JP2008168219A

JP2008168219A - 膜分離活性汚泥処理装置

Info

Publication number: JP2008168219A
Application number: JP2007004596A
Authority: JP
Inventors: Kenji Honjo; 賢治本城; Masahiro Nakamaru; 昌弘中丸
Original assignee: Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: JP5366364B2

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑制しつつ膜分離ユニットへの負担を軽減することが可能な膜分離活性汚泥処理装置を提供する。
【解決手段】ばっ気槽４中の原水を槽外に送出する際に原水の固液分離を行う膜濾過ユニットを備えるとともに、モータ２４を駆動源としたブロア２０から供給されるエアを原水中に気泡として放出して膜濾過ユニット５の膜表面を洗浄する散気発生装置１５を備えた膜分離活性汚泥処理装置において、モータ２４の負荷を検出する電流センサ３２を設け、この電流センサ３２の検出結果に基づいて、モータ２４の負荷が所定の負荷よりも低いと判定された場合に、原水の送出を停止させることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

この発明は、膜分離活性汚泥処理装置に関するものである。

従来から、下水道処理や産業排水処理などの水処理を行う膜分離活性汚泥処理装置が知られている。この膜分離活性汚泥処理装置では、処理槽内に中空糸膜などのフィルタを複数備えた膜分離ユニットを浸漬し、この膜分離ユニットを介して処理槽内の原水の不純物を分離除去した処理水を、処理水導出管路経由で処理槽外に導出するようになっている。また、この膜分離ユニットを用いた場合、原水中に含まれる懸濁物質や有機物等がフィルタの一時側に付着する目詰まりなどの、いわゆる膜のファウリングが生じてしまうため、ブロアによって膜分離ユニットの下方の散気装置にエアを送り込み、この散気装置から放出される微細な気泡によって膜のバブリング洗浄を行っている。

一般に、ファンとモータとで構成されたブロアによってエアを処理槽内の散気装置に送り込んで気泡を放出させているが、例えば、何らかの原因でモータの負荷が増加して駆動電流の値が上昇するような異常状態となった場合には、正常にバブリング洗浄が行えないものと判定してモータの駆動とともに膜分離ユニットに接続されたポンプを停止するようになっている。しかし、例えば、ブロアのモータからファンへの駆動力を伝達するファンベルトが外れたり破断してモータの動力がファンへ伝達されない場合、モータは通常通り回転を続けるものの散気装置にエアが送り込まれなくなりバブリング洗浄が行われない状態となる。そのため、処理水導出管路経由で処理水が流れ続けると、膜のファウリングが進行してしまい膜分離ユニットへの負担が増加する虞があった。

そこで近年、膜分離ユニットの負担を軽減すべく、処理水導出管路に、ブロアの吐出側の圧力を受けて弁体を開方向へ作動させる受圧部を設け、ブロアの吐出側に発生している所定の圧力が受圧部に作用しているときにだけ弁体を開放して処理水導出管路に処理水を流過させる膜分離活性汚泥処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−３０５８８５号公報

しかしながら、上述した膜分離活性汚泥処理装置では、ブロアの吐出側から分岐して処理水導出管路に設けられた受圧部に至る管路を設ける必要があるため、部品点数が増加して装置が複雑化しまうという課題がある。

そこで、この発明は、部品点数の増加を抑制しつつ膜分離ユニットへの負担を軽減することが可能な膜分離活性汚泥処理装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、処理槽（例えば、実施の形態におけるばっ気槽４）中の原水を槽外に送出する際に前記原水の固液分離を行う膜分離手段（例えば、実施の形態における膜濾過ユニット５）を備えるとともに、モータ（例えば、実施の形態におけるモータ２４）を駆動源とした送気手段（例えば、実施の形態におけるブロア２０）から供給されるエアを原水中に気泡として放出して前記膜分離手段の膜表面を洗浄する散気手段（例えば、実施の形態における散気発生装置１５）を備えた膜分離活性汚泥処理装置において、前記モータの負荷を検出する負荷検出手段（例えば、実施の形態における電流センサ３２）を設け、該負荷検出手段の検出結果に基づいて、前記モータの負荷が所定の負荷よりも低いと判定された場合に、前記原水の送出を停止させることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記モータの電流値を検出する電流センサ（例えば、実施の形態における電流センサ３２）を備え、該電流センサの検出結果に基づいて前記モータの負荷を判定することを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、負荷検出手段によってモータ負荷の低下を検出することができるため、モータの負荷が所定の負荷よりも低くなった場合に、送気手段のモータに接続されている例えばファンベルトが外れたり破断している異常状態であると判定することができるため、処理槽内の原水の槽外への送出を停止させることができる。したがって、散気手段による膜の洗浄が行われない状態で原水を送出し続けることを防止することができ、従来のように管路を増設する場合と比較して部品点数を低減しつつ膜分離手段のファウリング進行を抑制することができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、モータの電流値を電流センサによって検出し、この電流センサの検出結果に基づいてモータの負荷を判定することができるため、例えば、従来から過電流などを監視するためにモータに設けられている電流センサを有効利用してファンベルトの異常状態を検出することができる。したがって、部品点数を増加させることなしにモータ負荷の低下を検出することができる効果がある。

以下、この発明の実施の形態における膜分離活性汚泥処理装置の一例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、この実施の形態の膜分離活性汚泥処理装置は、排水中の比較的大きな固形分を除去する微細目スクリーン１を備えており、この微細目スクリーン１を通過させた排水を原水調整槽２に導入するようになっている。

原水調整槽２は、微細目スクリーン１を通過した排水を貯留するものであって、この排水液面を図示せぬ液面計測器によって測定可能になっている。この測定結果に基づいて、原水調整槽２の出口管路に設けられた第１送液ポンプＰ１を間欠作動することで原水調整槽２内の液面高さを所定の範囲内で調整するように構成されている。

また、原水調整槽２には、出口管路を介して無酸素槽３が接続されている。この無酸素槽３はいわゆる脱窒反応を行うものであり、この無酸素槽３中の原水は、ばっ気によって酸化反応を行うばっ気槽（処理槽）４との間で循環可能になっている。ここで、原水調整槽２から第１送液ポンプＰ１によって無酸素槽３に送られた原水は、無酸素槽３から溢流し、この溢流した原水がばっ気槽４に流れ込む。

ばっ気槽４は、多数基の膜濾過ユニット（膜分離手段）５が浸漬され、この膜濾過ユニット５によって原水に含まれる懸濁物質や有機物等の固体と処理水とに固液分離される。この膜濾過ユニット５のそれぞれに管路２２ａが接続され、管路２２ａは、それぞれ吸引ポンプＰｖが介装された吸引管路２２に合流接続されており、この吸引ポンプ（Ｐ）Ｐｖを吸引作動させることで、原水が膜濾過ユニット５にて活性汚泥と処理水とに分離されるようになっている。なお、管路２２ａには、それぞれ開閉バルブ２３が介装されている。

また、ばっ気槽４には、汚泥貯蔵槽７が接続されている。この汚泥貯蔵槽７には、ばっ気槽４内にてばっ気処理されて生育した汚泥の固形分が自重で槽底部へと沈殿したものが貯蔵されるようになっている。さらに、ばっ気槽４には、膜濾過ユニット５にて固液分離されて得られた処理水を一時的に貯める処理水槽８が接続されており、この処理水槽８に貯められた処理水が出口管路を介して適宜排水されるようになっている。また、ばっ気槽４内部の汚泥の一部は第２送液ポンプＰ２によって無酸素槽３へ返送されて循環するようになっている。

膜濾過ユニット５は、中空糸膜の長さ方向を上下方向に沿って配した複数枚の中空糸膜エレメント（図示せず）を並列させて支持固定した中空糸膜モジュール９と、この中空糸膜モジュール９の下方に所要の間隔を置いて配置され、中空糸膜モジュール９の膜をエアスクラビング（またはバブリングとも言う）により洗浄する散気発生装置（散気手段）１５とを備えている。なお、中空糸膜モジュール９を構成する中空糸膜エレメントは、多数本の多孔性中空糸膜を平行に並列配置させた中空糸膜シートの上端開口端部をポッティング材を介して処理水取出し管に連通支持させ、濾過水取出し管及び下枠により固定支持したものである。

この膜分離活性汚泥処理装置によれば、原水は無酸素槽３及びばっ気槽４において、活性汚泥により生物学的に浄化される。窒素の除去は、無酸素槽３とばっ気槽４との間で汚泥を循環させることにより、いわゆる硝化脱窒反応によってなされる。生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）に換算される有機物は、主としてばっ気槽４内に配置されたばっ気装置である膜濾過ユニット５の散気発生装置１５から排出される空気により好気的に酸化され分解される。またリンの除去は、汚泥中の微生物（リン蓄積細菌）の作用によりポリリン酸として微生物の体内に取り込まれることにより行われる。この微生物は好気状態においてリンを取り込み、嫌気状態において体内に蓄えたリンを放出する。リン蓄積細菌は嫌気状態、好気状態を繰り返して晒されると、嫌気状態で放出したリンの量より多くのリンを好気状態で吸収する。

また、生物由来の排泄物や死骸などの窒素化合物の一部は、肥料として植物やバクテリアに同化される。また、こうした窒素化合物の一部は、酸素の多い好気条件下で独立栄養アンモニア最近や独立亜硝酸酸化細菌により、亜硝酸、硝酸へと酸化される。他方、酸素がない嫌気条件下では、脱窒菌と呼ばれる微生物が酸素に代わって硝酸から亜硝酸を生成し、さらには一酸化二窒素、窒素ガスへと還元する。この還元反応が上記硝化脱窒反応と称される。

無酸素槽３及びばっ気槽４の間での汚泥の循環は、どちらの槽からポンプを用いて送液するかは必ずしも限定されないが、通常は第２送液ポンプＰ２を用いてばっ気槽４から無酸素槽３へと送液し、無酸素槽３から溢流によってばっ気槽４に流入させる。ここで、ばっ気槽４からの循環液が無酸素槽３に入る部位における溶存有機物濃度（以下、ＤＯＣと呼ぶ）を０．２ｍｇ／Ｌ以下、および、ばっ気槽４より循環液を取り出す部位のＤＯＣを０．５ｍｇ／Ｌ以下のうち少なくともいずれかの条件とすると安定化するため好ましい。なお、ＤＯＣの測定は隔膜電極法による通常のＤＯ計を用いて測定することができる。

ばっ気槽４からの循環液を取り出す部位６のＤＯＣを０．５ｍｇ／Ｌ以下とするためには、ばっ気槽４から無酸素槽３へ汚泥を取り出す部位を汚泥の滞留部とすることが好ましい。汚泥の滞留部とは、ばっ気による汚泥の流動の影響を受けにくい部位を意味する。例えば、膜濾過ユニット５とばっ気槽４の底部との間に空間を設けてやると、膜濾過ユニット５の下の部分に存在する汚泥はよく攪拌されないため滞留部となる。

したがって、図１に示すように、膜濾過ユニット５の位置よりも下から汚泥を取り出すことにより、ばっ気槽４より循環液を取り出す部位６のＤＯＣを０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。なお、ばっ気槽４内に複数基の膜濾過ユニット５が並列状態で配置されている場合は、循環液を取り出す部位６を散気発生装置１５の下方とする。また、膜濾過ユニット５から汚泥を取り出す部位までは２０ｃｍ以上下方に離間することが好ましく３０ｃｍ以上離間することがさらに好ましい。

ばっ気槽４内における汚泥の流動は、主として膜濾過ユニット５によるばっ気部分において空気の噴出し口から気泡の上昇に伴って汚泥も上昇し、ばっ気されていない部分において汚泥が下降し、これにより全体が攪拌される。この際、ばっ気槽４内の汚泥の酸素利用速度を高く維持すると、ばっ気されていない部分で酸素が急速に消費されることからばっ気槽４中溶存酸素が低くなる部位を形成しやすくなる。ここで、ばっ気槽４内の汚泥の酸素利用速度とは、ばっ気槽４のばっ気されている部分から取った汚泥の酸素利用速度をいい、測定方法は下水道試験方法（１９９７年、社団法人日本下水道協会）にしたがって求めることができる。

ところで、図２に示すように、ばっ気槽４内に浸漬された膜濾過ユニット５の散気発生装置１５には給気管１８を介してブロア（Ｂ；送気手段）２０が接続されている。このブロア２０は、エアを送出するファン（Ｆ）２１と、このファン２１を駆動するモータ（Ｍ）２４とを備えている。より具体的には、ファン２１の従動軸２１ａの軸端に設けられたプーリ２５と、モータ２４の駆動軸２４ａの軸端に設けられたプーリ２６とに渡ってファンベルト２７が巻回されており、モータ２４の駆動軸２４ａの回転がファンベルト２７を介してファン２１の従動軸２１ａに伝達されるようになっている。また、モータ２４には、制御部３０からの制御指令を受けてモータ２４の駆動電流を制御するドライバ（Ｄ）３１が接続されており、さらに、これらモータ２４とドライバ３１との間にモータ２４の駆動電流を検出する電流センサ（Ａ；負荷検出手段）３２が介装されている。なお、図示都合上、図２では開閉バルブ１９，２３を省略している。

制御部３０は、膜濾過ユニット５の出口側に接続されている吸引ポンプＰｖのＯＮ，ＯＦＦを、電流センサ３２の検出結果に基づいて制御するようになっている。より具体的には、制御部３０は、電流センサ３２による検出の結果、モータ２４の負荷が低下してモータ２４の駆動電流が所定値（例えば、４Ａ程度）以下に減少した場合に吸引ポンプＰｖをＯＦＦ状態に制御して処理水の吸引を停止すように設定されている。なお、駆動電流の所定値とは、ハンチングすることなしにモータ２４の負荷減少に伴う駆動電流の低下を判定することができる適宜の電流値である。

次に、上記した実施の形態における膜分離活性汚泥処理装置の作用を説明する。
まず、操作者からの始動操作があると、制御部３０はブロア２０のドライバ３１に対してモータ２４の駆動指令を出力し、その結果ブロア２０と吸引ポンプＰｖとが始動する。すると、ドライバ３１はモータ２４への通電を開始し、電力が供給されたモータ２４の駆動軸２４ａが回転を始める。そして、プーリ２６、ファンベルト２７、プーリ２５を介してファン２１にモータ２４の回転が伝達されて散気発生装置１５にエアが供給される。ここで、散気発生装置１５にエアが供給されると、散気発生装置１５の複数の孔（図示せず）からばっ気槽４中に微細な気泡が放出され、これらの気泡が膜濾過ユニット５の中空糸膜モジュールを構成する中空糸膜エレメントの表面に接触しながら上昇することでこの中空糸膜エレメントの外表面がバブリング洗浄される。

また、制御部３０は、上記ブロア２０の始動と略同時に吸引ポンプＰｖをＯＮに制御する。すると、ばっ気槽４内の原水が膜濾過ユニット５にて吸引濾過され、この吸引濾過された処理水がばっ気槽４の外に配置された処理水槽８に排出される。

一方、制御部３０は、電流センサ３２の検出結果を常時監視しており、この電流センサ３２の検出結果に基づいてモータ２４の駆動電流が所定値以下となった場合に、吸引ポンプＰｖの電源をＯＦＦ状態に制御して停止させる。ここで、モータ２４の駆動電流が所定値以下となる場合としては、例えば、経年劣化によってファンベルト２７が破断したり、何らかの原因でファンベルト２７がプーリ２５，２６から脱落してモータ２４の回転がファン２１に伝達されなくなる、あるいは給気管１８が脱落したり破断する場合などがある。

より具体的には、図３に示すように、ファンベルト２７が正常状態でモータ２４の回転がファン２１に伝達されている場合（図３中、矢印よりも左側の領域）、モータ２４にとってファン２１が負荷となっているため、電流センサ３２で検出される電流（図３の縦軸）は、相対的に高い値（例えば１０Ａ程度）となる。これに対して、図３中の矢印のタイミングで例えばファンベルト２７の外れが生じると、モータ２４の負荷となっているファン２１がモータ２４から切り離されて、モータ２４の負荷が急に減少することとなる。そして、この負荷の減少に伴ってモータ２４の消費電力、つまり、駆動電流が大幅に（例えば、３Ａ程度まで）減少し、この電流の減少が電流センサ３２によって検出されることとなる。そして、この電流センサ３２での検出結果を受信した制御部３０は、駆動電流が所定値以下に低下したことでファンベルト２７に何らかの異常が発生してモータ２４の負荷が減少したと判定して吸引ポンプＰｖを停止制御する。

したがって、上述した実施の形態によれば、電流センサ３２によってモータ２４の負荷が低下したことを検出することができるため、モータ２４の負荷が所定の負荷よりも低くなった場合に、ファンベルト２７が外れたり破断している異常状態であると判定して、ばっ気槽４中の原水を吸引ポンプＰｖによって吸引するのを停止させることができ、この結果、散気発生装置１５によるバブリング洗浄が行われない状態で吸引ポンプＰｖが駆動し続けるのを防止することができるため、従来のように管路を増設した場合よりも部品点数を低減しつつ膜のファウリング進行を抑制することができる。そして、この結果、膜の寿命を延ばすことができる。

尚、上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、ファンベルト２７をチェーンに、プーリ２５，２６をスプロケットに置き換えても良い。
また、上記実施の形態では、複数の膜濾過ユニット５をばっ気槽４に浸漬した場合について説明したが、少なくとも一つの膜濾過ユニット５が浸漬されたばっ気槽４であれば良い。

また、上記実施の形態では、モータ２４の負荷が低下したと判定された際に、吸引ポンプＰｖをＯＦＦさせる場合について説明したが、全てのポンプ、すなわち上記実施の形態における第１送液ポンプＰ１、第２送液ポンプＰ２を全て停止制御するようにしても良い。さらに、吸引ポンプＰｖの停止を行う場合について説明したが、分岐管路２２に設けられた開閉バルブ２３を閉塞作動させてばっ気槽４の原水の排出を停止させるようにしてもよい。
また、ばっ気槽４と無酸素槽３との間で原水を循環させる場合の処理について説明したが、膜濾過ユニットが浸漬される好気性の処理槽を備えたものであれば適用することができる。

本発明の実施の形態における膜分離活性汚泥処理装置のシステム構成を示す概略図である。本発明の実施の形態におけるばっ気槽の説明図である。本発明の実施の形態におけるモータの負荷変動による駆動電流の変化を示すグラフである。

符号の説明

４ばっ気槽（処理槽）
５膜濾過ユニット（膜分離手段）
１５散気発生装置（散気手段）
２０ブロア（送気手段）
２４モータ
３２電流センサ（負荷検出手段）
Ｐｖ吸引ポンプ

Claims

処理槽内の原水を槽外に送出する際に前記原水の固液分離を行う膜分離手段を備えるとともに、モータを駆動源とした送気手段から供給されるエアを原水中に気泡として放出して前記膜分離手段の膜表面を洗浄する散気手段を備えた膜分離活性汚泥処理装置において、
前記モータの負荷を検出する負荷検出手段を設け、該負荷検出手段の検出結果に基づいて、前記モータの負荷が所定の負荷よりも低いと判定された場合に、前記原水の送出を停止させることを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置。
前記負荷検出手段は、前記モータの駆動電流を検出する電流センサであり、該電流センサの検出結果に基づいて、駆動電流が所定電流値よりも低いと判定された場合に前記原水の送出を停止させることを特徴とする請求項１に記載の膜分離活性汚泥処理装置。