(57)【要約】【課題】膜分離装置における所定の透過流束を維持しつつ、残留高分子凝集剤による濾過膜の目詰まりを抑制して膜洗浄のメンテナンス頻度を低減できる浸漬型膜分離活性汚泥処理方法を提供する。【解決手段】一つの処理槽（例えば５３）に対する被処理水の供給を停止する状態で脱水設備５４から排出する汚泥分離水をこの処理槽５３へ返送し、この処理槽５３の膜分離装置５５において透過流束を抑制して運転しつつ、他の処理槽５１、５２の膜分離装置５５において所定の透過流束で運転し、被処理水を供給する処理槽５１、５２および汚泥分離水を返送する処理槽５３を所定時間ごとに変更する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を複数の処理槽に導いて生物処理するとともに、各処理槽に浸漬した膜分離装置で槽内の混合液を固液分離して膜処理水を取り出し、各処理槽の余剰汚泥を脱水設備に導いて凝集剤を添加して脱水する浸漬型膜分離活性汚泥処理方法であって、
一つの処理槽に対する被処理水の供給を停止する状態で脱水設備から排出する汚泥分離水を当該処理槽へ返送し、この処理槽の膜分離装置において透過流束を抑制して運転しつつ、他の処理槽の膜分離装置において所定の透過流束で運転し、被処理水を供給する処理槽および汚泥分離水を返送する処理槽を所定時間ごとに変更することを特徴とする浸漬型膜分離活性汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浸漬型膜分離活性汚泥処理方法に関し、被処理水を処理槽内に導入して活性汚泥処理し、槽内に浸漬設置した膜分離装置により活性汚泥および被処理水に含まれた汚濁物を固液分離する技術に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業廃水処理、生活排水処理、下水処理などにおいては、有機性汚水を活性汚泥処理することが一般的である。活性汚泥処理としては、例えば図２に示すように、処理槽１の内部に膜分離装置２を浸漬設置して固液分離を行う方法が近年普及してきた。この膜分離装置２は、上下が開口したケース３の内部に鉛直方向に配置する複数の平板状の膜カートリッジ４を平行に配列し、膜カートリッジ４の下方に散気装置５を配設したものであり、膜カートリッジ４はろ板の表裏に平膜状の有機膜を貼着したものである。
【０００３】
処理槽１では散気装置５から散気する空気によって生じる固気液混相の上向流によって汚濁物を含む被処理水と活性汚泥との混合液を槽内で循環させながら混合液に酸素を溶解させ、活性汚泥の微生物により汚濁物中の有機物を生物処理して除去する。膜分離装置２には上向流によって混合液を膜カートリッジ４の間の流路に膜面に沿ったクロスフローで供給し、処理槽１の内部の水頭を駆動力（濾過水頭）として膜カートリッジ４で混合液を固液分離し、膜カートリッジ４の濾過膜を透過した膜処理水を導出系６で槽外へ導き出す。膜カートリッジ４には濾過の駆動力として吸引ポンプ等で吸引圧力を作用させることも可能である。
【０００４】
処理槽１の余剰汚泥は汚泥引抜系７で攪拌槽８へ導き、凝集剤を攪拌混合してフロックを形成し、その後に脱水装置９で濃縮脱水する。脱水装置９から排出する脱水ケーキは系外へ排出して焼却処分もしくは埋立処分する。
【０００５】
脱水処理工程において添加する高分子凝集剤が汚泥と完全に反応すれば未反応の高分子凝集剤（以下に残留高分子凝集剤と呼称する）が汚泥分離水中に含まれることはないが、汚泥の性状によっては高分子凝集剤との反応性が低いことがあり、汚泥分離水中に多くの残留高分子凝集剤が含まれる。
【０００６】
このため、汚泥分離水は分離水系１０で凝集沈殿処理槽１１に導き、無害化剤を添加して凝集分離するなどの物理化学的処理によって残留高分子凝集剤を除去し、凝集沈殿処理槽１１を経た脱水返流水を処理槽１に戻す。
【０００７】
この種の先行技術文献としては特許文献１に記載するものがある。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−５７７９９号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、凝集沈殿処理槽１１において残留高分子凝集剤の除去はカチオン系の残留高分子凝集剤にアニオン系もしくは無機系の凝集剤を反応させて除去するので、添加する分量の調整を誤ると残留高分子凝集剤を完全に除去することは困難である。残留高分子凝集剤を含んだ脱水返流水が処理槽１に流入すると、膜分離装置２の濾過膜に高分子凝集剤のゲル層が形成され、膜の目詰まりにより透過流束が低下するなどの悪影響が生じ、膜洗浄のメンテナンスを行う頻度が多くなる。このゲル層は膜分離装置の膜カートリッジにおける透過流束が大きいほどに成長が早く、透過流束が小さいほどに成長が遅いので、透過流束を小さくした運転を行うことでゲル層の成長を抑制して膜洗浄のメンテナンス頻度を少なくできる。しかし、透過流束を小さくして膜分離装置を運転する場合に、系内に流入する被処理水によって与えられる負荷に対して膜分離装置が所定の処理能力を発揮するためには、膜カートリッジの数を増加させて膜分離装置における濾過膜の総膜面積を増加させる必要がある。
【００１０】
本発明は上記した課題を解決するものであり、膜分離装置における所定の透過流束を維持しつつ、残留高分子凝集剤による濾過膜の目詰まりを抑制して膜洗浄のメンテナンス頻度を低減できる浸漬型膜分離活性汚泥処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の浸漬型膜分離活性汚泥処理方法は、被処理水を複数の処理槽に導いて生物処理するとともに、各処理槽に浸漬した膜分離装置で槽内の混合液を固液分離して膜処理水を取り出し、各処理槽の余剰汚泥を脱水設備に導いて凝集剤を添加して脱水する浸漬型膜分離活性汚泥処理方法であって、
一つの処理槽に対する被処理水の供給を停止する状態で脱水設備から排出する汚泥分離水を当該処理槽へ返送し、この処理槽の膜分離装置において透過流束を抑制して運転しつつ、他の処理槽の膜分離装置において所定の透過流束で運転し、被処理水を供給する処理槽および汚泥分離水を返送する処理槽を所定時間ごとに変更するものである。
【００１２】
上記した構成により、処理槽で被処理水を処理する系と処理槽で汚泥分離水を処理する系とを分けて運転することで、被処理水を処理する処理槽においては残留高分子凝集剤に由来するゲル層によって透過流束が低下するなどの悪影響が生じず、所定の透過流束で行う通常運転の継続期間、つまり逆洗が必要となる時期までの期間が長くなる。また、通常運転における所定の透過流束を大きく設定して処理能力を高めた運転も可能となり、透過流束を大きくして槽内滞留時間を短くすることで処理槽の容量を小さくし、散気装置の動力を低減できる。
【００１３】
一方、汚泥分離水を処理する処理槽では汚泥分離水の性状に応じて透過流束を抑制して運転することができ、汚泥分離水の槽内滞留時間を長くして汚泥分離水に含まれた有機物および残留高分子凝集剤を生物処理することができ、発泡を抑制できるとともに、残留高分子凝集剤による濾過膜の目詰まりを抑制して逆洗が必要となる時期までの期間を長くできる。汚泥分離水は前処理を施して処理槽へ返送することも可能である。
【００１４】
ところで、活性汚泥処理において槽内滞留時間の短い運転を継続すると、処理槽における活性汚泥の微生物種が少なくなって生物処理で生じる代謝物を分解することが困難となり、代謝物が膜の目詰まりの原因となることがある。
【００１５】
しかし、被処理水を供給する処理槽および汚泥分離水を返送する処理槽を所定時間ごとに変更することで、各処理槽においては、所定の透過流束にて短い槽内滞留時間の下で行う高負荷運転と、抑制した透過流束にて長い槽内滞留時間の下で行う低負荷運転とを交互に行うことになり、処理槽内の環境の変化によって活性汚泥に多様な微生物群を馴養して生物処理で生じる代謝物を分解することで膜の目詰まりを防止でき、逆洗の頻度を著しく減少させることができる。また、汚泥分離水を処理していた処理槽に被処理水を供給すると槽内に残る残留高分子凝集剤によって被処理水中の汚濁物が活性汚泥に付着することを助けることができ、膜の目詰まりを防止する一助となる。
【００１６】
したがって、処理槽で被処理水を処理する系と処理槽で汚泥分離水を処理する系とを分けて運転し、汚泥分離水を返送する処理槽を所定時間ごとに変更して各処理槽において高負荷運転と低負荷運転とを交互に行うことで、装置全体として被処理水に対する生物処理能力、固液分離能力を維持しつつ残留高分子凝集剤による濾過膜の目詰まりを抑制して膜洗浄のメンテナンス頻度を低減できる。
【００１７】
また、処理槽で被処理水を処理する系と処理槽で汚泥分離水を処理する系とを分けて運転することで、脱水設備の濃縮脱水工程における凝集剤の節約によって汚泥分離水中に固形物が残留しても、被処理水の処理工程に影響を全く及ぼさない安全な処理系を構成できるので、高価な凝集剤の使用を極力抑制することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、被処理水５０は産業廃水処理、生活排水処理、下水処理などにおける有機性汚水であり、浸漬型膜分離活性汚泥処理設備は、複数の処理槽５１、５２、５３と脱水設備５４とからなる。
【００１９】
各処理槽５１、５２、５３の内部には膜分離装置５５を浸漬設置している。膜分離装置５５は、上下が開口したケース５６の内部に鉛直方向に配置する複数の平板状の膜カートリッジ５７を平行に配列し、膜カートリッジ５７の下方に散気装置５８を配設したものである。膜カートリッジ５７はろ板の表裏に平膜状の有機膜を貼着したものであり、膜カートリッジ５７は二次側がチューブおよび集水管を介して膜処理水管５９に連通し、膜処理水管５９に吸引ポンプ６０を設けている。
【００２０】
被処理水５０を供給する原水供給管６１は原水分岐管６２、６３、６４のそれぞれが原水バルブ６５、６６、６７を介して各処理槽５１、５２、５３に連通している。各処理槽５１、５２、５３の余剰汚泥を排出する汚泥引抜管６８、６９、７０は汚泥バルブ７１、７２、７３を介して連通し、脱水設備５４に連通している。脱水設備５４は攪拌槽７４と脱水装置７５とからなり、汚泥分離水を排出する分離水管７６は分離水分岐管７７、７８、７９のそれぞれが分離水バルブ８０、８１、８２を介して各処理槽５１、５２、５３に連通している。
【００２１】
以下、上記した構成における作用を説明する。
始めに各処理槽５１、５２、５３および脱水設備５４の基本的な作用を説明する。各処理槽５１、５２、５３では、原水分岐管６２、６３、６４から供給する被処理水５０と槽内に滞留する活性汚泥との混合液に対して散気装置５８から空気を散気し、空気のエアリフト作用によって生じる固気液混相の上向流によって混合液を処理槽５１、５２、５３の内部で循環させながら混合液に酸素を溶解させ、活性汚泥の微生物により汚濁物中の有機物を生物処理して除去する。
【００２２】
膜分離装置５５には上向流によって混合液を膜カートリッジ５７の間の流路に膜面に沿ったクロスフローで供給する。膜分離装置５５は吸引ポンプ６０で与える吸引圧力によって膜カートリッジ５７の一次側と二次側の間に生じる膜間差圧を駆動力として運転し、膜カートリッジ５７の濾過膜で濾過して混合液を固液分離し、濾過膜を透過した膜処理水を膜処理水管５９を通して系外へ排出する。
【００２３】
膜分離装置５５の各膜カートリッジ５７における透過流束は膜間差圧が増加するほどに大きくなり、濾過膜の膜面に付着するケーキ層に由来する濾過抵抗が経時的に増加するほどに小さくなる。このため、膜分離装置５５の通常運転時には吸引ポンプ６０で与える吸引圧力を調整して膜間差圧を制御し、流量計８３で計測する膜処理水の流量を一定に維持することで透過流束を所定値に制御する。
【００２４】
本実施の形態では、膜分離装置５５の運転は吸引ポンプ６０で与える吸引圧力により強制吸引濾過して行っている。他の方法としては、吸引ポンプ６０で与える吸引圧力で生じる膜間差圧を各処理槽５１、５２、５３における水面から膜分離装置５５までの水頭の範囲内で制御し、膜カートリッジ５７の二次側を正圧（大気圧以上の圧力）とすることで重力濾過を行うことも可能である。
【００２５】
処理槽５１、５２、５３の余剰汚泥は汚泥引抜６８、６９、７０を通して脱水設備５４の攪拌槽７４へ導き、凝集剤を攪拌混合してフロックを形成し、その後に脱水装置７５で濃縮脱水する。脱水装置７５から排出する脱水ケーキは系外へ排出して焼却処分もしくは埋立処分する。
【００２６】
残留高分子凝集剤を含む汚泥分離水は脱水返流水として分離水管７６を通して処理槽５１、５２、５３の何れかに戻す。汚泥分離水の量は被処理水５０の性状によっても変わるが、例えばＢＯＤ１００−５００ｍｇ／Ｌ程度の下水である場合には被処理水５０の２〜１０％程度である。
【００２７】
以下に、浸漬型膜分離活性汚泥処理設備の運転時について説明する。原水バルブ６５、６６を開栓して原水バルブ６７を閉栓し、分離水バルブ８２を開栓して分離水バルブ８０、８１を閉栓することで、第１および第２の処理槽５１、５２へ被処理水５０を供給し、第３の処理槽５３に対する被処理水５０の供給を停止し、脱水設備５４から排出する汚泥分離水を第３の処理槽５３へ返送し、第１および第２の処理槽５１、５２に対する汚泥分離水の供給を停止する。
【００２８】
この状態で、被処理水５０を供給する第１および第２の処理槽５１、５２の膜分離装置５５を通常運転における所定の透過流束である上位設定値で運転しつつ、汚泥分離水を供給する第３の処理槽５３の膜分離装置５５を所定の透過流束以下の下位設定値に抑制して運転する。
【００２９】
そして、所定時間経過するごとに被処理水５０を供給する処理槽５１、５２および汚泥分離水を返送する処理槽５３を変更する。処理槽５１、５２、５３を変更する所定時間は被処理水５０を生物処理する槽内の生物増殖速度、もしくは汚泥分離水を生物処理する槽内の生物増殖速度に依存し、増殖速度が速い場合は所定時間の設定値を短くし、増殖速度が遅い場合は所定時間の設定値を長くする。
【００３０】
処理槽５１、５２、５３の変更は原水バルブ６５、６６、６７および分離水バルブ８０、８１、８２を開閉操作して行い、上述した状態から被処理水５０を第２、第３の処理槽５２、５３へ供給し、汚泥分離水を第１の処理槽５１へ供給する状態へ変更し、あるいは被処理水５０を第１、第３の処理槽５１、５３へ供給し、汚泥分離水を第２の処理槽５２へ供給する状態へ変更し、所定時間毎に順次に状態を変更する。
【００３１】
汚泥引抜６８、６９、７０を通して余剰汚泥を引抜くタイミングは分離水管７６を通して戻す脱水返流水の水質による。例えば、脱水返流水の汚濁物質量が比較的多ければ、脱水返流水の処理時に余剰汚泥が多く発生するので被処理水の受入時に余剰汚泥を引抜き、逆に比較的少なければ被処理水を処理した後の脱水返流水の受入時に余剰汚泥を引抜く。
【００３２】
なお、処理槽５１、５２、５３の変更はバルブ操作によらず、ポンプを個別に設けてその運転制御によって行うことも当然可能である。
膜分離装置５５の透過流束は処理槽５１、５２、５３における被処理水５０の槽内滞留時間に影響し、透過流束が大きいほどに槽内滞留時間が短くなり、透過流束が小さいほどに槽内滞留時間が長くなる。このため、透過流束の上位設定値は被処理水５０の性状に応じて経験則で設定し、被処理水５０を十分に生物処理するのに必要な槽内滞留時間を実現する透過流束をとする。また、透過流束の下位設定値は汚泥分離水の性状に応じて経験則で設定し、残留高分子凝集剤を含む汚泥分離水を生物処理するのに必要な槽内滞留時間を実現し、かつ残留高分子凝集剤に由来するゲル層の成長を抑制できる透過流束をとする。
【００３３】
上述したように、処理槽５１、５２で被処理水５０を処理する系と処理槽５３で汚泥分離水を処理する系とを分けて運転することで、被処理水５０を処理する処理槽５１、５２においては残留高分子凝集剤に由来するゲル層によって透過流束が低下するなどの悪影響が生じずに被処理水５０を生物処理でき、所定の透過流束で行う通常運転の継続期間、つまり逆洗が必要となる時期までの期間が長くなる。また、通常運転における所定の透過流束を大きく設定して処理能力を高めた運転も可能となり、透過流束を大きくして槽内滞留時間を短くすることで処理槽５１、５２、５３の容量を小さくし、散気装置５８の動力を低減できる。
【００３４】
一方、汚泥分離水を処理する処理槽５３では透過流束を抑制して運転することで、残留高分子凝集剤による濾過膜の目詰まりを抑制して逆洗が必要となる時期までの期間を長くでき、汚泥分離水の槽内滞留時間を長くして汚泥分離水に含まれた有機物および残留高分子凝集剤を生物処理することができる。
【００３５】
ところで、活性汚泥処理において槽内滞留時間の短い運転を継続すると、処理槽５１、５２、５３における活性汚泥の微生物種が少なくなって生物処理で生じる代謝物を分解することが困難となり、代謝物が膜の目詰まりの原因となることがある。
【００３６】
しかし、被処理水５０を供給する処理槽５１、５２、５３および汚泥分離水を返送する処理槽５１、５２、５３を所定時間ごとに変更することで、各処理槽５１、５２、５３においては、所定の透過流束にて短い槽内滞留時間の下で行う高負荷運転と、抑制した透過流束にて長い槽内滞留時間の下で行う低負荷運転とを交互に行うことになり、各処理槽５１、５２、５３の内部環境の変化によって活性汚泥に多様な微生物群を馴養して生物処理で生じる代謝物を分解することで膜の目詰まりを防止でき、逆洗の頻度を著しく減少させることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、処理槽で被処理水を処理する系と処理槽で汚泥分離水を処理する系とを分けて運転し、汚泥分離水を返送する処理槽を所定時間ごとに変更して各処理槽において高負荷運転と低負荷運転とを交互に行うことで、被処理水を処理する処理槽では残留高分子凝集剤の悪影響を受けずに所定の透過流束で通常運転を長く継続して行って逆洗頻度を低減でき、汚泥分離水を処理する処理槽では汚泥分離水の性状に応じて透過流束を抑制した運転により槽内滞留時間を長くして汚泥分離水に含まれた有機物および残留高分子凝集剤を生物処理し、残留高分子凝集剤による濾過膜の目詰まりを抑制して逆洗頻度を低減できる。また、各処理槽において高負荷運転と低負荷運転とを交互に行うことで活性汚泥に多様な微生物群を馴養して生物処理で生じる代謝物を分解することで膜の目詰まりを防止でき、逆洗の頻度を著しく減少させることができる。よって、装置全体として被処理水に対する生物処理能力、固液分離能力を維持しつつ残留高分子凝集剤による濾過膜の目詰まりを抑制して膜洗浄のメンテナンス頻度を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における浸漬型膜分離活性汚泥処理設備を示すフローシート図である。
【図２】従来の浸漬型膜分離活性汚泥処理設備を示すフローシート図である。
【符号の説明】
５０    被処理水
５１、５２、５３  処理槽
５４    脱水設備
５５    膜分離装置
５６    ケース
５７    膜カートリッジ
５８    散気装置
５９    膜処理水管
６０    吸引ポンプ
６１    原水供給管
６２、６３、６４  原水分岐管
６５、６６、６７  原水バルブ
６８、６９、７０  汚泥引抜管
７１、７２、７３  汚泥バルブ
７４    攪拌槽
７５    脱水装置
７６    分離水管
７７、７８、７９  分離水分岐管
８０、８１、８２  分離水バルブ
【図１】
2004305926.tif 000003
【図２】
2004305926.tif 000004