固液分離一体型の生物処理方法及び生物処理装置

【目的】 有機性汚水の生物処理とその処理液の固液分離を同じ場所で同時に行えるようにして、設備の設置面積を少なくし、処理に要する時間を短縮して、プロセスの一層の効率化を達成する。
【構成】 活性汚泥の存在下に有機性汚水を処理する処理槽2内に、孔径が10〜450μm、ろ過体の厚さが5〜40mm、空孔率が30%以上の範囲にある多孔性ろ過体9を配置し、該多孔性ろ過体9を通して処理水を取り出すことにより、生物処理とろ過を同一処理槽2内で行う。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、汚濁の進行した河川水、湖沼水、し尿、下水あるいは産業廃水等の有機性汚水を生物学的に浄化する生物処理方法並びに生物処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】活性汚泥処理法による汚濁の進行した廃水処理の一般的プロセスは、先ず被処理液を一旦原廃水貯槽に集め、ここで水量、pHを調節し、沈澱し易い浮遊物を除去し、次いで曝気槽に導入し、そこで散気空気によって被処理液中の有機物の酸化分解を行い、更に続いて曝気槽の廃水を沈澱槽に導き、そこでフロック状の活性汚泥を沈澱させて固液分離する廃水処理のプロセスである。
【0003】最近、この活性汚泥処理プロセスにおいて、設備の設置面積を少なくし、処理に要する時間を短縮する事を目的とするプロセスの効率化のために、固液分離を限外ろ過膜等を用いるろ過によって行う方法が採用されるようになってきた。しかし、この固液分離をろ過によって行う事を長時間続けると、膜表面にSSやスライム等の汚染物質が付着して膜透過流束が低下する。この膜透過流束の低下を抑え、出来るだけ長時間安定したろ過を続けられるように、例えば、ろ過プロセスにおける膜表面に接する被処理液の循環液量を多くし膜表面への汚染物質の付着を少なくするクロスフロー型にする方法や、処理槽内にろ過体を直接浸漬して散気装置からの散気空気によって生起される被処理液の乱流によりろ過体内の多孔性分離膜または濾布の外表面に剪断流を与える事で膜表面への汚染物質の付着を少なくする方法等が試みられている。既に中水道やし尿処理において生物処理の後段に多孔性分離膜から成るろ過体を配置する等実用化が進みつつある。また、後者の曝気槽内にろ過体を直接浸漬し、生物処理と固液分離とを組合せる方法はプロセスの効率化に大きい効果が期待されている。
【0004】しかしながら、前者のクロスフロー型では循環液を供給するために多大の動力を必要とする問題があり、また曝気槽内にろ過体を直接浸漬して散気装置からの散気空気によって生起される被処理液の乱流により、分離膜または濾布の外表面に剪断流を与え膜表面への汚染物質の付着を少なくする方法によっては、膜の透過流束の低下を遅らせるに過ぎず、最後にはNaClO等の洗浄剤を用いて洗浄する必要があった。
【0005】また、最近ではろ過にセラミック膜を用い、間欠的に空気で洗浄する方式も出現している。しかし、このセラミック膜は孔径がサブミクロンオーダーであるため、透過流束が0.2m3 /m2 ・day 程度と低く、かつ空気洗浄時に使用する圧力が高く、洗浄用にコンプレッサー等の圧縮空気を用いる必要があり、経済的なプロセスとは言えない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、処理槽内に多孔性ろ過体を直接浸漬し、該多孔性ろ過体を通して処理液を取り出して、固液分離を生物処理と同じ場所に同時に行いながら、多孔性ろ過体の洗浄剤による洗浄を行うことなく、かつ透過流束が十分高い生物処理方法及び生物処理装置を提供する事にある。
【0007】本発明の目的は、有機性汚水の処理プロセスにおいて、設備の設置面積を少なくし、処理に要する時間を短縮して、プロセスの効率化を達成する事にある。更に本発明の目的は、前記処理プロセスの処理槽内に多孔性ろ過体を直接浸漬し、生物処理と固液分離を一体として行う処理によって、プロセスの一層の効率化を達成する事にある。
【0008】更に本発明の目的は、前記処理プロセスの処理槽内に多孔性ろ過体を直接浸漬し、生物処理と固液分離を一体として行う処理において、固液分離がより強いクロスフローろ過になりろ過のエネルギー負荷が増大する事を防止する事にある。
【0009】更に本発明の目的は、活性汚泥処理プロセスの処理槽内に多孔性ろ過体を直接浸漬し、生物処理と固液分離を一体として行う処理において、多孔性ろ過体の洗浄剤による洗浄の必要を無くする事にある。
【0010】更に本発明の目的は、前記処理において多孔性ろ過体における透過流束が低下しないようにし、かつガス洗浄に要するエネルギーを最小に抑える事にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は、下記の手段によって解決することができた。
(1) 有機性汚水を生物学的に処理する方法において、少なくとも活性汚泥が存在している処理槽内に多孔性ろ過体を配置して該多孔性ろ過体を通して処理水を取り出すことにより、生物処理とろ過を同一処理槽内で行ない、かつ該多孔性ろ過体として、孔径 10〜450μmろ過体の厚さ 5〜40mm空孔率 30%以上の範囲にあるものを用いることを特徴とする固液分離一体型の生物処理方法。
【0012】(2) 前記多孔性ろ過体における透過流束が4〜30m3 /m2 ・day の範囲とし、かつ間欠的なガス洗浄を、ガス洗浄時の該多孔性ろ過体での圧力損失が常に0.2Kgf/cm2 以下で、洗浄速度がろ過面積あたり0.6〜1.2Nm3/m2 ・min であるようにして行うことを特徴とする前記(1) 記載の固液分離一体型の生物処理方法。
【0013】(3) 有機性汚水を生物学的に処理する装置において、少なくとも活性汚泥が存在している処理槽内に多孔性ろ過体を有するろ過器を設け、該処理槽内で生物処理を行うとともに該ろ過器から処理水を取り出し、かつ該多孔性ろ過体として孔径 10〜450μmろ過体の厚さ 5〜40mm空孔率 30%以上の範囲にあるものを用いることを特徴とする固液分離一体型の生物処理装置。
【0014】本発明で処理の対象とする有機性汚水は、汚濁の進行した河川水、湖沼水、し尿、下水あるいは有機性成分を含む産業廃水等である。本発明で行う生物学的処理は、活性汚泥の存在下において行うものであるから、処理槽内では活性汚泥の作用が十分行われるような条件下に保持され、空気などの酸素含有ガスが吹き込まれるなどのばっ気条件で行う。これらの条件は生物学的処理においてよく知られており、その条件は既知の手段を適用することにより達成できる。
【0015】本発明で用いる多孔性ろ過体は、前記の範囲にあるという条件を有することが必要である。一般に多孔性ろ過体として種々のものが既に知られているが、その中から前記の条件を満足しうるものとしては、合成樹脂粒を焼結した多孔質合成樹脂ろ過体や限外ろ過膜あるいは精密ろ過膜の積層体などが好ましく用いられる。これらを用いたからといって、直ちに上記の条件が得られるわけではなく、製造条件を設定することによって目的の範囲のものが得られるようにしなければならない。 多孔性ろ過体は、その形状が板状でもよく円筒形でもよく、種々の形状を取ることができ、それ自体でろ過器を形成してもよいが、それをろ過要素としてろ過器に取り付けて使用してもよい。
【0016】多孔性ろ過体が備えるべき条件については次の〔作用〕の項で説明する。
【0017】
【作用】本発明において生ずる作用などを図1に示す本発明の一実施態様にしたがって説明する。
【0018】原水(有機性汚水)は原水供給管1から処理槽2に導入される。処理槽2には空気ブロア4を有する空気供給管3に接続する散気装置5と、ポンプ7を有する処理水排出管6に連らなる管8に接続する多孔性ろ過体9(このもの自体がろ過器を形成している)とが配備されている。また、前記管8には弁13を介して空気ブロア12を有する洗浄用空気供給管11が接続されている。
【0019】また、処理槽2内の液には活性汚泥10が存在し、散気装置5から分散される空気泡によって活性汚泥処理がなされるようになっている。そのさい、処理槽2内にはハニコムチューブやひも状ろ材などの活性汚泥付着材(接触材)が配備されていても良い。
【0020】この処理槽2において原水は活性汚泥10によって生物学的な浄化が行なわれ、ポンプ7による吸引により多孔性ろ過体9において活性汚泥10と分離されて集水し、処理水取出管6から処理水が得られる。14は余剰汚泥排出管である。
【0021】多孔性ろ過体9での集水を長時間続けると、多孔性ろ過体9で目詰りが生じるためろ過抵抗が増大して来る。そのろ過抵抗がある限度を越えたときには、吸引ポンプ7を停止し、弁13を開とし、空気ブロア12を駆動して洗浄用空気供給管11から管8を経て洗浄用空気を多孔性ろ過体9内に送り込み、多孔性ろ過体の多孔部を通して吹き出させることにより、多孔性ろ過体の空気洗浄を行なう。一般的には、数十分のろ過時間に対し数分の空気洗浄で多孔性ろ過体のろ過機能は元の状態に回復する。
【0022】なお、集水しないときには、空気洗浄以外で多孔性ろ過体に空気を送り、散気して好気性処理を行うようにしてもよい。本発明において、最も重要な点は多孔性ろ過体の性状と集水(ろ過)・洗浄条件である。まず、多孔性ろ過体の孔径は、10〜450μm 、好ましくは50〜300μm の範囲でなければならない。10μm 以下では吸引時の圧力損失が過大になること、及び目詰り後の回復が困難であり、場合によっては1Kgf/cm2 程度の圧縮空気が必要になること、さらに薬液などの洗浄剤を用いなければならないなど不適切である。特に、1μm 以下の場合などでは、孔にガスが残り、通水しにくくなるため脱気などの親水処理が必要になることもある。一方、450μm 以上では処理水中に活性汚泥が流出するので、ろ過機能上、好ましくない。
【0023】次に、ろ過体の厚さは孔径との関係のうえで極めて重要である。ろ過機能(Ef )に対して、ろ過体の厚さ(D)は孔径(Sp)と比例の関係にある。
f =a・(D/Sp)
但し、a:定数したがって、同一のろ過機能を得るためには孔径小のときにはDも小にする必要がある。先に述べた孔径10〜450μm の範囲において、様々な実験をくり返したところ、活性汚泥をろ過するための条件は、5mm≦D≦40mmで、好ましくは5mm〜20mmである。つまり、厚さ5mm以下ではろ過機能が低下し、活性汚泥が処理水中に混入する。厚さ40mm以上ではろ過機能が高くなり過ぎ、吸引圧力が増加し、好ましくない。
【0024】また、多孔性ろ過体の空孔率も重要である。空孔率30%以下では目詰りが著しく、効果的な集水ができない。空孔率の上限は特に定めないが、ろ過体の維持が可能でなければならない。一般的には50%程度が限界であり、それ以上高くすると、わずかな衝撃によって破損する可能性があり、好ましくない。しかし、今後の製造技術の進歩により、上述の問題がなくなれば、空孔率は高ければ高い程、良い。
【0025】以上に述べた多孔質ろ過体を用いて透過流束として4〜30m3 /m2 ・dayの範囲で集水するのが効果的である。透過流束と吸引圧力の関係を図2に示す。透過流束4m3 /m2 ・day 以下では吸引圧力は一定であり(区間I−一定区間)、4〜30m3 /m2 ・day では漸増し(区間II−漸増区間)、30m3 /m2 ・day 以上になると急増する(区間III −急増区間)に分類できる。つまり、区間Iではほとんど負荷のかからない状態であること、区間III では過負荷状態であることが読みとれる。集水効率の点から考えると、透過流束4〜30m3 /m2 ・day が適切である。
【0026】さらに、間欠的に行なうガス洗浄の洗浄速度はろ過面積あたり0.6〜1.2Nm3 /m2 ・min でなければならない。実験結果によれば、0.6Nm3 /m2 ・min 以下では多孔性ろ過体内に捕捉した活性汚泥を排出することが難しい。1.2Nm3 /m2 ・min 以上では洗浄効果において差が全くでなかった。
【0027】また、ガス洗浄時のろ過体での圧力損失は常に0.2Kgf/cm2 以下になる様、洗浄のタイミングを設定することが望ましい。この圧力損失以上に一度なると、ガス洗浄のみでは十分な洗浄が行なわれないことがしばしば経験した。この原因については、現在ではまだわかっていない。経験的に言えば、ある限界以上の目詰りが生じると、その回復が困難になるため、ろ過体を汚しすぎないような運転管理が重要となる。その指標として、ガス洗浄時の圧力損失は極めて有効であることがわかった。集水時の吸引圧力は、活性汚泥の濃度や質に影響されるため、適切な指標にはならなかった。
【0028】また、本発明の実施に当って多孔性ろ過体を複数設けて、別々の系列とし、一つの系列で集水しているさいに、他の系列に空気を送り込んでそこから空気泡を放出させて散気装置として作用させてもよい。そのさい、散気装置として作用する多孔性ろ過体ではそれによりガス洗浄の作用を併せて行うようにしてもよい。
【0029】本発明において、多孔性ろ過体は薬液洗浄以外の手段でその目詰りを解消することができる手段を取れば、その実施上ガス洗浄を必ず行わなければならないことはない。
【0030】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
実施例1有機性汚水として、ペプトンを基質とする人工下水(BOD 200mg/リットル)を調製し、次に示す生物処理装置で処理した。
装置仕様

多孔性ろ過体 孔径 50〜150 μmポリメチルメタクリレート製ろ過体の厚さ 6mm空孔率 40%寸法 径 30 ×長さ 200mm処理条件人工下水水量 370リットル/dayMLSS 10,000mg/リットル透過流束 20 m3 /m2 ・dayガス洗浄 頻度 30分ごとに4分間速度 1.0Nm3 /m2 ・day処理水質BOD<5 mg/リットルSS <3 mg/リットル収得処理水量 369リットル/day圧力損失 吸引圧力 10 〜15cm・Hgガス洗浄時でろ過体の圧損0.1Kgf/cm2 以下
【0031】
【発明の効果】本発明は、処理槽内で生物処理を行うと同時に固液分離を同時に行うに当って、多孔性ろ過体として下記のものを用いることにより、孔径 10〜450μmろ過体の厚さ 5〜40mm空孔率 30%以上■ 透過流束が従来の方式に比べ20倍から150倍の大きい値とすることができる。
【0032】■ ガス洗浄において、速度0.6〜1.2Nm3 /m2 ・min で圧力損失が常に0.2Kgf/cm2 以下とすることができる。このため、本発明は、多孔性ろ過体を洗浄剤により洗浄を行うことを必要とせずに、十分大きい透過流束で固液分離一体型の生物処理を行うことができる。
【0033】このように透過流束が十分大きいので、処理能力が大きく、処理槽等の設備の設置面積が少なくてすみ、処理時間も短くてよいのでプロセスが高効率化される。
【0034】また、固液分離装置を処理槽と別に設けなくてよいし、洗浄剤による洗浄を行なわなくてよいから、操作が簡素化され、その廃液の処理の問題も生じない。さらに、ガス洗浄における圧力損失が少ないのでガス洗浄に要するエネルギーを最小に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様を示す模式図を示す。
【図2】多孔性ろ過体における透過流束と吸引圧力との関係を表わしたグラフを示す。
【符号の説明】
1 原水供給管
2 処理槽
3 空気供給管
5 散気装置
6 処理水取出管
8 管
9 多孔性ろ過体
10 活性汚泥
11 洗浄用空気供給管
14 余剰汚泥排出管

【特許請求の範囲】
【請求項1】 有機性汚水を生物学的に処理する方法において、少なくとも活性汚泥が存在している処理槽内に多孔性ろ過体を配置して該多孔性ろ過体を通して処理水を取り出すことにより、生物処理とろ過を同一処理槽内で行ない、かつ該多孔性ろ過体として、孔径 10〜450μmろ過体の厚さ 5〜40mm空孔率 30%以上の範囲にあるものを用いることを特徴とする固液分離一体型の生物処理方法。
【請求項2】 前記多孔性ろ過体における透過流束が4〜30m3 /m2 ・day の範囲とし、かつ間欠的なガス洗浄を、ガス洗浄時の該多孔性ろ過体での圧力損失が常に0.2Kgf/cm2 以下で、洗浄速度がろ過面積あたり0.6〜1.2Nm3 /m2 ・min であるようにして行うことを特徴とする請求項1記載の固液分離一体型の生物処理方法。
【請求項3】 有機性汚水を生物学的に処理する装置において、少なくとも活性汚泥が存在している処理槽内に多孔性ろ過体を有するろ過器を設け、該処理槽内で生物処理を行うとともに該ろ過器から処理水を取り出し、かつ該多孔性ろ過体として孔径 10〜450μmろ過体の厚さ 5〜40mm空孔率 30%以上の範囲にあるものを用いることを特徴とする固液分離一体型の生物処理装置。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開平5−7886
【公開日】平成5年(1993)1月19日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平3−242435
【出願日】平成3年(1991)8月29日
【出願人】(000000402)荏原インフイルコ株式会社 (1)