JP2008264772A - 膜分離活性汚泥装置及び有機物含有水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高いＢＯＤ容積負荷で処理が可能で、高いフラックスで運転しても膜の目詰りが遅く、膜の洗浄や交換の頻度を低減でき、さらに処理水の水質悪化や汚泥発生の増大を防止できる膜分離活性汚泥装置及び処理方法を提供する。
【解決手段】有機物含有水を処理する膜分離活性汚泥装置であって、上流から下流の方向に、直列に配置された、曝気槽１と、生物処理槽２と、膜分離槽３とを備え、前記生物処理槽２が担体４を有しており、膜分離槽３の汚泥を生物処理槽２に返送させる返送手段５を備えた膜分離活性汚泥装置を開示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物含有水を処理する膜分離活性汚泥装置、及び有機物含有水を膜分離活性汚泥装置により処理する方法に関する。

膜分離活性汚泥装置は、有機物含有水の処理によく用いられている。懸濁物質（ＳＳ： Suspended Solids）の濃度の少ない清澄な処理水が得られ、汚泥濃度（ＭＬＳＳ：Mixed Liquor Suspended Solids）を、従来の活性汚泥法による場合の２０００〜５０００ｍｇ／Ｌに対して５０００〜３００００ｍｇ／Ｌと高めることができるため、処理槽の容積あたりの処理能力を高めることができる。

しかし、膜分離活性汚泥装置に使用される分離膜は高価であり、また、膜を定期的に薬品洗浄や交換をするための運転費用が高いという問題を有している。
この問題に鑑み、高い膜透過流束（フラックス）で運転することにより運転費用の低減化を図る方法もあるが、この方法によると、膜の目詰りが急速に進行してしまい、短期間での膜洗浄が必要となり、膜の交換頻度も増大するという問題を生じる。例えば、分離膜が精密ろ過膜（ＭＦ膜）の場合、フラックスは０．４ｍ³／ｍ²・日程度で運転される。
さらに、高いＢＯＤ（Biological Oxygen Demand：生物化学的酸素要求量）容積負荷で運転しようとすると、膜の目詰りが急速に進行するばかりでなく、生物処理性も低下するため処理水の水質が悪化し、余剰汚泥の発生も増大するという問題を生じる。通常、ＢＯＤ容積負荷は、０．７ｋｇ／ｍ³・日程度で運転されるものとする。また、１ｍ³当たりの槽で１日に処理するＢＯＤ量をＢＯＤ容積負荷と言う。

運転費用を低減させるために、従来から各種の試みがなされているが、いずれも未だ解決すべき問題を有しており、充分満足できる技術は提案されていない。
例えば、下記特許文献１においては、曝気槽の温度を調節することにより、高いＢＯＤ容積負荷での膜寿命を向上させる技術が提案されているが、高いフラックスによる運転には十分に対応できないという問題がある。
また、下記特許文献２においては、膜分離槽のｐＨを調整することにより、汚泥発生率を低減させる技術が提案されているが、高いＢＯＤ容積負荷には十分に対応できないという問題がある。

特開２００３−５３３６３号公報 特開２００５−２１１８７９号公報

上述した従来技術の問題に鑑みて、本発明において解決しようとする課題は、高いＢＯＤ容積負荷の条件下で、高い膜透過流束（フラックス）で運転しても、膜の目詰りが遅く、膜の洗浄や交換の頻度を低減でき、さらには処理水の水質悪化や汚泥発生の増大を防止することができる、膜分離活性汚泥装置、及び有機物含有水の処理方法を提供することにある。

上記課題に対して鋭意検討したところ、有機物含有水を処理する膜分離活性汚泥装置において、有機物含有水の流れ方向である上流から下流の方向に、直列に配置された、曝気槽、担体を有する生物処理槽、及び膜分離槽を備え、かつ、該膜分離槽の汚泥を該生物処理槽に返送する手段を備える構成とすることにより、上述した従来の課題の解決が図られるという知見を得て、本発明を完成するに至った。

（１）有機物含有水を処理する膜分離活性汚泥装置であって、上流から下流の方向に、直列に配置された、曝気槽と、生物処理槽と、膜分離槽と、を備え、前記生物処理槽が担体を有し、前記膜分離槽の汚泥を前記生物処理槽に返送する返送手段をさらに備える、膜分離活性汚泥装置を提供する。
（２）前記（１）において、前記担体が固定床式担体であるものとした膜分離活性汚泥装置を提供する。
（３）前記（２）において、前記担体が、ラセン状の固定床式担体であるものとした膜分離活性汚泥装置を提供する。
（４）前記（１）〜（３）において、前記生物処理槽が２段以上に分割されているものとした膜分離活性汚泥装置を提供する。
（５）有機物含有水の処理方法であって、前記有機物含有水を曝気処理する工程と、担体を有する生物処理槽において生物処理する工程と、膜分離槽において汚泥を分離する工程と、分離後の前記汚泥を前記生物処理槽に返送する工程とを含む、有機物含有水の処理方法を提供する。
（６）有機物含有水の処理方法であって、前記有機物含有水を曝気処理する工程と、担体を有する生物処理槽において生物処理する工程と、膜分離槽において汚泥を分離する工程と、分離後の前記汚泥を前記生物処理槽と前記曝気槽にそれぞれ返送する工程とを有しており、曝気槽への汚泥の返送容積量が、曝気槽に供給される有機物含有水の容積量Ｑに対して１Ｑ以下とする有機物含有水の処理方法を提供する。

本発明の膜分離活性汚泥装置、及び有機物含有水の処理方法においては、曝気槽と生物処理槽の活性汚泥中の生物相が大きく異なる点に特徴を有している。
曝気槽では有機物含有水に多く含まれるＢＯＤ成分等の可溶成分を処理する生物相が優先化し、可溶成分を高速に処理することができる。
生物処理槽では、膜詰りを発生する物質を低減する生物相や汚泥を消費する生物相が優先化し、膜寿命を延ばすとともに余剰汚泥の発生の低減化を図ることができる。

本発明の膜分離活性汚泥装置によれば、高いＢＯＤ容積負荷の条件下で、高いフラックスで運転した場合にも、膜の目詰りが遅く、膜の洗浄や交換の頻度を低減でき、運転費用の低減化、装置寿命を長期化という効果が得られた。
更には、処理水の水質悪化や汚泥発生の増大を防止できるという効果が得られた。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、本実施の形態）について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

本実施の形態における膜分離活性汚泥装置及び処理方法を説明する。
なお、下記において「膜分離活性汚泥装置」とは、水中に含有する有機物等を活性汚泥中に存在する微生物等により生物分解し、活性汚泥を精密ろ過膜等の分離膜により固液分離し、清澄な処理水を得る装置である。

図１に、本実施の形態による有機物含有水を処理する膜分離活性汚泥装置の一例の概略構成図を示す。
この膜分離活性汚泥装置は、有機物含有水が流れる上流から下流の方向に、曝気槽１と、担体４を具備する生物処理槽２と、膜分離槽３とが直列に配置された構成を有している。
さらに、本実施の形態の膜分離活性汚泥装置は、前記膜分離槽３における汚泥を、担体４を具備する生物処理槽２に送り返す返送手段としての汚泥返送管５を備えている。以下、膜分離活性汚泥装置を詳細に説明する。

〔曝気槽〕
膜分離活性汚泥装置を構成する曝気槽１としては、通常の活性汚泥法に用いられるものを適用できる。
この曝気槽１においては、供給される有機物含有水中のＢＯＤ成分を７０〜９５％程度まで酸化分解する。

曝気槽１は、効率的な酸化分解の観点から、以下の性能及び処理条件とすることが好ましい。
曝気槽１のＢＯＤ容積負荷は、１ｋｇ／ｍ³・日以上、例えば１〜２０ｋｇ／ｍ³・日とすることができる。
曝気槽１における水理学的滞留時間（ＨＲＴ：Hydraulic Retention Time）は、２４ｈ以下であるものとし、例えば０．５〜２４ｈとすることができる。
曝気槽１における汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、供給される有機物含有水のＢＯＤ濃度によって異なるが、通常は１００〜１００００ｍｇ／Ｌである。
曝気槽１の水温は、１５〜４０℃が好ましく、２０〜３７℃がより好ましく、２５〜３５℃がさらに好ましい。
曝気槽１のｐＨは、広範囲を設定可能であるが、ｐＨ６〜８の範囲が好ましい。
曝気槽１の溶存酸素（ＤＯ：Dissolved Oxygen）は、０．２ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上がより好ましい。
曝気槽１においては、空気や酸素による曝気が行われるが、曝気手段としては、散気管７や、その他の所定の機械を用いることができる。
散気管７を用いる場合には、旋回流方式や全面曝気方式が適用できる。
所定の機械を用いる場合には、撹拌方式やエゼクタ方式が適用できる。
供給される有機物含有水のＢＯＤ容積負荷に応じて、効率のよい曝気方式を選択することができる。

曝気槽１には、所定の材料添加手段が備えられており、例えば、有機物含有水中に窒素やりんが不足している場合には、栄養源として窒素やりんを適宜添加できるようになされている。
曝気槽１は、一段工程あるいは二段以上の多段工程のいずれにも対応可能な構成にすることができる。また、流動床式担体や固定床式担体等の各種担体を具備していてもよい。但し、大量のＢＯＤ成分を分解するためには曝気を充分に行う必要があるため、特に、流動床式担体が好ましい。この流動床式担体としては、例えば、ゲル状担体やプラスチック担体、繊維状担体等が挙げられるが、スクリーンで分離する方式が好適である。
これらの担体は一種類のみ使用してもよく、二種類以上を組み合わせて使用してもよい。
担体の材料としては、例えば、ポリエチレングリコールやポリビニルアルコール、アクリルアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、セルロース、ポリエステル等が挙げられる。
担体の形状としては、球や立方体、円筒形、多孔質体が挙げられる。
担体の大きさとしては、１〜２０ｍｍが好ましく、さらに３〜１０ｍｍが好ましい。
担体の充填率としては、曝気槽１の容積の１〜５０％であるものとし、２〜２０％が好ましい。
一方、固定床式担体の場合には、後述する生物処理槽２に備えられている担体４と同様のものを用いることができる。
上述した担体は、曝気槽１の全体に配置してもよいが、曝気槽１の一部分にのみ配置した場合にも有効である。

なお、有機物含有水の供給量やＢＯＤ成分が大きく減少するような場合には、後述する生物処理槽２及び膜分離槽３から曝気槽１への汚泥の返送を行うように、所定の手段を設けることが好ましい。
この場合、曝気槽１への汚泥の返送量（容積、例えばｍ³／日）は、供給する有機物含有水量（容積、例えばｍ³／日）Ｑに対する比で１Ｑ以下とし、例えば０．１Ｑ〜１Ｑとすることが好ましい。
なお、曝気槽１の処理効率を均一に維持するため、有機物含有水の成分や供給量を制御する所定の調整槽（図示せず）を曝気槽１の前段に設置することが好ましい。
調整槽の容量は、有機物含有水の流入量や、成分の変動パターン、流量調整後の流量変動許容幅等を考慮して決定する。
また、有機物含有水に懸濁物質（ＳＳ）、油分、有害金属等、後工程における生物処理に障害を与えるおそれがある成分が含まれている場合には、曝気槽１の前段に、沈殿槽、加圧浮上装置、凝集沈殿槽等の前処理手段を設置し、これらを適宜除去することが好ましい。

〔生物処理槽〕
膜分離活性汚泥装置における生物処理槽２としては、通常の活性汚泥法に用いられるものを使用できる。
生物処理槽２は、前段に配置された曝気槽１から処理用の有機物含有水が流入するようになっている。
具体的には、曝気槽１において曝気処理された後の有機物含有水をオーバーフローさせて生物処理槽２に流入するようにした構成が挙げられる。

生物処理槽２においては、ＢＯＤ成分除去、窒素除去、リン除去、その他としては、汚泥の自己消化や捕食、汚泥のフロック化（生物凝集）が行われる。
また、生物処理槽２は、一段工程あるいは二段以上の多段工程のいずれにも適用可能な構成とすることができる。
生物処理槽２においては、目的とする除去対象に応じて形態や運転条件を選定することができる。例えば、ＢＯＤ成分除去が主目的である場合には、好気工程のみを行う構成とすることができる。
生物処理槽２は、効率的な処理の観点から、以下の性能及び処理条件とすることが好ましい。
生物処理槽２のＢＯＤ容積負荷は、前段の曝気槽１において有機物含有水中のＢＯＤ成分が大部分除去されているので、５ｋｇ／ｍ³・日以下、例えば０．０５〜５ｋｇ／ｍ³・日とすることができる。
生物処理槽２における水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、４８ｈ以下であるものとし、例えば１〜４８ｈとすることができる。
生物処理槽２における汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、通常は２０００〜２００００ｍｇ／Ｌであるものとし、５０００〜２００００ｍｇ／Ｌであることが好ましい。
生物処理槽２の水温は、１５〜４０℃が好ましく、２０〜３７℃がより好ましく、更には２５〜３５℃が好ましい。
生物処理槽２のｐＨは、広範囲を設定可能であるが、ｐＨ６〜８の範囲が好ましい。
生物処理槽２の溶存酸素（ＤＯ）は、０．２ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上がより好ましい。

生物処理槽２において、窒素やりんを除去することを目的とする場合には、更に嫌気工程を行うようにする。
具体的に窒素除去を行う場合には、脱窒・硝化の二段工程としたり、脱窒・硝化・第二脱窒・再曝気の四段工程とすることができる。
上記硝化工程における水温は、１０〜３５℃が好ましく、２０〜３０℃がより好ましい。
窒素除去を行う場合の生物処理槽２におけるｐＨは、６．８〜８．５が好ましく、溶存酸素（ＤＯ）は、２ｍｇ／Ｌ以上が好ましい。
また、生物処理槽２における汚泥滞留時間（ＳＲＴ：Sludge Retention Time）は、７日間以上とすることが好ましい。
上記脱窒工程において、ＢＯＤ成分が不足する場合には、メタノール等のＢＯＤ源を添加したり、ＢＯＤ成分を含む有機物含有水を曝気槽１と生物処理槽２に分割供給（ステップフィード）したりすることが好ましい。

生物処理槽２は、担体４を具備している。
担体４としては、固定床式担体と流動床式担体が挙げられるが、生物処理槽２においては、種々の生物処理機能を担うため、細菌のみならず原生動物や後生動物等の多種の微生物が成育可能なように、担体４は固定床式担体であることが好ましい。
固定床式担体は、特に限定されるものではないが、形状は、ハニカム状、ラセン状、中空状、スポンジ状、網目状、棒状、線状等が挙げられ、微生物の生息しやすさや槽内の流動性の観点から、ラセン状が好ましい。
また、固定床式担体としては、芯材と該芯材に一部が固定された繊維状物とからなり、かつ、繊維状物を芯材回りに密生せしめた構成を有しているものが好ましい。芯材の形状は限定されないが、ラセン形状をなしているものが好ましい。
芯材の材料としては、軟鉄、アルミ、銅などの金属、又は軟質塩化ビニル等のプラスチックが使用できる。芯材が金属製である場合には、腐食防止のため防水塗装やプラスチック被覆を施すことが好ましい。芯材の適切な直径は、材質によって異なるが、１ｍｍ以上７ｍｍ以下が好ましい。
前記繊維状物の材質は、特に限定されるものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン等が挙げられ、特に、ポリ塩化ビニリデンは、微生物の付着性が良好であるため好ましい。

担体４を固定床式担体とする場合には、複数本の固定床式担体材料を所定の耐食性材料よりなるフレームに保持させて固定床式担体ブロックとし、これを生物処理槽２に浸漬して使用できる。
前記固定床式担体ブロックの高さは、水深に応じて選定されるものとし、一般的には、０．５ｍ以上６ｍ以下が好ましく、２ｍ以上４ｍ以下がより好ましい。
固定床式担体材料の使用量としては、固定床式担体ブロックの投影床面積１ｍ²当たりの固定床式担体材料の表面積が１００ｍ²以上５００ｍ²以下の範囲であることが好ましい。 １００ｍ²以上であると担体材料の設置面積効率が高く、５００ｍ²以下であれば、曝気によるエアーリフト効果が発揮されて均一な旋回流が得られ、微生物が成育しやすい環境が確保できる。これらの効果を得る観点から、固定床式担体ブロックの投影床面積１ｍ²当たりの前記表面積は２５０ｍ²以上３５０ｍ²以下の範囲とすることが好ましい。

生物処理槽２において、担体４を流動床式担体とする場合には、前記〔曝気槽〕において説明した担体を適用できる。
この場合、担体は生物処理槽２の全体に配置してもよく、槽の一部にのみ配置するようにしてもよい。
なお、生物処理槽２が二段以上の多段工程を行う構成を有している場合には、固定床式担体と流動床式担体の双方を併用した構成とすることもできる。

〔膜分離槽〕
本実施の形態における膜分離活性汚泥装置を構成する膜分離槽３は、前段の生物処理槽２から流入する活性汚泥を分離膜によってろ過し、清澄な処理水を得る機能を有している。
膜分離槽３は、前段の生物処理槽２から活性汚泥が流入するようになされた構成であればよく、例えば生物処理槽２における排水のオーバーフローにより、膜分離槽３に流入するような構成が好適なものとして挙げられる。

膜分離槽３は、所定の分離膜が備えられており、この分離膜の下方から空気曝気により膜面を常時洗浄するようになされており、曝気による生物処理も同時に行われる。
分離膜としては浸漬膜や外部ろ過膜等が適用でき、特に、浸漬膜が好ましい。この分離膜は、精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）等を適用でき、特に、ＭＦ膜が好ましい。
分離膜の材質は、ポリエチレンやポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、酢酸セルロース等が用いられ、ＰＶＤＦが好ましい。
分離膜の形状は、中空糸膜や平膜、チューブラー（筒状）膜等とすることができ、特に、中空糸膜が好適である。分離膜の孔径は、０．０１〜０．４μｍとすることができる。
なお、膜分離槽３は、効率的な汚泥の分離を行う観点から、以下の性能及び処理条件とすることが好ましい。
膜透過水流束（フラックス）としては、０．１〜２ｍ³／ｍ²・日で使用することができ、大きいほど好ましく、例えば０．７１〜２ｍ³／ｍ²・日以上とすることができる。
浸漬膜の膜間差圧は、２０〜３０ｋＰａ以内に設定することが好ましい。
膜分離槽３における水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は、４８ｈ以下であるものとし、例えば１〜４８ｈとすることができる。
膜分離槽３における汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、通常は２０００〜２００００ｍｇ／Ｌとすることができ、５０００〜２００００ｍｇ／Ｌで行うのが好ましい。ＭＬＳＳの調整は、余剰汚泥として引抜くか、生物処理槽２への汚泥返送量を調整することによって行うことができる。余剰汚泥の引抜き量は、流入ＢＯＤ成分量に対する比率で５〜２０％とすることができる。
膜分離槽３の水温は、１５〜４０℃が好ましく、２０〜３７℃がより好ましく、２５〜３５℃がさらに好ましい。
膜分離槽３におけるｐＨは、広範囲に設定可能であるが、ｐＨ６〜８の範囲が好ましい。
膜分離槽３の溶存酸素（ＤＯ）は、０．２ｍｇ／Ｌ以上が好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上がより好ましい。
膜分離槽３は、二段以上の多段工程に適用可能な構成としてもよい。
膜分離槽３の分離膜は、複数組合せて膜モジュールとして使用される。膜モジュールは複数組合せて、膜ろ過装置として使用される。この膜ろ過装置の周囲に所定のガイド板を設置して、均一にエアーリフト上昇流が生じるようにした構造とすることもできる。
膜モジュールや膜ろ過装置が複数である場合は、膜分離槽３を並列に複数個に分割した構成としてもよい。
また、膜分離槽３は、上記〔曝気槽〕や〔生物処理槽〕において説明した担体や、所定の粉末活性炭を配置してもよい。

膜分離槽３における分離膜は、膜詰りがほとんど発生しないため、膜の洗浄を常時行う必要はないが、適宜、間欠吸引ろ過方式や間欠吸引吐出方式を適用して洗浄することが好ましい。
なお、膜詰りが発生した場合には、インライン洗浄やオフライン洗浄で洗浄することが好ましい。
分離膜の洗浄方法としては、水洗浄や薬剤洗浄が適用できる。薬剤としては、苛性ソーダや次亜塩素酸ソーダ、塩酸、クエン酸等が適用できる。

膜分離槽３には、汚泥を生物処理槽２へ返送するための手段が、例えば汚泥返送管５が設けられている。
なお、汚泥を返送する手段は、特に限定されるものではなく、通常の汚泥ポンプを使用することができる。
返送する汚泥量は特に限定されないが、返送汚泥量が過少であると膜分離槽３における汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が高くなり過ぎ、一方、返送汚泥量が過多であると消費電力量が多くなりすぎる。
かかる観点から返送汚泥量について検討したところ、供給する有機物含有水量（Ｑ）に対する返送汚泥量の比は、１〜５であることが好ましく、更には２〜４とすることがより好ましいことが確認された。
なお、上述したように、汚泥の返送は、生物処理槽２のみではなく、必要に応じて、一部を１Ｑ以下の量で曝気槽１にも行うことができる。

〔その他〕
本実施の形態における膜分離活性汚泥装置は、上述した構成の他、必要に応じて、他の装置や手段、槽等を併設することができる。
例えば、前処理機能を有するものとして、ストリッピング装置や加圧浮上装置、オイルスキマー、凝集沈殿装置、ろ過装置、膜分離装置、調整槽等が挙げられる。汚泥処理として、ベルトプレスやフィルタープレス、遠心脱水機、多重円板脱水機、汚泥可溶化装置、嫌気性消化装置等が挙げられる。後処理として、活性炭吸着やオゾン発生装置、紫外線照射装置、殺菌剤添加装置、イオン交換装置、イオン吸着装置、逆浸透膜（ＲＯ膜）等が挙げられる。膜分活性汚泥装置の生物処理を順調に実行するものとして、ｐＨ調整装置や温度調整装置、メタノール添加装置、消泡剤添加装置、無機凝集剤添加措置、分離膜用薬液洗浄槽、脱臭装置等が挙げられる。

次に、本実施の形態における膜分離活性汚泥装置を用いた有機物含有水の処理方法について説明する。
この処理方法は、有機物含有水を曝気槽１で曝気処理する工程と、担体を有する生物処理槽２で生物処理する工程と、膜分離槽３において汚泥を分離する工程とを有しており、かつ分離された後の汚泥を、生物処理槽２に返送する工程とを有している。

曝気処理工程においては、有機物含有水の有機成分の酸化分解を行う。
生物処理工程においては、曝気槽１で曝気処理された有機物含有水を、担体を有する生物処理槽２に流入し、ここで、ＢＯＤ成分の除去、窒素除去、リン除去を行い、かつ汚泥の自己消化や捕食、汚泥のフロック化を行う。
続いて、膜分離槽３において、生物処理槽２から流入された汚泥混合液を分離膜によりろ過し、汚泥を分離することにより、清澄な処理水を得る。

そして、膜分離槽３において分離された汚泥を、担体を有する生物処理槽２へ返送して、生物処理槽２における生物処理工程を行うようにした。このように、一度分離された汚泥を再度生物処理槽２に戻し、更に生物処理を行う工程を設けたことにより、高いＢＯＤ容積負荷条件下で、かつ高いフラックスにおいて運転を行った場合においても、膜分離槽３における膜の目詰り発生を効果的に防止でき、膜の洗浄や交換の頻度を低減でき、効率の向上と運転費用の低減化が図られる。

また、有機物含有水を処理する工程において、膜分離槽３において汚泥を分離した後、この汚泥を、前記生物処理槽と前記曝気槽にそれぞれ返送する工程を設けるようにしてもよい。
この方法は、有機物含有水の流量または有機物含有量が、時間によって変動するような場合に、曝気槽１の処理効率を均等に保持するために効果的である。
但し、曝気槽１へ返送される汚泥量は、前記曝気槽に供給される有機物含有水の量（Ｑ）に対する比で、１Ｑ以下であるものとする。汚泥の返送量が１Ｑを超えると、曝気槽１の処理効率を損ねるおそれがあるため、返送汚泥量の上限値は上記のようにした。

以下、具体的な実施例と、これとの比較例を挙げて具体的に説明する。
後述する実施例及び比較例において適用した分析方法について説明する。
（膜汚染速度）
膜汚染速度は、膜間差圧（ＴＭＰ：Trans Membrane Pressure）の一日あたりの増加量で評価した。
（汚泥発生率）
汚泥発生率は、一定期間中に[引抜いた汚泥中の固形分の重量]を、同じ期間中に[流入させた有機物含有水中のＢＯＤ成分の重量]で割り、百分率（％）で表示した。

（実施例１）
本実施例においては、図１に示す構成の膜分離活性汚泥装置を用いた。
曝気槽１（容量１２Ｌ）、生物処理槽２（容量１２Ｌ）及び膜分離槽３（容量４Ｌ）は、有機物含有水が流れる上流から下流の方向に、直列に連結されている。
各槽１〜３には、それぞれ散気管７が設置されており、曝気可能になされている。
生物処理槽２は、二段に等分されており、両段に固定床式担体４が設置されている。
固定床式担体４は、ポリ塩化ビニリデン繊維を長さ１．５ｃｍのループ状にしてその一部をプラスチック被覆された銅製の芯材に固定し、長さ６０ｃｍで外径が８ｃｍのラセン状にしたものを用いた。
膜分離槽３には、膜モジュール（ＰＶＤＦ製中空糸、孔径０．１μｍ、膜表面積０．０３５ｍ²）が設置されており、膜分離槽中の活性汚泥は送液ポンプにより汚泥返送管５を通じて生物処理槽２の水流方向における上流側（前段側）に返送されるようになされている。 ここで、汚泥返送率は、有機物含有水量Ｑ（ｍ³／日）に対して２Ｑ（ｍ³／日）とした。
有機物含有水として、スキムミルク水溶液（ＢＯＤ約１０００ｍｇ／Ｌ）を用い、３０Ｌ／日で曝気槽１に供給した。
約３週間の馴養運転後、ＢＯＤ容積負荷を１．５ｋｇ／ｍ³・日、フラックスを０．７ｍ³／ｍ²・日の一定値に保ち、膜モジュールは逆洗や膜洗浄を一切行うことなく運転を継続し膜間差圧（ＴＭＰ）を測定した。
膜分離槽３の活性汚泥を適宜引抜き、膜分離槽３のＭＬＳＳが約１５０００ｍｇ／Ｌになるように調整した。運転期間中に曝気槽１の発泡が見られたのでノニオン系消泡剤を適宜添加した。重曹を適宜添加しｐＨが約７になるように調整した。
上述した条件における、上記（膜汚染速度）と（汚泥発生率）の評価結果を下記表１に示す。

実施例１においては、４５日後で膜間差圧（ＴＭＰ）が３ｋＰａ上昇し、膜汚染速度（一日あたりのＴＭＰの増加量）は０．０７ｋＰａ／日であり、極めて小さかった。
また、この間に引抜いた余剰汚泥量と投入したＢＯＤ量から汚泥発生率を計算したところ、１２％と極めて小さい値であった。
得られた処理水の水質は、ＢＯＤ値が２ｍｇ／Ｌ以下であり、良好な値であることが確認された。
実施例１においては、膜分離された汚泥を生物処理槽に返送するようにしたことにより、膜分離槽３における膜の目詰り発生が効果的に防止され、膜の洗浄や交換の頻度を低減化でき、効率の向上と運転費用の低減化が図られたことが確認された。

（実施例２）
本実施例においては、図２に示す構成の膜分離活性汚泥装置を用いた。
曝気槽１（容量２ｍ³）、生物処理槽２（容量６ｍ³＝２ｍ³×３槽）、及び膜分離槽３（容量２ｍ³）は、有機物含有水が流れる上流から下流の方向に、直列に連結されている。
生物処理槽２は、三段に等分されている。上段ではプロペラ攪拌による流動が行われ、曝気はなされていない。中段と下段ではそれぞれ散気管７が設置され曝気が可能であり、また、それぞれに固定床式担体４が設置されている。固定床式担体４は、ポリ塩化ビニリデン繊維を、長さ１．５ｃｍのループ状にしてその一部をプラスチック被覆された銅製の芯材に固定し、長さ１．８ｍで外径が８ｃｍのラセン状にしたものを用いた。
膜分離槽３には、膜モジュール６（ＰＶＤＦ製中空糸、孔径０．１μｍ、膜表面積１２．５ｍ²）が２本設置されている。膜分離槽３中の活性汚泥は、送液ポンプにより汚泥返送管５を通して、有機物含有水の量Ｑ（ｍ³／日）に対して曝気槽１へ０．３Ｑ（ｍ³／日）、生物処理槽へ４．７Ｑ（ｍ³／日）、それぞれ返送されるようにした。
有機物含有水８としては、化学工場廃水（ＢＯＤ約１５００ｍｇ／Ｌ）を用いた。
有機物含有水８の供給量は、１０ｍ³／日とし、曝気槽：生物処理槽＝２：１の割合でステップフィードした。
約１．５ヶ月の馴養運転後、ＢＯＤ容積負荷を３．０ｋｇ／ｍ³・日、フラックスを０．４ｍ³／ｍ²の一定値に保ち、膜モジュール６の洗浄を、ろ過（９分間）、逆洗（１分間）の条件で行い、運転を継続し、膜間差圧（ＴＭＰ）を測定した。
膜分離槽３の活性汚泥を適宜引抜き、膜分離槽３のＭＬＳＳが約１２０００ｍｇ／Ｌになるように調整した。

実施例２においては、４５日後でＴＭＰが７ｋＰａ上昇しており、膜汚染速度（一日あたりのＴＭＰの増加量）は０．１６ｋＰａ／日であり、実用上十分に小さかった。
また、この間に引抜いた余剰汚泥量と投入したＢＯＤ量から汚泥発生率を計算したところ、２５％と実用上十分に小さい値であった。
最終的に得られた処理水の水質は、ＢＯＤ値が４ｍｇ／Ｌ以下であり、良好な値であることが確認された。
実施例２においては、膜分離された汚泥を曝気槽１にも返送させる工程を設けたことにより、本例のように曝気槽１の容量が大きく、有機物含有水の供給量やＢＯＤ成分が変動することがあった場合にも適切に対応され、曝気槽１の機能が常に有効に活用されて処理効率の向上効果が得られることが確認された。

（実施例３）
上記実施例１と同様に、曝気槽１（容量１２Ｌ）、生物処理槽２（容量１２Ｌ）及び膜分離槽３（容量４Ｌ）が、有機物含有水が流れる上流から下流の方向に、直列に連結されている構成の膜分離活性汚泥装置を用いたが、生物処理槽２における担体４を流動担体に変更した。
この例における膜分離活性汚泥装置の概略構成図を図４に示す。
流動担体４としては、アキレス株式会社製、水処理微生物担体「バイオコロニー」軟質ウレタンスポンジ（７ｍｍ角担体）を用いた。
生物処理槽２に、体積比２０％で流動担体４を投入し、馴養した後、ＢＯＤ容積負荷を１．５ｋｇ／ｍ³・日、フラックスを０．７ｍ³／ｍ²・日の一定に保ち、膜モジュール６は逆洗や膜洗浄を一切行わず、運転を継続して行い、その後、膜間差圧（ＴＭＰ）を測定した。

実施例３においては、４５日後でＴＭＰが７ｋＰａ上昇しており、膜汚染速度（一日あたりのＴＭＰの増加量）は０．６６ｋＰａ／日であり、実用上十分に小さかった。
また、この間に引抜いた余剰汚泥量と投入したＢＯＤ量から汚泥発生率を計算したところ、３０％であり実用上十分に小さい値であった。
最終的に得られた処理水の水質は、ＢＯＤ値が５ｍｇ／Ｌであり、実用上良好な値であることが確認された。
実施例１と実施例３の評価結果を比較すると、生物処理槽２の担体４としては、ラセンの固定床式担体が、より好適であることが確認された。

（比較例１）
比較例１においては、図４に示す構成の膜分離活性汚泥装置を適用した。
この例の装置は、曝気槽を具備しておらず、生物処理槽２（容量２４Ｌ）及び膜分離槽３（容量４Ｌ）は、有機物含有水が流れる上流から下流の方向に、直列に連結された構成となっている。
生物処理槽２は二段に等分された構成となっており、担体は設けなかった。
その他の条件は、上述した実施例１と同様にして、上記（膜汚染速度）と（汚泥発生率）の評価を行った。
比較例１においては、馴養期間中、ＢＯＤ容積負荷が徐々に増大したが、１ｋｇ／ｍ³・日を超えると膜間差圧（ＴＭＰ）は急激に上昇したため、ＢＯＤ容積負荷を１．０ｋｇ／ｍ³・日に固定して行った。
評価結果を下記表１に示す。

比較例１においては、ＢＯＤ容積負荷が小さいにも関わらず、膜汚染速度は１ｋＰａ／日と大きく、実用上十分な処理効率が得られなかった。
また、最終的に得られた処理水のＢＯＤ濃度や汚泥発生率も大きく、実用上良好な水質が確保できなかった。

（比較例２）
比較例２においては、図５に示す構成の膜分離活性汚泥装置を用いた。
この例の装置は、曝気槽を具備しておらず、生物処理槽２（容量２４Ｌ）及び膜分離槽３（容量４Ｌ）は、有機物含有水が流れる上流から下流の方向に、直列に連結された構成となっている。
生物処理槽２は二段に等分された構成となっており、それぞれにラセン状の担体４を設けた。
その他の条件は、上述した実施例１と同様にして、上記（膜汚染速度）と（汚泥発生率）の評価を行った。
比較例２においては、馴養期間中、ＢＯＤ容積負荷が徐々に増大したが、１ｋｇ／ｍ³・日を超えると膜間差圧（ＴＭＰ）は急激に上昇したため、ＢＯＤ容積負荷を１．０ｋｇ／ｍ³・日に固定して行った。
評価結果を下記表１に示す。

比較例２においては、ＢＯＤ容積負荷が小さいにも関わらず、膜汚染速度は１ｋＰａ／日と大きく、実用上十分な処理効率が得られなかった。
また、最終的に得られた処理水のＢＯＤ濃度や汚泥発生率も高く、実用上良好な水質が確保できなかった。

また、膜分離層３において分離された汚泥を生物処理槽２へ返送させず、その他の条件は、実施例１と同様の工程により有機物含有水の処理を行ったところ、実施例１に比して膜汚染速度が大きくなり、最終的に得られた処理水のＢＯＤ濃度や汚泥発生率も著しく高くなった。これは、生物処理槽２において処理しきらなかった汚泥が膜分離層の分離膜に集中し、生物処理槽２の機能を効率的に活用されなかったためである。

上述したように、実施例１〜３においては、高いＢＯＤ容積負荷の条件下で、高いフラックスで運転した場合にも、膜の目詰りが遅く、膜の洗浄や交換の頻度を低減でき、運転費用の低減化、装置寿命を長期化という効果が得られた。
更には、最終的に得られる処理水の水質が良好であり、かつ汚泥発生の増大を防止できるという効果が得られた。

本発明の膜分離活性汚泥装置、及び有機物含有水の処理方法は、下水やし尿等の公共排水、食品や化学等の産業排水、及び湖沼や河川等の環境浄化等に利用可能である。また、処理水は河川等に放流できるだけでなく、車両洗浄などの再生水として利用可能である。

実施形態の説明と実施例１において用いた膜分離活性汚泥装置の概略構成図である。 実施例２で用いた膜分離活性汚泥装置の概略構成図である。 実施例３で用いた膜分離活性汚泥装置の概略構成図である。 比較例１で用いた膜分離活性汚泥装置の概略構成図である。 比較例２で用いた膜分離活性汚泥装置の概略構成図である。

符号の説明

１ 曝気槽
２ 生物処理槽
３ 膜分離槽
４ 担体
５ 汚泥返送管
６ 膜モジュール
７ 散気管
８ 有機物含有水
９ 処理水
１０ 余剰汚泥

Claims (6)

1. 有機物含有水を処理する膜分離活性汚泥装置であって、
   上流から下流の方向に、直列に配置された、曝気槽と、生物処理槽と、膜分離槽と、を備え、
   前記生物処理槽が担体を有し、前記膜分離槽の汚泥を前記生物処理槽に返送する返送手段をさらに備える、膜分離活性汚泥装置。
2. 前記担体が、固定床式担体である、請求項１に記載の膜分離活性汚泥装置。
3. 前記担体が、ラセン状の固定床式担体である、請求項２に記載の膜分離活性汚泥装置。
4. 前記生物処理槽が２段以上に分割されている、請求項１〜３いずれか一項に記載の膜分離活性汚泥装置。
5. 少なくとも、曝気槽、担体を有する生物処理槽、及び膜分離槽が、有機物含有水の上流から下流方向に直列に配置された膜分離活性汚泥装置を用いる有機物含有水の処理方法であって、
   前記有機物含有水を曝気処理する工程と、
   前記生物処理槽において生物処理する工程と、
   膜分離槽において汚泥を分離する工程と、
   分離後の前記汚泥を、前記生物処理槽に返送する工程と、を有する有機物含有水の処理方法。
6. 少なくとも、曝気槽、担体を具備する生物処理槽、及び膜分離槽が、有機物含有水の上流から下流方向に直列に配置された膜分離活性汚泥装置を用いる有機物含有水の処理方法であって、
   前記有機物含有水を曝気処理する工程と、
   前記生物処理槽において生物処理する工程と、
   膜分離槽において汚泥を分離する工程と、
   分離後の前記汚泥を、前記生物処理槽と前記曝気槽にそれぞれ返送する工程と、を有し、
   前記曝気槽へ返送する汚泥の容積量を、前記曝気槽に供給される有機物含有水の容積量Ｑに対して、１Ｑ以下とする有機物含有水の処理方法。

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