JP4967225B2

JP4967225B2 - 有機性排水の生物処理方法

Info

Publication number: JP4967225B2
Application number: JP2004233257A
Authority: JP
Inventors: 繁樹藤島
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2024-08-10
Also published as: JP2006051414A

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の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に関するものであり、特に、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に関する。

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、活性汚泥法における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％が菌体、即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、この方法では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。

特開昭５５−２０６４９号公報では、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により、余剰汚泥の減量化が可能になるとしている。更に、こ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。例えば、特開２０００−２１０６９２号公報では、特開昭５５−２０６４９号公報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」、「第一処理槽内及び第一処理水の水質を経時的に測定する」、「第一処理水の水質悪化時には微生物製剤又は種汚泥を第一処理槽に添加する」等の方法を挙げている。

特公昭６０−２３８３２号公報では、細菌、酵母、放線菌、藻類、カビ類、廃水処理の初沈汚泥、余剰汚泥等を原生動物や後生動物に捕食させる際に、超音波処理又は機械撹拌により、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。

また、流動床と活性汚泥法の多段処理に関する技術が特許第３４１０６９９号公報に提案されている。この方法では後段の活性汚泥処理をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することにより、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。
特開昭５５−２０６４９号公報特開２０００−２１０６９２号公報特公昭６０−２３８３２号公報特許第３４１０６９９号公報

上述のような微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法は、有機性排水処理に既に実用化されており、対象とする排水によっては処理効率の向上、発生汚泥量の減量化は可能である。

しかしながら、汚泥減量効果は処理条件や排水の水質によっては異なるものの、単槽式活性汚泥法で発生する汚泥量を半減させる程度であり、また、安定した汚泥減量化効果を長期にわたり維持できないのが現状である。これは、細菌主体の汚泥を捕食するための後段の微小動物槽において、汚泥の多くが捕食されず残存したり、捕食に関与する微小動物を高濃度で維持できないことが原因である。また、捕食を行う微小動物は細菌に比べ高等な生物であるため、寿命が長く（従って、自己分解速度が遅く）、このことが更に汚泥を減量化させるのを困難にしている。また、微小動物は分裂により増殖するものだけでなく、卵により増殖するものもある。この代表的な後生動物にワムシ類がある。このような微小動物は汚泥減量に貢献するとされているが、常に増殖状態（産卵可能状態）にあるのではなく、孵化後十数日たつと産卵しなくなり、更に十数日後には寿命で死滅する。また、これらの微小動物が優先化した場合、産卵しても、十分量の成虫がいたり、汚泥の大部分が糞塊ばかりで餌となる細菌が少ない場合、孵化できないことがあり、このために、槽内の微小動物がいっせいに死滅することがある。このような後生動物の特徴が、微小動物を利用した活性汚泥法では汚泥発生量を長期間にわたり低く安定して維持することを困難にしている。

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いて、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図る有機性排水の生物処理方法を提供することを目的とする。

請求項１の有機性排水の生物処理方法は、有機性排水を第１生物処理槽に導入して細菌により生物処理し、該第１生物処理槽からの細菌を含む処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理する生物処理方法において、該第２生物処理槽の汚泥滞留時間を２０日以上３０日以下とすることを特徴とするものである。

請求項２の有機性排水の生物処理方法は、請求項１において、該第１生物処理槽内汚泥及び／又は該第２生物処理槽内汚泥を固液分離して得られる汚泥を可溶化処理した後、該第２生物処理槽に返送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方法によれば、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図ることができる。

即ち、本発明の有機性排水の生物処理方法においては、有機性排水は第１生物処理槽に導入され、有機成分の大部分（例えば７０％以上）が非凝集性細菌により酸化分解される。この第１生物処理槽の処理液が第２生物処理槽に導入され、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小動物による捕食が行われ、汚泥が減量される。

本発明では、この第２生物処理槽の汚泥滞留時間（ＳＲＴ）が２０〜３０日となるように制御する。即ち、第２生物処理槽のＳＲＴが２０〜３０日となるように、１日当たり、第２生物処理槽内の汚泥の１／２０〜１／３０を引き抜く。このように第２生物処理槽内の汚泥の所定量を引き抜いて、第２生物処理槽内に存在する微小動物や糞を間引くことにより産卵可能状態の微小動物を第２生物処理槽内に常に比較的高い割合で一定量維持することができるようになり、良好な汚泥減量作用を得ることができる。

このように、微小動物の割合が比較的高い第２生物処理槽の汚泥は、通常の活性汚泥に比べて、物理的、化学的、生物学的のいずれの処理においても容易に可溶化することができ、可溶化により、より一層の汚泥減量化を図ることができる。

以下に図面を参照して本発明の有機性排水の生物処理方法の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係る有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図である。

図１の方法では、原水（有機性排水）は、まず第１生物処理槽（分散菌槽）１に導入され、非凝集性細菌により、ＢＯＤ（有機成分）の７０％以上、望ましくは８０％以上、更に望ましくは９０％以上が酸化分解される。この第１生物処理槽１のｐＨは６以上、望ましくはｐＨ６〜８とする。また、第１生物処理槽１へのＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上、例えば１〜２０ｋｇ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ（原水滞留時間）は２４ｈ以下、例えば０．５〜２４ｈとすることで、非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることができ、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できる。

第１生物処理槽１の処理水は、第２生物処理槽（微小動物槽）２に導入され、ここで、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小動物による捕食による汚泥の減量化が行われる。

この第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及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には汚泥返送を行う活性汚泥法又は膜分離式活性汚泥法を用いることが望ましい。更に望ましくは、微小動物の槽内保持量を高めるために、第２生物処理槽を担体が添加された曝気槽とする。

また、この第２生物処理槽２では、ｐＨ６以下、例えばｐＨ５〜６、好ましくは５〜５．５の酸性とすることにより、微小動物による細菌の捕食が効率よく行われる。

このようにすることで、汚泥発生量を通常の５０％に低減することが可能であるが、第２生物処理槽の汚泥引き抜き量を減らす、即ちＳＲＴを長くした場合、前述の如く、槽内に十分量の微小動物がいても、それは産卵せず、また、汚泥の大部分が糞塊ばかりで餌となる細菌も減少し、槽内の微小動物が寿命によりいっせいに死滅することがある。このように、第２生物処理槽２内の微小動物が大幅に減少すると回復までには一ヶ月以上を要する。このような問題を回避するには、第２生物処理槽の汚泥を定期的に入れ替える、即ち、微小動物や糞を間引く必要がある。そのために、本発明では、第２生物処理槽のＳＲＴが２０日以上３０日以下の範囲内で一定となるように、第２生物処理槽２内の汚泥を引き抜く。即ち、第２生物処理槽２内の汚泥を１日当たり１／２０〜１／３０の割合で引き抜く。このような条件で第２生物処理槽２を運転することで、槽内ＳＳに占める微小動物の割合を１０％以上、好ましくは１５〜３０％に維持し、これにより、常に汚泥発生量の少ない状態を安定に維持することができるようになる。

この第２生物処理槽２から引き抜いた汚泥は、通常の単槽式処理の場合の活性汚泥や、多段活性汚泥法で単に第２生物処理槽の汚泥濃度を高くしている場合の活性汚泥に比べ、微小動物の割合が高い汚泥であることから、物理的、化学的、生物学的いずれの処理でも容易に可溶化されるため、好ましくは、これらの処理で可溶化する。この可溶化処理方法としては、超音波処理、オゾン処理、キャビテーション、酸アルカリ処理、酸化剤処理、高温処理、嫌気性消化などがあるが、いずれの方法によっても、第２生物処理槽２の引き抜き汚泥は、少ないエネルギー、処理時間で容易に可溶化可能である。ここで可溶化した汚泥は、第２生物処理槽２に返送しても良いし、固液分離して分離水は第１生物処理槽１及び／又は第２生物処理槽２へ、固形分は第２生物処理槽２へと返送しても良い。また、固形分の一部又は全部を余剰汚泥として引き抜いても良い。更に、可溶化手段が嫌気性消化のように生物学的手法の場合、固液分離後、汚泥をこの嫌気性消化汚泥槽に返送し、ＳＲＴを延長することにより、可溶化及び無機化を更に促進しても良い。

なお、本発明において、第２生物処理槽２へ導入される第１生物処理槽１からの処理液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、微小動物の捕食から逃れるための対策として、細菌は捕食されにくい形態で増殖することが知られている。このように捕食されにくい形態で増殖した細菌群は、微小動物により捕食されず、これらの細菌の分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥が減容されにくくなる。また、第２生物処理槽２をｐＨ６以下の酸性域に設定した場合、有機物が多量に残存していると、その有機物を利用して菌類などが増殖してしまい、バルキングの原因にもなる。そこで先にも述べたように、第１生物処理槽１で有機物の大部分、即ち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておくのが好ましい。第２生物処理槽２への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷は、０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下であることが好ましい。

第２生物処理槽２の処理液は沈殿槽３で固液分離され、分離水は処理水として系外へ排出される。また、分離汚泥の一部は必要に応じて余剰汚泥として系外へ排出され、残部は第２生物処理槽２に返送される。

このような本発明の有機性排水の生物処理方法によると、有機性排水を効率良く処理することができると共に、長期に亘り安定して余剰汚泥発生量を減少させることができる。

なお、図１の方法は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではない。

例えば、第２生物処理槽は多段化してもよい。具合的には、２槽の生物処理槽を直列に設け、前段処理槽でｐＨ５〜６、望ましくはｐＨ５〜５．５の条件で処理を行い、後段処理槽でｐＨ６以上、好ましくはｐＨ６〜８の条件で処理を行うようにしても良い。このような多段処理により、前段処理槽で汚泥の捕食を効果的に行い、後段処理槽で汚泥の固液分離性の向上、処理水水質の向上を図ることができる。

また、第１生物処理槽１で高負荷処理を行うために、後段の沈殿槽３の分離汚泥の一部を返送しても良く、また第１生物処理槽１として２槽以上の生物処理槽を直列に設けて多段処理を行っても良い。

また、第１生物処理槽１に担体を添加しても良く、担体を添加した流動床としても良い。これにより、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の高負荷処理も可能となる。

第２生物処理槽２では、前述の如く、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及び処理装置を採用することが重要であり、このために、第２生物処理槽は、図１に示すように、汚泥の返送を行う活性汚泥処理、又は膜分離式活性汚泥処理を行うのが好ましい。この場合、曝気槽内に担体を添加することで微小動物の槽内保持量を高めることができる。

第１生物処理槽、第２生物処理槽に添加する担体の形状は球状、ペレット状、中空筒状、糸状等任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径で良い。また、担体の材料は天然素材、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。

以下に実施例、比較例及び参考例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１
図１に示す如く、容量が３．６Ｌの第１生物処理槽（活性汚泥槽（汚泥返送なし））１と、容量が１５Ｌの第２生物処理槽（活性汚泥槽）２と、沈殿槽３とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を２２Ｌ／ｄの割合にて行った。各生物処理槽１，２のｐＨはいずれも６．８に調整した。第１生物処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷は３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄでＨＲＴ４ｈ、第２生物処理槽２への溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０２２ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄでＨＲＴ１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷は０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄでＨＲＴ２１ｈの条件で運転した。第２生物処理槽２からは、ＳＲＴが２５日となるように、１日当たり槽内汚泥の１／２５を引き抜き、引き抜いた汚泥は系外へ排出した。

このときの第２生物処理槽内の微小動物数の経日変化を図３に、また、汚泥転換率の経日変化を図４に示す。

第２生物処理槽２内のＳＳは３５００ｍｇ／Ｌで、槽内の微小動物の優占種はハオリワムシとヒルガタワムシでそれぞれ約３００００個／ｍｌ、約３５０００個／ｍｌ、槽内ＳＳに占める微小動物の割合は約５０％であり、この状態は５ヶ月以上安定して維持された。また、汚泥転換率は０．１５ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなり、後述の単槽処理による比較例１の場合の汚泥転換率０．３７ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤに比べ、６０％の汚泥減量効果が安定して維持された。なお、沈殿槽３から得られる処理水のＢＯＤは検出限界以下であった。

また、第２生物処理槽２の引き抜き汚泥をＳＲＴ１５日の条件で嫌気性消化するとＣＯＤの５０％をメタンに変換することができた。この効果を考慮すると従来法に比べ７５％以上の汚泥減量が可能であるといえる。

比較例１
図２に示す如く、容量１５Ｌの生物処理槽（活性汚泥槽）２’と沈殿槽３とからなる実験装置を用いて、有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を１８Ｌ／ｄの割合で行った。返送汚泥量は２５０ｍＬ／ｄ、余剰汚泥排出量は２５０ｍＬ／ｄであり、生物処理槽２’の溶解性ＢＯＤ容積負荷は０．７６ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄで、ＨＲＴ２０ｈ、ｐＨ６．８の条件で連続運転したところ、処理水水質は良好であったものの、汚泥転換率は０．３７ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤであった。

比較例２
実施例１において、第２生物処理槽２からの汚泥引き抜き量をＳＲＴが４５日となるように、１日当たり槽内汚泥の１／４５としたこと以外は同条件で運転を行った。

この比較例２では、第２生物処理槽２からの汚泥引き抜き量が実施例１に比べ少ないため、第２生物処理槽２内のＳＳは５０００ｍｇ／Ｌと高かったが、活性汚泥処理可能な汚泥濃度であった。第２生物処理槽２内の微小動物の優占種はヒルガタワムシであったが、その量は絶えず変化しており０〜５００００個／ｍｌ、槽内ＳＳに占める微小動物の割合は０〜２５％であり、この条件では約４０日おきに微小動物の大量死が起こりその都度汚泥転換率は高くなっていた。そのため、処理水水質は良好であったものの、平均の汚泥転換率も０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなり、比較例１に比べて４５％程度の汚泥減量効果にとどまった。

また、第２生物処理槽２の引き抜き汚泥をＳＲＴ１５日の条件で嫌気性消化しても、微小動物の含有割合が低いため、ＣＯＤの３０％しかメタンに変換することができず、この効果を考慮しても従来法に比べ６０％程度の汚泥減量にとどまっていた。

以上の結果から、次のことが明らかである。即ち、二段生物処理法を導入することで汚泥発生量を平均４５％程度減量することは可能であるが、比較例２のように、第２生物処理槽内汚泥濃度を高くするためＳＲＴを長くしすぎると、第２生物処理槽内の微小動物数を安定させることはできず、汚泥転換率も絶えず変動することとなり、結果として十分な汚泥減量効果を得ることはできない。

しかしながら、実施例１のように、第２生物処理槽内に維持しようとする微小動物の生活サイクルに合わせ、定期的に第２生物処理槽内汚泥を引き抜くことで、汚泥減量率も６０％まで向上し、また、この余剰汚泥はワムシのような後生動物を多く含むため、通常の汚泥に比べ、嫌気性消化での減量化も容易であることから、より一層の汚泥減量が可能となる。

本発明の有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図である。比較例１で用いた実験装置を示す系統図である。実施例１及び比較例２における第２生物処理槽内の微小動物数の経日変化を示すグラフである。実施例１及び比較例２における汚泥転換率の経日変化を示すグラフである。

符号の説明

１第１生物処理槽
２第２生物処理槽
３沈殿槽

Claims

有機性排水を第１生物処理槽に導入して細菌により生物処理し、該第１生物処理槽からの細菌を含む処理液を第２生物処理槽に導入して活性汚泥処理する生物処理方法において、
該第２生物処理槽の汚泥滞留時間を２０日以上３０日以下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において、該第１生物処理槽内汚泥及び／又は該第２生物処理槽内汚泥を固液分離して得られる汚泥を可溶化処理した後、該第２生物処理槽に返送することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。