(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥を含有する被処理液に鉄系凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理工程と、
前記凝集処理工程において凝集処理して得られた活性汚泥と凝集汚泥とが混在する処理液を膜分離処理する膜分離工程とを含む排水処理方法において、
前記鉄系凝集剤として、マンガンを０．１重量％以下含有するものを用いることを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
前記処理液のｐＨを５．２〜５．８に調整する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記凝集処理工程において、前記活性汚泥に対する水酸化鉄の重量比が０．１〜０．５となるように鉄系凝集剤を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理方法に係り、より詳細には、活性汚泥を含む被処理液に鉄系凝集剤を添加して膜分離処理を行う排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
活性汚泥を含む被処理液を膜で固液分離する膜分離プロセスは、沈殿池が不要、曝気槽の汚泥濃度が高められるなどのメリットを有することから、近年盛んに利用されてきている。なかでも、ＣＯＤ成分を効率良く除去し且つ膜のファウリング抑制を図るために、膜分離に先立って、鉄系凝集剤を添加する排水処理方法がよく用いられるようになっている（例えば特開平９−１９７００号公報、特開平１０−１２８３９３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の諸公報に記載の排水処理方法では、膜ファウリングが十分に抑制されるとは言えず、長期間にわたって安定した運転を行うことが不可能となり、膜の薬品洗浄を頻繁に行う必要があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、長期間にわたって安定して排水処理を行うことができる排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく、上記従来技術が有する問題の原因について検討を行った。まず本発明者等は、膜ファウリング後の膜の表面が黒くなっていることに気付き、この黒色物質について分析を試み、この黒色物質が酸化マンガンであることを見出した。そして、本発明者等は、更にこの酸化マンガンの生成源について検討した結果、その生成源が、排水処理に通常用いられる鉄系凝集剤に不純物として含まれるマンガン（一般に１．２〜１．７重量％含まれている）であることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００６】
即ち、本発明は、活性汚泥を含有する被処理液に鉄系凝集剤を添加して凝集処理する凝集処理工程と、凝集処理工程において凝集処理して得られた活性汚泥と凝集汚泥とが混在する処理液を膜分離処理する膜分離処理工程とを含む排水処理方法において、鉄系凝集剤として、マンガンを０．１重量％以下含有するものを用いることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、活性汚泥を含む被処理液に鉄系凝集剤を添加して凝集処理し、凝集処理して得られた活性汚泥と凝集汚泥とが混在する処理液を膜分離処理しても、膜表面において酸化マンガンの生成が十分に抑制され、長期間にわたって膜ファウリングを防止することが可能となる。
【０００８】
本発明は、処理液のｐＨを５．２〜５．８に調整する工程を更に含むことが好ましい。
【０００９】
処理液のｐＨを上記範囲に調整することで、上記ｐＨ範囲を外れた場合に比べて、より長期間にわたって安定に膜分離処理を行うことができる。
【００１０】
上記凝集処理工程において、活性汚泥に対する水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）の比が０．１〜０．５となるように鉄系凝集剤を添加することが好ましい。
【００１１】
この場合、活性汚泥に対する水酸化鉄の比が上記範囲を外れた場合に比べて、より長期間にわたって安定に膜分離処理を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の排水処理方法を適用する排水処理装置の一例を示すフロー図である。図１に示すように、この排水処理装置は、活性汚泥を収容する曝気槽１を備えており、曝気槽１には、原水導入ラインＬ１を経て原水が導入されるようになっている。曝気槽１内には、散気管２が配設され、散気管２は空気供給ラインＬ２を経て空気供給ブロワ３に接続されている。従って、空気供給ブロワ３から空気供給ラインＬ２を経て散気管２より活性汚泥に空気を供給することが可能となっている。なお、曝気槽１では、散気管２より空気を間欠的に導入することで硝化脱窒処理を１つの槽で行うことができる。
【００１４】
曝気槽１から排出される曝気処理液は、ラインＬ３を経て凝集槽４に導入される。凝集槽４の槽内液は、攪拌機５により攪拌可能となっている。また、凝集槽４には、ｐＨ計６が設置され、槽内液のｐＨ値をモニタ可能となっている。
【００１５】
凝集槽４から排出される凝集処理液は、ラインＬ４を経て膜分離槽７に導入される。膜分離槽７には、槽内液を固液分離する膜ユニット８が配設されている。膜ユニット８においては、回転平膜、中空糸膜、浸漬平膜等を使用することができ、膜の種類としては、例えば限外ろ過膜、精密ろ過膜等のいずれも使用することができる。膜ユニット８の下方には散気管９が配設されている。散気管９は、空気供給ラインＬ９を経て空気供給ブロワ３に接続されている。膜ユニット８には、膜分離処理液排出ラインＬ５が接続され、膜分離処理液排出ラインＬ５には吸引ポンプ１０が接続されている。そして、吸引ポンプ１０を作動すると、膜ユニット８を経て槽内液が吸引され、槽内液の固液分離が行われる。
【００１６】
また、膜分離槽７と曝気槽１とは返送ラインＬ６によって接続され、返送ラインＬ６には返送ポンプ１１が設置されている。従って、膜分離槽７の槽内液は、返送ラインＬ６を経て曝気槽１内に返送されるようになっている。
【００１７】
次に、前述した構成の排水処理装置を用いた排水処理方法について説明する。
【００１８】
曝気槽１には、原水導入ラインＬ１を経て原水を導入する。一方、空気供給ブロワ３を作動し、空気供給ラインＬ２及び散気管２を経て空気供給ブロワ３より曝気槽１の槽内液に空気を供給し槽内液の連続曝気を行う。
【００１９】
凝集槽４には、ラインＬ３を経て活性汚泥を含有する曝気処理液を導入する。凝集槽４の槽内液には、鉄系凝集剤を添加して凝集処理する（凝集処理工程）。ここで、鉄系凝集剤としては、マンガンを０．１重量％以下、好ましくは０・０５重量％以下含有するものを用いる。マンガンの含有率を０．１重量％とするのは、０．１重量％を超えると、後段の膜分離槽７において膜表面に酸化マンガンが生成しやすくなり、短期間で膜ファウリングが起こるからである。鉄系凝集剤としては、上記含有率だけマンガンを含有するものであればよく、主として塩化第二鉄又はポリ硫酸鉄等を含有するものが用いられる。また、鉄系凝集剤の添加量は、活性汚泥に対する水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）の重量比が０．１〜０．５となるようにすることが好ましい。この場合、上記範囲を外れた場合に比べて、膜ファウリングを十分に抑制することができ、より長期間にわたって安定して排水処理装置を運転することができる。更に、凝集槽４においては、上記鉄系凝集剤の添加により、凝集槽４内に凝集汚泥が生成され、被処理液中のＣＯＤ成分が除去される。このとき、攪拌機５で槽内液を攪拌すると、凝集汚泥が生成されやすくなる。
【００２０】
また、凝集槽４においては、鉄系凝集剤添加後の槽内液（処理液）のｐＨを５．２〜５．８に調整することが好ましい。ｐＨが５．２未満になると、酸性が強すぎて活性汚泥による生物処理が不安定となり、ＣＯＤ成分等の除去効率が低下する傾向があり、ｐＨが５．８を超えると、鉄系凝集剤での溶解性有機物の除去効果が低下し、後段の膜分離槽７で比較的短期間に膜ファウリングが起こる傾向がある。なお、ｐＨの調整は、凝集槽４内に酸又はアルカリを添加することにより行うことができる。
【００２１】
膜分離槽７には、ラインＬ４を経て、活性汚泥と凝集汚泥とが混在する凝集処理液を導入する。そして、吸引ポンプ１０を作動し、膜分離槽７の槽内液を膜ユニット８を経て吸引し、槽内液の固液分離を行う（膜分離工程）。一方、空気供給ブロワ３を作動し、空気供給ラインＬ９、散気管９を経て槽内液に空気を供給する。これにより膜面が洗浄されるとともに活性汚泥が好気性条件下に置かれる。こうして槽内液の固液分離を行っても、凝集槽４で添加した鉄系凝集剤は、マンガンを０．１重量％以下含有するものであり、マンガンを極微量含んでいるにすぎないため、長期間にわたって、膜面における酸化マンガンの生成が十分に抑制され、膜ファウリングを十分に抑制することができる。よって、排水処理装置を長期間にわたって安定して運転することができる。
【００２２】
膜ユニット８を経て分離された清澄な膜分離処理液は、膜分離処理液排出ラインＬ５を経て排出し、槽内液の一部は、返送ポンプ１１を作動し、返送ラインＬ６を経て曝気槽１に返送する。これにより活性汚泥が曝気槽１に返送されるので、活性汚泥の有効利用が図れる。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、曝気槽１において連続曝気を行っているが、原水が窒素化合物を多く含んでいるような場合には、空気供給ブロワ３を間欠的に作動することで曝気槽１にて硝化脱窒処理を行い、窒素化合物を十分に除去するようにしてもよい。
【００２４】
次に、本発明の内容を、実施例を用いて具体的に説明する。
【００２５】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す組成を持つ合成下水を水道水で３００倍に希釈し、これを流入原水とした。この流入原水を曝気槽に導入して、表２に示す条件で曝気槽を運転した。そして、曝気槽から排出される活性汚泥を含む液をＮｏ．５Ｃろ紙でろ過し、そのろ液に、ＦｅＣｌ3濃度が２重量％となるように、マンガンを０．０２重量％含有する鉄系凝集剤（新日本製鉄（株）製塩化第二鉄溶液（低マンガン品））を添加して凝集処理を行った。鉄系凝集剤添加後、０．１規定ＮａＯＨ又は０．１規定ＨＣｌを用いてｐＨ調整を行った。そして、活性汚泥と凝集汚泥とが混在する液をマイクロモジュール（三菱レーヨン（株）製）を用いてろ過し、ｐＨ値に対する差圧上昇を測定し、各ｐＨごとに差圧上昇の比較を行った。結果を表３に示す。なお、マイクロモジュールとしては、キャピラリーモジュールを使用した。また、表３において、差圧値は、液１０Ｌを１Ｌになるまで、即ち液を９Ｌ吸引したときの差圧を２５℃換算値で示した。また、表３には、マイクロモジュールで吸引する前の液の水質も併記した。更に膜分離中はエアスクラビングを行った。膜の種類、材質、孔径、透過流束、エアスクラビング条件は表２に示す通りとした。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
【表２】
0004426088.tif 000003
【００２８】
【表３】
0004426088.tif 000004
【００２９】
表３に示すように、ｐＨ４．５〜７．０の範囲で凝集処理すると、マイクロモジュールで吸引する前のＴＯＣ、ＣＯＤ(cr)濃度が十分に低減され、且つ９Ｌろ過時の差圧も十分に小さくなることが分かった。特にｐＨ５．２〜５．８で凝集処理する場合には、９Ｌろ過時の差圧が顕著に小さくなることが分かった。
【００３０】
（比較例１）
曝気槽に鉄系凝集剤を添加しなかった以外は実施例１と同様にして合成下水の処理を行い、９Ｌろ過時の差圧を測定した。その結果を、マイクロモジュールで吸引する前の水質とともに表３に示す。表３に示すように、鉄系凝集剤を添加しない場合には、ＴＯＣ、ＣＯＤ(cr)濃度が十分に低減されず、９Ｌろ過時の差圧も相当大きくなることが分かった。
【００３１】
（実施例２）
曝気槽内のｐＨ及び活性汚泥濃度を一定とし、鉄系凝集剤の添加量を、活性汚泥に対する水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）の重量比が表４に示す値となるように変更すると共に、曝気槽におけるＢＯＤ負荷を０．８ｋｇ／ｍ3・日、マイクロモジュールにおける膜の透過流束を１．０ｍ／日とした以外は実施例１と同様にして、合成下水の処理を行った。そして、１０００時間運転した時点で差圧を測定した。差圧の測定は、表４に示す活性汚泥に対する水酸化鉄（Ｆｅ（ＯＨ）3）の重量比のそれぞれの場合について行った。結果を表４に示す。
【００３２】
【表４】
0004426088.tif 000005
【００３３】
表４に示す結果より、活性汚泥に対するＦｅ（ＯＨ）3の重量比を０．１〜０．５の範囲にすると、より長時間にわたって差圧の上昇を抑制できることが分かった。
【００３４】
（比較例２）
鉄系凝集剤を添加しなかった以外は実施例２と同様にして合成下水の処理を行った。そして、１０００時間運転した時点で差圧を測定した。結果を表４に示す。
【００３５】
表４に示す結果より、鉄系凝集剤を添加しないと、活性汚泥に対するＦｅ（ＯＨ）3の重量比を０．１〜０．５の範囲にする場合に比べて、比較的短時間で差圧が上昇することが分かった。
【００３６】
（実施例３）
合成下水で培養した活性汚泥に鉄系凝集剤を添加し、これにより得られた活性汚泥と凝集汚泥との混合汚泥を含む液の膜分離試験を図２に示す膜セル試験装置を用いて実施した。
【００３７】
ここで、膜セル試験装置について説明する。図２に示すように、膜セル試験装置は、容積８Ｌの曝気槽１２を有し、曝気槽１２の内部には、ブロワ１３から空気導入ラインＬ７、散気管１４を経て空気が導入されるようになっている。曝気槽１２には、ｐＨ計１８が設置され、曝気槽１２の槽内液のｐＨをモニタ可能となっている。また、膜セル試験装置は、箱型の膜セル１５を有しており、曝気槽１２の槽内液は、膜セル１５の下方位置から導入され、膜セル１５の内壁面に固定されたポリオレフィンからなる平膜（公称孔径０．４μｍ、大きさ２ｃｍ×２５ｃｍ）１６の表面を通過して膜セル１５の上方位置から排出されて曝気槽１２に返送されるようになっている。また、膜セル１５には、ブロワ１３から空気導入ラインＬ８を経て空気が導入され、この空気により平膜１６のエアスクラビング（膜下断面積（０．８ｃｍ×２ｃｍ）当り１．５Ｎｍ3／ｍ2・分）が行われるようになっている。なお、空気導入ラインＬ８には流量計１９が設置されている。更に、膜で分離された膜分離液はポンプ１７により吸引されて曝気槽１２に返送されるようになっている。
【００３８】
このような膜セル試験装置において、曝気槽１２で生成される活性汚泥と凝集汚泥との混合汚泥を含む液の膜分離試験を次のようにして行った。まず、曝気槽１２には、表１に示す組成の合成下水で培養した活性汚泥を導入し、活性汚泥濃度は１２，０００ｍｇ／Ｌとした。活性汚泥には、０．０２重量％のマンガンを含有する鉄系凝集剤（新日本製鉄（株）製塩化第二鉄溶液（低マンガン品））を、活性汚泥に対するＦｅ（ＯＨ）3の重量比が０．１になるように添加し、凝集剤添加後の曝気槽１２の槽内液のｐＨは０．１規定ＮａＯＨ又は１規定ＨＣｌを用いて調整した。膜１６の透過流束は１．５ｍ／日に調整した。膜分離試験中は、有機物負荷は与えず、膜分離試験は、空曝気の条件で行った。そして、吸引差圧が１０ｋＰａ、２０ｋＰａに到達した時間を測定した。結果を表５に示す。
【００３９】
【表５】
0004426088.tif 000006
【００４０】
（実施例４）
図１に示す排水処理装置を用いて、ｐＨ５．０〜６．０、ＳＳ４００〜８００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ９００〜１３００ｍｇ／Ｌのビール工場排水の処理を行った。このビール工場排水を原水として曝気槽１に導入し、これを曝気槽１にてＢＯＤ容積負荷１．０ｋｇ・ＢＯＤ／ｍ3・日で生物処理した。このときのエアスクラビング条件は、膜下断面積当り１．５Ｎｍ3／ｍ2／分とした。この生物処理液を活性汚泥を残留させたまま凝集槽４に導入し、凝集槽４に鉄系凝集剤を、その濃度が流入原水（１Ｌ）を基準として２５０ｍｇ／Ｌとなるように添加し、凝集槽４の槽内液を攪拌機５で攪拌した。ここで、鉄系凝集剤としては、新日本製鉄（株）製塩化第二鉄溶液（低マンガン品）を使用した。また、凝集槽４の槽内液のｐＨは、ｐＨ計６をモニタしながら０．１規定ＮａＯＨ又は０．１規定ＨＣｌを添加して所定の値になるように調整した。なお、凝集槽４においては、１週間に一度ＭＬＳＳを測定して、ＭＬＳＳが１５，０００ｍｇ／Ｌとなるように余剰汚泥を抜き出した。膜分離槽７内の膜としては、表２に示す中空糸膜を用い、膜の透過流束は、運転開始１ヶ月間は０．５ｍ3／ｍ2／日とし、１ヶ月以降は１．０ｍ3／ｍ2／日とした。
【００４１】
こうしてビール工場排水の処理を行い、凝集槽４の槽内液のｐＨを４．８、５．５、６．０、７．０にした場合の膜差圧の経時変化を調べた。結果を図３に示す。図３に示す結果より、いずれのｐＨの場合も比較的長時間にわたって差圧が一定となるが、ｐＨ５．５の場合には差圧が一定である時間が特に長く、膜ファウリングをより十分に抑制できることが分かった。
【００４２】
（実施例５）
図２に示す膜セル試験装置を用いて、表６に示す水質を持つ工場の生活排水を処理した。
【００４３】
【表６】
0004426088.tif 000007
【００４４】
上記工場の生活排水は次のようにして処理した。まず、曝気槽１２には、表１に示す合成下水で培養した活性汚泥と工場の生活排水を導入し、活性汚泥濃度を１２，０００ｍｇ／Ｌとした。曝気槽１２の負荷条件は０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ3・日とした。活性汚泥には、マンガンを含有する鉄系凝集剤を、活性汚泥に対するＦｅ（ＯＨ）3の重量比が０．２になるように添加し、凝集剤添加後の曝気槽１２の槽内液のｐＨは０．１規定ＮａＯＨ又は１規定ＨＣｌを用いて５．５になるように調整した。また、膜の透過流束は１．０ｍ／日に調整した。
【００４５】
こうして工場の生活排水を処理し、週一回、汚泥中の鉄分について分析し、活性汚泥に対するＦｅ（ＯＨ）3の比が０．２を維持するように鉄系凝集剤を添加した。鉄系凝集剤としては、マンガンが差圧に与える影響を調べるために、マンガン含有率の異なる２種類の鉄系凝集剤（マンガン含有率がそれぞれ０．０５重量％、０．１重量％のもの）を用い、それぞれの鉄系凝集剤ごとに３ヶ月運転時の吸引差圧（２５℃換算値）を測定した。なお、マンガン含有率が０．０５重量％、０．１重量％の鉄系凝集剤は、マンガン０．０２重量％含有品と１．６重量％含有品とを混合してマンガン含有率を調整することにより得た。結果を図４の「○」で示す。
【００４６】
（比較例３）
鉄系凝集剤として、マンガン含有率が０．３重量％、０．７５重量％、１．０重量％、１．６重量％のもの（マンガン０．０２重量％含有品と１．６重量％含有品とを混合してマンガン含有率を調整することにより得た。）を用いた以外は実施例５と同様にして工場の生活排水を処理した。そして、それぞれの鉄系凝集剤ごとに３ヶ月運転時の吸引差圧（２５℃換算値）を測定した。結果を図４の「●」で示す。
【００４７】
図４に示す結果より、実施例５の場合は、３ヶ月運転時においても吸引差圧が十分に低くなっており、長期間にわたって安定して生活排水の処理が可能であるのに対し、比較例３の場合は、吸引差圧が実施例５の場合の２〜３倍程度の大きさとなっており、短期間で膜ファウリングを起こし、生活排水の処理を安定して行えないことが分かった。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の排水処理方法によれば、活性汚泥を含む被処理液に鉄系凝集剤を添加して凝集処理し、凝集処理して得られた処理液を膜分離処理しても、膜表面において酸化マンガンの生成が十分に抑制され、長期間にわたって膜ファウリングを防止することが可能となる。従って、本発明によれば、排水処理を長期間にわたって安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理方法を実施する排水処理装置の一例を示すフロー図である。
【図２】実施例３〜５、比較例３において使用する膜セル試験装置を示すフロー図である。
【図３】凝集ｐＨと膜差圧との関係を示すグラフである。
【図４】凝集剤中のマンガン濃度と吸引差圧の大きさとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１２…曝気槽、２，９，１４…散気管、３，１３…ブロワ、４…凝集槽、７…膜分離槽、１５…膜セル、１６…平膜。
【図１】
0004426088.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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