JP4335193B2 - 有機性廃水の処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、汚水処理に関するもので、特に活性汚泥の固液分離や余剰汚泥の濃縮等に使用する通水性ろ過体の洗浄に関するものであり、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有機性廃水の処理方法及び装置に関する。

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。通常では、活性汚泥を沈澱池に導入させ、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澱池から流出させる方法が用いられる。この場合、活性汚泥を沈降させるため十分に広い沈降面積を有し、かつ十分な長さの滞留時間を確保できる沈澱池が必要であり、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、沈澱池より汚泥が流出し、処理水の悪化を招く。

近年、沈澱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る。
その際、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、通常数十ｋＰａ〜数百ｋＰａの圧力で行うため、ポンプによる動力が大きく、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。

最近、膜分離による活性汚泥の固液分離法の一方法として、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、低い水頭圧でろ過水を得る方法が提案されている。この方法では、ろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層が形成するように活性汚泥混合液の流れ設定したろ過分離手段で清澄なろ過水を得るものである。この方法では、ろ過Ｆｌｕｘ低下時にろ過体を洗浄する手段としては、ろ過体下部に設置した散気管より曝気するようにしており、それによりろ過体表面に形成された汚泥のダイナミックろ過層が容易に剥離するので、安定したろ過Ｆｌｕｘが得られるとしている。

しかし、前記ろ過体を曝気槽に浸漬しておき、ろ過Ｆｌｕｘ低下時にだけ空洗による洗浄を行う方式では、ろ過Ｆｌｕｘが徐々に低下することが認められた。すなわち、処理日数の増加にともない、空洗直後のろ過Ｆｌｕｘが初期値に比べ徐々に低下した。また、初期値に対する割合を示す回復率も同様に低下し、空洗回数の増加にともない、その低下の程度が大きくなる。ろ過体を曝気槽に浸漬した場合、ろ過体表面に形成された汚泥のダイナミックろ過層が空洗によって完全に剥離されなかった時、微細な汚泥フロックがろ過体表面に付着し、長期ろ過にともない、付着汚泥の微細化でろ過体表面の閉塞を引き起こす。また、空洗直後からダイナミックろ過層が形成されるまでの初期ろ過において、ろ過体表面を通過した汚泥が内部に堆積し、時間経過とともに徐々に濃縮されるため、ろ過抵抗が増大し、ろ過Ｆｌｕｘを著しく低下させる原因となる。
この結果、空洗では良好な洗浄効果が得られず、経過時間とともにろ過Ｆｌｕｘの低下が大きくなり、安定した処理を得ることが困難となる。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、通水性ろ過体の内部に対し水逆洗を行い、初期値とほぼ同様なろ過Ｆｌｕｘを、長期間にわたって安定して得られ、しかも、安定した水質も得ることができる生物処理汚水の固液分離装置のろ過体の洗浄方法及び装置を得ることを課題とする。

本発明者等は、前記の課題により、処理時間の経過と関係なく、常にろ過体の表面に均一なダイナミックろ過層を形成する方法について種々研究した。
そして、ろ過体の内部に対して処理水槽からのろ過水又は薬品洗浄液で逆洗すれば、通常の空洗では完全に剥離できなかったろ過体表面及び内部の微細なフロック、あるいは生物スラムも容易に洗い落とすことが可能になることが確認された。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、次の構成からなるものである。

（１）原水を流入させて好気的に活性汚泥による処理を行う生物反応槽からの活性汚泥混合液を、通水性ろ過体を設置したろ過分離槽に供給し、該ろ過分離槽で該ろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成させてろ過を行ってろ過水を得、ろ過後の活性汚泥混合液を生物反応槽に返送する活性汚泥混合液の固液分離法において、該ろ過分離槽内に浸漬された通水性ろ過体であって、該ろ過体の表面に活性汚泥の付着によりダイナミックろ過を行う通水性ろ過体を具備し、該通水性ろ過体によって汚泥のダイナミックろ過層を形成するろ過体表面とろ過水を得るろ過体内部を構成し、前記通水性ろ過体には、該ろ過体内部に洗浄水を送る逆洗水ラインと、該ろ過体内部から該内部にある汚泥をろ過体外部に排出する逆洗排水を前記生物反応槽に戻すように逆洗排水ラインとがそれぞれ接続され、前記ろ過分離槽に、前記活性汚泥混合液を流入させ、ろ過時は該ろ過体内部からろ過水を流出させ、該ろ過体下方の空気散気管に送気して、空洗によるろ過Ｆｌｕｘの安定化を行うとともに、該ろ過体洗浄時は、ろ過分離槽内の活性汚泥混合液を生物反応槽に完全に返送した後、あるいはろ過分離槽にろ過水を満たした時点で前記逆洗水ラインから洗浄水を供給して逆洗し、排出される逆洗排水を前記生物反応槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
（２）ろ過体内部への水逆洗は、ろ過体上部の逆洗水ラインにろ過水あるいは薬品洗浄液を流入させ、ろ過体下部の逆洗排水ラインより逆洗排水を排出することを特徴とする前記（１）記載の有機性廃水の処理方法。

（３）原水を流入させて好気的に活性汚泥による処理を行う生物反応槽からの活性汚泥混合液を供給され、通水性ろ過体を有し、該ろ過体によるろ過に際して該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ろ過分離槽を用いる活性汚泥混合液の固液分離装置において、該ろ過分離槽内に浸漬されたダイナミックろ過層を形成した通水性ろ過体の下方に配置された空洗用の空洗散気管と、ろ過分離槽内の活性汚泥混合液の生物反応槽への返送用の配管、あるいはろ過分離槽にろ過水を満たすための処理水槽からの配管と、ろ過分離槽内の活性汚泥混合液を生物反応槽に完全に返送した後、あるいはろ過分離槽にろ過水を満たした時点で作動する、処理水槽からの該ろ過体の内部に処理水を送るよう接続された逆洗水ラインと、該ろ過体の内部からの逆洗排水を排出するための逆洗排水ラインとからなる逆洗ユニットを有することを特徴とするろ過体の洗浄装置。
（４）逆洗ユニットは、ろ過体支持部の上部の逆洗水ラインからろ過水あるいは薬品洗浄液を流入させ、下部の逆洗排水ラインより逆洗排水あるいは排液を排出するとともに、ろ過体と接触するように設けた通水性スペーサからろ過体内部に対し逆洗を行うように構成されていることを特徴とする前記（３）記載のろ過体の洗浄装置。

水逆洗は、ろ過体上部の逆洗ラインにろ過水を注入し、下部の取水ラインより逆洗排水を排出し、生物反応槽に返送される方式により、ろ過体内部の堆積汚泥を容易に排出でき、該汚泥を再度ろ過体内部に堆積しないため、常時安定したろ過Ｆｌｕｘが得られる。さらに水逆洗時、薬品洗浄液を逆洗水として用いれば、ろ過体表面に生物スラムが付着しても容易に洗い落とすことができる。すなわち、長期ろ過にともなう生物スラム付着による、ろ過Ｆｌｕｘの低下を抑制することができる。

本発明によれば、通水性ろ過体（以下単に「ろ過体」とも言う）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汚泥混合液の固液分離方法において、ろ過分離槽に浸漬する通水性ろ過体モジュールに対し、定期的にろ過分離槽内の汚泥混合液を一旦全部生物反応槽へ返送した後、あるいはろ過分離槽にろ過水を満たした時点で、処理水槽のろ過水を用い、ろ過体モジュール内部に対し水逆洗を行えば、ろ過体表面に付着した微細な汚泥粒子を容易に落とすことができ、かつろ過体内部に堆積した汚泥を逆洗によって外部に排出することができる。
この結果、ろ過体表面に汚泥微粒子閉塞による表面抵抗及び、ろ過体内部汚泥堆積による内部抵抗のいずれも低減することができ、ろ過Ｆｌｕｘがほぼ初期値に回復する。

なお、ここでいう「水逆洗」とは、通水性ろ過体表面からろ過体内部へ通るろ過に対し、ろ過体内部の一端へ洗浄水を供給してろ過体内部を通過させて洗浄を行い、ろ過体内部の他端から洗浄廃水を排出する操作をいう。
本発明において、ろ過体内部に対して水逆洗を行う目的は、次の２点にある。
（イ）洗浄水をろ過体内部からろ過体の表面を通過させ、表面の内部に付着した微細な汚泥フロックを剥離させること。（ロ）ろ過体内部に侵入した汚泥を内部に堆積しないうちに洗浄水とともに外部に排出すること。この後者の場合、侵入汚泥を内部からろ過体表面を通過させて外部に出すことは困難であり、不合理であるため、上記した水逆洗の手段が有効と考えて、本発明方法を完成したのである。

本発明においては、水逆洗を行う際のろ過分離槽の状態として、次の２種の場合を設定している。
１）ろ過分離槽内の汚泥混合液を生物反応槽へ完全に返送した場合（時点）。
２）ろ過分離槽内にろ過水を満たした場合。
このケース１）の場合においては、ろ過体内部にろ過水の残留がなく、ほぼ空洞であるため、ろ過体表面にろ過分離槽内に水を満たした場合に生じる水の抵抗を受けず、内部に流れる逆洗水の流速が大きく、ろ過体内部に堆積している汚泥、及びろ過体内部表面に付着している汚泥を効率よく剥離させ、完全に外部つまり生物反応槽に排出することができる。また、この場合、逆洗水量はろ過体内部のろ過水室容積の数倍程度であれば、良好な洗浄効果が得られるので、少ない逆洗水量で対応できる。
また、ケース２）の場合においては、ろ過分離槽内に水を満たしたことで、ろ過体表面に付着した微細汚泥フロックを溶解させ、ろ過体表面への付着力を弱める効果がある。この時に逆洗水をろ過体内部に供給すれば、ろ過体表面に付着した汚泥を容易に剥離させ、逆洗排水と共に生物反応槽に排出することができる。また、ろ過体内部の堆積汚泥もろ過分離槽内のろ過水がろ過体内部への侵入により希釈され、逆洗水の供給で堆積した汚泥を逆洗排水と共に容易に生物反応槽に排出することができる。

水逆洗は、ろ過体上部の逆洗ラインにろ過水を注入し、下部の取水ラインより逆洗排水を排出し、生物反応槽に返送される構造により、ろ過体内部の堆積汚泥を容易に排出でき、該汚泥を再度ろ過体内部に堆積しないため、常時安定したろ過Ｆｌｕｘが得られる。
さらに水逆洗時、薬品洗浄液を逆洗水として用いれば、ろ過体表面に生物スラムが付着しても容易に洗い落とすことができる。長期ろ過にともなう生物スラム付着によるろ過Ｆｌｕｘの低下を抑制することができる。
薬品洗浄液としては、次亜塩素酸水溶液、アルカリ水溶液、酸水溶液、あるいはオゾン水溶液、過酸化水素水溶液等のいずれを用いることもできる。薬品洗浄液の選定及び洗浄頻度は処理対象汚泥、汚染状況より判断し、数日から数ヶ月に１回程度で行うのが好ましい。

通水性ろ過体としては、通水性で耐圧性の多孔性表面をもつシート状体であれば、不織布、織布、金属網等のいずれを用いても同様な効果が得られる。そして、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。
また、ろ過体モジュール構造としては、通水性ろ過体を保持する支持板は、できるだけ中空型であることが望ましい。該ろ過体モジュール上部に逆洗水が支持板内部に注入できる逆洗水流入管を有し、ろ過水を得る取水管は、該ろ過体モジュール下部に設置されており、逆洗排水の排出ラインが取水管に接続され、逆洗時はバブルの切り替えによって、逆洗排水が生物処理槽に返送できる構造であるものが望ましい。
通水性ろ過体による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。

図面により、本発明をより具体的に説明する。
図１は、団地下水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において曝気ブロワ４より散気管３へ空気を供給することにより活性汚泥による好気処理を行う。活性汚泥混合液が、汚泥供給ポンプ５よりろ過分離槽１０に供給される。ろ過分離槽１０に流入した活性汚泥混合液は、通水性ろ過体１１より水頭圧△Ｈでろ過され、ろ過水取水弁１７を開放し、ろ過水取水管１４を通じて排出され、処理水槽１５に流入し、処理水２１として取り出される。なお、ろ過後の汚泥混合液は、汚泥循環液１９として生物反応槽２に返送される。

ろ過体１１の洗浄法として、ろ過体浸漬中では通常、空洗によるろ過Ｆｌｕｘの安定化を行う。この時、空洗ブロワ９から数時間毎に１回の割合でろ過体下方の空洗散気管８に送気して行われる。
ろ過水を用いた水逆洗は、数週間に１回の頻度で定期的に行う。水逆洗時は、ろ過槽１０内の混合液汚泥を、汚泥混合液供給バルブ６と汚泥混合液移送バルブ７の切り替えで、汚泥混合液ポンプ５より一旦生物反応槽２へ返送した後、逆洗ポンプ１２を起動させ、処理水槽１５の処理水（ろ過水）２１をろ過体１１上方の逆洗ライン１３を通じてろ過体１１の内部に供給される。
逆洗排水は、ろ過体１１の下部の取水管より排出し、逆洗排水返送弁１６を開き、逆洗排水返送ライン１８を通じて生物反応槽２に返送される。この場合は、ろ過水取水弁１７は閉となる。なお、この水逆洗時、ろ過体１１の内部からその表面に出てろ過分離槽１０に排出される逆洗排水は、常時汚泥混合液用ポンプ５より生物反応槽２に返送されようにする。
逆洗操作終了後は再び生物反応槽２の汚泥混合液をろ過分離槽１０に供給すれば、通水性ろ過体１１からのろ過水をろ過水取水弁１７を経て連続して得られる。

なお、図２において、１０はろ過分離槽、１３は逆洗水ライン、２２は逆洗排水ラインであり、円筒形のろ過体（織布）１１は、ろ過体支持部２３のスペーサ２４上にゆるやかに嵌着されている。逆洗水は逆洗水ライン１３から逆洗排水ライン２２へ流出するとともに、スペーサ２４を通してろ過体（織布）１１の内部に堆積した汚泥及び表面に付着した汚泥粒子を洗い落としながら流れ、ろ過体の内部の汚泥は洗浄排水とともに逆洗排水ライン２２から外部に出て、ろ過体１１の表面に付着した汚泥粒子でろ過体１１内部からの逆洗水で外に流れ出したものはろ過分離槽１０の底部へ流下する。

以下実施例により本発明を具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
（処理方法）
団地下水について、図１に示すフローシートで表わされる本発明による処理法により処理を行った。
この団地下水の水質は、第１表に示すとおりである。
団地下水を活性汚泥を用いて処理する生物反応槽は、活性汚泥のＭＬＳＳが約３５００ｍｇ／リットルであった。前記生物反応槽から出る活性汚泥混合液を下記に示すろ過分離槽に導き、処理水を得た。
前記ろ過分離槽で得られる処理水の水質は、第１表に示すとおりである。

（ろ過分離槽）
ろ過分離槽としては、有効面積０．３ｍ² 、有効容積０．６ｍ³ の固液分離槽を用いた。ろ過分離槽１０内部に有効面積１ｍ² ／枚の平面形織布ろ過体５枚をろ過体モジュールとして浸漬設置した。織布の素材としては、ポリエステル製で、目開き２００メッシュ、厚み０．０９ｍｍのものを用いた。なお、ろ過時の平均水頭圧を約１０ｃｍとした。
このろ過分離槽の処理条件を表で示すと、第２表のとおりである。
また、第３表にろ過体の空洗及びろ過水による逆洗の条件を示す。

（処理結果）
図３にこの実施例におけるろ過Ｆｌｕｘの経過を示す。
処理対象とする活性汚泥のＭＬＳＳが約３５００ｍｇ／リットルであり、２ヶ月の処理期間中、ろ過Ｆｌｕｘが４．２〜４．８ｍ／ｄに維持でき、２週間に１回のろ過水による逆洗を加えたことにより、安定したろ過Ｆｌｕｘが得られた。なお、ろ過水の濁度が処理期間中で平均５度前後であり、清澄であった。

比較例１
実施例１と同様な操作条件で、ろ過体モジュール内部に対する定期的な水逆洗を行わないで、活性汚泥混合液のろ過処理を行った。その場合の平均ろ過Ｆｌｕｘの経過を図４に示す。
平均ろ過Ｆｌｕｘは、処理開始時に実施例１とほぼ同様の約４．８ｍ／ｄであった。しかし、処理開始から約１０日後に、ろ過Ｆｌｕｘが急激に低下した。これは、ろ過体表面への汚泥微粒子付着及びろ過体内部の汚泥堆積に起因するものである。
その結果、通常の空洗を４時間に１回の頻度で実施しても、ろ過Ｆｌｕｘの回復が得られず、処理開始から２０日後に、ろ過Ｆｌｕｘが初期値の半分以下の１．８ｍ／ｄに低下した。その後も徐々に低下し、１ｍ／ｄ以下となった。なお、ろ過水濁度は常時１０度以下で実施例と大きな差異は認められなかった。

本発明の通水性ろ過体の洗浄装置を含む生物処理汚水の固液分離装置の説明図である。 本発明のろ過体の洗浄装置の逆洗処理状況の説明図である。 本発明の一実施例の経過日数と平均ろ過Ｆｌｕｘの関係を示すグラフである。 比較例１の経過日数と平均ろ過Ｆｌｕｘ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 散気管
４ 曝気ブロワ
５ 汚泥混合液用ポンプ
６ 汚泥混合液供給バルブ
７ 汚泥混合液返送バルブ
８ 空洗散気管
９ 空洗ブロワ
１０ ろ過分離槽
１１ 通水性ろ過体
１２ 逆洗ポンプ
１３ 逆洗ライン
１４ ろ過水取水管
１５ 処理水槽
１６ 逆洗排水返送弁
１７ ろ過水取水弁
１８ 逆洗排水返送ライン
１９ 汚泥循環液
２０ 排泥ライン
２１ 処理水
２２ 逆洗排水ライン
２３ ろ過体支持部
２４ スペーサ
２５ 織布

Claims (2)

1. 原水を流入させて好気的に活性汚泥による処理を行う生物反応槽からの活性汚泥混合液を、通水性ろ過体を設置したろ過分離槽に供給し、該ろ過分離槽で該ろ過体表面に汚泥のダイナミックろ過層を形成させてろ過を行ってろ過水を得、ろ過後の活性汚泥混合液を生物反応槽に返送する活性汚泥混合液の固液分離法において、該ろ過分離槽内に浸漬された通水性ろ過体であって、該ろ過体の表面に活性汚泥の付着によりダイナミックろ過を行う通水性ろ過体を具備し、該通水性ろ過体によって汚泥のダイナミックろ過層を形成するろ過体表面とろ過水を得るろ過体内部を構成し、前記通水性ろ過体には、該ろ過体内部に洗浄水を送る逆洗水ラインと、該ろ過体内部から該内部にある汚泥をろ過体外部に排出する逆洗排水を前記生物反応槽に戻すように逆洗排水ラインとがそれぞれ接続され、前記ろ過分離槽に、前記活性汚泥混合液を流入させ、ろ過時は該ろ過体内部からろ過水を流出させ、該ろ過体下方の空気散気管に送気して、空洗によるろ過Ｆｌｕｘの安定化を行うとともに、該ろ過体洗浄時は、ろ過分離槽内の活性汚泥混合液を生物反応槽に完全に返送した後、あるいはろ過分離槽にろ過水を満たした時点で前記逆洗水ラインから洗浄水を供給して逆洗し、排出される逆洗排水を前記生物反応槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
2. ろ過体内部への水逆洗は、ろ過体上部の逆洗水ラインにろ過水あるいは薬品洗浄液を流入させ、ろ過体下部の逆洗排水ラインより逆洗排水を排出することを特徴とする請求項１記載の有機性廃水の処理方法。

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