特開 2022-138891 排水処理装置及び酸素透過膜ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022138891

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】排水処理装置及び酸素透過膜ユニット

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/10 20060101AFI20220915BHJP

   C02F 3/34 20060101ALI20220915BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20220915BHJP

   B01D 65/02 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

C02F3/10 Z

C02F3/34 101D

C02F3/34 101B

C02F1/44 A

C02F1/44 K

B01D65/02 520

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021039020

(22)【出願日】2021-03-11

(71)【出願人】

【識別番号】000192590

【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】特許業務法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】吉田 忠広

(72)【発明者】

【氏名】井尻 智之

(72)【発明者】

【氏名】石山 明

(72)【発明者】

【氏名】三浦 雅彦

【テーマコード（参考）】

4D003

4D006

4D040

【Ｆターム（参考）】

4D003EA02

4D003EA30

4D006GA35

4D006HA41

4D006HA93

4D006JA03A

4D006JA15A

4D006JA18A

4D006JA31A

4D006JA63A

4D006KA31

4D006KB22

4D006KB23

4D006KC14

4D006KC19

4D006KC20

4D006MA02

4D006MA03

4D006PA10

4D006PB17

4D006PB62

4D006PC62

4D040BB02

4D040BB42

4D040BB52

4D040BB82

(57)【要約】

【課題】長期に亘って生物処理機能を維持できる排水処理装置を提供する。
【解決手段】被処理水を貯留する貯留槽１０と、酸素を透過する酸素透過膜３０を含み、貯留槽１０に収容された酸素透過膜ユニット３と、酸素透過膜ユニット３に酸素含有気体を供給する供給管３１と、酸素透過膜ユニット３から酸素含有気体に含まれる酸素濃度が減少した気体を排出する排出管３２と、を備え、少なくとも１つの酸素透過膜ユニット３は、全体が被処理水に浸漬されており、供給管３１及び排出管３２と夫々接続される複数の接続管３１ａ，３２ａを有し、複数の接続管３１ａ，３２ａの夫々には、供給管３１から酸素透過膜ユニット３への酸素含有気体の流通及び酸素透過膜ユニット３から排出管３２への気体の流通を許容すると共に酸素透過膜ユニット３から供給管３１及び排出管３２への被処理水の浸入を遮断する止水弁Ｖａ，Ｖｂが設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被処理水を貯留する貯留槽と、
酸素を透過する酸素透過膜を含み、前記貯留槽に収容された酸素透過膜ユニットと、
前記酸素透過膜ユニットに酸素含有気体を供給する供給管と、
前記酸素透過膜ユニットから前記酸素含有気体に含まれる酸素濃度が減少した気体を排出する排出管と、を備え、
少なくとも１つの前記酸素透過膜ユニットは、全体が前記被処理水に浸漬されており、前記供給管及び前記排出管と夫々接続される複数の接続管を有しており、
前記供給管から供給された前記酸素含有気体が前記接続管を介して前記酸素透過膜ユニットに供給され、前記酸素透過膜ユニットにて前記酸素含有気体に含まれる酸素が消費されて生成された前記気体が前記接続管を介して前記排出管から排出され、
複数の前記接続管の夫々には、前記供給管から前記酸素透過膜ユニットへの前記酸素含有気体の流通及び前記酸素透過膜ユニットから前記排出管への前記気体の流通を許容すると共に前記酸素透過膜ユニットから前記供給管及び前記排出管への前記被処理水の浸入を遮断する止水弁が設けられている排水処理装置。

【請求項2】

前記酸素透過膜ユニットは、複数設けられており、
複数の前記酸素透過膜ユニットは、前記止水弁が設けられていない前記接続管が前記貯留槽の水面よりも上側に位置している第一の前記酸素透過膜ユニットと、前記止水弁が設けられている前記接続管が前記貯留槽の水面よりも下側に位置している第二の前記酸素透過膜ユニットとで構成されており、
前記第一の酸素透過膜ユニットと前記第二の酸素透過膜ユニットとが重力方向に沿って配置されている請求項１に記載の排水処理装置。

【請求項3】

前記第二の酸素透過膜ユニットの下方から気体を吹き付けて前記酸素透過膜を洗浄する洗浄機構を更に備え、
前記第一の酸素透過膜ユニットと前記第二の酸素透過膜ユニットとの重力方向の間隔が２０ｃｍ以上２００ｃｍ以下に設定されている請求項２に記載の排水処理装置。

【請求項4】

被処理水を貯留する貯留槽に収容される酸素透過膜ユニットであって、
全体が前記被処理水に浸漬され、内側から供給された酸素含有気体に含まれる酸素を透過する酸素透過膜と、
前記酸素透過膜に前記酸素含有気体を供給する第一接続管、及び、前記酸素透過膜にて前記酸素含有気体に含まれる酸素が消費されて生成された気体が排出される第二接続管と、を備え、
前記第一接続管及び前記第二接続管の夫々には、前記酸素透過膜への前記酸素含有気体の供給及び前記酸素透過膜から前記気体の排出を許容すると共に前記酸素透過膜から前記被処理水の排出を遮断する止水弁が設けられている酸素透過膜ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸素透過膜にて排水を生物処理する排水処理装置及び酸素透過膜ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、排水（被処理水）を貯留する貯留槽と、酸素を透過する酸素透過膜を含み、貯留槽に収容された酸素透過膜ユニットとを備えた排水処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に記載の排水処理装置は、酸素透過膜ユニット（文献では酸素溶解膜モジュール）を貯留槽内部の水面より下に複数配置し、これら酸素透過膜ユニットを直列又は並列に接続した配管から酸素透過膜に空気を供給している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－５７５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の排水処理装置では、酸素透過膜が破れて穴が開いた場合、この穴から排水が流入して酸素透過膜に酸素含有気体を供給できないおそれがある。その結果、生物処理機能が損なわれてしまう。

【0006】

そこで、長期に亘って生物処理機能を維持できる排水処理装置及び酸素透過膜ユニットが望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る排水処理装置の特徴構成は、被処理水を貯留する貯留槽と、酸素を透過する酸素透過膜を含み、前記貯留槽に収容された酸素透過膜ユニットと、前記酸素透過膜ユニットに酸素含有気体を供給する供給管と、前記酸素透過膜ユニットから前記酸素含有気体に含まれる酸素濃度が減少した気体を排出する排出管と、を備え、少なくとも１つの前記酸素透過膜ユニットは、全体が前記被処理水に浸漬されており、前記供給管及び前記排出管と夫々接続される複数の接続管を有しており、前記供給管から供給された前記酸素含有気体が前記接続管を介して前記酸素透過膜ユニットに供給され、前記酸素透過膜ユニットにて前記酸素含有気体に含まれる酸素が消費されて生成された前記気体が前記接続管を介して前記排出管から排出され、複数の前記接続管の夫々には、前記供給管から前記酸素透過膜ユニットへの前記酸素含有気体の流通及び前記酸素透過膜ユニットから前記排出管への前記気体の流通を許容すると共に前記酸素透過膜ユニットから前記供給管及び前記排出管への前記被処理水の浸入を遮断する止水弁が設けられている点にある。

【0008】

本構成における酸素透過膜ユニットでは、酸素透過膜の内側から供給される酸素が酸素透過膜を透過し、酸素透過膜の表面で被処理水中の窒素成分を硝化する硝化菌等の生物膜が形成され、窒素成分の硝化が行われて硝酸態窒素が生成される。この硝酸態窒素は、被処理水中の脱窒菌と脱窒菌の栄養となる有機物とにより還元されて窒素ガスが生成される。このように、酸素透過膜ユニットでは、硝化及び脱窒により、被処理水の窒素含有化合物が分解除去されて浄化される（生物処理）。

【0009】

本構成では、全体が被処理水に浸漬された酸素透過膜ユニットにおいて、供給管及び排出管と夫々接続される接続管全てに止水弁が設けられている。この止水弁は、酸素含有気体及び気体の流通を許容すると共に酸素透過膜ユニットから供給管及び排出管への被処理水の浸入を遮断する。このため、酸素透過膜ユニットに含まれる一部の酸素透過膜が破損したとしても、破損していない酸素透過膜又は他の酸素透過膜ユニットには酸素含有気体が適正に供給され続ける。その結果、酸素透過膜ユニットにおける生物処理機能の著しい低下を防止できる。

【0010】

しかも、接続管に止水弁を設けるといった簡便な構成であるため、安価な装置構成となる。このように、長期に亘って生物処理機能を維持できる排水処理装置を提供できる。

【0011】

他の特徴構成は、前記酸素透過膜ユニットは、複数設けられており、複数の前記酸素透過膜ユニットは、前記止水弁が設けられていない前記接続管が前記貯留槽の水面よりも上側に位置している第一の前記酸素透過膜ユニットと、前記止水弁が設けられている前記接続管が前記貯留槽の水面よりも下側に位置している第二の前記酸素透過膜ユニットとで構成されており、前記第一の酸素透過膜ユニットと前記第二の酸素透過膜ユニットとが重力方向に沿って配置されている点にある。

【0012】

本構成のように、複数の酸素透過膜ユニットを重力方向に沿って設ければ、生物処理機能を高めることができる。しかも、水面より上にある接続管には止水弁を設けていないため、必要最小限の製造コストで長期に亘って生物処理機能を維持できる。

【0013】

他の特徴構成は、前記第二の酸素透過膜ユニットの下方から気体を吹き付けて前記酸素透過膜を洗浄する洗浄機構を更に備え、前記第一の酸素透過膜ユニットと前記第二の酸素透過膜ユニットとの重力方向の間隔が２０ｃｍ以上２００ｃｍ以下に設定されている点にある。

【0014】

本構成のように、上下に配置された酸素透過膜ユニット同士の重力方向の間隔を２０ｃｍ以上２００ｃｍ以下とすれば、洗浄機構による洗浄効率を高めることができる。なお、酸素透過膜ユニット同士の間隔が２０ｃｍ未満であれば、洗浄機構からの偏流の影響を受けて、酸素透過膜を均一に洗浄できないおそれがあり、酸素透過膜ユニット同士の間隔が２００ｃｍ超であれば、洗浄機構からの気体が第一の酸素透過膜ユニットまで到達したときには流速が低下し、酸素透過膜を十分に洗浄できないおそれがある。

【0015】

本発明に係る酸素透過膜ユニットの特徴構成は、被処理水を貯留する貯留槽に収容される酸素透過膜ユニットであって、全体が前記被処理水に浸漬され、内側から供給された酸素含有気体に含まれる酸素を透過する酸素透過膜と、前記酸素透過膜に前記酸素含有気体を供給する第一接続管、及び、前記酸素透過膜にて前記酸素含有気体に含まれる酸素が消費されて生成された気体が排出される第二接続管と、を備え、前記第一接続管及び前記第二接続管の夫々には、前記酸素透過膜への前記酸素含有気体の供給及び前記酸素透過膜から前記気体の排出を許容すると共に前記酸素透過膜から前記被処理水の排出を遮断する止水弁が設けられている点にある。

【0016】

本構成における酸素透過膜ユニットでは、酸素透過膜の内側から供給される酸素が酸素透過膜を透過し、生物処理を実行することができる。この酸素透過膜は、全体が被処理水に浸漬されており、第一接続管及び第二接続管に夫々止水弁が設けられている。この止水弁は、酸素含有気体及び気体の流通を許容すると共に酸素透過膜ユニットから被処理水の排出を遮断する。このため、酸素透過膜ユニットに含まれる一部の酸素透過膜が破損したとしても、破損していない酸素透過膜又は他の酸素透過膜ユニットには酸素含有気体が適正に供給され続ける。その結果、酸素透過膜ユニットにおける生物処理機能の著しい低下を防止できる。しかも、第一接続管及び第二接続管に止水弁を設けるといった簡便な構成であるため、安価な装置構成となる。このように、長期に亘って生物処理機能を維持できる酸素透過膜ユニットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】排水処理システムにおける処理系列の説明図である。

【図2】排水処理装置の概略側面図である。

【図3】酸素透過膜ユニットの概略斜視図である。

【図4】酸素透過膜及び生物膜の拡大断面図である。

【図5】図３に示す酸素透過膜ユニットの詳細を示す概略斜視図である。

【図6】変形例１における酸素透過膜ユニットを示す概略斜視図である。

【図7】変形例２における酸素透過膜ユニットを示す概略斜視図である。

【図8】変形例３における酸素透過膜ユニットを示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明に係る排水処理装置及び酸素透過膜ユニットの実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態における排水処理装置は、排水処理システム１００の一部を構成する嫌気処理装置１を一例として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

【0019】

〔全体構成〕
図１には、流入する排水（被処理水の一例）を浄化する排水処理システム１００の概略構成を図示している。この排水処理システム１００は、下水処理場等に設けられている。排水処理システム１００は、上流から連続的に流入する排水を生物処理する処理槽Ｒを備えている。処理槽Ｒは、嫌気処理装置１（排水処理装置の一例）と、嫌気処理装置１よりも下流側の好気処理装置２とを有する。

【0020】

本実施形態においては、処理槽Ｒに流入する排水は、少なくともアンモニア性窒素などの窒素含有化合物（以下、「窒素成分」と記載する）と、有機物とを含んでいる。処理槽Ｒでは、窒素成分を亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に酸化する硝化（好気性処理）や、亜硝酸態窒素や硝酸態窒素を還元して窒素ガスに還元する脱窒（嫌気性処理）が行われる。以下では、亜硝酸態窒素と硝酸態窒素とを包括して、単に「硝酸態窒素」と記載する。

【0021】

本実施形態の排水処理システム１００は、処理槽Ｒの上流に最初沈殿池９１、処理槽Ｒの下流に最終沈殿池９９を含んでいる。排水処理システム１００は、最初沈殿池９１、処理槽Ｒ及び最終沈殿池９９を有する複数の処理系列Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３等を有する場合がある。これら処理系列Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３は、いずれも等価である。以下では、処理系列Ｎ１について説明するが、処理系列Ｎ２，Ｎ３についても同様である。なお、本実施形態において処理槽Ｒに貯留されている排水の概念には、活性汚泥としての硝化菌や脱窒菌を含む浮遊物質（ＳＳ）が懸濁状態で存在している、いわゆる混合液の概念を含む。

【0022】

〔各部の説明〕
最初沈殿池９１は、流入した排水に含まれる土砂や夾雑物、汚泥の一部を沈降させて除去するための槽である。最初沈殿池９１で除去されなかった窒素成分と有機物とを含む排水が処理槽Ｒ（嫌気処理装置１）へ流入する。

【0023】

処理槽Ｒは、少なくとも１つの嫌気処理装置１と、嫌気処理装置１よりも下流に直列的に接続された少なくとも１つの好気処理装置２とを有する。嫌気処理装置１に流入した排水は、嫌気処理装置１で所定時間だけ滞留して好気処理装置２に流入する。好気処理装置２に流入した排水は、好気処理装置２で所定時間だけ滞留して流出する。好気処理装置２では、主として硝化が進行する。嫌気処理装置１では、主として脱窒が進行し、併せて硝化も進行する。好気処理装置２から流出した排水の一部は、返送流路９を介してポンプ（図示せず）などで送液されて嫌気処理装置１に返送（供給）される。以下では、返送流路９により嫌気処理装置１に返送される処理水を硝化液と記載する。

【0024】

処理槽Ｒは上記構成に限定されるものでなく、好気槽から流出した排水の一部を無酸素槽へ返送して脱窒を行う嫌気無酸素好気法を行うような嫌気処理槽（排水処理装置の一例）、無酸素処理槽（排水処理装置の一例）、好気処理槽を有する構成としても良いし、ステップ流入式多段硝化脱窒法で嫌気無酸素好気法を行うような嫌気処理槽（排水処理装置の一例）、第一無酸素槽（排水処理装置の一例）、第一好気槽、第二無酸素槽（排水処理装置の一例）、第二好気槽、・・・第Ｎ無酸素槽（排水処理装置の一例）、第Ｎ好気槽を有する構成としても良いし、ステップ流入式多段硝化脱窒法を行うような第一無酸素槽（排水処理装置の一例）、第一好気槽、第二無酸素槽（排水処理装置の一例）、第二好気槽、・・・第Ｎ無酸素槽（排水処理装置の一例）、第Ｎ好気槽を有する構成としても良いし、嫌気槽及び好気槽別々に設けるのではなく、１つの槽内で上流側を嫌気，無酸素領域（排水処理装置の一例）、下流側を好気領域とする単一の生物反応槽としても良い。脱窒は何れの構成においても嫌気処理槽や無酸素槽で進行する。

【0025】

嫌気処理装置１は、排水が嫌気的な環境（溶存酸素の乏しい環境）に保たれた槽である。嫌気処理装置１では、主として脱窒を行い、併せて硝化も行う。嫌気処理装置１の貯留槽１０内の排水には、酸素透過膜３０を有する酸素透過膜ユニット３が浸漬されている（図２参照）。

【0026】

嫌気処理装置１では、酸素透過膜３０を介して排水に酸素が供給されており、酸素透過膜３０の表面近傍で硝化が進行する。嫌気処理装置１における酸素透過膜３０の表面近傍以外の領域は嫌気的な環境に保たれており、脱窒菌により脱窒が進行する。嫌気処理装置１の詳細は、後述する。

【0027】

好気処理装置２は、排水が好気的な環境（溶存酸素に富む環境）に保たれた槽である。好気処理装置２には、気泡発生部（不図示）が浸漬されている。好気処理装置２では、気泡発生部からバブリングにより空気が供給（散気）されており、気泡からの酸素の溶解により、排水に酸素が供給されている（いわゆる曝気）。これにより、好気処理装置２は好気的な環境に保たれる。好気処理装置２では、気泡発生部により供給される酸素を利用した硝化や有機物の分解が進行する。好気処理装置２から最終沈殿池９９に排出される排水の一部、つまり、好気処理装置２で好気処理された排水の一部は硝化液として嫌気処理装置１に返送される。

【0028】

最終沈殿池９９は、好気処理装置２から流出した排水を受け入れて、排水中の活性汚泥などを沈降させる沈降槽である。本実施形態では、最終沈殿池９９において沈殿した汚泥が、返送流路９により嫌気処理装置１に返送される。

【0029】

〔嫌気処理装置〕
図２に示すように、嫌気処理装置１は、排水を貯留する貯留槽１０と、酸素を透過する酸素透過膜３０を含み、貯留槽１０に収容された酸素透過膜ユニット３と、酸素透過膜ユニット３に空気（酸素含有気体の一例）を供給する供給管３１と、酸素透過膜ユニット３から空気に含まれる酸素濃度が減少した気体を排出する排出管３２と、を備えている。

【0030】

供給管３１には、例えばファンやブロワなどで構成される送風機３１ｂから２０ｋＰａ以下の小さな送風圧力で空気が供給されており、この供給された空気に含まれる酸素を、酸素透過膜３０を介して排水に供給する。排出管３２は外部（大気）に連通している。

【0031】

酸素透過膜ユニット３は、供給された空気に含まれる酸素を、酸素透過膜３０を介して排水に供給する。本実施形態では、複数の酸素透過膜ユニット３が連結されたモジュールが、複数（本実施形態では４つ）設けられている。複数の酸素透過膜ユニット３は、夫々、供給管３１及び排出管３２と接続される複数の接続管３１ａ，３２ａを有している。これにより、供給管３１から供給された空気が第一接続管３１ａを介して酸素透過膜ユニット３に供給され、酸素透過膜ユニット３にて空気に含まれる酸素が消費されて生成された気体が第二接続管３２ａを介して排出管３２から排出される。

【0032】

複数の酸素透過膜ユニット３は、接続管３１ａ，３２ａが貯留槽１０の水面よりも上側に位置している第一の酸素透過膜ユニット３Ａと、接続管３１ａ，３２ａが貯留槽１０の水面よりも下側に位置している第二の酸素透過膜ユニット３Ｂとで構成されており、第一の酸素透過膜ユニット３Ａと第二の酸素透過膜ユニット３Ｂとが重力方向に沿って配置されている。本実施形態では、第一の酸素透過膜ユニット３Ａが複数（本実施形態では２つ）、左右方向に並列配置されていると共に、第二の酸素透過膜ユニット３Ｂが複数（本実施形態では２つ）、左右方向に並列配置されている。なお、第一の酸素透過膜ユニット３Ａや第二の酸素透過膜ユニット３Ｂは、１つでも良いし、３つ以上並列配置されていても良い。

【0033】

図２～図３に示すように、第一の酸素透過膜ユニット３Ａは、一部が貯留槽１０の水面よりも上側に位置しており、第二の酸素透過膜ユニット３Ｂは、全体が貯留槽１０の水面よりも下側に位置している。第二の酸素透過膜ユニット３Ｂは、全体が排水に浸漬されているため、酸素透過膜３０が破損したときに排水が逆流しないように、複数の接続管３１ａ，３２ａの夫々に空気の流通を許容すると共に排水の浸入により流体の流通を遮断する止水弁Ｖａ，Ｖｂが設けられている。換言すると、複数の接続管３１ａ，３２ａの夫々には、供給管３１から酸素透過膜ユニット３への空気の流通及び酸素透過膜ユニット３から排出管３２への気体の流通を許容すると共に、酸素透過膜ユニット３から供給管３１及び排出管３２への排水の浸入を遮断する止水弁Ｖａ，Ｖｂが設けられている。

【0034】

供給管３１に接続された第一接続管３１ａに設けられる止水弁Ｖａは、空気の背圧を受けて開弁し、空気の流通方向とは反対方向の排水の流体圧を受けて閉弁する公知の逆止弁等で構成されている。排出管３２に接続された第二接続管３２ａに設けられる止水弁Ｖｂは、水位が低下したときには開弁し、水位が上昇したときにはフロートが浮き上がって閉弁する公知の空気抜き弁等で構成されている。

【0035】

図２に示すように、嫌気処理装置１は、第二の酸素透過膜ユニット３Ｂの下方から気体を吹き付けて酸素透過膜３０を洗浄する洗浄機構４を備えている。洗浄機構４は、貯留槽１０の底部に固定された気泡発生部４１を有している。気泡発生部４１は、供給された空気を吹き出すための複数の孔部が設けられた散気管（図示せず）などを有する。気泡発生部４１は、酸素透過膜３０に空気を供給する送風機３１ｂの送風圧力よりも大きな所定の送風圧力で、例えばファンやブロワなどで構成される送風機４２から送風管４２ａを介して酸素透過膜３０に気泡を噴射する。なお、洗浄機構４に代えて、又は洗浄機構４に加えて、酸素透過膜ユニット３を機械的振動や超音波照射によりシェイキングする機構を設けても良い。

【0036】

洗浄機構４による洗浄効率を考慮して、第一の酸素透過膜ユニット３Ａと第二の酸素透過膜ユニット３Ｂとの重力方向の間隔Ｌ１は、２０ｃｍ以上２００ｃｍ以下であることが好ましく、５０ｃｍ以上１５０ｃｍ以下であることがより好ましい。その理由は、酸素透過膜ユニット３Ａ，３Ｂ同士の間隔Ｌ１が２０ｃｍ未満であれば、洗浄機構４からの偏流の影響を受けて、酸素透過膜３０を均一に洗浄できないおそれがあり、酸素透過膜ユニット３Ａ，３Ｂ同士の間隔Ｌ１が２００ｃｍ超であれば、洗浄機構４からの気体が第一の酸素透過膜ユニット３Ａまで到達したときには流速が低下し、酸素透過膜３０を十分に洗浄できないおそれがあるからである。また、第一の酸素透過膜ユニット３Ａと第二の酸素透過膜ユニット３Ｂとの並列方向（左右方向）の間隔Ｌ２は、２０ｃｍ以上２００ｃｍ以下であることが好ましく、５０ｃｍ以上１５０ｃｍ以下であることがより好ましい。この範囲であれば、洗浄機構４からの気泡を十分に行き渡らせることができる。

【0037】

〔酸素透過膜ユニットの詳細〕
酸素透過膜ユニット３は、酸素透過膜３０の内側から空気を供給することにより、排水に対して生物処理を行う。図３に示すように、酸素透過膜ユニット３は、内部に空気を流通させる支持体３５と、支持体３５を包囲するように配置され、酸素を透過する平膜状に形成された一対の酸素透過膜３０と、を有し、複数の酸素透過膜ユニット３が、フレーム体３７に固定された複数の支持柱３６に吊り下げられて、モジュールを構成している。これら複数の酸素透過膜ユニット３は、夫々がスペーサ３８により、所定の間隔Ｌ３で並んでいる。この酸素透過膜ユニット３どうしの間隔Ｌ３（排水を挟んで対向する酸素透過膜３０の間隔と同等）は、０．５ｃｍ以上２０ｃｍ以下であることが好ましく、１ｃｍ以上１０ｃｍ以下であることがより好ましい。この範囲であれば、洗浄機構４からの気泡を十分に行き渡らせることができる。

【0038】

図５に示すように、支持体３５は、内部に重力方向に沿った複数の気体流路Ａｆを有しており、一対の酸素透過膜３０が密着する一対の側面全体に多数の微細孔部（不図示）を有する樹脂や不織布等で形成されている。また、一対の酸素透過膜３０には、内部に支持体３５を収容した状態で、夫々の気体流路Ａｆに空気を均等に分配する上方空間３５ａを形成するように、周囲が溶着等で固定された密封部３０ａが形成されている。なお、第一の酸素透過膜ユニット３Ａにおける一対の酸素透過膜３０の上端は、開口していても良い。

【0039】

図６には、酸素透過膜ユニット３の変形例１が示されている。酸素透過膜ユニット３は、内部に空気を流通させる筐体３３と、筐体３３の一対の側面に配置（固定）され、酸素を透過する平膜状に形成された一対の酸素透過膜３０と、を有し、複数の酸素透過膜ユニット３が、連結板（不図示）により一体化されてモジュールを構成している。筐体３３は、上下方向に配置された複数の仕切板３３ａで区画されることにより蛇行した気体流路Ａｆを内部に有する金属部材や樹脂部材で構成されている。また、筐体３３のうち酸素透過膜３０が固定される一対の側面全体には、多数の微細孔部３３ｂ（図６では一部のみ図示）が形成されており、これら微細孔部３３ｂから空気を酸素透過膜３０に向けて均等に放出する。

【0040】

図７には、図６に示す筐体３３の変形例２が示されている。本実施例では、上下方向に配置された複数の仕切板３３ｃにより、重力方向に沿った複数の気体流路Ａｆが形成されている。また、筐体３３には、接続管３１ａ，３２ａと連通する合流管３１ｃ，３２ｄに対して、夫々の気体流路Ａｆに空気を均等に分配する複数の分配管３１ｄ，３１ｄが接続されている。図８には、図６に示す筐体３３の変形例３が示されている。筐体３３は、左右方向に配置された複数の仕切板３３ｄで区画されることにより蛇行した気体流路Ａｆが形成されている。

【0041】

図３に示すように、酸素透過膜３０は、筐体３３の内部を流通する空気に含まれる酸素を透過させて酸素透過膜３０外側の排水に供給する、酸素透過能を有する平膜材料で構成されている。この平膜材料は、内側から酸素を透過させると共に外側から内側に排水を透過させない特性を有する樹脂等で形成される微細多孔シートを含んでおり、この微細多孔シートの外側には微生物を保持する生物膜層が排水処理により形成される。本実施形態における支持体３５又は筐体３３に設けられた酸素透過膜３０の平膜面は、貯留槽１０内の排水の流通方向及び気泡発生部４１から噴出される気泡の流通方向に対して、平行に設けられている。

【0042】

図４に示すように、酸素透過膜３０の膜表面上には、生物膜Ｌが形成される。本実施形態における生物膜Ｌは、酸素透過膜３０の膜表面に隣接して成長し、硝化菌を主として含む第一生物膜Ｌａと、生物膜Ｌの外表面側で成長し、脱窒菌を主として含む第二生物膜Ｌｂとを含んでいる。

【0043】

第一生物膜Ｌａでは、硝化菌が、酸素透過膜３０から供給される酸素により排水中の窒素成分（例えば、ＮＨ_４ ^＋）を酸化（硝化）して、硝酸態窒素（ＮＯ_ｘ ^－）を生成する。第一生物膜Ｌａでは、酸素透過膜３０から供給される酸素は消費し尽くされる。なお、嫌気処理装置１では、第一生物膜Ｌａにより、排水中の窒素成分の一部が硝化される。

【0044】

このように本実施形態における排水処理システム１００は、好気処理装置２と、嫌気処理装置１における第一生物膜Ｌａとで硝化することができるため、好気処理装置２のみで硝化する場合に比べて、好気処理装置２をコンパクト化できる。これにより、処理槽Ｒや、排水処理システム１００全体をコンパクト化できる。

【0045】

第二生物膜Ｌｂ及び第二生物膜Ｌｂの外部領域（酸素透過膜ユニット３及び生物膜Ｌ以外の排水中）では、脱窒菌が、排水中の有機物（ＢＯＤ）を栄養源として硝酸態窒素（ＮＯ_ｘ ^－）を還元（脱窒）して窒素ガス（Ｎ_２）を放出する。なお、嫌気処理装置１で脱窒される硝酸態窒素は、第一生物膜Ｌａにより生成されたものと、好気処理装置２から嫌気処理装置１に返送された硝化液に含まれるものとの両方である。嫌気処理装置１では、嫌気処理装置１に流入した硝酸態窒素成分のほぼ全部が窒素ガスに還元（脱窒）される。

【0046】

生物膜Ｌは、過度に成長すると（膜の厚みが厚くなりすぎると）膜内部（酸素透過膜３０から酸素の供給が可能な領域）へのアンモニア性窒素や硝酸態窒素の供給が阻害され、効率的に硝化が進行しない場合がある。そのため、上述したように、嫌気処理装置１には、過度に成長した生物膜Ｌを酸素透過膜３０から脱落させる洗浄機構４を設けている（図２参照）。

【0047】

本実施形態では、全体が排水に浸漬された第二の酸素透過膜ユニット３Ｂにおいて、供給管３１及び排出管３２と夫々接続される複数の接続管３１ａ，３２ａ全てに止水弁Ｖａ，Ｖｂが設けられている。この止水弁Ｖａ，Ｖｂは、空気の流通を許容すると共に排水の浸入により流体の流通を遮断する。このため、酸素透過膜ユニット３に含まれる一部の酸素透過膜３０が破損したとしても、破損していない酸素透過膜３０又は第一の酸素透過膜ユニット３Ａには空気が適正に供給され続ける。その結果、酸素透過膜ユニット３における生物処理機能の著しい低下を防止できる。しかも、接続管３１ａ，３２ａに止水弁Ｖａ，Ｖｂを設けるといった簡便な構成であるため、安価な装置構成となる。

【0048】

また、本実施形態のように、複数の酸素透過膜ユニット３を重力方向に沿って設ければ、生物処理機能を高めることができる。しかも、第一の酸素透過膜ユニット３Ａは、水面より上にある接続管３１ａ，３２ａに止水弁Ｖａ，Ｖｂを設けていないため、必要最小限の製造コストで長期に亘って生物処理機能を維持できる。しかも、上下に配置された酸素透過膜ユニット３同士の間隔Ｌ１を２０ｃｍ以上２００ｃｍ以下とすれば、洗浄機構４による洗浄効率を高めることができる。

【0049】

［その他の実施形態］
（１）上述した酸素透過膜ユニット３は、平膜状の酸素透過膜３０に限定されず、当分野で公知の酸素透過膜を利用することができる。例えば、複数の筒状体で形成して、この筒状体の内部に空気を流通させても良い。
（２）上述した実施形態では、複数の酸素透過膜ユニット３を上下左右に整列して配置させたが、例えば千鳥配置する等しても良い。
（３）上述した実施形態では、第一の酸素透過膜ユニット３Ａの一部が貯留槽１０の水面よりも上側に位置しており、第二の酸素透過膜ユニット３Ｂの全体が貯留槽１０の水面よりも下側に位置していたが、第一の酸素透過膜ユニット３Ａの全体を貯留槽１０の水面よりも下側に位置しても良い。その場合、第一の酸素透過膜ユニット３Ａにも接続管３１ａ，３２ａに止水弁Ｖａ，Ｖｂを備えると良い。また、第一の酸素透過膜ユニット３Ａの一部が貯留槽１０の水面よりも上側に位置している場合、上側に位置する第一の酸素透過膜ユニット３Ａの容積は、例えば半分にしても良く、特に限定されない。
（４）上述した実施形態では、複数の酸素透過膜ユニット３を支持柱３６又は連結板で連結してモジュールを形成したが、１つの酸素透過膜ユニット３でも良いし、複数の酸素透過膜ユニット３を連結することなく個別に設置しても良い。また、複数のモジュールを設けても良く、全体が貯留槽１０の水面よりも下側に位置しているモジュール単位で、止水弁Ｖａ，Ｖｂを設けても良い。
（５）上述した実施形態では、酸素透過膜３０の平膜面を排水の流通方向に平行に設けたが、酸素透過膜３０の平膜面を排水の流通方向に対して交差させても良い。

【産業上の利用可能性】

【0050】

本発明は、酸素透過膜にて排水を生物処理する排水処理装置及び酸素透過膜ユニットに利用可能である。

【符号の説明】

【0051】

１ ：嫌気処理装置（排水処理装置）
３ ：酸素透過膜ユニット
３Ａ ：第一の酸素透過膜ユニット
３Ｂ ：第二の酸素透過膜ユニット
４ ：洗浄機構
１０ ：貯留槽
３０ ：酸素透過膜
３１ ：供給管
３１ａ ：第一接続管
３２ ：排出管
３２ａ ：第二接続管
Ｌ１ ：間隔
Ｖａ ：止水弁
Ｖｂ ：止水弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】