JP5128417B2

JP5128417B2 - 含油廃水処理方法

Info

Publication number: JP5128417B2
Application number: JP2008212735A
Authority: JP
Inventors: 信太郎由利; 敦子塩▲崎▼
Original assignee: 株式会社エステム
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: JP2010046602A

Description

本発明は、動植物油等を含む含油廃水を微生物を用い生物的に処理する方法に関するものである。

微生物の作用を利用した従来の活性汚泥法は、発生した汚泥を清浄な処理水と分離する固液分離方法として、重力沈降又は膜分離を用いることが大部分であった（特許文献１，２，３参照）。

重力沈降により固液分離する場合には、油の流入や気泡の付着があると、発生汚泥の沈降が妨げられるため分離機能が大幅に低下する。活性汚泥法に使用される微生物が疎水性の分泌液を排出する場合も同様である。このような状態になると、汚泥の沈降が緩慢となって沈降汚泥は圧密せず、また疎水性の物質が水面に浮上する現象が生ずる。沈降分離が不調になると上澄水が濁るのみならず、上澄内に含まれて浮遊する微生物が当該上澄水と一緒に排出されるため、系内に微生物を保持できなくなって、処理の継続が困難となる問題がある。

また、膜分離の場合には、孔の大きさを超える微生物は疎水性、親水性にかかわらず流出しない。従って、処理水中のＳＳ（浮遊物質量）濃度は、ろ過膜の性能に依存するため低くなるが、油等の粘着性の強い物質の存在は、当該物質による膜孔の閉塞を招来して処理に支障を来すため、定期的にろ過膜の洗浄を行わないと、連続処理できない問題がある。

ところで、弁当、惣菜等を製造する食品工場等からの廃水には、動植物油等の油分を含むものが多く、このような含油廃水から油分を除去する方法としては、油分と水分との比重差を利用して浮上した油分を物理的に除去する方法は実施されているが、物理的除去であるために除去率が悪く、しかも時間の経過により処理槽の壁面が油分によりベタベタとなる。また、油分の酸化により悪臭が発生する。

また、廃水の上層に浮上した油分に対して薬剤を投入して水溶化させて、当該油分を化学的に除去する方法もある。物理的又は化学的のいずれの方法で油分を除去する場合でも、この油分除去工程は、通常の活性汚泥法では不必要な前処理工程となるため、結果として処理効率も悪くなる。
特開平１１−２３５５９９号公報特開２００２−２３３８９０号公報特開２００５−１９９１６７号公報

本発明の課題は、微生物を用いた生物処理と微細気泡を用いた浮上分離とを組み合わせて、動植物油等を含む含油廃水の処理を可能にすることである。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、動植物油を含む廃水を微生物を用いて生物的に処理する方法であって、曝気槽に供給された廃水を放線菌を主体とする微生物の存在下においてエアーを吹き込みつつ攪拌して、前記廃水に含まれる動植物油、及び有機物を前記微生物の作用により分解して汚泥を発生させる曝気工程と、当該曝気工程で処理されて、汚泥塊が水中に浮遊している中間処理水に含まれている大きな気泡を浮上放出させるために、前記中間処理水を脱気槽に収容して所定時間だけ放置する脱気工程と、当該脱気工程で大きな気泡が脱気された中間処理水と、微細気泡が混入された混気水とを混合させた状態で浮上分離槽内に収容して放置させることにより、前記微生物を含む汚泥を浮上させて最上層の汚泥層と当該最上層を除く部分の処理水層とを分離させる浮上分離工程と、前記汚泥層が最上層に浮上して圧密状態となった後に、前記処理水層の処理水を槽外に排出させて放流する処理水放流工程と、前記汚泥層に含まれる微生物を廃水に含まれる動植物油、及び有機物の分解に繰り返して使用するために、前記浮上分離槽内で浮上した前記汚泥層の少なくとも一部を前記曝気槽に返送する浮上汚泥返送工程とを含むことを特徴としている。

曝気工程において含油廃水を好気的に生物処理した中間処理水を、標準活性汚泥法によりそのまま沈殿槽に貯留させた場合には、多くの動植物油は十分な酸素の存在下において、リパーゼ等の酵素を分泌する微生物により分解されてフロックを形成すると共に、当該微生物は基質を同化して増殖するが、前記フロックは沈降性が悪いために水中で浮遊したままとなって、処理水との分離が良好に行われない。この状態で、処理水を排出すると微生物も一緒に流されてしまい、廃水中の動植物油、他の有機物の分解に寄与する微生物が系内に蓄積されなくなって、処理性能の高い生物処理の継続が困難となる。

生物処理の系内に動植物油を分解可能な微生物を保持させて処理性能の高い生物処理を継続可能にするために、請求項１の発明では、動植物油の分解成分を含んでいて水よりも比重の小さい活性汚泥と処理水とを分離させるための固液分離法として微細気泡を用いた浮上分離法を採用している。請求項１の発明は、活性汚泥法と、微細気泡を用いた浮上分離法とを組み合わせている点において大きな特徴を有する。即ち、曝気槽内に接触材を設置して曝気して生物処理を行う接触曝気法や、微生物を担持させた担体を水中で流動させて生物処理を行う担体法は、活性汚泥法に比較すると単位体積あたりの生物密度は大幅に低い。従って、活性汚泥法において、浮遊性を有する活性汚泥と処理水との分離を高い精度で行うことが可能となれば、上記した接触曝気法や担体法よりも効率の高い処理が可能となる。

そこで、請求項１の発明は、動植物油の分解成分を含んでいて浮遊性を有する活性汚泥（フロック）と処理水とを分離させる手段として、浮遊性の活性汚泥（フロック）に微細気泡を付着させることにより浮上を確実にさせる方法を採用した。これにより、沈降分離であれば処理水と一緒に流出してしまう浮遊性を有する微生物のフロックも槽の上部に浮上させられて、下層の処理水と分離可能となる。即ち、曝気工程で処理された中間処理水と、微細気泡が混入された混気水とを混合させた状態で浮上分離槽内に収容して放置させることにより、前記微生物を含む活性汚泥（フロック）を浮上させて浮上汚泥層と、下層の処理水層とを分離させて、当該処理水層の処理水を槽外に排出させると共に、処理水から分離された浮上汚泥の少なくとも一部を生物処理槽である曝気槽に返送させて、次の廃水の生物処理に使用する。浮遊性を有する活性汚泥に微細気泡を付着させて当該活性汚泥を浮上させることにより、処理水と微生物を含む活性汚泥との分離精度が高まるので、処理水のＳＳ濃度が低下する。

また、高い油分の分解能を有する特定の放線菌はミコール酸等の高分子物質を分泌し、当該高分子物質は強疎水性を有していて、細胞壁外部に付着し易く、当該高分子物質に微細気泡を接触させるとよく親和し、放線菌を含んだフロックは処理水から容易に分離されて浮上汚泥（フロス）となる。このフロスを曝気槽（生物反応槽）に返送すると、放線菌や他の好気性微生物が主体の生物処理の継続が可能となる。未分解の油分はフロス側に取り込まれて、生物反応槽に戻されるか、或いは廃棄処理される。生物反応槽では、油分の分解能の高い放線菌や他の好気性微生物が効率的に油分を分解し、当該分解は酸素の存在下で行われる好気的処理であるため、臭気原因物質も吸着分解されるため、生物反応槽では、原廃水本来の臭気は大幅に低減される。また、分離されたフロスも好気的生物よりなるので、臭気は殆ど発せられない。

請求項１の発明は、活性汚泥法と、微細気泡を用いた浮上分離による固液分離との組み合わせであって、放線菌や他の好気性微生物を含んだフロックを微細気泡を付着させて浮上させて分離し、浮上分離されたフロスを生物反応槽に戻す構成であるので、油分の分解能の高い微生物を処理系内に保持できると共に、臭気の極めて少ない安定した処理を継続できる。

また、請求項１の発明によれば、脱気工程において、曝気工程により内部に発生している大きな気泡が除去された状態で、中間処理水と微細気泡が混入された混気水とが混合されるので、微細気泡がそのままの状態で保持され易くなり、浮遊性を有するフロックに対する微細気泡の付着総数が減じられなくなって、フロックの浮上性、ひいては当該フロックと処理水との高い分離性を維持できる。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記処理水放流工程において、前記浮上分離槽の最上層に浮上される汚泥層と分離された処理水層を形成する処理水は、当該浮上分離槽の底部に設けられた深底の処理水取出部から取り出して槽外に排出させることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、浮上分離槽において浮上活性汚泥と分離された処理水は、当該浮上分離槽の最も低い部分に深底状に設けられた処理水取出部から取り出されて、槽外に排出される構成であるので、浮上分離槽の高さ方向に沿った大部分の領域において活性汚泥を浮遊させることが可能となって、下方の浮上活性汚泥が既に浮上している別の活性汚泥を下方から押し上げる作用が大きくなって、浮上活性汚泥の圧縮性が高められる。

また、請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記浮上分離工程において、混気水が混合された中間処理水を、前記浮上分離槽内に水没状態で配置された籠体の部分に導くことにより、当該浮上分離槽内において均一な上向流を生じさせることを特徴としている。

請求項３の発明によれば、混気水が混合された中間処理水は、浮上分離槽内に水没状態で配置された籠体の部分に導かれて、当該籠体の内部において浮上するので、籠体内において均一な上向流が生じて、浮上活性汚泥が圧密され易くなる。

本発明は、活性汚泥法と、微細気泡を用いた浮上分離による固液分離との組み合わせであって、放線菌や他の好気性微生物を含んだフロックを微細気泡を付着させて浮上させて分離し、浮上分離されたフロスを生物反応槽に戻す構成であるので、油分の分解能の高い微生物を処理系内に保持できると共に、臭気の極めて少ない安定した処理を継続できる。

以下、最良の実施形態を挙げて本発明について更に詳細に説明する。

図１は、本発明に係る含油廃水処理方法を実施するための装置の全体図であり、含油廃水処理装置の全体構成について簡単に説明しながら、本発明に係る含油廃水処理方法を工程毎に説明する。曝気槽Ａは、生物反応槽とも称され、槽内に曝気ブロワー１からエアーが吹き込まれて、槽内に貯留された動植物油を含む汚水が攪拌されることにより、微生物の作用により汚泥を発生させる作用を有し、「汚水調整反応槽」として機能している。生物的作用により動植物油を分解する好適な微生物としては、ノカルディア（Nocardia) ，エンテロバクタ(Enterobacter), バチルス(Bacillus)等が知られている。実施例の曝気槽Ａは、隔壁２により複数室（実施例では３室）に分離されていて、曝気ブロワー１から供給されるエアーは、各室の底部に設置されたエアーレータ３から被処理汚水内に供給されて浮上する間に当該被処理汚水が攪拌される。各隔壁２の下端は、曝気槽Ａの底面との間に所定の流通隙間４が形成されていて、特定の室に供給された汚水原液Ｗ₁は、前記流通隙間４を通って各室に供給される。また、共通の一基の曝気ブロワー１から供給されるエアーは、各室に分岐されて供給される。汚水原液Ｗ₁は、動植物油を含んでいるために、発生する汚泥は、沈降性が悪く浮遊したままの状態の汚泥塊（フロック）となっている。なお、図１において、５は、各室にエアーを供給するエアー管路に設けられた開閉弁を示す。

曝気槽Ａにおいて調整された動植物油を含む中間処理水（調整済汚水）Ｗ₂内には汚泥塊（フロック）が発生するが、当該汚泥塊（フロック）は沈降することなく水中に浮遊していると共に、エアーレータ３から供給されるエアーにより汚水が攪拌されるために、当該汚水内には大きな気泡が含まれており、このままの状態で、浮上分離槽Ｃに供給して、微細なエアーの気泡を含んだ微細気泡を供給しても、大きな気泡の存在により、汚水中に浮遊している汚泥塊（フロック）を複数の小塊に分解させたりして、当該汚泥塊（フロック）を浮上分離槽Ｃの表層部に浮上させ、更に後に浮上する別の汚泥塊（フロック）により圧密されて、適正な圧密性を備えた浮上汚泥（フロス）となるのを妨げることが多い。

そこで、曝気槽Ａにおいて調整されて、汚泥塊（フロック）が水中に浮遊している一定量の中間処理水Ｗ₂をポンプＰ₁により脱気槽Ｂ内に一旦貯留させて所定時間（例えば、３分間）だけ放置することにより、中間処理水Ｗ₂中に含まれている大きな気泡を浮上放出させることにより、調整汚水中から大きな気泡を脱気させ、この状態の調整汚水に微細気泡を含ませて「混気水」を生成する。脱気槽Ｂ内に供給される中間処理水Ｗ₂の水位は、浮上分離槽Ｃに貯留されている処理水の水位と同等か、或いは僅かに高くなるように設定されている。そして、曝気槽Ａから脱気槽Ｂには連続的に中間処理水Ｗ₂が供給されており、曝気槽Ａからの中間処理水Ｗ₂の供給により脱気槽Ｂの中間処理水Ｗ₂の水位が、浮上分離槽Ｃに設けられた処理水放流補助タンク２４内の排水管３１の上端より高くなった場合には、脱気槽Ｂ内の中間処理水Ｗ₂は、混合器１４の部分で後述の混気水が混合されて、浮上分離槽Ｃ内に供給されるようになっている。即ち、脱気槽Ｂから浮上分離槽Ｃへの中間処理水Ｗ₂の流れは、両槽Ｂ，Ｃの水位差のみに依存している。

浮上分離槽Ｃは、前記脱気槽Ｂで脱気された中間処理水Ｗ₂に微細気泡を混入させた混気水を流入させて貯留させることにより、前記微細気泡の作用により微細気泡が混入された中間処理水Ｗ₂中に浮遊している汚泥塊（フロック）を上層に浮上させると共に、当該上層に浮上した汚泥塊（フロック）を後に浮上する汚泥塊（フロック）により下方から加圧して、汚泥塊（フロック）を圧密させて浮上汚泥塊（フロス）として、上層部以外の部分に処理水Ｗ₃を貯留させることにより、浮遊性を有する汚泥塊と処理水Ｗ₃とを分離させる装置である。

浮上分離槽Ｃには、脱気槽Ｂ及び加圧混気槽Ｄとが管路を介して連結されている。加圧混気槽Ｄは、タンク１１にコンプレッサー１２が連結されて、前記タンク１１の大部分に水が収容されて、上層部が空間部１３となっていて、当該上層空間部１３に、コンプレッサー１２からの圧縮空気が供給されることにより、タンク１１に収容された水内に微細気泡が取り込まれて「混気水」となる。この「混気水」は、混合器１４の部分において脱気槽Ｂから流出される中間処理水Ｗ₂と混合されて、脱気槽Ｂ内の中間処理水Ｗ₂の水位が浮上分離槽Ｃ内の中間処理水Ｗ₂又は処理水Ｗ₃の水位よりも相対的に高くなることにより、浮上分離槽Ｃ内に供給される。

浮上分離槽Ｃは、タンク２１の中央部に籠体２２が水没状態で配置され、当該タンク２１の底部中央部が深底の処理水取出部２３となっていて、当該処理水取出部２３は、前記タンク２１の上部に付設された処理水放流補助タンク２４と連通されている。前記籠体２２は、脱気槽Ｂから供給されて、加圧混気槽Ｄから供給される混気水が混合された中間処理水Ｗ₂を導いて、タンク２１内において均一な上向流にさせるための部材である。前記タンク２１における処理水放流補助タンク２４と周方向に沿って位相の異なる部分には、タンク２１の上層部に浮上した浮上汚泥塊（フロス）は、モータＭにより回転される掻取り板２５により掻き取られたフロスを収容させるためのフロス収容部２６が付設されている。

このため、浮上分離槽Ｃにおいては、中間処理水Ｗ₂に微細気泡が混入された混気水が混合された状態で、当該中間処理水Ｗ₂は浮上分離槽Ｃの籠体２２の部分に供給され、周囲が囲まれた籠体２２内に流入された中間処理水Ｗ₂は、上向き流となって上昇する。中間処理水Ｗ₂内に浮遊状態で存在している活性汚泥（塊）に微細気泡が付着することにより浮力が増して、タンク２１の上層部に浮上し、更に下方の別の活性汚泥（塊）が既に浮上している活性汚泥（塊）を下方から押し上げることにより、先に浮上した活性汚泥（塊）は下方から圧縮される。一方、高い油分の分解能を有する特定の放線菌はミコール酸等の高分子物質を分泌し、当該高分子物質は強疎水性を有していて、細胞壁外部に付着し易く、当該高分子物質に微細気泡を接触させるとよく親和し、放線菌を含んだフロックは中間処理水Ｗ₂から容易に分離されて浮上汚泥（フロス）となる。このように、中間処理水Ｗ₂内に微細気泡が存在することにより、水中に浮遊状態の活性汚泥（塊）の浮力が高まる物理現象と、油分解能を有する特定の放線菌が水中の微細気泡と接触することにより、放線菌を含んだフロックが中間処理水Ｗ₂から分離され易くなるという生物反応とが相乗することにより、中間処理水Ｗ₂の活性汚泥（塊）は、タンク２１の上層に浮上し易くなって、当該タンク２１の上層部に浮上した浮上汚泥塊（フロス）と、当該タンク２１における上層部以外の部分に貯留されている処理水Ｗ₃との分離性が高められる。このため、処理水Ｗ₃は、ＳＳ濃度の低い清浄な状態で放流可能となる。

そして、タンク２１の底部の処理水取出部２３と当該タンク２１の上部に付設された処理水放流補助タンク２４とは連通しているため、前記処理水取出部２３に貯留されている最もＳＳ濃度の低い処理水Ｗ₃が処理水放流補助タンク２４に供給されて、当該補助タンク２４内の水位が当該補助タンク２４内に配設された排水タンク３１の上端面よりも高くなろうとすると、浮上分離槽Ｃの処理水取出部２３から補助タンク２４内に供給された処理水Ｗ₃は、前記排水管３１を通って処理水監視槽Ｅに一旦貯留された後に下水として放流される。なお、処理水監視槽Ｅは、処理水放流補助タンク２４の水位面よりも低い位置に配置されており、水位差により処理水放流補助タンク２４から処理水監視槽Ｅに処理水Ｗ₃が排水される。一方、タンク２１の底部の処理水取出部２３と、前記加圧混気槽Ｄのタンク１１とは管路を介して連通されていて、ポンプＰ₂の作用によりタンク２１内の処理水Ｗ₃は、加圧混気槽Ｄのタンク１１内に供給されて、微細気泡を混合させた混気水として繰り返し使用される。このため、本来ならそのまま槽外に排出されて放流される処理水を再使用しているために、混気水を生成するための水をその都度必要としない利点がある。

また、浮上分離槽Ｃのタンク２１の上層部に浮上した浮上汚泥塊（フロス）は、モータＭにより回転される掻取り板２５の回転により、前記タンク２１の上部に付設されたフロス収容部２６に収容される。ここで、収容された浮上汚泥塊の一部は、曝気槽Ａに返送させて、次の廃水（汚水原液Ｗ₁）の生物処理に使用するために、油分の分解能の高い微生物を外部に排出させることなく、処理系内に保持できるので、放線菌や他の好気性微生物が主体の生物処理の継続が可能となる。また、収容された浮上汚泥塊の残りは廃棄処理される。また、未分解の油分は浮上汚泥塊側に取り込まれて、曝気槽Ａに戻されるか、或いは浮上汚泥塊と一緒に廃棄処理される。

上記したように、曝気槽Ａから脱気槽Ｂへの中間処理水Ｗ₂の供給、及び浮上分離槽Ｃから加圧混気槽Ｄへの処理水Ｗ₃の供給のみは、ポンプにより行っているが、脱気槽Ｂから浮上分離槽Ｃへの中間処理水Ｗ₂の供給、及び処理水放流補助タンク２４から処理水監視槽Ｅへの処理水Ｗ₃の供給は、いずれも水位差のみによっている。よって、曝気槽Ａから脱気槽Ｂへの中間処理水Ｗ₂が供給された後は、浮上分離槽Ｃから加圧混気槽Ｄへの処理水Ｗ₃の供給を除いて、全て水位差によって中間処理水Ｗ₂又は処理水Ｗ₃が流れる構成になっている。

また、混気水に含まれる微細気泡の量（割合）によって処理水のＳＳ濃度の調整を行える。例えば、混気水に含まれる微細気泡の量を少なくすると（絞ると）、浮遊汚泥に付着する気泡の量も減少し、結果として気泡が付着しないか、或いは付着量の少ない浮遊汚泥が増加して、浮上せずに浮遊したままか、或いは沈降するために、処理液のＳＳ濃度は高くなる。従って、混気水に含まれる微細気泡の量（割合）の調整によって処理水のＳＳ濃度の調整を行える。

このように、本発明に係る含油廃水処理方法は、活性汚泥法と、微細気泡を用いた浮上分離による固液分離との組み合わせであって、放線菌や他の好気性微生物を含んだフロックを微細気泡を付着させて浮上させて分離し、浮上分離されたフロスを生物反応槽に戻す構成であるので、油分の分解能の高い微生物を処理系内に保持できると共に、臭気の極めて少ない安定した処理を継続できる。

なお、上記実施例では、浮上分離槽Ｃで分離処理された処理水Ｗ₃の一部を混気水の水として再利用しているが、処理水Ｗ₃の全てを下水放流してもよい。

本発明に係る含油廃水処理方法を実施するための装置の全体図である。

Ａ：曝気槽
Ｂ：脱気槽
Ｃ：浮上分離槽
Ｄ：加圧混気槽
Ｗ₁：汚水原液
Ｗ₂：中間処理水
Ｗ₃：処理水

Claims

動植物油を含む廃水を微生物を用いて生物的に処理する方法であって、
曝気槽に供給された廃水を放線菌を主体とする微生物の存在下においてエアーを吹き込みつつ攪拌して、前記廃水に含まれる動植物油、及び有機物を前記微生物の作用により分解して汚泥を発生させる曝気工程と、
当該曝気工程で処理されて、汚泥塊が水中に浮遊している中間処理水に含まれている大きな気泡を浮上放出させるために、前記中間処理水を脱気槽に収容して所定時間だけ放置する脱気工程と、
当該脱気工程で大きな気泡が脱気された中間処理水と、微細気泡が混入された混気水とを混合させた状態で浮上分離槽内に収容して放置させることにより、前記微生物を含む汚泥を浮上させて最上層の汚泥層と当該最上層を除く部分の処理水層とを分離させる浮上分離工程と、
前記汚泥層が最上層に浮上して圧密状態となった後に、前記処理水層の処理水を槽外に排出させて放流する処理水放流工程と、
前記汚泥層に含まれる微生物を廃水に含まれる動植物油、及び有機物の分解に繰り返して使用するために、前記浮上分離槽内で浮上した前記汚泥層の少なくとも一部を前記曝気槽に返送する浮上汚泥返送工程と、
を含むことを特徴とする含油廃水処理方法。
前記処理水放流工程において、前記浮上分離槽の最上層に浮上される汚泥層と分離された処理水層を形成する処理水は、当該浮上分離槽の底部中央部に設けられた深底の処理水取出部から取り出して槽外に排出させることを特徴とする請求項１に記載の含油廃水処理方法。
前記浮上分離工程において、混気水が混合された中間処理水を、前記浮上分離槽内に水没状態で配置された籠体の部分に導くことにより、当該浮上分離槽内において均一な上向流を生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の含油廃水処理方法。