JP5881406B2

JP5881406B2 - 有機性廃水の処理方法及び有機性廃水の処理装置

Info

Publication number: JP5881406B2
Application number: JP2011280009A
Authority: JP
Inventors: 博史鎌田; 加藤　康一; 康一加藤; 大賀豊田
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Eco Tech Corp
Current assignee: Nippon Steel Eco Tech Corp
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: JP2013128884A

Description

本発明は、有機性廃水の生物処理を安定して行う有機性廃水の処理方法及び有機性廃水の処理装置に関する。

有機性廃水を、好気性微生物を含む活性汚泥により処理する活性汚泥法は、浄化能力が高く、比較的に処理経費が少なくて済む等の利点があるため、下水処理や産業廃水処理等において広く一般に利用されている。また、活性汚泥処理の効率化や安定化、或いは余剰汚泥の減容化を図るため、種々の水処理方法が提案され、実施もされている。

例えば、処理対象とする排水（原水）の変動によって浄化処理が不安定になるのを防止するために、原水の調整槽に流入する前の排水のＢＯＤ濃度を吸光度センサーで計測し、排水の流量とＢＯＤ濃度とから生物負荷の大きさを求め、生物負荷が設定値を越えた時には廃水を高濃度廃水貯溜槽に貯溜し、該生物負荷が設定値以下となった時には高濃度廃水貯溜槽の排水を原水調整槽に戻すようにした方法が提案されている。該方法によれば、原水調整槽の容積を大きくすることなく、施設の排水処理能力を増大することなく、生物負荷の変動を吸収して設備の安定運転ができるとされている（特許文献１参照）。処理に寄与する微生物の点に着目し、従来より行われている活性汚泥法を改良し、その処理効率を格段に向上させ、同時に余剰汚泥の生成量を減少させることができる方法として、いわゆる２相活性汚泥法と呼ばれている方法がある（特許文献２参照）。該方法では、有機性廃水を、第１処理槽で、細菌処理して廃水中の有機物を酸化分解すると共に非凝集性の細菌に変換させた後、変換させた非凝集性細菌を、第２処理槽で固着性原生動物処理して捕食除去させている。また、該２相活性汚泥法を安定して行うために、第１処理槽の水質の悪化を検知して対応することについての提案もある（特許文献３参照）。

特許第４０９７５０５号公報特公昭５６−４８２５３号公報特開２０００−５１８８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、原水のＢＯＤ濃度を吸光度センサーで計測して負荷量を計算し、該負荷量が過多である場合は、負荷が設定値以下となるまで、原水を高濃度廃水貯溜槽に貯溜し、その後に調整槽に戻して原水のＢＯＤ濃度を均一にするとしているが、吸光度センサーでは、濁度を伴わない高濃度排水には対応できないという問題がある。また、高濃度廃水の量がどの程度となるかは予測が難しく、高濃度廃水貯溜槽を十分に大きなものにしておく必要があり、設備面での課題もある。さらに、高濃度廃水を通常の調整槽に戻すことは、大量の希釈水が必要になることを意味しており、本発明者らは、この点でも上記した従来技術は改善の余地があるとの認識をもつに至った。また、２相活性汚泥法において、原水のＢＯＤ濃度の変動を考慮して安定運転させる特許文献３に記載の方法は、第１処理槽中の水質の経時変化を測定し、これを最適化するものであるので、一時的にではあるが第１処理槽中の水質の悪化が生じて、処理を中断する場合があり、より安定した処理を継続的に行うためには改善の余地がある。

したがって、本発明の目的は、原水のＢＯＤ濃度が異常に高くなる変動に対して、処理を中断させることなく、より安定した処理を継続的に行うことができる有機性廃水の処理方法及び有機性廃水の処理装置を提供することにある。

上記した課題は、下記の本発明によって達成される。すなわち、本発明は、有機性廃水が貯溜されている原水槽から原水を調整槽に送り、該調整槽で調整した原水を最終的に生物処理槽で活性汚泥処理した後、沈殿槽で固液分離を行う有機性廃水の処理方法において、上記原水槽から調整槽を介さずに原水を送る緊急避難槽と、該緊急避難槽の原水に対して高負荷処理を行うための高負荷処理槽とを設け、上記原水槽に設置したセンサーによって原水の水質変動を連続的又は断続的に監視し、センサーが水質の異常を感知している間は、上記原水槽から上記緊急避難槽に原水を送り、該緊急避難槽から調整槽を介さずに高負荷処理槽に原水を導入し、該高負荷処理槽で、高負荷処理である原生動物の実質的不存在下で行う細菌処理をした後、処理した一次処理廃水を生物処理槽に導入して生物処理して処理を連続的に行うことを特徴とする有機性廃水の処理方法を提供する。

本発明の好ましい形態としては、下記のものが挙げられる。前記センサーが、マイクロ波センサー、屈折率センサー、ｐＨセンサー、電気伝導率センサー又は吸光度センサーのいずれかである有機性廃水の処理方法；前記センサーとして、マイクロ波センサー、屈折率センサー、ｐＨセンサー又は電気伝導率センサーのいずれかと、吸光度センサーとを併用する有機性廃水の処理方法；前記センサーが水質の異常を感知していない間は、原水槽から原水を調整槽に送り、該調整槽で調整した原水を前記高負荷処理槽に導入して処理をした後、処理した一次処理廃水を生物処理槽に導入して活性汚泥による処理を行う有機性廃水の処理方法；前記緊急避難槽から調整槽を介さずに高負荷処理槽に原水を導入する速度を、センサーが異常を感知していない間に行う調整槽から高負荷処理槽に原水を導入する際の速度の１／１０〜１／２とする有機性廃水の処理方法である。

本発明の別の実施形態では、浄化処理対象の有機性廃水を貯溜するための原水槽と、原水を処理に適したものに調整するための調整槽と、有機性廃水を活性汚泥処理するための生物処理槽とを有してなる有機性廃水の処理装置であって、さらに、上記原水槽に設置した原水の水質の変動を連続的又は断続的に監視するためのセンサーと、該センサーで異常とされた原水を、上記調整槽を介さずに貯溜するための緊急避難槽と、該緊急避難槽に貯溜された原水を高負荷処理するための非凝集性細菌が多く生息している高負荷処理槽とを有することを特徴とする有機性廃水の処理装置を提供する。その好ましい形態としては、さらに、前記調整槽で調整した原水を高負荷処理槽へと導入する流路が設けられている有機性廃水の処理装置が挙げられる。

本発明によれば、処理対象とする原水のＢＯＤ濃度が異常に高くなる変動に対して、処理を中断させることなく、より安定した処理を継続的に行うことができる有機性廃水の処理方法が提供される。

本発明の有機性廃水の処理方法を実施するための処理システムの一例を示す模式図である。本発明の有機性廃水の処理方法を実施するための処理システムの別の一例を示す模式図である。図２に示した本発明の処理システムと、図４に示した従来例の処理システムとで並行して、同じ原水を、それぞれ継続して１週間処理した結果の、処理水のＢＯＤ値の変化をそれぞれプロットしたグラフである。従来の有機性廃水の処理方法の処理システムの一例を示す模式図である。

次に、本発明の好ましい形態を挙げて本発明を詳細に説明する。図１又は図２は、本発明の有機性廃水の処理方法を実施するための処理フローの一例を示す模式図である。図１又は図２に示すように、本発明の有機性廃水の処理方法では、通常の活性汚泥法による浄化処理と同様に、原水の調整槽、生物処理槽（曝気槽）及び沈殿槽を有するが、さらに、原水を貯溜するための原水槽と、原水の水質変動を感知するためのセンサーと、該センサーによって水質が異常と判断された原水が調整槽へと送らずに回避できるようにするための緊急避難槽と、該緊急避難槽から調整槽を介さずに原水を送り、これを処理するための高負荷処理槽を有することを特徴とする。

本発明を構成する調整槽、生物処理槽（曝気槽）及び沈殿槽は、いずれも、通常行われている活性汚泥処理に用いられているものを用いることができ、特に限定されない。原水槽も原水を貯溜できればいずれのものであってもよいが、原水の水質変動を感知するためのセンサーが配置されていることを要する。そして、該センサーで、連続的又は断続的に原水の水質変動を監視するようにする。この場合に用いるセンサーとしては、例えば、原水の水質変動を感知できる、マイクロ波センサー、屈折率センサー、ｐＨセンサー、電気伝導率センサー又は吸光度センサーのいずれかを用いればよい。例えば、有機性廃水のＢＯＤ値と、廃水の濁度（ＳＳ濃度）と相関があるので、吸光度センサーで濁度を測定することで原水の水質悪化を知ることができる。しかし、溶解性の有機物量が高くても、廃水に浮遊物が少ない場合や、廃水が無色に近い場合もあり、このような場合は、吸光度センサーでは廃水の水質の悪化を感知できない。廃水の水質の悪化を、有機廃水の性状によることなく、より正確に感知できるようにするためには、２種類のセンサーを併用することが好ましい。すなわち、廃水の濁度（ＳＳ濃度）を容易に測定できる吸光度センサーと、下記に挙げるセンサーとを組み合わせて併用することが好ましい。すなわち、有機性廃水のＢＯＤ値と、廃水のマイクロ波透過波や屈折率とは相関があるので、マイクロ波センサーや屈折率センサーのセンサーで測定することで、原水の水質悪化を知ることができる。特に、センサーとして、ｐＨセンサー或いは電気伝導率センサーを用いれば、有機性廃水の水質の悪化を、有機廃水の性状によらず、より簡便な装置で、より正確に感知できるので好ましい。

上記したセンサーによる原水の水質変動の監視は、連続的に行うことが好ましいが、例えば、１〜２時間毎、より好ましくは０．５〜１時間毎に断続的に行ってもよい。また、本発明者らの検討によれば、上記した方法で原水の水質変動を感知した場合に、例えば、ＢＯＤ値が、通常の処理を行っている濃度の１．５〜２倍以上である場合に、上記したセンサーによって異常と判断されるように設計することが好ましい。具体的には、通常の処理をしている廃水におけるＢＯＤ濃度、濁度（ＳＳ濃度）等の数値に対して、１．５倍以上の値を検出した場合に、緊急避難槽へ送液できるように設計するとよい。

本発明の有機性廃水の処理方法は、図１又は図２に示したように、センサーによって水質が異常と判断された原水を調整槽へと送らずに緊急避難槽へと直送し、該原水を、調整槽を介さないで処理するようにしたことを特徴とする。具体的には、調整槽を介さないで緊急避難槽に送られた原水を、生物処理槽（曝気槽）に導入する前に、高負荷処理槽で高負荷処理を行い、その後、処理した一次処理廃水を生物処理槽（曝気槽）に導入して生物処理を行うことで連続処理することを特徴とする。高負荷処理としては、例えば、前記した２相活性汚泥法で行われている原生動物の実質的不存在下で行う細菌処理が挙げられる。すなわち、高負荷処理槽に、溶解性の有機物を栄養として増殖する分散性の細菌を添加した細菌槽を用いることで、溶解性の有機物を優先的に細菌に変換させ、これによって高負荷処理を行う。ここで、「原生動物の実質的不存在下」とは、原生動物の増殖が抑制され、その結果、細菌処理過程中に殆ど原生動物の新たな出現が見られない状態を意味する。

上記した細菌としては、好気性のものであれば任意であり、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等を挙げることができる。これらの中でも、バチルス属菌を使用することが好ましい。これらの細菌は、通常、廃水中に生存しており、廃水中の有機物を栄養源として増殖するので、高負荷処理槽の環境を、これらの細菌が選択的に増殖する環境とすれば、特に外部から添加する必要はない。しかしながら、有機性廃水の浄化処理を円滑に行なうためには、必要に応じて適当な種菌を浄化処理の開始時に外部から添加してもよい。その際に使用する種菌としては、例えば、「バイオコアＢＰ」、「ＯＦ−１０」、「サーブワン」（以上、商品名、日鉄環境エンジニアリング社製）等の微生物製剤が好適に利用できる。

センサーによって水質が異常と判断されない原水に対しては、図１に示したように、調整槽から生物処理槽（曝気槽）に導入して生物処理を行ってもよいが、図２に示したように、調整槽から高負荷処理槽に導入して処理し、処理した一次処理廃水を生物処理槽（曝気槽）に導入して２相活性汚泥法と同様の処理を行うことが好ましい。本発明において高負荷処理槽を設置した本来の目的は、緊急避難槽に送られた原水を高負荷処理することで、処理を連続的に安定して行うことを目的としているため、この点を主として設計する必要がある。すなわち、緊急避難槽へと送られる原水はＢＯＤ値が極めて高いものであるため、緊急避難槽から高負荷処理槽への導入速度が、通常の２相活性汚泥法で行われている調整槽から分散菌槽への導入速度に比べると遅くなり、処理に長時間かかることを意味するので、センサーによって水質が異常と判断されない原水を、調整槽を介して高負荷処理槽に導入して処理する場合には、この点を勘案して運転する必要がある。緊急避難槽から高負荷処理槽への原水の導入速度を、当該原水のＢＯＤ値にもよるが、例えば、通常の２相活性汚泥法で分散菌槽へ原水を導入する際の速度の１／１０〜１／２程度のゆっくりとした速度とすることが好ましい。具体的には、通常のＢＯＤ値が４，０００ｍｇ／Ｌの処理に対して、センサーによって検出されたＢＯＤ値が８，０００ｍｇ／Ｌである場合は、導入速度を１／２程度とし、センサーによって検出されたＢＯＤ値が４０，０００ｍｇ／Ｌである場合は、１／１０程度とすることが好ましい。

上記のようにして高負荷処理槽で高負荷処理した一次処理廃水は、固着性原生動物が存在する通常の生物処理槽で活性汚泥処理を行う。高負荷処理によって、廃水中の溶解性有機物は、これを餌として増殖した非凝集性細菌（分散菌）に変換されているので、一次処理廃水が生物処理槽に導入されると、生物処理槽中の固着性原生動物によって非凝集性細菌が速やかに捕食される。活性汚泥槽内での原生動物による細菌除去率は極めて高いため、従来の活性汚泥法に比して高負荷運転が可能になる。上記の結果、本発明の有機性廃水の処理方法によれば、原水の水質が悪化してＢＯＤ値が異常に高くなったとしても、処理を安定して、しかも運転を停止することなく連続で行うことができる。また、本発明の有機性廃水の処理方法は、高負荷処理槽において生物処理の一部を非凝集性細菌（分散菌）によって処理した後、通常の活性汚泥処理を行うため、余剰汚泥の発生量を低減することができるので、経済的に多大な負荷がかかる余剰汚泥の処理の負荷が低減されるという効果も得られる。

ここで「固着性原生動物」とは、固体粒子や固体物質に対して固着し易い性質を持った原生動物、又は原生動物相互が固着凝集し易い性質を持った原生動物を意味し、通常使用されている活性汚泥に生息する。この様な性質を有する原生動物としては、例えば、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、ズータニウム等、有柄固着型の繊毛虫類等を挙げることができる。また、固体表面をホフクするようなアスピデスカ、ユープロテス等も汚泥と共に沈降し易いことから利用し得る。一方、「非固着性原生動物」とは、上記のような性質を有しない原生動物を意味する。

次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例は本発明の単なる例示であって、本発明の限定を意図するものではない。

（原水の調製）
模擬試験をするため、実際の廃水から、通常の原水と、異常と判断されるべき原水とをそれぞれサンプリングして用意した。それぞれの原水の水質を表１に示した。

（実施例１、比較例１）
実施例１として図２に示す処理フローで処理をし、比較例１として図４に示す処理フローで処理を行った。実施例１及び比較例１のいずれの場合も、処理槽として、容量１Ｌの原水槽と、容量５Ｌの調整槽と、曝気槽とを用いた。曝気槽については、実施例では容量９Ｌの曝気槽を用い、比較例では容量１０Ｌの曝気槽をそれぞれ用いた。実施例の場合は、これに加えて容量１Ｌの緊急避難槽と、容量１Ｌの高負荷処理槽とを用いた。高負荷処理槽には種菌として微生物製剤の「サーブワン」（商品名、日鉄環境エンジニアリング社製）を添加して非凝集性細菌（分散菌）が主となるように構成し、曝気槽には、通常の活性汚泥槽を用いた。そして、先に用意した通常の原水と、異常な原水とを用いて下記のようにして浄化処理を行った。

原水槽に通常の原水を入れ、実施例１及び比較例１の処理フローで、それぞれ５Ｌ／日で原水を送り浄化処理を１日行った。そして、比較例１では、異常な原水を、緊急避難槽中に５００ｍＬ入れて、該緊急避難槽から調整槽を介して曝気槽に導入し、浄化処理を７日間続けて行った。この場合、通常の原水と共に異常な原水を調整槽で希釈して調整し、調整した原水を曝気槽に導入して処理を行った。そして、処理水について、ｐＨ、ＢＯＤ値およびＳＳを測定した。表２に測定結果を示し、これをグラフ化したものを図３に示した。これらの値は、１日〜７日までの各１日におけるデータの平均値と、異常な原水を流入する前における処理水のデータの平均値である。表２及び図３に示したように、処理水の性状は、７日後にも異常な原水が導入された影響があり悪化しており、異常な原水を導入前の性状の処理水にはならなかった。

実施例１では、調整槽から高負荷処理槽に原水を導入して１次処理し、その後、１次処理水を曝気槽に導入して処理した。比較例１の場合と同様に、異常な原水を流入する前における処理水のデータの平均値を表２に示した。その結果、ＢＯＤ値およびＳＳ共に、若干ではあるが、比較例１の処理に比べて実施例１の処理の方が処理水の水質に優れることを確認した。そして、異常な原水を緊急避難槽中に５００ｍＬ入れて、該緊急避難槽から調整槽を介さずに、通常の原水と共に高負荷処理槽に異常な原水を導入して１次処理し、１次処理された原水を曝気槽に導入し、浄化処理を７日間続けて行った。この場合、異常な原水を緊急避難槽から高負荷処理槽に導入する速度を、通常の原水を導入する速度の１／１０の速さとした。処理水について、比較例１と同様に、ｐＨ、ＢＯＤ値およびＳＳを測定し、表２に測定結果を示した。また、これをグラフ化したものを図３に示したが、これらの値は、１日〜７日までの各１日におけるデータの平均値である。

表２及び図３に示したように、実施例１の処理では、異常な原水を導入から４日後には、処理水の性状は、通常の原水の処理を行った場合とほぼ同じになり、７日後には、異常な原水を導入する前の性状の処理水となった。

（実施例２）
図１に示す処理フローで処理したこと以外は実施例１と同様にして、途中で異常な原水を５００ｍＬ緊急避難槽に入れ、高負荷処理槽に実施例１の場合よりもゆっくりと導入して高負荷処理して１次処理を行い、その後、１次処理した原水を曝気槽に導入して７日間の浄化処理を行った。通常の原水は、調整槽を介して曝気槽に導入して処理を行った。そして、実施例１の場合と同様に、処理水についてｐＨ、ＢＯＤ値およびＳＳを測定した。この結果、実施例１で行った処理の場合よりも、処理水の性状が、ＢＯＤ値およびＳＳ共に劣ったものの、７日後には異常な原水を導入する前の性状の処理水となった。

（センサーについての検討）
ＢＯＤ値が１０，０００ｍｇ／Ｌで同一であるが、濁度（ＳＳ値）の異なる原水を３数種類用意し、マイクロ波センサー、屈折率センサー、ｐＨセンサー、電気伝導率センサー、吸光度センサーの５種類のセンサーを用いて、異常を感知できるか否かの検討を行った。その結果、吸光度センサーは、有機性廃水中に浮遊物質が少ない、或いは無色に近い廃水には適応できないことを確認した。また、吸光度センサーと、マイクロ波センサー或いは屈折率センサーを組み合わせることによって、有機性廃水の性状、特に濁度に囚われることなく、異常廃水を検知することができることを確認した。さらに、ｐＨセンサー或いは電気伝導率センサーを組み合わせることで、より確実な水質変化の感知を行うことがきることを確認した。

Claims

有機性廃水が貯溜されている原水槽から原水を調整槽に送り、該調整槽で調整した原水を最終的に生物処理槽で活性汚泥処理した後、沈殿槽で固液分離を行う有機性廃水の処理方法において、
上記原水槽から調整槽を介さずに原水を送る緊急避難槽と、該緊急避難槽の原水に対して高負荷処理を行うための高負荷処理槽とを設け、
上記原水槽に設置したセンサーによって原水の水質変動を連続的又は断続的に監視し、センサーが水質の異常を感知している間は、上記原水槽から上記緊急避難槽に原水を送り、該緊急避難槽から調整槽を介さずに高負荷処理槽に原水を導入し、該高負荷処理槽で、高負荷処理である原生動物の実質的不存在下で行う細菌処理をした後、処理した一次処理廃水を生物処理槽に導入して生物処理して処理を連続的に行い、前記センサーが水質の異常を感知していない間は、原水槽から原水を調整槽に送り、該調整槽で調整した原水を前記高負荷処理槽に導入して処理をした後、処理した一次処理廃水を生物処理槽に導入して活性汚泥による処理を行い、且つ、
前記緊急避難槽から調整槽を介さずに高負荷処理槽に原水を導入する速度を、センサーが異常を感知していない間に行う調整槽から高負荷処理槽に原水を導入する際の速度の１／１０〜１／２とすることを特徴とする有機性廃水の処理方法。
前記センサーが、マイクロ波センサー、屈折率センサー、ｐＨセンサー、電気伝導率センサー又は吸光度センサーのいずれかである請求項１に記載の有機性廃水の処理方法。
前記センサーとして、マイクロ波センサー、屈折率センサー、ｐＨセンサー又は電気伝導率センサーのいずれかと、吸光度センサーとを併用する請求項１又は２に記載の有機性廃水の処理方法。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機性廃水の処理方法を実施するための、浄化処理対象の有機性廃水を貯溜するための原水槽と、原水を処理に適したものに調整するための調整槽と、有機性廃水を活性汚泥処理するための生物処理槽とを有してなる有機性廃水の処理装置であって、
さらに、上記原水槽に設置した原水の水質の変動を連続的又は断続的に監視するためのセンサーと、該センサーで異常とされた原水を、上記調整槽を介さずに貯溜するための緊急避難槽と、該緊急避難槽に貯溜された原水を高負荷処理するための非凝集性細菌が多く生息している高負荷処理槽とを有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
さらに、前記調整槽で調整した原水を高負荷処理槽へと導入する流路が設けられている請求項４に記載の有機性廃水の処理装置。