JP4207254B2

JP4207254B2 - 高負荷生物処理方法および装置

Info

Publication number: JP4207254B2
Application number: JP21817698A
Authority: JP
Inventors: 倫明田中
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: JP2000042584A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は好気性下にＢＯＤを除去するための高負荷生物処理方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＢＯＤ成分を生物分解するための活性汚泥法は、被処理液を活性汚泥と混合、曝気してＢＯＤ成分を好気的に分解し、固液分離により処理水を得るとともに汚泥を返送する方法であり、装置および操作が簡単で、現在最も広く用いられている処理方法である。しかし、ＢＯＤ容積負荷が２ｋｇ／ｍ³／ｄ以上となる高負荷での処理は難しく、大きな反応槽に対し、広い設置スペースが必要であるという問題がある。
そこで、活性汚泥法の反応槽を小さくする方法として、複数の反応槽を直列に接続する方法、すなわち一般に２段活性汚泥法と呼ばれる方法が提案されている（例えば特開昭５５−２８７５９号）。
【０００３】
図２は従来の２段活性汚泥法による処理装置を示す系統図である。図２において、１は第１反応槽、２は第２反応槽、３は固液分離槽である。第１および第２反応槽１、２はそれぞれ散気装置４、５を備え、それぞれ送気路６、７に連絡し、好気性処理を行うように構成されている。
【０００４】
上記の装置による処理方法は、まず第１反応槽１に被処理液路１１および返送汚泥路１２からそれぞれ被処理液および返送汚泥を導入して槽内の活性汚泥と混合し、送気路６から空気を送って散気装置４から曝気し、好気性生物反応によりＢＯＤの分解を行う。第１反応槽１の混合液はライン１３から第２反応槽２に導入して槽内の活性汚泥と混合し、送気路７から空気を送って散気装置５から曝気気し、好気性生物反応によりＢＯＤの分解を行うとともに、活性汚泥をフロック化する。第２反応槽２の混合液はライン１４から固液分離槽３に導入して固液分離し、分離液を処理液として処理液路１５から取り出し、汚泥は汚泥路１６から取り出し、一部は返送汚泥として返送汚泥路１２から返送し、残部は余剰汚泥として排汚泥路１７から取り出す。
【０００５】
上記の２段活性汚泥法は１段目の第１反応槽１の負荷を高く設定することにより第１反応槽内のＢＯＤ濃度を高く維持し、これにより高い分解速度を得る方法である。このとき１段目では標準活性汚泥法設計値の１０倍以上の分解速度が得られるため、溶解性成分の除去のみを考えれば反応槽容積の大幅な低減が可能になる。しかし、高負荷の第１反応槽１で増殖する微生物は分散状態になり、固液分離が困難となる。
【０００６】
固液分離可能なフロックを生成させるためには、比較的増殖速度の小さい原生動物等の多様な微生物が存在できる条件が必要とされている。このため２段目以降の反応槽として第２反応槽２はＢＯＤ負荷が小さくても、汚泥滞留時間ＳＲＴを十分とらなければならず、槽容積を大きくとる必要がある。したがって２段目以降を合わせた全体の反応槽容積は通常標準活性汚泥法の３０％程度の低減にとどまっている。
【０００７】
一方、反応槽容積を低減するための別の処理方法として、微生物を付着保持する担体を添加する方法が提案されている。この方法は担体に微生物を高濃度に保持することにより、反応槽内の微生物濃度を高め、反応槽容積を低減しようとするものであって、増殖速度の小さい硝化細菌を利用する処理に適しており、生物学的窒素除去の硝化槽に添加する方法が一般的である。しかしこの方法を活性汚泥法のようなＢＯＤ除去に適用する場合、微生物の酸素消費速度が大きいため、担体内部に保持した微生物に十分酸素を供給することができず、担体コストに見合う効果を得ることが困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、高負荷で処理を行って、少ない反応槽容積で、安定して効率よくＢＯＤ除去を行うことができるとともに、固液分離性の良好な汚泥を形成することができる高負荷生物処理方法および装置を得ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は次の高負荷生物処理方法および装置である。
（１）充填率５〜３０％で微生物保持担体を充填した第１の反応槽に被処理液を導入してＢＯＤ負荷２〜１００ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気し、担体に微生物を付着させて好気性下にＢＯＤを除去する第１の反応工程と、
充填率２０〜９０％であって、第１の反応槽の充填率に対し３〜１８倍の充填率で微生物保持担体を充填した第２の反応槽に第１の反応工程の混合液を導入してＢＯＤ負荷０．１〜１ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気し、担体に微生物を付着させて好気性下にＢＯＤを除去するとともに、汚泥をフロック化する第２の反応工程と、
第２の反応工程の混合液を固液分離する固液分離工程と
を含む高負荷生物処理方法。
（２）第１の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．１〜１２００ｈｒ、第２の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．５〜２４０００ｈｒである上記（１）記載の方法。
（３）曝気手段を有し、充填率５〜３０％で微生物保持担体を充填し、ＢＯＤ負荷２〜１００ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気を行ってＢＯＤを除去する第１の反応槽と、
曝気手段を有し、充填率２０〜９０％であって、第１の反応槽の充填率に対し３〜１８倍の充填率で微生物保持担体を充填し、第１の反応槽の混合液をＢＯＤ負荷０．１〜１ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気を行って、ＢＯＤを除去するとともに、汚泥をフロック化する第２の反応槽と、
第２の反応槽の混合液を固液分離する固液分離手段と
を含む高負荷生物処理装置。
（４）第１の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．１〜１２００ｈｒ、第２の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．５〜２４０００ｈｒである上記（３）記載の装置。
【００１０】
本発明において第１および第２の反応槽、曝気手段および固液分離手段は基本的には従来のものと同じ構成のものが使用でき、本発明ではこのような従来の装置において、第１および第２の反応槽に微生物保持担体を充填し、その充填率およびＢＯＤ負荷を変えて本発明の処理装置を構成し、処理を行うことができる。
【００１１】
微生物保持担体は表面および／または内部に微生物を保持できるものであればその材質、構造、形状等は限定されないが、材質としては高分子樹脂、無機物などが使用できる。また構造的には多孔質のものが好ましく、孔径は０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍが好適である。形状としては反応槽内に固定できる形状のものでもよいが、粒状で流動できるものが好ましい。この場合粒子の形状は球形、立方形、不定形など任意であり、粒径は流動可能な範囲であればよいが、３〜３０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍ、比重０．５〜３．０、好ましくは０．８〜１．２のものが好適である。
【００１２】
第１および第２の反応槽に充填する担体は同一のものでもよいが、異なる材質、構造、形状、大きさのものを使い分けてもよい。担体の充填率は第１の反応槽が５〜３０％、好ましくは１０〜２０％、第２の反応槽が２０〜９０％、好ましくは３０〜６０％とする。第１の反応槽は低充填率、第２の反応槽は高充填率とし、この場合第１および第２の反応槽の充填率の比は第１の反応槽の充填率に対する第２の反応槽の充填率が３〜１８倍、好ましくは３〜６倍とする。本発明において充填率は、反応槽容積に対する微生物付着前の担体の見かけ容積の割合を示す。
【００１３】
第１および第２反応槽は上記の担体を充填し、曝気手段で曝気することにより担体に微生物を付着させる。曝気手段としては散気管のような通常の散気装置でもよいが、可能な限り酸素溶解率を高めるものが好ましく、機械的に気泡を細断して分散させるもの、あるいは下降管に液とともに空気を送り込んで微細化するもの、または加圧溶解するものなどを使用することもできる。各反応槽、特に第１の反応槽は液を循環して酸素溶解率を高めるのが好ましい。
【００１４】
第１の反応槽は高ＢＯＤ負荷、第２の反応槽は低ＢＯＤ負荷とされるが、この場合ＢＯＤ負荷は第１の反応槽が２〜１００ｋｇ／ｍ^３／ｄ、好ましくは１０〜５０ｋｇ／ｍ^３／ｄ、第２の反応槽が０．１〜１ｋｇ／ｍ^３／ｄ、好ましくは０．５〜１ｋｇ／ｍ^３／ｄとする。一般には第１反応槽の混合液をそのまま第２の反応槽に導入して上記のようなＢＯＤ負荷となるように、第２反応槽の容積を大きくし、滞留時間を長くすることができる。第１反応槽と第２反応槽の容積比は、第１反応槽に対し、第２反応槽の容積が３〜１００倍、好ましくは５〜５０倍、滞留時間ＨＲＴは第１反応槽が０．１〜１２００ｈｒ、好ましくは０．２〜２４ｈｒ、第２反応槽が０．５〜２４０００ｈｒ、好ましくは１〜１２００ｈｒとすることができる。
【００１５】
上記の第１および第２の反応槽により第１および第２の反応工程が行われるが、これらの工程は、それぞれ１個の反応槽から構成されてもよく、また複数の反応槽から構成されていてもよくこの場合複数の反応槽は並列的に設けられていてもよく、また段階的に設けられていてもよい。さらに第１および第２の工程の間に中間的な工程または他の工程が介在していてもよい。
各反応槽は粒状担体を充填する場合は、担体を分離して混合液を取り出せるように、スクリーン等の担体分離手段を設けるのが好ましい。
【００１６】
固液分離手段としては、沈澱分離槽、加圧浮上槽、膜分離装置等の公知の固液分離手段を用いることができ、必要に応じて分離汚泥の一部または全量を反応槽に返送するように構成する。通常は第１反応槽に返送するが、第２反応槽に返送してもよくまた両方の槽に返送してもよい。被処理液のＢＯＤ濃度が非常に高い場合には返送を行わなくてもよい場合もある。
【００１７】
上記の処理装置による処理は、第１の反応工程として被処理液を第１の反応槽に導入して高ＢＯＤ負荷で曝気し、担体に微生物を付着させて好気性下にＢＯＤを除去する。第１反応槽では高負荷処理を行うため反応槽内のＢＯＤ濃度を高く維持する必要があり、ＢＯＤ容積負荷を２〜１００ｋｇ／ｍ^３／ｄとするが、特に前記好ましい範囲の負荷となるようにするのが好ましい。
【００１８】
この場合第１反応槽では高負荷で処理を行うため、大量の酸素が消費される。このとき微生物を高濃度に保持した担体では表面付近で酸素が消費し尽くされてしまうため、内部に保持された微生物はＢＯＤ除去に有効に働かない。従って保持量増加の効果が期待できないばかりか、不活性な内部の容積が無駄になって第１反応槽全体のＢＯＤ除去速度が低下する傾向にある。従って担体の大量の添加は第１反応槽のＢＯＤ除去速度向上のためには逆効果であるが、流量変動や被処理水質中のＢＯＤ成分の変動に対して安定した処理を行うためには、反応槽内の微生物種の多様性を保つことが好ましく、微生物種の安定化のために担体を添加するメリットがある。
【００１９】
被処理液の流量、ＢＯＤ成分の変動は処理系により大きく異なり、評価が困難であるが、第１反応槽の除去速度の低下に与える影響を相殺して安定化のメリットが得られる添加率は、５〜３０％、好ましくは１０〜２０％である。この程度の担体を充填することにより、種々の微生物が担体に保持されて処理が安定化するが、定常状態では増殖した微生物の大部分は担体に保持されないで浮遊する。この第１反応槽の混合液を第２反応槽に送り、第２の反応工程を行う。
【００２０】
第２の反応工程は第１の反応槽の混合液を第２の反応槽に導入して低ＢＯＤ負荷で曝気し、微生物を付着させた担体が共存した状態で好気性下にＢＯＤを除去するとともに、汚泥をフロック化する。
第２反応槽は第１反応槽とは逆にＢＯＤ負荷をある程度低くし、２０〜９０％、好ましくは３０〜６０％の大量の担体を添加することにより、小さい反応槽容積で微生物のフロック化を行うことができる。フロック化の過程は多くの種類の微生物が関与し、明らかでない部分が多いが、菌体を捕食する原生動物や増殖速度の小さい細菌が混在し、多様な種が維持されることが必要とされ、そのために必要な汚泥滞留時間ＳＲＴは４〜１０日程度と言われている。担体を添加することにより上記のＳＲＴを必要とするこれら微生物を系内に十分量維持することが可能となり、小さい反応槽容積でフロック化が可能となる。
【００２１】
ここでＢＯＤ負荷を低く設定する理由は、反応槽内のＢＯＤ濃度を低く維持することにより、担体内部の微生物まで酸素供給を可能とするためである。担体内部の微生物まで酸素供給が可能であれば、担体を大量に添加することにより必要ＳＲＴの長い微生物を多く反応槽内に保持することができるので好ましい。担体内部の酸素供給を好適に保つために適当なＢＯＤ負荷は０．１〜１ｋｇ／ｍ^３／ｄ、好ましくは０．５〜１ｋｇ／ｍ^３／ｄであり、大量の担体の内部への酸素供給を容易にするためには、担体は粒状のものが好ましい。
【００２２】
このような微生物の付着した担体の存在下に曝気を行うことにより、ＢＯＤ除去されるとともに、第１反応槽から導入される分散性の汚泥はフロック化する。過剰に付着した汚泥は剥離して浮遊フロックとなり、混合液として固液分離工程に送られる。
また、第２反応槽の担体には第１反応槽で未分解の溶解性ＢＯＤ、すなわち比較的難分解性の溶解性ＢＯＤ成分が常に供給されるため、担体には比較的難分解性の有機物を分解する微生物が集積され、処理水ＣＯＤの増加を防止することができる。
【００２３】
固液分離工程では第２反応槽の混合液を固液分離し、分離液を処理液として取り出し、分離汚泥は必要により一部または全部を第１および／または第２反応槽に返送し、余剰汚泥が発生する場合はこれを脱水系に送る。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の反応槽に充填率５〜３０％で担体を充填してＢＯＤ負荷２〜１００ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気し、第２の反応槽に充填率２０〜９０％であって、第１の反応槽の充填率に対し３〜１８倍の充填率で担体を充填してＢＯＤ負荷０．１〜１ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気してＢＯＤを除去するとともに、汚泥をフロック化するようにしたので、高負荷で処理を行って、少ない反応槽容積で、安定して効率よくＢＯＤ除去を行うことができるとともに、固液分離性の良好な汚泥を形成することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は実施形態の処理装置の系統図であり、図２と同一符号は同一または相当部分を示す。
【００２６】
図１において、第１および第２反応槽１、２はそれぞれ散気装置４、５を備え、それぞれ送気路６、７に連絡し、好気性処理を行うように構成されている。第１反応槽１には被処理液路１１および返送汚泥路１２が連絡している。第１および第２反応槽１、２および固液分離槽３はライン１３、１４で連絡している。固液分離槽３には上部に処理液路１５が連絡し、下部に汚泥路１６が連絡し、汚泥路１６は返送汚泥路１２および排汚泥路１７に分岐している。
【００２７】
第１および第２反応槽１、２にはそれぞれ粒状担体２１、２２が充填され、また担体分離用スクリーン２３、２４が設けられている。担体充填率は第１反応槽１が低充填率、第２反応槽２が高充填率となっている。第１反応槽１の後段に第２反応槽２が直列に設置され、ＢＯＤの大部分は第１反応槽で分解される。これにより第１反応槽１はＢＯＤ負荷が高く、第２反応槽２はＢＯＤ負荷が低い。
【００２８】
上記の装置による処理方法は、まず第１反応工程として第１反応槽１に被処理液路１１および返送汚泥路１２からそれぞれ被処理液および返送汚泥を導入して槽内の活性汚泥と混合し、送気路６から空気を送って散気装置４から曝気し、担体２１に微生物を付着させて好気性生物反応によりＢＯＤの分解を行う。
【００２９】
担体を添加率が５〜３０％、好ましくは１０〜２０％となるように充填することにより、種々の微生物が担体に保持されて処理が安定化する。ここでＢＯＤ負荷が２〜１００ｋｇ／ｍ³／ｄ、好ましくは１０〜５０ｋｇ／ｍ³／ｄとなるような高濃度ＢＯＤ負荷により微生物は増殖し、効率よくＢＯＤは除去される。増殖する微生物の大部分は担体に保持されないで浮遊する。スクリーン２３により担体２１を分離して混合液を第２反応槽２に送り、第２の反応工程を行う。
【００３０】
第２反応工程では、第１反応槽１の混合液はライン１３から第２反応槽２に導入して槽内の活性汚泥と混合し、送気路７から空気を送って散気装置５から曝気して、担体２２に微生物を付着させ、好気性生物反応によりＢＯＤの分解を行うとともに、活性汚泥をフロック化する。第２反応槽２におけるＢＯＤ負荷は０．１〜１ｋｇ／ｍ^３／ｄ、好ましくは０．５〜１ｋｇ／ｍ^３／ｄであり、微生物の付着した担体の存在下に曝気を行うことにより、ＢＯＤ除去されるとともに、第１反応槽１から導入される分散性の汚泥はフロック化する。過剰に付着した汚泥は剥離して汚泥フロックとなる。スクリーン２４により担体２２を分離して混合液を固液分離槽３に送り固液分離工程を行う。
【００３１】
固液分離工程は、第２反応槽２の混合液をライン１４から固液分離槽３に導入して固液分離し、分離液を処理液として処理液路１５から取り出し、汚泥は汚泥路１６から取り出し、一部は返送汚泥として返送汚泥路１２から返送し、残部は余剰汚泥として排汚泥路１７から取り出す。
【００３２】
上記の処理方法では、第１反応槽１に低充填率で担体２１を充填して高ＢＯＤ負荷で曝気し、第２の反応槽に高充填率で担体を充填し、低ＢＯＤ負荷で曝気することにより高負荷で処理を行って、少ない反応槽容積で、安定して効率よくＢＯＤ除去を行うことができるとともに、固液分離性の良好な汚泥を形成することができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例により説明する。
【００３４】
実施例１、比較例１、２
化学製品製造工場の排水を用い、比較例１として従来の２段活性汚泥法、実施例１として本発明法、比較例２として第２反応槽のＢＯＤ負荷を大きくした方法の３方式で比較試験を行った。
試験条件、原水および処理水水質を表１に示す。第１および第２反応槽のＭＬＳＳは約５０００ｍｇ／ｌに設定した。第１反応槽のＢＯＤ負荷は何れも１０．０ｋｇ／ｍ³／ｄに設定し、第２反応槽のＢＯＤ負荷を変えて試験した。比較例１では担体を添加せず、実施例１と比較例２では、担体として一辺１０ｍｍの立方体状、孔径１．０ｍｍのポリウレタン製スポンジを用い、第１反応槽に見かけ容積で１５％、第２反応槽に６０％添加した。
第１反応槽に対する第２反応槽の容積比は比較例１では７５０％、実施例１では３００％、比較例２では５８％であり、比較例１における第１および第２反応槽の合計容積を１００％として実施例１および比較例２の合計容積比を算出して表１に示した。
【００３５】
処理水質は表１に示す通りであり、実施例１では反応槽合計容積で比較例１の４７％に低減されているにもかかわらず、微生物のフロック化が良好に進行し、従来法と同等の処理水ＳＳ濃度が得られ、処理水ＣＯＤ濃度の上昇も生じなかった。
一方第２反応槽のＢＯＤ負荷を２．２ｋｇ／ｍ³／ｄに設定した比較例２では、処理水質の悪化傾向が見られた。
【００３６】
以上の結果より、本発明では高負荷で処理を行って、少ない反応槽容積で、安定して効率よくＢＯＤ除去を行うことができるとともに、固液分離性の良好な汚泥を形成することができることがわかる。
【００３７】
【表１】

【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の処理装置の系統図である。
【図２】従来の処理装置の系統図である。
【符号の説明】
１第１反応槽
２第２反応槽
３固液分離槽
４、５散気装置
６、７送気路
１１被処理液路
１２返送汚泥路
１３、１４ライン
１５処理液路
１６汚泥路
１７排汚泥路
２１、２２担体
２３、２４スクリーン

Claims

充填率５〜３０％で微生物保持担体を充填した第１の反応槽に被処理液を導入してＢＯＤ負荷２〜１００ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気し、担体に微生物を付着させて好気性下にＢＯＤを除去する第１の反応工程と、
充填率２０〜９０％であって、第１の反応槽の充填率に対し３〜１８倍の充填率で微生物保持担体を充填した第２の反応槽に第１の反応工程の混合液を導入してＢＯＤ負荷０．１〜１ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気し、担体に微生物を付着させて好気性下にＢＯＤを除去するとともに、汚泥をフロック化する第２の反応工程と、
第２の反応工程の混合液を固液分離する固液分離工程と
を含む高負荷生物処理方法。
第１の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．１〜１２００ｈｒ、第２の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．５〜２４０００ｈｒである請求項１記載の方法。
曝気手段を有し、充填率５〜３０％で微生物保持担体を充填し、ＢＯＤ負荷２〜１００ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気を行ってＢＯＤを除去する第１の反応槽と、
曝気手段を有し、充填率２０〜９０％であって、第１の反応槽の充填率に対し３〜１８倍の充填率で微生物保持担体を充填し、第１の反応槽の混合液をＢＯＤ負荷０．１〜１ｋｇ／ｍ ^３／ｄで曝気を行って、ＢＯＤを除去するとともに、汚泥をフロック化する第２の反応槽と、
第２の反応槽の混合液を固液分離する固液分離手段と
を含む高負荷生物処理装置。
第１の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．１〜１２００ｈｒ、第２の反応槽における滞留時間ＨＲＴが０．５〜２４０００ｈｒである請求項３記載の装置。