JP2012206039A - 有機物含有排水の処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有機物含有排水を嫌気性生物処理した後好気性生物処理し、好気性生物処理水を膜分離処理するに当たり、好気性生物処理汚泥の膜濾過性を改善して膜フラックスを高く維持して薬品洗浄頻度を低減する。
【解決手段】有機物含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理槽１と、該嫌気性生物処理槽１から流出する嫌気性生物処理水を好気的に生物処理する好気性生物処理槽２と、該好気性生物処理槽２の好気性生物処理水を固液分離する膜分離手段５とを有する有機物含有排水の処理装置において、該好気性生物処理槽２内に生物固定床４を設けたことを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は有機物含有排水を嫌気性生物処理した後好気性生物処理し、好気性生物処理水を膜分離処理する有機物含有排水の処理装置に係り、特に、嫌気性生物処理槽の後の好気性生物処理槽として、膜分離活性汚泥式の好気性生物処理槽を採用した有機物含有排水の処理装置において、好気性生物処理汚泥の膜濾過性を改善して膜の透過水量（フラックス）を改善する有機物含有排水の処理装置に関する。

従来、有機物含有排水の処理方法として、有機物含有排水を嫌気性生物処理した後、好気性生物処理し、好気性生物処理水を固液分離する方法が知られている（例えば特許文献１）。
また、好気性生物処理水の固液分離手段として、膜分離装置を用いて活性汚泥を濃縮する膜分離活性汚泥法も知られている（例えば特許文献２）。

好気性生物処理水の固液分離手段として膜分離装置を用いる場合、嫌気性生物処理は、膜汚泥の原因となる代謝産物の生成量が、好気性生物処理よりも少ないため、有機物含有排水（原水）を直接好気性生物処理した後膜分離処理する場合よりも、好気性生物処理の前段に嫌気性生物処理を行う場合の方が、膜汚染が低減され、膜の薬品洗浄頻度を少なくすることができるという利点がある。

なお、有機物含有排水の処理方法として、細菌の高位に位置する原生動物や後生動物等の微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法も知られており、既に実用化されている（例えば特許文献３）。多段活性汚泥法では、有機物含有排水をまず第１生物処理槽で細菌処理して、排水に含まれる有機物を酸化分解し、非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第２生物処理槽で固着微小動物に捕食除去させることにより、余剰汚泥の減量化と高負荷運転が可能となる。

特開２００７−１７５５８２号公報 特開２００９−２９７６８８号公報 特開２００６−５１４１４号公報

前述の如く、好気性生物処理水を膜分離装置で固液分離する場合、好気性生物処理の前段で嫌気性生物処理を行うことにより、代謝産物による膜汚染を低減することができるが、嫌気性生物処理では、好気性生物処理に比べて、粘質物の生成量が少なく、フロックの形成力が弱いため、直径１０μｍ未満の微細なＳＳ成分が嫌気性生物処理水、更には好気性生物処理水に含まれるようになる。これら微細なＳＳ成分は、膜分離処理において、膜表面に緻密なケーク層を形成し、膜間差圧を上昇させやすい。このため、嫌気性生物処理水を好気性生物処理し、膜分離装置で固液分離を行って、ＳＳ成分のない清澄な処理水を得ようとした場合には、膜フラックスを高く取れない；頻繁に薬品洗浄を行う必要がある；という問題があった。

本発明は上記従来の問題点を解決し、有機物含有排水を嫌気性生物処理した後好気性生物処理し、好気性生物処理水を膜分離処理するに当たり、好気性生物処理汚泥の膜濾過性を改善して膜フラックスを高く維持して、薬品洗浄頻度を低減する有機物含有排水の処理装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、膜分離活性汚泥式の好気性生物処理槽内に生物固定床を設けることにより、微細ＳＳ成分を捕食する微小動物、特に、その除去能力が高いヒルガタワムシ類のような濾過捕食性微小動物の足場を供給し、これらの微小動物を好気性生物処理槽内に優先的に増加させ、これらの微小動物により嫌気性生物処理で生成した微細なＳＳを効率的に捕食させることで、好気性生物処理汚泥の膜濾過性が改善され、後段の膜分離装置の膜フラックスが向上することを見出した。

本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。

［１］ 有機物含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理槽と、該嫌気性生物処理槽から流出する嫌気性生物処理水を好気的に生物処理する好気性生物処理槽と、該好気性生物処理槽の好気性生物処理水を固液分離する膜分離手段とを有する有機物含有排水の処理装置において、該好気性生物処理槽内に生物固定床を設けたことを特徴とする有機物含有排水の処理装置。

［２］ ［１］において、前記生物固定床の容積が前記好気性生物処理槽の容積に対して１〜３０％であることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。

［３］ ［１］又は［２］において、前記膜分離手段は、前記好気性生物処理槽内に浸漬された浸漬型膜分離装置であることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。

［４］ ［３］において、前記好気性生物処理槽内の一半側に前記生物固定床が、他半側に前記浸漬型膜分離装置がそれぞれ浸漬配置され、該浸漬型膜分離装置の下方に曝気手段が設けられていることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。

本発明によれば、好気性生物処理槽内に生物固定床を設けることにより、微細ＳＳ成分を捕食する微小動物、特に、その除去能力が高いヒルガタワムシ類のような濾過捕食性微小動物の足場が供給され、これらの微小動物を好気性生物処理槽内に優先的に増加させることができ、これらの微小動物により嫌気性生物処理で生成した微細なＳＳを効率的に捕食されることで、好気性生物処理汚泥の膜濾過性を改善し、後段の膜分離装置の膜フラックスを高く維持して、薬品洗浄頻度を低減して効率的な処理を行うことができる。

本発明の実施の形態を示す系統図である。 実施例１及び比較例１における膜間差圧の経時変化を示すグラフである。

以下に図面を参照して本発明の有機物含有排水の処理装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の有機物含有排水の処理装置の実施の形態の一例を示す系統図であり、図１において、１は嫌気性生物処理槽、２は好気性生物処理槽である。嫌気性生物処理槽１内には担体３が充填されている。好気性生物処理槽２内の一半側には、生物固定床４が、また、他半側には浸漬型膜モジュール５がそれぞれ浸漬配置され、膜モジュール５の下方には散気管（曝気手段）６が設けられている。Ｐ_１，Ｐ_２はポンプであり、ＰＩは圧力計である。

図１において、有機物含有排水（原水）は、配管１１より嫌気性生物処理槽１の底部に導入され、嫌気性生物処理槽１内を上向流で流れる間に嫌気性生物処理され、嫌気性生物処理水は配管１２より好気性生物処理槽２に導入される。好気性生物処理槽２内の好気性生物処理水は、膜モジュール５で固液分離され、膜透過水が処理水として配管１３より取り出される。余剰汚泥は配管１４より抜き出される。

嫌気性生物処理槽１の処理方式としては特に限定されず、図１に示すような流動性担体３を充填した流動床式の他、固定床式処理槽であってもよく、また、槽内に高密度で沈降性の大きいグラニュール汚泥のスラッジブランケットを形成し、原水を上向流通液して高負荷高速処理を行うＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket：上向流嫌気性スラッジブランケット）法や、このＵＡＳＢ法よりもさらに高さの高い反応槽を用いて高流速で原水を通液し、スラッジブランケットを高展開率で展開させてさらなる高負荷で嫌気性処理を行うＥＧＳＢ（Expanded Granule Sludge Blanket）法であってもよい。
また、酸生成反応とメタン生成反応を同一の処理槽内で行う１相式であってもよく、各反応を別の処理槽で行う２相式であってもよい。

担体を用いた流動床式処理槽、固定床式処理槽や、ＵＡＳＢ、ＥＧＳＢのようなグラニュールを用いた処理槽は、ＣＯＤ_Ｃｒ負荷５ｋｇ／ｍ^３・ｄ以上の高負荷処理ができるため好ましい。

図１に示す好気性生物処理槽２は、槽内に膜モジュール５を浸漬配置した浸漬型膜分離活性汚泥処理槽であるが、膜モジュールはこのように好気性生物処理槽２内に設けるものに限らず、好気性生物処理槽２外に膜モジュールを設ける槽外型膜分離活性汚泥法を採用するものであってもよい。槽外型膜分離活性汚泥法の場合、処理槽２とは別に設けた曝気槽内に膜モジュールを浸漬して膜透過水を得、膜濃縮水を好気性生物処理槽２に循環してもよい。

浸漬型膜モジュールではなく、通常の膜モジュールを用いることも可能であるが、動力が比較的小さくて済むこと、及びせん断力が比較的かからないため汚泥の大きさが小さくならず、膜の目詰まりが生じにくいことから、浸漬型膜モジュールを採用することが好ましい。

膜の種類としては、ＳＳの固液分離性に優れたＭＦ（精密濾過）膜やＵＦ（限外濾過）膜を用いることができ、その型式としては特に制限はなく、平膜、チューブラ膜、中空糸膜のいずれも採用することができる。

図１の好気性生物処理槽２では、膜モジュール５の下方に散気管６が設けられているが、このように膜モジュール５の下方に散気管６を設けることにより、膜モジュール５の膜面付着物が散気による曝気流の洗浄作用で一部剥離除去され、膜透過性が高められる。

好気性生物処理槽２内に設ける生物固定床４としては、微細ＳＳ成分を捕食する微小動物、特に、その除去能力が高いヒルガタワムシ類のような濾過捕食性微小動物の足場となるようなものであればよく、一般に接触曝気法で使用されているプラスチックの波板、網、ハニカム形状のもの、繊維やロープにリボンを付したもの、スポンジ板等、処理槽に固定された担体を用いることができるが、特にスポンジのような多孔質なものが好ましい。この場合、多孔質の孔に微小動物が棲息し、これらが嫌気性生物処理で生成する微細なＳＳを効率的に捕食する。多孔質の細孔径としては、微小動物の棲息の面から２００〜１０００μｍ程度が好ましい。

好気性生物処理槽２内に設ける生物固定床の容積は、処理槽２内の膜モジュールの有無によっても異なるが、処理槽２の容積に対して１〜３０％、特に５〜１０％が好ましい。

生物固定床の容積が小さ過ぎると、微小動物を十分に増殖させることができず、大き過ぎるとコストの増加につながる他、生物処理槽の撹拌混合が不十分になりやすい。ここで、生物固定床の容積とは、多孔質の孔を勘案しない見掛け上の容積であり、処理槽の容積とは槽内に浸漬された膜モジュールの容積を除いた容積をさす。

好気性生物処理槽２内に設ける生物固定床４は、処理槽２内の曝気による流動の少ない領域、すなわち、散気により巻き上げられた汚泥が下向流として沈み込む領域に設けることが好ましい。そうすることで、微細なＳＳを処理する微小動物が固定床により棲息しやすくなる。
このため、図１の好気性生物処理槽２では、処理槽２内の一半側に生物固定床４を浸漬配置し、他半側に膜モジュール５を浸漬配置して、膜モジュール５の下方に散気管６を設けた構成とされている。

なお、好気性生物処理槽２は多段に設け、例えば、前段を脱窒槽とし、後段を硝化槽として、硝化槽から脱窒槽に汚泥を循環させるようにしてもよい。この場合、生物固定床は硝化槽に設け、膜モジュールは硝化槽又は硝化槽の汚泥を循環させる別の曝気槽（膜浸漬槽）に設けることが好ましい。

このような好気性生物処理槽２の処理条件としては、ＣＯＤ_Ｃｒ負荷０．７〜５ｋｇ／ｍ^３・ｄ、特に１〜２．５ｋｇ／ｍ^３／ｄ、ＢＯＤ負荷０．３〜３ｋｇ／ｍ^３・ｄ、特に０．５〜２ｋｇ／ｍ^３・ｄで、ＭＬＳＳ濃度２，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌ、特に４，０００〜１２，０００ｍｇ／Ｌであることが膜濾過性、処理効率の点から好ましい。

このような本発明の有機物含有排水の処理装置で処理する有機物含有排水としては、通常生物処理される有機物含有排水であれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、電子産業排水、化学工場排水、食品工場排水などが挙げられる。例えば、電子部品製造プロセスでは、現像工程、剥離工程、エッチング工程、洗浄工程などから各種の有機性排水が多量に発生し、しかも排水を回収して純水レベルに浄化して再使用することが望まれているので、これらの排水は本発明の処理対象排水として適しており、本発明の有機物含有排水の処理装置の処理水を必要に応じて更に高度処理することにより高純度水を得ることができる。

このような有機性排水としては例えば、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどを含有する有機性排水、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などの有機態窒素、アンモニア態窒素を含有する有機性排水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの有機硫黄化合物を含有する有機性排水が挙げられる。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

［実施例１］
下記水質の電子部品製造工場の排水を原水として、図１に示す有機物含有排水の処理装置で処理を行った。

＜原水水質＞
ＣＯＤ_Ｃｒ：１,５００〜３，０００ｍｇ／Ｌ（平均２，０００ｍｇ／Ｌ）
Ｔ−Ｎ：３０〜７０ｍｇ／Ｌ（平均５０ｍｇ／Ｌ）
Ｔ−Ｐ：３．０ｍｇ／Ｌ（Ｃａ，Ｍｇ，Ｋ，その他の微量金属とともに栄養剤として添加）

嫌気性生物処理槽１としては、槽容量１０Ｌ（φ１６ｃｍ×Ｈ６０ｃｍの円筒状）のものを用い、水理学的滞留時間：４．８ｈｒ、温度：３５℃に加温して処理を行った。
嫌気性生物処理槽１には、ポリプロピレン製円筒状担体（φ３ｍｍ×５ｍｍ）を４Ｌ充填し、ビール工場の排水処理施設のグラニュールを種汚泥として５００ｍＬ投入して２ヶ月馴養の後、処理水を好気性生物処理槽２に導入した。

好気性生物処理槽２としては、槽容量１．５Ｌのものを用い、生物固定床４として、細孔径：５００μｍ、厚さ：１ｃｍのスポンジ板（見掛け容積：１００ｍＬ（好気性生物処理槽容積の７％））を用い、膜モジュール５の下部に設置された散気管６からの曝気で巻き上げられた汚泥が沈み込む位置に固定した。

膜モジュール５としては、中空糸型式のＭＦ膜（旭化成ケミカルズ（株）製「マイクローザＭＦラボモジュール」、ポリフッ化ビニリデン製、孔径０．１０μｍ）を散気管６の上方に浸漬配置した。

好気性生物処理槽２は、電子部品製造工場排水処理設備の活性汚泥を種汚泥として立ち上げ、膜モジュール５では、６ｍｉｎ吸引濾過／２ｍｉｎ停止のサイクル、濾過時のフラックス０．４ｍ／ｄで吸引することにより膜分離処理し、一方、７５ｍＬ／ｄで余剰汚泥を引抜いた（ＳＲＴ２０ｄ）。
また、膜間差圧が３０ｋＰａまで上昇したところで、膜モジュール５を引き上げ、薬品洗浄（有効塩素０．３％ＮａＣｌＯ＋ＮａＯＨ（ｐＨ１２に調整）溶液に６時間浸漬）を実施した。
運転開始２週間後（運転開始２週間後を運転日数０日とする）から膜間差圧の推移を測定し、膜間差間の経時変化を図２に示した。

［比較例１］
実施例１において、好気性生物処理槽２内に生物固定床を設けなかったこと以外は同様にして処理を行い、膜間差圧の経時変化を図２に示した。

実施例１及び比較例１共に、嫌気性生物処理槽１では、１０ｋｇ／ｍ^３・ｄのＣＯＤ_Ｃｒ負荷に対して、試験期間を通じて９０％前後の除去率が安定して得られ、好気性生物処理槽２の処理水ＣＯＤ_Ｃｒは１０ｍｇ／Ｌ以下（比較例１：平均５．４ｍｇ／Ｌ、実施例１：平均５．０ｍｇ／Ｌ）で安定して推移した。
運転が安定していたと見られる期間の膜間差圧の上昇速度は、比較例１：１．３ｋＰａ／ｄ、実施例１：０．５４ｋＰａ／ｄであり、比較例１ではおよそ１回／２０日の頻度で薬品洗浄が必要であったのに対し、実施例１では薬品洗浄頻度を１回／５０日程度に低減できた。
さらに、濾過時のフラックスを０．７ｍ／ｄに高めたところ、比較例１では膜間差圧の上昇速度が２．８ｋＰａ／ｄに上がり、１回／１０日を超える頻度での薬品洗浄が必要となったのに対し、実施例１では膜間差圧の上昇速度の増加はわずかで、１回／５０日程度の洗浄頻度を維持することができた。

また、嫌気生物処理水のＳＳを分析したところ、嫌気生物処理水には６０〜１００ｍｇ／ＬのＳＳが含まれており、好気性生物処理槽２に常時流入していた。嫌気生物処理水及び好気性生物処理槽汚泥のＳＳ成分の粒径分布を測定したところ、嫌気生物処理水では粒径１０μｍ未満の微細なＳＳ成分が４０％を占めており、比較例１の好気性生物処理槽汚泥でも粒径１０μｍ未満の微細なＳＳ成分が約１０％を占めていた。これに対し、実施例１における好気性生物処理槽汚泥では、粒径１０μｍ未満の微細なＳＳ成分が約０．３％と著しく少なくなっており、好気性生物処理槽内で微細ＳＳ成分が分解され、膜濾過性の向上につながっていると考えられた。

このように、本発明によれば、嫌気性生物処理と膜分離活性汚泥処理を組み合わせた処理において、嫌気性生物処理で生成する微細なＳＳ成分による膜汚染を低減し、膜の洗浄頻度を少なくすると共に膜フラックスを高くして運転することができることが分かる。

１ 嫌気性生物処理槽
２ 好気性生物処理槽
３ 担体
４ 生物固定床
５ 膜モジュール
６ 散気管

Claims (4)

1. 有機物含有排水を嫌気的に生物処理する嫌気性生物処理槽と、
   該嫌気性生物処理槽から流出する嫌気性生物処理水を好気的に生物処理する好気性生物処理槽と、
   該好気性生物処理槽の好気性生物処理水を固液分離する膜分離手段とを有する有機物含有排水の処理装置において、
   該好気性生物処理槽内に生物固定床を設けたことを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
2. 請求項１において、前記生物固定床の容積が前記好気性生物処理槽の容積に対して１〜３０％であることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
3. 請求項１又は２において、前記膜分離手段は、前記好気性生物処理槽内に浸漬された浸漬型膜分離装置であることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
4. 請求項３において、前記好気性生物処理槽内の一半側に前記生物固定床が、他半側に前記浸漬型膜分離装置がそれぞれ浸漬配置され、該浸漬型膜分離装置の下方に曝気手段が設けられていることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。

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