の偏流を防止することもできる。
　本発明では、ｐＨが前記所定値よりも高い場合であっても、定期的に曝気し、余剰汚泥の剥離、排出等を行ってもよい。
　給気配管２７から供給された空気等の酸素含有気体は、酸素溶解膜モジュール６を下向流通気した後、酸素溶解モジュール６の下端位置より下部ヘッダー２１、下部マニホルド２４を通じて流出し、排空気は排出配管２９から（または排ガス配管３０を設けたときは排ガス配管３０から）大気中へ排出される。凝縮水は排出配管２９を通じてタンク３２へ流出する。
　なお、酸素溶解膜として中空糸膜を用いるときは通気部の断面積が小さいため通気の阻害となりやすく影響が大きいので、酸素溶解膜が中空糸膜である好気性生物処理装置に上記の凝縮水の除去機構をより好適に用いることができる。
　本発明では、活性炭等の生物担体の流動床に非多孔性の酸素溶解膜を設置することで、供給酸素量が多くなるため、対象とする原水の有機性排水濃度に上限が無い。
　また、生物担体を流動床で運転するため、激しい撹乱にさらされることがない。したがって、多量の生物を安定して維持できるため、負荷を高くとることができる。
　また、本発明では酸素溶解膜を使用するため、プリエアレーション、直接曝気と比較すると、酸素の溶解動力が小さい。
　これらのことから、本発明によると、中和剤を全く又は殆ど使用することなく、反応槽２内のｐＨを、中性付近に維持し、低濃度から高濃度までの有機性排水を高負荷で、かつ安価に安定して処理することが可能となる。
＜生物担体＞
　生物担体としては、活性炭が好適である。
　流動床担体の充填量は反応槽の容積の３０～７０％程度、特に４０～６０％程度が好ましい。この充填量は、多いほうが生物量が多く活性は高いが、多すぎると担体が流出するおそれがある。従って、流動床が２０～５０％程度展開するＬＶで通水するのが良い。なお、流動床担体として活性炭以外のゲル状物質、多孔質材、非多孔質材等も同様の条件で使用できる。例えば、ポリビニルアルコールゲル、ポリアクリルアミドゲル、ポリウレタンフォーム、アルギン酸カルシウムゲル、ゼオライト、プラスチック等も用いることができる。ただし、担体として活性炭を用いると、活性炭の吸着作用と生物分解作用による相互作用により、広範囲な汚濁物質の除去を行うことが可能である。
　活性炭の平均粒径は０．２～１．２ｍｍ、特に０．３～０．６ｍｍ程度が好ましい。平均粒径が大きいと高ＬＶとすることが可能であり、処理水の一部を反応槽に循環する場合は循環量を増やせるため高負荷が可能となる。しかし、比表面積が小さくなるため、生物量が少なくなる。平均粒径が小さいと、低ＬＶで流動できるため、ポンプ動力が安価となる。かつ、比表面積が大きいため、付着生物量が増える。
　活性炭の展開率は、２０～５０％程度が好ましい。展開率が２０％よりも低いと、目詰まり、短絡のおそれがある。展開率が５０％よりも高いと、担体流出のおそれがあると共に、ポンプ動力コストが高くなる。
　通常の生物活性炭では、活性炭流動床の展開率は１０～２０％程度であるがこの場合、活性炭の流動状態が不均一で上下左右に流動する。結果として同時に設置した膜が活性炭によってこすられ、すり減って消耗することになる。これを防止するため、本発明では、活性炭等の流動床担体は十分に流動させることが必要で、展開率は２０％以上とするのが望ましい。このため、担体の粒径は通常の生物活性炭よりも小さいほうが好ましい。なお、活性炭の場合、やしがら炭、石炭、木炭等特に限定されない。形状は球状炭が好ましいが、通常の粒状炭や破砕炭でも良い。
＜酸素含有ガス＞
　酸素含有ガスは空気、酸素富化空気、純酸素等、酸素を含む気体であればよい。通気する気体はフィルターを通過させて微細粒子を予め除去することが望ましい。
　通気量は生物反応に必要な酸素量の等量から２倍程度が望ましい。これよりも少ないと酸素不足で処理水中にＢＯＤやアンモニアが残存し、多いと通気量が不必要に多くなることに加えて圧力損失が高くなるため、経済性が損なわれる。
　通気圧力は所定の通気量で生ずる中空糸の圧力損失よりもわずかに高い程度が望ましい。
＜被処理水の流速＞
　被処理水の反応槽内の流速はＬＶ７ｍ／ｈｒ以上とし、ＴＯＣ濃度２０ｍｇ／Ｌ以下の低濃度排水では処理水を循環せず、ワンパスで処理することもできる。一過式で処理するとポンプ動力削減することができる。
　ＬＶを高くすると、それに比例して酸素溶解速度が向上する。ＬＶが高い場合は、粒径が大きい活性炭を使い、展開率をあまり大きくしないようにするのが好ましい。生物量、酸素溶解速度から、最適ＬＶ範囲は７～３０ｍ／ｈｒ特に８～１５ｍ／ｈｒ程度である。
＜滞留時間＞
　槽負荷０．５～４ｋｇ－ＴＯＣ／ｍ３／ｄａｙとなるように滞留時間を設定するのが好ましい。
＜ブロワ＞
　ブロワ２６は、吐出風圧が水深からくる水圧以下のもので十分である。但し、配管等の圧損以上であることは必要である。通常、配管抵抗は１～２ｋＰａ程度である。
　５ｍの水深の場合、通常は０．５５ＭＰａ程度までの出力の汎用ブロワが用いられ、それ以上の水深では高圧ブロワが用いられてきている。
　本発明では、５ｍ以上の水深であっても０．５ＭＰａ以下の圧力の汎用ブロワを用いることができ、０．１ＭＰａ以下の低圧ブロワを用いることが好ましい。
　酸素含有ガスの供給圧は、中空糸膜の圧力損失より高く、さらに膜が水圧でつぶれないこと、が条件となる。平膜、スパイラル膜は膜の圧損が水圧と比較すると無視できるため、極めて低い圧力、５ｋＰａ程度以上、水深圧力以下、望ましくは２０ｋＰａ以下である。
　中空糸膜の場合、内径と長さによって圧力損失は変化する。通気する空気量は膜１ｍ２あたり５０～２００ｍＬ／ｄａｙであるから、膜長さが２倍になると空気量は２倍になり、膜径が２倍になっても空気量は２倍にしかならない。したがって、膜の圧力損失は膜長さに正比例し、直径に反比例する。
　圧力損失の値は、内径５０μｍ、長さ２ｍの中空糸で３～２０ｋＰａ程度である。
　上記実施の形態では、ｐＨ計を反応槽２内の液のｐＨを測定するように設置しているが流出口１１から流出した処理水のｐＨを測定するように設置されてもよい。
　上記実施の形態では、反応槽２内のｐＨが所定値以下になると曝気して脱炭酸するようにしているが、本発明では、ｐＨ計１４を省略し、コンプレッサ１３を間欠的に作動させ、間欠的に（定期的に）反応槽２内を曝気して脱炭酸するようにしてもよい。間欠曝気は、例えば５分～６ｈｒ特に１０分～１ｈｒに１回の割合で、１回の曝気時間は５秒～５分特に２０秒～１分程度とするのが好適であるが、これに限定されない。
　本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
　本出願は、２０１８年２月２０日付で出願された日本特許出願２０１８－０２８１９４に基づいており、その全体が引用により援用される。
　１　好気性生物処理装置
　２　反応槽
　６　酸素溶解膜モジュール
　９　散気管
　２０，２１　ヘッダー
　２２　中空糸膜
　２７　給気配管
　２９　排出配管
　３０　排ガス配管
　３１　バルブ
　３２　タンク

Claims (5)

  1. 　反応槽と、
    　該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
    　該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
    　反応槽内のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、
    　該ｐＨ測定手段のｐＨ測定値が所定値以下となった場合に反応槽内を曝気して脱炭酸する曝気手段と
    を備えてなる好気性生物処理装置。
  2. 　反応槽と、
    　該反応槽内に設置された酸素溶解膜モジュールと、
    　該酸素溶解膜モジュールに酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給手段と、
    　該反応槽内を間欠的に曝気して脱炭酸する曝気手段と
    を備えてなる好気性生物処理装置。
  3. 　酸素溶解膜モジュールは非多孔質の酸素溶解膜を備えている請求項１又は２の好気性生物処理装置。
  4. 　酸素溶解膜が疎水性である請求項３の好気性生物処理装置。
  5. 　反応槽内に流動床担体が充填されている請求項１ないし４のいずれかの好気性生物処理装置。
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