JP7151177B2 - 水処理装置およびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、水処理装置およびその運転方法に関する。

有機物、微生物（細菌類等）、それらの残骸等を含む被処理水（工業排水、生活排水等）を処理する方法としては、水槽内において被処理水を活性汚泥によって生物化学的に処理するとともに、水槽内に浸漬された膜ユニットによって汚泥と処理水とを固液分離する膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ法）が知られている。
膜ユニットとしては、複数の平型の膜エレメントが互いに平行に配列された膜分離装置と、膜分離装置の下方に配置された複数の散気管（散気器）を有する散気発生装置とを備えたものが知られている。

ＭＢＲ法においては、散気管からの散気（ばっ気）によって、被処理水の生物化学的処理に必要な酸素の供給と、膜エレメントにおける分離膜の洗浄が行われる。
散気管からの散気によって分離膜を効率よく洗浄できる水処理装置としては、膜分離装置の膜エレメントの配列方向の幅をＬとしたとき、膜分離装置の上部と水面との距離をＬ／２以上、水槽の内側壁と膜分離装置の側部との距離をＬ／４以上、膜分離装置の下部と散気管の上部との距離をＬ／４以上、散気管の下部との水槽の底面との距離をＬ／２以上としたものが提案されている（特許文献１）。

この水処理装置においては、被処理水が、散気管からの散気された気泡とともに膜エレメントの間を通って上昇する。膜ユニットの上方においては、気泡が液面から放出される一方、被処理水は、液面付近を水平方向に流れ、水槽の内側壁と膜分離装置の側部との間を通って下降する。散気管の下方まで下降した被処理水は、散気管から散気された気泡とともに再び上昇する。このようにして、散気管からの散気によって被処理水の上昇流と下降流とが良好に循環する旋回流が形成される。そのため、上昇流のブロックに配置される膜分離装置の膜エレメントの分離膜には常に停滞なく気液混合の上昇流が接触し、分離膜の膜面を効果的にスクラビング洗浄できる。

特開平９－７５９３７号公報

しかし、被処理水のＭＬＳＳ（混合液中浮遊物質）濃度が高い（例えば２００００ｍｇ／Ｌ以上）条件下や被処理水の粘度が高い条件下では、膜エレメントの分離膜の揺動性が低下して膜面における汚泥の濃縮が加速される上に、散気管から散気された気泡の流れ（空気道）が固定化されて分離膜の膜面に対する気泡の接触箇所に偏りが生じる。そのため、気泡が接触しない分離膜の膜面に汚泥が堆積するクロッギングが発生し、その結果、膜間差圧の上昇を招き、水処理装置が停止する場合がある。

クロッギングによって分離膜の膜面に堆積した汚泥は、薬品洗浄等のインラインでの洗浄では、膜面から剥離させることが困難である。そのため、膜ユニットをクレーン等によって水槽から引き上げ、膜ユニットから膜エレメントを取り出し、分離膜の膜面に堆積した汚泥を、水道水等を流しかけて物理的に剥離させる必要がある。

本発明は、クロッギングが発生しにくく、クロッギングが発生したときには分離膜の膜面に堆積した汚泥をインラインで容易に剥離できる水処理装置およびその運転方法を提供する。

本発明は、下記の態様を有する。
＜１＞被処理水が供給される水槽と、前記水槽内に配置された膜エレメントと、前記膜エレメントの下方に配置された散気器とを含む水処理装置の運転方法であり、前記水槽の底面から前記被処理水の水面までの高さＷと、前記水槽の底面から前記膜エレメントの上端までの高さＥとがＥ×１．０５＜Ｗの関係を満足した状態で、前記散気器から散気しつつ前記膜エレメントによって前記被処理水の固液分離を行うステップａと、前記高さＷと、前記高さＥと、前記水槽の底面から前記膜エレメントにおいて分離膜が露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態で、前記散気器から散気しつつ前記膜エレメントによって前記被処理水の固液分離を行うステップｂとを有する、水処理装置の運転方法。
＜２＞前記膜エレメントによる前記被処理水の固液分離を停止した状態で、前記散気器から散気するステップｃ’をさらに有する、前記＜１＞の水処理装置の運転方法。
＜３＞被処理水が供給される水槽と、前記水槽内に配置された膜エレメントと、前記膜エレメントの下方に配置された散気器とを備えた水処理装置の運転方法であり、前記膜エレメントによる前記被処理水の固液分離を停止し、かつ前記水槽の底面から前記被処理水の水面までの高さＷと、前記水槽の底面から前記膜エレメントの上端までの高さＥと、前記水槽の底面から前記膜エレメントにおいて分離膜が露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態で、前記散気器から散気するステップｃを有する、水処理装置の運転方法。
＜４＞前記ステップｃの時間が、１日あたり０．５～５分間である、前記＜３＞の水処理装置の運転方法。
＜５＞前記膜エレメントによる前記被処理水の固液分離を停止し、かつ前記散気器からの散気を停止するステップｄをさらに有する、前記＜３＞または＜４＞の水処理装置の運転方法。
＜６＞１～５分間のステップｃと、５５～５９分間のステップｄとを繰り返す、前記＜３＞～＜５＞のいずれかの水処理装置の運転方法。
＜７＞被処理水が供給される水槽と、前記水槽内に配置された膜エレメントと、前記膜エレメントの下方に配置された散気器と、前記膜エレメントによる固液分離の開始および停止、前記散気器による散気の開始および停止、前記水槽への前記被処理水の供給量、ならびに前記水槽からの処理水の吸引量を制御する制御装置とを含み、前記制御装置が、前記水槽の底面から前記被処理水の水面までの高さＷと、前記水槽の底面から前記膜エレメントの上端までの高さＥとがＥ×１．０５＜Ｗの関係を満足するように、前記水槽への前記被処理水の供給量および前記水槽からの前記処理水の吸引量を制御し得るとともに、前記高さＷと、前記高さＥと、前記水槽の底面から前記膜エレメントにおいて分離膜が露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足するように、前記水槽への前記被処理水の供給量および前記水槽からの前記処理水の吸引量を制御し得るものである、水処理装置。

本発明の水処理装置およびその運転方法によれば、クロッギングが発生しにくく、クロッギングが発生したときには分離膜の膜面に堆積した汚泥をインラインで容易に剥離できる。

本発明の水処理装置の一例を示す概略構成図である。 膜ユニットの一例を一部破断して示す斜視図である。 膜ユニットの散気発生装置の一例を示す斜視図である。 中空糸膜が略鉛直方向に延びるように中空糸膜エレメントが配置された水処理装置において、Ｅ×１．０５＜Ｗの関係を満足している状態を示す概略図である。 中空糸膜が略水平方向に延びるように中空糸膜エレメントが配置された水処理装置において、Ｅ×１．０５＜Ｗの関係を満足している状態を示す概略図である。 中空糸膜が略鉛直方向に延びるように中空糸膜エレメントが配置された水処理装置において、Ｍ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足している状態を示す概略図である。 中空糸膜が略水平方向に延びるように中空糸膜エレメントが配置された水処理装置において、Ｍ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足している状態を示す概略図である。 ステップａにおいて水処理装置内に形成される旋回流の一例を示す概略図である。 ステップｂにおいて水処理装置内に形成される旋回流の一例を示す概略図である。 実施例１および比較例２における運転日数に対する膜間差圧の変化を示すグラフである。 実施例１における３０日目の中空糸膜エレメントの写真である。 比較例１における３０日目の中空糸膜エレメントの写真である。 実施例２における運転日数に対する汚泥付着量の変化を示すグラフである。 実施例２における２２日目、２６日目のＮｏ．７の中空糸膜エレメントの写真である。 実施例２における２２日目、２６日目のＮｏ．９の中空糸膜エレメントの写真である。

本明細書および特許請求の範囲において数値範囲を示す「～」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。
図１～図９における寸法比は、説明の便宜上、実際のものとは異なったものである。

＜水処理装置＞
図１は、本発明の水処理装置の一例を示す概略構成図である。水処理装置１は、水槽１０と、被処理水を水槽１０に供給する被処理水供給流路１２と、被処理水供給流路１２の途中に設けられた送液ポンプ１４と、水槽１０内に配置された膜エレメント２０と、膜エレメント２０からの透過水を排出する透過水排出流路２２と、透過水排出流路２２の途中に設けられた吸引ポンプ２４と、膜エレメント２０の下方に配置された散気管３０（散気器）と、散気管３０にエアを供給するブロア３２と、散気管３０とブロア３２とを接続するエア導入管３４と、水槽１０からの余剰汚泥を排出する余剰汚泥排出流路４０と、余剰汚泥排出流路４０の途中に設けられた弁４２と、送液ポンプ１４、吸引ポンプ２４およびブロア３２に電気的に接続された制御装置５０とを備える。

膜エレメント２０としては、公知の分離膜を備えた公知の膜エレメントが挙げられる。
膜エレメント２０の形状としては、平型、円筒型等が挙げられ、高度集積が可能である点から、平型が好ましい。

分離膜の種類としては、精密ろ過膜（ＭＦ膜）又は限外ろ過膜（ＵＦ膜）が好ましい。
分離膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、袋状膜等が挙げられ、容積ベースで比較した場合に膜面積の高度集積が可能であることから、中空糸膜が好ましい。
分離膜の材質としては、有機材料（セルロース、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ４フッ化エチレン等）、金属（ステンレス鋼等）、無機材料（セラミックス等）が挙げられる。分離膜の材質は、被処理水の性状に応じて適宜選択する。

水処理装置１においては、特に限定はされないが、複数の平型の膜エレメント２０が互いに平行に配列された集積体と、集積体の四方の側面を覆うケーシングとを備えた膜分離装置を用いることが好ましい。このような膜分離装置を用いることによって、後述するステップａにおいて膜分離装置内の上昇流と、水槽１０の内側壁と膜分離装置の側部との間の下降流とからなる大きな旋回流が効率よく形成され、また、後述するステップｂにおいて膜分離装置内の上昇流と膜分離装置内の下降流とからなる小さな旋回流（乱流）が効率よく形成される。

水処理装置１においては、図２および図３に示すような、散気管と膜エレメントとが一体化された膜ユニットを用いてもよい。
膜ユニットは、散気発生装置６０と、散気発生装置６０の上部に設けられた膜分離装置７０と、膜分離装置７０の上部に設けられた集水ヘッダ８０とを備える。

散気発生装置６０は、上下が開口した平面視矩形のケーシング６１と；ケーシング６１の４隅から下方に向かって延びる支柱６２と；ケーシング６１の外壁に設けられ、ブロア３２からエア導入管３４を通って供給されるエアをケーシング６１内に供給する接続管６３と；ケーシング６１の内壁に沿って設けられ、接続管６３に連通するエア供給ヘッダ６４と；エア供給ヘッダ６４に直交してその内壁６４ａに接続された複数の散気管３０とを備える。

散気管３０は、ブロア３２から供給されるエアを上方へ吐出するものであり、穴あきの単管やメンブレンタイプのものから構成され、一端はエア供給ヘッダ６４に接続され、他端は閉塞されている。

膜分離装置７０は、散気発生装置６０の４隅から上方に向かって延びるフレーム６５と、フレーム６５に支持され、かつ互いに平行に配列された複数の平型の中空糸膜エレメント２０Ａと、四方の側面を覆うケーシング６６とを備える。

中空糸膜エレメント２０Ａは、長手方向に沿って形成された通路（図示略）を内部に有し、この通路の一端に形成されて縦杆７２の通路と連通する透過水取出口７１ａを有する下枠７１と；下枠７１の両端から上方に向かって延び、長手方向に沿って形成された通路（図示略）を内部に有する一対の縦杆７２、縦杆７３と；縦杆７２、縦杆７３の上端に設けられ、長手方向に沿って形成された通路（図示略）を内部に有し、この通路の一端に形成された透過水取出口７４ａを有する上枠７４と；透過水取出口７４ａに連結された、上方へ向けて屈曲するＬ字継手７５と；縦杆７２、縦杆７３に沿い、水面に対して鉛直方向に配列された多数の中空糸膜７６ａからなる中空糸膜シート７６と；上枠７４および下枠７１の内部の通路に中空糸膜７６ａの端部が開口された状態にて、中空糸膜７６ａの上端および下端を、それぞれ上枠７４、下枠７１に液密に固定、支持するポッティング材７７とを備える。

中空糸膜シート７６を構成する中空糸膜７６ａの本数は、中空糸膜シート７６の１枚あたり５００～５０００本が好ましい。中空糸膜７６ａの本数が５００本未満では、中空糸膜の膜面積が低下し、単位容積あたりの透水量が低下する場合がある。中空糸膜７６ａの本数が５０００本を超えると、膜ユニットの設置面積が大きくなりすぎる。

中空糸膜エレメント２０Ａは、中空糸膜７６ａが弛みを有して略鉛直方向に延びるように配置されることが好ましい。中空糸膜７６ａが略鉛直方向に延びるように配列されることによって、中空糸膜７６ａの表面に固形分が堆積しにくくなり、また、散気管３０からの気泡によって中空糸膜７６ａの表面が効率よく洗浄される。また、中空糸膜７６ａが弛みを有することによって、散気管３０からの気泡によって中空糸膜７６ａが揺動し、中空糸膜７６ａの表面が効率よく洗浄される。
中空糸膜エレメント２０Ａは、中空糸膜７６ａが弛みを有して略水平方向に延びるように配置されてもよい。

集水ヘッダ８０は、中空糸膜エレメント２０Ａの配列方向に沿って設けられる。集水ヘッダ８０は、長手方向に沿って形成された複数の集水口８０ａと、一端が集水口８０ａに連結され、他端が中空糸膜エレメント２０ＡのＬ字継手７５に連結される、下方に屈曲するＬ字継手８１と、集水ヘッダ８０の上面に設けられ、透過水排出流路２２に接続される吸水口８０ｂとを有する。

水槽１０内に膜エレメント２０を直接配置する場合、水槽１０内への膜エレメント２０の配置は、膜エレメント２０近傍の上昇流と、水槽１０の内側壁と膜エレメント２０との間の下降流とからなる大きな旋回流が発生するように、すなわち膜エレメント２０と水槽１０の内側壁との間、および膜エレメント２０と水槽１０の底面との間に適度な間隙が形成されるように設定すればよい。
水槽１０内に膜分離装置（膜ユニット）を配置する場合、水槽１０内への膜分離装置（膜ユニット）の配置は、膜分離装置内の上昇流と、水槽１０の内側壁と膜分離装置の側部との間の下降流とからなる大きな旋回流が発生するように、すなわち膜分離装置の側部と水槽１０の内側壁との間、および膜分離装置の下部と水槽１０の底面との間に適度な間隙が形成されるように設定すればよい。
例えば、特許文献１に記載されているように、膜分離装置の膜エレメント２０の配列方向の幅をＬとしたとき、水槽１０の内側壁と膜分離装置の側部との距離をＬ／４以上、膜分離装置の下部と散気管３０の上部との距離をＬ／４以上、散気管３０の下部との水槽１０の底面との距離をＬ／２以上とする。

制御装置５０は、膜エレメント２０による固液分離の開始および停止、散気管３０による散気の開始および停止、水槽１０への被処理水の供給量、水槽１０からの処理水の吸引量等を制御するものである。
制御装置５０は、処理部（図示略）と、インターフェイス部（図示略）と、カレンダータイマ（図示略）とを有して概略構成される。

カレンダータイマは、年月日および時刻を管理する時計部と、精製水製造装置の運転スケジュールを記憶する記憶部とを有する。カレンダータイマは、記憶部に記憶された設定日時に電気信号を発信できるようにされている。
インターフェイス部は、送液ポンプ１４、吸引ポンプ２４、ブロア３２等と、処理部との間を電気的に接続するものである。
処理部は、カレンダータイマからの電気信号、処理部に入力された操作信号等に基づいて、送液ポンプ１４、吸引ポンプ２４およびブロア３２の駆動等を制御するものである。

処理部は、具体的には、例えば下記の制御を行うものである。
処理部は、後述するステップａにおいては、ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行い、吸引ポンプ２４を駆動させることによって膜エレメント２０による固液分離を行うものである。そして、図４または図５に示すように、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａの上端までの高さＥとがＥ×１．０５＜Ｗの関係を満足するように、送液ポンプ１４の駆動と停止とを繰り返すことによって、水槽１０への被処理水の供給量を制御するものである。

処理部は、後述するステップｂにおいては、ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行い、吸引ポンプ２４を駆動させることによって膜エレメント２０による固液分離を行うものである。そして、図６または図７に示すように、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａの上端までの高さＥと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａにおいて中空糸膜７６ａが露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足するように、送液ポンプ１４の駆動と停止とを繰り返すことによって、水槽１０への被処理水の供給量を制御するものである。

処理部は、後述するステップｃにおいては、吸引ポンプ２４を停止させることによって中空糸膜エレメント２０Ａによる固液分離を停止するものである。そして、図６または図７に示すように、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａの上端までの高さＥと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａにおいて中空糸膜７６ａが露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態で、ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行うものである。

処理部は、後述するステップｄにおいては、吸引ポンプ２４を停止させることによって中空糸膜エレメント２０Ａによる固液分離を停止し、ブロア３２を停止させることによって散気管３０による散気を停止するものである。

なお、処理部は、専用のハードウエアにより実現されるものであってもよく、処理部は、メモリおよび中央演算装置（ＣＰＵ）によって構成され、処理部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
また、制御装置５０には、周辺機器として、入力装置、表示装置等が接続されるものとする。ここで、入力装置とは、ディスプレイタッチパネル、スイッチパネル、キーボード等の入力デバイスのことをいい、表示装置とは、液晶表示装置、ＣＲＴ等のことをいう。

（他の実施形態）
本発明の水処理装置は、被処理水が供給される水槽と、水槽内に配置された膜エレメントと、膜エレメントの下方に配置された散気器と、膜エレメントによる固液分離の開始および停止、散気器による散気の開始および停止、水槽への被処理水の供給量、ならびに水槽からの処理水の吸引量を制御する制御装置とを備え、制御装置が、特定の水位となるように、水槽への被処理水の供給量および水槽からの処理水の吸引量を制御し得るものであればよく、図１～図３に示す水処理装置１に限定されるものではない。

＜水処理装置の運転方法の第１の態様＞
本発明の水処理装置の運転方法の第１の態様は、膜エレメントによる固液分離を行う際に、ステップａおよびステップｂを実施する方法である。
第１の態様においては、膜エレメントによる固液分離を停止している間、少なくともステップｃ’を実施することが好ましい。
第１の態様における各ステップの順番および頻度は、特に限定されない。

ステップａ：膜エレメントに接触する上昇流と、水槽と膜エレメントとの間を通る下降流とからなる大きな旋回流が形成されるような水位において、散気管による散気を行いつつ、膜エレメントによる固液分離を行うステップ。
ステップｂ：膜エレメントに接触する上昇流と、膜エレメントに接触する下降流とからなる小さな旋回流（乱流）が形成されるような水位において、散気管による散気を行いつつ、膜エレメントによる固液分離を行うステップ。
ステップｃ’：膜エレメントによる固液分離を停止した状態で、散気管による散気を行うステップ。

以下、本発明の水処理装置の運転方法の第１の態様について、水処理装置１の運転方法を例にして、具体的に説明する。

（被処理水）
被処理水としては、工業排水、生活排水等が挙げられる。
ＭＢＲ法によって被処理水を処理する場合、被処理水は活性汚泥を含む。
被処理水のＭＬＳＳ濃度は、本発明の効果が十分に発揮される点からは、５０００～１００００ｍｇ／Ｌが好ましく、８０００～１５０００ｍｇ／Ｌがより好ましい。

（ステップａ）
ステップａにおいては、ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行う。また、吸引ポンプ２４を駆動させることによって膜エレメント２０による固液分離を行う。
そして、図４または図５に示すように、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａの上端までの高さＥとがＥ×１．０５＜Ｗの関係を満足するように、送液ポンプ１４の駆動と停止とを繰り返すことによって、水槽１０への被処理水の供給量を制御する。
水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷは、液面センサー（図示略）によって知ることができ、または、被処理水の供給量および処理水の吸引量から計算によって知ることができる。

ステップａにおいては、図８に示すように、Ｅ×１．０５＜Ｗの関係を満足することによって、膜分離装置７０内の上昇流と、膜分離装置７０外の下降流とからなる大きな旋回流が形成される。ステップａにおいては、大きな旋回流が効率よく形成される点から、Ｅ×１．１５≦Ｗの関係を満足することが好ましく、Ｅ×１．２≦Ｗの関係を満足することがより好ましい。

ＥおよびＷが前記関係を満足することによって、図８に示すように、散気発生装置６０内の被処理水が、散気管３０からの散気された気泡とともに膜分離装置７０内の中空糸膜エレメント２０Ａの間を通って上昇する。膜ユニットの上方においては、気泡が液面から放出される一方、被処理水は、液面付近を水平方向に流れ、水槽１０の内側壁と膜分離装置７０の側部との間を通って下降する。水槽１０の底面と散気発生装置６０との間を通って散気管３０の下方まで下降した被処理水は、散気管３０から散気された気泡とともに再び上昇する。このようにして、散気管３０からの散気によって被処理水の上昇流と下降流とが良好に循環する大きな旋回流が形成される。そのため、上昇流のブロックに配置される膜分離装置７０の中空糸膜エレメント２０Ａの中空糸膜７６ａには常に停滞なく気液混合の上昇流が接触し、中空糸膜７６ａの膜面を効果的にスクラビング洗浄できる。

（ステップｂ）
ステップｂにおいては、ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行う。また、吸引ポンプ２４を駆動させることによって膜エレメント２０による固液分離を行う。
そして、図６または図７に示すように、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａの上端までの高さＥと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａにおいて中空糸膜７６ａが露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足するように、送液ポンプ１４の駆動と停止とを繰り返すことによって、水槽１０への被処理水の供給量を制御する。

ステップｂにおいては、Ｍ×０．９５≦Ｗの関係を満足することによって、中空糸膜７６ａが被処理水に浸漬された状態になり、中空糸膜エレメント２０Ａによる固液分離を行うことができる。また、Ｍ×０．９５≦Ｗの関係を満足することによって、中空糸膜エレメント２０Ａの中空糸膜７６ａに気泡が接触し、中空糸膜７６ａの膜面をスクラビング洗浄できる。ステップｂにおいては、中空糸膜７６ａが被処理水に確実に浸漬される点から、Ｍ≦Ｗの関係を満足することが好ましく、Ｍ×１．０１≦Ｗの関係を満足することがより好ましい。

ステップｂにおいては、図９に示すように、Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足することによって、膜分離装置７０内の上昇流と、膜分離装置７０内の下降流とからなる小さな旋回流（乱流）が形成される。なお、膜分離装置７０内の上昇流の一部は、膜分離装置７０から溢れ出し、膜分離装置７０外の下降流となるため、膜分離装置７０内の上昇流と、膜分離装置７０外の下降流とからなる大きな旋回流も形成される。ステップｂにおいては、小さな旋回流（乱流）が効率よく形成される点から、Ｗ≦Ｅ×１．０の関係を満足することが好ましく、Ｗ≦Ｅ×０．９５の関係を満足することがより好ましい。

ＥおよびＷが前記関係を満足することによって、図９に示すように、散気発生装置６０内の被処理水が、散気管３０からの散気された気泡とともに膜分離装置７０内の中空糸膜エレメント２０Ａの間を通って上昇する。中空糸膜７６ａの上端においては、気泡が液面から放出される一方、被処理水は、膜分離装置７０内の中空糸膜エレメント２０Ａの間を通って下降する。散気管３０の下方まで下降した被処理水は、散気管３０から散気された気泡とともに再び上昇する。このようにして、散気管３０からの散気によって被処理水の上昇流と下降流とが入り乱れた小さな旋回流（乱流）が形成される。そのため、中空糸膜エレメント２０Ａの中空糸膜７６ａには常に乱流が接触し、中空糸膜７６ａの膜面を効果的にスクラビング洗浄できる。

なお、本発明の水処理装置の運転方法の第１の態様においては、ステップａとステップｂとを比較的短時間で繰り返して、空気道を固定化させないようにすることによって、クロッギングの発生を抑えてもよいし、ステップａを長時間実施し、クロッギングが発生して膜エレメントの膜間差圧が上昇した際に、ステップｂを実施して分離膜の膜面に堆積した汚泥をインラインで剥離してもよい。

（ステップｃ’）
吸引ポンプ２４を停止し、膜エレメント２０による被処理水の固液分離を停止している間、一時的または連続的にステップｃ’を実施することが好ましい。
ステップｃ’においては、送液ポンプ１４および吸引ポンプ２４を停止し、中空糸膜エレメント２０Ａによる被処理水の固液分離を停止する。
ステップｃ’においては、中空糸膜エレメント２０Ａによる被処理水の固液分離を停止している状態で、ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行う。

ステップｃ’においては、少なくとも、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａにおいて中空糸膜７６ａが露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗの関係を満足した状態であればよい。ＭおよびＷが前記関係を満足することによって、中空糸膜エレメント２０Ａの中空糸膜７６ａに気泡が接触し、中空糸膜７６ａの膜面をスクラビング洗浄できる。

第１の態様においては、ステップｃ’として、後述するステップｃを実施してもよい。
また、第１の態様においては、膜エレメントによる固液分離を停止している間、後述するステップｃに加えて後述するステップｄをさらに実施してもよい。

（作用機序）
以上説明した本発明の水処理装置の運転方法の第１の態様にあっては、Ｅ×１．０５＜Ｗの関係を満足した状態、すなわち膜エレメントに接触する上昇流と、水槽と膜エレメントとの間を通る下降流とからなる大きな旋回流が形成されるような水位において、散気器による散気を行いつつ、膜エレメントによる固液分離を行うステップａと、Ｍ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態、すなわち膜エレメントに接触する上昇流と、膜エレメントに接触する下降流とからなる小さな旋回流（乱流）が形成されるような水位において、散気器による散気を行いつつ、膜エレメントによる固液分離を行うステップｂとを有する。そのため、ステップａとステップｂとでは空気道が異なり、被処理水のＭＬＳＳ濃度が高い（例えば２００００ｍｇ／Ｌ以上）条件下や被処理水の粘度が高い条件下であっても、空気道が固定化されない。そのため、分離膜の膜面に対する気泡の接触箇所に偏りが生じにくく、クロッギングが発生しにくい。

また、本発明の水処理装置の運転方法の第１の態様にあっては、ステップａを長時間実施して、クロッギングが発生したとしても、ステップｂを実施して小さな旋回流（乱流）を発生させることによって、分離膜の膜面に堆積した汚泥をインラインで容易に剥離できる。

また、本発明の水処理装置の運転方法の第１の態様は、膜エレメントによる固液分離を停止した状態で、散気器による散気を行うステップｃ’をさらに有してもよい。膜エレメントによる固液分離を停止した状態においても、ステップｃ’を実施することによって、分離膜の膜面をスクラビング洗浄できる。

（他の実施形態）
本発明の水処理装置の運転方法の第１の態様は、Ｅ×１．０５＜Ｗの関係を満足した状態で、散気器から散気しつつ膜エレメントによって被処理水の固液分離を行うステップａと、Ｍ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態で、散気器から散気しつつ膜エレメントによって被処理水の固液分離を行うステップｂとを有する方法であればよく、図１～図３に示す水処理装置１の運転方法に限定されない。

＜水処理装置の運転方法の第２の態様＞
本発明の水処理装置の運転方法の第２の態様は、膜エレメントによる固液分離を停止している間、少なくともステップｃを実施する方法である。
第２の態様においては、膜エレメントによる固液分離を停止している間、ステップｃに加えてステップｄをさらに実施することが好ましい。
第２の態様における膜エレメントによる固液分離は、上述したステップａやステップｂを有する方法に限定されず、従来公知の方法で実施してもよい。

ステップｃ：膜エレメントによる固液分離を停止した状態、かつ膜エレメントに接触する上昇流と、膜エレメントに接触する下降流とからなる小さな旋回流（乱流）が形成されるような水位において、散気管による散気を行うステップ。
ステップｄ：膜エレメントによる固液分離を停止し、かつ散気管による散気を停止するステップ。

以下、本発明の水処理装置の運転方法の第２の態様について、水処理装置１の運転方法を例にして、具体的に説明する。
第２の態様においては、第１の態様と同じステップには同じ符号を付して説明を省略する。

（ステップｃ）
吸引ポンプ２４を停止し、膜エレメント２０による被処理水の固液分離を停止している間、一時的または連続的にステップｃを実施する。
まず、図６または図７に示すように、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａの上端までの高さＥと、水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａにおいて中空糸膜７６ａが露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足している状態で、送液ポンプ１４および吸引ポンプ２４を停止し、中空糸膜エレメント２０Ａによる被処理水の固液分離を停止する。

ステップｃにおいては、図６または図７に示すように、中空糸膜エレメント２０Ａによる被処理水の固液分離を停止し、かつＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足している状態で、ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行う。

ステップｃにおいては、図９に示すように、Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足することによって、膜分離装置７０内の上昇流と、膜分離装置７０内の下降流とからなる小さな旋回流（乱流）が形成される。なお、膜分離装置７０内の上昇流の一部は、膜分離装置７０から溢れ出し、膜分離装置７０外の下降流となるため、膜分離装置７０内の上昇流と、膜分離装置７０外の下降流とからなる大きな旋回流も形成される。ステップｃにおいては、小さな旋回流（乱流）が効率よく形成される点から、Ｗ≦Ｅ×１．０の関係を満足することが好ましく、Ｗ≦Ｅ×０．９５の関係を満足することがより好ましい。

ＥおよびＷが前記関係を満足することによって、上述したステップｂと同様にして、散気管３０からの散気によって被処理水の上昇流と下降流とが入り乱れた小さな旋回流（乱流）が形成される。そのため、中空糸膜エレメント２０Ａの中空糸膜７６ａには常に乱流が接触し、中空糸膜７６ａの膜面を効果的にスクラビング洗浄できる。

ステップｃの時間は、１日あたり０．５～５分間が好ましく、１～３分間がより好ましく、１．５～２分間がさらに好ましい。ステップｃの時間が前記範囲の下限値以上であれば、クロッギングの発生が十分に抑えられる。ステップｃの時間が前記範囲の上限値以下であれば、ブロア３２を駆動させるための電気代が抑えられる。

（ステップｄ）
吸引ポンプ２４を停止し、膜エレメント２０による被処理水の固液分離を停止している間、一時的に散気管３０からの散気を停止してステップｄを実施することが好ましい。クロッギングの発生が抑えられる点からは、ステップｃとステップｄとは繰り返し実施することが好ましい。ステップｃとステップｄとは繰り返し実施する場合、１～５分間のステップｃと、５５～５９分間のステップｄとを繰り返すことが好ましい。ステップｃの時間が前記範囲の下限値以上であり、ステップｄの時間が前記範囲の上限値以下であれば、クロッギングの発生が十分に抑えられる。ステップｃの時間が前記範囲の上限値以下であり、ステップｄの時間が前記範囲の下限値以上であれば、ブロア３２を駆動させるための電気代が抑えられる。

（作用機序）
以上説明した本発明の水処理装置の運転方法の第２の態様にあっては、膜エレメントによる被処理水の固液分離を停止し、かつＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態、すなわち膜エレメントに接触する上昇流と、膜エレメントに接触する下降流とからなる小さな旋回流（乱流）が形成されるような水位において、散気器から散気するステップｃを有する。そのため、膜エレメントによる被処理水の固液分離によってクロッギングが発生したとしても、ステップｃを実施して小さな旋回流（乱流）を発生させることによって、分離膜の膜面に堆積した汚泥をインラインで容易に剥離できる。また、ステップｃを頻繁に実施すれば、クロッギングが発生しにくい。

また、本発明の水処理装置の運転方法の第２の態様は、膜エレメントによる被処理水の固液分離を停止し、かつ散気器からの散気を停止するステップｄをさらに有してもよい。ステップｄを実施することによって、ブロア３２を駆動させるための電気代が抑えられる。

（他の実施形態）
本発明の水処理装置の運転方法の第２の態様は、膜エレメントによる被処理水の固液分離を停止し、かつＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態で、散気器から散気するステップｃを有する方法であればよく、図１～図３に示す水処理装置１の運転方法に限定されない。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に制限されるものではない。

図２および図３に示す膜ユニットを備えた図１に示す水処理装置１を用い、ＭＢＲ法によって被処理水を処理した。
水処理装置１としては、下記のものを用意した。
・水槽１０：高さ２５００ｍｍ、幅１０００ｍｍ、奥行き１５００ｍｍ。
・中空糸膜エレメント２０Ａ：ポリフッ化ビニリデンのＭＦ膜を装着した中空糸膜エレメント（膜面積：６０ｍ^２）。
・中空糸膜エレメント２０Ａの数：１０個（Ｎｏ．１～Ｎｏ．１０）。
・中空糸膜エレメント２０Ａの配列方向の幅Ｌ：１０００ｍｍ。
・水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａの上端までの高さＥ：１５００ｍｍ。
・水槽１０の底面から中空糸膜エレメント２０Ａにおいて中空糸膜７６ａが露出した部分における上端までの高さＭ：１４００ｍｍ。
・水槽１０の内側壁と膜分離装置７０の側部との距離：１００～２００ｍｍ。
・膜分離装置７０の下部と散気管３０の上部との距離：２００ｍｍ。
・散気管３０の下部との水槽１０の底面との距離：１００ｍｍ。

水処理装置１には、被処理水として生活排水を供給した。
運転開始時の種汚泥としては、他の水処理装置から採取した活性汚泥を用い、この活性汚泥を、被処理水のＭＬＳＳ濃度が２００００ｍｇ／Ｌとなるように添加した。また、運転中の被処理水のＭＬＳＳ濃度が２００００～２２０００ｍｇ／Ｌとなるように、適宜、余剰汚泥排出流路４０からの活性汚泥の引き抜きを行った。

（実施例１）
送液ポンプ１４を駆動させ、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷが１７００ｍｍとなるように、水槽１０に被処理水を供給した。
ブロア３２を駆動させることによって散気管３０による散気を行うとともに、吸引ポンプ２４を駆動させることによって中空糸膜エレメント２０Ａによる固液分離を行った。吸引ポンプ２４については、８分間駆動、２分間停止を繰り返した。吸引ポンプ２４による吸引量は、吸引ポンプ２４を８分間駆動させたときに高さＷが１００ｍｍ下降するような吸引量（２０Ｌ／分）とした。ブロア３２は、常時駆動させた。
運転開始から３０分後、高さＷが１４００ｍｍとなった状態で送液ポンプ１４を駆動させ、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷが１７００ｍｍとなるように、水槽１０に被処理水を再び供給した。

被処理水の供給から次の被処理水の供給までを１サイクルとすると、このサイクルにおいては、下記のステップが下記の時間実施されることになる。
ステップａ：８分→ステップｃ’：２分→ステップａ：ほぼ８分（最後にごく短時間のステップｂ）→ステップｃ：２分→ステップｂ：８分→ステップｃ：２分。
このサイクルを繰り返しながら３０日間連続して水処理装置１の運転を行った。運転日数に対する膜間差圧の変化を図１０に示す。また、３０日目の中空糸膜エレメント２０Ａの写真を図１１に示す。膜間差圧の上昇はほとんどなく、クロッギングは発生しなかった。

（比較例１）
実施例１と同じ条件にて運転を開始した。
運転開始から１０分後、高さＷが１６００ｍｍとなった状態で送液ポンプ１４を駆動させ、水槽１０の底面から被処理水の水面までの高さＷが１７００ｍｍとなるように、水槽１０に被処理水を再び供給した。

被処理水の供給から次の被処理水の供給までを１サイクルとすると、このサイクルにおいては、下記のステップが下記の時間実施されることになる。
ステップａ：８分→ステップｃ’：２分。
このサイクルを繰り返しながら３０日間連続して水処理装置１の運転を行った。運転日数に対する膜間差圧の変化を図１０に示す。また、３０日目の中空糸膜エレメント２０Ａの写真を図１２に示す。運転開始から２０日後、膜間差圧が急激に上昇し、クロッギングが発生した。

（実施例２）
運転を開始した日を０日目とし、０日目から２２日目まで、比較例１と同じ条件にて運転を行った。
２３日目は、実施例１と同じ条件にて運転を行った。
２４日目から２６日目までは、高さｗが１５００ｍｍとなった状態で、吸引ポンプ２４を停止し、ブロア３２を連続して駆動させた（ステップｃ）。

中空糸膜エレメント２０Ａごとの、運転日数に対する汚泥付着量の変化を図１３に示す。また、２２日目、２６日目のＮｏ．７の中空糸膜エレメント２０Ａの写真を図１４に示し、２２日目、２６日目のＮｏ．９の中空糸膜エレメント２０Ａの写真を図１５に示す。運転開始から２２日目までに中空糸膜７６ａに汚泥が多く付着したが、２３日目にステップａとステップｂを繰り返し実施することによって、Ｎｏ．７の中空糸膜エレメント２０Ａで汚泥付着量が３６％減少し、Ｎｏ．９の中空糸膜エレメント２０Ａで汚泥付着量が３８％減少した。また、２４日目から２６日目までにステップｃを実施することによって、Ｎｏ．７の中空糸膜エレメント２０Ａで汚泥付着量がさらに５６％（２３日目から２６日目までの合計で７２％）減少し、Ｎｏ．９の中空糸膜エレメント２０Ａで汚泥付着量がさらに５６％（２３日目から２６日目までの合計で７２％）減少した。

本発明の水処理装置およびその運転方法は、ＭＢＲ法による被処理水（工業排水、生活排水等）の処理に有用である。

１ 水処理装置、
１０ 水槽、
１２ 被処理水供給流路、
１４ 送液ポンプ、
２０ 膜エレメント、
２０Ａ 中空糸膜エレメント、
２２ 透過水排出流路、
２４ 吸引ポンプ、
３０ 散気管、
３２ ブロア、
３４ エア導入管、
４０ 余剰汚泥排出流路、
４２ 弁、
５０ 制御装置、
６０ 散気発生装置、
６１ ケーシング、
６２ 支柱、
６３ 接続管、
６４ エア供給ヘッダ、
６４ａ 内壁、
６５ フレーム、
６６ ケーシング、
７０ 膜分離装置、
７１ 下枠、
７１ａ 透過水取出口
７２ 縦杆、
７３ 縦杆、
７４ 上枠
７４ａ 透過水取出口、
７５ Ｌ字継手、
７６ 中空糸膜シート、
７６ａ 中空糸膜、
７７ ポッティング材、
８０ 集水ヘッダ、
８０ａ 集水口、
８０ｂ、吸水口、
８１ Ｌ字継手、
Ｅ 水槽の底面から膜エレメントの上端までの高さ、
Ｍ 水槽の底面から膜エレメントにおいて分離膜が露出した部分における上端までの高さ、
Ｗ 水槽の底面から被処理水の水面までの高さ。

Claims (10)

1. 被処理水が供給される水槽と、前記水槽内に配置された膜エレメントと、前記膜エレメントの下方に配置された散気器とを含む水処理装置の運転方法であり、
   前記水槽の底面から前記被処理水の水面までの高さＷと、前記水槽の底面から前記膜エレメントの上端までの高さＥとがＥ×１．０５＜Ｗの関係を満足した状態で、前記散気器から散気しつつ前記膜エレメントによって前記被処理水の固液分離を行うステップａと、
   前記高さＷと、前記高さＥと、前記水槽の底面から前記膜エレメントにおいて分離膜が露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態で、前記散気器から散気しつつ前記膜エレメントによって前記被処理水の固液分離を行うステップｂと
   を有する、水処理装置の運転方法。
2. 前記膜エレメントによる前記被処理水の固液分離を停止し、Ｍ×０．９５≦Ｗを満足した状態で、前記散気器から散気するステップｃ’をさらに有する、請求項１に記載の水処理装置の運転方法。
3. 前記ステップａにおいて、前記散気器から散気により、前記膜エレメントに接触する上昇流と、前記水槽と前記膜エレメントとの間を通る下降流とからなる旋回流を形成させつつ、前記膜エレメントによって前記被処理水の固液分離を行い、
   前記ステップｂにおいて、前記散気器から散気により、前記膜エレメントに接触する上昇流と、前記膜エレメントに接触する下降流とからなる旋回流を形成させつつ、前記膜エレメントによって前記被処理水の固液分離を行う、請求項１又は２に記載の水処理装置の運転方法。
4. 被処理水が供給される水槽と、前記水槽内に配置された膜エレメントと、前記膜エレメントの下方に配置された散気器とを備えた水処理装置の運転方法であり、
   前記膜エレメントによる前記被処理水の固液分離を停止し、かつ前記水槽の底面から前記被処理水の水面までの高さＷと、前記水槽の底面から前記膜エレメントの上端までの高さＥと、前記水槽の底面から前記膜エレメントにおいて分離膜が露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足した状態で、前記散気器から散気するステップｃを有する、水処理装置の運転方法。
5. 前記ステップｃにおいて、前記散気器から散気により、前記膜エレメントに接触する上昇流と、前記膜エレメントに接触する下降流とからなる旋回流を形成させる、請求項４に記載の水処理装置の運転方法。
6. 前記ステップｃの時間が、１日あたり０．５～５分間である、請求項４または５に記載の水処理装置の運転方法。
7. 前記膜エレメントによる前記被処理水の固液分離を停止し、かつ前記散気器からの散気を停止するステップｄをさらに有する、請求項４～６のいずれか一項に記載の水処理装置の運転方法。
8. １～５分間のステップｃと、５５～５９分間のステップｄとを繰り返す、請求項４～７のいずれか一項に記載の水処理装置の運転方法。
9. 被処理水が供給される水槽と、
   前記水槽内に配置された膜エレメントと、
   前記膜エレメントの下方に配置された散気器と、
   前記膜エレメントによる固液分離の開始および停止、前記散気器による散気の開始および停止、前記水槽への前記被処理水の供給量、ならびに前記水槽からの処理水の吸引量を制御する制御装置とを含み、
   前記制御装置が、
   前記水槽の底面から前記被処理水の水面までの高さＷと、前記水槽の底面から前記膜エレメントの上端までの高さＥとがＥ×１．０５＜Ｗの関係を満足するように、前記水槽への前記被処理水の供給量および前記水槽からの前記処理水の吸引量を制御し得るとともに、
   前記高さＷと、前記高さＥと、前記水槽の底面から前記膜エレメントにおいて分離膜が露出した部分における上端までの高さＭとがＭ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足するように、前記水槽への前記被処理水の供給量および前記水槽からの前記処理水の吸引量を制御し得るものである、水処理装置。
10. 前記制御装置が、Ｅ×１．０５＜Ｗの関係を満足するように制御し、前記膜エレメントに接触する上昇流と、前記水槽と前記膜エレメントとの間を通る下降流とからなる旋回流を形成させ得るとともに、
    Ｍ×０．９５≦Ｗ≦Ｅ×１．０５の関係を満足するように制御し、前記膜エレメントに接触する上昇流と、前記膜エレメントに接触する下降流とからなる旋回流を形成させ得るものである、請求項９に記載の水処理装置。

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