JP3983865B2

JP3983865B2 - 排水の生物学的処理方法

Info

Publication number: JP3983865B2
Application number: JP32556497A
Authority: JP
Inventors: 信也蔵田; 尚史八町
Original assignee: Nippon Steel Kankyo Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Kankyo Engineering Co Ltd
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: JPH10216792A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水の生物学的処理法に関し、更に詳しくは、被処理物質及び
Ｃａ⁺²を含む排水を、担体を充填した流動床式嫌気性水処理装置において生物汚泥と攪拌下に接触させ、担体、ＣａＣＯ₃を核とする高密度汚泥造粒物を形成させ、この汚泥造粒物で排水を生物学的に処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＯＤ、ＮＯ_x態窒素等の被処理物質を含む排水を浄化するために、従来から浮遊型活性汚泥法が用いられている。
浮游型活性汚泥法では、多量に排水を処理できる利点はあるが、大きな設置面積が必要であり、敷地に余裕のない所では設置が困難である。また、処理過程で発生するメタンガス、窒素ガス等によって生物汚泥が浮上し、処理済水に随伴して流出し、処理負荷が低下する問題がある。
【０００３】
他の排水処理方法としては、設置面積が少なくて済み、装置もコンパクト化できる利点のある、汚泥の自己造粒を利用したＵＳＢ（上向流式スラッジブランケット）装置、ＵＡＳＢ（上向流式嫌気性スラッジブランケット）装置等の流動床式嫌気性水処理装置を用いた排水処理方法も用いられている。
この方法においては、自己造粒汚泥は有機物が主体であるため比重が軽く、沈降速度はそれほど速くはない。したがって、処理に十分な該汚泥を保持するためには、処理排水の流入速度を汚泥流出の起こらない程度に制限する必要がある。
しかしながら、処理対象が希薄排水である場合には、上記装置の利点である高負荷を達成するために、該排水の流入速度を速くし、被処理物質（ＢＯＤ、ＮＯ_x 態窒素等の）を多量に流入させなくてはならない。その結果、該装置内の上向流速度は上昇し、処理に必要な汚泥濃度が保持できない問題が発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ＢＯＤ、ＮＯ_x態窒素等の被処理物質を含む排水を流動床式嫌気性水処理装置で処理する際に上記の問題が解決され、高負荷処理が可能な排水の生物学的処理法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、被処理物質としてＢＯＤ及びＮＯ_x態窒素を含み、且つ被処理物質の含有量が少ない排水の流入速度を１０〜９０ｍ／ｈｒで処理する必要のある希薄排水を対象とする生物学的処理方法であって、上記被処理物質と、少なくとも２０〜４，０００ｍｇ／ｌのＣａ ²⁺ とを含む排水を流動床式嫌気性水処理装置で処理するに際し、平均粒径が１０〜２，０００μｍ、真比重が４．０〜６．０の担体を該装置の嫌気槽の容積に対して１０〜５０％（ｖ／ｖ）添加し、該担体と、該嫌気槽内で生成したＣａＣＯ₃及び生物汚泥とからなる高密度の造粒物を形成させ、該造粒物の存在下、排水の流入速度１０〜９０ｍ／ｈｒで該排水を処理することを特徴とする希薄排水の生物学的処理方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施形態を挙げて本発明を更に詳しく説明する。
本発明で使用する装置の一例を図１に示す。１は嫌気槽である。被処理排水は、原水流入管２よりポンプによって嫌気槽１内に上向流を形成するように供給される。処理された排水は、処理水集水部３に上昇し、処理水出口４から排出される。５及び６はサンプリング管、７は汚泥排出口、８はドレン排出口及び９は嫌気槽１を固定する架台である。
【０００７】
本発明で処理する排水は、少なくともＢＯＤ及び／又はＮＯ_x態窒素等の被処理物質及びＣａ²⁺を含む排水であれば、本発明方法の適用が可能であるが、特に好ましい排水は被処理物質を少なくとも１０ｍｇ／ｌ及びＣａ²⁺を少なくとも２０ｍｇ／ｌ、好ましくは４，０００ｍｇ／ｌ以下含有する排水である。被処理物質の上限濃度は特に制限されず、濃度が高過ぎる場合には希釈して処理することができる。
尚、Ｃａ²⁺は、被処理排水中に含有されていない場合あるいは被処理排水中の濃度が上記の濃度未満の場合には、被処理排水中にＣａ²⁺源となる物質を添加することが必要である。
本発明が対象とする被処理排水としては、食品工場排水、鉄鋼・鋼材製造業におけるステンレス硝酸洗浄工程排水あるいは産業廃棄物処分場等における廃酸・廃アルカリ液等が挙げられる。
【０００８】
被処理排水は、原水流入管２を経て嫌気槽１の下部に供給され、上向流となって嫌気槽１内を上昇し、該層内の生物汚泥と接触する。生物が被処理排水中の有機物等を分解した際に生成した溶存炭酸イオンとＣａ²⁺が反応してＣａＣＯ₃を生成し、生物汚泥は被処理排水中の有機物等を栄養として増殖する。ＣａＣＯ₃及び生物汚泥は、予め嫌気槽に充填した担体を核として造粒化され、この造粒された生物汚泥により被処理物質が処理される。
【０００９】
本発明の特徴は、被処理排水中の溶存炭酸イオンや生物が被処理排水中の有機物等を分解した際に生成する炭酸イオンとＣａ²⁺とで生成するＣａＣＯ₃と被処理排水中の有機物等を栄養源として増殖した生物汚泥とが、担体を核として高密度の造粒物と化し、この造粒された汚泥でＢＯＤ及び／又はＮＯ_x態窒素等の被処理物質を処理することである。造粒された汚泥は高密度であるため、被処理排水の装置（嫌気槽）への流入速度が速く、装置内の上向流速度が上昇した場合や被処理物質の処理によりメタンガスや窒素ガス等が発生した場合でも、汚泥の装置上部からの流出は防止され、装置内には汚泥が高濃度に保持され、高負荷処理が可能となる。
【００１０】
生物汚泥の造粒化の担体として好ましいものは、平均粒径が１０〜２，０００μｍで、真比重（嵩密度）が１．０〜６．０であり、被処理排水に対して不活性な材質であれば無機及び有機のいずれの粒子状物質も使用可能であり特に制限されない。例えば、砂、ケイ砂、クロノブラライト、アンスラサイト、ガーネット、シャモット、高分子樹脂粒子等が挙げられる。
担体の添加量は、嫌気槽の容積に対して、通常１０〜５０％（ｖ／ｖ）程度であるが、被処理排水の種類によっては造粒化が十分に行えるように更に添加量を増加することは構わない。
【００１１】
本発明で使用する装置の一例である図１の装置においては、攪拌機は設置されていないが、上向流の被処理排水と嫌気槽内で造粒された生物汚泥と接触させる場合に、必要により槽内容物全体を攪拌可能な攪拌機を設置して攪拌することもできる。
本発明においては、被処理排水の嫌気槽への供給速度は特に限定されないが、通常０．４〜９０ｍ／ｓｅｃ程度の広範な供給速度に対して優れた処理効果を達成することができる。
【００１２】
嫌気槽内の初期種汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、通常５，０００〜１５，０００ｍｇ／ｌ程度である。汚泥は、該槽底部に一部は沈降するが、被処理排水の上向流と共に上昇する。攪拌下の汚泥と被処理排水は、両者の接触によって被処理排水は処理を受け、処理された被処理排水は該槽上部の処理水集水部に上昇し、処理水出口から被処理物質が除去された処理済水として排出される。
【００１３】
被処理物質がＮＯ_x態窒素である場合、ＮＯ_x態窒素の処理（脱窒素）を効率よく行うためには、生物汚泥として用いる脱窒汚泥が被処理排水中の有機物等の電子供与体を栄養源として増殖することが必要であり、電子供与体が不足して脱窒汚泥の増殖が不十分になるとＮＯ_x態窒素の脱窒処理能力は低下し、被処理排水中のＮＯ_x態窒素濃度は減少し難くなる。
従って、目的とする脱窒素処理が行われるためには、嫌気槽には脱窒汚泥の増殖ための電子供与体が常に存在していることが必要であり、嫌気槽内の被処理排水中のＮＯ_x態窒素の濃度を連続して、あるいは適当な頻度で測定し、ＮＯ_x態窒素の減少状態を把握することが必要である。測定の結果、ＮＯ_x態窒素の減少率が低下した場合には、必要量の脱窒汚泥の栄養源を嫌気槽に添加する。また、被処理排水中に電子供与体が全く存在しない場合には、嫌気槽に被処理排水が流入する前にＮＯ_x態窒素濃度を連続して測定し、その濃度に応じて必要量の電子供与体を添加する。
脱窒汚泥の栄養源である電子供与体としては、通常、アルコール系化合物、低級脂肪酸、還元性硫黄化合物等の公知の電子供与を用いることができる。
被処理物質がＢＯＤの場合、通常の排水であれば、特に電子供与体の添加が必要となることはないが、処理効率を上げるために酸素、硫黄、ＮＯ_x態窒素等の電子供与体を添加する場合も考えられる。
【００１４】
被処理排水中のＮＯ_x態窒素濃度の測定は、公知のいずれの方法も用いることができるが、本出願人により開発され、特公平７−２３８６７号公報に詳細に記載されている、実質的にＮＯ_x態窒素を実質的に透過させる逆浸透膜（ＲＯ膜）及び／又は限外濾過膜（ＵＦ膜）を介して脱窒槽中の被処理排水を取水し、これを検水としてＮＯ_x態窒素濃度を紫外吸光光度法で定量する方法が、特別な前処理を必要とせず、また、被処理排水中の夾雑物等の影響を受けない方法として特に好ましい。
【００１５】
この方法で、例えば、連続的に被処理排水中のＮＯ_x態窒素濃度を測定し、ＮＯ_x態窒素の減少率が低下してきた場合には、必要量の電子供与体を嫌気槽中の被処理排水に添加することによって、所定の濃度以下にＮＯ_x態窒素を減少させることが可能である。
【００１６】
【実施例】
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。以下の実施例及び比較例１では被処理物質はＮＯ_x態窒素であり、電子供与体としてメタノールを使用した。
【００１７】
実施例１
図２に示す装置（上向流式スラッジブランケット法反応器）を用いて排水の処理を行った。
ガラス製円筒リアクターは、直径は８ｃｍ、直胴部の長さは７７ｃｍ（容積は約４リットル）である。汚泥は直胴部の３８ｃｍの高さ（１．７リットル）まで充填されるよう調整した。沈澱部の長さは２６ｃｍ（容積は約２．５リットル）である。反応器内の回転軸には２枚のメッシュ状攪拌翼を４段に設置し、周速度が１０ｃｍ／ｓｅｃとなるようにモーター（Ｍ）で回転させる。
原水タンク中の非処理排水は、反応器の下部にポンプ（Ｐ₁）で上向流となるように８．４ｌ／ｈｒのレートで供給される。処理され、沈澱部に上昇した処理済水はオーバーフローして処理水槽に送られ、処理水槽の処理済水の一部は反応器の下部にポンプ（Ｐ₂）で上記と同じ上向流となるように供給される。ポンプ（Ｐ₁）とポンプ（Ｐ₂）によりリアクター内の上向流速度が１０ｍ／ｈｒとなるように調整した。
【００１８】
下記組成の人工原水（ｐＨ７．５）を被処理水として用いた。

【００１９】
脱窒素菌含有汚泥（君津富津終末処理場余剰汚泥を使用）は、上記原水で充分に馴養させてから使用した。汚泥の初期ＭＬＳＳ（混合液中の活性汚泥量）及びＶＳＳ（混合液中の微生物量）は、それぞれ６，７００ｍｇ／ｌ及び５，０００ｍｇ／ｌに調整した。担体として平均粒径が５０μｍ、真比重が４．０のガーネットを２０，０００ｍｇ／ｌ使用した。
【００２０】
被処理水の上記装置による処理は、３０℃で６０日間連続して行った。連続処理における平均ＭＬＳＳ、平均ＶＳＳ、平均ＮＯ₃−Ｎの除去率、ＭＬＳＳ当たりの平均除去量（ｇ−ＮＯ₃−Ｎ／ｇ−ＭＬＳＳ／ｄａｙ）、ＶＳＳ当たりの平均除去量（ｇ−ＮＯ₃−Ｎ／ｇ−ＶＳＳ／ｄａｙ）、容積当たりの平均除去量（ｋｇ−ＮＯ₃−Ｎ／ｍ³／ｄａｙ）を表１に示す。
処理開始直後は、汚泥の一部が浮上したが、処理が進むに従って汚泥の造粒化も進み（目視により確認された。）、汚泥の浮上は認められなくなった。脱窒素処理中の硝酸態窒素濃度は、沈澱部からＵＦ膜（三菱レーヨン社製ステラポアーＬ：ポアサイズ０．１μｍ）を介して連続サンプリングし、特公平７−２３８６７号公報に記載の波長２１０〜２３０ｎｍ及び２５０〜２７０ｎｍの吸光度から求める紫外吸光度法で測定した。
【００２１】
比較例１
図３に示す生物処理装置（嫌気槽の容積１０リットル、曝気槽の容積８リットル）を用い、浮游型活性汚泥法により実施例１と同じ原水を処理した。原水は５．０ｌ／ｈｒで供給される。処理水は浮上した汚泥と共に沈澱槽に送られ、沈殿した汚泥は７ｍｌ／ｍｉｎ．で嫌気槽に戻される。汚泥は実施例１と同じ汚泥を使用した。汚泥の初期ＭＬＳＳ及びＶＳＳは、それぞれ４，０００ｍｇ／ｌ及び３，０００ｍｇ／ｌである。上記両槽は３０℃に保たれる。６０日間の連続処理の結果を表１に示す。硝酸態窒素濃度は、嫌気槽から実施例１と同様にしてサンプリングし、紫外吸光度法で測定した。
【００２２】
比較例２
Ｃａ²⁺を含まない下記の原水を被処理水として使用し、担体を使用しないこと以外は実施例１と同じ条件で処理を行った。
処理開始直後から汚泥の流出が激しく、１日後にはリアクター内の全ての汚泥がなくなった。このため以後の処理は不可能であり、中止した。
【００２３】

【００２４】
【表１】

【００２５】
本発明方法では、被処理水の上向流が１０ｍ／ｈｒという非常に速い上昇速度においても汚泥が流出することなく高密度に造粒化され、その結果汚泥の沈降性が向上し、汚泥濃度は処理開始前よりも３７倍に増加した。この増加により２０．０（ｋｇ−ＮＯ_３−Ｎ／ｍ^３／ｄａｙ）という高負荷処理が可能であった。この処理負荷は、従来の浮遊型活性汚泥法（比較例１）に比べて１０倍も高いものであった。
一方、担体及びＣａ²⁺を添加しない比較例２においては、処理開始１日後には汚泥が全て流出し、処理継続が不可能となった。この結果から、１０ｍ／ｈｒという高速の上昇流速度条件下において、従来の流動床式嫌気性水処理装置では汚泥の造粒化及び被処理水の処理が共に不可能であることが明らかとなった。
これに対して、本発明法では１０ｍ／ｈｒという非常に高速の上昇流速度においても汚泥が高密度に造粒化され、被処理水の高負荷処理が可能であることがわかる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の本発明により、嫌気槽内の上向流速度が上昇した条件下においても汚泥は高密度の造粒物となり、汚泥の浮上流出は防止される。
従って、本発明方法では、従来の浮游型活性汚泥法に比べて格段に優れた被処理排水の高負荷処理が可能であり、設置面積も少なくて済み、装置のコンパクト化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する装置の一例を示す図である。
【図２】実施例１で使用する装置を示す図である。
【図３】比較例１で使用する装置を示す図である。
【符号の説明】
１：嫌気槽
２：原水流入管
３：処理入集水部
４：処理水出口
５：サンプリング管
６：サンプリング管
７：汚泥排出口
８：ドレン排出口
９：架台
Ｍ：モーター
Ｐ₁ 、Ｐ₂ ：ポンプ

Claims

被処理物質としてＢＯＤ及びＮＯ_x態窒素を含み、且つ被処理物質の含有量が少ない排水の流入速度を１０〜９０ｍ／ｈｒで処理する必要のある希薄排水を対象とする生物学的処理方法であって、上記被処理物質と、少なくとも２０〜４，０００ｍｇ／ｌのＣａ ²⁺ とを含む排水を流動床式嫌気性水処理装置で処理するに際し、平均粒径が１０〜２，０００μｍ、真比重が４．０〜６．０の担体を該装置の嫌気槽の容積に対して１０〜５０％（ｖ／ｖ）添加し、該担体と、該嫌気槽内で生成したＣａＣＯ₃及び生物汚泥とからなる高密度の造粒物を形成させ、該造粒物の存在下、排水の流入速度１０〜９０ｍ／ｈｒで該排水を処理することを特徴とする希薄排水の生物学的処理方法。
嫌気槽内の被処理排水中のＮＯ_x態窒素の濃度を連続して、あるいは適当な頻度で測定し、ＮＯ_x態窒素の減少率が低下した場合には必要量の脱窒汚泥の栄養源を嫌気槽に添加する請求項１に記載の希薄排水の生物学的処理方法。