JP2012210635A - Water treatment method and water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機性汚水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する膜分離活性汚泥法において、膜分離の流束を改善するために凝集剤を使用する際の、凝集剤の使用方法および装置に関する。 The present invention is a membrane separation activated sludge method in which organic sludge is treated with activated sludge in a biological treatment tank, and the activated sludge mixed liquid is solid-liquid separated by an immersion type membrane separation apparatus immersed in the biological treatment tank. The present invention relates to a method and apparatus for using a flocculant when the flocculant is used to improve the flux.
膜分離活性汚泥法(MBR)は、下水などの有機性汚水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する処理方法のことであり、処理水質が安定していることや、活性汚泥濃度を高められることから、広く普及しつつある。 Membrane separation activated sludge process (MBR) is a process in which organic sludge such as sewage is treated with activated sludge in a biological treatment tank, and the activated sludge mixed liquid is solid-liquid separated with an immersion type membrane separator installed in the biological treatment tank. It is a method, and since the treated water quality is stable and the activated sludge concentration can be increased, it is becoming widespread.
一方で分離膜を使用する関係上、膜の目詰まりという問題がある。すなわち、長期間にわたりろ過を続けるため、少しずつ膜面上および膜内部に汚れ成分が堆積し膜間差圧が上昇する。その他、冬場の低温期や原水水質が変動した場合において、一時的に処理水質中成分の分解がおこなわれなかったり、微生物の細胞外代謝物(EPS)の量が増加したり、分散性の微生物が増加したりなどするため、分離膜のろ過阻害成分が、残ったままとなり膜間差圧が増加する。 On the other hand, there is a problem of clogging of the membrane due to the use of the separation membrane. That is, since filtration is continued for a long period of time, dirt components are gradually deposited on the membrane surface and inside the membrane, and the transmembrane pressure rises. In addition, during the cold season of winter and when the raw water quality changes, the components in the treated water are not temporarily decomposed, the amount of microbial extracellular metabolites (EPS) increases, or dispersible microorganisms. As a result, the separation inhibiting component of the separation membrane remains and the transmembrane pressure increases.
これらの目詰まりを解消する方法としては、通常、分離膜を次亜塩素酸塩水溶液などの薬品により洗浄を実施するが、特に冬期や原水水質変動により膜の目詰まりがおこった場合には、活性汚泥自体の性状に問題があるため、洗浄作業を頻繁に行うことが必要となる。 As a method for resolving these cloggings, the separation membrane is usually washed with chemicals such as hypochlorite aqueous solution, but especially when the clogging of the membrane occurs due to fluctuations in the raw water quality in the winter season, Since there is a problem with the properties of the activated sludge itself, it is necessary to frequently perform cleaning operations.
このようなMBR装置における分離膜の膜目詰まりを改善する方法として、原水に粉末活性炭等の吸着剤を添加し、ろ過性阻害成分を吸着除去する方法が知られている(特許文献1)。しかしながら、活性炭と膜が直接接触することから、膜の表面に擦過傷ができてしまい、膜の寿命が短くなってしまうなどの問題がある。 As a method for improving the clogging of the separation membrane in such an MBR apparatus, there is known a method in which an adsorbent such as powdered activated carbon is added to raw water to adsorb and remove filterability-inhibiting components (Patent Document 1). However, since the activated carbon and the membrane are in direct contact with each other, there is a problem that the surface of the membrane is scratched and the life of the membrane is shortened.
その他、MBR装置に、効果的な量の1またはそれ以上のカチオン性ポリマー、両性ポリマー、または双性イオン性ポリマー、もしくは、それを組み合わせたポリマーを添加する、MBR装置における流束改善方法が知られている(特許文献2)。凝集剤による流束改善は、冬場の低温期や原水水質が変動した場合において、一時的に処理水質中成分の分解がおこなわれなかったり、微生物の細胞外代謝物(EPS)の量が増加したり、分散性の微生物が増加した場合に、これら膜阻害成分を凝集し、膜ろ過をしやすくできるため、効果的な対応法のひとつである。しかしながら、濃度の高い凝集剤をそのまま、膜分離槽に投入すると、活性汚泥と未反応の凝集剤がろ過膜に吸着してしまい、逆に膜を目詰まりさせてしまう可能性があった。 Other known methods for improving flux in MBR devices include adding an effective amount of one or more cationic polymers, amphoteric polymers, zwitterionic polymers, or a combination thereof to the MBR device. (Patent Document 2). The flux improvement by the flocculant is that the components in the treated water are not temporarily decomposed or the amount of microbial extracellular metabolites (EPS) increases in the cold season of winter and when the raw water quality changes. When the number of dispersible microorganisms increases, these membrane-inhibiting components can be aggregated to facilitate membrane filtration, which is an effective countermeasure. However, if a high-concentration flocculant is put into a membrane separation tank as it is, activated sludge and unreacted flocculant may be adsorbed on the filtration membrane, and conversely, the membrane may be clogged.
そこで、本発明は、有機性汚水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する膜分離活性汚泥法において、膜分離の流束を改善するために凝集剤を使用するに際し、凝集剤と膜の吸着を最小限に抑制し、より効率的にMBR装置における流束を改善する方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a membrane separation activated sludge method in which organic sludge is treated with activated sludge in a biological treatment tank, and the activated sludge mixed liquid is solid-liquid separated by a submerged membrane separation apparatus immersed in the biological treatment tank. In using a flocculant to improve the separation flux, a method is provided that minimizes flocculant and membrane adsorption and more efficiently improves the flux in an MBR apparatus.
かかる目的を達成するために、本発明は、次のとおり特定される。
(1)有機性汚水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する膜分離活性汚泥法において、前記有機性汚水が凝集剤と接触しないようにしながら、あらかじめ凝集剤と生物処理槽内の活性汚泥の一部とを十分に混合させた後に、混合後の組成物を生物処理槽内の浸漬型膜分離装置に供することを特徴とする水処理方法。
(2)凝集剤が、カチオン系凝集剤であることを特徴とする(1)に記載の水処理方法。
(3)浸漬型膜分離装置で使用される膜の材質がポリフッ化ビニリデンもしくはポリエチレンであることを特徴とする、(1)または(2)に記載の水処理方法。
(4)凝集剤と生物処理槽内の活性汚泥の一部、および/または、原水である有機性汚水とを混合する時間が10分以上であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の水処理方法。
(5)水処理運転時の生物処理槽内での活性汚泥濃度が2,000mg/L以上25,000mg/L以下であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の水処理方法。
(6)有機性汚水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する水処理装置において、前記有機性汚水が凝集剤と接触しないようにしながら、あらかじめ凝集剤と生物処理槽内の汚泥の一部とを混合するための凝集混合槽を具備することを特徴とする水処理装置。
To achieve the above object, the present onset bright are identified as follows.
(1) In the membrane separation activated sludge method in which organic sludge is treated with activated sludge in a biological treatment tank, and the activated sludge mixed solution is solid-liquid separated with a submerged membrane separation device installed in the biological treatment tank, the organic wastewater There while not in contact with the coagulant, after thoroughly mixed and part of the activated sludge in advance coagulant and biological treatment tank, the composition after mixing the submerged membrane separator in the biological treatment tank A water treatment method characterized by providing.
(2) The water treatment method according to (1), wherein the flocculant is a cationic flocculant.
(3) The water treatment method according to (1) or (2), characterized in that the material of the membrane used in the submerged membrane separator is polyvinylidene fluoride or polyethylene.
(4) The mixing time of the flocculant and a part of the activated sludge in the biological treatment tank and / or the organic wastewater as the raw water is 10 minutes or more (1) to (3) The water treatment method in any one of.
(5) The water treatment according to any one of (1) to (4), wherein the activated sludge concentration in the biological treatment tank during the water treatment operation is 2,000 mg / L or more and 25,000 mg / L or less. Method.
(6) Organic sludge is treated in an activated sludge in a biological treatment tank, and the organic sludge is agglomerated in a water treatment apparatus for solid-liquid separation of the activated sludge mixed liquid using an immersion membrane separator installed in the biological treatment tank. while not in contact with the agent, water treatment apparatus characterized by comprising a flocculation mixing tank for mixing the part of the sludge pre-coagulant and biological treatment tank.
有機性汚水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する膜分離活性汚泥法において、膜分離の流束を改善するために凝集剤を使用する際に、凝集剤と膜の吸着を最小限に抑制し、より効率的にMBR装置内の流束を改善する方法を提供することができる。 Improved membrane separation flux in the membrane-separated activated sludge method, in which organic sludge is treated with activated sludge in a biological treatment tank and the activated sludge mixed liquid is separated into solid and liquid using a submerged membrane separator installed in the biological treatment tank. Therefore, when the flocculant is used, the adsorption of the flocculant and the membrane can be suppressed to the minimum, and a method for improving the flux in the MBR apparatus more efficiently can be provided.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1において、被処理液である原水1は、原水ポンプ2により生物処理槽3に供給される。生物処理槽3には浸漬型膜分離装置4が浸漬されており、下部からは浸漬型膜分離装置の洗浄および生物処理のための空気が、空気供給装置5から散気装置6を介して、供給される。膜透過水は、吸引ポンプ7により膜処理水9として取り出される。また、活性汚泥処理に伴い発生する、余剰汚泥10は余剰汚泥ポンプ8により引き抜かれ、生物処理槽3内のMLSS濃度は、2,000〜25,000mg/L程度に一定に保たれることが好ましい。この濃度範囲が、凝集剤の添加効果の最も高い濃度であるからである。ここでMLSSとは、活性汚泥浮遊物質のことをいい、試料中の浮遊物質濃度をmg/Lで表したものであり、生物処理槽3の管理指標として用いられる。測定方法としては、遠心分離法およびガラス繊維ろ紙法が使用される(日本下水道協会 下水試験方法(1997年)、P269〜271)。
In FIG. 1,
ここで、本発明においては、生物処理槽3内の活性汚泥の一部が引き抜かれ被凝集汚泥11として、凝集混合槽12で混合される。凝集混合槽12では凝集剤13が添加され、攪拌機14により十分に攪拌される。攪拌後の凝集汚泥15は生物処理槽3にもどされる。生物処理槽3内では、エアにより曝気が行われるため凝集汚泥15はさらに汚泥により希釈され、十分に混合が行われる。
Here, in the present invention, a part of the activated sludge in the
原水1は、都市下水や工場廃水などの膜分離活性汚泥法で処理される被処理水のことである。原水ポンプ2とは、原水1を生物処理槽3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。生物反応槽3とは、生物処理するための活性汚泥を貯めておくのと同時に、浸漬型膜分離装置4を浸漬するための槽で、コンクリート製、樹脂製、金属製など、使用に差し支えの無い構造であれば特に限定されるものではない。
The
浸漬型膜分離装置4とは、固液分離膜が配設されている装置であり、その分離膜としては、中空糸膜タイプ、平膜タイプのものがある。ろ過膜(分離膜)の取り扱い性や物理的耐久性を向上させるためには、例えば、フレームの両面にろ過水流路材を挟んで平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。膜材質としては有機材料の他、セラミックスなど無機材料があげられるが、特に、本発明の利用によりろ過流速改善の効果が期待できるPVDF(ポリフッ化ビニリデン)やPE(ポリエチレン)の有機材料からなる膜の使用が好ましい。凝集剤の初期吸着が無機膜よりも有機膜であるPVDFやPEに、よりおこりやすいからである。
The submerged
空気供給装置5とは、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6から槽内に気泡として送出され、この気泡により、膜分離装置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。散気装置6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、1mm〜9mmの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、セラミックス、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。
The
吸引ポンプ7とは、浸漬型膜分離装置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、膜処理水9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。余剰汚泥ポンプ8とは、活性汚泥での処理に伴い発生する余剰汚泥10を生物反応槽3から引き抜くためのポンプであり、粘性の高い活性汚泥を引き抜くことができるポンプであれば特に限定されるものではない。
The
被凝集汚泥11は、生物反応槽3から引き抜かれる。引き抜かれる量は、凝集剤13の添加濃度や生物反応槽3の大きさなどから決定されるが、通常は生物処理槽3内の汚泥の10%〜90%程度である。凝集剤13を添加する方法としては、被凝集汚泥11の一部を引き抜いた後、凝集剤13を添加し攪拌、その後生物処理槽3に全量を戻す方法(回分法)、連続的に被凝集汚泥11を引き抜き、連続的に生物処理槽3に戻す方法(連続法)、どちらをとってもよい。
The aggregated
凝集剤13には無機系のPAC(ポリ塩化アルミニウム)や有機系の各種高分子凝集剤を用いることができるが、活性汚泥性状や使用している浸漬型膜分離装置4に使用されている膜素材との相性などから適当なものを選択し使用すればよい。なお活性汚泥自身が負に帯電していることから、カチオン系の凝集剤を使用すればろ過改善効果が期待できる場合が多い。凝集剤13の添加濃度は、ジャーテスト等により決定されるが、添加濃度が低すぎると凝集効果が低くなり、添加濃度が高すぎると未反応の凝集剤13が残存し、それらの成分が膜素材に吸着してしまい、逆に膜を目詰まりさせてしまう問題があるため、添加濃度の決定は十分な事前検討が必要である。カチオン系凝集剤は一般に広く市販されているものであるが、ジメチルアミン系やポリアクリルアミド系などがあげられる。
As the
攪拌機14は、凝集剤13と被凝集汚泥11を十分に混合させるためのものであり、プロペラタイプのもの、浸漬型のもの曝気式のものなどが使用できる。攪拌時間は通常、5分程度から1日程度であり、十分に混合を行い、未反応の凝集剤13をできるだけ低くすることが重要である。その観点から、混合に要する時間は10分以上であることが望ましい。凝集反応後の活性汚泥は、凝集汚泥15として生物処理槽3に戻される。
The
なお、本実施形態では1つの生物処理槽内に浸漬型膜分離装置を浸漬する、一般的な膜分離活性汚泥プロセスについて述べているが、本発明は都市下水の処理にしばしば利用される循環式硝化脱窒法型の膜分離活性汚泥法や、生物処理と膜分離をわける膜分離活性汚泥法など、あらゆるタイプの膜分離活性汚泥法に適用できる。 Contact name, immersing the submerged membrane separator in a single biological treatment tank in the present embodiment, although described general membrane separation activated sludge process, the present invention is often used in urban sewage treatment circulation It can be applied to all types of membrane separation activated sludge methods, such as a membrane separation activated sludge method of the type nitrification denitrification method and a membrane separation activated sludge method that separates biological treatment and membrane separation.
本発明で重要なことは、添加した凝集剤をあらかじめ活性汚泥と十分に別槽内で攪拌することにより、未反応の凝集剤が浸漬型膜分離装置に直接流入することを防ぐことである。これにより、凝集剤添加により活性汚泥の性状のみを改善させ、結果として効果的に膜分離の流束を改善することが可能となる。 It present invention importantly, by stirring was added flocculant preactivated sludge and in a separate tank to ten minutes, by preventing the coagulant unreacted flows directly to the immersion type membrane separation apparatus is there. Thereby, only the property of activated sludge can be improved by adding a flocculant, and as a result, the flux of membrane separation can be effectively improved.
以下では、本発明について、実施例を用いてさらに具体的に説明する。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。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not limited to the aspect as described in an Example.
本実施例では、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する膜分離活性汚泥法において、膜分離の流束を改善するために凝集剤を使用するに際し、以下の3条件で比較検討を行った。なお、原水としては、農業集落廃水を用い、浸漬型膜分離装置はPVDF平膜モジュール(東レ社製)を、流束改善のための高分子凝集剤としては膜分離活性汚泥法用の汚泥改質剤MPE-50(ナルコ社製カチオン系凝集剤)を使用した。条件の詳細については表-1に示す。 In this embodiment, a flocculant is used to improve the membrane separation flux in the membrane separation activated sludge method in which the activated sludge mixed liquid is solid-liquid separated by a submerged membrane separation apparatus immersed in the biological treatment tank. At that time, a comparative study was performed under the following three conditions. The raw water is agricultural village wastewater, the submerged membrane separator is a PVDF flat membrane module (manufactured by Toray Industries, Inc.), and the polymer flocculant for flux improvement is sludge modification for membrane separation activated sludge process. The material MPE-50 (cationic flocculant manufactured by Nalco) was used. Details of the conditions are shown in Table-1.
(条件1)凝集剤を使用せずにろ過運転を行う
(条件2)凝集剤を生物処理槽へ直接添加しろ過運転を行う
(条件3)生物反応槽の一部を引き抜き、凝集槽で凝集させたのち生物処理槽へ返送しろ過運転を行う(本発明の方法)
条件1は、図2に示す通り、凝集剤を使用しない、いわゆる通常の膜分離活性汚泥法での運転である。農業集落廃水である原水1は、原水ポンプ2で生物処理槽3に供給される。生物処理槽3では6時間かけて活性汚泥処理がなされ、その後、浸漬型膜分離装置4でろ過される。ろ過は0.64m/dayでの一定速度で行い、ろ過側の圧力計16により、常時圧力が監視されている。
(Condition 1) Perform filtration without using a flocculant (Condition 2) Add flocculant directly to the biological treatment tank and perform filtration.
(Condition 3) A part of the biological reaction tank is pulled out and aggregated in the coagulation tank, and then returned to the biological treatment tank for filtration operation (method of the present invention).
条件2は、図3に示す通り、条件1に付して、凝集剤13を生物処理槽3へ直接添加しろ過運転を行う例である。添加は、凝集剤原液の状態で、2.0重量%の濃度(生物処理槽内のMLSS単位あたり)となるように添加した。
条件3は、図4に示す通り、条件1に付して、生物処理槽3の汚泥4.5m3のうち1m3を引き抜き、凝集混合槽12にて凝集剤13と十分に混合する例である。凝集剤濃度は条件2と同様に生物処理槽3内のMLSS単位あたり2.0重量%の濃度となるようにして添加した。攪拌速度は150rpmで30分攪拌後、40rpmで1時間30分緩速攪拌を行った。その後凝集汚泥15を生物処理槽3に戻し、30分の曝気を行いその後、ろ過運転を開始した。
図5には、(条件1),(条件2)、(条件3)における運転の状況を示す。縦軸には膜間差圧(TMP)、縦軸には時間を示す。一般にTMP値は目詰まりの度合いを示すもので、この値が増加すると目詰まりが進行していることを示し、ある一定以上の値(例えば東レ製浸漬膜モジュールでは20kPa)になると薬品洗浄等が必要となる。 FIG. 5 shows the operation status in (Condition 1), (Condition 2), and (Condition 3). The vertical axis represents transmembrane pressure (TMP), and the vertical axis represents time. Generally, the TMP value indicates the degree of clogging. When this value increases, it indicates that clogging is progressing. When the value exceeds a certain value (for example, 20 kPa for the Toray immersion membrane module), chemical cleaning, etc. Necessary.
結果についてみてみると、条件1の運転ではTMP値が運転日数の経過とともに徐々に上昇し、目詰まりが進行しているのが分かる。条件2では、TMP値が凝集剤添加直後から急上昇し、3日間の運転で差圧上限の20kPaに達してしまった。これは凝集剤であるMPE-50が膜面に初期吸着したためにおこったと考えられる。一方、条件3では十分な攪拌混合時間を設けることにより、凝集剤添加による効果がみられた。膜への初期吸着がおこることなく、凝集剤添加により活性汚泥が改質され、膜間差圧の上昇が抑制されたと考えられる。
Looking at the results, it can be seen that in the operation under
このように本発明を実施することにより、凝集剤の効果を最大限に発揮することが可能となり、浸漬型膜ろ過装置を高いフラックスでより頻度の少ない薬品洗浄で運転することが可能となる。 By carrying out the present invention as described above, the effect of the flocculant can be maximized, and the submerged membrane filtration apparatus can be operated with high flux and less frequent chemical cleaning.
本発明は、有機性汚水を生物処理槽において活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離する膜分離活性汚泥法において、膜分離の流束を改善するために凝集剤を使用するに際し、凝集剤と膜の吸着を最小限に抑制し、より効率的にMBR装置における流束を改善する方法を提供することができる。 The present invention is a membrane separation activated sludge method in which organic sludge is treated with activated sludge in a biological treatment tank, and the activated sludge mixed liquid is solid-liquid separated by an immersion type membrane separation apparatus immersed in the biological treatment tank. When using a flocculant to improve the flux, it is possible to provide a method for improving the flux in the MBR apparatus more efficiently by minimizing the adsorption of the flocculant and the membrane.
1:原水
2:原水ポンプ
3:生物処理槽
4:浸漬型膜分離装置
5:空気供給装置
6:散気装置
7:吸引ポンプ
8:余剰汚泥ポンプ
9:膜処理水
10:余剰汚泥
11:被凝集汚泥
12:凝集混合槽
13:凝集剤
14:攪拌機
15:凝集汚泥
16:圧力計
1: Raw water 2: Raw water pump 3: Biological treatment tank 4: Submerged membrane separator 5: Air supply device 6: Air diffuser 7: Suction pump 8: Surplus sludge pump 9: Membrane treated water 10: Surplus sludge 11: Covered Aggregated sludge 12: Agglomerated mixing tank 13: Aggregating agent 14: Stirrer 15: Aggregated sludge 16: Pressure gauge
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