Способ обработки сточных вод

Способ обработки сточных вод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу обработки сточных вод органического происхождения посредством способа мембранного разделения активированного ила.

Уровень техники

Способ мембранного разделения активированного ила представляет собой способ обработки сточных вод, этот способ осуществляется посредством погружения мембранного картриджа в накопитель активного ила, осуществляя, таким образом, фильтрование для осуществления разделения твердый продукт - жидкость с получением активированного ила и обработанной жидкости. Способ может осуществлять разделение твердый продукт - жидкость после увеличения концентрации активированного ила (смешанная жидкость с суспендированными твердыми продуктами, упоминаемая далее как MLSS) до исключительно высокого уровня, от 5000 до 20000 мг/л. При таком высоком уровне MLSS, способ имеет преимущество уменьшения емкости накопителя активного ила или сокращения времени реакции в накопителе активного ила. Кроме того, поскольку фильтрование осуществляется с помощью мембраны, суспендированные твердые продукты (также упоминаемые далее как SS) не поступают в обработанную жидкость. То, что она не содержит SS, исключает необходимость в конечном седиментационном танке и может уменьшить площадь, где установлено оборудование для обработки. В дополнение к этому, поскольку фильтрование может осуществляться независимо от простоты/сложности седиментации активированного ила, контрольная обработка активированного ила может также быть сокращена. Благодаря этим преимуществам, способ мембранного разделения активированного ила демонстрирует быстрое распространение в последние годы. Мембранный картридж использует плоскую мембрану или мембрану с полыми волокнами. В частности, поскольку мембрана с полыми волокнами имеет высокую прочность самой мембраны, поверхность мембраны получает малые повреждения, вызываемые контактом с посторонними веществами, поступающими из сточных вод с органическими продуктами, и выдерживает продолжительный период использования. Кроме того, мембрана с полыми волокнами имеет также то преимущество, что она делает возможной промывку обратным потоком посредством нагнетания среды, такой как фильтрат, в направлении, обратном направлению фильтрования, таким образом, удаляя вещества, прилипшие к поверхности мембраны. Однако активированный ил или биополимеры, образующиеся при метаболизме микроорганизмов в активированном иле, прилипают к поверхности мембраны, уменьшая эффективную площадь поверхности мембраны, уменьшая таким образом, эффективность фильтрования. В результате, мембрана с полыми волокнами требует осуществления частых промывок обратным потоком, что создает проблему невозможности получения стабильного фильтрования в течение длительного периода.

Относительно этих проблем, например, выложенный патент Японии №2000-157846 (Патентный документ 1) описывает способ аэрации с использованием воздуха и тому подобное, из-под мембранного картриджа с полыми волокнами. В соответствии со способом, воздействие вибрации мембраны и воздействие перемешивания восходящих пузырьков отделяет коагулированный активированный ил, прилипший к поверхности и в зазоре между мембранами, и отделяет посторонние вещества, переносимые сырой водой, и предотвращает их аккумуляцию. Конкретно, например, расположенное ниже него кольцо помещается под мембранным картриджем с полыми волокнами, и множество сквозных отверстий предусматривается в присоединенном фиксированном слое на одной из сторон расположенного ниже кольца, создавая, таким образом, воздушный карман внутри расположенного ниже кольца, используя аэрацию картриджа снизу, тем самым однородно генерируя пузырьки из множества сквозных отверстий.

Однако если изменения концентрации органических веществ в сточных водах с органическими продуктами являются значительными, или если оксидант, кислотная жидкость, основная жидкость и тому подобное, поступают в накопитель активного ила, в некоторых случаях микроорганизмы высвобождают из себя аномально большие количества продуктов метаболизма (упоминаемых как биополимеры). Когда поддерживается состояние аномально высокой концентрации биополимеров, аэрация не может полностью отделить биополимеры, прилипшие к наружной поверхности мембраны, что приводит к повышенному сопротивлению фильтрации мембраны.

Выложенный патент Японии №2005-40747 (Патентный документ 2) описывает способ предотвращения адгезии избыточного количества полимеров на мембранной поверхности посредством измерения количества биополимеров в танке для биологической обработки (аэрационный танк) и посредством уменьшения количества биополимеров в танке для биологической обработки с соответствующим временным графиком. В соответствии со способом, значение химической потребности в кислороде (COD) определяется вместо количества биополимеров. Значение COD, однако, включает в себя полное количество органических веществ, которые могут проходить через микропоры мембраны. По этой причине имеется вероятность того, что риск уменьшения площади мембраны, вызываемый адгезией биополимеров на мембране, оценивается намного выше, чем он есть на самом деле, что добавляет работу не являющегося необходимым уменьшения количества биополимеров, с ухудшением эффективности работы при обработке сточных вод.

Выложенный патент Японии №2002-1333 (Патентный документ 3) описывает способ уменьшения количества компонентов, замедляющих фильтрование, состоящих из полимерных органических соединений, присутствующих в танке для биологической обработки. В соответствии со способом, компоненты, замедляющие фильтрование, отделяются с помощью среды фильтра после добавления коагулянта, или они отделяются с помощью центробежной силы после добавления коагулянта, таким образом, устраняя их. По этой причине способ является очень сложным и ненадежным.

Патентный документ 1: Выложенный патент Японии №2000-157846

Патентный документ 2: Выложенный патент Японии №2005-40747

Патентный документ 3: Выложенный патент Японии №2002-1333

Описание изобретения

Проблемы, решаемые настоящим изобретением

Целью настоящего изобретения является создание способа эффективной обработки сточных вод, этот способ адекватно оценивает риск уменьшения площади мембраны, вызываемого адгезией биополимеров на мембране, таким образом предотвращая увеличение сопротивления мембраны фильтрации.

Средства для решения проблем

Авторы настоящего изобретения осуществили подробное исследование и обнаружили, что вещества, которые прилипают к наружной поверхности мембраны с замедлением фильтрования, представляют собой сахар, конкретно, биополимеры, состоящие в основном из уроновой кислоты, имеющей молекулярную массу от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов, и кроме того, обнаружили, что увеличение/уменьшение количества органических веществ по отношению к количеству активированного ила позволяет также контролировать биополимеры в водной фазе активированного ила. То есть способ обработки сточных вод в соответствии с настоящим изобретением представляет собой следующее.

<1> Способ обработки сточных вод включает в себя: стадию притока, протекания сточных вод с органическими продуктами в накопитель активного ила, удерживающий в себе активированный ил, содержащий микроорганизмы; и стадию разделения, биологической обработки сточных вод с органическими продуктами в накопителе активного ила, а затем воздействия на обработанную таким образом жидкость разделения твердый продукт - жидкость с использованием разделительного мембранного устройства, расположенного в накопителе активного ила, где концентрация сахара в водной фазе активированного ила поддерживается в конкретных пределах на разделительной стадии.

<2> Способ обработки сточных вод в соответствии с <1>, где концентрация сахара представляет собой концентрацию уроновой кислоты.

<3> Способ обработки сточных вод в соответствии с <1> или <2>, где разделительная стадия включает в себя увеличение/уменьшение количества органических веществ по отношению к количеству активированного ила в накопителе активного ила с тем, чтобы концентрация сахара поддерживалась в конкретных пределах.

<4> Способ обработки сточных вод в соответствии с <3>, где увеличение/уменьшение количества органических веществ по отношению к количеству активированного ила осуществляется посредством увеличения/уменьшения количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, или посредством увеличения/уменьшения количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, и количества фильтрата, отделенного посредством разделения твердый продукт-жидкость в разделительном мембранном устройстве, которое высвобождается из накопителя активного ила.

<5> Способ обработки сточных вод в соответствии с <3>, где увеличение/уменьшение количества органических веществ по отношению к количеству активированного ила осуществляется посредством увеличения/уменьшения концентрации активированного ила и/или объема активированного ила.

<6> Способ обработки сточных вод в соответствии с <1> или <2>, где конкретное значение концентрации сахара определяется в зависимости от значения потока фильтрования разделительного мембранного устройства.

<7> Способ обработки сточных вод в соответствии с любым из <1>, <2>, <3> и <6>, где концентрация сахара в водной фазе активированного ила определяется посредством фильтрования активированного ила через среду фильтра, которая имеет больший размер пор, чем у разделительного мембранного устройства, а затем посредством измерения концентрации сахара в фильтрате, полученного таким образом.

Эффект настоящего изобретения

В соответствии со способом обработки сточных вод по настоящему изобретению, мониторинг концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты в накопителе активного ила делает возможным получение количества биополимеров, вызывающих забивание мембраны, и когда концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты увеличивается, уменьшение нагрузки BOD-SS позволяет предотвратить забивание разделительной мембраны и делает возможным осуществление стабильного разделения твердый продукт-жидкость в течение длительного периода. С другой стороны, когда концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты являются существенно более низкими, чем соответствующие конкретные значения, нагрузка BOD-SS может увеличиваться до тех пор, пока концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты не увеличится примерно до соответствующих конкретных значений. В результате эффективность работы при обработке сточных вод может увеличиться.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример системы, осуществляющей обработку сточных вод, в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 показывает соотношение между концентрацией сахара в фильтрате, проходящем через фильтровальную бумагу, и сопротивлением мембраны фильтрации для активированного ила.

Фиг.3 показывает соотношение между значением разности COD в активированном иле и сопротивлением мембраны фильтрации.

Фиг.4 показывает соотношение между концентрацией уроновой кислоты и концентрацией сахара в фильтрате, проходящем через фильтровальную бумагу, в активированном иле.

Фиг.5 представляет собой хроматограмму ГПХ фильтрата, проходящего через фильтровальную бумагу, в активированном иле.

Фиг.6 представляет собой хроматограмму ГПХ пермеата от мембранного фильтрования для фильтрата, проходящего через фильтровальную бумагу, для активированного ила.

Фиг.7 показывает соотношение между нагрузкой BOD-SS и концентрацией сахара в водной фазе активированного ила.

Фиг.8 представляет собой график, показывающий разность давлений на мембране, концентрацию сахара и скорость входного потока сточных вод в Примере 1.

Фиг.9 представляет собой график, показывающий разность давлений на мембране, концентрацию сахара и скорость входного потока сточных вод в Примере 2.

Описание ссылочных номеров

1 Органические сточные воды

2 Устройство для предварительной обработки

3 Танк для выравнивания потоков

4 Накопитель активного ила (аэрационный бассейн)

5 Разделительное мембранное устройство типа мембраны с полыми волокнами

6 Система ограждения

7 Воздуходувка

8 Откачивающий насос

9 Фильтрат

10 Стерилизационный танк

11 Обработанная жидкость

12 Насос для откачки ила

Наилучшие способы осуществления изобретения

Способ обработки сточных вод в соответствии с настоящим изобретением состоит из стадии притока, протекания сточных вод с органическими продуктами в накопитель активного ила, удерживающий активированный ил, содержащий в себе микроорганизмы; и стадии разделения, биологической обработки сточных вод с органическими продуктами в накопителе активного ила, а затем воздействия на обработанную таким образом жидкость разделения твердый продукт-жидкость с использованием разделительного мембранного устройства, расположенного в накопителе активного ила.

Стадия притока имеет устройство для предварительной обработки, которое удаляет посторонние вещества из сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, танк для выравнивания потоков, который регулирует скорость потока сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила и тому подобное. Стадия разделения имеет накопитель активного ила, который обрабатывает сточные воды биологически, мембранное разделительное устройство, которое осуществляет разделение твердый продукт - жидкость в обработанной жидкости, откачивающий насос, который извлекает фильтрат и тому подобное.

Стадия притока доставляет сточные воды с органическими продуктами, из которых грубо удаляются крупный твердый материал и тому подобное, в накопитель активного ила, в то же время поддерживая его скорость потока на постоянном уровне. В накопителе активного ила органические вещества (компоненты BOD) в сточных водах с органическими продуктами разлагаются под действием микроорганизмов в активированном иле. Размер накопителя активного ила и время удерживания сточных вод с органическими продуктами в накопителе активного ила определяются скоростью высвобождения сточных вод с органическими продуктами и концентрацией в сточных водах с органическими продуктами. Концентрация активированного ила в накопителе активного ила может устанавливаться примерно от 5 примерно до 15 г/л. На стадии разделения разделительное мембранное устройство осуществляет разделение твердый продукт - жидкость, разделяя активированный ил и сточные воды с органическими продуктами в накопителе активного ила. Разделительное мембранное устройство погружного типа, расположенное в накопителе активного ила, состоит из разделительной мембраны и секции сбора воды и дополнительно имеет систему ограждения. Воздуходувка подает газ в систему ограждения, вызывая, таким образом, колебание мембраны, и кроме того, поверхность мембраны соударяется с потоком воды, принимая на себя сдвиговое усилие, таким образом предотвращается забивание мембраны. Секция сбора воды в разделительном мембранном устройстве соединяется с откачивающим насосом с помощью трубы и откачивающий насос генерирует градиент давления между внутренней лицевой поверхностью и наружной лицевой поверхностью мембраны, таким образом, осуществляется разделение твердый продукт - жидкость.

Мембранный картридж, используемый для разделительной мембраны, может использовать известную разделительную мембрану, такую как плоская мембрана и мембрана с полыми волокнами. Среди них мембрана с полыми волокнами является предпочтительной, благодаря высокой прочности самой мембраны, благодаря генерированию меньшего количества повреждений на поверхности мембраны, вызываемых контактом с посторонними веществами в сточных водах с органическими продуктами и благодаря продолжительному периоду использования без износа. В дополнение к этому, мембрана фильтра может подвергаться промывке обратным потоком посредством нагнетания фильтрата и тому подобное, в направлении, обратном к направлению фильтрования, удаляя, таким образом, вещества, прилипшие к поверхности мембраны. Разделительное мембранное устройство может размещаться не только посредством погружения его в накопитель активного ила, но также размещаться посредством соединения с накопителем активного ила. Способ по настоящему изобретению по этой причине является применимым не только к способу погружного типа мембранного разделения активированного ила, но также и к случаю установки разделительного мембранного устройства в танке, ином, чем накопитель активного ила, и кроме того, к случаю разделительного мембранного устройства типа, работающего под давлением. В этих случаях активированный ил рециклируется между накопителем активного ила и разделительным мембранным устройством, и концентрат возвращается в накопитель активного ила. Разделительная мембрана, при необходимости, может быть получена в виде множества рядов. Поскольку множество рядов делает возможным осуществление операции разделения в каждом ряду или дает возможность для остановки операции разделения в каждом ряду, скорость обработки сточных вод может регулироваться. Устройство, которое применяется к рассмотренному выше способу обработки сточных вод, включает в себя, например, устройство, показанное на фиг.1.

Cточные воды с органическими продуктами 1, поступающие в накопитель активного ила, обрабатываются с помощью устройства для предварительной обработки 2 для удаления посторонних веществ, а затем временно хранятся в танке для выравнивания потоков 3. После этого сточные воды с органическими продуктами подаются в накопитель активного ила (аэрационный танк) 4 из танка для выравнивания потоков 3 с постоянной скоростью потока.

В накопителе активного ила 4 микроорганизмы в активированном иле, удерживаемые в танке, разлагаются с удалением органических веществ (компонентов BOD) в сточных водах с органическими продуктами 1. Разделение твердые продукты-жидкость в смешанной жидкости активированного ила в накопителе активного ила 4 осуществляется в разделительном мембранном устройстве 5, погруженном в танк. Система ограждения 6 и воздуходувка 7 располагаются под разделительным мембранным устройством 5 и воздуходувка вводит газ в систему ограждения. Фильтрат 9, отделенный в разделительном мембранном устройстве 5, откачивается с помощью откачивающего насоса 8 и высвобождается как обработанная жидкость 11 после стерилизации, по потребности, в стерилизационном танке 10. В накопителе активного ила 4 микроорганизмы разлагают компоненты BOD и высвобождают из них продукты метаболизма. Относительно биополимеров, состоящих в основном из сахара и белков, как продуктов метаболизма микроорганизмов, в частности, для случая, когда органические вещества поступают в избытке в накопитель активного ила, и для случая, когда изменения концентрации органических веществ в поступающей воде являются значительными, если оксидант, кислотная жидкость, основная жидкость, или что-либо подобное, поступает в накопитель активного ила, избыточное количество биополимеров высвобождается из микроорганизмов, чтобы усилить забивание разделительной мембраны. В соответствии с настоящим изобретением, однако, измерение концентрации сахара, предпочтительно, концентрации уроновой кислоты, в водной фазе активированного ила, удерживаемого в накопителе активного ила 4, дает возможность для адекватной оценки риска забивания разделительной мембраны, вызываемого биополимерами. Сточные воды, которые могут воспринимать воздействие обработки способа в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя сточные воды пищевых фабрик, сточные воды сахарных заводов, сточные воды фабрик по производству моющих средств, сточные воды крахмальных заводов, и сточные воды фабрик по производству соевого творога, и более высокое воздействие ожидается для сточных вод, имеющих BOD 100 мг/л или более. В соответствии с настоящим изобретением, концентрация сахара в водной фазе активированного ила должна поддерживаться при указанном значении или ниже него. Верхний предел указанных значений концентрации сахара должен составлять 100 мг/л или меньше. Если значение превосходит верхний предел, забивание разделительной мембраны, вызываемое биополимерами и активированным илом, становится значительным, и давление фильтрования увеличивается. Предпочтительная концентрация сахара составляет 80 мг/л или меньше, более предпочтительно, 50 мг/л или меньше, и наиболее предпочтительно, примерно 30 мг/л.

Более низкая концентрация сахара является более предпочтительной, поскольку забивание мембраны становится меньше. Однако более низкая концентрация сахара уменьшает емкость обработки сточных вод, соответственно. Рассматривая баланс между емкостью обработки сточных вод и забиванием, нижний предел концентрации сахара должен указываться как 5 мг/л, предпочтительно, 10 мг/л, и более предпочтительно, примерно 20 мг/л.

Является более предпочтительным, чтобы концентрация уроновой кислоты, вместо концентрации сахара, поддерживалась в указанных выше пределах, что дает возможность для более точной оценки риска забивания мембраны. В частности, когда сточные воды с органическими продуктами, поступающие в накопитель активного ила, содержат большое количество сахара, использование концентрации сахара в качестве показателя для вызывающих забивания веществ дает измерение сахара, происходящего из сточных вод с органическими продуктами, в дополнение к измерению целевого сахара в виде биополимеров, что может привести к избыточно большой оценке количества вызывающих забивание веществ. В этом случае измерение концентрации уроновой кислоты дает более точную оценку забивания. Более предпочтительно, верхний предел концентрации уроновой кислоты составляет 50 мг/л или меньше, более предпочтительно, 30 мг/л или меньше, еще более предпочтительно, 20 мг/л или меньше, и наиболее предпочтительно, 10 мг/л. Предпочтительный нижний предел концентрации уроновой кислоты составляет 3 мг/л или более, а более предпочтительно, 5 мг/л или больше.

Кроме того, каждая концентрация предпочтительно определяется в зависимости от потока фильтрования. В соответствии с настоящим изобретением, поток фильтрования, как правило, находится в пределах от 0,1 до 1,0 m/D (куб. м. жидкости на кв. м. мембраны в день), и от 0,4 до 0,8 m/D является предпочтительным с точки зрения предоставления возможности для эффективной обработки сточных вод. В качестве целевого уровня концентрации сахара, в этом случае, предпочтительными являются следующие пределы:

80 мг/л или меньше для 0,2 m/D потока фильтрования в разделительном мембранном устройстве;

50 мг/л или меньше для 0,4 m/D потока фильтрования в разделительном мембранном устройстве;

30 мг/л или меньше для 0,6 m/D потока фильтрования в разделительном мембранном устройстве; и

10 мг/л или меньше для 0,8 m/D потока фильтрования в разделительном мембранном устройстве.

Поток фильтрования 0,6 m/D означает работу, дающую возможность 0,6 м³ фильтрата для прохождения 1 м² площади фильтрования за 24 часа.

Хотя способ для измерения концентрации сахара не является как-либо ограниченным, имеется способ, например, в котором способ с фенолсерной кислотой применяется для измерения, и рабочая кривая, полученная с помощью глюкозы, используется для определения концентрации сахара.

Для измерения концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты, является предпочтительным, чтобы активированный ил фильтровался с помощью среды фильтрования, такой как фильтровальная бумага, которая имеет больший размер пор, чем у разделительной мембраны разделительного мембранного устройства, с получением фильтрата ила, и затем посредством измерения концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты в полученном таким образом фильтрате. При работе среда фильтра захватывает только суспендированные твердые продукты в активированном иле, в то же время позволяя компонентам сахара проходить через фильтровальную бумагу. Как следствие, посредством измерения концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты в фильтрате, концентрация биополимеров, которые становятся веществом, вызывающим забивание мембраны, может определяться более точно.

Размер пор среды фильтра предпочтительно в 5 раз превышает размер пор разделительной мембраны, установленной на разделительном мембранном устройстве, а более предпочтительно, в 10 раз или более. Является предпочтительным, чтобы размер пор среды фильтра имел верхний предел, примерно в 100 раз или меньше превышающий размер пор разделительной мембраны, установленной в разделительном мембранном устройстве, и чтобы верхний предел размера пор среды фильтра был равен 10 мкм. Кроме того, гидрофильный материал является предпочтительным, благодаря меньшей адсорбции компонентов сахара. Этот тип среды фильтра включает в себя фильтровальную бумагу, изготовленную, например, из целлюлозы.

Концентрация уроновой кислоты может определяться по рабочей кривой, построенной с использованием полигалактуроновой кислоты, которая представляет собой полиуроновую кислоту, в соответствии со способом, описанным в "New Method for Quantitative Determination of Uronic Acid", Nelly Blumenkrantz and Gustav Asboe-Hansen, ANALYTICAL BIOCHEMISTRY, vol.54, pp.484-489, (1973). Способ следует стадиям:

(1) помещения 0,5 мл фильтрата ила и водного раствора полигалактуроновой кислоты при известной концентрации в отдельные пробирки, соответственно, и добавления 3,0 мл раствора 0,0125 M Na₂B₄O₇ в концентрированной серной кислоте в каждую пробирку;

(2) полного встряхивания каждой жидкости в каждой пробирке и нагрева жидкости в кипящей бане в течение 5 минут, а затем охлаждения жидкости в ледяной воде в течение 20 минут;

(3) добавления 50 мкл раствора 0,5% NaOH в 0,15% м-гидроксидифенила в каждую жидкость;

(4) после полного перемешивания жидкости, предоставления возможности жидкости для стояния в течение 5 минут и определения коэффициента поглощения жидкости на 520 нм, и затем сравнения определяемого коэффициента поглощения между водным раствором полигалактуроновой кислоты при известной концентрации и фильтратом ила для получения концентрации полигалактуроновой кислоты.

Изменения концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты со временем может определяться посредством регулярного измерения концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты, например, каждые несколько часов или несколько дней.

Регулярное измерение концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты дает показатель повышения концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты, или повышения концентрации биополимеров, что дает возможность применения превентивных мер до забивания мембраны. Является наиболее предпочтительным, чтобы концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты отслеживались всегда для регулировки их уровня концентрации в конкретных пределах.

Чтобы заставить концентрацию сахара и/или концентрацию уроновой кислоты в водной фазе активированного ила находиться в указанных пределах, применяется, например, способ увеличения/уменьшения количества органических веществ [кг] по отношению к количеству активированного ила в накопителе активного ила. Количество органических веществ по отношению к количеству активированного ила называется "нагрузка BOD-SS ". В качестве показателя количества органических веществ, применяется BOD [кг/день], поступающие в накопитель активного ила в день.

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что нагрузка BOD-SS находится в тесной связи с концентрацией сахара и/или концентрацией уроновой кислоты в водной фазе активированного ила. Высокая нагрузка BOD-SS показывает состояние, в котором существуют более высокие количества органических веществ, в качестве исходных материалов для микроорганизмов, по отношению к количеству микроорганизмов. Когда такое состояние устанавливается, микроорганизмы активно осуществляют метаболическую активность, высвобождая, таким образом, избыточное количество биополимеров или сахара, действующих как вещества, вызывающие забивание. Наоборот, если микроорганизмы приводятся в состояние старвации, метаболическая активность уменьшается, с прекращением высвобождения биополимеров, и кроме того, концентрация сахара становится еще ниже, поскольку микроорганизмы предположительно потребляют сахар.

Как следствие, если концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты увеличивается, нагрузка BOD-SS уменьшается, а если концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты уменьшается, нагрузка BOD-SS увеличивается, как соответствующее противодействие. Эти действия предотвращают адгезию биополимеров на мембране и делают возможным стабильное продолжение разделения твердый продукт-жидкость без забивания мембраны. Способ увеличения/уменьшения нагрузки BOD-SS представляет собой увеличение/уменьшение количества органических веществ в накопителе активного ила. Конкретные способы для осуществления этого включают в себя: (1) способ увеличения/уменьшения количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила; (2) способ увеличения/уменьшения количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, и увеличения/уменьшения количества фильтрата, высвобождаемого из накопителя активного ила, этот фильтрат получают посредством разделения твердый продукт-жидкость в разделительном мембранном устройстве; (3) способ увеличения/уменьшения потока фильтрования.

Способы увеличения/уменьшения количества органических веществ не являются ограниченными теми, что приведены выше, и могут применяться и другие способы. Например, имеются: способ удаления органических веществ из сточных вод с органическими продуктами посредством отделения твердых органических веществ с использованием среды фильтра; способ увеличения концентрации активированного ила посредством уменьшения количества удаляемого избытка ила или способ увеличения/уменьшения концентрации активированного ила посредством контроля количества удаляемого избытка ила; способ уменьшения количества активированного ила в накопителе активного ила посредством понижения уровня жидкости в накопителе активного ила или способ увеличения/уменьшения количества активированного ила посредством контроля объема активированного ила с помощью контроля уровня жидкости в накопителе активного ила и способ добавления воды в накопитель активного ила.

Среди этих способов, способ увеличения/уменьшения количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, является самым простым и является предпочтительным. Конкретно, уменьшение количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, может уменьшить концентрацию сахара и/или концентрацию уроновой кислоты. С другой стороны, если концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты ниже, чем соответствующие заданные значения, увеличение количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, может увеличить концентрацию сахара и/или концентрацию уроновой кислоты. С помощью этой операции эффективность обработки сточных вод может быть увеличена, в то же время предотвращая забивание разделительной мембраны.

Увеличение/уменьшение количества сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, и увеличение/уменьшение величины нагрузки BOD-SS необходимо определять для каждого вида сточных вод с органическими продуктами, которые должны обрабатываться. Например, если количество сточных вод с органическими продуктами, поступающих в накопитель активного ила, уменьшается наполовину или нагрузка BOD-SS уменьшается наполовину, можно узнать тренд величины изменений при увеличении/уменьшении концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты. Затем, на основе этого полученного тренда принимается решение о степени увеличения/уменьшения количества сточных вод с органическими продуктами.

Хотя конкретное увеличение/уменьшение количества сточных вод с органическими продуктами зависит от размера накопителя активного ила, вида активированного ила, и тому подобное, когда, например, концентрация сахара и/или концентрация уроновой кислоты увеличивается, уменьшение нагрузки BOD-SS до примерного уровня 0,02 кг-BOD/(кг-день) делает возможным уменьшение концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты примерно наполовину от исходной концентрации примерно через неделю.

Как описывается выше, среди биополимеров, таких как сахар, белки и нуклеиновые кислоты, биополимеры, прилипшие к поверхности разделительной мембраны, вызывающие забивание, представляют собой в основном полимеры, имеющие сахар, в частности, уроновую кислоту, в качестве главного компонента. По этой причине, как описывается в настоящем изобретении, поддержание концентрации сахара и/или концентрации уроновой кислоты в соответствующих указанных пределах может предотвратить прилипание биополимеров к поверхности мембраны и увеличение сопротивления мембраны фильтрации. Разделительная мембрана забивается после определенного периода использования и должна подвергаться очистке. В соответствии со способом по настоящему изобретению, однако, частота очистки может быть сведена к минимуму. В дополнение к этому, поскольку способ по настоящему изобретению оценивает риск уменьшения площади мембраны с использованием концентрации сахара и/или концентраций уроновых кислот, может быть исключена переоценка риска также и при детектировании биополимеров, которые могут проходить через разделительную мембрану. В результате, предотвращение адгезии биополимеров на разделительной мембране осуществляется при необходимом и достаточном уровне, и уменьшение эффективности работы при обработке сточных вод также может быть предотвращено.

Примеры

Примеры по настоящему изобретению описываются ниже. Настоящее изобретение, однако, не ограничивается этими примерами.

Определение биополимеров, прилипающих к разделительной мембране

Для случая, когда сточные воды с органическими продуктами высвобождаются из сахарного завода и фабрики по производству моющих средств, соответственно, и обрабатываются посредством способа мембранного разделения активированного ила, вещества, которые забивают разделительную мембрану, определяются с помощью следующего способа.

Сначала активированный ил, содержащий сточные воды с органическими продуктами, фильтруют с использованием фильтровальной бумаги (5C (торговое наименование), изготовленной из целлюлозы, производится Advantech Co., Ltd.), имеющей размер пор 1 мкм. Полученный фильтрат (далее упоминаемый как "фильтрат ила") фильтруют с использованием мембраны из полых волокон (изготовленной из PVDF, площадь мембраны 0,02 м², эффективная длина мембраны 15 см, внутренний диаметр/наружный диаметр 0,6/1,2 мм, производится Asahi Chemicals Corporation), имеющей размер пор 0,1 мкм, в течение, в целом, 7 циклов, каждый цикл состоит из 9 минут фильтрования и 1 минуты промывки обратным потоком. Сопротивление фильтрации Rc имеет соотношение, задаваемое формулой (I). Посредством построения графика величин (разности давлений на мембране, вязкости и потока), полученных с помощью указанного выше эксперимента с мембранным фильтрованием, получают приблизительную кривую соотношения между Pn/(µJ) и n. По наклону кривой определяют Rc.

где, n представляет собой количество циклов фильтрования; Pn представляет собой среднее значение разности давлений на мембране в n-ом цикле, [Па]; µ представляет собой вязкость воды [Па·сек]; и J представляет собой поток [m/D].

Концентрац