JPH0433518B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、し尿あるいは水産加工廃水、食品廃
水、農産物加工廃水、下水、工場廃水などにおけ
る有機性物質を含有する廃水の高度処理に関する
極めて高効率な処理方法に関するものである。

従来、高濃度に有機性汚染物を含む廃水処理法
は、BODとして3000〜1000mg／程度に稀釈し
て、活性汚泥法によつて処理するのが主流であつ
たが、最近、稀釈用水確保の困難性、製造規模の
問題などから、できる限り稀釈度を下げて処理す
る方法に関する提案が行なわれている。また近
年、廃水規制の強化と共に水資源の不足がさけば
れ、下水、工場廃水の再利用が重要な課題になり
つつある。下水、工場廃水の再生利用は、工業用
水の不足を緩和させるばかりでなく、環境汚染の
阻止にもつがるものとして各方面から注目されて
いる。そしてその再生技術も高度処理技術として
種々提案されているが、それぞれ一長一短があ
り、必ずしも満足なものとはいい難い。

下水、廃水の高度処理には大別して二つあり、
その一つは、従来の活性汚泥処理（二次処理）し
た処理液をさらに高度処理する場合と、従来の二
次処理とは全く離れて物理化学的方法を組み入れ
て高度処理する場合がある。いずれも有機成分の
除去、アンモニア、燐の除去、界面活性剤などの
除去に努力が傾注され、例えば石灰添加による有
機物、燐の凝集除去、アンモニアのストリツピン
グによる除去、活性炭による有機物や界面活性剤
の吸着除去などが提案され、実施されている。し
かし、この工程は石灰の中和、再生などを含めて
複雑であり、種々雑多な付属装置を必要とし、全
下水について行うことによる装置の大型化は避け
られない。特に最近、ビルにおける中水道設備と
して、ビルからの汚水を再生して利用する傾向が
あるが、狭いビル内に再生装置を設備する場合、
上記のごとき種々雑多な装置を配備したプロセス
を利用することは実際上不可能である。また、再
生水の水質として必らずしも燐やアンモニアなど
を低濃度まで除去する必要もなく、色度、有機性
物質の除去が達成されるならば十分再使用し得る
こともある。

また、塩分の除去については、逆浸透膜、イオ
ン交換、電気透析などの脱塩工程を設けることが
提唱されているが、放流する場合に脱塩までは不
要な場合が多く、再利用するに当つても用途によ
つては脱塩水を要せず、あるいは要しても高度な
脱塩をほとんど必要としないときもある。

従来の煩雑な高度処理の主流としては、汚水を
まず二次処理（生物処理）し、さらに凝集沈殿処
理したのち砂過し、次に活性炭処理を行うもの
で、これを高度処理と称する場合もあり、さら
に、また二次処理水を直接過し、次に活性炭処
理することもある。またさらに進んで、砂過水
あるいは活性炭処理水を電気透析法、イオン交換
樹脂法、逆浸透圧法などによつて脱塩処理するこ
とも行われるが、簡略された方法として汚水を凝
集沈殿処理後砂過する程度の処理で再利用して
いる例もある。しかし、このような簡略方法で
は、有機物特に微細なコロイド性有機物や着色性
物質の除去が困難であるから、処理水の再利用に
当つて数々の問題を包含している。そこで、今日
のところ活性炭によつて吸着処理したり、合成吸
着剤によつて吸着処理することによつて上記の問
題を解決しているのが現状である。しかるにこれ
ら吸着剤の利用に際しは、吸着される有機物のサ
イズがしばしば問題となり、吸着剤のポアサイズ
より過大な物質はその吸着剤のポアを覆蓋し、ポ
アへの浸入を阻害して吸着計を大幅に低減させる
という支障がある。さらに吸着剤の再生も必要
で、活性炭においては再生炉を利用して加熱再生
を行うことが実施され、また合成吸着剤において
も薬剤洗浄などが行われるが、このような再生法
は再生費用が莫大となり、薬剤再生によるその廃
水処分も問題となる。

また、近年、燐酸の存在は富栄養化の原因とな
り、湖水、河川水の富栄養化による水質の異臭化
の問題、閉鎖系海域への燐酸含有廃水の放流は赤
潮の発生の主因と目され、社会的な問題となつて
いる。このような燐酸は逆浸透膜を利用した高度
な処理をすれば除去することはわかつているが、
この方法によると除去を必要としない塩分まで除
去され、目的によつては、結果的には省エネルギ
ー的なプロセスとはなり得ない場合がある。

脱燐の問題は単に下水、工場廃水などにとどま
らず、し尿処理においては大きな問題であり、し
尿処理の場合はNH₃−Ｎをも多く含有すること
から最近は脱窒素処理を実施する例が可成り多く
なり、更に加えて脱燐技術の向上が期待されてい
る。

し尿の処理は従来よりBOD除去を主要目的と
した生物学的酸化処理方法が定着しているが、近
年富栄養価の原因物質として窒素、燐の除去、さ
らには色度、CODの除去も望まれている。る。
これらの汚濁成分は生物学的処理法と物理学的処
理法との組合せ法によつて除去されているが、現
在広く普及している代表的方法は、し尿を10〜20
倍に稀釈し、生物学的硝化脱窒法によつてBOD、
窒素を除去したのち、処理水に硫酸バン土などの
無機凝集剤を添加し、残留する燐、COD、色度、
SSを除去するものである。また、処理水質の目
標値によつてはさらに高度な処理として、オゾン
酸化や活性炭吸着などを付設している例もみられ
る。しかしながら、この方法は以下に列挙する多
くの欠点があり、これらの欠点の抜本的解消方法
が切望されている。

すなわち、生物処理について、(1)生物を利用し
て処理する以上、該生物にとつて好適な環境条件
が要求されるが、実際にはその要求に適応されな
い場合があり、その場合には他の有害な生物の繁
殖によつて汚泥の濃縮が悪化し、分離高率が顕著
に低下する。(2)生物反応には可能な限り汚泥濃度
を高く維持することが、効率上望ましい。すなわ
ち、BOD、窒素負荷を小さくすることが望まし
いが、そのためには高濃度の汚泥を十分量返送す
る必要があり、沈殿池を過大にせざるをえない。
さらに大量の汚泥が沈殿地に累積されると、汚泥
層は嫌気状態となり、汚泥の腐敗、燐の溶出等に
よつて処理水が悪化する。

また、高度処理の手段とされる物理化学的処理
法においては、脱窒素処理水の燐、COD，SS、
色度成分の除去に硫酸バン土、消石灰、塩化第一
鉄などの無機凝集剤による凝集処理が行われてい
る。現在では、処理後のPH調整の不要な硫酸バン
土［Al₂（SO₄）₃・16〜18H₂O］による凝集処理が
その主流を占めているが、凝集剤を大量に消費す
るうえ、発生する凝集汚泥は難脱水性でかつ多量
の無機成分を含有するため焼却残渣が多く、その
処分も大きな問題となつている。

また、脱色法の一つとしてオゾンによる処理法
もあるが、COD成分を必らずしも減少させると
は限らず、また活性炭吸着法も懸濁物の存在、特
にその細孔を閉塞する可能性のある１〜2μ程度
の粒子の存在は好ましからず、その効率を大きく
低下させるものである。

下水、工場廃水などの脱燐法の主流もほぼし尿
処理と同様で、活性汚泥処理における曝気段階で
第一鉄塩を添加して、燐酸をその鉄塩として沈殿
せしめる方法や、終沈処理の段階で、第二鉄塩を
添加して、凝沈処理する手段、鉄塩に代つてアル
ミニウム塩を使用する方法が実施されている。ま
た、最近、接触媒体を利用した脱燐法が検討さ
れ、有効な脱燐法として注目されている。しか
し、これらCOD、BOD、色度、SS、燐の除去を
包含する高度処理を前記のごとく複雑で、いくつ
かのプロセスを結合しておこなう結果、建設費は
勿論、運転管理も容易なものではない。

本発明においては、燐酸を含有する有機性廃水
を生物学的硝化脱窒素処理して得られる活性汚泥
スラリを対象として、従来の上記欠点を排除し、
環境汚染源となる燐酸を極めて効果的に簡単な方
式によつて除去、更には、BOD、COD、色度、
懸濁物の除去、目的によつては脱塩をも簡略な方
法で遂行せんとする方法を提供することを目的と
する。

本発明は、まず、燐酸を含む有機性廃水を生物
学的硝化脱窒素処理工程に導き該生物学的硝化脱
窒素処理工程に直接燐酸固定化剤、および／また
は不溶性燐酸固定化剤および／または燐酸沈殿生
成剤を添加することにより、生物反応の促進と脱
燐を一度に遂行せしめることができる。また、膜
透過液は要すれば更に膜処理をおこない、色度、
BOD、COD値を低下せしめることも可能であり、
その場合には逆浸透膜を利用するのが効果的であ
る。あるいは、直接生物処理系統と限外過乃至
逆浸透膜を直結することによつて処理して、か
つ、前記のごとき燐酸固定化処理および／または
燐酸沈殿生成処理を同時におこなえば、生物処理
系内の汚泥濃度の上昇と同時に脱燐そして、
BOD、COD、色度成分の少ない膜透過水を得、
要すれば吸着、酸化処理の手段により、高度な処
理が可能である。

さて、本発明における燐酸固定化処理とは、廃
水中に含有する燐酸を接触粒体ないし粉体、沈殿
物を添加して、吸着あるいは、化学的に反応せし
めて、固定化し、一度固定化した燐酸が系外へ流
出しないようにすることを称し、その燐酸沈殿生
成剤を添加することにより、燐酸固定化反応物を
含む活性汚泥スラリを生成し、該活性汚泥スラリ
に凝集助剤を添加したのち加圧下にマイクロポー
ラス膜乃至逆浸透膜より選定された透過膜によつ
て処理して、固定化された沈殿を含む濃縮汚泥と
膜透過液とに分離し、該濃縮汚泥の一部を前記生
物学的処理工程に返送することを特徴とするもの
である。

なお、透過膜処理工程では汚泥やコロイド性物
質などの固形物の濃縮が可能でありながら、溶解
性BOD、CODを膜透過させるようなマイクロポ
ーラス膜乃至限外過膜を利用し、生物処理に必
要な系内汚泥濃度を上昇せしめて、生物処理の反
応を促進し、かつ、この生物学的硝化脱窒素処理
工程に直接固定化剤としては、燐鉱石、燐灰石、
骨炭、アルミナなどが代表的例である。また、燐
酸沈殿生成処理とは、廃水中の燐酸を不溶性の沈
殿として生殿せしめることで、そのための沈殿生
成剤としてはCa（OH）₂、CaCl₂、NaOH、アルミ
ナ酸塩、Al塩、Fe塩、マグネシウム塩などはそ
の例である。前記固定化剤は沈殿生成剤と共に使
用してもよく、その場合には固定化剤は、燐酸沈
殿生成反応を促進するのに役立つものである。こ
の固定化剤、燐酸沈殿生成剤の添加に当つては、
PH調節をすることもでき、通常、燐酸塩として沈
殿せしめたり、燐鉱石、燐灰石、骨炭、アルミナ
などの固定化剤を利用するときはPH５〜11.0でよ
く、また沈殿生成剤の内、鉄塩を利用するときは
かなり低PH領域下でも沈殿は可能であるが、燐酸
に対して当量以上の鉄塩を酸化物として共沈せし
める際には、PH3.0以上あれば十分である。第１
鉄塩を利用するときには、酸化性物質を添加し酸
化しつつ生殿反応を行うと生成する沈殿の処理は
容易になり、また酸化力も強化される。酸化性物
質としては、酸素、塩素、オゾン、空気などのガ
ス体が接触に便利であるが、塩素はガス体に限ら
ず次亜塩素酸、そのソーダ塩でもよく、また過酸
化物も利用できる。また酸化促進のために酸化マ
ンガン、酸化銅、酸化ニツケル、活性炭などの触
媒を利用することもできる。

また、凝集助剤としては金属水酸化物、高分子
凝集剤が特に有効であり、膜透過性維持及び膜汚
染の度合を軽減することができる。特に膜汚染性
物質の荷電と膜自体の荷電とが正負の関係にある
ときには膜面に汚染物が付着し易く、この場合に
は膜汚染物質の荷電を中和するような反対荷電の
助剤を添加することによつて膜面への汚染を軽減
することができる。

本発明において使用し得る透過膜の素材は、セ
ルローズアセテート系、芳香族ポリアミド系、ポ
リスルフオン系、ポリベンツイミダゾール系、ニ
トリル系の樹脂を素材とする膜を使用することが
でき、透過膜装置の型式としては、ロツド型膜モ
ジユール、管型膜モジユール、中空管型膜モジユ
ール、のり巻き構造型膜モジユール、中空糸型膜
モジユール、耐圧板構造膜モジユールなどを利用
することができるが、管型、中空管型膜モジユー
ルは物理的洗浄が容易であることから利用し易
い。

また、膜透過水の吸着処理としては、活性炭、
有機性吸着樹脂、無機性吸着剤たとえばゼオライ
ト、珪藻土、酸性白土などを媒体する処理がその
好例である。また、金属水酸化物たとえば塩化第
二鉄、硫酸第二鉄などの第二鉄塩の加水分解生成
物、第一鉄塩の酸化・加水分解生成物あるいはア
ルミニウム塩、マグネシウム塩などの加水分解生
成物は、やはり吸着剤としての効果を発揮する。
また、高分子電解質もその吸着作用があり、利用
することが可能である。また、電解によつて、金
属極を溶出させ、これを加水分解により、生成し
た水酸化物によつても吸着処理が可能である。

また、吸着処理後の酸化分解処理としては、塩
素、酸素、オゾン、空気、次亜塩素酸およびその
塩、過酸化物、あるいは、これらと共に光化学的
な分解促進を行つてもよく、たとえば、塩素剤と
紫外線照射などによつてもよい。前記酸化剤は単
独又は複数組み合わせてもよく、また、金属塩、
金属酸化物、活性炭など酸化触媒を利用してもよ
い。透過膜処理に際しては、凝集助剤の添加もよ
く、たとえば金属水酸化物、高分子凝集剤の存在
は、膜透過性維持に当り有効である上に、膜汚染
の度合いを軽減することができる。特に膜汚染性
物質の荷電と、膜自体の有する荷電とが正負の関
係にあるときには膜面に汚染物が付着し易く、こ
の場合には膜汚染性物質の荷電を中和するような
反対荷電の助剤を添加することによつて、膜面へ
の汚染を軽減することが可能である。

次に本発明について一実施態様について説明す
る。

第１図において、有機性物質含有液１を生物学
的硝化脱窒素処理装置Ａに導入し、ここで生物化
学的に反応をおこなう。酸化のためのガス体２を
導入する。また燐酸不溶性沈殿生成剤および／ま
たは燐酸固定化剤６を直接添加して生物処理装置
Ａ内で所定の時間反応させる。即ち第１図におけ
る生物処理装置Ａは生物化学的反応と、燐酸沈殿
反応、固定化反応を兼ねておこなうようになつて
いる。次に生物学的硝化脱窒素処理装置Ａにおい
て、反応を終了した燐酸固定化反応物を含む活性
汚泥スラリ７は、凝集助剤１５を添加したのち、
加圧下に膜装置Ｃに導入される。膜装置Ｃにおい
て利用される膜はマイクロポーラス乃至限外過
膜で圧力は数〜＋数Kgf／cmである。さて、膜装
置Ｃにおいて膜分離に服し、濃縮汚泥８は固形物
を含有したまま排出され、その一部は生物学的硝
化脱窒素処理装置Ａへ返送し該系内の汚泥濃度上
昇に役立つ。系内において発生する汚泥量に相当
する量の濃縮汚泥８を固−液分離装置Ｄへ送り、
ここで固−液分離をして、脱水ケーキ９と分離液
１０をそれぞれ系外へ排出する。なお分離液１０
は再度生物学的硝化脱窒素処理装置Ａへ返送して
も、あるいは膜装置Ｃへ送給してもよい。膜装置
Ｃの膜透過水１１は再度加圧され逆浸透膜乃至限
外過膜を装着した膜分離装置C′に導入される。
この際の圧力はおよそ数〜Kgf／cm²である。ここ
で濃縮された液１３は生物処理装置Ａへ返送さ
れ、膜透過水１４は吸着装置Ｅに送られ、残余の
わづかなCOD、BOD、色素をほぼ100％除去した
後、系外へ排出される。

本実施態様においては、膜分離系統において脱
燐を実施するようになつているが、ここで完全に
分離できず、若干膜透過した燐酸を、燐鉱石、燐
灰石、カルシウムアパタイト、骨炭等の燐酸固定
化剤の造粒体を接触媒媒体として利用して、脱燐
を完遂してもよい。また、その際、PH調整剤、燐
酸沈殿生成剤などを同時に添加してもよい。

実施例 CODとして5000mg／PH7.7、アルカリ度とし
て8000mg／を含む除渣し尿を生物学的硝化脱窒
素処理し、その活性汚泥スラリを固液分離するこ
となく、3Kｇｆ／cm²に加圧して直接分画分子量
10万の限外過膜で処理したところ、CODとし
て200mg／、PH７、アルカリ度500mg／燐酸と
して460mg／の膜透過液を得た。なお、膜処理
工程で生成した濃縮汚泥の大部分は生物学的硝化
脱窒素槽へ返送し、MLSS濃度を15000mg／に
維持した。次に、生物学的硝化窒素槽に100〜
170μの鉱石粉末を添加し、前記生物学的硝化膜
窒素内の燐鉱石濃度を1000mg／に維持しかつ膜
処理に負される活性汚泥スラリには凝集助剤とし
て高分子凝集剤を1000mg／添加して処理したと
ころ、膜処理水の燐酸は20mg／に低減した。更
に、生物学的硝化脱窒素槽にCaCl₂をCa²⁺として
500mg／を添加し、他は前記と同等の条件で処
理したところ、膜透過水の燐酸は10mg／以下と
なつた。

なお、燐鉱石及びCaCl₂を直接生物学的硝化脱
窒素槽に添加せずに、膜処理液である除渣し尿中
に添加したところ、被処理液のアルカリ度が極め
て高いため、多量のCaCO₃が生成し、燐鉱石及
びCaCl₂は燐酸除去に有効に使われず膜透過水の
燐酸は200mg／と高かつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様を示す系統説明図で
ある。 Ａ…生物学的硝化脱窒素処理装置、Ｃ…膜装
置、C′…膜分離装置、Ｄ…固−液分離装置、Ｅ…
吸着装置、１…有機性廃水、２…気体、３…排
気、４…濃縮汚泥、５…分離液、６…燐酸固定化
剤および／または燐酸沈殿生成剤、７…活性汚泥
スラリ、８…濃縮汚泥、９…脱水ケーキ、１０…
分離液、１１…膜透過水、１２…処理水、１３…
濃縮液、１４…膜透過水、１５…凝集助剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生物学的硝化脱窒素処理工程と透過膜処理工
   程から成る廃水処理工程を用いて燐酸を含有する
   有機性廃水を処理するに当り、前記生物学的硝化
   脱窒素処理工程に直接、粒体または粉体の燐鉱
   石、燐灰石、骨炭アルミナより選ばれる少くとも
   一種の燐酸固定化剤および／またはCa（OH）₂，
   CaCl₂，NaOH，アルミン酸塩，アルミニエム
   塩，鉄塩，マグネシウム塩より選ばれる少くとも
   一種の燐酸沈殿生成剤を添加して生物学的硝化脱
   窒素処理を遂行せしめると共に燐酸を固定化せし
   め、その反応物を含有する活性汚泥スラリに凝集
   助剤を添加せしめた後、透過膜処理工程によつて
   膜透過液と濃縮汚泥とに分離し該濃縮液の一部を
   前記生物学的硝化脱窒素処理工程へ返送すること
   を特徴とする燐酸を含有する有機性廃水処理方
   法。 ２ 前記透過膜処理工程で分離された膜透過液を
   さらに別途透過膜処理する第１項記載の燐酸を含
   有する有機性廃水処理方法。