JP2003053374A - 排水処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な膜透過流束を得ることができ且つラン
ニングコストを低減できる排水処理方法及び装置を提供
することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、被処理排水を嫌気性発酵槽１
で嫌気性発酵処理し、嫌気性発酵槽１で得られる余剰汚
泥を膜分離して処理排水を得る排水処理方法において、
嫌気性発酵槽１の下流側で膜分離装置９の上流側に鉄系
凝集剤を添加し、嫌気性発酵槽１の槽内液中のＴ−Ｆｅ
濃度を５００ｍｇ／Ｌ以上に調整する工程、膜分離で得
られる濃縮汚泥を嫌気性発酵槽１に返送する工程を含
む。本発明では、嫌気性発酵槽１の槽内液中のＴ−Ｆｅ
濃度を５００ｍｇ／Ｌ以上に調整することで膜分離にお
いて十分な透過流束を得ることができる。しかも、膜分
離処理で得られる濃縮汚泥は鉄分を含有しており、これ
が嫌気性発酵槽に返送されるため、鉄系凝集剤の添加量
を低減することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排水処理方法及び
装置に係り、より詳細には、被処理排水を嫌気性発酵処
理し、嫌気性発酵処理により得られる余剰汚泥を膜分離
する排水処理方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来技術】廃棄物処理装置等においては、有機性廃棄
物の処理の過程で得られる被処理排水を嫌気性発酵処理
した後、膜分離処理する排水処理方法がよく用いられて
いる（例えば特開平１０−２８６５９１号公報）。

【０００３】図４は、上記公報に記載の排水処理方法を
示すフロー図である。図４に示すように、この排水処理
方法は、有機性廃棄物を破砕して得られる固形分を含有
する排水をメタン発酵槽１００にてメタン発酵処理し、
メタン発酵処理後の発酵処理物と、屎尿処理等の過程で
得られた凝集汚泥と、鉄系凝集剤とを混合手段１０１に
てｐＨ５〜５．５で攪拌混合し、膜分離手段１０２で固
液分離する。膜分離手段１０２で得られる固形分は、ペ
レット状に成形して固形燃料化されたり、焼却処分され
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の排水処理方法は、以下に示す課題を有する。

【０００５】即ち上記従来の排水処理方法によれば、膜
分離手段１０２において十分な膜透過流束を得ることが
できない場合があり、このような場合には、膜を大型化
する必要が生じる。

【０００６】また、上記排水処理方法では、膜分離手段
１０２で得られる固形分が、ペレット状に成形されて固
形燃料化されたり焼却処分されたりする。このため、混
合手段１０１に鉄系凝集剤を添加し続ける必要があり、
ランニングコストがかかる。

【０００７】なお、膜分離手段１０２で得られる固形分
をメタン発酵槽１００に返送することで、混合手段１０
１への鉄系凝集剤の添加量を減らすことも考えられる
が、混合手段１０１においては、発酵処理物、凝集汚泥
及び鉄系凝集剤がｐＨ５〜５．５で攪拌混合される。こ
のため、膜分離手段１０２で分離される固形分をメタン
発酵槽１００に返送することとすると、メタン発酵槽１
００の槽内液のｐＨが低下し、メタン発酵が阻害され、
排水処理効率が低下する。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、十分な膜透過流束を得ることができ且つランニ
ングコストを低減できる排水処理方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、被処理排水を嫌気性発酵槽で嫌気性発酵
処理する嫌気性発酵処理工程と、嫌気性発酵槽で得られ
る余剰汚泥を膜分離して処理排水を得る膜分離工程とを
含む排水処理方法において、嫌気性発酵槽若しくはその
上流側、又は嫌気性発酵槽の下流側に鉄系凝集剤を添加
し、嫌気性発酵槽の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を５００ｍ
ｇ／Ｌ以上に調整するＴ−Ｆｅ濃度調整工程と、膜分離
工程で得られる濃縮汚泥を嫌気性発酵槽に返送する返送
工程とを含むことを特徴とする。

【００１０】この発明によれば、被処理排水が嫌気性発
酵槽で嫌気性発酵処理され、嫌気性発酵槽で得られる余
剰汚泥が膜分離処理され、膜分離処理で得られる濃縮汚
泥が嫌気性発酵槽に返送される。このとき、本発明で
は、嫌気性発酵槽の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度が５００ｍ
ｇ／Ｌ以上となるように鉄系凝集剤が添加されており、
これにより膜分離工程において十分な透過流束を得るこ
とができる。しかも、膜分離処理で得られる濃縮汚泥は
鉄分を含有しており、これが嫌気性発酵槽に返送され
る。このため、嫌気性発酵槽には鉄分が補充され、嫌気
性発酵槽におけるＴ−Ｆｅ濃度の低下を十分に防止する
ことが可能となる。このため、鉄系凝集剤の添加量を低
減することが可能となる。

【００１１】また、本発明は、被処理排水を嫌気性発酵
槽で嫌気性発酵処理し、嫌気性発酵槽で得られる余剰汚
泥を膜分離装置で膜分離して処理排水を得る排水処理装
置において、嫌気性発酵槽若しくはその上流側、又は前
記嫌気性発酵槽の下流側に鉄系凝集剤を添加する凝集剤
添加手段と、膜分離装置で得られる濃縮汚泥を嫌気性発
酵槽に返送する返送手段と、前記嫌気性発酵槽の槽内液
中のＴ−Ｆｅ濃度を測定する濃度測定手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１２】この発明によれば、上記方法の発明を有効
に実施することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明の排水処理装置の一実施形
態を示すフロー図である。図１に示すように、排水処理
装置１０は、原水（被処理排水）を嫌気性発酵処理する
嫌気性発酵槽１を備えており、原水は、原水導入ライン
Ｌ１を経て、槽内液として嫌気性発酵槽１に導入され
る。嫌気性発酵槽１の槽内液中には汚泥が含まれてい
る。また、嫌気性発酵槽１の槽内液は攪拌機２により攪
拌混合される。更に、嫌気性発酵槽１にはｐＨ計３が設
けられ、ｐＨ計３で測定されたｐＨ値に基づき、酸供給
源から酸が、アルカリ供給源からアルカリがそれぞれ嫌
気性発酵槽１に添加される。更に、嫌気性発酵槽１に
は、槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を測定する濃度測定装置
（濃度測定手段）４が設けられている。ここで、「Ｔ−
Ｆｅ濃度」とは、槽内液中の様々な形態の鉄の合計濃度
を言う。

【００１５】なお、嫌気性発酵槽１には、嫌気性発酵処
理により発生したメタンガス等がガス排出ラインＬ２を
経てガス貯留タンク等（図示せず）へと排出される。

【００１６】嫌気性発酵槽１は、第１汚泥排出ラインＬ
３を経て調整槽７に接続され、第１汚泥排出ラインＬ３
には、移送バルブ５、移送ポンプ６が設置されている。
そして、移送バルブ５を開き、移送ポンプ６を作動する
ことにより、嫌気性発酵槽１で得られる余剰汚泥が第１
汚泥排出ラインＬ３を経て調整槽７に導入される。な
お、第１汚泥排出ラインＬ３には、嫌気性発酵槽１と移
送バルブ５との間の部分から分岐する分岐ラインＬ４が
接続され、分岐ラインＬ４には、分岐バルブ８が設置さ
れている。分岐バルブ８の開閉により、調整槽７への余
剰汚泥の導入量を調整可能となっている。

【００１７】調整槽７には、凝集剤収容タンク９から凝
集剤添加ラインＬ５を経て鉄系凝集剤が添加されると共
に、酸供給源から酸が、アルカリ供給源からアルカリが
添加される。また、調整槽７の槽内液は攪拌機１１によ
り攪拌混合される。

【００１８】調整槽７で調整された余剰汚泥は、第２汚
泥排出ラインＬ６を経て膜分離装置１２に導入される。

【００１９】ここで、膜分離装置１２について図２を参
照して詳細に説明する。図２は、膜分離装置１２の基本
構成を概略的に示す平面図である。図２に示すように、
膜分離装置１２は、並設される２本の中空状回転軸１
６、回転軸１７を有しており、回転軸１６，１７にはそ
れぞれモータ１８，１９が接続され、モータ１８，１９
の作動により回転軸１６，１７が回転自在となってい
る。回転軸１６には複数の回転平膜２０ａが回転軸１６
に直交するように固定され、回転軸１７には複数の回転
平膜２０ｂが回転軸１７に直交するように固定されてい
る。回転平膜２０ａ，２０ｂは、円板の両側にそれぞれ
スペーサを介して膜を貼り付けた構成となっており、ス
ペーサは回転軸１６，１７の内部空間と連通している。
膜としては、例えば限外ろ過膜、精密ろ過膜等が用いら
れる。

【００２０】回転平膜２０ａと回転平膜２０ｂとの間隔
ｔは、１５〜３０ｍｍである。間隔ｔが１５ｍｍ未満で
は、膜が早期に損傷し、処理装置を長期間にわたって安
定して運転できなくなる傾向があり、３０ｍｍを超える
と、膜面に働く剪断力が小さくなり、膜面洗浄効果が弱
まって処理装置の長期安定運転が困難となると同時に膜
分離装置が過大となる傾向がある。

【００２１】回転軸１６，１７には、処理排水排出ライ
ンＬ７が接続され、処理排水排出ラインＬ７には排出ポ
ンプ１３が設置されている。従って、排出ポンプ１３を
作動することにより、余剰汚泥から処理排水が吸引さ
れ、この処理排水は、処理排水排出ラインＬ７を経て排
出される。排出ポンプ１３、回転軸１６，１７、モータ
１８，１９、回転平膜２０ａ，２０ｂ、処理排水排出ラ
インＬ７により膜分離装置１２が構成されている。

【００２２】一方、膜分離装置１２には返送ラインＬ８
が接続され、膜分離により得られる濃縮汚泥は、返送ラ
インＬ８を経て嫌気性発酵槽１に返送される。返送ライ
ンＬ８、返送ポンプ１４により返送手段が構成されてい
る。

【００２３】また、上述した濃度測定装置４及び凝集剤
収容タンク９には制御装置１５が接続されており、濃度
測定装置４で測定されたＴ−Ｆｅ濃度に基づき、制御装
置１５により、凝集剤収容タンク９からの凝集剤添加量
が制御される。

【００２４】次に、前述した排水処理装置１０における
排水処理方法について説明する。

【００２５】まず原水導入ラインＬ１を経て嫌気性発酵
槽１に原水を導入し、原水を攪拌機２で攪判する。これ
により原水のメタン発酵処理が行われ、原水中の有機物
が分解される（嫌気性発酵処理工程）。メタン発酵処理
に伴って、メタンガス等が発生し、このガスは、ガス排
出ラインＬ２を経てガス貯留槽（図示せず）等に送られ
る。

【００２６】次に、移送バルブ５を開き、移送ポンプ６
を作動し、第１汚泥排出ラインＬ３を経て、嫌気性発酵
槽１で得られる余剰汚泥を調整槽７に導入する。このと
き、必要に応じて分岐バルブ８を開閉し、調整槽７に導
入する余剰汚泥を量を調整する。

【００２７】そして、凝集剤収容タンク９から凝集剤導
入ラインＬ５を経て鉄系凝集剤を調整槽７に添加する。
このとき、鉄系凝集剤は、嫌気性発酵槽１の槽内液にお
けるＴ−Ｆｅ濃度が５００ｍｇ／Ｌ以上になる量だけ調
整槽７に添加する（濃度調整工程）。Ｔ−Ｆｅ濃度が５
００ｍｇ／Ｌ未満では、後述する膜分離装置１２におい
て膜透過流束が小さくなり、排水処理装置１０における
排水処理効率が低下する。鉄系凝集剤の添加量の下限
は、好ましくは、嫌気性発酵槽１の槽内液におけるＴ−
Ｆｅ濃度が２０００ｍｇ／Ｌとなる量である。Ｔ−Ｆｅ
濃度が２０００ｍｇ／Ｌ未満では、膜透過流束が小さく
なる傾向がある。また、鉄系凝集剤の添加量の上限は、
好ましくはＴ−Ｆｅ濃度が５０００ｍｇ／Ｌとなる量で
ある。Ｔ−Ｆｅ濃度が５０００ｍｇ／Ｌを超えると、鉄
系凝集剤の添加量の割に、膜透過流束が十分向上しなく
なる傾向がある。なお、鉄系凝集剤としては、例えば塩
化第一鉄、塩化第二鉄等が用いられる。

【００２８】一方、酸供給源から調整槽７に酸を添加す
る。酸の添加量は通常、調整槽７の槽内液のｐＨが５．
０〜５．５となる量とする。調整槽７の槽内液のｐＨが
上記範囲を外れると、凝集汚泥が十分に生成されなくな
る傾向がある。

【００２９】そして、攪拌機１１により、鉄系凝集剤と
酸とを攪拌混合する。調整した余剰汚泥は第２汚泥排出
ラインＬ６を経て膜分離装置１２に導入する。膜分離装
置１２においては、先ずモータ１８，１９を作動し、２
本の回転軸１６，１７を同方向に回転させる。回転平膜
２０ａ，２０ｂを回転させつつ、回転軸１６，１７から
排出ポンプ１３で吸引することによって、メタン発酵処
理水が処理排水と濃縮汚泥とに分離される。このとき、
膜分離装置１２では回転平膜２０ａ，２０ｂが設けられ
ている。回転平膜２０ａ，２０ｂの回転による剪断流を
利用して膜表面の洗浄が効果的に行われる。このため、
排水処理装置１０を長期間にわたって安定して運転する
ことが可能となる。

【００３０】ここで、回転平膜２０ａ，２０ｂの周速
は、２〜５ｍ／ｓであることが好ましい。周速が２ｍ／
ｓ未満では、膜面積あたりの透過流束（フラックス）を
低くしないとろ過に必要な吸引圧力が上昇してしまう傾
向があり、５ｍ／ｓを超えると、メタン発酵処理水が高
粘性であるため、膜面が破れる可能性が高く、回転平膜
を回転させるモータのトルクが大きくなる傾向がある。

【００３１】処理排水は、処理排水排出ラインＬ７を経
て排出され、膜分離装置１２には濃縮汚泥が残留する
（膜分離工程）。この濃縮汚泥は、返送ポンプ１４を作
動し、返送ラインＬ８を経て嫌気性発酵槽１に返送する
（返送工程）。

【００３２】このとき、濃縮汚泥は酸性となっているた
め、嫌気性発酵槽１の槽内液のｐＨは低くなり、メタン
発酵が阻害され、メタン発酵効率が低くなる。そこで、
このような場合には、ｐＨ計３で測定されたｐＨに基づ
き、アルカリ源からアルカリを適宜供給して嫌気性発酵
槽１の槽内液のｐＨを６．５〜７．５に維持する。これ
により酸性の濃縮汚泥が嫌気性発酵槽１に返送されて
も、嫌気性発酵槽１においてメタン発酵処理を効率よく
行うことができる。

【００３３】また、排水処理装置１０においては、嫌気
性発酵槽１の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度が５００ｍｇ／Ｌ
以上となるように、調整槽７に添加する鉄系凝集剤の量
を調整することとしており、これにより膜分離装置１２
において十分な透過流束を得ることができる。このた
め、膜の小型化、ひいては膜分離装置１２の小型化を図
ることができる。なお、濃度測定装置４において嫌気性
発酵槽１の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を測定し、測定され
たＴ−Ｆｅ濃度に基づき、制御装置１５により、凝集剤
収容タンク９からの凝集剤添加量を調節することが好ま
しい。このようにすることで、作業者の監視負担が軽減
され、作業効率が向上する。

【００３４】更に、排水処理装置１０においては、膜分
離装置１２に残留する濃縮汚泥は鉄分を含有しており、
これが嫌気性発酵槽１に返送される。このため、嫌気性
発酵槽１には鉄分が補充され、嫌気性発酵槽１における
Ｔ−Ｆｅ濃度の低下を十分に防止することが可能とな
る。よって、鉄系凝集剤の添加量を低減することが可能
となり、ランニングコストを大幅に低減することができ
る。

【００３５】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではない。例えば、調整槽７は、嫌気性発酵槽１と
膜分離装置１２との間に設けられているが、嫌気性発酵
槽１の上流側に設けられても良い。この場合でも、嫌気
性発酵槽１の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を５００ｍｇ／Ｌ
以上に維持することができ、また、膜分離装置１２にお
ける濃縮汚泥は嫌気性発酵槽１に返送されるため、鉄系
凝集剤の添加によるランニングコストを大幅に低減する
ことができる。

【００３６】また、上記実施形態においては、嫌気性発
酵槽１を調整槽７の代わりとして用いることができる。
この場合は、嫌気性発酵槽１に鉄系凝集剤が添加され
る。

【００３７】更に、上記実施形態においては、制御装置
１５により、Ｔ−Ｆｅ濃度に基づき凝集剤収容タンク９
からの凝集剤添加量が制御されているが、制御装置１５
は本発明において必ずしも必要なものではなく、制御装
置１５に代えて作業者が凝集剤の添加量を制御するよう
にしてもよい。

【００３８】更にまた、上記実施形態では、膜分離装置
１２における膜として、回転平膜２０ａ，２０ｂが用い
られているが、回転平膜２０ａ，２０ｂに代えて、浸漬
平膜、中空糸膜が用いられてもよい。この場合でも、膜
分離装置１２において十分な透過流束を得ることがで
き、また、排水処理装置１０における鉄系凝集剤の添加
量を低減できる。

【００３９】次に、実施例を用いて、本発明の内容をよ
り具体的に説明する。

【実施例】（実施例１）図１に示す装置を用いて、原水
に対して嫌気性発酵処理と膜分離処理を行った。原水と
しては、牛糞尿の脱水分離液と生ごみの混合液（ＴＳ濃
度：６０，０００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ_cr濃度：５３，８０
０ｍｇ／Ｌ）を用いた。また嫌気性発酵槽の容積は０．
１ｍ³とし、膜分離槽における膜モジュールに用いた膜
としては、チューブラー型の限外ろ過膜膜を用いた。

【００４０】凝集剤収容タンク６から調整槽７に鉄系凝
集剤（塩化第二鉄）を添加し、嫌気性発酵槽１の槽内液
中のＴ−Ｆｅ濃度が５００、１０００、２０００、３０
００、５０００、７０００、１００００ｍｇ／Ｌになる
ように馴養した。ここで、Ｔ−Ｆｅ濃度は、手分析にて
測定した。一方、調整槽７に酸又はアルカリを添加し、
嫌気性発酵槽１の槽内液のｐＨが６．８程度になるよう
にした。そして、膜分離装置１２において吸引ポンプ１
３により平均圧力１００ｋＰａの圧力で膜ろ過を行い、
各Ｔ−Ｆｅ濃度における透過流束を測定した。その結果
を図２の黒丸（●）で示す。

【００４１】図２に示す結果から分かるように、嫌気性
発酵槽１の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度が５００ｍｇ／Ｌ以
上、特に２０００ｍｇ／Ｌ以上になると、安定透過流束
が大きくなることが分かった。一方、Ｔ−Ｆｅ濃度が５
０００ｍｇ／Ｌを超えると、Ｔ−Ｆｅ濃度が高くなるほ
ど、安定透過流束が減少していくことが分かった。

【００４２】（比較例１）鉄系凝集剤の添加量を変え、
嫌気性発酵槽１の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を２００ｍｇ
／Ｌとした以外は実施例１と同様にして、原水に対して
嫌気性発酵処理と膜分離処理を行い、膜分離槽における
膜透過流束を測定した。結果を図２の白丸（○）で示
す。図２に示すように、Ｔ−Ｆｅ濃度が２００ｍｇ／Ｌ
では、安定透過流束はかなり低くなることが分かった。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の排水処理方
法及び装置によれば、嫌気性発酵槽の槽内液中のＴ−Ｆ
ｅ濃度を５００ｍｇ／Ｌ以上に調整することで、膜分離
工程において十分な透過流束を得ることができる。しか
も、膜分離処理で得られる濃縮汚泥は鉄分を含有してお
り、これが嫌気性発酵槽に返送されるため、鉄系凝集剤
の添加量を低減でき、ランニングコストを大幅に低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排水処理装置の一実施形態を示すフロ
ー図である。

【図２】図１の膜分離装置の内部構成を概略的に示す平
面図である。

【図３】実施例１及び比較例１に係る発酵槽の槽内液中
のＴ−Ｆｅ濃度と透過流束との関係を示すグラフであ
る。

【図４】従来の排水処理装置の一例を示すフロー図であ
る。

【符号の説明】

１…嫌気性発酵槽、４…濃度測定装置（濃度測定手
段）、６…凝集剤収容タンク（凝集剤添加手段）、１２
…膜分離装置、１３…排出ポンプ（膜分離装置）、１４
…返送ポンプ（返送手段）、１６，１７…回転軸（膜分
離装置）、１８，１９…モータ（膜分離装置）、２０
ａ，２０ｂ…回転平膜（膜分離装置）、Ｌ５…凝集剤添
加ライン（凝集剤添加手段）、Ｌ７…処理排水排出ライ
ン（膜分離装置）、Ｌ８…返送ライン（返送手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生村 隆司 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA07 HA41 HA83 KA01 KA02 KB13 KB23 PB20 PB24 4D015 BA19 BA22 BB05 CA02 DA12 EA03 EA04 EA14 EA37 FA01 FA26 4D040 AA24 AA25 AA26 AA27 AA42 AA61

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理排水を嫌気性発酵槽で嫌気性発酵
   処理する嫌気性発酵処理工程と、 前記嫌気性発酵槽で得られる余剰汚泥を膜分離して処理
   排水を得る膜分離工程とを含む排水処理方法において、 前記嫌気性発酵槽若しくはその上流側、又は前記嫌気性
   発酵槽の下流側に鉄系凝集剤を添加し、前記嫌気性発酵
   槽の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を５００ｍｇ／Ｌ以上に調
   整する濃度調整工程と、 前記膜分離工程で得られる濃縮汚泥を前記嫌気性発酵槽
   に返送する返送工程と、を含むことを特徴とする排水処
   理方法。
2. 【請求項２】 前記濃度調整工程において、前記嫌気性
   発酵槽の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を２０００〜５０００
   ｍｇ／Ｌに調整することを特徴とする請求項１に記載の
   排水処理方法。
3. 【請求項３】 被処理排水を嫌気性発酵槽で嫌気性発酵
   処理し、前記嫌気性発酵槽で得られる余剰汚泥を膜分離
   装置で膜分離して処理排水を得る排水処理装置におい
   て、 前記嫌気性発酵槽若しくはその上流側、又は前記嫌気性
   発酵槽の下流側に鉄系凝集剤を添加する凝集剤添加手段
   と、 前記膜分離装置で得られる濃縮汚泥を前記嫌気性発酵槽
   に返送する返送手段と、 前記嫌気性発酵槽の槽内液中のＴ−Ｆｅ濃度を測定する
   濃度測定手段と、を備えることを特徴とする排水処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記濃度測定手段により測定されたＴ−
   Ｆｅ濃度に基づいて、前記凝集剤添加手段による鉄系凝
   集剤の添加量を制御する制御手段を更に備えることを特
   徴とする請求項３に記載の排水処理装置。