JP2003334589A - 廃水処理方法及び装置 - Google Patents

廃水処理方法及び装置

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JP2003334589A
JP2003334589A JP2002142830A JP2002142830A JP2003334589A JP 2003334589 A JP2003334589 A JP 2003334589A JP 2002142830 A JP2002142830 A JP 2002142830A JP 2002142830 A JP2002142830 A JP 2002142830A JP 2003334589 A JP2003334589 A JP 2003334589A
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tank
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wastewater
solid
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JP2002142830A
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Tatsuo Tsuchida
達雄 土田
Takuhei Kimura
拓平 木村
Toshio Otake
要生 大竹
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Toray Ind Inc
東レ株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】活性汚泥による有機性廃水の処理において、余
剰汚泥が少なく、投入薬液やエネルギーが小さい廃水処
理方法及び装置を提供する。 【解決手段】有機性廃水を、pH調整槽、脱窒槽、生物
処理槽、固液分離装置の順に通して生物学的に処理した
後、汚泥を分離する廃水処理方法において、該汚泥を好
アルカリ性細菌により可溶化および/または分解した
後、前述pH調整槽又は脱窒槽に還流させて有機性廃水
の処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機性廃水の処理
に係り、特に、有機性工業廃水や生活排水などの有機性
廃水を生物学的に処理する際に生じる余剰汚泥を可溶化
または分解することのできる処理方法と装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在の代表的な生物学的廃水処理方法と
して、無酸素条件下で窒素除去を行い、好気的条件下で
硝化及びBOD成分の除去を行い、後段で固液分離を行
う方法がある。窒素除去の手段としては、溶存酸素の無
い条件下で、脱窒菌の硝酸呼吸、あるいは亜硝酸呼吸を
利用して窒素ガスへ還元する方法が広く実施されてい
る。これまでに知られている脱窒菌の種類は数多くあ
り、水素ガスや硫化物を水素供与体とする自栄養性の脱
窒菌もいるが、ほとんどは有機物を利用する他栄養性細
菌に属するものである。被処理水中に水素供与体として
利用可能な有機物が脱窒処理に必要十分量存在しない場
合が多く、脱窒工程で水素供与体としてメタノール等の
有機物を添加する必要がある。また、この廃水処理方法
においては沈殿させた汚泥の一部は生物処理槽に返送す
るが、一部は沈殿槽などで固液分離された後に余剰汚泥
として処理する必要がある。この余剰汚泥は、一部、土
壌改良材、コンポスト材料としての再利用が進められて
いるが、大部分は産業廃棄物として処理されている。し
かしコスト面や環境への配慮から廃棄手段以外の方法が
求められている。
【0003】従来、余剰汚泥の処分方法としては、脱
水、焼却などの前処理をした後、埋め立てなどで廃棄す
る方法が主流である。この方法では大量に発生する余剰
汚泥の処理に、大きな動力を消費する脱水機や乾燥機を
用意する必要がある。焼却する場合には大量の熱エネル
ギーが必要となる。また埋め立て処分場所の逼迫や規制
の問題で埋め立て廃棄費用は年々上昇してきている。
【0004】これに対し、汚泥を減容化して余剰汚泥発
生量を減らす方法が各種試みられている。余剰汚泥の減
容化を行う既存技術としては嫌気消化法があるが、滞留
時間が10〜30日かかり、装置規模が大きくなるため
最近はあまり普及していない。そのほかに提案されてい
る方法としては、物理・化学的方法や、生物学的方法、
各種の汚泥前処理工程と組み合わせた生物学的方法など
がある。特開平4−78496号公報にある湿式酸化に
よる汚泥の処理、特開平9−276900号公報にある
超臨界水による汚泥の処理などは、物理・化学的方法を
用いた汚泥減容化方法である。生物学的方法では、特表
平6−509986号公報にある好熱性生物消化と中温
性生物消化を繰り返すことにより汚泥の減容化をする方
法などがある。各種前処理工程と組み合わせた生物学的
方法では、汚泥を化学的または物理的に前処理した後、
嫌気的あるいは好気的に微生物処理する方法などが検討
されている。これは汚泥を可溶化もしくは易分解化する
ことにより、後段の微生物による処理時間を短縮するこ
とを狙った方法である。例えば特開昭59−10589
7号公報は、汚泥をオゾン処理することにより、嫌気性
消化法の消化効率を向上させている。特開平7−116
685号公報、特開平8−19789号公報はオゾンで
汚泥細胞壁を処理した後、好気槽で汚泥の減容化を行う
ものであり、特開平3−8496号公報では汚泥にアル
カリまたは鉱酸を添加して、アルカリ条件または酸性条
件下で処理した後に好気処理するものである。特開平4
−326998号公報、特開平5−345200号公報
は汚泥をアルカリ性にすると同時に50〜100℃に加
温することで熱アルカリ処理を行って可溶化を進めた
後、中性付近で嫌気処理をする方法である。さらには、
汚泥の加温処理(60〜80℃)による可溶化を行う方
法(特開平8−229595号公報、特開平8−243
595号公報)、超音波で汚泥を前処理し、嫌気消化方
法の消化効率を向上する方法(特開昭58−76200
号公報)、汚泥を界面活性剤存在下で加熱処理して汚泥
を可溶化処理した後、曝気槽に返送することで汚泥処理
を行う方法(特開平9−117800号公報)、汚泥を
嫌気性処理した後、オゾン処理または高圧パルス放電処
理をおこない、嫌気性処理工程に返送することで汚泥の
減容化をおこなう方法(特開平9−206785号公
報)、汚泥をオゾン処理して曝気槽に返送し、汚泥を処
理する方法(特公昭57−19719号公報、特開平6
−206088号公報)等がある。また、汚泥可溶化手
段として特開平9−253699号公報にあるように好
熱性微生物を添加する方法も提案されている。この好熱
性微生物を添加し汚泥を可溶化する方法において、汚泥
可溶化槽を密閉状態として、排出されるアンモニア含有
ガスを硝化・脱窒し、更にガスの熱を有効利用すること
を目的とし、可溶化処理液を脱窒装置へ導入する方法
(特許第3212909号公報)が提案されている。
【0005】しかしこれまでの超臨界水、超音波、オゾ
ン、高圧パルス放電や酸又はアルカリ、界面活性剤添加
等に代表される物理・化学的汚泥処理方法は設備コスト
や、電気、薬品代といったランニングコストが高くつく
ことが懸念される。さらに、酸やアルカリを添加した場
合には中和のための設備および薬品コストも必要であ
る。生物学的方法においても好熱菌を利用する場合、加
熱のためのコストアップが問題となっている。好熱性生
物消化と中温性生物消化を繰り返す方法では多くの槽が
必要であり、また汚泥を前処理した後嫌気的あるいは好
気的に微生物処理する方法でも、少なくとも前処理槽と
微生物処理槽が必要になり、スペースを多くとる点など
が問題となる。一方、微生物処理槽を活性汚泥槽と兼用
し前処理した汚泥を返送する場合は、汚泥は可溶化され
るだけでBOD負荷自体は処理前とほとんど変わらない
ため、活性汚泥槽の負荷を大きく上げてしまい、活性汚
泥槽の処理能力に余裕がある場合にしか適用できない。
少ない槽構成で汚泥の可溶化のみならず減容化すなわち
汚泥成分の分解を大幅に行うことのできる方式が望まれ
ている。
【0006】そこで本発明者らは、アルカリ性・中高温
条件という通常の微生物の生育には不適な汚泥可溶化条
件において生育可能でかつ汚泥分解能を有する微生物を
利用し、アルカリ性・中高温条件で汚泥を可溶化すると
同時に微生物による汚泥の分解を行う方法を提案した
(特開平11−77099など)。更にこの処理方法で
用いることのできる高い汚泥分解能を持つバチルス属細
菌を取得している(特開平12−139449)。これ
に対し、特開平9−136097号公報では、アルカリ
性条件で好気性微生物が存在する状態で曝気して生物処
理工程に返送する汚泥処理方法が提案されているが、こ
れはアルカリ可溶化後中和のための酸薬品添加量を減ら
すことが目的であり、汚泥の微生物分解がほとんど無い
点で本発明者らの提案とは異なる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】被処理水が酸性の場
合、脱窒処理を行う際にpHを調整する必要があり、p
H調整用のアルカリ剤を大量に消費する。また、被処理
水に水素供与体として利用可能な有機物が脱窒素処理に
必要十分量存在しない場合が多く、脱窒処理を行う際電
子供与体としてメタノール等の有機物を大量に添加する
必要がある。本発明者らの提案する有機性廃水の処理方
法は、余剰汚泥を好アルカリ性細菌によってアルカリ性
・中高温条件で可溶化または分解するのみならず、該汚
泥処理液を、脱窒槽又はpH調整槽に導入することによ
って、被処理水が酸性の場合、pH調整に用いるアルカ
リ剤を削減し、更に該汚泥処理液に残存する溶解性有機
物を電子供与体として用いることによって、電子供与体
として添加していた有機物量を削減することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下の構成を有する。 (1)有機性廃水を、pH調整槽、脱窒槽、好気的生物
処理槽、固液分離装置の順に通して生物学的に処理した
後、汚泥を分離する廃水処理方法において、前記固液分
離によって得られた分離汚泥の一部または全部を、アル
カリ条件下で好気的に汚泥を可溶化および/または分解
する能力を有する微生物によって処理(汚泥処理)した
後、pH調整槽又は脱窒槽に還流させる工程を含むこと
を特徴とする廃水の処理方法。 (2)汚泥処理工程で用いる微生物が、pH8〜12で
かつ温度40〜80℃で汚泥を可溶化および/または分
解できる細菌であることを特徴とする(1)記載の有機
性廃水の処理方法。 (3)廃水流入手段、pH調整槽、脱窒槽、好気的生物
処理槽、固液分離装置及び処理水排出手段が連通された
汚泥処理槽をこの順に配して固液が順次輸送可能に接続
され、前記固液分離装置で分離された汚泥の一部または
全部を前記汚泥処理槽で可溶化および/または分解し、
該処理液を脱窒槽又はpH調整槽へ返送するための返送
手段を具備してなる有機性廃水の処理装置。
【0009】
【発明の実施の形態】以下本発明を詳細かつ具体的に説
明する。
【0010】有機性廃水を生物学的に処理するにあた
り、少なくとも窒素処理を行う脱窒槽と、好気条件下で
硝化、BOD成分除去を行う工程と、該生物学的廃水処
理で発生した汚泥を固液分離する工程を備えた廃水処理
方法において、本発明者らが提案した汚泥可溶化処理装
置が適用できる。本発明は、固液分離後の余剰汚泥を、
好アルカリ性細菌を用い、アルカリ性、中高温条件で、
効果的に汚泥を可溶化または分解できるのみならず、該
汚泥処理液を脱窒槽又はpH調整槽に導入することによ
って、被処理水が酸性の場合、pH調整用アルカリ剤の
使用量を削減できる。また、被処理水が中性の場合で
も、脱窒処理槽に水素供与体として添加する有機物量を
削減できる。汚泥を好気的生物処理槽へ返送するための
還流手段、および、汚泥可溶化処理液を脱窒槽又はpH
調整槽へ返送するための返送手段、後記の各処理工程を
連結する固液輸送手段および処理廃液の流入及び排出経
路に用いる固液輸送手段は、高濃度の汚泥液を閉塞する
ことなく送液できる手段であれば特に限定されるもので
はない。例えば、ポンプによる方法、オーバーフロー液
を水面差によって送液する方法等があるが、安定して送
液できる点でポンプを用いる方法が好ましい。
【0011】廃水処理において、廃水のpHは必ずしも
処理条件にあったものではなく、一般的にpH調整槽が
必要である。pH調整槽でpH調整に用いるアルカリ剤
は、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化
カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭
酸水素ナトリウム等があり、酸は、塩酸、硫酸等があ
る。添加方法は、pH調節機能を有する機器等を用いて
固体状態または水溶液の状態で添加すればよい。以上の
中でも経済性の点からアルカリ剤は水酸化ナトリウム、
酸は硫酸を用いるのが好ましい。
【0012】脱窒工程の手段としては、溶存酸素の無い
条件下で、脱窒菌によって窒素ガスへ還元する方法が広
く実施されている。脱窒菌をそのままの状態で培養する
方法や、脱窒反応をより効率良く行うために、脱窒菌を
担体に固定化し、脱窒槽中で高濃度に保持する方法があ
るが、特に限定されるものではない。
【0013】好気的生物処理工程で使用される手段とし
ては曝気槽、固定濾床が挙げられ、本発明においては特
に限定されないが曝気槽が好ましい。
【0014】固液分離工程の手段としては、沈殿槽にお
ける沈殿が最も広く実施されている。その他、遠心分
離、膜分離による方法も可能である。また、沈殿槽によ
る固液分離後、更に汚泥濃縮槽を用いる方法もある。
【0015】本発明における汚泥可溶化および/または
分解処理方法は、前記固液分離手段から汚泥の一部又は
全部を分離し、汚泥処理する工程を有する。該汚泥処理
工程では、アルカリ条件下で好気的に汚泥を分解、可溶
化する能力を有する微生物、例えば、好アルカリ性細菌
を用いるものである。処理pHは8以上が適切である
が、高すぎるpHでは薬液コストが高くつく上に微生物
の生育が困難になるため、pH8〜12が好ましく、よ
り好ましくはpH8.5〜10、さらに好ましくはpH
9〜9.5である。なお、pH調節に用いるアルカリ剤
は、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化
カルシウム、水酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭
酸水素ナトリウム等があり、酸は、塩酸、硫酸等があ
る。添加方法は、pH調節機能を有する機器等を用いて
固体状態または水溶液の状態で添加すればよい。以上の
中でも経済性の点からアルカリ剤は水酸化ナトリウム、
酸は硫酸を用いるのが好ましい。かかる工程を設けるこ
とによって、pHの調整に必要なアルカリ量は減量化で
き、更に、該槽における分解ないし消化によって汚泥の
減容化をはかることができ、更に、脱窒槽や好気的生物
処理槽における必要電子供与体の供給源とすることがで
きるのである。
【0016】また本発明においては、固液分離装置で分
離された汚泥の一部または全部を汚泥処理槽に送るもの
であるが、一部を送る場合は、他の汚泥の一部または全
部を好気的生物処理槽に直接還流することが好ましく採
用される。あるいは、好気的生物処理槽に代えて脱窒槽
あるいはpH調整槽に還流しても差し支えない。
【0017】前記の汚泥処理工程における温度条件は、
40℃以上80℃以下が適切である。一般的に微生物の
生育に好ましいと考えられる温度条件は、室温付近、例
えば活性汚泥槽の微生物の場合20〜30℃であり、最
高でも35℃前後とされている。しかし、驚くべきこと
には、本発明の好ましい態様においては、常識的には微
生物の生育にあまり好ましくないとされる40℃以上の
条件において高い分解効率を得ることができるのであ
る。その詳細は不明であるが、高温においては、汚泥分
解に寄与しない微生物の生育が抑制され、かつ汚泥分解
に寄与する微生物の活動が活発化されることによると推
測される。また、熱による汚泥可溶化促進効果に着目す
ると、温度が40℃未満の時は不十分であり、80℃以
上であると温度を保つためのエネルギーコストが高くつ
く上に、そのエネルギーコストに見合うだけの汚泥処理
を行える微生物の活動が困難になる。微生物の生育とエ
ネルギーコストの両立の面から最も効率的であるのは、
温度が40〜60℃、より好ましくは40〜55℃、さ
らに好ましくは45〜50℃であるが、分解に寄与する
微生物の性質に応じて設定すればよい。
【0018】本発明で汚泥処理に用いられる微生物は、
アルカリ性条件(特に好ましくは、pH8〜12の範
囲)で生育可能で、汚泥成分を栄養源とし、汚泥を可溶
化さらに好ましくは分解することができる微生物であれ
ば特に限定しない。ここで言う可溶化とは固体である汚
泥を可溶性有機物に変換することを意味し、分解とはさ
らに可溶化した汚泥を無機化(炭酸ガス化)する事を意
味する。可溶化された汚泥の有機物は、脱窒槽へ返送し
た場合は一部脱窒菌の電子供与体として使用されるが、
残りは生物処理槽の負荷となるので好ましくない。一方
可溶化された汚泥の相当の部分が分解されていると、脱
窒槽での消費と相まって、生物処理槽への負荷を著しく
低減でき、処理能力に余裕のない生物処理槽では極めて
有利である。この様な能力を有する微生物の例として、
バチルス属に属す微生物があり、この中でも本発明者ら
が取得した、バチルス sp. Q2-1株(生命工研菌寄第169
22号)、バチルス sp. Q3株(生命工研菌寄第16923号)
等が挙げられる。
【0019】本発明において、好アルカリ性細菌による
汚泥処理を行う条件は好気条件が好ましい。そのための
酸素供給源としては、通常の空気のほか、酸素ガス、酸
素富化ガスでもよく、攪拌、通気攪拌、エアリフトなど
の方式によって供給されるがこれらに限定されるもので
はない。また、処理方式はバッチ式もあり得るが、連続
式である方が効率が良く好ましい。
【0020】
【実施例】以下に本発明の具体的実施例を示す。なお、
本発明は何らこれに限定されるものではない。
【0021】実施例1 図1は、本発明における有機性廃水の処理装置の一実施
例の概略構成図である。pH調整槽、脱窒処理装置、好
気的生物処理装置とそれに連通した固液分離装置、更に
固液分離装置の固体側に連通した汚泥処理装置の槽容量
を、順に0.04リットル、0.8リットル、12リッ
トル、4.3リットル、0.7リットルとして使用し
た。また、汚泥処理槽には汚泥分解能を有する微生物を
あらかじめ加え、pH9.2、温度45℃の条件で好気
処理を行った。BOD濃度1.5g/リットルの化学工
場廃水を12リットル/日の流量でpH調整槽に供給
し、脱窒処理、好気的生物処理を行い、MLSSが9g
/リットルの処理水を得た。この処理水を沈殿槽で固液
分離してBOD濃度が0.11g/リットルの上澄水を
分離水として系外に放出した。また、汚泥はMLSS1
7g/リットルに濃縮され、この中から11リットル/
日を好気性生物処理槽に返送し、0.7リットル/日を
汚泥可溶化槽に送り水酸化ナトリウムでpHを9.2に
調整し45℃に保ったところ、1日間の滞留時間でML
SSが11g/リットルとなった。更にこの減容化した
汚泥をpH調整槽に再び戻し、同様の処理を続けた結
果、pH調整槽で廃水をpH3から5に調整するために
使用した5規定水酸化ナトリウムの量は18ml/日、
汚泥可溶化槽でpH調整に用いた5規定水酸化ナトリウ
ムの量は10ml/日であり、全使用量は28ml/日
であった。
【0022】比較例1 汚泥処理槽を除いたほかは実施例1と同じ条件で処理を
行った。図2はその概略構成を示す。固液分離装置でM
LSSが17g/リットルに濃縮された汚泥のうち、
0.2リットル/日を余剰汚泥として系外に排出し、残
りを好気性生物処理槽に返送した結果、pH調整槽で廃
水をpH3から5に調整するために使用した5規定水酸
化ナトリウムの量は42ml/日であった。
【0023】
【発明の効果】本発明は、有機性廃水を、pH調整槽、
脱窒槽、生物処理槽、固液分離装置の順に通して生物学
的に処理した後、汚泥を分離する廃水処理方法におい
て、該余剰汚泥を好アルカリ性細菌を用いてアルカリ性
・中高温条件で可溶化または分解することによって余剰
汚泥の発生を実質的になくすことが可能となるのみなら
ず、該汚泥処理液を、脱窒槽又はpH調整槽に導入する
ことによって、被処理水が酸性の場合、pH調整に用い
るアルカリ剤を削減し、更に該汚泥処理液に残存する溶
解性有機物を脱窒菌の電子供与体として用いることによ
って、電子供与体として添加していた有機物量を削減可
能な有機性廃水の処理方法及び装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例で使用した装置の概略図である。
【図2】比較例で使用した装置の概略図である。
【符号の説明】
1:pH調整槽 2:脱窒槽 3:好気的生物処理槽 4:沈殿槽 5:汚泥処理槽 6:廃水流入ライン 7:好気的生物処理槽流入ライン 8:沈殿槽流入ライン 9:処理水流出ライン 10:汚泥返送ライン 11:汚泥処理槽流入ライン 12:余剰汚泥排出ライン 13:汚泥処理液返送ライン
フロントページの続き Fターム(参考) 4D028 BC01 BC18 BC28 BD12 BD13 4D040 BB02 BB15 BB52 BB91 4D059 AA06 AA23 BA01 BA03 BA22 BJ00 BJ09 BJ15 BK12 CA28 EA05 EA06

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機性廃水を、pH調整槽、脱窒槽、好
    気的生物処理槽、固液分離装置の順に通して生物学的に
    処理した後、汚泥を分離する廃水処理方法において、前
    記固液分離によって得られた分離汚泥の一部または全部
    を、アルカリ条件下で好気的に汚泥を可溶化および/ま
    たは分解する能力を有する微生物によって処理(汚泥処
    理)した後、pH調整槽又は脱窒槽に還流させる工程を
    含むことを特徴とする廃水の処理方法。
  2. 【請求項2】 前記汚泥処理の工程で用いる微生物が、
    pH8〜12でかつ温度40〜80℃で汚泥を可溶化お
    よび/または分解できる細菌であることを特徴とする請
    求項1記載の有機性廃水の処理方法。
  3. 【請求項3】 廃水流入手段、pH調整槽、脱窒槽、好
    気的生物処理槽、固液分離装置及び処理水排出手段が連
    通された汚泥処理槽をこの順に配して固液が順次輸送可
    能に接続され、前記固液分離装置で分離された汚泥の一
    部または全部を前記汚泥処理槽で可溶化および/または
    分解し、該処理液を脱窒槽又はpH調整槽へ返送するた
    めの返送手段を具備してなる有機性廃水の処理装置。
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