JP2005152878A - 有機化合物を含有する廃水処理の方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】有機汚染物質を含有する廃水を処理するシステムにおいて、有機汚染物質を効果的に排除することができ、並びに膜表面の鱗片及び汚れの問題点を防止し、その結果、経費削減及び効率改善の目的が達成される手段を提供する。
【解決手段】有機化合物を含有する廃水を処理するためのシステムであり：
嫌気性処理プロセスを通じて廃水中の有機汚染物質を除去することが可能である嫌気性バイオリアクター；
前記嫌気性バイオリアクターの後方に配置され、及び該嫌気性バイオリアクターの流出液中の残存有機汚染物質を好気性処理プロセスを通じて除去することが可能である、好気性バイオリアクター；並びに
前記好気性バイオリアクターの後方に配置され、及び該好気性バイオリアクターの流出液において液体から固形物を分離することが可能である、膜分離リアクターを備える、システム。
【選択図】図１
【解決手段】有機化合物を含有する廃水を処理するためのシステムであり：
嫌気性処理プロセスを通じて廃水中の有機汚染物質を除去することが可能である嫌気性バイオリアクター；
前記嫌気性バイオリアクターの後方に配置され、及び該嫌気性バイオリアクターの流出液中の残存有機汚染物質を好気性処理プロセスを通じて除去することが可能である、好気性バイオリアクター；並びに
前記好気性バイオリアクターの後方に配置され、及び該好気性バイオリアクターの流出液において液体から固形物を分離することが可能である、膜分離リアクターを備える、システム。
【選択図】図１
Description
発明の技術分野
本発明は、有機化合物を含有する廃水を処理する方法及びシステムに関する。本発明は、廃水中の有機汚染物質を処分する嫌気性システム及び好気性システムの利点を組合せ、並びにシステム効率を増大し及びシステム据付費を削減するために膜分離システムと両システムを一体化している。
本発明は、有機化合物を含有する廃水を処理する方法及びシステムに関する。本発明は、廃水中の有機汚染物質を処分する嫌気性システム及び好気性システムの利点を組合せ、並びにシステム効率を増大し及びシステム据付費を削減するために膜分離システムと両システムを一体化している。
関連技術の説明
生物学的膜処理システムは、近年廃水処理において使用される最も一般的な技術のひとつである。このようなシステムは、分離媒体として膜を利用し、そこでは最初に廃水が微生物により分解され、次に固形物を液体から分離するために、真空圧力差の駆動力により膜を通過させられる。得られる膜を通過した透過水は、処理された水である一方で、汚泥及び他の固形物は、膜分離リアクター内に捕獲され及び放出される。膜の実用寿命を延長するために、逆洗浄又は化学洗浄を利用し、膜表面に堆積した汚染物質を除去する。
生物学的膜処理システムは、近年廃水処理において使用される最も一般的な技術のひとつである。このようなシステムは、分離媒体として膜を利用し、そこでは最初に廃水が微生物により分解され、次に固形物を液体から分離するために、真空圧力差の駆動力により膜を通過させられる。得られる膜を通過した透過水は、処理された水である一方で、汚泥及び他の固形物は、膜分離リアクター内に捕獲され及び放出される。膜の実用寿命を延長するために、逆洗浄又は化学洗浄を利用し、膜表面に堆積した汚染物質を除去する。
膜ろ過は、生物学的膜処理システムの重要な要素である。精密ろ過は一般に、デッドエンドろ過及びクロスフローろ過に分類することができる。デッドエンドろ過は、懸濁液の流れが膜表面に対し垂直である従来のケーキろ過に似ているが、固形物質は膜表面上で遮られ(interrupt)及びフィルターケーキを形成する。フィルターケーキの厚さは、懸濁液のろ過容量に伴い増加する。この膜を通る透過水の流れは、フィルターケーキが厚くなるにつれ減少し、これは本システムからケーキを除去するための逆洗浄サイクルの作業に頼っている。クロスフローろ過の場合、懸濁液流れは膜表面に対して平行であり、そこでの懸濁液のクロスフロー速度は、剪断応力を生じ、フィルターケーキ形成を排除する。フィルターケーキの蓄積作用が排除作用と平衡に達する場合は、フィルターケーキは一定の厚さを有するであろう。クロスフローろ過においては、膜表面に平行な速度成分がなければならない。膜それ自身の移動又は気泡の攪乱で、このような作用を得ることができる。最大透過処理量を生じるために汚れを防止する目的で、生物学的膜処理システムは典型的には固-液分離のためにクロスフローろ過を採用する。
生物学的膜処理システムが経済的に実行可能であるかどうかを考慮する際には、膜寿命を延長しエネルギー喪失をより減少するための汚れ(fouling)の除去又は膜表面上の鱗片(scaling)が、重要な要因である。汚れは、膜上に吸着又は沈降した汚泥、超微粒コロイド粒子、及び有機物質のような固形物質を意味し、これは透過抵抗性に拍車をかける。汚れの原因は、物理的及び化学的機序に加え、濃淡分極現象が関与している。鱗片は、金属又は重金属の酸化物、炭酸塩及びリン酸塩のような金属結晶の形成を意味する。例えば、嫌気性反応のプロセスにおいて、水中の炭酸塩の濃度は増加し、及び水中にCa、Mg、Fe又は他の重金属が存在する場合、膜表面上の金属炭酸塩の鱗片は、膜を閉塞するであろう。重大な膜上の汚れ又は鱗片は、この処理の処理量を大きく低下するであろう。従って、この処理システムのプロセスにおいては定期的に鱗片を除去することが必要である。
従来の活性汚泥処理プロセスと比較し、生物学的膜処理システムは、比較的小さいスペースを必要とし、並びに操作及び維持が容易である。このシステムにおいて捕獲された汚泥は、特別な又は簡単ではない生分解性汚染物質の除去を促進するために長期間保持されても良く、及び生物学的汚泥は完全に遮ることができる。更にこのシステムは、沈降ユニットを必要とせず、そのためスペースを節約し、及び処理効率を増大する。これは、分解することが困難である高分子を捕獲することも可能である。従ってこの生物学的膜処理システムは、特別な汚染物質の小規模及び中規模の処理に特に適している。
近年の膜製造技術の進歩のために、膜の使用寿命は延長され、及び膜処理システムの負荷レベルは、実験室適用レベルからプラント適用レベルへと増大しており、10,000m3/日のキャパシティを有する。現在使用される主な生物学的膜処理システムは、好気性生物学的膜処理システムである。しかし好気性膜処理システムの据付費は、膜費用が高いために永続的に高い。本発明は、前述の問題点に対処するために、生物学的膜処理システムにおいて好気性及び嫌気性の両細菌を組合せている。
発明の概要
公知の生物学的膜処理システムの欠点に対処するために、本発明は、有機化合物を含有する廃水を処理するシステムを提供し、これは：
嫌気性処理プロセスを通じて廃水中の有機汚染物質を除去することが可能な、嫌気性バイオリアクター；
該嫌気性バイオリアクターの後方に配置され及び該嫌気性バイオリアクターの流出液中の残存有機汚染物質を好気性処理プロセスを通じて除去することが可能な、好気性バイオリアクター；並びに
該好気性バイオリアクターの後方に配置され及び該好気性リアクターの流出液中の液体から固形物を分離することが可能な、膜分離リアクターを備える。
公知の生物学的膜処理システムの欠点に対処するために、本発明は、有機化合物を含有する廃水を処理するシステムを提供し、これは：
嫌気性処理プロセスを通じて廃水中の有機汚染物質を除去することが可能な、嫌気性バイオリアクター；
該嫌気性バイオリアクターの後方に配置され及び該嫌気性バイオリアクターの流出液中の残存有機汚染物質を好気性処理プロセスを通じて除去することが可能な、好気性バイオリアクター；並びに
該好気性バイオリアクターの後方に配置され及び該好気性リアクターの流出液中の液体から固形物を分離することが可能な、膜分離リアクターを備える。
ひとつの態様において、前述の嫌気性バイオリアクター及び好気性バイオリアクターの両方ともに、最初に嫌気性種汚泥が供給される。前述の好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターは更に、該好気性バイオリアクター又は膜分離リアクターから、該嫌気性バイオリアクターへと、微生物をリサイクルする装置も備えることができ、その結果該嫌気性バイオリアクターの微生物濃度を維持することができる。前述の嫌気性バイオリアクターは、嫌気性細菌又は通性細菌を含み、好ましくはメタン細菌及び通性嫌気性細菌を含む。前述の好気性バイオリアクターは、通性細菌を含む。前述の嫌気性バイオリアクターは、バイオリアクターの外部へ汚泥を放出する装置を備える。
別の態様において、前述の嫌気性バイオリアクター及び好気性リアクターに、最初に各々、嫌気性種汚泥及び好気性種汚泥が供給される。前述の膜分離リアクターは更に、該膜分離リアクターから、該好気性バイオリアクターへ微生物をリサイクルする装置を備えることができる。前述の好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターは更に、過剰な好気性廃棄用汚泥を該嫌気性バイオリアクターへ放出し、及び嫌気性消化反応を進行する装置を備えることができる。前述の嫌気性バイオリアクターは、嫌気性バイオリアクターの外部へ汚泥を放出する装置を備える。該好気性バイオリアクター及び膜分離リアクター内の廃棄用好気性汚泥は更に、嫌気性バイオリアクターへ放出される前に、アルカリ汚泥加水分解装置を通過することができる。
前述の好気性バイオリアクターは更に、動水滞留時間を短縮することによるストリッパーとして使用することができる。曝気時に、水に溶解した二酸化炭素は揮散され、水中のpH値の増加を生じ、これにより金属炭酸塩の結晶(例えば、CaCO3、FeCO3)、ストラバイト(MgNH4PO4・6H2O)及び無機固形物(例えば、FeS)が生成され、更にこのような結晶又は固形物が、生物学的凝集により好気性細菌のフロックマトリックスに挿入され、これは該膜分離リアクターの膜上鱗片の傾向を低下する。
前述の有機化合物を含有する廃水の処理のためのシステムは更に、廃水中の毒性有機物質を除去するために、嫌気性バイオリアクターの上流に配列された好気性前処理装置を備え、その結果このような毒性物質の嫌気性細菌に対する阻害を低下することができる。
前述の嫌気性バイオリアクターは更に、脱窒微生物を含むことができる。
前述の嫌気性バイオリアクターは更に、脱窒微生物を含むことができる。
前述の膜分離リアクターは更に、膜の洗い流しのためのガススパージング装置を含むことができ、ここでのガスはバイオガス又は空気である。該膜分離リアクターのバイオガスによる洗い流しは、好気性バイオリアクターと比べ、水のpH値を0.2〜1.0単位低下し、従って該膜の鱗片を防止することができる。あるいは、空気又は空気と無機酸(例えば、HCl)による洗い流しは、バイオガスにより引き起こされるものと同じ作用を生じる。
膜分離リアクターの膜は、該膜上の汚れを洗浄するために連続してバイオガス又は空気により洗い流すことができる。
膜分離リアクターの膜は、該膜上の汚れを洗浄するために連続してバイオガス又は空気により洗い流すことができる。
本発明の別の目的は、有機化合物を含有する廃水を処理するための方法を提供し、これは：
(a)有機汚染物質を含有する廃水を、嫌気性バイオリアクターへ供給し、そこでその中の嫌気性細菌が廃水中の有機汚染物質を分解する工程；
(b)工程(a)の嫌気性バイオリアクターの流出液を、好気性バイオリアクターへ供給し、そこでその中の好気性細菌が廃水中の残存有機物を分解し及び水に溶解した二酸化炭素が空気ストリッピングにより揮散され、その結果水のpH値が増加し、これにより金属炭酸塩の結晶、ストラバイト及び無機固形物が生成され、並びに生物学的凝集により好気性細菌のフロックマトリックスに挿入される工程；並びに
(c)工程(b)の好気性バイオリアクターの流出液を、膜分離反応(reaction)へ供給し、そこで水中の固形物が分離され、有機汚染物質非含有の流出液を得る工程を含む。
(a)有機汚染物質を含有する廃水を、嫌気性バイオリアクターへ供給し、そこでその中の嫌気性細菌が廃水中の有機汚染物質を分解する工程；
(b)工程(a)の嫌気性バイオリアクターの流出液を、好気性バイオリアクターへ供給し、そこでその中の好気性細菌が廃水中の残存有機物を分解し及び水に溶解した二酸化炭素が空気ストリッピングにより揮散され、その結果水のpH値が増加し、これにより金属炭酸塩の結晶、ストラバイト及び無機固形物が生成され、並びに生物学的凝集により好気性細菌のフロックマトリックスに挿入される工程；並びに
(c)工程(b)の好気性バイオリアクターの流出液を、膜分離反応(reaction)へ供給し、そこで水中の固形物が分離され、有機汚染物質非含有の流出液を得る工程を含む。
前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、工程(a)の前に廃水中の毒性有機汚染物質(例えば、フェノール及びアルデヒド)を除去するために廃水を前処理する工程を含み、その結果嫌気性バイオリアクターにおけるこのような毒性物質の阻害を低下することができる。
前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、工程(a)において脱窒手法を含むことができる。前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、工程(a)の前にアルカリ汚泥加水分解装置において好気性廃棄用汚泥をアルカリ加水分解し、好気性廃水の加水分解及び嫌気性汚泥の消化能を増強する工程を含む。
前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、工程(a)において脱窒手法を含むことができる。前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、工程(a)の前にアルカリ汚泥加水分解装置において好気性廃棄用汚泥をアルカリ加水分解し、好気性廃水の加水分解及び嫌気性汚泥の消化能を増強する工程を含む。
前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、膜の鱗片を防ぐための、該膜分離リアクターの膜のバイオガス又は空気又は空気と無機酸による洗い流しの工程を含む。
前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、嫌気性バイオリアクター中の微生物の喪失を減少し及び微生物の濃度を維持するために、好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターから嫌気性バイオリアクターへ微生物をリサイクルする工程を含む。
前述の有機化合物を含有する廃水を処理するための方法は更に、嫌気性バイオリアクター中の微生物の喪失を減少し及び微生物の濃度を維持するために、好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターから嫌気性バイオリアクターへ微生物をリサイクルする工程を含む。
嫌気性処理技術は、酸素供給システムを組込むことなく、高い容積効率を特徴とする。これは、据付費を削減し、及び好気性システムにより生成されるものよりもより少ない汚泥を生成するという利点を提供する。本発明は、廃水中の有機汚染物質を処分するための嫌気性システム及び好気性システムの利点を組合せ、並びに両方のシステムを膜分離システムと一体化し、システム効率を増加し及び経費を削減する。このようなシステムは、都市廃水及び産業廃水の処分に適用することができる。
発明の詳細な説明
図1に示したように、本発明の有機化合物を含有する廃水を処理するシステム10は、以下を備えている：廃水中の有機汚染物質を嫌気性処理プロセスを通じて除去することが可能である、嫌気性バイオリアクター1；該嫌気性バイオリアクター1の後方に配置され及び好気性処理プロセスにより該嫌気性バイオリアクター1の流出液中の残存有機汚染物質を除去することが可能である、好気性バイオリアクター2；並びに、好気性バイオリアクター2の後方に配置され及び好気性バイオリアクター2の流出液中の液体から固形物を分離することが可能である、膜分離リアクター3。
図1に示したように、本発明の有機化合物を含有する廃水を処理するシステム10は、以下を備えている：廃水中の有機汚染物質を嫌気性処理プロセスを通じて除去することが可能である、嫌気性バイオリアクター1；該嫌気性バイオリアクター1の後方に配置され及び好気性処理プロセスにより該嫌気性バイオリアクター1の流出液中の残存有機汚染物質を除去することが可能である、好気性バイオリアクター2；並びに、好気性バイオリアクター2の後方に配置され及び好気性バイオリアクター2の流出液中の液体から固形物を分離することが可能である、膜分離リアクター3。
このシステム10のひとつの態様において、該嫌気性バイオリアクター1及び好気性バイオリアクター2は両方とも、最初に嫌気性種汚泥が供給され、ここで該嫌気性バイオリアクター1は、嫌気性細菌又は通性細菌を含み、好ましくはメタン細菌及び通性嫌気性細菌の両方を含み、並びに該好気性バイオリアクター2は、通性細菌を含む。この態様において、該好気性バイオリアクター2及び膜分離リアクター3は更に、該好気性バイオリアクター2又は膜分離リアクター3から該嫌気性バイオリアクター1へと微生物をリサイクルする装置を備えることができ、その結果、該嫌気性バイオリアクター1の微生物濃度を維持することができる。
システム10の別の態様において、該嫌気性バイオリアクター1及び好気性バイオリアクター2は、各々最初に嫌気性種汚泥及び好気性種汚泥が供給され；該膜分離リアクター3は、該膜分離リアクター3から該好気性バイオリアクター2へと微生物をリサイクルするための装置を備える。更に、該好気性バイオリアクター2及び膜分離リアクター3は更に、過剰な好気性廃棄用汚泥を嫌気性バイオリアクター 1へと放出し及び嫌気性消化の反応を進める装置を備えることができ；該好気性廃棄用汚泥は更に、嫌気性バイオリアクター1へと放出される前に、アルカリ汚泥加水分解装置5を通すことができる。さもなければ、該嫌気性バイオリアクター1は更に、嫌気性バイオリアクターの外部へ汚泥を放出する装置を備えることができる。
本明細書において提供された有機化合物を含有する廃水を処理するシステム10において、該嫌気性バイオリアクター1及び好気性バイオリアクター2の微生物は更に、脱窒微生物を含む。必要ならば、好気性前処理装置4を更に、廃水中の毒性有機物質を除去するために、嫌気性バイオリアクター1の上流に配列することができ；膜分離リアクター3は更に、膜の洗い流しのためのガススパージング装置を備えることができる。
二酸化炭素は、嫌気性細菌の代謝の主要な副産物であり、これは水の炭酸塩濃度の増加につながる。Ca、Mg、Fe又は他の金属イオンが存在する場合、金属炭酸塩の鱗片を膜表面上に形成する傾向があり、これは膜閉塞を引き起こす。本発明のシステムにおいて、嫌気性バイオリアクター1の流出液は、好気性バイオリアクター2へと流れ、そこで該流出液の残存有機汚染物質は、その中の好気性細菌により排除され、及び該流出液の溶解した無機イオンは、好気性バイオリアクター2内の高pH値の下で、結晶又は無機固形物を生成する。曝気後に、pH値を1〜2単位増加することができる空気ストリッピングは、好気性バイオリアクター2内に高pH値を引き起こす。このような結晶又は固形物は、生物学的凝集により好気性細菌のフロックマトリックスに挿入され、これは該膜分離リアクター3の膜の上の鱗片形成の可能性を低下する。好気性バイオリアクター2の流出液が、膜分離リアクター3へ流れる場合、この膜は、バイオガスで洗い流されるであろう。バイオガスによる洗い流しは、水のpH値を0.2〜1.0単位低下することができ、更に膜表面上の鱗片の形成を防止する。必要であるならば、膜は空気で洗い流し、及び無機酸(例えば、HCl)と共に作業し、膜分離リアクター3のpH値を低下することができるか、又は膜は任意に空気のみで洗い流すことができ、これは鱗片を防ぐ目的がある。
図2は、有機化合物を含有する廃水を処理する方法のフローチャートであり、これは下記の工程を含む：(a)有機汚染物質を含有する廃水の、嫌気性バイオリアクターへの供給で始まり、ここではその中の嫌気性細菌が該有機汚染物質を分解し並びにメタン及び二酸化炭素を生成する工程；(b)引き続き、工程(a)の嫌気性バイオリアクターの流出液を、好気性バイオリアクターへ供給し、ここでその中の好気性細菌は、廃水中の残存有機物を分解し及び水中に溶解した二酸化炭素を、水のpH値を増大する空気ストリッピング作用により揮散し、これにより金属炭酸塩の結晶、ストラバイト及び無機固形物が生成され、並びに生物学的凝集により好気性細菌のフロックマトリックスに挿入される工程；並びに、(c)工程(b)の好気性バイオリアクターの流出液を、膜分離リアクターへ供給し、そこで水中の固形物が液体から分離され、有機汚染物質非含有の流出液を得る工程。
前述の有機化合物を含有する廃水を処理する方法は更に、工程(a)において脱窒手法を含む、及び／又は工程(a)の前に毒性物質(例えば、フェノール及びアルデヒド)を除去するために廃水を前処理する工程を含むことができる。該方法は、工程(a)の前のアルカリ汚泥加水分解装置における好気性廃棄用汚泥のアルカリ加水分解の工程を含むこともでき、これは好気性廃水の加水分解及び嫌気性汚泥の消化能を増強する。更に該方法は、好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターから嫌気性バイオリアクターへと微生物をリサイクルする工程を含むことができ、その結果微生物の濃度は安定した範囲内で制御することができ及び経費が削減される。さもなければ該方法は更に、該膜分離リアクターの膜を、バイオガススパージング(sparing)により洗い流すか、又は膜を空気もしくは空気と無機酸により洗い流す工程を含み、これは該膜分離リアクターのpH値を低下し、膜表面の鱗片形成を防止する。
本発明の利点は更に、実施例の例証により示されるが、これらの実施例において成された説明は、本発明の実際の出願を制限するものとして構築されるものではない。
実施例
本実施例において使用したシステムは、図1に示したように、嫌気性バイオリアクター1、好気性バイオリアクター2及び膜分離リアクター3を備えた。嫌気性バイオリアクターの作業容積は54Lであり；好気性バイオリアクターのそれは16Lであり、及び膜分離リアクターのそれは6Lである。食品用UASBリアクターからの嫌気性顆粒状汚泥を、ブレンダーで粉砕し、その後種汚泥として使用した。嫌気性バイオリアクター及び好気性バイオリアクターは両方とも最初に、この種汚泥を供給した。好気性バイオリアクター内の有機物質を分解することができる微生物は、通性細菌であった。このシステムにおいて使用される膜は、浸水型限外ろ過であり、曝気に使用されるガスはバイオガスであった。このシステムは、未処理の水をポンプ注入し、好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターの汚泥、並びに膜分離リアクターの流出液をリサイクルするために、各々、3種の蠕動ポンプを装着していた。このシステムの再循環比は3であった。
本実施例において使用したシステムは、図1に示したように、嫌気性バイオリアクター1、好気性バイオリアクター2及び膜分離リアクター3を備えた。嫌気性バイオリアクターの作業容積は54Lであり；好気性バイオリアクターのそれは16Lであり、及び膜分離リアクターのそれは6Lである。食品用UASBリアクターからの嫌気性顆粒状汚泥を、ブレンダーで粉砕し、その後種汚泥として使用した。嫌気性バイオリアクター及び好気性バイオリアクターは両方とも最初に、この種汚泥を供給した。好気性バイオリアクター内の有機物質を分解することができる微生物は、通性細菌であった。このシステムにおいて使用される膜は、浸水型限外ろ過であり、曝気に使用されるガスはバイオガスであった。このシステムは、未処理の水をポンプ注入し、好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターの汚泥、並びに膜分離リアクターの流出液をリサイクルするために、各々、3種の蠕動ポンプを装着していた。このシステムの再循環比は3であった。
ブドウ糖及び酢酸ナトリウムを、試験のための人工基質として使用した。このシステムは、連続モードで操作され、並びに嫌気性バイオリアクター内のpH値及び酸化還元電位(ORP)に加え、好気性バイオリアクター内の溶存酸素(DO)、pH値及びORPを検出した。
予備試験の2ヶ月間に、嫌気性バイオリアクターの化学的酸素要求量(COD)は、12,000〜18,000mg/Lの範囲であり、及び流入液容量は8.6L/日であった。試験結果は、図3に示した。図3は、嫌気性バイオリアクターの流入液、嫌気性バイオリアクターの流出液及び膜分離リアクターの流出液における、COD濃度と操作日数の間の相関関係を示している。嫌気性流出液のCOD濃度は、1,000〜2,100mg/Lの範囲であるのに対して、膜分離リアクター流出液、膜透過水のそれは、50〜70mg/Lの範囲であった。このような結果は、本発明の有機化合物を含有する廃水の処理システムは有効に作動し、ここで廃水中の有機汚染物質は、嫌気性細菌及び好気性細菌により分解され、並びにこのシステムは、例え2ヶ月間作動した後であっても有機汚染物質のその処理能を維持していたことを示した。
嫌気性バイオリアクター及び好気性バイオリアクターの環境の条件を確定するために、嫌気性バイオリアクター流出液のpH及びORP値、好気性バイオリアクターのpH、DO及びORP、並びに膜分離リアクターのpH値を、定期的に記録した。これらの結果は、図4、図5及び図6に示した。図4は、嫌気性バイオリアクターのpH及びORPのモニタリングの結果であり；図5は、好気性バイオリアクターのpH、ORP及びDOのモニタリングの結果を示し；並びに、図6は、嫌気性バイオリアクター、好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターの間の、pH値に関する比較である。図4に示されたように、嫌気性バイオリアクターのpHは安定しており、7.3〜7.6の間に維持され；ORPは、-220〜-320mVの間に維持された。ORP値には変動が存在するが、その環境は、絶対的嫌気性条件を維持した。図5に示されるように、好気性バイオリアクター中のDOは、2〜4mg/Lの間に制御され、これは好気性代謝の要求を満足した。図5は更に、好気性バイオリアクターのpHは8.6〜8.9に上昇したことも示し、これは嫌気性バイオリアクターの流出液中の高濃度の炭酸塩のためである。曝気時の空気ストリッピングは、pH値を増大した。上昇したpH値は、金属イオンの結晶形成の傾向を増強した。図5は、好気性バイオリアクター中のORPの有意な変動も示しており、このORPは、-10mV〜-120mVの範囲であるが、水中のDOは2〜4mg/Lに達し、このことは能動的還元が曝気したリアクターにおいて進行したことを示した。このことは、本システムは、2ヶ月間の操作後であっても有機汚染物質の分解が依然可能であったことを意味する。図6は、嫌気性バイオリアクター内のpHは、好気性バイオリアクターよりも1〜2単位低いのに対し、好気性バイオリアクター内のpHは、膜分離リアクターのそれよりも0.1〜1.5単位高いことを示している。
本明細書において提供された有機化合物を含有する廃水を試験するシステムにおいて、嫌気性バイオリアクター内で使用される有機汚染物質を分解するための微生物は、メタン細菌及び通性嫌気性細菌であり、及び好気性バイオリアクターにおいて使用されるものは、通性嫌気性細菌である。従って、好気性バイオリアクター内の微生物は、嫌気性バイオリアクターへ循環してもよい。好気性バイオリアクターにおいて、水のpH値は有機汚染物質除去の間に増大し、及び無機結晶が、生物学的凝集により微生物のフロックマトリックスへ挿入され、これは膜表面上の鱗片形成の傾向を低下する。さもなければ膜は、バイオガス又は空気と無機酸により洗い流され、膜分離リアクターのpH値を下げるか、又は空気のみで洗い流される。これらは、膜鱗片を減少し、及び膜の使用寿命を延長するという目的を達成する。
Claims (22)
- 有機化合物を含有する廃水を処理するためのシステムであり：
嫌気性処理プロセスを通じて廃水中の有機汚染物質を除去することが可能である嫌気性バイオリアクター；
前記嫌気性バイオリアクターの後方に配置され、及び該嫌気性バイオリアクターの流出液中の残存有機汚染物質を好気性処理プロセスを通じて除去することが可能である、好気性バイオリアクター；並びに
前記好気性バイオリアクターの後方に配置され、及び該好気性バイオリアクターの流出液において液体から固形物を分離することが可能である、膜分離リアクターを備える、システム。 - 前記嫌気性及び好気性バイオリアクターの両方に、最初に嫌気性種汚泥が供給される、請求項1記載のシステム。
- 前記好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターが更に、微生物を、該好気性バイオリアクター又は膜分離リアクターから該嫌気性バイオリアクターへとリサイクルするための装置を備えることができる、請求項2記載のシステム。
- 前記嫌気性バイオリアクター及び好気性バイオリアクターに、最初に各々、嫌気性種汚泥及び好気性種汚泥が供給される、請求項1記載のシステム。
- 前記嫌気性バイオリアクターが、嫌気性細菌を含む、請求項1記載のシステム。
- 前記嫌気性バイオリアクターが、嫌気性細菌及び通性細菌を含む、請求項1記載のシステム。
- 前記好気性バイオリアクターが、通性細菌又は好気性細菌を含む、請求項1記載のシステム。
- 前記好気性バイオリアクターが更に、動水滞留時間を短縮することによりストリッパー(tripper)として使用することができ、ここで廃水のpH値が増加し、並びにその中に浮遊した結晶又は固形物が、生物学的凝集により好気性細菌のフロックマトリックスに挿入される、請求項1記載のシステム。
- 前記システムが更に、廃水中の毒性有機物質を除去するための該嫌気性バイオリアクターの上流に配列された前処理装置を備えて、嫌気性バイオリアクターにおける毒性阻害を低下することができる、請求項1記載のシステム。
- 前記システムが更に、該嫌気性バイオリアクターの上流に配列されたアルカリ汚泥加水分解装置を備えて、好気性廃水の加水分解を促進し及び嫌気性汚泥の消化能を増強することができる、請求項1記載のシステム。
- 前記嫌気性バイオリアクター及び好気性リアクターが更に、脱窒が可能であることができる、請求項1記載のシステム。
- 前記膜分離リアクターが更に、膜の洗い流しのためのガススパージング装置を備えることができる、請求項1記載のシステム。
- 前記ガスが、バイオガス又は空気である、請求項12記載のシステム。
- 前記バイオガススパージング装置が、水のpH値を0.2〜1.0単位低下し、並びに膜鱗片を防止することができる、請求項13記載のシステム。
- 前記空気スパージング装置の使用に更に、無機酸を加えて水のpHを調節することができる、請求項13記載のシステム。
- 有機化合物を含有する廃水を処理するための方法であり：
(a)有機汚染物質を含有する廃水を、嫌気性バイオリアクターへ供給し、そこでその中の嫌気性細菌が廃水中の有機汚染物質を分解する工程；
(b)工程(a)の嫌気性バイオリアクターの流出液を、好気性バイオリアクターへ供給し、そこでその中の好気性細菌が廃水中の残存有機物を分解し及び水に溶解した二酸化炭素が空気ストリッピングにより揮散され、水のpH値が増加し、これにより金属炭酸塩の結晶、ストラバイト及び無機固形物が生成され、並びに生物学的凝集により好気性細菌のフロックマトリックスに挿入される工程；並びに
(c)工程(b)の好気性バイオリアクターの流出液を、膜分離リアクターへ供給し、そこで水中の固形物が分離され、有機汚染物質非含有の流出液を得る工程を含む、方法。 - 前記方法が更に、工程(a)の前に廃棄用廃水中の毒性有機汚染物質を除去するために廃水を前処理する工程を含むことができる、請求項16記載の方法。
- 前記方法が更に、工程(a)の前にアルカリ汚泥加水分解装置において好気性廃棄用汚泥をアルカリ加水分解する工程を含み、好気性廃水の加水分解を促進し及び嫌気性汚泥の消化能を増強することができる、請求項16記載の方法。
- 前記方法が更に、該膜分離リアクターの膜のバイオガスによる洗い流しの工程を含むことができる、請求項16記載の方法。
- 前記方法が更に、該膜分離リアクターの膜の空気及び無機酸による洗い流しの工程を含むことができる、請求項16記載の方法。
- 前記方法が更に、該膜分離リアクターの膜の空気による洗い流しの工程を含むことができる、請求項16記載の方法。
- 前記方法が、該好気性バイオリアクター及び膜分離リアクターから該嫌気性バイオリアクターへ微生物を循環する工程を含むことができる、請求項16記載の方法。
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