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    本發明是提供一種含有機物排水的處理裝置，其在對含有機物排水進行厭氧性生物處理後，進行好氧性生物處理並對好氧性生物處理水進行膜分離處理時，改善好氧性生物處理污泥的膜過濾性而維持高膜通量，以降低藥品洗淨頻率。本發明的含有機物排水的處理裝置，其具有：對含有機物排水進行厭氧性生物處理的厭氧性生物處理槽(1)；對從該厭氧性生物處理槽(1)流出的厭氧性生物處理水進行好氧性生物處理的好氧性生物處理槽(2)；和對該好氧性生物處理槽(2)的好氧性生物處理水進行固液分離的膜分離設備(5)，其特徵在於：在該好氧性生物處理槽(2)內設置有生物固定床(4)。
    公开号:TW201307215A
    申请号:TW101110795
    申请日:2012-03-28
    公开日:2013-02-16
    发明作者:Kazuya Komatsu；Shigeki Fujishima
    申请人:Kurita Water Ind Ltd；
    IPC主号:C02F3-00
    专利说明:
    含有機物排水的處理裝置
    本發明是關於一種對含有機物排水進行厭氧性生物處理後，進行好氧性生物處理並對好氧性生物處理水進行膜分離處理的含有機物排水的處理裝置，尤其是關於一種含有機物排水的處理裝置，其作為厭氧性生物處理槽之後的好氧性生物處理槽，採用了膜分離活性污泥式的好氧性生物處理槽，改善了好氧性生物處理污泥的膜過濾性進而改善了膜的透過水量(膜通量)。
    以往，作為含有機物排水的處理方法，已知有下列的方法：在對含有機物排水進行厭氧性生物處理之後，進行好氧性生物處理，並對好氧性生物處理水進行固液分離(例如：專利文獻1)。
    此外，作為好氧性生物處理水的固液分離設備，也已知有採用膜分離裝置來濃縮活性污泥的膜分離活性污泥法(例如：專利文獻2)。
    作為好氧性生物處理水的固液分離設備，若是採用膜分離裝置的情況下，在厭氧性生物處理中，成為膜污染的原因的代謝產物的生成量，是比好氧性生物處理中更少，因此，與對含有機物排水(原水)直接進行好氧性生物處理後，才進行膜分離處理的情況相比，在好氧性生物處理的前段進行厭氧性生物處理的情況，比較能夠降低膜污染，因而減少膜的藥品洗淨頻率。
    此外，作為含有機物排水的處理方法，已知有利用生存在細菌的上游(生物鏈)的原生動物或後生動物等的微小動物的捕食作用的多段式活性污泥法，其已經得到實用化(例如：專利文獻3)。在多段式活性污泥法中，首先，是在第一生物處理槽中對含有機物排水進行細菌處理，然後，氧化分解排水中所含有的有機物，轉化成非凝集性的細菌的菌體之後，利用固著在第二生物處理槽中的微小動物予以捕食除去，藉此，能夠減少剩餘污泥的量以及在高負荷下進行運轉。 〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
    專利文獻1：日本特開2007-175582號公報專利文獻2：日本特開2009-297688號公報專利文獻3：日本特開2006-51414號公報
    如前所述，在使用膜分離裝置對好氧性生物處理水進行固液分離的情況下，利用在好氧性生物處理的前段進行厭氧性生物處理，能夠降低因代謝產物引起的膜污染，然而，在厭氧性生物處理中，與好氧性生物處理相比，粘質物的生成量少，絮狀物的形成力較弱，因此，會在厭氧性生物處理水中，甚至於會在好氧性生物處理水中含有直徑不足10μm的微細的SS(固體)成分。這些微細的SS成分，在膜分離處理中，會在膜的表面形成緻密的濾餅層，易使跨膜壓差上升。因此，在對厭氧性生物處理水進行好氧性生物處理，並使用膜分離裝置進行固液分離，以謀求獲得無SS成分的清澈的處理水的情況下，是存在著下列問題：不能獲得高的膜通量；以及需要頻繁地進行膜的藥品洗淨。
    本發明的課題在於，解決上述以往的問題，提供一種如下的含有機物排水的處理裝置，亦即，在對含有機物排水進行厭氧性生物處理後，進行好氧性生物處理並對好氧性生物處理水進行膜分離處理時，改善好氧性生物處理污泥的膜過濾性而維持高的膜通量，以降低藥品洗淨頻率。
    本發明人等為了解決上述課題，專心研究的結果發現，藉由在膜分離活性污泥式的好氧性生物處理槽內中設置生物固定床，對於捕食微細SS成分的微小動物，特別是除去能力高的蛭形輪蟲類的過濾捕食性微小動物供給立足點，使這些微小動物在好氧性生物處理槽內優先增加，利用這些微小動物有效地捕食厭氧性生物處理中所生成的微細的SS，藉此，可改善好氧性生物處理污泥的膜過濾性，而提高後段的膜分離裝置的膜通量。
    本發明是基於上述創見而開發完成的，其要旨如下。
    (1)一種含有機物排水的處理裝置，其具有：對含有機物排水進行厭氧性生物處理的厭氧性生物處理槽；對從該厭氧性生物處理槽流出的厭氧性生物處理水進行好氧性生物處理的好氧性生物處理槽；和對該好氧性生物處理槽的好氧性生物處理水進行固液分離的膜分離設備，其特徵在於：在該好氧性生物處理槽內中設置有生物固定床。
    (2)一種含有機物排水的處理裝置，其特徵在於：在上述(1)中，相對於前述好氧性生物處理槽的容積，前述生物固定床的容積是1~30%。
    (3)一種含有機物排水的處理裝置，其特徵在於：在上述(1)或(2)中，前述膜分離設備是浸漬在前述好氧性生物處理槽內的浸漬型膜分離裝置。
    (4)一種含有機物排水的處理裝置，其特徵在於：在上述(3)中，前述好氧性生物處理槽內的一半側浸漬配置有前述生物固定床，另一半側浸漬配置有前述浸漬型膜分離裝置，在前述浸漬型膜分離裝置的下方設置有曝氣設備。
    根據本發明，利用在好氧性生物處理槽內設置生物固定床，對於捕食微細SS成分的微小動物，特別是除去能力高的蛭形輪蟲類的過濾捕食性微小動物供給立足點，使這些微小動物在好氧性生物處理槽內優先增加，利用這些微小動物有效地捕食厭氧性生物處理中生成的微細的SS，藉此，能夠改善好氧性生物處理污泥的膜過濾性，維持後段的膜分離裝置的較高的膜通量，以降低藥品洗淨頻率，可有效地進行處理。
    茲參照附圖，對本發明的含有機物排水的處理裝置的實施方式進行詳細說明如下。
    第1圖是表示本發明的含有機物排水的處理裝置的實施方式的一個例子的系統圖，第1圖中，元件符號1為厭氧性生物處理槽，元件符號2為好氧性生物處理槽。在厭氧性生物處理槽1內填充有載體3。在好氧性生物處理槽2內的一半側浸漬配置有生物固定床4，另一半側浸漬配置有浸漬型膜模組5，在膜模組5的下方設置有散氣管(曝氣設備)6。元件符號P1、P2為泵浦，元件符號PI為壓力計。
    第1圖中，含有機物排水(原水)從配管11導入到厭氧性生物處理槽1的底部，在厭氧性生物處理槽1內向上進行流動的期間進行厭氧性生物處理。厭氧性生物處理水從配管12導入好氧性生物處理槽2。好氧性生物處理槽2內的好氧性生物處理水用膜模組5進行固液分離，膜透過水是作為處理水而從配管13取出。剩餘污泥從配管14取出。
    作為厭氧性生物處理槽1的處理方式，並沒有特別限定，除了如第1圖所示的填充了流動性載體3的流動床式之外，還可以是固定床式處理槽，此外，也可以是下列兩種方法：在槽內以高密度形成沉降性大的顆粒污泥的污泥層，並向上流地進行原水的流動而進行高負荷高速處理的UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket：向上流厭氧性污泥床)法；用比該UASB法高度更高的反應槽以高流速進行原水的流動，並使污泥層以高展開率展開而以更高負荷進行厭氧性處理的EGSB(Expanded Granule Sludge Blanket：厭氧膨脹顆粒污泥床)法。
    此外，既可以是將酸生成反應和甲烷生成反應在同一處理槽內進行的1相式，又可以是將各反應以不同的處理槽進行的2相式。
    採用了載體的流動床式處理槽、固定床式處理槽或者是如UASB、EGSB的採用了顆粒的處理槽，能夠進行CODCr負荷為5 kg/m3/天以上的高負荷處理，因此是屬於優選方式。
    如第1圖所示的好氧性生物處理槽2是在槽內浸漬配置了膜模組5的浸漬型膜分離活性污泥處理槽，但膜模組並不限定於像這樣設置在好氧性生物處理槽2內，也可採用在好氧性生物處理槽2外，設置膜模組的槽外設置型膜分離活性污泥法。槽外設置型膜分離活性污泥法的情況下，可在與處理槽2分開設置的曝氣槽內浸漬膜模組而獲得膜透過水，並將膜濃縮水循環到好氧性生物處理槽2。
    在浸漬型膜模組以外，也可採用通常的膜模組，但從：動力比較小即可、及難以被施加剪切力而污泥的大小不會變小、不易發生膜的堵塞的角度來看，比較優選是採用浸漬型膜模組。
    作為膜的種類，可採用SS的固液分離性優異的MF(精密過濾)膜、UF(超濾)膜，其型式並沒有特別限制，平膜、管狀膜、中空絲膜中任意一種都可採用。
    第1圖的好氧性生物處理槽2中，在膜模組5的下方設置有散氣管6，藉由像這樣在膜模組5的下方設置散氣管6，膜模組5的膜面附著物因散氣進行的曝氣流的洗淨作用而有一部分被剝離除去，因而提高了膜透過性。
    作為在好氧性生物處理槽2內設置的生物固定床4，只要是對於捕食微細SS成分的微小動物，特別是除去能力高的蛭形輪蟲類的過濾捕食性微小動物供給立足點即可，可使用一般在接觸曝氣法中所使用的塑膠製的波浪板、網、蜂巢形狀的物質、在纖維或繩子上帶有絲帶的物質、海綿板等固定在處理槽上的載體，特別優選的是如海綿之類的多孔物質。這種情形下，在多孔物質的孔上，可棲息著微小動物，這些微小動物可有效地捕食厭氧性生物處理中生成的微細的SS。作為多孔物質的細孔徑，從適合微小動物棲息的方面來看，優選的是200~1000μm程度。
    在好氧性生物處理槽2內設置的生物固定床的容積，是根據處理槽2內的膜模組的有無而有所不同，優選的是，相對於處理槽2的容積是1~30%，特別優選的是5~10%。
    生物固定床的容積過小的話，不能使微小動物充分增殖，過大的話，則成本增加，除此之外，容易使生物處理槽的攪拌混合不充分。在此，作為生物固定床的容積，是不考慮多孔物質的孔的表觀容積；處理槽的容積是指除去槽內浸漬的膜模組的容積的容積。
    在好氧性生物處理槽2內設置的生物固定床4，優選的方式是設置在處理槽2內曝氣引起的流動少的區域，亦即，藉由散氣所捲起的污泥向下流而沉入的區域。以這種方式進行，則處理微細的SS的微小動物容易利用固定床進行棲息。
    因此，在第1圖的好氧性生物處理槽2中形成了下述結構：在處理槽2內的一半側上浸漬配置生物固定床4，在另一半側浸漬配置膜模組5，在膜模組5的下方設置散氣管6。
    另外，好氧性生物處理槽2，也可設置為多段，例如：將前段作為脫氮槽，將後段作為硝化槽，使污泥從硝化槽向脫氮槽循環。該情況下，優選的方式是生物固定床設置在硝化槽，膜模組設置在硝化槽或使硝化槽的污泥循環的另外的曝氣槽(膜浸漬槽)。
    作為好氧性生物處理槽2的其他處理條件，從膜過濾性、及處理效率方面考慮，優選的是，CODCr負荷為0.7~5 kg/m3/天，尤其是1~2.5 kg/m3/天；BOD負荷為0.3~3 kg/m3/天，尤其是0.5~2 kg/m3/天；MLSS濃度為2,000~20,000 mg/L，尤其是為4,000~12,000 mg/L。
    作為被上述的本發明的含有機物排水的處理裝置所處理的含有機物排水，是通常被生物處理的含有機物排水即可，並沒有特別限定，例如：可舉出電子產業排水、化學工廠排水、食品工廠排水等。例如：在電子零件製造過程中，會從顯影工序、剝離工序、蝕刻工序、洗淨工序等大量地產生各種有機性排水，而且人們期望回收排水並淨化為純水程度以資進行再利用，因此，這些排水適於作為本發明的處理物件排水，藉由將本發明的含有機物排水的處理裝置的處理水因應需要而做更進一步的高度處理的話，能夠獲得高純度水。
    作為上述的有機性排水，例如可舉出：含有異丙醇、乙醇等的有機性排水；含有單乙醇胺(MEA)、四甲基氫氧化銨(TMAH)等的有機氮、氨氮的有機性排水；含有二甲基亞碸(DMSO)等的有機硫化合物的有機性排水。 〔實施例〕
    以下將列舉實施例及比較例對本發明進行更具體地說明。 [實施例1]
    將下述水質的電子零件製造工廠的排水作為原水，使用第1圖所示的含有機物排水的處理裝置進行處理。
    <原水水質>
    CODCr：1500~3000 mg/L(平均2000 mg/L)T-N：30~70 mg/L(平均50 mg/L)T-P：3.0 mg/L(Ca，Mg，K，其他微量金屬一起作為營養劑添加)
    作為厭氧性生物處理槽1，使用槽容量10L( 16 cm×H60 cm的圓筒狀)的槽，其水力學上的滯留時間是4.8小時，並加溫至溫度35℃進行處理。
    在厭氧性生物處理槽1中，填充有4L聚丙烯製圓筒狀載體( 3 mm×5 mm)，將啤酒工廠的排水處理設施的顆粒作為種子污泥投入500 ml，馴養2個月之後，將處理水導入好氧性生物處理槽2。
    作為好氧性生物處理槽2，使用槽容量1.5 L的槽，作為生物固定床4，使用細孔徑：500μm、厚度：1 cm的海綿板(表觀容積：100 ml(好氧性生物處理槽容積的7%))，固定在從膜模組5的下部設置的散氣管6曝氣捲起的污泥沉降的位置上。
    作為膜模組5，採用中空絲型的MF膜(旭化成化學株式會社製造的“Microza MF試驗用模組(商品名)”，聚偏二氟乙烯製，孔徑0.10μm)，並浸漬配置到散氣管6的上方。
    好氧性生物處理槽2，以電子零件製造工廠排水處理設備的活性污泥作為種子污泥開始進行處理，在膜模組5中，利用實施6分鐘吸引過濾/停止2分鐘的循環週期，且過濾時的通量為0.4 m/天的方式進行吸引，藉此，來進行膜分離處理，另一方面，以75 mL/天取出剩餘污泥(SRT 20天)。
    另外，跨膜壓差上升至30 kPa時，提起膜模組5，實施藥品洗淨(在有效率為0.3%的NaClO+NaOH(調整pH為12)溶液中浸漬6小時)。
    運轉開始2周後(運轉開始2周後作為運轉天數0天)，測定跨膜壓差的變化，將跨膜壓差的經時變化示於第2圖中。 [比較例1]
    在實施例1中，除了沒有在好氧性生物處理槽2內設置生物固定床以外，同樣地進行處理，將跨膜壓差的經時變化示於第2圖。
    在實施例1及比較例1中，在厭氧性生物處理槽1中，對於10 kg/m3/天的CODCr負荷，均在試驗期間穩定地獲得90%前後的除去率，好氧性生物處理槽2的處理水CODCr在10 mg/L以下(比較例1：平均5.4 mg/L；實施例1：平均5.0 mg/L)穩定地變化。
    在已經穩定地運轉的期間的跨膜壓差的上升速度，在比較例1中是1.3 kPa/天，在實施例1中是0.54 kPa/天，比較例1中需要以大約20天1次的頻率進行藥品洗淨，與此相對，在實施例1中，能將藥品洗淨頻率下降為50天1次左右。
    進一步地，過濾時的通量提高在0.7 m/天時，在比較例1中，跨膜壓差的上升速度上升至2.8 kPa/天，需要超過10天1次的頻率進行藥品洗淨，相對於此，在實施例1中，跨膜壓差的上升速度的增加很少，能夠維持在50天1次左右的洗淨頻率。
    此外，對厭氧生物處理水的SS分析的結果是，厭氧生物處理水中含有60~100 mg/L的SS，並一直流入好氧性生物處理槽2中。對厭氧性物處理水及好氧性生物處理槽污泥的SS成分的粒徑分佈測定的結果是，厭氧生物處理水中，粒徑不足10μm的微細的SS成分占40%，即使是在比較例1的好氧性生物處理槽污泥中粒徑不足10μm的微細的SS成分也占約10%。相對於此，在實施例1的好氧性生物處理槽污泥中，粒徑不足10μm的微細的SS成分顯著減少為約0.3%，由此可知，在好氧性生物處理槽內，微細SS成分被分解，並且導致提高膜過濾性。
    是以，根據本發明可知，在組合了厭氧性生物處理和膜分離活性污泥處理的處理中，能夠降低因為利用厭氧性生物處理所生成的微細的SS成分所引起的膜污染，減少膜的洗淨頻率，並維持高膜通量進行運轉。
    1‧‧‧厭氧性生物處理槽
    2‧‧‧好氧性生物處理槽
    3‧‧‧載體
    4‧‧‧生物固定床
    5‧‧‧膜模組
    6‧‧‧散氣管
    11‧‧‧配管
    12‧‧‧配管
    13‧‧‧配管
    14‧‧‧配管
    P1、P2‧‧‧泵浦
    PI‧‧‧壓力計
    第1圖是表示本發明的實施方式的系統圖。
    第2圖是表示實施例1及比較例1中的跨膜壓差的經時變化的圖表。
    1‧‧‧厭氧性生物處理槽
    2‧‧‧好氧性生物處理槽
    3‧‧‧載體
    4‧‧‧生物固定床
    5‧‧‧膜模組
    6‧‧‧散氣管
    11‧‧‧配管
    12‧‧‧配管
    13‧‧‧配管
    14‧‧‧配管
    P1、P2‧‧‧泵浦
    PI‧‧‧壓力計
    权利要求:
    Claims (4)
    [1] 一種含有機物排水的處理裝置，其具有：對含有機物排水進行厭氧性生物處理的厭氧性生物處理槽；對從該厭氧性生物處理槽流出的厭氧性生物處理水進行好氧性生物處理的好氧性生物處理槽；和對該好氧性生物處理槽的好氧性生物處理水進行固液分離的膜分離設備，其特徵在於：在該好氧性生物處理槽內設置有生物固定床。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述的含有機物排水的處理裝置，其中，相對於前述好氧性生物處理槽的容積，前述生物固定床的容積是1~30%。
    [3] 如申請專利範圍第1或2項所述的含有機物排水的處理裝置，其中，前述膜分離設備是浸漬在前述好氧性生物處理槽內的浸漬型膜分離裝置。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述的含有機物排水的處理裝置，其中，前述好氧性生物處理槽內的一半側浸漬配置有前述生物固定床，另一半側浸漬配置有前述浸漬型膜分離裝置，在該浸漬型膜分離裝置的下方設置有曝氣設備。
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