JP2011016126A - 有機性廃液の処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜濾過して処理水を得る有機性廃液の処理方法であって、長期間連続運転を行う場合であっても、前記分離膜に目詰まりを生じることが少なく、安定的に有機性廃液を処理することができる有機性廃液の処理方法を提供する。
【解決手段】
有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜濾過して処理水を得る有機性廃液の処理方法であって、前記処理槽内に、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を添加することを特徴とする有機性廃液の処理方法。
【選択図】 なし。

Description

本発明は、産業廃水や生活排水等の有機物含有廃液(以下、「有機性廃液」という。)に含まれる有機物を、河川等に放流することができる程度にまで分解処理する有機性廃液の処理方法に関する。
有機性廃液は、一般に、曝気槽と沈殿槽とで構成される活性汚泥法により処理されている。この方法は、比較的安価に廃水を処理することが可能であり、広く採用されているものである。しかしながら、この方法には、重力沈降方式という固液分離上の制約から処理槽内に活性汚泥を高濃度に保持できず、一般に処理スペースが広くなるという問題があった。また、重力沈降方式では、汚泥の沈降性が悪化し汚泥を清透水と分離できない状態、いわゆるバルキングが発生し、処理上重大な障害がもたらされるという問題もあった。
そこで、近年、固液分離を重力沈降方式で行うことに起因する上述の問題を解決するために、精密濾過膜または限外濾過膜(以下、「分離膜」ということがある。)を用いて固液分離を行う膜分離活性汚泥法が普及し始めている(特許文献1等)。この膜分離活性汚泥法は、処理槽内に活性汚泥を高濃度に保持でき、また、沈殿槽も不要となるため、処理スペースのコンパクト化が可能であり、処理水質も改善する等のメリットがある。そして、活性汚泥法におけるバルキングの心配もなく、汚泥の沈降性に関係なく清透度の高い良好な処理水を得ることができる。しかしながら、前記膜分離活性汚泥法には、高濃度の廃水を処理する場合や、処理条件の変動等により汚泥への負荷が急に増大した場合等においては、汚泥の粘性が増大し、分離膜が急激に目詰まりしてしまうことがあり、運転の安定性に課題があった。
この問題を解決するために、処理槽内に抗生物質やキレート剤等の薬品を添加することにより、分離膜に目詰まりを生じることを防止する方法が提案されている(特許文献2)。しかしながら、この方法によっても、汚泥の粘性が増大し、分離膜が急激に目詰まりしてしまう現象を完全に防止することは困難であった。
特に、切削油を含む有機性廃液を処理する場合においては、該廃液に防腐剤等の殺菌剤が大量に含まれるため、活性汚泥の生物活性が阻害され、活性汚泥のフロックが分散し(汚泥解体)、ピンフロック(微細なフロック)が分離膜の微細な孔を閉塞し、またゼラチン状の物質(未分解の油分)が分離膜に付着し膜の孔を閉塞する。その対策として、分離膜の逆洗浄を行っても、徐々に膜圧が上昇し、処理水のBOD値も高まり、生物処理が不能となる場合があった。
またその復帰には、分離膜を曝気槽(処理槽)から引き上げ次亜塩素酸液で洗浄する必要があるが、分離膜は次亜塩素酸液により劣化しやすく、しかも高価であるため、分離膜の洗浄回数を極力減らすことがコスト面及び操業効率の面から好ましいと考えられる。
特開平8−24597号公報 特開2004−290765号公報
本発明は、上記した従来技術に鑑みてなされたものであり、有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜濾過して処理水を得る有機性廃液の処理方法であって、長期間連続運転を行う場合であっても、前記分離膜に目詰まりを生じることが少なく、安定的に有機性廃液を処理することができる有機性廃液の処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を達成するため、本発明者らは、有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜濾過して処理水を得る有機性廃液の処理方法について鋭意検討した。その結果、前記処理槽内に、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を添加すると、長期間連続運転を行う場合であっても、前記分離膜に目詰まりを生じることが少なく、安定的に有機性廃液を処理することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
かくして本発明によれば、下記(1)〜(5)の有機性廃液の処理方法が提供される。
(1)有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜濾過して処理水を得る有機性廃液の処理方法であって、前記処理槽内に、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を添加することを特徴とする有機性廃液の処理方法。
(2)有機性廃液が、切削油を含む廃液であることを特徴とする(1)に記載の有機性廃液の処理方法。
(3)前記好気性微生物として枯草菌を用いる(1)又は(2)に記載の有機性廃液の処理方法。
(4)前記処理槽内に、前記培養物を、連続的又は一定時間毎に一定量ずつ添加することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の有機性廃液の処理方法。
(5)有機性廃液を処理するに際し、該有機性廃液に空気及び/又は酸素ガスを吹き込むことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の有機性廃液の処理方法。
本発明によれば、膜分離活性汚泥法による有機性廃液の処理方法において、長期間連続運転する場合であっても、分離膜に目詰まりを生じることが少なく、安定的に有機性廃液を処理することができる。
本願発明に用いる有機性廃液の処理装置の概念図である。 実施例1で用いた有機性廃液の処理装置の概念図である。 実施例1において、酵素剤A投入前の分離曝気槽3aから採取した処理機の顕微鏡写真である。 実施例1において、酵素剤A投入後7日経過後の分離曝気槽3aから採取した処理機の顕微鏡写真である(位相差レンズを用いて撮影したもの)。 実施例1において、酵素剤A投入後13日経過後の分離曝気槽3aから採取した処理機の顕微鏡写真である(位相差レンズを用いて撮影したもの)。 実施例2の処理後の溶液の顕微鏡写真である。 比較例1の処理後の溶液の顕微鏡写真である。 比較例2の処理後の溶液の顕微鏡写真である。
本発明の有機性廃液の処理方法は、有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜濾過して処理水を得る有機性廃液の処理方法であって、前記処理槽内に、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を添加することを特徴とする。
本発明の処理方法が処理の対象とする有機性廃液としては、産業廃水や生活排水等の有機物を含有する廃水であれば特に限定されない。本発明の処理方法によれば、切削油分離廃液のような、防腐剤を大量に含有し、通常の生物処理を行うことが困難である有機性廃液であっても、分離膜に目詰まりを生じることが少なく、安定的に処理することができる。
本発明は、有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜濾過して処理水を得る有機性廃液の処理方法である。
本発明の有機性廃液の処理方法は、たとえば図1に示す処理装置100において実施することができる。
図1に示す有機性廃液の処理装置100は、有機性廃液の処理槽への流入量を調節する流量調整槽1と、流量調整槽1から流入する有機性廃液を微生物で好気処理する処理槽2と、有機性廃液と微生物との混合液を精密濾過または限外濾過する膜分離装置3とを有している。膜分離装置3は、処理槽2の内部に配置されており、さらに処理槽2の内部には、膜分離装置3の下方に散気装置4が設けられている。
また、処理装置100には、汚泥の粘性低減や酸素供給効率の改善、膜濾過安定性の向上に効果がある、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物(以下、単に「培養物」ということがある。)を保管する薬品保管部5と、必要に応じてその培養物を処理槽2に供給する供給手段(図示しない)が設けられている。
また、膜分離装置3の後段には、膜分離に必要な圧力を付与する吸引ポンプ6と、膜分離装置3で得られた濾液を逆浸透分離する逆浸透膜分離装置7と、膜分離装置3で得られた濾液を昇圧して逆浸透膜分離装置7へ供給する高圧ポンプ8とが設けられている。なお、逆浸透膜分離装置7は、必要に応じてナノ濾過膜に変更してもよい。
膜分離装置3は、経済性の観点から、濾過速度が高くコンパクト化が可能で、メンテナンスが容易である、精密濾過膜、限外濾過膜(UF膜)、逆浸透膜などがモジュール化されている。膜の形状としては、例えば、平膜状、中空糸膜状、管状、スパイラル等が挙げられる。分離膜の素材は特に限定されることはなく、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、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、エチレンービニルアルコール共重合体系、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素材;セラミック系などの無機系の素材;などが挙げられる。
また、モジュールの形態は特に限定されないが、本実施態様においては省スペース化のため浸漬型の膜モジュールを使用している。なお、浸漬型の場合は、散気装置4や撹拌装置との組合せ、配置により、ファウリング物質がうまく除去できるような形状にすることが好ましい。さらに、膜分離装置3における濾過方法としては、クロスフロー方式や全量濾過方式があるが、クロスフロー方式を採用すれば膜面の汚れを取りながら濾過できる。
薬品保管部5内には培養物が収容されている。そして、この薬品保管部5内で保管された培養物は、図示しないポンプやタイマー付きの開閉弁(供給手段)によって、処理槽2内に添加される。なお、培養物は、手動により処理槽内に直接投入してもよい。
このように構成された処理装置において、有機性廃液は、処理槽2内で微生物によって処理されるとともに、限外濾過膜または精密濾過膜を備えた膜分離装置3及び吸引ポンプ6によって膜濾過され、清澄な処理水として取り出される。次いで、膜分離装置3によって得られた清澄な処理水は、逆浸透膜分離装置7で処理され、中水用途等に再利用可能な透過水が造水される。
なお、図1に示す有機性廃液の処理装置では、一槽からなる処理槽2と、該処理槽2中に一槽からなる膜分離装置3を設置した例を示しているが、複数の処理槽が直列又は並列に連結されていてもよく、処理槽と膜分離装置とが別個に配置されていてもよく、また、膜分離装置が複数個配置されていてもよい。さらに、流量調整槽1から処理槽2の間において、有機性廃液を適当量の水で希釈して、処理槽2へ流入する有機性廃液の有機物含有濃度を調節するようにしてもよい。
本発明は、膜分離活性汚泥法による有機性廃液の処理法において、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を処理槽に添加することを特徴とする。
好気性微生物としては、通気培養により増殖し得るものであれば、バクテリア、カビ、酵母等、どのような微生物でも使用することができる。また、これらの微生物は混合菌として用いることもできる。
これらの微生物の中でも、増殖速度が速く、菌体外酵素、特に有機物分解酵素を多量に生産する微生物が好ましい。かかる微生物としては、例えば、枯草菌(Bacilus subtilis)、活性汚泥菌、水洗水に油分が多い場合は油分解菌、水洗水に難分解性物質が多い場合は種々の難分解性物質分解菌等を例示することができる。これらの中でも、pHや水温の変動、生物活性を阻害する薬品に対して耐性があり、大きく密度のある良好なフロックを形成し、切削油等の難分解性の有機物をも分解することができることから、枯草菌(Bacilus subtilis)が好ましい。
天然植物由来物としては、例えば、もろこし粉、小麦粉、ふすま、大豆かす、米ぬか等の、穀類又は穀類から得られるもの等が挙げられる。
天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させる場合においては、リン酸二水素アンモニウム等のリン酸塩や炭酸カルシウム等の無機塩を添加することができる。
得られる培養物に含まれる菌体数は、本発明の優れた効果を得る上では多いほど好ましいが、通常1×10〜2×1011個/g、好ましくは1×10〜5×1010個/gである。
なお、本発明において用いる培養物には、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を、従来公知の方法によって、乾燥、又は、乾燥及び微粉砕することにより得られる酵素剤も含むものとする。
培養物には、他の微生物の培養物の乾燥物や、植物等から抽出した、アミラーゼ、プロテアーゼ、セルラーゼ、リパーゼ等の有機物分解酵素を混合してもよい。
これらの中でも、本発明においては、培養物として、特に優れた処理効果を得ることができることから、もろこし粉、小麦粉、ふすま、大豆かす、米ぬか等からなる天然植物由来物を枯草菌で醗酵させた乾燥粉粒を主体とした活性汚泥等の種殖剤として市販されているもの(例えば、商品名:ミタゲンアンサー、東和酵素社製、菌体数:1×10個/g以上)が好ましい。
培養物の添加量は、本発明の効果が得られる量であれば特に制限されない。例えば、単位重量あたりの菌体数が1×10〜5×1010個/gである培養物を使用する場合には、循環水1m当たり、通常10〜500g程度である。
処理槽中に培養物を添加する方法は、特に制限されないが、培養物を、連続的又は一定時間毎に一定量ずつ添加する方法が好ましい。例えば、一定期間毎に(例えば、1週間に1回)、培養物の一定量を処理槽内に添加する方法等が挙げられる。また、図1に示す処理装置のごとく、培養物を収容する薬品保管部を適当な場所に設置し、そこから培養物の一定量を添加するようにしてもよい。
なお、本発明の効果を阻害しない範囲内で、所望により、抗生物質、アンカップラー、キレート剤等を培養物とともに添加してもよい。
また、有機性廃液を処理するに際しては、好気性微生物をより活性化するために、有機性廃液に空気及び/又は酸素ガスを吹き込むことが好ましい。空気等を吹き込む方法としては、特に制限されず、曝気槽の中で下部から散気装置(ブロアー)で空気等を送る方法や、表面を撹拌して曝気する方法等が挙げられる。
本発明においては、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を用いるため、処理液中で、エピスティリス等の活性汚泥微生物が多数増殖し、フロックが大きくなる。そして、ピンフロックは少ないため、ピンフロックが分離膜の微細な孔を閉塞させたり、ゼラチン状の物質(未分解の油分)が分離膜に付着して膜の孔を閉塞させることがない。
すなわち、本発明の有機性廃液の処理方法によれば、長期間連続運転する場合であっても、分離膜に目詰まりを生じることが少なく、安定的に有機性廃液を処理することができる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。
(実施例1)
図2に示す切削油排水処理装置100aを使用して試験を行った。図2に示す処理装置100aは、流量調整槽1a、希釈水流入槽9a、3槽の処理槽2a、2b、2cと、1槽の分離曝気槽3aが直列に連結されてなる。
図2に示す処理装置100aにおいては、機械工場から排出される有機性廃液(切削油を含む廃液=切削油分離液)が流量調整槽1aに流入し、流量調整槽1aから、単位時間当たりの流出量が調整された廃液が希釈水流入槽9aに流出し、そこで廃液は水により約4倍に希釈される。次いで、水で希釈された廃液は、容量が100mの処理槽2a、2b、2cを通過する。処理槽2a、2b、2cの底部には、図示しない散気装置が設置され、処理槽2a、2b、2cにおいて、活性汚泥微生物による処理が行われる。処理槽2a、2b、2cにおいて生物処理された廃液は容量が170mの分離曝気槽3aに送液され、該分離曝気槽3aで分離膜により濾過が行われ、濾液は処理水として施設外へ排出される。また、分離曝気槽3aで余剰となった活性汚泥は処理槽2aへ返送される。
図2に示す処理装置100aは、処理槽2a、2b、2cにおいて、BODが約1000mg/Lの処理前の処理水を、200m/日で定量流入にて生物処理を行い、分離曝気槽3a内に設置された50mの分離膜(限外濾過膜、旭化成社製)4基(総容量:200m)にて処理水を分離し、BODが10mg/L未満の処理水として河川に放流するものである。
図2に示す処理施設において、処理槽2a、2b、2cに、培養物として、ミタゲンアンサー(東和酵素社製の商品、以下「酵素剤A」という。)を12kgずつそれぞれ投入し、2週間連続運転を行った。
酵素剤A投入前、酵素剤A投入後7日経過後及び13日経過後の活性汚泥の各種分析結果、及び処理槽中のフロックの状態の目視観察結果を下記第1表に示す。また、併せて、下記第1表に、膜圧値〔処理装置に設置された膜圧計の値(kPa)〕を記載する。
処理水のpH値、SV30値、MLSS値、SVI値、COD値、BOD値の測定は、以下のようにして行った。
pH値:pH値は、JIS K0102 12.1に準拠した方法によって測定した。
SV30値(Sludge Volume、%):SV30値は、1000mlのシリンダーに曝気槽処理液を1000ml採取し、30分間静置後の沈降汚泥量を読みとり、百分率で表した値である。
MLSS値(mg/L):MLSS値は、200mlのシリンダーに曝気槽処理液を200ml採取し、この処理液をNo.5の濾紙で濾過して得た濾紙を、105℃で4時間乾燥し、濾過前と濾過後の濾紙の増加重量から求めた。
SVI値:SVI値は、式:(SV30×10000)/MLSSから求めた。
COD値(化学的酸素要求量):COD値は、JIS K0102 17に準拠した方法によって測定した。
BOD値(生物学的酸素要求量):BOD値は、JIS K0102 21及び32.3に記載された方法によって測定した。
Figure 2011016126
また、酵素剤A投入前、酵素剤A投入後7日経過後及び13日経過後の活性汚泥の顕微鏡写真を図3、4、5にそれぞれ示す。
第1表及び図3、4、5より、酵素剤A投入後7日経過後には、大きく密度のある良好なフロックが形成され、13日経過後には、更に大きく良好なフロックが形成され、処理水も良好な水質に大きく改善されていることがわかる。また、酵素剤A投入後13日経過後において、分離曝気槽3aの分離膜を引き上げて目視観察を行ったところ、目詰まり等は認められなかった。
(実施例2、比較例1,2)
2Lのビーカーを3個〔ビーカー(1)、ビーカー(2)、ビーカー(3)〕用意し、各ビーカーに、限外濾過膜曝気槽水(pH=7.1、SV30=100%、MLSS=11400mg/L、MLVSS(汚泥中の有機分比率)=89%)1000mL、及び切削油分離廃液希釈原水(pH7.2、COD=370mg/L、BOD=1300mg/L)500mLを入れて混合した。
次に、ビーカー(1)に酵素剤Aを200mg/Lの割合で添加し(実施例2)、ビーカー(2)にB社の好気性菌と嫌気性菌を配合した浄化槽用微生物製剤(以下、「製剤B」という。)を200mg/Lの割合で添加した(比較例1)。ビーカー(3)には何も添加しなかった(比較例2)。
各ビーカーにつき同一条件でエアレーションを5日間継続し(DO≒5mg/L)、蒸発した水分を補給して1500mlに補正した後、各ビーカー内の溶液につき、各種分析、フロックの状態の目視観察、下記に示す濾紙ろ過試験、及び顕微鏡撮影を行った。測定結果等を下記第2表に示す。また、顕微鏡撮影図を、図6(実施例2)、図7(比較例1)、図8(比較例2)にそれぞれ示す。
〈濾過ろ紙試験〉
濾紙ろ過試験は、膜による濾過に適した汚泥かどうかを判断する試験である。試験は、以下のようにして行った。
各ビーカー内の溶液を50cc取り、濾紙(東洋濾紙185mmNo.5C(1μ)をヒダ折りにて使用)をセットしたロートに注ぎ10分間透過させる。透過した容量を測定する。
また、溶液のpH値、SV30値、MLSS値、SVI値の測定は、前記と同様にして行った。
なお、限外濾過膜曝気槽水1000mL、及び切削油分離廃液希釈原水500mLの混合液は、SV30値は99%であり、濾紙ろ過試験の結果は17cc/10分であった。
Figure 2011016126
実施例2においては、第2表及び図6から、5日後フロックは大きく密度を増し、ピンフロックは少ないことがわかる。また、濾紙ろ過試験の結果から、濾過性が非常に良好であることがわかる。すなわち、ピンフロックが分離膜の微細な孔を閉塞させたり、ゼラチン状の物質(未分解の油分)が分離膜に付着することなく、活性汚泥微生物が多数増殖し、膜の孔を閉塞させない良好な活性汚泥が形成されていることがわかる。
比較例1においては、第2表及び図7から、フロックは実施例2のそれよりも全体的に小さく密度も乏しいことがわかる。また、濾紙ろ過試験の結果は、実施例2に比して劣っていた。
比較例2においては、第2表及び図8から、原水の基質の影響を強く受け、フロックは微細に汚泥解体し、ピンフロックが多く観られ、活性汚泥微生物は観られずに、活性汚泥は悪化しているのがわかる。また、濾紙ろ過試験の結果も悪化していた。
実施例2においては、比較例1においてより、MLSS濃度及びMLVSS比が低くなっており、生物分解がより進んでいることがわかる。比較例2においては、MLSS濃度及びMLVSS比が高くなっており、生物分解が殆ど出来ていない状態であった。
1、1a・・・流量調整槽、2、2a、2b、2c・・・処理槽、3・・・膜分離装置、3a・・・分離曝気槽、4・・・散気装置、5・・・薬品保管部、6・・・吸引ポンプ、7・・・逆浸透膜分離装置、8・・・高圧ポンプ、9a・・・希釈水流入槽、100、100a・・・有機性廃液の処理装置

Claims (5)

  1. 有機性廃液を処理槽内で微生物により処理し、分離膜を用いて膜ろ過して処理水を得る有機性廃液の処理方法であって、前記処理槽内に、天然植物由来物を好気性微生物で醗酵させて得られる培養物を添加することを特徴とする有機性廃液の処理方法。
  2. 前記有機性廃液が、切削油を含む廃液であることを特徴とする請求項1に記載の有機性廃液の処理方法。
  3. 前記好気性微生物として枯草菌を用いる請求項1又は2に記載の有機性廃液の処理方法。
  4. 前記処理槽内に、前記培養物を、連続的又は一定時間毎に一定量ずつ添加することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の有機性廃液の処理方法。
  5. 有機性廃液を処理するに際し、該有機性廃液に空気及び/又は酸素ガスを吹き込むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の有機性廃液の処理方法。
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