JP2006082024A - 生物処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の流動床担体生物処理法と膜分離活性汚泥法の問題点を解決し、高濃度の有機物を含む排水を、処理槽の必要容量を抑え、余剰汚泥除去のための凝集剤を必要とすることなく、浸漬膜の目詰まりを防止して、効率的に処理して高水質の処理水を得る。
【解決手段】有機性排水を、微生物を担持した流動担体を保持する第１の好気性生物処理槽１で処理した後、微生物を担持した流動担体と浮遊活性汚泥とを保持する第２の好気性生物処理槽２で処理し、次いで沈殿槽３で上澄水と沈殿汚泥とに分離する。沈殿槽３の上澄水を分離膜浸漬槽４に導入して、この上澄水に同伴される汚泥を分離し、分離膜モジュール４Ａの透過水を処理水として排出する。沈殿槽３の沈殿汚泥と分離膜浸漬槽４の分離汚泥を第２の好気性生物処理槽２に返送する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高濃度の有機物を含む排水から有機物を効率的に除去するための生物処理装置に関する。

従来、高濃度の有機物を含む排水から生物処理によって有機物を除去する方法として、微生物を付着させた担体を被処理水中で流動させて微生物に有機物を消費ないし吸収させる流動床担体生物処理法が知られている。この方法は、一般的な活性汚泥法と比べて処理槽容積当たりの有機物負荷を高く取ることができ、処理効率に優れる。このような流動床担体生物処理法の具体的手法として、例えば、特開平９−３０８８９２号公報には、微生物を担持した流動担体を保持した生物処理槽の流出液を沈殿槽で固液分離して処理水を得る方法が開示されている。

また、有機物を含む水を活性汚泥と混合して生物処理した後、分離膜を用いて濾過を行うことで活性汚泥と処理水を分離する膜分離活性汚泥法も広く用いられており、この膜分離活性汚泥法を、生物膜を形成した濾材の充填層を形成した生物膜処理槽と組み合わせた方法として、特開平６−４７３９９号公報には、生物膜処理槽の流出水を浸漬膜型好気性処理槽で処理して膜透過水を処理水として抜き出し、該処理槽内の汚泥を前段の生物膜処理槽に返送する方法が開示されている。
特開平９−３０８８９２号公報 特開平６−４７３９９号公報

しかし、流動床担体生物処理法では、分解性の良い有機物は微生物により高速で吸収分解できる反面、分解性の悪い有機物の除去能力は一般的な活性汚泥処理法と殆ど変わらないため、高濃度の有機物を含む排水を処理して一般的な活性汚泥法と同等の処理水を得ようとすると、処理槽の必要容量が過大になるという欠点があった。また、微生物が増殖し、余剰汚泥として処理水に混じって流出するが、この余剰汚泥はフロック化し難いため、これを除去するには凝集剤の使用が不可欠であるという欠点もあった。

一方、膜分離活性汚泥法では、高濃度の有機物を処理しようとすると活性汚泥を高濃度に保つ必要があるため、活性汚泥内に直接浸漬した分離膜に目詰まりを生じやすいという欠点がある。

本発明は上記従来の流動床担体生物処理法と膜分離活性汚泥法の問題点を解決し、高濃度の有機物を含む排水を、処理槽の必要容量を抑え、また、余剰汚泥除去のための凝集剤を必要とすることなく、更には、浸漬膜の目詰まりを防止して効率的に処理して高水質の処理水を得ることができる生物処理装置を提供することを目的とする。

本発明の生物処理装置は、有機性排水を受け入れる、微生物を担持した流動担体を保持する第１の好気性生物処理槽と、該第１の好気性生物処理槽の流出水を受け入れる、微生物を担持した流動担体と浮遊活性汚泥とを保持する第２の好気性生物処理槽と、該第２の好気性生物処理槽の流出水を受け入れ、該流出水を上澄水と沈殿汚泥とに分離する沈殿槽と、該沈殿槽の上澄水を受け入れ、該上澄水に同伴される汚泥を分離すると共に処理水を排出する分離膜浸漬槽であって、槽内に浸漬された分離膜モジュールと該分離膜モジュールの下方に設けられた散気手段とを備える分離膜浸漬槽と、前記沈殿槽の沈殿汚泥を前記第２の好気性生物処理槽に返送する第１の汚泥返送手段と、前記分離膜浸漬槽の汚泥を前記第２の好気性生物処理槽に返送する第２の汚泥返送手段と、を具備することを特徴とする。

請求項２の生物処理装置は、請求項１において、前記第１の好気性生物処理槽の槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３・ｄであることを特徴とする。

請求項３の生物処理装置は、請求項１又は２において、前記第２の好気性生物処理槽の実効容量が前記第１の好気性生物処理槽の実効容量の１〜１０倍であることを特徴とする。

請求項４の生物処理装置は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記沈殿槽の水面積負荷が５〜３０ｍ／ｄで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする。

請求項５の生物処理装置は、請求項１ないし４のいずれか１項において、前記分離膜浸漬槽内の汚泥濃度が１，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする。

即ち、本発明では、上記課題を解決すべく、第１及び第２の好気性生物処理槽を設けて流動床担体生物処理を２段に分けて行い、その後、汚泥を沈降させて引き抜くことができる沈殿槽を設けることにより余剰汚泥の大部分を凝集剤を使わずにフロック化させて除去し、残った僅かな余剰汚泥を更に後段の分離膜浸漬槽で分離する。この分離膜浸漬槽には、予め沈殿槽で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。この分離膜浸漬槽の浸漬膜の透過水として得られる処理水は、精密濾過（ＭＦ）膜等を透過した高水質の処理水である。そして、沈殿槽の分離汚泥と分離膜浸漬槽の分離汚泥を第２の好気性生物処理槽に返送することにより、この第２の好気性生物処理槽において、流動床担体生物処理における分解性の悪い有機物の除去能力を向上させ、これを効率的に分解除去することが可能となる。

本発明の生物処理装置によれば、高濃度有機性排水を、比較的小容量の装置により、凝集剤を必要とすることなく、また、浸漬膜の目詰まりを防止して、効率的に処理して高水質の処理水を得ることができる。

以下に図面を参照して本発明の生物処理装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。図１において、１は第１の好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体が保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン１Ａと、槽内下部に設けられた散気装置１Ｂとを備える。２は第２の好気性生物処理槽であり、内部に微生物を担持した流動担体と浮遊活性汚泥とが保持されており、処理水流出部に設けられたスクリーン２Ａと、槽内下部に設けられた散気装置２Ｂとを備える。３は沈殿槽である。４は分離膜浸漬槽であり、内部に分離膜モジュール４Ａが浸漬されており、この分離膜モジュールの下方に散気装置４Ｂが設けられている。５はポンプである。

第１，第２の好気性生物処理槽１，２の形状には特に制限はなく、円筒形、直方体形状などいずれでも良く、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などが設けられていても良い。

第１，第２の好気性生物処理槽１，２に保持される担体は、微生物を固定化させかつ水中を流動する素材よりなり、比重が水と同等で微生物が付着しやすい、例えばスポンジ状の樹脂など、多孔質或いは多くの隙間を有する構造体であることが好ましく、その大きさは、直径ないしは２枚の平行板で挟んだときの最大距離として０．５〜２００ｍｍの範囲であることが好ましい。ただし、槽内に保持される担体は、その形状、大きさ、材質等において均一であっても良く、異なるものが混在していても良い。また、第１，第２好気性生物処理槽１，２内の担体保持量は、担体を槽内水中におけると同じ状態のまま陸上で乱雑に積んだ際の容積が、各好気生物処理槽１，２の有効容量の１０〜６０％となるようにすることが好ましい。

スクリーン１Ａ，２Ａは、担体と流出水とを分離するためのものであり、目開きが担体の大きさより小さく、流動する担体から流出水を分離し得るものであれば良く、その形状や材質は特に限定されないが、例えばステンレス製のスクリーン、プラスチック製の網状物などを用いることができる。スクリーン１Ａ，２Ａの水中部分の表面積は流出水１ｍ^３／ｄ当り０．５ｍ^２以上、例えば１〜１．５ｍ^２となるようにするのが、水の流出効率の面で好ましい。また、スクリーン１Ａ，２Ａの担体による目詰まりを防ぐために、必要に応じてスクリーン１Ａ，２Ａ下側に散気管などを設けるなどしてスクリーン１Ａ，２Ａの表面と平行な向きの水流が十分に当たるようにしても良い。

第１，第２好気性生物処理槽１，２の槽下部に設けられる散気装置１Ｂ，２Ｂは、好気性生物処理槽１，２の内部全体に必要かつ十分な流動を起こし、かつ微生物に溶存酸素を行き渡らせることができるものであれば良く、その形式や設置数には特に制限はないが、例えば、ディフューザー、エアレーター、孔開き散気管などを用いることができる。

第１，第２好気性生物処理槽１，２は、基本的には同等の仕様のものが用いられるが、双方で異なる構成を採用しても良い。ただし、第２の好気性生物処理槽２にのみ後段の沈殿槽３及び分離膜浸漬槽４からの汚泥が返送されるため、第１の好気性生物処理槽１と第２の好気性生物処理槽２とは、第１の好気性生物処理槽１から第２の好気性生物処理槽２への水の供給がない場合であっても、第２の好気性生物処理槽２から第１の好気性生物処理槽１への逆流が起こることがないように接続されていることが好ましい。

第１，第２の好気性生物処理槽１，２の実効容量（有効容積）については、第１の好気性生物処理槽１の実効容量は流入する有機物をＢＯＤで表したとき、槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３・ｄとなるように設計することが好ましい。槽負荷がこの範囲よりも大きいと十分な有機物除去を行えず、この範囲よりも小さいと徒に装置容量が大きくなり好ましくない。また、第２の好気性生物処理槽２の実効容量は、第１の好気性生物処理槽１の実効容量よりも大きいことが好ましく、例えば第１の好気性生物処理槽１の実効容量の５〜８倍であることが好ましい。第２の好気性生物処理槽２の実効容量がこの範囲よりも小さいと、難分解性の有機物を十分に除去し得ず、この範囲よりも大きいと徒に装置容量が大きくなり好ましい。

沈殿槽３の形状には特に制限はなく、円筒形、直方体形状などいずれでも良く、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などが設けられていても良い。また、余剰汚泥を効率よく沈降させるための攪拌装置などが設けられていてもよいが、全体が上昇流となるような導入部と流出部とを有し、被処理水（流入水）量に対して水平面の面積速度（水面積負荷）が３０ｍ／ｄ以下、例えば６〜１０ｍ／ｄであって滞留時間が２時間以上、例えば１０〜１２時間となるように設計することが好ましい。

分離膜浸漬槽４の形状には特に制限はなく、円筒形、直方体形状などいずれでも良く、内部に澱みを生じさせないためのバッフル板などが設けられていても良い。分離膜浸漬槽４の実効容積は被処理水（流入水）量に対して滞留時間が２時間以上、例えば１０〜１２時間で、分離膜モジュールの分離膜部分が十分に水中に浸漬し得る大きさ以上とする。また、槽内の汚泥濃度は概ね２００００ｍｇ／Ｌ以下、例えば３，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌで、分離膜モジュールが高い膜フラックスを維持することができるような汚泥濃度となるように、後述のポンプ５による汚泥の引き抜き量を調節することが好ましい。

分離膜浸漬槽４内に浸漬される分離膜モジュール４Ａの分離膜は、ＭＦ膜以下の細孔径のものであれば良く、その形状は中空状でも平面状でも良く、材質も特に定めない。分離膜モジュール４Ａは、固液分離に関わる部分が槽内水中に完全に浸漬するように配置する。この分離膜モジュール４Ａは、必要に応じて下方に設けられた散気装置４Ｂから散気を行うことで、膜面を振動させて微生物の固着を防いだり、クロスフロー状の流れによって膜フラックスの向上を図ったりしても良い。分離膜モジュール４Ａの膜フラックスは特に定めないが、これが最大となるように分離膜浸漬槽４の汚泥濃度を定めることができるため、本来の膜式活性汚泥法に於けるフラックスよりは高くすることができる。例えば、ポリエチレン製の中空糸ＭＦ膜の場合、通常の膜式活性汚泥法で汚泥濃度１００００ｍｇ／Ｌの条件下で膜フラックス０．２５ｍ／ｄで使用していたものを、本発明を適用した装置では汚泥濃度５０００ｍｇ／Ｌの条件下で膜フラックス約０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで処理を行うことができる。

分離膜モジュール４Ａの下方に設けられる散気装置４Ｂは、分離膜浸漬槽４の内部全体に必要かつ十分な流動を起こし、かつ微生物に溶存酸素を行き渡らせることができるものであれば良く、その形式や設置数には特に制限はないが、例えば、ディフューザー、エアレーター、孔開き散気管などを用いることができる。この散気は、上述の分離膜モジュール４Ａの膜面振動のための散気を兼ねて行っても良く、各々別々に行っても良い。

ポンプ５は、沈殿槽３で沈降させた余剰汚泥、及び分離膜浸漬槽４内の汚泥の一部を第２の好気性生物処理槽２に戻し、かつこれら各槽の汚泥濃度を一定に保つべく汚泥を引き抜くために設けられる。ポンプ５による沈殿槽３及び分離膜浸漬槽４からの汚泥の引き抜きは連続的に行っても良く、間欠的に行っても良い。また、沈殿槽３からの汚泥の引き抜きと分離膜浸漬槽４からの汚泥の引き抜きとを交互に行っても良く、両槽３，４からの汚泥の引き抜きを同時に行ってこれらを混合しながら第２の好気性生物処理槽２に返送しても良い。また、各槽の汚泥濃度を好適な濃度に一定に保つために、人手による各槽の汚泥濃度の分析結果、汚泥濃度計の検出値、或いは経験上または過去の実績上発生すると予測される余剰汚泥量によって、ポンプ５の吐出側を適宜外部へ切り換えて引き抜き汚泥を系外へ排出するようにしても良い。このポンプ５としては、活性汚泥を移送することができるものであれば良く、その形式等は特に定めない。沈殿槽３の汚泥引き抜き用ポンプと分離膜浸漬槽４の汚泥引き抜き用ポンプとを別々に設けても良く、両槽の汚泥流路に切り換え弁や流量調節弁を設けても良い。

このような本発明の生物処理装置において、原水（有機性排水）は、第１の好気性生物処理槽１及び第２の好気性生物処理槽２に順次に導入され、２段流動床担体生物処理された後沈殿槽３で固液分離され、分離汚泥はポンプ５により第２の好気性生物処理槽２に返送される。なお、沈殿槽３の分離汚泥は、必要に応じてその一部が系外に排出されても良い。沈殿槽３の上澄水は次いで分離膜浸漬槽４に導入され、槽内の微生物で好気性生物処理された後分離膜モジュール４Ａで膜濾過され、膜透過水が処理水として系外へ排出される。分離膜浸漬槽４の槽内汚泥はポンプ５により第２の好気性生物処理槽２に返送される。この返送汚泥もまた、必要に応じて一部系外へ排出しても良い。

本発明によれば、第１，第２好気性生物処理槽１，２を経た２段流動床担体生物処理水を沈殿槽３で固液分離することにより、流動床担体生物処理で生じる余剰汚泥の大部分を凝集剤を用いることなくフロック化させて沈降分離することができる。そして、沈殿槽３の上澄水に含まれる僅かな余剰汚泥を分離膜浸漬槽４で膜濾過して分離する。この分離膜浸漬槽４には、予め沈殿槽３で余剰汚泥の大部分を除去した後の比較的低濃度の汚泥が流入するため、膜濾過における目詰まりの問題は少なく、この分離膜浸漬槽４内で残留する有機物の分解除去と、浸漬膜による汚泥の膜濾過とを効率的に行うことができる。この分離膜浸漬槽４の分離膜モジュール４Ａの透過水として得られる処理水は、精密濾過（ＭＦ）膜等を透過した高水質の処理水である。しかも、本発明では、沈殿槽３の分離汚泥と分離膜浸漬槽４の分離汚泥を第２の好気性生物処理槽２に返送することにより、この第２の好気性生物処理槽２における分解性の悪い有機物の除去能力を向上させることができる。このため、第２の好気性生物処理槽２の実効容量は比較的小さなもので足り、この結果、全体の装置容量の低減を図ることができる。

このような本発明の生物処理装置は、調理ゴミ等の厨芥含有排水や、食品製造排水、酒類製造排水等の有機性排水の生物処理に有効であり、特に、このような有機性排水のうち有機物濃度が２，０００ｍｇ−ＢＯＤ／Ｌ以上であるような高濃度有機性排水の生物処理に有効である。

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
図１に示す本発明の生物処理装置により、ＢＯＤ濃度２，０００ｍｇ／Ｌの豆腐製造排水の処理を１００Ｌ／ｄの流量で行った。各槽の仕様は次の通りである。
第１の好気性生物処理槽１：実効容量＝１５Ｌ
ＢＯＤ負荷＝１．５６ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３・ｄ（第２の
好気性生物処理槽と合わせて）
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
第２の好気性生物処理槽２：実効容量＝１００Ｌ
担体種類＝粒径３〜１０ｍｍの角型
材質：発泡ポリウレタン
担体保持量＝槽有効容量の５０％
沈殿槽３：実効容量＝３０Ｌ
水面積負荷＝６．７ｍ／ｄ
滞留時間＝７．２時間
分離膜浸漬槽４：実効容量＝３０Ｌ
滞留時間＝７．２時間
分離膜モジュールの膜種＝中空糸型ポリエチレン膜

沈殿槽３の分離汚泥は１００Ｌ／ｄの流量で第２の好気性生物処理槽２に返送し、上澄水１２５Ｌ／ｄを分離膜浸漬槽４に導入した。また、分離膜浸漬槽４では槽内汚泥を２５Ｌ／ｄの流量で第２の好気性生物処理槽２に返送し、膜濾過水１００Ｌ／ｄを処理水として取り出した。この分離膜浸漬槽４の汚泥濃度は４，０００〜６，０００ｍｇ／Ｌに維持された。

その結果、ＢＯＤ濃度２〜１０ｍｇ／Ｌ、ＳＳを含まない高水質処理水を分離膜モジュールの目詰まりを引き起こすことなく、０．４ｍ／ｄの高い膜フラックスで２ヶ月間安定に得ることができた。

比較例１
実施例１において、沈殿槽を省略し、第２の好気性生物処理槽２の流出水を直接分離膜浸漬槽４に導入したこと以外は同様にして処理を行った。その結果、得られた処理水のＢＯＤ濃度は１０〜２０ｍｇ／Ｌ、ＳＳは含まれず比較的高水質であったが、分離膜浸漬槽４内の汚泥濃度は２５，０００ｍｇ／Ｌとなり、３日間の運転により、分離膜モジュールの目詰まりで、膜フラックスは０．１ｍ／ｄ以下に低下し、運転を継続することが困難になった。

比較例２
実施例１において、分離膜浸漬槽を省略したこと以外は同様にして処理を行ったところ、得られた処理水のＢＯＤ濃度は１００〜５００ｍｇ／Ｌ、ＳＳは１，０００〜５，０００ｍｇ／Ｌで高水質の処理水を得ることができなかった。

比較例３
実施例１において、第１の好気性生物処理槽を省略し、有機性排水を直接第２の好気性生物処理槽に導入し、第２の好気性生物処理槽の実効容量を１１５Ｌとしたこと以外は同様にして処理を行ったところ、得られた処理水のＢＯＤ濃度は５〜３０ｍｇ／Ｌで、高水質の処理水を得ることができなかった。

本発明の生物処理装置の実施の形態を示す系統図である。

符号の説明

１ 第１の好気性生物処理槽
２ 第２の好気性生物処理槽
３ 沈殿槽
４ 分離膜浸漬槽
４Ａ 分離膜モジュール
４Ｂ 散気装置

Claims (5)

1. 有機性排水を受け入れる、微生物を担持した流動担体を保持する第１の好気性生物処理槽と、
   該第１の好気性生物処理槽の流出水を受け入れる、微生物を担持した流動担体と浮遊活性汚泥とを保持する第２の好気性生物処理槽と、
   該第２の好気性生物処理槽の流出水を受け入れ、該流出水を上澄水と沈殿汚泥とに分離する沈殿槽と、
   該沈殿槽の上澄水を受け入れ、該上澄水に同伴される汚泥を分離すると共に処理水を排出する分離膜浸漬槽であって、槽内に浸漬された分離膜モジュールと該分離膜モジュールの下方に設けられた散気手段とを備える分離膜浸漬槽と、
   前記沈殿槽の沈殿汚泥を前記第２の好気性生物処理槽に返送する第１の汚泥返送手段と、
   前記分離膜浸漬槽の汚泥を前記第２の好気性生物処理槽に返送する第２の汚泥返送手段と、
   を具備することを特徴とする生物処理装置。
2. 請求項１において、前記第１の好気性生物処理槽の槽負荷が０．８〜８．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３・ｄであることを特徴とする生物処理装置。
3. 請求項１又は２において、前記第２の好気性生物処理槽の実効容量が前記第１の好気性生物処理槽の実効容量の１〜１０倍であることを特徴とする生物処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記沈殿槽の水面積負荷が５〜３０ｍ／ｄで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする生物処理装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、前記分離膜浸漬槽内の汚泥濃度が１，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌで、滞留時間が１〜１８時間であることを特徴とする生物処理装置。

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