Energy and resource recovery from wastewater by two-stage membrane process

下水中に含まれるエネルギー・資源の回収と処理水質の確保を高次元で両立させるためのコンパクトな下水処理プロセスとして、凝集剤投入型の膜分離バイオリアクター（凝集MBR）と嫌気性消化MBRを組み合わせた二段膜プロセスを提案し、その概念実証と機構解明を目的として、それぞれのプロセスの検討を進めた。実下水に高分子凝集剤を添加して直接ろ過を行った結果、凝集剤の添加により下水中の有機物回収量を微増させることが可能であることが確認された。一方で、凝集剤注入量が過多の場合は凝集剤がろ液側に漏出したことから、有機物回収量を最大化するための最適注入量の存在が明らかとなった。10種類の異なる凝集剤を用いて凝集剤自身が引き起こすろ過膜の目詰まりへの影響を評価した結果、凝集剤の分子量や荷電量の違いが膜目詰まりに影響を及ぼすことが明らかとなった。高分子凝集剤を添加後の活性汚泥を用いたろ過試験の結果、凝集剤の添加により高フラックス条件での膜目詰まりを大幅に抑制できる可能性が示された。また、下水中のリンは高分子凝集剤を添加しても汚泥に移行することなくろ液側に残存させることが可能であることが明らかとなった。嫌気性消化MBRでは、余剰汚泥を基質として有機物負荷を一定に保ちながらHRTを15日から0.5日まで段階的に短縮した。HRTの短縮に伴い消化槽外へと流出する二酸化炭素の割合が増加し、消化ガス中のメタン濃度が上昇した。HRT1日以下でメタン濃度95%の高品質消化ガスを回収可能であることが明らかになった。一方で、HRT1日以下ではメタン発生量が減少し、未反応有機物の消化槽外への流出を阻止する必要があることが示唆された。また、HRT1日以下で嫌気性消化MBRを安定運転するためには膜目詰まりの抑制が課題となることが示された。

下水中に含まれるエネルギー・資源の回収と処理水質の確保を高次元で両立させるためのコンパクトな下水処理プロセスとして、凝集剤投入型の膜分離バイオリアクター（凝集MBR）と嫌気性消化MBRを組み合わせた二段膜プロセスを提案し、その概念実証と機構解明を目的として、それぞれのプロセスの検討を進めた。実下水に高分子凝集剤を添加して直接ろ過を行った結果、凝集剤の添加により下水中の有機物回収量を微増させることが可能であることが確認された。一方で、凝集剤注入量が過多の場合は凝集剤がろ液側に漏出したことから、有機物回収量を最大化するための最適注入量の存在が明らかとなった。10種類の異なる凝集剤を用いて凝集剤自身が引き起こすろ過膜の目詰まりへの影響を評価した結果、凝集剤の分子量や荷電量の違いが膜目詰まりに影響を及ぼすことが明らかとなった。高分子凝集剤を添加後の活性汚泥を用いたろ過試験の結果、凝集剤の添加により高フラックス条件での膜目詰まりを大幅に抑制できる可能性が示された。また、下水中のリンは高分子凝集剤を添加しても汚泥に移行することなくろ液側に残存させることが可能であることが明らかとなった。嫌気性消化MBRでは、余剰汚泥を基質として有機物負荷を一定に保ちながらHRTを15日から0.5日まで段階的に短縮した。HRTの短縮に伴い消化槽外へと流出する二酸化炭素の割合が増加し、消化ガス中のメタン濃度が上昇した。HRT1日以下でメタン濃度95%の高品質消化ガスを回収可能であることが明らかになった。一方で、HRT1日以下ではメタン発生量が減少し、未反応有機物の消化槽外への流出を阻止する必要があることが示唆された。また、HRT1日以下で嫌気性消化MBRを安定運転するためには膜目詰まりの抑制が課題となることが示された。