JPS591119B2 - 有機性排水の高度処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は生物難分解性有機物質を含有する有機性排水の
処理方法に関するものであり、更に詳しくは有機性排水
中の生物難分解性有機物質を鉄塩及び過酸化水素を用い
て酸化分解したのち、鉄塩を分離しその処理水中に、酸
化分解の結果生成した生物易分解性物質を固定床式生物
処理法を用いて浄化することを特徴とする新規な処理方
法に関するものである。

近年、閉鎖水域への放流水質の規制は富栄養化対策の見
地から強化され、特に窒素、隣等の成分と同時に化学的
酸素要求量（以下ＣＯＤＭｎと略す）も高度に除去する
ことが要求され、又排水基質の総量規制の導入と相俟っ
て早急に技術的な除去方法の確立が望まれている。

通常有機性排水の処理に用いられている生物学的処理方
式ではその性質上、生物学的酸素要求量（以下ＢＯＤ、
と略す）は低下するものの、有機性排水中に含有されて
いる生物難分解性物質に基因しているＣＯＤＭｎに対し
ては無力であり、かつ又生物代謝の結果排出される老廃
物質の蓄積のためＢＯＤ、に比してＣＯＤＭｎは高水準
に維持されるので有機性排水のＣＯＤＭｎ処理を難しく
している。

例えば廃棄物理立場浸出汚水についてみれば、生ごみ埋
立であるいは不燃物埋立て後、長期間に亘り埋立て層内
で有機物質は嫌気性あるいは好気性分解を受ける結果、
浸出汚水中に含有する有機物質は一部糖、蛋白質、アミ
ノ酸、脂肪酸等の生物易分解性物質の外は、生物難分解
性物質あるいは又、生物代謝の結果排出される老廃物質
であるムコ多糖体、フミン酸、フルボ酸等の有機高分子
化合物がほとんどで有機物汚濁負荷量が高くかつ黒又は
褐色に着色しており、生物学的処理法のみでは高度に浄
化することは不可能である。

一方、し尿処理においては、し尿中に多量に含有されて
いる有機物質は通常嫌気性消化、好気性消化あるいはそ
の併用法を用いて処理されているが、生物学的処理法で
は生物易分解性物質を除去する反面、し尿中に含有され
ている生物難分解性物質あるいは生物学的処理の過程で
新たに蓄積する生物代謝老廃物質のため、ＢＯＤ、に比
してＣＯＤＭｎの残留量が多くかつし尿中に含有されて
いる胆汁色素の除去が不十分なばかりでなく、生物履歴
の過程で蓄積する生物代謝老廃物質の色度と相俟って通
常褐色を呈している。

又醸造、醗酵工業の排水は既に生産工程で原料の有機物
質（例えば米、麦、大豆等）を酵母、菌類の微生物で長
期間にわたって醗酵分解させる結果、これらの工程より
排出される排水は高度に微生物分解作用を受けているた
め、一部生物易分解性の脂肪酸、蛋白質アミノ酸、アル
コール類、糖類は生物学的処理法で除去が期待されるも
のの生物代謝物質である生物難分解性物質を多量に含有
し褐色乃至淡黄色を呈しているのが普通である。

このように廃棄物埋立処理場浸出汚水、し尿、下水ある
いは各種産業から排出される有機性排水の処理方法とし
て通常は生物学的処理法が設備費、ランニングコストの
低床さから利用されているが、生物易分解性物質の処理
方法としては優れているものの、当然のことながら生物
難分解性物質の処理及び生物代謝の結果生成される老廃
物質の蓄積のため有機性排水の高度処理方法として必ず
しも満足するものではない。

生物難分解性物質あるいは生物代謝老廃物質を含む排水
の処理方法として各種処理方法が開発されているが、そ
の中で代表的なものとして、活性炭吸着法及びオゾン酸
化法がある。

活性炭吸着法では生物学的処理水中に蓄積している生物
代謝老廃物質、つまりコム多糖体、フミン酸、フルボ酸
等の分子量子乃至致方に達する有機高分子化合物である
ため活性炭中の細孔への拡散、吸着が著しく悪く有機物
除去効果が低い。

゛オゾン処理法は排水中の有機高分子化合物を酸化し、
脱色効果は優れているもののＣＯＤＭｏの除去効果は低
い反面、部分酸化の結果大量の生物易分解性物質である
低分子有機化合物に変換されＢＯＤ５を数倍乃至数十倍
増加するため、後段に膨大な生物学的処理設備が必要に
なり、両方式共に汚濁負荷量の高い排水処理においては
大規模な設備、膨大なランニングコストがかかるばかり
でなく処理技術上の本質にかかる問題を含んでいる。

本発明者らはかかる状況下において鋭意研究を重ねた結
果、有機性排水中の懸濁物質、有機物質及び色度成分を
同時かつ高度に除去し得る優れた方法を見出し本発明を
完成した。

すなわち本発明は、有機性排水中の生物難分解性物質、
生物代謝老廃物質を鉄塩触媒の存在下で過酸化水素で酸
化分解しまたその酸化処理水より鉄塩を分離する際に、
排水中に残留する未分解の生物難分解性物質、生物代謝
老廃物質等を析出凝集させることにより排水中のＣＯＤ
Ｍ、１色度成分を高度に除去しかつ酸化分解の過程で生
成した生物易分解性低分子化合物は固定床式生物処理方
法で分解除去する新規な処理プロセスである。

本発明の要旨とするところは、 （１）生物難分解性有機物質を含む有機性排水に鉄塩触
媒、及び過酸化水素を添加して、ｐＨ２〜４の範囲で生
物難分解性有機物質を酸化分解したのち、アルカリを加
えてｐＨ３乃至５．５の範囲で水酸化第２鉄フロツクと
共に未分解の生物難分解性有機物質を析出分離する第１
工程、 （２）第１工程で処理された処理水をアルカリで中性に
したのち、酸化分解の過程で生成した生物易分解性物質
を固定床式生物処理法を用いて分解除去する第２工程、 からなることを特徴とする有機性排水の高度処理方法に
あり、次の如き効果を奏する。

（１）有機物質を酸化分解すると共に未分解の生物難分
解性有機物質を析出凝集する２つの作用が期待されるた
め処理効果が高く確実性がある。

（２）酸化作用は強力で完全に有機物を酸化分解するた
め、低分子有機化合物の生成はわずかであるためＢＯＤ
、の上昇が少い。

（３） ＢＯＤ、の上昇が小さいため生物処理設備が
すこぶる小さくて済む。

（４）酸化剤として使用する過酸化水素は酸化剤中量も
高い酸化還元電位を持ち、分解生成物は完全無害な水と
酸素であり部分酸化物を作ることがない。

（５）富栄養化の防止に重要な燐除去が完全である。

（６）設備費、ランニングコストが安価である。

次に本発明の特徴は第１工程、第２工程で示される如く
一連の工程を含むことを特徴とする処理方法であるので
詳しく実施態様を説明する。

本発明の対象となる有機性排水としては、廃棄物理立処
理場浸出汚水、下水、し尿、集塵水ならびにピット汚水
等の焼却工場排水および有機性工場排水が好適であり、
有機性排水中に生物易分解性の糖類、脂肪酸類、蛋白ア
ミノ酸類、アルコール類および他の水溶性有機物質が含
有されている場合には、あらかじめ活性汚泥法、散水Ｆ
床法、回転円盤法あるいは嫌気性消化等の生物学的処理
方法を用いてＢＯＤ５を１００ｐ−以下まで極力低下さ
せておくことが、鉄塩触媒、過酸化水素等の薬剤使用量
を減少させるために必要である。

また排水中に多量の炭酸アンモニウム等を含み、緩衝性
が高い場合には、本発明による酸化処理を行なう前に、
生物学的硝化・脱窒、不連続点塩素処理、イオン交換処
理、ゼオライト吸着等によりアンモニア性窒素を除去し
ておくか、あるいは鉄塩触媒と過酸化水素の添加後に、
ｐＨが２乃至４の範囲になるようにあらかじめ鉱酸、詳
しくは硫酸、塩酸等で中和処理することが必要である。

次に本発明による第１工程について詳しく説明する。

有機性排水に、必要に応じて前述の如き前処理を行った
のち、鉄塩触媒および過酸化水素を添加する。

鉄塩触媒は硫酸第１鉄、塩化第１鉄等の第１鉄塩、硫酸
第２鉄、塩化第２鉄、ポリ硫酸鉄等の第２鉄塩あるいは
その水溶液であり、硝酸第１鉄、硝酸第２鉄等は酸化触
媒作用は十分期待できるものの処理水の富栄養化等を考
慮して特別の場合以外は用いられず、通常は触媒活性度
が高く価格が低床である硫酸第１鉄が用いられる。

鉄塩は排水中で過酸化水素と反応して強力な酸化力を有
する水酸基ラジカルを生成すると共に加水分解し、反応
至適のｐｉ（４以下になるが望ましくはｐＨ２，５乃至
３．５の範囲に調整するため鉱酸を加えｐｉ−ｒを調整
する。

酸化触媒としての鉄塩の添加量は被酸化性物質の種類、
濃度、過酸化水素の注入量ならびに反応時間により決定
することが可能であるが、添加量を増すにつれてその効
果は増大し通常は鉄原子換算で１０１）ＩＩｎ乃至１１
０００ｐｐの範囲で添加される。

過酸化水素の添加量は特に限定はなく、排水中の被酸化
性物質の種類、濃度および処理水質目標等により決定さ
れるが、通常は排水中のＣＯＤＭ。

量に対し０．１乃至２倍の範囲で添加される。

反応時間は排水中の有機物質の種類、濃度、反応温度、
鉄塩触媒量並びに過酸化水素量により異なり、例えば廃
棄物埋立処理場の浸出汚水の如くごく短時間で反応を完
結する排水やフェノールの如き長い時間を要するものを
含め、通常は５分乃至２４時間で完結する。

反応温度は高い程迅速に効率良く反応する傾向があるが
、常温においても十分本発明の目的は達せられるので特
に限定されるものではない。

酸化反応処理水にはアルカリ剤あるいは必要に応じ還元
剤が添加される。

酸化分解処理水中に未分解の過酸化水素が残留する場合
は過酸化水素が過マンガン酸カリウムで酸化され見掛け
のＣＯＤＭ。

値を異常に高くするために、この分解剤として還元剤が
添加され、この還元剤としては通常は還元力が強くかつ
過酸化水素と反応してアルカリを添加することにより容
易に析出分離可能な水酸化第２鉄を生ずる硫酸第１鉄、
塩化第１鉄が用いられる。

なお未分解の過酸化水素が存在する場合は、第２工程の
固定床式生物処理時に浄化微生物に対し殺菌作用がある
ため、之を分解除去することも重要なことである。

通常は、酸化反応処理水中には未反応の過酸化水素の残
留は無いので、単にアルカリ剤を添加してｐＨを３乃至
５．５に調整して鉄塩触媒を析出分離する際、未分解の
生物難分解性高分子物質、生物代謝老廃物質、懸濁物質
並びに色度成分を水酸化第２鉄フロツクと共に除去する
。

水酸化第２鉄等のフロックを分離する時のｐＨは３乃至
５．５に保つことが重要で、特にｐＨが４乃至５が好ま
しく、この範囲外のｐＨでは前記有機物質並びに色度除
去効果は著しく低下する。

中和に用いるアルカリ剤は苛性ソーダ、苛性カリ、消石
灰、生石灰等のアルカリであれば良いが、スラッジの沈
降性、価格等を考慮して消石灰が用いられ、中和に要す
る時間も１乃至２０分で十分完了する。

有機物質並びに色度成分と共に析出した水酸化第２鉄フ
ロツクは、凝集助剤を添加し、フロックを増大させたの
ち、沈澱あるいは浮上分離により上澄水は分離され、第
２工程に送られ更に浄化される訳であるが、本工程処理
水は鉄塩触媒の存在下で過酸化水素で酸化分解すると共
に、未分解の生物代謝老廃物質並びに色度成分を水酸化
第２鉄フロツクと共に析出凝集する２つの効果が期待さ
れるため、処理効果が高く、生物分解速度を遅くする生
物代謝老廃物質が除去されるため、第２工程の処理を容
易にする。

又、酸化作用が強力で、完全に有機物を酸化分解するた
め、オゾン酸化等に比して低分子有機化合物の生成はわ
ずかであり、排水中の有機物質の濃度、種類により異な
るが、ＢＯＤ、の上昇は１．５倍乃至３倍程度と少いこ
とも本発明の特徴であり、更に高度処理を目的として第
２工程に送られる。

分離されたスラッジは必要に応じ濃縮され、炭酸カルシ
ウム等のＣａ２＋イオンを添加して中性にしたのち脱水
処分される。

次に本発明の重要な構成要件である第２工程について詳
細に述べる。

第１工程処理水は第２工程に送られ、生物処理可能なｐ
Ｈ領域、つまり６乃至８に中和される。

中和後の処理水は酸化処理の過程で強力な酸化力によっ
て低分子有機化合物が生成され、ＣＯＤＭｏ成分がＢＯ
Ｄ、成分に転換されるため、より高度の処理を目的とし
て生物学処理が行なわれる。

生物学的処理方式としては、ＢＯＤ、の浄化から見た場
合には活性汚泥法に代表される流動層方式あるいは散水
炉床法、接触酸化法、回転曝気法等の固定床方式のいず
れも利用することができるが、第１工程処理水中のＢＯ
Ｄ５が低いため維持管理、安定性の面から固定床方式が
有利である。

つまり活性汚泥方式では、稀薄排水を曝気槽に連続して
加えると、汚水の添加量が少い場合には、活性汚泥スラ
ッジは栄養不足におちいり、フロックが細かく分散して
沈澱することなく流出するかあるいは次第に自己消化を
起して消滅していくし、過大の負荷の場合はスフエロチ
ルスが異常に繁殖し、事実上バルキング現象を呈し、処
理を著しく困難にする。

ここにおいて本発明者らは、酸化処理水の性質を深く研
究し、これに続く生物学的処理方式を接続することによ
りＢＯＤ、のみならず更にＣＯＤＭ。

をも安定性良く、極めて能率的に浄化する事実を見出し
た。

固定床式生物処理法として、具体的にはプラスチック沖
材を用いた散水ｐ床法、ハニカムチューブ等に代表され
る生物担体を用いた接触酸化法及び回転円盤法が用いら
れるが、ＢＯＤ５が稀薄であること及び高度処理を目的
とする場合は接触酸化法が通常は用いられる。

次に廃棄物理立場浸出汚水を例に上げて更に詳しく説明
する。

廃棄物理立場浸出汚水は、埋立層内及びその後の生物学
的処理工程で、通常ＢＯＤ ５は微生物の浄化限界であ
る３ｐＦｎ乃至ｔｏｐｐｍ迄高度に処理されるが、ＣＯ
ＤＭｎ成分として有機高分子化合物の生物難分解性物質
及び生物代謝老廃物質等が残留あるいは蓄積しているが
、第１工程で上記高分子化合物は酸化分解あるいは凝集
除去される結果ＣＯＤＭ、は６０乃至８０％除去される
一方、一部ＣＯＤＭｎ成分がＢＯＤ、成分に転換されＪ
すり。

は１０ｐＩ）！１１乃至３０ｐ−まで上昇する。

固定床式生物処理方式では、ＢＯＤ６面積負荷１ｇ−Ｂ
ＯＤ／ｍ・日〜１０ ｇ−ＢＯＤ／ｍ・日の範囲で浄化
は最も良好になり、ＢＯＤ５面積負荷１ｇ−ＢＯＤ／ｍ
・日収下の場合は、硝化細面によって排水中のアンモニ
ア性窒素の酸化が進行し、処理が不安定になり、又ＢＯ
Ｄ面積負荷１０．！９−ＢＯＤ／ｄ・臼以上ではｒ床閉
塞が発生する傾向があるため好ましくない。

固定床式生物処理の結果、ＢＯＤ。は３乃至１０卿まで
浄化され、しかも驚くべきことに第１工程処理水中に残
留していたＣＯＤＭｎも更に５乃至２０％の範囲で除去
され、排水中の酸素消費ポテンシャルが低下し、高度に
浄化される。

以上の如く本発明によれば従来処理が著しく困難であっ
た生物学的処理水中に含有されている生物難分解性物質
あるいは生物代謝老廃物質を、鉄塩触媒下で、過酸化水
素を用いて化学的酸化処理を行ったのち、固定床式生物
学的処理を付帯させることによりＢＯＤ５．ＣＯＤＭｎ
はもとより燐までも同時に除去可能であるから、富栄養
化対策を重視する現在において工業的処理方法として極
めて価値高いものである。

次に実施例を上げて本発明をさらに具体的に説明するが
、本発明はこれらの実施例によって限定されるものでは
ない。

実施例 １ 廃棄物理立場浸出汚水の生物学的硝化脱窒処理水に対し
て、鉄塩触媒として硫酸第１鉄を鉄原子換算で４００ｐ
−添加し、さらに過酸化水素を有効酸素換算で２００ｐ
ｐｆｆｌ添加し、硫酸によりｐＨを３に調整した後、３
００分間ゆるやかに攪拌を行いながら酸化反応処理をせ
しめる。

次に、この酸化反応処理水に対し苛性ソーダを加えてｐ
Ｈ４に調整して、残存する鉄塩触媒を水酸化第２鉄に酸
化し、高分子凝集剤を助剤として水酸化第２鉄フロツク
を析出沈澱分離除去せしめる。

この第１工程処理水を、苛性ソーダによりｐＨ７に調整
し、残存する過酸化水素が無いことを確認した後、本発
明の第２工程処理へ供した。

本発明の第２工程処理方式としては、生物学的処理方式
による接触酸化法により、第１工程処理水中に含まれる
生物易分解性有機物質の分解除去を行う。

接触酸化処理条件としては、ハニカムチューブ径２０ｍ
ｍとして、ＢＯＤ、面積負荷５ ｇ−ＢＯＤ／ｍ−日こ
より処理を行なわせしめ、この処理水を第２工程処理水
とした。

表−１に廃棄物理立場浸出汚水の生物学的硝化脱窒処理
水および本発明による第１工程処理水ならびに第２工程
処理水の水質を分析した結果を示す。

実施例 ２ 前記実施例−１の廃棄物理立場浸出汚水の生物学的硝化
脱窒処理水に代えて、し尿消化槽脱離液の活性汚泥処理
水について実施例−１と同一方法により、第１工程処理
条件としては、鉄塩触媒として硫酸第１鉄を鉄原子換算
で１００卿、過酸化水素を有効酸素換算で２０ｐｐ［Ｉ
ｌ添加し、他は実施例−１と同一条件において酸化反応
処理を行なわせしめた。

この第１工程処理水を、実施例−１と同一方法、同一条
件において本発明による第２工程処理へ供した。

表−２にし尿消化槽脱離液の活性汚泥処理水、および第
１工程処理水ならびに第２工程処理水の水質を分析した
結果を示す。

比較例 １ 実施例−１と同様に、廃棄物埋立処理場浸出汚水の生物
学的硝化脱窒処理水に対して、鉄塩触媒として硫酸第１
鉄を鉄原子換算で４ＱＱｐｐｍ添加し、さらに過酸化水
素を有効酸素換算で２００ｐ鴎奈加し、苛性ソーダによ
りｐＨを５に調整した後、３００分間ゆるやかに撹拌を
行ないながら酸化反応処理をせしめる。

次にこの酸化反応処理水に硫酸を添加してｐＨを４に調
整した後、高分子凝集剤を添加し、析出する水酸化第２
鉄フロツクを沈澱分離除去せしめた処理水について、残
存せる過酸化水素を消去した後、水質分析を行った結果
を表−３に示す。

表−３の結果、反応時のｐＨを５として酸化反応処理を
行った場合、実施例−１に示した様なりＯＤ５の上昇は
みられず、第２工程の処理は不可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生物難分解性有機物質を含む有機性排水に鉄塩触媒
   、及び過酸化水素を添加して、ｐＨ２〜４の範囲で生物
   難分解性有機物質を酸化分解したのち、アルカリを加え
   てｐＨ３乃至５．５の範囲で水酸化第２鉄フロツクと共
   に未分解の生物難分解性有機物質を析出分離する第１工
   程、 ２ 第１工程で処理された処理水をアルカリで中性にし
   たのち、酸化分解の過程で生成した生物易分解性物質を
   固定床式生物処理法を用いて分解除去する第２工程、 からなることを特徴とする有機性排水の高度処理方法。