JP2006346572A

JP2006346572A - 有機物の処理方法

Info

Publication number: JP2006346572A
Application number: JP2005175879A
Authority: JP
Inventors: Shinji Hiroe; 愼治廣江; Hidehiko Kinoshita; 秀彦木下; Shigeki Minami; 茂樹南; Sousaku Nakatani; 創作中谷; Daiki Kiso; 大樹木曾
Original assignee: TOYO KANKYO GIJUTSU KENKYUSHO; TOYO KANKYO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Current assignee: TOYO KANKYO GIJUTSU KENKYUSHO; TOYO KANKYO GIJUTSU KENKYUSHO KK
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】有機物と微生物との混合液を処理するに際し、余剰汚泥の発生を抑制し、浄化槽における有機物処理のランニングコストを軽減することができる有機物の処理方法を提供する。
【解決手段】有機物と微生物との混合液中に、空気、酸素、又はこれらの混合物を導入して有機物と微生物との混合液の溶存酸素濃度(ＤＯ)を２ｍｇ／Ｌ以上、ＢＯＤ汚泥負荷を０．０７±０．０２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳに維持しながら有機物を生分解処理すると共に窒素成分を硝化処理する曝気工程と、硝化された窒素成分を有機物の存在下で嫌気処理する脱窒工程とを繰り返すことで、汚泥の発生量(乾重量)を投入原水ＢＯＤ乾重量の１５％以下に制限することにより有機物の処理を行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、有機物の処理方法に関し、更に詳述すれば、食品工場廃液、生ごみ、焼酎廃液、家畜糞尿等の有機性廃棄物の処理方法に関する。

有機性廃棄物の処理方法として活性汚泥法による処理の原理が多くの研究を通して確立し、その結果一般に普及している。活性汚泥法は、原水の汚濁負荷の性状によって、以下の(ａ)連続式活性汚泥法、(ｂ)回分式活性汚泥法及び(ｃ)超高濃度活性汚泥法等種々に分類できる。
(ａ) 原水汚濁濃度が低く、原水流量が多い場合、連続式活性汚泥法を適用する場合が多い。
(ｂ) 原水汚濁濃度が高く、原水流量が少ない場合、回分式活性汚泥法を適用する場合が多い。
(ｃ) 固形に近い汚濁負荷を処理する場合、超高濃度活性汚泥法を適用する(特許文献１)。

(ｃ)の方法は、余剰汚泥の発生が無い。これに対し、(ａ)、(ｂ)の方法では余剰汚泥が発生し、余剰汚泥の処理費(凝集剤の使用費及び脱水汚泥の処理費)が、各浄化槽の運転において大きな負担となっているのみならず、廃棄場所そのものが制限されつつあり、活性汚泥法の欠点になりつつある。従って、余剰汚泥そのものの発生を最小限にすることは、活性汚泥法を浄化槽に適用してゆくに当たり極めて重要な課題である。
特許第３５７５６６８号公報（特許請求の範囲）

上記課題を解決するため本発明者等は種々検討しているうち、浄化処理において、余剰汚泥量は簡易的には次式
余剰汚泥量＝ＢＯＤ汚泥変換量＋ＳＳ汚泥変換量−自己酸化量 (１)
のように推定した。

ここで、式(１)右辺の各項目は次
ＢＯＤ汚泥変換量⇒ＢＯＤ乾重量×ＢＯＤ汚泥変換率
ＳＳ汚泥変換量⇒ＳＳ乾重量×ＳＳ汚泥変換率
自己酸化量⇒曝気槽ＭＬＶＳＳ乾重量×自己酸化率
のように表される。

ＢＯＤ汚泥変換率は凡そ次
ＢＯＤ汚泥変換率(α)＝０．３〜０．５
のような数値範囲で表される。但し、この数値範囲は汚泥の種類で異なる。

ＭＬＶＳＳ(曝気槽内に生存する活性汚泥菌濃度)の自己酸化率も、汚泥の種類或は曝気槽の溶存酸素濃度(ＤＯ)で異なる。本発明者等の測定では自己酸化率(β)＝０．０３を選択すると実験結果と良い一致を示す。

ＳＳ(浮遊物質)の取扱いは、次のように考える。浄化槽では汚濁負荷が基本的には曝気槽の滞留日数以内で処理できることを前提にしており、ＳＳ中には滞留日数以内で処理できない成分が含まれている。主としてこの成分に含まれるものは固形成分のＳＳで構成されており、基本的には処理外とみなし最低でもこの成分の大部分は脱水処理を行う。以降の計算は、処理できないＳＳがないものとして計算し、最後に必要に応じて処理できないものを加算する。従って、ＳＳも処理対象であり、処理された後汚泥に変換する。その変換率をγとおく。

式(１)を評価するにあたり、必要な項目の定義は次
ＢＯＤ乾重量＝ＢＯＤ(ｋｇ)＝原水ＢＯＤ濃度(ｋｇ／ｍ³)×原水量(ｍ³)
ＳＳ乾重量＝ＳＳ(ｋｇ)＝原水ＳＳ濃度(ｋｇ／ｍ³)×原水量(ｍ³)
ＭＬＶＳＳ乾重量＝ＭＬＶＳＳ(ｋｇ)＝曝気槽操業ＭＬＶＳＳ濃度(ｋｇ／ｍ³)×曝気槽溶液量(ｍ³)
余剰汚泥乾重量＝ＳＵＰＳＳ(ｋｇ)＝余剰汚泥濃度(ｋｇ／ｍ³)×引抜汚泥量(ｍ³)
の通りである。

式(１)は次
ＳＵＰＳＳ＝ＢＯＤ×α＋ＳＳ×γ−ＭＬＶＳＳ×β (２)
のように書ける。

式(２)を次
ＳＵＰＳＳ／ＢＯＤ
＝α＋(ＳＳ／ＢＯＤ)×γ−(ＭＬＶＳＳ／ＢＯＤ)×β (３)
のように書き直す。

上式(３)において、ＭＬＶＳＳ／ＢＯＤはＢＯＤ汚泥負荷(ＢＯＤ／ＭＬＶＳＳ)の逆数を表している。

余剰汚泥量を減らすにはどうすればよいか、式(３)を使い説明する。

α、βは処理状態(曝気槽のＤＯ等)によって変わるが、α＝０．４としてこの議論の結論に大きな影響を与えない。βは本発明者等の長期にわたる実験結果から０．０３を選択する。

α＝０．４、β＝０．０３、γ＝０．４の場合の余剰汚泥量の投入ＢＯＤに対する割合(ＳＵＰＳＳ／ＢＯＤ)を、投入原水中のＳＳの投入ＢＯＤに対する割合(ＳＳ／ＢＯＤ)をパラメーターとして計算した結果を図１に示す。図１から明らかなように、ＢＯＤ汚泥負荷(ＢＯＤ／ＭＬＶＳＳ)を小さくすれば汚泥発生量は小さく出来る。また、ＳＳ／ＢＯＤの割合が小さいほど発生する余剰汚泥量は減少することを図１の結果は示している。

ＢＯＤ汚泥負荷を下げることは、曝気槽のＭＬＶＳＳを上げることに相当している。そのため、ＢＯＤ汚泥負荷を下げることは自己酸化するＭＬＶＳＳ(汚泥量)が増大することになる。その結果、発生する余剰汚泥量が減少する。

さらに、前処理で処理できない固形物を除去すれば(ＳＳ／ＢＯＤを小さくする)、余剰汚泥量は減少する事も示している。ただ、この事は処理できない固形物を前処理で除去するか、浄化の最終段階で除去するかの違いであり、使用凝集剤の量の違いを除けば本質的な解決ではないことに注意が必要である。

α、β、γについては原水の成分、曝気条件によって異なるが一般的に次のように考えられる。

好気処理を念頭に置くと基本的には曝気槽のＤＯが高いほどα、γは小さい。しかし、ＢＯＤ汚泥変換率α、ＳＳの処理に伴う汚泥変換率γには下限があり、その下限は通常αが０．３程度、γが０．３程度である。α、γに関しては単純に汚泥変換率とするより汚泥変換率を含めた未処理率と考える方が実際を良く表している。本発明者等の経験ではＳＳの粒度が小さいほどγは小さい。

βに関しては曝気槽のＤＯが２ｍｇ／Ｌ以上の場合殆ど変わらず０．０３程度である。

以上の説明では、ＢＯＤ、ＳＳの処理について論じているが、窒素処理に関してはその影響を論じていない。本発明者等の調査した浄化槽の大半は、曝気槽の溶存酸素濃度をＤＯ＜０．５ｍｇ／Ｌで操業している。このようなＤＯの低い状態では窒素の硝化は十分に行われず、窒素成分は、汚濁負荷中の炭素と結合して汚泥に変換され、微生物が増殖する可能性がある。

曝気槽での硝化を行うためには、窒素の硝化に必要な酸素を十分に供給する必要がある。曝気槽の溶存酸素濃度に対する要求ＤＯ＞２ｍｇ／Ｌは、ＢＯＤ、ＳＳの処理のみならず窒素の硝化を行うための必要条件であることを本発明者等は見出した。当然のことながら、システム全体でＢＯＤ、ＳＳの処理工程及び脱窒工程を含むことは論を待たない。

以上述べてきたように、ＢＯＤ汚泥負荷を下げれば余剰汚泥は減少する。しかし、種々の議論ではＢＯＤ汚泥負荷は０．２〜０．４程度で運転する(公害防止の技術と法規、水質編、通商産業省監修平成７年５訂：第１９３頁)事を推奨している。又、畜産環境アドバイザー養成研修会資料(畜産環境整備機構、平成１２年度：第８８頁)では０．１〜０．２程度で運転することを推奨している。

式(３)の計算からは、ＢＯＤ汚泥負荷は０．０７±０．０２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳ程度で運転すれば余剰汚泥は殆ど発生しない。

従来この様な運転が推奨されない理由は、次の(ａ)〜(ｅ)のように要約できる。
(ａ) ＢＯＤ汚泥負荷を減らす為に操業ＭＬＶＳＳを高くして運転すると沈澱槽での固液分離が困難になるからである。ＢＯＤ汚泥負荷を下げる他の方法は曝気槽でのＭＬＶＳＳを一定とする場合、曝気槽のＢＯＤ負荷を下げることで達成できる。しかし、この場合曝気槽の容積を大きくせねばならず建設コストが嵩むからだと考えられる。事実、多くの施設における曝気槽のＭＬＶＳＳは２〜４ｋｇ／ｍ³、ＢＯＤ汚泥負荷は０．１３〜０．２５ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳで運転されている。

このような操業を行っている施設では、汚泥発生率(ＳＵＰＳＳ／ＢＯＤ)は０．５を超える場合が多い。
(ｂ) 余剰汚泥が少ない操業が可能にもかかわらず、その様な操業を行わない他の理由は、操業ＭＬＶＳＳを高くすると、活性汚泥の内生呼吸(自己酸化)に使用される酸素量が増大し、曝気ブロアーの使用電力量によるランニングコストが嵩むためと思われる。しかし本発明者等の計算では、余剰汚泥の凝集に使用する凝集剤価格、脱水汚泥の処理費の方がブロアーの電力増加による価格増大より大きい。なお、高効率の散気管を使用すればブロアーの電力を増強しなくてもすむ施設が多い。
(ｃ) 多くの浄化システムにおいて曝気槽のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下で運転しているため、窒素の硝化が十分に行われていない。その理由として考えられるのは原水の窒素成分が低く(低濃度・高流量排水のため十分希釈されている)、慎重な処理を行わなくても排水基準を満たせるからだと考えられる。たとえ、窒素濃度が低くても、流量が多いため、窒素乾重量(窒素濃度×流量)は微生物の増殖にとって十分な量である。余剰汚泥とは、活性汚泥の増殖に原因がある。通常の活性汚泥法において、余剰汚泥が多い理由の一端は汚泥の不必要な増殖を可能にする酸素供給量の不足(汚泥の増殖に酸素が使用される)と思われる。言い換えると、窒素処理に必要な酸素量を供給していない結果と考えられる。
(ｄ) 活性汚泥処理は基本的に好気処理であるにもかかわらず、曝気槽の溶存酸素濃度(ＤＯ)を０．５ｍｇ／Ｌ以下にしている設備が多いのは、過曝気による汚泥フロックの崩壊と糸状菌の発生による沈澱槽での固液分離率の悪化を恐れているためと思われる。
(ｅ) 余剰汚泥が少ない操業が可能にもかかわらず、その様な操業を行わない他の理由は、余剰汚泥を発生させた方が設備業者にとって利益が大きいからだと推定される。余剰汚泥が多いと当然のことながら使用する凝集剤費用が増大する。

従来推奨されない運転条件にもかかわらず、曝気槽の溶存酸素濃度(ＤＯ)、曝気槽の運転時のＢＯＤ汚泥負荷を所定範囲にし、糸状菌発生抑制用の流動担体を導入し、窒素成分を硝化脱窒を行うことで汚泥の増殖を制限することにより余剰汚泥の発生を抑制することができることを知得し、本発明を完成するに至った。

よって、本発明の目的とするところは、上記課題を解決した有機物の処理方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕有機物と微生物との混合液中に、空気、酸素、又はこれらの混合物を導入して有機物と微生物との混合液の溶存酸素濃度(ＤＯ)を２ｍｇ／Ｌ以上、ＢＯＤ汚泥負荷を０．０７±０．０２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳに維持しながら有機物を生分解処理すると共に窒素成分を硝化処理する曝気工程と、硝化された窒素成分を有機物の存在下で嫌気処理する脱窒工程とを有することで、汚泥の発生量(乾重量)を投入原水ＢＯＤ乾重量の１５％以下に制限する有機物の処理方法。

〔２〕曝気工程における有機物と微生物との混合液の溶存酸素濃度(ＤＯ)を３ｍｇ／Ｌ以上に維持する〔１〕に記載の有機物の処理方法。

〔３〕曝気工程における有機物と微生物との混合液に糸状菌発生抑制用の流動担体を導入する〔１〕に記載の有機物の処理方法。

本発明の方法によれば、曝気工程における有機物と微生物との混合液の溶存酸素濃度(ＤＯ)、ＢＯＤ汚泥負荷を所定範囲にし、曝気工程、脱窒工程で窒素成分を硝化脱窒し、必要に応じ曝気工程における有機物と微生物との混合液に糸状菌発生抑制用の流動担体を導入することで高ＭＬＶＳＳ運転が可能になる。その結果、余剰汚泥の発生を抑制し、浄化槽における有機物処理のランニングコストを軽減することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の有機物の処理方法は、例えば以下の条件で行う。

(ａ) 曝気槽のＭＬＶＳＳと沈降率
余剰汚泥を減らそうとすれば、曝気槽のＭＬＶＳＳを高く運転すればよい事は式(３)から理論上明確である。

この場合、汚泥を系外に排出しないためには汚泥管理が重要になる。操業ＭＬＶＳＳを高くすると汚泥の沈降率が悪くなる。図２に曝気槽の濁度と沈降率の関係を表した実験データを示す。

ここでの沈降率は、メスシリンダーに曝気槽の溶液を１０００ｍＬ採取し２４時間静置後、上澄液の溶液全体に対する割合を表している。濁度とＭＬＶＳＳの関係は全ての浄化槽で必ずしも同じではないが、ＭＬＶＳＳ濃度１ｍｇ／Ｌは(１．６×濁度)ｍｇ／Ｌ程度である。このデータはサイクル１の回分式浄化槽で取得した。

図２の結果は、浄化槽が回分式である限りＭＬＶＳＳ濃度８ｋｇ／ｍ³(濁度５０００ｍｇ／Ｌ)程度で運転しても沈降率は５０％あり、固液分離に問題はないことを示している。

この浄化槽はＢＯＤ容積負荷を０．５ｋｇ／ｍ³に設定しているので式(３)で議論したＢＯＤ汚泥負荷(ＢＯＤ容積負荷／ＭＬＶＳＳ濃度)は０．０６ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳ程度であり、汚泥の発生率(ＳＵＰＳＳ／ＢＯＤ)は０．３以下である。

図２に示したデータは、養豚糞尿スラリー排水処理である。この施設では振動篩で前処理している。ＳＳ中の１０％程度が曝気槽の滞留時間(１５日)内では処理できない豚毛、食べかすである。

この養豚糞尿スラリー排水処理で処理できないＳＳはＢＯＤの２０％以上あり、このことを考えると当設備でのＳＵＰＳＳ／ＢＯＤ＝３０−２０＝１０％と推定できる。

連続処理の場合、沈澱槽の滞留時間内に、移送した溶液を汚泥と処理水とに分離する必要がある。図３に連続処理の場合の曝気槽の全有機炭素濃度(ＴＯＣ)と２４時間沈降率を示す。ＴＯＣは、株式会社島津製作所製ＴＯＣ−５０００を用いて測定した。

曝気槽のＴＯＣ濃度が上ると沈降率は悪くなる。曝気槽ＴＯＣとＭＬＶＳＳとの関係は凡そＭＬＶＳＳ濃度１ｋｇ／ｍ³に対し(２．５×ＴＯＣ)ｋｇ／ｍ³である。このデータを取得した設備の沈澱槽の滞留時間は３．５時間に設定している。当曝気槽の初期段階でのＭＬＶＳＳ濃度は５ｋｇ／ｍ³(ＴＯＣ２ｋｇ／ｍ³)、最終段階では１０ｋｇ／ｍ³(ＴＯＣ４ｋｇ／ｍ³)に達している。

また、この設備のＢＯＤ容積負荷は初期段階では０．５６ｋｇ／ｍ³であり、曝気槽のＢＯＤ汚泥負荷は０．１１ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳ、最終段階でのＢＯＤ容積負荷は０．８ｋｇ／ｍ³であり、ＢＯＤ汚泥負荷は０．０８程度になっている。この場合の汚泥引抜率(ＳＵＰＳＳ／ＢＯＤ)は０．１５以下である。

このように、曝気槽の操業ＭＬＶＳＳを通常の２倍程度で運転しても何ら問題は発生しない。それだけではなく、汚泥発生量は大幅に減少する。尚、原水中に含まれる全窒素濃度は初期段階で３．３ｍｇ／Ｌ、最終段階で５ｍｇ／Ｌであったが、処理水では１ｍｇ／Ｌ以下になっている。

(ｂ) 回分処理
養豚排水を最初沈澱槽で沈降させた上澄液を処理した結果を図４に示す。この実験の目的は、式(３)におけるＳＳ中に処理できない豚毛・食べかす等を取り除いた場合、汚泥を引き抜かなくても曝気槽が維持できるかどうかを知ることである。ここでの測定はＴＯＣ計を使用している。

ＴＯＣ計でＴＯＣとガラスフィルタを通したＴＯＣ(ＧＦと定義する)を原水、曝気槽溶液、処理水について測定する。図中の計算は、式(３)を使用した。実験データは式(３)によって説明できることを表している。

原水はＴＯＣが２５３５ｍｇ／Ｌ、ＧＦが１８５１ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤが２８００ｍｇ／Ｌ、ＳＳが１７００ｍｇ／Ｌであった。曝気槽のＴＯＣは２８８２ｍｇ／Ｌ、ＧＦは３８５ｍｇ／Ｌ、ＭＬＶＳＳは６２５０ｍｇ／Ｌであった。この場合、原水のＳＳ／ＢＯＤは０．６１、ＢＯＤ汚泥負荷は０．０５である。

この実験結果と式(３)を使用した計算結果が良い一致を示していることは、式(３)を使用して汚泥の収支を論じても大きな間違いが無いことを示している。図４に示されているように約４ヶ月間、曝気槽から汚泥を引き抜くことなく処理は維持できた。通常沈澱分離前の原水を使用した場合汚泥の引き抜きは避けられなかった。

当施設の概略図を図５に示す。図５の有機物処理施設２では、原水槽４に汚濁原水が受入れられ貯留される。この原水は固液分離機６に導入され、畜毛、食べかす等の粗ゴミが取り除かれる。粗ゴミが取り除かれた分離液は最初沈澱槽８に導入され、沈降しやすいＳＳが取り除かれた液は曝気槽１０に送られる。この液は、脱水機１２から戻される分離液と共に、曝気槽１０においてブロアー１４と散気管１６を通って酸素の供給を受けつつ好気条件で汚濁負荷が処理される。

曝気後の溶液は最終沈澱槽１８に導入され、汚泥と放流可能な上澄液に分離される。最終沈澱槽１８での沈澱物は、最初沈澱槽８での沈澱物と共に、汚泥溜槽２０に送られ一時貯留される。この汚泥溜槽２０中の汚泥は、凝集剤を添加すると共に脱水機１２に導入され、脱水汚泥にされる。

この脱水汚泥は、固液分離機６からの粗ゴミと共に固形分２２として堆肥舎２４に送られる。

この施設では、脱窒槽を設けていないが間歇曝気を行うことで硝化脱窒を確実に行っている。原水の全窒素は８００ｍｇ／Ｌであるが、処理水の全窒素は８０ｍｇ／Ｌ以下になっている。

(ｃ) 連続処理
処理できないＳＳ成分の少ない原水として牛乳排水を用いて行った有機物処理施設の概略図を図６に示す。図６の有機物処理施設３２では、原水槽３４に汚濁原水が受入れられ貯留される。この原水は、脱水機３８から戻される分離液及び沈澱槽４０での沈澱物と共に、調整兼脱窒槽３６に送られる。

沈澱槽４０での沈澱物には曝気槽４２で硝化された窒素成分が含まれる。調整兼脱窒槽３６においては前記窒素成分の脱窒を行うと共に、原水槽３４からの原水、脱水機３８からの分離液、沈澱槽４０からの沈澱物それぞれの流量調整を行う。脱窒された汚泥を含む液は曝気槽４２に送られ、ブロアー４４と散気管４６を通って酸素の供給を受けつつ好気条件で汚濁負荷が処理される。

曝気後の溶液は沈澱槽４０に導入され、汚泥と放流可能な上澄液に分離される。沈澱槽４０での沈澱物の一部は前記調整兼脱窒槽３６に送られ、残部は汚泥溜槽４８に送られ一時貯留される。沈澱槽４０溶液の沈降率の状態に応じ、沈澱物の調整兼脱窒槽３６への流量と汚泥溜槽４８への流量とがバルブ５０、５２で調整される。この汚泥溜槽４８中の汚泥は、凝集剤を添加すると共に脱水機３８に導入され、脱水汚泥にされる。この脱水汚泥は、固形分５４として堆肥舎５６に送られる。

この有機物処理施設３２での実験は、汚泥の減量化に流動担体の及ぼす影響を調査するため全く同じ処理フローで曝気槽に担体を入れた場合と入れない場合を比較した。投入した流動担体の容積は曝気槽液量の１０％以上２０％以下である。原水、曝気槽の測定値を表１に示す。

流動担体としては、ウレタン、ゴム、ポリエチレン等を用いることができる。本例では特に好ましい流動担体としてウレタンを用いているが、必ずしもウレタンである必要はない。

初期の段階では、曝気槽のＢＯＤ容積負荷は０．６ｋｇＢＯＤ／ｍ³、ＢＯＤ汚泥負荷は０．１１ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳ。最終段階でのＢＯＤ容積負荷は０．８ｋｇ／ｍ³であり、ＢＯＤ汚泥負荷は０．０８ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳ程度になっている。なおＳＳ／ＢＯＤは１〜１．２程度を維持している。

この様な曝気槽で引き抜いた汚泥量と投入した累積ＴＯＣ負荷量を図７に示す。

担体有りの場合、初期に引き抜かざるを得なかったのは、糸状菌による固液分離率が悪いためであり、所定の操業条件を満たしていると糸状菌の増殖が抑制され、汚泥の引き抜きは行っていない。

曝気槽のＭＬＶＳＳに大差がないにもかかわらず、担体がある場合引抜汚泥量が少ないのは担体中に生息する微生物濃度が溶液中に生息する微生物濃度より高いため、実質的な曝気槽の操業ＭＬＶＳＳが高く、自己酸化量が高いためと思われる。その傍証として同じ曝気システムにもかかわらず、曝気槽溶存酸素濃度を同じに保つためには担体有の曝気槽の曝気量は大きい。

それに対し、担体無しの場合、数日置きに汚泥を引き抜いており現在全投入ＢＯＤ量の２５％程度を引き抜いている。担体のない曝気槽で引抜汚泥量が多いのは、糸状菌が発生しているためと考えている。実際、顕微鏡で曝気槽の汚泥を調査すると糸状菌が観測される。言い換えると、担体を入れることで曝気槽で発生する糸状菌を抑制できる。

(ｄ) 溶存酸素
浄化処理においては、汚泥を減少させることは極めて重要な課題であるが、汚泥を減らした結果、処理水の品質が落ちれば元も子もなくなる。図８に曝気槽の溶存酸素濃度と処理水の品質の関係を示す。曝気槽の溶存酸素濃度(ＤＯ)を下げると明らかに処理水の品質が下がる。

長期間にわたる処理水の品質と曝気槽の溶存酸素濃度の関係を図９に示した。このグラフは曝気槽の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ毎に区切り、その間の処理水ＴＯＣ濃度の平均値を示している。ＤＯは、株式会社ダイセク製ＫＤＳ−２５を用いて測定した。

グラフから明らかなように、ＤＯを増やしてゆくと処理水の品質は良くなる。ＳＳの少ない溶液ではＢＯＤ濃度１ｋｇ／ｍ³に対し(０．５×ＴＯＣ)ｋｇ／ｍ³の関係が得られている。従って、放流水の品質をＢＯＤ＜５０ｍｇ／Ｌに維持しようとすれば曝気槽のＤＯ＞２ｍｇ／Ｌ、好ましくはＤＯ＞３ｍｇ／Ｌを維持する必要がある。

曝気槽を高ＤＯで操業しようとした場合、糸状菌が発生しやすいと言われている。前述したように、流動担体を曝気槽に導入すれば糸状菌の発生が抑えられる。回分式の曝気槽の場合、処理完了時の曝気槽のＤＯ値は２ｍｇ／Ｌを超えている。これらのことを考慮すれば、流動担体を導入した曝気槽で溶存酸素濃度を２ｍｇ／Ｌ以上に保てば糸状菌の発生を抑制しつつ、処理水の品質を落とすことなく汚泥の発生を抑制できる浄化システムが可能である。

汚泥の発生を制限しようとして、曝気槽を高ＭＬＶＳＳで運転すると、活性汚泥の内生呼吸に必要な酸素量が増大し、設計段階でこの事を考慮していないと酸素不足に陥る。実際の浄化槽では設計段階で操業ＭＬＶＳＳを決定し、必要酸素量を算定する。しかし、従来の浄化槽の運転では操業が始まると自然と負荷量が増大(より多くの排水を処理しようとする)し、操業ＭＬＶＳＳが高くなり、結果的に酸素不足に陥いる事になる施設が多い。

このような場合、酸素供給効率のよい散気管を使用すればブロアーの増強を行わなくても対応できる場合が多い。

活性汚泥法は、浄化槽内で活性汚泥の増殖と自己酸化(内生呼吸)を繰り返しながら曝気槽内の活性汚泥量を制御する事で成立しているシステムである。従って、増殖と自己酸化のバランスが崩れると正常な処理が出来なくなる。言い換えると、自己酸化が増殖を超えると汚泥量が減少し、ＢＯＤが処理出来なくなるし、増殖が自己酸化を超えると汚泥を引き抜かざるを得なくなる。このプロセスは酸素を必要とするプロセスである。

(ｅ) 窒素の影響
前に述べたように、活性汚泥法は汚泥の増殖と自己酸化によって浄化槽内の汚泥量を制御するシステムである。汚泥の増殖にはＢＯＤのみならず窒素が必要である。原排水に含まれる全窒素とＢＯＤの割合は排水毎に異なる。窒素成分の低い排水では汚泥を引き抜き過ぎると汚泥不足に陥り、ＢＯＤ処理が順調に行えなくなる。

他方、窒素成分の多い排水を処理する時、増殖に必要な窒素成分が十分にあるため活性汚泥の増殖が際限なく行われ大量の汚泥が発生することになる。汚泥の発生を制御しようとすれば窒素処理を行わざるを得ない。

図１０に意識的にアンモニアを投入して汚泥の増殖を調べた結果を示す。この施設での原水のＢＯＤ／ＴＮ比は１０以上であるが、ＢＯＤ／ＴＮ比が６±１になるように原水にアンモニアを投入している。ＢＯＤ／ＴＮ比が１０以上であれば曝気槽内の汚泥の増殖は観測されなかったが、ＢＯＤ／ＴＮ比を６±１にすると汚泥の増殖が始まり、曝気槽のＤＯが１ｍｇ／Ｌ以下に下がり、投入したアンモニアの処理が滞ってきた。ＴＮは、株式会社オリオン製Ｍｏｄｅｌ９２０Ａを用いてアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素と硝酸態窒素を測定し、その合計とした。又、計量会社に依頼し直接ＴＮを測定したりしている。

アンモニアを付加し始めて６０日後にアンモニアの付加を停止すると、汚泥の増殖は止まり、ＤＯ＞２ｍｇ／Ｌを維持でき、曝気槽内でのアンモニア濃度は大幅に減少した。このことから、汚泥を制御しようとすれば窒素の処理(硝化・脱窒)が完結出来るようにシステムを構成する必要がある。

図１０には、曝気槽内ＴＯＣと式(３)による計算を比較している。ＢＯＤ／ＴＮ比が６±１ではα＝０．４５を選ぶと測定結果と合致した。しかし、ＢＯＤ／ＴＮ比を１０±１にするとα＝０．３５に下がることが分かる。言い換えると曝気槽内に余剰の窒素が存在すれば、余剰汚泥が多くなる。余剰汚泥の発生を抑制しようとすれば、窒素の硝化脱窒を行う必要がある。

以上述べてきた事をまとめると次のように結論できる。

ＳＳ中に含まれる処理できないＳＳは余剰汚泥として引き抜かざるを得ない。その上に立って、余剰汚泥を減量することは可能である。その方法は
(１) 曝気槽の溶存酸素濃度(ＤＯ)をＤＯ＞２ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは３ｍｇ／Ｌ以上に維持する。
(２) 曝気槽の運転時のＢＯＤ汚泥負荷(ＢＯＤ／ＭＬＶＳＳ)を０．０７±０．０２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳ付近で運転する。
(３) 窒素成分を硝化脱窒を行うことで汚泥の増殖を制限する。
(４) 流動担体を導入することで、糸状菌の発生を抑制する。
とまとめられる。

以上のことから、有機物と微生物との混合液中に、空気、酸素、又はこれらの混合物を導入して曝気槽の混合液の溶存酸素濃度(ＤＯ)を２ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは３ｍｇ／Ｌ以上、ＢＯＤ汚泥負荷を０．０７±０．０２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳに維持しながら有機物を生分解処理すると共に窒素成分を硝化処理する曝気工程と、有機物と微生物との混合液のＢＯＤ／ＴＮ比を１０以上に維持しながら窒素成分を嫌気処理する脱窒工程とを繰り返し、必要に応じ曝気工程における有機物と微生物との混合液に糸状菌発生抑制用の流動担体を導入することにより、汚泥の増殖を制限でき、安定した有機物の処理ができる。以上の条件によれば、汚泥の発生量(乾重量)を投入原水ＢＯＤ乾重量の１５％以下に制限できる。

以下、本発明を実施例により、具体的且つ詳細に説明するが、本発明は実施例により限定されるものではない。

実施例１
図６に示す有機物処理装置を用いて、処理対象有機物の牛乳排水について、１８０日間、以下の処理条件で有機物の処理を行った。

調整兼脱窒槽３６に貯留された微生物液に処理対象有機物の牛乳排水(ＢＯＤ１０００ｍｇ／Ｌ、ＴＮ３０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ／ＴＮ比３３、ＴＯＣ３００ｍｇ／Ｌ)を原水槽３４から流量４００ｍ³／日で投入した。

なお、流動担体としてのウレタンが曝気槽液量に対して２０容積％投入されている。

曝気槽４２に貯留された微生物液８００ｍ³(ＢＯＤ容積比０．５ｋｇＢＯＤ／ｍ³、ＢＯＤ汚泥負荷０．０６ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳ)に調整兼脱窒槽３６の溶液を流量８００ｍ³／日で投入した(返送汚泥量４００ｍ³／日)。

曝気槽４２では、ブロアー４４から曝気槽４２底部に空気を散気管４６を通して微細気泡とし、曝気量を８００〜１０００ｍ³／時間の範囲内で適宜調節して導入し、曝気槽４２内の微生物液のＤＯを２〜３ｍｇ／Ｌに保った。

曝気後の溶液を沈澱槽４０に流量８００ｍ³／日で導入し、汚泥と放流可能な上澄液に分離した。

沈澱槽４０での沈澱物は、調整兼脱窒槽３６への返送分の流量と、汚泥溜槽４８への送液分の流量とを有機物の処理状態に応じて(曝気槽４２内の微生物液のＢＯＤ汚泥負荷を０．０７±０．０２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳに維持)適宜調節した。なお、調整兼脱窒槽３６への返送分だけでは不足する場合は、汚泥溜槽４８に貯留された汚泥により、その不足分を補充した。

以上の有機物処理の結果、有機物の処理状態は安定に保たれ、汚泥溜槽４８に貯留された汚泥が増加することなく、即ち汚泥の増殖を制限でき、安定した有機物の処理ができた。

α＝０．４、β＝０．０３、γ＝０．４の場合の余剰汚泥量の投入ＢＯＤに対する割合(ＳＵＰＳＳ／ＢＯＤ)を、投入原水中のＳＳの投入ＢＯＤに対する割合(ＳＳ／ＢＯＤ)をパラメーターとして計算した結果を示すグラフである。曝気槽の濁度と沈降率の関係を表した実験データを示すグラフである。連続処理の場合の曝気槽の全有機炭素濃度(ＴＯＣ)と２４時間沈降率を示すグラフである。養豚排水を最初沈澱槽で沈降させた上澄液を処理した結果を示すグラフである。養豚排水を最初沈澱槽で沈降させた上澄液を処理する施設の一例を示す概略図である。処理できないＳＳ成分の少ない原水として牛乳排水を用いて行った有機物処理施設の一例を示す概略図である。曝気槽で引き抜いた汚泥量と投入した累積ＴＯＣ負荷量を示すグラフである。曝気槽の溶存酸素濃度と処理水の品質の関係を示すグラフである。長期間にわたる処理水の品質と曝気槽の溶存酸素濃度の関係を示すグラフである。曝気槽内にアンモニアを投入して処理した汚泥について、処理日数を横軸とした推移を示すグラフである。

符号の説明

２、３２有機物処理施設
４、３４原水槽
６固液分離機
８最初沈澱槽
１０、４２曝気槽
１２、３８脱水機
１４、４４ブロアー
１６、４６散気管
１８最終沈澱槽
２０、４８汚泥溜槽
２２、５４固形分
２４、５６堆肥舎
３６調整兼脱窒槽
４０沈澱槽
５０、５２バルブ

Claims

有機物と微生物との混合液中に、空気、酸素、又はこれらの混合物を導入して有機物と微生物との混合液の溶存酸素濃度(ＤＯ)を２ｍｇ／Ｌ以上、ＢＯＤ汚泥負荷を０．０７±０．０２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＶＳＳに維持しながら有機物を生分解処理すると共に窒素成分を硝化処理する曝気工程と、硝化された窒素成分を有機物の存在下で嫌気処理する脱窒工程とを有することで、汚泥の発生量(乾重量)を投入原水ＢＯＤ乾重量の１５％以下に制限する有機物の処理方法。
曝気工程における有機物と微生物との混合液の溶存酸素濃度(ＤＯ)を３ｍｇ／Ｌ以上に維持する請求項１に記載の有機物の処理方法。
曝気工程における有機物と微生物との混合液に糸状菌発生抑制用の流動担体を導入する請求項１に記載の有機物の処理方法。