JP4854706B2

JP4854706B2 - 有機性廃水の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP4854706B2
Application number: JP2008150979A
Authority: JP
Inventors: 清美荒川; 琢也小林; 俊博田中
Original assignee: Swing Corp
Current assignee: Swing Corp
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2021-08-13
Also published as: JP2008246484A

Description

本発明は、汚水のような有機性廃水の処理に関するもので、詳細には有機性廃水の生物処理に伴う余剰汚泥の生成量の削減とリンの除去ができる処理に関するものであり、特に、リン濃度の高い有機性食品廃水や活性廃水等の処理に用いることができる、有機性廃水の処理方法及び処理装置に関するものである。

有機性廃水の生物処理では、活性汚泥処理が広く行われている。従来の活性汚泥処理は、分解性の有機物の分解除去が中心であったが、近年嫌気好気法による窒素やリンの除去も行われるようになってきた。活性汚泥処理では、有機物の分解に伴い汚泥量が増加するが、活性汚泥処理を維持するため、増加した汚泥を生物処理系外に排出することが必要である。ここで、汚泥を物理的、化学的手段により液化することで、汚泥の体積を減少する技術が提案されており、余剰汚泥の発生量を減少することができるが、減少した汚泥に含まれていた分のリンは処理水に流出し、リン分に関する処理水水質が悪化する。また、汚泥減容化処理に伴って難生物分解性ＣＯＤが生成し、処理水ＣＯＤ濃度を悪化させる問題が避けられなかった。

リン除去に関しては、この問題を解決するために、公知技術として「嫌気好気法による生物脱リン装置において、返送汚泥の一部が導入される汚泥可溶化手段と、該汚泥可溶化手段で可溶化された汚泥を嫌気槽に返送する手段と、嫌気槽内液が導入される脱リン反応塔とを備える脱リン装置」が開示されている。しかし、この技術は固液分離をせずに、ＭＡＰによる脱リン反応塔に嫌気槽内液を投入しているため、使用する薬品に対するリン回収の効率を上げることが難しい。さらにこの技術では、難生物分解性ＣＯＤ生成による処理水ＣＯＤ濃度の悪化問題は、何等解決できていなかった。

本発明は、上記の問題を解決するために考えられたものであり、有機性廃水の生物処理においてリン回収を行い、処理水中のリンおよびＣＯＤの増加を防止することができ、かつオゾン利用効率を高めつつ余剰汚泥の発生量を低減できる、有機性廃水の処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）調整槽と嫌気槽、脱窒槽、及び好気槽からなる活性汚泥による生物学的脱リン脱窒素法にて有機性廃水を処理する方法において、有機性廃水を生物処理槽の嫌気槽に導入し、嫌気槽、脱窒槽、好気槽を経て処理し、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に固液分離し、固液分離した汚泥を嫌気槽へ返送し、嫌気槽または脱窒槽または好気槽中の活性汚泥の一部を液化処理装置に供給してオゾンによる液化処理を行い、前記液化処理装置から流出した液化活性汚泥を調整槽に供給し、攪拌混合して酸発酵させ、前記調整槽流出液を有機性廃水とともに嫌気槽に供給し、前記生物処理槽の嫌気槽の活性汚泥混合液の一部を嫌気槽混合液固液分離槽に導入し固液分離し、該嫌気槽混合液固液分離槽で固液分離された汚泥は脱窒槽へ返送し、該固液分離された上澄液はリン回収装置に投入し、ヒドロキシアパタイト晶析法によりリンをヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）として回収し、該リン回収後の液を脱窒槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。

（２）有機性廃水を生物学的脱リン脱窒素法により浄化する装置において、有機性廃水導入管を連結された嫌気槽、脱窒槽、及び好気槽からなる生物処理槽、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に分離する固液分離装置、嫌気槽または脱窒槽または好気槽中の活性汚泥の一部をオゾンにより液化処理する汚泥液化処理装置、前記液化処理装置の流出液中の有機物の酸発酵を行い前記嫌気槽へ流出液を供給する調整槽、嫌気槽混合液の一部を固液分離する嫌気槽混合液固液分離槽、ヒドロキシアパタイト晶析法のリン回収装置を有し、前記固液分離装置から分離された汚泥を嫌気槽に送る配管と、前記嫌気槽または前記脱窒槽または前記好気槽から活性汚泥を前記液化処理装置へ投入する配管と、前記液化処理装置からの流出液を調整槽に導入する配管と、調整槽流出液を嫌気槽に導入する配管と、前記嫌気槽混合液を前記嫌気槽混合液分離槽に導入する配管と、前記嫌気槽混合液分離槽にて嫌気槽混合液より分離された汚泥を脱窒槽へ返送する配管と、前記嫌気槽混合液固液分離槽の上澄液を前記リン回収装置に導入する配管と、リン回収装置でリンを分離した流出液を脱窒槽に返送する配管とを有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
（３）前記調整槽にも有機性廃水導入管が連結され、液化処理装置流出液と有機性廃水の全部もしくは一部と混合されるように構成されていることを特徴とする前記（２）記載の有機性廃水の処理装置。

本発明によれば、有機性の工場廃水や生活排水の処理において、原水と液化処理した汚泥を混合し酸発酵させることにより、活性汚泥中のリン含有率が高くなることから、リン回収量が多くなり、処理水リン濃度が低減する。さらに、余剰汚泥の発生を削減できるとともに、余剰汚泥の削減に伴う処理水ＣＯＤの悪化を抑える効果もある。

本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態及び実施例を説明するための全図において、同一機能を有する構成要素は同一符号を付けて説明する。
図１は、本発明の処理方法による一例のフローシートを示す。
本発明の処理装置の構成は、調整槽６、嫌気槽１ａを含む生物処理槽１と固液分離装置２からなる生物処理系７、液化処理装置３、嫌気槽混合液の固液分離装置４及びリン回収装置５からなる。なお、以下においては有機性廃水を「原水」という。

調整槽６には、液化処理装置３からの液化処理装置流出液１４と原水１１の全部もしくは一部が供給されている。調整槽６は攪拌機３３により攪拌されている。原水１１と液化処理装置流出液１４の混合液は、調整槽６で適当な時間滞留する。この際、液化処理装置流出液１４中の有機物は、同流出液１４中の微生物の働きにより酸発酵が促進され、生物分解性の高い有機酸が生成される。また、オゾン等の酸化剤による液化処理を行った場合、調整槽６にて攪拌混合することにより、液化処理装置流出液１４のＯＲＰが低下し、液化処理装置流出液１４中の残留酸化物による嫌気槽１ａのＯＲＰ上昇を防ぐことができる。さらに、調整槽６に原水１１を供給することにより、原水１１の酸発酵も促進され、より多くの有機酸が生成されるのでなお良い。調整槽流出液２１は生物処理槽１に供給される。リン回収率を高めるためには、汚泥中のリンを高濃度に維持することが重要であることから、生物処理槽１は、嫌気槽１ａを備える生物学リン除去法、生物学的窒素リン除去法を用いるのが望ましい。

有機酸等の生物分解性の高い有機物が多量に含まれる、調整槽流出液２１を原水１１とともに嫌気槽１ａに供給することにより、高リン含有率の微生物の増殖を促進し、汚泥中のリン含有率が５％以上となる。この場合のリン含有率では、嫌気槽１ａでの活性汚泥からのリンの放出が良好となり、嫌気槽混合液中の溶解性リン濃度が高くなる。この溶解性リン濃度が高い嫌気槽混合液１５の一部を抜き取り、嫌気槽混合液固液分離装置４にて分離汚泥１６と上澄液１７に分離する。分離汚泥１６は脱窒槽１ｂに投入する。嫌気槽混合液上澄液１７はリン回収装置５に投入し、リンを回収するとともにＣＯＤの除去を可能とする。溶解性リン濃度の高い上澄液１７を用いることにより、リン回収装置５をコンパクトにでき、さらにリン回収量あたりの薬品使用量を削減することができる。リン回収装置５は、鉄、アルミニウム、カルシウム等を用いた凝集沈殿処理、ヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やＭＡＰを用いた晶析法のいずれの方法を用いてもよいが、ＣＯＤの除去効果もある凝集沈殿処理やヒドロキシアパタイト晶析法がなお良い。

調整槽６にて、原水１１および液化処理装置流出液１４は、生物分解性が高くなることにより、生物処理槽１での有機物分解が促進され、処理水水質が改善する。生物処理槽１で活性汚泥処理された後、生物処理槽流出液１２は固液分離装置２に供給される。生物処理槽流出液１２は固液分離装置２で固液分離され、上澄液は処理水２０として放流される。
また、沈殿した汚泥は返送汚泥１３として生物処理槽１に返送される。

生物処理系７の活性汚泥の一部１３ｂは、液化処理装置３に供給され液化処理される。液化処理装置３に供給される汚泥は、生物処理系７の汚泥であれば、返送汚泥、生物処理槽１中の活性汚泥のどちらを供給してもよい。活性汚泥は、液化処理されることにより生物分解性が高くなり、余剰汚泥が減容する。とりわけ液化量を増殖汚泥量と同等にすることで、生物処理系７内での余剰汚泥はまったく生成しない状態となる。この際、液化処理装置３に供給する汚泥量は、系内全汚泥量の５〜１００％であることが望ましい。液化処理装置３は、オゾン処理、超音波処理、ミルによる細胞のすりつぶし、加熱、アルカリ処理等を用いることができる。また、固液分離装置２と嫌気槽混合液１５の固液分離装置４としては、沈殿槽及び精密ろ過、ＵＦろ過、ダイナミックろ過等の膜による固液分離装置を用いることができる。液化処理装置流出液１４は調整槽６を経て嫌気槽１ａに供給される。
なお、本発明においては原水１１を直接生物処理槽１に導入することも可能である。この実施態様を図２に示す。この場合調整槽６での滞留時間が極めて長くなり、酸発酵が充分行える。したがって酸発酵の状況によっては調整槽６を小さくできる。他の実施態様は、前記記載と同様である。

以下において、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により制限されるものではない。

実施例１
この実施例１においては、図１に示すようなフローにより食品工場排水の処理を行った。生物処理槽１は嫌気槽１ａ；１ｍ^３、脱窒槽１ｂ；１ｍ^３、好気槽１ｃ；２ｍ^３からなる。液化処理はオゾンにて行った。
最初に原水１１である食品工場排水の水質を第１表に示す。この実施例では、被処理液１１中には浮遊物質（ＳＳ）はほとんど含まれておらず、ＣＯＤおよびＢＯＤは主に溶解性である。

原水１１は全量調整槽６に供給され、液化処理装置流出液１４と混合された。両液の混合液の調整槽６での滞留時間は４時間である。第２表に調整槽６の入口と出口での水質を示す。調整槽６で、被処理液１１と液化処理装置流出液１４を混合し、４時間の滞留時間をおくことにより、溶解性のＢＯＤが増加し、酢酸などの有機酸の生成も認められ、有機物の低分子化が起きた。

調整槽流出液２１は、生物処理槽１の嫌気槽１ａに供給し、活性汚泥による生物処理を行った。生物処理槽１の運転条件を第３表に示す。

また、嫌気槽１ａの嫌気槽混合液１５の一部を抜き取り、嫌気槽混合液固液分離装置４にて固液分離を行った。分離汚泥１６は脱窒槽１ｂへ投入し、上澄液１７はリン回収装置５に投入した。リン回収は晶析脱リン法を用いた。リン回収装置５には粒径０．１５〜０．３ｍｍのリン鉱石を充填し、Ｃａ／Ｐの比が約０．５になるようにＣａ（ＯＨ）₂を注入し、上向流式でＬＶ２９ｍ／ｈ、反応槽内ｐＨを９．０に制御した。運転条件を第４表に示す。

リン回収装置５の入口で、リン酸態リン（ＰＯ₄−Ｐ）と全リン（Ｔ−Ｐ）が、それぞれ６２ｍｇ／リットルと６８ｍｇ／リットルであったのに対し、出口でＰＯ₄−ＰとＴ−Ｐがそれぞれ２．０ｍｇ／リットルと２．２ｍｇ／リットルに低下し、リン回収量は６５．８ｇ／ｄであった。
また、溶解性ＣＯＤ（Ｓ−ＣＯＤ）は、入口で２５ｍｇ／リットルであったのに対し、出口では７．４ｍｇ／リットルとなりＣＯＤも除去されていた。

脱窒槽１ｂへはリン回収装置流出液１８の他に嫌気槽１ａから流出液、嫌気槽混合液分離汚泥１６と好気槽１ｃから循環液２２が流入しており、脱窒処理が行われている。
生物処理槽１から流出した生物処理槽流出液１２は、固液分離装置４に供給し固液分離を行った。固液分離装置４（沈殿槽を使用した）からの上澄液は処理水１９として系外に流出させ、沈殿した汚泥はその一部を返送汚泥１３ａとして５．９ｍ³／ｄで生物処理槽１の第１嫌気槽１ａに返送した。返送汚泥１３ｂは液化処理装置３に供給した。オゾン発生器（図示せず）より発生したオゾン含有高濃度酸素ガスは、オゾン濃度が５６ｍｇ／リットルで、２リットル／ｍｉｎで液化処理装置３に供給された。返送汚泥１３ｂのＭＬＳＳは７３９０ｍｇ／リットル、液化処理装置３への供給量は１．１ｍ³／ｄであった。

液化処理の結果を第５表に示す。返送汚泥１３ｂと液化処理装置流出液１４のＭＬＳＳ、溶解性ＢＯＤ（Ｓ−ＢＯＤ）、溶解性有機体（Ｓ−Ｋｊ−Ｎ）および溶解性全リン（Ｓ−Ｔ−Ｐ）を比較すると、ＭＬＳＳがオゾン処理後に減少し、各溶解性成分が増加しており、液化処理により汚泥の液化が進行した。また、液化処理装置３から排出されたガスのオゾン濃度はほぼ０であり、オゾンは汚泥の液化処理にほぼ利用されたと考えられた。

第６表に処理水２０の水質を示す。処理水のＣＯＤ、ＢＯＤが２０ｍｇ／リットル以下であり、良好な処理水水質を得ることができた。また、処理水のＴ−Ｐは０．８ｇ／リットルとなり、原水に対しリン回収率は９３％となった。

好気槽１ｂの活性汚泥のリン含有率は８．１％（対ＶＳＳ）であり、汚泥中にリンが高濃度に蓄積されている状態であった。約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。

比較例１
既に我々が発明し出願している、特願２００１−４１５３４である図３に示すリン回収を行わないフローの実験を行った。原水１１は実施例１と同じものを用い、液化処理装置３および生物処理槽１の運転条件はリン回収を行う場合と同様とした。
第７表に、リン回収を行う場合と行わない場合の処理水水質を示す。リン回収を行わない場合、処理水のＢＯＤが２０ｍｇ／リットル以下であり、ＢＯＤに関しては良好な処理水水質を得ることができたが、処理水のＴ−Ｐは１０．０ｍｇ／リットルとなり、ほとんど除去されない結果となった。ＣＯＤは１７ｍｇ／リットルでリン回収を行う場合より高くなった。

約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、実施例と同様に余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。
比較例１の実験から、リン回収を組み込むことにより汚泥減少量が同じであるにもかかわらず、実施例１では処理水のＴ−Ｐが低減されていることが判明した。

実施例２
この実施例２においては、図２に示すようなフローで、槽の容量は全て実施例１と同一にすることにより食品工場排水の処理を行った。原水１１は実施例１と同じものを使用し、液化処理装置３、リン回収装置５および生物処理槽１の運転条件は実施例１と同様とした。
原水１１は全量嫌気槽１ａに供給され、液化処理装置流出液１４は全量調整槽６に供給し攪拌混合した。調整槽６での滞留時間は２５時間である。第８表に調整槽６の入口と出口での水質を示す。液化処理装置流出液１４は調整槽６で２５時間の滞留時間をおくことにより、溶解性のＢＯＤが増加し、酢酸などの有機酸の生成も認められ、有機物の低分子化が起きた。

リン回収装置入口で、リン酸態リン（ＰＯ₄−Ｐ）と全リン（Ｔ−Ｐ）が、それぞれ４９ｍｇ／リットルと５４ｍｇ／リットルであったのに対し、出口でＰＯ₄−ＰとＴ−Ｐがそれぞれ１．７ｍｇ／リットルと２．０ｍｇ／リットルに低下し、リン回収量は５２ｇ／ｄであった。
また、溶解性ＣＯＤ（Ｓ−ＣＯＤ）は、入口で２７ｍｇ／リットルであったのに対し、出口では７．２ｍｇ／リットルとなりＣＯＤも除去されていた。

第９表に処理水２０の水質を示す。参考に実施例１における処理水の水質も記載した。処理水のＣＯＤ、ＢＯＤが２０ｍｇ／リットル以下であり、良好な処理水水質を得ることができた。また、処理水のＴ−Ｐは３．１ｍｇ／リットルとなり、被処理液に対しリン回収率は７３％となった。

好気槽１ｂの活性汚泥のリン含有率は６．５％（対ＶＳＳ）であり、汚泥中にリンが高濃度に蓄積されている状態であった。
約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。
活性汚泥のリン含有率は、実施例１が８．１％（対ＶＳＳ）であったのに対し、実施例２は６．５％（対ＶＳＳ）に若干低下した。その結果リン回収率も、実施例１の９３％から実施例２の７３％へ若干低下した。以上の結果より、調整槽６へは原水１１も供給する方法が、より効果的にリン回収できることが判明した。

比較例２
図４に示すように、調整槽６を設置せず、液化処理装置流出液１４を生物処理槽の嫌気槽１ａへ直接供給したフローを、比較例２として用い実験を行った。原水１１は実施例１と同じものを用い、液化処理装置３およびリン回収装置５の運転条件は実施例１と同じにした。また、生物処理槽１の運転条件も実施例１と同じにして運転を行った。
好気槽１ｃの活性汚泥のリン含有率は３．９％であり、実施例１に比べ汚泥中にリン含有率は低くなった。

リン回収装置５入口で、リン酸態リン（ＰＯ₄−Ｐ）と全リン（Ｔ−Ｐ）が、それぞれ２４ｍｇ／リットルと３０ｍｇ／リットルであったのに対し、出口でＰＯ₄−ＰとＴ−Ｐがそれぞれ１．２ｍｇ／リットルと１．５ｍｇ／リットルに低下し、リン回収量は２８．５ｇ／ｄであった。また、実施例１でのリン回収装置５入口のＰＯ₄−Ｐ、Ｔ−Ｐに比べ、比較例２は約半分の濃度であった。
また、溶解性ＣＯＤ（Ｓ−ＣＯＤ）についてみても、入口で２５ｍｇ／リットルであったのに対し、出口では８．４ｍｇ／リットルとなり、有機物も除去されていた。

第１０表に、比較例２と実施例１の処理水水質を示す。比較例２では、実施例１と比較して処理水ＳＳとＣＯＤが増加し、処理水水質が悪化したことが認められた。また、処理水のＴ−Ｐは６．２ｍｇ／リットルと実施例１よりも悪化し、原水に対しリン回収率は４７％となった。

約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、実施例１と同様に余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。
比較例２の実験では、調整槽６での有機酸生成を行わなかったため、リン含有率３．９％と低い汚泥となった。その結果、流入排水に対してのリン回収率は、実施例１では９３％であったのが、比較例２では４７％となり、リン回収効率が低下して処理水中にリンが残存した。さらに実施例１と比較例２では同じオゾン量を供給し、汚泥減少量が同じであるにもかかわらず、比較例２に比べ実施例１は処理水のＳＳおよびＣＯＤの低減が認められた。

本発明の有機性廃水の処理方法と処理装置は、原水と液化処理した汚泥を混合し酸発酵させることにより、活性汚泥中のリン含有率が高くなることから、リン回収量が多くなり、処理水リン濃度が低減させ、さらに、余剰汚泥の発生を削減できるので、本発明による処理方法と装置は多くの有機性廃水処理施設での利用が期待される。

本発明の有機性廃水の処理方法の一実施例のフローシートである。有機性廃水を直接生物処理槽に入れるようにした本発明の一実施例のフローシートである。有機性廃水の処理方法の一比較例のフローシートである。有機性廃水の処理方法の別の比較例のフローシートである。

符号の説明

１生物処理槽
１ａ嫌気槽
１ｂ脱窒槽
１ｃ好気槽
２固液分離装置
３液化処理装置
４嫌気槽混合液固液分離槽
５リン回収装置
６調整槽
７生物処理系
１１原水
１２生物処理槽流出液
１３、１３ａ、１３ｂ返送汚泥
１４液化処理装置流出液
１５嫌気槽混合液
１６嫌気槽混合液分離汚泥
１７嫌気槽混合液上澄液
１８リン回収装置流出液
１９回収リン
２０処理水
２１調整槽流出液
２２循環液
３１散気管
３２空気
３３攪拌機

Claims

調整槽と嫌気槽、脱窒槽、及び好気槽からなる活性汚泥による生物学的脱リン脱窒素法にて有機性廃水を処理する方法において、有機性廃水を生物処理槽の嫌気槽に導入し、嫌気槽、脱窒槽、好気槽を経て処理し、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に固液分離し、固液分離した汚泥を嫌気槽へ返送し、嫌気槽または脱窒槽または好気槽中の活性汚泥の一部を液化処理装置に供給してオゾンによる液化処理を行い、前記液化処理装置から流出した液化活性汚泥を調整槽に供給し、攪拌混合して酸発酵させ、前記調整槽流出液を有機性廃水とともに嫌気槽に供給し、前記生物処理槽の嫌気槽の活性汚泥混合液の一部を嫌気槽混合液固液分離槽に導入し固液分離し、該嫌気槽混合液固液分離槽で固液分離された汚泥は脱窒槽へ返送し、該固液分離された上澄液はリン回収装置に投入し、ヒドロキシアパタイト晶析法によりリンをヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）として回収し、該リン回収後の液を脱窒槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
有機性廃水を生物学的脱リン脱窒素法により浄化する装置において、有機性廃水導入管を連結された嫌気槽、脱窒槽、及び好気槽からなる生物処理槽、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に分離する固液分離装置、嫌気槽または脱窒槽または好気槽中の活性汚泥の一部をオゾンにより液化処理する汚泥液化処理装置、前記液化処理装置の流出液中の有機物の酸発酵を行い前記嫌気槽へ流出液を供給する調整槽、嫌気槽混合液の一部を固液分離する嫌気槽混合液固液分離槽、ヒドロキシアパタイト晶析法のリン回収装置を有し、前記固液分離装置から分離された汚泥を嫌気槽に送る配管と、前記嫌気槽または前記脱窒槽または前記好気槽から活性汚泥を前記液化処理装置へ投入する配管と、前記液化処理装置からの流出液を調整槽に導入する配管と、調整槽流出液を嫌気槽に導入する配管と、前記嫌気槽混合液を前記嫌気槽混合液分離槽に導入する配管と、前記嫌気槽混合液分離槽にて嫌気槽混合液より分離された汚泥を脱窒槽へ返送する配管と、前記嫌気槽混合液固液分離槽の上澄液を前記リン回収装置に導入する配管と、リン回収装置でリンを分離した流出液を脱窒槽に返送する配管とを有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
前記調整槽にも有機性廃水導入管が連結され、液化処理装置流出液と有機性廃水の全部もしくは一部と混合されるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の有機性廃水の処理装置。