JPH0483594A - 有機性汚水の生物学的処理方法 - 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、下水、産業廃水などの有機性汚水の処
理方法に係り、特に、有機性廃水の余剰汚泥量が少なく
、かつ汚泥脱水性の良好なる生物学的処理方法に関する
。

〔従来の技術〕

従来、有機性廃水の処理方法としては、生物学的処理が
最も普遍的な方法として採用され、広く普及している。

しかしながら、この方法では、多量の余剰汚泥が発生し
、その処分が問題となっている。

すなわち、有機性廃水が、生物学的処理工程へ導かれて
生物処理を受け、沈殿池にて活性汚泥が分離される。そ
して、余剰汚泥として引抜かれた汚泥は、脱水工程にお
いて、高分子凝集剤又は塩化第２鉄や消石灰などが添加
され、べルトプレス、遠心脱水機、フィルタプレスなど
で機械脱水される。しかしながら、従来の生物処理工程
から排出される余剰汚泥の脱水性はきわめて悪く、また
、汚泥生成量も多いため、その処分に要するコストも高
額となる。

また、曝気槽の汚泥濃度を、１０，０００ｍｇ／１以上
の高濃度で運転する場合には、沈殿池での汚泥分離が容
易でないため、遠心分離、ＵＦ膜などの機械的分離模作
を利用するのが一般的であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来技術の欠点を解決するため、本発明者
らは、先に、有機性汚水を、少なくともアルカリ性条件
下での生物学的処理工程と、中性条件下での生物学的処
理工程との二工程によって処理すること、及び、有機性
汚水を、少なくともアルカリ性条件下での生物学的処理
工程によって処理したのち、中性条件下での生物学的処
理工程で処理することによる有機性汚水の生物学的処理
方法を開発した。（特願平２６８４６０号） しかしながら、この処理方法では、ｐＨを上昇させるた
めのアルカリ剤及びｐＨを中性にするための酸が必要で
あった。このため、ｐＨの調整に係る薬剤費用がかさみ
、経済性に問題があった。

そこで、本発明は、上記の経済的な問題を解消し、ｐ）
Ｉ調整に薬剤費用のかからない有機性汚水の生物学的処
理方法を提供することを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明では、有機性汚水を
、高ｐＨの生物処理工程で処理したあとに、中性ｐＨの
生物処理工程で処理する方法において、後段の生物処理
工程に酸性廃水を注入することを特徴とする有機性汚水
の生物学的処理方法としたものである。

本発明の処理方法において、高ｐｈの生物処理工程では
ｐＨは８．５〜１１．Ｏがよく、また、中性ｐＨの生物
学的処理工程ではｐＨは６．５〜８、Ｏがよい。

上記のようなｐＨとするために、高ｐＨ生物処理工程に
は、有機性汚水として高ｐＨの汚水を注入してもよいし
、また、有機性汚水とは別にアルカリ性廃水、例えば酸
性悪臭ガス吸収塔からのアルカリ性の脱臭排水等を注入
することができる。また、中性ｐＨ生物処理工程には、
前記の高ｐＨ生物処理工程でのアルカリ性を中和するた
めに酸性廃水、例えばアルカリ性悪臭ガス吸収塔からの
酸性の脱臭排水を注入するのがよい。

そして、これらのアルカリ性廃水又は酸性廃水の注入だ
けでは、所定のｐａｌ範囲にならない場合は、酸、アル
カリ剤の添加でｐＨ調整すればよい。

次に、本発明を図面を参照にして詳細に説明する。

第１図は、本発明の一例を示すフロー概略図である。

第１図において、アルカリ性の有機性廃水１は、返送汚
泥２とともに、高ｐＨ（アルカリ性）処理工程５の曝気
槽６に流入する。曝気槽６はｐｆ１８．５以上に維持さ
れており、ここで、原水中のＢＯＤは、ＢＯＤ酸化菌の
作用により酸化され、沈殿池７にて固液分離される。残
部ＢＯＤ成分を含む沈殿池７からの越流水は、酸性の廃
水１′及び返送汚泥３とともに、ｐＨ中性処理工程８の
曝気槽９に流入し、ここで完全にＢＯＤ成分を除去し、
沈殿池１０にて固液分離された後、放流水１７として放
流される。

尚、廃水１．１′のみでｐＨが所定の範囲にならない場
合にはアルカリ剤あるいは酸を補足的に注入するとよい
。

余剰汚泥は、高ｐＨ処理工程５およびｐＨ中性処理工程
８の各々の沈殿池７．１０から、別々に排泥しても構わ
ないが、ｐＨ中性処理工程８の沈殿池１０から、高ｐＨ
処理工程５の曝気槽６へ汚泥を返送する工程４を設け、
高ｐＨ処理工程５とｐｔ＋中性処理工程８への汚泥返送
量を調整することで、高ｐＨ処理工程５の沈殿池７のみ
から排泥しても良い。高ｐＨ処理工程から排出される汚
泥は、脱水性、沈降性に優れ、また汚泥発生量も、従来
のｐＨ中性域の生物処理に比べて２０〜ｂ廃水の生物処
理には、汚泥処理の面から著しい改善をもたらすもので
ある。

高ｐ）ｌ処理工程から排出される汚泥の脱水性が優れて
いる理由は、現時点では明らかではないが、次のような
理由が考えられる。■高ｐＨ処理工程では、廃水中に含
まれるマグネシウム、カルシウム、リン酸、溶存二酸化
炭素等が、不溶性の沈殿物を生じるため、これらが脱水
助剤として作用している、■高ｐＨ処理工程に出現する
微生物群は、従来のｐＨ中性処理の微生物群とは異なり
、脱水性に優れた特質を有する、■高ｐＨ条件では、微
生物表面の親水性バイオポリマが液態に溶出してしまう
ため、結果として脱水性が向上する。

これらのうち、■については、汚泥の沈降性にも関与し
ていると思われる。第４図はｐＨの異なる条件で馴養し
た汚泥の沈降速度変化を示すグラフである。第４図の汚
泥沈降曲線から明らかなように、高１）Ｈ条件で馴養し
た汚泥は、高濃度であるにもかかわらず、沈降性は良好
で、遠心分離等の機械的濃縮操作を利用せずに容易に固
液分離できる。

第５図は、高ｐＨ処理工程のｐＨを変化させた場合の汚
泥発生量と含水率との関係を示すグラフである。図から
明らかなように、ｐ）１８．５を境に高ｐＨになるほど
含水率および汚泥発生量ともに減少し、高ｐＨ処理の有
効性が（ｉｆされた。

次に、本発明の他の一例を示すフロー概略図である第２
図について説明する。

第２図において、アルカリ性窒素含有有機性廃水１は、
返送汚泥２とともに脱窒槽１８に流入する。硝化槽１９
はｐＨ８，５以上に維持されており、ここで原水中のア
ンモニア態窒素は硝化菌の作用により硝化されるが、高
ｐＨのため硝酸態窒素はほとんど生成されず、亜硝酸態
窒素が蓄積する。この際、原水中に高濃度のアンモニア
態窒素を含有する廃水の場合、長時間高濃度の遊離アン
モニアに汚泥がさらされると、硝化活性が失活する場合
もあるので、後続のｐｈ中性処理工程８からの返送汚泥
の一部を、高ｐＨ処理工程の脱窒槽１８に返送すること
で、安定的に硝化反応が進行する。

生成された循環硝化液２３中の亜硝酸態窒素は、原水中
のＢＯＤ成分を水素供与体として、脱窒槽１８で脱窒さ
れる。残部のアンモニア態窒素は、後続の中性処理工程
８において、残部ＢＯＤとともに酸化され、脱窒槽２１
においてメタノール２４を水素供与体として完全に除去
される。中性処理工程８の中和に酸性の廃水１′が注入
される。脱窒液は再循環槽２２、沈殿池１０を経由して
放流される。なお、原水中のアンモニア態窒素の濃度が
低い場合には、必ずしもｐＨ中性処理工程から汚泥を返
送する必要はない。

次に、本願発明の他の１例を示すフロー概略図である第
３図について説明する。

第３図において、中性ｐＨの有機性廃水１′は、返送汚
泥２とともに高ｐＨ好気的条件の曝気槽６に流入する。

曝気槽６には、酸性悪臭ガス吸収塔２９からの高ｐＨ（
ｐＨ約１１）の脱臭排水３０がｐＨ調整液として導入さ
れ、曝気槽６の１１）１は８．５以上に維持される。こ
こで原水中のＢＯＤは、ＢＯＤ酸化菌の作用により酸化
され、固液分離工程７に導入される。固液分離装置とし
ては沈殿槽、遠心分離機、その他公知の装置が利用でき
る。残部ＢＯＤ成分を含む固液分離工程７からの分離水
は返送汚泥３とともに中性ｐ）ｌの曝気槽９に流入し、
ここでＢＯＤ処理の仕上げが行われ、第２の固液分離工
程１０で固液分離された後、処理水１７として放流され
る。曝気槽９にはアルカリ性悪臭ガス吸収塔３１からの
低ｐＨ（ｐＨ約２）の脱臭排水３２が注入され、高ｐＨ
の分離水の中和に利用される。

尚、脱臭排水３０．３２のみでｐＨが所定の範囲になら
ない場合はアルカリ剤あるいは酸を補足的に注入すると
よい。

〔作　用〕

ＢＯＤや窒素分の生物学的除去技術は、通常ｐＨ中性付
近の条件で行なわれていた。これは、ＢＯＤ酸化やアン
モニア態窒素の硝化（酸化）、さらにはＮＯｘ　（亜硝
酸態窒素、硝酸態窒素）の脱窒に関与する微生物の至適
ｐＨが一般に中性付近に存在するためである。

特に硝化反応は、炭素化合物を酸化する場合と異なり、
（１）式に示されるように、アンモニア１当量に対して
、２当量のＨ＋を生じる虫酸反応である。硝化の進行に
伴ないｐａｌは徐々に低下し、ｐＨ５程度では硝化反応
はほとんど停止する。そのため、順調な硝化反応を維持
するためには、硝化槽のｐＨを中性に維持しなければな
らない。

硝化・脱窒の反応過程を化学量論的に表わすと、次式の
ようになる。

〔硝化反応（好気的条件）〕

ＮＨ４″′＋１．５［１２→　１１０２−＋　）１２０
＋２）１”・・・亜硝酸菌（１〕 ＮＯ２−＋　０．５［］２→　ＮＯ３−・・・硝酸菌（
２）〔脱窒反応（嫌気的条件）〕 ＮＯ３−＋　Ｈ２→　ＮＯ２−＋　＋（２０・・・脱窒
菌（３）ＮＬ−＋　１．５Ｈ２→　０．５Ｎ２↑十８２
０＋ＯＨ・・・脱窒菌（４） 硝化工程では、通常アンモニア態窒素を硝酸態窒素にま
で硝化しているが、上記（１）〜（４）式かられかるよ
うに、硝化には酸素、脱窒には水素供与体の供給が必要
となるため、硝酸態窒素にまで硝化することは、亜硝酸
窒素への硝化にとど袷る場合に比べて、多くの酸素供給
動力費、メタノール等の水素供与体、ｐＨ調整用の薬品
代など、有価な工業製品を消費することになり、運転経
費のうえから大きな問題となっている。

特に、生し尿等の多量の窒素分を含有する廃水を処理す
る場合には、その経済的デメリットは大きい。したがっ
て、硝化を、亜硝酸窒素でとどめて脱窒処理する方が、
硝化のための酸素供給量、脱窒のための水素供与体供給
量ともに少なくて済み、運転経費の点で有利である。す
なわち、ＮＯ，型硝化の酸素量はＮ０３型硝化の３／４
（１，５０２／　２０．）で済み、また、脱窒反応で消
費される水素供与体量も、ＮＯ□はＮＯ３の３１５　（
１，５８２／２、５１１２）で足りる。

自然界には、高ｐＨ（アルカリ性）域の生息条件を好む
微生物が多数存在する。第６図は、５１の反応槽を用い
て、１か月間、回分的に生し尿を添加し、ｐＨ７および
ｐ）１１０のｐＨ条件で曝気した際の、微生物呼吸活性
を調べたグラフである。

第６図から明らかなように、ｐＨ１０の条件でも、ｐＨ
７系と同等の呼吸活性があり、耐アルカリ性の微生物が
出現しているのではなく、好アルカリ性の微生物が優占
していることがわかる。

また、ｐＨ７の肉汁培地とｐＨ１０の肉汁培地（１％炭
酸す）　ＩＪウム添加）をそれぞれ調整し、各汚泥中の
細菌相を調べたところ、ｐＨ７の培地では、バチルス（
Ｂａｃｉｌｌｕｓ）属やシュードモナス（Ｐｓｅｕｄｏ
ｍｏｎａｓ）属等が優占種として出現したが、ｐＨ１０
では黄色のコロニーを生じるフラボバクテリウム（Ｆｌ
ａｖｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）属が特徴的に出現し、ｐＨ
７系とは異なる細菌相を示した。一般に、好アルカリ性
細菌としては、バチルス（Ｂａｃ　ｉ　］　］　ｕｓ）
属が高頻度に出現すると言われているが、生し尿を原水
として馴養した汚泥の場合、そのような傾向は認められ
なかった。

また、一般に好アルカリ性細菌は、その生息環境を自ら
の至適ｐＨ条件に変えてしまう性質をもつと言われてい
る。ｐ）１１０で馴養した汚泥を、ｐＨ指示薬であるＢ
ＴＢ　（ブロモチモールブルー）を含む肉汁培地（ｐ）
１７）に接種したところ、コロニーの生長とともに培地
の色調は、緑色（中性）から濃青色（アルカリ性）に変
化した。これは微生物が自らの至適ｐＨ条件であるアル
カリ性に、培地のｐＨを変えてしまったた袷と思われる
。

このように好アルカリ性細菌を利用すれば、有価なアル
カリ剤を多量に消費することなく、反応槽のｐ＋をアル
カリ側に維持することができる。しかしながら、生し尿
等緩衝能が強い廃水の場合には、微生物だけでは所定の
ｐＨ条件を維持することが出来ない場合があるため、Ｎ
ａＯＨ等のアルカリ剤を添加する必要がある。この際、
経済性と効果の点からｐＨ（９前後が望ましい。

以上のように、有機性廃水を高ｐＨ条件で処理すること
により、汚泥処理および窒素除去の点で、著しく改善が
もたらされるが、ｐＨ１１，０以上では微生物がほとん
ど失活してしまうため、本発明のごとく、ｐＨ８，５〜
１１．０に維持することが必要となる。

〔実施例〕 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されない。

実施例−１ 本発明の１実施例について説明する。第１図において、
高ｐＨ処理工程５とｐＨ中性処理工程８の各々の沈殿池
７．１０から余剰汚泥を引き抜き、中性処理工程８の沈
殿池１０から、高ｐＨ処理工程５の曝気槽６に汚泥を返
送しないフローで実験を行った。実施の条件は次のとお
りである。

（１）原水　　人工排水Ａ　　ｐＨ９，５ＢＵＤ　ｌ０
００ｍｇ／ＡＢ　　ｐＨ４，５８ＯＩ’］　１０００ｍ
ｇ／ｊ’（２）装置　　第１図において、高ｐＨ処理工
程およびｐｔ＋中性処理工程ともに１０１容の曝気槽を
用いた。

（３）流量　　原水流入量は人工排水Ａ、Ｂともに１０
１／日とし、汚泥返送量は高Ｊ）Ｈ処理工程５１／日、
ｐＨ中性処理工程１０１／日とした。

（４）反応槽温度　　高ｐＨ，ｐＨ中性処理工程ともに
表−１ このとき、高ｐＨ処理工程沈殿池から引抜いた余剰汚泥
の含水率は７８．２％であり、高ｐＨ処理工程での汚泥
発生量は０．２２　ｇ　ＭＬＳＳ／　ｇ△ＢＯＤであっ
た。このように、水質的には高ｐＨ処理工程のみでは、
ＢＯＤが約４％が残存するが、ｐＨ中性処理と組み合わ
せることで、従来の中性処理単独の処理方法と同等の水
質を得られた。

方、汚泥処理の面からは、高ｐＨ処理工程で生成する汚
泥は、含水率で約３〜７％、汚泥発生量として、約２０
〜３０％従来法より値が低いため、著しい改善がもたら
された。

実施例−２ 本願発明の他の実施例について説明する。第２図におい
て、中性処理工程８から排泥１２は行わず、返送汚泥の
一部を高ｐＨ処理工程５へ導入するフローで実験を行な
った。実施の条件は次のとおりである。

（１）原水　　Ｋ県Ａ市し尿処理場に搬入される生し尿
（ＢＯＤ　９．０００ｍｇ／　１、ＳＳ　４，５００ｍ
ｇ／ｌ、ＰＯ４３−Ｐ　　１９０ｍｇ／　ｉ’　１Ｎ８
４　Ｎ２、５００　ｍｇ／　Ｉｌ）を原水として供した
。

（２）ｐＨ調整用排水　Ａ　酸性悪臭ガス吸収塔排水ｐ
Ｈ１１，５ （３）水素供与体　　メタノール（中性処理工程での脱
窒に使用） （４）装置　　第２図において、高ｐＨ処理工程は２０
１（硝化槽、脱窒槽各々１０１）、中 性処理工程は３０１（硝化槽、脱窒槽、再曝気槽各々１
０１）とした。

（５）流量　　原水流入量は５Ａ／日、ｐＨ調整用排水
Ａ、Ｂそれぞれ１．Ｏｊ２／日、　１．！Ｍ／日、循環
硝化液量１５０１／日、高 ｐＨ処理工程からの汚泥返送量５１／ 日、中性処理工程沈殿から高ｐＨ処理 工程脱窒槽への汚泥返送量３１／日、 同じく中性処理硝化槽への汚泥返送 量２１７日 （６）反応槽温度　　高ｐＨ，ｐＨ中性処理工程ともに
３２℃ （７）ｐｆｌ調整用薬品（中性ｐＨ処理工程に注入）硫
酸（１００％）　０．２３ｍ１！／日実施結果を表−２
に示す。

表−２ 生し尿等の高濃度有機物、窒素含有廃水を高ｐＨ条件で
処理し、かつｐＨ中性工程から汚泥を一部返送すること
で、長期間安定に亜硝酸型硝化が維持され、取り残され
たＢＯＤ、窒素分も後続の中性処理工程においてほとん
どが除去され、処理水中のＳＳ量も大幅に低減できた。

また、高ｐＨ処理工程から引抜いた余剰汚泥の含水率お
よび高ｐＨ処理工程での汚泥発生量は、それぞれ７８．
５％および０．３５９　ｇＭＬＳＳ／ｇ△ＢＯＤであり
、従来のし尿処理方法と比較して、含水率で約４〜５％
、汚泥発生量は２０〜３０％低い値いであった。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明により有機性汚水の処理方法を次
のように経済的に改良することができた。

■高ｐＨ処理工程から排出される余剰汚泥の脱水性は、
著しく良好で、汚泥発生量も従来の処理法に比べ、２０
〜３０％低い、そのため後続の汚泥処理工程の負担を大
幅に改善できた。

■高ｐＨ条件では、高濃度の曝気槽汚泥でも、その沈降
性は良好で、遠心分離等の機械的濃縮操作は不要であり
、重力沈殿のみで固液分離が可能であった。

０本法を硝化脱窒処理に適用した場合には、硝化型式が
亜硝酸型になるため、硝化に必要な酸素消費量が少なく
、酸素供給動力費を節減することができ、メタノール添
加量も減少することができた。

■高ｐＨ，中性ｐＨ理の生物処理工程の維持管理を経済
的に行うことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、本発明の一例を示すフロ
ー概略図であり、第４図は、ｐｉｆの異なる条件で馴養
した汚泥の沈降速度の変化を示すグラフであり、第５図
は、汚泥発生量と含水率との関係を示すグラフであり、
第６図は、ｐＨ条件による微生物呼吸活性を示すグラフ
である。 １・・・アルカリ性の有機性廃水、１′・・・酸性廃水
、１′・・・中性ＰＩ（の有機性廃水、２．３．４・・
・返送汚泥、５・・・高ｐＨ処理工程、６・・・曝気槽
、７・・・固液分離装置、８・・・ｐＨ中性処理工程、
９・・・曝気槽、１０・・・固液分離装置、１１．１２
・・・余剰汚泥、１３・・・アルカリ剤、１４・・・酸
、１５．１６・・・散気板、１７・・・処理水、１８．
２１・・・脱窒槽、工９．２０・・・硝化槽、２２・・
・再曝気槽、２３・・・循環硝化液、２４・・・メタノ
ール、２５．２６．２７・・・散気板、２９・・・酸性
悪臭ガス吸収塔、３０・・・高ｐＨの脱臭排水、３１・
・・アルカリ性悪臭ガス吸収塔、３２・・・低ｐＨの脱
臭排水

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、有機性汚水を、高ｐＨの生物処理工程で処理したあ
   とに、中性ｐＨの生物処理工程で処理する方法において
   、後段の生物処理工程に酸性廃水を注入することを特徴
   とする有機性汚水の生物学的処理方法。 ２、前記高ｐＨ生物処理工程に、有機性汚水と共に、ア
   ルカリ性廃水を注入することを特徴とする請求項１記載
   の有機性汚水の生物学的処理方法。 ３、前記アルカリ性廃水が、酸性悪臭ガス吸収塔からの
   脱臭排水であり、前記酸性廃水がアルカリ性悪臭ガス吸
   収塔からの脱臭排水であることを特徴とする請求項１又
   は２記載の有機性汚水の生物学的処理方法。 ４、前記高ｐＨ生物処理工程と中性ｐＨ生物処理工程と
   の間に、固液分離工程を設け、それぞれの生物処理工程
   別に固液分離することを特徴とする請求項１、２又は３
   記載の有機性汚水の生物学的処理方法。