生物処理装置
【課題】従来の流動床担体生物処理法と膜分離活性汚泥法の問題点を解決し、高濃度の有機物を含む排水を、処理槽の必要容量を抑え、余剰汚泥除去のための凝集剤を必要とすることなく、浸漬膜の目詰まりを防止して、効率的に処理して高水質の処理水を得る。
【解決手段】有機性排水を、微生物を担持した流動担体を保持する好気性生物処理槽１で処理した後、浮上分離槽２で浮上汚泥と分離水とに分離する。浮上分離槽２の分離水を分離膜浸漬槽３に導入して、この分離水に同伴される汚泥を分離し、分離膜モジュール３Ａの透過水を処理水として排出する。浮上分離槽２の浮上汚泥と分離膜浸漬槽３の分離汚泥を好気性生物処理槽１に返送する。
【解決手段】有機性排水を、微生物を担持した流動担体を保持する好気性生物処理槽１で処理した後、浮上分離槽２で浮上汚泥と分離水とに分離する。浮上分離槽２の分離水を分離膜浸漬槽３に導入して、この分離水に同伴される汚泥を分離し、分離膜モジュール３Ａの透過水を処理水として排出する。浮上分離槽２の浮上汚泥と分離膜浸漬槽３の分離汚泥を好気性生物処理槽１に返送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高濃度の有機物を含む排水から有機物を効率的に除去するための生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高濃度の有機物を含む排水から生物処理によって有機物を除去する方法として、微生物を付着させた担体を被処理水中で流動させて微生物に有機物を消費ないし吸収させる流動床担体生物処理法が知られている。この方法は、一般的な活性汚泥法と比べて処理槽容積当たりの有機物負荷を高く取ることができ、処理効率に優れる。このような流動床担体生物処理法の具体的手法として、例えば、特開平９−３０８８９２号公報には、微生物を担持した流動担体を保持した生物処理槽の流出液を沈殿槽で固液分離して処理水を得る方法が開示されている。
【０００３】
また、有機物を含む水を活性汚泥と混合して生物処理した後、分離膜を用いて濾過を行うことで活性汚泥と処理水を分離する膜分離活性汚泥法も広く用いられており、この膜分離活性汚泥法を、生物膜を形成した濾材の充填層を形成した生物膜処理槽と組み合わせた方法として、特開平６−４７３９９号公報には、生物膜処理槽の流出水を浸漬膜型好気性処理槽で処理して膜透過水を処理水として抜き出し、該処理槽内の汚泥を前段の生物膜処理槽に返送する方法が開示されている。
【０００４】
なお、特開２００２−３４５８５号公報には、回分式活性汚泥処理装置の処理水を浸漬膜分離装置で濾過処理する方法が開示されているが、この特開２００２−３４５８５号公報の方法では、浸漬膜分離装置で分離濃縮された汚泥を回分式生物処理装置へ返送することは想定されていない。即ち、この方法で、仮に汚泥を返送するとなると、複数ある回分式生物処理装置のいずれかに返送することになり、交互に返送したとしても、汚泥濃度を均等に保持することは難しく、処理にばらつきが生じ、処理水水質が安定しなくなる。
【特許文献１】特開平９−３０８８９２号公報
【特許文献２】特開平６−４７３９９号公報
【特許文献３】特開２００２−３４５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、流動床担体生物処理法では、微生物が増殖し余剰汚泥として処理水に混じって流出するが、この余剰汚泥はフロック化し難いため、沈降速度が遅く、これを沈殿槽で完全に除去するには大型の沈殿槽を設けるか、大量の凝集剤を用いて強制的に沈降させることが必要となる。
【０００６】
一方、膜分離活性汚泥法では、高濃度の有機物を処理しようとする場合、活性汚泥を高濃度に保つことで有機物の分解速度を上げ、かつ清浄な処理水が得られる利点があるが、活性汚泥は付着性を持つため、活性汚泥内に直接浸漬した分離膜に目詰まりを生じやすく、分離膜の洗浄強度及び頻度を増やさねばならないという欠点がある。
【０００７】
本発明は上記従来の流動床担体生物処理法と膜分離活性汚泥法の問題点を解決し、高濃度の有機物を含む排水を、処理槽の必要容量を抑え、また、余剰汚泥除去のための凝集剤を必要とすることなく、更には、浸漬膜の目詰まりを防止して効率的に処理して高水質の処理水を得ることができる生物処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明（請求項１）の生物処理装置は、有機性排水を受け入れる、微生物を担持した流動担体を保持する好気性生物処理槽と、該好気性生物処理槽の流出水を受け入れ、該流出水を浮上汚泥と分離水とに分離する浮上分離槽と、該浮上分離槽の分離水を受け入れ、該分離水に同伴される汚泥を分離すると共に処理水を排出する分離膜浸漬槽であって、槽内に浸漬された分離膜モジュールと該分離膜モジュールの下方に設けられた散気手段とを備える分離膜浸漬槽と、前記浮上分離槽の浮上汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第１の汚泥返送手段と、前記分離膜浸漬槽の汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第２の汚泥返送手段と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の生物処理装置は、請求項１において、前記第２の汚泥返送手段が、返送ポンプと返送配管とで構成され、前記第１の汚泥返送手段が、該返送配管の吐き出し口から噴射される汚泥により前記浮上汚泥が前記好気性生物処理槽に押し込まれるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の生物処理装置は、請求項１又は２において、前記好気性生物処理槽が第１の好気性生物処理槽と第２の好気性生物処理槽とで構成され、前記浮上分離槽の浮上汚泥と前記分離膜浸漬槽の汚泥は、該第１の好気性生物処理槽に返送され、前記第１の好気性生物処理槽の槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の生物処理装置は、請求項３において、前記第２の好気性生物処理槽の実効容量が前記第１の好気性生物処理槽の実効容量の１〜１０倍であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の生物処理装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記分離膜浸漬槽内の汚泥濃度が１，０００〜６，０００ｍｇ／Ｌで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の生物処理装置によれば、高濃度有機性排水を、比較的小容量の装置により、凝集剤を必要とすることなく、また、浸漬膜の目詰まりを防止して、効率的に処理して高水質の処理水を得ることができる。
【００１４】
即ち、本発明の生物処理装置では、高濃度の有機性排水に対してまず流動床担体生物処理を行い、その処理水を微細気泡を用いた浮上分離により、効率的に除去し、残った僅かな余剰汚泥を更に後段の分離膜浸漬槽で高度に固液分離する。この分離膜浸漬槽には、予め浮上分離槽で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。
【００１５】
この分離膜浸漬槽の浸漬膜の透過水として得られる処理水は、精密濾過（ＭＦ）膜等を透過した高水質の処理水である。
【００１６】
そして、浮上分離槽の分離汚泥と分離膜浸漬槽の分離汚泥を好気性生物処理槽に返送することにより、この好気性生物処理槽において、流動床担体生物処理における分解性の悪い有機物の除去能力を向上させ、これを効率的に分解除去することが可能となる。
【００１７】
このようなことから、本発明によれば、比較的小さな水槽と小さな分離膜面積で、かつ分離膜の洗浄強度及び頻度を従来より大幅に低減しつつ、従って運転コストを低減して清浄な処理水を効率的に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照して本発明の生物処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２０】
図１において、１は好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体が保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン１ａと、槽内下部に設けられた散気装置１ｂとを備える。２は微細気泡を用いて余剰汚泥などの浮遊物を浮上させる浮上分離槽（加圧浮上槽）である。３は分離膜浸漬槽であり、内部に分離膜モジュール３Ａが浸漬されており、この分離膜モジュール３Ａの下方に散気装置３Ｂが設けられている。５は分離膜浸漬槽３の処理水の一部と外気とを混合して加圧し、浮上分離槽２を微細気泡を大量に含む加圧水を作り出すポンプであり、６は分離膜浸漬槽３の汚泥の一部を用いて浮上分離槽２に浮上した浮上物の固着を防ぎつつ、好気性生物処理槽１に押し戻すためのポンプ６である。７は液面計、８は整流板である。
【００２１】
好気性生物処理槽１の形状には特に制限はなく、円筒形、直方体形状などいずれでも良く、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などが設けられていても良い。
【００２２】
好気性生物処理槽１に保持される担体は、微生物を固定化させかつ水中を流動する素材よりなり、比重が水と同等で微生物が付着しやすい、例えばスポンジ状の樹脂など、多孔質或いは多くの隙間を有する構造体であることが好ましく、その大きさは、直径ないしは２枚の平行板で挟んだときの最大距離として０．５〜２００ｍｍの範囲であることが好ましい。ただし、槽内に保持される担体は、その形状、大きさ、材質等において均一であっても良く、異なるものが混在していても良い。また、好気性生物処理槽１内の担体保持量は、担体を槽内水中におけると同じ状態のまま陸上で乱雑に積んだ際の容積が、好気生物処理槽１の有効容量の１０〜６０％となるようにすることが好ましい。
【００２３】
スクリーン１ａは、担体と流出水とを分離するためのものであり、目開きが担体の大きさより小さく、流動する担体から流出水を分離し得るものであれば良く、その形状や材質は特に限定されないが、例えばステンレス製のスクリーン、プラスチック製の網状物などを用いることができる。スクリーン１ａの水中部分の表面積は流出水１ｍ３／ｄ当り０．５ｍ２以上、例えば１〜１．５ｍ２となるようにするのが、水の流出効率の面で好ましい。また、スクリーン１ａの担体による目詰まりを防ぐために、必要に応じてスクリーン１ａ下側に散気管などを設けるなどしてスクリーン１ａの表面と平行な向きの水流が十分に当たるようにしても良い。
【００２４】
好気性生物処理槽１の槽下部に設けられる散気装置１ｂは、好気性生物処理槽１の内部全体に必要かつ十分な流動を起こし、かつ微生物に溶存酸素を行き渡らせることができるものであれば良く、その形式や設置数には特に制限はないが、例えば、ディフューザー、エアレーター、孔開き散気管などを用いることができる。
【００２５】
好気性生物処理槽１の実効容量（有効容積）は、流入する有機物をＢＯＤで表したとき、槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄとなるように設計することが好ましい。槽負荷がこの範囲よりも大きいと十分な有機物除去を行えず、この範囲よりも小さいと徒に装置容量が大きくなり好ましくない。
【００２６】
浮上分離槽２の形状は、円筒形、直方体などいずれでもよく、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などがあっても良いが、好気性生物処理槽１に隣接し、好気性生物処理槽１と一体であることが望ましい。この浮上分離槽２内の下部には、ポンプ５で作られた微細気泡を含む加圧水の吐出ノズル５Ａが設けられ、上向きに加圧水が放出され槽内で流入水と混合されるように構成されている。
【００２７】
ポンプ５は、浮上分離槽２において微細気泡を含む加圧水を発生するための機構であり、吸入側からエゼクターなどを用いて水と一緒に外気を吸い込み、概ね０．５ＭＰａ以下で最も微細気泡の発生が多くなる圧力に加圧することで、気泡を微細化させる。吐出量は微細気泡を含む状態で浮上分離槽２の処理水量の１／５０〜１／５とすることが好ましい。この吹出量が多過ぎると浮上固形物の見かけの容積が徒に増加し、少な過ぎると十分な浮上分離が行われない。また、ポンプ５は、入口から空気を吸い込むのではなく、吐出側に空気圧縮機などで加圧された空気を押し込んで溶解させ、これを配管または圧力容器内で減圧することにより、微細気泡化するものでもよい。
【００２８】
ポンプ５の形式や種類は、上記の吐出圧力が得られ、気泡を含む水を多少のキャビテーションを伴っても送り出し続けることのできるものであれば、形式は特に定めない。ポンプ５の加圧原水には、分離膜浸漬槽３の処理水の一部を用いるか、ＳＳ分を含まない井戸水などの水を外部から導入するのが望ましい。
【００２９】
このようなポンプ５により吐出ノズル５Ａから浮上分離槽２内に放出された加圧水に含まれる微細気泡により、槽内の固形物が捕捉され、捕捉された固形分は、浮力を得て浮上分離槽２内を浮上し、比較的清浄な処理水だけが排出口２Ａから後工程へ送られる。一方、浮上した固形分は上部に蓄積するので、分離膜浸漬槽６内の濃縮汚泥を配管６Ｂ及びポンプ６により引き抜いて加圧し、定期的にノズル６Ａから噴射することで好気性生物処理槽１へ押し戻す。
【００３０】
ポンプ６は、浮上分離槽２の浮上固形物の固着を防ぎつつ、これを好気性生物処理槽１に押し戻すために分離膜浸漬槽３の濃縮汚泥の一部を加圧して送り、かつ分離膜浸漬槽３の汚泥濃度を一定に保つために設けられる。このポンプ６の平均吐出量は浮上分離槽２の処理水量の１／１０〜３の範囲とすることが好ましい。この吹出量が多過ぎると浮上分離槽の処理水量を徒に増やすこととなり、少な過ぎると浮上固形物を好気性生物処理槽１へ十分に押し戻せず、分離膜浸漬槽３の汚泥濃度も上昇する。ポンプ６による汚泥の返送は、浮上分離槽２や分離膜浸漬槽３の水面高さを一定に保つための均一化を兼ねて、間欠的に行うのが望ましい。ポンプ６の形式は、ノズル６ａが必要とする圧力と流量が得られ、汚泥により詰まりなどのトラブルを生じにくい構造であれば特に定めない。
【００３１】
ノズル６Ａは、浮上分離槽２内の浮上固形物の固着を防ぎ、好気性生物処理槽１へ送り出すために分離膜浸漬槽３の汚泥の一部を噴射するノズルであって、浮上分離槽２の水面上、又は水面直下に１つ以上設けられる。このノズル６Ａとしては、汚泥で目詰まりすることなく、かつ汚泥の送り出しに必要な噴射力が得られるものであれば、形式や構造は特に定めず、２つ以上設ける場合は、それぞれが同一のものであっても異なるものであっても良い。
【００３２】
このノズル６Ａで浮上分離槽２の浮上固形物を分離膜浸漬槽３の濃縮汚泥と共に好気性生物処理槽１へ送り出す際、浮上分離槽２の水面を、浮上固形物を送り出そうとするときのみ上昇させて送り出しの一助としてもよい。
【００３３】
なお、浮上固形物が滞留したり固着したりしないよう、図示の如く、好気性生物処理槽１へ向かって水面の面積と水深が徐々に狭まり、浮上固形物のひっかかりのない整流板８を浮上分離槽２に設けることが望ましい。
【００３４】
この浮上分離槽２における分離水は、ＢＯＤが３００ｍｇ／Ｌ程度あっても後工程に特段の問題は発生せず、かえってこのＢＯＤを少なくしようとすると好気性生物処理槽１の容積を大きくする必要があるため、好気性生物処理槽１は、前述の槽負荷の範囲において、浮上分離槽２の分離水のＢＯＤが１５０〜６００ｍｇ／Ｌ程度となるように、好気性生物処理槽１の容積を定めることが好ましい。
【００３５】
分離膜浸漬槽３の形状には特に制限はなく、円筒形、直方体形状などいずれでも良く、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などが設けられていても良い。分離膜浸漬槽３の実効容積は被処理水（流入水）量に対して滞留時間が２時間以上、例えば５〜１０時間で、分離膜モジュール３Ａの分離膜部分が十分に水中に浸漬し得る大きさ以上とする。また、槽内の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は概ね６０００ｍｇ／Ｌ以下、例えば３，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌで、分離膜モジュール３Ａが高い膜フラックスを維持することができるような汚泥濃度となるように、ポンプ６による汚泥の引き抜き量を調節することが好ましい。
【００３６】
分離膜浸漬槽３内に浸漬される分離膜モジュール３Ａの分離膜は、ＭＦ膜以下の細孔径のものであれば良く、その形状は中空状でも平面状でも良く、材質も特に定めない。分離膜モジュール３Ａは、固液分離に関わる部分が槽内水中に完全に浸漬するように配置する。この分離膜モジュール３Ａは、必要に応じて下方に設けられた散気装置３Ｂから散気を行うことで、膜面を振動させて微生物の固着を防いだり、クロスフロー状の流れによって膜フラックスの向上を図ったりしても良い。分離膜モジュール３Ａの膜フラックスは特に定めないが、これが最大となるように分離膜浸漬槽３の汚泥濃度を定めることができるため、本来の膜式活性汚泥法に於けるフラックスよりは高くすることができる。例えば、ポリエチレン製の中空糸ＭＦ膜の場合、通常の膜式活性汚泥法で汚泥濃度１００００ｍｇ／Ｌの条件下で膜フラックス０．２５ｍ／ｄで使用していたものを、後述の実施例に示すように、本発明を適用した装置では汚泥濃度４５００ｍｇ／Ｌの条件下で膜フラックス約０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで処理を行うことができる。
【００３７】
分離膜モジュール３Ａの下方に設けられる散気装置３Ｂは、分離膜浸漬槽３の内部全体に必要かつ十分な流動を起こし、かつ微生物に溶存酸素を行き渡らせることができるものであれば良く、その形式や設置数には特に制限はないが、例えば、ディフューザー、エアレーター、孔開き散気管などを用いることができる。この散気は、上述の分離膜モジュール３Ａの膜面振動のための散気を兼ねて行っても良く、各々別々に行っても良い。
【００３８】
本発明では、分離膜浸漬槽３内の汚泥濃度を低く抑えるために、分離膜浸漬槽３の液（濃縮汚泥）の一部を好気性生物処理槽１へ返送するが、分離膜浸漬槽３の水面は分離膜モジュール３Ａの操作圧を一定に保つため、できるだけ変動させないでおくことが好ましく、返送は浮上分離槽２からの放流水が流入している間にのみ行うようにすることが好ましい。
【００３９】
また、分離膜モジュール３Ａは透過流束を保つために定期的に、例えば０．１重量％次亜塩素酸ソーダなどの薬品で洗浄する必要があるが、本発明では分離膜浸漬槽３内の汚泥濃度が低いことから、透過流束を高めても薬品洗浄の頻度を低く抑えることができ、例えば後述の実施例に示すように、従来法で１００００ｍｇ／Ｌ、膜の透過流束０．２５ｍ／ｄで運転したときと同様に、本発明により、汚泥濃度４５００ｍｇ／Ｌ、膜の透過流束０．４ｍ／ｄで運転したときも、０．１％次亜塩素酸ソーダによる薬品洗浄頻度は、共に３ヶ月毎で良く、膜の透過流束が長期間維持できる。
【００４０】
このような生物処理装置において、原水（有機性排水）は、好気性生物処理槽１に導入されて流動床担体生物処理された後浮上分離槽２で加圧浮上分離され、浮上汚泥はポンプ６からの分離膜浸漬槽３の濃縮汚泥により好気性生物処理槽１に押し込まれて返送される。なお、浮上分離槽２の浮上汚泥は、必要に応じてその一部が系外に排出されても良い。浮上分離槽２の分離水は次いで分離膜浸漬槽３に導入され、槽内の微生物で好気性生物処理された後分離膜モジュール３Ａで膜濾過され、膜透過水が処理水として系外へ排出される。分離膜浸漬槽３の槽内汚泥はポンプ６により浮上分離槽２の浮上汚泥と共に好気性生物処理槽１に返送される。この返送汚泥もまた、必要に応じて一部系外へ排出しても良い。
【００４１】
図１（ａ）の生物処理装置によれば、好気性生物処理槽１を経た流動床担体生物処理水を浮上分離槽２で浮上分離することにより、流動床担体生物処理で生じる余剰汚泥の大部分を凝集剤を用いることなく分離することができる。そして、浮上分離槽２の分離水に含まれる僅かな余剰汚泥を分離膜浸漬槽３で膜濾過して分離する。この分離膜浸漬槽３には、予め浮上分離槽２で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽３内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。この分離膜浸漬槽３の分離膜モジュール３Ａの透過水として得られる処理水は、ＭＦ膜等を透過した高水質の処理水である。しかも、本発明では、浮上分離槽２の浮上汚泥と分離膜浸漬槽３の分離汚泥を好気性生物処理槽１に返送することにより、この好気性生物処理槽１における分解性の悪い有機物の除去能力を向上させることができる。このため、好気性生物処理槽１の実効容量は比較的小さなもので足り、この結果、全体の装置容量の低減を図ることができる。
【００４２】
図１（ａ）に示す生物処理装置は、１槽の好気性生物処理槽で一段流動床担体生物処理を行うものであるが、本発明の生物処理装置は、図１（ｂ）に示す如く、好気性生物処理槽を２槽設け、第１の好気性生物処理槽１Ａの流出水を第２の好気性生物処理槽１Ｂに導入して二段流動床担体生物処理を行っても良い。
【００４３】
図１（ｂ）において、１Ａは第１の好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体が保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン１Ａａと、槽内下部に設けられた散気装置１Ａｂとを備える。１Ｂは第２の好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体と浮遊活性汚泥とが保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン１Ｂａと、槽内下部に設けられた散気装置１Ｂｂとを備える。その他の構成は図１（ａ）に示す生物処理装置と同様であり、同一機能を奏する部材に同一符号を付してある。
【００４４】
第１，第２好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂの形状、槽内に保持される担体の種類や保持量、スクリーン１Ａａ，１Ｂａの構成、散気装置１Ａｂ，１Ｂｂの構成については、図１（ａ）の好気性生物処理槽１と同様である。
【００４５】
第１，第２好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂは、基本的には同等の仕様のものが用いられるが、双方で異なる構成を採用しても良い。第１の好気性生物処理槽１Ａに後段の浮上分離槽２及び分離膜浸漬槽３からの汚泥が返送される。
【００４６】
第１，第２の好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂの実効容量（有効容積）については、第１の好気性生物処理槽１Ａの実効容量は流入する有機物をＢＯＤで表したとき、槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄとなるように設計することが好ましい。槽負荷がこの範囲よりも大きいと十分な有機物除去を行えず、この範囲よりも小さいと徒に装置容量が大きくなり好ましくない。また、第２の好気性生物処理槽１Ｂの実効容量は、第１の好気性生物処理槽１Ａの実効容量よりも大きいことが好ましく、例えば第１の好気性生物処理槽１Ａの実効容量の５〜８倍であることが好ましい。第２の好気性生物処理槽１Ｂの実効容量がこの範囲よりも小さいと、難分解性の有機物を十分に除去し得ず、この範囲よりも大きいと徒に装置容量が大きくなり好ましい。
【００４７】
その他、浮上分離槽２、分離膜浸漬槽３やポンプ５，６等の構成や条件については、図１（ａ）の生物処理装置と同様である。
【００４８】
図１（ｂ）の生物処理装置においても、原水（有機性排水）は、第１の好気性生物処理槽１Ａ及び第２の好気性生物処理槽１Ｂに順次に導入され、２段流動床担体生物処理された後浮上分離槽２で加圧浮上され、浮上汚泥はポンプ６からの分離膜浸漬槽３の濃縮濃度により第１の好気性生物処理槽１Ａに押し込まれて返送される。なお、浮上分離槽２の浮上汚泥は、必要に応じてその一部が系外に排出されても良い。浮上分離槽２の分離水は次いで分離膜浸漬槽３に導入され、槽内の微生物で好気性生物処理された後分離膜モジュール３Ａで膜濾過され、膜透過水が処理水として系外へ排出される。分離膜浸漬槽３の槽内汚泥はポンプ６により浮上分離槽２の浮上汚泥と共に第１の好気性生物処理槽１Ａに返送される。この返送汚泥もまた、必要に応じて一部系外へ排出しても良い。
【００４９】
図１（ｂ）の生物処理装置であっても、第１，第２好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂを経た２段流動床担体生物処理水を浮上分離槽２で浮上分離することにより、流動床担体生物処理で生じる余剰汚泥の大部分を凝集剤を用いることなく分離することができる。そして、浮上分離槽２の分離水に含まれる僅かな余剰汚泥を分離膜浸漬槽３で膜濾過して分離する。この分離膜浸漬槽３には、予め浮上分離槽２で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽３内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。この分離膜浸漬槽３の分離膜モジュール３Ａの透過水として得られる処理水は、ＭＦ膜等を透過した高水質の処理水である。しかも、本発明では、浮上分離槽２の浮上汚泥と分離膜浸漬槽３の分離汚泥を第１の好気性生物処理槽１Ａに返送することにより、浮遊汚泥は、第２の好気性生物処理槽１Ｂに流下し、この第２の好気性生物処理槽１Ｂにおける分解性の悪い有機物の除去能力を向上させることができる。このため、第２の好気性生物処理槽１Ｂの実効容量は比較的小さなもので足り、この結果、全体の装置容量の低減を図ることができる。そして、この生物処理装置であれば、二段流動床担体生物処理を行うことにより、より一層良好な水質の処理水を得ることができる。
【００５０】
このようなことから、本発明によれば、高濃度の有機物を含む水から有機物を除去するための生物処理装置に関して、汚泥と処理水との分離に大型の沈殿槽や凝集剤を必要とせず、かつ、分離膜の洗浄強度及び頻度が大幅に低減され、運転コストの低減を図ることができる。
【００５１】
このような本発明の生物処理装置は、調理ゴミ等の厨芥含有排水や、食品製造排水、酒類製造排水等の有機性排水の生物処理に有効であり、特に、このような有機性排水のうち有機物濃度が２，０００ｍｇ−ＢＯＤ／Ｌ以上であるような高濃度有機性排水の生物処理に有効である。
【実施例】
【００５２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５３】
実施例１
図１（ａ）に示す本発明の生物処理装置により、ＢＯＤ濃度２，０００ｍｇ／Ｌの豆腐製造排水の処理を１００Ｌ／ｄの流量で行った。各槽の仕様は次の通りである。
好気性生物処理槽１：実効容量＝１００Ｌ
ＢＯＤ負荷＝２ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄ
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
浮上分離槽２：実効容量＝２０Ｌ
整流板：好気性生物処理槽１へ向って上がり勾配となり、水面の面積と水深とが徐々
に狭まっている形状。
分離膜浸漬槽３：実効容量＝３０Ｌ
滞留時間＝７．２時間
分離膜モジュールの膜種＝中空糸型ポリエチレン膜
【００５４】
浮上分離槽２の浮上汚泥は８０Ｌ／ｄの流量で好気性生物処理槽１に返送し、分離水１６０Ｌ／ｄを分離膜浸漬槽３に導入した。また、分離膜浸漬槽３では槽内汚泥を６０Ｌ／ｄの流量で浮上分離槽２を経て好気性生物処理槽１に返送し、膜濾過水１００Ｌ／ｄを処理水として取り出した。この分離膜浸漬槽３の汚泥濃度は約４５００ｍｇ／Ｌに維持された。
【００５５】
その結果、ＢＯＤ濃度１０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳを含まない高水質処理水を分離膜モジュールの目詰まりを引き起こすことなく、０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで安定に得ることができた。
【００５６】
従来の膜式活性汚泥法に於いて、孔径０．４μｍの中空糸型分離膜の薬品洗浄頻度が等しく３ヶ月毎となる場合の分離膜浸漬槽の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）と、分離膜モジュールの透過流束との関係は図２に示す通りである。この図からも明らかなように、本発明の生物処理装置によれば、高濃度の有機性排水を処理するにも関わらず、分離膜浸漬槽の汚泥濃度を４５００ｍｇ／Ｌ程度とすることが可能となため、３ヶ月毎の薬品洗浄頻度において、分離膜の透過流束を０．４ｍ／ｄ以上とすることができる。従って、その分だけ従来法より分離膜の面積を減らすことができ、また、そのときの薬品洗浄頻度を従来法と同等以下とすることができることが分かる。
【００５７】
比較例１
実施例１において、浮上分離槽を省略し、好気性生物処理槽１の流出水を直接分離膜浸漬槽３に導入したこと以外は同様にして処理を行った。その結果、得られた処理水のＢＯＤ濃度は１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＳＳは含まれず比較的高水質であったが、分離膜浸漬槽３内の汚泥濃度は２５，０００ｍｇ／Ｌとなり、３日間の運転により、分離膜モジュールの目詰まりで、膜フラックスは０．１ｍ／ｄ以下に低下し、運転を継続することが困難になった。
【００５８】
比較例２
実施例１において、分離膜浸漬槽内の分離膜を省略したこと以外は同様にして処理を行ったところ、得られた処理水のＢＯＤ濃度は２００〜５００ｍｇ／Ｌ、ＳＳは５００〜５０００ｍｇ／Ｌで高水質の処理水を得ることができなかった。
【００５９】
実施例２
実施例１において、図１（ｂ）に示す如く、好気性生物処理槽として、下記の第１及び第２の好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂを設けて二段流動床担体生物処理を行ったこと以外は同様にして処理を行った。
第１の好気性生物処理槽１Ａ：実効容量＝１０Ｌ
ＢＯＤ負荷＝３ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄ（第２
の好気性生物処理槽と合わせて）
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
第２の好気性生物処理槽１Ｂ：実効容量＝５７Ｌ
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
【００６０】
その結果、実施例１と同様に分離膜浸漬槽３の汚泥濃度は約４５００ｍｇ／Ｌに維持され、分離膜モジュールの目詰まりを引き起こすことなく、０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで安定な運転を行うことができ、ＳＳを含まず、ＢＯＤ濃度５ｍｇ／Ｌ以下の非常に高水質の処理水を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】膜式活性汚泥法において、孔径０．４μｍの中空糸型分離膜の薬品洗浄頻度が等しく３ヶ月毎となる場合の分離膜浸漬槽の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）と、分離膜モジュールの透過流束との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 好気性生物処理槽
１Ａ 第１の好気性生物処理槽
１Ｂ 第２の好気性生物処理槽
２ 浮上分離槽
３ 分離膜浸漬槽
３Ａ 分離膜モジュール
３Ｂ 散気装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高濃度の有機物を含む排水から有機物を効率的に除去するための生物処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高濃度の有機物を含む排水から生物処理によって有機物を除去する方法として、微生物を付着させた担体を被処理水中で流動させて微生物に有機物を消費ないし吸収させる流動床担体生物処理法が知られている。この方法は、一般的な活性汚泥法と比べて処理槽容積当たりの有機物負荷を高く取ることができ、処理効率に優れる。このような流動床担体生物処理法の具体的手法として、例えば、特開平９−３０８８９２号公報には、微生物を担持した流動担体を保持した生物処理槽の流出液を沈殿槽で固液分離して処理水を得る方法が開示されている。
【０００３】
また、有機物を含む水を活性汚泥と混合して生物処理した後、分離膜を用いて濾過を行うことで活性汚泥と処理水を分離する膜分離活性汚泥法も広く用いられており、この膜分離活性汚泥法を、生物膜を形成した濾材の充填層を形成した生物膜処理槽と組み合わせた方法として、特開平６−４７３９９号公報には、生物膜処理槽の流出水を浸漬膜型好気性処理槽で処理して膜透過水を処理水として抜き出し、該処理槽内の汚泥を前段の生物膜処理槽に返送する方法が開示されている。
【０００４】
なお、特開２００２−３４５８５号公報には、回分式活性汚泥処理装置の処理水を浸漬膜分離装置で濾過処理する方法が開示されているが、この特開２００２−３４５８５号公報の方法では、浸漬膜分離装置で分離濃縮された汚泥を回分式生物処理装置へ返送することは想定されていない。即ち、この方法で、仮に汚泥を返送するとなると、複数ある回分式生物処理装置のいずれかに返送することになり、交互に返送したとしても、汚泥濃度を均等に保持することは難しく、処理にばらつきが生じ、処理水水質が安定しなくなる。
【特許文献１】特開平９−３０８８９２号公報
【特許文献２】特開平６−４７３９９号公報
【特許文献３】特開２００２−３４５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、流動床担体生物処理法では、微生物が増殖し余剰汚泥として処理水に混じって流出するが、この余剰汚泥はフロック化し難いため、沈降速度が遅く、これを沈殿槽で完全に除去するには大型の沈殿槽を設けるか、大量の凝集剤を用いて強制的に沈降させることが必要となる。
【０００６】
一方、膜分離活性汚泥法では、高濃度の有機物を処理しようとする場合、活性汚泥を高濃度に保つことで有機物の分解速度を上げ、かつ清浄な処理水が得られる利点があるが、活性汚泥は付着性を持つため、活性汚泥内に直接浸漬した分離膜に目詰まりを生じやすく、分離膜の洗浄強度及び頻度を増やさねばならないという欠点がある。
【０００７】
本発明は上記従来の流動床担体生物処理法と膜分離活性汚泥法の問題点を解決し、高濃度の有機物を含む排水を、処理槽の必要容量を抑え、また、余剰汚泥除去のための凝集剤を必要とすることなく、更には、浸漬膜の目詰まりを防止して効率的に処理して高水質の処理水を得ることができる生物処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明（請求項１）の生物処理装置は、有機性排水を受け入れる、微生物を担持した流動担体を保持する好気性生物処理槽と、該好気性生物処理槽の流出水を受け入れ、該流出水を浮上汚泥と分離水とに分離する浮上分離槽と、該浮上分離槽の分離水を受け入れ、該分離水に同伴される汚泥を分離すると共に処理水を排出する分離膜浸漬槽であって、槽内に浸漬された分離膜モジュールと該分離膜モジュールの下方に設けられた散気手段とを備える分離膜浸漬槽と、前記浮上分離槽の浮上汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第１の汚泥返送手段と、前記分離膜浸漬槽の汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第２の汚泥返送手段と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２の生物処理装置は、請求項１において、前記第２の汚泥返送手段が、返送ポンプと返送配管とで構成され、前記第１の汚泥返送手段が、該返送配管の吐き出し口から噴射される汚泥により前記浮上汚泥が前記好気性生物処理槽に押し込まれるように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の生物処理装置は、請求項１又は２において、前記好気性生物処理槽が第１の好気性生物処理槽と第２の好気性生物処理槽とで構成され、前記浮上分離槽の浮上汚泥と前記分離膜浸漬槽の汚泥は、該第１の好気性生物処理槽に返送され、前記第１の好気性生物処理槽の槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄであることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の生物処理装置は、請求項３において、前記第２の好気性生物処理槽の実効容量が前記第１の好気性生物処理槽の実効容量の１〜１０倍であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の生物処理装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記分離膜浸漬槽内の汚泥濃度が１，０００〜６，０００ｍｇ／Ｌで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の生物処理装置によれば、高濃度有機性排水を、比較的小容量の装置により、凝集剤を必要とすることなく、また、浸漬膜の目詰まりを防止して、効率的に処理して高水質の処理水を得ることができる。
【００１４】
即ち、本発明の生物処理装置では、高濃度の有機性排水に対してまず流動床担体生物処理を行い、その処理水を微細気泡を用いた浮上分離により、効率的に除去し、残った僅かな余剰汚泥を更に後段の分離膜浸漬槽で高度に固液分離する。この分離膜浸漬槽には、予め浮上分離槽で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。
【００１５】
この分離膜浸漬槽の浸漬膜の透過水として得られる処理水は、精密濾過（ＭＦ）膜等を透過した高水質の処理水である。
【００１６】
そして、浮上分離槽の分離汚泥と分離膜浸漬槽の分離汚泥を好気性生物処理槽に返送することにより、この好気性生物処理槽において、流動床担体生物処理における分解性の悪い有機物の除去能力を向上させ、これを効率的に分解除去することが可能となる。
【００１７】
このようなことから、本発明によれば、比較的小さな水槽と小さな分離膜面積で、かつ分離膜の洗浄強度及び頻度を従来より大幅に低減しつつ、従って運転コストを低減して清浄な処理水を効率的に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照して本発明の生物処理装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【００２０】
図１において、１は好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体が保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン１ａと、槽内下部に設けられた散気装置１ｂとを備える。２は微細気泡を用いて余剰汚泥などの浮遊物を浮上させる浮上分離槽（加圧浮上槽）である。３は分離膜浸漬槽であり、内部に分離膜モジュール３Ａが浸漬されており、この分離膜モジュール３Ａの下方に散気装置３Ｂが設けられている。５は分離膜浸漬槽３の処理水の一部と外気とを混合して加圧し、浮上分離槽２を微細気泡を大量に含む加圧水を作り出すポンプであり、６は分離膜浸漬槽３の汚泥の一部を用いて浮上分離槽２に浮上した浮上物の固着を防ぎつつ、好気性生物処理槽１に押し戻すためのポンプ６である。７は液面計、８は整流板である。
【００２１】
好気性生物処理槽１の形状には特に制限はなく、円筒形、直方体形状などいずれでも良く、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などが設けられていても良い。
【００２２】
好気性生物処理槽１に保持される担体は、微生物を固定化させかつ水中を流動する素材よりなり、比重が水と同等で微生物が付着しやすい、例えばスポンジ状の樹脂など、多孔質或いは多くの隙間を有する構造体であることが好ましく、その大きさは、直径ないしは２枚の平行板で挟んだときの最大距離として０．５〜２００ｍｍの範囲であることが好ましい。ただし、槽内に保持される担体は、その形状、大きさ、材質等において均一であっても良く、異なるものが混在していても良い。また、好気性生物処理槽１内の担体保持量は、担体を槽内水中におけると同じ状態のまま陸上で乱雑に積んだ際の容積が、好気生物処理槽１の有効容量の１０〜６０％となるようにすることが好ましい。
【００２３】
スクリーン１ａは、担体と流出水とを分離するためのものであり、目開きが担体の大きさより小さく、流動する担体から流出水を分離し得るものであれば良く、その形状や材質は特に限定されないが、例えばステンレス製のスクリーン、プラスチック製の網状物などを用いることができる。スクリーン１ａの水中部分の表面積は流出水１ｍ３／ｄ当り０．５ｍ２以上、例えば１〜１．５ｍ２となるようにするのが、水の流出効率の面で好ましい。また、スクリーン１ａの担体による目詰まりを防ぐために、必要に応じてスクリーン１ａ下側に散気管などを設けるなどしてスクリーン１ａの表面と平行な向きの水流が十分に当たるようにしても良い。
【００２４】
好気性生物処理槽１の槽下部に設けられる散気装置１ｂは、好気性生物処理槽１の内部全体に必要かつ十分な流動を起こし、かつ微生物に溶存酸素を行き渡らせることができるものであれば良く、その形式や設置数には特に制限はないが、例えば、ディフューザー、エアレーター、孔開き散気管などを用いることができる。
【００２５】
好気性生物処理槽１の実効容量（有効容積）は、流入する有機物をＢＯＤで表したとき、槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄとなるように設計することが好ましい。槽負荷がこの範囲よりも大きいと十分な有機物除去を行えず、この範囲よりも小さいと徒に装置容量が大きくなり好ましくない。
【００２６】
浮上分離槽２の形状は、円筒形、直方体などいずれでもよく、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などがあっても良いが、好気性生物処理槽１に隣接し、好気性生物処理槽１と一体であることが望ましい。この浮上分離槽２内の下部には、ポンプ５で作られた微細気泡を含む加圧水の吐出ノズル５Ａが設けられ、上向きに加圧水が放出され槽内で流入水と混合されるように構成されている。
【００２７】
ポンプ５は、浮上分離槽２において微細気泡を含む加圧水を発生するための機構であり、吸入側からエゼクターなどを用いて水と一緒に外気を吸い込み、概ね０．５ＭＰａ以下で最も微細気泡の発生が多くなる圧力に加圧することで、気泡を微細化させる。吐出量は微細気泡を含む状態で浮上分離槽２の処理水量の１／５０〜１／５とすることが好ましい。この吹出量が多過ぎると浮上固形物の見かけの容積が徒に増加し、少な過ぎると十分な浮上分離が行われない。また、ポンプ５は、入口から空気を吸い込むのではなく、吐出側に空気圧縮機などで加圧された空気を押し込んで溶解させ、これを配管または圧力容器内で減圧することにより、微細気泡化するものでもよい。
【００２８】
ポンプ５の形式や種類は、上記の吐出圧力が得られ、気泡を含む水を多少のキャビテーションを伴っても送り出し続けることのできるものであれば、形式は特に定めない。ポンプ５の加圧原水には、分離膜浸漬槽３の処理水の一部を用いるか、ＳＳ分を含まない井戸水などの水を外部から導入するのが望ましい。
【００２９】
このようなポンプ５により吐出ノズル５Ａから浮上分離槽２内に放出された加圧水に含まれる微細気泡により、槽内の固形物が捕捉され、捕捉された固形分は、浮力を得て浮上分離槽２内を浮上し、比較的清浄な処理水だけが排出口２Ａから後工程へ送られる。一方、浮上した固形分は上部に蓄積するので、分離膜浸漬槽６内の濃縮汚泥を配管６Ｂ及びポンプ６により引き抜いて加圧し、定期的にノズル６Ａから噴射することで好気性生物処理槽１へ押し戻す。
【００３０】
ポンプ６は、浮上分離槽２の浮上固形物の固着を防ぎつつ、これを好気性生物処理槽１に押し戻すために分離膜浸漬槽３の濃縮汚泥の一部を加圧して送り、かつ分離膜浸漬槽３の汚泥濃度を一定に保つために設けられる。このポンプ６の平均吐出量は浮上分離槽２の処理水量の１／１０〜３の範囲とすることが好ましい。この吹出量が多過ぎると浮上分離槽の処理水量を徒に増やすこととなり、少な過ぎると浮上固形物を好気性生物処理槽１へ十分に押し戻せず、分離膜浸漬槽３の汚泥濃度も上昇する。ポンプ６による汚泥の返送は、浮上分離槽２や分離膜浸漬槽３の水面高さを一定に保つための均一化を兼ねて、間欠的に行うのが望ましい。ポンプ６の形式は、ノズル６ａが必要とする圧力と流量が得られ、汚泥により詰まりなどのトラブルを生じにくい構造であれば特に定めない。
【００３１】
ノズル６Ａは、浮上分離槽２内の浮上固形物の固着を防ぎ、好気性生物処理槽１へ送り出すために分離膜浸漬槽３の汚泥の一部を噴射するノズルであって、浮上分離槽２の水面上、又は水面直下に１つ以上設けられる。このノズル６Ａとしては、汚泥で目詰まりすることなく、かつ汚泥の送り出しに必要な噴射力が得られるものであれば、形式や構造は特に定めず、２つ以上設ける場合は、それぞれが同一のものであっても異なるものであっても良い。
【００３２】
このノズル６Ａで浮上分離槽２の浮上固形物を分離膜浸漬槽３の濃縮汚泥と共に好気性生物処理槽１へ送り出す際、浮上分離槽２の水面を、浮上固形物を送り出そうとするときのみ上昇させて送り出しの一助としてもよい。
【００３３】
なお、浮上固形物が滞留したり固着したりしないよう、図示の如く、好気性生物処理槽１へ向かって水面の面積と水深が徐々に狭まり、浮上固形物のひっかかりのない整流板８を浮上分離槽２に設けることが望ましい。
【００３４】
この浮上分離槽２における分離水は、ＢＯＤが３００ｍｇ／Ｌ程度あっても後工程に特段の問題は発生せず、かえってこのＢＯＤを少なくしようとすると好気性生物処理槽１の容積を大きくする必要があるため、好気性生物処理槽１は、前述の槽負荷の範囲において、浮上分離槽２の分離水のＢＯＤが１５０〜６００ｍｇ／Ｌ程度となるように、好気性生物処理槽１の容積を定めることが好ましい。
【００３５】
分離膜浸漬槽３の形状には特に制限はなく、円筒形、直方体形状などいずれでも良く、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などが設けられていても良い。分離膜浸漬槽３の実効容積は被処理水（流入水）量に対して滞留時間が２時間以上、例えば５〜１０時間で、分離膜モジュール３Ａの分離膜部分が十分に水中に浸漬し得る大きさ以上とする。また、槽内の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は概ね６０００ｍｇ／Ｌ以下、例えば３，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌで、分離膜モジュール３Ａが高い膜フラックスを維持することができるような汚泥濃度となるように、ポンプ６による汚泥の引き抜き量を調節することが好ましい。
【００３６】
分離膜浸漬槽３内に浸漬される分離膜モジュール３Ａの分離膜は、ＭＦ膜以下の細孔径のものであれば良く、その形状は中空状でも平面状でも良く、材質も特に定めない。分離膜モジュール３Ａは、固液分離に関わる部分が槽内水中に完全に浸漬するように配置する。この分離膜モジュール３Ａは、必要に応じて下方に設けられた散気装置３Ｂから散気を行うことで、膜面を振動させて微生物の固着を防いだり、クロスフロー状の流れによって膜フラックスの向上を図ったりしても良い。分離膜モジュール３Ａの膜フラックスは特に定めないが、これが最大となるように分離膜浸漬槽３の汚泥濃度を定めることができるため、本来の膜式活性汚泥法に於けるフラックスよりは高くすることができる。例えば、ポリエチレン製の中空糸ＭＦ膜の場合、通常の膜式活性汚泥法で汚泥濃度１００００ｍｇ／Ｌの条件下で膜フラックス０．２５ｍ／ｄで使用していたものを、後述の実施例に示すように、本発明を適用した装置では汚泥濃度４５００ｍｇ／Ｌの条件下で膜フラックス約０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで処理を行うことができる。
【００３７】
分離膜モジュール３Ａの下方に設けられる散気装置３Ｂは、分離膜浸漬槽３の内部全体に必要かつ十分な流動を起こし、かつ微生物に溶存酸素を行き渡らせることができるものであれば良く、その形式や設置数には特に制限はないが、例えば、ディフューザー、エアレーター、孔開き散気管などを用いることができる。この散気は、上述の分離膜モジュール３Ａの膜面振動のための散気を兼ねて行っても良く、各々別々に行っても良い。
【００３８】
本発明では、分離膜浸漬槽３内の汚泥濃度を低く抑えるために、分離膜浸漬槽３の液（濃縮汚泥）の一部を好気性生物処理槽１へ返送するが、分離膜浸漬槽３の水面は分離膜モジュール３Ａの操作圧を一定に保つため、できるだけ変動させないでおくことが好ましく、返送は浮上分離槽２からの放流水が流入している間にのみ行うようにすることが好ましい。
【００３９】
また、分離膜モジュール３Ａは透過流束を保つために定期的に、例えば０．１重量％次亜塩素酸ソーダなどの薬品で洗浄する必要があるが、本発明では分離膜浸漬槽３内の汚泥濃度が低いことから、透過流束を高めても薬品洗浄の頻度を低く抑えることができ、例えば後述の実施例に示すように、従来法で１００００ｍｇ／Ｌ、膜の透過流束０．２５ｍ／ｄで運転したときと同様に、本発明により、汚泥濃度４５００ｍｇ／Ｌ、膜の透過流束０．４ｍ／ｄで運転したときも、０．１％次亜塩素酸ソーダによる薬品洗浄頻度は、共に３ヶ月毎で良く、膜の透過流束が長期間維持できる。
【００４０】
このような生物処理装置において、原水（有機性排水）は、好気性生物処理槽１に導入されて流動床担体生物処理された後浮上分離槽２で加圧浮上分離され、浮上汚泥はポンプ６からの分離膜浸漬槽３の濃縮汚泥により好気性生物処理槽１に押し込まれて返送される。なお、浮上分離槽２の浮上汚泥は、必要に応じてその一部が系外に排出されても良い。浮上分離槽２の分離水は次いで分離膜浸漬槽３に導入され、槽内の微生物で好気性生物処理された後分離膜モジュール３Ａで膜濾過され、膜透過水が処理水として系外へ排出される。分離膜浸漬槽３の槽内汚泥はポンプ６により浮上分離槽２の浮上汚泥と共に好気性生物処理槽１に返送される。この返送汚泥もまた、必要に応じて一部系外へ排出しても良い。
【００４１】
図１（ａ）の生物処理装置によれば、好気性生物処理槽１を経た流動床担体生物処理水を浮上分離槽２で浮上分離することにより、流動床担体生物処理で生じる余剰汚泥の大部分を凝集剤を用いることなく分離することができる。そして、浮上分離槽２の分離水に含まれる僅かな余剰汚泥を分離膜浸漬槽３で膜濾過して分離する。この分離膜浸漬槽３には、予め浮上分離槽２で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽３内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。この分離膜浸漬槽３の分離膜モジュール３Ａの透過水として得られる処理水は、ＭＦ膜等を透過した高水質の処理水である。しかも、本発明では、浮上分離槽２の浮上汚泥と分離膜浸漬槽３の分離汚泥を好気性生物処理槽１に返送することにより、この好気性生物処理槽１における分解性の悪い有機物の除去能力を向上させることができる。このため、好気性生物処理槽１の実効容量は比較的小さなもので足り、この結果、全体の装置容量の低減を図ることができる。
【００４２】
図１（ａ）に示す生物処理装置は、１槽の好気性生物処理槽で一段流動床担体生物処理を行うものであるが、本発明の生物処理装置は、図１（ｂ）に示す如く、好気性生物処理槽を２槽設け、第１の好気性生物処理槽１Ａの流出水を第２の好気性生物処理槽１Ｂに導入して二段流動床担体生物処理を行っても良い。
【００４３】
図１（ｂ）において、１Ａは第１の好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体が保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン１Ａａと、槽内下部に設けられた散気装置１Ａｂとを備える。１Ｂは第２の好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体と浮遊活性汚泥とが保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン１Ｂａと、槽内下部に設けられた散気装置１Ｂｂとを備える。その他の構成は図１（ａ）に示す生物処理装置と同様であり、同一機能を奏する部材に同一符号を付してある。
【００４４】
第１，第２好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂの形状、槽内に保持される担体の種類や保持量、スクリーン１Ａａ，１Ｂａの構成、散気装置１Ａｂ，１Ｂｂの構成については、図１（ａ）の好気性生物処理槽１と同様である。
【００４５】
第１，第２好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂは、基本的には同等の仕様のものが用いられるが、双方で異なる構成を採用しても良い。第１の好気性生物処理槽１Ａに後段の浮上分離槽２及び分離膜浸漬槽３からの汚泥が返送される。
【００４６】
第１，第２の好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂの実効容量（有効容積）については、第１の好気性生物処理槽１Ａの実効容量は流入する有機物をＢＯＤで表したとき、槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄとなるように設計することが好ましい。槽負荷がこの範囲よりも大きいと十分な有機物除去を行えず、この範囲よりも小さいと徒に装置容量が大きくなり好ましくない。また、第２の好気性生物処理槽１Ｂの実効容量は、第１の好気性生物処理槽１Ａの実効容量よりも大きいことが好ましく、例えば第１の好気性生物処理槽１Ａの実効容量の５〜８倍であることが好ましい。第２の好気性生物処理槽１Ｂの実効容量がこの範囲よりも小さいと、難分解性の有機物を十分に除去し得ず、この範囲よりも大きいと徒に装置容量が大きくなり好ましい。
【００４７】
その他、浮上分離槽２、分離膜浸漬槽３やポンプ５，６等の構成や条件については、図１（ａ）の生物処理装置と同様である。
【００４８】
図１（ｂ）の生物処理装置においても、原水（有機性排水）は、第１の好気性生物処理槽１Ａ及び第２の好気性生物処理槽１Ｂに順次に導入され、２段流動床担体生物処理された後浮上分離槽２で加圧浮上され、浮上汚泥はポンプ６からの分離膜浸漬槽３の濃縮濃度により第１の好気性生物処理槽１Ａに押し込まれて返送される。なお、浮上分離槽２の浮上汚泥は、必要に応じてその一部が系外に排出されても良い。浮上分離槽２の分離水は次いで分離膜浸漬槽３に導入され、槽内の微生物で好気性生物処理された後分離膜モジュール３Ａで膜濾過され、膜透過水が処理水として系外へ排出される。分離膜浸漬槽３の槽内汚泥はポンプ６により浮上分離槽２の浮上汚泥と共に第１の好気性生物処理槽１Ａに返送される。この返送汚泥もまた、必要に応じて一部系外へ排出しても良い。
【００４９】
図１（ｂ）の生物処理装置であっても、第１，第２好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂを経た２段流動床担体生物処理水を浮上分離槽２で浮上分離することにより、流動床担体生物処理で生じる余剰汚泥の大部分を凝集剤を用いることなく分離することができる。そして、浮上分離槽２の分離水に含まれる僅かな余剰汚泥を分離膜浸漬槽３で膜濾過して分離する。この分離膜浸漬槽３には、予め浮上分離槽２で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽３内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。この分離膜浸漬槽３の分離膜モジュール３Ａの透過水として得られる処理水は、ＭＦ膜等を透過した高水質の処理水である。しかも、本発明では、浮上分離槽２の浮上汚泥と分離膜浸漬槽３の分離汚泥を第１の好気性生物処理槽１Ａに返送することにより、浮遊汚泥は、第２の好気性生物処理槽１Ｂに流下し、この第２の好気性生物処理槽１Ｂにおける分解性の悪い有機物の除去能力を向上させることができる。このため、第２の好気性生物処理槽１Ｂの実効容量は比較的小さなもので足り、この結果、全体の装置容量の低減を図ることができる。そして、この生物処理装置であれば、二段流動床担体生物処理を行うことにより、より一層良好な水質の処理水を得ることができる。
【００５０】
このようなことから、本発明によれば、高濃度の有機物を含む水から有機物を除去するための生物処理装置に関して、汚泥と処理水との分離に大型の沈殿槽や凝集剤を必要とせず、かつ、分離膜の洗浄強度及び頻度が大幅に低減され、運転コストの低減を図ることができる。
【００５１】
このような本発明の生物処理装置は、調理ゴミ等の厨芥含有排水や、食品製造排水、酒類製造排水等の有機性排水の生物処理に有効であり、特に、このような有機性排水のうち有機物濃度が２，０００ｍｇ−ＢＯＤ／Ｌ以上であるような高濃度有機性排水の生物処理に有効である。
【実施例】
【００５２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５３】
実施例１
図１（ａ）に示す本発明の生物処理装置により、ＢＯＤ濃度２，０００ｍｇ／Ｌの豆腐製造排水の処理を１００Ｌ／ｄの流量で行った。各槽の仕様は次の通りである。
好気性生物処理槽１：実効容量＝１００Ｌ
ＢＯＤ負荷＝２ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄ
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
浮上分離槽２：実効容量＝２０Ｌ
整流板：好気性生物処理槽１へ向って上がり勾配となり、水面の面積と水深とが徐々
に狭まっている形状。
分離膜浸漬槽３：実効容量＝３０Ｌ
滞留時間＝７．２時間
分離膜モジュールの膜種＝中空糸型ポリエチレン膜
【００５４】
浮上分離槽２の浮上汚泥は８０Ｌ／ｄの流量で好気性生物処理槽１に返送し、分離水１６０Ｌ／ｄを分離膜浸漬槽３に導入した。また、分離膜浸漬槽３では槽内汚泥を６０Ｌ／ｄの流量で浮上分離槽２を経て好気性生物処理槽１に返送し、膜濾過水１００Ｌ／ｄを処理水として取り出した。この分離膜浸漬槽３の汚泥濃度は約４５００ｍｇ／Ｌに維持された。
【００５５】
その結果、ＢＯＤ濃度１０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳを含まない高水質処理水を分離膜モジュールの目詰まりを引き起こすことなく、０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで安定に得ることができた。
【００５６】
従来の膜式活性汚泥法に於いて、孔径０．４μｍの中空糸型分離膜の薬品洗浄頻度が等しく３ヶ月毎となる場合の分離膜浸漬槽の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）と、分離膜モジュールの透過流束との関係は図２に示す通りである。この図からも明らかなように、本発明の生物処理装置によれば、高濃度の有機性排水を処理するにも関わらず、分離膜浸漬槽の汚泥濃度を４５００ｍｇ／Ｌ程度とすることが可能となため、３ヶ月毎の薬品洗浄頻度において、分離膜の透過流束を０．４ｍ／ｄ以上とすることができる。従って、その分だけ従来法より分離膜の面積を減らすことができ、また、そのときの薬品洗浄頻度を従来法と同等以下とすることができることが分かる。
【００５７】
比較例１
実施例１において、浮上分離槽を省略し、好気性生物処理槽１の流出水を直接分離膜浸漬槽３に導入したこと以外は同様にして処理を行った。その結果、得られた処理水のＢＯＤ濃度は１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＳＳは含まれず比較的高水質であったが、分離膜浸漬槽３内の汚泥濃度は２５，０００ｍｇ／Ｌとなり、３日間の運転により、分離膜モジュールの目詰まりで、膜フラックスは０．１ｍ／ｄ以下に低下し、運転を継続することが困難になった。
【００５８】
比較例２
実施例１において、分離膜浸漬槽内の分離膜を省略したこと以外は同様にして処理を行ったところ、得られた処理水のＢＯＤ濃度は２００〜５００ｍｇ／Ｌ、ＳＳは５００〜５０００ｍｇ／Ｌで高水質の処理水を得ることができなかった。
【００５９】
実施例２
実施例１において、図１（ｂ）に示す如く、好気性生物処理槽として、下記の第１及び第２の好気性生物処理槽１Ａ，１Ｂを設けて二段流動床担体生物処理を行ったこと以外は同様にして処理を行った。
第１の好気性生物処理槽１Ａ：実効容量＝１０Ｌ
ＢＯＤ負荷＝３ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄ（第２
の好気性生物処理槽と合わせて）
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
第２の好気性生物処理槽１Ｂ：実効容量＝５７Ｌ
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
【００６０】
その結果、実施例１と同様に分離膜浸漬槽３の汚泥濃度は約４５００ｍｇ／Ｌに維持され、分離膜モジュールの目詰まりを引き起こすことなく、０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで安定な運転を行うことができ、ＳＳを含まず、ＢＯＤ濃度５ｍｇ／Ｌ以下の非常に高水質の処理水を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】膜式活性汚泥法において、孔径０．４μｍの中空糸型分離膜の薬品洗浄頻度が等しく３ヶ月毎となる場合の分離膜浸漬槽の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）と、分離膜モジュールの透過流束との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
１ 好気性生物処理槽
１Ａ 第１の好気性生物処理槽
１Ｂ 第２の好気性生物処理槽
２ 浮上分離槽
３ 分離膜浸漬槽
３Ａ 分離膜モジュール
３Ｂ 散気装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を受け入れる、微生物を担持した流動担体を保持する好気性生物処理槽と、
該好気性生物処理槽の流出水を受け入れ、該流出水を浮上汚泥と分離水とに分離する浮上分離槽と、
該浮上分離槽の分離水を受け入れ、該分離水に同伴される汚泥を分離すると共に処理水を排出する分離膜浸漬槽であって、槽内に浸漬された分離膜モジュールと該分離膜モジュールの下方に設けられた散気手段とを備える分離膜浸漬槽と、
前記浮上分離槽の浮上汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第１の汚泥返送手段と、
前記分離膜浸漬槽の汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第２の汚泥返送手段と、
を具備することを特徴とする生物処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第２の汚泥返送手段が、返送ポンプと返送配管とで構成され、前記第１の汚泥返送手段が、該返送配管の吐き出し口から噴射される汚泥により前記浮上汚泥が前記好気性生物処理槽に押し込まれるように構成されていることを特徴とする生物処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記好気性生物処理槽が第１の好気性生物処理槽と第２の好気性生物処理槽とで構成され、前記浮上分離槽の浮上汚泥と前記分離膜浸漬槽の汚泥は、該第１の好気性生物処理槽に返送され、前記第１の好気性生物処理槽の槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄであることを特徴とする生物処理装置。
【請求項４】
請求項３において、前記第２の好気性生物処理槽の実効容量が前記第１の好気性生物処理槽の実効容量の１〜１０倍であることを特徴とする生物処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記分離膜浸漬槽内の汚泥濃度が１，０００〜６，０００ｍｇ／Ｌで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする生物処理装置。
【請求項１】
有機性排水を受け入れる、微生物を担持した流動担体を保持する好気性生物処理槽と、
該好気性生物処理槽の流出水を受け入れ、該流出水を浮上汚泥と分離水とに分離する浮上分離槽と、
該浮上分離槽の分離水を受け入れ、該分離水に同伴される汚泥を分離すると共に処理水を排出する分離膜浸漬槽であって、槽内に浸漬された分離膜モジュールと該分離膜モジュールの下方に設けられた散気手段とを備える分離膜浸漬槽と、
前記浮上分離槽の浮上汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第１の汚泥返送手段と、
前記分離膜浸漬槽の汚泥を前記好気性生物処理槽に返送する第２の汚泥返送手段と、
を具備することを特徴とする生物処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第２の汚泥返送手段が、返送ポンプと返送配管とで構成され、前記第１の汚泥返送手段が、該返送配管の吐き出し口から噴射される汚泥により前記浮上汚泥が前記好気性生物処理槽に押し込まれるように構成されていることを特徴とする生物処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記好気性生物処理槽が第１の好気性生物処理槽と第２の好気性生物処理槽とで構成され、前記浮上分離槽の浮上汚泥と前記分離膜浸漬槽の汚泥は、該第１の好気性生物処理槽に返送され、前記第１の好気性生物処理槽の槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄであることを特徴とする生物処理装置。
【請求項４】
請求項３において、前記第２の好気性生物処理槽の実効容量が前記第１の好気性生物処理槽の実効容量の１〜１０倍であることを特徴とする生物処理装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、前記分離膜浸漬槽内の汚泥濃度が１，０００〜６，０００ｍｇ／Ｌで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする生物処理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１６７５５１（Ｐ２００６−１６７５５１Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６１６４８（Ｐ２００４−３６１６４８）
【出願日】平成１６年１２月１４日（２００４．１２．１４）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１４日（２００４．１２．１４）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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