JP5105608B2 - 廃水処理システムおよびその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は工場廃水、生活廃水などの原水を浄化する廃水処理に関するものである。さらに詳しくは、分離膜が設置された活性汚泥処理により被処理水処理する方法に関するものである。

工場廃水、生活廃水などの有機性廃水を処理する方法として生物処理が行われている。生物処理の代表的な方法として曝気槽に空気を供給しながら好気的に微生物を増殖させ廃水中の汚濁物質を除去する活性汚泥法がある。この活性汚泥法には、嫌気性槽を組み合わせることにより有機物のみでなく窒素、リンなどの汚濁物質を除去する方法も広く行われている。

さらに、活性汚泥から膜により処理水を分離する膜分離活性汚泥法が利用され始めている。膜分離活性汚泥法では、高濃度のＭＬＳＳによる運転が可能となり、曝気槽、嫌気性槽などの活性汚泥槽の容積を小さく出来、さらに、処理水へのＳＳ流出をほぼ完全に阻止できる。
特開平２００７−１６０１４７号公報

活性汚泥の処理においては、活性汚泥槽から引き抜いた余剰汚泥を汚泥濃縮槽で濃縮し、この濃縮汚泥を汚泥貯留槽に貯留した後、凝集剤を添加してから脱水機により脱水し、脱水処理により分離された分離液を、調整槽あるいは活性汚泥槽へと返流する場合がある。

しかしながら、膜分離活性汚泥法においては、調整槽あるいは活性汚泥槽へと返流された脱水分離水に凝集剤が含まれていると、凝集剤は脱窒槽、曝気槽、脱水機を循環するため、凝集剤濃度が増加し浸漬型膜分離装置の分離膜を閉塞させるという問題があった。また、汚泥貯留槽に貯留された汚泥は嫌気性となり、硫化鉄などの金属硫化物を生じ、この嫌気性となった汚泥が分離水として返流される。かかる硫化物が膜表面をコーティングし急速な膜目詰まりを生じさせる。あるいは、曝気槽で酸化され単体のイオウを生じ分離膜を閉塞させるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、増殖した余剰汚泥を分解する高価な施設を設けることなく、増殖した余剰汚泥を脱水機により脱水する場合において、脱水機からの分離水を活性汚泥槽に返流する事により生ずる、分離膜の閉塞を防ぐ方法を提供することを目的とする。

（１）本発明においては、上記課題を解決するために、被処理水を調整する調整槽と、被処理水を曝気処理する曝気槽と、曝気槽内に設けられ活性汚泥を膜分離する膜分離装置を備える廃水処理装置であって、曝気槽からの余剰汚泥を直接取り出して凝集する汚泥凝集槽と、汚泥凝集槽で凝集された活性汚泥を脱水処理する脱水機と、脱水機による脱水処理によって生じる分離液を、調整槽又は曝気層に返流することなく受入れ、分離液に流出した汚泥を分離する分離層と、分離槽で分離した清澄水を放流する経路と、分離槽で分離した分離汚泥を脱水機へ再び導く経路と、を備えることを特徴とする廃水処理装置を提供する。

上記の構成によれば、脱水機による脱水前に活性汚泥に添加された凝集剤や、硫化物を含む脱水機分離液を、膜分離装置による分離工程の前に処理工程に戻さないため、これらによる分離膜の目詰まりを防止することができる。

上記の構成によれば、曝気槽から得られた活性汚泥を、直接汚泥凝集槽に導き、凝集剤を添加し凝集させるため、汚泥の腐敗が無く、脱水機による脱水効率が向上し、分離液への汚泥の流出を防止できる。さらに、汚泥の腐敗がないために、分離液の溶解性ＢＯＤ濃度、あるいは溶解性リンの濃度、溶解性の窒素濃度が上昇することは無い。従って、分離液へ流出した僅かの汚泥を分離することにより清澄な処理水が得られる。

（２）また本発明においては、分離槽は、分離液中の汚泥を沈殿させる沈殿槽又は分離中の汚泥を加圧して浮上させる加圧浮上槽であることを特徴とする上記（１）に記載の廃水処理装置を提供する。

（３）さらに本発明においては、被処理水を調整する調整槽と、被処理水を曝気処理する曝気槽と、曝気槽内に設けられ活性汚泥を膜分離する膜分離装置を備える廃水処理装置の運転方法であって、曝気槽からの余剰汚泥を直接取り出して凝集する汚泥凝集工程と、汚泥凝集工程で凝集された活性汚泥を脱水処理する脱水工程と、脱水処理によって生じる分離液を、調整槽又は曝気層に返流することなく受入れ、分離液に流出した汚泥を分離する分離工程と、分離工程で分離した清澄水を放流する放流工程と、分離工程で分離した分離汚泥を脱水工程へ再び導く導出工程と、を有することを特徴とする廃水処理装置の運転方法を提供する。

上記構成によれば、脱水機による脱水前に活性汚泥に添加された凝集剤や、硫化物を含む脱水機分離液を、膜分離装置による分離工程の前に処理工程に戻さないため、これらによる分離膜の目詰まりを防止できる。

（４）また、本発明においては、分離工程は、分離液中の汚泥を沈殿させる沈殿工程及び分離中の汚泥を加圧して浮上させる加圧浮上工程の少なくとも一方を含むことを特徴とする上記（３）に記載の廃水処理装置の運転方法を提供する。

本発明によれば、増殖した余剰汚泥を分解する高価な施設を設けることなく、増殖した余剰汚泥を脱水機により脱水する場合において、脱水機からの分離水が活性汚泥槽に返流される事により生ずる、脱水機の脱水性能の低下、ならびに、分離膜の閉塞を防ぐ方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

膜分離活性汚泥法においては、汚泥を沈降分離する代わりに膜分離により汚泥を分離する。膜分離に使用する膜としてはＭＦ膜、ＵＦ膜などがあり、その膜材質としてはポリエチレン、ＰＶＤＦ、セルロースアセテート、テフロン（登録商標）、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコールなどの有機材料、あるいはセラミックなどの無機材料が使用される。

分離膜は曝気槽に浸漬して吸引ろ過により汚泥を分離する浸漬膜法と曝気槽の外部に分離膜を設置して汚泥を分離し、分離した汚泥は曝気槽に返送する膜槽外設置法がある。図１は、本発明に係る浸漬型膜分離装置を用いた廃水処理装置の概要を示す。

図１に示すように、本発明に係る廃水処理装置は、調整槽１、曝気槽２、及び膜透過水貯留槽を有し、それぞれの槽の間をポンプ８、１０により被処理水１４が移動する。曝気槽２には、浸漬型膜分離装置３が配置されている。

また、本発明に係る廃水処理装置は、曝気槽２で生ずる余剰活性汚泥を引き抜き凝集剤を添加し汚泥を凝集する汚泥凝集槽５、脱水機６および脱水機６からの分離液１８に流出した汚泥を分離する分離槽である汚泥濃縮槽７を有している。また、汚泥濃縮槽７で分離した清澄水を処理水として放流する経路を有する。さらに、濃縮汚泥引き抜きポンプ１２により、分離液１８から分離された汚泥を汚泥凝集槽５を経由して脱水機６に導く経路を有する。

被処理水１４は調整槽１に流入後、調整槽ポンプ８で曝気槽２へ送られる。曝気槽２の活性汚泥混合液は浸漬型膜分離装置３によりろ過され、吸引ポンプ１０により吸引ろ過された膜透過水が膜透過水貯留槽４に貯留され、その後、処理水１５として放流される。浸漬型膜分離装置３は一定時間毎に膜透過水貯留槽４に貯留された膜透過水を逆洗ポンプ１１により逆流させることにより、逆圧洗浄が行われる。さらに、次亜塩素酸ナトリウム、クエン酸あるいはシュウ酸を添加した膜透過水を注入することにより定期的にインライン洗浄を行う。さらに目詰まりが進行した場合は浸漬膜３を引き上げて、薬品浸漬洗浄を行う。使用する薬品としてはインライン洗浄で使用する薬品と同様のものである。

曝気槽２内の活性汚泥のＭＬＳＳは、余剰汚泥引き抜きポンプ９により余剰汚泥１７を引き抜くことにより適正濃度に保たれる。余剰汚泥１７として引き抜かれた活性汚泥は、汚泥凝集槽５へと送られ、無機凝集剤または高分子凝集剤が添加されて凝集された後、脱水機６で脱水され、脱水汚泥１３が場外へ搬出される。

使用される凝集剤としてはポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、ポリ鉄、消石灰などの無機凝集剤、（ならびに／または）アニオン系高分子凝集剤、またはカチオン系高分子凝集剤が使用される。

脱水機としてはベルトプレス、スクリュープレス、遠心脱水機、フィルタープレスなどがあるが、これらに限定されるものではない。脱水機の脱水性能は汚泥の凝集状態で定まり、汚泥の凝集に使用される凝集剤の選定が非常に重要である。

脱水機６からの分離液である脱水機分離液１８は汚泥濃縮槽７（例えば、沈殿槽あるいは加圧浮上槽）へと送られ、沈降濃縮された汚泥は濃縮汚泥引き抜きポンプ１２により再度汚泥凝集槽５へと返送され、汚泥濃縮槽の上澄水１６は処理水１５として放流される。

以下、本発明の詳細な実施例について説明する。

外圧式ＰＶＤＦ精密中空糸膜モジュール（旭化成（株）製）４本（膜面積１００ｍ２）を1ユニットとし、４ユニットの浸漬型膜分離装置を曝気槽２に浸漬した廃液処理装置の概要を図２に示す。この装置を用いて、野菜ジュース製造工場廃水を処理した。

図２に示す処理装置は、曝気槽２の前段に脱窒槽１９が設置されている以外は、図１に示した廃液処理装置と同じ構成である。

原水の水質として、ＢＯＤ１５００ｍｇ／Ｌ、窒素８０ｍｇ／Ｌの被処理水１４を調整槽１に貯留し、調整槽ポンプ８により、調整槽１から脱窒槽１９に移送した。

曝気槽２（硝化槽）に流入した混合液は、曝気槽２内のＭＬＳＳにより有機物の分解と、アンモニア酸化菌によるアンモニア態窒素の亜硝酸態窒素への酸化処理と、硝酸菌による亜硝酸態窒素の硝酸態窒素への酸化処理が行われる。酸化処理を行うための空気量は、曝気槽２内の溶存酸素濃度を１ｍｇ／Ｌ程度に保つ曝気量とした。

また、ＭＬＳＳ濃度としては８０００〜１５０００ｍｇ／Ｌとなるように余剰汚泥引き抜きポンプ９により曝気槽内混合液を、直接汚泥凝集槽５へと引き抜き、引き抜いた余剰汚泥は凝集槽５でポリ鉄を用いて凝集し、ベルトプレス型脱水機６で脱水を行った。

脱窒槽１９から曝気槽２内に流入した混合液の一部は曝気槽２内で処理された後、浸漬型膜分離装置３に接続された吸引ポンプ１０により吸引ろ過され、膜透過水貯留槽４に貯留され処理水１５として搬出した。残りの流入水は曝気槽混合液として脱窒槽へオーバーフロー水として返送された。

脱窒槽１９において、曝気槽２（硝化槽）から返送される混合液中に含まれる硝酸態窒素は、脱窒菌によって窒素ガスに還元され脱窒が行われる。脱窒された脱窒槽混合液は脱窒槽ポンプ２０により曝気槽２（硝化槽）に送られる。結果的に曝気槽２（硝化槽）から脱窒槽１９に循環返送される液量は、調整槽１から脱窒槽１９に流入する液量の２〜６倍の液量となった。

処理水１５の水質として、ＢＯＤは１０ｍｇ／Ｌ未満、窒素濃度として１０ｍｇ／Ｌ未満、ＳＳはほぼ１ｍｇ／Ｌ未満であった。また、膜分離装置３の初期吸引膜差圧１５ｋＰａに対して、１ヶ月運転後の膜差圧は２０ｋＰａ以下であり、安定した運転が可能であった。

ベルトプレス型脱水機６で脱水した脱水汚泥１３の水分は８０％以下であり、曝気槽から直接余剰汚泥を引き抜き脱水することにより、良好な脱水が行われた。
また、汚泥貯留槽で汚泥を滞留させることによる汚泥の腐敗もなく、脱水機６からの分離液１８のＳＳとして５００ｍｇ／Ｌ程度であり、汚泥濃縮槽７ｂで処理した汚泥濃縮槽上澄水１６の水質はＳＳとして５０ｍｇ／Ｌ未満、ＢＯＤとして２０ｍｇ／Ｌ未満、窒素濃度１０ｍｇ／Ｌ未満であり放流可能であった。
＜比較例＞

図３は、脱水機６の分離液１８を調整槽１に返送する比較実験を示す模式図である。図２と比較すると、曝気槽２の余剰汚泥を汚泥貯留槽２１に一旦貯留し、その後、汚泥凝集槽５に搬送ポンプ２２で送る構成になっている点と、脱水機６から出る分離液１８を調整槽１に返送する点が異なる。

図３の比較例において、余剰汚泥引き抜きポンプ９により引き抜いた余剰汚泥を汚泥貯留槽２１に貯留し、汚泥搬送ポンプ２２により汚泥凝集槽５に送り、ポリ鉄により凝集した後、脱水機６により脱水を行い、脱水機からの分離液１８を調整槽１に返送した。他の運転条件は図２の実施例と同様である。

運転開始後、１週間程度で膜分離装置の吸引膜差圧は２７ｋＰａを越え、逆洗ポンプ１１を用いて次亜塩素酸ナトリウムによるインライン洗浄を実施したが、吸引膜差圧は１０％程度の回復しか示さなかった。続いて、クエン酸によるインライン洗浄を実施したが吸引膜差圧は２０〜２５％程度の回復しか示さず、インライン洗浄後の吸引膜差圧として２３ｋＰａ程度であった。目詰まりした中空糸膜の表面は硫化鉄で覆われていた。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

本発明に使用される膜分離活性汚泥装置を示すフロー図である。 本発明を使用した膜分離活性汚泥装置の実施例を示すフロー図である。 膜分離活性汚泥装置の比較例を示すフロー図である。

符号の説明

１ 調整槽
２ 曝気槽（あるいは硝化槽）
３ 浸漬型膜分離装置
４ 膜透過水貯留槽
５ 汚泥凝集槽
６ 脱水機
７ 汚泥濃縮槽
８ 調整槽ポンプ
９ 余剰汚泥引き抜きポンプ
１０ 吸引ポンプ
１１ 逆洗ポンプ
１２ 濃縮汚泥引き抜きポンプ
１３ 脱水汚泥
１４ 被処理水
１５ 処理水
１６ 汚泥濃縮槽上澄水
１７ 余剰汚泥
１８ 脱水機分離液
１９ 脱窒槽
２０ 脱窒槽ポンプ
２１ 汚泥貯留槽
２２ 汚泥搬送ポンプ

Claims (4)

1. 被処理水を調整する調整槽と、
   前記被処理水を曝気処理する曝気槽と、
   前記曝気槽内に設けられ活性汚泥を膜分離する膜分離装置を備える廃水処理装置であって、
   前記曝気槽からの余剰汚泥を直接取り出して凝集する汚泥凝集槽と、
   前記汚泥凝集槽で凝集された活性汚泥を脱水処理する脱水機と、
   前記脱水機による脱水処理によって生じる分離液を、前記調整槽又は前記曝気層に返流することなく受入れ、前記分離液に流出した汚泥を分離する分離層と、
   前記分離槽で分離した清澄水を放流する経路と、
   前記分離槽で分離した分離汚泥を前記脱水機へ再び導く経路と、
   を備えることを特徴とする廃水処理装置。
2. 前記分離槽は、前記分離液中の汚泥を沈殿させる沈殿槽又は前記分離中の汚泥を加圧して浮上させる加圧浮上槽であることを特徴とする請求項１に記載の廃水処理装置。
3. 被処理水を調整する調整槽と、前記被処理水を曝気処理する曝気槽と、前記曝気槽内に設けられ活性汚泥を膜分離する膜分離装置を備える廃水処理装置の運転方法であって、
   前記曝気槽からの余剰汚泥を直接取り出して凝集する汚泥凝集工程と、
   前記汚泥凝集工程で凝集された活性汚泥を脱水処理する脱水工程と、
   前記脱水処理によって生じる分離液を、前記調整槽又は前記曝気層に返流することなく受入れ、前記分離液に流出した汚泥を分離する分離工程と、
   前記分離工程で分離した清澄水を放流する放流工程と、
   前記分離工程で分離した分離汚泥を前記脱水工程へ再び導く導出工程と、
   を有することを特徴とする廃水処理装置の運転方法。
4. 前記分離工程は、前記分離液中の汚泥を沈殿させる沈殿工程及び前記分離中の汚泥を加圧して浮上させる加圧浮上工程の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３に記載の廃水処理装置の運転方法。

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