Mbr廃水処理システム
MBR膜バイオリアクターの動作原理
MBR膜分離活性汚泥法（MBR）は、膜分離技術と生物処理技術を組み合わせた効率的な廃水処理方法です。その動作原理は主に以下の点に基づいています。
膜分離技術：MBR膜は、限外濾過膜または精密濾過膜技術によって分離され、従来の下水処理プロセスにおける二次沈殿槽と従来の濾過ユニットに代わるものです。この技術は、活性汚泥と高分子有機物を効果的に捕捉し、固液分離を実現します。
高効率固液分離：MBR膜分離活性汚泥法は、高効率固液分離能力により、処理水質を良好に保ち、浮遊物質と濁度をほぼゼロに抑え、大腸菌などの生物学的汚染物質を捕捉することができます。処理後の処理水質は従来の排水処理プロセスに比べて明らかに優れており、効率的で経済的な排水資源循環技術です。
処理効果の最適化：MBR膜プロセスは、膜分離技術を通じてバイオリアクターの機能を大幅に強化し、従来の生物学的処理法と比較して最も有望な新しい廃水処理技術の一つです。高い汚染物質除去率、汚泥膨潤に対する強い耐性、安定した信頼性の高い処理水質など、明らかな利点を有しています。
装置の特徴：MBR膜プロセス生活排水処理装置の特徴には、汚染物質の除去率が高く、汚泥の膨張に対する耐性が強く、処理水質が安定して信頼性が高く、膜を機械的に閉じて微生物の損失を防ぎ、バイオリアクター内で高い汚泥濃度を維持できることなどがあります。
MBR膜分離活性汚泥法は、上記の原理により、効率的かつ安定した下水処理効果を実現し、生活排水処理、産業廃水処理などの分野で広く利用されています。
MBR膜分離活性汚泥法の構成
膜分離活性汚泥法（MBR）システムは、一般的に以下の部分から構成されます。
1. 取水井：取水井には越流口と取水ゲートが設置されています。水量がシステム負荷を超えた場合、または処理システムに事故が発生した場合、取水ゲートは閉鎖され、汚水は越流口から近くの河川または都市下水道管網に直接排出されます。
2. グリッド：下水には多くのゴミが含まれていることが多いため、膜分離活性汚泥反応器の正常な動作を確保するには、システム外の各種繊維、スラグ、古紙、その他のゴミを遮断する必要があります。そのため、システムの前にグリッドを設置し、定期的にグリッドのスラグを清掃する必要があります。
3.調整槽：集水された汚水の量と質は時間とともに変化します。後続処理システムの正常な運転を確保し、運転負荷を軽減するためには、汚水の量と質を調整する必要があるため、生物処理システムに入る前に調整槽が設計されます。調整槽は定期的に堆積物を清掃する必要があります。調整槽は通常、オーバーフローに設定されており、負荷が大きすぎる場合でもシステムの正常な運転を確保できます。
4. 毛髪コレクター：水処理システムでは、収集された風呂排水にグリッドが完全に遮断できない少量の毛髪や繊維、その他の微細な破片が含まれているため、ポンプとMBRリアクターが詰まり、処理効率が低下します。そのため、当社が製造した膜分離活性汚泥法には毛髪コレクターが取り付けられています。
5. MBR反応槽：有機汚染物質の分解と泥水分離はMBR反応槽で行われます。処理システムの中核部分である反応槽は、微生物コロニー、膜部品、集水システム、排水システム、および曝気システムで構成されています。
6. 消毒装置：水の要件に応じて、当社が製造する MBR システムは、投与量を自動的に制御できる消毒装置を備えて設計されています。
7. 計測装置：システムの良好な動作を確保するために、当社が製造する MBR システムでは、流量計や水量計などの計測装置を使用してシステムのパラメータを制御します。
8. 電子制御装置：機器室に設置された電気制御ボックス。主に吸水ポンプ、ファン、吸引ポンプを制御します。制御は手動と自動の2種類があります。PLC制御下では、各反応槽の水位に応じて吸水ポンプが自動的に運転されます。吸引ポンプの運転は、設定された時間間隔で断続的に制御されます。MBR反応槽の水位が低い場合、吸引ポンプは自動的に停止し、膜アセンブリを保護します。
9. プールの清掃：水量とユーザーのニーズに応じて。
MBR膜の種類
MBR（膜分離活性汚泥法）の膜は主に以下の種類に分けられ、それぞれに独自の特性があります。
中空糸膜：
物理的形態：中空糸膜は数千本の小さな中空糸で構成された束構造で、糸の内側は液体の通路であり、外側は処理対象の廃水です。
特徴：高面密度：単位体積あたりの膜表面積が大きいため、装置がコンパクトで設置面積も小さくなります。ガス洗浄が容易：エアレーションにより膜表面を直接洗浄できるため、膜汚染を軽減できます。
取り付けと交換が簡単: メンテナンスとアップグレードが簡単なモジュール設計。
細孔径分布が均一であるため、分離効果が良く、浮遊物質や微生物の保持率が高くなります。
分類：カーテンフィルムとフラットフィルムがあり、カーテンフィルムは浸漬型MBRによく使用され、フラットフィルムは外部型MBRに適しています。
フラットフィルム：
物理的形態：隔膜は支持体上に固定され、その両側はそれぞれ処理対象の廃水と透過液となる。
特徴：
安定した構造：滑らかなダイヤフラム、高い機械的強度、変形しにくい、強力な圧縮能力。
優れた洗浄効果: 表面は簡単に洗浄でき、化学洗浄と物理的洗浄によって汚染物質を効果的に除去できます。
耐摩耗性：長期使用において、フィルム表面の摩耗が少なく、耐用年数が比較的長いです。
固液分離に適しており、特に粒子の大きい懸濁物質の遮断効果が優れています。
大規模プロジェクトに適しています：モジュール設計は拡張が容易で、大規模な下水処理施設に適しています。
チューブラーフィルム：
物理的形態：膜材料が管状の支持体に巻き付けられ、廃水は管内を流れ、管壁から液体を浸透します。
特徴：
強力な抗汚染能力：内部の流路設計により乱流の形成が促進され、膜表面への汚染物質の堆積が減少します。
優れた自己洗浄能力: チューブ内の高速液体流が膜表面の洗浄を助け、膜の汚染を減らします。
高浮遊物質廃水に適応：高濃度の浮遊物質と繊維状物質の処理能力が向上します。
メンテナンスが簡単: 膜コンポーネント 1 つが破損した場合、システム全体の動作に影響を与えることなく、個別に交換できます。
セラミックフィルム：
物理的形態: 安定した剛性構造を持つ無機材料(アルミナ、ジルコニアなど)から焼結された多孔質フィルム。
特徴：
優れた化学的安定性: 酸、アルカリ、有機溶剤、高温に耐性があり、過酷な産業廃水処理環境に適しています。
耐摩耗性、耐汚染性：膜表面が滑らかで、有機物を吸収しにくく、洗浄後のフラックス回収率が高く、長寿命です。
精密で制御可能な開口部：高い分離精度、微細な分離と特定の汚染物質の除去に適しています。
高い機械的強度：破損に強く、高圧操作や頻繁な逆洗浄に適しています。
開口部サイズによる分類：
限外濾過膜：開口部が小さく（通常 0.001 ～ 0.1 ミクロン）、主に細菌、ウイルス、コロイド、高分子有機物などを除去します。
精密濾過膜: 開口部がわずかに大きく (約 0.1 ～ 1 ミクロン)、主に浮遊物質、微生物、一部の高分子有機物を捕捉します。
配置による分類：
浸漬：膜成分をバイオリアクター内の混合液に直接浸漬し、透過液を吸引またはガス抽出により抽出します。
外部：膜モジュールはバイオリアクターとは別に設置されます。処理対象液はポンプによって加圧され、膜モジュールを通過します。分離された透過液と濃縮液は別々に回収されます。
まとめると、MBRにおける膜の種類は多様でそれぞれ独自の特性を有しており、膜の選択は具体的な廃水の性質、処理要件、経済予算、運転・保守条件などの要因によって異なります。設計者とユーザーは、MBRシステムの効率的かつ安定した運用を確保するために、実際の状況に応じて適切な膜を選択する必要があります。
廃水処理におけるMBR膜分離活性汚泥法の役割
下水処理における MBR システムの役割は、主に次の側面に反映されます。
効率的な固液分離。MBRは膜を用いて効率的な固液分離を実現し、処理水質を大幅に改善し、浮遊物質と濁度をほぼゼロに近づけ、細菌やウイルスを大幅に除去します。
高い微生物濃度。MBRは活性汚泥の高濃度を維持し、生物学的処理の有機負荷を増加させることで、廃水処理施設のフットプリントを削減します。
余剰汚泥の削減。MBRの遮断効果により、残留汚泥の発生量を削減し、汚泥処理コストを削減できます。34
アンモニア性窒素を効果的に除去します。MBRシステムは、硝化細菌などの生成周期の長い微生物を捕捉し、水中のアンモニア性窒素を効果的に分解します。
省スペースとエネルギー消費の削減。MBRシステムは、効率的な固液分離とバイオエンリッチメントにより、処理装置の水力滞留時間を大幅に短縮し、バイオリアクターの設置面積を削減します。また、膜の高効率化により、処理装置のエネルギー消費も削減されます。
水質を改善します。MBR システムは、より厳しい排出基準や再利用要件を満たす高品質の排水を提供します。
要約すると、MBR膜分離活性汚泥法は、効率的な固液分離、微生物濃度の向上、残留汚泥の削減、アンモニア性窒素の効果的な除去、スペースの節約、エネルギー消費の削減など、下水処理において重要な役割を果たしており、効率的で経済的な下水資源技術です。
MBR膜の応用分野
1990年代後半、膜分離活性汚泥法（MBR）は実用化段階に入りました。現在、膜分離活性汚泥法（MBR）は以下の分野で広く利用されています。
1. 都市下水処理と建物内の水の再利用
1967年、米国のある企業がMBRプロセスを採用した下水処理場を建設し、1日あたり14m³の汚水を処理しました。1977年には、日本の高層ビルで下水再利用システムが実用化されました。1990年代半ばには、日本国内で39のMBR処理場が稼働し、最大処理能力は500m³ /日に達し、100棟以上の高層ビルでMBRプロセスが採用され、下水を中水路に還流していました。
2. 産業廃水処理
1990年代以降、MBRの処理対象は拡大を続け、水の再利用、汚水処理のほか、食品産業廃水、水産加工廃水、水産養殖廃水、化粧品製造廃水、染料廃水、石油化学廃水の処理など、産業廃水処理におけるMBRの応用も広く関心を集め、良好な処理結果を得ています。
3. 微量汚染された飲料水の浄化
農業における窒素肥料や殺虫剤の広範な使用に伴い、飲料水も様々な程度に汚染されています。1990年代半ば、当社は生物学的窒素除去、殺虫剤吸着、濁度除去の機能を同時に備えたMBRプロセスを開発し、処理水中の窒素濃度は0.1mgNO2/L未満、農薬濃度は0.02μg/L未満を実現しました。
4. 糞便下水処理
排泄物汚水中の有機物含有量は非常に高く、従来の脱窒処理法では高い汚泥濃度が必要となり、固液分離が不安定で三次処理の効果に影響を与えていました。MBRの登場によりこの問題は見事に解決され、排泄物を希釈することなく直接処理することが可能になりました。
5. 埋立地/肥料浸出水処理
埋立地/堆肥浸出液には高濃度の汚染物質が含まれており、その水質と水量は気候条件や運転条件によって異なります。1994年以前は多くの下水処理場でMBR技術が使用されていました。MBRとRO技術の組み合わせにより、SS、有機物、窒素を除去できるだけでなく、塩分や重金属も効果的に除去できます。MBRは、自然に発生する細菌の混合物を使用して浸出液中の炭化水素と塩素化化合物を分解し、従来の廃水処理ユニットよりも50〜100倍高い濃度で汚染物質を処理します。この処理効果の理由は、MBRが高効率の細菌を保持し、5000g / m2の細菌濃度を達成できるためです。フィールドパイロットテストでは、入口液のCODは数百〜40000mg / Lであり、汚染物質の除去率は90％以上です。
MBR膜の開発展望：
主な適用分野と方向性
A. 既存の都市下水処理場、特に処理水質が基準を満たすのが難しい、または処理量が大幅に増加し、面積を拡張できない浄水場のアップグレード。
B. 住宅地、観光地、景勝地など、排水ネットワークシステムのない居住地域。
C. ホテル、洗車場、旅客機、移動式トイレなど、下水の再利用が必要なエリアや場所では、床面積が小さく、設備がコンパクトで、制御が自動で柔軟性と利便性に優れているなど、MBR の特徴が十分に発揮されます。
D. 高濃度、有毒、分解困難な産業廃水処理。製紙、砂糖、アルコール、皮革、合成脂肪酸などの産業では、一般的な点源汚染が見られます。MBRは、従来の処理プロセスでは基準を満たさない廃水を効果的に処理し、再利用を実現します。
E. 埋立地浸出水の処理と再利用。
F. 小規模下水処理場（ステーション）への応用。膜技術の特性は、小規模下水処理に非常に適しています。
膜分離活性汚泥法（MBR）システムは、その清浄で透明かつ安定した水質により、廃水処理および廃水再利用の新たな技術の一つとなっています。近年ますます厳しくなる水環境基準において、MBRは大きな発展の可能性を示しており、将来的には従来の廃水処理技術に取って代わる強力な競争相手となるでしょう。