JPH0694038B2

JPH0694038B2 - 窒素およびリンを含む有機性廃水の処理方法

Info

Publication number: JPH0694038B2
Application number: JP62295838A
Authority: JP
Inventors: 民也岸本; 靖春赤木
Original assignee: 京都水研株式会社
Priority date: 1987-11-24
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: JPH01135596A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は廃水の処理方法に関し、詳しくは、有機性汚
濁成分、窒素成分およびリン成分を含む廃水の微生物学
的浄化処理方法に係わるものである。

（従来の技術）従来、活性汚泥を用いる廃水処理方法は、廃水中の有機
性汚濁成分に基づくBOD（生物化学的酸素要求量）を処
理することが主体であった。近年は、BODの処理ととも
に廃水中の窒素成分およびリン成分についても微生物に
より除去処理される。すなわち、廃水のBODに関しては
好気状態の酸化分解により有機性汚濁成分は微生物の栄
養源として消費され微生物は増殖する結果、BODが低減
する。廃水の窒素成分は通常、NH₃ ⁺−Ｎとして含まれて
いるが、除去の第一段階としてはこれがNO₂ ^-−Ｎ、およ
びNO₃ ^-−Ｎに変化される。（これを硝化と呼ぶ。）硝化
反応は硝化菌によって行なわれる。硝化菌は好気性菌で
自栄養細菌であるためBOD濃度が少なくないと硝化反応
は進行しない。このため、酸素を供給してNH₃ ⁺−Ｎ→NO
₂ ^-−N,NO₃ ^-−Ｎの反応が進められる。廃水の脱窒反応は
脱窒菌により嫌気状態の還元で行なわれる。NO₂ ^-−N,NO
₃ ^-−Ｎ→N₂↑の反応で脱窒される。脱窒菌は、他栄養細
菌であるため、炭素源としてのBODが多い程反応速度が
大きい。N₂ガス放出で窒素除去は達成される。廃水のリ
ン成分の除去は、廃水の処理槽をまず嫌気状態にし、次
いで好気状態にすることで微生物は体内に過剰のリンを
取り込む性質を利用する。リンを取り込んだ微生物は栄
養源としてのBODが多い程、多量のリンを取り込む。リ
ン成分を取り込んだ微生物を分離、除去することでリン
成分は除去される。

そして上記したBOD処理、脱窒処理及び脱リン処理を組
み合わせた従来の廃水処理方法としては二段活性汚泥法
がある。この二段活性汚泥法は、廃水を嫌気状態で脱窒
を進行させる第１脱窒工程と、次に曝気により好気状態
とし、BOD除去および硝化反応を行なう硝化工程と、再
び嫌気状態で脱窒を行なう第２脱窒工程と、しかる後、
好気状態で微生物中へのリン成分の取込みをさせる脱リ
ン工程とよりなる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、前述した従来の二段活性汚泥法において
は、脱窒のための炭素源としての有機物であるBODは確保さ
れるが、脱窒の第一段階である硝化反応の進行がないた
め第１脱窒工程の反応はあまり行なわれないこと、硝化工程の反応はBOD濃度が高いため硝化反応が進みに
くいこと、第２脱窒工程では反対に脱窒のための炭素源としての有
機物すなわちBODが確保されないため、メタノールなど
を加える必要があること、次いで脱リン工程の反応も栄
養源としてのBODが不足するため、好気条件下でも進行
が遅いこと、の不都合な問題点があった。

そこで本発明の目的は、前述の二段階活性汚泥法におけ
る問題点を解決しようとしたものであって、有機性廃水
のBOD、窒素成分およびリン成分を効率よく除去し得
る、廃水の処理方法を提供することにある。

また本発明の他の目的は、好気状態のBOD処理、好気状
態の硝化処理、嫌気状態での脱窒処理および好気状態で
の脱リン処理が化学的凝集剤を用いることなく水浮遊性
微生物の生物作用により良好に行なわれ、BOD,窒素成
分、リン成分の除去効率良好な廃水の処理方法を提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段）本発明の手段は、有機性汚濁成分、窒素成分およびリン
成分を含有する廃水を、水浮遊性微生物の生物作用を利
用して順次浄化処理する方法であって、水浮遊性微生物
の存在する第１の曝気槽において前記廃水を曝気するBO
D処理工程と、BOD処理した曝気後の廃水を第１の沈澱槽
において前記微生物に基づく汚泥と廃水とに沈澱分離す
る第１の分離工程と、水浮遊性微生物を付着したモジュ
ールが配置された第２の曝気槽において前記沈澱分離後
の廃水を曝気して窒素成分を硝化処理する硝化工程と、
硝化処理後の廃水を水浮遊性微生物の存在する攪拌槽に
おいて嫌気的に攪拌し脱窒処理する脱窒工程と、脱窒処
理後の廃水を水浮遊性微生物の存在する第３の曝気槽に
おいて好気的に曝気して脱リン処理する脱リン工程と、
脱リン処理した廃水の水浮遊性微生物を第２の沈澱槽に
おいて沈澱分離して処理水を得る第２の分離工程、とを
有する廃水の処理方法とされる。

前記水浮遊性微生物は微生物集団である活性汚泥が主と
して用いられる。

（作用） BOD処理工程は、第１の曝気槽において行なわれる。第
１の曝気槽は好気状態にあり廃水中の有機性汚濁成分は
水浮遊性微生物により消化される。第１の分離工程は第
１の沈澱槽において行なわれBOD処理廃水とされる。硝
化工程は第２の曝気槽にてBOD処理廃水に対して行なわ
れる。第２の曝気槽は好気状態にあり廃水中の窒素成分
（主としてNH₃ ⁺−Ｎ）はモジュールに付着させた微生物
にて硝化され、NO₂ ^-−Ｎ、およびNO₃ ^-−Ｎが生成され
る。脱窒工程は攪拌槽にて行なわれる。攪拌槽は嫌気状
態にあり、硝化処理を受けた廃水のNO₂ ^-−Ｎ、およびNO
₃ ^-−Ｎは水浮遊性微生物により脱窒（還元）されてN₂ガ
スを放出する。脱リン工程は第３の曝気槽にて行なわれ
る。第３の曝気槽は好気状態にあり、脱窒後の廃水中の
リン成分は水浮遊性微生物に取り込まれて除去される。
第２の分離工程において水浮遊性微生物に基づく汚泥が
除去され、BOD、窒素成分およびリン成分の除去された
処理水が分離される。

（実験例）まず、使用する実験槽を第１図および第２図に基づいて
説明する。

廃水の処理装置は、第１曝気槽１、第１沈澱装置２、第
２曝気槽３、攪拌槽４、第３曝気槽５および第２沈澱層
６を主体として構成され、第１曝気槽１に供給された有
機性の廃水Ｗは順次各槽を経て処理され浄化後の処理水
WAが得られるように形成されている。第１曝気槽１、第
２曝気槽３および第３曝気槽５の各槽内の一側部には上
部と下部が槽内に通ずる縦向きの流路1A,3A,5Aが形成さ
れ、各流路1A,3A,5A内の底部側には曝気手段1B,3B,5Bと
して、例えば直径２センチのエアレーションボールが配
置され、曝気手段1B,3B,5Bの曝気により流路1A,3A,5A内
には上向きの水流が生じ、槽内の水が循環するようにさ
れている。なお、前記した第１曝気槽１、第２曝気槽
３、攪拌槽４および第３曝気槽５はアクリル樹脂製で液
量16lにされている。第１曝気槽１の近傍には窒素成分
とリン成分を貯留したNP供給槽９および基質となる有機
物を貯留した基質槽10が配置され、各々第１曝気槽１に
供給可能にされている。基質は第１表の組成のものを用
い、使用前の組成変化を防ぐためオートクレーブで滅菌
したものを基質槽10に貯留した。

また、NP供給槽９の窒素成分およびリン成分はバルブの
切換えによって第２の曝気槽３に供給可能にされてい
る。

一方、第１曝気槽１には水が計量して供給可能である。
なお、第１図において11は水を計量する計量器である。

前記第２曝気槽３の近傍にはアルカリ槽12が配置され、
アルカリ槽12はpHコントローラ13を介して第２曝気槽３
の廃水Ｗに接続され、第２曝気槽３内廃水ＷのpH測定が
可能であり、かつ廃水Ｗが所定pHとなるようにアルカリ
液を供給可能にされている。また、第２曝気槽３内には
予め活性汚泥を付着させた20×15cmのスポンジ体を17枚
たて向きに配置した全表面積1.02m²のモジュール14〜14
が取付けられている。各スポンジ体は支持フレーム（図
示せず）にて支持されスポンジ体間には水の流通する隙
間が設けられている。

第１沈澱槽２の沈澱汚泥は返送手段８を介して攪拌槽４
および第３曝気槽５に返送可能である。攪拌槽４は機械
的な攪拌手段15が設置されていて槽内の廃水Ｗが嫌気的
に攪拌される。また、第２沈澱槽６の沈澱汚泥は返送手
段７を介して第１曝気槽１に返送可能にされるとともに
余剰汚泥は槽外に廃棄可能にされている。

次いで、前記した実験装置にて有機性の廃水Ｗを浄化
処理する方法を説明する。

第１曝気槽１および第３曝気槽５には予め所定量の活性
汚泥が供給される。また、第２曝気槽３のモジュール14
〜14には予め活性汚泥が付着されている。次いで第１曝
気槽１には基質槽10の基質液を定量ポンプで供給すると
ともに、水量計11で流量を一定とした水を供給し、両者
を混合して流入し処理用の廃水Ｗとする。しかる後に、
第１曝気槽１の廃水Ｗは曝気手段1Bにて曝気し廃水Ｗ中
の基質成分（有機性汚濁成分）を活性汚泥にて消化させ
てBODの処理をした。なお、NP槽９の塩化アンモン水溶
液（窒素源）とリン酸水素カリウム水溶液（リン源）は
第１曝気槽１に入れると、曝気槽内でのアンモニアの好
気硝化、脱窒が生じて、これらの濃度を一定に保持でき
ず実験上好ましくないため、第１曝気槽１ではこれらを
加えず、第１曝気槽１と第２曝気槽（硝化槽）３の中間
部分で供給した。従って、第１曝気槽１のBOD（COD）、
NH₃、NO₃、PO₄、Ｔ−Ｎ（総窒素）濃度は、窒素成分およ
びリン成分供給後の第１沈澱槽２の直前位置で第１曝気
槽１の廃水サンプルとして採取した。

第１曝気槽１のBOD処理を終えた廃水Ｗは第１沈澱槽２
に移した所定時間静置し、浮遊した活性汚泥を沈澱分離
する。第１沈澱槽２上澄の廃水Ｗは第２曝気槽３に移
す。一方、第１沈澱槽２の沈澱汚泥は返送手段８を介し
て攪拌槽４および第３曝気槽５に供給される。攪拌槽４
および第３曝気槽５への汚泥流入は、汚泥用定量ポンプ
8Aで行なわれ、第１曝気槽１で基質を吸着、蓄積した汚
泥を各々の槽に流入させ脱窒、脱リンのエネルギー源と
して利用する。

第２曝気槽３において、廃水Ｗは硝化処理される。廃水
Ｗ中のNH₄−Ｎは曝気（好気）状態での硝化菌（活性汚
泥中の硝化菌）の働きによりNO₂ ^-−Ｎ、あるいはNO₃ ^--N
に変えられる。硝化処理の工程では廃液のアルカリ度が
不足するのでアルカリ槽12のアルカリ液が供給されpHコ
ントローラ13で常にpH7.5に調節される。第２曝気槽３
は曝気されて好気状態に保持され、かつ活性汚泥を付着
したモジュール14〜14が配置してあるので、廃水Ｗの硝
化処理が良好に行なわれる。硝化処理を終えた廃水Ｗは
攪拌槽４に移される。攪拌槽４は嫌気状態で攪拌される
ことより活性汚泥の脱窒菌によって、廃水中のNO₃ ^-ある
いはNO₂ ^-は還元されN₂を放出して脱窒される。

次いで、脱窒処理後の廃水Ｗは第３曝気槽５に移され
る。この第３曝気槽５は脱リン槽であって、廃水Ｗ中の
リン成分が除去される。第３曝気槽５内の廃水Ｗは曝気
により好気状態にあることによりリン成分は活性汚泥に
取り込まれて廃水Ｗ中より除去される。第３曝気槽５処
理後の廃水Ｗは第２沈澱槽６に移され、活性汚泥を沈澱
分離し、同槽内の廃水Ｗは浄化済の処理水WAとして放流
される。

第２沈澱槽６の沈澱汚泥は返送手段７の定量ポンプ7Aを
介して第１曝気槽１に返送される。なお、第２沈澱槽６
の余剰汚泥は槽外に廃棄除去される。各槽廃水ＷのBOD
はCOD（化学的酸素要求量）をもって測定した。CODは汚
泥混合液を濾過後のものを測定した。CODの測定はJIS K
0102によった。MLSS濃度は遠沈機を用い、3000rpm、約
１分間遠沈後、上澄を捨て120℃で恒量として測定し
た。NH₄−Ｎはアンモニアイオンメータで、PO₄とNO₃は
イオンクロマトグラフで行った。NO₂はNO₃よりN₂への反
応が速やかに行なわれるため、液中に殆ど検出されず、
測定をしなかった。また、各槽のDO（溶存酵素）を測定
した。

しかして、７回の実験により廃水W1〜W7を処理して、第
２表〜第８表に示す各結果を得た。

また、各廃水W1〜W7の処理結果は、第３図〜第９図に測
定項目別に比較表示した。

各廃水W1〜W7の処理結果について、第２表〜第８表、お
よび第３図〜第９図のグラフを参照して説明する。

（イ）CODについて、 CODは流入濃度の変化により大きな影響を示さず、廃水
ＷのCOD濃度は廃水W4を除き約10mg/1以下となった。こ
のように、比較的良好な処理を示すのは、蓄積したCOD
の全てをN,Pの除去のために用いるため、前段でのCOD取
り込みが盛んになるためと考えられる。廃水W4はNH₄−
Ｎを高濃度にして運転をしているため、後段までこれが
残り、全槽でCOD値が高くなった。液滞留時間における
変化は、あまり見られなかった。

（ロ）NH₄−Ｎについて、廃水W1は直接第１曝気槽１へNH₄,PO₄源を流入させたが
第１曝気槽１でかなりのNH₄が消費されていることがわ
かる。また、攪拌槽４、第３曝気槽５での濃度が高くな
ったのは、第１沈澱槽２から、これらの槽への汚泥流入
量が大きすぎたためである。廃水W1以外の全ての実験
は、NH₄CL,K₂HPO₄を第１沈澱槽２と第２曝気槽３との間
に流入させ、すぐ直後よりサンプリングし、この濃度を
第１曝気槽１の濃度とした。NH₄−Ｎ濃度約80mg/l以下
について、第２曝気槽３より後段でのCOD濃度に影響さ
れず、殆ど分解されることがわかる。NH₄−Ｎ濃度約170
mg/lにおいても、分解処理速度は変わらず、第３曝気槽
５で約55mg/lとなった。液滞留時間における変化は、あ
まり見られなかった。

（ハ）NO₃−Ｎについて、第２曝気槽３での硝化はよく行なわれ、COD濃度の変化
に影響されず、ほぼ同程度の処理速度で行なわれる。こ
の濃度範囲では濃度が高いほど反応速度は速くなる。液
滞留時間による変化は見られなかった。

（ニ）Ｔ−Ｎについて、第１曝気槽１に直接N,P源を流入させた廃水W1について
は、約110mg/1が48mg/1となり、この槽でかなりのＴ−
Ｎが除去された。Ｔ−N25mg/1以下においては、攪拌槽
４で殆ど０となった。廃水W1を含め約70mg/1のものは、
第３曝気槽５で約15mg/1程度となった。COD濃度の影響
は殆ど現われていない。NH₄−Ｎを高くしたとき処理速
度は大きくなった。

（ホ）PO₄について、 COD濃度の影響は、殆ど現われなかった。PO₄200mg/lの
高濃度のとき、処理速度は大きくなった。攪拌槽４でも
脱リンが期待できる。これはNO₄の存在によるものと比
較的DOの高い汚泥が流入するためと考えられる。

（ヘ）DOについて、攪拌槽４は、比較的DOの高い汚泥の流入のため、完全嫌
気にはならないであろうが、よく脱窒されリンの吸着も
進むものと考えられる。装置要領が小さいため、汚泥の
返送、流入が大きくなり、割合的に実際装置と同じには
なりにくいが、実際装置では更に良好な成績が期待でき
るものと考えられる。

実施例前記した実験例装置の約12.5倍容量の各槽よりなる処理
装置（図示せず）にて食品工場の廃水W8を処理した。処
理条件及び処理結果は第９表に示す通りである。

処理結果に示した通り廃水W8の処理は良好であった。

（発明の効果）本発明によれば、水浮遊性微生物にてBODを吸着、取り
込みを行なわせることで、BODの処理がされ、また、BOD
濃度を低くすることで窒素成分の硝化反応を進行させ、
次いで、炭素源としてのBODを微生物体内に吸着させ、
かつ微生物体を付着したモジュールを利用するため脱窒
反応の進行が速く、メタノールなどの炭素源を加える必
要がなくて都合がよい。同様に脱リン反応においても微
生物体内のBOD源を用いるため微生物体に速やかにリン
の蓄積が行なわれて廃水中のリン成分が除去される。す
なわち、本発明によれば有機性汚濁成分、窒素成分およ
びリン成分を含有する廃水より、BOD、窒素成分および
リン成分を化学的凝集剤を使用することなく、水浮遊性
微生物の生物作用を利用して順次良好に除去することが
できる特長を有する。そして、本発明によれば従来の二
段活性汚泥法よりも窒素成分、リン成分の除去を良好に
行ない得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実験例に使用する装置の装置概略図、第２図は
第１図第２曝気槽の平面図である。第３図〜第９図は実
験例の各廃水処理の結果を示し、第３図はCODのグラ
フ、第４図はNH₄−Ｎのグラフ、第５図はNO₃−Ｎのグラ
フ、第６図はＴ−Ｎのグラフ、第７図はPO₄のグラフ、
第８図はDOのグラフ、第９図はpHのグラフである。１……第１曝気槽２……第１沈澱槽３……第２曝気槽４……攪拌槽５……第３曝気槽６……第２沈澱槽Ｗ……廃水 WA……処理水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚濁成分、窒素成分およびリン成分
を含有する廃水を、水浮遊性微生物の生物作用を利用し
て順次浄化処理する方法であって、水浮遊性微生物の存
在する第１の曝気槽において前記廃水を曝気するBOD処
理工程と、BOD処理した曝気後の廃水を第１の沈澱槽に
おいて前記微生物に基づく汚泥と廃水とに沈澱分離する
第１の分離工程と、水浮遊性微生物を付着したモジュー
ルが配置された第２の曝気槽において前記沈澱分離後の
廃水を曝気し窒素成分を硝化処理する硝化工程と、硝化
処理後の廃水を水浮遊性微生物の存在する攪拌槽におい
て嫌気的に攪拌し脱窒処理する脱窒工程と、脱窒処理後
の廃水を水浮遊性微生物の存在する第３の曝気槽におい
て好気的に曝気して脱リン処理する脱リン工程と、脱リ
ン処理した廃水の水浮遊性微生物を第２の沈澱槽におい
て沈澱分離して処理水を得る第２の分離工程、とを有す
ることを特徴とした廃水の処理方法。
【請求項２】水浮遊性微生物が活性汚泥である特許請求
の範囲第１項記載の廃水の処理方法。