JP3377346B2 - 有機性廃水の処理方法およびその装置 - 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、窒素化合物やリン
化合物を含有する有機性廃水を浄化処理する有機性廃水
の処理方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の有機性廃水の処理方法と
しては、例えば特公平３−２４２８０号公報に記載の構
成が知られている。

【０００３】この特公平３−２４２８０号公報に記載の
有機性廃水の処理方法は、生物学的ＢＯＤ除去および窒
素除去にて得られたＢＯＤ酸化菌、硝化菌および脱窒菌
を含む返送汚泥とともに有機性廃水を高負荷反応槽に流
入させ、空気を適宜曝気して好気性生物によるＢＯＤの
低減および硝化菌や脱窒菌による窒素化合物の低減を行
った後、硝化脱窒槽に流入させて残留するＢＯＤおよび
窒素化合物を硝化菌および脱窒菌にて生物学的硝化反応
および生物学的内生呼吸型脱窒反応により窒素ガスおよ
び炭酸ガスなどとして高度に除去し、さらに沈殿池にて
硝化脱窒槽で発生する汚泥を固液分離して、分離した汚
泥を高負荷反応槽に返送し、濾液は処理水として後工程
の処理に搬送する構成が採られている。

【０００４】しかしながら、上記特公平３−２４２８０
号公報に記載の従来の有機性廃水の処理方法において、
ＢＯＤ酸化菌、硝化菌および脱窒菌にて有機性廃水中に
含まれるリン酸イオンや溶解している生物難分解性の有
機物による化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を高度に低減で
きない。さらに、有機性廃水はし尿や浄化槽汚泥など窒
素化合物が高濃度に含有されているため、窒素化合物を
安定して除去できず、浮遊物質（ＳＳ）、ＢＯＤ、ＣＯ
Ｄなどを安定して低減するのが困難である。このため、
これらＢＯＤ酸化菌、硝化菌および脱窒菌にて除去でき
ないリン酸イオンや生物難分解性の有機物を除去すべ
く、沈殿池の代わりに膜分離を行うことが考えられる
が、単に膜分離する手段を付加したのみでは、高負荷反
応槽および硝化脱窒槽で発生する汚泥および難分解性有
機物などにより膜が短時間で閉塞して効率よく処理でき
ない。

【０００５】そこで、例えば、凝集剤にて脱水された被
処理水を生物処理し、この処理水を下流側の反応槽で粉
末活性炭が添加され、さらに下流側の反応槽で凝集剤が
添加されて、凝集物を沈殿分離除去する方法が知られて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の粉末活性炭および凝集剤を添加する方法では、生物
処理を行う槽と、粉末活性炭を添加する槽と、凝集剤を
添加する槽とを必要とし、構成が複雑で設備が大型化
し、広い設置スペースを必要とする問題がある。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、簡単な構成で安定して効率よく容易に窒素化合物、
リン化合物および有機物を高度に低減できる有機性廃水
の処理方法およびその装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の有機性廃
水の処理方法は、窒素化合物およびリン化合物を含有す
る有機性廃水を生物学的に処理する有機性廃水の処理方
法において、前記有機性廃水に粉末活性炭および塩化鉄
を添加するとともに、この粉末活性炭および塩化鉄が添
加された有機性廃水を溶存酸素を０．５mg/l以下に維持
しつつ酸素を接触させてこの有機性廃水を微生物にて生
物学的硝化脱窒処理した後、膜分離するもので、１つの
槽で、微生物により有機性廃水を生物学的硝化脱窒処理
するとともに、添加される塩化鉄にて溶解するリン化合
物を不溶性のリン酸鉄に反応させつつ残留する高分子溶
解性有機物を副次的に凝集吸着させ、粉末活性炭にて残
留する難分解性の疎水性低分子有機物を吸着除去し、こ
れらの処理後に膜分離するので、簡単な構成で膜面に例
えばゲル層を形成する化学的酸素要求量に起因する溶解
性の有機物が膜分離の前で高度に除去され、膜分離の負
荷が低減し、効率のよい処理が可能となる。また、有機
性廃水の溶存酸素が０．５mg/lより高くなると脱窒菌に
よる脱窒が生じなくなり、窒素化合物が残留してしまう
ため、効率よく窒素化合物を除去すべく、有機性廃水の
溶存酸素を０．５mg/l以下に設定する。

【０００９】請求項２記載の有機性廃水の処理装置は、
窒素化合物およびリン化合物を含有する有機性廃水に酸
素を接触させてこの有機性廃水を微生物にて生物学的硝
化脱窒処理して前記有機性廃水を第１処理水とする生物
処理手段と、この生物処理手段に接続されこの生物処理
手段に前記有機性廃水を流入させる原水流入手段と、前
記生物処理手段に接続されこの生物処理手段から流出す
る前記第１処理水を膜分離する膜分離手段と、前記原水
流入手段および前記生物処理手段の少なくともにいずれ
か一方に接続され前記有機性廃水に粉末活性炭および塩
化鉄を添加する処理剤添加手段とを具備したもので、微
生物による有機性廃水の生物学的硝化脱窒処理と、添加
される塩化鉄にて溶解するリン化合物を不溶性のリン酸
鉄に反応させ、かつ、残留する高分子溶解性有機物を副
次的に凝集吸着させる処理と、粉末活性炭にて残留する
難分解性の疎水性低分子有機物を吸着除去する処理とが
１つの槽で行われ、簡単な構成で膜面に例えばゲル層を
形成する化学的酸素要求量に起因する溶解性の有機物が
膜分離の前で高度に除去され、膜分離の負荷が低減し、
効率のよい処理が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の有機性廃水の処理
方法の実施の一形態の構造を図面を参照して説明する。

【００１１】図１において、１は生物処理手段としての
高負荷反応槽で、この高負荷反応槽１には、し尿や浄化
槽汚泥などの有機性廃水を流入させる原水流入手段とし
ての原水管２が接続されるとともに、空気を曝気する図
示しない曝気装置が配設されている。さらに、この高負
荷反応槽１には、搬送管３を介して生物処理手段として
の硝化脱窒槽４が接続されている。そして、この硝化脱
窒槽４には、塩化鉄および粉末活性炭を所定量添加する
処理剤添加手段としての塩化鉄添加装置５および処理剤
添加手段としての粉末活性炭添加装置６とが接続されて
いる。なお、粉末活性炭は、必要以上の攪拌や曝気動力
が不要である真比重が１．９〜２．２で粒径が１５０μ
m以下のものを用いる。さらに、硝化脱窒槽４には、膜
分離手段である膜分離を行う、例えば限外濾過（ＵＦ：
Ultrafiltration ）膜を用いたＵＦ膜分離装置７が、輸
送管８を介して接続されている。そして、このＵＦ膜分
離装置７にて分離除去された汚泥は、高負荷反応槽１お
よび硝化脱窒槽４に返送され、一部は脱水工程に搬送さ
れて処理される。また、濾過された濾液は、処理水とし
て河川に放水したり、後工程にてさらに浄化される。

【００１２】次に、上記実施の一形態の作用を示す。

【００１３】まず、有機性廃水は、原水管２を介して高
負荷反応槽１に流入され、図示しない曝気装置にて、酸
化還元電位（ＯＲＰ）を０〜３００mVに維持して曝気す
る。この曝気により、有機性廃水中の生化学的酸素要求
量（ＢＯＤ）にかかわる易分解性の有機物が返送される
汚泥中に含まれる微生物により生物学的硝化脱窒処理、
すなわち、返送される汚泥中の微生物であるＢＯＤ酸化
菌にて好気的分解されるとともに、返送される汚泥中の
微生物である硝化菌および脱窒菌による窒素化合物の硝
化脱窒の際の有機物の消費により、ＢＯＤが低減する。
なお、ＯＲＰが３００mVより高く設定しても易分解性有
機物の分解性にほとんど差がなく曝気のための運転コス
トが増大するので３００mV以下に設定する。また、ＯＲ
Ｐが０mVより低くなると、還元性となりＢＯＤ酸化菌に
より好気的分解が行われなくなるとともに、硝化菌およ
び脱窒菌の機能も低下する。このため、ＯＲＰを０〜３
００mVに設定する。

【００１４】そして、この曝気されてＢＯＤ酸化菌、硝
化菌および脱窒菌にて有機物および窒素化合物が生物学
的硝化脱窒処理された有機性廃水を、搬送管３を介して
硝化脱窒槽４に流入させる。この硝化脱窒槽４に流入し
た有機性廃水を、溶存酸素（ＤＯ）が０．５mg/l以下
で、かつ、ＯＲＰを−１００〜５０mVで高負荷反応槽１
のＯＲＰより低く制御する。これにより、有機性廃水中
の残留する易分解性有機物やアンモニア（ＮＨ₄ ）など
の窒素化合物を返送される汚泥中に含まれる微生物とし
ての硝化菌および亜硝化菌にて硝酸イオンおよび亜硝酸
イオンに硝化するとともに、返送汚泥中の微生物である
脱窒菌にて硝酸イオンおよび亜硝酸イオンを内生呼吸に
より窒素ガスや炭酸ガスなどに還元して放出する。な
お、高負荷反応槽１のＯＲＰが硝化脱窒槽４のＯＲＰよ
り低いと、硝化脱窒槽４に流入する有機性廃水は還元性
となり、硝化脱窒槽４のＯＲＰを所定値に維持しようと
すると硝化脱窒槽４で多量の曝気による酸化が必要にな
る。この多量の曝気によりＤＯを０．５mg/lの低い値に
調整することは困難である。このため、高負荷反応槽１
のＯＲＰを硝化脱窒槽４のＯＲＰより高く設定すれば硝
化脱窒槽４でほとんど曝気せずに容易にＤＯを０．５mg
/lの低い値に調整できるため、硝化脱窒槽４のＯＲＰを
高負荷反応槽１のＯＲＰより低く制御、すなわち高負荷
反応槽１のＯＲＰを高くする。

【００１５】さらに、硝化脱窒槽４内の有機性廃水に、
塩化鉄添加装置５および粉末活性炭添加装置６にて適宜
塩化鉄および粉末活性炭を添加する。なお、塩化鉄は、
硝化脱窒槽４に流入した有機性廃水中のリン酸塩の濃度
と当量添加する。また、粉末活性炭の添加量は、 粉末活性炭の添加量＝処理水のＣＯＤ／粉末活性炭のＣ
ＯＤ吸着量 から算出される。ここで、粉末活性炭のＣＯＤ吸着量
は、図２に示す粉末活性炭の吸着等温線から求める。こ
こで、有機性廃水がし尿や浄化槽汚泥などのし尿系汚水
の場合、リン化合物の濃度は３００mg/l、ＣＯＤ濃度は
５００mg/lを越えることはほとんどない。このため、図
３および図４に示すように、塩化鉄の添加量は１５００
mg/l以下、粉末活性炭の添加量は３０００mg/l以下の範
囲で添加すればよい。

【００１６】そして、適宜添加された塩化鉄は、有機性
廃水中のリン酸イオンと反応して不溶性のリン酸鉄を生
成する。また、塩化鉄は、有機性廃水中の高分子溶解性
有機物と副次的に凝集吸着し、有機性廃水のＣＯＤを低
減させる。さらに、添加された粉末活性炭は、高負荷反
応槽１で微生物が分解困難な有機性廃水中に溶解するＣ
ＯＤに起因する難分解性有機物である疎水性の低分子有
機物を吸着して不溶化させ、有機性廃水のＣＯＤを低減
する。

【００１７】なお、硝化脱窒槽４のＯＲＰが−１００mV
より低いと還元状態となり、硝化脱窒槽４に流入した有
機性廃水中の溶解するリン酸の量と塩化鉄の添加量とが
当量で等しい場合、図５に示すように、リン酸が再び溶
出してしまう。また、硝化脱窒槽４のＯＲＰが５０mVよ
り高くなると、アンモニアなどの窒素化合物の酸化によ
る硝化が進行して硝酸および亜硝酸の濃度が高くなり、
脱窒菌の内生呼吸による脱窒速度では硝酸および亜硝酸
を脱窒しきれず残留してしまう。さらに、高濃度に硝酸
および亜硝酸が残留すると、ｐＨが低くなって酸性とな
りアンモニアなどの窒素化合物の酸化による除去の阻害
となる。このため、硝化脱窒槽４のＯＲＰを−１００〜
５０mVに調整することにより、リンが溶出せず良好に窒
素化合物を除去できる。また、硝化脱窒槽４のＯＲＰを
−１００〜５０mVに調整することにより、後工程のＵＦ
膜分離装置７の膜面に沈着して膜透過性を低下させる鉄
イオンの溶出も防止できる。

【００１８】そして、硝化脱窒槽４で残留する易分解性
有機物や窒素化合物と生物学的硝化脱窒処理では処理さ
れず塩化鉄および粉末活性炭により難分解性有機物やリ
ン酸イオンとが除去された有機性廃水は、ＵＦ膜分離装
置７にて膜分離され、汚泥の一部は脱水工程にて脱水さ
れ残りは高負荷反応槽１および硝化脱窒槽４に返送され
る。また、濾液は処理水として河川などに放水された
り、さらに高度に浄化処理される。

【００１９】ここで、実施の一形態の装置を用いて、塩
化鉄のみ添加した場合、塩化鉄および粉末活性炭の双方
を添加しない場合について、ＵＦ膜分離装置７の透過性
について測定した結果を図６に示す。

【００２０】この図６に示す結果から、塩化鉄および粉
末活性炭の双方とも添加しない場合には、透過速度の低
下が早く、膜を約１回／月で洗浄しないと透過速度の低
下による処理水の処理速度が低下するが、塩化鉄のみを
添加した場合には透過速度が早くなり透過速度の低下が
緩やかで、約３か月に１回の洗浄で済む。さらに、本実
施の一形態の塩化鉄および粉末活性炭を添加した場合に
は、透過速度がさらに早くなることがわかる。

【００２１】ところで、ＵＦ膜分離装置７への流入する
有機性廃水の溶解性の有機物によるＣＯＤ濃度と透過速
度との関係は、溶解性の有機物が膜面にゲル状の層を形
成するため、図７に示すように、ＣＯＤ濃度が高くなる
に従って膜透過速度が低下する。このため、ＣＯＤ濃度
にかかわる溶解性の有機物を吸着する粉末活性炭を添加
することにより、膜面に形成するゲル状の層の成長が抑
制され、透過速度が早くなることがわかる。

【００２２】上記実施の一形態によれば、高負荷反応槽
１にてＢＯＤ酸化菌、硝化菌および脱窒菌により有機性
廃水の易分解性有機物および窒素化合物を生物学的硝化
脱窒処理した後、硝化脱窒槽４にて残留する易分解性有
機物および窒素化合物を硝化脱窒して高度に除去すると
ともに、塩化鉄を添加してリン酸イオンを不溶性のリン
酸鉄に反応させつつ高負荷反応槽１で酸化分解されない
高分子溶解性有機物を副次的に凝集吸着させ、粉末活性
炭を添加してＢＯＤ酸化菌にて酸化分解されず塩化鉄に
て凝集吸着されない難分解性の疎水性低分子有機物を吸
着除去し、さらに膜分離装置にて残留する窒素化合物や
有機質を膜分離して高負荷反応槽１および硝化脱窒槽４
に返送して再び処理するので、膜面でゲル層などを形成
する化学的酸素要求量に起因する溶解性の有機物を膜分
離の前で高度に除去でき、膜分離の負荷を低減でき、効
率のよく処理できる。

【００２３】なお、上記実施の一形態において、高負荷
反応槽１と硝化脱窒槽４とが１つの槽内に連通して区画
形成されたものなどでもできる。

【００２４】また、硝化脱窒槽４に処理剤添加手段とし
ての塩化鉄添加装置５および処理剤添加手段としての粉
末活性炭添加装置６を設けて説明したが、高負荷反応槽
１や原水管２に直接設けても同様の効果が得られる。そ
して、これら塩化鉄および粉末活性炭を適宜混合してお
き、この塩化鉄および粉末活性炭の混合物を添加するよ
うにしてもできる。なお、高負荷反応槽１による処理後
に硝化脱窒槽４で硝化脱窒を行うとともに塩化鉄および
粉末活性炭を添加する構成にすることにより、塩化鉄お
よび粉末活性炭の添加量を最小限にすることができ、処
理コストを低減できる。

【００２５】

【実施例】上記実施の一形態の構成の装置を用いて、有
機性廃水の浄化処理を行った実験について説明する。な
お、比較例として、従来の塩化鉄および粉末活性炭を使
用せず沈殿池にて固液分離する装置にて同様に有機性廃
水の浄化処理を行った。その結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】 まず、有機性廃水として、し尿が４０重量％、浄化槽汚
泥が６０重量％の混合物であるし尿系汚水を用いる。な
お、この有機性廃水の性状を表１に示す。そして、この
有機性廃水１kl／日の投入量で高負荷反応槽１に流入さ
せ、ＯＲＰを０〜３００mVに維持して曝気して１日滞留
した後に硝化脱窒槽４に流入させ、ＤＯを０．５mg/l以
下、ＯＲＰを−１００〜５０mVで高負荷反応槽１のＯＲ
Ｐより低く制御して１日滞留させる。この硝化脱窒槽４
で滞留中に、硝化脱窒槽４に流入する有機性廃水中の溶
解性のリン酸塩の固形化に相当する量である５３０ppm
の塩化鉄を添加するとともに、後工程の膜分離で濾過さ
れた処理水の残存ＣＯＤを観測して残存ＣＯＤの増減に
伴って粉末活性炭の添加量を増減する。なお、粉末活性
炭の添加量の平均値は３００ppm であった。そして、１
日滞留後、ＵＦ膜分離装置７にて固液分離し、汚泥は高
負荷反応槽１および硝化脱窒槽４に返送し、濾液は処理
水として最終放流水となり放流する。この処理水の性状
を表１に示す。

【００２７】また、比較例としては、表１に示す性状の
有機性廃水を同様に１kl／日の投入量で高負荷反応槽に
流入させて１日滞留曝気させた後、硝化脱窒槽で１日滞
留させ、沈殿池で固液分離し、表１に示す性状の処理水
を得る。

【００２８】この表１に示す結果から、比較例に比して
特にＣＯＤ、リンおよび浮遊物質（ＳＳ）が高度に除去
されていることが分かる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の有機性廃水の処理方法に
よれば、１つの槽で、微生物により有機性廃水を生物学
的硝化脱窒処理するとともに、添加される塩化鉄にて溶
解するリン化合物を不溶性のリン酸鉄に反応させつつ残
留する高分子溶解性有機物を副次的に凝集吸着させ、粉
末活性炭にて残留する難分解性の疎水性低分子有機物を
吸着除去した後、膜分離するので、簡単な構成で膜面に
例えばゲル層を形成する化学的酸素要求量に起因する溶
解性の有機物を膜分離の前で高度に除去でき、膜分離の
負荷が低減し、効率よく処理できる。

【００３０】請求項２記載の有機性廃水の処理装置によ
れば、１つの槽で微生物による好気的分解・硝化脱窒す
る処理と、塩化鉄によるリン化合物の不溶化および残留
する高分子溶解性有機物を副次的に凝集吸着させる処理
と、粉末活性炭による残留する難分解性の疎水性低分子
有機物の吸着除去処理とができ、構成が簡単にでき、膜
面に例えばゲル層を形成する化学的酸素要求量に起因す
る溶解性の有機物を膜分離の前で高度に除去でき、膜分
離の負荷が低減し、効率よく処理できる。

【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実施の一形態
を示す説明図である。

【図２】同上粉末活性炭の吸着等温線を示すグラフであ
る。

【図３】同上ＣＯＤ濃度と粉末活性炭の添加量との関係
を示すグラフである。

【図４】同上リン濃度と塩化鉄の添加量との関係を示す
グラフである。

【図５】同上リン濃度とＯＲＰとの関係を示すグラフで
ある。

【図６】同上添加剤による膜透過速度の変化を示すグラ
フである。

【図７】同上膜分離装置へ流入する溶解性ＣＯＤ濃度と
膜透過速度との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 生物処理手段としての高負荷反応槽 ２ 原水流入手段としての原水管 ４ 生物処理手段としての硝化脱窒槽 ５ 処理剤添加手段としての塩化鉄添加装置 ６ 処理剤添加手段としての粉末活性炭添加装置 ７ 膜分離手段であるＵＦ膜分離装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−47398（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−4297（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−214397（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/34 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒素化合物およびリン化合物を含有する
   有機性廃水を生物学的に処理する有機性廃水の処理方法
   において、 前記有機性廃水に粉末活性炭および塩化鉄を添加すると
   ともに、 この粉末活性炭および塩化鉄が添加された有機性廃水を
   溶存酸素を０．５mg/l以下に維持しつつ酸素を接触させ
   てこの有機性廃水を微生物にて生物学的硝化脱窒処理し
   た後、膜分離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】 窒素化合物およびリン化合物を含有する
   有機性廃水に酸素を接触させてこの有機性廃水を微生物
   にて生物学的硝化脱窒処理して前記有機性廃水を第１処
   理水とする生物処理手段と、 この生物処理手段に接続されこの生物処理手段に前記有
   機性廃水を流入させる原水流入手段と、 前記生物処理手段に接続されこの生物処理手段から流出
   する前記第１処理水を膜分離する膜分離手段と、 前記原水流入手段および前記生物処理手段の少なくとも
   にいずれか一方に接続され前記有機性廃水に粉末活性炭
   および塩化鉄を添加する処理剤添加手段とを具備したこ
   とを特徴とする有機性廃水の処理装置。