JP2017056430A - 膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】膜分離型活性汚泥処理装置を用いた有機性排水の処理において、簡便な方法により分離膜の目詰まりを予測する方法の提供。
【解決手段】膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法であって、(ａ)膜分離型活性汚泥装置で分離すべき汚泥水を採取する工程と、(ｂ)汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程と、(ｃ)タンパク質濃度に基づいて、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する工程であって、工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度が、予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値と等しいか、それよりも大きい場合に、分離膜の目詰まりが進行していることを示す、工程とを含む方法。
【選択図】図３
【解決手段】膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法であって、(ａ)膜分離型活性汚泥装置で分離すべき汚泥水を採取する工程と、(ｂ)汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程と、(ｃ)タンパク質濃度に基づいて、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する工程であって、工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度が、予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値と等しいか、それよりも大きい場合に、分離膜の目詰まりが進行していることを示す、工程とを含む方法。
【選択図】図３
Description
本発明は、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法に関する。
膜分離型活性汚泥装置(MBR；Membrane bioreactor)は、反応槽内の活性汚泥・微生物によって廃液中の有機物や窒素成分、リン成分等を分解し、膜分離ユニットにより浄化水(系外に排出)と微生物とを固液分離する技術を備えた装置であり、このような装置によれば良質な処理水を得ることができる。一方、膜分離ユニットに使用される分離膜は目詰まり(ファウリング)を起こすため、定期的に膜の交換あるいは洗浄を行う必要があるが、その時期を適切に予測することがMBR運転管理上の重要事項の１つであった。
MBRにおける膜の目詰まりは可逆的なものと不可逆的なものがあり、前者であれば洗浄することで回復が可能である。そのため、従来技術としては膜間差圧の上昇を指標に膜ファウリングの検知を行い、膜の洗浄時期を決めていた。膜間差圧の上昇を評価する方法として、非特許文献１には、活性汚泥処理後の排水中の汚泥を濾紙で濾過することにより得られた汚泥の濾過特性を用いて、膜間差圧が上昇するか評価する方法を開示している。
しかし、膜間差圧の上昇が確認されるときには既にファウリングが生じていることが多いため、膜間差圧が上昇する前にファウリングを予知する技術が必要であった。
差圧を指標とする方法の他には、処理水中のCOD(Chemical oxygen demand)値やTOC(Total organic carbon)値を測定することで、MBRの廃水処理効率の指標としている。しかし、廃水処理効率が高く維持されていてもファウリングが進行するケースは多く、処理水中のCODやTOCの監視濃度を指標としたファウリングの予測も困難であった。
別の方法として、特許文献１には、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の汚染の程度を見積もる方法として、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜よりも膜面積の小さい分離膜を有するモデル濾過装置を用いて、分離膜の汚染の程度を見積もる方法が開示されている。
しかし、膜間差圧の上昇が確認されるときには既にファウリングが生じていることが多いため、膜間差圧が上昇する前にファウリングを予知する技術が必要であった。
差圧を指標とする方法の他には、処理水中のCOD(Chemical oxygen demand)値やTOC(Total organic carbon)値を測定することで、MBRの廃水処理効率の指標としている。しかし、廃水処理効率が高く維持されていてもファウリングが進行するケースは多く、処理水中のCODやTOCの監視濃度を指標としたファウリングの予測も困難であった。
別の方法として、特許文献１には、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の汚染の程度を見積もる方法として、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜よりも膜面積の小さい分離膜を有するモデル濾過装置を用いて、分離膜の汚染の程度を見積もる方法が開示されている。
「用水と排水」第７１３〜７２０頁第４６巻第９号 ２００４年発行
なお、差圧を評価する技術として、上述のように、非特許文献１に記載の方法においては、排水中の汚泥を濾紙で濾過することにより得られた汚泥の濾過特性を評価する技術を開示している。しかしながら、この方法において評価される濾過特性は、汚泥が分離膜より濾過されるときの濾過特性と本質的に異なるため、評価の方法としては充分ではなかった。特に、膜分離型活性汚泥装置の運転中に急激に膜間差圧が上昇するような場合に、事前に予測することは困難であった。
また、上述のように、COD値やTOC値を指標とする場合にもファウリングの予測が困難であった。さらに、特許文献１に記載の方法においては、MBR本体とは別に定圧モデル濾過装置を必要とするものであり、簡便なファウリング予測を行うことができない。
本発明は、上記のような課題に鑑み、膜分離型活性汚泥処理装置を用いた有機性排水の処理において、大掛かりな修工事などのコストを必要とせず、簡便な方法により分離膜の目詰まりを予測する方法の提供を課題とするものである。
また、上述のように、COD値やTOC値を指標とする場合にもファウリングの予測が困難であった。さらに、特許文献１に記載の方法においては、MBR本体とは別に定圧モデル濾過装置を必要とするものであり、簡便なファウリング予測を行うことができない。
本発明は、上記のような課題に鑑み、膜分離型活性汚泥処理装置を用いた有機性排水の処理において、大掛かりな修工事などのコストを必要とせず、簡便な方法により分離膜の目詰まりを予測する方法の提供を課題とするものである。
これまでに、本発明者らはパイロットスケールのMBRを様々な条件で運転し、それに伴う廃水処理能の変化を研究してきた。その結果、以下の重要な知見を見出した。
（１）低分子有機化合物は膜分離ユニットを通過して系外に排出されるが、反応槽内のタンパク質は膜分離ユニットを通過することなく反応槽内にとどまり、結果としてタンパク質は蓄積・濃縮されやすい。
（２）流入する廃水の負荷(有機物量)や処理量を高く維持したとき反応槽内のタンパク質量が上昇する。
（３）流入する廃水の負荷(有機物量)と処理量を低く維持すると、長期間運転しても反応槽内のタンパク質量は低く推移する。
（４）活性汚泥内に分解されずにタンパク質が蓄積し、系内の有機物濃度が上昇した後数日から数週間でファウリングが発生する。
（１）低分子有機化合物は膜分離ユニットを通過して系外に排出されるが、反応槽内のタンパク質は膜分離ユニットを通過することなく反応槽内にとどまり、結果としてタンパク質は蓄積・濃縮されやすい。
（２）流入する廃水の負荷(有機物量)や処理量を高く維持したとき反応槽内のタンパク質量が上昇する。
（３）流入する廃水の負荷(有機物量)と処理量を低く維持すると、長期間運転しても反応槽内のタンパク質量は低く推移する。
（４）活性汚泥内に分解されずにタンパク質が蓄積し、系内の有機物濃度が上昇した後数日から数週間でファウリングが発生する。
これらの知見を基に、本発明者らが検討した結果、生物反応処理槽中に蓄積したタンパク質量を測定することで、ファウリングの発生が予測できることを見出した。
すなわち、本発明は、
〔１〕膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法であって、
（ａ）前記膜分離型活性汚泥装置で分離すべき汚泥水を採取する工程と、
（ｂ）前記汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程と、
（ｃ）前記タンパク質濃度に基づいて、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する工程であって、
前記工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度が、予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値と等しいか、その値よりも大きい場合に、分離膜の目詰まりが進行していることを示す、工程と
を含む方法に関する。
すなわち、本発明は、
〔１〕膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法であって、
（ａ）前記膜分離型活性汚泥装置で分離すべき汚泥水を採取する工程と、
（ｂ）前記汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程と、
（ｃ）前記タンパク質濃度に基づいて、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する工程であって、
前記工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度が、予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値と等しいか、その値よりも大きい場合に、分離膜の目詰まりが進行していることを示す、工程と
を含む方法に関する。
ここで、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、一実施の形態において、
〔２〕上記〔１〕に記載の方法であって、
前記工程(ａ)の後に、前記汚泥水中から固形成分を除去する工程をさらに含み、
前記工程(ｂ)が、固形成分が除去された汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程であることを特徴とする。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、一実施の形態において、
〔３〕上記〔２〕に記載の方法であって、
前記汚泥水中から固形成分を除去する工程が、前記汚泥水中に含まれるタンパク質を遠心分離することにより汚泥水の上澄み液を採取する工程であり、
前記工程(ｂ)が、前記採取した上澄み液中のタンパク質濃度を測定する工程であることを特徴とする。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、一実施の形態において、
〔４〕上記〔１〕〜〔３〕のいずれか一つに記載の方法であって、
前記工程(ｃ)における予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値が、膜分離型活性汚泥装置の運転中に定期的に継続してタンパク質濃度を測定し、経時的に前後に連続する複数の測定値の平均値として算出されたものであることを特徴とする。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、一実施の形態において、
〔５〕〔１〕〜〔４〕のいずれか一つに記載の方法であって、
前記膜分離型活性汚泥装置が、好気条件下で有機性廃水処理を行う膜分離型活性汚泥装置であり、
前記(ｃ)における予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値が、20mg/Lであることを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕に記載の方法であって、
前記工程(ａ)の後に、前記汚泥水中から固形成分を除去する工程をさらに含み、
前記工程(ｂ)が、固形成分が除去された汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程であることを特徴とする。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、一実施の形態において、
〔３〕上記〔２〕に記載の方法であって、
前記汚泥水中から固形成分を除去する工程が、前記汚泥水中に含まれるタンパク質を遠心分離することにより汚泥水の上澄み液を採取する工程であり、
前記工程(ｂ)が、前記採取した上澄み液中のタンパク質濃度を測定する工程であることを特徴とする。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、一実施の形態において、
〔４〕上記〔１〕〜〔３〕のいずれか一つに記載の方法であって、
前記工程(ｃ)における予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値が、膜分離型活性汚泥装置の運転中に定期的に継続してタンパク質濃度を測定し、経時的に前後に連続する複数の測定値の平均値として算出されたものであることを特徴とする。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、一実施の形態において、
〔５〕〔１〕〜〔４〕のいずれか一つに記載の方法であって、
前記膜分離型活性汚泥装置が、好気条件下で有機性廃水処理を行う膜分離型活性汚泥装置であり、
前記(ｃ)における予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値が、20mg/Lであることを特徴とする。
本発明の方法によれば、膜分離型活性汚泥処理装置を用いた有機性排水の処理において、簡便な方法により分離膜の目詰まりを予測することが可能となる。なお、本方法によれば、膜分離型活性汚泥処理装置に用いる分離膜の膜間差圧よりも先行して目詰まりを予測することできるため、分離膜が可逆的な目詰まりの状態にある時期を予測することができる。本発明の方法により可逆的な目詰まりの状態を予測することにより、洗浄等により目詰まり状態の分離膜を回復することが可能となり、分離膜を繰り返し使用することが可能となる。
本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、(ａ)前記膜分離型活性汚泥装置で分離すべき汚泥水を採取する工程と、(ｂ)前記汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程と、(ｃ)前記タンパク質濃度に基づいて、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する工程であって、前記工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度が、予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値よりも等しいか、大きい場合に、分離膜の目詰まりが進行していることを示す、工程とを含む。
ここで、本明細書において、「膜分離型活性汚泥処理装置」とは、下水や工場排水等の有機性排水の浄化を行う活性汚泥法の一種で、処理された水(処理水)と固体成分(活性汚泥)との分離を、従来の沈殿池に代えて精密ろ過膜または限外ろ過膜を使って行う装置である。また、このような装置を用いて廃水を処理する方法を、膜分離型活性汚泥法という。なお、本発明が適用可能な膜分離型活性汚泥処理装置は、上述するように精密ろ過膜または限外ろ過膜を使用して処理された水(処理水)と固体成分(活性汚泥)との分離を行う活性汚泥処理装置であれば、特に限定されない。膜分離型活性汚泥装置は、生物処理槽や膜分離ユニット、エアーブロワ、散気管、ポンプ、フローメーター等の構成を必要に応じて備えており、各構成は、本明細書中に特に断りがない限り、通常使用されるものや公知のものを使用することができる。
また、「有機性排水」とは、下水や工場排水、飲食店舗廃水等の、有機物を主成分とする排水をいう。
「生物反応槽」とは、活性汚泥を用いて有機性排水中の有機物を分解するための槽をいう。MBRは、生物反応層を少なくとも１つ備えていれば良く、複数の生物反応槽を有していてもよい。生物反応槽は、槽内を好気条件に保つためのエアーブロワ、散気管、フローメーター等を備えることができ、また、活性汚泥と処理水とを分離するための膜分離ユニットを備えることができる。
ここで、生物処理を行う反応槽内の汚泥濃度は、「MLSS」(Mixed Liquor Suspended Solid(活性汚泥浮遊物))で示すことができる。「MLSS」は、活性汚泥とその他の浮遊物質濃度(suspended solids成分(SS成分))との総和をいう。主に活性汚泥濃度の指標として用いられ、単位にはmg/Lが用いられる。
ここで、生物処理を行う反応槽内の汚泥濃度は、「MLSS」(Mixed Liquor Suspended Solid(活性汚泥浮遊物))で示すことができる。「MLSS」は、活性汚泥とその他の浮遊物質濃度(suspended solids成分(SS成分))との総和をいう。主に活性汚泥濃度の指標として用いられ、単位にはmg/Lが用いられる。
また、水質の有機成分の濃度を示す指標として、「COD」(Chemical Oxygen Demand(化学的酸素要求量))を用いることができる。「COD」は水中の被酸化性物質量を酸化するために必要とする酸素量を示したものであり、単位にはmg/Lが用いられる。また、水質に関する有機成分の濃度を示す指標として、「TOC」(Total Organic Carbon(全有機炭素))を用いることができ、単位にはmg/Lが用いられる。
ここで、「活性汚泥」とは、数千種類の好気性微生物群(細菌類、原生動物など)を主成分とする有機汚泥の総称をいい、排水・汚水の浄化手段として下水処理場、し尿処理場、浄化槽などで広く利用されている。本発明が適用可能な活性汚泥処理法に使用される活性汚泥は、特に限定されず、公知の活性汚泥を使用することができる。
ここで、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、(ａ)前記膜分離型活性汚泥装置で分離すべき汚泥水を採取する工程を含む。
工程(ａ)における「分離すべき汚泥水」とは、生物処理槽内に存在する汚泥水をいい、生物処理槽内に存在する汚泥水であれば特に限定されない。なお、複数の生物処理槽を有する膜分離型活性汚泥装置の場合、採取する汚泥水はどの生物処理槽由来のものでもよいが、好ましくは膜分離ユニットを浸漬している生物処理槽内の汚泥水をいう。
「分離すべき汚泥水」を採取する方法は、特に制限はないが、シリンジ等を用いて生物処理槽内より採取することができる。槽内から分離すべき汚泥水を採取する際には、槽内のいずれの位置から汚泥水を採取してもよいが、槽内の曝気による泡や水流の影響を避けるために底部(例えば、槽の底から10~50cm程度)より採取することが望ましい。ここで、汚泥水を採取した後、採取した汚泥水中の固形成分を取り除く工程を含むことが好ましい。好ましい実施の形態としては、採取した汚泥水を遠心分離することで汚泥水の上澄み液を採取し、当該上澄み液のタンパク質濃度を測定することができる。このように、遠心分離後の上澄み液を用いることで、不純物となる固形成分が除かれ好ましい。なお、汚泥水の遠心分離の条件は、例えば、10,000~15,300×g、5〜15分間のようにして行うことができる。
工程(ａ)における「分離すべき汚泥水」とは、生物処理槽内に存在する汚泥水をいい、生物処理槽内に存在する汚泥水であれば特に限定されない。なお、複数の生物処理槽を有する膜分離型活性汚泥装置の場合、採取する汚泥水はどの生物処理槽由来のものでもよいが、好ましくは膜分離ユニットを浸漬している生物処理槽内の汚泥水をいう。
「分離すべき汚泥水」を採取する方法は、特に制限はないが、シリンジ等を用いて生物処理槽内より採取することができる。槽内から分離すべき汚泥水を採取する際には、槽内のいずれの位置から汚泥水を採取してもよいが、槽内の曝気による泡や水流の影響を避けるために底部(例えば、槽の底から10~50cm程度)より採取することが望ましい。ここで、汚泥水を採取した後、採取した汚泥水中の固形成分を取り除く工程を含むことが好ましい。好ましい実施の形態としては、採取した汚泥水を遠心分離することで汚泥水の上澄み液を採取し、当該上澄み液のタンパク質濃度を測定することができる。このように、遠心分離後の上澄み液を用いることで、不純物となる固形成分が除かれ好ましい。なお、汚泥水の遠心分離の条件は、例えば、10,000~15,300×g、5〜15分間のようにして行うことができる。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、(ｂ)工程(ａ)で採取した汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程を含む。
工程(ｂ)において、タンパク質濃度を測定する方法は、市販のタンパク質濃度測定試薬(Bio-Rad社製、RC DC プロテインアッセイキットII等)を用いて測定すればよく、その他公知の方法(例えば、Bradford法、Lowry法、BCA法などの比色法)により測定することができる。
なお、本明細書において、「汚泥水中のタンパク質濃度」というとき、汚泥水中に存在する活性汚泥等の固形成分を除いた水溶性タンパク質の濃度をいう。従って、汚泥水中のタンパク質濃度の測定には、公知の方法、例えば、上述する遠心分離等の方法を用いて固形成分を除いた水溶性タンパク質のみを測定する。なお、汚泥中の固形成分を除いた水溶性タンパク質濃度を測定できる限りにおいて、水溶性タンパク質の分離方法は制限されない。
工程(ｂ)において、タンパク質濃度を測定する方法は、市販のタンパク質濃度測定試薬(Bio-Rad社製、RC DC プロテインアッセイキットII等)を用いて測定すればよく、その他公知の方法(例えば、Bradford法、Lowry法、BCA法などの比色法)により測定することができる。
なお、本明細書において、「汚泥水中のタンパク質濃度」というとき、汚泥水中に存在する活性汚泥等の固形成分を除いた水溶性タンパク質の濃度をいう。従って、汚泥水中のタンパク質濃度の測定には、公知の方法、例えば、上述する遠心分離等の方法を用いて固形成分を除いた水溶性タンパク質のみを測定する。なお、汚泥中の固形成分を除いた水溶性タンパク質濃度を測定できる限りにおいて、水溶性タンパク質の分離方法は制限されない。
また、本発明の膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法は、(ｃ)工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度に基づいて、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する工程であって、工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度が、予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値と等しいか、その値よりも大きい場合に、分離膜の目詰まりが進行していることを示す工程を含む。
工程(ｃ)において、「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」とは、汚泥水のタンパク質濃度を測定した際に、分離膜の可逆的な目詰まりの進行を予測できる濃度をいう。当業者であれば、本願明細書の開示および当該分野における技術常識に基づき、使用する膜分離型活性汚泥装置ごとに「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」を設定することができる。例えば、値の設定は、実際に分離膜の目詰まりが起こる条件で膜分離型活性汚泥装置を運転し、かつ、経時的に汚泥水中のタンパク質濃度を測定した際に、タンパク質濃度の値が上昇した時の値を「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」とすることができる。なお、タンパク質濃度の値の上昇した時の値とは、例えば、測定値が２、３回程度連続して上昇が観察された時点の値とすることができる。
また、具体的には、例えば、下記実施例１〜３で使用するような好気条件下で有機性廃水処理を行う膜分離型活性汚泥装置の場合、「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」は20mg/L以上の値と設定することができる。なお、好ましくは25mg/L以上の値であり、より好ましくは30mg/L以上の値である。
このように、工程(ｂ)において測定したタンパク質の濃度が、上述のようにして設定される「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」にまで上昇していた場合には、分離膜の可逆的な目詰まりが進行していると予測することができる。
工程(ｃ)において、「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」とは、汚泥水のタンパク質濃度を測定した際に、分離膜の可逆的な目詰まりの進行を予測できる濃度をいう。当業者であれば、本願明細書の開示および当該分野における技術常識に基づき、使用する膜分離型活性汚泥装置ごとに「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」を設定することができる。例えば、値の設定は、実際に分離膜の目詰まりが起こる条件で膜分離型活性汚泥装置を運転し、かつ、経時的に汚泥水中のタンパク質濃度を測定した際に、タンパク質濃度の値が上昇した時の値を「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」とすることができる。なお、タンパク質濃度の値の上昇した時の値とは、例えば、測定値が２、３回程度連続して上昇が観察された時点の値とすることができる。
また、具体的には、例えば、下記実施例１〜３で使用するような好気条件下で有機性廃水処理を行う膜分離型活性汚泥装置の場合、「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」は20mg/L以上の値と設定することができる。なお、好ましくは25mg/L以上の値であり、より好ましくは30mg/L以上の値である。
このように、工程(ｂ)において測定したタンパク質の濃度が、上述のようにして設定される「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」にまで上昇していた場合には、分離膜の可逆的な目詰まりが進行していると予測することができる。
また、汚泥水中のタンパク質濃度の測定は、タンパク質濃度の上昇を検出するために、膜分離型活性汚泥装置の運転中、定期的(一定時間毎、毎日、一日おきなど)に継続して行う。ここで、「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」の設定において好ましい一実施の形態として、膜分離型活性汚泥装置の運転中に定期的に継続してタンパク質濃度を測定し、経時的に前後に連続する複数の測定値の平均値を「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」と設定する形態を挙げることができる。
ここで、経時的に前後に連続する複数の測定値とは、例えば、毎日タンパク質濃度を測定した際、測定した日とその前日及びその後日に測定した複数の測定値をいい、その平均値を算出することで、「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」に設定することができる。なお、複数の測定値としては、例えば、３〜５つの測定値とすることができ、好ましくは３つの測定値である。
ここで、経時的に前後に連続する複数の測定値とは、例えば、毎日タンパク質濃度を測定した際、測定した日とその前日及びその後日に測定した複数の測定値をいい、その平均値を算出することで、「分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値」に設定することができる。なお、複数の測定値としては、例えば、３〜５つの測定値とすることができ、好ましくは３つの測定値である。
以下、実施例を用いて本実施形態を詳細に説明するが、本実施形態は以下の記載に限定されるものではない。
下記試験においては、図１および図２に示すような、３槽式、ポリカーボネート製の膜分離型活性汚泥処理装置(MBR；Membrane bioreactor)を用いた。
以下に本実施例で使用した膜分離型活性汚泥処理装置の構成について具体的に説明する。図１に示すように、膜分離型活性汚泥処理装置１は、３つの生物反応槽２、８、１０を有する。生物反応槽２には、有機性排水を供給する排水の流入系が接続されており、ポンプ３ａを介して下水等の有機性排水が生物反応槽２へと流入する。生物反応槽２へと流入した有機性排水は活性汚泥と混合され生物処理により有機物の分解が行われる。このとき、生物反応槽２にはエアーブロワ４ａ、散気管５ａ、及び、フローメーター６ａが設置されており、生物反応槽２内は常に好気条件に保たれている。生物反応槽２は、生物反応槽８と連結しており、生物反応槽２内の有機性排水及び活性汚泥の混合物は、連結管７を介して生物反応槽８内へと流入する。生物反応槽８にもエアーブロワ４ｂ、散気管５ｂ、及び、フローメーター６ｂが設置されており、生物反応槽８内は常に好気条件に保たれている。これにより、さらに排水中の有機物の生物分解を促進する。生物反応槽８は生物反応槽１０と連結しており、生物反応槽８内の有機性排水及び活性汚泥の混合物は、連結管９を介して生物反応槽１０内へと流入する。生物反応槽１０にもエアーブロワ４ｃ、散気管５ｃ、及び、フローメーター６ｃが設置されており、生物反応槽１０内は常に好気条件に保たれている。また、生物反応槽１０には、生物処理により浄化した排水と活性汚泥とを分離するための膜分離ユニット１１及び排出系が設置されている。排出系には、膜間差圧計１２、ポンプ３ｂ、及び、フローメーター６ｄが設置されている。生物処理により浄化した排水は、膜分離ユニット１１から排出系へと流出し、処理水として系外へ排出される。また、生物反応槽１０には、生物反応槽２へ活性汚泥を返送するための汚泥返送管１３及びポンプ３ｃを有しており、活性汚泥は繰り返し膜分離型活性汚泥処理装置１内で使用される。
以下に本実施例で使用した膜分離型活性汚泥処理装置の構成について具体的に説明する。図１に示すように、膜分離型活性汚泥処理装置１は、３つの生物反応槽２、８、１０を有する。生物反応槽２には、有機性排水を供給する排水の流入系が接続されており、ポンプ３ａを介して下水等の有機性排水が生物反応槽２へと流入する。生物反応槽２へと流入した有機性排水は活性汚泥と混合され生物処理により有機物の分解が行われる。このとき、生物反応槽２にはエアーブロワ４ａ、散気管５ａ、及び、フローメーター６ａが設置されており、生物反応槽２内は常に好気条件に保たれている。生物反応槽２は、生物反応槽８と連結しており、生物反応槽２内の有機性排水及び活性汚泥の混合物は、連結管７を介して生物反応槽８内へと流入する。生物反応槽８にもエアーブロワ４ｂ、散気管５ｂ、及び、フローメーター６ｂが設置されており、生物反応槽８内は常に好気条件に保たれている。これにより、さらに排水中の有機物の生物分解を促進する。生物反応槽８は生物反応槽１０と連結しており、生物反応槽８内の有機性排水及び活性汚泥の混合物は、連結管９を介して生物反応槽１０内へと流入する。生物反応槽１０にもエアーブロワ４ｃ、散気管５ｃ、及び、フローメーター６ｃが設置されており、生物反応槽１０内は常に好気条件に保たれている。また、生物反応槽１０には、生物処理により浄化した排水と活性汚泥とを分離するための膜分離ユニット１１及び排出系が設置されている。排出系には、膜間差圧計１２、ポンプ３ｂ、及び、フローメーター６ｄが設置されている。生物処理により浄化した排水は、膜分離ユニット１１から排出系へと流出し、処理水として系外へ排出される。また、生物反応槽１０には、生物反応槽２へ活性汚泥を返送するための汚泥返送管１３及びポンプ３ｃを有しており、活性汚泥は繰り返し膜分離型活性汚泥処理装置１内で使用される。
MBRの各槽の容量は、それぞれ、第一槽が92L、第二槽が80.5L、第三槽が57.5Lである。このように、本試験に用いた膜分離型活性汚泥処理装置は、合計230L容量のパイロットスケールリアクターである。
活性汚泥としては、茨城県県西流域下水道事務所のきぬアクアステーションから分譲された標準活性汚泥を用いた。
活性汚泥としては、茨城県県西流域下水道事務所のきぬアクアステーションから分譲された標準活性汚泥を用いた。
廃水としては、有機性の人工下水を用いた。有機物の濃度として、下記組成を有する低濃度(運転1〜21日目)、及び高濃度(運転22〜50日目)の人工下水を用いた。
低濃度(TOC: 1130mg/L)の人工下水の組成：CH3COONa(2.65g/L)、NH4Cl(0.376g/L)、KH2PO4(0.109g/L)、peptone(0.706g/L)、FeCl3・6H2O(0.782mg/L)、CaCl2(1.56mg/L)、MgSO4(1.56mg/L)、KCl(1.56mg/L)、及び、NaCl(1.56mg/L)
高濃度(TOC: 2260 mg/L)の人工下水の組成：CH3COONa(5.30g/L)、NH4Cl(0.751g/L)、KH2PO4(0.217g/L)、peptone(1.41g/L)、FeCl3・6H2O(1.57mg/L)、CaCl2(3.13mg/L)、MgSO4(3.13mg/L)、KCl(3.13mg/L)、及び、NaCl(3.13mg/L)
低濃度(TOC: 1130mg/L)の人工下水の組成：CH3COONa(2.65g/L)、NH4Cl(0.376g/L)、KH2PO4(0.109g/L)、peptone(0.706g/L)、FeCl3・6H2O(0.782mg/L)、CaCl2(1.56mg/L)、MgSO4(1.56mg/L)、KCl(1.56mg/L)、及び、NaCl(1.56mg/L)
高濃度(TOC: 2260 mg/L)の人工下水の組成：CH3COONa(5.30g/L)、NH4Cl(0.751g/L)、KH2PO4(0.217g/L)、peptone(1.41g/L)、FeCl3・6H2O(1.57mg/L)、CaCl2(3.13mg/L)、MgSO4(3.13mg/L)、KCl(3.13mg/L)、及び、NaCl(3.13mg/L)
なお、MBRの各槽には、曝気ブロワが設置され、運転期間中は恒常的に曝気することで槽内を好気的環境に調整することとした。
MBRには、系外から第一槽に人工下水が導入され、人工下水は第一槽から第二槽、第三槽(膜分離槽)の順に流れる。
第三槽である膜分離槽には固体成分と液体成分を分離する膜分離ユニットが配される。膜分離ユニットは４枚の分離膜を有する。分離膜には150mm×300mmのPAN(ポリアクリロニトリル)製の扁平で袋状の平膜(阿波製紙製、孔径0.07μm)を用いた。この分離膜は袋外から袋内に水を引き入れることで、ろ別を行い、ろ過液を浄化水として系外に排出する。また、ろ別された活性汚泥は第一層に返送される。
人工下水の系内への流入速度、処理水の系外への流出速度、第三槽から第一層への汚泥返送速度のすべてを115L/dayに設定した。これにより水理学的滞留時間(HRT：Hydraulic retention time)は2日となる。
本実施例では計50日間の廃水処理運転を行った。
本実施例に関し、物理化学的パラメータとして、（ｉ）活性汚泥内のタンパク質濃度、（ｉｉ）MBR処理水中のTOC値、（ｉｉｉ）膜ユニット差圧、（ｉｖ）MBR処理水排出流量の測定を行い、運転状況に応じた物理化学的パラメータの変化をモニタリングした。
（ｉ）活性汚泥内のタンパク質濃度の測定は以下のようにして行った。まず、生物反応槽１０の底部(槽の底から約10cm)からシリンジを用いて汚泥水を採取した。次に、採取した汚泥水について10,000×g、15分間の遠心分離処理を行い、固形成分を含まない上澄み液を回収した。その後、上澄み液中のタンパク質の濃度をRC DC プロテインアッセイキットIIを用いて測定した。また、処理水中の有機物濃度について、（ｉｉ）TOC値は、膜分離ユニット１１を通過した処理水についてTOC分析装置(島津製作所、TOC-L)を用いて測定した。また、（ｉｉｉ）膜ユニット差圧は、膜間差圧計１２により測定した。（ｉｖ）MBR処理水排出流量は、フローメーター６ｄにより測定した。
MBRには、系外から第一槽に人工下水が導入され、人工下水は第一槽から第二槽、第三槽(膜分離槽)の順に流れる。
第三槽である膜分離槽には固体成分と液体成分を分離する膜分離ユニットが配される。膜分離ユニットは４枚の分離膜を有する。分離膜には150mm×300mmのPAN(ポリアクリロニトリル)製の扁平で袋状の平膜(阿波製紙製、孔径0.07μm)を用いた。この分離膜は袋外から袋内に水を引き入れることで、ろ別を行い、ろ過液を浄化水として系外に排出する。また、ろ別された活性汚泥は第一層に返送される。
人工下水の系内への流入速度、処理水の系外への流出速度、第三槽から第一層への汚泥返送速度のすべてを115L/dayに設定した。これにより水理学的滞留時間(HRT：Hydraulic retention time)は2日となる。
本実施例では計50日間の廃水処理運転を行った。
本実施例に関し、物理化学的パラメータとして、（ｉ）活性汚泥内のタンパク質濃度、（ｉｉ）MBR処理水中のTOC値、（ｉｉｉ）膜ユニット差圧、（ｉｖ）MBR処理水排出流量の測定を行い、運転状況に応じた物理化学的パラメータの変化をモニタリングした。
（ｉ）活性汚泥内のタンパク質濃度の測定は以下のようにして行った。まず、生物反応槽１０の底部(槽の底から約10cm)からシリンジを用いて汚泥水を採取した。次に、採取した汚泥水について10,000×g、15分間の遠心分離処理を行い、固形成分を含まない上澄み液を回収した。その後、上澄み液中のタンパク質の濃度をRC DC プロテインアッセイキットIIを用いて測定した。また、処理水中の有機物濃度について、（ｉｉ）TOC値は、膜分離ユニット１１を通過した処理水についてTOC分析装置(島津製作所、TOC-L)を用いて測定した。また、（ｉｉｉ）膜ユニット差圧は、膜間差圧計１２により測定した。（ｉｖ）MBR処理水排出流量は、フローメーター６ｄにより測定した。
その結果を図３に示す。図３に示すように、MBR処理水中のTOC値は徐々に増加する傾向であったが急激な変化はなく、図に記載はないがCOD値も処理水の基準値を下回るものであり、有機物除去率(＝１−(処理水のCOD値／流入廃水のCOD値))は78.2%〜97.4%であった。対照的に、タンパク質濃度は運転10日目前後に急上昇した(図３中のＩで示す線)。その後、運転25日目に差圧の上昇が確認され(図３中のIIで示す線)、運転36日目で流量が低下し、ファウリングが確認された(図３中のIIIで示す線)。
このように、ファウリングが確認された時期よりもTOC値の上昇が観察された時期は遅く、ファウリングの予測に使用することができなかった。一方で、タンパク質濃度は、ファウリングが確認された時期よりも早い段階で値の変化(タンパク質濃度の上昇)を確認することができた。よって、タンパク質濃度の変化を指標とすることでファウリングの時期を予測することが可能となる。
このように、ファウリングが確認された時期よりもTOC値の上昇が観察された時期は遅く、ファウリングの予測に使用することができなかった。一方で、タンパク質濃度は、ファウリングが確認された時期よりも早い段階で値の変化(タンパク質濃度の上昇)を確認することができた。よって、タンパク質濃度の変化を指標とすることでファウリングの時期を予測することが可能となる。
(実施例２)
実施例１と同様の条件で、計35日間の廃水処理運転を行った。ただし、有機性人工下水の濃度については、1〜7日目までが低濃度、8〜35日目までが高濃度で行った。
その結果を図４に示す。図４に示すように、MBR処理水中のTOC値は徐々に増加する傾向であったが急激かつ継続的な上昇の変化はなく、値も処理水の基準値を下回るものであった。なお、図示しないが、COD値も測定したところ、TOC値と同様に基準値を下回るものであった。対照的に、タンパク質濃度は運転15日目前後に急上昇した(図４中のＩで示す線)。その後、運転26日目に差圧の上昇が確認され(図４中のIIで示す線)、運転30日目で流量が低下し(図４中のIIIで示す線)、ファウリングが確認された。
なお、有機物濃度(TOCおよびCOD値)が基準値を下回る値を推移していてもファウリングが起こり得ることは公知の事実であり、本実施例においても有機物濃度の測定ではファウリングの予測に使用することができないことを示した。一方で、タンパク質濃度は、ファウリングが確認された時期よりも早い段階で値の変化(タンパク質濃度の上昇)を確認することができた。よって、タンパク質濃度の変化を指標とすることでファウリングの時期を予測することが可能となる。
実施例１と同様の条件で、計35日間の廃水処理運転を行った。ただし、有機性人工下水の濃度については、1〜7日目までが低濃度、8〜35日目までが高濃度で行った。
その結果を図４に示す。図４に示すように、MBR処理水中のTOC値は徐々に増加する傾向であったが急激かつ継続的な上昇の変化はなく、値も処理水の基準値を下回るものであった。なお、図示しないが、COD値も測定したところ、TOC値と同様に基準値を下回るものであった。対照的に、タンパク質濃度は運転15日目前後に急上昇した(図４中のＩで示す線)。その後、運転26日目に差圧の上昇が確認され(図４中のIIで示す線)、運転30日目で流量が低下し(図４中のIIIで示す線)、ファウリングが確認された。
なお、有機物濃度(TOCおよびCOD値)が基準値を下回る値を推移していてもファウリングが起こり得ることは公知の事実であり、本実施例においても有機物濃度の測定ではファウリングの予測に使用することができないことを示した。一方で、タンパク質濃度は、ファウリングが確認された時期よりも早い段階で値の変化(タンパク質濃度の上昇)を確認することができた。よって、タンパク質濃度の変化を指標とすることでファウリングの時期を予測することが可能となる。
(実施例３)
下記組成を有する、有機物が低濃度の人工下水を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、計109日間の廃水処理運転を行った。
低濃度(TOC: 1130mg/L)の人工下水の組成：CH3COONa(2.65g/L)、NH4Cl(0.376g/L)、KH2PO4(0.109g/L)、peptone(0.706g/L)、FeCl3・6H2O(0.782mg/L)、CaCl2(1.56mg/L)、MgSO4(1.56mg/L)、KCl(1.56mg/L)、及び、NaCl(1.56mg/L)
その結果を図５に示す。図５に示すように、MBR処理水中のTOC値は低レベルで推移し、処理水の基準値を下回るものであった。同様に、タンパク質濃度も低い値を推移した。なお、運転44日目付近で一時的に処理水の排出量を増加させたところ、差圧の一時的な上昇を確認できた。一方で、一時的に処理水の排水量を増加しただけであり、ファウリングが生じない場合には、タンパク質濃度は上昇しないことが確認された。
下記組成を有する、有機物が低濃度の人工下水を用いた以外は、実施例１と同様の条件で、計109日間の廃水処理運転を行った。
低濃度(TOC: 1130mg/L)の人工下水の組成：CH3COONa(2.65g/L)、NH4Cl(0.376g/L)、KH2PO4(0.109g/L)、peptone(0.706g/L)、FeCl3・6H2O(0.782mg/L)、CaCl2(1.56mg/L)、MgSO4(1.56mg/L)、KCl(1.56mg/L)、及び、NaCl(1.56mg/L)
その結果を図５に示す。図５に示すように、MBR処理水中のTOC値は低レベルで推移し、処理水の基準値を下回るものであった。同様に、タンパク質濃度も低い値を推移した。なお、運転44日目付近で一時的に処理水の排出量を増加させたところ、差圧の一時的な上昇を確認できた。一方で、一時的に処理水の排水量を増加しただけであり、ファウリングが生じない場合には、タンパク質濃度は上昇しないことが確認された。
１ 膜分離型活性汚泥処理装置
２、８、１０ 生物反応槽
３ ポンプ
４ エアーブロワ
５ 散気管
６ フローメーター
７、９、１４ 連結管
１１ 膜分離ユニット
１２ 膜間差圧計
１３ 汚泥返送管
２、８、１０ 生物反応槽
３ ポンプ
４ エアーブロワ
５ 散気管
６ フローメーター
７、９、１４ 連結管
１１ 膜分離ユニット
１２ 膜間差圧計
１３ 汚泥返送管
Claims (5)
- 膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する方法であって、
（ａ）前記膜分離型活性汚泥装置で分離すべき汚泥水を採取する工程と、
（ｂ）前記汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程と、
（ｃ）前記タンパク質濃度に基づいて、膜分離型活性汚泥装置に使用される分離膜の目詰まりを予測する工程であって、
前記工程(ｂ)において測定したタンパク質濃度が、予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値と等しいか、その値よりも大きい場合に、分離膜の目詰まりが進行していることを示す、工程と
を含む方法。 - 請求項１に記載の方法であって、
前記工程(ａ)の後に、前記汚泥水中から固形成分を除去する工程をさらに含み、
前記工程(ｂ)が、固形成分が除去された汚泥水中のタンパク質濃度を測定する工程であることを特徴とする、方法。 - 請求項２に記載の方法であって、
前記汚泥水中から固形成分を除去する工程が、前記汚泥水中に含まれるタンパク質を遠心分離することにより汚泥水の上澄み液を採取する工程であり、
前記工程(ｂ)が、前記採取した上澄み液中のタンパク質濃度を測定する工程であることを特徴とする方法。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法であって、
前記工程(ｃ)における予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値が、膜分離型活性汚泥装置の運転中に定期的に継続してタンパク質濃度を測定し、経時的に前後に連続する複数の測定値の平均値として算出されたものであることを特徴とする、方法。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記膜分離型活性汚泥装置が、好気条件下で有機性廃水処理を行う膜分離型活性汚泥装置であり、
前記(ｃ)における予め測定した分離膜の目詰まりを引き起こす濃度の値が、20mg/Lであることを特徴とする、方法。
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|---|---|---|---|---|
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-
2015
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