JPH0773706B2

JPH0773706B2 - 廃水の処理方法

Info

Publication number: JPH0773706B2
Application number: JP62062302A
Authority: JP
Inventors: 理三木; 正博藤井; 義則竹崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-03-17
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1995-08-09
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPS63229190A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は下水及び産業廃水（以下、下廃水と略記）の活
性汚泥処理に関するもので、さらに詳述すると下廃水の
活性汚泥処理において高効率で活性汚泥処理する方法に
関するものである。

（従来の技術）一般に下廃水の活性汚泥処理は次のように行なわれてい
る。

先ず、下水の場合には、下水処理場に集水した下水は、
最初沈砂地、沈澱池等によつてて土砂や粗大な浮遊物質
等の大部分を除去した後、曝気槽において活性汚泥処理
を行うことにより下水の汚濁物を分解し、次に最終沈澱
池において活性汚泥の沈降分離を行い、上澄水は塩素消
毒等を行つた後放流される。一方最終沈澱池において沈
降した活性汚泥は、返送汚泥として曝気槽に戻し、また
一部は余剰汚泥として抜き取り、メタン醗酵、焼却等を
経て処分されている。

また産業廃水例えば安水の処理の場合は、蒸留法などに
よつてアンモニウム化合物の一部を除去した後、海水お
よびまたは淡水により２〜６倍に希釈し、活性汚泥の栄
養源として無機性リン酸化合物を生物学的酸素要求量
（BOD）100重量部に対して約１重量部（リンとして）添
加して活性汚泥処理を行い、沈澱池において活性汚泥を
沈降分離したのち上澄液を放流する。一方沈降した活性
汚泥は、都市下水と同様に処分されている。

しかしこれらの従来法による活性汚泥処理法では、次に
ような問題点があつた。

まず、下水の活性汚泥処理方法における問題点について
述べる。例えば、この下水処理の活性汚泥は、沈降性の
指標であるSVI（Sludge Volume Index）が高く、最終沈
降池において圧密性の良好な沈降汚泥が得られ離く、ま
た欠点は高負荷処理、負荷変動が大きい処理を行つた
り、或いは活性汚泥に糸状菌が発生すると、活性汚泥が
バルキング状態になり沈降不良になる。従つて従来の下
水の活性汚泥処理においては、曝気槽の活性汚泥を高濃
度に維持するのが困難であり、このため処理時間の短
縮、処理設備のコンパクト化等の処理効率のアツプに限
界があり、またバルキングが発生すると活性汚泥が汚泥
沈降槽より流矢し、処理水質の低下を招きやすい。この
他に前述の沈降分離した汚泥のうち曝気槽へ返送されな
い余剰汚泥の処理プロセスにおいても、汚泥の脱水処理
工程、メタン醗酵工程、およびメタ醗酵後の汚泥処理工
程等にも多くの問題点が存在している。

このため従来の活性汚泥処理法では、下水処理場を建設
する場合広い用地を必要とし、また処理プロセスの簡略
化、処理設備のコンパクト化が困難なため、下水処理場
の建設に高額の費用が必要である。

次に産業廃水の活性汚泥処理方法における問題点につい
て述べる。この場合にも、都市下水の活性汚泥処理方法
と類似の多くの問題点が存在している。例えば石炭液化
プラント、石炭ガス化プラント等から発生する廃水は、
シアン化合物及び又は硫化物など活性汚泥の機能を阻害
する物質をかなりの高濃度に含んでおり、高負荷処理、
負荷変動かまたは大きい処理を行つたりすると、容易に
活性汚泥がバルキング状態となつて沈降不良となり、処
理性能が悪化する。従つて、産業廃水の活性汚泥処理に
おいても、曝気槽の活性汚泥を高度に維持するのが困難
であり、処理時間の短縮、処理設備のコンパクト化等に
限界がある。又、このため従来の廃水の活性汚泥処理に
おいては、汚濁物負荷量が増加した場合には、設備の増
設を余儀なくされ、広い用地と高額の費用を必要とす
る。

従つてこのような下廃水処理の問題点を解決する一つの
手段として、高効率の活性汚泥処理技術の開発が要望さ
れている。

従来下廃水の活性汚泥処理を高効率に行う方法として、
曝気槽の活性汚泥を高濃度に維持する方法があり、この
方法には流動床方式と固定床方式とがある。

流動床方式は、活性汚泥を珪藻土、砂等の土砂の微粒
子、或は活性炭の粒子、または多孔質の有機高分子化合
物の粒子を曝気槽に添加し、これらの粒子を曝気により
曝気槽内を流動させて、これに活性汚泥を付着させ、活
性汚泥の沈降性を改善して活性汚泥を高濃度に維持する
方法である。

固定床方式は、有機高分子化合物よりなるハニカムチユ
ーブ、或は多層板を曝気槽に浸漬し、これに活性汚泥を
付着させて固定化する方法である。

しかしこれらの方法にも多くの問題点があつた。

先ず珪藻土、砂、等の土砂の微粒子を用いた流動床方式
は、活性汚泥とこれらの無機系微粒子との親和性が十分
でないために、活性汚泥が安定して付着するのに長時間
を要する。また、この担体に付着した活性汚泥を、余剰
汚泥として処理する方法が十分に確立していない。ま
た、粉末活性炭、有機高分子化合物の粒子を用いた流動
床方式の場合、これらの粒子と活性汚泥との親和性が非
常に良く、活性汚泥が安定して付着する。しかし、この
方法で処理した後の余剰汚泥をメタン醗酵法により処理
する場合、メタン醗酵後これらの粒子を再生利用する技
術が十分に確立していない。また余剰汚泥を焼却処理す
る場合、これらの担体粒子は無機系担体粒子に比べてコ
スト的に高く、再生利用が不可能であると下水処理のコ
ストを高める原因になる。

一方有機高分子化合物のハニカムチユーブ，積層板等を
活性汚泥の固定床型担体に用いた固定床方式の場合、活
性汚泥とこれらの担体との親和性が良好なため、増殖し
た活性汚泥がこれらの担体に付着して担体の閉塞が起こ
りやすい。このためこれらの担体を曝気槽より取り出
し、水洗等による洗浄を度々行つて再生する必要があ
る。しかし、これらの固定床型担体に付着した活性汚泥
は固定床の構造が複雑であり、また担体と活性汚泥との
親和力が高いため、簡単な水洗等では再生が困難であ
り、再生に煩雑な処理を必要とする。以上述べたように
従来の活性汚泥を固定化する担体は、活性汚泥との親和
性，再利用性，取扱い性，コスト等に問題があり、下水
のような大規模な活性汚泥に適用するには適しなかつ
た。

（発明が解決しようとする問題点）本発明者等は、このような従来の下廃水の活性汚泥処理
において用いられている活性汚泥の固定化担体の問題点
を解決するため、高炉水砕を活性汚泥の固定化担体とす
る高効率な活性汚泥処理方法を見出して特許出願済であ
る。（特願昭61−184934号）しかしながら従来の空気を
中心とした曝気方法では、活性汚泥への酸素供給に限界
があり、前記の特許出願発明といえども曝気槽内の活性
汚泥濃度の高濃度化に限界がある。それゆえに、高炉水
砕を固定化担体とする活性汚泥処理方法の特徴を生かし
て更に高効率化するためには、高密度化した活性汚泥に
充分に酸素を供給する必要があることを知見した。

本発明の目的は、前述した従来の下廃水の活性汚泥処理
における問題点を解決するとともに、前記の先願発明の
特徴を生かしながらさらに高効率で処理できる活性汚泥
処理方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段と作用）本発明は、下水及び産業廃水の活性汚泥処理において、
好気性流動床型の曝気槽に活性汚泥の固定化担体として
粒径が0.02〜0.2mmの高炉水砕を用いるとともに、曝気
槽の酸化還元電位（ORP）を、金または金とアンチモン
の合金と、参照電極としての銀・塩化銀からなる複合電
極の測定値が、＋50〜＋150mVにおさまるように、曝気
槽に酸素農30〜95％の酸素富化空気を供給することに特
徴がある。

また前記の酸素含有空気の供給方法としては、酸素富化
空気を単独で用いるか、あるいは通常の空気と混合して
供給するか、また曝気槽内に供給される空気の酸素濃度
が30〜95％になるように酸素富化空気と通常の空気を曝
気槽へ同時に供給する。

本発明者等は、下廃水の活性汚泥処理方法について研究
する過程で、製鉄所の高炉から副産物として発生するス
ラグを水で急冷して製造する高炉水滓は、形状的にもま
た組成的にも活性汚泥が付着しやすい性状を有している
ことに着目して研究した結果、活性汚泥の沈降性が改善
され、高濃度化に著しく効果があり、活性汚泥の固定化
担体として最適であることを見い出した。

さらに高炉水滓を曝気槽に添加して活性汚泥の固定化の
担体として用いると、別の効果として曝気槽のpHを活性
汚泥に適した範囲に維持する作用があることが判明し
た。従つて高炉水滓を用いることによりpH変動による活
性汚泥処理の不調発生を抑制して、安定した処理を行う
ことができる。

又従来の活性汚泥処理に、空気に代えて純酸素もしくは
酸素富化空気をふきこむ方法は既に公知の技術である
が、この技術と高炉水砕を固定化担体とする活性汚泥処
理方法とを組み合わせると、著しく活性汚泥の高濃度化
を促進し、従来にみられない高効率化を図れることを見
いだした。

以下、本発明について詳細に説明する。

高炉水滓は、製鉄所の溶鉱炉から銑鉄１トン当り100〜3
00Kg発生するスラグを高圧水により急冷することにより
製造する。高炉水滓はガラス化率が約90％以上であり、
然も多孔質である。組成は、表１にその例を示している
ように、CaO,SiO₂,Al₂O₃が主成分で、その他にFeO,MgO
等が含まれている。この高炉水滓に活性汚泥が付着しや
すいのは、多孔質であることと組成に起因している。

以下、高炉水滓の組成と活性汚泥の付着性との関係につ
いて説明する。

一般に活性汚泥処理は、アンモニア化合物の硝化反応に
よつて生成する亜硝酸化合物、硝酸化合物、或いは有機
性汚濁物に分解によつて生成する脂肪酸によつて、曝気
槽のpHが低下する傾向がある。活性汚泥が生息するのに
適したpH範囲外になると、活性汚泥のバルキング、汚濁
物質の分解不良等が起こり、処理不調が発生しやすい。
活性汚泥処理の曝気槽に高炉水滓を添加しておくと、曝
気槽のpHが低下しても高炉水滓のCaOが溶解してpHの低
下を抑制し、活性汚泥が生息するのに最適なpH範囲に維
持され、活性汚泥処理の安定化、処理水質の向上に著し
く効果がある。このとき高炉水滓のCaOの溶解は、急激
に起らず徐々に溶解する。これは高炉水滓のガラス化率
が約90％以上もあるため、CaOの急激な溶解を抑制する
のでpHは急激には上昇しない。また溶解したCaO、硝酸
化合物、亜硝酸化合物及び脂肪酸と反応する他に、活性
汚泥の呼吸作用によつて生成した炭酸ガスとも反応して
炭酸カルシウムを形成する。このように生成した炭酸カ
ルシウムは微粒子であり、これに活性汚泥が付着しやす
い。更にCaOが溶解した高炉水滓は、ますます多孔質に
なり、活性汚泥が付着しやすい形状になる。また活性汚
泥は、栄養源としてリン、窒素の他に微量の鉄、マグネ
シウム等の金属が必要である。高炉水滓はFeO,MgOをそ
れぞれ含有しており、活性汚泥はこの高炉水滓より鉄、
マグネシウム等の栄養源を摂取するため、高炉水滓に付
着しやすい。

このように高炉水滓は多孔質であり、また、組成的にも
活性汚泥が付着しやすく、活性汚泥のバルキング、汚濁
物の分解不良等の処理不調を抑制する作用があり、無機
系固定化担体でありながら、一般に使用されている珪藻
土、砂等の無機系固定化担体よりも優れた性状を有して
いることが明らかになつた。

次に高炉水滓を活性汚泥の固定化担体として使用するに
際しては、高炉水滓を0.5mm以下に粉砕して曝気槽1m³当
たり10〜50Kg添加すれば良い。高炉水滓の粒度と活性汚
泥の付着性との関係は、高炉水滓が細かくなる程活性汚
泥が付着しやすいが、細かくなるほど高炉水滓は汚泥沈
降槽から処理水に流出しやすい、従つてこの点からは粒
度は0.02mm以上が好ましい。また高炉水滓の粒度と曝気
槽における分散性との関係は、高炉水滓の粒度が0.5mm
を超えるものは分散性が十分でなく、曝気槽内を均一に
分散させるのが困難である。従つてこれらのことを勘案
すると、曝気槽に添加する高炉水滓の粒度は、0.02〜0.
5mmの範囲が最適である。

本発明はこのように高炉水滓が活性汚泥の固定化担体と
してすぐれていることを見い出したことに加えて、前述
したように酸素富化空気を曝気することによつて、活性
汚泥処理を著しく高効率で処理できる方法を完成したも
のである。

以下、第１図に示すフロー図を参照しつつ説明する。

第１図において、１は下廃水を供給するための下水ポン
プ,2は酸素富化空気製造装置,3は散気管,4は曝気槽を示
し，前記の酸素富化空気製造装置２で製造した酸素富化
空気は曝気槽４の底部に設けた散気管３より曝気できる
ように構成されている。５は汚泥沈降槽であり、この沈
降槽５と曝気槽４の間には返送汚泥ポンプ８が配置され
て沈降槽５の汚泥を曝気槽４へ返送できるようになつて
いる。また曝気槽４内にはORP計６が配置され、このORP
計６で測定された酸化還元電位（以化ORPと略記）に基
づいて、ORP値制御装置７を介して酸素富化空気製造装
置２を作動させて、曝気槽４に供給する酸素富化空気量
をコントロールできるようになつている。なお９は汚泥
沈降槽５に設けられたレーキである。

第１図において、下水ポンプ１から人工下水が、又酸素
富下空気製造装置２からの散気管３を経て酸素濃度30〜
95％の酸素富化空気が供給される。曝気槽４には粒度0.
02〜0.5mmの範囲の高炉水砕が曝気槽1m³あたり、10〜50
Kg添加される。曝気槽に吹き込む酸素富化空気濃度が30
％未満の場合は、下廃水の溶存酸素濃度を上昇させる効
果に乏しく、効率化の促進をなしえずコスト的に割高と
なる。一方、酸素富化濃度95％以上の場合は、酸素富化
空気製造装置の技術上の制約から酸素濃度95％を超える
酸素富化空気を得ることは非常に難しい。

本発明では酸素濃度30〜95％の酸素富化空気を使用する
が、このような空気は、例えば選択性酸素透過膜もしく
はプレツシヤースイングアブソープシヨン法（PAS）に
よつて得ることができるが、コスト的に有利な方法を選
択すれば良い。

次ゐ活性汚泥処理性能は、曝気槽の酸化還元電位と密接
な関係があり、ORPを指標にして曝気量を管理すること
が有効であるが、時に高炉水滓を固定化担体として用い
るとともにORPを指標にして30％以上の酸素濃度を有す
る酸素富化空気を供給して管理すると、汚濁物の分解が
著しく良好に進み、硝化反応、活性汚泥のバルキング等
の抑制に顕著な効果があることを見い出した。下水の活
性汚泥処理の場合、適切なORP範囲は、０〜＋100mV
（金、又は金−アンチモン合金／銀・塩化銀複合電極に
より測定、以下ORP値はこの電極の測定値を表す）であ
る。

下水の活性汚泥処理をおこなう場合、曝気槽のORP値と
曝気量との間にはかなり相関性があり、通常の処理では
ORPに対応して曝気量をコントロールすれば良いが、本
発明においてはORP＋50mV以下に対応する曝気量では粒
径0.02〜0.5mmの高炉水滓を曝気槽内に均一に分散させ
るためには曝気量が不足する。このため、本発明ではOR
Pの設定目標を＋50mV以上にしてこのORPを維持するのに
必要な酸素富化空気の曝気量を供給することが必要であ
る。

一方、ORPの上限については、活性汚泥の高炉水滓への
付着性から＋150mV程度まで可能である。即ち従来法の
高炉水滓無添加の場合、ORP＋100mV以上になると硝化反
応が顕著に起こり、曝気槽のpH低下や汚泥沈降槽におけ
る脱窒反応により、汚泥の浮上流出等が起り、処理水質
の悪化を招く。ところが高炉水滓を添加する場合には、
ORP＋100mV以上にすると、従来法と同様に硝化反応は超
るが、pHの低下，汚泥の浮上流出等は起らず、処理水質
も良好であり、処理性能的に何んら問題がない。しか
し、ORPが＋150mVを超えると曝気によつて活性汚泥が細
分化し、高炉水滓に付着しにくい傾向がある。これらの
ことから、高炉水滓の分散性，活性汚泥の付着性を勘案
すると、曝気槽のORPは＋50〜150mVの範囲に維持するの
が最適である。

また産業廃水の活性汚泥処理をおこなう場合について述
べると、例として安水の活性汚泥処理の場合は、曝気槽
内のORPと処理水のCOD及び曝気槽内の窒素酸化物の生成
量との間に密接な関係がある。

まず、有機性汚濁物質の生物学的分解性とORPとの関係
は、＋200mVまでORPが酸化側になる程、処理水のCOD値
が低くなる。更にフエノールのように比較的活性汚泥に
よつて分解されやすいものは、−100mV〜0mV程度でも分
解するが、クレゾール，ロダン化合物等は0mV以下では
分解率が低下するが、＋50mV以上，あるいは＋100mV以
上ではほとんど分解する。

一方活性汚泥における硝化反応は、都市下水の場合と同
様ORP＋100mV以下では窒素酸化物は生成しないが、高炉
水砕を添加しても＋150mV程度から徐々に窒素酸化物の
生成が認められ、＋200〜250mV以上になると急激に窒素
酸化物が生成し、沈降槽での汚泥の浮上流出が起ると同
時に、窒素酸化物自体がCOD成分のため処理水のCODが高
くなる。

従つて、産業廃水の活性汚泥処理においても、都市下水
の活性汚泥処理と同様に汚濁物質の分解性および高炉水
滓の分散性を考慮すると、曝気槽のORPは＋50〜150mVの
範囲に維持するのが最適である。

（実施例）次に本発明の実施例について説明する。

実施例１（都市下水の処理例）第１図に示す曝気槽（容量20）のORPを＋100mVに制御
しているORP制御活性汚泥処理装置の曝気槽４に、粒径
0.02〜0.2mmの高炉水滓を600g（曝気槽1m³当り30Kgに相
当、２重量％／容積）添加し、表２に示す組成と性状を
有する高濃度の人工下水の処理を行なつた。

処理条件と処理水質の関係を表−３に示す。酸素富化空
気は選択性酸素透過膜によつて製造し、酸素濃度は33〜
35％である。

また酸素富化空気を供給した本発明の場合の活性汚泥性
状の経時変化を、通常の空気を供給した比較例とともに
表４に示す。

表３の結果から、本発明例の酸素富化空気を利用した高
炉水滓添加活性汚泥処理（RUN・Ｃ）は、BOD容積負荷量
が1.9Kg−BOD/m³−日という高負荷条件でも、BOD₅が5mg
/以下（除去率98％以上）,COD_Mnが10mg/以下（除去
率95％以上）及びSSが５〜10mg/であり、高炉水滓を
活性汚泥の固定化担体に用いるとともに空気に代えて酸
素富化空気を供給すると、更に良好な処理水質が得られ
ることが明らかとなつた。

表４は酸素富化空気供給後高炉水滓添加活性汚泥の性状
の経時変化を示したものであり、高炉水滓添加前のMLVS
S（汚泥の揮発分）は907mg/であるが、高炉水滓添加
後10〜30日経過すると2,200〜3,200mg/となり、更に
空気から酸素富化空気に変更すると3500〜6,000mg/に
増加する。しかし活性汚泥の沈降性の指標であるSVI
は、酸素富化空気供給の状態では20前後に安定し、MLVS
Sが増加しても沈降性は低下しない。

このように、高炉水滓を活性汚泥処理装置の曝気槽に添
加して、酸素富化空気を供給し処理を行なうと、処理効
率，処理水質，活性汚泥性状等が著しく向上する。また
同時に酸素富化空気によつて処理性能がきわめて安定す
ることが明らかとなつた。

実施例２（都市下水の処理例）実施例１の条件により表５に性状を示す大都市の実下水
（分流式）を用いて処理を行なつた。表６は処理時間と
処理水質との関係である。

表６の結果より、処理時間を標準の８時間処理から４時
間,2時間と逐変更したが、処理水のBODは、いずれの場
合も5mg/以下（除去率74〜94％以上）、CODが7.2〜1
3.1mg/、TOCが3.2〜10.1mg/である。

このことから高炉水滓を活性汚泥の固定化担体に用いる
とともに酸素富化空気を供給すると、処理効率が４倍に
なり、処理設備をコンパクトにすることが可能になつ
た。

実施例３（産業廃水）実施例１の条件によつて表７の性状を示す製鉄所のコー
クス炉から発生する安水の処理を行つた。処理条件と処
理水質の関係を表８に示した。

表−８の結果から、酸素富化空気を利用した本発明によ
る活性汚泥処理方法では、COD容積負荷量が5Kg−COD/m³
日の高負荷条件でもバルキングを生ぜず、処理水質は良
好であつた。特にCODの除去率は95％以上であり、空気
曝気と比較して高炉水砕を添加し酸素富化空気を供給す
る本発明の効果が明らかとなつた。

（発明の効果）高炉水滓を活性汚泥の固定化担体として使用するととも
に、曝気槽に酸素濃度30〜95％の酸素富化空気を供給す
る本発明の方法は、活性汚泥処理水の水質および活性汚
泥の沈降性等の性状向上、また活性汚泥のバルキング制
御等に著しく効果がある。更に本発明の方法は、処理性
能を損うことなく処理時間を高炉水滓無添加の標準の活
性汚泥処理の約75％も短縮することができ、その結果処
理効率が向上し、処理設備をコンパクト化することが可
能になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る廃水の処理方法の実施例を示すフ
ロー図である。１……下水ポンプ、２……酸素富化空気製造装置、３…
…散気管、４……曝気槽、５……汚泥沈降槽、６……OR
P計、７……ORP制御装置、８……返送汚泥ポンプ、９…
…レーキ、

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下水及び産業廃水の活性汚泥処理におい
て、好気性流動床型の曝気槽に活性汚泥の固定化担体と
して粒径が0.02〜0.2mmの高炉水砕を用いるとともに、
曝気槽の酸化還元電位（ORP）を、金または金とアンチ
モンの合金と、参照電極としての銀・塩化銀からなる複
合電極の測定値が、＋50〜＋150mVにおさまるように、
曝気槽に酸素濃度30〜95℃の酸素富化空気を供給するこ
とを特徴とする廃水の処理方法。