JP2011177608A

JP2011177608A - 油分含有廃水の処理方法

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Publication number: JP2011177608A
Application number: JP2010041587A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kitanaka; 敦北中; Kiyoko Matani; 聖子間谷
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP5458950B2

Abstract

【課題】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、原水に油分が含まれていたとしても、適正な運転条件等を設定でき、目詰まり等なく安定した運転を可能とする。
【解決手段】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で、油分を含む原水を膜ろ過する際において、
（Ａ）原水中に含まれる油分の生物分解性
（Ｂ）原水中に含まれる油分の動粘度
（Ｃ）油分を含む原水のBOD-SS負荷
から選ばれる少なくとも２つの項目から、運転条件および／または設計条件を決定する油分含有廃水の処理方法。
【選択図】図２

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、精密ろ過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、膜分離槽での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。

膜分離活性汚泥法で処理できる原水は、一般に下水や工場廃水などの有機性汚水であるが、油成分を含んでいる場合は、油成分が膜をつまらせてしまい、安定した膜ろ過運転を行えないと考えられている。従って、油分含有廃水を膜分離活性汚泥法で処理するためには、あらかじめ前処理などで油分成分を除去してから、活性汚泥処理および膜分離処理するのが望ましいとされている。

例えば特許文献１では、被処理水中に含まれる油を除去することにより、膜分離活性汚泥装置の膜閉塞を抑制し、より効率的な活性汚泥処理を行うことが可能な排水処理装置を提供することを目的とし、被処理水中の有機物を低減する有機物低減手段と、該有機物低減手段により処理された後の前記被処理水から汚泥を分離する分離処理手段と、を含み、前記被処理水中の油分を除去するための油除去手段を前記有機物低減手段の前段に備えたことを特徴とする排水処理装置について示されている。しかし、特許文献１に記載された技術は、前処理で油分を除去するものを意図したものであり、膜分離活性汚泥法で油分を含有した原水を処理することを想定したものではない。

特開２００６−２６５０６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、原水に油分が含まれていたとしても、適正な運転条件等を設定でき、目詰まり等なく安定した運転を可能とするものである。

かかる目的を達成するために、本発明の油分含有廃水の処理方法は、下記に示すとおりで構成される。
（１）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で、油分を含む原水を膜ろ過する際において、
（Ａ）原水中に含まれる油分の生物分解性
（Ｂ）原水中に含まれる油分の動粘度
（Ｃ）油分を含む原水のBOD-SS負荷
から選ばれる少なくとも２つの項目から、運転条件および／または設計条件を決定する油分含有廃水の処理方法。
（２）原水中に含まれる油分の生物分解性を示す指標であるBOD/TODが50%以上でかつ油分を含む原水のBOD-SS負荷が0.4kg-BOD/kg-SS・day以下の場合に、膜分離活性汚泥法による処理の前の油分除去のための前処理を不要とする（１）に記載の油分含有廃水の水処理方法。
（３）原水中に含まれる油分が、生物分解性を示す指標であるBOD/TODが50%以下でかつ油分の動粘度から導出された油分の許容負荷濃度以下の場合に、膜分離活性汚泥法による処理の前の油分除去のための前処理を不要とする（１）に記載の油分含有廃水の水処理方法。

本発明の膜分離活性汚泥法による油分含有廃水の処理方法によると、原水中に含まれる油分の生物分解性および／または動粘度を測定し、その結果により、原水に含まれる油分を除去するための前処理方法や活性汚泥の処理条件を決定することにより、油の詰まりなく安定してかつ経済的に膜分離活性汚泥法を運転することができる。

本発明に係る、原水中の油分に対応した処理の決定方法を示すフロー図である。本発明に係る実験装置のフロー図である。

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運転、制御方法を示したものであり、原水中に油分を含む場合に、適用することができる。具体的には、原水に含まれる油分の生物分解性および油の動粘度から、膜分離活性汚泥で許容できる原水の油分濃度を割り出し、その濃度以上の油分が流入する場合は、適宜油を除去するための前処理を導入する。一方、その濃度以下の場合には、膜分離活性汚泥法で膜の目詰まりなどの可能性が低いため、そのまま膜分離活性汚泥のプロセスに流入させ処理することも可能である。

なお、本発明において、油分とは、動物や植物、鉱物などからとれる水と相分離する疎水性の物質のことをいう。

また、本発明において、分離膜とは、多孔質膜や、多孔質膜に機能層を複合化した複合膜などが挙げられるが、特に限定されるものではない。これらの膜の具体例としては、ポリアクリロニトリル多孔質膜、ポリイミド多孔質膜、ポリエーテルスルホン多孔質膜、ポリフェニレンスルフィドスルホン多孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜、ポリエチレン多孔質膜等の多孔質膜などが挙げられるが、ポリフッ化ビニリデン多孔質膜やポリテトラフルオロエチレン多孔質膜は耐薬品性が高いため、特に好ましい。さらに、これら多孔質膜に機能層として架橋型シリコーン、ポリブタジエン、ポリアクリロニトリルブタジエン、エチレンプロピレンラバー、ネオプレンゴム等のゴム状高分子を複合化した複合膜も、ろ過膜として用いることができる
原水中の油分に対応した処理の決定方法のフロー図を図１に示す。まず原水中に含まれる油分の生物分解性の有無を判別する。生物分解性とは、その有機物が生物（特に微生物）により分解されやすいか否かを示すものである。生物分解性における難易度を表す指標は、特に限定されるものではないが、TOD（total oxygen demand 全酸素要求量）(g)あたりのＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）量(g)（=BOD/TOD）などが好適に用いられる。TODとは、試料中の有機物質の構成要素である炭素、水素、窒素、硫黄、リン等によって消費される酸素（O）をmg/Lで表したものである。ＢＯＤ測定方法とは、油分を含む対象物を必要により水で適当倍に希釈、酸素が十分溶解した無機塩溶液中に添加し、ここに微生物源を植種し、２０℃で５日間に消費された酸素量（ｍｇ／Ｌ）を評価するものである（日本下水道協会編下水試験方法-1997年版-）。例えば、この値が50%以上の場合には生物分解性「有」とし、50%より低い場合は生物分解性「無」と判断する。

生物分解性「有」の油分は、活性汚泥により分解されるため、汚泥への負荷(=BOD-SS負荷)（kgBOD/ kgSS・d）が適正な値であれば、活性汚泥槽内に油分は蓄積されず、ある一定の膜ろ過流束（＝フラックス）で、継続した運転が可能となる。ここで、BOD-SS負荷とは、活性汚泥槽に１日に流入するBOD量をMLSSで除したものをいう。このBODとは原水に含まれる総BODのことを言い、油分由来のBODの他、油分以外のBOD成分を含むものとする。なお、ＭＬＳＳは、活性汚泥の浮遊物質濃度を表したものである。ＭＬＳＳ測定方法としては、浮遊物質濃度を定量化できる方法であれば、特に制限されるものではなく、例えば、下水試験法（日本下水道協会）に記載の蒸発残留物測定法や浮遊物質測定法などが好適に用いられる。また、市販されているＭＬＳＳ濃度計などを用いてもかまわない。ここで好適に用いられるＭＬＳＳ測定法は、活性汚泥を遠心分離やガラス繊維ろ紙により固液分離した後、残留固形物を１０５〜１１０℃で約２時間加熱乾燥させ、その質量から、浮遊物質濃度を算出するものである。一般に、膜分離活性汚泥法ではMLSS濃度は、1,000mg/L〜20,000mg/L程度で運転される。

膜分離活性汚泥法における適正なBOD-SS負荷としては0.01〜0.4（kgBOD/ kgSS・d）程度のものをいい、温度などの処理条件や油分性状の違いにより数値は異なってくる。ここでBOD-SS負荷が適正な範囲にあれば、継続運転を行うことが可能となる。BOD-SS負荷が不適な場合には、油分除去の前処理を導入あるいは適正なBOD-SS負荷になるように原水のBODや流量の調整、あるいは、HRT(水理学的滞留時間)などを調整し、適正な条件で運転を行うことが必要となる。

油分除去の前処理の具体例としては、浮上分離法、凝集ろ過、担体吸着法など、一般的な油分除去手段が考えられる。

なお、生物分解性を有する油分を含有する原水を、膜分離活性汚泥法で処理する際において、該油分濃度が、原水BOD全体の３０％以内になるように制御することにより活性汚泥の発泡などの可能性も低くなり、さらに安定した運転をすることが可能となる。

一方、生物分解性が低い油分の場合、活性汚泥での分解は難しいと考えられ、油分は基本的には活性汚泥で吸着され、その吸着汚泥の引き抜きにより槽外へ排出される。ここで膜のファウリングに影響する因子として数種のパラメータを鋭意検討した結果、油の動粘度が、大きな影響を及ぼすことを見出した。油の動粘度が高ければ、膜を詰まらせやすく、動粘度が低ければ膜を詰まらせにくい。すなわち、膜分離活性汚泥法の運転において、安定運転という観点から、槽内に保持できる油分の許容濃度が油の動粘度により異なることを示している。濃度が許容内であれば、油による膜の目詰まりが発生しにくいため長時間の連続運転が可能であり、許容外であれば膜が油により汚染、膜の目詰まりが発生するため、安定した連続運転は難しくなる。こういった場合には、油分除去の前処理等を導入する必要がある。

なお、許容負荷濃度は、活性汚泥のSRT（汚泥滞留時間）や動粘度により異なり、適宜変更する必要がある。例えば、パラフィン系の鉱物油（コスモ SPシリーズ）の場合、動粘度10（mm²/s at 40℃）の時には、原水の許容負荷濃度が30mg/Lであり、動粘度85（mm²/s at 40℃）の時には、原水の許容負荷濃度が10mg/Lという様に、動粘度に応じて原水の許容負荷濃度を設定する。なお、許容負荷濃度については、ラボ装置などで、膜分離活性汚泥を運転し算出する方法などが考えられる。

以下実施例を用いて説明する。

表１に示す４条件を設定し、膜分離活性汚泥法での処理実験を実施した。実験に使用した装置を図2、仕様を表２に示す。なお、油分の生物分解性、油分の動粘度、原水のBOD-SS負荷の測定方法については、発明を実施するための形態の欄に記載した方法にて測定した。

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に油分を含む原水（廃水）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。

条件1,2は油分として生物分解性「有」、すなわちBOD/TODの割合が80%以上のサラダ油（日清オイリオ製）を使用し、条件3,4は生物分解性「無」、すなわちBOD/TODの割合が５％以下である鉱物油（パラフィン系の工業原料油、コスモ石油製）を用いた。BOD,TODおよびMLSSの分析方法は、下水試験方法-1997年版-に従い、MLSSの測定は、前述の浮遊物質測定法により行った。

条件1,2は、サラダ油について、BOD-SS負荷がそれぞれ0.1と0.5と異なる運転を比較したものである。なお、この実施例の場合、汚泥負荷の許容値としては0.4（kgBOD/ kgSS・d）以下を基準とする。その結果、BOD-SS負荷の低い条件１では60日以上差圧の上昇なく運転が出来たのに対し、条件２では添加油分濃度およびBOD-SS負荷が許容値を超えており、油添加後10日で膜分離装置４での差圧が上昇し安定した運転ができなかった。活性汚泥で油の分解が十分可能な条件1では、膜の詰まりなく運転できたのに対し、条件２では油が十分に分解されず、膜に未分解の油が付着し透水性が低下し安定した運転ができなくなった。

条件3,4は、粘度の異なる鉱物油（生物分解性が低い）について、同じ添加油分濃度で運転を比較したものである。その結果、油の許容負荷濃度内（許容負荷濃度30mg/L）の25mg/Lで運転した条件３は60日以上差圧の上昇なく運転できていたが、許容負荷濃度の10mg/Lを超えていた条件４においては、運転後8日で差圧が上昇し処理が破綻した。

破綻した条件２，４について、原水中に含まれる油分を発泡ポリプロピレン担体による前処理で除去した後、運転を行った。前処理の条件を表3に示す。前処理を行った結果、いずれの油分とも5mg/L以下に低下しており、条件２ではBOD-SS負荷が0.3kg-BOD/kg・dayと最適範囲内に入り、条件３でも油分の許容濃度10mg/L以下と許容濃度範囲内となった。その結果、いずれの条件とも膜間差圧の急激な上昇などもみられず、60日以上安定した運転が可能であった。

このように、油を膜分離活性汚泥法で処理する場合は、原水に含まれる油分の生物分解性および動粘度が、運転に及ぼす影響が強く、これら指標の適正な運転条件の元では、油除去の前処理が不要である、適正な範囲外の場合には前処理を導入することにより膜分離活性汚泥法の安定運転が可能となる。

本発明の処理方法は、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。

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

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で、油分を含む原水を膜ろ過する際において、
（Ａ）原水中に含まれる油分の生物分解性
（Ｂ）原水中に含まれる油分の動粘度
（Ｃ）油分を含む原水のBOD-SS負荷
から選ばれる少なくとも２つの項目から、運転条件および／または設計条件を決定する油分含有廃水の処理方法。
原水中に含まれる油分の生物分解性を示す指標であるBOD/TODが50%以上でかつ油分を含む原水のBOD-SS負荷が0.4kg-BOD/kg-SS・day以下の場合に、膜分離活性汚泥法による処理の前の油分除去のための前処理を不要とする請求項１に記載の油分含有廃水の水処理方法。
原水中に含まれる油分が、生物分解性を示す指標であるBOD/TODが50%以下でかつ油分の動粘度から導出された油分の許容負荷濃度以下の場合に、膜分離活性汚泥法による処理の前の油分除去のための前処理を不要とする請求項１に記載の油分含有廃水の水処理方法。