JP6819878B2

JP6819878B2 - 繊維状物を含む有機性汚水の処理方法と装置

Info

Publication number: JP6819878B2
Application number: JP2017122167A
Authority: JP
Inventors: 愛澄佐藤; 信義後藤; 圭馬場; 洋平冨田; 亮太井村
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-06-22
Also published as: JP2019005687A

Description

本発明は、都市下水などの繊維状物を含む有機性汚水を膜分離活性汚泥法で処理する処理方法と装置に関するものである。

都市下水などの有機性汚水は、多種類の固形夾雑物を含んでおり、有機性汚水の処理においては、そのうち、砂や大きな夾雑物などをまず前処理設備で除去し、さらに膜分離活性汚泥法においては、除去されなかった夾雑物を微細目スクリーンで除去してから好気槽に送っていた。膜分離活性汚泥法は好気槽内に膜分離装置を浸漬して処理水を膜分離する方法であり、好気槽内で活性汚泥により処理した水を膜分離装置で透過して膜透過水として取り出していた。

しかしながら、上記の夾雑物のなかには、活性汚泥で分解されず、撹拌により集塊する性質をもった繊維状物が含まれており、これが微細目スクリーンを通過して膜分離装置の閉塞問題を起こしていた。

この問題を特許文献１では、微細目スクリーンの前に中間槽を設け、好気槽内の一部を中間槽に返送することによってこの集塊した繊維状物を微細目スクリーンで除去して解決している。特許文献１には、この中間槽を無酸素槽として活用することも開示されている。この処理フローを図２に示す。同図に示すように、汚水である被処理水をまず前処理設備に送って、そこで５０ｍｍ目幅程度の粗目スクリーン、曝気沈砂槽、破砕設備などで砂や大きな夾雑物の除去等を行い、これを無酸素槽でＮＯ_ＸをＮ_２まで還元する脱窒素処理してから微細目スクリーンに送る。そこで夾雑物を除去して、膜分離装置を備えた好気槽に送り、活性汚泥で処理して、膜を透過した処理水を抜き出し、槽内に溜った余剰汚泥も抜き出している。そして好気槽内で集塊されかつ分解されずに蓄積した繊維状物を無酸素槽に返送して微細目スクリーンに送って除去している。図中、Ｑは液の流量を相対値で示すものであり、汚水の流入量（処理量）を１Ｑとしている。

また、特許文献２には、汚水を嫌気槽、微細目スクリーン、無酸素槽、膜分離装置を有する好気槽の順で処理する方法が開示されている。この方法は、従来微細目スクリーンが嫌気槽の前に置かれていたため、汚水中のＢＯＤ成分やＳＳがスクリーンで除去されて嫌気槽におけるリンの放出量が低下し、無酸素槽および好気槽におけるリンの摂取量が低下してしまうという問題を解決するためにスクリーンを嫌気槽の後に移したものである。

特許第２９７７００２号公報特許第５８１８５７０号公報

しかしながら、特許文献１等に記載されている従来の方法は好気槽全体に分散している集塊した繊維状物を微細目スクリーンに返送して分離する方法であるため、微細目スクリーンへの返送量が非常に大きくなり、特許文献１においても、微細目スクリーンへの返送量を被処理水の流入量の３〜１０倍にする必要があることが示されている。微細目スクリーンは単位スクリーン面積当たりの処理水量が一定であるため、この従来技術では標準の膜分離活性汚泥法に比較して３〜１０倍のスクリーン面積を要し、微細目スクリーンの設備費がかさむ問題がある。さらに、好気槽内の活性汚泥も大量に返送され、集塊した繊維状物と一緒に除去され、好気槽内の活性汚泥濃度維持の手間がかかるという問題もある。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を進め、前処理設備を通過した汚水のみを微細目スクリーンに供給した場合、繊維状物の除去率は平均５８％であった。しかるに、この汚水１Ｑに好気槽の硝化液０．１〜２Ｑを混合して微細目スクリーンに供給したところ、いずれの条件においても繊維状物は９８％以上除去された。すなわち、被処理水である汚水に直接活性汚泥を加えることによって、微細目スクリーンによる繊維状物の除去率を著しく向上させることができることを見出し、この内容を特願２０１６−１９６８７１号として特許出願した。

しかしながら、この方法で運転を続けたところ、次第に膜分離装置の能力が低下するようになった。

本発明の目的は、繊維状物を含む有機性汚水をスクリーンで濾過してから無酸素槽で処理し、該無酸素槽で処理された液を好気槽で処理し、該好気槽内で処理された硝化液を該好気槽内に浸漬された膜分離装置で分離して処理水を得るとともに、該好気槽内の硝化液をスクリーンの上流側の前記有機性汚水と、前記無酸素槽に返送する有機性汚水の処理方法において、膜分離装置の能力の低下を防いで長期に亘り安定して運転を続けることができる方法と装置を提供することにある。

本発明者が、この原因を調べたところ、繊維状物のなかに凝集しないものがあり、これがスクリーンで除去されないで好気槽内に蓄積して、膜分離装置の膜に付着し、膜の透過能力を低下させていることを見出した。この対策としてはスクリーンに目幅のより細かいものを使用すればよいが、これはスクリーンの濾過抵抗が大きくなってスクリーンが大型になるため現実的でない。そこで、新たにより目の細かいスクリーンを別途設けて、先に設けたスクリーンで除去できなかった微細な繊維状物を除去することとし、その適当な設置場所を検討した結果、流量の最も少ない、先に設けたスクリーンの上流側有機性汚水への硝化液の返送ラインにこれより目幅の細かいスクリーンを設けることにより、膜の透過能力を大幅に改善できることを見出した。

本発明は、かかる知見に基いてなされたものであり、繊維状物を含む有機性汚水を該繊維状物を含む夾雑物を除去するスクリーン１で濾過してから無酸素槽で処理し、該無酸素槽で処理された液を好気槽で処理し、該好気槽内で処理された硝化液を該好気槽内に浸漬された膜分離装置で分離して処理水を得るとともに、該好気槽内の硝化液をスクリーン１の上流側の前記有機性汚水と前記無酸素槽に返送する有機性汚水の処理方法において、さらに繊維状物を除去するスクリーン２を該硝化液を前記有機性汚水に返送する返送ラインに設けたことを特徴とする繊維状物を含む有機性汚水の処理方法と装置を提供するものである。

本発明により、好気槽内に残留している非凝集性の繊維状物をより目の細かい新たなスクリーンを設置して除去することにより、膜の透過能力を大幅に改善して安定運転を続けることができる。また、この新たなスクリーンを最も流量の少ない、スクリーンの上流側の有機性汚水への硝化液の返送ラインに設けることにより、新たなスクリーンを小型化してコストを抑制することができる。

本発明による処理の一実施態様を示すフローシートである。従来の汚水処理の一例を示すフローシートである。混合槽への返送流量を変えてスクリーン１のみの場合とスクリーン１にスクリーン２を加えた場合の好気槽内の活性汚泥中の繊維状物濃度の経時変化を示すグラフである。

本発明で処理される有機性汚水は、繊維状物を含む物であれば特に制限されないが、例えば、都市下水、養鶏場、畜産場等の廃水、工場廃水等である。繊維状物は、活性汚泥によって分離されずに好気槽内に残るものであり、一般的にセルロース等を主成分とする物質や毛髪などの難生分解性物質が代表例としてあげられる。汚水の中でも、例えば、流入下水中の繊維状物の濃度は通常５０〜１５０ｍｇ／Ｌ程度である。この繊維状物の濃度の測定方法は、下水試験方法（日本下水道協会）の「粗浮遊物」の測定方法に従った。流入下水のその他の性状は、ＳＳが１５０〜３５０ｍｇ／Ｌ程度、ＢＯＤ１５０〜２５０ｍｇ／Ｌ程度、ＴＮ２０〜３５ｍｇ／Ｌ程度のものが多い。

有機性汚水は通常まず前処理設備に供給される。そこでは、粗目のスクリーン、破砕機、沈降槽などで、大きな夾雑物や砂などの無機物が除去される。

前処理設備を通過した有機性汚水は無酸素槽へ供給される。無酸素状態の活性汚泥に、ＢＯＤ成分を含む有機性汚水と後述する好気槽から返送されるＮＯ_３を含む硝化液循環液が供給されることにより、脱窒素細菌の脱窒素反応（ＮＯ_３→Ｎ_２）が行われることで、有機性汚水中の窒素成分は系外に除去される。脱窒素反応にはＢＯＤ成分が不可欠である。好気槽ではＢＯＤ成分が分解されほとんど失われるため、無酸素槽を好気槽の後段に設置する場合には、メタノール等の薬品添加によりＢＯＤを供給する必要があり、通常、無酸素槽は好気槽の前段に設置される。

無酸素槽で処理された液は好気槽に送られ、ＢＯＤ成分はＨ_２Ｏ、ＣＯ_２、ＮＨ_３などに分解される。また、ＮＨ_３はアンモニア酸化細菌によってＮＯ_２に酸化され、さらに亜硝酸酸化細菌によってＮＯ_３へ酸化される。そして好気槽処理液は、硝化液循環液として無酸素槽に循環されるが、有機性汚水から窒素成分を除去するためには十分な硝化液循環量が必要であり、都市下水の処理においては一般に２〜９Ｑ、通常２〜４Ｑ程度になる。

そして、好気槽内に浸漬した膜分離装置で硝化液の一部を透過して処理水を得る。膜分離装置は、好気槽内の硝化菌を含む活性汚泥と処理水を分離するもので精密濾過膜や限外濾過膜などが利用される。膜の形状は平膜タイプ、中空糸タイプ、チューブラータイプ等のものを用いることができる。

本発明者らによる先の発明では、このような有機性汚水の処理方法において、前記無酸素槽の上流側に繊維状物を除去する微細目スクリーンであるスクリーン１を設けるとともに、スクリーン１に供給する有機性汚水に予め好気槽内の硝化液の一部を混合している。これによって、活性汚泥が含有する細胞外高分子化合物が有機性汚水中の繊維状物を効果的に凝集させ、スクリーン１で捕捉除去できる繊維状物の量が大幅に増え、有機性汚水に含まれる繊維状物の９８％以上をスクリーン１で除去できる。

有機性汚水に予め混合される好気槽内の硝化液は少量でよく、本発明では０．１〜２Ｑを混合したところ、いずれの場合も繊維状物の除去率は９８％以上になった。スクリーン１のサイズを小型にするためには活性汚泥の混合量は少ないほうが好ましく、０．１〜０．５Ｑ程度とするのがよい。この混合はスクリーン１に供給する管に、好気槽からの返送管を接続して、必要によりラインミキサーなどで混合する方法や、スクリーン１の上流側に混合槽を設けて、そこで有機性汚水と返送硝化液を混合するなどの方法が考えられる。ただし本発明者らの実験結果では、ラインミキサーや混合槽などを用いずとも、配管内の自然混合のみで９８％以上の繊維状物除去率が得られており、必ずしもラインミキサーや混合槽を設置する必要はない。

スクリーン１は、汚水中の夾雑物をふるい的に除去するための装置であり、ウエッジワイヤー式をはじめとしたさまざまな方式が存在する。本発明において穴の形状は特に限定されないが、目幅は、有効目幅で０．３〜１．０ｍｍ程度のものが適当である。ここに有効目幅とは、スクリーンを通過できる夾雑物の最大幅を指す。

しかしながら、この方法で運転を続けたところ、スクリーン１で除去されなかった２％未満の繊維状物がその後も除去されず、好気槽内で徐々に蓄積していって膜分離装置の膜の能力を阻害することがわかった。これに対して好気槽から硝化液の一部をスクリーン１の上流側の有機性汚水に返送するラインにより目幅の細かいやはり微細目スクリーンであるスクリーン２を新たに設けることによって解決したのが本発明である。このスクリーン２もウエッジワイヤー式等の公知のものでよいが、目幅はスクリーン１より細かいものが使用され、有効目幅で０．１５〜０．３ｍｍ程度のものが好ましい。濾過面積の比率では、スクリーン１に対しスクリーン２が４：１〜４８：１程度になる。

本発明の一実施態様の装置を図１に示す。この装置は、前処理設備、混合槽、スクリーン１、無酸素槽、膜分離装置を内部に有する好気槽がこの順に配置され、好気槽内の硝化液を無酸素槽に返送する硝化液循環ラインと混合槽に供給し途中にスクリーン２が設置された返送ラインが設けられている。

この装置では、有機性汚水である被処理水１Ｑを前処理設備で前処理を行なって混合槽に連続供給する。混合槽では、前処理を行った１Ｑの有機性汚水に、好気槽から返送されてスクリーン２で微細な繊維状物が除去された０．１〜０．５Ｑの硝化液が添加されて１．１〜１．５Ｑの流量でスクリーン１に送られ、そこで繊維状物が除去されて無酸素槽に入る。無酸素槽には好気槽から１．５〜８．９Ｑの硝化液が循環供給されていて、そこで、有機物の資化とＮＯ_ＸからＮ_２への還元が行われＮ_２ガスは放出される。無酸素槽で処理された液は好気槽に送られて、そこで、有機物の資化と有機性汚水に含まれるＮＨ_３（活性汚泥のたんぱく質分解により発生したＮＨ_３を含む）のＮＯ_Ｘへの酸化が行われる。そして、好気槽内の３〜１０Ｑの硝化液のうち２〜９Ｑは無酸素槽、及び混合槽へ返送され、残りの１Ｑが膜分離装置を透過して処理水として取り出される。また、好気槽内に蓄積した余剰汚泥は連続的あるいは間欠的に抜き出される。

本発明では、その外、汚水処理で行われるその他の工程や装置も適宜加えることができ、例えば嫌気槽などをさらに付設することができる。嫌気槽は、例えば、スクリーン１と無酸素槽の間に設置すればよい。

図１に示す装置を使用して都市下水の処理を行った。用いた下水は繊維状物８１〜１１９ｍｇ／Ｌ、ＳＳ１０７〜２１０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ１００〜１７４ｍｇ／Ｌ、ＴＮ２４〜４５ｍｇ／Ｌのものである。スクリーン１には濾過面積３７６ｃｍ^２有効目幅が０．３ｍｍ（スクリーン前後の繊維状物の除去率９８％）のもの、スクリーン２には濾過面積２０５ｃｍ^２有効目幅が０．１５ｍｍ（スクリーン前後の繊維状物の除去率９９％）のものを用い、膜分離装置の膜には面積が３６ｍ^２で公称孔径が０．２μｍの精密濾過膜を用いた。

上記下水を、前処理を行わずに１７ｍ^３／日の流入量で混合槽に流入させて汚水処理運転を行い、スクリーン１単独の場合と、スクリーン１にスクリーン２を加えた場合の好気槽内の活性汚泥中の繊維状物濃度の経時変化を求めた結果を図３に示す。図３（Ａ）は返送硝化液量を０．１Ｑとした場合であり、図３（Ｂ）は返送硝化液量を０．２Ｑとした場合である。その結果、スクリーン２を追加することによって、スクリーン１単独の場合に比べて、返送硝化液量が０．１Ｑの場合に４６％、０．２Ｑの場合には９１％好気槽内の繊維状物の濃度が減少した。

本発明は、微細目スクリーンへの通水量を大幅に削減できるため、微細目スクリーンを小型化でき、繊維状物を除去する必要がある有機性汚水の膜分離活性汚泥法と装置に幅広く利用できる。

Claims

繊維状物を含む有機性汚水を該繊維状物を含む夾雑物を除去するスクリーン１で濾過してから無酸素槽で処理し、該無酸素槽で処理された液を好気槽で処理し、該好気槽内で処理された硝化液を該好気槽内に浸漬された膜分離装置で分離して処理水を得るとともに、該好気槽内の硝化液をスクリーン１の上流側の前記有機性汚水と前記無酸素槽に返送する有機性汚水の処理方法において、さらに繊維状物を除去するスクリーン２を該硝化液を前記有機性汚水に返送する返送ラインに設けたことを特徴とする繊維状物を含む有機性汚水の処理方法。
スクリーンの目幅がスクリーン１＞スクリーン２である請求項１に記載の有機性汚水の処理方法。
スクリーン２を通過する硝化液の量が被処理水の量の０．１〜０．５倍である請求項１又は２に記載の有機性汚水の処理方法。
繊維状物を含む有機性汚水を濾過して繊維状物を含む夾雑物を除去するスクリーン１と、該スクリーン１で濾過された有機性汚水を処理する無酸素槽と、該無酸素槽で処理された液を処理する好気槽と、該好気槽内に浸漬された膜分離装置を有し、該好気槽内の硝化液をスクリーン１の上流側の前記有機性汚水に返送するラインと前記無酸素槽に返送する硝化液循環路を備えた有機性汚水処理装置において、前記返送ラインの途中にさらに繊維状物を除去するスクリーン２を設けたことを特徴とする、繊維状物を含む有機性汚水の処理装置。
スクリーンの目幅がスクリーン１＞スクリーン２である請求項４に記載の有機性汚水の処理装置。