JP2007296436A

JP2007296436A - 高濃度有機物含有排水の排水処理方法

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Publication number: JP2007296436A
Application number: JP2006125002A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kondo; 治郎近藤; Masahiro Aoi; 正廣青井
Original assignee: EGS KK; Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: EGS KK; Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP4648872B2

Abstract

【課題】全有機体炭素（ＴＯＣ）２００００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度有機物含有排水〔高ＴＯＣ排水〕(AH)を効率よく排水処理しうる方法を提供する。
【解決手段】本発明の方法は、活性汚泥として、好気性処理槽(2)において低濃度有機物含有排水〔低ＴＯＣ排水〕(AL)を好気性処理した後の活性汚泥(B)を用い、高ＴＯＣ排水(AH)をこの活性汚泥(B)および硝酸態窒素類(C)と共に嫌気性処理槽(3)に連続的に供給して嫌気性処理しつつ、嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')を連続的に抜出し、この活性汚泥(B')を好気性処理槽(2)に環流させる。好気性処理槽(2)で低ＴＯＣ排水(AL)を処理した後の活性汚泥(B)を高ＴＯＣ排水(AH)および硝酸態窒素類(C)と共に嫌気性処理槽(3)に連続的に供給し、嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')を連続的に抜出し、活性汚泥(B')を好気性処理槽(2)に環流するように構成された排水処理設備(1)を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高濃度有機物含有排水〔以下、高ＴＯＣ排水と称することがある。〕の排水処理方法に関し、詳しくはＴＯＣ（全有機態炭素）が２００００ｍｇ／Ｌ以上の高ＴＯＣ排水を活性汚泥により生物学的に処理する方法に関する。

有機態炭素を含む排水(A)を活性汚泥(B)により排水処理する方法としては、図３に示すような好気性処理槽(2)を備えた排水処理設備(1')を用い、好気性処理槽(2)内部で空気と十分に接触させる好気性雰囲気下に、排水(A)を活性汚泥(B)と接触させる方法が一般的である〔非特許文献１：「水質汚濁防止技術と装置４．生物学的水理処理技術と装置」(社)化学工学協会編集、(株)培風館、昭和５３年１０月２０日初版発行、第１１４頁〜第１１６頁〕。かかる方法によれば、排水(A)中の有機態炭素を活性汚泥(B)により分解して、排水処理することができる。

しかし、かかる従来の排水処理方法は、好気性処理槽(2)の単位容積あたり、単位時間あたりに分解しうる有機態炭素の量を示す容積負荷が低く、排水(A)として、ＴＯＣが２００００ｍｇ／Ｌ以上の高ＴＯＣ排水(AH)を排水処理するには、大容積の好気性処理槽(2)を用いたり、排水処理に長時間を掛ける必要があった。

「水質汚濁防止技術と装置４．生物学的水理処理技術と装置」(社)化学工学協会編集、(株)培風館、昭和５３年１０月２０日初版発行、第１１４頁〜第１１６頁

そこで本発明者は、高い容積負荷で、高ＴＯＣ排水(AH)を排水処理しうる方法を開発するべく鋭意検討した結果、低いＴＯＣを示す低濃度有機物含有排水〔以下、低ＴＯＣ排水と称することがある。〕(AL)を好気性処理槽(2)で好気性処理したのちの活性汚泥(B)は、嫌気性雰囲気下、硝酸態窒素類(C)の存在下に高い容積負荷で有機態炭素を分解しうることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、ＴＯＣが２００００ｍｇ／Ｌ以上の高ＴＯＣ排水(AH)を活性汚泥により生物学的に処理する方法であり、
活性汚泥として、ＴＯＣが前記高ＴＯＣ排水(AH)の０．０５倍以下の低ＴＯＣ排水(AL)を好気性処理槽(2)において好気性処理した後の活性汚泥(B)を用い、
前記高ＴＯＣ排水(AH)を前記活性汚泥(B)および硝酸態窒素類(C)と共に嫌気性処理槽(3)に連続的に供給して、該嫌気性処理槽(3)で前記活性汚泥(B)により前記硝酸態窒素類(C)の存在下に前記高ＴＯＣ排水(AH)を連続的に嫌気性処理しつつ、
嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')を連続的に抜出し、
抜出された活性汚泥(B')を前記好気性処理槽(2)に環流させる
ことを特徴とする前記高ＴＯＣ排水(AH)の排水処理方法を提供するものである。

図１および図２には、本発明の排水処理方法により、高ＴＯＣ排水(AH)を排水処理するための排水処理設備(1)の一例を模式的に示す。この排水処理設備(1)は、低ＴＯＣ排水(AL)を活性汚泥(B)の存在下に好気性処理する好気性処理槽(2)と、
高ＴＯＣ排水(AH)を活性汚泥(B)により硝酸態窒素類(C)の存在下に嫌気性処理する嫌気性処理槽(3)とを備えている。そして、この排水処理設備(1)は、好気性処理槽(2)で低ＴＯＣ排水(AL)を好気性処理した後の活性汚泥(B)を、高ＴＯＣ排水(AH)および硝酸態窒素類(C)と共に嫌気性処理槽(3)に連続的に供給し、
嫌気性処理槽(3)から、嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')を連続的に抜出し、
嫌気性処理槽(3)から抜出された活性汚泥(B')を好気性処理槽(2)に環流させる
ように構成されている。

本発明の排水処理方法によれば、高い容積負荷で、ＴＯＣ２００００ｍｇ／Ｌ以上の高ＴＯＣ排水(AH)を排水処理することができる。

以下、図１および図２を用いて本発明の排水処理方法を説明する。
本発明の排水処理方法に適用される高ＴＯＣ排水(AH)は、ＴＯＣが２００００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは３００００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは４００００ｍｇ／Ｌ以上、通常は１０００００ｍｇ／Ｌ以下の排水である。かかる高ＴＯＣ排水(AH)に含まれる有機態炭素としては、例えばメタノール、酢酸などのような、活性汚泥(B)の活性を阻害しない非活性阻害性有機態炭素が挙げられる。また、例えばホルムアルデヒド〔ＨＣＨＯ〕などのような、活性汚泥(B)の活性を阻害する活性阻害性有機態炭素を含んでいてもよい。

本発明の方法に用いられる活性汚泥(B)は、ＴＯＣが、高ＴＯＣ排水(AH)の０．０５倍以下、好ましくは０．０４倍以下、通常は１００ｍｇ／Ｌ以上、好ましくは２００ｍｇ以上の低ＴＯＣ排水(AL)を好気性処理槽(2)において好気性処理した後のものである。かかる低ＴＯＣ排水(Al)に含まれる有機態炭素としては、上記と同様の非活性阻害性有機態炭素が挙げられ、上記と同様の活性阻害性有機態炭素を含まないことが好ましい。

好気性処理槽(2)では、低ＴＯＣ排水(AL)を活性汚泥の存在下に好気性処理する。好気性処理槽(2)としては、例えば図１および図２に示すように、内部に曝気機〔エアレーター〕(21)を備え、この曝気機(21)により空気(D)を吹き込みながら、連続的に低ＴＯＣ排水(AL)を供給し、この低ＴＯＣ排水(AL)に含まれる有機態炭素を活性汚泥(B)により分解する通常の好気性処理槽を用いることができる。

好気性処理は、活性汚泥(B)の活性の点で、通常水素イオン濃度ｐＨ６〜ｐＨ８の中性領域で行われ、水素イオン濃度が上記範囲を外れる場合は、例えば硫酸、塩酸などの酸、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリなどのような水素イオン濃度調整剤(E)を加えて水素イオン濃度を上記範囲に調整しながら行われる。水素イオン濃度調整剤(E)は通常、混合槽（中和槽）(22)で低ＴＯＣ排水(AL)と予め混合してから好気性処理槽(2)に供給される。

好気性処理は、活性汚泥の活性の点で、通常２５℃以上、好ましくは３０℃以上、通常３８℃以下、好ましくは３２℃以下の温度で行われる。

好気性処理槽(2)における活性汚泥(B)の使用量は、低ＴＯＣ排水(AL)のＴＯＣ量、有機態炭素の種類などにより異なるが、低ＴＯＣ排水(AL)のＴＯＣ量と、懸濁浮遊物質〔ＭＬＳＳ〕換算の活性汚泥(B)の使用量との質量比（ＴＯＣ／ＭＬＳＳ）で通常０．５ｋｇ−ＴＯＣ／（ｋｇ−ＭＬＳＳ・日）以下となる程度であり、好気性処理槽(2)の容積を小さくしうる点で、通常０．１ｋｇ−ＴＯＣ／（ｋｇ−ＭＬＳＳ・日）以上となる程度である。

かかる好気性処理槽(2)で低ＴＯＣ排水(AL)を好気性処理した後の活性汚泥(B)は通常、好気性処理後の好気性処理水(AL')に懸濁された状態で好気性処理槽(2)から抜出される。抜出された活性汚泥(B)は、好気性処理水(AL')に懸濁された状態のままで嫌気性処理槽(3)に供給されてもよいし、沈降分離槽〔シックナー〕(23)で好気性処理水(AL')から分離されてから嫌気性処理槽(3)に供給されてもよい。

嫌気性処理槽(3)における活性汚泥(B)の使用量は、高ＴＯＣ排水(AH)のＴＯＣ量、有機態炭素の種類などにより異なるが、高ＴＯＣ排水(AH)のＴＯＣ量と、ＭＬＳＳ換算の活性汚泥(B)の使用量との質量比（ＴＯＣ／ＭＬＳＳ）で通常０．５ｋｇ−ＴＯＣ／（ｋｇ−ＭＬＳＳ・日）以下となる程度であり、嫌気性処理槽(3)の容積を小さくしうる点で、通常０．１５ｋｇ−ＴＯＣ／（ｋｇ−ＭＬＳＳ・日）以上となる程度である。好気性処理槽(2)から抜出された活性汚泥(B)は、全部が嫌気性処理槽(3)に供給されてもよいし、その一部が嫌気性処理槽(3)に供給されてもよい。

硝酸態窒素類(C)は、硝酸態窒素であってもよいし、亜硝酸態窒素であってもよい。硝酸態窒素としては、例えば硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）を含む硝酸化合物が挙げられ、亜硝酸態窒素としては、例えば亜硝酸イオン（ＮＯ₂ ^-）を含む亜硝酸化合物が挙げられる。硝酸化合物としては、例えば硝酸ナトリウム、硝酸カリウムなどの硝酸アルカリ金属塩、硝酸カルシウムなどの硝酸アルカリ土類金属塩などのような硝酸塩などが、亜硝酸化合物としては、例えば亜硝酸ナトリウム、亜硝酸カリウムなどの亜硝酸アルカリ金属塩、亜硝酸カルシウムなどの亜硝酸アルカリ土類金属塩などのような亜硝酸塩などがそれぞれ挙げられ、これらはそれぞれ単独で用いられてもよいし、２種以上を組み合わせて用いられてもよい。

硝酸態窒素類(C)は通常、水に溶解された硝酸態窒素類水溶液として用いられ、例えば上記した硝酸態窒素類(C)を水に溶解したものが用いられる。

硝酸態窒素類(C)の使用量は、高ＴＯＣ排水(AH)のＴＯＣ量と、硝酸態窒素類(C)の窒素原子換算の使用量との比（ＴＯＣ／Ｎ）で、通常２〜１０、好ましくは５以下である。

高ＴＯＣ排水(AH)、上記活性汚泥(B)および硝酸態窒素類(C)は、例えば図１および図２に示すように高ＴＯＣ排水(AH)、活性汚泥(B)および硝酸態窒素類(C)をそれぞれ独立して嫌気性処理槽(3)に供給してもよいし、これらのうちの二つまたは全部を予め混合して嫌気性処理槽(3)に供給してもよい。

嫌気性処理槽(3)としては、例えば脱窒細菌による硝酸態窒素類(C)の脱窒処理に通常用いられると同様のものを用いることができる。嫌気性処理における系内の塩化銀電極を基準とした酸化還元電位（ＯＲＰ）は通常−１００ｍＶ以下、好ましくは−２００ｍＶ以下である。

嫌気性処理は通常、攪拌機(31)などにより攪拌しながら行われ、活性汚泥(B)の活性の点で、通常３０℃〜４８℃の温度範囲で行われる。また、高ＴＯＣ排水(AH)のＴＯＣが変動しても安定して嫌気性処理できる点で、通常水素イオン濃度ｐＨ６．５以上ｐＨ９．０以下、好ましくはｐＨ７．０以上ｐＨ８．５以下の中性領域で行われ、水素イオン濃度がこの範囲を外れる場合は、例えば硫酸、塩酸などの酸または水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウムなどの水素イオン濃度調整剤(E)を添加することにより水素イオン濃度を調整しながら行われる。水素イオン濃度調整剤(E)は、混合槽（中和槽）(32)で高ＴＯＣ排水(AH)と予め混合してから嫌気性処理槽(3)に供給してもよいし、高ＴＯＣ排水(AH)とは独立して嫌気性処理槽(3)に供給してもよい。

高ＴＯＣ排水(AH)を活性汚泥(B)および硝酸態窒素類(C)と共に嫌気性処理槽(3)に供給することにより、活性汚泥(B)により、硝酸態窒素類(C)の存在下に高ＴＯＣ排水(AH)が嫌気性処理される。

活性汚泥(B)中には、嫌気性雰囲気下に、硝酸態窒素類(C)を、水素供与体が分解して生成する水素〔(Ｈ)〕と式（１）

および式（２）

に従って反応させて窒素〔Ｎ₂〕に還元する脱窒細菌が含まれており、本発明の排水処理方法では、高ＴＯＣ排水(AH)に含まれる有機態炭素が、この水素供与体として働くことにより分解されるものと考えられる。例えば高ＴＯＣ排水(AH)が有機態炭素として酢酸〔ＣＨ₃ＣＯＯＨ〕を含む場合には、この酢酸が水素供与体となり、式（３）

に従い分解して、水素〔(Ｈ)〕を生成する。

嫌気性処理により高ＴＯＣ排水(AH)中の有機態炭素を分解処理した後の活性汚泥(B')は、嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')と共に、通常は懸濁された状態で嫌気性処理槽(3)から抜出される。このとき、嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')は、嫌気性処理槽(3)内部に滞留する高ＴＯＣ排水(A)量が一定となるように抜出される。

嫌気性処理槽(3)への高ＴＯＣ排水(AH)、活性汚泥(B)および硝酸態窒素類(C)の供給と、嫌気性処理槽(3)からの嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')の抜出しは、それぞれ連続的に行われ、嫌気性処理槽(3)内の液量(Ｖ₃)と高ＴＯＣ排水(A)の供給速度(Ｕ_H)との比で示される滞留時間(θ₃＝Ｖ₃／Ｕ_H)は、十分な嫌気性処理が行える点で、通常０．５時間以上であり、嫌気性処理槽(3)の容積をより小さくしうる点で、通常５時間以下である。

嫌気性処理槽(3)から抜出された活性汚泥(B')は、多くの場合、低ＴＯＣ排水(AL)を好気性処理するに十分な活性を示すものであるので、これを好気性処理槽(2)に環流させることにより、この活性汚泥(B)を、好気性処理槽(2)における低ＴＯＣ排水(AL)の好気性処理に再使用することができ、有効利用できて好ましい。嫌気性処理槽(3)から抜出された活性汚泥(B')は、例えば図１に示すように、嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')から分離して環流させてもよいし、図２に示すように、嫌気性処理水(AH')から分離することなく混合状態のままで還流させてもよい。活性汚泥(B')と嫌気性処理水(AH')との分離は、図１に示すような通常の沈降分離槽〔シックナー〕(33)により行うことができる。沈降分離槽(33)にて分離された後の活性汚泥(B')は、その一部または全部が好気性処理槽(2)に環流される。

本発明の排水処理方法によれば、高ＴＯＣ排水(AH)を活性汚泥(B)により高い容積負荷で排水処理できるので、高ＴＯＣ排水(AH)の排水処理に要する時間を短くでき、また設備を比較的小さなものとすることができる。また、高ＴＯＣ排水(AH)の排水処理を嫌気性処理槽(3)で行うので、曝気に要するエアーの供給が不要であり、また少ない活性汚泥(B)で排水処理することができる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。

実施例１
図２に示すような好気性処理槽(2)および嫌気性処理槽(3)を備えた排水処理設備(1)を準備した。

この排水処理設備(1)の好気性処理槽(2)に、有機態炭素として主に酢酸〔ＣＨ₃ＣＯＯＨ〕を含む低ＴＯＣ排水〔ＴＯＣ５００ｍｇ／Ｌ、温度約２０℃〕(AL)を５０〜２００容積部／ｈで連続的に供給し、底部の曝気機(21)から連続的に空気(D)を供給して曝気して、温度３２℃〜３８℃で好気性処理を行うと共に、好気性処理槽(2)内部の低ＴＯＣ排水(2)量が一定になるように、好気性処理後の好気性処理水(AL')および活性汚泥(B)を連続的に抜出した。

このとき、好気性処理槽(2)内の液量(Ｖ₂)と低ＴＯＣ排水(AL)の供給速度(Ｕ_L)との比で示される滞留時間（θ₂＝Ｖ₂/Ｕ_L）は、１５時間であった。好気性処理槽(2)に供給されるＴＯＣ換算の低ＴＯＣ排水(AL)量とＭＬＳＳ換算の活性汚泥(B)量との質量比（ＴＯＣ／ＭＬＳＳ）は０．２５ｋｇ−ＴＯＣ／（ｋｇ−ＭＬＳＳ・日）であった。

抜出された好気性処理水(AL')および活性汚泥(B)の懸濁液(AL'+B)は、沈降分離槽(23)に送り、ここで活性汚泥(B)を沈降させ、沈降分離槽(22)の底部から抜出して単離した。単離された活性汚泥(B)は水分を含むものであり、そのＭＬＳＳは２５０００ｍｇ／Ｌであった。またＴＯＣを測定したところ、約１５０ｍｇ／Ｌであった。

嫌気性処理槽(3)には、有機態炭素として主にメタノールを含む高ＴＯＣ排水〔ＴＯＣ４５０００ｍｇ／Ｌ、温度２５℃〕(AH)を１容積部／ｈで、上記で単離して得た活性汚泥〔温度３８℃〕(B)の一部を１０容積部／ｈで、ＮａＮＯ₃水溶液〔窒素換算濃度６６０００ｍｇ／Ｌ、約２０℃〕(D)を０．２容積部／ｈで、それぞれ連続的に供給し、攪拌機(31)で攪拌して、温度３２℃で嫌気性処理を行うと共に、嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')を連続的に抜出した。

嫌気性処理槽(3)内の液量(Ｖ₃)と高ＴＯＣ排水(AH)の供給速度(Ｕ_H)との比で示される滞留時間（θ₃＝Ｖ₃／Ｕ_H）は、約３時間であった。嫌気性処理の間、酸およびアルカリ(E)は加えなかったが、嫌気性処理槽(2)内部の水素イオン濃度はｐＨ７．０〜８．０の範囲に保たれていた。嫌気性処理槽(2)に供給されるＴＯＣ換算の高ＴＯＣ排水(AH)量とＭＬＳＳ換算の活性汚泥(B)量との質量比（ＴＯＣ／ＭＬＳＳ）は、０．２ｋｇ−ＴＯＣ／（ｋｇ−ＭＬＳＳ・日）であった。懸濁液(AH'+B)として抜出された嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B)はそのまま好気性処理槽(2)に還流させた。なお、嫌気性処理槽(3)から抜出された懸濁液(AH'+B)の一部を取り出し、濾紙で濾過したのち、ＴＯＣ量を測定したところ約２５０ｍｇ／Ｌであった。

本発明の排水処理方法により、高ＴＯＣ排水(AH)を排水処理するための排水処理設備(1)の一例を模式的に示す図である。本発明の排水処理方法により、高ＴＯＣ排水(AH)を排水処理するための排水処理設備(1)の他の一例を模式的に示す図である。従来の排水処理設備(1')を模式的に示す図である。

符号の説明

Ａ：排水Ａ':処理水
AH：高濃度有機物含有排水〔高ＴＯＣ排水〕 AH':嫌気性処理水
AL：低濃度有機物含有排水〔低ＴＯＣ排水〕 AL':好気性処理水
Ｂ、Ｂ':活性汚泥Ｃ：硝酸態窒素類Ｄ：空気Ｅ：水素イオン濃度調整剤
１：排水処理設備１':従来の排水処理設備
２：好気性処理槽 21：暴気機 22：混合槽 23：沈降分離槽
３：嫌気性処理槽 31：攪拌機 32：混合槽 33：沈降分離槽

Claims

ＴＯＣが２００００ｍｇ／Ｌ以上の高濃度有機物含有排水(AH)を活性汚泥により生物学的に処理する方法であり、
活性汚泥として、ＴＯＣが前記高濃度有機物含有排水(AH)の０．０５倍以下の低濃度有機物含有排水(AL)を好気性処理槽(2)において好気性処理した後の活性汚泥(B)を用い、
前記高濃度有機物含有排水(AH)を前記活性汚泥(B)および硝酸態窒素類(C)と共に嫌気性処理槽(3)に連続的に供給して、該嫌気性処理槽(3)で前記活性汚泥(B)により前記硝酸態窒素類(C)の存在下に前記高濃度有機物含有排水(AH)を連続的に嫌気性処理しつつ、
嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')を連続的に抜出し、
抜出された活性汚泥(B')を前記好気性処理槽(2)に環流させる
ことを特徴とする前記高濃度有機物含有排水(AH)の排水処理方法。
請求項１に記載の排水処理方法により、前記高濃度有機物含有排水(AH)を排水処理するための排水処理設備(1)であり、
前記低濃度有機物含有排水(AL)を活性汚泥(B)の存在下に好気性処理する好気性処理槽(2)と、
前記高濃度有機物含有排水(AH)を活性汚泥(B)により硝酸態窒素類(C)の存在下に嫌気性処理する嫌気性処理槽(3)とを備え、
前記好気性処理槽(2)で前記低濃度有機物含有排水(AL)を好気性処理した後の活性汚泥(B)を、前記高濃度有機物含有排水(AH)および硝酸態窒素類(C)と共に前記嫌気性処理槽(3)に連続的に供給し、
前記嫌気性処理槽(3)から、嫌気性処理後の嫌気性処理水(AH')および活性汚泥(B')を連続的に抜出し、
前記嫌気性処理槽(3)から抜出された活性汚泥(B')を前記好気性処理槽(2)に環流させる
ように構成されていることを特徴とする排水処理設備(1)。