JP3721092B2 - 活性汚泥の固液分離方法及び装置 - Google Patents

活性汚泥の固液分離方法及び装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚水処理に関するもので、活性汚泥の固液分離や余剰汚泥の濃縮等に係わるものであり、有機性工業廃水や生活排水等の処理に用いることができる活性汚泥の固液分離方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、活性汚泥による水処理では、処理水を得るためには活性汚泥の固液分離を行わなければならない。通常は、活性汚泥混合液を沈殿池に導入させ、重力沈降によって、汚泥を沈降させ、上澄液を処理水として沈殿池から流出させる方法が用いられている。この場合、活性汚泥を沈降させるため十分な沈降面積及び滞留時間を有する沈殿池が必要であり、処理装置の大型化と設置容積の増大要因となっている。また、活性汚泥がバルキング等、沈降性の悪化した場合、沈殿池より汚泥が流出し、処理水の悪化を招くという問題がある。
【0003】
近年、沈殿池に代わって、膜分離による活性汚泥の固液分離を行う手法も用いられている。この場合、固液分離用膜として、一般的に精密ろ過膜や限外ろ過膜が用いられている。
しかし、膜分離法では、ろ過分離手段として、ポンプによる吸引や加圧が必要であり、通常数+kPa〜数百kPaの圧力で行うため、ポンプによる動力消費が大きく、ランニングコストの増大となっている。また、膜分離でSSの全くない清澄な処理水が得られる一方、透過Fluxが低く、膜汚染を防止するため、定期的に薬洗する必要がある。
【0004】
最近、沈殿池に代わる活性汚泥の固液分離法として、曝気槽に不織布等の通気性シートからなるろ過体を浸漬させ、活性汚泥混合液をろ過体表面に沿って流すようにしてろ過を行うことにより低い水頭圧でろ過水を得る方法が知られている。この場合、ろ過体表面に形成された汚泥のダイナミックろ過層による分離で清澄なろ過水が得られる。また、ダイナミックろ過層の形成手法として、ろ過体表面の活性汚泥流速を平均0.05m/s〜0.4m/s、好ましくは0.15〜0.25m/sに制御する活性汚泥ろ過方法がある。この公開公報で、ろ過体表面流速が0.2m/sの時、ろ過Fluxは約2m/sで、ろ過継続時間2.5h以上となっている。これに対し、ろ過体表面流速が0.03m/sの時、ろ過Fluxは初期4.1m/dであるが、45分後に3.3m/dまで低下し、短時間でろ過Fluxが低下するとされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、ダイナミックろ過について研究し、ろ過体表面流速とろ過Fluxの関係を検討した結果、ろ過体表面の流速を0.05〜0.4m/s、特に好ましいとされる0.15〜0.25m/sとした場合、ろ過体表面の汚泥流動が激しく、汚泥の均一なダイナミックろ過層の形成が困難であり、有効なろ過面積も得られない。そして、この場合、微細な汚泥フロックによるろ過体表面の閉塞が早く、空洗や水洗を行っても効果が少ないことを見出した。
【0006】
その上、ろ過体の洗浄直後においては、表面流速は0.05m/s未満のほうが、安定したダイナミックろ過層が5分以内と極めて短時間で形成され、ろ過Fluxが5m/d以上のろ過を4時間以上継続できるという知見を得た。さらに、表面流速が0.05m/s未満の条件では、ろ過体表面に形成されたダイナミックろ過層が、空洗のみで容易に剥離できることが確認できた。また、ろ過体内部の侵入汚泥は水逆洗によって容易に排出することができることも確認できた。また、ろ過モジュールを生物反応槽に直接浸漬した場合、生物反応槽に流入した原水中有機物が分解不十分で残留した時、ろ過体表面に付着し、生物膜を形成させ、ろ過Fluxを低下させる原因となる。生物反応槽浸漬型ろ過モジュールが洗浄時についてについては、ろ過水の取水を停止する必要があるため、安定したろ過水量を得ることが困難である。
【0007】
ところで、ダイナミックろ過法を実用化する場合、十分な量のろ過水を得るとともに低いランニングコストで実施するという必要があるので、上記した条件を実際のろ過分離槽で実現することは困難であった。
本発明は上記従来の問題点を解決し、少ない動力で多量のろ過水を安定して得られ、少ない設置面積で活性汚泥の固液分離が可能な、処理装置がコンパクト化できる活性汚泥の固液分離方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
(1)通水性ろ過体を用い、活性汚泥混合液をろ過体表面に沿って流すことによりろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成してろ過水を得る汚水処理の固液分離方法において、通水性ろ過体を浸漬設置できるろ過分離槽を少なくとも2段以上直列に配置し、活性汚泥処理を行う生物反応槽から活性汚泥混合液を第1段のろ過分離槽に供給し、該ろ過分離槽内のろ過体モジュールよりろ過水を得る一方、該ろ過分離槽を流出する活性汚泥混合液を水頭差を利用して第2段ろ過分離槽に導入することを特徴とする活性汚泥の固液分離方法。
【0009】
(2)生物反応槽が、嫌気槽と好気槽より構成される嫌気・好気法、または脱窒槽と硝化槽より構成される循環式硝化・脱窒法である場合、好気槽または硝化槽からの活性汚泥混合液をろ過分離槽に供給し、ろ過分離槽からの流出汚泥を嫌気槽または脱窒槽に返送することを特徴とする前記(1)記載の活性汚泥の固液分離方法。
(3)ろ過分離槽のろ過体表面を通過する活性汚泥混合液の平均流速は、0.05m/s未満であることを特徴とする前記(1)又は(2)記載の活性汚泥の固液分離方法。
(4)各ろ過分離槽内のろ過体モジュールに対する空洗及び逆水洗を、ろ過分離槽ごとに順次行うことを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項記載の活性汚泥の固液分離方法。
【0010】
(5)通水性ろ過体を用い、活性汚泥混合液をろ過体表面に沿って流すことによりろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成してろ過水を得る汚水処理の固液分離装置において、ろ過体を浸漬設置できるろ過分離槽を少なくとも2段以上直列に配置し、活性汚泥処理を行う生物反応槽から活性汚泥混合液の供給管を第1段のろ過分離槽に結合し、第1段のろ過分離槽の活性汚泥混合液流出管を水頭差を利用して第2段のろ過分離槽に結合し、第2段のろ過分離槽の活性汚泥混合液流出管を設けたことを特徴とする活性汚泥の固液分離装置。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の活性汚泥の固液分離方法の実施の形態について説明する。
本発明によれば、通水性ろ過体を用い、活性汚泥混合液をろ過体表面に沿って流すことによりろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成して、ろ過水を得る活性汚泥の固液分離方法において、ろ過分離槽を2段以上直列に配置することによって、第1段のろ過分離槽にポンプで活性汚泥混合液を供給すれば、2段目以降のろ過分離槽にも重力沈降によって活性汚泥混合液を導入することができることから、少ない動力で多量のろ過水を得られる。
活性汚泥混合液は、ろ過分離槽の底部又は上部のいずれに供給しても同様な効果が得られる。活性汚泥混合液をろ過分離槽の底部又は上部に供給する場合、以下の効果がある。
混合汚泥が必ずろ過体表面を均一に通過するので、ろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層が均一に形成される。
また、更に好ましくはろ過分離槽の上部に供給する。このろ過分離槽の上部に供給する場合には以下の効果がある。流入混合汚泥がろ過体表面に対する流速が低く、汚泥沈降速度以下であっても、重力沈降で、混合汚泥が必ずろ過体表面を均一に通過するので、ろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層が均一に形成される。
【0012】
また、第2段以降のろ過分離槽を通過する活性汚泥混合液の平均流速は、第1段より低くなっていることから、2段目以降のろ過分離槽においても、良好なダイナミックろ過層が形成でき、安定したろ過水量を得られる。これは第2段のろ過分離槽においてはそこに入る活性汚泥混合液の量が第1段のろ過分離槽でろ過分離されたろ過水の量だけ第1段に入る活性汚泥混合液の量より減るためである。
最後のろ過分離槽を通過する汚泥循環流量が少ない上に、高いMLSS濃度が維持できることから、生物反応槽へ返送すれば、従来の返送汚泥と同様な機能が得られる。このため、従来の沈殿池より少ない設置面積で活性汚泥の固液分離が可能となる。
【0013】
本発明を、嫌気・好気法または循環式硝化脱窒活性汚泥法に適用した場合、最後のろ過分離槽を通過する汚泥循環液を嫌気槽または脱窒槽に返送すれば、従来と同様な効果が得られることから、新たに循環用のポンプが不要となる。
また、ろ過モジュールに対する空洗及び水逆洗は、各ろ過分離槽毎に行えることから、洗浄に伴うろ過停止は、全てのろ過モジュールに対して行う必要がなく、常時ろ過水が得られ、洗浄に伴う処理水量の停止がなくなる。空洗用ブロワ及び水逆洗用ポンプは、1段のろ過モジュールに対応できる能力があればよいことから、低出力の機器でも大量のろ過モジュールに対する空洗及び水逆洗を行うことができ、処理装置としてはコンパクトとなる。
【0014】
通水性ろ過体としては、不織布、ろ布、金属網等のいずれを用いても同様な効果が得られる。また、ろ過体形状としては、平面型、円筒型、中空型のいずれを用いることも可能であり、複数個を束ねてモジュールろ過体として用いることが可能である。
通水性ろ過体によりろ過分離できる対象汚泥としては、活性汚泥、凝集汚泥、初沈汚泥等の何れも可能である。また、SSの高い排水、河川水等の固液分離として用いることも可能である。
【0015】
活性汚泥の固液分離時において、汚泥混合液を、通水性ろ過体を設置したろ過分離槽に供給してろ過する場合、曝気槽からの流出液を用いることが好ましい。また、供給する汚泥流量は、流入水量の3〜4倍以下とすることが望ましい。なお、この場合、活性汚泥混合液中にBODの残留が全くないように、曝気槽のBOD負荷を適切に管理することが好ましい。
【0016】
【実施例】
以下に、本発明を実施態様の一例を示す図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は下記の実施例のみに限定されるものではない。
【0017】
実施例1
図1は、団地下水(以下「原水」ともいう)に対する本発明による処理法の一例をフローシートで示すものである。
図1に示す如く、流入原水1が生物反応槽2に流入し、生物反応槽2において活性汚泥による好気処理を行う。活性汚泥混合液3は、汚泥供給ポンプ4より第1ろ過分離槽5の下部に供給される。該ろ過分離槽5に供給された活性汚泥混合液3は、第1ろ過モジュール6により固液分離される。水頭圧差で得られるろ過水7は、処理水槽20に導入される一方、第1ろ過分離槽5から流出する汚泥液8は、自然流下で第2ろ過分離槽9の底部に導入される。同時に第2ろ過モジュール10により水頭圧差で得られるろ過水7は、処理水槽20に導入される。同じく、第2ろ過分離槽9から流出する汚泥液11は、第3ろ過分離槽12の底部に導入され、第3ろ過モジュール13より水頭圧差で得られるろ過水7は、処理水槽20に導入される。第3ろ過分離槽12から流出する活性汚泥混合液は、返送汚泥19として生物反応槽2に返送される。なお、余剰汚泥21の排出は、返送汚泥ラインからの引き抜きで行われる。
【0018】
ろ過モジュールの洗浄は、定期的にろ過を停止し、空洗+水逆洗により行われる。空洗時は空洗ブロワ11を起動させ、ろ過水槽底部に設置された洗浄用散気管16を通じて曝気して行われる。水逆洗は空洗終了直後に行う。水逆洗時は水逆洗ポンプ17を起動させ、処理水タンク20の処理水を、ろ過モジュール上部よりモジュール内部に導入して行われる。洗浄後の水逆洗排水は、モジュール下部の排泥ライン22より排出して、生物反応槽2に返送される。なお、各ろ過分離槽に対する空洗は、空洗電磁弁15−1〜15−3の何れかを開放することで、単独で順次に行うことができる。水逆洗も、水逆洗用電磁弁18−1〜18−3の何れかを開放すれば、順次に行うことができる。
第1表に実施例での生物反応槽の処理条件を示す。第2表にろ過モジュールを設置したろ過分離槽の処理条件を示す。
【0019】
【表1】
Figure 0003721092
【0020】
第1表に示すように、生物反応槽への原水流入量が30m3 /dであり、ろ過分離槽からの汚泥返送量を30m3 /dとした。生物処理槽のMLSSを約2500mg/リットルとした。この場合、槽全体のBOD負荷が約0.10kg/kg・dであった。
【0021】
生物反応槽において、流入原水のBODを完全に分解除去し、固液分離槽へ流入する活性汚泥混合液中に、未分解BODの残留がまったくないため、固液分離槽において、ろ過分離にともなうろ過体表面の生物汚染を抑制することが可能である。この結果、ろ過体寿命が長くなり、安定したろ過水量を長期間にわたって確保することができる。上述の処理効果を得るためには、生物処理槽のBOD負荷を0.3kg/kg・d以下とするのが好ましい。また、嫌気・好気法、硝化脱窒法等のBODだけでなく、N、Pも除去する生物的方法にも適用できる。
【0022】
第2表に、固液分離槽の処理条件を示す。本実施例では、有効面積0.2m2 、有効容積0.4m3 のろ過分離槽3段を直列に配置して処理を行った。ろ過モジュールとして、有効面積1m2 の平面形織布ろ過体の5枚セットのものを、ろ過分離槽に設置した。織布の素材としては、ポリエステル繊維製のものであり、厚み、0.1mm、200meshで孔径約72μmのものを用いた。
ろ過時の平均水頭圧を約5cmとし、各ろ過分離槽でのろ過水量は、約9〜11m3 /dである。活性汚泥混合液がろ過体モジュールを通過する平均流速は、第1ろ過分離槽で0.03m/sであり、第2及び第3ろ過分離槽でそれぞれ0.025m/sと0.02m/sとなるように、汚泥供給量を制御した。
【0023】
なお、ろ過体の洗浄は、空洗後に水逆洗を行うことで対応した。空洗時の風量は50リットル/minとし、空洗時間は3分とした。空洗直後に流量14リットル/minの水逆洗を30秒行った。水逆洗後に約1分間、排泥ラインより逆洗排水を生物反応槽に返送した後再びろ過を開始して、連続2時間ろ過毎に、空洗及び水逆洗を繰り返して処理を継続した。
【0024】
【表2】
Figure 0003721092
【0025】
図2に、実施例における第1〜第3ろ過モジュールろ過Flux経時変化を示す。約1500時間の連続処理において、第1ろ過モジュールの平均ろ過Fluxが約2.1m/d前後であり、安定した処理が得られた。第2、第3ろ過モジュールの平均Fluxも、それぞれ1.8〜2m/dに維持されており、安定した処理が得られた。
図3に、この期間における処理水の濁度の経過を示す。約1500時間の連続処理において、処理水の濁度がおよそ5度前後であり、大きな変動が見られなかったことから、いずれのろ過モジュールにおいても、汚泥のダイナミックろ過層が安定して形成しており、良好な水質が得られたことが認められた。
【0026】
第3表に、約1500時間連続処理した時の原水及び処理水の平均値を示す。原水のpHが7.1、濁度80度、SS86mg/リットルであるのに対し、処理水では、pH6.8、濁度4.3度、SS5mg/リットル以下となり、不織布ろ過体によって得られたろ過水が清澄であることが認められた。また、CODとS−CODは原水で、それぞれ75mg/リットルと42mg/リットルであるのに対し、処理水ではそれぞれ11.5mg/リットルと10.0mg/リットルと減少し、BODとS−BODは原水で、それぞれ110mg/リットルと65mg/リットルであるのに対し、処理水では、いずれも5mg/リットル以下であり、処理水質としても良好であることが認められた。
【0027】
【表3】
Figure 0003721092
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、通水性ろ過体を用い、ろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成して、ろ過水を得る活性汚泥の固液分離方法において、ろ過分離槽を2段以上直列に配置することによって、第1段のろ過分離槽にポンプで活性汚泥混合液を供給すれば、2段目以降のろ過分離槽にも、重力沈降によって活性汚泥を導入することができることから、少ない動力で多量のろ過水を得られる。また、第2段以降のろ過分離槽を通過する活性汚泥の平均流速は、第1段より低くなっていることから、2段目以降のろ過分離槽においても、良好なダイナミックろ過層が形成でき、安定したろ過水量を得られる。
最後のろ過分離槽を通過する汚泥循環流量が少ない上に、高いMLSS濃度が維持できることから、生物反応槽へ返送すれば、従来の返送汚泥と同様な機能が得られる。このため、従来の沈殿池より少ない設置面積で活性汚泥の固液分離が可能となる。
【0029】
嫌気・好気法または循環式硝化脱窒活性汚泥法に適用した場合、最後のろ過水槽を通過する汚泥循環液を、嫌気槽または脱窒槽に返送すれば、従来と同様な効果が得られることから、新たに循環用のポンプが不要となる。
また、ろ過モジュールに対する空洗及び水逆洗は、各ろ過分離槽毎に行えることから、洗浄に伴うろ過停止は、全てのモジュールに対して行う必要がなく、ろ過分離槽より常時ろ過水が得られ、洗浄に伴う処理水量の停止がなくなる。さらに、空洗用ブロワ及び水逆洗用ポンプは、1段のろ過モジュールに対応できる能力があればよいことから、低出力の機器でも、大量のろ過モジュールに対する空洗及び水逆洗を行うことができ、処理装置としてはコンパクトである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の活性汚泥の固液分離方法の一実施例のフローシートである。
【図2】本発明の一実施例の経過時間と平均ろ過Fluxの関係を示すグラフである。
【図3】本発明の一実施例の経過時間と処理水濁度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 流入原水
2 生物反応槽
3 活性汚泥混合液
4 汚泥供給ポンプ
5 第1ろ過分離槽
6 第1ろ過モジュール
7 ろ過水
8 流出汚泥液
9 第2ろ過分離槽
10 第2ろ過モジュール
11 流出汚泥液
12 第3ろ過分離槽
13 第3ろ過モジュール
14 空洗ブロワ
15 空洗用電磁弁
16 散気管
17 水逆洗ポンプ
18 水逆洗用電磁弁
19 返送汚泥
20 処理水槽
21 余剰汚泥
22 排泥ライン

Claims (5)

  1. 通水性ろ過体を用い、活性汚泥混合液をろ過体表面に沿って流すことによりろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成してろ過水を得る汚水処理の固液分離方法において、通水性ろ過体を浸漬設置できるろ過分離槽を少なくとも2段以上直列に配置し、活性汚泥処理を行う生物反応槽から活性汚泥混合液を第1段のろ過分離槽に供給し、該ろ過分離槽内のろ過体モジュールよりろ過水を得る一方、該ろ過分離槽を流出する活性汚泥混合液を水頭差を利用して第2段ろ過分離槽に導入することを特徴とする活性汚泥の固液分離方法。
  2. 生物反応槽が、嫌気槽と好気槽より構成される嫌気・好気法、または脱窒槽と硝化槽より構成される循環式硝化・脱窒法である場合、好気槽または硝化槽からの活性汚泥混合液をろ過分離槽に供給し、ろ過分離槽からの流出汚泥を嫌気槽または脱窒槽に返送することを特徴とする請求項1記載の活性汚泥の固液分離方法。
  3. ろ過分離槽のろ過体表面を通過する活性汚泥混合液の平均流速は、0.05m/s未満であることを特徴とする請求項1又は2記載の活性汚泥の固液分離方法。
  4. 各ろ過分離槽内のろ過体モジュールに対する空洗及び逆水洗を、ろ過分離槽ごとに順次行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の活性汚泥の固液分離方法。
  5. 通水性ろ過体を用い、活性汚泥混合液をろ過体表面に沿って流すことによりろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成してろ過水を得る汚水処理の固液分離装置において、ろ過体を浸漬設置できるろ過分離槽を少なくとも2段以上直列に配置し、活性汚泥処理を行う生物反応槽から活性汚泥混合液の供給管を第1段のろ過分離槽に結合し、第1段のろ過分離槽の活性汚泥混合液流出管を水頭差を利用して第2段のろ過分離槽に結合し、第2段のろ過分離槽の活性汚泥混合液流出管を設けたことを特徴とする活性汚泥の固液分離装置。
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