JPH05169097A

JPH05169097A - 分離膜複合排水処理装置

Info

Publication number: JPH05169097A
Application number: JP3343069A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Sato; 政義佐藤; Jun Hasegawa; 潤長谷川; Isao Masuhara; 功増原; Tsutomu Takahashi; 勤高橋; Daiki Toyohara; 大樹豊原
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; East Japan Railway Co
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd; East Japan Railway Co
Priority date: 1991-12-25
Filing date: 1991-12-25
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【目的】ＢＯＤ負荷変動があっても安定して機能し、
かつ装置全体をコンパクトにまとめることができる排水
処理方法を提供する。【構成】汚染性有機物を含む排水を不織布担体を用い
た生物処理装置で処理し、その処理水を内圧型の中空糸
膜モジュールを用いた膜分離装置に通す。不織布担体は
ポリプロピレン繊維からなる円筒形のものが好ましい。【効果】内圧型の中空糸膜モジュールを用いても閉塞
せずに運転でき、逆洗によって沈降濃縮性に優れた汚泥
が排出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生物処理と膜分離を組
合せた排水の処理方法および装置に関する。より詳しく
は、特定の微生物付着担体を用いて生物処理を行った排
水を内圧型中空糸膜による分離操作にかけることによ
り、汚泥の濃縮性を向上させて装置のコンパクト化を可
能にした方法、およびその方法に用いる装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排水中の汚染性有機物を好気性条件下で
微生物により除去するいわゆる生物処理の方法として
は、微生物を曝気攪拌状態の排水中に浮遊懸濁させた好
気性条件下で処理を行う活性汚泥法がよく知られてい
る。活性汚泥法は強制的に大量の酸素を送りこむためＢ
ＯＤ負荷を大きくとれることから、比較的高濃度の汚染
性有機物を含む排水の大規模な処理に適した方法である
が、負荷変動にあまり強くないため安定した運転管理に
高度の技術を必要とし、また微生物を浮遊懸濁状態で利
用することから最終沈殿池での汚泥の沈降分離が困難と
なるバルキング現象によってシステムが機能しなくなる
危険性があるのが欠点である。

【０００３】活性汚泥法におけるバルキングの問題を回
避するための手段として、最終沈殿池で固液分離する代
りに膜を用いて処理水と汚泥とを分離する、いわゆる膜
分離活性汚泥法が知られている。図１は膜分離活性汚泥
法のプロセスフローを示す。原水は原水ポンプ１０３に
より活性汚泥槽１０１内に流入し、ここで生物処理を受
ける。活性汚泥槽内にはブロワー１０５により空気が供
給される。活性汚泥槽内の処理水汚泥混合物は循環ポン
プ１０４により膜モジュール１０２に送られる。膜透過
水はこのプロセスの処理水となり、濃縮された処理水汚
泥混合物は活性汚泥槽に戻される。この方法は汚泥の沈
降特性を考慮する必要がないため、バルキングの原因と
なる糸状菌の増殖が問題とならない分だけリアクター
（曝気槽）の運転管理は容易になるが、膜で濃縮された
後の処理水汚泥混合物の一部は抜き出されて汚泥濃縮装
置で処理されるので、その中の汚泥の濃縮性は装置全体
のコンパクト化という観点からやはり問題となる。

【０００４】一方、微生物を担体に付着固定させた状態
で排水と接触させる生物処理の方法も各種のものが知ら
れている。それらには散水濾床法や回転円板法のように
微生物を付着させた担体を排水に接触させるとともに大
気にも暴露することにより酸素を供給する方法と、担体
を排水中に浸漬した状態で水中に散気管を設けて曝気す
ることにより酸素を供給する方法とがあるが、いずれの
場合でも担体を用いる方法は負荷変動があっても運転管
理が比較的容易であり、また微生物が担体に付着してい
るため基本的に上記バルキングの問題も小さいことか
ら、中規模ないし小規模の排水処理を中心に広く用いら
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】膜分離活性汚泥法では
膜分離装置に流入する処理水汚泥混合物中の汚泥濃度が
数千mg/lと高いため、膜面への汚泥の蓄積防止をを考慮
すると透過流束をあまり大きくとることはできず、また
膜モジュールとしては管型あるいは平膜型のような閉塞
のおそれの少ないものを用いざるをえないので単位容積
当りの膜面積を大きくとることができないことから、装
置のコンパクト化に難点があった。

【０００６】さらに、膜モジュールの閉塞のおそれを考
慮して汚泥の濃縮を抑えなくてはならないため、膜分離
装置で濃縮された後でも処理水汚泥混合物中の汚泥濃度
はリアクター内の汚泥濃度と大して変らず、また膜分離
された汚泥の濃縮性が必ずしも良くないことから、リア
クター内の汚泥濃度を一定に保つための汚泥引抜き量が
大きくなり、この点でも装置のコンパクト化に難点があ
った。

【０００７】一方、担体を用いる生物処理法でも、担体
に付着した微生物の生長と離脱のために処理水中には微
生物体などの懸濁固形物が含まれ、これを分離しなけれ
ば清澄な処理水は得られない。この場合は処理水中の懸
濁固形物は余剰分だけであって活性汚泥法に比べて濃度
がかなり低いため膜分離に適しており、たとえば中空糸
型の膜モジュールを使用して単位容積当りの膜面積を稼
ぐことも可能である。また基本的に汚泥の膜面への蓄積
を防止するような条件で運転する膜分離活性汚泥法と異
なり、汚泥を膜面に蓄積させて定期的に逆洗するという
運転が可能である。ただし中空糸膜は外圧型のものに限
られ、内圧型の中空糸膜はやはり閉塞のおそれがあるこ
とから使用されなかった。

【０００８】外圧型の中空糸膜モジュールを用いる場
合、膜モジュールの逆洗を行うと中空糸の外側に濃縮さ
れていた汚泥が逆洗排水中に分散するため、逆洗排水中
の汚泥の濃度および性状は平膜モジュールなどの場合と
大して変らない。結局、汚泥の濃縮性および余剰汚泥の
引抜き濃度の問題は解決されず、装置のコンパクト化と
いう点において膜分離活性汚泥法と同様の難点があっ
た。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、汚染性有機物
を含む排水を不織布担体を用いた生物処理装置で処理
し、その処理水を内圧型の中空糸膜モジュールを用いた
膜分離装置に通すことにより、上記問題点を解決して装
置のコンパクト化を図ったものである。

【００１０】

【作用】本発明者らは、不織布担体を用いて生物処理を
行うとその後段に設けた膜分離装置の膜モジュールの閉
塞が起こりにくくなることを見出した。これは単に処理
水中の懸濁固形物の濃度が低いことだけに由来するもの
ではなく、当該懸濁固形物の性状にも由来するものであ
ると思われる。すなわち本発明者らによれば、不織布担
体は微生物の付着固定性能に優れているので、付着して
いる微生物が根元から剥離することが少なく、微生物の
生長に見合う分だけがちぎれて処理水中に含まれること
になるため、処理水中に含まれる微生物体等の懸濁固形
物は濃縮性の良い小さな粒子状になるのではないかと考
えられている。

【００１１】不織布担体を用いた生物処理の処理水は膜
モジュールの閉塞性が小さいため、後段で内圧型の中空
糸膜モジュールを用いて膜分離を行うことが可能であ
り、本発明はこれにより汚泥の濃縮性をより一層高めた
ものである。すなわち当該生物処理水を内圧型の中空糸
膜モジュールに通すと汚泥は中空糸の内側に圧密濃縮さ
れ、蓄積した汚泥は中空糸膜を逆洗した際に逆洗排水中
に分散されずにイトミミズ状となって流出してくる。こ
のイトミミズ状の汚泥はすでにある程度濃縮されていて
沈降速度が４０〜５０m/hrと沈降性にすぐれているた
め、汚泥濃縮槽における上向流速を大きくとることによ
り汚泥濃縮槽をコンパクトなものにすることができ、ひ
いては装置全体をコンパクトにすることができるのであ
る。

【００１２】排水の性状本発明において処理対象となる排水は汚染性有機物を含
むものである。ここで汚染性有機物とは、環境（天然水
系）に排出されたときに微生物によって分解され、その
際に水中の溶存酸素を消費する溶存または懸濁有機物を
いう。その分解に際して溶存酸素を大量に消費する有機
物を多く含む排水は環境に対する負荷が大きいと言え、
通常、その負荷の大きさを表すのにＢＯＤ（生物化学的
酸素要求量）という指標を用いる。一方、見方を変えれ
ばＢＯＤ値の大きな排水は生物処理が容易であるとも言
え、当該排水のＢＯＤ値に見合うだけの溶存酸素を供給
してやれば排水中の有機物は微生物に栄養として取込ま
れて微生物の生長増殖に寄与する。したがって、一般に
ＢＯＤ値の大きな排水を処理するとそれだけ微生物の増
殖が盛んになるため、本発明の不織布担体を用いた生物
処理装置からの流出水中の汚泥量も増加する。排水のＢ
ＯＤ値が高過ぎると微生物の増殖速度が大きくなり過ぎ
て、生物処理の処理水中の汚泥の性状が後段の中空糸膜
による膜分離に適しないものになる場合があり、一方、
排水のＢＯＤ値が低過ぎると微生物の生長を維持するこ
とが困難になる場合がある。本発明においては、処理対
象となる排水のＢＯＤ値は１０００mg/l以下であること
が好ましく、５０〜５００mg/lであることがより好まし
い。

【００１３】生物処理不織布担体は水中に浸漬固定されたものであってもよい
し、ばらばらの状態で水中に浮遊ないし沈降しているも
のであってもよい。いずれにしてもその表面に微生物が
付着するものであるから少なくとも一部は水中にある必
要がある。経済性や取扱性を考慮すると水中に浮遊する
ものが好ましい。不織布担体として水に浮くものを用い
る場合でも、水中にネットなどを張って浮上を抑えれば
不織布担体全体を水中に浸漬させることができる。不織
布担体の形状は特に限定されないが、適度の充填性を有
し製造も比較的容易であるという点でラシヒリングのよ
うな円筒形のものが好ましい。また、充填状態でつぶれ
ないようにある程度の強度を有することが好ましい。さ
らに、微生物を強固に付着させるためには不織布自体が
適度に厚みを有することが好ましい。不織布担体の材質
としては各種天然または合成繊維が用いられ得る。ナイ
ロン、ポリエステル、ポリプロピレンなどの合成繊維も
しくはそれらの組合せまたはそれらと天然繊維との組合
せが好ましく、ポリプロピレンが最も好ましい。

【００１４】不織布担体の表面に付着した微生物が排水
中の有機物を分解同化するためには酸素が必要である。
このため常時水中に浸漬している不織布担体を用いる場
合には、散気管による曝気等の本分野における常用の手
段により排水中に酸素を供給する。たとえば不織布担体
が浮上性のものであれば当該担体層の下方に散気管を配
置するのが好ましいが、不織布担体が沈降性のものまた
は固定されたものである場合には担体層内の下部に散気
管を配置してもよい。酸素の供給量は排水のＢＯＤ負荷
に応じて定めればよい。たとえば処理水中の溶存酸素を
モニタリングし、リアクター内が好気性に維持されるよ
うに（すなわち処理水中の溶存酸素がゼロにならないよ
うに）酸素供給量を制御することができる。一般に担体
を用いない活性汚泥法に比べて、担体が気泡の上昇を妨
害するので微細気泡化を考慮しなくても酸素の溶解効率
は高い。

【００１５】膜分離本発明では、膜面積３００〜１０００m²／m³、好適には
５００m²／m³程度の中空糸膜を用いる。この値は平膜
（５０〜７０m²／m³）や管状膜（１００〜１５０m²／
m³）の場合と比較するとかなり大きなものであり、装置
のコンパクト化に大いに寄与する。

【００１６】膜分離操作を円滑に実施し、逆洗により適
度に圧密化された汚泥を得るためには、中空糸膜の内径
の選択が重要である。中空糸膜の内径の最適値は膜モジ
ュールに流入する生物処理水中の懸濁固形物の濃度や性
状によって多少変るが、一般に０．５〜２．５mmの範囲
が好ましい。内径が小さすぎると汚泥が圧密化する前に
膜モジュールが閉塞を起こす可能性があり、一方、内径
が大きすぎるとイトミミズ状の圧密化した汚泥が得られ
ない。

【００１７】膜の孔径は所望される処理水質に応じて、
数ミクロン程度の精密濾過（ＭＦ）領域から数百オング
ストローム程度の限外濾過（ＵＦ）領域さらには数オン
グストローム程度の逆浸透（ＲＯ）領域に至るまでの範
囲の中から選択することができる。単に懸濁固形物を除
去するだけであれば精密濾過領域の孔径のもので十分で
あるが、色度成分など生物処理で一部残留する溶存有機
物の除去をも行う場合には限外濾過領域の孔径のものを
用いる必要があり、さらに再利用などを目的として部分
脱塩をも行う場合には逆浸透領域の孔径のものを用いる
必要がある。孔径が小さくなるにしたがって濾過に必要
な圧力は高くなるが、いずれの膜を用いた場合であって
も汚泥の中空糸内圧密濃縮は達成できる。

【００１８】膜の逆洗は膜透過水を用いて行うことがで
きる。逆洗の時期は膜モジュールの入口と透過側出口あ
るいは濃縮側出口との間の圧力損失をモニタリングして
一定の値に達したときに行うようにするのが好ましい
が、一定の処理水量に達した時点で行ってもよい。膜モ
ジュール内の汚泥蓄積量が多少変動しても逆洗の時に好
適に圧密化された汚泥が得られるが、あまりに蓄積量が
少なくては圧密化の効果が小さく、逆に汚泥が蓄積しす
ぎた場合には円滑な逆洗ができなくなる。

【００１９】逆洗時に排出される圧密濃縮された汚泥の
濃度は凝集剤を添加しない状態でも４０００〜６０００
mg/lにもなり、しかも汚泥の沈降性がよいので汚泥濃縮
槽がコンパクトになる。汚泥濃縮槽における上向流速は
１０〜２０m/hrの範囲が好ましい。上向流速が小さすぎ
ると汚泥がスカム状になって浮上する傾向を有し、上向
流速が大きすぎると汚泥の沈降濃縮ができなくなる。な
お、膜モジュール逆洗排水の排出ラインに凝集剤を添加
すれば汚泥の濃縮にさらに有効である。

【００２０】

【実施例】本発明の方法の好適な態様を以下に示す。図
２は本発明の方法を実施する装置のプロセスフローの一
例を示す。図２の装置を用い、再利用を目的として駅排
水の処理を行った。図３は生物処理装置および膜分離装
置の周辺をより具体的に示すものである。また表１は装
置の仕様を示す。

【００２１】図２において、排水ピット１の水は、自動
スクリーン２により粗大固形物が除去され、排水貯槽３
に送られる。排水貯槽３の排水は浮上性の不織布担体を
用いた生物処理装置４に送られ、好気性条件下で担体に
付着した微生物の作用により汚染性有機物が除去され
る。この生物処理水は中間槽５を経て内圧型中空糸膜モ
ジュールを用いた膜分離装置６に送られ、生物処理装置
４から流出する汚泥を含む懸濁固形物が除去されてきわ
めて清澄な膜透過水が得られる。膜透過水は処理水槽８
に貯留され、再生水として利用される一方、中空糸膜の
逆洗水としても用いられる。逆洗により中空糸内部から
きわめて沈降濃縮性のよい汚泥が流出し、汚泥濃縮槽７
に送られて濃縮される。汚泥濃縮槽の上澄水は中間槽５
に戻され、濃縮された汚泥は余剰汚泥として処理され
る。

【００２２】図３において、排水ピットからの駅排水
は、原水移送ポンプ１１により自動スクリーン２を経て
排水貯槽３に送られ、さらに原水ポンプ１２により生物
処理装置の第１処理槽４−１に送られる。この間におい
て、酸注入装置１９およびアルカリ注入装置２０により
排水のｐＨが調節される。生物処理装置４−１、４−２
および中間槽５は一体的に作られ、排水はそれらを順次
通過する。生物処理装置４−１および４−２内には円筒
形のポリプロピレン製不織布担体（浮上性）が水中に浸
漬状態で充填されている。なお、排水貯槽３、生物処理
装置４−１、４−２および中間槽５は、曝気ブロワー１
６−１および１６−２により曝気され、さらに水面上の
空間に異臭がこもるため、これを排気ブロワー１７で引
いて脱臭塔１８で処理する。排水は中間槽５から加圧循
環ポンプ１３により膜分離装置６に送られ、膜透過水は
処理水槽８に入り、濃縮水は原則として中間槽５に戻さ
れる。処理水槽８内の処理水ポンプ１５は、処理水をさ
らに別の場所へ移送するためのものである。逆洗ポンプ
１４により、処理水を用いて膜モジュールの逆洗を行う
ことができる。汚泥を含む逆洗排水は汚泥濃縮槽７に送
られ、その上澄水は中間槽５に戻される。

【００２３】処理結果を表２に示す。表２の処理結果は
装置を立上げてから９ヵ月間の平均のデータである。表
２からわかるように排水のＢＯＤ値は１００〜３００mg
/lであったが、膜透過水のＢＯＤは４mg/l前後、懸濁固
定物はゼロときわめて安定した処理結果が得られた。な
お汚泥濃縮槽における上向流速は１６m/hrとしたが、濃
縮汚泥の濃度は５０００〜６０００mg/lであった。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、汚染性有機物を含む排
水を処理する場合において、多少の負荷変動があっても
安定した処理を行うことができ、また汚泥の沈降濃縮性
が良好なため装置をコンパクトなものにまとめることが
可能である。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の膜分離活性汚泥法のプロセスフローを示
す。

【図２】本発明の方法のプロセスフローの一例を示す。

【図３】図２のプロセスの主要部を示す。

【符号の説明】

１排水ピット２自動スクリーン３排水貯槽４生物処理装置５中間槽６膜分離装置７汚泥濃縮槽８処理水槽

【手続補正書】

【提出日】平成３年１２月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２６】

【表２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 3/06 6647−4Ｄ 3/08 Ｚ 6647−4Ｄ 3/10 Ｚ 6647−4Ｄ 3/12 Ｓ 9153−4Ｄ 11/12 Ｚ 7824−4Ｄ (72)発明者長谷川潤神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者増原功神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者高橋勤神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内 (72)発明者豊原大樹神奈川県横浜市鶴見区鶴見中央二丁目12番１号千代田化工建設株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】汚染性有機物を含む排水を不織布担体を
用いた生物処理装置で処理し、その処理水を内圧型の中
空糸膜モジュールを用いた膜分離装置に通すことを特徴
とする排水処理方法。
【請求項２】該排水のＢＯＤ値が１０００mg/l以下で
ある請求項１記載の方法。
【請求項３】該排水のＢＯＤ値が５０〜５００mg/lで
ある請求項１記載の方法。
【請求項４】該不織布担体が円筒形である請求項１記
載の方法。
【請求項５】該不織布担体がポリプロピレン繊維から
なる請求項１記載の方法。
【請求項６】該中空糸膜の内径が０．５〜２．５mmで
ある請求項１記載の方法。
【請求項７】該中空糸膜の孔径が限外濾過領域にある
請求項１記載の方法。
【請求項８】膜モジュールの逆洗排水を汚泥濃縮槽に
導き、上向流速１０〜２０m/hrで排出汚泥の沈降濃縮を
行う請求項１記載の方法。
【請求項９】上部開放型の槽とその槽の内部に充填さ
れた不織布担体とその槽の下部に設けられた曝気手段と
からなる生物処理装置、前記生物処理装置の処理水を貯
めるための中間槽、内圧型の中空糸膜モジュールからな
る膜分離装置、前記膜分離装置の透過水を貯めるための
処理水槽、および前記膜分離装置から逆洗により排出さ
れる汚泥を濃縮するための汚泥濃縮槽からなり、前記中
間槽の出口と前記膜分離装置の入口とが加圧循環ポンプ
を介して配管で接続され、前記処理水槽の出口と前記膜
分離装置の透過水出口とが逆洗ポンプを介して配管で接
続され、前記膜分離装置の濃縮水が中間槽に戻されるよ
うに配管されていることを特徴とする請求項１記載の方
法の実施に用いられる装置。
【請求項１０】該不織布担体が円筒形である請求項９
記載の装置。
【請求項１１】該不織布担体がポリプロピレン繊維か
らなる請求項９記載の装置。
【請求項１２】該中空糸膜の内径が０．５〜２．５mm
である請求項９記載の装置。
【請求項１３】該中空糸膜の孔径が限外濾過領域にあ
る請求項９記載の装置。