JP4667583B2 - 排水の処理装置および排水処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は余剰汚泥を発生させない排水の処理装置および排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排水処理には主として活性汚泥法が用いられてきた。活性汚泥法によれば、沈殿槽で汚泥を沈降させ、一部を曝気槽に返送し、一部を余剰汚泥として引抜くことによって、ＢＯＤ容積負荷が０．３〜０．８ｋｇ／ｍ³・日程度の条件で定常的な運転を行うことが可能である。一方で、微生物を高濃度で保持することができる担体の開発が進んでおり、これを用いれば、２〜５ｋｇ／ｍ³・日という高いＢＯＤ容積負荷をかけることができ、曝気槽を小型化することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の活性汚泥法では、ＢＯＤ容積負荷が０．３〜０．８ｋｇ／ｍ³・日程度の条件で運転しなければならず、大きな曝気槽を用いなければならない。また、従来の活性汚泥法では、余剰汚泥を引抜く必要が生じ、これを処分しなければならないという問題が生じる。活性汚泥法により、高いＢＯＤ容積負荷で排水を処理しようとしても不十分な処理になったり、汚泥の沈降性が低下して運転を続けることが不可能となる。また、汚泥を引抜かず、汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度とがつりあう完全酸化の状態を活性汚泥槽で作ろうとすると、曝気槽でのＭＬＳＳが非常に高くなるため。このため、非常に大きな活性汚泥槽を設けなければならないという不都合が生じる。また、汚泥が微細化して自然沈降による汚泥分離ができなくなるという問題も生じる。
【０００４】
これに対し、担体を用いる方法（以下、これを「担体法」と記す。）では、高負荷をかけることが可能であることから、曝気槽を小型化することができる反面、沈降分離しない微細汚泥が発生し、凝集沈殿法を併用しなければならない。この場合、凝集剤のランニングコストがかかる上、凝集沈殿した沈殿物を処分しなければならないという問題が生じる。
【０００５】
上記の課題に鑑みてなされた本発明は、槽を小型化することが可能で、しかも余剰汚泥を発生させない排水の処理装置および排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の排水処理方法は、好気性条件下で排水と担体粒子とが接触される、溶解性ＢＯＤ容積負荷が１ｋｇ／ｍ^３・日以上である曝気槽と、溶解性ＢＯＤ汚泥負荷が０．１ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で運転する完全酸化槽とをこの順で備え、完全酸化槽内の液を分離膜を通して濾過し、濾液を排出し、完全酸化槽内の液を濾液によってのみ排出することを特徴とする排水の処理装置を用いる排水処理方法であることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
完全酸化槽において、低い汚泥負荷で曝気することによって、汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせ、汚泥の増加を防ぐことができる。そのためには、完全酸化槽におけるｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であり、０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることが好ましい。通常、このような低い汚泥負荷で運転した場合には、汚泥が分散化し自然沈降しなくなり、汚泥の分離が困難になるという問題が生じる。そこで、本発明の排水処理装置では、分離膜を併用することによって、固形分（汚泥）と処理水（濾過水）との分離を行う。これにより、本発明の排水処理装置では、余剰汚泥を発生させないで運転を継続することが可能となる。通常の活性汚泥法で完全酸化の状態を作ろうとすると、前述のとおり、非常に大きな活性汚泥槽を設けなければならない。しかし、本発明の排水処理装置では、担体法を用いていることから、曝気槽をコンパクトにすることができる。そして、曝気槽で排水中の大部分のＢＯＤを除去することができることから、大きな完全酸化槽が不要であり、低い汚泥濃度で汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせるこことができ、余剰汚泥の引き抜きを不要とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の排水処理装置のフローの一例を図１に示す。このシステムにおいて、曝気槽を可能な限り小型化するために、曝気槽における溶解性ＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３・日以上である。ここで、溶解性ＢＯＤとは、０．４５μのフィルタでろ過した後に測定したＢＯＤのことであり、微生物を除いたＢＯＤを意味する（以下、これを「ｓ−ＢＯＤ」と略記する。）。ｓ−ＢＯＤ容積負荷が高いほど、曝気槽を小型化することができる。担体の種類や充填率を適宜選択することにより、２ｋｇ／ｍ^３・日以上あるいは５ｋｇ／ｍ^３・日以上で運転することも可能である。
【０００９】
本発明で使用される分離膜の形状としては特に限定されることはなく、中空糸膜、管状膜、平膜などから適宜選択して使用することができるが、中空糸膜を使用した場合、膜の単位容積あたりの膜面積を多く取ることができ、濾過装置全体を小型化できることから特に好ましい。
【００１０】
また、分離膜を構成する素材も特に限定されることはなく、例えばポリオレフィン系、ポリスルホン系、ポリエーテルスルホン系、エチレン−ビニルアルコール共重合体系、ポリアクリロニトリル系、酢酸セルロース系、ポリフッ化ビニリデン系、ポリパーフルオロエチレン系、ポリメタクリル酸エステル系、ポリエステル系、ポリアミド系などの有機高分子系の素材で構成された膜、セラミック系などの無機系の素材で構成された膜などを使用条件、所望する濾過性能などに応じて選択することができる。ポリビニルアルコール系樹脂により親水化処理されたポリスルホン系樹脂、親水性高分子が添加されたポリスルホン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、酢酸セルロース系樹脂、親水化処理されたポリエチレン系樹脂などの親水性素材からなるものが、高い親水性を有するためにＳＳ成分の難付着性、付着したＳＳ成分の剥離性に優れている点で好ましいが、他の素材で構成された中空糸膜を用いることもできる。有機高分子系の素材を使用する場合、複数の成分を共重合したもの、または複数の素材をブレンドしたものであってもよい。
【００１１】
本発明で使用される分離膜の孔径は、汚泥と水との分離性能を考慮して１ミクロン以下であることが好ましい。孔径が０．５ミクロン以下であることが高い透水性を有し、目詰まりを抑制して濾過効率が低下するおそれが小さいことからより好ましく、０．１ミクロン以下であることがさらに好ましい。なお、ここでいう孔径とは、コロイダルシリカ、エマルジョン、ラテックスなどの粒子径が既知の各種基準物質を分離膜で濾過した際に、その９０％が排除される基準物質の粒子径をいう。孔径は均一であることが好ましい。限外濾過膜であれば、上記のような基準物質の粒子径に基づいて、孔径を求めることは不可能であるが、分子量が既知の蛋白質を用いて同様の測定を行ったときに、分画分子量が３０００以上であるものが好ましい。
【００１２】
分離膜の設置例および膜濾過装置の構成例を図２および図３に示す。濾過の方式としては、図２に示すように分離膜を含む膜モジュール等を完全酸化槽の外部に設置し、汚泥を含む原液を循環させながらその一部を濾過する方式と、図３に示すように分離膜を含む膜モジュール等を完全酸化槽の内部に浸漬し、吸引濾過する方式とに大別される。使用する分離膜の形状、特性や、膜モジュールの設置スペースなどの諸条件に応じて濾過の方式を選択して使用することが可能である。なお、図２に示すような方式では、一般に高透過流束での運転が可能であり、膜面積が少なくて済むという利点を有するが、汚泥を含む原液を循環させるためのエネルギーが大きいという欠点を有する。一方、図３に示すような方式では、設置スペースおよびエネルギーが小さくて済むという利点を有するが、透過流束が一般に低く、大きい膜面積を必要とする欠点を有する。また、図３に示すように分離膜を完全酸化槽内部に浸漬する方式を採用する場合は、散気装置の上部に分離膜を含む膜モジュール等を設置し、散気による膜表面洗浄の効果を利用して膜目詰まりを抑制することができる点で好ましい。本発明の実施のために排水処理設備を新設しても良いが、現有の排水処理設備を改造しても良い。
【００１３】
本発明における担体として、公知の各種の担体を使用することができるが、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体から選ばれた１種類の担体、あるいはこれらの担体の２種類以上を組み合せた担体を使用することが好ましい。中でも、処理性能の高さや流動性の点から、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体が好ましい。担体の充填率としては、処理効率と流動性の点から、槽容積の５％以上５０％以下であることが好ましく、さらに１０％以上３０％以下であることがより好ましい。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により、本発明を詳細に説明する。
【００１５】
容量が２０ｍ³の原水調整槽、容量が２０ｍ³の担体流動曝気槽および容量が４０ｍ³の完全酸化槽からなる排水試験装置を用いて本発明を実施した。上記の担体流動曝気槽にはアセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を２ｍ³投入した。また、完全酸化槽の外部に、ポリスルホン系樹脂からなり、膜面積２０ｍ²の中空糸膜モジュールを２本装着した膜濾過装置を設置し、内圧循環濾過方式、濾過速度２０ｍ³／日の条件で膜濾過を行い、膜濾過水を完全酸化槽の外部に排出しながら汚泥の濃縮運転を行った。この実施例におけるフローは図１のものである。本発明に基づき、担体流動曝気槽におけるＢＯＤ容積負荷が３．５ｋｇ／ｍ³・日で運転したところ、完全酸化槽におけるＭＬＳＳが徐々に増加したが、ｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳになったときには、完全酸化槽におけるＭＬＳＳが約７０００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となり、完全酸化が実現した。その時の処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳはゼロであり、汚泥を引抜かずに運転を継続することができた。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、槽を小型化することが可能であり、しかも余剰汚泥を発生させないで排水を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のフローを模式的に表した図である。
【図２】分離膜の設置方法の一例である。
【図３】分離膜の設置方法の他の一例である。

Claims (5)

1. 好気性条件下で排水と担体粒子とが接触される、溶解性ＢＯＤ容積負荷が１ｋｇ／ｍ^３・日以上で運転する曝気槽と、溶解性ＢＯＤ汚泥負荷が０．１ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で運転する完全酸化槽とをこの順で備え、完全酸化槽内の液を分離膜を通して濾過し、濾液を排出し、完全酸化槽内の液を濾液によってのみ排出することを特徴とする排水の処理装置を用いる排水処理方法。
2. 担体が、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体からなる群から選ばれた１種類以上の担体である請求項１に記載の排水の処理装置を用いる排水処理方法。
3. 担体がアセタール化ポリビニルアルコール系ゲルである請求項２に記載の排水の処理装置を用いる排水処理方法。
4. 分離膜の孔径が１ミクロン以下である請求項１に記載の排水の処理装置を用いる排水処理方法。
5. 分離膜が中空糸膜である請求項４に記載の排水の処理装置を用いる排水処理方法。

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