JPH0824885A

JPH0824885A - 廃水の生物的処理方法

Info

Publication number: JPH0824885A
Application number: JP6169116A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Fukunaga; 和雄福永; Hideki Kamiyoshi; 秀起神吉; Masahito Uei; 正仁植井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-01-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は，産業廃水，下水およびし尿等の廃水
の生物的処理方法に関する。【構成】糸状性微生物が優占的な活性汚泥と廃水を混合
して接触させ，該混合液を精密ろ過膜によってろ過し，
処理水を得る廃水の生物的処理方法。これまで一旦発生
すると根本的に除去できなかったバルキング汚泥でも，
本願発明により有効に使用することができ，また人為的
に発生させたバルキング汚泥を積極的に利用して，フロ
ック形成菌が優先的である一般の活性汚泥処理水よりも
優れた水質とすることができる。また，放流先の富栄養
化を防止するための後処理が不要となり，設備面積も小
さくてすむ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，産業廃水，下水および
し尿等の廃水の生物的処理方法，ならびに湖沼等の閉鎖
系水系および河川水の浄化等における廃水の生物的処理
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の廃水の生物的処理方法は，図２に
示すように沈殿汚泥槽を用いた活性汚泥法が広く実用化
されていた。従来技術による廃水の生物的処理方法を図
２により説明すると，１は産業廃水や下水およびし尿等
の廃水，５は混合攪拌（以下「曝気」と記す）のための
空気，２は曝気槽で，該下部から空気５を吹き込むこと
により，活性汚泥といわれる微生物群の集合の塊（以下
「フロック」と記す）と廃水１とを曝気して混合接触さ
せる槽である。７および８は曝気槽２に注入するＮ塩お
よびＰ塩，３は曝気槽２で曝気した後の処理水４と活性
汚泥を沈殿分離する沈殿槽，６は沈殿槽３で沈降した活
性汚泥で曝気槽２に返送される返送汚泥であり，再度廃
水１との接触に使用される。

【０００３】廃水の生物的処理方法の際に添加されるＮ
とＰは，その多くは処理水に残存するため，放流先の富
栄養化を助長することになり，ＮとＰは極力少なくしな
ければならない。一方，ＮとＰを少なくした場合には，
バルキング汚泥の発生を助長するというジレンマがあ
る。そのため，従来の生物的処理方法には必ず後処理と
しての硝化脱窒素法や凝縮沈殿法によって，ＮとＰの除
去装置が必要であった。

【０００４】また，従来の活性汚泥法において，しばし
ば重大な障害をもたらす原因の一つにバルキングの発生
があった。ここで「バルキング」とは，広義には「活性
汚泥の沈降性が悪化し，自然沈降ではそれが分離できな
い状態」と総称されるが，狭義には「圧密性の低下，す
なわち，膨化により沈降が悪化した状態」をいう。

【０００５】したがって，活性汚泥を水と分離して回収
することができなければ，廃水の生物的処理方法には使
用できず，このため一旦バルキングが発生した場合に
は，該処理上重大な障害をもたらしている。

【０００６】ところで，バルキングの発生原因と該対策
については，従来から多数の研究がされているが，該現
象の原因としては，凝縮性不良，比重減少，圧密
性低下による３つのタイプに大別できる。前記凝縮性
不良と比重減少の沈殿性悪化現象は，発生しても比較
的判断しやすく，また対処しやすい場合が多い。しか
し，これらに比べての圧密性低下の発生原因は，直接
微生物が関与しているために非常に複雑で，根本的な解
決方法は見つかっていない。

【０００７】ここで，「圧密性低下」の現象には，糸
状性バルキングと，非糸状性バルキングの２つのタイ
プがあり，「糸状性バルキング」とは，活性汚泥注の菌
叢（各種微生物の各菌の占める割合をいう）の変化に伴
い，糸状性微生物が優占的となったものをいい，また，
「非糸状性バルキング」とは，フロック形成細菌(Zoogl
ea) の代謝産物として高粘性多糖類が多量に蓄積される
ときに生じるものをいう。

【０００８】しかし，バルキングの発生原因については
多岐にわたっており，相互に複雑に関連しあっているた
め，まだ十分に解明されておらず，その発生防止も困難
である。したがって，一度バルキングが発生した場合，
バルキングを除去する根本的な決め手がなく，現状では
バルキング汚泥を正常な活性汚泥と置換するしか方法が
ない。また，廃水の特性から，正常な活性汚泥と置換し
た場合にも，再度バルキングが発生し易くなるという問
題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は，一旦発生す
ると根本的に除去できないバルキング汚泥でも，廃水の
生物的処理方法に有効に使用することができ，また人為
的に発生させたバルキング汚泥を積極的に利用して，フ
ロック形成菌が優占的である一般の活性汚泥処理水より
も優れた水質とする廃水の生物的処理方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】「バルキング汚泥」は，
自然沈降分離操作上重大な障害を及ぼすが，その反面バ
ルキング汚泥の上澄水水質は，一般の活性汚泥の処理に
比べて，非常に透明で懸濁物質（ＳＳ）が少なく，ＢＯ
ＤとＣＯＤなども極めて少ない。本発明者らは，従来か
ら生物処理上最大の課題とされていたバルキング汚泥の
優れた特性に着目し，鋭意研究の結果，それを積極的に
利用する方法を完成するに至った。本発明は，廃水の生
物的処理方法における前記課題を解決するために，糸状
性微生物が優占的な活性汚泥と廃水を混合して接触さ
せ，該混合液を精密ろ過膜によってろ過することを特徴
とする。

【００１１】

【作用】本発明による廃水の生物的処理方法において
は，前述したように自然発生的または人為的に発生させ
た糸状性微生物が優占的な活性汚泥と，廃水を混合して
接触させることによりつぎの作用が生じる。

【００１２】（１）ＮとＰを貧栄養状態にし，および／
または混合液の溶存酸素濃度（以下「ＤＯ」と記す）を
0.1〜0.5 mg/ｌの微好気状態または 3.0 mg/ｌ以上の
過曝気状態となるように曝気することにより，糸状性微
生物が優占的に増殖する。（２）糸状性微生物が優占種となった活性汚泥は，その
マトリックス（微生物同志が絡み合った集合体）内に，
廃水中の微細な懸濁物質および糸状性微生物の微生物を
閉じ込める。

【００１３】（３）曝気混合液を好気性下の雰囲気にお
くことにより，糸状性微生物は自己酸化を促進する。ま
た，栄養源としてのＮとＰを極度に少ない貧栄養状態に
置くことにより，自己酸化をさらに促進する。（４）糸状性微生物の増殖速度と自己酸化速度がほぼ釣
り合って，混合液のＭＬＳＳ濃度（浮遊物質濃度）は60
00〜 15000 mg/ｌで平衡状態に達する。

【００１４】

【実施例】以下，本発明の一実施例の系統図を示す図１
に基づいて具体的に説明する。ここでは代表例として廃
水が清涼飲料の工業廃水の場合で説明するが，本発明は
これに限定されるものではなく，乳業，醸造，魚介類缶
詰等の食品工業廃水やエチレン，ブタノール等石油化学
等の廃水であっても同様である。

【００１５】１は清涼飲料工場から排出される廃水であ
る。廃水１は一旦２の曝気槽に貯留されるが，曝気槽２
にはあらかじめ糸状性微生物が優占的な種汚泥１３を入
れて混合し（図１では図示せず），曝気槽２下部より空
気５を吹き込んで曝気し，混合液９を作る。さらに混合
液９にはＮ塩７およびＰ塩８を該混合液９に添加混入さ
せた後，曝気槽２に浸漬した精密ろ過膜１１を介して吸
引または減圧によりろ過ポンプ１０にてろ過し，処理水
４を得る。ここで１２は，ろ過ポンプ１０の起動・停止
の制御のために使用されるタイマーである。

【００１６】前記廃水１は，容積負荷が 0.5〜1.5kg/m³
day となるように曝気槽２に注入する。これは近年の清
涼飲料工場において，消費者の嗜好の多様化に伴う多品
種の飲料の製造により，その廃水の汚濁物質（ＢＯＤお
よびＣＯＤ等）の成分が単一なものから複雑なものへと
変化してきており，そのＢＯＤ濃度は1000〜2000 mg/ｌ
と，従来に比べて比較的高くなる傾向にあり，バルキン
グを発生させやすい一因ともなっている。

【００１７】ここで，人為的にバルキング汚泥を発生さ
せるためには，廃水１の通水開始後少なくとも４〜７日
間は，ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝ 100：１〜0.5 ：0.1 〜0.05の
貧栄養状態となるように，Ｎ塩７とＰ塩８を曝気槽２に
注入する必要がある。栄養源としてのＮとＰが，前記割
合で含まれるような産業廃水，下水等については当然な
がらＮとＰを添加する必要はない。

【００１８】Ｎ塩７としては，具体的には尿素，硫酸ア
ンモニウム．塩化アンモニウム等のアンモニウム塩およ
びアンモニア水等が使用される。Ｐ塩８としては，具体
的にはリン酸二カリウム，リン酸二ナトリウム，リン酸
一カリウム，リン酸一ナトリウム，リン酸アンモニウム
等のリン酸塩が使用できるが，その場合水溶性塩類を使
用することが好ましい。

【００１９】なお既に稼働している下水または廃水の処
理設備活性汚泥を種汚泥として，曝気槽２のＭＬＳＳ濃
度が 500〜1000 mg/ｌとなるように，曝気槽２にあらか
じめ混入しておく。できるだけ早く糸状性バルキング汚
泥を得るためには，既に糸状性微生物が優占的なバルキ
ング汚泥を種汚泥として使用した方がよい。一般に該汚
泥はＳＶＩ（スラッジ容積指標）が 200 mｌ/g以上であ
り，その値を基準に選定することができるが，その際検
鏡によって汚泥の形態を確認する方が好ましい。

【００２０】廃水１と活性汚泥の混合液９のＤＯは，1.
0 mg/ｌ以下（微好気性の状態）または 3.0〜7.5 mg/
ｌ（過曝気の状態）とし，好ましくは 0.1〜0.5 mg/ｌ
または4.0 mg/ｌ以上となるように空気５で曝気混合す
る。この状態を維持することによって，バルキング汚泥
が比較的早く得られる。

【００２１】これはつぎの理由による。すなわち，糸状
性微生物は，その容積に対する表面積がフロック形成菌
に比して著しく大きい。一般的に微生物の呼吸率が酸素
律速となるＤＯが 0.5 mg/ｌ以下の微好気性で長時間維
持された場合，フロック形成菌よりも酸素摂取ははるか
に有利となり，相対的に糸状性微生物が優勢となってく
る。また，糸状性微生物は好気性または通気嫌気性下で
も増殖しやすいものが多く，フロック形成菌よりもダメ
ージが少ないためである。

【００２２】一方，ＤＯが 3.0 mg/ｌ以上となった場
合，フロック形成菌はフロックを解体して自己酸化を起
こしやすくなるのに対し, 糸状性微生物は自己酸化を起
こしやすくはなるが, フロックが解体する等の現象は生
じない。この混合液９は，曝気槽２内に浸漬した精密ろ
過膜１１を介し，吸引または減圧するろ過ポンプ１０を
運転することによってろ過し，処理水４を得る。

【００２３】精密ろ過膜１１には，例えば多孔質中空ろ
過膜等を用いる。精密ろ過膜１１の目詰まりの増加およ
びろ過差圧の上昇を抑えて逆流洗浄頻度を低減するため
には，ろ過ポンプ１０の停止時間と運転時間の切替え頻
度を増加させる方が好ましい。ただし，単位時間の所定
透過水量を確保するためには，ろ過ポンプ１０の能力と
精密ろ過膜１１の面積を増加させなければならない。

【００２４】このような長所・短所を考慮すると，ろ過
ポンプ１０のろ過速度は 250〜 700ｌ/m²dayとし，精密
ろ過膜１１を吸引または減圧するろ過ポンプ１０運転用
のタイマー１２を５分間〜５分間ないし25分間〜５分間
に設定する間欠運転が好ましい。なお，本実施例におい
ては，精密ろ過膜１１を前記のように曝気槽２内の混合
液９に浸漬したものを一例として示したが，精密ろ過膜
１１並びにろ過ポンプ１０の設置場所はこれらに限定す
るものではなく，ろ過条件を満たし得る範囲で槽内若し
くは槽外のいずれに設置してもよく，装置相互の配置等
を考慮して適宜選定できる。ところで，廃水１は種類に
よって異なるが，清涼飲料工場からの廃水の場合には，
廃水１の通水開始後７〜１０日で混合液９のＳＶＩは 4
00 mｌ/gとなり，バルキング状態を呈するようになる。
この段階で糸状性微生物が優占的になるため，曝気槽２
のＤＯは好気性（1.0 mg/ｌ以上）の状態に保つ。

【００２５】その後廃水１の供給を継続すると，混合液
９のＭＬＳＳ濃度は6000〜 15000 mg/ｌで，増加も減少
もしない平衡状態に達する。これは高菌令の糸状性微生
物の自己酸化速度と，その際解体した菌体成分の有機炭
素，ＮおよびＰを他の糸状性微生物が栄養源として取り
込んで増殖する速度が釣り合っているためである。この
とき，処理水４の水質を悪化させない範囲で栄養源のＮ
塩７とＰ塩８の供給を間欠的に停止することも可能であ
る。

【００２６】なお，栄養源としてのＮとＰが十分に含ま
れる廃水の場合，当然ながらこのような栄養源の注入率
を操作することはできない。そのため糸状性微生物の増
殖速度と自己酸化速度とのバランスをとるためには，廃
水種類によって異なるが，容積負荷が 0.2〜1.0 kg/m³d
ay，好ましくは 0.2〜0.5 kg/m³dayとなるように運転す
ればよい。

【００２７】（実験例）図１に示す方法に従って，清涼
飲料工場の廃水処理設備から採取した活性汚泥を曝気槽
２（有効容量 100ｌ）のＭＬＳＳ濃度が1000 mg/ｌとな
るように加えた後，表１の水質の清涼飲料廃水を表２の
条件で曝気槽２に供給し，曝気槽２は20℃に設定した。
なお，ＮおよびＰについては，ＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝ 100：
１：0.1 となるように，尿素とリン酸二カリウムの溶液
を曝気槽２に添加した。

【００２８】このときのＳＶＩは 150 mｌ/gで，曝気槽
２内のＤＯは 4.0〜6.5 mg/ｌとした。多孔質中空ろ過
膜はポリエチレン製で，膜内径は 270μｍ，孔径は 0.1
μｍであった。ろ過ポンプは定量ポンプを使用し， 600
ｌ/m²dayの定流量で，25分間運転〜５分間停止の間欠吸
引運転をした。これによって得られたろ過膜の差圧の経
時変化を表３に示す。

【００２９】なお，前記曝気状態のとき，廃水供給を開
始して７日目にＳＶＩが 200 mｌ/gとなってバルキング
状態を呈した。これ以降の処理水のＢＯＤは２〜５ mg/
ｌ，ＳＳは１ mg/ｌ以下，Ｔ−Ｎは５ mg/ｌ以下， PO₄
^3--Pは 0.1 mg/ｌ以下で安定していた。しかし，曝気槽
内のＤＯを微好気状態（ 0.1〜0.5 mg/ｌ以下）とした
ときは，バルキング状態を呈するのに約１０日間を要
し，そのときの処理水のＢＯＤは10〜15 mg/ｌ，ＳＳは
１ mg/ｌ以下，Ｔ−Ｎは５ mg/ｌ以下， PO₄ ^3--Pは 0.1
mg/ｌ以下で，過曝気状態に比べてやや水質が劣った。

【表１】

【表２】

【表３】

【００３０】（比較例）実験例と同様に，表１の性状の
清涼飲料廃水の廃水を用いて，表２の運転条件を図１に
示す試験装置で試験を行った。活性汚泥は，フロック形
成菌が優占的な清涼飲料廃水処理設備の汚泥を，曝気槽
のＭＬＳＳ濃度が1000 mg/ｌとなるように加え，ＮとＰ
は従来から知られているＢＯＤ：Ｎ：Ｐ＝ 100：５：１
となるように添加した。

【００３１】すなわち，廃水へのＮ添加濃度は50 mg/
ｌ，Ｐ添加濃度は10 mg/ｌとした。また，曝気槽のＤＯ
は 1.0〜2.0 mg/ｌとなるように空気５で曝気混合し
た。この混合液を実験例と同じようにして，ろ過ポンプ
の定流量間欠運転で吸引ろ過して処理水を得た。

【００３２】廃水を通水してから５日後，曝気槽混合液
のＳＶＩは 150 mｌ/gで沈降性の良好なフロックが形成
され，顕微鏡で観察すると糸状性微生物は観察されなか
った。これによって得られたろ過膜間の差圧の経時変化
および処理水質を表３に示す。

【００３３】なお，全期間の処理水のＢＯＤは３〜５ m
g/ｌ，ＳＳは１ mg/ｌ以下，Ｔ−Ｎは10〜15 mg/ｌ以
下， PO₄ ^3--Pは１〜２ mg/ｌ以下であったが，運転時間
が 500時間になるとろ過差圧が上昇した。このとき膜を
逆流洗浄およびカルシウム洗浄をしても，ろ過差圧は53
kPa 以下に下がらず，それ以降のろ過を再開しても直ち
にろ過差圧が上昇した。そのため膜の閉塞が回復できな
かったものとして，これ以降の運転は中止した。表３か
ら明らかなように，本発明により糸状性微生物が優占的
な活性汚泥はろ過差圧が大幅に低減され，膜面の目詰ま
りが軽減でき，膜の寿命を延ばすことができた。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように，請求項１ないし請
求項５による廃水の生物的処理方法によれば，つぎの効
果を得ることができる。（１）一旦発生すると根本的に除去できないバルキング
汚泥でも，廃水の生物的処理方法に有効に使用すること
ができ，また人為的に発生させたバルキング汚泥を積極
的に利用して，フロック形成菌が優占的である一般の活
性汚泥処理水よりも優れた水質とすることができる。（２）活性汚泥を膜分離することによって，従来のよう
な大型の沈殿槽を用いた方式に比べ，設置面積が少なく
てすむ。

【００３５】（３）糸状性微生物に必要な栄養源は，通
常のフロック形成菌の活性汚泥に比べて少なくてすむた
め，放流先の富栄養化を防止するための後処理が不要と
なり，設備面積も少ない。（４）根本的な解決方法がないバルキング汚泥でも，汚
泥と上澄水を簡単にろ過できるため，運転が簡単にな
り，維持管理が極めて容易となる。

【００３６】（５）バルキング汚泥の自己酸化速度と増
殖速度のバランスによって，余剰汚泥の発生量が極めて
少ないため脱水設備が小さくてすみ，または不要とな
る。（６）糸状性微生物が優占種となった活性汚泥は，フロ
ック形成菌による活性汚泥に比べてＳＳによる膜面の閉
塞が少ないため，膜面の目詰まりが軽減でき，ろ過差圧
が大幅に低減される。これによって，膜の逆流洗浄頻度
を少なくでき，膜の寿命を長くすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃水の生物的処理方法の一実施例を示
す系統図

【図２】従来の廃水の生物的処理方法を示す系統図

【符号の説明】

１廃水２曝気槽３沈殿槽４処理水５空気６返送汚泥７Ｎ塩８Ｐ塩９混合液１０ろ過ポンプ１１精密ろ過膜１２タイマー

【手続補正書】

【提出日】平成６年９月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】このような長所・短所を考慮すると，ろ過
ポンプ１０のろ過速度は２５０〜７００ｌ／ｍ^２ｄａｙ
とし、精密ろ過膜１１を吸引または減圧するろ過ポンプ
１０運転用のタイマー１２を５分間運転〜５分停止ない
し２５分間運転〜５分間停止に設定する間欠運転，すな
わち運転：停止の間隔を，１〜５：１の関係でろ過する
のが好ましい。なお，本実施例においては，精密ろ過膜
１１を前記のように曝気槽２内の混合液９に浸漬したも
のを一例として示したが，精密ろ過膜１１並びにろ過ポ
ンプ１０の設置場所はこれらに限定するものではなく，
ろ過条件を満たし得る範囲で槽内若しくは槽外のいずれ
に設置してもよく，装置相互の配置等を考慮して適宜選
定できる。ところで，廃水１は種類によって異なるが，
清涼飲料工場からの廃水の場合には，廃水１の通水開始
後７〜１０日で混合液９のＳＶＩは４００ｍｌ／ｇとな
り，バルキング状態を呈するようになる。この段階で糸
状微生物が優占的になるため，曝気槽２のＤＯは好気性
（１．０ｍｇ／ｌ以上）の状態に保つ。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】糸状性微生物が優占的な活性汚泥と廃水を
混合して接触させ，該混合液を精密ろ過膜によってろ過
し，処理水を得ることを特徴とする廃水の生物的処理方
法。
【請求項２】糸状性微生物が優占的な活性汚泥と廃水を
混合して接触させ，該混合液における溶存酸素濃度を１
mg/ｌ以下または３ mg/ｌ以上とし，糸状性微生物を優
占させて処理し，該処理液を精密ろ過膜によってろ過
し，処理水を得ることを特徴とする廃水の生物的処理方
法。
【請求項３】廃水が貧栄養状態である場合において，廃
水中の栄養バランスをＢＯＤ：Ｎ：Ｐが 100：１以下：
0.1以上となるよう維持して処理する請求項１および２
に記載の廃水の生物的処理方法。
【請求項４】糸状性微生物が優占的な活性汚泥と廃水を
混合して接触させ，該混合液を精密ろ過膜を介してろ過
するに際し，ろ過ポンプの間欠運転によって固液分離す
る廃水の生物的処理方法。
【請求項５】糸状性微生物が優占的な活性汚泥と廃水を
混合して接触させ，該混合液を精密ろ過膜を介してろ過
するに際し，ろ過ポンプの間欠運転時の運転：停止の間
隔を，１〜５：１の関係でろ過する請求項４に記載の廃
水の生物的処理方法。