JP2004216207A

JP2004216207A - 排水処理方法

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Publication number: JP2004216207A
Application number: JP2003003190A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Fujii; 弘明藤井; Tsutomu Miura; 勤三浦; Goro Kobayashi; 悟朗小林; Yasuhiro Baba; 泰弘馬場
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-08-05
Also published as: EP1440944A1; US20040134856A1; SG125100A1; CN1296292C; TW200424137A; CN1517310A; KR20040064228A

Abstract

【課題】汚泥引き抜きを非常に少なくでき、膜ろ過設備の設備費やランニングコストを低減できる排水処理方法を提供する。
【解決手段】活性汚泥曝気槽３により排水と活性汚泥を好気条件下で接触させた後、沈殿槽４によりこの汚泥を沈殿させて上澄液を得る汚泥沈殿処理と、沈殿槽４からの沈殿汚泥の一部を活性汚泥曝気槽３へ返送して活性汚泥曝気槽３の汚泥濃度を一定に保つようにする汚泥濃度保持処理と、沈殿槽４からの前記返送分以外の沈殿汚泥を余剰汚泥として全酸化槽５へ送って、全酸化槽５で汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度がつりあう全酸化の状態に保つ余剰汚泥全酸化処理と、全酸化槽５内の汚泥を含む液を５ミクロン以下の孔径を有する分離膜６でろ過し、全酸化槽の水量増加分のろ過液を排出する余剰汚泥ろ過処理とを備えている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は引き抜き汚泥が非常に少なく、膜ろ過設備の設備費やランニングコストを低減できる排水処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、排水処理には主として活性汚泥法が用いられてきた。この活性汚泥法によれば、活性汚泥曝気槽により排水と活性汚泥（好気性微生物よりなるフロック）を好気条件下で接触させて有機物の分解が行われた後、沈殿槽でこの汚泥を沈降させて上澄液を得る。この場合、一部を活性汚泥曝気槽に返送し、一部を余剰汚泥として引き抜くことによって、ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）容積負荷が０．３〜０．８ｋｇ／ｍ^３・日程度の条件で定常的な運転を行うことが可能となるが（例えば、非特許文献１）、活性汚泥曝気槽が大型化する。一方で、微生物を高濃度で保持することができる担体の開発が進んでおり、これを用いれば、２〜５ｋｇ／ｍ^３・日という高いＢＯＤ容積負荷をかけることができ、曝気槽を小型化することができる（例えば、非特許文献２）。
【０００３】
従来の活性汚泥法では、上記のような高いＢＯＤ容積負荷での運転を実施した場合、処理が不十分になったり汚泥の沈降性が低下して後段の沈殿槽での汚泥分離が困難となったり、安定的に運転を継続することが困難となる。また、従来から除去したＢＯＤの約５０％が汚泥に転換すると言われており（余剰汚泥）、これを系外へ引き抜いて脱水の後埋め立てや焼却などの最終処分が必要となる。また、汚泥を引き抜かず、汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度とがつりあう全酸化の状態を作ることにより、理論的には余剰汚泥の発生しない系が構築できるが、活性汚泥曝気槽で全酸化の状態を作ろうとすると、活性汚泥曝気槽でのＭＬＳＳ（汚泥濃度）が非常に高くなるため、非常に大きな活性汚泥槽を設けなければならないという不都合が生じる。またこの場合、汚泥が微細化して自然沈降による汚泥分離ができなくなるという問題も生じる。
【０００４】
これに対し、担体を用いる方法（以下、これを「担体法」と記す。）では、高負荷をかけることが可能であることから、曝気槽を小型化することができる反面、沈降分離しない微細汚泥が発生する。本発明者らは既に、担体を用いた好気処理と全酸化槽および分離膜とを組み合わせることにより余剰汚泥の発生しない排水の処理装置および排水処理方法を提案しているが（例えば、特許文献１）、好気処理した排水の全量を膜ろ過するため、膜ろ過設備が大きくなり設備費およびランニングコストが非常に大きくなるという問題がある。
【０００５】
【非特許文献１】
公害防止技術と法規編集委員会編、「五訂・公害防止の技術と法規（水質編）」、産業環境管理協会発行、第７版、平成１３年６月１２日、
Ｐ１９７
【非特許文献２】
「環境保全・廃棄物処理総合技術ガイド」、工業調査会、平成１４年
２月１２日発行、ｐ７０
【特許文献１】
特開平２００１−２０５２９０号公報
【０００６】
上記の課題に鑑みてなされた本発明は、汚泥引き抜きを非常に少なくでき、膜ろ過設備の設備費やランニングコストを低減できる排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の排水処理方法は、活性汚泥曝気槽により排水と活性汚泥を好気条件下で接触させた後、沈殿槽によりこの汚泥を沈殿させて上澄液を得る汚泥沈殿処理と、沈殿槽からの沈殿汚泥の一部を活性汚泥曝気槽へ返送して活性汚泥曝気槽の汚泥濃度を一定に保つようにする汚泥濃度保持処理と、沈殿槽からの前記返送分以外の沈殿汚泥を余剰汚泥として全酸化槽へ送って、全酸化槽で汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度がつりあう全酸化の状態に保つ余剰汚泥全酸化処理と、全酸化槽内の汚泥を含む液を５ミクロン以下の孔径を有する分離膜でろ過し、全酸化槽の水量増加分のろ過液を排出する余剰汚泥ろ過処理とを備えている。
また、担体流動曝気槽により排水と担体を１ｋｇ／ｍ^３・日以上の高いＢＯＤ容積負荷をかけて好気条件下で接触させた後に、活性汚泥曝気槽により排水と活性汚泥を好気条件下で接触させることで上記担体流動曝気槽で発生した微細化した汚泥を巻き込ませて汚泥の沈降性を高めた後、沈殿槽によりこの汚泥を沈殿させて上澄液を得る汚泥沈殿処理と、沈殿槽からの沈殿汚泥の一部を活性汚泥曝気槽へ返送して活性汚泥曝気槽の汚泥濃度を一定に保つようにする汚泥濃度保持処理と、沈殿槽からの前記返送分以外の沈殿汚泥を余剰汚泥として全酸化槽へ送って、全酸化槽で汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度がつりあう全酸化の状態に保つ余剰汚泥全酸化処理と、全酸化槽内の汚泥を含む液を５ミクロン以下の孔径を有する分離膜でろ過し、全酸化槽の水量増加分のろ過液を排出する余剰汚泥ろ過処理とを備えている。
【０００８】
全酸化槽において、低い汚泥負荷で曝気することによって、汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせ、見かけ上引き抜き汚泥を非常に少なくすることができる。そのためには、全酸化槽におけるｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ（混合液懸濁物質）・日以下であることが好ましく、０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることがより好ましい。通常、このような低い汚泥負荷で運転した場合には、汚泥が分散化し自然沈降しなくなり、沈殿槽での分離が不可能となる。
【０００９】
本発明の排水処理方法では、汚泥沈殿処理および汚泥濃度保持処理後における汚泥増殖分のみを全酸化槽に導いたうえ、分離膜でろ過することにより、余剰汚泥発生量が非常に少ない運転を継続することが可能となる。余剰汚泥全酸化処理において、ＢＯＤはほとんど分解された後の汚泥増加分のみを全酸化すればよいため、大きな全酸化槽が不要であり、低い汚泥濃度で汚泥増加と自己酸化の速度をつりあわせることにより、引き抜き汚泥の量を非常に少なくすることができる。また、分離膜は全酸化槽の水量増加分のみをろ過すればよいので、排水全量をろ過する場合に比べて、膜ろ過設備の設備費やランニングコストを非常に低く抑えることができる。さらに、担体流動曝気槽を用いることにより、高負荷運転を可能としつつ、曝気槽を小型化することができる。
【００１０】
好ましくは、余剰汚泥ろ過処理で排出されるろ過液の全量または一部を担体流動曝気槽および／または活性汚泥曝気槽へ返送する富栄養化防止処理をさらに備えている。全酸化槽のろ過液は汚泥の自己酸化が進んでいるため、微生物から溶出した窒素・リンが含まれている。これを単に系外へ排出してしまうと富栄養化の原因となるため、これをＢＯＤ除去を目的とする曝気槽に返送すれば、ＢＯＤ除去の栄養源として用いることができ、排出する窒素・リンを削減できるうえ、栄養源として添加する窒素・リンを削減することができる。排水の組成や運転方法によっては窒素・リンの添加を全くしないで済むケースも出てくる。特許文献１の方法においてろ過液の返送を適用しようとしても、水量が多いため窒素・リン濃度が小さく、栄養源の削減効果が小さいばかりで、ろ過すべき水量が増えてしまいメリットがほとんどない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを示す。
（汚泥沈殿処理）
原水は必要により油分除去、夾雑物除去などの前処理を行った後、図１の活性汚泥曝気槽３に導かれる。活性汚泥曝気槽３およびそれに続く沈殿槽４の運転は前述した常法により行うことが可能であるが、沈殿槽４での汚泥沈降性を良好にするために、適当な汚泥負荷で運転しなければならない。ＢＯＤ汚泥負荷としては０．１〜０．３ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日程度が好ましい。
【００１２】
活性汚泥曝気槽３で処理された処理水は続いて沈殿槽４に導かれ、沈殿槽４では、常法に従い活性汚泥曝気槽３から流出した余剰汚泥を自然沈降により沈殿させ、上澄液を処理水として系外へ排出する。
【００１３】
（汚泥濃度保持処理）
沈殿槽４下部には、一般にＭＬＳＳとして１００００ｍｇ／リットル程度の汚泥が沈降するが、沈降した汚泥と上澄液との界面を一定に保つため、定量または定期的に沈殿槽４下部から引き抜いて、一部は活性汚泥曝気槽３に返送してＭＬＳＳを一定に保持するために使用する。
【００１４】
（余剰汚泥全酸化処理）
沈降した汚泥の残りが増殖汚泥分の余剰汚泥にあたり、これを全酸化槽５へ導く。全酸化槽５では、低い汚泥負荷で曝気することによって、汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせ、見かけ上引き抜き汚泥を非常に少なくする。そのためには、全酸化槽５におけるｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることが好ましく、０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることがより好ましい。
【００１５】
（余剰汚泥ろ過処理）
全酸化槽５内の汚泥を含む液は、分離膜６を用いて汚泥と水とに分離され、汚泥を全酸化槽５に閉じこめたまま水量増加分のろ過液（ろ過水）を排出する。
本発明で使用される分離膜６の形状としては特に限定されることはなく、中空糸膜、管状膜、平膜などから適宜選択して使用することができるが、中空糸膜を使用した場合、膜の単位容積あたりの膜面積を多く取ることができ、ろ過装置全体を小型化できることから特に好ましい。
【００１６】
また、分離膜を構成する素材も特に限定されることはなく、例えばポリオレフィン系、ポリスルホン系、ポリエーテルスルホン系、エチレン−ビニルアルコール共重合体系、ポリアクリロニトリル系、酢酸セルロース系、ポリフッ化ビニリデン系、ポリパーフルオロエチレン系、ポリメタクリル酸エステル系、ポリエステル系、ポリアミド系などの有機高分子系の素材で構成された膜、セラミック系などの無機系の素材で構成された膜などを使用条件、所望するろ過性能などに応じて選択することができる。ポリビニルアルコール系樹脂により親水化処理されたポリスルホン系樹脂、親水性高分子が添加されたポリスルホン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、酢酸セルロース系樹脂、親水化処理されたポリエチレン系樹脂などの親水性素材からなるものが、高い親水性を有するためにＳＳ成分の難付着性、付着したＳＳ成分の剥離性に優れている点で好ましいが、他の素材で構成された中空糸膜を用いることもできる。有機高分子系の素材を使用する場合、複数の成分を共重合したもの、または複数の素材をブレンドしたものであってもよい。
【００１７】
分離膜の素材として有機高分子系の素材を使用する場合、製造方法は特に限定されることはなく、素材の特性および所望する分離膜の形状や性能に応じて、公知の方法から適宜選択した方法を採用することができる。
【００１８】
本発明で使用される分離膜の孔径は、汚泥と水との分離性能を考慮して５ミクロン以下であることが好ましい。また、０．１ミクロン以下であることがさらに好ましい。ここでいう孔径とは、コロイダルシリカ、エマルジョン、ラテックスなどの粒子径が既知の各種基準物質を分離膜でろ過した際に、その９０％が排除される基準物質の粒子径をいう。限外ろ過膜であれば、上記のような基準物質の粒子径に基づいて、孔径を求めることは不可能であるが、分子量が既知の蛋白質を用いて同様の測定を行ったときに、分画分子量が３０００以上であるものが好ましい。なお、孔径は均一であることが好ましい。
【００１９】
本発明において、該分離膜はモジュール化されてろ過に使用される。分離膜の形状、ろ過方法、ろ過条件、洗浄方法などに応じてモジュールの形態を適宜選択することができ、１本または複数本の膜エレメントを装着して中空糸膜モジュールを構成しても良い。例えば中空糸膜からなる膜モジュールの形態としては、例えば数十本から数十万本の中空糸膜を束ねてモジュール内でＵ字型にしたもの、中空糸繊維束の一端を適当なシール材により一括封止したもの、中空糸繊維束の一端を適当なシール材により１本ずつ固定されていない状態（フリー状態）で封止したもの、中空糸繊維束の両端を開口したものなどが挙げられる。また、形状も特に限定されることはなく、例えば円筒状であってもスクリーン状であってもよい。
【００２０】
分離膜は一般に目詰まりが進行して、ろ過能力が低下するが、これを物理的、化学的に洗浄して再生することもできる。再生条件は分離膜モジュールを構成する素材、形状、孔径などにより適宜選択することができるが、例えば中空糸膜モジュールの物理洗浄方法としては、膜ろ過水逆洗、気体逆洗、フラッシング、エアーバブリングなどがあげられ。また化学洗浄方法としては、塩酸、硫酸、硝酸、シュウ酸およびクエン酸などの酸類で洗浄する方法、水酸化ナトリウムなどのアルカリ類で洗浄する方法、次亜塩素酸ナトリウムおよび過酸化水素などの酸化剤で洗浄する方法、エチレンジアミン４酢酸などのキレート化剤で洗浄する方法などが挙げられる。
【００２１】
本発明で採用することのできる、分離膜の設置例および膜ろ過装置の構成例を図２〜図４に示す。ろ過の方式としては、図２に示すように分離膜を含む膜モジュール等を全酸化槽の外部に設置し、汚泥を含む原液を循環ポンプ７で循環させながらその一部をろ過する方式、図３に示すように分離膜を含む膜モジュール等を全酸化槽の外部に設置し、汚泥を含む原液を加圧ポンプ８で加圧して膜モジュール等に供給して全量をろ過する方式、および図４に示すように分離膜を含む膜モジュール等を全酸化槽の内部に浸漬させ、吸引ポンプ９で吸引ろ過する方式などがあげられる。また全酸化槽と膜モジュールの配置によっては、加圧ポンプ８や吸引ポンプ９の代わりに水頭差を利用することも可能である。
【００２２】
なお、図２に示すような方式では、一般に高ろ過流束での運転が可能であり、膜面積が少なくて済むという利点を有するが、汚泥を含む原液を循環させるためのエネルギーが大きいという欠点を有する。一方、図３に示すような方式では、設置スペースおよびエネルギーが小さくて済むという利点を有するが、一般にろ過流束が低く、大きい膜面積を必要とする欠点を有する。また、図４に示すように分離膜を全酸化槽内部に浸漬させ、吸引や水頭差によってろ過する方式する方式を採用する場合は、散気装置の上部に分離膜を含む膜モジュール等を設置し、散気による膜表面洗浄の効果を利用して膜目詰まりを抑制することができる。本発明の実施のために排水処理設備を新設しても良いが、既設の排水処理設備を改造しても良い。
【００２３】
図５は、本発明の第２実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを示す。第２実施形態は、第１実施形態と汚泥沈殿処理のみが異なる。
（汚泥沈殿処理）
まず、原水は必要により油分除去、夾雑物除去などの前処理を行った後、図５の第一の曝気槽である担体流動曝気槽２に導かれる。担体としては公知の各種の担体を使用することができるが、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体から選ばれた１種類の担体、あるいはこれらの担体の２種類以上を組み合わせた担体を使用することが好ましい。中でも、処理性能の高さや流動性の点から、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体が好ましい。担体の充填率としては、処理効率と流動性の点から、槽容積の３％以上５０％以下であることが好ましく、さらに５％以上３０％以下であることがより好ましい。このシステムにおいて、担体流動曝気槽２を可能な限り小型化するために、担体流動曝気槽２における溶解性ＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３・日以上であることが好ましい。ここで、溶解性ＢＯＤとは、孔径０．４５μの膜フィルタでろ過した後に測定したＢＯＤのことであり、微生物を除いたＢＯＤを意味する（以下、これを「ｓ−ＢＯＤ」と略記する。）。ｓ−ＢＯＤ容積負荷が高いほど、担体流動曝気槽２を小型化することができる。担体の種類や充填率を適宜選択することにより、２ｋｇ／ｍ^３・日以上あるいは５ｋｇ／ｍ^３・日以上で運転することも可能である。
【００２４】
担体流動曝気槽２にて大部分、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上の溶解性ＢＯＤが除去された処理水は、続いて第２の曝気槽である活性汚泥曝気槽３に導かれる。担体流動曝気槽２では非常に高負荷運転をすることにより汚泥が微細化するので、そのままでは汚泥を自然沈降させることができない。そのため、この活性汚泥曝気槽３に導いて沈降性の良好な活性汚泥に吸着させる必要がある。活性汚泥曝気槽３およびそれに続く沈殿槽４は前述した常法により運転することが可能であるが、沈殿槽４に流入する原水は担体流動曝気槽２で大部分の溶解性ＢＯＤが除去されているため、負荷が小さすぎて安定運転が困難となる場合がある。この場合は、本来担体流動曝気槽２へ流入する原水の一部を直接活性汚泥曝気槽３へ導入したり、例えばメタノールなどのＢＯＤ源を活性汚泥曝気槽３へ供給したりして適度な負荷を与えながら運転することが好ましい。
【００２５】
沈殿槽４では、常法に従い活性汚泥曝気槽３から流出した余剰汚泥を自然沈降により沈殿させ、上澄液を処理水として系外へ排出する。沈殿槽下部には、一般にＭＬＳＳとして１００００ｍｇ／リットル程度の汚泥が沈降するが沈降した汚泥と上澄液との界面を一定に保つため、定量または定期的に沈殿槽４下部から引き抜いて、一部は活性汚泥曝気槽３に返送してＭＬＳＳを一定に保持するために使用し、残りは全酸化槽５へ導く。以下の処理フローは、第１実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００２６】
図６は、本発明の第３実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを示す。第３実施形態は、第１実施形態において、さらに余剰汚泥ろ過処理で排出されるろ過液（ろ過水）の全量または一部を活性汚泥曝気槽３へ返送する富栄養化防止処理を備えている。
活性汚泥曝気槽３に返送することにより、ろ過水の中に含まれる窒素・リンをＢＯＤ除去の栄養源として用いることができ、排出する窒素・リンを削減できるうえ、栄養源として添加する窒素・リンを削減することができる。
【００２７】
図７は、本発明の第４実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを示す。第４実施形態は、第２実施形態において、さらに余剰汚泥ろ過処理で排出されるろ過液（ろ過水）の全量または一部を担体流動曝気槽２および／または活性汚泥曝気槽３へ返送する富栄養化防止処理を備えている。
担体流動曝気槽２を用いることにより、高負荷運転を可能としつつ、担体流動曝気槽２および／または活性汚泥曝気槽３に返送することにより、同様に、ろ過水の中に含まれる窒素・リンをＢＯＤ除去の栄養源として用いることができ、排出する窒素・リンを削減できるうえ、添加する窒素・リンを削減することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により、本発明を詳細に説明する。
実施例１
図１に示す処理フローに従い、容量が８００ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が１２０ｍ^３の沈殿槽、容量が２００ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて、ＢＯＤが１０００ｍｇ／リットルで４００ｍ^３／日の化学排水の処理実験を実施した。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３０００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行った。沈殿槽での汚泥沈降性は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳ（懸濁物質）は１０ｍｇ／リットル以下であった。また、沈殿槽の汚泥界面が一定となるように沈降汚泥の一部を全酸化槽に送った（そのときの流量は約１０ｍ^３／日）。全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、孔径０．１μ、膜面積１０ｍ^２の中空糸膜モジュールを１本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２．５ｍ／ｓ）、ろ過速度約１．１ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過、ろ過１５分毎に１回の膜ろ過水逆洗の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を全酸化槽の外部に排出しながら運転を行った。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約１００００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。この間膜差圧は徐々に増大し、約６ヶ月に１回の次亜塩素酸ナトリウムによる化学洗浄が必要であった。約１年間連続して運転したが、全酸化槽のＭＬＳＳは約１００００ｍｇ／リットルで安定しており、汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。膜ろ過水のＢＯＤは２ｍｇ／リットル以下、ＳＳはゼロであった。
【００２９】
実施例２
図１に示す処理フローに従い、容量が１２０ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が６ｍ^３の沈殿槽、容量が３０ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて、ＢＯＤが３０００ｍｇ／リットル、２０ｍ^３／日の化学排水の処理実験を実施した。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３５００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行った。沈殿槽での汚泥沈降性は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳは１０ｍｇ／リットル以下であった。また、沈殿槽の汚泥界面が一定となるように沈降汚泥の一部を全酸化槽に送った（そのときの流量は約３ｍ^３／日）。また全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、分画分子量１３，０００、膜面積５ｍ^２の中空糸膜モジュールを１本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２ｍ／ｓ）、ろ過速度約０．７ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過、ろ過２０分毎に１回の膜ろ過水逆洗の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を全酸化槽の外部に排出しながら運転を行った。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約９０００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０４ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。約２年間連続して運転したが、全酸化槽のＭＬＳＳは約９０００ｍｇ／リットルで安定しており、汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。膜ろ過水のＢＯＤは３ｍｇ／リットル以下、ＳＳはゼロであった。
【００３０】
実施例３
図５に示す処理フローに従い、容量が１６０ｍ^３の担体流動曝気槽、容量が１４０ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が１２０ｍ^３の沈殿槽、容量が６０ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて、ＢＯＤが１０００ｍｇ／リットルで４００ｍ^３／日の化学排水の処理実験を実施した。原水の大部分は担体流動曝気槽へ導入するが、活性汚泥曝気槽の汚泥負荷を約０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日に保つように、一部の原水を活性汚泥曝気槽へ分注した。担体流動曝気槽には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を８ｍ^３投入した。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３０００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行なった。沈殿槽での汚泥沈降性は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳは１０ｍｇ／リットル以下であった。また、沈殿槽の汚泥界面が一定となるように沈降汚泥の一部を全酸化槽に送った（そのときの流量は約６ｍ^３／日）。全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、分画分子量１３，０００、膜面積１０ｍ^２の中空糸膜モジュールを１本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２．５ｍ／ｓ）、ろ過速度約０．７ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を全酸化槽の外部に排出しながら運転を行った。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約１００００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。この間膜差圧は徐々に増大し、約６ヶ月に１回の次亜塩素酸ナトリウムによる化学洗浄が必要であった。約１年間連続して運転したが、全酸化槽のＭＬＳＳは約１００００ｍｇ／リットルで安定しており、汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。膜ろ過水のＢＯＤは２ｍｇ／リットル以下、ＳＳはゼロであった。
【００３１】
実施例４
図５に示す処理フローに従い、容量が２５ｍ^３の担体流動曝気槽、容量が２０ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が６ｍ^３の沈殿槽、容量が１０ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて、ＢＯＤが３０００ｍｇ／リットル、２０ｍ^３／日の化学排水の処理実験を実施した。原水の大部分は担体流動曝気槽へ導入するが、活性汚泥曝気槽の汚泥負荷を約０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日に保つように、一部の原水を活性汚泥曝気槽へ分注した。担体流動曝気槽には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を２ｍ^３投入した。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３５００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行った。沈殿槽での汚泥沈降性は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳは１０ｍｇ／リットル以下であった。また、沈殿槽の汚泥界面が一定となるように沈降汚泥の一部を全酸化槽に送った（そのときの流量は約０．９ｍ^３／日）。また全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、分画分子量１３，０００、膜面積１ｍ^２の中空糸膜モジュールを１本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２ｍ／ｓ）、ろ過速度約１ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を全酸化槽の外部に排出しながら運転を行った。物理洗浄は、ろ過１５分に１回の空気逆洗を行い、排出された濃縮液は全量全酸化槽へ返送した。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約９０００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０４ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。約２年間連続して運転したが、全酸化槽のＭＬＳＳは約９０００ｍｇ／リットルで安定しており、汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。膜ろ過水のＢＯＤは３ｍｇ／リットル以下、ＳＳはゼロであった。
【００３２】
比較例１
実施例４と同様の排水（ＢＯＤが３０００ｍｇ／リットル、２０ｍ^３／日の化学排水）を容量が２０ｍ^３の担体流動曝気槽、容量が２０ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が６ｍ^３の沈殿槽からなる排水処理設備を用いて処理実験を行った。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３５００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行った。沈殿槽での汚泥沈降性は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳは１０ｍｇ／リットル以下であった。しかし沈殿槽の汚泥界面が徐々に上昇し、汚泥が沈殿槽から処理水へキャリーオーバーし、処理水の水質が悪化した。汚泥を系外へ引き抜かなければ運転の継続は不可能であった。
【００３３】
比較例２
実施例４と同様の排水（ＢＯＤが３０００ｍｇ／リットル、２０ｍ^３／日の化学排水）を容量が２０ｍ^３の担体流動曝気槽、容量が２０ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が６ｍ^３の沈殿槽、容量が３５ｍ^３の全酸化槽からなる排水処理装置を用いて、処理実験を実施した。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３５００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行った。沈殿槽での汚泥沈降性は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳは１０ｍｇ／リットル以下であった。また、沈殿槽の汚泥界面が一定となるように沈降汚泥の一部を全酸化槽に送った（そのときの流量は約０．５ｍ^３／日）。図８に示すように、全酸化槽の液を第２沈殿槽で沈降分離しようとしたが汚泥が微細化しており、沈降分離が不可能であった。
【００３４】
比較例３
実施例３と同様の原水（ＢＯＤが１０００ｍｇ／リットルで４００ｍ^３／日の化学排水）を図９に示す処理フローに従い、容量が１６０ｍ^３の担体流動曝気槽、容量が１９０ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて処理実験を実施した。全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、分画分子量１３，０００、膜面積３３ｍ^２の中空糸膜モジュールを１４本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２．５ｍ／ｓ）、ろ過速度約１ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を全酸化槽の外部に排出しながら運転を行った。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約１００００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。この間膜差圧は徐々に増大し、約６ヶ月に１回の次亜塩素酸ナトリウムによる化学洗浄が必要であった。約１年間連続して運転したが、全酸化槽のＭＬＳＳは約１００００ｍｇ／リットルで安定しており、汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。膜ろ過水のＢＯＤは２ｍｇ／リットル以下、ＳＳはゼロであり、非常に良好な運転はできたが、実施例１に比べて６０倍以上の液を分離膜でろ過しなければならず、膜ろ過設備の設置コストおよび運転コスト（特に動力費）が非常に大きいという問題があった。
【００３５】
実施例５
図６に示す処理フローに従い、容量が１２０ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が６ｍ^３の沈殿槽、容量が３０ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて、ＢＯＤが３０００ｍｇ／リットル、２０ｍ^３／日の化学排水の処理実験を実施した。原水中には窒素・リンを含有しないので、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１に相当する尿素・リン酸を添加した。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３５００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行った。沈殿槽での汚泥沈降性は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳは１０ｍｇ／リットル以下であった。また、沈殿槽の汚泥界面が一定となるように沈降汚泥の一部を全酸化槽に送った（そのときの流量は約１．６ｍ^３／日）。また全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、分画分子量１３，０００、膜面積１０ｍ^２の中空糸膜モジュールを１本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２ｍ／ｓ）、ろ過速度約１ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を活性汚泥曝気槽へ返送しながら運転を行った。物理洗浄は、ろ過１５分に１回の空気逆洗を行い、排出された濃縮液は全量全酸化槽へ返送した。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約９０００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０４ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。また、曝気槽へ返送している膜ろ過水の窒素・リン濃度を見ながら、曝気槽に添加している窒素・リンの量を減らしていき、約３週間経過後には窒素・リンの添加は不要となった。約２年間連続して運転したが、ＭＬＳＳは約９０００ｍｇ／リットルで安定しており、汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。
【００３６】
実施例６
図７に示す処理フローに従い、容量が１６０ｍ^３の担体流動曝気槽、容量が１４０ｍ^３の活性汚泥曝気槽、容量が１２０ｍ^３の沈殿槽、容量が６０ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて、ＢＯＤが１０００ｍｇ／リットルで４００ｍ^３／日の化学排水の処理実験を実施した。原水の大部分は担体流動曝気槽へ導入するが、活性汚泥曝気槽の汚泥負荷を約０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日に保つように、一部の原水を活性汚泥曝気槽へ分注した。担体流動曝気槽には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を８ｍ^３投入した。原水中には窒素・リンを含有しないので、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１に相当する尿素・リン酸を添加した。活性汚泥曝気槽のＭＬＳＳは約３０００ｍｇ／リットルになるように沈殿槽から汚泥返送を行なった。沈殿槽での汚泥沈降は良好で、処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／リットル以下、ＳＳは１０ｍｇ／リットル以下であった。また、沈殿槽の汚泥界面が一定となるように沈降汚泥の一部を全酸化槽に送った（そのときの流量は約１０ｍ^３／日）。全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、分画分子量１３，０００、膜面積１０ｍ^２の中空糸膜モジュールを１本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２．５ｍ／ｓ）、ろ過速度約０．７ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を活性汚泥曝気槽へ返送しながら運転を行った。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約１００００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。また、曝気槽へ返送している膜ろ過水の窒素・リン濃度を見ながら、曝気槽に添加している窒素・リンの量を減らしていき、約１ヶ月経過後には窒素・リンの添加は不要となった。ＢＯＤ除去には全く問題はなかった。この間、膜差圧は徐々に増大し、約６ヶ月に１回の次亜塩素酸ナトリウムによる化学洗浄が必要であった。約１年間連続して運転したが、全酸化槽のＭＬＳＳは約１００００ｍｇ／リットルで安定しており、汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。
【００３７】
比較例４
実施例６と同様の原水（ＢＯＤが１０００ｍｇ／リットルで４００ｍ^３／日の化学排水）を図１０に示す処理フローに従い、容量が１６０ｍ^３の担体流動曝気槽、容量が１９０ｍ^３の全酸化槽および膜ろ過設備からなる排水処理装置を用いて処理実験を実施した。原水の大部分は担体流動曝気槽へ導入するが、活性汚泥曝気槽の汚泥負荷を約０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日に保つように、一部の原水を活性汚泥曝気槽へ分注した。担体流動曝気槽には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を１６ｍ^３投入した。原水中には窒素・リンを含有しないので、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝１００：５：１に相当する尿素・リン酸を添加した。全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、分画分子量１３，０００、膜面積３３ｍ^２の中空糸膜モジュールを１４本装着した膜ろ過装置を設置し、内圧循環ろ過方式（循環線速度２．５ｍ／ｓ）、ろ過速度約１ｍ^３／ｍ^２／日の定流量ろ過の条件で膜ろ過を行い、膜ろ過水を全酸化槽の外部に排出しながら運転を行った。全酸化槽には最初、水を張った状態で運転を開始し、ＭＬＳＳは徐々に増加して約１００００ｍｇ／リットルでほぼ一定となった。このときの溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であった。この間膜差圧は徐々に増大し、約６ヶ月に１回の次亜塩素酸ナトリウムによる化学洗浄が必要であった。約１年間連続して運転したが、全酸化槽のＭＬＳＳは約１００００ｍｇ／リットルで汚泥の系外への引き抜きは１度も行わなかった。しかし、実施例１に比べて６０倍以上の液を分離膜でろ過しなければならず、膜ろ過設備の設置コストおよび運転コスト（特に動力費）が非常に大きいという問題があった。また、膜ろ過水のＢＯＤは２ｍｇ／リットル以下、ＳＳはゼロで良好であったが、全窒素約５０ｍｇ／リットル、全リン約１０ｍｇ／リットルと高い値を示した。このろ過液の一部を担体流動曝気槽へ返送しようとしたが、添加している窒素・リンの代替としては、ほぼ全量のろ過液を返送しなければならず運転が成り立たないため断念した。ろ過流量の２０％（８０ｍ^３／日）を返送したところ、ろ過量が追いつかず中空糸膜モジュールを１本追加しなければならなかった。このとき、添加していた窒素・リンの削減量は約１０％しかなく返送したメリットはなかった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、引き抜き汚泥を非常に少なくでき、低コストで排水を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを模式的に表した図である。
【図２】分離膜の設置方法の一例である。
【図３】分離膜の設置方法の他の一例である。
【図４】分離膜の設置方法のさらに他の一例である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを模式的に表した図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを模式的に表した図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる排水処理方法の処理フローを模式的に表した図である。
【図８】比較例にかかる全酸化槽と第２沈殿槽の配置を模式的に表した図である。
【図９】比較例にかかる排水処理設備の配置を模式的に表した図である。
【図１０】比較例にかかる排水処理設備の配置を模式的に表した図である。
【符号の説明】
２…担体流動曝気槽、３…活性汚泥曝気槽、４…沈殿槽、５…全酸化槽、６…分離膜、７…循環ポンプ、８…加圧ポンプ、９…吸引ポンプ。

Claims

活性汚泥曝気槽により排水と活性汚泥を好気条件下で接触させた後、沈殿槽によりこの汚泥を沈降させて上澄液を得る汚泥沈殿処理と、
沈殿槽からの沈殿汚泥の一部を活性汚泥曝気槽へ返送して活性汚泥曝気槽の汚泥濃度を一定に保つようにする汚泥濃度保持処理と、
沈殿槽からの前記返送分以外の沈殿汚泥を余剰汚泥として全酸化槽へ送って、全酸化槽で汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度がつりあう全酸化の状態に保つ余剰汚泥全酸化処理と、
全酸化槽内の汚泥を含む液を５ミクロン以下の孔径を有する分離膜でろ過し、全酸化槽の水量増加分のろ過液を排出する余剰汚泥ろ過処理と、
を備えた排水処理方法。
担体流動曝気槽により排水と担体を好気条件下で接触させた後に、活性汚泥曝気槽により排水と活性汚泥を好気条件下で接触させ、その後、沈殿槽によりこの汚泥を沈降させて上澄液を得る汚泥沈殿処理と、
沈殿槽からの沈殿汚泥の一部を活性汚泥曝気槽へ返送して活性汚泥曝気槽の汚泥濃度を一定に保つようにする汚泥濃度保持処理と、
沈殿槽からの前記返送分以外の沈殿汚泥を余剰汚泥として全酸化槽へ送って、全酸化槽で汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度がつりあう全酸化の状態に保つ余剰汚泥全酸化処理と、
全酸化槽内の汚泥を含む液を５ミクロン以下の孔径を有する分離膜でろ過し、全酸化槽の水量増加分のろ過液を排出する余剰汚泥ろ過処理と、
を備えた排水処理方法。
余剰汚泥ろ過処理で排出されるろ過液の全量または一部を活性汚泥曝気槽へ返送する富栄養化防止処理をさらに備えた、請求項１に記載の排水処理方法。
余剰汚泥ろ過処理で排出されるろ過液の全量または一部を担体流動曝気槽および／または活性汚泥曝気槽へ返送する富栄養化防止処理をさらに備えた、請求項２に記載の排水処理方法。
担体流動曝気槽における担体が、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体からなる群から選ばれた１種類以上の担体である請求項２または４に記載の排水処理方法。
担体流動曝気槽における担体がアセタール化ポリビニルアルコール系ゲルである請求項５に記載の排水処理方法。
余剰汚泥ろ過処理における分離膜が中空糸膜である請求項１〜６のいずれかに記載の排水処理方法。
全酸化槽における溶解性ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で運転する請求項１〜７のいずれかに記載の排水処理方法。