特許 5700932 膜バイオリアクタ性能の改善方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5700932

(24)【登録日】2015年2月27日

(45)【発行日】2015年4月15日

(54)【発明の名称】膜バイオリアクタ性能の改善方法

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/12 20060101AFI20150326BHJP

   B01D 21/01 20060101ALI20150326BHJP

   C02F 1/44 20060101ALI20150326BHJP

   C02F 1/56 20060101ALI20150326BHJP

   C02F 3/30 20060101ALI20150326BHJP

【ＦＩ】

   C02F3/12 S

   C02F3/12 D

   B01D21/01 105

   B01D21/01 107A

   B01D21/01 108

   B01D21/01 111

   C02F1/44 F

   C02F1/56 K

   C02F3/30 Z

【請求項の数】1

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2009-528396(P2009-528396)

(86)(22)【出願日】2007年9月5日

(65)【公表番号】特表2010-503527(P2010-503527A)

(43)【公表日】2010年2月4日

(86)【国際出願番号】US2007077601

(87)【国際公開番号】WO2008033703

(87)【国際公開日】20080320

【審査請求日】2010年7月16日

【審判番号】不服2013-23743(P2013-23743/J1)

【審判請求日】2013年12月3日

(31)【優先権主張番号】11/520,543

(32)【優先日】2006年9月13日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507248837

【氏名又は名称】ナルコ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ユン，ソン−フン

(72)【発明者】

【氏名】コリンズ，ジョン，エイチ．

【合議体】

【審判長】 真々田 忠博

【審判官】 中澤 登

【審判官】 河原 英雄

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１５９９９０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

C02F 3/12

C02F 3/28- 3/34

B01D53/22,61/00-71/82

C02F 1/44

B01D21/00-21/34

C02F 1/52- 1/56

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＣＯＤが５００ｍｇ／Ｌより大きい工業廃水を処理するＭＢＲ中で活性汚泥を調整する方法において：
ａ．前記活性汚泥に２００，０００ダルトン以上の分子量をもつ１又はそれ以上のカチオン性ポリマを添加するステップ
を具え、
前記ＭＢＲは、無酸素タンクと、前記無酸素タンクの後のエアレーションタンクとを備え、
前記ステップにおいて、前記ＭＢＲの無酸素タンクに前記カチオン性ポリマを添加することにより、前記ポリマを前記活性汚泥に添加する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＭＢＲ中の活性化した汚泥に１又はそれ以上の高分子量カチオン性ポリマを添加することによる工業廃水処理に用いる膜バイオリアクタ（「ＭＢＲ」）の性能向上に関する。

【背景技術】

【0002】

ＭＢＲのプロセスでは、膜の目詰まりは、そのプロセスの水理学的挙動を制限する常に重要な課題である。膜の目詰まりのために、ＭＢＲの処理能力はしばしば減少し、処理能力の喪失を補うためにより多くの膜がしばしば必要である。

【0003】

最近、研究結果（Ｎａｇａｏｋａら、１９９６，１９９８；Ｌｅｅら、２００２）は、膜の詰まりの主要な原因の１つは、バイオポリマであることを示しており、バイオポリマは、ＭＢＲの活性化した汚泥中で成長したバイオマスにより分泌される多糖やタンパク質を含んでいる。

【0004】

その結果、活性化汚泥と接触して負に帯電した膜と反応しないカチオン性ポリマを用いる方法が開発された（Ｃｏｌｌｉｎｓ及びＳａｌｍｅｎ、２００４；Ｃｏｌｌｉｎｓら２００５）。この方法では、様々なポリマを直接、ＭＢＲ活性汚泥に添加して、バイオポリマと反応させる。その結果得られた粒子は、バイオポリマ(生体高分子)及び合成カチオン性ポリマからなり、膜表面を目詰りさせない。

【0005】

このような方法は、多くのＭＢＲにうまく実装されているが、低分子量水可溶性カチオン性ポリマを用いた場合、ある種の汚泥、特に工業汚泥は、常には、よく凝固しないことがわかっている。

【0006】

したがって、工業汚泥を凝固させるより効果のある方法が求められている。

【発明の概要】

【0007】

本発明は、工業汚水を処理するＭＢＲ中の活性汚泥を調整する方法を提供し：この方法は、約２００，０００ダルトン以上の分子量をもつ１以上の有効量のカチオン性ポリマをＭＢＲの活性汚泥に添加するステップを具える。

【0008】

本発明は、工業汚水を処理するＭＢＲ中の膜を透過する流束を改善する方法を提供し：この方法は、約２００，０００ダルトン以上の分子量をもつ１以上の有効量のカチオン性ポリマをＭＢＲの活性汚泥に添加するステップを具える。

【0009】

本発明は、また、ＭＢＲ中の発泡を減少させる方法を提供し：この方法は約２００，０００ダルトン以上の分子量をもつ１以上の有効量のカチオン性ポリマをＭＢＲの活性汚泥に添加するステップを具える。

【0010】

本発明は、ＭＢＲの膜の目詰まりを減少させる方法を提供し：この方法は、約２００，０００ダルトン以上の分子量をもつ１以上の有効量のカチオン性ポリマをＭＢＲの活性汚泥に添加するステップを具える。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は、水中に膜を具える膜バイオリアクタの概略図である。

【図2】図２は、外部膜を具える膜バイオリアクタの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

用語の定義：
「ＭＢＲ」は、膜バイオリアクタを意味する。

【0013】

「混合液（ｍｉｘｅｄ ｌｉｑｕｏｒ）」又は「活性汚泥（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｓｌｕｄｇｅ）」は、汚水、汚水中の有機物を分解するために用いる微生物、細胞種に由来する有機物含有物質、副産物及び／又は廃棄物、細胞残骸、の混合物を意味する。混合液は、コロイド状又は粒状物質（即ち、バイオマス／バイオソリッド）、及び／又は可溶性分子又はバイオポリマ（即ち、多糖、タンパク質など）をも含む。

【0014】

「混合液浮遊固体」（「ＭＬＳＳ」）は、混合液中の有機物質を処理するバイオマスの集積を意味する。

【0015】

「ＣＯＤ」は、化学的酸素要求量を意味する。

【0016】

「調整」は、可溶性バイオポリマを沈殿させ、混合液中の微粒子やコロイド状有機物を凝集させて塊にして、より大きい粒子の凝集体を形成し、その結果、膜バイオリアクタろ過膜を透過する流束を増加させて、膜の目詰まりを減少させることを意味する。

【0017】

「工業廃水」は、次のカテゴリの１以上を意味する：ＣＯＤに関係のない、食料、化学物質、薬剤、パルプ／紙、精油所（ｒｅｆｉｎｅｒｙ）、機械類、エレクトロニクスなどの生産プラントで生じる汚水；浮遊固体の影響を含む平均全ＣＯＤが５００ｍｇ／Ｌより大きいもの；アンモニア性窒素及び有機窒素を含むＴＫＮ（トータル、キエルダール性窒素）が、生廃水中の全ＣＯＤ値の５％以下であること；ＴＰ（全リン酸含量）が、ＣＯＤの１％以下であること；埋め立て地からの侵出液；都市下水含有物が５０％より小さいもの；ＣＯＤ／ＢＯＤ_５比が１．５倍以上のもの；伝導性が１０００μＳ／ｃｍ以上のもの。

【0018】

本明細書で用いたように、次の略語と用語は、以下の意味である：「ＤＡＤＭＡＣ」は、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド；ＤＭＡＥＡ／ＭＣＱは、ジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド第４級塩；ＤＭＡＥＡ／ＢＣＱは、ジメチルアミノエチルアクリレートベンジルクロライド第４級塩；ＤＭＡＥＭ／ＭＣＱは、ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルクロライド第4級塩；及び、ＤＭＡＥＭ／ＢＣＱは、ジメチルアミノエチルメタクリレートベンジルクロライド第４級塩である。

【0019】

「カチオン性ポリマ」は、全体が陽電荷をもつポリマである。本発明のカチオン性ポリマは、全てカチオン性モノマで構成されているポリマと、カチオン性と非イオン性モノマで構成されているポリマ、及びカチオン性モノマとアニオン性モノマで構成されているポリマを含む。カチオン性ポリマは、エピクロルヒドリンとジアルキルモノアミン又はポリアミンとの縮合ポリマ、並びに、エチレンジクロライドとアンモニア又はホルムアルデヒト及びアミン塩との縮合ポリマを含む。本発明のカチオン性ポリマは、溶液ポリマ、エマルジョンポリマ、分散ポリマ、及び特許文献１に記載の構造的に修飾したポリマを含む。

【特許文献1】ＰＣＴ ＵＳ０１／１０８６７

【0020】

「カチオン性モノマ」は、正味の正電荷をもつモノマを意味する。代表的なカチオン性モノマは、ジアルキルアミノアルキルアクリレート、メタクリレート、及びこれらの４級塩又は酸塩を含み、限定されないが、ジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド４級塩、ジメチルアミノエチルアクリレートメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノエチルアクリレートベンジルクロリド４級塩、ジメチルアミノエチルアクリレート硫酸塩、ジメチルアミノエチルアクリレート塩酸塩、ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルクロライド４級塩、ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノエチルメタクリレートベンジルクロリド４級塩、ジメチルアミノエチルメタクリレート硫酸塩、ジメチルアミノエチルメタクリレート塩酸塩；アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノプロプルアクリルアミド硫酸塩、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩酸塩、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルアミノプロピル、メタクリルアミドメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド硫酸塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド塩酸塩、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジアリルジエチルアンモニウムクロリド、およびジアリルジメチルアンモニウムクロリドなどの、ジアルキルアミノアルキルアクリルアミド又はメタクリルアミドおよびそれらの４級塩あるいは酸塩を含む。アルキル基は、一般には、Ｃ数１〜４のアルキル基で置換されている。

【0021】

「非イオン性ポリマ」は、電気的に中性であるモノマを意味する。代表的な非イオン性モノマには、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ｔ−ブチル（メタ）アクリルアミド、N−（2）−ヒドロキシプロピルメタクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−ビニルホルミアミド、Ｎ−ビニルアセタミド、Ｎ−ビニル−Ｎ−メチルアセタミド、ポリ（エチレングリコール）（メタ）アクリレート、ポリ（エチレングリコール）モノメチルエーテルモノ（メタ）アクリレート、Ｎ−ビニル−２−ピロリジン、グリセロールモノ（（メタ）アクリレート）、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ビニルメチルスルホン、ビニルアセテート、グリシジル（メタ）アクリレート、及びそれと同等物を挙げることができる。

【0022】

「アニオン性モノマ」は、所定のｐＨ域以上で負の電荷をもつ、本明細書で定義したモノマを意味する。代表的なアニオン性モノマは、アクリル酸、及びその塩を含み、前記代表的なアニオン性モノマは、限定されないが、アクリル酸ナトリウム塩、及びアクリル酸アンモニウム、メタアクリル酸、及びその塩を含み、前記代表的なアニオン性モノマは、限定されないが、メタクリル酸ナトリウム、及び、メタクリル酸アンモニウム、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）、ＡＭＰＳのナトリウム塩、ビニルスルホネイトナトリウム塩、スチレンスルホネイト、マレイン酸、及び、その塩を含み、更に、代表的なアニオン性モノマは、限定されないが、これらのナトリウム塩、及びアンモニウム塩、スルホネイト、イタコネイト、スルホプロピルアクリレイト、又はメタクリレイト、又はこれらのその他の水に可溶な形態、又はその他の重合可能なカルボキシル基をもつもの、又はその他のスルホン酸基をもつものを含む。スルホメチル化アクリルアミド、アリルスルホネイト、ビニルスルホネイトナトリウム塩、イタコン酸、アクリルアミドメチル酪酸、フマル酸、ビニルホスホン酸、ビニルスルホン酸、アリルホスホン酸、スルホメチル化アクリルアミド、ホスホノメチル化アクリルアミド、及びその同等物。

【0023】

好適な態様：
上述のように、２００，０００以上の分子量をもつカチオン性ポリマを、工業廃液処理用のＭＢＲの活性汚泥中に添加することができるが：それは、活性汚泥を調整する；ＭＢＲ中の膜を透過する流束を改善する；ＭＢＲ中の膜の目詰りの減少させる；及び、ＭＢＲ中の活性汚泥の発泡の減少させるという、理由による。

【0024】

様々な量とタイプのカチオン性ポリマを活性汚泥に添加することができる。

【0025】

１つの態様では、カチオン性ポリマの有効量は、活性体として約３〜約５００ｍｇ／Ｌである。

【0026】

別の態様では、カチオン性ポリマは、ジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロリド４級塩、ジメチルアミノエチルアクリレートメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノエチルアクリレートベンジルクロリド４級塩、ジメチルアミノエチルアクリレート硫酸塩、ジメチルアミノエチルアクリレート塩酸塩、ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルクロリド４級塩、ジメチルアミノエチルメタクリレートメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノエチルメタクリレートベンジルクロリド４級塩、ジメチルアミノエチルメタクリレート硫酸塩、ジメチルアミノエチルメタクリレート塩酸塩；並びに、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド硫酸塩、ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩酸塩、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド、ジメチルアミノプロピル、メタクリルアミドメチルサルフェート４級塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド硫酸塩、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド塩酸塩、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジアリルジエチルアンモニウムクロリド、およびジアリルジメチルアンモニウムクロリドなどの、ジアルキルアミノアルキルアクリルアミド又はメタクリルアミドおよびそれらの４級塩又は酸塩、からなる群から選択されるモノマを含んでいる。

【0027】

別の態様では、カチオン性ポリマは、ＤＭＡＥＡ／ＭＣＱ；ＤＭＡＥＡ／ＢＣＱ；ＤＭＡＥＭ／ＭＣＱ；ＤＭＡＥＭ／ＢＣＱ；及びマンニッシュ反応を用いるポリマからなる群から選択される。

【0028】

工業廃水を処理するために用いるこのカチオン性ポリマは、様々なカチオン電荷をもつ。１つの態様では、カチオン電荷は、前記カチオン性ポリマ中のモノマ数に基づき約５％〜約１００％の範囲の正味のカチオン電荷をもつ。

【0029】

このＭＢＲは、有効量の１又はそれ以上の２価イオン、１又はそれ以上の３価イオン、又はその組み合わせをＭＢＲ中の活性汚泥に添加して更に処理することもできる。このイオンは、様々な化学的形態で汚泥へ添加することができる。典型的には、これらのイオンは、ｐＨ約６から約８の活性汚泥へ添加する。ｐＨがこの範囲から外れる場合は、苛性、及び又は、石灰を用いて、この範囲にｐＨを戻すよう調整することができる。

【0030】

１つの態様では、２価イオンは、Ｃａ；及びＭｇからなる群から選択される。更なる態様では、Ｃａイオンは、ＣａＣｌ_２；Ｃａ（ＯＨ）_２；Ｃａ（Ｃ_２Ｈ_３Ｏ_２）_２；ＣａＯ；及びその水和物からなる群から選択される化合物として添加する。

【0031】

別の態様では、Ｍｇイオンは、ＭｇＣｌ_２；Ｍｇ（ＯＨ）_２；Ｍｇ（Ｃ_２Ｈ_３Ｏ_２）_２；ＭｇＳＯ_４；ＭｇＯ；及びその水和物からなる群から選択される化合物として添加する。

【0032】

さらなる態様では、２価イオンの有効量は、約１０〜約５００ｍｇ／ｌである。

【0033】

別の態様では、３価イオンは、Ａｌ；及びＦｅからなる群から選択される。さらなる態様では、３価イオンの有効量は、約５０から約１０００ｍｇ／ｌである。

【0034】

カチオン性ポリマ、２価イオン、及び３価イオンは、様々なルートで活性汚泥へ添加することができる。

【0035】

１つの態様では、このカチオン性ポリマは、前記ＭＢＲへ入る浸入流へ前記カチオン性ポリマを添加することにより活性汚泥へ添加する。

【0036】

別の態様では、このカチオン性ポリマは、前記ＭＢＲの無酸素タンクに前記カチオン性ポリマを添加することにより活性汚泥へ添加する。

【0037】

更なる態様では、このカチオン性ポリマは、前記ＭＢＲのエアレーションタンクに、又は前記ＭＢＲのメンブランタンクへ、前記カチオン性ポリマを添加することにより活性汚泥へ添加する。メンブランタンクは、水中へ沈めた膜と通気装置をもつタンクを意味する。エアレーションタンクは、通気装置をもつが、タンク内に膜を持たない。エアレーションタンクのＭＢＲは、外付けの膜をもつ。

【0038】

２価イオン、３価イオン又はその組み合わせは、連続的に、又はカチオン性ポリマと組み合わせて、同じ場所で添加することができる。

【0039】

このようなポリマやイオンをＭＢＲへ添加するの仕組みについては、当業者が利用できる多くの技術がある。例えば、カチオン性ポリマをドラム缶に入れ、次いで、ＭＢＲ中へ注ぎ込む。

【0040】

本発明の手順は、外付けの膜又は水に沈めた膜をもつＭＢＲのいずれにも適用できる。

【0041】

ＭＢＲは、様々な構成をとることができる。図１に示すように、ＭＢＲは、水に沈めた膜を備えていてもよい。無酸素タンク（３）、及び、水に沈めた膜（５）をもつエアレーションタンク／メンブランタンク（４）を具えるＭＢＲ浸入流（１）が入る。エアレーションタンク／メンブランタンクは、通気装置をもつ（図示せず）。この膜ろ過液又は廃水（７）は、膜（５）から出る。通気／メンブランタンク（４）中に残っている活性汚泥は、戻して更なる処理（６）を行うことができる。１又はそれ以上のカチオン性ポリマ及び／又は２価／３価イオン（２）を、浸入流（１）、無酸素タンク（３）、及び通気／メンブランタンク（４）へ添加することができる。

【0042】

図２に示すように、ＭＢＲは、外付けの膜（５）を設けることができる。無酸素タンク（３）及び通気タンク（４）を含むＭＢＲへ浸入流（１）が入る。エアレーションタンクは、通気装置を持っている（図示せず）。汚泥循環ポンプ（８）を用いて、外付けの膜（５）へ活性汚泥を引き入れる。膜ろ過液又は廃水（７）は、膜（５）から出る。メンブランタンク（４）内に残っている活性汚泥は、戻して更なる処理を行うことができる（６）。１又はそれ以上のカチオン性ポリマ、及び／又は２価／３価イオン（２）を、浸入流（１）、無酸素タンク（３）、及びエアレーションタンク（４）へ添加することができる。

【図1】

【図2】