成果報告書詳細
管理番号20130000000429
タイトル平成21-24年度成果報告書
省水型・環境調和型水循環プロジェクト 水循環要素技術研究開発 省エネ型膜分離活性汚泥法(MBR)技術の開発うち、担体添加型MBRシステムの開発
公開日2013/6/11
報告書年度2009 - 2012
委託先名株式会社日立製作所インフラシステム社
プロジェクト番号P09011
部署名環境部
和文要約日量20000m3規模の大規模処理MBRを採用している海外某下水処理場をモデルとした場合、MBRシステム全体の動力の内、膜面洗浄と生物処理用の散気に係わる動力が60%を占めている。従って、MBRを用いて、中大規模の下水・産業排水処理をするためには、散気ブロワ(散気)量を低減し、システム全体の省エネ化を達成しなければならないことは自明であり、ユーザーのニーズが高い。よって、本研究開発が提案するMBRシステムが実現する場合、当該散気動力を50%削減、即ちシステム全体動力の30%を削減できることから、当該動力削減を最大の特長に据えることで該システムの中大規模処理場での優位性は高くなる。本研究開発では、主として膜面洗浄と生物処理散気の削減の検討及び高Flux化と高耐久性を備えた新型PVDF平膜の開発によるシステム動力の削減を行ってきた。前者の散気量削減の検討においては、膜面洗浄散気管の構造検討、散気制御方法等の最適化、並びに低MLSS濃度化による酸素溶解効率向上による生物処理散気量削減について評価を行った。これらの検討において、本研究グループは、従来型の平膜型MBRシステムに担体を添加する、従来とは全くことなる担体添加型MBRシステムを採用した。このように、本MBRシステムは、包括固定化担体を添加することで高い生物処理速度を有する。その為、通常の平膜型MBRの膜分離槽内の汚泥MLSS濃度が10000から12000mg/L程度であるのに対し、膜分離槽内の汚泥MLSS濃度を7000mg/L以下に低下させることが可能となる。その場合、好気槽の濃度を5000mg/L以下にすることができ、酸素溶解効率が大幅に向上し、生物処理散気量を低減することができる。後者の新型PVDF平膜の開発は共同研究先の東レ株式会社の担当範囲であることから、本報告では散気量削減によるシステム動力削減の検討結果について報告する。先ず、膜面洗浄散気に関しては、散気管の構造最適化により、従来型MBRと比較し当該散気量の30%削減を達成した。更に、体積比率として担体を10%添加することにより、当該散気量を50%削減が可能となった。次に、これらの手法に加え、当該散気は通常、連続で一定の風量を吐出させるのに対し、吐出を間欠的に行う膜面洗浄の散気制御方法について検討を行った。これら全ての手法を用いた場合、生物処理散気量の低減等の効果も含め、低Fluxの条件(0.4m/d)において、目標値である処理水1m3あたり0.42kWhに対して0.3kWhに到達する結果を得た。
英文要約In case of a sewage treatment plant overseas employing MBR system with treatment rate of 20000m3 per day as a model, the power consumption on aeration, which is applied for membrane surface cleaning and biological treatment, occupies 60% of the system power consumption. Therefore, it is clearly a major issue to reduce aeration amount of MBR systems, and achieve the reduction of whole the system power consumption in the field of water treatment of sewage, and industrial waste water with medium and large treatment rate. And the achievement of the reduction meets a need of end users. Accordingly, if the aeration power consumption reduction by 50% is realized, the system power consumption is thus reduced by 30%. And the proposed system with this distinctive feature of large power consumption reduction can be competitive.This research program for the reduction of system power consumption employed the approaches through a study on the reduction of membrane surface cleaning, and biological treatment and a development of newly developed PVDF flat sheet with higher permeability, and higher material endurance. In the former approach, studies were conducted on the structure of membrane surface cleaning device, optimization on aeration control methods, and evaluation of improvement oxygen dissolution efficiency in lower concentration of sludge in the reactor. In the research program, the group employs the newly developed MBR system using flat sheet membrane with bio carriers in which bacteria are immobilized. Thereby, this MBR system has higher biological treatment rate since the bio carriers are employed. Besides the MLSS concentration of sludge in the membrane reactor tank is decreased to 7000mg/L, though the concentration of conventional MBR system is between 10000 and 12000mg/L. According to the lower concentration in the membrane reactor tank, the sludge concentration in the aerobic tank of this developed system is 5000mg/L or lower. Hence the oxygen dissolution efficiency is substantially increased. Consequently, the aeration for biological treatment can be decreased. The latter approach on development of a newly developed PVDF flat sheet is conducted by TORAY. Therefore, this research report mainly describes the evaluation results on system power consumption reduction through aeration reduction. Firstly, the aeration volume for the membrane surface cleaning is decreased by 30% compared with conventional methods through the optimization of the aerator structure. Secondly, the aeration is furthermore decreased by 50% in the condition where the bio carriers of 10% in volumetric rate are added in the rector tank. Furthermore by employing intermittent aeration for membrane surface cleaning was either conducted, though the membrane surface cleaning aeration is conducted continuously at the constant flow rate. Finally, the system power consumption per 1m3 of treated water achieved 0.3kWh in the condition of lower permeation with 0.4m/d.
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