JP2014008461A

JP2014008461A - 排水処理方法

Info

Publication number: JP2014008461A
Application number: JP2012147085A
Authority: JP
Inventors: Yoshiko Shishido; 美子宍戸
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2014-01-20

Abstract

【課題】硫化物含有排水を硫黄酸化細菌で脱硫する排水処理方法において、単体硫黄としての除去率が高い排水処理方法を提供する。
【解決手段】硫化物含有排水を、硫黄酸化細菌を含む脱硫槽で脱硫する排水処理方法において、脱硫槽における硫黄酸化細菌数／全細菌数を指標に脱硫槽への曝気量を制御する。この指標で曝気量を制御することで、硫黄酸化細菌が硫化物を単体硫黄又は硫酸イオンに酸化する際に、単体硫黄への酸化割合を増加させることが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排水処理方法に関し、特に、排水中に含まれる硫化物を硫黄酸化細菌で脱硫する排水処理方法に関する。

硫化物含有排水を脱硫する方法の一つとして、生物学的酸化処理がある（特許文献１）。この処理方法は、好気的条件化における硫黄酸化細菌の以下の反応を利用している。
２ＨＳ⁻＋Ｏ_２→２Ｓ＋２ＯＨ⁻…（１）
２Ｓ＋３Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ→２ＳＯ_４ ^２−＋４Ｈ^＋…（２）
硫化物は水の存在下では通常、硫化水素イオンとして存在する。反応（１）では、硫化水素イオンが酸化され、単体硫黄が生成する。反応（２）では、反応（１）により生成した単体硫黄がさらに酸化され、硫酸イオンが生成する。反応（２）で生成する硫酸イオンは水溶性であり、不溶物として除去するためにはカルシウムやマグネシウムを含む試薬を添加する必要があり、コストがかかる。また、反応（２）まで酸化するためには、反応（１）と比べて４倍もの酸素（空気）が必要であり、曝気動力にコストがかかる。

これらの問題を解決するために、供給する酸素量を制限し、酸化反応を反応（１）で停止し、析出した単体硫黄を固液分離する方法が提案されている。ここで、供給する酸素量を制御する指標として、溶存酸素量及び酸化還元電位が用いられている。

特開２０１１−２１２６２２号公報

しかしながら、溶存酸素量は微生物の酸素要求量にも左右され、酸化還元電位は排水中の酸化物質と還元物質の含有量にも左右されるため、これらの指標だけでは、反応（１）で停止するための供給酸素量を制御することは困難であった。

そこで、本発明の目的は、酸化反応を反応（１）で停止可能な、供給酸素量を制御する指標を見出すことにあり、また、その指標に基づく脱硫方法を提供することにある。

本発明者は、生物学的処理槽における全細菌数に対する硫黄酸化細菌数の割合を指標に供給酸素量を制御することで、酸化反応を反応（１）で停止可能であることを見出し、発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、硫化物含有排水を、硫黄酸化細菌を含む脱硫槽で脱硫する排水処理方法において、脱硫槽における硫黄酸化細菌数／全細菌数を指標に脱硫槽への曝気量を制御する方法を提供する。脱硫槽における硫黄酸化細菌数／全細菌数を指標に脱硫槽への曝気量を制御することで、硫黄酸化細菌の酸化反応を反応（１）で停止することが可能となり、硫化物を単体硫黄として除去する割合を増加させることが可能となる。

上記反応において、より効率よく曝気量を制御するためには、脱硫槽における硫黄酸化細菌数／全細菌数を５０％以上に維持することを指標とすることが好ましい。

本発明に係る排水処理方法は、硫化物を単体硫黄として除去する割合を増加させることが可能であり、また、曝気動力を削減することが可能であり、コストの観点から有利である。

本発明に係る排水処理方法を実施する排水処理施設１００の概略構成図である。調査例及び実施例に用いた排水処理施設の概略構成図である。調査例及び実施例における、硫黄酸化細菌数／全細菌数と酸素溶解速度／必要酸素量の関係性を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る排水処理方法を実施する排水処理施設１００の概略構成図である。この排水処理施設１００は、例えば、工場、家庭排水及びメタン処理排水などから排出される排水を処理するものである。

排水処理施設１００は、脱硫槽１０と沈殿槽２０を備えている。

脱硫槽１０は、硫黄酸化細菌により硫化物を単体硫黄又は硫酸イオンに酸化するためのものである。好気的な微生物処理を行うため、脱硫槽１０は槽内に空気を送り込むための曝気手段を有する。

沈殿槽２０は、脱硫槽１０で生成した単体硫黄を固液分離するためのものである。単体硫黄は沈殿槽２０の底部から除去される。

脱硫槽１０には、被処理水を導入するラインＬ１が接続され、沈殿槽２０とは処理液を搬送するラインＬ２とで接続されている。沈殿槽２０は、処理水を排出するラインＬ３が接続されている。

次に、この実施形態の動作、つまり、本発明に係る排水処理方法について具体的に説明する。

硫化物を含む排水はラインＬ１から脱硫槽１０へと導入される。脱硫槽１０では、槽内の硫黄酸化細菌によって硫化物が単体硫黄及び硫酸へと酸化される。ここで、脱硫槽１０から汚泥の一部を採取し、全細菌数に対する硫黄酸化細菌数の割合を測定し、それを指標に脱硫槽１０の曝気量を制御する。全細菌数に対する硫黄酸化細菌数の割合が所定値以下の場合には、曝気量を上昇させる。曝気量を上昇させることで、硫黄酸化細菌の増殖が促進され、全細菌数に対する硫黄酸化細菌数の割合が所定値以上となる。同時に、硫黄酸化細菌が硫化物を単体硫黄に酸化する割合も増加する。全細菌数に対する硫黄酸化細菌数の割合の所定値は、例えば５０％であり、好ましくは７０％である。

曝気量の制御は、全細菌数に対する硫黄酸化細菌数の割合に加えて、溶存酸素及び酸化還元電位の少なくとも一つを指標としてもよい。複数の指標により曝気量を制御することで、より適切な曝気量に設定することができ、その結果、硫黄酸化細菌が硫化物を単体硫黄に酸化する割合が増加する。例えば、至適溶存酸素は１ｍｇ／ｌであり（Ｃｅｅｓら、Ｂｉｏｔｅｃｈ．Ｂｉｏｅｎｇ．，３５巻、５０−５６頁、１９９０年）、酸化還元電位は０〜＋１５０ｍＶである（特開平６−１０６１８８号公報）との報告があり、これを指標に用いることが可能である。

全細菌数に対する硫黄酸化細菌数の割合の測定は公知の手段、例えば、１６ＳｒＲＮＡ系統解析によって行うことが可能である。硫黄酸化細菌としては、チオバチルス属菌、ハロチオバチルス属菌、アシドチオバチルス属菌、スルフリモナス属菌、チオスピラ属菌、チオスリックス属菌、ベッギアトア属菌及びチオミクロスピラ属菌などが挙げられる。硫黄酸化細菌の１６ＳｒＲＮＡ系統解析は、例えば、（１）小林ら、土木学会論文集Ｇ、６５巻、２号、１０４−１１３頁、２００９年、（２）岡部ら、土木学会第５８回年次学術講演会講演概要集、５８巻、７号、３７５−３７６頁、２００３年及び（３）杉田ら、土木学会第５７回年次学術講演会講演概要集、５７巻、７号、５６７−５６８頁、２００２年などを参考にして行うことが可能である。

脱硫槽１０で処理された排水は、ラインＬ２を通して沈殿槽２０へと導入される。沈殿槽２０では、単体硫黄を沈殿させる。また、必要に応じて、カルシウムやマグネシウムを含む試薬を添加して、硫酸イオンを不溶性の硫酸塩として沈殿させる。沈殿した単体硫黄及び硫酸塩を含む汚泥は沈殿槽２０から排除される。また、固液分離により分離された処理水はラインＬ３を通して排水処理施設１００の系外へと排出される。

排水処理施設１００は、脱硫槽１０内のｐＨを所望の範囲に制御するｐＨ制御手段を備えていてもよい。脱硫槽１０内のｐＨは、４〜１０に、より好ましくは６〜９に制御される。

本発明者は、複数の調査例を用いて、硫黄酸化細菌数／全細菌数と酸素溶解速度／必要酸素量の関係性を調べ、また、各調査例における単体硫黄としての除去率を調べた。さらに、これらの結果に基づき、本発明に係る排水処理方法の有効性を確認するための実施例を行った。なお、必要酸素量とは、硫化物の含有量から計算される、反応（１）で必要とされる酸素量のことである。

図２に、調査例及び実施例に用いた排水処理施設の概略構成図を示す。硫化物含有排水槽に、硫化物を含む所定の組成の混合液が添加される。混合液は、ポンプにより脱硫槽に搬送される。脱硫槽は曝気手段を有しており、曝気量が流量計で制御される。また、脱硫槽はｐＨ検出手段を有しており、必要に応じて塩酸を添加して脱硫槽のｐＨが制御される。脱硫槽から汚泥の一部を採取し、１６ＳｒＲＮＡ系統解析により硫黄酸化細菌数／全細菌数が算出され、必要に応じて曝気量が制御される。硫化物は脱硫槽で酸化されて単体硫黄が生成され、生成した単体硫黄は沈殿槽で固液分離される。

硫化物含有排水槽に添加する混合液は、以下の組成とした。

以下の条件で、種汚泥を馴養した。
反応槽２Ｌ、流量１０ｍ^３／日、ＳＨ−Ｓ濃度１３００ｍｇ／ｌ、温度２０℃、ｐＨ８．０、溶存酸素１ｍｇ／ｌ。

馴養した種汚泥を用いて、以下の条件で試験運転を行った。
反応槽φ１３５ｍｍ×３００ｍｍ、温度２０℃、ｐＨ８．０、溶存酸素１ｍｇ／ｌ。

ＳＨ−Ｓ濃度とは、溶液中に含まれる硫化物イオン由来の硫黄濃度を意味し、ＳＨ−Ｓ容積負荷とは、硫化物イオン由来の硫黄が反応槽の単位容積あたりに、１日あたりに添加される量を意味する。

各調査例において、硫黄酸化細菌数／全細菌数及び酸素溶解速度／必要酸素量を算出し、結果を図３のグラフにまとめた。また、硫化物の除去率及び単体硫黄としての除去率を算出し、結果を以下の表にまとめた。

調査例１〜３では、いずれも硫化物の除去率は９０％以上であったが、調査例１では、単体硫黄としての除去率は５７．４％であり、調査例２〜３と比較して低かった。図３に示した結果から、硫黄酸化細菌数／全細菌数が５０％以上となる条件で曝気を行えば、酸素溶解速度／必要酸素量が１以上となり、単体硫黄としての除去率も向上すると予測された。

そこで、以下の条件で実施例を行った。また、硫黄酸化細菌数／全細菌数が７０％以上となるように曝気量を制御した。

硫化物の除去率及び単体硫黄としての除去率を以下の表にまとめた。硫化物の除去率、単体硫黄としての除去率はともに高く、硫黄酸化細菌数／全細菌数を指標に曝気量を制御する方法の有効性が確認できた。

１０…脱硫槽、２０…沈殿槽、１００…排水処理施設、Ｌ１〜Ｌ３…処理液搬送ライン

Claims

硫化物含有排水を、硫黄酸化細菌を含む脱硫槽で脱硫する排水処理方法において、
脱硫槽における硫黄酸化細菌数／全細菌数を指標に脱硫槽への曝気量を制御する方法。
脱硫槽における硫黄酸化細菌数／全細菌数を５０％以上に維持することを指標とする、請求項１記載の方法。