JP2008238042A - 有機性汚泥の減量化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ろ過水の窒素濃度を低減させることができ、さらにろ過開始直後におけるＳＳの漏出も防ぐことができる汚泥の減量化方法を提供する。
【解決手段】汚泥消化槽に汚泥を０．０３５ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下の量で供給し、槽内を曝気することによって汚泥の自己消化を促進させた後、汚泥消化槽に浸漬されたろ過膜を用いて、あるいは汚泥消化槽の外に設置された膜分離槽内に浸漬されたろ過膜を用いて、汚泥とろ過水とを分離する有機性汚泥の減量化方法において、槽内の曝気が間欠的に曝気を行なう方法であって、ろ過膜の細孔径が１μｍ以下のろ過膜を用いることを特徴とする有機性汚泥の減量化方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、家庭排水や産業排水等で生じる有機性排水の活性汚泥処理によって生じる有機性汚泥の減量化方法に関するものである。

家庭排水や産業排水等で生じる有機性排水中の有機汚濁成分の除去は、活性汚泥処理により行われているが、この際に発生する汚泥は大量で、さらに排水処理施設の拡充に伴って、発生汚泥量は増大している。

従来、汚泥の減量化方法としては、脱水・焼却等の方法が採られてきたが、近年では、生物学的もしくは化学的な処理方法も知られるようになってきた。生物学的に処理する方法としては、嫌気性、好気性微生物を利用する方法がある。いずれも、汚泥消化槽を設けて自己消化を進め、汚泥を減量した後、固液分離した上澄水を水処理施設に返送する方法である。

そのような方法の一つとして、液中膜又は中空糸膜を備えるリアクターに汚泥を投入し曝気することによりリアクター内で汚泥を自己酸化させて減量化する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このリアクター内の汚泥と水が液中膜又は中空糸膜により分離されることになる。

別の方法として、ろ過体を汚泥減量化槽内に並設し、曝気によって微生物の自己消化を促進させた後、曝気を停止してろ過体のろ過膜にダイナミック膜を形成させつつダイナミック膜を通じてろ過水を抜き出す方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。ここで、ろ過体は基材にこれを包むようにして細孔１００μｍ程度のろ過膜（織物）を組合せたものが用いられている。
特開２００２−１２６７９６号公報 特開２００６−０２１０７５号公報

しかしながら、上記した液中膜又は中空糸膜を備えるリアクターを用いる方法において、膜を使用してろ過水を返送すれば、ＳＳの流出を防ぐことはできるが、ろ過水中には、自己消化の過程で溶出した窒素などの有機成分以外の汚濁成分が高濃度に含まれており、水処理系統での窒素処理性能が悪化してしまうという問題があった。

また、上記したダイナミック膜を利用する方法においては、ろ過水を抜き出すろ過操作の開始初期にはろ過体表面にまだダイナミック膜が形成されておらず、しばらくの間、ろ過水とともに汚泥も抜き出されてしまうという問題を避けることができなかった。そのため、ろ過開始直後のろ過水は多くのＳＳを含むことになり生物反応槽に返送せざるを得なかった。

本発明は、ろ過水の窒素濃度を低減させることができ、さらにろ過開始直後におけるＳＳの漏出も防ぐことができる汚泥の減量化方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、このような課題を解決するために鋭意検討した結果、細孔径の小さい特定の膜を用いることでろ過開始直後の汚泥の漏出を防ぎ、さらに汚泥消化槽内の曝気を間欠的に行なうことにより脱窒反応を生じさせ、窒素濃度を低減することができるという事実を見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、汚泥消化槽に汚泥を供給し、槽内を曝気することによって汚泥の自己消化を促進させた後、ろ過膜を用いて汚泥とろ過水とを分離する有機性汚泥の減量化方法において、槽内の曝気が間欠的に曝気を行なう方法であって、ろ過膜の細孔径が１μｍ以下のろ過膜を用いることを特徴とする有機性汚泥の減量化方法を要旨とするものである。また好ましくは、前記の有機性汚泥の減量化方法において、汚泥消化槽に浸漬されたろ過膜を用いて、あるいは汚泥消化槽の外に設置された膜分離槽内に浸漬されたろ過膜を用いて汚泥とろ過水とを分離するものであり、また好ましくは、前記の有機性汚泥の減量化方法において、汚泥とろ過水とを分離する際に、ろ過膜の表面にケーキ層が形成されることを防ぎながら行なうものであり、また好ましくは、前記の有機性汚泥の減量化方法において、汚泥とろ過水とを分離する際に、水頭圧によってろ過水を抜き出すことを行なうものであり、さらに好ましくは、前記の有機性汚泥の減量化方法において、汚泥消化槽への有機性汚泥の供給量を、０．０３５ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下とするものである。

本発明によれば、汚泥消化槽内を間欠曝気することにより汚泥消化槽内において効率よく窒素除去を行うことができ、さらに汚泥消化槽内の汚泥とろ過水を分離する際に、特定の細孔径を有する膜を使用することでろ過操作初期における汚泥の漏れを防ぐことができ、結果的に水処理設備に返送する負荷を低減することができる。

本発明の有機性汚泥の減量化方法を好適に実施するための装置の一例を図１に示す。図中、１は汚泥消化槽、２は消化槽１の底部に設置した散気装置である。散気装置２に、外部に設置したブロワー３より空気が送り込まれることにより、汚泥消化槽１内の有機性汚泥の曝気操作が行われる。

この散気装置２の直上には適宜数のろ過膜４を並設し、散気装置２から放出される気泡の一部が該ろ過膜４の表面に接触して上昇するようにしてある。発生した気泡がろ過膜４に接触することで、ろ過膜表面でのケーキ層形成が阻止され安定したろ過を行うことができる。

本発明において用いられるろ過膜４は、細孔径が１μｍ以下のものである。細孔径が１μｍを超えるろ過膜を用いた場合には、ろ過操作によって汚泥がろ過水中へ透過するおそれがある。細孔径が１μｍ以下のろ過膜としては、例えば、ＭＦ膜又はＵＦ膜が挙げられる。ＭＦ膜は細孔径が１μｍ以下であり、ＵＦ膜は細孔径が０．１μｍ以下である。本発明においては、一般に市販されているＭＦ膜もしくはＵＦ膜を使用すればよく、例えば市販されているＵＦ膜としてはクボタ製の平膜、三菱レーヨン製の中空糸膜等があげられる。

このろ過膜により、汚泥消化槽内の水部分が膜を透過・集水され、排出口から排出されることとなる。本発明においては、複数のろ過膜の排出口をろ過水集水管５と連通させることが望ましく、このろ過水集水管５を汚泥消化槽１より導出して該汚泥消化槽１の汚泥の水位より低位置に配し、弁６を設置する。

上記のような装置を用いて、本発明の汚泥の減量化方法を行うには以下のような操作を行なえばよい。先ず、有機性汚泥を汚泥消化槽１内に投入して曝気を行い、汚泥消化槽１内の汚泥の曝気操作を所要時間行って汚泥の自己消化を促進させた後、曝気を継続しつつ、弁６を開放すると、汚泥消化槽１内の水位よりろ過水集水管５を含んだ弁６側が低位置に存するので、汚泥消化槽内の液は水頭圧の作用によって汚泥消化槽１内のろ過膜３でろ過され、ろ過水集水管５および弁６を通じてろ過水が抜き出される。所定量のろ過水が得られた後、弁６を閉止して抜き出したろ過水に対応する量の汚泥を投入し、再び曝気操作を所要時間行うことを繰り返すことによって汚泥の効果的な減量処理を行うのである。

本発明は、汚泥消化槽内の曝気操作を間欠的な曝気操作とすることを特徴とするものであり、この操作を行なうことによって、汚泥の減量の進行とともに汚泥から溶出し汚泥消化槽内に蓄積してくる窒素を生物学的硝化脱窒により除去することができる。間欠曝気のサイクルについては特に限定されるものではないが、曝気停止時間が長すぎると汚泥減量効果が低くなり、逆に曝気停止時間が短すぎると窒素除去効果が低くなる。したがって、窒素除去と汚泥減量効果を見ながら適宜決定すればよいが、概ね、曝気時間：曝気停止時間＝１：０．１５〜６が好ましく、１：０．３〜３ がさらに好ましく、１：０．５〜２が最も好ましい。

また、１サイクルの曝気時間としては、１０分〜６時間程度が好ましく、３０分〜３時間がさらに好ましい。

また、汚泥消化槽１への汚泥の投入を継続すると、汚泥消化槽１内の汚泥濃度が上昇してくる。汚泥濃度の上昇につれて、ろ過膜から一定量のろ過水を得るのに必要な時間が長くなり、ついには、ろ過水を得ることが困難となる。このため、定期的に汚泥消化槽１内の汚泥を引き抜き、汚泥濃度を一定以下に保つ必要がある。汚泥消化槽１内の最適な汚泥濃度としては、ろ過膜の口径、汚泥の性状等により異なるが、概ね４００００ｍｇ／Ｌ以下が好ましく、３００００ｍｇ／Ｌ以下とすることがさらに好ましい。

汚泥消化槽１内からの汚泥の引き抜き頻度は、目標とする汚泥減量率により大きく異なる。

ろ過水の引き抜き時においては、曝気を停止しない方が望ましく、曝気することによりろ過膜上への汚泥のケーキ層の形成を防止することができる。このため、間欠曝気のサイクルにあわせ、曝気操作を行なっている時間帯にろ過水を引き抜くようにすればよい。

また、ろ過膜上への汚泥のケーキ層の形成阻止については、曝気によるものがもっとも望ましいが、この他にも、例えば旋回流の流速による阻止等の方法を採用してもよい。

本発明の有機性汚泥の減量化方法を好適に実施するための装置の他の例としては、図２に示すように、ろ過膜４を浸漬した膜分離槽７を汚泥消化槽１の外に設置し、汚泥消化槽１内の汚泥を循環ポンプ９を用いて膜分離槽７へ循環させるように配置した装置が挙げられる。汚泥消化槽１と膜分離槽７の間の循環量については、特に制限するものではないが、１日の循環量を膜分離槽７の容量の５倍程度以上を確保することが好ましい。ろ過水抜き出し時には、循環ポンプ９を稼働させることが望ましいが、それ以外の時間帯では必ずしも連続稼働させる必要はなく、汚泥沈降による配管のつまりを防ぐために、循環ポンプ９の間欠運転を行うことが望ましい。膜分離槽７については、先に説明した通り、ろ過膜４の下部に散気装置を設けても良いし、ろ過膜４の表面に流路を設けることによって、ろ過膜４表面での流速を確保し、表面での汚泥ケーキ層の形成を阻止してもよい。ろ過膜４表面に流路を設ける場合には、流路幅を０．５〜２０ｃｍが好ましいが、１〜５ｃｍがさらに好ましい。

本発明において、汚泥消化槽への有機性汚泥の供給量は、汚泥の減量率を決定する重要なファクターである。投入量が多ければ、汚泥の減量率は当然低下する。本発明において汚泥の減量を効率的に行うためには、汚泥消化槽内のＭＬＳＳに対し、０．０３５ｋｇ-ＳＳ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下の負荷量となるように有機性汚泥を供給することが好ましいが、さらに好ましくは、０．０３ｋｇ-ＳＳ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日であり、最も好ましくは、０．０２ｋｇ-ＳＳ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下である。

実施例１
図１に示したような装置を用いて試験を行なった。すなわち、有効容量１０Ｌの汚泥消化槽１にろ過膜４として平膜モジュール（株式会社クボタ製）を１枚（面積０．１３ｍ^２）浸漬し、ろ過膜４の下部に曝気と膜洗浄を兼ねた散気装置２を設置し、汚泥とろ過水とを水位差（水頭圧）のみで分離できるように、ろ過膜４の上部に連通させたろ過水集水管５の先に設けた弁６を汚泥消化槽１の液面より低い位置に設置した。

試験条件を表１に示す。し尿処理施設から採取した汚泥を、１週間曝気したのち、汚泥消化槽１への供給を開始した。ろ過水の抜き出しは、1日1回とし、その量は１Ｌずつとした（ＨＲＴ＝１０日）。ろ過水抜き出し後、抜き出したろ過水量と同量（１Ｌ）の汚泥を供給した。供給汚泥は、採取した汚泥をイオン交換水で希釈し、５０００ｍｇ／Ｌに調整した。汚泥供給を開始して５５日目に、硝化に関する機能が十分立ち上がったと判断し、１０２日目までは、対照試験として連続曝気試験を行い、その後は３０分曝気３０分曝気停止の間欠曝気を行った。

図３に試験期間中の汚泥消化槽１内のＭＬＳＳの経日変化を示す。図３から分かるように、試験開始後約５０日でＭＬＳＳは、約３００００ｍｇ／Ｌまで増加し、その後は増加が緩やかとなった。１０２日目から間欠曝気運転に切り替えたが、汚泥濃度は約３２０００ｍｇ／Ｌまで若干上昇したが、試験終了までほぼ安定していた。

連続曝気期間（５５〜１０２日目）（対照試験）及び間欠曝気期間（１０３〜１６１日目）（本発明の実施試験）における、供給汚泥量と、汚泥消化槽１内の蓄積汚泥量、分析に使用した汚泥量及びろ過水に含まれて流出した汚泥量とから汚泥減量率を算出し、結果を表２に示した。連続曝気期間中の汚泥減量率が８０．２％であるのに対し、間欠曝気期間中の汚泥減量率は７６．６％であり、本発明の方法が連続曝気による方法に較べても遜色ないものであることが確認された。

試験期間中の供給汚泥とろ過水の水質分析結果を表３に示す。ろ過水中にはＳＳがほとんど含まれないため、Ｄ−ＢＯＤ、Ｄ−ＣＯＤ、Ｄ−Ｔ−Ｎの分析は行わなかった。ろ過水のＣＯＤ、ＢＯＤは低い値に維持された。また、本発明の方法である間欠曝気を行うことにより、ろ過水のＴ−Ｎは５２ｍｇ／Ｌにまで低減し、連続曝気を行ったときに３２０ｍｇ／Ｌであったのに対し極めて低い値となることが確認でき、このことにより水処理設備に返送する窒素負荷を低減することが可能である。

以上の通りで、本発明による有機性汚泥の減量化方法によれば、汚泥消化槽内の汚泥濃度を３００００ｍｇ／Ｌ〜３２０００ｍｇ／Ｌの高濃度に保持できることが明らかになった。しかも、余剰汚泥を前処理することなく適切に減量することが可能で、汚泥減量率は約８０％前後を維持でき、しかも８０％以上の窒素が除去できることが明らかになった。

本発明を好適に実施するための装置の一例を示す概略図である。 本発明を好適に実施するための装置の他の例を示す概略図である。 実施例におけるＭＬＳＳの経日変化を示す図である。

符号の説明

１ 汚泥消化槽
２ 散気装置
３ ブロワ
４ ろ過膜
５ ろ過水集水管
６ 弁
７ 膜分離槽
８ 循環ライン
９ 循環ポンプ

Claims (6)

1. 汚泥消化槽に汚泥を供給し、槽内を曝気することによって汚泥の自己消化を促進させた後、ろ過膜を用いて汚泥とろ過水とを分離する有機性汚泥の減量化方法において、槽内の曝気が間欠的に曝気を行なう方法であって、ろ過膜の細孔径が１μｍ以下のろ過膜を用いることを特徴とする有機性汚泥の減量化方法。
2. 汚泥消化槽に浸漬されたろ過膜を用いて汚泥とろ過水とを分離するものである請求項１記載の有機性汚泥の減量化方法。
3. 汚泥消化槽の外に設置された膜分離槽内に浸漬されたろ過膜を用いて汚泥とろ過水とを分離するものである請求項１記載の有機性汚泥の減量化方法。
4. 汚泥とろ過水とを分離する際に、ろ過膜の表面にケーキ層が形成されることを防ぎながら行なう請求項１〜３のいずれか記載の有機性汚泥の減量化方法。
5. 汚泥とろ過水とを分離する際に、水頭圧によってろ過水を抜き出すことを行なう請求項１〜４のいずれかに記載の有機性汚泥の減量化方法。
6. 汚泥消化槽への有機性汚泥の供給量を、０．０３５ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下とする請求項１〜５のいずれかに記載の有機性汚泥の減量化方法。