活性汚泥処理装置
【課題】硝化槽内の溶存酸素量を増やしたとしても、脱窒槽における脱窒反応が効率的になされる膜分離活性汚泥処理装置を提供する。
【解決手段】脱窒槽(3) の下流側に膜モジュール(9) と散気装置(15)とを有する膜ろ過ユニット(5) を活性汚泥中に浸漬させた硝化槽(4) を配するとともに、前記脱窒槽(3) の上流側に隣接して溶存酸素低減槽(6) を配している。この溶存酸素低減槽(6) には前記硝化槽(4) から活性汚泥の一部を戻している。溶存酸素低減槽(6) にて活性汚泥の一部を含む原水（排水）中の溶存酸素量を低減させることにより、脱窒槽(3) に送り込まれる原水中の溶存酸素量が実質的に０ｍｇ／Ｌまで低減でき、脱窒反応が活発化される。
【解決手段】脱窒槽(3) の下流側に膜モジュール(9) と散気装置(15)とを有する膜ろ過ユニット(5) を活性汚泥中に浸漬させた硝化槽(4) を配するとともに、前記脱窒槽(3) の上流側に隣接して溶存酸素低減槽(6) を配している。この溶存酸素低減槽(6) には前記硝化槽(4) から活性汚泥の一部を戻している。溶存酸素低減槽(6) にて活性汚泥の一部を含む原水（排水）中の溶存酸素量を低減させることにより、脱窒槽(3) に送り込まれる原水中の溶存酸素量が実質的に０ｍｇ／Ｌまで低減でき、脱窒反応が活発化される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物やバクテリア類を含む大量の排水を生物学的に連続処理する膜分離活性汚泥処理装置に関し、特に脱窒槽における脱窒反応を活発化させることを可能にした活性汚泥処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の膜分離活性汚泥システムによれば、微細目スクリーンにて比較的小さな夾雑物が除去された排水（原水）が原水調整槽に導入される。この原水調整槽では、液面を液面計により測定し、第１送液ポンプを間欠作動させて槽内の液面高さを所定の範囲となるように調整している。一般的に、第１液送ポンプにより送り出される原水は脱窒槽に導入されたのち、脱窒槽から溢流する脱窒後の原水を隣接する硝化槽に流入させる。この硝化槽には膜ろ過ユニットが浸漬配置されている。この硝化槽では汚泥の硝化とリン摂取がなされ、膜ろ過ユニットにて活性汚泥と処理水とに膜分離される。膜分離された処理水は吸引ポンプにより処理水槽へと送液される。一方、硝化槽にてばっ気処理されて増殖した汚泥の固形分（懸濁物質）は、汚泥貯蔵槽に送られて貯蔵される。また、硝化槽の内部の汚泥の一部は第２液送ポンプによって上記脱窒槽へと返送されて、脱窒槽と硝化槽との間を循環する。
【０００３】
好適な膜ろ過ユニットの例として、例えば特開２０００−５１６７２号公報（特許文献１）を挙げることができる。前記膜ろ過ユニットは、多数の中空糸膜を平行に並べたシート状の中空糸膜エレメントを複数枚組み込んだ中空糸膜モジュールと同中空糸膜モジュールの下方に配された散気装置とを備えている。前記中空糸膜モジュールは、相互の膜面を平行にして配列された複数枚からなり、全体の形状は略直方体形状を呈している。一方、前記散気装置は、例えば金属、樹脂などからなるパイプに孔を設けた複数本の散気管を平行に配設し、各散気管の一端をブロアに接続させている。散気装置から空気の気泡を発生させて、生活排水、工場排水などの汚水を処理する場合、硝化槽の汚泥中の有機物を、好気性微生物の存在下で散気装置から発生した空気と接触させることにより、前記有機物を前記好気性微生物に吸着・代謝分解させて、生物学的処理がなされる。
【０００４】
前記中空糸膜モジュールと散気装置とは側部の四方を遮閉板により囲まれている。この遮閉板は、散気装置から発生する気泡の上昇により気液混合流を生成し、その流れを上昇流から下方流へと導くための壁部となる。散気装置から発生した気液混合流は、斜め方向に飛散せず、まっすぐに上昇して中空糸膜モジュールに効率よく接触する。このとき、中空糸膜モジュールの膜面に対する気液混合流の一様な分散により、中空糸膜モジュールを均一に洗浄する。またこの基液混合流により上記生物学的処理が効率的になされるとともに、中空糸膜のろ過機能により固液分離がなされる。前記膜分離ユニットには取出管路の一端が接続され、その他端には吸引ポンプが接続されており、前記取出管路を通して、膜ろ過ユニットによってろ過された処理水（ろ過水）が取り出されて処理水槽へと移送される。
【０００５】
一般に上記シート状の膜モジュールは、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。また、その材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。
【０００６】
このシート状の膜モジュールに形成された微細孔の平均孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。
【０００７】
膜分離活性汚泥処理システムは、原水を脱窒槽及び硝化槽（好気槽）において活性汚泥により生物学的に浄化する。窒素の除去は、脱窒槽と硝化槽との間で汚泥を循環させることにより、いわゆる硝化脱窒反応によってなされる。ＢＯＤに換算される有機物は、主として硝化槽内に配置されたばっ気装置である膜ろ過ユニットの空気排出部から排出される空気により好気的に酸化され分解される。またリンの除去は、汚泥中の微生物（リン蓄積細菌）の作用によりポリリン酸として微生物体内に取り込まれることにより行われる。この微生物は好気状態においてリンを取り込み、嫌気状態において体内に蓄えたリンを放出する。リン蓄積細菌は、嫌気状態と好気状態とに繰り返して曝されると、嫌気状態で放出したリンの量よりも多くのリンを好気状態で吸収する。
【０００８】
生物由来の排泄物や死骸などの窒素化合物の一部は、肥料として植物やバクテリアに同化される。また、こうした窒素化合物の一部は、酸素の多い好気条件下で独立栄養アンモニア酸化細菌や独立亜硝酸酸化細菌により、亜硝酸、硝酸へと酸化される。他方、酸素がない嫌気条件下では、脱窒菌と呼ばれる微生物が酸素に代わって硝酸から亜硝酸を生成し、更には一酸化二窒素、窒素ガスへと還元して窒素を放出する。この還元反応が上記硝化脱窒反応と称される。
【０００９】
このような硝化脱窒反応に基づく膜分離活性汚泥処理装置が、例えば国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット（特許文献２）に開示されている。同特許文献２によれば、硝化槽から脱窒槽へ循環液である汚泥を送液する際、硝化槽中に配された最も低い位置にある散気装置の下方の槽底部近傍から汚泥を取り出すように構成し、硝化槽と硝化槽との２つの処理槽のみで、凝集剤などを使用せずに窒素及びリンを除去している。
【００１０】
上記膜分離活性汚泥処理装置にあっては、循環液である汚泥を取り出す位置を最も低い位置に配されている散気装置から更に２０ｃｍ以上下方に離している。こうすることにより、硝化槽から送液される汚泥が脱窒槽に導入される位置で溶存酸素濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以下とし、硝化槽より汚泥を取り出す位置では溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることができるというものである。
【特許文献１】特開２０００−５１６７２号公報
【特許文献２】国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記特許文献２の記載によると、無酸素槽（脱窒槽）内に溶存酸素、硝酸イオン、亜硝酸イオンが実質的に存在しないと有機物が脱窒菌により嫌気的に分解され、このとき脱窒菌に蓄積されたポリリン酸がリン酸として菌体外に放出される。特許文献１に記載された発明によれば、ばっ気槽からの循環液（汚泥）が無酸素槽に入る部位における溶存酸素濃度は０．２ｍｇ／Ｌ以下とする必要があり、０．１ｍｇ／Ｌ以下とすると、リンの除去性がより安定するため好ましく、さらに０．０５ｍｇ／Ｌ以下とするとより好ましいとしている。しかるに、この特許文献１による方法で循環液の溶存酸素濃度を低減させようとしても限度がある。また、近年では高度な窒素除去が求められており、前述した循環式硝化脱窒法において除去率を上げるために、硝化槽から脱窒槽へ送液する循環倍率を高くしなければならないことが多くなってきた。循環倍率を上げると、脱窒槽への溶存酸素の持込みが増加し、脱窒槽が嫌気となりにくく、脱窒槽内において硝酸イオンを完全に脱窒することができなくなる場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、循環式硝化脱窒法を用いた膜分離活性汚泥処理法にあって、脱窒槽に戻される汚泥中の溶存酸素濃度を更に低減させて、リンの除去性を向上させる活性汚泥処理装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的は、本発明の基本構成である、脱窒槽及び硝化槽が順次配され、脱窒槽と硝化槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するとともに、前記硝化槽には１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬され、排水を活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置にあって、前記脱窒槽の上流側に処理排水中の溶存酸素量を低減させる溶存酸素低減槽が配され、前記硝化槽の活性汚泥を前記溶存酸素低減槽又はその上流部に循環させる汚泥循環路を有してなることを特徴とする活性汚泥処理装置により効果的に達成される。
【００１４】
好適な態様によれば、前記溶存酸素低減槽の上流側には、送液手段により送液管路を介して前記溶存酸素低減槽に間欠的に原水を送り込むとともに、前記脱窒槽又は硝化槽の液面高さを調整する。そして、原水調整槽からの送液を溶存酸素低減槽と脱窒槽に分配してもよく、その送液のための送液分配手段を更に設けることもできる。
【作用効果】
【００１５】
上記溶存酸素低減槽に原水を所要の時間収容している。この収容された溶存酸素低減槽の原水には元々溶存酸素が含まれている。また、この種の膜分離活性汚泥処理法によれば、硝化槽からばっ気処理されて溶存酸素濃度の高い汚泥を脱窒槽に戻して循環させている。上記特許文献２では、その硝化槽の溶存酸素濃度が低い領域を選んで溶存酸素濃度が比較的低い汚泥を脱窒槽に戻しているが、０に近い濃度まで溶存酸素量を減少させることはできない。
【００１６】
その点、本発明によれば、前述のように脱窒槽の上流側に溶存酸素低減槽を配して、そこに原水を送り込むことによって、原水中のＢＯＤ成分が消費されることにより、硝化槽から持込まれた溶存酸素が急激に消費される。溶存酸素低減槽より溢流する汚泥中には、溶存酸素がほとんどないため、脱窒槽は、無酸素状態が安定して維持され、高速で脱窒することができる。脱窒反応には、ＢＯＤ成分が必要なため、場合によっては、原水を溶存酸素低減槽だけでなく、脱窒槽に分配する。このことは脱窒槽の嫌気状態を高くすることにつながるため十分なリンの放出も行うことも可能にする。
【００１７】
この原水調整槽からの原水を溶存酸素低減槽と脱窒槽に分配する場合、その分配比率を調整できるようにする必要がある。開閉バルブ付分岐送液管路から分配させる場合には、前記分配比率を調整することが難しいため、通常は、それぞれの送液路に可変容量ポンプを配し、それぞれのポンプによって好適な分配比率のもと送液するか、或いは分配槽を介して分配することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態につき詳細に説明するが、本発明は特許請求の範囲内において多様な変更が可能であり、以下の実施形態に限定解釈されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す活性汚泥処理装置の概略構成図である。同図において、符号１は微細目スクリーン、符号２は原水調整槽、符号３は脱窒槽、符号４は硝化槽、符号５は膜ろ過ユニット、符号７は汚泥貯蔵槽、符号８は処理水槽を示している。符号６は本発明の最も特徴とする構成である溶存酸素低減槽を示している。
【００２０】
本実施形態にあっては、前記溶存酸素低減槽６は、前記原水調整槽２と脱窒槽３との間に配設されている。この溶存酸素低減槽６には、原水が連続あるいは、間欠的に投入されるとともに、硝化槽からの循環汚泥が返送される。溶存酸素低減槽６の平均滞留時間は、循環倍率や、汚泥濃度、原水のＢＯＤなどによって最適値は異なるが、３０分〜３時間程度が適当である。あまり短いと十分に溶存酸素が低減されず、あまり長いと水槽の容量が大きくなり無駄である。溶存酸素低減槽では、硝化槽から持ち込まれた溶存酸素が微生物の原水ＢＯＤ成分を利用等によって消費される。
【００２１】
また本実施形態では、図１に実線で示すように、第１送液ポンプＰ１により原水調整槽２の原水を送液路Ｌ１を通して間欠的に溶存酸素低減槽６へと送り込んでいるが、同図に仮想線で示すように、前記第１送液路Ｌ１を分岐させて、その分岐路Ｌ１’を脱窒槽３へと延ばしてもよい。その場合には、分岐路Ｌ１’に開閉バルブ２５を介装させることが好ましく、開閉バルブ２５を閉じた状態では、原水調整槽２の原水は専ら溶存酸素低減槽６へと送られ、開閉バルブ２５を開いて、原水調整槽２の原水を溶存酸素低減槽６及び脱窒槽３へと振り分けて送り込むようにする。このときの原水の分配比は、前記開閉バルブ２５の開度を調整することにより任意に決めることができる。しかし、開閉バルブ２５の開度を調整するだけで原水の分配比を調整することは難しい。そこで、通常は、それぞれの送液路に図示せぬ可変容量ポンプを配し、それぞれのポンプによって好適な分配比のもとで送液したり、或いは図示せぬ分配槽を介して分配するようにする。
【００２２】
このように原水の一部を脱窒槽３に送り込む理由は、脱窒槽３において、脱窒するためのＢＯＤ成分を確保するためである。溶存酸素低減槽６でＢＯＤが処理されすぎてしまうと、脱窒のためのＢＯＤ成分が不足し、脱窒速度の低下を招く場合があることによる。溶存酸素低減槽６では、溶存酸素が消費されるために必要なＢＯＤ成分があればよい。分配比は、溶存酸素低減槽の溶存酸素濃度や処理水水質などをもとに適宜決定される。
【００２３】
更に本実施形態では、図１に示すように、脱窒槽３から脱窒済の汚泥を第２送液ポンプＰ２により第２送液路Ｌ２を通して積極的に硝化槽４へと送り込む。硝化槽４の活性汚泥の一部は第３送液ポンプＰ３により第３送液路Ｌ３を通して連続的に溶存酸素低減槽６へと戻される。従って、硝化槽４の活性汚泥の一部は溶存酸素低減槽６及び脱窒槽３の間を循環して、硝化脱窒処理がなされる。
【００２４】
このように溶存酸素低減槽６を脱窒槽３の上流側に隣接して配設することにより、排水（原水）は、微細目スクリーン１を通して微細な夾雑物が分離されて原水調整槽２に送り込まれる。原水調整槽２では、第１送液ポンプＰ１を駆動して、原水を溶存酸素低減槽６に送り込み、ここで原水と硝化槽４から戻された活性汚泥の一部に溶解している酸素を溶存酸素量が殆ど０に近い値にまで低減させる。溶存酸素濃度が０に近い排水は、溶存酸素低減槽６からの溢流により脱窒槽３へと流入して効率的に脱窒とリンの放出とがなされる。この脱窒、リンの放出がなされた排水は、脱窒槽３から第２送液路Ｌ２を介して第１送液ポンプＰ１により積極的に硝化槽４へと送り込まれる。この脱窒、リンの放出がなされた排水は、硝化槽４にて有機物の酸化分解と、好気性菌による硝化及びリンの摂取がなされて活性汚泥を増殖させる。硝化槽４では膜ろ過ユニット５により活性汚泥の固形分と処理水とに膜分離され、処理水は吸引ポンプＰｖにより吸引されて、処理水槽８へと送られる。このとき発生する余剰汚泥の一部は、上述のように第３送液ポンプＰ３を介して脱窒槽３に戻され、余剰汚泥の残部は汚泥貯蔵槽７へと排出される。
【００２５】
本実施形態では、硝化槽４内に１以上の膜ろ過ユニット５を並列して浸漬させている。図示例によれば、理解を容易にするため２基の膜ろ過ユニット５を示しているが、単基でもよく、或いは２基以上の複数基が配される。大量の排水処理を行う場合には、４基以上、５０基以下の膜ろ過ユニット５を並設することが好ましい。膜ろ過ユニット５は、図１に示すように、中空糸膜モジュール９と散気装置１５とを備えている。
【００２６】
前記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数枚のシート状の中空糸膜エレメント１０が所要の間隔をおいて平行に配された略立方体形状を呈している。本実施形態にあって、前記中空糸膜エレメント１０は、図３に示すように多数の多孔性中空糸１０ａを平行に配列してシート状となし、各多孔性中空糸１０ａの一端側を固定用樹脂１１をもって閉塞固定するとともに、他端側は各多孔性中空糸１０ａの中空部を開口させて、同じく固定用樹脂１１をもって固定している。この多孔性中空糸１０ａの材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。また、前記シート状の膜エレメントは、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。
【００２７】
このシート状の中空糸膜エレメント１０に形成された微細孔の平均孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。
【００２８】
本実施形態による前記中空糸膜エレメント１０の膜面積は１枚あたり２５ｍ2 であり、前記中空糸膜モジュール９の膜面積は５００ｍ2 であって、１枚の中空糸膜エレメント１０によって、１日あたり４００ｔの排水を処理できる。因みに、１基の膜ろ過ユニット５に、２０枚、４０枚、６０枚の中空糸膜エレメント１０を組み込むことができ、その膜ろ過ユニット５の１基あたりの全膜面積は５００ｍ2 、１０００ｍ2 、１５００ｍ2 であって、ユニット１基あたりの処理量は、１日あたり４００ｔ、８００ｔ、１２００ｔとなる。
【００２９】
従って、１日あたり１００００ｔ以上の処理を行うには、最も大きな膜ろ過ユニットを使ったとしても、単一の処理槽（硝化槽）に１０基以上の膜ろ過ユニットを並べて浸漬する必要がある。通常、これらの単一槽内に浸漬される複数の膜ろ過ユニット５は、それぞれが分岐管を介して同一の吸引ヘッダーを通して単一の吸引ポンプＰｖにより吸引され、処理水として一括処理される。この単一ポンプによる処理を一系列としたとき、更に処理量を増やすには、当然にポンプ容量を増やし、処理槽を大きくしなければならないが、膜ろ過ユニット数を更に増やし、場合によっては系列数をも増やさなければならない。
【００３０】
上記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数本の多孔性中空糸１０ａを平行に並列させたシート状の中空糸膜エレメント１０の上部開口端部を固定用樹脂１１を介してろ過水取出管１２に連通支持させるとともに、下端を閉塞して同じく固定用樹脂１１を介して下枠１３により固定支持させ、前記ろ過水取出管１２及び下枠１３の各両端を一対の縦杆１４により支持して構成される。多数枚の中空糸膜エレメント１０が、多孔性中空糸１０ａを垂直にして上下端面を開口させた矩形筒状の上部ケーシング２０のほぼ全容積内に収容されてシート状に並列支持される。
【００３１】
本実施形態による前記多孔性中空糸１０ａは、中心部に沿って長さ方向に中空とされたＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデン）からなる中空糸が使われており、そのろ過孔の孔径は０．４μｍである。また、１枚あたりの有効膜面積は２５ｍ2 である。上記シート状の中空糸膜エレメント１０は膜ろ過ユニット５あたり２０枚が使われ、その大きさは奥行きが３０ｍｍ、幅が１２５０ｍｍ、高さが２０００ｍｍである。散気装置８をも含めた１膜ろ過ユニット５の大きさは、奥行きが１５５２．５ｍｍ、幅が１４４７ｍｍ、高さが３０４３．５ｍｍである。上記ろ過水取出管１２の材質はＡＢＳ樹脂であり、縦杆１４の材質はＳＵＳ３０４が使われている。ただし、多孔性中空糸１０ａ、ろ過水取出管１２及び縦杆１４などの材質、中空糸膜エレメント１０の大きさ、膜ろ過ユニット１基の大きさや同ユニット１基あたりの中空糸膜エレメント１０の枚数などは、用途に応じて多様に変更が可能である。例えば、中空糸膜エレメント１０の枚数で言えば処理量に合わせて２０枚、４０枚、６０枚、…と任意に設定できる。
【００３２】
各中空糸膜エレメント１０の上記ろ過水取出管１２の一端には、図３に示すように、各多孔性中空糸１０ａによってろ過された良質処理水の取出口１２ａが形成されている。本実施形態にあって、図２及び図３に示すように、各取出口１２ａには、それぞれＬ型継手１２ｂがシール材を介して液密に取り付けられる。また、上記上部ケーシング２０の上端の前記取出口１２ａが形成されている上側端縁に沿って集水ヘッダー管２１が水平に設けられている。この集水ヘッダー管２１の、前記ろ過水取出管１２に設けられた複数の前記取出口１２ａと対応する位置には、それぞれに集水口２１ａが形成されており、各集水口２１ａに上記取出口１２ａと同様のＬ型継手２１ｂがシール材を介して液密に取り付けられている。前記ろ過水取出管１２の処理水取出口１２ａと前記集水ヘッダー管２１の集水口２１ａとが、それぞれに取り付けられたＬ型継手１２ｂ，２１ｂ同士を接続することにより通水可能に連結される。集水ヘッダー管２１の一端部には吸引ポンプＰｖと吸引管路２２とを介して接続される吸水口２１ｃが形成されている。各集水ヘッダー管２１ごとに形成された吸水口２１ｃと前記吸引管路２２とは、図１に示すように、同吸引管路２２からそれぞれ分岐した分岐管路２２ａに介装された開閉バルブ２３を介して連結されている。
【００３３】
一方の散気装置１５は、図４に示すように、前記上部ケーシング２０の下端に結合された上下が開口する矩形筒体からなり、その４隅の下端から下方に延びる４本の支柱２４ａを備えた下部ケーシング２４の底部に収容固設されている。前記散気装置１５は、矩形状の枠体に両端部が固着支持された細長い金属又は合成樹脂からなる複数のパイプ状の散気管１７を備えている。この散気管１７には、通常、下面側に長さ方向に延びるエア噴出スリットか、或いは複数のエア噴出孔が形成されている。また、この散気管１７の一端は閉塞されており、他端はばっ気ブロアＢから延びるエア主管１８から分岐するエア導入管１６と開閉バルブ１９を介して連通している。
【００３４】
図示例によれば、前記散気管１７の本体はスリット付きゴム管から構成されており、水平に配されたゴム管の下面には、長さ方向に沿って内外に連通する図示せぬスリットが形成されている。前記散気装置１５は上記中空糸膜モジュール９の下面から下方に４５ｃｍの間隔をおいて配されることが好ましく、前記支柱２４ａを下部ケーシング２４から下方に突出させて、外部に開放させることは汚泥の流動を円滑にするため望ましい。
【００３５】
また、本実施形態による散気装置１５は複数基の各膜ろ過ユニット５ごとに配されており、単一のばっ気ブロアＢから送られるエアを、それぞれの散気装置１５に分流させるために、前記ばっ気ブロアＢに直接接続されたエア主管１８を有しており、同エア主管１８から各散気装置１５のエア導入管１６に接続させている。このエア導入管１６のエア主管側の端部は槽外に配され、実際には、槽外のエア導入管１６の端部に上記開閉バルブ１９が設けられ、同開閉バルブ１９の開閉操作を槽外にて行えるようにすることが望ましい。
【００３６】
本発明は、例示した上述のような構成を備えた複数基の膜ろ過ユニット５を同一硝化槽４に浸漬して並置し、脱窒槽３と硝化槽（好気槽）４との間で汚泥を循環させながら、上述のような生物化学的な活性汚泥処理を行う。
【００３７】
ところで、このような活性汚泥処理を行う場合、脱窒槽３において溶存酸素量が多いと脱窒菌がそれを優先的に利用して増殖するため、脱窒反応が阻害される。そのため脱窒槽３では溶存酸素量はなるべく少なく、好ましくは０．０５ｍｇ／Ｌ以下とする。しかしながら、従来の一般的な活性汚泥処理は勿論のこと、上記特許文献２に開示されているように硝化槽４における活性汚泥中に溶解している溶存酸素量が最も少ない領域の汚泥を脱窒槽へと戻すようにしても、脱窒槽３の汚泥導入領域の溶存酸素量は０．２ｍｇ／Ｌがせいぜいであり、それ以上は溶存酸素量を低減することは難しい。逆に、上記硝化槽４では硝化細菌が要求する好気的環境条件は溶存酸素量が１〜２ｍｇ程度必要となる。そのため、上述のごとき膜ろ過ユニット５に散気装置１５を付設して、汚泥中に空気を放出して旋回流を発生させて汚泥の攪拌と同時に、汚泥中に酸素を溶解させるようにしている。
【００３８】
この汚泥中への空気の放出は単に汚泥の攪拌と酸素を溶解を促進させるだけではなく、膜ろ過ユニット５の膜面の洗浄にも使われている。そのため、通常の散気装置１５における散気管１７に形成されるエア放出孔の孔径は比較的大きく形成されている。その結果、汚泥中へのエアの溶解が少なくなる場合が多く、前記散気装置１５に加えて、微細なエア放出孔を有し、酸素の溶解が効率的に行える微細気泡を放出する図示せぬ補助散気装置を硝化槽４内の溶存酸素量の少ない領域に配置することも行われている。
【００３９】
このように、従来の活性汚泥処理では硝化槽４に高い溶存酸素濃度が求められるため、同硝化槽４から脱窒槽へと戻される活性汚泥もまた、そこに溶解された溶存酸素量が必然的に多くなってしまい、ある値以下には溶存酸素量を低減できないのが現状である。
【００４０】
これに対して、本実施形態のように脱窒槽３の上流側に隣接させて溶存酸素低減槽６を配することにより、循環汚泥を含む原水を脱窒槽３に送り込む以前に溶存酸素低減槽６に収容するため、硝化槽４の活性汚泥に要求される溶存酸素量を満足させたとしても、前記溶存酸素低減槽６にて溶存酸素量をほぼ０ｍｇ／Ｌにまで低減させることができるため、脱窒槽３の脱窒反応が効率的になされるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の代表的な実施形態を示す膜分離活性汚泥処理装置の概略構成図である。
【図２】同膜分離活性汚泥処理装置に適用される膜ろ過ユニットの一例を一部切開して示す全体立体図である。
【図３】前記膜ろ過ユニットに適用される分離膜エレメントと集水ヘッダー管との接続関係を示す立体図である。
【図４】前記膜ろ過ユニットに適用される散気装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 微細目スクリーン
２ 原水調整槽
３ 脱窒槽
４ 硝化槽
５ 膜ろ過ユニット
６ 溶存酸素低減槽
７ 汚泥貯蔵槽
８ 処理水槽
９ 中空糸膜モジュール
１０ （シート状の）中空糸膜エレメント
１０ａ 多孔性中空糸
１１ 固定用樹脂
１２ ろ過水取出管
１２ａ ろ過水取出口
１２ｂ Ｌ型継手
１３ 下枠
１４ 縦杆
１５ 散気装置
１６ エア導入管（分岐管）
１７ 散気管
１８ エア主管
１９ 開閉バルブ
２０ 上部ケーシング
２１ 集水ヘッダー管
２１ａ 集水口
２１ｂ Ｌ型継手
２１ｃ 吸水口
２２ 吸引管路
２２ａ 分岐管路
２３ 開閉バルブ
２４ 下部ケーシング
２４ａ 支柱
２５ 開閉バルブ
Ｐ１ 第１送液ポンプ
Ｐ２ 第２送液ポンプ
Ｐ３ 第３送液ポンプ
Ｌ１ 第１送液路
Ｌ１’ 分岐路
Ｌ２ 第２送液路
Ｌ３ 第３送液路
Ｐｖ 吸引ポンプ
Ｂ ばっ気ブロア
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物やバクテリア類を含む大量の排水を生物学的に連続処理する膜分離活性汚泥処理装置に関し、特に脱窒槽における脱窒反応を活発化させることを可能にした活性汚泥処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の膜分離活性汚泥システムによれば、微細目スクリーンにて比較的小さな夾雑物が除去された排水（原水）が原水調整槽に導入される。この原水調整槽では、液面を液面計により測定し、第１送液ポンプを間欠作動させて槽内の液面高さを所定の範囲となるように調整している。一般的に、第１液送ポンプにより送り出される原水は脱窒槽に導入されたのち、脱窒槽から溢流する脱窒後の原水を隣接する硝化槽に流入させる。この硝化槽には膜ろ過ユニットが浸漬配置されている。この硝化槽では汚泥の硝化とリン摂取がなされ、膜ろ過ユニットにて活性汚泥と処理水とに膜分離される。膜分離された処理水は吸引ポンプにより処理水槽へと送液される。一方、硝化槽にてばっ気処理されて増殖した汚泥の固形分（懸濁物質）は、汚泥貯蔵槽に送られて貯蔵される。また、硝化槽の内部の汚泥の一部は第２液送ポンプによって上記脱窒槽へと返送されて、脱窒槽と硝化槽との間を循環する。
【０００３】
好適な膜ろ過ユニットの例として、例えば特開２０００−５１６７２号公報（特許文献１）を挙げることができる。前記膜ろ過ユニットは、多数の中空糸膜を平行に並べたシート状の中空糸膜エレメントを複数枚組み込んだ中空糸膜モジュールと同中空糸膜モジュールの下方に配された散気装置とを備えている。前記中空糸膜モジュールは、相互の膜面を平行にして配列された複数枚からなり、全体の形状は略直方体形状を呈している。一方、前記散気装置は、例えば金属、樹脂などからなるパイプに孔を設けた複数本の散気管を平行に配設し、各散気管の一端をブロアに接続させている。散気装置から空気の気泡を発生させて、生活排水、工場排水などの汚水を処理する場合、硝化槽の汚泥中の有機物を、好気性微生物の存在下で散気装置から発生した空気と接触させることにより、前記有機物を前記好気性微生物に吸着・代謝分解させて、生物学的処理がなされる。
【０００４】
前記中空糸膜モジュールと散気装置とは側部の四方を遮閉板により囲まれている。この遮閉板は、散気装置から発生する気泡の上昇により気液混合流を生成し、その流れを上昇流から下方流へと導くための壁部となる。散気装置から発生した気液混合流は、斜め方向に飛散せず、まっすぐに上昇して中空糸膜モジュールに効率よく接触する。このとき、中空糸膜モジュールの膜面に対する気液混合流の一様な分散により、中空糸膜モジュールを均一に洗浄する。またこの基液混合流により上記生物学的処理が効率的になされるとともに、中空糸膜のろ過機能により固液分離がなされる。前記膜分離ユニットには取出管路の一端が接続され、その他端には吸引ポンプが接続されており、前記取出管路を通して、膜ろ過ユニットによってろ過された処理水（ろ過水）が取り出されて処理水槽へと移送される。
【０００５】
一般に上記シート状の膜モジュールは、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。また、その材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。
【０００６】
このシート状の膜モジュールに形成された微細孔の平均孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。
【０００７】
膜分離活性汚泥処理システムは、原水を脱窒槽及び硝化槽（好気槽）において活性汚泥により生物学的に浄化する。窒素の除去は、脱窒槽と硝化槽との間で汚泥を循環させることにより、いわゆる硝化脱窒反応によってなされる。ＢＯＤに換算される有機物は、主として硝化槽内に配置されたばっ気装置である膜ろ過ユニットの空気排出部から排出される空気により好気的に酸化され分解される。またリンの除去は、汚泥中の微生物（リン蓄積細菌）の作用によりポリリン酸として微生物体内に取り込まれることにより行われる。この微生物は好気状態においてリンを取り込み、嫌気状態において体内に蓄えたリンを放出する。リン蓄積細菌は、嫌気状態と好気状態とに繰り返して曝されると、嫌気状態で放出したリンの量よりも多くのリンを好気状態で吸収する。
【０００８】
生物由来の排泄物や死骸などの窒素化合物の一部は、肥料として植物やバクテリアに同化される。また、こうした窒素化合物の一部は、酸素の多い好気条件下で独立栄養アンモニア酸化細菌や独立亜硝酸酸化細菌により、亜硝酸、硝酸へと酸化される。他方、酸素がない嫌気条件下では、脱窒菌と呼ばれる微生物が酸素に代わって硝酸から亜硝酸を生成し、更には一酸化二窒素、窒素ガスへと還元して窒素を放出する。この還元反応が上記硝化脱窒反応と称される。
【０００９】
このような硝化脱窒反応に基づく膜分離活性汚泥処理装置が、例えば国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット（特許文献２）に開示されている。同特許文献２によれば、硝化槽から脱窒槽へ循環液である汚泥を送液する際、硝化槽中に配された最も低い位置にある散気装置の下方の槽底部近傍から汚泥を取り出すように構成し、硝化槽と硝化槽との２つの処理槽のみで、凝集剤などを使用せずに窒素及びリンを除去している。
【００１０】
上記膜分離活性汚泥処理装置にあっては、循環液である汚泥を取り出す位置を最も低い位置に配されている散気装置から更に２０ｃｍ以上下方に離している。こうすることにより、硝化槽から送液される汚泥が脱窒槽に導入される位置で溶存酸素濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以下とし、硝化槽より汚泥を取り出す位置では溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることができるというものである。
【特許文献１】特開２０００−５１６７２号公報
【特許文献２】国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上記特許文献２の記載によると、無酸素槽（脱窒槽）内に溶存酸素、硝酸イオン、亜硝酸イオンが実質的に存在しないと有機物が脱窒菌により嫌気的に分解され、このとき脱窒菌に蓄積されたポリリン酸がリン酸として菌体外に放出される。特許文献１に記載された発明によれば、ばっ気槽からの循環液（汚泥）が無酸素槽に入る部位における溶存酸素濃度は０．２ｍｇ／Ｌ以下とする必要があり、０．１ｍｇ／Ｌ以下とすると、リンの除去性がより安定するため好ましく、さらに０．０５ｍｇ／Ｌ以下とするとより好ましいとしている。しかるに、この特許文献１による方法で循環液の溶存酸素濃度を低減させようとしても限度がある。また、近年では高度な窒素除去が求められており、前述した循環式硝化脱窒法において除去率を上げるために、硝化槽から脱窒槽へ送液する循環倍率を高くしなければならないことが多くなってきた。循環倍率を上げると、脱窒槽への溶存酸素の持込みが増加し、脱窒槽が嫌気となりにくく、脱窒槽内において硝酸イオンを完全に脱窒することができなくなる場合がある。
【００１２】
本発明の目的は、循環式硝化脱窒法を用いた膜分離活性汚泥処理法にあって、脱窒槽に戻される汚泥中の溶存酸素濃度を更に低減させて、リンの除去性を向上させる活性汚泥処理装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的は、本発明の基本構成である、脱窒槽及び硝化槽が順次配され、脱窒槽と硝化槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するとともに、前記硝化槽には１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬され、排水を活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置にあって、前記脱窒槽の上流側に処理排水中の溶存酸素量を低減させる溶存酸素低減槽が配され、前記硝化槽の活性汚泥を前記溶存酸素低減槽又はその上流部に循環させる汚泥循環路を有してなることを特徴とする活性汚泥処理装置により効果的に達成される。
【００１４】
好適な態様によれば、前記溶存酸素低減槽の上流側には、送液手段により送液管路を介して前記溶存酸素低減槽に間欠的に原水を送り込むとともに、前記脱窒槽又は硝化槽の液面高さを調整する。そして、原水調整槽からの送液を溶存酸素低減槽と脱窒槽に分配してもよく、その送液のための送液分配手段を更に設けることもできる。
【作用効果】
【００１５】
上記溶存酸素低減槽に原水を所要の時間収容している。この収容された溶存酸素低減槽の原水には元々溶存酸素が含まれている。また、この種の膜分離活性汚泥処理法によれば、硝化槽からばっ気処理されて溶存酸素濃度の高い汚泥を脱窒槽に戻して循環させている。上記特許文献２では、その硝化槽の溶存酸素濃度が低い領域を選んで溶存酸素濃度が比較的低い汚泥を脱窒槽に戻しているが、０に近い濃度まで溶存酸素量を減少させることはできない。
【００１６】
その点、本発明によれば、前述のように脱窒槽の上流側に溶存酸素低減槽を配して、そこに原水を送り込むことによって、原水中のＢＯＤ成分が消費されることにより、硝化槽から持込まれた溶存酸素が急激に消費される。溶存酸素低減槽より溢流する汚泥中には、溶存酸素がほとんどないため、脱窒槽は、無酸素状態が安定して維持され、高速で脱窒することができる。脱窒反応には、ＢＯＤ成分が必要なため、場合によっては、原水を溶存酸素低減槽だけでなく、脱窒槽に分配する。このことは脱窒槽の嫌気状態を高くすることにつながるため十分なリンの放出も行うことも可能にする。
【００１７】
この原水調整槽からの原水を溶存酸素低減槽と脱窒槽に分配する場合、その分配比率を調整できるようにする必要がある。開閉バルブ付分岐送液管路から分配させる場合には、前記分配比率を調整することが難しいため、通常は、それぞれの送液路に可変容量ポンプを配し、それぞれのポンプによって好適な分配比率のもと送液するか、或いは分配槽を介して分配することが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態につき詳細に説明するが、本発明は特許請求の範囲内において多様な変更が可能であり、以下の実施形態に限定解釈されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態の一例を示す活性汚泥処理装置の概略構成図である。同図において、符号１は微細目スクリーン、符号２は原水調整槽、符号３は脱窒槽、符号４は硝化槽、符号５は膜ろ過ユニット、符号７は汚泥貯蔵槽、符号８は処理水槽を示している。符号６は本発明の最も特徴とする構成である溶存酸素低減槽を示している。
【００２０】
本実施形態にあっては、前記溶存酸素低減槽６は、前記原水調整槽２と脱窒槽３との間に配設されている。この溶存酸素低減槽６には、原水が連続あるいは、間欠的に投入されるとともに、硝化槽からの循環汚泥が返送される。溶存酸素低減槽６の平均滞留時間は、循環倍率や、汚泥濃度、原水のＢＯＤなどによって最適値は異なるが、３０分〜３時間程度が適当である。あまり短いと十分に溶存酸素が低減されず、あまり長いと水槽の容量が大きくなり無駄である。溶存酸素低減槽では、硝化槽から持ち込まれた溶存酸素が微生物の原水ＢＯＤ成分を利用等によって消費される。
【００２１】
また本実施形態では、図１に実線で示すように、第１送液ポンプＰ１により原水調整槽２の原水を送液路Ｌ１を通して間欠的に溶存酸素低減槽６へと送り込んでいるが、同図に仮想線で示すように、前記第１送液路Ｌ１を分岐させて、その分岐路Ｌ１’を脱窒槽３へと延ばしてもよい。その場合には、分岐路Ｌ１’に開閉バルブ２５を介装させることが好ましく、開閉バルブ２５を閉じた状態では、原水調整槽２の原水は専ら溶存酸素低減槽６へと送られ、開閉バルブ２５を開いて、原水調整槽２の原水を溶存酸素低減槽６及び脱窒槽３へと振り分けて送り込むようにする。このときの原水の分配比は、前記開閉バルブ２５の開度を調整することにより任意に決めることができる。しかし、開閉バルブ２５の開度を調整するだけで原水の分配比を調整することは難しい。そこで、通常は、それぞれの送液路に図示せぬ可変容量ポンプを配し、それぞれのポンプによって好適な分配比のもとで送液したり、或いは図示せぬ分配槽を介して分配するようにする。
【００２２】
このように原水の一部を脱窒槽３に送り込む理由は、脱窒槽３において、脱窒するためのＢＯＤ成分を確保するためである。溶存酸素低減槽６でＢＯＤが処理されすぎてしまうと、脱窒のためのＢＯＤ成分が不足し、脱窒速度の低下を招く場合があることによる。溶存酸素低減槽６では、溶存酸素が消費されるために必要なＢＯＤ成分があればよい。分配比は、溶存酸素低減槽の溶存酸素濃度や処理水水質などをもとに適宜決定される。
【００２３】
更に本実施形態では、図１に示すように、脱窒槽３から脱窒済の汚泥を第２送液ポンプＰ２により第２送液路Ｌ２を通して積極的に硝化槽４へと送り込む。硝化槽４の活性汚泥の一部は第３送液ポンプＰ３により第３送液路Ｌ３を通して連続的に溶存酸素低減槽６へと戻される。従って、硝化槽４の活性汚泥の一部は溶存酸素低減槽６及び脱窒槽３の間を循環して、硝化脱窒処理がなされる。
【００２４】
このように溶存酸素低減槽６を脱窒槽３の上流側に隣接して配設することにより、排水（原水）は、微細目スクリーン１を通して微細な夾雑物が分離されて原水調整槽２に送り込まれる。原水調整槽２では、第１送液ポンプＰ１を駆動して、原水を溶存酸素低減槽６に送り込み、ここで原水と硝化槽４から戻された活性汚泥の一部に溶解している酸素を溶存酸素量が殆ど０に近い値にまで低減させる。溶存酸素濃度が０に近い排水は、溶存酸素低減槽６からの溢流により脱窒槽３へと流入して効率的に脱窒とリンの放出とがなされる。この脱窒、リンの放出がなされた排水は、脱窒槽３から第２送液路Ｌ２を介して第１送液ポンプＰ１により積極的に硝化槽４へと送り込まれる。この脱窒、リンの放出がなされた排水は、硝化槽４にて有機物の酸化分解と、好気性菌による硝化及びリンの摂取がなされて活性汚泥を増殖させる。硝化槽４では膜ろ過ユニット５により活性汚泥の固形分と処理水とに膜分離され、処理水は吸引ポンプＰｖにより吸引されて、処理水槽８へと送られる。このとき発生する余剰汚泥の一部は、上述のように第３送液ポンプＰ３を介して脱窒槽３に戻され、余剰汚泥の残部は汚泥貯蔵槽７へと排出される。
【００２５】
本実施形態では、硝化槽４内に１以上の膜ろ過ユニット５を並列して浸漬させている。図示例によれば、理解を容易にするため２基の膜ろ過ユニット５を示しているが、単基でもよく、或いは２基以上の複数基が配される。大量の排水処理を行う場合には、４基以上、５０基以下の膜ろ過ユニット５を並設することが好ましい。膜ろ過ユニット５は、図１に示すように、中空糸膜モジュール９と散気装置１５とを備えている。
【００２６】
前記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数枚のシート状の中空糸膜エレメント１０が所要の間隔をおいて平行に配された略立方体形状を呈している。本実施形態にあって、前記中空糸膜エレメント１０は、図３に示すように多数の多孔性中空糸１０ａを平行に配列してシート状となし、各多孔性中空糸１０ａの一端側を固定用樹脂１１をもって閉塞固定するとともに、他端側は各多孔性中空糸１０ａの中空部を開口させて、同じく固定用樹脂１１をもって固定している。この多孔性中空糸１０ａの材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。また、前記シート状の膜エレメントは、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。
【００２７】
このシート状の中空糸膜エレメント１０に形成された微細孔の平均孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。
【００２８】
本実施形態による前記中空糸膜エレメント１０の膜面積は１枚あたり２５ｍ2 であり、前記中空糸膜モジュール９の膜面積は５００ｍ2 であって、１枚の中空糸膜エレメント１０によって、１日あたり４００ｔの排水を処理できる。因みに、１基の膜ろ過ユニット５に、２０枚、４０枚、６０枚の中空糸膜エレメント１０を組み込むことができ、その膜ろ過ユニット５の１基あたりの全膜面積は５００ｍ2 、１０００ｍ2 、１５００ｍ2 であって、ユニット１基あたりの処理量は、１日あたり４００ｔ、８００ｔ、１２００ｔとなる。
【００２９】
従って、１日あたり１００００ｔ以上の処理を行うには、最も大きな膜ろ過ユニットを使ったとしても、単一の処理槽（硝化槽）に１０基以上の膜ろ過ユニットを並べて浸漬する必要がある。通常、これらの単一槽内に浸漬される複数の膜ろ過ユニット５は、それぞれが分岐管を介して同一の吸引ヘッダーを通して単一の吸引ポンプＰｖにより吸引され、処理水として一括処理される。この単一ポンプによる処理を一系列としたとき、更に処理量を増やすには、当然にポンプ容量を増やし、処理槽を大きくしなければならないが、膜ろ過ユニット数を更に増やし、場合によっては系列数をも増やさなければならない。
【００３０】
上記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数本の多孔性中空糸１０ａを平行に並列させたシート状の中空糸膜エレメント１０の上部開口端部を固定用樹脂１１を介してろ過水取出管１２に連通支持させるとともに、下端を閉塞して同じく固定用樹脂１１を介して下枠１３により固定支持させ、前記ろ過水取出管１２及び下枠１３の各両端を一対の縦杆１４により支持して構成される。多数枚の中空糸膜エレメント１０が、多孔性中空糸１０ａを垂直にして上下端面を開口させた矩形筒状の上部ケーシング２０のほぼ全容積内に収容されてシート状に並列支持される。
【００３１】
本実施形態による前記多孔性中空糸１０ａは、中心部に沿って長さ方向に中空とされたＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデン）からなる中空糸が使われており、そのろ過孔の孔径は０．４μｍである。また、１枚あたりの有効膜面積は２５ｍ2 である。上記シート状の中空糸膜エレメント１０は膜ろ過ユニット５あたり２０枚が使われ、その大きさは奥行きが３０ｍｍ、幅が１２５０ｍｍ、高さが２０００ｍｍである。散気装置８をも含めた１膜ろ過ユニット５の大きさは、奥行きが１５５２．５ｍｍ、幅が１４４７ｍｍ、高さが３０４３．５ｍｍである。上記ろ過水取出管１２の材質はＡＢＳ樹脂であり、縦杆１４の材質はＳＵＳ３０４が使われている。ただし、多孔性中空糸１０ａ、ろ過水取出管１２及び縦杆１４などの材質、中空糸膜エレメント１０の大きさ、膜ろ過ユニット１基の大きさや同ユニット１基あたりの中空糸膜エレメント１０の枚数などは、用途に応じて多様に変更が可能である。例えば、中空糸膜エレメント１０の枚数で言えば処理量に合わせて２０枚、４０枚、６０枚、…と任意に設定できる。
【００３２】
各中空糸膜エレメント１０の上記ろ過水取出管１２の一端には、図３に示すように、各多孔性中空糸１０ａによってろ過された良質処理水の取出口１２ａが形成されている。本実施形態にあって、図２及び図３に示すように、各取出口１２ａには、それぞれＬ型継手１２ｂがシール材を介して液密に取り付けられる。また、上記上部ケーシング２０の上端の前記取出口１２ａが形成されている上側端縁に沿って集水ヘッダー管２１が水平に設けられている。この集水ヘッダー管２１の、前記ろ過水取出管１２に設けられた複数の前記取出口１２ａと対応する位置には、それぞれに集水口２１ａが形成されており、各集水口２１ａに上記取出口１２ａと同様のＬ型継手２１ｂがシール材を介して液密に取り付けられている。前記ろ過水取出管１２の処理水取出口１２ａと前記集水ヘッダー管２１の集水口２１ａとが、それぞれに取り付けられたＬ型継手１２ｂ，２１ｂ同士を接続することにより通水可能に連結される。集水ヘッダー管２１の一端部には吸引ポンプＰｖと吸引管路２２とを介して接続される吸水口２１ｃが形成されている。各集水ヘッダー管２１ごとに形成された吸水口２１ｃと前記吸引管路２２とは、図１に示すように、同吸引管路２２からそれぞれ分岐した分岐管路２２ａに介装された開閉バルブ２３を介して連結されている。
【００３３】
一方の散気装置１５は、図４に示すように、前記上部ケーシング２０の下端に結合された上下が開口する矩形筒体からなり、その４隅の下端から下方に延びる４本の支柱２４ａを備えた下部ケーシング２４の底部に収容固設されている。前記散気装置１５は、矩形状の枠体に両端部が固着支持された細長い金属又は合成樹脂からなる複数のパイプ状の散気管１７を備えている。この散気管１７には、通常、下面側に長さ方向に延びるエア噴出スリットか、或いは複数のエア噴出孔が形成されている。また、この散気管１７の一端は閉塞されており、他端はばっ気ブロアＢから延びるエア主管１８から分岐するエア導入管１６と開閉バルブ１９を介して連通している。
【００３４】
図示例によれば、前記散気管１７の本体はスリット付きゴム管から構成されており、水平に配されたゴム管の下面には、長さ方向に沿って内外に連通する図示せぬスリットが形成されている。前記散気装置１５は上記中空糸膜モジュール９の下面から下方に４５ｃｍの間隔をおいて配されることが好ましく、前記支柱２４ａを下部ケーシング２４から下方に突出させて、外部に開放させることは汚泥の流動を円滑にするため望ましい。
【００３５】
また、本実施形態による散気装置１５は複数基の各膜ろ過ユニット５ごとに配されており、単一のばっ気ブロアＢから送られるエアを、それぞれの散気装置１５に分流させるために、前記ばっ気ブロアＢに直接接続されたエア主管１８を有しており、同エア主管１８から各散気装置１５のエア導入管１６に接続させている。このエア導入管１６のエア主管側の端部は槽外に配され、実際には、槽外のエア導入管１６の端部に上記開閉バルブ１９が設けられ、同開閉バルブ１９の開閉操作を槽外にて行えるようにすることが望ましい。
【００３６】
本発明は、例示した上述のような構成を備えた複数基の膜ろ過ユニット５を同一硝化槽４に浸漬して並置し、脱窒槽３と硝化槽（好気槽）４との間で汚泥を循環させながら、上述のような生物化学的な活性汚泥処理を行う。
【００３７】
ところで、このような活性汚泥処理を行う場合、脱窒槽３において溶存酸素量が多いと脱窒菌がそれを優先的に利用して増殖するため、脱窒反応が阻害される。そのため脱窒槽３では溶存酸素量はなるべく少なく、好ましくは０．０５ｍｇ／Ｌ以下とする。しかしながら、従来の一般的な活性汚泥処理は勿論のこと、上記特許文献２に開示されているように硝化槽４における活性汚泥中に溶解している溶存酸素量が最も少ない領域の汚泥を脱窒槽へと戻すようにしても、脱窒槽３の汚泥導入領域の溶存酸素量は０．２ｍｇ／Ｌがせいぜいであり、それ以上は溶存酸素量を低減することは難しい。逆に、上記硝化槽４では硝化細菌が要求する好気的環境条件は溶存酸素量が１〜２ｍｇ程度必要となる。そのため、上述のごとき膜ろ過ユニット５に散気装置１５を付設して、汚泥中に空気を放出して旋回流を発生させて汚泥の攪拌と同時に、汚泥中に酸素を溶解させるようにしている。
【００３８】
この汚泥中への空気の放出は単に汚泥の攪拌と酸素を溶解を促進させるだけではなく、膜ろ過ユニット５の膜面の洗浄にも使われている。そのため、通常の散気装置１５における散気管１７に形成されるエア放出孔の孔径は比較的大きく形成されている。その結果、汚泥中へのエアの溶解が少なくなる場合が多く、前記散気装置１５に加えて、微細なエア放出孔を有し、酸素の溶解が効率的に行える微細気泡を放出する図示せぬ補助散気装置を硝化槽４内の溶存酸素量の少ない領域に配置することも行われている。
【００３９】
このように、従来の活性汚泥処理では硝化槽４に高い溶存酸素濃度が求められるため、同硝化槽４から脱窒槽へと戻される活性汚泥もまた、そこに溶解された溶存酸素量が必然的に多くなってしまい、ある値以下には溶存酸素量を低減できないのが現状である。
【００４０】
これに対して、本実施形態のように脱窒槽３の上流側に隣接させて溶存酸素低減槽６を配することにより、循環汚泥を含む原水を脱窒槽３に送り込む以前に溶存酸素低減槽６に収容するため、硝化槽４の活性汚泥に要求される溶存酸素量を満足させたとしても、前記溶存酸素低減槽６にて溶存酸素量をほぼ０ｍｇ／Ｌにまで低減させることができるため、脱窒槽３の脱窒反応が効率的になされるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の代表的な実施形態を示す膜分離活性汚泥処理装置の概略構成図である。
【図２】同膜分離活性汚泥処理装置に適用される膜ろ過ユニットの一例を一部切開して示す全体立体図である。
【図３】前記膜ろ過ユニットに適用される分離膜エレメントと集水ヘッダー管との接続関係を示す立体図である。
【図４】前記膜ろ過ユニットに適用される散気装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 微細目スクリーン
２ 原水調整槽
３ 脱窒槽
４ 硝化槽
５ 膜ろ過ユニット
６ 溶存酸素低減槽
７ 汚泥貯蔵槽
８ 処理水槽
９ 中空糸膜モジュール
１０ （シート状の）中空糸膜エレメント
１０ａ 多孔性中空糸
１１ 固定用樹脂
１２ ろ過水取出管
１２ａ ろ過水取出口
１２ｂ Ｌ型継手
１３ 下枠
１４ 縦杆
１５ 散気装置
１６ エア導入管（分岐管）
１７ 散気管
１８ エア主管
１９ 開閉バルブ
２０ 上部ケーシング
２１ 集水ヘッダー管
２１ａ 集水口
２１ｂ Ｌ型継手
２１ｃ 吸水口
２２ 吸引管路
２２ａ 分岐管路
２３ 開閉バルブ
２４ 下部ケーシング
２４ａ 支柱
２５ 開閉バルブ
Ｐ１ 第１送液ポンプ
Ｐ２ 第２送液ポンプ
Ｐ３ 第３送液ポンプ
Ｌ１ 第１送液路
Ｌ１’ 分岐路
Ｌ２ 第２送液路
Ｌ３ 第３送液路
Ｐｖ 吸引ポンプ
Ｂ ばっ気ブロア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱窒槽及び硝化槽が順次配され、脱窒槽と硝化槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するとともに、前記硝化槽には１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬され、排水を活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置にあって、
前記脱窒槽の上流側に処理排水中の溶存酸素量を低減させる溶存酸素低減槽が配され、前記硝化槽の活性汚泥を前記溶存酸素低減槽又はその上流部に循環させる汚泥循環路を有してなることを特徴とする活性汚泥処理装置。
【請求項２】
前記溶存酸素低減槽の上流側には、送液手段により送液管路を介して前記溶存酸素低減槽に間欠的に原水を送り込むとともに、前記脱窒槽又は硝化槽の液面高さを調整する原水調整槽が配されてなる請求項１記載の活性汚泥処理装置。
【請求項３】
原水調整槽からの送液を溶存酸素低減槽と脱窒槽に分配して送液する送液分配手段を更に有してなる請求項２記載の活性汚泥処理装置。
【請求項１】
脱窒槽及び硝化槽が順次配され、脱窒槽と硝化槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するとともに、前記硝化槽には１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬され、排水を活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置にあって、
前記脱窒槽の上流側に処理排水中の溶存酸素量を低減させる溶存酸素低減槽が配され、前記硝化槽の活性汚泥を前記溶存酸素低減槽又はその上流部に循環させる汚泥循環路を有してなることを特徴とする活性汚泥処理装置。
【請求項２】
前記溶存酸素低減槽の上流側には、送液手段により送液管路を介して前記溶存酸素低減槽に間欠的に原水を送り込むとともに、前記脱窒槽又は硝化槽の液面高さを調整する原水調整槽が配されてなる請求項１記載の活性汚泥処理装置。
【請求項３】
原水調整槽からの送液を溶存酸素低減槽と脱窒槽に分配して送液する送液分配手段を更に有してなる請求項２記載の活性汚泥処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−１６７７７４（Ｐ２００７−１６７７７４Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６９４３３（Ｐ２００５−３６９４３３）
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００１７６７４１）三菱レイヨン・エンジニアリング株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【出願人】（０００１７６７４１）三菱レイヨン・エンジニアリング株式会社 (90)
【Ｆターム（参考）】
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