JPH0729115B2

JPH0729115B2 - し尿系汚水の処理方法

Info

Publication number: JPH0729115B2
Application number: JP2071889A
Authority: JP
Inventors: 克之片岡
Original assignee: 荏原インフイルコ株式会社; 株式会社荏原総合研究所
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH03275197A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、し尿、浄化槽汚泥等のし尿系汚水の新規処理
プロセスに関するものである。

〔従来の技術〕

現在、最も進歩した技術として、当業界が認め、実績が
急増しているし尿系汚水処理プロセスは、膜分離方式と
呼ばれるプロセス（第３図）である。

この第３図プロセスは、し尿21を微細目スクリーン22で
し渣23を除去し、除渣し尿24をし尿貯留槽25に貯留した
あと、定量的に無希釈生物学的硝化脱窒素槽（滞留日数
８〜10日）26に供給し、高度に脱窒素処理する。そのあ
と、活性汚泥をUF（限外濾過）膜27で膜分離し、SSゼロ
の膜透過水にFeCl₃あるいはAlumを添加し、PO₄ ^3-、CD
D、色度を凝集させ、生成フロックを第２のUF膜32で膜
分離し、膜透過水34を粒状活性炭吸着塔35に通水し、CO
D、色度をさらに高度に除去した後、放流するというプ
ロセスである。

しかしながら、上記の従来の最新方式を冷静かつ厳しい
目で技術的に評価すると、下記のような重大欠点が全く
解決されていず、到底理想的プロセスとして評価できる
ものではないことを、本発明者は認識するに至った。

即ち、従来方式の大きな欠点は次の通りである。

第３図の従来プロセスの中核工程は、生物学的硝化
脱窒素工程により窒素成分、BDDを極めて高度に（除去
率99％以上）除去する工程であり、膜分離方式が登場す
る以前から広く実施されていた技術をそのまま適用した
だけに過ぎないものである。

生物学的硝化脱窒素処理水を、凝集分離→活性炭吸
着する方法も膜分離方式が登場する以前から極当たり前
の技術として広く実施されていた方法に過ぎない。

この結果、現在の膜分離方式は、次のような重大欠点が
全く解決できていない。

（ａ）無希釈による生物学的硝化脱窒素槽の所要滞留日
数がし尿流入量に対し、約８〜10日間という大容量の反
応槽を必要として、その土木費、建設費、設置面積が膨
大である。

ユーザーである自治体は、し尿処理施設用地の取得に苦
慮しており、財政的にも必ずしも余裕があるとは限らな
いので、この点は重大問題となっている。

（ｂ）し尿処理水（最終放流水）のＴ−Ｎ（全窒素）濃
度が、UF膜の前段の生物学的硝化脱窒素工程の窒素除去
率のみによって支配されてしまうため、硝化脱Ｎ工程の
運転管理に細心、緻密な熟練した技術が要求される。

従って、熟練した技術者に必ずしも恵まれないし尿処理
施設にとって運転管理が非常に難しい。

しかも、細心の運転管理を行っても硝化脱窒素にあずか
る微生物の挙動には、未知の領域が多く、もしも一旦硝
化脱Ｎ反応が悪化した場合には、回復までに長時間要
し、その間は窒素濃度が高い処理水をやむを得ず公共用
水域に放流しなければならない。これは非常に重大な問
題である。

しかも、無希釈により硝化脱窒素処理は、10倍以上の希
釈水を添加する硝化脱窒素処理法（標準脱窒素法と呼ば
れる）よりも種々の外乱に対し不安定になりやすいの
で、ますます細心の運転管理が要求されることになる。

（ｃ）粒状活性炭吸着によるCOD、色度の高度除去が不
可欠であるので、廃活性炭の再生操作が煩雑である。活
性吸着塔の設備費も腐食防止のためゴムライニングを必
要とし、高額である。

（ｄ）生物処理槽の発泡がすさまじい。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記従来の最新技術の欠点（ａ）から（ｄ）
を完全に解決可能な革新的プロセスを提供することを課
題としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、下記（１）〜（２）に記載の方法であり、こ
れにより、上記課題を解決できる。

（１）し尿系汚水中の窒素成分を浮遊活性汚泥によって
短時間生物学的脱窒素処理して該窒素成分を部分的に除
去した後、膜分離し、該膜透過水中に残留せしめた窒素
成分を、担体に固定化された硝化菌および脱窒素菌によ
り、生物学的に高速除去することを特徴とするし尿系汚
水の処理方法。

（２）前記膜分離工程への流入液に無機凝集剤またはこ
れと粉末活性炭を添加して凝集処理し、該凝集処理され
た流入液を膜分離した処理水に対し、前記担体に固定化
された硝化菌および脱窒素菌による窒素除去処理を行う
ことを特徴とする上記（１）記載のし尿系汚水の処理方
法。

本発明は、し尿系汚水の窒素成分の一部を浮遊活性汚泥
による短時間の生物処理により脱窒素（第１生物処理と
いう）して、窒素成分、および脱窒素反応で消費される
BODを適度に減少せしめて、ついで膜分離することによ
り、SSを完全に除去し、かなり多量に窒素成分、および
BODを有する膜透過水を得、これを硝化菌、および脱窒
素菌を固定化した担体に接触せしめて窒素成分の硝化・
脱窒素（第２生物処理という）を行うことにより従来に
比べ、高速、高効率の硝化脱窒素を実現したものであ
る。

本発明において、し尿系汚水とは、し尿のみに限らず、
例えば、ごみ埋立地からの滲出汚水等の水質は、し尿系
汚水に極めて類似しており、本発明は、ごみ滲出汚水も
し尿系汚水に属するものとする。

このし尿系汚水の含まれる該窒素成分は、NH₃、NO_x−
Ｎ、等のN₂分子を除く全ての窒素原子含有化合物を包含
する。

また、本発明においては、第１生物処理で該窒素成分
は、Ｔ−Ｎ（全窒素）換算で50〜80重量％除去して後、
膜分離工程で処理されることが好ましい。50％より少な
いと後続する第２生物処理に負担がかかり過ぎるため好
ましくなく、80％より大きいと第１生物処理に時間がか
かりすぎると共に、第２生物処理の処理能力が発揮され
ず、高速処理が出来ず、効率が低下するため好ましくな
い。

また、第１生物処理槽の容積Ｖ（m³）は、し尿系汚水の
一日当たりの流入量をＱ（m³）としたとき、Ｖ≦4Q、好
ましくは、Ｖ≦2Qの条件に設定するとよい。

該膜分離水は、第２生物処理によって硝化脱窒素される
が、この時の手段は、該固定化された硝化菌（固定化硝
化菌という）と固定化された脱窒素菌（固定化脱窒素菌
という）を共存させて該膜分離液を接触せしめても良い
し、固定化脱窒素菌と固定化硝化菌に対し別個に接触せ
しめる、即ち、固定化硝化菌処理して後、固定化脱窒素
菌処理しても、この逆でも、あるいはこれらの循環でも
良いが、本発明においては、固定化脱窒素菌処理後、固
定化硝化菌処理し、これを循環させることが特に、高速
・高効率処理の上で好ましい。

この固定化硝化菌処理、固定化脱窒素菌処理がおこなわ
れる槽装置は、固定床（濾過層）でも流動床でもあるい
はこれらの組合せでもよいが、固定床が好ましい。

本発明における該膜分離は、公知の限外濾過膜または精
密濾過膜等が使用されるが、例えば、限外濾過膜として
は、分画分子量、即ち、濾別可能な分子量は、小さい程
処理水の水質は上がるが効率を考慮すれば２万上、好ま
しくは、２万以上20万以下である。また、精密濾過膜の
濾別可能なサイズは、孔径0.1〜0.4μｍの範囲が好まし
い。

該膜分離工程においては、これら、限外濾過膜処理また
は精密濾過膜処理を独立して一回行っても、複数回行っ
てもよく、また、限外濾過膜処理と精密濾過膜処理を組
み合わせて各々一回以上行うことができる。

本発明において、第１生物処理したのち、膜分離される
が、その前に無機凝集剤を添加すると、PO₄ ^3-、COD、色
度等が効果的に不溶化・沈澱されると共にSS、その他蛋
白等の巨大分子の凝集がされる。従って、これを膜分離
した後の余剰汚泥として廃棄する時、脱水処理の脱水率
が向上するので好ましい。また、同時に、粉末活性炭を
添加すると膜分離効率が上昇すると共に分離された微生
物含有固体成分を第１生物処理工程へ返送すると、それ
に含まれる粉末活性炭の作用により第１生物処理の発泡
が抑制されるという効果がある。

更に、該凝集剤の添加は、第１生物処理した処理水を固
液分離工程（膜分離、沈降分離、浮上分離、遠心分離
等）で汚泥を除去した液に添加すると該PO₄ ^3-等の凝集
効率がアップすると言う効果がある。この凝集処理され
た処理水は、膜分離工程において処理されるので処理速
度が増加するという効果もある。

次に、該固液分離された液は、第２生物処理されるが、
この硝化菌及び脱窒素菌は、付着・繁殖によって形成さ
れる生物膜を保持するための担体の表面（担体がスポン
ジなどの多孔性物質等のような場合はその孔の表面内部
も包含する）に固定化されたものである。

この担体としては、上記機能が維持可能ならば、特に限
定されないが、好ましくは、粒状、ゲル状が良い。粒状
の場合、平均粒径が、２〜8mmの範囲が好ましく、材料
としては、セラミックス等の無機化合物、樹脂等の高分
子有機化合物等が挙げられる。また、ゲル状の場合も公
知の無機および有機の高分子化合物が用いられるが、こ
の場合、該微生物は高分子ゲル内に包括的に存在せしめ
られる。

また、上記担体を有する固定化硝化菌処理槽、固定化脱
窒素菌処理槽あるいは固定化硝化菌および固定化脱窒素
菌を有する槽の構成は、各々一槽でも複槽でも良く、該
粒状担体およびゲル状担体を混合したものでも、あるい
は粒状層、ゲル状層等を一層内に組み合わせたものでも
よく、更に、粒状のみの槽とゲル状のみの槽を組み合わ
せたものでもよい。

以下に本発明の一実施態様を第１図、および第２図を参
照しながら説明する。

し尿系汚水１（浄化槽汚泥、これの固液分離液もし尿系
汚水に属す）のし渣（爽雑物）を除去したのち、従来よ
りも著しく滞留日数を小さく設定した浮遊活性汚泥によ
る生物処理槽２（従来の槽は前記の如く、８〜10日間で
あるのに対し、本発明は、４日以下、理想的には２日以
下と大幅に短縮するのが好ましい。）に供給し、し尿系
汚水中の窒素成分、BODの一部を除去する。窒素、BODの
除去率としては、従来のような高度の除去率を望むべき
ではなく、50〜80％程度で充分である。（従来方法では
生物処理槽２で99％以上の窒素、BOD除去率を得る必要
があるため、指数関数的に生物処理槽の所要容積量が激
増し、滞留日数８〜10日という大容量の槽が必要になっ
ている。）尚、本発明ではし尿系汚水１にあらかじめカチオンポリ
マ、FeCl₃等の凝集剤を添加し、し尿を凝集分離したの
ち、生物処理槽２に供給してもよい。

しかして、生物処理槽２には酸素含有ガス３が供給され
微生物呼吸に利用される。エアレーションの方法として
は、図示例の散気法のほかに公知のポンプ循環エアレー
ション法等を当然採用して良い。また、生物処理槽の反
応型式は、硝化液循環型、回分反応型、好気的脱窒素
型、ステップ式、し尿の間欠供給型などの任意の公知の
形式を採用して良い。

要するに、本発明のポイントは滞留日数の短い生物処理
槽でBOD、窒素の一部を除去するにとどめ、膜透過水４
中にかなりの量の窒素成分を残留せしめる点にある。

従って、本発明では貯留日数３日程度のし尿貯留槽を生
物処理槽として兼用することが容易に可能である。この
点も本発明の重要な特長である。

しかして、生物処理槽内の活性汚泥スラリーを、UF（限
外濾過）またはMF（精密濾過）膜による膜分離工程３に
供給し、完璧な固液分離を行い、SSゼロの膜透過水４と
膜分離汚泥５に分離する。膜分離汚泥５は生物処理槽に
リサイクルされる。

なお、膜分離工程３に流入する活性汚泥スラリーに、あ
らかじめ無機凝集剤６またはこれと粉末活性炭７を添加
することによって、膜透過水のCOD、色度、PO₄ ^3-を著し
く低下させることができ、膜分離汚泥５中に含まれる粉
末活性炭が返送汚泥として生物処理槽２に供給されるた
め、生物処理槽の発泡が極めて少なくなるという重要効
果がある。

この場合、第１図のフローでは膜分離工程３の処理は一
回であるが、第２図のフローでは２回に分けて始めの膜
分離工程3aでは、限外濾過膜又は精密濾過膜を用いて汚
泥のみに除去し、この処理液に上記凝集剤を添加して後
限外濾過膜又は精密濾過膜を用いて固液分離しているの
で、第１図のフローに比べ、処理速度およびPO₄ ^3-、CO
D、色度等の除去率をアップできると言う利点がある。
尚、膜分離工程3aは沈降分離工程、浮上分離工程、遠心
分離工程等他の固液分離工程でもかまわない。

しかして、膜透過水４の水質はSS、COD、色度、PO₄ ^3-が
極めて少なく、溶解性BOD、Ｔ−Ｎがかなり残留してい
ると言う独特の水質特性を示す。

次に、上記水質特性の膜透過水４（第１図）または4b
（第２図）を、本発明のポイントのひとつである固定化
硝化菌、、固定化脱窒素菌を用いた第２の生物学的硝化
脱窒素工程８に供給し、この工程で初めて、BOD、Ｔ−
Ｎを高度に除去することが重要である。本発明にいう固
定化硝化菌、固定化脱窒素菌とは、種々の粒体固体（活
性炭、アンスラサイト、ゼオライト、シャモット、砂、
プラスチック、中空プラスチック、スポンジ、粒状高分
子ゲルなど）の表面に、硝化菌、脱窒素菌の生物膜を発
達させたもの、又は、ポリビニルアルコール、アルギン
酸カルシウム等公知の高分子ゲル内に硝化菌、脱窒素菌
を包括固定化したものの総称を意味する。

図示例は、粒状活性炭の表面に硝化菌、脱窒素菌の生物
膜を発達させた生物濾過槽（固定床）によるものであ
る。

即ち、第２図のフローにおいては、膜透過水4bは、固定
化脱窒素菌及び固定化硝化菌が共存した固定床の生物学
的硝化脱窒素工程にて硝化脱窒素処理される。一方、第
１図のフローにおいては、膜透過水４を、固定化脱窒素
菌の固定床（流動床でもかまわない）からなる脱窒素部
９に供給し、脱窒素した後、固定化硝化菌の固定床（流
動床でもかまわない）からなる硝化部10に供給して、硝
化する。硝化液11aの大部分は脱窒素部９にリサイクル
され、NO_x−Ｎが膜透過水４中のBODを有機炭酸源として
利用し、第２図のフローに比べ極めて高度に脱窒素され
る。

この結果、処理水11、11bは、BOD、窒素、COD、色度、P
O₄ ^3-、SSの全てが高度に除去された水質となる。尚、膜
透過水４、4b中のPO₄ ^3-が少なすぎ、硝化脱窒素反応に
不足する時は、微量のPO₄ ^3-を添加してやればよい。第
１図の硝化部10は、固定床とした場合のほうが、濾過作
用を持っているので、硝化菌等の微生物SSが処理水11b
に流出することがないので好ましい。また、膜透過水
４、4bのSSがゼロであるため、濾過抵抗の増加は極めて
少ないという特徴がある。

尚、第１図のフローと第２図のフローを組み合わせると
更に、処理効果がアップされる。

このように本発明独自の重要概念は、し尿系汚水のBO
D、窒素成分を短時間浮遊活性汚泥による生物処理によ
ってあえて部分的に除去した後、膜分離し、SSゼロの膜
透過水中に意図的に残留せしめた窒素、BODを固定化硝
化菌、固定化脱窒素菌を利用して高速に高度除去すると
いう概念にある。

即ち、『膜分離工程を介した前段と後段で各々硝化脱窒
素処理を２段構えで行い、且つ後段の固定化微生物を用
いて高速処理を実施する』という思想が、本発明の最重
要概念のひとつであり、従来類例をみない。

なお、本発明の第１図のフローにおける膜分離工程後段
の固定化微生物による硝化脱窒素工程で極めて高速処理
が可能になる理由は、硝化菌と脱窒素菌を明確に分離
し、それぞれを高濃度に維持でき、しかも、雑菌の混入
率が少なく、流入液中のSSもゼロであるため、不活性SS
の比率が無視できるからである。

〔実施例〕

第１図のプロセスフローに従って実験した結果に一例を
以下に記す。

表−１に示す水質を示すし尿にカチオンポリマ（エバグ
ロースC104G、荏原インフィルコ社製品）を250mg/l添加
して、1min攪拌したところ、大粒径のフロックが形成さ
れ、微細目ドラムスクリーン（目開き1mmのウエッジワ
イヤスクリーン）に供給することによって、フロックが
容易に分離でき、表−１右欄の凝集分離し尿を得た。

表−１で凝集分離し尿を、貯留容量１日の貯留槽でエア
レーション（溶存酸素を1.0mg/lにコントロールした）
したのち、分画分子量10万のUF膜（チューブラ型）で活
性汚泥を固液分離した。この際、UF膜に供給する活性汚
泥にFeCl₃を3000mg/l添加し、NaOHでpHを4.5に調整した
後、粉末活性炭を1000mg/l添加し、30分攪拌した。

この結果、UF膜透過水の水質は表−２となり、BOD、Ｔ
−Ｎを除いて、極めて良好であった。

（尚、BOD、Ｔ−Ｎは意図的に残留させたものであ
る。）尚、UF膜で分離された汚泥は、pH7.0に調整後、前記貯
留槽にリサイクルした。この結果、発泡はほとんど認め
られなく、消泡剤、消泡機は不要であった。

次に、表−２のUF膜透過水をpH7.5に調整し、固定化硝
化菌、固定化脱窒素菌の固定床に供給し、高速硝化脱窒
素処理を行った。

固定化硝化菌、脱窒素菌の実験条件を表−３に示す。

表−３に示した条件で行った処理水は表−４のように、
すべての水質項目にわたり、極めて良好であった。ま
た、処理水質の変動は、殆ど認められず、無人運転が可
能であった。

また、流入SSがゼロであるため、各固定床の濾過抵抗の
上昇は少なく、脱窒素部固定床は、一日一回、硝化部固
定床は３日に一回の洗浄で済んだ。

以上述べたように、高濃度の汚染物質を含むし尿を合計
58hr.（2.4日）という極めて短時間で完璧に近い処理水
が得られることがが確認された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような顕著な効果が得られ、従来
の最新技術の諸欠点をことごとく解決できる。

従来方式（第３図）のUF膜前段の高度に窒素を除去
するための大容量（し尿滞留日数約10日）の硝化脱窒素
槽が大巾）1/10〜4/10）に縮小できる。この結果、設置
面積、建設費が激減し、用地取得と財源に苦慮してユー
ザー自治体にとって、極めて理想的なシステム、施設を
提供できる。

硝化脱窒素をUF膜を介在させて、前段と後段に分離
し、かつ後段に処理効果が安定しており、高速処理が可
能な固定化微生物を適用した結果、処理性能が非常に安
定しており、管理が容易で、熟練技術者を要しない。し
尿が清澄放流水となるまでの所要時間もトータルで2.4
日にすぎず、従来より遥かにコンパクトな施設で完全な
処理が行える。

活性炭吸着塔が不要であり、建設コストの削減が可
能、かつ生物処理槽の消泡機、消泡剤も不要になるの
で、維持管理が極めて容易である。

UF膜分離工程のあとに設けた硝化脱Ｎ工程に固定化
微生物を適用したので、沈澱、膜等の固液分離工程が不
要である。

生物処理槽またはUF膜工程から排出される余剰汚泥
は、すでにFe³⁺によって脱水性が改善されており、フィ
ルタプレス脱水機などで無薬注脱水が可能であり、脱水
ケーキ水分も70％以下と少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の具体的例を示すフロー
シートであり、第３図は従来のフローシートを示す。符号の説明 1:し尿系汚水、2:生物処理槽 3:膜分離工程、4:膜透過水 4b:第２の膜透過水 8:生物学的硝化脱窒素工程 9:脱窒素部、10:硝化部 11a:硝化液、11、11b:処理水

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０２Ｆ 3/34 １０１Ｄ 9/00 ＺＡＢ 7446−4Ｄ５０１Ｇ 7446−4Ｄ５０２Ｅ 7446−4ＤＰ 7446−4ＤＨ 7446−4Ｄ５０３Ｄ 7446−4Ｄ５０４Ａ 7446−4Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】し尿系汚水中の窒素成分を浮遊活性汚泥に
よって短時間生物学的脱窒素処理して該窒素成分を部分
的に除去した後、膜分離し、該膜透過水中に残留せしめ
た窒素成分を、担体に固定化された硝化菌および脱窒素
菌により、生物学的に高速除去することを特徴とするし
尿系汚水の処理方法。
【請求項２】前記膜分離工程への流入液に無機凝集剤ま
たはこれと粉末活性炭を添加して凝集処理し、該凝集処
理された流入液を膜分離した処理水に対し、前記担体に
固定化された硝化菌および脱窒素菌による窒素除去処理
を行うことを特徴とする請求項１記載のし尿系汚水の処
理方法。