JPS6230597A - 汚水の生物学的処理の際にバイオマスから清澄液を分離する方法 - Google Patents

汚水の生物学的処理の際にバイオマスから清澄液を分離する方法

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JPS6230597A
JPS6230597A JP61170970A JP17097086A JPS6230597A JP S6230597 A JPS6230597 A JP S6230597A JP 61170970 A JP61170970 A JP 61170970A JP 17097086 A JP17097086 A JP 17097086A JP S6230597 A JPS6230597 A JP S6230597A
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アルツール・ライシユル
ハンノ・ヘンケル
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Catalysts (AREA)

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、汚水や排水の生物学的処理の際にバイオマス
から清澄液を分離する方法に関するものである。
〔発明の背景〕
汚水の生物学的処理装置では、好気性または嫌気性条件
下に微生物を用いて汚水の生物学的処理操作を行って、
汚水中の有機不純物を取除くのである。この操作の実施
中に起る代謝作用によって、微生物が著しく増殖する。
連続流方式で行われる好気性および/または嫌気性条件
下の汚水処理では、いわゆる活性汚泥法に従って操作が
行われることが多い。この連続流操作では、汚水および
活性汚泥を活性汚泥タンクに供給し、ここで好気性また
は嫌気性条件下に生物化学的操作を行うのである。酸素
は次の方法で供給でき、すなわち、その供給と同時に、
活性汚泥タンク中で高度の乱流を発生させて汚水と活性
汚泥とを確実に充分に混合できるような方法で供給でき
る。この汚水と活性汚泥を活性汚泥タンクから中間また
は最終沈降タンクに流し、ここで活性汚泥を清澄水すな
わち浄化水から分離する。活性汚泥タンク内の活性汚泥
の濃度をできるだけ高く保つために、中間または最終沈
降タンクに沈積した活性汚泥の大部分を再循環させて生
物学的処理操作に再び使用する。微生物の増殖によって
生じた余分の活性汚泥のみをこの装置から除去し、浄化
汚泥廃棄処分段階に送る。
かように、活性汚泥の大部分は永久循環条件下に保つの
である。しかしながら、実際には最終沈降タンクにおけ
る汚水と活性汚泥との分離が困難である。なぜならば多
くの場合において、活性汚泥は非常に軽いために沈降が
非常に遅く、あるいは不完全にしか沈降しないからであ
る。しかしながら、浄化を確実に所定の程度まで行い、
かつ法規に定められた基準を守るために、活性汚泥の沈
降率を高め実質的に完全に再循環させることが非常に重
要である。
中間および最終沈降タンクは、滞留時間がコー≠時間に
なるようにその寸法を決めることが標準的な基準として
一般に採用されている。しかしながら滞留時間を基準と
してタンクの容量を前もって決めるときには、最終沈降
タンクの寸法を当該活性汚泥沈降方法に最適の値に選定
した場合のみ操作効率を高めることができるであろう。
前記の“寸法”の具体例には、最終沈降タンクの、長さ
、幅、深さ、直径、容量等があげられる。
寸法は、負荷(汚水のit)/単位面積/時間(m3(
汚水)7m”c表面積)/h〕で特徴づけられる。最終
沈降タンクにおける負荷(単位面積当シ)は、常に活性
汚泥の沈降速度よシも低い値でなければならない。最終
沈降タンクの単位面積当りの負荷の許容範囲は、汚水と
共に入る汚泥の状態や量に最終的に左右されて種々変わ
るであろう。
沈降現象は汚泥指数(Sludg@1ndex;略号l
5v)によって特徴づけられ、しかして汚泥指数は、3
0分間の沈降時間の経過後に、汚泥の乾燥時重量(TS
IL) / #当りの汚泥の容量(Vg ) ?表す値
である。
適当な寸法のタンクを用いた場合には、汚泥指数<1o
orrtviという良好な沈降効果が一般に得られるで
あろう。しかしながら、固形分が多いために高負荷とな
った場合゛、特に、カサ高い汚泥(bulking s
ludge )が生じた場合には、これによって沈降過
程が妨害され、活性汚泥が浮遊、漂流するようになるで
あろう。
汚泥指数>isomi7gの状態になると、沈降過  
 。
程が著しく妨害される。この汚泥指数の増加の原   
□因として、たとえば活性汚泥中の低比重物質(た  
 :とえば胎胞)の量の増加、付着気泡(特に、脱窒 
  )素過程において生じる気泡)の浮力、および特に
、  :糸状(filament−1ike )微生物
の大量増殖によル′□カサ高い汚泥の形成等が考えられ
る。
この現象は非常に大きい悪影響を与える。なぜ   :
ならば、処理装置のエフルエント中の沈降性物質   
□の量が増加し、その量は法的規制量(その許容最高値
はたとえば0.!TLt/l )の何倍にもなることが
   :あり、そのために、活性汚泥を含む系の生物学
的  □機能が失われ、処理効率が著しく低下するから
である。
活性汚泥法における沈降操作の効率を改善する方法およ
びカサ高い汚泥の形成を防止する種々の  ′方法が、
書籍“レーランド、ノ・ンドプーフ、デル、  :アツ
ゾワツサーテクニーク1.第n巻、第2版、帆コレスポ
ンデンツ、アツプワツサー1、第≠号′(/りgj年)
に記載されている。これらの公知  ゛方法は、塩素ま
たは過酸化水素によって糸状微生物を殺滅し、処理態様
を変改し、予め浄化された汚泥の添加によって活性汚泥
の重量増加を図り、または石灰および/または鉄または
アルミニウムの塩を添加すること等からなるものである
しかしながらこれらの公知方法は充分な効果を奏さず、
もしくは長時間処理の後でのみ効果を奏し、もしくは多
額の費用を要し、あるいは浄化汚泥を其後に廃棄しなけ
ればならないというような大なる欠点を有するものであ
った。
アルカリで予備処理した磁鉄鉱の粒子を、河川水の脱色
や濁りの除去のために使用することが、L、0.コラリ
ックの論文〔“ウォーター、リサーチ1、第77巻、第
74L/頁−第1≠7頁(/りg≠年)〕に開示されて
いる。この磁鉄鉱は、酸性化処理(被吸収粒子の放出)
、および其後のアルカリ処理(この処理によって磁鉄鉱
は再び陽に荷電し、活性化する)によって再生できる。
未処理の磁鉄鉱は河川水処理に無効果であることも見出
されている。
類似の水処理方法が、C,ドラトーおよびH,K。
ホルムの論文〔ジャーナル、オプ、アメリカン、ウォー
ターワークス、アソシエーション、  7977年z月
号、第32j貞−第3.!7頁〕〕に記載されている。
磁鉄鉱を用いる別の浄水方法も公知であって、これは、
塩化第二鉄の存在下に磁鉄鉱を用いて藻類を吸収、除去
することからなるものである( R,ヤシシア等の論文
、“エンピメノタル。
サイエンス、アンド、テクノロジー”、第1/巻、第り
号、第り/3負−第9/乙頁(/り77年)〕。
汚水の生物学的処理の際にみられた檀々の不利益が、v
!に気分離可能物質の使用によって改善できることが、
本発明者によって今や発見された。この磁気分離可能物
質は活性汚泥を全体として迅速に沈降させるための担体
物質として役立つものである。さらに、この磁気分離可
能物質の添加によって、活性汚泥の濃度が非常に高くな
シ、したがって、活性汚泥タンクや最終沈降タンクにお
ける生成量が増加し、あるいは、磁場をかけることによ
って、最終沈降タンクを使用せずに活性汚泥が分離でき
るのである。
〔発明の構成〕 本発明は、好気性および/または嫌気性条件下の生物学
的処理(硝化および脱窒素処理を包含する)の際にバイ
オマスから清澄液を分離する方法において、清澄液中の
バイオマス(または活性汚泥)に磁気分離可能無機物質
を混合し、しかしてこの磁気分離可能無機物質の使用量
は/−130重量%(活性汚泥の乾燥時重量基準)であ
ることを特徴とする方法に関するものである。この添加
剤を含むバイオマスは其後に沈積させることができ、お
よび/または磁場をかけてこれを分離することもできる
スと混合し、充分に混和し、そして別の沈降タンクで沈
降させ、および/、または磁場をかけて分離する。
本発明方法の一具体例では、バイオマスと磁気分離可能
無機物質(好ましくは磁鉄鉱)との混合物の一部(好ま
しくは、余剰量の活性汚泥に対応する部分)のみを、沈
降分離操作および/または磁場内での分離操作によって
不可逆的に除去し、次いで任意操作として、前記の如く
分離された部分から水分を分離し、其後に廃棄し、たと
えば焼却し、あるいは廃品捨場に捨て、残りの部分(こ
れは一般に比較的大量である)は活性汚泥処理段階に再
循環させるのである。
本発明方法では、前記処理段階の後の段階において汚水
中の懸濁バイオマスおよび磁気分離可能物質を磁場内で
、好ましくは放水路中の磁場内で除去することも可能で
ある。
本発明の特に有利なλつの具体例について説明   □
する。
(1)  これは、カサ高い汚泥の浄化のために適した
方法である。最も簡単な場合について述べると、粒子径
〈50μm、好ましくは粒子径〈10μmの磁鉄鉱(F
・304)を活性汚泥タンクまたは最終沈降   □タ
ンクに添加する。添加量は約/−/!;0重量%、  
□好ましくは1O−3rOit量%(活性汚泥の乾燥時
重量基準)である。充分に混和した後には、カサ高い汚
泥はもはや浮遊せず、速やかに沈降する。
(2)  カサ高い汚泥に起因する稲々の問題を避ける
ために1粒子径く50μm、好ましくは粒子径く3 t
tmの磁鉄鉱(Fe304)/ −/ 30重量%、好
ましくは10−30重量%を最初に添加する。このよう
にして磁性を帯びたバイオマスは、最終沈降タンクのエ
フルエントに磁場をかけることによって実質的に定量的
に分離できる。あるいは、最終沈降タンクを省略して、
バイオマスを磁場によって分離し、任意の比率で再循環
させ、あるいは、余剰の汚泥として回路から除去するこ
とも可能でおる。
浄化方法としての本発明の効果は明らかであろう。磁鉄
鉱の添加によって、汚泥に好ましい影響を短時間内に与
えることができ、すなわち、安全に汚泥の浮遊を防ぐこ
とができ、そしてこれによって、処理装置内の最初の部
分(タンク等)において、沈降性物質の容量を確実に成
°値以下に制限することができるのである。
この特定の具体例では、バイオマスを系内に保つことに
よって処理効率を確実に高く保つことができる。また、
活性汚泥タンク内の活性バイオマスを何回も反復してそ
の量を増加させることによって、生成量が著しく増加で
き、従来は過負荷であった最終沈降タンクにおける沈降
促進によってこのタンクを最適条件下に使用できる。
本発明の主な効果として、操作の信頼性が良いこと、お
よび、処理i(生成量)が多いこと、および、磁性を帯
びたバイオマスを、磁場をかけることによって高効率で
分離できることがあげられる。この磁気分離によって、
大容量の最終沈降タンクはもはや不必要であり、過負荷
の処理装置は通常の負荷に戻すことができ、新たな処理
装置は、従来の場合よりもタンクの容量をかなり小さく
して設置できる。磁気分離可能無機物質が活性汚泥と不
可逆的に結合した後には、余剰の活性汚泥からの水分の
除去が具合よ〈実施でき、しかも凝集剤の使用量も節減
できる。
本発明に従えば、磁場、たとえば回転型磁性ローラーま
たは磁性ネット等によって形成された磁場の中で、生長
したバイオマスが前記の担体(すなわち磁気分離可能無
機物質)と−緒に分離できる。
次いで、たとえば、互いに反対方向に回転する2本のロ
ーラーの間を通過させることによってバイオマスが担体
から分離でき、この担体は実質的な損失なしに定量的に
活性汚泥段階に再循環できる。
一方、上記のバイオマスは、従来の沈降方法の場合に比
して3−6倍も高い濃度で蓄積するが、このこともまた
本発明の効果の7つである。
この汚泥濃縮物は所望に応じて任意の比率で活性汚泥タ
ンクに再循環でき、あるいは余剰の汚泥として当該回路
から除去でき、そして、最終沈降タンクで通常の沈降操
作を行う必要なしに廃棄できる。或特定の具体例では、
カサ高い汚泥の形成が完全に防止でき、そして、磁気分
離を行い得るような堰を設けることによ゛つて磁気分離
可能担体を所望通りに大量蓄積でき、これは口過器とし
て働き、汚泥中の懸濁成分を完全に取除き、したがって
オーバーフロー液が非常にきれいになる。
本発明では、実質的にすべての種類の磁気分離1゜ 可能無機物質が使用できる。酸化鉄顔料の製造の   
□際に・−1に8″″未満0粒子径を有す6磁性酸化 
   :鉄F@304(磁鉄鉱)が大量生じるが、これ
が本発   11明に非常に適当である。ま九、重金属
の酸化物や   □その混合物も有用であって、そのう
ちでは       (γ−Fs 20.の如き酸化鉄
が好ましい。さらにまた、    □酸化クロム側やバ
リウムフェライトも適当である。   しこの磁気分離
可能無機物質の平均粒子径は一般に   □jOμm未
満、好ましくは10μm未満、一層好まし   1□ □ くけ3μm未満、たとえば0./−1μmである。  
    □本発明をさらに具体的に例示するために、次
に    :□□オオ。1カ1.ヶヵ、。□。5□ゎ 
 1て実施例に記載の範囲内のみに限定されるもので 
  1ないことが理解されるべきである。実施例中の 
    べ゛部″および“%″は、特に断わらない限り
それ   :ぞれ°重量部・および“重量%″を意味す
る。     )例)(第1図参照) 並列に配置されたλ基の実験室用汚泥処理装置   ゛
を′使用し、そのうちの7つは担体を供給せずに使  
 :用しく比較実験すなわちブランクテスト)、他の/
基には本発明に従って磁気分離可能担体を供給して使用
した。この装置の予備遠心分離部の容積は/、 ! m
3であり、活性汚泥処理部の容積は、2.6m5であり
、最終沈降部の容積は/、 3 m3であった。両方の
装置に、工業用汚水処理装置から採取した活性汚泥を供
給した。この活性汚泥はカサ高い汚泥を結成するという
特徴を有するものであった。これらの装置で普通の汚水
流を処理した。
予備清澄化タンク/から活性汚泥タンク2に汚水をt/
130 l/h供給したが、これは滞留時間6時間に相
当する量であった。タンクコの底部に酸素を有孔管3を
通じて供給した。
活性汚泥と汚水との混合物を、導管≠を介して脱気用サ
イクロンjに入れ、次いで最終沈降タンク乙に供給した
。汚確保・プ7によって活性汚泥′タンクコに戻した。
ただし余剰の汚泥はノ々イ/4’ス管gを通じて除去し
た。浄化水は最終沈降タンク乙から水溝7を通じて排出
させた。
実験用装置工は磁鉄鉱を供給せずに使用し、実験用装置
■は、本発明に従って磁鉄鉱の27%水中懸濁液(磁鉄
鉱スラツジと称する)101を供給して使用した。この
場合の磁鉄鉱(Fe304)の濃度(活性汚泥の乾燥時
重量基準)は20重量%であった。
これらの実験の結果を第1表に示す。
(以下余白) 例!(第1図および第2図参照) 第2図は、第1図記載の装置の磁性格子(magnet
ic grid )を含めて示した一部拡大詳細図であ
る。
例/の場合と同様に、λ基の実験室用処理装置に、工業
用装置から採取したカサ高い汚泥を供給して、2基盤列
で処理操作を行った。
本例では、酸化鉄(Fe、04)スラッジ懸濁液31を
装置■に、本発明に従って供給した。この供給量は、酸
化鉄含量72重量%(活性汚泥の乾燥時重量基準)に相
当する量である。永久磁石を加工して作った磁性格子/
/を、最終沈降タンク乙の中の供給用サイクロン10の
出口開口部の上方に設置した。比較実験用の装置工では
磁鉄鉱を使用しなかった。磁場をかけてバイオマスを定
量的に捕捉するためには、磁性酸化鉄を少量使用するだ
けで充分である。
磁性格子よυも上方の区域には活性汚泥は全く存在しな
かった。一方、比較実験用の装置工では、同様な区域に
多量の活性汚泥が存在した。この実験の結果は、例/の
場合と大体同様であったが、懸濁物質の量が一層少なく
、7つの測定値のすべてにおいて、常に、20■/E未
満であった。
例3(第3図参照) 例/に記載の実験室用の汚水処理装置を使用し、装置工
および装置■の両者に酸化鉄Fe3O4スラッジを添加
した。添加量は20重量%(活性汚泥の乾燥時重量基準
)であった。
装置Iでは、活性汚泥タンク/3のエフルエント/2を
最終沈降タンクに供給したが、装置■では最終沈降タン
クに供給せず、その代りに受器/≠を経て磁性ローラー
/夕に送給した。磁性体と混合された活性汚泥は、永久
磁石/乙を備えた磁性ローラー/オによって定量的に分
離された。磁性ローラー/jに捕捉された汚泥は、スト
リツ・2−/7を介して活性汚泥タンク/3に戻した。
ただし余剰量の汚泥は水溝/rを通じて排出させた。
汚水の精製物である清澄液は、磁性ローラー/乙の受皿
から導管/りを通じて除去した。
最終沈降タンクを備えた装置工における測定結   □
果、および、最終沈降タンクを有しないがその代りに磁
性ローラーを備えた装置■における測定結果を第1表に
示す。
この実験の結果から明らかなように、磁鉄鉱を助剤とし
て用いることによって、活性汚泥が磁場内で効果的に分
離でき、しかもこの操作は最終沈降タンクを必要とせず
、かつかなシ速やかに実施できるものである。
(以下余白) 例ダ(第を図参照) 本例では、工業用の汚水処理装置を用いて二段階式の生
物学的汚水処理を行った。
中和されかつ機械的手段によって予備浄化され念汚水を
、第1図記載の活性汚泥タンクコθに供給し几。このタ
ンクの容量はt、ooom”であり、流入水の容量は乙
00−700−7O0であり、この活性汚泥タンクにお
ける汚水の平均滞留時間はざ一70時間であっ几。この
代謝過程に必要な酸素は空気の形で供給し、しかして空
気は、汚水−汚泥混合物と共に、エゼクタ−を備え念ブ
ロワ−27によって、前記タンクの底部に供給し友。
其次の中間沈降段階コ3において平均滞留時間を3時間
として、一部浄化され几汚水から活性汚泥を分離した。
この活性汚泥は汚泥捕集器によってホラ・母−に移し、
そしてその大部分は第1段階の活性汚泥タンク20に・
戻した。微生物の増殖によって生じた液面部の活性汚泥
は、1浄化され之汚泥”として排出させ友。
前記の一部浄化され友汚水は、中間沈降段階、!3から
第ツ活性汚泥処理段階21Itへと流n、ここで、平均
滞留時間を//−/、7時間として最終生物学的処理を
行つ几。この段階においても、前記の第1活性汚泥処理
段階の場合と同様な方法によって酸素を供給した。活性
汚泥と汚水との混合物は第コ活性汚泥処理段階j4から
ホッパータンク(ドルトムンド・ウェル)の形の最終沈
降段階2左に入シ、ここで活性汚泥が浄化水(すなわち
、生物学的処理によって充分に浄化され友水)から分離
された。
この2段階式の工業的汚水処理装置は二本のラインを有
し、各ラインは中和−予備浄化段階、活性汚泥処理段階
■、中間沈降段階、活性汚泥処理段階■、最終沈降段階
からなり、この二本のラインは互込に同じ構成のもので
あって寸法も同一であり、操作方法も同じであった。両
方のラインにおいてカサ高い汚泥が生じ、この汚泥の一
部は最終沈降タンクから流失した。
既述の実験室用装置の場合と同様に、この工業用装置に
おいても、カサ高い汚泥の沈降速度および沈降量を増加
させる目的で、7つのラインに最初に酸化鉄(Fe3o
4)の水中懸濁液を添加した。
添加場所は第コ活性汚泥処理タンク(容量goo。
m3)f、%す、添加量は、Fe3O4−20重量%(
活性汚泥の乾燥時重量基準)に相当する量であった。
僅かゲ時間の後に、ホツ/J−タンクからのエフルエン
トは完全に清溌になり、汚泥の流失は認められなかった
。一方、比較実験用のライン(磁鉄鉱を添加せず)では
、カサ高い汚泥の流失が続いた。
酸化鉄スラッジを添加しt場合と、酸化鉄スラッジを重
加しなかつ友場合との両方の場合における装置内のカサ
高い汚泥の存在量の測定値を第3表に示す。
(以下余白) 酸化鉄スラッジの添加によってカサ高い汚泥の沈降に関
して非常に良い結果が得られたので、第ニラインの第λ
活性汚泥処理段階にも酸化鉄スラッジ20m3を添加し
たところ、前記の場合と同様に良い結果が得られた。
また、別の効果も得られたのでそれにつめて述べる。浄
化された汚泥から水分を除去する操作を其後に行い、し
かしてこの除去操作は、多価電解質を添加しt後にスク
リーン・ベルト・プレスで浄化汚泥から水分を除去する
ことからなるものであったが、このとき多価電解質の使
用量が約30チ節減できると論う効果も得られ比のであ
る。
本明細書には本発明の若干の具体例が詳細に記載されて
因るけれども、これらの記載は単なる例示にすぎず、本
発明は、その趣旨および範囲から逸脱することなく種々
の態様で実施でき、そして本発明の範囲は、特許請求の
範囲の記載に基−て定められるべきものであることが理
解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一具体例に使用される装置の略式管系
図である。 第二図は、第1図記載の装置の一部の拡大詳細図である
。 第2a図は、本発明に使用され得る磁性格子の略図であ
る。 第3図は、本発明の別の具体例に使用される装置の略式
管系図である。 第を図は、本発明のさらに別の具体例に使用される装置
の略式管系図である。 /・・・予備浄化タンク;コ・・・活性汚泥タンク;3
・・・有孔管:左・・・脱気用サイクロン:乙・・・最
終沈降タンク;7・・・ポンプ:g・・・ノ々イ・2ス
管;ヲ・・・水溝;10・・・供給用サイクロン://
・・・磁性格子;/2・・・エフルエント;/3・・・
活性汚泥タンク:/4・・・受器;/!r・・・磁性ロ
ーラー;16・・・永久磁石−/7・・・ストリッツ−
;1g・・・水溝;ユ0・・・活性汚泥タンク:2/・
・・ブロワ−;;3・・・中間沈降タンク:、24・・
・第2活性汚泥タンク;J・・・最終沈降タンク。 FIG、3 FIG、4

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)汚水の生物学的処理の際にバイオマスから清澄液
    を分離する方法において、 (a)清澄液中のバイオマスに、磁気分離可能無機物質
    1−150重量%(活性汚泥物質の乾燥時重量基準)を
    混合し、 (b)前記の無機物質を含有するバイオマスを清澄液か
    ら分離することを特徴とする方法。
  2. (2)前記の工程(b)において沈積操作を行うことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. (3)前記の工程(b)において磁場内で分離を行うこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  4. (4)前記の工程(b)が、沈積操作および磁場をかけ
    ることを含むものであることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の方法。
  5. (5)活性汚泥段階の清澄液中のバイオマスに、磁気分
    離可能無機物質を混合し、充分に混和し、別の沈降タン
    クにおいて沈積操作を行ない、および/または磁場内で
    分離操作を行うことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    に記載の方法。
  6. (6)バイオマスと磁気分離可能無機物質との混合物の
    一部のみを、好ましくは余剰量の活性汚泥に対応する部
    分のみを、沈積操作および/または磁場内での分離操作
    によつて非可逆的に除去し、そして所望に応じて、除去
    された前記の部分から水分を除去し、残りの大部分を活
    性汚泥段階に再循環させることを特徴とする特許請求の
    範囲第5項に記載の方法。
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