特開 2023-73851 排水処理装置及び排水処理方法

(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】P2023073851

(43)【公開日】2023-05-26

(54)【発明の名称】排水処理装置及び排水処理方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/12 20230101AFI20230519BHJP

   C02F 1/44 20230101ALI20230519BHJP

   B01D 65/02 20060101ALI20230519BHJP

【ＦＩ】

C02F3/12 A

C02F1/44 F

B01D65/02 520

C02F3/12 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021186570

(22)【出願日】2021-11-16

(71)【出願人】

【識別番号】390014074

【氏名又は名称】前澤工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001656

【氏名又は名称】弁理士法人谷川国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】張 亮

(72)【発明者】

【氏名】グェン タン フォン

【テーマコード（参考）】

4D006

4D028

【Ｆターム（参考）】

4D006GA02

4D006HA01

4D006JA31Z

4D006KA31

4D006KA44

4D006KB22

4D006MA01

4D006MB11

4D006MC29

4D006MC30

4D006PA01

4D006PB08

4D006PC62

4D028BC17

4D028BC24

4D028BD06

4D028BD17

(57)【要約】

【課題】膜分離装置１２を長期的且つ連続的に使用することができる排水処理装置１０を提供する。
【解決手段】活性汚泥が排水処理を実行する排水処理装置１０は、排水処理が実行された後に処理済水及び活性汚泥を分離する膜分離装置１２と、膜分離装置１２に対して直径１００μｍ以上の粗大気泡を曝気する散気装置１３と、膜分離装置１２に対して直径１００μｍ未満のファインバブルを曝気する微小気泡発生装置１４と、を備え、膜分離装置１２に対して曝気される気泡は、散気装置１３が曝気する粗大気泡及び微小気泡発生装置１４が曝気するファインバブルが混合されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

活性汚泥が排水処理を実行する排水処理装置において、
前記排水処理が実行された後に処理済水及び前記活性汚泥を分離する分離手段と、
前記分離手段に対して直径１００μｍ以上の気泡を曝気する第１の曝気手段と、
前記分離手段に対して直径１００μｍ未満の気泡を曝気する第２の曝気手段と、を備え、
前記分離手段に対して曝気される気泡は、前記第１の曝気手段が曝気する気泡及び前記第２の曝気手段が曝気する気泡が混合されていることを特徴とする排水処理装置。

【請求項2】

前記第２の曝気手段が前記分離手段に曝気する気泡に対する前記第１の曝気手段が前記分離手段に対して曝気する気泡の混合比率（体積比）は９０／１０～１０／９０であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。

【請求項3】

前記第２の曝気手段が前記分離手段に曝気する気泡に対する前記第１の曝気手段が前記分離手段に対して曝気する気泡の混合比率（体積比）は８０／２０～２０／８０であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。

【請求項4】

活性汚泥が排水処理を実行する排水処理方法において、
前記排水処理が実行された後に処理済水及び前記活性汚泥を分離する分離ステップと、
前記処理済水及び前記活性汚泥を分離する分離手段に対して直径１００μｍ以上の気泡を曝気する第１の曝気ステップと、
前記分離手段に対して直径１００μｍ未満の気泡を曝気する第２の曝気ステップと、を有し、
前記分離手段に対して曝気される気泡は、前記第１の曝気ステップにおいて曝気される気泡及び前記第２の曝気ステップにおいて曝気される気泡が混合されていることを特徴とする排水処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は排水に含まれる汚泥を分離する排水処理装置及び排水処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、微生物を含む有機汚泥である活性汚泥が排水を処理するとともに、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）等の膜が処理された水及び活性汚泥を分離する膜分離活性汚泥法に基づく排水の処理が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の膜分離活性汚泥法に基づく排水処理装置は、排水を活性汚泥によって処理する活性汚泥槽と、活性汚泥槽の槽内に設置され且つ処理された水及び活性汚泥を分離する膜分離装置と、膜分離装置に対して多量の気泡を曝気する散気装置を備える。

【0003】

散気装置が膜分離装置に対して多量の気泡を曝気することにより、活性汚泥槽内の排水に酸素が溶解するので、活性汚泥は活性汚泥槽内の排水に対して硝化反応を実行する。また、散気装置から曝気された多量の気泡は膜分離装置の表面に衝突するので、膜分離装置に活性汚泥が蓄積して膜分離装置のろ過性能を低下させるファウリング現象が発生するのを防止し又は既に発生している軽微なファウリング現象を解消する。ところで、膜分離装置ファウリング現象が発生するのを防止し又は既に発生している軽微なファウリング現象を解消するために、定期的に膜分離装置を薬品によって洗浄する方法も知られている（例えば、特許文献２参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１４６２７９号公報

【特許文献2】特開２００８－１１４１５４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、散気装置から曝気された多量の気泡が膜分離装置の表面に衝突することにより、又は、定期的に膜分離装置を薬品によって洗浄することにより、膜分離装置にファウリング現象が発生するのを防止し又は既に発生している軽微なファウリング現象を解消しても、膜分離装置の長期的且つ連続的な使用に基づく解消不可能な重大なファウリング現象が発生している場合がある。この場合、膜分離装置を交換する等の対応を講ずる必要があり、手間がかかる。したがって、膜分離装置を長期的且つ連続的に使用することができないという問題があった。

【0006】

本発明の目的は、膜分離装置を長期的且つ連続的に使用することができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の排水処理装置は、活性汚泥が排水処理を実行する排水処理装置において、前記排水処理が実行された後に処理済水及び前記活性汚泥を分離する分離手段と、前記分離手段に対して直径１００μｍ以上の気泡を曝気する第１の曝気手段と、前記分離手段に対して直径１００μｍ未満の気泡を曝気する第２の曝気手段と、を備え、前記分離手段に対して曝気される気泡は、前記第１の曝気手段が曝気する気泡及び前記第２の曝気手段が曝気する気泡が混合されていることを特徴とする。

【0008】

上記目的を達成するために、本発明の排水処理方法は、活性汚泥が排水処理を実行する排水処理方法において、前記排水処理が実行された後に処理済水及び前記活性汚泥を分離する分離ステップと、前記処理済水及び前記活性汚泥を分離する分離手段に対して直径１００μｍ以上の気泡を曝気する第１の曝気ステップと、前記分離手段に対して直径１００μｍ未満の気泡を曝気する第２の曝気ステップと、を有し、前記分離手段に対して曝気される気泡は、前記第１の曝気ステップにおいて曝気される気泡及び前記第２の曝気ステップにおいて曝気される気泡が混合されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、膜分離装置を長期的且つ連続的に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係る排水処理装置の構成を示す概略図である。

【図2】図１の排水処理装置によって実行される排水処理の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

【0012】

図１は、本発明の実施の形態に係る排水処理装置１０の構成を示す概略図である。

【0013】

図１の排水処理装置１０は、生物処理槽１１、膜分離装置１２（分離手段）、散気装置１３（第１の曝気手段）及び微小気泡発生装置１４（第２の曝気手段）を備える。膜分離装置１２はポンプＰに接続されるとともに、散気装置１３はブロワＢ１に接続されている。微小気泡発生装置１４はブロワＢ２に接続されている。散気装置１３及び微小気泡発生装置１４は生物処理槽１１の底部と、膜分離装置１２との間に配置されている。生物処理槽１１は、活性汚泥、有機物、及びアンモニアを含む原水を貯留し、活性汚泥は原水中の有機物及びアンモニアを分解する。膜分離装置１２は、ポンプＰが駆動したとき、有機物及びアンモニアが分解された水（以下、「処理済水」という。）から活性汚泥を分離する。活性汚泥が分離された処理済水は生物処理槽１１の槽外に排出される。

【0014】

膜分離装置１２は鉛直方向に関して延伸する直方体状の筐体を有し、筐体の内部には、例えば、微細孔が形成されている繊維に囲まれた中空部を有する長尺状の中空糸膜が設置されている。膜分離装置１２の筐体の４つの側面はそれぞれ分割可能な長尺状の板状部材により構成されており、筐体の底部は開口している。ポンプＰが駆動すると処理済水は筐体の底部から筐体の内部に進入し、中空糸膜の表面から中空糸膜の内部に移行する。中空糸膜の繊維は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）樹脂であり、耐薬品性や耐久性に優れるポリテトラフルオロエチレン樹脂が用いられるのがよい。本実施の形態において、中空糸膜の長手方向に関する長さは５ｍ以下であればよい。

【0015】

散気装置１３はブロワＢ１から供給された空気を直径１００μｍ以上の気泡（以下、「粗大気泡」という。）に変換して膜分離装置１２に対して曝気する。粗大気泡の直径の上限は特に制限はなく、５０ｍｍ以下であればよい。粗大気泡は膜分離装置１２に衝突して膜分離装置１２の膜表面に付着する活性汚泥を膜表面から剥落させる。また、粗大気泡を構成する酸素の一部は生物処理槽１１に貯留されている原水に溶存し、活性汚泥は原水に溶存する酸素に基づいて生存し、原水を処理済水に処理するために活動する。微小気泡発生装置１４はブロワＢ２から供給された空気を直径１００μｍ未満の気泡であるファインバブルに変換して膜分離装置１２に対して曝気する。ファインバブルの直径の下限は特に制限はなく、０．０００１μｍ以上であればよい。粗大気泡及びファインバブルの直径は、散気装置１３及び微小気泡発生装置１４の曝気口に設置する多孔性の管や板の細孔径やノズルの出口放出孔の孔径を調節することにより設定することができる。

【0016】

ファインバブルは、直径１μｍ以上１００μｍ未満のマイクロバブルと、直径１μｍ未満のウルトラファインバブルとを含む。ところで、粗大気泡が膜分離装置１２に衝突することにより、膜分離装置１２の膜表面から剥落する活性汚泥と、膜分離装置１２の膜表面から剥落しない活性汚泥とがある。ファインバブルは、直径が１００μｍ未満と小さいため、膜分離装置１２の膜表面から剥落しない活性汚泥と、膜表面との間に進入し、膜表面及び活性汚泥の接触面積を減らす。これにより、粗大気泡が膜分離装置１２に衝突しても膜分離装置１２の膜表面から剥落しない活性汚泥は膜表面から剥落する。

【0017】

ファインバブルに含まれるマイクロバブルは粗大気泡よりもゆっくり原水中を浮上する。また、マイクロバブルは原水中の微小な活性汚泥を原水の水面に向けて浮上させる。原水中の微小な活性汚泥は膜分離装置１２の膜内部に進入することなく水面に向けて浮上することにより、活性汚泥が膜表面に付着するリスクを低減することができる。

【0018】

図２は、図１の排水処理装置１０によって実行される排水処理（排水処理方法）の手順を示すフローチャートである。

【0019】

図２において、まず、原水が生物処理槽１１に貯留されているとき、散気装置１３及び微小気泡発生装置１４が駆動し（Ｓ１）、散気装置１３は粗大気泡を膜分離装置１２に対して曝気し（第１の曝気ステップ）、微小気泡発生装置１４はファインバブルを膜分離装置１２に対して曝気する（第２の曝気ステップ）。散気装置１３及び微小気泡発生装置１４の各々は連続運転及び間欠運転のいずれであってもよい。膜分離装置１２に対して曝気される気泡は、散気装置１３が曝気する粗大気泡及び微小気泡発生装置１４が曝気するファインバブルが混合されている。

【0020】

本実施の形態において、粗大気泡及びファインバブルが混合するとは、粗大気泡の少なくとも一部とファインバブルの少なくとも一部が接触し、粗大気泡とファインバブルが消失することなく存在することを意味する。粗大気泡及びファインバブルを混合させるためには、ファインバブルが曝気される微小気泡発生装置１４の曝気口の少なくとも一部を、粗大気泡が曝気される散気装置１３の曝気口の少なくとも一部の下方又は上方に配置すればよい。微小気泡発生装置１４が散気装置１３の下方に配置されるとき、微小気泡発生装置１４から曝気されたファインバブルは散気装置１３を通過して粗大気泡と混合し、粗大気泡とともに上昇して膜分離装置１２の内部の中空糸膜に接触する。また、微小気泡発生装置１４が散気装置１３の下方に配置されることにより、散気装置１３の曝気口は膜分離装置１２の近傍に配置されるので、粗大気泡が確実に膜分離装置１２の中空糸膜を揺動し、膜分離装置１２を物理的に洗浄することができる。中空糸膜の表面からの活性汚泥の剥離効果を考慮すると、ファインバブルが曝気される微小気泡発生装置１４の全体を、膜分離装置１２の下方であって、且つ、粗大気泡が曝気される散気装置１３の下方に配置するのがよい。

【0021】

粗大気泡及びファインバブルを構成する酸素の一部は原水に溶解し、活性汚泥が原水中の有機物及びアンモニアを分解し（Ｓ２，生物処理）、処理済水が生成される。次いで、ポンプＰが駆動し、膜分離装置１２は処理済水及び活性汚泥を分離する（Ｓ３，分離ステップ）。これにより、処理済水のみが膜分離装置１２を通過して生物処理槽１１の槽外に排出され、活性汚泥は生物処理槽１１の槽内に残留する。その後、本処理は終了する。

【0022】

図２の排水処理によれば、散気装置１３は粗大気泡を膜分離装置１２に対して曝気するとともに、微小気泡発生装置１４はファインバブルを膜分離装置１２に対して曝気し（Ｓ１）、膜分離装置１２に対して曝気される気泡は、散気装置１３が曝気する粗大気泡及び微小気泡発生装置１４が曝気するファインバブルが混合されている。これにより、ファインバブルは、膜分離装置１２の膜表面に付着した活性汚泥と、膜表面との間に進入し、膜表面及び活性汚泥の接触面積を減らすので、粗大気泡が膜分離装置１２に衝突したときに活性汚泥は膜分離装置１２の膜表面から容易に剥落する。また、ファインバブルに含まれるマイクロバブルは原水中の微小な活性汚泥を原水の水面に向けて浮上させる。これにより、膜表面に付着する活性汚泥を減らし、ファウリング現象が膜分離装置１２に発生するリスクを軽減する。その結果、膜分離装置１２を長期的且つ連続的に使用することができる。

【実施例0023】

次に、本発明の実施例について説明する。

【0024】

図１の排水処理装置１０を用いて、原水の排水処理を実行した後に、膜分離装置１２により処理済水及び活性汚泥の分離を行った。散気装置１３はブロワＢ１から供給された空気を直径１００μｍ～５０ｍｍの粗大気泡となるように変換して膜分離装置１２に対して曝気した。微小気泡発生装置１４はブロワＢ２から供給された空気を直径０．０００１～１００μｍのファインバブルに変換して膜分離装置１２に対して曝気した。ファインバブルに含まれるマイクロバブルの混合比率（体積比）は高いほど膜分離装置１２を長期的且つ連続的に使用することができ、例えば、３０体積％以上であればよく、５０体積％以上であればより好ましく、７５体積％以上であればさらに好ましい結果であった。
本実施の形態において、膜分離装置１２に対して曝気される気泡は、粗大気泡及びファインバブルが混合されていることを前提としているが、最適な混合比率について検証した。表１は、膜分離装置１２に対して気泡を曝気するために必要な動力と、膜分離装置１２の洗浄効果とを粗大気泡及びファインバブルの混合比率（体積比）毎に示す結果である。ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率（体積比）は、ブロワＢ１から散気装置１３に供給された空気量（ｍ^３／ｍｉｎ）とブロワＢ２から微小気泡発生装置１４に供給された空気量（ｍ^３／ｍｉｎ）との体積比より求めた。

【0025】

【表1】

【0026】

まず、各混合比率の粗大気泡及びファインバブルを膜分離装置１２に曝気したときの膜分離装置１２の単位時間・単位面積あたりの透過流束（以下、「膜フラックス」という。）の変化を確認した。その結果、膜フラックスは、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が０/１００の気泡を曝気したとき、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が１００/０の気泡を曝気したときの順に低下した。次いで、膜フラックスは、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が９０/１０，１０/９０の気泡を曝気したときに低下した。一方、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が８０/２０，５０/５０，２０/８０の気泡を曝気したときに膜フラックスの低下は確認されなかった。膜フラックスの低下が少ない場合には、粗大気泡及びファインバブルの曝気により膜分離装置１２の膜表面から活性汚泥が剥落するとともに、活性汚泥の膜表面への付着が低減され、膜分離装置１２の洗浄効果が高いと考えられる。

【0027】

これに対応して、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が０/１００の気泡を曝気したときの膜分離装置１２の洗浄効果をNot goodとし、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が１００/０の気泡を曝気したときの膜分離装置１２の洗浄効果をNormalとし、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が９０/１０，１０/９０の気泡を曝気したときの膜分離装置１２の洗浄効果をGoodとし、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が８０/２０，５０/５０，２０/８０の気泡を曝気したときの膜分離装置１２の洗浄効果をExcellentとした。

【0028】

また、膜分離装置１２に対して粗大気泡及びファインバブルを曝気したときの動力は粗大気泡のみを曝気したときの動力よりも小さいことがわかった。特に、洗浄効果をExcellentと評価した、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が２０/８０の気泡を曝気したときの動力はファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が１００/０の気泡を曝気したときの動力よりも３８％も削減され、洗浄効果をGoodと評価した、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が１０/９０の気泡を曝気したときの動力はファインバブルに対する粗大気泡の混合比率が１００/０の気泡を曝気したときの動力よりも４４％も削減されることがわかった。

【0029】

以上より、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率（体積比）が９０／１０～１０／９０の気泡が膜分離装置１２に対して曝気されるのがよく、ファインバブルに対する粗大気泡の混合比率（体積比）が８０／２０～２０／８０の気泡が膜分離装置１２に対して曝気されるのがさらによい。

【0030】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。

【符号の説明】

【0031】

Ｐ ポンプ
Ｂ１，Ｂ２ ブロワ
１０ 排水処理装置
１１ 生物処理槽
１２ 膜分離装置
１３ 散気装置
１４ 微小気泡発生装置

【図1】

【図2】