JP2007196137A - 生物処理水の処理方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】生物処理の悪化を防止し、かつ、処理装置の大型化を防止できる生物処理水の処理方法および処理装置を提供する。
【解決手段】生物処理槽１２、沈殿池１４、凝集反応槽１６、および膜分離装置１８がこの順に接続されて構成された生物処理水の処理装置１において、膜分離装置１８で透過水と分離された濃縮水を固液分離する加圧浮上分離装置２０を設ける。濃縮水は、加圧浮上分離装置２０で分離汚泥と分離水とに固液分離され、分離水を分離水返送路２３から生物処理槽１２に返送し、分離汚泥は分離汚泥路２５から取り出して系外へ排出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃水を生物処理することにより発生する生物処理水を回収して再利用するための生物処理水の処理方法および装置に関する。

従来、下水や産業排水等の有機性廃水の処理には生物処理が広く用いられている。廃水の生物処理工程では、廃水に含まれる有機物を資化する細菌等が増殖するため、生物処理槽から取り出された状態の生物処理水は、細菌等で構成される生物汚泥を含む。このため、生物処理槽から取り出され生物汚泥を含む生物処理水（以下、特に「汚泥含有処理水」と称する場合がある）は、生物処理槽の後段で沈殿池等の固液分離装置に導入され、濃縮汚泥と清澄化された液分（以下、特に「清澄化処理水」と称する場合がある）に分離される。このように清澄化された生物処理水（清澄化処理水）は、これまで河川や下水道等に放流されてきたが、近年、水資源の有効利用を図るため、清澄化処理水をさらに処理することにより回収して再利用する技術の開発が進められている。

固液分離された生物処理水をさらに処理する方法としては、清澄化処理水に凝集剤を添加した後、膜分離装置等で処理する方法がある（例えば特許文献１）。図２は、清澄化処理水を膜分離装置により高度処理する従来技術に係る生物処理水の処理方法の一例を示すフロー図である。

図２に示すフローは、生物処理槽１２、沈殿池１４、凝集反応槽１６、および膜分離装置１８がこの順に接続されて構成され、生物処理槽１２から流出する汚泥含有水は、沈殿池１４に導入され濃縮汚泥と清澄化処理水とに分離される。清澄化処理水は、沈殿池１４の後段側に設けた膜分離装置１８で処理し、得られた透過水は回収水として利用される。一方、清澄化処理水に含まれる懸濁物質（ＳＳ）等が濃縮された濃縮水は、濃縮水路２１を介して生物処理槽１０に返送される。

特許文献２には、かかる生物処理水の処理に適した膜モジュールを用いた水処理法が開示されている。特許文献２に記載された膜モジュールは、略方形の袋状膜を複数枚、シャフトの周りに巻回させてなる巻回体と、この巻回体を内部に保持する略円筒形のケーシングとを有する。袋状膜の内部には、透過水流路材が配置され、互いに重なり合う袋状膜同士の間には濃縮水流路材が介在されている。

この膜モジュールでは、袋状膜の一辺の一部が開放されることにより袋状膜の内部を流れる透過水が取り出される透過水開放部が形成されている。また、袋状膜の前記一辺の残部は閉鎖部とされ、互いに重なり合う袋状膜の閉鎖部同士の間が開放されることにより、袋状膜の間を流れる濃縮水が流出する濃縮水流出部が形成される。

特許文献２に記載された膜モジュールを備える膜分離装置を用いれば、小型で高い透過流速での処理が可能であるが、清澄化処理水を固液分離する膜分離装置１８に清澄化処理水をそのまま供給すると、濾過膜の目詰まりが頻発する恐れがある。このため、高い透過流速で安定した膜分離を行うためには、被処理水に含まれるＳＳ成分をあらかじめフロック化させておく必要がある。そこで、図２の従来技術に示されるように、清澄化処理水を膜分離装置１８に供給する前に凝集反応槽１６で凝集剤を添加して、ＳＳをフロック化させる凝集処理が行われている。これにより、膜分離装置１８の目詰まりを防止し、濁質が除去された透過水を安定して得ることができる。
特許第２９２７７０２号公報 特許第３３７４７４０号公報

図２のフローはいわゆる「クローズドシステム」であり、この方法によれば生物処理槽１２から流出する生物処理水を系外へ実質的に排出することなく全量、再利用することができる。しかし、本発明者は図２のフローで生物処理水を膜分離することにより発生する濃縮水を生物処理槽１２に返送する処理を継続すると、生物処理が次第に悪化する場合があることを知見した。本発明者は、かかる生物処理の悪化原因について検討した結果、凝集反応槽１６で添加される凝集剤が膜分離装置１８で透過水と分離された濃縮水に含まれ、生物処理槽１２に持ち込まれることが原因となっていることを見出した。

本発明者はかかる知見に基づいて、凝集剤の持込による生物処理の悪化を防止するために、凝集反応槽１６と膜分離装置１８との間に沈殿池等の固液分離装置を設けることで凝集剤を含む凝集汚泥を分離して排出する回避策を検討した。しかし、かかる回避策によれば、凝集反応槽１６から流出する大量の凝集処理水を処理するために長大な固液分離装置が必要となる問題がある。

本発明は上記課題を鑑みてなされ、生物処理水を回収して再利用する生物処理水の処理方法において、生物処理の悪化を防止し、かつ、処理装置の大型化を防止できる生物処理水の処理方法および処理装置を提供することを目的とする。より具体的には、本発明は以下を提供する。

（１） 廃水を生物処理する生物処理工程から得られる生物処理水に凝集剤を添加する凝集反応工程と、前記凝集反応工程で得られた凝集処理水を膜分離装置に供給して濃縮水と透過水とに膜分離する膜分離工程と、を含む生物処理水の処理方法であって、 前記濃縮水を分離水と分離汚泥とに固液分離した後、前記分離水を前記生物処理工程に返送する生物処理水の処理方法。

なお、前記膜分離工程において、前記濃縮水の排出量は、当該膜分離工程に導入される前記凝集処理水の流入量の１／３以上１／７以下となるように設定するのが好ましい。

（２） 廃水を生物処理槽で処理して得られる生物処理水に凝集剤を添加する凝集反応槽と、前記凝集反応槽から流出させた凝集処理水を導入して濃縮水と透過水とに分離する濾過膜を備える膜分離装置と、を含む生物処理水の処理装置であって、 前記濃縮水を導入して分離水と分離汚泥とに固液分離する固液分離手段と、 前記分離水を前記生物処理槽に返送する分離水返送路と、をさらに含む生物処理水の処理装置。

なお、前記膜分離装置は、当該膜分離装置に導入される前記凝集処理水の流入量の１／３以上１／７以下の前記濃縮水を排出するよう構成されていることが好ましい。

生物処理としては、廃水を浮遊状態の活性汚泥と混合し、空気等の酸素含有気体を供給して好気的条件下で処理する活性汚泥法が挙げられるが、これに限定されない。例えば、生物処理水は、活性汚泥が固定された接触材を備える生物処理槽（固定式生物処理槽）に原水を通水して好気的条件下で処理する生物膜法により得られたものでもよい。また、嫌気性生物処理により得られた生物処理水を本発明で処理することも排除されない。

本明細書において「生物処理水」には、生物汚泥を含んだ状態の汚泥含有水および汚泥含有水が沈殿池等で清澄化されることにより得られる清澄化処理水が含まれるものとする。本発明は、汚泥含有水を生物処理水として処理することを排除するものではないが、生物処理槽から流出した状態の生物処理水（汚泥含有水）には生物汚泥等のＳＳが多く含まれるため、凝集反応槽に供給する生物処理水は清澄化処理水とすることが好ましい。

生物処理水に添加する凝集剤としては特に限定されず、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等の無機凝集剤の他、ノニオン系、アニオン系、カチオン系等の有機凝集剤を用いてもよく、これらを併用してもよい。凝集剤の種類および添加量は、生物処理水の水質に応じて、適宜選択すればよい。凝集剤を添加した後の凝集処理水は、フロックの形成を促進するため、ｐＨを二段階で調整することが好ましい。具体的には、第一段でｐＨを４．５〜５．５として、続いて第二段でｐＨを６〜７に調整することが好ましい。

膜分離装置は、従来、生物処理水を再利用するために用いられているものを使用すればよい。具体的には、濾過膜として精密濾過（ＭＦ）膜または限外濾過（ＵＦ）膜を備え、膜モジュールのタイプは、膜材質等に応じてスパイラル型、平膜型、または中空糸型等とすればよい。膜材質も特に限定されず、ＭＦ膜であればポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等の有機系のもの、またはアルミナセラミックス、ジルコニアセラミック等の無機系のものが例示できる。ＵＦ膜としては、有機系のものとしてポリオレフィン、ポリスルホン、フッ化ビニリデン製のもの、無機系のものとしてアルミナセラミックス、ジルコニアセラミックス製のもの等がある。

有機系の濾過膜を備えたスパイラル型の膜モジュールを有する膜分離装置は、高い透過流速での処理が可能で、装置を小型化できるため、特に好適に使用できる。中でも、透過水流路材を内在させた袋状膜を複数、原水流路材を介在させた状態でシャフトの周りに巻回させ、集水管を不要とした特許文献２に示されるタイプのスパイラル型膜モジュールを用いることが好ましい。膜分離装置の出口側には、透過水を流出させる透過水路と、濃縮水を取り出す濃縮水路とを接続し、濃縮水路を介して膜分離装置と固液分離手段とを接続する。

固液分離手段としては、沈殿装置、浮上分離装置等を用いることができ、膜分離装置を用いてもよい。固液分離手段で処理される濃縮水の量は、凝集処理水に比して少ないため、濃縮水を処理する固液分離手段は生物処理水を処理する膜分離装置等に比して小型にできる。特に、膜分離装置から排出される濃縮水の量が凝集処理水の１／３〜１／７程度となるように膜分離装置の仕様を設定し、固液分離手段は上記範囲の被処理水を処理できる大きさにすると、固液分離手段を設けることによる処理装置の大型化の影響を相対的に小さくできて好ましい。

固液分離手段は、濃縮水に含まれる凝集剤成分を分離汚泥として分離水と分離することを主目的として設けられる。固液分離手段による凝集剤成分の分離を促進するためには、前述のとおりフロックの形成を促進する必要があり、このため、ｐＨを二段調整することが好ましい。

本発明では、凝集剤を添加して膜分離装置で処理した後の濃縮水を固液分離手段でさらに処理するので、濃縮水に含まれて生物処理槽に持ち込まれる凝集剤による生物活性の低下を防止できる。このため、本発明によれば生物処理水をさらに処理して系外に排出せずに、全量再利用するクローズドシステムを安定して運転できる。また、濃縮水の発生量は生物処理水の１／３〜１／７程度であるため、本発明によれば装置の長大化を防止して安定運転可能なクローズドシステムを構築できる。

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る生物処理水の処理装置（以下、単に「処理装置」と省略する）１の模式図である。処理装置１は、膜分離装置１８の後段に固液分離手段としての加圧浮上分離装置２０を含む他は図２のフローと同じ構成であり、以下において同一部材には同一符号を付し、説明を省略または簡略化する。

本実施形態では、生物処理槽１２は、通気路３２と接続された散気管３４を備えており、原水路１１から導入された廃水を浮遊状態の活性汚泥と混合して活性汚泥処理を行なう装置として構成されている。生物処理槽１２では、酸素含有気体を通気路３２および散気管３４から供給しながら、好気的条件下で廃水を生物処理する生物処理工程が実施される。生物処理槽１２からは、生物処理水路１３を介して１，５００〜５，０００ｍｇ／Ｌ程度の濃度のＳＳを含む生物処理水（汚泥含有水）が取り出される。

生物処理水路１３の後端は沈殿池１４の入口に接続されており、処理装置１では汚泥含有水は沈殿池１４で重力沈降により処理された後、凝集反応工程に供される。沈殿池１４では、ＳＳ成分が濃縮された濃縮汚泥は汚泥路３１から引抜かれる。濃縮汚泥は、生物処理槽１２の汚泥濃度を維持するため、一部が汚泥返送路３５を介して生物処理槽１２に返送され、他部は余剰汚泥として余剰汚泥路３３から排出される等して処理される。一方、清澄化された清澄化処理水は、清澄化処理水路１５から取り出されて凝集反応槽１６に導入される。

清澄化処理水の水質は生物処理の様式によって異なるものの、概ね生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）濃度が３〜２０ｍｇ／Ｌ程度、ＳＳ濃度５〜３０ｍｇ／Ｌ程度で、下水道または河川等に放流できる程度に浄化されている。本発明は、生物処理水を再利用するために清澄化処理水をさらに浄化（高度処理）するために用いられる。高度処理は、生物処理水の再利用目的に応じて、膜分離処理、活性炭吸着処理およびオゾン処理等を適宜、組み合わせて構成される。生物処理水を膜分離する場合、濾過膜の目詰まりを防止するため、凝集剤の添加によりＳＳ成分を凝集させる凝集反応工程が設けられ、特に、膜分離装置１８の形式によっては充分な凝集反応を行なう必要がある。

本実施形態では、膜分離装置１８として、特許文献２に記載されたタイプのスパイラル型膜モジュールを用いている。かかる膜モジュールの詳細な構造は前述したとおりであり、この膜分離装置１８によれば小型で高透過流速処理が可能である一方、膜分離装置１８前段での凝集処理が不可欠である。このため、処理装置１では膜分離装置１８前段に凝集反応槽１６を設け、凝集剤を添加してＳＳ成分をフロック化させる凝集反応工程を行なう。凝集反応工程で用いる凝集剤としては、特に塩化第二鉄、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）が好ましく、塩化第二鉄を用いる場合は凝集剤を添加した後、ｐＨを４．５〜５．５とするように、また、ＰＡＣを用いる場合はｐＨを４．５〜５．５とする第一段と、ｐＨ６〜７とする第２段とからなる二段のｐＨ調整を行なってもよい。

処理装置１では、凝集反応槽１６には攪拌機３６を設け、凝集反応槽１６において清澄化処理水に凝集剤貯槽（図示せず）から供給した凝集剤を凝集剤添加路３８から添加して攪拌操作を行い、フロック化を促進する。しかし、凝集反応槽１６を省略して沈殿池１４と膜分離装置１８とを接続する流路の途中に凝集剤を添加するようにしてもよい。

フロックを含む凝集処理水は、凝集反応槽１６から取り出され凝集処理水路１７を介して膜分離装置１８に送られる。膜分離装置１８では、凝集処理水が前端側からケーシング内部に導入される。凝集処理水は、濃縮水流路材を伝って袋状膜の間を流れる間に膜濾過され、袋状膜を透過した透過水が袋状膜内部を流れ、ＳＳ成分等が濃縮された濃縮水が袋状膜の外側を流れる。

膜分離装置１８の後端には、透過水開放部と連通する透過水路１９と濃縮水流出部と連通する濃縮水路２１とが接続されており、透過水は透過水路１９から取り出され、再利用される。一方、濃縮水は濃縮水路２１から取り出され、加圧浮上分離装置２０に供給される。

好ましくは、膜分離装置１８は、濃縮水の発生量が凝集処理水の流量の１／３〜１／７程度となるように設計され、加圧浮上分離装置２０は、かかる流量の濃縮水を処理できる大きさとされる。具体的には、例えば膜分離装置１８は被処理水の処理量が１５〜２０ｍ^３／ｈｒ程度、加圧浮上分離装置２０は被処理水の処理量が３〜５ｍ^３／ｈｒ程度となるようにすればよい。

凝集反応工程での凝集剤の添加により、清澄化処理水に含まれていたＳＳ成分はフロック化し、未凝集のＳＳ成分に比して水の透過抵抗が小さい状態となる。このため凝集処理水は、濾過圧上昇を引き起こし難い性状となっており、上述の膜分離装置１８では例えば５ｍ^３／ｍ^２／日以上の高い透過水量で安定的に膜分離を行なうことができる。

加圧浮上分離装置２０は、濃縮水に含まれる凝集剤成分を分離汚泥として液分から分離することを主目的として設置される。加圧浮上分離装置２０での凝集剤成分の液分からの分離を促進するため、濃縮水路２１の途中には受槽等を設け、濃縮水のｐＨが６〜７程度となるようにｐＨ調整を行なってもよい。また、濃縮水の返送による生物処理活性の低下を効果的に防止するため、加圧浮上分離装置２０から取り出される分離水のアルミニウム、鉄濃度が５ｍｇ／Ｌ未満となるようにｐＨや浮上処理速度を調整することが好ましい。

加圧浮上分離装置２０では、加圧水を急激に大気圧開放することにより気泡を発生させ、凝集剤成分等のＳＳを浮上させてＳＳが濃縮された分離汚泥を液分（分離水）から分離する。加圧浮上分離装置２０には、分離水を生物処理槽１２に送る分離水返送路２３と、分離汚泥を引抜いて系外へ排出する分離汚泥路２５とが接続されている。これにより、濃縮水に含まれる凝集剤の残留成分は、加圧浮上分離装置２０で濃縮され、分離汚泥として分離汚泥路２５から系外へ排出される。一方、分離汚泥と分離され凝集剤成分濃度が低減された分離水は、分離水返送路２３から生物処理槽１２に返送されることにより循環処理され、系外への排出水の発生が実質的にないクローズドシステムが構築される。

上述したとおり、本発明では加圧浮上分離装置２０で濃縮水中の凝集剤成分が一定濃度以下に低減されるため、濃縮水を系外へ排出せずに生物処理槽１２へ返送しても、生物処理槽１２での活性阻害を防止して安定した処理を継続できる。

本発明は、生物処理水を再利用するために利用できる。

本発明の一実施形態に係る生物処理水の処理装置の模式図である。 従来技術に係る生物処理水の処理装置の模式図である。

符号の説明

１ 生物処理水の処理装置
１２ 生物処理槽
１４ 沈殿池
１６ 凝集反応槽
１８ 膜分離装置
２０ 加圧浮上分離装置（固液分離手段）

Claims (2)

1. 廃水を生物処理する生物処理工程から得られる生物処理水に凝集剤を添加する凝集反応工程と、前記凝集反応工程で得られた凝集処理水を膜分離装置に供給して濃縮水と透過水とに膜分離する膜分離工程と、を含む生物処理水の処理方法であって、
   前記濃縮水を分離水と分離汚泥とに固液分離した後、前記分離水を前記生物処理工程に返送する生物処理水の処理方法。
2. 廃水を生物処理槽で処理して得られる生物処理水に凝集剤を添加する凝集反応槽と、前記凝集反応槽から流出させた凝集処理水を導入して濃縮水と透過水とに分離する濾過膜を備える膜分離装置と、を含む生物処理水の処理装置であって、
   前記濃縮水を導入して分離水と分離汚泥とに固液分離する固液分離手段と、
   前記分離水を前記生物処理槽に返送する分離水返送路と、をさらに含む生物処理水の処理装置。

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