JP4412657B2

JP4412657B2 - 有機性排水の処理方法

Info

Publication number: JP4412657B2
Application number: JP2004240971A
Authority: JP
Inventors: 賢治本城; 勝行矢ノ根; 博美保永
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: JP2006055766A

Description

本発明は、微生物処理槽内に設置した分離膜によって固液分離を行う、有機性排水の処理方法に関するものである。

従来、有機性の排水処理には、微生物を用いた浄化（活性汚泥処理）を行い、さらに、固形分を分離して浄化を行う方法が、広く用いられている。固液分の分離には、砂濾過や重力沈殿等が行われている。しかし、これらの方法による固液分離は、得られる処理水のＳＳ濃度が高くなり易いことや、広大な敷地を要するといった不都合を有する。

このような不都合を解決する方法として、近年、精密濾過膜、限外濾過膜等の分離膜を配設した分離膜モジュールを用いて、被処理液の固液分離を行う方法が種々検討されている。分離膜を用いて被処理液の濾過処理を行うと、ＳＳをほとんど含まない処理水を得ることができる。

しかし、以下のような場合において、分離膜での固液分離が困難となる場合がある。すなわち、（１）分画孔径の小さな精密濾過膜、限外濾過膜を用いて処理を行う場合、長期間の膜分離処理により、少しずつ膜面上の堆積物が蓄積され、差圧上昇が発生する。（２）ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）負荷が急激に増大した場合や、冬季等の低温期など微生物に環境ストレスがかかる場合において、一時的に微生物による被処理液の分解が充分に行われず、分離膜の濾過阻害成分が残ったままとなり、被処理液の分離性が悪化する場合である。

上述の（１）のような場合では、分離膜の薬品洗浄等を定期的に行う必要がある。上述の（２）のような、濾過阻害成分が被処理液中に存在する場合においては、濾過処理を濾過阻害成分が存在しない場合と同様な条件で行うと、分離膜の閉塞が進行し、急激な差圧上昇が見られる為、分離膜の濾過性能回復の為の洗浄作業を頻繁に行う必要が生じてくる。分離膜の濾過速度を低下させれば、分離膜の閉塞を緩和させ、急激な差圧上昇を抑えることは可能であるが、その場合、処理能力が減少してしまうという問題が発生する。

被処理液の分離性を改善する目的で、活性炭等の吸着剤を添加し、濾過性阻害成分を吸着除去することが知られているが（特許文献１参照）、有機性排水のように雑多な物質を含む系に活性炭のような吸着剤を添加しても、濾過性を阻害する物質のみを除去することは困難であるため、十分な効果を得るためには非常に大量の吸着剤が必要となる傾向にあった。また、吸着剤の吸着能力は飽和するため、効果を持続するためには、この頻繁な更新を必要とし、経済的に不利であった。
濾過阻害成分の除去方法としては、凝集剤によって、被処理液を懸濁成分と濾過阻害成分を含む液体とに分離することが知られているが（特許文献２参照）が、凝集剤添加の適切な時期を決めるのが困難であった。

特開平１０−３０９５６７号公報特開２００２−１３３３号公報

本発明は、このような不具合を解決するためになされたものであり、分離膜を用いて有機性排水の固液分離処理を行う際に、濾過阻害成分の存在による被処理液の分離性の悪化を予測し、事前にこれを改善する方法を提供するものである。

本発明者らは鋭意検討の結果、微生物処理槽内の水温と槽の設置環境の気温との関係が、凝集剤の適切な添加時期と密接な関係にあることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、微生物処理槽内に設置した分離膜による固液分離を行う場合において、分離膜を設置した微生物処理槽内の水温と槽の設置環境の気温との１０〜４０日間移動平均温度差が、４℃以上に拡大した時に凝集剤を添加する、有機性排水の処理方法に関するものである。

本発明によれば、分離膜を用いて有機性排水の固液分離処理を行う際に、濾過阻害成分の存在による分離性の悪化を予測し、事前にこれを改善することができるため、分離膜の閉塞による膜差圧の上昇や廃水処理量の低下を防ぐことができ、凝集剤を必要以上に添加することを避けることができる。
複数の生物反応槽を有する場合、嫌気槽や無酸素槽を有する場合等、被処理液の性状が悪化しやすい工程を有する廃水処理において、本発明は、特に有効である。

以下、本発明を一実施形態による図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態による有機性排水の処理方法を示す概略図である。
微生物処理槽１において、被処理液は、活性汚泥による浄化処理がなされる。微生物処理槽１は、その目的に応じて複数設置することも可能である。

次いで、微生物処理槽１内部に設置された膜分離装置２によって、固液分離処理がなされる。微生物処理槽１内の活性汚泥の濃度（ＭＬＳＳ）は、３，０００〜１５，０００ｍｇ／Ｌの範囲とするのが好ましい。これは、３，０００ｍｇ／Ｌ以上とすることによって、未分解成分による分離膜の早期閉塞を防ぐことができる傾向にあるためである。より好ましくは、５，０００ｍｇ／Ｌ以上であり、さらに好ましくは、７，０００ｍｇ／Ｌ以上である。また、１５，０００ｍｇ／Ｌ以下とすることによって、活性汚泥の粘度上昇に起因する、分離膜へのエアーバブリングの不均一や、分離膜の早期閉塞を避けることができる傾向にあるためである。より好ましくは１２，０００ｍｇ／Ｌ以下であり、さらに好ましくは、１０，０００ｍｇ／Ｌ以下である。

本発明で使用される分離膜の形状としては、平膜タイプ、中空糸膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプ等を挙げることができる。これらの形状は、必要に応じて適宜選択することができるが、ユニット化した際の、ユニット容積当たりの膜面積を多く採れる点から、中空糸膜タイプが好ましい。

本発明で使用される分離膜の材質としては、セルロース系、ポリオレフィン系、ポリスルフォン系、ポリビニルアルコール系、ポリメチルメタクリレート系、ポリビニリデンフルオライド、ポリ４フッ化エチレン、セラミック等を挙げることができる。これらの材質は、加工性、薬品耐性等の点から、必要に応じて適宜選択することができる。

本発明で使用される分離膜の孔径は、適宜選択することができ、特に限定されるものではないが、０．００１〜１μｍの範囲とするのが好ましい。これは、孔径を０．００１μｍ以上とすることによって、濾過時の圧力を高くしなくても充分な濾過流量が得られる傾向にあるためである。より好ましくは、０．１μｍ以上である。また、孔径を１μｍ以下とすることによって、不純物が膜を透過しにくくなり、高い水質の濾過液を得ることができる傾向にあるためである。
本発明においては、一般に精密濾過膜と呼ばれる膜を使用するのが好ましい。

微生物処理槽１内で微生物処理が良好に機能している間は、膜分離処理も良好に機能し、水処理を安定して実施できるが、先に述べたような原因によって、微生物処理槽１の被処理液の性状が悪化すると、分離膜の急速な閉塞とともに膜差圧が急激に上昇し、固液分離処理に支障が生じる。

しかし、早期に凝集剤添加の適切な時期を把握することによって、被処理液の分離性を維持、改善することができる。これによって、分離膜の閉塞を抑えることができ、分離膜の閉塞による廃水処理量の低下を防ぐことができる。また、凝集剤が有効に作用する時期に、これを添加することができるので、凝集剤の過剰な使用を抑えることが可能となる。

本発明における凝集剤の添加時期は、分離膜を設置した微生物処理槽内の水温と槽の設置環境の気温との１０〜４０日間移動平均温度差が、４℃以上に拡大した時である。

本発明における１０〜４０日間移動平均温度差は、分離膜を設置した微生物処理槽内の１０〜４０日間移動平均水温と、槽の設置環境の１０〜４０日間移動平均気温との差である。それぞれの移動平均は、基準となる期間は同じであり、水温あるいは気温の日平均データを基に算出されるものである。特定の日においてデータの欠落がある場合は、欠落部を無視して移動平均を求めることができる。しかし、大きな欠落があると、温度差の判定が難しくなり、凝集剤添加の適切な時期の確認が遅れる可能性があるため、連続したデータの欠落は１０日までとするのが好ましい。

本発明における移動平均は、１０〜４０日間の値とする必要がある。これは、１０日間未満であると、日ごとの温度のばらつきを吸収できないために、上述の平均温度差を求めるのが難しくなる傾向にあるためである。好ましくは、２０日間以上である。また、４０日間を越えると、温度変化が過剰に平均化されるために、凝集剤添加の適切な時期の確認が遅れる傾向にあるからである。好ましくは３０日間以下である。

本発明における移動平均温度は、微生物処理槽内の水温が２０℃以下であるときのデータに基づくのが好ましい。これは、微生物処理槽内の水温が２０℃以下のときにおいて、被処理液の性状悪化による分離膜の閉塞が進行しやすいために、凝集剤の添加がより有効となる傾向にあるためである。

本発明においては、上述の平均温度差が４℃以上に拡大した時に凝集剤を添加する必要がある。
これは、この温度差が４℃未満である時点では、被処理液の性状はそれほど悪化しておらず、分離膜の閉塞も進行していない傾向にあるため、凝集剤の添加は効率的ではなく、未反応の凝集剤によって膜閉塞が発生し、膜差圧の上昇の原因となる場合もあるからである。好ましくは、４〜７℃に拡大した時である。上述の平均温度差を７℃以下とすることによって、被処理液の性状悪化が顕著になる前に凝集剤を添加できる傾向にあるためである。

本発明における凝集剤の添加時期は、微生物処理槽内の移動平均水温と槽の設置環境の移動平均気温が下降している期間が好ましい。
また、本発明実施後における次回の凝集剤添加時期は、微生物処理槽内の水温が２０℃を越える期間を経て、再度、水微生物処理槽内の移動平均水温と槽の設置環境の移動平均気温が下降している期間が好ましく、上述の平均温度差が４℃以上に拡大した時が好ましい。
例えば、未使用の分離膜を微生物処理槽内に設置し、固液分離を新規に開始した時において、微生物処理槽内の水温が２０℃以下であるとともに、上述の移動平均水温と移動平均気温の差が既に４℃以上となっている場合には、これを確認した時点で凝集剤を添加しても良い。

被処理液の濾紙による濾過流量や、被処理液中の糖濃度は、被処理液の分離性悪化の目安とすることができるものである。本発明においては、被処理液の濾紙による濾過流量が１０ｍｌ／５ｍｉｎ以下、または被処理液中の糖濃度が３０ｍｇ／Ｌ以上となった時に凝集剤を添加するのが好ましい。

濾過流量は、ひだ折りした５Ｃ１８５ｍｍ濾紙にサンプル５０ｍｌを流し込んだ時の、５分後の濾過量の測定値である（「浸漬型分離活性汚泥法における汚泥の濾過性に関する研究」（第３２回水環境学会：２−Ａ−１１−１）に記載されている方法に準拠）。

濾紙による濾過流量によって、分離膜による濾過のしやすさを判断することができ、上述の数値未満になると、濾過差圧が上昇する傾向にある。
また、糖濃度によって、濾過流量の低下や、活性汚泥の粘度上昇を判断することができ、上述の数値を超えると、分離膜の差圧が急激に上昇しやすくなる傾向にある。

本発明においては、１日の処理廃水中の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上となる量の凝集剤を連続的あるいは間欠的に微生物処理槽内に添加するのが好ましい。
これは、凝集剤の濃度を１ｍｇ／Ｌ以上とすることによって、被処理液の分離性が良好に維持、改善される傾向にあるためである。より好ましくは５ｍｇ／Ｌ以上である。また、凝集剤の濃度は３０ｍｇ／Ｌ以下とするのが好ましい。これは、濃度を過剰に高くしても凝集剤添加による効果は変わらない傾向にあり、コスト的にも不利となる傾向にあるためである。

また、凝集剤を連続的あるいは間欠的に添加することによって、凝集剤がより有効に作用し、凝集剤の使用量を低減できる傾向にあるためである。１日の処理廃水中の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上となる量の凝集剤を１日かけて連続添加、もしくは間欠添加するのがより好ましい。必要に応じて、初期に凝集剤をある程度多量に添加し、その後、少量での連続添加や間欠添加を行うこともできる。

凝集剤の添加は、濾紙濾過流量の回復、糖濃度の低下および分離膜の差圧安定等が見られ、被処理液の分離性が改善された時点まで行うことが好ましい。１日の処理廃水中の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上となる量の凝集剤を１日当たりの添加量とするのが、より好ましい。凝集剤の添加期間に特に制限はなく、使用環境や排水の種類によって、適宜選択することができるものであるが、余剰汚泥の発生量への影響、コストの問題、余剰凝集剤による水質および分離膜の差圧への影響等も考慮すると、１〜４週間の添加を目安とするのが好ましい。

例えば、間欠タイマー３と送液ポンプ４を繋げたチューブが接続された凝集剤タンク５を用いることによって、膜分離装置２が設置された微生物処理槽１内に凝集剤を間欠的に添加することができる。この場合、分離膜での濾過運転はそのまま継続し、濾過運転を停止することなくオンラインで分離性改善を行うことができる。連続添加を行う場合は、間欠タイマー３を省略することができる。

本発明で使用することができる凝集剤としては、例えば、市販の塩化第二鉄溶液（塩化鉄）、ポリ硫酸鉄溶液（ポリ鉄）、ポリ塩化アルミニウム溶液（ＰＡＣ）等の無機系凝集剤やカチオン系、アニオン系、両性の高分子凝集剤等を挙げることができる。これらは１種以上を適宜選択して使用することができるが、汎用性が高く、簡便に使用できる無機系凝集剤を用いるのが好ましい。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示した装置を用いて、以下の条件で生活系排水の処理を、三菱レイヨン（株）排水試験場にて行った。
１．平均孔径０．４μｍの精密濾過用ポリビニリデンフルオライド製中空糸膜
をスクリーン状に展開固定したエレメントを複数枚積層した膜分離装置
（膜面積４３．５ｍ^２）２を準備した。
２．微生物処理槽１（長さ１０００ｍｍ×幅１１００ｍｍ×高さ４６００ｍｍ）
内に設置された膜分離装置２の２次側を吸引し、膜濾過流束ＬＶ＝０．８
ｍ^３／ｍ^２／Ｄａｙにて生活排水系の排水を処理した。
この際、濾過装置の下方に設置している散気管６からの散気を常時実施
した。散気量は、中空糸膜部の投影面積当たり１５０Ｎｍ^３／ｍ^２・ｈｒと
した。
３．濾過運転の間欠間隔を７分吸引−１分停止として濾過を実施した。
４．試験スタート時の被処理液のＭＬＳＳは１００００ｍｇ／Ｌ、濾紙濾過
量は２５ｍｌ／５ｍｉｎ、糖濃度は２０ｍｇ／Ｌであった。
上記条件で試験を開始し、微生物処理槽１内の水温と、微生物処理槽１の設置環境の気温を測定するとともに、微生物処理槽１内の４０日間移動平均水温と、微生物処理槽１の設置環境の４０日間移動平均気温を求めた。その結果を図２に示す。
試験開始時から水温、気温とも低下し、それぞれの移動平均温度の差が拡大する傾向にあったが、膜間の差圧の上昇も見られず、順調に廃水処理を継続することができた。
移動平均温度差が４℃に拡大した時点（図２中の矢印の時点）で、被処理液をサンプリングした結果、濾紙による濾過流量が１８ｍｌ／５ｍｉｎ、糖濃度が３５ｍｇ／Ｌであり、非処理液の性状が悪化し始めてきていることが確認された。
そこで、１日の処理廃水中の濃度が５ｍｇ／Ｌとなる量のＰＡＣを一日当たり使用し、これを１０分に１回３０秒間の条件で、間欠タイマー３と送液ポンプ４を繋げたチューブが接続された凝集剤タンク５を用いて間欠添加を行う操作を４週間継続した。その結果、被処理液の濾紙濾過量が３０ｍｌ／５ｍｉｎ、糖濃度が２０ｍｇ／Ｌとなり、被処理液の性状の回復が確認された。その間、試験開始時の濾過条件のままで差圧は上昇せず、廃水処理を継続することができた。

（実施例２）
実施例１において、３０日間移動平均水温と３０日間移動平均気温を求めた結果を図３に示す。平均温度差が４℃となるのが、実施例１とほぼ同じ時期（矢印の時点）であり、この条件下でも、適切な時期に凝集剤を添加できることを確認した。

（実施例３）
実施例１において、２０日間移動平均水温と２０日間移動平均気温を求めた結果を図４に示す。平均温度差が４℃となるのが、実施例１とほぼ同じ時期（矢印の時点）であり、この条件下でも、適切な時期に凝集剤を添加できることを確認した。

（実施例４）
実施例１において、１０日間移動平均水温と１０日間移動平均気温を求めた結果を図５に示す。平均温度差が４℃となるのが、実施例１とほぼ同じ時期（矢印の時点）であり、この条件下でも、適切な時期に凝集剤を添加できることを確認した。

（比較例１）
実施例１において、５０日間移動平均水温と５０日間移動平均気温を求めた結果を図６に示す。平均温度差が４℃となるのが、実施例１〜４における時点より遅く（矢印の時点）、この時点では既に非処理液の性状の悪化が顕著であり（濾紙濾過量が１０ｍｌ／５ｍｉｎ、糖濃度が４０ｍｇ／Ｌ）、差圧の上昇によって、試験開始時の膜濾過流束（ＬＶ＝０．８ｍ^３／ｍ^２／Ｄａｙ）を維持できない状態であった。

（比較例２）
実施例１において、５日間移動平均水温と５日間移動平均気温を求めた結果を図７に示す。データのばらつきが激しいために、温度差が４℃となる時点を決めることができなかった。

本発明の処理方法の一例を示す概略のフロー図である。実施例１における、移動平均温度の推移を示すグラフである。実施例２における、移動平均温度の推移を示すグラフである。実施例３における、移動平均温度の推移を示すグラフである。実施例４における、移動平均温度の推移を示すグラフである。比較例１における、移動平均温度の推移を示すグラフである。比較例２における、移動平均温度の推移を示すグラフである。

符号の説明

１微生物処理層
２膜分離装置
３間欠タイマー
４送液ポンプ
５凝集剤ポンプ
６散気管

Claims

微生物処理槽内に設置した分離膜による固液分離を行う場合において、分離膜を設置した微生物処理槽内の水温と槽の設置環境の気温との１０〜４０日間移動平均温度差が、４℃以上に拡大した時に凝集剤を添加する、有機性排水の処理方法。
被処理液の濾紙による濾過流量が１０ｍｌ／５ｍｉｎ以下、または被処理液中の糖濃度が３０ｍｇ／Ｌ以上となった時に凝集剤を添加する、請求項１記載の有機性排水の処理方法。
１日の処理廃水中の濃度が１ｍｇ／Ｌ以上となる量の凝集剤を連続的あるいは間欠的に微生物処理槽内に添加する、請求項１または２記載の有機性排水の処理方法。