JP5120008B2

JP5120008B2 - 有機物含有水の生物処理方法

Info

Publication number: JP5120008B2
Application number: JP2008078374A
Authority: JP
Inventors: 有田中
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009226373A

Description

本発明は、有機物含有水を活性汚泥法により処理する有機物含有水の生物処理方法に関するものであり、特に、生物処理液を膜分離して処理水を得る生物処理方法に関する。

生物処理槽の活性汚泥混合液を固液分離して処理水を得る方法の１つとして、この固液分離に膜分離を採用する方法がある（例えば、下記特許文献１〜３）。

膜分離活性汚泥プロセスで設置された膜分離装置では、活性汚泥混合液に含まれる微生物自体および微生物が生産した粘質物等が膜面に付着して目詰まりを生じる傾向がある。

このため、生物処理槽の活性汚泥濃度（ＭｉｘｅｄＬｉｑｕｏｒＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄ）を低く（例えば１０，０００ｍｇ／Ｌ以下）維持し、生物処理槽に保持される汚泥に対するＢＯＤ（生物化学的酸素消費量で表される有機物）汚泥負荷を０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＶＳＳ／日程度に抑える措置が講じられることがあるが、活性汚泥濃度を低くすると生物処理効率が低くなる。また、このように活性汚泥濃度を低くしても、膜の目詰まり防止は必ずしも万全ではなく、膜の透過流束は浸漬膜の場合０．５ｍ／日程度、高い場合でも０．７ｍ／日程度である。

このような膜分離活性汚泥法における生物代謝物質等による膜の透過流束の低下を防止するために、特許文献１では槽内に高分子凝集剤を添加し、特許文献２では無機系又は有機系凝集剤を添加し、特許文献３ではカチオン性ポリマー、両性ポリマー又は双性イオン性ポリマーを添加している。
特開平８−３３２４８３特開２００５−７４３４５特開２００６−３３４５８７

本発明は、膜分離活性汚泥法における膜の透過流束の低下を効果的に抑制することができる有機物含有水の生物処理方法を提供することを目的とする。

請求項１の有機物含有水の生物処理方法は、有機物含有水よりなる原水を生物処理槽に導入して活性汚泥と混合して生物処理し、生物処理液を膜分離する有機物含有水の生物処理方法において、原水又は該生物処理槽に、鉄塩と、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子又はメラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子とを添加する有機物含有水の生物処理方法であって、前記鉄塩の添加量が、生物処理槽に流入するＢＯＤ量に対して、重量比で、Ｆｅとして０．２〜１倍量であり、前記フェノール性水酸基を有する水溶性高分子の添加量が、重量比で生物処理槽に流入するＢＯＤ量の０．１〜３倍量で、前記メラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子の添加量が、重量比で生物処理槽に流入するＢＯＤ量の０．５〜５倍量であり、前記生物処理槽におけるＭＬＳＳ濃度が２，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ負荷が０．５〜３．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｄａｙであり、該生物処理槽における汚泥の滞留時間が２〜５０日であることを特徴とするものである。

請求項２の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１において、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子がビニルフェノールの単独重合体、変性ビニルフェノールの単独重合体、ビニルフェノール及び／又は変性ビニルフェノールと疎水性ビニルモノマーとの共重合体よりなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするものである。

請求項３の有機物含有水の生物処理方法は、請求項１において、メラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子がメラミンとホルムアルデヒドを反応して得られたメチロールメラミンに酸を加えた酸コロイドまたはメチロールメラミンをさらにアルキルエーテル化したものに酸を加えた酸コロイドであることを特徴とするものである。

本発明の有機物含有水の生物処理方法にあっては、有機物含有水が生物処理槽内で活性汚泥によって生物処理され、膜によって固液分離されて処理水となる。本発明では、原水又は生物処理槽に、鉄塩と、上記特定の水溶性高分子（フェノール性水酸基を有する水溶性高分子及び／又はメラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子）とを添加することにより膜透過流束の低下を防止する。

生物処理槽にこの鉄塩と上記特定の水溶性高分子とを添加することにより膜透過流束の低下が抑制される理由については、必ずしも明らかではないが、分離膜の透過流束を低下させる作用を有した物質（例えば活性汚泥生物の代謝物質）が鉄塩の凝集作用と、上記水溶性高分子との結合によって不溶化するためであると推察される。

本発明では、鉄塩と上記水溶性高分子とを併用するため、鉄塩のみを添加する場合に比べて鉄塩添加量を少なくしても、膜の透過流束の低下を十分に抑制することができる。また、鉄塩の添加量を少なくすることにより、水酸化鉄スラッジの生成量が減少する。

以下、本発明について更に詳細に説明する。

本発明では、有機物含有水よりなる原水を生物処理槽に導入し、活性汚泥によって生物処理し、この生物処理水を膜分離処理するに際し、原水又は生物処理槽に鉄塩と、特定の水溶性高分子とを添加する。

本発明で処理対象とする有機物含有水としては、地下水、河川水、湖沼（ダム湖含む）水等の自然水、水道水、または排水を処理して得られた回収水を原水として処理し、得られた処理水を純水製造に用いる場合に好適に用いることができる。

これらの水は、元来、有機物濃度が０．１〜１００ｍｇ／Ｌ程度と低く、これらの水を純水製造の用水とする場合、シュードモナス属等の貧栄養細菌と呼ばれる微生物を主体とする生物活性炭等により生物処理された後、限外濾過（ＵＦ）膜や、孔径が０．２μＭ以下程度の膜で固液分離される。純水製造用水の処理に用いられる膜は、孔径が小さいため、目詰まりを生じ易い。特に、自然水には、膜を詰まらせやすいフミン質や尿素が含まれ、不溶性懸濁物（ＳＳ）濃度も高い場合がある。本発明によれば、高いファイリング防止効果が得られるため、原水に１ｍｇ／Ｌを超える高濃度のフミン質や尿素の一方または両方が含まれていてもよく、また、ＳＳも０．１〜３０ｍｇ／Ｌ程度の範囲で含まれていてもよい。

このような有機物含有水を生物処理するための生物処理槽は、ＢＯＤ除去を行う曝気槽、硝化を主体として行う硝化槽、脱窒を主体として行う脱窒槽などのいずれでもよい。活性汚泥は、ＢＯＤを分解する好気性細菌を主体とする汚泥（以下、特に「ＢＯＤ汚泥」と称する）、アンモニアを酸化する硝化細菌を主体とする汚泥（以下、特に「硝化汚泥」と称する）、硝酸または亜硝酸を還元する脱窒菌を主体とする汚泥（以下、特に「脱窒汚泥」と称する）のいずれでもよい。

生物処理槽におけるＭＬＳＳ濃度は、２，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌ特に５，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌと高濃度とすることにより、生物処理効率を高くすることができる。

ここで、ＭＬＳＳ中の有機物量の割合、具体的には活性汚泥有機性浮遊物質ＭＬＶＳＳ（ＭｉｘｅｄＬｉｑｕｏｒＶｏｌａｔｉｌｅＳｕｓｐｅｎｄｅｄＳｏｌｉｄｓ）／ＭＬＳＳ比は０．１〜０．９程度、特に０．２〜０．７の範囲となるようにするとよい。生物処理槽に導入される有機物含有水の有機物濃度が極端に低い場合（例えば生物分解可能な有機物であるＡｓｓｉｍｉｒａｂｌｅｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ、以下「ＡＯＣ」濃度が１００ｎｇ／Ｌ程度未満）、生物処理槽内における活性汚泥の増殖が少なくなり、ＭＬＶＳＳ／ＭＬＳＳ比が上記範囲を外れる場合もある。このような場合は、生物処理槽に微量の有機物を添加するか、有機物濃度の高い他の有機物含有水を混合するようにすればよい。

なお、生物処理槽内には、担体を浮遊させてもよい。このような浮遊性の担体としてはスポンジ、ゲルなどが例示される。生物処理槽のＢＯＤ負荷は０．５〜３．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｄａｙ好ましくは０．５〜１．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｄａｙ程度とする。

この生物処理槽の生物処理水を固液分離して処理水を得るための分離膜の透過流束の低下を抑制するために、原水又は生物処理槽に鉄塩と、特定の水溶性高分子とを添加する。

鉄塩としては、塩化第２鉄、塩化第１鉄、ポリ硫酸第２鉄などが好適である。

鉄塩の添加量は、流入ＢＯＤに対して、重量比で、Ｆｅとして０．２〜１倍量好ましくは０．２〜０．５倍量とする。

原水又は生物処理槽に添加する水溶性高分子は、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子又はメラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子である。

フェノール性水酸基を有する水溶性高分子は、下記（１）〜（３）の１種又は２種以上であることが好ましい。
(１)ビニルフェノールの単独重合体
(２)変性ビニルフェノールの単独重合体
(３)ビニルフェノール及び／又は変性ビニルフェノールと疎水性ビニルモノマーとの
共重合体

上記(２)の変性ビニルフェノールとしては、例えば、アルキル基やアリル基等で置換されたビニルフェノール、ハロゲン化ビニルフェノール等、フェニル基が何らかの化合物で化学修飾されたビニルフェノールが挙げられる。

また、(３)の疎水性ビニルモノマーとしては、例えばエチレン、アクリロニトリル、メタクリル酸メチル等の水不溶性又は水難溶性のビニルモノマーが挙げられる。このような疎水性ビニルモノマーと、ビニルフェノール及び／又は変性ビニルフェノールとの共重合体中のビニルフェノール及び／又は変性ビニルフェノールの割合は、モル比で０．５以上、特に０．７以上であることが好ましい。

前記(１)〜(３)のビニルフェノール系重合体は、その重量平均分子量が５０００以上例えば５０００〜１０００００であることが好ましく、このような分子量の重合体は、通常、粉末で提供される。

メラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子としては、メラミン・アルデヒド酸コロイド溶液が好適であり、例えばメラミンとホルムアルデヒドを反応させて得られたメチロールメラミンにさらに酸を加えることにより製造される。また、必要に応じてメチロールメラミンをさらにアルキルエーテル化したものに酸を加えて得てもよい。

フェノール性水酸基を有する水溶性高分子の原水又は生物処理槽への添加量は、重量比で流入ＢＯＤの０．１〜３倍量好ましくは０．２〜１．５倍量程度とする。
メラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子の原水又は生物処理槽への添加量は、重量比で流入ＢＯＤの０．５〜５倍量好ましくは１〜３倍量程度とする。

鉄塩及び上記水溶性高分子が添加された活性汚泥を保持する生物処理槽の槽内液（すなわち混合液）は、ｐＨを４〜６．５、特に５．０〜６．０とすることが好ましい。ｐＨ調整には塩酸等の酸またはアルカリを用いればよく、添加する鉄塩の種類および量によっては酸やアルカリを別途添加せずにｐＨ調整をしてもよい。アルカリとしては、スケール発生を防止するために、消石灰よりも苛性ソーダ等のソーダ系アルカリを用いるのが好ましい。

鉄塩及び上記水溶性高分子を添加することにより、活性汚泥から生産される粘質物のような代謝産物などが鉄塩の凝集作用及び上記水溶性高分子との結合作用によって不溶化し、分離膜の透過流束低下が抑制されるものと考えられる。

分離膜としては、ＭＦ膜、ＵＦ膜、ＮＦ膜などのいずれでもよい。膜の形態は、平膜、管状膜、中空糸などのいずれであってもよい。膜の材質としては、ＰＶＤＦ，ＰＥ，ＰＰ等が例示されるが、これに限定されない。分離膜は、生物処理槽内に浸漬配置されてもよく、生物処理槽とは別個の加圧型膜分離装置として設置されてもよい。ただし、浸漬膜の方が、フロックが破壊されにくく、好適である。

膜分離によって液分と分離された固形分（分離汚泥）は、必要に応じて一部を返送汚泥として生物処理槽に返送し、生物処理槽における汚泥の滞留時間が２〜５０日、好ましくは５〜２０日程度とするように汚泥を引き抜く。引き抜いた汚泥は余剰汚泥として排出してもよく、オゾン反応槽や消化槽等の減容化手段で減容化してもよい。

図１は、本発明に用いられる有機物含有水の生物処理装置（以下、単に「処理装置」という）の一例を示すフロー図である。原水が生物処理槽１に導入され、活性汚泥と混合され、生物処理される。生物処理槽１内の底部に設けられた散気管２からの空気によって曝気が行われる。

この生物処理槽１内に鉄塩添加手段３から鉄塩の水溶液が添加され、水溶性高分子の添加手段４から水溶性高分子の水溶液が添加される。また、ｐＨ計５で検出されるｐＨが所定範囲となるように、酸又はアルカリなどのｐＨ調整剤がその添加手段６から添加される。鉄塩や水溶性高分子は原水に添加されてもよい。生物処理された水は、分離膜７を透過して処理水として取り出される。なお、図１ではポンプ８で透過水を取り出しているが、重力によって透過水を取り出してもよい。

生物処理槽１内の余剰汚泥は、取出管９によって取り出される。なお、取り出した汚泥の一部をオゾン等によって可溶化処理した後、生物処理槽１に戻してもよい。

図１では生物処理槽１内に分離膜７を浸漬配置しているが、図２のように、生物処理槽１内の生物処理水をポンプ１０によって加圧型膜分離装置１１に供給し、透過水を処理水として取り出し、濃縮水の一部（又は全部）を生物処理槽１に返送するようにしてもよい。

膜分離装置１１に用いる膜の種類としては、ＭＦ膜やＵＦ膜等が例示され、モジュール形式は、中空糸膜、平膜以外にスパイラル膜等が例示されるが、これらに限定されない。

図２の場合も、濃縮水の一部を汚泥可溶化槽に導き、オゾン等によって可溶化してから生物処理槽１へ返送するようにしてもよい。

なお、フロックが破壊されにくいところから、図２のような加圧型膜分離装置１１よりも図１に示す浸漬型分離膜を用いる方が好ましい。

以下、実施例及び比較例について説明する。

以下の実施例及び比較例で用いた原水はＢＯＤ濃度５０ｍｇ／Ｌ、イソプロピルアルコール水溶液である。

装置としては図１に示す浸漬型分離膜を備えたものを用いた。生物処理槽の容積は４．４Ｌである。分離膜は、細孔径０．４μｍのクボタ製平膜であり、膜面積は０．０５８ｍ^２である。

原水流量を３．６Ｌ／ｈｒとし、ＢＯＤ負荷を１．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙとし、ＭＬＳＳ濃度を６０００ｍｇ／Ｌとした。

鉄塩としては塩化第２鉄を用い、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子としてはポリパラビニルフェノール（重量平均分子量１，０００）を用い、メラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子としてはメラミン重合体（重量平均分子量２，０００）を用いた。生物処理槽内のｐＨが５．０〜５．５となるように塩酸を添加した。

生物処理槽内の処理液の膜透過特性を表わすＫＭＦ値とＭＦＦ値を次のようにして測定した。すなわち、孔径０．４５μｍの酢酸セルロースメンブレンフィルタ（直径４７ｍｍ）を用い、−５００ｍｍＨｇで生物処理液を減圧濾過し、最初の５００ｍＬを濾過するのに要する時間Ｔ_１（秒）と、次の５００ｍＬを濾過するのに要する時間Ｔ_２（秒）とを測定し、次式で算出した。
ＫＭＦ＝Ｔ_１＋Ｔ_２
ＭＦＦ＝Ｔ_２／Ｔ_１

実施例１
塩化第２鉄を１０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌの割合で添加し、上記ポリパラビニルフェノールを４５ｍｇ／Ｌの割合で添加した。ＫＭＦ及びＭＦＦの測定結果を表１に示す。

実施例２
塩化第２鉄を１０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌの割合で添加し、上記メラミン重合体を１８０ｍｇ／Ｌの割合で添加した。ＫＭＦ及びＭＦＦの測定結果を表１に示す。

比較例１
塩化第２鉄のみを１０ｍｇ−Ｆｅ／Ｌの割合で添加し、各水溶性高分子は全く添加しなかった。ＫＭＦ及びＭＦＦの測定結果を表１に示す。

比較例２
塩化第２鉄のみを２５ｍｇ−Ｆｅ／Ｌの割合で添加し、各水溶性高分子は全く添加しなかった。ＫＭＦ及びＭＦＦの測定結果を表１に示す。

実施例３〜４，比較例３
生物処理槽に表１に示す薬剤を添加した他は実施例１と同様にして処理を行った。ＫＭＦ及びＭＦＦの測定結果を表１に併せて示す。なお、表中のＤＡＭ系とは、カチオン性モノマーであるジメチルアミノエチルメタクリレートの酸塩と、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミドとのコポリマーである。

表１より、明らかな通り、本発明によると、鉄塩の添加量を少なくしても、膜の透過性能を良好とすることができる。

本発明に用いられる生物処理装置のフロー図である。本発明に用いられる生物処理装置のフロー図である。

１生物処理槽
７分離膜
１１膜分離装置

Claims

有機物含有水よりなる原水を生物処理槽に導入して活性汚泥と混合して生物処理し、生物処理液を膜分離する有機物含有水の生物処理方法において、
原水又は該生物処理槽に、鉄塩と、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子又はメラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子とを添加する有機物含有水の生物処理方法であって、
前記鉄塩の添加量が、生物処理槽に流入するＢＯＤ量に対して、重量比で、Ｆｅとして０．２〜１倍量であり、
前記フェノール性水酸基を有する水溶性高分子の添加量が、重量比で生物処理槽に流入するＢＯＤ量の０．１〜３倍量で、前記メラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子の添加量が、重量比で生物処理槽に流入するＢＯＤ量の０．５〜５倍量であり、
前記生物処理槽におけるＭＬＳＳ濃度が２，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ負荷が０．５〜３．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｄａｙであり、該生物処理槽における汚泥の滞留時間が２〜５０日であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
請求項１において、フェノール性水酸基を有する水溶性高分子がビニルフェノールの単独重合体、変性ビニルフェノールの単独重合体、ビニルフェノール及び／又は変性ビニルフェノールと疎水性ビニルモノマーとの共重合体よりなる群から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。
請求項１において、メラミン性アンモニウム基を有する水溶性高分子がメラミンとホルムアルデヒドを反応して得られたメチロールメラミンに酸を加えた酸コロイドまたはメチロールメラミンをさらにアルキルエーテル化したものに酸を加えた酸コロイドであることを特徴とする有機物含有水の生物処理方法。