JP2018192419A

JP2018192419A - 有機性排水処理方法及び有機性排水処理システム

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Publication number: JP2018192419A
Application number: JP2017097897A
Authority: JP
Inventors: 壮一郎矢次; Soichiro Yatsugi; 永江　信也; Shinya Nagae; 信也永江; 佑子都築; Yuko Tsuzuki
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2017-05-17
Filing date: 2017-05-17
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2037-05-17
Also published as: JP7015117B2

Abstract

【課題】窒素を含む有機性排水に対して、効果的に低Ｔ−Ｎ濃度の処理水を得ることができる有機性排水処理方法を提供する。【解決手段】窒素を含む有機性排水を活性汚泥中で生物処理する有機性排水処理方法であって、嫌気槽ＡＮと好気槽Ｏと無酸素処理を行なう膜分離槽Ａとが順に配列された生物処理ユニットＵが直列に複数接続され、各生物処理ユニットＵの嫌気槽ＡＮに前記有機性排水を分割して供給し、各生物処理ユニットＵの膜分離槽Ａ内の活性汚泥を膜分離装置Ｍにより固液分離して得られる膜透過液を処理水として取り出す。【選択図】図１

Description

本発明は、有機性排水処理方法及び有機性排水処理システムに関する。

図４に示すように、特許文献１には、窒素含有排液を活性汚泥を用いて処理する設備であって、無酸素槽Ａ（Ａ１〜Ａｎ）、好気槽Ｏ（Ｏ１〜Ｏｎ）の順に複数個の無酸素槽Ａと好気槽Ｏが交互に直列に結合され、最前段の無酸素槽Ａ１と２段目以降の少なくともひとつの無酸素槽Ａ２，Ａｎに窒素含有排水ＤＷを供給する供給経路Ｓを備え、最後段の好気槽Ｏｎには活性汚泥を分離して処理水を得るための浸漬型分離装置Ｍを備え、最後段の好気槽Ｏｎから最前段の無酸素槽Ａ１へ活性汚泥液を循環返送する経路Ｒを備えたことを特徴とする窒素含有排水の処理設備が開示されている。なお、符号Ｐは膜分離用の吸引ポンプ、符号Ｐ１は汚泥返送用のポンプである。

特開２０００−１４０８８６号公報

上述した方法を採用した処理設備によれば、窒素除去率９０％以上の窒素含有排水ＤＷの処理設備が実現できるのであるが、曝気や送水のための動力機器、活性汚泥の循環経路を構成する配管などが大型化する。

また、脱窒処理を促進するために無酸素槽にメタノールなどの炭素源を定期的に注入する必要があり、センシング機器の故障等に起因してその際の注入量を誤ると処理後の放流水のＴ−Ｎ濃度が上昇する虞があった。

そこで、図５に示すように、最後段の好気槽Ｏｎのみならず全ての好気槽Ｏ（Ｏ１〜Ｏｎ）に浸漬型膜分離装置Ｍを備えた循環型の膜分離活性汚泥法（以下、「ステップ流入式ＭＢＲ」と記す。なお、ＭＢＲは、Membrane Bio Reactorの略。）が提案されている。

この方法によれば、例えば無酸素槽と好気槽を各３段直列に接続し、最終段の好気槽の活性汚泥を最上段の無酸素槽に返送することで、これまで非現実的であった９Ｑ循環（汚水の流入量Ｑに対して９倍の循環量に設定する）が容易に実現でき、上述した動力機器やセンシング機器が小型化でき、また点数も減少できる。

しかし、ステップ流入式ＭＢＲを採用する場合、好気槽Ｏで硝化液を膜分離する構成であるため、硝酸性窒素などの残留Ｔ−Ｎが膜透過液に流出することになり、Ｔ−Ｎ濃度の低減に限界があった。

そのため、降雨量が少なく、水道水の使用量が少ない内陸部の下水などのＴ−Ｎ濃度が５０ｍｇ／Ｌの有機性排水のＴ−Ｎ濃度を、例えば環境基準となる３ｍｇ／Ｌ以下に浄化処理するのは困難であった。

また、ステップ流入式ＭＢＲで排水に含まれるリンを生物処理で除去する際には、いくつかの膜分離装置を停止させて好気槽を嫌気的状態に移行した場合に限り高い脱リン効果が得られるようになるが、通常は好気槽で微生物によるリンの過剰摂取が行なわれる過程で処理水としての膜透過液が取り出されるので、膜透過液に一部のＴ−Ｐが流出するという問題もあった。

さらに、分離膜の洗浄のために大量に曝気された空気を脱臭して大気放出するための設備が大型になるという問題もあった。

本発明の目的は、上述した問題に鑑み、窒素を含む有機性排水に対して、効果的に低Ｔ−Ｎ濃度の処理水を得ることができる有機性排水処理方法及び有機性排水処理装置を提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による有機性排水処理方法の第一特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、窒素を含む有機性排水を活性汚泥中で生物処理する有機性排水処理方法であって、嫌気槽と好気槽と無酸素処理を行なう膜分離槽とが順に配列された生物処理ユニットが直列に複数接続され、各生物処理ユニットの嫌気槽に前記有機性排水を分割して供給し、各生物処理ユニットの膜分離槽内の活性汚泥を膜分離装置により固液分離して得られる膜透過液を処理水として取り出す点にある。

各生物処理ユニットの最上流の嫌気槽に分割供給された有機性排水が好気槽に導かれてアンモニア性窒素が硝酸性窒素などに硝化処理され、さらに下流側の無酸素処理が行なわれる膜分離槽で内生脱窒作用を受けて脱窒処理されて処理水が取り出されるため、処理水に含まれるＴ−Ｎ濃度の値を低く抑えることができる。膜分離槽に残留した微量の硝酸性窒素も、次段の生物処理ユニットの嫌気槽に供給される有機性排水が炭素源となり当該嫌気槽でほぼ完全に脱窒されるようになる。また、嫌気槽で微生物から吐き出されたリンが、好気槽で微生物に過剰摂取された後に無酸素状態の膜分離槽で固液分離されるので、処理水である膜透過液に含まれるＴ−Ｐ濃度の値も低く抑えることができる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、最下流部に配置される生物処理ユニットの膜分離槽から最上流部に配置される生物処理ユニットの嫌気槽に活性汚泥を返送する点にある。

直列に接続された複数の生物処理ユニットの中で活性汚泥を循環させることにより、活性汚泥の十分な循環量を確保することができる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、前記膜分離装置により固液分離して得られる膜透過液を曝気槽で曝気処理する点にある。

膜分離装置によって無酸素状態で固液分離された膜分離装置の膜透過液を河川等に放流する場合であっても、曝気処理することにより環境に影響を及ぼさない程度の溶存酸素量に調整することができるようになる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記膜分離槽の上部の気相部が閉鎖空間をなし、前記気相部のガスを活性汚泥中に浸漬して配置された膜分離装置の下部から散気するように循環させる点にある。

閉鎖空間とされた膜分離槽の気相部から回収されたガスが、膜分離槽に浸漬配置された膜分離装置の下部から散気されるように循環されるため、大気開放に伴う大型の脱臭設備などを設ける必要はない。また、運転始動時に膜分離槽の気相部のガスを窒素ガスなどの不活性ガスで置換しなくてもよい。気相部が空気であっても、初期の僅かな期間に空気に含まれる酸素が消費されるためである。

本発明による有機性排水処理システムの第一の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、窒素を含む有機性排水を活性汚泥中で生物処理する有機性排水処理システムであって、嫌気槽と好気槽と無酸素処理を行なう膜分離槽とが順に配列された生物処理ユニットを直列に複数接続した生物処理ユニット接続体と、各生物処理ユニットの嫌気槽に前記有機性排水を分割して供給する原水供給路と、各生物処理ユニットの膜分離槽内の活性汚泥を固液分離して処理水として膜透過液を取り出す膜分離装置と、を備えている点にある。

同第二の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記生物処理ユニット接続体の最下流部に配置される生物処理ユニットの膜分離槽から最上流部に配置される生物処理ユニットの嫌気槽に活性汚泥を返送する汚泥返送路を備えている点にある。

同第三の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記生物処理ユニット接続体は、前記複数の生物処理ユニットを環状に接続して構成されている点にある。

同第四の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記膜分離装置から得られる膜透過液を曝気処理する曝気槽を備えている点にある。

同第五の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第四の何れかの特徴構成に加えて、前記膜分離槽の上部の気相部が閉鎖空間をなし、前記気相部のガスを活性汚泥中に浸漬して配置された膜分離装置の下部から散気するように循環させる循環散気機構を備えている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、窒素を含む有機性排水に対して、効果的に低Ｔ−Ｎ濃度の処理水を得ることができる有機性排水処理方法及び有機性排水処理装置を提供することができるようになった。

（ａ）は本発明による排水処理装置の説明図、（ｂ）は膜分離槽の説明図本発明による排水処理装置のレイアウト説明図本発明による排水処理装置の他のレイアウト説明図従来例の排水処理装置の説明図従来例のステップ流入式ＭＢＲを採用した排水処理装置の説明図

以下、本発明による排水処理方法及び排水処理システムの実施形態を説明する。
図１（ａ）には、本発明による有機性排水処理システム１が示されている。当該有機性排水処理システム１は、窒素を含む有機性排水ＤＷを活性汚泥中で生物処理する有機性排水処理システム１であり、活性汚泥の流れに沿って複数段直列に接続され、嫌気槽ＡＮ（ＡＮ１〜ＡＮｎ）と好気槽Ｏ（Ｏ１〜Ｏｎ）と無酸素状態で固液分離する膜分離槽（Ａ１〜Ａｎ）とが順に配列された生物処理ユニットＵ（Ｕ１〜Ｕｎ）と、各生物処理ユニットＵ（Ｕ１〜Ｕｎ）の嫌気槽ＡＮに有機性排水ＤＷを分割して供給する原水供給路Ｓと、各生物処理ユニットＵ（Ｕ１〜Ｕｎ）の膜分離槽Ａ（Ａ１〜Ａｎ）内の活性汚泥を固液分離して処理水としての膜透過液ＴＷを取り出す膜分離装置Ｍと、を備えている。なお、ｎは正整数である。つまり、直列に複数接続された生物処理ユニットＵ（Ｕ１〜Ｕｎ）によって生物処理ユニット接続体が構成される。

そして、当該生物処理ユニット接続体には、最下流部に配置される生物処理ユニットＵｎの膜分離槽Ａｎから最上流部に配置される生物処理ユニットＵ１の嫌気槽ＡＮ１に活性汚泥を返送する汚泥返送路Ｒを備えている。活性汚泥の流れに沿って直列に接続された複数段の生物処理ユニットＵの中で活性汚泥を循環させることにより、活性汚泥の十分な循環量を確保して効率的に脱窒処理することができる。

各好気槽Ｏ（Ｏ１〜Ｏｎ）の底部には微細な気泡を放出して好気性処理を促す散気装置が配置され、各散気装置に接続されたブロワＢから空気が供給されている。

さらに、図１（ｂ）に示すように、膜分離槽Ａ（Ａ１〜Ａｎ）の気相部が閉鎖されて構成され、気相部のガスを活性汚泥中に浸漬された膜分離装置Ｍの下部から散気するように循環させる循環曝気機構ＣＡを備えている。

循環曝気機構ＣＡは、各膜分離槽Ａ（Ａ１〜Ａｎ）の気相部からガスを吸引するブロワＢ１と、ブロワＢ１で吸引されるガスを膜分離装置Ｍの下部に配した散気装置に導く配管と、吸引側の配管に備えたチェッキ弁Ｖを備えている。循環ガスとして空気が好適に用いられる。初期の僅かな期間に空気に含まれる酸素が微生物に取り込まれ、速やかに酸素濃度が低下するので無酸素状態が実現できる。また、酸素の消費により減圧状態になるとチェッキ弁Ｖから微量の大気が供給されるように構成されているため、ガス循環量はほぼ一定に維持されるようになる。

つまり、閉鎖空間として構成された膜分離槽Ａの気相部から回収されたガスが、膜分離槽Ａに浸漬配置された膜分離装置Ｍの下部から散気され、散気されたガスが膜分離装置Ｍの分離膜面を洗浄した後に気相部に到り循環される。通常の稼働状態では気相部のガスが大気に開放されることがないので大型の脱臭設備などを設ける必要はない。また、膜分離槽Ａの無酸素状態を維持するため循環ガスとして、特別のガスを用いずに空気を用いることも可能である。初期の僅かな期間に空気に含まれる酸素が消費されるためである。

窒素を含む有機性排水は、各生物処理ユニットＵの最上流の嫌気槽Ａに分割供給される。嫌気槽Ａでは、当該有機性排水に含まれる有機成分が水素供与体として機能し、さらに上流側の生物処理ユニットＵからの循環汚泥に含まれる硝酸性窒素が窒素に還元されて脱窒された後に好気槽Ｏに流入する。

好気槽Ｏでは好気性処理が促進されて有機性排水に含まれるアンモニア性窒素が硝酸性窒素は亜硝酸性窒素に硝化処理され、さらに下流側の無酸素状態の膜分離槽Ａで内生脱窒作用を受けて脱窒処理されて固液分離される。

膜分離槽Ａは実質的に無酸素槽として機能し、脱窒処理によって槽内の硝酸性窒素濃度が低下するため、膜分離装置Ｍによる分離水つまり膜透過液に含まれるＴ−Ｎ濃度の値が極めて低く抑えられる。膜分離槽Ａに残留した微量の硝酸性窒素も、次段の生物処理ユニットＵの嫌気槽ＡＮにおいて有機性排水が水素供与体となりほぼ完全に脱窒されるようになる。

また、好気槽Ｏでリンが微生物に過剰摂取された後に無酸素状態の膜分離槽Ａで固液分離されるので、分離水に含まれるＴ−Ｐ濃度の値も低く抑えることができる。

上述した有機性排水処理システム１には、膜分離装置Ｍにより固液分離して得られる膜透過液ＴＷを曝気処理する曝気槽ＡＥがさらに設けられている。膜分離装置Ｍによって無酸素状態で固液分離された膜透過液を河川等に放流する場合であっても、曝気処理することにより環境に影響を及ぼさない程度の溶存酸素量に調整することができるようになる。

本発明の有機性排水処理方法は、上述した有機性排水処理システム１で実行され、嫌気槽ＡＮと好気槽Ｏと無酸素処理を行なう膜分離槽Ａとが順に配列された生物処理ユニットＵが、活性汚泥の流れに沿って直列に複数接続され、各生物処理ユニットＵの嫌気槽ＡＮに有機性排水を分割して供給し、各生物処理ユニットＵの膜分離槽Ａ内の活性汚泥を膜分離装置Ｍにより固液分離して得られる膜透過液を処理水として取り出すように構成されている。

また、最下流部に配置される生物処理ユニットＵｎの膜分離槽Ａｎから最上流部に配置される生物処理ユニットＵ１の嫌気槽ＡＮ１に活性汚泥を返送するように構成され、膜分離装置Ｍにより固液分離して得られる膜透過液を曝気槽ＡＥで曝気処理するように構成されている。

以下、別実施形態を説明する。上述した実施形態では、生物処理ユニットＵを構成する嫌気槽ＡＮ、好気槽Ｏ、膜分離槽ＡＮ及び複数の生物処理ユニットＵがともに、活性汚泥の流れに沿って物理的に直線状に配された例を説明したが、嫌気槽ＡＮ、好気槽Ｏ、膜分離槽ＡＮの配置は直線状に限るものでないことは言うまでもなく、複数の生物処理ユニットＵの配置も直線状に限るものでないことは言うまでもない。

図２に示す例では、複数の生物処理ユニットＵは直線状に配されているものの、膜分離槽ＡＮに対して嫌気槽ＡＮ及び好気槽Ｏが隣接するように、各生物処理ユニットＵは活性汚泥の蛇行流路に沿って配されている。

図３に示す例では、有機性排水が循環する環状流路が形成され、環状流路に沿って各生物処理ユニットＵが配置されている。つまり、各生物処理ユニットＵの膜分離槽に隣接するように下流側の生物処理ユニットＵの嫌気槽が隣接配置されて、生物処理ユニット接続体が構成されている。従って、図１や図２に示した例のように、活性汚泥液を循環返送する経路Ｒを長い配管で構成する必要が無く、従って送水量の大きな大型のポンプ設備を用いる必要が無くなる。

図３の例では、例えば、嫌気槽Ａと好気槽Ｏとの仕切り壁に面して嫌気槽Ａ側にエアリフトポンプを設けて、嫌気槽Ａから好気槽Ｏに有機性排水を送水するように構成すればよい。

図２，３の何れの例でも、生物処理ユニットＵの段数が４段で構成されている。単位時間あたりの有機性排水の流入量をＱ、各生物処理ユニットＵの嫌気槽ＡＮへの有機性排水の流入量をＱ／４とし、各膜分離装置Ｍから総量でＱの膜透過液量の処理水が引抜かれ、最下流の膜分離槽Ａの活性汚泥が汚泥返送経路Ｒを介して最上流の嫌気槽ＡＮに３Ｑの汚泥が返送される場合には、汚泥の実質的な循環比が３×４となり１２Ｑという高い循環比が実現でき、各槽の実質的な汚泥滞留時間ＳＲＴを十分な値に維持しながらも槽の容量を小さくすることができる。

浸漬型の膜分離装置Ｍに組み込まれる膜エレメントとして、不織布の表面に多孔性を有する有機高分子膜を備えた孔径が最大で０．４μｍ程度の精密ろ過膜を採用したものが好適に用いられるが、任意の種類の分離膜及び任意の形態の膜エレメント（中空糸膜エレメント、管状膜エレメント、モノリス膜エレメント等）を用いることが可能である。

上述した実施形態では膜分離槽Ａに膜分離装置Ｍを浸漬配置した例を説明したが、本発明による膜分離装置Ｍは膜分離槽Ａに浸漬配置する態様に限るものではなく、膜分離槽Ａの外部に設置された膜分離装置Ｍでクロスフローろ過する態様であってもよい。このとき分離された活性汚泥の一部を膜分離槽Ａまたは次段の嫌気槽Ａに返送するように構成してもよい。

生物処理ユニットＵの数は特に制限されるものではないが、３から５の範囲が好ましい。一般的に数を増やすと処理水質が良くなる傾向を示すが、逆に実際のＨＲＴが短くなるために膜分離槽でファウリング物質の発生量が増して膜詰まりが生じやすく、結果として水質の低下を招く。そのため、適切にバランスのとれた数に設定する必要がある。

本発明による有機性排水処理方法によれば、水素供与体として別途の炭素源を投入することなく脱窒処理しながらも、例えばＴ−Ｎ濃度が５０ｍｇ／Ｌの有機性排水のＴ−Ｎ濃度を３ｍｇ／Ｌ以下に浄化処理することができるようになる。そして、別途の炭素源を投入することがないため、余剰汚泥の発生量も低減できるようになる。

上述した実施形態は、本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

１：排水処理装置
ＡＮ：嫌気槽
Ａ：膜分離槽
ＤＷ：有機性排水
Ｍ：膜分離装置
Ｏ：好気槽
Ｒ：汚泥返送路
Ｓ：原水供給路
Ｕ：生物処理ユニット

Claims

窒素を含む有機性排水を活性汚泥中で生物処理する有機性排水処理方法であって、
嫌気槽と好気槽と無酸素処理を行なう膜分離槽とが順に配列された生物処理ユニットが直列に複数接続され、
各生物処理ユニットの嫌気槽に前記有機性排水を分割して供給し、
各生物処理ユニットの膜分離槽内の活性汚泥を膜分離装置により固液分離して得られる膜透過液を処理水として取り出す、ことを特徴とする有機性排水処理方法。
最下流部に配置される生物処理ユニットの膜分離槽から最上流部に配置される生物処理ユニットの嫌気槽に活性汚泥を返送する、ことを特徴とする請求項１に記載の有機性排水処理方法。
前記膜分離装置により固液分離して得られる膜透過液を曝気槽で曝気処理する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の有機性排水処理方法。
前記膜分離槽の上部の気相部が閉鎖空間をなし、前記気相部のガスを活性汚泥中に浸漬して配置された膜分離装置の下部から散気するように循環させる、ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の有機性排水処理方法。
窒素を含む有機性排水を活性汚泥中で生物処理する有機性排水処理システムであって、
嫌気槽と好気槽と無酸素処理を行なう膜分離槽とが順に配列された生物処理ユニットを直列に複数接続した生物処理ユニット接続体と、
各生物処理ユニットの嫌気槽に前記有機性排水を分割して供給する原水供給路と、
各生物処理ユニットの膜分離槽内の活性汚泥を固液分離して処理水として膜透過液を取り出す膜分離装置と、
を備えている、ことを特徴とする有機性排水処理システム。
前記生物処理ユニット接続体の最下流部に配置される生物処理ユニットの膜分離槽から最上流部に配置される生物処理ユニットの嫌気槽に活性汚泥を返送する汚泥返送路を備えている、ことを特徴とする請求項５に記載の有機性排水処理システム。
前記生物処理ユニット接続体は、前記複数の生物処理ユニットを環状に接続して構成されている、ことを特徴とする請求項５に記載の有機性排水処理システム。
前記膜分離装置から得られる膜透過液を曝気処理する曝気槽を備えている、ことを特徴とする請求項５から７の何れかに記載の有機性排水処理システム。
前記膜分離槽の上部の気相部が閉鎖空間をなし、前記気相部のガスを活性汚泥中に浸漬して配置された膜分離装置の下部から散気するように循環させる循環散気機構を備えている、ことを特徴とする請求項５から８の何れかに記載の有機性排水処理システム。