JPH10128400A - 汚泥濃縮方法および汚泥濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排水処理の過程において発生する汚泥を、効
率的に濃縮し、減量化する汚泥濃縮方法および汚泥濃縮
装置。 【解決手段】 汚泥の分離濃縮槽内に、膜分離濃縮法に
用いる膜分離装置を設置し、その下方に、膜洗浄用の散
気装置を設置する。膜分離装置で濾過することにより得
られた処理水は、汚泥を全く含んでいない。また、散気
装置からの気泡で、膜分離装置の膜を洗浄すると同時
に、膜上に析出した汚泥フロックに浮力を与え、分離濃
縮槽の上方に蓄積することで、汚泥の濃縮を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、し尿や下水などの
廃水を生物学的に処理する廃水処理の過程において発生
する汚泥を効率的に濃縮し減量化するための汚泥濃縮方
法および汚泥濃縮装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、し尿や下水などの都市廃水、
工場などからの有機性廃水などは、その中に含有される
種々の懸濁物質（ＳＳ）を取り除く処理が施されてから
河川などに放流される。

【０００３】従来の都市廃水や有機性廃水の一般的な処
理は、図３に示すようなシステムにより行われている。
まず、処理しようとする廃水原水は、初期沈殿槽にて比
較的大きな懸濁物質が沈殿分離される。次に、曝気槽に
て、活性汚泥により廃水中の水溶性成分が分解される。
その後、最終沈殿槽にて、活性汚泥のフロックが沈殿分
離された後に河川などに放流される。

【０００４】ところで、特に下水処理の場合、含有され
る懸濁物質の量は一定ではなく、廃水の水質変動、水量
変動、水温変動などがあり、このような負荷変動が大き
いと発生する汚泥量の変動も大きくなる。最終沈殿槽で
は重力沈降により汚泥を濃縮しているため、汚泥の濃縮
に長時間を要する。このため、汚泥量が増加すると、最
終沈殿処理が間に合わない事態になる。こうした最終沈
殿槽の容量オーバーが生じた場合、最終沈殿槽から余剰
汚泥の引抜きを停止し、余剰汚泥を曝気槽に一時貯溜す
る対処が行われる。しかし、こうした余剰汚泥の滞留を
行うと、システム全体の処理条件が崩れ、最終沈殿槽か
らフロックが流出してしまうおそれがある。また、処理
すべき汚泥量が過剰になったときに、これを一時貯溜す
る予備槽を設けることも考えられるが、実際の廃水処理
に供しない槽を別個に設けることは極めて不経済であ
り、施設確保のための広大な用地を必要としてしまう。
また、分離膜を利用した濃縮方法が種々検討されたが、
いずれも低透過流速や短時間での膜の閉塞などにより実
用化されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の点に鑑み、本発
明は、汚泥濃縮を効率的に行い、さらに濃縮により生じ
る処理水の水質が、そのまま河川などに放流可能となる
ほど良好な汚泥濃縮方法および汚泥濃縮装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、廃水
処理の過程において発生する汚泥を分離濃縮槽において
濃縮処理する際、膜分離濃縮法と浮上分離濃縮法を併用
することを上記課題の解決手段とした。また、本発明の
汚泥濃縮装置は、廃水処理の過程において発生する汚泥
を濃縮処理する装置であって、分離濃縮槽内の底面近傍
に気泡を発生する散気装置を、散気装置の上方に膜分離
装置を設け、分離濃縮槽内の水面近傍には、濃縮された
汚泥を槽内から排出する排出手段を設けたことを特徴と
するものである。

【０００７】すなわち、分離濃縮槽内下部に設置した膜
分離装置の下方に散気装置を設け、該散気装置から生じ
る気泡を、膜分離装置の膜表面に析出している汚泥フロ
ックに付着または包含させることで汚泥フロックに浮力
を与え、分離濃縮槽内を浮上させる。これにより、汚泥
フロックは分離濃縮槽内の上部に濃縮されていく。それ
に対し、膜分離装置周辺の汚泥の濃度は低く保たれる。
汚泥を濃縮処理するに際して、濾過効率の向上のため、
汚泥に凝集剤を添加することが有効である。これによ
り、汚泥中の微細フロックは、比較的大きく、かつ強度
の高いフロックを形成し、汚泥の脱水効率を高めること
ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施形
態例について、詳細に説明するが、本発明はこれらの実
施形態例のみに限定されるものではない。

【０００９】図１は、本発明で用いられる汚泥濃縮装置
の一実施形態例を示すものである。まず、処理される汚
泥を分離濃縮槽１に注入する。本装置を運転すると、分
離濃縮槽１の内部では上下方向に汚泥の濃度勾配が生
じ、分離濃縮槽１の上部には汚泥フロックが濃縮されて
いくため、汚泥の注入はできるだけ分離濃縮槽１の底面
に近い部分で、緩やかに行われることが好ましい。

【００１０】注入された汚泥は、分離濃縮槽１の下方に
浸漬、設置された膜分離装置２により固液分離され、濃
縮される。膜分離装置２には、吸引ポンプ５が接続され
ており、吸引ポンプ５を作動させて、汚泥の濾過を行
う。濾過された水は処理水として、槽外へ排出される。
この膜分離装置２は、任意のものを使用することができ
る。例えば、その形状においては、平膜タイプ、中空糸
タイプ、管状タイプ、袋状タイプなどを挙げることがで
きる。膜の材質においては、セルロース、ポリオレフィ
ン、ポリスルフォン、ポリビニリデンフルオイド（ＰＶ
ＤＦ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、セラミッ
クなどを例示することができる。膜の孔径は、固液分離
に支障のない限りにおいて、任意に設定することができ
るが、例えば、汚泥中の細菌までも完全に処理水から分
離することを目的とするならば、０．２μｍ以下である
ことが好ましい。

【００１１】膜分離装置２に使用される分離膜は、表面
に親水基を有する、いわゆる恒久親水化膜であることが
望ましい。分離膜の表面が疎水性であると、被処理水中
の有機物と分離膜表面の間に疎水性相互作用がはたら
き、膜面への有機物吸着が発生し、これが膜面閉塞につ
ながり、濾過寿命が短くなりやすいからである。しか
も、一般的に、吸着に起因する目詰まりによる濾過性能
の低下は、膜面洗浄によっても回復させることは難し
い。しかしながら、恒久親水化膜を用いることにより、
有機物と分離膜表面の疎水性相互作用を抑制することが
でき、有機物の吸着を抑えることができる。さらに、疎
水性膜では、後述するエアースクラビング処理を行った
場合に、気泡によって膜面が乾燥状態となることがあ
り、これによってさらに疎水性が強まり、フラックスの
低下を招くことがあるが、恒久親水化膜では、乾燥して
もフラックスの低下は生じにくい。

【００１２】ここで、膜分離装置２の、中空糸タイプの
実施形態例を図２に示す。このものは、複数の中空糸で
構成される中空糸膜からなる分離膜７と、分離膜７の両
端に設けられた管状支持体８から概略構成される。中空
糸には種々の多孔質かつ管状の中空糸が使用できる。例
えば、セルロース系、ポリオレフィン系、ポリビニルア
ルコール系、ＰＭＭＡ系、ポリスルフォン系などの各種
材料からなるものが挙げられる。中でも、ポリエチレン
やポリプロピレンなどの伸度の高い材質のものが好まし
い。また、特に限定されるものではないが、中空糸の外
径は２０〜２０００μｍ、孔径は０．０１〜１μｍ、空
孔率は２０〜９０％、中空糸膜の膜厚は５〜３００μｍ
のものが好ましい。

【００１３】管状支持体８は内部に内部路９の形成され
た筒状のもので、その一端は閉止され、他端は吸引ポン
プ５と配管６によって接続されている。尚、この図２に
示した管状支持体８は円筒状のものであるが、これに限
られるものではなく、例えば、外形が四角柱状のもので
あってもよい。さらに、この管状支持体８の側壁１０に
はその長さ方向に沿ったスリット１１が形成されてい
る。このスリット１１には分離膜７の端部が挿入されつ
つ、充填される密封材で閉塞され、分離膜７は強固に支
持固定される。すなわち、膜分離装置２としては、分離
膜７の両端部が２本の管状支持体８によってそれぞれ支
持される。この場合、分離膜７の端部とは中空糸の繊維
方向両端部であり、各中空糸の両端部は管状支持体８の
内部路９内に位置するようになる。スリット１１の幅は
３０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下であるとより好
ましい。スリット１１の幅を狭くすることによって、分
離膜７を構成する各中空糸をより整然と１列に揃え易く
なるからである。中空糸が揃わず中空糸膜が乱れて形成
されると、汚泥などの付着により複数の中空糸が束にな
って固着一体化し、分離膜としての表面積を有効に活用
できず、分離性能が低下してしまう。スリット１１の長
さは特に限定されるものでないが、あまり短いと分離膜
の膜面積を大きくすることができず、分離性能を高める
ことができない。また、あまり長いと製造が困難とな
る。１００〜２０００ｍｍが適当とされる。

【００１４】密封材は、分離膜７の各中空糸をその端部
の開口状態を保ったまま、集束してスリット１１に固定
するとともに、管状支持体８の内部路９を外部から液密
に仕切るもので、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹
脂、ポリウレタンなどを液状にしたものをスリット１１
に充填、硬化させることにより形成される。また、１つ
のスリットに対して２列以上に分離膜を挿入、固定すれ
ば、または、１つの管状支持体に対して２つ以上のスリ
ットを形成し、各スリットに分離膜を挿入、固定すれ
ば、１つの膜分離装置に複数の分離膜７を形成すること
が可能となる。分離膜７の数は多い方が全体としての膜
面積を増やすことができ、処理性能を高めることが可能
である。しかしながら、分離膜を３枚以上設けると、後
述する分離膜の洗浄時に、内側に位置した分離膜の洗浄
効果を高めることができないので、分離膜は２枚が適当
である。

【００１５】このような構成の膜分離装置２は１つの分
離濃縮槽１内に複数個配置することが可能である。膜分
離装置２を複数個配置することによって、全体としての
膜面積を増加させることができ、処理性能を向上させる
ことができる。また、分離濃縮槽のコンパクト化を考慮
すると、隣接する膜分離装置２相互の間隔は狭い方が好
ましい。このため、各膜分離装置の間隔は、膜分離装置
に占める分離膜の膜面積の大きさ、膜分離装置の数、管
状支持体の太さを考慮して選択することが必要であり、
その間隔は５〜１００ｍｍの範囲が好ましく、５〜７０
ｍｍの範囲がより好ましい。

【００１６】各管状支持体８の内部路９は吸引ポンプ５
と配管６にて接続されている。従って、吸引ポンプ５を
作動させることにより、内部路９内に入り込んだ透過液
は強制的に移送され、系外に放流される。

【００１７】また、本発明では、膜分離装置２の下方
に、散気装置を設け、該散気装置から生じる気泡を、汚
泥フロックに付着または包含させることで汚泥フロック
に浮力を与えて分離濃縮槽内を浮上させ、汚泥を浮上分
離して濃縮する。散気装置は、多数の細孔の形成された
中空体である散気管３と該散気管３に空気を送り込むブ
ロワー４からなる。すなわち、散気管３は膜分離装置２
の下方に設置され、ブロワー４より送り込まれた空気を
気泡として噴出する。散気管３から発生した気泡は、汚
泥フロックに衝突し、気泡の一部は汚泥フロックに付
着、あるいは包含される。そのため、汚泥フロックには
浮力がはたらいて浮上し、次第に分離濃縮槽１の上部に
蓄積していく。すなわち、分離濃縮槽１の内部では上下
方向に汚泥の濃度勾配が生じ、分離濃縮槽１の上部には
汚泥が濃縮されていく。従って、膜分離装置２を用いて
固液分離を行う分離濃縮槽１の下部では、汚泥の濃度は
低く保たれるため、分離効率の向上が期待できる。この
際、散気管３からの気泡は、膜分離装置２の膜表面の汚
泥フロックにも付着、包含され、膜表面に付着している
汚泥フロックを引きはがして、分離濃縮槽１の上部に運
ぶことになる。また、散気管３から発生した気泡は、膜
分離装置２の膜を揺動させることで、膜表面を洗浄する
作用も合わせ持つ。これは、エアースクラビング処理と
呼ばれ、これにより、膜表面は洗浄され、本装置の長期
安定運転が可能となる。

【００１８】効率よく汚泥フロックを浮上させ、分離す
る散気条件としては、汚泥の体積１立方メートル当たり
０．０５〜１立方メートル／分が好ましく、０．１〜
０．５立方メートル／分がさらに好ましい。この時の分
離濃縮槽１内の濃度勾配については、汚泥中の懸濁物質
（ＳＳ）の濃度差として０．１〜５％が好ましく、０．
３〜２％がさらに好ましい。

【００１９】膜分離装置２の膜表面の汚泥フロックを、
散気管３から発生した気泡の作用により、膜の表面から
はがして浮上させるには、汚泥フロックと膜との相互作
用を弱めておくことが重要である。これには、汚泥に凝
集剤を添加することが有効である。汚泥に凝集剤を添加
すると、汚泥中の微細フロックは比較的大きく、かつ強
度の高いフロックを形成するようになり、分離膜からの
剥離性が高まる。

【００２０】本発明に使用することのできる凝集剤は、
汚泥の微細フロックを適度の大きさのフロックにするも
のであれば特に限定されるものではない。例として、カ
チオン系、アニオン系、ノニオン系または両性の高分子
凝集剤があげられる。なかでも、カチオン系の合成高分
子凝集剤が適している。高分子凝集剤のみを添加する場
合、高分子凝集剤の使用量は余剰汚泥の性状にもよる
が、余剰汚泥中の懸濁物質（ＳＳ）１００重量部に対し
て０．１〜５重量部となる量が好ましく、０．１〜１重
量部が特に好ましい。０．１重量部未満ではフロックの
形成が不十分となる。また、５重量部より多いとフロッ
クが再分散したり、フロックの分離膜への付着性が増す
恐れがあるので好ましくない。凝集剤は、分離濃縮槽１
に汚泥を移送する配管中において添加しても、分離濃縮
槽１に直接添加しても差し支えない。添加方法も、滴
下、インラインミキシングなど既存の手法を適宜用いれ
ばよい。

【００２１】また、鉄系やアルミ系などの金属系フロッ
ク改質剤を添加した後に、両性系高分子凝集剤を添加す
る方法はより好ましい。ここで、金属系フロック改質剤
としては、硫酸バンド、塩化第二鉄、硫酸第一鉄、ポリ
硫酸鉄などが用いられるが、なかでも鉄系の無機凝集剤
が好ましい。

【００２２】両性系高分子凝集剤は、１つの分子中にカ
チオン性基およびアニオン性基を有する高分子凝集剤で
ある。カチオン性基としては、第３級アミン、その中和
塩、４級塩など、アニオン性基としては、カルボキシル
基、スルホン基またはこれらの塩などが挙げられる。ま
た、これらのイオン性成分の他にノニオン性成分が含ま
れていてもよい。より具体的には、アニオン性のモノマ
ー単位として、アクリル酸、メタクリル酸若しくはこれ
らのアルカリ金属塩などが挙げられる。カチオン性のモ
ノマー単位としては、ジメチルアミノエチル（メタ）ア
クリレート、ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレー
ト、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、
ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、アリ
ルジメチルアミン若しくはこれらの中和塩、４級塩など
が挙げられる。ノニオン性のモノマー単位としては、
（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）ア
クリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミ
ドなどが挙げられる。

【００２３】金属系フロック改質剤の添加後に凝集剤を
添加する手段としては、金属系フロック改質剤を、分離
濃縮槽１に汚泥を移送する配管中において添加し、凝集
剤を分離濃縮槽内に添加する手法が挙げられる。

【００２４】このような金属系フロック改質剤と凝集剤
を添加する方法であると、まず、金属系フロック改質剤
を添加することにより、有機汚泥中の粘質物質層および
溶解成分が金属系フロック改質剤と反応することにより
荷電中和し、親水コロイドを疎水化する。そして、これ
により粒子径は小さいが粘着性の小さい強固な核を形成
するように汚泥が改質される。その後、両性系高分子凝
集剤を添加すると、両性系高分子凝集剤は液相中でイオ
ン解離して正負両荷電を有すると共に、ポリマー同士又
は金属イオンを介在して架橋化する。そして、架橋化し
たポリマーは上記汚泥粒子の核と反応して粗大なフロッ
クが生成される。尚、生成したフロックは攪拌などによ
って、より疎水化、収縮した強固なフロックとなる。ま
た、液相中に残留金属イオンやポリマーはほとんどな
く、粘性のない濾水性、剥離性の良好な状態となる。従
って、難脱水性汚泥であっても凝集処理を行い易くな
る。

【００２５】このように、凝集剤を添加することによ
り、分離膜を用いた吸引濾過における圧損の経時的な上
昇を著しく抑制し、圧損の小さい濾過条件で長時間透過
流束を高く保つことが可能となる。従って、安定して水
分の分離、除去を行えると共に、使用する分離膜の膜面
積の削減を図ることもできる。さらに、分離膜の負担を
軽減し、分離膜の寿命を延ばすこともできる。

【００２６】分離濃縮槽１の上部に蓄積した濃縮汚泥
は、例えば、パイプラインを敷設しておき排出移送す
る、あるいは、掻き取り装置を用いて掻き出す、などの
手段を用いて槽内から取り出すことができる。取り出さ
れた汚泥は、遠心分離機、ベルトプレスなどを用いて、
さらに脱水された後処分される。

【００２７】膜分離装置２を用いて得られる処理水は、
汚泥フロックを含有せず、その水質が、そのまま河川な
どに放流可能であるほど良好であり、処理工程の単純化
を図ることができる。

【００２８】

【発明の効果】上述のごとく、本発明の汚泥濃縮方法
は、膜分離濃縮法と、浮上分離濃縮法を併用して行う、
すなわち、膜分離装置の膜洗浄に用いる散気装置を利用
して、浮上分離濃縮法を行うので、汚泥濃縮の効率化、
装置の簡略化、低廉化を図ることができる。分離濃縮槽
内の上下方向に汚泥の濃度勾配を生じさせ、そのうち、
低濃度側で膜分離濃縮を行うので、分離膜を用いた吸引
濾過における圧損の経時的な上昇を著しく抑制し、圧損
の小さい濾過条件で長時間透過流束を高く保つことが可
能となる。従って、安定して水分の分離、除去を行える
と共に、使用する分離膜の膜面積の削減を図ることもで
きる。また、分離膜の負担を軽減し、分離膜の寿命を延
ばすこともできる。さらに、得られた処理水は、そのま
ま河川などに放流することができるほど良好な水質であ
り、処理工程の単純化、装置の設置費用、運転費用、労
力の節約を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態例を示す概略構成図。

【図２】 本発明に適用できる膜分離装置の一実施形態
例を示す斜視図。

【図３】 従来例の廃液処理システムを示す流れ図。

【符号の説明】

１ 分離濃縮槽 ２ 膜分離装置 ３ 散気管

フロントページの続き (72)発明者 宮下 聡史 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 小林 真澄 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 廃水処理の過程において発生する汚泥を
   分離濃縮槽において濃縮処理する際、膜分離濃縮法と浮
   上分離濃縮法を併用することを特徴とする汚泥濃縮方
   法。
2. 【請求項２】 分離濃縮槽内の上下方向に汚泥の濃度勾
   配を生じさせ、そのうち、低濃度側で膜分離濃縮を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の汚泥濃縮方法。
3. 【請求項３】 分離濃縮槽内に設置した膜分離装置の下
   方に散気装置を設け、該散気装置から生じる気泡を、膜
   分離装置の膜表面に析出している汚泥フロックに付着ま
   たは包含させることで汚泥フロックに浮力を与え、分離
   濃縮槽内を浮上させることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の汚泥濃縮方法。
4. 【請求項４】 廃水処理の過程において発生する汚泥を
   濃縮処理する装置であって、分離濃縮槽内の底面近傍に
   気泡を発生する散気装置を、散気装置の上方に膜分離装
   置を設け、分離濃縮槽内の水面近傍には、濃縮された汚
   泥を槽内から排出する排出手段を設けたことを特徴とす
   る汚泥濃縮装置。