JP4524553B2

JP4524553B2 - 膜分離式活性汚泥処理装置

Info

Publication number: JP4524553B2
Application number: JP2003322861A
Authority: JP
Inventors: 一彦能登; 清和武村
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-09-16
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2023-09-16
Also published as: JP2005087830A

Description

本発明は膜分離式活性汚泥処理装置に係り、特に処理槽内に膜ユニットを浸漬した膜分離式活性汚泥処理装置に関する。

この種の膜分離式活性汚泥処理装置として、粗大気泡散気手段と微細気泡散気手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図６はその概略構成を示す装置系統図である。処理槽１内には活性汚泥が高濃度に保持されており、被処理水２を好気的に処理する。処理槽１内には膜ユニット３が浸漬されている。膜ユニット３の下方には粗大気泡散気手段４が配置されている。また、粗大気泡散気手段４のさらに下方には微細気泡散気手段５が配置されている。

管路８から流入した被処理水２が処理槽１内に高濃度に保持した微生物、いわゆる活性汚泥によって好気的に生物処理される。この生物処理によって、被処理水２中の有機性物質が酸化分解し、被処理水２は浄化される。膜ユニット３は、複数枚の鉛直状の平膜が間隔を空けて平行に配列された構造とされる。この膜ユニット３によって被処理水２が膜分離される。膜ユニット３を透過した被処理水は膜ユニット３の二次側から排出管路９を介し処理水排出手段６により処理水７として装置外に排出される。

粗大気泡散気手段４から散気された粗大気泡には主に３つの作用がある。第１の作用は膜ユニット３の平膜に対する膜面洗浄作用である。すなわち、粗大気泡はその浮力によって膜ユニット３の平膜相互の間隙を上昇し、その上昇過程で平膜の膜面を擦り、膜分離されて膜面に付着した活性汚泥などの懸濁分離物を膜面から剥離し洗浄する。第２の作用は被処理水に対する酸素供給作用である。粗大気泡が被処理水と接触する過程で、気泡中の酸素が被処理水に溶解する。被処理水に溶解した酸素は活性汚泥による生物処理に必要な酸素源として利用される。第３の作用は旋回流の形成作用である。散気された粗大気泡のエアリフト作用によって平膜相互の間隙には被処理水の上向流が生起され、処理槽１内には矢印Ｆで示したような上下方向の旋回流が形成される。この旋回流によって、被処理水と活性汚泥が十分に混合接触し、活性汚泥による生物処理が効率よく進行する。

活性汚泥は膜分離により処理槽１内に残存するため、処理槽１内には活性汚泥が高濃度に維持される。したがって、この種の膜分離式活性汚泥処理装置は高負荷の運転が可能であり、酸素の消費速度も速い。このため、粗大気泡散気手段４から散気された粗大気泡によって被処理水に溶解する酸素だけでは生物処理に必要な酸素を賄えず、被処理水中の溶存酸素が不足する場合がある。粗大気泡はエアリフト力が大きいので前記した膜面洗浄作用や旋回流の形成作用には有効である。反面、単位体積当たり気泡表面積が小さいので、被処理水に対する酸素溶解効率が低い欠点がある。一方、微細気泡散気手段５から散気される微細気泡は単位体積当たり気泡表面積が大きく、被処理水に対する酸素溶解効率が高い。このため、被処理水中の溶存酸素を補うために有効である。

したがって、この種の膜分離式活性汚泥処理装置では、粗大気泡散気手段４と微細気泡散気手段５からの散気量を適正に配分することによって、効率の良い運転を行うようにしている。

特開２００１−２１２５８７号公報

しかしながら、本発明者らの実験結果によれば、上記構成の膜分離式活性汚泥処理装置においては処理槽１内の一部に被処理水２が停滞する領域が発生することが判明した。この被処理水２の停滞領域が大きいと、その分、処理槽１の反応有効容積が減少し、処理効率が低下する。また、被処理水２の停滞領域には活性汚泥が嫌気状態で堆積し、嫌気状態に置かれた活性汚泥は死滅し腐敗しやすい。活性汚泥の腐敗に伴い粘着性物質が発生し、膜ユニットの膜分離性能に悪影響を及ぼすという問題も派生していた。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、被処理水の停滞領域を少なくし、処理槽全体を好気状態に維持することができ、処理効率のよい膜分離式活性汚泥処理装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置は、槽内に保持した活性汚泥によって被処理水を好気的に処理する処理槽と、その側面を前記処理槽の側壁と間隔を空けて処理槽内に浸漬された膜ユニットと、この膜ユニットの下方に配置された粗大気泡散気手段と、前記処理槽内に配置された微細気泡散気手段とを備えた膜分離式活性汚泥処理装置において、前記膜ユニットを複数枚の鉛直状の平膜が間隔を空けて平行に配列された構造とするとともに、前記微細気泡散気手段を前記膜ユニットの側面と処理槽の側壁に挟まれた領域で、かつ前記平膜と平行な領域に配置したことを特徴とする。

上記構成の膜ユニットの側面と処理槽の側壁に挟まれた領域で、かつ前記平膜と平行な領域は被処理水が停滞しやすい領域である。したがって、この領域に微細気泡散気手段を配置すれば、微細気泡散気手段から散気される微細気泡のエアリフト作用によって、被処理水が停滞しやすいこの領域にも被処理水の緩慢な上向流が生起される。この緩慢な上向流が粗大気泡によって形成された旋回流と合流することによって、処理槽全体が処理効率のよい被処理水と活性汚泥の混合流系を創り出す。このため、上記停滞しやすい領域に活性汚泥が堆積することが少なく、かつ散気される微細気泡によって停滞しやすい領域は好気状態に維持される。したがって、被処理水の停滞領域を少なくし、処理槽全体を好気状態に維持することができ、処理効率のよい活性汚泥処理を行うことができる。

図１〜図３は本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の第１実施形態を示し、図１は斜視図、図２は側断面図、図３は平面図である。処理槽１０内には活性汚泥が高濃度に保持されており、被処理水１２を好気的に処理する。処理槽１０内には膜ユニット１４が浸漬されている。膜ユニット１４の下方には粗大気泡散気手段１６が配置されている。また、膜ユニット１４の側方には微細気泡散気手段１８、１８が配置されている。膜ユニット１４の二次側には管路２４を介して吸引ポンプ２０が接続している。

管路２２から流入した被処理水１２が処理槽１０内に高濃度に保持した活性汚泥によって好気的に生物処理される。この生物処理によって、被処理水１２中の有機性物質が酸化分解し、被処理水１２は浄化される。膜ユニット１４は複数枚の鉛直状の平膜１４Ａが間隔を空けて平行に配列された構造とされ、膜ユニット１４の側面は側板１４Ｂ，１４Ｃによって囲われている。この膜ユニット１４によって被処理水１２が膜分離される。膜ユニット１４を透過した被処理水は膜ユニット１４の二次側から排出管路２４を介し吸引ポンプ２０により処理水として装置外に排出される。粗大気泡散気手段１６から散気された粗大気泡には主に３つの作用がある。第１の作用は膜ユニット１４の平膜に対する膜面洗浄作用である。粗大気泡はその浮力によって膜ユニット１４の平膜相互の間隙を上昇し、その上昇過程で平膜１４Ａの膜面を擦る。その結果、膜分離されて膜面に付着した活性汚泥などの懸濁分離物が膜面から剥離し洗われる。また、粗大気泡のエアリフト作用によって平膜１４Ａ相互の間隙には被処理水１２の上向流が生起される。この被処理水の上向流によっても膜面の洗浄が行われる。第２の作用は被処理水１２に対する酸素供給作用である。粗大気泡が被処理水１２と接触する過程で、気泡中の酸素が被処理水１２に溶解する。この被処理水１２に溶解した酸素が活性汚泥による生物処理に必要な酸素源として利用される。第３の作用は旋回流の形成作用である。上記したように散気された粗大気泡のエアリフト作用によって平膜相互の間隙には被処理水１２の上向流が生起され、この上向流の生起に伴い、処理槽１０内には矢印Ｆで示したような上下方向の旋回流が形成される。この旋回流によって、被処理水１２と活性汚泥が十分に混合接触し、活性汚泥による生物処理が効率よく進行する。また、旋回流によって被処理水１２が万遍なく膜ユニット１４を通過することになり、安定した膜分離が行われる。

活性汚泥は膜分離により処理槽１０内に残存するため、処理槽１０内には活性汚泥が高濃度に維持される。したがって、高負荷の運転が可能であり、酸素の消費速度も速い。このため、粗大気泡散気手段１６から散気された粗大気泡によって被処理水に溶解する酸素だけでは生物処理に必要な酸素を賄えず、被処理水中の溶存酸素が不足する場合がある。すなわち、粗大気泡は径が吹出し口で１０ｍｍ前後であり、エアリフト力が大きいので前記した膜面洗浄作用や旋回流の形成作用には有効である。反面、単位体積当たり気泡表面積が小さいので、被処理水１２に対する酸素溶解効率が低い欠点がある。一方、微細気泡散気手段１８から散気される微細気泡は径が吹出し口で１ｍｍ前後であり、単位体積当たり気泡表面積が大きいので、被処理水に対する酸素溶解効率が高い。このため、被処理水中の溶存酸素を補うために有効である。

粗大気泡散気手段１６及び微細気泡散気手段１８には管路２６，２８を介して図示しない共通のブロアが接続しており、昇圧した空気が各散気手段に供給され散気される。

ところで、微細気泡散気手段１８は膜ユニット１４の側方で、かつ側板１４Ｃに隣接した平膜１４Ａと平行な領域に配置されている。この微細気泡散気手段１８が設置された領域は、前記した旋回流から外れて被処理水が停滞しやすい停滞領域である。すなわち、粗大気泡散気手段１６から散気された粗大気泡のエアリフト作用によって膜ユニット１４の平膜１４Ａ相互の間隙には被処理水１２の上向流が生起される。この上向流は処理槽１０の水面部で方向を転じ、側板１４Ｂに沿った下向流となる。この膜ユニット１４内の上向流と側板１４Ｂに沿った下向流とによって、上下方向の旋回流が形成される。一方、膜ユニット１４側方の側板１４Ｃに沿った領域は水流バランスの関係から、旋回流から外れた被処理水が停滞しやすい停滞領域になる。この関係を平面的に俯瞰すると、図３に示したように、膜ユニット１４の内部エリアＡ１では上向流、膜ユニット１４側方の側板１４Ｂに沿ったエリアＡ２，Ａ２では下向流が形成され、膜ユニット１４側方の側板１４Ｃに沿ったエリアＡ３，Ａ３が旋回流から外れて被処理水が停滞しやすい停滞領域になる。

被処理水が停滞しやすい停滞領域が大きいと、その分、処理槽１０の反応有効容積が減少し、処理効率が低下する。また、被処理水１２の停滞領域には活性汚泥が嫌気状態で堆積し、嫌気状態に置かれた活性汚泥は死滅し腐敗しやすい。活性汚泥の腐敗に伴い粘着性物質が発生し、膜ユニット１４の膜分離性能に悪影響を及ぼすという問題も派生する。そこで本実施形態では被処理水が停滞しやすい停滞領域であるエリアＡ３に微細気泡散気手段１８が設置されている。微細気泡散気手段１８から散気される微細気泡のエアリフト作用によって、エリアＡ３にも被処理水の緩慢な上向流が生起される。この緩慢な上向流が粗大気泡によって形成された旋回流と合流することによって、処理槽１０全体が処理効率のよい被処理水と活性汚泥の混合流系を創り出す。このため、エリアＡ３に活性汚泥が堆積することが少なく、かつ散気される微細気泡によってエリアＡ３は好気状態に維持される。

したがって、この実施形態の膜分離式活性汚泥処理装置によれば、被処理水の停滞領域を少なくし、処理槽全体を好気状態に維持することができ、処理効率のよい活性汚泥処理を行うことができる。

図４は本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の第２実施形態を示す平面図である。処理槽３０内には３基の膜ユニット３２が間隔をおいて浸漬されている。各膜ユニット３２の下方には図示しない粗大気泡散気手段が配置され、この粗大気泡散気手段から散気された粗大気泡のエアリフト作用によって、膜ユニット３２の各内部エリアＡ１では上向流、膜ユニット３２側方の平膜３２Ａに対して直角方向の各エリアＡ２では下向流とされた上下方向の旋回流が形成される。膜ユニット１４側方の平膜３２Ａに対して平行な各エリアＡ３が旋回流から外れて被処理水が停滞しやすい停滞領域になる。この各エリアＡ３にそれぞれ微細気泡散気手段３４が設置されている。

各微細気泡散気手段３４から散気される微細気泡のエアリフト作用によって、各エリアＡ３にも被処理水の緩慢な上向流が生起され、処理槽３０全体が処理効率のよい被処理水と活性汚泥の混合流系を創り出す。このため、各エリアＡ３に活性汚泥が堆積することが少なく、かつ散気される微細気泡によって各エリアＡ３は好気状態に維持される。したがって、複数の膜ユニット３２を浸漬したこの膜分離式活性汚泥処理装置においても、被処理水の停滞領域を少なくし、処理槽全体を好気状態に維持することができ、処理効率のよい活性汚泥処理を行うことができる。

図５は本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の第３実施形態を示す平面図である。処理槽４０内には３基の膜ユニット４２が間隔をおいて浸漬されている。各膜ユニット４２の下方から散気された粗大気泡のエアリフト作用によって、膜ユニット４２の各内部エリアＡ１では上向流、膜ユニット４２側方の各エリアＡ２では下向流とされた上下方向の旋回流が形成される。上記の第２実施形態とは膜ユニット４２の向きが異なるので、旋回流から外れて被処理水が停滞しやすい停滞領域である各エリアＡ３の位置が第２実施形態とは異なってくる。各エリアＡ３にそれぞれ微細気泡散気手段４４が設置されている。この第３実施形態の膜分離式活性汚泥処理装置においても、被処理水の停滞領域を少なくし、処理槽全体を好気状態に維持することができ、処理効率のよい活性汚泥処理を行うことができる。

本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の第１実施形態を示す斜視図である。第１実施形態の断面図である。第１実施形態の平面図である。本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の第２実施形態を示す平面図である。本発明に係る膜分離式活性汚泥処理装置の第３実施形態を示す平面図である。従来技術に係る膜分離式活性汚泥処理装置の概略構成を示す装置系統図である。

符号の説明

１０、３０，４０………処理槽、１２………被処理水、１４，３２，４２………膜ユニット、１４Ａ，３２Ａ………平膜、１４Ｂ，１４Ｃ………側板、１６………粗大気泡散気手段、１８、３４，４４………微細気泡散気手段、２０………吸引ポンプ。

Claims

槽内に保持した活性汚泥によって被処理水を好気的に処理する処理槽と、その側面を前記処理槽の側壁と間隔を空けて処理槽内に浸漬された膜ユニットと、この膜ユニットの下方に配置された粗大気泡散気手段と、前記処理槽内に配置された微細気泡散気手段とを備えた膜分離式活性汚泥処理装置において、前記膜ユニットを複数枚の鉛直状の平膜が間隔を空けて平行に配列された構造とするとともに、前記微細気泡散気手段を前記膜ユニットの側面と処理槽の側壁に挟まれた領域で、かつ前記平膜と平行な領域に配置したことを特徴とする膜分離式活性汚泥処理装置。