JPH03270800A - 有機性汚水の処理方法 - 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、及び下
水等の有機性汚水を処理して塩分及び窒素成分を高度に
除去した処理水を得る有機性汚水の革新的な処理方法に
関する。

〔従来の技術］ し尿などの有機性汚水の処理方法としてはこれまでに数
多くの処理プロセスが提案され、それらは生物処理、凝
集沈澱、活性炭吸着などの処理工程を必要により組合せ
て、目標とする水質基準の処理水を得ようとしている。

その処理プロセスの中で、現在、最も進歩していると認
識され、実績が増えつつあるし尿プロセスは膜分離方式
と呼ばれる第２図に示したプロセスである。

このプロセスは、し尿２１を微細目スクリーン２２でし
渣２３を除いて得た除渣し尿２４をし尿貯留槽２５に貯
留したのち、無希釈で生物学的硝化脱窒前工程２６に供
給して高度に窒素成分とＢ○Ｄを除去したのち、恨外濾
過膜（以下ｒＵＦ膜という）２７で、活性汚泥を固液分
離し、生物学的硝化脱窒素工程へ返送される返送汚泥２
８部分及び汚泥脱水機で処理される余剰汚泥２９部分か
らなる固形分（汚泥）と膜透過水（ｒＵＦ膜透膜透過水
心いう）３０を得る。ＵＦＭ透過透過水心０し、ＦｅＣ
ｌ３、Ａｌｕｍ　（明ばん）などの無機凝集剤３１を添
加後、生成ブロンクを第２のＵＦ膜３２でＷＥ集汚泥３
３と膜透過水３４に分離し、さらに、膜透過水３４を粒
状活性炭３５で吸着し、ＣＯＤ、色度を除去し、放流水
３６を得るものである。

しかしながら、上記の従来最新技術を冷静な目で評価す
ると、次のような重大な問題点が存在し、とうてい理想
的なプロセスと言えない。

すなわち、 ■　処理プロセスの中核工程は、無希釈タイプの生物学
的硝化脱窒素工程であり、膜分離方式が登場する以前に
広〈実施されている技術となんら変わるところがない。

■　生物学的硝化脱窒素処理水を凝集分離→活性炭吸着
する工程も、従来技術と同一であり、何ら改良が加えら
れていない。

要するに、現在、最新の技術として認、識されている膜
分離方式の本質は膜分離方式登場以前のプロセスに用い
られていた沈Ｒなどの固液分離工程ムこＵＦＩＩを通用
しただけの単純な技術に過ぎない。

この結果、現時点で最新方式のＵＰ膜方式は、次のよう
な重大問題が何ら解決されていない。

（ａ）無希釈タイプの生物学的硝化脱窒素槽の所要滞留
日数がし尿流入量に対して１０日間という大容量の槽を
必要とし、その土木費、建設費、設置面積が非常に大き
い。し尿処理の責任を負っている自治体は、し尿処理施
設用地の取得に苦慮しており、また財政的に必ずしも余
裕があるとは限らないので、この点は重大な問題となっ
ていた。

（ｂ）シ尿処理水（放流水）の窒素濃度が、生物学的硝
化脱窒素工程の処理成績のみによって決定されてしまう
ため、常に良好な放流水質に維持するためには、生物学
的硝化脱窒素工程の細心、緻密な運転管理を要求される
。従って判続した技術者に必ずしもめくまれないし尿処
理施設にとって運転管理が難しい。

しかも、このような細心の運転を行っても、硝化・脱窒
素にあづかる微生物の挙動には、未知の領域が多く、も
しもいったん硝化脱窒素反応が悪化した場合、回復まで
に長時間を要し、その間は、水質が悪化した処理水をや
むを得ず公共用水域に放流しなければならない。これは
非常に大きな問題である。

（ｃ）　ＦｅＣ１＊あるいはＡｌｕｍによる凝集に伴っ
て、離脱水性のＦｅ　（ＯＨ）　３あるいはＡ］　（Ｏ
Ｈ）３を主体とするスラッジが多量に発生する。

（ｄ）活性炭吸着が不可欠であるので、廃活性炭の再生
操作が煩雑である。活性炭吸着処理それ自体の運転費も
高額である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記した従来の最新技術（ＵＦ膜分離方式）
の欠点（ａ）〜（ｄ）を、完全に解決可能な新規プロセ
スを提供することを課題としている。

すなわち、本発明は、生物学的硝化脱窒素処理での処理
が不十分でもよくて、運転管理を簡単でもよく、かつそ
の処理時間が短くてもよく、さらにその処理工程におけ
る処理が不十分なことがある流出スラリ又は生物処理水
を無機凝集剤及び活性炭を使用しないで放流可能な基準
の水質の処理水が得られる処理方法を提供することを目
的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、有機性汚水を生物処理した後、その流出スラ
リ又は生物処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜に透過せ
しめ、該処理からの膜透過水を、Ｎ）１．−Ｎの除去能
力をもつ高説塩辛の逆浸透膜により逆浸透処理し、該処
理からの逆浸透膜透過水をさら乙こ生物学的又は物理化
学的窒素除去工程に供給し、窒素成分を高度に除去する
ことを特徴とする有機性汚水の処理方法によって、上記
の目的を達成した。

本発明は、前記有機性汚水が、し尿あるいは浄化槽汚泥
が混入したし尿、浄化槽汚泥、又は浄化槽汚泥の固液分
離液のような有機性成分の濃度の高いものでも十分処理
をすることができるし、また生物処理が滞留日数４日以
下の設定条件でも放流水質基準を満たす処理水かえられ
る。

本発明で処理する有機性汚水は、上記したものの外、下
水等、各種の有機性成分を含む汚水をその対象に含まれ
る。

本発明で行なう生物処理は、生物学的硝化脱窒素処理な
ど従来生物処理として知られているものの外、すべての
生物処理を含む。その技術的内容は既に知られているの
で詳しい説明は省略する。

本発明においては、前記生物処理から流出する液である
「流出スラリ」、又はその流出スラリを遠心分離などの
固液分離をして得た液である「生物処理水」を次のＬＩ
Ｆ膜はＭＦ膜へ送る。

本発明の技術内容は、次の実施態様の説明によれば一層
明らかなものとなる。

以下、本発明の一実施態様を第１図を参照しながら説明
する。

搬入し尿ｌに、有機凝集剤２（カチオン系ポリマー、ま
たはカチオンとアニオンポリマーの併用が好ましい）を
添加し、強くて、大きなフロックを形成したのち、微細
目スクリーン３（目開き０．５〜１ｒＭｌ程度の回転式
ウェッジワイヤスクリーンの適用が好適である）に供給
し凝集フロックをスクリーン３に分離する。

４はスクリーン３によって分離された凝集汚泥であり、
し尿ｌに含まれていた繊維分がフロック内に共存してい
るため、脱水性が優れておりスクリュープレスによって
容易に６０％前後の水分にまで脱水できる。

５はスクリーンで分離されたし尿であり、ＳＳ性、コロ
イド性物質の大部分が凝集除去されているので、搬入し
尿１に比べＢＯＤが約１７２の５０００■／ｌ程度に低
下している。スクリーン分離し尿５は除渣し尿貯留槽６
に供給され、貯留される。

厚生省のし尿処理施設構造指針にも明記されているよう
に、貯留槽の容量は、搬入し尿の一日あたりの搬入量の
３〜４日分に設定しておく、、（なお、有機凝集剤２の
添加を省略し、スクリーンで除渣し、除渣し尿を貯留槽
に供給してもかまわない）従来の除渣し尿貯留槽の役割
は、単に搬入し尿量の日間変動を吸収平均化するだけの
ものであったが、本発明では、貯留槽６内に微生物を存
在せしめて、散気装置７から、空気を積極的に供給し、
スクリーン分離し尿５が貯留槽に貯留されている間の時
間を有効利用して、ＢＯＤと窒素を５０〜８０％程度を
除去して生物処理を行なわせることができる。これは本
発明の好ましい実施態様のひとつである。

本発明の実験の結果、凝集分離し尿のＢＯＤと窒素は、
貯留槽６で空気を供給するとかなりの量が、生物学的に
除去されてしまうことを確認した。

また、後続するＵＦ膜又はＭＦ膜８による膜分離工程の
膜分離性が向上することも認められた。なお、従来のよ
うに貯留槽のあとに生物処理槽を設けても当然よい。

本発明では、後続の処理工程で残留窒素成分を除去する
よう乙こしているので、滞留時間３〜４日程度の貯留槽
内の生物処理ですますことができる。

しかして、貯留槽６内の液をポンプでＩＪＦ膜又はＭＦ
膜８に圧送し、貯留槽６内のエアレーションによって増
殖した微生物を完璧に膜分離し、ＳＳゼロの膜透過水９
と膜分離汚泥１０に分離する。

膜分離汚泥ｌＯの一部は返送汚泥１０ａとして、貯留槽
６に返送され、汚泥１０の他部は余剰活性汚泥１０ｂ（
第２図の余剰汚泥２９に対応する量）として、搬入し尿
１の有機凝集剤２の添加及びスクリーン３による分離か
らなる凝集分離工程の前段に供給され、し尿１と共に、
凝集分離される。

次に、ＵＦ膜透過液９は、高脱塩率の逆浸透膜（以下’
ＲＯ膜−１という）１１に高圧ポンプにより圧送され、
そこで逆浸透処理し、ＵＦ膜透過水９に残留するＢＯＤ
、ＣＯＤなどの有機物と塩分とＮｌ（、−Ｎなどの窒素
成分、リン酸イオン及び色度を逆浸透の原理によって高
度に膜分離する。Ｒ○膜としてはＮａＣ１除去率が９０
％以上の高脱塩率のものを用いるのが好ましい。この高
脱塩率のＲＯ膜はＮＨ４−Ｎの除去能力をもち、その能
力は脱塩率の高さにほぼ比例する。低脱塩率のルーズＲ
Ｏ膜は窒素成分がほとんど除去できないので好ましくな
い。

ここでリン酸イオン及び色度が十分に除去されるため、
本発明では無機凝集剤及び活性炭を使用しなくてもよい
。また、ここでＢＯＤ、、、ＣＯＤ戒分申分取分素成分
度に除去されるので、前の生物処理で完全な処理をしな
いでもすむ。

１２は、Ｒ○膜透過水、１３はＲＯ膜濃縮液であり、Ｒ
Ｏ膜供給液９の流量は約１７８〜１／１０に濃縮される
。

１４はＲＯ膜濃縮液の貯留槽であり、ＲＯ膜濃縮液は蒸
発乾固、またはごみ焼却施設の焼却炉や廃ガス冷却室へ
の噴霧あるいは汚泥脱水ケーキとの混焼などの手段によ
って処分する。

しかして、Ｒ○膜透過水１２は、ＢＯＤ、色度、ＰＯ，
”−、ＣＯＤは高度に除去されており、塩分は約１０■
／２程度しか含まれていす、（ＳＳはもちろんゼロ）極
めて清澄であるが、ＰＯ膜のＮＦＩ４−Ｎ　、　　Ｎ０
ｘ−Ｎの除去率は、ＮａＣ１などの塩分の除去率よりや
や劣るので、数１０■／ｌの窒素成分が残留してくる場
合がある。

このため、従来の考え方は、ＵＦＩＪｕ＝ＯＲＯ膜処理
する以前の工程すなわち、除渣し尿貯留槽６のあとに、
生物学的硝化脱窒素処理槽を設け、充分（９９％以上）
窒素成分を除去したのち、ＯＦ膜咎Ｒ○膜処理し、Ｒ○
膜処理水に窒素成分を残留させてはならないと固定観念
的に考えられていた。

つまり、従来は、Ｒ○膜工程を必ず一連の水処理工程の
最終段におかなければならないと認識されていた。これ
に対し、本発明は、高脱塩率のＲ○膜の前段に、窒素を
高度に除去するための生物学的硝化脱窒素工程を、意図
的に設置せず部分的な硝化脱窒素にとどめ、しかも、Ｒ
○膜処理を、最終段に配置しないで、Ｒ○膜処理水への
窒素成分への流出を、あえてこだわらないようにする。

このようなＰＯ膜の適用法は、従来に類例をみない本発
明独自の技術思想である。

しかして、Ｒ○膜透過水１２中に残留する数１０ｍｇ／
ｆｆｉのＮＨａ−Ｎ　、　　Ｎ０ｘ−Ｎを、生物学的硝
化脱窒素工程１５に流入させて除去し、総窒素（Ｔ−Ｎ
）濃度としてｌＯ■／ｌ以下に低下せしめる。

従って処理水１６は公共用水域に放流あるいは地下浸透
処分して、全く問題ないほどの良好な水質となる。（雨
水と同等の水質である） なお、Ｒ○膜透過水の生物学的硝化脱窒素工程としては
、濾過が同時に可能な固定化微生物濾床法が推奨できる
。

固定化微生物法としては、種々の手段を採用することが
できる。たとえば、砂、アンスラサイト、活性炭ゼオラ
イト粒子、スポンジなどに硝化菌、脱窒製画の微生物膜
を付着させたもの、あるいは、ポリアクリルアマイド、
ポリビニルアルコール、光硬化性樹脂、カラギーナン、
アルギン酸カルシウムなどの親水性ポリマゲル内に、硝
化菌、脱窒製画を包括固定化したものなどが適用できる
。

固定化微生物膜による硝化・脱窒素性は、増殖速度が小
さい硝化菌のウォンシュアウトを招かないので、運転管
理が容易であるという重要な特徴もある。また、活性汚
泥法と異なり、硝化脱窒菌が多量にＳＳとして処理水に
キャリオーバすることがないという大きな利点もある。

また、ＲＯ膜透過水Ｉ２中に、微量（２〜３■／ｆｆａ
ｓｐ程度）残留することがあるリン酸イオンも、硝化菌
、脱窒素などの微生物菌体に同化吸収されて除去され、
処理水１６中のリン酸イオンは、１■／ｆｆａｓｐとな
る効果もある。

ＲＯ膜透過水の窒素除去手段としては、物理化学的窒素
除去工程を取ることもでき、その物理化学的窒素除去工
程の好適な態様としては、ＲＯ膜透過水１２中に残留す
る微量のＮｌ（、−Ｎを、イオン交換（Ｚｅｏｌｉｔｅ
を利用するものも含む）、塩素酸化やオゾン酸化して除
去する方法、あるいは、ＮＨ３ストリッピングする物理
化学的方法エフを採用することが可能である。

とくにＲ○膜透過水１２中の窒素成分の形態がＮＨ，−
ＮでありＮ０ｘ−Ｎを含まない場合は、イオン交換法も
しくは化学酸化法が、最も容易に実施できるので推めら
れる。

なお、Ｒ○膜透過水１２中の窒素の形態がＮ０Ｘ−Ｎま
たはＮ０ｘ−ＮとＮｌ（、−Ｎの両者である場合は、前
記の生物学的方法によるのが最善な手段である。

〔作　用〕

本発明において、最初に行う生物処理においては、十分
な処理が行われず、ＢＯＤや窒素成分の除去はある程度
にとどめるようにしてもよく、このため滞留容量の小さ
い除去し渣し尿貯留槽内で生物処理を行うことができる
。

生物処理からの流出スラリ又は生物処理水をＵＦ膜又は
ＭＦ膜に透過することにより微生物を完全に膜分離し、
ＳＳゼロの膜透過水が得られる。

この膜透過水をＮＨ，−Ｎの除去能力をも高脱塩率のＲ
○膜により逆浸透すると、膜透過水に残留するＢＯＤ、
ＣＯＤなどの有機物と塩分とＮＨ，−Ｎなどの窒素成分
、リン酸イオンと色度を逆浸透の原理によって高度に膜
分離する。ただし、このＲ○膜では窒素成分は完全には
除去されない。

この逆浸透で得られるＲ○膜透過水を生物学的又は物理
化学的窒素除去工程で窒素成分を高度乙こ除去される。

ここで、前の生物処理及びＲＯ膜などによる膜分離で除
去されなかった窒素成分を完全に除去することができる
。

（実施例： 第１図のフローに従って、実験した結果の一例を以下↓
二記す。

表−１に示す水質を有する搬入し尿１に、余剰活性汚泥
１０ｂを混合後カチオンポリマー（エハクｏ−スＣ１０
４Ｇ、荏原インフィルコ社製品）を２５０ｍｇ／ｆ添加
して、１ｍ１ｎ１１Ｒ拌したところ、強くて大きなフロ
ンクが形成され、回転式微細目ドラムつニジワイヤスク
リーン（目開き１圓目）３に供給したところ、ポリマー
凝集フロックは、容易にスクリーン３で分離でき、表−
１の右欄のスクリーン分離し尿５が得ら力、た。

表−１ このスクリーン分離し尿５を、除渣！−尿貯留槽６（し
尿最大貯留可能容量３．５日分）に貯留し、空気を、貯
留槽内液の溶存酸素が、０．５〜１．０■／ｌに維持さ
れるように曝気供給した。１日間、貯留槽内で、曝気さ
れたスクリーン分離し尿には、多量の硝化菌膜Ｎ菌を含
んだ好気性微生物が増殖していた。これを限外濾過膜分
離装置（公称分画分子量１０万、膜材質ポリスルホン、
クロスフロー膜分離方式によるチューブラ−型モジュー
ルを使用）にポンプ圧送し、膜透過せしめたところ、表
−２の水質を有するＵＦ膜透過水９を得た。表２から、
わずか１日間の曝気により窒素成分の８０％程度が生物
学的に除去されることが確認された。

表−２ 次に、表−２の水質を示すＵＰ膜透過水を、逆浸透膜（
Ｒ○膜）１１に高圧ポンプで圧送し、逆浸透処理した。

Ｒ○膜は、ＮａＣ］除去率９８％の高脱塩素膜（スパイ
ラル型）を使用した。

表−３にＲＯ膜透過水の水質を示す。

表−３ ＊表−３のＴ−Ｎのうち約７０％かＮＨ、−Ｎの形態で
あった。

次に、粒径３〜４　ｍｍの粒状活性炭の表面に硝化菌お
よび脱窒製画を付着せじめた固定化微生物の固定層を硝
化部→脱窒前部の順序で２塔直列に設け、これに表−３
の水質を示すＲＯ膜透過水を供給した。また脱窒製部に
は窒素成分の３倍量のメタノールを添加した。

硝化部と脱窒製部の液滞留時間は、各々、８ｈｒ、６ｈ
ｒに設定した。硝化菌の呼吸用酸素の供給には空気又は
純酸素を使用した。

上記固定化微生物による硝化脱窒素工程の処理水質を表
−４に示す。

表−４ 次に物理化学的手段により、表−３のＲＯ膜透過水のＴ
−Ｎを除去する試験を行った。

即ち、表−３のＲＯ膜透過水にＣ１２をＴ−Ｎ量の１０
倍量添加し、５分間接触させた結果、処理後のＴ−Ｎは
１０ｍｇ／４２以下となった。その他の水質はＣｔ−か
やや増加したことを除いて、変化はなかった。

また、表−３のＲＯ膜透過水をモルデナイト系の天然産
粒状Ｚｅｏｌｉｔｅの充填塔（高さ１．５ｍ）にＳ　Ｖ
　＝　１　（１／ｈｒ）で通水した結果、Ｚｅｏｌｉｔ
ｅ充填塔の流出水のＴ−Ｎはやはり１０ｍｇ／ｆ以下と
なった。

また、Ｒ○膜透過水にＺｅｏｌｉｔｅによるＮＨ，−Ｎ
のイオン交換反応の妨害因子となるＮａ”　、Ｋ”がほ
とんどないため、Ｚｅｏｌｉｔｅの破過時間は、非常に
長く、充填層のＺｅｏ］　ｉ　ｔｅヘッド体積の６００
倍の液を通液してもＮＨ４−Ｎの破過は認められなかっ
た。

〔発明の効果〕

■　し尿中の窒素成分の除去を、従来方式のような高度
の除去率を遠戚させる生物学的硝化脱窒製法によらない
で、ＲＯ膜という純粋に物理化学的手段を中核とする方
法によって支援するとともに、最終的に窒素除去工程を
設けたので、窒素成分の除去効果がきわめて確実であり
、運転管理も大幅に容易になる。特に、本発明では、Ｒ
Ｏ膜としてＮＨ，−Ｎの除去能力をもつ高脱塩率のもの
を用いるため、Ｔ−Ｎ量のきわめて少ないＲ○膜透過水
が得られ、系全体として窒素をほとんど完全に除去する
ことができる。また、最終的な窒素除去工程は物理化学
的除去工程とすることもできるので、処理が容易である
。第２図の従来方式は、放流水の窒素濃度は生物学的硝
化脱窒素工程の処理成績に左右されるため、緻密で熟練
したメンテナンスを必要とするが、本発明法は、熟練技
術者を全く必要としない。

■　従来方式（第２図）のＵ　Ｆ膜の前に設ける高度に
窒素成分を除去する生物学的硝化脱窒素処理工程（し尿
温留日数９〜１０日）を採用する必要がなく、本発明の
生物処理では窒素成分の除去はある程度にとどめること
ができるので、短時間（滞留臼＠４日以下）ですみそれ
に用いる処理槽の容積も小さくてすみ、処理槽の設置面
積及び建設費が大幅に！［できる。特に、そのため、生
物処理を除渣し尿貯留槽で行わせるようにして、その作
用を兼用させることもでき、そのさいにおける建設費の
節減は大きい。したがって、本発明は、し尿処理施設の
用地取得と予算の確保に苦慮している地方自治体にとっ
て、極めて望ましいシステムを提供できる。

■　生物学的硝化脱窒素工程後のＡｌｕｍ、　ＦｅＣ１
，。

などによる凝集分離工程が不要なので離脱水性の凝集汚
泥が発生しない。

■　活性炭吸着処理が不要になるので、活性炭の再生と
いう煩雑な操作が不要になり、メンテナンスが容易であ
る。

■　高脱塩率のＲＯ膜を用いているため最終処理水の塩
分濃度も従来よりきわめて少く　（従来の］／１００〜
１／２００　）　、水道人並みであるので、し尿処理水
を用水として再利用でき、水質源の節約効果が著しい。

また塩分がきわめて少いので、地下浸透処分させても、
地下水、植生への悪影響がない 従って無放流型のし尿処理施設が実現できる。

■　ごみ焼却施設とし尿処理施設を合併する施設におい
ては、ごみ焼却炉内、またはごみ焼却排ガスの水冷によ
るガス冷却室に、本発明のし尿処理水を噴霧して、蒸発
させても、塩分による腐蝕、塩分析出トラブルを全く招
かない。

以上のように、維持管理性、放流水質の安定性、設置面
積、建設費のすべての面で、従来方式よりも改善するこ
とができ、本発明の意義は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフローシートを示す図、第２図は従来
の最新膜分離方式のフローシートを示す図である。 符号の説明：

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）有機性汚水を生物処理した後、その流出スラリ又
   は生物処理水を限外濾過膜又は精密濾過膜に透過せしめ
   、該処理からの膜透過水を、ＮＨ＿４−Ｎの除去能力を
   もつ高脱塩率の逆浸透膜により逆浸透処理し、該処理か
   らの逆浸透膜透過水をさらに生物学的又は物理化学的窒
   素除去工程に供給し、窒素成分を高度に除去することを
   特徴とする有機性汚水の処理方法。
2. （２）前記有機性汚水が、し尿あるいは浄化槽汚泥が混
   入したし尿、浄化槽汚泥、又は浄化槽汚泥の固液分離液
   であって、前記生物処理における滞留日数が４日以下に
   設定することを特徴とする請求項（１）記載の有機性汚
   水の処理方法。