JP2004188256A - 汚水及び汚泥の処理方法 - Google Patents

汚水及び汚泥の処理方法 Download PDF

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Teruhisa Yoshida
輝久 吉田
Hideaki Hamada
英明 浜田
Tomoya Okamura
知也 岡村
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Hitachi Kiden Kogyo Ltd
日立機電工業株式会社
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    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Abstract

【課題】有機物の除去と、脱窒、脱リンの高度処理を行うことのできる汚水及び汚泥の処理方法を提供すること。
【解決手段】反応槽内の活性汚泥微生物により、汚水中の有機物及び窒素成分を分解除去する汚水及び汚泥の処理方法において、流入する汚水に凝集剤を添加し、汚水中のリンを凝集沈殿させてリン除去を行った後、凝集汚泥に嫌気性消化を行って汚泥からメタンガスを回収し、続いて、消化汚泥に可溶化処理を行ってリンを回収するようにする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水及び汚泥の処理方法、特に、有機物、窒素、リンを含む下水等の汚水を、活性汚泥法により、生物学的及び物理化学的に窒素とリンを除去するとともに、発生する汚泥量を最小限にするようにした汚水及び汚泥の処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、下水処理場等に流入する汚水を処理するため、活性汚泥の曝気槽に汚水を流入し、これを曝気、攪拌して生物処理を行う活性汚泥法が用いられている。
ところで、近年は、流入する汚水中の有機物だけでなく、富栄養化防止の観点から、窒素やリンの除去が望まれており、そのための方法として、複数の水槽を用いて、生物学的に脱窒、脱リンを行う方法が利用されている。
一方、水処理工程で発生する余剰汚泥は、通常、脱水を行った後、埋立処分されているが、処分地が次第になくなりつつあることから、余剰汚泥に対し、オゾンを添加して汚泥を可溶化し、系内で生物分解することにより、汚泥発生量をゼロ若しくは最小限にする方法が試みられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の汚水及び汚泥の処理方法には、活性汚泥法にて生物学的に脱窒、脱リン処理した汚泥に、さらにオゾンを添加して該汚泥を可溶化することにより、汚泥の可溶化が図れても、従来汚泥として回収していたリンが全く除去できなくなるという問題点があった。
【0004】
本発明は、上記従来の汚水及び汚泥の処理方法の有する問題点を解決し、有機物の除去と、脱窒、脱リンの高度処理を行うことのできる汚水及び汚泥の処理方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の汚水及び汚泥の処理方法は、反応槽内の活性汚泥微生物により、汚水中の有機物及び窒素成分を分解除去する汚水及び汚泥の処理方法において、流入する汚水に凝集剤を添加し、汚水中のリンを凝集沈殿させてリン除去を行った後、凝集汚泥に嫌気性消化を行って汚泥からメタンガスを回収し、続いて、消化汚泥に可溶化処理を行ってリンを回収するようにしたことを特徴とする。
【0006】
本発明の汚水及び汚泥の処理方法は、汚水に凝集剤を添加することにより汚水中に含まれる有機性の固形物が凝固して沈殿分離する際、汚水中のリンを凝集沈殿させることができ、次にこれを嫌気性消化させるため、従来のように余剰汚泥を嫌気性消化する場合よりも効率的に、より多くのメタンガスを回収することができ、該メタンガスをガス発電等に有効に利用することができるとともに、消化汚泥として残留する固形物に対して可溶化処理を行うため、余剰汚泥を激減させ、かつ凝集沈殿させたリンの除去も容易に、確実に行うことができる。
【0007】
この場合、凝集沈殿を行った後の沈殿分離水を反応槽に流入させて生物処理を行い、反応槽で増殖した汚泥を引き抜き、汚泥可溶化槽にて可溶化剤の添加により可溶化処理を行った後、反応槽に返送するようにすることができる。
【0008】
これにより、消化汚泥として残留する固形物に対しては、可溶化処理を行い、反応槽に返送して活性汚泥により生物分解を行うとともに、反応槽で増殖した汚泥に対しても可溶化処理を効果的に行うため、最終的に搬出する余剰汚泥を激減させることができる。
【0009】
また、嫌気性消化又は可溶化処理を行う際に、反応槽で増殖した余剰汚泥の一部又は全量を添加するようにすることができる。
【0010】
これにより、凝集沈殿槽の沈殿分離水に含まれる汚水中の溶解性有機物や、可溶化後に返送された汚泥や分離水中の有機物を生物分解するに伴って、槽内の汚泥微生物が徐々に増殖して汚泥濃度が上昇しても、嫌気性消化又は可溶化処理する汚泥に余剰汚泥の一部又は全量を添加するようにしているため、発生する汚泥量に見合うだけの汚泥微生物を可溶化することができ、最終的に排出する汚泥を最小限にすることができる。
【0011】
また、消化汚泥に強酸を添加するとともに、50〜100℃の温度に1時間以上保持することにより、汚泥の可溶化とリンの溶出を行い、可溶化処理液にアルカリ剤を添加することによって、リンを再び不溶化させ、リンを高濃度に含む汚泥として回収するようにすることができる。
【0012】
これにより、凝集剤で沈殿分離し、さらに嫌気性消化を行った消化汚泥に、強酸と熱とを用いて可溶化処理を行うことにより、一旦リンを溶出させた後、固形物を沈殿分離して反応槽に返送し、分離水に対してアルカリ剤を添加することにより中和処理を行い、リンを再び不溶化させて汚泥として回収するため、リンを高濃度に含む無機物主体の汚泥が得られ、高濃度のリンをリン鉱石の代替物として有効に利用することができるとともに、発生する汚泥量が従来の活性汚泥法の1/10程度とわずかとなり、脱水等の後処理に要する費用が少なく、埋立処分に必要な用地も少なくすることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の汚水及び汚泥の処理方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の汚水及び汚泥の処理方法を実施するための処理フローの一実施例を示す。
下水処理場のような汚水処理施設に流入する汚水Aには、砂分やし渣の他にリンも含まれるが、まずこの汚水中に含まれる砂分やし渣を除去するための前処理を行った後、該処理汚水を凝集沈殿槽1へと流入する。
この凝集沈殿槽1は、該凝集沈殿槽1内に添加される凝集剤Dと流入汚水とを攪拌するが、この攪拌を効率的に行うため、急速攪拌を行うゾーンと緩速攪拌を行うゾーンとの2室に仕切るようにして構成されており、さらに必要に応じて汚水Aと凝集剤Dとの攪拌混合を行うための攪拌装置(図示省略)が設置される。
【0014】
また、この処理場に流入する汚水Aに含まれるリンの大半は、溶解性のリン酸態であり、このリンを除去するため、凝集沈殿槽1内に添加される凝集剤Dとしては、特に限定されるものではないが、PAC、硫酸バンド、ポリ鉄等のアルミ、又は鉄系の金属系凝集剤を用いる。この凝集剤Dを急速攪拌ゾーンに注入し、汚水Aと攪拌混合し、次の緩速攪拌ゾーンにおいてさらに攪拌することによりリンは不溶化し、リン酸化合物等からなる凝集フロックが形成され、固形物として沈殿する。この汚水の滞留時間は、急速攪拌ゾーンでは、1〜5分程度、緩速攪拌ゾーンでは5〜20分程度とし、リン酸化合物や汚水に含まれていた固形性有機物を沈殿ゾーンで沈降させるようにする。
このように汚水を凝集沈殿槽1で凝集沈殿することにより不溶化したリンを含む凝集沈殿汚泥Eは沈殿し、分離水Bと分離され、この凝集沈殿汚泥Eはポンプにて定期的に引き抜かれて嫌気性消化槽5へ送泥され、また沈殿分離水Bは嫌気反応槽2へと送水される。
【0015】
沈殿分離水Bは、汚泥処理系からの返流水とともに反応槽へ送水されるが、この反応槽は、嫌気反応槽と好気反応槽との2段階とし、まず嫌気反応槽2、さらに好気反応槽3へと順次送水され、この好気反応槽3内において、活性汚泥による生物処理を行った後、最終沈殿槽4へ導かれ、ここにおいて固液分離され、処理水Cとして排出される。この場合、最終沈殿槽4を用いず、好気反応槽3内部に、汚泥混合液から処理水を固液分離するための膜分離装置(図示省略)を設けることも可能である。
【0016】
嫌気性消化槽5は、特に限定されるものではないが、例えば図1に示すように、1槽式とし、該嫌気性消化槽1に導びかれた凝集沈殿汚泥Eは、ここで酸生成(酸発酵)及びメタン生成(メタン発酵)とが行われて、投入した汚泥の固形物の大部分は可溶化し、メタンガスに転換され、これにより汚泥からメタンガスを回収する。
また、この嫌気性消化槽5は、酸生成槽とメタン生成槽の2段に分けて行う構成とすることも可能であり、該嫌気性消化槽内には機械式又はガス式の攪拌機を設け、メタンガスの生成に適切な攪拌条件に設定することができる。
この嫌気性消化槽5では、加温の有無等によって必要な処理日数は異なるが、メタンガスを発生させるためには、15〜30日程度の滞留日数を必要とする。この時、発生したメタン等の消化ガスGは、ガスタンク6に貯留され、ガス発電等に有効利用することができる。
【0017】
嫌気性消化槽5内にて所定期間消化させることにより、投入した汚泥の固形物は大部分が可溶化し、メタンガスに転換されるが、この消化に伴って嫌気性の微生物が増殖するため、嫌気性消化槽5から引き抜く消化汚泥Fには多量の固形物が残留する。
この消化汚泥Fをポンプにて引き抜き、汚泥可溶化槽7に移送する。汚泥可溶化槽7内において、強酸供給装置8より硫酸等の強酸Hを添加しつつ、該槽内を50〜100℃に加温することにより汚泥の可溶化処理を行うと、汚泥微生物は死滅し、微生物の細胞壁や細胞膜の一部が破砕されて液状になり、またこの時液状化していない汚泥からもリンが溶出することから汚泥の、可溶化とリンの溶出を促進することができる。
この強酸と熱を使う可溶化方法では、汚泥微生物は殺菌されるとともに、凝集したリン酸化合物や有機体のリンの大半を溶出させることができる。この場合、汚泥可溶化槽7内での消化汚泥Fの加温時間は1時間以上保持するものとする。このようにして消化汚泥Fを加温した後、可溶化された可溶化汚泥Iは、第1沈殿槽9に導かれて、液状化していない汚泥を沈降させ、固液分離が行われ水処理系に送泥する。
【0018】
次に、第1沈殿槽9において沈殿分離した汚泥は、可溶化していないが、細胞壁や細胞膜が部分的に破砕され、殺菌された微生物からなるため、これを凝集沈殿槽の沈殿分離水や第2沈殿槽の上澄水とともに反応槽に移送すると、反応槽内の活性汚泥により徐々に可溶化され、やがて生物分解されるものとなる。このため、この沈殿汚泥Kをポンプにより引き抜き、嫌気反応槽2に送泥する。また、第1沈殿槽9の沈殿分離水Jは、第2沈殿槽10へ導く。
水処理系に送られた沈殿汚泥Kは、汚泥を構成する微生物が殺菌されているため、時間はかかるが、反応槽2,3と最終沈殿槽4とを絶えず循環する間に徐々に液状になり、やがて活性汚泥の微生物によって、生物分解される。
第1沈殿槽9内のリン酸イオン等の溶出したリンを含む沈殿分離水Jは、第2沈殿槽10に送られるが、この第2沈殿槽10でアルカリ供給装置11からアルカリ剤Lを添加してpH調整をすることによりpHを中性域に戻すと、溶出していたリンが再びリン酸化合物等の固形物となって不溶化し、第2沈殿槽で沈殿分離される。これにより該第2沈殿槽10内において、リン含有汚泥として沈殿させ、これを回収する。
【0019】
なお、第2沈殿槽10では、中和と固液分離の機能が必要であるため、バッチ運転を行うか、仕切りを設けて2つのゾーンに分割することができる。
第2沈殿槽10内で沈降した沈殿汚泥Nは、高濃度のリンを含む無機物主体の汚泥であり、これをポンプにより定期的に汚泥貯留槽12へ移送し、一時貯留した後、脱水等の処理を行うか、又は排出汚泥Oとしてバキューム車等により場外に搬出する。この沈殿汚泥Nには、高濃度のリンが含まれるため、脱水や焼却等の前処理を行うことにより、リンを資源として回収し、リン鉱石の代替物として利用することが可能である。
なお、汚泥貯留槽12内で一時貯留の間に汚泥の濃縮が進み、多量の分離水が得られる時は、分離水を水処理系に返送する配管を設けることが好ましい。
また、第2沈殿槽10の上澄水Mは越流させて、凝集沈殿槽1の沈殿分離水Bと共に水処理系の嫌気反応槽2に導き、活性汚泥法による生物処理を行う。
【0020】
一方、反応槽2、3では、凝集沈殿槽1の沈殿分離水に含まれる汚水中の溶解性有機物や、可溶化後に返送された汚泥や分離水中の有機物を生物分解するに伴って、槽内の汚泥微生物が徐々に増殖して汚泥濃度が上昇する。そこで、発生する汚泥量に見合うだけの汚泥微生物を可溶化するため、可溶化の効率を考慮して、返送汚泥Sの一部を余剰汚泥Pとして引き抜き、殺菌を主眼とした可溶化を行うための汚泥可溶化槽13に導き、可溶化処理を行って、反応槽2へ可溶化汚泥Rとしてその全量を返送する。したがって、処理する量は、使用する汚泥の可溶化手段により異なる。
【0021】
また、流入汚水に含まれる窒素成分、すなわちアンモニア性窒素と有機性窒素は、好気反応槽3において曝気処理を行い、好気状態にすると、硝化細菌の作用により、硝酸性窒素に酸化される。そこで、この汚泥混合液Tをポンプ等により、前段の嫌気反応槽2に返送する。嫌気反応槽2において、攪拌のみを行う嫌気状態とすることにより、脱窒菌の作用で硝酸性窒素は窒素ガスに転換され、大気中に放散されることで脱窒が行われる。なお、脱窒の過程で必要とされる有機物は、 嫌気反応槽2への流入水中の有機物だけでは、凝集沈殿により減少しているため不足するが、これに可溶化処理した汚泥が付加されるため、脱窒を行うに必要な有機物が確保され、脱窒をより効果的に行うことができる。
【0022】
なお、図1に示すように、反応槽を嫌気、好気の2段に分割せず、単一の反応槽を用いる場合は、間欠的に曝気を行って好気、嫌気運転を繰返すことにより、生物学的に硝化・脱窒を行うことができる。
このように反応槽では、好気嫌気の条件を適正に保つことによって、有機物の分解と硝化脱窒が進むため、反応槽内の汚泥混合液を最終沈殿槽4へと越流させ、固液分離を行うことにより、良好な処理水を取出すことができる。
【0023】
一方、反応槽内で増殖する汚泥微生物に対しては、別の汚泥可溶化槽に余剰汚泥を導き、微生物の殺菌を目的として可溶化処理を行い、反応槽に返送する。余剰汚泥に含まれるリンの量は少ないため、リン回収を考慮しない別の可溶化手段で、ランニングコストの安価な方法を用いることが好ましい。ただし、余剰汚泥の一部又は全量を前記嫌気性消化槽又は汚泥可溶化槽に導くことも可能である。このように、水処理工程で発生する汚泥は、可溶化して分解するため、系外に排出する汚泥量は、凝集したリン酸化合物や無機物主体の汚泥のみとなり、従来の1/10程度となるとともに、脱窒・脱リンが可能で、メタンガスやリンを回収できるプロセスとなる。
【0024】
なお、余剰汚泥Pの可溶化手段として、図1に示す実施例では、可溶化剤Qを可溶化剤供給装置14より汚泥可溶化槽13へ添加する方法を例示しているが、汚泥可溶化槽7のようにリンの除去を行わないため、オゾン、過酸化水素等の酸化剤やそれらを組合せた処理、微生物の細胞壁や細胞膜を分解する酵素、あるいは酵素を生成する微生物の添加、加圧処理や熱処理等、種々の方法を用いることができる。また、余剰汚泥Pの一部又は全量を前記嫌気性消化槽5又は汚泥可溶化槽7に導くことも可能である。
また、汚水中の窒素に対しても、可溶化汚泥に含まれる有機物を利用しながら、反応槽で嫌気好気による硝化脱窒を行うことが可能であるため、有機物、窒素及びリン濃度の低い、良好な処理水質が得られる。
【0025】
【発明の効果】
本発明の汚水及び汚泥の処理方法によれば、汚水に凝集剤を添加することにより汚水中に含まれる有機性の固形物が凝固して沈殿分離する際、汚水中のリンを凝集沈殿させることができ、次にこれを嫌気性消化させるため、従来のように余剰汚泥を嫌気性消化する場合よりも効率的に、より多くのメタンガスを回収することができ、該メタンガスをガス発電等に有効に利用することができるとともに、消化汚泥として残留する固形物に対して可溶化処理を行うため、余剰汚泥を激減させ、かつ凝集沈殿させたリンの除去も容易に、確実に行うことができる。
【0026】
また、消化汚泥として残留する固形物に対しては、可溶化処理を行い、反応槽に返送して活性汚泥により生物分解を行うとともに、反応槽で増殖した汚泥に対しても可溶化処理を効果的に行うことができるため、最終的に搬出する余剰汚泥を激減させることができる。
【0027】
また、凝集沈殿槽の沈殿分離水に含まれる汚水中の溶解性有機物や、可溶化後に返送された汚泥や分離水中の有機物を生物分解するに伴って、槽内の汚泥微生物が徐々に増殖して汚泥濃度が上昇しても、嫌気性消化又は可溶化処理する汚泥に余剰汚泥の一部又は全量を添加するようにしているため、発生する汚泥量に見合うだけの汚泥微生物を可溶化することができ、最終的に排出する汚泥を最小限にすることができる。
【0028】
また、凝集剤で沈殿分離し、さらに嫌気性消化を行った消化汚泥に、強酸と熱とを用いて可溶化処理を行うことにより、一旦リンを溶出させた後、固形物を沈殿分離して反応槽に返送し、分離水に対してアルカリ剤を添加することにより中和処理を行い、リンを再び不溶化させて汚泥として回収するため、リンを高濃度に含む無機物主体の汚泥が得られ、高濃度のリンをリン鉱石の代替物として有効に利用することができるとともに、発生する汚泥量が従来の活性汚泥法の1/10程度とわずかとなり、脱水等の後処理に要する費用が少なく、埋立処分に必要な用地も少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の汚水及び汚泥の処理方法を実施するための汚水処理施設の処理フローを示す。
【符号の説明】
1 凝集沈殿槽
2 嫌気反応槽
3 好気反応槽
4 最終沈殿槽
5 嫌気性消化槽
6 ガスタンク
7 汚泥可溶化槽
8 強酸供給装置
9 第1沈殿槽
10 第2沈殿槽
11 アルカリ供給装置
12 汚泥貯留槽
13 汚泥可溶化槽
14 可溶化剤供給装置
A 汚水
B 沈殿分離水
C 処理水
D 凝集剤
E 凝集沈殿汚泥
F 消化汚泥
G 消化ガス
H 強酸
I 可溶化汚泥
J 沈殿分離水
K 沈殿汚泥
L アルカリ剤
M 上澄水
N 沈殿汚泥
O 搬出汚泥
P 余剰汚泥
Q 可溶化剤
R 可溶化汚泥
S 返送汚泥
T 汚泥混合液

Claims (4)

  1. 反応槽内の活性汚泥微生物により、汚水中の有機物及び窒素成分を分解除去する汚水及び汚泥の処理方法において、流入する汚水に凝集剤を添加し、汚水中のリンを凝集沈殿させてリン除去を行った後、凝集汚泥に嫌気性消化を行って汚泥からメタンガスを回収し、続いて、消化汚泥に可溶化処理を行ってリンを回収するようにしたことを特徴とする汚水及び汚泥の処理方法。
  2. 凝集沈殿を行った後の沈殿分離水を反応槽に流入させて生物処理を行い、反応槽で増殖した汚泥を引き抜き、汚泥可溶化槽にて可溶化剤の添加により可溶化処理を行った後、反応槽に返送するようにしたことを特徴とする請求項1記載の汚水及び汚泥の処理方法。
  3. 嫌気性消化又は可溶化処理を行う際に、反応槽で増殖した余剰汚泥の一部又は全量を添加するようにしたことを特徴とする請求項1又は2記載の汚水及び汚泥の処理方法。
  4. 消化汚泥に強酸を添加するとともに、50〜100℃の温度に1時間以上保持することにより、汚泥の可溶化とリンの溶出を行い、可溶化処理液にアルカリ剤を添加することによって、リンを再び不溶化させ、リンを高濃度に含む汚泥として回収するようにしたことを特徴とする請求項1、2又は3記載の汚水及び汚泥の処理方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011218345A (ja) * 2010-03-15 2011-11-04 Metawater Co Ltd 排水処理方法及び排水処理装置
CN102557349A (zh) * 2012-01-16 2012-07-11 同济大学 一种基于碳源回收的低能耗污水处理工艺及装置

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