JP4466268B2

JP4466268B2 - 活性汚泥処理水の回収方法および装置

Info

Publication number: JP4466268B2
Application number: JP2004229788A
Authority: JP
Inventors: 浩三志水
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2024-08-05
Also published as: JP2006043611A

Description

本発明は、有機性排液を活性汚泥処理して生成する処理水を利用可能な状態で回収する方法および装置に関するものである。

下水、し尿、食品排水、その他の有機性排液は活性汚泥処理することにより、含まれる有機物を分解して無害化されている。有機性排液が高濃度の場合は、嫌気性処理その他の処理法で処理される場合もあるが、最終的には好気性処理である活性汚泥処理法で処理されることが多い。活性汚泥処理法は、好気性細菌を含む活性汚泥と有機性排液を混合して、空気を吹き込み曝気することにより、好気性細菌の生物酸化作用により有機物を分解して無害化し、曝気液を固液分離して放流する方法であり、有機性排液の処理法として広く行われている。このような活性汚泥処理では、微生物の作用による有機物分解が主たる分解手段であるため、微生物により分解できる易生物分解性の有機物は容易に分解除去されるが、微生物により分解できない難生物分解性の有機物や無機物は分解されないで処理水中に残留する。このような処理水を利用目的で回収する場合、分解されないで処理水中に残留する難生物分解性の有機物や無機物を除去するための高度処理が行われている。このような活性汚泥処理を回収するための処理方法として、凝集処理とＲＯ膜分離を組み合わせる方法が行われている。

特許文献１には、生物処理が施されたし尿廃水に凝集剤を添加するに際して、ｐＨ値を無機凝集剤の添加のみによってｐＨ４．５〜６．５の範囲に調整する凝集剤の添加方法が開示されている。しかし、ｐＨ４.５〜５．５に設定するとタンパクや糖は除去できるが、無機凝集剤からの金属イオンが溶解状態で存在するため、後段の膜分離工程におけるＲＯ膜などの分離膜に負荷がかかり、分離膜が目詰まりを起こしやすい。これを避けるために無機凝集剤の最適ｐＨ領域であるｐＨ６．０〜６．５に設定すると、無機凝集剤からの金属イオンは水酸化物としてフロック化するが、タンパクや糖などの溶解性ＣＯＤの除去率が十分ではなくなる。

特許文献２には、生物処理水を凝集剤調整槽にて凝集剤を加えて凝集処理水とし、該凝集処理水にアルカリを加えてｐＨをＣＯＤ除去率が最も高くなるｐＨより高くし、その後さらに酸を加えてＣＯＤ除去率を高くすることにより、ＣＯＤ成分の除去率を高くできるとともに、分離膜が閉塞するのを防止できる廃水処理方法が示されている。しかし、最後に酸性にするとＣＯＤ除去率は高くなるが、無機凝集剤からの金属イオンが溶解状態で処理水中に残留してしまい、後段に分離膜としてＲＯ膜を設けた場合はＲＯ膜に負荷がかかってしまう。特許文献２では、分離膜が閉塞するのを防止できるとされているが、ＲＯ膜の保護のために設置している保安フィルタを１日に２回程度で交換しなければならず、処理が困難であるという問題点がある。
特開平３−２１３９２号特開平８−２９０１７０号

本発明の課題は、凝集処理により活性汚泥処理水に残留する糖、タンパク等の有機物を効率よく除去するとともに、アルミニウムイオンのような凝集剤成分の残留を防止して、後段における分離膜の負荷を小さくでき、保安フィルタの閉塞を防止できる活性汚泥処理水の回収方法および装置を提案することである。

本発明は、次の活性汚泥処理水の回収方法および装置である。
（１）活性汚泥処理水にアルミニウム系凝集剤を添加し、ｐＨ４．５〜５．５において凝集処理する第１凝集工程と、
第１凝集工程の第１凝集処理液にアルカリを加えてｐＨを６．０〜７．０に調整する第２凝集工程と、
第２凝集工程による第２凝集処理液を固液分離する濾過工程と、
濾過工程の後に設けられた活性炭処理工程と、保安フィルタを具備したＲＯ膜分離装置により膜分離する膜分離工程と
を含む活性汚泥処理水の回収処理方法。
（２）アルミニウム系凝集剤がポリ塩化アルミニウムである上記（１）記載の方法。
（３）濾過工程において、濾過膜により濾過する上記（１）または（２）記載の方法。
（４）活性汚泥処理水にアルミニウム系凝集剤を添加し、ｐＨ４．５〜５．５において凝集処理する第１凝集槽と、
第１凝集槽の第１凝集処理液にアルカリを加えてｐＨを６．０〜７．０に調整する第２凝集槽と、
第２凝集槽の第２凝集処理液を固液分離する濾過装置と、
濾過装置の後段に設けられた活性炭処理装置と、保安フィルタを具備したＲＯ膜分離装置と
を備えた活性汚泥処理水の回収処理装置。
（５）アルミニウム系凝集剤がポリ塩化アルミニウムである上記（４）記載の装置。
（６）濾過装置が、濾過膜で濾過する膜濾過装置である上記（４）または（５）記載の装置。

本発明において処理の対象となる活性汚泥処理水は、下水、し尿、食品排水、その他の有機性排液は活性汚泥処理することにより含まれる有機物を分解し、曝気液を固液分離して固形分を汚泥として分離し、分離液として得られる処理水である。このような活性汚泥処理水は通常、難生物分解性の有機物や無機物が残留しており、その中にはタンパクや糖などが含まれているが、他の有機物などが含まれていてもよい。上記の固液分離には、沈降分離のほか、濾過、膜分離等の通常の固液分離が含まれる。活性汚泥処理の前処理として、嫌気性処理、固液分離、その他の処理が行われたものでもよい。また活性汚泥処理の後処理として、さらに濾過、膜分離等の処理が行われたものでもよい。

活性汚泥処理水に添加するアルミニウム系凝集剤は、通常の水処理において無機凝集剤として用いられているアルミニウム系の凝集剤であり、ポリ塩化アルミニウム、硫酸バンドなどが挙げられるが、ポリ塩化アルミニウムが好ましい。このようなアルミニウム系凝集剤は、凝集の最適ｐＨ領域がｐＨ６．０〜７．０にあるものが好ましい。
ｐＨ調整に用いるｐＨ調整剤としては、塩酸、硫酸等の酸、水酸化ナトリウム等のアルカリなどが用いられる。

本発明では第１凝集工程として、第１凝集槽において活性汚泥処理水にアルミニウム系凝集剤を添加し、ｐＨ４.５〜５．５において凝集処理を行う。アルミニウム系凝集剤の添加量は、予め凝集試験により決めることができる。アルミニウム系凝集剤の添加によりｐＨが４.５〜５．５になる場合は、ｐＨ調整剤を添加しなくてもよい場合があるが、一般には酸を添加してｐＨ４.５〜５．５に調整する。ｐＨ４.５〜５．５に調整することにより、アルミニウム系凝集剤は一部が析出して凝集フロックを形成し、同時にタンパクは等電点析出により凝集フロック中に析出し、糖類もｐＨ４.５〜５．５において凝集し易い傾向にあるため、多量の糖、タンパク等の有機物が凝集フロック中に析出する。

第２凝集工程では、第２凝集槽において、第１凝集工程の第１凝集処理液にアルカリを加えてｐＨを６．０〜７．０に調整する。これにより第１凝集工程のｐＨ４.５〜５．５の状態において析出せず、溶解状態で残留したアルミニウム系凝集剤の残部が析出して２次凝集フロックを形成し、第１凝集工程において凝集されないで残留した有機物、無機物を抱き込んで凝集効果を上げる。第１凝集工程で等電点析出したタンパクは変性しているためｐＨが上昇しても溶解せず、また第１凝集工程でフロック中に凝集した糖類もフロックが溶解しないため、凝集状態を保つ。

第２凝集工程で形成された凝集フロックを含む第２凝集処理液は、固液分離工程においてフロックを含む固形分を汚泥として分離し、分離液を回収する。固液分離手段としては濾過装置を用いる。濾過装置としては、ＵＦ膜、ＭＦ膜等の濾過膜で濾過する膜濾過装置、または砂、アンスラサイト等の粒状濾材で濾過する粒状濾材濾過装置が好ましく、特に膜濾過装置が好ましい。濾過膜は固形分の分離に限らず、残留する有機物を分離するものでもよい。

固液分離工程における分離液をさらにＲＯ膜で膜分離するＲＯ膜分離装置によって膜分離することにより、さらに高度処理された処理液を回収して使用することができる。ＲＯ膜は前記濾過膜よりも小さい口径の細孔を有し、逆浸透（ＲＯ）によって塩類を分離する分離膜であり、塩類よりも大きい分子も分離可能である。ＲＯ膜分離装置によって膜分離する際、ＲＯ膜の汚染による閉塞を防止するために、活性炭処理装置、保安フィルタ等の前処理装置を設ける。活性炭処理装置は活性炭を充填して主として有機物を除去する装置である。保安フィルタは、微粒子等がＲＯ膜分離装置に導入されるのを防止するものであり、不繊布を積層したフィルタ、糸巻きタイプのフィルタなど、一般にＲＯ膜分離装置の保安フィルタとして用いられているフィルタが用いられる。

上記の濾過装置の濾過膜は、ＲＯ膜分離装置のＲＯ膜よりも細孔の口径が大きく、前記のとおり分離対象も異なる。濾過膜の材質としては、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルフォン、ポリオレフィン、２フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン（テフロン：登録商標）等が使用可能であるが、分離対象に適した材質の膜が好ましい。ＲＯ膜の材質としては、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエーテルスルフォン等が使用可能であるが、分離対象に適した材質の膜が好ましい。また、濾過膜およびＲＯ膜のモジュールの形態としては、スパイラル型膜モジュールや中空糸型膜モジュールなどが使用可能であるが、スパイラル型膜モジュールが好ましい。保安フィルタとしては材質はポリプロピレン、ポリエチレン、コットン等が好ましく、フィルタの形態としては積層タイプや糸巻きタイプ等が好適に用いられるが、その形態は得に限定されない。

前記ＲＯ膜分離装置によって膜分離することにより、固液分離工程における分離液中に含まれる塩類、ならびに残留する固形物、有機物その他の物質が分離除去されて、高水質の透過液が得られ、これを回収液として回収利用することができる。膜分離に供給する固液分離工程の分離液は、２段凝集によりタンパク、糖類を含む有機物等を析出させ、しかもアルミニウム系の凝集剤成分が溶解状態で残留しないようにしているため、ＲＯ膜に対する閉塞性はなく、このためＲＯ膜分離装置の前段に設けられる活性炭処理装置や保安フィルタ等に対する負荷も小さくなる。

このように本発明では凝集槽を２段にし、前段の凝集槽でアルミニウム系凝集剤を添加しｐＨ４.５〜５．５（タンパクの等電点付近）にて凝集させることにより、タンパクや糖などの溶解性のＣＯＤを析出させ、後段の凝集槽でｐＨ６．０〜７.０(アルミニウムイオンの凝集ｐＨ)にて凝集させることにより、アルミニウムイオンを析出させることができるので、形成される凝集フロックは濾過装置で確実に除去することができ、その後の活性炭処理装置、保安フィルタおよびＲＯ膜等の負荷を小さくすることができ、長期にわたって高水質の処理水を回収することができる。

本発明では、第１凝集工程において活性汚泥処理水にアルミニウム系凝集剤を添加してｐＨ４.５〜５．５で凝集処理し、第２凝集工程において第１凝集工程の凝集処理液にアルカリを加えてｐＨを６．０〜７．０に調整して凝集処理し、第２凝集工程による第２凝集処理液を濾過工程で固液分離し、濾過工程の後に活性炭処理工程を設け、保安フィルタを具備したＲＯ膜分離装置により膜分離するようにしたので、活性汚泥処理水に残留する糖、タンパク等の有機物を効率よく除去するとともに、アルミニウムイオンのような凝集剤成分の残留を防止して、後段における分離膜の負荷を小さくでき、保安フィルタの閉塞を防止して、高水質の処理水を長期にわたって回収することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。図１は実施形態の活性汚泥処理水の回収方法および装置を示すフロー図である。図１において、１は第１凝集槽、２は第２凝集槽、３は膜濾過装置、４は活性炭処理装置、５は保安フィルタ、６はＲＯ膜分離装置である。第１凝集槽１は攪拌装置１ａを備え、原水路Ｌ１および薬注路Ｌ２、Ｌ３が連絡している。第２凝集槽２は撹拌装置２ａを備え、薬注路Ｌ４が連絡している。膜濾過装置３はＭＦ膜からなる濾過膜３ａを備え、活性炭処理装置４は活性炭層４ａを備え、保安フィルタ５はポリプロピレン製不繊布からなる積層フィルタを備え、ＲＯ膜分離装置６はＲＯ膜６ａを備え、それぞれの間に連絡路Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、処理水路Ｌ９が連絡している。

上記の活性汚泥処理水の回収装置による回収水の回収方法は、第１凝集工程として活性汚泥処理水を原水路Ｌ１から第１凝集槽１に導入し、薬注路Ｌ２からアルミニウム系凝集剤および薬注路Ｌ３からｐＨ調整剤（酸）を添加し、ｐＨ４.５〜５．５に調整して凝集処理する。第２凝集工程として第１凝集槽１の第１凝集処理液を第２凝集槽２に導入し、薬注路Ｌ４からｐＨ調整剤（アルカリ）を加えてｐＨを６．０〜７．０に調整して凝集処理する。第２凝集槽の第２凝集処理液は膜濾過装置３に導入して膜濾過を行い、その濾過液を活性炭処理装置４に導入して活性炭処理を行い、その処理液を保安フィルタ５に通し、その後ＲＯ膜分離装置６に導入してＲＯ膜分離を行い、ＲＯ膜の透過水を回収水（処理水）として回収する。

従来の処理方法では、生物処理水を凝集濾過して後段のＲＯ膜に導入した場合、悪いときはＲＯの保安フィルタを１日に２回程度で交換しなければならなかったが、本発明の２段凝集および膜濾過による処理により、保安フィルタは２〜３ケ月に１回程度の交換頻度で良好な水質を安定して得られるようになり、ＲＯ膜のフラックスも高く維持できるようになる。２段凝集により糖、タンパクを除去することができ、処理水中のアルミニウムイオンの残留もなくすことができる。また、２段凝集と膜濾過を組み合わせることにより、さらに糖、タンパクを低濃度まで除去することができる。

実施例１：
活性汚泥処理水を沈殿槽により分離した固液分離水(pH=６.８、糖＝１０．２ｍｇ／Ｌ、タンパク＝７．８ｍｇ／Ｌ)を流量１５ｍ^３／ｈで第１凝集槽（容積５ｍ^３）に導入してポリ塩化アルミニウムを２００ｍｇ／Ｌの割合で添加し、塩酸または水酸化ナトリウムを注入してｐＨ５．０に調整しながら３０分間攪拌した。その後、第１凝集槽の凝集処理液を第２凝集槽（容積５ｍ^３）に導入し、水酸化ナトリウムを注入してpH６.５に調整しながら３０分間攪拌した。その後、第２凝集槽の凝集処理液を、孔径０．２μmのテトラフルオロエチレン製ＭＦ膜からなるスパイラル型膜モジュールを備えた膜濾過装置で膜濾過した。膜濾過装置の透過水の回収率は７６％であった。

実施例２：
ＭＦ膜による膜濾過に替えて砂濾過（粒径０.６Omm、層高６００ｍｍ）で濾過した以外は実施例１と同じ条件で実験を行った。

比較例１：
活性汚泥処理水を沈殿槽により分離した固液分離水（ｐＨ＝６．８、糖＝１０．２ｍｇ／Ｌ、タンパク＝７．８ｍｇ／Ｌ）を流量１５ｍ^３／ｈで凝集槽（容積１０ｍ^３）に導入してポリ塩化アルミニウムを２００ｍｇ／Ｌの割合で添加し、塩酸と水酸化ナトリウムによりｐＨ５．０に調整しながら６０分間攪拌した。その後凝集槽の凝集処理液を、孔径０．２μmのテトラフルオロエチレン製ＭＦ膜からなるスパイラル型膜モジュールを備えた膜濾過装置で膜濾過した。膜濾過装置の透過水の回収率は７６％であった。

比較例２：
ＭＦ膜による膜濾過に替えて砂濾過（粒径０.６Omm、層高６００ｍｍ）で濾過した以外は比較例１と同じ条件で実験を行った。

以上の実施例１、２および比較例１、２において、濾過水中の糖、タンパクの濃度、ならびにＭＦＦ値を測定した結果を表１に示す。
ＭＦＦ値は、孔径０.４５μmのメンブレンフィルタを用いて１Ｌの濾過水を５００mmＨｇで吸引濾過し、最初の５００mLの濾過時間Ｔ１と、最後の５００mLの濾過時間Ｔ２を計測し、（Ｔ２／Ｔ１）で得られる値であり、膜分離における閉塞しやすさの指標となり、汚い水程ＭＦＦ値が高くなる。

表１より、比較例２（１段凝集＋砂濾過）は、糖とタンパクいずれも除去率が悪く、フィルタが目詰まりを起こし、ＭＦＦ値は測定不能となった。比較例１（１段凝集＋膜濾過）はタンパクの除去率は改善したが、糖の除去率が悪く、処理が十分とはいえない。一方実施例２（２段凝集＋砂濾過）では、糖、タンパクともに低濃度まで除去できており、２段凝集により溶解性ＣＯＤを除去できることがわかる。実施例１（２段凝集＋膜濾過）では、実施例２よりもさらに低濃度まで糖、タンパクを除去できている。ＭＦＦ値も低く、後段にＲＯ膜を設けた場合でもＲＯ膜の負荷を最小限に抑えられることがわかる。

実施例３：
活性汚泥処理水を沈殿槽により分離した固液分離水(pH=６.８、糖＝１０．２ｍｇ／Ｌ、タンパク＝７．８ｍｇ／Ｌ)を流量１５ｍ^３／ｈで第１凝集槽（容積５ｍ^３）に導入して、ポリ塩化アルミニウムを２００ｍｇ／Ｌの割合で添加し、塩酸または水酸化ナトリウムを注入してｐＨ５．０に調整しながら３０分間攪拌した。その後、第１凝集槽の第１凝集処理液を第２凝集槽（容積５ｍ^３）に導入し、水酸化ナトリウムを注入してｐＨ６.５に調整しながら３０分間攪拌した。その後、第２凝集槽の凝集処理液を、孔径０．２μmのテフロン（登録商標）製ＭＦ膜からなるスパイラル型膜モジュールを備えた膜濾過装置で膜濾過した。膜濾過装置の透過水回収率は７６％であった。その後、膜濾過装置の濾過液を、平均粒径０．７５ｍｍの活性炭を充填した３．７５ｍ^３容量の活性炭処理塔で活性炭処理した。その後、活性炭処理液を、公称孔径８μｍのポリプロピレン積層型保安フィルタにとおし、その後、ポリアミドＲＯ膜からなる内径２０ｃｍのスパイラル型膜モジュールを備えたＲＯ膜分離装置に導入してＲＯ膜分離を行った。ＲＯ膜分離装置の透過水回収率は６０％であった。９０日間通水したが保安フィルタは目詰まりを起こさず、良好は処理が行われた。

実施例４：
活性炭処理を行わないでＲＯ膜分離を行った以外は実施例３と同じ条件で実験を行った。ＲＯ膜分離装置の透過水回収率は６０％であった。４２日間通水後に目詰まりを起こしたが、長時間にわたり良好な処理が行われた。

比較例３：
活性汚泥処理水を沈殿槽により分離した固液分離水（ｐＨ＝６．８、糖＝１０．２ｍｇ／Ｌ、タンパク＝７．８ｍｇ／Ｌ）を流量１５ｍ^３／ｈで第１凝集槽（容積１０ｍ^３）に導入して、ポリ塩化アルミニウムを２００ｍｇ／Ｌの割合で添加し、塩酸または水酸化ナトリウムを注入してｐＨ５．０に調整しながら６０分間攪拌した。その後、凝集槽の凝集処理液を、孔径０．２μｍのテフロン（登録商標）製ＭＦ膜からなるスパイラル型膜モジュールを備えた膜濾過装置で膜濾過した。膜濾過装置の透過水回収率は７６％であった。その後、膜濾過装置の濾過液を、平均粒径０．７５ｍｍの活性炭を充填した３．７５ｍ^３容量の活性炭処理塔で活性炭処理した。その後、活性炭処理液を、公称孔径８μｍのポリプロピレン積層型保安フィルタにとおし、その後、ポリアミドＲＯ膜からなる内径２０ｃｍのスパイラル型膜モジュールを備えたＲＯ膜分離装置に導入してＲＯ膜分離を行った。ＲＯ膜分離装置の透過水回収率は６０％であったが、６８時間で保安フィルタが目詰まりを起こした。

比較例４：
活性炭処理を行わないでＲＯ膜分離を行った以外は比較例３と同じ条件で実験を行った。ＲＯ膜分離装置の透過水回収率は６０％であったが、２２時間で保安フィルタが目詰まりを起こした。

以上の実施例３、４において、ＲＯ膜分離装置のフラックスの経時変化を図２に示す。
図２より、実施例３、４共にＲＯ膜のフラックスは高い値を維持しており、良好な膜処理が行なわれていることがわかる。実施例３と４とを比較すると、保安フィルタの前段に活性炭処理塔を置いた実施例３の方が活性炭処理を行わない実施例４よりもフラックスが大きく、水質が良いことがわかる。

実施例３、４および比較例３、４を保安フィルタの交換頻度で比較すると、比較例３では６８時間で保安フィルタが目詰まりを起こし、比較例４では、２２時間で保安フィルタが目詰まりを起こして通水不能となった。それに対して、実施例３においては、９０日間通水したが保安フィルタは目詰まりを起こさず、良好は処理が行われ、実施例４においては、４２日間通水後に目詰まりを起こしたが、長時間にわたり良好な処理が行われた。

本発明は、有機性排液を活性汚泥処理して生成する処理水を利用可能な状態で回収する方法および装置に利用可能である。

実施形態の活性汚泥処理水の回収方法および装置を示すフロー図である。実施例の結果を示すグラフである。

符号の説明

１第１凝集槽
２第２凝集槽
３膜濾過装置
４活性炭処理装置
５保安フィルタ
６ＲＯ膜分離装置

Claims

活性汚泥処理水にアルミニウム系凝集剤を添加し、ｐＨ４．５〜５．５において凝集処理する第１凝集工程と、
第１凝集工程の第１凝集処理液にアルカリを加えてｐＨを６．０〜７．０に調整する第２凝集工程と、
第２凝集工程による第２凝集処理液を固液分離する濾過工程と、
濾過工程の後に設けられた活性炭処理工程と、保安フィルタを具備したＲＯ膜分離装置により膜分離する膜分離工程と
を含む活性汚泥処理水の回収処理方法。
アルミニウム系凝集剤がポリ塩化アルミニウムである請求項１記載の方法。
濾過工程において、濾過膜により濾過する請求項１または２記載の方法。
活性汚泥処理水にアルミニウム系凝集剤を添加し、ｐＨ４.５〜５．５において凝集処
理する第１凝集槽と、
第１凝集槽の第１凝集処理液にアルカリを加えてｐＨを６．０〜７．０に調整する第２凝集槽と、
第２凝集槽の第２凝集処理液を固液分離する濾過装置と、
濾過装置の後段に設けられた活性炭処理装置と、保安フィルタを具備したＲＯ膜分離装置と
を備えた活性汚泥処理水の回収処理装置。
アルミニウム系凝集剤がポリ塩化アルミニウムである請求項４記載の装置。
濾過装置が、濾過膜で濾過する膜濾過装置である請求項４または５記載の装置。