特許 7196887 有機性排水の嫌気処理装置

(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】

(24)【登録日】2022-12-19

(45)【発行日】2022-12-27

(54)【発明の名称】有機性排水の嫌気処理装置

(51)【国際特許分類】

   C02F 3/28 20060101AFI20221220BHJP

   C02F 11/12 20190101ALI20221220BHJP

   B01D 63/06 20060101ALI20221220BHJP

【ＦＩ】

C02F3/28 A

C02F11/12

B01D63/06

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020163642

(22)【出願日】2020-09-29

(65)【公開番号】P2022055926

(43)【公開日】2022-04-08

【審査請求日】2021-08-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000001063

【氏名又は名称】栗田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086911

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100144967

【弁理士】

【氏名又は名称】重野 隆之

(72)【発明者】

【氏名】小松 和也

(72)【発明者】

【氏名】菅原 拓哉

【審査官】片山 真紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２０７７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１７０６３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２９００４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１６９８７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１８８７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２９５６２５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０２Ｆ １／４４、３／００－３４、１１／００－２０

Ｂ０１Ｄ ６１／００－７１／８２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

有機性排水を円筒型発酵槽にて嫌気処理し、該発酵槽と該発酵槽外に設置された膜分離装置との間で汚泥を循環させ、該膜分離装置での膜濾過によって処理水を得る有機性排水の嫌気処理装置において、
該膜分離装置は、複数本のチューブラを有した管状膜モジュールであり、
該発酵槽から汚泥を膜分離装置に送泥する、複数本の送泥配管、各送泥配管が連なる集合送泥配管及び該集合送泥配管に設けられたポンプを備えており、
各送泥配管の先端が該発酵槽に接続され、各送泥配管の後端が該集合送泥配管の一端に接続され、該集合送泥配管の後端が該膜分離装置の一次側入口に接続されており、
膜分離装置から濃縮汚泥を発酵槽内に返送する、集合返送配管及び複数本の返送配管を備えており、
該集合返送配管の一端が該膜分離装置の一次側出口に接続され、該集合返送配管の他端に各返送配管の後端が接続され、各返送配管の先端が該発酵槽に接続されており、
該発酵槽の平面視において、各送泥配管の周方向位置が異なり、各返送配管の周方向位置が異なっており、
該発酵槽内から汚泥を流出させる送泥配管を切り替える送泥配管切り替え手段と、該発酵槽内に濃縮汚泥を流入させる返送配管を切り替える返送配管切り替え手段とが設けられている
ことを特徴とする有機性排水の嫌気処理装置。

【請求項2】

前記送泥配管及び返送配管は、前記発酵槽の外周面に対し放射方向となるように接続されている、請求項１の有機性排水の嫌気処理装置。

【請求項3】

前記発酵槽の平面視において、周方向に隣り合う送泥配管同士の交角及び返送配管同士の交角がそれぞれ４５°以上である、請求項２の有機性排水の嫌気処理装置。

【請求項4】

前記送泥配管切り替え手段は、発酵槽から汚泥を送り出す１本の送泥配管を選択するように送泥配管を切り替えるものである、請求項２又は３の有機性排水の嫌気処理装置。

【請求項5】

前記返送配管切り替え手段は、膜分離装置から濃縮汚泥を返送する１本の返送配管を選択するように返送配管を切り替えるものであり、発酵槽の平面視において、同時に通泥する送泥配管と返送配管の位置は同じである、請求項４の有機性排水の嫌気処理装置。

【請求項6】

前記送泥配管は、発酵槽の上下方向中間部付近に接続され、返送配管は発酵槽の上部に接続されている、請求項１～５のいずれかの有機性排水の嫌気処理装置。

【請求項7】

前記発酵槽の下部に、余剰汚泥の取出部が設けられている、請求項１～６のいずれかの有機性排水の嫌気処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、有機性排水の嫌気処理装置に関するものであり、特に、有機性排水を嫌気処理した後、膜分離によって処理水を得る装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、有機性排水を発酵槽にて嫌気処理し、発酵槽と槽外に設置された膜分離装置との間で汚泥を循環させて膜濾過によって処理水を得る嫌気性処理方法において、発酵槽の中層部から汚泥を引き抜き、膜分離装置に循環するとともに、低層部から余剰汚泥を引き抜くことが記載されている。

【0003】

この処理方法によると、発酵槽内に蓄積する比重の大きい無機性固形物や夾雑物などが膜分離装置に供給されることが抑制されるので、膜閉塞が抑制されるとともに、それらを余剰汚泥として優先的に排出することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１３－５２３４５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の嫌気性処理方法では発酵槽内の汚泥濃度を高めることによって、高負荷、高効率の処理が可能となるが、汚泥濃度が高くなると汚泥の粘性が高まり、発酵槽内の撹拌混合が不充分となって処理効率が低下する問題があった。特に、汚泥は流れが強くなるほど流動し易くなる非ニュートン流体（擬塑性流体）であるため、内圧式管状膜に汚泥を大流量で循環してクロスフロー濾過する場合では、発酵槽内から膜分離装置への汚泥の引抜き部や戻り部での流速が著しく高くなって粘性が低下する一方、そこから遠く、循環水の流入水流が届かない領域では流動しにくく粘性が高まって汚泥同士が固着してゲル状になり、通水が行き届かなくなりデッドスペースとなり、発酵槽内で偏流が生じる問題があった。このデッドスペースにより反応槽のみかけ容積は低下する。

【0006】

撹拌機により発酵槽内全体を混合するように撹拌すると、比重の大きい無機性固形物や夾雑物も膜分離装置に供給され易くなる。

【0007】

本発明は、発酵槽内の撹拌を効率よく行うことができ、高い処理効率を得ることができる有機性排水の嫌気処理装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の有機性排水の嫌気処理装置は、有機性排水を円筒型発酵槽にて嫌気処理し、該発酵槽と該発酵槽外に設置された膜分離装置との間で汚泥を循環させ、該膜分離装置での膜濾過によって処理水を得る有機性排水の嫌気処理装置において、該発酵槽から汚泥を膜分離装置に送泥する送泥配管が該発酵槽に複数本接続されており、膜分離装置から濃縮汚泥を発酵槽内に返送する返送配管が該発酵槽に複数本接続されており、該発酵槽の平面視において、各送泥配管の周方向位置が異なり、各返送配管の周方向位置が異なっており、該発酵槽内から汚泥を流出させる送泥配管を切り替える送泥配管切り替え手段と、該発酵槽内に濃縮汚泥を流入させる返送配管を切り替える返送配管切り替え手段とが設けられていることを特徴とする。

【0009】

本発明の一態様では、前記送泥配管及び返送配管は、前記発酵槽の外周面に対し放射方向となるように接続されている。

【0010】

本発明の一態様では、前記発酵槽の平面視において、周方向に隣り合う送泥配管同士の交角及び返送配管同士の交角がそれぞれ４５°以上である。

【0011】

本発明の一態様では、前記送泥配管切り替え手段は、発酵槽から汚泥を送り出す１本の送泥配管を選択するように送泥配管を切り替えるものである。

【0012】

本発明の一態様では、前記返送配管切り替え手段は、発酵槽に濃縮汚泥を返送する１本の送泥配管を選択するように返送配管を切り替えるものである。

【0013】

本発明の一態様では、前記送泥配管は、発酵槽の上下方向中間部付近に接続され、返送配管は発酵槽の上部に接続されている。

【0014】

本発明の一態様では、前記発酵槽の下部に、余剰汚泥の取出部が設けられている。

【発明の効果】

【0015】

本発明の有機性排水の嫌気処理装置では、発酵槽から汚泥を流出させる送泥配管及び膜分離装置からの濃縮汚泥を該発酵槽に流入させる返送配管をそれぞれ周方向位置を異ならせて複数設けている。そして、送泥に用いる送泥配管及び発酵槽内への濃縮汚泥返送に用いる返送配管を切り替え手段で切り替えることにより、発酵槽内からの汚泥の取り出し位置を切り替え、また膜分離装置からの濃縮汚泥の発酵槽内への流入位置を切り替えることができる。この結果、発酵槽内の局所的な汚泥滞留が防止され、発酵槽内の全体で効率よく嫌気処理が行われる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施の形態に係る有機性排水の嫌気処理装置の構成図である。

【図2】（Ａ）は図１のＡ－Ａ線断面図、（Ｂ）は図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図１，２を参照して実施の形態に係る有機性排水の嫌気処理装置の構成について説明する。なお、図１では、発酵槽を縦断面としている。

【0018】

有機性排水（原水）は、原水ポンプＰ１を有する原水配管１を通って撹拌機２を備えた発酵槽３内に導入される。

【0019】

発酵槽３の上下方向の中間付近（発酵槽３の有効水深を１００％とした場合、下から１５％以上７０％以下の中位範囲）に２本の送泥配管４，５の先端が接続されている。各配管４，５に弁４ａ，５ａが設けられている。送泥配管４，５の後端は集合配管６の一端に接続されている。集合配管６に循環ポンプＰ２が設けられている。集合配管６の他端は、膜分離装置としての内圧式管状膜モジュール（以下、内圧式管状膜という。）７の一次側の入口部に接続されている。

【0020】

内圧式管状膜７内には、複数本のチューブラ７ａが設置されており、汚泥はチューブラ７ａ内を流通する。チューブラ７ａを透過しなかった濃縮汚泥を発酵槽３に返送するために、集合返送配管８及び返送配管９，１０が設けられている。返送配管９，１０に弁９ａ，１０ａが設けられている。

【0021】

集合返送配管８の一端は、内圧式管状膜７の一次側出口部に接続されており、他端に返送配管９，１０の後端が接続されている。返送配管９，１０の先端は、発酵槽３の上部（前記の中位範囲よりも上側の有効水深の範囲）に接続されている。

【0022】

チューブラ７ａを透過した透過水は、配管１１を通って処理水槽１２に流入し、配管１３を通って取り出される。処理水槽１２内の処理水で内圧式管状膜７を逆洗するように逆洗配管１４及び逆洗ポンプＰ３が設けられている。

【0023】

発酵槽３の下部（前記中位範囲よりも下側）に余剰汚泥の引抜配管１５が設けられ、該配管１５に余剰汚泥ポンプＰ４が設けられている。

【0024】

この実施の形態では、送泥配管４，５は略同一高さに設けられ、返送配管９，１０は略同一高さに設けられている。送泥配管４，５及び返送配管９，１０の先端側は、それぞれ発酵槽３の外周壁面に対し放射方向となるように接続されている。従って、該配管４，５，９，１０の先端側の延長線は、発酵槽３のほぼ中心を通る。

【0025】

この実施の形態では、発酵槽３の平面視における送泥配管４，５の交角θ１及び返送配管９，１０の交角θ２（各々の上記延長線の交角）は、それぞれ４５°以上、好ましくは６０°以上である。

【0026】

交角θ１，θ２は１８０°であってもよい。即ち、送泥配管４，５は発酵槽３の中心を挟んで反対側に位置してもよく、返送配管９，１０は発酵槽３の中心を挟んで反対側に位置してもよい。

【0027】

この実施の形態では、各弁４ａ，５ａ，９ａ，１０ａの開閉を切り替えるための制御器（図示略）が設けられているが、手動にて各弁の開閉操作を行ってもよい。

【0028】

弁４ａ，５ａは、一方が開となっているときは他方が閉とされる。弁９ａ，１０ａは、一方が開となっているときは他方が閉とされる。即ち、常に１本の送泥配管４又は５によって送泥され、１本の返送配管９又は１０によって返送される。弁４ａ，５ａ及び弁９ａ，１０ａはそれぞれ定期的に、好ましくは１～２４時間毎に、特に好ましくは２～６時間毎に、開閉が切り替えられる。

【0029】

この実施の形態では、上記交角θ１，θ２は等しく、返送配管９の下方に送泥配管４が位置し、返送配管１０の下方に送泥配管５が位置している。そして、弁４ａ、９ａの開閉を同期させ、弁５ａ、１０ａの開閉を同期させる。すなわち、弁４ａを開とするときには弁９ａを開とし、弁５ａを開とするときには弁１０ａを開とする。また、弁４ａを閉とするときには弁９ａを閉とし、弁５ａを閉とするときには弁１０ａを閉とする。このように発酵槽３からの汚泥流出部位と返送濃縮汚泥の流入部位とを平面視において揃えることにより、発酵槽３内に旋回流が形成され易くなる。

【0030】

以下に、発酵槽、膜分離装置及び好適な運転条件等について説明する。

【0031】

＜発酵槽＞
発酵槽３は、ＣＯＤｃｒ槽負荷５～２０ｋｇ／ｍ^３／ｄ（特に６～１２ｋｇ／ｍ^３／ｄ）であり、槽内汚泥（膜に供給する汚泥）の濃度は１０，０００～５０，０００ｍｇＳＳ／Ｌ、特に２０，０００～３０，０００ｍｇ／Ｌであることが、有機物除去と膜濾過性のバランスがよい点で好ましい。発酵槽３は、２５～４０℃、好ましくは３０～３８℃の中温発酵、４５～６０℃、好ましくは５０～５８℃の高温発酵のいずれでもよい。
槽内ｐＨは６．５～８．０、特に６．８～７．４であることが好ましく、必要に応じて槽外膜（内圧式管状膜７）への汚泥循環ライン（特に集合返送配管８又は返送配管９，１０）にＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ_３などのアルカリ剤やＨＣｌなどの酸剤を添加してｐＨ調整を行う。

【0032】

発酵槽の断面形状は円形であり、高さは５～２０ｍ、好ましくは８～１５ｍであり、内径と高さ（有効水深）との比は１：０．５～１：５、特に１：１．５～１：３であることが好ましい。なお、発酵槽３は、上部及び下部を窄めるような構造でもよい。

【0033】

発酵槽にセンターレイアウトのインペラ式、側面設置のスクリュー式のような撹拌機を設けてもよい。

【0034】

発酵槽の底部から０～２ｍ、好ましくは０．３～１．５ｍの高さに余剰汚泥の引抜配管１６を設けることが好ましい。引抜きは発酵槽側面から行ってもよいが、内部配管を槽中央部付近まで延ばして引き抜くことが好ましい。

【0035】

＜膜分離装置＞
膜分離装置（この実施の形態では内圧式管状膜）は、直径３ｍｍ～１０ｍｍのチューブラが内部に複数（例えば１００～１０００本）充填された膜モジュールであり、汚泥は各チューブラの内部を流れる。透過水がチューブラ外に浸み出し、各チューブラから浸み出した透過水が集められ、膜モジュールから処理水として排出される。膜の細孔径は０．０１～１μｍ、特に０．０３～０．１μｍが好ましい。

【0036】

嫌気反応槽から汚泥をチューブラ内の流速０．５～２ｍ／sｅｃ、好ましくは０．８～１．５ｍ／sｅｃとなる流量で流すことが好ましい。

【0037】

処理水の膜透過流束（フラックス）は０．１～０．８ｍ／ｄ、特に０．２～０．５ｍ／ｄ程度が好ましい。

【0038】

１０～６０分の濾過に対し、５～３０秒間の頻度で、フラックス４～１０ｍ／ｄで処理水による逆洗を行うことが好ましい。また、１～８時間毎に膜モジュールの通泥方向を反転することで、反応槽内に流入したり、無機分の析出や膜面からの剥離などにより槽内で生成した粗大な固形粒子が膜入口に蓄積し、流路を閉塞させることを防止し、安定した濾過性能を保つことができる。膜モジュールを複数用いる際は、モジュールを直列、並列のいずれ、または両方の配置で用いてよいが、直列に配置する際はモジュール間に粗大な固形粒子が蓄積しないように、通泥方向を反転する際に、モジュール間の接続配管中の汚泥がモジュールを介さずに嫌気反応槽に返送されるような構成とするのが好ましい。

【0039】

＜送泥配管及び返送配管＞
送泥配管及び返送配管は、それぞれ２～５本、特に２～３本設けることが好ましい。送泥配管及び返送配管をそれぞれ３本以上設ける場合、発酵槽の平面視において、周方向に隣り合う送泥配管同士の交角及び返送配管同士の交角がそれぞれ４５°以上であることが好ましい。

【0040】

送泥配管同士の高さ及び返送配管同士の高さは同じでも、異なっていてもよい。
送泥配管及び返送配管は、汚泥循環による発酵槽の撹拌効果を高めるため、同時に通泥する配管は１本ずつとすることが好ましい。また、発酵槽の平面視において、同時に通泥する送泥配管と返送配管の位置は異なっていてもよいが、発酵槽内で旋回流を形成させる点で同じことが好ましい。

【0041】

前述の通り１～２４時間、好ましくは２～６時間ごとに通泥する配管を変更することが好ましい。

【実施例】

【0042】

［実施例１～３、比較例１］
図１，２に示した発酵槽３と槽外に設置された膜分離装置（内圧式管状膜７）からなる嫌気処理装置において、交角θ１，θ２を表１のように変えて、また弁４ａ，５ａ及び弁９ａ，１０ａの開閉を４時間ごとに切り替えるようにして運転を行い、処理性能を１ヶ月間ずつ比較評価した。なお、弁４ａの開閉と弁９ａの開閉を同期させ、弁５ａの開閉と弁１０ａの開閉を同期させた。

【0043】

ＬｉＣｌを原水配管から投入してトレーサー試験を行い、発酵槽内のデッドスペース率を求めた。デッドスペースが大きいほど反応槽のみかけ容積は小さくなるため、定量するためにトレーサー物質を入れて、所定時間だけ攪拌し、汚泥循環配管から取り出した汚泥中のトレーサー物質の濃度を測り、トレーサー物質の希釈の程度によってデッドスペース率を計算した。

【0044】

原水、発酵槽及び内圧式管状膜として下記のものを用いた。

【0045】

＜原水＞
電子部品製造工場の高濃度排液（ＣＯＤｃｒ濃度４０，０００ｍｇ／Ｌ）に栄養塩類として窒素、リン、および、鉄、コバルト、ニッケルなどの微量金属類を添加したもの
水量４０ｍ^３／ｄ

【0046】

＜発酵槽＞
内径：５ｍ
高さ（有効水深）：１０ｍ
実容量：２００ｍ^３
余剰汚泥引抜配管１５の高さ：０．５ｍ
送泥配管４，５の高さ：２ｍ
返送配管９，１０の高さ：０．５ｍ
温度：３５℃
槽内汚泥濃度：２５，０００～３０，０００ｍｇ／Ｌ
槽内ｐＨ：７．２～７．５
余剰汚泥引抜量：平均１．８ｍ^３／ｄ（ＳＲＴ１１０日）、引き抜いた汚泥は脱水処理

【0047】

＜内圧式管状膜＞
内径５ｍｍのＰＶＤＦ製チューブラが約７００本充填された長さ３ｍの内圧式管状膜モジュール６本（並列３本が直列に並んだ構成）からなる膜ユニット
膜面積：１９８ｍ^２
汚泥循環量：１６１ｍ^３／ｈｒ
膜の平均フラックス０．２０ｍ／ｄ

【0048】

［比較例２］
送泥配管５及び返送配管１０を省略し、送泥配管４及び返送配管９のみを設置したこと以外は上記実施例と同一条件で運転を行った。

【0049】

それぞれの期間中のＣＯＤｃｒ除去率の平均値、および、トレーサー試験により求めた発酵槽内のデッドスペースの比率を表１に示す。

【0050】

【表1】

【0051】

［考察］
比較例１、２ではデッドスペース率が約２０％に達し、ＣＯＤｃｒ除去率が約９０％に留まったのに対し、実施例１～３ではデッドスペースが１０％以下に低減され、発酵槽がより有効に利用された結果、９７％以上のＣＯＤｃｒ除去率を得ることができた。

【0052】

以上の実施例及び比較例より、本発明によると、発酵槽外に設置された内圧式管状膜に汚泥を循環してクロスフロー濾過する嫌気処理装置において、膜への循環流を利用した発酵槽内の撹拌を効率よく行うことができ、高い処理効率が得られるようになることが認められた。

【符号の説明】

【0053】

３ 発酵槽
４，５ 送泥配管
７ 内圧式管状膜
９，１０ 返送配管

【図1】

【図2】