JP2001070999A

JP2001070999A - 廃水の処理方法および処理装置

Info

Publication number: JP2001070999A
Application number: JP2000186536A
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、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
装置を提供する。【解決手段】有機系繊維質を含む物質（１０）を汚泥
濃縮槽（１５）に導入することを特徴とする。

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Ｎ
₂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、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、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を、汚泥濃縮槽
に導入する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、有機系繊繊維質を含む物質
の導入手段を有する汚泥濃縮槽を具備することを特徴と
する廃水の処理装置を提供する。

【００１７】以下、本発明を詳細に説明する。

【００１８】本発明においては、まず、有機系繊維質を
含む物質を汚泥濃縮槽内で、有機系繊維質と微生物とを
混合して微生物の作用により有機系繊維質の少なくとも
一部を分解する。有機系繊維質を含む物質は、汚泥濃縮
槽に直接導入されてもよく、あるいは汚泥濃縮槽に通ず
る配管に導入されてもよい。汚泥濃縮槽内で有機系繊維
質を含む物質が処理されることによって、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
有機物が、濃縮槽分離液あるいは後段の脱水工程脱離液
として廃水処理系に返送される。本発明においては、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。

【００１９】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。また、有機質繊維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。

【００２０】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、未分解のまま濃縮層の濃縮汚
泥側に移行し、さらに脱水機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。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。

【００２１】有機系繊維質を含む物質は、汚泥の滞留時
間以上の滞留時間で、汚泥濃縮槽の一部に滞留させるこ
とが好ましい。一般に、セルロース等の有機系繊維質は
分解速度が小さいので、高い反応率を得るためには反応
が起こる条件下に長時間滞留させる必要がある。このた
めには、有機系繊維質を含む物質の濃縮槽内における滞
留時間を大としなければならない。例えば、有機系繊維
質を粒状で投入し、粒子の大きさより小さい目幅のスク
リーンを用いれば、未分解成分を多く含む比較的新しい
粒子は濃縮槽内に維持され、分解を受けてぼろぼろにな
ったものはスクリーンを通過して濃縮汚泥側に移行す
る。分解生成物の多くは、濃縮槽分離液として廃水処理
系等に返送される。なお、スクリーンにはある程度小さ
くなった粒子がかみ込むおそれがあるので、かき寄せ装
置などを設けた自動洗浄型のものを用いることが好まし
い。また、濃縮タンクの一部を加工、区分してここに有
機系繊維質を投入し、長時間滞留させるようにした場合
にも、同様の効果が期待できる。例えば、濃縮槽に、目
開き０．５ｍｍ程度から３０ｍｍ程度の金網や、パンチ
ングメタル等でできた籠状容器を投入して、ここに目幅
より大きい径を有する有機系繊維質を導入すれば、容器
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。したがって、こうした容器内で有機系繊維質の分
解が起こり、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。また、有機系繊維質の一部（一部のセルロースやリ
グニン等）は、未分解のまま濃縮槽の濃縮汚泥側に移行
し、さらに脱水装置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。ここでも、籠状容器に
はある程度小さくなった粒子がかみ込むおそれがあるの
で、かき寄せ装置などを設けた自動洗浄型のものを用い
ることが好ましく、そのメンテナンス性から上部に引き
上げることが可能な形状とすることが好ましい。

【００２２】有機系繊維質を含む物質を汚泥濃縮槽内で
処理する前に、この物質を予め液体に分散しておくこと
が好ましい。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、汚泥濃縮槽に
導入した時点で、不ぞろいな粒径を有する塊をつくって
しまうことがある。塊状となった表面のみが微生物や酵
素等と接触して、導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が得られない。したがって、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ため
である。また同様に、導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、濃縮槽に導入した時点で浮上してしまい、濃縮槽分
離液として直ちに返流水側に移行して濃縮槽から流出す
るおそれがある。さらに前述のように有機系繊維質を粒
状とすることは、有機系繊維質の濃縮槽内における滞留
時間を大とする面では有利になるが、比較的高い分解性
を有する有機系繊維質を添加する場合には、滞留時間を
それほど大とする必要はない。むしろ粉状の有機系繊維
質であれば、粉状のまま大きな接触面積を維持したほう
が良い場合がある。このような場合には、有機系繊維質
を含む物質を、予め液体に分散させることが有効であ
る。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、最初沈
澱池引き抜き汚泥、循環水、濃縮汚泥、濃縮汚泥脱離
液、脱水工程脱離液、汚泥処理工程返流水、およびろ過
洗浄廃水等が挙げられるが、有機系繊維質は濃縮槽に導
入するので、濃縮槽流入液を用いるのが最も簡便であ
る。さらに、分散方法としては、通常の混合機、分散
機、攪拌機、ミキサー等を用いればよい。また必要に応
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。

【００２３】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
使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繊維
質濃度が高く、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。特に、本発明にお
いて有機系繊維質としては、有機系繊維質を主成分とす
る廃材、例えば古紙等を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。

【００２４】本発明においては、廃水を処理する工程の
一部は好気状態の反応容器内で行うことができ、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。本発明を適用した場合には、濃縮槽で生成し、
廃水処理系に返送される有機系繊維質および未分解では
あるが廃水処理系に返送される有機系繊維質に相当する
分だけ（より正確には、廃水処理系において微生物に再
合成され固形化される部分と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、有機系繊維質を含む
物質の分解生成物および未分解部分の投入を行わない場
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、微生物固定化担体を
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。

【００２５】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手段を流
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、濃縮
槽に有機系繊維質を投入した場合には、有機系繊維質の
分解に伴って、微細化された繊維質が発生し、その一部
は廃水処理系に返送され、この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。

【００２６】あるいは、前記有機系繊維質を含む物質を
処理する工程、すなわち汚泥濃縮槽および／または廃水
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。

【００２７】有機系繊維質を含む物質の分解を行うには
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。すでに廃水処理装置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。

【００２８】

【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。

【００２９】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、有機系繊維質を含む物質１０が濃縮装置１
５に導入される。この導入に当たっては最初沈澱池引き
抜き汚泥１２や余剰汚泥１４などに予め分散させてもよ
い。また、濃縮装置１５内に有機系繊維質の滞留時間を
長時間取れるように籠状容器を収容したり、有機系繊維
質を粒状として導入し、粒径よりも小さい目幅のスクリ
ーンを収容してもよい。この濃縮装置１５内では、有機
系繊維質を含む物質１０が分解される。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。図示する例では、濃縮
装置１５からの濃縮分離液１７は嫌気タンク９に返送し
ているが、この濃縮分離槽１７は、最初沈澱池１１に返
送してもよい。

【００３０】嫌気タンク９下流側には、無酸素タンク
２、好気タンク４、および沈殿池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。

【００３１】流入廃水１は最初沈澱池１１を経て、嫌気
タンク９に導入される。また、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。さらに、図示する
ように、脱水装置１８からの脱水装置脱離液２０も嫌気
タンク９あるいは最初沈澱池１１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。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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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、沈降濃縮装置、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。

【００４１】上述のプロセスにおける主な反応は、濃縮
装置１５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
内での有機系繊維質の分解・低分子化反応、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。

【００４２】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。

【００４３】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、濃縮装
置１５で生成した有機系繊維質の分解物質もまた、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。

【００４４】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、嫌気タンク９内で有機系繊維質から生成した有機
物が用いられる。

【００４５】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。嫌気タンク９内で有機系
繊維質から生成した有機物は、このエネルギー源として
も活用される。

【００４６】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。

【００４７】なお、濃縮装置１５から廃水処理系には若
干の未分解の有機系繊維質が返送するが、未分解の有機
系繊維質は、汚泥の沈降分離性を向上させるので、沈澱
池７から得られる処理水８中の固形物濃度は小さくな
り、処理水質はいっそう優れたものとなる。

【００４８】さらに、濃縮槽１５で分解されずに濃縮汚
泥側に移行する未分解の有機系繊維質および余剰汚泥中
に含まれる未分解の有機系繊維質は、脱水装置１８に至
り、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。

【００４９】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。

【００５０】本発明において、濃縮槽１５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。しかしながら微細な粒子の場合に
は、前述のように浮上してしまい濃縮槽分離液として返
送されてしまって、濃縮槽における反応時間を十分にと
ることが困難であるので、予め濃縮槽に導入される液な
どに分散させるとよい。分散性に富んだ有機物を導入す
る場合には、種々のものを用いることができるが、難分
解性のものの割合が大きい有機系繊維質を用いる場合に
は粒状として嫌気タンク内に長時間存在するようにする
か、あるいは微細化して接触効率を高め反応効率を高め
ることが好ましい。また、微細化処理をしてから導入す
る場合には費用、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。

【００５１】なお、粒状物質の一例として、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（建
設廃材を含む）、もみ殻、、厨芥等、およびこれらのう
ちの２種以上の混合物を使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繊維質濃度が高く、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。

【００５２】古紙の場合、紙（再生紙）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。

【００５３】また、濃縮槽１５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。

【００５４】濃縮槽１５に導入される有機系繊維質１０
の量は、流入水１の水質、要求される処理水８の水質や
要求される脱水ケーキの含水率によって変化する。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；
あるいは沈殿池における固液分離性を高めたい場合に
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１ｍ³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１
０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。

【００５５】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
これらを濃縮槽１５に供給することが望まれる。前述の
ようにはじめから濃縮槽１５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
濃縮槽１５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。

【００５６】また、濃縮槽１５の内部に有機系繊維質分
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、流出防止装置を設けて担体が濃縮槽に維持
されるようにしてもよい。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。

【００５７】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）や微量元素を濃縮槽１５や廃水処理系に添加する
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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】本発明は、基本的に濃縮槽１５において有
機系繊維質を分解し、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。また、有機系繊維質の投入に際して、予め液体に分
散させてもよい。

【００６１】

【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。

【００６２】まず、図１に示したフローにおいて、有機
系繊維質１０を濃縮槽１５に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１．０
１、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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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に示した処理装
置において有機系繊維質を導入しない場合に相当する。

【００６６】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。

【００６７】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、嫌気タンクに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。

【００６８】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。

【００６９】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
％）、濃縮槽は固形物の平均滞留時間が１２時間であ
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。

【００７０】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圧縮・
成形したものを１０ｍｍ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
古紙を濃縮槽１５に添加し、比較例２においては１．８
ｇ／ｈｒ相当分の古紙を脱水前に添加した。

【００７１】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。

【００７２】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濃縮装置１５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、ほぼ濃縮装置内が均一な撹拌状態となる３５ｒｐｍ
で撹拌した。

【００７３】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。

【００７４】なお、汚泥の沈降性、濃縮性は１リットル
のメスシリンダーでの汚泥の沈降曲線を測定することに
より調べ、投入汚泥濃度と３０分沈殿後の汚泥界面とか
ら、ＳＶＩおよび濃縮汚泥濃度を測定することにより評
価した。

【００７５】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。

【００７６】

【表１】

【００７７】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、汚泥の沈降分離性の指標でもあるＳＳやＳＶＩも
優れた値であり、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
が汚泥の沈降分離性や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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】

【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、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。

【００８４】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…最初沈澱池１２…最初沈澱池流入液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…スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── 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） 4D059 AA05 BA01 BA11 BA26 BA27 BA31 BA34 BE01 BE16 BE38 BE41 BE53 CA22 CA28 CB27 DB32 DB34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機系繊維質を含む物質を、汚泥濃縮槽
に導入することを特徴とする廃水の処理方法。
【請求項２】有機系繊維質を含む物質を液体に分散し
た後、汚泥濃縮槽に導入することを特徴とする廃水の処
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】汚泥濃縮槽に、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種を導入す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】有機系繊繊維質を含む物質の導入手段を
有する汚泥濃縮槽を具備することを特徴とする廃水の処
理装置。
【請求項６】前記汚泥濃縮槽が、有機系繊維質を含む
物質の流出を防止する手段を具備することを特徴とする
請求項５に記載の廃水の処理装置。