JPH07116661A - 限外濾過膜を用いた排水処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】省スペース化を実現できるのみならず、排水性
状の変動や難分解性物質の蓄積等によっても、反応槽内
での微生物活性を回復させることによって反応槽内の反
応系を常に一定方向になるようにして、結果として散気
装置が効果的に機能し、低エネルギーで一定の膜透過水
量を得ることができる限外濾過膜を用いた排水処理装置
を提供すること。 【構成】本発明の排水処理装置は排水を微生物処理する
反応槽を有し、該反応槽内汚泥中に圧力を駆動力として
膜透過液と濃縮液に分離する複数本の中空糸膜によって
構成される限外濾過膜モジュールを設置し且つ該膜モジ
ュールの下方に散気装置を設置すると共に、該反応槽内
の汚泥を導入して該汚泥を再活性化させて前記反応槽に
返送する培養タンクを設けてなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液中浸漬型の限外濾過膜
モジュールを用いた排水処理装置に関し、詳しくは反応
槽内の微生物処理反応を安定させて膜による固液分離性
能を効果的に発揮させることができる排水処理装置に関
する。

【０００２】

【発明の背景】一般に、排水の生物処理を行う場合、固
液分離手段として重力沈降式の沈澱池が採用されてい
る。生物処理では酸化等を行う菌体の存在が必須である
が、この菌体は処理条件（例えば排水の濃度、温度、ｐ
Ｈ等）によって敏感に影響を受け、一定の活性状態、沈
降性を示さず、沈澱池から汚泥が流出し、生物反応槽に
おける菌体濃度を維持できなくなる問題があった。

【０００３】このため重力沈降式の沈澱池に代えて圧力
を駆動力とする限外濾過膜が導入された（例えば特開昭
６１−１４６３９７号公報参照）。かかる膜処理の従来
のプロセスは排水を反応槽に受入れ、反応後の懸濁液を
循環槽に送り、この循環液を限外濾過膜で膜透過液と濃
縮液に分離するものである。

【０００４】しかし、この膜処理プロセスでは、限外濾
過膜が反応槽とは別個に設けられ、また循環槽を必要と
するため、それだけスペースを多く必要とする問題があ
る。

【０００５】このため、従来、中空糸型の限外濾過膜と
循環部を反応槽内に設けて省スペース化を計る技術が提
案されている。

【０００６】しかしながら、中空糸型の限外濾過膜を用
いた場合、膜表面に濾過を抑制するゲル層やケーク層な
どの付着層が形成されやすいために、一定の膜透過水量
を維持するためには大きな容量の加圧ポンプを必要とし
動力費が高くなる欠点があった。

【０００７】そこで、省スペース化と動力費の軽減をは
かるために、特開平１−１６８３０４号には、中空糸型
の限外濾過膜と循環部を反応槽内に設けるだけでなく、
その液中中空糸膜の下方に散気装置を設置する技術が提
案されている。即ち、その散気装置によって供給される
気泡によって膜表面に乱流が形成され、膜付着層を効果
的に剥離させることができる。このため大きな容量の加
圧ポンプを用いなくても膜透過水量を一定に維持でき
る。

【０００８】しかし、かかる散気装置を用いた液中中空
糸膜処理プロセスでも限界があることがわかった。即
ち、この膜処理プロセスでは反応槽内の固形汚泥が膜に
よって完全に阻止されるので、その阻止された固形汚泥
がどんどん濃縮されていく。濃度バランスだけを考えれ
ば一定量ずつ反応槽内固形汚泥を引き抜けばよいが、引
き抜く量は、通常は、増殖汚泥分（有機物が微生物汚泥
に変換した分）と、ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）やＣ
ＯＤ（化学的酸素消費量）成分以外の無機固形成分を考
慮した量である。

【０００９】しかし、排水の成分には微生物によって分
解が困難な難分解性物質も含まれる。このような難分解
性物質は微生物汚泥に変換しないので反応槽内固形汚泥
として引き抜くことはできないため、膜によって阻止さ
れて系内に残存してしまうことになる。

【００１０】また排水は常に一定の性状を有しているわ
けではないので、通常は性状の変化した排水も反応槽に
受け入れねばならない。

【００１１】かかる排水性状の変動や前記の難分解性物
質の蓄積等によって、反応槽内の汚泥がゾルゲル状とな
って反応槽内の微生物の活性が失われ、膜濾過表面の閉
塞や膜細孔内への詰まりの原因となったり、反応槽から
発泡流出の原因となるなど、従来の膜処理プロセスでは
全く対応できない問題があった。

【００１２】従来、沈澱槽代替手段として採用された膜
は、反応槽内の微生物活性や沈降性が悪い場合に用いた
ときに沈澱槽からの汚泥の流出がないので効果的である
との認識を持っていた。つまり膜を使えば生物処理は格
別考えなくてよいという認識を持っていたのである。し
かし、沈澱槽からの汚泥の流出はなくなったが、前述の
ように反応槽からの発泡流出という新たな問題が起きて
きたのである。

【００１３】本発明者はかかる従来の認識では膜処理プ
ロセスは到底完成されないと考え、従来の認識とは全く
発想を代えて、即ち生物処理の改善こそが膜を効果的に
機能させるのではないかと考え、更に研究を重ねた結
果、排水性状の変動や前記の難分解性物質の蓄積等によ
っても、反応槽内での微生物活性を回復させることによ
って反応槽内の反応系を常に一定方向になるようにする
と、結果として前記散気装置が効果的に機能し、低エネ
ルギーで一定の膜透過水量を得ることができることを見
出し、本発明に至ったものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、省スペース化を実現できるのみならず、排水性状の
変動や難分解性物質の蓄積等によっても、反応槽内での
微生物活性を回復させることによって反応槽内の反応系
を常に一定方向になるようにして、結果として散気装置
が効果的に機能し、低エネルギーで一定の膜透過水量を
得ることができる限外濾過膜を用いた排水処理装置を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成す
る本発明に係る限外濾過膜を用いた排水処理装置は、排
水を微生物処理する反応槽を有し、該反応槽内汚泥中に
圧力を駆動力として膜透過液と濃縮液に分離する複数本
の中空糸膜によって構成される限外濾過膜モジュールを
設置し、且つ該膜モジュールの下方に散気装置を設置す
ると共に、該反応槽内の汚泥を導入して該汚泥を再活性
化させて前記反応槽に返送する培養タンクを設けてなる
ことを特徴とする。

【００１６】又、本発明の好ましい態様としては、培養
タンクが、本体内に腐植物と活性化状態または不安定状
態にある安山岩又は流紋岩質の組成を有する物質とを少
なくとも含む粒状物又はこれらの成形物を充填してな
り、該充填物の下方に散気管を配置してなることであ
る。

【００１７】

【実施例】本発明に係る限外濾過膜を用いた排水処理装
置の実施例を図面に基づき説明する。

【００１８】図１は本発明に係る排水処理装置の一実施
例を示すフローシートである。

【００１９】図１において、１は下水、し尿、豚舎排
水、各種工場排水又は生活排水等を前処理した後あるい
は前処理することなく受け入れる原水調整槽、２は該原
水を所定量ずつ送液する原水ポンプである。

【００２０】３は原水を微生物処理する反応槽である。
該反応槽３は活性微生物を生息させた槽であり、好まし
くは土壌性通性嫌気性細菌群、あるいは土壌性通性嫌気
性細菌と土壌性好気性細菌とが共存する細菌群（以下、
これらを「土壌性細菌群」と称する。）を生息させた槽
である。

【００２１】土壌性細菌群は処理を開始する当初から存
在している必要はなく、当初反応槽内に土壌性細菌群以
外の微生物を含有している状態から土壌性細菌群が優先
種を占めるように馴致していくこともできる。また土壌
性細菌群の種汚泥を用いて馴致していってもよい。土壌
性細菌群の種汚泥の製造方法については、後述する培養
タンクを用いて製造できる。

【００２２】４は複数本の中空糸膜によって構成される
限外濾過膜モジュールであり、反応槽３内に浸漬させて
設けられる。モジュール数は必要濾過面積から算出され
る。中空糸の材質は特に限定されないが、例えばポリエ
チレン系、ポリアミド系、ポリスルホン系、セルロース
系、ポリビニル系、ポリスチレン系、アクリルアミド
系、ポリビニルアルコール系等を用いることができる。
各膜モジュール４には処理水ポンプ４０が配管を介して
連設され、該処理水ポンプ４０を運転すると反応槽３内
の汚泥は膜モジュール４によって固液分離され、処理水
のみを取り出すことができる。

【００２３】５は該膜モジュール４の下方に設置される
散気装置であり、該散気装置５には該装置５に連設され
た散気管６を介してブロワー７から空気が供給される。

【００２４】８は反応槽３にエアーを供給するための散
気手段である。該散気手段８によって、反応槽内の微生
物に酸素を供給すると共に、反応槽内において原水中の
汚濁物質と微生物が混合・撹拌され、微生物反応を良好
に進ませる環境設定を行う。

【００２５】９は該反応槽３内の汚泥をエアリフト１０
を用い、返送管１１を介して移送導入して、該汚泥を再
活性化させて、前記反応槽３に返送する培養タンクであ
る。

【００２６】培養タンク９は、本体９０内に腐植物と活
性化状態または不安定状態にある安山岩又は流紋岩質の
組成を有する物質とを少なくとも含む粒状物又はこれら
の成形物を充填してなり、該充填物９１の下方に散気管
９２を配置してなる。

【００２７】本明細書において、腐植物とは腐植と腐植
前駆物質の混合物であり、腐植前駆物質とは有機物が腐
植に変化する過程の中間物質の総称である。

【００２８】培養タンク９で培養された微生物あるいは
それらの微生物の代謝産物を含む培養液（培養汚泥）は
培養汚泥管１２を介して反応槽３に返送される。反応槽
への送液量は、原水量に対して１０〜５０ｖｏｌ％の範
囲が好ましい。

【００２９】培養汚泥が反応槽３に送液されると、反応
槽３内の微生物が活性化され、これにより原水の性状変
動によっても定常的な処理が可能となり、また難分解性
物質の吸着、吸蔵吸着あるいは分解が可能となり、さら
には反応槽３内の汚泥発泡を防止できる。さらには培養
タンク９は土壌細菌群の種汚泥供給源となる。

【００３０】本実施例のように培養タンク９から培養汚
泥が反応槽３に供給されることによって、反応槽３内で
は土壌性細菌群が優先種を占めるようになる。

【００３１】この土壌性細菌群の代謝産物は原水中の可
溶性物質と物理化学反応によって結合、粒子化、凝集、
縮合、重合等を急速に進行させると共に、微細汚泥の巨
大化を急速に進行させる。この汚泥状物質による可溶性
成分の吸着、吸蔵吸着を進展させることによって、即ち
急速な可溶性成分の取り込み、汚泥化の進行によって排
水を浄化することができる（特開昭５９−１６６２９３
号公報等参照）。

【００３２】このような土壌性細菌群の代謝産物を利用
した処理によれば、溶解性の難分解物質も取り込んで汚
泥化を進行させることができ、従ってこれが原因で膜の
閉塞を生じることがなくなる。

【００３３】反応槽３内の汚泥は返送管１３を介して原
水調整槽１に送液することが好ましい。原水に起因する
臭気成分が汚泥に吸着、吸蔵吸着され、臭気の発生が防
止される。また図示しない排水の排出源に反応槽３内の
汚泥を送液することも好ましい。排水の排出源への返送
方法は、公共下水道の場合には埋設下水管内の上部空間
に返送パイプを設置し、それを利用して返送することが
できる。し尿の場合は各家のトイレ、集合槽、ローリー
内に返送することができる。また工場排水の場合は各工
場の排出源又は排出ルートに返送することができる。

【００３４】上記の原水調整槽１への返送の際に併せて
空気を供給できる設備を付加すると好ましい。本実施例
では原水調整槽１に散気管１４が設けられ、原水調整槽
１が反応槽の役割も果たしている。

【００３５】反応槽内の余剰汚泥は必要により引き抜き
ライン１１Ａを介して引き抜き脱水される。土壌性細菌
群の利用によって、汚泥が巨大化、塊状化して固液分離
性が良好になるため、無薬注脱水が可能となる。また無
薬注脱水が可能となることによって汚泥の肥料化が可能
となる。従来のように脱水のために薬品を使用すると汚
泥の肥料化ができないことと比べると本実施例の効果は
顕著である。

【００３６】膜モジュール４における中空糸の取付手段
は特に限定されないが、例えば図２示す如く、対設され
たヘッダー管１５間に所定本数の中空糸を各ヘッダー管
１５に導通可能なように固定することも好ましい。

【００３７】以上、本発明の一実施例を説明したが、こ
れに限定されず、培養汚泥を原水調整槽１に送液するこ
とも臭気防止あるいは反応槽の負荷軽減の上から好まし
いことである。

【００３８】また原水調整槽１に反応槽内の汚泥を返送
する際に、そのまま返送することなく、固形汚泥として
返送することもできる。液状汚泥を返送するのに比べ、
系内の処理水量の低減が可能となり、かつ各槽の容量を
小さくできるため、装置全体の低コスト化、敷地面積の
低減が可能となる。更に脱水汚泥（ケーキ）を一般的に
行われているように焼却するのと比べれば、経費節減に
なるだけでなく、汚泥の有効利用が可能となる。原水槽
等に脱水ケーキ等を返送しても、無薬注であるから種々
の弊害（例えば反応槽内の微生物活性を阻害したり、無
機成分の過剰蓄積により系内スラッジの増加等）がな
い。従来は、脱水において高分子凝集剤や無機凝集剤を
必ず用いていたが、高分子凝集剤を用いると反応槽内の
微生物活性を阻害したりする弊害があり、また無機凝集
剤を用いると無機成分の過剰蓄積により系内スラッジが
増加する弊害がある。

【００３９】また培養タンク９にシリカ溶液を供給でき
るように構成することも好ましい態様である。この場
合、培養タンク内の充填物のうちの腐植物、安山岩又は
流紋岩質の組成を有する物質のいずれか１つ又は全てを
省略することもできる。シリカ溶液はシリカ溶液タンク
９３からシリカ溶液ポンプ９４を用いて供給される。シ
リカ溶液はモノマーシリカを含有する溶液であり、高炉
スラグやクリストバル石等を酸溶解したり、あるいはケ
イ酸アルカリ等から得られる。

【００４０】

【実験例】以下、本発明の実験例によって本発明を更に
詳述する。

【００４１】実験例１ 図１に示す装置を用いて以下の原水を処理した。原水性
状変動は濃度変動で実験した。

【００４２】（原水：混合し尿） し尿１７ｍ³ ／Ｄ＋浄化槽汚泥３ｍ³ ／Ｄ 混合し尿ＢＯＤ １２５００ｐｐｍ（変動率０〜４０
％） 混合し尿ｐＨ ７〜８ 中空糸としてはポリエチレン膜（孔径０．１ミクロン、
濾過面積約４０ｍ² ）を用いた。また散気装置から常時
空気を供給した。

【００４３】培養タンクは１ｍ³ タンクを用い、濃縮液
の培養時間は５００リットル／２４Ｈｒとした。具体的
には培養液５００リットル／Ｄを反応槽に返送し、未培
養の濃縮液を循環槽から５００リットル／Ｄを導入して
培養するようにして、５００リットルずつ培養液と未培
養液を入れ換えるようにした。

【００４４】実験の結果、原水性状変動が０〜４０％あ
り、またし尿という難分解性物質を多く含む原水を処理
しても、膜透過水のＢＯＤ、ｐＨは処理水条件（ＢＯＤ
１０ｐｐｍ以下、ｐＨ５．８〜８．６）を満足してお
り、膜透過水量（フラックス）も安定していた。散気装
置による膜洗浄効果が認められた。

【００４５】また比較のために培養タンクを用いず培養
汚泥を反応槽に供給しない場合について同様に実験した
ところ、反応槽内汚泥に発泡が認められ、粘性も向上
し、膜透過水量も４月経過後から低下し始め、散気装置
による膜洗浄効果が認められなくなった。

【００４６】更に循環汚泥を受入沈砂槽や原水貯留槽に
返送する実験も併せて実験したところ、培養汚泥の返送
を行った後では、し尿臭が大幅に低下することが判っ
た。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、省スペース化を実現で
きるのみならず、排水性状の変動や難分解性物質の蓄積
等によっても、反応槽内での微生物活性を回復させるこ
とによって反応槽内の反応系を常に一定方向になるよう
にして、結果として散気装置が効果的に機能し、低エネ
ルギーで一定の膜透過水量を得ることができる限外濾過
膜を用いた排水処理装置を提供することができる。

【００４８】なお本発明の装置は新設はもちろん、既設
処理施設の改良にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排水処理装置の一実施例を示すフ
ローシート

【図２】液中中空糸膜モジュールの取付状態を示す説明
図

【符合の説明】

１：原水調整槽 ２：原水ポンプ ３：反応槽 ４：限外濾過膜モジュール ４０：処理水ポンプ ５：散気装置 ６：散気管 ７：ブロワー ８：散気手段 ９：培養タンク ９０：本体 ９１：充填物 ９２：散気管 ９３：シリカ溶液タンク ９４：シリカ溶液ポンプ １０：エアリフト １１：返送管 １２：培養汚泥管 １３：返送管 １４：散気管 １５：ヘッダー管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排水を微生物処理する反応槽を有し、該反
   応槽内汚泥中に圧力を駆動力として膜透過液と濃縮液に
   分離する複数本の中空糸膜によって構成される限外濾過
   膜モジュールを設置し、且つ該膜モジュールの下方に散
   気装置を設置すると共に、該反応槽内の汚泥を導入して
   該汚泥を再活性化させて前記反応槽に返送する培養タン
   クを設けてなることを特徴とする限外濾過膜を用いた排
   水処理装置。
2. 【請求項２】培養タンクが、本体内に腐植物と活性化状
   態または不安定状態にある安山岩又は流紋岩質の組成を
   有する物質とを少なくとも含む粒状物又はこれらの成形
   物を充填してなり、該充填物の下方に散気管を配置して
   なることを特徴とする請求項１記載の限外濾過膜を用い
   た排水処理装置。