生物処理方法

【課題】生物反応槽内に浸漬配置された濾過体の濾過層の圧密化及びそれによる濾過速度の低下を容易に防止して、安定かつ効率的な濾過を継続する。
【解決手段】生物反応槽１内の一側部に散気管２，他側部に濾過体３Ａ〜３Ｃを設け、濾過体３Ａ〜３Ｃの下方に設けた通気管１０Ａ〜１０Ｃから、ガスを供給して濾過体表面の付着物層を剥離させる。濾過体を複数設け、剥離洗浄を順次切り換えて行うことで、濾過を継続したまま洗浄を行う。
【効果】濾過体の下方に設けた通気管からガスを供給して、濾過体を気液混合流の掃流にさらすことにより、圧密化しつつある濾過層を効果的に剥離除去することができる。複数の濾過体を設けるため、濾過体の洗浄による水質の低下の影響は少ない。濾過体の洗浄は、濾過を継続したまま行うため、装置構成の複雑化、処理操作の煩雑化を引き起こすことはない。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は生物処理方法に係り、特に、生物反応槽内に浸漬配置した濾過体により生物汚泥を効率的に分離して生物処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】生物反応により水中の有機物を分解処理する活性汚泥などの生物処理装置では、一般に、この生物汚泥を固液分離するために、沈殿池等の沈降分離手段が用いられている。しかしながら、生物反応槽の後段に沈殿池を設けた従来の生物処理装置では、次のような問題がある。
【０００３】■ 比重差により汚泥を沈降分離する沈殿処理では、汚泥の分離性能にも限界があり、流入負荷の変動時や、バルキング発生時等には、処理水質が悪化する。このため、高度な処理水質が要求される場合には、沈殿池の後段に、更に急速濾過機やストレーナー等の設備が必要である。
■ 最終沈殿池で分離した生物汚泥を生物反応槽に返送する操作も必要とされる。
■ 汚泥返送操作や汚泥濃度管理を行っても、最終沈殿池でスカムが発生したり、汚泥が浮上したりする等のトラブルが発生し、水質が悪化する場合が多い。
■ 沈殿池は、大きな設置スペースを必要とするため、工業的に不利である。
【０００４】一方、沈降分離の代りに、生物汚泥を限外濾過膜や精密濾過膜により膜分離する場合もある。この膜分離処理によれば、沈殿池のような大きなスペースを必要とすることなく、ＳＳが高度に除去された高水質処理水を得ることができる。
【０００５】しかしながら、限外濾過膜や精密濾過膜による膜分離処理では、稼働エネルギーが大きい上に、膜で阻止した物質（この膜汚染物質は、高分子状の微生物代謝産物などが主体となっている。）により膜が汚染され、膜孔の閉塞で濾過性能が低下するため、定期的な薬品洗浄が必須であるという欠点がある。
【０００６】このような膜分離処理における問題を解決するものとして、濾布を備える濾過体を生物反応槽に浸漬配置し、この濾過体の濾布を通過した濾過水を処理水として取り出すことで、生物汚泥を固液分離することが考えられている。
【０００７】図４は、このような生物反応槽を示す断面図であり、生物反応槽１内の一側部に生物反応に必要な酸素を供給するための散気管２が設けられ、他側部に濾過体３が設けられている。
【０００８】この濾過体３は不織布等の濾布を備える平板型濾過ユニットが鉛直方向に積層されて構成されており、処理水（濾過水）は、この濾過体３の中央部に、濾布の濾過側に連通するように設けられた処理水排出管４から処理水槽５に抜き出される。６は仕切壁である。
【０００９】この生物反応槽１内では、散気管２からの散気により、散気管２を設けた槽内の一側部に上昇流が生じ、濾過体３を設けた他側部に下降流が生じることで、槽内液の緩やかな循環流（旋回流）が形成される（矢印Ｆ）。この循環流により、濾過体３の濾布表面に均等なクロスフローが付与され、濾過が進行する。
【００１０】この濾過体３による濾過は、実際には、濾過の進行により濾過体３の濾布表面に形成された活性汚泥粒子の付着物層（ダイナミック濾過層。以下、単に「濾過層」と称する場合がある。）によって行われている。即ち、濾過体３の濾布は、実質的には活性汚泥粒子を通過させるものであるが、濾過の駆動圧が小さい条件下において、濾布の表面に活性汚泥粒子の付着物層が形成され、この付着物層により活性汚泥粒子の通過を阻止することができるようになる。
【００１１】なお、散気管２は、濾過体３が設けられた側とは反対側に設けられ、濾過体３の下方に設けられていない。そして、散気管２からの散気による気泡は、上向流部分で大部分分離されることから、濾過体３が散気管２による散気の気泡と直接接触することはない。このため、生物処理及び濾過処理中に濾過体３の濾布表面に形成される濾過層が気泡によって剥離することはない。これにより、濾過処理は安定して行われ、処理水質も安定している。散気管２を濾過体３の下方に設けた場合には、散気管２の散気による気泡で濾過体３の濾過層の形成が不安定となり、処理水質が低下するため、好ましくない。
【００１２】この生物反応槽１においては、生物反応槽１の水位よりも処理水槽５の水位を低水位とし、この水頭差ΔＨを駆動力として濾過を進行させる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このような濾布よりなる濾過体を生物反応槽に浸漬配置したものでも、長期間濾過を継続すると濾過速度が低下してくるという問題があった。この濾過速度の低下の原因は、濾布の表面に形成される濾過層の圧密化にある。
【００１４】濾過体の下方から曝気を行って、濾過体を気液混合流にさらすことで濾過層を剥離除去して濾過体を再生することも考えられるが、この場合には、この曝気中に濾過を停止するためのバルブ等の部材が必要となり、装置構成が複雑となる上に、バルブ操作が煩雑となるという不具合がある。
【００１５】本発明は上記従来の問題点を解決し、生物反応槽内に浸漬配置された濾過体の濾過層の圧密化及びそれによる濾過速度の低下を容易に防止して、安定かつ効率的な濾過を継続することを可能とする生物処理方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の生物処理方法は、生物反応槽と、該生物反応槽内の一側部に設置された、生物反応に必要な酸素を供給するための散気管と、該生物反応槽内の他側部に設置された濾過体と、該生物反応槽内の該濾過体の下方に設けられた濾過体洗浄用のガスを供給するための通気管とを備える生物反応装置に原水を供給し、前記濾過体の濾過水を処理水として取り出す生物処理方法において、該生物反応装置に複数の濾過体を設け、各濾過体の下方にそれぞれ前記通気管を配置し、すべての濾過体から濾過水を取り出しながら一部の前記通気管にガスを供給して該通気管の上方の濾過体について付着層の剥離を行うようにした生物処理方法であって、ガスを供給する通気管を順次に切り替えるようにしたことを特徴とする。
【００１７】本発明においては、濾過体の下方に設けた通気管からガスを供給して、濾過体を気液混合流の掃流にさらすことにより、圧密化しつつある濾過層を効果的に剥離除去することができる。しかも、本発明では、この濾過体の洗浄は、濾過を継続したまま行うため、装置構成の複雑化、処理操作の煩雑化を引き起こすことはない。即ち、濾過を継続した状態で濾過体の洗浄を行うと、濾過層が剥離し、濾過性能が低下した濾過体を生物処理水が通過するため、得られる濾過水の水質は低下することになるが、本発明では、複数の濾過体のうちの一部のみを洗浄するため、得られる処理水は、洗浄により水質の低下した濾過水と、洗浄を行っていない濾過体から得られる高水質の濾過水との混合水となる。このため、濾過を継続したまま濾過体の洗浄を行っても、処理水の水質が大きく低下することはない。このようなことから、本発明によれば、濾過層の圧密化による濾過速度の低下を容易に防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】図１（ａ）は本発明の生物処理方法の実施に好適な生物処理装置の一例を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。なお、図１において、図４に示すものと同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００２０】図１に示す生物処理装置は、３個の濾過体３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）を並設し、各濾過体３Ａ〜３Ｃから各々処理水排出管４Ａ，４Ｂ，４Ｃを経て処理水を取り出すようにし、また、各濾過体３Ａ〜３Ｃの下方に各々、通気管１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）を設けたものである。その他は、図４に示す従来装置と同様に構成されている。
【００２１】本実施例においては、生物反応に必要な酸素は、生物反応槽１の中間の深さ位置に設けられた散気管２より供給し、各通気管１０からは、各濾過体３の洗浄用のガスを供給する。通気管１０Ａ〜１０Ｃからのガス供給の切り換えは、各バルブＶ（Ｖ_A，Ｖ_B，Ｖ_C）の開閉により行う。
【００２２】なお、散気管１０は、生物反応槽１の中間の深さ位置に設けられているため、一般的な中圧ブロワにより、十分に散気を行うことができるが、通気管１０は生物反応槽１の底部に設けられているため、この水深圧よりも大きい吐出圧力の高圧ブロワを用いてガス供給を行う必要がある。
【００２３】本実施例においては、生物反応槽１に原水を供給すると共に、散気管２から空気等の酸素含有ガスを散気して、生物処理を行い、生物処理液を各濾過体３で濾過し、前述の如く、水頭差ΔＨによる濾過駆動力で濾過水を処理水として各排出管４より処理水槽５に取り出す。
【００２４】そして、このような生物処理及び濾過を行いながら、順次濾過体３の洗浄を行う。
【００２５】即ち、まず、バルブＶ_Aを開として通気管１０Ａより曝気を行うことにより、濾過体３Ａの濾布表面の濾過層を気液混合流の掃流で洗浄除去する。
【００２６】このような濾過体３Ａの洗浄を行った後は、バルブＶ_Aを閉じて通気管１０Ａからの曝気を止め、直ちに、或いは、所定時間経過後にバルブＶ_Bを開として通気管１０Ｂからの曝気を行って、上記と同様に濾過体３Ｂの洗浄を行う。
【００２７】そして、濾過体３Ｂの洗浄を行った後は、バルブＶ_Bを閉じて通気管１０Ｂからの曝気を止め、直ちに、或いは、所定時間経過後に、バルブＶ_Cを開として通気管１０Ｃからの曝気を行って、上記と同様に濾過体３Ｃの洗浄を行う。
【００２８】濾過体３Ｃの洗浄後は、バルブＶ_Cを閉じて通気管１０Ｃからの曝気を止め、直ちに、或いは、所定時間経過後に、バルブＶ_Aを開として通気管１０Ａからの曝気を行って、濾過体３Ａの洗浄を行う。
【００２９】以降は同様に、濾過体３Ｂ→濾過体３Ｃ→濾過体３Ａ→濾過体３Ｂ→濾過体３Ｃ→……という順で、順次洗浄を行う濾過体を切り換えてゆく。なお、この間、濾過体３Ａ〜３Ｃからの濾過水の取り出しは停止することなく継続する。
【００３０】このように、本発明では、濾過を継続しながら濾過体の洗浄を行うため、濾過層が一時的に剥離された状態の洗浄中の濾過体からも生物処理水が排出されることになる。このため、この洗浄中の濾過体から得られる濾過水の水質は低下する。しかし、濾過体の洗浄は、各時点では、複数個の濾過体の内の一部だけを対象として行われるため、洗浄が行われていない濾過体からの清浄な濾過水と混合されることにより、全体的な処理水水質の低下は小さく抑えられる。
【００３１】本発明において、このような濾過体の濾過層の剥離洗浄は、濾過層が圧密化する前に行うのが好ましく、生物反応槽内の汚泥性状や汚泥濃度等によっても異なるが、一般的には、各濾過体について、通水１〜２４時間毎に１回の割合で定期的に行うのが好ましい。
【００３２】この剥離洗浄時間、剥離洗浄のための通気量は、濾過体の濾過層を剥離できるような条件であれば良く、剥離洗浄時間については通常の場合各濾過体毎に１〜６０分程度とされる。このとき、各濾過体の下方に設けられた通気管からの通気量は、濾過体３の表面積１ｍ²当り０．１〜２ｍ³／ｍ²・Ｈｒ程度とするのが好ましい。
【００３３】なお、濾過体洗浄用のガスとしては、一般的には空気を用いる。
【００３４】本発明において、この濾過体の剥離洗浄は、複数設けた濾過体の一部について行い、順次、剥離洗浄を行う濾過体を切り換えてゆく。この剥離洗浄は複数の濾過体のうちの２以上に対して同時に行っても良いが、濾過体１個ずつを順次剥離洗浄するようにするのが処理水水質の低下を小さく抑えることができるため、望ましい。
【００３５】この剥離洗浄時において、散気管からの散気は継続していても良いが、通気管からのガス供給による気液混合流（上昇流）で濾過体表面を円滑に掃流するためには、散気管からの散気によって下降流が濾過体設置部分に生じないようにするために、剥離洗浄中は散気管からの散気を停止するのが好ましい。ただし、この場合には、通気管からの洗浄用ガスとして、空気等の酸素含有ガスを用いる必要がある。
【００３６】なお、図１に示す装置は、本発明の実施に好適な装置の一例を示すものであり、本発明は何ら図示の態様に限定されるものではない。
【００３７】例えば、生物反応槽の形式には何ら制限はなく、その他の形式のものでも良い。生物反応槽内の仕切壁は必ずしも必要とされず、なくても良いが、図示の如く、生物反応槽内の中央に仕切壁を設けることにより、循環流を安定に生成させることができる。また、かかる生物反応槽は、有機物を分解する活性汚泥処理装置の曝気槽であっても良く、窒素を除去する硝化槽であっても良い。脱窒を行う場合、槽内に仕切壁を設け、例えば上流側を脱窒部、下流側を硝化部とすると共に、硝化部から脱窒部への返送配管を設け、硝化部に濾過体を設けて処理水を取り出すようにすることもできる。
【００３８】本発明において、濾過体の数には特に制限はないが、１０〜２０個程度とするのが、水質の防止及び装置の大型化防止の面で好適である。
【００３９】濾過体は、必ずしも図１に示す如く、同一の生物反応槽内に設ける必要はなく、濾過体を設けた生物反応槽を複数槽並設するようにしても良い。
【００４０】なお、本発明において、濾過体の濾布としては不織布や織布を用いる。織布としては、表面を起毛した織布が好ましい。不織布は、表面がほぼ平坦であるので、表面でブリッジを形成し易く、汚泥粒子を効率的に捕捉することができる。
【００４１】また、濾布の厚さが過度に厚いと汚泥が濾布内に蓄積して目詰りを起こす恐れがある。逆に、濾布の厚さが薄過ぎると強度が低下し、破損し易くなる。このため、濾布の厚さは０．１〜１ｍｍ程度であることが好ましい。
【００４２】本発明で用いる濾布は、汚泥粒子が通過し得るものであるが、具体的には、分離粒径（分離される汚泥粒子の大きさ）１０μｍ以上、特に３０〜１０００μｍの孔を有するものが好ましい。
【００４３】なお、濾布を構成する繊維の材質としては特に制限はなく、銅等の金属繊維や、ポリエステル、ポリプロピレン等の高分子繊維を用いることができる。
【００４４】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００４５】実施例１図３に示す実験装置により、魚肉エキスを主成分とする合成下水の生物処理を行った。
【００４６】図３において、２１は原水槽、２２は生物反応槽、２３は濾過体、２４は通気管、２５は散気管、２６は仕切壁、２７は沈殿槽、Ｐ₁，Ｐ₂はポンプ、Ｂはブロワ、Ｖ₁，Ｖ₂はバルブである。３１〜３５は配管を示す。
【００４７】原水槽２１内の合成下水は、ポンプＰ₁を備える配管３１より生物反応槽２２に流入する。生物反応槽２２内は、ブロワＢにより散気管２５から散気が行われている。生物処理水は、濾過体２３で濾過され配管３２より抜き出される。この生物反応槽２２のオーバーフロー水は配管３３より抜き出され、沈殿槽２７で固液分離され、分離された汚泥はポンプＰ₂を備える配管３４より生物反応槽２２に戻され、分離液は３５より排出される。この固液分離手段は生物反応槽の水位を一定に保つために設けられている。
【００４８】この実験装置において、合成下水を流入ＢＯＤ量が３００ｍｇ／Ｌとなるように生物反応槽２２に導入した。生物反応槽２２のＭＬＳＳは約４０００ｍｇ／Ｌに維持し、ＢＯＤ−ＳＳ負荷は０．１５ｋｇ／ｋｇ・日とした。
【００４９】生物反応槽２２内に設けた濾過体２３の有効面積は０．４ｍ³で、濾布としては、ユニチカ製ポリエステル不織布（品番２０１５７ＷＴＤ，目付量１５ｇ／ｍ²，分離粒径１００μｍ，厚さ０．１１ｍｍ）を用いた。濾過体２３の濾過水（処理水）は、６ｃｍの水頭差を駆動圧として取り出した。
【００５０】通水開始から７日間は、濾過体の洗浄操作を行わずに処理を継続した。その結果、濾過速度は初期の０．７ｍ／日から０．２ｍ／日まで徐々に低下した。
【００５１】そこで、２４時間通水を停止して通気管２４から４．４ｍ³／Ｈｒで曝気を行って濾過体２３の濾過層の剥離洗浄を行った後、通気管２４の曝気を停止して通水を再開したところ、濾過速度は初期の０．７ｍ／日まで回復した。その後、１日に１回の頻度で濾過を継続した状態で通気管２４からの曝気による濾過体２３の濾過層の剥離洗浄を１時間行ったところ、濾過速度０．７ｍ／日を安定に維持することができた。
【００５２】なお、濾過体２３の濾過層の剥離洗浄に当っては散気管２５からの散気は停止した。
【００５３】この実験における濾過速度の経時変化は図３R>３に示す通りであり、濾過体の濾過層を間欠的に剥離洗浄することで、高い濾過速度を安定に維持することができることが確認された。
【００５４】上記と同様の濾過体を１０個並設し、各濾過体から濾過水を取り出すようにすると共に、同様の洗浄頻度で各濾過体の洗浄を１個ずつ順次切り換えて行うようにして、同様に処理を行ったところ、合成下水の水質（ＢＯＤ：３００ｍｇ／Ｌ）に対して、すべての濾過体について洗浄を行っていない場合の処理水の水質はＢＯＤ：約５ｍｇ／Ｌ、濾過体のうちの１個を洗浄中の処理水の水質はＢＯＤ：１０〜２０ｍｇ／Ｌであった。この結果から、洗浄中に濾過を継続していても、洗浄による処理水の水質の低下はごくわずかであることが確認された。
【００５５】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の生物処理方法によれば、槽内に濾過体を浸漬配置した生物反応槽で、生物処理及び濾過を行う生物処理に当り、処理を停止することなく、濾過体に付着した濾過層を容易に剥離除去することにより、濾過層の圧密化による濾過速度の低下を防止することができ、長期にわたり安定かつ効果的な生物処理を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施に好適な生物処理装置の一実施例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】実施例１で用いた実験装置を示す系統図である。
【図３】実施例１における濾過速度の経時変化を示すグラフである。
【図４】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１生物反応槽
２散気管
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ濾過体
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ処理水排出管
５処理水槽
６仕切壁
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ通気管
２１原水槽
２２生物反応槽
２３濾過体
２４通気管
２５散気管
２７沈殿槽

【特許請求の範囲】
【請求項１】生物反応槽と、該生物反応槽内の一側部に設置された、生物反応に必要な酸素を供給するための散気管と、該生物反応槽内の他側部に設置された濾過体と、該生物反応槽内の該濾過体の下方に設けられた濾過体洗浄用のガスを供給するための通気管とを備える生物反応装置に原水を供給し、前記濾過体の濾過水を処理水として取り出す生物処理方法において、該生物反応装置に複数の濾過体を設け、各濾過体の下方にそれぞれ前記通気管を配置し、すべての濾過体から濾過水を取り出しながら一部の前記通気管にガスを供給して該通気管の上方の濾過体について付着層の剥離を行うようにした生物処理方法であって、ガスを供給する通気管を順次に切り替えるようにしたことを特徴とする生物処理方法。

【図１】