JP4569132B2

JP4569132B2 - 廃水処理方法

Info

Publication number: JP4569132B2
Application number: JP2004065989A
Authority: JP
Inventors: 明平石; 有希子松澤
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP2005254066A

Description

本発明は、廃水処理方法に係り、特に、脱共役剤を処理槽内に添加して余剰汚泥発生量を抑制する廃水処理方法に関する。

下水や工場や事業所から排出される有機廃水の処理には現在活性汚泥処理法が広く用いられている。この方法は、処理効率と経済性は優れているが、廃棄物として余剰汚泥が発生するという大きな問題がある。余剰汚泥は産業廃棄物の約半分を占めると言われる。

従来、この余剰汚泥は、脱水後に焼却または埋め立てにより処理されてきている。しかし、ダイオキシン類の環境規制強化による焼却炉の停止により、余剰汚泥の焼却処分が困難になったことと、加えて最終処分場での処理コストが上昇してきており、処理費用の観点から近年その減量化が課題となっている。

余剰汚泥の減量化技術としては、発生した余剰汚泥を最終処理までに減量化する方法と元の廃水処理槽内そのもので汚泥発生を抑制する方法とがある。また、用いる手段によって物理化学的方法と生物学（生化学）的方法とがあり、後者は主に処理槽内の汚泥発生抑制に使われる方法である。発生した余剰汚泥を減量化する方法としては、超音波処理、ビーズミル法等の物理的手法、超臨界・亜臨界法、熱アルカリ処理、オゾン処理、塩素化処理等の化学的手法、高熱性微生物による処理等の生物学的手法があり、時として二つの方法の組み合わせで行われることもある。これらの方法は、いずれも溶菌化、可溶化させることにより汚泥を分解可能な有機物の形に変換し、減容化しようというものであるが、経済性、二次廃棄物などの問題を抱えている。

廃水処理槽内の汚泥発生を抑制する方法は、余剰汚泥発生そのものを防ぐ手段であるため二次廃棄物が発生せず、経済性の面でも優れている。この場合は、高速酸化法、補食法、脱共役法等の生物学的、生化学的方法が用いられる。高速酸化法は汚泥の自己酸化も含めて有機物の酸化を促進する方法であるが、通気量を多くしたり、通気時間を長くとる等の手段を用いなければならず、安定性、コスト、労力の点で問題がある。補食法は原生動物や微小後生動物による汚泥の補食を利用する方法であるが、未だ実用的な技術としては確立していない。脱共役法は微生物の化学エネルギーＡＴＰの生成を抑える薬剤を添加する方法であり、比較的低コストで簡単に行うことができる。脱共役剤は、微生物の基質酸化に伴う呼吸系電子伝達をあまり阻害せずにエネルギー生成を抑制するので、薬剤の添加によって呼吸や有機物の分解力を損なうことなく菌の増殖のみが抑えられ、結果として通常の処理を可能にしながら余剰汚泥の発生を抑制することができると考えられる。

生化学実験等で使われる脱共役剤としては、カルボニルシアニド、ｍ−クロロフェノールヒドラゾンや２，４−ジニトロフェノールがよく知られている。一方、余剰汚泥発生の抑制に脱共役法を適用した例では、より弱い脱共役作用を有するクロロフェノール、ニトロフェノール等の同類体、テトラクロロサリシルアニリドなどが使われている。これまでに脱共役剤としてクロロフェノール類を用いた例では、２−クロロフェノール、３−クロロフェノール、４−クロロフェノール、２，４−ジクロロフェノール、２，６−ジクロロフェノール、２，４，５−トリクロロフェノールが報告されている。しかし、これらの研究や応用例ではある程度の効果を認めているものの、処理能力の低下や処理特性の変化を伴うことがあること、また薬剤の持続性に問題があることが指摘されており、実用に耐えうる有効な技術としては未だ確立されていない。
平石明："活性汚泥処理における余剰汚泥減量化の生物学的原理とその応用"、用水と廃水、Vol.44、pp.853-860(2002). Liu,A.:"Chemically reduced excess sludge production in the activated sludge process",Chemosphere,Vol.50,pp.1-7(2003). Wei,Y.,Van Houten, R.T.,Borger,A.R.,Eikelboom,D.H.,and Fan,Y.:"Minimization of excess sludge production for biological wastewater treatment",Water Research,Vol.37,pp.4453-4467(2003).

余剰汚泥の発生量を抑制するために、廃水の生物処理槽に脱共役剤を添加した場合、短期間での回分試験では脱共役剤の添加により汚泥発生量の低下が認められるが、連続試験では汚泥発生量が低下しないようになることがある。これは、連続試験を行う間に汚泥の性質が変化し、脱共役剤への耐性を獲得するためであると考えられる。

また、従来の脱共役剤は、余剰汚泥の抑制作用に改善の余地がある。

本発明の目的は、脱共役法によって処理槽内の汚泥発生を効果的に抑制することができる廃水処理方法を提供することにある。

請求項１の廃水処理方法は、有機性廃水を処理槽内で生物処理する方法であって、該処理槽に脱共役剤を添加する廃水処理方法において、該処理槽に脱共役剤として３，５−ジクロロフェノールを３〜７日の間隔をあけて処理槽内汚泥乾燥重量１ｇに対して投入量比２０〜４００μＭにて添加することを特徴とするものである。

請求項２の廃水処理方法は、請求項１において、該処理槽に３，５−ジクロロフェノールと他の脱共役剤とを交互に添加することを特徴とするものである。

処理槽に脱共役剤を３〜７日間の間隔をあけて間欠的に添加することにより、汚泥が脱共役剤への耐性を獲得することが防止され、長期にわたり余剰汚泥発生量を少なくすることができる。

脱共役剤としての３，５−ジクロロフェノールは、従来の脱共役剤に比べて余剰汚泥発生抑制効果に優れる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜被対象処理系＞
本発明の脱共役法を使用する対象となる処理系は、都市下水、産業廃水等の活性汚泥処理、家庭下水等の合併浄化処理、オキシデーションディッチ、ラグーン酸化処理、生物膜処理、散布ろ床等のあらゆる好気的廃水処理系である。嫌気−好気処理、間欠曝気等の運転上の処理形態は問わない。

＜脱共役剤＞
３，５−ジクロロフェノールを脱共役剤として用いる。前記したように、これまで使用された脱共剤としては、クロロフェノール、ニトロフェノール等の同類体、テトラクロロサリシルアニリドなどがある。この中で、クロロフェノール同類体としては、２−クロロフェノール、３−クロロフェノール、４−クロロフェノール、２，４−ジクロロフェノール、２，６−ジクロロフェノール、２，４，５−トリクロロフェノールがある。これらの中には、脱共役作用に優れたものも含まれるが、脱共役効果が高いものは逆に有機基質の分解も阻害してしまうという欠点があり、本来の廃水処理の目的には使いづらい。これらに対し、本発明で用いる３，５−ジクロロフェノールは、有機基質酸化活性への影響が少なく、かつエネルギー生成に伴う菌体増殖への抑制効果が強く、総合的に判断して最も実用性に適う薬剤である。しかし、３，５−ジクロロフェノール以外の脱共役剤は、効果的濃度を調整した上で、前者と併用して、あるいは交互に使うことができる。このカクテル方式脱共役法は、薬剤の効き目を持続させるのに効果的である。３，５−ジクロロフェノールと併用できる脱共役剤は、基本的にフェノールの３，５の位置以外に修飾基が付いているもの、あるいは同類体でないものであれば何でもよい。特に効果的なものとして例えば、３，４−ジクロロフェノール、すべてのトリクロロフェノール、２−ニトロフェノール、４−ニトロフェノール、２，４−ジニトロフェノール、２，６−ジニトロフェノール、すべてのトリクロロフェノール、テトラクロロサリシルアニリド等が挙げられる。

脱共役剤は、汚泥が脱共役剤に対し耐性を獲得することを防止するために、３〜７日間の間隔をあけて添加する。例えば、３，５−ジクロロフェノールを３〜７日間添加した後、他の脱共役剤を３〜７日間添加し、以下これを繰り返すパターンを採用することができる。

＜脱共役剤の添加方法＞
３，５−ジクロロフェノールは粉末状、あるいは溶剤に溶かした状態のいずれでもよい。添加する場所は、流入廃水中、貯留槽、前処理槽、あるいは曝気槽内のいずれでもよいが、粉末状の場合は主処理槽よりも前の段階で添加した方が溶解が早くなり、効果的である。
＜３，５−ジクロロフェノールの添加量＞
３，５−ジクロロフェノールを乾燥汚泥濃度１ｇに対して２０〜４００μＭ特に５０〜２００μＭとりわけ約１００μＭを添加することにより、有機物分解活性の低下を防止しつつ汚泥増加を抑制することができる。

実施例１
テトラゾリウム塩の一種であるＸＴＴを電子受容体として用いるＸＴＴ還元法により、活性汚泥の有機基質分解活性に与える３，５−ジクロロフェノールの影響を調べた。ＭＬＳＳ濃度４００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ負荷量０．４５ｍｇ／ｍｇＭＬＳＳ／日の条件で、人工下水を用いて実験室内活性汚泥を馴養した。

なお、人工下水としては次の化合物の水溶液（ｐＨ７．０）を用いた。すなわち、水道水１リットルに、
ポリペプトン３ｇ
肉エキス３ｇ
無水酢酸ナトリウム３ｇ
（ＮＨ_４）_２ＳＯ_４１ｇ
ＫＨ_２ＰＯ_４１ｇ
Ｋ_２ＨＰＯ_４１ｇ
ＭｇＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ０．２ｇ
ＣａＣｌ_２・２Ｈ_２Ｏ０．０５ｇ
を溶解してＢＯＤ約９０００ｍｇ／Ｌの人工下水を調製し、これを水道水で希釈して、所定のＢＯＤ負荷量となるようにした。

この馴養汚泥を採取してガラスバイアルに入れ（４００μｇ／ｍｌ）、人工下水、ＸＴＴ、および種々の濃度の３，５−ジクロロフェノールを加えて、３０℃で保温し、ＸＴＴ還元速度を測定した。

その結果、図１の通り、３，５−ジクロロフェノールを４０μＭ添加したときに高いＸＴＴ還元速度が得られることが判明した。ＸＴＴ還元活性が高いということは基質酸化活性（すなわちＢＯＤ分解活性）が高いことを示しており、この濃度の３，５−ジクロロフェノール存在下では、その脱共役作用によってむしろ有機物分解活性は促進されることを意味している。これ以上の濃度の３，５−ジクロロフェノールを添加したときには、その濃度に伴ってＸＴＴ還元活性は低下した。

実施例２
汚泥濃度２０ｍｇを含む１０ｍｌの汚泥懸濁液にＢＯＤ負荷量０．４５／ｍｇとなるように前記人工下水を添加して２５℃で２４時間培養した。このとき種々の濃度のクロロフェノール、ジクロロフェノール同類体を添加して汚泥増加に及ぼす影響について調べた。その結果、図２に示すように、３，５−ジクロロフェノールを２０μＭ以上含む培養では、クロロフェノールを含まない培養に比べて汚泥増加率が低下することがわかった。この結果より、使用したクロロフェノール、ジクロロフェノール類の中で３，５−ジクロロフェノールが余剰汚泥減溶化には最も適しているものと思われる。

また、３，５−ジクロロフェノール濃度が２００μＭの時点で、汚泥増加率はほぼゼロとなった。クロロフェノール無添加の培養液中のＢＯＤ除去率が９５％以上だったのに対し、２００μＭの３，５−ジクロロフェノールを含む培養液の除去率は８０％以上のＢＯＤ除去率を示し、十分な有機物分解活性を有していると判断される。これ以上の添加濃度では、ＢＯＤ除去率が急激に低下した。

したがって、汚泥１ｇに対して１００μＭの３，５−ジクロロフェノールを添加することにより、ＢＯＤ除去率の低下を防ぎながら、汚泥増加を効果的に抑制することができることが認められた。

実施例３
前記人工下水で馴養した活性汚泥４００ｍｇ／Ｌを含む室内活性汚泥リアクター２基にＢＯＤ負荷量０．４５ｇ／ｇＭＬＳＳ／日となるように人工下水を添加して、２４時間バッチ式で培養した。この時、１基には培養初日に３，５−ジクロロフェノールを４０μＭを加えた。運転期間中、毎日汚泥混液上清の半分を新鮮な人工下水と入れ替えし、１０日間運転した。

この期間における３，５−ジクロロフェノール添加系と無添加系の相対的汚泥増加率を比較した。図３に示すように、３，５−ジクロロフェノール添加系の汚泥増加は培養１日目では全く見られなかったが、日数が経過するに連れて増加率は徐々に上昇し、培養１０日目では無添加系とほぼ同量の増加を示した。これは１度所定濃度で添加した３，５−ジクロロフェノールの効き目が１０日間でほとんど無くなることを示している。また、この結果より、１０日間に１回以上所定濃度で３，５−ジクロロフェノールを添加すれば、余剰汚泥発生量を５０％以下に抑えられることが考えられる。

実施例４
前記人工下水で馴養した活性汚泥４００ｍｇ／Ｌを含む室内活性汚泥リアクター５基にＢＯＤ負荷量０．４５ｇ／ｇＭＬＳＳ／日となるように人工下水を添加して、２４時間バッチ式で２カ月間培養した。この時、５基のリアクターに３日毎に脱共役剤を添加した。

リアクター毎に加える脱共役剤の種類と組み合わせを以下のように設定した。（１）４−ニトロフェノールのみ、（２）３，５−ジクロロフェノール（３，５−ジクロロフェノール）のみ、（３）３，５−ジクロロフェノールと４−ニトロフェノールを３日おきに交互に添加、（４）３，５−ジクロロフェノールと３，４ジクロロフェノールを３日おきに交互に添加、（５）４−ニトロフェノールと３，５−ジクロロフェノールを３日おきに交互に添加。運転期間、毎日汚泥混液上清の半分を新鮮な人工下水と入れ替えした。

培養２カ月後における、無添加系に対する脱共役添加系の汚泥増加率とＢＯＤ除去率を求めた。表１に示すように、４−ニトロフェノールあるいは３，５−ジクロロフェノールを単独で添加した系に比べて、異なる脱共役剤を交互に添加した系の方が、その種類、組み合わせに関わらず汚泥増加率が安定して低く、一方ＢＯＤ除去率にはあまり変化が見られなかった。この結果は、異なる脱共役剤を交互に入れる方法が、汚泥抑制の持続効果が高いことを示している。

３，５−ジクロロフェノール添加濃度に対する活性汚泥の呼吸活性を示すグラフであり、無添加系を１００％とする相対的ＸＴＴ還元活性で表す。３，５−ジクロロフェノール添加濃度に対する活性汚泥の増加率を示すグラフであり、２４時間培養時における初発汚泥濃度からの相対的増加率を示す。室内人工下水活性汚泥に３，５−ジクロロフェノールを一度添加して１０日間回分培養したときの無添加系に対する汚泥増加率の変化を示すグラフである。

Claims

有機性廃水を処理槽内で生物処理する方法であって、該処理槽に脱共役剤を添加する廃水処理方法において、
該処理槽に脱共役剤として３，５−ジクロロフェノールを３〜７日の間隔をあけて処理槽内汚泥乾燥重量１ｇに対して投入量比２０〜４００μＭにて添加することを特徴とする廃水処理方法。
請求項１において、該処理槽に３，５−ジクロロフェノールと他の脱共役剤とを交互に添加することを特徴とする廃水処理方法。