專利名稱：膜分離活性污泥系統(tǒng)及膜分離活性污泥方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過使用了活性污泥的生物處理來進(jìn)行污水或工業(yè)廢水等的凈化的膜分離活性污泥系統(tǒng)及膜分離活性污泥方法。
背景技術(shù)：
膜分離活性污泥法(MBR :Membrane Bio Reactor)是在利用活性污泥對(duì)污水或工業(yè)廢水等被處理水進(jìn)行凈化而對(duì)處理水中的活性污泥進(jìn)行固液分離時(shí)，適用了膜技術(shù)的處理方法。根據(jù)該處理方法，不用考慮在以往的沉淀池中進(jìn)行固液分離時(shí)的污泥的沉降性，而能夠利用高濃度的活性污泥進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，由于槽內(nèi)的活性污泥的高濃度化，而可以省略沉淀池并實(shí)現(xiàn)裝置整體的小型化，而且實(shí)現(xiàn)有機(jī)物氧化、硝化反應(yīng)等處理的高速化，從而能夠大幅縮短處理時(shí)間。通常，使用了膜分離活性污泥法的處理系統(tǒng)包括無氧槽、需氧槽、膜分離槽這三個(gè)處理槽。并且，在需氧槽和膜分離槽中分別進(jìn)行散氣。在需氧槽中，為了對(duì)槽內(nèi)的活性污泥高效率地進(jìn)行氧供給，而具備能夠供給氣泡直徑比較細(xì)的微細(xì)散氣的散氣機(jī)構(gòu)。因此，在污泥濃度為高濃度時(shí)，必要的氧供給量增加，因此散氣量也增加。另一方面，在膜分離槽中，為了得到在過濾吸引時(shí)將堆積于膜面的廢物等固形物除去而抑制膜的閉塞的清洗效果，或使處理槽內(nèi)的被處理水產(chǎn)生回旋流而向膜表面附近施加水流并對(duì)處理槽內(nèi)進(jìn)行攪拌，而使用能夠供給比需氧槽的氣泡大的粗大氣泡的散氣機(jī)構(gòu)。如上述那樣，現(xiàn)有的膜分離活性污泥法通過將膜分離適用于固液分離，而能夠?qū)崿F(xiàn)污泥濃度的高濃度化，具體而言，將無氧槽及需氧槽等的生物反應(yīng)的槽內(nèi)的活性污泥濃度設(shè)定為10，000mg/L 15，000mg/L來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)管理。當(dāng)生物反應(yīng)槽的活性污泥濃度升高時(shí)，被處理水的粘性升高。另一方面，關(guān)于被處理水的流動(dòng)性，被處理水的粘性越高越下降。此外，在被處理水的粘性高時(shí)，存在氧移動(dòng)速度下降的傾向。當(dāng)被處理水的粘性高時(shí)，在膜分離槽中，活性污泥產(chǎn)生的剪切力上升，能得到膜面的清洗效果。作為此種現(xiàn)有的膜分離活性污泥裝置的一例，可以列舉出專利文獻(xiàn)I。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開2005-193102號(hào)公報(bào)上述的膜分離活性污泥法在膜分離中需要膜面清洗用的散氣或過濾泵的動(dòng)力。而且，尤其是高濃度化的活性污泥的粘性高，處理槽內(nèi)的活性污泥的流動(dòng)性和用于向活性污泥進(jìn)行氧供給的散氣的效率降低。因此，散氣機(jī)構(gòu)花費(fèi)過大的動(dòng)力成為問題。因此，考慮到若將濃度設(shè)定為低于現(xiàn)有的生物反應(yīng)槽內(nèi)的活性污泥濃度即10，000mg/L 15，000mg/L,則能夠減少生物反應(yīng)槽中的散氣量。確實(shí)是，若活性污泥濃度降低，則被處理水的粘性降低，氧移動(dòng)速度也升高。因此，能夠減少生物處理所需的生物反應(yīng)槽的散氣量，能夠減少生物反應(yīng)槽中的散氣成本。然而，在膜分離槽中，若活性污泥濃度降低，則被處理水的粘性降低，因此活性污泥產(chǎn)生的剪切力下降。在此，能夠適用于膜分離槽的平膜過濾裝置在裝滿被處理水的處理槽內(nèi)將多個(gè)膜元件以浸潰的狀態(tài)排列，從作為膜元件的集合體的膜模塊的內(nèi)部吸引過濾被處理水，由此能得到過濾水。各膜元件在處理槽內(nèi)隔開規(guī)定的間隔垂直設(shè)置，且設(shè)有用于向下方進(jìn)行散氣的散氣機(jī)構(gòu)。圖12是膜模塊的向上流的說明圖。如圖所示，將多個(gè)膜元件200隔開規(guī)定的間隔并列配置且利用殼體(未圖示)覆蓋側(cè)面而形成膜模塊202，從配置在膜模塊202的下方的散氣管204向膜模塊202噴出的氣泡伴隨著箭頭A那樣的上升而向中心部集中。這是因?yàn)樵跉んw的壁附近，因壁面摩擦而流速減少。因此，在膜模塊202的側(cè)部206中，不易產(chǎn)生伴隨著氣泡的上升而出現(xiàn)的橫向流動(dòng)流，因而橫向流動(dòng)流產(chǎn)生的膜面清洗效果下降，膜面局部性地發(fā)生閉塞。此時(shí)，當(dāng)上述的活性污泥產(chǎn)生的剪切力下降時(shí)，無法得到膜面的清洗效果，在膜模塊202的側(cè)部206，膜面的閉塞進(jìn)一步發(fā)展。這樣的膜面的閉塞會(huì)減少有效膜面積，因此會(huì)導(dǎo)致過濾壓力的提前上升。因此，在中央部以外的區(qū)域中，膜表面容易發(fā)生堵眼。為了消除容易堵眼的部位，而需要增加散氣量。然而，由于存在像膜元件的中央部那樣未堵眼的部位，因此僅為了對(duì)局部堵眼的膜表面區(qū)域進(jìn)行清洗再生就增加散氣量的話，效率低下。而且，僅對(duì)發(fā)生了污垢或堵眼的部位進(jìn)行集中散氣的情況做不到。即使僅對(duì)發(fā)生了堵眼的部位增加散氣量，壁附近的側(cè)面摩擦的傾向也不會(huì)改變，因此在中央部與側(cè)部之間會(huì)產(chǎn)生流速差，容易形成拋物線狀的流速分布，因而可能會(huì)使堵眼進(jìn)一步發(fā)展。因此，在產(chǎn)生這樣的部位時(shí)，由于對(duì)包括污垢少的部位在內(nèi)的整個(gè)膜表面同時(shí)提高散氣量進(jìn)行清洗，因此可能會(huì)產(chǎn)生散氣的低效率化這樣的問題。另一方面，在膜間流路內(nèi)，作為消除關(guān)于水平寬度方向的流速分布的偏向中央的另一機(jī)構(gòu)，有安裝整流板的方法。然而，膜元件間隔即膜間流路的寬度通常為幾_至幾十_，在這樣的狹隘的場所難以設(shè)置整流板。而且，在將膜模塊多段層疊時(shí)，整流板也需要按照膜模塊沿鉛垂方向配置于另一段，不實(shí)用。如此，在現(xiàn)有的膜分離活性污泥方法中，為了得到膜分離槽內(nèi)的膜模塊的清洗效果，必須設(shè)定為高于硝化反應(yīng)所需的活性污泥濃度。因此，在生物反應(yīng)槽中，為了確保充分 的溶存氧量，而必須增加散氣量。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題點(diǎn)，其目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)了處理成本的減少化的膜分離活性污泥系統(tǒng)及膜分離活性污泥方法。而且，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)了生物處理及膜分離所需的散氣量的減少化的膜分離活性污泥系統(tǒng)及膜分離活性污泥方法。本發(fā)明的膜分離活性污泥系統(tǒng)的特征在于，具備利用活性污泥對(duì)被處理水進(jìn)行生物處理的生物反應(yīng)槽；浸潰有利用殼體包圍并列配置的多個(gè)平膜的側(cè)面而成的膜模塊，在多個(gè)平膜的膜間產(chǎn)生來自所述生物反應(yīng)槽的所述被處理水的向上流并同時(shí)進(jìn)行固液分離的膜分離槽，使所述生物反應(yīng)槽的活性污泥濃度為至少能夠進(jìn)行硝化反應(yīng)的濃度以上，將通過所述向上流而能夠在所述膜分離槽內(nèi)流動(dòng)且密度比水高的載體僅向所述膜分離槽內(nèi)添加。這種情況下，優(yōu)選的是，所述活性污泥濃度設(shè)定為小于10000mg/L且大于SOOOmg/
L0另外，優(yōu)選的是，所述活性污泥濃度在所述被處理水的水溫為15度時(shí)，設(shè)定為至少大于8000mg/L，在所述被處理水的水溫為20度時(shí)，設(shè)定為至少大于6100mg/L。另外，優(yōu)選的是，所述載體是多面體。優(yōu)選的是，所述載體的一邊的長度相對(duì)于所述平膜間的流路寬度之比為O. 5以上至O. 9以下。優(yōu)選的是，在所述膜分離槽設(shè)有使所述被處理水向所述生物反應(yīng)槽返回的配管，位于所述配管的流入口的載體分離網(wǎng)篩。本發(fā)明的膜分離活性污泥方法的特征在于，在生物反應(yīng)槽內(nèi)以至少能夠進(jìn)行硝化反應(yīng)的活性污泥濃度對(duì)被處理水進(jìn)行生物處理，將利用殼體包圍并列配置的多個(gè)平膜的側(cè)面而成的膜模塊浸潰于膜分離槽，并向該膜分離槽導(dǎo)入所述被處理水且在多個(gè)平膜的膜間產(chǎn)生所述被處理水的向上流，將具有由所述向上流引起的速度差的載體僅向所述膜分離槽內(nèi)添加，在膜間流路上使所述載體分散并同時(shí)對(duì)所述被處理水進(jìn)行固液分離。這種情況下，優(yōu)選的是，所述活性污泥濃度設(shè)定為小于10000mg/L且大于SOOOmg/L0另外，優(yōu)選的是，所述活性污泥濃度在所述被處理水的水溫為15度時(shí)，設(shè)定為至少大于8000mg/L，在所述被處理水的水溫為20度時(shí)，設(shè)定為至少大于6100mg/L。發(fā)明效果根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的膜分離活性污泥系統(tǒng)及膜分離活性污泥方法，由于將活性污泥濃度設(shè)定為至少能夠維持硝化反應(yīng)的濃度，因此能夠減少活性污泥量，并減少生物反應(yīng)所需的散氣量。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)整體的成本減少化。另外，由于對(duì)所述被處理水使用具有由所述向上流引起的速度差的載體，因此從由被處理水和氣泡構(gòu)成的氣液二相流體受到阻力而不易伴隨著向上流的流動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)。具體而言，載體通過向上流而能夠在所述處理槽內(nèi)流動(dòng)且密度比水高，因此容易從氣液二相流體受到阻力，以比向上流的流速慢的流速進(jìn)行移動(dòng)。而且，載體由于是多面體，而容易從氣液二相流體受到阻力，從而以比向上流的流速慢的流速進(jìn)行移動(dòng)。因此，關(guān)于膜間流路的水平寬度方向，存在于殼體周邊的載體難以向中央部移動(dòng)，以分散的狀態(tài)大致均勻地存在。由此，在從膜間流路的散氣機(jī)構(gòu)所處的入口部到上部出口部移動(dòng)期間，能夠沿橫寬方向分散并同時(shí)進(jìn)行上升移動(dòng)。如此，本發(fā)明的載體作為在膜間流路中分散并同時(shí)移動(dòng)的整流器發(fā)揮功能，由此能夠?qū)崿F(xiàn)在流路中央部的流速快的部位產(chǎn)生的氣液二相流速分布的平坦化。由此，相對(duì)于膜面，產(chǎn)生基于速度差的剪切力，能夠均勻地清洗膜面整體，無需像以往那樣增加散氣量來防止堵眼，從而能夠以通常的散氣量來提高清洗效果。另外，在氣泡的周圍產(chǎn)生的紊亂引起剪切力而有助于膜面清洗，與此同樣地，在密度比水高且為多面體的載體的周圍也產(chǎn)生因流體的渦流或剝離引起的紊亂，因而也產(chǎn)生這些紊亂引起的剪切力。因此，與以往的氣液二相流的狀態(tài)相比，產(chǎn)生剪切力的部位增加，與、現(xiàn)有的平膜式的過濾裝置相比，能夠提高膜面清洗的效果。
圖I是示意性地表示本發(fā)明的膜分離活性污泥系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示活性污泥濃度與氧移動(dòng)效率的關(guān)系的曲線圖。圖3是平膜過濾裝置的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖4是膜間流路寬度和膜元件的水平方向的長度的參數(shù)的說明圖。圖5是在混相流體中進(jìn)行上升移動(dòng)的載體的說明圖。圖6是表示比流速差與尺寸比的關(guān)系的曲線圖。圖7是膜間流路的向上流的說明圖。圖8是平膜過濾裝置的變形例的說明圖。圖9是變形例的平膜過濾裝置的向上流的說明圖。圖10是表示散氣量與膜面差壓的時(shí)間變化率的關(guān)系的曲線圖。圖11是表示活性污泥濃度與Flux的關(guān)系的曲線圖。圖12是膜模塊的向上流的說明圖。符號(hào)說明10.........膜分離活性污泥系統(tǒng)12.........流入調(diào)整槽14.........無氧槽16.........需氧槽16a.........散氣機(jī)構(gòu)16b.........配管18.........膜分離槽18a.........配管19.........濾網(wǎng)20.........膜單元22.........膜元件24.........膜模塊26.........殼體28.........配管
30.........散氣機(jī)構(gòu)40.........載體50、500.........平膜過濾裝置200.........膜元件202.........膜模塊204.........散氣管206.........側(cè)部
具體實(shí)施方式
以下，參照附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的膜分離活性污泥系統(tǒng)及膜分離活性污泥方法的實(shí)施方式。圖I是示意性地表示本發(fā)明的膜分離活性污泥系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)的圖。本實(shí)施方式的膜分離活性污泥系統(tǒng)10以生物反應(yīng)槽和膜分離槽為主要的基本結(jié)構(gòu)，具體而言，包括流入調(diào)整槽12、無氧槽14、需氧槽16、膜分離槽18。生物反應(yīng)槽是通過活性污泥對(duì)被處理水進(jìn)行生物反應(yīng)的處理槽。本實(shí)施方式的生物反應(yīng)槽作為一例，包括無氧槽14和需氧槽16。在無氧槽14的槽內(nèi)設(shè)有攪拌機(jī)構(gòu)(未圖示)。在無氧槽14中，進(jìn)行通過活性污泥將被處理水中的硝酸轉(zhuǎn)變?yōu)榈⑾蛲獠糠懦龅拿摰磻?yīng)。在需氧槽16的槽內(nèi)設(shè)有散氣機(jī)構(gòu)16a。散氣機(jī)構(gòu)16a為了對(duì)活性污泥高效率地進(jìn)行氧供給，而能夠供給氣泡直徑比較細(xì)的微細(xì)散氣。在需氧槽16中，進(jìn)行利用活性污泥將被處理水中的氨分解而形成硝酸的硝化反應(yīng)。需要說明的 是，在需氧槽16與無氧槽14之間設(shè)定對(duì)需氧槽16中的被處理水進(jìn)行局部還原的配管16b。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以將在需氧槽16中產(chǎn)生的硝酸在無氧槽14中進(jìn)行處理。而且，可以在生物反應(yīng)槽的前段設(shè)置流入調(diào)整槽12。流入調(diào)整槽12是將原水導(dǎo)入，對(duì)被處理水向后段的生物反應(yīng)槽的流入量進(jìn)行調(diào)整控制的水槽。以下，接著說明本實(shí)施方式的活性污泥濃度。通常，需氧槽中的硝化菌的增殖速度比較慢。因此，為了在需氧槽內(nèi)保持硝化菌，而需要充分確保需氧的污泥滯留時(shí)間(A-SRT)。而且，需氧的污泥滯留時(shí)間可以通過從反應(yīng)槽向系統(tǒng)外的活性污泥的抽出量進(jìn)行調(diào)整。通過該需氧的污泥滯留時(shí)間的設(shè)定，而能夠決定槽內(nèi)的活性污泥濃度。在此，需氧的污泥滯留時(shí)間與水溫(T)的關(guān)系通?？梢杂上率奖硎?。數(shù)學(xué)式IA-SRT > 20. 65exp (-0. 0639 X T)另外，需氧的污泥滯留時(shí)間與活性污泥濃度的關(guān)系通?？梢杂上率奖硎?。數(shù)學(xué)式2
^-^r=(^￡^)xS=9-3xir4><x在此,各記號(hào)中,X表示活性污泥濃度,Cssin表示流入原水的懸濁物質(zhì)(SS)，ζ表示污泥轉(zhuǎn)換率，Ta表示需氧HRT (水力學(xué)的滯留時(shí)間)?；钚晕勰喔鶕?jù)成分、水溫、裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)條件等參數(shù)而進(jìn)行變化。因此，在本實(shí)施方式中，在以水溫T為參數(shù)而求出了需氧的滯留時(shí)間后(數(shù)學(xué)式I)，求出滿足該需氧的滯留時(shí)間的活性污泥濃度(數(shù)學(xué)式2)。根據(jù)數(shù)學(xué)式1、2，在假定為冬季的所述被處理水的水溫T = 15°時(shí)，活性污泥濃度X 大于 8000mg/L 即可(X > 8000mg/L)。另外，在假定為夏季的所述被處理水的水溫T = 20°時(shí)，活性污泥濃度X大于6100mg/L 即可(X > 6100mg/L)。另外，在本實(shí)施方式中，從形成為比現(xiàn)有的生物反應(yīng)槽的活性污泥濃度的設(shè)定值即10000mg/L 15000mg/L低的低濃度化的觀點(diǎn)出發(fā)，作為活性污泥濃度的上限值，若小于10000mg/L,則能夠減少散氣量。
因此，在本實(shí)施方式的生物反應(yīng)槽中能夠維持硝化反應(yīng)的活性污泥濃度只要小于10000mg/L 且大于 8000mg/L 即可。另外，所述活性污泥濃度優(yōu)選如下設(shè)定在所述被處理水的水溫為15度時(shí)，至少大于8000mg/L，在所述被處理水的水溫為20度時(shí)，至少大于6100mg/L。接下來，說明活性污泥濃度與氧移動(dòng)效率的關(guān)系。圖2是表示活性污泥濃度與氧移動(dòng)效率的關(guān)系的曲線圖。作為設(shè)計(jì)生物處理所需的散氣量時(shí)的根據(jù)的氧移動(dòng)效率(Ea)可以使用數(shù)學(xué)式3算出。數(shù)學(xué)式3
權(quán)利要求
1.一種膜分離活性污泥系統(tǒng)，其特征在于，具備 利用活性污泥對(duì)被處理水進(jìn)行生物處理的生物反應(yīng)槽； 浸潰有利用殼體包圍并列配置的多個(gè)平膜的側(cè)面而成的膜模塊，在多個(gè)平膜的膜間產(chǎn)生來自所述生物反應(yīng)槽的所述被處理水的向上流并同時(shí)進(jìn)行固液分離的膜分離槽， 使所述生物反應(yīng)槽的活性污泥濃度為至少能夠進(jìn)行硝化反應(yīng)的濃度以上， 將通過所述向上流而能夠在所述膜分離槽內(nèi)流動(dòng)且密度比水高的載體僅向所述膜分離槽內(nèi)添加。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的膜分離活性污泥系統(tǒng)，其特征在于， 所述活性污泥濃度設(shè)定為小于10000mg/L且大于8000mg/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的膜分離活性污泥系統(tǒng)，其特征在于， 所述活性污泥濃度在所述被處理水的水溫為15度時(shí)，設(shè)定為至少大于8000mg/L，在所述被處理水的水溫為20度時(shí),設(shè)定為至少大于6100mg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的膜分離活性污泥系統(tǒng)，其特征在于， 所述載體是多面體。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的膜分離活性污泥系統(tǒng)，其特征在于， 所述載體的一邊的長度相對(duì)于所述平膜間的流路寬度之比為O. 5以上至O. 9以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的膜分離活性污泥系統(tǒng)，其特征在于， 在所述膜分離槽設(shè)有使所述被處理水向所述生物反應(yīng)槽返回的配管、位于所述配管的流入口的載體分離網(wǎng)篩。
7.一種膜分離活性污泥方法，其特征在于， 在生物反應(yīng)槽內(nèi)以至少能夠進(jìn)行硝化反應(yīng)的活性污泥濃度對(duì)被處理水進(jìn)行生物處理，將利用殼體包圍并列配置的多個(gè)平膜的側(cè)面而成的膜模塊浸潰于膜分離槽，并向該膜分離槽導(dǎo)入所述被處理水且在多個(gè)平膜的膜間產(chǎn)生所述被處理水的向上流， 將具有由所述向上流引起的速度差的載體僅向所述膜分離槽內(nèi)添加， 在膜間流路上使所述載體分散并同時(shí)對(duì)所述被處理水進(jìn)行固液分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的膜分離活性污泥方法，其特征在于， 所述活性污泥濃度設(shè)定為小于10000mg/L且大于8000mg/L。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的膜分離活性污泥方法，其特征在于， 所述活性污泥濃度在所述被處理水的水溫為15度時(shí)，設(shè)定為至少大于8000mg/L，在所述被處理水的水溫為20度時(shí),設(shè)定為至少大于6100mg/L。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)生物處理及膜分離所需的散氣量的減少化的膜分離活性污泥系統(tǒng)及膜分離活性污泥方法。本發(fā)明的膜分離活性污泥系統(tǒng)(10)的特征在于，具備利用活性污泥對(duì)被處理水進(jìn)行生物處理的生物反應(yīng)槽；浸漬有利用殼體(26)包圍并列配置的多個(gè)平膜的側(cè)面而成的膜模塊(24)，在多個(gè)平膜的膜間產(chǎn)生來自所述生物反應(yīng)槽的所述被處理水的向上流并同時(shí)進(jìn)行固液分離的膜分離槽(18)，使所述生物反應(yīng)槽的活性污泥濃度為至少能夠進(jìn)行硝化反應(yīng)的濃度以上，將通過所述向上流而能夠在所述膜分離槽(18)內(nèi)流動(dòng)且密度比水高的載體(40)僅向所述膜分離槽(18)內(nèi)添加。
文檔編號(hào)C02F3/12GK102633357SQ201210029799
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者北村光太郎, 和田圭史, 森田穰 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù)