JP2023013640A - 有機性排水の処理方法および有機性排水の処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機性排水の生物処理の後段で膜分離を行う処理において、高い処理効率を維持しながら安定した膜による固液分離を行うことができる有機性排水の処理方法および有機性排水の処理装置を提供する。【解決手段】担体４４を備える反応槽１２により、好気条件で有機性排水を生物処理し、その生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する有機性排水の処理方法であって、反応槽１２に流入する有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１～３となるように、反応槽１２に窒素源を添加して、生物処理を行う、有機性排水の処理方法である。【選択図】図１
Description
本発明は、有機性排水の処理方法および有機性排水の処理装置に関する。
有機性排水の処理には一般的に活性汚泥法による生物処理が用いられているが、ＢＯＤ容積負荷は０．５～１．０ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ程度であるため、広い敷地面積が必要である。一方、担体を用いる生物処理法は、ＢＯＤ容積負荷１．５ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上の高負荷化が可能であり、敷地面積を削減することができる。
特許文献１に示されるように、担体を用いる流動床式生物処理法の処理水に対する固液分離方法として膜分離法が提案されている。精密ろ過膜（ＭＦ膜）や限外ろ過膜（ＵＦ膜）で汚泥の固液分離を行うことによって良好な処理水を得ることができる一方、ＢＯＤ容積負荷を高く設定した高負荷処理では、汚泥が膜に付着し易く、安定運転に課題がある。
本発明の目的は、有機性排水の生物処理の後段で膜分離を行う処理において、高い処理効率を維持しながら安定した膜による固液分離を行うことができる有機性排水の処理方法および有機性排水の処理装置を提供することにある。
本発明は、担体を備える反応槽により、好気条件で有機性排水を生物処理し、その生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する有機性排水の処理方法であって、前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行う、有機性排水の処理方法である。
前記有機性排水の処理方法において、前記反応槽内の溶解性リン濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上に維持して、前記生物処理を行うことが好ましい。
前記有機性排水の処理方法において、前記反応槽は、直列２段以上の反応槽から構成され、直列２段以上の反応槽のうちの少なくとも１つの反応槽において、前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行うことが好ましい。
前記有機性排水の処理方法において、前記反応槽は流動床式反応槽であり、前記反応槽のＢＯＤ容積負荷は１．５ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上であることが好ましい。
本発明は、担体を備える反応槽により、好気条件で有機性排水を生物処理し、その生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する有機性排水の処理装置であって、前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行う、有機性排水の処理装置である。
前記有機性排水の処理装置において、前記反応槽内の溶解性リン濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上に維持して、前記生物処理を行うことが好ましい。
前記有機性排水の処理装置において、前記反応槽は、直列２段以上の反応槽から構成され、直列２段以上の反応槽のうちの少なくとも１つの反応槽において、前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行うことが好ましい。
前記有機性排水の処理装置において、前記反応槽は流動床式反応槽であり、前記反応槽のＢＯＤ容積負荷は１．５ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上であることが好ましい。
本発明により、有機性排水の生物処理の後段で膜分離を行う処理において、高い処理効率を維持しながら安定した膜による固液分離を行うことができる有機性排水の処理方法および有機性排水の処理装置を提供することができる。
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る有機性排水の処理装置の一例の概略を図１に示し、その構成について説明する。
図１に示す有機性排水の処理装置１は、担体４４を備える反応槽１２により、好気条件で有機性排水を生物処理し、その生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する有機性排水の処理装置である。処理装置１は、例えば、担体４４を備え、好気条件で有機性排水を生物処理するための反応槽１２と、生物処理で得られた生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する膜分離装置４８と、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を検出する溶解性窒素濃度検出手段として、検出器２０と、反応槽１２に窒素源を添加する窒素源添加手段と、反応槽１２に流入する有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、反応槽１２への窒素源の添加を制御する制御手段として、制御装置１６と、を備える。処理装置１は、反応槽１２にリン源を添加するリン源添加手段を備えてもよい。
処理装置１は、原水である有機性排水を貯留する原水槽１０と、生物処理水を貯留する生物処理水槽１４と、窒素源を貯留する窒素源タンク２６と、リン源を貯留するリン源タンク３２と、を備えてもよい。処理装置１は、反応槽１２内の溶解性リン濃度を検出する溶解性リン濃度検出手段として、検出器２１を備えてもよい。処理装置１は、反応槽１２に流入する有機性排水のＢＯＤを測定するＢＯＤ測定手段を備えてもよい。
図１に示す処理装置１において、原水槽１０の原水出口には流入ライン２２の一端が接続され、反応槽１２の入口には流入ライン２２の他端が接続されている。流入ライン２２には原水ポンプ１８が設置されている。流入ライン２２における原水ポンプ１８の下流側には窒素源添加ライン２８の一端が接続され、窒素源タンク２６には窒素源添加ライン２８の他端が接続されている。流入ライン２２における原水ポンプ１８の下流側にはリン源添加ライン３４の一端が接続され、リン源タンク３２にはリン源添加ライン３４の他端が接続されている。窒素源添加ライン２８には窒素源添加ポンプ３０が設置され、リン源添加ライン３４にはリン源添加ポンプ３６が設置されている。反応槽１２の出口には生物処理水ライン２４の一端が接続され、生物処理水槽１４の入口には生物処理水ライン２４の他端が接続されている。生物処理水槽１４の出口には生物処理水ライン５０の一端が接続され、膜分離装置４８の入口には生物処理水ライン５０の他端が接続されている。膜分離装置４８の出口には処理水ライン５２の一端が接続されている。窒素源タンク２６、窒素源添加ライン２８、窒素源添加ポンプ３０等が、反応槽１２に窒素源を添加する窒素源添加手段として機能し、リン源タンク３２、リン源添加ライン３４、リン源添加ポンプ３６等が、反応槽１２にリン源を添加するリン源添加手段として機能する。
制御装置１６と、原水ポンプ１８、窒素源添加ポンプ３０、リン源添加ポンプ３６、検出器２０、検出器２１とはそれぞれ、有線または無線の電気的接続等によって接続されている。
反応槽１２内には、微生物を保持した担体４４が充填されている。担体４４は、特に限定されるものではないが、例えば、プラスチック製担体、スポンジ状担体、ゲル状担体等が挙げられる。
反応槽１２内の底部には、空気等の酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段として曝気装置４６が設置されている。曝気装置４６には、例えば、不図示のブロアが接続され、ブロアから供給される空気等の酸素含有気体が、曝気装置４６から反応槽１２内に供給される。
反応槽１２には、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を検出する検出器２０、反応槽１２内の溶解性リン濃度を検出する検出器２１が設置されている。検出器２０、検出器２１は、生物処理水槽１４または生物処理水ライン２４に設置されていてもよい。そして、生物処理水槽１４または生物処理水ライン２４において検出器２０、検出器２１により検出された生物処理水の溶解性窒素濃度や溶解性リン濃度を反応槽１２内の溶解性窒素濃度や溶解性リン濃度としてもよい。なお、溶解性窒素は、例えば、窒素源添加手段から供給された窒素源由来の窒素、有機性排水中に当初から含まれていたアンモニア態窒素、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素等である。また、溶解性リンは、例えば、リン源添加手段から供給されたリン源由来のリン、有機性排水中に当初から含まれていたリン化合物等である。
制御装置１６は、例えば、プログラムを演算するＣＰＵ、プログラムや演算結果を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータと電子回路等で構成され、ＲＯＭ等に記憶された所定のプログラムを読み出し、当該プログラムを実行して、処理装置１の動作を制御する。制御装置１６は、反応槽１２に流入する有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、反応槽１２への窒素源の添加を制御する機能を有する。制御装置１６は、例えば、原水ポンプ１８の稼働、停止を制御する。また、制御装置１６は、例えば、有機性排水中のＢＯＤや検出器２０により検出された溶解性窒素濃度等に基づいて、窒素源添加ポンプ３０の稼働、停止や窒素源添加ライン２８に設けられたバルブの開閉等を制御する。また、制御装置１６は、例えば、検出器２１により検出された溶解性リン濃度等に基づいて、リン源添加ポンプ３６の稼働、停止やリン源添加ライン３４に設けられたバルブの開閉等を制御する。
本実施形態に係る有機性排水の処理方法および処理装置１の動作について説明する。
処理装置１で処理される有機性排水、すなわち原水槽１０内に投入される有機性排水は、有機物を含有する排水である。
制御装置１６により、原水ポンプ１８が稼働されると、原水槽１０内の有機性排水が流入ライン２２を通り、反応槽１２に供給される。そして、曝気装置４６から空気等の酸素含有気体が反応槽１２に供給され、好気条件で、反応槽１２内で有機性排水中の有機物が、担体４４に付着した微生物等により生物処理される（生物処理工程）。反応槽１２で処理された生物処理水は、生物処理水ライン２４を通り生物処理水槽１４に供給される。生物処理水槽１４に貯留された生物処理水は、生物処理水ライン５０を通り膜分離装置４８に供給され、膜分離装置４８においてＳＳ成分等が膜分離される（膜分離工程）。膜分離処理された処理水は、処理水ライン５２を通り排出される。
本発明者らが鋭意検討したところ、有機性排水の生物処理の後段で膜分離を行う処理において、反応槽１２に流入する有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下の窒素枯渇状態に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、反応槽１２に窒素源を添加して、生物処理を行うことによって、高い処理効率を維持しながら、生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する膜分離装置４８において安定した膜による固液分離を行うことができることを見出した。有機物性排水の生物処理において後段の膜を用いた固液分離のろ過性能を向上させることができる。なお、本明細書において、有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満とは、有機性排水のＢＯＤ１００重量部に対して窒素が３重量部未満を意味し、有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：１～３とは、有機性排水のＢＯＤ１００重量部に対して窒素が１～３重量部を意味している。
以下に、溶解性窒素濃度の制御の一例について説明する。
処理装置１では、制御装置１６により、窒素源添加ポンプ３０が稼働されて、窒素源が反応槽１２内に導入される。この際、制御装置１６は、有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満での範囲で予め規定された規定重量比から、窒素源の供給量を算出し、算出した供給量の窒素源が反応槽１２内に供給されるように、窒素源添加ポンプ３０を制御する。有機性排水のＢＯＤの測定は、ＢＯＤ測定手段としてＢＯＤ測定装置を原水槽１０または流入ライン２２に設置して、ＢＯＤを随時測定してもよい。有機性排水のＢＯＤの測定は、例えば、ＪＩＳ Ｋ０１０２に規定される方法に従って行われる。当該方法によるＢＯＤの測定は時間が掛かることがあるため、処理装置１の運転前に予めＢＯＤの測定を行ってもよい。また、例えば、ＢＯＤ測定手段としてＴＯＣ測定装置を原水槽１０または流入ライン２２に設置して、有機性排水のＴＯＣを検出し、検出したＴＯＣからＢＯＤを推定してもよい。ＴＯＣは速やかに測定できるため、ＴＯＣからＢＯＤを推定する方法により、処理装置１を運転しながら、随時、有機性排水のＢＯＤを求めることができる。測定したＢＯＤは、窒素源の供給量算出のために、制御装置１６に記憶される。また、必要に応じて、有機性排水の窒素量を測定してもよい。測定した窒素量は、窒素源の供給量算出のために、制御装置１６に記憶される。
そして、制御装置１６は、検出器２０により検出された溶解性窒素濃度が、５ｍｇ／Ｌ以下、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３の範囲であれば、例えば、上記算出した窒素源の供給量が維持されるように、窒素源添加ポンプ３０を制御する。また、制御装置１６は、検出器２０により検出された溶解性窒素濃度が、５ｍｇ／Ｌを超える場合には、窒素源添加ポンプ３０の出力を制限し、窒素源の供給量を低減する。
反応槽１２内の溶解性リン濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上のリン残存状態に維持することが好ましく、０．５～１．０ｍｇ／Ｌの範囲に維持することがより好ましい。反応槽１２内のリン濃度が低く、検出器２１により検出された溶解性リン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ未満の場合には、制御装置１６は、リン源添加ポンプ３６を稼働させ、リン源を反応槽１２内に導入してもよい。また、有機性排水中のリン濃度が高く、検出器２１により検出された溶解性リン濃度が０．１ｍｇ／Ｌを超えるような場合であっても、リン源添加ポンプ３６を稼働させ、リン源を反応槽１２内に導入してもよい。ただし、放流基準等を考慮すれば、反応槽１２内の溶解性リン濃度の上限は８ｍｇ／Ｌ以下に維持することが好ましく、４ｍｇ／Ｌ以下に維持することがより好ましい。
反応槽１２内の溶解性窒素濃度および溶解性リン濃度の検出は、検出器によるオンライン分析が望ましいが、検出器を設置しない場合には、作業者によるマニュアル分析でもよい。
また、例えば、検出器２０を原水槽１０に設置し、有機性排水の溶解性窒素濃度等から、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を推定してもよい。この場合、例えば、予め実験等により、有機性排水の溶解性窒素濃度と反応槽１２内の溶解性窒素濃度の相関を示すマップ（または式やテーブル等）を作成し、これを制御装置１６に記憶させる。そして、制御装置１６は、検出器２０により検出された有機性排水の溶解性窒素濃度と、有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：１～３の範囲で設定された窒素源の供給量から求められる溶解性窒素濃度との和を、上記マップ等に当てはめて、反応槽１２内の溶解性窒素濃度を推定する。制御装置１６は、推定した反応槽１２内の溶解性窒素濃度が５ｍｇ／Ｌを超え、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：３よりも窒素が多い場合には、窒素源添加ポンプ３０の出力を制限し、窒素源の供給量を低減する。
また、例えば、検出器２１を原水槽１０に設置し、有機性排水の溶解性リン濃度から、反応槽１２内の溶解性リン濃度を推定してもよい。この場合、例えば、予め実験等により、有機性排水の溶解性リン濃度と反応槽１２内の溶解性リン濃度の相関を示すマップ（または式やテーブル等）を作成し、これを制御装置１６に記憶させる。そして、制御装置１６は、検出器２１により検出された有機性排水の溶解性リン濃度を上記マップ等に当てはめて、反応槽１２内の溶解性リン濃度を推定する。制御装置１６は、推定した反応槽１２内の溶解性リン濃度が０．１ｍｇ／Ｌ未満の場合には、リン源添加ポンプ３６を稼働させ、リン源を反応槽１２に導入してもよい。
図２は、本実施形態に係る有機性排水の処理装置の構成の他の一例を示す模式図である。図２の処理装置２において、図１の処理装置１と同様の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。図２の処理装置２は、反応槽として第１反応槽１２ａおよび第２反応槽１２ｂを有する反応槽群を備える。反応槽群は、第１反応槽１２ａを前段とし、第２反応槽１２ｂを後段として、第１反応槽１２ａおよび第２反応槽１２ｂを直列配置した構成となっている。なお、反応槽群は、反応槽を３段以上に直列配置した構成でもよい。
図２に示す処理装置２において、原水槽１０の原水出口には流入ライン２２ａの一端が接続され、第１反応槽１２ａの入口には流入ライン２２ａの他端が接続されている。流入ライン２２ａには原水ポンプ１８が設置されている。流入ライン２２ａにおける原水ポンプ１８の下流側には窒素源添加ライン２８ａの一端が接続され、窒素源タンク２６ａには窒素源添加ライン２８ａの他端が接続されている。流入ライン２２ａにおける原水ポンプ１８の下流側にはリン源添加ライン３４ａの一端が接続され、リン源タンク３２ａにはリン源添加ライン３４ａの他端が接続されている。窒素源添加ライン２８ａには窒素源添加ポンプ３０ａが設置され、リン源添加ライン３４ａにはリン源添加ポンプ３６ａが設置されている。第１反応槽１２ａの出口には流入ライン２２ｂの一端が接続され、第２反応槽１２ｂの入口には流入ライン２２ｂの他端が接続されている。流入ライン２２ｂには窒素源添加ライン２８ｂの一端が接続され、窒素源タンク２６ｂには窒素源添加ライン２８ｂの他端が接続されている。流入ライン２２ｂにはリン源添加ライン３４ｂの一端が接続され、リン源タンク３２ｂにはリン源添加ライン３４ｂの他端が接続されている。窒素源添加ライン２８ｂには窒素源添加ポンプ３０ｂが設置され、リン源添加ライン３４ｂにはリン源添加ポンプ３６ｂが設置されている。第２反応槽１２ｂの出口には生物処理水ライン２４の一端が接続され、生物処理水槽１４の入口には生物処理水ライン２４の他端が接続されている。生物処理水槽１４の出口には生物処理水ライン５０の一端が接続され、膜分離装置４８の入口には生物処理水ライン５０の他端が接続されている。膜分離装置４８の出口には処理水ライン５２の一端が接続されている。窒素源タンク２６ａ、窒素源添加ライン２８ａ、窒素源添加ポンプ３０ａ等が、第１反応槽１２ａに窒素源を添加する窒素源添加手段として機能し、窒素源タンク２６ｂ、窒素源添加ライン２８ｂ、窒素源添加ポンプ３０ｂ等が、第２反応槽１２ｂに窒素源を添加する窒素源添加手段として機能する。リン源タンク３２ａ、リン源添加ライン３４ａ、リン源添加ポンプ３６ａ等が、第１反応槽１２ａにリン源を添加するリン源添加手段として機能し、リン源タンク３２ｂ、リン源添加ライン３４ｂ、リン源添加ポンプ３６ｂ等が、第２反応槽１２ｂにリン源を添加するリン源添加手段として機能する。
制御装置１６と、原水ポンプ１８、窒素源添加ポンプ３０ａ，３０ｂ、リン源添加ポンプ３６ａ，３６ｂ、検出器２０ａ，２０ｂ、検出器２１ａ，２１ｂとはそれぞれ、有線または無線の電気的接続等によって接続されている。
第１反応槽１２ａ、第２反応槽１２ｂのそれぞれの内部には、微生物を保持した担体４４が充填されている。
第１反応槽１２ａ、第２反応槽１２ｂのそれぞれの内部の底部には、空気等の酸素含有気体を供給する酸素含有気体供給手段として曝気装置４６ａ，４６ｂが設置されている。曝気装置４６ａ，４６ｂにはそれぞれ、例えば、不図示のブロアが接続され、ブロアから供給される空気等の酸素含有気体が、曝気装置４６ａ，４６ｂから第１反応槽１２ａ、第２反応槽１２ｂのそれぞれの内部に供給される。
第１反応槽１２ａには、第１反応槽１２ａ内の溶解性窒素濃度を検出する検出器２０ａ、第１反応槽１２ａ内の溶解性リン濃度を検出する検出器２１ａが設置されている。第２反応槽１２ｂには、第２反応槽１２ｂ内の溶解性窒素濃度を検出する検出器２０ｂ、第２反応槽１２ｂ内の溶解性リン濃度を検出する検出器２１ｂが設置されている。第１反応槽１２ａの検出器２０ａ、検出器２１ａは、流入ライン２２ｂにおける窒素源添加ライン２８ｂおよびリン源添加ライン３４ｂの接続点の上流側に設置されていてもよい。そして、流入ライン２２ｂにおいて検出器２０ａ、検出器２１ａにより検出された生物処理水の溶解性窒素濃度や溶解性リン濃度を第１反応槽１２ａ内の溶解性窒素濃度や溶解性リン濃度としてもよい。第２反応槽１２ｂの検出器２０ｂ、検出器２１ｂは、生物処理水槽１４または生物処理水ライン２４に設置されていてもよい。そして、生物処理水槽１４または生物処理水ライン２４において検出器２０ｂ、検出器２１ｂにより検出された生物処理水の溶解性窒素濃度や溶解性リン濃度を第２反応槽１２ｂ内の溶解性窒素濃度や溶解性リン濃度としてもよい。
制御装置１６は、例えば、原水ポンプ１８の稼働、停止を制御する。また、制御装置１６は、例えば、有機性排水中のＢＯＤや検出器２０ａ，２０ｂにより検出された溶解性窒素濃度等に基づいて、窒素源添加ポンプ３０ａ，３０ｂの稼働、停止や窒素源添加ライン２８ａ，２８ｂに設けられたバルブの開閉等を制御する。また、制御装置１６は、例えば、検出器２１ａ，２１ｂにより検出された溶解性リン濃度等に基づいて、リン源添加ポンプ３６ａ，３６ｂの稼働、停止やリン源添加ライン３４ａ，３４ｂに設けられたバルブの開閉等を制御する。
次に、図２に示す処理装置２の動作について説明する。
制御装置１６により、原水ポンプ１８が稼働されると、原水槽１０内の有機性排水が流入ライン２２ａを通り、第１反応槽１２ａに供給される。そして、曝気装置４６ａから空気等の酸素含有気体が第１反応槽１２ａに供給され、好気条件で、第１反応槽１２ａ内で有機性排水中の有機物が、担体４４に付着した微生物等により生物処理される（第１生物処理工程）。第１反応槽１２ａで処理された第１生物処理水は、流入ライン２２ｂを通り、第２反応槽１２ｂに供給される。そして、曝気装置４６ｂから空気等の酸素含有気体が第２反応槽１２ｂに供給され、好気条件で、第２反応槽１２ｂ内で第１生物処理水中の有機物が、担体４４に付着した微生物等により生物処理される（第２生物処理工程）。第２反応槽１２ｂで処理された生物処理水は、生物処理水ライン２４を通り生物処理水槽１４に供給される。生物処理水槽１４に貯留された生物処理水は、生物処理水ライン５０を通り膜分離装置４８に供給され、膜分離装置４８においてＳＳ成分等が膜分離される（膜分離工程）。膜分離処理された処理水は、処理水ラインを通り排出される。
ここで、反応槽が２段以上で構成されている場合には、そのうちの少なくとも１つの反応槽において、反応槽に流入する有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、反応槽に窒素源を添加して、生物処理を行えばよい。これにより、高い処理効率を維持しながら、生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する膜分離装置において安定した膜による固液分離を行うことができる。なお、反応槽が２段以上で構成されている場合には、１段目の反応槽に流入する有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、１段目の反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、１段目の反応槽に窒素源を添加して、生物処理を行うことが好ましい。この場合、１段目の反応槽で有機物の大半が除去されて、２段目の反応槽内で除去する有機物は少なくなるため、２段目以降の反応槽で、溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるようにする制御を行わなくても、システム全体での高い処理効率を維持しながら、生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する膜分離装置において安定した膜による固液分離を行うことができる。
以下、本実施形態の処理装置の運転条件等を説明する。
反応槽１２内のｐＨは、微生物の育成等の点から、例えば、弱酸性～弱アルカリ性に調整されることが好ましく、ｐＨ６～８の範囲に調整されることがより好ましい。ｐＨ調整剤としては、酸やアルカリを用いればよい。
反応槽１２内の溶存酸素濃度は、例えば、０．５ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、１ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましい。反応槽１２内の溶存酸素濃度の上限は、特に制限はないが、例えば、５．０ｍｇ／Ｌ以下である。
反応槽１２は、担体が流動しない固定床式、担体が流動する流動床式のいずれでもよい。流動床式は原水のショートパスがおきにくい、メンテナンス性に優れる、導入コストが低い等といったメリットがあるため、流動床式反応槽であることが好ましい。
反応槽１２のＢＯＤ容積負荷（反応槽群の場合は全反応槽のＢＯＤ容積負荷）は、１．５ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上が好ましく、２．０ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上がより好ましい。反応槽１２のＢＯＤ容積負荷の上限は、特に制限はないが、例えば、８．０ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以下である。
窒素源としては、窒素化合物であればよく、特に制限はないが、例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、尿素等が挙げられる。工場で発生した余剰の廃硫酸アンモニウム等も適用可能である。
リン源としては、リン酸およびリン化合物であればよく、特に制限はないが、例えば、リン酸二カリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸一カリウム、リン酸一ナトリウム、リン酸アンモニウム等が挙げられる。
窒素源やリン源以外の栄養塩および微量元素を有機性排水中に添加してもよく、例えば、カルシウム、マグネシウム、鉄、銅、亜鉛、マンガン等が挙げられる。
担体４４は、例えば、プラスチック製担体、スポンジ状担体、ゲル状担体等が挙げられるが、これらの中では、コストや耐久性の点で、スポンジ状担体が好ましい。
担体４４のセル数（細孔の数）は、生物処理の処理速度を向上させる点で、好ましくは３０個／２５ｍｍ以上であり、より好ましくは３０個／２５ｍｍ以上、１００個／２５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは４０個／２５ｍｍ以上、１００個／２５ｍｍ以下であり、特に好ましくは４６個／２５ｍｍ以上、１００個/２５ｍｍ以下である。担体のセル数は、例えば、ＪＩＳ Ｋ ６５４００－１（附属書１）に基づいて求められる。
担体４４の表面積は、生物処理の処理速度を向上させる点で、好ましくは３０００ｍ２／ｍ３以上であり、より好ましくは３５００ｍ２／ｍ３以上であり、さらに好ましくは４０００ｍ２／ｍ３以上であり、特に好ましくは４５００ｍ２／ｍ３以上である。担体の表面積の上限は、セル数や担体の大きさ等を考慮して決めればよく、特に制限はない。
担体４４の生物付着量は、生物処理の処理速度を向上させる点で、５００ｍｇ／Ｌ以上であることが好ましく、１０００ｍｇ／Ｌ以上であることがより好ましい。担体の生物付着量は多ければ多い方がよく、特に上限はないが、上限は、例えば、５０００ｍｇ／Ｌである。
担体４４の形状は、特に限定されず、立方体状等の四角体状、粒状、球状、ペレット状、円筒状、繊維状、フィルム状等が挙げられる。
担体４４の大きさは、特に限定されず、反応槽１２の大きさや担体の形状等に応じて、適宜設定されればよく、例えば、立方体状であれば、一辺の長さが３～２０ｍｍの範囲が好ましく、球状であれば、径が０．５～２０ｍｍ程度の範囲が好ましい。担体４４の大きさは、ノギスまたはマイクロスコープ等を用いて測定することができる。
担体４４の比重は、反応槽１２の内部で流動状態を形成するために、例えば、少なくとも１．０より大きく、真比重として、１．１以上、または見かけ比重として、１．０１以上のものが好ましい。
反応槽１２への担体４４の投入量は、反応槽１２の容積に対して１０～７０％の範囲が好ましい。担体４４の投入量が反応槽１２の容積に対して１０％未満であると反応速度が小さくなる場合があり、７０％を超えると担体４４が流動しにくくなり、長期運転において汚泥による閉塞等で原水がショートパスし生物処理水質が悪くなる場合がある。
膜分離装置４８で用いられる膜は、例えば有機膜であり、生物処理水中のＳＳ成分（懸濁物質）等をろ過することができるものであればよく、特に制限はないが、例えば、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、精密ろ過膜（ＭＦ膜）等が挙げられる。限外ろ過膜の公称孔径は、０．０１μｍ以上、０．１μｍ未満であり、精密ろ過膜の孔径は、０．１μｍ以上、０．３μｍ以下である。
有機膜の材質は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳ）、酢酸セルロース（ＣＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等の有機膜が挙げられる。
膜分離装置４８は、例えば、モジュール型の膜ろ過装置であり、円筒状等の筒状の容器（ケーシング）に密閉されたろ過膜を有する加圧型の膜ろ過装置である。ろ過膜の形態としては、チューブラ膜、中空糸膜等が挙げられる。ろ過膜の通液方式は、内圧式、外圧式いずれの方式でもよい。膜分離装置４８としては、浸漬型の平膜を用いてもよい。
膜分離装置４８のＳＳ濃度を低く保ち、ろ過速度を高く設定するために、膜分離装置４８において膜で固液分離した汚泥は担体４４を備える反応槽１２には流入させないことが好ましい。
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
［試験条件］
反応槽容積：２Ｌ
担体：疎水性ポリウレタン製のスポンジ担体（セル数：４６個／２５ｍｍ、形状：立方体）
担体充填率：嵩体積として２０％充填
反応槽での滞留時間：６時間
反応槽のＢＯＤ容積負荷：約３．２ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ
反応槽内の水温：約２０℃、
反応槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ）：２ｍｇ／Ｌ以上
反応槽内のｐＨ：６．５～８．０
有機性排水：イソプロピルアルコール含有排水（ＢＯＤ約８００ｍｇ／Ｌ（ＢＯＤ／ＴＯＣ＝２．７）、Ｎ ２ｍｇ／Ｌ以下、Ｐ ０．１ｍｇ／Ｌ以下）
反応槽容積：２Ｌ
担体：疎水性ポリウレタン製のスポンジ担体（セル数：４６個／２５ｍｍ、形状：立方体）
担体充填率：嵩体積として２０％充填
反応槽での滞留時間：６時間
反応槽のＢＯＤ容積負荷：約３．２ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ
反応槽内の水温：約２０℃、
反応槽内の溶存酸素濃度（ＤＯ）：２ｍｇ／Ｌ以上
反応槽内のｐＨ：６．５～８．０
有機性排水：イソプロピルアルコール含有排水（ＢＯＤ約８００ｍｇ／Ｌ（ＢＯＤ／ＴＯＣ＝２．７）、Ｎ ２ｍｇ／Ｌ以下、Ｐ ０．１ｍｇ／Ｌ以下）
上記流動床式生物処理の生物処理水を、限外ろ過膜（ＵＦ膜）（外圧型、中空糸膜、材質：ＰＶＤＦ）を用い、フラックス３．０ｍ／ｄａｙで吸引ろ過し、その際の膜間差圧を評価した。
＜比較例１＞
窒素源として塩化アンモニウムとリン源としてリン酸を原水である有機性排水に添加し、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：６．６：１．１として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１９ｍｇ／Ｌで窒素残存状態であり、溶解性リン濃度も４．４ｍｇ／Ｌでリン残存状態であった。ＵＦ膜の膜間差圧は３６ｋＰａ、ＢＯＤ除去速度は２．８ｋｇ／ｍ３／ｄａｙであった。
窒素源として塩化アンモニウムとリン源としてリン酸を原水である有機性排水に添加し、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：６．６：１．１として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１９ｍｇ／Ｌで窒素残存状態であり、溶解性リン濃度も４．４ｍｇ／Ｌでリン残存状態であった。ＵＦ膜の膜間差圧は３６ｋＰａ、ＢＯＤ除去速度は２．８ｋｇ／ｍ３／ｄａｙであった。
＜比較例２＞
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：４．７：０．５として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１３ｍｇ／Ｌで窒素残存状態であり、溶解性リン濃度は０．０６ｍｇ／Ｌでリン枯渇状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は３３ｋＰａ、ＢＯＤ除去速度は２．９ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、比較例１と同等であった。
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：４．７：０．５として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１３ｍｇ／Ｌで窒素残存状態であり、溶解性リン濃度は０．０６ｍｇ／Ｌでリン枯渇状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は３３ｋＰａ、ＢＯＤ除去速度は２．９ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、比較例１と同等であった。
＜実施例１＞
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：２．８：０．９として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１．１ｍｇ／Ｌ（アンモニア性窒素濃度０．３ｍｇ／Ｌ）で窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は２．８ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は１２ｋＰａまで大幅に減少した。ＢＯＤ除去速度は２．７ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、高い除去速度を維持した。
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：２．８：０．９として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１．１ｍｇ／Ｌ（アンモニア性窒素濃度０．３ｍｇ／Ｌ）で窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は２．８ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は１２ｋＰａまで大幅に減少した。ＢＯＤ除去速度は２．７ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、高い除去速度を維持した。
＜実施例２＞
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：１．９：０．９として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１．０ｍｇ／Ｌ（アンモニア性窒素濃度０．２ｍｇ／Ｌ）で窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は３．６ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は１４ｋＰａまで大幅に減少した。ＢＯＤ除去速度は２．４ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、高い除去速度を維持した。
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：１．９：０．９として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１．０ｍｇ／Ｌ（アンモニア性窒素濃度０．２ｍｇ／Ｌ）で窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は３．６ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は１４ｋＰａまで大幅に減少した。ＢＯＤ除去速度は２．４ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、高い除去速度を維持した。
＜実施例３＞
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：１．０：０．８として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は２．６ｍｇ／Ｌ（アンモニア性窒素濃度０．４ｍｇ／Ｌ）で窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は５．３ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は１１ｋＰａまで大幅に減少した。ＢＯＤ除去速度は２．１ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、高い除去速度を維持した。
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：１．０：０．８として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は２．６ｍｇ／Ｌ（アンモニア性窒素濃度０．４ｍｇ／Ｌ）で窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は５．３ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は１１ｋＰａまで大幅に減少した。ＢＯＤ除去速度は２．１ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、高い除去速度を維持した。
＜比較例３＞
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：０．２：０．８として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１．６ｍｇ／Ｌで窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は６．５ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は９ｋＰａと低いが、ＢＯＤ除去速度は１．３ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、除去速度の大幅な低下がみられた。
比較例１の運転条件から、塩化アンモニウムとリン酸の添加量を減少させ、ＢＯＤ：Ｎ：Ｐは１００：０．２：０．８として反応槽へ流入させた。生物処理水の溶解性窒素濃度は１．６ｍｇ／Ｌで窒素枯渇状態となり、溶解性リン濃度は６．５ｍｇ／Ｌでリン残存状態となった。ＵＦ膜の膜間差圧は９ｋＰａと低いが、ＢＯＤ除去速度は１．３ｋｇ／ｍ３／ｄａｙとなり、除去速度の大幅な低下がみられた。
以上の結果から、反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下の窒素枯渇状態に維持し、かつ有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比を１００：１～３となるように窒素源を添加し、反応槽内の溶解性リン濃度をリン残存状態にすることによって、高い処理効率を維持しながら安定した膜処理が実施できることがわかった。生物処理の後段におけるＵＦ膜の膜間差圧を２０ｋＰａ以下とすることができ、かつ、ＢＯＤ除去速度を２ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上とすることができた。
このように、実施例の方法によって、有機性排水の生物処理の後段で膜分離を行う処理において、高い処理効率を維持しながら安定した膜による固液分離を行うことができた。
１，２ 処理装置、１０ 原水槽、１２ 反応槽、１２ａ 第１反応槽、１２ｂ 第２反応槽、１４ 生物処理水槽、１６ 制御装置、１８ 原水ポンプ、２０，２０ａ，２０ｂ，２１，２１ａ，２１ｂ 検出器、２２，２２ａ，２２ｂ 流入ライン、２４，５０ 生物処理水ライン、２６，２６ａ，２６ｂ 窒素源タンク、２８，２８ａ，２８ｂ 窒素源添加ライン、３０，３０ａ，３０ｂ 窒素源添加ポンプ、３２，３２ａ，３２ｂ リン源タンク、３４，３４ａ，３４ｂ リン源添加ライン、３６，３６ａ，３６ｂ リン源添加ポンプ、４４ 担体、４６，４６ａ，４６ｂ 曝気装置、４８ 膜分離装置、５２ 処理水ライン。
Claims (8)
- 担体を備える反応槽により、好気条件で有機性排水を生物処理し、その生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する有機性排水の処理方法であって、
前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法。 - 請求項１に記載の有機性排水の処理方法であって、
前記反応槽内の溶解性リン濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上に維持して、前記生物処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法。 - 請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法であって、
前記反応槽は、直列２段以上の反応槽から構成され、直列２段以上の反応槽のうちの少なくとも１つの反応槽において、前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法。 - 請求項１～３に記載の有機性排水の処理方法であって、
前記反応槽は流動床式反応槽であり、前記反応槽のＢＯＤ容積負荷は１．５ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上であることを特徴とする有機性排水の処理方法。 - 担体を備える反応槽により、好気条件で有機性排水を生物処理し、その生物処理水中のＳＳ成分を膜分離する有機性排水の処理装置であって、
前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理装置。 - 請求項５に記載の有機性排水の処理装置であって、
前記反応槽内の溶解性リン濃度を０．１ｍｇ／Ｌ以上に維持して、前記生物処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理装置。 - 請求項５または６に記載の有機性排水の処理装置であって、
前記反応槽は、直列２段以上の反応槽から構成され、直列２段以上の反応槽のうちの少なくとも１つの反応槽において、前記反応槽に流入する前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比が１００：３未満であり、前記反応槽内の溶解性窒素濃度を５ｍｇ／Ｌ以下に維持し、かつ前記有機性排水のＢＯＤ：窒素の重量比で１００：１～３となるように、前記反応槽に窒素源を添加して、前記生物処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理装置。 - 請求項５～７に記載の有機性排水の処理装置であって、
前記反応槽は流動床式反応槽であり、前記反応槽のＢＯＤ容積負荷は１．５ｋｇ／ｍ３／ｄａｙ以上であることを特徴とする有機性排水の処理装置。
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