JPH03275197A - 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、浄化槽汚泥等のし尿系汚水の新規処理
プロセスに関するものである。

〔従来の技術〕

現在、最も進歩した技術として、当業界が認め、実績が
急増しているし尿系汚水処理プロセスは、膜分離方式と
呼ばれるプロセス（第３図）である。

この第３図プロセスは、し尿２１を微細目スクリーン２
２でし渣２３を除去し、除渣し尿２４をし尿貯留槽２５
に貯留したあと、定量的に無希釈生物学的硝化脱窒歯槽
（滞留日数８〜１ｏ日）２６に供給し、高度に脱窒素処
理する。そのあと、活性汚泥をＵＦ（限外濾過〉膜２７
で膜分離し、Ｓｓゼロの膜透過水にＰｅｃｋ３あるいは
Ａｌｕｍを添加し、Ｐｏ、３−　、ＣＯＤ、色度を凝集
させ、生成フロックを第２のＵＦ膜３２で膜分離し、膜
透過水３４を粒状活性炭吸着塔３５に通水し、ＣＯＤ、
色度をさらに高度に除去した後、放流するというプロセ
スである。

しかしながら、上記の従来の最新方式を冷静かつ厳しい
目で技術的に評価すると、下記のような重大欠点が全く
解決されていす、到底理想的プロセスとして評価できる
ものではないことを、本発明者は認識するに至った。

即ち、従来方式の大きな欠点は次の通りである。

■　第３図の従来プロセスの中核工程は、生物学的硝化
脱窒素工程により窒素成分、ＢＯＤを極めて高度に（除
去率９９％以上）除去する工程であり、膜分離方式が登
場する以前から広〈実施されていた技術をそのまま適用
しただけに過ぎないものである。

■　生物学的硝化脱窒素処理水を、凝集分離→活性炭吸
着する方法も膜分離方式が登場する以前から極当たり前
の技術として広〈実施されていた方法に過ぎない。

この結果、現在の膜分離方式は、次のような重大欠点が
全く解決できていない。

（ａ）　　無希釈による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、約８〜ＩＯ日間という大容
量の反応槽を必要として、その土木費、建設費、設置面
積が膨大である。

ユーザーである自治体は、し尿処理施設用地の取得に苦
慮しており、財政的にも必ずしも余裕があるとは限らな
いので、この点は重大問題となっている。

う）シ尿処理水（最終放流水）のＴ−Ｎ　（全窒素）濃
度が、ＯＦ膜の前段の生物学的硝化脱窒素工程の窒素除
去率のみによって支配されてしまうため、硝化脱Ｎ工程
の運転管理に細心、緻密な熟練した技術が要求される。

従って、熟練した技術者に必ずしも恵まれないし尿処理
施設にとって運転管理が非常に難しい。

しかも、細心の運転管理を行っても硝化脱窒素にあずか
る微生物の挙動には、未知の領域が多く、もしも−旦硝
化脱Ｎ反応が悪化した場合には、回復までに長時間要し
、その間は窒素濃度が高い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。これは非常に重大な問題
である。

しかも、無希釈による硝化脱窒未処理は、１０倍以上の
希釈水を添加する硝化脱窒未処理法（標準脱窒素性と呼
ばれる）よりも種々の外乱に対し不安定になつやすいの
で、ますます細心の運転管理が要求されることになる。

（Ｃ）　　粒状活性炭吸着によるＣＯＤ、色度の高度除
去が不可欠であるので、廃活性炭の再生操作が煩雑であ
る。活性吸着塔の設備費も腐食防止のためゴムライニン
グを必要とし、高額である。

（ｄ）　　生物処理槽の発泡がすさまじい。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記従来の最新技術の欠点（ａ）から（ｄ）
を完全に解決可能な革新的プロセスを提供することを課
題としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、下記（１）〜（２）に記載の方法であり、こ
れにより、上記課題を解決できる。

（１）シ尿系汚水中の窒素成分を生物学的脱窒素処理し
て該窒素成分の一部を除去した後、膜分離し、該膜透過
水中に残留せしめた窒素成分を、固定化された硝化菌、
および固定化された脱窒集菌により、生物学的に除去す
ることを特徴とするし尿系汚水の処理方法。

（２）前記膜分離工程への流入液に無機凝集剤またはこ
れと粉末活性炭を添加して凝集処理し、該凝集処理され
た流入液を膜分離した処理水に対し、前記固定化された
硝化菌、固定化された脱窒集菌による窒素除去処理を行
うことを特徴とする上記（１）記載のし尿系汚水の処理
方法。

本発明は、し尿系汚水の窒素成分の一部を生物処理によ
り脱窒素（第１生物処理という〉して、窒素成分、およ
び脱窒素反応で消費されるＢＵＤを適度に減少せしめて
、ついで膜分離することにより、ＳＳを完全に除去し、
かなり多量に窒素成分、およびＢＯＤを有する膜透過水
を得、これを硝化菌、および脱窒集菌を固定化した担体
に接触せしめて窒素成分の硝化・脱窒素（第２生物処理
という）を行うことにより従来に比べ、高速、高効率の
硝化脱窒素を実現したものである。

本発明において、し尿系汚水とは、し尿のみに限らず、
例えば、ごみ埋立地からの滲出汚水等の水質は、し尿系
汚水に極めて類似しており、本発明は、ごみ滲出汚水も
し尿系汚水に属するものとする。

このし尿系汚水の含まれる該窒素成分は、ＮＨ３、Ｎ０
Ｘ−Ｎ、等のＮ２分子を除く全ての窒素原子含有化合物
を包含する。

また、本発明においては、第１生物処理で該窒素成分は
、Ｔ−Ｎ　（全窒素〉換算で５０〜８０重量％除去して
後、膜分離工程で処理されることが好ましい。５０％よ
り少ないと後続する第２生物処理に負担がかかり過ぎる
ため好ましくなく、８０％より大きいと第１生物処理に
時間がかかりすぎると共に、第２生物処理の処理能力が
発揮されず、高速処理が出来ず、効率が低下するため好
ましくない。

また、第１生物処理槽の容積Ｖ（ｍ’）は、し尿系汚水
の一日当たりの流入量をＱ（ｍ“）としたとき、Ｖ≦４
０、好ましくは、Ｖ≦２０の条件に設定するとよい。

該膜分離水は、第２生物処理によって硝化脱窒素される
が、この時の手段は、該固定化された硝化菌（固定化硝
化菌という）と固定化された脱窒集菌（固定化脱窒集菌
という）を共存させて該膜分離液を接触せしめても良い
し、固定化脱窒集菌と固定化硝化菌に対し別個に接触せ
しめる、即ち、固定化硝化菌処理して後、固定化硝化菌
処理槽しても、この逆でも、あるいはこれらの循環でも
良いが、本発明においては、固定化脱窒集菌処理後、固
定化硝化菌処理し、これを循環させることが特に、高速
・高効率処理の上で好ましい。

この固定化硝化菌処理、固定化硝化菌処理槽がおこなわ
れる槽装置は、固定床、（濾過層〉でも流動床でもある
いはこれらの組合せでもよいが、固定床が好ましい。

本発明における該膜分離は、公知の限外濾過膜または精
密濾過膜等が使用されるが、例えば、限外濾過膜として
は、分画分子量、即ち、濾別可能な分子量は、小さい程
処理水の水質は上がるが効率を考慮すれば２万上、好ま
しくは、２万以上２０万以下である。また、精密濾過膜
の濾別可能なサイズは、孔径０．１〜０．４ＪＭの範囲
が好ましい。

該膜分離工程においては、これら、限外濾過膜処理また
は精密濾過膜処理を独立して一回行っても、複数回行っ
てもよ（、また、限外濾過膜処理と精密濾過膜処理を組
み合わせて各々−回以上行うことができる。

本発明において、第１生物処理したのち、膜分離される
が、その前に無機凝集剤を添加すると、Ｐｏ、３−　、
ＣＯＤ　、色度等が効果的に不溶化・沈澱されると共に
ＳＳ１その他蛋白等の巨大分子の凝集がされる。従って
、これを膜分離した後の余剰汚泥として廃棄する時、脱
水処理の脱水率が向上するので好ましい。また、同時に
、粉末活性炭を添加すると膜分離効率が上昇すると共に
分離された微生物含有固体成分を第１生物処理工程へ返
送すると、それに含まれる粉末活性炭の作用により第１
生物処理の発泡が抑制されるという効果がある。

更に、該凝集剤の添加は、第１生物処理した処理水を固
液分離工程（膜分離、沈降分離、浮上分離、遠心分離等
）で汚泥を除去した液に添加すると該ＰＯ４３−等の凝
集効率がアップすると言う効果がある。この凝集処理さ
れた処理水は、膜分離工程において処理されるので処理
速度が増加するという効果もある。

次に、該固液分離された液は、第２生物処理されるが、
この硝化菌及び脱窒集菌は、付着・繁殖によって形成さ
れる生物膜を保持するための担体の表面（担体がスポン
ジなどの多孔性物質等のような場合はその孔の表面内部
も包含する）に固定化されたものである。

この担体としては、上記機能が維持可能ならば、特に限
定されないが、好ましくは、粒状、ゲル状が良い。粒状
の場合、平均粒径が、２〜３ｍｍの範囲が好ましく、材
料としては、セラミックス等の無機化合物、樹脂等の高
分子有機化合物等が挙げられる。また、ゲル状の場合も
公知の無機および有機の高分子化合物が用いられるが、
この場合、該微生物は高分子ゲル内に包括的に存在せし
められる。

また、上記担体を有する固定化硝化菌処理槽、固定化硝
化菌処理槽あるいは固定化硝化菌および固定化脱窒集菌
を有する槽の構成は、各々−槽でも複槽でも良く、該粒
状担体およびゲル状担体を混合したものでも、あるいは
粒状層、ゲル状層０ 等を一槽内に組み合わせたものでもよく、更に、粒状の
みの槽とゲル状のみの槽を組み合わせたものでもよい。

以下に本発明の一実施態様を第１図、および第２図を参
照しながら説明する。

し尿系汚水１　（浄化槽汚泥、これの固液分離液もし尿
系汚水に属す）のし渣（夾雑物）を除去したのち、従来
よりも著しく滞留日数を小さく設定した生物処理槽２（
従来の糟は前記の如く、３〜１０日間であるのに対し、
本発明は、４日以下、理想的には２日以下と大幅に短縮
するのが好ましい。）に供給し、し尿系汚水中の窒素成
分、Ｂ［ｌＤの一部を除去する。窒素、ＢＯＤの除去率
としては、従来のような高度の除去率を望むべきではな
く、５０〜８０％程度で充分である。（従来方法では生
物処理槽２で９９％以上の窒素、ＢＯＤ除去率を得る必
要があるため、指数関数的に生物処理槽の所要容積量が
激増し、滞留日数８〜１０日という大容量の槽が必要に
なっている。〉 尚、本発明ではし尿系汚水１にあらかじめカチオンポリ
マ、ＦｅＣ１１＋等の凝集剤を添加し、し尿を凝集分離
したのち、生物処理槽２に供給してもよい。

しかして、生物処理槽２には酸素含有ガス３が供給され
微生物呼吸に利用される。エアレーションの方法として
は、図示例の散気法のほかに公知のポンプ循環エアトー
ション法等を当然採用して良い。また、生物処理槽の反
応型式は、硝化液循環型、回分反応型、好気的脱窒素型
、ステップ式、し尿の間欠供給型などの任意の公知の形
式を採用して良い。

要するに、本発明のポイントは滞留日数の短い生物処理
槽でＢＯＤ、窒素の一部を除去するにとどめ、膜透過水
４中にかなりの量の窒素成分を残留せしめる点にある。

従って、本発明では貯留日数３日程度のし尿貯留槽を生
物処理槽として兼用することが容易に可能である。この
点も本発明の重要な特長である。

しかして、生物処理槽内の活性汚泥スラリーを、ＵＦ（
限外濾過〉またはＭＦ　（精密濾過）膜にょ１ ２ る膜分離工程３に供給し、完璧な固液分離を行い、ＳＳ
ゼロの膜透過水４と膜分離汚泥５に分離する。

膜分離汚泥５は生物処理槽にリサイクルされる。

なお、膜分離工程３に流入する活性汚泥スラリーに、あ
らかじめ無機凝集剤６またはこれと粉末活性炭７を添加
することによって、膜透過水のＣ００１色度、ＰＯ２３
−を著しく低下させることができ、膜分離汚泥５中に含
まれる粉末活性炭が返送汚泥として生物処理槽２に供給
されるため、生物処理槽の発泡が極めて少なくなるとい
う重要効果がある。

この場合、第１図のフローでは膜分離工程３の処理は一
回であるが、第２図のフローでは２回に分けて始めの膜
分離工程３ａでは、限外濾過膜又は精密濾過膜を用いて
汚泥のみを除去し、この処理液に上記凝集剤を添加して
後限外濾過膜又は精密濾過膜を用いて固液分離している
ので、第１図のフローに比べ、処理速度およびＰＯ４’
−、ＣＯＤ。

色度等の除去率をアップできると言う利点がある。

尚、膜分離工程３ａは沈降分離工程、浮上分離工程、遠
心分離工程等性の固液分離工程でもかまわない。

しかして、膜透過水４の水質はＳＳ、ＣＯＤ、色度、ｐ
ｏ、３−が極めて少なく、溶解性ＢＵＤ、Ｔ−Ｎがかな
り残留していると言う独特の水質特性を示す。

次に、上記水質特性の膜透過水４　（第１図）または４
ｂ（第２図）を、本発明のポイントのひとつである同定
化硝化菌、固定化脱窒集菌を用いた第２の生物学的硝化
脱窒素工程８に供給し、この工程で初めて、８００　、
　Ｔ−Ｎζ高度に除去することが重要である。本発明に
いう固定化硝化菌、固定化脱窒集菌とは、種々の粒体固
体（活性炭、アンスラサイト、ゼオライト、シャモット
、砂、プラスチック、中空プラスチック、スポンジ、粒
状高分子ゲルなど）の表面に、硝化菌、脱窒集菌の生物
膜を発達させたもの、又は、ポリビニルアルコール、ア
ルギン酸カルシウム等公知の高分子ゲル内に硝化菌、脱
窒集菌を包括固定化したものの総称を意味する。

図示例は、粒状活性炭の表面に硝化菌、脱窒素３ Ａ 菌の生物膜を発達させた生物濾過槽（固定床）によるも
のである。

即ち、第２図のフローにおいては、膜透過水４ｂは、固
定化脱窒集菌及び固定化硝化菌が共存した固定床の生物
学的硝化脱窒素工程にて硝化脱窒素処理される。一方、
第１図のフローにおいては、膜透過水４を、固定化脱窒
集菌の固定床（流動床でもかまわない）からなる脱窒素
綿９に供給し、脱窒素した後、固定化硝化菌の固定床（
流動床でもかまわない）からなる硝化部１０に供給して
、硝化する。硝化液１１ａの大部分は脱窒素綿９にリサ
イクルされ、Ｎ０Ｘ−Ｎが膜透過水４中のＢＩＤを有機
炭素源として利用し、第２図のフローに比べ極めて高速
に脱窒素される。

この結果、処理水１１、ｌｌｂは、ＢＩＤ　、窒素、Ｃ
ＯＤ、色度、ＰＯ４３−１ＳＳの全てが高度に除去され
た水質となる。尚、膜透過水４．４ｂ中のＰＯ４３−が
少なすぎ、硝化脱窒素反応に不足する時は、微量のＰＯ
４３−を添加してやればよい。第１図の硝化部１０は、
固定床とした場合のほうが、濾過作用を持っているので
、硝化菌等の微生物ＳＳが処理水１１ｂに流出すること
がないので好ましい。また、膜透過水４．４ｂのＳＳが
ゼロであるため、濾過抵抗の増加は極めて少ないという
特徴がある。

尚、第１図のフローと第２図のフローを組み合わせると
更に、処理効果がアップされる。

このように本発明独自の重要概念は、し尿系汚水のＢＯ
Ｏ、窒素成分を短時間生物処理によってあえて部分的に
除去した後、膜分離し、ＳＳゼロの膜透過水中に意図的
に残留せしめた窒素、ＢＯＤを固定化硝化菌、固定化脱
窒集菌を利用して高速に高度除去するという概念にある
。

即ち、「膜分離工程を介した前段と後段で各々硝化脱窒
素処理を２段構えで行い、且つ後段の固定化微生物を用
いて高速処理を実施する」という思想が、本発明の最重
要概念のひとつであり、従来類例をみない。

なお、本発明の第１図のフローにおける膜分離工程後段
の固定化微生物による硝化脱窒素工程で極めて高速処理
が可能になる理由は、硝化菌と脱５ ６ 窒集菌を明確に分離し、それぞれを高濃度に維持でき、
しかも、雑菌の混入率が少なく、流入液中のＳＳもゼロ
であるため、不活性ＳＳの比率が無視できるからである
。

〔実施例〕

第１図のプロセスフローに従って実験した結果に一例を
以下に記す。

表−１に示す水質を示すし尿にカチオンポリマ（エバグ
ロースＣ１０４Ｇ、荏［インフィルコ社製品〉を２５０
ｍｇ／ｊｌ！添加して、１ｍ１ｎ攪拌したところ、大粒
径のフロックが形成され、微細目ドラムスクリーン（目
開きｌ　ｍｍのウェッジワイヤスクリーン）に供給する
ことによって、フロックが容易に分離でき、表−ｌ右欄
の凝集分離し尿を得た。

表−１ 表−１の凝集分離し尿を、貯留容量１日の貯留槽でエア
レーション（溶存酸素を１．０ｍｇ／Ａにコントロール
した）したのち、分画分子量１０万のＵＦ膜（チューブ
ラ型）で活性汚泥を固液分離した。この際、ＵＦ膜に供
給する活性汚泥にＦｅＣｌ３　を３０００ｍｇ／ｊ！添
加し、ＮａＯＨでｐＨを４．５　に調整した後、粉末活
性炭を１０００ｍｇ／Ｉｌ添加し、３０分攪拌した。

この結果、ＵＦ膜透過水の水質は表−２となり、ＢＵＤ
　、　Ｔ−Ｎを除いて、極めて良好であった。

（尚、ＢＯＤ　、　Ｔ−Ｎは意図的に残留させたもので
ある。） 尚、ＵＦ膜で分離された汚泥は、ｐＨ７，０に調整後、
前記貯留槽にリサイクルした。この結果、発泡はほとん
ど認められなく、消泡剤、消泡機は不要であった。

表−３（続き）実験条件（固定化微生物処理）次に、表
−２のＵＦ膜透過水をｐＨ７，５に調整し、固定化硝化
菌、固定化脱窒集菌の固定床に供給し、高速硝化脱窒素
処理を行った。

固定化硝化菌、脱窒集菌の実験条件を表−３に示す。

表−３実験条件（固定化微生物処理） 表−３に示した条件で行った処理水は表−４のように、
すべての水質項目にわたり、極めて良好であった。また
、処理水質の変動は、殆ど認められず、無人運転が可能
であった。

また、流入ＳＳがゼロであるため、各固定床の濾過抵抗
の上昇は少なく、脱窒素綿固定床は、−日一回、硝化部
固定床は３日に一回の洗浄で済んだ。

９ ０ 以上述べたように、高濃度の汚染物質を含むし尿を合計
５８ｈｒ　（２，４日〉という極めて短時間で完璧に近
い処理水が得られることが確認された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような顕著な効果が得られ、従来
の最新技術の諸欠点をことごとく解決できる。

■　従来方式（第３図）のＵＦ膜前段の高度に窒素を除
去するための大容量（し尿滞留日数約１０日）の硝化脱
窒素槽が大巾（１／１０〜４／１０）　に縮小できる。

この結果、設置面積、建設費が激減し、用地取得と財源
に苦慮してユーザー自治体にとって、極めて理想的なシ
ステム、施設を提供できる。

■　硝化脱窒素をＵＦ膜を介在させて、前段と後段に分
離し、かつ後段に処理効果が安定しており、高速処理が
可能な固定化微生物を適用した結果、処理性能が非常に
安定しており、管理が容易で、熟練技術者を要しない。

し尿が清澄放流水となるまでの所要時間もトータルで２
．４日にすぎず、従来より遥かにコンパクトな施設で完
全な処理が行える。

■　活性炭吸着塔が不要であり、建設コストの削減が可
能、かつ生物処理槽の消泡機、消泡剤も不要になるので
、維持管理が極めて容易である。

■　ＵＦ膜分離工程のあとに設けた硝化脱Ｎ工程に固定
化微生物を適用したので、沈澱、膜等の固液分離工程が
不要である。

■　生物処理槽またはＵＦ膜工程から排出される余剰汚
泥は、すでにＦｅ３＋によって脱水性が改善されており
、フィルタプレス脱水機などで無薬注脱水が可能であり
、脱水ケーキ水分も７０％以下と少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の具体的例を示すフロー
シートであり、第３図は従来のフローシートを示す。 符号の説明 １：し尿系汚水　　２：生物処理槽 ３：膜分離工程　　４：膜透過水 ４ｂ：第２の膜透過水 １ ２ ８ ：生物学的硝化脱窒素工程 ：脱窒素綿 １０；硝化部 １ａ ：硝化液 １１、ｌｌｂ ：処理水 ３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）し尿系汚水中の窒素成分を生物学的脱窒素処理し
   て該窒素成分の一部を除去した後、膜分離し、該膜透過
   水中に残留せしめた窒素成分を、固定化された硝化菌、
   および固定化された脱窒素菌により、生物学的に除去す
   ることを特徴とするし尿系汚水の処理方法。
2. （２）前記膜分離工程への流入液に無機凝集剤またはこ
   れと粉末活性炭を添加して凝集処理し、該凝集処理され
   た流入液を膜分離した処理水に対し、前記固定化された
   硝化菌、固定化された脱窒素菌による窒素除去処理を行
   うことを特徴とする請求項１記載のし尿系汚水の処理方
   法。