廃水処理システム、及び廃水処理方法
【課題】 水量の変動に対応できる廃水処理システム及び廃水処理方法を提供する。
【解決手段】
廃水処理システム１０は、最初沈殿池１２Ａ−１２Ｅと、反応タンク１４Ａ−１４Ｅと、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｅと、流路２４Ａ−２４Ｅと、流路２６Ａ−２６Ｅを含む反応系列を複数備え、反応タンク１４Ｄ，１４Ｅは担体と膜ユニットと活性汚泥とを備えた処理槽、ＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整された膜分離槽を備え、反応タンク１４Ｄ，１４Ｅの処理能力を超える廃水が流路２６Ｄ，２６Ｅを介して最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅに供給される。
【解決手段】
廃水処理システム１０は、最初沈殿池１２Ａ−１２Ｅと、反応タンク１４Ａ−１４Ｅと、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｅと、流路２４Ａ−２４Ｅと、流路２６Ａ−２６Ｅを含む反応系列を複数備え、反応タンク１４Ｄ，１４Ｅは担体と膜ユニットと活性汚泥とを備えた処理槽、ＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整された膜分離槽を備え、反応タンク１４Ｄ，１４Ｅの処理能力を超える廃水が流路２６Ｄ，２６Ｅを介して最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅに供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理システム、及び廃水処理方法に関し、膜分離を利用した廃水処理システム、及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、最初沈殿池、反応タンク（生物処理槽）、最終沈殿池を備えた廃水処理システムが知られている。近年、既設の廃水処理システムに膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：メンブレンバイオリアクター）の適用が進められている。非特許文献１には、図７に示す、既設の下水処理場にＭＢＲを適用した場合の一例が示されている。廃水処理システム１００は、複数の最初沈殿池１０２と、最初沈殿池１０２に接続された反応タンク１０４，１０６を備える。反応タンク１０４では、従来の活性汚泥法による生物反応処理が行われ、反応タンク１０６では、ＭＢＲにより反応処理が行われる。つまり、図７のシステムは従来の活性汚泥法系列とＭＢＲ系列が並列に運転される。反応タンク１０４で処理された廃水が最終沈殿池１０８に供給される。最終沈殿池１０８では廃水が処理水と活性汚泥に固液分離される。最終沈殿池１０８からの処理水は砂ろ過池１１０や消毒施設１１２に供給される。砂ろ過池１１０や消毒施設１１２を経た処理水は場内用水や放流等に利用される。
【０００３】
一方、反応タンク１０６からの処理水は最終沈殿池１０８を経由することなく、再利用の水質によりＮＦ（ナノフィルタ）／ＲＯ（逆浸透圧）設備１１４に供給され、工業用水等に再利用されたり、そのままで雑用水として利用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「下水道への膜処理技術導入のためのガイドライン（第１版）」、下水道膜処理技術会議、ｐ３６、２００９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非特許文献１に記載された廃水処理システムでは、反応タンク１０６で膜分離する場合、膜のろ過能力を超えた流量には対応できない。膜のろ過能力以上の流入がある場合には、反応タンク１０６の水位が上昇し、上流側設備への逆流や反応タンク１０６からの溢水が懸念される。
【０００６】
例えば、ろ過能力を超えた水量が流入した場合、ＭＢＲの反応タンク１０６以外の反応タンク１０４に分散して処理することになる。しかしながら、大雨などのピーク水量によっては過負荷になり処理が困難になることが想定される。また、反応タンク１０６の膜が目詰まりした場合も同様に処理困難になることが予想される。
【０００７】
このため、雨天時や日最大時の水量変動に対して、（１）流量調整槽を設置する、（２）反応タンクの水位を変えて変動を吸収する、（３）時間最大流量に対応可能な面積の膜を設置する等の対応策が必要となる。しかしながら、運転管理が複雑になることや、膜分離装置が大きくなり設備費が高くなるなどの課題がある。特に、ＭＢＲ法の反応タンク１０６において、ＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌと高くして運転している。そのため、反応タンク１０６への流入水量がＭＢＲのろ過能力を超えた場合であっても廃水を最終沈殿池１０８で処理できないことが、ＭＢＲ法の適用を難しくしている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、上記の問題を解決しつつ、ＭＢＲ法を適用した廃水処理システム、及び廃水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理システムは、最初沈殿池と、反応タンクと、最終沈殿池と、前記最初沈殿池と前記反応タンクを接続する第１の流路と、前記反応タンクと前記最終沈殿池を接続する第２の流路を含む反応系列を複数備える廃水処理システムであって、前記複数の反応系列中の一種の反応系列は、前記反応タンクが担体と膜ユニットと活性汚泥とを有し、ＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整された膜分離槽を備え、前記第１の流路を介して該反応タンクに廃水が供給され、該反応タンクの処理能力を超える廃水が前記第２の流路を介して前記最終沈殿池に供給されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記複数の反応系列が前記一種の反応系列のみで構成されることが好ましい。
【００１１】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記一種の反応系列以外の反応系列は、前記反応タンクが活性汚泥処理を実施する処理槽を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記一種の反応系列の反応タンクは、さらに、無酸素槽と好気槽を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記担体がかさ容積で５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％添加されたことが好ましい。
【００１４】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記膜分離槽、前記無酸素槽、及び前記好気槽が担体分離スクリーンを備えることが好ましい。
【００１５】
本発明の廃水処理システムは、前記担体分離スクリーンを備える発明において、前記無酸素槽に結合固定化担体が添加され、前記好気槽及び前記膜分離槽に包括固定化担体が添加されることが好ましい。
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理方法は、前記廃水処理システムを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水量の変動に対応できるＭＢＲ適用の廃水処理システム及び廃水処理方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】廃水処理システムの概要図。
【図２】ＭＬＳＳ濃度とＦｌｕｘの関係を示すグラフ。
【図３】反応タンクの構成を示す概略図。
【図４】他の反応タンクの構成を示す概略図。
【図５】他の反応タンクの構成を示す概略図。
【図６】他の反応タンクの構成を示す概略図。
【図７】従来の廃水処理システムの概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る廃水処理装置の全体構成を示す概略図である。廃水処理システム１０は、複数の最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）と、最初沈殿池１２Ａ−１２Ｃと接続され活性汚泥法が実施される反応タンク１４Ａ−１４Ｃ、最初沈殿池１２Ｄ，１２Ｅと接続され担体添加され膜分離活性汚泥法が実施される反応タンク１４Ｄ，１４Ｅと、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）と接続された最終沈殿池１６（１６Ａ−１６Ｅ）、砂ろ過池１８、消毒施設２０、ＮＦ／ＲＯ設備２２を含む。
【００２１】
最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）は、廃水に含まれる比較的大きな固形物を分離する。最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）は、流路２４（２４Ａ−２４Ｅ）により反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）と接続される。
【００２２】
反応タンク１４Ａは、標準の活性汚泥法が実施される処理槽を少なくとも一つ含んでいる。反応タンク１４Ｂ，１４Ｃは、反応タンク１４Ａと同様の構成を備える。反応タンク１４Ｄは、膜分離装置が設置され、担体が投入された膜分離槽を一つ含んでいる。膜分離槽内のＭＬＳＳ濃度（活性汚泥浮遊物濃度）は、５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整される。
【００２３】
最終沈殿池１６（１６Ａ−１６Ｅ）は、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）からの廃水を処理水と活性汚泥に分離する。分離装置としては、傾斜板型分離装置等を用いることこができる。
【００２４】
反応タンク１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、流路２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにより最終沈殿池１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと接続される。反応タンク１４Ｄ、１４Ｅは、流路２６Ｄ，２６Ｅにより最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅと接続される。流路２６Ｄ，２６Ｅには、弁Ｖ１、Ｖ２が設けられている。弁Ｖ１、Ｖ２は、廃水を反応タンク１４Ｄ、１４Ｅから最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅに供給するかどうかを制御する。
【００２５】
晴天時に計画水量の廃水が供給される場合の廃水処理システム１０による廃水の処理方法を説明する。計画水量の廃水が最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）に供給される。最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）では、沈降分離により、廃水に含まれる比較的大きな固形物が分離される。最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）で固液分離された廃水が、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）に送られる。
【００２６】
反応タンク１４Ａ−１４Ｃでは、標準の活性汚泥法により廃水が生物反応処理される。反応タンク１４Ａ−１４Ｃで処理された廃水は、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃに供給される。最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃでは、廃水が処理水と活性汚泥に固液分離される。最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃからの処理水は砂ろ過池１８や消毒施設２０に供給される。砂ろ過池１８や消毒施設２０を経た処理水は場内用水や放流等に利用される。
【００２７】
反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは、包括固定化担体が添加されたＭＢＲ法により廃水が生物反応処理される。包括固定化担体の添加により生物処理性能が補完されるため膜分離槽のＭＬＳＳ濃度は５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整される。従来、膜分離装置が設置され、生物反応処理が行われる膜分離槽は、ＭＬＳＳ濃度は１００００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌに調整されるが、本実施の形態では、ＭＬＳＳ濃度は低い濃度に調整される。包括固定化担体を反応タンクに添加することにより、ＭＬＳＳ濃度を５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌと低くしても、従来のようにＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌに高くした場合と同等の処理能力を得ることができる。
【００２８】
反応タンク１４Ｄ、１４Ｅで処理された廃水はＭＢＲでろ過された後、最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅを経由することなく、ＮＦ（ナノフィルタ）／ＲＯ（逆浸透圧）設備２２に供給され、工業用水等に再利用される。また、一部はそのまま再利用されるか、公共水域に放流される。
【００２９】
次に、雨天時等に設計計画水量（日最大水量）を超える（例えば、２倍）廃水が供給される場合（時間最大水量）の廃水処理システム１０による廃水の処理方法を説明する。計画水量を超える廃水が最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）に供給され、最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）で固液分離された廃水が、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）に送られる。
【００３０】
標準の活性汚泥法が適用された反応タンク１４Ａ−１４Ｃは、計画水量に対し通常約２倍の時間最大処理水量に対応できる。したがって、雨天時に計画水量を超える場合でも、時間最大処理水量の範囲内で、晴天時と同様の処理を行なうことができる。反応タンク１４Ａ−１４Ｃで処理された廃水は、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃに供給される。最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃからの処理水は砂ろ過池１８や消毒施設２０に供給される。砂ろ過池１８や消毒施設２０を経た処理水は場内用水や放流等に利用される。
【００３１】
反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは、ＭＢＲが計画水量（日最大水量）で設計されていた場合、約２倍の廃水が流入すると、膜能力を超える廃水を処理することはできないため、超過した廃水を最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅに供給する。反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは膜分離槽のＭＬＳＳ濃度は５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整されているので、廃水を膜透過することなく最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅに供給しても、最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅで固液分離することができる。これにより、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃと同様に処理水を得ることができる。得られた処理水は砂ろ過池１８や消毒施設２０に供給される。
【００３２】
さらに、反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは、ＭＢＲにより廃水の生物反応処理と膜分離が実施され、処理水はＮＦ（ナノフィルタ）／ＲＯ（逆浸透圧）設備２２に供給され、工業用水等に再利用される。
【００３３】
本実施の形態によれば、反応タンク１４Ｄ、１４Ｅを、包括固定化担体を添加することでＭＬＳＳ濃度を５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌと低くできるので、超過した廃水を最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅで処理することができる。廃水処理システムへのＭＢＲの適用を容易にする。
【００３４】
さらに、包括固定化担体を適用することで、反応タンク１４Ｄ、１４ＥのＭＬＳＳ濃度を低下させることができるので、内生呼吸量に必要な供給空気量を削減でき、散気装置の曝気動力を低減することができる。また、ＭＬＳＳ濃度を低下させることで、反応槽内の処理水の粘性を低下でき、散気装置の曝気効率を改善することができる。
【００３５】
包括固定化担体を適用して曝気することで、反応タンク１４Ｄ、１４Ｅに浸漬された膜ユニットの膜面を効率よく洗浄でき、膜の目詰まりを防止することができる。膜ユニットの洗浄間隔を延ばすことができ、安定した運転が可能となる。また、担体により洗浄されるので、散気装置の曝気動力を低減することができる。膜ユニットとして、平膜型、中空糸型、チューブラ型等の公知の膜ユニットを使用することができる。
【００３６】
図２は、処理槽内のＭＬＳＳ濃度と膜ユニットのＦｌｕｘ（透過流速）の関係を示している。活性汚泥は、反応タンク内に膜ユニット（平膜）を浸漬し、ＭＬＳＳ濃度を変化させたときのＦｌｕｘ（透過流速）の値をプロットしたものである。一方、活性汚泥＋担体は、反応タンク内に膜ユニット（平膜）を浸漬し、かつ担体を１０％添加し、ＭＬＳＳ濃度を変化させたときのＦｌｕｘ（透過流速）の値をプロットしたものである。
【００３７】
活性汚泥のグラフによれば、ＭＬＳＳ濃度が１００００ｍｇ／Ｌ〜１１０００ｍｇ／Ｌのとき、Ｆｌｕｘは０．８（ｍ／日）と最も高い。ＭＬＳＳ濃度が１１０００ｍｇ／Ｌを超えるとＦｌｕｘの値は低くなる。その理由は、膜表面でＭＬＳＳや細胞外ポリマーが厚密化するからである。一方、ＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌより小さくすると、理論的にはＦｌｕｘの値は大きくなると考えられるが、活性汚泥のグラフによれば、Ｆｌｕｘの値は低くなっている。これは、ＭＬＳＳが１００００ｍｇ／Ｌより小さくなるとＭＬＳＳによる膜面の洗浄作用が小さくなるためと考えられる。
【００３８】
一方、活性汚泥＋担体のグラフによれば、担体を添加することにより、Ｆｌｕｘの値を活性汚泥のＦｌｕｘの値より大きくすることができる。さらに、ＭＬＳＳ濃度を低濃度（５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌ）にした場合でも、Ｆｌｕｘの値は、１００００ｍｇ／Ｌ〜１１０００ｍｇ／Ｌと同等又は微増させることができる。つまり、反応タンク内のＭＬＳＳ濃度を下げた場合でも、膜ユニットの能力が低下しないので、低ＭＬＳＳ濃度でのＭＢＲ法の適用を容易にする。活性汚泥、担体と膜ユニットを備える反応タンクにより、膜ユニットの効率を下げず、かつ最終沈殿池で分離可能なＭＬＳＳ濃度での運転が可能となる。この反応タンクによれば、計画水量を超えた廃水を最終沈殿池で固液分離することができる。
【００３９】
次に、図１に示すＭＢＲ法適用システムの構成装置の処理能力を計算した。１系列の日最大処理水量：２０００ｍ３／日、１系列の時間最大処理水量：４０００ｍ３／日、系列数を５系列（内ＭＢＲ適用系列を２系列）とした場合、各反応タンク及び最終沈殿池の処理能力は以下となる。
【００４０】
（１）反応タンク１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの時間最大処理水量：４０００ｍ３／日・系列。（２）最終沈殿池１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの時間最大処理水量：４０００ｍ３／日・系列。（３）反応タンク１４Ｄ、１４Ｅの時間最大処理水量：４０００ｍ３／日・系列。内訳は、反応タンク１４Ｄ、１４ＥのＭＢＲによるろ過：２０００ｍ３／日・系列、最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅ：２０００ｍ３／日・系列、となる。
【００４１】
上記の計算にしたがえば、本実施の形態のＭＢＲ系列は、雨天時等計画水量を超える場合（４０００ｍ３／日・系列）でも十分に対応することができる。
【００４２】
本実施の形態のＭＢＲ系列を何系列にするかについて、再利用される工業用水の量を基準に決めることができる。反応タンクをＭＢＲ系列とすることで、従来の活性汚泥系列に比較して、設置面積を小さく（３分の２程度）することができる。ＭＢＲ系列の反応タンクに担体が添加されている。担体が生物処理能力を補完するので、反応タンクの容積を小さくできる。その結果、設置面積を３分の２程度にできる。同じ敷地面積である場合、従来の活性汚泥系列に比べて多くのＭＢＲ系列を設置することができる。したがって、設置面積縮小や、処理能力向上等の目的に応じて、ＭＢＲ系列の数を決定することができる。
【００４３】
本実施の形態の廃水処理システムは、既設の下水処理場の更新に好適である。ＭＢＲ系列は既設設備より小さな設置面積に設置可能である。したがって、ＭＢＲ系列は既設設備と同一の処理能力を有するだけでなく、既設設備より大きな処理能力を有することができる。また、ＭＢＲ系列でろ過された水は種々の用途に再利用することができる。再利用する水の需要量に合わせて、ＭＢＲ適用系列の数を決定するのが好適である。
【００４４】
図３は、包括固定化担体を添加したＭＢＲ法を適用した反応タンクの一例を示す。反応タンク３０は、無酸素槽３２、好気槽３４、膜分離槽３６、処理水槽３８を備える。各槽は仕切壁４０により区分けされる。但し、最初沈殿池４２から供給された廃水は無酸素槽３２、好気槽３４、膜分離槽３６間を、移動することができる。無酸素槽３２は嫌気状態に維持される。無酸素槽３２には水中攪拌機４４が設置される。好気槽３４は、好気槽３４に設置された散気装置４６により、好気状態に維持される。散気装置４６はブロアＢに接続される。膜分離槽３６には、散気装置４６と膜ユニット４８が設置される。各槽に包括固定化担体５０が５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％添加されている。より好ましくは、５ｖｏｌ％〜１５ｖｏｌ％反応タンク３０は、循環流路５２とポンプＰ１を備え、包括固定化担体５０及び廃水が膜分離槽３６から無酸素槽３２へ返送される。包括固定化担体５０により無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６内のＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに維持される。図３では全ての槽に包括固定化担体を添加した例で説明したが、少なくとも膜分離槽３６内に包括固定化担体が添加されていればよい。膜ユニット４８で分離された処理水が、ポンプＰ２により処理水槽３８に送水される。処理水槽３８から処理水が引き抜かれる。晴天時の運転では流路５４に設けられたバルブＶが閉じられている。したがって、最初沈殿池４２から供給された廃水は基本的に膜ユニット４８により固液分離される。
【００４５】
一方、雨天時等、最初沈殿池４２に供給される廃水が増加した場合、バルブＶが開けられる。反応タンク３０に供給された廃水の一部が膜分離槽３６から流路５４を通して最終沈殿池５６に供給される。最初沈殿池４２、および最終沈殿池５６から余剰汚泥が引き抜かれる。
【００４６】
図４は、他の包括固定化担体を添加したＭＢＲ法を適用した反応タンクの一例を示す。図３と同様の構成には同じ符号を付して説明省略する場合がある。図４に示す反応タンク３０は、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６に担体分離スクリーン５８が設けられている。担体分離スクリーン５８により、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６に添加された包括固定化担体５０が混合しないようにすることができる。これにより、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６の各槽の生物反応処理に応じた包括固定化担体５０を添加することができる。各槽の生物反応処理を効率よく行なうことができる。
【００４７】
図３及び図４に示す反応タンクでは、計画水量を超える廃水が膜分離槽３６内から流路５４を介して最終沈殿池５６に供給されるが、これに限定されない。例えば、膜分離槽をオーバーフローする廃水を最終沈殿池に供給することもできる。
【００４８】
図５及び図６は、超過した廃水を最終沈殿池にオーバーフローさせる構成の反応タンクを示す。図５の反応タンクは、図３と同様に担体分離スクリーンを備えていない。図３と同様の構成には同じ符号を付して説明省略する場合がある。
【００４９】
図３の反応タンクと異なり、処理水槽３８が膜分離槽３６と分離して設置される。膜分離槽３６の膜ユニット４８により分離された処理水が、ポンプＰ２により処理水槽３８に送水される。処理水槽３８から処理水が引き抜かれる。
【００５０】
一方、雨天時等、最初沈殿池４２に供給される廃水が増加した場合、反応タンク３０に供給された廃水の一部が膜分離槽３６からオーバーフローし、流路５４を通して最終沈殿池５６に供給される。残りの廃水は、膜ユニット４８で固液分離され、処理水槽３８に送水される。
【００５１】
図６の反応タンクは、図４と同様に担体分離スクリーンを備えている。図４、図５と同様の構成には同じ符号を付して説明省略する場合がある。図６に示す反応タンク３０は、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６に担体分離スクリーン５８が設けられている。
【００５２】
雨天時等、最初沈殿池４２に供給される廃水が増加した場合、反応タンク３０に供給された廃水の一部が膜分離槽３６からオーバーフローし、流路５４を通して最終沈殿池５６に供給される。残りの廃水は、膜ユニット４８で固液分離され、処理水槽３８に送水される。
【００５３】
本実施の形態の包括固定化担体に包括固定される微生物は、各反応槽の種類に応じて、窒素除去を目的とした硝化細菌又は硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群等の複合微生物や、ダイオキシン類などの特定の有害化学物質を分解する能力をもった微生物（例えば、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌等の純粋微生物等）が好適な例として挙げられる。また微生物としては、培養等により濃縮分離された微生物の他に、下水処理場の活性汚泥、湖沼、河川や海の汚泥、土壌などの各種の微生物を含む微生物含有物も含まれる。
【００５４】
固定化材料としては、モノマー、プレポリマー、オリゴマー等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天、等を用いることができる。その他、固定化材料のプレポリマーとして、以下のものを用いることができる。
（モノメタクリレート類）
ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３クロロ２ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２ヒドロキシメタクリレート、エチルメタクリレート等。
（モノアクリレート類）
２ヒドロキシエチルアクリレート、２ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルアキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等。
（ジメタクリレート類）
１，３ブチレングリコールジメタクリレート、１，４ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２ヒドロキシ１，３ジメタクリロキシプロパン、２，２ビス４メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、３，２ビス４メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、２，２ビス４メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等。
（ジアクリレート類）
エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２ビス４アクリロキシヒエトキシフェニルプロパン、２ヒドロキシ１アクリロキシ３メタクリロキシプロパン等。
（トリメタクリレート類）
トリメチロールプロパントリメタクリレート等。
（トリアクリレート類）
トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセリンＰＯ付加トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート等。
（テトラアクリレート類）
ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等。
（ウレタンアクリレート類）
ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等。
（その他）
アクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアクリルアミド等。
なお、上記固定化材料のうち１種類又は２種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【００５５】
包括固定化担体の重合は、過硫酸カリウムを用いたラジカル重合が最適であるが、紫外線や電子線を用いた重合やレドックス重合でもよい。過硫酸カリウムを用いた重合では、過硫酸カリウムの添加量を０．００１〜０．２５質量％とし、アミン系の重合促進剤の添加量を０．０１〜０．５質量％とすることが好ましい。アミン系の重合促進剤としては、βジメチルアミノプロピオニトリル、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン等を好ましく使用することができる。
【００５６】
粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの包括固定化担体は、例えば、以下の方法により製造することができる。最初に、使用サイズより大きなサイズの担体ブロックを製造する。次いで、担体ブロックを、格子状の切断刃を備える切断装置にセットする。担体ブロックを所定の搬送速度で搬送しながら、切断刃を通過させて格子状に切断する。最後に、格子状に切断された担体ブロックを、回転する切断刃で切断することで、粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの包括固定化担体を製造することができる。
【００５７】
結合固定化担体としては、プラスチック、セラミックス、活性炭、ケイ砂など種々な物質を用いることができる。また、ポリビニルアルコールや吸水ゲルなどの高分子吸水ゲルを用いてもよい。プラスチックについて、スポンジ状、中空にした円柱状、さらには紐状のものを用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０…廃水処理システム、１２…最初沈殿池、１４…反応タンク、１６…最終沈殿池、１８…砂ろ過池、２０…消毒施設、２２…ＮＦ／ＭＯ設備、２４，２６…流路、３０…反応タンク、３２…無酸素槽、３４…好気槽、３６…膜分離槽、３８…処理水槽、４０…最初沈殿池、５６…最終沈殿池、５８…担体分離スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理システム、及び廃水処理方法に関し、膜分離を利用した廃水処理システム、及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、最初沈殿池、反応タンク（生物処理槽）、最終沈殿池を備えた廃水処理システムが知られている。近年、既設の廃水処理システムに膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ：メンブレンバイオリアクター）の適用が進められている。非特許文献１には、図７に示す、既設の下水処理場にＭＢＲを適用した場合の一例が示されている。廃水処理システム１００は、複数の最初沈殿池１０２と、最初沈殿池１０２に接続された反応タンク１０４，１０６を備える。反応タンク１０４では、従来の活性汚泥法による生物反応処理が行われ、反応タンク１０６では、ＭＢＲにより反応処理が行われる。つまり、図７のシステムは従来の活性汚泥法系列とＭＢＲ系列が並列に運転される。反応タンク１０４で処理された廃水が最終沈殿池１０８に供給される。最終沈殿池１０８では廃水が処理水と活性汚泥に固液分離される。最終沈殿池１０８からの処理水は砂ろ過池１１０や消毒施設１１２に供給される。砂ろ過池１１０や消毒施設１１２を経た処理水は場内用水や放流等に利用される。
【０００３】
一方、反応タンク１０６からの処理水は最終沈殿池１０８を経由することなく、再利用の水質によりＮＦ（ナノフィルタ）／ＲＯ（逆浸透圧）設備１１４に供給され、工業用水等に再利用されたり、そのままで雑用水として利用される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「下水道への膜処理技術導入のためのガイドライン（第１版）」、下水道膜処理技術会議、ｐ３６、２００９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、非特許文献１に記載された廃水処理システムでは、反応タンク１０６で膜分離する場合、膜のろ過能力を超えた流量には対応できない。膜のろ過能力以上の流入がある場合には、反応タンク１０６の水位が上昇し、上流側設備への逆流や反応タンク１０６からの溢水が懸念される。
【０００６】
例えば、ろ過能力を超えた水量が流入した場合、ＭＢＲの反応タンク１０６以外の反応タンク１０４に分散して処理することになる。しかしながら、大雨などのピーク水量によっては過負荷になり処理が困難になることが想定される。また、反応タンク１０６の膜が目詰まりした場合も同様に処理困難になることが予想される。
【０００７】
このため、雨天時や日最大時の水量変動に対して、（１）流量調整槽を設置する、（２）反応タンクの水位を変えて変動を吸収する、（３）時間最大流量に対応可能な面積の膜を設置する等の対応策が必要となる。しかしながら、運転管理が複雑になることや、膜分離装置が大きくなり設備費が高くなるなどの課題がある。特に、ＭＢＲ法の反応タンク１０６において、ＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌと高くして運転している。そのため、反応タンク１０６への流入水量がＭＢＲのろ過能力を超えた場合であっても廃水を最終沈殿池１０８で処理できないことが、ＭＢＲ法の適用を難しくしている。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、上記の問題を解決しつつ、ＭＢＲ法を適用した廃水処理システム、及び廃水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理システムは、最初沈殿池と、反応タンクと、最終沈殿池と、前記最初沈殿池と前記反応タンクを接続する第１の流路と、前記反応タンクと前記最終沈殿池を接続する第２の流路を含む反応系列を複数備える廃水処理システムであって、前記複数の反応系列中の一種の反応系列は、前記反応タンクが担体と膜ユニットと活性汚泥とを有し、ＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整された膜分離槽を備え、前記第１の流路を介して該反応タンクに廃水が供給され、該反応タンクの処理能力を超える廃水が前記第２の流路を介して前記最終沈殿池に供給されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記複数の反応系列が前記一種の反応系列のみで構成されることが好ましい。
【００１１】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記一種の反応系列以外の反応系列は、前記反応タンクが活性汚泥処理を実施する処理槽を備えることが好ましい。
【００１２】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記一種の反応系列の反応タンクは、さらに、無酸素槽と好気槽を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記担体がかさ容積で５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％添加されたことが好ましい。
【００１４】
本発明の廃水処理システムは、前記発明において、前記膜分離槽、前記無酸素槽、及び前記好気槽が担体分離スクリーンを備えることが好ましい。
【００１５】
本発明の廃水処理システムは、前記担体分離スクリーンを備える発明において、前記無酸素槽に結合固定化担体が添加され、前記好気槽及び前記膜分離槽に包括固定化担体が添加されることが好ましい。
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理方法は、前記廃水処理システムを用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、水量の変動に対応できるＭＢＲ適用の廃水処理システム及び廃水処理方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】廃水処理システムの概要図。
【図２】ＭＬＳＳ濃度とＦｌｕｘの関係を示すグラフ。
【図３】反応タンクの構成を示す概略図。
【図４】他の反応タンクの構成を示す概略図。
【図５】他の反応タンクの構成を示す概略図。
【図６】他の反応タンクの構成を示す概略図。
【図７】従来の廃水処理システムの概要図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。本発明は以下の好ましい実施の形態により説明されるが、本発明の範囲を逸脱すること無く、多くの手法により変更を行なうことができ、本実施の形態以外の他の実施の形態を利用することができる。従って、本発明の範囲内における全ての変更が特許請求の範囲に含まれる。また、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を意味する。
【００２０】
図１は、本実施の形態に係る廃水処理装置の全体構成を示す概略図である。廃水処理システム１０は、複数の最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）と、最初沈殿池１２Ａ−１２Ｃと接続され活性汚泥法が実施される反応タンク１４Ａ−１４Ｃ、最初沈殿池１２Ｄ，１２Ｅと接続され担体添加され膜分離活性汚泥法が実施される反応タンク１４Ｄ，１４Ｅと、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）と接続された最終沈殿池１６（１６Ａ−１６Ｅ）、砂ろ過池１８、消毒施設２０、ＮＦ／ＲＯ設備２２を含む。
【００２１】
最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）は、廃水に含まれる比較的大きな固形物を分離する。最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）は、流路２４（２４Ａ−２４Ｅ）により反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）と接続される。
【００２２】
反応タンク１４Ａは、標準の活性汚泥法が実施される処理槽を少なくとも一つ含んでいる。反応タンク１４Ｂ，１４Ｃは、反応タンク１４Ａと同様の構成を備える。反応タンク１４Ｄは、膜分離装置が設置され、担体が投入された膜分離槽を一つ含んでいる。膜分離槽内のＭＬＳＳ濃度（活性汚泥浮遊物濃度）は、５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整される。
【００２３】
最終沈殿池１６（１６Ａ−１６Ｅ）は、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）からの廃水を処理水と活性汚泥に分離する。分離装置としては、傾斜板型分離装置等を用いることこができる。
【００２４】
反応タンク１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは、流路２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにより最終沈殿池１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃと接続される。反応タンク１４Ｄ、１４Ｅは、流路２６Ｄ，２６Ｅにより最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅと接続される。流路２６Ｄ，２６Ｅには、弁Ｖ１、Ｖ２が設けられている。弁Ｖ１、Ｖ２は、廃水を反応タンク１４Ｄ、１４Ｅから最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅに供給するかどうかを制御する。
【００２５】
晴天時に計画水量の廃水が供給される場合の廃水処理システム１０による廃水の処理方法を説明する。計画水量の廃水が最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）に供給される。最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）では、沈降分離により、廃水に含まれる比較的大きな固形物が分離される。最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）で固液分離された廃水が、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）に送られる。
【００２６】
反応タンク１４Ａ−１４Ｃでは、標準の活性汚泥法により廃水が生物反応処理される。反応タンク１４Ａ−１４Ｃで処理された廃水は、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃに供給される。最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃでは、廃水が処理水と活性汚泥に固液分離される。最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃからの処理水は砂ろ過池１８や消毒施設２０に供給される。砂ろ過池１８や消毒施設２０を経た処理水は場内用水や放流等に利用される。
【００２７】
反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは、包括固定化担体が添加されたＭＢＲ法により廃水が生物反応処理される。包括固定化担体の添加により生物処理性能が補完されるため膜分離槽のＭＬＳＳ濃度は５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整される。従来、膜分離装置が設置され、生物反応処理が行われる膜分離槽は、ＭＬＳＳ濃度は１００００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌに調整されるが、本実施の形態では、ＭＬＳＳ濃度は低い濃度に調整される。包括固定化担体を反応タンクに添加することにより、ＭＬＳＳ濃度を５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌと低くしても、従来のようにＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌ〜１５０００ｍｇ／Ｌに高くした場合と同等の処理能力を得ることができる。
【００２８】
反応タンク１４Ｄ、１４Ｅで処理された廃水はＭＢＲでろ過された後、最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅを経由することなく、ＮＦ（ナノフィルタ）／ＲＯ（逆浸透圧）設備２２に供給され、工業用水等に再利用される。また、一部はそのまま再利用されるか、公共水域に放流される。
【００２９】
次に、雨天時等に設計計画水量（日最大水量）を超える（例えば、２倍）廃水が供給される場合（時間最大水量）の廃水処理システム１０による廃水の処理方法を説明する。計画水量を超える廃水が最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）に供給され、最初沈殿池１２（１２Ａ−１２Ｅ）で固液分離された廃水が、反応タンク１４（１４Ａ−１４Ｅ）に送られる。
【００３０】
標準の活性汚泥法が適用された反応タンク１４Ａ−１４Ｃは、計画水量に対し通常約２倍の時間最大処理水量に対応できる。したがって、雨天時に計画水量を超える場合でも、時間最大処理水量の範囲内で、晴天時と同様の処理を行なうことができる。反応タンク１４Ａ−１４Ｃで処理された廃水は、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃに供給される。最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃからの処理水は砂ろ過池１８や消毒施設２０に供給される。砂ろ過池１８や消毒施設２０を経た処理水は場内用水や放流等に利用される。
【００３１】
反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは、ＭＢＲが計画水量（日最大水量）で設計されていた場合、約２倍の廃水が流入すると、膜能力を超える廃水を処理することはできないため、超過した廃水を最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅに供給する。反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは膜分離槽のＭＬＳＳ濃度は５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整されているので、廃水を膜透過することなく最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅに供給しても、最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅで固液分離することができる。これにより、最終沈殿池１６Ａ−１６Ｃと同様に処理水を得ることができる。得られた処理水は砂ろ過池１８や消毒施設２０に供給される。
【００３２】
さらに、反応タンク１４Ｄ、１４Ｅでは、ＭＢＲにより廃水の生物反応処理と膜分離が実施され、処理水はＮＦ（ナノフィルタ）／ＲＯ（逆浸透圧）設備２２に供給され、工業用水等に再利用される。
【００３３】
本実施の形態によれば、反応タンク１４Ｄ、１４Ｅを、包括固定化担体を添加することでＭＬＳＳ濃度を５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌと低くできるので、超過した廃水を最終沈殿池１６Ｄ，１６Ｅで処理することができる。廃水処理システムへのＭＢＲの適用を容易にする。
【００３４】
さらに、包括固定化担体を適用することで、反応タンク１４Ｄ、１４ＥのＭＬＳＳ濃度を低下させることができるので、内生呼吸量に必要な供給空気量を削減でき、散気装置の曝気動力を低減することができる。また、ＭＬＳＳ濃度を低下させることで、反応槽内の処理水の粘性を低下でき、散気装置の曝気効率を改善することができる。
【００３５】
包括固定化担体を適用して曝気することで、反応タンク１４Ｄ、１４Ｅに浸漬された膜ユニットの膜面を効率よく洗浄でき、膜の目詰まりを防止することができる。膜ユニットの洗浄間隔を延ばすことができ、安定した運転が可能となる。また、担体により洗浄されるので、散気装置の曝気動力を低減することができる。膜ユニットとして、平膜型、中空糸型、チューブラ型等の公知の膜ユニットを使用することができる。
【００３６】
図２は、処理槽内のＭＬＳＳ濃度と膜ユニットのＦｌｕｘ（透過流速）の関係を示している。活性汚泥は、反応タンク内に膜ユニット（平膜）を浸漬し、ＭＬＳＳ濃度を変化させたときのＦｌｕｘ（透過流速）の値をプロットしたものである。一方、活性汚泥＋担体は、反応タンク内に膜ユニット（平膜）を浸漬し、かつ担体を１０％添加し、ＭＬＳＳ濃度を変化させたときのＦｌｕｘ（透過流速）の値をプロットしたものである。
【００３７】
活性汚泥のグラフによれば、ＭＬＳＳ濃度が１００００ｍｇ／Ｌ〜１１０００ｍｇ／Ｌのとき、Ｆｌｕｘは０．８（ｍ／日）と最も高い。ＭＬＳＳ濃度が１１０００ｍｇ／Ｌを超えるとＦｌｕｘの値は低くなる。その理由は、膜表面でＭＬＳＳや細胞外ポリマーが厚密化するからである。一方、ＭＬＳＳ濃度を１００００ｍｇ／Ｌより小さくすると、理論的にはＦｌｕｘの値は大きくなると考えられるが、活性汚泥のグラフによれば、Ｆｌｕｘの値は低くなっている。これは、ＭＬＳＳが１００００ｍｇ／Ｌより小さくなるとＭＬＳＳによる膜面の洗浄作用が小さくなるためと考えられる。
【００３８】
一方、活性汚泥＋担体のグラフによれば、担体を添加することにより、Ｆｌｕｘの値を活性汚泥のＦｌｕｘの値より大きくすることができる。さらに、ＭＬＳＳ濃度を低濃度（５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌ）にした場合でも、Ｆｌｕｘの値は、１００００ｍｇ／Ｌ〜１１０００ｍｇ／Ｌと同等又は微増させることができる。つまり、反応タンク内のＭＬＳＳ濃度を下げた場合でも、膜ユニットの能力が低下しないので、低ＭＬＳＳ濃度でのＭＢＲ法の適用を容易にする。活性汚泥、担体と膜ユニットを備える反応タンクにより、膜ユニットの効率を下げず、かつ最終沈殿池で分離可能なＭＬＳＳ濃度での運転が可能となる。この反応タンクによれば、計画水量を超えた廃水を最終沈殿池で固液分離することができる。
【００３９】
次に、図１に示すＭＢＲ法適用システムの構成装置の処理能力を計算した。１系列の日最大処理水量：２０００ｍ３／日、１系列の時間最大処理水量：４０００ｍ３／日、系列数を５系列（内ＭＢＲ適用系列を２系列）とした場合、各反応タンク及び最終沈殿池の処理能力は以下となる。
【００４０】
（１）反応タンク１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの時間最大処理水量：４０００ｍ３／日・系列。（２）最終沈殿池１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの時間最大処理水量：４０００ｍ３／日・系列。（３）反応タンク１４Ｄ、１４Ｅの時間最大処理水量：４０００ｍ３／日・系列。内訳は、反応タンク１４Ｄ、１４ＥのＭＢＲによるろ過：２０００ｍ３／日・系列、最終沈殿池１６Ｄ、１６Ｅ：２０００ｍ３／日・系列、となる。
【００４１】
上記の計算にしたがえば、本実施の形態のＭＢＲ系列は、雨天時等計画水量を超える場合（４０００ｍ３／日・系列）でも十分に対応することができる。
【００４２】
本実施の形態のＭＢＲ系列を何系列にするかについて、再利用される工業用水の量を基準に決めることができる。反応タンクをＭＢＲ系列とすることで、従来の活性汚泥系列に比較して、設置面積を小さく（３分の２程度）することができる。ＭＢＲ系列の反応タンクに担体が添加されている。担体が生物処理能力を補完するので、反応タンクの容積を小さくできる。その結果、設置面積を３分の２程度にできる。同じ敷地面積である場合、従来の活性汚泥系列に比べて多くのＭＢＲ系列を設置することができる。したがって、設置面積縮小や、処理能力向上等の目的に応じて、ＭＢＲ系列の数を決定することができる。
【００４３】
本実施の形態の廃水処理システムは、既設の下水処理場の更新に好適である。ＭＢＲ系列は既設設備より小さな設置面積に設置可能である。したがって、ＭＢＲ系列は既設設備と同一の処理能力を有するだけでなく、既設設備より大きな処理能力を有することができる。また、ＭＢＲ系列でろ過された水は種々の用途に再利用することができる。再利用する水の需要量に合わせて、ＭＢＲ適用系列の数を決定するのが好適である。
【００４４】
図３は、包括固定化担体を添加したＭＢＲ法を適用した反応タンクの一例を示す。反応タンク３０は、無酸素槽３２、好気槽３４、膜分離槽３６、処理水槽３８を備える。各槽は仕切壁４０により区分けされる。但し、最初沈殿池４２から供給された廃水は無酸素槽３２、好気槽３４、膜分離槽３６間を、移動することができる。無酸素槽３２は嫌気状態に維持される。無酸素槽３２には水中攪拌機４４が設置される。好気槽３４は、好気槽３４に設置された散気装置４６により、好気状態に維持される。散気装置４６はブロアＢに接続される。膜分離槽３６には、散気装置４６と膜ユニット４８が設置される。各槽に包括固定化担体５０が５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％添加されている。より好ましくは、５ｖｏｌ％〜１５ｖｏｌ％反応タンク３０は、循環流路５２とポンプＰ１を備え、包括固定化担体５０及び廃水が膜分離槽３６から無酸素槽３２へ返送される。包括固定化担体５０により無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６内のＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに維持される。図３では全ての槽に包括固定化担体を添加した例で説明したが、少なくとも膜分離槽３６内に包括固定化担体が添加されていればよい。膜ユニット４８で分離された処理水が、ポンプＰ２により処理水槽３８に送水される。処理水槽３８から処理水が引き抜かれる。晴天時の運転では流路５４に設けられたバルブＶが閉じられている。したがって、最初沈殿池４２から供給された廃水は基本的に膜ユニット４８により固液分離される。
【００４５】
一方、雨天時等、最初沈殿池４２に供給される廃水が増加した場合、バルブＶが開けられる。反応タンク３０に供給された廃水の一部が膜分離槽３６から流路５４を通して最終沈殿池５６に供給される。最初沈殿池４２、および最終沈殿池５６から余剰汚泥が引き抜かれる。
【００４６】
図４は、他の包括固定化担体を添加したＭＢＲ法を適用した反応タンクの一例を示す。図３と同様の構成には同じ符号を付して説明省略する場合がある。図４に示す反応タンク３０は、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６に担体分離スクリーン５８が設けられている。担体分離スクリーン５８により、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６に添加された包括固定化担体５０が混合しないようにすることができる。これにより、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６の各槽の生物反応処理に応じた包括固定化担体５０を添加することができる。各槽の生物反応処理を効率よく行なうことができる。
【００４７】
図３及び図４に示す反応タンクでは、計画水量を超える廃水が膜分離槽３６内から流路５４を介して最終沈殿池５６に供給されるが、これに限定されない。例えば、膜分離槽をオーバーフローする廃水を最終沈殿池に供給することもできる。
【００４８】
図５及び図６は、超過した廃水を最終沈殿池にオーバーフローさせる構成の反応タンクを示す。図５の反応タンクは、図３と同様に担体分離スクリーンを備えていない。図３と同様の構成には同じ符号を付して説明省略する場合がある。
【００４９】
図３の反応タンクと異なり、処理水槽３８が膜分離槽３６と分離して設置される。膜分離槽３６の膜ユニット４８により分離された処理水が、ポンプＰ２により処理水槽３８に送水される。処理水槽３８から処理水が引き抜かれる。
【００５０】
一方、雨天時等、最初沈殿池４２に供給される廃水が増加した場合、反応タンク３０に供給された廃水の一部が膜分離槽３６からオーバーフローし、流路５４を通して最終沈殿池５６に供給される。残りの廃水は、膜ユニット４８で固液分離され、処理水槽３８に送水される。
【００５１】
図６の反応タンクは、図４と同様に担体分離スクリーンを備えている。図４、図５と同様の構成には同じ符号を付して説明省略する場合がある。図６に示す反応タンク３０は、無酸素槽３２、好気槽３４、及び膜分離槽３６に担体分離スクリーン５８が設けられている。
【００５２】
雨天時等、最初沈殿池４２に供給される廃水が増加した場合、反応タンク３０に供給された廃水の一部が膜分離槽３６からオーバーフローし、流路５４を通して最終沈殿池５６に供給される。残りの廃水は、膜ユニット４８で固液分離され、処理水槽３８に送水される。
【００５３】
本実施の形態の包括固定化担体に包括固定される微生物は、各反応槽の種類に応じて、窒素除去を目的とした硝化細菌又は硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群等の複合微生物や、ダイオキシン類などの特定の有害化学物質を分解する能力をもった微生物（例えば、アオコ分解菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌等の純粋微生物等）が好適な例として挙げられる。また微生物としては、培養等により濃縮分離された微生物の他に、下水処理場の活性汚泥、湖沼、河川や海の汚泥、土壌などの各種の微生物を含む微生物含有物も含まれる。
【００５４】
固定化材料としては、モノマー、プレポリマー、オリゴマー等が挙げられるが、特に限定されるものではなく、例えば、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール、アルギン酸ナトリウム、カラギーナン、寒天、等を用いることができる。その他、固定化材料のプレポリマーとして、以下のものを用いることができる。
（モノメタクリレート類）
ポリエチレングリコールモノメタクリレート、ポリプレングリコールモノメタクリレート、ポリプロピレングリコールモノメタクリレート、メトキシジエチレングリコールメタクリレート、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンフタレート、メタクリロイルオキシエチルハイドロジェンサクシネート、３クロロ２ヒドロキシプロピルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、２ヒドロキシメタクリレート、エチルメタクリレート等。
（モノアクリレート類）
２ヒドロキシエチルアクリレート、２ヒドロキシプロピルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｔブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボルニルアクリレート、シクロへキシルアクリレート、メトキシトリエチレングリコールアクリレート、２エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレングリコールアクリレート、シリコン変性アクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシジエチレングリコールアクリレート、フェノキシポリエチレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、アクリロイルアキシエチルハイドロジェンサクシネート、ラウリルアクリレート等。
（ジメタクリレート類）
１，３ブチレングリコールジメタクリレート、１，４ブタンジオールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ブチレングリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ポリプレングリコールジメタクリレート、２ヒドロキシ１，３ジメタクリロキシプロパン、２，２ビス４メタクリロキシエトキシフェニルプロパン、３，２ビス４メタクリロキシジエトキシフェニルプロパン、２，２ビス４メタクリロキシポリエトキシフェニルプロパン等。
（ジアクリレート類）
エトキシ化ネオペンチルグリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、１，６ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、２，２ビス４アクリロキシヒエトキシフェニルプロパン、２ヒドロキシ１アクリロキシ３メタクリロキシプロパン等。
（トリメタクリレート類）
トリメチロールプロパントリメタクリレート等。
（トリアクリレート類）
トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールプロパンＥＯ付加トリアクリレート、グリセリンＰＯ付加トリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート等。
（テトラアクリレート類）
ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート等。
（ウレタンアクリレート類）
ウレタンアクリレート、ウレタンジメチルアクリレート、ウレタントリメチルアクリレート等。
（その他）
アクリルアミド、アクリル酸、ジメチルアクリルアミド等。
なお、上記固定化材料のうち１種類又は２種類以上を組み合わせて使用してもよい。
【００５５】
包括固定化担体の重合は、過硫酸カリウムを用いたラジカル重合が最適であるが、紫外線や電子線を用いた重合やレドックス重合でもよい。過硫酸カリウムを用いた重合では、過硫酸カリウムの添加量を０．００１〜０．２５質量％とし、アミン系の重合促進剤の添加量を０．０１〜０．５質量％とすることが好ましい。アミン系の重合促進剤としては、βジメチルアミノプロピオニトリル、ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン等を好ましく使用することができる。
【００５６】
粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの包括固定化担体は、例えば、以下の方法により製造することができる。最初に、使用サイズより大きなサイズの担体ブロックを製造する。次いで、担体ブロックを、格子状の切断刃を備える切断装置にセットする。担体ブロックを所定の搬送速度で搬送しながら、切断刃を通過させて格子状に切断する。最後に、格子状に切断された担体ブロックを、回転する切断刃で切断することで、粒子径０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの包括固定化担体を製造することができる。
【００５７】
結合固定化担体としては、プラスチック、セラミックス、活性炭、ケイ砂など種々な物質を用いることができる。また、ポリビニルアルコールや吸水ゲルなどの高分子吸水ゲルを用いてもよい。プラスチックについて、スポンジ状、中空にした円柱状、さらには紐状のものを用いることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０…廃水処理システム、１２…最初沈殿池、１４…反応タンク、１６…最終沈殿池、１８…砂ろ過池、２０…消毒施設、２２…ＮＦ／ＭＯ設備、２４，２６…流路、３０…反応タンク、３２…無酸素槽、３４…好気槽、３６…膜分離槽、３８…処理水槽、４０…最初沈殿池、５６…最終沈殿池、５８…担体分離スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初沈殿池と、反応タンクと、最終沈殿池と、前記最初沈殿池と前記反応タンクを接続する第１の流路と、前記反応タンクと前記最終沈殿池を接続する第２の流路を含む反応系列を複数備える廃水処理システムであって、
前記複数の反応系列中の一種の反応系列は、前記反応タンクが担体と膜ユニットと活性汚泥とを有し、ＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整された膜分離槽を備え、
前記第１の流路を介して該反応タンクに廃水が供給され、該反応タンクの処理能力を超える廃水が前記第２の流路を介して前記最終沈殿池に供給される廃水処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の廃水処理システムであって、前記複数の反応系列が前記一種の反応系列のみで構成される廃水処理システム。
【請求項３】
請求項１記載の廃水処理システムであって、前記一種の反応系列以外の反応系列は、前記反応タンクが活性汚泥処理を実施する処理槽を備える廃水処理システム。
【請求項４】
請求項１〜３記載の廃水処理システムであって、前記一種の反応系列の反応タンクは、さらに、無酸素槽と好気槽を備える廃水処理システム。
【請求項５】
請求項１〜４記載の廃水処理システムであって、前記担体がかさ容積で５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％添加された廃水処理システム。
【請求項６】
請求項４記載の廃水処理システムであって、前記膜分離槽、前記無酸素槽、及び前記好気槽が担体分離スクリーンを備える廃水処理システム。
【請求項７】
請求項６記載の廃水処理システムであって、前記無酸素槽に結合固定化担体が添加され、前記膜分離槽、及び前記好気槽に包括固定化担体が添加された廃水処理システム。
【請求項８】
請求項１〜７記載の廃水処理システムを用いた廃水処理方法。
【請求項１】
最初沈殿池と、反応タンクと、最終沈殿池と、前記最初沈殿池と前記反応タンクを接続する第１の流路と、前記反応タンクと前記最終沈殿池を接続する第２の流路を含む反応系列を複数備える廃水処理システムであって、
前記複数の反応系列中の一種の反応系列は、前記反応タンクが担体と膜ユニットと活性汚泥とを有し、ＭＬＳＳ濃度が５００ｍｇ／Ｌ〜７０００ｍｇ／Ｌに調整された膜分離槽を備え、
前記第１の流路を介して該反応タンクに廃水が供給され、該反応タンクの処理能力を超える廃水が前記第２の流路を介して前記最終沈殿池に供給される廃水処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の廃水処理システムであって、前記複数の反応系列が前記一種の反応系列のみで構成される廃水処理システム。
【請求項３】
請求項１記載の廃水処理システムであって、前記一種の反応系列以外の反応系列は、前記反応タンクが活性汚泥処理を実施する処理槽を備える廃水処理システム。
【請求項４】
請求項１〜３記載の廃水処理システムであって、前記一種の反応系列の反応タンクは、さらに、無酸素槽と好気槽を備える廃水処理システム。
【請求項５】
請求項１〜４記載の廃水処理システムであって、前記担体がかさ容積で５ｖｏｌ％〜４０ｖｏｌ％添加された廃水処理システム。
【請求項６】
請求項４記載の廃水処理システムであって、前記膜分離槽、前記無酸素槽、及び前記好気槽が担体分離スクリーンを備える廃水処理システム。
【請求項７】
請求項６記載の廃水処理システムであって、前記無酸素槽に結合固定化担体が添加され、前記膜分離槽、及び前記好気槽に包括固定化担体が添加された廃水処理システム。
【請求項８】
請求項１〜７記載の廃水処理システムを用いた廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１４７８６８（Ｐ２０１１−１４７８６８Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０２４１（Ｐ２０１０−１０２４１）
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 省エネ型膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）技術の開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２０日（２０１０．１．２０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２１年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 省エネ型膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）技術の開発委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）
【出願人】（０００００５４５２）株式会社日立プラントテクノロジー (1,767)
【Ｆターム（参考）】
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