廃水処理装置、及び廃水処理方法
【課題】 曝気動力の削減と、膜の目詰まりの防止を実現することができる廃水処理槽と及び廃水処理方法を提供する。
【解決手段】
廃水処理装置１０は、原水が供給される脱窒槽１２ａと、脱窒槽１２ａと連通する硝化槽１２ｂと、硝化槽１２ｂの処理水を生物学的に処理する微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体４２と、硝化槽１２ｂ内に浸漬された、膜ろ過による固液分離を行なう膜ユニット１４と、膜ユニット１４の下方に配置され、散気管１６を備える。
【解決手段】
廃水処理装置１０は、原水が供給される脱窒槽１２ａと、脱窒槽１２ａと連通する硝化槽１２ｂと、硝化槽１２ｂの処理水を生物学的に処理する微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体４２と、硝化槽１２ｂ内に浸漬された、膜ろ過による固液分離を行なう膜ユニット１４と、膜ユニット１４の下方に配置され、散気管１６を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理装置、及び廃水処理方法に関し、膜分離を利用した廃水処理装置、及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥処理法を用いた廃水処理施設においては、活性汚泥処理と膜分離を組み合わせた膜分離活性汚泥法（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。この方法は、固液分離の手法として膜ろ過を採用しているため、処理水の濁質分の流出を防ぐことができ、且つ、大腸菌も完全に除去できることから、衛生的で、透明度の高い処理水を安定して得ることができるという特徴を持っている。また、活性汚泥の高濃度保持が可能であるため、処理時間の短縮、及び処理施設のコンパクト化が図れる。
【０００３】
しかしながら、膜分離活性汚泥法を用いた従来の膜分離装置は、膜の目詰まりが起こるという大きな問題を抱えている。特に、汚泥の性状が悪い場合（即ち、汚泥のフロックが細かい、生物の代謝物が非常に多い等）には、膜の目詰まりを起こしやすく、頻繁に膜の薬液洗浄を必要とし、汚泥性状の更なる悪化や、膜寿命の低下を招き、安定運転の妨げになっていた。
【０００４】
この問題を解決する手段として、特許文献１には、酸化剤を添加した逆洗水で膜を逆洗する第１の逆洗ラインと、酸化剤の添加と紫外線の照射の両方を行った逆洗水で膜を逆洗する第２の逆洗ラインとを膜の汚れ程度に応じて切り換えることにより、膜の寿命を長くすることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、系外排出ポンプの運転を制御し、膜エレメントが設置されていない槽中の汚泥を系外に排出することによって、膜の目詰まりを防止することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、硝化槽と脱窒槽とを循環する処理水にオゾンを供給することによって、ろ過ユニットのろ過膜にゲル状物質が付着することを抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１４４３９４号公報
【特許文献２】特許第３８４９６８６号公報
【特許文献３】特許第３８３２２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された膜洗浄装置では、高濃度に保持された活性汚泥により膜面が汚染されて目詰まりが起きやすい問題があり、膜表面を強く曝気する必要がある。同様に、特許文献２に記載された処理装置では、膜面の汚染防止のため膜表面を強く曝気する必要がある。
【０００９】
また、特許文献３に記載された膜分離装置では、活性汚泥を高濃度に保持するため処理水の粘性が高い。そのため、目詰まり防止のために膜表面を曝気するときの曝気効率が悪いという問題がある。
【００１０】
特許文献１〜３のいずれの場合においても、膜表面への強い曝気が必要となる。特に、ＭＢＲの消費電力のうち曝気に必要な動力が２／３を占めるため、地球温暖化防止に向けた省エネタイプのＭＢＲの開発が要望されている。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、曝気動力の削減と、膜の目詰まりの防止を実現できる廃水処理装置、及び廃水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理装置は、原水が供給される反応槽と、前記反応槽内に供給される前記原水中の処理成分を生物学的に処理する微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体と、前記反応槽内に浸漬された膜ろ過による固液分離を行なう膜ユニットと、前記反応槽内で、前記膜ユニットの下方に配置された散気装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理方法は、原水を反応槽に供給する工程と、前記反応槽内に供給された前記原水中の処理成分を、微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体によって生物学的に処理する工程と、前記反応槽内に浸漬された膜ユニットによって、膜ろ過による固液分離を行なう工程と、前記膜ユニットの下方に配置された散気装置により前記反応槽内を散気する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上述の包括固定化担体を適用することで、反応槽内のＭＬＳＳ濃度を低下させることができる。これにより、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。
【００１５】
粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体を適用することで、包括固定化担体の中心部まで基質や酸素が透過し微生物が増殖し易くなり、その結果、包括固定化担体当たりの反応速度を速くすることができる。
【００１６】
包括固定化担体の粒子径は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることがさらに好ましい。
【００１７】
ＭＬＳＳ濃度とは、反応槽内の活性汚泥浮遊物(Mixed Liquor Suspended Solids)を意味する。
【００１８】
粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体を適用して曝気することで、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。その結果、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、包括固定化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。
【００１９】
ここで、粒子径は、包括固定化担体が球形の場合はその直径を、包括固定化担体がほぼ立方体の場合はその一辺の長さを意味する。
【００２０】
本発明の廃水処理装置は、前記発明において、前記反応槽に供給される前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％であることが好ましい。本発明の廃水処理方法は、前記発明において、前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％であることが好ましい。
【００２１】
ここで、包括固定化担体の添加量について検討する。添加量を決定するには、（１）処理負荷、（２）酸素供給、（３）担体流動、を考慮する必要がある。
【００２２】
処理速度は、一般的に包括固定化担体１ｍ３あたり１日に１０ｋｇ−ＢＯＤを処理することができる。次に、酸素供給から考えると，空気曝気の場合１ｍ３の反応槽で４ｋｇ−ＢＯＤが限界となる。それ以上では，純酸素が必要となる。従ってこの場合，包括固定化担体の添加量は４０％が実用的な限界となる。
【００２３】
一方、包括固定化担体の流動性からは３０％が実用的な限界となるので、上限として３０％以下で運転することが好ましい。
【００２４】
最終的に、（１）〜（３）までを総合すると，実用可能な担体添加量は５〜３０％であり，このましくは１０〜１５％となる。
【００２５】
ここで担体添加量は，担体Volume（分子）を担体の入っている反応槽容積Volume（分母）で割ることで算出される。
【００２６】
本発明の廃水処理装置は、前記発明において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。本発明の廃水処理方法は、前記発明において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
【００２７】
反応槽のＭＬＳＳ濃度を４０００ｍｇ／Ｌ以下とすることで、反応槽内の混合液の粘性が高くなるのを防止することができる。混合液の高粘性化に伴う、散気装置の曝気効率が低下するのを防止することができる。
【００２８】
本発明の廃水処理装置は、前記発明において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜くための排出管を備えることが好ましい。本発明の廃水処理方法は、前記発明において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜く工程を有することが好ましい。
【００２９】
余剰汚泥を反応槽から排出することで、反応槽内の混合液の微生物濃度が高濃度化し、結果として混合液の粘度が高くなることを防止できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の廃水処理装置、及び廃水処理方法によれば、曝気動力の削減と、膜の目詰まりの防止を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の廃水処理装置の概要図。
【図２】本発明の他の廃水処理装置を示すフローシート。
【図３】本発明の他の廃水処理装置を示すフローシート。
【図４】包括固定化担体の粒子径及び添加量と、膜ユニットの洗浄間隔の関係を示すグラフ。
【図５】従来方式の膜ユニットの洗浄間隔を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は、本発明を適用した廃水処理装置１０の全体構成を示す概略図である。廃水処理装置１０は硝化・脱窒装置であり、反応槽１２と、反応槽１２内に浸漬された膜ユニット１４と、膜ユニット１４の下方に設けられた散気管１６と、散気管１６に接続されたブロア１８とを少なくとも有する。反応槽１２は、仕切壁２０によって脱窒槽１２ａと硝化槽１２ｂとに仕切られている。膜ユニット１４及び散気管１６は、硝化槽１２ｂ内に配置される。脱窒槽１２ａの底部には攪拌装置３０が設置される。
【００３４】
反応槽１２の上流には原水槽２２が設置され、原水槽２２と脱窒槽１２ａの間には供給ライン２４が設けられる。原水槽２２から原水が供給ライン２４を介して脱窒槽１２ａに供給される。原水が脱窒槽１２ａに貯留される。
【００３５】
原水槽２２には原水ライン２８が接続され、原水ライン２８から原水が原水槽２２に貯留される。原水は、原水槽２２内に設置された微細目スクリーン２６を通して、供給ライン２４に排出される。例えば、微細目スクリーン２６は、孔径０．３〜０．５ｍｍのメッシュを備え、微細目スクリーン２６により固形物が除去される。
【００３６】
反応槽１２には、処理水を硝化槽１２ｂから脱窒槽１２ａに循環するための循環ライン３２が設けられる。循環ライン３２には、ポンプ３４が配設されており、このポンプ３４を駆動することによって、硝化槽１２ｂの処理水の一部が循環ライン３２を介して脱窒槽１２ａに戻される。これにより、処理水は硝化槽１２ｂと脱窒槽１２ａとの間を循環する。
【００３７】
硝化槽１２ｂには余剰汚泥を引き抜くための排出ライン３６が配設される。排出ライン３６にはポンプ３８が設けられ、このポンプ３８を駆動することによって、余剰汚泥が硝化槽１２ｂから排出される。余剰汚泥を排出する場合、例えば、ＭＬＳＳ濃度を保持するため，ＭＬＳＳ濃度計（不図示）と流入負荷により汚泥引抜き量を演算することにより，ポンプ３８の作動量が制御される。
【００３８】
膜ユニット１４には排出ライン４４が接続され、排出ライン４４にはポンプ４６が設けられる。このポンプ４６を駆動することによって、膜ユニット１４を介して硝化槽１２ｂから処理水が取り出される。処理水が膜ユニット１４を通過するときに、固液分離が行なわれる。膜ユニット１４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。
【００３９】
脱窒槽１２ａと硝化槽１２ｂには微生物を包括固定した包括固定化担体４０，４２が投入される。特に、硝化槽１２ｂに投入される包括固定化担体４２は、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の粒子径を有する。
【００４０】
本発明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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ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〜２．０ｍｍの包括固定化担体を製造することができる。
【００５３】
次に、廃水処理装置１０の動作について説明する。処理すべき原水が原水ライン２８から原水槽２２に供給される。原水槽２２の原水は、微細目スクリーン２６を通過して、供給ライン２４に送り出される。
【００５４】
供給ライン２４から原水が処理水として、無酸素条件化に維持された脱窒槽１２ａに供給される。脱窒槽１２ａ内で、脱窒菌が固定された包括固定化担体４０と処理水が接触する。これにより、無酸素条件化で混合液に対し生物学的な処理がなされる。脱窒槽１２ａの底部には攪拌装置３０が設けられているので、包括固定化担体４０と処理水の接触が促進され、生物学的処理が効率よく行なわれる。
【００５５】
脱窒槽１２ａ内で処理された処理水は、仕切壁２０により構成された連通路４８を経由して硝化槽１２ｂに流入する。硝化槽１２ｂ内で、硝化菌が固定された粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体４２と処理水が接触する。硝化槽１２ｂの底部に散気管１６が配設されている。散気管１６はブロア１８に接続されており、ブロア１８からエアが供給され、エアが混合液中に気泡として散気する。したがって、硝化槽１２ｂ内が好気性条件に維持され、好気性条件化で混合液に対し生物学的な処理がなされる。
【００５６】
また、ブロア１８からエアが供給されると、包括固定化担体４２と混合液が攪拌され、生物学的処理が効率よく行なわれる。包括固定化担体４２が攪拌されるので、包括固定化担体４２が膜ユニット１４中のろ過膜（不図示）と接触する。これにより、ろ過膜に付着した付着物を剥離させることができ、ろ過膜の目詰まりを防止することができる。特に、包括固定化担体４２の粒子径が０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであるので、効率よく攪拌される。その結果、包括固定化担体４２とろ過膜との接触回数を多くでき、付着物をより効果的に剥離することができる。
【００５７】
ブロア１８からエアを供給することによって、エアによりろ過膜に付着した付着物を剥離させることもできる。このとき、ろ過膜は包括固定化担体４２により洗浄されるので、ブロア１８の曝気動力を低減することができる。包括固定化担体４２を投入することによって、硝化槽１２ｂのＭＬＳＳ濃度を低下させることができ、処理水の粘性を低下できる。これにより、包括固定化担体４２とエアによる、ろ過膜の洗浄の効率を改善することができる。
【００５８】
硝化槽１２ｂで処理された水は、ポンプ４６を駆動することによって、膜ユニット１４の内部に吸引される。その際、処理水は、膜ユニット１４のろ過膜を透過することによって、固液分離処理され、排出ライン４４を介して取り出される。硝化槽１２ｂ内の混合液の一部が循環ライン３２を介して脱窒槽１２ａに戻される。
【００５９】
なお、硝化槽１２ｂに散気管１６に加えて、補助散気管５０が設けられる。補助散気管５０からエアを散気させることによって、微生物反応に必要な酸素を供給することができる。
【００６０】
また、ＭＬＳＳ濃度が上昇した場合には、ポンプ３８を駆動することによって、排出ライン３６を介して余剰汚泥が硝化槽１２ｂから排出される。ＭＬＳＳ濃度計を硝化槽１２ｂに設置することで、ＭＬＳＳ濃度をモニタリングすることができる。
【００６１】
図２は本発明を適用した別の廃水処理装置のフローシートである。廃水処理装置１００は、硝化槽１０２と、脱窒槽１０４と、再曝気槽１０６を備える。再曝気槽１０６には膜ユニット１１６が設けられる。廃水処理装置１００は、例えば、ＢＯＤ／窒素が概ね１以下の場合に好適に使用される。
【００６２】
原水が原水ライン１０８を介して原水として硝化槽１０２に供給される。硝化槽１０２内には硝化菌が包括固定された包括固定化担体２０２が投入され、包括固定化担体２０２と処理水とが接触する。硝化槽１０２の底部には散気管１１０が配設され、ブロア１１２と接続される。ブロア１１２からエアが供給され、エアが散気管１１０を介して、処理水中に気泡として散気する。これにより、硝化槽１０２が好気性条件化され、硝化槽１０２内で原水に対し生物学的な処理がなされる。
【００６３】
硝化槽１０２で処理された水が、無酸素条件下の脱窒槽１０４に導入される。脱窒槽１０４には脱窒菌を包括固定した包括固定化担体２０４が投入される。処理水と包括固定化担体２０４が接触し、脱窒槽１０４内で処理水に対し生物学的な処理がなされる。脱窒槽１０４にはメタノールが投入され、脱窒槽１０４は無酸素条件化におかれる。硝化処理水を包括固定化担体２０４により生物学的に処理する際に、メタノールが消費される。
【００６４】
脱窒槽１０４で処理された処理水が、再曝気槽１０６に導入される。再曝気槽１０６の底部には散気管１１４が配設され、ブロア１１２と接続される。ブロア１１２からエアが供給され、エアが散気管１１４を介して、処理水中に気泡として散気する。これにより、再曝気槽１０６が好気性条件となる。再曝気槽１０６には、粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍで、ＢＯＤ分解菌が包括固定された包括固定化担体２０６が投入される。包括固定化担体２０６が、散気管１１４からのエアにより攪拌され、膜ユニット１１６のろ過膜と接触する。これにより、ろ過膜に付着した付着物を剥離させることができ、ろ過膜の目詰まりを防止することができる。図２の廃水処理装置においても、図１で説明した廃水処理装置と同様の効果を得ることとができる。膜ユニット１１６により固液分離された処理水が、排出ライン１１８を介して再曝気槽１０６から取り出される。
【００６５】
基本的に包括固定化担体は硝化槽−脱窒槽−再曝気槽を循環する。したがって、包括固定化担体内の微生物は、硝化菌、脱窒菌、及びＢＯＤ菌が混在して育成している。
【００６６】
図３は本発明を適用した別の廃水処理装置のフローシートである。廃水処理装置３００は、曝気槽３０２と、曝気槽３０２に浸漬された膜ユニット３０４と、膜ユニット３０４の下方に配設された散気管３０６を備える。廃水処理装置３００は、例えば、ＢＯＤとＳＳの除去を目的に，好気槽（曝気槽）に包括固定化担体を投入した装置にも好適に使用することができる。
【００６７】
原水が原水ライン３０８を介して原水として曝気槽３０２に供給される。曝気槽３０２内にはＢＯＤ分解菌が包括固定された粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体３１０が投入され、包括固定化担体３１０と原水とが接触する。曝気槽３０２の底部には散気管３０６が配設され、ブロア３１２と接続される。ブロア３１２からエアが供給され、エアが散気管３０６を介して、混合液中に気泡として散気する。これにより、曝気槽３０２を好気性条件化にする。曝気槽３０２内で混合液に対し生物学的な処理がなされる。包括固定化担体３１０が、散気管３０６からのエアにより攪拌され、膜ユニット３０４のろ過膜（不図示）と接触する。これにより、ろ過膜に付着した付着物を剥離させることができ、ろ過膜の目詰まりを防止することができる。図３の廃水処理装置においても図１で説明した廃水処理装置と同様の効果を得ることとができる。膜ユニット３０４により固液分離された処理水が、排出ライン３１４を介して曝気槽３０２から取り出される。
【００６８】
以上、本発明の廃水処理装置、及び廃水処理方について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよい。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７０】
＜実験条件＞
図１に示す廃水処理装置を使用し、廃水の処理を行なった。粒子径に関して、０．１ｍｍ〜２．１ｍｍの範囲内で、同一の粒子径の包括固定化担体を、添加量５％、１０％、１５％と変化させて反応槽に投入した。包括固定化担体として、以下に示す担体組成を有する包括固定化担体を使用した。以下の運転条件で、廃水処理装置を運転し、処理を行なった。
【００７１】
（包括固定化担体の組成）
・汚泥 ：活性汚泥（脱水ケーキ）
・汚泥濃度 ：２質量％／担体
・固定化材料：ポリエチレングリコールジアクリレート １５質量％
・重合促進剤：ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン ０．０５００質量％
・重合開始剤：過硫酸カリウム ０．００２５質
（運転条件）
・ＭＬＳＳ：１０００ｍｇ／Ｌ〜３０００ｍｇ／Ｌ
・透過流速：０．８ｍ３／ｍ２・日
・薬品洗浄のタイミング：ろ過圧力が２０ｋＰａに達した時
・膜材質：ＰＶＤＦ （ポリフッ化ビニリデン）
上述の運転条件で、包括固定化担体の粒子径、及び添加量ごとに、薬品洗浄の間隔を測定した。図４は粒子径及び添加量と、洗浄間隔との関係を示すグラフである。
【００７２】
図１に示す廃水処理装置を使用し、包括固定化担体に代えて活性汚泥を使用し、下記の運転条件で廃水の処理を行なった。
【００７３】
（運転条件）
・ＭＬＳＳ：８，０００ｍｇ／Ｌ〜１５，０００ｍｇ／Ｌ
・透過流速：０．８ｍ３／ｍ２・日
・薬品洗浄のタイミング：ろ過圧力が２０ｋＰａに達した時
・膜材質：ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）
上述の運転条件で、薬品の洗浄間隔を測定した。図５は、日付を横軸、縦軸をろ過圧力とし、薬品の洗浄間隔をプロットしたグラフである。図５のグラフから、従来方式では約２ヶ月に一回の間隔で洗浄していたことが理解できる。
【００７４】
次に、図４と図５を比較する。上述したように、従来方式では図５に示すように洗浄間隔は約２ヶ月であった。図４において、包括固体化担体の粒子径が０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲では、洗浄間隔は２ヶ月以上であった。つまり、包括固定化担体の粒子径を０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲とすることで、ろ過膜に対する洗浄効果が向上したことが理解できる。また、図４のグラフから、特に、粒子径の範囲が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであるときに、洗浄の間隔を３ヶ月以上と長く、洗浄効果が高いことが理解できる。さらに、図４から、同一の粒子径である場合、担体添加量が多いほうが洗浄間隔を長くでき，洗浄効果が高いことが理解できる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…廃水処理装置、１２…反応槽、１２ａ…脱窒槽、１２ｂ…硝化槽、１４…膜ユニット、１６…散気管、１８…ブロア、２８…原水ライン、３０…攪拌装置、３２…循環ライン、３４，３８，４６…ポンプ、３６，４４…排出ライン、４０，４２…包括固定化担体、１００…廃水処理装置、１０２…硝化槽、１０４…脱窒槽、１０６…再曝気槽、１１０，１１４…散気管、１１２…ブロア、１１６…膜ユニット、２０２，２０４，２０６包括固定化担体、３００…廃水処理装置、３０２…曝気槽、３０４…膜ユニット、３０６…散気管、３１０…包括固定化担体、３１２…ブロア
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃水処理装置、及び廃水処理方法に関し、膜分離を利用した廃水処理装置、及び廃水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥処理法を用いた廃水処理施設においては、活性汚泥処理と膜分離を組み合わせた膜分離活性汚泥法（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。この方法は、固液分離の手法として膜ろ過を採用しているため、処理水の濁質分の流出を防ぐことができ、且つ、大腸菌も完全に除去できることから、衛生的で、透明度の高い処理水を安定して得ることができるという特徴を持っている。また、活性汚泥の高濃度保持が可能であるため、処理時間の短縮、及び処理施設のコンパクト化が図れる。
【０００３】
しかしながら、膜分離活性汚泥法を用いた従来の膜分離装置は、膜の目詰まりが起こるという大きな問題を抱えている。特に、汚泥の性状が悪い場合（即ち、汚泥のフロックが細かい、生物の代謝物が非常に多い等）には、膜の目詰まりを起こしやすく、頻繁に膜の薬液洗浄を必要とし、汚泥性状の更なる悪化や、膜寿命の低下を招き、安定運転の妨げになっていた。
【０００４】
この問題を解決する手段として、特許文献１には、酸化剤を添加した逆洗水で膜を逆洗する第１の逆洗ラインと、酸化剤の添加と紫外線の照射の両方を行った逆洗水で膜を逆洗する第２の逆洗ラインとを膜の汚れ程度に応じて切り換えることにより、膜の寿命を長くすることが記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、系外排出ポンプの運転を制御し、膜エレメントが設置されていない槽中の汚泥を系外に排出することによって、膜の目詰まりを防止することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献３には、硝化槽と脱窒槽とを循環する処理水にオゾンを供給することによって、ろ過ユニットのろ過膜にゲル状物質が付着することを抑制することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４１４４３９４号公報
【特許文献２】特許第３８４９６８６号公報
【特許文献３】特許第３８３２２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された膜洗浄装置では、高濃度に保持された活性汚泥により膜面が汚染されて目詰まりが起きやすい問題があり、膜表面を強く曝気する必要がある。同様に、特許文献２に記載された処理装置では、膜面の汚染防止のため膜表面を強く曝気する必要がある。
【０００９】
また、特許文献３に記載された膜分離装置では、活性汚泥を高濃度に保持するため処理水の粘性が高い。そのため、目詰まり防止のために膜表面を曝気するときの曝気効率が悪いという問題がある。
【００１０】
特許文献１〜３のいずれの場合においても、膜表面への強い曝気が必要となる。特に、ＭＢＲの消費電力のうち曝気に必要な動力が２／３を占めるため、地球温暖化防止に向けた省エネタイプのＭＢＲの開発が要望されている。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、曝気動力の削減と、膜の目詰まりの防止を実現できる廃水処理装置、及び廃水処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理装置は、原水が供給される反応槽と、前記反応槽内に供給される前記原水中の処理成分を生物学的に処理する微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体と、前記反応槽内に浸漬された膜ろ過による固液分離を行なう膜ユニットと、前記反応槽内で、前記膜ユニットの下方に配置された散気装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明の廃水処理方法は、原水を反応槽に供給する工程と、前記反応槽内に供給された前記原水中の処理成分を、微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体によって生物学的に処理する工程と、前記反応槽内に浸漬された膜ユニットによって、膜ろ過による固液分離を行なう工程と、前記膜ユニットの下方に配置された散気装置により前記反応槽内を散気する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
上述の包括固定化担体を適用することで、反応槽内のＭＬＳＳ濃度を低下させることができる。これにより、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。
【００１５】
粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体を適用することで、包括固定化担体の中心部まで基質や酸素が透過し微生物が増殖し易くなり、その結果、包括固定化担体当たりの反応速度を速くすることができる。
【００１６】
包括固定化担体の粒子径は、０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであることがさらに好ましい。
【００１７】
ＭＬＳＳ濃度とは、反応槽内の活性汚泥浮遊物(Mixed Liquor Suspended Solids)を意味する。
【００１８】
粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体を適用して曝気することで、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。その結果、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、包括固定化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。
【００１９】
ここで、粒子径は、包括固定化担体が球形の場合はその直径を、包括固定化担体がほぼ立方体の場合はその一辺の長さを意味する。
【００２０】
本発明の廃水処理装置は、前記発明において、前記反応槽に供給される前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％であることが好ましい。本発明の廃水処理方法は、前記発明において、前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％であることが好ましい。
【００２１】
ここで、包括固定化担体の添加量について検討する。添加量を決定するには、（１）処理負荷、（２）酸素供給、（３）担体流動、を考慮する必要がある。
【００２２】
処理速度は、一般的に包括固定化担体１ｍ３あたり１日に１０ｋｇ−ＢＯＤを処理することができる。次に、酸素供給から考えると，空気曝気の場合１ｍ３の反応槽で４ｋｇ−ＢＯＤが限界となる。それ以上では，純酸素が必要となる。従ってこの場合，包括固定化担体の添加量は４０％が実用的な限界となる。
【００２３】
一方、包括固定化担体の流動性からは３０％が実用的な限界となるので、上限として３０％以下で運転することが好ましい。
【００２４】
最終的に、（１）〜（３）までを総合すると，実用可能な担体添加量は５〜３０％であり，このましくは１０〜１５％となる。
【００２５】
ここで担体添加量は，担体Volume（分子）を担体の入っている反応槽容積Volume（分母）で割ることで算出される。
【００２６】
本発明の廃水処理装置は、前記発明において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。本発明の廃水処理方法は、前記発明において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下であることが好ましい。
【００２７】
反応槽のＭＬＳＳ濃度を４０００ｍｇ／Ｌ以下とすることで、反応槽内の混合液の粘性が高くなるのを防止することができる。混合液の高粘性化に伴う、散気装置の曝気効率が低下するのを防止することができる。
【００２８】
本発明の廃水処理装置は、前記発明において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜くための排出管を備えることが好ましい。本発明の廃水処理方法は、前記発明において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜く工程を有することが好ましい。
【００２９】
余剰汚泥を反応槽から排出することで、反応槽内の混合液の微生物濃度が高濃度化し、結果として混合液の粘度が高くなることを防止できる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の廃水処理装置、及び廃水処理方法によれば、曝気動力の削減と、膜の目詰まりの防止を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の廃水処理装置の概要図。
【図２】本発明の他の廃水処理装置を示すフローシート。
【図３】本発明の他の廃水処理装置を示すフローシート。
【図４】包括固定化担体の粒子径及び添加量と、膜ユニットの洗浄間隔の関係を示すグラフ。
【図５】従来方式の膜ユニットの洗浄間隔を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
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。
【００３３】
図１は、本発明を適用した廃水処理装置１０の全体構成を示す概略図である。廃水処理装置１０は硝化・脱窒装置であり、反応槽１２と、反応槽１２内に浸漬された膜ユニット１４と、膜ユニット１４の下方に設けられた散気管１６と、散気管１６に接続されたブロア１８とを少なくとも有する。反応槽１２は、仕切壁２０によって脱窒槽１２ａと硝化槽１２ｂとに仕切られている。膜ユニット１４及び散気管１６は、硝化槽１２ｂ内に配置される。脱窒槽１２ａの底部には攪拌装置３０が設置される。
【００３４】
反応槽１２の上流には原水槽２２が設置され、原水槽２２と脱窒槽１２ａの間には供給ライン２４が設けられる。原水槽２２から原水が供給ライン２４を介して脱窒槽１２ａに供給される。原水が脱窒槽１２ａに貯留される。
【００３５】
原水槽２２には原水ライン２８が接続され、原水ライン２８から原水が原水槽２２に貯留される。原水は、原水槽２２内に設置された微細目スクリーン２６を通して、供給ライン２４に排出される。例えば、微細目スクリーン２６は、孔径０．３〜０．５ｍｍのメッシュを備え、微細目スクリーン２６により固形物が除去される。
【００３６】
反応槽１２には、処理水を硝化槽１２ｂから脱窒槽１２ａに循環するための循環ライン３２が設けられる。循環ライン３２には、ポンプ３４が配設されており、このポンプ３４を駆動することによって、硝化槽１２ｂの処理水の一部が循環ライン３２を介して脱窒槽１２ａに戻される。これにより、処理水は硝化槽１２ｂと脱窒槽１２ａとの間を循環する。
【００３７】
硝化槽１２ｂには余剰汚泥を引き抜くための排出ライン３６が配設される。排出ライン３６にはポンプ３８が設けられ、このポンプ３８を駆動することによって、余剰汚泥が硝化槽１２ｂから排出される。余剰汚泥を排出する場合、例えば、ＭＬＳＳ濃度を保持するため，ＭＬＳＳ濃度計（不図示）と流入負荷により汚泥引抜き量を演算することにより，ポンプ３８の作動量が制御される。
【００３８】
膜ユニット１４には排出ライン４４が接続され、排出ライン４４にはポンプ４６が設けられる。このポンプ４６を駆動することによって、膜ユニット１４を介して硝化槽１２ｂから処理水が取り出される。処理水が膜ユニット１４を通過するときに、固液分離が行なわれる。膜ユニット１４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。
【００３９】
脱窒槽１２ａと硝化槽１２ｂには微生物を包括固定した包括固定化担体４０，４２が投入される。特に、硝化槽１２ｂに投入される包括固定化担体４２は、０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の粒子径を有する。
【００４０】
本発明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。
【００４１】
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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
（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。
【００４５】
（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。
【００４６】
（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。
【００４７】
（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。
【００４８】
（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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍ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〜２．０ｍｍの包括固定化担体を製造することができる。
【００５３】
次に、廃水処理装置１０の動作について説明する。処理すべき原水が原水ライン２８から原水槽２２に供給される。原水槽２２の原水は、微細目スクリーン２６を通過して、供給ライン２４に送り出される。
【００５４】
供給ライン２４から原水が処理水として、無酸素条件化に維持された脱窒槽１２ａに供給される。脱窒槽１２ａ内で、脱窒菌が固定された包括固定化担体４０と処理水が接触する。これにより、無酸素条件化で混合液に対し生物学的な処理がなされる。脱窒槽１２ａの底部には攪拌装置３０が設けられているので、包括固定化担体４０と処理水の接触が促進され、生物学的処理が効率よく行なわれる。
【００５５】
脱窒槽１２ａ内で処理された処理水は、仕切壁２０により構成された連通路４８を経由して硝化槽１２ｂに流入する。硝化槽１２ｂ内で、硝化菌が固定された粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体４２と処理水が接触する。硝化槽１２ｂの底部に散気管１６が配設されている。散気管１６はブロア１８に接続されており、ブロア１８からエアが供給され、エアが混合液中に気泡として散気する。したがって、硝化槽１２ｂ内が好気性条件に維持され、好気性条件化で混合液に対し生物学的な処理がなされる。
【００５６】
また、ブロア１８からエアが供給されると、包括固定化担体４２と混合液が攪拌され、生物学的処理が効率よく行なわれる。包括固定化担体４２が攪拌されるので、包括固定化担体４２が膜ユニット１４中のろ過膜（不図示）と接触する。これにより、ろ過膜に付着した付着物を剥離させることができ、ろ過膜の目詰まりを防止することができる。特に、包括固定化担体４２の粒子径が０．３ｍｍ〜２．０ｍｍであるので、効率よく攪拌される。その結果、包括固定化担体４２とろ過膜との接触回数を多くでき、付着物をより効果的に剥離することができる。
【００５７】
ブロア１８からエアを供給することによって、エアによりろ過膜に付着した付着物を剥離させることもできる。このとき、ろ過膜は包括固定化担体４２により洗浄されるので、ブロア１８の曝気動力を低減することができる。包括固定化担体４２を投入することによって、硝化槽１２ｂのＭＬＳＳ濃度を低下させることができ、処理水の粘性を低下できる。これにより、包括固定化担体４２とエアによる、ろ過膜の洗浄の効率を改善することができる。
【００５８】
硝化槽１２ｂで処理された水は、ポンプ４６を駆動することによって、膜ユニット１４の内部に吸引される。その際、処理水は、膜ユニット１４のろ過膜を透過することによって、固液分離処理され、排出ライン４４を介して取り出される。硝化槽１２ｂ内の混合液の一部が循環ライン３２を介して脱窒槽１２ａに戻される。
【００５９】
なお、硝化槽１２ｂに散気管１６に加えて、補助散気管５０が設けられる。補助散気管５０からエアを散気させることによって、微生物反応に必要な酸素を供給することができる。
【００６０】
また、ＭＬＳＳ濃度が上昇した場合には、ポンプ３８を駆動することによって、排出ライン３６を介して余剰汚泥が硝化槽１２ｂから排出される。ＭＬＳＳ濃度計を硝化槽１２ｂに設置することで、ＭＬＳＳ濃度をモニタリングすることができる。
【００６１】
図２は本発明を適用した別の廃水処理装置のフローシートである。廃水処理装置１００は、硝化槽１０２と、脱窒槽１０４と、再曝気槽１０６を備える。再曝気槽１０６には膜ユニット１１６が設けられる。廃水処理装置１００は、例えば、ＢＯＤ／窒素が概ね１以下の場合に好適に使用される。
【００６２】
原水が原水ライン１０８を介して原水として硝化槽１０２に供給される。硝化槽１０２内には硝化菌が包括固定された包括固定化担体２０２が投入され、包括固定化担体２０２と処理水とが接触する。硝化槽１０２の底部には散気管１１０が配設され、ブロア１１２と接続される。ブロア１１２からエアが供給され、エアが散気管１１０を介して、処理水中に気泡として散気する。これにより、硝化槽１０２が好気性条件化され、硝化槽１０２内で原水に対し生物学的な処理がなされる。
【００６３】
硝化槽１０２で処理された水が、無酸素条件下の脱窒槽１０４に導入される。脱窒槽１０４には脱窒菌を包括固定した包括固定化担体２０４が投入される。処理水と包括固定化担体２０４が接触し、脱窒槽１０４内で処理水に対し生物学的な処理がなされる。脱窒槽１０４にはメタノールが投入され、脱窒槽１０４は無酸素条件化におかれる。硝化処理水を包括固定化担体２０４により生物学的に処理する際に、メタノールが消費される。
【００６４】
脱窒槽１０４で処理された処理水が、再曝気槽１０６に導入される。再曝気槽１０６の底部には散気管１１４が配設され、ブロア１１２と接続される。ブロア１１２からエアが供給され、エアが散気管１１４を介して、処理水中に気泡として散気する。これにより、再曝気槽１０６が好気性条件となる。再曝気槽１０６には、粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍで、ＢＯＤ分解菌が包括固定された包括固定化担体２０６が投入される。包括固定化担体２０６が、散気管１１４からのエアにより攪拌され、膜ユニット１１６のろ過膜と接触する。これにより、ろ過膜に付着した付着物を剥離させることができ、ろ過膜の目詰まりを防止することができる。図２の廃水処理装置においても、図１で説明した廃水処理装置と同様の効果を得ることとができる。膜ユニット１１６により固液分離された処理水が、排出ライン１１８を介して再曝気槽１０６から取り出される。
【００６５】
基本的に包括固定化担体は硝化槽−脱窒槽−再曝気槽を循環する。したがって、包括固定化担体内の微生物は、硝化菌、脱窒菌、及びＢＯＤ菌が混在して育成している。
【００６６】
図３は本発明を適用した別の廃水処理装置のフローシートである。廃水処理装置３００は、曝気槽３０２と、曝気槽３０２に浸漬された膜ユニット３０４と、膜ユニット３０４の下方に配設された散気管３０６を備える。廃水処理装置３００は、例えば、ＢＯＤとＳＳの除去を目的に，好気槽（曝気槽）に包括固定化担体を投入した装置にも好適に使用することができる。
【００６７】
原水が原水ライン３０８を介して原水として曝気槽３０２に供給される。曝気槽３０２内にはＢＯＤ分解菌が包括固定された粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体３１０が投入され、包括固定化担体３１０と原水とが接触する。曝気槽３０２の底部には散気管３０６が配設され、ブロア３１２と接続される。ブロア３１２からエアが供給され、エアが散気管３０６を介して、混合液中に気泡として散気する。これにより、曝気槽３０２を好気性条件化にする。曝気槽３０２内で混合液に対し生物学的な処理がなされる。包括固定化担体３１０が、散気管３０６からのエアにより攪拌され、膜ユニット３０４のろ過膜（不図示）と接触する。これにより、ろ過膜に付着した付着物を剥離させることができ、ろ過膜の目詰まりを防止することができる。図３の廃水処理装置においても図１で説明した廃水処理装置と同様の効果を得ることとができる。膜ユニット３０４により固液分離された処理水が、排出ライン３１４を介して曝気槽３０２から取り出される。
【００６８】
以上、本発明の廃水処理装置、及び廃水処理方について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行なってもよい。
【実施例】
【００６９】
以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明を、より詳細に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７０】
＜実験条件＞
図１に示す廃水処理装置を使用し、廃水の処理を行なった。粒子径に関して、０．１ｍｍ〜２．１ｍｍの範囲内で、同一の粒子径の包括固定化担体を、添加量５％、１０％、１５％と変化させて反応槽に投入した。包括固定化担体として、以下に示す担体組成を有する包括固定化担体を使用した。以下の運転条件で、廃水処理装置を運転し、処理を行なった。
【００７１】
（包括固定化担体の組成）
・汚泥 ：活性汚泥（脱水ケーキ）
・汚泥濃度 ：２質量％／担体
・固定化材料：ポリエチレングリコールジアクリレート １５質量％
・重合促進剤：ＮＮＮ’Ｎ’テトラメチルエチレンジアミン ０．０５００質量％
・重合開始剤：過硫酸カリウム ０．００２５質
（運転条件）
・ＭＬＳＳ：１０００ｍｇ／Ｌ〜３０００ｍｇ／Ｌ
・透過流速：０．８ｍ３／ｍ２・日
・薬品洗浄のタイミング：ろ過圧力が２０ｋＰａに達した時
・膜材質：ＰＶＤＦ （ポリフッ化ビニリデン）
上述の運転条件で、包括固定化担体の粒子径、及び添加量ごとに、薬品洗浄の間隔を測定した。図４は粒子径及び添加量と、洗浄間隔との関係を示すグラフである。
【００７２】
図１に示す廃水処理装置を使用し、包括固定化担体に代えて活性汚泥を使用し、下記の運転条件で廃水の処理を行なった。
【００７３】
（運転条件）
・ＭＬＳＳ：８，０００ｍｇ／Ｌ〜１５，０００ｍｇ／Ｌ
・透過流速：０．８ｍ３／ｍ２・日
・薬品洗浄のタイミング：ろ過圧力が２０ｋＰａに達した時
・膜材質：ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）
上述の運転条件で、薬品の洗浄間隔を測定した。図５は、日付を横軸、縦軸をろ過圧力とし、薬品の洗浄間隔をプロットしたグラフである。図５のグラフから、従来方式では約２ヶ月に一回の間隔で洗浄していたことが理解できる。
【００７４】
次に、図４と図５を比較する。上述したように、従来方式では図５に示すように洗浄間隔は約２ヶ月であった。図４において、包括固体化担体の粒子径が０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲では、洗浄間隔は２ヶ月以上であった。つまり、包括固定化担体の粒子径を０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲とすることで、ろ過膜に対する洗浄効果が向上したことが理解できる。また、図４のグラフから、特に、粒子径の範囲が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍであるときに、洗浄の間隔を３ヶ月以上と長く、洗浄効果が高いことが理解できる。さらに、図４から、同一の粒子径である場合、担体添加量が多いほうが洗浄間隔を長くでき，洗浄効果が高いことが理解できる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…廃水処理装置、１２…反応槽、１２ａ…脱窒槽、１２ｂ…硝化槽、１４…膜ユニット、１６…散気管、１８…ブロア、２８…原水ライン、３０…攪拌装置、３２…循環ライン、３４，３８，４６…ポンプ、３６，４４…排出ライン、４０，４２…包括固定化担体、１００…廃水処理装置、１０２…硝化槽、１０４…脱窒槽、１０６…再曝気槽、１１０，１１４…散気管、１１２…ブロア、１１６…膜ユニット、２０２，２０４，２０６包括固定化担体、３００…廃水処理装置、３０２…曝気槽、３０４…膜ユニット、３０６…散気管、３１０…包括固定化担体、３１２…ブロア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水が供給される反応槽と、
前記反応槽内に供給される前記原水中の処理成分を生物学的に処理する微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体と、
前記反応槽内に浸漬された膜ろ過による固液分離を行なう膜ユニットと、
前記反応槽内で、前記膜ユニットの下方に配置された散気装置と、
を備えた廃水処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の廃水処理装置において、前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％である廃水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の廃水処理装置において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下である廃水処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の廃水処理装置において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜くための排出管を備える廃水処理装置。
【請求項５】
原水を反応槽に供給する工程と、
前記反応槽内に供給された前記原水中の処理成分を、微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体によって生物学的に処理する工程と、
前記反応槽内に浸漬された膜ユニットによって、膜ろ過による固液分離を行なう工程と、
前記膜ユニットの下方に配置された散気装置により前記反応槽内を散気する工程と、
を備えた廃水処理方法。
【請求項６】
請求項５記載の廃水処理方法において、前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％である廃水処理方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の廃水処理方法において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下である廃水処理方法。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかに記載の廃水処理方法において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜く工程を有する廃水処理方法。
【請求項１】
原水が供給される反応槽と、
前記反応槽内に供給される前記原水中の処理成分を生物学的に処理する微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体と、
前記反応槽内に浸漬された膜ろ過による固液分離を行なう膜ユニットと、
前記反応槽内で、前記膜ユニットの下方に配置された散気装置と、
を備えた廃水処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の廃水処理装置において、前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％である廃水処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の廃水処理装置において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下である廃水処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の廃水処理装置において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜くための排出管を備える廃水処理装置。
【請求項５】
原水を反応槽に供給する工程と、
前記反応槽内に供給された前記原水中の処理成分を、微生物を包括固定化した粒子径０．３ｍｍ〜２．０ｍｍの包括固定化担体によって生物学的に処理する工程と、
前記反応槽内に浸漬された膜ユニットによって、膜ろ過による固液分離を行なう工程と、
前記膜ユニットの下方に配置された散気装置により前記反応槽内を散気する工程と、
を備えた廃水処理方法。
【請求項６】
請求項５記載の廃水処理方法において、前記包括固体化担体の添加量が５％〜３０％である廃水処理方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の廃水処理方法において、前記反応槽のＭＬＳＳ濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下である廃水処理方法。
【請求項８】
請求項５〜７の何れかに記載の廃水処理方法において、前記反応槽の余剰汚泥を引き抜く工程を有する廃水処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２０７６５７（Ｐ２０１０−２０７６５７Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３５３３（Ｐ２００９−５３５３３）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【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２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【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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