JPS5919759B2 - 下廃水の高度処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は下廃水の活性汚泥処理を行なった際に発生する
汚泥の脱水を行なうと同時に下廃水中のリン、ＳＳなら
びにＢＯＤ 成分を除去する下廃水の高度処理法に関す
るものである。

従来、有機性廃水や下水の浄化処理法として、活性汚泥
法は極めて一般的な処理方法となっている。

これは有機物を含む廃水に対し、好気性微生物の存在の
下に空気を吹き込み、下廃水中の有機物を生物学的に分
解するものであるが、この活性汚泥法における問題点の
一つは、下廃水の処理の進行に伴って増殖した微生物を
主体とした汚泥すなわち、余剰汚泥の処理にある。

活性汚泥装置から生じる余剰汚泥は、濃縮・ｐ過膜水、
さらに場合によっては焼却等の処理を行なって処分され
るが、前述の如く余剰汚泥は、微生物を主体とした汚泥
であるため、沈降濃縮性、ｒ通説水性が極めて悪く、こ
のために余剰汚泥の処理には極めて膨大な手数と費用を
かけているのが現状である。

第１図は一般に行なわれている活性汚泥法の主要なステ
ップのフローシートを示すものである。

下廃水１は最初沈殿池２に導入され、ここで重力沈降に
より廃水中の浮遊性固形分の大部分が分離され、沈降し
た固形分は沈殿汚泥９として引き抜かれる。

最初沈殿池２より流出する上澄水は、活性汚泥装置のエ
アレーションタンク３に導入され、いわゆる活性汚泥処
理により好気性生物処理を行なう。

この処理により溶解性の有機物は微生物活動のエネルギ
ーと細胞物質に変わる。

つまり生物学的な分解と微生物の増殖が同時に進行する
わけである。

活性汚泥処理をした下廃水と活性汚泥との混合水である
エアレーションタンク３の流出水４は、最終沈殿池５に
おいて清澄分離され、処理水６と汚泥７とに分離される
。

最終沈殿池５の底部より引き抜かれた汚泥７の一部は、
返送汚泥８として、活性汚泥装置のエアレーションタン
ク３０入口に戻される。

汚泥の他部は、余浄汚泥１０として先に述べた最初沈殿
池２よりの沈殿汚泥９と合し、濃縮槽１１において濃縮
される。

実用装置の場合、余浄汚泥１０を最初沈殿池２の入口に
戻し、最初沈殿池２の中で、沈降させて引抜く場合もあ
る。

最初沈殿池２よりの沈殿汚泥９は、主として粘土その他
の無機性浮遊物や粗大な沈降し易い物質からなっている
ので、沈降性もよく且つ濾過性もよいものであるが、余
剰汚泥１０は活性汚泥そのものであり、沈降性も濾過性
も極めて悪い。

これは活性汚泥が、細菌、原生動物、プランクトンなど
の生体やそれらの死骸、細菌から発生した水に対して特
殊な包含状態にあるといわれている粘着物質からなりた
ち、全体としてはコロイド状に近いものであるためで、
従って濃縮槽１１から排出される混合汚泥１２も脱水処
理が極めて困難である。

この混合汚泥の処理は、最終処分に都合のよい形にする
ために、重量、容量を減少させ、衛生的安全化をはかり
安定状態にもっていく必要があるので、濃縮、脱水、焼
却などの手段が講じられる。

この中でも特に脱水は重要な工程であり、一般には汚泥
処理といった場合にはそのまま汚泥の脱水処理をさすこ
とが多い。

従来からおこなわれている混合汚泥の処理は、嫌気性消
化−天日乾燥という方式が最も古くから採用されてきた
が、天日乾燥床の敷地が広大な土地を必要とするため土
地の取得に難点があること、乾燥床から臭気の発生があ
ることおよび乾燥条件が気象条件に影響を受は易いこと
などの理由によって機械脱水方式に転換されている。

当初おこなわれた機械脱水は真空脱水機を用いるもので
あり、混合汚泥を直接または嫌気性消化し、脱水助剤と
して塩化第二鉄や硫酸第一鉄と消石灰を注入するもので
ある。

このさい塩化第二鉄は汚泥乾燥固形物当たり、５〜１５
重量％、消石灰は２０〜７０重量％にもおよぶ聚晶注入
率が必要となり、塩化第二鉄による装置類の腐蝕、消石
灰による粉塵公害、ｆ布の目詰まり、脱水ケーキ量の増
大、焼却時の大気汚泥、熱損失などの欠点が列挙され、
１９７０年頃よりわが国では、これらに代わる方法とし
て無薬注熱処理、有機高分子凝収剤処理（以下ポリマー
処理という）などが、機械脱水の前段処理法として実用
段階に入ったが、熱処理は大量の無機性薬品の使用の欠
点は補い得たが、反面分離液や脱水ｒ液の性状の悪さ、
特にＢＯＤ値の高いこと、窒素分の多いこと、悪臭によ
る二次公害の発生などが指摘されている。

ポリマー処理は初沈汚泥には極めて有効であるが、通常
、下水処理場から発生する混合汚泥に対しては適用し得
るポリマーの品質的な制約があり、さらに脱水機の型式
の選択にも制約がある。

下水処理場などで現在主として利用されている真空脱水
機はポリマー処理には不向きであり、さらに、脱水ケー
キ含水率がやや高く、薬品単価が高く、外国からの輸入
品に頼ることなどの欠点がある。

さらに凍結融解法によって下水汚泥の処理を行なう方法
が提唱されているが、この方法は当該汚泥を冷却凍結せ
しめ、完全凍結後融解させることによって汚泥の脱水性
を改善させるものである。

下水汚泥を凍結処理する場合には、過去の研究により、
無薬注では脱水性は改善されず、アルミ塩、鉄塩などを
注入して水酸化金属フロックを混入後凍結させるとｒ逸
脱水性が著しく改善されることが知られている。

従来から活性汚泥法による下水処理場では最初沈殿池よ
り発生する汚泥と余剰汚泥を混合汚泥として処理してお
り、凍結融解法もこの混合汚泥を対象に研究が行なわれ
ていた。

従来から提唱されている下水汚泥の凍結融解処理は、混
合汚泥を対象にしたものであるため、所要量の硫酸バン
ド、塩化第二鉄を加えると汚泥量が増大し、実験規模以
外の施設を針面する場合には、回分式では施設が太き（
なるので連続式の凍結融解装置を考慮せざるを得ない。

アメリカのミルウオーキー市の下水汚泥処理に対して、
凍結融解法を応用すべく具体的な検討がなされた際の要
点を引用して説明を続けるならば、連続式の薄状凍結を
行なう方法としてパンコンベアとエンドレス・スチール
・ベルトの凍結システムが検討されたが、ランニングコ
ストと建設費の面からエンドレス・スチール・ベルト凍
結方式が選択された。

これは１９６８年に実施された研究であるが、この時点
で最良と考えられた凍結方式と従来法（無機薬品の大量
添加士真空脱水方式）とを比較した結果、特に大きな問
題となるのは、必要面積が従来法の１３０倍となり、設
備コストが１０倍になるということが判明したことであ
る。

また実用化されている凍結融解法では、冷凍エネルギー
の節約のため、前段の濃縮度が高められており、いわゆ
る流動限界濃度において凍結処理を行なっている。

初沈汚泥には相当量の粗大夾雑物が混入しており、所定
の濃度において必要量の水酸化アルミや水酸化鉄が混入
してしまうと、汚泥処理用に実用化されている熱交換用
蛇管を内部に有する型式の凍結融解槽を用いる場合には
、槽内に均等に注入しにくく熱伝達の面にも難点がある
。

以上述べたよりに活性汚泥法による廃水の浄化処理を行
なっている下水等の処理場から発生する混合汚泥の脱水
処理は、従来から何らかの方法がとられてきたが、トー
タルシステムとして検討評価した場合、満足すべき状態
とは言い難い。

さらに付言すれば、活性汚泥法も今日の極度に悪化した
下廃水の水質改良のための処理技術としては完全なもの
とはいえず、ＢＯＤ、ＳＳ成分の除去率は９０％程度で
あって、処理水のＢＯＤ、ＳＳ成分は２０１ｎ９／ｊｌ
’程度であり、リン酸イオンや窒素分なども完全には除
去されず、重金属類は汚泥に蓄積されるなどの欠点があ
り、水質汚濁防止の立場からはさらに高度な処理が要求
されている。

一般に三次処理と言われているものがこれである。

水質環境保全の立場から三次処理の必要性が日毎にだか
まっているのがわが国の現状である。

高度な処理としては、ＢＯＤ、ＳＳ成分の高度除去、リ
ン、窒素の除去、さらには塩類除去までその分野に入っ
ているが、どのようなプロセスを採用しても、その処理
工程からは汚泥が発生し、前記混合汚泥に加えて脱水性
の悪い三次処理汚泥を大量に処理する必要に迫られてい
る。

高度処理を行なった場合には、どの程度の処理を行なう
かによって、そこから発生する汚泥の性状が異なるから
、−概にその汚泥の脱水性の難易度を述べることはむづ
かしい。

処理工程が増えれば増える程、処理水の浄化の程度は上
がる反面、発生する汚泥の量も多くなり、汚泥処理の問
題は一層重要な課題となってくる。

本発明は、これら一連の技術について研究を重ねてきた
結果、上述のような従来方法によっては現状では処理困
難な活性汚泥処理における余剰汚泥の沈降濃縮性および
ｐ過膜水性を大幅に改善して汚泥を容易に脱水し、同時
に下廃水中のリンの除去とＢＯＤならびにＳＳ成分を高
度に除去することを目的とする。

すなわち活性汚泥処理槽において活性汚泥処理をした下
廃水と活性汚泥との混合水を二つに分け、一方の混合水
中の活性汚泥を沈降分離して返送汚泥とするとともに、
その上澄水は他方の分取した混合水と混ぜ、これに、ア
ルミニウム塩または鉄塩などの凝集剤を添加して凝集処
理を行ない、活性汚泥処理した下廃水中に未だ残存する
リン、ＢＯＤ、ならびにＳＳ成分を高度に除去した処理
水を得るとともに、微細な浮遊物質や余剰汚泥がリン酸
や金属水酸化物のフロックに吸蔵された形となっている
凝集沈殿分離した汚泥を濃縮して凍結融解処理して脱水
するものである。

添加する凝集剤と総浮遊物質との比率は、金属水酸化物
対総浮遊物質量で０．１〜１．０ ： １．０の範囲内
にあるのが望ましい。

上述した凝集沈殿汚泥は沈降性および脱水性は悪いが、
金属水酸化物と総浮遊物質量の比率が安定しているため
、濃縮後に凍結融解処理により脱水性が極めて容易にな
り、加圧脱水法等により含水率５０〜６０％程度の脱水
ケーキが得られ、最終処分の容易な汚泥を生成せしめる
トータル処理システムを可能にした。

すなわち、本発明方法によると処理水も従来の活性汚泥
法に比べてはるかに高度に処理されたものとなるばかり
でなく、廃水処理工程から生ずる汚泥も処理処分の容易
なものとなり一石二鳥の効果をもたらすものである。

以下、本発明の実施態様を図で説明すると、第２図に示
すごとく、下廃水２１をあらかじめ最初沈殿池２２で処
理し、沈降した固形分は従来と同様に沈殿汚泥３１とし
て引き抜きその上澄水を活性汚泥処理槽２３で活性汚泥
処理を行ない処理された下戻下と活性汚泥との混合水を
分岐させ、一方の混合水２４を薬品混合槽２６に送り、
他方の混合水２４は沈降槽２５に送って活性汚泥を沈降
分離し、沈降槽底部の汚泥を返送汚泥３０として活性汚
泥処理槽２３０入口に戻す。

また、沈降槽２５の上澄水３５を前記薬品混合槽２６に
送り、一方の混合水２４と合流し、ここでアルミニウム
塩、第一鉄塩または第二鉄塩（例えば硫酸バンド、硫酸
第一鉄、塩化第二鉄）のごとき凝集剤２７を添加し、さ
らに必要があれば、アルカリ剤によりｐＨを最極凝集範
囲内に調整して攪拌混合し、リン酸塩の沈殿物および水
酸化金属の沈殿物を生成せしめ、これを凝集沈殿槽２８
に導き上澄水と沈殿汚泥に分離する。

この場合ｐＨは使用する凝集剤の種類によって最適値を
選択する。

また凝集剤の添加量は下廃水の性状によって異なってく
るので一層には決め難く、本発明では、まず混合水の浮
遊物質量に対する凝集剤添加量を段階的に変え凝集沈殿
処理を行ない、その沈殿汚泥を凍結融解処理して脱水し
、その脱水率、ｒ過速度を測定し、その最適条件内での
上澄水の性状を検討し、両方とも満足すべき条件内にあ
るように決めればよい。

本発明方法によって処理した下廃水２９は、従来の活性
汚泥法によって処理した場合とくらべ、ＢＯＤおよび浮
遊物質量ともに数分の−に低下させることができるほか
、従来の活性汚泥法では除去し難い下廃水中のリンをも
除去することができる。

また、従来活性汚泥処理後の処理水からリンを除去する
方法としては、第１図で説明したような最終沈殿池の流
出水をさらに凝集沈殿装置で処理することが行なわれて
いるが１．本発明方法においては最終沈殿池を設置する
ことなく凝集沈殿処理を行なうので、装置が簡略化され
る利点もある。

また本発明において凝集沈殿槽２８の底部より排出され
る汚泥３２のｐ過性はそのままでは従来の活性汚泥処理
から発生する余剰汚泥にくらべた場合あまり変化なく極
めて脱水性が悪いが、さらにこれを例えば遠心分離機等
による前段濃縮装置３３によって汚泥濃度を４〜１０重
量％とした後、いわゆる凍結融解装置３４による処理を
行なうと、処理汚泥のｆ過性は極めて良好なものとなる
。

比較のために従来の余剰汚泥を凍結融解処理したが、沢
過性はほとんど改善されなかった。

ここで凍結融解法とは汚泥を冷却して一旦完全に凍結せ
しめ、しかるのち融解してやる方法で、かかる処理によ
り本発明の凝集沈殿汚泥は極めて脱水性の良好なものに
改質される。

下廃水処理工程において最初沈殿池を設置する場合には
当然のことながら、汚泥が発生するが、この汚泥は一般
的に極めて沢過性がよく、塩化第二鉄によって凝集させ
てから真空脱水するか、ポリマーによって処理した後に
遠心分離機やベルトプレスフィルターによって含水率６
５〜７５％程度に容易に脱水することが可能である。

以下実施例により詳細に説明する。

実施例 ＢＯＤ １３５ ｐｐｍ、ＳＳ １０６ ｐｐｍ の
下水を活性汚泥処理槽のＭＬＳ８ １８００ ｐｐｍ、
５ＶＩ８２で活性汚泥処理してＢＯＤ １８ｐｐ、
害Ｓ２０ ｐｐｍ の処理下水を得たが、この処理下
水と活性汚泥との混合水を分取し、以下に示す本発明方
法による処理を行なった。

その結果を第１表に示す。

比較のために当該処理場における従来法の活性汚泥処理
法の結果も併記する。

リン１．６ ｐｐｍ、ＢＯＤ １３５ ｐｐｍ 、Ｓ
ＳＳ１０６ｐｐ の下水を活性汚泥処理槽に流入させ
て、同種のＭＬＳ８ １８００ ｐｐｍ、 ＳＶＩ
８２の条件で活性汚泥処理を行ない、活性汚泥処理槽よ
り流出する処理下水と活性汚泥との混合水を分取し、一
方の混合水を沈降槽に流入させてその活性汚泥を沈降分
離し、これを返送汚泥として活性汚泥処理槽に戻した。

この汚泥の返送率は１５％、返送汚泥の濃度は１ｌ１０
００ｐｐ であった。

なお、沈降槽の上澄水は、前記の分取した他方の混合水
とともに薬品混合槽に流入させ、これに下記の第１表に
示すように、硫酸バンド（／／６．２）と塩化第二鉄（
４３）を添加して凝集処理をする本発明法と凝集剤を添
加しない従来法（４１）について比較を行ない、各方法
によって処理した水の水質を第１表に併記した。

なお、本発明の薬品混合槽においては、急速攪拌５分、
緩速攪拌１５分を行ない、ｐＨ調整のために消石灰を添
加した。

さらに、本発明法のＡ、 ２．４３より得られた凝集沈
殿汚泥を、それぞれ遠心分離機を用いて濃度を７％まで
濃縮し、次いで濃縮汚泥を凍結融解槽に導入して２時間
かけて凍結せしめた後、これを融解し得られた汚泥を瀝
過したその結果を、Ｓ２および／１６．３として第２表
に示す。

なお比較のために、従来法によって処理された活性汚泥
の余剰汚泥を、凍結融解した濃縮汚泥（／ｌ６１）、高
分子凝集剤によって処理した濃縮汚泥（扁４）、さらに
は種々の汚泥を混合させて無機凝集剤によって処理した
混合汚泥（４５）、最初沈殿池の沈殿汚泥を高分子凝集
剤によって処理した初沈汚泥（４６）について、それぞ
れ従来より実施されている方法によってｒ通説水した結
果も併記した。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の活性汚泥法の主要なステップを示す説明
図、第２図は本発明法の実施態様を示す説明図である。 １・・・・・・下廃水、２・・・・・・最初沈殿池、３
・・・・・・エアレーションタンク、４・・・・・・流
出水、５・・・・・・最終沈殿池、６・・・・・・処理
水、７・・・・・・汚泥、８・・・・・・返送汚泥、９
・・・・・・沈殿汚泥、１０・・・・・・余剰汚泥、１
１・・・・・・濃縮槽、１２・・・・・・混合汚泥、２
１・・・・・・下廃水、２２・・・・・・最初沈殿池、
２３・・・・・・活性汚泥処理槽、２４・・・・・・混
合水、２５・・・・・・沈降槽、２６・・・・・・薬品
混合槽、２１・・・・・・凝集剤、２８・・・・・・凝
集沈殿槽、２９・・・・・・下廃水、３０・・・・・・
返送汚泥、３１・・・・・・沈殿汚泥、３２・・・・・
・汚泥、３３・・・・・・前段濃縮装置、３４・・・・
・・凍結融解装置、３５・・・・・・上澄水。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 下廃水の活性汚泥処理を行ない、活性汚泥処理槽よ
   り流出する処理下廃水と活性汚泥との混合水を分取し、
   一方の混合水を沈降槽に流入させて活性汚泥を沈降分離
   して活性汚泥処理槽に返送し、さらに沈降槽の上澄水を
   他方の混合液と合流させ、アルミニウム塩または鉄塩な
   どの凝集剤を添加して凝集沈殿処理を行ない、沈殿分離
   した汚泥を濃縮して凍結融解処理を行なって汚泥の脱水
   をすると同時に、下廃水中のリン、ＳＳならびにＢＯＤ
   成分を除去することを特徴とする下廃水の高度処理法。