JP3164850B2 - 活性汚泥処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は都市下水・団地下水・小
規模農村集落廃水や食品・染色・皮革・化学・電気産業
等で微生物分解できる有機性廃水を活性汚泥を用いて処
理する方法に係り、活性汚泥処理するに当たりそれぞれ
特徴のある原排水が流れてきても、あらかじめ前処理を
することにより汎用的な設備でバルキングが発生しにく
く、無人自動運転が容易に達成出来るようにし、あわせ
て廃水処理設備設置面積を少なくし、かつ余剰汚泥の発
生が少なくなるばかりでなく余剰汚泥を有効資源として
活用するのに適した活性汚泥処理方法を提供することに
関する。

【０００２】

【従来の技術】活性汚泥処理方法は極めて優れた排水処
理方法であるため、広く排水処理に用いられ、原水の種
類に応じていろいろな処理方式が提案されている。

【０００３】従来の活性汚泥処理法は食物連鎖を利用し
て土壌細菌から大型の原生動物に至るまで種々の微生物
が利用されている。

【０００４】活性汚泥法は前処理としてスクリーンや加
圧浮上や凝集沈降処理で荒いものから微細なものまで原
水中に分散していたものを除去して、微生物処理に適し
た可溶性有機分を活性汚泥で曝気処理したのち、処理水
を活性汚泥から分離して放流し、濃縮分離した活性汚泥
は返送汚泥として再循環使用される。そして余剰汚泥は
この返送汚泥の一部を抜き出して処分する。系外に排出
される汚泥はこれと前処理して除去された汚泥を混合し
てそのまま脱水したり、消化槽で消化させてから脱水し
た脱水ケーキを埋め立てや菌体肥料や焼却処分してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の活性
汚泥処理法は極めて完成度の高い方法であるが、なお解
決しなければならない問題があった。以下それらを述べ
る。

【０００６】（１）流入原水中に微生物が分解しにくい
難分解性物質（蛋白質・変成蛋白質やセルロース・澱粉
や油脂分）が多い場合は、活性汚泥がこれらを吸着した
状態でなかなか分解できないために、糸状細菌の発生等
により糸状性バルキングや放線菌等による発泡スカムの
発生等の処理異状現象を引き起こし、活性汚泥処理能力
を著しく損なう問題がある。このため、加圧浮上設備を
導入してこれらの難分解性物質を除去すると原水中の有
機分濃度が極端に低下し活性汚泥で処理する部分が減少
する反面、除去した産業廃棄物の発生量が多くなり、そ
の処分が問題となる。また浮上汚泥を脱水するにあた
り、一般的には凝集性が不安定であり凝集脱水しにくく
含水率も低くなりにくいのみならず、汚泥は腐敗しやす
く悪臭を発生し作業環境問題をおこしたりしやすい。し
たがって、総合的には浮上分離した汚泥の処理に多くの
問題点が集中し排水処理コストの上昇を引き起こし、活
性汚泥処理方法の長所を著しく損なうので、あまり普及
していない。それらの問題を避けるため前処理で除去し
ないで、曝気槽を大きくして長時間曝気して消化させる
方法が普及したが（ラグーン方式）、これは排水量が多
く成ったり負荷が大きい場合は膨大な曝気槽が必要にな
るため、敷地が無かったり建設費が膨大になるなどの問
題がある。

【０００７】（２）微生物処理を行うに当たり、流入原
水中のｐＨが中性から大きくずれている場合は中性付近
を維持するために酸やアルカリを添加して中和してい
る。しかし、薬品添加量が多くなり処理水中の塩濃度が
上がり、３次処理して再循環する場合に問題が発生する
のみならず、処理水のｐＨが異常値を示したり、設備の
腐食を促進したりする問題を引き起こす。例えば、原水
のｐＨが低い場合に苛性ソーダで中和するが、原水中の
脂肪酸が活性汚泥の曝気を十分行うと飼化されて、アル
カリ性に成り活性汚泥が損傷を受けたり、逆に原水がア
ルカリ性の場合は硫酸で中和するのが一般的であるが、
硫酸還元菌の増殖を促進して硫化水素による腐食の問題
が発生したり、活性汚泥が損傷を受け糸状性バルキング
を引き起こしたりする。したがってこれらの薬品を添加
すると薬品代がかかるのみならず弊害もあるので、原水
のｐＨ調整方法に問題である。

【０００８】（３）活性汚泥法は活性汚泥を殺菌するよ
うな物質が流入すると、活性汚泥が損傷を受け、原水の
浄化機能を失ったり糸状細菌性バルキングを引き起こし
たりしやすい。しかし、少量の殺菌剤や活性汚泥に悪影
響を与える物質を全く排水に流さないわけにはいかない
ので、これらの除去が問題である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は以上述べた問題
点のすべてを合理的に解決するためには活性汚泥処理の
前処理方法に手段を求め解決した。

【００１０】まず、流入原水中の大きな固形分はスクリ
ーン等で除去し、その原水体積１００部に対して反応汚
泥（返送汚泥）体積１部から３０部、好ましくは３から
１５部を原水調整槽があればそこに添加するか、原水汲
み上げ配管内か、あるいは原水反応槽を設けて、それぞ
れ原水と攪拌混合して、原水中の難分解性物質や活性汚
泥を破壊する物質を反応汚泥に接触吸着させた後、この
反応汚泥を加圧浮上濃縮分離して、０．５％以上好まし
くは１．５％以上の固形分を含む汚泥（吸着濃縮反応汚
泥）と加圧浮上処理水（処理原水）とを得る。原水と反
応汚泥との平均混合割合は、曝気槽で活性汚泥が増殖す
る量であり、返送汚泥濃度（余剰汚泥濃度）に依存す
る。反応汚泥の混合割合の下限値は原水中の悪影響物質
を除去する効果が現れる最少量であり、１部で効果が出
てくるが、好ましくは３部である。またその上限は流入
原水中の難分解性物質や殺菌剤等の活性汚泥に悪影響が
あると考えられる汚濁物質量に依存しているが、一時的
には特に上限は定められないが、１日以上の平均値では
曝気槽の汚泥濃度が水処理に悪影響が現れないところを
上限としなければならないので、自ずから制限が付けら
れる。それは、反応汚泥を加圧浮上処理したのちの処理
原水のＢＯＤやＳＳならびに返送汚泥濃度に依存してお
り、経験上３０部を超えて反応汚泥を１日以上抜き出す
と曝気槽濃度が薄くなり処理に問題を起こすことがあ
り、安定的には３部から１５部が好ましい。

【００１１】これらの混合割合で反応汚泥を混合したの
ち加圧浮上設備でそれを除去された処理原水は、活性汚
泥曝気槽で返送汚泥といっしょに曝気処理後固液分離し
て、最終放流水と返送汚泥とを得る。返送汚泥の一部を
反応汚泥として原水反応槽に供給する。吸着濃縮反応汚
泥は、濃厚汚泥消化槽で嫌気・好気消化し、反応汚泥が
吸着した汚濁物質は微生物分解され、消化汚泥を得る。
そして、この消化汚泥を引き抜き除去する手段を用いる
ことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明の活性汚泥前処理方法は従来の活性汚泥
法では不用となり引き抜いて廃棄されている余剰汚泥
（返送汚泥）を反応汚泥として微生物吸着剤として用い
ることにより、流入原水中の難分解性物質をはじめ、活
性汚泥に吸着して活性汚泥を損傷させる殺菌剤等の物質
や強酸や強アルカリ等の微生物に悪影響を与える物質を
選択的に反応汚泥に吸着し、その汚泥を系外に除去する
ため、活性汚泥の損傷を防止し、活性汚泥の活性を高い
状態に保つので、活性汚泥の膨化や発泡スカムによる処
理異状現象の発生が減り、処理を安定化することができ
る。

【００１３】さらに発明の作用を詳細に説明すると、反
応汚泥を原水と混合攪拌したあと加圧浮上設備で吸着反
応汚泥を除去すると、原水のｐＨ調整が不用となる。そ
れは微生物の持っているｐＨ緩衝作用により、自然にｐ
Ｈの調整が行われるので、酸・アルカリを中和するに必
要な薬剤や設備が不用となるのでその分、敷地が有効に
使用できるのみならず薬品代の節約になる。また、原水
中に活性汚泥に吸着して活性汚泥を破壊する殺菌剤等の
有害物質があっても、反応汚泥が予めこれらを吸着し、
系外に加圧浮上で除去されるので曝気槽の活性汚泥に悪
影響が及ばないため、殺菌剤が排水に混入するところで
も安定な活性汚泥処理が出来る。

【００１４】本発明では活性汚泥処理を２系列平行処理
することにより、活性汚泥処理設備設置面積を小さく取
ることが出来る。つまり、通常の汚泥濃度の活性汚泥処
理（通常活性汚泥処理槽）と通常の約１０倍の濃厚な活
性汚泥処理（濃厚汚泥消化槽）とを並列に運転して、全
体的には効率よく排水処理が出来る。そのため、既存設
備の排水処理能力を３倍程度まで向上を計るときに、原
水反応槽と加圧浮上設備を曝気槽上部に据えつけ、濃厚
汚泥消化槽を既存の曝気槽ないしは原水調整槽の一部を
仕切って作り、必要に応じて最終沈澱槽を大きくするこ
とにより、既設の活性汚泥処理設備の処理能力を狭い敷
地面積でも増強できる。

【００１５】都市部では下水道放流が進行してきたがそ
の簡易処理として本発明は有利に作用する。下水道放流
の場合は油脂分に対する規制が厳しいが、ＳＳ（懸濁固
形分濃度）はそれぞれの市町村で異なるが比較的高いの
で、放流基準に見合った水質に通常活性汚泥処理槽から
の放流水と濃厚汚泥消化槽からの消化汚泥とを混合し
て、放流基準値に適合した水質に自動的に調整して放流
しやすいので、活性汚泥による簡易処理費用の削減にも
役立つ。

【００１６】以下本発明を具体的に、実施例ならびに比
較例を挙げて対比しながら説明するが、本発明をここに
述べる実施例に限定するものではない。

【００１７】

【比較例】食肉加工を主体とした食品製造工場から平均
水量６５０ｍ³/日の排水を活性汚泥処理を行っている施
設がある。流入原水の年平均水質は、ＢＯＤが７８０ｐ
ｐｍ、ＣＯＤ３５０ｐｐｍ、ＳＳ２５０ｐｐｍそしてｎ
−ヘキサン抽出成分が８５ｐｐｍであり、燻製炉のアル
カリ洗浄液や食品加工工場での殺菌剤が含まれている。
この施設は流入原水を油分離槽で油脂分を浮上分離させ
たのち、ウエッジワイヤー型の目開きが１mmのスクリー
ンで粗大塵を除去して、原水調整槽に原水を貯溜し、ポ
ンプで汲み上げて原水計量槽で平均２７ｍ³/時に調整し
て、返送汚泥と混合して押し出し流れの活性汚泥曝気槽
容積３５０ｍ³ で曝気処理したのち水面積が６４ｍ² の
沈降槽２池を並列に使用して活性汚泥から処理水を分離
して放流水を取り出し、沈降濃縮された活性汚泥は返送
汚泥として循環使用し、一部を余剰汚泥として抜き出し
て凝集脱水し、脱水ケーキが得られ、これを場外処分し
ていた。

【００１８】本施設では曝気槽にスファエロチリスやタ
イプ０２１Ｎ糸状細菌が異常繁殖して、バルキングを引
き起こし処理出来ない状態が時々発生した。また、原水
のｐＨが１１を超えることがあるので硫酸で中和してか
ら曝気槽に入れていた。

【００１９】さらに、余剰汚泥の凝集脱水をおこなうに
当たり、凝集状態が毎日工場の生産品目により異なり、
一定になりにくい。バルキング発生時には予備の沈降槽
を用いて運転するが、汚泥がここにも多量に溜まるので
最大脱水能力でおこなっても足らないと返送汚泥として
循環するが原水流入量を一時的に減少させざるをえない
状態がしばしば発生した。

【００２０】余剰汚泥の引き抜き量は、沈降槽で圧密性
が増さず返送汚泥が月平均で３５００ｐｐｍであるため
月平均１１１０ｍ³ であり、日平均３７ｍ³ と比較的多
く、脱水機の稼働時間が月平均で１９時間／日と長くな
り、凝集剤の添加量は余剰汚泥に対して多少添加量は減
らせるが脱水機の稼働時間が長いので、固形分の重量当
たりの高分子凝集剤の月平均ではカチオン系高分子凝集
剤が２．５％でアニオン系高分子凝集剤が０．７％と添
加率が多いので、凝集剤の月平均使用量はカチオン系高
分子凝集剤が９８Ｋｇ／月でアニオン系高分子凝集剤が
２７Ｋｇ／月であった。また、脱水機から排出される脱
水ケーキの含水率は月平均値が８６％と比較的高いた
め、脱水ケーキが未分解物質を多く含むので、それが腐
敗して悪臭を発するため、その処分に困っていた。さら
に脱水ケーキ中に含水量が多いため、脱水ケーキの発生
量が月平均２９トンと多く、汚泥の処分費用がばかにな
らなかった。特に含水率が８５％を超えた場合は汚泥の
引き取りに問題が発生した。

【００２１】

【実施例】比較例の活性汚泥施設に対して、原水の前処
理をするため８ｍ³ 攪拌機付の原水反応槽を原水計量槽
のあとに設け、原水に１００部に対して反応汚泥６部を
定量ポンプで連続添加した。そして、無薬注型の加圧浮
上設備ＫＦ８００（日本アルシー（株）製）を設置して
この混合原水１００部に対して無薬注で５Ｋｇ／ｃｍ²
の加圧水を８０部混合循環している部分加圧浮上槽で、
反応汚泥を１．８％に濃縮浮上分離除去して、予め２池
ある沈降槽の内、バルキングに備えて設けた予備の沈降
槽を隔壁で２槽に仕切り１８６ｍ³ の濃厚汚泥消化槽に
改造した。片方の１２０ｍ³ の槽は攪拌機を付け上部を
密閉し、発生ガスをアルカリ・酸処理してガス回収し、
もう片方の６６ｍ³ の槽は散気管と攪拌機を設置し、反
応汚泥に吸着した汚濁物質を嫌気処理並びに好気曝気処
理して得られた消化汚泥を、濃厚汚泥消化槽の液面を自
動制御で一定に保持するように引き抜き、カチオン系と
アニオン系高分子凝集剤との２液を用いて凝集して、ス
クリュープレス脱水機（日本アルシー（株）製ＮＳＰ−
３００）を用いて脱水した。

【００２２】一方無薬注加圧浮上設備で得られた処理水
は、比較例と同様に活性汚泥処理槽と沈降槽を用いて処
理して放流水を得た。しかしこの場合は比較例のときに
常時発生していたスファエロチリスやタイプ０２１Ｎ糸
状細菌はほとんど見られなくなり、沈降槽で汚泥の濃縮
性が改良され返送汚泥濃度が６０００ｐｐｍを超えるよ
うになったので返送率を１００％で運転してＭＬＳＳを
３３００ｐｐｍを維持して運転したところ活性汚泥処理
が良好となった。そのため、沈降槽を１池減らしたが全
く心配する必要がなかった。

【００２３】加圧浮上で月平均で約１．８％に浮上濃縮
された汚濁物質を吸着した反応汚泥は月平均で１３トン
／日発生し、これを沈降槽を改良した濃厚汚泥消化槽で
消化した。消化槽で反応汚泥の滞留日数は約１４日ある
ため、反応汚泥が吸着した難分解性物質や油脂分や天然
高分子などは消化が進行して、菌体への転換が大幅に進
行した。そのため月平均の消化汚泥引き抜き量はで９ト
ン／日であり、固形分換算量では０．１７トン／日であ
り、脱水機の月平均稼働時間は５時間／日と比較例の場
合の約１／４になった。凝集剤の使用量はカチオン系高
分子凝集剤が４２Ｋｇ／月でアニオン系高分子凝集剤が
１７Ｋｇ／月と比較例と比較すると約半分程度と少なく
なった。脱水ケーキの含水率は月平均で８１％と大幅に
減少したのみならず脱水ケーキの臭気が比較例に比べて
減少したため消臭剤を使用する必要が無くなった。発生
した脱水ケーキ量は月平均で１４トン／月と比較例に対
して半分以下になった。

【００２４】また、脱水ケーキの臭気が減ったので乾燥
して肥料として検討したところ、完熟菌体肥料のみなら
ず土壌改良剤として有効利用できることが分かった。

【００２５】

【発明の効果】本発明により得られた効果は、排水処理
が水に溶解している汚濁物質を固形分やガスとして回収
する技術であるが、回収したこれらの固形分が産業廃棄
物として地球環境問題を引き起こさないようにしなけれ
ばならないという観点からすると、回収固形分量を減ら
しさらに有効な資源として使用する方法を容易に提供出
来ることは優れた効果である。

【００２６】また、従来の活性汚泥処理では、流入原水
の有機分濃度とその種類が一定でなく大幅に変動したり
活性汚泥に対する有害物質が時々流入したりすると活性
汚泥の細菌にたいして、大きな障害を与え、水質の悪化
を引き起こしたり、糸状細菌によるバルキングの発生に
より処理不能現象を呈したりしやすい。このような原廃
水を処理している処理場では本発明により、流入原水中
の汚濁物質のうち活性汚泥に悪影響を与える成分を予め
原水に対して反応汚泥量の供給割合を調節し、活性汚泥
に接触吸着させて除去する事により、原水の水質が任意
にそして容易に調整できるので、活性汚泥処理を安定し
て行えるようになり活性汚泥処理後の水質が安定化し、
かつバルキングの発生頻度が著しく減少する。さらに、
排水処理場の占有敷地に限度があり、流入原水の有機分
負荷が高く曝気槽で処理できそうにない場合に、本発明
は有機分負荷を曝気槽と濃厚汚泥消化槽に分散させて並
列処理するため、絶対的な活性汚泥保有量を同一面積で
も５から１０倍多く取れ、微生物処理能力がその割合で
大きく取ることが出来るので、優れた効果を発揮でき
る。これは活性汚泥処理法の優れた２つの次に述べる長
所を組み合わせたために得られた。その一つが活性汚泥
処理では固液分離が活性汚泥濃度が薄ければ薄いほどし
やすいことを利用して、通常の活性汚泥処理設備を有機
分負荷を軽くして低濃度の活性汚泥で処理すること、そ
して二つ目は固液分離を必要としない場合は有機分濃度
並びに活性汚泥濃度は高ければ高いほど消化能力が高い
ので、反応汚泥に有機分を高濃度に吸着させて加圧浮上
設備で浮上濃縮してから濃厚汚泥消化槽に送ることによ
り、通性嫌気性菌と通性好気性菌とにより、汚泥が吸着
した有機分の消化が効率よく促進され、最終的には悪臭
の少ない完熟の活性汚泥を得やすい。

【００２７】廃水処理場の一番の問題点は余剰汚泥処理
である。通常余剰汚泥を引き抜き凝集脱水しているが、
余剰汚泥中に未分解有機分濃度が高いと微生物分解の長
所である有機分を無機分（炭酸ガスと水）に変換してな
いのでその分廃棄汚泥量が増加するのみならず凝集剤の
使用量が増大したり凝集状態が未分解物質の種類に大き
く左右され不安定になり、脱水機の能力を著しく損なっ
たり、脱水ケーキの含水率が上昇したりして著しく経済
効果を損なうが、本発明は濃厚汚泥消化により効率よく
微生物分解を行い未分解物質量が少ないため、汚泥の消
化が進行するため、発生汚泥固形分量が少なく、かつ凝
集脱水するに当たり凝集剤消費量が少なくて安定で良好
な凝集が得られるため脱水機の脱水効率が上がり、得ら
れた脱水ケーキの含水率が低いため脱水ケーキ量が少な
いのみならず腐敗しにくいので悪臭の発生が少ないため
作業環境問題が少ない。また、有害物の混入が少なく肥
料としての適性が有る場合は完熟有機肥料としてまた土
壌改良剤として有効な地球資源として還元して経済効果
を出すことが出来る。従って、本発明は廃水処理に伴っ
て発生する産業廃棄物量が少なく、流入原水に有害物質
を含まぬ場合は有効な資源として活用できる状態の汚泥
になるので環境破壊が少なくかつ地球に優しい廃水処理
方法を提供できる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性汚泥処理される原水 100体積部に対
   して反応返送汚泥 1体積部〜 30 体積部を連続に添加し
   て混合撹拌する工程と、 前記反応返送汚泥が混合された原水を無薬注で加圧浮上
   濃縮分離して、処理原水と 0.5体積％以上の固形分を含
   む吸着濃縮反応汚泥とに分離する工程と、 前記処理原水を活性汚泥曝気槽で処理して、最終放流水
   と前記反応返送汚泥とに分離する工程と、 前記反応返送汚泥を前記活性汚泥曝気槽および前記原水
   に戻す工程と、 前記吸着濃縮反応汚泥を濃厚汚泥消化槽で嫌気・好気消
   化して余剰汚泥として引き抜き除去する工程とを含む活
   性汚泥処理方法。