JP4821493B2

JP4821493B2 - 有機性排水の生物処理方法

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Publication number: JP4821493B2
Application number: JP2006217117A
Authority: JP
Inventors: 繁樹藤島
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2006-08-09
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: WO2008018486A1; CN101500950B; KR20090046794A; CN101500950A; JP2008036580A; KR101420455B1

Description

本発明は、生活排水、下水、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処理に利用することができる有機性排水の生物処理方法および装置に関するものであり、詳しくは、処理水質を悪化させることなく、処理効率を向上させ、かつ、余剰汚泥発生量の低減が可能な有機性排水の生物処理方法及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、処理水質が良好で、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／ｍ^３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となる。また、分解したＢＯＤの２０〜４０％が菌体すなわち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。

有機性排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、３ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。しかしながら、発生汚泥量は分解したＢＯＤの３０％程度で、通常の活性汚泥法より高くなることが欠点となっている。

特公昭５５−２０６４９では有機性排水をまず、第１処理槽で細菌処理して、排水に含まれる有機物を酸化分解し、非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第２処理槽で固着性原生動物に捕食除去させることで余剰汚泥の減量化が可能になるとしている。さらに、上記の方法では高負荷運転が可能となり、活性汚泥法の処理効率も向上する。このように細菌の高位に位置する原生動物や後生動物の捕食を利用した廃水処理方法は、多数考案されている。

特開２０００−２１０６９２では、特公昭５５−２０６４９の処理方法で問題となる原水の水質変動による処理性能悪化の対策を提案している。具体的な方法としては、「被処理水のＢＯＤ変動を平均濃度の中央値から５０％以内に調整する」、「第１処理槽内および第１処理水の水質を経時的に測定する」、「第１処理水の水質悪化時には微生物製剤または種汚泥を第１処理槽に添加する」等の方法をあげている。

特公昭６０−２３８３２では、細菌、酵母、放線菌、藻類、カビ類や廃水処理の初沈汚泥や余剰汚泥を原生動物や後生動物に補食させる際に超音波処理または機械攪拌により、上記の餌のフロックサイズを動物の口より小さくさせる方法を提案している。

流動床と活性汚泥法の多段処理に関する特許としては特許３４１０６９９がある。この方法では後段の活性汚泥法をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ〜ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することで、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。
特公昭５５−２０６４９特開２０００−２１０６９２特公昭５５−２０６４９特公昭６０−２３８３２特許３４１０６９９

上記の原生動物や後生動物などの微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法は実際に有機性廃水処理に用いられており、対象とする排水によっては処理効率の向上、５０％程度の発生汚泥量の減量化は可能である。しかしながら、この汚泥減量効果は安定しないのが現状である。これは、微小動物の安定した維持方法が確立していないためである。

本発明は、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法における汚泥減量効果を安定したものとすることを目的とする。

本発明の有機性排水の生物処理方法は、生物処理槽を２槽以上とし、第１生物処理槽に有機性排水を通水し、細菌により生物処理し、第１生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一処理水を第２生物処理槽に導入し、生物処理すると共にこの第２生物処理槽に微小動物を存在させる生物処理方法において、第１生物処理槽の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下に制御し、該第１および第２生物処理槽にそれぞれ担体を存在させるようにした方法であって、該第１生物処理槽を担体充填率１０％以下の流動床とし、該第２生物処理槽を担体充填率１０％以上の流動床とし、第２生物処理槽の処理水を固液分離処理する有機性排水の生物処理方法であって、第１生物処理槽において排水ＢＯＤの７０％以上を分解することを特徴とするものである。

本発明の有機性排水の生物処理装置は、生物処理槽を２槽以上とし、第１生物処理槽に有機性排水を通水し、細菌により生物処理し、第１生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一処理水を第２生物処理槽に導入し、生物処理すると共にこの第２生物処理槽に微小動物を存在させる生物処理装置において、第１生物処理槽の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下に制御する制御手段と、該第１生物処理槽に担体充填率が１０％以下の流動床を形成する手段と、該第２生物処理槽に担体充填率が１０％以上の流動床を形成する手段と、第２生物処理槽処理水を固液分離処理する固液分離手段とを備え、第１生物処理槽において、排水ＢＯＤの７０％以上が分解されることを特徴とするものである。

本発明では、第１生物処理槽の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下としたので、第１生物処理槽内で１〜５μｍ程度の分散菌が優先化する。この１〜５μｍの分散菌は第２生物処理槽内の微小動物によって速やかに捕食される。

また、本発明では、第２生物処理槽を担体を有した流動床としたので、微小動物の槽内保持量を高めることができる。即ち、この担体は、分散菌を捕食する固着性の濾過捕食型微小動物の足場として機能するので、この微小動物を安定して槽内に維持することができる。

以下、第１図〜第４図を参照して実施の形態について説明する。

第１図は本発明の基本フローの概略図である。有機性排水は曝気手段を備えた第１生物処理槽１に導入され、例えば、アルカリゲネス属菌、シュウドモナス属菌、バチルス属菌、アエロバクター属菌、フラボバクテリウム属菌などの、通常の廃水中に生存する細菌により、有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％以上、望ましくは８０％以上さらに望ましくは９０％以上が酸化分解される。

第１生物処理槽１のｐＨは６以上、望ましくは８以下とする。しかしながら、原水中に油分を多く含む場合はｐＨは８．０以上としても良い。

本発明では、第１生物処理槽１の溶存酸素（ＤＯ）濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下、望ましくは０．１ｍｇ／Ｌ以下、さらに望ましくは０．０５ｍｇ／Ｌ以下に制御することで１〜５μｍの分散菌が優占化し、これらは第２生物処理槽で速やかに捕食される。

このＤＯ濃度の調節は、曝気量を制御することにより行うことができる。

第１生物処理槽１へのＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上、ＨＲＴを２４ｈ以下とすることで、分散性細菌の優占化を促進することが出来る。また、ＨＲＴを短くすることでＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することが出来る。

なお、この第１生物処理槽１に第２生物処理槽２からの汚泥の一部を返送したり、第１生物処理槽１を２槽以上の多段化にしても良い。

また、滞留時間(ＨＲＴ)が最適値に比べて長くなると、糸状性細菌の優占化やフロックの形成につながり、第２生物処理槽２で微小動物によって捕食しされにくい細菌が生成されてしまう。そこで、第１生物処理槽１のＨＲＴを一定に制御するのが好ましい。最適ＨＲＴは排水により異なるため、机上試験などから、有機成分の７０−９０％を除去できるＨＲＴを求めるのが好ましい。ＨＲＴを最適値に維持する方法としては、排水量減少時に、処理水の一部を返送し、第１生物処理槽１に流入する水量を一定にし、第１生物処理槽１のＨＲＴを安定させる方法や排水量の変動に合わせ第１生物処理槽の水位を変動させる方法がある。安定させる幅は、机上試験で求めた最適ＨＲＴの０．７５〜１．５倍以内に納めることが望ましい。

また、本発明において、第２生物処理槽２へ導入する第１生物槽１からの処理水中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は第２生物処理槽２で行われることになる。

微小動物が多量に存在する第２生物処理槽２で細菌による有機物の酸化分解が起こると、細菌は微小動物の捕食から逃れるための対策として、捕食されにくい形態で増殖することが知られている。このような形態で増殖した細菌群は微小動物により捕食されず、これら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が下がってしまう。

そこで、本発明では、第１生物処理槽１で有機物の大部分、すなわち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと安定して変換しておく。そのため、第２図に示すように、第１生物処理槽１も担体を有した流動床とすることが望ましい。なお、第１生物処理槽１内の担体の充填率が過度に高い場合、分散菌は生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖するので、第１生物処理槽の担体の充填率を１０％以下、望ましくは２〜１０％特に２〜５％とすることにより、濃度変動に影響されず、捕食しやすい分散菌の生成を可能にする。

この担体は、球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径であればよい。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。

次に、第１生物処理槽１の処理水を曝気手段を備えた好気性の第２生物処理槽２に導入し、ここで、残存している有機成分の酸化分解、分散性細菌の自己分解および微小動物による捕食による余剰汚泥の減量化を行う。

この微小動物としては、固着性微小動物が好適である。この固着性微小動物は、固体粒子や固体物質に対して固着しやすい性質を持った原生動物あるいは原生動物相互が固着凝集しやすい性質を持った原生動物であり、このようなものには、たとえば、ヒルガクワムシ（フィロジナ、ロタリア）のほかに、ボルチセラ、エピステイリス、オペルクラリア、カルケシウム、ズータニウムなど、有柄固着型の繊毛虫類が包含されるが、固体表面をホフクするようなアスピデスカ、ユープロテスなども汚泥とともに沈降しやすいことから利用し得る。

第２生物処理槽２では細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件および処理装置を用いなければならない。そこで、第２生物処理槽２では、担体Ｃを添加して微小動物の槽内保持量を高めることが出来るようにした流動床を形成する。添加する担体は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径であればよい。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。なお、担体Ｃは曝気により流動する。

第２生物処理槽２では、微小動物を維持するため、多量の足場が必要となるため、添加する担体の充填率を１０％以上、望ましくは１０〜５０％特に２０〜４０％とする。

第２生物処理槽２からの処理水は、沈殿池３にて固液分離され、沈降した余剰汚泥と、上澄水（処理水）とに分離される。

固液分離手段を第３図に示すように、凝集槽４と沈殿槽５とからなる凝集沈殿方式や加圧浮上方式（図示略）とすることにより、安定して良好な水質の処理水を得ることが出来る。

また、第４図に示すように、この第２生物処理槽２からの処理水から分離された汚泥の一部または全部を曝気手段を備えた第３生物処理槽６に添加し、さらに汚泥減量を促進しても良い。

なお、本発明では、第２生物処理槽２からの流出汚泥を第１生物処理槽１及び第２生物処理槽２へのいずれにも返送しないことが好ましい場合がある。これは、第２生物処理槽２からの汚泥を第１生物処理槽１に返送すると、第１生物処理槽１内の分散菌が微小動物で捕食されるためである。また、この汚泥を第２生物処理槽２へ返送した場合、返送されてきた微小動物が担体ではなく、フロックに定着し、負荷変動や温度変動でフロックが解体したときに微小動物が系外へ流出してしまうことがあるからである。

ただし、本発明では、汚泥を減量することに加え、第２生物処理槽への微小動物の補充のため、第３生物処理槽６からの処理汚泥の一部を第２生物処理槽２に返送しても良い。この場合、微小動物の補充を行いすぎると、有機物除去を行う菌体量の維持が困難になる。また、捕食されにくい細菌も増殖し、第２生物処理槽で汚泥減量を行えなくなるおそれがあるため、第２生物処理槽２への返送は、第２生物処理槽中の微小動物割合がＶＳＳの２０％以上にならないよう制御することが望ましい。

また、第３生物処理槽６を設けずに、余剰汚泥を嫌気処理、物理処理、化学処理のいずれかまたは組み合わせて用い、微小動物を死滅させた後、そのまま、又は、固液分離し処理水を第１または第２生物処理槽に返送しても良い。また、第３生物処理槽６を設け、第３生物処理槽からの余剰汚泥について上記の処理を行っても良い。

また、第３生物処理槽６の処理水が導入される沈殿池を設け、沈殿した汚泥の少なくとも一部を生物処理槽３に返送してもよい。また、第３生物処理槽６を、担体を添加した流動床または膜分離式好気処理法とし、汚泥滞留時間を長くしても良い。また、固液分離し、処理水は第１生物処理槽１または第２生物処理槽２へ送り、固形分は第３生物処理槽６へ返送しても良い。また、固形分を返送せずに、余剰汚泥として引き抜いても良い。

微小動物による捕食を促進させるため、第２生物処理槽２または第３生物処理槽６のｐＨを７．０以下、例えば５．０〜７．０としても良い。

また、このように運転条件を微小動物の増殖に適したものに設定しても、排水中に微小動物の増殖に必須な成分が含まれていなければ、微小動物は増殖せず、汚泥減量効果も向上しない。そこで、第２生物処理槽２に栄養剤を添加することにより、微小動物を安定して維持し、汚泥減量の効果を安定させるようにしてもよい。また、第３生物処理槽６に栄養剤を添加することにより減量効果を安定させるようにしても良い。

このような栄養剤としては、リン脂質、遊離脂肪酸、リゾリン脂質、ステロールやこれらを含むレシチン、その他、液糖、米糠、ビールの絞り粕、植物性油の絞り粕、大豆由来製品（液体豆乳、粉末豆乳、おから、乾燥おから、豆腐、きな粉、大豆由来飼料など）、甜菜粕、貝殻粉、卵殻、野菜エキス、魚肉エキス、各種アミノ酸、各種ビタミン等の後生動物の増殖促進に効果のある栄養剤を単独または混合して用いる。

実施例1
第３図に示すフローに従って、原水（魚肉エキス、野菜エキス、液糖を重量比で２：２：１で混合し、ＢＯＤを６５０ｍｇ／Ｌに調整したもの）を処理した。第１生物処理槽１の容量は２．５Ｌ、第２生物処理槽２の容量は４．４Ｌ、原水供給量を２１Ｌ／dayとし、第１生物処理槽１のＤＯのみ０．０１ｍｇ／Ｌとし、第２生物処理槽２のＤＯは２〜３ｍｇ／Ｌとなるように曝気して運転した。

また、第１生物処理槽１には充填率５％で、第２生物処理槽には充填率４０％で担体として平均粒径３ｍｍ角のスポンジを添加した。

第１生物処理槽に対するＢＯＤ容積負荷は５．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ３．５ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷２．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ９．６ｈの条件で運転した。その結果を表１に示す。汚泥転換率は平均して０．３０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／Ｌ以下であった。

参考例１
第３図において、沈殿槽５で沈殿した余剰汚泥の５０％を第２生物処理槽２に返送し、汚泥滞留時間を延ばした他は実施例１と同一条件にて運転を行った。

その結果、増殖した固着性微小動物は、担体ではなく、返送汚泥フロックに定着するようになり、負荷変動や温度変化により、フロックが解体した場合は、系外へ流出してしまった。その他の運転結果を表１に示す。表１の通り、汚泥転換率は平均で０．４２ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。以上の結果から、この参考例１に比べ、第２生物処理槽へは汚泥返送しない実施例１の方が、汚泥転換率は低くなることが明らかとなった。

実施例２
第４図に示すフローに従って実施例１と同一の原水を処理した。この実施例２は、実施例１において、沈殿槽５に容量４Ｌの第３生物処理槽６を連結したものである。第３生物処理槽６のＤＯは２〜３ｍｇ／Ｌとした。また、実施例１と同じく第１生物処理槽１には充填率５％で、第２生物処理槽２には充填率４０％で同一の担体を添加した。実施例１と同じく第１生物処理槽に対するＢＯＤ容積負荷は５．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ３．５ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷２．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ９．６ｈの条件で運転した。

第３生物処理槽６から槽内汚泥を、余剰汚泥として０．４Ｌ／ｄ引き抜き、沈殿槽５から余剰汚泥０．４Ｌ／ｄを第３生物処理槽６に添加した。さらに第３生物処理槽６に栄養剤としてレシチンを添加直後の槽内濃度が１ｍｇ／Ｌになるよう1日1回添加した。その結果、汚泥転換率は０．１５ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／Ｌ以下であった。

比較例１
第５図の通り、容量が６．９Ｌの曝気管付きの生物処理槽１０と、沈殿池１１とを接続したフローに従って実施例１と同一の原水を処理した。生物処理槽１０には担体は添加しなかった。生物処理槽１０のＤＯが２〜３ｍｇ／Ｌとなるように運転した。原水供給量は実施例１と同一とし、沈殿池１１から汚泥の全量を生物処理槽１０に返送し、槽内汚泥濃度が一定になるように、返送汚泥の一部を余剰汚泥として間欠的に引き抜いた。全体でのＢＯＤ容積負荷２．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ９．６ｈの条件で運転したところ、運転開始後５日目に糸状性細菌が発生し、沈殿池で汚泥が沈降せず、処理不全に陥った。

比較例２
比較例１において、生物処理槽に充填率４０％で上記実施例と同じ担体を添加した。沈殿池１１からの汚泥は全く返送しなかった。その他は比較例２と同一の条件で運転した。その結果、汚泥転換率は０．５５ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。また、生物処理水を固液分離する際に添加する凝集剤量は、実施例1の２倍程度となった。

比較例３
実施例１において、第１生物処理槽１のＤＯを１ｍｇ／Ｌとしたこと以外は同一条件にて運転を行った。その結果を表１に示す。表１の通り、ＤＯが０．５ｍｇ／Ｌよりも高いと、分散菌が１０μｍ以上の長さになり、微小動物が捕食できず、汚泥転換率が上昇することが認められる。

＜考察＞
以上の結果から、次の事項が認められた。
（１）第１生物処理槽のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることにより、効率よく処理を行うことができる。
（２）第２生物処理槽に担体を添加した実施例１，２で汚泥発生量が低くなった。
（３）標準活性汚泥法では、バルキング等で処理不全に陥る負荷でも安定した有機物除去が可能だった。
（４）比較例２の通常の流動床法に比べても、汚泥発生量は少なく、凝集槽での凝集剤添加量は５０％程度に減少した。
（５）本発明によれば、有機性排水の効率的な生物処理が可能になり、排水処理時に発生する汚泥の大幅な減量化；高負荷運転による処理効率の向上；安定した処理水質の維持等の効果が得られる。

実施例のフロー図である。実施例のフロー図である。実施例のフロー図である。実施例のフロー図である。比較例のフロー図である。

１第１生物処理槽
２第２生物処理槽
６第３生物処理槽

Claims

生物処理槽を２槽以上とし、第１生物処理槽に有機性排水を通水し、細菌により生物処理し、第１生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一処理水を第２生物処理槽に導入し、生物処理すると共にこの第２生物処理槽に微小動物を存在させる生物処理方法において、
第１生物処理槽の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下に制御し、
該第１および第２生物処理槽にそれぞれ担体を存在させるようにした方法であって、
該第１生物処理槽を担体充填率１０％以下の流動床とし、
該第２生物処理槽を担体充填率１０％以上の流動床とし、
第２生物処理槽の処理水を固液分離処理する有機性排水の生物処理方法であって、
第１生物処理槽において排水ＢＯＤの７０％以上を分解することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
請求項１において、固液分離処理を凝集沈殿または加圧浮上分離により行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
請求項１又は２において、固液分離処理により分離された汚泥を第３生物処理槽に導入して減量することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
請求項１ないし３のいずれか１項において、該第２生物処理槽と第３生物処理槽の少なくとも一方のｐＨを５．０〜７．０とすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
請求項１ないし４のいずれか１項において、該第２生物処理槽と第３生物処理槽の少なくとも一方に生物の栄養剤を添加することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
請求項１ないし５のいずれか１項において、該第２生物処理槽に原水の一部を添加することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
請求項１ないし５のいずれか１項において、該第２生物処理槽と第３生物処理槽の少なくとも一方に原水の一部を添加することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
生物処理槽を２槽以上とし、第１生物処理槽に有機性排水を通水し、細菌により生物処理し、第１生物処理槽からの分散状態の細菌を含む第一処理水を第２生物処理槽に導入し、生物処理すると共にこの第２生物処理槽に微小動物を存在させる生物処理装置において、
第１生物処理槽の溶存酸素濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下に制御する制御手段と、
該第１生物処理槽に担体充填率が１０％以下の流動床を形成する手段と、
該第２生物処理槽に担体充填率が１０％以上の流動床を形成する手段と、
第２生物処理槽処理水を固液分離処理する固液分離手段と
を備え、
第１生物処理槽において、排水ＢＯＤの７０％以上が分解されることを特徴とする有機性排水の生物処理装置。