排水の処理方法及び装置
【課題】本発明は、生物処理の後に固液分離を行う排水処理方法において、より効率的に活性汚泥の固液分離を行うことのできる方法を提供することを目的とする。
【解決手段】かかる目的を達成するために、本発明は、排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体より濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法を提供するものである。
【解決手段】かかる目的を達成するために、本発明は、排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体より濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法を提供するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排水処理に関し、より詳しくは、活性汚泥の固液分離や余剰汚泥の濃縮等に関するものであり、具体的には、有機性工業廃水や生活排水等の処理に用いることができる活性汚泥の固液分離を含む排水の処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥法による水処理では、処理水を得るためには、活性汚泥の固液分離を行わなければならない。通常、このためには、活性汚泥を沈殿池に導入して、重力沈降によって汚泥を沈降させ、上澄液を処理水として沈殿池から流出される方法が用いられていた。しかしながら、この方法においては、活性汚泥を沈降させるために十分な沈降面積及び滞留時間を有する沈殿池が必要であり、処理装置の大型化と設置容積の増大要因となっていた。また、活性汚泥が、バルキング等で沈降性が悪化した場合には、沈殿池から汚泥が流出して処理水の悪化を招いていた。
【０００３】
近年、沈殿池に代わって、膜分離によって活性汚泥の固液分離を行う手法も用いられている。この場合、固液分離用膜としては、一般的に精密濾過膜や限外濾過膜が用いられている。しかしながら、この方法では、濾過分離主眼として、ポンプによる吸引や加圧が必要であり、通常、数十〜数百kPaの圧力で濾過を行うため、ポンプによる動力が大きく、ランニングコストの増大要因となっていた。また、膜分離でＳＳ（懸濁物質）の全くない清澄な処理水が得られる一方で、透過フラックスが低く、膜汚染を防止するために定期的に薬洗する必要があった。
【０００４】
更に最近、沈殿池に代わる活性汚泥の固液分離法として、曝気槽に不織布等の通気性シートからなる濾過体を浸漬させ、低い水頭圧で濾過水を得る方法が提案されている。かかる方法の概念を図１に示す。提案されている方法によれば、生物反応槽２０１内に、曝気用の散気管２０２及び濾過体２０４を配置し、更に濾過体の空洗用の散気管２０３を濾過体の下方に配置する。生物反応処理時（濾過運転時）には、原水供給管２０５より処理原水を生物反応槽２０１内に供給すると共に、散気管２０２から空気等を曝気することにより、槽内の活性汚泥による生物処理を行い、処理液を濾過体２０４で濾過して処理水（濾過水）を排出管２０６より取出す。この際、散気管２０２による曝気によって、生物反応槽２０１内には、濾過体表面において下向流となる活性汚泥混合液のクロスフロー流が生じる（図１ａ）。このクロスフロー流によって、濾過体２０４の表面に活性汚泥のダイナミック濾過層が形成され、形成されたダイナミック濾過層によって活性汚泥混合液が濾過され、排出管２０６より取出される。そして、濾過体２０４の表面に形成された濾過層が圧密化し、濾過抵抗が増大して濾過水量が低下してきたら、散気管２０２からの曝気を止め、散気管２０３より空気を散気することにより、濾過体表面の濾過層を空洗除去する（図１ｂ）。この方法によれば、濾過体表面に形成された汚泥のダイナミック濾過層による分離によって、清澄な濾過水が得られる。ここで、「汚泥のダイナミック濾過層」とは、濾過の進行により濾過体表面に形成される活性汚泥粒子の付着物層である。この方式において用いられる濾過体の濾過媒体は、実質的には活性汚泥粒子よりも大きな孔径を有していて粒子を通過させるものであるが、濾過の駆動圧が小さい条件下においては、濾過媒体の表面に活性汚泥粒子の付着物層（汚泥のダイナミック濾過層）が形成され、このダイナミック濾過層によって活性汚泥粒子の通過を阻止することができるようになるのである。この方式の濾過体としては、通常、不織布、織布、金網などが用いられている。ダイナミック濾過層を用いる方法においては、濾過媒体の表面に濾過層としての活性汚泥粒子の付着物層を活性汚泥の濾過に適当な厚さ及び圧密度等となるように均一に且つ効率的に形成させることが、活性汚泥粒子の通過を確実に阻止して良好な水質の処理水を安定に得る上で重要である。提案されている方法においては、ダイナミック濾過層の形成手法としては、濾過体表面を流通する活性汚泥流速を平均０．０５〜０．４m/s、好ましくは０．１５〜０．２５m/sに制御することが規定されている。提案されている方法では、濾過体表面流速が０．２m/sにおいては、濾過フラックスが約２m/dで、濾過継続時間が２．５h以上となっているのに対して、濾過体表面流速０．０３m/sにおいては、濾過フラックスは、初期は４．１m/dであるが、４５分後には３．３m/dまで低下し、短時間で濾過フラックスが低下するとされている。
【０００５】
また、生物反応槽内及び最終沈殿池内の少なくとも一方に、濾過体を浸漬配置して、後続槽との水頭圧差によって濾過体の流出口を介して濾過体から処理済水を引き抜くという活性汚泥法による汚水処理装置が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの提案されている方法においては、次のような問題点があった。即ち、提案されている方法においては、濾過体表面での汚泥混合液の流れは、曝気によって槽内を循環する流れを引き起こすことによって形成される。しかしながら、この方法では濾過体表面での流速が一様でないため、濾過体表面に均一な汚泥のダイナミック濾過層を形成することができず、汚泥が濾過体表面に堆積しやすい。更に、生物反応槽の水位が流入水量及び曝気風量によって変動するため、濾過体への水頭圧が一定でなく、濾過水量が変化し、安定した水量が得られない。水頭圧が不安定で、極端に高くなった場合には、濾過体表面に形成される汚泥ダイナミック濾過層の通水性能が低下し、濾過フラックスの急激な低下を招く恐れがある。その結果、洗浄頻度が高くなり、洗浄後のフラックス回復率も低くなる。更に、生物反応槽に流入する原水中のＢＯＤ（生物学的酸素消費量）等の有機汚濁物が僅かでも残留した場合には、それが濾過体に直接付着して、濾過体表面に生物膜が成長し、濾過水量を著しく低下させる原因となる。
【０００７】
また、濾過体を最終沈殿池に浸漬した場合には次のような問題点がある。即ち、汚泥の重力沈降を利用した最終沈殿池においては、底部に濃縮汚泥が堆積し、上部より上澄水が得られることからも分かるように、沈殿池内部の汚泥濃度が均一ではない。このため、濾過体浸漬部の汚泥濃度が不均一となり、良好なダイナミック濾過層の形成が不可能で、安定した処理水を得ることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
更に、本発明者らは、活性汚泥混合液のダイナミック濾過層による濾過方法において、濾過体の濾過フラックスと表面流速との関係を詳細に検討した結果、濾過体表面の流速を０．０５〜０．４m/s、特に、好ましいとされていた０．１５〜０．２５m/sとした場合には、濾過体表面の汚泥流動が激しく、汚泥の均一なダイナミック濾過層の形成が困難であり、有効な濾過面積も得られず、更にこの場合には微細な汚泥フロックによる濾過体表面の閉塞が早く、空洗や水洗を行っても効果が少なくなってしまうという知見を得た。そして、濾過体の洗浄直後においては、表面流速は０．０５m/s未満とすることにより安定したダイナミック濾過層が５分以内と極めて短時間で形成され、その場合、濾過フラックスは５m/d以上を４時間以上継続でき、更に表面流速が０．０５m/s未満の条件では、濾過体表面に形成されたダイナミック濾過層が空洗のみで容易に剥離することができることが見出された。
【課題を解決する手段】
【０００９】
本発明者らは、上記の課題点を鑑みてより効率的に活性汚泥混合液の固液分離を行う方法を提供すべく鋭意研究を重ねた結果、原水を生物反応槽に流入させて生物処理した後に、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させながら濾過水を得ることによって、極めて効率的に活性汚泥の固液分離を行うことができることを見出した。また更に、通水性濾過体表面に対する活性汚泥混合液の移動速度を平均０．０５m/s未満にすることによって、通水性濾過体表面へ汚泥のダイナミック濾過層を安定して形成することができることも見出された。更には、固液分離槽内に整流装置を配置して、活性汚泥混合液が、整流装置で整流された後に通水性濾過体表面を通過するようにすることによって、固液分離が更に効率よく進行することを見出した。本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。
【００１０】
即ち、本発明は、次の構成からなるものである。
１．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体より水頭圧で濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【００１１】
２．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【００１２】
３．通水性濾過体表面に対する活性汚泥混合液の移動速度が平均０．０５m/s未満であることを特徴とする上記第１項又は２項に記載の方法。
４．固液分離槽内に整流装置を設置し、活性汚泥混合液が、整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するようにしたことを特徴とする上記第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。
【００１３】
５．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体より水頭圧で濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【００１４】
６．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【００１５】
７．固液分離槽内に整流装置が設置されており、活性汚泥混合液が整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するように構成されていることを特徴とする上記第５項又は第６項に記載の装置。
【００１６】
本発明によれば、生物反応槽の後段に固液分離槽を設置して、該固液分離槽に通水性濾過体を浸漬配置することにより、従来の方法よりも少ない濾過圧で清澄な濾過水を得ることができる。
【００１７】
本発明の方法においては、濾過体から濾過水を得るための駆動圧としては、水頭圧及びポンプによる吸引圧のいずれを用いることもできる。水頭圧による濾過では、自然重力による濾過駆動圧であるので動力が不要であると共に、ダイナミック濾過層が形成される低い濾過圧を容易に構築することができるという利点がある反面、濾過層の圧密化による濾過水量の低下が起こり易いという欠点がある。これに対して、ポンプ吸引圧による濾過では、動力が必要であること、及びダイナミック濾過層が形成される低い濾過圧を安定して維持することが難しいという欠点がある反面、濾過水量の低下が起こりにくいという利点がある。本発明においては、両者の欠点と利点とを考慮の上でいずれか好ましい方法を採用することができる。
【００１８】
本発明において用いることのできる通水性濾過体としては、不織布、濾布、金属網等の従来技術において公知の通水性濾過体のいずれを用いても同様の効果を得ることができる。また、濾過体の形状も、平面型、円筒型、中空型等の従来技術において公知の任意の形状を用いることができ、複数個を束ねてモジュール濾過体として用いることも可能である。
【００１９】
なお、本発明においては、通水性濾過体の表面に安定にダイナミック濾過層を形成させるためには、固液分離槽内に導入される汚泥混合液の濾過体表面に対する平均流速を０．０５m/s未満とすることが好ましい。このようにすることにより、汚泥混合液が濾過体表面を下向流及び上向流の何れで通過しても、濾過体表面に良好なダイナミック濾過層を容易に形成することができる。また、汚泥混合液の濾過体表面に対する平均流速を０．０５m/s未満とすることにより、濾過フラックスの低下が少なく、高いフラックスが安定して得られることから、固液分離槽の容積を従来の沈殿池よりも大幅に小さくすることができ、処理装置をコンパクトにすることが可能になる。なお本発明においては、例えば、固液分離槽内で処理された汚泥混合液（濃縮汚泥混合液）を、固液分離槽内における汚泥混合液の導入箇所の反対側でポンプなどによって取出すことによって、汚泥混合液の濾過体表面に対する一定方向の流れを形成することができる。例えば、生物処理槽で処理された活性汚泥混合液を、固液分離槽の上部から固液分離槽内に導入する場合には、固液分離槽の底部より、濃縮汚泥混合液をポンプなどで取出すことにより、汚泥混合液の濾過体表面に対する一定方向の流れを形成することができる。したがって、汚泥混合液の濾過体表面に対する流速は、固液分離槽からの汚泥混合液取出し速度などを制御することによって調節される。取出された濃縮汚泥混合液は、生物反応槽や汚泥濃縮槽、汚泥消化槽等に返送したり、余剰汚泥として取出したりすることができる。
【００２０】
なお、濾過体表面を通過する汚泥混合液の平均流速が、汚泥粒子の沈降速度以下である場合には、汚泥混合液は、濾過体表面に対して下向流、即ち固液分離槽の上部から下部に向かって導入することが好ましい。このように構成すれば、流入汚泥が沈降しても、必ず濾過体表面を通過するので、良好な汚泥ダイナミック濾過層が形成される。
【００２１】
また、本発明の更に好ましい態様においては、固液分離槽の内部に整流装置を設置し、活性汚泥混合液が、整流装置を通過した後に濾過体表面を通過するように構成することが好ましい。このような構成とすると、固液分離槽内の流れ方向が一定となり、濾過体表面に汚泥のダイナミック濾過層を均一に形成することができる。
【００２２】
なお、本発明にかかる装置においては、固液分離槽の濾過体下部に洗浄装置を設置することが好ましい。この洗浄装置を用いて、定期的に濾過を停止して濾過体を洗浄することにより、濾過体表面に形成された汚泥層を容易に剥離することができる。洗浄方法としては、空洗及び水洗の一方又は両方を用いることができる。なお、空洗時の空気気泡の上昇流速は、少なくとも０．２m/sとなるように空洗風量の調整を行うことが好ましい。濾過モジュール下部に設置する空洗管としては、従来の散気管よりも通気孔の大きな多孔管が望ましい。多孔管を用いれば、同等の曝気量で散気管よりも高い上昇速度を得ることができ、上昇気泡も大きいため、濾過体表面の汚泥層を容易に剥離することが可能である。なお、多孔管の通気孔径は２mm以上であることが好ましい。
【００２３】
本発明にかかる装置においては、濾過体表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成されるまでの間に濾過モジュール内に汚泥が侵入する。このため、濾過モジュール内部の汚泥の堆積を無くすために、定期的に排泥を行うことが望ましい。この排泥方法としては、濾過モジュール下部より内部に貫通する排泥管を設け、排出汚泥を生物反応槽に導入するように接続することが好ましい。なお、排出動力としては水頭圧による自然流下が好ましく、排出の水頭圧は濾過の水頭圧と同程度にすることが好ましい。しかしながら、特に濾過駆動圧としてポンプを用いる場合などには、汚泥排出の排出動力としてポンプを用いることもできる。
【００２４】
また、本発明にかかる装置においては、固液分離槽で形成される濃縮汚泥を生物反応槽に返送することが好ましい。このようにすると、生物反応槽でのＢＯＤ負荷を適切に管理することができ、安定した生物処理を行うことが可能になる。なお、活性汚泥混合液は、濾過体表面に沿って通過するにしたがって徐々に濾過水が濾過されて濃縮される。このようにして形成される濃縮汚泥混合液を、返送汚泥として生物反応槽に返送することが好ましい。また、固液分離槽の上部から汚泥を下向流で流入させる場合には、固液分離槽の下部より濃度の高い汚泥混合液を返送汚泥として生物反応槽に返送することが好ましい。
【００２５】
上記に説明するように、本発明にかかる装置は、生物処理槽と固液分離槽とを具備するものであるが、これらの槽は、例えば下記の実施例１及び図２に示すように、単一の槽を隔壁で区切ることによって二つの槽を形成し、隔壁の底部に開口を設けることによって両槽を液体連絡させることによって構成してもよいし、或いは例えば下記の実施例２及び図７に示すように、二つの槽を別々に形成し、これらを配管で接続することによって構成してもよい。
【００２６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、以下の記載において、ＣＯＤＭｎは１００℃における過マンガン酸カリウムによる化学的酸素消費量；Ｓ−ＣＯＤＭｎは１００℃における過マンガン酸カリウムによる溶解性化学的酸素消費量；ＢＯＤ５は５日間における生物化学的酸素消費量；Ｓ−ＢＯＤ５は５日間における溶解性の生物化学的酸素消費量である。
【００２７】
実施例１
図２に、団地下水に対する本発明による排水処理法の一例をフローシートで示す。図２に示されている装置は、生物反応槽２と固液分離槽６とが一体に形成されていて、生物反応槽２と固液分離槽６とは、隔壁１５によって分離され、隔壁１５の底部に開放された開口４によって液体連絡している。流入原水１は、まず生物反応槽２に導入される。生物反応槽２では、ブロワー３によって散気管１３を通して空気が供給され、槽内に収容されている活性汚泥中の微生物の作用によって好気処理が行われる。生物反応槽２から流出する活性汚泥液は、隔壁１５の底部に形成されている開口４を通して固液分離槽６の底部に供給される。固液分離槽６内には、通水性濾過体７が配置されており、通水性濾過体の下部に整流装置５が配置されている。開口４を通過した活性汚泥液は、整流装置５の底部に供給される。整流装置５を通過した活性汚泥混合液は、固液分離槽６内で均一に上向流で流れて、通水性濾過体７によって固液分離される。処理水９は、水頭圧差によって通水性濾過体７の取水管８より得られる。濾過体７の洗浄は、定期的に濾過を停止して、整流装置の下部に設置された洗浄装置１０から散気管１４を通して空気を吹き込むことによって行う。固液分離槽６内の濃縮汚泥混合液は、濃縮汚泥混合液返送ポンプ１１によって生物反応槽２に返送される。なお、余剰汚泥は、排泥管１２より定期的に系外に排出される。
【００２８】
図２に示すシステムを用いて行った排水処理実験における、生物反応槽２の処理条件を下表１に、固液分離槽６の処理条件を下表２に、それぞれ示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
表１に示すように、生物反応槽２への原水流入量を１０m3/dとし、固液分離槽６からの濃縮汚泥混合液返送量を５m3/dとした。また、生物反応槽２でのＭＬＳＳを約２５００mg/Lとした。この場合、槽全体のＢＯＤ負荷は約０．１５kg/kg.dであった。
【００３２】
生物反応槽２からの混合液を隔壁１５底部の開口（即ち生物反応槽出口）４において採取し、その処理液の残留ＢＯＤ５を測定したところ，生物反応槽２において、流入原水１のＢＯＤがほぼ完全に分解除去され、固液分離槽６に流入する活性汚泥混合液中に未分解ＢＯＤの残留が全くないことが分かった。このため、固液分離槽６において、濾過分離に伴う濾過体表面の生物汚染を抑制することが可能であった。この結果、濾過体寿命が長くなり、安定した濾過水量を長期間において確保することができた。なお、上述の処理効果を得るためには、生物反応槽２のＢＯＤ負荷を０．３kg/kg.d以下とするのが好ましい。また、嫌気・好気法、硝化脱窒法等のＢＯＤだけを除去する方法でなく、Ｎ，Ｐも除去する生物学的方法を利用することもできる。
【００３３】
表２に示されるように、本実施例での固液分離処理には、有効面積０．０４m2、有効容積０．０６m3の固液分離槽６を用いた。通水性濾過体７としては、厚さ０．４mm、目開き２０〜３０μmのポリエステル製不織布より作成した有効面積０．４m2の平面形不織布濾過体８枚を濾過体モジュールとして固液分離槽６内に設置した。濾過時の平均水頭圧を約１０cmとした。濾過水量は１０m3/d、濾過体表面の活性汚泥混合液流速は約０．００６m/sとなった。また、濾過６時間毎に、３分間濾過を停止して、洗浄機１０より空気を曝気することによって濾過体の洗浄を行った。曝気量は、洗浄時の空気気泡の濾過体表面流速が平均０．５m/sとなるように調節した。
【００３４】
このような条件で約２カ月間、排水の連続処理を行った後の処理水の水質を、原水の水質と合わせて下表３に示す。
【００３５】
【表３】
【００３６】
表３に示されるように、原水が、ｐＨ＝７．１、濁度＝１５０度、ＳＳ＝８６mg/Lであるのに対して、処理水では、ｐＨ＝７．６、濁度＝５．０度、ＳＳ＝４．６mg/Lとなり、不織布濾過体上に形成された汚泥のダイナミック濾過層によって得られた濾過水が清澄であると認められた。また、ＣＯＤＭｎとＳ−ＣＯＤＭｎ，ＢＯＤ５とＳ−ＢＯＤ５については、原水ではそれぞれ７５mg/Lと４２mg/L、１１０mg/Lと６５mg/Lであるのに対して、処理水ではそれぞれ１２．５mg/Lと１１．０mg/L、６．３mg/Lと５mg/L以下であり、処理水質も良好であると認められた。
【００３７】
実施例１における濾過フラックスの経時変化を図３に示す。図３から明らかなように、約１５００時間の連続処理において、平均濾過フラックスが約３．２m/dで、安定した処理が得られた。また、図４に処理水の濁度変化を示す。図４より、約１５００時間の連続処理において、処理水の濁度が常時５度前後であり、大きな変動が見られず、汚泥のダイナミック濾過層が安定して形成され、安定した処理水質が得られたことが分かる。
【００３８】
比較例１
実施例１と同様の処理装置を用い、固液分離槽６からの濃縮汚泥混合液の生物処理槽２への返送量を８５m3/dとすることによって濾過体表面の汚泥混合液の流速を実施例１と比べて約１７倍速い０．１m/sとした以外は、実施例１と同様の条件で排水の連続処理実験を行った。
【００３９】
比較例１における濾過フラックスの経時変化を図５に、処理水の濁度変化を図６に示す。図５に示すように、濾過体表面の汚泥混合液流速を０．１m/sとした場合には、濾過フラックスが処理開始時においても２．７m/dしかなく、汚泥混合液流速が０．００６m/dである実施例１と比べると約１０％以上低い。更に、比較例１においては、時間の経過と共に濾過フラックスの低下が速く、約１７０時間後に濾過フラックスが２m/d以下となり、約５００時間後では１m/d以下になった。処理時間５００時間より、濾過体に対する洗浄の間隔を、濾過６時間毎に３分間の空洗から、濾過２時間毎に３分間の空洗に短縮したが、濾過フラックスの増加は見られず、徐々に低下した。これらの結果から、濾過体表面に対する汚泥混合液の流速が０．０５m/s以上の場合には、濾過体表面に微細汚泥付着に伴う濾過フラックスの低下が認められた。また、洗浄頻度を高くしても濾過フラックスの保持には全く効果がなかったことから、これらの付着汚泥によって目詰まりを起こして濾過体孔径が閉塞される可能性が高いと考えられる。
【００４０】
また、図６に示されるように、濾過水濁度は処理開始２００時間後までは１０度以上と高く、濾過体表面に汚泥のダイナミック濾過層が良好に形成されていないと考えられる。なお、濾過水濁度が２００時間後に徐々に低下したのは、濾過体の目詰まりに伴って濾過フラックスが低下して、濾過体内部への汚泥侵入も少なくなったためであると考えられる。
【００４１】
実施例２
図７に、団地下水に対する本発明の他の態様に係る排水処理法をフローシートで示す。流入原水１０１は、まず生物反応槽１０２に導入され、槽内に収容されている活性汚泥中の微生物の作用によって好気処理が行われる。生物反応槽１０２からの流出液は、ライン１０３を通して、汚泥静置槽１０４に流下する。汚泥静置槽１０４においては、撹拌機１０５によって緩速撹拌しながら、汚泥のフロック形成及び均一化が行われる。汚泥静置槽１０４から汚泥混合液が汚泥供給ポンプ１０６によって固液分離槽１０７の上部に供給される。汚泥混合液は、固液分離槽１０７内に配置されている濾過モジュール１０８によって濾過され、濾過モジュール上部の取水管より濾過水１１２が得られ、電磁弁１１１を通して処理水槽１１３に流入する。処理水槽１１３内の処理水は排水管１２３を通して適宜系外に排出される。なお、固液分離槽１０７の通過汚泥は、返送汚泥１１８として、固液分離槽１０７の底部から取出されて生物反応槽１０２に返送される。濾過時の濾過モジュールに対する水頭圧は、濾過水位調整弁１０９を上下させ、電磁弁１１０を開放することによって設定することができる。濾過モジュール外部の空洗は、通常、電磁弁１１１を閉じ、空洗ブロワー１１９を起動させて、電磁弁１２１を閉じ、電磁弁１２２を開放することにより、散気管１２０へ送気することによって行う。また、濾過モジュール内部の空洗は、電磁弁１２２を閉じ、電磁弁１２１を開放した状態でブロワー１１９より送気することにより行う。また、濾過モジュール内部の水逆洗は、電磁弁１１０及び１１１を閉じ、電磁弁１１５を開放した状態で水逆洗ポンプ１１６を起動させて、処理水槽の濾過水を濾過モジュール上部からモジュール内部に導入することによって行う。濾過モジュール内部を通過した水逆洗排水は、モジュール下部の排出管から電磁弁１１５を通して汚泥静置槽１０４に排出される。なお、水逆洗排水の水位は、水位調節弁１１４を調節して、逆洗の水頭圧が濾過の水頭圧と同等になるように設定する。このように、空洗→水逆洗→水逆洗排水排出→濾過の順に電磁弁を切り替えることによって、運転を自動化することができる。
【００４２】
図７に示すシステムを用いて排水処理の連続運転実験を行った。生物反応槽１０２の処理条件は、実施例１と同様とした。下表４に、固液分離槽１０７の処理条件を示す。
【００４３】
【表４】
【００４４】
本実施例では、濾過モジュールとして有効面積１ｍ２の平面形織布濾過体を５枚セットにしたものを固液分離槽１１７に設置した。織布の素材としては、ポリエステル製の厚み０．１mm、２００meshで孔径約７２μmのものを用いた。濾過時の水頭圧及び水逆洗排水時の水頭圧を共に１０cmとし、活性汚泥混合液が濾過モジュール表面を通過する平均流速を０．０１m/sとした。濾過モジュール外部空洗時の空洗風量は１５０L/min、内部空洗時の空洗風量は３０L/minとした。また、水逆洗時の水量は１４０L/minとした。
【００４５】
下表５に、連続運転のタイムチャートを示す。濾過モジュールに対する洗浄は、濾過１２０分毎に、空洗３分、水逆洗３０秒、水逆洗排水排出２分のサイクルで連続運転した。なお、空洗は、通常、濾過モジュール外部への曝気によって行い、濾過モジュール内部の空洗は５０サイクル中１回の頻度で行った。
【００４６】
【表５】
【００４７】
実施例２における濾過モジュールの濾過フラックスの経時変化を図８に示す。図８から明らかなように、約１５００時間の連続処理において、濾過モジュールの平均濾過フラックスが約３m/d前後で、安定した処理が得られた。また、図９に処理水の濁度変化を示す。図９より、約１５００時間の連続処理において、処理水の濁度がおよそ５度前後であり、大きな変動が見られなかったことから、濾過モジュールにおいて汚泥のダイナミック濾過層が安定して形成され、良好な処理水質が安定して得られたと認められた。
【産業上の利用の可能性】
【００４８】
本発明によれば、生物反応槽の後段に固液分離槽を設置し、該固液分離槽内に通水性濾過体を浸漬配置したことにより、少ない濾過圧で清澄な濾過水を得ることができる。また、本発明の好ましい態様においては、活性汚泥混合液を濾過体表面に沿って０．０５m/s未満の流速で一定方向に流れるので、良好な汚泥のダイナミック濾過層が容易に形成されると共に、濾過フラックスの低下が少なく、高いフラックスが安定して得られるため、固液分離槽の容積を従来の沈殿池よりも大幅に小さくすることができ、処理装置をコンパクトにすることが可能となる。更に、本発明の好ましい態様においては、固液分離槽内に整流装置を設置して、活性汚泥混合液が整流装置を通過した後に濾過体を通過するようにしているので、固液分離槽内における活性汚泥混合液の平均速度が均一で、濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過槽が均一に形成される。更に、本発明の好ましい態様においては、濾過体の下部に洗浄装置を設けることにより、定期的に濾過を停止して洗浄を行うことによって、濾過体表面に形成された汚泥槽を容易に剥離することができる。更に、本発明の好ましい態様においては、固液分離槽から濃縮汚泥を生物反応槽に返送することにより、生物反応槽のＢＯＤ負荷を適切に管理することができ、安定した生物処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来技術の活性汚泥混合液の固液分離法の概念を示す図である。
【図２】本発明に係る排水の処理方法の一実施例のフローシートである。
【図３】実施例１における平均濾過フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図４】実施例１における濾過水濁度の経時変化を示すグラフである。
【図５】比較例１における平均濾過フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図６】比較例１における濾過水濁度の経時変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る排水の処理方法の他の実施例のフローシートである。
【図８】実施例２における平均濾過フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図９】実施例２における濾過水濁度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１ 流入原水
２ 生物反応槽
３ ブロワー
４ 生物反応槽出口の開口
５ 整流装置
６ 固液分離槽
７ 通水性濾過体
８ 取水管
９ 処理水
１０ 洗浄装置
１１ 濃縮汚泥混合液返送装置
１２ 排泥ライン
１３ 散気管
１４ 散気管
１５ 隔壁
１０１ 流入原水
１０２ 生物反応槽
１０３ 生物反応槽流出液
１０４ 汚泥静置槽
１０５ 撹拌機
１０６ 汚泥供給ポンプ
１０７ 固液分離槽
１０８ 濾過モジュール
１０９ 濾過水位調整弁
１１０ 電磁弁
１１１ 電磁弁
１１２ 濾過水
１１３ 処理水槽
１１４ 水逆洗排水水位調整弁
１１５ 電磁弁
１１６ 水逆洗ポンプ
１１７ 逆止弁
１１８ 返送汚泥
１１９ 空洗ブロワー
１２０ 散気管
１２１ 電磁弁
１２２ 電磁弁
１２３ 濾過水排出管
２０１ 生物反応槽
２０２ 曝気用散気管
２０３ 空洗用散気管
２０４ 濾過体
２０５ 原水供給管
２０６ 濾過水排出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は排水処理に関し、より詳しくは、活性汚泥の固液分離や余剰汚泥の濃縮等に関するものであり、具体的には、有機性工業廃水や生活排水等の処理に用いることができる活性汚泥の固液分離を含む排水の処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥法による水処理では、処理水を得るためには、活性汚泥の固液分離を行わなければならない。通常、このためには、活性汚泥を沈殿池に導入して、重力沈降によって汚泥を沈降させ、上澄液を処理水として沈殿池から流出される方法が用いられていた。しかしながら、この方法においては、活性汚泥を沈降させるために十分な沈降面積及び滞留時間を有する沈殿池が必要であり、処理装置の大型化と設置容積の増大要因となっていた。また、活性汚泥が、バルキング等で沈降性が悪化した場合には、沈殿池から汚泥が流出して処理水の悪化を招いていた。
【０００３】
近年、沈殿池に代わって、膜分離によって活性汚泥の固液分離を行う手法も用いられている。この場合、固液分離用膜としては、一般的に精密濾過膜や限外濾過膜が用いられている。しかしながら、この方法では、濾過分離主眼として、ポンプによる吸引や加圧が必要であり、通常、数十〜数百kPaの圧力で濾過を行うため、ポンプによる動力が大きく、ランニングコストの増大要因となっていた。また、膜分離でＳＳ（懸濁物質）の全くない清澄な処理水が得られる一方で、透過フラックスが低く、膜汚染を防止するために定期的に薬洗する必要があった。
【０００４】
更に最近、沈殿池に代わる活性汚泥の固液分離法として、曝気槽に不織布等の通気性シートからなる濾過体を浸漬させ、低い水頭圧で濾過水を得る方法が提案されている。かかる方法の概念を図１に示す。提案されている方法によれば、生物反応槽２０１内に、曝気用の散気管２０２及び濾過体２０４を配置し、更に濾過体の空洗用の散気管２０３を濾過体の下方に配置する。生物反応処理時（濾過運転時）には、原水供給管２０５より処理原水を生物反応槽２０１内に供給すると共に、散気管２０２から空気等を曝気することにより、槽内の活性汚泥による生物処理を行い、処理液を濾過体２０４で濾過して処理水（濾過水）を排出管２０６より取出す。この際、散気管２０２による曝気によって、生物反応槽２０１内には、濾過体表面において下向流となる活性汚泥混合液のクロスフロー流が生じる（図１ａ）。このクロスフロー流によって、濾過体２０４の表面に活性汚泥のダイナミック濾過層が形成され、形成されたダイナミック濾過層によって活性汚泥混合液が濾過され、排出管２０６より取出される。そして、濾過体２０４の表面に形成された濾過層が圧密化し、濾過抵抗が増大して濾過水量が低下してきたら、散気管２０２からの曝気を止め、散気管２０３より空気を散気することにより、濾過体表面の濾過層を空洗除去する（図１ｂ）。この方法によれば、濾過体表面に形成された汚泥のダイナミック濾過層による分離によって、清澄な濾過水が得られる。ここで、「汚泥のダイナミック濾過層」とは、濾過の進行により濾過体表面に形成される活性汚泥粒子の付着物層である。この方式において用いられる濾過体の濾過媒体は、実質的には活性汚泥粒子よりも大きな孔径を有していて粒子を通過させるものであるが、濾過の駆動圧が小さい条件下においては、濾過媒体の表面に活性汚泥粒子の付着物層（汚泥のダイナミック濾過層）が形成され、このダイナミック濾過層によって活性汚泥粒子の通過を阻止することができるようになるのである。この方式の濾過体としては、通常、不織布、織布、金網などが用いられている。ダイナミック濾過層を用いる方法においては、濾過媒体の表面に濾過層としての活性汚泥粒子の付着物層を活性汚泥の濾過に適当な厚さ及び圧密度等となるように均一に且つ効率的に形成させることが、活性汚泥粒子の通過を確実に阻止して良好な水質の処理水を安定に得る上で重要である。提案されている方法においては、ダイナミック濾過層の形成手法としては、濾過体表面を流通する活性汚泥流速を平均０．０５〜０．４m/s、好ましくは０．１５〜０．２５m/sに制御することが規定されている。提案されている方法では、濾過体表面流速が０．２m/sにおいては、濾過フラックスが約２m/dで、濾過継続時間が２．５h以上となっているのに対して、濾過体表面流速０．０３m/sにおいては、濾過フラックスは、初期は４．１m/dであるが、４５分後には３．３m/dまで低下し、短時間で濾過フラックスが低下するとされている。
【０００５】
また、生物反応槽内及び最終沈殿池内の少なくとも一方に、濾過体を浸漬配置して、後続槽との水頭圧差によって濾過体の流出口を介して濾過体から処理済水を引き抜くという活性汚泥法による汚水処理装置が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの提案されている方法においては、次のような問題点があった。即ち、提案されている方法においては、濾過体表面での汚泥混合液の流れは、曝気によって槽内を循環する流れを引き起こすことによって形成される。しかしながら、この方法では濾過体表面での流速が一様でないため、濾過体表面に均一な汚泥のダイナミック濾過層を形成することができず、汚泥が濾過体表面に堆積しやすい。更に、生物反応槽の水位が流入水量及び曝気風量によって変動するため、濾過体への水頭圧が一定でなく、濾過水量が変化し、安定した水量が得られない。水頭圧が不安定で、極端に高くなった場合には、濾過体表面に形成される汚泥ダイナミック濾過層の通水性能が低下し、濾過フラックスの急激な低下を招く恐れがある。その結果、洗浄頻度が高くなり、洗浄後のフラックス回復率も低くなる。更に、生物反応槽に流入する原水中のＢＯＤ（生物学的酸素消費量）等の有機汚濁物が僅かでも残留した場合には、それが濾過体に直接付着して、濾過体表面に生物膜が成長し、濾過水量を著しく低下させる原因となる。
【０００７】
また、濾過体を最終沈殿池に浸漬した場合には次のような問題点がある。即ち、汚泥の重力沈降を利用した最終沈殿池においては、底部に濃縮汚泥が堆積し、上部より上澄水が得られることからも分かるように、沈殿池内部の汚泥濃度が均一ではない。このため、濾過体浸漬部の汚泥濃度が不均一となり、良好なダイナミック濾過層の形成が不可能で、安定した処理水を得ることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
更に、本発明者らは、活性汚泥混合液のダイナミック濾過層による濾過方法において、濾過体の濾過フラックスと表面流速との関係を詳細に検討した結果、濾過体表面の流速を０．０５〜０．４m/s、特に、好ましいとされていた０．１５〜０．２５m/sとした場合には、濾過体表面の汚泥流動が激しく、汚泥の均一なダイナミック濾過層の形成が困難であり、有効な濾過面積も得られず、更にこの場合には微細な汚泥フロックによる濾過体表面の閉塞が早く、空洗や水洗を行っても効果が少なくなってしまうという知見を得た。そして、濾過体の洗浄直後においては、表面流速は０．０５m/s未満とすることにより安定したダイナミック濾過層が５分以内と極めて短時間で形成され、その場合、濾過フラックスは５m/d以上を４時間以上継続でき、更に表面流速が０．０５m/s未満の条件では、濾過体表面に形成されたダイナミック濾過層が空洗のみで容易に剥離することができることが見出された。
【課題を解決する手段】
【０００９】
本発明者らは、上記の課題点を鑑みてより効率的に活性汚泥混合液の固液分離を行う方法を提供すべく鋭意研究を重ねた結果、原水を生物反応槽に流入させて生物処理した後に、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させながら濾過水を得ることによって、極めて効率的に活性汚泥の固液分離を行うことができることを見出した。また更に、通水性濾過体表面に対する活性汚泥混合液の移動速度を平均０．０５m/s未満にすることによって、通水性濾過体表面へ汚泥のダイナミック濾過層を安定して形成することができることも見出された。更には、固液分離槽内に整流装置を配置して、活性汚泥混合液が、整流装置で整流された後に通水性濾過体表面を通過するようにすることによって、固液分離が更に効率よく進行することを見出した。本発明は、これらの知見に基づき完成されたものである。
【００１０】
即ち、本発明は、次の構成からなるものである。
１．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体より水頭圧で濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【００１１】
２．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【００１２】
３．通水性濾過体表面に対する活性汚泥混合液の移動速度が平均０．０５m/s未満であることを特徴とする上記第１項又は２項に記載の方法。
４．固液分離槽内に整流装置を設置し、活性汚泥混合液が、整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するようにしたことを特徴とする上記第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。
【００１３】
５．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体より水頭圧で濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【００１４】
６．排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【００１５】
７．固液分離槽内に整流装置が設置されており、活性汚泥混合液が整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するように構成されていることを特徴とする上記第５項又は第６項に記載の装置。
【００１６】
本発明によれば、生物反応槽の後段に固液分離槽を設置して、該固液分離槽に通水性濾過体を浸漬配置することにより、従来の方法よりも少ない濾過圧で清澄な濾過水を得ることができる。
【００１７】
本発明の方法においては、濾過体から濾過水を得るための駆動圧としては、水頭圧及びポンプによる吸引圧のいずれを用いることもできる。水頭圧による濾過では、自然重力による濾過駆動圧であるので動力が不要であると共に、ダイナミック濾過層が形成される低い濾過圧を容易に構築することができるという利点がある反面、濾過層の圧密化による濾過水量の低下が起こり易いという欠点がある。これに対して、ポンプ吸引圧による濾過では、動力が必要であること、及びダイナミック濾過層が形成される低い濾過圧を安定して維持することが難しいという欠点がある反面、濾過水量の低下が起こりにくいという利点がある。本発明においては、両者の欠点と利点とを考慮の上でいずれか好ましい方法を採用することができる。
【００１８】
本発明において用いることのできる通水性濾過体としては、不織布、濾布、金属網等の従来技術において公知の通水性濾過体のいずれを用いても同様の効果を得ることができる。また、濾過体の形状も、平面型、円筒型、中空型等の従来技術において公知の任意の形状を用いることができ、複数個を束ねてモジュール濾過体として用いることも可能である。
【００１９】
なお、本発明においては、通水性濾過体の表面に安定にダイナミック濾過層を形成させるためには、固液分離槽内に導入される汚泥混合液の濾過体表面に対する平均流速を０．０５m/s未満とすることが好ましい。このようにすることにより、汚泥混合液が濾過体表面を下向流及び上向流の何れで通過しても、濾過体表面に良好なダイナミック濾過層を容易に形成することができる。また、汚泥混合液の濾過体表面に対する平均流速を０．０５m/s未満とすることにより、濾過フラックスの低下が少なく、高いフラックスが安定して得られることから、固液分離槽の容積を従来の沈殿池よりも大幅に小さくすることができ、処理装置をコンパクトにすることが可能になる。なお本発明においては、例えば、固液分離槽内で処理された汚泥混合液（濃縮汚泥混合液）を、固液分離槽内における汚泥混合液の導入箇所の反対側でポンプなどによって取出すことによって、汚泥混合液の濾過体表面に対する一定方向の流れを形成することができる。例えば、生物処理槽で処理された活性汚泥混合液を、固液分離槽の上部から固液分離槽内に導入する場合には、固液分離槽の底部より、濃縮汚泥混合液をポンプなどで取出すことにより、汚泥混合液の濾過体表面に対する一定方向の流れを形成することができる。したがって、汚泥混合液の濾過体表面に対する流速は、固液分離槽からの汚泥混合液取出し速度などを制御することによって調節される。取出された濃縮汚泥混合液は、生物反応槽や汚泥濃縮槽、汚泥消化槽等に返送したり、余剰汚泥として取出したりすることができる。
【００２０】
なお、濾過体表面を通過する汚泥混合液の平均流速が、汚泥粒子の沈降速度以下である場合には、汚泥混合液は、濾過体表面に対して下向流、即ち固液分離槽の上部から下部に向かって導入することが好ましい。このように構成すれば、流入汚泥が沈降しても、必ず濾過体表面を通過するので、良好な汚泥ダイナミック濾過層が形成される。
【００２１】
また、本発明の更に好ましい態様においては、固液分離槽の内部に整流装置を設置し、活性汚泥混合液が、整流装置を通過した後に濾過体表面を通過するように構成することが好ましい。このような構成とすると、固液分離槽内の流れ方向が一定となり、濾過体表面に汚泥のダイナミック濾過層を均一に形成することができる。
【００２２】
なお、本発明にかかる装置においては、固液分離槽の濾過体下部に洗浄装置を設置することが好ましい。この洗浄装置を用いて、定期的に濾過を停止して濾過体を洗浄することにより、濾過体表面に形成された汚泥層を容易に剥離することができる。洗浄方法としては、空洗及び水洗の一方又は両方を用いることができる。なお、空洗時の空気気泡の上昇流速は、少なくとも０．２m/sとなるように空洗風量の調整を行うことが好ましい。濾過モジュール下部に設置する空洗管としては、従来の散気管よりも通気孔の大きな多孔管が望ましい。多孔管を用いれば、同等の曝気量で散気管よりも高い上昇速度を得ることができ、上昇気泡も大きいため、濾過体表面の汚泥層を容易に剥離することが可能である。なお、多孔管の通気孔径は２mm以上であることが好ましい。
【００２３】
本発明にかかる装置においては、濾過体表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成されるまでの間に濾過モジュール内に汚泥が侵入する。このため、濾過モジュール内部の汚泥の堆積を無くすために、定期的に排泥を行うことが望ましい。この排泥方法としては、濾過モジュール下部より内部に貫通する排泥管を設け、排出汚泥を生物反応槽に導入するように接続することが好ましい。なお、排出動力としては水頭圧による自然流下が好ましく、排出の水頭圧は濾過の水頭圧と同程度にすることが好ましい。しかしながら、特に濾過駆動圧としてポンプを用いる場合などには、汚泥排出の排出動力としてポンプを用いることもできる。
【００２４】
また、本発明にかかる装置においては、固液分離槽で形成される濃縮汚泥を生物反応槽に返送することが好ましい。このようにすると、生物反応槽でのＢＯＤ負荷を適切に管理することができ、安定した生物処理を行うことが可能になる。なお、活性汚泥混合液は、濾過体表面に沿って通過するにしたがって徐々に濾過水が濾過されて濃縮される。このようにして形成される濃縮汚泥混合液を、返送汚泥として生物反応槽に返送することが好ましい。また、固液分離槽の上部から汚泥を下向流で流入させる場合には、固液分離槽の下部より濃度の高い汚泥混合液を返送汚泥として生物反応槽に返送することが好ましい。
【００２５】
上記に説明するように、本発明にかかる装置は、生物処理槽と固液分離槽とを具備するものであるが、これらの槽は、例えば下記の実施例１及び図２に示すように、単一の槽を隔壁で区切ることによって二つの槽を形成し、隔壁の底部に開口を設けることによって両槽を液体連絡させることによって構成してもよいし、或いは例えば下記の実施例２及び図７に示すように、二つの槽を別々に形成し、これらを配管で接続することによって構成してもよい。
【００２６】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、以下の記載において、ＣＯＤＭｎは１００℃における過マンガン酸カリウムによる化学的酸素消費量；Ｓ−ＣＯＤＭｎは１００℃における過マンガン酸カリウムによる溶解性化学的酸素消費量；ＢＯＤ５は５日間における生物化学的酸素消費量；Ｓ−ＢＯＤ５は５日間における溶解性の生物化学的酸素消費量である。
【００２７】
実施例１
図２に、団地下水に対する本発明による排水処理法の一例をフローシートで示す。図２に示されている装置は、生物反応槽２と固液分離槽６とが一体に形成されていて、生物反応槽２と固液分離槽６とは、隔壁１５によって分離され、隔壁１５の底部に開放された開口４によって液体連絡している。流入原水１は、まず生物反応槽２に導入される。生物反応槽２では、ブロワー３によって散気管１３を通して空気が供給され、槽内に収容されている活性汚泥中の微生物の作用によって好気処理が行われる。生物反応槽２から流出する活性汚泥液は、隔壁１５の底部に形成されている開口４を通して固液分離槽６の底部に供給される。固液分離槽６内には、通水性濾過体７が配置されており、通水性濾過体の下部に整流装置５が配置されている。開口４を通過した活性汚泥液は、整流装置５の底部に供給される。整流装置５を通過した活性汚泥混合液は、固液分離槽６内で均一に上向流で流れて、通水性濾過体７によって固液分離される。処理水９は、水頭圧差によって通水性濾過体７の取水管８より得られる。濾過体７の洗浄は、定期的に濾過を停止して、整流装置の下部に設置された洗浄装置１０から散気管１４を通して空気を吹き込むことによって行う。固液分離槽６内の濃縮汚泥混合液は、濃縮汚泥混合液返送ポンプ１１によって生物反応槽２に返送される。なお、余剰汚泥は、排泥管１２より定期的に系外に排出される。
【００２８】
図２に示すシステムを用いて行った排水処理実験における、生物反応槽２の処理条件を下表１に、固液分離槽６の処理条件を下表２に、それぞれ示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【表２】
【００３１】
表１に示すように、生物反応槽２への原水流入量を１０m3/dとし、固液分離槽６からの濃縮汚泥混合液返送量を５m3/dとした。また、生物反応槽２でのＭＬＳＳを約２５００mg/Lとした。この場合、槽全体のＢＯＤ負荷は約０．１５kg/kg.dであった。
【００３２】
生物反応槽２からの混合液を隔壁１５底部の開口（即ち生物反応槽出口）４において採取し、その処理液の残留ＢＯＤ５を測定したところ，生物反応槽２において、流入原水１のＢＯＤがほぼ完全に分解除去され、固液分離槽６に流入する活性汚泥混合液中に未分解ＢＯＤの残留が全くないことが分かった。このため、固液分離槽６において、濾過分離に伴う濾過体表面の生物汚染を抑制することが可能であった。この結果、濾過体寿命が長くなり、安定した濾過水量を長期間において確保することができた。なお、上述の処理効果を得るためには、生物反応槽２のＢＯＤ負荷を０．３kg/kg.d以下とするのが好ましい。また、嫌気・好気法、硝化脱窒法等のＢＯＤだけを除去する方法でなく、Ｎ，Ｐも除去する生物学的方法を利用することもできる。
【００３３】
表２に示されるように、本実施例での固液分離処理には、有効面積０．０４m2、有効容積０．０６m3の固液分離槽６を用いた。通水性濾過体７としては、厚さ０．４mm、目開き２０〜３０μmのポリエステル製不織布より作成した有効面積０．４m2の平面形不織布濾過体８枚を濾過体モジュールとして固液分離槽６内に設置した。濾過時の平均水頭圧を約１０cmとした。濾過水量は１０m3/d、濾過体表面の活性汚泥混合液流速は約０．００６m/sとなった。また、濾過６時間毎に、３分間濾過を停止して、洗浄機１０より空気を曝気することによって濾過体の洗浄を行った。曝気量は、洗浄時の空気気泡の濾過体表面流速が平均０．５m/sとなるように調節した。
【００３４】
このような条件で約２カ月間、排水の連続処理を行った後の処理水の水質を、原水の水質と合わせて下表３に示す。
【００３５】
【表３】
【００３６】
表３に示されるように、原水が、ｐＨ＝７．１、濁度＝１５０度、ＳＳ＝８６mg/Lであるのに対して、処理水では、ｐＨ＝７．６、濁度＝５．０度、ＳＳ＝４．６mg/Lとなり、不織布濾過体上に形成された汚泥のダイナミック濾過層によって得られた濾過水が清澄であると認められた。また、ＣＯＤＭｎとＳ−ＣＯＤＭｎ，ＢＯＤ５とＳ−ＢＯＤ５については、原水ではそれぞれ７５mg/Lと４２mg/L、１１０mg/Lと６５mg/Lであるのに対して、処理水ではそれぞれ１２．５mg/Lと１１．０mg/L、６．３mg/Lと５mg/L以下であり、処理水質も良好であると認められた。
【００３７】
実施例１における濾過フラックスの経時変化を図３に示す。図３から明らかなように、約１５００時間の連続処理において、平均濾過フラックスが約３．２m/dで、安定した処理が得られた。また、図４に処理水の濁度変化を示す。図４より、約１５００時間の連続処理において、処理水の濁度が常時５度前後であり、大きな変動が見られず、汚泥のダイナミック濾過層が安定して形成され、安定した処理水質が得られたことが分かる。
【００３８】
比較例１
実施例１と同様の処理装置を用い、固液分離槽６からの濃縮汚泥混合液の生物処理槽２への返送量を８５m3/dとすることによって濾過体表面の汚泥混合液の流速を実施例１と比べて約１７倍速い０．１m/sとした以外は、実施例１と同様の条件で排水の連続処理実験を行った。
【００３９】
比較例１における濾過フラックスの経時変化を図５に、処理水の濁度変化を図６に示す。図５に示すように、濾過体表面の汚泥混合液流速を０．１m/sとした場合には、濾過フラックスが処理開始時においても２．７m/dしかなく、汚泥混合液流速が０．００６m/dである実施例１と比べると約１０％以上低い。更に、比較例１においては、時間の経過と共に濾過フラックスの低下が速く、約１７０時間後に濾過フラックスが２m/d以下となり、約５００時間後では１m/d以下になった。処理時間５００時間より、濾過体に対する洗浄の間隔を、濾過６時間毎に３分間の空洗から、濾過２時間毎に３分間の空洗に短縮したが、濾過フラックスの増加は見られず、徐々に低下した。これらの結果から、濾過体表面に対する汚泥混合液の流速が０．０５m/s以上の場合には、濾過体表面に微細汚泥付着に伴う濾過フラックスの低下が認められた。また、洗浄頻度を高くしても濾過フラックスの保持には全く効果がなかったことから、これらの付着汚泥によって目詰まりを起こして濾過体孔径が閉塞される可能性が高いと考えられる。
【００４０】
また、図６に示されるように、濾過水濁度は処理開始２００時間後までは１０度以上と高く、濾過体表面に汚泥のダイナミック濾過層が良好に形成されていないと考えられる。なお、濾過水濁度が２００時間後に徐々に低下したのは、濾過体の目詰まりに伴って濾過フラックスが低下して、濾過体内部への汚泥侵入も少なくなったためであると考えられる。
【００４１】
実施例２
図７に、団地下水に対する本発明の他の態様に係る排水処理法をフローシートで示す。流入原水１０１は、まず生物反応槽１０２に導入され、槽内に収容されている活性汚泥中の微生物の作用によって好気処理が行われる。生物反応槽１０２からの流出液は、ライン１０３を通して、汚泥静置槽１０４に流下する。汚泥静置槽１０４においては、撹拌機１０５によって緩速撹拌しながら、汚泥のフロック形成及び均一化が行われる。汚泥静置槽１０４から汚泥混合液が汚泥供給ポンプ１０６によって固液分離槽１０７の上部に供給される。汚泥混合液は、固液分離槽１０７内に配置されている濾過モジュール１０８によって濾過され、濾過モジュール上部の取水管より濾過水１１２が得られ、電磁弁１１１を通して処理水槽１１３に流入する。処理水槽１１３内の処理水は排水管１２３を通して適宜系外に排出される。なお、固液分離槽１０７の通過汚泥は、返送汚泥１１８として、固液分離槽１０７の底部から取出されて生物反応槽１０２に返送される。濾過時の濾過モジュールに対する水頭圧は、濾過水位調整弁１０９を上下させ、電磁弁１１０を開放することによって設定することができる。濾過モジュール外部の空洗は、通常、電磁弁１１１を閉じ、空洗ブロワー１１９を起動させて、電磁弁１２１を閉じ、電磁弁１２２を開放することにより、散気管１２０へ送気することによって行う。また、濾過モジュール内部の空洗は、電磁弁１２２を閉じ、電磁弁１２１を開放した状態でブロワー１１９より送気することにより行う。また、濾過モジュール内部の水逆洗は、電磁弁１１０及び１１１を閉じ、電磁弁１１５を開放した状態で水逆洗ポンプ１１６を起動させて、処理水槽の濾過水を濾過モジュール上部からモジュール内部に導入することによって行う。濾過モジュール内部を通過した水逆洗排水は、モジュール下部の排出管から電磁弁１１５を通して汚泥静置槽１０４に排出される。なお、水逆洗排水の水位は、水位調節弁１１４を調節して、逆洗の水頭圧が濾過の水頭圧と同等になるように設定する。このように、空洗→水逆洗→水逆洗排水排出→濾過の順に電磁弁を切り替えることによって、運転を自動化することができる。
【００４２】
図７に示すシステムを用いて排水処理の連続運転実験を行った。生物反応槽１０２の処理条件は、実施例１と同様とした。下表４に、固液分離槽１０７の処理条件を示す。
【００４３】
【表４】
【００４４】
本実施例では、濾過モジュールとして有効面積１ｍ２の平面形織布濾過体を５枚セットにしたものを固液分離槽１１７に設置した。織布の素材としては、ポリエステル製の厚み０．１mm、２００meshで孔径約７２μmのものを用いた。濾過時の水頭圧及び水逆洗排水時の水頭圧を共に１０cmとし、活性汚泥混合液が濾過モジュール表面を通過する平均流速を０．０１m/sとした。濾過モジュール外部空洗時の空洗風量は１５０L/min、内部空洗時の空洗風量は３０L/minとした。また、水逆洗時の水量は１４０L/minとした。
【００４５】
下表５に、連続運転のタイムチャートを示す。濾過モジュールに対する洗浄は、濾過１２０分毎に、空洗３分、水逆洗３０秒、水逆洗排水排出２分のサイクルで連続運転した。なお、空洗は、通常、濾過モジュール外部への曝気によって行い、濾過モジュール内部の空洗は５０サイクル中１回の頻度で行った。
【００４６】
【表５】
【００４７】
実施例２における濾過モジュールの濾過フラックスの経時変化を図８に示す。図８から明らかなように、約１５００時間の連続処理において、濾過モジュールの平均濾過フラックスが約３m/d前後で、安定した処理が得られた。また、図９に処理水の濁度変化を示す。図９より、約１５００時間の連続処理において、処理水の濁度がおよそ５度前後であり、大きな変動が見られなかったことから、濾過モジュールにおいて汚泥のダイナミック濾過層が安定して形成され、良好な処理水質が安定して得られたと認められた。
【産業上の利用の可能性】
【００４８】
本発明によれば、生物反応槽の後段に固液分離槽を設置し、該固液分離槽内に通水性濾過体を浸漬配置したことにより、少ない濾過圧で清澄な濾過水を得ることができる。また、本発明の好ましい態様においては、活性汚泥混合液を濾過体表面に沿って０．０５m/s未満の流速で一定方向に流れるので、良好な汚泥のダイナミック濾過層が容易に形成されると共に、濾過フラックスの低下が少なく、高いフラックスが安定して得られるため、固液分離槽の容積を従来の沈殿池よりも大幅に小さくすることができ、処理装置をコンパクトにすることが可能となる。更に、本発明の好ましい態様においては、固液分離槽内に整流装置を設置して、活性汚泥混合液が整流装置を通過した後に濾過体を通過するようにしているので、固液分離槽内における活性汚泥混合液の平均速度が均一で、濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過槽が均一に形成される。更に、本発明の好ましい態様においては、濾過体の下部に洗浄装置を設けることにより、定期的に濾過を停止して洗浄を行うことによって、濾過体表面に形成された汚泥槽を容易に剥離することができる。更に、本発明の好ましい態様においては、固液分離槽から濃縮汚泥を生物反応槽に返送することにより、生物反応槽のＢＯＤ負荷を適切に管理することができ、安定した生物処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】従来技術の活性汚泥混合液の固液分離法の概念を示す図である。
【図２】本発明に係る排水の処理方法の一実施例のフローシートである。
【図３】実施例１における平均濾過フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図４】実施例１における濾過水濁度の経時変化を示すグラフである。
【図５】比較例１における平均濾過フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図６】比較例１における濾過水濁度の経時変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係る排水の処理方法の他の実施例のフローシートである。
【図８】実施例２における平均濾過フラックスの経時変化を示すグラフである。
【図９】実施例２における濾過水濁度の経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１ 流入原水
２ 生物反応槽
３ ブロワー
４ 生物反応槽出口の開口
５ 整流装置
６ 固液分離槽
７ 通水性濾過体
８ 取水管
９ 処理水
１０ 洗浄装置
１１ 濃縮汚泥混合液返送装置
１２ 排泥ライン
１３ 散気管
１４ 散気管
１５ 隔壁
１０１ 流入原水
１０２ 生物反応槽
１０３ 生物反応槽流出液
１０４ 汚泥静置槽
１０５ 撹拌機
１０６ 汚泥供給ポンプ
１０７ 固液分離槽
１０８ 濾過モジュール
１０９ 濾過水位調整弁
１１０ 電磁弁
１１１ 電磁弁
１１２ 濾過水
１１３ 処理水槽
１１４ 水逆洗排水水位調整弁
１１５ 電磁弁
１１６ 水逆洗ポンプ
１１７ 逆止弁
１１８ 返送汚泥
１１９ 空洗ブロワー
１２０ 散気管
１２１ 電磁弁
１２２ 電磁弁
１２３ 濾過水排出管
２０１ 生物反応槽
２０２ 曝気用散気管
２０３ 空洗用散気管
２０４ 濾過体
２０５ 原水供給管
２０６ 濾過水排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体より水頭圧で濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【請求項２】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【請求項３】
通水性濾過体表面に対する活性汚泥混合液の移動速度が平均０．０５m/s未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
固液分離槽内に整流装置を設置し、活性汚泥混合液が、整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体より水頭圧で濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【請求項６】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【請求項７】
固液分離槽内に整流装置が設置されており、活性汚泥混合液が整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項１】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体より水頭圧で濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【請求項２】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理方法であって、原水を生物反応槽に流入させて生物処理を行い、次に生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を、通水性濾過体が浸漬配置されている固液分離槽に導入して、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層を形成させ、該通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水を得ることを特徴とする排水の処理方法。
【請求項３】
通水性濾過体表面に対する活性汚泥混合液の移動速度が平均０．０５m/s未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
固液分離槽内に整流装置を設置し、活性汚泥混合液が、整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体より水頭圧で濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【請求項６】
排水原水を生物処理した後に得られた活性汚泥混合液を固液分離する排水の処理装置であって、原水を流入させて生物処理を行う生物反応槽、通水性濾過体が浸漬配置されていて、生物反応槽で処理された活性汚泥混合液を導入して固液分離を行う固液分離槽を具備し、該通水性濾過体の表面に汚泥のダイナミック濾過層が形成され、通水性濾過体の透過側をポンプで吸引することにより濾過水が得られるように構成されていることを特徴とする排水の処理装置。
【請求項７】
固液分離槽内に整流装置が設置されており、活性汚泥混合液が整流装置を通過した後に通水性濾過体表面を通過するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−４３７０６（Ｐ２００６−４３７０６Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７４８５７（Ｐ２００５−２７４８５７）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【分割の表示】特願２００１−５７０５６４（Ｐ２００１−５７０５６４）の分割
【原出願日】平成１３年３月２７日（２００１．３．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【分割の表示】特願２００１−５７０５６４（Ｐ２００１−５７０５６４）の分割
【原出願日】平成１３年３月２７日（２００１．３．２７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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