特許 6281652 好気性生物処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6281652

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】好気性生物処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/12 20060101AFI20180208BHJP

   C02F 3/08 20060101ALI20180208BHJP

   B01F 3/04 20060101ALI20180208BHJP

   C02F 3/20 20060101ALI20180208BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20180208BHJP

   B01F 1/00 20060101ALI20180208BHJP

   B01F 5/06 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/12 M

   C02F3/08 B

   B01F3/04 Z

   C02F3/20 Z

   C02F1/44 Z

   B01F1/00 A

   B01F5/06

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-51090(P2017-51090)

(22)【出願日】2017年3月16日

【審査請求日】2017年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(72)【発明者】

【氏名】東 ひろみ

(72)【発明者】

【氏名】小林 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】深瀬 哲朗

【審査官】 松井 一泰

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０３４６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０６８９９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２６４１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６８２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０１８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９４７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８７３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０５７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８９３４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０２Ｆ ３／１２

Ｃ０２Ｆ ３／１４− ３／２６

Ｂ０１Ｆ １／００− ５／２６

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

Ｂ０１Ｄ ６１／００− ７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４

Ｂ０１Ｄ ５３／１４− ５３／１８

Ｂ０１Ｄ ５３／３４− ５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／７４− ５３／８５

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｂ０１Ｄ ５３／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続された第１ないし第ｎ（ｎは２以上）の反応槽を備え、各反応槽内で好気性生物処理を行う好気性生物処理装置において、
少なくとも第１反応槽は、反応槽内に配置された、非多孔質の酸素透過膜によって酸素を被処理水に溶解させるＭＡＢＲ反応槽であり、
該被処理水は、揮発性物質又は臭気の発生する物質を含む有機性廃水であり、
少なくとも最終反応槽はＭＡＢＲ以外の反応槽であることを特徴とする好気性生物処理装置。

【請求項2】

請求項１において、前記ＭＡＢＲ以外の反応槽は、汚泥浮遊反応槽又は担体流動反応槽であることを特徴とする好気性生物処理装置。

【請求項3】

反応槽内で好気性生物処理を行う好気性生物処理装置において、
該反応槽はプラグフロー反応槽であり、該反応槽内の被処理水流入側は、非多孔質の酸素透過膜によって酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させるＭＡＢＲ方式となっており、
該被処理水は、揮発性物質又は臭気の発生する物質を含む有機性廃水であり、
該反応槽の処理水出口側は、ＭＡＢＲ以外の処理方式となっていることを特徴とする好気性生物処理装置。

【請求項4】

請求項３において、前記反応槽の処理水出口側は、汚泥浮遊反応方式又は担体流動反応方式となっていることを特徴とする好気性生物処理装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項において、前記酸素透過膜は、酸素含有ガスが送風される中空糸膜であり、該酸素含有ガスの送風圧力が、該中空糸膜の圧力損失より５〜２０％高い圧力であることを特徴とする好気性生物処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、揮発性物質や臭気の発生する物質を含む有機性廃水を好気性生物処理するのに好適な好気性生物処理装置に係り、特に酸素透過膜を用いて反応槽内の被処理水に酸素を溶解させるようにしたＭＡＢＲ（メンブレンエアレーションバイオリアクター）方式を採用した好気性生物処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発生揮発性物質や臭気の発生する物質を含む有機性廃水を生物処理する場合、通常は臭気を防止するため、完全混合の反応槽を使用する。しかし、完全混合の反応槽では反応速度が極端に小さくなるために、滞留時間が長い大きな反応槽が必要である。また、完全混合の反応槽でも水の片流れや部分的な曝気強度の差などから、臭気物質の揮発を完全に防止するのは難しい。

【0003】

反応速度を上げ槽容積を小さくするため、複数の反応槽を直列接続した多段反応槽等が用いられる。しかし、この場合、第１槽目の反応槽では臭気物質の分解が終了していないため、残存している臭気物質の一部が曝気によって揮発し、臭気が発生したり、有毒物質が揮散する。プラグフロー型の反応槽の場合も同様である。

【0004】

ＭＡＢＲ方式による好気性生物処理装置においては、酸素透過膜によって被処理水中に酸素を溶解させて好気性生物処理を行う。酸素透過膜としては特許文献１のように中空糸膜が用いられることが多い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４９０７９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、揮発性物質や臭気の発生する物質を含む有機性廃水であっても、臭気の発生や有害物質の揮発なく、好気性生物処理することができる好気性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】

【0007】

本発明は次を要旨とする。

【0008】

［１］ 直列に接続された第１ないし第ｎ（ｎは２以上）の反応槽を備え、各反応槽内で好気性生物処理を行う好気性生物処理装置において、少なくとも第１反応槽は、反応槽内に配置された、非多孔質の酸素透過膜によって酸素を被処理水に溶解させるＭＡＢＲ反応槽であり、該被処理水は、揮発性物質又は臭気の発生する物質を含む有機性廃水であり、少なくとも最終反応槽はＭＡＢＲ以外の反応槽であることを特徴とする好気性生物処理装置。

【0009】

［２］ ［１］において、前記ＭＡＢＲ以外の反応槽は、汚泥浮遊反応槽又は担体流動反応槽であることを特徴とする好気性生物処理装置。

【0010】

［３］ 反応槽内で好気性生物処理を行う好気性生物処理装置において該反応槽はプラグフロー反応槽であり、該反応槽内の被処理水流入側は、非多孔質の酸素透過膜によって酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させるＭＡＢＲ方式となっており、、該被処理水は、揮発性物質又は臭気の発生する物質を含む有機性廃水であり、該反応槽の処理水出口側は、ＭＡＢＲ以外の処理方式となっていることを特徴とする好気性生物処理装置。
［４］ ［３］において、前記反応槽の処理水出口側は、汚泥浮遊反応方式又は担体流動反応方式となっていることを特徴とする好気性生物処理装置。
［５］ ［１］ないし［４］のいずれかにおいて、前記酸素透過膜は、酸素含有ガスが送風される中空糸膜であり、該酸素含有ガスの送風圧力が、該中空糸膜の圧力損失より５〜２０％高い圧力であることを特徴とする好気性生物処理装置。

【発明の効果】

【0011】

ＭＡＢＲは気泡の発生なく酸素を溶解できるため、反応槽から揮発性物質が排気中に気散することが無い。しかし、ＭＡＢＲは、極低濃度のＢＯＤ除去には不向きであるため、多段反応槽の最終槽にＭＡＢＲを設置すると大きな反応槽が必要となり場所、コストの点で不利になる。これらの点を考慮して、揮発性物質、臭気原因物質の分解が終了する多段反応槽の前半、もしくは最終段を除く反応槽をＭＡＢＲとし、最終槽の仕上げのＢＯＤ除去槽をＭＡＢＲ以外の生物処理とすることにより、効率的な、臭気発生及び揮発性物質の揮発のない生物処理が可能となる。プラグフローの反応槽の前半部分をＭＡＢＲ、後半をＭＡＢＲ以外の生物処理とする場合も同様である。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の好気性生物処理装置の模式的な縦断面図である。

【図2】実施の形態で用いられる生物活性炭処理装置の構成図である。

【図3】実施の形態で用いられる生物活性炭処理装置の縦断面図である。

【図4】実施の形態で用いられる生物活性炭処理装置の縦断面図である。

【図5】実施の形態で用いられる生物活性炭処理装置の縦断面図である。

【図6】実施の形態で用いられる生物活性炭処理装置の縦断面図である。

【図7】（ａ）は酸素供給透過膜モジュールの側面図、（ｂ）は酸素供給透過膜モジュールの斜視図である。

【図8】中空糸膜モジュールの正面図である。

【図9】中空糸膜の配列を説明する斜視図である。

【図10】（ａ）は中空糸膜モジュールにおける中空糸膜の配列を示す正面図、（ｂ）はその側面図である。

【図11】中空糸膜モジュールの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明装置は、臭気の発生する物質、例えばゴミ処理場、下水処理場、パルプ製造工場から排出される、揮発性悪臭物質（アンモニアや硫化水素等の悪臭防止法に指定される２２物質：「四訂版ハンドブック悪臭防止法（平成１３年８月、悪臭法令研究会編著、ぎょうせい発行）」）や、塩化ビニル樹脂製造工場から排出される、揮発性毒物（ビニルクロライド、トリクロロエチレン等）、半導体工場から排出されるＤＭＳＯ分解工程で発生する硫化メチル、メチルメルカプタンの悪臭物質を含む有機性廃水を処理するのに好適である。

【0014】

本発明の一態様では、多段反応槽の少なくとも第１槽目をＭＡＢＲ槽とし、少なくとも最終反応槽をＭＡＢＲ以外の反応槽とする。反応槽が３段以上の場合は、少なくとも第１槽、第２槽をＭＡＢＲとし、最終槽をＭＡＢＲ以外の処理、たとえば浮遊法、担体流動床等とするのが好ましい。担体流動床の反応槽の具体例としては、スポンジ等の担体を３０〜５０％容量となるよう投入し、反応槽流出部にスポンジ等の担体流出防止用のスクリーンを設けたものが挙げられる。

【0015】

有機物のすべて、もしくは大部分が揮発性物質の場合、最終反応槽以外の反応槽はすべてＭＡＢＲ反応槽とすることが望ましい。

【0016】

有機物の内に占める揮発性成分の割合が小さい場合は、前半側の約１／２をＭＡＢＲ、後半側の約１／２をＭＡＢＲ以外とするのが望ましい。例えば、全体で４槽の場合であれば、前半側２槽をＭＡＢＲとし、後半側２槽をＭＡＢＲ以外とすることが望ましい。

【0017】

前段側の反応槽が高負荷の場合には、ＭＡＢＲ処理が効果的である。処理が進んで低負荷となっている後段側の反応槽では、バイオフィルムの形成が進まないので、曝気を伴う接触効率の高い浮遊法や流動床等の担体法を用いた方が効果的である。

【0018】

プラグフロー方式の反応槽の場合、通常、反応槽の幅と長さの比が１：２０以上であれば、プラグフローになる。また、通常、プラグフロー方式の反応槽は長さ方向に一直線になっているわけではなく、３往復か５往復するように折り返している場合が多い。廃水は一端側から流入し、他端側から処理水が流出する。これを上記多段反応槽と同じように排水流入部側をＭＡＢＲ、流出部側を他の処理方式とする。他の処理方式としては、上記と同様に、スポンジを３０〜５０％容量となるよう投入し、該処理水流出部にスポンジ流出防止用のスクリーンを設けた担体流動床が挙げられる。

【0019】

以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。図１は本発明の一例に係る好気性生物処理装置１の模式的な縦断面図である。第１反応槽３内に酸素透過膜モジュール２が設置されている。酸素透過膜モジュール２は１個又は複数個設置される。酸素透過膜モジュール２は上下多段に設置されてもよい。

【0020】

原水は、配管４によって反応槽３に供給され、処理水は、トラフ６を越流し、流出口７から流出する。

【0021】

酸素透過膜モジュール２は、非多孔質の酸素透過膜を備えており、膜を透過した酸素が反応槽３内の被処理水に溶解するので、反応槽３内において気泡が生じない。

【0022】

ブロアＢからの空気は、配管８によって酸素透過膜モジュール２に供給され、酸素透過膜モジュール２から流出した排気は、配管９を介して排出される。なお、空気は酸素透過膜モジュール２に上から下へ流れてもよく、下から上へ流れてもよく、横方向に流れてもよい。複数の酸素透過膜に通気する場合、直列に通気してもよく、並列に通気してもよい。

【0023】

酸素透過膜モジュール２の下側に散気管５が設置され、空気が配管１０を介して間欠的に供給され、反応槽３内が曝気される。

【0024】

流出口７からの第１処理水は、ＭＡＢＲ以外の好気性生物処理を行う第２反応槽１２に導入され、さらに好気性処理され、第２処理水となる。この第２処理水は、固液分離装置１３に導入され、固液分離された後、最終的な処理水として取り出される。分離された汚泥の一部は返送管１３ａを介して反応槽３（または、反応槽３，１２）に返送される。

【0025】

本発明では、反応槽は生物活性炭反応槽であってもよい。図２（ａ）は生物活性炭処理反応槽の一例を示す縦断面図，図２（ｂ）はそのノズルの斜視図である。反応槽３内に上下多段に複数個の酸素透過膜モジュール２が設置されている。この実施の形態では、酸素透過膜モジュール２は３段に設置されているが、酸素透過膜モジュール２は２〜８段、特に２〜４段に設置されることが好ましい。

【0026】

原水は、配管１４及び複数のノズル１４ａによって反応槽３の底部に供給され、活性炭の流動床Ｆを形成する。流動床Ｆを通り抜けた処理水は、トラフ６を越流し、流出口７から流出する。

【0027】

酸素透過膜モジュール２は、非多孔質の酸素透過膜を備えており、膜を透過した酸素が反応槽３内の被処理水に溶解するので、反応槽３内において気泡が生じない。

【0028】

図２では、ブロアＢからの空気等の酸素含有ガスは、配管８によって最下段の酸素透過膜モジュール２ｃの上部に供給され、酸素透過膜モジュール２ｃの下部から流出し、配管１９を介して上から２段目の酸素透過膜モジュール２ｂの上部に供給され、酸素透過膜モジュール２ｂの下部から流出し、配管２０を介して最上段の酸素透過膜モジュール２ａの上部に供給される。酸素透過膜モジュール２ｂの下部から流出したガスは、配管２１を介して排出される。

【0029】

酸素透過膜モジュール２は、活性炭流動床Ｆの上下方向の略全域にわたって存在することが好ましい。また、酸素透過膜モジュール２は、反応槽３の平面視において、反応槽３内の全域に、偏なく配置されていることが好ましい。

【0030】

図２では、複数のノズル１４ａから原水を反応槽３内の底部に流出させているが、図３のように、反応槽３内の底部にパンチングメタル等の透水板２２を配置し、該透水板２２の上側に粗い砂利等の大径粒子層２３と、その上側の細かい砂利等の小径粒子層２４とを形成してもよい。原水は、配管１４からノズル２６によって透水板２２の下側の受入室２５に流出し、透水板２２、大径粒子層２３及び小径粒子層２４を通過し、反応槽３内に活性炭の流動床Ｆを形成する。なお、パンチングメタルなどの透水板はなくても良い。

【0031】

酸素透過膜モジュール２への酸素含有ガスの流通形態の別例について図４〜６を参照して次に説明する。

【0032】

図４の生物処理装置にあっては、ブロアＢからの酸素含有ガスは、配管８によって最下段の酸素透過膜モジュール２ｃの上部に供給され、その下部から流出し、下から２段目の酸素透過膜モジュール２ｂの下部に供給され、その上部から流出し、次いで最上段の酸素透過膜モジュール２ａの下部に供給され、その上部から配管２１を介して排出される。

【0033】

図５の生物処理装置にあっては、ブロアＢからの酸素含有ガスは、配管８によって最下段の酸素透過膜モジュール２ｃの下部に供給され、その上部から流出し、下から２段目の酸素透過膜モジュール２ｂの下部に供給され、その上部から流出し、次いで最上段の酸素透過膜モジュール２ａの下部に供給され、その上部から配管２１を介して排出される。

【0034】

図６の生物処理装置にあっては、酸素含有ガスは、各酸素透過膜モジュール２ａ〜２ｃに並列に流れる。即ち、ブロアＢからの酸素含有ガスは、配管８によって各酸素透過膜モジュール２ａ，２ｂ，２ｃの上部に供給され、各々の下部から流出し、配管２１を介して排出される。

【0035】

なお、図２〜４のように、酸素含有ガスが最下段の酸素透過膜モジュール２ｃの上部に供給され、該酸素透過膜モジュール２ｃの下部から流出し、その後、上側の酸素透過膜モジュール２ｂ，２ａに順次流れるように構成した生物処理装置にあっては、酸素透過膜モジュール２ｃ内の凝縮水が抜け易い。

【0036】

図５のように、酸素含有ガスが酸素透過膜モジュール２ａ〜２ｃ内を上向きに流れるように構成した場合、酸素透過膜モジュール内の凝縮水が蒸発し易いものとなる。特に、酸素含有ガスとして乾燥度の高いガスを流すことにより、凝縮水が蒸発し易くなる。

【0037】

図２〜５のように、酸素含有ガスを最下段の酸素透過膜モジュール２ｃから順次に上段側の酸素透過膜モジュール２ｂ，２ａに流通させるようにした生物処理装置では、反応槽３内の被処理水の流れが上向流であるので、ＢＯＤ濃度の高い原水側の被処理水ほど多くの酸素が供給されるため、負荷に応じた酸素供給量とすることができる。

【0038】

図６のように、各酸素透過膜モジュール２ａ〜２ｃに並列に酸素含有ガスを流通させる場合、酸素含有ガスの圧力損失が少なく、省エネルギーとなる。なお、図６において、下段側の酸素透過膜モジュールほど酸素含有ガス流通量を多くするようにすることにより、負荷に応じた酸素供給量とすることができる。

【0039】

図２〜６のいずれにおいても、上段側の酸素透過膜モジュールほど、膜面積を小さくするか、又は膜の充填密度を低くするようにしてもよい。

【0040】

なお、図４〜６においても、図３のように透水板２２、大径粒子層２３及び小径粒子層２４を有した底部構造としてもよい。

【0041】

酸素透過膜モジュール２の酸素透過膜は、中空糸膜、平膜、スパイラル膜のいずれでもよいが、中空糸膜が好ましい。膜の材質は通常ＭＡＢＲに使用される、シリコン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリウレタン等が使用できるが、シリコンが好適である。強度が高い、ノンポーラスポリマーでポーラス中空糸をコーティングしたコンポジット膜を用いてもよい。

【0042】

中空糸膜は、好ましくは内径０．０５〜４ｍｍ特に０．２〜１ｍｍ、厚み０．０１〜０．２ｍｍ特に０．０２〜０．１ｍｍである。内径がこれより小さいと通気圧力損失が大きく、大きいと表面積が小さくなって酸素の溶解速度が低下する。厚みが上記範囲より小さいと物理的な強度が小さくなり、破断しやすくなる。逆に、厚みが上記範囲よりも大きいと、酸素透過抵抗が大きくなって酸素溶解効率が低下する。

【0043】

中空糸膜の長さは０．５〜３ｍ程度、特に１〜２ｍ程度が好ましい。中空糸膜が長すぎると、生物膜が多量に付着した場合、破断したり、団子状に固まって表面積が小さくなり、酸素溶解効率が低下する、圧力損失が大きくなる等の問題が起こる。中空糸膜が過度に短いと、コストが高くなる。平膜、スパイラル膜の長さも同様の理由で０．５〜１．５ｍが好ましい。

【0044】

膜の必要面積は、処理に必要な酸素量を供給できる十分量である。たとえば、原水がＣＯＤｃｒ５０ｍｇ／Ｌ、滞留時間３０分の場合、シリコン製の１００μｍ厚の中空糸膜であれば流動している活性炭部分の容積１ｍ^３あたり２４０ｍ^２以上が必要である。

【0045】

膜の面積は、槽容積当たり３００ｍ^２以上、１０００ｍ^２／ｍ^３以下が好ましい。膜面積が大きいと、酸素供給量多くなり、高負荷が可能となるが、膜コストがアップする。単位容積当たりの膜面積が大きすぎると、膜が団子状態になり、効率が低下する。膜は流れ方向に設置することが好ましい。例えば、水深１０ｍの槽では、長さ２ｍの膜を上下に４段に設置することが好ましい。

【0046】

酸素透過膜モジュールの構造の一例について図７〜１２を参照して次に説明する。

【0047】

図７の酸素透過膜モジュール３０は酸素透過膜として中空糸膜２７を用いたものである。この実施の形態では、中空糸膜２７は上下方向に配列されており、各中空糸膜２７の上端は上部ヘッダー２８に連なり、下端は下部ヘッダー２９に連なっている。中空糸膜２７の内部は、それぞれ上部ヘッダー２８及び下部ヘッダー２９内に連通している。各ヘッダー２８，２９は中空管状であり、略水平方向に平行に複数本配列されている。なお、平膜やスパイラル膜を用いる場合にも、上下方向に配列される。

【0048】

各ヘッダー２８の一端又は両端がマニホルド２８Ａに連結され、各ヘッダー２９の一端又は両端がマニホルド２９Ａに連結されていることが好ましい。酸素透過膜モジュール３０の上部に酸素含有ガスを供給し、酸素透過膜モジュール３０の下部から排出する場合は、酸素含有ガスは上部ヘッダー２８から中空糸膜２７を通って下部ヘッダー２９へ流れ、この間に酸素が中空糸膜２７を透過して反応槽３内の水に溶解する。逆に、酸素透過膜モジュール３０の下部に酸素含有ガスを供給し、上部から排出する場合は、下部ヘッダー２９に酸素含有ガスが供給され、中空糸膜２７を通って上部ヘッダー２８から排出される。

【0049】

図８は、フレーム３２内に配置された酸素透過膜モジュール３０の一例を示す正面図である。このフレーム３２は、４隅にそれぞれ立設された４本の柱３２ａと、各柱３２ａの上端同士の間に架設された上梁３２ｂと、各柱３２ａの下部同士の間に架設された下梁３２ｃと、各柱３２ａの下端面に取り付けられた底座プレート３２ｄとを有する。酸素透過膜モジュール３０のマニホルド２８Ａ，２９Ａをフレーム３２に保持させることにより、酸素透過膜モジュール３０がフレーム３２内に設置される。

【0050】

このフレーム３２を備えた酸素透過膜モジュール３０は、反応槽３内に上下多段に設置することが容易である。即ち、下側の酸素透過膜モジュール３０のフレーム３２の上に、上側の酸素透過膜モジュール３０の底座プレート３２ｄを載せるようにして上側の酸素透過膜モジュール３０を配置することができる。

【0051】

本発明の一態様では、中空糸膜が上下方向に配列された中空糸膜モジュールを高さ１〜２ｍ程度の高さの低い膜モジュールとし、これを２段以上、好ましくは４段以上に積層する。

【0052】

このように中空糸膜の長さを短くし、高さを低くした中空糸膜モジュールを多段に積層することにより、低い圧力で酸素を溶解させることができる。

【0053】

中空糸膜に送風する酸素含有ガスの圧力は、中空糸膜の圧力損失よりわずかに高い程度、例えば５〜２０％程度高い圧力がコスト面から好適である。

【0054】

中空糸膜に供給する圧力は水深と無関係に決めてよい。通常の散気装置は水深以上の圧力が必要であることから、本発明は反応槽の水深が深いほど有利である。

【0055】

なお、上下方向のモジュールの配管接続によって、膜内の凝縮水や生物槽から膜内に溶解してくる炭酸ガスの影響が異なる。そのため、圧損、凝縮水、炭酸ガスを考慮した配管接続構造とすることが好ましい。

【0056】

上記実施の形態では、図７，８のように、中空糸膜２７を上下方向とし、原水（被処理水）が中空糸膜２７に沿って上下方向に流れるものとしているが、少なくとも一部の酸素透過膜モジュールとして、図９のように水平なＸ方向の中空糸膜２７ｂと、上下方向（Ｚ方向）の中空糸膜２７ａとを有する酸素透過膜モジュールを用いてもよい。なお、図１０のように、中空糸膜２７ａ、２７ｂを平織状に編組してもよい。

【0057】

図１１は、かかるＸ，Ｚ方向の中空糸膜２７（２７ａ，２７ｂ）を備えた酸素透過膜モジュールの一例を示す斜視図である。この酸素透過膜モジュール４０は、Ｚ方向に延在する平行な１対のヘッダー４１，４１と、これと直交するＸ方向に延在する１対のヘッダー４２，４２と、中空糸膜２７とを有する。Ｘ方向の中空糸膜２７はヘッダー４１，４１間に架設され、Ｚ方向の中空糸膜２７はヘッダー４２，４２間に架設されている。

【0058】

ヘッダー４１，４２の端部同士が連結されることにより、ヘッダー４１，４２は方形枠状となっている。この酸素透過膜モジュール４０の一態様では、ヘッダー４１，４２の両端内部にエンドプラグ等の閉塞部材（図示略）が設けられており、ヘッダー４１，４２内は遮断されている。酸素含有ガスは一方のヘッダー４１に供給され、中空糸膜２７を通り、他方のヘッダー４１に流入する。また、酸素含有ガスは一方のヘッダー４２に供給され、中空糸膜２７を通り、他方のヘッダー４２に流入する。

【0059】

この酸素透過膜モジュール４０の別の一態様では、一方の一本のヘッダー４１と一方の一本のヘッダー４２とが連通している。また、他方の一本のヘッダー４１と他方の一本のヘッダー４２とが連通している。該一方のヘッダー４１，４２と、該他方のヘッダー４１，４２の連結部分の内部にはエンドプラグ等の閉塞部材（図示略）が設けられており、該一方のヘッダー４１，４２と、該他方のヘッダー４１，４２内は遮断されている。酸素含有ガスは該一方のヘッダー４１，４２に供給され、中空糸膜２７を通り、該他方のヘッダー４１，４２に流入する。

【0060】

なお、これらの中空糸膜は、図７〜図１１では１本ずつとなっているが、数本〜１００本程度の束にしても良い。

【0061】

なお、反応槽内の下部に曝気装置を設置してもよい。

【0062】

次に、生物担体、酸素含有ガス、その他処理条件の好適例について説明する。

【0063】

＜生物担体＞
生物担体としては、活性炭が好適である。

【0064】

活性炭の充填量は反応槽の容積の４０〜６０％程度、特に５０％程度が好ましい。この充填量は、多いほうが生物量多く活性高いが、多すぎると流出するおそれがある。従って、充填量５０％程度で２０〜５０％程度活性炭相が膨張するＬＶで通水するのが良い。通水ＬＶは０．５ｍｍ活性炭で７〜１５ｍ／ｈｒ程度である。なお、活性炭以外のゲル状、多孔質材、非多孔質材等も同様の条件で使用できる。例えば、ポリビニルアルコールゲル、ポリアクリルアミドゲル、ポリウレタンフォーム、アルギン酸カルシウムゲル、ゼオライト、プラスチック等も用いることができる。ただし、担体として活性炭を用いると、活性炭の吸着作用と生物分解作用による相互作用により、広範囲な汚濁物質の除去を行うことが可能である。

【0065】

活性炭の平均粒径は０．２〜３ｍｍ程度が好ましい。平均粒径が大きいと高ＬＶとすることが可能であり、循環量を増やせるため高負荷が可能となる。しかし、表面積が小さくなるため、生物量が少なくなる。平均粒径が小さいと、低ＬＶで流動できるため、ポンプ動力が安価となる。かつ、表面積が大きいため、付着生物量が増える。

【0066】

最適粒径は廃水の濃度によって決定され、ＴＯＣ：５０ｍｇ／Ｌであれば０．２〜０．４ｍｍ程度、ＴＯＣ：１０ｍｇ／Ｌであれば０．６〜１．２ｍｍ程度が好ましい。

【0067】

活性炭の展開率は、２０〜５０％程度が好ましい。展開率が２０％よりも低いと、目詰まり、短絡のおそれがある。展開率が５０％よりも高いと、流出のおそれがあると共に、ポンプ動力コストが高くなる。

【0068】

通常の生物活性炭では、活性炭流動床の膨張率は１０〜２０％程度であるがこの場合、活性炭の流動状態が不均一で上下左右に流動する。結果として同時に設置した膜が活性炭によってこすられ、すり減って消耗することになる。これを防止するため、本発明では、活性炭は十分に流動させることが必要で、膨張率は２０％以上とするのが望ましい。このため、活性炭の粒径は通常の生物活性炭よりも小さいほうが好ましい。なお、活性炭は、やしがら炭、石炭、木炭等なんでも良い。形状は球状炭が好ましいが、通常の粒状炭や破砕炭でも良い。

【0069】

＜酸素含有ガス＞
酸素含有ガスは空気、酸素富化空気、純酸素等、酸素を含む気体であればよい。通気する気体はフィルターを通過させて微細粒子を除去することが望ましい。

【0070】

通気量は生物反応に必要な酸素量の等量から２倍程度が望ましい。これよりも少ないと酸素不足で処理水中にＢＯＤやアンモニアが残存し、多いと通気量が不必要に多くなることに加えて圧力損失が高くなるため、経済性が損なわれる。

【0071】

通気圧力は所定の通気量で生ずる中空糸の圧力損失よりもわずかに高い程度が望ましい。

【0072】

＜被処理水の流速＞
被処理水の流速はＬＶ１０ｍ／ｈｒ以上とし、処理水を循環せず、ワンパスで処理するのが好ましい。

【0073】

ＬＶを高くすると、それに比例して酸素溶解速度が向上する。ＬＶ５０ｍ／ｈｒでは１０ｍ／ｈｒの２倍ほど酸素が溶解する。ＬＶが高い場合は、粒径が大きい活性炭を使い、展開率をあまり大きくしないようにするのが好ましい。生物量、酸素溶解速度から、最適ＬＶ範囲は１０〜３０ｍ／ｈｒ程度である。

【0074】

＜滞留時間＞
槽負荷１〜２ｋｇ−ＴＯＣ／ｍ^３／ｄａｙとなるように滞留時間を設定するのが好ましい。

【0075】

＜ブロア＞
ブロアは、吐出風圧が水深からくる水圧以下のもので十分である。但し、配管等の圧損以上であることは必要である。通常、配管抵抗は１〜２ｋＰａ程度である。

【0076】

５ｍの水深の場合、通常は０．５５ＭＰａ程度までの出力の汎用ブロアが用いられ、それ以上の水深では高圧ブロアが用いられてきている。

【0077】

本発明では、５ｍ以上の水深であっても０．５ＭＰａ以下の圧力の汎用ブロアを用いることができ、０．１ＭＰａ以下の低圧ブロアを用いることが好ましい。

【0078】

酸素含有ガスの供給圧は、中空糸膜の圧力損失より高く、水深圧力よりも低いこと、さらに膜が水圧でつぶれないこと、が条件となる。平膜、スパイラル膜は膜の圧損が水圧と比較すると無視できるため、極めて低い圧力、５ｋＰａ程度以上、水圧以下、望ましくは２０ｋＰａ以下である。

【0079】

中空糸膜の場合、内径と長さによって圧力損失は変化する。通気する空気量は膜１ｍ^２あたり２０ｍＬ〜１００ｍＬ／ｄａｙであるから、膜長さが２倍になると空気量は２倍になり、膜径が２倍になっても空気量は２倍にしかならない。したがって、膜の圧力損失は膜長さに正比例し、直径に反比例する。

【0080】

圧力損失の値は、内径５０μｍ、長さ２ｍの中空糸で３〜２０ｋＰａ程度である。

【0081】

本発明者の実験によると、通気圧力を１１〜１４０ｋＰａ、通気量を２４０〜４６０ｍＬ／ｍｉｎ変化させた結果、酸素溶解速度はほとんど変化しないことが認められた。

【0082】

本発明では、酸素溶解効率が３０〜１００％特に４０〜６０％となるようにすることが好ましい。

【0083】

図２〜６では担体の流動床Ｆを形成しているが、担体を懸濁させてもよい。反応槽内の液の曝気、液の流れ、及び機械的操作の１又は２以上によって担体を懸濁又は流動させるのが好ましい。

【0084】

このように担体を懸濁又は流動させることにより、酸素透過膜への生物の付着を防止することができ、酸素透過膜からの酸素供給速度を高く保つことができる。

【0085】

反応槽のＭＬＳＳ濃度を高濃度に維持することによっても酸素透過膜への生物の付着を防止できる。ＭＬＳＳ濃度は、好ましくは１０，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌ、特に好ましくは２０，０００〜３０，０００ｍｇ／Ｌに維持する。

【0086】

ＭＬＳＳを高濃度に保持するには、反応槽内の処理液中に濾過膜を設置し、この濾過膜の透過水を処理水として取り出すことが好ましい。

【実施例】

【0087】

［実施例１］
ＤＭＳＯ ３．２％を含む半導体洗浄廃水を、ＴＯＣ-槽負荷１．２ｋｇ／ｍ^３／Ｄ、水槽容量１０Ｌ、滞留時間２４時間で通水した。

【0088】

通水１０日後、２０日後、２１日後、に臭気（ＤＭＳ）測定を実施。いずれの測定でも検知管のＤＭＳ下限値（０．２５ｍｇ／Ｌ）以下であった。また、その後段で生物処理（標準活性汚泥処理方式）を行うことで、低負荷の有機物をさらに低減することができた。なお、臭気測定は、ガステック社のパイロチューブ検知管を使用した。

【0089】

［比較例１、２］
半導体製造工場の直列三段生物処理槽において、ＴＯＣ槽負荷平均０．１７ｋｇ／ｍ^３／Ｄ（ＤＭＳＯ含有比率約２％）の運転で装置周辺の空気中にＤＭＳが平均２．７３ｐｐｍ（ＭＩＮ：０ｐｐｍ〜ＭＡＸ２５．５ｐｐｍ）で検知された（比較例１）。また、ＴＯＣ槽負荷平均０．２４ｋｇ／ｍ^３／Ｄ（ＤＭＳＯ含有比率約２％）の運転で装置周辺の空気中にＤＭＳが平均９．８４ｐｐｍ（ＭＩＮ：０ｐｐｍ〜ＭＡＸ５９ｐｐｍ）検知された（比較例２）。

【符号の説明】

【0090】

１ 好気性生物処理装置
２ 酸素透過膜モジュール
３ 第１反応槽
１２ 第２反応槽

【要約】

【課題】揮発性物質や臭気の発生する物質を含む有機性廃水であっても、臭気の発生や有害物質の揮発なく、好気性生物処理することができる好気性生物処理装置を提供する。
【解決手段】直列に接続された第１反応槽３及び第２反応槽１２を備え、各反応槽３，１２内で好気性生物処理を行う好気性生物処理装置において、第１反応槽３は、反応槽３内に配置された酸素溶解膜モジュール２によって酸素を被処理水に溶解させるＭＡＢＲ反応槽であり、第２反応槽１２はＭＡＢＲ以外の反応槽である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】