(57)【要約】【課題】生活排水の処理方法を提供する。【解決手段】まず生活排水をグリルや沈砂により予備処理を行い、生活排水における大きな粒子状固形物を除去し、予備処理後の生活排水を膜バイオリアクタに入れて嫌気性−−好気性循環処理を行い、好気性処理プロセスでは、微生物は汚水中の窒素を亜硝酸塩または硝酸塩に酸化し、嫌気性条件下で、微生物における脱窒菌は硝酸塩を還元し、分子状窒素または亜酸化窒素を放出し、本発明の膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜が充填され、微生物脱窒のプロセスでは、キノン基を電子伝達担体として使用して、脱窒プロセスに参加し、硝酸塩（亜硝酸塩）の還元プロセスに参加してそれを促進でき、嫌気性条件下での脱窒速度を高め、それにより効率的な窒素除去の目的を達成する。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生活排水の処理方法であって、それは、
生活排水を順次グリルや沈砂により予備処理を行うステップと、
予備処理後の生活排水を、キノン基含有中空糸膜が充填された膜バイオリアクタに入れて嫌気性−−好気性循環処理を行うステップと
を含む処理方法。
【請求項２】
膜バイオリアクタ内の前記キノン基含有中空糸膜の流束は１０Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上であり、膜の平均孔径は０．１マイクロメートルであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項３】
前記キノン基含有中空糸膜中のキノン系化合物の質量分率は５％より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の処理方法。
【請求項４】
前記膜バイオリアクタの汚泥濃度は４〜６ｇ／Ｌであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項５】
前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の嫌気性処理時間は５０〜７０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項６】
前記嫌気性処理の酸化還元電位は−５０〜０ｍＶであることを特徴とする請求項５に記載の処理方法。
【請求項７】
前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の好気性処理時間は２０〜４０ｍｉｎであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【請求項８】
前記好気性処理における溶存酸素量は１〜３ｍｇ／Ｌであることを特徴とする請求項７に記載の処理方法。
【請求項９】
膜バイオリアクタでの前記予備処理後の廃水の水力学的滞留時間は４〜６ｈであることを特徴とする請求項１に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１８年７月１７日に中国特許庁に提出された、出願番号２０１８１０７８４９７０．３、発明の名称「生活排水の処理方法」の中国特許出願の優先権を要求し、その内容全体は参照により本出願に組み込もれている。
【０００２】
本発明は廃水処理の技術分野に関し、特に生活排水の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
生活排水とは、住民の日常生活から排出される排水であり、主に住宅、施設、学校、病院、商店、公共の場所及び工業企業用トイレなどの住宅建物及び公共の建物からである。生活排水に含まれる汚染物は主に有機物（例えばタンパク質、炭水化物、脂肪、尿素、アンモニア態窒素など）及び多数の病原微生物（例えば寄生虫卵と腸内感染性ウイルスなど）である。従来の生化学的処理プロセスは、汚水のＣＯＤ、ＢＯＤ及びＳＳを効果的に減らすことができるが、汚水に同時に存在するＮに対して一般的には１０％〜２０％しか除去できず、窒素含有の大量の汚水が水域への排出は、多くの重要な水源地、河川、湖の汚染と富栄養化の理由の１つである。
【０００４】
従来の好気性処理プロセス中に、微生物は汚水中の窒素を亜硝酸塩または硝酸塩に酸化したが、水域から排出しない。低酸素条件下では、脱窒菌が硝酸塩を還元し、分子状窒素（Ｎ２）または亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を放出し、これにより、水域から窒素を除去でき、これは脱窒プロセスと呼ばれ、このプロセスはＮＯ２−及びＮＯ３−を呼吸作用の最終電子受容体として利用し、硝酸を窒素（Ｎ２）に還元した。
【０００５】
上記原則に基づいて、近年、国内外の学者は生物学的脱窒プロセスの研究に継続的に専念し、典型的な代表は、Ａ／Ｏ、Ａ２／Ｏ、ＵＣＴ、５セグメントＢａｒｄｅｎｐｈｏ、Ｐｈｏｓｔｒｉｐなどである。これらのプロセスは、好気性−嫌気性（低酸素）共同操作モードを利用し、低酸素プロセスでは、脱窒菌を使用して窒素を除去し、汚水での窒素排出を削減したが、既存のプロセスには依然として多くの欠点があり、多くのプロセス革新は、単にエンジニアリングの観点からパラメータを変更し、システム内の生物学的要因の詳細な研究が欠如し、微生物の観点からプロセスを制御できず、且つ上記プロセスによる汚水の窒素の除去率はわずか５５〜６０％に達することができ、窒素の除去率はまだ低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の上記欠点を克服するために、本発明は窒素除去率が高く、操作が簡単な生活排水処理方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記技術的課題を解決するために、本発明が用いる技術的解決手段は以下である。
生活排水の処理方法であって、それは、
生活排水を順次グリルや沈砂により予備処理を行うステップと、
予備処理後の生活排水を、キノン基含有中空糸膜が充填された膜バイオリアクタに入れて嫌気性−−好気性循環処理を行うステップと
を含む。
【０００８】
好ましくは、膜バイオリアクタ内の前記キノン基含有中空糸膜の流束は１０Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上であり、膜の平均孔径は０．１マイクロメートルである。
好ましくは、前記キノン基含有中空糸膜中のキノン系化合物の質量分率は５％より大きい。
好ましくは、前記膜バイオリアクタの汚泥濃度は４〜６ｇ／Ｌである。
好ましくは、前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の嫌気性処理時間は５０〜７０ｍｉｎである。
好ましくは、前記嫌気性処理の酸化還元電位は−５０〜０ｍＶである。
好ましくは、前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の好気性処理時間は２０〜４０ｍｉｎである。
好ましくは、前記好気性処理における溶存酸素量は１〜３ｍｇ／Ｌである。
好ましくは、膜バイオリアクタでの前記予備処理後の廃水の水力学的滞留時間は４〜６ｈである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は従来の技術に比べて、以下の利点を有する。
本発明は生活排水の処理方法を提供し、まず生活排水をグリルや沈砂により予備処理を行い、生活排水における大きな粒子状固形物を除去し、予備処理後の生活排水を膜バイオリアクタに入れて嫌気性−−好気性循環処理を行い、好気性処理プロセスでは、微生物は汚水中の窒素を亜硝酸塩または硝酸塩に酸化し、嫌気性条件下で、微生物における脱窒菌は硝酸塩または亜硝酸塩を還元し、分子状窒素（Ｎ２）または亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）を放出し、本発明の膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜が充填され、微生物による脱窒のプロセスでは、キノン基を電子伝達担体として使用して、脱窒プロセスに参加し、硝酸塩（亜硝酸塩）の還元プロセスに参加してそれを促進でき、嫌気性条件下での脱窒速度を高め、効率的な窒素除去の目的を達成し、ＣＯＤと窒素を同時に除去するという目的を達成する。実施例の結果により、本発明の提供する方法を使用して生活排水を処理すると、排水中のＣＯＤ含有量は２０ｍｇ／Ｌより小さく、総窒素含有量は５ｍｇ／Ｌより小さく、懸濁物総粒子（ＳＳ）は０であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例により提供される生活排水処理プロセスの模式図である。図１：１−グリル、２−沈砂池、３−膜バイオリアクタ、４−キノン基含有中空糸膜、５−撹拌装置、６−曝気装置、７−ポンプ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に実施例及び図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
【００１２】
本発明は生活排水の処理方法を提供し、それは、
生活排水を順次グリルや沈砂により予備処理を行うステップと、
予備処理後の生活排水を、キノン基含有中空糸膜が充填された膜バイオリアクタに入れて嫌気性−−好気性循環処理を行うステップと
を含む。
【００１３】
本発明は生活排水を順次グリル及び沈砂により予備処理を行う。本発明は、生活排水源について特別な要件はなく、日常生活から排出され、住宅、施設、学校、病院、商店、公共の場所および産業企業用トイレなどの住宅および公共の建物からの廃水は、いずれも本発明の方法で処理することができる。本発明の具体的な実施例において、前記生活排水のＣＯＤ値が好ましくは２００ｍｇ／Ｌより大きく、総窒素含有量が好ましくは３０ｍｇ／Ｌより大きく、懸濁物総粒子（ＳＳ）含有量が好ましくは５０ｍｇ／Ｌより大きい。
【００１４】
本発明は、沈砂及びグリル処理の具体的な方法について特別な要件はなく、当業者によく知られている方法で沈砂及びグリル処理を行わればよい。本発明は沈砂処理により汚水における重力で除去できる大粒子固体を除去し、グリル処理により汚水に懸濁している大粒子固体を遮断する。
予備処理が完了した後に、本発明は予備処理後の生活排水を膜バイオリアクタに入れて嫌気性−−好気性循環処理を行い、前記膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜を充填する。本発明の前記膜バイオリアクタは嫌気性−好気性統合型膜バイオリアクタ（ＡＯＭＢＲ）であり、前記ＡＯＭＢＲにキノン基含有中空糸膜が充填され、且つＡＯＭＢＲの中央に撹拌装置が装着され、嫌気性処理中の撹拌に用いられる。底部には、好気性処理中に酸素を供給して曝気を行うための曝気装置がある。本発明は、好ましくはポンプにより生活排水の循環を実現する。
【００１５】
本発明において、前記膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜が充填され、前記キノン基含有中空糸膜の流束が好ましくは１０Ｌ／（ｍ２・ｈ）以上であり、より好ましくは１０〜１５Ｌ／（ｍ２・ｈ）である。前記キノン基含有中空糸膜中のキノン系化合物の質量分率が好ましくは５％より大きく、より好ましくは１０％〜１５％である。前記キノン基含有中空糸膜の平均孔径が好ましくは０．１ミクロンである。本発明の具体的な実施例において、面積１ｍ２の膜フィラメントは、１ｈで少なくとも１０Ｌの廃水をろ過でき、本発明は、好ましくは生活排水の処理量に応じて中空糸膜の総面積を決定する。本発明は、キノン基含有中空糸膜の供給源について特別な要件はなく、直接購入するか又は自分で調製してもよく、本発明の具体的な実施例において、前記キノン基含有中空糸膜は具体的にはアントラキノン官能化ポリフッ化ビニリデン膜であってもよく、その調製方法は当業者によく知られている方法で行わればよい。本発明は、前記キノン基含有中空糸膜の充填方法について特別な要件はなく、当業者によく知られている方法で充填すればよい。
【００１６】
本発明は、膜バイオリアクタでの前記予備処理後の生活排水の水流入速度について特別な要件はなく、本発明の具体的な実施例において、具体的な水流入速度は、汚水処理量及び入水管の断面積などの要因により決定できる。
【００１７】
本発明において、前記膜バイオリアクタ内の汚泥濃度は好ましくは７〜８ｇ／Ｌであり、より好ましくは７．５ｇ／Ｌである。本発明は前記汚泥の種類について特別な要件はなく、当業者によく知られている汚水処理用汚泥を使用すればよい。
【００１８】
本発明において、前記予備処理後の生活排水は、膜バイオリアクタに入った後にまず嫌気性処理を行い次に好気性処理を行い、このように順次循環する。本発明において、前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の嫌気性処理時間が好ましくは５０〜７０ｍｉｎであり、より好ましくは６０ｍｉｎである。前記嫌気性処理の酸化還元電位が好ましくは−５０〜０ｍＶであり、より好ましくは−４０〜−３０ｍＶである。本発明は、好ましくは撹拌条件下で嫌気性処理を行い、前記撹拌の回転速度が好ましくは５ｒｐｍ以下であり、より好ましくは３〜４ｒｐｍである。本発明は、撹拌することにより汚泥を水に懸濁し、キノン基含有中空糸膜と十分に接触させ、汚泥の沈降による反応効率の低下を回避し、本発明は、好ましくは膜バイオリアクタに油圧式撹拌機を設置し、該油圧式撹拌機は撹拌している場合に中空糸膜に触れないようにするために、本発明は、好ましくは中空糸膜を膜バイオリアクタの周りに充填し、油圧式撹拌機を膜バイオリアクタの中央に設置する。
【００１９】
本発明において、前記中空糸膜にキノン基を含み、微生物脱窒のプロセスでは、キノン基を電子伝達担体として使用して、脱窒プロセスに参加し、硝酸塩（亜硝酸塩）の還元プロセスに参加してそれを促進でき、嫌気性処理プロセス中の脱窒速度を速め、それにより効率的な窒素除去の目的を達成し、本発明は、嫌気性処理により生活排水における硝酸態窒素を窒素ガスに効率的に還元し、同時に生活排水における有機物を分解し、廃水中の高分子有機物を低分子有機物に分解し、生活排水のＣＯＤ値を低減する。
本発明において、前記嫌気性−好気性の循環処理における１回の好気性処理時間が好ましくは２０〜４０ｍｉｎであり、より好ましくは３０ｍｉｎである。前記好気性処理における溶存酸素量が好ましくは１〜３ｍｇ／Ｌであり、より好ましくは２ｍｇ／Ｌである。本発明は、好ましくは好気性処理のために曝気を通して酸素を提供し、曝気プロセスは汚水を撹拌する可能性があるため、好気性処理プロセスに撹拌する必要はなく、本発明は、好ましくは膜バイオリアクタの底部に曝気装置を設置し、本発明は、前記曝気装置について特別な要件はなく、当業者によく知られている曝気装置を使用して、好気性処理に酸素を提供できればよい。好気性処理プロセスでは、生活排水におけるアンモニア態窒素が硝酸態窒素又は亜硝酸態窒素に酸化され、同時に生活排水における低分子有機物を無機物に分解し、生活排水のＣＯＤ値をさらに低減する。
本発明において、膜バイオリアクタでの前記予備処理後の生活排水の水力学的滞留時間が好ましくは４〜６ｈであり、より好ましくは５ｈである。該水力学的滞留時間中、前記嫌気性−好気性循環処理には２つよりも多くのサイクルがる。
【００２０】
本発明の具体的な実施例において、好ましくは、まず予備処理後の生活排水を膜バイオリアクタに入れて嫌気性処理を行い、嫌気性処理プロセス中に曝気装置はオフになり、撹拌装置はオンになり、５０〜７０ｍｉｎの嫌気性処理後、撹拌装置をオフにして、曝気装置をオンにし、好気性処理を２０〜４０ｍｉｎ行い、さらに嫌気性処理を行い、膜バイオリアクタでの予備処理後の生活排水の水力学的滞留時間が４〜６ｈに達するまでこの番で引き続き行って、処理後の汚水を排出する。本発明は、好ましくは好気性処理段階で排水し、好気性処理段階での曝気処理は膜フィラメントを撹拌でき、すると排水する時に汚泥は膜の表面に付着しにくく、嫌気性処理段階では膜の撹拌力が不十分であるため、排水する時に汚泥が膜フィラメントの表面に付着し、膜フィラメントを汚染し、排水速度に影響を与える。
本発明の水処理プロセスの模式図は図１に示すように、生活排水は、沈砂池１及びグリル２を通過して予備処理を行い、予備処理後の生活排水が膜バイオリアクタ（ＡＯＭＢＲ）３に入って嫌気性−−好気性循環処理を行い、膜バイオリアクタにキノン基含有中空糸膜４が充填され、嫌気性処理プロセス中に撹拌装置５をオンにし、曝気装置６をオフにし、好気性処理プロセス中に撹拌装置５をオフにし、曝気装置６をオンにし、処理プロセスでは、ポンプ７を利用して汚水の循環を実現し、循環処理後に基準に達した汚水は、吸引ポンプを介して汚水処理システムの排出口に排出され、本発明は、膜バイオリアクタにおける汚泥の処理方法について特別な要件はなく、当業者によく知られている方法で処理すればよく、本発明の具体的な実施例において、好ましくは、水処理の効果を確実にするために、泥を定期的に排水する。
【００２１】
以下に実施例を参照しながら本発明の提供する手段を詳しく説明するが、それらを本発明の保護範囲への制限として理解することができない。
【実施例１】
【００２２】
生活排水におけるＣＯＤの初期含有量は４００ｍｇ／Ｌ、総窒素の初期含有量は４０ｍｇ／Ｌ、ＳＳの初期含有量は２００ｍｇ／Ｌであった。
生活排水をグリル及び沈砂により予備処理を行い、
予備処理後の生活排水が嫌気性−好気性統合型膜バイオリアクタ（以下、ＡＯＭＢＲと表記）に入って嫌気性−好気性循環処理を行い、リアクタ内に充填された膜フィラメントはキノン基含有中空糸膜であり、
ＡＯＭＢＲリアクタ中の汚泥濃度は４ｇ／Ｌであった。ＡＯＭＢＲは以下のパラメータに従って実行された。嫌気性処理プロセスでは曝気されず、６０ｍｉｎ水力撹拌し、酸化還元電位は−５０ｍＶであった。次に好気性処理を３０ｍｉｎ行い、好気性処理プロセスでは曝気され、撹拌せず、溶存酸素は３ｍｇ／Ｌに制御され、好気性処理プロセスでは膜フィラメントを介して排水され、水力学的滞留時間ＨＲＴは５ｈであり、すると、廃水が排出基準に達して排出された。
【００２３】
処理後の生活排水におけるＣＯＤ値、総窒素含有量及びＳＳ含有量を検出して得られた結果は表１に示した。
【００２４】
【表１】
2021504118.tif 000003
【００２５】
表１のデータから分かるように、未処理の生活排水におけるＣＯＤ、総窒素及びＳＳ含有量がいずれも高く、ＡＯＭＢＲによる処理後、排水中のＣＯＤ含有量は２０ｍｇ／Ｌより小さく、総窒素含有量は５ｍｇ／Ｌより小さく、そのうちＳＳは完全に除去され、これから分かるように、本発明の提供する生活排水の処理方法では、窒素除去率は約８７．５％に達することができ、効率的な窒素除去の目的を達成し、アンモニア性窒素とＣＯＤとの同時除去が実現した。
【実施例２】
【００２６】
生活排水におけるＣＯＤの初期含有量は３２０ｍｇ／Ｌ、アンモニア窒素の初期含有量は６２ｍｇ／Ｌ、ＳＳの初期含有量は８５ｍｇ／Ｌであった。
生活排水をグリル及び沈砂により予備処理を行い、
予備処理後の生活排水が嫌気性−好気性統合型膜バイオリアクタ（以下ＡＯＭＢＲと略称）に入り、リアクタ内に充填された膜はキノン基含有中空糸膜であり、
ＡＯＭＢＲリアクタ中の汚泥濃度は４ｇ／Ｌであった。ＡＯＭＢＲは以下のパラメータに従って実行された。嫌気性処理プロセスでは曝気されず、６０ｍｉｎ水力撹拌し、酸化還元電位は−２０ｍＶであった。次に好気性処理を３０ｍｉｎ行い、好気性処理プロセスでは曝気され、撹拌せず、溶存酸素は２．５ｍｇ／Ｌに制御され、好気性処理プロセスでは膜フィラメントを介して排水され、水力学的滞留時間ＨＲＴは５．５ｈであり、すると、廃水が排出基準に達して排出された。
【００２７】
処理後の生活排水におけるＣＯＤ値、総窒素含有量及びＳＳ含有量を検出して得られた結果は表２に示した。
【００２８】
【表２】
2021504118.tif 000004
【００２９】
表２のデータから分かるように、処理後の生活排水におけるＣＯＤ含有量は２０ｍｇ／Ｌより小さく、総窒素含有量は５ｍｇ／Ｌより小さく、そのうちＳＳは完全に除去され、これから分かるように、本発明の提供する生活排水の処理方法では、窒素除去率は約９１．９％に達することができ、効率的な窒素除去の目的を達成し、アンモニア性窒素とＣＯＤとの同時除去を実現する。
【００３０】
以上の実施例の説明は本発明の方法及びそのコアアイデアを理解するように提案したものに過ぎない。指摘すべきであるように、当業者であれば、本発明の原理から逸脱しないことを前提として、本発明に対していくつかの改良および修正を行うことができ、これらの改良および修正も本発明の特許請求の範囲の保護範囲に含まれる。当業者であれば、これらの実施例に対する複数種の修正は自明であり、本明細書で定義される一般的な原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態で実現することができる。それにより、本発明は本明細書に示すこれらの実施例に限定するものではなく、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も幅広い範囲に属する。
【図１】
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【国際調査報告】
2021504118.tif 000006
2021504118.tif 000007
2021504118.tif 000008
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