JPH0679713B2

JPH0679713B2 - 有機性汚水の生物学的処理方法

Info

Publication number: JPH0679713B2
Application number: JP2068460A
Authority: JP
Inventors: 昭渡辺; 隆幸鈴木
Original assignee: Ebara Research Co Ltd; Ebara Infilco Co Ltd
Current assignee: Ebara Corp; Ebara Research Co Ltd
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH03270789A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、有機性汚水の処理方法に係り、特に、有機性
廃水の余剰汚泥量が少なく、かつ汚泥脱水性の良好なる
生物学的処理方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、有機性廃水の処理方法としては、生物学的処理が
最も普遍的な方法として採用され、広く普及している。
しかしながら、この方法では、多量の余剰汚泥が発生
し、その処分が問題となっている。

すなわち、有機性廃水が、生物学的処理工程へ導かれて
生物処理を受け、沈殿池にて活性汚泥が分離される。そ
して、余剰汚泥として引抜かれた汚泥は、脱水工程にお
いて、高分子凝集剤又は塩化第２鉄や消石灰などが添加
され、ベルトプレス、遠心脱水機、フィルタプレスなど
で機械脱水される。しかしながら、従来の生物処理工程
から排出される余剰汚泥の脱水性はきわめて悪く、ま
た、汚泥生成量も多いため、その処分に要するコストも
高額となる。

また、曝気槽の汚泥濃度を、10,000mg/l以上の高濃度で
運転する場合には、沈殿池での汚泥分離が容易でないた
め、遠心分離、UF膜などの機械的分離操作を利用するの
が一般的であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、前記のような従来技術の課題を解決し、有機
性汚水の処理において、余剰汚泥の脱水性のよい、ま
た、その生成量も少ない生物学的処理方法を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、有機性汚水
を、少なくともアルカリ性条件下での生物学的処理工程
と、中性条件下での生物学的処理工程との二工程によっ
て処理することを特徴とする有機性汚水の処理方法とし
たものである。

また、本発明では、有機性汚水を、少なくともアルカリ
性条件下での生物学的処理工程によって処理したのち、
中性条件下での生物学的処理工程で処理することを特徴
とする有機性汚水の処理方法としたものである。

上記処理方法において、中性条件下での生物学的処理工
程で発生する余剰汚泥の少なくとも一部を、アルカリ条
件下での生物学的処理工程に導くのがよい。

また、上記処理方法において、アルカリ性条件下として
は、pH8.5〜11好ましくは９〜10で行うのがよく、ま
た、中性条件下としては、pH6.5〜８で行うのがよい。

次に、本発明を図面を参照にして詳細に説明する。

第１図は、本発明の一例を示すフロー概略図である。

第１図において、有機性廃水１は、返送汚泥２ととも
に、高pH（アルカリ性）処理工程５の曝気槽６に流入す
る。曝気槽６はpH8.5以上に維持されており、ここで、
原水中のBODは、BOD酸化菌の作用により酸化され、沈殿
池７にて固液分離される。残部BOD成分を含む沈殿池７
からの越流水は、返送汚泥３とともに、pH中性処理工程
８の曝気槽９に流入し、ここで完全にBOD成分を除去
し、沈殿池10にて固液分離された後、放流水17として放
流される。

余剰汚泥は、高pH処理工程５およびpH中性処理工程８の
各々の沈殿池７、10から、別々に排泥しても構わない
が、pH中性処理工程８の沈殿池10から、高pH処理工程５
の曝気槽６へ汚泥を返送する工程４を設け、高pH処理工
程５とpH中性処理工程８への汚泥返送量を調整すること
で、高pH処理工程５の沈殿池７のみから排泥しても良
い。高pH処理工程から排出される汚泥は、脱水性、沈降
性に優れ、また汚泥発生量も、従来のpH中性域の生物処
理に比べて20〜40％少ないことから、特に高濃度の有機
物を含む廃水の生物処理には、汚泥処理の面から著しい
改善をもたらすものである。

高pH処理工程から排出される汚泥の脱水性が優れている
理由は、現時点では明らかではないが、次のような理由
が考えられる。高pH処理工程では、廃水中に含まれる
マグネシウム、カルシウム、リン酸、溶存二酸化炭素等
が、不溶性の沈殿物を生じるため、これらが脱水助剤と
して作用している。高pH処理工程に出現する微生物群
は、従来のpH中性処理の微生物群とは異なり、脱水性に
優れた特質を有する。高pH条件では、微生物表面の親
水性バイオポリマが液側に溶出してしまうため、結果と
して脱水性が向上する。

これらのうち、については、汚泥の沈降性にも関与し
ていると思われる。第３図はpHの異なる条件で馴養した
汚泥の沈降速度変化を示すグラフである。第３図の汚泥
沈降曲線から明らかなように、高pH条件で馴養した汚泥
は、高濃度であるにもかかわらず、沈降性は良好で、遠
心分離等の機械的濃縮操作を利用せずに容易に固液分離
できる。

第４図は、高pH処理工程のpHを変化させた場合の汚泥発
生量と含水率との関係を示すグラフである。図から明ら
かなように、pH8.5を境に高pHになるほど含水率および
汚泥発生量ともに減少し、高pH処理の有効性が確認され
た。

次に、本発明の他の一例を示すフロー概略図である第２
図について説明する。

第２図において、窒素含有有機性廃水１は、返送汚泥２
とともに脱窒槽18に流入する。硝化槽19はpH8.5以上に
維持されており、ここで原水中のアンモニア態窒素は硝
化菌の作用により硝化されるが、高pHのため硝酸態窒素
はほとんど生成されず、亜硝酸態窒素が蓄積する。この
際、原水中に高濃度のアンモニア態窒素を含有する廃水
の場合、長期間高濃度の遊離アンモニアに汚泥がさらさ
れると、硝化活性が失活する場合もあるので、後続のpH
中性処理工程８からの返送汚泥の一部を、高pH処理工程
の脱窒槽18に返送することで、安定的に硝化反応が進行
する。

生成された循環硝化液23中の亜硝酸態窒素は、原水中の
BOD成分を水素供与体として、脱窒槽18で脱窒される。
残部のアンモニア態窒素は、後続の中性処理工程８にお
いて、残部BODとともに酸化され、脱窒槽21においてメ
タノール24を水素供与体として完全に除去される。脱窒
液は再曝気槽22、沈殿池10を経由して放流される。な
お、原水中のアンモニア態窒素の濃度が低い場合には、
必ずしもpH中性処理工程から汚泥を返送する必要はな
い。

なお、前記の説明は、アルカリ条件下で処理したのち、
中性条件下で処理しているが、中性条件下での処理をし
たのち、アルカリ条件下での処理をするようにしてもよ
い。

〔作用〕

BODや窒素分の生物学的除去技術は、通常pH中性付近の
条件で行なわれていた。これは、BOD酸化やアンモニア
態窒素の硝化（酸化）、さらにはNOx（亜硝酸態窒素、
硝酸態窒素）の脱窒に関与する微生物の至適pHが一般に
中性付近に存在するためである。

特に硝化反応は、炭素化合物を酸化する場合と異なり、
（１）式に示されるように、アンモニア１当量に対し
て、２当量のH⁺を生じる生酸反応である。硝化の進行に
伴ないpHは徐々に低下し、pH5程度では硝化反応はほと
んど停止する。そのため、順調な硝化反応を維持するた
めには、硝化槽のpHを中性に維持しなければならない。

硝化・脱窒の反応過程を化学量論的に表わすと、次式の
ようになる。

〔硝化反応（好気的条件）〕

NH₄ ⁺＋1.5O₂→NO₂ ^-＋H₂O＋2H⁺ …亜硝酸菌（１） NO₂ ^-＋0.5O₂→NO₃ ^- …硝酸菌（２）〔脱窒反応（嫌気的条件）〕 NO₃ ^-＋H₂→NO₂ ^-＋H₂O …脱窒菌（３） NO₂ ^-＋1.5H₂→0.5N₂↑＋H₂O＋OH^-…脱窒菌（４）硝化工程では、通常アンモニア態窒素を硝酸態窒素にま
で硝化しているが、上記（１）〜（４）式からわかるよ
うに、硝化には酸素、脱窒には水素供与体の供給が必要
となるため、硝酸態窒素にまで硝化することは、亜硝酸
窒素への硝化にとどめる場合に比べて、多くの酸素供給
動力費、メタノール等の水素供与体、pH調整用の薬品代
など、有価な工業製品を消費することになり、運転経費
のうえから大きな問題となっている。特に、生し尿等の
多量の窒素分を含有する廃水を処理する場合には、その
経済的デメリットは大きい。したがって、硝化を、亜硝
酸窒素でとどめて脱窒処理する方が、硝化のための酸素
供給量、脱窒のための水素供与体供給量ともに少なくて
済み、運転経費の点で有利である。すなわち、NO₂型硝
化の酸素量はNO₃型硝化の3/4（1.5O₂／2O₂）で済み、ま
た、脱窒反応で消費される水素供与体量も、NO₂はNO₃の
3/5（1.5H₂／2.5H₂）で足りる。

自然界には、高pH（アルカリ性）域の生息条件を好む微
生物が多数存在する。第５図は、5lの反応槽を用いて、
１か月間、回分的に生し尿を添加し、pH7およびpH10のp
H条件で曝気した際の、微生物呼吸活性を調べたグラフ
である。

第５図から明らかなように、pH10の条件でも、pH7系と
同等の呼吸活性があり、耐アルカリ性の微生物が出現し
ているのではなく、好アルカリ性の微生物が優占してい
ることがわかる。また、pH7の肉汁培地とpH10の肉汁培
地（１％炭酸ナトリウム添加）をそれぞれ調整し、各汚
泥中の細菌相を調べたところ、pH7の培地では、バチル
ス（Bacillus）属やシュードモナス（Pseudomonas）属
等が優占種として出現したが、pH10では黄色のコロニー
を生じるフラボバクテリウム（Flavobacterium）属が特
徴的に出現し、pH7系とは異なる細菌相を示した。一般
に、好アルカリ性細菌としては、バチルス（Bacillus）
属が高頻度に出現すると言われているが、生し尿を原水
として馴養した汚泥の場合、そのような傾向は認められ
なかった。

また、一般に好アルカリ性細菌は、その生息環境を自ら
の至適pH条件に変えてしまう性質をもつと言われてい
る。pH10で馴養した汚泥を、pH指示薬であるBTB（ブロ
モチモールブルー）を含む肉汁培地（pH7）に接種した
ところ、コロニーの生長とともに培地の色調は、緑色
（中性）から濃青色（アルカリ性）に変化した。これは
微生物が自らの至適pH条件であるアルカリ性に、培地の
pHを変えてしまったためと思われる。

このように好アルカリ性細菌を利用すれば、有価なアル
カリ剤を多量に消費することなく、反応槽のpHをアルカ
リ側に維持することができる。しかしながら、生し尿等
緩衝能が強い廃水の場合には、微生物だけでは所定のpH
条件を維持することが出来ない場合があるため、NaOH等
のアルカリ剤を添加する必要がある。この際、経済性と
効果の点からpH9前後が望ましい。

以上のように、有機性廃水を高pH条件で処理することに
より、汚泥処理および窒素除去の点で、著しく改善がも
たらされるが、pH11.0以上では微生物がほとんど失活し
てしまうため、本発明のごとく、pH8.5〜11.0に維持す
ることが必要となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されない。

実施例−１本発明の１実施例について説明する。第１図において、
高pH処理工程５とpH中性処理工程８の各々の沈殿池７、
10から余剰汚泥を引き抜き、中性処理工程８の沈殿池10
から、高pH処理工程５の曝気塔に汚泥を返送しないフロ
ーで実験を行なった。実施の条件は次のとおりである。

（１）原水Ｋ県Ｋ市の団地下水（BOD 200〜250mg/
l、SS 200〜300mg/l （２）pH調整用薬剤 NaOH溶液、H₂SO₄溶液（３）装置第１図において、高pH処理工程およびpH
中性処理工程ともに10l容の曝気槽を用いた。

（４）流量原水流入量は10l/日とし、汚泥返送量は
高pH処理工程5l/日、pH中性処理工程10l/日とした。

（５）設定pH 高pH処理工程pH9.0、pH中性処理工程
7.0 （６）反応槽温度高pH、pH中性処理工程ともに20℃ 実施結果を表−１に示す。

このとき、高pH処理工程沈殿池から引抜いた余剰汚泥の
含水率は77.1％であり、高pH処理工程での汚泥発生量は
0.225g MLSS/g △BODであった。このように、水質的に
は高pH処理工程のみでは、BODで約10％SSでは約20％が
残存するが、pH中性処理と組み合わせることで、従来の
中性処理単独の処理方法と同等の水質が得られた。一
方、汚泥処理の面からは、高pH処理工程で生成する汚泥
は、含水率で約３〜７％、汚泥発生量として、約20〜40
％従来法より値が低いため、著しい改善がもたらされ
た。

実施例−２本発明の他の実施例について説明する。第２図におい
て、中性処理工程８から排泥12は行なわず、返送汚泥の
一部を高pH処理工程５へ導入するフローで実験を行なっ
た。実施の条件は次のとおりである。

（１）原水Ｋ県Ｚ市し尿処理場に搬入される生し尿
（BOD 9,000〜12,000mg/l、SS 4,500〜6,500mg/l、PO₄
^3--P 190〜210mg/l、NH₄-N 2,300〜2,500mg/l）を原水
として供した。

（２）pH調整用薬剤 NaOH溶液、H₂SO₄溶液（３）水素供与体メタノール（中性処理工程での脱
窒に使用）（４）装置第２図において、高pH処理工程は20l
（硝化槽、脱窒槽各々10l）、中性処理工程は30l（硝化
槽、脱窒槽、再曝気槽各々10l）とした。

（５）流量原水流入量は5l/日、循環硝化液量150l/
日、高pH処理工程からの汚泥返送量5l/日、中性処理工
程沈殿から高pH処理工程脱窒槽への汚泥返送量3l/日、
同じく中性処理硝化槽への汚泥返送量2l/日（６）設定pH 高pH処理工程pH9.0、pH中性処理工程
7.0 （７）反応槽温度高pH、pH中性処理工程ともに32℃ （８）実験方法高pH処理工程はpH7.0から実験を開
始し、十分な硝化活性を確認した後、徐々にpHを上げ
て、約４週間後にpH9.0とし、その状態で更に６ケ月間
実験を継続した。

実施結果を表−２に示す。

生し尿等の高濃度有機物、窒素含有廃水を高pH条件で処
理し、かつpH中性工程から汚泥を一部返送することで、
長期間安定に亜硝酸型硝化が維持され、取り残されたBO
D、窒素分も後続の中性処理工程においてほとんどが除
去され、処理水中のSS量も大幅に低減できた。また、高
pH処理工程から引抜いた余剰汚泥の含水率および高pH処
理工程での汚泥発生量は、それぞれ77.2％および0.342g
MLSS/g △BODであり、従来のし尿処理方法と比較し
て、含水率で約４〜６％、汚泥発生量は20〜40％低い値
いであった。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明により有機性廃水の処理方法を次
のように経済的に改良することができた。

高pH処理工程から排出される余剰汚泥の脱水性は、著
しく良好で、汚泥発生量も従来の処理法に比べ、20〜40
％低い、そのため後続の汚泥処理工程の負担を大幅に改
善できた。

高pH条件では、高濃度の曝気槽汚泥でも、その沈降性
は良好で、遠心分離等の機械的濃縮操作は不要であり、
重量沈殿のみで固液分離が可能であった。

本法を硝化脱窒処理に適用した場合には、硝化型式が
亜硝酸型になるため、硝化に必要な酸素消費量が少な
く、酸素供給動力費を節減することができ、メタノール
添加量も減少することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の一例を示すフロー概略図
であり、第３図は、pHの異なる条件で馴養した汚泥の沈
降速度の変化を示すグラフであり、第４図は、汚泥発生
量と含水率との関係を示すグラフであり、第５図は、pH
条件による微生物呼吸活性を示すグラフである。１……原水、２、３、４……返送汚泥、５……高pH処理
工程、６……曝気槽、７……沈殿池、８……pH中性処理
工程、９……曝気槽、10……沈殿池、11、12……余剰汚
泥、13……アルカリ剤、14……酸、15、16……散気板、
17……処理水、18、21……脱窒槽、19、20……硝化槽、
22……再曝気槽、23……循環硝化液、24……メタノー
ル、25、26、27……散気板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚水を、少なくともアルカリ性条件
下での生物学的処理工程と、中性条件下での生物学的処
理工程との二工程によって処理することを特徴とする有
機性汚水の処理方法。
【請求項２】有機性汚水を、少なくともアルカリ性条件
下での生物学的処理工程によって処理したのち、中性条
件下での生物学的処理工程で処理することを特徴とする
有機性汚水の処理方法。
【請求項３】前記中性条件下での生物学的処理工程で発
生する余剰汚泥の少なくとも一部を、前記アルカリ条件
下での生物学的処理工程に導くことを特徴とする請求項
１又は２記載の有機性汚水の処理方法。