JP5488166B2

JP5488166B2 - 硫黄系ｃｏｄ成分含有廃水の生物処理方法および装置

Info

Publication number: JP5488166B2
Application number: JP2010100568A
Authority: JP
Inventors: 亮功刀; 俊明局; 英一郎土場; 康隆山下
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-04-26
Also published as: JP2011230023A

Description

本発明は、工場などで発生する硫黄系ＣＯＤ成分を含有する廃水の生物処理に関し、例えば、降雨時に製鉄の工場などで発生する、スラグに接触した浸出水など、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水の生物処理方法および装置に関する。

例えば、製鉄の工場では、高炉から排出された高炉スラグは、CaO及びSiO₂を主成分とするが、高炉内は強還元雰囲気であることから、鉄鉱石やコークスに含まれる硫黄の大半はスラグとなり、スラグには１〜２質量％内外の硫黄が含まれている。

高炉から排出された溶融状態のスラグ（以下、高炉スラグ）は、通常、冷却場（スラグヤード）で適温まで冷却され、固化されて、ブルドーザー、パワーショベルなどによって掘り起こされ、一旦、仮置きされた後に、人口砕石、地盤改良材などの土木建築材料として利用される。

この冷却中あるいは仮置き中に、高炉スラグに雨水が接触すると、雨水に高炉スラグ中の成分が浸出する。高炉スラグを冷却場にて冷却水を用いて冷却する場合にも、冷却水に高炉スラグ中の成分が浸出する。

また、転炉スラグや溶銑脱硫スラグなどの製鋼スラグも、雨水や冷却水と接触すると、高炉スラグと同様、製鋼スラグ中の成分が浸出する。

高炉スラグや製鋼スラグなどのスラグ中の成分が浸出した水を、ここでは「浸出水」と称する。

この浸出水に含まれる成分のうち、硫黄は、S^2-イオン（硫化水素などの硫化物の中での形態）、チオ硫酸イオン（S₂O₃ ^2-：S2+）、亜硫酸イオン（SO₃ ^2-：S4+）などの形態で存在する。

浸出水中の硫黄が最も安定的に存在できる形態は硫酸イオン（SO₄ ^2-：S6+）であるが、硫化物形態のS²⁻イオン、チオ硫酸イオン、亜硫酸イオンなどの還元性の硫黄分は、酸化される余地があるため、廃水基準で規定されているＣＯＤ（Chemical Oxygen Demand：化学的酸素要求量：過マンガン酸カリウムを用いて定量）として計測される。

従って、廃水基準を満足できない場合は、そのまま放流できず、ＣＯＤとして計測される硫黄化合物（以下、「硫黄系ＣＯＤ成分」或いは「硫黄系還元性物質」と記す）を酸化処理して硫酸イオン（SO₄ ^2-）とし、Ca(OH)₂と反応させて石膏（CaSO₄）として回収したり、あるいは、前述の酸化処理の後、無害な硫酸イオン（SO₄ ^2-）として放流したりする必要がある。

そこで、浸出水などの廃水中の硫黄系ＣＯＤ成分を処理する方法の一つとして、硫黄酸化細菌などの細菌を利用して生物学的に処理する方法が、従来から提案されている。

例えば、特許文献１では、カルシウム化合物を含有する固定化担体に硫黄酸化細菌を馴養、増殖した固定床型バイオリアクターを用いて硫黄系ＣＯＤ成分を生物学的に処理する方法が提案されている。

特許文献２では、中性の条件下、硫黄酸化機能を有するシュードモナス属の細菌を用いて処理する方法が提案されている。

特許文献３では、廃水を生物学的に処理するための設備の曝気槽に活性汚泥混合水を入れ、この曝気槽に硫黄系ＣＯＤ成分を含む廃水と有機化合物とを供給し、曝気槽内の酸化還元電位（ＯＲＰ）を指標にして曝気槽の曝気を制御し、且つ、曝気槽内のｐＨを４．０〜７．５の範囲に制御、管理して、硫黄酸化細菌を馴養、増殖しながら、廃水を処理する方法が提案されている。

特許文献４では、硫黄酸化細菌の有機栄養源として、米糠またはフイチン酸含有有機化合物を定期的に添加しながら、硫黄酸化細菌にて廃水を処理する方法が提案されている。

これらはいずれも、硫黄酸化細菌の活性が高い、中性〜酸性の条件下にて、ＣＯＤ成分の処理を行うことを目的としたものであるが、ｐＨの制御、管理をきちんと行わないと、硫化水素が多く発生することがあり、有害であるところ、硫化水素の発生を問題とならないレベルに抑えるための具体的手段について何ら言及していない。

すなわち、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水の生物処理において、硫黄系ＣＯＤ成分を酸化分解できる、いわゆる硫黄酸化細菌は、ｐＨが中性から弱酸性で活性が高いことが知られているが、流入水中の硫化物濃度が高いと、中性から酸性側では硫化物が分子状の硫化水素となり、生物に必要な酸素を供給する目的で散気すると、硫化水素が気散して有害な問題がある。

一方、アルカリ性にして処理すると、硫化水素の発生量は低減できるものの、活性が低下するため、反応装置が大型化してしまう問題がある。

そこで、硫化水素が気散せず、かつ硫黄酸化細菌の活性がある程度確保できるｐＨの範囲（ｐＨ８〜９）に制御、管理することによる、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水の処理方法が考えられる。

しかしながら、処理槽への流入水（硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水）のｐＨは通常１２程度、中和剤（硫酸など）のｐＨは１程度であるところ、処理槽の構造、流入口や流出口の位置、中和剤の注入位置、などによっては、処理槽内にｐＨ８〜９以外の部分が少なからず存在することになり、同部分での生物活性の低下による処理速度の低下や、硫化水素の発生を招く問題がある。

また、処理槽内のｐＨを制御、管理して中和剤の添加量を調整するため、通常、処理槽にはｐＨ測定器（ｐＨ計）が設置されるところ、ｐＨ計は、処理槽内のｐＨの分布を詳細に把握する上で、処理槽内にくまなく配置することが理想であるが、設置コストが増大する問題があるため、ｐＨ計の配置によっては、処理槽内のｐＨの分布を正しく把握することができず、中和剤の注入量に過不足が生じ、処理槽内にｐＨ８〜９以外の部分が少なからず生じる。

特開平０６−０１５２９４号公報特開平０８−３２３３９０号公報特開平０６−１０６１８７号公報特開平０７−２５１１９５号公報

本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、工場などで発生する硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水を生物処理し、硫酸イオン（SO₄ ^2-）化して無害化する際に、有害な硫化水素の発生を抑制できる、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水の生物処理方法および装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明は以下の通りである。
（１）微生物固定化材を用いた硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理方法において、生物処理装置を構成する処理槽の仕切り壁の一部にて処理液の往来ができるようにするとともに、前記仕切り壁を挟んだそれぞれの区画内にて、ｐＨを８〜９に調整することを特徴とする硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理方法。
（２）微生物固定化材を用いた硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理装置において、該生物処理装置を構成する処理槽の仕切り壁の一部にて処理液の往来ができるようにしたことを特徴とする硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理装置。
（３）微生物固定化材を用いた硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理装置において、処理槽への処理液の流入、および、前記処理槽への中和剤の注入が、ともに、二箇所以上で行われるようにしたことを特徴とする硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理装置。

本発明によれば、工場などで発生する硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水を生物処理し、硫酸イオン（SO₄ ^2-）化して無害化する際に、有害な硫化水素の発生を抑制できる、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水の生物処理方法および装置を提供できる。

本発明の第一の実施形態について説明するための線図本発明の第一の実施形態について説明するための線図本発明の効果について説明するための線図本発明の第二の実施形態について説明するための線図

（第一の実施形態）
図１は、本発明の一つの実施形態に係る生物処理装置１００を示している。図２は、図１の一断面である。生物処理装置１００は、微生物固定化材の役割を果たす微生物固定床７を有し、生物処理装置１００を構成する処理槽１の仕切り壁１４の一部に設けた開口部１５を介して処理液Ｌの往来ができるようにしている。

図１および図２の例では、処理槽１の底部付近に設置された散気装置２に、ブロワ４より空気を供給し、空気が気泡化した気泡３の上昇に伴って生じる旋回流Ｆにより、気泡３から微生物固定床７に向け、後述の処理液Ｌに溶解した、酸素を供給している。

そして、処理槽１の奥行き方向略中央に仕切り壁１４を設置し、仕切り壁１４を挟んで手前側と奥側で独立して旋回流Ｆを生じさせることで、処理液Ｌの攪拌が処理槽１内にできるだけ広く及ぶようにしている。

また、先述の、例えば、高炉スラグや製鋼スラグなどのスラグ中の成分が浸出した浸出水のような、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水が、連続的または断続的に処理槽１内に、流入水５として流入する。そして、処理槽１内で微生物により酸化処理された水が、連続的または断続的に処理槽１から、流出水６として流出する。処理槽１内では、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水のことを、便宜上、処理液Ｌと称する。

微生物固定床７は、ひも状、粒状などの担体を、メッシュ状の容器に充填したものなどを、処理槽１内に固定したものなど、各種のものが用いて好適である。担体の材質としては、プラスチック系のもの、セルロース系のもの、スポンジ系のものなど、各種のものが用いて好適である。

また、図１および図２の例では、処理槽１は仕切り壁１４を挟んで二つの区画に仕切られているが、三つ以上の区画に仕切るようにしてもよい。

なお、図１および図２の例のように、散気装置２を処理槽１の一部に設置し、槽内に旋回流Ｆを発生させる処理槽のことを、一般に、旋回流式と称している。

処理槽１の、仕切り壁１４により仕切られた、それぞれの区画には、中和剤８を注入する装置９、ｐＨ電極１０、ｐＨ測定器１１などが設置されている。ｐＨ測定器１１により測定されたｐＨは、情報１２として中和剤８を注入する装置９に渡り、中和剤を注入する際の流量が制御される。仕切り壁１４には、開口部１５が設けられ、処理液Ｌは各区画を往来することができる。

図１および図２に示すような生物処理装置１００の構造により、高ｐＨの流入水５が、処理槽１内の処理液Ｌおよび中和剤８と十分混合することなく流出するのを防ぐことができる。

また、各区画に個別に中和剤８を注入することができるので、仕切り壁１４を挟んだそれぞれの区画内にて、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水の生物処理に適したｐＨ８〜９に調整するよう制御し、ｐＨ８〜９に恒常的に管理することができる。

各区画で個別にｐＨを調整した場合、各区画のｐＨ測定器のいずれかに誤差や不具合が生じる、あるいは最悪の場合に設備異常で複数の区画の装置が使えなくなることがあるが、本発明では、各区分を一方向だけに流れるシステムではなく、双方向に流れるシステムとしているため、安定してｐＨ８〜９に調整することができる。

旋回流式の処理槽の場合、処理槽の中心付近が澱み状態（死水域）になりやすく、処理槽の有効体積が減少してしまうため、仕切り壁１４の開口部１５は、仕切り壁１４の中心付近に設け、流れを処理槽１の中心に向け誘導するのが好ましい。

いくつの仕切り壁１４を設置し、処理槽１をいくつの区画に仕切るかは、流入水５の流量および処理槽１の容量や形状によって異なり、数値解析や模型実験などによって決定されるべきであるため、一概には言えないが、硫黄系ＣＯＤ成分含有廃水の最適な処理を行うには、ｐＨを厳密に管理する必要があるので、できるだけ多くの区画に分割するのが好ましい。

図３は、図１に示した、幅7m、深さ5m、長さ15mの旋回流式の処理槽１をもつ生物処理装置１００において、処理槽１の分割数と、処理槽１の容積に対するｐＨ９を超える領域の体積の割合およびｐＨ８未満の領域の体積の割合を、数値解析によって求めたものである。流入水５の流量は5000m³/日、散気の流量は625m³/hである。中和剤８の注入装置９は、処理槽１の分割数と同じだけ設置する。

仕切り壁１４がない場合を分割数１とすると、処理槽１内にｐＨ９を上回る高ｐＨの領域が広く及んでいることがわかる。

仕切り壁１４を設置して処理槽１を分割した場合、分割数が増えるにつれ、ｐＨ９を上回る高ｐＨの領域が少なくなることがわかる。

処理槽１において、流入水５が上記流量の場合、処理槽１を、四つを超える数に分割しても、効果が飽和することから、分割数は四以下とするのが好適である。

（第二の実施形態）
図４は、本発明の別の実施形態に係る廃水処理装置１００を示し、高ｐＨの流入水５の、処理槽１への流入が、二箇所以上で行われるようにしている。こうすることで、処理液Ｌが攪拌されて処理液Ｌの濃度の均一さが処理槽１内にできるだけ広く及ぶようにすることができ、処理槽１内に高ｐＨの領域ができるのを抑制することができる。

また、処理槽１への中和剤の注入も、二箇所以上で行われるようにしている。こうすることで、処理液Ｌが攪拌されて処理液Ｌの濃度の均一さが処理槽１内にできるだけ広く及ぶようにすることができ、処理槽１内に高ｐＨの領域ができるのを抑制することができる。

さらに、同様の理由により、それぞれの区画内にて、ｐＨを８〜９に調整することがより容易になる。

１処理槽
２散気装置
３気泡
４ブロワ
５流入水
６流出水
７微生物固定床
８中和剤
９中和剤８の注入装置
１０ｐＨ電極
１１ｐＨ測定器
１２ｐＨ測定値情報
１３仕切り壁
１４仕切り壁
１５開口部
Ｆ旋回流
Ｌ処理液

Claims

仕切り壁の無い一つの処理槽に微生物固定化材を配した硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理装置において、
前記処理槽への処理液の流入、および、前記処理槽への中和剤の注入が、ともに、二箇所以上で行われるように、一箇所ごとに、前記処理液の流入手段、および、前記中和剤の注入装置と前記処理槽内のｐＨを測定するｐＨ測定器を、それぞれ具備し、
前記中和剤の注入装置は、前記ｐＨ測定器により測定されるｐＨに基づいて、前記中和剤を注入する際の流量を制御して、前記ｐＨを８〜９に調整することを特徴とする硫黄系ＣＯＤ成分の生物処理装置。