JP3450719B2 - 有機性廃水の生物学的処理方法及び装置 - 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、例えば、下水処理
場、屎尿処理場などの下水処理プロセス、または食品工
場、化学工場などから排出される有機性廃水を処理する
方法において、汚泥を充分に生物消化及び可溶化し、さ
らに処理水の水質を向上させるための処理方法及び処理
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】如上の有機性廃水の処理方法として、有
機性廃水の生物学的消化により生じた、微生物菌体を主
体とする微生物バイオマス及び未処理の残存固形物から
なる余剰汚泥を含んだ処理汚泥を、沈殿槽などで固液分
離した後、上澄として得られる処理水を適宜放流する一
方、余剰汚泥を海洋投棄または陸地埋立などによって処
理するという活性汚泥処理方法が広く採用されてきた。

【０００３】本出願人は、かかる廃水処理方法によって
発生する余剰汚泥の量を低減できる発明として、活性汚
泥処理方法およびそのための装置を報告した（特開平９
−１０７９１号公報）。この方法の概略フローを図４に
示すが、ここで有機性廃水は、曝気処理槽１１における
処理に付された後、沈殿槽１２で処理水Ａと汚泥とに分
離され、分離された汚泥の一部は環流経路を経て曝気処
理槽１１に返送され、汚泥の残部である余剰汚泥は、可
溶化処理槽１３にて好熱菌により可溶化されて、可溶化
処理液Ｂが返送経路を経て曝気処理槽１１に返送され
る。このように可溶化工程を経ることによって余剰汚泥
が減容化されるのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記公報に
開示された汚泥処理方法によれば、可溶化処理槽１３で
の処理時に汚泥から処理水質悪化の原因となってしまう
成分が遊離し、得られる処理液に係る成分が多く含まれ
ることになる場合がある。この成分中には、前記のよう
な循環系での廃水処理法にて曝気槽１１へ可溶化処理液
が返送され、分解処理を受けても、かかる曝気処理では
極めて分解し難い難分解性物質が残存することがある。
この難分解性物質は、処理すべき原廃水の種類によって
その配合物や含有量が異なっており、例えば、製紙工場
廃水の処理プロセス由来の有機性廃水（パルプ廃液）な
どでは多量の難分解性物質が生じてしまい、処理水質の
悪化を招くことが多い。製紙工場の廃水の場合には、植
物細胞由来の繊維質リグニンの誘導体、部分分解物など
に起因して難分解性物質が発生する可能性が考えられる
ものの、一般に難分解性物質の実体については明らかに
はなっていない。

【０００５】本発明は従来技術において、このように処
理水の水質が悪化することがあるという問題点に鑑みて
なされたものであって、その目的は、汚泥の可溶化工程
を含む有機廃水の活性汚泥処理方法において、難分解性
物質を良好なる効率で分解して処理廃水の水質を高め、
環境汚染を惹起こす可能性が低減された処理方法を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために成し遂げられたものであり、その要旨は以下
に示す通りである。

【０００７】本発明の有機性廃水の処理方法は、（１）
廃水としてセルロース含有廃水又はパルプ廃液が生物学
的に処理される生物処理工程、（２）生物処理後の混合
液が処理水と汚泥とに分離される固液分離工程、及び
（３）汚泥が可溶化される可溶化工程を含む有機性廃水
の処理方法において、可溶化工程（３）が好熱菌の作用
によって行われるとともに、生物処理工程（１）での分
解を受けにくい難分解性物質を分解するための難分解性
物質処理工程（４）を有し、難分解性物質処理工程
（４）が可溶化工程（３）によって得られる処理液に対
して実施され且つ馴養微生物と廃水がセルロース含有廃
水の場合にはセルロース分解菌とによって、パルプ廃液
の場合には白色腐朽菌とによって好気的処理によって行
われるとともに、難分解性物質処理工程（４）によって
得られる処理液を生物処理工程（１）に返送することを
特徴としている。本発明は、汚泥の可溶化を、好熱菌
（微生物）の作用による不溶性物質の低分子化によって
行うことを特徴としているので、特別な装置や試薬を必
要とせず、従って、試薬によるさらなる汚染発生の可能
性がなく、簡易なる工程で効率よく可溶化を行い、汚泥
の減容化を成し遂げることができる。汚泥の可溶化処理
液には可溶化工程での処理によって汚泥から難分解性物
質が遊離し、難分解性物質が比較的高濃度に含まれてい
るが、この可溶化処理後の処理液に対して難分解性物質
の分解処理を行うので、その分解の効率がよい。そし
て、好気的条件下、馴養微生物によって、難分解性物質
が易分解性物質に低分子化される。このように、本発明
の有機性廃水の処理方法によれば、生物処理工程、固液
分離工程、好熱菌による汚泥の可溶化工程および難分解
性物質処理工程を循環するという簡単なプロセスで難分
解性物質を極力低減し、処理水の水質を向上することが
できる。さらに、馴養微生物を固定化するための担体を
利用すると、この生物固定化担体には、難分解性物質を
分解することができる馴養微生物が順次トラップされ、
分解効率を徐々に高めていくことができる。

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】また、本発明の有機性廃水の処理装置は、
上記有機性廃水の処理方法を実施するための処理装置で
あって、生物処理槽に後続して、固液分離槽、好熱菌に
よる汚泥の可溶化を行う可溶化槽及び難分解性物質処理
槽を順次設置し、これら各槽を連結して有機性廃水の循
環処理系を形成したことを特徴としている。かかる処理
装置によって、汚泥量を低減させ、しかも難分解性物質
が良好なる効率で分解されて、発生する処理廃水の水質
を高めることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００１８】図１に、本発明の方法の好ましい実施態様
を概略表した装置を示す。この装置を用いた廃水処理方
法において、原廃水は先ず生物処理槽１における生物処
理工程に付され、ここで好気的な微生物消化に基づく酸
化分解により、廃水中の有機物が二酸化炭素や水などに
変換される。次いで、生物処理液は、固液分離槽２にお
ける固液分離工程に付され、汚泥と処理水Ａとに分けら
れる。この汚泥は、次いで可溶化槽３に導入されて、高
温下に好熱菌による汚泥の可溶化が行われる。しかし
て、汚泥の固形成分が水溶性成分に変換されて、汚泥を
減容化することができるが、汚泥から難分解性物質が液
体中に溶離されることにもつながる。この処理によって
得られる難分解性物質に比較的富む可溶化後の処理液Ｂ
は、次に難分解性物質処理槽４に導入されて、好気的条
件下に、難分解性物質が馴養微生物による消化分解を受
け、易分解性物質に低分子化され、一部は二酸化炭素、
水などに変換される。その後、難分解性物質分解後の処
理液Ｃは、再度生物処理工程に返送され、以下同様に循
環処理を行うことで、充分な汚泥の減容化と、難分解性
物質を多含しない処理水Ａの排出が成し遂げられる。な
お、生物処理における有機物量を適切に維持して生物学
的消化が継続的に遂行できるよう、固液分離槽２の後の
汚泥の一部は生物処理１の工程に返送される。

【００１９】以上図１に例示した本発明の実施形態にお
いて、生物処理槽１、固液分離槽２及び可溶化槽３のそ
れぞれの構造ならびにこれらを結ぶ経路は特に限定され
るものではなく、本質的に、従来より利用されているも
のを用いることができる。また、これら槽における各工
程における種々の条件等も、従来知られている生物処理
方法、固液分離方法、可溶化方法等に従って行うとよい
（特開平９−１０７９１号明細書を参照されたい）。

【００２０】概略説明すると、先ず、生物処理槽１にお
ける生物処理工程は、曝気手段によって好気的消化分解
が許容されるよう、好ましくは０．１〜０．５ｖｖｍの
通気量で、室温下にて実施される。しかしながら、負荷
によっては、これをさらに上回る通気量をもって、より
高温下に処理してもよい。好ましい温度範囲は、１０〜
５０℃、より好ましくは、２０〜３０℃である。好気的
消化分解が円滑に進行するよう、被処理液は、好ましく
は中性付近すなわち、ｐＨおよそ５〜８に調整するとよ
い。生物処理槽１として、必ずしも曝気槽にする必要は
なく、他の好気的処理可能な槽にしてもよく、また嫌気
性処理可能な槽でもよい。この場合、生物処理工程を嫌
気的に行うために、槽内の液を循環することによる撹
拌手段、生成ガスの循環曝気による撹拌手段、撹拌
翼などの撹拌機による攪拌手段、または活性微生物固
定手段等を設けるとよい。

【００２１】固液分離槽２としては、例えば、重力沈降
による沈殿、遠心または濾過（膜分離を含む）等の手段
が選択される。これらのうち、特別に高価な装置や手間
を必要としないことから、処理液の性状により分離が容
易であれば、沈殿槽における沈殿が最も好ましい。

【００２２】可溶化槽３において、高温条件下に、嫌気
的または好気的微生物反応と、熱による物理化学的な分
解反応とによって、固形物の低分子化／可溶化が行われ
る。可溶化処理は、好ましくは、５０〜９０℃の温度範
囲で操作される。例えば、下水余剰汚泥から分離した微
生物を用いる場合には、可溶化反応と熱による物理化学
的な熱分解の双方が同時に効率良く充分に生じうるよう
に、６０〜８０℃の範囲、好ましくは約６５℃にて操作
するとよい。加熱は、ヒーター、蒸気導入等により行う
とよい。また、可溶化処理の際のｐＨは好ましくは中性
から弱アルカリ性付近であり、嫌気性、好気性のいずれ
で可溶化を実施してもよい。そして、可溶化処理は常圧
下で攪拌しながら行うとよく、好気的に可溶化を行うた
めには、従来の曝気装置及び攪拌手段を備えるとよい。
また嫌気的な可溶化に際しては、槽内の液を循環する
ことによる撹拌手段、生成ガスの循環曝気による撹拌
手段、撹拌翼などの撹拌機による攪拌手段、または
活性微生物固定手段を配するなど、処理対象に含まれる
有機性固形物と微生物とを効率的に接触させるための手
段を具備したものが使用可能である。

【００２３】これら可溶化処理における条件は、その処
理対象である汚泥中に含まれる有機性固形物の種類及び
濃度ならびに該固形物を分解しうる微生物の可溶化至適
温度等に依存して変動可能であり、微生物反応と物理化
学的分解反応の双方が良好に進行するように設定され
る。なお、可溶化を促進するために、バチルス・ステア
ロサーモフィラス等の好熱菌体や、プロテアーゼ、リパ
ーゼ、グリコシダーゼ等の酵素を単独または組み合わせ
て配合してもよく、さらにオゾン分解、電気分解、熱ア
ルカリ分解等を併用してもよい。

【００２４】難分解性物質処理槽４は、主として前記可
溶化槽３で液体中に遊離された有機物である難分解性物
質を、二酸化炭素と水にまで分解するために設けられて
いる。上記のように、可溶化後の処理液Ｂは、汚泥より
難分解性物質が遊離して液体にこの物質が多く含まれる
状態にある。このように難分解性物質が比較的濃縮され
た状態にある液体に対し、好ましくは好気的に難分解性
物質の分解処理を行えばよい。この好気的処理は、好ま
しくは馴養微生物によって行われる。馴養微生物とは、
例えば廃水中に含まれていた微生物の馴養によって生育
するもので、難分解物質処理槽４でも馴養可能である。
難分解性物質処理槽４における処理条件は、生物学的
消化分解が促進されるように設定されるとよく、温度
は、通常、室温、好ましくは１０〜５０℃、より好まし
くは２０〜３０℃に、ｐＨは、５〜８、好ましくは中性
付近に調整されるとよい。好気的処理のためには、好ま
しくは０．１〜０．５ｖｖｍの通気量とする。要は、馴
養微生物による消化分解が円滑に進行する条件を設定す
る。また、別途に馴養生育した微生物を添加してもよ
い。

【００２５】さらに、難分解性物質分解能を有する微生
物、例えば、セルロース含有廃水の場合にはセルロモナ
ス、セルビブリオなどのセルロース分解菌を添加した
り、セルラーゼなどのセルロース分解酵素を添加するこ
とも有効である。また、原廃水がパルプ廃液である場合
には、担子菌など白色腐朽菌あるいはリグニンパーオキ
シダーゼなどのリグニン分解酵素を添加することも有効
であると考えられる。

【００２６】さらには、馴養微生物をトラップして分解
反応を効率よく進行させるため、生物固定化担体、例え
ば、多孔性セラミック、プラスチック成形体、セルロー
ス系などの繊維性濾材からなる担体を投入することもで
きる。但し、可溶化処理液Ｂに汚泥が大量に含まれてい
る場合には、係る担体に汚泥成分が沈着するため、固定
化担体を用いてもあまり有用でないこともありうる。さ
らに、難分解性物質を吸着できる活性炭等の吸着体を添
加してもよい。

【００２７】図２に、本発明の第二の実施態様の概略を
示す。この態様の場合、難分解性物質処理槽４は固液分
離槽２の次に配設されており、従来法で生物分解、固液
分離、可溶化を経て、生物処理槽１での分解が困難な難
分解性物質が残った処理水に対して、難分解物質処理が
施される。係る第二の実施態様において、難分解性物質
処理槽４に流入するのは汚泥成分を実質的に含まない液
体のみであるので、難分解性物質処理槽４に第一の実施
態様にて述べたごとき生物固定化担体を適量投入して
も、前記したような、固定化担体への汚泥の沈着といっ
た不都合が生じることはないので、第二の実施態様では
固定化担体が好適に使用されうる。係る固定化担体を用
いると、循環系で処理水Ａが順次流入するに従い、この
処理水中に含まれる難分解性物質の分解能を有する微生
物が担体に徐々に付着してトラップされ、難分解性物質
処理槽４における分解処理が促進される。また、このよ
うな固定化担体に、予め難分解性物質分解能を有する前
述のような酵素や微生物を固定化した、固定化酵素や固
定化微生物を応用することも好ましいと考えられる。

【００２８】この第二の実施態様は、既存の装置の処理
水が排出される経路へ難分解性物質処理槽を追加するも
のであるので、比較的採用しやすく、維持管理も行いや
すいと考えられる。

【００２９】図３に、本発明のさらに別の実施態様にか
かる有機性廃水の処理装置の概略を示す。ここに示され
る態様は、上記の図１及び２に示す本発明の態様を組み
合わせた形態に基づくものであり、最も難分解性物質の
低減が期待されえ、従って処理水Ａの水質が向上すると
考えられる。

【００３０】以上説明した本発明の廃水処理方法の各工
程は、回分式または連続式のいずれの形態で行ってもよ
く、全体の処理時間は被処理廃水の物性や各処理槽の規
模や形状に鑑みて適宜に設定される。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
の範囲はもとよりこれら実施例によって限定的に解釈さ
れるべきものではない。

【００３２】［実施例１］図１に示す、難分解性物質処
理工程を含む本発明の処理方法に従い、石油化学工場よ
り排出される廃水の処理を実施した。なお、この廃水
は、後記表１に示される水質のものであった。

【００３３】前記廃水を、生物処理槽１（内容量４０Ｌ
の透明塩化ビニル製の角型曝気槽）において０．３ｖｖ
ｍの通気量にて曝気しながら室温（２５℃）下に維持し
た。容積負荷は、０．８ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ³／日であっ
た。生物処理後の液体は、次の内容量１０Ｌの透明塩化
ビニル製の角型沈殿槽２を用いて、汚泥と処理水とに分
離した。沈殿汚泥濃度は、６０００ｍｇ／Ｌであった。
次いで、得られた汚泥を可溶化槽３（内容量２Ｌのガラ
ス製円筒型槽）に導入し、通気量０．５ｖｖｍで６５℃
にて好気的に可溶化処理した。その後、可溶化処理液Ｂ
を、難分解性物質処理槽４（内容量４Ｌの透明塩化ビニ
ル製の角型槽）における分解処理に付した。ここで、
０．３ｖｖｍの通気量にて曝気しながら室温（２５℃）
下に分解処理し、その処理液Ｃは返送経路を介して生物
処理槽１に返送し、また、沈殿槽からの汚泥の一部は生
物処理槽１に返送しながら、循環系にて１００日間処理
を行い、固液分離槽２から処理水Ａを採取した。

【００３４】［実施例２］図２に示す、難分解性物質処
理工程を含む本発明の処理方法に従って、実施例１にお
けると同様に廃水処理を実施した。

【００３５】可溶化槽３からの処理液を直接生物処理槽
１に返送し、難分解性物質処理槽４による処理を固液分
離槽２からの処理水に対して行ったことを除いては、実
質的に実施例と同じように処理を継続した。但し、難分
解性物質処理槽４には、生物固定化担体として多孔質濾
材（石炭灰焼結濾材）を約４Ｌ投入しておいた。

【００３６】この難分解性物質処理槽４から、処理水Ａ
を採取した。

【００３７】［比較例１］図４に示す従来の処理方法に
従い、難分解性物質処理を行わなかったことを除いては
実施例１におけると同様の循環処理を行った。

【００３８】［比較例２］図示しないが、比較例１にお
ける方法において可溶化工程を経ない処理方法によっ
て、すなわち、生物処理及び固液分離の両工程で同様の
循環処理を行った。

【００３９】実施例１及び２における処理水Ａ及び可溶
化処理液Ｂならびに実施例１での難分解性物質処理処理
液Ｃと、比較例１及び２における各処理水の水質を、以
下の項目について検査した。これらの結果を表１に示
す。

【００４０】ＢＯＤ：ＪＩＳ Ｋ ０１０２による、２
０℃で５日間希釈液を放置した後に消費された溶存酸素
量に基づく、生物学的酸素消費量測定 ＣＯＤMn：ＪＩＳ Ｋ ０１０２による、１００℃にお
ける過マンガン酸カリウムによる酸素消費量に基づく、
化学的酸素消費量測定 Ｓ−ＴＯＣ：ＪＩＳＫ ０１０２による孔径１μｍの
ガラス繊維濾紙で濾過した濾液につき、同じくＪＩＳＫ
０１０２による燃焼酸化−赤外線式ＴＯＣ分析法で測
定 ＳＳ：ＪＩＳＫ ０１０２による孔径１μｍのガラス
繊維濾紙で濾過した濾紙上の残留物を１０５〜１１０℃
で乾燥して秤量

【００４１】

【表１】

【００４２】表１より明らかなように、実施例１及び実
施例２の処理水は、比較例１に比べてＣＯＤMn、Ｓ−Ｔ
ＯＣ及びＳＳともに低く、明らかに水質が向上してい
た。また、これら実施例での処理水により示された水質
は、比較例２での結果とほぼ同等であったが、比較例２
では大量の汚泥が発生するが、実施例では汚泥の発生が
なく、本発明の方法が好ましい処理法であることが明示
された。

【００４３】

【発明の効果】本発明の有機性廃水の処理方法におい
て、難分解性物質処理工程を設けることにより、これま
で未分解のままに処理廃水に混入した状態で廃棄せざる
を得なかった難分解性物質量が低減されて、処理排水の
水質を向上させることができる。従って本発明の方法及
び装置は、余剰汚泥の可溶化の効率を安定化させると共
に、処理水の水質向上によって環境汚染の原因を減じる
ことができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様にかかる有機性廃水の処理
装置の概略を示す図である。

【図２】本発明の他の実施態様にかかる有機性廃水の処
理装置の概略を示す図である。

【図３】本発明のさらに別の実施態様にかかる有機性廃
水の処理装置の概略を示す図である。

【図４】従来の有機性廃水の処理方法の概略を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…生物処理槽 ２…固液分離槽 ３…可溶化槽 ４…難分解性物質処理槽

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−10791（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−99298（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−128377（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−314185（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−137780（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−206086（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−161297（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−19719（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/12 C02F 11/02

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の工程すなわち、 （１）廃水としてセルロース含有廃水又はパルプ廃液が
   生物学的に処理される生物処理工程、 （２）生物処理後の混合液が処理水と汚泥とに分離され
   る固液分離工程、及び （３）汚泥が可溶化される可溶化工程を含む有機性廃水
   の処理方法において、 可溶化工程（３）が好熱菌の作用によって行われるとと
   もに、生物処理工程（１）での分解を受けにくい難分解
   性物質を分解するための難分解性物質処理工程（４）を
   有し、難分解性物質処理工程（４）が可溶化工程（３）
   によって得られる処理液に対して実施され且つ馴養微生
   物と廃水がセルロース含有廃水の場合にはセルロース分
   解菌とによって、パルプ廃液の場合には白色腐朽菌とに
   よって好気的処理によって行われるとともに、難分解性
   物質処理工程（４）によって得られる処理液を生物処理
   工程（１）に返送することを特徴とする処理方法。
2. 【請求項２】 馴養微生物が担体に固定化されている請
   求項１記載の有機性廃水の処理方法。
3. 【請求項３】 請求項１、２記載の処理方法を実施する
   ための有機性廃水の処理装置であって、生物処理槽に後
   続して、固液分離槽、好熱菌による汚泥の可溶化を行う
   可溶化槽及び難分解性物質処理槽を順次設置し、これら
   各槽を連結して有機性廃水の循環処理系を形成したこと
   を特徴とする有機性廃水の処理装置。