JPH07328624A - 膜分離生物処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 分離膜の表面への活性汚泥の付着と分離膜内
部の汚染および膜エレメント、例えば中空糸膜の束の間
等への汚泥の固着を防止し、常に膜を清浄に維持できる
技術を確立し、膜を槽外に取り出して洗浄する作業を不
要にできる画期的な膜分離生物処理方法を提供するこ
と。 【構成】 汚水を生物処理する曝気槽に膜分離モジュー
ルを浸漬して膜ろ過する方法において、生物固定化担体
および微細な活性炭を曝気槽内に共存させ流動させるこ
とを特徴とする膜分離生物処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水など各種汚水を微
生物による生物反応と膜分離の併用によって高度に浄化
する生物処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、活性汚泥の曝気槽内に中空糸
膜などを装填した膜分離モジュールを浸漬し、浮遊微生
物（活性汚泥フロック）によって汚水中に含まれるＢＯ
Ｄなどを除去しつつ、分離膜によって浮遊微生物その他
のＳＳを完全にろ過分離し、清澄処理水を得る技術が知
られている。しかし、この従来技術は、処理を続けるに
つれて分離膜の表面および内部に、また分離膜が中空糸
膜の場合には中空糸膜の束の間に、活性汚泥あるいは活
性汚泥の分泌物が強固に付着し、分離膜のろ過抵抗が急
増し処理が不可能になるという大きな欠点があった。分
離膜を洗浄するには、膜分離モジュールを槽外に取り出
して高圧水を噴射して汚泥を除去した後、薬品でさらに
洗浄しなければならない。この作業は極めて面倒であ
り、従来法の最大の欠点であった。本発明者の実験によ
れば、汚泥の固着による分離膜のろ過抵抗の増加は活性
汚泥濃度が高いほど起き易いことが認められた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記分離膜
の表面への活性汚泥の付着と分離膜内部の汚染および膜
エレメント、例えば中空糸膜の束の間等への汚泥の固着
を防止し、常に膜を清浄に維持できる技術を確立し、膜
を槽外に取り出して洗浄する作業を不要にできる画期的
な技術を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来技術の問
題点の生じる原因を詳しく検討した結果、新たに得られ
た知見に基づいて完成されたものである。すなわち本発
明は、 （１）汚水を生物処理する曝気槽に膜分離モジュールを
浸漬して膜ろ過する方法において、生物固定化担体およ
び微細な活性炭を曝気槽内に共存させ流動させることを
特徴とする膜分離生物処理方法である。ここで活性炭
は、分離膜の表面に付着させてコーティング層を形成す
ることが可能で、かつ分離膜を透過しない程度の微細な
粒径の粒状活性炭ないし粉末状活性炭とすることが好ま
しい。あまり大きい粒子の活性炭では良好なコーティン
グ層を形成せず脱落する。また、本発明の膜分離に使用
する分離膜としては、中空糸膜、平膜、円筒膜（チュー
ブラー膜）など種々の分離膜が挙げられるが、被処理水
中の浮遊微生物やＳＳなどを分離ろ過できるものはいず
れも使用可能である。これら分離膜の内通常中空糸膜が
好ましく使用される。また、本発明の膜分離モジュール
の形状としては、管型、平板型、スパイラル型、中空糸
型のいずれも使用できる。

【０００５】以下に図１により本発明の膜分離生物処理
方法に使用するに適した装置の構成の１例について説明
する。図１において、下水などの原水は原水供給管８か
ら曝気槽１（生物処理槽）に供給される。曝気槽１中に
は比重が水にほぼ等しい微生物担体Ａが投入されてお
り、曝気空気によって流動している。微生物担体Ａには
原水中のＢＯＤを資化する微生物が固定化されている。
また同時に曝気槽１中には粉末状活性炭Ｂが適量添加さ
れ懸濁流動している。なお、図１のＢは粉末状活性炭Ｂ
の他微生物担体に付着していない浮遊微生物Ｂを示す。
微生物担体Ａおよび粉末状活性炭Ｂは、ブロワ７から供
給され散気管６を経て曝気槽１中に吹き込まれる空気に
よる乱流によって流動している。

【０００６】曝気槽１には中空糸膜モジュール２が浸さ
れており、生物学的に浄化された水がポンプ４によって
中空糸膜モジュール２を通して吸引ろ過され清澄処理水
５が処理水流出管３を経て流出する。前記中空糸膜モジ
ュール２の中空糸膜の表面には自然に粉末活性炭Ｂがコ
ーティングされる。中空糸膜の表面に生成した活性炭Ｂ
のコーティング層によって汚水の色、ＣＯＤも除去され
る。さらにまた、微生物が分泌する菌体外高分子は活性
炭Ｂに吸着除去されるため中空糸膜の内部汚染は著しく
減少する。

【０００７】浮遊微生物Ｂは弁１０を有する排出管９か
ら間欠的に排出される。排出管９の入口にはネット１１
が設けられ微生物担体が流出しないようになっている。
なお、粉末活性炭も浮遊微生物に排出時に一緒に排出さ
れるので、新たに外部から新しい粉末活性炭を添加し、
曝気槽内の粉末活性炭濃度を一定に保つようにする。図
１では生物固定化担体Ｂが曝気槽１から流出するのを防
止するネット１１を曝気槽１上部に設けたが、別途固定
化担体分離手段とそれから分離された固定化担体Ｂを曝
気槽１へ返送する手段を配備する構成としても良い。

【０００８】

【作用】本発明者の実験によれば、曝気によって容易に
流動する固定化担体に微生物を固定化し、更に微細な活
性炭を曝気槽内に添加した、前記両者共存の状態で、分
離膜を曝気槽内に浸して生物処理すると、曝気槽内の浮
遊微生物量が大幅に少なくなり、また存在する浮遊微生
物量も分離膜に付着しなくなるという新事実が判明し
た。先ず、流動し易い担体粒状物に微生物を固定化し
て、中空糸膜などを装填した膜分離モジュールを浸漬さ
せた生物処理槽内に該担体粒状物を懸濁流動させて処理
を行うと、生物処理槽内の微生物濃度を高く維持しつ
つ、浮遊状態の微生物濃度を少なくすることができ、し
かも微生物固定化担体粒状物が中空糸膜など分離膜の表
面と接触する時に、分離膜の表面をクリーニングすると
いう重要な効果が得られた。

【０００９】この結果、微生物を（担体粒状物に固定化
することなく）直接曝気槽内に添加した場合に比べ、分
離膜に活性汚泥が付着圧密化する期間を大幅に延長する
ことができ、かつ微生物処理の効率も著しく向上するこ
とができる。本発明において、曝気槽内の浮遊微生物量
が大幅に少なくできるのは、大部分の微生物は担体粒状
物に固定化されているためである。

【００１０】さらに、粉末状活性炭を曝気槽内に添加す
ると、活性炭は分離膜の表面にも付着し、分離膜の表面
には自動的に粉末状活性炭がコーティングされるので、
分離膜の表面が直接浮遊微生物などによって被覆されコ
ーティング層が形成されることがなく、粉末活性炭のコ
ーティング層に捕捉された浮遊微生物等はある程度成長
するとコーティング層から離脱して系外に除去されるの
で分離膜のろ過抵抗が上昇することがなくなる。前記し
たように分離膜の表面の活性炭コーティング層の作用
は、前記ろ過抵抗の上昇抑止作用の他汚水の色成分やＣ
ＯＤ成分の除去にも貢献する。さらにまた、曝気槽内に
共存する粉末活性炭は、微生物の分泌する菌体外高分子
を吸着するため分離膜の内部汚染も著しく減少する作用
を有することが認められた。

【００１１】前記したとおり、流動し易い担体粒状物に
微生物を固定化することにより、生物処理の効率を飛躍
的に向上させると共に、曝気槽中の浮遊微生物の濃度を
著しく少なくすることができた。しかしながら微生物を
固定化担体に固定化するだけではなお分離膜のろ過抵抗
の上昇を回避することは困難である。このように前記し
た諸効果は、微生物固定化担体、微細な活性炭のどちら
かが欠けても得られない効果であり、この点は本発明の
重要な点の１つである。

【００１２】本発明における粉末活性炭の添加量は、２
０００〜３０００ｍｇ／リットル程度で分離膜の表面お
よび膜の内部汚染を効果的に防止できる。活性炭の粒径
は数ミクロン程度であり曝気によって簡単にサスペンジ
ョンになる。微生物固定化担体としては、ポリエチレン
グリコール、ポリビニルアルコールなどの高分子ゲル、
およびポリプロピレンなどのプラスチック小粒子が使用
される。これら前記固定化担体は比重が水に近く、曝気
によって簡単に流動するので好適である。微生物固定化
担体の粒径は、数ｍｍ程度のものが比表面積が大きくな
り微生物固定化量を多くできるので好適である。担体の
投入量は曝気槽１ｍ³ 当たり２００〜４０００リットル
の範囲にすると、微生物固定化量を４０００〜６０００
ｍｇ／リットルに維持でき好ましい。

【００１３】担体に微生物を固定化するには、あらかじ
めＢＯＤ資化菌を担体内部に包括しても良いが、前もっ
て包括しなくても、担体を曝気槽内で流動させながら原
水を供給すると２０日程度で担体の表面に微生物が自然
に増殖付着する。本発明によって処理を続けると、固定
化された微生物以外の浮遊微生物が増加するので、適
宜、浮遊微生物を系外に引き抜くようにする。浮遊微生
物濃度として２０００ｍｇ／リットル以下になるように
引き抜くと良い。浮遊微生物濃度が高くなりすぎると、
固定化担体および微細な活性炭による効果が減少し、中
空糸膜の間に汚泥が付着しやすくなるなどの現象が発生
するので好ましくない。

【００１４】

【実施例】代表的な実施例を図１に基づいて説明する。
しかし、本発明は以下の実施例によって制限されるもの
ではない。 実施例１ 下水などの原水は原水供給管８から曝気槽１（生物処理
槽）に供給される。曝気槽１中には比重が水にほぼ等し
いポリアクリルアミドの粒状物（粒径４〜５ｍｍ）から
なる微生物担体Ａが投入されており、曝気空気によって
流動している。微生物担体Ａには原水中のＢＯＤを資化
する微生物が固定化されている。また曝気槽１には粉末
活性炭Ｂが３０００ｍｇ／リットルの濃度で添加され懸
濁流動している。微生物担体Ａや粉末活性炭Ｂ等は、空
気ブロワ７から散気管６を経て曝気槽１中に供給される
空気によって引き起こされる乱流によって流動してい
る。

【００１５】曝気槽１には、中空糸膜モジュール２が浸
されており、生物学的に浄化された水がポンプ４によっ
て中空糸膜モジュール２を通して吸引ろ過され清澄処理
水５が処理水流出管３を経て流出する。曝気槽１中での
汚水の生物学的浄化が行われる間に、中空糸膜モジュー
ル２の中空糸膜の表面には自然に粉末活性炭がコーティ
ングされ、このコーティング層を通過する間に汚水の色
やＣＯＤも除去される。同時にまた、微生物が分泌する
菌体外高分子は活性炭に吸着除去されるため膜の内部汚
染は著しく減少する。図１のＢは微生物担体に付着して
いない浮遊微生物および粉末活性炭を示す。

【００１６】浮遊微生物は弁１０を有する排出管９から
間欠的に（２０〜３０日に１回程度）排出される。この
排出管９の入口にはネット１１が設けられ微生物担体が
流出しないようになっている。なお、粉末状活性炭も浮
遊微生物の排出時に一緒に排出されるので、新たに外部
から新しい粉末活性炭を添加し、曝気槽内の粉末活性炭
濃度を一定に保つようにする。

【００１７】下水（ＢＯＤ１５０ｍｇ／リットル、ＳＳ
１８０ｍｇ／リットル）を上記の本発明の方法（曝気槽
滞留時間５時間）にしたがって処理した結果、微生物担
体には１５０００〜１８０００ｍｇ／リットルという高
濃度の微生物が固定化された。この結果浮遊微生物の濃
度を低く維持しても下水は高度に浄化され、処理水のＢ
ＯＤは２ｍｇ／リットル、ＳＳは０ｍｇ／リットルとな
った。本発明の生物処理方法によって１年間実験を続け
たが、活性汚泥が中空糸膜の表面に固着したり、中空糸
膜の束の間に食い込んでろ過抵抗を急増させるトラブル
は全く発生しなかった。膜内部の汚染も起きなかった。

【００１８】比較例１ 実施例１と同一の曝気槽内に微生物担体および粉末活性
炭を添加せずに浮遊微生物濃度を１７０００ｍｇ／リッ
トルに維持して実施例１と同じ原水を処理した結果、中
空糸膜の表面、中空糸膜の束の間に汚泥が固着し１５〜
２０日に１回の頻度でろ過抵抗が急増し、その度に中空
糸膜を取り出して膜に固着した汚泥を洗浄しなければな
らず、このような操作は煩雑でとても長い間続行できる
ものでなかった。

【００１９】比較例２ 曝気槽内に微生物担体のみを添加し、粉末活性炭は添加
しないで実施例１と同じ原水を処理し浮遊微生物濃度を
２０００ｍｇ／リットルに維持して運転した結果、中空
糸膜の束の間に汚泥が付着するトラブルは発生しなかっ
た。このため中空糸膜のろ過抵抗の急増は７０〜９０日
に１回の頻度に減少したが膜の内部汚染は防止できず、
結局、膜を取り出してカセイソーダ水溶液で洗浄しなけ
ればならなかった。

【００２０】比較例３ 曝気槽内に粉末活性炭のみ３０００ｍｇ／リットルの濃
度に添加し実施例１と同じ原水を処理した。浮遊微生物
濃度は１７０００ｍｇ／リットルに設定した。その結果
中空糸膜の束の間に汚泥が固着するトラブルが頻繁に
（３０〜４０日に１回）起きた。しかし汚泥が中空糸膜
の表面に固着するトラブルはほとんど起きなかった。中
空糸膜の内部汚染も起きなかった。

【００２１】

【発明の効果】本発明の膜分離生物処理方法により汚水
の生物処理を行うことにより、以下に記載するような効
果が得られる。 ＢＯＤおよびＳＳの含量の少ない清浄な処理水が得ら
れる。 膜分離に使用する分離膜の表面および内部の汚染が著
しく減少する。 分離膜として中空糸膜を使用した場合、中空糸膜の束
の間に汚泥が固着することがない。 分離膜の汚染によるろ過抵抗の増加が起こらないの
で、ほとんど分離膜を処理槽から取出して洗浄する必要
がなく、長期間生物処理を続行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の生物処理装置の１例を示す模式図。

【符号の説明】

１ 曝気槽（生物処理槽） ２ 中空糸膜モジュール ３ 処理水流出管 ４ ポンプ ５ 処理水 ６ 散気管 ７ 空気ブロワー ８ 原水供給管 ９ 浮遊微生物排出管 １０ 弁 １１ ネット Ａ 微生物担体（粒状物） Ｂ 浮遊微生物および活性炭

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 汚水を生物処理する曝気槽に膜分離モジ
   ュールを浸漬して膜ろ過する方法において、微生物固定
   化担体および微細な活性炭を曝気槽内に共存させ流動さ
   せることを特徴とする膜分離生物処理方法。