專利名稱：病毒分離用膜處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種病毒分離用膜處理系統(tǒng)，尤其涉及通過膜過濾下水道水、湖泊水、河水、水池水等水中存在的病毒，從水中去除病毒的病毒分離用膜處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知在下水道水、湖泊水、河水、水池水等水中存在多種病毒，在這些多種病毒中，有的對人及家畜等有害，需要去除水中的病毒或使其惰性化。
作為去除水中生息的病毒或使其惰性化的以往的一般方法，具有用氯處理法、臭氧處理法、紫外線照射法、加熱法等處理存在病毒的水的方法。
除此以外，在特開平10-137783號公報中公開了通過在存在膜口目的纖毛蟲的區(qū)域放置用于使纖毛蟲生息的直徑50～500μm的多孔性載體，在該區(qū)域使存在病毒的水通過載體，將病毒吸引在纖毛蟲上而使其去除的方法。此外，在特開平6-114250號公報中，公開了以在材料表面上固定胺化合物的有機材料作為膜的選擇性去除病毒的材料。
但是，氯處理存在氯殘留的問題，臭氧處理及紫外線處理存在處理成本的問題，加熱處理存在不適合耐熱病毒的問題，同時也不適合下水道水等大水量的處理。此外，在特開平10-137783號公報中必須膜口目的纖毛蟲并且由于向絨毛蟲吸引病毒的差異而存在難以完全除去病毒的缺點。在特開平6-114250號公報中是以藥品制造業(yè)等為目的，用于從含血漿或血液成分的蛋白溶液選擇地去除病毒，不適合從下水道水等的大量的水中去除病毒。
作為從下水道等的污水中去除病毒的其他方法，具有不存在藥物殘留、處理成本問題、病毒耐熱問題等的膜過濾法，但該膜過濾方法的最大缺陷是膜的標稱孔徑必須比病毒的直徑小，存在膜通量變得極差的問題。
因此，本申請人在特愿2003-46831中，提出了一種能夠不降低膜通量而能夠去除水中病毒的病毒去除方法及其裝置。該病毒去除方法及裝置，根據(jù)膜濾器的膜的標稱孔徑控制從生物處理槽內(nèi)抽取并返回生物處理槽的污泥量，由此，能夠用標稱孔徑比病毒直徑大的膜進行膜過濾，防止膜通量的降低。
但是，由于在返回生物處理槽的污泥中存在病毒，因此由于返回污泥而存在再次向生物處理槽夾帶病毒的問題。此外，在作為剩余污泥向生物處理槽的系統(tǒng)外排放部分抽取的污泥時，也存在直接排放存在病毒的污泥的問題。另外，盡管能得到利用膜過濾去除病毒的處理水，但也需要考慮因膜的老朽化及破損等在處理水中混入病毒的問題。
因此，為使本申請人提出的病毒去除方法及其裝置實用化，需要具體構(gòu)建作為包括返送于生物處理槽的活性污泥中的病毒對策、病毒從膜漏泄到處理水中時的對策的綜合病毒分離用膜處理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對上述問題而提出的，目的是提供一種能夠不降低膜通量而去除水中病毒并且包括活性污泥中的病毒對策、病毒從膜漏泄到處理水中時的對策的綜合病毒分離用膜處理系統(tǒng)。
為達成上述目的，本發(fā)明之一的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，使膜濾器浸漬在生物處理槽內(nèi)的被處理水中，通過膜過濾而得到去除了上述被處理水中存在病毒的處理水，同時，根據(jù)上述膜濾器的膜的標稱孔徑，控制從上述生物處理槽內(nèi)抽取并返回上述生物處理槽的活性污泥量，其特征在于，設(shè)置對從上述生物處理槽抽取的活性污泥進行熱處理的熱處理裝置。
如采用本發(fā)明，根據(jù)膜濾器的膜的標稱孔徑，通過控制從上述生物處理槽內(nèi)抽取并返回上述生物處理槽的活性污泥量，能夠不降低膜通量而去除水中病毒。此外，通過設(shè)置對從上述生物處理槽抽取的活性污泥進行熱處理的熱處理裝置，由于能夠殺死活性污泥中的病毒或使其惰性化，因此不再將有活性的病毒帶入生物處理槽內(nèi)。此時，在活性污泥中沒有病毒的情況下，不需全部要加熱處理要返送的活性污泥，也可以只部分加熱。即使是部分加熱，也能夠降低帶入生物處理槽的活性病毒量。
下面，說明根據(jù)上述膜濾器的標稱孔徑，通過控制從上述生物處理槽內(nèi)抽取并返回上述生物處理槽的活性污泥量，能夠不降低膜通量而去除水中病毒的理由。即，SS成分吸收存在被處理水中的病毒，例如容易被活性污泥吸收，通過活性污泥吸收，可增大表觀上的直徑。因此，即使是比病毒大的標稱孔徑的膜，也能夠膜過濾病毒，通過適當(dāng)?shù)乜刂票炔《敬蟮哪さ臉朔Q孔徑與處理槽內(nèi)的SS成分濃度的相互關(guān)系，能夠不降低膜通量而完全去除水中病毒。
本發(fā)明之二的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，如本發(fā)明之一所述，其特征在于，在上述熱處理裝置中，用70℃以上溫度熱處理上述活性污泥。已知雖然根據(jù)病毒的種類而不同，但是污水中存在的病毒的耐熱性都比一般的細菌等微生物低，通過70℃以上比較低的溫度的加熱，一般能夠殺死有害的病毒或使其惰性化。因此，由于能夠用比較低的溫度進行活性污泥內(nèi)的病毒殺死，所以不用顯著增加熱處理的運行成本。
本發(fā)明之三的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，如本發(fā)明之一或本發(fā)明之二所述，其特征在于，設(shè)置對上述活性污泥進行堿處理的堿處理裝置。這是因為，通過堿處理也能夠殺死病毒或使其惰性化。特別是通過熱處理與堿處理并用，可更有效地進行病毒的殺死或使其惰性化，同時還促進活性污泥的自分解。因此，熱堿處理過的活性污泥即使返回生物處理槽，由于能自分解，因此能夠抑制由于返送污泥而微生物繁殖以及剩余污泥量增加。
本發(fā)明之四的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，如本發(fā)明之一至之三所述，其特征在于，設(shè)置對上述處理水進行臭氧處理的臭氧處理裝置。由此，即使在因膜的老朽化及破損等在處理水中混入病毒時，由于處理水被臭氧殺菌處理，因此不向系外排放存在病毒的處理水。此外，在將經(jīng)加熱處理的活性污泥返回生物處理槽時，由于基于加熱處理的污泥可溶化，則容易產(chǎn)生色素成分或在生物處理不分解的難分解性物質(zhì)。而且，這些色素成分或難分解性物質(zhì)透過膜濾器的膜，有時污濁處理水。但是，在本發(fā)明中，由于對處理水進行臭氧處理，不只是單一的病毒的臭氧殺菌，還能同時進行色素成分及難分解性物質(zhì)的分解，所以能夠提高處理水的水質(zhì)。


圖1是說明在活性污泥處理裝置中組裝本發(fā)明的病毒分離用膜處理系統(tǒng)的實施方式的構(gòu)成圖。
圖中10活性污泥處理裝置，11熱處理裝置，12原水配管，13堿處理裝置，14生物處理槽，15臭氧處理手段，16脫氮槽，18硝化槽，20循環(huán)配管，22鼓風(fēng)機，24曝氣配管，26膜濾器，28處理水配管，30吸引泵，32活性污泥濃度傳感器，34控制器，35添加配管，36污泥泵，38污泥排放管，40切換器，42剩余污泥管，44污泥返送管，46污泥濃縮器，48添加物容器，50添加配管，52調(diào)節(jié)閥，54熱處理器，56加熱線圈，58堿添加裝置，60開關(guān)閥，62溫度·pH傳感器，64污泥碳化裝置，66臭氧處理槽，68臭氧發(fā)生器，70臭氧曝氣管，72臭氧泵，74導(dǎo)出泵，76導(dǎo)出管具體實施方式
下面根據(jù)附圖，詳細說明本發(fā)明的病毒分離用膜處理系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式。
圖1是在對含有氨性氮的廢水進行除氮的活性污泥處理裝置10上組裝本發(fā)明的病毒分離用膜處理系統(tǒng)的一實施方式。
如圖1所示，組裝病毒分離用膜處理系統(tǒng)的活性污泥處理裝置10主要具有以下構(gòu)成生物處理槽14；對從生物處理槽14抽取并返回該生物處理槽14的活性污泥進行熱處理的熱處理裝置11及堿處理裝置13；臭氧處理裝置15，對基于生物處理槽14的硝化·脫氮處理的處理水進行臭氧處理。
在活性污泥處理裝置10中，廢水從原水配管12流入生物處理槽14。生物處理槽14分為脫氮槽16和硝化槽18，硝化槽18中的液體借助循環(huán)配管20向脫氮槽16循環(huán)。在硝化槽18中，曝氣來自連接于鼓風(fēng)機22的曝氣配管24的空氣，在好氧條件下使廢水與活性污泥接觸，將廢水中的氨性氮硝化處理成硝酸性氮。另一方面，在脫氮槽16中，在硝化槽18的硝化處理中生成并利用循環(huán)配管20循環(huán)的硝酸性氮在厭氧條件下與活性污泥接觸，脫氮處理成氮氣。
此外，在硝化槽18內(nèi)的廢水中，浸漬膜濾器26，膜濾器26與處理水配管28連接，同時在處理水配管28內(nèi)配設(shè)方向可切換的吸引泵30。由此，膜濾器26膜吸引過濾硝化槽18內(nèi)的液體，分離成處理水和活性污泥。通過該膜濾器26的膜過濾，也可去除廢水中存在的病毒。
可以將用于去除病毒的膜濾器26的膜的標稱孔徑設(shè)定為大于要從廢水中去除的病毒尺寸，同時，為了在即使膜的標稱孔徑比病毒的尺寸大時也不泄漏病毒，根據(jù)用于膜濾器26的膜的標稱孔徑，控制從生物處理槽14內(nèi)抽取并返回生物處理槽14的活性污泥量。
具體是，控制返回生物處理槽14的活性污泥量，使膜的標稱孔徑在0.01μm以下時，硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度為超過0mg/L并且低于500mg/L。并且，控制返回生物處理槽14的活性污泥量，使在膜的標稱孔徑超過0.01μm并且在0.1μm以下時，硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度在500mg/L以上并且低于3000mg/L。另外，控制返回生物處理槽14的活性污泥量，使在膜的標稱孔徑超過0.1μm并且在0.8μm以下時，硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度在3000mg/L以上。
膜的標稱孔徑與返回生物處理槽14的活性污泥量的這種關(guān)系如表1所示。
表1

表1是表示膜濾器26的膜的標稱孔徑與基于試驗水的活性污泥濃度(MLSS)的病毒膜透過效果之間關(guān)系的實驗結(jié)果，調(diào)查了在使存在大小低于0.01μm病毒的試驗水的活性污泥濃度增加時，如采用標稱孔徑為若干μm的膜，可以完全去除病毒，而且，能夠維持膜通量。
其結(jié)果表明，如表1所示，MLSS在超過0mg/L并且低于500mg/L的范圍內(nèi)，通過使用標稱孔徑與病毒的大小大致相等的0.01μm以下的膜，能夠完全去除病毒，而且能夠維持膜通量。如增大MLSS，在500mg/L以上并且低于3000mg/L的范圍內(nèi)，通過使用標稱孔徑0.01μm以上并且低于0.1μm的范圍的膜，能夠完全去除病毒并且能夠維持膜通量。如進一步增大MLSS，如達到3000mg/L以上，通過使用標稱孔徑0.1μm以上并且低于0.8μm范圍的膜，可以完全去除病毒并且能夠維持膜通量。這樣，關(guān)于通過增大試驗水中的SS成分濃度而能夠用比病毒大的標稱孔徑的膜過濾病毒的理由，推斷認為是由于試驗水中存在的病毒被SS成分吸附，通過被SS成分吸附，增大表觀上的直徑的緣故。
因此，在活性污泥處理裝置10中，其構(gòu)成為根據(jù)表1的結(jié)果使用具有合適的標稱孔徑的膜的膜濾器26，而能夠與該標稱孔徑對應(yīng)地控制返回生物處理槽14的活性污泥量。
即，從硝化槽18的底部，延伸設(shè)置具有污泥泵36的污泥排放管38，并與切換器40連接，同時，通過切換器40，將抽取的污泥的流向切換至剩余污泥管42和污泥返送管44。此外，污泥濃縮器46設(shè)在污泥排放管38上。作為污泥濃縮器46，例如可以采用脫水器等。另一方面，在硝化槽18內(nèi)測定硝化槽18內(nèi)的廢水的活性污泥濃度，例如設(shè)置濁度計等活性污泥濃度傳感器32，將活性污泥濃度傳感器32測定的測定結(jié)果輸入給控制器34。然后，控制器34根據(jù)硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度傳感器32的測定結(jié)果，進行控制污泥泵36的運轉(zhuǎn)或用切換器40切換剩余污泥管42及污泥返送管44，通過調(diào)節(jié)返回生物處理槽14的活性污泥量，或用污泥濃縮器46對活性污泥進行脫水，從而控制硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度使?jié)M足與上述膜的標稱孔徑的關(guān)系。
此外，在硝化槽18的上方，設(shè)有添加物容器48，在添加物容器48中至少儲存有活性炭、沸石、多孔性載體、凝集材料等添加物中的一種。從添加物容器48到硝化槽18延伸設(shè)置添加配管50，同時在添加配管50上設(shè)有調(diào)節(jié)添加物添加量的調(diào)節(jié)閥52。這是因為，通過從添加物容器48向硝化槽18內(nèi)添加上述添加物，即使在硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度低時，也能夠使吸附病毒的活性污泥的吸附性能保持良好，而增大表觀上的尺寸。此外，在硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度高時，容易產(chǎn)生活性污泥的可溶化現(xiàn)象，病毒容易再次分散，但通過添加上述添加物能夠抑制活性污泥的可溶化現(xiàn)象。
此外，以能夠熱處理及堿處理從污泥排放管38抽取的活性污泥的方式，構(gòu)成活性污泥的熱處理裝置11及堿處理裝置13。即，在設(shè)置于污泥排放管38上的熱處理器54中，通過內(nèi)部加熱線圈56加熱、保溫，達到70℃。此外，在熱處理器54的上方，設(shè)有堿添加裝置58，通過利用控制器34開關(guān)添加配管35的開關(guān)閥60，向熱處理器54內(nèi)的活性污泥中添加堿液。此外，在熱處理器54內(nèi)部進行溫度及pH的調(diào)節(jié)，例如附設(shè)溫度·pH傳感器62，根據(jù)其測定結(jié)果，通過用控制器34控制加熱線圈56的運轉(zhuǎn)及/或開關(guān)閥60的開關(guān)，調(diào)節(jié)熱處理器54內(nèi)的活性污泥的溫度及堿濃度。此外，在剩余污泥管42上設(shè)有污泥碳化裝置64，因此污泥被碳化并排向系統(tǒng)外。
另一方面，臭氧處理裝置15與處理水配管28連接。即，從處理水配管28流出的處理水被送入臭氧處理槽66。利用臭氧泵72為在臭氧處理槽66內(nèi)的處理水輸送臭氧發(fā)生器68發(fā)生的臭氧，從設(shè)在臭氧處理槽66底部的臭氧曝氣管70進行曝氣。如此，對處理水進行臭氧處理。經(jīng)過臭氧處理的處理水，由導(dǎo)出泵74從設(shè)在臭氧處理槽66上部的導(dǎo)出管76排向系統(tǒng)外。此外，該臭氧處理裝置15也可以用于膜濾器26的膜的反洗。即，在需要清洗膜濾器26的膜時，一旦停止廢水處理后，通過切換吸引泵30的方向，作為臭氧曝氣后的處理水的臭氧水從臭氧處理槽66向膜濾器26逆流，從而反洗膜濾器26的膜。
下面，說明如此構(gòu)成的病毒分離用膜處理系統(tǒng)的作用。
流入生物處理槽14內(nèi)的廢水中的氨性氮，經(jīng)脫氮槽16及硝化槽18的硝化·脫氮處理后被去除，同時，硝化·脫氮處理的處理水由硝化槽18內(nèi)的膜濾器26膜過濾。通過該膜過濾，從處理水分離活性污泥，同時也去除廢水中存在的病毒。此時，如上所述，根據(jù)膜濾器的膜的標稱孔徑，控制從生物處理槽14抽取并返回生物處理槽14的活性污泥量。由此，可以不降低膜通量并且去除廢水中病毒。
但是，由于通過膜濾器去除的病毒濃縮在污泥中，通過將污泥返回生物處理槽14，存在再次向生物處理槽14夾帶病毒的問題。此外，在作為剩余污泥向生物處理槽的系統(tǒng)外排放部分抽取的污泥時，也存在直接排放存在病毒的污泥的問題，另外，從衛(wèi)生方面考慮，也需要進行某種殺菌處理。已知，廢水等污水中存在的病毒的耐熱性比一般的細菌等微生物低，對于對人及家蓄有害的一般病毒，通過加熱到70℃以上，能夠進行殺死或使其惰性化。
因此，在熱處理器54中，通過用70℃的較低溫加熱從硝化槽18抽取的活性污泥，能夠殺死活性污泥內(nèi)的病毒或使其惰性化，從而可以將不存在病毒的極衛(wèi)生的活性污泥返送回生物處理槽14，或從剩余污泥管42向系外排放。另外，在病毒殺死處理中，由于用比較低的溫度加熱，所以能將用于加熱的運行成本控制在最低限度。
此外，在熱處理器54中，通過由堿添加裝置58在加熱到70℃的活性污泥中添加堿物質(zhì)，由于活性污泥被熱堿處理，能更有效地進行病毒殺死或使其惰性化，并且還能夠增加活性污泥的自分解能力。因此，即使向生物處理槽14返送熱堿處理過的活性污泥，由于引起自分解，所以能夠抑制基于返送的剩余污泥。
另外，在污泥炭化裝置64中，優(yōu)選使從硝化槽18抽取的剩余污泥碳化。由此，除完全殺死·分解剩余污泥內(nèi)的病毒外，由于還去除幾乎所有的水分而使剩余污泥減容，所以能夠大幅度削減剩余污泥的處置成本。
另一方面，用膜濾器26膜過濾的處理水，盡管能利用膜過濾去除病毒，但也擔(dān)心，如連續(xù)進行廢水處理，因膜的老朽化及破損等會在處理水中混入病毒。并且，在硝化槽18內(nèi)的活性污泥濃度和膜濾器26的標稱孔徑的關(guān)系超出上述條件時，在膜過濾中，也擔(dān)心在處理水中混入病毒。另外，在加熱處理活性污泥并返回生物處理槽14時，通過利用加熱處理及堿處理使污泥可溶化，容易生成色素成分或在生物處理中不分解的難分解性物質(zhì)，而且，這些色素成分及難分解性物質(zhì)透過膜濾器的膜26而可能污濁處理水。
為此，在本發(fā)明中，通過臭氧處理槽66，利用臭氧對從膜濾器26輸送的處理水進行曝氣，由于在臭氧殺菌處理水的同時，還能同時進行色素成分及難分解性物質(zhì)的分解，所以能夠向系外排放極衛(wèi)生的良好水質(zhì)的處理水。另外，在臭氧處理槽66內(nèi)，由于通過使臭氧曝氣的處理水即臭氧水逆流，可以反洗膜濾器26的膜，所以也可以通過本發(fā)明的系統(tǒng)進行膜過濾能力的再生或附著在膜上的病毒的殺死。
此外，在本實施方式中，各裝置及部件的形狀、數(shù)量、大小不作特別限定。不特意限定活性污泥處理裝置10中的污泥濃縮器46的配置。也可以不對抽取的活性污泥進行濃縮，只要在膜過濾及熱處理中沒有問題，也可以省略。此外，在不能確認活性污泥內(nèi)存在病毒時，優(yōu)選控制使熱處理器54或污泥碳化裝置64的運轉(zhuǎn)停止。由此，能夠抑制各種不必要的運轉(zhuǎn)所增加的成本。
綜上所述，如果采用本發(fā)明的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，可以不降低膜通量而去除水中病毒，并且能夠提供一種包括活性污泥中的病毒對策、病毒從膜漏泄到處理水中的對策的綜合病毒分離用膜處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種病毒分離用膜處理系統(tǒng)，使膜濾器浸漬在生物處理槽內(nèi)的被處理水中，通過膜過濾而得到去除了所述被處理水中存在病毒的處理水，同時，根據(jù)所述膜濾器的膜的標稱孔徑，控制從所述生物處理槽內(nèi)抽取并返回所述生物處理槽的活性污泥量，其特征在于，設(shè)置對從所述生物處理槽抽取的活性污泥進行熱處理的熱處理裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，其特征在于在所述熱處理裝置中，用70℃以上溫度對所述活性污泥進行熱處理。
3.如權(quán)利要求1或2所述的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置對所述活性污泥進行堿處理的堿處理手段。
4.如權(quán)利要求1～3中任一項所述的病毒分離用膜處理系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置對所述處理水進行臭氧處理的臭氧處理裝置。
全文摘要
一種病毒分離用膜處理系統(tǒng)，在活性污泥處理裝置(10)中，在保持適當(dāng)活性污泥濃度的硝化槽(18)內(nèi)，通過膜濾器(26)去除病毒的處理水經(jīng)臭氧處理槽(66)臭氧處理后而排向系統(tǒng)外。此外，從污泥排放管(38)抽取的活性污泥用熱處理器(54)、加熱線圈(56)加熱到70℃，通過由堿添加裝置(58)添加堿物質(zhì)，從而殺死上述活性污泥內(nèi)的病毒。然后，將經(jīng)熱堿處理后的活性污泥返送回生物處理槽(14)或向系統(tǒng)外排放。根據(jù)該系統(tǒng)可以不降低膜通量而去除水中病毒。
文檔編號C02F3/12GK1539767SQ20031010105
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月21日
發(fā)明者能登一彥, 武村清和, 大熊那夫紀, 和, 夫紀 申請人:日立工程設(shè)備建設(shè)株式會社