JP2946163B2 - 廃水処理方法 - Google Patents

廃水処理方法

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JP2946163B2
JP2946163B2 JP20014893A JP20014893A JP2946163B2 JP 2946163 B2 JP2946163 B2 JP 2946163B2 JP 20014893 A JP20014893 A JP 20014893A JP 20014893 A JP20014893 A JP 20014893A JP 2946163 B2 JP2946163 B2 JP 2946163B2
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ozone
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    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機性産業廃水、汚泥
処理水、および、有機性産業廃水が大量に流入する都市
下水など、還元性窒素化合物であるアンモニア化合物を
50〜100mg/l以上含有する廃水の処理におい
て、廃水に含まれる生物学的酸素要求量で表示される汚
濁物質(BOD)、廃水中の有機性炭素化合物(TO
C)、化学的酸素要求量で表示される汚濁物質(CO
D)、および、窒素化合物を安定して、効率的に除去す
る廃水の高度処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、都市下水などに含まれる汚濁物質
(BOD)とアンモニア化合物などの窒素化合物を同時
に生物学的に除去する方法として、バーデンフォー(B
ardenpho)法、(J.L.Barnard,W
ater Wastes Engg.,33,197
4)、あるいは、特公開昭54―24774号公報記載
のA/O法、A2/O法がある。
【0003】さらに、特公開昭61―17558号広報
記載のA2/O法の変法として、硝化槽の微生物を固定
化するため、回転円板を組み込んだ方法などが知られて
いる。
【0004】これらの方法においては、BODは、主に
好気性微生物の酸化分解により、アンモニア化合物は、
硝化細菌によって、硝酸性窒素まで酸化されている。
【0005】さらに、特公開昭54―24774号公報
には、活性汚泥が存在する流動床型リアクターを嫌気1
槽、好気1槽、嫌気2槽、および好気2槽と4分割し、
各種の好気度、嫌気度を酸化還元電位(ORP)を指標
にして制御し、また、活性汚泥の固定化担体として高炉
水砕スラグ、カーボンの微粉などを用いて、都市下水の
BOD、窒素化合物、リン化合物の除去を行う生物学的
方法が記載されている。
【0006】ORPは、それまでの指標とされていた溶
存酸素濃度(DO)や窒素化合物濃度に比較すると、好
気度、嫌気度の尺度として優れており、硝化反応、脱窒
反応をコントロールして、窒素化合物を効率的に除去す
ることができる。
【0007】また、下水や有機性廃水の処理には、生物
学的処理プロセスの他に、生物学的に分解が困難な有機
物や窒素化合物の濃度が高い場合に、生物学的処理を行
った後、様々な化学的酸化処理を施すプロセスが適用さ
れている。
【0008】このような化学酸化処理に用いられる主要
な酸化剤としては、オゾン、塩素、過酸化水素などがあ
る。
【0009】特に、過酸化水素と硫酸第一鉄等の鉄塩を
併用する方法は、フェントン法と呼ばれ、生成する水酸
基ラジカルが強い酸化力を有しているため、難分解性有
機物や窒素化合物の濃度が高い産業廃水の処理方法とし
て広く知られている(例えば、愛公セ所報,No17,
1989)。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】A2/O法等に代表さ
れる従来の都市下水などの生物学的な窒素除去プロセス
は、アンモニア化合物の濃度が20〜50mg/l程度
であるため、比較的容易にアンモニア化合物を硝酸性窒
素(NO3―N)まで生物学的に酸化することが可能で
ある。
【0011】しかし、BOD、COD濃度が高く、しか
も、アンモニア化合物が50mg/l〜100mg/l
以上含まれている産業廃水や産業廃水が大量に流入して
いる都市下水および汚泥処理水などには、そのまま適用
することがかなり困難である。
【0012】すなわち、廃水中に有機物とアンモニア化
合物が高濃度に含有されている場合には、リアクターで
亜硝酸(NO2―N)生成型酸化が進行し、NO2―Nが
蓄積する傾向が強く、NO2―Nの1mgがCODとし
て、1.14mgとして計測されるため、処理水中のC
ODが上昇する懸念がある。
【0013】さらに、このNO2―N生成型酸化を防止
するためには、有機物負荷やリアクターの好気度のコン
トロールが非常に重要な課題であり、従来からある方法
で、NO2―N型酸化を防止するのはかなり難しい。
【0014】以上のことは、たとえば、「Wat.Re
s.」1990年、Vol24、No3、pp.303
―312に指摘されている。
【0015】すなわち、アンモニア化合物を80mg/
l含有した人工廃水を、溶存酸素(DO)を0.5mg
/lに維持した流動床型リアクターで、リアクターの滞
留時間が4日の条件で処理した場合、NO2―Nが60
mg/l蓄積したと報告し、NO2―N生成型酸化は溶
存酸素(DO)が低くても進行してしまうと結論づけて
いる。
【0016】さらに、流入水のCODを変動させた実験
を行い、有機物負荷がNO2―N生成型酸化に影響する
と報告している。
【0017】このように、従来の生物学的窒素除去プロ
セスにおいては、有機物濃度が高く、さらにアンモニア
化合物が50mg/l以上含まれているような廃水を処
理する場合、処理時間が非常に長くなり、設備費が膨大
となる。
【0018】また、硝化反応に及ぼす有機物負荷の影警
や好気度の制御方法についても、不明な点が多く残され
ている。
【0019】また、都市下水中の還元性窒素化合物を効
率的に硝酸性窒素(NO3―N)まで酸化するために
は、活性汚泥が存在するリアクターを酸化還元電位(O
RP)を指標にして制御し、さらに、活性汚泥の固定化
担体として高炉水砕スラグ、カーボンの微粉などを用い
た流動床型リアクターによるプロセスが効率的であると
考えられる。
【0020】これは、DOと比較してORPは、硝化反
応のコントロールが容易であり、また、固定化担体を用
いているため、硝化細菌をリアクター内に高濃度に維持
できるためである。
【0021】この流動床型リアクターの単独処理プロセ
スによって、都市下水中の還元性窒素化合物を効率的に
安定して除去することができる。
【0022】しかし、この流動床型リアクターの単独処
理プロセスも、有機物とアンモニア化合物を高濃度に含
む廃水処理に適用した場合、廃水の有機物によって、ア
ンモニア化合物のNO3―Nまでの生物学的酸化が阻害
される場合がある。
【0023】さらに、このような生物処理法とフェント
ン酸化法等の化学的酸化処理法を組み合わせる方法であ
るが、例えば、「愛公セ所報」,No17,1989に
示されているように、フェントン酸化法は、原水中のC
OD除去やNO2―N酸化に効果が認められている。
【0024】しかし、還元性窒素化合物濃度が高い廃水
処理の場合には、従来の活性汚泥法のような生物処理法
では、処理水中にNO2―Nが蓄積し、このため、NO2
―N酸化に消費される試薬の消費量が増大し、ランニン
グコストが増大し、極めて不経済な方法となる。
【0025】したがって、生物処理法とフェントン酸化
法等の化学的酸化処理法を組み合わせる場合にも、生物
処理プロセスにおいて、アンモニア化合物がNO3―N
まで酸化されるか、または、脱窒反応によって、窒素ガ
スまで還元することによって除去し、生物処理水中にN
2―Nが残存していないことが重要である。
【0026】本発明は、上述のように有機物と高濃度の
窒素を含有する廃水を処理する場合の従来の処理方法を
改良して、問題点を取り除き、安定的、かつ、効率的に
有機物と窒素化合物を除去する廃水の高度処理方法を確
立することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明は、還元性窒素化
合物が50mg/l以上含まれているような有機性廃水
の処理において、微生物固定化担体を用いた流動床型リ
アクターと好気性固定床型リアクター、および嫌気性固
定床型リアクターの3段生物処理を行った後、さらに、
オゾンと処理水を接触せしめることにより、廃水中の有
機物と窒素化合物を同時に除去することを特長とする廃
水の高度処理方法である。
【0028】そして、流動床型リアクターは、高炉水砕
スラグ、珪砂、活性炭、プラスティックス、クリストバ
ライト、カーボンの微粉などを微生物の固定化担体に用
いたものであり、リアクターの酸化還元電位を廃水中の
低分子量系有機物の酸化分解に適した−50〜+50m
V(金―銀/塩化銀電極基準)の範囲に制御するよう
に、空気、および/または酸素富化空気、および/また
は酸素を供給して曝気を行うプロセスである。
【0029】また、好気性固定床型リアクターは、高炉
水砕スラグを主原料としたサドル型セラミックス、シリ
カ―アルミナ系セラミックスなどを微生物の固定化担体
に用いたものであり、リアクターのORPを廃水中のア
ンモニア化合物をNO3―Nまで酸化するのに適した+
100mV以上(金―銀/塩化銀電極基準)に制御する
ように、空気、および/または酸素富化空気、および/
または酸素を供給して曝気を行うプロセスである。
【0030】さらに、嫌気性固定床型リアクターは、高
炉水砕スラグを主原料としたサドル型セラミックス、シ
リカ―アルミナ系セラミックスなどを微生物の固定化担
体に用いたものであり、リアクターのORPを廃水中の
NO3―Nを窒素ガスまでの還元するのに適した−10
0mV〜−150mV程度(金―銀/塩化銀電極基準)
に制御するように、廃水を添加し、さらに、また、空
気、および/または酸素富化空気、および/または酸素
を供給して曝気を行うプロセスである。
【0031】すなわち、本発明は、有機性産業廃水、汚
泥処理水、あるいは有機性産業廃水が大量に流入する都
市下水の廃水処理方法において、微生物固定化担体を用
いた流動床型リアクターの後段に好気性固定床型リアク
ターおよび嫌気性固定床型リアクターを設置し、処理を
行った後、さらに、オゾン接触槽を設けてオゾンと生物
処理水を接触せしめ、生物処理水に残存している有機物
と窒素化合物を同時に除去することを特徴とする。
【0032】流動床型リアクターの微生物固定化担体と
して、高炉水砕スラグを、また、固定床型リアクターの
微生物固定化担体として、高炉水砕スラグを主原料とす
るサドル型セアラミックスを用いると良い。
【0033】流動床型リアクターおよび好気性固定床型
リアクターおよび嫌気性固定床型リアクターへの空気お
よび/または酸素富化空気および/または酸素の吹き込
み量は、リアクターの酸化還元電位(ORP)に基づい
て調整し、オゾン接触槽のオゾン供給量は、生物処理水
の紫外吸収スペクトルに基づいて調整する。オゾン処理
に際しては、触媒としてFe系アモルファス材を使用す
ると良い。
【0034】
【作用】流動床型リアクターは、廃水中に含まれる有機
物を効率的に除去することを目的としている。
【0035】高炉水砕スラグ、珪砂、活性炭、プラステ
ィックス、クリストバライト、カーボンの微粉などを微
生物の固定化担体に用いることによって、微生物の沈降
性が改善され、リアクター内に高濃度に維持することが
可能となり、固定化担体に用いない場合と比較して、処
理時間を1/2〜1/3に短縮することが可能となる。
【0036】中でも、高炉水砕スラグは、カルシウムを
主成分としており、このカルシウムの凝集促進効果によ
って、微生物の固定化性能が他の固定化担体と比較して
優れており、固定化担体として最も望ましいものであ
る。
【0037】リアクターのORPと廃水の有機物(TO
C)の除去性能は、図1、図2に示すように密接な関係
がある。
【0038】したがって、流動床型リアクターのORP
を−50〜+50mV(金―銀/塩化銀電極基準)に維
持することによって、廃水中の低分子量系有機物の酸化
分解を十分に促進することができる。
【0039】廃水中の高分子量系有機物の酸化分解を促
進するためには、リアクターのORPを+50mV以上
に保つと効果があるが、処理水中にNO2―Nの蓄積が
生じ、CODが逆に上昇してしまうので好ましくない。
【0040】また、廃水中の有機物濃度が高い場合、空
気曝気では流動床型リアクターのORPを−50〜+5
0mVに維持するのが困難な場合があり、あまりに大量
の空気を用いると、活性汚泥の破壊、細分化が起こり、
汚泥沈降槽で十分に沈降しないで、処理水中に流出し、
処理水の悪化を招く場合がある。
【0041】このような場合には酸素富化空気、および
/または酸素を供給して曝気を行う方法が望ましい。
【0042】さらに、流動床型リアクターのORPを−
50〜+50mV、できれば0mVに維持することによ
って、NO2―Nの蓄積を防止することができる。
【0043】NO2―Nは、有機物を分解する細菌に対
して阻害作用があるため、蓄積を防止することが望まし
い。
【0044】好気性固定床型リアクターは、廃水中に含
まれる窒素化合物、主にケルダール性窒素化合物、アン
モニア性化合物等の還元性窒素化合物を硝化反応によ
り、NO3―Nまで生物学的に効率的に酸化することを
目的としている。
【0045】前段の流動床型リアクターによって、廃水
中の有機物は十分に除去されているため、有機物の硝化
反応に及ぼす阻害効果が少なく、NO3―N生成型硝化
反応を効率的に進めることができる。
【0046】高炉水砕スラグを主原料としたサドル型セ
ラミックス、シリカ―アルミナ系セラミックスおよびプ
ラスチックスなどの担体に増殖速度の遅いNitrob
acterなどの硝化細菌を高濃度に固定化することに
より、NO3―N生成型硝化反応を効率的に進めること
ができる。
【0047】特に、高炉水砕スラグを主原料としたサド
ル型セラミックスは、カルシウムを主成分とするため、
硝化細菌が固定化されやすく、また、サドル型形状のた
め、固定床型リアクター内の気液混合性能が優れてお
り、固定床型リアクター用固定化担体として最も望まし
いものである。
【0048】さらに、好気性固定床型リアクターのOR
Pを+100mV(金―銀/塩化銀電極基準)以上に維
持することによって、ケルダール性窒素化合物、アンモ
ニア性化合物等の還元性窒素化合物を硝化反応により、
硝酸性窒素化合物まで効率的に酸化することができる。
【0049】廃水中の還元性窒素化合物濃度が高い場合
などでは、空気曝気ではリアクターのORPを+100
mV以上に維持するのが困難な場合があり、このような
場合には酸素富化空気、および/または酸素を供給して
曝気を行うとよい。
【0050】嫌気性固定床型リアクターは、好気性固定
床型リアクター処理水中に含まれるをNO3―Nを窒素
ガスまで生物学的に効率的に還元することを目的として
いる。
【0051】嫌気性固定床型リアクターにおいても、高
炉水砕スラグを主原料としたサドル型セラミックス、シ
リカ―アルミナ系セラミックスおよびプラスチックスな
どを微生物の固定化担体に増殖速度の遅い脱窒細菌を高
濃度に固定化することにより、脱窒反応を効率的に進め
ることができる。
【0052】特に、高炉水砕スラグを主原料としたサド
ル型セラミックスは、カルシウムを主成分とするため、
脱窒細菌も固定化されやすい。
【0053】さらに、嫌気性固定床型リアクターのOR
Pは、−100mV〜−150mV(金―銀/塩化銀電
極基準)程度に維持することによって、NO3―Nをを
脱窒反応により、窒素ガスまで生物学的に効率的に還元
することができる。
【0054】嫌気性固定床型リアクターのORPの制御
方法は、有機物を水素供与体として与えるため、廃水や
メタノールを必要量添加するが、廃水の添加によって、
ORPが下がりすぎた場合に備え、空気、および/また
は酸素富化空気、および/または酸素を供給して制御を
行う。
【0055】脱窒反応には、通常、計算値よりも30〜
40%程度、多くの有機物を必要とするが、嫌気性固定
床型リアクターのORPが−100mV程度に維持され
ていれば、図2に示すように添加した廃水の有機物も9
0%以上除去される。
【0056】さらに、嫌気性固定床型リアクターの後段
に設置するオゾン接触槽であるが、嫌気性固定床型リア
クター処理水に残存する生物学的に分解が困難な有機物
の酸化およびNO2―Nの完全酸化によってり、処理水
のCOD除去率の向上のために用いる。
【0057】固定床型リアクター処理水は、脱窒素が進
行しているため、立ち上げ直後を除き、NO2―Nの濃
度は10mg/l以下であるため、オゾン消費量を削減
することができる。
【0058】オゾンは,次亜塩素酸などの酸化剤と比較
して、pHが中性域では、アンモニア性窒素(NH4
N)とほとんど反応しないので、残存しているNO2
Nだけを除去したい場合に経済的である。
【0059】生物学的に分解が困難な難分解性有機物
は、ベンゼン環を有していることが多く、このため、生
物処理やオゾン処理による分解の程度を紫外吸収スペク
トルによって判断することができる。
【0060】例えば、オゾンは、固定床型リアクター処
理水の紫外吸収スペクトルの測定によって検出されない
場合、添加する必要が無く、生物処理水をそのまま放流
でき、ランニングコストを削減することができる。
【0061】また、オゾンの添加量も、オゾン処理水の
紫外吸収スペクトルの測定によって調整することが望ま
しい。
【0062】さらに、オゾン酸化の効率をあげるため
に、Fe系アモルファス材、鉄粉、Ni粉などの触媒を
使用して、オゾンの酸化効率をあげることによって、ラ
ンニングコストをさらに削減することも可能である。
【0063】次に本発明の実施例を説明する。
【0064】
【実施例】有機性産業廃水が大量に流入する都市下水処
理場において、実下水を用いた現場実験を行った。実下
水の性状は、第1表に示すように、BODが平均500
mg/l,CODが平均500mg/L,アンモニア性
窒素が平均150mg/lであり、都市下水と比較して
有機物濃度、アンモニア性窒素濃度が高い下水である。
【0065】流動床型リアクターは、平均粒径が60ミ
クロン程度の高炉水砕スラグ微粉を微生物固定化担体と
して、リアクター容量あたり3wt%添加し、10日程
度の活性汚泥の馴養ののち、流動床型リアクターでの処
理時間が8〜12時間になるように実下水を通水し処理
を行った。
【0066】また、流動床型リアクターのORPは、酸
素によって、0mVに維持するように制御した。
【0067】好気性および嫌気性固定床型リアクター
は、高炉水砕スラグを主原料としたサドル型セラミック
スが微生物固定化担体として充填され、活性汚泥をリア
クター内に投入し、1日間循環運転し、活性汚泥をセラ
ミックスに固定化した後、各リアクターの処理時間が6
時間になるように,流動床型リアクター処理水を通水し
処理を行った。
【0068】また、好気性固定床型リアクターのORP
は、酸素富化空気によって、+100mVとなるよう
に、嫌気性固定床型リアクターのORPは、廃水、およ
び酸素富化空気空気によって、−100mVとなるよう
に調整した。
【0069】オゾン発生装置には、酸素を供給しオゾン
を発生させ、さらに処理水とオゾンを効率良く接触させ
るため、ミキサー付きの接触装置を用いた。
【0070】オゾン接触槽のオゾン供給量は、図3、図
4に示すように、生物処理水の紫外吸収スペクトル(2
70nm)の測定によって決定した。さらに、オゾン酸
化の効率をあげるために、Fe系アモルファス材を触媒
として使用した。
【0071】実験結果を第1表に示す。第1表の結果よ
り、本プロセスの最終処理水は、BODが10mg/l
以下、CODが50mg/l以下、NO2―NがN.
D、NO3―Nが10mg/l以下と良好であった。
【0072】この実験結果より、本プロセスは、冬期の
低水温期においても、総処理時間が20〜24時間程度
で、下水中の有機物と窒素化合物を効率的に除去できる
ことが明らかになった。
【0073】
【表1】
【0074】
【発明の効果】以上のことから、ケルダール性窒素化合
物、アンモニア性化合物等の還元性窒素化合物と有機物
を高濃度に含有する廃水の処理において、本発明は次の
ような利点を有している。
【0075】すなわち、このような廃水の処理の場合、
微生物の阻害があり、また、処理水中にCOD源となる
NO2―Nの制御が最も問題となるが、本プロセスで
は、流動床型リアクターによる有機物除去プロセスと好
気性および嫌気性固定床型リアクターによる窒素化合物
除去プロセスの処理を行っているので、流動床型リアク
ターや固定床型リアクターによる単独生物処理プロセス
と比較して、効率的に有機物除去やアンモニア性窒素等
の還元性窒素化合物を効率的に除去することができる。
【0076】さらに、生物処理では除去できない難分解
性の有機物やわずかに残存するNO2―Nを除去するた
め、後段にオゾン接触槽を設けているので、NO2―N
を完全に除去でき、処理水のCODが向上すると共に、
安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】流動床型リアクターのORPと処理水質の関係
を示す図である。
【図2】リアクターのORPと廃水の有機物の除去率の
関係を示す図である。
【図3】生物処理水(固定床処理水)の紫外吸収スペク
トルを示す図である。
【図4】オゾン処理水の紫外吸収スペクトルを示す図で
ある。
【図5】本発明の方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 廃水タンク 2 廃水ポンプ 3 流動床型リアクター 4 酸素富化空気製造装置 5 ORPセンサー 6 ORP制御装置 7 汚泥沈降槽 8 返送汚泥ポンプ 9 処理水槽 10 移送ポンプ 11 好気性固定床型リアクター 12 セラミックス充填槽 13 嫌気性固定床型リアクター 14 セラミックス充填槽 15 ORPセンサー 16 ORP制御装置 17 ORPセンサー 18 ORP制御装置 19 酸素富化空気製造装置 20 酸素富化空気製造装置 21 廃水ポンプ 22 処理水槽 23 移送ポンプ 24 オゾン接触槽 25 オゾン発生装置 26 排オゾン処理装置 27 最終処理水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C02F 3/10 ZAB C02F 3/10 ZABA 3/30 ZAB 3/30 ZABA (56)参考文献 特開 平6−31297(JP,A) 特開 平6−493(JP,A) 特開 平4−310297(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C02F 9/00 501 - 504 C02F 1/78 C02F 3/02 - 3/10 C02F 3/30

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機性産業廃水、汚泥処理水、あるい
    は、有機性産業廃水が大量に流入する都市下水の廃水処
    理方法において、微生物固定化担体を用いた流動床型リ
    アクターの後段に好気性固定床型リアクターおよび嫌気
    性固定床型リアクターを設置し、処理を行った後、さら
    に、オゾン接触槽を設けてオゾンと生物処理水を接触せ
    しめ、生物処理水に残存している有機物と窒素化合物を
    同時に除去することを特徴とする廃水処理方法。
  2. 【請求項2】 流動床型リアクターの微生物固定化担体
    として、高炉水砕スラグを用いる請求項1記載の廃水処
    理方法。
  3. 【請求項3】 固定床型リアクターの微生物固定化担体
    として、高炉水砕スラグを原料とするサドル型セラミッ
    クスを用いる請求項1または2記載の廃水処理方法。
  4. 【請求項4】 流動床型リアクターおよび好気性固定床
    型リアクターおよび嫌気性固定床型リアクターへの空気
    および/または酸素富化空気および/または酸素の吹き
    込み量をリアクターの酸化還元電位(ORP)に基づい
    て調整する請求項1または2または3記載の廃水処理方
    法。
  5. 【請求項5】 オゾン接触槽のオゾン供給量を生物処理
    水の紫外吸収スペクトルに基づいて調整することを特徴
    とする請求項1または2または3または4記載の廃水処
    理方法。
  6. 【請求項6】 オゾン処理に際して、触媒としてFe系
    アモルファス材を使用することを特徴とする請求項1ま
    たは2または3または4または5記載の廃水処理方法。
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