JP2005211715A - 有機性廃液の処理方法とその処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 主として窒素化合物を含む有機性廃液を生物学的に処理する方法及び装置に関し、硝化槽内への脱窒菌の混入を極力防止することができ、それによって硝化槽内での硝化菌の機能を維持し、硝化槽の処理性能が低下するのを防止することのできる有機性廃液の処理方法及び装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 有機性廃液を脱窒処理及び硝化処理する処理方法であって、脱窒処理後の脱窒処理液を汚泥と分離液に固液分離した後、分離された分離液を硝化処理することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、主として窒素化合物を含む有機性廃液を生物学的に処理する方法及び装置に関する。
従来、固形物及びアンモニア性窒素のような窒素化合物を含む有機性廃液を生物学的に処理する方法に関する発明として、下記特許文献1のような発明がある。
特開2003−170142号公報
この特許文献1に開示された処理方法は、高濃度の有機性廃液をメタン発酵し、メタン発酵液を生物処理工程で硝化、脱窒処理し、生物処理工程で発生した汚泥をオゾンにより可溶化し、可溶化汚泥を生物処理工程に返送する一方で、メタン発酵液の一部を脱水機により脱水汚泥及び脱水濾液に分離し、脱水汚泥をコンポスト化するとともに、脱水濾液は生物処理工程で硝化脱窒処理する方法である。
このような特許文献1の処理方法に限らず、メタン発酵は、微生物バイオマスの有効利用を図れるとともに、処理時に生ずるメタンガスをエネルギーとして有効利用することができること等から、有用な嫌気的生物処理技術として広く活用されている。
しかし、このような硝化、脱窒処理を行なう処理システムにおいては、一般に脱窒槽の後段側に硝化槽が設けられており、脱窒処理後の処理液がそのまま硝化槽へ供給される結果、次のような問題点が生じていた。
すなわち、脱窒槽から流出する固形物(SS)中には、脱窒菌の他にも雑菌が含まれており、この雑菌が硝化槽に流入して硝化槽内で増殖し、硝化菌を圧迫して硝化菌の増殖が抑制される等によって硝化機能が十分に発揮されないおそれがあった。
また、硝化菌自体は、硝化槽への流入水のBOD濃度が高くなると活性が低下し、その結果、硝化槽内の硝化速度が低下するが、上記のように脱窒槽から硝化槽へ流入する脱窒菌、その他の雑菌を含むSSも、BOD濃度を高くする要因となり、結果として硝化速度が低下することとなっていた。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、硝化槽内
への脱窒菌の混入を極力防止することができ、それによって硝化槽内での硝化菌の機能を維持し、硝化槽の処理性能が低下するのを防止することのできる有機性廃液の処理方法及び装置を提供することを課題とする。
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、請求項1記載の発明は、有機性廃液を脱窒処理及び硝化処理する処理方法であって、脱窒処理後の脱窒処理液を汚泥と分離液に固液分離した後、分離された分離液を硝化処理することを特徴とする。
また請求項2記載の発明は、請求項1記載の有機性廃液を処理する処理方法において、硝化処理後の硝化処理液を汚泥と硝化液に固液分離し、分離後の硝化液を脱窒処理工程に返送することを特徴とする。さらに請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の有機性廃液の処理方法において、脱窒、硝化処理により発生した汚泥を可溶化することを特徴とする。
さらに請求項4記載の発明は、有機性廃液を処理する処理装置であって、有機性廃液を脱窒処理する脱窒槽2と、該脱窒槽2により脱窒処理した脱窒処理液を固液分離する固液分離装置3と、該固液分離装置3で分離された分離液を硝化処理する硝化槽4とを具備したことを特徴とする。
さらに請求項5記載の発明は、請求項4記載の有機性廃液の処理装置において、硝化処理後の硝化処理液を固液分離する固液分離装置5が具備されていることを特徴とする。さらに請求項6記載の発明は、請求項4又は5記載の有機性廃液の処理装置において、脱窒槽2及び硝化槽4で発生した汚泥を、可溶化処理する可溶化槽6を具備したことを特徴とする。
本発明は、上述のように、脱窒処理後の有機性廃液を固液分離した後、分離された分離液を硝化処理するので、脱窒菌を含む固形物(汚泥)が硝化槽へ供給されるのが極力防止されることとなる。従って、固形物中の雑菌が硝化槽に流入して硝化菌を圧迫するようなことがなく、また硝化槽内のBOD濃度が高くなるようなこともないので、硝化菌の活性が低下することがなく、その結果、硝化槽内の硝化速度の低下を防止することができるという効果がある。
また、硝化処理後の硝化処理液を汚泥と硝化液に固液分離した場合には、硝化槽内の硝化菌は固液分離後の固形物(汚泥)に主として含まれ、固液分離後の分離液にはほとんど含まれないので、硝化菌が不用意に系外に排出されるのが防止されるという効果がある。
さらに、脱窒及び硝化処理した後、脱窒、硝化処理により発生した汚泥を可溶化する場合には、汚泥の減容化を図ることができ、汚泥の処分費用を低減することができるという効果がある。
以下、本発明の実施形態について、図面に従って説明する。
本実施形態の有機性廃液の処理装置は、図1に示すように、第1固液分離装置1、脱窒槽2、第2固液分離装置3、硝化槽4、第3固液分離装置5、可溶化槽6、及びコンポスト装置7を具備している。原水である有機性廃液として、本実施形態では家畜糞尿、し尿等の有機性廃液を用いた。
第1固液分離装置1は、原水である有機性廃液を固液分離するためのもので、遠心濃縮機、膜分離装置、沈殿分離装置、フィルタープレス等を採用することができる。ただし膜分離装置は膜の目詰まりを防止するためにメンテナンスが必要となり、また沈殿分離装置は単に固形物を沈降させるだけであるので、濃縮率を高くできないおそれもあり、この観点からは遠心濃縮機を用いるのが好ましい。脱窒槽2は、前記第1固液分離装置1で分離された分離液を、脱窒菌によって脱窒処理するためのものである。第2固液分離装置3は、前記脱窒槽2で脱窒処理された脱窒処理液を、汚泥(固形物)と分離液に固液分離するためのものである。この第2固液分離装置3も、遠心濃縮機、膜分離装置、沈殿分離装置、フィルタープレス等を採用することができるが、後述のように汚泥が脱窒槽2に返送される点を考慮すると汚泥に一定の流動性が必要であるので、沈殿分離装置を用いるのが好ましい。硝化槽4は、前記第2固液分離装置3で分離された分離液を、硝化菌によって硝化処理するためのものである。
第3固液分離装置5は、前記硝化槽4で硝化処理された硝化処理液を、汚泥と硝化液とに固液分離するためのものである。この第3固液分離装置5も、遠心濃縮機、膜分離装置、沈殿分離装置、フィルタープレス等を採用することができるが、第2固液分離装置3の場合と同様の理由から、沈殿分離装置を用いるのが好ましい。
可溶化槽6は、前記第2固液分離装置3及び第3固液分離装置5で分離された固形物である汚泥を可溶化処理するためのもので、この可溶化はプロテアーゼ等の可溶化酵素によってなされる。この可溶化酵素は、好熱菌、たとえばバチルス属細菌、ジオバチルス属細菌等の好気性好熱菌によって産生されるものである。このような好熱菌は、可溶化槽6に予め保持させるか、可溶化槽6に供給される汚泥に予め添加し含有させてもよく、若しくは可溶化槽6で新たに添加させてもよい。
バチルス属細菌としては、たとえばバチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)、バチルス・サーモレオボランス(Bacillus thermoleovorans)等を使用することができ、とりわけバチルス・ステアロサーモフィラス(Bacillus stearothermophilus)SPT2-1 〔FERM P-15395〕、バチルス(Bacillus)SPT3〔FERM P-19226〕、ジオバチルス(Geobacillus)SPT4 〔FERM BP-08452 〕、ジオバチルス(Geobacillus)SPT5 〔FERM BP-08453 〕、ジオバチルス(Geobacillus)SPT6 〔FERM BP-08454 〕、ジオバチルス(Geobacillus)SPT7 〔FERM BP-08455 〕等を使用するのが好ましい。
可溶化槽6では、生物学的に高温条件で嫌気的もしくは好気的に有機性汚泥の可溶化が行われる。この場合、高温条件において用いられる嫌気性もしくは好気性微生物の接種菌体(好熱菌)は、たとえば、従来の嫌気性もしくは好気性消化槽から微生物を培養することによって得られるものである。また、可溶化槽6の最適温度は、好ましくは、50〜90℃の温度範囲となるような条件で操作するが、その高温処理対象である汚泥に含まれる有機性固形物を分解する好熱菌の種類によって異なるものであり、例えば下水余剰汚泥から分離した好熱菌の場合には、微生物(好熱菌)による可溶化反応と熱による物理化学的な熱分解の両作用が同時に効率よく十分に生じうるように、高温条件における温度を55〜75℃の範囲、好ましくは60〜70℃で操作するようにする。
いずれにしても、微生物(好熱菌)による可溶化反応と熱による物理化学的な熱分解の両作用が同時に効率よく十分に生じうるように、微生物の種類に応じて、50〜90℃の温度範囲になるように設定するのが望ましい。特に、好気性好熱菌のバチルス属細菌を用いる場合には、55〜70℃の温度範囲に設定するのが好ましく、特に60〜65℃の範囲がより好ましい。また、好気性好熱菌のジオバチルス属細菌を用いる場合には、55〜65℃の温度範囲に設定するのが好ましい。
また、pHは微生物の種類に応じて、pH6〜9の範囲、好ましくは7〜8の範囲になるように設定する。これは可溶化処理液が、硝化或いは脱窒処理に悪影響を及ぼさないようにするためである。さらに、可溶化処理は、汚泥の分解により生じるアンモニアをある程度分解(硝化)させておくために、好気性処理が好ましい。
さらに、可溶化槽6の水力学的滞留時間(HRT)は1〜3日であることが好ましい。
尚、前記第2固液分離装置3及び第3固液分離装置5で分離された固形物である汚泥は、上述のように可溶化槽6へ供給される他、第2固液分離装置3で分離された汚泥は脱窒槽2へも返送され、第3固液分離装置5で分離された汚泥は硝化槽4へも返送されるように構成されている。さらに、可溶化槽6で可溶化された可溶化液は、脱窒槽2へ供給されるように構成されている。
さらに、第3固液分離装置5で分離された処理液(硝化液)は、系外へ排出される他、前記脱窒槽2へも返送される。コンポスト装置7は、前記第1固液分離装置1で分離された固形物を、コンポスト化するためのものである。
次に、上記のような構成からなる処理装置によって、家畜糞尿、し尿等の高濃度有機性廃液を処理する処理方法の実施形態について説明する。
先ず、原水である家畜糞尿、し尿等の高濃度有機性廃液を第1固液分離装置1へ供給する。供給された原水は、第1固液分離装置1によって固液分離され、分離液が脱窒槽2へ供給される。供給された分離液は、脱窒槽2内で脱窒菌によって脱窒処理される。
一方、第1固液分離装置1で分離された固形物である汚泥は、コンポスト装置7へ供給され、乾燥されてコンポスト化される。コンポスト化された固形物は、堆肥等として利用される。脱窒槽2で脱窒処理された脱窒処理液は第2固液分離装置3へ供給され、該第2固液分離装置3で汚泥と分離液に固液分離される。固液分離された固形物である汚泥の一部は可溶化槽6へ供給されるとともに、その他の汚泥は脱窒槽2へ返送される。一方、第2固液分離装置3で分離された分離液は硝化槽4へ供給され、硝化槽4で硝化菌によって硝化処理される。
この場合において、脱窒槽2で脱窒処理された脱窒処理液は第2固液分離装置3で固液分離されて、分離後の脱窒菌を含む固形物(汚泥)が可溶化槽6へ供給されるとともに脱窒槽2へ返送され、分離後の分離液が硝化槽4へ供給されるので、脱窒菌を含む固形物(汚泥)が硝化槽へ供給されるのが極力防止されることとなる。従って、固形物中の雑菌が硝化槽に流入して硝化槽内で増殖し、硝化菌を圧迫して硝化菌の増殖を抑制するようなことがなく、また固形物中の脱窒菌や雑菌が硝化槽に流入して硝化槽内のBOD濃度が高くなるようなこともないので、硝化菌の活性が低下することがなく、硝化槽内の硝化速度の低下を防止することができる。
この硝化槽4では、硝酸が生成される硝酸型硝化、或いは亜硝酸型硝化菌を用いるとともに亜硝酸酸化細菌の増殖を抑制した方法によって硝酸が生成されることなく亜硝酸が生成される、いわゆる亜硝酸型の硝化が行われる。本発明では亜硝酸型硝化が行われるように運転方法を制御するのが望ましい。亜硝酸型硝化の反応は次のように行われる。
NH4 ++1.5O2→NO2 -+H2O+2H+
ちなみに、硝酸が生成される、いわゆる硝酸型の硝化は、次のような反応となる。
NH4 ++2O2→NO3 -+H2O+2H+
このような亜硝酸型の硝化が行われることにより、必要酸素量が低減し、硝酸型の硝化に比べてブロワーでの曝気量も約75%に低減することができる。
このように硝化槽4ではアンモニアが硝化されることになるが、硝化処理された硝化処理液は、第3固液分離装置5へ供給され、その第3固液分離装置5で固液分離される。第3固液分離装置5で分離された固形物である汚泥の一部は可溶化槽6へ供給されるとともに、その他の汚泥は硝化槽4へ返送される。一方、第3固液分離装置5で分離された硝化液は、一部は脱窒槽2に返送され脱窒処理されるとともに、残りは系外に排出されることとなる。前記第2固液分離装置3及び第3固液分離装置5から可溶化槽6へ供給された汚泥は、その可溶化槽6で可溶化処理され、脱窒槽2へ返送されることとなる。
硝化槽4で上記のような亜硝酸型の硝化が行われるため、脱窒槽2では、その亜硝酸と水素供与体であるメタノールを使用した場合は、次のような反応が生ずる。
6NO2 -+3CH3OH+3CO2 →3N2+6HCO3 -+3H2
ちなみに、硝化槽4で硝酸が生成される場合には、脱窒槽4では次の反応が生ずる。
6NO3 -+5CH3OH+CO2 →3N2+6HCO3 -+7H2
亜硝酸型の硝化では、硝酸型の硝化に比べて、脱窒に必要な有機源(水素供与体)が約60%に低減されることとなる。この結果、水素供与体であるメタノール等の有機源の注入量を低減することができる。
また、可溶化槽6では、汚泥が可溶化されて減容化されるため、汚泥の処分費用が低減されることとなる。また、可溶化液中の有機物が、脱窒における有機源として使用することができるため、脱窒槽2へのメタノール等の有機源供給量を低減することができる。
さらに、上述のように脱窒槽2と硝化槽4との間に第2固液分離装置3が設けられているため、脱窒菌を含む固形物(汚泥)が硝化槽4へ不用意に混入するのを防止することができ、その結果、固形物中の雑菌が硝化槽に流入して硝化菌を圧迫したり、硝化槽内のBOD濃度が高くなるようなことがないので、硝化槽4の硝化処理性能が低下するのを防止することができる。
さらに、硝化後に、第3固液分離装置5で固液分離し、汚泥を硝化槽4に返送するため、亜硝酸型硝化菌が系外へ不用意に流出するのを防止するとともに、亜硝酸型硝化菌を高濃度に維持することができる。この結果、亜硝酸型硝化処理の維持を容易に行うことができる。
さらに、好熱菌による汚泥の可溶化によりアンモニアが生じることになるが、可溶化処理汚泥に含まれるアンモニアは、硝化工程において脱窒可能な亜硝酸態窒素酸化されることとなる。この結果、脱窒処理が好適になされることになり、系外に有害な窒素成分が放出されることがない。
上述のように、本実施形態では、原水を第1固液分離装置1で分離し、分離された固形物である汚泥をコンポスト装置7でコンポスト化する一方で、分離された分離液を脱窒槽2で脱窒処理するとともに硝化処理するため、従来のようにメタン発酵槽を用いることなく、家畜糞尿、し尿の脱窒、硝化処理を行なうことが可能となった。
(その他の実施形態)
尚、上記実施形態では、被処理液として、家畜糞尿、し尿処理等の固形物及びアンモニア性窒素を高濃度に含む有機性廃液を対象としたが、被処理液の種類はこれに限定されるものではなく、窒素化合物を含有している廃液であれば、処理すべき有機性廃液の種類も問わない。
また、該実施形態のように、第1固液分離装置1やコンポスト装置7を設けることは本発明に必須の条件ではない。
さらに、上記実施形態では、可溶化槽6での可溶化処理を好熱菌によって行なったが、可溶化処理の手段は該実施形態のような好熱菌による手段に限らず、中温菌による可溶化、オゾン分解、電気分解、熱アルカリ分解、酵素分解(例えば、プロテアーゼ、リパーゼ、グリコシダーゼなどを単独または組み合わせて添加)、ミル破砕等の機械的な処理、超音波破砕等を用いることも可能であり、或いはこれらの手段と好熱菌による手段とを組み合わせて用いることも可能である。
以下、本発明の実施例について説明する。
上記実施形態のような装置を用いて、家畜糞尿、し尿処理等の高濃度有機性廃液の処理を行なった。原水である有機性廃液の流量は50m3/dとし、原水中のアンモニア性窒素の濃度(NH3−N)は3000mg/Lとした。脱窒槽の容積は120m3 とし、硝化槽の容積は240m3 とした。
本実施例では、硝化槽の運転状態を制御することにより、硝化槽内のアンモニアは硝酸まで酸化されずに亜硝酸の形態となる。たとえば、遊離NH4 +濃度10〜30mg/L、温度30〜35℃、溶存酸素4〜7mg/L、pH7〜9等の条件下で運転を行なうことにより、硝化槽内のアンモニアを亜硝酸の形態にすることができる。
酸化に必要な酸素は480kg/d であり、ブロアーによる曝気により供給される。この場合の攪拌動力は480kWh/dである。硝化槽で生成した亜硝酸は、脱窒槽に返送され、水素供与体としてのメタノールを補給することで、脱窒菌の作用で窒素ガスに変換される。このメタノールの補給量は84kg/dであった。また、水素供与体として汚泥可溶化液を脱窒槽に添加した場合は、メタノールの補給量は0になった。
このように、本実施例では、脱窒処理液を固液分離し、分離液のみ硝化槽にて処理したので、原水である有機性廃液中のアンモニアを亜硝酸に変えることができた。またメタン発酵を行わないため、良質のコンポストが得られた。
本発明は、家畜糞尿、し尿等の窒素化合物を含む有機性廃液を生物学的に処理する方法及び装置に広く適用することができる。
一実施形態としての家畜糞尿、し尿等の高濃度有機性廃液の処理装置を示す概略ブロック図。
符号の説明
2…脱窒槽 3…第2固液分離装置
4…硝化槽 5…第3固液分離装置
6…可溶化槽

Claims (6)

  1. 有機性廃液を脱窒処理及び硝化処理する処理方法であって、脱窒処理後の脱窒処理液を汚泥と分離液に固液分離した後、分離された分離液を硝化処理することを特徴とする有機性廃液の処理方法。
  2. 硝化処理後の硝化処理液を汚泥と硝化液に固液分離し、分離後の硝化液を脱窒処理工程に返送する請求項1記載の有機性廃液の処理方法。
  3. 脱窒、硝化処理により発生した汚泥を可溶化する請求項1又は2記載の有機性廃液の処理方法。
  4. 有機性廃液を処理する処理装置であって、有機性廃液を脱窒処理する脱窒槽(2) と、該脱窒槽(2) により脱窒処理した脱窒処理液を固液分離する固液分離装置(3) と、該固液分離装置(3) で分離された分離液を硝化処理する硝化槽(4) とを具備することを特徴とする有機性廃液の処理装置。
  5. 硝化処理後の硝化処理液を固液分離する固液分離装置(5) が具備されている請求項4記載の有機性廃液の処理装置。
  6. 脱窒槽(2) 及び硝化槽(4) で発生した汚泥を、可溶化処理する可溶化槽(6) が具備されている請求項4又は5記載の有機性廃液の処理装置。
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