JP3986227B2

JP3986227B2 - 固液分離処理方法

Info

Publication number: JP3986227B2
Application number: JP34228799A
Authority: JP
Inventors: 裕一府中; 博司佐久間; 恭子牧; ひとみ鈴木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: JP2001149761A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水処理分野に用いられる固液分離処理方法に関し、特に河川水、湖沼水、用水、下水、廃水、し尿等の全ての水処理において、浮遊物質を固液分離する処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水処理において、要求される処理水の性状により、ろ過体を使用しろ過体表面に活性汚泥粒子の付着物層を形成させて行うろ過（「ダイナミックろ過」という）、もしくは精密ろ過のどちらかで固液分離処理が行われてきた。
ダイナミックろ過は、そのろ過体表面に形成される汚泥層により、孔径よりも小さい粒子も分離可能となる固液分離方法および装置である。すなわち、ろ過体の表面に活性汚泥粒子の付着物層が形成され、この付着物により活性汚泥粒子の通過を阻止することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
孔径１０μｍ以上のろ過体を使用したろ過では、汚泥層が形成されるまで処理水ＳＳが高いため、ろ過水を原水槽又はろ過槽へ返送する必要があり、▲１▼ろ過水を返送するための新たな動力（例えば、ポンプ）が必要となる、▲２▼ろ過水を返送するので水回収率が低下する、また、▲３▼処理水中に微生物が流出して非衛生的である、等の問題点がある。
一方、孔径１μｍ以下の精密ろ過では、▲１▼膜汚染によりＦｌｕｘが高くとれない、▲２▼膜の洗浄に薬品が必要である、▲３▼薬品洗浄による膜劣化により耐久年数が短い、等の問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決する固液分離処理方法を提供するものである。
すなわち、本発明は、
（１）ろ過体表面に活性汚泥の付着層を形成させ、ダイナミックろ過を行う固液分離処理方法において、ダイナミックろ過における前記ろ過体表面に活性汚泥の付着層が形成されるまでのろ過水、及び活性汚泥の付着層が形成された後のろ過水のいずれをも精密ろ過することを特徴とする固液分離処理方法、
（２）前記における前記ろ過体表面に活性汚泥の付着層が形成されるまでのろ過水、及び活性汚泥の付着層が形成された後のろ過水のいずれにも吸着剤又は凝集剤もしくはその両方を添加して精密ろ過を行うことを特徴とする前記（１）記載の固液分離処理方法、
である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の固液分離処理方法では、ろ過体表面に活性汚泥のろ過層を形成させ、ろ過処理を行った後、そのろ過水に精密ろ過処理を行う。すなわち、本発明の方法では、原水から汚泥層ろ過により粒径の大きいＳＳが予め除去され、そのろ過水からその後精密ろ過によりＳＳが完全に除去される。
【０００６】
本発明に用いられるダイナミックろ過のろ過体としては、一般的に良く使われているポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等の有機性のろ過体であってもよく、また、ガラス、炭素材、ゼオライト、セラミックス、金属等の無機性のろ過体であってもよい。また、その形態としては、不織布、織物、焼結体等があり、好ましくは、孔径が均一である織物、焼結体であり、特に好ましくは織物である。
活性汚泥粒子のろ過層によるろ過で使用するろ過体の孔径は、１０〜４５０μｍが好ましく、さらに好ましくは２５〜２００μｍ、特に好ましくは５０〜１５０μｍである。
孔径が１０μｍ未満のように小さすぎると、透過流束(Flux)が小さくなり処理能力の低下をまねき、孔径が４５０μｍを超えるように大きすぎると、処理水中にＳＳが大量にリークするという不都合が生じる。このため、固液分離の対象ＳＳの性状によって、ろ過体には適切な孔径の範囲がある。
【０００７】
本発明において、ダイナミックろ過は、ダイナミックろ過槽内にろ過体を浸漬し、ポンプで吸引するか又は水頭差を利用した重力ろ過により、ろ過処理が行われ、処理水が得られる。小水量の処理ではポンプで吸引することが多く、大容量の処理では水頭差を利用した重力ろ過により処理水を得ることが多いが、処理水の水量に係わらずいずれの方法をとってもよい。
また、ダイナミックろ過槽は、単に原水中の浮遊物質を除去するためのものであってもよく、また、ろ過槽が生物処理を兼ねたものであり微生物とろ液を分離するためのものであってもよい。
【０００８】
本発明に用いられる精密ろ過膜としては、一般的に良く使われているポリエチレン、ポリスチレン等の有機性のろ過膜であってもよく、また、セラミックス、金属等の無機性のろ過膜であってもよい。また、その形状としては、平膜、中空糸、スパイラル、チューブラ、回転平膜等が挙げられる。
精密ろ過で使用するろ過膜の孔径は、０．１〜１μｍが好ましく、さらに好ましくは０．１〜０．５μｍである。
【０００９】
従来のダイナミックろ過だけで処理する場合には、ダイナミックろ過層が形成され処理水へのＳＳのリークがなくなるまで、原水槽又はろ過槽への処理水の返送が必要であったが、本発明の処理方法では、後段に孔径１μｍ以下の精密ろ過があるため、ダイナミックろ過層が形成されまでのろ過水を返送する必要がなくなるという効果を奏する。
また、汚泥層を更新するために水逆洗浄を行う場合でも、清水を使用する必要はなく、清澄な精密ろ過処理水を利用できるという効果を奏する。
更に、精密ろ過では、粒径の大きいＳＳが汚泥層ろ過により予め除去されているため、負荷が軽減され、精密ろ過膜の汚染が少なく、高Ｆｌｕｘ処理が可能であり、精密ろ過膜の洗浄頻度も少なくなるという効果を奏する。
【００１０】
精密ろ過処理時に、吸着剤又は凝集剤もしくはその両方を添加すると、処理水質が安定化され、より高Ｆｌｕｘ処理が可能となり、また、精密ろ過膜の負荷がより軽減され、膜の洗浄頻度もより少なくなるという効果を奏する。
【００１１】
本発明で用いられる吸着剤としては、活性炭、鉄系吸着剤（例えば、ヒドロキシ硫酸鉄、水酸化第二鉄、鉄粉、鹿沼土等）、キレート剤（例えば、ＥＤＴＡ（エチレンジアミンテトラ酢酸）、グルコン酸ソーダ、ホスホン酸化合物等）、イオン交換体（例えば、イオン交換樹脂、キレート樹脂、有機物吸着樹脂、ゼオライト等）が挙げられる。凝集剤として、無機凝集剤、有機凝集剤のどちらを使用してもよく、また、両者を併用してもよい。無機凝集剤としては、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、鉄・シリカ系凝集剤等が用いられる。有機凝集剤としては、デンプン、アルギン酸ナトリウム、ポリアクリルアミド等が用いられる。
これら吸着剤や凝集剤は、その種類により対象とする物質が異なり、その除去対象目的に応じて、いずれかの吸着剤又は凝集剤が単独で、もしくは、複数の吸着剤又は凝集剤が併用されて添加される。
【００１２】
これら吸着剤や凝集剤の除去対象物質及びその効果は以下のとおりである。
▲１▼活性炭は、微量有機物の吸着除去や、微細粒子の凝集作用の向上等に効果がある。
▲２▼鉄系吸着剤は、リンの除去に効果があり、添加量により、貧栄養域である０．０２ｍｇ／リットル以下が可能である。
▲３▼キレート剤、イオン交換体は、重金属の除去に効果がある。
▲４▼凝集剤は、コロイド粒子や微細ＳＳの大粒径化に効果があり、またリンの除去にも効果がある。
【００１３】
これら吸着剤や凝集剤の添加方法は、連続的に添加しても、回分的に添加してもよい。活性炭では、回分的に添加した方が吸着能力を十分に発揮でき、好ましい。複数の吸着剤や凝集剤を添加する場合には、各々を順々に添加する方法であってもよい。
【００１４】
吸着剤の添加量は、除去対象によって違いがあり、処理試験により、最適添加量を算出する。例えば、１ｇ吸着剤当たりの除去物質量が、０．１ｇ吸着量／ｇ吸着剤であり、除去物質濃度が１０mg／リットルの場合は、吸着剤の添加量は１００mg／リットルとなる。
凝集剤の添加量は、対象水の性状により異なるものの、通常数十〜数百mg／リットルである。
【００１５】
本発明の固液分離処理方法及び装置は、河川水、湖沼水、用水、下水、廃水、し尿等の水処理の分野で、浮遊物質を固液分離する処理方法及び装置全てに適用が可能である。特に、浮遊物質濃度の高い水に適用可能である。
また、生物処理槽内に浸漬させ、微生物とろ液とを分離する処理方法及び装置にも適用可能である。
【００１６】
【実施例】
以下、実施例および比較実験により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、実験条件は表−１に、結果は表−２にまとめて示した。
【００１７】
（比較実験１）
処理方式として、ダイナミックろ過単独処理を行った。
表−２の結果より、このダイナミックろ過単独処理の特徴としては、（１）ろ過Ｆｌｕｘが比較的高い、（２）ろ過体に汚泥層が形成されるまで、ＳＳがリークしたろ過水（この場合「処理水」である）を返送する必要がある、（３）微生物がろ過水中に流出するため、非衛生的である、等が挙げられる。
なお、このダイナミックろ過単独処理における、(1)ろ過工程→(2)洗浄工程→(3)処理水（ろ過水）返送工程→(1)ろ過工程におけるろ過水のＳＳの変動を図３に示す。
【００１８】
（比較実験２）
処理方式として、精密ろ過単独処理を行った。
表−２の結果より、この精密ろ過単独処理の特徴としては、▲１▼ろ過Ｆｌｕｘが小さく、膜汚染を受けやすい、▲２▼処理水質が安定しており、微生物学的に安全性が大である、等が挙げられる。
【００１９】
（比較実験３）
処理方式として、凝集剤を添加した、精密ろ過単独処理を行った。
表−２の結果より、この凝集剤添加・精密ろ過単独処理の特徴としては、▲１▼凝集剤無添加の比較実験２と比べて、ろ過Ｆｌｕｘに向上が認められない、▲２▼生物処理で取りきれない過剰なリンの除去が可能である、▲３▼処理水質がが安定しており、微生物学的に安全性が大である、等が挙げられる。
【００２０】
（実施例１）
処理方式として、ダイナミックろ過処理後、精密ろ過処理を行った。
ダイナミックろ過処理及び精密ろ過処理の処理条件を表−１、表−２に示し、原水の水質を表−２に示す。精密ろ過の吸引／停止サイクルは、１３分吸引／２分停止である。
なお、本実施例１で用いた、本発明に係る固液分離処理方法の概略処理フローを図１に示した。
また、実施例１の実験結果を表−２に示す。実施例１における処理水の水質は精密ろ過処理後のものである。
表−２の結果より本処理の特徴は、（１）ろ過水の返送が不要であり、微生物学的に安全性が大である、（２）ダイナミックろ過では洗浄後のＳＳが高くてもよいため、ろ過水の返送が必要ではなく、平均ろ過Ｆｌｕｘが向上する（即ち、ろ過水回収率が向上する）、（３）精密ろ過では、膜汚染が軽減され、ろ過Ｆｌｕｘが向上する、（４）平均ろ過Ｆｌｕｘは、ダイナミックろ過処理ではダイナミックろ過単独処理（比較実験１）と比べて１．４倍以上であり、精密ろ過処理では精密ろ過単独処理（比較実験２）と比べて１．７倍である、等が挙げられる。なお、このダイナミックろ過処理と精密ろ過処理との組合せにおいて、ダイナミックろ過処理における、(1)ろ過工程→(2)洗浄工程→(1)ろ過工程におけるろ過水のＳＳの変動を図３に示す。
なお、ダイナミックろ過槽は、生物処理槽を兼ねる場合とすることができる。
【００２１】
（実施例２）
処理方式として、ダイナミックろ過処理後、凝集剤（ＦｅＣｌ_３１０ｍｇ／リットル）を添加し精密ろ過処理を行った。
なお、本実施例２で用いた、本発明に係る固液分離処理方法の概略処理フローを図２に示した。
なお、ダイナミックろ過槽は、生物処理槽を兼ねる場合もある。また、凝集剤または吸着剤もしくはその両方を、連続的にまたは回分的に添加する。ここで、実施例２では凝集剤を、実施例３では吸着剤を、それぞれ精密ろ過処理槽に添加した。
また、実施例２の実験結果を表−２に示す。
表−２の結果より、実施例１の（１）〜（４）については同様であり、さらに、（５）凝集剤の添加効果として、コロイダル粒子及び微細ＳＳが凝集し、膜汚染の原因物質である溶解性ＣＯＤ成分の一部が除去される事により、実施例１に比べ精密ろ過Ｆｌｕｘが１．２倍と向上し、（６）処理水ＣＯＤが低減される、（７）生物処理で取りきれなかったリンを除去し、処理水のリン濃度が低下する、等が挙げられる。
【００２２】
（実施例３）
処理方式として、ダイナミックろ過処理後、吸着剤（粉末活性炭２０mg／リットル）を添加し精密ろ過処理を行った。
なお、本実施例３で用いた、本発明に係る固液分離処理方法の概略処理フローを図２に示した。
表−２の結果より、実施例１の▲１▼〜▲４▼については同様であり、さらに、▲５▼吸着剤の添加効果として、膜汚染原因物質である微量有機物が除去され、実施例１に比べ、ろ過Ｆｌｕｘが向上し、▲６▼実施例２に比べ、さらに処理水ＣＯＤが低減される、等が挙げられる。
なお、精密ろ過として回転平膜を使用した場合、透過流束(Flux)２ｍ／ｄまで処理可能であった。
【００２３】
【表１】

【００２４】
【表２】

【００２５】
＊１：汚泥層更新のための洗浄頻度（水・空気洗浄）。
＊２：・平均ろ過Ｆｌｕｘとは、１日当たり、ろ過体又はろ過膜の面積当たりの処理量である。
・ダイナミックろ過でろ過開始初期の返送がある場合（比較実験１）は、その返送水量を抜いた実質の処理量から計算される１日平均のろ過Ｆｌｕｘ。
【００２６】
【発明の効果】
ダイナミックろ過と精密ろ過とを組み合わせることにより、（１）ダイナミックろ過単独では不可欠であった、前記ろ過体表面に活性汚泥の付着層が形成されるまでのろ過水の返送が不要となり、（２）衛生学的安全性が確保された。
また、精密ろ過においては、（３）ＳＳ負荷の低減により、（４）膜汚染の低減、（５）高Ｆｌｕｘ処理が可能となる。
さらに、精密ろ過時に、凝集剤又は吸着剤、もしくはこの両方を添加する事により、（６）さらに処理水質が安定し、さらに高いＦｌｕｘ処理が可能であり、洗浄の軽減効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で用いた、本発明に係る固液分離処理方法の概略処理フロー図である。
【図２】実施例２及び実施例３で用いた、本発明に係る固液分離処理方法の概略処理フロー図である。
【図３】実施例１と比較実験１における、ダイナミックろ過処理における各工程と、ダイナミックろ過によるろ過水のＳＳ変動を示す図である。
【符号の説明】
１：原水
２：ダイナミックろ過槽
３：精密ろ過槽
４：処理水
５：凝集剤及び／又は吸着剤

Claims

ろ過体表面に活性汚泥の付着層を形成させ、ダイナミックろ過を行う固液分離処理方法において、ダイナミックろ過における前記ろ過体表面に活性汚泥の付着層が形成されるまでのろ過水、及び活性汚泥の付着層が形成された後のろ過水のいずれをも精密ろ過することを特徴とする固液分離処理方法。
前記ダイナミックろ過における前記ろ過体表面に活性汚泥の付着層が形成されるまでのろ過水、及び活性汚泥の付着層が形成された後のろ過水のいずれにも吸着剤又は凝集剤もしくはその両方を添加して精密ろ過を行うことを特徴とする請求項１記載の固液分離処理方法。