JPH0535038B2

JPH0535038B2 -

Info

Publication number: JPH0535038B2
Application number: JP1074062A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kataoka
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: 1993-05-25
Also published as: JPH02253899A

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、消泡剤、
消泡気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。し尿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「UF膜」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UF膜を利用したし尿系汚
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ヤリ
オーバーが生ずることはまつたくないので、運転
管理が非常に容易であるという重要な特長をもつ
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) 凝集処理後、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、PO₄ ^3-含まれて
いるので、凝集剤にFeCl₃を用いる場合には
2500〜3000mg／、明ばんを用いる場合には
5000〜6000mg／と多量に注入しないと、
COD、色度、PO₄ ^3-が効率良く除去できない。
この結果、脱水しがたいFe（OH）₃又はAl
（OH）₃系のスラジが多量に生じ、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／m³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／m³
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
に当つ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
完成するに至つた。〔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、該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
条件に維持しつつ、限外濾過膜又は精密濾過膜に
より膜分離すると共に少なくとも該膜分離工程か
ら得られる粉末活性炭共存凝集汚泥を前記生物学
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を詳しく説明
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BOD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式を採用してもよい。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２
５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CaCl₂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 ^3-がリン
酸カルシウムとして沈澱し、またその沈澱 5Ca²⁺＋OH^-＋3PO₄ ^3- →Ca₅（OH）（PO₄）₃↓ 生成反応によつて生じたヒドロキシアパタイト
の吸着作用によつてCOD.色度が除去される。こ
の処理により、PO₄ ^3-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PO₄ ^3-をリン酸カルシウム沈澱生成
反応を利用して除去するためのカルシウムイオン
として、Ca（OH）₂が使用されるのが普通である
が、本発明においてはCa（OH）₂を使用すること
はあまり好ましくない。それはCa（OH）₂を使用
して所要量のカルシウムイオを供給すると、
OH^-も同時に添されてしまうため、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（HO）₂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CaCl₂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の中にキヤリオーバーさ
せても、何ら差支えない。したがつて、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30〜60分程度滞留させた後、
UF膜又は精密濾過膜（以下「MF膜」ともいう）
を用いる膜分離工程１５によつて膜分離する。凝
集の酸性条件としてはPH4.0〜5.5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、200〜800mg／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 ^3-、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つた消泡剤と消
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PO₄ ^3-
がリン酸カルシウムとして沈澱し、またその沈澱 5Ca²⁺＋OH^-＋3PO₄ ^3- →Ca₅（OH）（PO₄）₃↓ 生成反応によつて生じたヒドロキシアパタイト
の吸着作用によつて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、PO₄ ^3-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つた
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つても
しも新鮮な粉末活性炭を、本発明にように凝集剤
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の色度成分（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COD、色度成分が活性炭によつて
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
たがつて、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、実施例によつ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
によつてし尿を処理した。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１
５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
脱窒素処理を行つた。その運転条件を第２表に示
す。

【表】

【表】 10カ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
あつた。その発泡状態は水面上10cmのところで泡
はとどまつており、泡は自然に壊れやすかつた。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、汚泥脱水工程２３におけるスクリユ
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CaCl₂水溶液を
供給して生物学的硝化脱窒素処理を行つた。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。

【表】

【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FeCl₃300mg／添加
し、NaOH１２でPH4.0〜4.5に調整して、２分撹
拌した後、粉末活性炭（石炭系）１４を450mg／
添加し、接触混和槽１３で45分エアレーシヨン
撹拌し、チユ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
水となつた。

【表】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
FeCl₃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FeCl₃注入率は200mg／、新鮮な粉末
活性炭の添加率は380mg／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％to SS添
加し、スクリユープレス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
却は容易であつた。また、脱水ケーキを焼却炉で焼却したところ、
従来のFeCl₃単独凝集法の場合の脱水ケーキを焼
却する場合よりもSO_XとNO_X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SO_X吸収剤となること、また
NO_X生成の触媒作用になるFe₂O₃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、○イ
粉末活性炭を添加しない、○ロ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、○ハ副生物処理工程に
Ca²⁺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200mg／以上添加しないと、
発泡が処理槽外に溢れ出し、処理不可能であつ
た。消泡剤200mg／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。

〔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、
COD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つた活性炭吸着塔、
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
大きく低減する。 (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) 膜分離工程の現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
離工程の設備費の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Ca²⁺を添加したのち、固
液分離し、分離水（越流水）に少量の第２鉄イ
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、PO₄ ^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
ルミニウムスラツ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
スラツ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。 (10) 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
UF膜を適用すると、UF膜の生物に起因するフ
アウリング（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。 (11) 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Fe
分と結合していず、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。 (12) 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。 (13) 脱水ケーキ焼却炉灰ガスのNO_X、SO_X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。１……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、１７……粉末活性炭
共存凝集汚泥。

Claims

【特許請求の範囲】

１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、該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を酸性条件に維
持しつつ、限外濾過膜又は精密濾過膜により膜分
離すると共に少なくとも該膜分離工程から得られ
る粉末活性炭共存凝集汚泥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。