(57)【要約】【課題】活性汚泥処理装置に用いられるろ過膜５の膜寿命を長くすると共に、発生する余剰汚泥量を削減できるようにする。【解決手段】活性汚泥処理装置の反応槽Ａにおける木酢液、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩の少なくとも１種の化合物の濃度を１ｐｐｂ〜１００ｐｐｍに保持する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を微生物処理する反応槽と、反応処理後の懸濁液を処理水と濃縮液に分離するろ過膜とを有する活性汚泥処理装置を使用した有機性排水の処理方法において、木酢液、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩の少なくとも１種の化合物を添加し、前記反応槽における該添加した化合物の濃度が１ｐｐｂ〜１００ｐｐｍになるように保持することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項２】
添加した化合物の濃度が１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍになるように保持することを特徴とする請求項１記載の有機性排水の処理方法。
【請求項３】
ポリフェノール類及び有機酸金属塩を添加し、該添加したポリフェノール類及び有機酸金属塩の濃度がそれぞれ１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍになるように保持することを特徴とする請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法。
【請求項４】
ろ過膜が精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば生活系排水、畜産排水、水産加工排水又は各種産業排水などの有機性排水の処理方法に関する。更に詳しくは、有機性排水を微生物処理する反応槽と、反応処理後の懸濁液を処理水と濃縮液に分離するろ過膜とを有する活性汚泥処理装置を使用した有機性排水の処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ろ過膜を用いた有機性排水の処理方法は、ろ過膜を反応槽内に浸漬するものや、反応後の懸濁液をろ過膜で処理水と濃縮液に分離すると共に、該ろ過膜において分離された濃縮液の一部を反応槽内に返送するものがあるが、基本的には、図４に示すように、有機性排水１６は、管路を経由して前処理工程１７に導入され、流量調整槽（図示せず）を経て、反応槽１８に導入され、反応槽中の懸濁液はろ過膜２０によって汚泥２４とろ過水２３とに固液分離される。ろ過水２３は、消毒槽１９で消毒されて河川等に放出され、反応槽１８に蓄積した汚泥２４は、反応槽中の汚泥濃度が維持されるように、余剰汚泥２５として汚泥濃縮槽２１を経て汚泥貯留槽２２にて保持され、その後系外へ搬出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機性排水を微生物処理する過程において、微生物が生産する糖、タンパク、核酸等が粘質性のポリマーとなり、該ポリマーがろ過膜表面の閉塞や膜細孔内への目詰まりを引き起こす原因となっている。その結果、処理水を一定量排出することができず、反応槽の懸濁液がキャリーオーバーする恐れがある。これを解決するには膜を交換すれば良いが、それにかかる費用が大きく、問題がある。また、膜に付着した該ポリマーを除去すべく、種々洗浄方法も考案されているが、この方法では膜のろ過流路の閉塞を防ぐ原因である有機性排水中のし渣を除去するに過ぎず、問題の解決には至っていない。
【０００４】
また、そもそも有機性排水の生物処理では、細菌、菌類及び原生動物等の微生物群が、有機物を栄養素として取り込み、これら微生物群が増殖を繰り返しながら浄化を行うため、この過程で大量の汚泥が発生することとなる。
【０００５】
発生した汚泥はそれ自体が悪臭の発生源となったり、二次利用が困難であるため、余剰汚泥処分地の確保難や処分にかかる費用の増大及び処分汚泥の投棄による環境の悪化が大きな社会問題となっている。更に、脱水汚泥を焼却処分する場合には、焼却炉の温度を低下させる原因となり、ダイオキシンの発生が危惧される。
【０００６】
このように、従来のろ過膜を用いた有機性排水処理装置では維持管理にかかる費用が高いことや、余剰汚泥が大量に発生することが問題であった。
【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、活性汚泥処理装置に用いられるろ過膜の膜寿命を長くすると共に、発生する余剰汚泥量を大きく削減することのできる有機性排水の処理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上のような従来技術の状況に鑑み、種々研究を重ねた結果、本発明者は、木酢液、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩の少なくとも１種の化合物が反応槽において１ｐｐｂ〜１００ｐｐｍの濃度に保持されることによって微生物を活性化し、活性化された微生物が前記ポリマーを分解することによって、ろ過膜による懸濁液の透過性が向上し、結果として膜寿命が長くなることを見出した。また、活性化された微生物は自己酸化という細胞メカニズムによって消滅し、結果として発生する余剰汚泥が大幅に削減されることを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、有機性排水を微生物処理する反応槽と、反応処理後の懸濁液を処理水と濃縮液に分離するろ過膜とを有する活性汚泥処理装置を使用した有機性排水の処理方法において、木酢液、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩の少なくとも１種の化合物を添加し、前記反応槽における該添加した化合物の濃度が１ｐｐｂ〜１００ｐｐｍになるように保持することを第１の特徴とするものであり、前記添加した化合物の濃度が１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍになるように保持することを第２の特徴とする。また、ポリフェノール類及び有機酸金属塩を添加し、前記反応槽における該添加したポリフェノール類及び有機酸金属塩の濃度がそれぞれ１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍになるように保持することを第３の特徴とし、ろ過膜が精密ろ過膜あるいは限外ろ過膜であることを第４の特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明では、木酢液、フェノール類、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩の少なくとも１種の化合物を添加することにより、反応槽において、木酢液、フェノール類、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩の少なくとも１種の化合物を１ｐｐｂ〜１００ｐｐｍの濃度に保持することが必要であり、より好ましくは１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍである。汚泥活性化効果及び余剰汚泥削減効果の点から、反応槽での化合物の濃度は１ｐｐｂより高いことが必要であり、また活性汚泥に対する殺菌剤および阻害剤となって処理水の水質を悪化させないようにする点から、１００ｐｐｍより低くする必要がある。尚、本発明における反応槽とは、有機性排水を微生物処理する槽のことであり、後記実施例では２槽式が示されているが、反応槽は単槽であっても良く、また２槽以上の複槽であっても良い。
【００１１】
本発明における木酢液としては、広葉樹由来のものが好ましく、ポリフェノール類としては、特に限定されないが、タンニン、ルチン、ケルセチンが好ましく、有機酸および有機酸金属塩としては、特に限定されないが、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸およびそれらのナトリウム塩やカリウム塩などの金属塩が好ましい。
【００１２】
前記化合物は、それぞれ単独で使用した場合でも活性汚泥ポリマーおよび発生汚泥の生成量を抑制する効果はあるが、ポリフェノール類及び有機酸金属塩の両者を配合して、反応槽液中濃度でそれぞれが１０ｐｐｂ〜１ｐｐｍになるように保持するのがより効果的で、更に好ましくはポリフェノール類と有機酸金属塩との質量比（ポリフェノール類／有機酸金属塩）を７０／３０〜３０／７０の範囲に配合するのが好ましい。
【００１３】
ろ過膜の閉塞は、ろ過膜を透過しない活性汚泥ポリマーがろ過膜面へ付着することが原因であり、本発明による効果は反応槽に保持した前記化合物により該ポリマー量が減少することによって、ろ過膜の寿命を長くするので、精密ろ過膜（孔径０．１μｍ〜１０μｍ）や限外ろ過膜（孔径０．００１μｍ〜０．０１μｍ）が用いられた場合により効果的である。挟雑物の多い排水処理を考慮した場合、ろ過膜の孔径が限外ろ過膜のそれより大きいと好ましい。また、活性汚泥菌体がろ過膜を透過して処理水を悪化させないためには、ろ過膜の孔径が精密ろ過膜のそれより小さいことが好ましい。
【００１４】
前記化合物の反応槽における濃度を保持する方法は特に限定されないが、汚泥は反応槽において増殖し、前記化合物はこの工程においてより効果的に作用することから、工程中の流量調整槽及び反応槽の少なくとも一方に添加することにより、反応槽における前記濃度を保持することが好ましい。流量調整槽は流入排水を一定の割合で反応槽へ移送するために一時的に滞留する機能を有するので、流入排水量を流量計から読み取り、その流量によって定量的に前記化合物を添加することができる。
【００１５】
本発明の詳細な作用機構は明らかでないが、前記化合物が活性汚泥中のバクテリアの呼吸活性を向上させることによって、バクテリアが生産するポリマー量が減少し、また、生産されたポリマーは活性化されたバクテリアによって消費される。その結果、膜の閉塞原因である粘質性のポリマー量が減少し、膜の目詰まりが遅延されると共に、活性化された微生物は自己酸化が促進されるので発生する余剰汚泥が削減するものと考えられる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１７】
まず、ろ過膜を用いた連続実験を行う前に、種々の化合物の効果を評価すべく、参考例として、それぞれ化合物を加えた場合、あるいは加えない場合とで汚泥を培養し、培養後の汚泥の増加量の比較と、脱水性試験の汚泥の比抵抗値による脱水性の比較とを行った。
【００１８】
ところで、有機性排水は、処理工程中の反応槽で活性汚泥中の微生物により酸化処理される。言い換えれば、有機性排水は活性汚泥の栄養源として反応槽へ投入され、処理されるのである。よって、以下の参考例では、三角フラスコを反応槽に見立て、有機性排水の処理を行った。
【００１９】
尚、以下の説明において、Ｌはリットルを表す。
【００２０】
（参考例１）
有機性排水の処理は、５００ｍＬの三角フラスコに、下水処理場より採取した活性汚泥（５５００ｍｇ／Ｌ）を２００ｍＬ投入し、肉エキス、ポリペプトン、尿素、Ｎａ２ＨＰＯ４、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＳＯ４からなる有機性排水（ＣＯＤ２８７０ｍｇ／Ｌ）２５ｍＬを加え、木酢液が１００ｐｐｂとなるように、木酢液（１０ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ加え、全量が２５０ｍＬとなるように水道水を加え、２０℃、１３０ｒｐｍの条件下で８時間回転振とう培養することで行った。
【００２１】
培養後、得られた懸濁液（活性汚泥）を遠心分離（１３０００ｒｐｍ，１０分）し、上澄み液のＣＯＤを測定する一方、得られた沈殿物（汚泥）を乾燥（１０５℃，２４時間）させた後、重量測定を行い、汚泥増加率を算出した。
【００２２】
また、これとは別に、培養後、得られた懸濁液（活性汚泥）を濃縮したものを用い、財団法人日本下水道協会発行「下水道試験方法」の４章第１４節記載のヌッチェテストに従って汚泥の比抵抗を算出した。
【００２３】
結果を表１に示した。
【００２４】
（参考例２）
参考例１における木酢液に代えて、タンニンが１００ｐｐｂとなるように、タンニン（１０ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ加え、参考例１と同様にして培養を行い、同様の測定及び算出を行った。その結果を表１に示した。
【００２５】
（参考例３）
参考例１における木酢液に代えて、酢酸が１００ｐｐｂとなるように、酢酸（１０ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ加え、参考例１と同様にして培養を行い、同様の測定及び算出を行った。その結果を表１に示した。
【００２６】
（参考例４）
参考例１における木酢液に代えて、酢酸ナトリウムが１００ｐｐｂとなるように、酢酸ナトリウム（１０ｍｇ／Ｌ）を２．５ｍＬ加え、参考例１と同様にして培養を行い、同様の測定及び算出を行った。その結果を表１に示した。
【００２７】
（参考例５）
参考例１における木酢液に代えて、タンニンと酢酸がそれぞれ５０ｐｐｂとなるように、タンニン（５ｍｇ／Ｌ）と酢酸（５ｍｇ／Ｌ）を各々２．５ｍＬ加え、参考例１と同様にして培養を行い、同様の測定及び算出を行った。その結果を表１に示した。
【００２８】
（参考例６）
参考例１における木酢液に代えて、タンニンと酢酸ナトリウムがそれぞれ５０ｐｐｂとなるように、タンニン（５ｍｇ／Ｌ）と酢酸ナトリウム（５ｍｇ／Ｌ）を各々２．５ｍＬ加え、参考例１と同様にして培養を行い、同様の測定及び算出を行った。その結果を表１に示した。
【００２９】
（参考比較例１）
木酢液を添加しなかった以外は参考例１と同様にして同様の培養を行い、同様の測定及び算出を行った。但し、本参考比較例１における汚泥増加量を汚泥増加率１００％とした。その結果を表１に示した。
【００３０】
尚、上記参考例１〜６で算出した汚泥増加率とは、参考比較例１の汚泥増加量を汚泥増加率１００％とし、各参考例の汚泥増加量を参考比較例１の汚泥増加量で割り、％表示したものである。
【００３１】
表１より、脱水性の指標である汚泥の比抵抗についてみると、何も添加しない場合は３．４９×１０１０秒２／ｇであったのに対し、木酢液、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩を添加した場合は２．２８×１０１０〜３．１８×１０１０秒２／ｇであったことから、汚泥の比抵抗が小さくなり、脱水性が向上したことがわかる。また、表１より、木酢液、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩を添加した場合は、汚泥の増加率が６６〜８５％程度に抑制されており、発生余剰汚泥量が少ないことがわかる。また、この時の水質はいずれもこれらを添加していない比較参考例１と同等以上であった。
【００３２】
以上のことより、木酢液、ポリフェノール類、有機酸、有機酸金属塩、及びそれらの組合わせが汚泥の発生量を抑制し、更に培養された汚泥の脱水性が向上することがわかった。これを踏まえて、ろ過膜を用いた連続実験を行った。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
（実施例１）
精密ろ過膜を有する活性汚泥法による連続実験を行った。
【００３５】
実験装置の構成を図１に示す。
【００３６】
図１に示すように、反応槽Ａは、脱窒槽３（７．５Ｌ）及び硝化槽４（７．５Ｌ）からなり、硝化槽４に公称孔径０．４μｍの平膜（３９０ｍｍ×２００ｍｍ）であるろ過膜５を浸漬した。該脱窒槽３には、活性汚泥を攪拌するための攪拌機１１を設置し、硝化槽４には、活性汚泥への酸素供給と汚泥の攪拌を目的として、槽の底部に散気管１２を設置し、これをブロア１３に接続して通気を可能にした。更に、膜の吸引圧を測定すべく、ろ過膜５とろ過水移送ポンプ９の間に圧力計１０を設置した。
【００３７】
上記実験装置による処理は、予め脱窒槽３及び硝化槽４に処理場から採取した活性汚泥を濃度１０ｇ／Ｌ程度となるように満たし、続いて、日々、処理場から採取した有機性排水２を原水槽１に投入し、これを流入水として１．２５Ｌ／ｈｒ（３０Ｌ／ｄａｙ）の流速で汚水移送ポンプ７を用いて脱窒槽３へ送ることで行った。脱室槽３へ送られた有機性排水２は、脱窒槽３で活性汚泥と混合された後、押し出し流れ式に硝化槽４へ移送される。一方、硝化槽４から脱窒槽３へは、流入水量の３００％程度の活性汚泥を汚泥循環ポンプ８により循環しており、硝化槽４に浸漬されたろ過膜５を通じて処理されたろ過水６はろ過水移送ポンプ９により排出される。
【００３８】
尚、膜フラックスを１．５ｍ３／ｍ２・ｄａｙとするために、５Ｌ／ｈｒの流速となるように間欠運転でろ過水６をろ過水槽１５へ移送し、更にろ過水６をろ過水循環ポンプ１４により３．７５Ｌ／ｈｒの流速で硝化槽４へ返送した。硝化槽４でのばっ気風量は５Ｌ／ｍｉｎ程度であり、連続ばっ気を行った。
【００３９】
上記条件の下、１回／日、各２０ｐｐｍに調製したタンニンおよび酢酸ナトリウム混合溶液１５０ｍＬを脱窒槽３に直接添加した。測定は、膜の吸引圧、ろ過水ＣＯＤについて行った。
【００４０】
（実施例２）
膜フラックスを１．２ｍ３／ｍ２・ｄａｙとするために、３．７５Ｌ／ｈｒの流速となるように連続運転でろ過水６をろ過水槽１５へ移送し、更にろ過水６をろ過水循環ポンプ１４により２Ｌ／ｈｒの流速で硝化槽４へ返送した以外は、実施例１と同様に処理を行い、同様の測定を行った。
【００４１】
（実施例３）
膜フラックスを０．５ｍ３／ｍ２・ｄａｙとするために、１．２５Ｌ／ｈｒの流速となるように連続運転でろ過水６をろ過水槽１５へ移送した以外は、実施例１と同様に処理を行った。測定は、反応槽汚泥濃度、反応槽汚泥量、ろ過水ＣＯＤについて行った。
【００４２】
（比較例１）
タンニンおよび酢酸ナトリウムを添加しなかった以外は、実施例１と同様に処理を行い、同様の測定を行った。
【００４３】
（比較例２）
膜フラックスを１．２ｍ３／ｍ２・ｄａｙとなるようにした以外は、比較例１と同様に処理を行い、同様の測定を行った。
【００４４】
（比較例３）
膜フラックスを０．５ｍ３／ｍ２・ｄａｙとなるようにした以外は、比較例１と同様に処理を行い、実施例３と同様の測定を行った。
【００４５】
上記実施例１〜３及び比較例１〜３の結果を表２、３、４に示した。
【００４６】
実施例１及び比較例１の各経過時間毎の圧力変化の結果が表２と図２に示されており、実施例２及び比較例２の各経過時間毎の圧力変化の結果が表３と図３に示されている。また、実施例１及び比較例１の各経過時間毎のろ過水ＣＯＤを測定した結果は表２に示されており、実施例２及び比較例２の各経過時間毎のろ過水ＣＯＤを測定した結果は表３に示されている。
【００４７】
表２、３および図２、３より、タンニンおよび酢酸ナトリウムを２００ｐｐｂとなるように添加した場合には、添加しない場合に比べ、圧力上昇が抑制されており、図３より、使用したろ過膜の最大吸引圧力である−５０ｋＰａに到達した期間についてみると、何も添加しない場合は３６日間であったのに対して、タンニンおよび酢酸ナトリウムを２００ｐｐｂとなるように添加した場合には６０日間となり、膜の寿命が約１．７倍に長くなったことがわかる。また、その時のろ過水ＣＯＤは同等程度であった。
【００４８】
更に、汚泥増加量についてみると、表４に示されるように、何も加えない場合は１０日間で３９２ｍｇ／Ｌ増加したのに対して、タンニン及び酢酸ナトリウムを２００ｐｐｂとなるように加えた場合には１０日間で８８ｍｇ／Ｌしか増加しておらず、発生汚泥量が２２％にまで抑制されたことがわかる。また、その時のろ過水ＣＯＤは同等程度であった。
【００４９】
【表２】
2004081973.tif 000004
【００５０】
【表３】
2004081973.tif 000005
【００５１】
【表４】
2004081973.tif 000006
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の有機性排水の処理方法によれば、活性汚泥中のバクテリアの呼吸活性が活性化し、活性汚泥ポリマー量が減少するので、ろ過膜が閉塞しにくくなり、膜寿命が延び、且つ透過水量が上がる。よって、膜管理にかかる費用が軽減される。また、発生する余剰汚泥量が削減できるので、余剰汚泥処分費も軽減されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例及び比較例で用いた実験装置の構成と処理フローを示す図である。
【図２】実施例１における処理時間と圧力変化の関係を示したグラフである。
【図３】実施例２における処理時間と圧力変化の関係を示したグラフである。
【図４】従来のろ過膜を用いた有機性排水の一般的な処理フローを示す図である。
【符号の説明】
Ａ　　反応槽
１　　原水槽
２　　有機性排水
３　　脱窒槽
４　　硝化槽
５　　ろ過膜
６　　ろ過水
７　　汚水移送ポンプ
８　　汚泥循環ポンプ
９　　ろ過水移送ポンプ
１０　圧力計
１１　攪拌機
１２　散気管
１３　ブロア
１４　ろ過水循環ポンプ
１５　ろ過水槽
１６　有機性排水
１７　前処理工程
１８　反応槽
１９　消毒槽
２０　ろ過膜
２１　汚泥濃縮槽
２２　汚泥貯留槽
２３　ろ過水
２４　汚泥
２５　余剰汚泥
【図１】
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【図２】
2004081973.tif 000008
【図３】
2004081973.tif 000009
【図４】
2004081973.tif 000010