JPH11347550A

JPH11347550A - 膜分離方法及び装置

Info

Publication number: JPH11347550A
Application number: JP15597398A
Authority: JP
Inventors: Mikio Sato; 三生男佐藤; Isamu Inoue; 勇井上
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-06-04
Publication date: 1999-12-21
Also published as: EP0963954A3; EP0963954A2

Abstract

(57)【要約】【課題】膜分離装置の小型化が可能な膜分離方法及び
装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、生物処理槽１内の膜モジュー
ル３により被処理水２をろ過すると共に生物処理槽１内
で硝化処理・脱窒を交互に行う膜分離方法において、硝
化処理中は、膜モジュール３を曝気する曝気ガスとして
の酸素含有ガスを被処理水２内に導入し、脱窒処理中
は、酸素含有ガスの導入を停止し、生物処理槽１内の槽
内ガスを膜モジュール３の曝気ガスとして循環使用する
構成である。この場合、硝化・脱窒処理において膜モジ
ュールの曝気が行われる。このため、脱窒処理でも膜モ
ジュールによる被処理水のろ過が可能となり、硝化・脱
窒処理で処理すべき被処理水の水量を一定に保持しよう
とする場合、硝化処理でのみろ過を行う場合に比べて膜
モジュール３の膜面積が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、膜分離方法及び装
置に関し、より詳細には、生物処理槽内の被処理水に浸
漬される膜モジュールにより被処理水をろ過し、生物処
理槽内で硝化・脱窒を交互に行う膜分離方法及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、水域の富栄養化が問題とされ、そ
の主要な原因物質である窒素等の除去技術が重要視され
ている。窒素の除去技術としては、生物学的な硝化脱窒
方法が主流となっている。この硝化脱窒方法は、水中の
アンモニアなどを亜硝酸化菌、硝酸化菌などによって亜
硝酸イオンや硝酸イオンとした後（硝化処理）、この亜
硝酸イオンや硝酸イオン等を脱窒素菌などによって窒素
とする（脱窒処理）ものである。

【０００３】このような生物学的硝化脱窒方法として
は、例えば、特開平７−２４２５９６号公報に開示され
るものがあり、この公報には、図５に示すように、吸引
ポンプ１０６により生物処理槽１００内の膜モジュール
１０２を通して被処理水１０１をろ過すると共に、硝化
・脱窒を交互に行う膜分離方法が開示されている。この
膜分離方法は、膜分離装置１０５において、硝化処理中
は膜モジュール１０２により被処理水１０１をろ過する
と共に、ブロワ１０３により被処理水１０１中へ空気を
導入し、かつ攪拌ポンプ１０４を用いた水流攪拌により
膜モジュール１０２の膜の洗浄を行っている。また、脱
窒処理中は空気の導入を停止し、引き続き膜の洗浄を行
うため攪拌ポンプ１０４により水流攪拌を行っている。
このとき、水流攪拌のみでは膜の洗浄効果が十分でなく
膜の目詰まりが起こりうるため、脱窒処理においては膜
モジュール１０２による被処理水１０１のろ過を一時的
に停止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特開平７−２４２５９６号公報に開示された膜分離方
法においては、脱窒処理中、膜モジュール１０２による
被処理水１０１のろ過を一時的に停止するため、脱窒処
理中の被処理水１０１の処理水量がゼロになる。このた
め、硝化処理及び脱窒処理で処理すべき被処理水１０１
の水量を一定に保持しようとする場合、硝化処理中に処
理すべき被処理水１０１の水量を多くしなければなら
ず、その結果、膜モジュール１０２における膜の面積を
大きくする必要がある。従って、膜モジュール１０２が
大型化され、ひいては膜分離装置１０５が大型化される
こととなる。

【０００５】そこで、本発明は、上記事情に鑑み、膜分
離装置の小型化が可能な膜分離方法及び装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の膜分離方法は、生物処理槽内の被処理水に
浸漬される膜モジュールにより被処理水をろ過すると共
に生物処理槽内で硝化処理及び脱窒処理を交互に行う膜
分離方法において、硝化処理中は、膜モジュールを曝気
する曝気ガスとしての酸素含有ガスを被処理水内に導入
し、脱窒処理中は、酸素含有ガスの導入を停止し、生物
処理槽内に残存する槽内ガスを膜モジュールの曝気ガス
として循環使用することを特徴とする。

【０００７】この膜分離方法によれば、硝化処理中だけ
でなく脱窒処理中にも膜モジュールの曝気が行われる。
このため、脱窒処理においても膜モジュールによる被処
理水のろ過を行うことが可能となる。従って、硝化処理
及び脱窒処理で処理すべき被処理水の水量を一定に保持
しようとする場合、硝化処理でのみろ過を行う場合に比
べて、膜モジュールにおける膜面積が低減される。

【０００８】また、本発明の膜分離装置は、生物処理槽
内の被処理水に浸漬される膜モジュールにより被処理水
をろ過すると共に生物処理槽内で硝化処理及び脱窒処理
を交互に行う膜分離装置において、膜モジュールの下方
位置に酸素含有ガスを送り込むための曝気ガスライン
と、曝気ガスラインに設けられる第１の弁と、一端が生
物処理槽の上部空間に接続され、他端が曝気ガスライン
の第１の弁の下流側の部分に接続される槽内ガスライン
と、槽内ガスラインに設けられる第２の弁と、被処理水
中の溶存酸素濃度又は槽内ガス中の酸素濃度を検出し検
出される酸素濃度に応じて第１の弁及び第２の弁の開閉
を制御し前記生物処理槽内に好気性雰囲気及び嫌気性雰
囲気を交互に形成する制御手段とを備えることを特徴と
する。

【０００９】この膜分離装置は、上記の膜分離方法を実
施する場合に有効である。すなわち、制御手段により被
処理水中の溶存酸素濃度又は槽内ガス中の酸素濃度を検
出しその酸素濃度に応じて第２の弁を閉じ、第１の弁を
開き、好気性雰囲気下で硝化処理を行う。即ち、硝化処
理中は、酸素含有ガスが曝気ガスラインを通って膜モジ
ュールの曝気ガスとして被処理水中に導入される。ま
た、被処理水中の溶存酸素濃度又は槽内ガス中の酸素濃
度を検出しその酸素濃度に応じて第１の弁を閉じて酸素
含有ガスの導入を停止すると共に第２の弁を開き、嫌気
性雰囲気下で脱窒処理を行う。脱窒処理中は、生物処理
槽内に残存する槽内ガスが槽内ガスライン及び曝気ガス
ラインを通って膜モジュールの曝気ガスとして循環使用
される。このように、硝化処理だけでなく脱窒処理にお
いても膜モジュールの曝気が行われるため、脱窒処理に
おいても膜モジュールによる被処理水のろ過を行うこと
が可能となる。従って、硝化処理及び脱窒処理で処理す
べき被処理水の水量を一定に保持しようとする場合、硝
化処理でのみろ過を行う場合に比べて、膜モジュールに
おける膜面積が低減される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の膜分離
装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、
全図中、同一又は相当する構成要素には同一の符号を付
す。

【００１１】図１は、本発明の膜分離装置の好適な実施
形態を示す概略断面図である。図１に示すように、膜分
離装置１０は生物処理槽１を備えている。生物処理槽１
の内部には被処理水２が収容され、この被処理水２は活
性汚泥を含んでいる。また、生物処理槽１には、図示し
ない原水源から延びるラインＬ０が接続され、ラインＬ
０には原水導入弁Ｖ₀が取り付けられると共に、図示し
ない原水ポンプが接続されている。従って、ラインＬ０
を通して原水が被処理水２に導入されるようになってい
る。また、被処理水２内には、膜モジュール３が浸漬さ
れている。膜モジュール３は、複数の平膜エレメント
と、各平膜エレメントを内部に収容するケースとを備え
ている。平膜エレメントとしては、被処理水２の種類に
応じて、ＵＦ膜、ＭＦ膜等のいずれも使用することがで
きる。なお、生物処理槽１内に収容する膜モジュール３
は、１個に限定されず、複数個であってもよい。

【００１２】各平膜エレメントには、集水管（図示せ
ず）が配設され、この集水管に平膜エレメントの膜を透
過した水が処理水として集められるようになっている。
各集水管はラインＬ１に接続され、このラインＬ１には
吸引ポンプ８が接続されている。したがって、この吸引
ポンプ８によって平膜エレメント内に負圧が発生させら
れ、処理水が吸引される。

【００１３】また、生物処理槽１には、曝気ガスライン
Ｌ２が配設され、曝気ガスラインＬ２の一端は、酸素含
有ガス（例えば空気）を収容する酸素含有ガス源に接続
され、他端は、生物処理槽１の上板を貫通し被処理水２
中の膜モジュール３の下方位置まで延びている。また、
曝気ガスラインＬ２には、大気入口弁（第１の弁）Ｖ₁
が取り付けられ、その下流側には、酸素含有ガスなどの
曝気ガスを生物処理槽１内に送り込むための攪拌ブロワ
４が取り付けられている。

【００１４】また、生物処理槽１の上部には、被処理水
２から生じるガスから水を除去するミストセパレータ５
が配設され、ミストセパレータ５からは、分離された水
を被処理水２に戻すチューブ１１が垂下している。ま
た、生物処理槽１には、槽内ガスラインＬ３が配設さ
れ、その一端はミストセパレータ５を介して生物処理槽
１の上部空間に接続され、その他端は、曝気ガスライン
Ｌ２の大気入口弁Ｖ₁と攪拌ブロワ４との間の部分に接
続されている。槽内ガスラインＬ３には、循環ガス弁
（第２の弁）Ｖ₂が取り付けられている。

【００１５】また、槽内ガスラインＬ３からは、このラ
インＬ３と連通するラインＬ５が分岐しており、その先
端は、シールポット９内の水の中に漬けられている。シ
ールポット９は、生物処理槽１内の余剰ガスを排出して
生物処理槽１の内圧を調整するためのものである。

【００１６】更に、槽内ガスラインＬ３には、ガス中の
酸素濃度（以下、「ＤＯＧ」という）を測定する酸素濃
度計７が配設され、生物処理槽１には、被処理水２中の
溶存酸素濃度（以下、「ＤＯＬ」という）を測定する溶
存酸素濃度計６が配設されている。また、生物処理槽１
の上部には排気弁Ｖ₃が取り付けられている。また、膜
分離装置１０には、シーケンスコントローラ１２が設け
られ、このシーケンスコントローラ１２は、酸素濃度計
７で検出される槽内ガス中の酸素濃度に応じて、原水ポ
ンプ、原水導入弁Ｖ₀、吸引ポンプ８、攪拌ブロワ４、
大気入口弁Ｖ₁、循環ガス弁Ｖ₂及び排気弁Ｖ₃を制御す
るようになっている。なお、シーケンスコントローラ１
２、溶存酸素濃度計６、酸素濃度計７により制御手段が
構成されている。

【００１７】次に、前述した構成を有する膜分離装置１
０の動作について図２〜図４を参照して説明する。図２
は、本発明の膜分離方法の一例を示すフローチャート、
図３は、シーケンスコントローラ１２の作動図、図４
は、硝化処理及び脱窒処理における酸素濃度の経時変化
の一例を示すグラフである。

【００１８】まず、吸引ポンプ８を作動させて、被処理
水２を膜モジュール３の膜を通してろ過する（図３参
照）。そして、被処理水２のろ過を行ったまま、まず、
被処理水２の硝化処理を行う。硝化処理にあたっては、
シーケンスコントローラ１２により循環ガス弁Ｖ₂及び
排気弁Ｖ₃を開くと共に大気入口弁Ｖ₁を開き、攪拌ブロ
ワ４を作動させる（図３参照）。この結果、図２に示す
ように、曝気ガスラインＬ１の他端から酸素含有ガスが
導入され、曝気ガスラインＬ１の一端から被処理水２内
に空気が曝気ガスとして導入され、空気による膜モジュ
ール３の曝気が行われる（Ｓ１０１）。

【００１９】このとき、生物処理槽１内に好気性雰囲気
が形成され、この好気性雰囲気において亜硝酸化菌、硝
酸化菌等の働きによって被処理水２中のアンモニア、そ
の他の窒素成分が酸化され、亜硝酸、硝酸等になる。

【００２０】ところで、硝化処理は、ＤＯＬが影響し、
ＤＯＬが小さいと、硝化反応が遅くなり、ＤＯＬが高い
と反応が進む。しかし、ＤＯＬが一定値以上になると反
応速度は定常状態に達する。そこで、被処理水２中にお
いては、ＤＯＬが一定値となるように制御する。この場
合、反応の初期においては、ＤＯＬが一定値に達するま
で排気弁Ｖ₃も開き、ＤＯＬが一定値を越える場合に
は、排気弁Ｖ₃を閉じると共に循環ガス弁Ｖ₂を開き、大
気入口弁Ｖ₁及び循環ガス弁Ｖ₂の開度を調整してＤＯＬ
が一定値に戻るようにする。なお、一定値は、被処理水
２に投入される原水の種類や量によって異なるが、例え
ば３ｍｇ／Ｌである。

【００２１】そして、硝化処理の後期においては、硝化
処理の次の処理である脱窒処理の準備処理を行う。この
準備処理においては、脱窒処理に先立ち、予めＤＯＬや
ＤＯＧを低減させる。このようにするのは、次の理由に
よる。すなわち、脱窒処理においてＤＯＬ及びＤＯＧが
多いと、被処理水２中の炭素源が硝酸化菌や亜硝酸化菌
などによって消費され、硝酸や亜硝酸等を窒素ガスに変
換しうる脱窒素菌による反応が十分に起こらず、脱窒処
理が十分に行われなくなる。このため、脱窒処理におい
て、被処理水２に添加すべき炭素源の添加量を増加させ
る必要が生じる。

【００２２】この準備処理においては、ＤＯＧの大きさ
によって異なる操作を行う。すなわち、図２に示すよう
に、脱窒処理の準備を行う時点でＤＯＧが５％以下であ
る場合（Ｓ１０４）、まず、シーケンスコントローラ１
２により大気入口弁Ｖ₁、および排気弁Ｖ₃を閉じて空気
の導入を停止する（Ｓ１０２）。そして、循環ガス弁Ｖ
₂は開いた状態にしておく（図３参照）。

【００２３】この結果、生物処理槽１内に残存する槽内
ガスは、ミストセパレータ５を通って気液分離され槽内
ガスラインＬ２を通り、曝気ガスラインＬ１に送り込ま
れ、曝気ガスとして曝気ガスラインＬ１を通り、曝気ガ
スラインＬ１の一端から被処理水２内に導入されて膜モ
ジュール３の曝気を行う。このような工程を繰り返すこ
とにより、図２に示すように、槽内ガスは、膜モジュー
ル３の曝気ガスとして循環使用される（Ｓ１０３）。

【００２４】このとき、槽内ガスにおいては、槽内ガス
が循環使用されている間に槽内ガス中の酸素が被処理水
２中の活性汚泥の自己呼吸で消費され、その結果、ＤＯ
Ｌ及びＤＯＧともに減少し、ほとんどゼロになる（図４
参照）。このため、次の脱窒処理において、脱窒素菌に
よって十分に反応が起こり、脱窒処理が十分に行われる
ようになる。従って、脱窒処理において、脱窒処理に必
要な炭素源を必要以上に被処理水２に添加する必要がな
くなる。

【００２５】また、脱窒処理の準備を行う時点でＤＯＧ
が５％を越える場合、被処理水２中の活性汚泥の自己呼
吸で消費される酸素容量と、呼吸によって発生する炭酸
ガス量容量とのバランスがくずれ、ＤＯＧやＤＯＬが減
少するにつれて生物処理槽１の内部が負圧となり、準備
処理終了時の間近で大気を吸い込み、その結果、生物処
理槽１内のＤＯＬの低下に時間がかかる可能性がある。

【００２６】そこで、ＤＯＧが５％を越える場合には、
シーケンスコントローラ１２により大気入口弁Ｖ₁を閉
じ、循環ガス弁Ｖ₂および排気弁Ｖ₃を開き、この状態で
槽内ガスを膜モジュール３の曝気ガスとして循環使用す
る。そして、ＤＯＧが５％以下になった時点で、排気弁
Ｖ₃を閉じ、更に槽内ガスを膜モジュール３の曝気ガス
として循環使用する。

【００２７】このようにして、ＤＯＬやＤＯＧが減少
し、生物処理槽１内に嫌気性雰囲気が形成されたなら
ば、脱窒処理を行う。この場合、図２に示すように、シ
ーケンスコントローラ１２により、脱窒処理の初期にお
いて、原水導入弁Ｖ₀及び原水ポンプを作動させて原水
を投入する（Ｓ１０５、図３参照）。原水中に炭素源が
少ない場合（通常は、有機炭素源が流入窒素濃度の２．
５倍量に満たない場合）は、有機炭素源としてメタノー
ルなども投入する。このとき、嫌気性雰囲気において亜
硝酸、硝酸等が、有機炭素源を必要とする原水中の脱窒
素菌の働きによって窒素ガスに還元される。

【００２８】なお、生物処理槽１内に原水を投入する場
合は、処理水の水質を一定にする観点から、原水投入中
は、膜モジュール３による被処理水２の吸引を停止する
ことが好ましい。この場合、槽内ガスにより膜モジュー
ル３を曝気して膜モジュール３の膜の洗浄を行う。この
ときの膜の洗浄は、例えば３〜５分程度である。

【００２９】原水投入後は、シーケンスコントローラ１
２により大気入口弁Ｖ₁、及び排気弁Ｖ₃を閉じ、循環ガ
ス弁Ｖ₂のみ開いておく（図３参照）。この結果、生物
処理槽１内に残存する槽内ガスは、ミストセパレータ５
を通って気液分離され槽内ガスラインＬ３を通り、曝気
ガスラインＬ２に送り込まれ、曝気ガスとして曝気ガス
ラインＬ２を通り、曝気ガスラインＬ２の先端から被処
理水２内に導入されて膜モジュール３の曝気を行う。こ
こで、槽内ガスは、脱窒処理に先立ち槽内ガス中のＤＯ
Ｇが予めほぼゼロとなっており、かつ脱窒処理で発生す
るＮ₂とＣＯ₂とで構成されている。このため、嫌気条件
下で膜モジュール３の曝気が行われる。生物処理槽１中
の余剰ガスは、シールポット９から排出される。以後、
膜分離装置１０を引き続き作動させる場合には、図２に
示すように、上記の硝化処理、及び脱窒処理を順次に繰
り返して行う（Ｓ１０６）。

【００３０】このように、硝化処理のみならず脱窒処理
においても膜モジュール３の曝気が行われ、膜モジュー
ル３の膜の洗浄が脱窒処理においても十分に行われる。
このため、脱窒処理においても被処理水２のろ過を行う
ことが可能となる。従って、硝化処理及び脱窒処理で処
理すべき被処理水２の水量を一定に保持しようとする場
合、硝化処理でのみろ過を行う場合に比べて、硝化処理
中の被処理水２の処理水量を低減することができる。従
って、膜モジュール３において必要な膜面積を低減する
ことができ、ひいては膜分離装置１０を小型化すること
が可能となる。

【００３１】なお、本発明は、前述した実施形態に限定
されるものではない。例えば、硝化処理中に被処理水２
中に導入される酸素含有ガスとしては、空気に限らず、
酸素を用いることもできる。

【００３２】また、原水は、脱窒処理中に間欠的に投入
されてもよく、また、硝化処理中に投入されてもよい。
脱窒処理中に原水を投入する場合、被処理水２のろ過を
停止すると共に槽内ガスを引き続き被処理水２中に導入
する。また、硝化処理中に原水を投入する場合、被処理
水２のろ過を停止すると共に酸素含有ガスを引き続き被
処理水２中に導入する。

【００３３】更に、原水ポンプ、原水導入弁Ｖ₀、吸引
ポンプ８、攪拌ブロワ４、大気入口弁Ｖ₁、循環ガス弁
Ｖ₂及び排気弁Ｖ₃は、シーケンスコントローラ１２によ
り酸素濃度計７で検出される槽内ガス中の酸素濃度に応
じて制御されることとしたが、これらは、溶存酸素濃度
計６で検出される溶存酸素濃度に応じて制御されてもよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の膜分離方法
及び装置によれば、硝化処理中だけでなく脱窒処理中に
も膜モジュールの曝気が行われるため、脱窒処理におい
ても膜モジュールによる被処理水のろ過を行うことが可
能となる。従って、硝化処理及び脱窒処理で処理すべき
被処理水の水量を一定に保持しようとする場合、硝化処
理においてのみろ過を行う場合に比べて、膜モジュール
における膜面積を低減することができ、ひいては膜分離
装置を小型化することが可能となる。

【００３５】本発明の膜分離方法及び装置は、種々の用
途、例えば産業排水の生物処理、ＣＰ（コミュニティプ
ラント、団地汚水処理施設）の生物処理、浸出水処理、
農村集落排水及び小規模下水の生物処理、その他の有機
排水の脱窒処理を含む生物処理などに適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の膜分離装置の一実施形態を示す概略断
面図である。

【図２】本発明の膜分離方法の一例を示すフローチャー
トである。

【図３】本発明に用いるシーケンスコントローラの作動
図である。

【図４】硝化処理及び脱窒処理における酸素濃度の経時
変化の一例を示すグラフである。

【図５】従来の膜分離装置を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１…生物処理槽、２…被処理水、３…膜モジュール、６
…溶存酸素濃度計（制御手段）、７…酸素濃度計（制御
手段）、１２…シーケンスコントローラ、Ｌ２…曝気ガ
スライン、Ｌ３…槽内ガスライン、Ｖ₁…大気入口弁
（第１の弁）、Ｖ₂…循環ガス弁（第２の弁）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生物処理槽内に配設される膜モジュール
により被処理水をろ過すると共に前記生物処理槽内で硝
化処理及び脱窒処理を交互に行う膜分離方法において、前記硝化処理中は、酸素含有ガスを前記被処理水中に導
入して前記酸素含有ガスにより前記膜モジュールを曝気
し、前記脱窒処理中は、前記酸素含有ガスの導入を停止
し、前記生物処理槽内に残存する槽内ガスを前記膜モジ
ュールの前記曝気ガスとして循環使用することを特徴と
する膜分離方法。
【請求項２】前記硝化処理の後期に、前記酸素含有ガ
スの導入を停止し、前記生物処理槽内に残存する前記槽
内ガスを前記曝気ガスとして循環使用することによっ
て、前記被処理水中の溶存酸素濃度又は前記槽内ガス中
の酸素濃度を一定値以下に調整することを特徴とする請
求項１に記載の膜分離方法。
【請求項３】前記脱窒処理の初期に前記被処理水とな
るべき原水を投入すると共に、前記膜モジュールによる
前記被処理水のろ過を停止することを特徴とする請求項
１又は２に記載の膜分離方法。
【請求項４】生物処理槽内に配設される膜モジュール
により被処理水をろ過すると共に前記生物処理槽内で硝
化処理及び脱窒処理を交互に行う膜分離装置において、前記膜モジュールの下方位置に酸素含有ガスを送り込む
ための曝気ガスラインと、前記曝気ガスラインに設けられる第１の弁と、一端が前記生物処理槽の上部空間に接続され、他端が前
記曝気ガスラインの前記第１の弁の下流側の部分に接続
される槽内ガスラインと、前記槽内ガスラインに設けられる第２の弁と、前記被処理水中の溶存酸素濃度又は前記槽内ガス中の酸
素濃度を検出しその酸素濃度に応じて前記第１の弁及び
前記第２の弁の開閉を制御し前記生物処理槽内に好気性
雰囲気及び嫌気性雰囲気を交互に形成する制御手段と、を備えることを特徴とする膜分離装置。