JP4552482B2 - 有機性排水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、生物処理の後に行われる膜分離処理の際に生じる分離膜閉塞の原因をつきとめ、閉塞原因物質の除去を行うことにより、膜分離装置の長期間の高フラックス（透過流速）運転を可能とする有機性排水の処理方法に関する。

従来より、都市下水、あるいは主に精油所、浄水場、製紙工場などから排出される産業廃水などの、有機物を高濃度で含有する排水は、その浄化の目的で活性汚泥法などの生物処理を行った後に固液分離されるのが一般的である。

近年、このようにして得られた処理水を、より高度に処理する場合において、固液分離の手段として、高負荷での運転が可能であり、しかもコンパクトであるために省スペースでの設置ができるという利点を有する膜分離装置が注目を集めており、該装置を用いることにより、得られた処理水を工業用水（純水原水）や中水として回収して再利用するようになってきている。

しかし、有機性排水を生物処理した後に膜分離装置を用いて固液分離する場合、分離膜の透過性が低下して透過流束が非常に小さくなったり、分離膜が閉塞を起こすために頻繁な分離膜の薬品洗浄や交換が必要となったり、それらの問題を解決するために装置が大型になるなどの問題を有していた。

そこで、例えば特開平４−３３０９９３号公報においては、生物処理及び膜分離処理を組み合わせた排水処理方法において、好気槽の溶存酸素濃度を１．０ｍｇ／リットル（以下、リットルをＬ、ミリリットルをｍＬと記す）以上に維持することにより、分離膜表面上でのゲル状物質の発達が抑えられ、分離膜の透過性や透過流束を高く維持するという方法を提案している。
ただし、この方法を用いた場合であっても、運転条件によっては、分離膜の閉塞や透過流束の低下を抑制する効果が十分に得られない場合がある。
特開平４−３３０９９３号公報

本発明は、有機物を高濃度で含有する排水を生物処理と膜分離処理して浄化する際の、上記のような分離膜の閉塞を、効果的に抑制し、長期間に渡っての高フラックス運転を可能とする有機性排水の処理方法を提案することを課題とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために検討を重ねた結果、先ず、（１）分離膜閉塞の原因となるゲル状物質が生物処理の結果生成されること、（２）このゲル状物質は主に糖蛋白からなる親水性高分子有機物から構成されること、を究明した。
次に、これを効率的に除去する手法を追求した結果、疎水性物質の除去に用いられる凝集や加圧浮上処理のみでは不十分であって、界面活性剤を併用した加圧浮上法等により処理することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、有機性排水を生物処理した後、膜分離装置を用いて固液分離する方法であって、前記膜分離装置の上流側で、前記生物処理の結果生成した親水性高分子化合物を界面活性剤を使用した加圧浮上処理または／および泡沫分離処理により除去するとともに、前記膜分離装置の前又は後において処理水中に残存する使用済みの前記界面活性剤の除去処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法を要旨とする。
また本発明は、前記界面活性剤の除去処理が、活性炭による吸着処理、又はイオン交換樹脂による処理であること、この界面活性剤は、カチオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤からなる群から選ばれる１種以上であることが好ましい。

以下に本発明を詳細に説明する。
本発明において、有機性排水とは、例えば、都市下水、あるいは主に精油所、浄水場、製紙工場、食品加工工場、家畜・家禽飼育場などから排出される産業廃水などの、有機物を高濃度で含有する排水を指す。生物処理としては、具体的には活性汚泥処理が一般的に挙げられ、好気性処理や嫌気性処理、またはその双方を併用しても良い。

本発明では、このような排水にこのような生物処理を行う結果、生成し、排水中に混在することとなる糖蛋白等の親水性高分子有機化合物を、加圧浮上法や泡沫分離法で除去するが、この除去を効率的に行うために、界面活性剤を併用する。
この界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤やアニオン性界面活性剤が好ましく用いられる。
これら界面活性剤の具体例としては、脂肪酸エチレンオキシド付加物、アルキルフェノールエチレンオキシド付加物、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、第四アンモニウム塩、第四ホスホニウム塩、アミノ酸塩、およびジアルキルエステルスルホン酸塩などのカチオンやアニオン系の界面活性剤を挙げることができ、これらの中から選ばれる１種以上を用いる。

界面活性剤の添加濃度は、少なすぎれば界面活性剤による閉塞原因物質の除去処理が充分にできず、多すぎてもこの処理効果が飽和してしまうため、１〜５００ｐｐｍ、好ましくは３〜３０ｐｐｍ程度が適している。
界面活性剤の添加は、界面活性剤をそのまま、あるいは系内の排水や処理水、または水道水等の適宜の水に溶解したものを、逐次的に添加する方法、あるいは連続的または断続的に添加する方法のいずれでも構わない。

界面活性剤を用いた処理は、膜分離装置直前の上流側において、加圧浮上処理や泡沫分離処理と共に行えばよい。

加圧浮上処理は、系中への加圧気体(空気や窒素等）の導入や、加圧液体（例えば、系中水等を隘路を通過させるなどして加圧したものなど）の導入などによって行われる。
加圧浮上の際に用いる気泡は、径が０．０１〜０．５ｍｍ程度のものが糖蛋白の吸着効果が高いため望ましい。

また、泡沫分離処理に用いる泡沫は、径が０．０５〜１５ｍｍ程度、好ましくは０．１〜１０ｍｍ程度のものが糖蛋白の吸着効果が高いため望ましい。
このような泡沫の形成は、定法により行われ、例えば、ブロアーの圧力調整、ノズルの選択などによって行われる。

加圧浮上処理や泡沫分離処理の際に界面活性剤を使用するのは、次の理由による。
加圧浮上処理の場合には加圧により生じるマイクロエアー（上記のように、泡沫処理の際の泡沫の径より小さく、一般には泡沫の気泡径の約１／１０程度の微細な気泡）に、泡沫分離処理の場合には泡沫に由来する気泡に、界面活性剤の疎水性基が吸着し、親水性基が糖蛋白等の膜閉塞物を吸着し、この状態でマイクロエアーあるいは気泡が水面に上昇する。
水面に上昇したマイクロエアーあるいは気泡は弾け、この弾けた部分を、スキマー、その他の適宜の手段で除去することにより、糖蛋白等の膜閉塞物の除去を行うことができる。

さらに、本発明において、用いた界面活性剤が処理水中に残存したままで工業用水として再利用に供すると、活性汚泥等を構成する細菌を死滅させたり、逆に過栄養により過度に増殖したりする原因となるために生物処理に支障を来たしたり、装置や分離膜の劣化を引き起こしたりする等の問題を生じることがあるため、上記の界面活性剤による処理の後であって、膜分離処理の前または後に除去することが好ましい。
界面活性剤の除去処理は、適宜の方法であってよく、例えば、活性炭による吸着処理、イオン交換樹脂による処理などが挙げられる。

本発明の膜分離処理に用いる分離膜としては、ＭＦ（精密濾過）膜、ＵＦ（限外濾過）膜、ＲＯ（逆浸透）膜など種々のものを挙げることができ、これらは単独で、あるいは必要に応じて適宜の２種以上の分離膜を選択して併用することもできる。
これらの分離膜であれば、本発明の方法において、膜の閉塞を効果的に抑制、あるいは除去することができる。

本発明の有機性排水の処理方法によれば、膜分離処理の際に用いる分離膜の閉塞の原因となる糖蛋白を効率的に除去することができるため、分離膜の透過性や透過流束を高く維持することを可能とし、長期間の高フラックス運転を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施態様例を説明する。
図１，図２は、本発明の実施に好適な有機性排水処理のフローを示す図であり、同図中同一符号は同一機能部・品を示す。

図１に示す例では、工場等から排出される有機性排水を原水として生物処理槽１に導入し、好気性処理や嫌気性処理、これらの双方による活性汚泥処理を行う。
該処理槽１で得られた生物処理液を抜き出し、凝集槽２に導入し、該槽２に供給される適宜の凝集剤により凝集処理した後、液分を加圧浮上槽３に導入する。

この加圧浮上槽３において、ライン４から界面活性剤を上記の添加濃度となるように、そのままあるいは適宜の水に溶解して、逐次的、連続的、あるいは断続的に供給し、界面活性剤による処理と、加圧浮上処理との併用処理を行う。
この併用処理により、マイクロエアーが、界面活性剤の作用で糖蛋白等の膜閉塞物を吸着し、加圧浮上槽３の水面にフロスとして上昇する。
このフロスを、図示省略のスキマー等で掻き取って、糖蛋白等を除去する。

なお、図１の例において、加圧浮上槽３に代えて泡沫分離槽を用いてもよいし、加圧浮上槽３に泡沫分離機能を加えたり、加圧浮上槽３の後に泡沫分離槽を配置する等して、加圧浮上処理と泡沫分離処理とを併用してもよい。

上記加圧浮上槽３の処理液を、界面活性剤除去槽６に導入し、活性炭で吸着除去、あるいはイオン交換樹脂などで界面活性剤の除去処理を行う。

この後、分離膜としてＭＦ膜７Ａを装着した膜分離装置７および、分離膜としてＲＯ膜８Ａを装着した膜分離装置８に、この順で導入し、固液分離を行う。
これらの膜分離装置７，８に導入される上記の濾液には、これらの装置７，８に装備されるＭＦ膜７Ａ、ＲＯ膜８Ａを閉塞する糖蛋白等の親水性高分子有機物は殆ど含有されておらず、膜分離装置７，８の膜閉塞を効果的に抑制することができる。

上記の膜分離装置７，８で処理されて得られる濃縮水は、生物処理槽１に返送し、透過水は処理水として取り出され、工業用水（純水原水）や中水などとして再利用される。

図２に示す例では、図１に示す例と同様に、生物処理槽１で活性汚泥処理を行い、凝集槽２で凝集処理を行う。
この後、加圧浮上槽または沈殿分離槽５に導入し、固形物と液分とに分離する。

得られた濾液を泡沫分離槽３１に導入し、ライン４から界面活性剤を、図１に示す例と同様に供給して、界面活性剤による処理と、泡沫分離処理との併用処理を行う。
この併用処理により、泡沫に由来する気泡が、界面活性剤の作用で糖蛋白等の膜閉塞物を吸着し、フロスとなって泡沫分離槽３１の水面に上昇する。
このフロスを、図示省略のスキマー等で掻き取って、糖蛋白等を除去する。

図２の例においても、泡沫分離槽３１に代えて図１の例における加圧浮上槽３を用いてもよいし、泡沫分離槽３１に加圧浮上機能を加えたり、泡沫分離槽３１の後に加圧浮上槽を配置する等して、泡沫分離処理と加圧浮上処理とを併用してもよい。

この後、界面活性剤除去槽６に導入し、図１に示す例と同様にして界面活性剤の除去処理を行う。
この処理液を、図１に示す例と同様に、ＭＦ膜７Ａを用いた膜分離装置７と、ＲＯ膜８Ａを用いた膜分離装置８に、この順で導入し、さらに固液分離を行い、得られた濃縮水は、生物処理槽１に返送し、透過水は処理水として取り出され、工業用水（純水原水）や中水などとして再利用される。

なお、図示は省略するが、図１および図２の例において、膜分離装置７，８の濃縮水の生物処理層への返送ライン、および透過水の取り出しラインの途上に、界面活性剤の除去槽を設けることもできる。

以下に実施例、および比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
〔実施例１〕
図１に示す処理装置を用いて、下記処理条件にて合成下水（ペプトン、グルコース基質、ＢＯＤ；１０００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ；８００ｍｇ／Ｌ）の浄化処理運転を行った。

処理条件：
生物処理槽の容量：２５０Ｌ
水温：３０℃
ＭＬＳＳ：５，０００ｍｇ／Ｌ
凝集槽２の容量：２５０Ｌ
加圧浮上槽３の容量：２５０Ｌ
界面活性剤の種類：ソルビタンラウリン酸エステル
界面活性剤の濃度：１０ｍｇ／Ｌ
界面活性剤除去槽６（活性炭槽）の容量：２５０Ｌ
分離膜（ＭＦ）の種類：ＴＰＦＥ膜、栗田工業社製商品名“ＫＭ０２１２Ｓ”
分離膜（ＲＯ）の種類：ポリアミド膜、栗田工業社製商品名“ＫＲＯＡ９８−８ＨＮ”

以上の条件により、１０日間の処理運転を行った結果、分離膜の透過流束は０．８ｍ^３／ｍ^２／日となり、また生物処理槽内の溶解性ＣＯＤは初日から終日までにおいて１０ｍｇ／Ｌ程度であった。
この結果から、実施例１においては分離膜閉塞等の不都合は抑制され、良好な処理運転が行えることが分かる。

〔比較例１〕
加圧浮上槽３で界面活性剤を用いない以外は、実施例１と同様な処理運転を行ったところ、分離膜透過水のＣＯＤやＢＯＤは実施例の結果と同等であったにも拘わらず、分離膜透過流束が低下して０．４ｍ^３／ｍ^２／日となった。
また、この処理運転の後、加圧浮上槽３に種類、濃度について実施例１と同様の界面活性剤を添加して処理運転したところ、分離膜透過流束が０．７５ｍ^３／ｍ^２／日にまで回復した。

本発明の有機性排水の処理方法によれば、膜分離処理の際に用いる分離膜の閉塞の原因となる糖蛋白を効率的に除去することができるため、分離膜の透過性や透過流束を高く維持することができる。
従って、本発明の有機性排水の処理方法は、有機物を高濃度で含む都市下水や、精油所、浄水場、製紙工場、食品加工工場、家畜・家禽飼育場などから排出される産業廃水などを、長期間に渡って、の高ＦＬＵＸで運転することができる。

本発明の一実施態様例を説明するためのフロー図である。 本発明の他の実施態様例を説明するためのフロー図である。

符号の説明

１ 生物処理槽
２ 凝集槽
３ 加圧浮上槽
３１ 泡沫分離槽
４ 界面活性剤供給ライン
５ 沈殿または加圧浮上槽
６ 界面活性剤除去槽
７，８ 膜分離装置
７Ａ，８Ａ 分離膜

Claims (3)

1. 有機性排水を生物処理した後、膜分離装置を用いて固液分離する方法であって、
   前記膜分離装置の上流側で、前記生物処理の結果生成した親水性高分子化合物を界面活性剤を使用した加圧浮上処理または／および泡沫分離処理により除去するとともに、前記膜分離装置の前又は後において処理水中に残存する使用済みの前記界面活性剤の除去処理を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 前記界面活性剤の除去処理が、活性炭による吸着処理、又はイオン交換樹脂による処理であることを特徴とする請求項１記載の有機性排水の処理方法。
3. 前記界面活性剤が、カチオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤からなる群から選ばれる１種以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の有機性排水の処理方法。

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