JPH0114835B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有機性廃液、特にし尿などの濃厚有機
性廃液を極めて簡潔なプロセスにより、かつ省資
源的・省エネルギー的に処理できる方法に関する
ものである。

以下、本発明の詳細を、代表廃液としてし尿を
例にとつて説明する。

従来のし尿処理において最も進歩したプロセス
として評価され最も実施例の多いプロセスは、し
尿に希釈水を10倍量添加して生物処理（活性汚泥
処理が最も一般的）したのち、活性汚泥を沈殿池
で固液分離し、上澄水を凝集沈殿及び砂過し、
さらに色度、CODを除去するためにオゾン処理、
活性炭処理を行なう一方、汚泥を脱水・乾燥・焼
却するという方法である（以下、これを従来プロ
セスと呼ぶ）。

このプロセスは一見合理的にみえるが、厳しい
視点から技術評価すると、次のような重大な問題
点が本質的に内在されていることを、本発明者は
認識するに到つた。

即ち、 数多くの単位操作を直列的に並べているた
め、プロセスが複雑であり維持管理性も悪い。

凝集沈殿工程などの凝集固液分離工程に凝集
剤を必要とする。また、汚泥の脱水工程にも多
量の脱水助剤の添加を必要とする。従つて、資
源多量消費型プロセスとなつている。

オゾン処理にはオゾン発生のための多量の電
力を必要とし、活性炭処理にも高価な活性炭を
多量に必要とする。また、活性炭の再生に多量
の熱エネルギーを必要とするなど、エネルギー
多量消費型プロセスである。

生物処理工程から発生する余剰生物汚泥およ
び凝集沈殿工程から発生する凝集汚泥の脱水処
理にカチオンポリマー、塩化第２鉄、消石灰な
どの脱水助剤を多量に必要とするほか、脱水ケ
ーキの含水率が80％程度と高いため、脱水ケー
キの乾燥焼却工程に重油などのエネルギーを多
量（200〜300／ton−Ｄ・Ｓ）に消費する。
したがつて上記、項とあいまつて、資源・
エネルギーの消費量が非常に多いプロセスであ
る。

このような本発明者が指摘した問題点は、極め
て重大なものであるにも拘らず、従来は有機性廃
水を処理し、水域環境の汚染を防止するために必
要な高度の処理水質を得るためには、やむを得な
いと考えられがちであつた。本発明者は、このよ
うな現状の技術レベルに強い疑問をもち、前記の
従来プロセスの諸欠点を合理的に解決できるプロ
セスを実現するために検討を進め、本発明を完成
するに到つたものである。

本発明の効果は、驚くべきものといつてよく、
従来プロセスの凝集沈殿、砂過、オゾン処理、
活性炭吸着、滅菌の各工程および汚泥の機械脱水
工程、脱水助剤の添加工程のすべてが不要にな
り、しかもその処理水質は従来プロセスより格段
に秀れており、運転経費も著しく低減することが
できる。

すなわち本発明は、アンモニア性窒素含有有機
性廃液を生物処理工程にて生物処理したのち、該
生物処理水を蒸気圧縮法および／または多重効用
法による間接加熱式蒸発工程にて蒸発処理し、該
蒸発水蒸気の凝縮水中の残留アンモニア性窒素を
アンモニア性窒素除去工程にて除去することを特
徴とするアンモニア性窒素含有有機性廃液の処理
方法である。

以下に、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

除渣し尿１をこれに希釈水を添加することなく
生物学的硝化脱窒素工程２に流入せしめ主として
BOD、アンモニアなどの窒素成分を除去する。
生物学的硝化脱窒素工程２としては、し尿中の
BOD成分を脱窒素菌のための有機炭素源として
利用する硝化液循環方式、ステツプ流入方式、好
気性脱窒素方式、回分処理方式などを採用するこ
とができる。この工程でアンモニア性窒素成分は
99％以上除去されるが、100％除去を行なうこと
は困難で、数十mg/程度のアンモニアが残留す
る。

しかして、生物学的硝化脱窒素工程２から流出
する活性汚泥スラリー３は遠心濃縮機などの固液
分離工程４において固液分離され、分離汚泥５の
大部分は返送汚泥６として生物学的硝化脱窒素工
程２にリサイクルされる。一方、固液分離工程４
からの分離液７は蒸気圧縮法による蒸発工程８に
流入する。

尚、生物学的硝化脱窒素工程２ではし尿を無希
釈で処理するので、し尿中のBOD、アンモニア
性窒素などを生物学的に酸化する際に発生する微
生物酸化反応生成熱（通常30000〜40000Kcal／
Kl−し尿）によつて生物学的硝化脱窒素工程２内
の活性汚泥スラリー３の水温が上昇し40℃以上に
なる。従つて、蒸発工程８への流入液すなわち上
記分離液７も40℃程度となるので、蒸発温度（通
常これが100℃になるように蒸発缶８′内の圧力を
設定する）にまで加熱するのに必要な熱量が節減
できるという重要な効果が得られる。このことは
微生物酸化反応生成熱を間接的に蒸発工程８に利
用するという重要な技術的概念を意味する。

しかして、上記流入液は熱交換器９にて、水蒸
気の凝縮水１０によつて温度80℃程度に予熱され
たのち、蒸発工程８に流入して蒸発濃縮され、濃
縮液１１として排出される。一方、蒸発工程８に
て蒸発した水蒸気１２は、機械的圧縮機又はサー
モコンプレツサーによる蒸気圧縮機１３において
蒸気昇温されたのち再び蒸発工程８の間接加熱部
１４に流入し加熱源として再利用される。

間接加熱部１４にて水蒸気は凝縮し、上記凝縮
水１０となつて熱交換器９を経由したのち、凝縮
水１０中の残留アンモニア性窒素を除去するアン
モニア除去工程１５に流入する。すなわち、凝縮
水１０の水質はBOD、COD、SS、リン酸、色度
のいずれもほぼゼロと極めて高度の水質を示す
が、生物学的硝化脱窒素工程２にて除去しかれな
かつた数十mg/程度のアンモニア性窒素が凝縮
水１０中に含まれてくるので、アンモニア除去工
程１５にて凝縮水１０中のアンモニア性窒素を徹
底的に除去するのである。

アンモニア除去工程１５としてはゼオライト、
クリノプチライトもしくは合成イオン交換樹脂
（カチオン系）によるイオン交換吸着法、NH₃を
N₂に酸化して除去することを骨子とする塩素酸
化法（ブレークポイントクロリネーシヨン）又は
生物学的硝化脱窒素法（生物膜プロセスが好まし
い）が採用できるが、最も推奨できるのはイオン
交換吸着法によるものである。すなわち、凝縮水
１０中にはアンモニアのイオン交換において強い
妨害となるNa⁺、K⁺、Ca⁺⁺、Mg⁺⁺などの陽イ
オンが存在しないので、最高度の効率で極めて容
易にアンモニアイオン（NH⁺ ₄）がイオン交換さ
れ、ほぼ100％（99.9％以上）除去され高度処理
水１７となる。

この効果は本発明独自のものであり、従来プロ
セスのような数千ppmもの塩類濃度をもつし尿処
理水にイオン交換を適用してもNH⁺ ₄を効率的に
除去することは不可能である。尚、１６はブレー
クポイントクロリネーシヨンによつてNH⁺ ₄を酸
化除去する場合の塩素薬剤である。

しかして、蒸発缶８′から排出される濃縮液１
１は、上記分離液７すなわち生物学的硝化脱窒素
工程２による生物処理水の水量の1/40程度に濃縮
され濃褐色の高COD濃度の液となつており、こ
れを蒸発乾固後、焼却処分する。また、余剰活性
汚泥１８は脱水、乾燥、コンポスト化、焼却など
適当な方法によつて処分される。

本発明では難脱水性の凝集沈殿汚泥が全く発生
しないので、脱水は容易で脱水すべき汚泥量も少
ないという重要な効果がある。さらに、図示はし
ないが蒸発工程８の蒸気圧縮法に代えて多重効用
法及び両者の併用法により行なうことも可能であ
る。

以上述べたような本発明によれば、次のような
数多くの重要な効果が得られ、従来プロセスの諸
欠点を根本的に解決することができる。

従来プロセスで不可欠となつていた生物処理
液の凝集沈殿（又は浮上）、砂過、オゾン処
理、活性炭吸着のすべての工程が不要になり、
しかも従来プロセスよりもはるかに秀れた処理
水質を得ることができる。

従つて、環境汚染防止上著しい効果が得られ
るほか、プロセスも極めて簡略化されさらに凝
集剤、オゾン発生電力、活性炭の補給、活性炭
再生エネルギーのすべてが不要になり、大きな
省資源・省エネルギー効果が得られる。

し尿などの濃厚有機性廃液中には多量のアン
モニアと有機酸、臭気成分およびSSが含まれ
ているため、本発明プロセスによらず原液を直
接蒸発処理すると、発生水蒸気中に多量のアン
モニア、揮発性有機酸、臭気成分が含まれ、し
かも蒸発缶のスケール生成もはげしい。従つて
蒸発槽からの臭気のリーク対策に細心の注意を
要するほか、発生水蒸気の凝縮水を本発明のよ
うに処理水として放流することはできない。

これに対し本発明によれば、あらかじめ生物
学的硝化脱窒素工程において揮発性有機成分、
アンモニア、臭気成分およびSSを除去したの
ち、蒸気圧縮法などによる蒸発濃縮処理を行な
うので、発生水蒸気およびこれの凝縮水中に残
留するBOD成分、アンモニア性窒素、臭気成
分は非常に少なく、無色透明の蒸留水なみの水
質が得られる。また、蒸発槽からの悪臭成分の
リークがなくSSが少ないので、極めて容易に
蒸発操作を行なうことが可能となる。

凝集沈殿（浮上）処理を行なえば必ず凝集汚
泥が発生し、その処理・処分が必然的に必要に
なるが、凝集汚泥は脱水性が非常に悪く大きな
問題になつている。これに対し本発明では、凝
集処理工程が全く不要なため凝集汚泥そのもの
が発生しないので、このような問題は起り得な
い。

従来プロセスにおいては処理水のCOD、色
度成分、有機性窒素成分は凝集処理工程では完
全に除去することができず、そのためオゾン処
理、活性炭処理工程が、不可欠となる。しかも
活性炭処理によつてCODを数mg/にするには
ランニングコストが著しく高くなる（500〜600
円／Kl−し尿）が、本発明では生物処理液を蒸
発処理するので処理水は完全に無色で、COD
も０〜0.5ml/と極めて少ない。

従来プロセスの汚泥処理工程は、余剰活性汚
泥と凝集沈殿汚泥との混合汚泥に、カチオンポ
リマーなどの脱水助剤を添加してベルトプレス
などの機械脱水機で脱水しているため、脱水ケ
ーキの含水率が80％程度と極めて高く、また脱
水ケーキ中に水酸化アルミニウムなどの無機物
が共存するので、脱水ケーキの発熱量が低い。
従つて、脱水ケーキの乾燥・焼却に多量（通常
200〜300／ton−Ｄ・Ｓ）の補助燃料を必
要とする。

これに対し本発明では、凝集沈殿汚泥が全く
発生しないので、乾燥物の水分を容易に65％以
下に低下させることができ自燃領域にある乾燥
物を得ることができる。したがつて、焼却処理
時に重油などの補助燃料を一切必要としない。

従来法によるし尿処理水の塩素イオン濃度は
500〜3000mg/と高いため山林、田畑などの散
水用水、かんがい用水にすると土壌の塩蓄積を
招くため使用できなかつた。しかし、本発明に
よる処理水は蒸留水にほぼ等しいもので、塩類
濃度は数ppm以下にすぎないので散水、かんが
い用水として有効利用できる。

蒸発水蒸気およびその凝縮水中に数十mg/
程度のアンモニアが残留してくるが、アンモニ
アのポリツシング除去工程を設けてあるので全
く問題なく対処できる。しかも、この構成によ
つて蒸発工程の前段の生物処理でアンモニアを
100％除去する必要性がないので、生物処理工
程の運転・管理の柔軟性が大いに増すだけでな
く、生物処理工程の所要槽容量も減少できると
いう重要な効果がある。

次に、本発明の実施例を記す。

実施例 神奈川県逗子市し尿処理場に搬入されるし尿
（浄化槽汚泥10％混入）のし渣を除去したのち、
処理量100/minの規模で硝化液循環生物学的脱
窒素工程により無希釈処理した。無希釈処理の結
果硝化槽の発泡が激しかつたが、消泡用水を添加
することは蒸発対象水量の増加と水温の低下を招
くため好ましくないので行なわなかつた。発泡対
策としては硝化槽液面上の泡沫層に消泡機（イン
ペラを回転させて泡を破泡するもの）を設置し
た。

生物学的脱窒素工程のMLVSSは18000〜20000
mg／、滞留日数は５日間とした。生物処理槽内
の水温は微生物の酸化反応生成熱によつて夏期は
42゜〜45℃、冬期は33゜〜35℃に維持された。

生物処理槽流出スラリーの固液分離には無薬注
型遠心濃縮機（スクリユーデカンター型）を使用
し、濃縮汚泥の大部分を生物処理槽へリサイクル
させ、一部を余剰生物汚泥として排出した。遠心
濃縮分離液は、自己蒸気圧縮蒸発缶に供給し、濃
縮比40倍以上に濃縮せしめた。

し尿の水質は水温12゜〜25℃、SS9000〜12000
mg／、BOD9000〜11000mg/、COD3800〜4200
mg／、アンモニア性窒素3600〜3900mg/、リン
酸850〜1100mg/、塩素イオン3000〜3200mg/
であり、生物処理水すなわち蒸発缶流入液の水質
は水温40゜〜42℃、PH7.0〜7.2、アンモニア性窒素
15〜30mg/、溶解性BOD10mg/以下、溶解性
リン酸550〜680mg/、溶解性COD430〜520mg/
、色度2500〜3000度、塩素イオン3000〜3200
mg／であつた。

上記蒸発缶には小型実験規模の流下液膜式を、
蒸気圧縮機にはルーツ式をそれぞれ用いた。蒸発
水蒸気の凝縮水（これがし尿の無希釈処理水とな
る）の水質はPH7.0、SSなし、色度なし、COD1
mg／以下、BOD5mg/以下、リン酸検出せず、
NH₃−N10〜20mg/と極めて良好であつた。

次に、蒸発缶で蒸発し熱交換器を経由してきた
上記凝縮水を天然産ゼオライトを充填したカラム
にSV12で流過せしめたところ、カラム処理水の
NH⁺ ₄は検出できなかつた。

また、ゼオライトによるイオン交換法の代わり
にブレークポイントクロリーネーシヨンを検討し
た。塩素剤としてNaOClを流入NH₄−N1mg/
あたり８mg/as Cl₂添加して10分間接触撹拌し
た結果、処理水のアンモニア性窒素は0.5mg/以
下となつた。ブレークポイントクロリーネーシヨ
ン対象水中にはアンモニア以外の還元性汚染物質
が殆ど存在しないため、非常に効果的に酸化反応
が進行した。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の一実施態様を示すフローシー
トである。 １…除渣し尿、２…生物学的硝化脱窒素工程、
３…活性汚泥スラリー、４…固液分離工程、５…
分離汚泥、６…返送汚泥、７…分離液、８…蒸発
工程、８′…蒸発缶、９…熱交換器、１０…凝縮
水、１１…濃縮液、１２…水蒸気、１３…蒸気圧
縮機、１４…間接加熱部、１５…アンモニア除去
工程、１６…塩素薬剤、１７…高度処理水、１８
…余剰活性汚泥。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アンモニア性窒素含有有機性廃液を生物処理
   工程にて生物処理したのち、該生物処理水を蒸気
   圧縮法および／または多重効用法による間接加熱
   式蒸発工程にて蒸発処理し、該蒸発水蒸気の凝縮
   水中の残留アンモニア性窒素をアンモニア性窒素
   除去工程にて除去することを特徴とするアンモニ
   ア性窒素含有有機性廃液の処理方法。 ２ 前記生物処理工程が、少なくとも生物学的硝
   化反応が生起する工程である特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３ 前記アンモニア性窒素除去工程が、イオン交
   換吸着法によるものである特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載の方法。 ４ 前記アンモニア性窒素除去工程が、塩素酸化
   法によるものである特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の方法。 ５ 前記アンモニア性窒素除去工程が、生物学的
   硝化脱窒素法によるものである特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の方法。