JPH02253899A

JPH02253899A - し尿系汚水の処理方法

Info

Publication number: JPH02253899A
Application number: JP1074062A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kataoka; 克之片岡
Original assignee: Ebara Research Co Ltd; Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1990-10-12
Also published as: JPH0535038B2

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を生物学
的硝化脱窒素処理するさいに、蛸泡剤、消泡機を使用し
ないで円滑に処理可能とし、かつ高度処理を含むシステ
ム構成を著しく簡略化し、高度浄化処理水を得る新規な
処理方法に関する。

〔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ているが、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、通常この処理にさらに凝集分離や活性炭吸着などの
精製手段を組み合わせて処理されている。

し環系汚水処理技術の最近の発展は目覚ましく、限外濾
過膜（以下ｒＵＦ膜ｊともいう）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Ｕ
Ｆ膜を利用したし環系汚水処理方法は第２図のフローシ
ートに示すように、し尿を無希釈生物学的硝化脱窒素処
理した後、活性汚泥及び凝集汚泥の分離に各々ＵＦ膜を
適用して膜分離するというものである。この処理方法は
、固液分離を膜分離方式で行うために、固液の分離がほ
とんど完全に行われるため、従来の凝集スラリの沈澱分
離において問題となるキャリオーバーが生ずることはま
ったくないので、運転管理が非常に容易であるという重
要な特長をもっており、最も進歩した方式であるといわ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、前記のＵＦ膜を利用したし尿系汚水処理方法は
、その反面、次のような重大な欠点があるため、理想的
な方式であるとはいえない。

（１）無希釈の生物学的硝化脱窒素処理工程における発
泡が激しく、多量の消泡剤を添加しないと、処理槽から
泡が溢れ出し、処理不能となる。なお、消泡剤としては
シリコーン系ないしアルコール系のものが主として用い
られている。また、消泡剤を添加した場合、気泡の合一
が激しくなり、酸素溶解効率が減少するという問題が生
ずる。

（２）　　ｉｌ集処理後、膜分離工程に通して得た透過
水を粒状活性炭吸着塔に供給して、ＣＯＤ、色度を吸着
除去しているため、設備費が高額で、しかも廃活性炭の
再生炉を設けないとランニング・コストが高くなるので
、ますます設備費が大きくなり、保守・管理も煩雑にな
る。

（３）生物学的処理後、膜分離工程に通して得た透過水
には高濃度のＣＯＤ、色度、ＰＯ４３−含まれているの
で、凝集剤にＦｅＣＩｚを用いる場合には２５００〜３
０００ｍｇ／ｆ、明ばんを用いる場合には５０００〜６
０００ｍｇ／ｆｆｉと多量に注入しないと、ＣＯＤ　、
色度、ＰＯ４３が効率良く除去できない。この結果、脱
水しがたいＦｅ（Ｏｆｆ）ｉ又はＡＩ　（０１１）　ｘ
系のスラリが多量に生じ、汚泥処理に負担を与える。

（４）ＵＦ膜分離のポンプ動力コストが２００〜３００
円／ｍ″と高く、しかも２段のＵＦ膜分離装置を必要と
するため、動力コストが４００〜６００円／ｍ″と極め
て高くなる。この費用は生物学的処理における曝気動力
コストより高額であり、実用化に当っての大きな障害と
なる。

（５）ＵＦ膜を２段階で使用するので、当然所要膜面積
が増加し、膜の交換コストも高い。

これらの問題点をもつ従来の膜分離方式を用いる処理方
法は、理想的な方式であるとはいえない。

本発明者は、上記（１）〜（５）の欠点を完全に解消で
きる方式を確立するための研究を進め、本発明を完成す
るに至った。

〔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に硝化脱窒素、処理、
した後、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た後、膜分離以外で固液分離し、
そこから得られる分離水に鉄イオン又はアルミニウムイ
オンと粉末活性炭を添加して、ｐＨを酸性条件下に維持
しつつ、限外濾過膜又は精密濾過膜により膜分離し、該
膜分離工程から得られる膜透過水を高度処理水として収
得し、該膜分離工程から得られる粉末活性炭共存凝集汚
泥、及び前記固液分離工程から得られる分離汚泥の両者
を前記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である。

本発明の一実施態様を行うための装置の模式図を示す第
１図を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図において、スクリーンなどの前処理工程によりし
渣が除去された除渣し尿１は、無希釈の生物学的硝化脱
窒素処理工程２に流入し、硝化脱窒素され、同時にＢＯ
Ｄも除去される。なお、し尿の除渣の際に、し尿にカチ
オンポリマなどの凝集剤を添加して凝集除渣する。のが
好ましい。生物学的硝化脱窒素処理工程２としては、公
知の硝化液循環型、回分投入型、好気的脱窒素型など任
意の硝化脱窒素反応型弐を採用してもよい。

しかして、生物学的硝化脱窒素処理工程２から流出する
活性汚泥スラリ３を、汚泥脱水分離液２５と雑排水５と
ともに第２の生物学的硝化脱窒素処理工程４に流入し、
雑排水中などのＢＯＤ、窒素成分を除去する。この第２
の生物学的硝化脱窒素処理工程４にカルシウムイオン６
が添加される。

カルシウムイオンとしてはＣａＣ１ｚを用いるのが好ま
しい。

なお、処理水の水質がさほど悪化していない場合には、
前記の第２の生物学的硝化脱窒素処理工程４を省略する
ことができる。その場合には、カルシウムイオン６を活
性汚泥スラリ３に添加する。

前記したように、カルシウムイオン６を添加すると、活
性汚泥スラリ３などの中のＰＯ４’−がリン酸カルシウ
ムとして沈澱し、またその沈澱５　Ｃａ”＋ＯＨ−＋３
ＰＯｍ’−→Ｃａ５（Ｏｌｌ）　（ＰＯ４）３　↓性成
反応によって生じたヒドロキシアパタイトの吸着作用に
よってＣｏＤｌ色度が除去される。この処理により、Ｐ
Ｏ−一の９５％程度およびＣＯＤ。

色度５０〜６０％程度が除去される。リン酸カルシウム
沈澱生成反応のｐＨ条件としては７．５〜８．０で充分
で、従来のように高アルカリ（ｐＨ１０）にする必要は
ない。

なお、従来ｐｏ、”−をリン酸カルシウム沈澱生成反応
を利用して除去するだめのカルシウムイオンとして、Ｃ
ａ　（ＯＨ）ｚが使用されるのが普通であるが、本発明
においてはＣａ　（ＯＨ）　ｚを使用することはあまり
好ましくない。それはＣａ　（ＯＨ）　ｚを使用して所
要量のカルシウムイオンを供給すると、ＯＨ−も同時に
添加されてしまうため、液のｐＨが上昇し過ぎることが
多く、ｐＨ調節が困難になるからである。

また、Ｃａ（ＯＨ）ｚはスラリ状であるので、操作も厄
介である。これらの点からカルシウムイオンとしてＣａ
Ｃｌ□を用いるのが好ましい。

しかして、第２の生物学的硝化脱窒素処理工程４からの
リン酸カルシウム粒子を含んだ活性汚泥スラリ７を沈澱
槽８に導き、沈降分離し、越流水９と沈澱汚泥１０に分
離し、沈澱汚泥１０は大部分返送汚泥２０として生物学
的硝化脱窒素処理工程２に返送する。沈澱槽８において
沈降性の悪いＳＳはそのまま越流水９の中にキャリオー
バーさせても、何ら差支えない。したがって、沈澱槽８
の管理は非常に易しい。この点は、本発明の大きな利点
の一つである。

越流水９に対し、第２鉄イオン系又はアルミニウムイオ
ン系凝集剤１１を少量添加し、酸性条件下で凝集させ、
さらに粉末活性炭１４を添加し、混和槽１３において３
０〜６０分程度滞留させた後、ＵＦ膜又は精密濾過膜（
以下ｒＭＦ膜」ともいう）を用いる膜分離工程１５によ
って膜分離する。凝集の酸性条件としてはｐ　Ｈ４，０
〜５．５が好ましい。粉末活性炭１４の添加量は、し尿
の無希釈処理の場合、２００〜８００■／ｌ程度でよい
。また、使用する粉末活性炭の粒度は１００メツシユ以
下がよい。なお、前記凝集剤を添加するさいには、必要
によりアルカリ剤１２を添加してｐＨを調節するが、本
発明では前記凝集剤の所要添加量が従来法の１／４程度
に削減できるため、特にアルカリを添加しなくても前記
凝集剤を添加剤にｐＨが４．０〜５．５の最適範囲に入
ることが多いので、前記アルカリ剤の注入を省略できる
ことが多い。

このように、先にカルシウムイオンを添加して膜分離以
外で固液分離して得られた液９に対し、鉄イオン又はア
ルミニウムイオン系凝集剤と粉末活性炭の両者を添加す
ると、カルシウムを添加することなく単に固液分離して
得られた液に前記凝集剤と粉末活性炭を添加した場合に
比して、かなり少量の添加率で、ＣＯＤ、色度、ｐｏ４
’−１有機性窒素が効果的に除去される。

そして、膜分離工程１５で高度処理水である透過水１６
と粉末活性炭共存凝集汚泥１７とを得る。

しかして、膜分離工程１５で分離された粉末活性炭共存
凝集汚泥１７の全部ないし一部１８を生物学的硝化脱窒
素処理工程２へ供給する。この点も本発明の特徴の一つ
である。

粉末活性炭共存凝集汚泥１８を生物学的硝化脱窒素処理
工程２に供給すると、驚くべきことに、該処理工程２に
おける激しい発泡が全くおさまり、第２図に示す従来法
で不可欠であった消泡剤と消泡機が不要になる。

必要により粉末活性炭共存凝集汚泥１８の一部１９を越
流水９に加えて循環してもよい。

また、沈澱槽８からの沈澱汚泥１０の一部は、余剰汚泥
２１として取り出し、それにカチオンポリマー２２を加
えて汚泥脱水工程２３へ送る。該工程２３でケーク２４
とし、出てきた汚泥脱水分離水２５は必要により添加剤
２６が添加されてから生物学的硝化脱窒素処理工程４へ
送られる。

〔作　用〕

活性汚泥スラリ３などにカルシウムイオン６を添加する
と、活性汚泥スラリ３などの中のｐｏ、−がリン酸カル
シウムとして沈澱し、またその沈澱５　Ｃａ”十叶−＋
３Ｐ０４″−−Ｃａｓ（０１１）　（ＰＯ４）３　↓生
成反応によって生じたヒドロキシアパタイトの吸着作用
によってＣＯＤ、色度が除去される。

また、先にカルシウムイオンを添加して固液分離して得
られた液９に対し、鉄イオン又はアルミニウムイオン系
凝集剤と粉末活性炭の両者を添加すると、カルシウムを
添加することなく単に固液分離して得られた液に前記凝
集剤と粉末活性炭を添加した場合に比して、かなり少量
の添加率で、ＣＯＤ、色度、ｐｏ、”−有機性窒素が効
果的に除去される。

さらに、粉末活性炭共存凝集汚泥１８を生物学的硝化脱
窒素処理工程２に供給すると、驚くべきことに、該処理
工程２における激しい発泡が全くおさまり、第２図に示
す従来法で不可欠であった消泡剤と消泡機が不要になる
。

以上、述べたように本発明においては、粉末活性炭など
を前記した個所に添加し、かつそれにより生じたＣＯＤ
を吸着した粉末活性炭共存凝集汚泥の少なくとも一部を
硝化脱窒素処理工程に供給することにより上記の作用を
生じるのであってもしも新鮮な粉末活性炭を、本発明の
ように凝集剤添加工程の後に添加するのではなく、例え
ば生物学的硝化脱窒素処理工程に添加すると、該処理工
程内の液の高濃度の溶解性ＣＯＤと色度成分（凝集処理
後のＣＯＤ、色度の約１０倍もの高濃度を示す）と粉末
活性炭が接触することになること、およびこれらのＣＯ
Ｄ、色度成分が活性炭によって吸着され難い高分子成分
であることにより、処理水のＣＯＤ、色度が本発明にお
ける処理水よりも４〜５倍も高い値になり、トータルプ
ロセスとして評価した場合に極めて不合理な結果を招く
。

したがって、新鮮な粉末活性炭を生物学的硝化脱窒素処
理工程２に添加する方法では、総合的な水質向上度が本
発明に比べ極めて劣るという結果をもたらす。

〔実施例〕

以下、実施例によって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図の模式図に示す、本発明を実施する装置によって
し尿を処理した。その実験結果について述べる。

第１表に示す水質の除渣し尿を、膜分離工程１５から排
出される粉末活性炭共存凝集汚泥を循環しつつ生物学的
硝化脱窒素処理工程（以下、「主生物処理工程」という
）２で無希釈タイプの硝化脱窒素処理を行った。その運
転条件を第２表に示す。

第１表　除渣し尿の水質注）Ｔ−Ｎ：全窒素第２表　主生物処理工程の運転条件１０力月にわたる試験期間中、運転初期を除いて発泡は
ほとんど認められず。円滑な処理が可能であった。その
発泡状態は水面上１０ｃｍのところで泡はとどまってお
り、泡は自然に壊れやすかった。

次に、主生物処理工程２から流出する活性汚泥スラリ３
を、汚泥成木工程２３におけるスクリュープレス脱水機
からの脱水濾液２５と床洗い汚水５とともに第２の生物
学的硝化脱窒素処理工程（以下「副生物処理工程」とい
う）４に供給し、同時にカルシウムイオン６としてＣａ
Ｃ１ｚ水溶液を供給して生物学的硝化脱窒素処理を行っ
た。副生物処理工程４への供給液の水質を第３表に示し
、同処理工程の運転条件を第４表に示す。

第３表　副生物処理工程への供給液水質性）Ｑ、：主生
物処理工程の処理槽の容量第４表　副生物処理工程の運
転条件第５表副生物処理工程４から流出する活性汚泥スラリ７を沈澱
槽８へ送り、沈降分離を行う。

沈澱槽からの越流水９にＦｅＣＩｚ　３００■／ｌ添加
し、ＮａＯＨ１２でｐＨ４，０〜４．５に調整して、２
分攪拌した後、粉末活性炭（石炭系）１４を４５０■／
ｌ添加し、接触混和槽重３で４５分エアレーション攪拌
し、チューブラ型の限外濾過膜（公称分画分子量１０万
）を用いる膜分離工程１５で膜分離した。この結果、第
５表の中欄に示す水質の越流水は第５表の右欄に示す水
質の、極めて高度な処理水となった。

なお、膜分離工程の限外濾過膜で分離された、固形物濃
度４．０〜４．５％の粉末活性炭共存凝集汚泥は、主生
物処理工程へ循環させた。

また、その凝集汚泥の一部（比率５０％）１９をＦｅＣ
１５添加前の越流水９に循環添加させたところ第５表右
欄に示す水質と同一の処理水質を得るのに必要なＦｅＣ
１５注入率は２００ｍｇ／４２、新鮮な粉末活性炭の添
加率は３８０■／！となり、所要注入率がいずれも減少
した。

また、汚泥脱水工程２３としては、次の結果を得た。す
なわち、排出余剰汚泥２１に、カチオンポリマ（エバグ
ロースＣ１０４Ｇ）を、１．２％ｔ。

ＳＳ添加し、スクリューブレス２で脱水したところ脱水
ケーキ水分は６８％と非常に低水分となり、乾燥焼却は
容易であった。

また、脱水ケーキを焼却炉で焼却したところ、従来のＦ
ｅＣｌ　３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ＣａＯ分がＳＯＸ吸収剤となること、またＮＯＸ生成
の触媒作用になるＰｅ２’３の生成量が少ないためと思
われた。

比較例第１図に示す処理装置で行う処理において、■粉末活性
炭を添加しない、＠凝集スラリーの膜分離工程１５で分
離された凝集汚泥１８を主生物処理工程２に供給しない
、０副生物処理工程にＣａ”を添加しない、という３条
件以外は前記実施例と全く同一の条件で運転した結果、
主生物処理工程にシリコーン系消泡剤（信越シリコーン
株式会社製品）を常時２００■／ｊ２以上添加しないと
、発泡が処理槽外に溢れ出し、処理不可能であった。

消泡剤２００ｍｇ／ｆを添加しながら運転した場合の各
工程における処理水の水質を第６表に示す。

第６表に示すように、最終処理水であるＵＦ膜分離工程
の処理水のＣＯＤ、色度が非常に悪化し、従来方式のよ
うにさらに活性炭吸着塔による吸着処理を行わないと放
流不可能であった。また、主生物処理工程のＢＯＤ除去
、硝化脱窒素効率が本発明に比べて悪化することが認め
られた。主生物処理工程に後続する膜分離におけるＵＦ
膜における透過流束は１．５８〜１．６５　ｍｆｆ／ｍ
”　・日となり、本発明方法に比べて低下した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような工業上顕著な効果を得るこ
とができる。

（１）消泡剤、消泡機を用いずに、無希釈生物学的硝化
脱窒素処理工程での発泡を効果的に防止でき、ランニン
グコスト節減効果が大きいほか、Ｃ００発現物質でもあ
る消泡剤が添加されないので、処理水質が向上する。

（２）従来方式では不可欠であった活性炭吸着塔、活性
炭再生炉が全く不要になり、著しく維持管理性が向上す
ると同時に、建設費、設置面積が太きく低減する。

（３）　　Ｃａ２＋が添加された活性汚泥スラリを膜分
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膜以外の手段で固液分離
するので、膜へのスケールトラブルの心配がなく、安定
した膜分離が可能で膜透過流束を高くとれる。

（４）生物学的硝化脱窒素処理工程の処理効果が向上す
る。

（５）膜分離工程の限外中膜又は精密濾過膜の透過流束
が向上する。

（６）汚泥脱水濾液等の雑排水を主生物処理工程に流入
させないので膜分離工程で膜透過すべき水量が従来方式
に比べおよそ１／２に減少し、膜分離工程の設備費と動
力コストが大きく低減する。

（７）主生物処理工程の硝化脱窒素反応効率の変動幅が
縮小し、同処理が安定化される。

（８）活性汚泥スラリにＣａ”を添加したのち、固液分
離し、分離水（越流水）に少量の第２銖イオン又はアル
ミニウムイオンを添加して、膜分離するようにした結果
、従来の方式よりも著しく少ない薬剤量でＣＯＤ、Ｐｏ
、３−色度などを効果的に除去できる。

（９）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。

０■　膜分離工程は１段ですむ（従来法は２段必要）の
で、膜分離のため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、設備費も半減し、ま
た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ＯＦ膜を適
用すると、ＵＦ膜の生物に起因するファウリング（汚染
）およびＵＦ膜表面へのゲル層形成に起因する透過流速
の減少など問題点が大きいが、本発明は、活性汚泥の分
離に、膜以外の固液分離手段を使用し、得られた固液分
離水の凝集分離工程にのみ膜分離を適用するので、従来
技術の問題がない。

０１）従来方式では、脱水ケーキ焼却灰のＰ分はすべす
Ｆｅ分と化学的に強く結合しているため、Ｐ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Ｐは僅かしかＰｅ分と結合していす、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Ｐ資源回収を可能にした点で、
重要な意義がある。

（１２１雑排水を主生物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、主生物処理工程の水温低下
、ＭＬＳＳ低下が発生せず、硝化脱窒反応過度の減少を
招かない。

側　脱水ケーキ焼却炉灰ガスのＮＯ，、ＳＯ，減少する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様を行うための装置の模式
図を示し、第２図は、従来のＵＦ膜を利用したし尿系汚
水処理方法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・・・活性汚泥スラリ、４・・・第２の生物学的
硝化脱窒素処理工程、５・・・雑排水、６・・・カルシ
ウムイオン、７・・・活性汚泥スラリ、８・・・沈澱層
、９・・・越流水、１１・・・第２鉄イオン系等凝集剤
、１４・・・粉末活性炭、１５・・・膜分離工程、１６
・・・透過水、（ほか３名）平叙ε主甫正書平成２年　３月ｙ日

Claims

【特許請求の範囲】

し尿系汚水を生物学的に硝化脱窒素処理した後、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
添加した後、膜分離以外で固液分離し、そこから得られ
る分離水に鉄イオン又はアルミニウムイオンと粉末活性
炭を添加して、ｐＨを酸性条件下に維持しつつ、限外濾
過膜又は精密濾過膜により膜分離し、該膜分離工程から
得られる膜透過水を高度処理水として収得し、該膜分離
工程から得られる粉末活性炭共存凝集汚泥、及び前記固
液分離工程から得られる分離汚泥の両者を前記生物学的
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。