JP3600220B2 - 排水処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、DMF分解菌の培養方法により培養されたDMF分解菌を含んだ活性汚泥を用いてDMF含有排水を処理する排水処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、窒素含有化合物であるDMF(N,N−ジメチルホルミアミド、別名:ホルミルジメチルアミン、DMFA)は、ジメチルアミンと一酸化炭素との反応またはジメチルアミンとぎ酸メチルとの反応によって合成される有機物であり、無色透明で水に可溶な有機溶媒としての性質を持つ液体である。このDMFの分子式は、HCON(CH3)2であり、融点−61℃、沸点153℃、引火点60℃、比重0.9683である。
【0003】
また、DMFは、多くの有機化合物と溶解する有機溶媒であるため、人工皮革、ウレタン系合成皮革、スパンデックス繊維、有機合成用または各種ポリマーの溶媒として広く用いられている。平成12年度の生産量は50000トンと推定されている。
【0004】
さらに、DMFは、毒性があるため、いわゆる化学物質管理法の第1種指定化学物質に指定されている。例えば合成皮革工場からの工場排水において、DMFは1000〜300000mg/lの高濃度で排出される。これまでの研究によれば、DMFは、好気性条件において活性汚泥法によって分解できることが報告されている。しかし、DMF濃度が高くなると、阻害性があるため、難分解性物質と言われてきた。特に、DMF濃度が500mg/lを越えると、処理水質が不安定となるため、大量の希釈水を用いて希釈せざるを得なかった。
【0005】
ここで、よく馴致した活性汚泥(好気性微生物)を用いてDMF含有排水を生物分解する反応式は次の(1)式のとおりである。
【0006】
2HCON(CH3)2+7O2→6CO2+4H2O+2NH3……(1)
ThOD(Theoretical Oxygen Demand)/DMF=1.53(mgO2/mgDMF) N/DMF=14/73=19.18%
【0007】
この(1)式に示すように、DMFの分解によりアンモニア性窒素が大量に生成される。したがって、好気性処理でDMFが分解されても、水中に大量の窒素が残る。その濃度は流入DMF濃度の約19%に上る。窒素は閉鎖性水域の富栄養化原因物質の一つとして知られており、第5次水質総量規制では、従来の規制項目のCODの他に新たに窒素、リン含有量が追加された。そのため、従来の活性汚泥処理の排水処理施設は、窒素、リンの高度処理まで完成しなければならないようになった。DMF含有排水のような難分解性、しかも窒素含有率の高い排水の処理が問題となっている。
【0008】
そして、従来の排水処理方法で、DMF含有排水を処理するならば、まず、(1)式のように好気性処理でDMFをアンモニア性窒素に分解して、それから硝化・脱窒素を行うことになる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのような従来の排水処理方法では、高濃度のDMF含有排水を効率よく処理できないおそれがあるばかりでなく、脱窒素反応のためにメタノール等の有機炭素源を加える必要があるため、処理コストが高くなり、余剰活性汚泥が多く発生してしまうおそれもある。
【0010】
なお、生物学的処理法を用いて難分解性有機物を処理する場合、特異代謝機能を有する微生物の集積と高濃度保持が重要なポイントになる。普通の活性汚泥ではDMFを直接分解する能力はほとんどないので、未馴致の活性汚泥でDMFのBODを測定すると、BOD/DMF比が0.1以下になる。一般的に、BOD/DMF比が0.2以下になると、難分解性物質に分類されるので、DMFは難分解性物質に誤認されることがある。
【0011】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、高濃度のDMF含有排水を効率よく処理できる排水処理方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の排水処理方法は、DMF含有排水に対して、DMFと鉄の質量比が1000:1〜5となるように鉄を添加するとともに、DMFとリンの質量比が100:0.2〜2になるようにリンを添加するDMF分解菌の培養方法により培養されたDMF分解菌を含んだ活性汚泥を用いて、DMF含有排水を処理する排水処理方法であって、前段の嫌気槽と後段の好気槽との組み合わせにより構成された循環式の生物反応槽に、DMF分解菌を含んだ活性汚泥を投入する工程と、この活性汚泥が投入された生物反応槽にDMF含有排水を導入し、この導入されたDMF含有排水中のDMF、BODおよび窒素を生物学的に除去する工程と、この除去後の生物処理水を固液分離手段に導入し、この導入された生物処理水を最終処理水と活性汚泥とに分離し、この分離された活性汚泥を生物反応槽に返送する工程とを備えるものであり、従来処理できなかった高濃度のDMF含有排水を効率よく処理することが可能となり、また、脱窒素反応のためにメタノール等の有機炭素源を必ずしも加える必要がなく、処理コストの低減および余剰活性汚泥の生成量低減を容易に実現可能となる。
【0013】
請求項2記載の排水処理方法は、請求項1記載の排水処理方法において、嫌気槽と好気槽の容量比を1:2〜4とし、嫌気槽では攪拌装置により槽内液を攪拌し、好気槽では曝気装置およびDO制御装置により槽内液の溶存酸素濃度を1〜3mg/lに制御しかつpH制御手段により槽内液のpHを7〜8に制御するものであり、高濃度のDMF含有排水をより一層効率よく処理することが可能となる。
【0014】
請求項3記載の排水処理方法は、請求項1記載の排水処理方法において、嫌気槽に導入されるDMF含有排水の流入DMF濃度を15000mg/l以下に調整し、嫌気槽の槽内液の活性汚泥濃度を3000mg/l以上に制御し、嫌気槽のDMF‐MLSS負荷を0.1〜1.0kgDMF/kgMLSS/日に制御し、好気槽のDMF‐MLSS負荷を0.05〜0.5kgDMF/kgMLSS/日に制御するものであり、高濃度のDMF含有排水を十分に効率よく処理できる。
【0015】
請求項4記載の排水処理方法は、請求項1記載の排水処理方法において、固液分離手段により分離された活性汚泥のうちの余剰活性汚泥を可溶化してから生物反応槽に返送するものであり、余剰活性汚泥の発生を適切に抑制することが可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【0017】
図1には、本発明の排水処理方法の一実施の形態を実施するための排水処理装置1が示されている。
【0018】
この排水処理装置1は、図示しない合成皮革工場等の工場の排水設備からのDMF含有排水の水質等を調整するための調整槽2と、この調整槽2からの調整後のDMF含有排水をDMF分解菌を含んだ活性汚泥により生物処理するための循環式の生物反応槽3と、この生物反応槽3からの生物処理水(混合液)を最終処理水と活性汚泥とに分離するための固液分離手段である最終沈殿池4とを備えている。
【0019】
そして、生物反応槽3は、前段の嫌気槽(脱窒槽)6と後段の好気槽(硝化槽)7との組み合わせにより構成されている。嫌気槽6は攪拌装置を有している。好気槽7は、曝気装置およびDO制御装置を有するとともにpH制御手段8を有している。
【0020】
嫌気槽6と好気槽7とは、硝化液返送管にて接続され、好気槽7から嫌気槽6に硝化液が返送されるようになっている。
【0021】
また、最終沈殿池4において最終処理水から分離された活性汚泥の一部が最終沈殿池4から生物反応槽3の嫌気槽6に返送され、その残部である余剰活性汚泥が汚泥可溶化手段9により可溶化されてから生物反応槽3の嫌気槽6に返送されるようになっている。
【0022】
なお、汚泥可溶化手段9は、例えば熱アルカリ処理手段、湿式酸化処理手段またはオゾン酸化処理手段等である。また、固液分離手段は最終沈殿池4でなく膜分離装置等でもよい。
【0023】
次に、上記排水処理装置1を使用してDMF含有排水を処理する場合について説明する。
【0024】
まず、排水処理装置1の運転を開始する前に、集積培養したDMF分解菌を含んだ活性汚泥を循環式の生物反応槽3の嫌気槽6に投入する。
【0025】
ここで、DMF分解菌としては、予め、例えば工場内に設置された排水処理装置1と基本的構成を同じにする培養用装置を使用して、所定の培養方法により培養しておいたものを用いる。
【0026】
この所定の培養方法は、DMF含有排水に対して、DMFと鉄(Fe)の質量比が1000:1〜5(例えば2)となるように鉄を添加するとともに、DMFとリン(P)の質量比が100:0.2〜2(例えば1)となるようにリンを添加する方法である。
【0027】
より具体的には、その培養方法とは、例えば嫌気性(無酸素)および好気性条件でDMFを分解できるDMF分解菌(活性汚泥微生物)を培養するため、DMF含有排水にこの排水中のDMFの量に応じて栄養塩である鉄およびリンを所定量添加し、生物反応槽のMLSS濃度3000mg/l以上でかつ流入DMF濃度1000mg/l以下で、十分な馴養を行い、DMF分解菌の集積培養を図る方法である。
【0028】
次いで、活性汚泥の投入後に、排水処理装置1の運転を開始して、所定の培養方法より培養されたDMF分解菌等を含んだ活性汚泥が投入された生物反応槽3の嫌気槽6に調整槽2からの調整後のDMF含有排水を導入し、この導入されたDMF含有排水中のDMF、BOD(BOD5)および窒素等を生物反応槽3内において微生物により生物学的に除去する。
【0029】
なお、生物反応槽3より上流の調整槽2では、例えば必要に応じて希釈水を注入することで、嫌気槽6に導入されるDMF含有排水の流入DMF濃度を15000mg/l以下に調整する。
【0030】
そして、この生物処理の際には、例えば嫌気槽6では攪拌装置により槽内液を攪拌し、好気槽7では曝気装置およびDO制御装置により槽内液の溶存酸素濃度を1〜3mg/lに制御する。
【0031】
また、嫌気槽6の槽内液の活性汚泥濃度を最終沈殿池4からの返送汚泥量の調整により3000mg/l以上(好ましくは、6000〜15000mg/l)に制御し、嫌気槽6のDMF‐MLSS負荷を0.1〜1.0kgDMF/kgMLSS/日に制御し、好気槽7のDMF‐MLSS負荷を0.05〜0.5kgDMF/kgMLSS/日に制御する。
【0032】
なお、DMF分解菌の増殖を促進する目的として、DMF含有排水のDMF濃度に応じて栄養塩としてのリン酸塩および鉄塩等を嫌気槽6の上流側でDMF含有排水に投入してもよい。
【0033】
ここで、無酸素攪拌槽である嫌気槽6内においては、通性菌や嫌気性菌の働きにより、流入DMFと、好気槽7からの返送硝化液に含まれている硝酸性窒素(NO3 −)とが反応し、次の(2)式のように、DMFを有機炭素源とした脱窒素反応が進行し、DMFが分解されると同時に、硝酸性窒素が窒素ガス(N2)になる。また、DMFの分解に伴いアンモニア性窒素が生成される。
【0034】
DMF+NO3→N2+6CO2+4H2O+残存DMF+2NH3……(2)
【0035】
そして、嫌気槽6で分解できなかった残存DMFは、その前段の嫌気槽6に連通された後段の好気槽7内において、次の(3)式のように、DMF酸化細菌と硝化細菌の共同作用により、硝酸まで酸化される。また、嫌気槽6におけるDMFの分解に伴い生成されたアンモニア性窒素もここで硝酸まで酸化される。
【0036】
2HCON(CH3)2+11O2→6CO2+6H2O+2HNO3……(3)
ThOD/DMF=2.41(mgO2/mgDMF)
【0037】
この好気槽7では、効率よく十分な酸素供給を確保するために、例えば曝気装置である酸素供給装置として高効率の機械曝気装置DTA(ドラフトチューブエアレータ)が用いられ、DO制御装置と連動して好気槽7内の溶存酸素濃度が1〜3mg/lの範囲に制御される。
【0038】
また、硝化速度を高めるべく硝化菌の増殖に好ましいpH条件(例えばpH=7〜8)を維持するため、硝化を行う好気槽7には、アルカリ(活性ソーダNaOHおよび消石灰等)投入用のポンプと、pHセンサーと連動するpH制御手段とが設置されている。すなわち、好気槽7の槽内液のpHは、pH制御手段8によりpH=7〜8に制御される。
【0039】
さらに、好気槽7で生成された硝酸性窒素を除去するため、ポンプの駆動で硝化液が好気槽7から嫌気槽6に返送される。その返送比率は、流入DMF濃度および放流水質基準により、嫌気槽6への流入DMF含有排水の流量の2〜10倍とする。また、DMFの脱窒素分解速度は、硝化速度の2〜4倍あるので、嫌気槽6と好気槽7の容量比は1:2〜4とすることが好ましい。
【0040】
次いで、DMF、BODおよび窒素等が除去された生物処理水を好気槽7から最終沈殿池4に導入し、この導入された生物処理水を最終処理水と活性汚泥とに分離し、この沈殿下降により分離された濃縮活性汚泥の一部を嫌気槽6に返送するとともに、残部である余剰活性汚泥を汚泥可溶化手段9により可溶化してから嫌気槽6に返送する。また、上澄水である最終処理水は、放流先である公共用流域に放流する。
【0041】
そして、上記の排水処理方法によれば、従来処理できなかった高濃度のDMF含有排水を効率よく処理でき、また、脱窒素反応のためにメタノール等の有機炭素源を外部から必ずしも加える必要がなく、処理コストの低減および余剰活性汚泥の生成量低減を容易に実現できる。
【0042】
また、DMF由来のBODのみならず、窒素も処理でき、しかも、高濃度のDMF含有排水処理に使う希釈水を大幅に低減できる。
【0043】
さらに、最終沈殿池4に沈殿分離された余剰活性汚泥を可溶化して嫌気槽6に返送して処理することで、余剰活性汚泥生成量を半減でき、必要な栄養塩の投入量も半減させることができる。すなわち、余剰活性汚泥を可溶化してから嫌気槽6に返送することで、活性汚泥に固定されている栄養塩の再利用および活性汚泥の循環分解を行うことができ、よって、汚泥発生量を従来の0.2kgMLSS/除去DMFから0.05kgMLSS/除去DMF以下F以下までに抑制できると同時に、栄養塩の添加量も半分以上大幅に削減できる。
【0044】
【実施例】
上述した排水処理方法によりDMF濃度1000mg/lのDMF含有排水に対して室温で処理実験を行った。栄養塩として鉄およびリンを添加して供試廃水とした。
【0045】
鉄の添加基準はDMF:鉄=1000:1〜5(この実験では1000:2の基準で塩化鉄を投入し、栄養塩効果の他に汚泥沈降性が改善した)とし、リンの添加基準はDMF:P=100:1(P=10mg)とした。
【0046】
前段の嫌気槽と後段の好気槽の容量比は、1:2.7であった。嫌気槽内のMLSS濃度は3500mg/lであった。硝化液の返送比が5倍であった。
【0047】
処理成績は、次の表1のとおりであった。
【0048】
【表1】
【0049】
この表1に示すとおり、外部から脱窒素の有機炭素源を加えなくても、本方法でBOD除去と窒素除去を実現できた。
【0050】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、従来処理できなかった高濃度のDMF含有排水を効率よく処理でき、また、脱窒素反応のためにメタノール等の有機炭素源を必ずしも加える必要がなく、処理コストの低減および余剰活性汚泥の生成量低減を容易に実現できる。
【0051】
請求項2の発明によれば、嫌気槽と好気槽の容量比を1:2〜4とし、嫌気槽では攪拌装置により槽内液を攪拌し、好気槽では曝気装置およびDO制御装置により槽内液の溶存酸素濃度を1〜3mg/lに制御しかつpH制御手段により槽内液のpHを7〜8に制御するため、高濃度のDMF含有排水をより一層効率よく処理できる。
【0052】
請求項3の発明によれば、嫌気槽に導入されるDMF含有排水の流入DMF濃度を15000mg/l以下に調整し、嫌気槽の槽内液の活性汚泥濃度を3000mg/l以上に制御し、嫌気槽のDMF‐MLSS負荷を0.1〜1.0kgDMF/kgMLSS/日に制御し、好気槽のDMF‐MLSS負荷を0.05〜0.5kgDMF/kgMLSS/日に制御するため、高濃度のDMF含有排水を十分に効率よく処理できる。
【0053】
請求項4の発明によれば、固液分離手段により分離された活性汚泥のうちの余剰活性汚泥を可溶化してから生物反応槽に返送するため、余剰活性汚泥の発生を適切に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排水処理方法の一実施の形態を実施するための排水処理装置の概念図である。
【符号の説明】
3 生物反応槽
4 固液分離手段である最終沈殿池
6 嫌気槽
7 好気槽
8 pH制御手段
Claims (4)
- DMF含有排水に対して、DMFと鉄の質量比が1000:1〜5となるように鉄を添加するとともに、DMFとリンの質量比が100:0.2〜2になるようにリンを添加するDMF分解菌の培養方法により培養されたDMF分解菌を含んだ活性汚泥を用いて、DMF含有排水を処理する排水処理方法であって、
前段の嫌気槽と後段の好気槽との組み合わせにより構成された循環式の生物反応槽に、DMF分解菌を含んだ活性汚泥を投入する工程と、
この活性汚泥が投入された生物反応槽にDMF含有排水を導入し、この導入されたDMF含有排水中のDMF、BODおよび窒素を生物学的に除去する工程と、
この除去後の生物処理水を固液分離手段に導入し、この導入された生物処理水を最終処理水と活性汚泥とに分離し、この分離された活性汚泥を生物反応槽に返送する工程と
を備えることを特徴とする排水処理方法。 - 嫌気槽と好気槽の容量比を1:2〜4とし、嫌気槽では攪拌装置により槽内液を攪拌し、好気槽では曝気装置およびDO制御装置により槽内液の溶存酸素濃度を1〜3mg/lに制御しかつpH制御手段により槽内液のpHを7〜8に制御する
ことを特徴とする請求項1記載の排水処理方法。 - 嫌気槽に導入されるDMF含有排水の流入DMF濃度を15000mg/l以下に調整し、嫌気槽の槽内液の活性汚泥濃度を3000mg/l以上に制御し、嫌気槽のDMF‐MLSS負荷を0.1〜1.0kgDMF/kgMLSS/日に制御し、好気槽のDMF‐MLSS負荷を0.05〜0.5kgDMF/kgMLSS/日に制御する
ことを特徴とする請求項1記載の排水処理方法。 - 固液分離手段により分離された活性汚泥のうちの余剰活性汚泥を可溶化してから生物反応槽に返送する
ことを特徴とする請求項1記載の排水処理方法。
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