JP3223145B2 - 有機性廃水の処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機物を含有する
被処理水を活性汚泥により処理する有機性廃水の処理方
法に関し、更に詳しくは、有機性廃水を活性汚泥法で処
理する際に、活性汚泥の少なくとも一部を殺菌及び可溶
化処理することによって、処理液の水質の悪化を生じさ
せることなく、余剰汚泥の減量化を経済的に達成し得る
有機性廃水の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】水中の汚濁物質は、河川や湖沼等の自然
の中で、沈殿、凝集、酸化、還元等の物理化学的、生物
学的な作用を受けて分解除去されて浄化される。特に有
機物を含んだ汚濁は、微生物によって生物学的な作用で
浄化され易い。これを利用した有機性廃水の浄化方法と
して、好気性微生物を含んだ活性汚泥により有機性廃水
を処理する活性汚泥法があるが、該方法は、浄化能力が
高く、比較的に処理経費が少なくて済む等の利点がある
ため、これを利用した種々の方法が提案されており、下
水処理や産業廃水処理等において広く一般に使用されて
いる。

【０００３】上記活性汚泥法では、調整槽等で廃水のｐ
Ｈ調整や均一化といった前処理を行なった後、有機性廃
水をエアレーションタンク（曝気槽）へと導き、この曝
気槽内で、活性汚泥によりＢＯＤで示される廃水中の有
機汚濁成分を分解させて浄化処理している（図３参
照）。この際、分解したＢＯＤのうちの５０〜７０％は
微生物の生活エネルギーとして消費されるが、残りの３
０〜５０％は菌体の増殖に使用されるので活性汚泥の量
は次第に増加していく。このため、一般的には、図３に
示したように、曝気槽で処理された廃水を沈澱槽へと導
き、沈殿した活性汚泥の中から有機性廃水の浄化処理に
必要な量だけ返送汚泥として曝気槽内へと戻し、それ以
外の活性汚泥を余剰汚泥として取り除いている。このよ
うに、活性汚泥を利用した有機性廃水の浄化処理では多
量の余剰汚泥が発生するが、この余剰汚泥は、生物難分
解性物質等を含み、粘性が高く取り扱いにくいこと等の
欠点があり、有機性廃水を活性汚泥法によって浄化処理
する場合においては常に余剰汚泥処理が問題となる。

【０００４】これに対し、現在、一般に行なわれている
余剰汚泥の処理方法には、余剰汚泥を脱水して水分を分
離し、固形分を焼却するか或いは産業廃棄物として埋め
立て処分等する方法、或いは余剰汚泥を嫌気性消化処理
して、メタンガス、二酸化炭素、水素、硫化水素等に分
解して減量化し、その後に分解されなかった余剰汚泥及
びその他の固形物を脱水により分離し、固形分を焼却す
るか或いは産業廃棄物として処分する方法等がある。更
に、近年では、余剰汚泥の減量化を目的として、余剰汚
泥の一部をオゾンにより処理した後、オゾン処理汚泥を
曝気槽に導入して好気的処理を行う方法が知られている
（特公昭５７−１９７１９号、特開平７−８８４９５号
公報等参照）。

【０００５】しかしながら、上記した従来の余剰汚泥の
処理方法には、下記に述べる様な種々の問題があった。
先ず、余剰汚泥を嫌気性消化処理を行わずに脱水機によ
り濃縮し、焼却或いは産業廃棄物として処分する場合に
は、余剰汚泥量が多いために、処理コストが著しく嵩む
という問題がある。現在の汚泥の処分費は２〜３万円／
ｍ^３と高く、更に、この処分費は今後一層高騰する傾向
にある。又、埋め立て処分場の確保の問題や汚泥焼却に
伴うエネルギー消費の増加の問題等、地球規模の環境に
及ぼす影響も看過できない。

【０００６】又、先に述べた嫌気性消化による余剰汚泥
の減量化方法においては、エネルギーがメタンガスとし
て回収される等の利点があるものの、消化に要する日数
が２０〜４０日と長く、余剰汚泥の分解率が６０％程度
と低いため、広い敷地面積が要求され、更に未分解余剰
汚泥及びその他の固形物を脱水機により分離し、焼却す
るか或いは産業廃棄物として処分しなければならないた
め、非効率で処理コストが嵩むという問題がある。更
に、上記と同様に、地球環境に及ぼす影響の問題もあ
る。

【０００７】又、余剰汚泥の一部をオゾンにより処理す
る方法は、余剰汚泥の容量をかなり減少させることがで
きるが、特別にオゾン発生装置を設ける必要がある。そ
のため、小規模施設には不向きであり、設備費が高い上
に運転費が嵩み処理コストが上昇し、経済性に劣るとい
う実用上の問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的
は、活性汚泥法を利用した有機性廃水の処理方法におい
て、最終段階で放流される処理水の水質を悪化させるこ
となく余剰汚泥量を簡便な方法で大幅に減量化させ、最
適には余剰汚泥の発生をなくすことが可能な、簡易且つ
経済的な有機性廃水の処理方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、下記の本
発明によって達成される。即ち、本発明は、有機物を含
む被処理水を好気性微生物を含む活性汚泥により浄化処
理する有機性廃水の処理方法において、活性汚泥の少な
くとも一部を抜き出し、この抜き出した活性汚泥を構成
している微生物を、４０〜１００℃の条件下、活性化さ
れた鉄イオンを触媒として過酸化水素１００ｍｇ／ｌ当
たり約２０〜１０００ｍｇ／ｌの量で用い、且つ、汚泥
１ｇ（ｄｒｙ）に対して０．１〜０．００１ｇの量の過
酸化水素によって酸化分解して殺菌及び可溶化処理した
後、処理された汚泥を活性汚泥処理系に再度導入して引
き続き活性汚泥法により被処理水を浄化処理することを
特徴とする有機性廃水の処理方法である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を挙
げて本発明を詳細に説明する。本発明者らは、上記従来
技術の問題点を解決すべく鋭意研究の結果、有機性廃水
を含む被処理水を、好気性微生物を含む活性汚泥法によ
り浄化処理する場合に、活性汚泥の少なくとも一部を抜
き出し、この抜き出した活性汚泥（以下、被処理汚泥と
も呼ぶ）を殺菌及び可溶化処理した後、処理された汚泥
を活性汚泥処理系に再度導入して引き続き活性汚泥法に
より処理すれば、処理水の水質を悪化させることなく、
余剰汚泥の発生を格段に減少させることが出来ることを
知見して本発明に至った。又、特に、殺菌或いは可溶化
の方法として、金属イオンを触媒とした酸化剤による酸
化分解による方法を用いた場合に、簡易な処理によって
顕著な効果が得られることがわかった。

【００１１】即ち、例えば、沈澱槽から送られる返送汚
泥の一部を引き抜いて、抜き出した活性汚泥を金属イオ
ンを触媒とした酸化剤による酸化分解による方法で処理
すると、明白ではないが、この方法では、一つには、強
力な酸化剤である・ＯＨ（ヒドロキシルラジカル）が発
生するため、該ヒドロキシルラジカルによって活性汚泥
を構成している微生物の細胞壁が分解或いは傷つき、活
性汚泥を構成している微生物が殺菌されると共に一部可
溶化される。この結果、この処理された汚泥を再び曝気
槽中に入れて生物的処理すると、これらの殺菌等された
微生物は、曝気槽内の処理を受けていない正常な微生物
によって捕食され易くなっているので、微生物の生活エ
ネルギーとして消費されてしまう。従って、活性汚泥の
処理能力や余剰汚泥の発生量を加味して、上記した殺菌
及び可溶化処理等を行う活性汚泥（被処理汚泥）の量を
決定すれば、余剰汚泥の発生を１００％抑制することも
可能となる。尚、上記では、被処理汚泥を処理する方法
として、金属イオンを触媒とした酸化剤による酸化分解
による方法を例として挙げたが、本発明はこれに限定さ
れず、汚泥を構成している微生物の細胞壁が分解或いは
傷つき、活性汚泥を構成している微生物が殺菌されると
共に一部可溶化されて、被処理汚泥が、正常な微生物に
よって捕食され易い状態となり得るものであればいずれ
の方法でもよい。

【００１２】以下、本発明の有機性廃水の処理方法につ
いて詳細に説明する。本発明の有機性廃水の処理方法で
は、基本的には、通常の活性汚泥法による処理フローと
ほぼ同様のフローによって有機性廃水の処理が行われ
る。本発明の有機性廃水の処理方法の特徴は、例えば、
図１に示した様に、沈澱槽から沈澱した活性汚泥の少な
くとも一部を抜き出し、この抜き出した活性汚泥を何ら
の前処理をすることなく殺菌及び可溶化処理工程へと導
いて処理し、その後、処理した活性汚泥を再び返送汚泥
と共に活性汚泥槽中に導入して循環処理する。図１に
は、沈澱槽から曝気槽への返送汚泥の一部を被処理汚泥
として取り出す例を示したが、本発明はこれに限定され
るものではなく、例えば、沈澱槽を設けない回分式の活
性汚泥法の場合には、活性汚泥を含む被処理水の一部を
曝気槽内から取り出して被処理汚泥としてもよい。上記
したようにすれば、種々の形態がある現状の活性汚泥処
理による有機廃水の処理フローに大きな変更を加えるこ
となく、本発明の有機性廃水の処理方法を簡便に組み入
れることができる。

【００１３】本発明の有機性廃水の処理方法において、
殺菌及び可溶化処理工程へと導く被処理汚泥の量として
は、対象とする有機性廃水の種類や、殺菌及び可溶化処
理工程における処理条件にもよるが、１日に生成する活
性汚泥量に対して１〜１０倍程度とするのが好ましい。
この結果、本発明の処理方法で有機性廃水を処理した場
合には、従来の様な余剰汚泥が発生することが殆どなく
なり、余剰汚泥の抜き出し及びこれに続く煩雑な余剰汚
泥処理が不要になる。加えて、本発明によって処理され
た処理水の水質は、従来一般に行われている活性汚泥法
によって処理された処理水に比べて劣ることなく、処理
水の水質の悪化も生じることはない。

【００１４】以下、本発明の有機性廃水の処理方法にお
いて、被処理汚泥を殺菌及び可溶化処理する方法の好ま
しい一例である金属イオンを触媒とした酸化剤による酸
化分解、更に好ましくは、反応液を加温した状態での金
属イオンを触媒とした酸化剤による酸化分解処理につい
て詳細に説明する。

【００１５】酸化処理において使用する酸化剤は、従来
公知の化学酸化方法において使用されている酸化剤、例
えば、過酸化水素、過酸化カルシウム、過硫酸アンモニ
ウム、アルキルヒドロペルオキシド、過酸エステル、過
酸化ジアルキル又はジアシル等が使用されるが、コスト
や副生物等の点からみて過酸化水素が最も好ましい。過
酸化水素等の酸化剤の使用量は、特に限定されず処理す
る汚泥の内容によって変化するが、好ましい使用量とし
ては、汚泥１ｇ（ｄｒｙ）に対して０．１〜０．００１
ｇとなる範囲である。

【００１６】触媒として使用する金属イオンとしては、
鉄、チタン、セリウム、銅、マンガン、コバルト、バナ
ジウム、クロム、鉛のイオン等が挙げられ、これらの金
属イオンを有すれば、その形態は、金属、金属酸化物、
金属塩及び錯体等いずれのものでもよい。本発明におい
て特に好ましいものは鉄イオンである。鉄イオンには、
従来技術においては第一鉄イオンが使用されたが、本発
明においては第一鉄イオンは勿論、第二鉄イオンも有効
であり、更に鉄屑等の如き金属鉄や鉄イオンをイオン交
換樹脂等で固定した固定鉄イオンも使用することが出来
る。この触媒としての鉄イオンの使用量は、過酸化水素
等の酸化剤１００ｍｇ／ｌ当たり約２０〜１０００ｍｇ
／ｌで十分な処理効果を挙げることが出来る。

【００１７】図２に金属イオンを触媒とした酸化剤によ
る酸化分解に使用する反応処理槽を図解的に示したが、
被処理汚泥は、先ず、触媒再生槽に導入される。該触媒
再生槽では、触媒が加えられ、更に、槽内がｐＨ４以下
の酸性に保たれ、且つ４０〜１００℃程度に加温され
て、触媒として加えた金属等が金属イオンとなって活性
を有するように処理される。次に、この状態の金属イオ
ンを含む被処理汚泥は、反応槽へと導かれ、ここで過酸
化水素等の酸化剤が適宜な濃度となる様に添加されて酸
化処理される。

【００１８】この際、被処理汚泥を含む反応液のｐＨが
約２〜３．５に保たれる様に調節して反応を行なうこと
が好ましい。更に、酸化反応は反応液を加温して行うこ
とが好ましい。加温温度としては、好ましくは４０℃〜
１００℃の範囲、更に好ましくは５０℃〜８０℃の範囲
である。処理温度が４０℃未満である場合には、酸化に
時間がかかり、酸化効率が不十分で且つ過酸化水素等の
酸化剤の利用効率が不十分である。又、１００℃を超え
る温度としても、それ以上の処理効果を期待することが
出来ず、更に過酸化水素等の酸化剤の自己分解が大きく
なり、利用効率が低下すると共に、加熱エネルギー消費
が大になるだけで特別の利点はない。被処理汚泥を含む
反応液を加熱する手段としては、水蒸気等の吹込み、工
場における他の温水等による熱交換等、任意の手段を利
用することが出来、反応液が適宜の温度に加温され維持
されれば、加温方法は特に限定されない。

【００１９】又、酸化反応時間は、酸化処理槽のサイ
ズ、撹拌機の性能、温度等によって異なるが、例えば、
返送汚泥の一部を抜き出した被処理汚泥（固形分約１重
量％）の量が１０ｍ³ で酸化温度が５０℃で充分な撹拌
が行われる場合には、約０．５〜３時間の反応温度で充
分であり、被処理汚泥を構成している微生物の殆どが死
滅することが確認された。

【００２０】次に、処理された汚泥を含む反応が終了し
た反応液を中和槽へと導入し、水酸化ナトリウム等のア
ルカリを加えて反応液をｐＨ６．５〜７．５にして中和
する。その後、中和した反応液を曝気槽内に導入し、通
常の活性汚泥処理系へと戻されて被処理水と共に活性汚
泥処理がなされる。

【００２１】更に、本発明において用いることの出来
る、簡易に被処理汚泥を殺菌及び可溶化処理する他の方
法としては、例えば、超音波発生機による超音波処理が
挙げられる。この場合には、被処理汚泥に、超音波発生
機による超音波を用いて、処理出力０．１〜１０ｋＷ程
度で、処理時間１〜３０分間、処理温度２０℃〜１００
℃、処理ｐＨ３〜１０の条件で処理することが好まし
い。

【００２２】又、本発明においては、被処理汚泥を殺菌
及び可溶化処理を酵素処理によって行ってもよい。この
際に使用される酵素としては、プロテアーゼ、α−アミ
ラーゼ、リパーゼ、グルカナーゼ、セルラーゼ等を使用
し、処理温度１０〜１００℃、処理ｐＨ４〜１０の範囲
で行なうことが好ましい。酵素の添加量は、酵素の種類
や処理汚泥の種類によって異なるが、被処理汚泥（固形
分約１重量％）の量が１０ｍ³ の場合、酵素の添加量を
約０．００１〜１ｋｇ程度とすることが好ましい。

【００２３】その他、被処理汚泥の殺菌及び可溶化処理
の方法としては、例えば、次亜塩素酸ナトリウムの添
加、ＵＶ照射処理、光酸化触媒を添加して行うＵＶ照射
処理、或いは機械的な破壊等が挙げられる。又、これら
の方法は単独で用いても勿論よいが、上記で挙げた各種
の処理を組み合わせて用いてもよい。例えば、被処理汚
泥（固形分約１重量％）の量が１０ｍ³の場合、０．０
５〜１ｋｇの範囲内で、次亜塩素酸ナトリウムを添加し
て超音波処理したり、酵素を添加して酵素処理を行う共
に超音波処理を行うことも好ましい。

【００２４】

【実施例】次に本発明の実施例を挙げて本発明を更に詳
細に説明する。実施例１ 図１に示したフローに従って建設した５００リットル／
ｄａｙ規模のパイロットプラントを使用して、有機性廃
水を含む被処理水の活性汚泥処理を行った。下記の表１
に被処理水に用いた原水性状を示したが、食品工場から
の有機性廃水を用いた。又、本実施例では、図１に示し
た処理フローの殺菌或いは可溶化処理工程に、金属イオ
ンを触媒とした酸化剤による酸化分解手段を用いた。触
媒としては、鉄触媒を用い、試験開始当初の活性汚泥槽
中に鉄イオンとして１００ｍｇ／ｌになるようにＦｅ
(ＯＨ)₃ を添加した。酸化剤としては過酸化水素を用い
た。又、酸化分解反応槽の反応液の温度は、ヒータによ
って５０℃に加温した。

【００２５】表１ 原水性状（食品工場の廃水）

【００２６】先ず、上記の被処理水について、ｐＨ７．
０、ＢＯＤ負荷量０．６ｋｇ／ｍ³、ＨＲＴ１．７日の
運転条件で活性汚泥処理を行った。その際に、沈澱槽か
ら活性汚泥処理系への返送汚泥ライン中に設けられてい
る、図２に示した様な構造の反応処理槽に、返送汚泥の
一部を導いて熱酸化処理を行った。そして、処理して殺
菌及び可溶化した反応汚泥を活性汚泥処理槽内に再び戻
し、引き続き活性汚泥処理すことを連続的に行った。

【００２７】図２に本実施例で使用した反応処理槽の概
略図を示したが、該反応槽では、汚泥を含む反応液中の
過酸化水素の濃度が１００ｍｇ／ｌになるように過酸化
水素を添加し、ｐＨ３．５に保ちながら、滞留時間を６
０分間として反応させた。反応前後の汚泥の生菌数を測
定したところ、反応前が１０⁹ cells／ｍｌであったの
に対し、反応後は、１０⁴ cells／ｍｌであり、殆どの
微生物が死滅し、可溶化が進行していることがわかっ
た。反応終了後、汚泥を中和槽内に導き入れ、中和槽内
に水酸化ナトリウムを添加し、ｐＨを７．０に調整して
中和後、活性汚泥槽に再び戻し、活性汚泥処理を引き続
き行った。又、鉄触媒再生槽中のｐＨを２．５、反応温
度を５０℃とし、滞留時間は２０分間で運転して鉄のイ
オン化を行った。

【００２８】上記処理を行った後の処理水について、投
入ＢＯＤ当たりの汚泥生成量を測定して表３に示した
が、余分な活性汚泥の生成が全く見られず、余剰汚泥を
抜き出して除去する必要がなかった。従って、従来の処
理から余剰汚泥の処理工程を省略することが可能である
ことがわかった。又、最終的な処理水の水質は、後述す
る通常の活性汚泥法による処理を行なった比較例１の場
合と比べて、ＢＯＤ値及びＳＳ値共に遜色なく、放流水
の水質が悪化することもなかった。

【００２９】実施例２ 下記の表２に示した化学工場の廃水を供給原水とする以
外は実施例１と同様にして被処理水の処理を行なった。
この結果、表３に示したように、実施例１と同様に、余
分な活性汚泥の生成が全く見られず、余剰汚泥を抜き出
して除去する必要がなかった。従って、従来の処理から
余剰汚泥の処理工程を省略することが可能であることが
わかった。又、最終的な処理水の水質は、後述する通常
の活性汚泥法による処理を行なった比較例１の場合と比
べて、ＢＯＤ値及びＳＳ値共に遜色なく、放流水の水質
が悪化することもなかった。

【００３０】表２ 原水性状（化学工場の廃水）

【００３１】比較例１ 汚泥の返送ラインに加熱反応槽を設けない以外は実施例
１と同様にして、図３に示した従来のフローに従って活
性汚泥処理試験を行った。得られた処理水の水質及び汚
泥転換率を実施例１と同様に測定し、表２に示した。

【００３２】表３ 処理結果

【００３３】

【発明の効果】上記した様に、本発明によれば、活性汚
泥法を利用した有機性廃水の処理方法において、処理後
に放流する処理水の水質の悪化を生じることなく、余剰
汚泥の量を簡易な方法で且つ大幅に減量化させることが
出来る結果、有機性廃水の浄化処理が経済的になされ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性廃水の処理方法の処理フローの
一例である。

【図２】本発明の有機性廃水の処理方法に使用される反
応槽の概略図である。

【図３】従来の有機性廃水の処理方法の処理フローの一
例である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 順子 東京都千代田区東神田１−９−８ 環境 エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 栗原 清 東京都千代田区東神田１−９−８ 環境 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−277597（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−215695（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−90896（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−4298（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−79962（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/12 B01J 23/745

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機物を含む被処理水を好気性微生物を
   含む活性汚泥により浄化処理する有機性廃水の処理方法
   において、活性汚泥の少なくとも一部を抜き出し、この
   抜き出した活性汚泥を構成している微生物を、４０〜１
   ００℃の条件下、活性化された鉄イオンを触媒として過
   酸化水素１００ｍｇ／ｌ当たり約２０〜１０００ｍｇ／
   ｌの量で用い、且つ、汚泥１ｇ（ｄｒｙ）に対して０．
   １〜０．００１ｇの量の過酸化水素によって酸化分解し
   て殺菌及び可溶化処理した後、処理された汚泥を活性汚
   泥処理系に再度導入して引き続き活性汚泥法により被処
   理水を浄化処理することを特徴とする有機性廃水の処理
   方法。
2. 【請求項２】 酸化分解を、反応液のｐＨが２〜３．５
   に保たれるようにして行う請求項１に記載の有機性廃水
   の処理方法。