JP2009507625A

JP2009507625A - 酸化剤の添加による廃水の浄化方法

Info

Publication number: JP2009507625A
Application number: JP2008529658A
Authority: JP
Inventors: ルブラーン，ティエリ; ルボッセ，グザビエール; ラングレ，クリステル
Original assignee: Degremont SA
Current assignee: Suez International SAS
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2009-02-26
Also published as: AU2006289072B2; ES2312303T1; US20090114592A1; US7867397B2; FR2890389B1; WO2007028879A1; CA2620162A1; EP1928793A1; FR2890389A1; AU2006289072A1; DE06808062T1

Abstract

浄化用バイオマスを含有する生物培養組織に前記廃水を接触させるステップと、
有機膜または無機膜による濾過によって行われる分離ステップと、を含む有機物を含んだ廃水を浄化する方法において、
前記浄化用バイオマスの生物活性を維持すると同時に微生物フロックの構造を変えてこれをさらに濃密にするために、前記生物培養組織の少なくとも一部分は、処理対象となる排出物の固形物１ｇ当りオゾン０．１ｍｇ〜８ｍｇの割合で使用される少量のオゾンの作用によって溶液が得られるようにする酸化的ストレスステップを受けることを特徴とする、方法である。

Description

本発明は、生物培養組織の濾過性を向上させるとともに膜の表面積を減少させることによって投資コストを削減するために、液体／固体膜分離部材に関連した１つまたは複数の生物処理を含む、廃水の処理を改善する方法および装置に関する。

具体的には、本発明は、都市または産業からの有機物を含んだ廃水の浄化方法に関し、該浄化方法は、浄化用バイオマスを含有する生物培養組織を使用する処理装置の中に廃水が留まるステップを含み、生物培養組織の分離は有機膜または無機膜（精密濾過、限外濾過、ナノ濾過、または超濾過）による濾過によって行われる。

濾過（精密濾過、限外濾過、ナノ濾過、または超濾過）膜は目詰まりを起しやすく、その結果、当初に膜の表面積を必要以上に大きくすることになり、長期的には前記膜の清掃に使用される試薬に対応してランニングコストが増加することになることが当業者には公知である。様々な種類の物質、特に、有機物、コロイドおよび浮遊物質（略称をＳＭ、懸濁物質という）などの溶解物質による膜の目詰まりは、濾過膜の近くの水理条件だけでなく微生物フロックの性質によっても多大な影響を受ける。目詰まりは膜の濾過量の大幅な減少につながり、この減少は必ずしも元に戻せるわけではない。

いくつかの試薬の添加によって膜の目詰まりを抑制することが可能であることは公知でもある（非特許文献１、「水技術要約」１巻、３章および４．１章−デグレマン社（Degremont）２００５年発行）。特に、当業者は、金属塩による凝固によってコロイドを安定化させ、吸収後に一定の有機物を沈殿させ、その結果膜の濾過を改善することが可能になることを知っている。文献の中には、溶性相中の低分子量粒子の量を減らし、それによって目詰まり現象を制限することが可能な粉末活性炭、ポリマー、またはガラスビーズなどのその他の構造化剤の使用を記載した多数の刊行物がよく見られる。

これらの現象は、以下のいくつかの手法によって（解決へ）接近することで特徴付けられ得る。すなわち、
−様々な投与量の試薬を用いた実験室での凝固−凝集ジャーテスト、および、たとえば、傾斜分離速度（vitesses de decantation）の評価、
−ゼータ電位（ｐＺ）、および特に添加された試薬の投与量に応じた前記ｐＺの変化の測定、ｐＺをゼロになるまでの投与量、およびそれによる最適な凝固を得るのに必要な処理速度に対応した投与量が決定されるまでの測定、

これら２つの接近によって、当業者によって得られる経験に従って、処理される水の最良の浄化処理が可能になり、その結果、膜の最良動作状態、すなわち、最小の目詰まり（encrassantes）状態を提供する「最適凝集投与量」と呼ばれる凝固剤または構造化剤の投与量が定まる。

しかしながら、試薬の添加は、その（直接的な）コストに加えて、ランニングコストにいくつかの影響、特にその管理、物理化学スラッジの生成、を有する。さらに、過剰なスラッジの中にある無機留分のサイズによっては焼却および農業への利点などのいくつかの有益な道が閉ざされおそれがある。
国際特許出願第０３／０７８３３５号 Memento technique de l'Eau"[Technical Water Summary]

本発明は、膜の目詰まりを最小にし、すなわち、最低限まで低減し、前記膜の濾過量を改善する方法を提供すると同時に、この方法の節約を強化する方法を提供することを目的とする。こうした結果を実現するために解決すべき技術的問題は、以下の通りである。
−処理装置への金属塩、活性炭、またはその他の構造化合物の導入を避けること。
−特に、比生成流量を増加すること（膜のｌ．ｈ^-1．ｍ^-2）。
−生成されるスラッジを最小にすること。
−同一水量を処理するために設置する膜の表面積を低減すること。

当業者にとって意外なことであるが、特定条件において浄化用バイオマスを含有する活性スラッジにオゾンを作用させると、処理対象の水のゼータ電位をゼロにすることなく膜の濾過量を著しく改善しうることに本発明者らは注目してきた。

当業者は、生物処理によって生成されるスラッジの量を低減するために廃水処理の分野でオゾンによる酸化が使用されていることを知っている。これを適用する場合は、生物分解可能な状態とするために、利用するオゾンの投与量を微生物フロックの分解、細菌の破壊、および粒子状有機物の可溶化をもたらす十分な量とすべきである。

特許文献１にはこうした方法が記載されており、そこでは、細胞壁の加水分解によって「微生物の生物分解性」を高めるために、活性スラッジはアルカリ処理と加熱処理を組み合わせたオゾン（固形物１ｇ当り０．０２ｇの投与量）による前処理を受ける。これらの方法の主要な欠点は「ハードＤＣＯ（ＤＣＯ dure）」と呼ばれる非生物分解性の有機留分を液相に放出することで、この有機留分は膜バイオリアクタの中に蓄積されてその安定なコロイド構造が濾過膜の目詰まりの一因となりうる。

このような主旨で、本発明は、有機物を含んだ廃水の浄化方法を提案するもので、浄化用バイオマスを含んだ生物培養組織に廃水を接触させるステップと、有機膜または無機膜による濾過によって行われる分離ステップとを含む方法において、浄化用バイオマスの生物活性を維持すると同時に微生物フロックの構造を変えてこれをさらに濃密にするために、前記生物培養組織の少なくとも一部分は、処理対象となる排出物の固形物１ｇ当りオゾン０．１ｍｇ〜８ｍｇの割合で使用される少量のオゾンの作用によって溶液が得られるようにする酸化的ストレスステップを受けることを特徴とする。

本発明を達成するために、「酸化的ストレス」の語は、酸化性し得る化合物の部分酸化を引き起こすために、処理対象となる排出物の酸化を制御して減らすことを意味するものである。この不完全な酸化によって、濾過膜の目詰まりが少なくなるようなスラッジの変化と構造形成が起きる。特に、この酸化的ストレスによって、より濃密で硬いフロックを生成すると同時に、浄化用バイオマスの生物活性を維持することが可能になる。

好都合なことに、溶液は再循環によって主要な装置に戻される。

浄化用バイオマスの生物活性を維持することによって、ラインの上部で溶液を再導入することが完全に可能になり、そのために、この再接種によってこの濾過の上流で生物処理用のバイオマスの追加を制限することが可能になる。

好都合なことに、ｐＨは常に６〜９の範囲（上下限数字を含む）にある。

また、この特性そのものは、浄化用バイオマスの生物活性を維持することが可能となり、これは除去可能前の排出物および／または溶液のｐＨを修正する必要がないことを意味する。

本発明による方法の好ましい実施形態によると、溶液が主要な装置に戻される前に酸化的ストレスステップは機械的攪拌と組み合わせられる。

ここにおいては、機械的攪拌を酸化的ストレスステップの前または酸化的ストレスステップの後に行うことができ、あるいは、酸化的ストレスステップと機械的攪拌を同じ反応チャンバの中で行うこともできる。

好都合には、酸化的ストレスステップは少なくとも酸素を含むガス状排出物が出て行く少なくとも１つの排出口を備える酸化リアクタの中で行われ、この方法は、このガス状排出物の収集と、廃水またはこの廃水の処理から生じる他の液体を処理するための前記ガス状排出物の再使用のステップをさらに含む。

オゾンなどのガス酸化剤を使用する利点は、一般に、生物処理の好気性相を活性化するために、この方法の最初に再導入されうる酸素を豊富に含むガス状排出物を酸化的ストレスステップから生成することである。

最後に、酸化的ストレスステップは、たとえば、０．１〜５ｂａｒの圧力下で動作する反応器の中で行うことができる。

これらの構成によって、フロックは顕微鏡下で観察可能な濃密で粒状構造のより大きくかつ広がった状態になる。フロック特性の改善は、生物培養組織の濾過性の向上に寄与する。

また、本発明は、糸状菌に起因する生物学的状況（特に「バルキング」）の可能性を抑制してスラッジの傾斜分離性を大幅に増大する利点を有する。

酸化剤、特にオゾンの投与量に関係なく、形態に起因するスラッジの適切な傾斜分離に有害な糸状菌は破壊され、それによって傾斜分離パラメータの品質が相応に高まることになる。このことによりスラッジの品質と構造の面での改善がもたらされることになる。

さらに、本発明は生物スラッジの生成に寄与し、生物スラッジを脱水する能力はポリマーの滅失および最終乾燥度の両方において大幅に改善される。

本発明による方法は、様々な形態の膜（毛管型、チューブラ型、平面型、およびスパイラル型）が、内皮と外皮の形状が様々（ケース入り、ケースなし、および槽に浸漬）に適用されて、優れた結果を示す。また、本発明は、リクレーション地域の給水および工場廃水の再利用に関する用途にも適している。

本発明の他の特徴と利点は、図面を参照して本明細書に記載された説明を読むと明らかになる。

図１は、
有機物を含んだ廃水の入口１と、
１つまたは複数の生物処理リアクタ、たとえば、前記有機物が浄化用バイオマスによって分解されてスラッジを生成する槽２と、
液相を固相から分離することが可能な濾過膜４を収容する濾過槽３と、
膜４による濾過の出口に濾過水を集める処理水出口５と、
生成されたスラッジの排出６と、
排出６においてスラッジの一部を集め、このスラッジを曝気槽２の上部に再循環する第１の再循環ループ７、この第１の再循環は必要に応じて省くことができる（この再循環ループは、たとえば、浄化ステーションによって処理される都市または産業からの排出物の公称流量の５０％〜４００％を表す流量を確保することができる）、
排出６においてスラッジの一部を集め、前記スラッジがオゾンおよび／または酸素による酸化と機械的攪拌とを組み合わせた処理を受けるスラッジ処理アセンブリを通過した後に、このスラッジを曝気槽２の上部に戻す、活性スラッジを変換する第２のループ８と、
を備える廃水浄化ステーションを図式的に示す。

図２に示すように、酸化および機械的攪拌装置９は、本発明による方法に従って酸化的ストレスステップを実施するために、一般に、１つまたは複数のタービン１２、または場合によりダイナミックミキサ、またはハイドロエゼクタなど、あるいはその他の機械的攪拌システムを備えたチャンバ１１からなる機械的攪拌器１０を含む。機械的攪拌システムの電力は、スラッジ処理アセンブリ９が機械的攪拌エネルギーを消散するように選定される。

さらに、酸化および機械的攪拌装置９は、一般に、処理対象となるスラッジを受け入れてオゾン発生器１７に由来するオゾンが注入ノズル１４（多孔ディフューザ、ハイドロエゼクタなどによって場合により代用される）によって注入される密閉チャンバ１６からなる酸化リアクタ１３を含み、これらのノズルは、必要に応じて、スタティックミキサまたはダイナミックミキサに結合される。

オゾン処理では、活性スラッジを変換する装置９を通過する処理済みスラッジに含まれる固形物１ｇ当り、全体で０．１ｍｇ〜１０ｍｇのオゾンが消費される。

チャンバ１６は加圧することもでき、この場合は適切な構造計算の対象である。さらに、このチャンバ１６は排出口１５を有しており、ここから出る少なくとも酸素を含むガス状排出物は浄化ステーションの任意の場所、たとえば、曝気槽の上部において再利用されうる。

さらに、機械的攪拌器１０と酸化リアクタ１３は必ずしも図２のように配置されず、図３と図４に示すように、以下のように配置することが可能である。
機械的攪拌器の上流に酸化リアクタを配置する（より詳しくは、図４参照）、タービン１２またはその他の攪拌システムを酸化リアクタ１８そのものの中に配置し（図３）、このリアクタはさらに前述の酸化リアクタ１３に類似した特性を有する。

最後に、図５と図６に示すように、前述したすべての変型を備えたスラッジ処理アセンブリ９は、場合によりスラッジを曝気槽２から取り出して処理済みのスラッジを同じ曝気槽に戻すことができる。

さらに一般的に、スラッジ処理アセンブリ９は、少なくとも１回の生物廃水処理の後、浄化ステーション内の任意の場所において処理対象となるスラッジのサンプルを取って、処理済みのスラッジの少なくとも一部をこの生物処理に戻すことができる。

本発明によってもたらされる技術的効果と利点を明らかにするために、本明細書では以下に図を用いて実施例を説明する。

ＳＭとして１０ｇ／ｌの高濃度の活性スラッジを含有するバイオリアクタを使用して２つの同じ処理システムで試験を行った。同じ原水の未処理の都市用水が供給されたバイオリアクタに０．０３５ミクロンの孔と０．９３ｍ²の全表面積を有するフッ化ポリビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）膜を浸漬した。これは本発明に従って動作する処理システムの１つである。酸化的ストレスステップが行われる酸化装置は、機械的攪拌システムを備えたリアクタで構成され、このリアクタにはバイオリアクタに由来する、処理対象となる排出物と純酸素から生成されたオゾンとが導入された。この試験に使用されたオゾンの投与量は、処理対象となる排出物に含有される固形物１ｇ当りオゾン３ｍｇであった。

膜の動作条件は以下の通りであった。
流量：４０ｌ／ｈ．ｍ²（２０℃で）
サイクル時間：１５分
逆洗時間：３０秒
逆洗流：１．３５フィート濾過流

図７は、２つのシステムに対する膜透過性の変化を時間の関数として示す。

この実施例では、対照ラインの膜の透過性は１００日の動作後７１ｌ／ｈ．ｍ²．barで、これに対して本発明に従って備えられたラインでは１５４ｌ／ｈ．ｍ²．barである。

また、活性スラッジの濾過性の改善は、毛管吸引時間（すなわちＣＳＴ）の測定値で示される。本発明に従って備えられた処理システムの活性スラッジで得られた値は、対照ラインでの値の２倍以上低い。

さらに、スラッジの生成は１０％だけ減少し、スラッジ指標は著しく改善され、対照ラインでの１４０ｍｌ／ｇに対して、本発明に従って備えられたラインでは７６ｍｌ／ｇであった。

上記報告された実験と得られる結果は先行技術の教示の経験に反していることが明らかである。実際に、
金属塩、または粉末活性炭、ポリマー、ガラスビーズなど構造試薬を添加しない生物培養組織の濾過性の改善は、微生物フロックの構造の変化によって、酸化的ストレスに支配され、
浄化用バイオマスを構成する細菌を破壊しない十分に低い投与量のオゾンなど、強力な酸化剤を使用することは、膜を使用する場合に一般に受け入れられている慣例に完全に反する。

本発明の様々な実施形態による膜を備え、方法を実施する水処理設備の概略図である。処理の対象となる排出物の酸化と機械的攪拌を結合した処理が実施される、図１の装置９の内容をより詳しく示す概略図である。処理の対象となる排出物の酸化と機械的攪拌を結合した処理が実施される、図１の装置９の内容をより詳しく示す概略図である。処理の対象となる排出物の酸化と機械的攪拌を結合した処理が実施される、図１の装置９の内容をより詳しく示す概略図である。本発明の他の実施形態に関する図１に類似した図である。本発明の他の実施形態に関する図１に類似した図である。従来の方法と本発明の方法による膜透過性の変化を時間の関数として示す説明図である。

Claims

浄化用バイオマスを含有する生物培養組織に前記廃水を接触させるステップと、
有機膜または無機膜による濾過によって行われる分離ステップと、を含む有機物を含んだ廃水を浄化する方法であって、
前記浄化用バイオマスの生物活性を維持すると同時に微生物フロックの構造を変えてこれをさらに濃密にするために、前記生物培養組織の少なくとも一部分は、処理対象となる排出物の固形物１ｇ当りオゾン０．１ｍｇ〜８ｍｇの割合で使用される少量のオゾンの作用によって溶液が得られるようにする酸化的ストレスステップを受けることを特徴とする、方法。
前記溶液は再循環によって主要な装置に戻されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
ｐＨが常に６〜９の範囲（上下限数字を含む）にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
前記溶液が前記主要な装置に戻される前に、前記酸化的ストレスステップは機械的攪拌と組み合わせられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記機械的攪拌は前記酸化的ストレスステップの前に行われることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
前記機械的攪拌は前記酸化的ストレスステップの後に行われることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
前記酸化的ストレスステップと前記機械的攪拌は同じ反応チャンバの中で行われることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
前記酸化的ストレスステップは少なくとも酸素を含むガス状排出物が出て行く少なくとも１つの排出口を備える酸化リアクタの中で行われ、前記ガス状排出物の収集と廃水または該廃水の処理から生じる他の液体を処理するための前記ガス状排出物の再使用とからなるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記酸化的ストレスステップは０．１〜５barの圧力下で動作する反応器の中で行われることを特徴とする、先行の請求項のいずれか一項に記載の方法。