JP4497646B2

JP4497646B2 - Water treatment apparatus and water treatment system provided with the same

Info

Publication number: JP4497646B2
Application number: JP2000108479A
Authority: JP
Inventors: 勝上原; 克明松井
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP2001286888A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生活排水、工業廃水または河川水等の水を処理する水処理装置およびこれを備えた水処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活排水や工業廃水等の汚水中に含まれる汚染物質には、ＢＯＤで表される有機性物質や、アンモニア性窒素に代表される窒素含有物質がある。従来、このような汚染物を含む汚水の処理法としては、微生物を使用した生物学的処理が行われている。
汚水を生物学的に処理する方法としては、まず、原水中の砂等の固形分をスクリーンで除去する。ついで、酸化細菌の作用による原水中の有機性物質の酸化分解と、硝化細菌の作用による原水中のアンモニア性窒素の酸化とを行う好気処理を行う。アンモニア性窒素はここで亜硝酸性窒素または硝酸性窒素にまで酸化される。ついで、必要に応じてメタノール等の水素供与体の存在下、脱窒素細菌の作用によって、亜硝酸性窒素および硝酸性窒素を分子状窒素にまで還元する嫌気処理を行う。
さらに、最近では、好気処理を行う槽内に、吸引型の中空糸膜モジュール等の分離膜モジュールを浸漬させて、生物学的処理とともに膜分離による固液分離を同時に行う方法も実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような生物学的処理法においては好気処理と嫌気処理を行うため、処理槽を２槽設け、それぞれを好気的雰囲気と嫌気的雰囲気に維持する必要がある。よって、装置構成が複雑となり、建設コストがかかるうえに、２槽分の設置スペースが必要であった。
【０００４】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、好気処理と嫌気処理を一槽で行うことができ、同時に膜分離も行うことのできる水処理装置およびこれを備えた水処理システムを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の水処理装置は、原水を固液分離するととともに、原水中の汚染物を生物学的に処理する水処理装置であり、分離槽と、分離槽内に備えられた分離膜モジュールと、分離膜モジュールの下方の分離槽内に備えられ、上方に向けて酸素含有気体を発生する散気手段とを有し、散気手段の下方の分離槽内には、さらに以下の炭素繊維ユニットが備えられていることを特徴とする水処理装置である。そして、炭素繊維ユニットは、複数本の炭素繊維がシート状に配列された炭素繊維シート状物の積層体であり、前記炭素繊維シート状物は、炭素繊維からなる横糸が互いに略平行にシート状に配列され、これら横糸の配列間隔が横糸の両端部に配された縦糸によって保持されたシート状物であり、前記縦糸がラッセル編みを形成していて、編み目には横糸が通されて固定されている。また、本発明の水処理システムは、上記の水処理装置を備えていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の水処理システムを説明する流れ図である。この水処理システムにおいては、まず、生活排水、工業廃水または河川水等からの原水を原水池に貯水し、この原水池から原水を取水して水処理装置に導入する。この際、原水中に含まれている砂やゴミなどの大きな固形物を除去するために、原水池の前や水処理装置の前には、スクリーンを設けることが好ましい。
ついで、水処理装置において、原水中の有機性物質や窒素含有物質等の汚染物を生物学的に処理しながら、原水を汚泥等の汚濁物と濾過水に固液分離する。得られた濾過水は処理水槽を経て放流ポンプ槽に供給され、放流される。一方、汚濁物は、余剰汚泥とともに汚泥貯留槽に貯留された後、適宜処理される。なお、水処理装置内には、汚濁物の沈殿凝集を促進させるために凝集剤を添加してもよい。
【０００７】
この水処理システムで使用される水処理装置は、図２に示すように、分離槽１１と、分離槽１１内に備えられた中空糸膜モジュール１２と、分離槽１１内の、中空糸膜モジュール１２の下方の位置に備えられ、上方に向けて酸素含有気体を発生する散気管１６と、分離槽１１内の、散気管１６の下方の位置に備えられた炭素繊維ユニット１３から概略構成されてる。また、分離槽１１には、次亜塩素酸ナトリウム水溶液などの入った薬液タンク１９が備えられていて、この水溶液をポンプあるいは落差を利用して分離膜の２次側から１次側（原水側）に送液して中空糸膜の膜面に付着した有機物を分解し除去する、いわゆる逆洗ができるようにする場合もある。
分離槽１１は、その底部１１ａを図示のように傾斜した錐体状にして、原水中の汚泥が底部１１ａに沈降しやすいようにする場合もある。
分離槽１１内に配置された中空糸膜モジュール１２は、略平行にシート状に配列された複数本の中空糸膜１２ａと、これら中空糸膜１２ａの両端部を支持する管状支持体１２ｂから構成されている。中空糸膜１２ａは、その両端部が開口状態を維持したまま管状支持体１２ｂの側面と接合されていて、この管状支持体１２ｂには吸引ポンプ１４が接続されている。そして、この吸引ポンプ１４を作動させて分離槽１１内の原水を中空糸膜１２ａを通して吸引濾過することによって、処理水槽に濾過水が溜まるようになっている。
【０００８】
散気管１６は、中空糸膜モジュール１２の下方に配置されていて、ポンプ１８から圧縮空気等の酸素含有気体を送ることによって、散気管１６の側面の上部に形成されている散気孔から上方に向けてこの気体を発生できるようになっている。このような散気管１６からの酸素含有気体によって、分離槽１１内の散気管１６よりも上方の原水に酸素を供給できるとともに、中空糸膜１２ａの膜面をエアースクラビング処理できるようになっている。
【０００９】
分離槽１１内の、散気管１６の下方に備えられた炭素繊維ユニット１３は、図３に示すように、複数本の炭素繊維がシート状に配列された炭素繊維シート状物２０が積層され、支持体３１に固定された形態の炭素繊維積層体からなり、炭素繊維の有する有機物吸着能によって原水中の活性汚泥をその表面に吸着できるようになっている。支持体３１は、平行に配された２枚の平板３１ａとこれらの間に設けられた４本の支柱３１ｂからなり、各炭素繊維シート状物２０の両端部が平板３１ａに固定治具３３で固定されている。なお、平板３１ａは桟で形成された簀の子状であってもよい。
また、炭素繊維シート状物２０は水流等で揺動できるように、炭素繊維に張力がかかっておらず、撓みを有している状態で固定されていることが好ましい。
【００１０】
このような水処理装置で原水を処理する際には、まず、原水を分離槽１１に導入し、散気管１６に接続しているポンプ１８を作動させて、散気孔から上方に向けて酸素含有気体を発生させる。
すると、分離槽１１内において、散気管１６よりも上方の原水には酸素が供給されるため、分離槽１１内の上部は酸素濃度が高くなり、好気的な雰囲気が形成される。一方、散気管１６よりも下方に存在する原水中には酸素が直接供給されない。そのため、分離槽１１内の下部は酸素濃度が低くなり、嫌気的な雰囲気が形成される。
その結果、汚泥中に存在する細菌のうち、原水中の有機性物質を酸化分解する酸化細菌や、原水中のアンモニア性窒素を酸化する硝化細菌等の好気性細菌は、分離槽１１の上部に多く存在するようになる。一方、硝化細菌の作用で得られた亜硝酸性窒素または硝酸性窒素を、分子状窒素にまで還元する脱窒素細菌等の嫌気性細菌は、炭素繊維ユニット１３が設けられている分離槽１１の下部に多く存在するようになる。そして、炭素繊維は、その表面に有機物を吸着する能力、すなわち有機物吸着能を有するため、炭素繊維の表面には嫌気性細菌を多く含む汚泥が吸着するようになる。
このような状態において、中空糸膜モジュール１２に接続している吸引ポンプ１４を作動させると、分離槽１１内で好気性細菌と嫌気性細菌によって生物学的処理された原水が中空糸膜１２ａで濾過され濾過水となり、処理水槽に送られる。一方、原水中の活性汚泥等の固形分は分離槽１１内にとどまる。
【００１１】
このような水処理装置においては、中空糸膜モジュール１２よりも下方に、上方に向けて酸素含有気体を発生する散気管１６が設けられている。したがって、この散気管１６から、酸素含有気体を発生させることによって、分離槽１１の上部を酸素濃度が高い好気雰囲気に維持し、好気性細菌による好気処理を行うことができる。
一方、有機物吸着能を有する炭素繊維ユニット１３は散気管１６よりも下方に設けられているため、その周囲を酸素濃度が低い嫌気的雰囲気に維持し、炭素繊維の表面に吸着した嫌気性細菌による嫌気処理を行うことができる。
したがって、１槽の分離槽１１の上部と下部で、それぞれ好気処理と嫌気処理を行うことができ、そして、中空糸膜モジュール１２に接続している吸引ポンプ１４を作動させることにより、中空糸膜モジュール１２による固液分離も同時に行うことができる。
【００１２】
水処理装置においては、特に分離槽１１の横断面積中に占める分離膜モジュールの横断面積の割合を５０％以下とし、同時に散気管１６も分離膜モジュールの直下に配置して、分離槽１１の内壁と中空糸膜モジュール１２との間に十分な間隔を確保すると、散気管１６からの酸素含有気体の発生量を小さくしても、分離槽１１の内壁と中空糸膜モジュール１２との間に、酸素を高濃度で含有し、かつ、高濃度の活性汚泥懸濁液をスムーズに循環させることができる。
【００１３】
ここで中空糸膜モジュール１２に使用される中空糸膜１２ａとしては、セルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルアルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリスルフォン系等の各種材料からなるものが使用でき、外径が５０〜１０００μｍ、阻止孔径または分画が０．０１〜１．０μｍ、空孔率が５０〜８０％、膜厚が２０〜３００μｍであることが好ましい。また、ここで、中空糸膜の孔径を０．２μｍ以下とすると、原水中の病原性微生物をほぼ完全に膜面で捕らえ、分離することができる。
中空糸膜モジュール１２の形態には特に制限はなく、図２および図３に示した形態の他、中空糸膜１２ａを束にしてケーシング内やハウジングに固定した形態のもの等を使用できる。また、分離槽１１内に複数の中空糸膜モジュール１２を配置して、膜面積を大きくし、濾過効率を向上させてもよい。
また、この例では分離膜モジュールとして中空糸膜１２ａを使用した中空糸膜モジュール１２を使用しているが、分離膜の種類は中空糸膜１２ａタイプに限らず、平膜タイプ、管状タイプ、袋状タイプ等の任意の分離膜を使用できる。分離膜の表面に親水化処理が施され、有機物の吸着を抑制できるものを使用してもよい。
【００１４】
炭素繊維ユニット１３は、複数枚の炭素繊維シート状物２０からなる炭素繊維積層体であるが、ここで炭素繊維シート状物２０に使用される炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系等の炭素繊維であり、直径１〜２０μｍのフィラメントが１０００〜３２００００本集合したストランド、撚糸等であり、これらの炭素繊維がシート状に配列されたものである。
炭素繊維シート状物２０の具体例としては、図４に示すように、炭素繊維が互いに略平行にシート状に配列された横糸２１と、これら横糸２１の配列間隔を保持するための縦糸２２から構成されていて、縦糸２２が、図５に示すようにラッセル編みを形成している形態が挙げられる。この例においては、縦糸２２が形成しているラッセル編みの編み目内には横糸２１が１列ずつ通されていて、横糸２１は移動しないように編み目によって固定されている。そして、縦糸２２が形成する連続した編み目によって、横糸２１同士はほぼ一定の間隔を保持して配列されている。この例では横糸２１には、多数の炭素繊維フィラメント２１ａからなるストランドが使用されている。
【００１５】
この例の炭素繊維シート状物２０においては、縦糸２２は横糸２１に対して略９０°に、かつ、各縦糸２２同士は適宜間隔を有して設けられている。すなわち、縦糸２２は横糸２１の両端部に２列ずつ、横糸２１の中央部に４列、両端部の近傍に１０列ずつ設けられていて、さらにこれらの１０列の縦糸２２と中央部の縦糸２２との間に４列ずつ設けられている。
この炭素繊維シート状物２０において、横糸２１は、縦糸２２が配されている部分は縦糸２２のラッセル編みによって固定されているが、それ以外の部分には縦糸２２が設けられていないため、外からの力によって容易に揺動できるようになっている。また、この例では、１本の炭素繊維ストランドが所定の長さＬ₁ずつｎ回折り返されて、（ｎ＋１）列の横糸２１を形成している。
また、ここで使用されている縦糸２２としては、通常の織物や編物に使用される糸を使用でき、特に制限はないが、水中で使用した場合でも酸化や加水分解等の化学反応を起こしにくく劣化しにくいものであることが好ましい。このようなものとしては、例えば、炭素繊維からなる糸や、ポリエステル、ポリエチレン等の樹脂糸等が挙げられる。
【００１６】
このような炭素繊維シート状物２０は、炭素繊維からなる横糸２１が互いに略平行にシート状に配列され、これら横糸２１の配列間隔が縦糸２２によって保持されているため、炭素繊維フィラメント２１ａ同士がばらばらになったり、絡み合ったりすることがないうえに、炭素繊維の表面積を高く維持している。したがって、分離槽１１内で使用する場合にも交換時等の取り扱いが容易で、かつ、炭素繊維と水との接触効率も高く維持でき、嫌気性細菌を含む汚泥を効率的に吸着できる。
また、炭素繊維が規則的に配列した形態であって、かつ、水中等で揺動することができるため、単位体積あたりの炭素繊維密度を高くできるうえに、より効率的に炭素繊維と水とを接触させ嫌気性細菌を吸着することができる。
そして、この炭素繊維シート状物は横糸２１に対して縦糸２２がラッセル編みを形成している単純な構造であるため、通常のラッセル機を用いて容易に製造することができる。
さらにこの場合、使用する炭素繊維のフィラメント径、１本のストランドや撚糸を形成するフィラメント数、１列の横糸の長さＬ₁、横糸の列数（ｎ＋１）等を任意に変化させることによって、炭素繊維の全表面積を任意に調節でき、原水の処理量、汚濁の度合いに応じた所望の有機物吸着能力を有する炭素繊維シート状物２０を簡単に得ることができる。
【００１７】
また、使用する炭素繊維シート状物２０の他の形態として、図６に示すように、縦糸２２が横糸２１の一方の端部に１列のみ配されている形態、図７に示すように、横糸２１の両端部に１列ずつ配されている形態、図８に示すように、横糸２１の一方の端部に１列とその近傍に数列配されている形態等が挙げられる。このように、縦糸２２の列数や縦糸２２の位置を変化させることによって、横糸２１の水中での揺動状態を適宜設定することができ、取り扱い易さ等とのバランスを考慮して所望の形態の炭素繊維シート状物２０を得ることができる。
【００１８】
例えば、図６に示すように横糸２１の一方の端部のみが縦糸２２で固定されていると、それ以外の部分は外部からの水流等の力によって大きく揺動できるため、水中で使用する場合、高い接触効率で水と接触することができ、嫌気性細菌の吸着効率を高めることができる。また、図７に示すような形態では、横糸２１の両端部が固定されているため、図６に示した形態例よりも横糸２１の揺動幅は小さくなるが、炭素繊維フィラメント２１ａ同士はより絡まりにくく扱い易いものとなる。
図８に示す例では、横糸２１の一方の端部だけでなく、その近傍も固定されているため、横糸２１の揺動が大きく炭素繊維と水との接触効率が高いうえ、より取り扱いやすい形態になっている。
【００１９】
なお、これらの図示例においては、横糸２１は１本のストランドが複数回折り返されて、複数の横糸２１の列を形成しているが、必ずしも横糸２１の各列が糸の折り返しによって連続的に形成されている必要はなく、一列の横糸２１がそれぞれ１本のストランドからなっていてもよい。しかしながら、糸の折り返しによって横糸２１の各列が連続的に形成される方が、炭素繊維シート状物２０の製造時に横糸２１を取り扱いやすい。
炭素繊維ユニット１３として、このような炭素繊維シート状物２０が、支持体３１に複数枚固定された、図３のような形態の炭素繊維積層体を使用すると、炭素繊維の密度を高くでき、しかも、炭素繊維フィラメント同士を絡まりにくく取り扱い易い状態に維持できるため好ましい。また、炭素繊維シート状物２０の枚数やこれらを支持体３１に固定する間隔等を適宜設定することによって、分離槽１１の大きさや形状、汚泥の量に応じた所望の有機物吸着能力を有する炭素繊維ユニット１３を得ることができる。
しかしながら、炭素繊維ユニット１３の形態は、例示したような炭素繊維積層体に限定されず、例えば、炭素繊維シート状物２０を、簀巻きして図３で示したものと同じ支持体３１に固定した図９に示す形態や、多数の炭素繊維を束ねて支持体に固定した形態等でもよい。
【００２０】
また、このような水処理装置に使用される散気手段としては、図２に示す例では側面に散気孔を有する散気管１６を使用しているが、上方に向けて気体を発生できる形態であれば特に制限はなく、多孔質板を利用した散気板等を使用してもよい。
さらに、分離槽１１内に、図１０に示すように遮蔽板４０を設けてもよい。遮蔽板４０を設けることによって、分離槽１１中の酸素濃度分布をより容易に制御でき、好気雰囲気と嫌気雰囲気をそれぞれ形成させやすくすることができる。
【００２１】
このような水処理装置によれば、分離槽１１と、分離槽１１内に備えられた分離膜モジュールと、分離膜モジュールの下方の分離槽１１内に備えられ、上方に向けて気体を発生する散気手段とを有し、散気手段の下方の分離槽１１内には、さらに炭素繊維ユニット１３が備えられているので、分離槽１１の上部を好気的雰囲気とし、分離槽１１の下部を嫌気的雰囲気とすることができる。よって、嫌気性細菌を含む汚泥は炭素繊維ユニット１３に吸着して、炭素繊維上にとどまって嫌気処理を行うため、１つの分離槽１１で、好気性細菌による有機物の酸化分解およびアンモニア性窒素の酸化と、嫌気性細菌による亜硝酸性窒素および硝酸性窒素の還元を安定に効率的に行うことができる。
【００２２】
さらに、炭素繊維ユニット１３として、複数本の炭素繊維がシート状に配列された炭素繊維シート状物２０から構成されるものを使用することによって、炭素繊維フィラメント２１ａ同士がばらばらになったり、絡み合ったりすることを防ぎ、かつ、炭素繊維の表面積を高く維持できる。よって、交換等の取り扱いが容易であるうえに、炭素繊維と水との接触効率も高く維持でき原水中の嫌気性細菌を効率的に吸着できる。
さらに、炭素繊維シート状物２０として、炭素繊維からなる横糸２１が互いに略平行にシート状に配列され、これら横糸２１の配列間隔が１列以上の縦糸２２によって保持されたシート状物であり、さらに、この縦糸２２がラッセル編みを形成していて、編み目には横糸２１が通されて固定されているものを使用すると、この炭素繊維シート状物は、炭素繊維が規則的に配列した形態であって、かつ、水中で揺動することができるため、単位体積あたりの炭素繊維密度を高くできコンパクトであり、より効率的に嫌気性細菌を吸着することができる。
したがって、このような水処理装置を備えた浄水システムによれば、装置構成が簡単で建設コストが低く、省スペース化が図れるとともに、効率的に水処理を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の水処理装置によれば、１槽で好気性細菌と嫌気性細菌による生物学的処理と、分離膜による固液分離を行うことができる。したがって、この水処理装置を用いた本発明の水処理システムによれば、簡単な装置で非常に効率的に水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水処理システムを説明する流れ図である。
【図２】水処理装置の一形態を示す概略構成図である。
【図３】炭素繊維ユニットの一形態を示す斜視図である。
【図４】炭素繊維シート状物の一形態を示す平面図である。
【図５】図４の炭素繊維シート状物の端部を示す拡大平面図である。
【図６】炭素繊維シート状物の他の形態を示す平面図（参考図）である。
【図７】炭素繊維シート状物の他の形態を示す平面図である。
【図８】炭素繊維シート状物の他の形態を示す平面図（参考図）である。
【図９】炭素繊維ユニットの他の形態を示す斜視図（参考図）である。
【図１０】水処理装置における分離槽の他の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１１・・・分離槽、１３・・・炭素繊維ユニット、２０・・・炭素繊維シート状物、２１・・・横糸、２２・・・縦糸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a water treatment apparatus for treating water such as domestic wastewater, industrial wastewater, or river water, and a water treatment system including the same.
[0002]
[Prior art]
Pollutants contained in sewage such as domestic wastewater and industrial wastewater include organic substances represented by BOD and nitrogen-containing substances represented by ammonia nitrogen. Conventionally, biological treatment using microorganisms has been performed as a method for treating sewage containing such contaminants.
As a method of biologically treating sewage, first, solids such as sand in raw water are removed with a screen. Next, an aerobic treatment is performed to oxidize and decompose organic substances in the raw water by the action of oxidizing bacteria and to oxidize ammonia nitrogen in the raw water by the action of nitrifying bacteria. Ammonia nitrogen is now oxidized to nitrite nitrogen or nitrate nitrogen. Then, if necessary, anaerobic treatment is performed to reduce nitrite nitrogen and nitrate nitrogen to molecular nitrogen by the action of denitrifying bacteria in the presence of a hydrogen donor such as methanol.
Furthermore, recently, a method has been implemented in which a separation membrane module such as a suction-type hollow fiber membrane module is immersed in an aerobic treatment tank and solid-liquid separation is performed simultaneously with biological treatment by membrane separation. Yes.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a biological treatment method, in order to perform an aerobic treatment and an anaerobic treatment, it is necessary to provide two treatment tanks and maintain each in an aerobic atmosphere and an anaerobic atmosphere. Therefore, the configuration of the apparatus is complicated, the construction cost is high, and installation space for two tanks is necessary.
[0004]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a water treatment apparatus capable of performing aerobic treatment and anaerobic treatment in a single tank and simultaneously performing membrane separation, and a water treatment system including the same. This is the issue.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The water treatment apparatus of the present invention is a water treatment apparatus for biologically treating contaminants in raw water while performing solid-liquid separation of raw water, a separation tank, and a separation membrane module provided in the separation tank, A separation means provided in a separation tank below the separation membrane module and having an aeration means for generating an oxygen-containing gas upward; and in the separation tank below the aeration means, the following carbon fiber units are further provided: It is provided with the water treatment apparatus characterized by the above-mentioned. The carbon fiber unit is a laminate of a carbon fiber sheet material in which a plurality of carbon fibers are arranged in a sheet shape , and the carbon fiber sheet material has a sheet shape in which wefts made of carbon fibers are substantially parallel to each other. The weft yarns are arranged in the form of a sheet held by warp yarns arranged at both ends of the weft yarns. The warp yarns form a Russell knitting, and the weft yarns are passed through the stitches and fixed. ing. Moreover, the water treatment system of this invention is equipped with said water treatment apparatus, It is characterized by the above-mentioned.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
FIG. 1 is a flowchart illustrating a water treatment system of the present invention. In this water treatment system, first, raw water from domestic wastewater, industrial wastewater, river water or the like is stored in a raw water pond, and raw water is taken from this raw water pond and introduced into a water treatment device. At this time, in order to remove large solids such as sand and dust contained in the raw water, it is preferable to provide a screen in front of the raw water pond or in front of the water treatment device.
Next, in the water treatment apparatus, the raw water is solid-liquid separated into contaminants such as sludge and filtered water while biologically treating contaminants such as organic substances and nitrogen-containing substances in the raw water. The obtained filtered water is supplied to the discharge pump tank through the treated water tank and discharged. On the other hand, the pollutant is appropriately treated after being stored in the sludge storage tank together with the excess sludge. Note that a flocculant may be added in the water treatment apparatus in order to promote precipitation and aggregation of the contaminants.
[0007]
As shown in FIG. 2, the water treatment apparatus used in this water treatment system includes a separation tank 11, a hollow fiber membrane module 12 provided in the separation tank 11, and a hollow fiber membrane module in the separation tank 11. 12, a diffuser pipe 16 for generating an oxygen-containing gas upward, and a carbon fiber unit 13 provided in a position below the diffuser pipe 16 in the separation tank 11. . Further, the separation tank 11 is provided with a chemical tank 19 containing a sodium hypochlorite aqueous solution or the like, and this aqueous solution is supplied from the secondary side of the separation membrane to the primary side (raw water side) using a pump or a drop. In other cases, so-called backwashing can be performed, in which organic substances adhering to the membrane surface of the hollow fiber membrane are decomposed and removed.
In some cases, the separation tank 11 has a bottom 11a having an inclined cone shape as illustrated so that the sludge in the raw water easily settles on the bottom 11a.
The hollow fiber membrane module 12 disposed in the separation tank 11 is composed of a plurality of hollow fiber membranes 12a arranged in a substantially parallel sheet shape, and a tubular support 12b that supports both ends of the hollow fiber membranes 12a. Has been. The hollow fiber membrane 12a is joined to the side surface of the tubular support 12b with both ends maintained in an open state, and a suction pump 14 is connected to the tubular support 12b. Then, the suction pump 14 is operated to suck and filter the raw water in the separation tank 11 through the hollow fiber membrane 12a, whereby the filtered water is accumulated in the treated water tank.
[0008]
The air diffuser 16 is disposed below the hollow fiber membrane module 12, and is sent upward from the air diffuser formed in the upper part of the side surface of the air diffuser 16 by sending an oxygen-containing gas such as compressed air from the pump 18. This gas can be generated toward. Oxygen can be supplied to the raw water above the air diffuser 16 in the separation tank 11 by the oxygen-containing gas from the air diffuser 16, and the membrane surface of the hollow fiber membrane 12a can be air scrubbed. .
[0009]
As shown in FIG. 3, the carbon fiber unit 13 provided below the air diffuser 16 in the separation tank 11 is laminated with a carbon fiber sheet material 20 in which a plurality of carbon fibers are arranged in a sheet shape, It consists of the carbon fiber laminated body of the form fixed to the support body 31, The activated sludge in raw | natural water can be adsorb | sucked to the surface by the organic substance adsorption capacity which carbon fiber has. The support 31 is composed of two flat plates 31a arranged in parallel and four columns 31b provided therebetween, and both ends of each carbon fiber sheet-like material 20 are fixed to the flat plate 31a with a fixing jig 33. It is fixed. Note that the flat plate 31a may have a hook shape formed of a crosspiece.
Moreover, it is preferable that the carbon fiber sheet-like material 20 is fixed in a state where the carbon fiber is not tensioned and is bent so that it can be swung by a water flow or the like.
[0010]
When raw water is treated with such a water treatment device, first, the raw water is introduced into the separation tank 11 and the pump 18 connected to the diffuser pipe 16 is operated to upwardly contain oxygen from the diffuser holes. Generate gas.
Then, since oxygen is supplied to the raw water above the diffuser pipe 16 in the separation tank 11, the oxygen concentration in the upper part of the separation tank 11 becomes high, and an aerobic atmosphere is formed. On the other hand, oxygen is not directly supplied to the raw water below the diffuser 16. Therefore, the lower part in the separation tank 11 has a low oxygen concentration, and an anaerobic atmosphere is formed.
As a result, among bacteria present in the sludge, aerobic bacteria such as oxidative bacteria that oxidize and decompose organic substances in raw water and nitrifying bacteria that oxidize ammonia nitrogen in raw water are present in the upper part of separation tank 11. Many come to exist. On the other hand, anaerobic bacteria such as denitrifying bacteria that reduce nitrite nitrogen or nitrate nitrogen obtained by the action of nitrifying bacteria to molecular nitrogen are separated from the separation tank 11 in which the carbon fiber unit 13 is provided. There will be many at the bottom. And since carbon fiber has the capability to adsorb | suck organic substance on the surface, ie, organic matter adsorption capacity, the sludge which contains anaerobic bacteria a lot comes to adsorb | suck to the surface of carbon fiber.
In such a state, when the suction pump 14 connected to the hollow fiber membrane module 12 is operated, the raw water biologically treated by the aerobic bacteria and the anaerobic bacteria in the separation tank 11 becomes the hollow fiber membrane 12a. Filtered to become filtered water and sent to the treated water tank. On the other hand, solid contents such as activated sludge in the raw water remain in the separation tank 11.
[0011]
In such a water treatment apparatus, an air diffuser 16 that generates an oxygen-containing gas upward is provided below the hollow fiber membrane module 12. Therefore, by generating an oxygen-containing gas from the diffuser tube 16, the upper part of the separation tank 11 can be maintained in an aerobic atmosphere with a high oxygen concentration, and aerobic treatment with aerobic bacteria can be performed.
On the other hand, since the carbon fiber unit 13 having the organic matter adsorption ability is provided below the diffuser tube 16, the surroundings are maintained in an anaerobic atmosphere with a low oxygen concentration, and are formed by anaerobic bacteria adsorbed on the surface of the carbon fiber. Anaerobic treatment can be performed.
Accordingly, an aerobic treatment and an anaerobic treatment can be performed in the upper and lower portions of one separation tank 11, respectively, and by operating the suction pump 14 connected to the hollow fiber membrane module 12, the hollow fiber Solid-liquid separation by the membrane module 12 can also be performed at the same time.
[0012]
In the water treatment apparatus, in particular, the ratio of the cross-sectional area of the separation membrane module in the cross-sectional area of the separation tank 11 is set to 50% or less, and at the same time, the diffuser pipe 16 is also arranged immediately below the separation membrane module. When a sufficient space is secured between the hollow fiber membrane module 12 and the hollow fiber membrane module 12, even if the amount of oxygen-containing gas generated from the air diffuser 16 is reduced, between the inner wall of the separation tank 11 and the hollow fiber membrane module 12, It is possible to smoothly circulate a high concentration activated sludge suspension containing oxygen at a high concentration.
[0013]
Here, as the hollow fiber membrane 12a used in the hollow fiber membrane module 12, those made of various materials such as cellulose-based, polyolefin-based, polyvinyl alcohol-based, PMMA-based, polysulfone-based, and the like can be used. The thickness is preferably 1000 μm, the blocking pore size or fraction is 0.01 to 1.0 μm, the porosity is 50 to 80%, and the film thickness is 20 to 300 μm. Here, when the pore diameter of the hollow fiber membrane is 0.2 μm or less, pathogenic microorganisms in the raw water can be captured almost completely on the membrane surface and separated.
The form of the hollow fiber membrane module 12 is not particularly limited, and in addition to the form shown in FIGS. 2 and 3, a hollow fiber membrane 12a bundled with the hollow fiber membrane 12a in a casing or a housing can be used. Further, a plurality of hollow fiber membrane modules 12 may be arranged in the separation tank 11 to increase the membrane area and improve the filtration efficiency.
In this example, the hollow fiber membrane module 12 using the hollow fiber membrane 12a is used as the separation membrane module. However, the type of the separation membrane is not limited to the hollow fiber membrane 12a type, but a flat membrane type, a tubular type, a bag. Any type of separation membrane can be used. You may use the thing which can hydrophilize the surface of a separation membrane and can suppress adsorption | suction of organic substance.
[0014]
The carbon fiber unit 13 is a carbon fiber laminate composed of a plurality of carbon fiber sheet-like materials 20, and the carbon fibers used for the carbon fiber sheet-like material 20 are carbon fibers such as PAN-based and pitch-based materials. These are strands, twisted yarns and the like in which 1000 to 320,000 filaments having a diameter of 1 to 20 μm are assembled, and these carbon fibers are arranged in a sheet shape.
As a specific example of the carbon fiber sheet material 20, as shown in FIG. 4, a weft thread 21 in which carbon fibers are arranged in a sheet shape substantially parallel to each other, and a warp thread 22 for maintaining the arrangement interval of these weft threads 21. It is comprised, and the form in which the warp yarn 22 forms the Russell knitting as shown in FIG. 5 is mentioned. In this example, weft yarns 21 are passed one by one in the Russell knitting stitches formed by the warp yarns 22, and the weft yarns 21 are fixed by the stitches so as not to move. The weft yarns 21 are arranged with a substantially constant interval by continuous stitches formed by the warp yarns 22. In this example, the weft 21 is a strand made up of a number of carbon fiber filaments 21a.
[0015]
In the carbon fiber sheet-like material 20 of this example, the warp yarns 22 are provided at approximately 90 ° with respect to the weft yarns 21, and the warp yarns 22 are provided with appropriate intervals. That is, the warp yarn 22 is provided in two rows at both ends of the weft yarn 21, four rows in the central portion of the weft yarn 21, and 10 rows in the vicinity of both end portions, and these ten rows of warp yarns 22 and the warp yarn in the central portion Four rows are provided between the two.
In this carbon fiber sheet-like material 20, the weft 21 is fixed by the Russell knitting of the warp 22 in the portion where the warp 22 is arranged, but since the warp 22 is not provided in the other portion, It can be easily swung by the force from. In this example, one carbon fiber strand is folded back n times by a predetermined length L ₁ to form (n + 1) rows of wefts 21.
Moreover, as the warp yarn 22 used here, the yarn used for a normal woven fabric or a knitted fabric can be used, and although there is no restriction | limiting in particular, even when used in water, it is hard to raise | generate chemical reactions, such as oxidation and a hydrolysis. It is preferable that it is hard to deteriorate. As such a thing, the thread | yarn which consists of carbon fiber, resin threads, such as polyester and polyethylene, etc. are mentioned, for example.
[0016]
In such a carbon fiber sheet material 20, the weft yarns 21 made of carbon fibers are arranged in a sheet shape substantially parallel to each other, and the arrangement interval of these weft yarns 21 is held by the warp yarns 22, so It does not break apart or entangle, and the surface area of the carbon fiber is kept high. Therefore, even when used in the separation tank 11, handling at the time of replacement is easy, the contact efficiency between carbon fiber and water can be maintained high, and sludge containing anaerobic bacteria can be adsorbed efficiently.
Further, since the carbon fibers are regularly arranged and can be swung in water or the like, the density of carbon fibers per unit volume can be increased, and the carbon fibers and water can be more efficiently combined. Can be adsorbed to anaerobic bacteria.
And since this carbon fiber sheet-like material is a simple structure in which the warp yarn 22 forms the Russell knitting with respect to the weft yarn 21, it can be easily manufactured using a normal Russell machine.
Furthermore, in this case, by arbitrarily changing the filament diameter of the carbon fiber to be used, the number of filaments forming one strand or twisted yarn, the length L _{1 of} the weft yarn, the number of the weft yarn (n + 1), etc. The total surface area of the carbon fibers can be arbitrarily adjusted, and the carbon fiber sheet-like product 20 having a desired organic matter adsorption capacity according to the amount of raw water treated and the degree of contamination can be easily obtained.
[0017]
Moreover, as another form of the carbon fiber sheet-like material 20 to be used, as shown in FIG. 6, a form in which the warp yarn 22 is arranged in only one row at one end of the weft 21, as shown in FIG. 7, Examples include a form in which one row is arranged at both ends of the weft 21 and a form in which one row is arranged at one end of the weft 21 and several rows in the vicinity thereof, as shown in FIG. As described above, by changing the number of the warp yarns 22 and the position of the warp yarns 22, the swinging state of the weft yarns 21 in water can be set as appropriate. A carbon fiber sheet 20 having a shape can be obtained.
[0018]
For example, when only one end of the weft 21 is fixed with the warp 22 as shown in FIG. 6, the other part can be greatly swung by the force of external water flow, etc. It can contact with water with high contact efficiency, and can increase the adsorption efficiency of anaerobic bacteria. Moreover, in the form as shown in FIG. 7, since both ends of the weft 21 are fixed, the swinging width of the weft 21 is smaller than that in the embodiment shown in FIG. 6, but the carbon fiber filaments 21a are more It will be easy to handle with little tangling.
In the example shown in FIG. 8, not only one end of the weft 21 but also the vicinity thereof is fixed, so that the weft 21 swings greatly and the contact efficiency between the carbon fiber and water is high, and it is easier to handle. It has become.
[0019]
In these illustrated examples, the weft 21 is formed by bending a plurality of single strands to form a plurality of rows of wefts 21, but each row of wefts 21 is not necessarily continuous by the return of the yarn. It is not necessary to be formed, and each row of wefts 21 may be composed of one strand. However, it is easier to handle the weft 21 when the carbon fiber sheet-like material 20 is manufactured if each row of the weft 21 is continuously formed by turning back the yarn.
As the carbon fiber unit 13, when a carbon fiber laminate having a form as shown in FIG. 3 in which a plurality of such carbon fiber sheet-like materials 20 are fixed to the support 31 is used, the density of the carbon fibers can be increased. Moreover, it is preferable because the carbon fiber filaments are not easily entangled and can be easily handled. In addition, by appropriately setting the number of carbon fiber sheet-like materials 20 and the interval at which they are fixed to the support 31, carbon having a desired organic matter adsorption capacity according to the size and shape of the separation tank 11 and the amount of sludge. The fiber unit 13 can be obtained.
However, the form of the carbon fiber unit 13 is not limited to the carbon fiber laminate as illustrated. For example, the carbon fiber sheet 20 is wound and fixed to the same support 31 as shown in FIG. The form shown in FIG. 9, the form which bundled many carbon fibers and fixed to the support body, etc. may be sufficient.
[0020]
In addition, as an air diffuser used in such a water treatment apparatus, an air diffuser 16 having air diffuser holes on the side surface is used in the example shown in FIG. 2, but in a form capable of generating gas upward. If there is no particular limitation, a diffuser plate using a porous plate may be used.
Furthermore, a shielding plate 40 may be provided in the separation tank 11 as shown in FIG. By providing the shielding plate 40, the oxygen concentration distribution in the separation tank 11 can be more easily controlled, and an aerobic atmosphere and an anaerobic atmosphere can be easily formed.
[0021]
According to such a water treatment device, the separation tank 11, the separation membrane module provided in the separation tank 11, and the separation tank 11 below the separation membrane module are provided, and gas is generated upward. Since the carbon fiber unit 13 is further provided in the separation tank 11 below the air diffusion means, the upper part of the separation tank 11 is set to an aerobic atmosphere, and the lower part of the separation tank 11 is provided. Can be an anaerobic atmosphere. Therefore, since the sludge containing anaerobic bacteria is adsorbed on the carbon fiber unit 13 and stays on the carbon fiber for anaerobic treatment, the oxidative decomposition of organic matter by the aerobic bacteria and the ammonia nitrogen in one separation tank 11. Oxidation and reduction of nitrite nitrogen and nitrate nitrogen by anaerobic bacteria can be performed stably and efficiently.
[0022]
Furthermore, as the carbon fiber unit 13, the carbon fiber filaments 21 a are separated or entangled by using a carbon fiber sheet-like material 20 in which a plurality of carbon fibers are arranged in a sheet shape. And the surface area of the carbon fiber can be kept high. Therefore, handling such as exchange is easy, and the contact efficiency between the carbon fiber and water can be maintained high, and the anaerobic bacteria in the raw water can be adsorbed efficiently.
Furthermore, the carbon fiber sheet-like material 20 is a sheet-like material in which weft yarns 21 made of carbon fibers are arranged in a sheet shape substantially parallel to each other, and the arrangement interval of these weft yarns 21 is held by one or more warp yarns 22 Furthermore, when the warp yarn 22 forms a Russell knitting and the weft 21 is passed through and fixed to the stitch, the carbon fiber sheet-like material has a form in which carbon fibers are regularly arranged. In addition, since it can be swung in water, the carbon fiber density per unit volume can be increased, and it is compact, and anaerobic bacteria can be adsorbed more efficiently.
Therefore, according to the water purification system provided with such a water treatment apparatus, the apparatus configuration is simple, the construction cost is low, the space can be saved, and the water treatment can be performed efficiently.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the water treatment apparatus of the present invention, biological treatment with aerobic bacteria and anaerobic bacteria and solid-liquid separation with a separation membrane can be performed in one tank. Therefore, according to the water treatment system of the present invention using this water treatment device, water treatment can be performed very efficiently with a simple device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart illustrating a water treatment system.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a water treatment apparatus.
FIG. 3 is a perspective view showing one embodiment of a carbon fiber unit.
FIG. 4 is a plan view showing one embodiment of a carbon fiber sheet.
5 is an enlarged plan view showing an end portion of the carbon fiber sheet-like material of FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a plan view (reference view) showing another form of a carbon fiber sheet.
FIG. 7 is a plan view showing another form of a carbon fiber sheet.
FIG. 8 is a plan view (reference view) showing another form of a carbon fiber sheet.
FIG. 9 is a perspective view (reference view) showing another form of the carbon fiber unit.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the separation tank in the water treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Separation tank, 13 ... Carbon fiber unit, 20 ... Carbon fiber sheet-like material, 21 ... Weft, 22 ... Warp

Claims

A water treatment apparatus that performs solid-liquid separation of raw water and biologically treats contaminants in the raw water, and includes a separation tank, a separation membrane module provided in the separation tank, and a separation tank below the separation membrane module And an air diffuser for generating an oxygen-containing gas upward, and the following carbon fiber unit is further provided in the separation tank below the air diffuser. Water treatment equipment.
The carbon fiber unit is a laminate of a carbon fiber sheet material in which a plurality of carbon fibers are arranged in a sheet shape , and the carbon fiber sheet material has a weft made of carbon fibers arranged in a sheet shape substantially parallel to each other. The weft yarn is a sheet-like material held by warp yarns arranged at both ends of the weft yarn, the warp yarns form a Russell knitting, and the weft yarns are passed through and fixed to the stitches. Yes.

A water treatment system comprising the water treatment device according to claim 1.