JPH037436B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 この発明は排水より生物化学的酸素要求量によ
つて標示される汚濁物質（以下BODと略記）、ア
ンモニア化合物、窒素化合物、リン化合物など海
域、河川、湖沼の富栄養化原因になつている物質
を回分式活性汚泥処理法により除去する方法に関
するものである。 また本発明は連続式活性汚泥処理の活性汚泥
を、回分式活性汚泥法により、前述の富栄養化物
質が除去できるように酸化還元電位（ORP）管
理制御により馴養する方法に関するものである。 本発明は都市下水、団地下水、畜産、漁業、農
業などの加工産業排水など富栄養化物質を大量に
含有する排水に適用することができる。 従来の技術 従来、回分式または連続式活性汚泥処理によ
り、前述の富栄養化物質を除去する方法が多く提
案されている。例えば、産業排水、都市下水など
のBODは、曝気槽のORPを指標にして曝気量を
管理すると効率よく除去することが、特開昭55−
64896及び特開昭54−22955、水処理技術vol23、
No.７、P55（1982）などによつて明らかにされて
いる。 また排水中のアンモニア化合物を生物化学的に
除去する方法は、まずアンモニア化合物を好気的
生物化学的方法により、硝酸化合物、亜硝酸化合
物に硝化した後、これらの窒素酸化物を嫌気的生
物化学的方法により、メタノールなどの水素供与
体を添加して窒素ガスに還元する方法が普遍的で
ある。アンモニア化合物を生物化学的方法により
除去する際にORPが関与していることは以下に
示す通りである。 すなわち、アンモニア化合物が窒素酸化物に酸
化される過程において、ORPが関与しているこ
とは特願昭54−152351によつて、また窒素酸化物
を窒素ガスに還元する際に脱窒槽のORPを管理
することが適切であることが特公昭52−22916に
よつてそれぞれ明らかにされている。 排水中のリン化合物を除去する原理は十分に解
明されていないが、一般に次のようなことが通説
になつている。すなわち、活性汚泥を好気的環境
と嫌気的環境に交互に置くと、活性汚泥にストレ
スが生じ、好気的環境において排水中のリン酸を
細胞内に過剰に取り込み、ポリリン酸の形態で貯
蔵する。次に嫌気的環境に置かれた活性汚泥は細
胞内に貯蔵したポリリン酸を放出する。このよう
な条件を繰り返すと、活性汚泥は好気的環境にお
いて細胞内にリンを取り込み、その結果生物化学
的反応槽内の排出リン濃度が低下する。このよう
な活性汚泥の性質を利用して排水中のリン化合物
の除去が行われている。 排水中のBOD、アンモニア化合物、窒素酸化
物、リン化合物などの富栄養化物質を単独に生物
化学的方法によつて除去する方法は先に述べたよ
うにほぼ確立した技術と言える。しかし、回分式
活性汚泥法により、BOD、アンモニア化合物、
窒素酸化物、リン化合物などの富栄養化物質をす
べて除去することは、先に説明した公知の方法の
組み合わせのみでは困難である。 すなわち回分式活性汚泥法は前述の富栄養化物
質を一度に除去することは困難であり、各富栄養
化物質を逐次除去するプロセスの組み合わせにし
なければならない。このため各工程の処理条件
（例えば、ORP、PH、溶存酸素濃度、処理時間
など）および前工程の富栄養化物質の残存量など
が次の工程の富栄養化物質の除去性に及ぼす影響
を明確にする必要がある。特にリン化合物につい
ては除去条件が明確に提示されていない。 すなわち好気的環境あるいは嫌気的環境と言わ
れているが具体的な条件などが示されていない。
従つて排水中の富栄養化物質のすべてが、公知の
技術の単なる組み合わせでは除去できないことは
明白であり、回分式活性汚泥法による富栄養化物
質の除去技術は確立されていないと言える。 発明が解決しようとする問題点 排水中のBOD、アンモニア化合物、窒素酸化
物、リン化合物などの富栄養化物質を回分式活性
汚泥法により、効率的に除去する場合、次のよう
な問題点がある。 (1) 各富栄養化物質を除去する順序が明確でな
い。 (2) 各富栄養化物質を除去するための条件、すな
わち好気的、嫌気的条件などが具体的に明示さ
れていない。 (3) 排水中の各富栄養化物質を順次除去する場
合、前工程の後工程への影響が明確でない。例
えば前工程において残存した富栄養化物質の
量、あるいはORP、溶存酸素濃度、PHなどの
処理条件が後工程の処理性能への影響が明らか
にされていない。 (4) 回分式活性汚泥法により富栄養化物質を除去
できる活性汚泥の馴養法が明らかにされていな
い。すなわち回分式活性汚泥法に用いる活性汚
泥は、多くの場合連続活性汚泥法の活性汚泥を
種汚泥として用いているが、前述の富栄養化物
質、特にリン化合物を除去できるような活性汚
泥に馴養する方法が確立されていない。 問題点を解決するための手段 本発明は第１の発明として排水中の富栄養化物
質を回分式活性汚泥法により、除去する方法に関
するものであり、本発明の特徴は次の通りであ
る。 (1) 回分式活性汚泥法の処理装置の生物化学的反
応槽に排水を注入して、活性汚泥により、富栄
養化物質を除去した処理水を放流するまでのプ
ロセスが５段階の処理工程より成り立つてい
る。なお、本発明はこの５段階を１サイクルと
する。 (2) 各段階の処理工程において、生物化学的反応
槽の酸化還元電位（ORP）を制御管理し、各
富栄養化物質を効率良く除去することができ
る。 (3) １サイクルを５段階の処理工程に分ける別の
効果として、連続活性汚泥処理の活性汚泥を用
いて、回分式活性汚泥法により、排水中の富栄
養化物質を効率よく除去することができる。な
お本発明において使用する回分式活性汚泥処理
装置の生物化学的反応槽（以下反応槽と略記）
は、散気装置、機械撹拌装置の他に、ORP、
PH、溶存酸素濃度、温度などの測定センサーを
設置し、これらのセンサーは制御装置、記録装
置に接続し、反応槽内のこれらを制御、測定、
記録、管理が可能になつている。なお、活性汚
泥処理に用いるORPセンサーは金又は金合金
と塩化銀／銀よりなる複合電極が最も良く、他
のセンサーはほとんど使用することができな
い。 次に本発明の富栄養化物質を除去する１サイク
ルにおける各段階の機能、作用、特徴について説
明する。第１段階は活性汚泥が存在する反応槽
に、BOD、アンモニア化合物、窒素酸化物、リ
ン化合物などの富栄養化物質を含む排水の所定量
を撹拌しながら注入する。この時反応槽のORP
は徐々に低下し、最終的にはORPが−200〜−
300ｍＶまで低下し著しく嫌気状態になる。この
ような嫌気的環境を30分〜２時間維持すると、活
性汚泥中のリンが排水中に放出される。 例えば排水注入前の活性汚泥のリン化合物の含
有量が３〜５％（リンとして）、また排水中のリ
ン化合物が４〜６mg／（リンとして）でもある
ものが、排水を注入しORPを−200〜−300ｍＶ
の嫌気状態に0.5〜２時間保持すると、活性汚泥
中のリン化合物が１〜２mg／ｇ（リンとして）低
下し、また反応槽中のリン化合物の濃度が７〜９
mg／に増加する。このように第１段階はORP
を低下させて活性汚泥に嫌気的ストレスを与え
て、リン化合物を放出させる工程である。なお、
後工程における活性汚泥によるリン化合物の取り
込み能力、或いは排水のリン化合物の濃度によつ
てリン化合物の除去性が異なることが考えられる
ので、この工程においてリン化合物を大量に放出
させない方が望ましい場合もあり、活性汚泥から
のリン放出を抑制する目的で反応槽のORPを−
100〜−300ｍＶ、好ましくは−200〜−250ｍＶに
制御管理することが望ましい。 第２段階はBODの除去、排水のリン化合物及
び第１段階において活性汚泥が放出したリン化合
物を活性汚泥に過剰に吸着させるのと、アンモニ
ア化合物、有機アミン化合物などを窒素酸化物に
酸化する工程である。従つて、第２段階は好気的
環境に維持する必要があり、上記作用をすべて行
うのに適したORPは＋100〜＋120ｍＶ以上であ
る。 反応槽のORPを＋100〜＋120ｍＶ以上に制御
管理して、エアレーシヨンを行うと、２時間ない
し４時間後には、排水中の100〜300mg／の
BODが10mg／以下に、また20〜50mg／（窒
素として）のアンモニア性窒素及びケルダール性
窒素が酸化されて、１〜２mg／以下にそれぞれ
低下し、一方硝酸性及び亜硝酸性窒素は20〜30
mg／以上に増加する。 反応槽の排水中のリン化合物は、第１段階にお
いて７〜９mg／（リンとして）が0.5mg／
（リンとして）以下に低下し、また活性汚泥のリ
ン濃度が３〜５％に増加する。この場合活性汚泥
にリン化合物を吸着させるため、単に好気的環境
と嫌気的環境に交互に変化させストレスを与える
よりも、本発明のように嫌気的環境の次の好気的
環境において、活性汚泥にBOD成分の分解ある
いはアンモニア化合物などの酸化を行わせた方
が、活性汚泥へのリン化合物の取り込み量が著し
く多くなる。これは活性汚泥が第１段階の嫌気的
環境においてリン化合物を放出し、好気的環境に
おいてリン化合物に対して飢餓状態になつている
所に、BOD成分の分解、硝化反応などにより、
栄養源としてリン化合物が必要となり、このため
反動的に大量のリン化合物を取り込むものと思わ
れる。 第３段階は、硝酸性あるいは亜硝酸性の窒素酸
化物を窒素ガスに還元して除去する工程である。
この窒素酸化物を活性汚泥により還元するため、
エアレーシヨンを停止して機械的撹拌を行う。こ
の際に水素供与体を必要とするが、この水素供与
体は使用している排水を反応槽に新たに注入する
か、あるいはメタノール、イソプロピルアルコー
ル、糖密、米ヌカなどの有機物を使用することも
できる。 この第３段階は第５段階で放流する処理水の窒
素化合物、リン化合物濃度に著しく影響するの
で、反応槽のORPおよび窒素酸化物の濃度の管
理が重要である。すなわち水素供与体を添加して
機械的撹拌を行うと反応槽のORPが０〜−300ｍ
Ｖに低下する。特にORPが−250〜−300ｍＶに
低下すると活性汚泥よりリン化合物の放出が起こ
り、反応槽中のリン化合物が高くなる。更にもう
一つの問題点としてこのような嫌気的環境にする
と、活性汚泥の嫌気分解が起こり、反応槽中のア
ンモニア化合物、有機アミン化合物などの窒素濃
度も高くなる。このため場合によつては次の工程
で更にリン化合物、窒素化合物などの除去が必要
となり、処理工程が非常に複雑になる。 これらの問題点の発生を防止するために反応槽
のORP管理が重要である。すなわちORPと、反
応槽内に残存している窒素酸化物の濃度と、活性
汚泥のリン化合物の放出、及び嫌気性分解性との
間に相互関係があり、窒素酸化物が0.2〜0.3mg／
（窒素として）以下になると、ORPが−200〜
−300ｍＶになり、ORPが−50〜−150ｍＶの範
囲においては、反応槽内の窒素酸化物濃度が0.5
〜1.0mg／（窒素として）に維持することがで
き、またこの程度の嫌気的環境では活性汚泥より
のリン化合物の放出、及び活性汚泥の嫌気性分解
を抑制することができる。従つて第３段階におい
ては反応槽のORPを−50〜−150ｍＶの範囲に制
御管理する必要がある。しかし機械的撹拌のみで
はORPをこの範囲に制御管理することは困難で
あり、ORPが−50〜−150ｍＶ以下に低下した
ら、ORP制御装置により反応槽のエアレーシヨ
ンを行い、ORPを−50〜−150ｍＶの範囲に所定
の時間維持する。 第４段階は第３段階において用いた過剰の水素
供与体を除くために、エアレーシヨンを行い好気
的環境を維持する。この第４段階におけるORP
及び保持時間は、使用する水素供与体の種類およ
び第５段階において放流する処理水の規制値によ
つて異なる。すなわち第５段階において放流する
処理水の窒素規制値が非常に厳しい場合、水素供
与体にアンモニア化合物、有機アミン化合物を含
む排水を用いると、硝化脱窒処理を行つてから放
流しなければならない。このような場合、第５段
階は排水のアンモニア化合物、有機アミン化合物
などを窒素酸化物に酸化する必要があり、ORP
を＋50〜＋150ｍＶ、好ましくは＋100〜＋1500ｍ
Ｖに維持する必要がある。 一方、第５段階の処理水の窒素規制値が緩やか
な場合、あるいは窒素を含まない水素供与体を用
いた場合、過剰の水素供与体又はBOD成分を除
くのみでよいので、ORPを＋50〜＋80ｍＶに制
御管理すればよい。 第５段階は、反応槽内のエアレーシヨン、機械
的撹拌を停止して活性汚泥を沈降させ、上澄水の
約80％以上を放流する。なお放流水の窒素規制値
が厳しい場合には、第４段階で生成した窒素酸化
物を還元する必要があり、水素供与体を添加する
と短時間に還元が終了するが、水素供与体を添加
しなくても活性汚泥の静置沈降時間を長くする
と、ORPが低下し窒素酸化物を除去することが
できる。なお反応槽内のORPが−200ｍＶ以下の
嫌気性環境になると、活性汚泥内に取り込まれた
リン化合物が放出され、第５段階で放流する処理
水のリン化合物濃度が高くなることがあり、この
ため、第５段階のORPは−50〜−150ｍＶまでが
限度でこの範囲に制御管理する必要があり、処理
水のリン化合物濃度を0.5〜1.0mg／（リンとし
て）以下にすることができる。 この第５段階におけるORP制御管理はエアレ
ーシヨンで行うことができない。すなわちエアレ
ーシヨンを行うと、活性汚泥が沈降せず、処理水
に流出する。このため、ORP制御管理は残存し
ている窒素酸化物の濃度で管理を行うのが良く、
第５段階において、生物化学的反応槽内の窒素酸
化物を0.5〜1.0mg／（窒素として）に維持する
とORPを−50〜−150ｍＶに保つことができる。
窒素酸化物を0.5〜1.0mg／（窒素として）に保
つためには第３段階のORPを−50〜−150ｍＶに
制御管理すると良い。 なお第３段階において、水素供与体としてアン
モニア化合物を有機アミン化合物などを含む排
水、例えば下水などを処理した場合、第４段階に
おいて反応槽のORPが＋100〜＋120ｍＶ以上で
あると、硝化反応が起こり、窒素酸化物を形成す
る。この窒素酸化物が第５段階で十分に除去され
ないと、次のサイクルの第１段階に持ち込まれ次
のサイクルの第１段階の窒素酸化物が0.5mg／
以上存在すると、ORPが十分に低下せず、活性
汚泥法からのリン化合物の放出が起こらない場合
がある。これを防ぐためには第４段階のORPを
＋50〜＋80ｍＶに制御管理して、窒素酸化物の生
成を抑制するか、あるいは第５段階において第４
段階で生成した窒素酸化物を0.5mg／以下にす
る必要がある。 次に本発明の第２の発明である回分式活性汚泥
処理に適した活性汚泥を連続活性汚泥処理の活性
汚泥より馴養する方法について説明する。都市下
水などの連続的活性汚泥処理の活性汚泥を回分式
活性汚泥法の活性汚泥に用いても、直ちに排水中
のリン化合物を排水中から活性汚泥内に過剰に取
り込む機能がしなわつておらず、また連続活性汚
泥処理の活性汚泥に前述のような機能を持たせる
馴養方法が明確にされていない。しかし連続活性
汚泥処理から採取した活性汚泥に先に説明した本
発明の５段階の処理方法を適用すると、２〜５日
間の短期間で排水中の富栄養化物質を回分式活性
汚泥法により除去することができる。 実施例 １ 本発明の回分式活性汚泥法に用いる活性汚泥の
馴養方法の実施例を示す。都市下水を連続的に活
性汚泥処理を行つている下水処理場の活性汚泥処
理設備のエアレーシヨンタンクより活性汚泥混合
液（活性汚泥濃度約2500mg／）を20採取し、
これを回分式活性汚泥処理実験装置の生物化学的
反応槽（有効容積30）に移し、活性汚泥の馴養
を行つた。 馴養方法は反応槽のエアレーシヨン、機械的撹
拌を停止し、活性汚泥を静置沈降させ、上澄水の
大部分を放流した後、第１段階としてこれに約１
時間かけ、表１に示した性状を示す都市下水に機
械的撹拌を行いながら注入し、全体量を20にす
る。さらに約30分間機械的撹拌を行い、反応槽内
のORPをエアレーシヨンにより−250ｍＶに制御
した。 次に第２段階として機械的撹拌とエアレーシヨ
ンを行い、反応槽内のORPを＋100〜＋120ｍＶ
に４時間30分維持した。 第３段階はエアレーシヨンを停止し、機械的撹
拌のを行い、表１の都市下水約５を30分間かか
つて注入し、その後約2.5時間機械的撹拌を行う。
なお反応槽内のORPは−130ｍＶ以下になると、
エアレーシヨンが断続的に行えるようにして、こ
の範囲に管理制御した。 第４段階はORPが＋80ｍＶになるようにエア
レーシヨンと機械的撹拌を約１時間15分行つた。 第５段階はエアレーシヨンと機械的撹拌を停止
して、活性汚泥の沈降を約45分間行い、その後上
澄水を約45分間かかつて放流し、放流後約15分間
静置した。 第１段階から第５段階が終了するまでの１サイ
クルが約12時間である。このサイクルの実験を３
〜５日間行うと、放流水（処理水）の水質は表１
に示しているように、BODが10mg／以下、全
窒素４mg／、全リン0.4mg／となり、都市下
水中の富栄養化物質を回分式活性汚泥法により除
去できる活性汚泥の馴養ができた。

【表】 実施例 ２ 実施例１で馴養した活性汚泥を用いて、１日３
サイクルの処理実験を行つた。その時間的配分は
次の通りである。 まず第１段階は、表１の都市下水を機械的撹拌
を行いながら約１時間かかつて注入し、全量を約
20とした。 直ちに第２段階のエアレーシヨンを約２時間行
いORPを＋140ｍＶに制御管理した。 第３段階はエアレーシヨンを停止して、機械的
撹拌のみを行い、都市下水約５を約30分間で注
入し、ORPを−150ｍＶに制御管理した。この時
間は約２時間である。なおORPが−150ｍＶ以下
になつたらエアレーシヨンを断続的に行つて、
ORP制御管理を行う。 第４段階はエアレーシヨンを約30分行い、
ORPを＋80ｍＶに制御管理する。 その後エアレーシヨンと機械的撹拌を停止し
て、活性汚泥の沈降を行い、次に約45分間で上澄
水を放流した。更に放流後約15分関静置した後、
次のサイクルの都市下水を注入する。このように
して、１日３サイクルで処理した処理水の水質は
BODが約３〜５mg／、ケルダール窒素が５〜
７mg／、アンモニア性窒素が４〜５mg／、全
リンが0.3mg／である。なお硝酸性及び亜硝酸
性窒素はいずれも１mg／以下であつた。 発明の効果 以上説明したように、本発明は回分式活性汚泥
処理において、反応槽に排水を注入して活性汚泥
により、BOD、アンモニア化合物、窒素酸化物、
リン化合物などの富栄養化物質を除去し、排水を
放流するまでの工程を５段階に分けることによ
り、富栄養化物質を効率よく除去することができ
る。また本発明は連続活性汚泥処理の活性汚泥を
回分式活性汚泥処理法により処理馴養する極めて
有効な方法である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生物化学的酸素要求量によつて表示される汚
   濁物質（BOD）、アンモニア化合物、窒素酸化
   物、リン化合物などの富栄養化物質を含む排水を
   回分式活性汚泥法により処理する際に、富栄養化
   物質を除去するプロセスの１サイクルが次の５段
   階よりなり、 第１段階は、活性汚泥が存在する生物化学的反
   応槽に、機械的撹拌を行いながら排水を注入し、
   ORPを金合金と塩化銀及び銀よりなる複合電極
   で−200〜−300ｍＶの範囲の任意のORP値で制
   御管理する。 第２段階は、BOD、リン化合物の除去、及び
   アンモニア化合物を窒素酸化物に酸化する工程で
   エアレーシヨンを行い、ORPを金合金と塩化銀
   及び銀よりなる複合電極で＋100〜＋120ｍＶ以上
   に所定の時間維持する。 第３段階は、第２段階で生成した窒素酸化物を
   窒素ガスに還元する工程で、機械撹拌を行い、水
   素供与体を所定量注入し、ORPを金合金と塩化
   銀及び銀よりなる複合電極で−50〜−150ｍＶま
   で低下させ、この範囲でORP制御を所定時間行
   う。 第４段階はエアレーシヨンを行い、過剰の水素
   供与体の分解を主目的とし、ORPを金合金と塩
   化銀及び銀よりなる複合電極で＋50〜＋150ｍＶ
   の範囲の任意の値で制御管理を行う。 第５段階はエアレーシヨン、及び機械的撹拌を
   停止し、活性汚泥を沈降させ、上澄の約80％以上
   を放流する、ことを特徴とする排水の生物学的処
   理方法。