WO2009090725A1 - 槽外設置型膜分離活性汚泥法 - Google Patents

槽外設置型膜分離活性汚泥法 Download PDF

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Motoharu Noguchi
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Definitions

  • the present invention relates to an outside tank type membrane separation activated sludge method used for treating various organic wastewater such as sewage, return water, industrial wastewater, waste leachate, human waste, agricultural wastewater, livestock wastewater and aquaculture wastewater.
  • the present invention relates to the handling of backwash wastewater generated when backwashing a separation membrane installed outside the tank.
  • an activated sludge method is generally used in which organic matter is decomposed by microorganisms in a biological treatment tank.
  • the water in the biological treatment tank is sent to the final sedimentation basin and subjected to solid-liquid separation by gravity sedimentation, and the supernatant water is taken out as treated water.
  • membrane separation activated sludge method membrane bioreactor process
  • This membrane separation activated sludge method has a membrane installed activated sludge method in which the separation membrane is immersed in the tank and the water in the tank is directly filtered. It is roughly classified into an outside tank type membrane separation activated sludge method in which filtration is performed while circulating the gas through the separation membrane.
  • the separation membrane is immersed in the biological tank, so the particles (membrane surface clogging material) with a size close to the membrane pore size captured on the membrane surface are removed from the biological reaction tank. Cannot be removed from the tank. For this reason, there existed a problem that it was difficult to ensure the stability of membrane filtration performance.
  • the membrane separation activated sludge method installed outside the tank can be removed from the membrane surface by backwashing when the membrane surface clogging material has accumulated on the separation membrane. It was common to return to the biological reactor through a circulation path and reprocess it.
  • the membrane surface blocking substance in the backwash drainage may be in the form of pellets, but when it is returned to the biological reaction tank, it is disassembled by aeration and agitation and returns to the original particles.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, without excessively reducing the MLSS concentration in the biological reaction tank, and without requiring another wastewater treatment facility for backwash wastewater.
  • the object is to provide an outside tank type membrane separation activated sludge method capable of ensuring the stability of the membrane filtration performance of the separation membrane.
  • the present invention made in order to solve the above-mentioned problem is a separation membrane in an outside tank type membrane separation activated sludge method in which the in-vessel water of a biological reaction tank is circulated through a separation membrane installed outside the tank and filtrate is taken out.
  • Backwash wastewater containing membrane surface clogging material generated by backwashing is treated with ozone to make the membrane surface clogging material fine or easy to be taken into activated sludge flocs and returned to the biological reaction tank. It is characterized by this.
  • the membrane surface blocking substance finer than the pore size of the separation membrane by ozone treatment.
  • the ozone supply amount in the ozone treatment is preferably 20 to 100 mgO 3 / L per backwash wastewater amount.
  • a ceramic monolithic membrane can be used as the separation membrane.
  • the separation membrane is preferably provided with a primary-side flow path having a circular cross section or a polygonal shape.
  • the backwash wastewater is treated with ozone to refine the membrane surface blocking substance, so that the membrane surface blocking material returned to the biological reaction tank becomes fine particles that do not block the membrane surface and again blocks the membrane surface.
  • the membrane surface blocking substance amount in the biological reaction tank does not increase as in the conventional case, and the stability of the membrane filtration performance of the separation membrane can be ensured.
  • the entire amount of backwash wastewater can be returned to the biological reaction tank, no separate wastewater treatment facility is required for backwash wastewater, and since the backwash wastewater is not discharged to the outside, the MLSS concentration in the bioreaction tank is reduced.
  • the biological activity of the bioreactor can be maintained by maintaining it in the range of 5000 to 20000 mg / L without excessive reduction.
  • the wastewater treated with ozone is returned to the anaerobic tank for biological dephosphorization.
  • a treatment process that includes biological dephosphorization such as anaerobic anaerobic anaerobic method
  • the wastewater treated with ozone is returned to the anaerobic tank for biological dephosphorization.
  • Necessary organic substances can be supplied, and biological dephosphorization can be stabilized.
  • reference numeral 1 denotes a biological reaction tank, in which raw water which is organic wastewater, for example, sewage, is treated with activated sludge by an aerobic microorganism as in the prior art.
  • Reference numeral 2 denotes a separation membrane installed outside the biological reaction tank 1. Water in the tank of the biological reaction tank 1 is continuously supplied to the primary side by the circulation pump 3 and subjected to membrane filtration. In this embodiment, cross-flow filtration is performed, and the membrane filtrate that has permeated the membrane surface to the secondary side is taken out as treated water to the treated water tank 4, and the concentrated water is returned from the end on the primary side. It returns to the biological reaction tank 1 through the pipe line 5.
  • the type of the separation membrane 2 is an MF membrane or a UF membrane, and the material thereof may be ceramic or polymer.
  • the membrane shape may be any of a monolith membrane, a tubular membrane, a flat membrane, and a hollow fiber membrane, and the pressurization method may be either an internal pressure type or an external pressure type.
  • the flow path on the primary side has a circular cross section or a polygon that is a quadrangle or more.
  • a ceramic monolith membrane manufactured by NGK Corporation is used as the separation membrane 2.
  • This membrane is an MF membrane in which a large number of channels having a circular cross section are formed inside the ceramic porous body, and the peripheral surface of each channel is a membrane surface having a membrane pore diameter of 0.1 ⁇ m.
  • the solid-liquid separation of the water in the biological reaction tank 1 can be easily performed, and the entire apparatus can be downsized as compared with the conventional final sedimentation tank. be able to.
  • the circulation pump 3 is stopped periodically or when the membrane differential pressure rises, and the treated water is discharged from the treated water tank 4.
  • the backwash pump 6 drives the secondary side of the separation membrane 2 to backwash the membrane surface.
  • the frequency of backwashing varies greatly depending on the properties of the raw water, but is preferably about once every 10 minutes when the raw water is highly contaminated, and about once every 3 hours when the raw water is dirty.
  • the backwash drainage generated by this backwash is discharged to the backwash drainage tank 7.
  • This backwash drainage contains activated sludge and membrane surface blocking substances that have been separated from the membrane surface.
  • the backwash wastewater is returned to the biological reaction tank 1 as it is, but in the present invention, ozone is supplied from the ozone supply device 8 into the backwash wastewater to perform ozone treatment.
  • Ozone is a gas with strong oxidizing power and has the effect of destroying and decomposing organic matter.
  • the membrane surface blocking substance in the backwash waste water can be refined to make fine particles smaller than the membrane pore diameter of the separation membrane 2.
  • the supply amount of ozone is preferably about 20 to 100 mg O 3 / L per backwash waste water amount. If the supply amount of ozone is less than this range, the action of destroying and decomposing organic substances is insufficient, and the effects of the present invention cannot be obtained sufficiently.
  • ozone treatment means may be provided separately.
  • the backwash waste water treated with ozone is returned to the biological reaction tank 1 by a return pump 9.
  • the membrane surface blocking substance in the vicinity of the membrane pore diameter by ozone treatment becomes fine particles smaller than the membrane pore diameter or becomes a substance that is easily taken into the activated sludge floc by surface modification.
  • the amount of the membrane surface blocking substance composed of particles in the vicinity of the membrane pore diameter does not increase. Therefore, according to the present invention, the membrane filtration performance of the separation membrane 2 is not rapidly reduced, and stable filtration is possible over a long period of time.
  • the backwash waste water is returned to the biological reaction tank 1 without being discharged out of the system, so that the MLSS concentration in the biological reaction tank 1 does not decrease and the biological activity of the biological reaction tank 1 is stably maintained. can do.
  • the MLSS of the water in the biological reaction tank can be maintained at 5000 to 20000 mg / L.
  • the backwash wastewater is returned to the biological reaction tank 1 without being discharged out of the system, it is not necessary to provide another processing device for treating the backwash wastewater. Examples of the present invention are shown below.
  • the activated sludge treatment of the sewage was performed using the treatment apparatus shown in FIG.
  • the MLSS concentration in the biological reaction tank was 10,000 mg / L.
  • the separation membrane is a monolithic ceramic membrane manufactured by the applicant company, and the membrane pore diameter is 0.1 ⁇ m.
  • Cross flow filtration was performed by circulating water in the biological reaction tank, and membrane filtrate was taken out as treated water.
  • the separation membrane was back-washed by stopping the filtration operation every hour.
  • Backwash drainage containing membrane surface blocking substances was collected in a backwash drainage tank, and ozone treatment was performed by blowing ozone.
  • the ozone supply amount is 100 mg O 3 / L per backwash waste water amount.
  • the entire amount of ozone-washed backwash wastewater was returned to the biological reaction tank.
  • the properties of the treated water are the same, but in the conventional example, the membrane filtration flux of the separation membrane is 2. While it was 0 m / day, it was 2.4 m / day in the examples, and it was confirmed that the membrane filtration performance was greatly improved by the ozone treatment. In addition, the MLSS concentration in the bioreactor remained at 10000 mg / L and did not decrease.
  • the ozone supply amount to the backwash waste water was reduced to 1/5 of Example 1, and the influence of the separation membrane on the membrane filtration flux was examined.
  • the ozone supply amount is 20 mg O 3 / L per backwash waste water amount.
  • the entire amount of ozone-washed backwash wastewater was returned to the biological reactor.
  • the membrane filtration flux of the separation membrane was 2.0 m / day, whereas in the example, it was 2.4 m / day, confirming that the membrane filtration performance was greatly improved by ozone treatment. It was. As described above, it was confirmed that the membrane filtration performance could be improved even with a small amount of ozone.

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Abstract

　本発明は、生物反応槽中のＭＬＳＳ濃度を過度に低下させず、逆洗排水のために別の排水処理設備を必要とせず、しかも分離膜の膜ろ過性能の安定性を確保できる槽外設置型膜分離活性汚泥法を提供するものである。このため本発明では、槽外設置型膜分離活性汚泥法において、分離膜２を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水を逆洗排水タンク７に集めてオゾン処理し、生物反応槽１に返送する。これにより分離膜の膜孔径付近の膜面閉塞物質は微細化されたり、生物反応槽内の活性汚泥フロックに取り込まれやすくなるので、生物反応槽１に返送しても分離膜の膜ろ過性能を悪化させることがない。またこの返送汚泥によって生物反応槽中のＭＬＳＳ濃度を維持することができる。

Description

槽外設置型膜分離活性汚泥法
　本発明は、下水、返流水、工場排水、ゴミ浸出水、し尿、農業廃水、畜産排水、養殖排水などの各種有機性排水の処理に用いられる槽外設置型膜分離活性汚泥法に関するものであり、特に槽外設置型の分離膜を逆洗した際に発生する逆洗排水の取り扱いに関するものである。
　上記のような有機性排水の処理法としては、生物処理槽内において微生物による有機物の分解処理を行わせる活性汚泥法が一般的である。生物処理槽の槽内水は最終沈殿池に送られて重力沈降による固液分離が行われ、上澄水が処理水として取り出される。しかしこの方法は、重力沈降に長時間を要するために広い最終沈殿池を設置しなければならない。そこで、特に広い敷地面積を確保しにくい下水処理場を中心として、最終沈殿池を分離膜に置き換えた膜分離活性汚泥法（membrane bioreactor process）が普及しつつある。
　この膜分離活性汚泥法は、槽内に分離膜を浸漬させて槽内水を直接ろ過させる槽内設置型膜分離活性汚泥法と、槽外に分離膜を設置し、循環ポンプによって槽内水を分離膜に循環させながらろ過する槽外設置型膜分離活性汚泥法とに大別される。このうち槽内設置型膜分離活性汚泥法では、分離膜が生物槽内に浸漬されているので、膜面に捕捉された膜孔径近傍の大きさの粒子（膜面閉塞物質）を生物反応槽から槽外に除去することができない。このため、膜ろ過性能の安定性を確保することが困難であるという問題があった。
　一方、槽外設置型膜分離活性汚泥法では、分離膜に膜面閉塞物質が堆積してきた際に逆洗を行うことにより膜面から取り除くことができるが、この逆洗排水は槽内水の循環経路を通じて生物反応槽に返送して再処理するのが普通であった。逆洗排水中の膜面閉塞物質はペレット状となっている場合があるが、生物反応槽に返送されると曝気撹拌により解体し、元の粒子に戻ってしまう。
　また、生物反応槽に返送された膜面閉塞物質の一部は活性汚泥フロックに取り込まれるが、汚泥活性の低下する冬季には活性汚泥フロックに取り込まれる膜面閉塞物質量は減少するため、生物反応槽中の膜面閉塞物質量が増加する。これらの理由により、逆洗排水を生物反応槽に返送すると、槽内設置型膜分離活性汚泥法と同様に膜ろ過性能の安定性を確保することが困難となる。
　そこで特許文献１である特開２００４－２４９２３５号公報に示すように、槽外に設置された分離膜の逆洗排水を外部に排出することも提案されているが、この方法では生物反応槽中のＭＬＳＳ濃度が低下し過ぎて生物反応槽の生物活性が低下するおそれがあるうえ、外部に排出された逆洗排水を処理するために別の排水処理設備が必要になり、実用性に欠けるという問題があった。
特開２００４－２４９２３５号公報
　従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、生物反応槽中のＭＬＳＳ濃度を過度に低下させることがなく、また逆洗排水のために別の排水処理設備を必要とせず、しかも分離膜の膜ろ過性能の安定性を確保することができる槽外設置型膜分離活性汚泥法を提供することである。
　上記の課題を解決するためになされた本発明は、生物反応槽の槽内水を槽外に設置した分離膜に循環させてろ過水を取り出す槽外設置型膜分離活性汚泥法において、分離膜を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水をオゾン処理し、膜面閉塞物質を微細化、あるいは、活性汚泥フロックに取り込まれやすい状態にしたうえで生物反応槽に返送することを特徴とするものである。
　本発明においては、オゾン処理により膜面閉塞物質を分離膜の膜孔径よりも微細化することが好ましい。また本発明においては、オゾン処理におけるオゾン供給量を、逆洗排水量あたり20～100ｍｇＯ３／Ｌとすることが好ましい。
　本発明においては、分離膜としてセラミック製モノリス膜を用いることができ、その場合には、分離膜が断面円形または多角形の一次側流路を備えたものであることが好ましい。
　本発明においては、逆洗排水をオゾン処理したうえで生物反応槽に返送することにより、生物反応槽の槽内水のＭＬＳＳを５０００～２００００ｍｇ/Ｌに維持することが好ましく、逆洗頻度は、１０分から３時間に１回程度とすることが好ましい。
　本発明によれば、逆洗排水をオゾン処理し、膜面閉塞物質を微細化するので、生物反応槽に返送された膜面閉塞物質は膜面を閉塞しない微粒子となり、再び膜面を閉塞することはない。従って従来のように生物反応槽中の膜面閉塞物質量が増加することがなく、分離膜の膜ろ過性能の安定性を確保することができる。しかも逆洗排水は全量を生物反応槽に返送できるので、逆洗排水のための別の排水処理設備を必要とせず、また逆洗排水を外部に排出しないため、生物反応槽中のＭＬＳＳ濃度を過度に低下させることがなく、５０００～２００００ｍｇ/Ｌの範囲に維持して生物反応槽の生物活性を維持することができる。また、生物反応槽に、嫌気無酸素好気法など、生物学的脱りんを含む処理工程を選定した場合には、オゾン処理した排水を嫌気槽に返送することにより、生物学的脱りんに必要な有機物を供給でき、生物学的脱りんの安定化も可能となる。
本発明の実施形態を示す説明図である。
符号の説明
　１　生物反応槽
　２　分離膜
　３　循環ポンプ
　４　処理水タンク
　５　返流管路
　６　逆洗ポンプ
　７　逆洗排水タンク
　８　オゾン供給装置
　以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
　図１において１は生物反応槽であり、従来と同様に有機性排水である原水、例えば下水が好気性微生物によって活性汚泥処理されている。２は生物反応槽１の外部に設置された分離膜であり、その一次側に生物反応槽１の槽内水が循環ポンプ３によって連続的に供給され、膜ろ過される。この実施形態ではクロスフロー方式のろ過が行われており、膜面を二次側に透過した膜ろ過水は処理水として処理水タンク４に取り出され、濃縮水は一次側の端部から返流管路５を通じて生物反応槽１に返送される。
　分離膜２の種類はＭＦ膜またはＵＦ膜であり、その材質はセラミック、高分子の何れでもよい。また膜形状はモノリス膜、チューブラー膜、平膜、中空糸膜のいずれでもよく、加圧方式は内圧式、外圧式の何れでも良い。モノリス膜やチューブラー膜の場合には、一次側の流路は断面が円形であるか、四角形以上の多角形であることが好ましい。この実施形態では、分離膜２として日本ガイシ株式会社製のセラミック製モノリス膜を用いている。この膜は、セラミック多孔体の内部に断面が円形の流路を多数形成し、各流路の周面を膜孔径が０.１μmの膜面としたＭＦ膜である。
　このような槽外設置型の分離膜２を用いれば生物反応槽１の槽内水の固液分離を容易に行うことができ、従来の最終沈殿池に比較して装置全体の小型化を図ることができる。しかし活性汚泥及び槽内水中の固形分は分離膜２の膜面に堆積するため、定期的に、あるいは膜差圧が上昇したときに循環ポンプ３を停止し、処理水タンク４から処理水を逆洗ポンプ６によって分離膜２の二次側に打込み、膜面の逆洗を行う。この逆洗の頻度は原水の性状によって大きく異なるが、原水の汚濁度が高い場合には１０分間に１回程度、低い場合には３時間に１回程度とすることが好ましい。逆洗頻度が高すぎると膜ろ過運転時間が減少して稼働率が低下し、逆に逆洗頻度が低すぎると膜差圧が上昇しすぎ、逆洗を行っても回復しにくくなる。
　この逆洗により生じた逆洗排水は、逆洗排水タンク７に排出される。この逆洗排水中には、膜面から剥離された活性汚泥及び膜面閉塞物質が含まれている。従来はこの逆洗排水をそのまま生物反応槽１に戻していたが、本発明ではオゾン供給装置８から逆洗排水中にオゾンを供給し、オゾン処理を行う。
　オゾンは強い酸化力を有する気体であり、有機物を破壊・分解する作用を持つ。このため逆洗排水中の膜面閉塞物質を微細化し、分離膜２の膜孔径よりも小さい微粒子とすることができる。この目的のためのオゾン処理には、殺菌や汚泥減量を目的とするオゾン処理に比較して少量のオゾンを供給すればよく、ランニングコストは安価である。具体的にはオゾンの供給量は逆洗排水量あたり20～100ｍｇＯ３／Ｌ程度とすることが好ましい。オゾンの供給量がこの範囲よりも少ないと有機物を破壊・分解する作用が不足して本発明の効果を十分に得ることができず、オゾンの供給量が過剰となるとオゾン製造の電力コストが無駄になるばかりでなく、余剰のオゾンの分解処理が必要となってコスト高となる。なお、この実施形態では逆洗排水タンク７に直接オゾンを供給したが、別にオゾン処理手段を設けてもよいことはいうまでもない。
　オゾン処理された逆洗排水は、返送用ポンプ９によって生物反応槽１に返送される。オゾン処理によって膜孔径近傍の膜面閉塞物質は、膜孔径よりも小さい微粒子となったり、表面改質により活性汚泥フロックに取り込まれやすい物質となっているので、この返送によって生物反応槽１内の膜孔径近傍の粒子からなる膜面閉塞物質量が増加することはない。従って本発明によれば分離膜２の膜ろ過性能は急速に低下することがなく、長期間にわたって安定したろ過が可能である。
　しかも本発明によれば、逆洗排水を系外に排出することなく生物反応槽１に返送するので、生物反応槽１のＭＬＳＳ濃度が低下せず、生物反応槽１の生物活性を安定に維持することができる。本発明によれば生物反応槽の槽内水のＭＬＳＳを５０００～２００００ｍｇ/Ｌに維持することができる。さらに本発明によれば逆洗排水を系外に排出することなく生物反応槽１に返送するので、逆洗排水を処理するために別の処理装置を設ける必要もない。以下に本発明の実施例を示す。
　図１に示した処理装置を用いて、下水の活性汚泥処理を行った。生物反応槽のＭＬＳＳ濃度は１０,０００ｍｇ／Ｌとした。分離膜は出願人会社製のモノリス型セラミック膜であり、膜孔径は０.１μmである。生物反応槽の槽内水を循環させてクロスフローろ過を行い、膜ろ過水を処理水として取り出した。
　分離膜は１時間ごとにろ過運転を停止して逆洗を行った。膜面閉塞物質を含む逆洗排水を逆洗排水タンクに集め、オゾンを吹き込んでオゾン処理を行った。オゾン供給量は逆洗排水量あたり１００ｍｇＯ３／Ｌである。オゾン処理された逆洗排水は全量を生物反応槽に返送した。
　オゾン処理を行わない場合（従来例）とオゾン処理を行った場合（実施例）とを比較すると、処理水の性状はともに同一であるが、従来例では分離膜の膜ろ過流束が２.０ｍ/日であったのに対し、実施例では２.４ｍ/日であり、オゾン処理によって膜ろ過性能が大幅に改善されたことを確認できた。また、生物反応槽のＭＬＳＳ濃度は１００００ｍｇ／Ｌのままで、減少しなかった。
　次に逆洗排水へのオゾン供給量を実施例１の１/５にまで減少させて、分離膜の膜ろ過流束に与える影響を調べた。オゾン供給量は逆洗排水量あたり２０ｍｇＯ３／Ｌである。オゾン処理された逆洗排水は全量を生物反応槽に返送した。従来例では分離膜の膜ろ過流束が２.０ｍ/日であったのに対し、実施例では２.４ｍ/日であり、オゾン処理によって膜ろ過性能が大幅に改善されたことを確認できた。上記のように、微量のオゾンによっても膜ろ過性能の改善を図れることを確認した。

Claims (7)

  1. 　生物反応槽の槽内水を槽外に設置した分離膜に循環させてろ過水を取り出す槽外設置型膜分離活性汚泥法において、分離膜を逆洗することによって生じた膜面閉塞物質を含む逆洗排水をオゾン処理したうえで生物反応槽に返送することを特徴とする槽外設置型膜分離活性汚泥法。
  2. 　オゾン処理により、膜面閉塞物質を分離膜の膜孔径よりも微細化することを特徴とする請求項１記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法。
  3. 　オゾン処理におけるオゾン供給量を、逆洗排水量あたり20～100ｍｇＯ３／Ｌとすることを特徴とする請求項１記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法。
  4. 　分離膜が、セラミック製モノリス膜であることを特徴とする請求項１記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法。
  5. 　分離膜が、断面円形または多角形の一次側流路を備えたものであることを特徴とする請求項４記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法。
  6. 　逆洗排水をオゾン処理したうえで生物反応槽に返送することにより、生物反応槽の槽内水のＭＬＳＳを５０００～２００００ｍｇ/Ｌに維持することを特徴とする請求項１記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法。
  7. 　逆洗頻度を、１０分から３時間に１回としたことを特徴とする請求項１記載の槽外設置型膜分離活性汚泥法。
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