JP2013248566A

JP2013248566A - 膜分離活性汚泥法、及び活性汚泥の改質方法

Info

Publication number: JP2013248566A
Application number: JP2012124881A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Shibuya; 和亮渋谷; Norio Yamaguchi; 典生山口; Takashi Sakakibara; 隆司榊原; Hironori Kito; 佑典鬼頭
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2013-12-12

Abstract

【課題】処理コストを低減しつつ、効率よく処理可能な新たな膜分離活性汚泥法、及び活性汚泥の改質方法を提供する。
【解決手段】曝気槽内においてＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら、有機排水を活性汚泥処理すること、及び前記活性汚泥処理した有機排水を膜濾過処理することを含む膜分離活性汚泥法、活性汚泥処理された有機排水を膜濾過処理して固液分離するために活性汚泥を改質する方法であって、曝気槽内でＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理することを含む活性汚泥の改質方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜分離活性汚泥法、及び活性汚泥の改質方法に関する。

有機排水等の汚水を浄化する方法として、例えば、活性汚泥処理した後、膜を用いて固液分離する膜分離活性汚泥法（例えば、特許文献１）や、活性汚泥処理した後、自然沈降することによって固液分離する標準活性汚泥法といった活性汚泥法等がある。中でも、膜分離活性汚泥法は、標準活性汚泥法と比較して活性汚泥処理時のＭＬＳＳ濃度を高く維持できることから容積負荷を上げることができる。その結果、活性汚泥処理を行う槽の大きさを小さくすることができ、建設費用等のイニシャルコストを低減することができるというメリットがある。また、膜分離活性汚泥法は、標準活性汚泥法と比較して、活性汚泥処理後の固液分離時に流出される活性汚泥が少ないことから、運用管理面において簡便であるというメリットもある。

一方、膜分離活性汚泥法は、固液分離に濾過膜を用いることから、濾過膜設置のためのイニシャルコストや濾過膜の維持管理が必要となり、標準活性汚泥法と比較して汚水処理に要するランニングコストが高くなる。このため、例えば、膜面積当たりの透過水量を向上させ、設置する膜面積を削減することによって上記のコストを削減すること等が提案されている。透過水量を向上させる方法としては、例えば、活性汚泥処理した後、ＭＬＳＳ濃度を低下させたうえで膜濾過処理を行う方法（例えば、特許文献２）や、濾過膜が配置された活性汚泥処理槽を２つの槽に分割し、一方の槽のＭＬＳＳ濃度を他方のそれより低く設定することによって、膜濾過性能を向上させる方法（例えば、特許文献３）等がある。その他の方法としては、例えば、分離膜の洗浄効率を向上させることによって膜濾過の目詰まりを防止し、それにより透過水量を向上させる方法（例えば、特許文献４）や、凝集剤を用いることによって透過水量を向上させる方法（例えば、特許文献５及び６）等がある。

特開２００８−１８８５４８号公報特開２００５−２４６３１０号公報特開２００６−２３５０９９号公報特開２００４−２３０２２２号公報特開２０１０−１２５３６６号公報特開２００９−２９７６８８号公報

しかしながら、特許文献２の方法のように、ＭＬＳＳ濃度を低下させて膜濾過処理を行った場合、透過水量は向上するものの、十分な処理能力が得られないという問題がある。特許文献３の方法の場合、特別な処理槽が必要となるため、イニシャルコストが高くなるという問題がある。特許文献４の方法では、効率的な膜洗浄が可能となるものの、透過水量を十分に向上できるとはいえない。特許文献５及び６の方法では、凝集剤の添加により余剰汚泥が増加し、汚泥処理コストが増加するという問題がある。このため、有機排水等の汚水の処理に要するコストを低減しつつ、効率よく処理可能な新たな方法が求められている。

本発明は、処理コストを低減しつつ、効率よく処理可能な新たな膜分離活性汚泥法、及び活性汚泥の改質方法を提供する。

本発明は、一つの態様として、曝気槽内において溶存酸素（ＤＯ）を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら、有機排水を活性汚泥処理すること、及び前記活性汚泥処理した有機排水を膜濾過処理することを含む、膜分離活性汚泥法に関する。

本発明は、その他の態様として、活性汚泥処理された有機排水を膜濾過処理して固液分離するために活性汚泥を改質する方法であって、曝気槽内でＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理することを含む、活性汚泥の改質方法に関する。

本発明によれば、処理コストを低減しつつ、効率よく処理可能な新たな方法を提供できる。

図１は、実施形態１に用いる装置の構成の一例を示す概略構成図である。図２は、実施形態１に用いる装置の構成のその他の例を示す概略構成図である。図３は、実施形態１に用いる装置の構成のさらにその他の例を示す概略構成図である。

本発明は、標準活性汚泥法及び膜分離活性汚泥法を用いた汚水の処理において、１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理することにより、膜濾過処理時の透過水量を向上できるという知見に基く。

本発明により、膜濾過処理時の透過水量を向上できるメカニズムの詳細については不明であるが以下のように推定される。ＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理することによって、活性汚泥処理水に含まれる活性汚泥の粘性が低減することから、膜濾過処理時の透過水量が向上されると推定される。ただし、この推測は本発明を限定するものではない。

（膜分離活性汚泥法）
本発明は、一態様において、曝気槽内においてＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら、有機排水を活性汚泥処理すること、及び前記活性汚泥処理した有機排水を膜濾過処理することを含む膜分離活性汚泥法（以下、「本発明の膜分離活性汚泥法」ともいう）。本発明の膜分離活性汚泥法によれば、ＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理するため、膜濾過時の透過水量を向上させることができる。このため、本発明の膜分離活性汚泥法によれば、例えば、濾過膜の設置面積を低減することができ、また、特殊な設備も必要としないため、設備コスト等のイニシャルコストや、膜管理に要するランニングコスト等を低減することができる。また、本発明の膜分離活性汚泥法によれば、例えば、ＭＬＳＳ濃度を低減させずに、十分な透過水量が得られることから、汚水処理効率を向上できる。

本発明の膜分離活性汚泥法において、有機排水の活性汚泥処理は、曝気槽内のＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら行う。活性汚泥処理は、ガス導入設備のコスト及びランニングコスト低減の点から、１０〜３０ｍｇ／Ｌの範囲に維持しながら行うことが好ましく、より好ましくは１０〜２０ｍｇ／Ｌの範囲、さらに好ましくは１０ｍｇ／Ｌを超え１８ｍｇ／Ｌ未満の範囲、さらに好ましくは略１５ｍｇ／Ｌ程度である。

本明細書において「活性汚泥処理」とは、有機物を分解する機能を有する好気性微生物の集団を用いた処理のことをいい、例えば、下水や排水に含まれる有機物を分解する微生物を繁殖させて生じる泥状の沈殿物の存在下で有機排水を曝気することにより行うことができる。本明細書において「有機排水」とは、有機物（ＢＯＤ成分）を含む排水をいい、例えば、家庭から出る下水、し尿等の生活排水、食品系又はデバイス系等の工場などから出る有機系産業排水を含む。なお、溶存酸素濃度は、従来公知の溶存酸素濃度メータ（ＤＯメータ）を使用して測定できる。

本発明の膜分離活性汚泥法において有機排水の活性汚泥処理は、活性汚泥処理時の溶存酸素濃度をより安定させる点、並びに、汚水処理に要するランニングコストの低減、及び処理効率の向上の点から、曝気槽内の溶存酸素濃度を検出し、検出した溶存酸素濃度を用いて曝気槽内のＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上となるように自動的に制御して行うことが好ましい。曝気槽内のＤＯは、曝気槽への酸素の供給量を制御することによって制御することができ、より好ましくは高濃度酸素を供給することによって制御することができる。よって、本発明の膜分離活性汚泥法は、曝気槽に高濃度酸素を供給することを含むことが好ましい。高濃度酸素の供給は、例えば、高濃度酸素含有気体、高濃度酸素含有水、及び/又は高濃度の酸素を含む活性汚泥を曝気槽に供給することにより行うことができ、高濃度の酸素を含む活性汚泥を循環させながら供給することにより行ってもよい。高濃度酸素含有気体とは、空気（酸素濃度：２１体積％以上）よりも酸素含有濃度が高いガスをいい、例えば、酸素を２２体積％〜９９．９体積％含むガス、好ましくは酸素を３０体積％〜９３体積％含むガスである。高濃度酸素含有気体としては、例えば、酸素発生装置からの酸素、酸素ボンベからの酸素、及び窒素発生装置等の廃酸素等が挙げられる。高濃度酸素含有水とは、一般的な水よりも含まれる酸素の濃度が高い水をいい、例えば、ＤＯで１０〜１００ｍｇ／Ｌ含む水、好ましくはＤＯで５０〜１００ｍｇ／Ｌ含む水である。高濃度酸素含有水としては、例えば、高濃度酸素含有気体を曝気させた水、酸素を含む気体を加圧して溶解させた水、水と酸素を含む気体を攪拌混合して生成した水等が挙げられる。また、曝気槽内のＤＯを均一にするため、酸素の供給は、例えば、攪拌しながら行ってもよい。

酸素の供給は、例えば、槽に配置された散気管から高濃度酸素気体等の酸素を含むガスを供給したり、通常よりも高濃度の酸素を含む水を曝気槽に供給したり、高濃度の酸素を含む活性汚泥水を曝気槽に供給すること等によって制御することができる。また、酸素の供給は、例えば、微細気泡を供給することによって行ってもよい、微細気泡は、例えば、水に酸素を含む気体を加圧して溶解させる、または、水と酸素を含む気体を攪拌混合して生成させる等によって供給することができる。微細気泡を供給する場合、ガスは空気であってもよいし、上述する高濃度酸素含有気体であってもよい。また、予め、上記の微細気泡を水及び又は活性汚泥水を導入し、それを高濃度酸素含有水及び又は活性汚泥水として供給してもよい。

本発明の膜分離活性汚泥法は、上記のようにＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら活性汚泥処理を行うため、活性汚泥処理した有機排水を効率よく膜濾過処理することができる。膜濾過処理に用いられる濾過膜は、特に制限されるものではなく、例えば、ＭＦ（精度濾過）膜、ＵＦ（限外濾過）膜、ＮＦ（ナノ濾過）膜、等が挙げられる。濾過膜の形態は、特に制限されるものではなく、例えば、平膜、管状膜、及び中空糸等が挙げられる。濾過膜は、例えば、有機膜であってもよいし、無機膜であってもよい。有機膜の材質は、特に制限されるものではなく、例えば、ＰＶＤＦ、ＰＥ、ＰＰ、ＰＴＦＥ、ＣＡ、ＰＡＮ、ＰＩ、ＰＳ、及びＰＥＳ等が挙げられる。無機膜の材質は、特に制限されるものではなく、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、ＳＵＳ、及びガラス等が挙げられる。濾過膜は、曝気槽内に浸漬されて配置されていてもよいし、曝気槽外に配置されていてもよい。曝気槽外に配置される場合、濾過膜は、曝気槽とは異なる処理槽に浸漬されて配置される吸引型膜分離膜であってもよいし、加圧型（外圧式）分離膜であってもよい。

膜濾過処理は、特に制限されるものではないが、例えば、吸引式膜濾過処理、又は加圧型膜濾過処理が挙げられる。膜濾過処理は、例えば、活性汚泥処理した有機排水を固液分離槽に移送し、固液分離槽において行ってもよいし、活性汚泥処理が行われる曝気槽に行ってもよいし、曝気槽外に配置された濾過膜にて行ってもよい。

（有機排水処理方法）
本発明は、その他の態様として、曝気槽内でＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程、及び前記活性汚泥処理工程で処理された有機排水を膜濾過処理して汚泥を回収する分離工程を含む、有機排水処理方法（以下、「本発明の処理方法」ともいう）に関する。本発明の処理方法によれば、曝気槽内でＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理することによって、膜濾過処理時に十分な透過水量が得られることから、例えば、処理コストを低減しつつ、効率よく有機排水を処理することができる。本発明の処理方法における活性汚泥処理工程及び分離工程は、本発明の膜分離活性汚泥法の活性汚泥処理及び膜濾過処理とそれぞれ同様に行うことができる。

（活性汚泥の改質方法）
本発明は、さらにその他の態様として、活性汚泥処理された有機排水を膜濾過処理して固液分離するために活性汚泥を改質する方法であって、曝気槽内でＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理することを含む、活性汚泥の改質方法（以下、「本発明の改質方法」ともいう）に関する。本発明の改質方法によれば、効率的な膜濾過処理が可能な程度に十分な透過水量を示すように改質された活性汚泥を得ることができる。本発明の改質方法における活性汚泥処理は、本発明の膜分離活性汚泥法における活性汚泥処理と同様である。

（膜分離活性汚泥処理システム）
本発明は、さらにその他の態様として、有機排水の活性汚泥処理を行う曝気槽と、活性汚泥処理された有機排水を膜濾過処理する濾過膜と、曝気槽内の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素計と、溶存酸素計によって測定された溶存酸素濃度に基き、曝気槽のＤＯが１０ｍｇ／Ｌ以上に維持されるように曝気槽のＤＯを制御する制御部を含む膜分離活性汚泥処理システム（以下、「本発明の処理システム」ともいう）に関する。本発明の処理システムは、曝気槽のＤＯが１０ｍｇ／Ｌ以上に維持されるように曝気槽のＤＯを制御する制御部を含むことから、本発明の膜分離活性汚泥法、有機排水処理方法、及び活性汚泥の改質方法を効率よく行うことができる。

制御部は、溶存酸素計によって測定された溶存酸素濃度に基き、曝気槽のＤＯが１０ｍｇ／Ｌ以上に維持されるように制御することが好ましい。前記制御部は、例えば、曝気槽に供給される酸素の量を制御することが好ましい。制御部における制御は、例えば、曝気槽のＤＯが予め設定された基準値を下回った場合に酸素が供給され、また、ＤＯが予め設定された基準値を上回った場合に酸素の供給が停止されるにように、曝気槽に配置された散気管及び又は散気管に接続した酸素供給手段を制御することにより行うことができる。

本発明の処理システムにおいて、濾過膜は曝気槽内に浸漬して配置されていてもよいし、曝気槽の外部に外圧型濾過膜として配置されていてもよい。また、本発明の処理システムは、曝気槽とは異なる膜分離を行うための処理槽を備え、その処理槽に濾過膜が浸漬配置されていてもよい。

曝気槽には、溶存酸素濃度を均一にするため、例えば、プロペラ型、タービン型、パドル型、スクリュー型などの撹拌機や、エアリフト用の内筒が備えられていてもよい。また、濾過膜が曝気槽とは異なる処理槽に配置されている場合、濾過効率の向上の点から、処理槽には、上記の攪拌機等が配置されていてもよい。

以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されないことはいうまでもない。

（実施形態１）
図１は、実施形態１の膜分離活性汚泥法に用いる装置の概略構成図である。実施形態１の装置は、原水槽１と、曝気槽２と、処理水槽３とを備える。原水槽１と曝気槽２、曝気槽２と処理水槽３とはそれぞれパイプによって接続している。曝気槽２は、槽内に、濾過膜５と、酸素供給用の散気管４と、攪拌用のエアーを供給するための散気管（図示せず）と、溶存酸素計（図示せず）と、水位計（図示せず)とを備える。濾過膜５にて固液分離された液分がパイプを通じて処理槽３に送液可能なように濾過膜５と処理槽３とは接続している。酸素供給用の散気管４の一端には、例えば、99％酸素内包のガスボンベ等の酸素供給手段（図示せず）が接続される。

以下に、実施形態１の装置を用いた膜分離活性汚泥法の一例について説明する。

まず、原水槽１から曝気槽２に有機系産業排水（被処理水）を定量送液する。送液された被処理水は、曝気槽２内において酸素供給用散気管４から酸素が供給されて曝気されるとともに、攪拌用のエアーを供給するための散気管によって攪拌されながら、ＤＯが１０ｍｇ／Ｌ以上に維持された状態で活性汚泥処理がなされる。曝気槽２の溶存酸素濃度の制御は、散気管４から供給される酸素の量等によって制御され、例えば、曝気槽２に設置された溶存酸素計にて曝気槽２のＤＯを測定し、ＤＯが予め設定された基準値を下回った場合に酸素が供給され、また、ＤＯが予め設定された基準値を上回った場合に酸素の供給が停止されるにように曝気槽２に内に供給される酸素を制御することによって行うことができる。制御方法についての特に限定されない一例を挙げると、曝気槽２のＤＯが13mg/Lを下回ったら、酸素供給の電磁弁が開き、17mg/Lを上回ったら、酸素供給の電磁弁が閉じるよう制御する方法がある。攪拌用のエアーは、曝気する酸素の使用量を抑制し、ランニングコストを低減する点から、間欠運転としてもよい。

曝気槽２内に予め設定された量の被処理水が送液されると、濾過膜吸引用の送液手段を運転させ、曝気槽２内の量が予め設定された量を下回ると送液手段を停止させるように制御する。吸引され濾過膜４にて固液分離された液分は、処理水槽３に送液される。

実施形態１では、濾過膜４が曝気槽２に浸漬して配置された形態を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、濾過膜４が曝気槽２とは異なる処理槽（処理水槽３）内に浸漬して配置された形態であってもよいし、図３に示すように、濾過膜４が曝気槽２外に配置された形態であってもよい。

以下、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明はこれに限定して解釈されない。

（実施例１）
濾過膜が配置された曝気槽内（容積：１０Ｌ）において、ＤＯを１０〜２０ｍｇ／Ｌに維持しながら有機排水の活性汚泥処理を行った。処理は、高濃度酸素含有気体（酸素濃度：９９％以上）を供給しながら、曝気槽内の温度を２０〜２５℃に設定して行った。曝気槽への有機排水の投入量は３Ｌ／日とし、濾過膜を通じた処理水の引抜量は３Ｌ／日とした。曝気槽内のＤＯは、曝気槽に配置した溶存酸素計（商品名：DO−31P、東亜ディーケーケー製）を用いて測定した。

（比較例１）
曝気槽のＤＯを２ｍｇ／Ｌ程度とした以外は、実施例１と同様の条件で活性汚泥処理を行った。

［濾過水量の測定］
実施例１及び比較例１にて活性汚泥処理を行った曝気槽から活性汚泥を採取し、採取した活性汚泥を用いて濾過水量を測定した。膜濾過処理は、MLSS濃度が5000mg/Lとした実施例１又は比較例１の活性汚泥50mlを、ひだ折にしたろ紙（JISP3801に規定される5種C）をセットした漏斗に一気に流し込み、濾液が落ち始めた時間から５分間で濾過された水の量を測定した。その結果、５分間で濾過された水の量は、実施例１の活性汚泥は35.5mlであったのに対し、比較例１の活性汚泥は21.5mlであった。つまり、DOを10mg/L以上に維持しながら活性汚泥処理を行うことにより、活性汚泥が改質され、濾過される水の量が向上された。

［活性汚泥粘性試験］
濾過水量の測定に用いた活性汚泥を使用して、活性汚泥粘性試験も行った。測定は、粘度測定機（東機産業製、商品名：TVB-10M）を用い、回転数：20rpm、ローター：M1を用いて行った。その結果、実施例１の活性汚泥の粘性は14.2mPasであったのに対し、比較例１の活性汚泥は18.0mPasであった。DOを10mg/L以上に維持しながら活性汚泥処理を行った実施例１の活性汚泥は、DOを2mg/L未満に維持しながら処理した比較例１の活性汚泥と比較して粘性が低いことが確認できた。

以上の結果より、DOを10mg/L以上に維持しながら活性汚泥処理を行うことにより、活性汚泥の粘性が低減され、その結果、濾過水量が向上されることが示唆された。

Claims

曝気槽内において溶存酸素（ＤＯ）を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら、有機排水を活性汚泥処理すること、及び
前記活性汚泥処理した有機排水を膜濾過処理することを含む、膜分離活性汚泥法。
前記曝気槽内のＤＯを検出し、検出した溶存酸素濃度を用いて曝気槽内のＤＯが１０ｍｇ／Ｌ以上となるように自動的に制御することを含む、請求項1記載の活性汚泥法。
前記膜濾過処理が、浸漬型膜濾過処理、又は外圧型膜濾過処理である、請求項１又は２に記載の活性汚泥法。
活性汚泥処理した有機排水を固液分離槽に移送し、前記固液分離槽において前記膜濾過処理を行う、請求項1から３のいずれかに記載の活性汚泥法。
活性汚泥処理を行う前記曝気槽において前記膜濾過処理を行う、請求項１から３のいずれかに記載の活性汚泥法。
前記曝気槽に、高濃度酸素を供給することを含む、請求項１から５のいずれかに記載の活性汚泥法。
前記高濃度酸素の供給は、前記曝気槽に高濃度酸素含有気体若しくは高濃度酸素含有水を供給すること、又は、高濃度の酸素を含む活性汚泥を循環供給することにより行う、請求項６記載の活性汚泥法。
前記培養槽に、酸素を含む微細気泡又は加圧気体を供給することを含む、請求項１から７のいずれかに記載の活性汚泥法。
活性汚泥処理された有機排水を膜濾過処理して固液分離するために活性汚泥を改質する方法であって、
曝気槽内でＤＯを１０ｍｇ／Ｌ以上に維持しながら有機排水を活性汚泥処理することを含む、活性汚泥の改質方法。