JPH0630777B2 - アンモニアを含有する有機性汚水の処理方法 - Google Patents

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、浄化槽汚泥および各種排水等
の、NH₄ ⁺を含む有機性汚水の新規概念にもとづく処理方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

NH₄ ⁺含有有機性汚水の典型例であるし尿を高度に浄化す
る技術は、全ての排水処理のなかで技術的に最先端に位
置する水処理技術であるので、このし尿処理を従来技術
の代表的方法として例に挙げて説明する。従来、し尿は
第２図のプロセスによって極めて高度に浄化されてい
る。

即ち、処理プロセスの中枢に硝化菌、脱窒素菌を利用し
た窒素除去工程をおき、そのあとFeCl₃あるいはAlumに
よる凝集分離と活性炭により、COD、色度、PO₄ ^3-の高度
除去を行うプロセスである。

尚、最近は固液分離に限外濾過（ＵＦ）膜を適用する方
法が最新技術として注目されている。

この従来技術は、当業界のあいだで最も進んだ技術とし
て高い評価を受けており、もうこれ以上の大きな改善の
余地がないと考えられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、本発明者は、技術の本質的視点から従来
技術を評価した結果、次のような大きな欠点があり、理
想的プロセスとは到底評価できないことを認識するに到
った。

生物学的硝化脱窒素工程から発生する余剰汚泥の脱水
性が極めて悪く、また発生量も多い。従って、汚泥処理
が非常に厄介でコストもかかる。

生物学的硝化脱窒素の反応速度が小さいので、最新の
無希釈高負荷処理方式でもし尿の滞留日数７日という大
容量の槽を必要とし設置面積と建設費が非常に大きい。
また硝化槽の発泡が激しい。

硝化脱窒素処理の運転管理が難しく、最新の注意を払
って運転していても、しばしばNH₄-NとNO_x-Nの残留を招
く。

硝化脱窒素処理用のエアレーション動力コストが極め
て高額でありエネルギー浪費型になっている。

以上４点は極めて重大な欠点と言わざる得ない。

本発明は、従来みられない新概念によって、し尿等のア
ンモニア含有有機性汚水を非常に合理的に浄化処理する
ことを目的とするものであり、前項の諸欠点を完全に解
決することを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の新概念の中核は『汚水を汚水中のHCO₃ ^-イオン
の脱CO₂反応が進行する酸性条件下かつ好酸性微生物の
共存下でエアレーションし、酸性下での生物学的BOD除
去と脱CO₂によりHCO₃ ^-除去を行い、アルカリ度が減少し
た該生物処理水をアルカリ条件下でNH₃ストリップす
る』という新概念にある。

即ち、本発明は、有機性汚水を酸性条件下で好酸性微生
物を共存せしめた槽に導入して、エアレーションし、該
汚水に含まれるアルカリ度をCO₂放散により除去せしめ
ると共に該汚水に含まれるBODを生物学的に除去せし
め、前記処理された汚水のpHをアルカリ性として、該汚
水に含まれるアンモニアをストリップすることを特徴と
するアンモニアを含有する有機性汚水の処理方法であ
る。

又、本発明は、有機性汚水を酸性下で固液分離した後、
該分離液のpHを酸性に維持したまま、該分離液を好酸性
微生物を共存せしめた槽に導入してエアレーションし、
該液に含まれるアルカリ度をCO₂放散により除去せしめ
ると共に該液に含まれるBODを生物学的に除去せしめ、
前記処理された液のpHをアルカリ性として、該液に含ま
れるアンモニアをストリップすることを特徴とするアン
モニアを含有する有機性汚水の処理方法である。

本発明において、有機性汚水のpH低下作用物質として
は、多価金属塩の単独あるいは組合せ使用が例示される
が、H₂SO₄等の鉱酸との併用も包含される。

該物質を添加されて酸性化した汚水を必要により分離液
と固形分に固液分離する手段としては、特に限定されず
公知手段が用いられるが、例示すれば、ウェッジワイヤ
スクリーン、遠心、自然沈降分離、膜分離等の単独また
はそれらの組合せが挙げられる。

上記酸性条件下に維持された有機汚水または上記固液分
離手段により分離された液は、pH酸性を維持しつつ好酸
性微生物を有する槽に導入されエアレーションされる。
この場合の槽手段は、導入液と好酸性微生物が接触可能
に設計されていれば、特に、限定されず任意の公知手段
が適用される。

該好酸性微生物としては、pH酸性で繁殖可能な生物なら
特に限定されないが、好ましくは、真菌類、細菌類（例
えば、キャンディダ属、トリコスポロン属、サッカロマ
イセス属、ハンセヌラ属、チオバチルス属等）が例示さ
れる。

上記好酸性微生物によってＢＯＤを除去され、かつエア
レーションによってHCO₃ ^-を除去された処理液は、次い
で、アルカリ剤の添加によりpHアルカリ性とされ、該処
理液中に存在するNH₄-NはNH₃として気相に放散、即ち、
ストリップされる。この場合の、ストリップ手段として
は、任意の公知手段が適宜適用できる。

〔作用〕

第１図を参照しながら、本発明の一実施態様を説明する
と共に本発明の作用を説明する。

し尿、下水などの有機性汚水１にpH低下のためH⁺イオン
解離物質２を添加し、pHを３〜５程度の酸性にし、固液
分離工程３に供給し、分離液４と汚泥７に分離する。８
は汚泥脱水機、９は脱水分離液、１０は脱水ケークであ
る。

物質２としては、FeCl₃、Al₂(SO₄)₃等の多価金属塩等が
例示されるが、それらとH₂SO₄など鉱酸の併用が最も好
適である。例えば、FeCl₃、Fe₂(SO₄)₃などのFe³⁺イオン
は、水中で、 Ｆｅ^３＋＋３Ｈ_２Ｏ→Ｆｅ（ＯＨ）_２↓＋３Ｈ^＋(1) の反応により、H⁺イオンを解離するため、pH低下作用を
もつほか、凝集作用によって汚水中のSS、有機コロイ
ド、PO₄ ^3-イオンを除去することができる。なお、PAC
（ポリ塩化アルミ）、ポリ鉄（ポリ硫酸第２鉄）は、pH
低下力が小さいので、あまり好ましくない。また、凝集
剤として著名のCa(OH)₂はpHを上昇させてしまうので本
発明には使用できない。しかして、pH酸性で、雑菌、コ
ロイド、CODなどが除去された分離液４と脱水分離液９
とを、好酸性微生物（真菌類など）を共存せしめた微生
物反応工程５に供給し、pHが３〜５程度〔pH３未満では
好酸性微生物の活性が低下（失活はしないが）するの
で、あまり好ましくなく、pH５以上では、雑菌が繁殖し
やすくなり、脱炭酸も起きにくくなる〕のかなりの酸性
条件で、空気６を供給し、エアレーションする。エアレ
ーションにより、微生物反応工程５において、本発明で
は次の反応を進行させる。

脱炭酸反応： ＨＣＯ_３ ⁻＋Ｈ^＋→ＣＯ_２↑＋Ｈ_２Ｏ…(2) 有機物の生物分解反応： 原水のＢＯＤ＋好酸性微生物＋Ｏ_２→ＣＯ_２↑＋Ｈ_２Ｏ…(3) この両反応によって、有機性汚水中のBOD成分が高速で
除去されると同時にアルカリ度成分（HCO₃ ^-イオン）が
極めて効果的に除去される。11は高濃度のCO₂ガスを含
むエアレーション排ガスである。

尚、本発明に言う「好酸性微生物」とはpHが例えば３〜
４というかなりの酸性条件下においても代謝機能が失活
せず、活発な生命活動をする微生物であり、例えば、カ
ビ、酵母などの真菌類とある種の細菌類が挙げられる。
いわゆる通常の活性汚泥法において優占的に出現する微
生物（中性pHに至適pHをもつ）とはカテゴリーを異にす
る微生物である。

本発明ではあらかじめ固液分離工程３で雑菌が除去され
ているので微生物反応工程５において容易に好酸性微生
物を優占できることが確認された。

しかして、微生物反応工程５から流出する処理液１２を
ＵＦ膜、沈澱、遠心分離などの固液分離工程１３に導
き、好酸性微生物スラリー１４と清澄処理水１５に分離
する。

微生物スラリー１４の大部分１６は、微生物反応工程５
内の好酸性微生物を高濃度に維持するためにリサイクル
される。１７は余剰微生物であり、脱水工程８に供給し
て脱水する。

本発明において生成する余剰微生物は、極めて脱水性が
良好であり、無薬注脱水ができることが確認された。

尚、微生物反応工程５内にハニカムチューブあるいは粒
状固体などの微生物付着担体を装填しても当然よく、こ
の場合は必ずしも固液分離工程１３を設けなくともよ
い。

しかして、微生物反応工程５から固液分離工程を経た清
澄処理水１５（アルカリ度とBODが高度に除去されてい
る）に、NaOH、Ca(OH)₂などのアルカリ１８を添加し、pH
を９以上（好ましくは、pH１０〜１１）上昇させ、好ま
しくは加温下で充填塔などの気液接触工程１９に導き、
空気またはスチーム２０と気液接触し、清澄処理水１５
中に残存するNH₄-N（アンモニア性窒素）を下記反応(4)
によってNH₃ガスとしてストリッピングする。

ＮＨ_４ ^＋＋ＯＨ⁻→ＮＨ_３↑＋Ｈ_２Ｏ(4) アンモニアストリッピング対象液にアルカリ度成分(HCO
₃ ^-)が存在していると、 ＨＣＯ_３ ⁻＋ＯＨ⁻→ＣＯ_３ ^２−＋Ｈ_２０(5) の反応によりOH^-が消費され、NaOHなどのアルカリ18がH
CO₃ ^-の濃度に比例して多量に消費されてしまう。この結
果、式(4)のNH₃遊離反応が著しく抑制され、効果的にNH
₃ストリップするには、多量のアルカリ18を必要とし
て、ランニングコストの増加をもたらす。

しかし、本発明では、好酸性微生物の微生物反応工程５
において、同時に脱炭酸を行うので、NH₃ストリップ工
程流入液のアルカリ度が極めて少ない。この結果、式
(5)の反応が起きず、非常に少量のアルカリ剤18の添加
により、式(4)の反応を優先的に進ませることができ
る。この点は本発明における最重要ポイントのひとつで
ある。

従来、し尿処理において、し尿の嫌気性消化脱離液にCa
(OH)₂を添加し、pHを10以上に上昇させて、NH₃ストリッ
プする方法が試みられることがあった。しかし、し尿の
嫌気性消化脱離液のアルカリ度が9000〜12000mg/と極
めて高濃度であるため、膨大な量のCa(OH)₂を添加しな
い限り、効率よくアンモニアストリップをおこなうこと
は不可能で、結局この試みは完全な失敗に終わってい
る。

本発明は、この従来の試みとは対照的に非常に少量のア
ルカリで効果的なアンモニアストリップが行える点に重
要な特徴がある。

ストリップされたNH₃ガス21は、触媒燃焼によるN₂への
酸化あるいは、H₂SO₄、H₃PO₄などの酸による吸収工程22
によって処分され、清浄ガス23が大気中に排出される。

NH₄-Nが除去された処理水24は、公共用水域に放流24aさ
れる。

アンモニアストリップ工程19から流出する処理水24は、
既に、 (a)FeCl₃等の凝集作用とＨ^＋イオン解離作用を併せ持つ
凝集・解離物質２の添加によって、リン酸イオン、非生
物分解性COD、色度が除去され、 (b)好酸性微生物の微生物反応工程５において、生物学
的に溶解性BOD、、COD（生分解性）が除去され、 (c)さらに、固液分離工程13において、SSが除去され、 (d)引き続き、アンモニアストリップ工程19において、N
H₄-Nが除去されるので、極めて清浄な水質となってい
る。

尚、さらに高度な放流水質を要求される場合は、処理水
24を活性汚泥処理25（微生物膜法が望ましい）で、残留
BODを除去したり、活性炭吸着、オゾン酸化処理（図示
せず）すれば良い。

次に、本発明において好適な他の実施態様を説明する。

汚水１に色度が含まれている場合（し尿がその典型
例）、粉末活性炭２６を好酸性微生物の微生物反応工程
５に添加すると、色度、ＣＯＤの吸着除去と同時に真菌
類等の好酸性微生物が粉末活性炭の表面で固定化され、
優占種となりやすく、極めて好ましい実施例である。

汚水１のごく一部を分岐して、凝集分離工程３をバイ
パスさせて微生物反応工程５に供給することによって微
生物にとってのPO₄ ^3-不足を防ぐことができる。

最終段の活性汚泥処理２５を生物学的硝化脱窒素工程
とすることによって、アンモニアストリッピングを実施
する気液接触工程１９の運転管理をらくにすることがで
きる。

固液分離液４（即ち微生物反応工程５への流入液）を
紫外線照射またはオゾン処理することによって雑菌の微
生物反応工程５における繁殖を防止することができる。

〔発明の効果〕 pH酸性条件にある微生物反応工程５で好酸性微生物に
よるＢＯＤ除去と、脱炭酸によるアルカリ度の除去を行
った後、アンモニアストリップ処理するように構成した
ので、アンモニアストリップに要するアルカリ剤の添加
量を激減させることが可能である。

好酸性微生物を増殖させるために、汚水１のpHを酸性
に調整するためH₂SO₄などの薬品代が大幅に減少する。
なぜなら、汚水中のＣＯＤ、色度、燐酸を凝集除去する
ためのFe³⁺またはAl³⁺の添加によってH⁺イオンが解離
し、pHが酸性領域に低下するからである。

汚水中に多数存在する雑菌をあらかじめ凝集除去する
ので、微生物反応工程５内に好酸性微生物、特に、酵母
を優占的に維持しやすい。

アンモニアストリップ工程の前段に、好酸性微生物に
よる微生物反応工程を設けたので、ＢＯＤの生物学的酸
化熱によって、アンモニアストリップ工程への流入液の
温度が３０〜４０℃に上昇するため、ますます効率良い
アンモニアストリップを行える。（温度が高いほどアン
モニアはストリップしやすい。） 好酸性微生物によるＢＯＤ除去反応速度は、従来のpH
中性領域での活性汚泥によるＢＯＤ除去反応よりも著し
く早いことが確かめられた。従って、微生物反応工程の
所要容積が大幅（１／７〜１／１０程度）に縮小でき
る。

好酸性微生物の微生物反応工程から発生する余剰微生
物の脱水性が極めて優れており、無薬注脱水ができる。

生物処理工程での発砲トラブルが起きない。

〔実施例〕

以下、本発明の具体的実施例を説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。

し尿を対象にした本発明の実験結果の一例を記す。

表−１左欄の水質を有するし尿にFeCl₃を4500mg/とH₂
SO₄を2000mg/添加、１分間攪拌したのち、ノニオン系
ポリアクリルアミド（荏原インフィルコ（株）製エバグ
ロースN200）を50mg/添加、30秒攪拌し、大きなフロ
ックを形成させ、目開き0.7mmのウェッジワイヤスクリ
ーンでフロックを分離した。

このスクリーン分離液を20分曝気後、30分沈澱させた上
澄液は表−１右欄の水質となり、し尿のpHがpH4.6に低
下し、アルカリ度も大幅に除去された。同時にし尿のCO
D、SS、PO₄ ^3-、BODが効果的に除去された。

次に、表−１の凝集分離上澄液にH₂SO₄を200mg/添加
し、pH4.0に調整後、サッカロマイセス属、ハンセヌラ
属、キャンディダ属、トリコスポロン属などの真菌類
（酵母）とカビを接種培養した好酸性微生物の微生物反
応槽に流量１/Hrで供給し、pH4.0の条件でエアレーシ
ョンした。

好酸性微生物の微生物反応槽の運転条件は表−２に設定
した。

この条件で２ヵ月間運転を続けた結果、好酸性微生物の
微生物反応槽処理水質は表−３であった。尚、微生物の
固液分離には限外濾過膜を使用した。

表−３の生物処理水に、NaOHを少量（700〜900mg/）
添加し、pHを10〜11に上昇させ、充填塔を用いた気液接
触塔の上部に供給し、下部から空気を供給してNH₃をス
トリップせしめた結果、表−４の処理水質となった。

気液接触塔の（液／気）比は3.5、液供給量は2000kg/m²
・Hrとした。

尚、好酸性微生物の微生物反応槽から排出される余剰菌
体の脱水性は、非常に良好であり、脱水助剤を加えるこ
となく、公知のベルトプレス脱水機によって、容易に脱
水でき、ケーキ水分は78〜79.8%となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を説明するための一実施例のフローシ
ートを示す図、第２図は、従来の方法を説明するための
フローシートを示す図である。 符号の説明 １：有機性汚水、２：凝集・解離物質 ３：固液分離工程、４：分離液 ５：微生物反応工程 ６：空気、７：汚泥 ８：汚泥脱水機、９：脱水分離液 10：脱水ケーク、11：CO₂ガス 12：処理液、13：固液分離工程 14：好酸性微生物スラリー 15：清澄処理水 16：好酸性微生物スラリーの大部分 17：余剰微生物、18：アルカリ 19：気液接触工程、20：空気又はスチーム 21：NH₃ガス、22：吸着工程 23：清浄ガス 24：NH₄-Nが除去された処理水 24a：放流、25：活性汚泥処理 26：粉末活性炭

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機性汚水を酸性条件下で好酸性微生物を
   共存せしめた槽に導入して、エアレーションし、該汚水
   に含まれるアルカリ度をCO₂放散により除去せしめると
   共に該汚水に含まれるBODを生物学的に除去せしめ、前
   記処理された汚水のpHをアルカリ性として、該汚水に含
   まれるアンモニアをストリップすることを特徴とするア
   ンモニアを含有する有機性汚水の処理方法。
2. 【請求項２】有機性汚水を酸性下で固液分離した後、該
   分離液のpHを酸性に維持したまま、該分離液を好酸性微
   生物を共存せしめた槽に導入してエアレーションし、該
   液に含まれるアルカリ度をCO₂放散により除去せしめる
   と共に該液に含まれるBODを生物学的に除去せしめ、前
   記処理された液のpHをアルカリ性として、該液に含まれ
   るアンモニアをストリップすることを特徴とするアンモ
   ニアを含有する有機性汚水の処理方法。