JPH02211295A - し尿系汚水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、し尿、浄化槽汚泥などのし尿系汚水、及びし
尿系汚水の処理に伴って不可避的に発生する、汚泥脱水
濾液、床洗い排水、バキュームカー洗車汚水などの各種
雑汚水を、２段の生物学的硝化脱窒素処理、凝集処理や
膜分離などを組合せて処理し、高度に浄化された処理水
を安定して得る方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、し尿系汚水は、生物学的硝化脱窒素処理のような
生物学的処理を中心として処理されるが、生物学的処理
だけでは所要の基準を満たす処理水が得られないので、
これにさらに凝集分離や活性炭吸着などの精製手段を組
合せて処理する。

し尿系汚水の処理技術の最近の発展は目覚ましく、限外
濾過膜（ＵＦ膜）を利用した新システムが提案、実用化
され、大きな注目を集めている。

このＵＦ膜を利用したし尿処理システムの根幹は、第２
図のフローシートに示すように、し尿及び雑排水を無希
釈生物学的硝化脱窒素処理した後、活性汚泥及び凝集フ
ロックの分離に各々限外濾過膜を適用する技術思想であ
った。

このシステムは、固液分離が完璧で、かつ従来の凝集ス
ラリの沈殿分離のさいに生ずるキャリオーバがあり得な
いので、運転管理が非常に用意であるという重要な特長
をもっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記システムは、前記した重要な特長をもつ反
面、次のような種々の問題点を伴い、これらの問題点は
いまだに十分解決されておらず、さらに優れた処理シス
テムの開発が強く望まれているのが実情である。

（１）活性汚泥スラリのＵＦ膜透過水にはＣＯＤ、リン
、色度等が相当残り、ＦｅＣｌｆｆを３０００〜３５０
０ｍｇ／／！と多量に添加しないと、ＣＯＤ、リン、色
度等が高度に除去されない、この結果、Ｆｅ（Ｏｌｌ）
ｔ、　ＦｅＰＯｎのスラッジ発生量が多く、これらはバ
ルキーで難脱水性でもあるため、汚泥処理が厄介である
。

（２）ＵＦ膜分離のための動力費（ポンプ）が、し尿１
に１あたり約３００円と高額であり、しかもＵＦ膜分離
工程が２段必要であるため、約６００円／ｋｌという極
めて高額のランニイグコストがかかる。このコストは、
生物処理用のエアレーション動力よりも高額であり、重
大問題となっている。

（３）ＵＦＩＩ！Ｊ分離工程を２段適用するので、ＵＦ
膜所要面積が多（、その結果膜の交換、更新費用が高額
になる。

（４）汚泥脱水濾液、各種洗浄汚水などの雑排水が大量
に生物学的硝化脱窒素処理工程に流入するため、該生物
処理槽の水温低下、希釈によるＭＬＳＳ低下が起き、生
物学的硝化脱窒素反応速度が減少してしまう。

このように、現在量も進歩した処理システムとして認識
されているＯＦ膜分離法は、実際には上記のような大き
な問題点を抱えているのである。

本発明は、前記した従来のＵＰ膜分離法の欠点を完全に
解決し、かつＵＦ膜分離法の長所を残すというｉ！ｌ！
題を解決することを目的とするものであり、具体的には
水酸化物を主体とする凝集スラッジの発生量を大幅に減
少させること、余剰汚泥の脱水性の脱水性を向上させる
ことなどを主目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、し尿系汚水を生物学的硝化脱窒素処理したの
ち、該処理工程から流出する活性汚泥スラリに汚泥脱水
濾液などの雑排水を添加して、さらに生物学的硝化脱窒
素処理し、該処理工程内の、もしくは該処理工程から流
出する活性汚泥スラリにカルシウムイオンを添加し、そ
の添加がなされた活性ｌη泥ススラリ固液分離し、該固
液分離工程からの分離水に第２鉄イオン又はアルミニウ
ムイオンを添加して、酸性条件下で限外濾過膜又は精密
濾過膜により膜分離し、清澄透過水を得る一方、前記固
液分離工程からの分＃汚泥、又はこれと前記膜分離から
の凝集汚泥を前記の第１の生物学的硝化脱窒素処理工程
に供給することを特徴とするし尿系汚水の処理方法によ
って、前記の課題を解決した。

本発明をさらに詳しく説明するため、し尿処理を対象と
する場合の本発明の一実施態様について第１図を参照し
ながら説明する。

処理すべき除渣し尿Ｉを、公知の各種タイプ（硝化液循
環型、ステップ流入型、−槽壁、回分型など）の生物学
的硝化脱窒素処理工程、２（この処理を行う槽を「主生
物反応槽」と呼ぶ）に供給して無希釈で硝化脱窒素処理
する。同処理工程に空気などの酸素含有ガス３が供給さ
れ、エアリフト用ドラフトチューブ４に入り、液を循環
させる。

生物学的硝化脱窒素処理工程２においてＢＯＤ、窒素成
分の８５〜９５％程度を除去した後、該処理工程２から
流出する活性汚泥スラリ５に汚泥脱水濾液などの雑排水
６を混合し、第２の生物学的硝化脱窒素処理工程７（こ
の処理を行う槽を「副生物反応槽」と呼ぶ）に流入させ
て処理を行なう。

この際に、カルシウムイオン（Ｃａ”）８を第２の生物
学的硝化脱窒素処理工程７内の、もしくは該処理工程か
ら流出する活性汚泥スラリに添加し、ｐＨ７，５〜９．
０程度の弱アルカリ性条件下で混合する。

それにより活性汚泥スラリ中のリン酸イオンがリン酸カ
ルシウム沈殿生成反応により不溶化され、またＣＯＤ成
分もそのリン酸カルシウム（アパタイト）生成に伴なっ
て、それに吸着除去される。

本発明の特徴の一つは、この第２の生物学的硝化脱窒素
処理工程７を設けて、第１の生物学的硝化脱窒素処理工
程２から流出する微生物スラリ及び雑排水中の汚濁成分
を生物学的に除去し、かつ生物学的に除去困難なＣＯＤ
とＰＯ４３−を弱アルカリ性条件下（ｐＨ７，５〜９．
０程度）でアパタイト生成反応を利用して化学的に除去
するようにした点である。

しかして、ＣＯＤを吸着したリン酸カルシウム粒子が共
存した活性汚泥スラリを移送部９を通して沈殿槽ＩＯに
供給して、固液分離し、分離水１１と沈殿汚泥１２に分
離する。なお、この固液分離にさいしては後工程の関係
でＳＳを完全に分離することは要求されず、沈降性の悪
いＳＳはそのまま分離水１１にキャリオーバさせてもな
んら差支えない。このため、沈殿槽の運転管理は非常に
容易である。

前記の沈殿汚泥１２の大部分は返送汚泥１３として第１
の生物学的硝化脱窒素処理工程２へ循環され、残部は余
剰汚泥１４として汚泥処理工程に導びかれる。

一方の分離水１１は、ＳＳが数１００ｍｇ＃！、　ｐＨ
が弱アルカリ性（ｐＨ７，５〜８．０程度）で、ＣＯＤ
、ＰＯ４’色度が少量残存し、かつ前段で添加したカル
シウムイオンの一部が残留して含まれているという水質
を有する。なお、沈殿槽以外に遠心分離、浮上分離等の
固液分離手段を用いてもよい。

本発明の第２の要点は、このような水質を有する分離水
１１に対し、第２鉄イオン（Ｆｅ”）又はアルミニウム
イオン（Ａｌ”）１５を添加して、酸性条件下で凝集さ
せ、その凝集スラリを限外ｉｆｆ過膜又は精密濾過膜（
ＭＦ膜）を用いる膜分離工程１６によって膜分離する点
にある。

上記の第２鉄イオンとしては、具体的にはＦｅＣｌ３、
ポリ硫酸第２鉄が好適であり、アルミニウムイオンとし
ては硫酸アルミニウム、明ばんなどが好適である。凝集
時の酸性条件はｐＨ４，０〜５．５が好ましい。

このように、分離水１１に対して第２鉄イオン又はアル
ミニウムイオンを添加すると、非常に少量の添加率で分
離水１１に残留する少量のＣＯＤ、ｐｏ４″−１色度及
びＳＳが効果的に凝集されてフロック化され、これを膜
分離工程１６へ通すと、そこで完璧に固液分離され、極
めて高度に清澄な膜透過水（清澄透過水）１７が得られ
る。

一方、膜分離工程１６で分離されて排出される凝集汚泥
１８は、余剰汚泥１４と共に汚泥処理工程に導びかれる
。また、この凝集汚泥１８は、第１の生物学的硝化脱窒
素処理工程２に循環されてもよい。

この場合には、該処理工程２には、返送汚泥１３と凝集
汚泥１８とが合わせて送られることになる。また、凝集
汚泥１８の一部は固液分離水１１に混合させて循環させ
ることができる。

〔作用〕

本発明では、第２の生物学的硝化脱窒素処理工程内の、
あるいは該処理工程から流出する活性汚泥スラリにカル
シウムイオンを添加するさいには、その活性汚泥スラリ
中のＰＯ４３−の大部分（８０％以上）は、 ５Ｃａ”　＋ＯＨ−＋３ＰＯ４’−→Ｃａ５（ＯＨ）　
（ＰＯａ）ｉ　　↓などのリン酸カルシウム沈殿生成反
応によって不溶性ＳＳに転換される。

しかも、この沈殿生成反応が生成するに際して、極めて
興味深いことには、活性汚泥スラリの法例に含まれてい
る非生物分解性ＣＯＤ成分（色度成分を主体とするもの
と思われる）が、Ｃａｓ　（ＯＨ）　（ＰＯ４）　３な
どのリン酸カルシウム沈殿の界面に吸着されて効果的に
除去されることが見出された。また、ｐｏ、’−を含ま
ない原水の場合には、カルシウムイオンを添加してもＣ
ＯＤが除去されないことも実験的に確認された。

そして、そのカルシウムイオンが添加された活性汚泥ス
ラリを固液分離したさいに得られる分離汚泥から汚泥処
理工程に送られる余剰汚泥１４には、脱水性の良好なリ
ン酸カルシウム沈殿が多量に共存し、難脱水性の水酸化
鉄スラッジは僅かしか含まれていないので、フィルタプ
レス、スクリュープレス、ベルトプレスなどの脱水機に
より、容易に低水分（６５〜７５％程度）の脱水ケーキ
にすることができる。

（実施例〕 以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

ただし、本発明はこの実施例のみに限定されるものでは
ない。

実施例 第１表に示す水質の除渣し尿を、硝化液循環型の無希釈
生物学的硝化脱窒素処理工程（第１脱窒素槽→硝化槽→
第２脱窒素槽の順に直列配置したプロセス）に供給し、
第２表に示す運転条件で生物学的硝化脱窒素処理を行っ
た。前記の硝化脱窒素処理工程を行う槽をまとめて主体
物反応槽と呼ぶ。

第１表　除渣し尿水質 ｐＨ−・−・−・・−・−−−−一−・・・　　　７．
ＢＳ　Ｓ　　　　　　　　　　Ｌ２５００ＢＯＤ　・−
・　　　　−・・−９２００ＣＯＤ　　　　　　　・・
・・・−４３００Ｔ−Ｎ−・−−−・・・・　３２００ ｐｏ、’−−・・−・・・−・・・−・−・−・・・・
・・・−８８０■／ｌ ■／ｌ ■／ｌ ■／２ ■／２ 第２表　主生物処理槽の運転条件 ＭＬＳＳ　　　　・・・・・・・−・−１２，０００〜
１４，０００■／２し尿滞留日数　・−・−ＩＯ日間 硝化液循環量　　　　　　　　２６Ｑ 水　　　　　温　　　　　　　・・・・・・−３７〜３
８°Ｃ希釈倍率　　−・・無希釈 注）Ｑ：し尿の処理量〔ｋ１／日〕 次に、主生物処理槽から流出する活性汚泥スラリに対し
、汚泥脱水濾液、床洗浄汚水を０．５Ｑ添加し、これを
、間欠曝気型硝化脱窒素性による、Ｍ　Ｌ　Ｓ　５９０
００〜１００００■／ｌ、滞留日数１日の運転条件下に
ある副生物反応槽に供給し、生物処理しつつ、ＣａＣ１
ｚをカルシウムイオンとして５００〜６００ｍｇ／ｊ！
添加して、ＮａＯＨによりｐｉを７．５〜７．８に制御
した。しかるのち、この副生物反応槽からの活性汚泥ス
ラリを、沈降分離速度３．５＋ｇ／日に設定された沈殿
槽で、活性汚泥とリン酸カルシウム粒子の共存フロック
を沈降分離フロックを沈降分離させた。リン酸カルシウ
ム粒子が沈降促進作用をもつため、フロックの沈降性が
良好で、第３表の水質を示す上澄水（沈殿分離水）が得
られた。

第３表　沈殿分離水の水質 ρＢ　　　　・・−−ｍ−−・・−・〜・−・−８，３
〜８，７ＳＳ　　　　　　　　　　６０〜１２０■／１
溶解性ＢＯＤ　　　　　　　５〜７　■／ｉ熔解性ＣＯ
Ｏ−・−−−−−一・−・−・・−１３０〜１４０■／
１Ｔ−Ｎ　　　−・・・−・・・・・−・・−１２〜１
５　　■／１Ｐ０４ト　　　　・・・・・−・−・−−
−−−・・−・５．０〜８．３■／１色　　度　　１．
−・−・・−・−−−−−−−−５００〜５５０　　　
度Ｃａ”　　　　　　　　　１１０〜１３０１ｇ／　ｊ
！沈殿槽で沈降分離された分離汚泥の固形物濃度は、２
．０〜２．２％と高濃度であり、従来方式よりも約２倍
も濃厚な汚泥が得られた。

さらに、第３表に示す水質の沈殿分離水に対し、ＦｅＣ
１，を２５０〜３００ｍｇ／　ｌ添加し、ｐＨ４、５の
条件で混合したところ、速やかに良好なフロック形成が
起き、分画分子量１０万のＵＦ膜により２．２ｍ３／＋
３・日という高膜透過流束で容易に膜分離された。膜分
離により得られる膜透過水の水質は第４表に示す通り極
めて優れたものである。

第４表　膜透過水の水質 ｐＨ４，５ ＳＳ　　　　　　　・・・・−θ　　■／１ＢＯＤ　　
　　　・・・・・・・・　４Ｉ１ｇ／Ｉ！。

ＣＯＤ　　　　　　・−・・・・５５〜６２　　■／β
Ｔ−Ｎ　　−・　　　　　６〜８　■／！ｐｏ、’−−
−・−一−−−−−・・・−・・−０，２〜０．４■／
ｉ！色度　　　１００〜１２０度 膜分離からの凝集汚泥を主生物反応槽に循環し、また沈
殿槽からの分離汚泥の一部を余剰汚泥として取り出した
。

余剰汚泥にカチオンポリマ（エバーグロースＣ１０４Ｇ
）をＳＳに対し１．２％添加し、スクリュープレスで脱
水したところ、得られた脱水ケーキは水分が６８％と、
非常に低水分のものであって、乾燥焼却が容易であった
。

また、この脱水ケーキを焼却炉で焼却したところ、従来
のＦｅＣ１１単独凝集法の場合の脱水ケーキを焼却する
場合よりもＳＯｘとＮＯｘの発生量が減少した。

この原因は、リン酸カルシウムを焼成したときに生成す
るＣａ０分がＳＯｘ吸収剤となること、またＮＯＸ生成
の触媒作用になるＦｅ２０ｓの生成量が少ないためと思
われた。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、次のような顕著な
効果を得ることができ、従来技術の諸欠点を解決するこ
とができる。

（１）第２の生物学的硝化脱窒素処理工程内の、もしく
は該工程から流出する活性汚泥スラリにカルシウムイオ
ンを添加した後、固液分離し、分離水に少量の第２鉄イ
オン又はアルミニウムイオンを添加して、膜分離するよ
うにした結果、従来よりも著しく少ない凝集剤量でＣＯ
Ｄ。

ＰＯ４３−色度などを効果的に除去できる。

（２）　　この結果、難脱水性の水酸化鉄又は水酸化ア
ルミニウムスラッジの発生量が従来プロセスよりも著し
く減少し、さらに脱水性良好なＣａ系スラッジの発生量
が増加するので、汚泥処理工程に供給される汚泥の脱水
性が大幅に向上する。

（３）カルシウムイオンが添加された活性汚泥スラリを
直接膜分離すると、Ｃａ系スケールが膜面に付着してト
ラブルとなるが、本発明では膜分離の前で沈殿などの手
段で固液分離するので、膜分離において膜へのスケール
付着によるトラブル発生の心配がなく、安定した膜分離
が可能で、膜透過流束が高くとれる。

（４）膜分離工程は、従来法が２段必要なのに比べてそ
の半分である１段ですむので、膜分離のためのポンプ動
力コストが半減する。また、所要膜面積も半減するので
、設備費が半減でき、膜の更新コストも低減する。

とくに、従来技術のように活性汚泥の分離に限外濾過膜
を適用すると、限外濾過膜の生物に起因するファウリン
グ（汚染）及び限外濾過膜表面へのゲル層形成に起因す
る透過流束の減少などの問題点が大きいが、本発明は活
性汚泥の分離に沈殿などの固液分離手段を使用し、得ら
れた固液分離水の凝集処理物の分離にのみに膜分離を適
用するので、従来技術の問題がない。

（５）従来プロセスでは、脱水ケーキ焼却灰のリン分は
すべて鉄分と化学的に強く結合しているため、リン分を
肥料として利用することが極めて困難であるが、本発明
では焼却灰のリン分は僅かしか鉄分と結合しておらず、
大半は植物が吸収しやすいＣａ分と結合する形で存在し
ているため、肥料として利用できる。

この効果は、し尿からのリン資源回収を可能にした点で
重要な意義がある。

（６）雑排水を第１の生物学的硝化脱窒製処理工程に流
入させることなく効率よく処理できるので、同処理工程
での水温低下、ＭＬＳＳ低下が発生せず、硝化脱窒素反
応速度の減少を招かない。

（７）第２の生物学的硝化脱窒素処理工程内の、もしく
は該工程から流出する活性汚泥スラリにカルシウムイオ
ンを添加したさいに生ずるリン酸カルシウム粒子の凝集
効果により、活性汚泥の沈降性状が向上し、沈殿などの
固液分離により十分分離することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、し尿を処理対象とする本発明の一実施態様に
おける処理の系統図であり、第２図は、従来のＵＦ膜を
利用したし尿処理システムのフローシートを示す。 ｌ・・・除渣し尿 ２−・生物学的硝化脱窒素処理工程 ３−空気　　　　　　　　５−・活性汚泥スラリ６−・
雑排水 ７・・−生物学的硝化脱窒製処理工程 ８−・カルシウムイオン　　１０−ａ穀槽１１−・分離
水　　　　　　　１５−塩化第２鉄１６−・膜分離　　
　　　　　１７−・膜透過水１８−凝集汚泥

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. し尿系汚水を￥生物学的硝化脱窒素処理￥したのち、該
   処理工程から流出する活性汚泥スラリに汚泥脱水濾液な
   どの雑排水を添加して、さらに生物学的硝化脱窒素処理
   し、該処理工程内の、もしくは該処理工程から流出する
   活性汚泥スラリにカルシウムイオンを添加し、その添加
   がなされた活性汚泥スラリを固液分離し、該固液分離工
   程からの分離水に第２鉄イオン又はアルミニウムイオン
   を添加して、酸性条件下で限外濾過膜又は精密濾過膜に
   より膜分離し、清澄透過水を得る一方、前記固液分離工
   程からの分離汚泥、又はこれと前記膜分離からの凝集汚
   泥を前記の第１の生物学的硝化脱窒素処理工程に供給す
   ることを特徴とするし尿系汚水の処理方法。