JP5066340B2

JP5066340B2 - 有機性排水の処理方法

Info

Publication number: JP5066340B2
Application number: JP2006078143A
Authority: JP
Inventors: 尚則藤本; 圭太郎渡辺
Original assignee: Cosmo Oil Co Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Current assignee: Cosmo Oil Co Ltd; Japan Petroleum Energy Center JPEC
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2007253004A

Description

本発明は、有機性排水を活性汚泥で処理する活性汚泥法等の、有機性排水を生物処理する方法に関し、さらに詳しくは、該有機性排水の生物処理に汚泥の可溶化処理を組み、発生する余剰汚泥の発生量を著しく減少させるとともに、有機性排水の処理液の性状悪化を抑制することが可能な有機性排水の処理方法に関する。

従来、活性汚泥法などの生物学的酸化処理工程の最大の問題点は、余剰汚泥発生量が多い点であり、これらの汚泥は脱水、乾燥、焼却などの汚泥処理によって処分されていたが、その処分には多大の経費と設備費がかかっていた。
従来の活性汚泥法の余剰汚泥の発生量は、一般に、除去されるＢＯＤ１ｋｇ当たり、０．６〜０．８ｋｇ・ｓｓ（汚泥）であり、非常に多量の余剰汚泥が発生することが良く知られている。しかも、余剰汚泥は質的にも難脱水性であるため、ますますその処分が困難になっている。

余剰汚泥の発生量を低減させる方法として、余剰汚泥を可溶化して曝気槽に戻して処理する方法が数多く提案されている。例えば、余剰汚泥をアルカリで処理することで可溶化して消化槽に戻す方法（特許文献１参照）、余剰汚泥の超音波、ホモジナイザー、ミキサー、又は急激な圧力変動による破壊や、オゾンガスによる酸化分解をすることにより可溶化して消化槽に戻す方法（特許文献２参照）が提案されている。これらの中で、ホモジナイザー、ミキサーなどによる物理的な可溶化では、汚泥の細胞壁、細胞膜は破壊あるいは分解されるが、そのような破壊あるいは分解で得られた汚泥の残骸は、高分子量のものが主であり、さらに活性汚泥よる分解性が低いという問題があった。
一方、余剰汚泥の発生を減少させる方法として、有機性排水処理工程に余剰汚泥の一部又は全部を可溶化する可溶化処理手段を設け、その可溶化をアルカリ剤による処理にホモジナイザー、ミキサー等による処理を組み合わせて行う方法も知られている（特許文献３参照）
これらの処理における、余剰汚泥を可溶化して曝気槽で処理する方法では、ＣＯＤ容積負荷が高い場合（特に0.2kg/ｍ³・dayを超えるような場合）の排水処理条件において、有機性排水の処理液性状の悪化が見られるケースがあり、余剰汚泥を低い削減率とする、曝気槽能力を増強する等の対処が必要であった。
特公昭４９−１１８１３号公報特公昭５７−１９７１９号公報特開２００２−１１３４８７号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解消し、有機性排水の処理液性状の悪化が少なく、かつ有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることが可能な新規な有機性排水の処理方法を提供することを目的とする。

斯かる実情に鑑み、本発明者は、鋭意研究を行った結果、固液分離された汚泥中の有機物を可溶化する可溶化処理を、該汚泥にアルカリを添加し、回転刃の外周の周速を10m/sec以上とした回転型ホモジナイザー又は回転型インラインミキサーに付する処理とすることで、有機性排水の処理液性状の悪化が少なく、余剰汚泥の発生量を顕著に減少させることができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、ＣＯＤ容積負荷が０．３６〜０．８kg/（ｍ ³ ・day）である生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理液と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に該汚泥中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法であって、前記可溶化処理が、該汚泥にアルカリを添加し、回転刃の外周の周速を２７〜６０m/secとした回転型ホモジナイザー又は回転型インラインミキサーに付する処理であることを特徴とする有機性排水の処理方法を提供するものである。

本発明の有機性排水の処理方法によれば、有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥を効果的に可溶化し得ることで、高負荷の汚泥処理においても処理液の水質を悪化させずに、余剰汚泥発生量を顕著に減少させることができる。

本発明の有機性排水の処理方法は、余剰汚泥を発生する各種の有機性排水の生物処理に適用でき、この生物処理は、好気性生物処理でも良いし、嫌気性生物処理でも良い。好気性生物処理としては、活性汚泥法、生物膜法などが挙げられる。活性汚泥法は、有機性排水を活性汚泥の存在下に好気性生物処理する処理法であり、有機性排水を曝気槽で活性汚泥と混合して曝気し、混合液を濃縮装置で濃縮し、濃縮汚泥の一部を曝気槽に返送する標準活性汚泥法が一般的であるが、これを変形した処理法であっても良い。また、生物膜法は、担体に生物膜を形成して好気性下に有機性排水と接触させる処理法である。また、嫌気性生物処理としては、所謂嫌気性消化法、高負荷嫌気性処理法などが挙げられる。
上記各種の有機性排水の生物処理の中でも、有機性排水の処理に多用されている活性汚泥法が本発明に好適である。従って、以下、活性汚泥法を例にとり、添付図面を参照しつつ本発明を詳しく説明する。

従来の標準活性汚泥法の処理系の一般的なフローは、図１に示すとおりである。
図１の処理系のフローにおいては、ライン１から有機性排水が曝気槽２に供給され、曝気槽２において空気供給装置２２からの空気により曝気されて活性汚泥により好気性生物処理を受け、次いでライン３を経て汚泥沈降槽４に送られる。そして、汚泥沈降槽４の上澄み液は処理液としてライン５から排出、放流される一方、汚泥沈降槽４の沈殿汚泥は返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻され、沈殿汚泥の一部は分取されて余剰汚泥としてライン７を経て、必要に応じて汚泥濃縮工程８に供給されて固形物濃度が一層高められた後、ライン９を経て汚泥脱水工程１０に導かれて脱水され、得られた脱水余剰汚泥１１は系外に排出される。

次に、本発明の実施態様の一例として、上記のような従来の標準活性汚泥法を適用した場合の処理系のフロー図を図２に示す。そして、この図２に従って本発明を詳細に説明する。
図２に示す本発明の実施態様例の処理系のフローでは、ライン１から有機性排水が曝気槽２に供給され、曝気槽２において曝気されて活性汚泥により好気性生物処理を受け、次いでライン３を経て汚泥沈降槽４に送られる。そして、汚泥沈降槽４の上澄み液は処理液としてライン５から排出、放流される一方、汚泥沈降槽４の沈殿汚泥は返送汚泥としてライン６を経て曝気槽２に戻される。そして、上記沈降汚泥の一部は分取されて余剰汚泥としてライン７を経て、必要に応じて汚泥濃縮工程８に供給されて固形物濃度０．５〜５重量％程度に濃縮された後、ライン９を経て汚泥脱水工程１０に導かれて脱水され、得られた脱水余剰汚泥１１は系外に排出される。ここまでのフローは、上記従来の標準活性汚泥法の処理系のフローと同様である。
そして、沈降汚泥の一部又は濃縮槽８で濃縮された汚泥の一部又は全部は、ライン１２経て汚泥可溶化槽１３に導かれて可溶化処理され、該可溶化処理物がライン１４を経て曝気槽２に戻され、活性汚泥によって生物処理される。ただし、沈降汚泥から分取された余剰汚泥の固形物濃度が高い場合は、汚泥濃縮工程８を設けて余剰汚泥の濃縮を行う必要はない。
また、この処理系の処理条件を、可溶化処理しない条件での余剰汚泥発生量の２〜５倍の沈殿汚泥を可溶化処理することによって、系外に排出される余剰汚泥をなくすことも可能である。

本発明において、曝気槽２、汚泥沈降槽４としては従来から用いられているものを適宜用いることができる。また、汚泥濃縮工程８の濃縮手段としても、従来から用いられている濃縮手段を適宜選択して用いることができ、その例として重力沈降分離機、浮上分離機、遠心分離機、膜分離機、スクリュー脱水機等が挙げられ、また、汚泥脱水工程１０の脱水手段としても、従来から用いられている脱水手段を適宜用いることができ、その例として遠心分離機、ベルトフィルター脱水機、スクリュープレス脱水機等が挙げられる。

また、汚泥可溶化槽１３における可溶化処理は、アルカリを添加し、回転型ホモジナイザー又は回転型インラインミキサーを用いて処理するものである。
ここで用いるアルカリ剤としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、酸化カルシウム等が挙げられ、水酸化ナトリウム又は酸化カルシウムが好ましい。アルカリ剤の添加量は、特に限定されないが、可溶化処理する汚泥に対して０．００５〜０．１Ｎが好ましく、特に０．００５〜０．０７Ｎが好ましく、更に０．０１〜０．０５Ｎが好ましい。また、ここでの汚泥のｐＨは、１０〜１３とすることが好ましく、特に１０．５〜１２．５とすることが好ましい。

本発明で用いる回転型ホモジナイザーは、可溶化槽に回転刃のある撹拌部を浸漬させて使用するホモジナイザーであり、タービン部の刃を回転させることにより可溶化処理を行う装置である。また、インラインミキサーは、循環ラインの途中に設置され、高速回転する刃に汚泥を接触させる可溶化処理部にライン中を流れる汚泥を通過させて可溶化処理を行う装置である。両装置共、回転刃の外周の周速は、１０m/sec以上であることが可溶化を充分に達成するために必要である。回転刃の外周の周速は、可溶化をさらに向上させる点から、好ましくは１５〜８０m/secであり、さらに好ましくは２７〜６０m/secである。

この可溶化処理の時間としては、1分〜300分が好ましく、特に10分〜250分、さらに20分〜200分が好ましい。可溶化処理後の汚泥可溶化液（以下、「可溶化液」という）は、必要に応じて中和処理又は酸化剤による脱色処理を行ってもよい。脱色処理を行うことによって、余剰汚泥の減容化を行う際に発生する可溶化処理物の着色、それに起因する処理液の色相への悪影響を減少することができる。この脱色処理と中和処理とは併用できるが、その場合、中和処理を行う前のアルカリ条件下にて脱色処理を行うことが好ましい。中和処理には、硫酸等の鉱酸、使用済みの廃酸などを使用できる。酸化剤としては、酸化力が強く、そのものが分解後、活性汚泥にとって無害なものに変化する過酸化水素、過酸化ナトリウム、過炭酸ナトリウム等が好ましく、過酸化水素が特に好ましい。酸化剤の添加量は、余剰汚泥中の乾燥汚泥量に対して、一般に１０〜１００００ｐｐｍが好ましく、特に１００〜１０００ｐｐｍが好ましい。

本発明の排水処理方法は、生物処理槽のＣＯＤ容積負荷0.05〜1.0kg/（ｍ³・day）の範囲の排水処理負荷において適用することが好ましく、0.1〜1.0kg/（ｍ³・day）の範囲が特に好ましく、0.2〜0.8kg/（ｍ³・day）の範囲がさらに好ましい。なお、本発明における記載のＣＯＤは、全てＣＯＤ（Mn）を表している。ＣＯＤ（Mn）の測定は、JISに定められた測定方法又はJISの測定方法に準拠した方法のいずれかで測定することができる。

さらに、本発明の排水処理方法は、有機性排水の処理液ＣＯＤ値の上昇を汚泥可溶化処理を行わない場合の30％未満に抑えること、好ましくは25%未満、さらに20%未満に抑えるため、アルカリ添加量、回転刃の外周の周速、可溶化時間を制御して、汚泥可溶化率が、３０〜６０％になるようにすることが好ましく、特に回転刃の外周の周速を２７〜６０ｍ／ｓｅｃにして、アルカリ添加量を制御し、汚泥可溶化率が、３５〜５５％になるようにすることが特に好ましい。

以下、実施例および比較例により本発明をより詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
工場排水（ＣＯＤ＝１００〜１５０ｍｇ／Ｌ（試験期間平均１２０ｍｇ／Ｌ））を曝気時間８時間、活性汚泥ＭＬＳＳ＝３０００ｍｇ／Ｌの４０Ｌ曝気槽（ＣＯＤ容積負荷０．３６（ｋｇＣＯＤ／ｍ３・ｄａｙ））に供給した後、２０Ｌ沈降槽において活性汚泥を沈降分離し、固形物濃度０．５〜１重量％の沈殿汚泥を得た。上記工場排水処理において、工場排水処理量を０．１２ｍ³／ｄａｙとし、沈殿汚泥の５．１〜１０．２Ｌ／ｄａｙ（ｄｒｙ−ｂａｓｅ２５．５ｇ／ｄａｙ）を抜き出して、残りの沈殿汚泥は曝気槽に返送した。次に、この抜き出した沈殿汚泥を、回分式タイプの汚泥可溶化槽に導き、インラインミキサー（IKA製ラボパイロット）にて、回転刃の周速を４０ｍ／ｓｅｃに設定して、苛性ソーダを０．０３５Ｎになるように添加して、１時間処理して、汚泥を可溶化した。その可溶化液を前記曝気槽に一定速度で添加して、好気的な生物処理を行った。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝２１ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝４ｍｇ／Ｌ（平均）であった。原水負荷、滞留時間、曝気槽汚泥濃度など処理条件を同じとして汚泥を削減しない場合のＣＯＤ値（比較例１）と比較して、約５％の上昇が見られた。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、５ｇ（乾燥重量）であった。

実施例２
インラインミキサー（IKA製ラボパイロット）の、回転刃の周速を２８ｍ／ｓｅｃに設定して、苛性ソーダを０．０５０Ｎになるように添加する以外は、実施例１と同様に運転を行った。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝２１ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝5ｍｇ／Ｌ（平均）であった。原水負荷、滞留時間、曝気槽汚泥濃度など処理場件を同じとして汚泥を削減しない場合のＣＯＤ値（比較例１）と比較して、約５％の上昇が見られた。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、８ｇ（乾燥重量）であった。

参考例１
インラインミキサー（IKA製ラボパイロット）の、回転刃の周速を１６ｍ／ｓｅｃに設定して、苛性ソーダを０．０７５Ｎになるように添加する以外は、実施例１と同様に運転を行った。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝２４ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝5ｍｇ／Ｌ（平均）であった。原水負荷、滞留時間、曝気槽汚泥濃度など処理場件を同じとして汚泥を削減しない場合のＣＯＤ値（比較例１）と比較して、約２０％の上昇が見られた。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、８ｇ（乾燥重量）であった。

実施例４
苛性ソーダを０．０１５Ｎ添加、可溶化処理時間を３時間にする以外は、実施例１と同様に運転を行った。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝２２ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝5ｍｇ／Ｌ（平均）であった。原水負荷、滞留時間、曝気槽汚泥濃度など処理場件を同じとして汚泥を削減しない場合のＣＯＤ値（比較例１）と比較して、約１０％の上昇が見られた。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、７ｇ（乾燥重量）であった。

実施例５
工場排水（ＣＯＤ＝１８０〜２２０ｍｇ／Ｌ（試験期間平均２００ｍｇ／Ｌ））を曝気時間８時間、活性汚泥ＭＬＳＳ＝３０００ｍｇ／Ｌの４０Ｌ曝気槽（ＣＯＤ容積負荷０．６０（ｋｇＣＯＤ／ｍ³・ｄａｙ））に供給した後、２０Ｌ沈降槽において活性汚泥を沈降分離し、固形物濃度０．５〜１重量％の沈殿汚泥を得た。上記工場排水処理において、工場排水処理量を０．１２ｍ³／ｄａｙとし、沈殿汚泥の８．５〜１７．０Ｌ／ｄａｙ（ｄｒｙ−ｂａｓｅ４２．５ｇ／ｄａｙ）を抜き出して、残りの沈殿汚泥は曝気槽に返送した。次に、この抜き出した沈殿汚泥を、回分式タイプの汚泥可溶化槽に導き、インラインミキサー（IKA製ラボパイロット）にて、回転刃の周速を４０ｍ／ｓｅｃに設定して、苛性ソーダを０．０３５Ｎになるように添加して、１時間処理して、汚泥を可溶化した。その可溶化液を前記曝気槽に一定速度で添加して、好気的な生物処理を行った。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝３７ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝５ｍｇ／Ｌ（平均）であった。原水負荷、滞留時間、曝気槽汚泥濃度など処理場件を同じとして汚泥を削減しない場合のＣＯＤ値（比較例３）と比較して、約１５％の上昇が見られた。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、２０ｇ（乾燥重量）であった。

参考例２
インラインミキサー（IKA製ラボパイロット）を回転型ホモジナイザー（特殊機化製TKホモミクサーMARKIIｆmodel）に変更して、回転刃の周速を１６ｍ／ｓｅｃに設定して
、苛性ソーダを０．075Ｎになるように添加する以外は、実施例１と同様に運転を行った。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝25ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝5ｍｇ／Ｌ（平均）であった。原水負荷、滞留時間、曝気槽汚泥濃度など処理場件を同じとして汚泥を削減しない場合のＣＯＤ値（比較例１）と比較して、約２５％の上昇が見られた。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、１２ｇ（乾燥重量）であった。

比較例１
工場排水（ＣＯＤ＝１００〜１５０ｍｇ／Ｌ（試験期間平均１２０ｍｇ／Ｌ））を曝気時間８時間、活性汚泥ＭＬＳＳ＝３０００ｍｇ／Ｌの４０Ｌ曝気槽（ＣＯＤ容積負荷０．３６（ｋｇＣＯＤ／ｍ３・ｄａｙ））に供給した後、２０Ｌ沈降槽において活性汚泥を沈降分離し、固形物濃度０．５〜１重量％の沈殿汚泥を得た。上記工場排水処理において、工場排水処理量を０．１２ｍ³／ｄａｙとし、沈殿汚泥の１．７〜３．４Ｌ／ｄａｙ（ｄｒｙ−ｂａｓｅ８．５ｇ／ｄａｙ）を抜き出して、残りの沈殿汚泥は曝気槽に返送した。この抜き出した沈殿汚泥は、余剰汚泥として廃棄した。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝２０ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝４ｍｇ／Ｌ（平均）であった。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、１７０ｇ（乾燥重量）であった。

比較例２
インラインミキサー（IKA製ラボパイロット）の、回転刃の周速を９ｍ／ｓｅｃに設定して、苛性ソーダを０．１２Ｎになるように添加する以外は、実施例１と同様に運転を行った。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝２９ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝5ｍｇ／Ｌ（平均）であった。原水負荷、滞留時間、曝気槽汚泥濃度など処理場件を同じとして汚泥を削減しない場合のＣＯＤ値（比較例１）と比較して、４５％の上昇が見られた。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、１８ｇ（乾燥重量）であった。

比較例３
工場排水（ＣＯＤ＝１８０〜２２０ｍｇ／Ｌ（試験期間平均２００ｍｇ／Ｌ））を曝気時間８時間、活性汚泥ＭＬＳＳ＝３０００ｍｇ／Ｌの４０Ｌ曝気槽（ＣＯＤ容積負荷０．６０（ｋｇＣＯＤ／ｍ³・ｄａｙ））に供給した後、２０Ｌ沈降槽において活性汚泥を沈降分離し、固形物濃度０．５〜１重量％の沈殿汚泥を得た。上記工場排水処理において、工場排水処理量を０．１２ｍ³／ｄａｙとし、沈殿汚泥の２．８〜５．７Ｌ／ｄａｙ（ｄｒｙ−ｂａｓｅ１４．２ｇ／ｄａｙ）を抜き出し、残りの沈殿汚泥は曝気槽に返送した。この抜き出した沈殿汚泥は、余剰汚泥として廃棄した。２０日間、上記条件に従って運転を続けた結果、沈降槽流出水の水質は、ＣＯＤ＝３２ｍｇ／Ｌ（平均）、ＳＳ＝５ｍｇ／Ｌ（平均）であった。さらに、その間に活性汚泥槽のMLSSを一定になるように抜き出した全余剰汚泥量は、２８０ｇ（乾燥重量）であった。

以上の実施例及び比較例の結果をまとめたものを次表に示す。

本発明によれば、有機性排水の生物処理に伴って発生する余剰汚泥を、効果的に可溶化し得ることで、高負荷の汚泥処理においても、処理液の水質の悪化が少なく、汚泥発生量を顕著に減少させることができる。

従来の標準活性汚泥法の処理系の一般的なフローシートである。本発明の実施態様の一例の処理系のフローシートである。

符号の説明

１ライン１
２曝気槽
３ライン３
４汚泥沈降槽
５ライン５
６ライン６
７ライン７
８汚泥濃縮工程
９ライン９
１０汚泥脱水工程
１１脱水余剰汚泥
１２ライン１２
１３汚泥可溶化槽
１４ライン１４
２２空気供給装置

Claims

ＣＯＤ容積負荷が０．３６〜０．８kg/（ｍ³・day）である生物処理槽において有機性排水を生物処理した後、該生物処理混合物を処理液と汚泥に固液分離し、該汚泥の一部又は全部に該汚泥中の有機物を可溶化する可溶化処理を施した後、前記生物処理槽に返送する有機性排水の処理方法であって、前記可溶化処理が、該汚泥にアルカリを添加し、回転刃の外周の周速を２７〜６０m/secとした回転型インラインミキサーに付する処理であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
有機性排水の処理液のＣＯＤの上昇を、可溶化処理を行わない場合に比べて２０％未満に抑えることを特徴とする請求項１記載の有機性排水の処理方法。