(57)【要約】【課題】重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水を膜式活性汚泥処理するにあたり、前処理工程で残留するポリマーによる膜閉塞を防止して安定な処理を行う。【解決手段】重金属類及び／又は硬度成分を不溶化し、得られた不溶化物含有水にポリマーを添加して凝集処理し、凝集処理水を沈降分離又は浮上分離により固液分離し、分離水に無機凝集剤を添加して残留ポリマーを凝集処理し、凝集処理水を膜式活性汚泥処理する重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法。膜式活性汚泥処理に先立つ無機凝集剤による凝集処理により、膜式活性汚泥処理の分離膜への残留ポリマーの影響を低減し、残留ポリマーによる膜閉塞を防止して安定かつ効率的な処理を行える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法であって、
該重金属類及び／又は硬度成分を不溶化する不溶化工程と、
該不溶化工程で得られた不溶化物含有水に高分子凝集剤を添加して凝集処理する第１凝集工程と、
該第１凝集工程の凝集処理水を沈降分離又は浮上分離により固液分離する固液分離工程と、
該固液分離工程の分離水に無機凝集剤を添加して残留高分子凝集剤を凝集処理して凝集汚泥を得る第２凝集工程と、
該第２凝集工程の凝集処理水を生物処理し、生物処理汚泥及び凝集汚泥を膜分離して処理水を得る膜式活性汚泥処理工程と
を有する重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法。
【請求項２】
請求項１において、前記第２凝集工程の凝集処理水を、固液分離することなく前記膜式活性汚泥処理工程で処理することを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記無機凝集剤が鉄系無機凝集剤であることを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法。
【請求項４】
重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置であって、
該重金属類及び／又は硬度成分を不溶化する不溶化手段と、
該不溶化手段で得られた不溶化物含有水に高分子凝集剤を添加して凝集処理する第１凝集手段と、
該第１凝集手段の凝集処理水を沈降分離又は浮上分離により固液分離する固液分離手段と、
該固液分離手段の分離水に無機凝集剤を添加して残留高分子凝集剤を凝集処理して凝集汚泥を得る第２凝集手段と、
該第２凝集手段の凝集処理水を生物処理し、生物処理汚泥及び凝集汚泥を膜分離して処理水を得る膜式活性汚泥処理手段と
を有することを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第２凝集手段の凝集処理水は、固液分離されることなく前記膜式活性汚泥処理手段に導入されることを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記無機凝集剤が鉄系無機凝集剤であることを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法及び生物処理装置に関し、詳しくは、重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水を膜式活性汚泥処理するに当たり、膜閉塞を制御して安定な生物処理を行う方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を生物反応槽において活性汚泥処理し、生物反応槽内又は別途設けた膜浸漬槽内に浸漬設置した分離膜で活性汚泥混合液を固液分離する膜式活性汚泥処理（ＭＢＲ）法は、安定した水質の処理水を得ることができ、また、活性汚泥濃度を高めて高負荷処理を行えることから、広く普及しつつある。
【０００３】
有機性排水を膜式活性汚泥処理する場合、生物活性に悪影響を与える重金属類や、膜でのスケール析出が懸念されるカルシウム等の硬度成分は、膜式活性汚泥処理工程の前段で除去する必要がある。通常、重金属類の除去には、鉄系無機凝集剤等の凝集剤による凝集処理（例えば特許文献１）が、カルシウムの除去には炭酸ナトリウムにより水中のカルシウムを炭酸カルシウムとして析出させて除去する（例えば引用文献２）ことが行われている。これらの処理では、いずれも、処理対象物質の分離に沈殿池が使用されるため、沈降速度を高めるために、高分子凝集剤（以下「ポリマー」と称す場合がある。）による凝集処理が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３８９７７号公報
【特許文献２】特開２００６−３３４５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、膜式活性汚泥処理に先立ち、重金属類や硬度成分を除去する際、原水中の重金属類や硬度成分濃度が変動する場合にポリマーを定量添加していると、これらの処理対象物質濃度が低下したときに、ポリマーが過剰添加となり、膜式活性汚泥処理工程に流入した残留ポリマーが膜閉塞の原因となる。
【０００６】
この問題を解決するためには、ポリマーが過剰添加にならないように、原水の水質変動に対応して薬注制御し、常に最適量のポリマーを添加することが考えられるが、原水の水質変動に応じて厳密な薬注制御を行って、ポリマーを常時最適量で添加することは容易ではない。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水を膜式活性汚泥処理するにあたり、前処理工程で残留するポリマーによる膜閉塞を防止して安定な処理を行える生物処理方法と生物処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、前処理工程からの残留ポリマーを、膜式活性汚泥処理に先立ち、無機凝集剤で凝集処理することにより、残留ポリマーによる膜閉塞を防止して、安定処理を行うことができることを見出した。
【０００９】
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１０】
［１］  重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法であって、該重金属類及び／又は硬度成分を不溶化する不溶化工程と、該不溶化工程で得られた不溶化物含有水に高分子凝集剤を添加して凝集処理する第１凝集工程と、該第１凝集工程の凝集処理水を沈降分離又は浮上分離により固液分離する固液分離工程と、該固液分離工程の分離水に無機凝集剤を添加して残留高分子凝集剤を凝集処理して凝集汚泥を得る第２凝集工程と、該第２凝集工程の凝集処理水を生物処理し、生物処理汚泥及び凝集汚泥を膜分離して処理水を得る膜式活性汚泥処理工程とを有する重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法。
【００１１】
［２］  ［１］において、前記第２凝集工程の凝集処理水を、固液分離することなく前記膜式活性汚泥処理工程で処理することを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法。
【００１２】
［３］  ［１］又は［２］において、前記無機凝集剤が鉄系無機凝集剤であることを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理方法。
【００１３】
［４］  重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置であって、該重金属類及び／又は硬度成分を不溶化する不溶化手段と、該不溶化手段で得られた不溶化物含有水に高分子凝集剤を添加して凝集処理する第１凝集手段と、該第１凝集手段の凝集処理水を沈降分離又は浮上分離により固液分離する固液分離手段と、該固液分離手段の分離水に無機凝集剤を添加して残留高分子凝集剤を凝集処理して凝集汚泥を得る第２凝集手段と、該第２凝集手段の凝集処理水を生物処理し、生物処理汚泥及び凝集汚泥を膜分離して処理水を得る膜式活性汚泥処理手段とを有することを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置。
【００１４】
［５］  ［４］において、前記第２凝集手段の凝集処理水は、固液分離されることなく前記膜式活性汚泥処理手段に導入されることを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置。
【００１５】
［６］  ［４］又は［５］において、前記無機凝集剤が鉄系無機凝集剤であることを特徴とする重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水から重金属類や硬度成分を不溶化して凝集、固液分離除去する際に添加したポリマーが過剰添加となって残留した場合であっても、膜式活性汚泥処理に先立つ無機凝集剤による凝集処理により、膜式活性汚泥処理の分離膜への残留ポリマーの影響を低減し、残留ポリマーによる膜閉塞を防止して安定かつ効率的な処理を行える。
本発明によれば、原水の水質変動に対応してポリマーを厳密に薬注制御することなく残留ポリマーによる膜閉塞を防止することができ、工業的に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置の実施の形態の一例を示す系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
＜重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水＞
本発明で処理対象とする、重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水（以下、「原水」と称す場合がある。）は、重金属及び／又は硬度成分と、生物処理可能な有機物を含むものであればよく、特に制限はないが、ゴミ浸出水、電子デバイスエッチング排水等が挙げられる。これらは通常、ＢＯＤを１００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度とカルシウム等の硬度成分を各々２００〜３０００ｍｇ／Ｌ、及び／又は銅、鉄、ニッケル、タングステン、アルミニウム等の重金属類を各々１〜５０ｍｇ／Ｌ程度含む。
【００２０】
＜不溶化処理＞
本発明においては、まず、原水中の重金属類及び／又は硬度成分を不溶化処理する。
原水中の重金属類や硬度成分の不溶化処理は、常法に従って行うことができる。
即ち、重金属類であれば、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などの鉄系凝集剤や硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤の１種又は２種以上を添加してｐＨ５．０〜１２．０で凝集処理する方法が挙げられる。また、カルシウム等の硬度成分の不溶化処理法としては、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどの炭酸塩を添加するか、炭酸ガスを吹き込むことにより、炭酸カルシウム等の金属炭酸塩を析出させ、好ましくは更に、析出した炭酸塩を上記と同様に無機凝集剤の添加で凝集処理する方法が挙げられる。
なお、原水中に硬度成分と共に重金属類を含有する場合、この金属炭酸塩の無機凝集剤による凝集処理時に重金属類も不溶化処理することができる。
【００２１】
＜ポリマーによる凝集・固液分離処理＞
次いで、上記の不溶化処理で得られた不溶化物を含有水にポリマーを添加して凝集処理する。
ここで用いるポリマーとしては、カチオン系、アニオン系、ノニオン系、両性のいずれでもよく、これらのうちの１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２２】
ポリマーの添加量は、用いるポリマーの種類や、原水の性状、即ち、不溶化物の生成量によって適宜決定されるが、通常０．５〜５０ｍｇ／Ｌの範囲で定量添加される。
また、ポリマーによる凝集処理の反応時間は、１〜３０分程度確保することが好ましく、ポリマーを添加する凝集槽（図１の第１凝集槽）のＨＲＴ（槽内滞留時間）は、この好適な反応時間となるように設計することが好ましい。
【００２３】
ポリマーによる凝集処理水は、沈降分離又は浮上分離により固液分離される。即ち、本発明では、不溶化物の固液分離を沈降分離する際の沈降速度又は浮上速度を高めるために、ポリマーによる凝集処理を行うものであり、固液分離は沈降分離又は浮上分離で行う。
【００２４】
＜無機凝集剤による凝集処理＞
上記のポリマーによる凝集、その後の固液分離処理で得られた分離水に無機凝集剤を添加して凝集処理する。ここで用いる無機凝集剤としては、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などの鉄系凝集剤が好ましいが、硫酸バンド、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤でも構わない。アルミニウム系凝集剤を用いる場合には、アルミニウムによる生物活性への影響を確認する必要がある。無機凝集剤は１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００２５】
無機凝集剤の添加量は、残留ポリマーによる膜閉塞の影響をなくすことができる程度であればよく、原水の水質変動幅、ポリマーの添加量によっても異なるが、通常１〜５０ｍｇ／Ｌ程度であればよい。
無機凝集剤の添加量が少な過ぎると、残留ポリマーを十分に凝集処理することができず、多過ぎると、無機凝集剤が残留して生物処理における汚泥量が増えるため好ましくない。ただし、無機凝集剤を所定量連続添加する運転の場合は多少の無機凝集剤の残留はやむを得ない。
【００２６】
残留ポリマーが分離膜に影響を及ぼす濃度は、ポリマーの種類及び膜式活性汚泥処理における汚泥濃度により異なり、一概に言えないが、通常、ポリマー濃度が５ｍｇ／Ｌを超えると膜閉塞を起こす可能性が高いので、無機凝集剤による凝集処理後の凝集処理水中の残留ポリマー濃度が５ｍｇ／Ｌ以下となるように処理を行うことが好ましい。
【００２７】
なお、本発明において、無機凝集剤を、膜式活性汚泥処理の生物反応槽ではなく、この生物反応槽の前段で添加することは重要な構成要件であり、無機凝集剤を生物反応槽に添加すると、添加された無機凝集剤がポリマー以外のＳＳの凝集処理に消費されてしまい、無機凝集剤の必要添加量が多くなると共に発生汚泥量が増大し、好ましくない。このため、本発明では、膜式活性汚泥処理工程の前段で無機凝集剤による凝集処理を完了させる。
【００２８】
この無機凝集剤による凝集処理におけるｐＨ条件は、後段の膜式活性汚泥処理に影響のないｐＨ５．０〜１０．０の範囲内で行うことが好ましく、従って、この範囲を超える場合は、適宜酸又はアルカリを添加してｐＨ調整することが好ましい。また、無機凝集剤による凝集処理を膜式活性汚泥処理の前段で完了させるために、無機凝集剤による凝集処理の反応時間を確保できるように、無機凝集剤を添加する凝集槽（図１の第２凝集槽）のＨＲＴは、１〜１５分程度となるように設計することが好ましい。また、無機凝集剤をライン注入してインラインで混合し、残留ポリマーをインライン凝集処理する方式の場合は、反応時間０．１〜１分程度が確保できるように設計することが好ましい。
【００２９】
＜膜式活性汚泥処理＞
上記の通り、無機凝集剤による凝集処理を行って得られた凝集処理水は、これを固液分離することなく、そのまま膜式活性汚泥処理に供する。
膜式活性汚泥処理に用いる膜式活性汚泥装置は、後述の図１に示すように、生物反応槽（曝気槽）と、生物反応槽からの生物処理水を受け入れて膜分離し、膜透過水を処理水として系外へ排出すると共に膜濃縮水を生物反応槽に戻す膜浸漬槽とからなる槽外型のものであってもよく、生物反応槽内に分離膜を浸漬配置したものであってもよい。分離膜としては、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜等を用いることができ、適宜選定使用される。また、膜形状は、平膜、管状膜、中空糸膜等を問わない。膜材質にも特に制限はなく、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等を用いることができる。
【００３０】
なお、通常、膜式活性汚泥処理においては、浸漬膜による膜分離は、汚泥の膜付着による膜差圧の上昇を防止するために、３〜１５分程度の膜分離運転と０．１〜３分程度の運転停止とを繰り返し行う間欠運転、または３〜１５分程度の膜分離運転と０．１〜３分程度の逆洗運転（濾過水量の１〜１０倍量）を繰り返し行う間欠運転で処理が行われ、分離汚泥が適宜生物反応槽又は膜浸漬槽から引き抜かれる。
この膜式活性汚泥処理では、前段処理で添加されたポリマーの過剰分が、無機凝集剤により凝集処理されているため、残留ポリマーによる膜閉塞の問題は低減され、長期に亘り、膜差圧を大きく上昇させることなく安定な処理を行える。
【００３１】
なお、本発明において、生物処理は膜式活性汚泥処理による一段処理に限らず、２段以上の多段処理であってもよい。例えば、膜を使用しない生物処理を行った後、生物処理水を膜式活性汚泥処理するものであってもよい。その場合、残留ポリマーの除去ための無機凝集剤による凝集処理は、１段目の生物処理の前段で実施される。
【００３２】
＜重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置＞
本発明の重金属類及び／又は硬度成分を含む有機物含有水の生物処理装置の実施の形態の一例を示す図１の生物処理装置について説明する。
【００３３】
図１の装置は、第１反応槽１、第２反応槽２、第１凝集槽３、沈殿池４、第２凝集槽５、生物反応槽（曝気槽）６、及び分離膜７Ａが浸漬配置された膜浸漬槽７をこの順で連結してなり、原水は、第１反応槽１で、炭酸ナトリウム等の炭酸塩が添加され、原水中のカルシウム等の硬度成分が炭酸カルシウム等として不溶化される。不溶化物を含む水は、次いで第２反応槽２で塩化第二鉄等の無機凝集剤が添加され、好ましくはｐＨ６．０〜８．０の条件で凝集処理後、第１凝集槽３にてポリマーが添加され、凝集処理水は沈殿池４で固液分離され、分離汚泥が系外へ排出される。沈殿池４からの分離水は第２凝集槽５で無機凝集剤が添加されて残留ポリマーが凝集処理され、凝集処理水は生物反応槽６で活性汚泥法により生物処理され、生物処理水は、膜浸漬槽７で膜分離処理され、膜透過水が処理水として取り出される。一方、濃縮水は、生物反応槽６に返送される。なお、生物処理槽６及び／又は膜浸漬槽７からは、適宜分離汚泥が引き抜かれる。
【００３４】
図１において、沈殿池４の代りに浮上槽を設けてもよい。また、原水中に硬度成分を含まず、重金属類のみを含む場合は、第１反応槽１を省略することができる。また、生物反応槽６内に分離膜７Ａを設け、膜浸漬槽７を省略してもよい。
【実施例】
【００３５】
以下に実施例及び比較例を上げて本発明をより具体的に説明する。
【００３６】
［実施例１］
下記水質のゴミ浸出水を原水として、図１に示す装置により５００ｍ３／ｄａｙの処理量で処理を行った。
＜ゴミ浸出水水質＞
ＢＯＤ：１５００ｍｇ／Ｌ
Ｃａ：１０００〜２０００ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｎ：２０００ｍｇ／Ｌ
Ｔ−Ｐ：１０ｍｇ／Ｌ
【００３７】
各槽の仕様及び処理条件は次の通りである。
第１反応槽：炭酸ナトリウム４．２ｇ／Ｌ添加
ＨＲＴ＝１５分
第２反応槽：塩化第二鉄３００ｍｇ／Ｌ添加
ｐＨ＝１０．０
ＨＲＴ＝５分
第１凝集槽：アニオン系ポリマー（栗田工業(株)製「クリフロックＰＡ−３３１」）
５ｍｇ／Ｌ添加
ＨＲＴ＝１０分
沈殿池：水面積負荷３ｍ３／ｍ２／ｈｒの高速沈殿池
第２凝集槽：塩化第二鉄１５ｍｇ／Ｌ添加
ｐＨ＝６．５
ＨＲＴ＝５分
生物処理槽（曝気槽）：容量７５０ｍ３
膜浸漬槽：分離膜(三菱レイヨン(株)製ＭＢＲ用ＭＦ膜、３７５ｍ２×３モジュール)
濾過流束０．５ｍ／ｄａｙ
７分運転毎に１分間停止の間欠運転
【００３８】
この処理を１．５ヶ月継続して行ったところ、膜浸漬槽７の分離膜７Ａの２０℃換算膜間差圧は、１５ｋＰａから２７ｋＰａに上昇した。
この処理では、原水のＣａ濃度は１０００〜２０００ｍｇ／Ｌの範囲で変動するにもかかわらず、炭酸ナトリウムの添加量、アニオン系ポリマーの添加量を変動させていないため、原水中のＣａが少ない場合、ポリマーが過剰となり、残留ポリマー量が３〜１２ｍｇ／Ｌ程度になる場合もあったが、生物処理前に塩化第二鉄を添加して、残留ポリマーを凝集処理したため、生物反応槽６に流入する第２凝集槽５の凝集処理水中の残留ポリマー濃度は、常に５ｍｇ／Ｌ以下に抑えられたことから、膜への残留ポリマーの影響はなく、膜間差圧の上昇を抑えることができた。
【００３９】
［比較例１］
実施例１において、第２凝集槽５を省略し、沈殿池４の分離水に塩化第二鉄を添加することなくそのまま生物反応槽６に導入して生物処理したこと以外は同様にして処理を行ったところ、１ヶ月の通水で、膜浸漬槽７の分離膜７Ａの２０℃換算膜間差圧は、１６ｋＰａから３５ｋＰａに大きく上昇した。
この処理では、原水のＣａ濃度の変動にかかわらず、炭酸ナトリウムの添加量、アニオン系ポリマーの添加量を変動させていないため、原水中のＣａが少ない場合、ポリマーが過剰となり、残留ポリマーの影響で膜の閉塞が加速されたものと考えられる。
【符号の説明】
【００４０】
１  第１反応槽
２  第２反応槽
３  第１凝集槽
４  沈殿池
５  第２凝集槽
６  生物反応槽
７  膜浸漬槽
７Ａ  分離膜
【図１】
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