JP6136699B2 - 有機性排水の生物処理方法 - Google Patents

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Description

本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水処理に利用することができる有機性排水の処理方法に関するものであり、詳しくは、有機性排水を好気槽で生物処理し、膜で固液分離する処理方法に関するものである。
有機性排水の流入する曝気槽と、曝気槽の汚泥を循環させながら膜で固液分離する膜分離槽とを備えた膜分離活性汚泥装置(MBR)を用いる有機性排水の処理方法(例えば特許文献1,2)によれば、膜を用いることによって、処理水の水質を良好に保つことができ、また、曝気槽のMLSS濃度を高く維持でき、高負荷処理が可能となるうえに、沈殿槽が不要となるため、装置を小さくすることができる。
特許文献1には、液晶ないし半導体製造工場から排出される有機性排水の流入する曝気槽と、曝気槽の汚泥を循環させながら膜で固液分離する膜分離槽とを備えた膜分離活性汚泥装置を用いる有機性排水の処理方法において、該膜分離槽への汚泥の循環量を原水の有機物負荷量に応じて原水量の1.5〜10倍の間で切り替えること、前記膜分離槽の汚泥濃度が3,000〜20,000mg/Lになるように、膜分離槽に汚泥を循環させること、及び余剰汚泥として、1日あたり曝気槽および膜分離槽の全保有汚泥量の1/10〜1/50を引き抜くことを特徴とする有機性排水の処理方法が記載されている。
特開2012−205992 特開2012−205997
MBRは、所定の負荷で処理を行えば、安定した固液分離が可能で良好な処理水質が得られる。負荷は低ければ低いほど処理は安定するが、低すぎると凝集体捕食型微小動物が増殖し、汚泥を解体させる。この場合、汚泥が微細化し、膜を閉塞させるだけでなく、汚泥内容物由来のタンパク質により発泡し、汚泥が浮上し槽外に漏洩する場合がある。また、低負荷時に所定の汚泥負荷を維持できるよう汚泥を引き抜きすぎると、SRTが短くなりすぎ、良好なフロックができず、フラックスが低下してしまう。加えて、汚泥濃度が下がりすぎると、膜への不可逆汚染物質の吸着が促進され、処理水引き抜き時の差圧が上昇してしまう。
本発明は、好気性生物処理槽と膜分離槽とを別個に設けた有機性排水の生物処理方法において、生物処理槽へのS.TOC(溶解性TOC)負荷が所定のごく低い負荷条件に維持されるように膜分離槽からの汚泥返送量を抑えることで、膜分離槽の汚泥濃度が下がりすぎないように保ちつつ生物処理槽を低負荷で運転できるようにした有機性排水の生物処理方法を提供することを目的とする。なお、特許文献1,2には生物処理槽をごく低負荷に維持するという技術思想は開示されてない。
本発明の有機性排水の生物処理方法は、有機性排水よりなる原水を生物処理槽で好気性生物処理し、該生物処理槽の後段に設けた膜分離槽で固液分離して処理水と分離汚泥とに分離し、分離汚泥を該生物処理槽に返送する生物処理方法において、SRTが25〜60日となるように該生物処理槽の汚泥を引き抜き、該膜分離槽の汚泥濃度が2000mg/L以上に維持されると共に、該生物処理槽へのS.TOC汚泥負荷が0.005〜0.1kg−S.TOC/kg−VSS/dに維持されるように、該膜分離槽から該生物処理槽への汚泥返送流量を原水流量の0.5〜4倍の範囲内で調整することを特徴とするものである。
本発明では、該生物処理槽の前段に、前記原水を好気性生物処理して分散菌を生成させて、分散菌を含む低負荷有機排水を生成させる分散菌槽を設け、該分散菌槽の流出水(低負荷有機排水)を該生物処理槽に導入してもよい。この場合、原水の一部を、分散菌槽をバイパスさせて微生物処理槽に導入してもよい。
本発明は、生物処理槽と、膜分離槽とを別個に設け、膜分離槽の汚泥濃度が2000mg/L以上に維持されつつ、該生物処理槽へのS.TOC汚泥負荷が0.005〜0.1kg−S.TOC/kg−VSS/dに維持されるように、該膜分離槽から該生物処理槽への汚泥返送流量を原水流量の0.5〜4倍の範囲内で調整する。これにより、生物処理槽と膜分離槽それぞれの汚泥濃度が適切な範囲に調整され、安定した運転が可能となる。
実施の形態に係る有機性排水の処理方法のフロー図である。 実施の形態に係る有機性排水の処理方法のフロー図である。 実施の形態に係る有機性排水の処理方法のフロー図である。
本発明において、処理対象となる有機性排水は、通常生物処理される有機物含有排水であれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、電子産業排水、化学工場排水、食品工場排水などが挙げられる。例えば、電子部品製造プロセスでは、現像工程、剥離工程、エッチング工程、洗浄工程などから各種の有機性排水が多量に発生し、しかも排水を回収して純水レベルに浄化して再使用することが望まれているので、これらの排水は本発明の処理対象排水として適している。このような有機性排水としては例えば、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどを含有する有機性排水、モノエタノールアミン(MEA)、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(TMAH)などの有機態窒素、アンモニア態窒素を含有する有機性排水、ジメチルスルホキシド(DMSO)などの有機硫黄化合物を含有する有機性排水が挙げられる。
以下、図1〜3を参照して本発明のフローについて説明する。
図1のフローは、S.TOCが50〜500mg/Lの有機物含有排水の処理に適している。図1のフローでは、原水(有機性排水)は原水配管1を介して生物処理槽2に導入され、散気管2aからの散気により撹拌され、好気的に生物処理される。生物処理液はポンプ3、配管4を介して膜分離槽5に導入される。
この膜分離槽5内には分離膜6が浸漬配置されている。膜分離槽5には散気管5aが設置されており、膜分離槽5内においても好気的に生物処理が行われる。散気管5aからの散気により、槽内が好気状態に維持されると共に、槽内の液が撹拌され、分離膜6の膜面への微生物の付着が抑制される。分離膜6の透過液は配管7を介して処理水として取り出される。膜分離槽5内で濃縮された液(汚泥)は、返送配管8によって生物処理槽に返送される。なお生物処理槽の生物処理水をポンプでなくオーバーフローで膜分離槽に流入させ、一方、膜分離槽内の濃縮汚泥は返送配管に介設されるポンプによって生物処理槽に返送するようにしてもよい。
このフローによる処理方法の詳細は次の通りである。原水(有機性排水)を好気性生物処理槽2に導入し、曝気することにより、細菌により有機成分(BOD、TOC、又はCODcr)の90%以上が酸化分解される。有機物の分解に伴い、汚泥が生成し、この汚泥と処理水を分離膜6で分離する。分離膜6はMF膜及びUF膜のいずれでも良い。
生物処理槽2内での生物処理により生成し、生物処理槽2に保持されている汚泥に対し、有機性排水の負荷(S.TOC汚泥負荷)を0.005〜0.1kg−S.TOC/kg−VSS/d、望ましくは0.01〜0.05kg−S.TOC/kg−VSS/dに調整することにより、汚泥はフロック化し、固液分離しやすくなる。加えて、分離膜6を閉塞させる原因となる細菌の粘質物(細胞外ポリマー)の生成も抑えることが出来る。槽容積や流入する有機物負荷は決まっているため、汚泥負荷を調整するためには、生物処理槽2内の汚泥濃度の調整、すなわち汚泥引抜量の調整を行う。このとき、汚泥負荷は生物処理槽2の汚泥と膜分離槽5の汚泥とを合わせた合計の汚泥量を基に計算するため、引き抜き汚泥量も生物処理槽2の汚泥と膜分離槽5の汚泥とを合わせた合計の汚泥量を基に計算する。
汚泥の引き抜き量を増やし、SRTが短くなりすぎると汚泥が分散したり、細胞外ポリマー生成量が増える恐れがあるため、SRTは25〜60d、望ましくは30〜45dとする。
ただし、有機物負荷が低い場合、上記の条件で制御すると、生物処理槽2および膜分離槽5のMLSSが低くなり、分離膜6への細菌の細胞外ポリマーの吸着が促進され、フラックスが低下してしまう。そこで、膜分離槽5から生物処理槽2への返送汚泥量を原水流量の0.5〜4倍、望ましくは1〜3倍の範囲で調整し、膜分離槽5の汚泥濃度(MLSS)を2000mg/L以上、望ましくは2500mg/L以上、例えば2500〜8000mg/Lに維持する。
図2のフローは、S.TOCが100〜1000mg/L望ましくは200〜1000mg/Lの有機物含有排水の処理に適している。図2のフローでは、原水(有機性排水)は原水配管9を介して分散菌槽としての第1生物処理槽10に導入され、散気管10aからの散気により撹拌され、好気的に生物処理される。この第1生物処理槽10には生物担体10bが充填されている。第1生物処理槽10で好気的に生物処理された液(低負荷有機排水)は、配管11を介して第2生物処理槽12に導入され、散気管12aからの散気により撹拌され、好気的に生物処理される。第2生物処理槽12の生物処理液は、ポンプ13、配管14を介して膜分離槽15に導入される。
この膜分離槽15内には分離膜16が浸漬配置されている。膜分離槽15には散気管15aが設置されており、膜分離槽15内においても散気管15aからの散気により、槽内が好気状態に維持される。分離膜16の透過液は配管17を介して処理水として取り出される。膜分離槽15内の液(汚泥)は、返送配管18によって第2生物処理槽12に返送される。なお第2生物処理槽の生物処理水をポンプでなくオーバーフローで膜分離槽に流入させ、一方、膜分離槽内の濃縮汚泥は返送配管に介設されるポンプによって第2生物処理槽に返送するようにしてもよい。
図2のフローにおける処理の詳細は次の通りである。有機性排水は第1生物処理槽10において、細菌により、有機成分(溶解性BOD)の70%以上、望ましくは80%以上さらに望ましくは90%以上が酸化分解される。第1生物処理槽のpHは好ましくは6〜8.5とする。しかしながら、原水中に油分を多く含む場合は分解速度を上げるため、pHを8.0〜9.0としても良い。第1生物処理槽10での通水は一過式を基本とする。
第1生物処理槽10のBOD容積負荷を1kg/m/d以上、例えば1〜10kg/m/d、HRT24h以下、望ましくは8h以下、例えば2〜6hとすることにより、非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることが出来る。また、HRTを短くすることによりBOD濃度の低い排水を高負荷で処理することが出来る。さらに、後段の第2生物処理槽12からの汚泥の一部を返送したり、二槽以上に多段化したり、担体10bを添加することによりBOD容積負荷5kg/m/d以上例えば5〜10kg/m/dの高負荷化が可能になる。
担体10bは球状、ペレット状、中空筒状、糸状、板状の任意であり、大きさは0.1〜10mm程度の径である。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。また、第1生物処理槽10における担体10bの充填率が過度に高い場合、分散菌は生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖する。第1生物処理槽10の担体の充填率を20%以下、望ましくは10%以下、例えば1〜10%とすることにより、濃度変動に影響されず、捕食しやすい分散菌の生成が可能になる。また、第1生物処理槽10内のDOを1mg/L以下、特に0.5mg/L以下、例えば0.2〜0.5mg/Lとして、糸状性細菌の増殖を抑制しても良い。また担体を流動床担体ではなく揺動型などの固定床担体としてもよい。
第1生物処理槽10からの第1生物処理水(低負荷有機排水)を第2生物処理槽12に導入し、曝気し、ここで、残存している有機成分の酸化分解、分散性細菌の自己分解および微小動物による食による余剰汚泥の減量化を行う。第2生物処理槽12では細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件および処理装置を用いなければならない。そこで第2生物処理槽12には流動床担体や揺動型などの固定床担体を添加することで微小動物の槽内保持量を高めるのが好ましい。
添加する流動床担体は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも0.1〜10mm程度の径である。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。
固定床担体は糸状、板状、短冊状の任意で、材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。固定床担体は、望ましくは多孔質のウレタンフォームであり、例えば第2生物処理槽12の深さ方向の長さ100〜400cm、幅5〜200cm、厚さ0.5〜5cmの短冊状または板状とする。固定床担体は好ましくはその板状ないし短冊状の長手方向が第2生物処理槽12の深さ方向となるように、板状ないし短冊状の担体の板面が鉛直方向となるように、また、第2生物処理槽12に第1生物処理水が流入して第2生物処理槽から流出する水の流れに対して、板状ないし短冊状の担体の板面が交叉する(好ましくは直交する)方向となるように第2生物処理槽12内に設置されるのが好ましい。固定床担体は、その少なくとも一部が、第2生物処理槽12の底面、側面及び上部のいずれかに固定されるのが好ましい。
第2生物処理槽12の担体充填率は流動床で5〜50%、固定床で1〜10%とすることが望ましい。
微小動物による捕食を促進させるため、第2生物処理槽12のpHを7.0以下としても良い。第2生物処理槽12では、分散状態の菌体を捕食する濾過捕食型微小動物だけでなく、フロック化した汚泥を捕食できる凝集体捕食型微小動物も増殖する。後者は遊泳しながら、フロックを捕食するため、優先化した場合、汚泥は食い荒らされ、微細化したフロック片が散在する汚泥となる。このフロック片により、沈殿池では処理水が悪化し、膜分離槽では分離膜の目詰まりが発生する。そこで、凝集体捕食型微小動物を間引くため、SRTは望ましくは15〜60d、より望ましくは25〜60d、さらに望ましくは25〜45d、特に望ましくは30〜45dとする。
第1生物処理槽10で溶解性有機物を完全に分解した場合、第2生物処理槽12ではフロックが形成されず、また、微小動物増殖のための栄養も不足し、圧密性の低い汚泥のみが優占化した生物処理槽となる。そのため、前述のように、第1生物処理槽10では有機物の大部分、すなわち排水BODの70%以上、望ましくは80%以上を分解し、菌体へと変換しておくのが好ましいが、適度の有機物負荷も必要となるため、本発明では、第2生物処理槽12及び膜分離槽15の汚泥に対するS.TOC汚泥負荷を0.005〜0.1kg−S.TOC/kg−VSS/d、望ましくは0.01〜0.05kg−S.TOC/kg−VSS/dに調整する。ただし、有機物負荷が低い場合、上記の条件で制御すると、第2生物処理槽12および膜分離槽15のMLSSが低くなり、分離膜への細菌の細胞外ポリマーの吸着が促進され、フラックスが低下してしまう。そこで、本発明では、膜分離槽15から第2生物処理槽12への返送汚泥量を原水流量の0.5〜4倍、望ましくは1〜4倍、さらに望ましくは1〜3倍の範囲で調整し、膜分離槽15の汚泥濃度(MLSS)を2000mg/L以上、望ましくは2500mg/L以上、さらに望ましくは2500〜8000mg/Lに維持するのが好ましい。
また、本発明では、図3のように、原水の一部をバイパス配管9’によって第2生物処理槽に直接に供給して、第2生物処理槽12及び膜分離槽15への溶解性TOCによる汚泥負荷を上記範囲に調整しても良い。
[実施例1]
図1のフローを用い、原水として液晶製造排水(S.TOC:50mg/L、SS:0mg/L)を下記の条件にて処理した。
生物処理槽容量:150L
膜分離槽容量:75L
生物処理槽および膜分離槽溶存酸素(DO):2〜3mg/L
S.TOC容積負荷:0.022kg−S.TOC/m/d
HRT:45h
SRT:45d
槽内(生物処理槽及び膜分離槽)の平均MLSS:1500mg/L、(MLVSSは1200mg/L)
汚泥負荷:0.019kg−S.TOC/kg−VSS/d
膜分離槽からの返送量を原水流量に対し2〜3倍に調整したところ、膜分離槽のMLSSは2000〜3000mg/Lとなり、分離膜フラックス0.5m/dで安定した運転を行うことができた。処理水のS.TOCは1mg/L未満であった。
[比較例1]
実施例1において、膜分離槽からの返送量を原水流量に対し5倍に調整したこと以外は同様にして同一の原水を処理したところ、膜分離槽のMLSSは2000mg/L以下となり、分離膜のフラックスを0.4m/dに下げる必要があった。処理水のS.TOCは2〜3mg/Lであった。
[実施例2]
図2のフローを用い、原水として液晶製造排水(S.TOC:200mg/L、SS:0mg/L)を下記の条件で処理した。
第1生物処理槽(汚泥返送なし)容量:75L
第2生物処理槽容量:75L
膜分離槽容量:75L
第1生物処理槽のDO:0.5mg/L
第2の生物処理槽及び膜分離槽のDO:2〜3mg/L
S.TOC容積負荷:0.1kg−S.TOC/m/d
HRT:12h
SRT:30d
その結果、第1生物処理槽出口のS.TOC:10mg/L、槽内(第2生物処理槽及び膜分離槽)の平均MLSS:1500mg/L、MLVSS=1200mg/Lとなり、第2生物処理槽以降の汚泥負荷:0.011kg−S.TOC/kg−VSS/dであった。膜分離槽からの返送量を原水流量に対し2〜3倍に調整したところ、膜分離槽のMLSSは2000〜3000mg/Lとなり、分離膜フラックス0.7m/dで安定した運転を行うことができた。処理水のTOCは1mg/L未満であった。
[比較例2]
実施例2において、SRTを60dとしたこと以外は同一条件にて同一原水を処理した。その結果、第1生物処理槽出口のS.TOCは10mg/L、槽内(第2生物処理槽及び膜分離槽)の平均MLSSは3000mg/L、MLVSS=2700mg/Lとなり、第2生物処理槽以降の汚泥負荷は0.0049kg−S.TOC/kg−VSS/dであった。この結果、第2生物処理槽で発泡し、フラックスも0.5m/dまで低下した。処理水のS.TOCは5mg/Lであった。
[比較例3]
実施例2において、膜分離槽からの返送量を原水流量に対し5倍に調整したこと以外は同一条件にて同一原水を処理したところ、膜分離槽のMLSSは2000mg/L以下となり、フラックスを0.5m/dに下げる必要があった。処理水のS.TOCは3mg/Lであった。
以上の実施例及び比較例より、本発明によると有機性排水の効率的な生物処理が可能になり、排水処理時に発生する汚泥の大幅な減量化、高負荷運転による処理効率の向上及び
安定した処理水質の維持を図ることができることが認められた。
2 生物処理槽
5,15 膜分離槽
6,16 分離膜
10 第1生物処理槽(分散菌槽)
12 第2生物処理槽

Claims (2)

  1. 有機性排水よりなる原水を分散菌槽に導入し、該分散菌槽内で好気性生物処理して分散菌を含む低負荷有機排水を生成させ、該分散菌槽の流出水を生物処理槽で好気性生物処理し、該生物処理槽の後段に設けた膜分離槽で固液分離して処理水と分離汚泥とに分離し、分離汚泥を該生物処理槽に返送する生物処理方法において、
    前記分散菌槽に担体を充填し、有機成分の70%以上を酸化分解し、
    SRTが25〜60日となるように該生物処理槽の汚泥を引き抜き、
    該膜分離槽の汚泥濃度が2500〜8000mg/Lに維持されると共に、該生物処理槽へのS.TOC汚泥負荷が0.005〜0.1kg−S.TOC/kg−VSS/dに維持されるように、該膜分離槽から該生物処理槽への汚泥返送流量を原水流量の0.5〜倍の範囲内で調整する
    ことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
  2. 請求項において、前記原水の一部を、前記分散菌槽をバイパスさせて前記生物処理槽に導入することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
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