WO2014200056A1 - 廃水の処理方法、および廃水処理システム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2013年6月13日に、国際出願されたPCT/JP2013/066393号、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
活性汚泥法は、廃水を曝気槽(好気槽)で曝気し、活性汚泥中の好気性微生物の酸素呼吸により廃水中の有機物(以下、「BOD」という。)を分解して、廃水を処理する方法である。
BOD、窒素、リンが含まれている廃水を処理する方法としては、代謝が異なる微生物を運転条件の異なる槽において処理する方法である硝化脱窒法、嫌気・好気法(AO法)、嫌気・無酸素・好気法(A2O法)、嫌気・硝化内生脱窒法(AOAO法)などが知られている(例えば非特許文献2)。
また、BOD、窒素が含まれている廃水を処理する方法としては、溶存酸素濃度を1mg/L以下に制御し、代謝の異なる微生物を単一槽において処理する方法が提案されている(例えば特許文献1、2)。
(i)バイオフィルム中のEPSは微生物により産生されるので、その組成、すなわち、物理的・化学的性質はさまざまに変化する。
(ii)バイオフィルム内では、周りの環境と比べ、桁違いに高密度で(棲息密度の高い閉鎖的コロニーが形成される)微生物が棲息し、恒常性(微生物において、その内部環境を一定の状態に保つ働き)が保たれ易くなる。
(iii)バイオフィルム内の酸素濃度やイオン濃度は、水チャネルからの距離、バイオフィルム表面からの距離で異なり、μmオーダーで酸素濃度勾配やイオン濃度勾配を形成している。そのため、多様なニッチ(生態的地位)が生み出され、異なった代謝系の微生物(例えば好気性微生物と嫌気性微生物など)のμmオーダーレベルでの棲み分けが可能となる。
(iv)バイオフィルムは内部の微生物の薬剤に対する抵抗性を上昇させたり、重金属や有機溶媒の毒性からの保護性を高めたりするなど、さまざまな刺激に対する微生物の防護・保護機能も有する。
(v)バイオフィルム内では、多種類の微生物が代謝産物、エネルギー、情報を互いにやり取りし、単独の微生物にはない機能を生み出す(単一種では代謝しないものも代謝可能となるなど)と同時に、多種多様な環境変化にも対応可能となる。
(vi)バイオフィルム内部の微生物は、表面の微生物に比べ増殖速度が小さい。
(vii)細菌は、例えば窒素・リンなどの栄養不足状態、酸素不足などのストレスを受けると、EPSの生産量が増加する。
また、活性汚泥法では、形成されたフロックの内部や曝気槽の撹拌が行き届かないデッドスペースなどの嫌気部分において、嫌気性微生物の呼吸(硫酸塩呼吸)や発酵により少量のBODが分解される。この時、有機酸、アルコール、硫化水素など、臭気の原因となる物質が発生する。
さらに、活性汚泥法では、急激な負荷変動(特に上昇)や、廃水中にBOD成分変化などにより、曝気槽の溶存酸素濃度が低くなった場合などにおいて、バルキングが起こることがある。一旦、バルキングが発生すると汚泥が沈殿しにくくなり、曝気槽下流に位置する沈殿槽にて、処理水を汚泥と固液分離するのが困難となる。
また、特許文献1、2に記載の溶存酸素濃度1mg/L以下での生物処理方法では、原水条件や運転条件の小さな変化により、処理性が崩れやすく、処理性維持と運転継続が困難であった。さらに特許文献1、2に記載の方法では、単一槽においてBODと窒素の処理について記載されているが、BODに対して窒素の量が少ない、或いは含まれていない廃水の処理については、記載されていない。また、リンも含まれる場合の単一槽におけるBOD、窒素、リンの同時除去については、記載されていない。
また、生物膜処理法は、ろ材(固定床、流動担体、揺動繊維ろ材など)に処理槽中の微生物を付着させることにより処理槽中の微生物量を増加させることで処理性を増強できる。しかし、1つのろ材に異なる代謝の微生物を付着したとしてもその処理槽が好気槽であれば、嫌気性の微生物数の作用を同時に増強することは困難である。そのため、BOD、窒素、リンが含まれている廃水を処理する場合、生物膜処理法を採用することで各処理槽の容量を小さくすることはできても、処理槽の数を減らすことはできない。
また、BODを含み、かつ窒素およびリンのいずれかまたはその両方を含む廃水を処理する場合でも、単一の処理槽で処理できる廃水の処理方法、および廃水処理システムを提供することを目的とする。
バイオフィルム内では、異なった代謝系の微生物(例えば好気性微生物と嫌気性微生物など)が共生可能となることから、バイオフィルムを利用すれば、1つの処理槽でもBOD、窒素、リンの全てを同時に処理できるとの着想に至った。
また、生物処理槽内において、代謝の異なる微生物を効果的に共生させるバイオフィルムとしては、標準活性汚泥法で微生物がストレスを感じた時に産生し、粘性バルキングの原因になる粘性の高いEPSによって構成されるバイオフィルムよりも、微生物が硝酸塩呼吸時に産生するEPSによって構成されるバイオフィルム(以下「硝酸塩呼吸時のバイオフィルム」という。)の方が適していることを発見した。
さらに溶存酸素濃度1mg/L以下での処理性維持は、原水条件や運転条件の小さな変化に対応することが困難であったが、硝酸塩及びアルカリの添加により、原水条件や運転条件の大きな変動に対しても安定した運転の継続と処理性維持が可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。
[1] 硝酸塩およびアルカリを廃水に添加し、該廃水を生物処理する生物処理槽中の酸化還元電位を±0mV以上、および溶存酸素濃度を1mg/L以下となるように曝気する、廃水の処理方法。
[2] 前記生物処理槽中に、脱窒菌、窒素固定菌、硝化菌がいる、[1]に記載の廃水の処理方法。
[3] 前記生物処理槽では、前記脱窒菌により、廃水中のBODを分解して亜硝酸イオン(NO2 -)、硝酸イオン(NO3 -)から窒素ガス(N2)を生成する脱窒反応と、前記窒素固定菌により、前記窒素ガス(N2)からアンモニア(NH3)を生成する窒素固定反応と、前記アンモニアは処理液中でアンモニウムイオン(NH4 +)となり、前記硝化菌により、アンモニウムイオン(NH4 +)から亜硝酸イオン(NO2 -)、硝酸イオン(NO3 -)を生成する硝化反応とが並行して行われ、前記生物処理槽内で窒素(N)が循環利用される、[2]に記載の廃水の処理方法。
[4] 廃水を処理する廃水処理システムであって、前記廃水を生物処理する生物処理槽と、前記廃水に硝酸塩を添加する硝酸塩添加手段と、前記廃水にアルカリを添加するアルカリ添加手段とを備える、廃水処理システム。
[5] 前記生物処理槽中に、脱窒菌、窒素固定菌、硝化菌がいる、[4]に記載の廃水処理システム。
また、本発明の廃水の処理方法、および廃水処理システムによれば、BODを含み、かつ窒素およびリンのいずれかまたはその両方を含む廃水を処理する場合でも、単一の処理槽で処理できる。
また、既存の活性汚泥法を用いた設備であれば、運転しながら(処理性を維持しながら)の転換が可能である。
図1は、本発明の廃水処理システムの一例を示す概略構成図である。この例の廃水処理システム1は、調整槽10と、生物処理槽(以下、単に「処理槽」ともいう。)20と、沈殿槽30と、硝酸塩添加手段41と、アルカリ添加手段42と、廃水流路51と、移送流路52と、処理水流路53と、余剰汚泥流路54と、返送汚泥流路55とを具備する。
槽本体11としては、廃水を貯留できるものであれば特に制限されないが、例えば廃水タンクなどが挙げられる。
曝気手段22は、散気装置22aと、ブロア22bと、空気供給管22cと、マノメータ22dと、流量計22eとを備える。散気装置22aは、槽本体21の底部に配置されている。ブロア22bは、散気装置22aに空気を供給する。空気供給管22cは、散気装置22aとブロア22bとを接続している。マノメータ22dおよび流量計22eは、散気装置22aとブロア22bとの間に設けられている。
槽本体21としては、廃水を貯留できるものであれば特に制限されないが、硝酸塩やアルカリによって劣化しにくい材質のものが好ましい。
曝気手段22としては、廃水を曝気できるものであれば特に制限されず、例えば公知の曝気装置などを用いることができる。
槽本体31の構造については特に制限されない。
掻き寄せ機32としては、汚泥を掻き寄せることができるものであれば、特に制限されない。
硝酸塩添加手段41としては、廃水に硝酸塩を添加できるものであれば特に制限されない。
アルカリ添加手段42としては、廃水にアルカリを添加できるものであれば特に制限されない。
移送流路52は、処理槽20にて生物処理された処理水と汚泥の混合液が、処理槽20から沈殿槽30へ移送される流路である。
処理水流路53は、沈殿槽30にて固液分離された処理水が、沈殿槽30から系外へ排出される流路である。
余剰汚泥流路54は、沈殿槽30にて固液分離された汚泥の一部が、余剰汚泥として沈殿槽30から系外へ排出される流路である。
返送汚泥流路55は、沈殿槽30にて固液分離された汚泥の一部が、返送汚泥として沈殿槽30から処理槽20へ返送される流路である。
工程(a):調整槽10にて廃水の流量や濃度を均一化する工程。
工程(b):調整槽10から供給された廃水を処理槽20にて生物処理する工程。
工程(c):沈殿槽30にて、処理水と汚泥の混液を処理水と汚泥とに固液分離する工程。
本発明において処理される廃水としては、有機性廃水であれば特に限定されず、工業廃水、生活廃水、し尿などが挙げられる。また、廃水には、BODのほかに、窒素、リンなどが含まれていてもよい。
工程(a)では、調整槽10にて廃水の流量や負荷成分および負荷濃度をできるだけ均一化する。
工程(b)では、廃水に硝酸塩添加手段41より硝酸塩を添加し、アルカリ添加手段42よりアルカリを添加する。さらに、硝酸塩およびアルカリが添加された廃水を処理槽20において酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度(DO)を1mg/L以下となるように、曝気手段22にて曝気する(以下、「低曝気」ともいう。)。これにより、廃水が生物処理される。廃水が生物処理されるメカニズムを、図2を参照しながら説明する。
なお、酸化還元電位は、酸化還元電位計(例えば株式会社堀場製作所製の「D-13」)を用い、液温25℃で測定される。溶存酸素濃度は、溶存酸素濃度計(例えば株式会社堀場製作所製の「OM-51」)を用い、液温25℃で測定される。
第1段階:脱窒反応の活性化(活性汚泥法からの転換の場合には、酸素呼吸から硝酸塩呼吸への誘導)
第2段階:窒素固定反応の活性化
第3段階:硝化反応の活性化
第4段階:硝酸塩呼吸時に形成された硝酸塩呼吸時のバイオフィルムでの微生物の共生(生体間の共生)
活性汚泥法では、大半の部分が好気雰囲気であり、微生物はBODの分解を酸素呼吸により行っている。ただし、フロックの内部などのごく一部の嫌気部分では、硫酸塩呼吸や発酵などによりBODが分解される。
(第1段階)
廃水に硝酸塩を添加し、処理槽中の酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下となるように曝気すると、処理槽内の微生物は、硝酸塩呼吸により廃水中のBODを分解する(廃水中のBODを有機炭素源とした脱窒反応活性化)。
活性汚泥法から転換する場合には、廃水に硝酸塩を添加し、処理槽中の酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下となるように曝気を変更すると、酸素呼吸から硝酸塩呼吸へ誘導される。具体的には、大部分である好気部分の微生物は、酸素呼吸から硝酸塩呼吸へ誘導され、ごく一部の嫌気部分の微生物は、硫酸塩呼吸および発酵から硝酸塩呼吸へ誘導される。
前記脱窒菌としては、Flavobacteriaceae,Sphingobacteriaceae,Rhodocyclaceae,Flexibacteraceae, Comamonadaceaeなどに属するものがある。
なお、菌によっては、BODを分解するとともに、専ら、亜硝酸イオン(NO2 -)から窒素ガス(N2)を生成するものもある。
脱窒反応により生成した窒素ガス(N2)は、微生物(窒素固定菌など)によりアンモニアへと変換される(窒素固定反応の活性化)。この反応により生成したアンモニア(NH3)は、水中でイオン化されてアンモニウムイオン(NH4 +)となる。
前記窒素固定菌としては、Rhodocyclaceae,Rhodobacteriaceae,Rhodospirillaceaeなどに属するものがある。
第2段階で生成したアンモニウムイオン(NH4 +)、および第1段階で生成したアルカリの存在下、廃水中に酸素が溶存していると、微生物(亜硝酸菌や硝酸菌などの硝化菌)によりアンモニウムイオン(NH4 +)は亜硝酸イオン(NO2 -)を経て硝酸イオン(NO3 -)へ酸化される(硝化反応)。
硝化反応は、第1段階の脱窒反応で生成したアルカリにより進行するが、工程(b)において硝酸塩と共にアルカリを廃水に予め添加しておくことで、硝化反応が効率よく進行する。
前記硝化菌としては、Nitrospiraceae,Nitrosomonadaceaeなどに属するものがある。
硝酸塩呼吸時には、ATP合成量が酸素呼吸時よりも減少する。よって、微生物はより多くの栄養素を捕集すべくEPSを産生し、異なる微生物による硝酸塩呼吸時のバイオフィルム(微生物共同体)を形成する。その結果、下記(α)~(γ)の状態に変化する。
(α)第1段階から第3段階における脱窒菌、窒素固定菌、硝化菌などをはじめとした代謝の異なる微生物が、バイオフィルム内で安定した共生状態(生体間の共生)となる。
(β)窒素(N)については、バイオフィルム内で微生物が互いに生成する窒素ガス(N2)、アンモニウムイオン(NH4 +)、硝酸イオン(NO3 -)などをやりとりすることで、系内で微生物の代謝に必要な量の窒素(N)が安定して循環する状態となる(系内窒素循環)。
(γ)共生状態になった微生物群は、微生物単独では代謝し得ないものも代謝可能となることにより、廃水の処理性が上昇する(難分解性物質の分解性上昇など)。
図1に示すように処理槽20内の廃水に硝酸塩を添加する場合、硝酸塩の添加量は、処理水量に対して0.1mg-NO3-N/L以上が好ましく、0.5mg-NO3-N/L以上がより好ましい。硝酸塩の添加量が0.1mg-NO3-N/L以上であれば、第1段階において微生物を硝酸塩呼吸へ充分に誘導できる。また、硝酸塩の添加量が増えると薬品コストの増加につながるため、硝酸塩の添加量は20mg-NO3-N/L以下が好ましく、10mg-NO3-N/L以下がより好ましく、5mg-NO3-N/L以下がさらに好ましい。
また、処理する廃水に硝酸態窒素が0.5mg-NO3-N/L以上含まれる場合には、硝酸塩を添加せずとも安定した処理性を維持できる場合もある。
図1に示すように処理槽20内の廃水にアルカリを添加する場合、アルカリの添加量は、処理水量に対してMアルカリ度で0.6mg as CaCO3/L以上が好ましく、3mg as CaCO3/L以上がより好ましい。アルカリの添加量がMアルカリ度で0.6mg as CaCO3/L以上であれば、第3段階において硝化反応が充分に進行する。また、アルカリの添加量が増えると薬品コストの増加につながるため、アルカリの添加量はMアルカリ度で50mg as CaCO3/L以下が好ましい。
また、図1に示すように処理槽20内の廃水にアルカリを添加する場合、処理槽20および沈殿槽30内の廃水のpHが6.0~8.6となるように調整するのが好ましい。
また、原水のMアルカリ度が50mg as CaCO3/L以上である場合には、アルカリを添加せずとも安定した処理性を維持できる場合もある。
また、上述したように、第3段階の硝化反応には廃水中の溶存酸素が必要であるが、酸化還元電位が±0mV以上であれば、いくら低くても構わない。
よって、生物処理中は、処理槽20中の酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を0.3mg/L以下となるように曝気するのが好ましく、より好ましくは酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を0.1mg/L以下である。
ただし、活性汚泥法から転換する場合などにおいて、微生物の代謝の活性化が十分進捗していない段階では、廃水中の溶存酸素濃度を1mg/L以上としてもよい。
工程(c)では、沈殿槽30にて、生物処理された廃水を汚泥(微生物)と上澄み液(処理水)とに固液分離する。
沈殿槽30にて固液分離された上澄み液(処理水)は、処理水流路53を経て系外へ排出される。
沈殿槽30にて固液分離された汚泥は、返送汚泥として返送汚泥流路55を経て処理槽20へ返送される。また、汚泥の一部は、余剰汚泥として余剰汚泥流路54を経て系外へ排出される。
本発明によれば、硝酸塩およびアルカリを廃水に添加し、該廃水を生物処理する処理槽中の酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下となるように低曝気するので、微生物は硝酸塩呼吸を行い、脱窒反応が充分に進行して硝酸塩呼吸時のバイオフィルムが形成される。そして、硝酸塩呼吸時のバイオフィルムにより異なった代謝系の微生物(脱窒菌、窒素固定菌、硝化菌など)の共生が可能となるため、廃水にBODと窒素が含まれていても、これらを単一の処理槽で同時に処理することができる。
また、廃水中に窒素が含まれていない場合であっても、系内窒素循環により、0.1~20mg-NO3-N/L程度の硝酸塩添加で安定したBOD処理ができる。
また、バイオフィルムにリン蓄積菌も共生することにより、リンの処理も同時に行うことができる。しかも、バイオフィルムは基質の吸着凝集効率が高く、効率よく廃水を処理できる。
よって、本発明であれば従来の生物学的窒素処理及びリン処理方式(硝化脱窒法、嫌気・好気法(AO法)、嫌気・無酸素・好気法(A2O法)、嫌気・硝化内生脱窒法(AOAO法)など)に比べ処理槽の数を削減できる。
ただし、系中の硝酸塩濃度やアルカリ濃度が低下した場合は、新たに硝酸塩やアルカリを廃水に添加してもよい。
本発明の廃水の処理方法は、上述した方法に限定されない。上述した方法では、図1に示すように、硝酸塩およびアルカリを処理槽20内の廃水のみに添加しているが、硝酸塩およびアルカリは処理槽20以前(処理槽20またはその上流)のいずれかのポイントで添加すればよい。つまり、調整槽10内の廃水のみに硝酸塩添加手段41から硝酸塩を添加し、アルカリ添加手段42からアルカリを添加してもよい。また、調整槽10内と処理槽20内の両方の廃水に硝酸塩添加手段41から硝酸塩を添加し、アルカリ添加手段42からアルカリを添加してもよい。さらに、調整槽10内の廃水に硝酸塩添加手段41から硝酸塩を添加し、処理槽20内の廃水にアルカリ添加手段42からアルカリを添加してもよいし、その逆でもよい。
また、調整槽10より更に上流側のいずれかのポイントで廃水(調整槽10の上流側であるので、調整槽10へ複数の廃水が流入している場合は、その内の一つ或いは複数或いは全ての廃水)に硝酸塩添加手段41から硝酸塩を添加し、アルカリ添加手段42からアルカリを添加してもよい。
また、工程(a)の前段或いは工程(a)と工程(b)の間において、大小の固形分を除去する工程(スクリーン、固形分除去装置(凝集沈殿、加圧浮上など)、沈殿槽など)等の他の工程を設ける場合もある。
また、上述した方法では、工程(c)として沈殿槽30にて処理水と汚泥の混液を処理水と汚泥とに固液分離しているが、膜分離装置など汚泥と処理水との分離機能を備えるものを沈殿槽30の代替としてもよい。なお、膜分離装置を処理槽20内に設置する場合は、移送流路52と返送汚泥流路55は不要となり、処理水流路53と、余剰汚泥流路54は、処理槽20から出ていく形となる。
さらに、上述した方法では、1つの処理槽20で廃水を生物処理しているが、複数の処理槽20を用いてもよい。上述したように、本発明であれば、BOD、窒素、リンを含む廃水を処理する場合でも、1つの処理槽で廃水を処理できるが、複数の処理槽20を用いてもよい。
生物膜処理法に本発明を適用する場合、生物膜処理槽以前(生物膜処理槽またはその上流)において廃水に硝酸塩およびアルカリを添加し、生物膜処理槽を低曝気(酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下に)すればよい。
なお、生物膜処理法に用いるろ材の材質や形状に限定はない。
分散菌処理法とは、原生動物・後生動物の実質的不存在下で、廃水中のBODを非凝集性細菌(分散菌)により酸化分解すると共に非凝集性細菌へ変換する処理法である。
原生動物・後生動物を実質的不存在とし、非凝集性細菌を優先化する方法としては、(1)分散菌製剤添加、(2)原生動物・後生動物類の不添加(返送汚泥を行わないなど)、(3)処理槽の滞留時間を原生動物・後生動物が増殖できないように設定、(4)分散菌を保持・固定できるろ材(固定ろ材、流動担体、揺動繊維ろ材)の投入または設置、(5) 上記(1)~(4)の組み合わせ、などがある。
分散菌処理法に本発明を適用する場合、分散菌処理槽以前(分散菌処理槽またはその上流)において廃水に硝酸塩およびアルカリを添加し、生物膜処理槽を低曝気(酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下に)すればよい。
なお、上記(4)において投入するろ材の材質や形状に限定はない。
嫌気処理装置の代替処理に本発明を適用する場合、嫌気処理槽以前(嫌気処理槽およびその上流)において廃水に硝酸塩およびアルカリを添加し、嫌気処理槽に曝気装置を取り付け、嫌気処理槽を低曝気(酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下に)すればよい。嫌気処理槽の前段に前酸化処理槽がある場合は、前酸化処理槽以前(前酸化処理槽およびその上流)において、廃水に硝酸塩およびアルカリを添加し、前酸化処理槽および嫌気処理槽を低曝気すればよい。
なお、嫌気処理槽へろ材を投入する場合、投入するろ材の材質や形状に限定はない。
前段に高負荷処理装置を置いた後段生物処理装置の代替処理に本発明を適用する場合、後段生物処理槽(活性汚泥処理槽や生物膜処理槽)以前(後段生物処理槽およびその上流)において廃水に硝酸塩およびアルカリを添加し、後段生物処理槽を低曝気(酸化還元電位を±0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下に)すればよい。
なお、後段生物処理槽が生物膜処理槽である場合、投入するろ材の材質や形状に限定はない。
図1に示す廃水処理システム1を用い、廃水は人口下水とし、馴致用汚泥は下水処理場の返送汚泥を用いた。調整槽10の槽本体11として、60Lの廃水タンクを用いた。また、処理槽20の槽本体21の容量は10L、沈殿槽30の槽本体31の容量は10Lであった。
廃水タンクから、処理水量3.5L/日の条件で処理槽20に廃水を供給し、処理槽20内の廃水に、処理水量に対して硝酸カルシウムを2mg-NO3-N/Lと、濃度5質量%の炭酸水素ナトリウム水溶液を8mg as CaCO3/L添加した。さらに、処理槽20中の酸化還元電位を0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下となるように、曝気手段22にて処理槽20中を曝気して廃水を生物処理した。このとき、処理槽20内の温度は25℃、曝気風量は溶存酸素濃度を確認しながら調整した。引き続き、沈殿槽30にて処理水と汚泥の混液を処理水と汚泥とに固液分離し、処理水は系外へ排出し、汚泥の一部は返送汚泥として処理槽20に返送した。返送汚泥率は処理水量の100%とした。余剰汚泥は、沈殿槽の汚泥界面を確認しながらバッチで系外へ排出した。
なお、硝酸カルシウムと炭酸水素ナトリウム水溶液の添加方法はバッチであり、試験期間中には添加しない時期もあった。また、処理期間中における、処理槽内の酸化還元電位は、40~250mV、溶存酸素濃度は、0.36mg/L以下であり、平均曝気風量は270NmL/minであった。酸化還元電位は酸化還元電位計(株式会社堀場製作所製、「D-13」)を用いて測定し、溶存酸素濃度は溶存酸素濃度計(株式会社堀場製作所製、「OM-51」)を用いて測定した。
廃水として用いた人口下水の薬品量および性状(水質分析結果)を表1に、廃水の処理条件(運転条件)を表2に示す。
全窒素(T-N)の除去率(%)={(処理前の廃水中の全窒素量-処理水中の全窒素量)/処理前の廃水中の全窒素量}×100
BOD汚泥転換率(%)={(特定期間の処理槽及び沈殿槽内の汚泥増量+特定期間の余剰汚泥引き抜き量)/特定期間の処理BOD量}×100
推定汚泥減量率(%)=(本試験中の平均BOD汚泥転換率/活性汚泥におけるBOD汚泥転換率(40~50%))×100
また、余剰汚泥を50~60%減量できた。
図1に示す廃水処理システム1を用い、廃水は調味料工場の廃水とし、馴致用汚泥は下水処理場の返送汚泥を用いた。調整槽10の槽本体11として、60Lの廃水タンクを用いた。また、処理槽20の槽本体21の容量は10L、沈殿槽30の槽本体31の容量は10Lであった。
廃水タンクから、処理水量10L/日の条件で処理槽20に廃水を供給し、処理槽20内の廃水に、処理水量に対して硝酸カルシウムを10mg-NO3-N/Lと、濃度5質量%の水酸化ナトリウム水溶液を処理槽20内のpHが7以上となるように添加した。さらに、処理槽20中の酸化還元電位を0mV以上、溶存酸素濃度を1mg/L以下となるように、曝気手段22にて処理槽20中を曝気して廃水を生物処理した。このとき、処理槽20内の温度は25℃、曝気風量は溶存酸素濃度を確認しながら調整した。引き続き、沈殿槽30にて処理水と汚泥の混液を処理水と汚泥とに固液分離し、処理水は系外へ排出し、汚泥の一部は返送汚泥として処理槽20に返送した。返送汚泥率は処理水量の100%とした。余剰汚泥は、沈殿槽の汚泥界面を確認しながらバッチで系外へ排出した。
なお、硝酸カルシウムの添加方法はバッチであり、水酸化ナトリウムの添加方法はpHコントローラによる自動添加方法であり、試験期間中には添加しない時期もあった。また、処理期間中における、処理槽内の酸化還元電位は、55~261mV、溶存酸素濃度は、0.23mg/L以下であり、曝気風量は100~500NmL/minであった。酸化還元電位は酸化還元電位計(株式会社堀場製作所製、「D-13」)を用いて測定し、溶存酸素濃度は溶存酸素濃度計(株式会社堀場製作所製、「OM-51」)を用いて測定し、pHはpH計(株式会社堀場製作所製、「D-24」)を用いて測定した。
廃水として用いた調味料工場の廃水の性状(水質分析結果)を表4に、廃水の処理条件(運転条件)を表5に示す。
10 調整槽
11 槽本体
12 ポンプ
20 生物処理槽(処理槽)
21 槽本体
22 曝気手段
22a 散気装置
22b ブロア
22c 空気供給管
22d マノメータ
22e 流量計
30 沈殿槽
31 槽本体
32 掻き寄せ機
33 ポンプ
41 硝酸塩添加手段
42 アルカリ添加手段
51 廃水流路
52 移送流路
53 処理水流路
54 余剰汚泥流路
55 返送汚泥流路
Claims (5)
- 硝酸塩およびアルカリを廃水に添加し、該廃水を生物処理する生物処理槽中の酸化還元電位を±0mV以上、および溶存酸素濃度を1mg/L以下となるように曝気する、廃水の処理方法。
- 前記生物処理槽中に、脱窒菌、窒素固定菌、硝化菌がいる、請求項1に記載の廃水の処理方法。
- 前記生物処理槽では、前記脱窒菌により、廃水中のBODを分解して亜硝酸イオン(NO2 -)、硝酸イオン(NO3 -)から窒素ガス(N2)を生成する脱窒反応と、前記窒素固定菌により、前記窒素ガス(N2)からアンモニア(NH3)を生成する窒素固定反応と、前記アンモニアは処理液中でアンモニウムイオン(NH4 +)となり、前記硝化菌により、アンモニウムイオン(NH4 +)から亜硝酸イオン(NO2 -)、硝酸イオン(NO3 -)を生成する硝化反応とが並行して行われ、前記生物処理槽内で窒素(N)が循環利用される、請求項2に記載の廃水の処理方法。
- 廃水を処理する廃水処理システムであって、
前記廃水を生物処理する生物処理槽と、前記廃水に硝酸塩を添加する硝酸塩添加手段と、前記廃水にアルカリを添加するアルカリ添加手段とを備える、廃水処理システム。 - 前記生物処理槽中に、脱窒菌、窒素固定菌、硝化菌がいる、請求項4に記載の廃水処理システム。
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