JP7121823B2 - 膜分離活性汚泥処理装置、膜分離活性汚泥処理方法及び原水供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、膜分離とともに窒素除去を効率的に行うことができる膜分離活性汚泥処理装置、膜分離活性汚泥処理方法及び原水供給装置に関し、特に、窒素を含む下水等の汚水を、浸漬膜を設置した単槽式の反応槽で生物処理し、活性汚泥中の硝化細菌と脱窒細菌との作用で窒素を、生物学的に連続的かつ効率的に除去する膜分離活性汚泥処理装置、膜分離活性汚泥処理方法、及び当該装置に原水を供給するための原水供給装置に関する。

従来から、窒素やリンといった栄養塩を含む下廃水を処理するにあたっては、汚水を反応槽に導入し活性汚泥と共に曝気・攪拌して生物処理を行う活性汚泥法が用いられている。特に近年は、この活性汚泥法によって処理された処理水から固形物を含まない清澄な処理水を得るため、反応槽内に膜分離装置を浸漬させ、処理水を膜分離して排出する膜分離活性汚泥法（Membrane Bioreactor（ＭＢＲ）法）が多用されている。

このような浸漬型の膜分離装置では、膜表面に汚泥が付着してファウリング（膜の目詰まり）が発生するのを防止するために、下部の散気管から空気を吹き込む必要があり、通常はほぼ連続的に散気を行っている。活性汚泥法においては、このような好気状態下では硝化が進行するが、一方で脱窒処理を行うためには槽内を無酸素状態にする必要がある。したがって、膜分離活性汚泥法においては、膜ろ過時の膜面洗浄と硝化処理のための散気の確保と、脱窒処理のための無酸素状態の確保の両立が必要であるが、これを実現する技術として、単一の反応槽内で好気処理（硝化処理）と無酸素処理（脱窒処理）を進行させる膜分離活性汚泥装置および方法が提案されている（特許文献１）。

この特許文献１で提案された装置は、本願の図３に示すように、好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽１と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニット２と、曝気手段４とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽１は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板７によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画のうちの少なくとも一つの区画を、浸漬膜分離ユニット２および曝気手段４が配置された好気区画とし、残りの区画を、好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための区画とし、かつ、反応槽内の液位が仕切板上端よりも高い状態と低い状態とに切り換えるための液位制御手段又は仕切板の高さ制御手段が設けられている、仕切板挿入型の膜分離活性汚泥処理装置（Baffled Membrane Bioreactor（Ｂ－ＭＢＲ法））である。

特許文献１の方法における反応槽１内の液位変動と反応槽に供給される原水の流量変動を図５（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す。この方法では、反応槽１内の液位が最低水位になると原水ポンプ８がＯＮとなり（ｔ＝ｔ_１）、液位が最高水位になると原水ポンプ８がＯＦＦとなる（ｔ＝ｔ_２）よう設定して液位を変化させることにより、仕切板７よりも上の領域を介して両区画の液が流通可能な状態と、仕切板７よりも上に液が存在せず、両区画の液の流通が分断された状態とが作り出される。これにより、膜分離ユニット２は散気管４からの空気の供給下で連続的に作動させながら、仕切板の内部から外部に対し、硝化処理後の硝酸性窒素を含む汚泥混合液と空気の供給を行ったり停止したりすることが可能となる（図３）。その結果、仕切板外部の区画に、好気状態と無酸素状態を一定のサイクルで交互に創出することができ、これにより硝化液循環ポンプを設けることなく、かつ、膜ろ過を停止することなく、単一反応槽内で硝化と脱窒を進行させることが可能となる。

しかしながら、特許文献１に記載された仕切板挿入型の膜分離活性汚泥処理法では、窒素除去効率を更に向上させることが望まれていた。

特開２００４－２６１７１１号公報

本発明は、上記従来の課題に鑑み、仕切板挿入型の膜分離活性汚泥処理法において、脱窒を効率的に進行させ、窒素除去効率を更に向上させることが可能な膜分離活性汚泥装置、膜分離活性汚泥方法及び原水供給装置を提供することを目的とする。

本願発明者らは、従来の仕切板挿入型の膜分離活性汚泥処理法において窒素除去効率が十分でない原因について鋭意研究した。その結果、特許文献１の方法では、原水の供給が開始されてから停止されるまで（図５（ａ）および（ｂ）ｔ＝ｔ_１～ｔ_２）に供給された原水中の有機物は、その後仕切板による分断が完了するまでの時点（ｔ＝ｔ_Ｂ）において、仕切板の内部の溶存酸素（ＤＯ）を利用した微生物の呼吸により既に一部が消費されている可能性が高い点に着目した。

そして、特許文献１の方法では、反応槽１内の液位が仕切板７よりも低くなり、仕切板外部の区画が無酸素状態となった時点（図５（ａ）ｔ＝ｔ_Ｂ）から、次に液位が最低水位に達し、原水の供給が開始される時点（ｔ＝ｔ_３）までの間において、無酸素状態で進行する脱窒に必要な有機物が不足していることが、窒素除去効率が十分でない原因であることを見出した（図５（ｂ））。その結果、反応槽内の液位が仕切板の上端よりも低く、前記その他の区画が無酸素状態であるとき（図５（ａ）ｔ＝ｔ_Ｂ～ｔ_３）に、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない量の原水を仕切板外部の区画に供給すれば、窒素除去効率を向上できることに想到し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、以下の（１）～（１３）に関する。
（１）好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画のうちの少なくとも一つの区画を、浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置された好気区画とし、その他の区画内を、好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための区画とし、かつ、反応槽内の液位が仕切板上端よりも高い状態と低い状態とに切り換えるための液位制御手段が設けられている膜分離活性汚泥処理装置において、前記液位制御手段が、反応槽内の液位を仕切板上端よりも低い状態から高い状態に切り換える流量の原水を供給する多量原水供給手段であり、前記反応槽内の液位が前記仕切板の上端よりも低く、前記その他の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない流量であって、前記多量原水供給手段の流量よりも少ない流量の原水を反応槽内の前記その他の区画に供給する少量原水供給手段を設けたことを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置。

（２）前記少量原水供給手段により供給される原水の流量が、浸漬膜分離ユニットによる膜ろ過流量の８０～１００％である、（１）に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
（３）前記液位制御手段がサイホン管を用いた手段である、（１）または（２）に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
（４）前記膜分離活性汚泥処理装置が、貯水槽と、貯水槽の内部から貯水槽槽壁の上部を経て貯水槽の外部に延在するよう設けられたサイホン管と、貯水槽内の原水の一部を貯水槽槽壁の一部から抜き出し、貯水槽の外部であって貯水槽よりも低位にあるサイホン管の側部に供給する補助配管とを備えた原水供給装置を有する、（１）～（３）のいずれかに記載の膜分離活性汚泥処理装置。

（５）好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画のうちの少なくとも一つの区画を、浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置された好気区画とし、その他の区画内を、好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための区画とする膜分離活性汚泥処理装置に原水を供給するための原水供給装置において、反応槽内の液位が仕切板上端よりも高い状態と低い状態とに切り換えるための液位制御手段を設け、該液位制御手段が、反応槽内の液位を仕切板上端よりも低い状態から高い状態に切り換える流量の原水を供給する多量原水供給手段であり、前記反応槽内の液位が前記仕切板の上端よりも低く、前記その他の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない流量であって、前記多量原水供給手段の流量よりも少ない流量の原水を反応槽内の前記その他の区画に供給する少量原水供給手段を設けたことを特徴とする原水供給装置。

（６）前記少量原水供給手段により供給される原水の流量が、浸漬膜分離ユニットによる膜ろ過流量の８０～１００％である、（５）に記載の原水供給装置。
（７）前記液位制御手段がサイホン管を用いた手段である、（５）または（６）に記載の原水供給装置。
（８）前記原水供給装置が、貯水槽と、貯水槽の内部から貯水槽槽壁の上部を経て貯水槽の外部に延在するよう設けられたサイホン管と、貯水槽内の原水の一部を貯水槽槽壁の一部から抜き出し、貯水槽の外部であって貯水槽よりも低位にあるサイホン管の側部に供給する補助配管とを備える、（５）～（７）のいずれかに記載の原水供給装置。

（９）浸漬膜分離ユニットを配置した単一の反応槽内で好気性処理および無酸素処理を行う膜分離活性汚泥処理方法であって、浸漬膜分離ユニットの周囲を底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板で区画し、浸漬膜分離ユニットの下方から曝気を行うとともに、反応槽内の液位を調節することにより、浸漬膜分離ユニットが配置された区画内を好気状態に維持しつつ、その他の区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換える膜分離活性汚泥処理方法において、反応槽内の液位を仕切板上端よりも低い状態から高い状態に切り換える流量の原水を供給する多量原水供給工程と、前記反応槽内の液位が前記仕切板の上端よりも低く、前記その他の区画内が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が前記仕切板の上端を越えない流量であって、前記多量原水供給工程の流量よりも少ない流量の原水を反応槽内の前記その他の区画に供給する少量原水供給工程とを有することを特徴とする膜分離活性汚泥処理方法。

（１０）前記少量原水供給工程において供給される原水の流量が、浸漬膜分離ユニットによる膜ろ過流量の８０～１００％である、（９）に記載の膜分離活性汚泥処理方法。
（１１）反応槽内の液位の調節をサイホン管を用いて行う、（９）または（１０）に記載の膜分離活性汚泥処理方法。
（１２）反応槽内の液位の調節と、反応槽内の前記その他の区画への原水の供給が、貯水槽と、貯水槽の内部から貯水槽槽壁の上部を経て貯水槽の外部に延在するサイホン管と、貯水槽内の原水の一部を抜き出し、貯水槽の外部であって貯水槽よりも低位にあるサイホン管の側部に供給する補助配管とを備えた原水供給装置により行われる、（９）～（１１）のいずれかに記載の膜分離活性汚泥処理方法。

（１３）前記少量原水供給工程と、前記多量原水供給工程と、反応槽内の液位を仕切り板上端よりも高い状態から低い状態に切り換えるために原水の供給を停止する工程とを、この順で繰り返し行う、（９）～（１２）のいずれかに記載の膜分離活性汚泥処理方法。

なお、本明細書において「無酸素状態」とは、完全な無酸素状態のみを意味するものではなく、脱窒菌の作用により硝酸態窒素を窒素分子に還元できる程度に酸素濃度が低い状態をも包含する意味で用いる。

本発明によれば、仕切板挿入型の膜分離活性汚泥処理方法（Ｂ－ＭＢＲ）において、仕切板外部の区画に好気状態と無酸素状態を一定のサイクルで交互に創出し、単一の反応槽内で好気処理と無酸素処理を進行させつつ、無酸素状態の区画内に脱窒に必要な有機物を効率的かつ低コストで提供でき、脱窒を効率的に進行させ、有機性汚水からの窒素除去効率を向上させることができる。

本発明の膜分離活性汚泥処理装置の一実施態様を模式的に示す図である。 本発明の膜分離活性汚泥処理装置の別の実施態様を模式的に示す図である。 従来技術の膜分離活性汚泥処理装置を模式的に示す図である。 本発明の原水供給装置において、原水が反応槽に供給される態様を時系列で模式的に示す図である。 （ａ）従来法の装置を用いた場合の反応槽内の液位変動を示す図である。（ｂ）従来法の装置を用いた場合の反応槽に供給する原水の原水流量変動を示す図である。（ｃ）本発明の装置を用いた場合の反応槽内の液位変動を示す図である。（ｄ）本発明の装置を用いた場合の反応槽に供給する原水の原水流量変動を示す図である。

以下、図面に基づいて、本発明に係る膜分離活性汚泥処理装置および方法ならびに原水供給装置の実施態様を説明する。なお、図１～図３において、同一機能を有する部材には、同一符号を付すものとする。
本発明の特徴は、後述する少量原水供給手段およびこれを有する原水供給装置にあるが、まず本発明に係る膜分離活性汚泥処理装置および方法の一実施態様の全体構成について、図１に基づき説明する。

図１の膜分離活性汚泥装置では、単槽式の反応槽１に、浸漬型の膜分離ユニット２が設けられている。この膜分離ユニット２には反応槽１の外で吸引ポンプ３が接続されるとともに、膜分離ユニット２の下方に、膜洗浄および好気生物処理用の散気管４が設けられている。散気管４は、ブロワ５に接続され、ブロワ５からエア（空気)が供給される。

反応槽１には、微生物を含有する汚泥が収容されており、この微生物が、有機物の分解菌、さらにはそれら微生物の分解菌として作用し、生物処理を行う。したがって、反応槽１は、汚泥が部分的に偏在することがないように、また、酸素が均一に供給されるように、内表面に角がないものや凹凸がないものが好ましい。この結果、反応槽１内では処理液の温度やｐＨが均一になり、安定に分解処理を進めることができる。また、汚泥に含有される微生物は、細菌類、酵母およびカビを含む真菌類など、溶解性有機物などの分解に寄与するもので、土壌、堆肥、汚泥など、自然界から集積培養および馴養によって取得される。またこの馴養液から分解に関与する主要な微生物群を単離して用いることも可能である。なお、これらの微生物を含有する汚泥自体はこの分野において周知である。

さらに、この反応槽１に浸漬させる膜分離ユニットは、膜そのものとして汚れにくい素材を用いたものや、膜表面に汚れがつきにくくなるように、膜間に適当な隙間を有するものを用いることが好ましい。膜分離ユニット２には、精密ろ過膜、限外ろ過膜、ナノろ過膜、逆浸透膜などを用いて形成されたモジュールを用いることができる。経済性の観点からは、ろ過速度が高くコンパクト化が可能で、メンテナンスが容易である精密ろ過膜、限外ろ過膜を用いたモジュールが好ましい。膜の形状は平膜、中空糸膜等のものが用いられる。ここで用いられる浸漬型膜分離ユニット自体はこの分野において広く用いられており、市販もされている。

このような図１に示す構成により、反応槽１内で汚水が生物学的に処理され、散気管４からのエアによって、膜分離ユニット２の膜面に汚泥物質等が付着するのを防止しながら、膜分離ユニット２によって反応槽１内の処理液をろ過し、そのろ過水を吸引ポンプ３により吸引して槽外に取り出すことができる。

反応槽１内の活性汚泥処理条件は、膜分離活性汚泥法で通常使用する周知の条件であればよいが、ＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solid）濃度は、通常３０００～２００００ｍｇ／Ｌ、好ましくは５０００～１５０００ｍｇ／Ｌであり、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）は、通常２～２４時間、好ましくは４～８時間である。

図１の反応槽１には、原水供給装置１０が接続されるとともに、レベルセンサー６’および仕切板７が設けられている。レベルセンサー６’は、液位、すなわち、液表面の位置を調べるセンサーであり、それ自体は周知である。また、仕切板７は、図１に示すように底部が反応槽の底面から離間して設けられている。仕切板７は、膜分離ユニット２の横方向の全周囲を囲包している（上下は開放）が、膜分離ユニット２の周囲を実質的に取り囲むものであれば良い。例えば、仕切板７は槽壁と組合せて膜分離ユニット２の周囲を取り囲むものでもよく、槽壁と共働して矩形の領域を規定する２枚の平板状のものが好ましい。あるいは、膜分離ユニット２の周囲４面のうち、一面を仕切板７が、他の３面を槽壁で囲包するものや、仕切板７が膜分離ユニット２の全周囲を囲包するものでもよい。また、仕切板の内（膜分離ユニット２を配置した好気区画）と外（その他の区画）の容量比は、通常１：０．５～５であり、好ましくは１：１～３の範囲内となるよう設定する。

本発明の膜分離活性汚泥処理装置は、反応槽１内の液位が仕切板７の上端よりも高い状態と低い状態とに切り換えるための液位制御手段有する。この液位制御手段により、仕切板よりも上の領域を介して両区画の液が流通可能な状態と、仕切板よりも上に液が存在せず、両区画の液の流通が分断された状態とが作り出される。これにより、膜分離ユニット２は散気管４からの空気の供給下で連続的に作動させながら、仕切板の内部から外部に対し、硝化処理後の硝酸性窒素を含む汚泥混合液と空気の供給を行ったり停止したりすることが可能となる。その結果、仕切板外部の区画に、好気状態と無酸素状態を一定のサイクルで交互に創出することができ、即ち、無酸素状態を間欠的に形成することができ、硝化細菌による硝化処理と脱窒細菌による脱窒処理を同一の反応槽内で行うことが可能となる。

下水処理場等の汚水処理施設に流入した汚水は、前処理設備において砂やごみ等の分離・除去を行った後、図１の原水槽９から原水ポンプ８’により原水供給装置１０に導入され、次いで原水供給装置１０から反応槽１へと導入される。

本発明の特徴は、反応槽内の液位が前記仕切板の上端よりも低く、仕切板外部の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない量の原水を、反応槽内の仕切板外部の区画に一定時間供給する原水供給手段（以下、便宜的に「少量原水供給手段」とも言う）、およびこの手段を有する原水供給装置にある。

ここで、少量原水供給手段が供給する、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない原水の量とは、通常、膜分離ユニット２によって処理液がろ過され、そのろ過水が吸引ポンプ３により槽外に取り出される膜ろ過流量とほぼ同じ流量か、それを下回る流量であり、反応槽内の液位をほぼ一定に維持することができるという点で、膜ろ過流量とほぼ同じ流量であるのが好ましい。例えば、少量原水供給手段が供給する原水の流量と膜ろ過流量との差は、膜ろ過流量に対し２０％以内、好ましくは５％以内とすることができる。また、少量原水供給手段が原水を供給する一定時間とは、無酸素状態である仕切板外部の区画において、脱窒を進行させるのに十分な時間であればよく、通常は２分～３０分であり、好ましくは５分～１０分である。

図４に、本発明の原水供給装置１０の一実施態様として、貯水槽１２とサイホン管１３と補助配管１４を備えた装置により、原水が反応槽１に供給される態様を時系列で模式的に示す。

原水供給装置１０には、原水槽９から供給された原水を貯える貯水槽１２と、貯水槽１２の内部から貯水槽槽壁の上部、好ましくは貯水槽槽壁の上端を介して貯水槽１２の外部に延在するサイホン管１３（液位制御手段）と、貯水槽１２内の原水の一部を貯水槽１２の槽壁の一部から抜き出し、貯水槽１２の外部であって貯水槽よりも低位にあるサイホン管１３の側部に供給する補助配管１４（少量原水供給手段）が設けられている。ここで、サイホン管とは、液体は液面の高い方から低い方に向かって流れ移るという液体の性質を利用して、液体を一度高所に上げて低所に移すために用いる曲管を意味する。このような構成により、貯水槽１２内の液位が一定水位、即ち、サイホン管１３が貯水槽１２の槽壁の上端で曲折する部分に相当する水位を越えた場合には、貯水槽内の全ての原水がサイホン管１３により反応槽に供給され、全ての原水が反応槽に供給される前には、一定流量の原水が補助配管１４により反応槽に供給される。本発明において「一定流量」とは、ある所定の時間において流量が一定であればよく、最適な流量とするために変更されることがあってもよい。

貯水槽の満水時容量は、通常、反応槽容量の０．５～２０％であり、好ましくは反応槽容量の２～８％である。貯水槽、サイホン管および補助配管のそれぞれの寸法や配置位置は、反応槽に供給する原水の量や流量変動により変わり得るが、例えば、サイホン管の内径は、詰まり防止の点から、通常５０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上、更に好ましくは２００ｍｍ以上であり、補助配管とサイホン管の内径比率は、通常１：２～１０であり、好ましくは１：２～５ある。また、補助配管を結合させる貯水槽の底面からの位置は、通常、貯水槽底部からサイホン管上端までの高さの２０～９０％の範囲であり、好ましくは４０～６０％となるよう設定する。サイホン管１３は、貯水槽１２の内部から貯水槽槽壁の上部を介して貯水槽１２の外部に延在するものであれば、貯水槽１２の槽壁と独立して設置されてもよいが、省スペース及びコスト削減の点から、貯水槽１２の槽壁と一体となって構成されていてもよい。また、補助配管１４は、サイホン管が設置された貯水槽の槽壁に対向する槽壁に結合していることが好ましい。

次に、この原水供給装置１０と反応槽１の作用を、図４の時系列（ｉ）～（vi）に沿って、図５の（ｃ）（反応槽内の液位変動）および（ｄ）（反応槽への原水流量変動）を参照しつつ説明する。

（ｉ）ｔ＝０～ｔ _１ （補助配管により一定流量の原水が反応槽に供給）
原水槽９から貯水槽１２に原水が一定流量で供給されると、貯水槽１２内の水位が上昇してゆき、水位が貯水槽１２の槽壁の一部に結合する補助配管１４よりも上位に上昇すると、原水が補助配管１４からサイホン管を経て反応槽１に供給される。ここで、補助配管１４から反応槽１に供給される原水の流量は、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない流量である。この時間帯（ｔ＝０～ｔ_１）において、補助配管により反応槽１に供給される原水の流量は一定であり（図５（ｄ）ｔ＝０～ｔ_１）、この原水の流量が膜ろ過流量とほぼ同じであれば、反応槽内の液位もほぼ一定となる（図５（ｃ）ｔ＝０～ｔ_１）。この時、反応槽内の液位は仕切板上端よりも低いため、膜分離ユニット２が配置された好気区画（仕切板内部）とそれ以外の区画（仕切板外部）とは仕切板７により分断されており、仕切板外部は無酸素状態となる。

（ii）～（iv）ｔ＝ｔ _１ ～ｔ _２ （サイホン管により多量の原水が反応槽に供給）
次いで、貯水槽１２内の水位が、一定水位、即ち、サイホン管１３が貯水槽１２の槽壁の上端で曲折する部分に相当する水位に到達すると、原水供給装置内の原水がサイホン管１３を通して反応槽１に供給され始め（ｔ＝ｔ_１）、原水供給装置内の全ての原水が反応槽１に供給される。この時間帯（ｔ＝ｔ_１～ｔ_２）における反応槽１への原水の供給流量は、その前の時間帯（（ｉ）ｔ＝０～ｔ_１））における供給流量よりも多く（図５（ｄ））、反応槽内の液位は上昇して仕切板７の上端よりも高くなる（図５（ｃ）ｔ＝ｔ_Ａ）。その結果、仕切板の影響はなく、散気管４からのエアで槽全体に及ぶ循環流（膜ユニット収容区画から、仕切板７の上を越えてその他の区画に入り、該その他の区画内を下降し、仕切板７よりも下の領域を介して膜ユニット収容区画に戻る循環流）が形成され、仕切板７の外部は無酸素状態から大部分が好気状態に切り換わる。また、反応槽１内の仕切板内部において、原水中のアンモニア成分が、硝化細菌の作用により亜硝酸態、さらに硝酸態に酸化された、硝酸態窒素を多く含む汚泥が仕切板外部に循環する。

（v）ｔ＝ｔ _２ ～ｔ _３ （反応槽への原水の供給が停止）
原水供給装置１０内の全ての原水が反応槽１に供給されると、貯水槽１２、サイホン管１３および補助配管１４の内部は、原水の存在しないほぼ空の状態となる。その後も、原水槽９から貯水槽１２に一定の流量で供給され続けるため原水は貯水槽１２内に貯留していくが、貯水槽１２内の水位が補助配管１４に到達するまでは、原水が補助配管１４から反応槽１に供給されることはない。したがって、この時間帯（ｔ＝ｔ_２～ｔ_３）における反応槽１への原水の供給流量は０となり、反応槽１内の液位は次第に低下していき、ｔ＝ｔ_Ｂの時点で液位が仕切板上端より低くなる（図５（ｃ）（ｄ）ｔ＝ｔ_２～ｔ_３）。

（vi）ｔ＝ｔ _３ ～ｔ _４ （補助配管による一定流量の原水供給が再開）
貯水槽１２内の水位が補助配管１４に到達すると、補助配管による原水の反応槽１への供給が再開される（図５（ｄ）ｔ＝ｔ_３）。この時間帯（ｔ＝ｔ_３～ｔ_４）における反応槽への原水の供給流量は、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない一定の流量である（図５（ｄ）ｔ＝ｔ_３～ｔ_４）。膜分離ユニット２によって処理液がろ過され、そのろ過水が吸引ポンプ３により槽外に取り出される膜ろ過流量と、補助配管により反応槽に供給される原水流量がほぼ同じであれば、反応槽内の液位もほぼ一定となる（図５（ｃ）ｔ＝ｔ_３～ｔ_４）。この時、反応槽内の液位は仕切板上端よりも低いため、膜分離ユニットが配置された好気区画とそれ以外の区画とが仕切板７により分断されている。その結果、散気管４からのエアは仕切板７で囲まれた空間内で留まることになり、仕切板外部の領域はエアが循環しないため無酸素状態にすることができる。また、補助配管１４から原水が一定流量で反応槽の仕切板外部の区画に供給されるため、脱窒菌が必要とする原水中の有機物が不足することなく、硝酸態の窒素を窒素分子に還元する脱窒が進行する。なお、このとき、膜分離ユニット２の洗浄エアは散気管４から連続的に供給されているため、ろ過は停止する必要はなく継続される。

以上の通り、原水供給装置１０のサイホン管１３により、一定のサイクルで多量の原水を反応槽に供給し、反応槽内の液位を仕切板の上端よりも高い状態と低い状態とに切り換えることができる。したがって、前記液位制御手段としては、サイホン管を用いる手段であることが好ましい。
また、原水供給装置１０の補助配管１４により、反応槽内の液位が仕切板の上端よりも低く、仕切板の外側の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない量の原水を反応槽内に供給することができる。したがって、前記少量原水供給手段としては、補助配管を用いる手段であることが好ましい。

図４に示す貯水槽とサイホン管と補助配管を備えた原水供給装置を用いることにより、反応槽の液位を一定のサイクルで上昇および下降させる機能を有しつつ、反応槽内の液位が仕切板の上端よりも低く、仕切板外部の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位上昇を伴わずに、原水を供給することが可能となり、脱窒性能を向上させることができる。

図４に示す原水供給装置では、サイホン管１３にタイマーの制御を受けるバルブを設置し、任意の時間に原水供給を開始するよう設定したり、補助配管１４に流量調整弁を設置して、補助配管からの原水供給流量を調整することも可能である。また、反応槽に取り付けたＯＲＰ計、ＰＨ計、ＤＯ計、ＮＨ_４－Ｎ計、ＮＯ_３－Ｎ計などからの指示や原水槽水位、反応槽水位からの指示を受け、原水供給を制御する制御装置を原水供給装置１０に取り付けてもよい。さらに、万一サイホン管が閉塞し原料が漏洩した場合に対処可能なように、高水位を感知できる水位センサーを備えた緊急停止装置やバイパス配管を設置することができる。

従来法である特許文献１の方法では、反応槽１内の液位の最低水位と最高水位を検知して、原水ポンプ８をＯＮ－ＯＦＦすることにより反応槽内の液位を制御しているため、原水ポンプの容量を膜ろ過ポンプと比較して十分大きくする必要があり、その結果、処理水量から想定されるよりも大型の原水ポンプを設置する必要が生じ、初期コストが増加していた。これに対し、図４に示す原水供給装置１０であれば、大型の原水ポンプを使用する必要がなく低コストで膜分離活性汚泥処理を行うことができる。

また、図４に示す装置の場合には、反応槽１への原水供給の有無にかかわらず、原水を原水ポンプ８’により貯水槽１２に常に一定流量で連続的に供給することができる。したがって、原水ポンプを間欠的に運転する場合に比べ、原水ポンプの運転負荷を平滑化でき、ポンプの寿命を延長できる。また、原水ポンプの稼働率を変動させる必要がないため、原料ポンプの過剰設計が不要となるという利点がある。

さらに、図４に示す装置１０は、反応槽内の液位変動と反応槽に供給する原水の流量変動を予め厳密に制御して稼働させることにより、上記のようなバルブやセンサーを全く使用しなくても、反応槽の液位を一定のサイクルで上昇および下降させる機能を有しつつ、無酸素状態の区画内に脱窒に必要な有機物を効率的に提供できる。汚水処理においては、バルブやセンサー等の機器に有機物等が付着するため機器の損傷が速いことが問題であったが、図４の装置とすることによりこのような問題も解消し、装置全体のメンテナンス性を向上させることができる。

本発明は、反応槽内の液位が仕切板の上端よりも低く、仕切板外部の区画が無酸素状態であるときに、仕切板からの越流を生じさせない範囲で原水を供給する方法であれば、上記実施態様に限定されるものではない。

本発明の別の実施態様としては、図２に示すように、望ましい流量変動で反応槽１に原水を供給できるような原水流量制御装置１１を反応槽１の前段に設ける装置及び方法がある。原水流量制御装置としては、例えば、レベルセンサー６''を用い、仕切板７を越流させるために多量の原水を供給する際の目標水位として最高水位検出点を設定する他に、反応槽１内の液位が仕切板７の上端を越えない量の原水を反応槽１内に供給する際の目標水位として、仕切板上端部より低い位置に水位検出点を設定し、これらの検出点を利用してポンプの稼働率を制御する装置や、望ましい流量変動で反応槽に原水を供給するよう原水ポンプの流量を制御するインバータ等を備えた装置を使用することができる。

本発明において、反応槽に供給する原水の望ましい流量変動とは、図５（ｄ）に示すような流量変動である。即ち、反応槽内の液位が仕切板の上端よりも低く、仕切板外部の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない量の原水を反応槽内に供給する工程（ｔ＝０～ｔ_１、ｔ_３～ｔ_４）（以下、便宜的に「少量原水供給工程」とも言う）と、反応槽内の液位を仕切り板上端よりも低い状態から高い状態に切り換えるために、前記工程における原水供給流量よりも多い流量の原水を反応槽内に供給する工程（ｔ＝ｔ_１～ｔ_２）（以下、「液位制御工程」とも言う）と、反応槽内の液位を仕切り板上端よりも高い状態から低い状態に切り換えるために、原水の供給を停止する工程（ｔ＝ｔ_２～ｔ_３）（以下、「原水停止工程」とも言う）とを、この順で一定のサイクルで繰り返して行うような流量変動である。このような流動変動とすることにより、同一の反応槽内で、好気処理と無酸素処理を進行させつつ、無酸素状態の脱窒処理区画内に有機物を効率的かつ安定に供給することができる。

本発明のさらに別の実施態様としては、反応槽に原水を常に一定流量で連続的に供給すると共に、原水流量と膜ろ過流量を同一に設定したうえで、仕切板の上端部を上下に移動させて越流状態と分断状態を繰り返し達成するよう制御する方法がある。

本発明は、仕切板挿入型の膜分離活性汚泥処理方法（Ｂ－ＭＢＲ）において、反応槽内の液位が仕切板の上端よりも低く、仕切板の外部の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない量の原水を仕切板の外部の区画に一定時間供給する点に特徴があり、これ以外の処理条件および原水の前処理は、従来から周知の方法と同様の条件で行うことができる。

なお、図１の具体例では、膜ユニット収容区画が１つだけであるが、大型の下水処理等の場合には、単位時間当たりの処理量を大きくするために、所望により、膜ユニットを収容する区画（好気区画）を複数設け、これらの各区画にそれぞれ膜ユニットを浸漬してもよい。この場合、好気区画以外の区画を複数設けることも可能であるが、１つの方が構造が単純で反応液の均一性も確保しやすいので好ましい。

また、図１の具体例においては、吸引ポンプ３でろ過圧を得ているが、反応槽内の水位と濾過水取り出し口との水位との差、すなわち自然水頭のみによって濾過圧を得てもよく、さらに原液側から加圧することによって濾過圧を得てもよい。

以上のとおり、本発明によれば、仕切板挿入型の膜分離活性汚泥処理方法（Ｂ－ＭＢＲ）において、単一の反応槽内で好気処理と無酸素処理を進行させつつ、無酸素状態の区画内に脱窒に必要な有機物を提供でき、脱窒を効率的に進行させ、窒素除去効率を向上させることができる。

１ 反応槽
２ 膜分離ユニット
３ 吸引ポンプ
４ 散気管
５ ブロワ
６，６’，６'' レベルセンサー
７ 仕切板
８，８’，８'' 原水ポンプ
９ 原水槽
１０ 原水供給装置
１１ 原水流量制御装置
１２ 貯水槽
１３ サイホン管（液位制御手段）
１４ 補助配管（少量原水供給手段）

Claims (13)

1. 好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画のうちの少なくとも一つの区画を、浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置された好気区画とし、その他の区画内を、好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための区画とし、かつ、反応槽内の液位が仕切板上端よりも高い状態と低い状態とに切り換えるための液位制御手段が設けられている膜分離活性汚泥処理装置において、
   前記液位制御手段が、反応槽内の液位を仕切板上端よりも低い状態から高い状態に切り換える流量の原水を供給する多量原水供給手段であり、
   前記反応槽内の液位が前記仕切板の上端よりも低く、前記その他の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない流量であって、前記多量原水供給手段の流量よりも少ない流量の原水を反応槽内の前記その他の区画に供給する少量原水供給手段を設けたことを特徴とする膜分離活性汚泥処理装置。
2. 前記少量原水供給手段により供給される原水の流量が、浸漬膜分離ユニットによる膜ろ過流量の８０～１００％である、請求項１記載の膜分離活性汚泥処理装置。
3. 前記液位制御手段がサイホン管を用いた手段である、請求項１または２記載の膜分離活性汚泥処理装置。
4. 前記膜分離活性汚泥処理装置が、貯水槽と、貯水槽の内部から貯水槽槽壁の上部を経て貯水槽の外部に延在するよう設けられたサイホン管と、貯水槽内の原水の一部を貯水槽槽壁の一部から抜き出し、貯水槽の外部であって貯水槽よりも低位にあるサイホン管の側部に供給する補助配管とを備えた原水供給装置を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理装置。
5. 好気性処理および無酸素処理を行う単一の反応槽と、その反応槽の内部に配置された浸漬膜分離ユニットと、曝気手段とを有する膜分離活性汚泥処理装置であって、反応槽は、底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板によって複数個の区画に分割され、その複数個の区画のうちの少なくとも一つの区画を、浸漬膜分離ユニットおよび曝気手段が配置された好気区画とし、その他の区画内を、好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換えるための区画とする膜分離活性汚泥処理装置に原水を供給するための原水供給装置において、
   反応槽内の液位が仕切板上端よりも高い状態と低い状態とに切り換えるための液位制御手段を設け、該液位制御手段が、反応槽内の液位を仕切板上端よりも低い状態から高い状態に切り換える流量の原水を供給する多量原水供給手段であり、
   前記反応槽内の液位が前記仕切板の上端よりも低く、前記その他の区画が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が仕切板の上端を越えない流量であって、前記多量原水供給手段の流量よりも少ない流量の原水を反応槽内の前記その他の区画に供給する少量原水供給手段を設けたことを特徴とする原水供給装置。
6. 前記少量原水供給手段により供給される原水の流量が、浸漬膜分離ユニットによる膜ろ過流量の８０～１００％である、請求項５記載の原水供給装置。
7. 前記液位制御手段がサイホン管を用いた手段である、請求項５または６記載の原水供給装置。
8. 前記原水供給装置が、貯水槽と、貯水槽の内部から貯水槽槽壁の上部を経て貯水槽の外部に延在するよう設けられたサイホン管と、貯水槽内の原水の一部を貯水槽槽壁の一部から抜き出し、貯水槽の外部であって貯水槽よりも低位にあるサイホン管の側部に供給する補助配管とを備える、請求項５～７のいずれか１項に記載の原水供給装置。
9. 浸漬膜分離ユニットを配置した単一の反応槽内で好気性処理および無酸素処理を行う膜分離活性汚泥処理方法であって、浸漬膜分離ユニットの周囲を底部が反応槽の底面から離間して設けられた仕切板で区画し、浸漬膜分離ユニットの下方から曝気を行うとともに、反応槽内の液位を調節することにより、浸漬膜分離ユニットが配置された区画内を好気状態に維持しつつ、その他の区画内を好気状態から無酸素状態に、また、無酸素状態から好気状態に切り換える膜分離活性汚泥処理方法において、
   反応槽内の液位を仕切板上端よりも低い状態から高い状態に切り換える流量の原水を供給する多量原水供給工程と、前記反応槽内の液位が前記仕切板の上端よりも低く、前記その他の区画内が無酸素状態であるときに、反応槽内の液位が前記仕切板の上端を越えない流量であって、前記多量原水供給工程の流量よりも少ない流量の原水を反応槽内の前記その他の区画に供給する少量原水供給工程とを有することを特徴とする膜分離活性汚泥処理方法。
10. 前記少量原水供給工程において供給される原水の流量が、浸漬膜分離ユニットによる膜ろ過流量の８０～１００％である、請求項９記載の膜分離活性汚泥処理方法。
11. 反応槽内の液位の調節をサイホン管を用いて行う、請求項９または１０記載の膜分離活性汚泥処理方法。
12. 反応槽内の液位の調節と、反応槽内の前記その他の区画への原水の供給が、貯水槽と、貯水槽の内部から貯水槽槽壁の上部を経て貯水槽の外部に延在するサイホン管と、貯水槽内の原水の一部を抜き出し、貯水槽の外部であって貯水槽よりも低位にあるサイホン管の側部に供給する補助配管とを備えた原水供給装置により行われる、請求項９～１１のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理方法。
13. 前記少量原水供給工程と、前記多量原水供給工程と、反応槽内の液位を仕切り板上端よりも高い状態から低い状態に切り換えるために原水の供給を停止する工程とを、この順で繰り返し行う、請求項９～１２のいずれか１項に記載の膜分離活性汚泥処理方法。

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