JP2001070983A

JP2001070983A - 廃水の処理方法および処理装置

Info

Publication number: JP2001070983A
Application number: JP2000186538A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tsubone; 俊明局; Jun Miyata; 純宮田; Kenichiro Mizuno; 健一郎水野
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2001-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】窒素除去やリン除去を促進するとともにメタ
ノールの使用量を低減し、かつ余剰汚泥の脱水性の改
善、脱水用の凝集剤の使用量を削減を図り、増殖速度の
小さい有用微生物を高濃度で反応タンク内に保持して廃
水の処理を行うための処理装置を提供する。【解決手段】有機系繊維質を含む物質を分解処理する
手段（１１）と、前記分解処理により得られた分解生成
物を固液分離する手段（２１）とを具備する廃水の処理
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水や工場廃水等
の水処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、下水や工場廃水等の水処理には活
性汚泥法に代表される微生物を利用した生物処理方法が
用いられてきた。この生物処理においては、廃水中の窒
素成分を除去するに際して、まず、硝化細菌の作用によ
りアンモニア性窒素をＮＯ₂−ＮやＮＯ₃−Ｎに酸化した
後、ＮＯ₂−ＮやＮＯ₃−ＮをＮ₂ガスに還元処理する方
法が一般的にとられてきている。また、リンの生物処理
方法は、微生物にリンを摂取させることにより廃水中の
リンを除去する方法であり、具体的には嫌気状態と好気
状態とに交互に微生物を曝すことによって行われる。こ
の場合、微生物は嫌気状態では有機物を利用してリンを
吐き出し、一方、好気状態では微生物は有機物を利用し
て体内にリンを過剰摂取する。微生物のこうした性質を
利用して、リンを生物処理する方法が開発されている。
リンの生物処理においては、流入水の有機物／リン比が
大きい方がリン除去率が高くなる。

【０００３】このように、有機物は脱窒反応の還元反応
を起こすための還元剤として、またリン除去効率向上の
ために有用である。こうした還元剤として作用する有機
物として、排水中に含まれている有機物やメタノールが
用いられてきた。また、汚泥を嫌気状態で分解処理して
有機酸を発生させ、この有機酸を還元剤として利用する
方法（以下、従来技術１と称する）も提案されている。

【０００４】また、活性汚泥法においては、最終沈殿池
で微生物（活性汚泥）と処理水とが分離され、沈降分離
された汚泥の一部は濃縮後、脱水処理が行われる。近
年、食生活の変化などにより汚泥の脱水性が低下する傾
向があるが、汚泥の脱水性を向上させ、脱水ケーキの含
水率を低下させる方法としては、脱水前に被脱水汚泥に
古紙を添加して脱水性を向上させる方法（特開平９−２
１６０００号公報：以下、従来技術２と称する）が提案
されており、一部で実用化されつつある。また、反応タ
ンクに古紙や木材のチップ等の粒状担体を投入する方法
（特開平１１−０１０１８２号公報：以下、従来技術３
と称する）も提案されている。

【０００５】また、セルロース等の有機系繊維質に対し
て嫌気状態で生物処理を施して、アルコールやメタンを
発生させる方法（以下、従来技術４と称する）も提案さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
微生物を用いた廃水中の窒素の除去法は、廃水中の窒素
成分を除去するに際して、ＮＯ₂−ＮやＮＯ₃−ＮをＮ₂
ガスに還元処理する方法である。この還元反応を起こす
ためには還元剤が必要とされるものの、一般的に廃水中
に含まれる有機物のみでは還元剤として不充分である。
一方、還元剤としてメタノールを利用（添加）する場合
にはメタノールの費用が必要となるので、処理費用が増
大するという問題点が生じる。

【０００７】また、従来技術１に示されるような汚泥を
嫌気分解する技術では、汚泥の分解に伴ってアンモニア
性窒素やリン酸が有機酸と同時に発生してしまう。生物
反応で発生する有機物の大部分は発生したアンモニア性
窒素の処理に用いられるので、窒素除去についての有機
物のメリットは相殺され、さらに発生したリンの除去も
必要となるという問題が生じる。

【０００８】従来技術２に示された技術では、脱水ケー
キの含水率は低下して脱水に要する凝集剤の使用量も低
下するものの、古紙の添加に際して古紙の微細化が必要
であり、そのために古紙溶解槽を設けなければならな
い。また、この方法は汚泥処理系等に適用される技術で
あり、脱水ケーキの含水率の低下および脱水に用いる凝
集剤の使用量の低下には効果があるが、廃水処理におけ
る窒素除去やリン除去に対する効果はない。

【０００９】従来技術３に示された技術では、脱水性の
改善と反応タンク内の汚泥濃度の向上というメリットが
得られるが、担体は最終沈殿池に持ち込まれた際に、嫌
気状態あるいは無酸素状態となってしまう。このような
状態は、好気性の微生物にとって好ましくないために、
担体に付着、固定化された好気性の微生物、例えば硝化
細菌は大きなダメージを受けてしまう。したがって、従
来技術３の方法では、担体を用いる大きなメリットであ
る硝化細菌の高濃度保持は達成されない。また、この方
法では、投入された古紙や木質チップは余剰汚泥として
引き抜かれて脱水処理がなされ、この際に、担体に固定
化された有用微生物も同時に反応タンク外に流出してし
まうことになる。

【００１０】なお、微生物を固定化するために担体を利
用するメリットは、増殖速度の小さい有用微生物を担体
に保持することにあり、このメリットは微生物（あるい
は反応タンク内の固形物）の滞留時間（一般にはＳＲ
Ｔ：Solid Retention Time）を大きくとることによって
得られるものである。従来技術３に記載された技術で
は、上述したように担体と浮遊汚泥とは、ほぼ同じ割合
で最終沈殿池にいたって、ほぼ同じ割合で引き抜かれて
しまう。さらに、従来技術３で述べられているような脱
水ケーキ含有率の低下というメリットを得るためには、
比較的大量の繊維質を投入しなければならない。具体的
には、投入しない場合の発生汚泥固形分量の１０％程度
以上の繊維質が必要とされるのでＳＲＴが短縮されてし
まう。したがって、担体を使用することによって得られ
るメリットは、従来技術３の場合には打ち消される。

【００１１】ＳＲＴを大とするために反応タンクの汚泥
濃度（ＭＬＳＳ）を高めに設定する方法も提案されてい
る。実際、これまでに開発された微生物固定化担体を用
いた方法は、担体が反応タンク外に流出しないように、
スクリーン等の担体分離手段を用いてＳＲＴを大として
きた。しかしながら従来技術３では、最終沈殿池に担体
が流出し、その分だけ最終沈殿池の固形物負荷が増大す
るため、ＭＬＳＳの増大によるＳＲＴの延長効果はほと
んどないか、極僅かである。なお、一般的な下水処理に
おいては、水温にもよるがＳＲＴは２日から５日程度に
設定され、硝化細菌を保持するためには３日以上に設定
される。従来技術３では担体の反応タンク内滞留時間は
浮遊汚泥とほぼ同程度の２日から５日程度またはそれ以
下となり、有機系繊維質が分解反応を受ける反応時間が
短いため、反応が起こらないうちに有機系繊維質は外部
に持ち出されてしまう。さらに、有機系繊維質の分解能
力を有する微生物が大量に保持されるようなプロセスに
なっていない。すなわち、有機系繊維質の分解能力を有
する微生物は、一般に増殖速度の小さい嫌気性微生物で
あるにもかからわず、好気性の反応タンクを有する方式
では、好気状態で大きな増殖速度を有する好気性細菌が
大量に増殖する。したがって、好気性の反応タンクを有
する好気状態では、有機系繊維質の分解能力を有する微
生物は優先種となり得ない。このため、有機性繊維質の
分解はほとんど起こらないので有機物の生成は起こら
ず、窒素除去、リン除去の促進効果やメタノール使用量
の削減効果は得られない。

【００１２】上述したように、窒素除去やリン除去を促
進するとともにメタノールの使用量を低減した廃水の処
理方法は、未だ得られていない。さらに、余剰汚泥の脱
水性の改善、汚泥の分離・凝縮性の改善や脱水用の凝集
剤の使用量の削減は、充分に達成されておらず、増殖速
度の小さい有用微生物を反応タンク内に高濃度で保持す
ることも、未だ達成されていないのが現状である。

【００１３】そこで本発明は、窒素除去やリン除去を促
進するとともにメタノールの使用量を低減し、かつ余剰
汚泥の脱水性の改善、脱水用の凝集剤の使用量の削減を
図り、増殖速度の小さい有用微生物を反応タンク内に高
濃度で保持し得る廃水の処理方法を提供することを目的
とする。

【００１４】また本発明は、窒素除去やリン除去を促進
するとともにメタノールの使用量を低減し、かつ余剰汚
泥の脱水性の改善、脱水用の凝集剤の使用量の削減を図
り、増殖速度の小さい有用微生物を高濃度で反応タンク
内に保持して廃水の処理を行うための処理装置を提供す
ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、有機系繊維質を含む物質に分解処理を施
して得られた分解生成物を、液体を主体とする成分と固
体を主体とする成分とに固液分離した後、前記液体を主
体とする成分を用いて廃水の処理を行なうことを特徴と
する廃水の処理方法を提供する。

【００１６】また本発明は、有機系繊維質を含む物質の
分解生成物を、固液分離して得られる液体を主体とする
成分の供給手段を具備する廃水の処理装置を提供する。

【００１７】さらに本発明は、有機系繊維質を含む物質
の分解生成物を固液分離する手段を具備する廃水の処理
装置を提供する。

【００１８】またさらに本発明は、有機系繊維質を含む
物質を分解処理する手段と、前記分解処理により得られ
た分解生成物を固液分離する手段とを具備する廃水の処
理装置を提供する。

【００１９】以下、本発明を詳細に説明する。

【００２０】本発明の廃水の処理方法は、有機系繊維質
を含む物質に分解処理を施して得られた分解生成物を固
液分離して、液体を主体とする成分を用いて行なうこと
を特徴とするものである。本発明において用いられる液
体を主体とする成分は、別個の設備等で得たものとする
ことができ、あるいは、液体を主体とする成分は、有機
系繊維質を含む物質の分解生成物を固液分離して得るこ
とができる。

【００２１】すなわち、本発明の廃水の処理装置は、有
機系繊維質を含む物質の分解生成物を、固液分離して得
られる液体を主体とする成分を導入する手段、または有
機系繊維質を含む物質の分解生成物を固液分離する手段
を具備する。あるいは、本発明の廃水の処理装置は、有
機系繊維質を含む物質を分解処理する手段と、この分解
処理により得られた分解生成物を固液分離する手段とを
具備する。

【００２２】本発明において有機系繊維質を含む物質を
分解処理するために採用される手段は特に限定されず、
例えば、生物的作用、化学的作用、および物理的作用の
いずれか、あるいはこれらのうちの２者あるいは３者を
利用して、有機系物質を含む物質を処理することができ
る。こうした処理によって、有機系繊維質の主成分であ
るセルロースの少なくとも一部が分解されて低分子化し
た有機物が得られ、この分解生成物である有機物を用い
て廃水の処理を行う。

【００２３】有機系繊維質の分解・低分子化により得ら
れた分解生成物は、廃水処理における脱窒反応や脱リン
反応に利用され、窒素除去の促進、窒素除去率の向上、
メタノール削減効果、リン除去率の向上効果が得られ
る。

【００２４】さらに、有機系繊維質の一部（一部のセル
ロースやリグニン等）は、未分解のまま汚泥処理工程に
いたって脱水されるので、脱水の効率化、安定化、脱水
ケーキの含水率低下効果、脱水用の凝集剤の低減効果が
得られる。

【００２５】また、脱水性が向上し、脱水ケーキの含水
率が低下することは、下水汚泥ケーキの容積を減少させ
るので、運搬費用等の取り扱いの面でメリットがあり、
かつ、後段において焼却処理する場合においても、補助
燃料の削減あるいはエネルギー回収量の増大といったメ
リットが生ずる。

【００２６】本発明において、有機系繊維質（原料）と
しては、古紙、木片（建設廃材を含む）、おがくず、も
み殻、厨芥等、およびこれらのうちの２種以上の混合物
を利用することができる。ただし、厨芥類については、
窒素、りん成分濃度が高いものは本発明の効果を減ずる
ので好ましくない。また、有機系繊維質濃度や有機物濃
度が高く、かつ窒素、りん成分濃度が低いものであれ
ば、工場や事業所等から発生する廃棄物や廃水を原料と
して利用することも可能である。

【００２７】特に本発明においては、有機繊維質を主成
分とする廃材、例えば古紙等を有機系繊維質として用い
ることが好ましい。このことは、廃材の処理費用を削減
するという効果があり、さらに、現在の社会的要望であ
るリサイクル、ゼロエミッションの面からみても有効で
ある。なお、古紙を用いた場合には、数センチ角の粒状
で投入した場合であっても反応タンク内で、ほとんど原
型を残さない程度にこなごなな状態となることが確認さ
れているので、有機系繊維質の投入形態は、何等限定さ
れない。しかしながら、反応速度の面からは事前に微細
化しておくことが好ましい。微細化処理を施すかどうか
については、得られる効果と微細化処理のためのコスト
とを総合的に判断して、適宜決定すればよい。例えば有
機系繊維質として古紙を用いる場合、その微細化、分散
装置としてバルパーを用いることができる。

【００２８】有機系繊維質を含む物質を処理するための
化学的作用としては、オゾン処理を用いることが好まし
い。化学的処理の中でも、オゾン処理は特に効率的であ
るという結果が得られているからである。その他の化学
的処理方法としては、硫酸分解法、湿式酸化法、高温高
圧分解法などが挙げられる。

【００２９】また、有機系繊維質を含む物質を処理する
ための生物的作用としては、微生物処理あるいは酵素処
理を行うことが好ましい。セルロース分解能を有する微
生物あるいは酵素を利用することによって、セルロース
を効率的に分解することができるためである。

【００３０】有機系繊維質分解タンク内の水温は、１５
℃から６５℃の範囲とすることによって、比較的大きい
速度で有機系繊維質の分解を行なうことが可能である
が、好ましくは２５℃から６０℃の範囲で、より高い反
応速度が得られる。加温を行なうことのメリット（反応
速度の上昇とそれに伴なう反応タンクの小型化、反応タ
ンクの小型化に伴なう攪拌エネルギーや敷地面積の低減
等）とデメリット（加温用エネルギーの消費）とを、ケ
ースバイケースで比較検討して、加温するかどうかを決
めればよい。

【００３１】有機系繊維質を含む物質の処理は、この処
理が行われる反応タンクの嫌気度をコントロールつつ行
うことが好ましい。反応タンク内の嫌気度が高すぎると
有機物がメタンまで分解して、気散してしまうおそれが
あるので、こうした不都合を防ぐためである。

【００３２】嫌気度のコントロールは、溶存酸素濃度お
よび／または酸化還元電位に基づいて行うことが好まし
い。これらは嫌気度の指標として有用であり、有機物の
メタンへの分解を防ぐことができる。

【００３３】嫌気度のコントロールは、有機系繊維質を
含む物質を処理する工程への有機系繊維質の投入量と、
有機系繊維質を含む物質を処理する工程からの汚泥の引
き抜き量とをコントロールすることにより行うことがで
きる。これによって、有機系繊維質が分解される有機系
繊維質反応タンク内の固形物量、微生物や酸素の量を制
御して、嫌気度をコントロールすることができる。ある
いは、嫌気度のコントロールは、有機系繊維質の分解を
行う反応タンクの容積を増減することによって行うこと
もできる。この場合には、例えば複数の反応タンクを設
け、必要に応じて使用する反応タンクの個数を変えた
り、あるいは反応タンクの内部をいくつかの区画に分け
て使用する部分を適正な容積となるように調節、あるい
は、反応タンクの液面の高さを変えることによって調整
すればよい。

【００３４】またさらに、嫌気度のコントロールは、有
機系繊維質を含む物質を処理する工程に酸素含有気体、
オゾン、および過酸化物からなる群から選択された少な
くとも１種を導入することによって行ってもよい。これ
によって、嫌気度が高くなりすぎるのを防止することが
でき、特にオゾンや過酸化物は有機系繊維質の分解を促
進するという効果もある。

【００３５】また、間欠的に、短時間好気的雰囲気とす
ることは、メタン菌による有機物の分解を防ぐために効
果がある。これは、メタン菌は絶対嫌気性であり、酸素
に非常に弱いのに対して、セルロース分解菌は、嫌気性
菌ではあっても、メタン菌よりは酸素に対する耐性を有
しているためである。したがって、間欠的に短時間好気
的雰囲気とするような操作を行なうことによって、メタ
ン菌のみに大きなダメージを与えることが可能となる。
この考え方は、漬け物のぬか味噌を１日１回切り返すの
と同様の考え方であり、ぬか味噌の場合は、このように
して酸素を送り込むことによって嫌気性の雑菌の繁殖を
抑制している。ただし、好気状態に保つ時間が長すぎる
場合には、メタン菌のみならずセルロース分解菌もダメ
ージを受けるおそれがある。さらに、この場合には種々
の好気性の従属栄養細菌が出現して、セルロースの分解
産物をさらに分解してしまう。したがって、好気状態が
長すぎても問題があり、適切に選択することが望まれ
る。好気条件に保つ時間、および好気状態とする頻度
は、反応タンクの運転条件（例えば、温度、固形物滞留
時間、固形物濃度等）によって異なるが、一般的には４
日に１回から１日８回程度、１回当たり１分以上、溶存
酸素濃度が０．０５ｍｇ／Ｌ以上となる時間帯を設けれ
ばよい。

【００３６】また、メタン菌の活性を低下させる方法と
しては、ｐＨを５程度以下まで低下させるという手法も
ある。

【００３７】上述したように有機系繊維質の少なくとも
一部が分解されて、その分解生成物を含む物質は、液状
成分をより多く含有する部分と、固形物をより多く含む
部分とに固液分離される。こうして分離された成分のう
ち、液状成分をより多く含有する部分が廃水を処理する
工程に導入される。一方、固形物をより多く含む部分
は、廃水処理工程の後に設けられた汚泥処理工程に導入
される。

【００３８】具体的には、廃水を処理する工程は、嫌気
状態および／または無酸素状態の反応容器で行うことが
でき、前述の液状成分をより多く含有する部分は、嫌気
状態および／または無酸素状態の反応容器に導入するこ
とができる。これによって、有機系繊維質の分解生成物
を、脱窒反応やリン除去反応に効果的に利用することが
できる。有機系繊維質の分解生成物を好気状態の反応タ
ンクに投入した場合には、好気タンクにおいて分解生成
物は好気的分解を受け、その多くが二酸化炭素と水まで
分解されてしまうために、脱窒反応やリン除去反応のリ
ンの吐き出し反応には利用されなくなるという不都合が
生じるが、これを防ぐことができる。また、有機繊維質
の主成分はセルロースであり、セルロースは炭素と水素
と酸素とからなる分子であるために分解物質には窒素や
リンはほとんど含まれないので、有機系繊維質の分解に
よって生じた有機物によって廃水処理における窒素負荷
やリン負荷が増大するという従来技術１の問題もクリア
できる。

【００３９】固形分をより多く含む部分の一部あるいは
ほとんどを有機系繊維質分解タンクに戻してもよい。こ
れによって、有機系繊維質分解タンクにおける有機系繊
維質の滞留時間をコントロールすることができる。

【００４０】さらに、有機系繊維質の種類や、反応条
件、あるいは流入水質と要求処理水質から計算される有
機系繊維質投入量と、要求脱水ケーキ含水率から計算さ
れる有機系繊維質投入量とを一致させることが好まし
い。すなわち、有機系固形廃棄物の分解率が高い場合に
はメタノール代替有機物の量は増大するが、脱水ケーキ
の含水率の低減効果は薄れることになり、その一方、有
機系固形廃棄物の分解率が低ければその逆のパターンと
なる。ここで、メタノール代替有機物合成に必要とされ
る有機系繊維質分解物量と、脱水性改善のために必要と
される有機系繊維質残存量との整合性をとる必要が生じ
るが、このことは、結局、有機系繊維質の分解率を所定
の値に制御することに他ならない。有機系繊維質の分解
率を所定の値に制御するための操作因子、影響因子とし
ては、温度、原料の分解性、微生物の種類と濃度、およ
び反応時間が挙げられる。温度は一定条件とし、原料も
一定であるとすれば、最も容易に制御できる項目は反応
時間である。反応時間は、反応速度、反応タンク容積、
反応タンクへの原料（有機系繊維質および水）の投入速
度の関数であるので、要求される分解率と、メタノール
代替有機物の発生量（速度）および未分解有機系繊維質
の発生量（速度）から、反応タンク容積と反応タンクへ
の原料（有機系繊維質および水）の投入速度を決めれば
よい。なお、温度や原料の組成を変化させることができ
る場合には、これらも制御因子に加えることができる。

【００４１】また、１）有機系繊維質分解タンクの攪拌
速度をコントロール（低下）させたり、２）有機系繊維
質分解タンクの攪拌を間欠的に行ない、固液分離装置に
供給される有機系繊維質分解タンク流出水の固形物濃度
をコントロールしてもよい。このようにして有機系繊維
質の有機系繊維質分解タンクにおける滞留時間を調節す
ることによっても、メタノール代替有機物合成に必要と
される有機系繊維質分解物量と、脱水性改善のために必
要とされる有機系繊維質残存量とのバランスをとること
ができる。

【００４２】さらに、未分解の有機系繊維質の大部分は
固形物をより多く含む部分に含まれており、廃水を処理
する工程には導入されない。このため、廃水を処理する
工程におけるＳＲＴを大とすることができ、硝化細菌の
ような増殖速度の小さい細菌のより安定した保持が可能
となる。ただし、場合によっては、固形物をより多く含
む部分を水処理系の各反応タンクや、最初沈殿池、最終
賃電離、濃縮タンクおよびこれらを結ぶ配管に導入して
もよい。

【００４３】あるいは、廃水を処理する工程は好気状態
の反応容器内で行うことができ、有機系繊維質の分解生
成物を含む物質の液状成分をより多く含有する部分を、
好気状態の反応容器に導入してもよい。好気状態の反応
容器内には、リンの好気的過剰摂取のために有機物が必
要であり、流入水質によっては好気状態の反応容器へも
分解生成物を投入することによって、リン除去効率をさ
らに向上させることができる場合もある。

【００４４】上述したように、本発明の廃水の処理方法
においては、有機系繊維質の分解生成物を含む物質のう
ち、液状成分をより多く含む部分は、廃水の処理を行う
工程に導入される。一方の固形物をより多く含む部分
は、汚泥処理系に導入して、必要に応じて濃縮、脱水、
焼却等の処理を行う。こうした固形物をより多く含む部
分を汚泥処理系等に導入する前に、生物学的処理や物理
化学的処理を行って、固形物をより多く含む部分に含ま
れている有機物を分解してもよい。

【００４５】廃水を処理する工程を好気状態の反応容器
内で行う場合には、この好気状態の反応容器は微生物固
定化担体を収容していることが好ましい。これによっ
て、増殖速度が小さく、高濃度に維持することが困難な
硝化細菌、例えばアンモニア酸化細菌や亜硝酸酸化細菌
を、反応容器内に高濃度で維持することができるので、
よりいっそうの窒素成分処理の効率化が達成される。す
なわち、窒素除去率の向上、窒素除去の安定化、反応タ
ンクの小型化が達成される。この場合には、液状物質を
より多く含む部分の導入に相当する分だけ（より正確に
は、投入した有機質のうち分解、微生物に再合成され固
形化される部分と、一部の固液分離しきれなかった未分
解部分が未分解のまま流出する部分）、汚泥固形物の発
生量が増大し、液状物質をより多く含む部分の導入を行
わない場合と比べてＳＲＴは若干短縮される。このた
め、硝化細菌を反応タンクに高濃度に維持するという面
では若干不利になる面がある。しかしながら、硝化細菌
を反応タンクに投入することによって担体に硝化細菌が
高濃度に保持されるので、前述したような窒素除去の効
率化が達成できる。

【００４６】好気状態の反応容器に収容された微生物固
定化担体は、中空円筒状とすることが好ましく、この好
気状態の反応容器は目開きが２．０ｍｍ以上の微生物固
定化担体流出防止スクリーン等の担体流出防止装置を流
出側に具備することが好ましい。中空円筒状の微生物固
定化担体を使用することによって微生物固定化担体の単
位容積当たりの表面積を大とすることができるので、大
量の硝化細菌を担体表面に保持することができ、また担
体の形状係数が小さく流動性も高くなる。ここで、廃水
処理プロセスに液状物質をより多く含む部分（有機系繊
維質の分解生成物および一部の固液分離しきれなかった
未分解部分を含む）を投入した場合には、有機系繊維質
の分解（化学的、生物学的、物理的）に伴って、微細化
された繊維質がスクリーンの閉塞を引き起こすおそれが
あるため、スクリーンの目幅はできるだけ大とすること
が望ましい。実用的には、スクリーンの目幅は２ｍｍ以
上、さらには２．５ｍｍ以上とすることが好ましいが、
スクリーンの目幅を大とすると、担体の大きさも大とせ
ざるを得ない。この際には担体の比表面積も減少してし
まうため、比表面積を大とできる中空形状の担体を採用
することが望まれる。

【００４７】前記有機系繊維質を含む物質を処理する工
程においては、１）廃水処理の工程で発生する液状物質
の一部または全部、あるいは水道水、工業用水、雑用
水、井水を有機系繊維質の分解を行う反応タンクに導入
することが好ましい。廃水処理工程で発生する液状物質
としては、例えば、流入水、返送汚泥、余剰汚泥、循環
水、濃縮汚泥、濃縮工程脱離液、脱水工程脱離液、汚泥
処理工程返流水、濾過洗浄廃水等が挙げられる。有機系
繊維質の分解は、水中あるいは湿潤状態で行われるの
で、このための水分の補給が必要となる。特に廃水処理
プロセスの返送汚泥や余剰汚泥、循環水の一部または全
部、廃水処理プロセスの流入水の一部または全部、廃水
処理プロセスの処理水の一部または全部を用いた場合に
は、有機系繊維質の分解を行う反応タンクに外部より微
生物、酵素などが供給されることになる。これらの性状
は、地域性や工場廃水の流入の有無等によって異なり、
これらの性状によって、有機系繊維質の分解に効果が期
待できる場合にはこれらの供給を行い、逆にデメリット
がある場合には水道水や工業用水、雑用水、井水等を用
いればよい。

【００４８】あるいは、前記有機系繊維質を含む物質を
処理する工程には、有機系繊維質分解酵素および有機系
繊維質の分解能力を有する微生物の少なくとも１種を導
入してもよい。

【００４９】有機系繊維質を含む物質の分解を行う反応
タンクには有機系繊維質の分解能力を有する微生物や酵
素が必要であり、反応開始時点においてこれらが供給さ
れていることが好ましい。前述のように有機系繊維質の
分解を行う反応タンクに返送汚泥等の一部を導入する場
合には、これらの中に有機系繊維質の分解能力を有する
微生物が含まれていれば、特に上述の酵素や微生物を導
入する必要がない場合もある。しかしながら、反応の立
ち上がりを迅速に行うためにも、反応開始時点でのこれ
らの添加は有効である。反応開始時点のみ添加するか、
添加を継続するか、あるいは添加量については前述のよ
うに地域性や工場廃水の流入の有無等によって異なるた
め、そのケースごとに反応の安定性や得られる反応速度
等から経済性も考慮したうえで、決めればよい。また、
牛のと殺場から牛の胃を含む畜産廃棄物を採取し、これ
を投入してセルロース分解菌を導入してもよく、この場
合には、畜産廃棄物の処理を兼ねることもできる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。

【００５１】図１は、本発明の廃水処理装置の一例の構
成を表す概略図である。図示する廃水の処理装置におい
ては、まず、有機系繊維質反応タンク流入液１２および
有機系繊維質を含む物質１０が有機系繊維質反応タンク
１１に導入される。この有機系繊維質反応タンク１１内
では、生物的処理、化学的処理および物理的処理の少な
くとも１種により、有機系繊維質を含む物質１０が処理
される。また、本発明において有機系繊維質としては、
古紙等の有機繊維質を主成分とする廃材を用いることが
できる。

【００５２】有機系繊維質反応タンク１１における古紙
の分解は、反応生成物の抜き出しを行なうことによって
促進させることができる。反応生成物が高濃度に存在す
る場合には、この反応生成物が分解を阻害する要因とな
る。特に、水素が有機系繊維質反応タンク１１内に高濃
度に蓄積することは避けることが望ましく、減圧処理や
ストリッピング処理による水素ガスの脱気を行なうこと
によって水素を除去することができる。これらの処理
は、必ずしも常時連続的に行なう必要はなく、多くの場
合、間欠的に行なえば十分である。

【００５３】これらの処理を行なうことによって、有機
系繊維質反応タンク１１内で生成した揮発性有機酸の一
部も抜き出されるが、量的には大きな問題とはならない
場合がほとんどである。問題となる場合には、アルカリ
等で揮発性有機酸を回収してもよい。

【００５４】メタン菌の活性を低下させるために酸素含
有気体を有機系繊維質反応タンク１１に吹き込む場合
も、上述したような水素除去の効果を得ることができ
る。さらには、減圧処理で発生する水素含有気体を、水
処理系の嫌気タンクおよび／または無酸素タンクに吹き
込んでもよい。こうした操作によって、減圧処理で発生
したガス中の水素および揮発性有機酸の類は、水処理系
における還元剤として利用される。また、固液分離後、
固形物のみを有機系繊維質反応タンクに戻した場合に
は、液側で反応生成物の抜き出しを行なったことにな
り、同様の効果、すなわち反応生成物抜き出しによる古
紙分解促進効果が得られる。

【００５５】この有機系繊維質反応タンク１１には、微
生物固定化担体が収容されていてもよい。こうした担体
を収容した場合には、増殖速度の小さい“有機系繊維質
分解能力を有する微生物”を高濃度で有機系繊維質反応
タンクに保持することができる。これによって、有機系
繊維質反応タンクの小型化、有機系繊維質反応タンク内
の反応の安定化といったメリットが得られる。

【００５６】担体の形状としては、中空円筒状が好まし
いが、他の形状でも効果を得ることができる。中空円筒
状の担体を用いることによって、微生物固定化担体の単
位容積当たりの表面積を大とすることができ、また担体
の形状係数が小さく流動性も高くなるというメリットが
得られる。

【００５７】担体の材質としては、高分子系および無機
素材のいずれを用いることもできる。高分子系として
は、例えば、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコール、ポリアクリルアミ
ド、ポリビニルフェルマール、ポリプロピレン、ポリエ
チレン、塩化ビニリデン、ナイロン、ポリ塩化ビニルお
よびこれらの混合物が挙げられ、無機素材としては、セ
ラミック系、砂、活性炭、およびアンスラサイトやゼオ
ライト等の鉱物などが挙げられる。さらに木材チップ等
を用いてもよい。

【００５８】こうした担体には、微生物のみならず酵素
を固定化してもよい。その際、ポリビニルアルコール、
ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、
およびポリアクリルアミド等のゲルの内部に酵素を固定
化することができる。

【００５９】有機系繊維質反応タンク１１の下流側に
は、嫌気タンク９、無酸素タンク２、好気タンク４、沈
殿池７、濃縮装置１５および脱水装置１８が設けられて
おり、これらによって廃水処理プロセスが構成される。
なお、こうしたタンク等の配置の順番は、図示する例に
限定されるものではない。

【００６０】有機系繊維質反応タンク１１からの有機系
繊維質反応タンク流出水は、固液分離装置１２で固液分
離を受けて、固形物をあまり含まない液状物質をより多
く含む部分と固形物をより多く含む部分に分離される。
その後、液状成分をより多く含むとする部分は嫌気タン
ク９および無酸素タンク２に導入され、嫌気タンク９に
は、処理される対象である流入水（廃水）１および沈澱
池７からの汚泥の一部が返送汚泥１３として導入され
る。固形物をより多く含む部分２３は、汚泥処理系統に
導入されて、処理がなされる。図１では、脱水装置１８
の前に導入しているが、濃縮装置１５や、図示されては
いないが最初沈澱池に導入してもよい。また、これらの
導入に先だって、固形物をより多く含む部分を生物学的
あるいは物理化学的手法により処理してもよい。これら
によって汚泥処理系からの返流水の水質を改善すること
ができる。さらに、図示するように、濃縮装置１５から
の濃縮分離液１７および脱水装置１８からの脱水装置脱
離液２０も嫌気タンク９に返送してもよいが、これらの
返送は必ずしも必要ではない。濃縮分離液１７および脱
水装置脱離液２０は、場合によっては専用の処理工程に
導入され、あるいは最初沈殿池や沈砂池に投入される場
合もある。

【００６１】嫌気タンク９内では嫌気条件下で反応が進
行し、嫌気タンク９の流出液は、好気タンク４からの流
出液の一部である循環液３とともに無酸素タンク２に導
入される。この無酸素タンク２内では無酸素条件下で反
応が進行し、無酸素タンク２の流出液は好気タンク４に
導入される。

【００６２】好気タンク４には微生物固定化担体５が収
容されており、このタンクの流出側には担体流出防止
（担体分離）装置６が設置されているので、担体は好気
タンク４内に常に保持される。好気タンク４の流出液の
一部は、上述したように循環液３として無酸素タンク２
に循環され、残りは沈殿池７に導入される。好気タンク
４内に収容される微生物固定化担体５としては、すでに
説明したようなものを用いることができる。すなわち、
有機系繊維質反応タンク１１内に収容するものと同様の
微生物固定化担体を、好気タンク４内に収容することが
できる。担体分離装置６としてはスクリーンを用いるの
が一般的であるが、担体と好気タンク４の流出液とを分
離できるものであれば方式は特に限定されず、任意のも
のを用いることができる。すでに説明したような理由か
ら、スクリーン目幅は、実用的には２ｍｍ以上であり、
２．５ｍｍ以上が好ましい。

【００６３】なお、処理場の敷地に充分な余裕があり、
大型の好気タンクを設けて硝化細菌を高濃度に保持でき
る場合には、必ずしも好気タンク４内に担体５を用いる
必要はない。

【００６４】沈殿池７では、好気タンク４から導入され
た流出液が沈降分離されて汚泥が得られ、その一部は、
余剰汚泥１４として濃縮装置１５に導入され、汚泥の残
りの部分は返送汚泥１３として嫌気タンク９に導入され
る。一方、沈殿池７で固液分離された上澄み液は、処理
水８として排出される。なお、沈殿池７は、汚泥と処理
水とを分離するためのものであり、汚泥と処理水との分
離が可能であれば、他の方式（浮上分離、膜分離、濾
過、遠心分離等）を使用しても構わない。

【００６５】余剰汚泥１４が導入された濃縮装置１５で
は、この汚泥が濃縮されて濃縮汚泥１６として脱水装置
１８に導入された後、脱水処理を受けて脱水ケーキ１９
として排出される。また、脱水工程１８で発生する脱離
液２０は、濃縮工程で発生する分離液１７とともに嫌気
タンク９に返送・処理される。

【００６６】なお、濃縮設備１５および脱水設備１８と
しては、種々の方式のものを用いることができ、例え
ば、遠心濃縮装置、濾過式濃縮装置、浮上式濃縮装置
や、ベルトプレス式脱水機、遠心脱水機、フィルタープ
レス式脱水機、およびロータリープレス式脱水機等を用
いてもよい。また、処理施設によっては、汚泥処理設備
を保有せず、汚泥の集約処理や移動式汚泥処理設備によ
る処理等が行われる場合もあるが、その場合も本発明の
効果は何等変わらず維持される。

【００６７】上述のプロセスにおける主な反応は、有機
系繊維質反応タンク１１内での有機系繊維質の分解・低
分子化反応；嫌気タンク９内でのリンの吐き出し反応；
無酸素タンク２内での脱窒反応；および好気タンク４内
での有機物分解反応、硝化反応、リン吸収反応である。

【００６８】廃水中の窒素成分は、好気タンク４内での
硝化細菌の作用によって、アンモニア性窒素や有機性窒
素はＮＯ₂−ＮやＮＯ₃−Ｎに変換される。ここでの硝化
細菌とは、浮遊しているものと担体５に固定化されてい
るものとの両方をさす。その後、好気タンク４からの流
出液の一部は、循環水３として無酸素タンク２に循環さ
れ、無酸素タンク２内でＮＯ₂−ＮやＮＯ₃−ＮがＮ₂ガ
スに還元される。こうして得られたＮ₂ガスが大気放散
されることによって、廃水中の窒素成分が除去される。

【００６９】この還元反応における還元剤としては、流
入水１に含まれる有機物が用いられる。さらに、有機系
繊維質反応タンク１１で生成し、無酸素タンク２に導入
された有機物もまた、還元剤として作用する。廃水中の
リンは、微生物の次のような作用によって除去される。
まず、微生物は嫌気タンク９で有機物を利用して体内の
リンを吐き出し、その後、リンを吐き出した微生物が主
に好気タンク４において吐き出した量以上のリンを体内
に吸収する。こうして、廃水中のリンが微生物の体内に
吸収されることによって、廃水中のリンが除去される。

【００７０】嫌気タンク９内において有機物を利用して
微生物が体内のリンの吐き出す反応が生じる際には、有
機物がエネルギー源として必要とされる。この有機物と
して、有機系酸素質反応タンク１１で生成し、嫌気タン
ク９に導入された有機物が用いられる。

【００７１】また、リンを吐き出した微生物が好気タン
ク４においてリンを吸収する反応の際にも、有機物をエ
ネルギー源として必要とする。このエネルギー源として
の有機物が不足する場合には、有機系繊維質反応タンク
１１で生成した分解生成物である有機物の一部を好気タ
ンク４に導入することによって、エネルギー源としての
効果を得ることができる。

【００７２】本発明においては、上述したような酸化還
元反応により廃水中の窒素が除去され、リンの過剰摂取
により廃水中のリンが除去される。さらに本発明におい
ては、有機系繊維質の分解によって生じた物質を利用し
た生物反応にともなって生物が増殖し、その際に水中の
リン化合物および窒素化合物を微生物が生体内に摂取す
る。こうして、処理水中のリン濃度および窒素濃度はさ
らに低減される。

【００７３】なお、有機系繊維質反応タンク１１内では
有機系繊維質の少なくとも一部が分解されるが、未分解
の有機系繊維質が残留する。本発明においては、有機系
繊維質反応タンク１１で生成した有機系繊維質の分解生
成物と未分解物質とを分離する。具体的には、分離手段
としては、遠心分離、浮上分離、膜分離、沈澱濃縮分
離、および、ろ過分離などを用いることができる。固液
分離に際して凝集剤を添加してもよい。このように固液
分離を行うと、液状成分をより多く含む部分と、固形物
を多く含む部分とに分けられ、水処理工程に液状成分、
すなわち脱窒反応やリン除去反応に有用な成分を多く含
む部分を導入することができる。さらに、固形物をより
多く含む部分を汚泥処理系統に導入することにより、固
形物を多く含む部分が水処理工程に導入されないので、
水処理系におけるＳＲＴを大きくすることができる。こ
れによって、硝化細菌のような増殖速度の小さい有用微
生物を安定的に保持することが可能となる。

【００７４】さらに、未分解の有機系繊維質は、汚泥の
脱水性を向上させるので、脱水装置１８からの脱水ケー
キ１９の含水率が低下し、脱水ケーキを焼却する際の補
助燃料のコストを大幅に削減できるという利点もある。
加えて、脱水性の向上にともなって脱水用の凝集剤の使
用量を低減できるというメリットも発生する。

【００７５】本発明において、有機系繊維質反応タンク
１１に導入される有機系繊維質１０の形状は特に限定さ
れるものではなく、粒状、粉状、糸状、および紙片状の
いずれとしてもよい。反応効率や反応速度の観点から
は、有機系繊維質は微細であるほど有利であるものの、
この場合には費用、処理のための維持管理等が必要とさ
れる。したがって、その必要性や効果等を総合して、有
機系繊維質の投入形態を適宜決定すればよい。

【００７６】例えば、粉状の有機系繊維質を含む物質を
用いる場合には、有機系繊維質分解タンクに投入する前
に、これを予め液体に分散しておくことが好ましい。投
入する有機系繊維質の種類や状態（乾燥度、静電気を帯
びているかどうか等）によっては、有機系繊維質分解タ
ンクに導入した時点で塊を形成するおそれがある。この
塊は溶けないココアのイメージであり、投入した有機系
繊維質と微生物や酵素との良好な接触状態を得ることが
困難となって、有機系繊維質の分解反応の反応効率が低
下する場合がある。

【００７７】粉状の有機系繊維質を含む物質を予め分散
させる液体としては、廃水処理の工程で発生する液状物
質の一部または全部、あるいは水道水、工業用水、雑用
水、井水等を用いることができる。廃水処理工程で発生
する液状物質としては、例えば、流入水、返送汚泥、余
剰汚泥、循環水、濃縮汚泥、濃縮工程脱離液、脱水工程
脱離液、汚泥処理工程返流水、ろ過洗浄廃水等が挙げら
れる。さらに、必要に応じて分散剤を添加してもよく、
超音波などを利用して分散させることも可能である。

【００７８】なお、有機系繊維質の一例として、オフィ
スなどで発生するシュレッダー屑や、シュレッダー屑を
圧縮・成形したもの、古紙を粒状に成形したもの、木片
やもみがら等が挙げられる。古紙の場合、紙として再生
利用しようとした場合には、通常事前に分別が必要とさ
れる。これに対して、本発明では分別は特に必要なく、
現在もっとも分別が困難で紙としての再利用が難しく、
大きな問題となっているいわゆるミックス古紙も利用す
ることができる。ミックス古紙中の上質紙の部分にはセ
ルロースが多く含まれ、これは分解、低分子化されて窒
素除去、リン除去に用いられる。一方、ミックス古紙中
の低質紙の部分はリグニン等の難分解性成分を多く含ん
でいるが、未分解部分は汚泥の沈降性や濃縮性、あるい
は脱水性の向上に寄与する。

【００７９】また、有機系繊維質反応タンク１１内で分
解・低分子化される前の有機系繊維質に、前処理を予め
施すことによって、反応効率および反応速度を向上させ
ることができる。前処理としては、例えば、酸処理、ア
ルカリ処理、オゾン処理、過酸化物処理、温度処理、超
音波処理、およびこれらの組み合わせなどが挙げられ
る。これらの処理を施すかどうかについても処理費用、
処理のための維持管理の必要性、効果等を総合的に判断
して適宜決定することができる。

【００８０】有機系繊維質反応タンク１１における有機
系繊維質１０の平均滞留時間は１日以上、望ましくは５
日以上とする。これは、有機系繊維質を分解することの
できる微生物の増殖速度が小さく、このような微生物を
高濃度に反応タンク内に保持するためにはこの程度の滞
留時間が必要であるため、および有機系繊維質の分解速
度が小さく、長い反応時間が必要とされるためである。
ただし、有機系繊維質の分解性が高い場合は、平均滞留
時間を１日以内とすることもできる。

【００８１】有機系繊維質１０の有機系繊維質反応タン
ク１１における滞留時間を大とするには、次のような方
法を採用することができる。１）有機系繊維質反応タン
ク１１を穏やかに撹拌して、有機系繊維質反応タンク１
１からの分解生成物および未分解有機系繊維質の流出量
を低減する、２）有機系繊維質反応タンク１１の流出口
に有機系繊維質の流出防止装置を設ける、３）有機系繊
維質反応タンク１１への有機系繊維質反応タンク流入液
１２の投入量を調節（低減）したり、汚泥の引き抜き量
を調節（低減）する、４）有機系繊維質反応タンク１１
を回分操作として、有機系繊維質を沈殿あるいは浮上さ
せた後、未分解の有機系繊維質をより多く含む側からは
抜き出しを行なわないか、あるいは抜き出し量を低減す
るといった方法である。未分解の有機系繊維質をより少
なく含む側から抜き出しを行なうことは、水素や溶解性
の分解生成物を抜き出すことであり、化学反応や生物反
応の一般的な原則である。このように反応生成物を抜き
出すことによって反応の促進効果を得ることができる。

【００８２】１）の有機系繊維質反応タンク１１を穏や
かに撹拌する方法としては、機械的撹拌装置を用いるこ
とが一般的であるが、気体を吹き込んで撹拌してもよ
い。一般には、有機系繊維質の生物学的分解速度は、嫌
気反応（酸素のない状態での反応）や無酸素反応（溶存
している酸素のない状態での反応）の方が、好気反応
（酸素のある状態での反応）の場合より大となる。した
がって、気体を吹き込んで撹拌する場合には、酸素濃度
の低い気体を吹き込む；気体の吹き込み量を撹拌可能な
最低限に抑える；気体の吹き込みを間欠的に行う；散気
装置として酸素溶解効率の低い装置（例えば、粗大気泡
を発生させる装置）などによって、有機系繊維質反応タ
ンク１１内を嫌気状態に維持することが望まれる。

【００８３】２）の有機系繊維質反応タンク１１の流出
口に有機系繊維質の流出防止装置を設ける方法として
は、有機系繊維質が粒状等の塊状である場合にはスクリ
ーンを用いることができる。また、比重差を利用して沈
殿あるいは浮上設備を設けることもできる。

【００８４】３）の有機系繊維質反応タンク１１への流
入水１２の投入量の調節（低減）や、有機系繊維質反応
タンク１１からの低分子化された有機系繊維質および未
分解分の引き抜き量の調節（低減）には、汚泥が有機系
繊維質反応タンクにある程度蓄積された段階での引き抜
き操作が必要となる。これは、一般的に有機系繊維質反
応タンク１１には未分解の有機系繊維質が蓄積してくる
ためである。なお、流入水１２の投入量を低減したり、
汚泥の引き抜き量を低めに設定することによっても有機
系繊維質反応タンク１１内における有機系繊維質の滞留
時間を大とすることができる。

【００８５】有機系繊維質反応タンク１１に難分解性の
有機質が蓄積した場合には、これらを引き抜くことが必
要となる。基本的には撹拌速度を上げるなどして固液分
離装置２１に送り出せばよい。その他の未分解の有機系
繊維質を含む汚泥の引き抜き操作としては、例えば、有
機系繊維質反応タンク１１から難分解性の有機質を直接
引き抜く方法を採用することができ、具体的には、配管
を設けるあるいはバキュームカー等により引き抜くこと
ができる。引き抜いた汚泥は沈殿池７、あるいは濃縮装
置１５に導入される。さらに、図示してはいないが、引
き抜いた汚泥を最初沈殿池に導入することもできる。

【００８６】ここで引き抜かれた汚泥に特に粒子状のも
のがない場合には、嫌気タンク９や無酸素タンク２、好
気タンク４にこれを導入してもよい。場合によっては、
有機系繊維質反応タンク１１に投入される有機系繊維質
量と、有機系繊維質反応タンク１１から流出する有機系
繊維質を含む固形物量とのバランスがとれて、汚泥の引
き抜きを行う必要がないこともある。また、有機系繊維
質反応タンク１１の撹拌強度を調節することによって有
機系繊維質反応タンク１１から有機系繊維質を含む固形
物を流出させることができ、これによって有機系繊維質
反応タンク１１からの引き抜き汚泥量や、有機系繊維質
の有機系繊維質反応タンク１１内の滞留時間を調整する
ことが可能である。

【００８７】有機系繊維質反応タンク１１に導入される
有機系繊維質１０の量は、流入水１の水質、水量、要求
される処理水８の水質によって変化する。一般的には、
所望される処理水の窒素濃度やリン濃度が低い値の場
合；流入水のＢＯＤ／窒素比やＢＯＤ／リン比が小さい
場合；脱水ケーキの含水率を低下させたい場合には、導
入する有機系繊維質１０の量を大とする必要がある。一
般的な下水を処理する場合には、投入量は流入下水１ｍ
³当たり１０ｇから５００ｇ程度となる。投入する有機
系繊維質１０の容積は、投入する有機系繊維質１０の
量、分解率、および平均滞留時間から決定することがで
きる。

【００８８】なお、有機系繊維質反応タンク１１内で微
生物反応や酵素反応等の生物学的手法によって有機系繊
維質の分解・低分子化を行って、主に糖類や有機酸の
類、あるいはアルコール等を生成する際、条件によって
は有機系繊維質の分解、低分子化が進みすぎてメタンガ
スが発生する場合がある。メタンガスが大量に発生して
気散するような条件では、せっかく生成した糖類や有機
酸の類、あるいはアルコール等が無駄になってしまうの
で、有機系繊維質反応タンク１１内はメタンガス生成反
応が起こらない条件とすることが求められる。そのため
には、有機系繊維質反応タンク１１における固形物の滞
留時間を調整、具体的には短縮して、メタン生成菌がタ
ンク内に高濃度に蓄積しないようにする方法が挙げられ
る。

【００８９】さらに、メタン生成菌は、一般に酸素の存
在によって大きなダメージを受ける細菌、すなわち絶対
嫌気性菌であるため、有機系繊維質反応タンク１１に酸
素含有ガスを吹き込んだり、過酸化物やオゾン等を導入
することによってメタン菌の増殖、活動を抑えることが
できる。嫌気度の指標としてはＤＯ（溶存酸素濃度）や
ＯＲＰ（酸化還元電位）を用いることができる。特に、
酸化還元電位による制御は有効であり、有機系繊維質の
低分子化が起こり、メタン化が進行しにくい範囲である
＋５０ｍＶから−２５０ｍＶの範囲になるように制御す
ることが有効である。

【００９０】なお、有機系繊維質の分解には、有機系繊
維質の分解能力を有する微生物や酵素（セルラーゼ等）
が存在していることが好ましく、反応開始時点において
これらを反応タンクに供給することが望まれる。前述の
ように返送汚泥等の一部を有機系繊維質の分解を行う反
応タンク１１に導入する場合には、これらの中に有機系
繊維質の分解能力を有する微生物が含まれていれば、酵
素や微生物の反応タンクへの導入は特に必要ない場合も
ある。しかしながら、反応の立ち上がりを迅速に行うた
めにも、反応開始時点においてこれらを添加することは
有効である。反応開始時点のみ添加するか、常に添加を
継続するか、添加は行わないか、あるいは添加量をどの
程度にするかについては、前述のように地域性や工場廃
水に流入の有無等によって異なる。また、要求される有
機物の低分子化の程度および脱水ケーキの含水率などに
応じて、酵素や微生物の添加の条件は異なる。したがっ
て、反応の安定性や得られる反応速度等と経済性も考慮
したうえで、酵素や微生物の添加に関しては適宜決定す
ることができる。

【００９１】また、有機系繊維質反応タンク１１に有機
系繊維質分解能力を有する微生物や酵素、酵母の類を固
定化した担体を投入してもよい。これらによって、シス
テムの立ち上げ期間の短縮効果、システムの反応の安定
化効果、反応タンクの小型化効果などが得られる。固定
化担体を用いた場合には、特に担体と有機性繊維質との
接触効率を高めることが効果的であり、有機系繊維質を
微細化、粉砕処理をすることが好ましい。

【００９２】さらに、有機系繊維質分解能力を有する微
生物の増殖のために必要となる栄養分（窒素成分、リン
成分、ペプトン等の有機物）や微量元素を有機系繊維質
反応タンク１１に添加することによって、効率の更なる
向上が認められる場合もある。また、最初沈澱池の汚
泥、余剰汚泥、返送汚泥や栄養分を含む産業廃水、産業
廃棄物等を添加することによって、栄養分を補強するこ
ともできる。

【００９３】なお、図１のフローは本発明の廃水処理装
置の一例を示したものであり、本発明はこのフローに限
定されるものではない。図１における嫌気タンク９、無
酸素タンク２、好気タンク４、好気タンク循環液３、沈
殿池７、および返送汚泥１３によって水処理工程が構成
されており、この工程は嫌気無酸素好気法と呼ばれる代
表的な下水高度処理フローである。水処理工程を、嫌気
無酸素好気法以外の処理方法に置き換えても、本発明の
効果はほとんど変わらず得ることができる。例えば、水
処理工程を標準活性汚泥法のフローとした場合には、標
準活性汚泥法自体が窒素除去やリンの過剰摂取によるリ
ン除去を想定したフローとはなっていないため、窒素除
去やリン除去に関する促進効果という効果は薄れる。し
かしながら、この場合でも、有機系繊維質の分解によっ
て生じた物質を利用した生物反応が起こり、これにとも
なって生物が増殖し、その際に水中のリン化合物および
窒素化合物を微生物が生体内に摂取する。こうして、処
理水のリン濃度および窒素濃度は低減される。さらに、
余剰汚泥の脱水性の改善、脱水用の凝集剤の使用量削
減、および汚泥の分離・濃縮性の向上といった全ての効
果は、何等変わらず維持される。

【００９４】また、図１に示した装置における水処理工
程を、循環式硝化脱窒法、嫌気−好気法、バーデンホ
法、修正バーデンホ法、ステップ流入式硝化脱窒法、硝
化−内生脱窒法、嫌気−硝化−内生脱窒法等のほとんど
全ての生物処理フローおよびこれらの担体投入法フロー
に置き換えることもできる。いずれの場合も、本発明の
効果はほとんど維持される。これらの方法を採用した場
合、有機系繊維質反応タンク流出液は、フロー中の嫌気
タンクや無酸素タンク等の酸素を吹き込まないタンク
や、微好気タンクのような溶存酸素濃度の低いタンクの
少なくとも一つに導入することができる。また、前述し
たようにリンの吸収の促進のために好気タンクに有機系
繊維質反応タンク流出液の一部を導入してもよい。ま
た、水処理工程が回分操作されている場合には、溶存酸
素濃度の低い時間帯に有機系繊維質反応タンク流出液を
導入するのが好ましいが、必ずしもこの時間帯だけに限
る必要はない。

【００９５】本発明は、基本的に有機系繊維質反応タン
ク１１において有機系繊維質を分解し、この分解生成物
を固液分離した後、その分解生成物を生物反応に利用す
ることによって窒素除去やリン除去の促進を行うととも
に、有機系繊維質の未分解物質を利用して、汚泥の分離
・濃縮・脱水性の改善を図るものであり、このような考
え方に基づく処理フローは全て本発明の範囲に含まれ
る。

【００９６】以上、有機系繊維質反応タンク１１におい
て微生物や酵素・酵母を用いた生物的作用により有機系
繊維質１０を分解する手法を例に挙げて説明したが、有
機系繊維質を分解する手法は、これに限定されるもので
はない。有機系繊維質反応タンク１１は、有機系繊維質
の分解・低分子化を行うためのものであるので、生物学
的な手法以外でもこの目的を達成するものであれば用い
ることができ、例えば化学的処理および物理的処理とい
った手法が挙げられる。

【００９７】より具体的には、化学的処理としては、酸
処理、アルカリ処理、オゾン処理、過酸化物処理、温度
処理、およびこれらの組み合わせによる処理が挙げら
れ、物理的処理としては、超音波処理；グラインダーや
ミルにより有機系繊維質を破砕する手法が挙げられる。

【００９８】有機系繊維質の分解・低分子化の手法は、
流入水質や要求される処理水質、コスト、敷地面積、要
求される脱水ケーキ含水率などを総合的に判断して適宜
選択することができる。上述した手法のなかでも、オゾ
ン処理を採用した場合には、低コストかつ小型の反応タ
ンクで有機系繊維質の分解・低分子化が可能であるの
で、本発明の目的を達成する手段として特に好適であ
る。オゾンの添加量は、有機系繊維質の種類、要求され
る分解率、およびオゾン溶解効率等によって異なるた
め、実際に添加と分析を行って添加量を決定することが
好ましい。オゾン処理によって有機系繊維質は低分子化
はされるものの、糖類や有機酸等までの分解にはいたら
ない場合、すなわち分解生成物が低分子のセルロースで
ある場合には、オゾン処理の後段に生物学的手法による
有機系繊維質反応タンク１１を設置してもよい。また、
分解される有機系繊維質の種類によっては生物学的手法
を前段に配置し、オゾン吹き込みを後段に配置してもよ
い。このように、有機系繊維質の分解・低分子化を行う
有機系繊維質反応タンク１１を複数設けることもまた可
能である。

【００９９】さらに、各タンクに導入する配管は、各タ
ンクに直接導入する必要はなく、タンクに導入される配
管と結合して、その液と混合してからタンクに投入する
こともできる。

【０１００】

【実施例】以下、具体例および比較例を示して本発明を
さらに詳細に説明する。

【０１０１】まず、図１に示したフローにおいて、固液
分離装置２１からの流出液（液状成分をより多く含む部
分）を嫌気タンク９と無酸素タンク２とに半分ずつ導入
する装置を構成し、これを用いて廃水の処理を行い、実
施例１とした。なお、この実施例１においては、好気タ
ンク４に比重１．０１、長さ５ｍｍ、外径４ｍｍ、内径
３ｍｍの発泡ポリプロピレン製中空円筒状担体５を真容
積基準で７％収容し、担体流出防止装置６として目幅
２．５ｍｍのウェッジワイヤースクリーンを好気タンク
４の出口に設置した。また、固液分離装置２１として
は、連続遠心分離装置を用いた。

【０１０２】また、好気タンク４中から微生物固定化担
体５を取り除いた以外は、前述の実施例１の場合と同様
の装置を構成し、これを用いて廃水の処理を行い、実施
例２とした。

【０１０３】これらの実施例１および２においては、有
機系繊維質反応タンク１１の容積は２０リットルとし
た。

【０１０４】さらに、窒素・リン除去の促進、汚泥の分
離・濃縮・脱水性に関する比較を行うために、比較例１
〜４として次のような手法により廃水の処理を行った。

【０１０５】嫌気無酸素好気法により廃水を処理して、
比較例１とした。この方法は、実施例２において有機系
繊維質反応タンク１１および固液分離装置２を設置しな
い場合に相当する。

【０１０６】嫌気無酸素好気法において、脱水前に微細
化した古紙を混入させる方法により廃水を処理して比較
例２とした。この方法は、嫌気無酸素好気法である比較
例１の手法に、従来技術２をさらに適用したフローに相
当する。

【０１０７】最初沈殿池汚泥と余剰汚泥との混合汚泥を
酸発酵した後、嫌気タンクと無酸素タンクに半分ずつ投
入する方法により廃水を処理して比較例３とした。好気
タンク４には担体は収容していない。この方法は、従来
技術１を嫌気無酸素好気法に適用したフローである。こ
こでは、酸発酵タンクの容積は３００リットルとした。

【０１０８】反応タンクに粒状の古紙を投入した従来技
術の３の技術において、反応タンクに嫌気無酸素好気法
を採用した方法により廃水を処理して、比較例４とし
た。好気タンク４に担体は収容していない。

【０１０９】上述の実施例１，２および比較例１〜４に
用いた原水は、生活排水処理場の最初沈殿池流出水であ
り、以下に示す測定値は、１０ヶ月間での１０回の測定
の平均値である。各処理において共通する事項として
は、流入水質、水温、流入水流量（１００Ｌ／ｈｒ）、
無酸素タンク２の容積（３００Ｌ）、好気タンク４の容
積（２００Ｌ）、最終沈殿池水面積負荷（１００ｍ／
日）、循環水量比（２００％）、返送汚泥比（５０％）
である。また、汚泥の引き抜き量は、比較例４のみ、好
気タンク４の汚泥濃度が３０００ｍｇ／Ｌとなるように
し、それ以外（実施例１，２、比較例１〜３）において
は、好気タンク４の汚泥濃度が２０００ｍｇ／Ｌとなる
ように実施した。

【０１１０】有機系繊維質１０としては古紙を用い、具
体的には事務系オフィスのシュレッダーダストを２ｍｍ
角に裁断したものを用いた。実施例１，２および比較例
４においては３．６ｇ／ｈｒの古紙を有機系繊維質反応
タンク１１に添加し、比較例２においては１．８ｇ／ｈ
ｒ相当分の古紙を脱水前に添加した。

【０１１１】なお、従来技術３において、導入された粒
状有機質は担体として作用し、担体として水処理系統か
ら汚泥処理系統に引き抜かれる。事務系オフィスのシュ
レッダーダストを２ｍｍ角に裁断したものでは、すぐに
バラバラになって担体の役割を果たさない。このため、
比較例４においては事務系オフィスのシュレッダーダス
トを２ｍｍ角に裁断したものを３ｍｍ角の形状に圧縮成
形したものを用い、担体形状が壊れる前に担体の引き抜
きを行った。

【０１１２】各実施例および比較例においては、全長２
８ｃｍ、高さ８ｃｍの長方形の撹拌翼を反応タンク１１
底部より５ｃｍのクリアランスとなるように上部から設
置し、ほぼ反応タンク内が均一な撹拌状態となる３５ｒ
ｐｍで撹拌した。

【０１１３】上述の実施例１，２および比較例１〜４に
より廃水を処理した後、処理水の水質、汚泥の沈降分離
性、および脱水ケーキ含水率を調べ、得られた結果を下
記表１にまとめる。

【０１１４】また、汚泥の脱水性は、ジャーテストによ
り高分子凝集剤の適性添加量を決定した後、凝集、重力
脱水後の汚泥を加圧試験機によりベルトプレス脱水機の
ろ布間で２分間、１．５ｋｇ／ｃｍ²で加圧脱水して脱
水ケーキの含水率を測定して評価した。

【０１１５】

【表１】

【０１１６】表１に示されるように、実施例１，２で
は、処理水質は、Ｔ−Ｎ、Ｔ−Ｐともに明らかに優れて
おり、脱水ケーキの含水率も低い値である。これらの効
果は、有機物の導入によって脱窒反応、脱リン反応が促
進されたこと、有機物のみが添加され窒素成分リン成分
は添加されないこと、および未分解の有機質が汚泥の脱
水性に好影響を与えることといった本発明の特徴によっ
てもたらされたものである。

【０１１７】特に、好気タンク４に微生物固定化担体５
を収容した実施例１の結果に示されているように、この
場合のみＮＨ₄−Ｎが完全に除去されている。ＮＨ₄−Ｎ
の酸化により生じたＮＯ_x−Ｎも低い値を示しており、
これは、微生物固定化担体５の投入により硝化細菌が高
濃度に維持されたこと、さらに、有機系繊維質の分解に
よって生じた有機物の添加によって脱窒反応も促進され
たことによるものである。

【０１１８】実施例２では、ＮＨ₄−Ｎの除去は完全で
はないものの、有機系繊維質の分解によって生じた有機
物を添加したことに起因して、生成したＮＯ_x−Ｎの除
去反応（脱窒反応）が促進されている。このため、処理
水中のＮＯ_x−Ｎが小さい値となり、結果としてＴ−Ｎ
が実施例１についで小さな値となったものである。

【０１１９】これに対して、比較例１〜４のいずれも、
本発明のような効果は得られていない。比較例１では、
処理水中のＴ−ＮおよびＴ−Ｐのいずれも高く、脱水ケ
ーキ含水率も高い。比較例２では、脱水ケーキ含水率に
多少の改善がみられているものの、処理水の水質は比較
例１と大きな変化はない。

【０１２０】比較例３では、有機物が投入された分の効
果は、処理水のＮＯ₃−Ｎがほとんどないことに現れて
いるが、Ｔ−ＮやＴ−Ｐの値が低いわけではない。これ
は、汚泥の分解により生成した窒素成分、リン成分が有
機物とともに処理系に流入しているためである。

【０１２１】比較例４では、脱水ケーキの含水率の低減
に多少の効果が得られているのみであり、処理水質は比
較例１と同程度であり大きな変化はない。これは、比較
例４の条件、すなわち担体形状が維持され、かつ担体と
して引き抜かれ滞留時間が充分に確保できない条件で
は、担体を構成する有機系繊維質の分解による低分子化
された有機物の発生がほとんどないためである。

【０１２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、窒
素除去やリン除去を促進するとともにメタノールの使用
量を低減し、かつ余剰汚泥の脱水性の改善、脱水用の凝
集剤の使用量の削減を図り、増殖速度の小さい有用微生
物を反応タンク内に高濃度で保持し得る廃水の処理方法
が提供される。また、本発明によれば、窒素除去やリン
除去を促進するとともにメタノールの使用量を低減し、
かつ余剰汚泥の脱水性の改善、汚泥の分離・凝縮性の改
善や脱水用の凝集剤の使用量の削減を図り、増殖速度の
小さい有用微生物を高濃度で反応タンク内に保持して廃
水の処理を行うための処理装置装置が提供される。

【０１２３】本発明においては、窒素やリン等の成分を
ほとんど含まない古紙等の有機系繊維の一部を分解し
て、発生した分解生成物である有機物を廃水処理におけ
る窒素除去、リン除去に利用できるので、廃水の高度処
理（窒素リン除去）が達成され、未分解の有機系繊維質
が汚泥の分離性、濃縮性、脱水性を向上させる。また、
メタノールを添加する方法に比較して、処理費用の低減
が可能という利点が得られる。さらに、好気タンクに微
生物固定化担体を収容した場合には、高度処理の処理効
率の向上（除去率の向上や反応タンク容積の縮減）と処
理の安定化がなされる。加えて、廃棄物である古紙等を
利用することにより、資源の有効活用、廃棄物処理の面
でも効果があり、その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃水処理装置の一例の構成を表す概略
図。

【符号の説明】

１…流入水２…無酸素タンク３…好気タンク循環液４…好気タンク５…担体６…担体流出防止装置７…沈殿池８…処理水９…嫌気タンク１０…投入有機系繊維質１１…有機系繊維質反応タンク１２…有機系繊維質反応タンク流入液１３…返送汚泥１４…余剰汚泥１５…濃縮装置１６…濃縮汚泥１７…濃縮装置脱離液１８…脱水装置１９…脱水ケーキ２０…脱水装置分離液２１…固液分離装置２２…固液分離後の液状成分をより多く含む部分２３…固液分離後の固形成分をより多く含む部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水野健一郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4D004 AA03 AA12 CA17 CA36 CA39 CC02 CC08 CC11 4D040 BB05 BB42 BB57 BB82 4D059 AA05 BE01 BE08 BE16 BE37 BE41 BE49 BE56 CA22 CA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機系繊維質を含む物質に分解処理を施
して得られた分解生成物を、液体を主体とする成分と固
体を主体とする成分とに固液分離した後、前記液体を主
体とする成分を用いて廃水の処理を行なうことを特徴と
する廃水の処理方法。
【請求項２】前記有機系繊維質を含む物質を分解処理
する繊維質分解工程と、前記繊維質分解工程において得
られた分解生成物の固液分離工程とを具備する請求項１
に記載の廃水の処理方法。
【請求項３】前記有機系繊維質を含む物質が、古紙で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の廃水の
処理方法。
【請求項４】前記分解工程として、オゾン処理、硫酸
分解処理、湿式酸化処理、高温高圧分解処理、微生物処
理、および酵素処理から選択される少なくとも１種を用
いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項
に記載の廃水の処理方法。
【請求項５】有機系繊維質を含む物質の分解生成物
を、固液分離して得られる液体を主体とする成分の供給
手段を具備する廃水の処理装置。
【請求項６】有機系繊維質を含む物質の分解生成物を
固液分離する手段を具備する廃水の処理装置。
【請求項７】有機系繊維質を含む物質を分解処理する
手段と、前記分解処理により得られた分解生成物を固液
分離する手段とを具備する廃水の処理装置。
【請求項８】前記有機系繊維質を含む物質を分解処理
する手段が、オゾン処理、硫酸分解処理、湿式酸化処
理、高温高圧分解処理、微生物処理、および酵素処理か
ら選択される少なくとも１種を用いる手段であることを
特徴とする請求項７に記載の廃水の処理装置。
【請求項９】前記廃水の処理装置が、好気性処理設
備、嫌気性処理設備、無酸素性処理設備のうちの少なく
とも一つの処理設備を具備し、かつ、前記処理設備の少
なくとも一つは、有機系繊維質を含む物質の分解生成物
を、固液分離して得られる液体を主体とする成分の導入
手段を具備することを特徴とする請求項５ないし８のい
ずれか１項に記載の廃水の処理装置。
【請求項１０】前記廃水の処理装置が、汚泥処理設備
を有し、かつ、前記汚泥処理設備が、有機系繊維質を含
む物質の分解生成物を、固液分離して得られる固体を主
体とする成分の導入手段を具備することを特徴とする請
求項９に記載の廃水の処理装置。