JP2013046891A - 槽外設置型膜分離活性汚泥法および活性汚泥処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膜閉塞防止に必要な凝集剤添加量を被処理水の性状に応じて事前に決定する煩雑な工程を不必要とし、凝集効率を改善し、膜ろ過性の安定性を確保することを可能とする技術を提供すること。
【解決手段】生物反応槽１の槽内水を槽外に設置した分離膜２に循環させてろ過水を取り出す槽外設置型膜分離活性汚泥法において、分離膜２を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水を、凝集処理して膜面閉塞物質を膜孔径よりも大きい粒径を有する凝集フロックとしたうえで、生物反応槽１または最初沈澱池１１に返送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、下水、返流水、工場排水、ゴミ浸出水、し尿、農業廃水、畜産排水、養殖排水などの各種有機性排水の処理に用いられる槽外設置型膜分離活性汚泥法に関するものであり、特に槽外設置型の分離膜を逆洗した際に発生する逆洗排水の取り扱いに関するものである。

上記のような有機性排水の処理法としては、生物反応槽において微生物による処理を行わせる活性汚泥法が一般的である。生物反応槽の槽内水は最終沈殿池において重力沈降による固液分離が行われ、上澄水が処理水として取り出される。しかしこの方法は重力沈降に長時間を要するために広い最終沈殿池を設置しなければならない。そこで最終沈殿池を分離膜に置き換えた膜分離活性汚泥法が普及しつつある。

この膜分離活性汚泥法は、生物反応槽内に分離膜を浸漬させて槽内水を直接ろ過させる槽内設置型膜分離活性汚泥法と、槽外に分離膜を設置し、槽内水を循環させながらろ過する槽外設置型膜分離活性汚泥法に大別されるが、何れの場合にも、膜分離処理により膜面に捕捉された膜孔径近傍の粒子（膜面閉塞物質）が次第に膜面差圧を上昇させ、膜処理能力が低下するという問題がある。

この問題を解決する手段として、膜分離処理工程前に、被処理水の性状に応じて生物反応槽内で適宜凝集剤を添加する工程を設け、膜閉塞物質の小さな固まり（フロック）の形成を促進させることにより膜閉塞を防止する技術が開示されている（特許文献１）。

しかし、膜分離処理工程前に生物反応槽内の被処理水に凝集剤を添加する場合、十分な凝集効率を得るためには多量の凝集剤が必要となる問題があった。

また、生物反応槽内で凝集フロックを形成させた場合、膜面閉塞物資を生物反応槽から槽外に除去することができないため、膜ろ過性の安定性を確保することが困難であるという問題があった。

特開２００６−５５７６６号公報

本発明の目的は、膜分離活性汚泥法において、膜面閉塞物資を生物反応槽から槽外に除去することができ、かつ、膜閉塞防止のために添加する薬剤添加量が抑制可能となる技術を提供することである。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、生物反応槽の槽内水を槽外に設置した分離膜に循環させてろ過水を取り出す槽外設置型膜分離活性汚泥法において、分離膜を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水を凝集処理して膜面閉塞物質を膜孔径よりも大きい粒径を有する凝集フロックとしたうえで、生物反応槽または最初沈澱池に返送することを特徴とするものである。ここで凝集処理とは、被処理水に凝集剤の添加後、攪拌を行い凝集フロックを形成することをいう。

また、上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、生物反応槽の槽内水を槽外に設置した分離膜に循環させてろ過水を取り出す槽外設置型膜分離活性汚泥法において、分離膜を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水を吸着処理して膜面閉塞物質を吸着剤に取り込み、膜面閉塞物質を膜孔径よりも大きい粒径を有する吸着剤微粒子フロックとしたうえで生物反応槽または最初沈澱池に返送することを特徴とするものである。ここで吸着処理とは、被処理水に吸着剤の添加後、攪拌を行い吸着剤微粒子フロックを形成することをいう。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法において、分離膜はセラミック膜であることを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法に用いる活性汚泥処理装置であって、生物反応槽の後段に、生物反応槽内での活性汚泥処理を経た処理水を供給して処理水と濃縮水とに分離を行うクロスフロー方式の分離膜と、該濃縮水を生物反応槽に返送する濃縮水返流路を備え、更に、該分離膜の逆洗時に排出される逆洗水を貯留する逆洗排水タンクと、該逆洗排水タンク内に凝集剤または吸着剤を添加する凝集剤または吸着剤添加装置と、凝集剤または吸着剤を添加された逆洗水を撹拌する撹拌手段と、凝集剤または吸着剤の添加により生じたフロックを含有する逆洗水を生物反応槽または最初沈澱池に返送する逆洗排水返流路を備えることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法に用いる活性汚泥処理装置であって、生物反応槽の後段に、生物反応槽内での活性汚泥処理を経た処理水を供給して処理水と濃縮水とに分離を行うクロスフロー方式の分離膜と、該濃縮水を生物反応槽に返送する濃縮水返流路を備え、更に、該分離膜の逆洗時に排出される逆洗水を貯留する逆洗排水タンクと、該逆洗排水タンクから排出された逆洗排水に凝集剤または吸着剤を添加する凝集剤または吸着剤添加装置と、凝集剤または吸着剤を添加された逆洗水を撹拌するラインミキサーと、凝集剤または吸着剤の添加により生じたフロックを含有する逆洗水を生物反応槽または最初沈澱池に返送する逆洗排水返流路を備えることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、生物反応槽外に設けた分離膜の逆洗により生じる排水に含まれる膜面閉塞物質を凝集処理して凝集フロックとしたのち、凝集フロックを適宜生物反応槽に返送するものである。また、請求項２記載の発明は、生物反応槽外に設けた分離膜の逆洗により生じる排水に含まれる膜面閉塞物質を吸着処理して吸着剤微粒子フロックとしたのち、吸着剤微粒子フロックを適宜生物反応槽に返送するものである。従って、本発明によれば、膜面閉塞物質が高濃度に含まれる逆洗排水を凝集処理または吸着処理することにより、生物反応槽内水自体を凝集処理または吸着処理する場合と比較して、凝集効率または吸着効率が高くなり、凝集剤または吸着剤の添加量を抑制することができる。更に、本発明によれば、膜面閉塞物質を凝集フロックまたは吸着剤微粒子フロックとして、膜孔径よりも大きい粒径とするとともに生物反応槽外に除去することもできるため、分離膜の膜ろ過性能の安定性を確保することができる。なお、逆洗排水を、凝集処理または吸着処理の後に、生物反応槽に返送することにより、生物反応槽中のＭＬＳＳ濃度を過度に低下させることがなく、生物活性を維持することができる。

請求項３記載の発明によれば、分離膜として高強度のセラミック膜を採用したことにより、高圧力の逆洗を行うことができ、膜面に閉塞した膜面閉塞物質の確実な除去が可能となる。

本発明の実施形態を示す説明図である。 本発明の実施形態を示す説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１において１は生物反応槽であり、従来と同様に有機性排水である原水、例えば下水が好気性微生物によって活性汚泥処理されている。２は生物反応槽１の外部に設置された分離膜であり、その一次側に生物反応槽１の槽内水が循環ポンプ３によって供給され、膜ろ過される。この実施形態ではクロスフロー方式のろ過が行われており、膜面を二次側に透過した膜ろ過水は処理水として処理水タンク４に取り出され、濃縮水は一次側の端部から返流管路５を通じて生物反応槽１に返送される。

分離膜２の種類はＵＦ膜またはＭＦ膜であり、その材質は、膜強度の観点からセラミック膜であることが好ましい。また膜形状はモノリス膜、チューブラー膜、平膜、中空糸膜のいずれでもよく、加圧方式は内圧式、外圧式の何れでも良い。モノリス膜やチューブラー膜の場合には、一次側の流路は断面が円形であるか、四角形以上の多角形であることが好ましい。一般に、ＵＦ膜は０．００１μｍ〜０．０１μｍ程度の孔径を有し、ＭＦ膜は０．０１μｍ〜数μｍ程度の孔径を有している。

図１に示すような槽外設置型の分離膜２を用いれば生物反応槽１の槽内水の固液分離を容易に行うことができ、従来の最終沈殿池を用いた排水処理設備に比較して、排水処理設備全体の小型化を図ることができる。しかし活性汚泥及び槽内水中の固形分のうち、分離膜２の膜孔径近傍の粒子径を有する不溶解物質が膜面閉塞物質となって分離膜２の膜面に堆積するため、定期的に、あるいは膜差圧が上昇したときに循環ポンプ３を停止し、処理水タンク４から処理水を逆洗ポンプ６によって分離膜２の二次側に打込み、膜面の逆洗を行うことが必要となる。この逆洗の頻度は原水の性状によって大きく異なるが、原水の汚濁度が高い場合には１０分間に１回程度、低い場合には３時間に１回程度とすることが好ましい。

この逆洗により生じた逆洗排水は、逆洗排水タンク７に排出される。この逆洗排水中には、膜面から剥離された活性汚泥及び膜面閉塞物質が含まれている。従来はこの逆洗排水をそのまま生物反応槽１に戻していたが、本発明では凝集剤または吸着剤添加装置８から凝集剤または吸着剤を添加して、凝集処理または吸着処理を行う。

逆洗排水タンク７は、攪拌手段９を備え、凝集剤または吸着剤と逆洗排水の混和を行う。凝集処理に用いる攪拌手段９は、凝集フロックの破壊を防止する観点から、図１に示すような通常の回転式撹拌翼であることが好ましいが、吸着処理の場合には、図２に示すように、ラインミキサーを用いることもできる。撹拌の程度はG値によって表すことができ、好ましい範囲は１００〜５００である。G値がこの範囲よりも低く撹拌が不足すると凝集効果が低下してフロック形成がうまく行われず、逆に撹拌が過剰になると形成されたフロックが破壊されてしまうため好ましくない。

凝集剤としては、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンド、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄等、通常用いられている凝集剤であれば何れを用いてもよい。吸着剤としては、活性炭、ベンナイト、粘度等、通常用いられている吸着剤であれば何れを用いてもよい。凝集剤の添加後、被処理水を攪拌することにより、分離膜２の膜孔径近傍の粒子径を有する膜閉塞物質は凝集して、分離膜２の孔径よりも大きい粒子径を有する凝集フロックとなる。また、吸着剤の添加後、被処理水を攪拌することにより、分離膜２の膜孔径近傍の粒子径を有する膜閉塞物質は吸収剤に取り込まれ、分離膜２の孔径よりも大きい粒子径を有する吸着剤微粒子フロックとなる。凝集フロックまたは吸着剤微粒子フロックの粒子径は１０μｍ以上であることが好ましい。凝集剤または吸着剤添加量は、逆洗排水量当たり１００〜８００ｍｇ/L程度とすることが好ましい。

逆洗排水タンク７の排水の内、一部は逆洗排水排出ポンプ１３によって逆洗排水タンク７から系外に排出され、一部は排水返送用ポンプ１０によって生物反応槽１または最初沈澱池１１に返送される。逆洗排水に含有されていた膜面閉塞物質は、凝集処理または吸着処理により、膜孔径よりも大きい粒子径を有するフロックとなっているため、この返送によって生物反応槽１内の膜孔径近傍の粒子からなる膜面閉塞物質量が増加することはない。従って本発明によれば分離膜２の膜ろ過性能は急速に低下することがなく、長期間にわたって安定したろ過が可能である。

しかも本発明によれば、前記のようにフロックの一部を生物反応槽１または最初沈澱池１１に返送するので、生物反応槽１のＭＬＳＳ濃度が低下せず、生物反応槽１の生物活性を安定に維持することができる。
以下に本発明の実施例を示す。

図１に示した処理装置を用いて、下水の活性汚泥処理を行った。生物反応槽のＭＬＳＳ濃度は１０,０００ｍｇ／Ｌとした。分離膜はモノリス型セラミック膜であり、膜孔径は０.１μmである。生物反応槽の槽内水を循環させてクロスフローろ過を行い、膜ろ過水を処理水として取り出した。

分離膜は１時間ごとにろ過運転を停止して逆洗を行った。膜面閉塞物質を含む逆洗排水を逆洗排水タンクに集め、凝集剤を添加する凝集処理を行った。凝集剤添加量は逆洗排水量あたり２００ｍｇ／Ｌである。凝集処理された逆洗排水は全量を生物反応槽に返送した。

凝集処理を行わない場合（従来例）と凝集処理を行った場合（実施例）とを比較すると、処理水の性状はともに同一であるが、従来例では分離膜の膜ろ過流束が１．８ｍ/日であったのに対し、実施例では２．２ｍ/日であり、凝集処理によって膜ろ過性能が大幅に改善されたことを確認できた。また、生物反応槽のＭＬＳＳ濃度は１００００ｍｇ／Ｌのままで、減少しなかった。

１ 生物反応槽
２ 分離膜
３ 循環ポンプ
４ 処理水タンク
５ 返流管路
６ 逆洗ポンプ
７ 逆洗排水タンク
８ 凝集剤または吸着剤供給装置
９ 攪拌手段
１０ 返送用ポンプ
１１ 最初沈澱池
１２ ラインミキサー
１３ フロック排出ポンプ

Claims (5)

1. 生物反応槽の槽内水を槽外に設置した分離膜に循環させてろ過水を取り出す槽外設置型膜分離活性汚泥法において、
   分離膜を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水を、凝集処理して膜面閉塞物質を膜孔径よりも大きい粒径を有する凝集フロックとしたうえで、生物反応槽または最初沈澱池に返送することを特徴とする槽外設置型膜分離活性汚泥法。
2. 生物反応槽の槽内水を槽外に設置した分離膜に循環させてろ過水を取り出す槽外設置型膜分離活性汚泥法において、
   分離膜を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水を、吸着処理して膜面閉塞物質を吸着剤に取り込み、膜面閉塞物質を膜孔径よりも大きい粒径を有する吸着剤微粒子フロックとしたうえで生物反応槽または最初沈澱池に返送することを特徴とする槽外設置型膜分離活性汚泥法。
3. 分離膜はセラミック膜であることを特徴とする請求項１または２記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法。
4. 請求項１または２記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法に用いる活性汚泥処理装置であって、
   生物反応槽の後段に、生物反応槽内での活性汚泥処理を経た処理水を供給して処理水と濃縮水とに分離を行うクロスフロー方式の分離膜と、該濃縮水を生物反応槽に返送する濃縮水返流路を備え、
   更に、該分離膜の逆洗時に排出される逆洗水を貯留する逆洗排水タンクと、該逆洗排水タンク内に凝集剤または吸着剤を添加する凝集剤または吸着剤添加装置と、凝集剤または吸着剤を添加された逆洗水を撹拌する撹拌手段と、凝集剤または吸着剤の添加により生じたフロックを含有する逆洗水を生物反応槽または最初沈澱池に返送する逆洗排水返流路を備えることを特徴とする活性汚泥処理装置。
5. 請求項１または２記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法に用いる活性汚泥処理装置であって、
   生物反応槽の後段に、生物反応槽内での活性汚泥処理を経た処理水を供給して処理水と濃縮水とに分離を行うクロスフロー方式の分離膜と、該濃縮水を生物反応槽に返送する濃縮水返流路を備え、
   更に、該分離膜の逆洗時に排出される逆洗水を貯留する逆洗排水タンクと、該逆洗排水タンクから排出された逆洗排水に凝集剤または吸着剤を添加する凝集剤または吸着剤添加装置と、凝集剤または吸着剤を添加された逆洗水を撹拌するラインミキサーと、凝集剤または吸着剤の添加により生じたフロックを含有する逆洗水を生物反応槽または最初沈澱池に返送する逆洗排水返流路を備えることを特徴とする有機性排水の処理装置。
   

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