水処理装置
【課題】 散気管から間欠的に散気することにより、空気量を大幅に削減して維持管理費を削減すると共に、原水（被処理水）に乱流を発生させて膜分離器を効果的に洗浄することができる水処理装置を得る。
【解決手段】原水導入手段１と、複数の膜分離器５および複数の散気管１１を備える膜分離槽３と、散気管１１へ送気する送気設備１６と、膜分離器５に接続し、処理水４を移送する処理水移送管７とからなる水処理装置において、送気設備１６は空気切替器１３を備えている。
【解決手段】原水導入手段１と、複数の膜分離器５および複数の散気管１１を備える膜分離槽３と、散気管１１へ送気する送気設備１６と、膜分離器５に接続し、処理水４を移送する処理水移送管７とからなる水処理装置において、送気設備１６は空気切替器１３を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水、下水、有機性廃水や生活排水等を膜によって処理する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水や廃水などの処理に活性汚泥を用いる水処理では、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。通常では、重力沈降によって上澄み液を得るが、この場合、活性汚泥を沈降させるためには十分な沈降面積および滞留時間を有する沈殿池が必要であり、水処理装置の大型化と設置容積の増大を生じさせる要因となる。また、活性汚泥の沈降性がバルキング等によって悪化した場合には、沈殿池より汚泥が流出し、処理水の悪化を招くことになる。
【０００３】
近年、上水においては、小規模水道を中心に従来の凝集沈殿や砂ろ過処理の代替として、維持管理性および省スペース化に優れた膜ろ過処理、いわゆる浸漬膜活性汚泥法を用いるケースが増大しつつある。しかしながら、膜ろ過処理を用いて水処理を行う場合には、運転を継続すると、膜供給水として膜ろ過処理に導入される原水中の懸濁物質および有機性物質等に起因して、膜面あるいは細孔内が経時的に汚れて膜ろ過水量が低下し、あるいは膜間差圧が上昇する。通常、膜面あるいは細孔内が汚れた場合には、膜を物理的洗浄法によって定期的に洗浄する。物理的洗浄法には、例えば、膜ろ過水を逆流させる逆圧水洗浄、膜の一次側を水洗するフラッシング、膜の二次側から加圧空気を通す逆圧空気洗浄等の方法がある。そして、洗浄によって生じた懸濁物質を含む水から懸濁物質を除去するためには、凝集沈殿や砂ろ過を行う。
【０００４】
このような膜ろ過処理において固液分離を行うための膜として、一般的に精密ろ過膜や限外ろ過膜が用いられる。そして、これらの分離（ろ過）膜に差圧を与えるためにはポンプによる吸引や加圧が必要とされる。通常、この種のポンプの動力は大きいため、ランニングコストが増大する。また、分離膜によって懸濁物質の全く存在しない清澄な処理水が得られるが、分離膜の汚染を防止するためや所定の透過流束を保つためには、分離膜を定期的に薬洗する必要がある。
【０００５】
さらに、従来の水処理装置として、膜分離槽内に配置したろ過体同士の間に仕切り壁を設け、散気槽から汚泥を導入することにより、仕切り壁の両側のろ過体に対して定期的にろ過および散気を交互に行う処理方法が開示されている。
【０００６】
この種の処理方法では、原水（被処理水）を活性汚泥処理用の生物反応槽に導入し、活性汚泥処理後の汚泥混合液を複数のろ過体からなるろ過モジュール（膜分離器）を浸漬設置するろ過分離槽（膜分離槽）に導入し、水頭圧で該ろ過モジュール（膜分離器）からろ過水を得て、ろ過後の汚泥混合液を生物反応槽に返送する処理法において、該ろ過分離槽（膜分離槽）内ろ過モジュール（膜分離器）間に仕切り壁を設置し、各ろ過モジュール（膜分離器）下部にそれぞれの散気管を設け、ろ過および洗浄時に、仕切り壁を介して隣接する二つの散気管に交互に通気を行うことを特徴としている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
一方、従来の水処理装置には、膜分離槽に流入する流入水を滅菌処理するものもある。この滅菌処理は、膜設備（分離膜）の目詰まりを防止する効果があり、塩素処理やオゾン処理を多く用いている。これらの滅菌処理は、流入水への塩素やオゾンの注入後にも塩素やオゾンの滅菌作用がある程度持続する。また、滅菌処理の手段として、紫外線照射も知られている。
【０００８】
紫外線照射を行う従来の水処理装置では、循環ポンプの上流側と膜モジュール（膜分離器）の原水供給部とに、フィルターを経て流入する原水および循環経路を循環する濃縮循環水に紫外線を照射して滅菌処理を行う紫外線照射装置を設けている。これにより、原水は紫外線照射装置で滅菌処理を施されてから膜モジュール（膜分離器）に流入し、濃縮循環水として循環する際に紫外線照射装置で繰返し滅菌処理が施される（例えば特許文献２参照）。
【０００９】
ところが、この紫外線照射による滅菌処理は、紫外線を照射している部分でのみしか滅菌効果が得られないため、紫外線照射装置が大型化したり、複雑化したりするという問題があった。さらに上水の場合は、最終的に塩素による滅菌処理を行わなければならないので、膜処理装置に流入する流入水の滅菌処理も、塩素注入による滅菌処理が通常行われていた。
【００１０】
その他に、従来の水処理装置では滅菌処理に二酸化チタンが光触媒として使用されている。この二酸化チタンは白色顔料として広く使用されている無毒で安価な物質であるが、光が当たると強い酸化還元力を生じ、有機物を炭酸ガスと水に分解する。近年、この光触媒作用を利用して水中や空気中の有機化学物質を分解・無害化する研究が盛んに行われており、このケースでは表面積の大きなフィルターや多孔質シリカゲルに二酸化チタン被膜を形成させ、水と接触させている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３０５３１３号公報（要約の解決手段）
【特許文献２】特開２００２−１３１９号公報（第２頁右欄第１６−２４行、および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の浸漬膜活性汚泥法を用いた従来の水処理装置では、浸漬膜（分離膜）の閉塞（ハウリング）を防止するために浸漬膜（分離膜）を空気によって洗浄するようになっているが、通常は浸漬膜（分離膜）の下部から連続して散気している。この分離膜洗浄のための空気量は極めて多く、例えば流入汚水量の３０倍以上となっている。このことは、浸漬膜活性汚泥法の欠点となっていて、この分離膜洗浄用の空気量を減らすことが維持管理費を減らすためにも重要となっている。
【００１３】
また、複数のろ過体（膜分離器）を浸漬してろ過および散気を交互に定期的に行う処理方法では、膜分離槽内のろ過体（膜分離器）の半分が常時ろ過操作を停止するので、有効なろ過水量を得ることができず、ろ過体の有効利用ができないという問題点がある。また、洗浄までの連続ろ過時間が長い場合に、流速の遅い原水（被処理水）が当たるろ過体の表面に汚泥付着層が過度に成長し、汚泥流路の抵抗を増加させ、原水（被処理水）の流れを停滞させることがある。このことは、透過流束の低下を招く要因となる。
【００１４】
また、原水中に含まれる有機物質や微生物は膜面に付着あるいは増殖して膜ろ過抵抗を増大させ、薬品洗浄の頻度を増加させるなど維持管理に支障を来している。この問題に対する従来の解決方法、すなわち原水に凝集剤を注入する方法は、凝集が不十分である場合に凝集剤そのものが膜面および膜内部に付着し、膜ろ過抵抗を著しく増加させる恐れがある。また、塩素剤を用いる方法は、流入水中に鉄やマンガンが含まれる場合にこれらが膜面に析出し、その膜面を目詰まりさせて膜ろ過抵抗を著しく上昇させるため、好ましくない。また、分離膜の材質によっては、塩素やオゾンのような酸化剤が分離膜を傷める恐れがある。さらに、塩素を使用すると、一部の原水では有害な有機塩素化合物を生成させる恐れもある。
【００１５】
そして、光触媒作用を利用して滅菌処理を行う場合には、光触媒作用が表面作用であるため、例えば二酸化チタンは比表面積の大きな微粉末を用いることが最も効率が良く、好ましい。しかし、微粉末による処理では、処理後の二酸化チタン粉末を水から分離するのが困難となる。そこで、これまでは二酸化チタン粉末が水から容易に分離するように、板状フィルターや多孔質シリカゲル粒子に二酸化チタン薄膜を形成して用いている。しかし、このようにして大きな表面積を得るためにフィルターやシリカゲル粒子を多数配置、充填すると、二酸化チタン薄膜への光の照射が阻害される。したがって、滅菌処理効率を上げるために水の接触と光の照射を両立させることは極めて困難となる。
【００１６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、散気管から間欠的に散気することにより、空気量を大幅に削減して維持管理費を削減すると共に、原水（被処理水）に乱流を発生させて膜分離器を効果的に洗浄することができる水処理装置を得るものである。また、第２の目的は、分離膜に悪影響を及ぼすことなく、分離膜の目詰まりを効果的に抑制することができ、膜分離槽内の膜分離器を有効に使用し、かつ高い透過流束が得られ、小型化および設備費や処理費の低コスト化を図ることができる水処理装置を得るものである。さらに、第３の目的は、微生物を殺菌することによって分離膜の目詰まりを効果的に抑制し、有機物を含む水を効率良く分解し、原水（被処理水）中に含有する難分解性有機物を処理することができる水処理装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る水処理装置においては、原水導入手段と、複数の膜分離器および複数の散気管を備える膜分離槽と、前記散気管へ送気する送気設備と、前記膜分離器に接続し、処理水を移送する処理水移送管とからなる水処理装置において、前記送気設備は空気切替器を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、２つの散気管に空気切替器によって空気を交互に供給する場合に、膜分離器を洗浄するための空気量を従来の１／２にすることができる。また、３つの散気管に空気を順次に供給する場合に、その空気量を従来の１／３にすることができる。したがって、維持管理費を大幅に低減することができる。また、逆圧水洗浄や薬液浸漬洗浄などを行わなくても、高い膜透過流束で長期間の安定した運転が可能となる。
【００１９】
この発明は、散気管の先端部分の下部に大きな開放口を設け、その部分を逆Ｕ字状にすることにより、散気管の目詰まりを防止することができる。すなわち、散気管の内部に汚泥が付着してもその汚泥を自然に流出させて、散気管全体の空気バランスを確保することができる。したがって、散気管を洗浄するための水洗浄設備が不要となり、弁の故障によりブロワへ水が流れ込む恐れがなくなると共に、散気管を引き上げて洗浄する手間が不要となる。また、散気の偏りを起こす要因がなくなるので、膜処理自体が安定する。さらに、１台の膜分離器に設置する通常の大きさの散気管を分割、例えば３分割することにより、動力を変化させることなく空気の大きな偏りが生じることを防止することができる。
【００２０】
この発明は、回転可能な外胴に散気孔を設け、内胴からの散気が部分的に集中して分離膜に当たるようにすることにより、分離膜の目詰まりを防止することができる。また、散気が当たるように外胴に羽根を設けることにより、新たなエネルギーを必要とすることなく外胴を散気によって回転させることができる。また、散気管の形状を三角柱とし、この三角柱の稜線の一部に散気孔を設けることにより、散気を勢いよく分離膜に当てることができる。さらに、三角柱の各面に凹みを設けることにより、特別な動力源を設けることなく散気管を回転させることができる。そして、三角柱の凹みに溜まった空気を分離膜に勢いよく当てることにより、散気管の目詰まりを効果的に防止することができる。
【００２１】
この発明は、散気管の内部にスクリューを設け、空気を部分的に勢いよく排出して分離膜に当てることにより、分離膜の目詰まりを防止することができる。また、散気管の内部にピストンを設け、このピストンを運動させて散気管の散気孔の一部を塞ぐことにより、残りの散気孔から空気を勢いよく噴出させて分離膜に当てることが可能となり、分離膜の目詰まりを防止することができる。すなわち、散気管に接続した空気圧アクチュエータと、このアクチュエータに圧縮空気を送るコンプレッサーと、その圧縮空気を振り分ける３方弁とを連動させることにより、散気管内のピストンを作動させることができる。
【００２２】
この発明は、散気管を分離膜内に配置することにより、分離膜内部に汚泥が堆積するのを防止できる。また、散気管を膜分離槽の底面に設置固定することにより、散気管の水平を確保して散気を分離膜に均一に当てることができる。
【００２３】
この発明は、散気管に水面の上方まで延びる配管を接続し、この配管に水面の上方において開閉弁を配設し、この開閉弁を通常は閉めて置き、散気の状態に基づいて開くようにすれば、散気管内に原水（被処理水）を吸い込むことによって散気管に付着した汚泥を剥離させることができ、散気管の目詰まりを防止することができる。
【００２４】
この発明は、膜分離器を膜分離槽に浸漬した後でも、膜分離器の水平を確保して散気管からの散気を膜分離器に均等に当てることができる。すなわち、従来では膜分離槽の底面の仕上げ寸法の精度が悪い場合に、架台を水平に設置することが困難となり、架台を傾けたまま膜分離器を設置しなければならず、散気を均等に行うことが困難であった。しかし、浸漬した膜分離器の傾きを水面上において調整して膜分離器の水平を確保することができるようにすれば、膜分離槽の底面の仕上げ精度が不要となり、膜分離器を設置した後でも散気の状況を監視しながら膜分離器の傾きを調整することにより、膜ろ過効率を継続的に高く保つことができる。
【００２５】
この発明は、膜分離槽内の光触媒として用いた二酸化チタンが粉末であり、その反応表面積が粒状に比べ大きく、高濃度に維持できるため、処理効果を向上させて安定させることができ、高濃度の難分解性物質の処理が可能となる。また、紫外線照射器を用いるため、太陽光を必要とせず、暗所や夜間でも水処理が可能となる。そして、光触媒として用いた二酸化チタンは粉末となって膜分離槽内を常に流動するため、紫外線を均一かつ効果的に当てることができる。
【００２６】
この発明は、膜分離槽に紫外線遮蔽板を配置することによって膜分離槽を例えば二分割し、一方に膜分離器を浸漬し、他方に紫外線照射器を浸漬することにより、紫外線が膜分離器に直接当たることを防止することができる。また、エアリフト効果によって膜分離槽の存在する側から紫外線照射器が存在する側に循環流が生じるので、従来の循環ポンプが不要となり、維持管理費や設備費を削減することができる。
【００２７】
この発明は、膜分離槽に担体を投入して、原水（被処理水）を流動させて微生物を保持させ、生物処理能力を向上させる。同時にこの担体は、膜分離槽内を流動して分離膜に衝突することにより、分離膜に付着した膜面付着物を分離膜から剥離させるものともしてある。さらに、浮遊性の汚泥濃度を低い濃度にしても、担体の添加量を増やすことにより、浮遊汚泥濃度が高濃度である場合と同等以上の処理水質を得ることができる。低負荷対策の汚泥保持にも、担体は効果を発揮する。また、担体に微生物が付着することにより分離膜への負荷が低減できる。さらに、担体の付着汚泥のＳＲＴが長くなることにより環境ホルモンや色度の除去効果もある。また、上水処理に用い、担体を流動させた場合には、担体の衝突による物理的な洗浄効果と、さらに、活性炭を添加した場合には浄化効果が得られる上に、担体に生物が付くことによる分離膜への負荷の低減も期待することができる。また、ＳＲＴが長くなることによる環境ホルモン除去効果も期待できる。
【００２８】
このように、この発明は、空気切替器を備えることによって複数の散気管から膜分離器に対して交互に散気することにより、必要空気量を低減することができて、維持管理費を削減することができる。また、逆圧水洗浄や薬液浸漬洗浄などを行わなくても、高い膜透過流束で長期間の安定した運転が可能となる。さらに、散気管の構造や設置位置を工夫して効率良く散気することにより、原水（被処理水）を効率的に処理することができる。そして、光触媒と紫外線を用いることにより、分離膜の目詰まりを抑制することができ、難分解物質の処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における水処理装置を示すフロー図である。この実施の形態１の水処理装置では、原水導入手段１から導入した上水、下水、有機性廃水、生活排水等の原水（被処理水）２を処理する膜分離槽３を備え、この膜分離槽３は原水（被処理水）２の生物処理を可能としてある。膜分離槽３には原水（被処理水）２を分離膜５ａによって汚泥と処理水４に固液分離する２台の浸漬型の膜分離器５を設置してある。膜分離槽３の下流には、膜分離器５で処理した処理水４を貯留する処理水槽６を設けてある。２台の膜分離器５は、それらに接続した分岐部７ａ、７ｂを有する処理水移送管７を介して処理水槽６に接続し、処理水移送管７には処理水ポンプ８と流量計９を配設してある。そして、処理水槽６内の処理水４を逆流させるため、処理水槽６の低部と処理水移送管７を処理水吸引管１０によって接続してある。なお、処理水移送管７の端部を処理水槽６内の処理水４の水面下に配置すれば、処理水吸引管１０を設ける必要はない。
【００３０】
この実施の形態１における水処理装置では、膜分離器５の分離膜５ａとして中空糸膜を使用してある。また、処理水ポンプ８には自吸式ポンプを使用してある。処理水ポンプ８には三方弁を用いて逆洗ポンプとしての機能を兼ねさせることができるが、モーノポンプやロータリー機構を有する容積型ポンプを用いるのが好ましい。そして、流量計９には、電磁式流量計または羽根車式流量計を用いることができる。
【００３１】
この実施の形態１における水処理装置では、膜分離槽３内において膜分離器５の下方に２台の散気管１１を２台の膜分離器５にそれぞれ対応するように配置してある。２台の散気管１１は配管１２Ａ、１２Ｂを介してそれぞれ空気切替器１３に接続し、この空気切替器１３は空気供給管１４を介してブロワ１５に接続し、これらの配管１２Ａ、１２Ｂ、空気切替器１３、空気供給管１４およびブロワ１５によって送気設備１６を構成してある。そして、処理水ポンプ８、流量計９、空気切替器１３およびブロワ１５は図示しない制御回路に電気的に接続してある。
【００３２】
空気切替器１３は、例えば図２に示すようなロータリバルブ２１とするのが好ましい。このロータリバルブ２１は配管１２Ａ、１２Ｂと空気供給管１４とを接続した弁体収容部２２と、この弁体収容部２２に回転可能に収容した弁体２３と、この弁体２３を回転駆動するステッピングモータなどの駆動装置（図示せず）から構成することができる。ロータリバルブ２１の弁体収容部２２や弁体２３は、球状または円筒状とすることができる。なお、図２では説明を容易にするため、空気供給管１４を紙面と直交する方向に向けてある。
【００３３】
この空気切替器１３を用いることにより、弁体２３がどのような回転位相にあっても、ブロワ１５等からの空気の供給が、少なくとも１つの配管１２Ａか配管１２Ｂに連通していることにより、ブロワ１５への過負荷を防ぐことができる。さらに、弁体２３の大きさを調整することで、配管１２Ａ、１２Ｂの先に接続されている散気管１１の一方のみに送気する時間と、散気管１１の両方に送気する時間の割合を変化させることができる。そのことで、分離膜５ａへの散気の強さを１台のブロワ１５で調整可能となる。
【００３４】
なお、空気切替器１３にロータリバルブ２１を用いるのが最も好ましいが、ロータリバルブ２１は図３に示すような２つの電動シリンダ弁２６Ａ、２６Ｂや、図示しない空気動作弁、電磁弁などと代替することができる。
【００３５】
空気切替器１３の切替タイミングは、空気が一方の散気管１１または他方の散気管１１から間欠的、例えば２〜６０秒毎に（２〜６０秒サイクルで）散気するようにしてあるが、５〜２０秒が推奨される。例えば、５秒毎とは、最初の５秒間において一方の散気管１１から散気し、その間に他方の散気管１１からは散気していない状態と、次の５秒間において一方の散気管１１から散気することを停止し、他方の散気管１１から散気する状態とを繰り返すことを云う。２０秒や６０秒の場合も同様の繰返し動作となる。しかし、原水（被処理水）２の水質や膜分離器５の汚れ状態などに応じ、適当な時間間隔で散気するように制御することも可能である。なお、弁体２３の構造によっては、切替時に両方の散気管１１に通気されることもある。
【００３６】
この実施の形態１における水処理装置の通常運転では、処理水ポンプ８の作動によって膜分離器５の分離膜５ａ内に負圧が発生し、原水（被処理水）２が分離膜５ａを透過して処理水４となる。この処理水４は処理水移送管７を通って処理水槽６に流入する。この間に、散気管１１から空気が原水（被処理水）２の中に気泡となって噴出し、その気泡によって原水（被処理水）２に乱流が発生し、その水流が膜分離器５の分離膜５ａの外表面に衝突し、分離膜５ａに付着した汚泥を水流の剪断力によって剥離させる。さらに、散気管１１から間欠的に交互に散気することで、分離膜５ａに付着した汚泥を剥離させる効果が強くなる。また、逆洗運転では処理水ポンプ８が逆回転し、処理水槽６内の処理水４が処理水吸引管１０と処理水移送管７を通って膜分離器５に逆流する。これにより、膜分離器５の分離膜５ａの内部から外部に処理水４が透過し、分離膜５ａの外表面に付着した汚泥を剥離させる。
【００３７】
このように、この実施の形態１による水処理装置では、空気切替器１３を用いて２台の散気管１１から間欠的に散気することにより、２台の膜分離器５を洗浄する際の空気量を従来の２分の１程度と大幅に削減することができ、これにより維持管理費を削減することができる。また、ブロワ１５は膜分離器５を洗浄するための空気の提供と、原水（被処理水）２を生物処理するための空気の提供を兼ねているので、省エネルギーに貢献することができる。さらに、２台の散気管１１から間欠的に散気することにより、膜分離槽３内の原水（被処理水）２に乱流を発生させることができ、それぞれの膜分離器５を効果的に洗浄することができる。すなわち、この実施の形態１では膜分離器５の分離膜５ａに中空糸膜を用いたので、中空糸膜間の原水（被処理水）２の入れ替わりを促進することができ、分離膜５ａの外表面に汚泥濃縮が生じないようにすることができる。
【００３８】
例えば、散気管１１への切り替えを５秒の間隔で行うと、通常では空気切替器１３を１年間で１００万回以上動作させることとなり、普通使われている開閉バルブでは１年間交換しないで作動させることが不可能である。しかし、この実施の形態１における水処理装置では空気切替器１３にロータリバルブ２１を用いたので、日量９０ｍ３の処理に、従来は散気管１１から噴出させて膜分離器５を洗浄するために用いる空気量の合計を２台で８０ｍ３／ｈ必要であったが、その空気量を２台で３０ｍ３／ｈ程度に約６０％低減させることができ、省エネルギーに貢献することができ、維持管理費を削減することができる。
【００３９】
なお、この実施の形態１における水処理装置では、膜分離器５の分離膜５ａに中空糸膜を用いたが、平膜を用いることもできる。また、横型の中空糸膜など複数の散気設備を用いる場合でも、同様な空気切替器１３を用いることができる。さらに、２台の散気管１１から間欠的に散気するので、散気していない散気管１１に原水（被処理水）２が流入するが、このことは散気管１１に汚泥が詰まるのを防止することに役立つ。また、２台の膜分離器５に対して２台の散気管１１を配置したが、膜分離器５が複数の分離膜５ａから成る場合には、散気管１１を分割してその分割した部分から間欠的に散気するように構成することも可能である。この場合にも、同様な効果が得られる。
【００４０】
実施の形態２．
図４は、この発明を実施するための実施の形態２における水処理装置を示すフロー図であり、図１と同じ部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態２における水処理装置では、原水（被処理水）２を貯留した膜分離槽３に３台の膜分離器５を設置してある。そして、この実施の形態２の水処理装置では、膜分離器５の分離膜５ａとして平膜を使用してある。したがって、膜分離器５は、それらに接続した分岐部７ａ、７ｂ、７ｃを有する処理水移送管７を介して処理水槽６に接続してある。
【００４１】
また、この実施の形態２における水処理装置では、膜分離槽３内において３台の膜分離器５の下方に３台の散気管１１を配置してある。これらの３台の散気管１１は配管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを介して１つの空気切替器１３に接続し、この空気切替器１３は空気供給管１４を介してブロワ１５に接続してある。そして、制御回路には、ブロワ１５からの空気が３台の散気管１１のうちのいずれか１つから交互に噴出する量を制御するように空気切替器１３を制御する機能を与えてある。
【００４２】
この実施の形態２における空気切替器１３には、例えば図５に示すようなロータリバルブ２７を使用するのが好ましい。このロータリバルブ２７は配管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと空気供給管１４とを接続した弁体収容部２８と、この弁体収容部２８に回転可能に収容した弁体２９と、この弁体２９を回転駆動するための駆動装置から構成することができる。しかし、このロータリバルブ２７も図６に示すような３つの電動シリンダ弁３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃや、図示しない空気動作弁、電磁弁などと代替することができる。ロータリバルブ２７の形状は配管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにそれぞれ滑らかに散気が切り替わる構造ならよい。
【００４３】
この実施の形態２における空気切替器１３の切替タイミングは、３台の散気管１１から間欠的、例えば２〜６０秒毎など散気の必要量により、例えば、ロータリバルブ２７の場合は回転数を制御するようにしてある。例えば、５秒切り替えとは、最初の５秒間において１台の散気管１１から散気している間は、残りの２台の散気管１１から散気していない状態と、次の５秒間において残りの２台のうちの１台の散気管１１から散気して、残りの２台の散気管１１からは散気していない状態と、さらに次の５秒間において散気していなかった残りの１台の散気管１１から散気して、残りの２台の散気管１１からは散気していない状態とを繰り返すことを云う。この実施の形態２の場合にも、原水（被処理水）２の水質や膜分離器５の汚れ状態などによりその他の時間間隔で運転することが可能である。
【００４４】
この実施の形態２では、空気切替器１３を用いることにより、３台の散気管１１から間欠的に散気することにより、３台の膜分離器５を設置した場合に、それらを洗浄する際の空気量を従来の３分の１程度と大幅に削減することができ、維持管理費を削減することができる。また、３台の散気管１１から間欠的に散気することにより、膜分離槽３内の原水（被処理水）２に乱流を発生させることができ、それぞれの膜分離器５の分離膜５ａを効果的に洗浄することができる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態２では膜分離器５の分離膜５ａに平膜を用いたが、平膜の代りに中空糸膜を用いた場合にも、中空糸膜３台の間の原水（被処理水）２の入れ替わりを促進することができ、分離膜５ａの外表面に汚泥濃縮が生じないようにすることができる。また、３台の膜分離器５に対して３台の散気管１１を配置したが、膜分離器５が複数の分離膜５ａから成る場合には、散気管１１を分割してその分割した部分から間欠的に散気するように構成することも可能である。この場合にも、同様な効果が得られる。
【００４６】
実施の形態３．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３における水処理装置のフロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態３の水処理装置では、原水（被処理水）２を貯留する反応槽３１を設け、この反応槽３１を仕切り壁３２によって無酸素槽３３と膜分離槽（好気槽）３４に仕切ってある。無酸素槽３３には攪拌機３５を設け、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）や窒素を除去するための槽としてある。膜分離槽（好気槽）３４には実施の形態１と同様な２台の膜分離器５を設置してある。仕切り壁３２の下部に開口３２ａを設け、仕切り壁３２の上部には図示しない越流堰を設けてある。そして、処理水移送管７の分岐部７ａ、７ｂに新たな配管７ｃ、７ｄの一端を接続すると共に、他端を膜分離器５の下部に接続し、処理水４を膜分離器５の上下の２箇所から得るようにしてある。なお、空気切替器１３には実施の形態１と同様なロータリバルブ２１や２つの電動シリンダ弁２６Ａ、２６Ｂを用いることができる。
【００４７】
この実施の形態３における水処理装置では、微細目のスクリーン３６を原水導入手段１に配設し、夾雑物が反応槽３１に入るのを防止して膜分離器５の分離膜５ａが夾雑物による目詰まりしないようにしてある。また、この水処理装置には、リンを除去するための凝集剤を膜分離槽（好気槽）３４に添加するための凝集剤添加設備３７と、逆洗時に処理水移送管７を流れる処理水４に薬液を添加するための薬液添加設備３８と、膜分離器５の分離膜５ａのろ過圧力すなわち膜差圧をそれぞれ検知するための圧力計３９Ａ、３９Ｂを設けてある。これらの圧力計３９Ａ、３９Ｂは処理水移送管７にそれぞれ設けてある。スクリーン３６の目幅は、上水や下水などの用途に応じて１ｍｍ、０．８ｍｍ、０．５ｍｍ、あるいはそれ以下のものを選択することができる。このスクリーン３６はオートストレーナーに代えることができる。
【００４８】
薬液添加設備３８は、次亜塩素酸ナトリウムなどの消毒用の薬液を自然流下させるような構成とし、図示はしないが薬液を収容する薬液タンクと、この薬液タンク内の薬液を処理水移送管７に移流させる移流管と、この移流管に配設した開閉弁から構成し、薬液を圧送するための耐薬液性の薬液ポンプは必要としていない。薬液添加設備３８は薬液を膜分離槽３４に流下するように構成することができる。薬液添加設備３８の開閉弁は電磁弁とし、この電磁弁を制御回路に電気的に接続してある。なお、開閉弁は手動としてもよい。制御回路は、薬液タンク内の薬液の液位と反応槽３１内の原水（被処理水）２の水位との差、移流管や処理水移送管７の口径や長さ、圧力計３９Ａ、３９Ｂの検出値などを考慮して開閉弁の開閉時間、すなわち薬液タンクから流出する薬液の量を自動制御するように構成してある。
なお、薬液を自然流下によって注入しない場合には、薬液を処理水移送管７に薬液ポンプで注入することができることは云うまでもない。
【００４９】
この実施の形態３における水処理装置の通常運転においては、散気管１１からの散気によって膜分離槽３４内の原水（被処理水）２の水位が上昇し、その原水（被処理水）２が仕切り壁３２を越流して無酸素槽３３に流入するエアリフト効果により、無酸素槽３３では原水（被処理水）２が下降流となって仕切り壁３２の下方の開口３２ａを通って膜分離槽３４に還流し、原水（被処理水）２の循環流が発生する。このようにして原水（被処理水）２を処理していると、時間の経過と共に膜分離器５の分離膜５ａの表面や裏面に汚泥が付着し続け、圧力計３９Ａ、３９Ｂの圧力値が次第に高くなるが、しかし、散気管１１からの交互の散気によって原水（被処理水）２に乱流が発生し、その水流のせん断力が分離膜５ａの表面に付着した汚泥を剥離させることで、膜差圧が上昇するのを遅くすることができる。
【００５０】
しかし、交互の散気によって生じた乱流によっても分離膜５ａの表面に徐々に汚泥が蓄積する。したがって、圧力計３９Ａ、３９Ｂの圧力値が所定値を超えた場合に、逆洗運転を開始する。そして、その後には通常運転と逆洗運転を繰り返し、それでも圧力値が回復しない場合に、薬液添加設備３８の開閉弁を開き、薬液注入洗浄を自動的に行う。
【００５１】
膜分離器５を逆洗浄する際には、散気管１１から散気しながら、逆送可能な処理水ポンプ８を用いた場合には、処理水ポンプ８を逆回転させ、処理水槽６内の処理水４を膜分離器５に逆送する。通常は、処理水ポンプ８の吐出量を１．５Ｑに維持しながら逆洗を１０分に１回程度行う。しかし、２台の処理水ポンプ８を作動させ、吐出量を３Ｑとして逆洗を３０分に１回とすることができる。そして、上水の場合には、薬液添加設備３８から薬液を注入しながら１０分に１回程度行うのが好ましい。このように、処理水４によって逆洗することにより、汚泥が膜分離器５の分離膜５ａに付着することによる空気の偏りを防止することができる。下水などの場合には、薬液を注入した処理水４での逆洗を１週間に１回程度行う。逆洗の度に処理水４の１リットルに対して数百ｍｇ／Ｌの薬液を間欠的に注入する。しかし、薬液は膜分離器５の汚れの度合いに応じて連続的に注入することができる。
【００５２】
なお、膜分離器５を引き上げて洗浄する引上げ洗浄は、膜分離器５の分離膜５ａの膜圧差が増加した場合、処理水ポンプ８の吸引圧が所定値に達した場合、圧力計３９Ａ、３９Ｂが所定値になった場合などに行うが、通常は１年に１〜２回程度行う。いずれの場合にも、最初に処理水ポンプ８の作動を停止し、膜分離器５を原水（被処理水）２の中から引き上げ、反応槽３１とは別に設けた浸漬槽内の薬液に３〜４時間浸漬する。薬液には濃度が１０００〜２０００ｍｇ／Ｌ程度の次亜塩素酸ナトリウムを用いる。この引上げ洗浄は、タイマーを用いて一定周期で自動的に行うか、圧力計３９Ａ、３９Ｂの指示値に基づいて行うのが好ましい。
【００５３】
このように、この実施の形態３における水処理装置では、散気管１１に交互に散気するだけでなく、圧力計３９Ａ、３９Ｂの設定値と連動させて、最適の洗浄を行うことで、膜分離器５のろ過圧力を自動的に下げることができ、膜分離器５を引き上げて洗浄する作業を減らすことができる。また、処理水ポンプ８によって処理水４を膜分離器５の分離膜５ａの内部から外部に押し出すので、分離膜５ａの表面の汚れを落とすことができるばかりでなく、分離膜５ａの内部の汚れも外部に押し出すことができる。さらに、処理水４を分離膜５ａの内部から外部に押し出すので、散気管１１からの散気が分離膜５ａに当たっても当たらなくても、分離膜５ａ全体を確実に洗浄することができる。そして、薬液添加設備３８から薬液を処理水４に注入するので、処理水４だけでは除去しにくいスケール状の汚れも溶かすことができ、分離膜５ａの内外をきれいにすることができる。また、分離膜５ａの汚れに応じて自動的に洗浄するので、洗浄の頻度が効率的になると共に、維持管理が容易となる。そして、膜分離器５を引き上げる作業も少なくなる。なお、薬液を注入してからその状態を数分間維持すれば、薬液の効果が更に向上するので、薬液の注入頻度を選択した保守洗浄が可能となる。
【００５４】
その上に、従来は活性汚泥などを用いた生物処理に膜分離器５を用いた場合に、薬液洗浄の際に活性汚泥に悪影響を及ぼさないように薬液タンクに低濃度の薬液を収容したため、薬液タンクが大型化し、かつ薬液タンクに所定濃度で所定量の薬液を収容する必要があるので、維持管理が煩雑であったが、この実施の形態３における水処理装置では、次亜塩素酸ナトリウム、塩素などの薬液を自然流下させるような構成としたので、従来の逆洗用ポンプを不要とすること、薬液タンクを小さくすること、耐薬液性の薬液ポンプを省くこと、および薬液を所定濃度に調整する手間を省くことが可能となり、設置スペース、設備コスト、運転コストなどを低減することができる。そして、薬液を水位差に基づいて自然流下させるようにしたので、膜分離槽（好気槽）３４に逆流する薬液の量が減少し、かつ、分離膜５ａに付着した汚泥の回収率も向上する。また、開閉弁を自動制御するようにしたので、維持管理が容易になる。
【００５５】
なお、活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が高い、例えば１００００ｐｐｍ程度である場合には、膜分離器５の分離膜５ａが目詰まり易いので、活性汚泥濃度は５０００〜６０００ｐｐｍに維持するのが好ましい。この際に、活性汚泥濃度の調整は、反応槽３１内の原水（被処理水）２を引き抜くことができるように反応槽３１に設けた図示しない引抜バルブによって行うことができる。また、処理水槽６から処理水４を取り入れ、それにオゾンを追加してオゾン処理水を用意し、逆洗時にそのオゾン処理水を膜分離器５に流すようにすれば、汚泥の減容に効果がある。そして、降雨などで原水（被処理水）２の量が大きく変化することに備え、処理水ポンプ８を２台設け、それらを同時に可動させて吸引力を２倍にするように構成することができる。
【００５６】
また、図示はしないが、反応槽３１の無酸素槽３３にドラフトチューブを設け、原水や返送汚泥をドラフトチューブに導入することによって、反応槽３１内の無酸素槽３３と膜分離槽（好気槽）３４に循環流を発生させることができ、反応槽３１内のデッドスペースをなくすことが可能となる。この場合に、ドラフトチューブ内に攪拌羽根を設ければ、循環流を効率的に発生させることができる。また、ドラフトチューブの吐出側を先細り形状にすれば、流下速度を上昇させて攪拌効率を向上させることができる。さらに、ドラフトチューブをフロートによって上下するように構成すれば、水位に対応した循環流を発生させることができる。また、ドラフトチューブの外部に羽根を設けることにより、ドラフトチューブを循環流によって回転させることが可能となり、攪拌効率を更に向上させることができる。そして、ドラフトチューブに導水管を設け、デッドスペースが発生し易い位置に循環流を当てるようにても、処理効率を向上させることができる。
【実施例１】
【００５７】
実施の形態３における水処理装置の運転条件は、膜分離器５の分離膜５ａの孔径を０．１μｍ、分離膜５ａの面積を４６ｍ２、凝集剤添加設備３７の、リン除去のための添加物をアルミニウム系凝集剤とし、膜分離槽（好気槽）３４の汚泥濃度の平均を１００００ｍｇ／Ｌ、膜ろ過流束の平均を０．７ｍ３／ｍ２・ｄとした。そして、ブロワ１５からの空気量を３０ｍ３／ｈとして、２台の散気管１１から２台の膜分離器５に対して１０秒毎に交互に間欠散気を行った。さらに、吸引ろ過を９分間行った後に、その吸引ろ過を１分間停止し、散気洗浄のみを行った。この結果、２台の膜分離器５にそれぞれ連続的に供給する連続散気と比較して、この実施の形態３における水処理装置では洗浄用の空気量を６０％削減することができた。また、逆圧洗浄や薬液浸漬洗浄を行わなくても、日平均膜ろ過流束を０．７５〜０．８５ｍ３／ｍ２・ｄと高く保つことができ、かつ膜差圧を２０ｋＰａ以下として長期間安定して運転することができた。また、分離膜５ａの洗浄運転として、９分引いて１分は引かないで、３０秒／１０分逆圧洗浄する運転も行った。なお、逆圧洗浄のための電磁弁切替時間は（１５＋１５）秒／１０分である。やはりこの洗浄運転でも長期間安定して水処理を行うことができた。
【００５８】
実施の形態４．
図８は、この発明を実施するための実施の形態４における水処理装置を示すフロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態４における水処理装置は実施の形態１における水処理装置を基本とし、膜分離器５の分離膜５ａには中空糸膜を用いてある。しかし、この実施の形態４における水処理装置では、膜分離槽３に粉末状の二酸化チタンから成る光触媒４１を遊動可能に添加してある。また、膜分離槽３には、光触媒４１に紫外線を照射する紫外線ランプなどの紫外線照射器４２と、この紫外線照射器４２からの紫外線が膜分離器５の分離膜５ａに直接当たってそれらが劣化しないようにする平板状の紫外線遮蔽板４３を設けてある。
【００５９】
この実施の形態４では膜分離槽３に紫外線遮蔽板４３を設けたので、散気管１１から散気して膜分離器５を洗浄する際にエアリフト効果が発生し、紫外線遮蔽板４３を間にした膜分離器５側で原水（被処理水）２の水位が高くなり、紫外線照射器４２側の原水（被処理水）２の水位との間に水位差が生じ、この水位差によって原水（被処理水）２の循環流が発生する。このため、光触媒４１に紫外線が良好に当たり、微生物を殺菌することによって分離膜５ａの目詰まりを効果的に抑制し、有機物を含む原水（被処理水）２を効果的に分解し、原水（被処理水）２中に含有する難分解性有機物をも処理することができる。また、原水（被処理水）２をエアリフト効果によって循環させることができるので、循環ポンプが不要となり、設置費や維持管理費が低減する。その上に、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００６０】
すなわち、膜分離槽３内に２台の膜分離器５を設置し、かつ空気切替器１３を用いて散気管１１から間欠的に散気するので、膜分離器５の分離膜５ａを洗浄する際の空気量を大幅に削減することができ、維持管理費を削減することができる。また、散気管１１から間欠的に散気することにより、膜分離槽３内の原水（被処理水）２に乱流を発生させることができるので、中空糸膜間の原水（被処理水）２の入れ替わりを促進することができ、膜分離器５の分離膜５ａを効果的に洗浄することができる。また、散気管１１から間欠的に散気した際に、分離膜５ａに付着した光触媒４１が分離膜５ａから剥離し、再び有効に光触媒４１として働くようになる。さらに、光触媒４１と紫外線照射器４２を用いたことにより、有機物の分解や殺菌の効果から分離膜５ａの目詰まりを抑制することができる上に、農薬（例えばＭＥＰ、イプコナゾール）、染料（例えば橙色２０５号、緑色２０１号）、環境ホルモン（例えばオクチルフェノール）などの難分解性物質の処理が可能となる。
【００６１】
なお、この実施の形態４における水処理装置では、光触媒４１として二酸化チタンを用いたが、その代りに酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、または酸化タングステンを用いることができる。また、紫外線遮蔽板４３の設置位置は、紫外線照射器４２寄りでも膜分離器５寄りでも構わない。また、２台の膜分離器５に更なる膜分離器５を追加した場合でも、ブロワ１５からの空気供給管１４に空気切替器１３を配置し、空気を間欠的に噴出させることにより、同様な効果を得ることができる。そして、平板状の紫外線遮蔽板４３を用いたが、図９（ａ）に示すような半円筒状の紫外線遮蔽板４３Ａ、または図９（ｂ）に示すような半直方体状の紫外線遮蔽板４３Ｂを用いることができる。これらの紫外線遮蔽板４３Ａまたは紫外線遮蔽板４３Ｂを用いた場合には、紫外線照射器４２の近傍に攪拌流が生じるので、平板状の紫外線遮蔽板４３を用いた場合と同様に処理効率が向上する。
【００６２】
実施の形態５．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態５における水処理装置のフロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この水処理装置は上述の実施の形態３における水処理装置を基本とし、処理水槽６の後段に消毒槽５１を設置してある。そして、この消毒槽５１には、膜分離槽３から引き上げた膜分離器５を洗浄する役目も兼ねさせてある。この消毒槽５１の有効水深は膜分離器５を完全に浸漬させ得る深さ、例えば２．２ｍとしてある。消毒槽５１の一方の側壁５１ａには、処理水槽６から処理水４を流入させる流入口５２を形成してある。消毒槽５１の他方の側壁５１ｂには、消毒後の処理水４を河川、中水貯留槽などに越流させる越流堰５３を形成してある。消毒槽５１の底壁５１ｃの一隅には、消毒槽５１内の膜分離器５を洗浄した排水を迅速に排出するための釜場５４を一段と低く形成してある。そして、消毒槽５１の内部には、消毒槽５１内を前段（上流）と後段（下流）に仕切るための壁板５５を取外し可能に設置してある。
【００６３】
通常の消毒工程では、消毒槽５１に壁板５５を取り付け、壁板５５の下端部５５ａと消毒槽５１の底壁５１ｃとの間に隙間５６を残す。これにより、処理水槽６から流入した処理水４は壁板５５の前段で下降流となり、壁板５５の下方の隙間５６を通り、壁板５５の後段では上昇流となる。したがって、処理水４の流路が長くなり、処理水４と消毒剤が良好に混合する。一方、膜分離槽３から引き上げた膜分離器５を洗浄する際には、壁板５５を消毒槽５１から取り外す。そして、消毒槽５１の釜場５４に排水ポンプ（図示せず）を仮設し、汚水が越流しないように消毒槽５１内の水位を下げ、膜分離器５を消毒槽５１内に浸漬する。
【００６４】
この実施の形態５における水処理装置では、膜分離器５を洗浄するために消毒槽５１を使用するので、従来では使用頻度が少ないにも拘らず必要であった専用の洗浄槽の設置やＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）製の洗浄槽を用意する必要がなく、設置面積が減少する。また、壁板５５の下端部５５ａと消毒槽５１の底壁５１ｃとの間に隙間５６を残すようにしたので、処理水４の流路を長くすることができる。したがって、処理水４と消毒剤の混合を促進することができる上に、消毒時間を長くすることがでる。そして、消毒槽５１には処理水４が残っているので、従来では必要であった水を供給する手間が不要となり、膜分離器５の洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００６５】
実施の形態６．
図１１および図１２は、この発明を実施するための実施の形態６における水処理装置を示す部分断面図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態６における水処理装置では、膜分離器５を膜分離槽３の外部に容易に引き上げることができるようにしてある。すなわち、膜分離槽３には膜分離器５を案内する例えば１対のガイドレール６１と、膜分離器５を引上げるための引上げ設備６２を設けてある。各ガイドレール６１は概略逆Ｌ字状とし、膜分離槽３の一方の側壁３ａと膜分離器５との間において膜分離槽３の底壁３ｂから垂直に延在する垂直部６１ａと、膜分離槽３の一方の側壁３ａの上端面の上を側方に水平に延在する水平部６１ｂと、これらの垂直部６１ａと水平部６１ｂとを滑らかに接続する円弧部６１ｃによって構成してある。これらの１対のガイドレール６１は、原水（被処理水）２が膜分離器５の分離膜５ａに流入することを妨げないように、膜分離器５の側縁側に配置するのが好ましい。引上げ設備６２には油圧を用い、膜分離器５を連結するフック付ワイヤ６３を持たせてある。
【００６６】
膜分離器５を膜分離槽３から引き上げる際には、引上げ設備６２のワイヤ６３の先を膜分離器５に連結し、引上げ設備６２を作動させる。これにより、図１２に示すように、膜分離器５はガイドレール６１の垂直部６１ａに沿って上方に移動し、その後に円弧部６１ｃに沿って滑らかに水平方向に向きを変え、水平部６１ｂを水平方向に移動する。このように、この実施の形態６における水処理装置では、膜分離器５をガイドレール６１と引上げ設備６２によって容易に引き上げることができる。また、膜分離器５の上方に吊上げ設備を設置して膜分離器５を上方のみに吊り上げる従来のチェーンロック構造と比較して、上方に吊上げ設備を設置する必要がなく、設置空間における天井の高さを低減することができる。
【００６７】
以上、この発明を実施するための実施の形態１〜６における水処理装置では、従来の散気管１１を使用し空気切替器１３を用いることによって空気量を従来の２分の１以下に低減して、膜分離器５に付着した汚泥を効果的に剥離させることが可能であることを説明したが、以下に説明するように、散気管１１や膜分離器５などの構造や配置を工夫することや担体投入によっても、膜分離器５に付着した汚泥を更に良好に剥離させることが可能となる。なお、以下の説明では図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００６８】
図１３に示す第１の例としての散気管７１は、それ自体が目詰まりしないような構成としてある。すなわち、分岐管１２に連結した散気管７１は、複数の散気孔７２を有する円筒状の散気管本体７３と、この散気管本体７３の先端に嵌着したキャップ７４により構成してある。散気管本体７３の先端側の下面に大きな開放口７５を設け、散気管本体７３に流入した汚泥を排出し易いようにしてある。そして、散気管７１の全体の空気バランスを確保するため、開放口７５を囲む箱状の枠壁７６を開放口７５から下方に向けて突設し、その部分を断面逆Ｕ字状とし、枠壁７６の内側を空気チャンバーとしてある。
【００６９】
これにより、仮に散気管７１の内部に汚泥が付着した場合でも、その汚泥を開放口７５から原水（被処理水）２の中に自然に流出させることができる。また、この散気管７１を用いれば、散気管７１を洗浄するための専用の水洗浄設備が不要となると共に、散気管７１を引き上げて洗浄する手間も省くことができる。さらに、この散気管７１は散気の偏りを起こさないので、膜分離器５に付着した汚泥を安定して剥離させることができる。また、従来は空気管と水洗浄管が弁で接続されているので、弁が故障するとブロワ１５へ水が流れ込んでいたが、この散気管７１を使用すれば、水洗浄の必要がないので水洗浄管を設置しないで済む。また、従来の弁の故障に起因したブロワ１５への水の流れ込みを無くすこともできる。そして、１台の膜分離器５に対して散気管７１を例えば３分割すれば、動力を変化させることなく散気の大きな偏りを防止することができる。
【００７０】
図１４〜図１６に示す第２の例としての散気管８１は、ブロワ１５に空気供給管１４を介して接続した円筒状の内胴８２と、この内胴８２の全体を囲むように回転可能に設けた円筒状の外胴８３を備えている。この外胴８３の一端は軸受８４に回転可能に支持し、他端は空気供給管１４の端部に回転可能に支持してある。内胴８２の上面側にはスリット８２ａを軸線に沿った方向に向けて形成し、空気をスリット８２ａから上方に向けて噴出するようにしてある。外胴８３には多数の散気孔８３ａを螺旋状のラインに沿って形成してある。そして、外胴８３の外周面の一端には複数の羽根８５を等間隔で設けてあると共に、空気供給管１４には外胴８３の羽根８５に向けて空気を噴出する散気部１４ａを設けてある。
【００７１】
この散気管８１では、ブロワ１５からの空気は空気供給管１４を通って内胴８２に流入し、そのスリット８２ａから上方に向かう。この間に、図１６に示すように、空気供給管１４の散気部１４ａからも空気が噴出し、その空気が原水（被処理水）２に上昇流を発生し、その上昇流が羽根８５に当たって外胴８３を回転させる。そして、外胴８３の散気孔８３ａが内胴８２ａのスリット８２ａに整合したとき、その散気孔８３ａから空気が膜分離器５に向かって部分的に集中して噴出する。この際に、複数の空気孔８３ａは螺旋状のラインに沿って設けてあるので、散気孔８３ａの位置が水平方向に移動するようになり、水流が膜分離器５の全体に当たるようになる。かつ、散気位置が移動することで散気を膜分離器５に部分的に集中して勢いよく当てることができ、膜分離器５の目詰まりを効率的に防止することができる。
【００７２】
図１７〜図１９に示す第３の例としての散気管９１は、三角柱状の散気管本体９２を備えている。この散気管本体９２の一端には軸部９３を一体に設け、この軸部９３を図示しない軸受によって回転可能に支持してある。散気管本体９２の他端は、ブロワ１５に接続した空気供給管１４の一部に回転可能に支持してある。散気管本体９２の３つの側壁９２ａが成す３つの稜線９２ｂには、複数の散気孔から成る散気孔群９４を設けてある。これらの散気孔群９４は３つの稜線９２ｂに対して相互にずれた位置に形成してある。さらに、散気管本体９２の３つの側壁９２ａには、例えば半円形状の凹溝９５を軸線方向に長くそれぞれ設けてある。凹溝９５は一方の稜線９２ｂ側に片寄らせて設け、側壁９２ａの同じ片側の表面積を広くしてある。そして、散気管本体９２の下方おいて、別の散気管９６を空気供給管１４の分岐部１４ａに接続配置し、散気管９６から噴出した空気を散気管本体９２の凹溝９５に当てて回転させるようにしてある。
【００７３】
このような散気管９１では、散気管本体９２に流入した空気は、主として上方に位置する散気孔群９４から膜分離器５に向かって部分的に集中して噴出する。この間に、図１９に示すように、別の散気管９６から噴出した空気が散気管本体９２の側壁９２ａに当たるが、この側壁９２ａでは凹溝９５を有する片側の表面積が広いので、散気管本体９２が一方向に回転すると共に、凹溝９５に溜まった空気が勢いよく上方に移動し、膜分離器５に強く当たる。また、散気管本体９２が回転することにより、散気孔群９４の位置が水平方向に移動する。これにより、散気管本体９２を特別な動力源を必要とすることなく回転させることができると共に、散気孔群９４の位置を移動させながら散気を膜分離器５に部分的に集中して勢いよく当てることができ、膜分離器５の目詰まりを効率的に防止することができる。
【００７４】
図２０に示す第４の例としての散気管１０１は、一端を閉じた円筒状の散気管本体１０２を備え、この散気管本体１０２には複数の散気孔１０２ａを螺旋状のラインに沿って形成してある。散気管本体１０２の一端には支軸１０３を設け、この支軸１０３は軸受１０４によって回転可能に支持してある。散気管本体１０２の他端はキャップ１０５によって閉じてあり、このキャップ１０５にはブロワ１５からの空気供給管１４を貫通させ、キャップ１０５は散気管本体１０２と共に回転可能としてある。そして、散気管本体１０２の内周面には、内方に突出するスクリュー羽根１０６を設けてある。
【００７５】
この散気管１０１では、ブロワ１５からの空気は空気供給管１４を通って散気管本体１０２の内部に噴出する。散気管本体１０２内に噴出した空気はスクリュー羽根１０６に当たり、散気管本体１０２を回転させる。この間に、その空気は散気孔１０２ａから外部に噴出する。このように、この散気管１０１では、散気孔１０２ａを螺旋状のラインに沿って設けたことにより、特別な動力源を必要とすることなく散気管本体１０２を回転させることができる。また、空気を移動させながら膜分離器５に部分的に集中して勢いよく当てることができ、膜分離器５の目詰まりを効果的に防止することができる。
【００７６】
図２１〜図２３に示す第５の例としての散気管１１１は、空気がブロワ１５から空気供給管１４を介して入り込むシリンダ１１２と、このシリンダ１１２内に往復移動可能に配置したピストン１１３を備えている。シリンダ１１２の上面側には複数の散気孔１１２ａを設け、ピストン１１３は中空の円筒状としてある。ピストン１１３にはシャフト１１４の一端側を固定してある。この際に、シャフト１１４は、円筒状のピストン１１３の内面から内方に部分的に突出する支持部１１３ａに固定し、空気がピストン１１３の内部を流れることができるようにしてある。
【００７７】
そして、シャフト１１４の他端は空気圧アクチュエータ１１５に連結してある。この空気圧アクチュエータ１１５は、圧縮空気が流入するポート１１６ａ、１１６ｂを備えたシリンダ１１６、このシリンダ１１６内に往復移動可能に配置したピストン１１７、圧縮空気を作り出すコンプレッサー１１８、このコンプレッサー１１８からの圧縮空気をシリンダ１１６のポート１１６ａ、１１６ｂにそれぞれ導く分岐管１１９ａ、１１９ｂを有する空気供給管１１９、圧縮空気の進行方向をポート１１６ａまたはポート１１６ｂに切り替える三方弁からなる空気切替器１２０とから構成してある。
【００７８】
この散気管１１１では、空気がブロワ１５から空気供給管１４を介してシリンダ１１２内に流入するが、シリンダ１１２内に流入した空気はピストン１１３の内側を通ってシリンダ１１２内の全体に広がる。このとき、ピストン１１３は複数の散気孔１１２ａの約半分を塞ぎ、残りの散気孔１１２ａから空気が勢いよく噴出する。そこで、空気圧アクチュエータ１１５の作用によってピストン１１３の位置を変更させると、ピストン１１３は複数の散気孔１１２ａのその他の部分を塞ぎ、残りの散気孔１１２ａから空気が勢いよく噴出する。したがって、この散気管１１１も空気を膜分離器５に集中して勢いよく当てることができ、汚泥による膜分離器５の目詰まりを効果的に防止することができる。
【００７９】
なお、ピストン１１３を中空の円筒状としたが、図２２および図２３に示すように中実のピストン１２１とすることができる。この場合に、ピストン１２１の断面形状は円弧部１２１ａと直線部１２１ｂとによって形成してある。そして、円弧部１２１ａは半円よりも大きくしてあるが、直線部１２１ｂとシリンダ１１２との間に隙間１２２が生じるようにしてある。これにより、シリンダ１１２に流入した空気はピストン１２１内の全体に広がり、この中実のピストン１２１を用いても上記中空のピストン１１３と同様な作用効果が得られる。
【００８０】
図２４は散気管１１の目詰まりを防止するその他の装置を示している。この装置は膜分離器５の下方に配置してある散気管１１に空気排出管１３１の下部開口１３１ａを連結し、その上部開口１３１ｂを原水（被処理水）２の水面の上方に位置させてある。そして、原水（被処理水）２の外部において空気排出管１３１に開閉弁１３２を設け、必要に応じて空気を散気管１１から空気排出管１３１を通して放出するようにしてある。通常は開閉弁１３２を閉じておき、ブロワ１５からの空気を散気管１１から膜分離槽３の原水（被処理水）２内に散気させる。そして、散気の状態に応じて、例えば散気管１１に目詰まりのような状態の始まりを感じたら、開閉弁１３２を開く。これにより、空気が空気排出管１３１を通って上部開口１３１ｂから噴出するので、散気管１１内を流れる空気が原水（被処理水）２を矢印で示すように散気管１１内に吸い込み、散気管１１に付着した汚泥を剥離させて上部開口１３１ｂから流出させ、散気管１１の目詰まりを防止する。
【００８１】
図２５は散気管１１を膜分離器５の下方以外に設置することを示している。通常の膜分離器５は、例えば中空糸膜から成る分離膜５ａの上下端を上下の支持フレーム１４１、１４２にそれぞれ固定し、これらの支持フレーム１４１、１４２の間隔は例えば左右の支柱１４３、１４４（支柱１４４は後述する）によって固定してある。したがって、例えば２つの散気管１１を膜分離器５の下部の支持フレーム１４２の内部に配置することや、膜分離器５の分離膜５ａの束の間に配置することが可能である。散気管１１を分離膜５ａの束の間に配置する場合には、可能な限り分離膜５ａの下端の近傍に配置するのが好ましい。なお、散気管１１を下部の支持フレーム１４２の内部や、下部の支持フレーム１４２の下面に設置すれば、散気管１１の水平を確保することができるので、散気管１１から噴出した空気を分離膜５ａに均一に当てることが可能となる。なお、分離膜５ａに直接に強く散気を当てる場合、間欠運転をする場合、逆洗時に流路を切り替える場合などに、処理水ポンプ８に空気を吸い込んで水封切れを起こすことがあるので、気液分離タンクを設けることもできる。また、水封切れで流量が低下した時に、ポンプ２台を最大能力１．５Ｑで同時運転して強制吸引することもできる。さらに、ポンプケーシング内を満たすだけの水が処理水配管に残存することで、気液分離を行うこともできる。例えば、処理水配管に凸凹を設けて、処理水配管に水が溜まる構成とするとよい。例えば、気液分離タンクは、タンク内の水位を検知し、所定水位以下になったときに真空ポンプでタンク内のエアを吸引する構造とすることがよい。
【００８２】
図２６は膜分離器５の下部の支持フレーム１４２の平面形状を示している。膜分離器５の分離膜５ａに中空糸膜を用いた場合には、中空糸膜の束の厚さを薄くすることにより、中空糸膜の外表面を洗浄し易くすることができる。この場合には、支持フレーム１４２には上下に貫通する複数の空気流通口１５１を例えば千鳥状に設け、これらの空気流通口１５１の間に中空糸膜の束から成る分離膜５ａを位置させるようにしてある。空気流通口１５１には、原水（被処理水）２や空気を流すことができるが、水流ノズルなども設置することができる。あるいは、散気管１１を煙突形状とし空気流通口１５１に嵌め込んで散気の効率を向上することもできる。また、支持フレーム１４２には、空気供給管１５２や処理水吸引管（処理水移送管）１５３なども固定することができる。したがって、上部の支持フレーム１４１は下部の支持フレーム１４２と同様な構成とすることができる。これにより、分離膜５の束の厚みを薄くすることができ、空気流通口１５１から噴出した空気を分離膜５ａの束の周りに良好に流すことができ、分離膜５ａの束の間に汚泥が付着することを防止することできる。
【００８３】
図２７に示す膜分離器５は、仮に膜分離器５の中空糸膜から成る分離膜５ａの束の間に汚泥が付着した場合にも、それらの汚泥を容易に除去することができるようにしてある。通常の膜分離器５の分離膜５ａは上下の支持フレーム１４１、１４２と左右の支柱１４３、１４４によって支持してある。しかし、ここでは一方の支柱１４３を上下の２つの部分１４３ａ、１４３ｂに分断して隙間１４５を形成してあると共に、他方の支柱１４４も上下の２つの部分１４４ａ、１４４ｂに分断して隙間１４６を形成してある。そして、隙間１４５、１４６に支持部材１４７、１４８をそれぞれ嵌め込むことにより、通常の膜分離器５の外形を保持してある。これにより、膜分離器５に汚泥が付着した場合には、支持部材１４７、１４８を支柱１４３、１４４からそれぞれ取り外すことにより、上下の支持フレーム１４１、１４２同士の間隔が狭まり、分離膜５ａが左右方向に揺らぐようになり、中空糸膜間の汚泥を容易に落とすことができる。なお、支柱１４３、１４４を上下に分断することなく支持フレーム１４１、１４２に対して着脱可能とすれば、支柱１４３、１４４を取り外すことにより、分離膜５ａを撓ませながら上下の支持フレーム１４１、１４２同士の間隔を狭めることが可能となり、膜分離器５の洗浄や運搬などが容易になる。
【００８４】
図２８に示す膜分離器５は、上下の支持フレーム１４１、１４２と左右の支柱１４３、１４４から成る支柱枠１７１に、分離膜５ａの上下端を上下の補助支持フレーム１７２、１７３によって支持して成る分離膜部１７４を、カセット状に着脱可能としてある。このため、支持フレーム１４１、１４２の対向面には、補助支持フレーム１７２、１７３がそれぞれ嵌合する凹部１４１ａ、１４２ａをそれぞれ形成してある。この場合に、補助支持フレーム１７２、１７３や凹部１４１ａ、１４２ａに勾配を設ければ、それらの嵌合が容易になることは云うまでもない。この膜分離器５では、分離膜部１７４を支柱枠１７１から取り外すことにより、分離膜５ａを洗浄することができる。また、分離膜部１７４の高さは支柱枠１７１の高さよりも低いので、分離膜部１７４の浸漬洗浄槽を通常の膜分離器５の浸漬洗浄槽よりも小型化することができる。さらに、分離膜部１７４のみを交換して支柱枠１７１を繰り返して使用することができる。そして、膜分離槽３から分離膜部１７４のみを引き上げればよいので、引き上げ高さも低くなり、設置空間が低減する。また、分離膜部１７４の大きさや重量が膜分離器５の大きさや重量よりも小型化・軽量化するので、洗浄や交換の際の運搬が容易となる。
【００８５】
図２９および図３０に示す膜分離器５は、膜分離槽３に設置した後でも、その水平を微調整することができるようにしてある。すなわち、膜分離槽３を側壁３ａと底壁３ｂとによって平面矩形に形成してあるとして、底壁３ｂの内面の仕上げ寸法の精度が悪い場合には、膜分離器５を載置する架台を水平に設置することが困難となる。したがって、架台が傾斜したまま膜分離器５を設置した場合には、散気管１１からの空気を分離膜５ａに均等に当てることが困難になる。そこで、この膜分離器５では上部の支持フレーム１４１の上面に支持枠１８１を固定し、この支持枠１８１の上面に基準枠１８２を複数の調整ボルト１８３によって取り付けてある。支持枠１８１は支持フレーム１４１の縁部に沿った平面矩形の枠体とし、支持枠１８１の一対の対向辺にはボルト１８３を螺合させるネジ孔（図示せず）を設けてある。そして、基準枠１８２の対向辺１８２ａ、１８２ａ同士の間隔は支持枠１８１の対向辺同士の間隔と同等としてあるが、基準枠１８２の残りの対向辺１８２ｂ、１８２ｂは支持枠１８１の残りの対向辺の外側に位置させてある。
【００８６】
一方、膜分離槽３の側壁３ａの上部内面には、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂを案内する一対のガイド溝１８４、１８４を形成してある。これらのガイド溝１８４、１８４の基部の基準面１８４ａ、１８４ａは、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂを支持して膜分離器５を所定の高さに保持するように設けてある。したがって、膜分離器５を膜分離槽３に設置する際には、予め支持枠１８１と基準枠１８２との間に平行な若干の隙間ｄを残すように、全ての調整ボルト１８３を調整しておく。次に、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂを膜分離槽３のガイド溝１８４、１８４に嵌め込んで、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂがガイド溝１８４、１８４の基準面１８４ａ、１８４ａに当接するまで膜分離器５を原水（被処理水）２中に降ろす。そして、膜分離器５の水平を調整する場合には、必要な調整ボルト１８３を工具１８５によって回す。ここでの膜分離器５は、膜分離槽３に浸漬した後に水平を水面上から調整することができるので、膜分離槽３の底面の仕上げ精度が悪い場合でも散気の状況を監視しながらでも膜分離器５の水平を調整することができる。これにより、散気管１１からの散気を分離膜５ａに均一に当てることができ、分離膜５ａのろ過効率を継続的に高く保つことができる。なお、基準枠１８２を膜分離槽３の側壁３ａのガイド溝１８４に嵌め込んだが、しかし、膜分離器５の上部の支持フレーム１４１の上面に支持枠１８１を固定し、この支持枠１８１の上面に基準枠１８２を複数の調整ボルト１８３によって基準枠１８２を取り付け、膜分離槽３内に立てた支柱に、支持枠１８１と基準枠１８２を固定して、調整ボルト１８３で水平を調整することも可能である。
【００８７】
図３１および図３２に示すヘッダ１９１は、複数の膜分離器５を容易に取り付けることができる上に、任意の膜分離器５を容易に取り外すことができるようにしてある。このため、膜分離器５の上面には、処理水４をヘッダ１９１に導くための導水部材１９２を上方に向けて突設してある。この導水部材１９２には流路１９２ａをＴ字状に設けてある。そして、ヘッダ１９１には、弁体１９３と前記導水部材１９２を下方から順次に収容する凹部１９４を設けてある。また、ヘッダ１９１には、水平方向に直線状に延びて導水部材１９２の流路１９２ａと連通可能な第１の流路１９５と、この第１の流路１９５の上方においてそれと平行に延びる第２の流路１９６と、凹部１９４の両側において第１の流路１９５と第２の流路１９６を連通するバイパス１９７を設けてある。そして、弁体１９３は、膜分離器５をヘッダ１９１に取り付けてあるときは第２の流路１９６を閉じ、膜分離器５をヘッダ１９１から取り外した際には自動的に下方に移動して第１の流路１９５を閉じるようにしてある。
【００８８】
したがって、図３１に示すようにヘッダ１９１に全ての膜分離器５を取り付けてあるときには、全ての弁体１９３は上方に位置して第２の流路１９６を閉じ、処理水４は矢印で示すように第１の流路１９５を直線状に流れる。これに対し、ヘッダ１９１から例えば中央の膜分離器５を取り外すと、図３２に示すようにその膜分離器５に対応する位置の弁体１９３が下方に移動し、その膜分離器５に対応する第２の流路１９６を開くと共に第１の流路１９５を閉じる。これにより、矢印で示すように、中央の凹部１９４に向かっている処理水４はその凹部１９４に隣接する一方のバイパス１９７を上方に向かい、第２の流路１９６を水平に流れ、他方のバイパス１９７を下方に向かい、第１の流路１９５に合流する。
【００８９】
このように、従来は補修や清掃のために複数の膜分離器５のうちの１つの膜分離器５を取り出す場合でさえも全ての膜分離器５を解体する必要があったが、このヘッダ１９１を用いれば全ての膜分離器５を解体することなく任意の膜分離器５を短時間で容易に取り外すことができる。また、任意の膜分離器５を取り外した状態で残りの膜分離器５を作動させることができるので、膜ろ過工程を中断することなく継続することができ、処理効率を向上させることができる。さらに、必要な膜分離器５のみを容易に取り外すことができるので、膜分離器５の交換、清掃、保守に要する時間を短縮することができる。
【００９０】
図３３に示す膜分離器５Ａは、上下の支持フレーム１４１、１４２を同様な構造とし、中空糸膜から成る分離膜５ａをＵ字形状に湾曲させて下部の支持フレーム１４２を上部の支持フレーム１４１と同じ高さに配置し、双方の支持フレーム１４１、１４２を処理水移送管７に接続してある。これにより、膜分離器５Ａの高さが低くなるので、前記の膜分離槽３、反応槽３１および消毒槽５１の水深が低い場合にも対応することができる。この場合に、標準の分離膜５ａを用いることができるので、その対応が容易である。また、分離膜５ａがＵ字状になっているので、散気管１１からの散気によって分離膜５ａを揺らすことができ、物理的な洗浄効果を向上させることができる。
【００９１】
図３４に示す膜分離器５Ｂは、中空糸膜から成る分離膜５ａをループ状にして分離膜５ａの両端を上部の支持フレーム１４１に固定し、分離膜５ａの最下部の内面に重り２０１を載置してある。この膜分離器５Ｂの分離膜５ａも上記膜分離器５Ａの分離膜５ａと同様に揺らすことができるが、分離膜５ａの揺れの大きさは重り２０１の重さによって調整することができる。したがって、重り２０１の重さを選択することにより、分離膜５ａを適切に揺らすことができ、物理的な洗浄効果を更に向上させることができる。
【００９２】
図３５に示す膜分離器５Ｃでは、分離膜５ａを構成する中空糸膜の上端を閉じてある。そして、分離膜５ａの下端を下部の支持フレーム１４２に片持ち状に固定し、分離膜５ａの上端は自由端としてある。この支持フレーム１４２には、左右の支柱１４３、１４４を残し、上記処理水移送管７を接続してある。この膜分離器５Ｃでは、散気によって分離膜５ａの上端を揺らすことができるので、物理的な洗浄効果を向上させることができる。なお、左右の支柱１４３、１４４は除いても構わない。
【００９３】
図３６は膜分離器５を鉛直方向に対して角度θだけ傾斜させて設置した場合を示している。この場合には、散気管１１から鉛直方向に上昇した気泡が分離膜５ａに当たった後に、分離膜５ａの下面に沿って上昇し、分離膜５ａに付着した汚泥を全体的に効率良く剥離させる。また、膜分離器５を傾斜させれば水深が浅い膜分離槽３、反応槽３１および消毒槽５１にも対応することができる。したがって、従来のように高さを低くした膜分離器を用意する必要がなく、設備コストの削減が可能となる。
【００９４】
膜分離槽３に担体（キューブ形状、球形状、カプセル形状等）を投入して、原水（被処理水）２を流動させて微生物を保持させ、生物処理能力を向上させることも可能である。この場合に、この担体は、膜分離槽３内を流動して分離膜５ａに衝突することにより、分離膜５ａに付着した膜面付着物を分離膜５ａから剥離させる。したがって、担体は分離膜５ａに衝突した際に分離膜５ａを破損させない硬さとする必要がある。この種の担体としてポリウレタン製のスポンジを使用することができるが、特に限定するものではない。散気により分離膜５ａを洗浄するが、その散気により膜分離槽３内に水流を発生させ、この水流が担体を流動させて分離膜５ａに衝突させ、分離膜７に付着した膜面付着物を分離膜７から剥離させる。担体によって生物処理能力が向上すると共に、膜面付着物を物理的に除去するという大きな効果がある。
【００９５】
例えば、分離膜５ａに平膜を用い、担体は１辺が１２ｍｍの立方体の多孔質ポリウレタンとし、担体の体積と膜分離槽３の容積との比が１０％となるように担体を膜分離槽３内に投入することを一つの条件とし、他の条件は同じで担体を投入した場合としなかった場合を比較すると、膜間差圧の上昇は３割程度低く押さえることができる。また、分離膜５ａに付着した膜面付着物は、担体を投入した場合の方が担体を投入しない場合よりも７割ほど低くすることができる。さらに、浮遊性の汚泥濃度を低い濃度にしても、担体の添加量を増やすことにより、浮遊汚泥濃度が高濃度である場合と同等以上の処理水質を得ることができる上に、沈殿槽を大きくしなくても処理量を増加させることができる。低負荷対策の汚泥保持にも、担体は効果を発揮する。また、担体に微生物が付着することにより、分離膜５ａへの負荷が低減する。さらに、担体の付着汚泥のＳＲＴが長くなることにより、環境ホルモンや色度の除去効果もある。
【００９６】
また、上水処理に本発明の装置を用いた場合、担体を流動させた場合には、担体の衝突による物理的な洗浄効果と、さらに、活性炭を添加した場合には浄化効果、例えば、溶解性物質の除去に効果が得られる上に、担体に生物が付くことによる分離膜５ａへの負荷の低減も期待することができる。そして、分離膜５ａの摩耗に影響しなければ、粒状活性炭でも粉末活性炭でも良い。また、担体に汚泥を保持させることによっても、分離膜５ａに対する低負荷対策効果が得られる。また、ＳＲＴが長くなることによる環境ホルモン除去効果も期待できる。なお、衝突による物理的な洗浄効果は、特に平膜で著しい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】この発明の実施の形態１を示す水処理装置のフロー図である。
【図２】ロータリバルブの模式図である。
【図３】空気切替器を電動シリンダ弁で構成したときの配置図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す水処理装置のフロー図である。
【図５】ロータリバルブの模式図である。
【図６】空気切替器を電動シリンダ弁で構成したときの配置図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示す水処理装置のフロー図である。
【図８】この発明の実施の形態４を示す水処理装置のフロー図である。
【図９】紫外線遮蔽板の斜視図であり、（ａ）は半円筒状の紫外線遮蔽板を示し、（ｂ）は半直方体状の紫外線遮蔽板を示している。
【図１０】この発明の実施の形態５を示す水処理装置の要部構成図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１１】この発明の実施の形態６を示す水処理装置の要部構成図である。
【図１２】その作用説明図である。
【図１３】散気管の第１の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はキャップを外した状態の底面図、（ｃ）はキャップを外した状態の側面図である。
【図１４】散気管の第２の例の縦断面図である。
【図１５】その横断面図である。
【図１６】その作用説明図である。
【図１７】散気管の第３の例の縦断面図である。
【図１８】散気管本体の斜視図である。
【図１９】その作用説明図である。
【図２０】散気管の第４の例の部分縦断面図である。
【図２１】散気管の第５の例の部分縦断面図である。
【図２２】ピストンのその他の形を示す部分縦断面図である。
【図２３】その横断面図である。
【図２４】散気管に空気排出管を接続した状態を示す部分縦断面図である。
【図２５】散気管の配置位置を示す模式図である。
【図２６】下部の支持フレームの平面図である。
【図２７】支持部材を外して示す膜分離器の正面図である。
【図２８】膜分離器の支柱枠から分離膜部を取り外した状態を示す構成図である。
【図２９】膜分離器の水平を調製する装置を説明する平面図である。
【図３０】その部分縦断面図である。
【図３１】複数の膜分離器を着脱可能とするヘッダの部分縦断面図である。
【図３２】その作用説明図である。
【図３３】分離膜をＵ字状に設置することを説明する図である。
【図３４】分離膜をループ状に設置することを説明する図である。
【図３５】分離膜の上端を自由端とすることを説明する図である。
【図３６】膜分離器を傾斜させて設置することを説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 原水導入手段
２ 原水（被処理水）
３ 膜分離槽
４ 処理水
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 膜分離器
５ａ 分離膜
６ 処理水槽
７、１５３ 処理水移送管（処理水吸引管）
１１、７１、８１、９１、１０１、１１１ 散気管
１３ 空気切替器
１６ 送気設備
３１ 反応槽
２１、２７ ロータリバルブ
４１ 光触媒
４２ 紫外線照射器
４３、４３Ａ、４３Ｂ 紫外線遮蔽板
７２ 散気孔
７５ 開放口
１０６ スクリュー羽根
１１３、１２１ ピストン
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水、下水、有機性廃水や生活排水等を膜によって処理する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水や廃水などの処理に活性汚泥を用いる水処理では、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。通常では、重力沈降によって上澄み液を得るが、この場合、活性汚泥を沈降させるためには十分な沈降面積および滞留時間を有する沈殿池が必要であり、水処理装置の大型化と設置容積の増大を生じさせる要因となる。また、活性汚泥の沈降性がバルキング等によって悪化した場合には、沈殿池より汚泥が流出し、処理水の悪化を招くことになる。
【０００３】
近年、上水においては、小規模水道を中心に従来の凝集沈殿や砂ろ過処理の代替として、維持管理性および省スペース化に優れた膜ろ過処理、いわゆる浸漬膜活性汚泥法を用いるケースが増大しつつある。しかしながら、膜ろ過処理を用いて水処理を行う場合には、運転を継続すると、膜供給水として膜ろ過処理に導入される原水中の懸濁物質および有機性物質等に起因して、膜面あるいは細孔内が経時的に汚れて膜ろ過水量が低下し、あるいは膜間差圧が上昇する。通常、膜面あるいは細孔内が汚れた場合には、膜を物理的洗浄法によって定期的に洗浄する。物理的洗浄法には、例えば、膜ろ過水を逆流させる逆圧水洗浄、膜の一次側を水洗するフラッシング、膜の二次側から加圧空気を通す逆圧空気洗浄等の方法がある。そして、洗浄によって生じた懸濁物質を含む水から懸濁物質を除去するためには、凝集沈殿や砂ろ過を行う。
【０００４】
このような膜ろ過処理において固液分離を行うための膜として、一般的に精密ろ過膜や限外ろ過膜が用いられる。そして、これらの分離（ろ過）膜に差圧を与えるためにはポンプによる吸引や加圧が必要とされる。通常、この種のポンプの動力は大きいため、ランニングコストが増大する。また、分離膜によって懸濁物質の全く存在しない清澄な処理水が得られるが、分離膜の汚染を防止するためや所定の透過流束を保つためには、分離膜を定期的に薬洗する必要がある。
【０００５】
さらに、従来の水処理装置として、膜分離槽内に配置したろ過体同士の間に仕切り壁を設け、散気槽から汚泥を導入することにより、仕切り壁の両側のろ過体に対して定期的にろ過および散気を交互に行う処理方法が開示されている。
【０００６】
この種の処理方法では、原水（被処理水）を活性汚泥処理用の生物反応槽に導入し、活性汚泥処理後の汚泥混合液を複数のろ過体からなるろ過モジュール（膜分離器）を浸漬設置するろ過分離槽（膜分離槽）に導入し、水頭圧で該ろ過モジュール（膜分離器）からろ過水を得て、ろ過後の汚泥混合液を生物反応槽に返送する処理法において、該ろ過分離槽（膜分離槽）内ろ過モジュール（膜分離器）間に仕切り壁を設置し、各ろ過モジュール（膜分離器）下部にそれぞれの散気管を設け、ろ過および洗浄時に、仕切り壁を介して隣接する二つの散気管に交互に通気を行うことを特徴としている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
一方、従来の水処理装置には、膜分離槽に流入する流入水を滅菌処理するものもある。この滅菌処理は、膜設備（分離膜）の目詰まりを防止する効果があり、塩素処理やオゾン処理を多く用いている。これらの滅菌処理は、流入水への塩素やオゾンの注入後にも塩素やオゾンの滅菌作用がある程度持続する。また、滅菌処理の手段として、紫外線照射も知られている。
【０００８】
紫外線照射を行う従来の水処理装置では、循環ポンプの上流側と膜モジュール（膜分離器）の原水供給部とに、フィルターを経て流入する原水および循環経路を循環する濃縮循環水に紫外線を照射して滅菌処理を行う紫外線照射装置を設けている。これにより、原水は紫外線照射装置で滅菌処理を施されてから膜モジュール（膜分離器）に流入し、濃縮循環水として循環する際に紫外線照射装置で繰返し滅菌処理が施される（例えば特許文献２参照）。
【０００９】
ところが、この紫外線照射による滅菌処理は、紫外線を照射している部分でのみしか滅菌効果が得られないため、紫外線照射装置が大型化したり、複雑化したりするという問題があった。さらに上水の場合は、最終的に塩素による滅菌処理を行わなければならないので、膜処理装置に流入する流入水の滅菌処理も、塩素注入による滅菌処理が通常行われていた。
【００１０】
その他に、従来の水処理装置では滅菌処理に二酸化チタンが光触媒として使用されている。この二酸化チタンは白色顔料として広く使用されている無毒で安価な物質であるが、光が当たると強い酸化還元力を生じ、有機物を炭酸ガスと水に分解する。近年、この光触媒作用を利用して水中や空気中の有機化学物質を分解・無害化する研究が盛んに行われており、このケースでは表面積の大きなフィルターや多孔質シリカゲルに二酸化チタン被膜を形成させ、水と接触させている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３０５３１３号公報（要約の解決手段）
【特許文献２】特開２００２−１３１９号公報（第２頁右欄第１６−２４行、および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述の浸漬膜活性汚泥法を用いた従来の水処理装置では、浸漬膜（分離膜）の閉塞（ハウリング）を防止するために浸漬膜（分離膜）を空気によって洗浄するようになっているが、通常は浸漬膜（分離膜）の下部から連続して散気している。この分離膜洗浄のための空気量は極めて多く、例えば流入汚水量の３０倍以上となっている。このことは、浸漬膜活性汚泥法の欠点となっていて、この分離膜洗浄用の空気量を減らすことが維持管理費を減らすためにも重要となっている。
【００１３】
また、複数のろ過体（膜分離器）を浸漬してろ過および散気を交互に定期的に行う処理方法では、膜分離槽内のろ過体（膜分離器）の半分が常時ろ過操作を停止するので、有効なろ過水量を得ることができず、ろ過体の有効利用ができないという問題点がある。また、洗浄までの連続ろ過時間が長い場合に、流速の遅い原水（被処理水）が当たるろ過体の表面に汚泥付着層が過度に成長し、汚泥流路の抵抗を増加させ、原水（被処理水）の流れを停滞させることがある。このことは、透過流束の低下を招く要因となる。
【００１４】
また、原水中に含まれる有機物質や微生物は膜面に付着あるいは増殖して膜ろ過抵抗を増大させ、薬品洗浄の頻度を増加させるなど維持管理に支障を来している。この問題に対する従来の解決方法、すなわち原水に凝集剤を注入する方法は、凝集が不十分である場合に凝集剤そのものが膜面および膜内部に付着し、膜ろ過抵抗を著しく増加させる恐れがある。また、塩素剤を用いる方法は、流入水中に鉄やマンガンが含まれる場合にこれらが膜面に析出し、その膜面を目詰まりさせて膜ろ過抵抗を著しく上昇させるため、好ましくない。また、分離膜の材質によっては、塩素やオゾンのような酸化剤が分離膜を傷める恐れがある。さらに、塩素を使用すると、一部の原水では有害な有機塩素化合物を生成させる恐れもある。
【００１５】
そして、光触媒作用を利用して滅菌処理を行う場合には、光触媒作用が表面作用であるため、例えば二酸化チタンは比表面積の大きな微粉末を用いることが最も効率が良く、好ましい。しかし、微粉末による処理では、処理後の二酸化チタン粉末を水から分離するのが困難となる。そこで、これまでは二酸化チタン粉末が水から容易に分離するように、板状フィルターや多孔質シリカゲル粒子に二酸化チタン薄膜を形成して用いている。しかし、このようにして大きな表面積を得るためにフィルターやシリカゲル粒子を多数配置、充填すると、二酸化チタン薄膜への光の照射が阻害される。したがって、滅菌処理効率を上げるために水の接触と光の照射を両立させることは極めて困難となる。
【００１６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、散気管から間欠的に散気することにより、空気量を大幅に削減して維持管理費を削減すると共に、原水（被処理水）に乱流を発生させて膜分離器を効果的に洗浄することができる水処理装置を得るものである。また、第２の目的は、分離膜に悪影響を及ぼすことなく、分離膜の目詰まりを効果的に抑制することができ、膜分離槽内の膜分離器を有効に使用し、かつ高い透過流束が得られ、小型化および設備費や処理費の低コスト化を図ることができる水処理装置を得るものである。さらに、第３の目的は、微生物を殺菌することによって分離膜の目詰まりを効果的に抑制し、有機物を含む水を効率良く分解し、原水（被処理水）中に含有する難分解性有機物を処理することができる水処理装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る水処理装置においては、原水導入手段と、複数の膜分離器および複数の散気管を備える膜分離槽と、前記散気管へ送気する送気設備と、前記膜分離器に接続し、処理水を移送する処理水移送管とからなる水処理装置において、前記送気設備は空気切替器を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、２つの散気管に空気切替器によって空気を交互に供給する場合に、膜分離器を洗浄するための空気量を従来の１／２にすることができる。また、３つの散気管に空気を順次に供給する場合に、その空気量を従来の１／３にすることができる。したがって、維持管理費を大幅に低減することができる。また、逆圧水洗浄や薬液浸漬洗浄などを行わなくても、高い膜透過流束で長期間の安定した運転が可能となる。
【００１９】
この発明は、散気管の先端部分の下部に大きな開放口を設け、その部分を逆Ｕ字状にすることにより、散気管の目詰まりを防止することができる。すなわち、散気管の内部に汚泥が付着してもその汚泥を自然に流出させて、散気管全体の空気バランスを確保することができる。したがって、散気管を洗浄するための水洗浄設備が不要となり、弁の故障によりブロワへ水が流れ込む恐れがなくなると共に、散気管を引き上げて洗浄する手間が不要となる。また、散気の偏りを起こす要因がなくなるので、膜処理自体が安定する。さらに、１台の膜分離器に設置する通常の大きさの散気管を分割、例えば３分割することにより、動力を変化させることなく空気の大きな偏りが生じることを防止することができる。
【００２０】
この発明は、回転可能な外胴に散気孔を設け、内胴からの散気が部分的に集中して分離膜に当たるようにすることにより、分離膜の目詰まりを防止することができる。また、散気が当たるように外胴に羽根を設けることにより、新たなエネルギーを必要とすることなく外胴を散気によって回転させることができる。また、散気管の形状を三角柱とし、この三角柱の稜線の一部に散気孔を設けることにより、散気を勢いよく分離膜に当てることができる。さらに、三角柱の各面に凹みを設けることにより、特別な動力源を設けることなく散気管を回転させることができる。そして、三角柱の凹みに溜まった空気を分離膜に勢いよく当てることにより、散気管の目詰まりを効果的に防止することができる。
【００２１】
この発明は、散気管の内部にスクリューを設け、空気を部分的に勢いよく排出して分離膜に当てることにより、分離膜の目詰まりを防止することができる。また、散気管の内部にピストンを設け、このピストンを運動させて散気管の散気孔の一部を塞ぐことにより、残りの散気孔から空気を勢いよく噴出させて分離膜に当てることが可能となり、分離膜の目詰まりを防止することができる。すなわち、散気管に接続した空気圧アクチュエータと、このアクチュエータに圧縮空気を送るコンプレッサーと、その圧縮空気を振り分ける３方弁とを連動させることにより、散気管内のピストンを作動させることができる。
【００２２】
この発明は、散気管を分離膜内に配置することにより、分離膜内部に汚泥が堆積するのを防止できる。また、散気管を膜分離槽の底面に設置固定することにより、散気管の水平を確保して散気を分離膜に均一に当てることができる。
【００２３】
この発明は、散気管に水面の上方まで延びる配管を接続し、この配管に水面の上方において開閉弁を配設し、この開閉弁を通常は閉めて置き、散気の状態に基づいて開くようにすれば、散気管内に原水（被処理水）を吸い込むことによって散気管に付着した汚泥を剥離させることができ、散気管の目詰まりを防止することができる。
【００２４】
この発明は、膜分離器を膜分離槽に浸漬した後でも、膜分離器の水平を確保して散気管からの散気を膜分離器に均等に当てることができる。すなわち、従来では膜分離槽の底面の仕上げ寸法の精度が悪い場合に、架台を水平に設置することが困難となり、架台を傾けたまま膜分離器を設置しなければならず、散気を均等に行うことが困難であった。しかし、浸漬した膜分離器の傾きを水面上において調整して膜分離器の水平を確保することができるようにすれば、膜分離槽の底面の仕上げ精度が不要となり、膜分離器を設置した後でも散気の状況を監視しながら膜分離器の傾きを調整することにより、膜ろ過効率を継続的に高く保つことができる。
【００２５】
この発明は、膜分離槽内の光触媒として用いた二酸化チタンが粉末であり、その反応表面積が粒状に比べ大きく、高濃度に維持できるため、処理効果を向上させて安定させることができ、高濃度の難分解性物質の処理が可能となる。また、紫外線照射器を用いるため、太陽光を必要とせず、暗所や夜間でも水処理が可能となる。そして、光触媒として用いた二酸化チタンは粉末となって膜分離槽内を常に流動するため、紫外線を均一かつ効果的に当てることができる。
【００２６】
この発明は、膜分離槽に紫外線遮蔽板を配置することによって膜分離槽を例えば二分割し、一方に膜分離器を浸漬し、他方に紫外線照射器を浸漬することにより、紫外線が膜分離器に直接当たることを防止することができる。また、エアリフト効果によって膜分離槽の存在する側から紫外線照射器が存在する側に循環流が生じるので、従来の循環ポンプが不要となり、維持管理費や設備費を削減することができる。
【００２７】
この発明は、膜分離槽に担体を投入して、原水（被処理水）を流動させて微生物を保持させ、生物処理能力を向上させる。同時にこの担体は、膜分離槽内を流動して分離膜に衝突することにより、分離膜に付着した膜面付着物を分離膜から剥離させるものともしてある。さらに、浮遊性の汚泥濃度を低い濃度にしても、担体の添加量を増やすことにより、浮遊汚泥濃度が高濃度である場合と同等以上の処理水質を得ることができる。低負荷対策の汚泥保持にも、担体は効果を発揮する。また、担体に微生物が付着することにより分離膜への負荷が低減できる。さらに、担体の付着汚泥のＳＲＴが長くなることにより環境ホルモンや色度の除去効果もある。また、上水処理に用い、担体を流動させた場合には、担体の衝突による物理的な洗浄効果と、さらに、活性炭を添加した場合には浄化効果が得られる上に、担体に生物が付くことによる分離膜への負荷の低減も期待することができる。また、ＳＲＴが長くなることによる環境ホルモン除去効果も期待できる。
【００２８】
このように、この発明は、空気切替器を備えることによって複数の散気管から膜分離器に対して交互に散気することにより、必要空気量を低減することができて、維持管理費を削減することができる。また、逆圧水洗浄や薬液浸漬洗浄などを行わなくても、高い膜透過流束で長期間の安定した運転が可能となる。さらに、散気管の構造や設置位置を工夫して効率良く散気することにより、原水（被処理水）を効率的に処理することができる。そして、光触媒と紫外線を用いることにより、分離膜の目詰まりを抑制することができ、難分解物質の処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における水処理装置を示すフロー図である。この実施の形態１の水処理装置では、原水導入手段１から導入した上水、下水、有機性廃水、生活排水等の原水（被処理水）２を処理する膜分離槽３を備え、この膜分離槽３は原水（被処理水）２の生物処理を可能としてある。膜分離槽３には原水（被処理水）２を分離膜５ａによって汚泥と処理水４に固液分離する２台の浸漬型の膜分離器５を設置してある。膜分離槽３の下流には、膜分離器５で処理した処理水４を貯留する処理水槽６を設けてある。２台の膜分離器５は、それらに接続した分岐部７ａ、７ｂを有する処理水移送管７を介して処理水槽６に接続し、処理水移送管７には処理水ポンプ８と流量計９を配設してある。そして、処理水槽６内の処理水４を逆流させるため、処理水槽６の低部と処理水移送管７を処理水吸引管１０によって接続してある。なお、処理水移送管７の端部を処理水槽６内の処理水４の水面下に配置すれば、処理水吸引管１０を設ける必要はない。
【００３０】
この実施の形態１における水処理装置では、膜分離器５の分離膜５ａとして中空糸膜を使用してある。また、処理水ポンプ８には自吸式ポンプを使用してある。処理水ポンプ８には三方弁を用いて逆洗ポンプとしての機能を兼ねさせることができるが、モーノポンプやロータリー機構を有する容積型ポンプを用いるのが好ましい。そして、流量計９には、電磁式流量計または羽根車式流量計を用いることができる。
【００３１】
この実施の形態１における水処理装置では、膜分離槽３内において膜分離器５の下方に２台の散気管１１を２台の膜分離器５にそれぞれ対応するように配置してある。２台の散気管１１は配管１２Ａ、１２Ｂを介してそれぞれ空気切替器１３に接続し、この空気切替器１３は空気供給管１４を介してブロワ１５に接続し、これらの配管１２Ａ、１２Ｂ、空気切替器１３、空気供給管１４およびブロワ１５によって送気設備１６を構成してある。そして、処理水ポンプ８、流量計９、空気切替器１３およびブロワ１５は図示しない制御回路に電気的に接続してある。
【００３２】
空気切替器１３は、例えば図２に示すようなロータリバルブ２１とするのが好ましい。このロータリバルブ２１は配管１２Ａ、１２Ｂと空気供給管１４とを接続した弁体収容部２２と、この弁体収容部２２に回転可能に収容した弁体２３と、この弁体２３を回転駆動するステッピングモータなどの駆動装置（図示せず）から構成することができる。ロータリバルブ２１の弁体収容部２２や弁体２３は、球状または円筒状とすることができる。なお、図２では説明を容易にするため、空気供給管１４を紙面と直交する方向に向けてある。
【００３３】
この空気切替器１３を用いることにより、弁体２３がどのような回転位相にあっても、ブロワ１５等からの空気の供給が、少なくとも１つの配管１２Ａか配管１２Ｂに連通していることにより、ブロワ１５への過負荷を防ぐことができる。さらに、弁体２３の大きさを調整することで、配管１２Ａ、１２Ｂの先に接続されている散気管１１の一方のみに送気する時間と、散気管１１の両方に送気する時間の割合を変化させることができる。そのことで、分離膜５ａへの散気の強さを１台のブロワ１５で調整可能となる。
【００３４】
なお、空気切替器１３にロータリバルブ２１を用いるのが最も好ましいが、ロータリバルブ２１は図３に示すような２つの電動シリンダ弁２６Ａ、２６Ｂや、図示しない空気動作弁、電磁弁などと代替することができる。
【００３５】
空気切替器１３の切替タイミングは、空気が一方の散気管１１または他方の散気管１１から間欠的、例えば２〜６０秒毎に（２〜６０秒サイクルで）散気するようにしてあるが、５〜２０秒が推奨される。例えば、５秒毎とは、最初の５秒間において一方の散気管１１から散気し、その間に他方の散気管１１からは散気していない状態と、次の５秒間において一方の散気管１１から散気することを停止し、他方の散気管１１から散気する状態とを繰り返すことを云う。２０秒や６０秒の場合も同様の繰返し動作となる。しかし、原水（被処理水）２の水質や膜分離器５の汚れ状態などに応じ、適当な時間間隔で散気するように制御することも可能である。なお、弁体２３の構造によっては、切替時に両方の散気管１１に通気されることもある。
【００３６】
この実施の形態１における水処理装置の通常運転では、処理水ポンプ８の作動によって膜分離器５の分離膜５ａ内に負圧が発生し、原水（被処理水）２が分離膜５ａを透過して処理水４となる。この処理水４は処理水移送管７を通って処理水槽６に流入する。この間に、散気管１１から空気が原水（被処理水）２の中に気泡となって噴出し、その気泡によって原水（被処理水）２に乱流が発生し、その水流が膜分離器５の分離膜５ａの外表面に衝突し、分離膜５ａに付着した汚泥を水流の剪断力によって剥離させる。さらに、散気管１１から間欠的に交互に散気することで、分離膜５ａに付着した汚泥を剥離させる効果が強くなる。また、逆洗運転では処理水ポンプ８が逆回転し、処理水槽６内の処理水４が処理水吸引管１０と処理水移送管７を通って膜分離器５に逆流する。これにより、膜分離器５の分離膜５ａの内部から外部に処理水４が透過し、分離膜５ａの外表面に付着した汚泥を剥離させる。
【００３７】
このように、この実施の形態１による水処理装置では、空気切替器１３を用いて２台の散気管１１から間欠的に散気することにより、２台の膜分離器５を洗浄する際の空気量を従来の２分の１程度と大幅に削減することができ、これにより維持管理費を削減することができる。また、ブロワ１５は膜分離器５を洗浄するための空気の提供と、原水（被処理水）２を生物処理するための空気の提供を兼ねているので、省エネルギーに貢献することができる。さらに、２台の散気管１１から間欠的に散気することにより、膜分離槽３内の原水（被処理水）２に乱流を発生させることができ、それぞれの膜分離器５を効果的に洗浄することができる。すなわち、この実施の形態１では膜分離器５の分離膜５ａに中空糸膜を用いたので、中空糸膜間の原水（被処理水）２の入れ替わりを促進することができ、分離膜５ａの外表面に汚泥濃縮が生じないようにすることができる。
【００３８】
例えば、散気管１１への切り替えを５秒の間隔で行うと、通常では空気切替器１３を１年間で１００万回以上動作させることとなり、普通使われている開閉バルブでは１年間交換しないで作動させることが不可能である。しかし、この実施の形態１における水処理装置では空気切替器１３にロータリバルブ２１を用いたので、日量９０ｍ３の処理に、従来は散気管１１から噴出させて膜分離器５を洗浄するために用いる空気量の合計を２台で８０ｍ３／ｈ必要であったが、その空気量を２台で３０ｍ３／ｈ程度に約６０％低減させることができ、省エネルギーに貢献することができ、維持管理費を削減することができる。
【００３９】
なお、この実施の形態１における水処理装置では、膜分離器５の分離膜５ａに中空糸膜を用いたが、平膜を用いることもできる。また、横型の中空糸膜など複数の散気設備を用いる場合でも、同様な空気切替器１３を用いることができる。さらに、２台の散気管１１から間欠的に散気するので、散気していない散気管１１に原水（被処理水）２が流入するが、このことは散気管１１に汚泥が詰まるのを防止することに役立つ。また、２台の膜分離器５に対して２台の散気管１１を配置したが、膜分離器５が複数の分離膜５ａから成る場合には、散気管１１を分割してその分割した部分から間欠的に散気するように構成することも可能である。この場合にも、同様な効果が得られる。
【００４０】
実施の形態２．
図４は、この発明を実施するための実施の形態２における水処理装置を示すフロー図であり、図１と同じ部分には同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態２における水処理装置では、原水（被処理水）２を貯留した膜分離槽３に３台の膜分離器５を設置してある。そして、この実施の形態２の水処理装置では、膜分離器５の分離膜５ａとして平膜を使用してある。したがって、膜分離器５は、それらに接続した分岐部７ａ、７ｂ、７ｃを有する処理水移送管７を介して処理水槽６に接続してある。
【００４１】
また、この実施の形態２における水処理装置では、膜分離槽３内において３台の膜分離器５の下方に３台の散気管１１を配置してある。これらの３台の散気管１１は配管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを介して１つの空気切替器１３に接続し、この空気切替器１３は空気供給管１４を介してブロワ１５に接続してある。そして、制御回路には、ブロワ１５からの空気が３台の散気管１１のうちのいずれか１つから交互に噴出する量を制御するように空気切替器１３を制御する機能を与えてある。
【００４２】
この実施の形態２における空気切替器１３には、例えば図５に示すようなロータリバルブ２７を使用するのが好ましい。このロータリバルブ２７は配管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと空気供給管１４とを接続した弁体収容部２８と、この弁体収容部２８に回転可能に収容した弁体２９と、この弁体２９を回転駆動するための駆動装置から構成することができる。しかし、このロータリバルブ２７も図６に示すような３つの電動シリンダ弁３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃや、図示しない空気動作弁、電磁弁などと代替することができる。ロータリバルブ２７の形状は配管１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにそれぞれ滑らかに散気が切り替わる構造ならよい。
【００４３】
この実施の形態２における空気切替器１３の切替タイミングは、３台の散気管１１から間欠的、例えば２〜６０秒毎など散気の必要量により、例えば、ロータリバルブ２７の場合は回転数を制御するようにしてある。例えば、５秒切り替えとは、最初の５秒間において１台の散気管１１から散気している間は、残りの２台の散気管１１から散気していない状態と、次の５秒間において残りの２台のうちの１台の散気管１１から散気して、残りの２台の散気管１１からは散気していない状態と、さらに次の５秒間において散気していなかった残りの１台の散気管１１から散気して、残りの２台の散気管１１からは散気していない状態とを繰り返すことを云う。この実施の形態２の場合にも、原水（被処理水）２の水質や膜分離器５の汚れ状態などによりその他の時間間隔で運転することが可能である。
【００４４】
この実施の形態２では、空気切替器１３を用いることにより、３台の散気管１１から間欠的に散気することにより、３台の膜分離器５を設置した場合に、それらを洗浄する際の空気量を従来の３分の１程度と大幅に削減することができ、維持管理費を削減することができる。また、３台の散気管１１から間欠的に散気することにより、膜分離槽３内の原水（被処理水）２に乱流を発生させることができ、それぞれの膜分離器５の分離膜５ａを効果的に洗浄することができる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態２では膜分離器５の分離膜５ａに平膜を用いたが、平膜の代りに中空糸膜を用いた場合にも、中空糸膜３台の間の原水（被処理水）２の入れ替わりを促進することができ、分離膜５ａの外表面に汚泥濃縮が生じないようにすることができる。また、３台の膜分離器５に対して３台の散気管１１を配置したが、膜分離器５が複数の分離膜５ａから成る場合には、散気管１１を分割してその分割した部分から間欠的に散気するように構成することも可能である。この場合にも、同様な効果が得られる。
【００４６】
実施の形態３．
図７は、この発明を実施するための実施の形態３における水処理装置のフロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態３の水処理装置では、原水（被処理水）２を貯留する反応槽３１を設け、この反応槽３１を仕切り壁３２によって無酸素槽３３と膜分離槽（好気槽）３４に仕切ってある。無酸素槽３３には攪拌機３５を設け、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）や窒素を除去するための槽としてある。膜分離槽（好気槽）３４には実施の形態１と同様な２台の膜分離器５を設置してある。仕切り壁３２の下部に開口３２ａを設け、仕切り壁３２の上部には図示しない越流堰を設けてある。そして、処理水移送管７の分岐部７ａ、７ｂに新たな配管７ｃ、７ｄの一端を接続すると共に、他端を膜分離器５の下部に接続し、処理水４を膜分離器５の上下の２箇所から得るようにしてある。なお、空気切替器１３には実施の形態１と同様なロータリバルブ２１や２つの電動シリンダ弁２６Ａ、２６Ｂを用いることができる。
【００４７】
この実施の形態３における水処理装置では、微細目のスクリーン３６を原水導入手段１に配設し、夾雑物が反応槽３１に入るのを防止して膜分離器５の分離膜５ａが夾雑物による目詰まりしないようにしてある。また、この水処理装置には、リンを除去するための凝集剤を膜分離槽（好気槽）３４に添加するための凝集剤添加設備３７と、逆洗時に処理水移送管７を流れる処理水４に薬液を添加するための薬液添加設備３８と、膜分離器５の分離膜５ａのろ過圧力すなわち膜差圧をそれぞれ検知するための圧力計３９Ａ、３９Ｂを設けてある。これらの圧力計３９Ａ、３９Ｂは処理水移送管７にそれぞれ設けてある。スクリーン３６の目幅は、上水や下水などの用途に応じて１ｍｍ、０．８ｍｍ、０．５ｍｍ、あるいはそれ以下のものを選択することができる。このスクリーン３６はオートストレーナーに代えることができる。
【００４８】
薬液添加設備３８は、次亜塩素酸ナトリウムなどの消毒用の薬液を自然流下させるような構成とし、図示はしないが薬液を収容する薬液タンクと、この薬液タンク内の薬液を処理水移送管７に移流させる移流管と、この移流管に配設した開閉弁から構成し、薬液を圧送するための耐薬液性の薬液ポンプは必要としていない。薬液添加設備３８は薬液を膜分離槽３４に流下するように構成することができる。薬液添加設備３８の開閉弁は電磁弁とし、この電磁弁を制御回路に電気的に接続してある。なお、開閉弁は手動としてもよい。制御回路は、薬液タンク内の薬液の液位と反応槽３１内の原水（被処理水）２の水位との差、移流管や処理水移送管７の口径や長さ、圧力計３９Ａ、３９Ｂの検出値などを考慮して開閉弁の開閉時間、すなわち薬液タンクから流出する薬液の量を自動制御するように構成してある。
なお、薬液を自然流下によって注入しない場合には、薬液を処理水移送管７に薬液ポンプで注入することができることは云うまでもない。
【００４９】
この実施の形態３における水処理装置の通常運転においては、散気管１１からの散気によって膜分離槽３４内の原水（被処理水）２の水位が上昇し、その原水（被処理水）２が仕切り壁３２を越流して無酸素槽３３に流入するエアリフト効果により、無酸素槽３３では原水（被処理水）２が下降流となって仕切り壁３２の下方の開口３２ａを通って膜分離槽３４に還流し、原水（被処理水）２の循環流が発生する。このようにして原水（被処理水）２を処理していると、時間の経過と共に膜分離器５の分離膜５ａの表面や裏面に汚泥が付着し続け、圧力計３９Ａ、３９Ｂの圧力値が次第に高くなるが、しかし、散気管１１からの交互の散気によって原水（被処理水）２に乱流が発生し、その水流のせん断力が分離膜５ａの表面に付着した汚泥を剥離させることで、膜差圧が上昇するのを遅くすることができる。
【００５０】
しかし、交互の散気によって生じた乱流によっても分離膜５ａの表面に徐々に汚泥が蓄積する。したがって、圧力計３９Ａ、３９Ｂの圧力値が所定値を超えた場合に、逆洗運転を開始する。そして、その後には通常運転と逆洗運転を繰り返し、それでも圧力値が回復しない場合に、薬液添加設備３８の開閉弁を開き、薬液注入洗浄を自動的に行う。
【００５１】
膜分離器５を逆洗浄する際には、散気管１１から散気しながら、逆送可能な処理水ポンプ８を用いた場合には、処理水ポンプ８を逆回転させ、処理水槽６内の処理水４を膜分離器５に逆送する。通常は、処理水ポンプ８の吐出量を１．５Ｑに維持しながら逆洗を１０分に１回程度行う。しかし、２台の処理水ポンプ８を作動させ、吐出量を３Ｑとして逆洗を３０分に１回とすることができる。そして、上水の場合には、薬液添加設備３８から薬液を注入しながら１０分に１回程度行うのが好ましい。このように、処理水４によって逆洗することにより、汚泥が膜分離器５の分離膜５ａに付着することによる空気の偏りを防止することができる。下水などの場合には、薬液を注入した処理水４での逆洗を１週間に１回程度行う。逆洗の度に処理水４の１リットルに対して数百ｍｇ／Ｌの薬液を間欠的に注入する。しかし、薬液は膜分離器５の汚れの度合いに応じて連続的に注入することができる。
【００５２】
なお、膜分離器５を引き上げて洗浄する引上げ洗浄は、膜分離器５の分離膜５ａの膜圧差が増加した場合、処理水ポンプ８の吸引圧が所定値に達した場合、圧力計３９Ａ、３９Ｂが所定値になった場合などに行うが、通常は１年に１〜２回程度行う。いずれの場合にも、最初に処理水ポンプ８の作動を停止し、膜分離器５を原水（被処理水）２の中から引き上げ、反応槽３１とは別に設けた浸漬槽内の薬液に３〜４時間浸漬する。薬液には濃度が１０００〜２０００ｍｇ／Ｌ程度の次亜塩素酸ナトリウムを用いる。この引上げ洗浄は、タイマーを用いて一定周期で自動的に行うか、圧力計３９Ａ、３９Ｂの指示値に基づいて行うのが好ましい。
【００５３】
このように、この実施の形態３における水処理装置では、散気管１１に交互に散気するだけでなく、圧力計３９Ａ、３９Ｂの設定値と連動させて、最適の洗浄を行うことで、膜分離器５のろ過圧力を自動的に下げることができ、膜分離器５を引き上げて洗浄する作業を減らすことができる。また、処理水ポンプ８によって処理水４を膜分離器５の分離膜５ａの内部から外部に押し出すので、分離膜５ａの表面の汚れを落とすことができるばかりでなく、分離膜５ａの内部の汚れも外部に押し出すことができる。さらに、処理水４を分離膜５ａの内部から外部に押し出すので、散気管１１からの散気が分離膜５ａに当たっても当たらなくても、分離膜５ａ全体を確実に洗浄することができる。そして、薬液添加設備３８から薬液を処理水４に注入するので、処理水４だけでは除去しにくいスケール状の汚れも溶かすことができ、分離膜５ａの内外をきれいにすることができる。また、分離膜５ａの汚れに応じて自動的に洗浄するので、洗浄の頻度が効率的になると共に、維持管理が容易となる。そして、膜分離器５を引き上げる作業も少なくなる。なお、薬液を注入してからその状態を数分間維持すれば、薬液の効果が更に向上するので、薬液の注入頻度を選択した保守洗浄が可能となる。
【００５４】
その上に、従来は活性汚泥などを用いた生物処理に膜分離器５を用いた場合に、薬液洗浄の際に活性汚泥に悪影響を及ぼさないように薬液タンクに低濃度の薬液を収容したため、薬液タンクが大型化し、かつ薬液タンクに所定濃度で所定量の薬液を収容する必要があるので、維持管理が煩雑であったが、この実施の形態３における水処理装置では、次亜塩素酸ナトリウム、塩素などの薬液を自然流下させるような構成としたので、従来の逆洗用ポンプを不要とすること、薬液タンクを小さくすること、耐薬液性の薬液ポンプを省くこと、および薬液を所定濃度に調整する手間を省くことが可能となり、設置スペース、設備コスト、運転コストなどを低減することができる。そして、薬液を水位差に基づいて自然流下させるようにしたので、膜分離槽（好気槽）３４に逆流する薬液の量が減少し、かつ、分離膜５ａに付着した汚泥の回収率も向上する。また、開閉弁を自動制御するようにしたので、維持管理が容易になる。
【００５５】
なお、活性汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が高い、例えば１００００ｐｐｍ程度である場合には、膜分離器５の分離膜５ａが目詰まり易いので、活性汚泥濃度は５０００〜６０００ｐｐｍに維持するのが好ましい。この際に、活性汚泥濃度の調整は、反応槽３１内の原水（被処理水）２を引き抜くことができるように反応槽３１に設けた図示しない引抜バルブによって行うことができる。また、処理水槽６から処理水４を取り入れ、それにオゾンを追加してオゾン処理水を用意し、逆洗時にそのオゾン処理水を膜分離器５に流すようにすれば、汚泥の減容に効果がある。そして、降雨などで原水（被処理水）２の量が大きく変化することに備え、処理水ポンプ８を２台設け、それらを同時に可動させて吸引力を２倍にするように構成することができる。
【００５６】
また、図示はしないが、反応槽３１の無酸素槽３３にドラフトチューブを設け、原水や返送汚泥をドラフトチューブに導入することによって、反応槽３１内の無酸素槽３３と膜分離槽（好気槽）３４に循環流を発生させることができ、反応槽３１内のデッドスペースをなくすことが可能となる。この場合に、ドラフトチューブ内に攪拌羽根を設ければ、循環流を効率的に発生させることができる。また、ドラフトチューブの吐出側を先細り形状にすれば、流下速度を上昇させて攪拌効率を向上させることができる。さらに、ドラフトチューブをフロートによって上下するように構成すれば、水位に対応した循環流を発生させることができる。また、ドラフトチューブの外部に羽根を設けることにより、ドラフトチューブを循環流によって回転させることが可能となり、攪拌効率を更に向上させることができる。そして、ドラフトチューブに導水管を設け、デッドスペースが発生し易い位置に循環流を当てるようにても、処理効率を向上させることができる。
【実施例１】
【００５７】
実施の形態３における水処理装置の運転条件は、膜分離器５の分離膜５ａの孔径を０．１μｍ、分離膜５ａの面積を４６ｍ２、凝集剤添加設備３７の、リン除去のための添加物をアルミニウム系凝集剤とし、膜分離槽（好気槽）３４の汚泥濃度の平均を１００００ｍｇ／Ｌ、膜ろ過流束の平均を０．７ｍ３／ｍ２・ｄとした。そして、ブロワ１５からの空気量を３０ｍ３／ｈとして、２台の散気管１１から２台の膜分離器５に対して１０秒毎に交互に間欠散気を行った。さらに、吸引ろ過を９分間行った後に、その吸引ろ過を１分間停止し、散気洗浄のみを行った。この結果、２台の膜分離器５にそれぞれ連続的に供給する連続散気と比較して、この実施の形態３における水処理装置では洗浄用の空気量を６０％削減することができた。また、逆圧洗浄や薬液浸漬洗浄を行わなくても、日平均膜ろ過流束を０．７５〜０．８５ｍ３／ｍ２・ｄと高く保つことができ、かつ膜差圧を２０ｋＰａ以下として長期間安定して運転することができた。また、分離膜５ａの洗浄運転として、９分引いて１分は引かないで、３０秒／１０分逆圧洗浄する運転も行った。なお、逆圧洗浄のための電磁弁切替時間は（１５＋１５）秒／１０分である。やはりこの洗浄運転でも長期間安定して水処理を行うことができた。
【００５８】
実施の形態４．
図８は、この発明を実施するための実施の形態４における水処理装置を示すフロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態４における水処理装置は実施の形態１における水処理装置を基本とし、膜分離器５の分離膜５ａには中空糸膜を用いてある。しかし、この実施の形態４における水処理装置では、膜分離槽３に粉末状の二酸化チタンから成る光触媒４１を遊動可能に添加してある。また、膜分離槽３には、光触媒４１に紫外線を照射する紫外線ランプなどの紫外線照射器４２と、この紫外線照射器４２からの紫外線が膜分離器５の分離膜５ａに直接当たってそれらが劣化しないようにする平板状の紫外線遮蔽板４３を設けてある。
【００５９】
この実施の形態４では膜分離槽３に紫外線遮蔽板４３を設けたので、散気管１１から散気して膜分離器５を洗浄する際にエアリフト効果が発生し、紫外線遮蔽板４３を間にした膜分離器５側で原水（被処理水）２の水位が高くなり、紫外線照射器４２側の原水（被処理水）２の水位との間に水位差が生じ、この水位差によって原水（被処理水）２の循環流が発生する。このため、光触媒４１に紫外線が良好に当たり、微生物を殺菌することによって分離膜５ａの目詰まりを効果的に抑制し、有機物を含む原水（被処理水）２を効果的に分解し、原水（被処理水）２中に含有する難分解性有機物をも処理することができる。また、原水（被処理水）２をエアリフト効果によって循環させることができるので、循環ポンプが不要となり、設置費や維持管理費が低減する。その上に、実施の形態１と同様な効果が得られる。
【００６０】
すなわち、膜分離槽３内に２台の膜分離器５を設置し、かつ空気切替器１３を用いて散気管１１から間欠的に散気するので、膜分離器５の分離膜５ａを洗浄する際の空気量を大幅に削減することができ、維持管理費を削減することができる。また、散気管１１から間欠的に散気することにより、膜分離槽３内の原水（被処理水）２に乱流を発生させることができるので、中空糸膜間の原水（被処理水）２の入れ替わりを促進することができ、膜分離器５の分離膜５ａを効果的に洗浄することができる。また、散気管１１から間欠的に散気した際に、分離膜５ａに付着した光触媒４１が分離膜５ａから剥離し、再び有効に光触媒４１として働くようになる。さらに、光触媒４１と紫外線照射器４２を用いたことにより、有機物の分解や殺菌の効果から分離膜５ａの目詰まりを抑制することができる上に、農薬（例えばＭＥＰ、イプコナゾール）、染料（例えば橙色２０５号、緑色２０１号）、環境ホルモン（例えばオクチルフェノール）などの難分解性物質の処理が可能となる。
【００６１】
なお、この実施の形態４における水処理装置では、光触媒４１として二酸化チタンを用いたが、その代りに酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、または酸化タングステンを用いることができる。また、紫外線遮蔽板４３の設置位置は、紫外線照射器４２寄りでも膜分離器５寄りでも構わない。また、２台の膜分離器５に更なる膜分離器５を追加した場合でも、ブロワ１５からの空気供給管１４に空気切替器１３を配置し、空気を間欠的に噴出させることにより、同様な効果を得ることができる。そして、平板状の紫外線遮蔽板４３を用いたが、図９（ａ）に示すような半円筒状の紫外線遮蔽板４３Ａ、または図９（ｂ）に示すような半直方体状の紫外線遮蔽板４３Ｂを用いることができる。これらの紫外線遮蔽板４３Ａまたは紫外線遮蔽板４３Ｂを用いた場合には、紫外線照射器４２の近傍に攪拌流が生じるので、平板状の紫外線遮蔽板４３を用いた場合と同様に処理効率が向上する。
【００６２】
実施の形態５．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態５における水処理装置のフロー図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この水処理装置は上述の実施の形態３における水処理装置を基本とし、処理水槽６の後段に消毒槽５１を設置してある。そして、この消毒槽５１には、膜分離槽３から引き上げた膜分離器５を洗浄する役目も兼ねさせてある。この消毒槽５１の有効水深は膜分離器５を完全に浸漬させ得る深さ、例えば２．２ｍとしてある。消毒槽５１の一方の側壁５１ａには、処理水槽６から処理水４を流入させる流入口５２を形成してある。消毒槽５１の他方の側壁５１ｂには、消毒後の処理水４を河川、中水貯留槽などに越流させる越流堰５３を形成してある。消毒槽５１の底壁５１ｃの一隅には、消毒槽５１内の膜分離器５を洗浄した排水を迅速に排出するための釜場５４を一段と低く形成してある。そして、消毒槽５１の内部には、消毒槽５１内を前段（上流）と後段（下流）に仕切るための壁板５５を取外し可能に設置してある。
【００６３】
通常の消毒工程では、消毒槽５１に壁板５５を取り付け、壁板５５の下端部５５ａと消毒槽５１の底壁５１ｃとの間に隙間５６を残す。これにより、処理水槽６から流入した処理水４は壁板５５の前段で下降流となり、壁板５５の下方の隙間５６を通り、壁板５５の後段では上昇流となる。したがって、処理水４の流路が長くなり、処理水４と消毒剤が良好に混合する。一方、膜分離槽３から引き上げた膜分離器５を洗浄する際には、壁板５５を消毒槽５１から取り外す。そして、消毒槽５１の釜場５４に排水ポンプ（図示せず）を仮設し、汚水が越流しないように消毒槽５１内の水位を下げ、膜分離器５を消毒槽５１内に浸漬する。
【００６４】
この実施の形態５における水処理装置では、膜分離器５を洗浄するために消毒槽５１を使用するので、従来では使用頻度が少ないにも拘らず必要であった専用の洗浄槽の設置やＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）製の洗浄槽を用意する必要がなく、設置面積が減少する。また、壁板５５の下端部５５ａと消毒槽５１の底壁５１ｃとの間に隙間５６を残すようにしたので、処理水４の流路を長くすることができる。したがって、処理水４と消毒剤の混合を促進することができる上に、消毒時間を長くすることがでる。そして、消毒槽５１には処理水４が残っているので、従来では必要であった水を供給する手間が不要となり、膜分離器５の洗浄に要する時間を短縮することができる。
【００６５】
実施の形態６．
図１１および図１２は、この発明を実施するための実施の形態６における水処理装置を示す部分断面図であり、図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。この実施の形態６における水処理装置では、膜分離器５を膜分離槽３の外部に容易に引き上げることができるようにしてある。すなわち、膜分離槽３には膜分離器５を案内する例えば１対のガイドレール６１と、膜分離器５を引上げるための引上げ設備６２を設けてある。各ガイドレール６１は概略逆Ｌ字状とし、膜分離槽３の一方の側壁３ａと膜分離器５との間において膜分離槽３の底壁３ｂから垂直に延在する垂直部６１ａと、膜分離槽３の一方の側壁３ａの上端面の上を側方に水平に延在する水平部６１ｂと、これらの垂直部６１ａと水平部６１ｂとを滑らかに接続する円弧部６１ｃによって構成してある。これらの１対のガイドレール６１は、原水（被処理水）２が膜分離器５の分離膜５ａに流入することを妨げないように、膜分離器５の側縁側に配置するのが好ましい。引上げ設備６２には油圧を用い、膜分離器５を連結するフック付ワイヤ６３を持たせてある。
【００６６】
膜分離器５を膜分離槽３から引き上げる際には、引上げ設備６２のワイヤ６３の先を膜分離器５に連結し、引上げ設備６２を作動させる。これにより、図１２に示すように、膜分離器５はガイドレール６１の垂直部６１ａに沿って上方に移動し、その後に円弧部６１ｃに沿って滑らかに水平方向に向きを変え、水平部６１ｂを水平方向に移動する。このように、この実施の形態６における水処理装置では、膜分離器５をガイドレール６１と引上げ設備６２によって容易に引き上げることができる。また、膜分離器５の上方に吊上げ設備を設置して膜分離器５を上方のみに吊り上げる従来のチェーンロック構造と比較して、上方に吊上げ設備を設置する必要がなく、設置空間における天井の高さを低減することができる。
【００６７】
以上、この発明を実施するための実施の形態１〜６における水処理装置では、従来の散気管１１を使用し空気切替器１３を用いることによって空気量を従来の２分の１以下に低減して、膜分離器５に付着した汚泥を効果的に剥離させることが可能であることを説明したが、以下に説明するように、散気管１１や膜分離器５などの構造や配置を工夫することや担体投入によっても、膜分離器５に付着した汚泥を更に良好に剥離させることが可能となる。なお、以下の説明では図１と同じ部分に同じ符号を付して重複説明を省略する。
【００６８】
図１３に示す第１の例としての散気管７１は、それ自体が目詰まりしないような構成としてある。すなわち、分岐管１２に連結した散気管７１は、複数の散気孔７２を有する円筒状の散気管本体７３と、この散気管本体７３の先端に嵌着したキャップ７４により構成してある。散気管本体７３の先端側の下面に大きな開放口７５を設け、散気管本体７３に流入した汚泥を排出し易いようにしてある。そして、散気管７１の全体の空気バランスを確保するため、開放口７５を囲む箱状の枠壁７６を開放口７５から下方に向けて突設し、その部分を断面逆Ｕ字状とし、枠壁７６の内側を空気チャンバーとしてある。
【００６９】
これにより、仮に散気管７１の内部に汚泥が付着した場合でも、その汚泥を開放口７５から原水（被処理水）２の中に自然に流出させることができる。また、この散気管７１を用いれば、散気管７１を洗浄するための専用の水洗浄設備が不要となると共に、散気管７１を引き上げて洗浄する手間も省くことができる。さらに、この散気管７１は散気の偏りを起こさないので、膜分離器５に付着した汚泥を安定して剥離させることができる。また、従来は空気管と水洗浄管が弁で接続されているので、弁が故障するとブロワ１５へ水が流れ込んでいたが、この散気管７１を使用すれば、水洗浄の必要がないので水洗浄管を設置しないで済む。また、従来の弁の故障に起因したブロワ１５への水の流れ込みを無くすこともできる。そして、１台の膜分離器５に対して散気管７１を例えば３分割すれば、動力を変化させることなく散気の大きな偏りを防止することができる。
【００７０】
図１４〜図１６に示す第２の例としての散気管８１は、ブロワ１５に空気供給管１４を介して接続した円筒状の内胴８２と、この内胴８２の全体を囲むように回転可能に設けた円筒状の外胴８３を備えている。この外胴８３の一端は軸受８４に回転可能に支持し、他端は空気供給管１４の端部に回転可能に支持してある。内胴８２の上面側にはスリット８２ａを軸線に沿った方向に向けて形成し、空気をスリット８２ａから上方に向けて噴出するようにしてある。外胴８３には多数の散気孔８３ａを螺旋状のラインに沿って形成してある。そして、外胴８３の外周面の一端には複数の羽根８５を等間隔で設けてあると共に、空気供給管１４には外胴８３の羽根８５に向けて空気を噴出する散気部１４ａを設けてある。
【００７１】
この散気管８１では、ブロワ１５からの空気は空気供給管１４を通って内胴８２に流入し、そのスリット８２ａから上方に向かう。この間に、図１６に示すように、空気供給管１４の散気部１４ａからも空気が噴出し、その空気が原水（被処理水）２に上昇流を発生し、その上昇流が羽根８５に当たって外胴８３を回転させる。そして、外胴８３の散気孔８３ａが内胴８２ａのスリット８２ａに整合したとき、その散気孔８３ａから空気が膜分離器５に向かって部分的に集中して噴出する。この際に、複数の空気孔８３ａは螺旋状のラインに沿って設けてあるので、散気孔８３ａの位置が水平方向に移動するようになり、水流が膜分離器５の全体に当たるようになる。かつ、散気位置が移動することで散気を膜分離器５に部分的に集中して勢いよく当てることができ、膜分離器５の目詰まりを効率的に防止することができる。
【００７２】
図１７〜図１９に示す第３の例としての散気管９１は、三角柱状の散気管本体９２を備えている。この散気管本体９２の一端には軸部９３を一体に設け、この軸部９３を図示しない軸受によって回転可能に支持してある。散気管本体９２の他端は、ブロワ１５に接続した空気供給管１４の一部に回転可能に支持してある。散気管本体９２の３つの側壁９２ａが成す３つの稜線９２ｂには、複数の散気孔から成る散気孔群９４を設けてある。これらの散気孔群９４は３つの稜線９２ｂに対して相互にずれた位置に形成してある。さらに、散気管本体９２の３つの側壁９２ａには、例えば半円形状の凹溝９５を軸線方向に長くそれぞれ設けてある。凹溝９５は一方の稜線９２ｂ側に片寄らせて設け、側壁９２ａの同じ片側の表面積を広くしてある。そして、散気管本体９２の下方おいて、別の散気管９６を空気供給管１４の分岐部１４ａに接続配置し、散気管９６から噴出した空気を散気管本体９２の凹溝９５に当てて回転させるようにしてある。
【００７３】
このような散気管９１では、散気管本体９２に流入した空気は、主として上方に位置する散気孔群９４から膜分離器５に向かって部分的に集中して噴出する。この間に、図１９に示すように、別の散気管９６から噴出した空気が散気管本体９２の側壁９２ａに当たるが、この側壁９２ａでは凹溝９５を有する片側の表面積が広いので、散気管本体９２が一方向に回転すると共に、凹溝９５に溜まった空気が勢いよく上方に移動し、膜分離器５に強く当たる。また、散気管本体９２が回転することにより、散気孔群９４の位置が水平方向に移動する。これにより、散気管本体９２を特別な動力源を必要とすることなく回転させることができると共に、散気孔群９４の位置を移動させながら散気を膜分離器５に部分的に集中して勢いよく当てることができ、膜分離器５の目詰まりを効率的に防止することができる。
【００７４】
図２０に示す第４の例としての散気管１０１は、一端を閉じた円筒状の散気管本体１０２を備え、この散気管本体１０２には複数の散気孔１０２ａを螺旋状のラインに沿って形成してある。散気管本体１０２の一端には支軸１０３を設け、この支軸１０３は軸受１０４によって回転可能に支持してある。散気管本体１０２の他端はキャップ１０５によって閉じてあり、このキャップ１０５にはブロワ１５からの空気供給管１４を貫通させ、キャップ１０５は散気管本体１０２と共に回転可能としてある。そして、散気管本体１０２の内周面には、内方に突出するスクリュー羽根１０６を設けてある。
【００７５】
この散気管１０１では、ブロワ１５からの空気は空気供給管１４を通って散気管本体１０２の内部に噴出する。散気管本体１０２内に噴出した空気はスクリュー羽根１０６に当たり、散気管本体１０２を回転させる。この間に、その空気は散気孔１０２ａから外部に噴出する。このように、この散気管１０１では、散気孔１０２ａを螺旋状のラインに沿って設けたことにより、特別な動力源を必要とすることなく散気管本体１０２を回転させることができる。また、空気を移動させながら膜分離器５に部分的に集中して勢いよく当てることができ、膜分離器５の目詰まりを効果的に防止することができる。
【００７６】
図２１〜図２３に示す第５の例としての散気管１１１は、空気がブロワ１５から空気供給管１４を介して入り込むシリンダ１１２と、このシリンダ１１２内に往復移動可能に配置したピストン１１３を備えている。シリンダ１１２の上面側には複数の散気孔１１２ａを設け、ピストン１１３は中空の円筒状としてある。ピストン１１３にはシャフト１１４の一端側を固定してある。この際に、シャフト１１４は、円筒状のピストン１１３の内面から内方に部分的に突出する支持部１１３ａに固定し、空気がピストン１１３の内部を流れることができるようにしてある。
【００７７】
そして、シャフト１１４の他端は空気圧アクチュエータ１１５に連結してある。この空気圧アクチュエータ１１５は、圧縮空気が流入するポート１１６ａ、１１６ｂを備えたシリンダ１１６、このシリンダ１１６内に往復移動可能に配置したピストン１１７、圧縮空気を作り出すコンプレッサー１１８、このコンプレッサー１１８からの圧縮空気をシリンダ１１６のポート１１６ａ、１１６ｂにそれぞれ導く分岐管１１９ａ、１１９ｂを有する空気供給管１１９、圧縮空気の進行方向をポート１１６ａまたはポート１１６ｂに切り替える三方弁からなる空気切替器１２０とから構成してある。
【００７８】
この散気管１１１では、空気がブロワ１５から空気供給管１４を介してシリンダ１１２内に流入するが、シリンダ１１２内に流入した空気はピストン１１３の内側を通ってシリンダ１１２内の全体に広がる。このとき、ピストン１１３は複数の散気孔１１２ａの約半分を塞ぎ、残りの散気孔１１２ａから空気が勢いよく噴出する。そこで、空気圧アクチュエータ１１５の作用によってピストン１１３の位置を変更させると、ピストン１１３は複数の散気孔１１２ａのその他の部分を塞ぎ、残りの散気孔１１２ａから空気が勢いよく噴出する。したがって、この散気管１１１も空気を膜分離器５に集中して勢いよく当てることができ、汚泥による膜分離器５の目詰まりを効果的に防止することができる。
【００７９】
なお、ピストン１１３を中空の円筒状としたが、図２２および図２３に示すように中実のピストン１２１とすることができる。この場合に、ピストン１２１の断面形状は円弧部１２１ａと直線部１２１ｂとによって形成してある。そして、円弧部１２１ａは半円よりも大きくしてあるが、直線部１２１ｂとシリンダ１１２との間に隙間１２２が生じるようにしてある。これにより、シリンダ１１２に流入した空気はピストン１２１内の全体に広がり、この中実のピストン１２１を用いても上記中空のピストン１１３と同様な作用効果が得られる。
【００８０】
図２４は散気管１１の目詰まりを防止するその他の装置を示している。この装置は膜分離器５の下方に配置してある散気管１１に空気排出管１３１の下部開口１３１ａを連結し、その上部開口１３１ｂを原水（被処理水）２の水面の上方に位置させてある。そして、原水（被処理水）２の外部において空気排出管１３１に開閉弁１３２を設け、必要に応じて空気を散気管１１から空気排出管１３１を通して放出するようにしてある。通常は開閉弁１３２を閉じておき、ブロワ１５からの空気を散気管１１から膜分離槽３の原水（被処理水）２内に散気させる。そして、散気の状態に応じて、例えば散気管１１に目詰まりのような状態の始まりを感じたら、開閉弁１３２を開く。これにより、空気が空気排出管１３１を通って上部開口１３１ｂから噴出するので、散気管１１内を流れる空気が原水（被処理水）２を矢印で示すように散気管１１内に吸い込み、散気管１１に付着した汚泥を剥離させて上部開口１３１ｂから流出させ、散気管１１の目詰まりを防止する。
【００８１】
図２５は散気管１１を膜分離器５の下方以外に設置することを示している。通常の膜分離器５は、例えば中空糸膜から成る分離膜５ａの上下端を上下の支持フレーム１４１、１４２にそれぞれ固定し、これらの支持フレーム１４１、１４２の間隔は例えば左右の支柱１４３、１４４（支柱１４４は後述する）によって固定してある。したがって、例えば２つの散気管１１を膜分離器５の下部の支持フレーム１４２の内部に配置することや、膜分離器５の分離膜５ａの束の間に配置することが可能である。散気管１１を分離膜５ａの束の間に配置する場合には、可能な限り分離膜５ａの下端の近傍に配置するのが好ましい。なお、散気管１１を下部の支持フレーム１４２の内部や、下部の支持フレーム１４２の下面に設置すれば、散気管１１の水平を確保することができるので、散気管１１から噴出した空気を分離膜５ａに均一に当てることが可能となる。なお、分離膜５ａに直接に強く散気を当てる場合、間欠運転をする場合、逆洗時に流路を切り替える場合などに、処理水ポンプ８に空気を吸い込んで水封切れを起こすことがあるので、気液分離タンクを設けることもできる。また、水封切れで流量が低下した時に、ポンプ２台を最大能力１．５Ｑで同時運転して強制吸引することもできる。さらに、ポンプケーシング内を満たすだけの水が処理水配管に残存することで、気液分離を行うこともできる。例えば、処理水配管に凸凹を設けて、処理水配管に水が溜まる構成とするとよい。例えば、気液分離タンクは、タンク内の水位を検知し、所定水位以下になったときに真空ポンプでタンク内のエアを吸引する構造とすることがよい。
【００８２】
図２６は膜分離器５の下部の支持フレーム１４２の平面形状を示している。膜分離器５の分離膜５ａに中空糸膜を用いた場合には、中空糸膜の束の厚さを薄くすることにより、中空糸膜の外表面を洗浄し易くすることができる。この場合には、支持フレーム１４２には上下に貫通する複数の空気流通口１５１を例えば千鳥状に設け、これらの空気流通口１５１の間に中空糸膜の束から成る分離膜５ａを位置させるようにしてある。空気流通口１５１には、原水（被処理水）２や空気を流すことができるが、水流ノズルなども設置することができる。あるいは、散気管１１を煙突形状とし空気流通口１５１に嵌め込んで散気の効率を向上することもできる。また、支持フレーム１４２には、空気供給管１５２や処理水吸引管（処理水移送管）１５３なども固定することができる。したがって、上部の支持フレーム１４１は下部の支持フレーム１４２と同様な構成とすることができる。これにより、分離膜５の束の厚みを薄くすることができ、空気流通口１５１から噴出した空気を分離膜５ａの束の周りに良好に流すことができ、分離膜５ａの束の間に汚泥が付着することを防止することできる。
【００８３】
図２７に示す膜分離器５は、仮に膜分離器５の中空糸膜から成る分離膜５ａの束の間に汚泥が付着した場合にも、それらの汚泥を容易に除去することができるようにしてある。通常の膜分離器５の分離膜５ａは上下の支持フレーム１４１、１４２と左右の支柱１４３、１４４によって支持してある。しかし、ここでは一方の支柱１４３を上下の２つの部分１４３ａ、１４３ｂに分断して隙間１４５を形成してあると共に、他方の支柱１４４も上下の２つの部分１４４ａ、１４４ｂに分断して隙間１４６を形成してある。そして、隙間１４５、１４６に支持部材１４７、１４８をそれぞれ嵌め込むことにより、通常の膜分離器５の外形を保持してある。これにより、膜分離器５に汚泥が付着した場合には、支持部材１４７、１４８を支柱１４３、１４４からそれぞれ取り外すことにより、上下の支持フレーム１４１、１４２同士の間隔が狭まり、分離膜５ａが左右方向に揺らぐようになり、中空糸膜間の汚泥を容易に落とすことができる。なお、支柱１４３、１４４を上下に分断することなく支持フレーム１４１、１４２に対して着脱可能とすれば、支柱１４３、１４４を取り外すことにより、分離膜５ａを撓ませながら上下の支持フレーム１４１、１４２同士の間隔を狭めることが可能となり、膜分離器５の洗浄や運搬などが容易になる。
【００８４】
図２８に示す膜分離器５は、上下の支持フレーム１４１、１４２と左右の支柱１４３、１４４から成る支柱枠１７１に、分離膜５ａの上下端を上下の補助支持フレーム１７２、１７３によって支持して成る分離膜部１７４を、カセット状に着脱可能としてある。このため、支持フレーム１４１、１４２の対向面には、補助支持フレーム１７２、１７３がそれぞれ嵌合する凹部１４１ａ、１４２ａをそれぞれ形成してある。この場合に、補助支持フレーム１７２、１７３や凹部１４１ａ、１４２ａに勾配を設ければ、それらの嵌合が容易になることは云うまでもない。この膜分離器５では、分離膜部１７４を支柱枠１７１から取り外すことにより、分離膜５ａを洗浄することができる。また、分離膜部１７４の高さは支柱枠１７１の高さよりも低いので、分離膜部１７４の浸漬洗浄槽を通常の膜分離器５の浸漬洗浄槽よりも小型化することができる。さらに、分離膜部１７４のみを交換して支柱枠１７１を繰り返して使用することができる。そして、膜分離槽３から分離膜部１７４のみを引き上げればよいので、引き上げ高さも低くなり、設置空間が低減する。また、分離膜部１７４の大きさや重量が膜分離器５の大きさや重量よりも小型化・軽量化するので、洗浄や交換の際の運搬が容易となる。
【００８５】
図２９および図３０に示す膜分離器５は、膜分離槽３に設置した後でも、その水平を微調整することができるようにしてある。すなわち、膜分離槽３を側壁３ａと底壁３ｂとによって平面矩形に形成してあるとして、底壁３ｂの内面の仕上げ寸法の精度が悪い場合には、膜分離器５を載置する架台を水平に設置することが困難となる。したがって、架台が傾斜したまま膜分離器５を設置した場合には、散気管１１からの空気を分離膜５ａに均等に当てることが困難になる。そこで、この膜分離器５では上部の支持フレーム１４１の上面に支持枠１８１を固定し、この支持枠１８１の上面に基準枠１８２を複数の調整ボルト１８３によって取り付けてある。支持枠１８１は支持フレーム１４１の縁部に沿った平面矩形の枠体とし、支持枠１８１の一対の対向辺にはボルト１８３を螺合させるネジ孔（図示せず）を設けてある。そして、基準枠１８２の対向辺１８２ａ、１８２ａ同士の間隔は支持枠１８１の対向辺同士の間隔と同等としてあるが、基準枠１８２の残りの対向辺１８２ｂ、１８２ｂは支持枠１８１の残りの対向辺の外側に位置させてある。
【００８６】
一方、膜分離槽３の側壁３ａの上部内面には、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂを案内する一対のガイド溝１８４、１８４を形成してある。これらのガイド溝１８４、１８４の基部の基準面１８４ａ、１８４ａは、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂを支持して膜分離器５を所定の高さに保持するように設けてある。したがって、膜分離器５を膜分離槽３に設置する際には、予め支持枠１８１と基準枠１８２との間に平行な若干の隙間ｄを残すように、全ての調整ボルト１８３を調整しておく。次に、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂを膜分離槽３のガイド溝１８４、１８４に嵌め込んで、基準枠１８２の対向辺１８２ｂ、１８２ｂがガイド溝１８４、１８４の基準面１８４ａ、１８４ａに当接するまで膜分離器５を原水（被処理水）２中に降ろす。そして、膜分離器５の水平を調整する場合には、必要な調整ボルト１８３を工具１８５によって回す。ここでの膜分離器５は、膜分離槽３に浸漬した後に水平を水面上から調整することができるので、膜分離槽３の底面の仕上げ精度が悪い場合でも散気の状況を監視しながらでも膜分離器５の水平を調整することができる。これにより、散気管１１からの散気を分離膜５ａに均一に当てることができ、分離膜５ａのろ過効率を継続的に高く保つことができる。なお、基準枠１８２を膜分離槽３の側壁３ａのガイド溝１８４に嵌め込んだが、しかし、膜分離器５の上部の支持フレーム１４１の上面に支持枠１８１を固定し、この支持枠１８１の上面に基準枠１８２を複数の調整ボルト１８３によって基準枠１８２を取り付け、膜分離槽３内に立てた支柱に、支持枠１８１と基準枠１８２を固定して、調整ボルト１８３で水平を調整することも可能である。
【００８７】
図３１および図３２に示すヘッダ１９１は、複数の膜分離器５を容易に取り付けることができる上に、任意の膜分離器５を容易に取り外すことができるようにしてある。このため、膜分離器５の上面には、処理水４をヘッダ１９１に導くための導水部材１９２を上方に向けて突設してある。この導水部材１９２には流路１９２ａをＴ字状に設けてある。そして、ヘッダ１９１には、弁体１９３と前記導水部材１９２を下方から順次に収容する凹部１９４を設けてある。また、ヘッダ１９１には、水平方向に直線状に延びて導水部材１９２の流路１９２ａと連通可能な第１の流路１９５と、この第１の流路１９５の上方においてそれと平行に延びる第２の流路１９６と、凹部１９４の両側において第１の流路１９５と第２の流路１９６を連通するバイパス１９７を設けてある。そして、弁体１９３は、膜分離器５をヘッダ１９１に取り付けてあるときは第２の流路１９６を閉じ、膜分離器５をヘッダ１９１から取り外した際には自動的に下方に移動して第１の流路１９５を閉じるようにしてある。
【００８８】
したがって、図３１に示すようにヘッダ１９１に全ての膜分離器５を取り付けてあるときには、全ての弁体１９３は上方に位置して第２の流路１９６を閉じ、処理水４は矢印で示すように第１の流路１９５を直線状に流れる。これに対し、ヘッダ１９１から例えば中央の膜分離器５を取り外すと、図３２に示すようにその膜分離器５に対応する位置の弁体１９３が下方に移動し、その膜分離器５に対応する第２の流路１９６を開くと共に第１の流路１９５を閉じる。これにより、矢印で示すように、中央の凹部１９４に向かっている処理水４はその凹部１９４に隣接する一方のバイパス１９７を上方に向かい、第２の流路１９６を水平に流れ、他方のバイパス１９７を下方に向かい、第１の流路１９５に合流する。
【００８９】
このように、従来は補修や清掃のために複数の膜分離器５のうちの１つの膜分離器５を取り出す場合でさえも全ての膜分離器５を解体する必要があったが、このヘッダ１９１を用いれば全ての膜分離器５を解体することなく任意の膜分離器５を短時間で容易に取り外すことができる。また、任意の膜分離器５を取り外した状態で残りの膜分離器５を作動させることができるので、膜ろ過工程を中断することなく継続することができ、処理効率を向上させることができる。さらに、必要な膜分離器５のみを容易に取り外すことができるので、膜分離器５の交換、清掃、保守に要する時間を短縮することができる。
【００９０】
図３３に示す膜分離器５Ａは、上下の支持フレーム１４１、１４２を同様な構造とし、中空糸膜から成る分離膜５ａをＵ字形状に湾曲させて下部の支持フレーム１４２を上部の支持フレーム１４１と同じ高さに配置し、双方の支持フレーム１４１、１４２を処理水移送管７に接続してある。これにより、膜分離器５Ａの高さが低くなるので、前記の膜分離槽３、反応槽３１および消毒槽５１の水深が低い場合にも対応することができる。この場合に、標準の分離膜５ａを用いることができるので、その対応が容易である。また、分離膜５ａがＵ字状になっているので、散気管１１からの散気によって分離膜５ａを揺らすことができ、物理的な洗浄効果を向上させることができる。
【００９１】
図３４に示す膜分離器５Ｂは、中空糸膜から成る分離膜５ａをループ状にして分離膜５ａの両端を上部の支持フレーム１４１に固定し、分離膜５ａの最下部の内面に重り２０１を載置してある。この膜分離器５Ｂの分離膜５ａも上記膜分離器５Ａの分離膜５ａと同様に揺らすことができるが、分離膜５ａの揺れの大きさは重り２０１の重さによって調整することができる。したがって、重り２０１の重さを選択することにより、分離膜５ａを適切に揺らすことができ、物理的な洗浄効果を更に向上させることができる。
【００９２】
図３５に示す膜分離器５Ｃでは、分離膜５ａを構成する中空糸膜の上端を閉じてある。そして、分離膜５ａの下端を下部の支持フレーム１４２に片持ち状に固定し、分離膜５ａの上端は自由端としてある。この支持フレーム１４２には、左右の支柱１４３、１４４を残し、上記処理水移送管７を接続してある。この膜分離器５Ｃでは、散気によって分離膜５ａの上端を揺らすことができるので、物理的な洗浄効果を向上させることができる。なお、左右の支柱１４３、１４４は除いても構わない。
【００９３】
図３６は膜分離器５を鉛直方向に対して角度θだけ傾斜させて設置した場合を示している。この場合には、散気管１１から鉛直方向に上昇した気泡が分離膜５ａに当たった後に、分離膜５ａの下面に沿って上昇し、分離膜５ａに付着した汚泥を全体的に効率良く剥離させる。また、膜分離器５を傾斜させれば水深が浅い膜分離槽３、反応槽３１および消毒槽５１にも対応することができる。したがって、従来のように高さを低くした膜分離器を用意する必要がなく、設備コストの削減が可能となる。
【００９４】
膜分離槽３に担体（キューブ形状、球形状、カプセル形状等）を投入して、原水（被処理水）２を流動させて微生物を保持させ、生物処理能力を向上させることも可能である。この場合に、この担体は、膜分離槽３内を流動して分離膜５ａに衝突することにより、分離膜５ａに付着した膜面付着物を分離膜５ａから剥離させる。したがって、担体は分離膜５ａに衝突した際に分離膜５ａを破損させない硬さとする必要がある。この種の担体としてポリウレタン製のスポンジを使用することができるが、特に限定するものではない。散気により分離膜５ａを洗浄するが、その散気により膜分離槽３内に水流を発生させ、この水流が担体を流動させて分離膜５ａに衝突させ、分離膜７に付着した膜面付着物を分離膜７から剥離させる。担体によって生物処理能力が向上すると共に、膜面付着物を物理的に除去するという大きな効果がある。
【００９５】
例えば、分離膜５ａに平膜を用い、担体は１辺が１２ｍｍの立方体の多孔質ポリウレタンとし、担体の体積と膜分離槽３の容積との比が１０％となるように担体を膜分離槽３内に投入することを一つの条件とし、他の条件は同じで担体を投入した場合としなかった場合を比較すると、膜間差圧の上昇は３割程度低く押さえることができる。また、分離膜５ａに付着した膜面付着物は、担体を投入した場合の方が担体を投入しない場合よりも７割ほど低くすることができる。さらに、浮遊性の汚泥濃度を低い濃度にしても、担体の添加量を増やすことにより、浮遊汚泥濃度が高濃度である場合と同等以上の処理水質を得ることができる上に、沈殿槽を大きくしなくても処理量を増加させることができる。低負荷対策の汚泥保持にも、担体は効果を発揮する。また、担体に微生物が付着することにより、分離膜５ａへの負荷が低減する。さらに、担体の付着汚泥のＳＲＴが長くなることにより、環境ホルモンや色度の除去効果もある。
【００９６】
また、上水処理に本発明の装置を用いた場合、担体を流動させた場合には、担体の衝突による物理的な洗浄効果と、さらに、活性炭を添加した場合には浄化効果、例えば、溶解性物質の除去に効果が得られる上に、担体に生物が付くことによる分離膜５ａへの負荷の低減も期待することができる。そして、分離膜５ａの摩耗に影響しなければ、粒状活性炭でも粉末活性炭でも良い。また、担体に汚泥を保持させることによっても、分離膜５ａに対する低負荷対策効果が得られる。また、ＳＲＴが長くなることによる環境ホルモン除去効果も期待できる。なお、衝突による物理的な洗浄効果は、特に平膜で著しい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】この発明の実施の形態１を示す水処理装置のフロー図である。
【図２】ロータリバルブの模式図である。
【図３】空気切替器を電動シリンダ弁で構成したときの配置図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す水処理装置のフロー図である。
【図５】ロータリバルブの模式図である。
【図６】空気切替器を電動シリンダ弁で構成したときの配置図である。
【図７】この発明の実施の形態３を示す水処理装置のフロー図である。
【図８】この発明の実施の形態４を示す水処理装置のフロー図である。
【図９】紫外線遮蔽板の斜視図であり、（ａ）は半円筒状の紫外線遮蔽板を示し、（ｂ）は半直方体状の紫外線遮蔽板を示している。
【図１０】この発明の実施の形態５を示す水処理装置の要部構成図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図１１】この発明の実施の形態６を示す水処理装置の要部構成図である。
【図１２】その作用説明図である。
【図１３】散気管の第１の例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はキャップを外した状態の底面図、（ｃ）はキャップを外した状態の側面図である。
【図１４】散気管の第２の例の縦断面図である。
【図１５】その横断面図である。
【図１６】その作用説明図である。
【図１７】散気管の第３の例の縦断面図である。
【図１８】散気管本体の斜視図である。
【図１９】その作用説明図である。
【図２０】散気管の第４の例の部分縦断面図である。
【図２１】散気管の第５の例の部分縦断面図である。
【図２２】ピストンのその他の形を示す部分縦断面図である。
【図２３】その横断面図である。
【図２４】散気管に空気排出管を接続した状態を示す部分縦断面図である。
【図２５】散気管の配置位置を示す模式図である。
【図２６】下部の支持フレームの平面図である。
【図２７】支持部材を外して示す膜分離器の正面図である。
【図２８】膜分離器の支柱枠から分離膜部を取り外した状態を示す構成図である。
【図２９】膜分離器の水平を調製する装置を説明する平面図である。
【図３０】その部分縦断面図である。
【図３１】複数の膜分離器を着脱可能とするヘッダの部分縦断面図である。
【図３２】その作用説明図である。
【図３３】分離膜をＵ字状に設置することを説明する図である。
【図３４】分離膜をループ状に設置することを説明する図である。
【図３５】分離膜の上端を自由端とすることを説明する図である。
【図３６】膜分離器を傾斜させて設置することを説明する図である。
【符号の説明】
【００９８】
１ 原水導入手段
２ 原水（被処理水）
３ 膜分離槽
４ 処理水
５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ 膜分離器
５ａ 分離膜
６ 処理水槽
７、１５３ 処理水移送管（処理水吸引管）
１１、７１、８１、９１、１０１、１１１ 散気管
１３ 空気切替器
１６ 送気設備
３１ 反応槽
２１、２７ ロータリバルブ
４１ 光触媒
４２ 紫外線照射器
４３、４３Ａ、４３Ｂ 紫外線遮蔽板
７２ 散気孔
７５ 開放口
１０６ スクリュー羽根
１１３、１２１ ピストン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水導入手段と、複数の膜分離器および複数の散気管を備える膜分離槽と、前記散気管へ送気する送気設備と、前記膜分離器に接続し、処理水を移送する処理水移送管とからなる水処理装置において、前記送気設備は空気切替器を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記空気切替器は、ロータリバルブであることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記散気管は、往復動するピストンを有すること特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項４】
前記散気管は、回転運動するスクリュー羽根を有すること特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記散気管は、上面に散気孔を有し、下面に開放口を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記膜分離槽は、紫外線照射器および紫外線遮蔽板を有し、光触媒が流動することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項１】
原水導入手段と、複数の膜分離器および複数の散気管を備える膜分離槽と、前記散気管へ送気する送気設備と、前記膜分離器に接続し、処理水を移送する処理水移送管とからなる水処理装置において、前記送気設備は空気切替器を備えることを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記空気切替器は、ロータリバルブであることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記散気管は、往復動するピストンを有すること特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項４】
前記散気管は、回転運動するスクリュー羽根を有すること特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項５】
前記散気管は、上面に散気孔を有し、下面に開放口を有することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の水処理装置。
【請求項６】
前記膜分離槽は、紫外線照射器および紫外線遮蔽板を有し、光触媒が流動することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２００６−１５２７４（Ｐ２００６−１５２７４Ａ）
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１９７０２４（Ｐ２００４−１９７０２４）
【出願日】平成１６年７月２日（２００４．７．２）
【出願人】（５００４８１４２２）株式会社西原 (4)
【出願人】（０００１４７４０８）株式会社西原環境テクノロジー (44)
【出願人】（０００１４７３８３）株式会社西原衛生工業所 (17)
【出願人】（５００２２７０９３）株式会社 西原ウォーターテック (5)
【出願人】（０００１９５８３４）株式会社西原ネオ (4)
【出願人】（３９１０２２４１８）株式会社西原テクノサービス (21)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１９日（２００６．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２日（２００４．７．２）
【出願人】（５００４８１４２２）株式会社西原 (4)
【出願人】（０００１４７４０８）株式会社西原環境テクノロジー (44)
【出願人】（０００１４７３８３）株式会社西原衛生工業所 (17)
【出願人】（５００２２７０９３）株式会社 西原ウォーターテック (5)
【出願人】（０００１９５８３４）株式会社西原ネオ (4)
【出願人】（３９１０２２４１８）株式会社西原テクノサービス (21)
【Ｆターム（参考）】
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