ダイナミック濾過体モジュール
【課題】濾過体内部への汚泥堆積による濾過フラックスの低下を抑制でき、良好な処理水を安定して得られるダイナミック濾過体モジュールを提供する。
【解決手段】内部が中空の支持体２１の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口２７を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口２９を有する汚泥集積部３０が配置されている。
【解決手段】内部が中空の支持体２１の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口２７を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口２９を有する汚泥集積部３０が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の生物処理プロセスによって生成する活性汚泥混合液の固液分離や余剰汚泥の濃縮等に使用する濾過体モジュールに係わるものであり、特に有機性工業廃水や生活排水等の処理に用いることができる濾過体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥による水処理では、処理水を得るためには活性汚泥の固液分離を行わなければならない。通常、このためには、活性汚泥を沈殿池に導入して重力沈降によって汚泥を沈降させ、上澄液を処理水として沈殿池から流出させる方法が用いられていた。しかしながら、この方法においては、活性汚泥を沈降させるために十分な沈降面積及び滞留時間を有する沈殿池が必要であり、処理装置の大型化と設置容積の増大要因となっていた。また、活性汚泥が、バルキング等により沈降性が悪化した場合、沈殿池より汚泥が流出して処理水の悪化を招いていた。
【０００３】
近年、沈殿池に代わって膜分離によって活性汚泥の固液分離を行う手法も用いられている。この場合、固液分離用膜としては、一般的に精密濾過膜や限外濾過膜が用いられている。しかしながら、この方法では、濾過分離手段としてポンプによる吸引や加圧が必要であり、通常数十kPa〜数百kPaの圧力で濾過を行うため、ポンプによる動力消費が大きく、ランニングコストの増大要因となっていた。また、膜分離でＳＳの全くない清澄な処理水が得られる一方で、透過フラックスが低く、膜汚染を防止するために定期的に薬洗する必要があった。
【０００４】
更に最近、沈殿池に代わる活性汚泥の固液分離法として、曝気槽に不織布等の通水性シートからなる濾過体を浸漬させ、濾過体表面の上に汚泥粒子自身による付着物層を二次的に形成し、この汚泥層を濾過層として用いて低い水頭圧で清澄な濾過水を得る方法が提案されている。この方法はダイナミック濾過と呼ばれ、通水性シートからなる濾過体自体は汚泥粒子を通過させるものであるが、濾過体表面において活性汚泥混合液のクロスフロー流を生成させることによって、汚泥フロックの付着物層が通水性シート上に二次的に形成され、この汚泥層が濾過層（ダイナミック濾過層）として機能することによって被処理液中の汚泥やＳＳが固液分離される。ダイナミック濾過層は濾過時間の経過に伴って厚みが増加し、このため濾過抵抗が増大して濾過フラックスが低下してくるが、その場合には、濾過体下部に設置した散気管より曝気して、濾過体表面に形成された汚泥のダイナミック濾過層を剥離した後、再びダイナミック濾過層を形成させることにより、安定した濾過フラックスが得られる。
【０００５】
しかし、このようなダイナミック濾過による活性汚泥の固液分離においては、濾過体表面にダイナミック濾過層、つまり、活性汚泥の付着物層が形成されるまでの間は、汚泥粒子が濾過体を通過するため、濾過体内部に汚泥が堆積して濾過抵抗が増大することにより濾過フラックスが低下する。この場合、濾過体下部に配置された散気管からの曝気による外部空洗では、濾過体表面の汚泥層を剥離するのみで、濾過体内部に堆積した汚泥を排出するのに全く効果がないことに加え、洗浄直後に濾過体表面から内部への汚泥侵入が起こるため、濾過体内部の汚泥が排出されることなく更に蓄積し、処理時間の経過と共に濾過体内部の汚泥が濃縮され、濾過抵抗を増大する原因となり、濾過フラックスが徐々に低下する。
【０００６】
ダイナミック濾過において、濾過体内部に侵入した汚泥を排出する方法として、処理水を濾過体内部に導入する内部水洗浄法が知られている。この場合、濾過体モジュール内部に処理水を導入して、濾過層を通して濾過体外部へ汚泥を通過させて侵入汚泥の一部を排出し、残りの侵入汚泥を濾過開始と共にモジュールの取水管（濾過水排出管）より排出する。即ち、濾過開始後の所定時間の間は、濾過水の回収は行わずに、濾過体内部の排泥を行う。しかし、このような濾過体内部水洗浄においては、一般に濾過体モジュール内部への洗浄水流入口が１〜２箇所しか形成されないため、濾過体内部に対して洗浄水の流入が不均一であり、濾過体内部の付着・堆積汚泥を均等に排出することができない。また、洗浄された汚泥を濾過水排出管から排出する際には、濾過水排出管の上部に位置する汚泥のみが排出され、濾過水排出管に隣接していない位置では汚泥が排出されないため、汚泥がその位置で徐々に堆積して、濃縮・固化してしまう。汚泥が、濾過体内部で濃縮・固化してしまうと、これを除去するのは極めて困難である。
【０００７】
また、ダイナミック濾過において、濾過体内部への侵入汚泥を排出する他の方法として、濾過体内部に気体（気泡）を供給して空洗する方法が知られている。この場合も、一般に洗浄用の空気は濾過水排出管より導入されるため、濾過体内部への気体の流入が不均一となり、気体導入のない部分、特に濾過体底部の濾過水排出管が配置されていない場所では、汚泥が堆積しやすく、濾過フラックスの低下要因となる。
【０００８】
更に、従来のダイナミック濾過用の濾過体においては、濾過体の内部に汚泥が蓄積することにより、特に濾過体の下部において蓄積汚泥によって濾過層の面が閉塞されてしまい、有効濾過面積が減少して濾過フラックスが低下するという問題があった。更に、汚泥が濾過水排出管の上部で蓄積した場合には、蓄積汚泥が排出管の入口を閉塞し、濾過水が全く得られなくなるという問題が生じることがあった。
【０００９】
また、従来のダイナミック濾過体モジュールにおいては、通常、濾過水出口が１箇所又は２箇所程度であるので、濾過水出口に近接した箇所の濾過水の流量が他の箇所と比べて多くなっていた。このため、ダイナミック濾過層上への汚泥粒子の蓄積が、濾過水の流量の多い箇所でより大きくなり、ダイナミック濾過層の剥離・再形成のサイクルを短くしていたという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ダイナミック濾過において、濾過体内部の汚泥堆積による濾過フラックスの低下を抑制することができ、安定した処理水を得られるダイナミック濾過体モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の問題点を解決するため鋭意研究を重ねた結果、ダイナミック濾過体モジュールにおいて、濾過層の下方に汚泥集積部を設けて、濾過体内部への侵入汚泥をここに集積させることによって、安定した濾過運転を行うことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
また、本発明者らは、更に、ダイナミック濾過体モジュールにおいて、濾過水を、モジュールの断面積に亘って均一に流れるようにする整流部材を通して排出することによって、濾過体内部での濾過水の流れを均一にして、濾過面の全体を均一に利用することが可能となることで、安定した濾過運転を行うことができることも見出した。
【００１３】
上記の課題を解決する本発明の各種態様は、以下の通りである。
１．内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口を有する汚泥集積部が配置されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【００１４】
２．濾過部の上方及び／又は下方に、濾過水集水部が配置されて、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されている上記第１項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１５】
３．内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水集水部を有しており、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【００１６】
４．濾過水流出口が濾過部の上方に配置されている上記第１項〜第３項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
５．汚泥集積部内に汚泥撹拌手段が配されている上記第１項〜第４項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１７】
６．汚泥撹拌手段が散気管である上記第５項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
７．濾過部の上方及び／又は下方に、濾過体内部洗浄水流入口が更に配されている上記第１項〜第６項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１８】
８．濾過体内部洗浄水流入口が濾過水集水部に接続されている上記第７項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
９．濾過体内部洗浄水流入口が汚泥集積部に接続されている請求項７に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１９】
１０．濾過層支持材が、織布、不織布又は金属網材料である上記第１項〜第９項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
１１．濾過層支持材が、補強材によって補強された織布、不織布又は金属網材料である上記第１０項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００２０】
１２．上記第１項〜第１１項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュールのモジュール内部に侵入した汚泥を洗浄・除去する方法であって、濾過体の外表面の曝気による空洗と濾過体の内部の曝気による空洗とを行い、次に濾過水流出口又は濾過体内部洗浄水流入口から濾過体の内部に濾過体内部洗浄水を導入すると共に、汚泥流出口から汚泥を排出することを特徴とする方法。
【００２１】
１３．濾過体内部洗浄水が、ダイナミック濾過体モジュールによって得られた濾過水である上記第１２項に記載の方法。
１４．濾過体内部洗浄水が酸化剤水溶液である上記第１２項に記載の方法。
【００２２】
１５．濾過体内部の水洗浄及び汚泥の排出が終了した後に、酸化剤水溶液の洗浄液を濾過体の内部に導入して濾過体の内部を洗浄する工程を更に有する上記第１３項に記載の方法。
【００２３】
本発明の一態様に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過部の下方に汚泥集積部を設けたことにより、濾過層支持材の表面上にダイナミック濾過層が形成されるまでの間に濾過体内部に侵入した汚泥が、重力沈降により汚泥集積部に集まり、汚泥集積部の汚泥流出口より外部へ排出される。このため、濾過体内部へ侵入した汚泥が濾過体内部に付着したり、堆積したりすることを防ぐことができ、侵入汚泥が有効濾過面において蓄積、濃縮、固形化することに伴って濾過面積が減少し、これによって濾過フラックスが低下するという問題が解決され、安定した濾過水量を得られる。
【００２４】
また、本発明のより好ましい態様によれば、汚泥集積部内に汚泥撹拌手段を配することにより、定期的に汚泥集積部内並びに濾過体内部の汚泥を撹拌・分散させることで、汚泥が濾過体内部や汚泥集積部において付着・堆積したり、濃縮・固化することなく、汚泥流出口から抵抗なく安定した流量で排出することができる。汚泥撹拌手段は、汚泥集積部内の、汚泥が蓄積しやすい個所に配することが好ましく、これは当業者が経験的に或いは予備実験によって決定することができる。
【００２５】
なお、汚泥撹拌手段としては、当該技術において公知の各種の機械的撹拌手段を用いることができるが、好ましくは散気管を用いる。この場合には、散気管より曝気することにより、汚泥集積部内の汚泥が撹拌される。更に、散気管を用いると、曝気時において、汚泥集積部から気泡が濾過体内部に上昇し、気液混合物によって濾過体内部が攪拌されることにより、濾過体内部の付着汚泥も剥離することができる。従って、散気管は、曝気時に濾過体の内部に空気が均一に上昇するように配置することが好ましい。従来のダイナミック濾過体モジュールにおいて、このように濾過体の内部に散気管を配した例は、本発明者が知る限りにおいて存在しない。
【００２６】
また、本発明の他の態様に係るダイナミック濾過体モジュールは、濾過部の上方及び／又は下方に、濾過水流出口と接続された濾過水集水部を配置し、濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材を配置することを特徴とする。ここで、濾過水整流部材とは、濾過部から流れてくる濾過水を、集水部の断面積全体に亘って均一に流通させるもので、例えば、断面積全体に亘って多数の連通孔を配置することで濾過水整流部材を構成することができる。このような濾過水整流部材が配置されていない従来のダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過水は、濾過水流出口に近接した場所でより速く流れるため、濾過体内部での濾過水の流れが不均一となり、濾過面の全体で均等に濾過することができなくなり、濾過水の流れが速い部分での汚泥の蓄積が速くなっていた。本発明のかかる態様によれば、濾過水整流部材を配したことで、このような問題を解決し、濾過体内部の濾過水の流れを均一として、濾過面の全体で均等に濾過を進行させることが可能となったため、ダイナミック濾過層の剥離・再形成の頻度を少なくすることができるようになった。また、このような整流部材を、同様に濾過体内部洗浄水の導入部において設けると、濾過体内部水洗浄の際に、洗浄水が濾過体内部に均一に導入されるので、濾過体内部全体の汚泥を洗浄することができる。
【００２７】
また、上記に説明した二つの構成要素を同時に具備すれば、更に安定した濾過運転が可能なダイナミック濾過体モジュールが得られるので、より好ましい。
なお、本発明に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過水流出口及び濾過水集水部は、濾過層が配置されている濾過部の上方及び／又は下方に配置することができるが、濾過部の上方に配置することがより好ましい。濾過水流出口及び濾過水集水部を濾過部の上方に配置し、汚泥集積部を濾過部の下方に配置することにより、濾過運転中においても、濾過体内部への侵入汚泥を下方に重力沈降させながら、濾過水を上方より取り出すことができるので、汚泥の混入の少ないより良質の濾過水を得ることができる。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい態様について説明する。しかしながら、以下の説明は本発明の技術思想を具現する一具体例を説明するものであり、本発明はこの説明に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本発明のダイナミック濾過体モジュールを用いた、汚水の生物処理を行うシステムのフローシートである。流入原水（被処理汚水）１は、生物処理槽２に流入し、生物処理槽２において活性汚泥の好気処理が行われる。生物処理槽２から活性汚泥混合液が排出され、汚泥混合液供給ポンプ３より濾過分離槽４に供給される。濾過分離槽４に流入した活性汚泥混合液は、ダイナミック濾過体モジュール６により水頭圧△Ｈで濾過され、濾過水ライン１５より濾過水が得られ、濾過水弁７を通じて処理水槽１３に流入する。処理水槽１３から処理水１９を得る。なお、濾過処理後の汚泥混合液は、循環汚泥混合液１８として生物処理槽２に返送される。
【００３０】
次に、本発明に係るダイナミック濾過体モジュールの具体的構成例を図２に示す。図２（ａ）は濾過体モジュール構造の正面図、（ｂ）は側断面図を示す。図２に示す本発明の一態様に係るダイナミック濾過体モジュールは、内部が中空の支持体２１と、支持体の周囲壁の少なくとも一部を構成する濾過層支持材とを具備する。具体的には、支持体２１の周囲壁の一部が開口となっていて、その開口を濾過層支持材が覆うように構成される。
【００３１】
濾過層支持材としては、当該技術においてダイナミック濾過層形成用の支持材として公知の不織布、織布、金属網材料等のいずれを用いてもよい。また、図２に示すように、支持スペーサー２５の上に例えば織布２３を張り付け、さらにその上に支持ネット２６を重ね、押さえ板２２より固定するようにして、濾過層支持材を構成するとより好ましい。このような支持スペーサー及び支持ネットのような補強材によって織布などを補強することにより、濾過中に織布などの濾過層支持材が内側に撓んだり、或いは濾過層の表面空洗や濾過体内部水洗浄時に濾過層支持材が外側に撓むといった現象を抑えることができ、濾過層支持材の変形が防止され、長期使用に耐えられるようになる。さらに織布や不織布を単独で用いた場合と比べて濾過層支持材の表面の伸縮がなくなり、濾過層支持材の表面が常時フラットであるため、濾過層支持材の表面全体に均一な汚泥のダイナミック濾過層が形成されて、安定した濾過フラックスが得られる。織布等の内側に配置する支持スペーサー２６としては、汚泥粒子及び汚泥フロックを十分通過でき、且つそれによって保持する織布・不織布等の撓みを防止するという機能から、５〜５０ｍｍ、より好ましくは５〜２５ｍｍの目開きのネット状部材を用いることが好ましい。また、織布等の外側に配置する支持ネット２６としては、織布等の膨張を抑止し、織布等との間に汚泥の滞積が起こらないように、１０ｍｍ以上の目開きとすることが好ましい。また、織布の外側の補強材２６については、ネット状部材に代えて、例えば棒状部材を格子状に組み合わせた支持部材によって構成してもよい。
【００３２】
更に、支持体の内部を補強する目的で、内部支持柱２４を配置するとより好ましい。
図２に示すダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過層支持材によって形成される濾過部の上方に、濾過水集水部３５が配されると共に、集水部３５と濾過部との間に、濾過水用連通孔３１によって形成される濾過水整流部材が配されている。また、濾過水集水部３５には、濾過水出口２７及び濾過体内部洗浄水入口２８が接続されている。このような構成により、ダイナミック濾過層より濾過された濾過水が連通孔３１を通じて整流されて濾過水集水部３５に流入し、濾過水出口２７より排出される。従って、濾過体内部での濾過水の流れが均一となり、濾過層を全面に亘って均一に活用することが可能となる。
【００３３】
また、濾過部の下方には、汚泥排出口２９が接続された汚泥集積部３０が配されており、汚泥集積部３０に、空気供給管３４が接続された濾過体内部散気管３３が配置されている。
【００３４】
次に、上記に説明した本発明のダイナミック濾過体モジュールの運転方法を図１及び図２を参照しながら説明する。
図２に示すような本発明に係るダイナミック濾過体モジュールを、図１の濾過分離槽４内に配置し、濾過分離槽４内で、汚泥混合液のクロスフロー流を形成させる。これにより、濾過層支持材上に汚泥フロック粒子のダイナミック濾過層が形成される。ダイナミック濾過層が形成されるまでの間は、濾過体モジュールの濾過水出口２７及び濾過体内部洗浄水入口２８を閉止し、汚泥排出口２９を開放した状態として、濾過体内部に侵入する汚泥を汚泥排出口２９から排出する。汚泥排出口２９は、図１の汚泥排出ライン１７に接続されており、排出された汚泥は、生物処理槽２に戻される。
【００３５】
濾過層支持材の上にダイナミック濾過層が形成されたら、汚泥排出口２９を閉止し、濾過水出口２７を開放して、ダイナミック濾過層によって濾過された濾過水を、水頭圧（図１のΔＨ）によって、濾過水出口２７より排出する。濾過水出口２７は、図１の濾過水ライン１５に接続されており、濾過水は処理水槽１３に導入される。この際、図２に示す本発明の好ましい態様に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過部の上部に濾過水整流部材３１を介して濾過水集水部が配されているので、ダイナミック濾過層を通過した濾過水は、整流部材３１によって、断面全体に亘って均一に集水部に流入する。このため、濾過体内部での濾過水の流れが均一であり、ダイナミック濾過層の剥離・再形成のサイクルをより長くすることができる。
【００３６】
濾過運転を一定時間継続したら、ダイナミック濾過層の剥離・再形成と共に、濾過体内部の侵入汚泥の除去を行う。本発明に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、ダイナミック濾過層表面の空洗と濾過体内部の空洗とを行い、続いて濾過体内部の水洗浄及び汚泥の排出を行うことによって、より効率的に侵入汚泥の洗浄除去を行うことができる。
【００３７】
まず、ダイナミック濾過層表面の空洗（濾過体外部空洗）は、濾過分離槽内に配置されている空洗用散気管５より曝気を行うことによって行うことができる。また、濾過体内部の空洗については、空洗弁９を閉止し、内部空洗弁１０を開放して空洗ブロア１２から空気を供給して、図２に示す空気供給管３４を通して濾過体内部散気管３３より曝気を行うことにより、汚泥集積部３０に存在する汚泥を撹拌すると共に、濾過体内部の空洗を行う。導入された空気は、濾過水出口より排出され、エア抜き弁８を開放することによって、大気中に放出される。濾過層表面の空洗（濾過体外部空洗）と濾過体内部の空洗とは、いずれの操作を先に行ってもよく、或いは同時に行ってもよい。
【００３８】
濾過体モジュールの外部空洗及び内部空洗が終わったら、散気管３３からの曝気を停止し、濾過水出口２７を閉止し、濾過体内部洗浄水入口２８を開放して、濾過体内部洗浄水を濾過体内部に導入する。濾過体内部水洗浄は、上記の空洗の直後あるいは空洗の０．５〜５分後に行うことが好ましい。この濾過体内部水洗浄によって、濾過体内部の侵入汚泥の一部が濾過層を通して濾過体外部に排出され、残りの汚泥が汚泥排出口２９から排出される。汚泥排出口２９から排出された汚泥は、図１に示す汚泥排出弁１１を通じて汚泥排出ライン１７より生物反応槽２に戻される。汚泥の排出は、濾過体内部水洗浄と同時に行うと、内部侵入汚泥が濾過体内部洗浄水と共に排出でき、侵入汚泥の堆積が少なくなるので好ましいが、濾過体内部水洗浄が終了した後に行うこともできる。汚泥排出のタイミングは、汚泥排出口２９の開放によって決定することができる。汚泥の排出は、濾過体内部水洗浄を停止した後も数分程度継続することが好ましい。即ち、上記の洗浄操作が終了して濾過運転を開始した後も、数分程度の間は濾過水の回収は行わずに、汚泥排出口から汚泥混合液として排出することが好ましい。なお、図２に示す形態のダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過体内部洗浄水入口が、濾過水出口と同じように濾過水整流部材の外側に接続されていて、濾過体内部洗浄水が、濾過水整流部材を通して濾過体内部に導入されるようになっている。このような形態とすれば、濾過体内部洗浄水の濾過体内部水平方向における流入量が均一となり、濾過体の内部表面に付着している汚泥を完全に洗い落とすことが可能となる。また、図２に示す形態のダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過水出口２７とは別に濾過体内部洗浄水入口２８が設けられているが、濾過水出口２７を濾過体内部洗浄水入口として併用することもできる。更に、濾過体内部洗浄水は、濾過部下方の汚泥集積部から濾過体内部に供給することもできる。
【００３９】
濾過体内部の洗浄水としては、ＳＳと濁度の低い清澄な水を用いれば、濾過体内部の汚泥を希釈して外部への排出が容易となる。ダイナミック濾過体モジュールの濾過水は、通常、濁度が１０度以下、ＳＳが１０ｍｇ／リットル以下であり、濾過体内部の洗浄水として用いることができる。従って、図１に示すように、濾過体モジュールから得られた濾過水を処理水槽１３に貯留し、その一部を濾過体内部洗浄水ポンプ１４によって濾過体内部洗浄水ライン１６を通して濾過体内部洗浄水入口（図２の２８）に供給することが好ましい。また、ダイナミック濾過体モジュールの濾過水を、砂濾過やＭＦ膜濾過によって更に濾過処理した処理水は、ＳＳが殆どないので、濾過体モジュール内部の洗浄水として更に好ましい。更には、次亜塩素酸ナトリウムなどのような酸化剤の水溶液は、生物スライムの除去も可能であることから、濾過体モジュール内部の洗浄水として、より一層の効果が期待できるので好ましい。なお、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤の水溶液を濾過体内部の洗浄水として用いる場合には、上記の空洗−濾過体内部水洗浄−排泥の一連のプロセスを終えた後に、濾過体内部に酸化剤水溶液を導入して濾過体内部を洗浄することが好ましい。
【００４０】
これらの一連の洗浄・排泥プロセスが完了したら、再び上記に説明したダイナミック濾過層の形成及び濾過運転を行う。なお、これらの一連の洗浄操作を行う頻度は、処理する汚泥混合液の性状等によって大きく変動するが、一般に、２〜４時間に一回程度の頻度で洗浄操作を行うことが好ましい。
【００４１】
なお、図２では、濾過水出口２７を濾過部の上方に配した形態を示したが、濾過水を濾過体モジュールの底部より取り出すこともできる。この場合には、配管と切替えバルブを設けることにより、汚泥排出口２９を濾過水出口としても併用し、濾過運転中にはここから濾過水を取り出すようにすることができる。また、汚泥排出口２９とは別に、濾過部の下方に濾過水出口を配することもできる。
【００４２】
本発明に係るダイナミック濾過体モジュールにより濾過分離できる汚泥混合液としては、活性汚泥混合液、凝集汚泥混合液、初沈汚泥混合液等の何れも可能である。また、本発明のダイナミック濾過体モジュールを、ＳＳの高い排水、河川水等の固液分離装置として用いることも可能である。
【００４３】
以下に本発明を実施例によってより具体的に詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例のみに限定されるものではない。
実施例１
図２に示すダイナミック濾過体モジュールを用いて、図１に示す団地下水の活性汚泥処理システムから得られた活性汚泥混合液の固液分離処理を行った。
【００４４】
ダイナミック濾過層形成用の支持材として、目開き１０ｍｍ、厚み２．０ｍｍのポリエチレンネット２枚によって厚み約０．１ｍｍ、孔径１１４μｍのポリエステル織布を挟み込んだものを用いた。有効面積１ｍ2／枚の平面形濾過体モジュール５個を濾過分離槽に浸漬設置した。濾過時の水頭圧を約１０ｃｍとし、濾過体表面の汚泥混合液のクロスフロー流速を平均０．０２５ｍ／ｓとした。
【００４５】
濾過運転２時間毎に、濾過体外部空洗−濾過体内部空洗−濾過体内部水洗浄・排泥の洗浄操作を行った。洗浄操作の諸条件を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
図３に、本実施例における濾過フラックスの経過を示す。
処理開始から約３ヶ月の運転において、濾過フラックスがほぼ４ｍ／ｄ以上であり、安定した処理が得られた。
【産業上の利用の可能性】
【００４８】
本発明によれば、ダイナミック濾過体モジュールの濾過部下方に汚泥集積部を設けたことにより、ダイナミック濾過層が形成されるまでの間に濾過体内部に侵入した汚泥が、重力沈降により汚泥集積部に集まり、汚泥集積部の汚泥流出口より外部へ排出される。このため、濾過体内部へ侵入した汚泥が、濾過体内部に付着したり、堆積したりすることを防ぐことができ、濾過体内部への侵入汚泥が濾過部において蓄積・濃縮・固形化することに伴って伴う有効濾過面積が減少して濾過フラックスが低下するという問題が解消され、安定した濾過水量が得られる。
【００４９】
また、本発明のより好ましい態様においては、汚泥集積部に汚泥撹拌手段を配したことによって、この汚泥撹拌手段で定期的に汚泥集積部内並びに濾過体内部の汚泥を撹拌・分散することにより、汚泥集積部内及び濾過体内部の汚泥が濃縮、固化したり、付着・堆積することなく、汚泥流出口から抵抗なく安定した流量で排出することができる。更に、汚泥撹拌手段として散気管による曝気を用いる場合には、曝気時に、汚泥集積部から気泡が濾過体内部に上昇し、濾過体内部で気液混合体による内部攪拌が行われることにより、濾過体内部における付着汚泥をより効率的に剥離することができる。
【００５０】
この結果、濾過体内部の汚泥堆積による濾過フラックスの低下を抑制することができ、安定した処理水を得られる。
更に、本発明の他の態様においては、濾過部の上方及び／又は下方に濾過水集水部を設け、濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材を配することにより、濾過体内部の濾過水の流れが均一となり、濾過面積全体において均等に濾過を行うが可能となる。また、濾過体内部の水洗浄時も、かかる整流部材を通して濾過体内部洗浄水を濾過体内部に供給すれば、濾過体内部水平方向における濾過体内部洗浄水の流入量が均一となり、濾過体の内部表面に付着した汚泥を完全に洗い落とすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のダイナミック濾過体モジュールを用いた、汚水の生物処理を行うシステムの一具体例のフローシートである。
【図２】本発明に係るダイナミック濾過体モジュールの一具体例の構造を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】本発明の実施例における、濾過運転経過日数と平均濾過Ｆｌｕｘの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 流入原水；
２ 生物処理槽；
３ 汚泥混合液供給ポンプ；
４ 濾過分離槽；
５ 濾過体外表面空洗用散気管；
６ ダイナミック濾過体モジュール；
７ 濾過水弁；
８ エア抜き弁；
９ 空洗弁；
１０ 濾過体内部空洗弁；
１１ 汚泥排出弁；
１２ 空洗ブロワ；
１３ 処理水槽；
１４ 濾過体内部洗浄水ポンプ；
１５ 濾過水ライン；
１６ 濾過体内部洗浄水ライン；
１７ 汚泥排出ライン；
１８ 循環汚泥混合液；
１９ 処理水；
２１ 濾過体支持部；
２２ 抑え板；
２３ 織布；
２４ 内部支持柱；
２５ 支持スペーサ；
２６ 支持ネット；
２７ 濾過水出口；
２８ 濾過体内部洗浄水入口；
２９ 汚泥排出口；
３０ 汚泥集積部；
３１ 濾過水用整流部材；
３３ 濾過体内部散気管；
３４ 空気供給管；
３５ 濾過水集水部；
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃水の生物処理プロセスによって生成する活性汚泥混合液の固液分離や余剰汚泥の濃縮等に使用する濾過体モジュールに係わるものであり、特に有機性工業廃水や生活排水等の処理に用いることができる濾過体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥による水処理では、処理水を得るためには活性汚泥の固液分離を行わなければならない。通常、このためには、活性汚泥を沈殿池に導入して重力沈降によって汚泥を沈降させ、上澄液を処理水として沈殿池から流出させる方法が用いられていた。しかしながら、この方法においては、活性汚泥を沈降させるために十分な沈降面積及び滞留時間を有する沈殿池が必要であり、処理装置の大型化と設置容積の増大要因となっていた。また、活性汚泥が、バルキング等により沈降性が悪化した場合、沈殿池より汚泥が流出して処理水の悪化を招いていた。
【０００３】
近年、沈殿池に代わって膜分離によって活性汚泥の固液分離を行う手法も用いられている。この場合、固液分離用膜としては、一般的に精密濾過膜や限外濾過膜が用いられている。しかしながら、この方法では、濾過分離手段としてポンプによる吸引や加圧が必要であり、通常数十kPa〜数百kPaの圧力で濾過を行うため、ポンプによる動力消費が大きく、ランニングコストの増大要因となっていた。また、膜分離でＳＳの全くない清澄な処理水が得られる一方で、透過フラックスが低く、膜汚染を防止するために定期的に薬洗する必要があった。
【０００４】
更に最近、沈殿池に代わる活性汚泥の固液分離法として、曝気槽に不織布等の通水性シートからなる濾過体を浸漬させ、濾過体表面の上に汚泥粒子自身による付着物層を二次的に形成し、この汚泥層を濾過層として用いて低い水頭圧で清澄な濾過水を得る方法が提案されている。この方法はダイナミック濾過と呼ばれ、通水性シートからなる濾過体自体は汚泥粒子を通過させるものであるが、濾過体表面において活性汚泥混合液のクロスフロー流を生成させることによって、汚泥フロックの付着物層が通水性シート上に二次的に形成され、この汚泥層が濾過層（ダイナミック濾過層）として機能することによって被処理液中の汚泥やＳＳが固液分離される。ダイナミック濾過層は濾過時間の経過に伴って厚みが増加し、このため濾過抵抗が増大して濾過フラックスが低下してくるが、その場合には、濾過体下部に設置した散気管より曝気して、濾過体表面に形成された汚泥のダイナミック濾過層を剥離した後、再びダイナミック濾過層を形成させることにより、安定した濾過フラックスが得られる。
【０００５】
しかし、このようなダイナミック濾過による活性汚泥の固液分離においては、濾過体表面にダイナミック濾過層、つまり、活性汚泥の付着物層が形成されるまでの間は、汚泥粒子が濾過体を通過するため、濾過体内部に汚泥が堆積して濾過抵抗が増大することにより濾過フラックスが低下する。この場合、濾過体下部に配置された散気管からの曝気による外部空洗では、濾過体表面の汚泥層を剥離するのみで、濾過体内部に堆積した汚泥を排出するのに全く効果がないことに加え、洗浄直後に濾過体表面から内部への汚泥侵入が起こるため、濾過体内部の汚泥が排出されることなく更に蓄積し、処理時間の経過と共に濾過体内部の汚泥が濃縮され、濾過抵抗を増大する原因となり、濾過フラックスが徐々に低下する。
【０００６】
ダイナミック濾過において、濾過体内部に侵入した汚泥を排出する方法として、処理水を濾過体内部に導入する内部水洗浄法が知られている。この場合、濾過体モジュール内部に処理水を導入して、濾過層を通して濾過体外部へ汚泥を通過させて侵入汚泥の一部を排出し、残りの侵入汚泥を濾過開始と共にモジュールの取水管（濾過水排出管）より排出する。即ち、濾過開始後の所定時間の間は、濾過水の回収は行わずに、濾過体内部の排泥を行う。しかし、このような濾過体内部水洗浄においては、一般に濾過体モジュール内部への洗浄水流入口が１〜２箇所しか形成されないため、濾過体内部に対して洗浄水の流入が不均一であり、濾過体内部の付着・堆積汚泥を均等に排出することができない。また、洗浄された汚泥を濾過水排出管から排出する際には、濾過水排出管の上部に位置する汚泥のみが排出され、濾過水排出管に隣接していない位置では汚泥が排出されないため、汚泥がその位置で徐々に堆積して、濃縮・固化してしまう。汚泥が、濾過体内部で濃縮・固化してしまうと、これを除去するのは極めて困難である。
【０００７】
また、ダイナミック濾過において、濾過体内部への侵入汚泥を排出する他の方法として、濾過体内部に気体（気泡）を供給して空洗する方法が知られている。この場合も、一般に洗浄用の空気は濾過水排出管より導入されるため、濾過体内部への気体の流入が不均一となり、気体導入のない部分、特に濾過体底部の濾過水排出管が配置されていない場所では、汚泥が堆積しやすく、濾過フラックスの低下要因となる。
【０００８】
更に、従来のダイナミック濾過用の濾過体においては、濾過体の内部に汚泥が蓄積することにより、特に濾過体の下部において蓄積汚泥によって濾過層の面が閉塞されてしまい、有効濾過面積が減少して濾過フラックスが低下するという問題があった。更に、汚泥が濾過水排出管の上部で蓄積した場合には、蓄積汚泥が排出管の入口を閉塞し、濾過水が全く得られなくなるという問題が生じることがあった。
【０００９】
また、従来のダイナミック濾過体モジュールにおいては、通常、濾過水出口が１箇所又は２箇所程度であるので、濾過水出口に近接した箇所の濾過水の流量が他の箇所と比べて多くなっていた。このため、ダイナミック濾過層上への汚泥粒子の蓄積が、濾過水の流量の多い箇所でより大きくなり、ダイナミック濾過層の剥離・再形成のサイクルを短くしていたという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ダイナミック濾過において、濾過体内部の汚泥堆積による濾過フラックスの低下を抑制することができ、安定した処理水を得られるダイナミック濾過体モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記の問題点を解決するため鋭意研究を重ねた結果、ダイナミック濾過体モジュールにおいて、濾過層の下方に汚泥集積部を設けて、濾過体内部への侵入汚泥をここに集積させることによって、安定した濾過運転を行うことができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
また、本発明者らは、更に、ダイナミック濾過体モジュールにおいて、濾過水を、モジュールの断面積に亘って均一に流れるようにする整流部材を通して排出することによって、濾過体内部での濾過水の流れを均一にして、濾過面の全体を均一に利用することが可能となることで、安定した濾過運転を行うことができることも見出した。
【００１３】
上記の課題を解決する本発明の各種態様は、以下の通りである。
１．内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口を有する汚泥集積部が配置されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【００１４】
２．濾過部の上方及び／又は下方に、濾過水集水部が配置されて、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されている上記第１項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１５】
３．内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水集水部を有しており、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【００１６】
４．濾過水流出口が濾過部の上方に配置されている上記第１項〜第３項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
５．汚泥集積部内に汚泥撹拌手段が配されている上記第１項〜第４項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１７】
６．汚泥撹拌手段が散気管である上記第５項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
７．濾過部の上方及び／又は下方に、濾過体内部洗浄水流入口が更に配されている上記第１項〜第６項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１８】
８．濾過体内部洗浄水流入口が濾過水集水部に接続されている上記第７項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
９．濾過体内部洗浄水流入口が汚泥集積部に接続されている請求項７に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００１９】
１０．濾過層支持材が、織布、不織布又は金属網材料である上記第１項〜第９項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
１１．濾過層支持材が、補強材によって補強された織布、不織布又は金属網材料である上記第１０項に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【００２０】
１２．上記第１項〜第１１項のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュールのモジュール内部に侵入した汚泥を洗浄・除去する方法であって、濾過体の外表面の曝気による空洗と濾過体の内部の曝気による空洗とを行い、次に濾過水流出口又は濾過体内部洗浄水流入口から濾過体の内部に濾過体内部洗浄水を導入すると共に、汚泥流出口から汚泥を排出することを特徴とする方法。
【００２１】
１３．濾過体内部洗浄水が、ダイナミック濾過体モジュールによって得られた濾過水である上記第１２項に記載の方法。
１４．濾過体内部洗浄水が酸化剤水溶液である上記第１２項に記載の方法。
【００２２】
１５．濾過体内部の水洗浄及び汚泥の排出が終了した後に、酸化剤水溶液の洗浄液を濾過体の内部に導入して濾過体の内部を洗浄する工程を更に有する上記第１３項に記載の方法。
【００２３】
本発明の一態様に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過部の下方に汚泥集積部を設けたことにより、濾過層支持材の表面上にダイナミック濾過層が形成されるまでの間に濾過体内部に侵入した汚泥が、重力沈降により汚泥集積部に集まり、汚泥集積部の汚泥流出口より外部へ排出される。このため、濾過体内部へ侵入した汚泥が濾過体内部に付着したり、堆積したりすることを防ぐことができ、侵入汚泥が有効濾過面において蓄積、濃縮、固形化することに伴って濾過面積が減少し、これによって濾過フラックスが低下するという問題が解決され、安定した濾過水量を得られる。
【００２４】
また、本発明のより好ましい態様によれば、汚泥集積部内に汚泥撹拌手段を配することにより、定期的に汚泥集積部内並びに濾過体内部の汚泥を撹拌・分散させることで、汚泥が濾過体内部や汚泥集積部において付着・堆積したり、濃縮・固化することなく、汚泥流出口から抵抗なく安定した流量で排出することができる。汚泥撹拌手段は、汚泥集積部内の、汚泥が蓄積しやすい個所に配することが好ましく、これは当業者が経験的に或いは予備実験によって決定することができる。
【００２５】
なお、汚泥撹拌手段としては、当該技術において公知の各種の機械的撹拌手段を用いることができるが、好ましくは散気管を用いる。この場合には、散気管より曝気することにより、汚泥集積部内の汚泥が撹拌される。更に、散気管を用いると、曝気時において、汚泥集積部から気泡が濾過体内部に上昇し、気液混合物によって濾過体内部が攪拌されることにより、濾過体内部の付着汚泥も剥離することができる。従って、散気管は、曝気時に濾過体の内部に空気が均一に上昇するように配置することが好ましい。従来のダイナミック濾過体モジュールにおいて、このように濾過体の内部に散気管を配した例は、本発明者が知る限りにおいて存在しない。
【００２６】
また、本発明の他の態様に係るダイナミック濾過体モジュールは、濾過部の上方及び／又は下方に、濾過水流出口と接続された濾過水集水部を配置し、濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材を配置することを特徴とする。ここで、濾過水整流部材とは、濾過部から流れてくる濾過水を、集水部の断面積全体に亘って均一に流通させるもので、例えば、断面積全体に亘って多数の連通孔を配置することで濾過水整流部材を構成することができる。このような濾過水整流部材が配置されていない従来のダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過水は、濾過水流出口に近接した場所でより速く流れるため、濾過体内部での濾過水の流れが不均一となり、濾過面の全体で均等に濾過することができなくなり、濾過水の流れが速い部分での汚泥の蓄積が速くなっていた。本発明のかかる態様によれば、濾過水整流部材を配したことで、このような問題を解決し、濾過体内部の濾過水の流れを均一として、濾過面の全体で均等に濾過を進行させることが可能となったため、ダイナミック濾過層の剥離・再形成の頻度を少なくすることができるようになった。また、このような整流部材を、同様に濾過体内部洗浄水の導入部において設けると、濾過体内部水洗浄の際に、洗浄水が濾過体内部に均一に導入されるので、濾過体内部全体の汚泥を洗浄することができる。
【００２７】
また、上記に説明した二つの構成要素を同時に具備すれば、更に安定した濾過運転が可能なダイナミック濾過体モジュールが得られるので、より好ましい。
なお、本発明に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過水流出口及び濾過水集水部は、濾過層が配置されている濾過部の上方及び／又は下方に配置することができるが、濾過部の上方に配置することがより好ましい。濾過水流出口及び濾過水集水部を濾過部の上方に配置し、汚泥集積部を濾過部の下方に配置することにより、濾過運転中においても、濾過体内部への侵入汚泥を下方に重力沈降させながら、濾過水を上方より取り出すことができるので、汚泥の混入の少ないより良質の濾過水を得ることができる。
【００２８】
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい態様について説明する。しかしながら、以下の説明は本発明の技術思想を具現する一具体例を説明するものであり、本発明はこの説明に限定されるものではない。
【００２９】
図１は、本発明のダイナミック濾過体モジュールを用いた、汚水の生物処理を行うシステムのフローシートである。流入原水（被処理汚水）１は、生物処理槽２に流入し、生物処理槽２において活性汚泥の好気処理が行われる。生物処理槽２から活性汚泥混合液が排出され、汚泥混合液供給ポンプ３より濾過分離槽４に供給される。濾過分離槽４に流入した活性汚泥混合液は、ダイナミック濾過体モジュール６により水頭圧△Ｈで濾過され、濾過水ライン１５より濾過水が得られ、濾過水弁７を通じて処理水槽１３に流入する。処理水槽１３から処理水１９を得る。なお、濾過処理後の汚泥混合液は、循環汚泥混合液１８として生物処理槽２に返送される。
【００３０】
次に、本発明に係るダイナミック濾過体モジュールの具体的構成例を図２に示す。図２（ａ）は濾過体モジュール構造の正面図、（ｂ）は側断面図を示す。図２に示す本発明の一態様に係るダイナミック濾過体モジュールは、内部が中空の支持体２１と、支持体の周囲壁の少なくとも一部を構成する濾過層支持材とを具備する。具体的には、支持体２１の周囲壁の一部が開口となっていて、その開口を濾過層支持材が覆うように構成される。
【００３１】
濾過層支持材としては、当該技術においてダイナミック濾過層形成用の支持材として公知の不織布、織布、金属網材料等のいずれを用いてもよい。また、図２に示すように、支持スペーサー２５の上に例えば織布２３を張り付け、さらにその上に支持ネット２６を重ね、押さえ板２２より固定するようにして、濾過層支持材を構成するとより好ましい。このような支持スペーサー及び支持ネットのような補強材によって織布などを補強することにより、濾過中に織布などの濾過層支持材が内側に撓んだり、或いは濾過層の表面空洗や濾過体内部水洗浄時に濾過層支持材が外側に撓むといった現象を抑えることができ、濾過層支持材の変形が防止され、長期使用に耐えられるようになる。さらに織布や不織布を単独で用いた場合と比べて濾過層支持材の表面の伸縮がなくなり、濾過層支持材の表面が常時フラットであるため、濾過層支持材の表面全体に均一な汚泥のダイナミック濾過層が形成されて、安定した濾過フラックスが得られる。織布等の内側に配置する支持スペーサー２６としては、汚泥粒子及び汚泥フロックを十分通過でき、且つそれによって保持する織布・不織布等の撓みを防止するという機能から、５〜５０ｍｍ、より好ましくは５〜２５ｍｍの目開きのネット状部材を用いることが好ましい。また、織布等の外側に配置する支持ネット２６としては、織布等の膨張を抑止し、織布等との間に汚泥の滞積が起こらないように、１０ｍｍ以上の目開きとすることが好ましい。また、織布の外側の補強材２６については、ネット状部材に代えて、例えば棒状部材を格子状に組み合わせた支持部材によって構成してもよい。
【００３２】
更に、支持体の内部を補強する目的で、内部支持柱２４を配置するとより好ましい。
図２に示すダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過層支持材によって形成される濾過部の上方に、濾過水集水部３５が配されると共に、集水部３５と濾過部との間に、濾過水用連通孔３１によって形成される濾過水整流部材が配されている。また、濾過水集水部３５には、濾過水出口２７及び濾過体内部洗浄水入口２８が接続されている。このような構成により、ダイナミック濾過層より濾過された濾過水が連通孔３１を通じて整流されて濾過水集水部３５に流入し、濾過水出口２７より排出される。従って、濾過体内部での濾過水の流れが均一となり、濾過層を全面に亘って均一に活用することが可能となる。
【００３３】
また、濾過部の下方には、汚泥排出口２９が接続された汚泥集積部３０が配されており、汚泥集積部３０に、空気供給管３４が接続された濾過体内部散気管３３が配置されている。
【００３４】
次に、上記に説明した本発明のダイナミック濾過体モジュールの運転方法を図１及び図２を参照しながら説明する。
図２に示すような本発明に係るダイナミック濾過体モジュールを、図１の濾過分離槽４内に配置し、濾過分離槽４内で、汚泥混合液のクロスフロー流を形成させる。これにより、濾過層支持材上に汚泥フロック粒子のダイナミック濾過層が形成される。ダイナミック濾過層が形成されるまでの間は、濾過体モジュールの濾過水出口２７及び濾過体内部洗浄水入口２８を閉止し、汚泥排出口２９を開放した状態として、濾過体内部に侵入する汚泥を汚泥排出口２９から排出する。汚泥排出口２９は、図１の汚泥排出ライン１７に接続されており、排出された汚泥は、生物処理槽２に戻される。
【００３５】
濾過層支持材の上にダイナミック濾過層が形成されたら、汚泥排出口２９を閉止し、濾過水出口２７を開放して、ダイナミック濾過層によって濾過された濾過水を、水頭圧（図１のΔＨ）によって、濾過水出口２７より排出する。濾過水出口２７は、図１の濾過水ライン１５に接続されており、濾過水は処理水槽１３に導入される。この際、図２に示す本発明の好ましい態様に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過部の上部に濾過水整流部材３１を介して濾過水集水部が配されているので、ダイナミック濾過層を通過した濾過水は、整流部材３１によって、断面全体に亘って均一に集水部に流入する。このため、濾過体内部での濾過水の流れが均一であり、ダイナミック濾過層の剥離・再形成のサイクルをより長くすることができる。
【００３６】
濾過運転を一定時間継続したら、ダイナミック濾過層の剥離・再形成と共に、濾過体内部の侵入汚泥の除去を行う。本発明に係るダイナミック濾過体モジュールにおいては、ダイナミック濾過層表面の空洗と濾過体内部の空洗とを行い、続いて濾過体内部の水洗浄及び汚泥の排出を行うことによって、より効率的に侵入汚泥の洗浄除去を行うことができる。
【００３７】
まず、ダイナミック濾過層表面の空洗（濾過体外部空洗）は、濾過分離槽内に配置されている空洗用散気管５より曝気を行うことによって行うことができる。また、濾過体内部の空洗については、空洗弁９を閉止し、内部空洗弁１０を開放して空洗ブロア１２から空気を供給して、図２に示す空気供給管３４を通して濾過体内部散気管３３より曝気を行うことにより、汚泥集積部３０に存在する汚泥を撹拌すると共に、濾過体内部の空洗を行う。導入された空気は、濾過水出口より排出され、エア抜き弁８を開放することによって、大気中に放出される。濾過層表面の空洗（濾過体外部空洗）と濾過体内部の空洗とは、いずれの操作を先に行ってもよく、或いは同時に行ってもよい。
【００３８】
濾過体モジュールの外部空洗及び内部空洗が終わったら、散気管３３からの曝気を停止し、濾過水出口２７を閉止し、濾過体内部洗浄水入口２８を開放して、濾過体内部洗浄水を濾過体内部に導入する。濾過体内部水洗浄は、上記の空洗の直後あるいは空洗の０．５〜５分後に行うことが好ましい。この濾過体内部水洗浄によって、濾過体内部の侵入汚泥の一部が濾過層を通して濾過体外部に排出され、残りの汚泥が汚泥排出口２９から排出される。汚泥排出口２９から排出された汚泥は、図１に示す汚泥排出弁１１を通じて汚泥排出ライン１７より生物反応槽２に戻される。汚泥の排出は、濾過体内部水洗浄と同時に行うと、内部侵入汚泥が濾過体内部洗浄水と共に排出でき、侵入汚泥の堆積が少なくなるので好ましいが、濾過体内部水洗浄が終了した後に行うこともできる。汚泥排出のタイミングは、汚泥排出口２９の開放によって決定することができる。汚泥の排出は、濾過体内部水洗浄を停止した後も数分程度継続することが好ましい。即ち、上記の洗浄操作が終了して濾過運転を開始した後も、数分程度の間は濾過水の回収は行わずに、汚泥排出口から汚泥混合液として排出することが好ましい。なお、図２に示す形態のダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過体内部洗浄水入口が、濾過水出口と同じように濾過水整流部材の外側に接続されていて、濾過体内部洗浄水が、濾過水整流部材を通して濾過体内部に導入されるようになっている。このような形態とすれば、濾過体内部洗浄水の濾過体内部水平方向における流入量が均一となり、濾過体の内部表面に付着している汚泥を完全に洗い落とすことが可能となる。また、図２に示す形態のダイナミック濾過体モジュールにおいては、濾過水出口２７とは別に濾過体内部洗浄水入口２８が設けられているが、濾過水出口２７を濾過体内部洗浄水入口として併用することもできる。更に、濾過体内部洗浄水は、濾過部下方の汚泥集積部から濾過体内部に供給することもできる。
【００３９】
濾過体内部の洗浄水としては、ＳＳと濁度の低い清澄な水を用いれば、濾過体内部の汚泥を希釈して外部への排出が容易となる。ダイナミック濾過体モジュールの濾過水は、通常、濁度が１０度以下、ＳＳが１０ｍｇ／リットル以下であり、濾過体内部の洗浄水として用いることができる。従って、図１に示すように、濾過体モジュールから得られた濾過水を処理水槽１３に貯留し、その一部を濾過体内部洗浄水ポンプ１４によって濾過体内部洗浄水ライン１６を通して濾過体内部洗浄水入口（図２の２８）に供給することが好ましい。また、ダイナミック濾過体モジュールの濾過水を、砂濾過やＭＦ膜濾過によって更に濾過処理した処理水は、ＳＳが殆どないので、濾過体モジュール内部の洗浄水として更に好ましい。更には、次亜塩素酸ナトリウムなどのような酸化剤の水溶液は、生物スライムの除去も可能であることから、濾過体モジュール内部の洗浄水として、より一層の効果が期待できるので好ましい。なお、次亜塩素酸ナトリウムなどの酸化剤の水溶液を濾過体内部の洗浄水として用いる場合には、上記の空洗−濾過体内部水洗浄−排泥の一連のプロセスを終えた後に、濾過体内部に酸化剤水溶液を導入して濾過体内部を洗浄することが好ましい。
【００４０】
これらの一連の洗浄・排泥プロセスが完了したら、再び上記に説明したダイナミック濾過層の形成及び濾過運転を行う。なお、これらの一連の洗浄操作を行う頻度は、処理する汚泥混合液の性状等によって大きく変動するが、一般に、２〜４時間に一回程度の頻度で洗浄操作を行うことが好ましい。
【００４１】
なお、図２では、濾過水出口２７を濾過部の上方に配した形態を示したが、濾過水を濾過体モジュールの底部より取り出すこともできる。この場合には、配管と切替えバルブを設けることにより、汚泥排出口２９を濾過水出口としても併用し、濾過運転中にはここから濾過水を取り出すようにすることができる。また、汚泥排出口２９とは別に、濾過部の下方に濾過水出口を配することもできる。
【００４２】
本発明に係るダイナミック濾過体モジュールにより濾過分離できる汚泥混合液としては、活性汚泥混合液、凝集汚泥混合液、初沈汚泥混合液等の何れも可能である。また、本発明のダイナミック濾過体モジュールを、ＳＳの高い排水、河川水等の固液分離装置として用いることも可能である。
【００４３】
以下に本発明を実施例によってより具体的に詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例のみに限定されるものではない。
実施例１
図２に示すダイナミック濾過体モジュールを用いて、図１に示す団地下水の活性汚泥処理システムから得られた活性汚泥混合液の固液分離処理を行った。
【００４４】
ダイナミック濾過層形成用の支持材として、目開き１０ｍｍ、厚み２．０ｍｍのポリエチレンネット２枚によって厚み約０．１ｍｍ、孔径１１４μｍのポリエステル織布を挟み込んだものを用いた。有効面積１ｍ2／枚の平面形濾過体モジュール５個を濾過分離槽に浸漬設置した。濾過時の水頭圧を約１０ｃｍとし、濾過体表面の汚泥混合液のクロスフロー流速を平均０．０２５ｍ／ｓとした。
【００４５】
濾過運転２時間毎に、濾過体外部空洗−濾過体内部空洗−濾過体内部水洗浄・排泥の洗浄操作を行った。洗浄操作の諸条件を表１に示す。
【００４６】
【表１】
【００４７】
図３に、本実施例における濾過フラックスの経過を示す。
処理開始から約３ヶ月の運転において、濾過フラックスがほぼ４ｍ／ｄ以上であり、安定した処理が得られた。
【産業上の利用の可能性】
【００４８】
本発明によれば、ダイナミック濾過体モジュールの濾過部下方に汚泥集積部を設けたことにより、ダイナミック濾過層が形成されるまでの間に濾過体内部に侵入した汚泥が、重力沈降により汚泥集積部に集まり、汚泥集積部の汚泥流出口より外部へ排出される。このため、濾過体内部へ侵入した汚泥が、濾過体内部に付着したり、堆積したりすることを防ぐことができ、濾過体内部への侵入汚泥が濾過部において蓄積・濃縮・固形化することに伴って伴う有効濾過面積が減少して濾過フラックスが低下するという問題が解消され、安定した濾過水量が得られる。
【００４９】
また、本発明のより好ましい態様においては、汚泥集積部に汚泥撹拌手段を配したことによって、この汚泥撹拌手段で定期的に汚泥集積部内並びに濾過体内部の汚泥を撹拌・分散することにより、汚泥集積部内及び濾過体内部の汚泥が濃縮、固化したり、付着・堆積することなく、汚泥流出口から抵抗なく安定した流量で排出することができる。更に、汚泥撹拌手段として散気管による曝気を用いる場合には、曝気時に、汚泥集積部から気泡が濾過体内部に上昇し、濾過体内部で気液混合体による内部攪拌が行われることにより、濾過体内部における付着汚泥をより効率的に剥離することができる。
【００５０】
この結果、濾過体内部の汚泥堆積による濾過フラックスの低下を抑制することができ、安定した処理水を得られる。
更に、本発明の他の態様においては、濾過部の上方及び／又は下方に濾過水集水部を設け、濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材を配することにより、濾過体内部の濾過水の流れが均一となり、濾過面積全体において均等に濾過を行うが可能となる。また、濾過体内部の水洗浄時も、かかる整流部材を通して濾過体内部洗浄水を濾過体内部に供給すれば、濾過体内部水平方向における濾過体内部洗浄水の流入量が均一となり、濾過体の内部表面に付着した汚泥を完全に洗い落とすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のダイナミック濾過体モジュールを用いた、汚水の生物処理を行うシステムの一具体例のフローシートである。
【図２】本発明に係るダイナミック濾過体モジュールの一具体例の構造を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】本発明の実施例における、濾過運転経過日数と平均濾過Ｆｌｕｘの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１ 流入原水；
２ 生物処理槽；
３ 汚泥混合液供給ポンプ；
４ 濾過分離槽；
５ 濾過体外表面空洗用散気管；
６ ダイナミック濾過体モジュール；
７ 濾過水弁；
８ エア抜き弁；
９ 空洗弁；
１０ 濾過体内部空洗弁；
１１ 汚泥排出弁；
１２ 空洗ブロワ；
１３ 処理水槽；
１４ 濾過体内部洗浄水ポンプ；
１５ 濾過水ライン；
１６ 濾過体内部洗浄水ライン；
１７ 汚泥排出ライン；
１８ 循環汚泥混合液；
１９ 処理水；
２１ 濾過体支持部；
２２ 抑え板；
２３ 織布；
２４ 内部支持柱；
２５ 支持スペーサ；
２６ 支持ネット；
２７ 濾過水出口；
２８ 濾過体内部洗浄水入口；
２９ 汚泥排出口；
３０ 汚泥集積部；
３１ 濾過水用整流部材；
３３ 濾過体内部散気管；
３４ 空気供給管；
３５ 濾過水集水部；
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口を有する汚泥集積部が配置されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【請求項２】
濾過部の上方及び／又は下方に、濾過水集水部が配置されて、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されている請求項１に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項３】
内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水集水部を有しており、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【請求項４】
濾過水流出口が濾過部の上方に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項５】
汚泥集積部内に汚泥撹拌手段が配されている請求項１〜４のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項６】
汚泥撹拌手段が散気管である請求項５に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項７】
濾過部の上方及び／又は下方に、濾過体内部洗浄水流入口が更に配されている請求項１〜６のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項８】
濾過体内部洗浄水流入口が濾過水集水部に接続されている請求項７に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項９】
濾過体内部洗浄水流入口が汚泥集積部に接続されている請求項７に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項１０】
濾過層支持材が、織布、不織布又は金属網材料である請求項１〜９のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項１１】
濾過層支持材が、補強材によって補強された織布、不織布又は金属網材料である請求項１０に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュールのモジュール内部に侵入した汚泥を洗浄・除去する方法であって、濾過体の外表面の曝気による空洗と濾過体の内部の曝気による空洗とを行い、次に濾過水流出口又は濾過体内部洗浄水流入口から濾過体の内部に濾過体内部洗浄水を導入すると共に、汚泥流出口から汚泥を排出することを特徴とする方法。
【請求項１３】
濾過体内部洗浄水が、ダイナミック濾過体モジュールによって得られた濾過水である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
濾過体内部洗浄水が酸化剤水溶液である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
濾過体内部の水洗浄及び汚泥の排出が終了した後に、酸化剤水溶液の洗浄液を濾過体の内部に導入して濾過体の内部を洗浄する工程を更に有する請求項１２又は１３に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口を有する汚泥集積部が配置されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【請求項１】
内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口を有する汚泥集積部が配置されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【請求項２】
濾過部の上方及び／又は下方に、濾過水集水部が配置されて、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されている請求項１に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項３】
内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水集水部を有しており、該濾過水集水部に濾過水流出口が接続されており、更に濾過水集水部と濾過部との間に濾過水整流部材が配されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【請求項４】
濾過水流出口が濾過部の上方に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項５】
汚泥集積部内に汚泥撹拌手段が配されている請求項１〜４のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項６】
汚泥撹拌手段が散気管である請求項５に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項７】
濾過部の上方及び／又は下方に、濾過体内部洗浄水流入口が更に配されている請求項１〜６のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項８】
濾過体内部洗浄水流入口が濾過水集水部に接続されている請求項７に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項９】
濾過体内部洗浄水流入口が汚泥集積部に接続されている請求項７に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項１０】
濾過層支持材が、織布、不織布又は金属網材料である請求項１〜９のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項１１】
濾過層支持材が、補強材によって補強された織布、不織布又は金属網材料である請求項１０に記載のダイナミック濾過体モジュール。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のダイナミック濾過体モジュールのモジュール内部に侵入した汚泥を洗浄・除去する方法であって、濾過体の外表面の曝気による空洗と濾過体の内部の曝気による空洗とを行い、次に濾過水流出口又は濾過体内部洗浄水流入口から濾過体の内部に濾過体内部洗浄水を導入すると共に、汚泥流出口から汚泥を排出することを特徴とする方法。
【請求項１３】
濾過体内部洗浄水が、ダイナミック濾過体モジュールによって得られた濾過水である請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
濾過体内部洗浄水が酸化剤水溶液である請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
濾過体内部の水洗浄及び汚泥の排出が終了した後に、酸化剤水溶液の洗浄液を濾過体の内部に導入して濾過体の内部を洗浄する工程を更に有する請求項１２又は１３に記載の方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が中空の支持体の周囲壁の少なくとも一部としてダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置された活性汚泥分離用のダイナミック濾過体モジュールであって、ダイナミック濾過層形成用の通水性の濾過層支持材が配置されている濾過部、該濾過部の上方及び／又は下方に配置されている濾過水流出口を有しており、更に、該濾過部の下方に汚泥流出口を有する汚泥集積部が配置されていることを特徴とするダイナミック濾過体モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−５１５０３（Ｐ２００６−５１５０３Ａ）
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７４８５４（Ｐ２００５−２７４８５４）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【分割の表示】特願２００３−５３５８９６（Ｐ２００３−５３５８９６）の分割
【原出願日】平成１４年１０月１７日（２００２．１０．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２３日（２００６．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【分割の表示】特願２００３−５３５８９６（Ｐ２００３−５３５８９６）の分割
【原出願日】平成１４年１０月１７日（２００２．１０．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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