JP4572587B2 - 有機性排水の生物処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる有機性排水の生物処理方法に関するものであり、特に、処理水質を悪化させることなく、処理効率を向上させ、かつ、余剰汚泥発生量の低減が可能な有機性排水の生物処理方法に関する。

有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、活性汚泥法におけるＢＯＤ容積負荷は０．５〜０．８ｋｇ／ｍ^３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となる。また、分解したＢＯＤの２０％が菌体、即ち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。

有機性排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、３ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上のＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。しかしながら、この方法では発生汚泥量は分解したＢＯＤの３０％程度で、通常の活性汚泥法より高くなることが欠点となっている。

特開昭５５−２０６４９号公報では、有機性排水をまず第１処理槽で細菌処理して、排水に含まれる有機物を酸化分解し、非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第２処理槽で固着性原生動物に捕食除去させることにより、余剰汚泥の減量化が可能になるとしている。更に、この方法では高負荷運転が可能となり、活性汚泥法の処理効率も向上する。

このように細菌の高位に位置する原生動物や後生動物の捕食を利用した廃水処理方法は、多数考案されている。例えば、特開２０００−２１０６９２号公報では、特開昭５５−２０６４９号公報の処理方法で問題となる原水の水質変動による処理性能悪化の対策を提案している。具体的な方法としては、「被処理水のＢＯＤ変動を平均濃度の中央値から５０％以内に調整する」、「第一処理槽内及び第一処理水の水質を経時的に測定する」、「第一処理水の水質悪化時には微生物製剤又は種汚泥を第一処理槽に添加する」等の方法を挙げている。

特公昭６０−２３８３２号公報では、細菌、酵母、放線菌、藻類、カビ類、廃水処理の初沈汚泥、余剰汚泥等を原生動物や後生動物に捕食させる際に、超音波処理又は機械撹拌により、上記の餌のフロックサイズを動物の口より小さくさせる方法を提案している。

また、流動床と活性汚泥法の多段処理に関する技術が特許第３４１０６９９号公報に提案されている。この方法では、前段の生物処理を担体流動床式とし、後段の生物処理を多段活性汚泥処理とすることにより、余剰汚泥発生量を更に低減するとされている。この方法では後段の活性汚泥処理をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することにより、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。
特開昭５５−２０６４９号公報 特開２０００−２１０６９２号公報 特公昭６０−２３８３２号公報 特許第３４１０６９９号公報

上述のような微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法は、有機性排水処理に既に実用化されており、対象とする排水によっては処理効率の向上、発生汚泥量の減量化は可能である。

しかしながら、汚泥減量効果は処理条件や排水の水質によっては異なるものの、単槽式活性汚泥法で発生する汚泥量を半減させる程度である。これは、細菌主体の汚泥を捕食するための後段の微小動物槽において、汚泥の多くが捕食されず残存したり、捕食に関与する微小動物を高濃度で維持できないことが原因である。

本発明は、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図る有機性排水の生物処理方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の有機性排水の生物処理方法は、有機性排水を第１生物処理槽に導入して、ｐＨを６以上、ＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ／ｍ ^３ ／ｄ以上、ＨＲＴ（原水滞留時間）を２４ｈ以下で活性汚泥処理して非凝集性細菌が優占化した処理液を得、該第１生物処理槽からの非凝集性細菌が優占化した処理液を第２生物処理槽に導入して、ｐＨ６以下、溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下で活性汚泥処理して残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び、少なくともＳＳの１０％以上を占める微小動物による捕食による汚泥の減量化を行い、第２生物処理槽からの処理液を固液分離処理して汚泥と処理水とに分離し、この汚泥の一部を第２生物処理槽へ返送する生物処理方法において、該第２生物処理槽内の汚泥の一部、及び／又は、前記固液分離処理後の汚泥の残部を第３生物処理槽に導入して好気処理した後、好気処理した汚泥の一部又は全部を脱水して固形分と水分とに分離し、固形分を余剰汚泥として引き抜き、水分を前記第１生物処理槽及び／又は第２生物処理槽に返送することを特徴とするものである。

請求項２の有機性排水の生物処理方法は、請求項１において、前記第３生物処理槽のｐＨを６以下とすることを特徴とするものである。

請求項３の有機性排水の生物処理方法は、請求項１又は２において、前記第２生物処理槽及び第３生物処理槽のＳＲＴ（汚泥滞留時間）を４０日以下とすることを特徴とするものである。

本発明の有機性排水の生物処理方法によれば、微小動物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図ることができる。

即ち、本発明の有機性排水の生物処理方法においては、有機性排水は第１生物処理槽に導入され、有機成分の大部分（例えば７０％以上）が細菌により酸化分解もしくは細菌の菌体に変換される。

この第１生物処理槽の処理液が第２生物処理槽に導入され、残存している有機成分の酸化分解、細菌の自己分解及び微小動物による捕食が行われ、汚泥が減量される。

第２生物処理槽の処理液は固液分離処理されて処理水と汚泥とに分離される。処理水は系外に取り出される。汚泥はその一部が第２生物処理槽に返送される。

本発明では、この固液分離された汚泥の残部又は前記第２生物処理槽内の汚泥の一部を第３生物処理槽に導入し、好気処理する。次いで、この好気処理された汚泥の一部又は全部を脱水して固形分と水分とに分離する。この固形分を余剰汚泥として引き抜き、水分を第１生物処理槽及び／又は第２生物処理槽に返送する。

この第３生物処理槽での微小動物の捕食により、汚泥が減量される。なお、第３生物処理槽のｐＨを６以下、特に５〜５．５とすることにより、汚泥が十分に減量される。

本発明では、第２生物処理槽及び第３生物処理槽のＳＲＴを４０日以下例えば１０〜４０日特に１５〜３０日とすることが好ましい。これにより、槽内の微小生物又は代謝産物が適度に間引かれるようになり、槽内に活性の高い微小動物を維持することが可能となる。

以下に図面を参照して本発明の有機性排水の生物処理方法の実施の形態を詳細に説明する。

図１，２は本発明に係る有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図である。

図１の方法では、原水（有機性排水）は、まず第１生物処理槽（細菌槽）１に導入され、細菌により、ＢＯＤ（有機成分）の７０％以上、望ましくは８０％以上、更に望ましくは９０％以上が酸化分解もしくは細菌の菌体に変換される。この第１生物処理槽１のｐＨは６以上、望ましくはｐＨ６〜８とする。また、第１生物処理槽１へのＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上、例えば１〜２０ｋｇ／ｍ^３／ｄ、ＨＲＴ（原水滞留時間）は２４ｈ以下、例えば０．５〜２４ｈとすることで、非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることができ、また、ＨＲＴを短くすることでＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。

第１生物処理槽１の処理水は、第２生物処理槽（微小動物槽）２に導入され、ここで、残存している有機成分の酸化分解、細菌の自己分解及び微小動物による捕食による汚泥の減量化が行われる。

第２生物処理槽２内汚泥は微小動物の占める割合が高く、少なくともＳＳの１０％以上、運転条件によっては３０％以上を微小動物が占めている。

この第２生物処理槽２では細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件及び処理装置を用いなければならない。そこで第２生物処理槽２には汚泥返送を行う活性汚泥法又は膜分離式活性汚泥法を用いることが望ましい。更に望ましくは、微小動物の槽内保持量を高めるために、第２生物処理槽を担体が添加された曝気槽とする。

この第２生物処理槽２では、ｐＨ６以下、例えばｐＨ５〜６、好ましくは５〜５．５の酸性とすることにより、微小動物による細菌の捕食が効率よく行われる。

第２生物処理槽２へ導入される第１生物処理槽１からの処理液中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は第２生物処理槽２で行われることになる。微小動物が多量に存在する第２生物処理槽２で細菌による有機物の酸化分解が起こると、微小動物の捕食から逃れるための対策として、細菌は捕食されにくい形態で増殖することが知られている。このように捕食されにくい形態で増殖した細菌群は、微小動物により捕食されず、これらの細菌の分解は自己消化のみに頼ることとなり、第２生物処理槽２や後述の第３生物処理槽４で汚泥が減容されにくくなる。また、第２生物処理槽２をｐＨ６以下の酸性域に設定した場合、有機物が多量に残存していると、その有機物を利用して菌類などが増殖してしまい、バルキングの原因にもなる。そこで先にも述べたように、第１処理槽１で有機物の大部分、即ち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておくのが好ましい。第２生物処理槽２への溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷は、０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下であることが好ましい。

第２生物処理槽２の処理液は沈殿槽３で固液分離され、分離水は処理水として系外へ排出される。また、分離汚泥の一部は第２生物処理槽２に返送され、残部は第３生物処理槽４へ送られ、好気処理されて減容される。

沈殿槽３からの分離汚泥の第２生物処理槽２と第３生物処理槽４への汚泥返送比率は、以下の第３生物処理槽４での汚泥滞留時間を維持できれば良く、発生汚泥量にあわせて変化させるのが好ましい。

この排水処理装置の運転開始時や、第１、第２生物処理槽での発生汚泥量が高い場合には、沈殿槽３で分離された汚泥の半量以上を第３生物処理槽４に供給しても良い。第３生物処理槽４の汚泥滞留時間（ＳＲＴ）は好ましくは１２時間以上特に望ましくは２４時間以上、例えば２４〜９６０時間とする。

第３生物処理槽４での汚泥減量効果は、第２生物処理槽２と同様、微小動物の捕食によるものである。このため、この第３生物処理槽４のｐＨを６以下望ましくは５〜５．５の範囲に維持することにより、一層高い汚泥減量効果が得られる。ただし、第３生物処理槽４のｐＨをこの条件にした場合、汚泥減量効果が高いため第３生物処理槽４内の汚泥濃度が過度に低下し、次の脱水機５による汚泥脱水が困難になる場合がある。その場合は、第３生物処理槽４を、沈殿池を設けて汚泥返送を行う好気処理槽又は担体を添加した流動床又は膜分離式好気処理槽とすることにより汚泥濃度を高めても良い。

第３生物処理槽４の汚泥滞留時間（ＳＲＴ）は１２時間以上、望ましくは２４時間以上、例えば２４〜９６０時間であるが、固液分離装置を設けて汚泥返送を行う好気処理法又は担体を添加した流動床又は膜分離式好気処理法とすることで汚泥滞留時間を更に高めることが可能となる。

第３生物処理槽４で減容された汚泥は、脱水機５へ導入され、固液分離処理される。なお、第３生物処理槽４からの汚泥の一部を脱水機５に導入せずに第２生物処理槽２に返送してもよい。脱水機５にて脱水された汚泥（固形分）は余剰汚泥として系外に取り出される。脱水濾液（水分）は第１生物処理槽１及び／又は第２生物処理槽２へ供給される。

このようにして、この図１の有機性排水の生物処理方法によると、有機性排水を効率良く処理することができると共に、余剰汚泥発生量を減少させることができる。

本発明では、図２に示す如く、第２生物処理槽２を多段化してもよい。具合的には、２槽の生物処理槽２Ａ，２Ｂを直列に設け、前段処理槽２ＡでｐＨ５〜６、望ましくはｐＨ５〜５．５の条件で処理を行い、後段処理槽２ＢでｐＨ６以上、好ましくはｐＨ６〜８の条件で処理を行うようにしても良い。このような多段処理により、前段処理槽２Ａで汚泥の捕食を効果的に行い、後段処理槽２Ｂで汚泥の固液分離性の向上、処理水水質の向上を図ることができる。図２の方法は、図１において、第２生物処理槽２を多段化した点のみが異なり、その他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。

なお、第２生物処理槽２での汚泥発生量を減らすため、図２のように仕切を作らず、図１のような単槽方式の第２生物処理槽２のｐＨを６以下に設定した場合には、処理水を放流する前には中和が必要となる。

図１，２の方法は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではない。

本発明では、第３生物処理槽４へは、沈殿槽３の分離汚泥ではなく（又は沈殿槽３の分離汚泥の一部と共に）、第２生物処理槽２から引き抜いた汚泥を導入しても良い。

また、本発明において、一日当たり第２生物処理槽及び第３生物処理槽から槽内汚泥の１／４０望ましくは１／３０以上の汚泥を引き抜くことで汚泥減量をより安定して行うことができる。これはＳＲＴを４０日望ましくは３０日以下で運転することになる。このような条件で運転することの効果としては、槽内の微小動物及び代謝産物を適度に間引くことで活性の高い微小動物を槽内に維持できることにある。

本発明では、第１生物処理槽１で高負荷処理を行うために、後段の沈殿槽３の分離汚泥の一部を第１生物処理槽１に返送しても良く、また第１生物処理槽１として２槽以上の生物処理槽を直列に設けて多段処理を行っても良い。

本発明では、第１生物処理槽１に担体を添加しても良く、担体を添加した流動床としても良い。これにより、ＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ^３／ｄ以上の高負荷処理も可能となる。

第２生物処理槽２では、細菌に比べ増殖速度の遅い微小動物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件及び処理装置を採用することが重要であり、このために、第２生物処理槽２は、図１，２に示すように、汚泥の返送を行う活性汚泥処理又は膜分離式活性汚泥処理を行うのが好ましい。この場合、曝気槽内に担体を添加することで微小動物の槽内保持量を高めることができる。

第１生物処理槽１、第２生物処理槽２に添加する担体の形状は球状、ペレット状、中空筒状、糸状等任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径で良い。また、担体の材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１
図１に示す如く、容量が３．６Ｌの第１生物処理槽（活性汚泥槽（汚泥返送なし））１と、容量が１５Ｌの第２生物処理槽（活性汚泥槽）２と、沈殿槽３と、容量が４Ｌの第３生物処理槽４とを連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を２２Ｌ／ｄの割合にて行った。各生物処理槽１，２，４のｐＨはいずれも６．８に調整した。第１生物処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷は３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄでＨＲＴ４ｈ、第２生物処理槽２への溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０２２ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄでＨＲＴ１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷は０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄでＨＲＴ２１ｈの条件で運転した。

第２生物処理槽２内のＳＳは４０００ｍｇ／Ｌであり、沈殿槽３で沈降した汚泥は１００００ｍｇ／Ｌに濃縮されていた。この沈殿槽３から濃縮汚泥を引抜き、引抜汚泥のうちの２５０ｍＬ／ｄを第３生物処理槽４に導入し、残りの汚泥を第２生物処理槽２に返送した。第３生物処理槽４のＨＲＴ及びＳＲＴは１６日に設定した。第３生物処理槽４の処理汚泥は脱水機５で脱水処理され、脱水汚泥は余剰汚泥として排出し、脱水濾液は第２生物処理槽２に返送した。

この条件で４ヶ月間連続運転したところ、汚泥転換率は０．１４ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。沈殿槽３から流出する上澄水のＢＯＤは検出限界以下であった。

実施例２
実施例１と同様の実験装置を用いて実施例１と同一の有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を行った。なお、生物処理槽１，２のｐＨは６．８に調整し、第３生物処理槽４のｐＨは５．０とした。第１，第２生物処理槽１，２内のＳＳは５０００ｍｇ／Ｌである。その他の条件は、実施例１におけると同様である。

実施例１と同じく、沈殿槽３からの引抜き汚泥は１００００ｍｇ／Ｌに濃縮されていた。

この条件で４ヶ月間連続運転したところ、第２生物処理槽２から引き抜いた汚泥量から算出した汚泥転換率は０．０８ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。

比較例１
図３に示す如く、容量１５Ｌの生物処理槽（活性汚泥槽）２’と沈殿槽３とからなる実験装置を用いて、有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を１８Ｌ／ｄの割合で行った。余剰汚泥排出量は２５０ｍＬ／ｄであり、生物処理槽２’の溶解性ＢＯＤ容積負荷は０．７６ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ^３／ｄで、ＨＲＴ２０ｈ、ｐＨ６．８の条件で４ヶ月間連続運転したところ、処理水は良好であったものの、汚泥転換率は０．４０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。

比較例２
図４に示す如く、第３生物処理槽４を省略した以外は実施例１と同様の実験装置を用いて、実施例１と同様に有機性排水（ＢＯＤ６３０ｍｇ／Ｌ）の処理を２２Ｌ／ｄの割合で行った。余剰汚泥排出量は２５０ｍＬ／ｄであり、各槽のｐＨ条件、負荷条件等は実施例１におけると同様である。

この条件で４ヶ月間連続運転したところ、処理水は良好であったものの、第２生物処理槽２から引き抜いた汚泥量から算出した汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。また、第２生物処理槽２のＶＳＳに占める微小動物割合は約２５％（ｗ／ｗ）であった。

実施例１，２及び比較例１，２における投入ＢＯＤに対する余剰汚泥発生量（汚泥転換率）を図５に示す。また、実施例１，２と比較例１，２の実験開始４ヶ月後の運転状況を表１に示す。

以上の結果から次のことが分かる。

比較例１は従来の活性汚泥法、比較例２は従来の二段生物処理法による処理を実施したものである。従来の活性汚泥法（比較例１）では汚泥転換率は０．４０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなっていたが、比較例２の様に多段生物処理を導入することで汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなり、汚泥発生量を１／２に低減することができた。この汚泥減量効果はこれまでに報告されている二段生物処理法と同程度のものである。

一方、第３生物処理槽４を設けた実施例１，２では、汚泥転換率がそれぞれ、０．１４及び０．０８ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなっており、従来法に比べ、発生汚泥量を大幅に低減することができた。特に、第３生物処理槽４のｐＨを５．０とした実施例２では、従来法の１／５にまで汚泥を減量することができた。

本発明の有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図である。 本発明の有機性排水の生物処理方法の他の実施の形態を示す系統図である。 比較例１で用いた実験装置を示す系統図である。 比較例２で用いた実験装置を示す系統図である。 実施例１，２及び比較例１，２における投入ＢＯＤ量と余剰汚泥発生量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 第１生物処理槽
２ 第２生物処理槽
３ 沈殿槽
４ 第３生物処理槽
５ 脱水機

Claims (3)

1. 有機性排水を第１生物処理槽に導入して、ｐＨを６以上、ＢＯＤ容積負荷を１ｋｇ／ｍ ^３ ／ｄ以上、ＨＲＴ（原水滞留時間）を２４ｈ以下で活性汚泥処理して非凝集性細菌が優占化した処理液を得、
   該第１生物処理槽からの非凝集性細菌が優占化した処理液を第２生物処理槽に導入して、ｐＨ６以下、溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下で活性汚泥処理して残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び、少なくともＳＳの１０％以上を占める微小動物による捕食による汚泥の減量化を行い、
   第２生物処理槽からの処理液を固液分離処理して汚泥と処理水とに分離し、この汚泥の一部を第２生物処理槽へ返送する生物処理方法において、
   該第２生物処理槽内の汚泥の一部、及び／又は、前記固液分離処理後の汚泥の残部を第３生物処理槽に導入して好気処理した後、好気処理した汚泥の一部又は全部を脱水して固形分と水分とに分離し、固形分を余剰汚泥として引き抜き、水分を前記第１生物処理槽及び／又は第２生物処理槽に返送することを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
2. 請求項１において、前記第３生物処理槽のｐＨを６以下とすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記第２生物処理槽及び第３生物処理槽のＳＲＴ（汚泥滞留時間）を４０日以下とすることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

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