(57)【要約】【課題】膜分離活性汚泥処理方法において、種汚泥や余剰汚泥の引き抜き量の制御によらずに曝気槽内の汚泥濃度を高く維持して安定した膜濾過を行う。【解決手段】２段以上直列に設けられた、曝気槽Ａ〜Ｃの最前段の曝気槽Ａに有機物含有排水（原水）を導入し、最後段の曝気槽Ｃの活性汚泥処理水を浸漬膜分離槽Ｄに導入して該浸漬膜分離槽Ｄの浸漬膜モジュールの透過水を処理水として得ると共に、濃縮汚泥を曝気槽Ａ〜Ｃに返送する膜分離活性汚泥処理方法において、原水の負荷に応じて、汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換える。【選択図】図１
2012205992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物含有排水（原水）を活性汚泥処理する曝気槽と、該曝気槽からの活性汚泥処理水が導入される浸漬膜分離槽と、該浸漬膜分離槽内の汚泥を前記曝気槽に返送する汚泥返送手段とを備える有機物含有排水の処理装置において、
２段以上の前記曝気槽が直列に設けられ、最前段の曝気槽に原水が導入され、最後段の曝気槽の活性汚泥処理水が前記浸漬膜分離槽に導入される有機物含有排水の処理装置であって、
前記原水の負荷に応じて、前記汚泥返送手段により汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換える汚泥返送先切換手段を有することを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【請求項２】
請求項１において、前記浸漬膜分離槽から汚泥が返送された曝気槽以降の曝気槽のＢＯＤ負荷が０．５ｋｇ／ｍ３・日以上となるように、前記汚泥返送先切換手段により汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記浸漬膜分離槽の汚泥濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上となるように、前記汚泥返送先切換手段により汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、前記浸漬膜分離槽内の余剰汚泥を引き抜く余剰汚泥引抜手段を有し、該余剰汚泥引抜手段により、１日当たり、前記曝気槽及び浸漬膜分離槽の全保有汚泥量の１／１０〜１／３０が余剰汚泥として引き抜かれることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【請求項５】
２段以上直列に設けられた曝気槽の最前段の曝気槽に有機物含有排水（原水）を導入し、最後段の曝気槽の活性汚泥処理水を浸漬膜分離槽に導入して該浸漬膜分離槽内の浸漬膜モジュールの透過水を処理水として得ると共に、濃縮汚泥を前記曝気槽に返送する有機物含有排水の処理方法であって、
前記原水の負荷に応じて、前記浸漬膜分離槽から汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【請求項６】
請求項５において、前記浸漬膜分離槽から汚泥が返送された曝気槽以降の曝気槽のＢＯＤ負荷が０．５ｋｇ／ｍ３・日以上となるように、該浸漬膜分離槽から汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、前記浸漬膜分離槽の汚泥濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上となるように、該浸漬膜分離槽から汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれか１項において、前記浸漬膜分離槽から、１日当たり、前記曝気槽及び浸漬膜分離槽の全保有汚泥量の１／１０〜１／３０の余剰汚泥を引き抜くことを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物含有排水を膜分離活性汚泥処理するに当たり、曝気槽内の汚泥濃度を高く維持した上で安定した膜濾過を行う有機物含有排水の処理装置及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物含有排水の活性汚泥処理において、従来、沈殿槽における重力沈降により行われていた汚泥の固液分離を、膜濾過によって行う膜分離活性汚泥処理方法が近年普及している。汚泥の固液分離に膜を用いることによって、処理水の水質を良好に保つことができ、また、曝気槽のＭＬＳＳ濃度を高く維持することができるため、高負荷処理が可能となる上に、沈殿槽が不要となるため、装置を小型化することができる。
【０００３】
この膜分離活性汚泥処理方法では、汚泥濃度（ＭＬＳＳ）が２，０００ｍｇ／Ｌ未満ではＢＯＤ成分の分解能力が不十分となり、ＢＯＤ成分が膜モジュールの膜面に多量に吸着され、安定して膜濾過を行うことができなくなる。このため、曝気槽の負荷が低い状態が続くと、膜濾過を安定に行えなくなる。曝気槽からの余剰汚泥の引き抜き量を少なくすることにより、曝気槽内の汚泥濃度を高めることができるが、膜分離活性汚泥処理方法において、曝気槽内の汚泥濃度を高めるために曝気槽からの余剰汚泥の引き抜き量を少なくしてＳＲＴ（汚泥滞留時間）を過度に長くすると、汚泥の自己消化産物が増加し、膜を汚染しやすくなることが知られている。
【０００４】
特許文献１には、膜分離活性汚泥処理方法において、汚泥濃度を高めるために、最初の運転開始までに、あらかじめ曝気槽内の汚泥濃度が２，０００ｍｇ／Ｌ以上となるように種汚泥を加える方法が記載されているが、立ち上げ時に充分量の種汚泥を確保し得ない場合には、この方法では対応し得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８９９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記従来の実状に鑑みてなされたものであって、膜分離活性汚泥処理方法において、種汚泥や余剰汚泥の引き抜き量の制御によらずに曝気槽内の汚泥濃度を高く維持して安定した膜濾過を行う有機物含有排水の処理装置及び処理方法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】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、膜分離活性汚泥処理方法における膜分離槽の前段の曝気槽を複数段直列に配置し、膜濾過分離された汚泥の返送先を、原水の負荷に応じて切り換えることにより、膜分離槽内を膜濾過に適切な汚泥性状及び汚泥濃度に保つことができ、この結果、膜濾過を安定して行うことができることを見出した。
【０００８】
本発明はこのような知見に基いて達成されたものであり、以下を要旨とする。
【０００９】
［１］  有機物含有排水（原水）を活性汚泥処理する曝気槽と、該曝気槽からの活性汚泥処理水が導入される浸漬膜分離槽と、該浸漬膜分離槽内の汚泥を前記曝気槽に返送する汚泥返送手段とを備える有機物含有排水の処理装置において、２段以上の前記曝気槽が直列に設けられ、最前段の曝気槽に原水が導入され、最後段の曝気槽の活性汚泥処理水が前記浸漬膜分離槽に導入される有機物含有排水の処理装置であって、前記原水の負荷に応じて、前記汚泥返送手段により汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換える汚泥返送先切換手段を有することを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【００１０】
［２］  ［１］において、前記浸漬膜分離槽から汚泥が返送された曝気槽以降の曝気槽のＢＯＤ負荷が０．５ｋｇ／ｍ３・日以上となるように、前記汚泥返送先切換手段により汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【００１１】
［３］  ［１］又は［２］において、前記浸漬膜分離槽の汚泥濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上となるように、前記汚泥返送先切換手段により汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【００１２】
［４］  ［１］ないし［３］のいずれかにおいて、前記浸漬膜分離槽内の余剰汚泥を引き抜く余剰汚泥引抜手段を有し、該余剰汚泥引抜手段により、１日当たり、前記曝気槽及び浸漬膜分離槽の全保有汚泥量の１／１０〜１／３０が余剰汚泥として引き抜かれることを特徴とする有機物含有排水の処理装置。
【００１３】
［５］  ２段以上直列に設けられた曝気槽の最前段の曝気槽に有機物含有排水（原水）を導入し、最後段の曝気槽の活性汚泥処理水を浸漬膜分離槽に導入して該浸漬膜分離槽内の浸漬膜モジュールの透過水を処理水として得ると共に、濃縮汚泥を前記曝気槽に返送する有機物含有排水の処理方法であって、前記原水の負荷に応じて、前記浸漬膜分離槽から汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【００１４】
［６］  ［５］において、前記浸漬膜分離槽から汚泥が返送された曝気槽以降の曝気槽のＢＯＤ負荷が０．５ｋｇ／ｍ３・日以上となるように、該浸漬膜分離槽から汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【００１５】
［７］  ［５］又は［６］において、前記浸漬膜分離槽の汚泥濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上となるように、該浸漬膜分離槽から汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【００１６】
［８］  ［５］ないし［７］のいずれか１項において、前記浸漬膜分離槽から、１日当たり、前記曝気槽及び浸漬膜分離槽の全保有汚泥量の１／１０〜１／３０の余剰汚泥を引き抜くことを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、原水の負荷に応じて、浸漬膜分離槽から汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換えることにより、十分量の種汚泥が得られない立ち上げ時や低負荷時においても、ＳＲＴを過度に長くすることなく、適切な汚泥性状と汚泥濃度を保つことで、浸漬膜による固液分離を安定して行うことができ、これにより膜分離活性汚泥処理本来の安定した高負荷処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の有機物含有排水の処理装置の実施の形態を示す系統図である。
【図２】実施例１及び比較例１，２における膜間差圧の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の有機物含有排水の処理装置の実施の形態の一例を示す系統図であり、この有機物含有排水の処理装置では、第１の曝気槽（以下「曝気槽Ａ」と称す場合がある。）１、第２の曝気槽（以下「曝気槽Ｂ」と称す場合がある。）２、第３の曝気槽（以下「曝気槽Ｃ」と称す場合がある。）３、及び第４の曝気槽（以下「曝気槽Ｄ」と称す場合がある。）４が直列に接続され、最後段の曝気槽Ｄに浸漬型膜モジュール５が浸漬配置されている。
【００２１】
原水（有機物含有排水）は、配管１１より曝気槽Ａに導入され、曝気槽Ａの処理水は、配管１２より曝気槽Ｂに導入され、曝気槽Ｂの処理水は配管１３より曝気槽Ｃに導入され、曝気槽Ｃの処理水は配管１４より曝気槽Ｄに導入され、この曝気槽Ｄ内の膜モジュール５により膜濾過されて透過水が配管１５より処理水として取り出される。
【００２２】
この曝気槽Ｄ内の汚泥は、配管１６より引き抜かれ、一部が返送汚泥として配管１７を経て配管１８，１９又は２０により曝気槽Ａ〜Ｃのいずれかに返送されるように構成されている。また、残部は配管２１を経て余剰汚泥として系外へ排出される。
【００２３】
本発明においては、このような膜分離活性汚泥処理において、原水の負荷に応じて、曝気槽Ｄから曝気槽Ａ〜Ｃのうちの汚泥を返送する曝気槽ないしは汚泥返送の有無を切り換える（ここで、汚泥返送を行わない場合は、見掛け上、曝気槽Ｄに汚泥返送したとみなす。）。
【００２４】
具体的には、汚泥返送を行った曝気槽以降の曝気槽（汚泥返送を行わない場合は曝気槽Ｄ）のＢＯＤ負荷が０．５ｋｇ／ｍ３・日以上、好ましくは０．８〜１．５ｋｇ／ｍ３・日となるように、また、浸漬膜分離槽である曝気槽Ｄの汚泥濃度（ＭＬＳＳ）濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは３０００〜２００００ｍｇ／Ｌ、より好ましくは６０００〜１２０００ｍｇ／Ｌとなるように、汚泥返送の有無ないしは汚泥返送先を切り換える。
【００２５】
汚泥返送を行った曝気槽以降の曝気槽のＢＯＤ負荷が０．５ｋｇ／ｍ３・日より低いと汚泥濃度を高く保つことができず、ＢＯＤ成分の分解が不十分となるため、本発明の効果を充分に得ることができない。ただし、このＢＯＤ負荷が過度に高いと、ＢＯＤ成分の分解時に生成される代謝産物が増加し、膜を汚染し易くなることから、汚泥返送を行った曝気槽以降の曝気槽のＢＯＤ負荷は０．５〜２ｋｇ／ｍ３・日、特に０．８〜１．５ｋｇ／ｍ３・日となるように汚泥返送の有無又は汚泥返送先の切り換えを行うことが好ましい。
【００２６】
また、曝気槽Ｄの汚泥濃度が３０００ｍｇ／Ｌ以上となるように、汚泥返送の有無又は汚泥返送先の切り換えを行うことが好ましいが、曝気槽Ｄの汚泥濃度が高過ぎると膜表面への汚泥の堆積による目詰まりが激しくなることから、曝気槽Ｄの汚泥濃度は３０００〜２００００ｍｇ／Ｌ、特に６０００〜１２０００ｍｇ／Ｌとなるように汚泥返送の有無又は汚泥返送先の切り換えを行うことが好ましい。
【００２７】
このように原水負荷に応じて汚泥返送の有無又は汚泥返送先の切り換えを行うには、通常、原水負荷が高い場合には、汚泥返送先を前段側の曝気槽とし、原水負荷が低い場合は、汚泥返送先を後段側の曝気槽とするか或いは汚泥返送を行わないようにする。
【００２８】
このような汚泥返送の有無又は汚泥返送先の切り換えは、返送汚泥配管に設けたバルブの切り換えにより行うことができ、図１の装置では、例えば原水配管１１に原水の有機物濃度を測定するＴＯＣ計及び流量計を設け、この測定結果に基いて返送汚泥配管１７〜２０のバルブの切り換えを行う制御装置を設けることにより容易に実施することができる。なお、図１には、曝気槽Ｄには返送汚泥配管が設けられておらず、汚泥返送を行わない場合は、返送汚泥配管に汚泥を流さない構成とされているが、曝気槽Ｄの入口側にも返送汚泥配管を分岐させ、汚泥返送を行わない場合は、返送汚泥を曝気槽Ｄに戻すように構成することもできる。
【００２９】
なお、返送汚泥量は少な過ぎると浸漬膜分離槽の汚泥濃度が高くなり過ぎてしまい、多過ぎると返送ポンプの動力が過度に大きくなることから、返送汚泥流量として原水流量の１〜１０倍、特に１〜３倍とすることが好ましい。
【００３０】
配管１６，２１からの余剰汚泥の引き抜き量については、１日当たりの余剰汚泥の引き抜き量を、系内全体、即ち、曝気槽Ａ〜Ｄの全保有汚泥量の１／１０〜１／３０、好ましくは１／２０〜１／３０とし、ＳＲＴを１０〜３０日、好ましくは２０〜３０日で処理することが好ましい。ＳＲＴが短過ぎるとＢＯＤ成分の分解時に生成する代謝産物が増加し、長過ぎると前述の如く、汚泥の自己消化産物が増加し、いずれの場合も膜を汚染しやすくなる。
【００３１】
図１に示す曝気槽Ｄは、槽内に膜モジュール５を浸漬配置した浸漬型膜分離活性汚泥処理槽であるが、膜モジュールはこのように曝気槽内に設けるものに限らず、曝気槽外に膜モジュールを設ける槽外型膜分離活性汚泥法を採用するものであってもよい。槽外型膜分離活性汚泥法の場合、曝気槽とは別に設けた膜浸漬槽内に膜モジュールを浸漬して膜透過水を得、膜濃縮水を前段の曝気槽に返送してもよい。
【００３２】
膜の種類としては、ＳＳの固液分離性に優れたＭＦ（精密濾過）膜やＵＦ（限外濾過）膜を用いることができ、その型式としては特に制限はなく、平膜、チューブラ膜、中空糸膜のいずれも採用することができる。
【００３３】
このような膜モジュールの下方には散気管を設け、膜モジュールの膜面付着物を散気による曝気流の洗浄作用で一部剥離除去するようにすると、膜透過性が高められ、好ましい。
【００３４】
なお、図１においては曝気槽を４段直列に配置しているが、曝気槽の数は、膜浸漬槽以外の曝気槽が２段以上配置されればよく、特に制限はない。曝気槽は通常２〜５段に設けることが好ましい。これらの曝気槽のうち、汚泥が返送されていない曝気槽には、原水又は前段の曝気槽からの処理水のみが導入される。
【００３５】
このような本発明の有機物含有排水の処理装置で処理する有機物含有排水としては、通常生物処理される有機物含有排水であれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、電子産業排水、化学工場排水、食品工場排水などが挙げられる。例えば、電子部品製造プロセスでは、現像工程、剥離工程、エッチング工程、洗浄工程などから各種の有機性排水が多量に発生し、しかも排水を回収して純水レベルに浄化して再使用することが望まれているので、これらの排水は本発明の処理対象排水として適しており、本発明の有機物含有排水の処理装置の処理水を必要に応じて更に高度処理することにより高純度水を得ることができる。
【００３６】
このような有機性排水としては例えば、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどを含有する有機性排水、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などの有機態窒素、アンモニア態窒素を含有する有機性排水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの有機硫黄化合物を含有する有機性排水が挙げられる。
【実施例】
【００３７】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３８】
［実施例１］
液晶製造工場の模擬排水として、ＭＥＡ、ＤＭＳＯ、ＴＭＡＨを等量ずつ混合し、リン、その他無機塩を栄養剤として、原水ＢＯＤに応じて添加した原水を調整し、図１に示す装置で４ｍ３／日の処理水量で膜分離活性汚泥処理を行った。
この装置は、容量５００Ｌの曝気槽Ａ〜Ｄを直列に配置し、最後段の曝気槽Ｄに三菱レイヨン社製ＭＦ膜（膜面積６ｍ２）を浸漬したものであり、液晶製造工場の排水処理施設の活性汚泥を種汚泥として、ＢＯＤ濃度５００ｍｇ／Ｌの有機物含有排水で1ヶ月馴養運転した後、原水ＢＯＤ濃度（負荷）を５００ｍｇ／Ｌ→１００ｍｇ／Ｌ→２００ｍｇ／Ｌ→５００ｍｇ／Ｌで３０日毎に変えて処理を行った。
【００３９】
以下、最初の原水ＢＯＤ負荷５００ｍｇ／Ｌの期間を「第１期間」と称し、次の原水ＢＯＤ負荷１００ｍｇ／Ｌの期間を「第２期間」と称し、次の原水ＢＯＤ負荷２００ｍｇ／Ｌの期間を「第３期間」と称し、最後の原水ＢＯＤ負荷５００ｍｇ／Ｌの期間を「第４期間」と称す。
【００４０】
浸漬ＭＦ膜による濾過は、７分濾過／１分休止のサイクルで、膜濾過水を吸引（実効フラックス０．７ｍ／日）した。また、ＭＦ膜の膜間差圧が３０ｋＰａを超えたところで、膜を取り上げ、ＮａＯＨ＋ＮａＣｌＯ溶液（ｐＨ１２、有効塩素０．３％）に一晩浸漬して薬品洗浄を行った。
最後段の曝気槽Ｄからの返送汚泥量は０．５ｍ３／時間（原水量の３倍）とした。
【００４１】
曝気槽Ｄからの汚泥返送先ないしは汚泥返送の有無を下記表１に示すように切り換えると共に、ＳＲＴが２０日となるように、曝気槽Ｄから引き抜く余剰汚泥量を下記表１に示す通りとし、表１に示す条件で処理を行った。
このときの膜間差圧の経時変化を調べ、結果を図１（ａ）に示した。
【００４２】
【表１】
2012205992.tif 000003
【００４３】
［比較例１］
表２に示す通り、曝気槽Ｄからの汚泥の返送を常時曝気槽Ａに対して行い、余剰汚泥引抜量を１００Ｌ／日としてＳＲＴ２０日としたこと以外は実施例１と同様に処理を行い、膜間差圧の経時変化を図２（ｂ）に示した。
【００４４】
【表２】
2012205992.tif 000004
【００４５】
［比較例２］
表３に示す通り、曝気槽Ｄからの汚泥の返送を常時曝気槽Ａに対して行い、曝気槽Ｄの汚泥濃度を５，０００〜５，５００ｍｇ／Ｌに維持するように余剰汚泥引抜量を２０〜１００Ｌ／日としてＳＲＴ２０〜１００日としたこと以外は実施例１と同様に処理を行い、膜間差圧の経時変化を図２（ｃ）に示した。
【００４６】
【表３】
2012205992.tif 000005
【００４７】
実施例１及び比較例１，２ではいずれも全期間を通じ、処理水のＢＯＤ濃度は５ｍｇ／Ｌ未満であった。
比較例１では、低負荷の第２期間と第３期間に膜に供給された曝気槽Ｄの汚泥濃度が当初の５，５００ｍｇ／Ｌ前後から１，５００〜２，２００ｍｇ／Ｌに減少し、それとともに膜間差圧の上昇速度（膜汚染）が増加した（図２（ｂ））。
また、比較例２では、余剰汚泥の引抜量を調整することで、曝気槽Ｄの汚泥濃度は全期間を通じ、５，０００ｍｇ／Ｌ前後で維持できたが、第２期間、第３期間には曝気槽Ｄ内の溶解性ＢＯＤが徐々に増加し、それとともに膜間差圧の上昇速度（膜汚染）が増加した（図２（ｃ））。ＳＲＴが長くなることで汚泥の自己消化が進み、生成した溶解性有機物が膜を汚染したと見られた。
一方、実施例１では、膜間差圧の上昇速度は全期間を通じほぼ一定で推移し、低負荷条件が続いても安定した膜濾過を継続することができた（図２（ａ））。
【００４８】
このように、本発明によれば、原水負荷に応じて汚泥返送先や汚泥返送の有無を切り換えることにより、十分量の種汚泥が得られない立ち上げ時や低負荷時においても、膜濾過に適切な汚泥性状、濃度を保つことができ、膜による固液分離を安定して行うことができることが分かる。
【符号の説明】
【００４９】
１  第１の曝気槽（曝気槽Ａ）
２  第２の曝気槽（曝気槽Ｂ）
３  第３の曝気槽（曝気槽Ｃ）
４  浸漬膜分離槽  （曝気槽Ｄ）
５  膜モジュール
【図１】
2012205992.tif 000006
【図２】
2012205992.tif 000007