JP2006000828A - 有機性排水の処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多段式生物処理において設置スペース等を縮小化するとともに、高水質処理水を得ることができる有機性排水の処理方法を提供する。
【解決手段】好気性条件下で有機性排水を微生物により処理する有機性排水の処理方法であって、有機性排水を１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にて好気性生物処理を行う第１の生物処理工程と、第１の生物処理工程で処理した処理水を、凝集剤を使用した凝集処理にて凝集分離を行う工程と、凝集分離された処理水を第１の生物処理よりも低い負荷で好気性生物処理を行う第２の生物処理工程と、を含む有機性排水の処理方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物を含有する有機性排水の処理方法に関し、特に好気性生物処理と凝集分離処理とを組み合わせて有機物を分解、分離する有機性排水の処理方法に関する。

下水処理、産業排水処理など排水の種類により処理方法は異なるが、一般の有機性排水の処理においては、ランニングコストが安く、多種多様な排水に適用可能な好気性生物処理（活性汚泥法、硝化脱窒法等）が採用される場合が多い。

一方、近年では環境負荷の低減、水資源の有効活用、製造コストの縮減などの観点から、生物処理を用いた排水処理においても、高水質の処理水を得ることが要求され、これを公共用水域へ放流するか、もしくは製造用水として回収・再利用する事例が多くなってきている。

この際、生物処理工程において高水質の処理水を得る方法として、例えば特開２００２−２６３６７２号公報（特許文献１）のように、生物処理槽を複数に分けて直列に配置する多段処理を行う例がある。即ち、完全混合である単槽式の生物処理と同等の槽容量であっても、いわゆる押し出し流れが形成される多段処理のほうが、清澄な処理水を得ることができるためである。

特開２００２−２６３６７２号公報

しかし、特許文献１のような多段式生物処理方法にて実際に有機性排水を処理してみると、高水質を得るためには後段生物処理で槽容量を大きくしなければならず、単槽式には処理水質の面で勝るものの、依然として広大な設置スペースが必要となる。また槽容量縮減のために多段処理の段数を増すと、設備費の増大を招くという問題がある。

本発明は、多段式生物処理において設置スペース等を縮小化するとともに、高水質処理水を得ることを可能とする有機性排水の処理方法である。

本発明は、好気性条件下で有機性排水を微生物により処理する有機性排水の処理方法であって、前記有機性排水を１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にて好気性生物処理を行う第１の生物処理工程と、前記第１の生物処理工程で処理した処理水を、凝集剤を使用した凝集処理にて凝集分離を行う工程と、前記凝集分離された処理水を前記第１の生物処理よりも低い負荷で好気性生物処理を行う第２の生物処理工程と、を含む。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記凝集剤として無機凝集剤と高分子凝集助剤とを併用することが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記第１の生物処理は、固定床もしくは流動床の生物膜法により行われることが好ましい。

また、前記有機性排水の処理方法において、前記第２の生物処理は、繊維及び活性炭のいずれか、もしくは両方を含む生物担体を用いた生物膜法により行われることが好ましい。

本発明において、有機性排水を、高負荷にて第１の好気性生物処理を行い、その処理水を凝集剤による凝集処理にて凝集分離を行い、凝集分離された処理水を第１の生物処理よりも低い負荷でさらに好気性生物処理を行うことにより、多段式生物処理において設置スペース等を縮小化するとともに、高水質の処理水を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

多段式生物処理における設置スペース等の縮小化、処理水の高水質化等について種々検討したところ、多段式生物処理において後段の槽容量を大きくしなければならない原因として、以下に記すような事象によって、前段生物処理の被処理水中に含まれる有機性の懸濁物質が後段生物処理の処理効率向上を妨げていることがわかった。

（１）後段生物処理の有機物負荷量が大きくなる
後段生物処理では、本来の処理対象である溶解性の有機物の他、前段生物処理から流入する汚泥を分解するために、有機物負荷量が大きくなる。そのため、後段生物処理の必要容積や曝気量を大きくするか、前段生物処理の有機物負荷を下げて汚泥発生量を抑制する必要がある。

（２）後段生物処理における有効微生物の増加を阻害する
多段式生物処理では流入水中の有機物を前段生物処理にて分解し、その分解代謝物（中間生成物）を後段生物処理にて処理する。このため両生物処理の槽内では種類の異なる微生物群を保持する必要がある。しかし、前段生物処理槽の汚泥が後段に流入することにより、これらの汚泥が後段生物処理槽に固着し、後段生物処理で保持されるべき有効微生物の占有率を低下させる。または、前段生物処理で発生した原生動物などが後段生物処理に流入し、後段生物処理に必要な微生物を捕食するため、後段生物処理で保持されるべき有効微生物量が減少する。これらの作用の結果、後段生物処理では前段生物処理から流入する分解代謝物を分解すべき有効微生物量が不足し、結果として後段生物処理での処理速度が上がらない。

以上のような知見に加え、多段処理における最適な処理条件を検討した結果、有機性排水を１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にて好気性生物処理を行う第１の生物処理工程と、第１の生物処理工程で処理した処理水を、凝集剤を使用した凝集処理にて凝集分離を行う工程と、凝集分離された処理水を第１の生物処理よりも低い負荷で好気性生物処理を行う第２の生物処理工程と、を含む処理方法によれば、有機性排水の多段式生物処理において省スペース化、高水質化が可能となる。

図１に本実施形態に係る排水処理方法に使用する排水処理装置１の概要を示す。

産業排水、生活排水などの有機性排水が原水として前段生物処理槽１０に流入し、１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にて好気性生物処理が行われる（第１の生物処理工程）。第１の生物処理工程で処理された処理水は、凝集分離槽１２に導入され、凝集剤を使用した凝集処理にて凝集分離される（凝集分離工程）。凝集分離された処理水は、後段生物処理槽１４に導入され、第１の生物処理よりも低い負荷でさらに好気性生物処理が行われる（第２の生物処理工程）。第２の生物処理工程で処理された処理水は、公共用水域へ放流されるか、もしくは製造用水等として回収・再利用される。

本実施形態に係る有機性排水の処理方法によれば、以下のような作用により有機性排水の多段式生物処理において省スペース化、高水質化が可能となる。

（ａ）前段生物処理（第１の生物処理工程）において発生する汚泥を後段生物処理（第２の生物処理工程）に流入する前に、凝集剤を使用した凝集処理によって凝集分離して除去することにより、後段生物処理への有機物負荷が低減し、結果として後段生物処理槽の容量を縮減することができる。

（ｂ）前段生物処理において発生する汚泥もしくは微生物が多量に後段生物処理へ流入することを防止することにより、後段生物処理での有効微生物の増殖・固着を促進する。

（ｃ）前段生物処理でのＢＯＤ負荷を１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にするとことにより、凝集分離手段として凝集剤を使用した場合の有機物除去率（有機性懸濁物質も含む）が格段に向上する。この理由としては、前段生物処理を高負荷にて運転することにより、前段生物処理水中には比較的粗大化した汚泥やコロイド物質が多く含まれるようになり、凝集分離手段として凝集剤を使用した凝集処理が最も効率よく機能するためであると思われる。逆に、前段生物処理におけるＢＯＤ負荷を低くすると、処理水中の懸濁物質が微細化することなどにより凝集処理での有機物除去率が低下する。

（ｄ）後段生物処理でのＢＯＤ負荷を前段生物処理よりも低くすることにより、高水質処理水を得ることができる。ここで、後段生物処理におけるＢＯＤ負荷とは、後段生物処理槽に流入する被処理水のＢＯＤ濃度を基準に算出した負荷を指す。従来の生物処理のみの多段処理では、前段からの懸濁物質流出による有機物負荷が定量化し難かったため、後段生物処理での負荷計画（容量計算）が容易ではなかった。本実施形態では、前段生物処理から発生する汚泥を凝集処理により除去するため、後段生物処理での実質的なＢＯＤ負荷設計が容易になり、後段生物処理の負荷を上記のように設定すれば、確実に高水質処理水を得ることができる。

前段生物処理及び後段生物処理における好気性生物処理方法としては、活性汚泥法、流動床もしくは固定床式生物膜法等、従来知られている生物処理方法を用いることができる。

凝集分離手段として凝集剤を使用した凝集処理が効率よく機能するために、前段生物処理（第１の生物処理工程）において、有機性排水は１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にて好気性生物処理される。極端に高い負荷で好気性生物処理を行うと、多量の溶解性ＢＯＤが残留するとともに懸濁物質が生物汚泥（フロック）の形状を成さず、微細な菌体のまま流出すること等により、逆に凝集処理の効率を低下させる場合があることから、１０ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以下であることが好ましい。

凝集分離手段としての凝集処理としては、凝集沈殿、凝集浮上分離、凝集膜分離、凝集ろ過等を採用することができる。この際、凝集剤としては、鉄塩、アルミニウム塩等の無機凝集剤等を使用することができる。また、このとき、アニオン性、カチオン性、ノニオン性の高分子凝集剤等の凝集助剤を使用することができる。有機物除去率を向上させるためには、無機凝集剤と高分子凝集助剤とを併用することが好ましい。使用する無機凝集剤と高分子凝集助剤との比率は、１００：１〜５００：１であることが好ましい。

後段生物処理（第２の生物処理工程）において、高水質処理水を得るためには、第１の生物処理よりも低い負荷、例えば、第１の生物処理の負荷の１／２以下であることが好ましい。製造用水として回収を行う場合など、より清澄な水質が求められる場合には、後段生物処理における負荷は、１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以下であることが好ましい。なお、生物処理の有機物負荷を表す指標としてはＢＯＤ負荷（ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ）が一般的であるが、ＣＯＤ（化学酸素要求量）負荷（ｋｇＣＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ）、ＴＯＣ（全有機態炭素）負荷（ｋｇＴＯＣ／ｍ^３／ｄａｙ）、ＴＯＤ（全酸素要求量もしくは理論的酸素要求量）負荷（ｋｇＴＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ）等で計画される場合がある。これらの場合には、対象排水のＣＯＤもしくはＴＯＣもしくはＴＯＤと、ＢＯＤとの比をあらかじめ求めておけば、本実施形態に示すＢＯＤ負荷の考え方を適用することができる。

前段生物処理において１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にて処理を行うためには、固定床や流動床などの生物膜法により行われることが好ましい。これは通常の活性汚泥法等の浮遊法にて１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷で処理を行うと、被処理水の性状によっては汚泥が膨化して有効生物が系外に流出してしまい、必要な生物量を保持できないといった問題が生じる場合があるためである。流動床や固定床といった生物膜法では、生物床（担体）に付着した生物により有機物の分解を行うため、１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高い負荷で運転を行っても上記のような処理障害が発生しないという利点がある。

ここで、流動床としては、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールといった各種有機高分子を成形したものや、ポリウレタン等からなるスポンジ状担体、無機性担体などを用いることができる。固定床としては、ポリエチレン、ポリプロピレンといった有機高分子成形担体やセラミック担体、繊維状担体などを用いることができる。このような担体の例として、例えば、特許第３１６７１５１号公報に記載の構成の担体を好適に使用することができる。また、例えば糸状繊維を束にしたもの、糸状繊維をより合せたもの、不織布成型品、粒状活性炭、活性炭繊維、活性炭を担持した不織布、等を用いてもよい。

また、前段生物処理として生物膜法を用いる場合、その処理水には粘度の高い汚泥やコロイド物質が発生しやすいため、凝集処理による有機物除去効果が更に促進される。

上記の各種処理方法を採用しても、被処理水の性状によっては以下のような理由により目標処理水質を満足しない場合がある。

（ｉ）被処理水中に含まれる難分解性物質が後段生物処理にて十分に分解、除去できない。

（ｉｉ）高水質を得るために後段生物処理のＢＯＤ負荷を低く設定するがゆえに、後段生物処理において有効微生物が増殖し難く、増殖した微生物も汚泥の解体等によって汚泥が系外へ流出し易くなる。この結果として、系内に有効微生物が保持できず有機物除去率が上がらない、もしくは処理水中のＳＳ（浮遊物質）濃度上昇による処理水質の悪化が生じる。

このような被処理水に対しては、後段処理として繊維や活性炭のように表面積が大きい生物担体を用いた固定床式生物膜法を適用することが好ましい。これらの生物担体は表面積が大きいがゆえに、（１）難分解物質の分解菌を集積・保持しやすい、（２）低負荷においても有効微生物が系外に流出しにくい、といった特徴を持つ。よってこれらの生物担体を採用することにより、高水質処理水を得ることが可能となる。

ここで、生物担体の材料としては、例えば糸状繊維を束にしたもの、糸状繊維をより合せたもの、不織布成型品、粒状活性炭、活性炭繊維、活性炭を担持した不織布、等を用いることが出来る。このような生物担体の例として、例えば、特許第３１０７９５０号公報に記載の活性炭繊維の成形体を好適に使用することができる。

なお、上記のような担体を固定床として用いる場合、流入水に懸濁物質が多く含まれると担体の目詰まりが生じやすく、目詰まりが進行して担体が閉塞し、通水抵抗の上昇、被処理水のショートパスといった処理障害につながる。本実施形態に係る方法によれば、凝集処理により後段への懸濁物質の流入が防止できるため、担体の閉塞の懸念なく上記のような難分解処理、低負荷に好適な生物担体を採用することができる。

このようなことから、前段処理においては担体の目詰まりを防止するために空隙率の大きい担体（例えば、空隙率９５％以上）を使用し、後段処理においては高水質処理水を得るために空隙率の小さい担体（例えば、空隙率９０％以下）を使用することが好ましい。

本実施形態に係る処理方法による処理水を清澄な製造用水として再利用する場合には、必要に応じて後段生物処理の処理水に対して凝集、ろ過、活性炭処理、膜処理などを施してもよい。これにより、目的に適した高水質水を得ることができる。

本実施形態において、有機性排水を、高負荷にて第１の好気性生物処理を行い、その処理水を凝集剤による凝集処理にて凝集分離を行い、凝集分離された処理水を第１の生物処理よりも低い負荷でさらに好気性生物処理を行うことにより、多段式生物処理において設置スペース、イニシャルコストを縮小化するとともに、高水質の処理水を得ることができる。

本発明の有機性排水の処理方法は、有機性排水を処理するところであれば特に制限なく使用されるが、特に、下水、工場排水など有機物が多い排水に対して好適に使用することができる。

以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示す多段式排水処理装置を使用して表１に示す条件で排水処理を行った。排水の処理結果を表２に示す。

（比較例）
図２に示す従来式の多段式排水処理装置（２段式生物処理）を使用して表１に示す条件で排水処理を行った。前段生物処理において、後段への懸濁物質負荷を低減するために低いＢＯＤ負荷設定とした。排水の処理結果を表２に示す。

前段生物処理と後段生物処理の間に凝集分離手段として凝集処理を設置した実施例１においては、装置の設置面積として約１／２の縮減が可能となった。また処理水のＣＯＤMnについても約１／２と、高水質の処理水を得ることができた。

（実施例２）
凝集工程における凝集剤を使用しなかった以外は実施例１と同様にして排水処理を行った。結果を表３に示す。

（実施例３）
凝集工程における凝集剤として、無機凝集剤（ＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３換算１１％含有水溶液）とアニオン系高分子凝集剤（オルフロックＡＸ−５００Ｓ）との併用の代わりに、無機凝集剤（ＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウム、Ａｌ_２Ｏ_３換算１１％含有水溶液）のみを使用した以外は実施例１と同様にして排水処理を行った。結果を表３に示す。

表３から明らかなように、図１のシステムは適正な凝集処理を施すことにより処理水質が格段に向上する。また凝集助剤として高分子凝集剤を使用しない場合は後段生物処理への有機物負荷、汚泥流入の低減効果が十分ではないため処理水質は向上しない。

実施例に示したとおり、本処理方法を用いれば、前段の処理容量を大幅に縮減でき（実施例では１／５）、全体の装置設置面積も約半分となる。また、従来よりも高水質な処理水を得ることができる（実施例では処理水ＣＯＤMnを約５０％低減）。さらに、前段生物処理を１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷に設定した際には、その処理水を無機凝集剤と高分子凝集助剤とを併用した凝集処理にて処理する方法が非常に有効であり、高水質な処理水を得ることができる。

本発明の実施形態に係る排水処理方法に使用する排水処理装置の概要を示す図である。 従来の多段式生物処理に使用する排水処理装置の概要を示す図である。

符号の説明

１ 排水処理装置、１０ 前段生物処理槽、１２ 凝集分離槽、１４ 後段生物処理槽。

Claims (4)

1. 好気性条件下で有機性排水を微生物により処理する有機性排水の処理方法であって、
   前記有機性排水を１ｋｇＢＯＤ／ｍ^３／ｄａｙ以上の高負荷にて好気性生物処理を行う第１の生物処理工程と、
   前記第１の生物処理工程で処理した処理水を、凝集剤を使用した凝集処理にて凝集分離を行う工程と、
   前記凝集分離された処理水を前記第１の生物処理よりも低い負荷で好気性生物処理を行う第２の生物処理工程と、
   を含むことを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 請求項１に記載の有機性排水の処理方法であって、
   前記凝集剤として無機凝集剤と高分子凝集助剤とを併用することを特徴とする有機性排水の処理方法。
3. 請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法であって、
   前記第１の生物処理は、固定床もしくは流動床の生物膜法により行われることを特徴とする有機性排水の処理方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の有機性排水の処理方法であって、
   前記第２の生物処理は、繊維及び活性炭のいずれか、もしくは両方を含む生物担体を用いた生物膜法により行われることを特徴とする有機性排水の処理方法。

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