本発明は、廃水処理方法、および当該廃水処理方法に適した廃水処理システムに関する。

生活廃水や工業廃水は、その中に含まれる懸濁物質や有機物等を取り除く処理が施されてから河川などに放流されている。 有機物等を含む廃水の処理方法において、従来の標準活性汚泥法と比較し、膜分離活性汚泥法(MBR)は有効な手段である。ここで、MBRとは、活性汚泥法において最終沈殿槽を設けずに分離膜により固液分離を行う方法である。

MBRにおいては、廃水を処理する際にアミジン系の凝集剤を添加する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。凝集剤は汚泥表面に吸着すると同時に、MBRでは分解が困難な難分解性物質等の有機物を吸着する。

国際公開第2011/016482号

しかしながら、凝集剤を過剰に添加した場合や、汚泥の量が凝集剤の量に対して少ない場合には、凝集剤が処理水中に残存することがあった。凝集剤は有機物であるため、凝集剤が処理水の汚染の原因となる。すなわち、処理水のBOD₅やCOD_crが上昇し、処理水の水質が悪化する。 また、処理水を逆浸透膜やナノ濾過膜などによって濾過処理する場合、処理水中に難分解性物質や凝集剤が残存していると、難分解性物質や凝集剤が濾過膜の膜閉塞を引き起こすおそれがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、水質の高い処理水を得ることができ、しかも膜分離活性汚泥法で処理した後に処理水を濾過処理する場合でも濾過膜の膜閉塞を抑制できる廃水処理方法および廃水処理システムを提供することを課題とする。

本発明は以下の態様を有する。 [1] 活性汚泥中の微生物による生物処理と、分離膜による固液分離処理とを同一の槽内で行う膜分離活性汚泥法により、前記槽に凝集剤を添加して廃水を処理した後、担体に付着した微生物により生物処理を行う生物膜法により、前記膜分離活性汚泥法にて固液分離された膜分離処理水をさらに処理する、廃水処理方法。 [2] 膜分離処理水のBOD₅/COD_crが0.3以下である、[1]に記載の廃水処理方法。 [3] 生物膜法が生物活性炭処理法である、[1]または[2]に記載の廃水処理方法。 [4] [1]〜[3]のいずれか1つに記載の廃水処理方法によって得られた生物膜処理水を逆浸透膜またはナノ濾過膜によって濾過処理する、廃水処理方法。 [5] 濾過処理により発生した濃縮水を濃縮処理する、[4]に記載の廃水処理方法。 [6] 活性汚泥中の微生物による廃水の生物処理と、分離膜による固液分離処理とを同一の槽内で行う膜分離活性汚泥処理装置と、前記膜分離活性汚泥処理装置にて固液分離された膜分離処理水を担体に付着した微生物により生物処理する生物膜処理装置とを具備し、前記膜分離活性汚泥処理装置は、前記槽に凝集剤を添加する凝集剤添加手段を備える、廃水処理システム。 [7] 膜分離処理水のBOD₅/COD_crが0.3以下である、[6]に記載の廃水処理システム。 [8] 生物膜処理装置が生物活性炭処理装置である、[6]または[7]に記載の廃水処理システム。 [9] 生物膜処理装置にて処理された生物膜処理水を濾過処理する逆浸透膜濾過装置またはナノ濾過膜濾過装置をさらに具備する、[6]〜[8]のいずれか1つに記載の廃水処理システム。 [10] 逆浸透膜濾過装置またはナノ濾過膜濾過装置により発生した濃縮水を濃縮処理する蒸発濃縮装置をさらに具備する、[9]に記載の廃水処理システム。

本発明の廃水処理方法および廃水処理システムによれば、水質の高い処理水を得ることができ、しかも膜分離活性汚泥法で処理した後に処理水を濾過処理する場合でも濾過膜の膜閉塞を抑制できる。

本発明の廃水処理システムの一実施形態を示す概略構成図である。

本発明の廃水処理システムの他の実施形態を示す概略構成図である。

〔廃水処理方法〕 本発明の廃水処理方法は、膜分離活性汚泥法(MBR)により廃水を処理するに際して、処理を行う槽(膜分離槽)に凝集剤を添加する方法である。 以下、本発明について、具体的な実施形態を示しながら説明する。

<廃水処理システムの実施形態> 図1は、本発明の廃水処理システムの一実施形態を示す概略構成図である。 この廃水処理システムは、原水槽(図示略)からの廃水を活性汚泥中の微生物によって生物処理すると同時に、分離膜として膜モジュール15によって汚泥と膜分離処理水(透過水)とに固液分離処理する膜分離活性汚泥処理装置10と、膜分離活性汚泥処理装置10にて固液分離された膜分離処理水を担体に付着した微生物により生物処理する生物膜処理装置70とを具備する。

(膜分離活性汚泥処理装置) 膜分離活性汚泥処理装置10は、膜分離槽(第1の曝気槽)11と;膜分離槽11内の底部近傍に配置された散気管12と;散気管12にエアを供給するブロア13と;散気管12とブロア13とを接続するエア導入管14と;膜分離槽11内かつ散気管12の上方に配置された膜モジュール15と;膜分離槽11に凝集剤を添加する凝集剤添加手段16と;膜分離処理水流路51の途中に設けられ、膜モジュール15内を減圧にすることによって汚泥と膜分離処理水(透過水)との固液分離を行い、かつ膜分離処理水を生物膜処理装置70へ送り出す吸引ポンプ18と;原水槽からの廃水を膜分離活性汚泥処理装置10に供給する廃水流路50と;膜分離活性汚泥処理装置10からの膜分離処理水を排出する膜分離処理水流路51と;膜分離活性汚泥処理装置10からの余剰汚泥を排出する余剰汚泥流路52とを備える。

膜モジュール15としては、公知の濾過膜を備えた公知の膜モジュールが挙げられる。 濾過膜の種類としては、精密濾過膜(MF膜)または限外濾過膜(UF膜)が好ましい。濾過膜の形状としては、中空糸膜、平膜、管状膜、袋状膜等が挙げられる。これらのうち、容積ベースで比較した場合に膜面積の高度集積が可能であることから、中空糸膜が好ましい。

濾過膜の材質としては、有機材料(セルロース、ポリオレフィン、ポリスルフォン、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリ4フッ化エチレン等)、金属(ステンレス等)、無機材料(セラミック等)が挙げられる。濾過膜の材質は、廃水の性状に応じて適宜選択する。

濾過膜の孔径は、処理の目的に応じて適宜選択すればよい。MBRにおいて、濾過膜の孔径は、0.001〜3μmが好ましい。孔径が0.001μm以上であれば、膜の抵抗が大きくなるのを抑制できる。孔径が3μm以下であれば、活性汚泥を十分に分離することができ、処理水の水質を良好に維持できる。濾過膜の孔径は、精密濾過膜の範囲とされる0.04〜1.0μmがより好ましい。

膜分離活性汚泥処理装置10においては、散気管12と膜モジュール15とが一体化された膜ユニットを用いてもよい。このような膜ユニットとしては、例えば特開2013−202524号公報に記載の膜ユニットなどが挙げられる。

凝集剤添加手段16は、凝集剤を膜分離槽11に供給する凝集剤流路16aと;凝集剤流路16aの途中に設けられ、凝集剤を膜分離槽11に送り出すポンプ16bとを備える。

(生物膜処理装置) 生物膜処理装置70は、生物膜槽(第2の曝気槽)71と;生物膜槽71内の底部近傍に配置された散気管72と;散気管72にエアを供給するブロア73と;散気管72とブロア73とを接続するエア導入管74と;生物膜槽71にて生物処理された生物膜処理水を排出する生物膜処理水流路62とを備える。

生物膜槽71には、微生物が担体に付着した微生物付着担体(図示略)が収容されている。 微生物付着担体は、生物膜槽71内で流動させておいてもよいし、固定させておいてもよい。微生物付着担体を生物膜槽71内で流動させながら生物処理する生物膜処理装置70を流動床式の生物膜処理装置といい、微生物付着担体を生物膜槽71内で固定させて生物処理する生物膜処理装置70を固定床式の生物膜処理装置という。

担体としては、固定床用担体、流動床用担体などが挙げられる。 例えば流動床用担体としては、活性炭などが挙げられる。また、活性炭以外にも、ポリプロピレンやポリビニルアルコール等の樹脂製担体、セラミック製担体などを流動床用担体として用いることもできる。これらの中でも、微生物付着担体となったときに膜分離活性汚泥法では処理が困難とされる難分解性物質や凝集剤の分解に優れる点で活性炭が好ましい。ここで、微生物が活性炭に付着した微生物付着担体が生物膜槽71に収容された生物膜処理装置70を生物活性炭処理装置ともいう。

(標準活性汚泥処理装置) 廃水処理システムは、図2に示すように、膜分離活性汚泥処理装置10の上流に、原水槽(図示略)からの廃水を活性汚泥中の微生物によって生物処理する標準活性汚泥処理装置20をさらに具備していてもよい。 なお、図2において図1と同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。

標準活性汚泥処理装置20は、活性汚泥槽(第3の曝気槽)21と;活性汚泥槽21内の底部近傍に配置された散気管22と;散気管22にエアを供給するブロア23と;散気管22とブロア23とを接続するエア導入管24と;活性汚泥槽21にて生物処理された活性汚泥槽混合水を汚泥と上澄み液とに固液分離する沈殿槽25と;原水槽からの廃水を活性汚泥槽21に供給する廃水流路50と;活性汚泥槽21にて生物処理された活性汚泥槽混合水を沈殿槽25に移送する活性汚泥槽混合水流路53と;沈殿槽25からの上澄み液を膜分離活性汚泥処理装置10に移送する上澄み液流路54と;沈殿槽25からの余剰汚泥を排出する余剰汚泥流路55と;沈殿槽25からの余剰汚泥の一部を活性汚泥槽21に返送する返送汚泥流路56とを備える。

沈殿槽25は、活性汚泥槽21から移送された活性汚泥槽混合水を、重力沈降によって汚泥と上澄み液とに固液分離できるものであればよく、特に限定はされない。沈殿槽25は、一般的な沈殿池であってもよい。

(濾過装置) 廃水処理システムは、図2に示すように、生物膜槽71にて生物処理され、生物膜処理水流路62から排出された生物膜処理水を濾過処理する濾過装置30をさらに具備していてもよい。

濾過装置30は、濾過装置本体31と;濾過装置本体31を透過した精製水を排出する精製水流路58と;濾過装置本体31を透過しなかった濃縮水を排出する濃縮水流路59とを備える。

濾過装置本体31としては、逆浸透膜モジュールまたはナノ濾過膜モジュールを備えたものが挙げられる。ここで、濾過装置本体31として逆浸透膜モジュールを備える濾過装置30を逆浸透膜濾過装置ともいい、濾過装置本体31としてナノ濾過膜モジュールを備える濾過装置30をナノ濾過膜濾過装置ともいう。

逆浸透膜モジュールは、逆浸透膜を透過した精製水と逆浸透膜を透過しない濃縮水とを分離できる形態であればよく、特に限定はされない。 逆浸透膜モジュールとしては、例えば、集水管のまわりに逆浸透膜を巻き回した円柱状の逆浸透膜エレメントを円筒状のケーシングに収納した、いわゆるスパイラル型逆浸透膜モジュール等が挙げられる。 逆浸透膜の材質としては、ポリアミド、ポリスルフォン、セルロースアセテート等が挙げられ、芳香族ポリアミド又は架橋芳香族ポリアミドを含むポリアミドが好ましい。

ナノ濾過膜モジュールは、ナノ濾過膜を透過した精製水とナノ濾過膜を透過しない濃縮水とを分離できる形態であればよく、特に限定はされない。 ナノ濾過膜モジュールとしては、例えば、集水管のまわりにナノ濾過膜を巻き回した円柱状のナノ濾過膜エレメントを円筒状のケーシングに収納した、いわゆるスパイラル型ナノ濾過膜モジュール等が挙げられる。 ナノ濾過膜の材質としては、ポリエチレン系、芳香族ポリアミド系や架橋ポリアミド系を含むポリアミド系、脂肪族アミン縮合系ポリマー、複素環ポリマー系、ポリビニルアルコール系、酢酸セルロース系ポリマー等が挙げられる。

(蒸発濃縮装置) 廃水処理システムは、図2に示すように、濾過装置本体31を透過しなかった濃縮水を濃縮処理する蒸発濃縮装置40をさらに具備していてもよい。

蒸発濃縮装置40は、蒸発器41と;蒸発器41にて蒸発し、凝縮された凝縮水を排出する凝縮水流路60と;蒸発器41にて濃縮された濃縮廃水を排出する濃縮廃水流路61とを備える。

蒸発器41は、濃縮水を加熱して濃縮できる形態であればよく、特に限定はされない。

<廃水処理方法の実施形態> 図1の廃水処理システムを用いた廃水処理方法は、下記のステップ(b)、(c)を有し、図2の廃水処理システムを用いた廃水処理方法は下記のステップ(b)、(c)と、必要に応じて下記の(a)、(d)、(e)を有する。 (a)標準活性汚泥処理装置20にて、原水槽(図示略)からの廃水を活性汚泥中の微生物によって生物処理するステップ。 (b)膜分離活性汚泥処理装置10にて、原水槽(図示略)からの廃水またはステップ(a)で処理された廃水(上澄み液)を活性汚泥中の微生物によって生物処理すると同時に、膜モジュール15によって汚泥と処理水(透過水)とに固液分離するステップ。 (c)生物膜処理装置70にて、膜モジュール15を透過した分離膜処理水(透過水)を生物処理するステップ。 (d)濾過装置30にて、生物膜槽71にて生物処理された生物膜処理水を逆浸透膜またはナノ濾過膜によって濾過処理するステップ。 (e)蒸発濃縮装置40にて、濾過装置本体31を透過しなかった濃縮水を濃縮処理するステップ。

(廃水) 廃水処理システムにて処理される廃水は、通常、易分解性物質や難分解性物質等の有機物を含んでいる。このような廃水としては、例えば生活廃水、工業廃水(化学、製薬、製紙、飲料、製油、半導体、電子等)、畜産廃水などが挙げられる。 廃水は、あらかじめ粗大な浮遊物質、土砂等を除去したり、pHを調整したり、希釈したりしてもよい。

(ステップ(a)) ステップ(b)において処理される廃水は、事前に標準活性汚泥処理装置20で処理してもよい。 ステップ(a)では、まず、原水槽(図示略)に貯留された廃水を、廃水流路50を経て標準活性汚泥処理装置20の活性汚泥槽21に供給する。 活性汚泥槽21においては、ブロア23を作動させて散気管22からエアを導入し、活性汚泥中の微生物に酸素を与えることによって廃水の生物処理を行う。

ついで、活性汚泥槽21にて生物処理された活性汚泥槽混合水を、活性汚泥槽混合水流路53を経て沈殿槽25に移送する。 沈殿槽25においては、活性汚泥槽混合水を、重力沈降によって汚泥と上澄み液とに固液分離する。

沈殿槽25の上澄み液は、ステップ(b)において処理される廃水として、上澄み液流路54を経て膜分離活性汚泥処理装置10に移送される。 一方、分離された余剰汚泥は、余剰汚泥流路55を経て排出される。また、余剰汚泥には、微生物が含まれているため、余剰汚泥の一部を、返送汚泥流路56を経て活性汚泥槽21に返送し、再び廃水の生物処理に用いる。

(ステップ(b)) 廃水処理方法がステップ(a)を有さない場合は、原水槽(図示略)に貯留された廃水を、廃水流路50を経て膜分離活性汚泥処理装置10の膜分離槽11に供給する。 廃水処理方法がステップ(a)を有する場合は、ステップ(a)にて処理された廃水(上澄み液)を、上澄み液流路54を経て膜分離活性汚泥処理装置10の膜分離槽11に供給する。

膜分離槽11においては、ブロア13を作動させて散気管12からエアを導入し、活性汚泥中の微生物に酸素を与えることによって廃水の生物処理を行う。 また、膜分離槽11においては、吸引ポンプ18を作動させて膜モジュール15内を減圧にすることによって、混合水を汚泥と処理水(透過水)とに固液分離する。この際、散気管12からエアを膜モジュール15に導入することによって、膜モジュール15の分離膜(例えば中空糸膜など)の表面を洗浄しながら、効率よく固液分離を行うことができる。

ステップ(b)では、凝集剤添加手段16により膜分離槽11に凝集剤を添加して廃水を処理する。 凝集剤の添加量は、廃水中の有機物(特に難分解性物質)を凝集できる量であれば特に制限されない。

ステップ(b)では、膜モジュール15を透過した分離膜処理水(透過水)のBOD₅/COD_crが0.3以下となるように廃水を処理することが好ましく、膜モジュール15を透過した分離膜処理水(透過水)のBOD₅/COD_crが0.3以下、かつ、SS濃度が25mg/L以下となるように廃水を処理することがより好ましい。 分離膜処理水のBOD₅/COD_crが0.3以下であれば、ステップ(c)にて生物処理した後の生物膜処理水中の難分解性物質の濃度(COD_cr−BOD₅)がより軽減される。よって、水質のより高い処理水を得ることができる。しかもステップ(d)にて生物膜処理水を濾過処理する場合は、逆浸透膜やナノ濾過膜といった濾過膜の膜閉塞をより抑制できる。 分離膜処理水のSS濃度が25mg/L以下であれば、ステップ(c)での生物処理をより円滑に行うことができる。特に、ステップ(c)において生物活性炭処理法により生物処理を行う場合、分離膜処理水のSS濃度が25mg/L以下であれば活性炭の目詰まりを抑制できので、生物処理をより円滑に行うことができる。

分離膜処理水のBOD₅/COD_crおよびSS濃度は、膜分離槽11中での滞在時間や凝集剤の添加量によって調整できる。例えば、膜分離槽11中での滞在時間が長くなるほど、また凝集剤の添加量が多くなるほど、分離膜処理水のBOD₅/COD_crおよびSS濃度は小さくなる傾向にある。また、ステップ(b)の前にステップ(a)を行うことでも、分離膜処理水のBOD₅/COD_crが小さくなる傾向にある。

なお、「COD_cr」とは、二クロム酸カリウムによる酸素消費量であり、JIS K 0102にしたがって測定する。 また、「BOD₅」とは、5日間生物化学的酸素要求量であり、JIS K 0102にしたがって測定する。 また、「SS濃度」とは、水中の浮遊物質の濃度であり、JIS K 0102にしたがって測定する。

ステップ(b)で用いられる凝集剤としては特に限定されないが、高分子凝集剤が好ましい。高分子凝集剤は微小フロックを架橋によって粗大フロックにする作用を有する。また、高分子凝集剤には、凝集剤の有する吸着活性基によって、ノニオン系、アニオン系およびカチオン系などがある。特に、処理効率の観点から、ステップ(b)で用いられる凝集剤としては下記式(1)および/または(2)で表されるアミジン構造単位を有するカチオン性重合体を有効成分として含有するアミジン系凝集剤が好ましい。 なお、本発明において「有効成分」とは、凝集剤100質量%中のカチオン性重合体の含有量を意味し、通常、10〜100質量%含有するのが好ましい。

式(1)、(2)中、R¹〜R⁴は各々水素原子またはメチル基であり、同一であってもよく、異なっていてもよい。 X⁻、Y⁻は各々陰イオンであり、同一であってもよく、異なっていてもよい。陰イオンとしては、例えば、Cl⁻、Br⁻、1/2SO₄²⁻、CH₃(CO)O⁻、H(CO)O⁻などが挙げられる。中でもCl⁻が好ましい。

このようなカチオン性重合体の製造方法としては特に制限されないが、例えば、一級アミノ基または変換反応により一級アミノ基が生成し得る置換アミノ基を有するエチレン性不飽和モノマーと、アクリロニトリルまたはメタアクリロニトリルのニトリル類との共重合体を製造し、酸加水分解後、該共重合体中のシアノ基と一級アミノ基を反応させてアミジン化する方法が挙げられる。

カチオン性重合体は、最も典型的には、N−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルとを共重合させ、生成した共重合体を、通常、水懸濁液として塩酸の存在下に加熱して置換アミノ基と隣接するシアノ基からアミジン構造単位を形成させることにより製造されるのが好ましい。そして、共重合に供するN−ビニルホルムアミドとアクリロニトリルとのモル比、及び共重合体のアミジン化条件を選択することにより、各種の組成のカチオン性重合体が得られる。

カチオン性重合体は、当該カチオン性重合体100モル%中、上記式(1)および/または(2)で表されるアミジン構造単位を繰り返し単位として5〜90モル%含有するのが好ましい。アミジン構造単位の含有率が5モル%未満であると、アミジン構造単位の含有量が少なすぎるため、このカチオン性重合体を凝集剤として使用する際に、使用量が多くなる。一方、アミジン構造単位の含有率が90モル%を超えるものは、上述した方法で製造することが困難である。アミジン構造単位の含有率の下限値は、10モル%以上がより好ましく、15モル%以上がさらに好ましく、20モル%以上が特に好ましい。また、アミジン構造単位の含有率の上限値は、85モル%以下がより好ましく、80モル%以下がさらに好ましい。

なお、カチオン性重合体は、上述した方法により製造すると、前記アミジン構造単位以外にも、下記式(3)〜(5)で表される単位を含有する場合がある。

式(3)〜(5)中、R⁵、R⁷、R⁸は各々水素原子またはメチル基であり、同一であってもよく、異なっていてもよい。 R⁶は炭素数1〜4のアルキル基または水素原子である。 Z⁻は陰イオンである。陰イオンとしては、上記式(1)、(2)の説明において先に例示した陰イオンと同様である。

カチオン性重合体が上記式(3)〜(5)で表される単位を含有する場合、通常、当該カチオン性重合体100モル%中、上記式(3)で表される繰り返し単位を0〜40モル%、上記式(4)で表される繰り返し単位を0〜70モル%、上記式(5)で表される繰り返し単位を0〜70モル%含有する。

上記式(1)および/または(2)で表されるアミジン構造単位、および上記式(3)〜(5)で表される単位の組成は、エチレン性不飽和モノマーとニトリル類との重合モル比や、アミジン化反応の条件(温度や時間)によって調整できる。 また、これらの組成は、カチオン性重合体の¹³C−NMR(¹³C−核磁気共鳴)を測定することにより求めることができ、具体的には、各繰り返し単位に対応した¹³C−NMRスペクトルのピーク(シグナル)の積分値より算出できる。

(ステップ(c)) 膜モジュール15を透過した膜分離処理水(透過水)を、膜分離処理水流路51を経て生物膜処理装置70に供給する。 生物膜槽71においては、ブロア73を作動させて散気管72からエアを導入し、担体に付着した微生物に酸素を与えることによって膜分離処理水の生物処理を行う。この生物処理によって、膜分離処理水中の凝集剤や難分解性物質などの有機物が微生物によって分解される。 難分解性物質や凝集剤の分解に優れる点で、生物膜処理装置70として生物活性炭処理装置を用いた生物活性炭処理法により膜分離処理水を生物処理することが好ましい。

(ステップ(d)) ステップ(c)において、生物膜槽71にて生物処理された生物膜処理水は、そのまま外部に放流してもよいが、生物膜処理水流路62を経て濾過装置30に移送し、逆浸透膜またはナノ濾過膜によって濾過処理することが好ましい。 濾過装置30において、逆浸透膜またはナノ濾過膜を透過した処理水は精製水となり、精製水流路58から排出される。一方、逆浸透膜またはナノ濾過膜を透過しなかった処理水は、濃縮水となって濃縮水流路59から排出される。

(ステップ(e)) ステップ(d)において、逆浸透膜またはナノ濾過膜を透過しなかった処理水(濃縮水)は、そのまま外部に放流してもよいが、濃縮水流路59を経て蒸発濃縮装置40に移送し、濃縮処理することが好ましい。 蒸発濃縮装置40において、蒸発器41に送られた濃縮水は、図示略の伝熱器により加熱され蒸発し、水蒸気となる。水蒸気は図示略の冷却器により冷却されて凝縮し、凝縮水となり、凝縮水流路60から排出される。蒸発器41にて濃縮された濃縮水は濃縮廃水として濃縮廃水流路61から排出される。 蒸発濃縮装置40にて濃縮水を濃縮処理するに際して、蒸発濃縮装置40の腐食防止を目的として、濃縮水に水酸化ナトリウム等のアルカリを添加してもよい。 濃縮廃水は、そのまま外部に排出してもよいが、通常は、乾燥して固形物の状態にしてから排出される。

(作用効果) 以上説明した本発明の廃水処理方法および廃水処理システムにあっては、MBRにより、凝集剤を添加して廃水を処理した後に、MBRにて固液分離された膜分離処理水を生物膜法によりさらに処理する。よって、凝集剤を過剰に添加した場合や、汚泥の量が凝集剤の量に対して少ない場合などにより凝集剤が膜分離処理水中に残存していても、生物膜法によって凝集剤を膜分離処理水から除去できる。また、生物膜法は、MBRでは分解が困難とされている難分解性物質等の有機物の除去も可能である。したがって、生物膜法にて処理された生物膜処理水はBOD₅やCOD_cr、難分解性物質の濃度(COD_cr−BOD₅)が低く、水質の高い処理水が得られる。 しかも、生物膜法によって凝集剤や難分解性物質を除去できるので、生物膜処理水を逆浸透膜やナノ濾過膜などによって濾過処理する場合でも、濾過膜の膜閉塞を抑制できる。

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

(凝集剤) 凝集剤として、ポリアミジン系高分子凝集剤(三菱レイヨン株式会社製、「KP7000」)を用いた。

〔例1〜5〕 難分解性物質を含む廃水として、コークス製造プロセスから排出された廃水を用いた。コークス製造プロセスから排出される廃水(コークス廃水)にはフミン質などが含まれ、一般的に生物処理が困難な難分解性物質を多く含むことが知られている。 本例で用いた廃水のCOD_crは3500mg/Lであり、BOD₅は500mg/Lであった。よって、廃水中の難分解性物質の濃度(COD_cr−BOD₅)は3000mg/Lであり、BOD₅/COD_crは0.14である。なお、COD_crおよびBOD₅はJIS K 0102にしたがって測定した。

<膜分離活性汚泥法による処理> (膜分離処理水(I)の調製) MLSS濃度8000mg/Lに調整した活性汚泥と中空糸膜(三菱レイヨン株式会社製、「ステラポアSADF」)を用いた膜分離活性汚泥法(MBR)により廃水を処理し、膜分離処理水(I)を得た。処理においては中空糸膜の下方より曝気をして好気条件とし、水力学的滞留時間を24時間とした。 得られた膜分離処理水(I)のCOD_crおよびBOD₅をJIS K 0102にしたがって測定したところ、COD_crは2000mg/Lであり、BOD₅は50mg/Lであり、難分解性物質の濃度(COD_cr−BOD₅)は1950mg/Lであった。

(膜分離処理水(II)の調製) 廃水に凝集剤を500mg/Lとなるように連続添加したこと以外は、膜分離処理水(I)の調製と同様の条件で廃水を処理し、膜分離処理水(II)を得た。 得られた膜分離処理水(II)のCOD_crおよびBOD₅をJIS K 0102にしたがって測定したところ、COD_crは1500mg/Lであり、BOD₅は50mg/Lであり、難分解性物質の濃度(COD_cr−BOD₅)は1450mg/Lであった。

<生物膜法による処理> 膜分離処理水(II)(COD_cr=1500mg/L、BOD₅=50mg/L、COD_cr−BOD₅=1450mg/L)と、生活廃水(COD_cr=500mg/L、BOD₅=425mg/L、COD_cr−BOD₅=75mg/L、BOD₅/COD_cr=0.85)と、純水とを混合し、混合原水とした。膜分離処理水(II)、生活廃水、および純水の混合割合は、混合原水中のCOD_cr、BOD₅/COD_cr、およびSS濃度が表1に示す値となる量とした。混合原水中のBOD₅およびCOD_cr−BOD₅も併せて表1に示す。なお、SS濃度はJIS K 0102にしたがって測定した。

活性炭(三菱レイヨン株式会社製、「ダイヤマルスSAC」、有効間隙率75%)200mLを充填したカラム(直径50mm、長さ20cm)内を曝気しながら、混合原水を空間速度がSV=0.042/hrの条件で通水した。なお、上記活性炭を充填したカラムは、事前に膜分離処理水(I)を曝気しながら0.021/hrの条件で1ヶ月間通水して、活性炭表面に微生物を付着および増殖をさせて、微生物活性炭(微生物付着担体)となるように十分に馴養をした。 通水開始から240時間経過した後の処理水(生物膜処理水)を採取し、COD_crおよびBOD₅を測定し、生物膜処理水中の難分解性物質の濃度(COD_cr−BOD₅)を求めた。結果を表1に示す。 なお、例1〜5は実施例に相当する。

表1の結果から明らかなように、生物膜法により混合原水を処理することで、混合原水に含まれる難分解性物質を除去することができた。特に、BOD₅/COD_crが0.3以下の混合原水を用いた場合(例1〜3)は、難分解性物質を大幅に除去することができた。これは、BOD₅/COD_crが高いことは、混合原水中の易分解性物質の割合が多いことを意味し、BOD₅/COD_crが高い混合原水を生物膜法により処理すると、易分解性物質の分解が優先されやすい。よって、BOD₅/COD_crが低い混合原水を生物膜法により処理する場合に比べて、生物膜処理水中の難分解性物質の濃度が高くなるものと考えらえる。

これらの結果より、MBRにより凝集剤を添加して廃水を処理した後、処理水(膜分離処理水)を生物膜法によりさらに処理することで、凝集剤や難分解性物質などの有機物が膜分離処理水から除去され、水質の高い処理水(生物膜処理水)を得ることができるといえる。 一般的に、易分解性物質と難分解性物質が混在する廃水を生物処理する場合には、易分解性物質を分解する微生物が優先的に増殖し、難分解性物質を分解する菌の増殖が抑制される傾向がある。本発明によれば、難分解性物質を相対的に多く含む排水を生物処理する場合には、易分解物質を分解する微生物が優先的に増殖することがなく、難分解性物質を分解する菌が安定して増殖することによって、難分解性物質を安定して処理することができる。 特に、膜分離処理水のBOD₅/COD_crが0.3以下であれば、難分解性物質が大幅に除去され、水質のより高い処理水を得ることができるといえる。また、得られた生物膜処理水を逆浸透膜やナノ濾過膜などによって濾過処理しても、濾過膜の膜閉塞をより抑制しやすいといえる。

〔例6〜10〕 膜分離処理水(II)(COD_cr=1500mg/L、BOD₅=50mg/L、COD_cr−BOD₅=1450mg/L)と、生活廃水(COD_cr=500mg/L、BOD₅=425mg/L、COD_cr−BOD₅=75mg/L、BOD₅/COD_cr=0.85)と、純水とを混合し、混合原水とした。膜分離処理水(II)、生活廃水、および純水の混合割合は、混合原水中のCOD_crが500mg/L、BOD₅が100mg/Lとなる量とした。さらに、混合原水のSS濃度が表2に示す値となるように、活性汚泥を添加した。

活性炭(三菱レイヨン株式会社製、「ダイヤマルスSAC」、有効間隙率75%)200mLを充填したカラム(直径50mm、長さ20cm)内を曝気しながら、混合原水を空間速度がSV=0.042/hrの条件で通水した。なお、上記活性炭を充填したカラムは、事前に膜分離処理水(I)を曝気しながら0.021/hrの条件で1ヶ月間通水して、活性炭表面に微生物を付着および増殖をさせて、微生物活性炭(微生物付着担体)となるように十分に馴養をした。 カラムにかかる圧力として、カラム内の活性炭の上面から水面までの距離を測定した。この距離が20cmに到達するまでの時間を測定した。結果を表2に示す。 なお、例6〜10は実施例に相当する。

カラムにかかる圧力が大きくなることは、活性炭の目詰まりが生じていることを意味し、通常であれば逆洗浄などの操作が必要となる。カラム内の活性炭の上面から水面までの距離が20cmに到達するまでの時間が長くなるほど、活性炭が目詰まりすることなく生物膜法による混合原水の処理が円滑に行われていることを意味する。 表2の結果から明らかなように、各例では、生物膜法により混合原水を7時間以上、円滑に処理することができた。特に、SS濃度が25mg/L以下である混合原水を用いた場合(例6、7)は、240時間経過しても活性炭が目詰まりすることなく、安定して混合原水を生物膜法により処理することができた。

これらの結果より、MBRにより凝集剤を添加して廃水を処理した後、処理水(膜分離処理水)を生物膜法によりさらに処理する際に、膜分離処理水のSS濃度が25mg/L以下であれば、活性炭の目詰まりを効果的に抑制でき、円滑に膜分離処理水を処理できるといえる。

10 膜分離活性汚泥処理装置 11 膜分離槽 15 膜モジュール 16 凝集剤添加手段 20 標準活性汚泥処理装置 30 濾過装置 40 蒸発濃縮装置 70 生物膜処理装置