JP6365714B1 - 好気性生物処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】酸素溶解膜に生物が付着することを防止することによって、酸素溶解膜の酸素供給速度を高く保つことができる好気性生物処理方法を提供する。【解決手段】反応槽３内に配置された酸素溶解膜モジュール３２によって酸素を該反応槽３内の被処理水に溶解させ、被処理水を好気性生物処理する好気性生物処理方法において、該反応槽３中に生物付着担体を懸濁又は流動させることにより酸素溶解膜モジュール３２への生物の付着を防止することを特徴とする好気性生物処理方法。【選択図】図１

Description

本発明は、有機性の被処理水を好気性生物処理する方法に係り、特に酸素溶解膜を用いて反応槽内の被処理水に酸素を溶解させるようにしたＭＡＢＲ（メンブレンエアレーションバイオリアクター）方式の好気性生物処理方法に関する。
ＭＡＢＲ方式による好気性生物処理方法においては、酸素溶解膜によって被処理水中に酸素を溶解させて好気性生物処理を行う。酸素溶解膜としては特許文献１のように中空糸膜が用いられることが多い。
特許第４９０７９９２号公報
従来のＭＡＢＲでは、疎水性ノンポーラス膜に付着した生物によって排水中の有機性物質を処理していた。この疎水性ノンポーラス膜は、酸素の溶解効率が高く、低圧力で酸素溶解できるというメリットはあるものの、生物膜が付着することによって、酸素供給速度が大幅に低下する。強曝気や強撹拌等によって生物膜が厚くならないように制御することで酸素供給速度の低下をある程度は防ぐことができるが、それでもシリコン中空糸膜等では酸素供給速度が最大速度の１／１０以下になってしまう。
本発明は、酸素溶解膜に生物が付着することを防止することによって、酸素溶解膜の酸素供給速度を高く保つことができる好気性生物処理方法を提供することを目的とする。
本発明は次を要旨とする。
［１］ 反応槽内に配置された酸素溶解膜によって酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させ、被処理水を好気性生物処理する好気性生物処理方法において、該酸素溶解膜は、酸素が透過し、透過した酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させる疎水性ノンポーラス膜であり、該反応槽中で生物付着担体を懸濁又は流動させることにより、前記酸素溶解膜への生物の付着を防止する好気性生物処理方法であって、前記酸素溶解膜による酸素供給速度が平均して１５ｇ−Ｏ ２ ／ｍ ２ ／ｄａｙ以上であることを特徴とする好気性生物処理方法。
［２］ ［１］において、前記生物付着担体は、粒径０．１〜２０ｍｍであり、前記反応槽の容積の１〜５０％添加されることを特徴とする好気性生物処理方法。
［３］ 反応槽内に配置された酸素溶解膜によって酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させ、被処理水を好気性生物処理する好気性生物処理方法において、該酸素溶解膜は、酸素が透過し、透過した酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させる疎水性ノンポーラス膜であり、該反応槽内のＭＬＳＳ濃度を１０，０００ｍｇ／Ｌ以上とすることにより前記酸素溶解膜への生物の付着を防止する好気性生物処理方法であって、前記酸素溶解膜による酸素供給速度が平均して１５ｇ−Ｏ ２ ／ｍ ２ ／ｄａｙ以上であることを特徴とする好気性生物処理方法。
本発明の一態様の好気性生物処理方法では、生物付着担体の懸濁又は流動により、酸素溶解膜への生物付着が防止（抑制を包含する。）される。これにより著しく高い酸素溶解速度が安定して得られる。なお、酸素溶解のために必要な圧力は従来と同じである。
活性炭、スポンジ等の生物付着担体を流動させるための動力は、ポンプによる原水供給やわずかな曝気で十分であり、そのためのコストは無視できるほど低い。
本発明の一態様では、反応槽内のＭＬＳＳ濃度を１０，０００ｍｇ／Ｌ以上と高くすることによって、酸素溶解膜への生物の付着を防止することができる。ＭＬＳＳの混合に要する曝気量は、酸素供給のための曝気量の１／２０以下で十分であり、動力コストは無視できるほど低い。
本発明の好気性生物処理方法を示す反応装置の模式的な縦断面図である。 実施例１の説明図である。 実施例２，３及び比較例１の説明図である。
以下、図面を参照して本発明についてさらに詳細に説明する。図１は本発明の好気性生物処理方法が行われる反応装置の模式的な縦断面図である。この反応装置１は、反応槽３内に酸素溶解膜モジュール２が設置されている。酸素溶解膜モジュール２は１個又は複数個設置される。酸素溶解膜モジュール２は上下多段に設置されてもよい。
原水は、配管４及びノズル５によって反応槽３の底部に供給され、活性炭などの担体の流動床Ｆを形成する。流動床Ｆを通り抜けた処理水は、トラフ６を越流し、流出口７から流出する。
酸素溶解膜モジュール２は、非多孔質の酸素溶解膜を備えており、膜を透過した酸素が反応槽３内の被処理水に溶解するので、反応槽３内において気泡が生じない。
ブロアＢからの空気は、配管８によって酸素溶解膜モジュール２に供給され、酸素溶融膜モジュール２から流出した排気は、配管９を介して排出される。なお、空気は酸素溶解膜モジュール２に上から下へ流れてもよく、下から上へ流れてもよく、横方向に流れてもよい。複数の酸素溶解膜に通気する場合、直列に通気してもよく、並列に通気してもよい。
前記担体としては、活性炭、ゼオライト、砂、スポンジ、プラスチック、セルロース、ゲル（例えばＰＶＡ、ＰＥＧ、ポリウレタン、ポリエチレン等）、ゴム等の生物付着担体が好ましい。
生物付着担体の真比重は好ましくは０．９−２．５程度、特に好ましくは１．０〜２．０である。生物付着担体の大きさ（ＪＩＳメッシュによる粒径）は０．１ｍｍ〜２０ｍｍ程度、特に０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度が好ましい。
生物付着担体は、反応槽容積の１〜５０％、特に５〜４０％程度添加されることが好ましい。
図１では担体の流動床を形成しているが、担体を懸濁させてもよい。反応槽内の液の曝気、液の流れ、及び機械的操作の１又は２以上によって担体を懸濁又は流動させるのが好ましい。
このように担体を懸濁又は流動させることにより、酸素溶解膜への生物の付着を防止することができ、酸素溶解膜からの酸素供給速度を高く保つことができる。
反応槽のＭＬＳＳ濃度を高濃度に維持することによっても酸素溶解膜への生物の付着を防止できる。ＭＬＳＳ濃度は１０，０００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは１０，０００〜５０，０００ｍｇ／Ｌ、特に好ましくは２０，０００〜３０，０００ｍｇ／Ｌに維持する。
ＭＬＳＳ濃度を高濃度に維持することによって酸素溶解膜への付着を防止できる理由は定かではないが、以下のような理由が考えられる。つまり、ＭＬＳＳ濃度が高いと槽内に浮遊している汚泥中に多くの生物が存在し、該生物により栄養が消費される。そのため、膜表面で生物が増殖できるだけの栄養が行き渡らないため、膜面への生物付着が抑制されると考えられる。または、ＭＬＳＳ濃度を高濃度とすることにより、担体が存在するのと同様の効果（例えば、膜表面に付着した生物を掻きとる等）が奏されるためであると考えられる。
なお、ＭＬＳＳ濃度は通常６００〜６０００ｍｇ／Ｌ程度（例えば、下水で８００〜２０００ｍｇ／Ｌ、産業排水で４０００〜６０００ｍｇ／Ｌ程度）であり、このような濃度範囲においては、担体を添加することで、酸素供給速度を高く保つことができる。
ＭＬＳＳを高濃度に保持するには、反応槽内の処理液中に濾過膜を設置し、この濾過膜の透過水を処理水として取り出すことが好ましい。
本発明方法は半導体製造排水、液晶製造排水、化学工程排水、食品製造排水、下水等の水を処理するのに好適である。
［実施例１］（担体流動床による生物膜付着防止）
図２に示す通り、内径１３ｍｍ、長さ５００ｍｍの透明塩ビ管１１に、平均径０．７ｍｍ（ＪＩＳメッシュ）の破砕炭（図示略）を２５ｍＬ入れ、酸素溶解膜として内径０．５ｍｍ、外径０．７ｍｍのシリコンチューブ１２を８本挿入し、塩ビ管１１の上下を密閉した。シリコンチューブ１２に１５ｍＬ／ｍｉｎで空気を通気した。入り口圧力は５ｋＰａとした。
また、透明塩ビ管１１には原水槽１３内の合成排水（ＮＨ４−Ｎ４００ｍｇ／Ｌ、ＮａＨＣＯ３：８００ｍｇ／Ｌ、Ｋ２ＨＰＯ４：１００ｍｇ／Ｌ）をポンプ１４及び配管１５，１６によって、４０ｍＬ／ｍｉｎで原水槽１３と透明塩ビ管１１に循環通水した。この通水により破砕炭が流動した。原水槽１３にはｐＨ計１７を設置し、ｐＨが７以下にならないよう薬注ポンプ１８によってＮａＯＨ水溶液を薬液槽１９から添加した。
上記条件で２ヶ月連続運転を行った。その結果、シリコンチューブ１２出口ガスの酸素濃度は平均１０．２％であり、酸素溶解効率は約５０％であった。この間、シリコンチューブ１２への汚泥付着は認められなかった。また、処理水のＮＨ４−Ｎは検出限界（５０μｇ／Ｌ）以下であった。
処理水量、除去アンモニア濃度から、シリコン膜の酸素供給速度を算出した結果、９０〜１２０ｇ−Ｏ２／ｍ２／ｄａｙであった。
［実施例２］（ＭＬＳＳを高濃度とすることによる生物膜付着防止）
図３（ａ）の通り、３Ｌの透明塩ビ製曝気槽３１に硝化汚泥を１０，０００ｍｇ／Ｌとなるよう添加し、さらに、内径０．５ｍｍ、外径０．７ｍｍ、長さ３０ｃｍのシリコンチューブ８００本を束ねた酸素溶解膜モジュール３２を設置した。
酸素溶解膜モジュール３２に空気を１５０ｍＬ／ｍｉｎで通気した。入り口の圧力は５ｋＰａであった。曝気槽底部の散気管３３から２分に１回の頻度で、１０秒６Ｌ／ｍｉｎの空気量で曝気した。
曝気槽３１には実施例１と同じ合成排水を７ｍＬ／ｍｉｎで通液した。曝気槽３１にはＭＦ平膜の固液分離装置３４を設置し、濾過液を処理液として配管３５から排出した。
上記運転条件で２カ月運転した。その結果、２ヶ月後にＭＬＳＳは１２，０００ｍｇ／Ｌになった。この間、酸素溶解膜モジュール３２への汚泥付着は認められなかった。また、処理水アンモニア濃度はほぼ１０ｍｇ／Ｌ以下となり、除去アンモニア量から算出したシリコン膜の酸素溶解速度は３５〜４０ｇ−Ｏ２／ｍ２／ｄａｙとなった。
［比較例１］
図３（ｂ）の通り、上記図３（ａ）の装置からＭＦ平膜の固液分離装置３４を除いたこと以外は実施例２と同一の装置を運転した。なお、曝気は２分に１回の頻度で１０秒１Ｌ／ｍｉｎで行った。その他の条件は実施例２と同一とした。
その結果、運転２ヶ月後には浮遊汚泥はほぼなくなった。酸素溶解膜モジュール３２には厚さ数ミリ程度の生物膜が付着成長した。処理水アンモニア濃度は２９０〜３４０ｍｇ／Ｌであった。除去アンモニア量から算出されたシリコン膜の酸素溶解速度は７〜１０ｇ−Ｏ２／ｍ２／ｄａｙであった。
［実施例３］（流動担体による生物膜付着防止）
図３（ｃ）の通り、図３（ｂ）と同じ反応装置を用い、曝気槽に３ｍｍ角のウレタンスポンジを１Ｌ添加した。なお、曝気槽内部には、配管３５の取水部付近に、スポンジ（担体）の流出を防止する担体分離手段としてスクリーンが設けられている。ウレタンスポンジが流動するよう槽下部に設置した原水供給管４２から上向流で循環水槽４０から原水と処理水の混合液をポンプ４１により７０ｍＬ／ｍｉｎで通液した。また、曝気は１分に１回の頻度で５秒１Ｌ／ｍｉｎでおこなった。
２ヶ月間連続運転を行った結果、配管３５からの処理水中のアンモニア濃度はほぼ検出限界以下となった。この間、酸素溶解膜モジュール３２への汚泥付着は認められなかった。その後、循環水槽４０内の合成排水のＮＨ４−Ｎ濃度を６００ｍｇ／Ｌに増加させて運転をさらに２ヶ月継続した。
その結果、配管３５からの処理液中のアンモニア濃度は０〜２０ｍｇ／Ｌとなった。シリコン膜の酸素供給速度は４５〜５５ｇ−Ｏ２／ｍ２／ｄａｙとなった。
以上の実施例１〜３及び比較例１の結果、本発明方法によると、酸素溶解膜からの酸素供給速度が数倍以上に増加することが認められた。
１ 反応装置
２ 酸素溶解膜モジュール
３ 反応槽

Claims (3)

  1. 反応槽内に配置された酸素溶解膜によって酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させ、被処理水を好気性生物処理する好気性生物処理方法において、
    該酸素溶解膜は、酸素が透過し、透過した酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させる疎水性ノンポーラス膜であり、
    該反応槽中で生物付着担体を懸濁又は流動させることにより、前記酸素溶解膜への生物の付着を防止する好気性生物処理方法であって、
    前記酸素溶解膜による酸素供給速度が平均して１５ｇ−Ｏ ２ ／ｍ ２ ／ｄａｙ以上であることを特徴とする好気性生物処理方法。
  2. 請求項１において、前記生物付着担体は、粒径０．１〜２０ｍｍであり、前記反応槽の容積の１〜５０％添加されることを特徴とする好気性生物処理方法。
  3. 反応槽内に配置された酸素溶解膜によって酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させ、被処理水を好気性生物処理する好気性生物処理方法において、
    該酸素溶解膜は、酸素が透過し、透過した酸素を該反応槽内の被処理水に溶解させる疎水性ノンポーラス膜であり、
    該反応槽内のＭＬＳＳ濃度を１０，０００ｍｇ／Ｌ以上とすることにより前記酸素溶解膜への生物の付着を防止する好気性生物処理方法であって、
    前記酸素溶解膜による酸素供給速度が平均して１５ｇ−Ｏ ２ ／ｍ ２ ／ｄａｙ以上であることを特徴とする好気性生物処理方法。
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