JP2003260491A - 有機性汚水の生物処理方法及び装置 - Google Patents

有機性汚水の生物処理方法及び装置

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chlorine dioxide
biological
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Katsuyuki Kataoka
克之 片岡
Toshihiro Tanaka
俊博 田中
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  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化塩素を利用する新規余剰汚泥減量化シ
ステムを提供する。 【解決手段】 有機性汚水を生物処理により浄化する技
術であって、該生物処理工程の生物汚泥の一部に、二酸
化塩素(ClO2)を添加し汚泥を酸化したのち、該酸
化汚泥を前記生物処理又は別個の生物処理工程に供給す
ることを特徴とする有機性汚水の生物処理方法、並び
に、生物処理装置4からの汚泥の少なくとも一部を二酸
化塩素(ClO2)10により酸化する汚泥再基質化槽
9と、汚泥再基質化槽9で酸化された汚泥を生物処理装
置4または別個の生物処理装置へ供給する送液路とを有
することを特徴とする有機性汚水の生物処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は下水、産業排水など
の有機性汚水を、生物学的に処理する工程から発生する
余剰汚泥量をゼロにできる新規技術に関する。
【0002】
【従来の技術】下水等の有機性汚水の活性汚泥処理施設
から、大量の有機性汚泥(余剰汚泥、生汚泥など)が毎
日発生しており、日本全体で年間500万トンを上回
る。余剰汚泥は難脱水性であるため、多量の脱水助剤
(ポリマーなど)を添加し汚泥脱水機で水分85%程度
に脱水し、脱水ケーキを埋立処分するか、又は焼却処分
しているが、脱水助剤コスト、脱水ケーキの埋立場所不
足、焼却灰の処分場所の不足、焼却設備費、焼却用重油
コストの高さなどの多くの問題点を抱えている。このた
め、余剰汚泥の処理処分が最大の問題点になっている
【0003】このような問題を解決するため、オゾンを
利用した余剰汚泥減量化法が知られている。この技術
は、有機性汚水の活性汚泥処理工程から、余剰汚泥発生
量より多い量の活性汚泥を引き抜きオゾン酸化した後、
そのまま活性汚泥処理工程に返送する方法である。オゾ
ンの代わりに過酸化水素と鉄イ才ンを併用したフェント
ン反応を利用する方法や次亜塩素酸塩を使用する方法も
公知である。
【0004】その他に、汚泥をアルカリ剤で加水分解さ
せて汚泥の生分解性を向上させる方法がある。アルカリ
法による余剰汚泥発生量削減技術は、活性汚泥処理工程
から汚泥の一部を引抜いて、苛性ソーダなどのアルカリ
剤を添加して汚泥を可溶化した後、活性汚泥曝気槽に返
送する方法である。
【0005】また、汚泥を加熱して細胞を破壊する方法
(水環境学会誌、21巻6号p360−:好熱性微生物
を利用した余剰汚泥が発生しない活性汚泥プロセス)、
汚泥をミルで破砕する方法、汚泥を高圧ポンプ吐出口に
設けた内径1−2mm程度のノズルから、板に対して高
速噴射するウォータジェット法(麻生他;汚泥減量化シ
ステムの基礎検討;第37回下水道研究発表会講演集p
482−484、2000年)などが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来の
技術には次の様な欠点があった。 a:オゾン法は、設備費が高額なオゾン発生器が必要で
ある。 b:オゾンの代わりに次亜塩素酸塩を使用する方法は、
トリハロメタンなどの有害有機塩素化合物が生成する。
また硝化菌がダメージを受け、硝化反応が悪化しやすい
問題がある。 c:過酸化水素と鉄イオンを利用する方法は、水酸化鉄
汚泥が多量に発生してしまう。 d:アルカリ可溶化法は、処理水の色度が増加する。 e:コロイドミル破砕法は、ミルの設備費及びミルの動
力費が高額で、オゾン法、アルカリ可溶化法よりも大幅
に不利である。 f:加熱法は、汚泥加熱費が高額であり、ボイラも必要
であり、廃熱を回収するための熱交換器にスケールトラ
ブルが起きやすい。 g:高圧ポンプ噴射法は、汚泥の減量化率が高くない。
高圧ポンプが必要であるため、消費動力が大きく、省エ
ネルギ的でない。活性汚泥中の異物(毛髪等)によっ
て、高圧ポンプ吐出口の口径がmmオーダのノズルでは頻
繁に目づまりを生じる。
【0007】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、従来知られていなかった二酸化塩
素を利用する新規余剰汚泥減量化システムを提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来技術
の欠点を解決するために、従来の汚泥削減技術で採用さ
れているオゾン、過酸化水素、次亜塩素酸塩以外の、よ
り効果的な酸化剤を種々探索した結果、二酸化塩素が汚
泥減量化のための汚泥酸化剤として、次亜塩素酸塩より
も格段に有効であり、かつ硝化反応も阻害せず、トリハ
ロメタンも生成しないため、処理水質の安全性が高いこ
とを見出して本発明を完成するに至った。
【0009】すなわち、本発明は次の構成からなるもの
である。 (1)有機性汚水を生物処理により浄化する方法におい
て、該生物処理工程の生物汚泥の一部に、二酸化塩素
(ClO2)を添加し汚泥を酸化したのち、該酸化汚泥
を前記生物処理又は別個の生物処理工程に供給すること
を特徴とする有機性汚水の生物処理方法。 (2)有機性汚水を生物処理する生物処理装置を有する
有機性汚水の生物処理装置において、該生物処理装置か
らの汚泥の少なくとも一部を二酸化塩素(ClO 2)に
より酸化する汚泥再基質化槽と、該汚泥再基質化槽で酸
化された汚泥を前記生物処理装置または別個の生物処理
装置へ供給する送液路とを有することを特徴とする有機
性汚水の生物処理装置。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様を図面に
基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するため図
1及び図2において、同一機能を有する構成要素は同一
符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0011】図1に、本発明を有機性汚水の活性汚泥処
理施設に適用した構成例を示す。すなわち、有機性汚水
たる原水1を、好気性微生物によって浄化する脱窒素槽
2及び硝化槽3を含む生物処理装置4、生物処理装置4
の後段の微生物固液分離工程である沈殿槽5を組み込ん
だ有機性汚水の生物処理装置において、余剰汚泥6の一
部を返送汚泥7として有機性排水1の供給管へ返送する
配管と、引き抜き余剰汚泥6の残部をポンプ(図示省
略)によりポンプ吸引管8を経て汚泥再基質化槽(以
下、単に再基質化槽ともいう)9へ吸引し、二酸化塩素
10を供給して汚泥を酸化し、この酸化汚泥を有機性汚
水1の生物処理装置4への供給管へ返送するように構成
されている。
【0012】図1の原水1を好気性微生物によって浄化
する活性汚泥処理による生物処理工程4(生物脱リン
法、生物学的硝化脱窒素法のように嫌気部、無気部を付
帯するものも含む意味)の沈殿槽5の沈澱汚泥6の少な
くとも一部を引き抜き、本発明の汚泥再基質化(汚泥6
の生分解性を向上させることを意味する)工程9に導入
する。
【0013】再基質化槽9に二酸化塩素10を添加して
所定時間撹拌し、汚泥6を酸化する。この結果、微生物
の細胞壁が二酸化塩素10の酸化作用によって損傷を受
け、微生物が死滅する結果、顕著に汚泥6の生分解性が
向上し、再基質化することが認められた。二酸化塩素1
0の殺菌作用は、微生物細胞のサイトプラズム(ペプチ
ドグリカン層の薄いグラム陰性菌では、この外膜と細胞
質膜の間をペリプラズム画分が埋めている。細胞質膜の
内側をサイトプラズムと言う)中の必須アミノ酸と反応
して細胞組織を破壊するものと推定できる。
【0014】二酸化塩素10は化学式ClO2で表さ
れ、塩素元子を分子内に含んでいるが、塩素、次亜塩素
酸塩とは性質が全く異なり、次の特徴がある。 1:塩素臭はほとんど無く、有機物を含有する水に添加
しても有害なトリハロメタンを生成することがない。す
なわち、塩素(Cl2)、次亜塩素酸塩(NaClO)
の酸化力は、対象物質の塩素化作用に起因しているのに
対し、二酸化塩素はClO2分子のまま電子レベルで酸
化するので、有機塩素化合物がほとんど生成しない。 2:塩素、次亜塩素酸塩は、水中のアンモニウムイオン
と反応して、クロルアミンを生成して酸化力が減少して
しまうのに対し、二酸化塩素10はアンモニウムイオン
と反応しない。したがって、原水にアンモニア性窒素が
含まれる下水などの有機性汚水処理の汚泥再基質化処理
に次亜塩素酸塩を添加しても、汚泥の再基質化効果が少
ないが、二酸化塩素10はアンモニウムイオンの妨害を
受けないので、汚泥6を確実に殺菌でき、再基質化効果
が大きいことが認められた。
【0015】なお、曝気槽、硝化槽3、脱窒素槽2、嫌
気槽などの生物処理槽(装置)4から、直接ポンプ吸引
して二酸化塩素を添加しても同じ効果がある。(ただし
生物処理槽4の汚泥濃度は沈殿汚泥6よりも希薄である
ので、汚泥流量を増加させる必要がある)。
【0016】本発明において、二酸化塩素10の添加は
不可欠であるが、他の酸化剤、たとえば過硫酸、過硫酸
ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、オ
ゾン、過マンガン酸カリウム、過炭酸、過酸化水素、過
酢酸などの塩素系酸化剤以外の酸化剤を併用しても差し
支えない。
【0017】しかして、二酸化塩素10による再基質化
処理汚泥を、汚水処理の脱窒素槽2に流入させたあと、
硝化槽3に流入させ、活性汚泥の存在下で生物処理する
と、再基質化汚泥(以下、改質汚泥とも称する)が脱窒
素菌の有機炭素源(水素供与体)として利用される過
程、および硝化槽3の活性汚泥(好気性微生物)によっ
て、炭酸ガスと水に酸化され無機化することが認められ
た。再基質化汚泥を基質として増殖した活性汚泥量は、
改質汚泥SS量を100とすると約70の比率であっ
た。したがって、本発明の再基質化槽9に供給する汚泥
のSS量を、本発明適用前の生物処理施設(図2におい
て汚泥再基質化槽9を除去したもの)の余剰汚泥発生量
の約3倍量とすることによって、余剰汚泥発生量をほぼ
ゼロにすることができる。
【0018】なお、図1では改質汚泥を有機性排水1の
脱窒素槽2に返送する例を示したが、図2のように改質
汚泥を、別個に設けた曝気槽11に供給して、原水1の
浄化工程とは切り離して、汚泥の減容化を行うようにし
てもよい。
【0019】二酸化塩素10が、塩素または次亜塩素酸
ソーダと異なり、硝化菌の活性を阻害しない理由は明確
ではないが、殺菌機構が違うためではないかと思われ
る。
【0020】なお、二酸化塩素は保存性が劣るので、現
場でオンサイトで製造する。製造法は、たとえば亜塩素
酸ソーダと塩酸を反応させ、次の化学式で示される反応
によって二酸化塩素を生成させ、これを汚泥に添加する
方法が好適である。
【0021】
【化1】
【0022】
【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。
【0023】実施例1 図1の工程にしたがって、原水1として団地下水(水質
を第1表に示す)を対象に本発明の実証試験を行った。
第2表に試験条件を示す。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】実験の結果、運転開始後2ヶ月後に処理状
況が安定状態になってから、下水処理水質の平均値は、
第3表第1欄のように高度にSS、BOD、T−Nが除
去されていた。第3表第2欄は、本発明の汚泥再基質化
工程を組み込まない場合の下水処理水水質である。ま
た、活性汚泥は6ヶ月間の試験の間、系外に引抜かなか
ったが、汚水処理活性汚泥の曝気槽のMLVSSは、当
初設定した4000〜4500mg/リットルを維持し
たことから、本発明システム系外に廃棄する余剰汚泥の
発生は無かったことが判明した。一方、本発明を適用し
ない通常の活性汚泥法による余剰汚泥発生量は、下水1
3当たり105gSSと大量であった。
【0027】
【表3】
【0028】比較例1 実施例1において、再基質化槽に二酸化塩素に代えて、
次亜塩素酸ソーダを0.5g/汚泥kg・SS供給した
場合の余剰汚泥発生量は、下水1m3当たり27g・S
Sであり、本発明に比べて著しく劣っていた。さらに、
硝化菌が次亜塩素酸ソーダによってダメージを受けたた
め、硝化反応が悪化し、処理水のT−Nは19.8mg
/リットル、アンモニア性窒素は7.5mg/リットル
であった。また、処理水にはトリハロメタンが検出さ
れ、総トリハロメタン濃度は1.9mg/リットルであ
った。
【0029】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、次のよ
うな優れた効果が得られる。 1:次亜塩素酸塩法よりも汚泥再基質化効果が優れてい
るため、酸化剤添加量が少なくなり、かつ生物学的硝化
反応が阻害されない。トリハロメタンも生成しない。 2:オゾンを利用した周知の汚泥減量化法において、不
可欠であった高額なオゾン発生器が不要になるので、高
額の初期投資が難しい中小企業の排水処理に容易に適用
できる。 3:ウォータ・ジェット法のような高圧ポンプが不要な
ので省エネルギ的である。また、口径の非常に小さいノ
ズルから汚泥を噴出させる必要がないので、ノズルに汚
泥中の異物が詰まることがなく、メンテナンスが極めて
容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機性汚水の処理方法の一実施例のブ
ロック図である。
【図2】本発明の有機性汚水の処理方法の別の実施例の
ブロック図である。
【符号の説明】
1 原水 2 脱窒素槽 3 硝化槽 4 生物処理装置 5 沈殿槽 6 余剰汚泥 7 返送汚泥 8 ポンプ吸引管 9 汚泥再基質化槽 10 二酸化塩素 11 曝気槽A 12 沈殿槽A 13 消化液循環ポンプ 14 循環消化液 15 処理水 16 返送汚泥
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D028 AB00 AC00 AC09 BB07 BC18 BC26 BC28 BD08 BD10 BD11 BD16 4D040 BB05 BB07 BB22 BB57 BB63 4D059 AA05 BC02 BC05 BK13 DA46

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機性汚水を生物処理により浄化する方
    法において、該生物処理工程の生物汚泥の一部に、二酸
    化塩素(ClO2)を添加し汚泥を酸化したのち、該酸
    化汚泥を前記生物処理又は別個の生物処理工程に供給す
    ることを特徴とする有機性汚水の生物処理方法。
  2. 【請求項2】 有機性汚水を生物処理する生物処理装置
    を有する有機性汚水の生物処理装置において、該生物処
    理装置からの汚泥の少なくとも一部を二酸化塩素(Cl
    2)により酸化する汚泥再基質化槽と、該汚泥再基質
    化槽で酸化された汚泥を前記生物処理装置または別個の
    生物処理装置へ供給する送液路とを有することを特徴と
    する有機性汚水の生物処理装置。
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