JP5895663B2 - 有機性排水の生物処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場などからの有機性排水を生物処理する方法に係り、特に好気性の第一生物処理槽に有機性排水を通水して細菌により分散菌を生成し、該第一生物処理槽からの分散菌を含む第一生物処理水を、流動床担体を添加した好気性の第二生物処理槽に導入して微小動物に捕食させる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、運転に用いられる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％が菌体すなわ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、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。

特公昭５５−２０６４９では有機性排水をまず、第一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、第二処理槽で固着性原生動物に補食除去させることで余剰汚泥の減量化が可能になるとしている。さらに、上記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補食を利用した廃水処理方法は、多数考案されている。

特開２０００−２１０６９２では、特公昭５５−２０６４９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」、「第一処理槽内およ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または種汚泥を第一処理槽に添加する」等の方法をあげている。

特公昭６０−２３８３２では、細菌、酵母、放線菌、藻類、カビ類や廃水処理の初沈汚泥や余剰汚泥を原生動物や後生動物に補食させる際に超音波処理または機械攪拌により、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。

流動床と活性汚泥法の多段処理による有機性排水の生物処理方法として、特許３４１０６９９には、後段の活性汚泥法をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下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ようにした方法が記載されている。

上記の微小動物の補食作用を利用した多段活性汚泥法は実際に有機性廃水処理に用いられており、対象とする排水によっては処理効率の向上、５０％程度の発生汚泥量の減量化は可能である。しかしながら、この汚泥減量効果は安定しないのが現状である。これは、微小動物の安定した維持方法が確立していないこととエサとなる細菌と微小動物の比率を特定できていないためである。

ＷＯ２００７／０８８８６０には、微小動物を保持する第二生物処理槽に対する溶解性ＢＯＤ汚泥負荷を低くすることにより、汚泥減量に寄与する微小生物保持槽の微小生物の量を安定させることが記載されている。

ところが、第二生物処理槽へ投入する第一生物槽処理水中の分散菌が多すぎた場合、第二処理槽の微小動物が捕食しきれず、発生汚泥量低減には繋がらない。また、分散菌は固液分離が困難なため、どの種類の固液分離手段を用いたときも固液分離の条件に余裕を持たせる必要がある。また、第一生物処理水中の分散菌は対数増殖期の細菌であるため、微小動物に捕食されず自己消化すると溶解性の有機物成分が増加し、水の再利用（排水回収）が困難になる。

特公昭５５−２０６４９ 特開２０００−２１０６９２ 特公昭６０−２３８３２ 特許３４１０６９９ ＷＯ２００７／０８８８６０

本発明は、好気性の第一生物処理槽に有機性排水を通水して細菌により分散菌を生成し、該第一生物処理槽からの分散菌を含む第一生物処理水を、流動床担体を添加した好気性の第二生物処理槽に導入して微小動物に捕食させる有機性排水の生物処理方法であって、第二生物処理槽において分散菌が適切に捕食され、安定した生物処理を行うことができ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。

本発明の有機性排水の生物処理方法は、好気性の第一生物処理槽に有機性排水を通水して細菌により分散菌を生成し、該第一生物処理槽からの分散菌を含む第一生物処理水を、流動床担体を添加した好気性の第二生物処理槽に導入して微小動物に捕食させる有機性排水の生物処理方法において、全体のＢＯＤ容積負荷を２．０〜５ｋｇ／ｍ^３／ｄとし、第一生物処理槽のＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ／ｍ ^３ ／ｄ以上として、第一生物処理槽において、有機性排水中の有機成分の７０〜９０％を除去し、第一生物処理水中の分散菌由来ＳＳの、第二生物処理槽内の担体に対する負荷（以下、分散菌担体負荷という）を８ｋｇ−ＳＳ／ｍ^３−担体／ｄ以下とすることを特徴とするものである。

本発明方法では、第一生物処理槽で生成する分散菌と第二生物処理槽における微小動物による分散菌捕食のバランスが取れるため、第二生物処理槽において分散菌の取り残し（捕食し切れないこと）を防止することができる。

実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法のフロー図である。 実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法のフロー図である。 実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法のフロー図である。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る有機性排水の生物処理方法を示すものであり、第一生物処理槽１と第二生物処理槽２とにより有機性排水が処理される。この実施の形態では、第一生物処理槽１の底部に曝気手段１ｂを設け、第一生物処理槽１を、担体を添加しない曝気槽としている。第二生物処理槽２は曝気手段２ｂを底部に備え、担体２ａを有した曝気槽としている。

有機性排水は第一生物処理槽１に導入され、細菌により、有機成分（溶解性ＢＯＤ）の７０％以上、望ましくは８０％以上さらに望ましくは８５〜９０％が酸化分解される。第一生物処理槽１のｐＨは６以上、望ましくは８以下とする。しかしながら、原水中に油分や有機溶媒、界面活性剤を多く含む場合はｐＨは８．０以上としても良い。第一生物処理槽１へのＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上、ＨＲＴ２４ｈ以下、ＤＯは１ｍｇ／Ｌ以下、望ましくは０．０５〜０．５ｍｇ／Ｌとすることで、分散菌が優占化した処理水を得ることが出来る。また、ＨＲＴを短くすることにより、ＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。

なお、後段の生物処理槽からの汚泥を含む処理水の一部を第一生物処理槽１に返送したり、第一生物処理槽１を多段にしても良い。ただし、滞留時間（ＨＲＴ）が最適値に比べて長くなると、糸状性細菌の優占化やフロックの形成につながり、第二生物処理槽２で捕食されにくい細菌が生成されてしまう。そこで、第一生物処理槽１のＨＲＴを一定に制御するのが好ましい。最適ＨＲＴは排水により異なるため、予備試験やシミュレーションなどから、有機成分の７０〜９０％を除去できるＨＲＴを求める必要がある。ＨＲＴを最適値に維持する方法としては、排水量減少時に、処理水の一部を返送し、第一生物処理槽１に流入する水量を一定にし、第一生物処理槽１のＨＲＴを安定させる方法や、排水量の変動に合わせ第一生物処理槽１の水位を変動させる方法がある。安定させる幅は、予備試験やシミュレーションなどで求めた最適ＨＲＴの０．７５〜１．５倍以内に納めることが望ましい。

第一生物処理槽１の処理水を、底部に曝気手段２ｂを備えた第二生物処理槽２に導入し、ここで、残存している有機成分の酸化分解、分散菌の自己分解および微小動物による捕食による余剰汚泥の減量化を行う。第二生物処理槽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および処理装置を採用するのが好ましい。第二生物処理槽２の排水部に担体分離スクリーン２ｃを設け、流動床担体２ａを添加して流動床を形成することにより、微小動物の槽内保持量を高めている。

添加する流動床担体２ａとしては、球状、ペレット状、中空筒状、糸状など各種形状のものを用いることができる。担体２ａの径は０．１〜１０ｍｍ程度であることが好ましい。担体２ａ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。ただし、担体２ａとしては、発泡プラスチック製の角型担体が望ましい。なお、流動床担体に加え、糸状担体やシート状担体を添加して槽内に一部固定して揺動床を形成してもよく、このようにすれば総合的に担体の充填率を下げることができる。

本発明では、全体のＢＯＤ容積負荷を５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以下（原水変動しても負荷が所定以下）とし、かつ、分散菌担体負荷を８ｋｇ−ＳＳ／ｍ^３−担体／ｄ以下となるように第一生物処理槽１のＤＯや第二生物処理槽２の担体充填率などを設定することにより、分散菌を取りこぼしなく確実に微小動物に捕食させることができる。なお、第二生物処理にさらに揺動床担体を用いた場合は、流動床担体と揺動床担体とを合わせた担体に対する分散菌の負荷とする。

この分散菌由来のＳＳとしては第一生物処理水ＳＳの内、８μｍポリカーボネートフィルターを通過する微細ＳＳとすることが好ましい。

第一生物処理水ＳＳは、原水に含まれる分散菌由来ＳＳと、菌体以外のＳＳと、第１生物処理槽１で生成した分散菌に由来するＳＳからなる。分散菌由来ＳＳは菌体粒径が８μｍ未満、例えば１〜５μｍ程度であり、菌体以外で濾過捕食型微小動物が捕食困難な主なＳＳは粒径が８μｍ超、例えば１０〜５０μｍ程度である。従って、目開き８μｍのフィルター通過ＳＳを分散菌由来ＳＳとすることが好ましい。なお、濾紙のような繊維では微細ＳＳも捕捉してしまうので、フィルターとしては有孔板であるポリカーボネートフィルターを用いるのが好ましい。このＳＳ測定結果に基づいて第二生物処理槽２の担体添加量などの運転条件を調整して、第二生物処理槽２の分散菌の負荷が限界を超えないようにする。

前述の通り、第一生物処理槽１では有機物の大部分、すなわち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと安定して変換しておくのが好ましい。そのため、第一生物処理槽１においても、図２のように、排水部に担体分離スクリーン１ｃを設け、担体１ａを添加して流動床を形成することが望ましい。ただし、第一生物処理槽１における担体の充填率が過度に高い場合、分散菌は生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖する。そのため、第一生物処理槽１に添加する担体の充填率を２０％以下、特に１０％以下とすることにより、濃度変動に影響されず、捕食しやすい分散菌の生成を可能にすることが好ましい。第一生物処理槽１の担体１ａとしては第二生物処理槽２の担体２ａと同様のものを用いることができる。

第二生物処理槽２では、微小動物を維持するため、多量の足場が必要となるため、添加する担体の充填率を流動床の場合は１０％以上、特に２０％以上、例えば２０〜４０％とすることが望ましい。

微小動物による捕食を促進させるため、第二生物処理槽のｐＨを７．０以下例えば６．０〜７．０とするのが好ましい。

運転初期や原水変動により負荷が低いときなど、第一生物処理槽１で溶解性有機物をほぼ完全に分解した場合、第二生物処理槽では担体への生物膜の形成がされにくくなり、また、微小動物増殖のための栄養も不足する。そこで、このような場合には、原水の一部を分流させて第二生物処理槽２に導入し、第二生物処理槽２の溶解性ＢＯＤ汚泥負荷が０．００１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以上望ましくは０．０２５〜０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄとなるように運転することが望ましい。

第二生物処理槽２からの処理水を固液分離して水質の良好な処理水を得るようにしてもよい。固液分離手段としては沈殿池、凝集沈殿、凝集加圧浮上、膜分離のいずれか１又は２以上を用いることができる。図３はその一例を示すものであり、第二生物処理槽２からの処理水に対し反応槽３にて無機凝集剤を添加し、次いで凝集槽４にて高分子凝集剤を添加した後、沈殿槽５にて沈降分離処理し、処理水と沈降汚泥とに分離する。

［実施例１］
図２のフローに従って、ＢＯＤ８００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤ_ｃｒ１３００ｍｇ／Ｌの原水（食品工場排水の模擬排水）を処理した。第一生物処理槽１の容量は２．５Ｌ、第二生物処理槽２の容量は４．４Ｌである。第一生物処理槽１のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌとし、第二生物処理槽２はＤＯ２〜３ｍｇ／Ｌで運転した。第一生物処理槽１には担体を充填率５％で添加し、第二生物処理槽２には担体を充填率４０％で添加した。担体としては共に粒径３ｍｍのポリウレタン製の角型スポンジ担体を用いた。

第一生物処理槽１に対するＢＯＤ容積負荷は５．５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ３．５ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷２．０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ９．６ｈの条件で運転した。第一生物処理水中のＳＳ濃度は６００ｍｇ／Ｌで分散菌担体負荷が５．９ｋｇ−ＳＳ／ｍ^３−担体／ｄとなっていた。その結果、第二生物処理水中のＳＳ濃度は２５０ｍｇ／Ｌとなり、汚泥転換率は０．１９ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_ｃｒとなった。

［実施例２］
実施例１において、第二生物処理槽２の後段に反応槽３、凝集槽４及び沈殿槽５を設けて図３のフローとしたこと以外は同じ条件で原水を処理した。なお、無機凝集剤としてＰＡＣ３００ｍｇ／Ｌ、アニオン系高分子凝集剤として栗田工業社製クリフロックＰＡ３３１を１ｍｇ／Ｌ添加した。その結果、汚泥転換率は０．１９ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_ｃｒ（ＰＡＣ汚泥は除く）で、処理水ＣＯＤ_ｃｒ、ＳＳ濃度は２０ｍｇ／Ｌ以下と良好な処理水質を維持した。

［比較例１］
実施例１において、第二生物処理槽２の担体充填率を２５％とし、第二生物処理槽２の担体２ａへの分散菌担体負荷が９．４ｋｇ−ＳＳ／ｍ^３−担体／ｄとなったこと以外は同じ条件で運転を実施した。その結果、捕食しきれない分散菌の流出により、汚泥転換率は０．２９ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_ｃｒとなった。

［比較例２］
実施例２において、第二生物処理槽２の担体充填率を２５％とし、第二生物処理槽２の担体２ａへの分散菌担体負荷が９ｋｇ−ＳＳ／ｍ^３−担体／ｄとなったこと以外は同じ条件で運転を実施した。その結果、捕食しきれない分散菌の流出により、汚泥転換率は０．２９ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−ＣＯＤ_ｃｒ（ＰＡＣ汚泥は除く）となった。また、処理水ＳＳを２０ｍｇ／Ｌ以下にするのに必要な凝集条件はＰＡＣ８００ｍｇ／Ｌ、アニオンポリマーを２ｍｇ／Ｌまで増加した。また、この条件でも処理水ＣＯＤ_ｃｒ３０ｍｇ／Ｌと実施例２に比べ処理水質は悪化した。

１ 第一生物処理槽
２ 第二生物処理槽
１ａ，２ａ 担体

Claims (6)

1. 好気性の第一生物処理槽に有機性排水を通水して細菌により分散菌を生成し、該第一生物処理槽からの分散菌を含む第一生物処理水を、流動床担体を添加した好気性の第二生物処理槽に導入して微小動物に捕食させる有機性排水の生物処理方法において、
   全体のＢＯＤ容積負荷を２．０〜５ｋｇ／ｍ^３／ｄとし、
   第一生物処理槽のＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ／ｍ ^３ ／ｄ以上として、第一生物処理槽において、有機性排水中の有機成分の７０〜９０％を除去し、
   第一生物処理水中の分散菌由来ＳＳの、第二生物処理槽内の担体に対する負荷（以下、分散菌担体負荷という）を８ｋｇ−ＳＳ／ｍ^３−担体／ｄ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。
2. 請求項１において、第一生物処理槽を担体充填率２０％以下の流動床とし、第二生物処理槽を担体充填率１０％以上の流動床とすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
3. 請求項１又は２において、第二生物処理槽処理水を凝集沈殿、凝集加圧浮上分離、及び膜分離の少なくとも１種よりなる固液分離手段により汚泥と処理水とに固液分離することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、第二生物処理槽のｐＨを６〜７とすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、第二生物処理槽に原水の一部を添加することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、第一生物処理水のＳＳの内、分散菌由来のＳＳは、８μｍポリカーボネートフィルターを通過する微細ＳＳであることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

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