JP2003010874A - 有機性汚水の高速生物処理方法及び装置 - Google Patents

有機性汚水の高速生物処理方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 砂などの微細固体粒子を利用した有機性汚水
の高速生物処理方法及び装置を提供する。 【解決手段】 生物処理槽中で生物膜を付着せしめた微
細固体粒子を流動させながら有機性汚水を生物処理した
のち、該生物処理槽から微細固体粒子含有生物処理水を
流出せしめ、該生物処理槽中で生物膜を付着せしめた微
細固体粒子を流動させながら生物処理したのち、該生物
処理槽から微細固体粒子含有生物処理水を流出せしめ、
該生物処理水にすくなくとも高分子凝集剤を添加して微
細固体粒子を取り込んだ凝集フロックを形成させた後、
凝集沈殿して清澄処理水を得るとともに、沈殿汚泥から
微細固体粒子を回収し、前記生物処理槽に返送すること
を特徴とする有機性汚水の処理方法、及びその装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種有機性汚水
(下水、産業排水等)の高速生物処理方法及び装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来より、有機性汚水の代表的生物処理
として、活性汚泥法が適用されている。しかし、活性汚
泥法は生物処理速度が小さく、かつ活性汚泥の沈降速度
が小さいために、生物処理槽及び沈殿槽として容積及び
設置面積が大きいものを必要とするという問題があっ
た。また、その操業に際してはその条件により沈殿槽か
ら活性汚泥微細粒子が処理水に流出し、処理水SS及び
BODを悪化させる問題が起き易かった。
【0003】以前から、上部に砂の沈降分離部を配置し
た生物処理槽に砂を添加し、これをエアリフトによって
循環流動させながら、生物膜を砂の表面に付着させて、
高負荷で生物処理する方法(流動媒体生物処理法)も知
られていた。しかしこの技術は、生物処理槽から砂が処
理水に流出するトラブルが非常に起き易いこと、生物処
理水中の微細生物粒子が沈降しにくく、その処理水SS
が活性汚泥法の処理水SSよりも悪くなるという問題が
あったため、実用化例は少なく、現在は見捨てられた技
術になっていた。
【0004】また、例えば、文献微粒砂を利用した超
高速凝集沈殿処理;第37回下水道研究発表会要旨集、
p243−245(2000)、特開公報;「凝集処
理方法」には、懸濁質を含有する河川水、湖沼水等の凝
集沈殿処理を行う場合、原水に砂、マグネタイトなどの
比重が大きい微細粒径の固体粒子と凝集剤を添加し、微
細固体粒子を錘として取り込んで沈降性が非常に増加し
たフロックを、高速度で凝集沈殿する凝集沈殿方法が開
示されている。しかし、この技術は単に懸濁水の凝集沈
殿という物理化学的な単位操作を高速化する技術に過ぎ
ず、生物処理とは関係が無い技術であった。またこの方
法では、砂などの鉱物粒子を取り込んだ凝集沈殿汚泥か
ら鉱物粒子をサイクロンによって回収し、凝集沈殿対象
原水に返送してフロックの錘として再利用する技術が示
されているが、砂などの鉱物粒子は、単に凝集沈殿工程
の凝集フロックの錘としてだけしか利用されていず、生
物処理とは全く無関係な利用法にとどまっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機性汚水
の生物処理において、砂、ガーネット、マグネタイト、
鉄粉などの比重が2以上で粒径が数100μm以下の微
細固体粒子を新規な態様で利用することによって、生物
処理及び沈殿処理の両者を高速化した新規高速生物処理
法及び装置を提供するものである。本発明によれば、従
来の流動媒体生物処理法の前記問題点も解決できる。
【0006】すなわち、本発明は、砂などの微粒子固体
粒子に、「生物膜付着担体としての役割及び凝集フロッ
クの錘物質としての役割」の複合機能を付与させるとい
う、新規技術思想によって高速生物処理技術を確立し
た。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段を
用いることによって、上記の課題を解決することができ
た。 (1)生物処理槽中で生物膜を付着せしめた微細固体粒
子を流動させながら有機性汚水を生物処理したのち、該
生物処理槽から微細固体粒子含有生物処理水を流出せし
め、該生物処理水に少なくとも高分子凝集剤を添加して
微細固体粒子を取り込んだ凝集フロックを形成させた
後、凝集沈殿して清澄処理水を得るとともに沈殿汚泥を
分離し、該沈殿汚泥から微細固体粒子を回収し、前記生
物処理槽に返送することを特徴とする有機性汚水の処理
方法。 (2)有機性汚水の供給管、空気吹込管、微細固体粒子
供給管及び生物処理水排出管が付設され、槽内が生物膜
を付着せしめた微細固体粒子を流動させるエアリフト部
と該微細固体粒子を沈降させる沈降分離部に区画された
生物処理槽と、微細固体粒子含有生物処理水の高分子凝
集剤による凝集槽と、微細固体粒子を取り込んだ凝集フ
ロックの凝集沈殿装置と、凝集沈殿装置からの沈殿汚泥
より汚泥と微細固体粒子の分離、回収のための分離装
置、回収した微細固体粒子を生物処理槽へ送る返送管と
を有することを特徴とする有機性汚水の高速生物処理装
置。
【0008】
【発明の実施の形態】以下に記述の煩雑を避ける為、微
細固体粒子の代表として、微細粒径の砂を利用した場合
を例に挙げて説明する。図1は、本発明の高速生物処理
方法の一実施例を示す工程図である。下水などの有機性
汚水(原水)1を生物処理槽2の底部に流入させ、同槽
内を上方に流れるようにすると共に空気が曝気されて、
生物処理が行われる。生物処理槽2には微細砂3が投入
され、原水1の上向流及び空気4の曝気によって引き起
こされる水流によって槽内を流動している。なお、5は
中空円筒状のエアリフト管であり、この管内に空気4が
供給されることにより、原水1が管内を上向流として流
れ、その後エアリフト管5の外側を下降することによ
り、槽2内に原水1の循環流を形成する。この状態でし
ばらく運転を続けると微細砂3の表面に生物膜が自然増
殖して付着するようになる。微細砂3の粒径は、過度に
大きいと生物膜が付着しにくく、過度に小さいと後続す
る凝集沈殿工程の沈降速度を大きくしにくいので、10
〜300μmの粒径範囲のものが好適である。
【0009】また、砂粒子3の生物処理槽2への添加量
として好適な範囲は、生物処理槽2の容積の5〜6%程
度で充分である。これ以上にすると、砂粒子3の流動化
エネルギーが増加し、少なすぎると生物処理槽2内の微
生物膜量が少なくなり、生物処理速度が小さくなる。な
お、本発明における生物膜を付着させた微細砂3などの
微細固体粒子を流動させながら生物処理する工程として
は、好気性生物処理(BOD除去、硝化)、嫌気性生物
学的脱窒素処理、無酸素生物処理のどれでも適用でき
る。
【0010】図1のように、生物処理槽2の流出部に沈
降分離部6を設け、この沈降分離部6の分離速度を適度
に設定し沈降分離部6から、投入砂3の中で粒径が小さ
い生物膜付着砂と浮遊微生物粒子及び原水中に含まれて
いたSSの3者を、意図的に生物処理水に含有させて流
出させるようにする。生物処理水に流出させる砂3の濃
度は、2000〜4000mg/リットルが好適であ
る。少なすぎると凝集沈殿のフロック沈降速度が大きく
できず、多すぎると高分子凝集剤7の所要量が増加する
ので経済的でない。なお、8は凝集槽である。
【0011】次にこの微細砂3含有生物処理水に少なく
とも高分子凝集剤7(リン、CODを除去する場合は無
機凝集剤9と高分子凝集剤7を併用することが好まし
い)を添加し数分間攪拌すると、微細砂3を取り込んだ
沈降性が非常に大きいフロックが形成される。これを凝
集沈殿装置11に流入させると、沈降分離速度1m/m
in以上の超高速度で沈殿分離することができ、微細砂
3を全く含まない清澄な処理水12が流出する。
【0012】有機高分子凝集剤8(ポリマ)のタイプと
しては、無機凝集剤9を併用しない場合はカチオン性、
両性が好適であり、無機凝集剤9を併用する場合はアニ
オン性、ノニオン性、両性のポリマが適している。ポリ
マ注入率は0.5〜3mg/リットル程度で十分であ
る。無機凝集剤9の適正添加率は、原水1の水質(特に
リン濃度、COD濃度)によって変化するが、下水を本
発明によって処理する場合は、PACでは100〜20
0mg/リットル、塩化第2鉄では50〜100mg/
リットル程度である。
【0013】しかして、凝集沈殿装置11の底から砂3
が共存した凝集沈殿スラッジ13をポンプ14で引抜
き、液体サイクロン15に供給して微細砂3を分級して
回収し、生物処理槽2にリサイクルする。液体サイクロ
ン15を通過させても、微細砂3から生物膜が完全に剥
離することはないので、生物処理槽2に返送すると、有
機性汚水中のBODを除去するのに直ちに貢献する。な
お微細固体粒子としてマグネタイト、鉄粉などの磁性粒
子を適用する場合は、サイクロン15の代わりに磁気分
離装置によって回収することができる。
【0014】液体サイクロン14で砂3が除去された汚
泥16は、汚泥脱水処理などの汚泥処理工程に供給して
処理する。別の方法としては、液体サイクロン15等で
砂が除去された汚泥16に対し、オゾン処理、超音波処
理、加熱処理、ミル破砕処理などの生物汚泥可溶化処理
を行って、生物性汚泥の生分解性を向上させた後、生物
処理槽2に供給すると生物汚泥が生物分解されるので、
余剰生物汚泥の発生量を大幅に減少できる。
【0015】なお、砂含有生物処理水中のリンあるいは
難生分解性CODを凝集除去するために、無機凝集剤9
を添加した場合には、可溶化手段としてオゾン処理が最
も好ましい。なぜなら、無機凝集剤9の添加によって水
酸化アルミニウム、水酸化鉄フロックに吸着されて除去
されたCOD成分が、オゾン処理によって酸化され生分
解性向上するので、これを生物処理槽2に供給するとC
ODが生物分解を受けて除去されるからである。
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこの実施例により何等制限されるもので
はない。
【0017】実施例1 下水処理を例に挙げて説明する。下水(平均水質:水温
22℃、pH7.2、SS150mg/リットル、BO
D120mg/リットル)を、図1のフロー図にしたが
って処理した。生物処理槽に添加する微細砂粒子として
は、粒径20〜300μmの砂を使用した。生物処理槽
及び凝集沈殿工程の処理条件は、次の第1表に示すよう
に設定した。
【0018】
【表1】
【0019】運転開始後10日後に砂を生物処理槽から
取り出して顕微鏡観察したところ、生物膜が砂の表面に
付着しているのが観察されたので、14日後から凝集沈
殿処理水の水質分析を始めた。運転は3ヶ月行った。次
の第2表に運転開始後の経過日数と処理水水質の関係を
示す。
【0020】
【表2】
【0021】比較例1 実施例1において高分子凝集剤を添加しない場合は、凝
集沈殿槽で生物処理槽から流出した微細SSが沈殿せ
ず、処理水に多量に流出し、処理水SSは85〜120
mg/リットルと非常に悪い水質であった。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、下記のような優れた効
果を生じる。 (a)砂などの微細固体粒子の機能として、生物膜を付
着させた状態で流動させて生物処理する工程の生物膜付
着担体、及び凝集沈殿工程のフロックの錘材の2つの機
能を付与したので、生物処理槽の微生物濃度を高くでき
生物反応速度が増加し、また生物処理水の沈殿工程のフ
ロック沈降速度を大きくできる。この結果、生物処理槽
及び沈殿槽の所要容積、設置面積を大幅に縮小でき、狭
い敷地でも汚水処理設備を設置でき、建設費も減少す
る。特に、沈降分離部と凝集沈殿装置の面積が小さくて
もよく、通常の活性汚泥法の沈殿池と比較にならない位
小さくてよい。
【00023】(b)生物処理槽から意図的に砂などの
微細固体粒子を流出させて、凝集沈殿工程のフロックの
錘として利用するので、従来の流動媒体生物処理法の問
題であった、媒体流出トラブルは根本的に解決される。
逆に、流出させた微細固体を沈殿分離の高速化に利用で
きる。 (c)砂含有生物処理水を凝集沈殿することによって、
「処理水SSが活性汚泥法よりも多くなる」という、従
来の媒体流動生物処理法の問題点を完全に解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機性汚水の高速生物処理方法の一実
施例の工程図である。
【符号の説明】 1 有機性汚水(原水) 2 生物処理槽 3 微細砂 4 空気 5 エアリフト管 6 沈降分離部 7 生物処理水 8 高分子凝集剤 9 無機凝集剤 10 凝集槽 11 凝集沈殿装置 12 処理水 13 凝集沈殿スラッジ 14 ポンプ 15 液体サイクロン 16 汚泥
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D003 AA12 AB03 CA03 EA14 EA22 EA23 4D015 BA05 BA22 BB05 BB12 CA02 DA04 DC06 DC07 DC08 EA02 FA02 FA11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生物処理槽中で生物膜を付着せしめた微
    細固体粒子を流動させながら有機性汚水を生物処理した
    のち、該生物処理槽から微細固体粒子含有生物処理水を
    流出せしめ、該生物処理水に少なくとも高分子凝集剤を
    添加して微細固体粒子を取り込んだ凝集フロックを形成
    させた後、凝集沈殿して清澄処理水を得るとともに沈殿
    汚泥を分離し、該沈殿汚泥から微細固体粒子を回収し、
    前記生物処理槽に返送することを特徴とする有機性汚水
    の処理方法。
  2. 【請求項2】 有機性汚水の供給管、空気吹込管、微細
    固体粒子供給管及び生物処理水排出管が付設され、槽内
    が生物膜を付着せしめた微細固体粒子を流動させるエア
    リフト部と該微細固体粒子を沈降させる沈降分離部に区
    画された生物処理槽と、微細固体粒子含有生物処理水の
    高分子凝集剤による凝集槽と、微細固体粒子を取り込ん
    だ凝集フロックの凝集沈殿装置と、凝集沈殿装置からの
    沈殿汚泥より汚泥と微細固体粒子の分離、回収のための
    分離装置、回収した微細固体粒子を生物処理槽へ送る返
    送管とを有することを特徴とする有機性汚水の高速生物
    処理装置。
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