JPS61118195A - 排水の生物学的処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、嫌気工程および好気工程を含む回分式の活性
汚泥法による排水の生物学的処理方法に関し、特に排水
中の窒素と燐とを同時に生物学的に処理して排水中から
除去する方法に関する。

（従来の技術） 近年、内湾、内海、湖沼等の水域における窒素および燐
による富栄養化現象の進行は、水質汚濁の主原因として
大きな社会問題化し、これらの水質汚染の原因となる一
般家庭および工場排水に対して、特に排水中に含まれる
窒素および燐に対し・て厳しい規制が実施され、そのた
めの排水処理方法も種々提案されている。

排水処理方法として最も一般的な方法は活性汚泥法によ
る生物学的処理方法であり、該方法による窒素の除去は
、好気条件下でＢＯＤ酸化菌と硝化菌を利用して、排水
中の各種窒素化合物を亜硝酸または硝酸まで酸化する工
程と、嫌気条件下で脱窒菌を利用して、硝化工程で生成
した硝酸または亜硝酸を窒素ガスに還元する脱窒工程の
２工程からなっている。

また、活性汚泥法により微生物反応を利用する燐の除去
方法は、生物学的燐除去法と呼ばれ、生物学的処理の嫌
気工程で放出された燐を好気工程で微生物の細胞に過剰
に取り込ませて、この燐を取り込んだ微生物を余剰汚泥
の形で処理系外に取出す方法と、微生物により過剰に摂
取された燐を嫌気条件下で再び放出させて、燐の濃縮液
とし、これを化学的に凝集させて分離除去する方法に大
別されている。

（発明が解決しようとしている問題点）しかしながら、
上記の如き従来の活性汚泥法により、窒素と燐を同時に
除去しようとすることは、嫌気処理と好気処理という互
いに相反する微生物代謝メカニズムを利用するものであ
るため。

従来の嫌気工程と好気工程とを組合せた活性汚泥法では
排水中の窒素と燐とを同時に効率的に除去することは極
めて困難であり１通常は、排水中の窒素は全体の４０〜
６０％しか除去できず、またΔ 燐では３０〜５０％程度が除去されるにすぎなかった。

従って、可能な限り簡単な方法で且つ効率のよい排水の
生物学的処理方法が強く要望されているのが実情である
。

本発明者は上述の如き従来技術の欠点を解決し、上記の
要望に応えるべく、排水の生物学的処理方法について鋭
意研究の結果、処理すべき排水の性質を簡単に制御する
のみで、従来の回分式の排水の生物学的処理装置をその
まま利用して、従来方法では達成し得なかった高い効率
で排水中の窒素と燐を容易に且つ低コストで同時に処理
し、除去できることを知見して本発明を完成した。

（問題点を解決するための手段） すなわち、本発明は、嫌気工程および好気工程を含む回
分式の活性汚泥法による排水の生物学的処理方法におい
て、曝気槽へ導入する排水の酸化還元電位を一１５０ｍ
Ｖ以下に制御し、且つ排水の流入中は嫌気撹拌を行うこ
とを特徴とする排水の生物学的処理方法である。

本発明を更に詳細に説明すると、本発明が主たる第１の
特徴とする点は、処理すべき排水を従来の回分式の活性
汚泥法により処理するに際して。

処理前にその酸化還元電位を一定の値以下に調整するこ
とおよび第２の特徴点として、このようにｖＲ贅された
排水を曝気槽に流入中は、曝気槽中で嫌気撹拌を行うこ
とであり、このような特徴点により、本発明の目的が主
として達成されたものである。

すなわち、本発明者の詳細な研究によれば、処理すべき
原排水を、−１５０ｍＶ以下の嫌気条件下に保持してお
き、且つ曝気槽へ流入時の嫌気状態を保持し曝気槽中で
嫌気撹拌を行うことによ・す、ＡＴＰの加水分解が速や
かに進行して燐が放出され、続いて行う曝気による好気
条件下ではＡＴＰが生産され、微生物が燐を過剰に摂取
でき。

一方、次いで行う脱窒工程の嫌気条件下では亜硝酸また
は硝酸態の窒素が存在するために、ポリリン酸蓄積微生
物は通常の呼吸代謝を維持することができ、摂取した燐
は放出されず、従って一連の生物学的処理工程を通して
汚泥の燐含有率が高濃度に維持され、結果として燐の除
去効果が著しく高く維持されることを知見したものであ
る。

本発明において、処理すべき原排水の酸化還元電位を一
定の値以下、すなわち−１５０ｍＶ以下とする好ましい
方法としては、処理すべき原排水を曝気槽に注入する前
に、一定時間嫌気状態を保つ方法である。このような方
法としては、原排水を曝気槽に注入する前に貯留槽にて
一定時間以上嫌気状態を保持する方法や、貯留槽中にお
ける原排水の混合撹拌時に曝気をコントロールするかあ
るいは曝気を行わない等の方法が好ましい、一般的には
、このような嫌気状態を約１時間以上保持゛することに
よって、原排水の酸化還元電位を一１５０ｍＶ以下とす
ることができる。

このような原排水の酸化還元電位の測定は１通常の酸化
還元電位計により容易に行うことができる。

本発明において、窒素と燐とを同時に処理することがで
きる排水としては、食品工場排水をはじめとする工場排
水、し尿および下水などの有機性排水で、窒素と燐とを
過剰に含有する排水であれば、いずれの排水をも処理す
ることができる。特にＢＯＤ濃度１００　ｍｇ／見以上
５，０００　ｍｇｌ又以下で、ＢＯＤ／窒素比が３以上
の排水であれば、本発明の処理効果が最も顕著となる。

このような有機性の排水では、通常、曝気等により酸化
状態に保つ操作を行われなければ、容易に嫌気状態を維
持することが可能である。具体例を挙げると、家庭下水
（Ａ）　、　　２０倍稀釈のし法治化脱離液（Ｂ）、製
薬工場（Ｃ）　、　ｉｌｔ造工場（Ｄ）の各種排水を種
々の量で曝気すると、曝気中のＤｏの変化と酸化還元電
位との関係は下記の通りとなり、従っていずれも容易に
排水中のＤｏ値を選定することにより、排水の酸化還元
電位を容易に一１５０ｍＶ以下に制御することができる
。

１立ｂ１」）　　　Ａ　　　　旦　　　ＣＤｏ、ｏ　　
　　−１ｇｏ　　　−３５０−ｔ９ｏ　　　−３００ム
　　　　０°２　　　−１２０　−３００　−１８０　
−２３００．４　　　−７０　　−２４０　　−１１０
　　−１８００．８　　　−２０　　−１８０　　−３
０　　−８０１．０　　　　＋２０　　　±０　　　＋
４０．　　−２０１．５　　　　　　　　＋５０　　　
　　＋３０　　　　　＋８０　　　　　＋５０２．０　
　　　　　　　＋５０　　　　　＋５０　　　　　＋８
０　　　　　＋５０４．０　　　　　　＋　　１２０　
　　＋　　１００　　　＋　　１５０　　　＋　　１２
０８．０　　　　　　＋　　１５０　　　＋　　１２０
　　　＋　　１５０　　　＋　　１２０（単位：　ｍＶ
） また、上記のＡ−Ｄの排水を曝気によってその酸化還元
電位を＋１００ｍＶとし、その後曝気を停止して撹拌の
みを行った場合、その酸化還元電位の経時変化は第１図
に示す如くである。従って、上記の如き排水の酸化還元
電位は、いずれも曝気停止後６０分間程度で一１５０ｍ
Ｖ以下にすることができる。

本発明方法は以上の点を主たる特徴とし、それ以外の生
物学的処理工程は従来公知の工程でよい、上記の特徴を
含有する本発明方法を本発明の一実施態様を示す添付図
面を参照して更に具体的　　　　□に説明すると、第２
図に図解的に示す通り、処理すべき原排水は、流入路１
より貯留槽２に導かれ、ここで一旦貯留される。この貯
留槽中の原排水は均質化の目的で撹拌混合するのが好ま
しいが、前述の通り、この原排水の酸化還元電位を一１
５０ｍＶ以下に保持する必要があるため、混合撹拌は機
械的撹拌あるいは撹拌ポンプ等によって行うのが好まし
く、曝気により撹拌混合する場合は、原排水の酸化還元
電位を監視しつつ、その酸化還元電位が一１５０ｍＶ以
上とならないように注意する必要がある。またこの貯留
槽の容量は、原排水の滞留時間が常に１時間以上となる
様に設定することがよく、このようにすれば原排水の酸
化還元電位を一１５０ｍＶ以下に制御するのが更に容易
となる。

次いで貯留槽中の原排水は、原排水ポンプ３により、流
入路４を経て曝気槽５に流入される。前述の通り、本発
明の第２の特徴は、この原排水の曝気槽中への流入中は
、曝気槽中で曝気を行わず、そのまま撹拌混合、すなわ
ち嫌気撹拌を行うことであり、この嫌気撹拌によって原
排水と活性汚泥とを十分に混合する。この嫌気撹拌によ
って原排水中のＡＴＰが加水分解され十分な燐の放出が
生じる。このような嫌気撹拌は、撹拌ポンプ等による機
械的撹拌でもよいし、原排水の流入速度を利用する撹拌
方法のいずれでもよい。

原排水の流入が終了した後、曝気槽中で曝気を開始する
。曝気は、従来公知のいずれの方法でもよく１例えば送
風＠７により管路８を経て送られる空気によって行うこ
とができる。この曝気工程により流入した原排水中の窒
素成分の硝化反応が進行し、窒素成分の大部分は亜硝酸
態あるいは硝酸態の窒素に酸化される。このような窒素
成分の酸化が終了した時点で、曝気を終了させるのが好
ましく、従って所定の曝気時間内に酸化が丁度完了する
ように、負荷量、曝気量等を設定するのが好ましい、ま
た硝化反応は酸生成反応であるので、曝気中にｐＨが低
下しすぎる場合にはアルカリ剤を薬注路９から曝気槽中
に添加するのが好ましい、処理終了時のル分液のｐＨは
通常は６．５〜９．５に保持されていればよい。

硝化反応が終了し、曝気工程を終了した後は、嫌気撹拌
を行う、この嫌気撹拌は、薬注路１０から水素供与体を
Ｓ気槽中に添加するとともに曝気槽内の撹拌ポンプ６に
より、曝気を行わずに嫌気撹拌を行い、脱窒反応を進行
させ、窒素を窒素ガスとして分離させる。この嫌気工程
で使用する水素供与体としては、メタノール、エタノー
ル、酢酸、イソプロピルアルコール等の工業薬品、ある
いは流入排水組成に類似した窒素と燐を過剰に含有しな
い廃液等が使用できる。この嫌気撹拌工程における水素
供与体の添加量は、硝化反応によって生成した亜硝酸、
硝酸態の窒素が脱窒反応により、窒素ガスとして系外に
除去されるに足る量で十分である。また嫌気撹拌時間も
脱窒反応が終了するに必要な時間にする。

以上の脱窒反応が終了すると、添加した水素供与体が消
費されず、１部残存することがあるので、この水素供与
体を除去するために短時間の再、　　　　曝気処理を行
い、再曝気処理が終了後は撹拌を停止して活性汚泥を沈
降分離させる沈澱工程に移る。所定時間の沈澱工程が終
了したら、放流路１１によって上澄水を処理済水として
放流する。

この処理済水は１通常塩素または次亜塩素酸塩類等の殺
菌剤により滅菌消毒処理するのが好ましい。

以上の処理で燐を過剰に摂取した余剰汚泥は。

曝気槽５からの処理済水の放流と同時に、あるいはその
前後に排泥管１２から汚泥貯槽１３に所定量を排泥し、
管路１４から、脱水等の処理を行うかまたはそのまま搬
出して弟分する。余剰汚泥の脱水方法は１通常行われて
いる脱水助剤としての鉄塩を用いる方法で燐を汚泥中に
有効に固定することが可能であるため、特別な脱水方法
は不要である。

（作用・効果） 以上の如き本発明方法では、従来公知の比較的低コスト
の回分式の排水処理設備をそのまま使用して、排水の処
理に際して原排水を嫌気状態に保持し、特にその酸化還
元電位を一１５０ｍＶ以下！ に制御し、且つ原排水の曝気槽への流入中は、曝気を行
わずに嫌気撹拌を行うことによって、ＡＴＰの加水分解
による燐の放出が有効に行われ、次いで曝気による好気
状態でＡＴＰが生産され、汚泥が燐を効率的に過剰に摂
取できる状態に保持されている。また脱窒反応の嫌気状
態でも亜硝酸または硝酸態の窒素が存在するため、燐を
過剰に摂取した微生物は通常の呼吸代謝が行うことがで
き、このような嫌気状態〒あっても、燐が放出されない
、従って本発明では従来の方法に比較して汚泥の燐含有
率を最後まで高く維持できるため、最後に余剰汚泥を処
分するのみで、燐を安定的且つ高度に除去することがで
きる。

また、本発明方法においては上記の燐の除去だけでなく
、排水の流入工程における原排水の酸化還元電位を一１
５０ｍＶ以下の嫌気状態に保持しても、生物学的な窒素
の硝化処理および脱窒反応には何ら悪影響を及ぼさない
。

従って、本発明方法では、複雑で高価の設備を要せずに
、従来の回分式の設備をそのまま用いて、排水中の窒素
と燐を同時に効率的に処理して分離することができる。

次に実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。

実施例１ 曝気槽８０文のベンチスケールキ実験装置により、グル
コース１８０■ｇ／ｆＬ、スターチ１００−ｇ／立、ペ
グ８フ８０ｍｇ／見、燐酸２水素カリウ“ム１８．ｓｇ
／！Ｌ、尿素５０層ｇ／　ｌ　、　ＢＯＤ２５０　ｍｇ
／　ｌ、全窒素３５ｍｇ／　ｆＬ、全燐８．５ｍｇ／ｉ
を含む合成排水を用いて、！Ｉ気槽へ流入する排水の酸
化還元電位を変化させて実験を行った。実験の処理のタ
イムスケジュールは、排水の流入１時間→曝気５時間→
メタノール添加０．２５時間→嫌気撹拌３時゛間→再曝
気１時間→沈澱１時間→放流１時間であり、１２時間で
１回の処理を完了させ、排水を半量入換えとして１日２
サイクルで処理を行った・ この実験では、曝気槽に流入する排水の酸化還元電位を
、貯留槽での曝気撹拌量を調整することにより、＋　１
００ｍｖから一３００履Ｖの範囲で変化させた処理効果
を求めて比較した。

処理結果は、後記の第１表に示す通りであり、ＢＯＤお
よび全窒素の処理効果は、流入する排水の酸化還元電位
に拘らず、一定であり、Ｂ　ＯＤ　１０ｍｇ／旦、全窒
素１０ｍｇ／、Ｑ以下となっている。一方、全燐は、流
入する排水の酸化還元電位が一１５０ｍＶ以下に調整さ
れた時においてのみ、０．５ｔａｇ／ｌ以下の処理水質
を示しており、排水の酸化還元電位が一１５０ｍＶ以上
の場合には、全燐は０゜５ｍｇ／ｉ以上であることを示
しており、本発明の効果が実証された。

実施例２ 処理能力２ゴ／日のパイロットプラントにより醤油製造
工場排水の連続通水処理試験を実施した。この連続通水
処理試験期間中の供試排水の性状は、下記の通りであり
、処理期間中のＢＯＤ、窒素１．燐の排水組成には大き
な変化は観察されず、また、ＢＯＤ：窒素：燐＝　１０
０＝１２：１．５と窒素と燐が過剰であることから、通
常の活性汚泥法に？　　　よる処理では、処理水中に窒
素と燐とが残留する排水組成である。

ス　　　　　　　エユ」 ｐＨ７，００，２ ＳＳＣｍｇ／ｌ　）　　　　　　　　２３０　　　　　
　１１４ＴＯＣＣｏｇ／ｌ　　）　　　　　　　　　　
　２１０　　　　　　　　　　　　．８０ＣＯＤ　　（
膳ｇ／ｆＬ　）　　　　　　　　　　２０１１　　　　
　　　　　　　　　Ｂ２８００　Ｃ＊ｇ／ｌ　）　　　
　　　　８０８　　　　　　　１８３全窒素（腸ｇｉｎ
）　　　　　７０　　　　　　１８全燐（■ｇｅｌ　）
　　　　　９．２　　　　　１！３色度（度ン　　　　
　　　１４２　　　　　　　２８処理のタイムスケジュ
ールは次の通りである。

すなわち、排水の１日分の貯留能力を有する貯留槽から
１時間で曝気槽へ排水を流入させた。貯留槽では曝気に
よる撹拌を行いつつ、酸化還元電位計により一１５０ｍ
Ｖの嫌気状態を流入工程〒常に保つ様に制御した。排水
流入工程では嫌気撹拌を行い、流入終了後、曝気を開始
した。曝気による硝化工程を１２時間とし、硝化工程が
終了したら、水素供与体としてイソプロピルアルコール
を添加し、嫌気撹拌工程にょる脱窒処理を６時間行う。

脱窒処理終了後、再曝気工程２時間、沈澱工程２時間、
処理水の放流１時間とし、１回の処理が２４時間で完了
するスケジュールである。

上記の処理結果は、第３図に示す通りで、処理期間中の
ＢＯＤ成分（Ａ）の除去率は、８８〜９９％であり、最
大でも２０−８７文を越えることがなかった。窒素成分
（Ｂ）についても除去率は９３〜９８％であり、最大で
もｌｏｎｇ／ｕを越えることがなかった。また燐成分（
Ｃ）についても除去率は８７〜９８％であり、最大でも
０．５鵬ｇ／ｌを越えることがなかった。

以上の結果から、本発明方法による生物学的処理による
窒素と燐の同時処理方法は、極めて安定した処理効果を
発揮することが明らかである。

比較例１ 実施例２において、貯留槽ではＳ気による撹拌を行い、
酸化還元電位計により、排水の酸化還元電位を常に一１
５０ｍＶ以上に制御したことを除いて、他は実施例２と
全く同様にして処理を行った。結果は第４図に示す通り
である。

第４図に示す如く、処理期間中のＢＯＤ成分（Ａ′）の
除去率は９８〜９８％、窒素成分（Ｂ′）の除去率は８
３〜８５％であり、実施例と比較して有意差は認められ
なかったが、燐成分（Ｃ′）の除去率は４５〜９７％で
あり、燐成分の除去に関しては処理効果の安定を図るこ
とは困難であった。

以上のことから排水の酸化還元電位が−１５０ｍ７以上
では、本発明の目的が達成できないことが明らかである
。

（以　　下　　余　　白　　） −ｍ褪−］−」込り 流入排水廣ヒ還元電位　　ＢＤＤ　（絽へ〇　　全窒素
（ｍ　ｎ　）　　　全燐〔ｖｌ）＋１００　　　　　　
　３．８　　１．２　　２．８　　０．２　　　３゜２
２．８＋５０　　　　　　　４．０　　２．０　　３．
５　　０．８　　　２．８　　２．８±　０　　　　　
　　２．８　　１．８　　２．９　　０．８　　　１．
５　　１．３−５０　　　　　　　３−２　　２．２　
　３．１　　０．５　　　１８　　１．２−１００　　
　　　　　４．５　　１．８　　３．７　　　Ｌ８　　
　０．８　　０．８−１５０　　　　　　　３．４　　
１．９　　２．８　　　Ｑ、８　　　０．３　　０．２
−２００　　　　　　　３．２　　２−５　　３．２　
　０Ｊ　　　　０．２　　０．２−２５０　　　　　　
　４．３　　２．０　　３．７　　０．７　　　０．２
　　０．１−３００　　　　　　　３．９　　１．７　
　２．９　　０．８　　　０．１　　０．１（以下余白
）

【図面の簡単な説明】

第１図は、嫌気撹拌による各種排水の酸化還元電位の経
時変化を示し、第２図は、本発明の処理工程を図解的に
示すものであり、第３図は、本発明の実施例２による排
水中のＢＯＤ（■ｇ／ｉ）、全窒素（膳ｇｉｎ）および
全燐（腸ｇ／ＩＬ）の除去効果を示し、第４図は、比較
例による同上の除去効果を示している・ １・・・・・・流入路　　　　　２・・・・・・貯留槽
３・・・・・・ポンプ　　　　　４・・・・・・流路５
・・・・・・曝気槽　　　　　６・・・・・・撹拌ポン
プ７・・・・・・送風機　　　　　８・・・・・・管路
９・・・・・・薬注路　　　　１０・・・・・・薬注路
１１・・・・・・放流路　　　　１２・・・・・・排泥
管１３・・・・・・汚泥貯槽　　　１４・・・・・・管
路Ａ・・・・・・ＢＯＤ（鳳ｇｉ！Ｌ）　　Ｂ・・・・
・・全窒素（ｍｇ／立）Ｃ・・・・・・全燐（ｉ＋ｇ／
見）　　Ａ′・・・ＢＯＤ（ｍｇ／４）　　　　　。 Ｂ′・・・・・・全窒素（膳ｇ／ｊＬ）Ｃ′・・・・・
・全燐（ｍｇ／ｆＬ）第１図 攪拌時間（分） 第２図 処理Ｂａｔ日） 処理８数（日）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）嫌気工程および好気工程を含む回分式の活性汚泥
   法による排水の生物学的処理方法において、曝気槽へ導
   入する排水の酸化還元電位を−１５０ｍＶ以下に制御し
   、且つ排水の流入中は嫌気撹拌を行うことを特徴とする
   排水の生物学的処理方法。
2. （２）酸化還元電位の制御を、排水の貯留槽を設けて行
   う特許請求の範囲第（１）項に記載の排水の生物学的処
   理方法。
3. （３）酸化還元電位の制御を、排水を貯留槽中に１時間
   以上滞留させて行う特許請求の範囲第（１）項に記載の
   排水の生物学的処理方法。