JPH0679715B2 - 有機性汚水の生物学的処理方法 - 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、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、ベルトプレス、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/l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操作を利用するの
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2-68460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、pH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8.5〜11.0がよく、また、中性pHの生物学的処理工程
ではpHは6.5〜8.0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pH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pH8.5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pH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のみから排泥としても良
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20〜40％少ないことから、特に高濃度の有機
物を含む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pH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側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pH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、pH8.5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処理の有効性が確認され
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pH
8.5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中の亜硝化態窒素は、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の中和には酸性の廃水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pH
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成分を含む固定液分
離工程７からの分離水は返送汚泥３とともに中性pH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NO_x（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₊を生じる生酸反応である。硝化の進行に
伴ないpH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 ⁺＋1.5O₂→NO₂ ^-＋H₂O＋2H⁺ …亜硝酸菌（１） NO₂ ^-＋0.5O₂→NO₃ ^- …硝酸菌（２） 〔脱窒反応（嫌気的条件）〕 NO₃ ^-＋H₂→NO₂ ^-＋H₂O …脱窒菌（３） NO₂ ^-＋1.5H₂→0.5N₂↑＋H₂O＋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）式からわかるよ
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める場合に比べて、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、NO₂型硝
化の酸素量はNO₃型硝化の3/4（1.5O₂／2O₂）で済み、ま
た、脱窒反応で消費される水素供与体量も、NO₂はNO₃の
3/5（1.5H₂／2.5H₂）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、5l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pH10のp
H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、pH7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％炭酸ナトリウム添加）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（Pseudomonas）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（Flavobacterium）属が特
徴的に出現し、pH7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（Bacillus）
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。pH10で馴養した汚泥を、pH指示薬であるBTB（ブロ
モチモールブルー）を含む肉汁培地（pH7）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めと思われる。

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pH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、NaOH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pH9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 pH9.5 BOD1000mg/l Ｂ pH4.5 BOD1000mg/l （２）装置 第１図において、高pH処理工程およびpH
中性処理工程ともに10l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10l/日
とし、汚泥返送量は高pH処理工程5l/日、pH中性処理工
程10l/日とした。

（４）反応槽温度 高pH、pH中性処理工程ともに20℃ 実施結果を表−１に示す。

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
0.22gMLSS/gΔBOD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。一方、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
（BOD9,00mg/l、SS4,500mg/l、PO₄ ^3-−P190mg/l、NH₄−
N2,500mg/l）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pH1
1.5 Ｂ アルカリ性悪臭ガス吸収塔
排水 pH2.3 （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20l（硝化槽、脱窒槽各々10l）、中性処理工程は30l
（硝化槽、脱窒槽、再曝気槽各々10l）とした。

（５）流量 原水流入量は5l/日、pH調整用
排水A,Bそれぞれ1.0l/日,1.5l/日、循環硝化液量150l/
日、高pH処理工程からの汚泥返送量5l/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3l/日、
同じく中性処理硝化槽への汚泥返送量2l/日 （６）反応槽温度 高pH、pH中性処理工程ともに32
℃ （７）pH調整用薬品 （中性pH処理工程に注入） 硫酸（100％）0.23ml/日 実施効果を表−２に示す。

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BO
D、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0.359g
MLSS/gΔBOD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。

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、pH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pH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、19、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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 伸二 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (56)参考文献 特公 平６−30778（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平６−30779（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。