膜分離活性汚泥処理装置
【課題】膜分離活性汚泥処理装置において、分離膜の強度および耐洗浄力を高め、かつ、生物膜および分離膜への散気制御および分離膜の洗浄をそれぞれ適正時期に行えるようにする。
【解決手段】曝気槽内に微生物の担体となる生物膜と、四弗化エチレン樹脂製の分離膜を備えた膜分離モジュールを配置し、かつ、該曝気槽内に前記微生物の活性状態をモニタリングする生物膜用モニタ手段および、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングする分離膜用モニタ手段と、前記生物膜に向けて散気する生物膜用散気管と、前記膜分離モジュールに向けて散気する分離膜用散気管を配置し、前記生物膜用モニタ手段でモニタリングしながら前記生物膜用散気管からの散気を制御する制御手段と、前記分離膜用モニタ手段でモニタリングしながら分離膜への洗浄液の供給を制御する手段とを備えていることを特徴とする。
【解決手段】曝気槽内に微生物の担体となる生物膜と、四弗化エチレン樹脂製の分離膜を備えた膜分離モジュールを配置し、かつ、該曝気槽内に前記微生物の活性状態をモニタリングする生物膜用モニタ手段および、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングする分離膜用モニタ手段と、前記生物膜に向けて散気する生物膜用散気管と、前記膜分離モジュールに向けて散気する分離膜用散気管を配置し、前記生物膜用モニタ手段でモニタリングしながら前記生物膜用散気管からの散気を制御する制御手段と、前記分離膜用モニタ手段でモニタリングしながら分離膜への洗浄液の供給を制御する手段とを備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離活性汚泥処理装置に関し、生活排水や工業排水等の下水処理を行うものである。
【背景技術】
【０００２】
膜分離活性汚泥法による水処理は、凝集フロックを沈殿槽で沈殿させる活性汚泥法と比較して、分離膜でフロックやスケール等からなる懸濁物質を迅速に膜分離できる利点があり、従来より膜分離活性汚泥処理装置が提供されている。
【０００３】
活性汚泥法を採用した処理装置では、微生物で被処理水中の有機物の処理を効率良く行うため、活性汚泥中の微生物の活性状態を観察して、散気の調節や微生物の添加を行う必要がある。そのため、従来は、活性汚泥槽内の液をくみ取り、くみ取った液を顕微鏡やＢＯＤ、ＣＯＤ計等で計測している。また、槽内の泡の状態や槽内の液の色から作業員が目視により感覚的に判断している場合が多い。
また、特開平６−２８４５３号公報等では、曝気槽内にモニタ手段を付設して、常時、微生物の活性状態をモニタリングする装置も提供され、モニタリング結果に応じて散気量、汚泥の吸引圧力、微生物の添加等を制御している。
【０００４】
膜分離活性汚泥法を用いた処理装置において、曝気槽内に生物膜と共に配置する分離膜は、従来、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質膜を用いたものや、特開２００４−１８２９１９号公報（特許文献２）のようにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系樹脂からなる多孔質膜が用いられている場合が多い。
このように、従来汎用されている分離膜はポリオレフィン系樹脂が多く、そのほか、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリスルホン等から形成されている。
【０００５】
前記分離膜からなる膜分離モジュールを用いて高濁度排水の処理を継続すると、膜表面及び膜間に、被処理液中に含まれる懸濁成分が堆積し、さらには、膜閉塞を生じて、透過流量の低下が生じる。
特に、膜分離活性汚泥法のような高汚濁性水処理においては、処理液の粘度が高いうえ、生物処理特有の粘着性のある堆積物による膜の汚れ（バイオファウリング）が発生するため、一般の排水系の濾過に比べて、濾過膜に懸濁成分が堆積しやすく、堆積物の付着や目詰まりによる透過流量の低下が顕著である。そのため、膜モジュールを用いた濾過装置は、通常、運転時には散気管から加圧空気を送り、エアバブリング等で排水の流れを作り、これによる堆積物の剥離や濾過膜の揺動による機械的負荷による堆積物を取り除く清浄操作（散気処理）が行われる。
そのため、膜モジュール及びこれを構成する濾過膜エレメントには高い濾過性能を有することに加えて、長期間運転時の機械的負荷に耐えうる強度と、特に酸化剤や酸・アルカリに対して優れた耐薬品性を兼ね備えていることが要望されている。
しかしながら、前記した従来用いられている分離膜は、高濃度の酸やアルカリからなる洗浄液に対する耐薬品性は十分でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２８４５３号公報
【特許文献２】特開２００４−１８２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、曝気槽内に生物膜と分離膜とを配置した膜分離活性汚泥処理装置において、生物膜および分離膜への散気制御および分離膜の洗浄をそれぞれ適正時期に行えるようにし、分離膜の目詰まりの発生を低減し、長期間安定して稼働できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、
曝気槽内に微生物の担体となる生物膜と、四弗化エチレン樹脂製の分離膜を備えた膜分離モジュールを配置し、
前記曝気槽内に前記微生物の活性状態をモニタリングする生物膜用モニタ手段と、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングする分離膜用モニタ手段と、
前記生物膜に向けて散気する生物膜用散気管と、前記膜分離モジュールに向けて散気する分離膜用散気管を配置し、
前記生物膜用モニタ手段でモニタリングしながら前記生物膜用散気管からの散気を制御すると共に、前記分離膜用モニタ手段でモニタリングしながら分離膜への洗浄液の供給を制御することを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置を提供している。
【０００９】
前記のように、本発明の膜分離活性汚泥処理装置では、生物膜と共に曝気槽内に配置する分離膜を四弗化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと称す）で形成していることを特徴とする。ＰＴＦＥは耐薬品性、化学安定性、高強度、滑り易く懸濁成分が付着しにくい非粘着性、低摩擦係数、不燃性、耐候性に優れた特性を備え、特に、高濃度のアルカリ液や酸性液を洗浄液として用いることができる。該ＰＴＦＥ製の分離膜として、住友電工ファインポリマー（株）製「ポアフロン（登録商標）メンブレン」シリーズを好適に用いることができる。
このように、膜分離活性汚泥処理装置の曝気槽内にＰＴＦＥ製の分離膜からなる膜分離モジュールを吊設することにより、分離膜の表面に難溶解性成分が蓄積しても高濃度のアルカリ液や酸性液を洗浄液として用いることで目詰まりを低減でき、長期間安定して高い透過流速を維持して水処理することができる。
【００１０】
また、生物膜の散気管と分離膜の散気管とは区別し、生物膜への散気は生物膜の活性状況をモニタ手段で検出しながら必要時に行う一方、分離膜への散気は洗浄時以外の稼働時に常時行って、分離膜が懸濁成分により目詰まりが発生するのを低減している。
このように、生物膜用散気管と分離膜用散気管と分離することで、これら散気管から噴射する噴射時間、エア量およびエア噴射圧を、生物膜と分離膜とにそれぞれ適したものに制御することができる。
さらに、分離膜の洗浄は、分離膜用モニタ手段でモニタリングして分離膜表面への懸濁成分の付着状態に応じて洗浄しているため、分離膜の透過流速を高速に維持することができる。
【００１１】
前記ＰＴＦＥ製の分離膜は単層または複層の中空糸とし、前記膜分離モジュールは中空糸膜モジュールとしている。
具体的には、例えば、ＰＴＦＥ製の複層の中空糸としては特許第３８５１８６号に記載した多孔質複層中空糸等が好適に用いられ、また、中空糸を集束した膜分離モジュールとしては、特許第３０７７２６０号公報および前記特許第３８５１８６号に記載した中空糸膜モジュールが好適に用いられる。
または、前記四弗化エチレン樹脂製の分離膜は単層または複層の平膜とし、前記膜分離モジュールは平膜モジュールとしてもよい。
【００１２】
前記のように分離膜を延伸ＰＴＦＥ多孔質膜で構成すると、強度、耐久性、耐食性に優れ、高濁度排水処理において極めて有用性を発揮することができる。さらに、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は押出および延伸工程を経て製造されるため、高度な分子配向により微細孔を高気孔率にすることができる。よって、透過水量が多い高性能の濾過膜としながら、散気処理で揺れを発生させても、分離膜に亀裂や破断が発生せず、優れた耐久性を有する。
特に、前記のように、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は殆どの薬品に犯されない化学的安定性を有し、耐食性に優れている。一般的に、比表面積の大きい多孔質膜は、バルク体に比べて薬品に浸食されやすく強度も小さいが、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は有機・無機の酸、アルカリ、酸化剤、還元剤及び有機溶剤等のほとんど全ての有機・無機薬品に対して不活性であり、耐薬品性に極めて優れる。そのため、従来のポリオレフィンやポリエチレン等からなる分離膜のように洗浄薬剤が制約されず、堆積物の種類に応じて種々の化学薬品を選択して、必要時には高濃度にて濾過膜の洗浄を長期に渡り行なうことができる。例えば、バイオファウリングを完全に溶解除去・殺菌するために、塩酸や過酸化水素水などの強酸化剤の高濃度溶液を使用でき、排水中の油分等を除去するために、次亜塩素酸ナトリウムや水酸化ナトリウム等の強アルカリ水溶液を使用することができる。
【００１３】
前記ＰＴＦＥ製の分離膜は、例えば、濾過面の平均孔径が０．０１μｍ以上、平均膜厚が１０μｍ以上、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、気孔率が４０〜９０％、ＪＩＳ Ｋ ７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上としていることが好ましい。
前記平均孔径は０．０１μｍ以上、上限は１０μｍ以下、さらに、５．０μｍ以下であることが好ましい。該平均孔径はＰＭＩ社製パームポロメーター（型番 CFP-1200A）により測定している。
該延伸ＰＴＦＥ製の分離膜は、活性汚泥を含む排水や微小な粒子を含む排水を原水とする場合では、粒子径０．５μｍである粒子の粒子捕捉率が９０％以上としていることが好ましい。
前記平均膜厚はダイアルゲージにより測定している。前記気孔率はＡＳＴＭ Ｄ７９２に記載の方法で測定している。
さらに、ＰＨ１０以上の強アルカリ洗浄液およびＰＨ３以下の強酸性洗浄液に対する耐性を有するものとしていることが好ましい。
【００１４】
濾過膜として用いる延伸多孔質ＰＴＦＥとは、ＰＴＦＥが重量比８０％以上のことを指し、更に好ましくは９０％以上である。
併用する熱可塑性のフッ素樹脂はＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ等が挙げられ、その中でもＰＴＦＥの融点ピーク以上（３２７℃以上）でも比較的分解速度が低いＦＥＰが好ましく、更にはＰＦＡがより好ましい。
【００１５】
前記微生物の担体となる生物膜も、ＰＴＦＥ製の多孔質体で形成し、該多孔質体の表面および空孔に微生物を付着することが好ましい。該ＰＴＦＥ製多孔質体からなる担体は強度を有するため、散気時および洗浄時に破損せず、かつ、付着させる微生物の量に応じて空孔を容易に設けることができる。なお、担体として小粒または糸状の充填材を隙間をあけて保持した担体とし、これら充填材の表面や充填材の隙間に好気性の微生物を付着させてもよい。
生物膜は固定床、揺動床、流動床のいずれでも良いが、固定床とすることが好ましい。固定床とすると、その下方に生物膜用散気管を分離膜用散気管と区別して配管し、生物膜に適した散気を供給することができる。なお、凝集剤を添加してもよい。
【００１６】
前記膜分離モジュールに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、これらの混合液からなる洗浄用薬液を供給する自動洗浄装置を付設し、
前記自動洗浄装置に前記分離膜用モニタ手段と接続した制御手段を設けている。
【００１７】
前記分離膜用モニタ手段としては、分離膜の内外差圧を検出する手段から構成しても良いが、分離膜表面を撮影する撮像素子および該撮像素子と接続された画像処理装置とで構成してもよい。
分離膜の洗浄は、従来は予め設定した設定期間経過後に行われている場合が多いが、前記のように、撮像素子で分離膜表面の懸濁成分の付着状態を撮影し、撮影した映像信号を画像処理すると、分離膜の洗浄時期を的確に把握することができる。
【００１８】
また、自動洗浄装置から、逆洗水と、クロスフローで前記洗浄用薬液とを、交互に前記分離膜に供給して洗浄することが好ましい。
前記のように、ＰＴＦＥは耐薬品性がポリオレフィンやポリエチレン等より優れているため、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、これらの混合液からなる洗浄用薬液を用いて洗浄することができる。よって、分離膜の表面に付着、蓄積する難溶解性成分を溶解できる。さらに、ＰＴＦＥ製の分離膜は表面平滑性が良く滑りやすいため、洗浄液により分離膜表面に付着する浮遊した懸濁成分（ＭＬＳＳ）を除去しやすい利点もある。
【００１９】
前記生物膜用モニタ手段を制御装置に接続し、
前記制御装置は、前記生物膜モニタ手段から得られる凝集性微生物が成す塊（フロック）をモニタリング結果により、前記生物膜用散気管への空気供給および、その供給量をフィードバック制御すると共に、付設した微生物貯留槽から曝気槽へ微生物の供給を制御するものとしている。
【００２０】
前記生物膜用モニタ手段としては、微生物を撮影する撮像素子と該撮像素子と接続された画像処理装置、ＭＬＳＳ計、紫外線分光計、ＤＯ濃度計、濁度計から選択される１種以上が用いられる。
【００２１】
前記撮像素子と該撮像素子に接続した画像処理装置とを用いる場合、撮影された映像から画像処理装置で輝度等から微生物を検出し、該微生物の菌数や大きさ等を抽出し、例えば、予め設定した菌数等の第一閾値以下であると、前記制御手段で生物膜への散気を行うように制御し、さらに菌数が少ない第二閾値以下に達すると、微生物を曝気槽内に添加するように制御することが好ましい。
【００２２】
前記のように、撮像素子および画像処理装置と共に、あるいは撮影手段に代えて、前記ＭＬＳＳ計、紫外線分光計、ＤＯ濃度計、濁度計を１種以上併用して用いてもよい。特に、複数種を併用すると高精度に微生物の活性状態をモニタリングすることができる。
【００２３】
具体的には、前記生物膜と分離膜とは前記曝気槽内の両側に間隔をあけて配置し、該生物膜と分離膜に挟まれた間に、ＭＬＳＳ計、ＤＯ濃度計およびＰＨ計を配置し、かつ、生物膜と分離膜とに夫々近接させて撮像素子を配置することが好ましい。
前記ＰＨ計を配置すると、高濃度のアルカリや酸の洗浄液を用いて分離膜を洗浄した時の曝気槽内の液体のＰＨを検出でき、微生物に適したＰＨ５乃至ＰＨ８となるように中性の洗浄水を添加することができる。
【００２４】
このように、常時、生物膜の微生物をモニタ手段でモニタリングし、該モニタリングの結果に応じて生物膜用散気管から散気を供給すると、微生物による排水中の好気性有機物の処理を効率よく行うことができる。
かつ、分離膜に対して、生物膜用散気管とは区別して設けた分離膜用散気管から濾過処理時には洗浄時を除いて散気を常時行うことで、分離膜の目詰まりの発生を低減できる。 さらに、分離膜のモニタ手段で分離膜表面への懸濁成分をモニタリングしながら分離膜の洗浄を行うため、分離膜の透過流量を維持することができる。
【００２５】
また、前記生物膜用散気管および分離膜用散気管と共に、曝気槽内に旋回流を発生させる散気管を設けてもよい。
このように、曝気槽内に旋回流れを発生させると、懸濁成分を効率よく分離膜で捕捉することができる。
【発明の効果】
【００２６】
上述したように、本発明の膜分離活性汚泥処理装置では、曝気槽内に生物膜と並設する分離膜として、耐薬品性を有すると共に強度が大きいＰＴＦＥ製の分離膜を用いることにより、懸濁成分が付着して目詰まりが発生しやすい分離膜の効果的な洗浄を行え、長期間安定して稼働することができる。
かつ、生物膜の微生物の活性状態をモニタリングするモニタ手段を設け、モニタリングの結果に応じて、分離膜用散気管と区別して設けた生物膜用散気管の散気をフィードバックで自動制御するため、生物膜の微生物に適時酸素を供給して微生物の活性化を図ることができる。
さらに、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングするモニタ手段を設け、所要時期に分離膜を洗浄しているため、分離膜の透過流量を常時高流量に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一実施形態の膜分離活性汚泥処理装置の全体図である。
【図２】中空糸膜分離モジュールを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は一部拡大断面図である。
【図３】第二実施形態の平膜の膜分離モジュールを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２に第一実施形態の膜分離活性汚泥処理装置を示す。該処理装置は下水や工場排水等の高濁度の懸濁成分を含む原水を浄化処理するものである。
【００２９】
曝気槽１内に一方側に生物膜２を配置し、他方側に延伸ＰＴＦＥ多孔質体からなる中空糸３を集束した中空糸膜分離モジュール４を配置している。
【００３０】
前記生物膜２は、ＰＴＦＥ製の多孔質体を微生物の担体として備え、その表面および空孔に好気性の微生物を付着させた固定床式としている。
なお、微生物を付着する担体として、小粒または糸状の充填材を隙間をあけて保持した担体とし、これら充填材の表面や充填材の隙間に好気性の微生物を付着させたものでもよい。かつ、生物膜は固定床とすることが好ましいが、底部に多孔質の保持枠で保持した揺動床、流動床でもよい。
前記生物膜２の下方には生物膜２に向けて散気する生物膜用散気管５を配管している。
【００３１】
前記中空糸膜分離モジュール４は、濾過液の集水管６で吊り下げて曝気槽１内に配置している。該中空糸膜分離モジュール４の下方に中空糸膜分離モジュール４に向けて散気する分離膜用散気管７を配管している。
【００３２】
前記生物膜用散気管５に接続する空気供給管８および分離膜用散気管７に接続する空気供給管９はそれぞれポンプＰ１，Ｐ２を介してブロア１０と連結し、ポンプＰ１，Ｐ２を独立して制御している。
【００３３】
さらに、曝気槽１の中空糸膜分離モジュール４の配置側の隅部に旋回流発生用の散気管１２を配置し、該散気管１２をポンプＰ３を介してブロア１０と接続している。
また、必要に応じて、曝気槽１の底面に沈降した余剰汚泥を引き抜く汚泥吸引用配管を設けている。
【００３４】
前記生物膜２と中空糸膜分離モジュール４との間には、ＭＬＳＳ計１５、ＤＯ（溶存酸素）計１６、ＰＨ計１７を吊り下げている。
前記ＭＬＳＳ計１５は微生物の活性状態を常時モニタリングするモニタ手段として機能させるものである。
前記ＭＬＳＳ計は発光部と受光部を搭載したプローブ型のＭＬＳＳ検出部を備え、透過光散乱光比較方式で曝気槽１内における懸濁成分（ＭＬＳＳ）を検出できるものである。
【００３５】
さらに、生物膜２を撮影する発光部と受光部を有するプローブ型の撮像素子５０を曝気槽１内の生物膜２に近接して配置すると共に、中空糸膜分離モジュール４を撮影する同様のプローブ型の撮像素子５１を中空糸膜分離モジュール４に近接して配置している。
前記撮像素子５０、５１は画像処理装置５３と接続している。該画像処理装置５３で撮像素子５０で撮影した微生物の映像信号より、微生物の活性状態を演算処理して微生物の菌数を測定している。かつ、撮像素子５１で撮影した中空糸３の外面に付着する懸濁成分の映像信号より、中空糸３の目詰まり状態を測定している。
【００３６】
前記ＭＬＳＳ計１５、ＤＯ計１６、画像処理装置５３は制御手段１８と接続し、該制御手段１８で前記生物膜用散気管５に接続したポンプＰ１を制御している。即ち、ＭＬＳＳ計１５で検出した懸濁成分より微生物の活性状態、ＤＯ計１６で検出した曝気槽内の液の溶存酸素量、および撮像素子５０で撮影した生物膜２の状態から生物膜２への散気時期および散気量、散気圧を判断して、散気をフィードバック制御している。
【００３７】
前記中空糸膜分離モジュール４は、図２に示すように、多数本の延伸ＰＴＦＥ製の中空糸３をそれぞれＵ形状に２つ折りして隙間をあけて並設し、これら中空糸３の上端を封止固定材２４で連結固定している。該封止固定材２４には、各中空糸３の中空部と連通する集水部２４ａを設け、該集水部２４ａに集水ヘッダー２５を外嵌固定し、該集水ヘッダー２５を前記集水管６と接続して曝気槽１内に吊り下げている。一方、各中空糸３の下端の湾曲部には支持棒２６を通してＵ形状を保持している。支持棒２６の両端は保持枠２７で保持している。
このように、中空糸膜分離モジュール４では中空糸３の下端を封止固定材に固定していないことより、下方に配管する分離膜用散気管７からの散気が中空糸３の隙間に流入し易くしている。
【００３８】
前記集水管６は吸引ポンプＰ４と接続し、中空糸３の中空部へ透過した濾過液を吸引しており、本実施形態の分離膜は吸引濾過式としている。
【００３９】
前記中空糸は本実施形態では多孔質複層中空糸を用いている。該複層の中空糸は支持層となる多孔質延伸ＰＴＦＥチューブの外周面に濾過層となる多孔質延伸ＰＴＦＥシートを密着させて巻き付けて複層とし、強度を高めている。
前記濾過膜を形成する延伸ＰＴＦＥ多孔質シートは、１軸延伸、２軸延伸で得られたものでもよいが、ＰＴＦＥ未焼結粉末と液状潤滑剤のペースト押出によって得られる成形体を２軸延伸して得られた多孔質シートを焼結して得られたものであることが好ましい。２軸延伸とすることで、空孔を囲む繊維状骨格の強度を高めることができる。
また、濾過膜と支持膜とは未焼結状態のＰＴＦＥ多孔質膜を焼結一体化することにより、容易に積層体を形成することができる。
【００４０】
なお、中空糸３は前記複層中空糸に限定されず、単層でもよい。
中空糸３は濾過面の平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下、平均膜厚（複層では濾過層と支持層を加えた厚さ）が１０μｍ以上、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、気孔率が４０〜９０％、内径が０．３〜１０ｍｍ、ＩＰＡバブルポイントを１０〜２００ｋＰａの範囲としている。
さらに、中空糸３はＪＩＳ Ｋ ７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上としている。
さらに、ＰＴＦＥ製の中空糸３はＰＨ１０以上の強アルカリ洗浄液およびＰＨ３以下の強酸性洗浄液に対する耐性を有する。
【００４１】
前記中空糸膜分離モジュール４の洗浄用として自動洗浄装置３０を付設している。
該自動洗浄装置３０は高圧の水と空気とを中空糸３の内部に供給する逆洗水の供給部３１と、薬液をクロスフローで中空糸３の表面に供給する薬液供給部３２とを備えている。薬液は次亜塩素酸ナトリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液の混合液を用いている。
【００４２】
前記自動洗浄装置３０は、前記画像処理装置５３と接続した制御部３３を備えている。即ち、前記撮像素子５１で撮影して画像処理装置５３で処理した測定結果に基づき、中空糸３の表面に付着する懸濁成分の付着率（付着面積）が閾値を越えると、制御部３３は逆洗水の供給部３１と薬液供給部３２とから交互に洗浄水を供給する制御を行っている。
なお、中空糸３の内外差圧を検出する測定器を付設し、該測定器を前記制御部３３に接続し、内外差圧が閾値以上に達すると洗浄を開始する手段を併用してもよい。
さらに、前記制御部３３を前記ＰＨ計１７と接続し、曝気槽１内の液が微生物の増殖に適した中性（ｐＨ５−８）となるように、中性の水からなる逆洗浄液を供給している。
【００４３】
さらに、曝気槽１の槽外に微生物添加槽４０を付設し、配管４１を介して曝気槽１に微生物を添加できるようにしている。配管４１にはポンプＰ５を付設し、該ポンプＰ５を前記ＭＬＳＳ計に接続した制御手段１８で制御し、曝気槽１内の微生物が減少すると、微生物添加槽４０より曝気槽１内に微生物を供給できるようにしている。
【００４４】
前記構成からなる膜分離活性汚泥処理装置では、曝気槽１内に投入される下水あるいは工場排水からなる原水は、固定床式の生物膜２の微生物と付着する。該生物膜２から剥離した懸濁成分は、中空糸膜分離モジュール４で捕捉でき、原水の浄化処理を行うことができる。
【００４５】
前記膜分離活性汚泥方式で原水を処理する際、生物膜２を前記撮像素子５０で微生物の状態を撮影すると共に、前記ＭＬＳＳ計１５で懸濁成分を測定し、さらに、ＤＯ計１６で原水の溶存酸素量をモニタリングしながら、生物膜用散気管５へ供給する空気量をフィードバック制御しているため、微生物の増殖を図ることができ、長期間安定して膜分離活性汚泥法で水処理できる。
【００４６】
また、中空糸膜分離モジュール４には、分離膜用散気管７から常時散気を行っているため、中空糸３の表面が懸濁成分で目詰まりが発生するのを低減できる。
かつ、中空糸３の表面への懸濁成分の付着状態も撮像素子５１で撮影して常時モニタリングし、所要時期に洗浄液を供給して洗浄しているため、分離膜の透過流速を低下させない。
特に、本発明では中空糸３をＰＴＦＥで形成しているため、高濃度の洗浄液で洗浄でき、難溶性の懸濁成分を除去できると共に、平滑性が良いため、洗浄液でスムーズに懸濁成分を除去できる。かつ、ＰＨ計１７で曝気槽１内の液のＰＨを常時検出し、微生物の増殖に適した中性になるように、自動洗浄装置３０から中性の水を逆洗水として供給しているため、薬液による微生物の悪影響を発生させない。
さらに、洗浄液を高圧で中空糸に噴射しても、ＰＴＦＥは高強度があるため、中空糸の損傷や折れを発生させない利点がある。
【００４７】
図４に第二実施形態を示す。
第一実施形態はＰＴＦＥ製の中空糸を用いて、中空糸膜分離モジュールとしているが、第二実施形態ではＰＴＦＥ製の平膜を用いた平膜エレメント６１を集束した平膜式分離膜モジュール６０としている点を相違させている。他の構成は第一実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００４８】
平膜エレメント６１は、下端を折り曲げてＵ形状に配置する多孔質延伸ＰＴＦＥ製シートからなる濾過膜６２と、該濾過膜６２の対向濾過部の間にポリエチレン樹脂製のネットからなる支持体６３を介設し、処理液流路用の空間を確保している。
前記濾過膜６２はＵ形状に折り曲げた状態で、対向する対向濾過部の外周縁を、上端の処理液取出口を空けて、熱融着してシールして外周封止部６４を形成している。
前記処理液取出口には、集水管と接続する集水ヘッダー６５を外周封止部６４と固着して設けている。
【００４９】
濾過膜６２とする延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は、単層でも良いし複層でもよい。
該濾過膜６２は０．０１〜２０μｍの空孔を備え、粒子径０．４５μｍの粒子捕捉率が９０％以上のものを用いている。平均膜厚が５〜２００μｍ、空孔を囲む繊維状骨格の平均最大長さを５μｍ以下としている。また、該濾過膜６２は引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有している。かつ、３質量％の硫酸、４質量％の水酸化ナトリウム水溶液、有効塩素濃度１０％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液の各々に温度５０℃で１０日間浸漬しても透過水量が低下せず、損傷されない優れた耐薬品性を備えたものとしている。
【００５０】
このように、平膜エレメント６１の構成材は、多孔質延伸ＰＴＦＥからなる濾過膜６２、ネットからなる支持材６３としているため、平膜エレメント６１自体を容易に撓むフレキシブルなものとすることができる。かつ、濾過膜６２を強度があり、平面保持力を有するＰＴＦＥ製としているため、フレキシブルでありながら保形性を有する。かつ、平膜エレメント６１は全体肉厚を２ｍｍと非常に薄いものとしている。
このように、平膜エレメント６１を薄く且つ撓みやすいものとしているため、下方に配置する分離膜用散気管からエアを噴出し気泡が発生すると、濾過膜６２は気泡との接触で揺れが生じ、懸濁成分による目詰まりの発生を抑制することができる。
【００５１】
前記のように分離膜を平膜とした場合にも、第一実施形態と同様に、生物膜モニタ手段、分離膜モニタ手段および自動洗浄装置を付設し、モニタリングしながら、生物膜用散気管から生物膜への散気を自動制御で行うと共に、分離膜の洗浄を自動で行うため、長期間安定して原水の浄化処理を行うことができる。
【００５２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されず、生物膜用モニタ手段は撮影手段、ＭＬＳＳ計、ＤＯ計の並設に限定されず、いずれか１種でも良いし、紫外線分光計、濁度計を用いてもよい。また、分離膜用モニタ手段も前記撮影手段に限定されず、分離膜の内外差圧を常時モニタリングするセンサだけでもよい。
また、膜分離モジュールの構成も前記第一、第二実施形態に限定されない。
【符号の説明】
【００５３】
１ 曝気
２ 生物膜
３ 中空糸
４ 中空糸膜分離モジュール
５ 生物膜用散気管
７ 分離膜用散気管
１５ ＭＬＳＳ計
１６ ＤＯ（溶存酸素）計
１７ ＰＨ計１７
３０ 自動洗浄装置
５０、５１ 撮像素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜分離活性汚泥処理装置に関し、生活排水や工業排水等の下水処理を行うものである。
【背景技術】
【０００２】
膜分離活性汚泥法による水処理は、凝集フロックを沈殿槽で沈殿させる活性汚泥法と比較して、分離膜でフロックやスケール等からなる懸濁物質を迅速に膜分離できる利点があり、従来より膜分離活性汚泥処理装置が提供されている。
【０００３】
活性汚泥法を採用した処理装置では、微生物で被処理水中の有機物の処理を効率良く行うため、活性汚泥中の微生物の活性状態を観察して、散気の調節や微生物の添加を行う必要がある。そのため、従来は、活性汚泥槽内の液をくみ取り、くみ取った液を顕微鏡やＢＯＤ、ＣＯＤ計等で計測している。また、槽内の泡の状態や槽内の液の色から作業員が目視により感覚的に判断している場合が多い。
また、特開平６−２８４５３号公報等では、曝気槽内にモニタ手段を付設して、常時、微生物の活性状態をモニタリングする装置も提供され、モニタリング結果に応じて散気量、汚泥の吸引圧力、微生物の添加等を制御している。
【０００４】
膜分離活性汚泥法を用いた処理装置において、曝気槽内に生物膜と共に配置する分離膜は、従来、塩素化ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂からなる多孔質膜を用いたものや、特開２００４−１８２９１９号公報（特許文献２）のようにポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系樹脂からなる多孔質膜が用いられている場合が多い。
このように、従来汎用されている分離膜はポリオレフィン系樹脂が多く、そのほか、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、ポリスルホン等から形成されている。
【０００５】
前記分離膜からなる膜分離モジュールを用いて高濁度排水の処理を継続すると、膜表面及び膜間に、被処理液中に含まれる懸濁成分が堆積し、さらには、膜閉塞を生じて、透過流量の低下が生じる。
特に、膜分離活性汚泥法のような高汚濁性水処理においては、処理液の粘度が高いうえ、生物処理特有の粘着性のある堆積物による膜の汚れ（バイオファウリング）が発生するため、一般の排水系の濾過に比べて、濾過膜に懸濁成分が堆積しやすく、堆積物の付着や目詰まりによる透過流量の低下が顕著である。そのため、膜モジュールを用いた濾過装置は、通常、運転時には散気管から加圧空気を送り、エアバブリング等で排水の流れを作り、これによる堆積物の剥離や濾過膜の揺動による機械的負荷による堆積物を取り除く清浄操作（散気処理）が行われる。
そのため、膜モジュール及びこれを構成する濾過膜エレメントには高い濾過性能を有することに加えて、長期間運転時の機械的負荷に耐えうる強度と、特に酸化剤や酸・アルカリに対して優れた耐薬品性を兼ね備えていることが要望されている。
しかしながら、前記した従来用いられている分離膜は、高濃度の酸やアルカリからなる洗浄液に対する耐薬品性は十分でない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２８４５３号公報
【特許文献２】特開２００４−１８２９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、曝気槽内に生物膜と分離膜とを配置した膜分離活性汚泥処理装置において、生物膜および分離膜への散気制御および分離膜の洗浄をそれぞれ適正時期に行えるようにし、分離膜の目詰まりの発生を低減し、長期間安定して稼働できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、
曝気槽内に微生物の担体となる生物膜と、四弗化エチレン樹脂製の分離膜を備えた膜分離モジュールを配置し、
前記曝気槽内に前記微生物の活性状態をモニタリングする生物膜用モニタ手段と、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングする分離膜用モニタ手段と、
前記生物膜に向けて散気する生物膜用散気管と、前記膜分離モジュールに向けて散気する分離膜用散気管を配置し、
前記生物膜用モニタ手段でモニタリングしながら前記生物膜用散気管からの散気を制御すると共に、前記分離膜用モニタ手段でモニタリングしながら分離膜への洗浄液の供給を制御することを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置を提供している。
【０００９】
前記のように、本発明の膜分離活性汚泥処理装置では、生物膜と共に曝気槽内に配置する分離膜を四弗化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと称す）で形成していることを特徴とする。ＰＴＦＥは耐薬品性、化学安定性、高強度、滑り易く懸濁成分が付着しにくい非粘着性、低摩擦係数、不燃性、耐候性に優れた特性を備え、特に、高濃度のアルカリ液や酸性液を洗浄液として用いることができる。該ＰＴＦＥ製の分離膜として、住友電工ファインポリマー（株）製「ポアフロン（登録商標）メンブレン」シリーズを好適に用いることができる。
このように、膜分離活性汚泥処理装置の曝気槽内にＰＴＦＥ製の分離膜からなる膜分離モジュールを吊設することにより、分離膜の表面に難溶解性成分が蓄積しても高濃度のアルカリ液や酸性液を洗浄液として用いることで目詰まりを低減でき、長期間安定して高い透過流速を維持して水処理することができる。
【００１０】
また、生物膜の散気管と分離膜の散気管とは区別し、生物膜への散気は生物膜の活性状況をモニタ手段で検出しながら必要時に行う一方、分離膜への散気は洗浄時以外の稼働時に常時行って、分離膜が懸濁成分により目詰まりが発生するのを低減している。
このように、生物膜用散気管と分離膜用散気管と分離することで、これら散気管から噴射する噴射時間、エア量およびエア噴射圧を、生物膜と分離膜とにそれぞれ適したものに制御することができる。
さらに、分離膜の洗浄は、分離膜用モニタ手段でモニタリングして分離膜表面への懸濁成分の付着状態に応じて洗浄しているため、分離膜の透過流速を高速に維持することができる。
【００１１】
前記ＰＴＦＥ製の分離膜は単層または複層の中空糸とし、前記膜分離モジュールは中空糸膜モジュールとしている。
具体的には、例えば、ＰＴＦＥ製の複層の中空糸としては特許第３８５１８６号に記載した多孔質複層中空糸等が好適に用いられ、また、中空糸を集束した膜分離モジュールとしては、特許第３０７７２６０号公報および前記特許第３８５１８６号に記載した中空糸膜モジュールが好適に用いられる。
または、前記四弗化エチレン樹脂製の分離膜は単層または複層の平膜とし、前記膜分離モジュールは平膜モジュールとしてもよい。
【００１２】
前記のように分離膜を延伸ＰＴＦＥ多孔質膜で構成すると、強度、耐久性、耐食性に優れ、高濁度排水処理において極めて有用性を発揮することができる。さらに、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は押出および延伸工程を経て製造されるため、高度な分子配向により微細孔を高気孔率にすることができる。よって、透過水量が多い高性能の濾過膜としながら、散気処理で揺れを発生させても、分離膜に亀裂や破断が発生せず、優れた耐久性を有する。
特に、前記のように、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は殆どの薬品に犯されない化学的安定性を有し、耐食性に優れている。一般的に、比表面積の大きい多孔質膜は、バルク体に比べて薬品に浸食されやすく強度も小さいが、延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は有機・無機の酸、アルカリ、酸化剤、還元剤及び有機溶剤等のほとんど全ての有機・無機薬品に対して不活性であり、耐薬品性に極めて優れる。そのため、従来のポリオレフィンやポリエチレン等からなる分離膜のように洗浄薬剤が制約されず、堆積物の種類に応じて種々の化学薬品を選択して、必要時には高濃度にて濾過膜の洗浄を長期に渡り行なうことができる。例えば、バイオファウリングを完全に溶解除去・殺菌するために、塩酸や過酸化水素水などの強酸化剤の高濃度溶液を使用でき、排水中の油分等を除去するために、次亜塩素酸ナトリウムや水酸化ナトリウム等の強アルカリ水溶液を使用することができる。
【００１３】
前記ＰＴＦＥ製の分離膜は、例えば、濾過面の平均孔径が０．０１μｍ以上、平均膜厚が１０μｍ以上、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、気孔率が４０〜９０％、ＪＩＳ Ｋ ７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上としていることが好ましい。
前記平均孔径は０．０１μｍ以上、上限は１０μｍ以下、さらに、５．０μｍ以下であることが好ましい。該平均孔径はＰＭＩ社製パームポロメーター（型番 CFP-1200A）により測定している。
該延伸ＰＴＦＥ製の分離膜は、活性汚泥を含む排水や微小な粒子を含む排水を原水とする場合では、粒子径０．５μｍである粒子の粒子捕捉率が９０％以上としていることが好ましい。
前記平均膜厚はダイアルゲージにより測定している。前記気孔率はＡＳＴＭ Ｄ７９２に記載の方法で測定している。
さらに、ＰＨ１０以上の強アルカリ洗浄液およびＰＨ３以下の強酸性洗浄液に対する耐性を有するものとしていることが好ましい。
【００１４】
濾過膜として用いる延伸多孔質ＰＴＦＥとは、ＰＴＦＥが重量比８０％以上のことを指し、更に好ましくは９０％以上である。
併用する熱可塑性のフッ素樹脂はＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ等が挙げられ、その中でもＰＴＦＥの融点ピーク以上（３２７℃以上）でも比較的分解速度が低いＦＥＰが好ましく、更にはＰＦＡがより好ましい。
【００１５】
前記微生物の担体となる生物膜も、ＰＴＦＥ製の多孔質体で形成し、該多孔質体の表面および空孔に微生物を付着することが好ましい。該ＰＴＦＥ製多孔質体からなる担体は強度を有するため、散気時および洗浄時に破損せず、かつ、付着させる微生物の量に応じて空孔を容易に設けることができる。なお、担体として小粒または糸状の充填材を隙間をあけて保持した担体とし、これら充填材の表面や充填材の隙間に好気性の微生物を付着させてもよい。
生物膜は固定床、揺動床、流動床のいずれでも良いが、固定床とすることが好ましい。固定床とすると、その下方に生物膜用散気管を分離膜用散気管と区別して配管し、生物膜に適した散気を供給することができる。なお、凝集剤を添加してもよい。
【００１６】
前記膜分離モジュールに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、これらの混合液からなる洗浄用薬液を供給する自動洗浄装置を付設し、
前記自動洗浄装置に前記分離膜用モニタ手段と接続した制御手段を設けている。
【００１７】
前記分離膜用モニタ手段としては、分離膜の内外差圧を検出する手段から構成しても良いが、分離膜表面を撮影する撮像素子および該撮像素子と接続された画像処理装置とで構成してもよい。
分離膜の洗浄は、従来は予め設定した設定期間経過後に行われている場合が多いが、前記のように、撮像素子で分離膜表面の懸濁成分の付着状態を撮影し、撮影した映像信号を画像処理すると、分離膜の洗浄時期を的確に把握することができる。
【００１８】
また、自動洗浄装置から、逆洗水と、クロスフローで前記洗浄用薬液とを、交互に前記分離膜に供給して洗浄することが好ましい。
前記のように、ＰＴＦＥは耐薬品性がポリオレフィンやポリエチレン等より優れているため、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、これらの混合液からなる洗浄用薬液を用いて洗浄することができる。よって、分離膜の表面に付着、蓄積する難溶解性成分を溶解できる。さらに、ＰＴＦＥ製の分離膜は表面平滑性が良く滑りやすいため、洗浄液により分離膜表面に付着する浮遊した懸濁成分（ＭＬＳＳ）を除去しやすい利点もある。
【００１９】
前記生物膜用モニタ手段を制御装置に接続し、
前記制御装置は、前記生物膜モニタ手段から得られる凝集性微生物が成す塊（フロック）をモニタリング結果により、前記生物膜用散気管への空気供給および、その供給量をフィードバック制御すると共に、付設した微生物貯留槽から曝気槽へ微生物の供給を制御するものとしている。
【００２０】
前記生物膜用モニタ手段としては、微生物を撮影する撮像素子と該撮像素子と接続された画像処理装置、ＭＬＳＳ計、紫外線分光計、ＤＯ濃度計、濁度計から選択される１種以上が用いられる。
【００２１】
前記撮像素子と該撮像素子に接続した画像処理装置とを用いる場合、撮影された映像から画像処理装置で輝度等から微生物を検出し、該微生物の菌数や大きさ等を抽出し、例えば、予め設定した菌数等の第一閾値以下であると、前記制御手段で生物膜への散気を行うように制御し、さらに菌数が少ない第二閾値以下に達すると、微生物を曝気槽内に添加するように制御することが好ましい。
【００２２】
前記のように、撮像素子および画像処理装置と共に、あるいは撮影手段に代えて、前記ＭＬＳＳ計、紫外線分光計、ＤＯ濃度計、濁度計を１種以上併用して用いてもよい。特に、複数種を併用すると高精度に微生物の活性状態をモニタリングすることができる。
【００２３】
具体的には、前記生物膜と分離膜とは前記曝気槽内の両側に間隔をあけて配置し、該生物膜と分離膜に挟まれた間に、ＭＬＳＳ計、ＤＯ濃度計およびＰＨ計を配置し、かつ、生物膜と分離膜とに夫々近接させて撮像素子を配置することが好ましい。
前記ＰＨ計を配置すると、高濃度のアルカリや酸の洗浄液を用いて分離膜を洗浄した時の曝気槽内の液体のＰＨを検出でき、微生物に適したＰＨ５乃至ＰＨ８となるように中性の洗浄水を添加することができる。
【００２４】
このように、常時、生物膜の微生物をモニタ手段でモニタリングし、該モニタリングの結果に応じて生物膜用散気管から散気を供給すると、微生物による排水中の好気性有機物の処理を効率よく行うことができる。
かつ、分離膜に対して、生物膜用散気管とは区別して設けた分離膜用散気管から濾過処理時には洗浄時を除いて散気を常時行うことで、分離膜の目詰まりの発生を低減できる。 さらに、分離膜のモニタ手段で分離膜表面への懸濁成分をモニタリングしながら分離膜の洗浄を行うため、分離膜の透過流量を維持することができる。
【００２５】
また、前記生物膜用散気管および分離膜用散気管と共に、曝気槽内に旋回流を発生させる散気管を設けてもよい。
このように、曝気槽内に旋回流れを発生させると、懸濁成分を効率よく分離膜で捕捉することができる。
【発明の効果】
【００２６】
上述したように、本発明の膜分離活性汚泥処理装置では、曝気槽内に生物膜と並設する分離膜として、耐薬品性を有すると共に強度が大きいＰＴＦＥ製の分離膜を用いることにより、懸濁成分が付着して目詰まりが発生しやすい分離膜の効果的な洗浄を行え、長期間安定して稼働することができる。
かつ、生物膜の微生物の活性状態をモニタリングするモニタ手段を設け、モニタリングの結果に応じて、分離膜用散気管と区別して設けた生物膜用散気管の散気をフィードバックで自動制御するため、生物膜の微生物に適時酸素を供給して微生物の活性化を図ることができる。
さらに、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングするモニタ手段を設け、所要時期に分離膜を洗浄しているため、分離膜の透過流量を常時高流量に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一実施形態の膜分離活性汚泥処理装置の全体図である。
【図２】中空糸膜分離モジュールを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は一部拡大断面図である。
【図３】第二実施形態の平膜の膜分離モジュールを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２に第一実施形態の膜分離活性汚泥処理装置を示す。該処理装置は下水や工場排水等の高濁度の懸濁成分を含む原水を浄化処理するものである。
【００２９】
曝気槽１内に一方側に生物膜２を配置し、他方側に延伸ＰＴＦＥ多孔質体からなる中空糸３を集束した中空糸膜分離モジュール４を配置している。
【００３０】
前記生物膜２は、ＰＴＦＥ製の多孔質体を微生物の担体として備え、その表面および空孔に好気性の微生物を付着させた固定床式としている。
なお、微生物を付着する担体として、小粒または糸状の充填材を隙間をあけて保持した担体とし、これら充填材の表面や充填材の隙間に好気性の微生物を付着させたものでもよい。かつ、生物膜は固定床とすることが好ましいが、底部に多孔質の保持枠で保持した揺動床、流動床でもよい。
前記生物膜２の下方には生物膜２に向けて散気する生物膜用散気管５を配管している。
【００３１】
前記中空糸膜分離モジュール４は、濾過液の集水管６で吊り下げて曝気槽１内に配置している。該中空糸膜分離モジュール４の下方に中空糸膜分離モジュール４に向けて散気する分離膜用散気管７を配管している。
【００３２】
前記生物膜用散気管５に接続する空気供給管８および分離膜用散気管７に接続する空気供給管９はそれぞれポンプＰ１，Ｐ２を介してブロア１０と連結し、ポンプＰ１，Ｐ２を独立して制御している。
【００３３】
さらに、曝気槽１の中空糸膜分離モジュール４の配置側の隅部に旋回流発生用の散気管１２を配置し、該散気管１２をポンプＰ３を介してブロア１０と接続している。
また、必要に応じて、曝気槽１の底面に沈降した余剰汚泥を引き抜く汚泥吸引用配管を設けている。
【００３４】
前記生物膜２と中空糸膜分離モジュール４との間には、ＭＬＳＳ計１５、ＤＯ（溶存酸素）計１６、ＰＨ計１７を吊り下げている。
前記ＭＬＳＳ計１５は微生物の活性状態を常時モニタリングするモニタ手段として機能させるものである。
前記ＭＬＳＳ計は発光部と受光部を搭載したプローブ型のＭＬＳＳ検出部を備え、透過光散乱光比較方式で曝気槽１内における懸濁成分（ＭＬＳＳ）を検出できるものである。
【００３５】
さらに、生物膜２を撮影する発光部と受光部を有するプローブ型の撮像素子５０を曝気槽１内の生物膜２に近接して配置すると共に、中空糸膜分離モジュール４を撮影する同様のプローブ型の撮像素子５１を中空糸膜分離モジュール４に近接して配置している。
前記撮像素子５０、５１は画像処理装置５３と接続している。該画像処理装置５３で撮像素子５０で撮影した微生物の映像信号より、微生物の活性状態を演算処理して微生物の菌数を測定している。かつ、撮像素子５１で撮影した中空糸３の外面に付着する懸濁成分の映像信号より、中空糸３の目詰まり状態を測定している。
【００３６】
前記ＭＬＳＳ計１５、ＤＯ計１６、画像処理装置５３は制御手段１８と接続し、該制御手段１８で前記生物膜用散気管５に接続したポンプＰ１を制御している。即ち、ＭＬＳＳ計１５で検出した懸濁成分より微生物の活性状態、ＤＯ計１６で検出した曝気槽内の液の溶存酸素量、および撮像素子５０で撮影した生物膜２の状態から生物膜２への散気時期および散気量、散気圧を判断して、散気をフィードバック制御している。
【００３７】
前記中空糸膜分離モジュール４は、図２に示すように、多数本の延伸ＰＴＦＥ製の中空糸３をそれぞれＵ形状に２つ折りして隙間をあけて並設し、これら中空糸３の上端を封止固定材２４で連結固定している。該封止固定材２４には、各中空糸３の中空部と連通する集水部２４ａを設け、該集水部２４ａに集水ヘッダー２５を外嵌固定し、該集水ヘッダー２５を前記集水管６と接続して曝気槽１内に吊り下げている。一方、各中空糸３の下端の湾曲部には支持棒２６を通してＵ形状を保持している。支持棒２６の両端は保持枠２７で保持している。
このように、中空糸膜分離モジュール４では中空糸３の下端を封止固定材に固定していないことより、下方に配管する分離膜用散気管７からの散気が中空糸３の隙間に流入し易くしている。
【００３８】
前記集水管６は吸引ポンプＰ４と接続し、中空糸３の中空部へ透過した濾過液を吸引しており、本実施形態の分離膜は吸引濾過式としている。
【００３９】
前記中空糸は本実施形態では多孔質複層中空糸を用いている。該複層の中空糸は支持層となる多孔質延伸ＰＴＦＥチューブの外周面に濾過層となる多孔質延伸ＰＴＦＥシートを密着させて巻き付けて複層とし、強度を高めている。
前記濾過膜を形成する延伸ＰＴＦＥ多孔質シートは、１軸延伸、２軸延伸で得られたものでもよいが、ＰＴＦＥ未焼結粉末と液状潤滑剤のペースト押出によって得られる成形体を２軸延伸して得られた多孔質シートを焼結して得られたものであることが好ましい。２軸延伸とすることで、空孔を囲む繊維状骨格の強度を高めることができる。
また、濾過膜と支持膜とは未焼結状態のＰＴＦＥ多孔質膜を焼結一体化することにより、容易に積層体を形成することができる。
【００４０】
なお、中空糸３は前記複層中空糸に限定されず、単層でもよい。
中空糸３は濾過面の平均孔径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下、平均膜厚（複層では濾過層と支持層を加えた厚さ）が１０μｍ以上、好ましくは０．１〜１０ｍｍ、気孔率が４０〜９０％、内径が０．３〜１０ｍｍ、ＩＰＡバブルポイントを１０〜２００ｋＰａの範囲としている。
さらに、中空糸３はＪＩＳ Ｋ ７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上としている。
さらに、ＰＴＦＥ製の中空糸３はＰＨ１０以上の強アルカリ洗浄液およびＰＨ３以下の強酸性洗浄液に対する耐性を有する。
【００４１】
前記中空糸膜分離モジュール４の洗浄用として自動洗浄装置３０を付設している。
該自動洗浄装置３０は高圧の水と空気とを中空糸３の内部に供給する逆洗水の供給部３１と、薬液をクロスフローで中空糸３の表面に供給する薬液供給部３２とを備えている。薬液は次亜塩素酸ナトリウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液の混合液を用いている。
【００４２】
前記自動洗浄装置３０は、前記画像処理装置５３と接続した制御部３３を備えている。即ち、前記撮像素子５１で撮影して画像処理装置５３で処理した測定結果に基づき、中空糸３の表面に付着する懸濁成分の付着率（付着面積）が閾値を越えると、制御部３３は逆洗水の供給部３１と薬液供給部３２とから交互に洗浄水を供給する制御を行っている。
なお、中空糸３の内外差圧を検出する測定器を付設し、該測定器を前記制御部３３に接続し、内外差圧が閾値以上に達すると洗浄を開始する手段を併用してもよい。
さらに、前記制御部３３を前記ＰＨ計１７と接続し、曝気槽１内の液が微生物の増殖に適した中性（ｐＨ５−８）となるように、中性の水からなる逆洗浄液を供給している。
【００４３】
さらに、曝気槽１の槽外に微生物添加槽４０を付設し、配管４１を介して曝気槽１に微生物を添加できるようにしている。配管４１にはポンプＰ５を付設し、該ポンプＰ５を前記ＭＬＳＳ計に接続した制御手段１８で制御し、曝気槽１内の微生物が減少すると、微生物添加槽４０より曝気槽１内に微生物を供給できるようにしている。
【００４４】
前記構成からなる膜分離活性汚泥処理装置では、曝気槽１内に投入される下水あるいは工場排水からなる原水は、固定床式の生物膜２の微生物と付着する。該生物膜２から剥離した懸濁成分は、中空糸膜分離モジュール４で捕捉でき、原水の浄化処理を行うことができる。
【００４５】
前記膜分離活性汚泥方式で原水を処理する際、生物膜２を前記撮像素子５０で微生物の状態を撮影すると共に、前記ＭＬＳＳ計１５で懸濁成分を測定し、さらに、ＤＯ計１６で原水の溶存酸素量をモニタリングしながら、生物膜用散気管５へ供給する空気量をフィードバック制御しているため、微生物の増殖を図ることができ、長期間安定して膜分離活性汚泥法で水処理できる。
【００４６】
また、中空糸膜分離モジュール４には、分離膜用散気管７から常時散気を行っているため、中空糸３の表面が懸濁成分で目詰まりが発生するのを低減できる。
かつ、中空糸３の表面への懸濁成分の付着状態も撮像素子５１で撮影して常時モニタリングし、所要時期に洗浄液を供給して洗浄しているため、分離膜の透過流速を低下させない。
特に、本発明では中空糸３をＰＴＦＥで形成しているため、高濃度の洗浄液で洗浄でき、難溶性の懸濁成分を除去できると共に、平滑性が良いため、洗浄液でスムーズに懸濁成分を除去できる。かつ、ＰＨ計１７で曝気槽１内の液のＰＨを常時検出し、微生物の増殖に適した中性になるように、自動洗浄装置３０から中性の水を逆洗水として供給しているため、薬液による微生物の悪影響を発生させない。
さらに、洗浄液を高圧で中空糸に噴射しても、ＰＴＦＥは高強度があるため、中空糸の損傷や折れを発生させない利点がある。
【００４７】
図４に第二実施形態を示す。
第一実施形態はＰＴＦＥ製の中空糸を用いて、中空糸膜分離モジュールとしているが、第二実施形態ではＰＴＦＥ製の平膜を用いた平膜エレメント６１を集束した平膜式分離膜モジュール６０としている点を相違させている。他の構成は第一実施形態と同一であるため説明を省略する。
【００４８】
平膜エレメント６１は、下端を折り曲げてＵ形状に配置する多孔質延伸ＰＴＦＥ製シートからなる濾過膜６２と、該濾過膜６２の対向濾過部の間にポリエチレン樹脂製のネットからなる支持体６３を介設し、処理液流路用の空間を確保している。
前記濾過膜６２はＵ形状に折り曲げた状態で、対向する対向濾過部の外周縁を、上端の処理液取出口を空けて、熱融着してシールして外周封止部６４を形成している。
前記処理液取出口には、集水管と接続する集水ヘッダー６５を外周封止部６４と固着して設けている。
【００４９】
濾過膜６２とする延伸ＰＴＦＥ多孔質膜は、単層でも良いし複層でもよい。
該濾過膜６２は０．０１〜２０μｍの空孔を備え、粒子径０．４５μｍの粒子捕捉率が９０％以上のものを用いている。平均膜厚が５〜２００μｍ、空孔を囲む繊維状骨格の平均最大長さを５μｍ以下としている。また、該濾過膜６２は引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有している。かつ、３質量％の硫酸、４質量％の水酸化ナトリウム水溶液、有効塩素濃度１０％の次亜塩素酸ナトリウム水溶液の各々に温度５０℃で１０日間浸漬しても透過水量が低下せず、損傷されない優れた耐薬品性を備えたものとしている。
【００５０】
このように、平膜エレメント６１の構成材は、多孔質延伸ＰＴＦＥからなる濾過膜６２、ネットからなる支持材６３としているため、平膜エレメント６１自体を容易に撓むフレキシブルなものとすることができる。かつ、濾過膜６２を強度があり、平面保持力を有するＰＴＦＥ製としているため、フレキシブルでありながら保形性を有する。かつ、平膜エレメント６１は全体肉厚を２ｍｍと非常に薄いものとしている。
このように、平膜エレメント６１を薄く且つ撓みやすいものとしているため、下方に配置する分離膜用散気管からエアを噴出し気泡が発生すると、濾過膜６２は気泡との接触で揺れが生じ、懸濁成分による目詰まりの発生を抑制することができる。
【００５１】
前記のように分離膜を平膜とした場合にも、第一実施形態と同様に、生物膜モニタ手段、分離膜モニタ手段および自動洗浄装置を付設し、モニタリングしながら、生物膜用散気管から生物膜への散気を自動制御で行うと共に、分離膜の洗浄を自動で行うため、長期間安定して原水の浄化処理を行うことができる。
【００５２】
なお、本発明は前記実施形態に限定されず、生物膜用モニタ手段は撮影手段、ＭＬＳＳ計、ＤＯ計の並設に限定されず、いずれか１種でも良いし、紫外線分光計、濁度計を用いてもよい。また、分離膜用モニタ手段も前記撮影手段に限定されず、分離膜の内外差圧を常時モニタリングするセンサだけでもよい。
また、膜分離モジュールの構成も前記第一、第二実施形態に限定されない。
【符号の説明】
【００５３】
１ 曝気
２ 生物膜
３ 中空糸
４ 中空糸膜分離モジュール
５ 生物膜用散気管
７ 分離膜用散気管
１５ ＭＬＳＳ計
１６ ＤＯ（溶存酸素）計
１７ ＰＨ計１７
３０ 自動洗浄装置
５０、５１ 撮像素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曝気槽内に微生物の担体となる生物膜と、四弗化エチレン樹脂製の分離膜を備えた膜分離モジュールを配置し、
前記曝気槽内に前記微生物の活性状態をモニタリングする生物膜用モニタ手段と、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングする分離膜用モニタ手段と、
前記生物膜に向けて散気する生物膜用散気管と、前記膜分離モジュールに向けて散気する分離膜用散気管を配置し、
前記生物膜用モニタ手段でモニタリングしながら前記生物膜用散気管からの散気を制御すると共に、前記分離膜用モニタ手段でモニタリングしながら分離膜への洗浄液の供給を制御することを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項２】
前記四弗化エチレン樹脂製の分離膜は単層または複層の中空糸とし、前記膜分離モジュールは中空糸膜モジュールとし、
または、前記四弗化エチレン樹脂製の分離膜は単層または複層の平膜とし、前記膜分離モジュールは平膜モジュールとしている請求項１に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項３】
前記分離膜は、平均孔径が０．０１μｍ以上、平均膜厚が１０μｍ以上、ＪＩＳ Ｋ ７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上、ＰＨ１０以上の強アルカリ洗浄液およびＰＨ３以下の強酸性洗浄液に対する耐性を有する延伸ＰＴＦＥ多孔質体からなる請求項１または請求項２に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項４】
前記膜分離モジュールに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、これらの混合液からなる洗浄用薬液を供給する自動洗浄装置を付設し、
前記自動洗浄装置に前記分離膜用モニタ手段と接続した制御手段を設けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項５】
前記自動洗浄装置から、逆洗水と、クロスフローで前記洗浄用薬液とを、交互に前記分離膜に供給している請求項４に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項６】
前記生物膜用モニタ手段を制御装置に接続し、
前記制御装置は、前記生物膜モニタ手段から得られるモニタリング結果により、前記生物膜用散気管への空気供給および、その供給量をフィードバック制御すると共に、付設した微生物貯留槽から曝気槽へ微生物の供給を制御している請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項７】
前記生物膜用モニタ手段は、微生物を撮像する撮像素子および該撮像素子と接続された画像処理装置、ＭＬＳＳ計、紫外線分光計、ＤＯ濃度計、濁度計から選択される１種以上であり、
前記分離膜用モニタ手段は、分離膜表面を撮影する撮像素子および該撮像素子と接続された画像処理装置とからなる請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項８】
前記生物膜と分離膜とは前記曝気槽内の両側に間隔をあけて配置し、該生物膜と分離膜に挟まれた間に、ＭＬＳＳ計、ＰＨ計、ＤＯ濃度計を配置し、
前記強濃度のアルカリ又は酸からなる洗浄液の供給により変化する液のＰＨを前記ＰＨ計で検出し、微生物の増殖に適したＰＨとなるように中性の洗浄液を供給し、
かつ、前記生物膜及び分離膜に近接した位置に撮像素子を配置している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項９】
曝気槽内に旋回流を発生させる散気管を設けている請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項１０】
前記生物膜は四弗化エチレン樹脂製の多孔質体からなり、その表面および空孔に微生物を付着している請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項１】
曝気槽内に微生物の担体となる生物膜と、四弗化エチレン樹脂製の分離膜を備えた膜分離モジュールを配置し、
前記曝気槽内に前記微生物の活性状態をモニタリングする生物膜用モニタ手段と、分離膜への懸濁成分の付着状態をモニタリングする分離膜用モニタ手段と、
前記生物膜に向けて散気する生物膜用散気管と、前記膜分離モジュールに向けて散気する分離膜用散気管を配置し、
前記生物膜用モニタ手段でモニタリングしながら前記生物膜用散気管からの散気を制御すると共に、前記分離膜用モニタ手段でモニタリングしながら分離膜への洗浄液の供給を制御することを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項２】
前記四弗化エチレン樹脂製の分離膜は単層または複層の中空糸とし、前記膜分離モジュールは中空糸膜モジュールとし、
または、前記四弗化エチレン樹脂製の分離膜は単層または複層の平膜とし、前記膜分離モジュールは平膜モジュールとしている請求項１に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項３】
前記分離膜は、平均孔径が０．０１μｍ以上、平均膜厚が１０μｍ以上、ＪＩＳ Ｋ ７１１３に規定の引張強度が１０Ｎ／ｍｍ２以上、ＰＨ１０以上の強アルカリ洗浄液およびＰＨ３以下の強酸性洗浄液に対する耐性を有する延伸ＰＴＦＥ多孔質体からなる請求項１または請求項２に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項４】
前記膜分離モジュールに、次亜塩素酸ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウム水溶液、これらの混合液からなる洗浄用薬液を供給する自動洗浄装置を付設し、
前記自動洗浄装置に前記分離膜用モニタ手段と接続した制御手段を設けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項５】
前記自動洗浄装置から、逆洗水と、クロスフローで前記洗浄用薬液とを、交互に前記分離膜に供給している請求項４に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項６】
前記生物膜用モニタ手段を制御装置に接続し、
前記制御装置は、前記生物膜モニタ手段から得られるモニタリング結果により、前記生物膜用散気管への空気供給および、その供給量をフィードバック制御すると共に、付設した微生物貯留槽から曝気槽へ微生物の供給を制御している請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項７】
前記生物膜用モニタ手段は、微生物を撮像する撮像素子および該撮像素子と接続された画像処理装置、ＭＬＳＳ計、紫外線分光計、ＤＯ濃度計、濁度計から選択される１種以上であり、
前記分離膜用モニタ手段は、分離膜表面を撮影する撮像素子および該撮像素子と接続された画像処理装置とからなる請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項８】
前記生物膜と分離膜とは前記曝気槽内の両側に間隔をあけて配置し、該生物膜と分離膜に挟まれた間に、ＭＬＳＳ計、ＰＨ計、ＤＯ濃度計を配置し、
前記強濃度のアルカリ又は酸からなる洗浄液の供給により変化する液のＰＨを前記ＰＨ計で検出し、微生物の増殖に適したＰＨとなるように中性の洗浄液を供給し、
かつ、前記生物膜及び分離膜に近接した位置に撮像素子を配置している請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項９】
曝気槽内に旋回流を発生させる散気管を設けている請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【請求項１０】
前記生物膜は四弗化エチレン樹脂製の多孔質体からなり、その表面および空孔に微生物を付着している請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２５３３９７（Ｐ２０１０−２５３３９７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０７１７０（Ｐ２００９−１０７１７０）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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