JP4314984B2 - 有機性排水の処理方法および装置 - Google Patents

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Description

本発明は、有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する第1生物処理工程と、第1生物処理工程の流出液を活性汚泥と接触させて好気性処理する第2生物処理工程とを含む有機性排水の処理方法および装置に関するものである。
有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が高く、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、運転に用いられるBOD容積負荷は0.5−0.8kg/m3/d程度で低いため、広い敷地面積が必要となる。また汚泥転換率が20%と高く、分解したBODの20%が菌体すなわち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥が発生し、その処理も問題となる。
有機性排水の高負荷処理としては、担体を添加して生物膜を形成した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、3kg/m3/d以上の高BOD容積負荷で運転することが可能となる。これにより曝気槽を小型化することができる反面、沈降分離しない微細汚泥が発生するため固液分離が困難になるほか、発生汚泥量は分解したBODの30%程度で、汚泥転換率が30%と通常の活性汚泥法より高くなり、余剰汚泥の処理量も多くなる。
特許文献1では、担体を添加して生物膜を形成した流動床曝気槽の後段に、活性汚泥法による曝気槽を設ける方法が示されている。ここでは流動床曝気槽の後段に通常の活性汚泥処理槽を設けただけでは、汚泥転換率が高く余剰汚泥の発生量も多くなるので、流動床曝気槽の後段に2段の活性汚泥処理槽を用い、前段を比較的高負荷で運転し、後段を低負荷で運転することにより、余剰汚泥の発生量を低下させることができるとされている。しかしこのように2段の活性汚泥処理槽を用いると、装置も大型化し、操作も複雑である。
特開2001−145894号公報
本発明の課題は、小型の装置により高負荷で有機性排水を処理して、処理水質を悪化させることなく、高処理効率で安定して処理することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減することも可能な有機性排水の処理方法および装置を提供することである。
本発明は次の有機性排水の処理方法および装置である。
(1) 有機性排水を生物膜と接触させて、BOD容積負荷が1kg/m 3 /d以上、滞留時間(HRT)が10時間以下で好気性処理する第1生物処理工程と、
第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化工程と、
微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて、溶解性BODによる汚泥負荷が0.1kg−BOD/kg−MLSS/d以下、滞留時間(HRT)が6時間以上であって、細菌と微小動物が共生する条件で好気性処理し、微細化物中の細菌を自己分解させるとともに、微小動物に捕食させ、処理液中の汚泥量を減少させる第2生物処理工程と
を含む有機性排水の処理方法。
(2) 第1生物処理工程の生物膜が担体に形成されたものである上記(1)記載の方法。
(3) 汚泥の微細化が超音波処理によるものである上記(1)または(2)記載の方法。
(4) 第2生物処理が浸漬膜分離式である上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の方法。
(5) 有機性排水を生物膜と接触させて、BOD容積負荷が1kg/m 3 /d以上、滞留時間(HRT)が10時間以下で好気性処理する第1生物処理槽と、
第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化手段と、
微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて、溶解性BODによる汚泥負荷が0.1kg−BOD/kg−MLSS/d以下、滞留時間(HRT)が6時間以上であって、細菌と微小動物が共生する条件で好気性処理し、微細化物中の細菌を自己分解させるとともに、微小動物に捕食させ、処理液中の汚泥量を減少させる第2生物処理槽と
を含む有機性排水の処理装置。
(6) 第1生物処理槽の生物膜が担体に形成されたものである上記(5)記載の装置。
(7) 汚泥の微細化が超音波処理によるものである上記(5)または(6)記載の装置。
(8) 第2生物処理槽が浸漬膜分離式である上記(5)ないし(7)のいずれかに記載の装置。
本発明の処理対象となる有機性排水は、有機物を含む排水であって、好気性生物処理可能な排水であれば制限はなく、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水を処理対象とすることができ、高負荷処理が可能であるため、高濃度の有機性排水を処理対象としても処理が可能である。
本発明の有機性排水の処理方法では、第1生物処理工程において有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理し、第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化工程において微細化し、微細化汚泥を含む液を第2生物処理工程において活性汚泥と接触させて好気性処理することにより、有機性排水を処理する。
第1生物処理工程において有機性排水と接触させる生物膜は、好気性処理に用いられる細菌等の微生物によって形成される生物膜であって、一般には担体に形成された生物膜が用いられる。担体としては、生物膜が形成できるものであれば制限なく使用できるが、流動床を形成できるように粒状の担体が好ましく、形状は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさ(粒径)も0.1−10mm程度の径のものが使用できる。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いてもよい。特にスポンジのような多孔質のものを用いると、表面積が大きいので好ましい。このような生物膜は担体を好気性生物処理槽に投入し、そこへ有機性排水を導入して処理することにより自然発生的に形成されるが、他の処理施設等から導入してもよい。
第1生物処理工程は、第1生物処理槽において有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する。第1生物処理槽に生物膜を形成した担体を存在させ、流動床を形成して有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理すると、第1生物処理槽には担体に形成された生物膜の他、非凝集性細菌、凝集性細菌、ならびに細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などが浮遊状に分散して流動床を形成し、これらが有機性排水と接触して好気性処理が行われる。これにより効率よく有機物の分解が行われ、高負荷で有機性排水を処理することができる。好気性処理は空気等の酸素含有ガスの導入により行われる。
第1生物処理工程におけるBOD容積負荷は1kg/m3/d以上、好ましくは3〜10kg/m3/dとし、滞留時間(HRT)は10時間以下、好ましくは0.5〜5hとすることにより、非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることができ、微細化工程における負荷を小さくすることができる。また、HRTを短くすることにより、BOD濃度の薄い排水を高負荷で処理することができるので好ましい。第1生物処理工程では、有機成分の80%以上、望ましくは85%以上が酸化分解されるように処理を行うことにより、第2生物処理工程における処理を効率化することができるので好ましい。
微細化工程では、第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する。第1生物処理工程の流出液中には、非凝集性細菌、凝集性細菌に加え、細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片も含まれる。このうち非凝集性細菌、凝集性細菌および剥離片の一部は第2生物処理工程に導入されたとき、第2生物処理工程内の活性汚泥に取り込まれて分散ないしフロック形成をし、液中の有機物の分解に寄与したり自己消化する他、液中に棲息する原生動物や後生動物等の微小動物により捕食されるが、大型の凝集性細菌や剥離片などは沈降したり、自己消化が困難であったり、あるいは大きすぎて原生動物や後生動物等の微小動物による捕食が困難であって、余剰汚泥となって排出されることになる。
そこで微細化工程では、第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化することにより、大型の凝集性細菌や剥離片などを微細化して分散、自己消化、微小動物による捕食などを容易にする。微細化手段としては、超音波処理が好ましいが、撹拌、ミル破砕、ホモジナイザー、キャビテーション等の物理的手段も利用可能であり、流出液中の汚泥を50μm以下、好ましくは5μm以下に微細化できるものが好ましい。超音波照射は流出液を槽内に導入して行ってもよく、流路で行ってもよい。超音波処理による凝集体細菌の微細化は特公昭57−144093号に示されているが、本発明では第1生物処理槽から流出する細菌の凝集体の微細化に加え、凝集体よりもさらに密集した生物膜の剥離片の細分化や糸状性細菌にからみついた細菌群の微細化、分散化も行われる。
第2生物処理工程では、微細化工程において微細化した微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて好気性処理する。第2生物処理工程において用いられる第2生物処理槽は、一般的な活性汚泥処理に用いられている曝気槽を用いることができる。第2生物処理工程は、固液分離槽から汚泥返送を行う浮遊式活性汚泥法、担体を添加した流動床式活性汚泥法、または膜分離式活性汚泥法など、任意の方法を採用することができるが、膜分離式活性汚泥法を採用するのが好ましい。浮遊式活性汚泥法は被処理液とバルク状の活性汚泥を曝気槽において浮遊状態で混合曝気する方法である。流動床式活性汚泥法は第1生物処理工程と同様に、担体に活性汚泥を担持させ流動床を形成して有機性排水を接触させて混合曝気する方法である。膜分離式活性汚泥法は浮遊式活性汚泥法、流動床式活性汚泥法などにおいて、固液分離を膜分離で行う方法であり、UF膜、MF膜等の分離膜モジュールを曝気槽内に設置して膜分離しながら混合曝気する方法である。第2生物処理槽は2段以上としてもよい。
第2生物処理工程では、活性汚泥を構成する細菌と、これらの細菌を捕食する原生動物や後生動物等の微小動物が共生する条件で処理を行うことにより細菌による可溶性または懸濁性有機物の酸化分解を行うとともに、細菌の自己分解、ならびに微小動物による細菌の捕食を促して、余剰汚泥の発生量を減少させることができる。第2生物処理槽へ投入する第1生物処理槽からの流出水中に有機物が多量に残存すると、有機物を分解して細菌が増殖する。このとき細菌は微小動物に捕食されにくい細菌群の形態で増殖するため、このように増殖した細菌群は微小動物により捕食されず、細菌群の分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果は低い。
そこで第1生物処理槽で有機物の大部分、例えば排水BODの80%以上、望ましくは90%以上分解し、菌体へと変換しておくと、細菌の増殖による細菌群の形成を防止することができる。この場合、第2生物処理槽に投入する第1生物処理水中のVSS(菌体濃度)/溶解性BOD濃度比は2以上、好ましくは3以上とするのが望ましい。また第2生物処理槽における溶解性BODによる汚泥負荷は0.1kg−BOD/kg−MLSS/d以下、好ましくは0.01〜0.1kg−BOD/kg−MLSS/d、滞留時間(HRT)は6時間以上、好ましくは8〜48hとする。
第2生物処理工程でこのような条件で処理を行うと、第1生物処理槽の流出水中に残存している有機成分は細菌により酸化分解されるが、細菌の増殖は少なく、流出水中に分散している非凝集性細菌、凝集性細菌および剥離生物膜の微細化物中の細菌は好気処理により自己分解するとともに、原生動物や後生動物等の微小動物に捕食され、処理液中の汚泥量は減少し、余剰汚泥の減量化が行われる。この場合、第1生物処理槽の流出水中の大型の凝集性細菌や剥離片などは、微細化工程で微細化されているので、細菌の菌体が分散して自己消化や微小動物による捕食などが容易になり、汚泥の減容化効率が高くなる。
第2生物処理工程の処理液は固液分離され、分離液は排出される。浮遊式活性汚泥法の場合は、固液分離は固液分離槽で行われ、分離汚泥は第2生物処理工程に返送され、一部は余剰汚泥として排出される。流動床式活性汚泥法の場合は、剥離した汚泥が余剰汚泥として排出される。膜分離式活性汚泥法の場合は、固液分離は第2生物処理槽内で膜分離により行われ、濃縮汚泥の一部が余剰汚泥として排出される。
本発明によれば、第1生物処理工程において有機性排水を生物膜と接触させて、BOD容積負荷が1kg/m 3 /d以上、滞留時間(HRT)が10時間以下で好気性処理し、第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化工程において微細化し、微細化汚泥を含む液を第2生物処理工程において活性汚泥と接触させて、溶解性BODによる汚泥負荷が0.1kg−BOD/kg−MLSS/d以下、滞留時間(HRT)が6時間以上であって、細菌と微小動物が共生する条件で好気性処理し、微細化物中の細菌を自己分解させるとともに、微小動物に捕食させ、処理液中の汚泥量を減少させるようにしたので、小型の装置により高負荷で有機性排水を処理して、処理水質を悪化させることなく、高処理効率で安定して処理することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減することも可能である。
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。図1は本発明の実施形態による有機性排水の処理方法および装置を示すフロー図である。図1において、1は、第1生物処理槽、2は微細化装置、3は第2生物処理槽である。
第1生物処理槽1は、被処理水路5から導入された有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理するように、生物膜を形成した担体4が投入されて流動床が形成され、曝気装置6に送気路7より空気を送って曝気し、有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理するように構成されている。第1生物処理槽1では、担体に形成された生物膜の他、流動床を形成する非凝集性細菌、凝集性細菌、ならびに細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などが浮遊状に分散し、これらが有機性排水と接触して好気性処理が行われるように構成されている。8は担体4の流出を防ぐスクリーンである。
微細化装置2は、第1生物処理槽1から第2生物処理槽3への連絡路9に設けられ、流出液中の汚泥を微細化工程において微細化するように構成されている。微細化装置2としては超音波処理装置が用いられ、第1生物処理工程の流出液中の非凝集性細菌、凝集性細菌、細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などのうち、特に大型のものを超音波処理により微細化するように構成されている。
第2生物処理槽3は曝気装置11が設けられ、送気路12から空気を送って曝気することにより、微細化工程において微細化した微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて好気性処理するように構成されている。第2生物処理槽は、一般的な活性汚泥処理に用いられている浮遊式の曝気槽が採用され、UF膜、MF膜等の分離膜モジュール13を槽内に設置して膜分離し、分離液を処理水路14から排出するように構成されている。15は濃縮液を余剰汚泥として排出する排泥路である。
上記の処理装置による有機性排水の処理方法は、第1生物処理工程として、第1生物処理槽1において、送気路7より曝気装置6に送られる空気により曝気して、被処理水路5から導入される有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する。そして微細化工程では、微細化装置2により第1生物処理槽1の流出液中の汚泥を微細化する。第2生物処理工程は第2生物処理槽3において、送気路12から送られる空気を曝気装置11より曝気することにより、微細化装置2から導入される微細化された微細化汚泥を含む液を、活性汚泥と接触させて好気性処理することにより有機性排水を処理する。第2生物処理槽3の槽内液は分離膜モジュール13により膜分離し、分離液を処理水として処理水路14から排出し、濃縮液は余剰汚泥として排泥路15から排出する。
第1生物処理槽1では、生物膜を形成した担体4を存在させ、流動床を形成して有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理することにより、第1生物処理槽1内には担体4に形成された生物膜の他、非凝集性細菌、凝集性細菌、ならびに細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などが浮遊状に分散して流動床を形成し、これらが有機性排水と接触して好気性処理が行われる。これにより効率よく有機物の分解が行われ、高負荷で有機性排水を処理することができる。第1生物処理槽1では、前記処理条件により有機成分の80%以上、望ましくは90%以上が酸化分解されるように処理を行う。
微細化装置2では、超音波処理により第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する。超音波処理で微細化することにより、第1生物処理槽1から流出する細菌の凝集体の微細化に加え、凝集体よりもさらに密集した生物膜の剥離片の細分化や糸状性細菌にからみついた細菌群の微細化、分散化も行うことができる。これにより第2生物処理槽3における細菌の自己消化、微小動物による捕食などが容易になる。
第2生物処理槽3では、活性汚泥を構成する細菌と、これらの細菌を捕食する原生動物や後生動物等の微小動物が共生する条件で好気性処理を行うので、細菌による可溶性または懸濁性有機物の酸化分解を行うとともに、細菌の自己分解、ならびに微小動物による細菌の捕食を促して、余剰汚泥の発生量を減少させることができる。第2生物処理槽3へ投入する第1生物処理槽1からの流出水中に有機物が多量に残存すると、細菌は有機物を分解して微小動物に捕食されにくい細菌群の形態で増殖するので、第1生物処理槽1で有機物の大部分、例えば排水BODの80%以上、望ましくは90%以上分解しておくと、細菌の増殖を防止することができる。
第2生物処理槽3において前記条件で処理を行うことにより、第1生物処理槽1の流出水中に残存している有機成分は、共生する細菌により酸化分解されるが、細菌の増殖は少なく、流出水中に分散している非凝集性細菌、凝集性細菌および剥離生物膜の微細化物中の細菌は好気処理により自己分解するとともに、原生動物や後生動物等の微小動物に捕食され、処理液中の汚泥量は減少し、余剰汚泥の減量化が行われる。この場合、第1生物処理槽1の流出水中の大型の凝集性細菌や剥離片などは、微細化装置2で微細化されているので、細菌の菌体が分散して自己消化や微小動物による捕食などが容易になり、汚泥の減容化効率が高くなる。
第2生物処理槽3の槽内液は分離膜モジュール13により固液分離されるが、第2生物処理槽3が浮遊式活性汚泥法の場合は、固液分離は別の固液分離槽で行われ、分離汚泥の一部は第2生物処理槽3に返送され、一部は余剰汚泥として排出される。第2生物処理槽3が流動床式活性汚泥法の場合は、剥離した汚泥が余剰汚泥として排出される。
上記のように、第1生物処理槽1において有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理し、第1生物処理槽1の流出液中の汚泥を微細化装置2において微細化し、微細化汚泥を含む液を第2生物処理槽3において活性汚泥と接触させて好気性処理することにより、小型の装置により高負荷で有機性排水を処理して、処理水質を悪化させることなく、高処理効率で安定して処理することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減することも可能である。
実施例1:
図1の装置を、生物膜を形成したスポンジ担体4が投入されて流動床が形成された容量3.5Lの第1生物処理槽1と、超音波処理による微細化装置2と、分離膜モジュール13を槽内に設置した15Lの浸積膜式活性汚泥槽からなる第2生物処理槽3で構成して、有機性排水を処理した。担体4として添加したスポンジは3mm角で、第1生物処理槽1の有効容積の25%投入した。超音波処理の条件は125W、30minとした。第1生物処理槽1に対する溶解性BOD容積負荷は4.3kg−BOD/m3/d、HRT1.9h、有機物除去率88%、第2生物処理槽3の溶解性BOD汚泥負荷は0.022kg−BOD/kg−MLSS/d、HRT8.3h、全体のBOD容積負荷0.84kg−BOD/m3/d、HRT10.2hの条件で運転したところ、処理水は良好で、汚泥転換率は0・07kg−MLSS/kg−BODとなった。なお、第2生物処理槽3には、微小動物がVSS当り25%と高い割合で認められた。処理開始4ヶ月後の結果を表1に示す。
比較例1:
実施例1の第2生物処理槽3に相当する15Lの浸積膜式活性汚泥槽からなる生物処理装置を用い、第1生物処理槽1および微細化装置2を用いることなく、実施例1と同様に処理を行った。溶解性BOD容積負荷は0.84kg−BOD/m3/d、HRT10.2hの条件で運転したところ、処理水は良好だったものの、汚泥転換率は0.42kg一MLSS/kg−BODとなった。処理開始4ヶ月後の結果を表1に示す。
比較例2:
実施例1の第1生物処理槽1に相当するスポンジ担体流動床が形成された容量3.5Lの第1生物処理槽1と、第2生物処理槽3に相当する15Lの浸積膜式活性汚泥槽からなる生物処理装置を用い、微細化装置2を用いることなく、実施例1と同様に処理を行った。担体4として添加したスポンジは3mm角で、第1生物処理槽1の有効容積の25%投入した。第1生物処理槽1に対する溶解性BOD容積負荷は4.3kg−BOD/m3/d、HRT1.9h、第2生物処理槽3の溶解性BOD汚泥負荷は0.022kgBOD/kg一MLSS/d、HRT8.3h、全体のBOD容積負荷0.84kg−BOD/m3/d、HRT10.2hの条件で運転したところ、処理水は良好だったが、汚泥転換率は0.14−0.20kg−MLSS/kg−BODと幅があった。処理開始4ヶ月後の結果を表1に示す。
Figure 0004314984
食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水を処理対象として、小型の装置により高負荷処理を行い、余剰汚泥の発生量を低減する有機性排水の処理方法および装置に利用される。
実施形態による含窒素有機性排水の処理方法および装置を示すフロー図である。
符号の説明
1 第1生物処理槽
2 微細化装置
3 第2生物処理槽
4 担体
5 被処理水路
6、11 曝気装置
7、12 送気路
8 スクリーン
13 膜モジュール
14 処理水路
15 排泥路

Claims (8)

  1. 有機性排水を生物膜と接触させて、BOD容積負荷が1kg/m 3 /d以上、滞留時間(HRT)が10時間以下で好気性処理する第1生物処理工程と、
    第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化工程と、
    微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて、溶解性BODによる汚泥負荷が0.1kg−BOD/kg−MLSS/d以下、滞留時間(HRT)が6時間以上であって、細菌と微小動物が共生する条件で好気性処理し、微細化物中の細菌を自己分解させるとともに、微小動物に捕食させ、処理液中の汚泥量を減少させる第2生物処理工程と
    を含む有機性排水の処理方法。
  2. 第1生物処理工程の生物膜が担体に形成されたものである請求項1記載の方法。
  3. 汚泥の微細化が超音波処理によるものである請求項1または2記載の方法。
  4. 第2生物処理が浸漬膜分離式である請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
  5. 有機性排水を生物膜と接触させて、BOD容積負荷が1kg/m 3 /d以上、滞留時間(HRT)が10時間以下で好気性処理する第1生物処理槽と、
    第1生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化手段と、
    微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて、溶解性BODによる汚泥負荷が0.1kg−BOD/kg−MLSS/d以下、滞留時間(HRT)が6時間以上であって、細菌と微小動物が共生する条件で好気性処理し、微細化物中の細菌を自己分解させるとともに、微小動物に捕食させ、処理液中の汚泥量を減少させる第2生物処理槽と
    を含む有機性排水の処理装置。
  6. 第1生物処理槽の生物膜が担体に形成されたものである請求項5記載の装置。
  7. 汚泥の微細化が超音波処理によるものである請求項5または6記載の装置。
  8. 第2生物処理槽が浸漬膜分離式である請求項5ないし7のいずれかに記載の装置。
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