JP2009061349A

JP2009061349A - 膜分離活性汚泥法による汚水処理方法

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Publication number: JP2009061349A
Application number: JP2007228594A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kitanaka; 敦北中; Kazuya Sugita; 和弥杉田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2009-03-26

Abstract

【課題】有機性汚濁成分を含む汚水を生物処理槽内で活性汚泥処理し、活性汚泥処理混合液を生物処理槽内で浸漬型分離膜により膜分離処理する汚水処理方法において、曝気コストを削減し曝気による膜への損傷を防止し膜ろ過水の水質悪化を抑制する。
【解決手段】原水を活性汚泥処理する生物処理槽２内に浸漬型分離膜４を配置し、該浸漬型分離膜の下方に散気装置８を配置して連続的に曝気を行い、生物処理槽内の活性汚泥を含む処理混合液を生物処理槽内で浸漬型分離膜４により膜ろ過分離処理する膜分離活性汚泥法により汚水処理する方法において、生物処理槽内への原水流入停止時にはろ過運転を停止し、ろ過運転の停止時もしくはろ過運転停止時から所定時間経過時に、散気装置８による曝気を間欠的曝気に切換え、かつ、間欠的曝気において曝気する時の気体供給量を、原水流入時に連続的曝気する時の気体供給量に比して低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水や工場廃水などの有機性汚濁成分を含む汚水を、活性汚泥処理し、膜分離処理する、いわゆる膜分離活性汚泥法による汚水処理方法に関する。

活性汚泥法における最終沈殿池の代わりに膜分離活性汚泥法が開発され、普及しつつある。この膜分離活性汚泥法は、通常の活性汚泥法の最終沈殿池の代わりに、精密膜あるいは限外ろ過膜等の分離膜を用いて膜分離処理する処理方法であって、生物反応槽内の被処理水の生物量（一般にＭＬＳＳ（＝Mixed Liquor Suspended Solids、混合液懸濁物質）で表す。）を高く保ちつつ設置面積を小さくすることができる利点があり、さらに、汚泥と処理水の分離は重力沈降によらず膜ろ過により行うため、処理水にＳＳ（＝Suspended Solids、懸濁物質）が流出することがなく、清澄な処理水を得ることができる等の利点がある。

膜分離活性汚泥法による膜分離処理を行う際には、通常、分離膜表面を洗浄するため、分離膜の下方に散気管を設置して気泡を発生（曝気）させ、この気泡の上昇流を膜表面に作用させて膜面洗浄する。一方この曝気は、被処理液を生物処理する活性汚泥に酸素供給するためにも必要である。即ち、膜分離活性汚泥法において、曝気は膜面洗浄とともに生物処理の酸素供給の両方の役割を担っている。

一方、廃水処理の設備においては、原水の流入量の変動が大きい場合があり、例えば、夜間には原水流入量が殆どない状態となり、夜間には全くろ過運転を行わず、昼間のみにろ過運転を行うといった設備もある。このような設備において、夜間の原水流入がない時間にはろ過運転を停止する場合、廃水処理設備の稼働を停止してしまうか、もしくは、曝気のみを連続的に継続する以外は運転を停止する方法が一般的である。しかしながら、長時間廃水処理設備の稼働を停止すれば、活性汚泥の腐敗さらに膜面への汚泥付着やバイオフィルム形成がおこり、再開後の処理水質の悪化や膜ろ過が安定して行えない等の問題が生じる。一方、曝気のみを連続的に行う場合には、活性汚泥の好気性微生物の維持には良いが、ろ過運転がなく膜がたるんだ状態で曝気がされるため、膜そのものへのダメージが生じ、さらに曝気によるコスト高になるという問題がある。

また、膜分離活性汚泥法による処理槽への原液の流入量変動が大きい場合に、浸漬型分離膜を配置した生物処理槽へ供給する、生物処理用および膜洗浄用の曝気空気量を、被処理水の流入量およびろ過透過流束に応じて変動させることが知られていて、そのために有効な膜分離活性汚泥装置が、特許文献１で提案されている。この装置では、空気供給装置を被処理水の流入量が少ない少量流入時に、一方の領域へ供給する攪拌用の曝気空気と、他方領域の散気装置へ供給する生物処理用および膜洗浄用の曝気空気とをわけてそれぞれ小流量で分散供給する状態と、被処理水の流入量が多い多量流入時に、曝気空気の全量を散気装置へ生物処理用および膜洗浄用として大流量で連続的に供給する集中供給状態とに切り替える手段を有するものである。

しかし、この装置は原水流入量が変動してもろ過運転を継続させる運転方法において、被処理液の流入量とろ過透過流束に応じて散気状態を変更するものであり、膜ろ過を一時的に停止させる場合の対処方法は開示していない。
特開２００４−３３７７８７号公報

そこで、本発明は、下水等の汚水を活性汚泥処理する生物処理槽内に浸漬型分離膜を配置し、該浸漬型分離膜の下方に散気装置を配置して連続的に曝気を行い、生物処理槽内の活性汚泥を含む処理混合液を生物処理槽内で浸漬型分離膜により膜ろ過分離処理する膜分離活性汚泥法により汚水処理する方法において、生物処理槽内の浸漬型分離膜による膜ろ過分離処理の運転を夜間は停止させる場合のように、ろ過運転を定期的に停止させる場合でも、ろ過運転停止時における膜の損傷を防止でき、かつ、ろ過運転再開後における処理水の水質悪化を抑制することができる汚水処理方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明の汚水処理方法は、原水を活性汚泥処理する生物処理槽内に浸漬型分離膜を配置し、該浸漬型分離膜の下方に散気装置を配置して連続的に曝気を行い、生物処理槽内の活性汚泥を含む処理混合液を生物処理槽内で浸漬型分離膜により膜ろ過分離処理する膜分離活性汚泥法により汚水処理する方法において、生物処理槽内への原水流入停止時には膜ろ過分離処理の運転を停止し、ろ過運転の停止時もしくはろ過運転停止から所定時間経過時に、散気装置による曝気を間欠的曝気に切換え、かつ、間欠的曝気において曝気する時の気体供給量を、原水流入時に連続的曝気する時の気体供給量を低減させることを特徴とするものである。

また、生物処理槽内への原水流入を再開させ、ろ過運転を再開させる際、ろ過運転の再開時よりも一定時間前から連続的曝気を再開することが好ましく、これにより、円滑にろ過運転を再開させることが可能である。

本発明の膜分離活性汚泥法による汚水処理方法によると、原水の流入がなくろ過運転を停止している時における膜のダメージを防止することができ、ろ過運転再開後における処理水の水質悪化を抑制でき、さらに、曝気に要する気体供給コストを大幅に抑制することができる。

本発明は、下水や工場廃水などの有機性汚濁物質を含む汚水を膜分離活性汚泥法により処理するものである。即ち、これら汚水を生物処理槽内で活性汚泥処理し、該生物処理槽内に配置された浸漬型分離膜により膜ろ過分離処理し、ろ過水を取得するものである。該浸漬型分離膜の下部には、生物処理槽内の活性汚泥に必要な酸素を供給するとともに分離膜の膜面を洗浄するために、散気装置が配置され曝気が行われる。本発明では、生物処理槽内への原水流入の停止時にはろ過運転を停止し、ろ過運転の停止時もしくはろ過運転停止から所定時間経過時に、散気装置による曝気を間欠的曝気に切換え、かつ、間欠的曝気において曝気する時の気体供給量を、原水流入時に連続的曝気する時の気体供給量に比して低減させるものである。なお低減量は通常、10％〜80％程度とすればよい。

本発明の汚水処理方法を適用することができる廃水処理装置の一例を図１に示す。廃水処理装置は、活性汚泥を投入し生物処理を行う曝気槽（生物処理槽）２と、その曝気槽２に原水（廃水）１を供給する原水供給ポンプ３と、生物処理された活性汚泥混合液を固液分離する膜分離装置４と、膜分離装置で固液分離された膜ろ過液を吸引する吸引ポンプ５と、曝気槽内の余剰汚泥を引き抜く汚泥引き抜きポンプ６が設けられている。膜分離装置４は曝気槽２内の液中に浸漬されており、その膜分離装置の下方には、空気を供給し、好気処理を進行させるとともに、膜面の洗浄を行うための気泡を発生させる散気装置８が設けられ、この散気装置には空気供給装置７により空気が供給されている。

曝気槽２としては、活性汚泥を貯え、膜分離装置４を活性汚泥混合液中に浸漬することができれば、大きさや材質等は特に制限されるものではなく、例えば、コンクリート槽、繊維強化プラスチック槽などが好ましく用いられる。また、曝気槽の内部が複数に分割された槽構造でもよいし、その複数に分割されている槽のうちの一部の槽内に膜分離装置４を浸漬することにしてもよい。その他、曝気槽の前段に、嫌気槽、無酸素槽、好気槽などを別に設けて、有機物のほか、窒素・リンなどの栄養塩を除去できるプロセスにしてもよい。

原水供給ポンプ３は、原水（廃水）を曝気槽２に送液することができるポンプであれば特に制限されるものではなく、渦巻ポンプ、ディフューザーポンプ、渦巻斜流ポンプ、斜流ポンプ、ピストンポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、歯車ポンプ、スクリューポンプ、ベーンポンプ、カスケードポンプ、ジェットポンプなどを用いることができる。

膜分離装置４としては、中空糸膜タイプや平膜タイプのろ過膜を分離膜として設置したものがあるが、ろ過膜の取り扱い性や物理的耐久性を向上させるために、例えば、フレームの両面にろ過水流路材を挟んで平膜状ろ過膜を接着した構造の平膜エレメントを備えていることが望ましい。平膜エレメントの構造は上記に限定されるものではない。平膜エレメントを備えた膜分離装置は、膜面に平行な流速を与えた場合の剪断力による汚れの除去効果が高いことから、本発明に適している。

吸引ポンプ５は、膜分離装置４による膜ろ過固液分離に必要な吸引力を与えるために、膜ろ過水を吸引するポンプであり、特に形状を制限されるものではないが、通常は減圧状態から300kＰa以下で運転されるポンプが使用される。また、吸引ポンプの代わりに、自然水頭差を駆動力として膜ろ過を行うことも可能である。

汚泥引き抜きポンプ６は、曝気槽内のMLSS濃度を一定に保つために、余剰な汚泥を定期的に引き抜くためのポンプである。粘性の高い汚泥を送液できるものであれば、特に制限されるものではない。膜分離活性汚泥法におけるMLSS濃度は3,000〜20,000mg/L程度であるが、より安定した膜ろ過流束を保つためのMLSS濃度は5,000〜15,000mg/L程度である。

空気供給装置７は、圧縮空気を送風する装置のことであり、一般にはブロア、コンプレッサ等が用いられる。送風された空気は散気装置８から槽内に気泡として送出され、この気泡が膜面を上昇することにより、膜分離装置内の分離膜面洗浄が行なわれるとともに、生物処理（好気処理）に必要な酸素が液中に供給される。該空気供給装置の稼働時間、運転方法、供給風量の制御などは、コントローラ９により行われる。

散気装置８としては、膜面上を洗浄するための気泡を発生させることができる散気管であれば特に限定されるものではないが、塩ビやステンレス配管に空気吐出孔を開けた散気管が通常使用される。その他、多孔性のゴム、セラミック、メンブレンを用いた散気管なども使用することができる。散気装置８から発生される気泡は微細気泡でもよいし粗大気泡でもよい。その気泡の大きさは分離膜の種類や散気量等の条件によって最適化すればよい。

本発明は、膜分離活性汚泥法による汚水処理装置で処理するための汚水の発生量の変動が大きく、原水の流入が停止した時（流入量が極小で実質的に流入なしと言える時も含む）には、浸漬型分離膜による膜ろ過分離処理を停止する汚水処理設備の運転に適用される。

生物処理槽内への原水流入が停止した時にはろ過運転を停止し、ろ過運転の停止時もしくはろ過運転停止時から所定時間経過時に、散気装置による曝気を間欠的曝気とする。かつ、この間欠的曝気を行っている間は、その曝気する時の気体供給量を、原水流入時に連続的曝気する時の気体供給量の１０〜８０％、好ましくは２０〜５０％の水準に低減させる。

ここで間欠的曝気とは、例えば、１時間に１回、５分程度曝気し、それ以外の時間は曝気しないこと等が挙げられるが、間欠運転のサイクルについては原水の性質、活性汚泥の性状などから判断して条件設定すればよい。また間欠運転時において曝気する時の気体供給量は、膜のダメージ等を考慮し、原水が流入しろ過運転中の連続的曝気している時の気体供給量を抑制するものである。

また、原水流入が停止した時にはろ過運転を停止し、ろ過運転の停止時に、もしくは、それから所定時間経過時に、散気装置による曝気を、間欠的曝気条件に切換える。原水流入が停止しろ過運転を停止した時には、生物処理槽内に活性汚泥処理されてない汚濁成分が残存しているので、残存する汚濁成分を活性汚泥により処理しておくため、原水の流入停止時にろ過運転を停止しても、散気装置による連続的曝気を、ろ過運転の停止時から所定時間は継続することが好ましい。ここで連続的曝気を継続する所定時間としては、１分間〜３時間程度が例示され、原水の水質や汚泥の状況等から総合的に判断して時間設定すればよい。

生物処理槽内への原水流入を再開させ、ろ過運転を再開させる際には、ろ過運転の再開時よりも所定時間前から連続的な曝気を再開することが好ましい。ろ過運転の再開に先だって連続的曝気による膜面洗浄を再開させることは、円滑にろ過運転を再開させ、再開時における処理水水質悪化を抑制するために有効である。ここでいう所定時間とは、１分間〜３時間程度であるが、原水の水質や汚泥の状況等から総合的に判断して時間設定すればよい。

以下では、本発明の汚水処理方法について、実施例によりさらに具体的に説明をする。なお、本発明は実施例に記載の態様に限定されるものではない。
図２に示す処理装置の水処理プロセスによって、生活廃水の処理を行った。処理の条件を表１に示す。

原水（生活廃水）１は、原水供給ポンプ３を介して供給される。まず脱窒槽１０に導入され活性汚泥と混合される。その後、この活性汚泥混合液は曝気槽２に導入される。生物処理工程は、窒素除去のため、脱窒工程（無酸素）と硝化工程（好気）とにより処理が進められる。後段の曝気槽２（好気槽、膜分離活性汚泥槽）でアンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）の硝化が進められ、曝気槽２内での硝化による硝化液は、その前段の脱窒槽１０へと汚泥循環ポンプ１１により循環され、脱窒槽１０にて窒素を除去される。脱窒槽では、攪拌ポンプにより汚泥の沈降が起きないよう攪拌されている。

ここで、曝気槽２内では、空気供給装置７により送風された空気が散気装置８を介して曝気される。この曝気により、活性汚泥が好気状態に維持され、硝化反応やＢＯＤ酸化が行われる。さらに、この空気曝気により、膜分離装置４の膜面上へ付着する汚泥の付着・堆積が洗浄される。また、曝気槽２と脱窒槽１０内のMLSS濃度維持のため、定期的に汚泥を、汚泥引き抜きポンプ６により引き抜いた。

膜分離装置４による膜ろ過は吸引ポンプ５で膜ろ過水側を吸引することにより行った。また、分離膜の膜表面への汚泥付着防止のため、膜ろ過は9分運転と1分休止とを繰り返す間欠運転で行い、膜ろ過流束は1.0m/day（平均フラックス）を固定し運転を行った。

本実施例の水処理装置は、夜間の22:00〜翌朝7:00の約9時間は原水流入が停止する装置であり、原水流入停止中はろ過運転を停止し、以下に示す3種の曝気条件で運転を行い、比較した。朝7:00に原水流入を再開しろ過運転を再開したが、条件１、条件３の場合には、その開始の３０分前から曝気条件を、ろ過運転時の連続的曝気条件に切換えた。

条件１：ろ過運転停止から３０分後に曝気を停止し、曝気なしとする。
条件２：原水流入時と同じ曝気風量にて連続的曝気を行う。
条件３：ろ過運転停止から３０分後に間欠的曝気に切換え、曝気する時の風量を原水流入時の30%の風量にて、１時間につき10分間曝気する曝気割合で間欠的曝気を行う。

比較のための評価項目として、運転再開時の処理水水質、１年運転後の膜の破損状況、原水停止時の運転コストを調べ、その結果を表２に示した。

条件１（曝気なし）の場合、運転再開直後の処理水質が悪化した。これは、活性汚泥が長時間曝気なしの条件において腐敗してしまったからである。一方、条件２（原水流入時と同じ曝気量にて連続的曝気を行う）の場合、１年運転後には、ろ過運転しない時に連続的曝気すること（空曝気）による膜へのダメージが顕在化し、20枚の膜エレメントのうち5枚で膜に何らかの損傷が見つかった。条件３（本発明）の場合、運転再開直後の処理水質の悪化もおこらず膜へのダメージもみられなかった。

このように、本発明法によって膜分離活性汚泥法による汚水処理を行うと、原水流入が停止し、ろ過運転を停止することを、定期的もしくは非定期的に行う汚水処理の場合、曝気にかかるコストを削減でき、かつ、曝気による膜へのダメージを最小限に抑制でき、再開時の水質悪化を抑制できる。

本発明法は、下水等の汚水（廃水）を、膜分離活性汚泥法により処理し、水を清浄化する汚水処理設備の運転に適用することができる。

本発明法を適用することができる膜分離活性汚泥法の一例を示す装置概略図である。実施例において採用した膜分離活性汚泥法の一例を示す装置概略図である。

符号の説明

１：原水（廃水）
２：曝気槽（生物処理槽）
３：原水供給ポンプ
４：膜分離装置
５：吸引ポンプ
６：汚泥引き抜きポンプ
７：空気供給装置
８：散気装置
９：コントローラ
１０：脱窒槽
１１：汚泥循環ポンプ

Claims

原水を活性汚泥処理する生物処理槽内に浸漬型分離膜を配置し、該浸漬型分離膜の下方に散気装置を配置して連続的に曝気を行い、生物処理槽内の活性汚泥を含む処理混合液を生物処理槽内で浸漬型分離膜により膜ろ過分離処理する膜分離活性汚泥法により汚水処理する方法において、生物処理槽内への原水流入停止時には膜ろ過分離処理の運転を停止し、ろ過運転の停止時もしくはろ過運転停止から所定時間経過時に、散気装置による曝気を間欠的曝気に切換え、かつ、間欠的曝気において曝気する時の気体供給量を、原水流入時に連続的曝気する時の気体供給量に比して低減させることを特徴とする膜分離活性汚泥法による汚水処理方法。
生物処理槽内への原水流入を再開させ、ろ過運転を再開させる際、ろ過運転の再開時よりも所定時間前から連続的曝気を再開することを特徴とする請求項１に記載の膜分離活性汚泥法による汚水処理方法。
浸漬型分離膜が平膜構造の分離膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の膜分離活性汚泥法による汚水処理方法。