JP4351504B2 - 有機性排水処理装置 - Google Patents
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Description
従来、有機性排水の処理は、活性汚泥で処理をすることが一般的であった。しかし、活性汚泥処理のBOD−SS負荷は、0.2〜0.4kg/kg・日であり、高負荷運転ができないため、装置が大型化することが多く、イニシャルコストの面で問題があった。また、油の分解ができないため、高油脂含有排水(例えば、ノルマルヘキサン抽出物質濃度100mg/L以上)の場合、生物処理性能が安定しないという問題点もあった。
これに対して、物理化学的処理と活性汚泥処理を組み合わせることにより、高油脂含有排水の処理が可能となるが、物理化学的処理で油脂分を分離するため、分離された油脂分(廃油フロス)を処分する必要がある。当該処分は、作業上の手間の問題があり、また、廃油フロスが腐敗しやすく、臭気を発生するなど衛生面の問題を有する。さらに、焼却および埋立等を実施するため、ランニングコストが増加する。また、敷地面積は小さくなるが、物理化学的処理を行うためのイニシャルコストが高くなる。
酵母処理では、酵母の活性を高めるために、硫酸や塩酸等を酵母反応槽へ添加し、pHを3〜6に調整することが一般的であった。また、pH調整と同時または単独で、次亜塩素酸ナトリウムなどの添加により、活性汚泥との競合を避ける方法を採っていた。
生物処理ユニット
生物処理ユニットは、好気性処理槽と簡易沈殿槽とからなる。
簡易沈殿槽では、好気性処理槽より移流した混合液中の汚泥を液層から分離し、分離した汚泥を返送できれば、いかなる方法を使用してもよい。
固液分離槽は、簡易沈殿槽と同様に混合液中の汚泥を固液分離して、さらに、汚泥を返送できる。例えば、重力式沈殿槽、スクリーン分離装置、遠心分離装置、ろ布分離装置、ベルト走行式分離装置などが利用可能である。
好気性処理槽は、活性汚泥と有機物資化性の酵母菌との混合系の微生物群を有する反応槽である。低pHに対応できる材質であれば、一般的な反応槽を利用できる。
好気性処理槽内には、槽内を曝気する散気手段が備えられる。散気手段は、曝気工程中に、槽内を適正なDO(溶存酸素)濃度に保持できるものであれば任意である。たとえば、多段式散気装置、ディスク型散気装置、筒状散気装置、ドラフトチューブ型散気装置などが利用可能である。散気手段は、散気手段に空気を送るブロワに接続される。
汚泥返送管は、固液分離槽で処理水と分離された汚泥の一部または全量を好気性処理槽へ返送する。本発明では、図1〜図9に示されるように、汚泥返送管に分配された汚泥に対して、殺菌処理および/またはpH調整が行なわれる。また、必要に応じて、図4に示したように、異なる汚泥返送管を設けて薬品の注入は行わず、酵母含有活性汚泥がダメージを受けないように汚泥を返送してもよい。
薬品注入器は、汚泥返送管の途中あるいは槽に設けられ、汚泥の生物活性度を調整し、好気性処理槽に生息する生物活性のバランスを保つための薬品を注入する。スタティックミキサーなどのインラインミキサーなどを用いることができるが、薬品注入量を制御しうるものであれば、その形態は問わない。主として、酸、アルカリあるいは消毒剤、過酸化水素、オゾン、汚泥減容化剤などの薬剤を添加する化学的な方法を利用するが、電気分解、超音波、加温、破砕などの物理的方法を利用する装置に置換することも可能である。
薬品注入器を制御しうるものであれば、汎用コンピュータを用いるなど、その形態は問わない。好気性処理槽における酵母量と活性汚泥量との比率や酸素利用速度などの定量的、直接的なデータを用いて、好気性処理槽におけるこれらの活性バランスを保つように、薬品注入量を制御する。また、より簡単に、好気性処理槽、調整槽などのpHや溶存酸素濃度などに基づいて間接的に薬品注入量を設定する方法もある。さらに、薬品注入器以外に、曝気における空気量、汚水移送量、返送汚泥量などの調整も管理できるようにするとよい。
汚泥返送管の途中に調整槽を設けることで、返送汚泥と薬品が撹拌により反応させられ、殺菌剤の効果のよい反応領域とすることができる。また、調整槽で曝気を行い、酵母に付着した基質の酸化を行うこともできる。さらに、調整槽を複数、設けてもよい。
図10〜図12に示すように、好気性処理槽からの流出水の浮上物を分離する浮上物分離槽を設けることで、気泡が付着した汚泥や、未分解の油滴を抱き込んだ汚泥である浮上物を、分離させ、沈降した汚泥のみを固液分離槽に移送することができる。これにより、固液分離槽におけるスカム発生は防止され、固液分離槽の分離特性は良好となる。
図11に示すように、再曝気槽を設けることで、浮上物が抱き込んだ未分解の油滴を分解したり、付着した気泡を壊したりすることができる。
図24〜図26に示すように、嫌気槽を設けることで、流入水中の有機物の一部または全量が嫌気発酵し有機酸を生じさせ、この有機酸を、従来の硫酸や塩酸の代わりに用いることができる。
本発明の有機性排水処理装置の一態様では、図1から図5に示すように、好気性で有機性排水を処理する好気性処理槽と、汚泥と処理水に分離する固液分離槽と、汚泥を返送する汚泥返送管とからなり、前記好気性処理槽が酵母含有活性汚泥を用いた好気性処理槽であり、かつ、前記汚泥返送管に薬品注入器を備えることを特徴とする。
返送汚泥は、汚泥返送管においてpH調整および/または塩素添加により不活性化処理が施される。このような返送汚泥が投入される好気性処理槽の前段では、酵母の至適pH(3〜6)となり、また、塩素系薬剤の添加により活性汚泥が不活性化しているため、酵母による処理が主になり、濃度の高い流入水に対応できる。複数に仕切られたか、あるいは複数槽の好気性処理槽の場合には、後段に行くに従って、pHが活性汚泥の至適pH(5〜8)に変化し、また、塩素濃度が低くなるため、活性汚泥による処理が主となり、これにより酵母優占では処理しきれないBODがほとんど処理できるようになる。
図15は、好気性処理槽と簡易沈澱槽とが独立した生物処理ユニットが4ユニット直列に連結した配置を示している。流入水が、好気性処理槽に流入し、ここで、生物処理がなされた後、簡易沈殿槽へ混合液が移流し、ここで混合液は、処理水部分と汚泥部分とに固液分離される。このとき、固液分離が完全になされなくてもよく、ある程度のSS成分を含んだ処理水が、次のユニットへ引き継がれ、生物処理が実施される。また、固液分離した汚泥は、汚泥返送管に入り好気性処理槽へ返送される。この汚泥返送管の途中には薬品注入器が設けられ、ここで酵母汚泥と活性汚泥との存在比を人為的に調整し、生物活性を適正に制御した汚泥として各ユニットの好気性処理槽へ返送される。汚泥返送管は、一つまたは複数のユニットに返送および分流することができる構造であれば円筒状の管だけでなく、四角柱状であっても良い。また、流入水あるいは処理水の水量及び負荷変動に応じて、使用するユニット数を変化させたり、あるいは流入水、処理水、返送汚泥を各ユニットへ分流させたりすることで、各種排水に適応した生物処理が可能となる。最終の沈殿槽において、処理水部分と汚泥部分が固液分離され、処理水は系外へと排出される。処理水と分離した汚泥は、各ユニットへ返送されるが、返送途中に薬品注入器を設け、各ユニットに相応しい生物活性になるように調整後、分流および返送されることとなる。
また、汚泥返送管や調整槽において電気分解によって塩素を発生させることも可能である。水産加工排水や漬け物工場排水などは、塩素イオン濃度が高いため、電気分解による塩素の生成も効率よく行うことができる。電気分解による塩素の発生過程は次の通りである。
発生する塩素(Cl2)は、溶液のpHによってその形態が変化し、酸性領域では塩素(Cl2)、中性領域では次亜塩素(HClO)や次亜塩素酸イオン(ClO-)が主成分となる。酸性領域においては、塩素(Cl2)の一部は溶液に溶解するが、塩素ガスとして系外に排出される。具体的には、次の平衡反応による。
(iii) HClO(次亜塩素酸) ⇔ H+ + ClO-(次亜塩素酸イオン)
因みに、殺菌性の指標として用いられている“有効塩素濃度”は、溶液中の塩素(Cl2)、次亜塩素(HClO)および次亜塩素酸イオン(ClO-)の総濃度である。
電気分解により発生した次亜塩素酸は、残留塩素として残るため、処理水を返送し、生物反応槽に流入させることにより、酵母の活性と活性汚泥の活性とを調整することができる。また、次亜塩素酸の酸化力は、有機物の酸化処理、消毒などにも利用される。
本発明では、高濃度有機物や油分は、酵母と活性汚泥の混合液により処理する。この混合液は固液分離槽で、汚泥と処理水に分離する。分離された処理水を電気分解槽で電気分解処理すると、処理水中には塩化物イオンなどの電解質が含まれているので、次亜塩素酸が発生する。次亜塩素酸は、処理水中のアンモニア態窒素と反応し酸化分解することで、処理水中に含まれるアンモニア態窒素を除去する。電気分解によるアンモニア態窒素の除去は、塩化物イオンが乖離した溶液に、電気エネルギーを与えることによって電子が放出され、塩素が発生する。これが水と反応することによって次亜塩素酸イオンが生成され、その酸化力によりアンモニアが酸化して、脱窒される。下記は電気分解によるアンモニア態窒素の化学反応式である。
2NH3 + 3HClO ⇒ N2↑ + 3H2O + 3HCl
これらより、
3Cl2 + 2NH3 + 3H2O ⇒ N2↑ + 3H2O + 6HCl
電気分解により発生した次亜塩素酸は、残留塩素として残るため、処理水を返送し、好気性処理槽に流入、あるいは、汚泥返送管に投入したり、調整槽に投入することにより、酵母と活性汚泥の活性を調整することができる。また、次亜塩素酸の酸化力は、有機物の酸化処理、消毒などにも利用される。
嫌気槽で有機物は、加水分解・酸生成細菌群の働きにより加水分解され、加水分解により生成された溶解性有機物は、加水分解・酸生成細菌群の働きにより有機酸に転換される。
図1に示すように、好気性で処理する好気性処理槽と、汚泥と処理水に分離する固液分離槽と、汚泥を返送する汚泥返送管とからなる有機性排水処理装置において、前記好気性処理槽が酵母含有活性汚泥を用いた好気性処理槽であり、前記汚泥返送管に薬品注入器を備え、前記薬品注入器としてスタティックミキサーを使用し、pHと次亜塩素酸ナトリウムを添加時間で制御した。
図4に示すように、好気性で処理する好気性処理槽と、汚泥と処理水に分離する固液分離槽と、汚泥を返送する汚泥返送管とからなる有機性排水処理装置において、前記好気性処理槽が酵母含有活性汚泥を用いた好気性処理槽であり、前記汚泥返送管を2つ設け、一方の汚泥返送管に2つの調整槽を備え、該調整槽に薬品注入器を備え、一方の調整槽では、pH調整剤の添加混合反応を行わせ、他方の調整槽では、次亜塩素酸ナトリウムの添加混合反応を行った。
負荷が低い排水を対象とし、混合汚泥中の活性汚泥比率を高めるため、活性汚泥のダメージを減らすような操作を行った以外は、実施例2と同様に行った。すなわち、殺菌剤である次亜塩素酸ナトリウム添加混合反応を少なくするため、当該調整槽への分配割合を減らし、薬品の添加量を調整した。さらに、pHの添加混合反応の割合を減らし、pHを4から7に近づけた。
図5に示す装置を用いて、まず、調整槽にpHの調整のための薬剤である硫酸を加え表1に示す所定のpHに調整をして、次に次亜塩素酸ナトリウムを加え表1に示す所定の塩素濃度として運転した。
図6に示した装置を使用し、酵母の至適pH(3〜6)と活性汚泥の至適pH(5〜8)の差を利用した。
図7に示した装置を使用し、酵母と活性汚泥の耐塩素性の差を利用した。
図8に示した装置を使用し、好気性処理槽でもpH制御を行なった。
図9に示した装置を使用し、薬品注入器通過後の返送汚泥を、各槽に分配した。
図10に示した装置を使用した。流入水は、好気性処理槽へ導入され、酵母含有活性汚泥と曝気混合した。好気性処理槽で好気性処理された汚泥混合液は、流入水によって押し出され、浮上物分離槽に導入した。
図11に示した装置を使用した。流入水は、好気性処理槽へ導入され、酵母含有活性汚泥と曝気混合した。好気性処理槽で好気性処理された汚泥混合液は、流入水によって押し出され、浮上物分離槽に導入した。
図12に示した装置を使用した。流入水は、好気性処理槽へ導入され、酵母含有活性汚泥と曝気混合した。好気性処理槽で好気性処理された汚泥混合液は、流入水によって押し出され、浮上物分離槽に流入した。
図20に示した構成で、本発明の装置を用いて水産加工排水を処理した。表3に結果を示す。
図21に示した構成で、水産加工排水を処理した。電気分解処理は20分間とした。結果を表4に示す。
図24に示す装置を使用して、流入水の一部または全量を適切な時間だけ嫌気的に保つために、嫌気槽に導き、流入水中の有機物の一部または全量が嫌気発酵し、有機酸を生じさせた。この有機酸を、従来の硫酸や塩酸の代わりに用いることで、薬品量を減少できた。さらに、汚泥が嫌気化する部位でも、硫化水素の発生を減らすことができた。
図25に示す装置を使用して、嫌気槽で生じた有機酸を多量に含む流入水を汚泥返送管に導入して、必要な接触時間を確保した後、好気性処理槽に投入したところ、実施例14と同様に薬品量の削減と悪臭の低減ができた。
図26に示す装置を使用して、嫌気槽へ流入水の一部または全量と、余剰汚泥の一部また全量を嫌気槽へ移送し、発酵を促進したところ、実施例14と同様に薬品量の削減と悪臭の低減ができた上に、余剰汚泥の減量化もできた。
Claims (7)
- 100mg/L以上のノルマルヘキサン抽出物質を含む有機性排水を、酵母含有活性汚泥を用いて好気性で処理する好気性処理槽と、
該好気性処理槽から流入する好気性処理槽混合液を汚泥と処理水に分離する固液分離槽と、
該固液分離槽で分離した前記汚泥の一部を前記好気性処理槽へ返送する汚泥返送管と、
該汚泥返送管に設けられ、硫酸または塩酸を添加し、返送される汚泥のpHを3〜5に調整するpH調整槽と、
前記汚泥返送管に設けられ、該pH調整槽から流出した汚泥と塩素系薬剤とを反応させて、殺菌する調整槽と、
からなることを特徴とする有機性排水処理装置。 - 前記汚泥返送管に薬品注入器が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の有機性排水処理装置。
- 前記調整槽は、電解槽であることを特徴とする請求項1および2のいずれかに記載の有機性排水処理装置。
- 前記好気性処理槽に複数の仕切が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の有機性排水処理装置。
- 前記好気性処理槽からの流出水の浮上汚泥を分離する浮上物分離槽が前記好気性処理槽と前記固液分離槽との間に設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の有機性排水処理装置。
- 前記好気性処理槽に簡易沈殿槽が設けられていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の有機性排水処理装置。
- 前記有機性排水を導入して有機酸を生成する嫌気槽が前記好気性処理槽の前に設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の有機性排水処理装置。
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