JPS61118197A - 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
ことは極めて回路であり、通常は、排水中の窒素は全体
の４０〜６０％しか除去できず、また燐では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、排水を曝気槽へ流入中の嫌気撹拌時と、
脱窒処理時の嫌気撹拌時の混合液の亜硝酸と硝酸との合
計濃度を所定の値に制御するのみで、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、排水の曝気槽への流入中は。

曝気槽内の排水と活性汚泥との混合液を、該混合液の亜
硝酸と硝酸との合計濃度を０．２＋ｓｇ／４以下に制御
して嫌気撹拌を行い、且つ曝気処理後に行う脱窒処理終
了時の嫌気工程の曝気槽内の混合液の亜硝酸と硝酸との
合計濃度を０．２ｍｇ／Ｊｌ〜１、Ｏ層ｇ／立の範囲に
制御する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、排水の曝気槽への流入
中は、曝気槽内の排水と活性汚泥とめ混合液を、該混合
液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を０．２ｍｇ／ＩＬ以下
に制御して嫌気撹拌を行うことであり、且つ第２の特徴
とする点は、曝気処理後に行う脱窒処理・終了時の嫌気
工程の曝気槽内の混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を
０　、２＋＊ｇ／　ｌ〜１　、　Ｏｔａｇ／ｌノ範囲に
制御することであり、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めである。

すなわち、本発明者の詳細な研究によれば、処理すべき
原排水を曝気槽に流入し、流入された原排水と活性汚泥
との混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を０．２ｍｇ／
ｌ以下に制御して曝気槽中で嫌気撹拌を行うことにより
、混合液中のＡＴＰの加水分解が速やかに進行して燐が
放出され、ａ！いて行う曝気による好気条件下ではＡＴ
Ｐが効率的に生産され、微生物が燐を過剰に摂取でき、
一方、続いて行う脱窒処理を、その終了時において曝気
槽内の混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を前記特定の
範囲内となるように制御することにより、この脱窒工程
の嫌気条件下では好ましい濃度の亜硝酸または硝酸態の
窒素が存在するために、ポリ燐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、−曝気槽内の混合液の亜硝酸と硝酸と
の合計濃度を一定の値以下、すなわち０．２ｍｇ／ｕ以
下とするには、排水の流入中に曝気槽内の混合液を嫌気
撹拌することにより、その時間とともに亜硝酸と硝酸と
の合計濃度が低下するので、排水の流入時間を長くする
かあるいは排水を短時間で流入させた場合は、混合液の
亜硝酸と硝酸との合計濃度が所定の値にまで低下するま
で嫌気撹拌を続けることによって混合液の亜硝酸と硝酸
との合計濃度を０．２Ｂ／４以下とすることができる。

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、混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を
０．２ｍｇ／ｌ以下とすることができる。

また、脱窒工程終了時における混合液の亜硝酸と硝酸と
の合計濃度の制御も上記と同様に、脱窒処理時の嫌気撹
拌の時間を制御する方法あるいはその撹拌時に水素供与
体を添加する方法あるいは両者を組合せる方法等により
、混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を監視しつつ、そ
の亜硝酸と硝酸との合計濃度を０．２■ｇ／立〜１．０
■ｇ／ｌの範囲に制御することができる。

このような混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度の測定は
、通常の硝酸濃度計および亜硝酸濃度計により容易に行
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１００ｍｇ／４以上５
，０００ｍｇ／ｌ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。

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１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１図に図・解
約に示す通り、処理すべき原排水は、流・入路ｌ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曝気または機械的撹拌あるい
　　　　□は撹拌ポンプ等によって撹拌混合するのが好
ましい。

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ρ通り、本発
明の第１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、混合液の亜硝−と硝酸との
合計濃度を前述の値以下に制御しつつそのまま撹拌混合
、すなわち嫌気撹拌を行うことである。制御方法は、亜
硝酸と硝酸濃度の測定値によって、＠気槽内の嫌気撹拌
時間を調整することにより、１２合液の亜硝酸と硝酸濃
度を常に０．２ｍｇ／ｌ以下に制御する。嫌気撹拌時間
の調整は、排水の流入量を滅じることによって排水流入
工程の時間を調整することによっても良いが、単に流入
終了後の曝気を開始せずに嫌気撹拌のみを行うことによ
る方法のいづれでも良い、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、混合液の亜硝酸と硝酸との
合計濃度が所定の値以下であることを確認した後、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、例えば送風機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
了時の曝気液の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。

前述の本発明の特徴に従って嫌気撹拌を行う、この嫌気
撹拌は、必要に応じて薬注路１０から水素供与体を曝気
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。脱窒工程中、曝
気槽では、亜硝酸計または硝酸計により混合液の亜硝酸
と硝酸濃度を測定し、脱窒工程終了時には常に０．２ｍ
ｇ／１以上且つ１．ｏ＋ｍｇ／ＪＬ以下の範囲の濃度と
なるように嫌気撹拌工程を制御する。

制御方法は、亜硝酸計または硝酸計の測定値によって、
水素供与体の添加量を調整することにより脱窒工程終了
時の混合液の亜硝酸と硝酸濃度を常に０．２璽ｇ／１以
上且つ１．０腸ｇ／ｌ以下の範囲で制御することによっ
ても良いが、所定量の水素供与体の添加後の脱窒工程の
嫌気撹拌時間を調整することによる方法のいづれでも良
い、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、前記の所定の
濃度になる量で十分である。また嫌気撹拌時間も硝酸お
よび亜硝酸の合計濃度が前記所定の濃度になるのに必要
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、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
出して処分する。余剰汚泥の脱水方法は、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、原排水の曝気槽への流入中は、原排水と
活性汚泥との混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を０．
２鑓ｇ／Ｊ１以下に制御して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、脱窒工程の嫌気状態は、一定範囲の亜硝酸と硝酸
との合計濃度に制御されているので、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
な嫌気状態であっても、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排水と活性汚泥との混合液お
よび脱窒工程での混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度を
前述の如き条件に保持しても、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１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。

以上の如き優れた効果は１次の実験によって証明された
。

曝気槽容量２０ＪＬ規模のベンチスケール実験装置によ
り、グルコース３６０　層ｇ／立、スターチ２ｏｏｍｇ
／ｉ、ペプトン１６０１１１ｇ／ｌ、燐酸２水素カリウ
ム３０ｉ＋ｇ／立、尿素５８膳ｇ／Ａ、、ＢＯＤ　５０
０　　ｍｇ　／旦、全窒素４０ｍｇ／文、全燐１２．５
ｍｇ／ｌを含む合成排水を用いて、燐の放出および脱窒
反応の嫌気条件を検討した。実験では、曝気による硝化
反応が終了し、活性汚泥が燐を過剰に摂取した状態の曝
気槽混合液に、脱窒反応を目的とした水素供与体として
流入原水およびイソプロピルアルコールを添加すること
で嫌気状態を変化させて、嫌気撹拌中の酸化還元電位お
よび硝酸態窒素、正燐酸濃度の経時変化を測定した。そ
の結果を第２図に示す。

ここで、水素供与体を添加した場合のその添加量は、排
水中の硝酸態窒素の脱窒反応に必要な理論当量の２倍と
した。

この結果、水素供与体を添加せずに嫌気撹拌を行った場
合では、その酸化還元電位は嫌気撹拌開始後約２時間で
一１００ｍＶ、硝酸濃度も９　ｍｇ／見程度であるし、
５時間で一１５０ｍＶ、硝酸濃度４゜Ｏｓ＋ｇ／見と酸
化還元電位の低下および脱窒反応が遅く、５時間経過後
も硝酸態窒素は４■ｇ／″文が残留しており、゛活性汚
泥からの燐の放出は観察されなかった。

一方、水素供与体を添加した場合、水素供与体の種類に
より、酸化還元電位の低下および脱窒速度、燐放出速度
に差は認められるものの、脱窒反応終了時は、酸化還元
電位が一１５０ｍＶ〜−２５０ｍＶ、すなわち硝酸濃度
が１■ｇ／ｌ以下且つ０．２ｍｇ／ｊＬ以上の嫌気状態
で燐の放出は起こらず、活性汚泥からの燐の放出は、酸
化還元電位が一２５０ｍＶ以下、すなわち硝酸濃度が０
．２ｍｇ／！Ｌ以下の嫌気状態で進行するという結果が
得られた。

このように、嫌気工程および好気工程を組合せて生物学
的に脱窒素および脱燐を行う場合、嫌気工程における脱
窒素直と脱燐面の至適嫌気度には大きな差が認められる
ことから、安定して脱窒。

脱燐を行うためには、硝化工程中において脱窒素直およ
び脱燐面の至適嫌気に維持する必要がある。そこで、本
発明においては、原水流入時の嫌気工程において、亜硝
酸と硝酸との合計濃度を埒 ０．２ｍｇ／ｌ以下に制御することで、脱燐面の至適嫌
気度を形成し、水素供与体添加時の嫌気工程においては
脱窒工程終了時には亜硝酸と硝酸との合計濃度を０．２
■ｇ／見〜１．０■ｇ／交に制御することで脱窒素直の
至適嫌気度を形成することにより、脱窒素直および脱燐
面の活性度を高く維持することが可能となり、安定した
窒素、燐量時処理効果が達成できる。

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 処理能力２ｍ″／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、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＝　
１００：１０．５：２．０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。

メ　　　　　　Ｌ工」 ｐＨＩｌｉ、９　　　　　　　　　０．４ＳＳ（■ｇｉ
ｎ　＞　　　　　　　　　　３７０　　　　　　　　１
４０丁ｏｃ　　（層ｇ／見　）　　　　　　　　　　　
３２０　　　　　　　　　　　　．９７ＣＯＤ　（ｍｇ
／ＪＬ　　）　　　　　　　　　　３４０　　　　　　
　　　　　１４０ＢＯＤ　　Ｃｍｇ／ｌ　）　　　　　
　　　ＨＯ３９０全窒素（厘ｇｌｆＬ　）　　　　９０
．７　　　　　４３．９全燐（■ｇｉｎ　）　　　　　
１７．８　　　　　５．１色度（度）　　　　　　　２
１０　　　　　　　ａ。

脱窒工程での水素供与体としては□、イソプロピルアル
コールを使用し、注入量は脱窒に必要な理論当量とした
。

処理のタイムスケジュールは次の通りである。

すなわち”、まず、排水を貯留槽から２時間以内で曝気
槽に流入させ、連続測定が可能な硝酸および亜硝酸の測
定計による制御方法で、流入時間中は嫌気撹拌により亜
硝酸と硝酸との合計濃度を０．２ｍｇ／Ｑ以下に制御し
、活性汚泥中に過剰摂取された燐を放出させる。

その後１２時間の曝気工程中に排水中の燐を活性汚泥に
過剰摂取させるとともに、排水中の窒素成分を亜硝酸あ
るいは硝酸まで酸化分解させる。

次に、水素供与体としてイソプロピルアルコールを添加
し、次いで６時間の嫌気撹拌により脱窒反応を進行させ
、亜硝酸と硝酸との合計濃度を（１２ｍｇ／ｌ”ｌ　、
Ｏｍｇ／ｌに制御し、脱窒反応を終了させる。その後、
再曝気１時間、沈ｉ！？２時間、処理水放流１時間およ
び汚泥の引抜き０．５時間を行い、１日２４時間で１回
の処理が完了する。

連続通水実験は、約１ケ月間実施し、本処理期−間中の
亜硝酸と硝酸との合計濃度および窒素、燐濃度の１日の
経時変化の１例を第３図に示す。

第３図において、原水の流入時の嫌気工程では、曝気槽
混合液の亜硝酸と硝酸との合計濃度は、０．２ｍｇ／ｉ
以下に制御され、活性汚泥から上　　　。、）ｊｌ、ヵ
ゎツあ、わ、ヵ。７．９よ、□、１．１は、燐の摂取お
よび硝化反応が速やかに進行し、水素供与体添加による
嫌気工程においても、脱窒工程終了時の混合液の亜硝酸
と硝酸との合計濃度は設定値である０゜２厘ｇ／ｌ〜１
．０麿ｇ／ｌに制御されており、脱窒反応は速やかに進
行しているが、活性汚泥からの燐の放出は起こっていな
いことが示されている。

この様な処理条件における処理試験結果の経口変化を第
４図に示す０本実験期間中の処理成績は、ＢＯＤ成分に
ついては、除去率は９８〜９９％を示し、処理水ＢＯＤ
濃度は、常に２０■ｇ／ｌ以下を示した。

窒素成分においても、除去率９５〜９８％を示し、処理
水中のＴ−Ｎ濃度は常に１０ｍｇ／ｌ以下を示した。

また、燐成分についても除去率９４〜９８％を示し、処
理水中の燐濃度は、常に１■ｇ／ｌ以下を示した。

以上の結果から、本発明方法の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　　　５処理効
果を発揮することが明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の処理工程を図解的に示すものであり
、第２図は、本発明の実施例における嫌気撹拌中の酸化
還元電位および硝酸態窒素、正燐酸の濃度の経時変化を
示し、第３図は、実施例における酸化還元電位および窒
素、燐濃度の１日の経時変化を示し、第４図は、実施例
における処理試験の経日変化を示している。 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・ｉ・・″　、゛ 第１図 第２図 嫌気攪拌時間（Ｉ（ｒｌ 第３図 時　　刻（時） １イノグロビルアルコール晧加

Claims (2)

【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、排水の曝気
   槽への流入中は、曝気槽内の排水と活性汚泥との混合液
   を、該混合液の亜硝酸と硝酸との、合計濃度を０．２ｍ
   ｇ／ｌ以下に制御して嫌気撹拌を行い、且つ曝気処理後
   に行う脱窒処理終了時の嫌気工程の曝気槽内の混合液の
   亜硝酸と硝酸との合計濃度を０．２ｍｇ／ｌ〜１．０ｍ
   ｇ／ｌの範囲に制御することを特徴とする排水の生物学
   的処理方法。
2. （２）亜硝酸と硝酸との合計濃度の制御を、曝気槽内の
   嫌気撹拌の時間の制御または水素供与体の添加量の制御
   により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。