散気装置
【課題】散気管の散気孔を閉塞させることなく活性汚泥に対する酸素供給効率と膜モジュールの膜洗浄効率とを高める。
【解決手段】散気装置１は膜モジュール２の真下に配置される散気管１１と当該真下でない位置にて散気管１１と並列に配置される散気管１２とを備える。前記真下の位置における散気管１１の下面において開口部が管１１の軸方向に沿って複数形成される一方で当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該真下でない位置であって当該開口部よりも高位であり且つ管１１の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されている。散気管１２の下面には複数の開口部が管１２の軸方向に沿って形成される一方で当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該開口部よりも高位であり且つ管１２の軸よりも低位の位置にて当該軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されている。
【解決手段】散気装置１は膜モジュール２の真下に配置される散気管１１と当該真下でない位置にて散気管１１と並列に配置される散気管１２とを備える。前記真下の位置における散気管１１の下面において開口部が管１１の軸方向に沿って複数形成される一方で当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該真下でない位置であって当該開口部よりも高位であり且つ管１１の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されている。散気管１２の下面には複数の開口部が管１２の軸方向に沿って形成される一方で当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該開口部よりも高位であり且つ管１２の軸よりも低位の位置にて当該軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は浸漬型の膜モジュールを用いた反応槽に備えられる散気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸漬型の膜モジュールを用いた下水処理装置として例えば複数の外圧式固液分離平膜を反応槽内に膜面が鉛直に配置されるタイプのものがある。この膜分離活性汚泥処理（以下、ＭＢＲと称する）方式の下水処理装置では反応槽の下部に設置された散気管から空気気泡を曝気している。これは反応槽内の活性汚泥を構成する微生物に酸素を供給するためであることと、気泡上昇に伴って生成される水流により膜表面を洗浄して膜面の付着物を除去して目詰まりを抑制するためである。
【０００３】
ＭＢＲ方式の下水処理装置は濁質成分の流出を防ぐことが可能であるため、最終沈殿池で固液分離する場合と比べて活性汚泥の濃度を高くして運転することが可能となっている。その結果、装置を小型化でき、さらに発生汚泥を低減できる。
【０００４】
ＭＢＲ方式は活性汚泥濃度が高いことと一定以上の大きさの気泡でなければ膜面の洗浄効果が得られないことから、散気管の散気孔の径は３〜１０ｍｍと比較的大きくする必要がある。一般にはこのサイズの孔を配管に複数形成させた構造の散気管が用いられる（例えば特許文献１）。膜モジュールの膜面の洗浄では、曝気による気泡の上昇によって生じる激しい気液混合流により膜表面を掃流することで膜面の汚れを除去し、汚れの蓄積を抑制する。
【０００５】
下水道分野においては除去対象物質・目標処理水質に応じて使用する膜が選定される。主に固形物の除去を目的とする場合にはＭＦ膜、ＵＦ膜が用いられており、ＭＢＲで使用される膜も通常ＭＦ膜である。膜の材質は大別すると有機膜と無機膜に区分できる。
【０００６】
有機膜としては，ＭＦ膜及びＵＦ膜では、ＰＳＦ（ポリスルホン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＣＡ（酢酸セルロース）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）のいずれかの材料からなるものが用いられている。ＮＦ膜及びＲＯ膜ではポリアミド系の有機膜が多く用いられている。無機膜としては、セラミックを用いた膜（ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜）が開発されている。
【０００７】
また、膜の形状としては中空糸膜、平膜、管状膜、モノリスに区分できる。さらに，膜処理におけるろ過方式は全量ろ過（デッドエンドろ過：dead-end-filtration）とクロスフローろ過（cross-flow filtration）とがある。
【０００８】
全量ろ過方式は膜で阻止されたものが膜に付着しろ過とともに付着物が累積するのである時点で一定時間ごとに必ずろ過を停止させ、累積した付着物の層を除去しなければならない。一方、クロスフローろ過方式は膜表面に平行な流れで常に膜表面を洗浄させながらろ過する。この方式はろ過と並流して付着物の除去が行われる連続運転ができ且つろ過速度を高く維持できるが、十分な平行流を作るためろ過流量に対して供給水側の流量が大きくなり、ろ過流量当りのエネルギー消費が大きくなる。
【０００９】
ＭＢＲ法は活性汚泥法による生物処理に膜ろ過を組み合わせた排水処理方法であるが、原理的に膜の目詰まり（ファウリング）を常に対策する必要がある。膜ろ過性能を低下させないための予防方法として、曝気などにより膜表面での流速を常に一定に保つ必要があり、そのための曝気動力を確保しなければならないことから、ランニングコストが高いという問題がある。それゆえに、洗浄を工夫することで高流量及び高効率なろ過処理の実現が必要とされている。
【００１０】
ＭＢＲ処理装置の生物反応槽は例えば非特許文献１に開示されたように無酸素槽と好気槽とからなり、好気槽内に膜モジュールを浸漬させている。好気槽内においては汚泥の付着による膜モジュールの閉塞予防のため、溶存酸素供給用の散気装置とは別に膜モジュール洗浄用の散気装置が具備され、この散気装置から供された気泡によって膜の表面を常時洗浄している。前記散気装置の配管へは散気ブロアとは独立した洗浄ブロアから散気用の空気を供給している。また、前記膜モジュールの内部は吸引ポンプによって負圧状態となっており、膜モジュールの集水路内のろ過水は当該吸引ポンプによって好気槽の外部に搬出される。ろ過水は系外への排出の前にろ過水槽に一定量貯留される。そして、膜モジュールの膜表面の汚れによるろ過流量低下を予防するために一定周期で前記ろ過水による当該膜表面の逆洗浄が行われる。さらに、膜表面の有機物除去のため前記ろ過水に洗浄用の薬液が添加されて定期的な薬液洗浄も実施されている。
【００１１】
このような従来のＭＢＲ処理装置においては、膜ろ過性能を低下させないための予防方法として、膜面に対して均等に曝気を実施し、膜表面の流速を確保して洗浄効果を高める必要がある。そのため膜洗浄用の散気装置は、高効率な膜表面の洗浄効果にばらつきが生じないようにそれぞれの散気孔から均一に気泡が反応槽内へ注入されるように設計、製作しなければならない。
【００１２】
しかし、散気装置を連続運転していると散気孔へ徐々に固形物が付着しまう問題がある。これは加圧空気の温度が高いので散気孔付近の活性汚泥が乾燥することが原因の一つと考えられる。固形物が付着した散気孔では通過する空気の流量が減少するため、散気孔の外側における活性汚泥液の並行流速度が低下し、付着物の付着がさらに加速される。その結果、散気孔ごとの付着物の量に差異が生じ、散気量の差異が生じて膜表面の洗浄が不均一となる。
【００１３】
ＭＢＲ処理槽の設計や処理運転においては膜透過流束（膜フラックス）の維持が重要であるが、上記理由により膜表面の洗浄が不十分な部分が発生するため、安定した固液分離処理ができなくなる。そこで、散気部の気体吐出孔の目詰まり対策として、例えば特許文献２〜４に記載の技術が提案されている。
【００１４】
また、ＭＢＲ処理装置においては、生物処理効率を維持するためには活性汚泥への酸素供給が重要となる。そこで、特許文献５に開示のＭＢＲ処理装置は膜モジュールの膜表面の近傍にて液相の上昇速度を高めると共に当該膜モジュールの下方では気泡の分散効果を高めることで膜の洗浄性能の向上と曝気による酸素の供給性能と向上とを図っている。具体的には膜モジュールの下方にて気泡を分散させる分散手段を備え、さらにこの分散手段の下方に散気管を配置させている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】明電時報，通巻３２９号，２０１０，Ｎｏ．４，ｐｐ．９−１１
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−１０６８７４号公報
【特許文献２】特開２００１−２９９８７号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６４４４号公報
【特許文献４】特開２００１−１７０６７７号公報
【特許文献５】特開２００６−２２４０５０号公報
【特許文献６】特開平１１−２８４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の散気管のもつ問題点を改善するために散気管の気泡の吐出孔の径をより大きくすることにより吐出孔を付着固形物によって閉塞から避ける構造を有する散気管が提案されている（特許文献２，３）。具体的には水平方向に配置した散気管の下部側にて空気吐出用の切れ込みやスリットを当該散気管の軸方向に沿ってまたは軸方向に対して垂直に形成することで固形物の付着による散気管下部側からの空気吐出量の減少を回避させている。
【００１８】
このような構造では処理槽に設置された散気管における気泡吐出圧（散気管の設置水深が加味される）とブロアからの散気用空気の送気圧との関係にて散気管から吐出する気泡径は大きく影響を受けることとなる。すなわち、前記気泡吐出圧と前記送気圧とがほぼ等しく維持されている状態で散気管から気泡が吐出されている場合には、吐出される気泡は散気管の開口部の最小面積にて形成される部分から吐出されることとなり、気泡は比較的小径のものとはなる。しかしながら、気泡吐出圧と散気用空気の送気圧との差が小さいため、その気泡の吐出流量は比較的少量となりやすい。そのため、散気管からの吐出流量が少なく、膜表面の洗浄効果が不十分となりＭＢＲ処理に支障が生じることとなる。
【００１９】
一方、前記気泡吐出圧よりも前記送気圧がよりも大きくとなるように設定した場合には、吐出される気泡は散気管の開口部のより広い面積にて形成される部分から吐出されることとなり、気泡は比較的大径のものとなりやすい。そして、散気用空気の送気圧の増加に応じて、気泡径と流量とが大きくなる。これにより、散気管からの吐出流量が増加するので膜表面の洗浄効果が向上する期待がもてる。しかしながら、吐出気泡径が大きくなるため気泡を均一に分布させて膜表面を洗浄することが困難となり洗浄効果が不十分となりＭＢＲ処理に支障が生じることとなる。
【００２０】
したがって、特許文献２，３の散気管において、高流量のろ過の実現及び高効率な膜表面の洗浄効果にばらつきが生じないように散気管の散気孔から均一に気泡を供給するには散気管の構造と吐出特性を把握する必要がある。さらに、散気用空気の送気圧を調整し、気泡の分布状態と吐出流量を最適化する必要がある。しかしながら、その最適化した吐出状態がＭＢＲ処理装置において要求される仕様を満たすとは限らない。
【００２１】
また、その他の散気部の目詰まり防止策として洗浄機能を有する特許文献４に記載の散気装置が知られている。この散気装置は曝気の初期時に散気装置に供給する空気によって散気装置内の活性汚泥混合液を先端の開放口から外部へ押し出す。これにより、散気装置内における活性汚泥混合液の残留が防止され、活性汚泥濃度が高い場合にあっても乾燥による散気孔の閉塞を回避できる。しかしながら、通常の曝気時には送気圧の脈動現象などにより、散気装置の内部へ吐出孔から槽内液が引き込まれ、吐出孔へ徐々に固形物が付着し、乾燥、固形化によって散気装置の目詰まりが生ずることとなるため、目詰まり防止対策は十分ではない。
【００２２】
また、酸素の供給と膜の洗浄を兼ねた特許文献５のＭＢＲ処理装置は膜に供される気泡の良好な分散と膜表面近傍での高い液流速の２つを同時に達成することが可能となっている。しかしながら、活性汚泥への酸素供給効率を上げるためには微細気泡として液相での酸素移動界面での接触面積の増大を図る必要がある一方で膜洗浄効率を上げるためには極力大きい径の気泡による上昇流により強い気液混合流を発生させる必要がある。
【００２３】
特許文献５のＭＢＲ処理装置のように、気泡を分散させると、発生した気泡が小径化するので活性汚泥への酸素供給と膜洗浄との効果を同時に発揮させるのは困難となる。そのため、ＭＢＲ処理装置の生物処理効率を安定的に維持させるには散気装置を目的別に少なくとも２種類設置せざるを得ない（非特許文献１）。したがって、曝気装置、散気装置のためのブロワ設備が必要となり、これに伴い当該設備の設置スペースの確保及び空気供給系の配管ラインが複雑となる。
【００２４】
以上のことから散気管の吐出孔を閉塞することなくＭＢＲ処理に要求される酸素供給量と膜洗浄のための気泡の分布状態と吐出流量を満たす散気管の実現がＭＢＲ処理の高効率につながり消費エネルギーの削減を進める上で重要となっている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
そこで、本発明の散気装置は、活性汚泥への曝気と膜モジュールの膜洗浄のための散気装置であって、前記膜モジュールの真下に配置される第一散気部材と、前記真下でない位置にて前記第一散気部材と並列に配置される第二散気部材とを備える。
【００２６】
前記第一散気部材は、前記真下の位置における下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成される一方で、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が前記真下でない位置であって当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで複数形成されている。
【００２７】
前記第二散気部材は、その下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成されると共に、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されている。
【発明の効果】
【００２８】
以上の発明によれば散気管の散気孔を閉塞させることなく活性汚泥に対する酸素供給効率と膜モジュールの膜洗浄効率とを高めることができるのでＭＢＲの処理効率が向上し消費エネルギーを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】発明の実施形態１に係る散気装置と膜モジュールとの位置関係を示した平面図。
【図２】発明の実施形態１に係る散気装置を備えた膜分離装置の概略構成図。
【図３】発明の実施形態１に係る第一散気部材と膜モジュールとの位置関係を示した正面図（ａ），当該第一散気部材と当該膜モジュールの分離膜との位置関係を示した側面図（ｂ）。
【図４】発明の実施形態１に係る散気装置の第一散気部材の側面図（ａ），当該第一散気部材のＡ−Ａ断面図（ｂ），当該第一散気部材のＢ−Ｂ断面図（ｃ），当該散気装置の第二散気部材の側面図（ｄ），当該第二散気部材のＣ−Ｃ断面図（ｅ）。
【図５】発明の実施形態２に係る散気装置の側面図。
【図６】発明の実施形態３に係る散気装置の第一散気部材の側面図（ａ），当該第一散気部材のＡ−Ａ断面図（ｂ），当該第一散気部材のＢ−Ｂ断面図（ｃ），当該散気装置の第二散気部材の側面図（ｄ），当該第二散気部材のＣ−Ｃ断面図（ｅ）。
【図７】発明の実施形態４に係る散気装置の第一散気部材の側面図（ａ），当該第一散気部材のＡ−Ａ断面図（ｂ），当該第一散気部材のＢ−Ｂ断面図（ｃ），当該散気装置の第二散気部材の側面図（ｄ），当該第二散気部材のＣ−Ｃ断面図（ｅ）。
【図８】径方向断面の下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ａ），径方向断面の上辺が鈍角三角形である一方で下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ｂ），径方向断面の上辺が鋭角三角形である一方で下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ｃ），径方向断面の上辺が釣鐘状である一方で下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ｄ）。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
（実施形態１）
図１に示された本発明の実施形態に係る散気装置１は膜モジュール２を洗浄する散気装置であって図２に示されたように膜モジュール２の下方に配置されている。
【００３２】
膜モジュール２は図２に示したようにＭＢＲ処理装置３の膜分離槽４内の活性汚泥懸濁液に浸漬される。膜モジュール２は平膜タイプや中空糸膜タイプの分離膜を備えたものが例示される。膜モジュール２は膜分離槽４において鉛直に配置される。膜モジュール２の集水部に接続された配管５の一端にはポンプＰが接続されて吸引によりろ過液を膜分離槽４外に移送できるようになっている。
【００３３】
散気装置１は活性汚泥に空気を供給するための曝気装置と膜モジュール２の膜洗浄のための散気装置の機能を兼ねている。散気装置１は配管６を介して膜洗浄及び曝気用の空気をブロアＢから導入する。配管６には逆止弁Ｖが設置されることで、ブロアＢが停止した時のサイフォン効果による槽４内液のブロアＢへの逆流を回避させている。
【００３４】
散気装置１は、図１，図２に示したように、膜モジュール２の真下に配置される散気管１１と、前記真下でない位置にて散気管１１と並列に配置される散気管１２と、を備える。
【００３５】
散気管１１，散気管１２は円筒状に形成され、その両端は密閉されている。ブロアＢの送気配管６は散気管１１，１２の一方の端部に接続されるかまたは散気管１１，１２の内部まで導入された状態で接続される。また、配管６は予備のブロアが準備可能な場合にはブロア毎に設置することによりブロアのメンテナンス時にも処理を継続することが可能となる。尚、その場合のブロアＢの送気配管は散気装置１の両端部に分けて接続してもよい。または、一方の端部にまとめて接続してもよい。
【００３６】
散気管１１には図３（ａ），図３（ｂ）に示したように開口部１１１と散気孔１１２が形成されている。散気管１１の通常の散気状態は開口部１１１から排出された気泡が少なくとも膜モジュール２の膜面を洗浄できるようにブロアＢの圧力及び空気流量が調整される。
【００３７】
開口部１１１は主に膜洗浄に供される空気を排出する。また、開口部１１１は液面を形成し散気管１１の内部に流入してきた活性汚泥等の夾雑物を乾燥させることなく当該液面から排出する。開口部１１１は図３（ｂ）に示したように膜モジュール２の真下の位置における散気管１１の下面にて散気管１１の軸Ｌ１１方向に沿って配置されるように複数形成されている。開口部１１１の開口径及び個数は特に限定しない。
【００３８】
散気孔１１２は主に活性汚泥に供される空気を排出する。散気孔１１２はその開口径及び個数は特に限定しないが少なくとも開口部１１１よりも小径に形成されている。散気孔１１２は膜モジュール２の真下でない位置であって開口部１１１よりも高位であり且つ軸Ｌ１１よりも低位の位置にて散気管１１の軸Ｌ１１方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで対称的に複数形成されている。散気孔１１２がこのように配置されることで、散気孔１１２から吐出した上昇気泡は散気管１１の外周面に沿って迂回して上昇し、気液混合流が乱れて気泡が分散しやすくなり気泡１００の平面的な分散効果が高まる。これにより、膜モジュール２の膜面洗浄を均等に行える。尚、散気孔１１２が散気管１１の軸Ｌ１１よりも高位に形成されると、散気管１１外の液相が散気孔１１２から少しずつ散気管１１内に流入し、散気管１１内の液相が散気孔１１２のレベルまで満たされる可能性があり、散気孔１１２は閉塞しないが安定した散気ができなくなる。
【００３９】
図３（ｂ）に示されたように散気管１１の全長Ｌは膜モジュール２の有効幅Ｌ０よりも長く設定される。散気管１１は膜モジュール２の底面の面積に応じて複数並列に配置してもよい。また、散気管１１の散気孔１１２から吐出した気泡の存在領域は気泡が上昇するに従い平面的に広がるので図４（ａ）〜図４（ｃ）に示したように散気管１１の径Ｄは散気孔１１２と膜モジュール２との距離及び散気管１１の軸Ｌ１１方向の縦断面を隔てた散気孔１１２の間隔ｄに基づき適宜に設定される。散気管１１の径Ｄは例えば散気管１１の長手方向の散気孔１１２のピッチが１００〜２００ｍｍ程度で設けられている場合、これに相当する距離で間隔ｄが設定され得るので径Ｄの値としては間隔ｄの最大２倍程度までの径Ｄ＝１００〜４００ｍｍが取りうる範囲となる。散気管１１の径Ｄの寸法がこの範囲で設定されることで以下の効果が生ずる。
【００４０】
例えば、散気管１１の径ＤがブロアＢの送気配管６の径（数１０ｍｍ程度）と同等である場合、送気配管６では当然、圧力損失を無視できないことと同様に散気管１１の部分でも圧力損失は無視できない。そのため、散気管１１の端部における配管６の接続部分は散気管１１のもう一方の端部に比べて送気圧が高い状態となるような圧力分布となる。このことにより、散気管１１内で均一圧が維持できず、散気管１１から気泡を均一に分布させて膜モジュール２の膜表面を洗浄することが困難となる。そこで、散気管１１の径Ｄが送気配管６の径よりも大きく設定されることで、圧力バッファタンクとしての機能が確保され、散気管１１内の送気圧が略均一となる。これにより散気管１１からの気泡の分布が均一となり膜モジュール２の膜表面を均等に洗浄できる。
【００４１】
散気孔１１２の径及びピッチは周知技術に基づき配置される。例えば直径５〜１０ｍｍの散気孔が１００〜２００ｍｍピッチで散気管に複数形成され、空気散気速度が１０ｍ／ｓ以上に設定される散気装置が知られている（特許文献６等）。この最低限の必要条件を満たせば特に散気能力に問題はない。
【００４２】
散気管１２は膜モジュール２の真下でない位置にて散気管１１と並列に配置されている。散気管１２は図４（ｄ），図４（ｅ）に示したように散気管１１と略同径に形成されている。散気管１２には開口部１２１と散気孔１２２が形成されている。開口部１２１は散気管１２の下面にて散気管１２の軸Ｌ１２方向に沿って配置されるように複数形成されている。また、散気孔１２２は開口部１２１よりも小径に形成されている。散気孔１２２は開口部１２１よりも高位であって軸Ｌ１２よりも低位の位置にて軸Ｌ１２方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで対称的に複数形成されている。散気管１２の全長Ｌと径Ｄ、及び開口部１２１，散気孔１２２の径とピッチは散気管１１と同様の仕様に設定される。
【００４３】
以上の散気管１１，１２の設置数は図示された設置数に限定することなく膜モジュール２，膜分離槽４の容量に応じて適宜に設定される。また、散気管１１，１２の散気孔１１１，１２１は図示されたように散気管１１，１２の軸方向の断面を挟んで対称に配置されているがこの態様に限定することなく非対称に配置させてもよい。さらに、図１には図示省略されているが散気管１１，１２に各々接続される配管６には各散気管１１，１２に供される空気の流量及び圧力を個別に調節できるように周知の流量調整バルブや圧力調整器が適宜に設置される。
【００４４】
図１〜図３を参照しながらＭＢＲ処理装置３の動作例について説明する。
【００４５】
被処理水が供給される膜分離槽４内の液相は散気装置１の散気管１１，１２によって常時曝気された状態となっており、その曝気量は当該液相の溶存酸素濃度が所定の範囲内になるように制御される。分離膜槽４内の活性汚泥はこの曝気によって供された酸素を利用して液相中の汚濁物質を生物学的に分解する。また、膜分離槽４内の液相は前記曝気による水流によって膜モジュール２に供されて固液分離処理される。膜モジュール２の分離膜２０の内部は吸引ポンプＰによって負圧状態となっており、膜モジュール２の集水路内に透過したろ過水は吸引ポンプＰによって膜分離槽４外に搬出される。
【００４６】
図３（ａ）に示されたように散気管１１の散気孔１１２からはブロアＢから供された空気の気泡１００が常時放出される。これらの気泡１００は前記活性汚泥と接触することで当該汚泥に対して酸素が供される。また、散気管１１は径方向断面が円形を成していると共に散気孔１１２の位置が散気管１１の軸Ｌ１１の高さよりも低位に設定されているので散気孔１１２から吐出した上昇気泡は散気管１１の外周面に沿って迂回しながら上昇し、気液混合流が乱れて気泡１００が分散する。これにより、液相における酸素移動界面の接触面積が増大し、前記活性汚泥に対する酸素供給効率が高まる。
【００４７】
一方、散気管１１の開口部１１１からは少なくとも気泡１００よりも大径の気泡が排出されて膜モジュール２の膜洗浄に供される。さらには開口部１１１からは活性汚泥等の夾雑物が排出される。また、散気管１１は径方向の径方向断面が円形となっているので、膜モジュール２の下端付近に滞留する活性汚泥は散気管１１の周面に沿って下方に案内され、散気管１１の上面における活性汚泥の堆積が回避される。これにより前記汚濁物質の分解に寄与する前記活性汚泥の絶対量の低減が防止される。そして、散気管１１の下面の曲面に沿って上昇してくる気液混合流は散気管１１の上方において旋回し、この旋回流が維持されるので散気管１１の上方にて激しい気液混合流が継続し、気泡の存在領域が平面的に広がり、膜モジュール２の膜面を均等に洗浄できる。
【００４８】
前記分割迂回した激しい気液混合流は膜モジュール２の個々の分離膜２０間に導入され、分離膜２０の表面の洗浄に供される。この洗浄によって分離膜２０の表面から剥離された夾雑物は、前記気液混合流に乗って膜モジュール２の上端開口部から排出されるか、または、膜分離槽４の底部付近に沈降する。前記剥離された夾雑物に含まれる活性汚泥は膜分離槽４内における汚濁物質の生物学的分解に寄与する。
【００４９】
また、散気管１２においても散気管１１と同様にブロアＢから供された空気の気泡が散気孔１２２から常時放出される。これらの気泡も前記活性汚泥と接触することで当該汚泥に対して酸素が供される。さらに、開口部１２１からは前記気泡よりも大径の気泡が排出されると共に開口部１２１からは活性汚泥等の夾雑物が排出される。このようにして膜分離槽４内の膜モジュール２から離れて滞留する活性汚泥に対しても均等に酸素を供給できると共に液相の活性汚泥濃度を均一化させることができる。
【００５０】
以上のように本実施形態の散気装置１によれば散気管１１，１２の散気孔１１２，１２２を閉塞させることなく活性汚泥に対する酸素供給効率と膜モジュール２の膜洗浄効率とが高まるのでＭＢＲの処理効率が向上し消費エネルギーを削減できる。
【００５１】
（実施形態２）
図５に示された実施形態２の散気装置２０はブロアＢの配管６の一端が散気管１１，１２の開口部１１１，１２１の任意の一つから導入させた態様となっていること以外は散気装置１と同じ構成となっている。図５においては散気管１１，１２の散気孔１１２，１２２の図示が省略されている。配管６の挿入位置は特に限定されない。挿入される開口部１１１は施工やメンテナンスの作業性に基づき任意に選択される。
【００５２】
以上の散気装置２０は膜モジュール２と一体的な構造となっていても、配管６を散気装置２０から取り外す手間がなくなり、膜モジュール２を膜分離槽４の上方へ移動させることができるので、膜ジュール２のメンテナンス時の作業効率が向上する。また、散気装置２０が膜モジュール２と一体的な構造となっていなくても、膜モジュール２と散気装置２０と配管６を個別に取り出して扱うことができるのでメンテナンスしやすくなる。
【００５３】
（実施形態３）
実施形態３に係る散気装置３０は図６（ａ）〜図６（ｅ）に示されたように散気管１１，１２の径方向断面の形状が矩形となっていること以外は散気装置１と同じ構成となっている。本態様によれば散気装置の製作及び膜分離槽４内への固定作業が容易となる。
【００５４】
（実施形態４）
実施形態４に係る散気装置４０は図７（ａ）〜図７（ｅ）に示されたように散気管１１，１２の径方向断面の形状が逆三角形となっていること以外は散気装置１と同じ構成となっている。本態様によれば板状部材を三枚で構成できるので本発明に係る散気装置の製作がより一層容易となる。
【００５５】
（実施形態５）
実施形態５に係る散気装置は散気管１１，１２の径方向断面の形状が図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されたいずれかの形状を成していること以外は散気装置１と同じ構成となっている。
【００５６】
図８（ａ）に示された散気装置５１の散気管１１，１２はその径方向断面の下辺が半円形を成している。図８（ｂ）に示された散気装置５２の散気管１１，１２はその径方向断面の上辺が鈍角三角形である一方で下辺が半円形を成している。図８（ｃ）に示された散気装置５３の散気管１１，１２はその径方向断面の上辺が鋭角三角形である一方で下辺が半円形を成している。図８（ｄ）に示された散気装置５４の散気管１１，１２はその径方向断面の上辺が釣鐘状である一方で下辺が半円形を成している。
【００５７】
以上の散気装置５１〜５４は散気管１１，１２の径方向断面の形状が少なくともその下面が曲面に形成されているので、膜分離槽４内の流体の流れが当該下面に衝突した後、当該曲面上に沿った流れが形成される。これにより、散気管１１，１２の散気孔１１２，１２２から吐出された気泡を平面的に分散できるので、活性汚泥に対する酸素供給効率が高まると共に膜モジュールの膜面洗浄を均等に行える。
【００５８】
特に、散気装置５２〜５４は散気管１１，１２の径方向断面が上に凸の形状に形成されているので、活性汚泥を散気管１１，１２の下方に効率良く案内でき、散気管１１，１２上での活性汚泥の堆積を回避させることができる。
【００５９】
また、散気装置５４は、散気装置１と同様に、散気管１１，１２の上面が曲面に形成されているので、散気管１１，１２の曲面に沿って上昇してくる気液混合流を散気管１１，１２の上方において旋回させ、この旋回流を維持させることができる。これにより、散気管１１，１２の上方において激しい気液混合流が継続し、気泡の分散が促進される。
【００６０】
以上の実施形態１〜５に基づき本発明について具体例にて説明したが、本願発明の散気装置は膜モジュールの仕様に応じて適宜仕様変更して対応可能である。例えば、散気装置の散気可能面積に応じて、その設置個数を変更し、単一膜モジュールに対して複数の散気装置が設置される。また、膜モジュールの散気の必要面積に応じて、散気装置の長さなどの仕様が変更される。
【符号の説明】
【００６１】
１，２０，３０，４０，５１〜５４…散気装置
２…膜モジュール
６…配管
１１…散気管（第一散気部材）
１２…散気管（第二散気部材）
１１１，１２１…開口部
１１２，１２２…散気孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は浸漬型の膜モジュールを用いた反応槽に備えられる散気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
浸漬型の膜モジュールを用いた下水処理装置として例えば複数の外圧式固液分離平膜を反応槽内に膜面が鉛直に配置されるタイプのものがある。この膜分離活性汚泥処理（以下、ＭＢＲと称する）方式の下水処理装置では反応槽の下部に設置された散気管から空気気泡を曝気している。これは反応槽内の活性汚泥を構成する微生物に酸素を供給するためであることと、気泡上昇に伴って生成される水流により膜表面を洗浄して膜面の付着物を除去して目詰まりを抑制するためである。
【０００３】
ＭＢＲ方式の下水処理装置は濁質成分の流出を防ぐことが可能であるため、最終沈殿池で固液分離する場合と比べて活性汚泥の濃度を高くして運転することが可能となっている。その結果、装置を小型化でき、さらに発生汚泥を低減できる。
【０００４】
ＭＢＲ方式は活性汚泥濃度が高いことと一定以上の大きさの気泡でなければ膜面の洗浄効果が得られないことから、散気管の散気孔の径は３〜１０ｍｍと比較的大きくする必要がある。一般にはこのサイズの孔を配管に複数形成させた構造の散気管が用いられる（例えば特許文献１）。膜モジュールの膜面の洗浄では、曝気による気泡の上昇によって生じる激しい気液混合流により膜表面を掃流することで膜面の汚れを除去し、汚れの蓄積を抑制する。
【０００５】
下水道分野においては除去対象物質・目標処理水質に応じて使用する膜が選定される。主に固形物の除去を目的とする場合にはＭＦ膜、ＵＦ膜が用いられており、ＭＢＲで使用される膜も通常ＭＦ膜である。膜の材質は大別すると有機膜と無機膜に区分できる。
【０００６】
有機膜としては，ＭＦ膜及びＵＦ膜では、ＰＳＦ（ポリスルホン）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＣＡ（酢酸セルロース）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）のいずれかの材料からなるものが用いられている。ＮＦ膜及びＲＯ膜ではポリアミド系の有機膜が多く用いられている。無機膜としては、セラミックを用いた膜（ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜）が開発されている。
【０００７】
また、膜の形状としては中空糸膜、平膜、管状膜、モノリスに区分できる。さらに，膜処理におけるろ過方式は全量ろ過（デッドエンドろ過：dead-end-filtration）とクロスフローろ過（cross-flow filtration）とがある。
【０００８】
全量ろ過方式は膜で阻止されたものが膜に付着しろ過とともに付着物が累積するのである時点で一定時間ごとに必ずろ過を停止させ、累積した付着物の層を除去しなければならない。一方、クロスフローろ過方式は膜表面に平行な流れで常に膜表面を洗浄させながらろ過する。この方式はろ過と並流して付着物の除去が行われる連続運転ができ且つろ過速度を高く維持できるが、十分な平行流を作るためろ過流量に対して供給水側の流量が大きくなり、ろ過流量当りのエネルギー消費が大きくなる。
【０００９】
ＭＢＲ法は活性汚泥法による生物処理に膜ろ過を組み合わせた排水処理方法であるが、原理的に膜の目詰まり（ファウリング）を常に対策する必要がある。膜ろ過性能を低下させないための予防方法として、曝気などにより膜表面での流速を常に一定に保つ必要があり、そのための曝気動力を確保しなければならないことから、ランニングコストが高いという問題がある。それゆえに、洗浄を工夫することで高流量及び高効率なろ過処理の実現が必要とされている。
【００１０】
ＭＢＲ処理装置の生物反応槽は例えば非特許文献１に開示されたように無酸素槽と好気槽とからなり、好気槽内に膜モジュールを浸漬させている。好気槽内においては汚泥の付着による膜モジュールの閉塞予防のため、溶存酸素供給用の散気装置とは別に膜モジュール洗浄用の散気装置が具備され、この散気装置から供された気泡によって膜の表面を常時洗浄している。前記散気装置の配管へは散気ブロアとは独立した洗浄ブロアから散気用の空気を供給している。また、前記膜モジュールの内部は吸引ポンプによって負圧状態となっており、膜モジュールの集水路内のろ過水は当該吸引ポンプによって好気槽の外部に搬出される。ろ過水は系外への排出の前にろ過水槽に一定量貯留される。そして、膜モジュールの膜表面の汚れによるろ過流量低下を予防するために一定周期で前記ろ過水による当該膜表面の逆洗浄が行われる。さらに、膜表面の有機物除去のため前記ろ過水に洗浄用の薬液が添加されて定期的な薬液洗浄も実施されている。
【００１１】
このような従来のＭＢＲ処理装置においては、膜ろ過性能を低下させないための予防方法として、膜面に対して均等に曝気を実施し、膜表面の流速を確保して洗浄効果を高める必要がある。そのため膜洗浄用の散気装置は、高効率な膜表面の洗浄効果にばらつきが生じないようにそれぞれの散気孔から均一に気泡が反応槽内へ注入されるように設計、製作しなければならない。
【００１２】
しかし、散気装置を連続運転していると散気孔へ徐々に固形物が付着しまう問題がある。これは加圧空気の温度が高いので散気孔付近の活性汚泥が乾燥することが原因の一つと考えられる。固形物が付着した散気孔では通過する空気の流量が減少するため、散気孔の外側における活性汚泥液の並行流速度が低下し、付着物の付着がさらに加速される。その結果、散気孔ごとの付着物の量に差異が生じ、散気量の差異が生じて膜表面の洗浄が不均一となる。
【００１３】
ＭＢＲ処理槽の設計や処理運転においては膜透過流束（膜フラックス）の維持が重要であるが、上記理由により膜表面の洗浄が不十分な部分が発生するため、安定した固液分離処理ができなくなる。そこで、散気部の気体吐出孔の目詰まり対策として、例えば特許文献２〜４に記載の技術が提案されている。
【００１４】
また、ＭＢＲ処理装置においては、生物処理効率を維持するためには活性汚泥への酸素供給が重要となる。そこで、特許文献５に開示のＭＢＲ処理装置は膜モジュールの膜表面の近傍にて液相の上昇速度を高めると共に当該膜モジュールの下方では気泡の分散効果を高めることで膜の洗浄性能の向上と曝気による酸素の供給性能と向上とを図っている。具体的には膜モジュールの下方にて気泡を分散させる分散手段を備え、さらにこの分散手段の下方に散気管を配置させている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】明電時報，通巻３２９号，２０１０，Ｎｏ．４，ｐｐ．９−１１
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００９−１０６８７４号公報
【特許文献２】特開２００１−２９９８７号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６４４４号公報
【特許文献４】特開２００１−１７０６７７号公報
【特許文献５】特開２００６−２２４０５０号公報
【特許文献６】特開平１１−２８４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の散気管のもつ問題点を改善するために散気管の気泡の吐出孔の径をより大きくすることにより吐出孔を付着固形物によって閉塞から避ける構造を有する散気管が提案されている（特許文献２，３）。具体的には水平方向に配置した散気管の下部側にて空気吐出用の切れ込みやスリットを当該散気管の軸方向に沿ってまたは軸方向に対して垂直に形成することで固形物の付着による散気管下部側からの空気吐出量の減少を回避させている。
【００１８】
このような構造では処理槽に設置された散気管における気泡吐出圧（散気管の設置水深が加味される）とブロアからの散気用空気の送気圧との関係にて散気管から吐出する気泡径は大きく影響を受けることとなる。すなわち、前記気泡吐出圧と前記送気圧とがほぼ等しく維持されている状態で散気管から気泡が吐出されている場合には、吐出される気泡は散気管の開口部の最小面積にて形成される部分から吐出されることとなり、気泡は比較的小径のものとはなる。しかしながら、気泡吐出圧と散気用空気の送気圧との差が小さいため、その気泡の吐出流量は比較的少量となりやすい。そのため、散気管からの吐出流量が少なく、膜表面の洗浄効果が不十分となりＭＢＲ処理に支障が生じることとなる。
【００１９】
一方、前記気泡吐出圧よりも前記送気圧がよりも大きくとなるように設定した場合には、吐出される気泡は散気管の開口部のより広い面積にて形成される部分から吐出されることとなり、気泡は比較的大径のものとなりやすい。そして、散気用空気の送気圧の増加に応じて、気泡径と流量とが大きくなる。これにより、散気管からの吐出流量が増加するので膜表面の洗浄効果が向上する期待がもてる。しかしながら、吐出気泡径が大きくなるため気泡を均一に分布させて膜表面を洗浄することが困難となり洗浄効果が不十分となりＭＢＲ処理に支障が生じることとなる。
【００２０】
したがって、特許文献２，３の散気管において、高流量のろ過の実現及び高効率な膜表面の洗浄効果にばらつきが生じないように散気管の散気孔から均一に気泡を供給するには散気管の構造と吐出特性を把握する必要がある。さらに、散気用空気の送気圧を調整し、気泡の分布状態と吐出流量を最適化する必要がある。しかしながら、その最適化した吐出状態がＭＢＲ処理装置において要求される仕様を満たすとは限らない。
【００２１】
また、その他の散気部の目詰まり防止策として洗浄機能を有する特許文献４に記載の散気装置が知られている。この散気装置は曝気の初期時に散気装置に供給する空気によって散気装置内の活性汚泥混合液を先端の開放口から外部へ押し出す。これにより、散気装置内における活性汚泥混合液の残留が防止され、活性汚泥濃度が高い場合にあっても乾燥による散気孔の閉塞を回避できる。しかしながら、通常の曝気時には送気圧の脈動現象などにより、散気装置の内部へ吐出孔から槽内液が引き込まれ、吐出孔へ徐々に固形物が付着し、乾燥、固形化によって散気装置の目詰まりが生ずることとなるため、目詰まり防止対策は十分ではない。
【００２２】
また、酸素の供給と膜の洗浄を兼ねた特許文献５のＭＢＲ処理装置は膜に供される気泡の良好な分散と膜表面近傍での高い液流速の２つを同時に達成することが可能となっている。しかしながら、活性汚泥への酸素供給効率を上げるためには微細気泡として液相での酸素移動界面での接触面積の増大を図る必要がある一方で膜洗浄効率を上げるためには極力大きい径の気泡による上昇流により強い気液混合流を発生させる必要がある。
【００２３】
特許文献５のＭＢＲ処理装置のように、気泡を分散させると、発生した気泡が小径化するので活性汚泥への酸素供給と膜洗浄との効果を同時に発揮させるのは困難となる。そのため、ＭＢＲ処理装置の生物処理効率を安定的に維持させるには散気装置を目的別に少なくとも２種類設置せざるを得ない（非特許文献１）。したがって、曝気装置、散気装置のためのブロワ設備が必要となり、これに伴い当該設備の設置スペースの確保及び空気供給系の配管ラインが複雑となる。
【００２４】
以上のことから散気管の吐出孔を閉塞することなくＭＢＲ処理に要求される酸素供給量と膜洗浄のための気泡の分布状態と吐出流量を満たす散気管の実現がＭＢＲ処理の高効率につながり消費エネルギーの削減を進める上で重要となっている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
そこで、本発明の散気装置は、活性汚泥への曝気と膜モジュールの膜洗浄のための散気装置であって、前記膜モジュールの真下に配置される第一散気部材と、前記真下でない位置にて前記第一散気部材と並列に配置される第二散気部材とを備える。
【００２６】
前記第一散気部材は、前記真下の位置における下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成される一方で、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が前記真下でない位置であって当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで複数形成されている。
【００２７】
前記第二散気部材は、その下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成されると共に、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されている。
【発明の効果】
【００２８】
以上の発明によれば散気管の散気孔を閉塞させることなく活性汚泥に対する酸素供給効率と膜モジュールの膜洗浄効率とを高めることができるのでＭＢＲの処理効率が向上し消費エネルギーを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】発明の実施形態１に係る散気装置と膜モジュールとの位置関係を示した平面図。
【図２】発明の実施形態１に係る散気装置を備えた膜分離装置の概略構成図。
【図３】発明の実施形態１に係る第一散気部材と膜モジュールとの位置関係を示した正面図（ａ），当該第一散気部材と当該膜モジュールの分離膜との位置関係を示した側面図（ｂ）。
【図４】発明の実施形態１に係る散気装置の第一散気部材の側面図（ａ），当該第一散気部材のＡ−Ａ断面図（ｂ），当該第一散気部材のＢ−Ｂ断面図（ｃ），当該散気装置の第二散気部材の側面図（ｄ），当該第二散気部材のＣ−Ｃ断面図（ｅ）。
【図５】発明の実施形態２に係る散気装置の側面図。
【図６】発明の実施形態３に係る散気装置の第一散気部材の側面図（ａ），当該第一散気部材のＡ−Ａ断面図（ｂ），当該第一散気部材のＢ−Ｂ断面図（ｃ），当該散気装置の第二散気部材の側面図（ｄ），当該第二散気部材のＣ−Ｃ断面図（ｅ）。
【図７】発明の実施形態４に係る散気装置の第一散気部材の側面図（ａ），当該第一散気部材のＡ−Ａ断面図（ｂ），当該第一散気部材のＢ−Ｂ断面図（ｃ），当該散気装置の第二散気部材の側面図（ｄ），当該第二散気部材のＣ−Ｃ断面図（ｅ）。
【図８】径方向断面の下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ａ），径方向断面の上辺が鈍角三角形である一方で下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ｂ），径方向断面の上辺が鋭角三角形である一方で下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ｃ），径方向断面の上辺が釣鐘状である一方で下辺が半円形を成す実施形態５に係る散気部材の斜視図（ｄ）。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
（実施形態１）
図１に示された本発明の実施形態に係る散気装置１は膜モジュール２を洗浄する散気装置であって図２に示されたように膜モジュール２の下方に配置されている。
【００３２】
膜モジュール２は図２に示したようにＭＢＲ処理装置３の膜分離槽４内の活性汚泥懸濁液に浸漬される。膜モジュール２は平膜タイプや中空糸膜タイプの分離膜を備えたものが例示される。膜モジュール２は膜分離槽４において鉛直に配置される。膜モジュール２の集水部に接続された配管５の一端にはポンプＰが接続されて吸引によりろ過液を膜分離槽４外に移送できるようになっている。
【００３３】
散気装置１は活性汚泥に空気を供給するための曝気装置と膜モジュール２の膜洗浄のための散気装置の機能を兼ねている。散気装置１は配管６を介して膜洗浄及び曝気用の空気をブロアＢから導入する。配管６には逆止弁Ｖが設置されることで、ブロアＢが停止した時のサイフォン効果による槽４内液のブロアＢへの逆流を回避させている。
【００３４】
散気装置１は、図１，図２に示したように、膜モジュール２の真下に配置される散気管１１と、前記真下でない位置にて散気管１１と並列に配置される散気管１２と、を備える。
【００３５】
散気管１１，散気管１２は円筒状に形成され、その両端は密閉されている。ブロアＢの送気配管６は散気管１１，１２の一方の端部に接続されるかまたは散気管１１，１２の内部まで導入された状態で接続される。また、配管６は予備のブロアが準備可能な場合にはブロア毎に設置することによりブロアのメンテナンス時にも処理を継続することが可能となる。尚、その場合のブロアＢの送気配管は散気装置１の両端部に分けて接続してもよい。または、一方の端部にまとめて接続してもよい。
【００３６】
散気管１１には図３（ａ），図３（ｂ）に示したように開口部１１１と散気孔１１２が形成されている。散気管１１の通常の散気状態は開口部１１１から排出された気泡が少なくとも膜モジュール２の膜面を洗浄できるようにブロアＢの圧力及び空気流量が調整される。
【００３７】
開口部１１１は主に膜洗浄に供される空気を排出する。また、開口部１１１は液面を形成し散気管１１の内部に流入してきた活性汚泥等の夾雑物を乾燥させることなく当該液面から排出する。開口部１１１は図３（ｂ）に示したように膜モジュール２の真下の位置における散気管１１の下面にて散気管１１の軸Ｌ１１方向に沿って配置されるように複数形成されている。開口部１１１の開口径及び個数は特に限定しない。
【００３８】
散気孔１１２は主に活性汚泥に供される空気を排出する。散気孔１１２はその開口径及び個数は特に限定しないが少なくとも開口部１１１よりも小径に形成されている。散気孔１１２は膜モジュール２の真下でない位置であって開口部１１１よりも高位であり且つ軸Ｌ１１よりも低位の位置にて散気管１１の軸Ｌ１１方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで対称的に複数形成されている。散気孔１１２がこのように配置されることで、散気孔１１２から吐出した上昇気泡は散気管１１の外周面に沿って迂回して上昇し、気液混合流が乱れて気泡が分散しやすくなり気泡１００の平面的な分散効果が高まる。これにより、膜モジュール２の膜面洗浄を均等に行える。尚、散気孔１１２が散気管１１の軸Ｌ１１よりも高位に形成されると、散気管１１外の液相が散気孔１１２から少しずつ散気管１１内に流入し、散気管１１内の液相が散気孔１１２のレベルまで満たされる可能性があり、散気孔１１２は閉塞しないが安定した散気ができなくなる。
【００３９】
図３（ｂ）に示されたように散気管１１の全長Ｌは膜モジュール２の有効幅Ｌ０よりも長く設定される。散気管１１は膜モジュール２の底面の面積に応じて複数並列に配置してもよい。また、散気管１１の散気孔１１２から吐出した気泡の存在領域は気泡が上昇するに従い平面的に広がるので図４（ａ）〜図４（ｃ）に示したように散気管１１の径Ｄは散気孔１１２と膜モジュール２との距離及び散気管１１の軸Ｌ１１方向の縦断面を隔てた散気孔１１２の間隔ｄに基づき適宜に設定される。散気管１１の径Ｄは例えば散気管１１の長手方向の散気孔１１２のピッチが１００〜２００ｍｍ程度で設けられている場合、これに相当する距離で間隔ｄが設定され得るので径Ｄの値としては間隔ｄの最大２倍程度までの径Ｄ＝１００〜４００ｍｍが取りうる範囲となる。散気管１１の径Ｄの寸法がこの範囲で設定されることで以下の効果が生ずる。
【００４０】
例えば、散気管１１の径ＤがブロアＢの送気配管６の径（数１０ｍｍ程度）と同等である場合、送気配管６では当然、圧力損失を無視できないことと同様に散気管１１の部分でも圧力損失は無視できない。そのため、散気管１１の端部における配管６の接続部分は散気管１１のもう一方の端部に比べて送気圧が高い状態となるような圧力分布となる。このことにより、散気管１１内で均一圧が維持できず、散気管１１から気泡を均一に分布させて膜モジュール２の膜表面を洗浄することが困難となる。そこで、散気管１１の径Ｄが送気配管６の径よりも大きく設定されることで、圧力バッファタンクとしての機能が確保され、散気管１１内の送気圧が略均一となる。これにより散気管１１からの気泡の分布が均一となり膜モジュール２の膜表面を均等に洗浄できる。
【００４１】
散気孔１１２の径及びピッチは周知技術に基づき配置される。例えば直径５〜１０ｍｍの散気孔が１００〜２００ｍｍピッチで散気管に複数形成され、空気散気速度が１０ｍ／ｓ以上に設定される散気装置が知られている（特許文献６等）。この最低限の必要条件を満たせば特に散気能力に問題はない。
【００４２】
散気管１２は膜モジュール２の真下でない位置にて散気管１１と並列に配置されている。散気管１２は図４（ｄ），図４（ｅ）に示したように散気管１１と略同径に形成されている。散気管１２には開口部１２１と散気孔１２２が形成されている。開口部１２１は散気管１２の下面にて散気管１２の軸Ｌ１２方向に沿って配置されるように複数形成されている。また、散気孔１２２は開口部１２１よりも小径に形成されている。散気孔１２２は開口部１２１よりも高位であって軸Ｌ１２よりも低位の位置にて軸Ｌ１２方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで対称的に複数形成されている。散気管１２の全長Ｌと径Ｄ、及び開口部１２１，散気孔１２２の径とピッチは散気管１１と同様の仕様に設定される。
【００４３】
以上の散気管１１，１２の設置数は図示された設置数に限定することなく膜モジュール２，膜分離槽４の容量に応じて適宜に設定される。また、散気管１１，１２の散気孔１１１，１２１は図示されたように散気管１１，１２の軸方向の断面を挟んで対称に配置されているがこの態様に限定することなく非対称に配置させてもよい。さらに、図１には図示省略されているが散気管１１，１２に各々接続される配管６には各散気管１１，１２に供される空気の流量及び圧力を個別に調節できるように周知の流量調整バルブや圧力調整器が適宜に設置される。
【００４４】
図１〜図３を参照しながらＭＢＲ処理装置３の動作例について説明する。
【００４５】
被処理水が供給される膜分離槽４内の液相は散気装置１の散気管１１，１２によって常時曝気された状態となっており、その曝気量は当該液相の溶存酸素濃度が所定の範囲内になるように制御される。分離膜槽４内の活性汚泥はこの曝気によって供された酸素を利用して液相中の汚濁物質を生物学的に分解する。また、膜分離槽４内の液相は前記曝気による水流によって膜モジュール２に供されて固液分離処理される。膜モジュール２の分離膜２０の内部は吸引ポンプＰによって負圧状態となっており、膜モジュール２の集水路内に透過したろ過水は吸引ポンプＰによって膜分離槽４外に搬出される。
【００４６】
図３（ａ）に示されたように散気管１１の散気孔１１２からはブロアＢから供された空気の気泡１００が常時放出される。これらの気泡１００は前記活性汚泥と接触することで当該汚泥に対して酸素が供される。また、散気管１１は径方向断面が円形を成していると共に散気孔１１２の位置が散気管１１の軸Ｌ１１の高さよりも低位に設定されているので散気孔１１２から吐出した上昇気泡は散気管１１の外周面に沿って迂回しながら上昇し、気液混合流が乱れて気泡１００が分散する。これにより、液相における酸素移動界面の接触面積が増大し、前記活性汚泥に対する酸素供給効率が高まる。
【００４７】
一方、散気管１１の開口部１１１からは少なくとも気泡１００よりも大径の気泡が排出されて膜モジュール２の膜洗浄に供される。さらには開口部１１１からは活性汚泥等の夾雑物が排出される。また、散気管１１は径方向の径方向断面が円形となっているので、膜モジュール２の下端付近に滞留する活性汚泥は散気管１１の周面に沿って下方に案内され、散気管１１の上面における活性汚泥の堆積が回避される。これにより前記汚濁物質の分解に寄与する前記活性汚泥の絶対量の低減が防止される。そして、散気管１１の下面の曲面に沿って上昇してくる気液混合流は散気管１１の上方において旋回し、この旋回流が維持されるので散気管１１の上方にて激しい気液混合流が継続し、気泡の存在領域が平面的に広がり、膜モジュール２の膜面を均等に洗浄できる。
【００４８】
前記分割迂回した激しい気液混合流は膜モジュール２の個々の分離膜２０間に導入され、分離膜２０の表面の洗浄に供される。この洗浄によって分離膜２０の表面から剥離された夾雑物は、前記気液混合流に乗って膜モジュール２の上端開口部から排出されるか、または、膜分離槽４の底部付近に沈降する。前記剥離された夾雑物に含まれる活性汚泥は膜分離槽４内における汚濁物質の生物学的分解に寄与する。
【００４９】
また、散気管１２においても散気管１１と同様にブロアＢから供された空気の気泡が散気孔１２２から常時放出される。これらの気泡も前記活性汚泥と接触することで当該汚泥に対して酸素が供される。さらに、開口部１２１からは前記気泡よりも大径の気泡が排出されると共に開口部１２１からは活性汚泥等の夾雑物が排出される。このようにして膜分離槽４内の膜モジュール２から離れて滞留する活性汚泥に対しても均等に酸素を供給できると共に液相の活性汚泥濃度を均一化させることができる。
【００５０】
以上のように本実施形態の散気装置１によれば散気管１１，１２の散気孔１１２，１２２を閉塞させることなく活性汚泥に対する酸素供給効率と膜モジュール２の膜洗浄効率とが高まるのでＭＢＲの処理効率が向上し消費エネルギーを削減できる。
【００５１】
（実施形態２）
図５に示された実施形態２の散気装置２０はブロアＢの配管６の一端が散気管１１，１２の開口部１１１，１２１の任意の一つから導入させた態様となっていること以外は散気装置１と同じ構成となっている。図５においては散気管１１，１２の散気孔１１２，１２２の図示が省略されている。配管６の挿入位置は特に限定されない。挿入される開口部１１１は施工やメンテナンスの作業性に基づき任意に選択される。
【００５２】
以上の散気装置２０は膜モジュール２と一体的な構造となっていても、配管６を散気装置２０から取り外す手間がなくなり、膜モジュール２を膜分離槽４の上方へ移動させることができるので、膜ジュール２のメンテナンス時の作業効率が向上する。また、散気装置２０が膜モジュール２と一体的な構造となっていなくても、膜モジュール２と散気装置２０と配管６を個別に取り出して扱うことができるのでメンテナンスしやすくなる。
【００５３】
（実施形態３）
実施形態３に係る散気装置３０は図６（ａ）〜図６（ｅ）に示されたように散気管１１，１２の径方向断面の形状が矩形となっていること以外は散気装置１と同じ構成となっている。本態様によれば散気装置の製作及び膜分離槽４内への固定作業が容易となる。
【００５４】
（実施形態４）
実施形態４に係る散気装置４０は図７（ａ）〜図７（ｅ）に示されたように散気管１１，１２の径方向断面の形状が逆三角形となっていること以外は散気装置１と同じ構成となっている。本態様によれば板状部材を三枚で構成できるので本発明に係る散気装置の製作がより一層容易となる。
【００５５】
（実施形態５）
実施形態５に係る散気装置は散気管１１，１２の径方向断面の形状が図８（ａ）〜図８（ｄ）に示されたいずれかの形状を成していること以外は散気装置１と同じ構成となっている。
【００５６】
図８（ａ）に示された散気装置５１の散気管１１，１２はその径方向断面の下辺が半円形を成している。図８（ｂ）に示された散気装置５２の散気管１１，１２はその径方向断面の上辺が鈍角三角形である一方で下辺が半円形を成している。図８（ｃ）に示された散気装置５３の散気管１１，１２はその径方向断面の上辺が鋭角三角形である一方で下辺が半円形を成している。図８（ｄ）に示された散気装置５４の散気管１１，１２はその径方向断面の上辺が釣鐘状である一方で下辺が半円形を成している。
【００５７】
以上の散気装置５１〜５４は散気管１１，１２の径方向断面の形状が少なくともその下面が曲面に形成されているので、膜分離槽４内の流体の流れが当該下面に衝突した後、当該曲面上に沿った流れが形成される。これにより、散気管１１，１２の散気孔１１２，１２２から吐出された気泡を平面的に分散できるので、活性汚泥に対する酸素供給効率が高まると共に膜モジュールの膜面洗浄を均等に行える。
【００５８】
特に、散気装置５２〜５４は散気管１１，１２の径方向断面が上に凸の形状に形成されているので、活性汚泥を散気管１１，１２の下方に効率良く案内でき、散気管１１，１２上での活性汚泥の堆積を回避させることができる。
【００５９】
また、散気装置５４は、散気装置１と同様に、散気管１１，１２の上面が曲面に形成されているので、散気管１１，１２の曲面に沿って上昇してくる気液混合流を散気管１１，１２の上方において旋回させ、この旋回流を維持させることができる。これにより、散気管１１，１２の上方において激しい気液混合流が継続し、気泡の分散が促進される。
【００６０】
以上の実施形態１〜５に基づき本発明について具体例にて説明したが、本願発明の散気装置は膜モジュールの仕様に応じて適宜仕様変更して対応可能である。例えば、散気装置の散気可能面積に応じて、その設置個数を変更し、単一膜モジュールに対して複数の散気装置が設置される。また、膜モジュールの散気の必要面積に応じて、散気装置の長さなどの仕様が変更される。
【符号の説明】
【００６１】
１，２０，３０，４０，５１〜５４…散気装置
２…膜モジュール
６…配管
１１…散気管（第一散気部材）
１２…散気管（第二散気部材）
１１１，１２１…開口部
１１２，１２２…散気孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥への曝気と膜モジュールの膜洗浄のための散気装置であって、
前記膜モジュールの真下に配置される第一散気部材と、
前記真下でない位置にて前記第一散気部材と並列に配置される第二散気部材と
を備え、
前記第一散気部材は、前記真下の位置における下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成される一方で、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が前記真下でない位置であって当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成され、
前記第二散気部材は、その下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成されると共に、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されたこと
を特徴とする散気装置。
【請求項２】
前記第一散気部材及び第二散気部材は複数配置されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項３】
前記第一散気部材及び第二散気部材はブロアから供された空気を端部から排出させる配管を備え、前記端部は前記開口部に挿入されるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項４】
前記第一散気部材及び第二散気部材は円筒状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項５】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の形状が矩形に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項６】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の形状が逆三角形に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項７】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の下辺が下に凸の立体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項８】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の下辺が半円形を成すことを特徴とする請求項７に記載の散気装置。
【請求項９】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の上辺が三角形である一方で下半部が半円形を成すことを特徴とする請求項８に記載の散気装置。
【請求項１０】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の上辺が釣鐘状である一方で下半部が半円形を成すことを特徴とする請求項８に記載の散気装置。
【請求項１】
活性汚泥への曝気と膜モジュールの膜洗浄のための散気装置であって、
前記膜モジュールの真下に配置される第一散気部材と、
前記真下でない位置にて前記第一散気部材と並列に配置される第二散気部材と
を備え、
前記第一散気部材は、前記真下の位置における下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成される一方で、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が前記真下でない位置であって当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成され、
前記第二散気部材は、その下面にて複数の開口部が当該部材の軸方向に沿って配置されるように形成されると共に、当該開口部よりも小径の複数の散気孔が当該開口部よりも高位であり且つ当該散気部材の軸よりも低位の位置にて前記軸方向に沿って配置されるように当該方向の断面を挟んで形成されたこと
を特徴とする散気装置。
【請求項２】
前記第一散気部材及び第二散気部材は複数配置されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項３】
前記第一散気部材及び第二散気部材はブロアから供された空気を端部から排出させる配管を備え、前記端部は前記開口部に挿入されるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項４】
前記第一散気部材及び第二散気部材は円筒状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項５】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の形状が矩形に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項６】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の形状が逆三角形に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項７】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の下辺が下に凸の立体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の散気装置。
【請求項８】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の下辺が半円形を成すことを特徴とする請求項７に記載の散気装置。
【請求項９】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の上辺が三角形である一方で下半部が半円形を成すことを特徴とする請求項８に記載の散気装置。
【請求項１０】
前記第一散気部材及び第二散気部材はその径方向断面の上辺が釣鐘状である一方で下半部が半円形を成すことを特徴とする請求項８に記載の散気装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１７９７９（Ｐ２０１３−１７９７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５４８１（Ｐ２０１１−１５５４８１）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【Ｆターム（参考）】
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