JP3135026B2 - 硫酸塩還元菌利用の深槽式廃水処理方法 - Google Patents

硫酸塩還元菌利用の深槽式廃水処理方法

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  • Aeration Devices For Treatment Of Activated Polluted Sludge (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、硫酸塩還元菌利用の深
槽式廃水処理方法に関し、とくに生活下水(し尿、生活
雑廃水、雨水、路上廃水等を含む。)から産業廃水(農
業畜産廃水、工業廃水、水産加工廃水等を含む。)まで
の廃水全般に亘り効果的な硫酸塩還元菌利用の深槽式廃
水処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】嫌気性菌を用いた廃水の嫌気性処理は、
有機物濃度の高い廃水の処理能力、エネルギー回収によ
る高効率性等の利点を有するので、実用化が進んでい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の嫌気性
処理には、脱窒素率が70%程度にとどまっている問題点
がある。その理由の一つは、嫌気性菌の一種である硫酸
塩還元菌の働きを積極的に活用しないことにあった。硫
酸塩還元菌は他の嫌気性菌に比し、 (1)環境条件の変化に対する抵抗力が大きい (2)増殖速度が大きい (3)有機物の分解能力が高い などの有利な特性を有するが、その活動過程で悪臭と毒
性のある硫化水素を発生するので、積極的に用いられる
ことがなかった。
【0004】従って本発明の目的は硫化水素を処理槽
外へ逃がさない硫酸塩還元菌利用の深槽式廃水処理方法
を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、深井戸型等
の深い処理槽中に原水を下降させながら硫酸塩還元菌を
作用させるならば、硫酸塩還元で生ずる硫化水素を深い
処理槽の高い水圧下で原水中に溶解させてこれを水系中
に留め処理槽外へ逃がさないことが可能である点、及び
さらにこの硫化水素含有原水を好気ゾーンへ送り好気性
菌による処理を加えるならば硫化水素を酸化して無害な
硫酸イオンにできる点に着目して本発明を完成した。
【0006】図1の実施例を参照するに、本発明による
硫酸塩還元菌利用の深槽式廃水処理方法は、深い反応槽
1を鉛直隔壁2により下端で連通した嫌気ゾーン3と好
気ゾーン4に分割し、好気ゾーン4に鉛直仕切壁7によ
り酸化処理を行う上昇部5と脱窒素処理を行う下降部6
とを上下端で連通させて設け且つ上昇部5と下降部6と
の間に循環流を形成し、原水Sを、前記嫌気ゾーン3で
下降させながら硫酸塩還元菌に接触させて硫酸塩還元に
よる嫌気性処理をした後、前記好気ゾーン4の下端へ流
入させて前記嫌気性処理の代謝物を好気性処理し、前記
嫌気ゾーン3の硫酸塩還元時に生ずる硫化水素を原水S
に溶解させて前記好気ゾーン下端での硫黄脱窒素処理
(図2の)と上昇部5での酸化(図2の)とにより
硫酸イオンとして水系中で分解してなるものである。
【0007】好ましくは、前記上昇部5へ空気を送って
空気泡を発生させ、原水Sを、前記上昇部5中で前記空
気泡の浮上に伴って矢印Uで示すように上昇させ、前記
上昇部5の上端から前記下降部6中へ移行させて矢印D
で示すように下降させ、前記下降部6の下端において前
記上昇部5へ帰して前記好気ゾーン4内に矢印Cで示す
ように循環させる。図示例では、上昇部5へ空気を送る
ために、曝気装置8を用いる。原水Sと嫌気性菌及び好
気性菌との接触を確保するため、好ましくは、軽石等の
担体9により流動床を形成する。図1に好気ゾーン4の
流動床のみを示すが、嫌気ゾーン3にも流動床を設ける
ことができる。
【0008】
【作用】図1の嫌気ゾーン3に流入した原水Sは、ゆる
やかに下降し、硫酸塩還元菌を含む嫌気性菌に接触し、
原水S中の有機物の分解・低分子化が行われる。原水S
中の硫黄分の大部分は硫酸イオン(SO4 2-)として存在
するが、嫌気ゾーン3を下降するに伴い硫酸塩還元菌に
より還元される。例えば、低分子化されたプロピオン酸
イオン(CH3CH2C00-)存在下における硫酸イオンの硫化
水素への還元は酢酸の生成を伴う下記反応式(1)(2)で示
される。但し、本発明はこれらの反応に限定されない。
【0009】こうして生成した硫化水素(H2S+HS-
は、原水Sの下向き流れに伴い深い処理槽1の深部で高
圧下の原水S中に溶解し、水系中に留まって処理槽外へ
逃げることがない。含硫化水素原水Sが反応槽1の下端
で好気ゾーン4へ進入して酸素及び好気性菌に接触する
と、硫化水素が速やかに酸素と結合して下記反応式(3)
に示すように硫酸イオンSO4 2-となる。
【0010】
【化1】 4CH3CH2C00-+3SO4 2-=4CH3C00-+H++4HCO3 -+4HS- ……(1) H++HS-=H2S ……(2) H2S+HS-+4O2=2SO4 2-+3H+ ……(3)
【0011】よって、嫌気ゾーン3で発生した硫化水素
は水系中に留りながら移動し好気ゾーン4で酸化されて
硫酸イオンとなるので、硫化水素が処理槽1の外へ出る
ことはなく、本発明の深槽式廃水処理の全過程を通じて
硫化水素の臭気や毒性が環境へ出る虞がなく、好気ゾー
ン4から流出する処理水Tには硫化水素は含まれない。
【0012】また、嫌気ゾーン3における上記硫化水素
の発生及び原水Sへの溶解は嫌気ゾーン3での原水S中
の有機物の分解・低分子化に影響するものではなく、さ
らに好気ゾーン4における上記硫化水素の硫酸イオンへ
の酸化は好気ゾーン4での原水の好気性消化に影響する
ものではない。
【0013】こうして、本発明の目的である「硫化水素
を処理槽外へ逃がさない硫酸塩還元菌利用の深槽式廃水
処理方法」の提供が達成される。
【0014】
【実施例】図1の実施例において、原水Sは流量調整槽
12に一旦蓄えられた後、ポンプPにより所要の流量Qで
スクリーン15を介して反応槽1の嫌気ゾーン3の頂部へ
送られる。処理槽1で浄化された水は好気性ゾーン4の
頂部から沈殿槽13へ抽出され、余剰汚泥10を沈殿により
分離させる。汚泥分離後の処理水Tが処理水貯留槽14に
蓄えられる。原水Sにおける有機物や硫酸イオンの濃度
調整のため、処理水貯留槽14の処理水TをポンプPによ
り返送水Rとして嫌気ゾーン3へ適宜戻してもよい。ま
た、汚泥補給のため、沈殿槽13の余剰汚泥10の一部を嫌
気ゾーン3へ適宜戻すことができる。
【0015】図2により、上記実施例における廃水処理
の過程を、家庭下水の嫌気性分解の場合について説明す
る。嫌気ゾーン3における処理では、硫酸塩還元菌の
特徴として、従来の好気性微生物では難分解有機物であ
るとされていたテトラクロロエチレン、トリクロロエチ
レン、ヂチクロロエチレンや、トリニトロトルエン、ヂ
ニトロトルエンを分解することができる。下記反応式
(4)は、家庭下水中の成分の嫌気性分解の一例として蛋
白質・炭水化物・脂質混合組成をプロピオンとアンモニ
アに分解する反応を示す。
【0016】好気ゾーン4では、仕切壁7を介して上昇
部5と下降部6との間で原水Sの循環が行われている。
上昇部5には曝気装置8を設け、空気送入により気泡を
発生させ、気泡の上昇により原水Sの上昇を促進すると
共に空気中の酸素により原液S中の窒素が酸化する。従
って、下降部6中の下降原水S中にはNO3 -が存在する。
好ましくは、嫌気ゾーン3からの流入量Qに対して(0.
5〜3.0)Qの循環水を混合する。好気ゾーン4の下端部
では、硫黄による脱窒処理と酢酸による脱窒処理が
下記反応式(5)(6)のように行われる。上記硫黄による脱
窒処理と酢酸による脱窒処理との併用により脱窒素
の効率を80%以上に高めることができる。
【0017】曝気装置8の下流において、上記反応式
(3)の硫化水素酸化処理が行われる。次に、下記反応
式(7)に示すように、嫌気性状態で生成したアンモニア
(NH4 +)を硝化細菌で硝酸塩(NO3 -)に酸化するアンモ
ニア酸化処理がなされる。
【0018】最後に残存した有機物を上昇部5の上部に
おいて有機物好気性酸化処理により例えば下記反応式
(8)のプロピオン酸の酸化のように分解する。
【0019】
【化2】 7C10H19O3N+18HCO3 -+H20=25CH3CH2C00-+7NH4 ++13CO2 ……(4) 5H 2 S+5HS - +16NO 3 - +H + =10S0 4 2- +8N 2 +8H 2 O ……(5) 5CH3C00-+8H++8NO3 -=5CO2+5HCO3 -+4N2+9H2O ……(6) NH4++2O2=NO3 -+H2O+2H+ ……(7) 2CH3CH2C00-+7O2=4C02+4H2O+2HCO3 - ……(8)
【0020】[実験例] (イ) 実験下水の組成 BOD:200mg/リットル SO4 2-:30mg/リットル 全窒素量T-N:45mg/リットル(NH4 +:35mg/リットル) 浮遊物濃度SS:240mg/リットルテトラクロロエチレン 、トリクロロエチレン、チ゛チクロロエチレン:それぞれ10mg/リッ
トルトリニトロトルエン 、チ゛ニトロトルエン:それぞれ 10mg/リットル 汚水量Q:30m3/日 (ロ) 構成部の水理学的滞留時間 硫酸塩還元嫌気性部(図2の):3時間 硫黄脱窒素部(図2の):0.5時間 有機性脱窒素部(図2の):0.5時間 硫化水素酸化部(図2の):0.5時間 硝化部(図2の):2時間 有機物好気性酸化部(図2の):0.5時間 循環部(図2の):2時間 沈殿槽(図1及び図2の符号13):2時間 (ハ) 固定付着体微生物 上記図2のないしの各部にリングレースに担持した (ニ) 循環水量 原水量と等しくしたので、嫌気ゾーン3頂部における原
水Sの流量をQとしたとき、嫌気ゾーン4の下端から上
昇部5への流入量は2Qとした。 (ホ) 空気吹込み量 上記原水Sの流量Qの5倍程度を目安とした (ト) 処理水実績 BOD:10mg/リットル、除去率95% SO4 2-:30mg/リットル 全窒素量T-N:9.0mg/リットル、除去率80% 浮遊物濃度SS:10mg/リットル、除去率95.8% 低級脂肪酸(吉草酸、プロピオン酸、酢酸):それぞれ
検出せずテトラクロロエチレン 、トリクロロエチレン、チ゛チクロロエチレン:それぞれ 0.0mg/
リットル、検出せずトリニトロトルエン 、チ゛ニトロトルエン:それぞれ 0.0mg/リットル、検出せ
【0021】上記実験例の結果を通常使用される標準活
性汚泥法と比較すると、水理学的滞留時間が殆ど同程度
で、窒素除去率を向上させ、また有害難分解物質も分解
できることが実証された。なお、上記実験例では固定付
着体微生物を利用したが、流動床を嫌気ゾーンに利用し
たり、浮遊媒体に微生物を付着させ嫌気ゾーン以外の部
分に循環させることも可能である。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の硫酸
塩還元菌利用の深槽式廃水処理方法は、鉛直隔壁で隔て
た嫌気ゾーンと好気ゾーンとを有する深槽処理槽の嫌気
ゾーンに硫酸塩還元菌を装填し、原水の嫌気処理で発生
する硫化水素を高圧の原水に溶解させ、これを好気ゾー
ンで酸化するので、次の顕著な効果を奏する。
【0023】(イ)下水や工場廃水に含まれる硫酸イオ
ンSO4 2-を嫌気ゾーンで硫酸塩還元して生成した硫化水
素を利用して、好気ゾーンで硫黄脱窒素を従来の有機物
脱窒素反応に加えて行い、脱窒効率を高めることができ
る。 (ロ)悪臭のある硫化水素を水系に留め、さらに好気ゾ
ーンで酸化分解するので、これを環境に出さず、環境問
題を発生させない。 (ハ)好気性微生物では分解が難しい有機物質であるテ
トラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ヂチクロロ
エチレンや、トリニトロトルエン、ヂニトロトルエン
を、硫酸塩還元菌の使用により分解することができる。 (ニ)嫌気ゾーンにおける嫌気性分解の代謝産物である
低級脂肪酸を好気ゾーンの好気性微生物により無機物に
まで完全に分解するので、悪臭等の環境問題を生じない
処理水を流出させることができる。 (ホ)敷地面積が少なくてすむ深槽式であるので、用地
が制限される都市下水処理場や工場廃水処理施設に新設
又は改造により有利に設置することができる。 (へ)総窒素量(T-N)に比して硫酸イオンSO4 2-量が少
ない廃水の場合に処理水を返送水として原水に混入して
脱窒素効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明の一実施例の説明図である。
【図2】は、上記実施例の各部分における反応の説明図
である。
【符号の説明】
1 反応槽 2 隔壁 3 嫌気ゾーン 4 好気ゾーン 5 上昇部 6 下降部 7 仕切壁 8 曝気装置 9 担体 10 余剰汚泥 11 越流部 12 流量調整槽 13 沈殿槽 14 処理水貯留槽 15 スクリーン。
フロントページの続き (72)発明者 塚田 高明 東京都港区元赤坂一丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (72)発明者 小池 勝則 東京都港区元赤坂一丁目2番7号 鹿島 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−111492(JP,A) 特開 昭55−129199(JP,A) 特開 平3−16695(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C02F 3/34 C02F 3/22 C02F 3/30

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】深い反応槽を鉛直隔壁により下端で連通し
    た嫌気ゾーンと好気ゾーンに分割し、前記好気ゾーンに
    鉛直仕切壁により酸化処理を行う上昇部と脱窒素処理を
    行う下降部とを上下端で連通させて設け且つ前記上昇部
    と下降部との間に循環流を形成し、原水を、前記嫌気ゾ
    ーンで下降させながら硫酸塩還元菌に接触させて硫酸塩
    還元による嫌気性処理をした後、前記好気ゾーンの下端
    へ流入させて前記嫌気性処理の代謝物を好気性処理し、
    前記嫌気ゾーンの硫酸塩還元時に生ずる硫化水素を原水
    に溶解させて前記好気ゾーン下端での硫黄脱窒素処理と
    上昇部での酸化とにより硫酸イオンとして水系中で分解
    してなる硫酸塩還元菌利用の深槽式廃水処理方法。
  2. 【請求項2】請求項1の深槽式廃水処理方法において、
    前記硝化部へ空気を送って空気泡を発生させ、原水を、
    前記上昇部中で前記空気泡の浮上に伴って上昇させ、前
    記上昇部上端から前記下降部中へ移行させて下降流と
    し、前記下降部下端において前記上昇部へ帰して前記好
    気ゾーン内に循環させてなる硫酸塩還元菌利用の深槽式
    廃水処理方法。
  3. 【請求項3】請求項1又は2の深槽式廃水処理方法にお
    いて、前記好気ゾーンの上澄み水を処理水として抽出
    し、前記処理水の一部を返送水として前記嫌気ゾーンへ
    戻してなる硫酸塩還元菌利用の深槽式廃水処理方法。
  4. 【請求項4】請求項1又は2の深槽式廃水処理方法にお
    いて、前記処理槽を地中に設置してなる硫酸塩還元菌利
    用の深槽式廃水処理方法。
  5. 【請求項5】請求項1、2、3又は4の深槽式廃水処理
    方法において、前記反応槽中に前記硫酸塩還元菌及び原
    水処理菌を担体に保持させた流動床を設けてなる硫酸塩
    還元菌利用の深槽式廃水処理方法。
  6. 【請求項6】請求項5の深槽式廃水処理方法において、
    前記担体を軽石としてなる硫酸塩還元菌利用の深槽式廃
    水処理方法。
  7. 【請求項7】深い反応槽の内部に鉛直隔壁により下端で
    連通した嫌気ゾーンと好気ゾーンとを形成し、前記好気
    ゾーンに鉛直仕切壁により上下端で連通した上昇部と下
    降部とを設け、前記上昇部に曝気装置を設けてなり、原
    水を前記嫌気ゾーンで下降させながら硫酸塩還元菌に接
    触させて硫酸塩還元による嫌気性処理をした後前記好気
    ゾーンの下端へ流入させて前記嫌気性処理の代謝物を
    気性処理し、前記嫌気ゾーンの硫酸塩還元時に生ずる硫
    化水素を原水に溶解させて前記好気ゾーン下端での硫黄
    脱窒素処理と上昇部での酸化とにより硫酸イオンとして
    水系中で分解してなる廃水処理槽。
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