JP2024009663A - 排水処理方法及び排水処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排水のろ過を継続的に実行でき、もって、排水中の有機物を有効に活用できる。【解決手段】排水に含まれる有機物を、活性汚泥を用いて分解すると共に、分解ろ過膜２１０を用いてその排水の固液分離を行う分解ろ過工程、分解ろ過工程とは逆方向にろ過膜２１０を洗浄液に通過させる逆洗工程とを含む排水処理方法である。分解ろ過工程において、固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の半分以上が回収可能となるように、ＨＲＴ及びＳＲＴを調整する。分解ろ過工程の処理中の排水内に担体２２０を存在させると共に、逆洗工程においてＣＥＢを行うことでファウリングを抑制する。【選択図】図３
Description
特許法第３０条第２項適用申請有り ［発行日］令和３年７月１２日 ［刊行物］第５８回下水道研究発表会講演集、日本下水道協会 ［公開日］令和３年８月４日 ［公開場所］北海道大学工学部（北海道札幌市北区北１３条西８丁目） ［開催日］令和３年８月１９日 ［集会名、開催場所］第５８回下水道研究発表会、ＡＴＣ（大阪府大阪市住之江区南港北２－１－１０）
本発明は、排水処理方法及び排水処理装置に関する。
下水等の排水中の有機物に嫌気性消化を適用することでメタンガスを発生させ、そのメタンガスを発電等に利用することがなされている。しかしながら、例えば、下水の処理に嫌気性消化を直接適用することはあまりなされていない。これは、下水中の有機物濃度が低すぎるためである。これについて、下水中の有機物サイズに着目すると、７０－８０％の有機物は０．１μｍ以上の寸法で存在している。このことに着目して、膜細孔径０．１μｍの精密ろ過膜（Ｍｉｃｒｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｍｅｍｂｒａｎｅ、ＭＦ）を用いた下水の直接ろ過が本発明者により提唱されている。これにより、下水中の多くの有機物を回収し、嫌気性消化を適用して発生させたメタンガスの利用に繋げることが考えられる。
Kimura et al., Effective physical cleaning and adequate membrane flux for direct membrane filtration (DMF) of municipal wastewater: Up-concentration of organic matter for efficient energy recovery，Separation and Purification Technology, 2017
しかしながら、非特許文献１の技術では、ろ過膜の目詰まり（ファウリング）が深刻である。これには、例えば、ろ過膜の膜洗浄により定期的にファウリングを除去するという対処法が考えられる。しかしながら、この場合は膜洗浄をかなり高効率に行わないと、ろ過を継続的に実行できず、その結果、排水中の有機物を有効に活用できないおそれがある。
本発明の目的は、排水のろ過を継続的に実行でき、もって、排水中の有機物を有効に活用できる排水処理方法及び排水処理装置を提供することにある。
本発明の排水処理方法は、排水に含まれる有機物を、活性汚泥を用いて分解すると共に、ろ過膜を用いてその排水の固液分離を行う分解ろ過工程と前記分解ろ過工程とは逆方向に前記ろ過膜に液体を通過させる逆洗工程とを含む排水処理方法であって、前記分解ろ過工程において、前記固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の半分以上が回収可能となるように、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）及び汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が調整されており、前記分解ろ過工程の処理中の排水内に担体を存在させると共に前記逆洗工程において薬品添加逆洗（ＣＥＢ）を行うことでファウリングを抑制する。
また、本発明の排水処理装置は、排水に含まれる有機物を、活性汚泥を用いて分解すると共に、ろ過膜を用いてその排水の固液分離を行う分解ろ過工程を実行する分解ろ過部と、前記分解ろ過工程とは逆方向に前記ろ過膜に液体を通過させる逆洗工程を実行する逆洗部とを備えており、前記分解ろ過工程において、前記固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の半分以上が回収可能となるように、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）及び汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が調整されており、前記分解ろ過工程の処理中の排水内に担体を存在させると共に前記逆洗工程において薬品添加逆洗（ＣＥＢ）を行うことでファウリングを抑制する。
分解ろ過工程において活性汚泥を用いて排水中の有機物を分解する。その際、固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の半分以上が回収可能となるように、ＨＲＴ及びＳＲＴを調整する。さらに、担体及びＣＥＢを用いてファウリングを抑制しつつ分解ろ過工程を行う。活性汚泥を用いた有機物の分解と担体及びＣＥＢとでファウリングの発生を効果的に抑制できる。このため、分解ろ過工程を長期に亘って継続でき、もって、排水中の多くの有機物を効率的に回収できる。
なお、分解ろ過工程の前処理として、排水中の有機物の沈殿処理等が実施されてもよい。本発明の「排水に当初含まれる有機物の半分以上が回収可能」とは、排水に対して分解ろ過工程の前処理が行われる場合において、その前処理で回収される有機物と分解ろ過工程後の残渣に含まれる有機物との合計の有機物が、当初（前処理前）の排水に含まれる有機物の半分以上となることをいう。
また、本発明においては、前記残渣中の有機物に対して嫌気性消化を施すことでメタンガスを発生させることが好ましい。これによると、排水由来の有機物から発生したメタンガスを活用できる。
また、本発明においては、前記固液分離において前記ろ過膜を通過したろ液にアンモニウムイオン、リン酸イオン及びカルシウムイオンが含まれており、前記ろ液を、ナノろ過膜を用いて、アンモニウムイオンを含んだ第１処理水と、リン酸イオン及びカルシウムイオンを含んだ第２処理水とに分離することが好ましい。これによると、アンモニウムイオンの回収の妨げとなる多価イオン（リン酸イオン及びカルシウムイオン）を分離する。このため、その後の工程においてアンモニウムイオンの回収が容易になる。
また、本発明においては、前記第１処理水からイオン交換によりアンモニウムイオンを分離することが好ましい。これによると、第１処理水は多価イオン（リン酸イオン及びカルシウムイオン）が分離されているため、アンモニウムイオンを高効率に回収できる。
また、本発明においては、前記固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の７０％以上が回収可能となることが好ましい。これによると、排水から大半の有機物が回収されるので、排水中の有機物を有効に活用可能である。なお、本発明の「排水に当初含まれる有機物の７０％以上が回収可能」とは、排水に対して分解ろ過工程の前処理が行われる場合において、その前処理で回収される有機物と分解ろ過工程後の残渣に含まれる有機物との合計の有機物が、当初（前処理前）の排水に含まれる有機物の７０％以上となることをいう。
また、本発明の排水処理装置においては、前記分解ろ過部が、前記活性汚泥を含んだ懸濁液を貯留し、排水が流入する処理槽であり、前記活性汚泥を引き抜くための配管が前記分解ろ過部に接続されており、前記分解ろ過部における前記配管との接続部に、前記活性汚泥を前記固液分離の残渣としての有機物と共に通過させる一方で前記担体を通過させないメッシュ部が設置されていることが好ましい。これにより、活性汚泥の引き抜きにおいて、担体が外部に流出するのが防止される。
本発明の一実施形態に係る排水処理方法に使用する排水処理装置１について図１～図３を参照しつつ説明する。排水処理装置１の対象となる排水は特に制限されない。下水、工場排水、家庭用排水、畜産排水等が含まれる。排水処理装置１は、図１に示すように沈殿槽１００、分解ろ過槽２００、嫌気性処理部３００、ナノろ過槽４００、洗浄液貯留槽２９０、リン回収槽５００、陽イオン交換槽６００及び制御部７００を有している。
制御部７００は排水処理装置１の各部の動作を制御する。制御部７００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリデバイス、入出力インタフェース等のハードウェアと、メモリデバイスに格納されたプログラムデータ等のソフトウェアとによって構築されている。ハードウェアがソフトウェアに従って各部の制御を実行する。
排水処理装置１による処理の対象となる排水（以下、処理対象水とする）の原水は、最初に沈砂池（図示なし）に流入する。この沈砂池において大きなごみや石、砂等が取り除かれる。これらが取り除かれた処理対象水は、流速を落としつつ沈殿槽１００に流入する。沈殿槽１００では、処理対象水中の一部の有機物が沈殿する。図２は、処理対象水の原水に当初含まれる有機物の成分構成を概念的に示している。このうち、「大きな有機物」は、沈殿槽１００を処理対象水が通過する間に、沈殿槽１００内に沈殿する程度の粒径の有機物を示す。その粒径は、およそ１０μｍ～１ｍｍの範囲である。なお、図２の「やや大きい有機物」は、およそ０．１μｍから１０μｍまでの範囲の粒径を有する有機物を、「小さな有機物」はおよそ０．１μｍ未満の粒径を有する有機物をそれぞれ示す。また、一例によると、当初含まれる有機物に対し、「大きな有機物」は３０％、「やや大きい有機物」は４０％、「小さな有機物」は３０％を占める。
沈殿槽１００は、ポンプ１２が設けられた配管１１を通じて後段の分解ろ過槽２００と接続されている（図３参照）。ポンプ１２の動作は制御部７００により制御される。ポンプ１２が作動すると、沈殿槽１００の上澄みがポンプ１２の作用により分解ろ過槽２００に流入する。また、沈殿槽１００における有機物を含む沈殿物は嫌気性処理部３００に送られる。
分解ろ過槽２００（本発明でいう分解ろ過部）は、処理対象水に対して膜分離活性汚泥法（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ；ＭＢＲ）と類似する処理を施す処理槽である。ただし、後述の通り、分解ろ過槽２００において実行される処理は、運転条件がＭＢＲと大きく異なっている。分解ろ過槽２００は、図３に示すように活性汚泥を含む懸濁液と、懸濁液に浸漬されたろ過膜２１０、担体２２０及び散気管２３０とを収容している。分解ろ過槽２００は、配管１１を通じて前段の沈殿槽１００と接続されており、沈殿槽１００において有機物が沈殿した後の処理対象水の上澄みが流入する。
ろ過膜２１０は、１又は複数個が分解ろ過槽２００内で懸濁液中に浸漬されて使用される。ろ過膜２１０は平板状の膜である。ろ過膜２１０には、セラミック製の無機膜で形成された精密ろ過膜が使用されている。ろ過膜２１０には、多数の細孔と、ろ過膜２１０の外部から細孔を通過した液体が合流する内部流路とが形成されている。細孔の径は０．０１～０．１μｍであることが好ましい。ろ過膜２１０には集水管（図示なし）が接続されている。
ろ過膜２１０の集水管は、ポンプ１４が設けられた配管１３を通じて後段のナノろ過槽４００と接続されている。ポンプ１４の動作は制御部７００により制御される。ポンプ１４が作動すると、懸濁液から主に液体が分離され、細孔を通じてろ過膜２１０の内部流路に流入する。つまり、懸濁液が固液分離される。この固液分離の残渣として、活性汚泥を含む固体が懸濁液中に残存する。一方、細孔を通過した液体は、ろ過膜２１０の内部流路を通じて集水管内の空間に流入する。集水管内の液体は配管１３を通じてナノろ過槽４００に送られる。
担体２２０には、粒状やスポンジ状のものが使用される。担体２２０の形状は、円筒、角筒、球等である。担体２２０の材質には、ポリエチレングリコール等の合成樹脂、木質系の材料等が使用される。担体２２０は、ろ過膜２１０に接触し、ろ過膜２１０におけるファウリングの発生を抑制する。ろ過膜２１０のファウリング抑制の効果を高めるように、担体２２０の材質、大きさ、使用量が適宜調整される。担体２２０の大きさは１～１０ｍｍが好ましい。担体２２０は、分解ろ過槽２００の有効体積の１～３０％程度の量を使用することが好ましい。
散気管２３０は、金属、樹脂等を材料とするパイプに、孔やスリットを設けた管である。散気管２３０は分解ろ過槽２００の内底部に配設されている。散気管２３０は空気を供給する曝気ブロア２３１と接続されている。曝気ブロア２３１の動作は制御部７００により制御される。曝気ブロア２３１が作動すると、曝気ブロア２３１から散気管２３０へ空気が供給され、散気管２３０の孔やスリットから、懸濁液中に気泡が放出される。活性汚泥中の微生物が気泡中の酸素を消費しつつ活動し、処理対象水中の有機物等を分解する。散気管２３０は、曝気量、分解ろ過槽２００の有効体積、ろ過膜２１０の大きさ又は個数等によって、適宜大きさ、個数が選択される。
分解ろ過槽２００は、ポンプ１６が設けられた配管１５を通じて洗浄液貯留槽２９０と接続されている。ポンプ１６の動作は制御部７００により制御される。洗浄液貯留槽２９０は、逆洗用の液体（以下、洗浄液という）を貯留している。洗浄液の薬品には、次亜塩素酸ナトリウム、クエン酸、シュウ酸、過酸化水素等が使用される。洗浄液貯留槽２９０の洗浄液は、ポンプ１６の作用により分解ろ過槽２００に流入する。これにより、ろ過膜２１０の薬品添加逆洗（Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｂａｃｋｗａｓｈ；ＣＥＢ、以下、「逆洗」とする）が実行される。逆洗の条件は、次亜塩素酸ナトリウム水溶液が使用される場合、その濃度が１，０００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下、より好ましくは５～５０ｐｐｍである。また、その他の条件は、フラックスが５～２５ＬＭＨ（Ｌ／ｍ２／時間）であり、逆洗の実施の頻度が５～２０分間ごとに１回、１回の実施長さが０．５～５分間である。一例として、１６ＬＭＨ（Ｌ／ｍ２／時間）のフラックスで１５分間ごとに４分間の逆洗の実施としてもよい。なお、ポンプ１６及び洗浄液貯留槽２９０は本発明でいう逆洗部に対応する。
分解ろ過槽２００は、ポンプ１８が設けられた配管１７及びポンプ２０が設けられた配管１９を通じて嫌気性処理部３００と接続されている。ポンプ１８及び２０の動作は制御部７００により制御される。ポンプ１８が作動すると、ろ過膜２１０の固液分離の結果として分解ろ過槽２００の内底部に溜まった活性汚泥がポンプ１８の作用により引き抜かれ、配管１７を通じて嫌気性処理部３００へと送られる。ポンプ２０が作動すると、後述の通り嫌気性処理部３００に送られた活性汚泥の一部がポンプ２０の作用により分解ろ過槽２００に返送される。
分解ろ過槽２００における配管１７との接続部にはメッシュ部２０１が設置されている。メッシュ部２０１は、有機物を含んだ活性汚泥を通過させるが担体２２０は通過できないような孔径を有する多数の細孔を有している。これにより、配管１７を通じて分解ろ過槽２００から活性汚泥が引き抜かれる際に、担体２２０が嫌気性処理部３００側へと流出するのが防止される。
分解ろ過槽２００は、制御部７００によるポンプ１２、１４、１６、１８及び２０並びに曝気ブロア２３１の制御により運転条件が調整されつつ稼働する。これにより、定期的又は不定期にろ過膜２１０の逆洗が行われつつ、活性汚泥による有機物の分解及びろ過膜２１０による固液分離が行われる。分解ろ過槽２００の運転条件は、水理学的滞留時間（Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ；ＨＲＴ）、汚泥滞留時間（Ｓｌｕｄｇｅ Ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ Ｔｉｍｅ；ＳＲＴ）及び散気管２３０からの曝気量によって規定される。ＨＲＴは、分解ろ過槽２００に対して処理対象水が流入してから流出するまでの平均的な時間であり、分解ろ過槽２００の有効体積を単位時間当たりの処理対象水の流入量で除算した値に相当する。ＨＲＴの調整は、ポンプ１２の制御における単位時間当たりの処理対象水の流入量の調整とポンプ１４の制御における単位時間当たりにろ過膜２１０を透過する液体の量の調整とによって行われる。ＳＲＴは、分解ろ過槽２００内の活性汚泥が分解ろ過層内に滞留する平均時間であり、分解ろ過槽２００の有効体積を単位時間当たりの汚泥引き抜き流量で除算した値に相当する。ＳＲＴの調整は、ポンプ１８の制御における単位時間当たりの活性汚泥の引き抜き量の調整とポンプ２０の制御における単位時間当たりの活性汚泥の供給量の調整とによって行われる。曝気量の調整は曝気ブロア２３１の制御により行われる。
本実施形態に係る運転条件は、分解ろ過槽２００において行われる有機物の分解及びろ過膜２１０による固液分離が以下の（１）～（３）を満たすように調整されている。（１）ろ過膜２１０による固液分離の残渣として分解ろ過槽２００の懸濁液中に残存する有機物の量が所望の範囲となる。（２）図２に示す「やや大きい有機物」の多くが固液分離の残渣として懸濁液中に残存する。（３）活性汚泥により分解される主な有機物は図２に示す「小さい有機物」である。
上記（１）において、所望の範囲とは、固液分離の残渣として懸濁液中に残存する有機物と沈殿槽１００の沈殿物中の有機物とを合わせたものが、処理対象水の原水に含まれる有機物の半分以上、好ましくは６０％（質量％、以下同様である）以上、より好ましくは７０％以上、さらに好ましくは８０％以上となるような範囲である。
上記運転条件は、上記（３）の通り「小さな有機物」を主な分解対象とする。このため、ＭＢＲにおいて通常実施される条件と比べ、本実施形態に係る運転条件はＳＲＴ及びＨＲＴの両方が小さい、場合によっては極めて小さい条件となる。一実施例において、ＨＲＴは３時間未満、ＳＲＴは２日間未満となる。これによると、「やや大きい有機物」の分解は抑制され、「小さい有機物」は分解されたり微生物フロックへの吸着が促進されたりして、処理対象水中の有機物の濃度が低下する。
嫌気性処理部３００には、沈殿槽１００の沈殿物に含まれる有機物と分解ろ過槽２００で固液分離により濃縮された活性汚泥とが送られてくる。分解ろ過槽２００からの活性汚泥には、ろ過膜２１０による固液分離の残渣として分解ろ過槽２００の懸濁液中に残存する有機物が含まれている。活性汚泥は、一部がポンプ２０の作用により配管１９を通じて分解ろ過槽２００に返送され、残りの部分が沈殿槽１００の沈殿物と共に嫌気性消化が施される。嫌気性消化は、メタン生成細菌を用いたメタン発酵による処理である。この処理により発生したメタンガスは、発電や暖房等の燃料として利用可能である。
ナノろ過槽４００はナノろ過膜を有している。ナノろ過槽４００は、分解ろ過槽２００と接続した配管１３と接続されており、分解ろ過槽２００のろ過膜２１０を通過したろ液が流入する。このろ液には、アンモニウムイオン、リン酸イオン、カルシウムイオン等が含まれる。ナノろ過膜はこのろ液を透過させた透過水（本発明でいう第１処理水）と濃縮水（本発明でいう第２処理水）とに分離させる。透過水に溶解した成分は、概ね、アンモニウムイオンを主とした一価イオンからなる。濃縮水に溶解した成分は、概ね、リン酸イオン、カルシウムイオン等の多価イオン及び残存した有機物からなる。ナノろ過槽４００において、膜の選定や運転条件の設定は、各イオンが適切に分離されるように行われる。一実施例において、透過水は、処理対象水の８０％程度、濃縮水が処理対象水の２０％程度となる。透過水は陽イオン交換槽６００に、濃縮水はリン回収槽５００にそれぞれ送られる（図１参照）。
陽イオン交換槽６００はイオン交換樹脂を用いたイオン交換膜を有している。陽イオン交換槽６００では、ナノろ過槽４００からの透過水がイオン交換膜を透過することにより、アンモニウムイオンが回収される。ナノろ過槽４００で透過水からカルシウムイオンが除去されているので、イオン交換によりアンモニウムイオンが効率よく回収される。イオン交換樹脂を透過した水は、水道水質基準を満たした超高度処理水となる。この超高度処理水は、さらに消毒等が施された後、川、海等に放流される。
リン回収槽５００では、従来公知の凝集沈殿法、硝石脱リン法、生物脱リン法等が行われて、リン酸イオンが回収される。また、ジルコニウムコーティングされたろ材を使用してリン酸イオンが回収されてもよい。また残存する有機物は従来公知の生物ろ過装置、生物膜処理装置やＭＢＲ処理装置などの生物学的処理方法によって分解される。処理後の濃縮水は、高度処理水となる。この高度処理水は、さらに消毒等が施された後、川、海等に放流される。
排水処理装置１は以下のように使用される。沈砂池等から送られた処理対象水が、沈殿槽１００に流入する。沈殿槽１００では沈殿工程が行われ、大きな有機物が沈殿する。沈殿した有機物は回収され、嫌気性処理部３００で処理される。
次に、ポンプ１２を駆動することで、配管１１を通じて沈殿槽１００から分解ろ過槽２００に処理対象水を流入させる。分解ろ過槽２００では、分解ろ過槽２００内の懸濁液と処理対象水を混合して分解ろ過工程を実施する。
分解ろ過工程では、分解ろ過槽２００内で懸濁液の活性汚泥中に含まれる微生物により処理対象水中の小さな有機物が分解される。活性汚泥は、ポンプ１８を駆動することで分解ろ過槽２００から定期的に引き抜かれると共に、ポンプ２０を駆動することで分解ろ過槽２００へと定期的に供給される。ポンプ１４を駆動することで集水管を通じてろ過膜２１０に負圧を加えると、分解ろ過槽２００内の処理対象水と混合した懸濁液が、ろ過膜２１０を通じて固液分離される。分解ろ過工程においては、担体２２０の作用によりろ過膜２１０のファウリングが抑制される。固液分離された後の処理対象水は、配管１３を通じてナノろ過槽４００に送られる。固液分離された後の残渣としての有機物は、配管１７を通じて活性汚泥と共に回収され、嫌気性処理部３００で処理される。
分解ろ過工程においては、上記（１）～（３）が満たされるようにＨＲＴ、ＳＲＴ及び曝気量が調整されている。このため、嫌気性処理部３００に供給される単位時間当たりの有機物が多く、嫌気性処理により多量のメタンガスを発生させることが可能である。
分解ろ過工程を実施し続けるとファウリングが進み、ろ過膜２１０のろ過性能を低下させてしまう。そこで、ファウリングによって排水処理の性能低下が過大になる前に（例えば定期的に）、ろ過膜２１０の逆洗工程を実施する。逆洗工程では、ポンプ１６以外のポンプの駆動を一旦停止し、ポンプ１６の駆動を開始する。これにより、洗浄液貯留槽２９０から配管１５を通じてろ過膜２１０へと洗浄液が送り出される。洗浄液がろ過膜２１０を透過する際にファウリングが取り除かれる。逆洗工程ではＣＥＢが用いられる。このため、ファウリングが効果的に解消する。
次に、ポンプ１４の駆動によって配管１３を通じてナノろ過槽４００に処理対象水を流入させる。ナノろ過槽４００ではナノろ過工程が実施され、処理対象水を透過水と濃縮水とに分離させる。透過水は回収されて、陽イオン交換槽６００で処理される。陽イオン交換槽６００では陽イオン交換工程が実施される。透過水中のアンモニウムイオンが除去され、超高度処理水となり、消毒等の最終処理が施され、川、海等に放流される。
また、濃縮水は回収されて、リン回収槽５００で処理される。リン回収槽５００では、リン回収工程が実施される。濃縮水中のリン酸イオンが回収されて、高度処理水となり、消毒等の最終処理が施され、川、海等に放流される。
沈殿槽１００から回収された大きな有機物、分解ろ過槽２００から回収されたやや大きい有機物は嫌気性処理部３００で処理される。嫌気性処理部３００では嫌気性処理工程が行われる。嫌気性処理部３００では有機物の嫌気性消化が行われ、これによって発生したメタンガスが回収される。
以上のような排水処理装置１によると、分解ろ過工程において活性汚泥を用いて排水中のちいさな有機物を分解する。その際、固液分離の残渣としてやや大きい有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の半分以上、好ましくは７０％以上が回収可能となるように、ＨＲＴ及びＳＲＴを調整する。さらに、担体２２０及び次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いてファウリングを抑制しつつ分解ろ過工程を行う。
以上の通り、活性汚泥を用いた有機物の分解と担体２２０及び次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使用することでファウリングの発生を抑制するので、分解ろ過工程を長期に亘って継続でき、もって、排水中の多くの有機物を効率的に回収できる。排水から大半の有機物が回収されるので、排水中の有機物を有効に活用可能である。このような分解ろ過工程の特徴は、換言すると、分解ろ過槽２００に流入する処理対象水に含まれる溶存態有機物については活性汚泥を用いて分解すると共に、ろ過膜２１０の細孔径以上の寸法を有する有機物は分解を抑制して濃縮・回収することにある。
また、沈殿槽１００及び分解ろ過槽２００から回収した処理対象水由来の有機物から発生したメタンガスを活用できる。
また、ナノろ過工程において、アンモニウムイオンの回収の妨げとなる多価イオン（リン酸イオン及びカルシウムイオン）を分離する。このため、透過水は多価イオンが除去されていることにより、陽イオン交換工程においてアンモニウムイオンの回収が容易になり、高効率でアンモニウムイオンが回収できる。
［実施例］
以下、上述の実施形態に係る実施例について説明する。本実施例では、上述の実施形態に係る排水処理装置１に分解ろ過工程及び逆洗工程を行わせた。分解ろ過槽２００の活性汚泥は、処理施設に設置されたＭＢＲ装置から採取した余剰汚泥を使用した。分解ろ過槽２００は、有効体積８．４Ｌのものを使用した。分解ろ過槽２００内の液温は１９．４℃であった。散気管２３０には、エアーストーンを使用して、曝気量４Ｌ／分で常時曝気を行った。担体２２０は、ポリエチレングリコールで作製された円筒の直径及び高さが４ｍｍのものを使用した。担体２２０は分解ろ過槽２００の有効体積に対して３０％ｖ／ｖを使用した。ろ過膜２１０は、膜細孔０．１μｍ、膜面積０．２０４８ｍ２のセラミック平膜（明電舎製）４枚を分解ろ過槽２００に装着した。ろ過条件として、フラックスは２０ＬＭＨ、ＳＲＴは０．５日間、ＨＲＴは１．６時間として、運転を行った。逆洗は、５０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いて１５分に一度１６ＬＭＨで４分間実施した。
以下、上述の実施形態に係る実施例について説明する。本実施例では、上述の実施形態に係る排水処理装置１に分解ろ過工程及び逆洗工程を行わせた。分解ろ過槽２００の活性汚泥は、処理施設に設置されたＭＢＲ装置から採取した余剰汚泥を使用した。分解ろ過槽２００は、有効体積８．４Ｌのものを使用した。分解ろ過槽２００内の液温は１９．４℃であった。散気管２３０には、エアーストーンを使用して、曝気量４Ｌ／分で常時曝気を行った。担体２２０は、ポリエチレングリコールで作製された円筒の直径及び高さが４ｍｍのものを使用した。担体２２０は分解ろ過槽２００の有効体積に対して３０％ｖ／ｖを使用した。ろ過膜２１０は、膜細孔０．１μｍ、膜面積０．２０４８ｍ２のセラミック平膜（明電舎製）４枚を分解ろ過槽２００に装着した。ろ過条件として、フラックスは２０ＬＭＨ、ＳＲＴは０．５日間、ＨＲＴは１．６時間として、運転を行った。逆洗は、５０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いて１５分に一度１６ＬＭＨで４分間実施した。
［実施例１］
分解ろ過工程におけるろ過膜２１０の膜間差圧（Ｔｒａｎｓ－Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ＴＭＰ）の計時変化の計測を、逆洗工程における洗浄液の次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度条件を変更しつつ複数回行った。図４（ａ）は次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度が１０００ｐｐｍ、（ｂ）は５００ｐｐｍ、（ｃ）は１００ｐｐｍ、（ｄ）は５０ｐｐｍとした際のＴＭＰを示すグラフである。特に、図４（ｄ）で示すように、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度が５０ｐｐｍの場合、分解ろ過工程が４８時間経過してもＴＭＰは上昇せず、ファウリングがほとんど生じなかった。
分解ろ過工程におけるろ過膜２１０の膜間差圧（Ｔｒａｎｓ－Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ＴＭＰ）の計時変化の計測を、逆洗工程における洗浄液の次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度条件を変更しつつ複数回行った。図４（ａ）は次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度が１０００ｐｐｍ、（ｂ）は５００ｐｐｍ、（ｃ）は１００ｐｐｍ、（ｄ）は５０ｐｐｍとした際のＴＭＰを示すグラフである。特に、図４（ｄ）で示すように、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度が５０ｐｐｍの場合、分解ろ過工程が４８時間経過してもＴＭＰは上昇せず、ファウリングがほとんど生じなかった。
［実施例２］
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度を５０ｐｐｍとして４日間分解ろ過工程及び逆洗工程を実施し、ろ過膜２１０のＴＭＰの計時変化を計測することをＲｕｎ４．１及びＲｕｎ４．２として２回行った。図５に示すように、２回の計測のいずれにおいても、４日間経過してもＴＭＰの上昇が抑えられ、ファウリングも抑制された。また、化学的酸素要求量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ；ＣＯＤ）の測定結果に基づく有機物の回収率は、分解ろ過槽２００への流入時の処理対象水に含まれる有機物に対して５０～６０％であった。最初沈殿池（沈殿槽１００に対応）で沈殿した有機物とあわせると７５％程度の有機物を回収できた。
次亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度を５０ｐｐｍとして４日間分解ろ過工程及び逆洗工程を実施し、ろ過膜２１０のＴＭＰの計時変化を計測することをＲｕｎ４．１及びＲｕｎ４．２として２回行った。図５に示すように、２回の計測のいずれにおいても、４日間経過してもＴＭＰの上昇が抑えられ、ファウリングも抑制された。また、化学的酸素要求量（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｍａｎｄ；ＣＯＤ）の測定結果に基づく有機物の回収率は、分解ろ過槽２００への流入時の処理対象水に含まれる有機物に対して５０～６０％であった。最初沈殿池（沈殿槽１００に対応）で沈殿した有機物とあわせると７５％程度の有機物を回収できた。
図６は、２、３及び４日目のそれぞれの分解ろ過槽２００における流入液及び流出液のそれぞれの全有機炭素（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ；ＴＯＣ）及びＣＯＤ、全りん（Ｔｏｔａｌ－Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ；Ｔ－Ｐ）並びに全窒素（Ｔｏｔａｌ－Ｎｉｔｒｏｇｅｎ；Ｔ－Ｎ）の測定結果である。図６に示すように、特に、Ｒｕｎ４．２の４日目のＴＯＣ／ＣＯＤ濃度は、通常のＭＢＲに匹敵する程であり、活性汚泥法よりも大幅に低い濃度であった。
［比較例］
分解ろ過槽２００内に担体２２０を投入せず、５０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を逆洗工程の洗浄液として使用しつつ分解ろ過工程を行った。図７（ａ）はその際のＴＭＰの測定結果である。また、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた逆洗を実施せず、逆洗時間に相当する長さの期間、ろ過を休止させ、分解ろ過槽２００内に担体２２０を投入して分解ろ過工程を行った。図７（ｂ）はその際のＴＭＰの測定結果である。図７（ｂ）の結果の方が、図７（ａ）の結果よりもＴＭＰの上昇が小さくなったが、いずれもＴＭＰの上昇が速い結果となった。
分解ろ過槽２００内に担体２２０を投入せず、５０ｐｐｍの次亜塩素酸ナトリウム水溶液を逆洗工程の洗浄液として使用しつつ分解ろ過工程を行った。図７（ａ）はその際のＴＭＰの測定結果である。また、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を用いた逆洗を実施せず、逆洗時間に相当する長さの期間、ろ過を休止させ、分解ろ過槽２００内に担体２２０を投入して分解ろ過工程を行った。図７（ｂ）はその際のＴＭＰの測定結果である。図７（ｂ）の結果の方が、図７（ａ）の結果よりもＴＭＰの上昇が小さくなったが、いずれもＴＭＰの上昇が速い結果となった。
＜その他の変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。
上述の実施形態では、ろ過膜２１０にセラミック製の膜が使用されている。これに対し、セラミック以外の素材からなる膜が使用されてもよい。例えば、酢酸セルロース、ポリエチレン、ポリアミド等の膜が使用されてもよい。また、ろ過膜２１０に精密ろ過膜が使用されているが、限外ろ過膜が使用されてもよい。
上述の実施形態に係る排水処理装置１は下水を処理するものである。これに対し、工業廃水や農業廃水、バイオトイレの汚水等、下水以外の排水であって有機物を含むものを処理する用途に本発明が適用されてもよい。
１ 排水処理装置
２００ 分解ろ過槽
２１０ ろ過膜
２９０ 洗浄液貯留槽
１００ 沈殿槽
２００ 分解ろ過槽
３００ 嫌気性処理部
４００ ナノろ過槽
５００ リン回収槽
６００ 陽イオン交換槽
７００ 制御部
２００ 分解ろ過槽
２１０ ろ過膜
２９０ 洗浄液貯留槽
１００ 沈殿槽
２００ 分解ろ過槽
３００ 嫌気性処理部
４００ ナノろ過槽
５００ リン回収槽
６００ 陽イオン交換槽
７００ 制御部
Claims (7)
- 排水に含まれる有機物を、活性汚泥を用いて分解すると共に、ろ過膜を用いてその排水の固液分離を行う分解ろ過工程と前記分解ろ過工程とは逆方向に前記ろ過膜に液体を通過させる逆洗工程とを含む排水処理方法であって、
前記分解ろ過工程において、前記固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の半分以上が回収可能となるように、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）及び汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が調整されており、
前記分解ろ過工程の処理中の排水内に担体を存在させると共に前記逆洗工程において薬品添加逆洗（ＣＥＢ）を行うことでファウリングを抑制することを特徴とする排水処理方法。 - 前記残渣中の有機物に対して嫌気性消化を施すことでメタンガスを発生させることを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
- 前記固液分離において前記ろ過膜を通過したろ液にアンモニウムイオン、リン酸イオン及びカルシウムイオンが含まれており、
前記ろ液を、ナノろ過膜を用いて、アンモニウムイオンを含んだ第１処理水と、リン酸イオン及びカルシウムイオンを含んだ第２処理水とに分離することを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理方法。 - 前記第１処理水からイオン交換によりアンモニウムイオンを分離することを特徴とする請求項３に記載の排水処理方法。
- 前記固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の７０％以上が回収可能となることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理方法。
- 排水に含まれる有機物を、活性汚泥を用いて分解すると共に、ろ過膜を用いてその排水の固液分離を行う分解ろ過工程を実行する分解ろ過部と、
前記分解ろ過工程とは逆方向に前記ろ過膜に液体を通過させる逆洗工程を実行する逆洗部とを備えており、
前記分解ろ過工程において、前記固液分離の残渣として有機物を残存させることにより、排水に当初含まれる有機物の半分以上が回収可能となるように、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）及び汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が調整されており、
前記分解ろ過工程の処理中の排水内に担体を存在させると共に前記逆洗工程において薬品添加逆洗（ＣＥＢ）を行うことでファウリングを抑制することを特徴とする排水処理装置。 - 前記分解ろ過部が、前記活性汚泥を含んだ懸濁液を貯留し、排水が流入する処理槽であり、
前記活性汚泥を引き抜くための配管が前記分解ろ過部に接続されており、
前記分解ろ過部における前記配管との接続部に、前記活性汚泥を前記固液分離の残渣としての有機物と共に通過させる一方で前記担体を通過させないメッシュ部が設置されていることを特徴とする請求項６に記載の排水処理装置。
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|---|---|---|---|
| JP2022111355A JP2024009663A (ja) | 2022-07-11 | 2022-07-11 | 排水処理方法及び排水処理装置 |
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| JP2024009663A true JP2024009663A (ja) | 2024-01-23 |
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- 2022-07-11 JP JP2022111355A patent/JP2024009663A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A80 | Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention |
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