JP4046661B2 - 汚水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は汚水の処理方法に関し、有機性汚水の処理、低水温地域の槽浸漬型膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）に係るものである。

膜分離活性汚泥処理法は、処理水質が安定していることや、維持管理も容易なことから広く普及している。この膜分離活性汚泥処理法を適用した一般的な水処理システムとしては、例えば図２に示すものがある。図２において、系内に流入する汚水１は前処理設備２で夾雑物を除去した後に流量調整槽３に一旦貯留し、流量調整槽３から一定の流量で生物処理槽（曝気槽）４に供給しており、生物処理槽（曝気槽）４で活性汚泥により汚水中の有機物質を分解除去し、生物処理槽（曝気槽）４に浸漬設置した浸漬型膜分離装置５で混合液を固液分離し、浸漬型膜分離装置５のろ過膜を透過した膜ろ液を処理水として放流する。

浸漬型膜分離装置５には種々のものがあるが、ここでは上下が開口したケース６の内部に鉛直方向に配置する複数の平板状の膜カートリッジ７を平行に配列し、膜カートリッジ７の下方に散気装置８を配設したものであり、膜カートリッジ７はろ板の表裏に平膜状の有機膜を貼着したものである。

生物処理槽（曝気槽）４ではブロア９により供給する空気を散気装置８から散気し、空気によって生じる固気液混相の上向流によって汚濁物を含む汚水と活性汚泥との混合液を槽内で循環させながら混合液に酸素を溶解させ、活性汚泥の微生物により汚濁物中の有機物を生物処理して除去する。浸漬型膜分離装置５には上向流によって混合液を膜カートリッジ７の間の流路に膜面に沿ったクロスフローで供給し、上向流が掃流として膜面に作用することで膜面の洗浄を行いつつ、ろ過の駆動力として吸引ポンプ１０で吸引圧力を作用させて膜カートリッジ７で混合液を固液分離し、膜カートリッジ７のろ過膜を透過した膜ろ液を滅菌槽１１を経て放流する。

先行技術文献の特許文献１には、不織布やネットを用いたろ過方法が開示されている。この方法は不織布やネットの孔にＳＳ乃至はフロック（活性汚泥等のＳＳの凝集塊）を沈積させてダイナミック膜を形成するものであり、安定したろ過能力を維持するためには好適なダイナミック膜の速やかな形成と厚みの制御が必要であることから、逆洗浄終了後から所要時間のろ過運転の停止期間を設け、原水中にフロックを成長させてろ過運転を再開するものである。

特許文献２には、ダイナミック膜の問題点としてＢＯＤ負荷の変動につれて活性汚泥粒子が分散状態となり、ダイナミック膜のフラックスが低下することが開示されており、この問題の解決のために、ダイナミック膜ろ過槽の前段に位置する生物処理槽から汚泥を引抜くか、ダイナミック膜ろ過槽に滞留する分離汚泥を酸処理し、酸処理分離汚泥を物理化学可溶化手段で可溶化後に生物処理槽へ返送している。

特許文献３には、脱水ろ液の発泡量の大小を計測して汚泥の凝集状態を検知する凝集状態検知装置が開示されており、汚泥の凝集処理におけるポリマーの添加量が過剰状態となると、ろ液中の残留ポリマー量が急増し、発泡性が激しくなるので、発泡量を泡高さ計又は圧力計を用いて計測することで、ポリマー添加量の過不足を判定している。
特開２００２−１２６７３４公報 特開２００３−６２５９１公報 実開平７−２４５００号公報

ところで、膜分離活性汚泥処理法を適用した水処理において対象汚水の水温が低い場合には、微生物の活性が低下して流入汚水中の有機物が完全に分解されないケースや、微生物自体が異常に代謝産物（未分解有機物）を体外に放出することがある。このような代謝産物は、分子量が数千から数十万の糖蛋白を主体とするポリマーと言われている。この微生物の代謝産物（未分解有機物）由来のポリマーを、従来の高分子凝集剤等に使用するポリマーと区別するために、本発明では以下に生物由来ポリマーと呼称して説明する。

この生物由来ポリマー量が多くなると、活性汚泥混合液の粘度が上昇してその流動性が低下する。また、生物由来ポリマーが活性汚泥（ＳＳ）等に付着した状態でろ過膜に堆積するのみならず、生物由来ポリマー自体が直接にろ過膜の表面に堆積してゲル層を形成したり、分子量の小さい生物由来ポリマーがろ過膜を透過する途中でろ過膜中に留まって目詰まることで、ろ過膜のろ過抵抗が異常に大きくなり、通常のろ過圧力では十分な透過流束が得られなくなる。このため、ろ過膜の逆圧洗浄（膜表面の堆積物を洗い落とす）が必要となるが、この洗浄の頻度が多すぎると、膜を利用したプロセスそのものが成立しなくなる。また、生物処理槽（曝気槽）から余剰汚泥を引抜くことで生物処理槽（曝気槽）内の生物由来ポリマーを低減する場合には、余剰汚泥を通常運転における引抜量より過剰に引抜く必要があり、余剰汚泥とともに微生物が槽外へ流出して活性汚泥混合液中の活性汚泥濃度の低下を招くことになる。

一方、適正な量の生物由来ポリマーは、微生物のフロック形成を良好となし、汚泥のろ過性を向上させるとともに、膜表面に適正なポリマー層を形成して膜自体のろ過性能（分画性能）を向上させるダイナミック膜機能を与える。

この活性汚泥混合液中の生物由来ポリマー量を正確に知ることは困難であり、運転条件の変更によって生物処理槽（曝気槽）の活性汚泥混合液に含まれる生物由来ポリマー量を制御することは非常に難しい。

槽浸漬型膜分離活性汚泥法（ＭＢＲ）では、低圧で十分な透過流束を得るために通常は精密ろ過膜（細孔径０．４μｍ）が使用されることが多い。また、ダイナミック膜として機能するために必要な膜表面に付着堆積するケーキ層（ポリマー量）の制御を容易とするために平膜タイプが主流となっている。

本発明は膜分離活性汚泥処理法において活性汚泥混合液中の生物由来ポリマー量を測定して、生物処理槽（曝気槽）における生物由来ポリマー量を適時に低減して膜面に過剰なポリマーが付着することを防止するものである。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る汚水の処理方法は、生物処理槽において有機性汚水を活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した第１分離手段をなす浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離し、活性汚泥処理により生物処理槽内に蓄積される生物由来ポリマーを含むＣＯＤを第２分離手段によって適時に活性汚泥混合液から固液分離して、生物処理槽内の活性汚泥量を高濃度に維持しつつ、活性汚泥混合液中の生物由来ポリマー量を低濃度に維持するのに際して、
浸漬型膜分離装置を透過した膜ろ液中のＣＯＤを測定し、浸漬型膜分離装置のろ過膜の細孔より大きい所定口径の細孔を有するろ過手段で生物処理槽内の活性汚泥混合液をろ過したろ過手段ろ液中のＣＯＤを測定し、ろ過手段ろ液中のＣＯＤから膜ろ液中のＣＯＤを減算したＣＯＤ差値が所定値以上であるときに、第２分離手段によって活性汚泥混合液から生物由来ポリマーを含むＣＯＤを分離するものである。

上記した構成により、生物処理槽において有機性汚水を活性汚泥処理することにより有機性汚水のＢＯＤは微生物の生物処理によって分解される。微生物はＢＯＤを分解するとともに、代謝産物（未分解有機物）を体外に放出する。この糖蛋白を主体とする生物由来ポリマーは、特に対象汚水の水温が低い場合に、微生物の活性が低下して流入汚水中の有機物が完全に分解されないで残る未分解有機物とともに、微生物が異常に放出することで増加する。

生物処理槽における通常の活性汚泥混合液の固液分離は第１分離手段をなす浸漬型膜分離装置で行い、生物処理槽内に活性汚泥および生物由来ポリマーを残留させて浸漬型膜分離装置のろ過膜を透過した膜ろ液を処理水として槽外へ取り出す。

生物処理槽内の生物由来ポリマーの濃度が増加し過ぎると浸漬型膜分離装置のろ過膜に付着する生物由来ポリマー量が過剰となってろ過膜の膜抵抗が異常に大きくなり、固液分離操作を阻害する。

このため、第２分離手段によって生物処理槽内に蓄積される生物由来ポリマーを含むＣＯＤを適時に活性汚泥混合液から固液分離することで、生物処理槽内の活性汚泥を槽外へ流出させることなく高濃度に維持しながら、活性汚泥混合液中の生物由来ポリマーを除去して生物由来ポリマー量を低濃度に維持する。この操作により、生物由来ポリマー量が過剰となることに起因する膜抵抗の増加を防止し、適正な量の生物由来ポリマーにより微生物のフロック形成を良好となして汚泥のろ過性を向上させるとともに、膜表面に適正なポリマー層を形成して膜自体のろ過性能（分画性能）を向上させるダイナミック膜機能を与えることができる。

第２分離手段としては、生物処理槽内に浸漬設置する膜ろ過装置があり、膜ろ過装置に浸漬型膜分離装置のろ過膜の細孔より大孔径の細孔（細孔比で１０倍以上）を形成した不織布等からなるろ過膜を装着し、活性汚泥の透過を阻止し、生物由来ポリマーを含むＣＯＤを通過させて活性汚泥混合液を固液分離する。

あるいは、第２分離手段として生物処理槽外に設置する遠心分離機を採用する場合には、生物処理槽内の活性汚泥混合液を遠心分離処理して生物由来ポリマーを含む液相分を分離除去し、固形分を生物処理槽へ戻す。

本発明の請求項２に係る汚水の処理方法は、浸漬型膜分離装置を透過した膜ろ液中のＣＯＤを測定し、浸漬型膜分離装置のろ過膜の細孔より大きい所定孔径の細孔を有するろ過手段で生物処理槽内の活性汚泥混合液をろ過したろ過手段ろ液中のＣＯＤを測定し、ろ過手段ろ液中のＣＯＤから膜ろ液中のＣＯＤを減算したＣＯＤ差値が所定値以上であるときに、第２分離手段によって活性汚泥混合液から生物由来ポリマーを含むＣＯＤを分離するものである。

次に、本発明者らは生物処理槽内の活性汚泥混合液中に含まれる生物由来ポリマー量を直接に計測することは困難であることから生物由来ポリマー量を推し量る指標としてＣＯＤを採用することにした。しかし、生物処理槽内の活性汚泥混合液中のＣＯＤは、生物処理槽において微生物の代謝産物（未分解有機物）として生成する生物由来ポリマーのみならず、系外から生物処理槽へ流入する色度等のＣＯＤも含むので、活性汚泥混合液中のＣＯＤを活性汚泥混合液中に含まれる生物由来ポリマー量の指標とすることはできない。

このため発明者らは、細孔が小孔径の精密ろ過膜（細孔径０．４μｍ）等からなる浸漬型膜分離装置のろ過膜では生物由来ポリマーの大部分が透過せず、浸漬型膜分離装置のろ過膜より大きな大孔径の細孔を有するろ紙（細孔径１．０μｍ）では、活性汚泥（微生物）に相当する固形物の透過を阻止し、生物由来ポリマーを含む溶解性のポリマーを透過させることに鑑み、浸漬型膜分離装置のろ過膜を透過した膜ろ液中のＣＯＤを測定し、同じ活性汚泥混合液を細孔が浸漬型膜分離装置のろ過膜の細孔より大孔径のろ紙等のろ過手段で生物処理槽内の活性汚泥混合液をろ過し、ろ過手段を透過したろ過手段ろ液中のＣＯＤを測定し、両者を比較することにより微生物の代謝産物（未分解有機物）由来の糖蛋白に起因するポリマー量を間接的に測定できることを発明者らは見出した。

知見に基づき、ろ過手段ろ液中のＣＯＤから膜ろ液中のＣＯＤを減算したＣＯＤ差値を生物処理槽における生物由来ポリマー量と推量し、ＣＯＤ差値が所定値以上であるときに第２分離手段による活性汚泥混合液の固液分離を行うことで、適時に活性汚泥混合液から生物由来ポリマーを分離して適正な量の生物由来ポリマーを生物処理槽内に残留させるものである。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、系内に流入する有機性汚水２１は前処理設備２２で夾雑物を除去した後に流量調整槽２３に一旦貯留し、流量調整槽２３から一定の流量で生物処理槽（曝気槽）２４に供給する。

生物処理槽（曝気槽）２４では活性汚泥による生物処理で有機性汚水２１に含まれた有機物質（ＢＯＤ）を分解除去する。生物処理槽（曝気槽）２４における通常の活性汚泥混合液の固液分離は槽内に浸漬設置した第１分離手段をなす浸漬型膜分離装置２５で行い、浸漬型膜分離装置２５のろ過膜を透過した膜ろ液２６を取り出して滅菌槽２７で消毒後に処理水２８として放流する。

浸漬型膜分離装置２５には種々のものが適用可能であり、そのろ過膜としては平膜状有機膜、チューブ状有機膜、セラミック膜等があるが、ここではろ過膜を細孔が小孔径の精密ろ過膜（細孔径０．４μｍ）を使用し、先に図２において説明した浸漬型膜分離装置５と同様の構成とすることで、同符号を付与してその説明を省略する。

生物処理槽（曝気槽）２４で微生物はＢＯＤを分解するとともに、代謝産物（未分解有機物）を体外に放出する。この糖蛋白を主体とする生物由来ポリマーは、特に対象汚水の水温が低い場合に、微生物の活性が低下して流入汚水中の有機物が完全に分解されないで残る未分解有機物とともに、微生物が異常に放出することで増加する。

浸漬型膜分離装置２５は、生物処理槽（曝気槽）２４に活性汚泥および生物由来ポリマーを残留させて膜ろ液２６を処理水として槽外へ取り出すので、生物処理槽（曝気槽）２４の生物由来ポリマーの濃度が増加し過ぎると浸漬型膜分離装置２５のろ過膜に付着する生物由来ポリマー量が過剰となってろ過膜の膜抵抗が異常に大きくなり、固液分離操作を阻害する。

このため、適時に生物処理槽（曝気槽）２４に浸漬設置した第２分離手段をなす膜ろ過装置２９を吸引ポンプ３０の吸引圧力を駆動して活性汚泥混合液を固液分離し、活性汚泥の透過を阻止し、生物由来ポリマーを含むＣＯＤを通過させて分離除去し、生物処理槽（曝気槽）２４の活性汚泥量を高濃度に維持しつつ、活性汚泥混合液中の生物由来ポリマー量を低濃度に維持する。

膜ろ過装置２９を透過した膜ろ液３１は、通常においては浸漬型膜分離装置２５の膜ろ液２６で希釈して放流するが、希釈してもＣＯＤ規制値を超える時は、凝集処理（凝集沈殿）３２してＣＯＤを規制値内に低減して放流する。

膜ろ過装置２９はろ過膜として浸漬型膜分離装置２５の精密ろ過膜（細孔径０．４μｍ）より細孔比において１０倍以上の大孔径の細孔を形成した不織布を使用している。不織布は長時間の使用によって膜面にケーキ層が形成され、ケーキろ過となる状態においても実質数μｍの孔径となるように、細孔の孔径を選定する。

第２分離手段としては生物処理槽（曝気槽）２４の外部に設置する遠心分離機を採用することもできる。この場合には活性汚泥混合液を遠心分離処理して生物由来ポリマーを含む液相分を分離除去し、固形分を生物処理槽へ戻す。

この操作により、生物由来ポリマー量が過剰となることに起因する膜抵抗の増加を防止し、適正な量の生物由来ポリマーにより微生物のフロック形成を良好となして汚泥のろ過性を向上させるとともに、膜表面に適正なポリマー層を形成して膜自体のろ過性能（分画性能）を向上させるダイナミック膜機能を与えることができる。

第２分離手段の膜ろ過装置２９によって活性汚泥混合液から生物由来ポリマーを含むＣＯＤを分離するタイミングは以下の測定によって検知する。
本発明においては生物処理槽（曝気槽）２４の活性汚泥混合液中に含まれる生物由来ポリマー量を直接に計測することは困難であることから生物由来ポリマー量を推し量る指標としてＣＯＤを採用している。この活性汚泥混合液中のＣＯＤは生物処理槽（曝気槽）２４において微生物の代謝産物（未分解有機物）として生成する生物由来ポリマーのみならず、系外から生物処理槽へ流入する色度等のＣＯＤも含むので、活性汚泥混合液中のＣＯＤを活性汚泥混合液中に含まれる生物由来ポリマー量の指標とすることはできない。

このため、浸漬型膜分離装置２５の精密ろ過膜（細孔径０．４μｍ）を透過した膜ろ液２６に含まれるＣＯＤを測定し、浸漬型膜分離装置２５の精密ろ過膜の細孔（孔径０．４μｍ）より大きい所定孔径（孔径１〜３μｍ）程度のろ紙をろ過手段として生物処理槽（曝気槽）２４の活性汚泥混合液をろ過するとともに、ろ過したろ紙ろ液中のＣＯＤを測定し、ろ紙ろ液のＣＯＤから膜ろ液のＣＯＤを減算したＣＯＤ差値が微生物の代謝産物（未分解有機物）由来の糖蛋白に起因するポリマー量を間接的に示すものと推量し、ＣＯＤ差値が所定値（５ｍｇ／Ｌ以上が有効値）以上であるときに、第２分離手段の膜ろ過装置２９によって活性汚泥混合液から生物由来ポリマーを含むＣＯＤを分離する。

これは浸漬型膜分離装置２５の精密ろ過膜を生物由来ポリマーの大部分が透過せず、精密ろ過膜より大きな大孔径の細孔を有するろ紙では、活性汚泥（微生物）に相当する固形物の透過を阻止し、生物由来ポリマーを含む溶解性のポリマーを透過させることに鑑みたものである。

本実施の形態では、生物由来ポリマー量を推し量る指標としてＣＯＤを採用したが、生物由来ポリマー量を推し量る指標としてＵＶ_２６０（紫外線吸収）を採用することも可能である。ＵＶ_２６０（紫外線吸収）の測定方法は公知の技術で行うので説明を省略する。この場合には、生物由来ポリマー量とＵＶ_２６０（紫外線吸収）の相関を予め実験によって求め、運転時に実測定したＵＶ_２６０（紫外線吸収）の値から生物由来ポリマー量を推し量る。

上記した構成において、生活排水を対象にした場合で８〜１２℃の低水温時には２〜３週に１回の頻度で膜の洗浄が必要であったが、不織布によるろ過を１日に２時間実施することで膜の洗浄頻度が２〜３ヶ月に１度となった。不織布によるろ過を１週間に１日行った場合でもほぼ同様の結果となった。このときの浸漬型膜分離装置２５の膜ろ液２６のＣＯＤは６〜９ｍｇ／Ｌであり、不織布でろ過した膜ろ液３１のＣＯＤは１５〜４０ｍｇ／Ｌであった。

本発明の実施の形態における汚水の処理方法を示すブロック図である。 従来の汚水の処理方法を示すブロック図である。

符号の説明

６ ケース
７ 平板状の膜カートリッジ
８ 散気装置
９ ブロア
１０ 吸引ポンプ
２１ 有機性汚水
２２ 前処理設備
２３ 流量調整槽
２４ 生物処理槽（曝気槽）
２５ 浸漬型膜分離装置
２６ 膜ろ液
２７ 滅菌槽
２８ 処理水
２９ 膜ろ過装置
３０ 吸引ポンプ
３１ 膜ろ液
３２ 凝集処理（凝集沈殿）

Claims (1)

1. 生物処理槽において有機性汚水を活性汚泥処理し、生物処理槽内に浸漬設置した第１分離手段をなす浸漬型膜分離装置で活性汚泥混合液を固液分離し、活性汚泥処理により生物処理槽内に蓄積される生物由来ポリマーを含むＣＯＤを第２分離手段によって適時に活性汚泥混合液から固液分離して、生物処理槽内の活性汚泥量を高濃度に維持しつつ、活性汚泥混合液中の生物由来ポリマー量を低濃度に維持するのに際して、
   浸漬型膜分離装置を透過した膜ろ液中のＣＯＤを測定し、浸漬型膜分離装置のろ過膜の細孔より大きい所定口径の細孔を有するろ過手段で生物処理槽内の活性汚泥混合液をろ過したろ過手段ろ液中のＣＯＤを測定し、ろ過手段ろ液中のＣＯＤから膜ろ液中のＣＯＤを減算したＣＯＤ差値が所定値以上であるときに、第２分離手段によって活性汚泥混合液から生物由来ポリマーを含むＣＯＤを分離することを特徴とする汚水の処理方法。

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