̀̀FMモジュール
Applicationの膜分離活性汚泥法への適用o†■■FM module■‑tobioreactor

membrane(技)第2研究開発部第4研究室
勉
松田
Tsuto皿uMats11da(技)第2研究開発部第5研究室
野中信
一

Sbinicbj

NoIlaka

有機性廃水処理の分野では活性汚泥法と膜分離を組合わせた膜分離活性汚泥法の適用が注目されている｡この方式は従来の活性汚泥法(曝気槽＋沈殿槽)の沈殿槽の代替として膜分離装置をもちいるものであり,従来法にくらべて設備がコンパクトになることや処理水質が著しく改善できるなどの長所をもっている｡本報告では,膜分離活性汚泥法についての概説をおこない,現状の問題点を指摘する｡更に,食品工場の廃水を対象として"FMモジュールを装着した膜分離活性汚泥処理システムの実証実験を実施し,同廃水に安定した適用が可能であることを確認した｡その結果,FMモジュールをもちいることにより従来方式の問題点を解決するユニークな膜分離活性汚泥法となることがわかった｡Abioreactor

membraneindustrialfields.In
uslng

Settling

membranemembranebasbeenthis system,atankbioreactor

Water,COmpa柁dconductedinofSOlvethe problems

system

sbows

分

離水処

平
逆J4

that也eFMused

膜分離活性汚泥法
廃庄

as

sucb

by

洗

waste

moduleisⅥ√ater treatmentin

alte皿血ively

aCtiv如edCOmpaCt
Sludge仕eatment

adoptedinstead

treatment

sludgedesignvarbusandimprovement

ofb･eated
血issystems.In

pilot plantinstallednslng

water丘･Omtheねctoryasprovedunlquecouldbeme皿braneofsystem･The

described.Furtbe皿Ore,de皿OnStrationa陀

pI℃SentprOble皿S

ofconventionaltre如ment

膜皿manu払c山一ing払ctorya氏)Od

equlpmentis

usedinadvanbges

wasteorganic

co皿Ventionalactiv血ed

anditsresults ofdemonstra土bntesting
system,and也egreat

fbr

apply

separation

conventionallyhassystemsystemtomembranewbichisⅥ′地 tbosebioreactor

thisfbcusedsystemisreport,testing

FM皿Odule.Tbe
stablybioreactort陀atedwhich

bycansystem.

Membraneseparation

Membranebioreactor

理Waste膜

Flat sheet

浄Back

trea土mentwater

membranepress町e

神鋼パンテツク技報

Cleanlng

lわJ.46加ゎ.1(20α2/β)ま えがき1.膜分離活性汚泥法の概要

有機性廃水処理のもっとも一般的な手法として活長1.1特性汚泥法が普及している｡この方式は好気性微生物

従来の活性汚泥法と膜分離活性汚泥法の標準的なに有機物を摂取･分解させ,重力沈降を利用して汚処理フローを図1に示す｡膜分離活性汚泥法は,活泥微生物と処理水を固液分離している｡

性汚泥法の沈殿槽の替わりに膜分離装置をもちいる

従来の活性汚泥法では,汚泥膨化現象等に起因すため,設備がコンパクトになり維持管理も容易となる汚泥沈降不良によって処理水質悪化や汚泥の流出る｡また,MF膜,UF膜による精密な固液分離で等を生じるリスクがあり,運転管理上,留意するべありバクテリアを完全にトラップできるため曝気槽き点が多いという処理技術上の問題点があった｡まのMLSS濃度を高濃度に維持可能となり,曝気槽たさらに,曝気槽が大きくなったり,沈殿槽が必要の小型化も可能である｡さらに,えられる処理水はであるなど設置面積の増大や,メンテナンスの手間

大腸菌等の病原性微生物の完全な除去が可能であるが大きいという問題もあった｡このような従来法のなどの特長をもつ｡

欠点を克服するシステムとして,生物処理後の固液1.2

膜モジュールの設置方式

分離に膜分離装置をもちいる膜分離活性汚泥法が提

膜分離活性汚泥法は膜モジュールの設置方式から案されている｡この方式をもちいることにより設置大別すると膜モジュールを曝気槽内に設置する浸潰面積の大幅な削減,処理水質の向上が期待できる｡

方式と膜モジュールを曝気槽外に設置するクロスフ

当社では,ROC日EM‑UFSysteme社(ドイツ)が開発したクロスフロー型の膜分離装置"FMモジュール

ロー方式の2方式に大別されている｡図2に浸漬方式とクロスフロー方式の基本フローの比較を示す｡の独占販売契約を締結し､販売を開始していMa血te皿anCearea

る1)｡FMモジュールは流路間隔を比較的大きくと(Cllemicalcleaning)れる平膜構造であり,かつ逆庄洗浄が可能であることから,高いSS分の原水に対しても閉塞のおそれが少ないため前処理を簡略化できる利点を有する｡
Aeration

本稿では,膜分離活性汚泥法について概説し,従bIower

来の技術上の問題点について指摘する｡また食品工B

Wastewater

場廃水を対象としてFMモジュールをもちいた膜分離活性汚泥法の実証実験を実施した結果について報告し,FMモジュールの膜活性汚泥法への適用性にTreatedwater
Pついて述べる｡

Filtratepump

AeratioI】ta止Aeratio11tank

Settlingtank

Excesssludge
Treatedwater(a)subl刀ergedsァste】℃
SlndgeAerationB(a)conventionalactivatedsludgeprocess

blowerWastewater

MeIl血一皿eS甲aration
AerationtaIlk

Concentrate

Feed
Trea土edwater

Treatedwater

p11mp

equlpment

P
Aerationtallk

MembraneSludgemodu】eExcesssludge(b)Me血branebioreactorprocess(b)cross且owsystem

図1標準活性汚泥法と膜分離活性汚泥法の処理フロー

図

Fig.1Flow

Fig.2

sheetofstandardactivatedsludge
bioreactor
process

process弧d2

membrane

1わ乙4β肋.J(2〃α2/β)

神鋼パンテツク技報

浸漬方式とクロスフロー方式のフロー比較
Flowdiagrams□ow

systemofsubmergedsystemandCrossJ古1.2.1浸漬方式2)ジュールに薬液をポンプで循環する方式が一般的に曝気槽内に浸漬された膜モジュールは散気管の上採用されており,膜モジュールを取出すことなく,部に設置され散気管の曝気空気による気液混合上昇

迅速かつ効果の高い薬品洗浄がワンボタンもしくは流により,汚泥の蓄積などのファウリングが抑制さ異常の自動検知によって自動で実施が可能である｡
表1に浸漬方式とクロスフロー方式の性能についれている｡

ろ過方法は膜の処理水側からポンプで負庄としててまとめたものを示す｡
クロスフロー方式は,比較的難ろ過性の処理が可ろ過をおこなう吸引ろ過方式が多くもちいられてい能であることや薬品洗浄に人手を要しない等,処理る｡

膜分離装置は長期間運転をおこなうと,膜細孔へ性能は浸漬方式よりも優れている｡設置面積についの有機物や無機物質沈着のため透過流東低下は避けても浸漬方式は薬品洗浄槽の必要性から必ずしも有られない｡このような場合,定期的に薬品洗浄を実利とはいえない｡

施して処理性能を回復させる必要がある｡

本報告では,浸漬方式の技術的な問題点を克服す

浸潰方式の場合洗浄方法は,曝気槽内に膜を浸漬ることが可能と考えられるクロスフロー方式についしたまま薬液を注入して洗浄をおこなう槽内洗浄と,てFMモジュールを適用した実証運転をおこなった｡

槽外に膜を取出して別途薬品洗浄槽に浸漬して洗浄する槽外洗浄があるが,強力な洗浄力の点から,通2.FMモジュールをもちいた膜分離活性汚泥法

常は長期運転では槽外洗浄が実施されている｡

2.1ⅠⅦモジュールの構造

槽外で実施する薬品洗浄は手動操作にて実施されFMモジュールの構造図を図3に,封筒状平膜エているのがほとんどである｡薬品洗浄頻度は条件にレメントの構造図を図4にそれぞれ示す｡FMモジュー

よって異なるが,非定常な廃水の流入や負荷変動のはそれよりも短いインターバルで薬品洗浄が必要な

ルは封筒状平膜を多層に積層したユニークな構造となっている｡処理目的に応じて限外ろ過(UF)膜から逆浸透(RO)膜に至る膜種を選択可能である場合もある｡このように浸潰方式の場合は,膜を曝と同時に,原水性状にあわせて膜聞流路幅の変更も気槽から取出すなどの作業とメンテナンスエリアが可能である｡封筒状平膜は,支持板の両面に,処理必要であり,作業にかかる労力が大きいことが問題

水スペーサー,平膜を各1枚ずつ重ね合わせて外周であった｡

部をシールしている構造であり,平膜でありながら1.2.2逆庄洗浄が可能な構造となっている｡

大きい産業排水の処理では1〜2ケ月程度,もしく

クロスフロー方式

膜モジュールは加圧容器の中に納められ,曝気槽2.2外に設置される｡循環ポンプによって活性汚泥を含膜分離活性汚泥法への適用

FMモジュールをもちいた膜分離活性汚泥法の標んだ廃水を曝気槽から膜モジュールに加圧僕給し,準的なフローシートを図5に示す｡FMモジュール

クロスフロー方式でろ過される｡クロスフロー方式

は膜モジュールを曝気槽外に設置するクロスフロー

では,比較的高粘度,難ろ過性の液についても処理方式である｡曝気槽と膜分離装置間をポンプによっが可能であるという利点をもつ｡て被処理液を循環させ,クロスフローでろ過する｡
従来の加圧方式ではファウリングを防止するために

また,クロスフロー方式では,薬品洗浄時に膜モ表1浸漬方式とクロスフロー方式の性能比較
TablelCo皿parisonofper払rma凸Ce

between

Installedlocationofmodnle

Space托〉rC血emicalclea凸1ng

submergedsystem

Cross円ow野Stem

Sub皿ergedsystem

Cross凸owsystem

Insideofaeration也Ⅰ止

Outersideofaeratiolltank

N冒器㌣Intemptiontimefbrchemicalcleanlng

long

Trea血bilゆofhardly一色1teTableliquidBadヱβand

神鋼パンテツク技報(In｡濫ざ冨S宗t｡m)Short(Antol□atic)
Good∇0王.4β加b.ヱ(20￠2/β)クロスフローによる2〜3m/Sの膜面流速を必要とPer皿eateplpe

していたが,FMモジュールでは逆庄洗浄を組入れ
Me皿】br皿e(:ロ5bio工lた運転方法を採用し,ファウリングを間欠的に除去するという考えによって1m/S以下の膜面流速でも/Press11T(∋∇eSSel

安定した処理が可能となり従来の加圧方式よりも低Semic8血dge

動力で安定した処理が可能である｡
Rubt〉erStrip

3.実証実験
3.1実証装置
実験に使用した装置仕様を表2に,装置フローをMe皿brane
PermeateSpac6r
SllppOrtp181e

図6に示す｡FMモジュールは膜聞流路幅の広いタイプで膜材質は親水性のポリアクリロニトリル製

y′′′′

Pぢ甲田k

RllbberStrip

UF膜(分画分子量50000)を使用した｡使用したPe皿eateDr8inageStlCk

実験装置を写真1に示す｡

p【訂皿ea旭CllaImel

実証条件

3.2

図

3.2.1実験原水

3FMモジュール構造図

Fig.3

Scbematic

diagrams

ofFM

module

実験原水として食品工場の廃水を使用した｡
実験期間の原水水質の平均値および最小,最大値

表

実験装置仕様2Speci丘cation

Table2oftestequipment

1)AerationTank

図Capacity

2m3

4

メンプレンクッション
MembraneFig.4

cusbion2)Membranespec近cation
Membranetype

UF

Material

Polyacrylonitrile

50000

MWCO

FMmoduleSystem

Aerationtank

Treatedwater3)ModuleSpecification
3.OmmClearancebetweenmembranes
Membraneareaperamodule

3.48m2/皿Odule

quantityof皿Odule

1皿OduIe

Totalmembranearea

3.48m2Sludge

図5

FMモジュールをもちいた膜分離活性汚泥法の標準フロー

Fig.5

Block凸owdiagramof皿embranebioreactorprocess
witbaFMmodulePre一色1ter
Wastewater

Concentrate
B
Aerationblower

0000
0Drainsludge

000

Permeate≡Cleaningtank

もミ三言0萱

0ごlFeedpump

叫･･･G)一ト･･

Circulationpul丑p

Backpress町eAerationtank

cleanlngpnmp
FM園
Fig.6

6

Permeateta止Module

実験装置フローFlowdiagrams

oftestlわJ.4β加b.J(20α2/β)

equlpment

神鋼パンテツク技報

J7を表3に示す｡期間平均値は80Dが5330皿g几,傾向が確認された｡理由は次のように考えられる｡

SSが1070Ⅱ1g几であった｡

膜分離活性汚泥法のろ過原理は,膜表面に形成され3.2.2たケーキ層がある程度ろ過層として働き,そのケー運転条件ろ過方法として,FLUXを25L/m2/bに設定する

キ層で高〜低分子の有機物が減少し膜細孔のファウ定流量ろ過方式を採用した｡運転時間の経過と共にリングを防止すると考えられているが,逆洗後,膜ファウリングに起因する膜間差庄が上昇するが,定表面のケーキ層が除去された状態で低MLSS濃度期的な逆庄洗浄(2〜3時間毎に透過水を利用しての混合水をろ過したことにより,浮遊している微細おこなう)を組み込むことにより,膜間差庄を減少

フロック,溶解している有機成分等が直接膜細孔に作用しファウリングが起こり,膜間差庄が上昇したさせてファウリングを防止する運転とした｡
前処理として,自動洗浄機能付きのストレーナーものと考えられる｡対策としては,高MLSS濃度(200/Jm)をもちいて,膜処理に詰まりなどの悪影(巨大フロック)を保った状態で運転することが必

響をおよぼす粒子の大きい固形物や繊維状の異物を要である｡

除去した｡

4.1.2

処理水質

原水のBODおよびSSの推移を図8,9に示す｡

4.実証結果および考察
4.1処理性能

期間平均値はBODが5330mg/L,SSが1070mg几

4.1.1膜間差圧とMLSSの推移であった｡

膜間差庄および混合水のMLSSの経時変化を図7に示す｡実験期間中,FLUXを25L/m2他に設定表し通水をおこなった｡基本的に膜間差庄は,若干の3Table3上昇傾向がみられるものの0.1〜0.2MPaで推移し,

原水水質
Waste

waterquality
Average

逆圧洗浄を組入れた運転方法により安定した処理が可能であることを確認した｡運転時間が約250時間

p‡寸

Minimnm

Maximum

4.3[‑]

4.0

4.9を経過したところで急激に膜間差庄が上昇したが,SS【皿g/L]

1070

4802360

その原因は低MLSS濃度での通水に起因するもの

BOD[mg/L]

5330

38006860であった｡なお後述するが,逆洗をおこなわない場

S‑BOD

[mg几】

4690

32006350

合には短時間で膜面に汚泥が堆積して膜間差庄が急

S‑TOC

[mg几]

2420

1570

3320

上昇し,処理が困難であった｡
実験期間中のMLSS測定結果は,最大値:17720mg几,最小値:5560mg几であった｡
MLSSが6000mg几以下で,膜間差庄が上昇するつ】
4 O (U00.6

十TTanS‑meIl血一皿epreSSure[中丸言]0白票巴一心□巴エ∈ロ已･岩巴←

0 50 4[卓軸∈]∽∽貞00 30000 200000○00

00 0

(‖)

+0.0

図Fig.7O100200300400500

600

Time[b]7

膜間差庄とMLSSの経時変化
Dependence
OnJβ

2 0 O 爪U0MLSSO

Operatlng

oftrans‑me皿branepressure

andMLSStime

神鋼パンテツク技報

写真1

実験装置の外観

PbotolOutsideview

oftestequipment∇oJ.46J仇).ユ(2〃α〜/β)処理水BOD濃度の推移を図10に,BOD除去率の≡移を図11に示す｡処理水BODは10〜200mg/Lで,OD除去率はおおむね98%以上であった｡なお,)%以上のBOD除去率が得られた時の′BOD･負荷
こ,容積負荷が3kg/m3･d,SS負荷が0.2kg/kg￣SS･d
し下であった｡膜処理で曝気槽処理水に含まれる徴ほ懸濁物質を分離除去することにより,BODがJ5000mg几の廃水を10mg几以下にできたと考え■れる｡

物理洗浄の効果2

物理洗浄を実施しない運転では,膜間の流路に汚が閉塞を起こし,処理不能状態となる｡膜間に汚写真

2

膜間に汚泥が閉塞した状態

Photo

2

Pluggedmembraneswithsludge

乙が閉塞している状態を写真2に示す｡このような

8000
300

●●

●●

6000

250

●●●

●

200●

吉4000

●

日+･⊥

●●150

⊂〕
⊂)ロ〕

100
2000

50●

●

●●

00200

400

600

2000400

原水BODの推移
Changeg.8ofBOD

ofwaste600

Time[h]Time[h]
8●

water

図10

処理水BODの推移

Fig.10ChangeofBOD

oftreated

water

250000●●2000
D入U′hU

0[辞]

01500

●

UO∞‑○望空一d>○∈①出

●

●

●

1000

●

●
●

●

●
●

500

402000200

400

600

0200

TiIne[h]9g.9原水SSの推移
CbangeofSS400

600

Time[h]

図11BOD除去率の推移
ofwasteガ.4β凡b.J(2〃α〜/β)

water

Fig.11Change

神鋼パンテツク技報

orremovalrate

ofBOD

J9

表4Table4

物理洗浄効果E飴ctofphysicalclea血gBe托〉re Cleanlng

Aftercleanlng①Airscmbbingcleaning②8ackpressureclea血g(Washing by water)③8ackpressurecleaning(Wasbingby air)状態になると,薬液洗浄を実施しても閉塞した汚泥0 3を完全に除去することは困難である｡そこで,膜面n" 2 5に堆積した物質を除去･抑制する有効を手段である

甘邑巴房←qO【‑已辛口QR芸【声【ト物理洗浄効果について調査した｡物理洗浄条件は

0 つ▲①エアスクラビング
0+ 5(彰水による逆庄洗浄③空気による逆庄洗浄(U ‑▲について,モジュール内を強制的に汚泥で閉塞させ,各条件で物理洗浄を実施し,物理洗浄前後のモジュー(U O 5ル内の状態より洗浄効果について評価した｡エアス
クラビング洗浄とは,原水中に空気を送り込み,気1SO

185

水による物理的せん断力により膜面の付着物を除去

190195T血e[h]

する方法であり,逆庄洗浄は膜の処理水側から水お図12逆庄洗浄の効果

よび空気を送り,ファウリング物質,付着物を除去

Fig.12E飴ctofbackpressurecleaningする方法である｡
洗浄前後のモジュール内部の状態を表4に示す｡

4.3

薬品洗浄の効果

実験期間中に膜間差庄が上昇した際と,実験終了

その結果,水による逆庄洗浄がもっとも高いことがわかった｡

時にNaC10による薬品洗浄を実施した｡薬品洗持

図12に逆洗実施による膜間差庄の推移を示す｡ろ前後の膜表面の状態を写真3に示す｡逆庄洗浄を細過時間にともない,膜表面に汚泥の付着,体積が生入れた運転方法により,薬品洗浄前における膜麦田

じ,股間差庄が上昇するが,一定の間隔で逆洗を実の汚染度は抑制されている｡さらに,薬品洗浄の実施することによって回復し,安定した処理が可能と施により,膜の清水透過性能は新膜時の約85%帯なった｡

度まで回復し,良好な薬品洗浄効果がえられた｡

20

神鋼パンテツク技報∇og.4β肋.J(2002/β:20(Af亡ercleanlng

薬品洗浄効果(膜面の状態)

3

E肋ct

ofchemicalcleaning(Conditionofmembranesu脆ce)

nXU

3

他oto

cleanlng[∽･タ一旦0叫勺コー屯勺①】dト七〇く】○甘苦り広S

写真l(U【+己○のコロニー冨:邑邑一望一日音①己口一〇>β2岩山

8efbre◆Viscosi中
OFiltrate∇01nllle◆◆◆◆◆◆◆も◆空く00｡0◆◆◆

5000

10000

15000

20000

MISS【皿g几]

図13MLSS濃度とろ舐ろ過性および汚泥粘度の関係
Fig.13Relationsbip

among

MLSS,Viscosity

andfilterabil‑

ity

【.4

汚泥性状の処理性におよぼす影響

図13に実験期間中の曝気槽混合水MLSS濃度とむ

ら紙ろ過性および汚泥粘度の関係を示す｡
ろ紙ろ過性とはろ過の難易度を調べる方法であり,

すび

食品工場の廃水を対象としてFMモジュールをもiOmLの汚泥を5Cろ紙で濾過した場合の5分間のちいた膜分離活性汚泥処理システムの性能実証実験

ら過量で示される｡

を実施した｡その結果,逆庄洗浄を組入れた運転方

藤井らは,廃水用浸潰膜処理の最適汚泥性状とし法により,従来の加圧方式よりも低動力で安定した

こ①ろ紙ろ過性:20mL/5min以上(参粘度:150処理が可能であることが確認された｡また,薬品洗npa･S以下であることを紹介している2)｡今回の実簸ではろ紙ろ過性は2.0〜2.5mU5min,粘度は最高浄性も良好な結果がえられ,同廃水への適用が十分

直400mPa･S,に達しており,浸潰膜では安定した[参考文献]

蔓転が困難と考えられるような汚泥性状であったが,

1)島田光重ほか:神鋼パンテツク技報,Vol.45No.2(2001),p.46
匡ほか:神鋼パンテツク技報,Vol.44No.1
2)藤井(2000),p.17

了Mモジュールでは安定した運転が可能であること
う号判明した｡に可能であることが実証された｡

垂絡先松田勉

技術開発本部
第2研究開発部
第4研究室

TEL

O78‑992‑6525

FAX

O78‑992‑6504

E一皿由It.matsuda@pantec.co.jp

わJ.4β肋.J(20α2/β)

神鋼パンテツク技報

2J