JPH10118687A

JPH10118687A - 有機性廃水の処理方法

Info

Publication number: JPH10118687A
Application number: JP27922396A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 中村　　剛; Satoshi Tagami; 聡田上; Masahiro Fujii; 正博藤井
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】りん及び窒素を含有した高濃度有機性廃水か
ら有機物、りん、窒素を効率よく処理することが可能で
あり、廃棄物の発生も極めて少ない有機性廃水の処理方
法を提供する。【解決手段】次の３つの工程の順で、有機性廃水中の
有機物、りん及び窒素を除去することを特徴とする有機
性廃水の処理方法。（１）りん及び窒素を含有する有機性廃水４を酸生成槽
１で酸発酵を行う工程、（２）上向流式嫌気性汚泥床型
メタン発酵槽２でメタン発酵を行う工程、（３）マグネ
シウム化合物１５を添加し、ｐＨを８〜１０に調整する
とともに、曝気によって攪拌混合を行うことにより、生
成したりん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子１７
を回収する工程。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、食品工場廃水等の
りん及び窒素を高濃度に含有する有機性廃水中の有機
物、りん及び窒素を高効率に除去する有機性廃水の処理
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のりん・窒素規制の強化に伴い、廃
水処理施設において、ＢＯＤ、ＣＯＤに代表される有機
物はもとより、りん、窒素の除去まで考慮した高度処理
の必要性に迫られている。特に、有機物、りん、窒素共
に高濃度に含有した食品工場廃水等では、高効率の廃水
処理方法の構築が急務である。有機性廃水の処理方法と
しては、処理効率、経済性の面から生物学的処理方法が
とられることが多く、生物学的処理方法は、好気性微生
物の代謝作用を応用した活性汚泥法に代表される好気性
微生物法と、嫌気性微生物の代謝作用を応用した嫌気性
微生物法に大きく分けられるが、近年、高負荷、省エネ
ルギー型嫌気性処理装置として、嫌気性微生物の自己固
定能を利用した上向流式嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ法）
が開発された。

【０００３】ＵＡＳＢ法については、「用水と廃水」
（１９８９年Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．１、第５〜１１
頁）に詳細が記載されており、第５頁左欄第２２行〜右
欄第６行には、「これら新方式のメタン発酵リアクター
は、水理学的滞留時間（ＨＲＴ）とは独立に汚泥滞留時
間（ＳＲＴ）をコントロールでき、高濃度の生物量を反
応器内に保持し高容積負荷を許容し、結果として適用排
水種の低濃度化拡大が図られた。これら３方式のメタン
発酵リアクターは、包括固定化菌体法のように人為的な
操作によるのとは対照的に、微生物自身のもつ凝集・集
塊機能（Aggregation ）を積極的に利用した、いわば自
己固定化(Self-Immobilization) 法ということができ
る。」と記載されている。また、第７頁右欄第１〜５行
には、「その結果、糖系、有機酸、アルコールなどの易
分解性の排水種では２５〜３５ｋｇＣＯＤ_Cr／ｍ³・日
の容積負荷で８５〜９５％の除去が可能であり、従来の
嫌気性処理の常識からでは考えられないような高速・高
率処理性能を発揮することができる。」と記載されてお
り、実績としては、第７頁右欄１９〜２１行には、「甜
菜糖排水（９〜１７ｋｇＣＯＤ_Cr／ｍ³・日）、アルコ
ール蒸留（同９〜１５）など食品・飲料産業排水の分野
で卓越した性能を発揮している。」と記載されている通
り、食品産業等の高濃度有機性廃水に適している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】高濃度有機性廃水の高
負荷処理としては、上記記載のＵＡＳＢ法が適している
が、除去原理は嫌気性微生物の代謝によるので、有機物
はメタンガスとして除去が可能であるものの、りん、窒
素については菌体量増加相当しか除去できないという問
題があった。従来のりん除去方法としては、アルミニウ
ム塩や鉄塩等の金属塩とりんとを反応させる凝集沈殿
法、りん鉱石や骨炭等の種晶にヒドロキシアパタイトの
形でりんを析出させる晶析法（接触脱りん法）、微生物
のりん過剰摂取作用を利用した生物学的脱りん法、例え
ば、嫌気・好気法等がある。しかし、これらの処理プロ
セスから発生するりん化合物を含有した２次生成物の処
分が問題となり、しかも、上記方法では窒素除去は期待
できないものである。本発明は、りん及び窒素を含有し
た高濃度有機性廃水から有機物、りん及び窒素を効率よ
く処理することが可能であり、廃棄物の発生も極めて少
ない有機性廃水の処理方法を提供することを目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な課題を解決するために鋭意検討の結果、ＵＡＳＢ法に
より有機物を高負荷でメタンガスに変換した後、マグネ
シウム化合物を添加して、有機性廃水中のりん酸イオン
及びアンモニウムイオンをりん酸マグネシウムアンモニ
ウムの固体粒子として回収することにより、廃水中のり
ん及び窒素を除去し、さらに、有機性廃水中に窒素が高
濃度に含有される場合、残留した窒素を生物学的硝化脱
窒法により除去することで、河川放流水程度にまで処理
できるという事実を見出し、本発明に到達した。

【０００６】すなわち、第１の発明は、次の３つの工程
の順で、有機性廃水中の有機物、りん及び窒素を除去す
ることを特徴とする有機性廃水の処理方法を要旨とする
ものであり、その３つの工程とは、（１）りん及び窒素
を含有する有機性廃水を酸生成槽で酸発酵を行う工程、
（２）上向流式嫌気性汚泥床型メタン発酵槽でメタン発
酵を行う工程、（３）マグネシウム化合物を添加し、ｐ
Ｈを８〜１０に調整するとともに、曝気によって攪拌混
合を行うことにより、生成したりん酸マグネシウムアン
モニウムの固体粒子を回収する工程である。また、第２
の発明は、前記の処理方法で得られた処理水をさらに生
物学的硝化脱窒することにより、有機性廃水中の有機
物、りん及び窒素を除去することを特徴とする有機性廃
水の処理方法を要旨とするものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
を具体的に説明する。図１は、本発明の有機性廃水の処
理方法の一例を示す概略図である。図１において、第１
工程として、まず、りん及び窒素を含有する有機性廃水
を原水４として酸生成槽１に供給し、ここで酸発酵を行
う。酸生成槽１では、嫌気性微生物の作用により有機物
の加水分解及び有機酸生成を行う。酸生成槽１での水理
学的滞留時間は廃水中の有機成分により異なり、炭水化
物のような分解容易な成分の場合は、２〜６時間程度で
よいが、タンパク質、脂肪等の分解が困難な成分には、
８〜２０時間を要する。酸生成槽１内は撹拌装置５によ
り常時撹拌混合を行い、槽内の温度は５〜７０℃で嫌気
性微生物の活性を保持することができるが、好ましくは
２０〜４０℃に調整する。酸生成槽１内のｐＨは、有機
性廃水の性状にもよるが、３〜９が好ましく、最適のｐ
Ｈは６〜７である。ｐＨが３未満又は９を超える場合、
嫌気性微生物の活性が低下しやすくなる。ｐＨ調整剤と
して酸性溶液又はアルカリ剤６を用いて調整することが
好ましく、酸性溶液としては塩酸を、アルカリ剤として
は苛性ソーダを用いることが好ましい。

【０００８】次に、第２工程として、酸生成槽１で処理
された酸生成槽１の処理水８を上向流式嫌気性汚泥床型
（ＵＡＳＢ型）メタン発酵槽２（以下、メタン発酵槽と
いう。）の底部に供給する。メタン発酵槽２の内部に
は、メタン生成菌からなるグラニュールを充填し、メタ
ン発酵槽２の原水１０は、メタン発酵槽２の底でグラニ
ュールからなるスラッジベッドと均一に接触し、メタン
発酵が起こる。なお、ここでは、メタン発酵槽２で処理
されたメタン発酵槽２の処理水１３の一部を循環水１１
として、酸生成槽１の処理水８と混合し、これをメタン
発酵槽２の原水１０としてメタン発酵槽２底部より供給
する。生成したメタン９とグラニュールとメタン発酵槽
２の処理水１３は、メタン発酵槽２の上部に設けられた
三相分離装置１２により分離される。メタン９はメタン
発酵槽２の上部より回収され、グラニュールはメタン発
酵槽２の底部に沈降し、メタン発酵槽２の処理水１３は
メタン発酵槽２の上部より溢流する。メタン発酵槽２の
容積は、供給される有機性廃水の成分及び濃度により異
なるが、５〜１５ｋｇＣＯＤ／ｍ³・日の容積負荷とな
ることが好ましく、さらには５〜１０ｋｇＣＯＤ／ｍ³
・日の容積負荷となることが好ましい。また、メタン発
酵槽２の原水１０の水理学的滞留時間としては、６〜２
４時間、さらには１０〜２０時間とすることが好まし
い。さらに、最初に充填するグラニュールの量も供給さ
れる有機性廃水の成分及び濃度により異なるが、０．１
〜０．５ｋｇＣＯＤ／ｋｇＶＳＳ・日となるように充填
することが好ましい。

【０００９】メタン発酵槽２内のｐＨは６〜８になるよ
うにアルカリ剤７により調整することが好ましく、使用
するアルカリ剤７としては苛性ソーダを用いることが望
ましい。ｐＨが６未満又は８を超える場合には、メタン
生成菌の活性が低下しやすくなる。メタン発酵槽２内の
温度は、使用するグラニュールを形成するメタン生成菌
種によって異なり、低温菌では０〜２０℃、中温菌では
２０〜４０℃、高温菌では４０〜６５℃とするが、通常
は中温菌を用い、槽内の温度を３０〜３８℃に調整する
ことが好ましい。また、メタン発酵槽２内の上昇流速は
０．１〜２ｍ／時、さらには０．５〜１．５ｍ／時とす
ることが好ましい。このような処理を行うことにより、
有機性廃水中のＣＯＤの８０％以上が除去され、生成し
たメタンガスは燃料として有効利用される。

【００１０】さらに、本発明においては、第３工程とし
て、メタン発酵槽２の処理水１３を造粒脱りん槽３の原
水１４として造粒脱りん槽３に供給する。ここで、造粒
脱りん槽３の容積は、０．５〜７０ｋｇＰ／ｍ³・日の
容積負荷となることが好ましく、さらには、１〜１０ｋ
ｇＰ／ｍ³・日の容積負荷となることが好ましい。ま
た、造粒脱りん槽３の原水１４の水理学的滞留時間は１
０分以上とすることが好ましく、特に、３０〜６０分と
することが好ましい。造粒脱りん槽３の内部は、混合性
を良くするために、二重円筒管から構成されており、造
粒脱りん槽３の原水１４は内部の円筒管中に供給され、
造粒脱りん槽３の内部にマグネシウム化合物１５が添加
される。ここで、マグネシウム化合物１５は、〔Ｍ
ｇ²⁺〕／〔ＰＯ₄ ^3-〕が１以上となるように添加され、
特に、〔Ｍｇ²⁺〕／〔ＰＯ₄ ^3-〕が１以上２以下となる
ように添加されることが好ましい。用いられるマグネシ
ウム化合物１５としては、特に限定されるものではない
が、水酸化マグネシウム溶液や塩化マグネシウム溶液を
用いることが好ましい。また、造粒脱りん槽３の内部で
のｐＨを８〜１０に調整することが必要であり、好まし
くは、ｐＨが８〜９．５となるようにアルカリ剤７を添
加して調整する。アルカリ剤７としては、特に限定され
るものではないが、苛性ソーダを用いることが好まし
い。また、造粒脱りん槽３の内部は常時撹拌混合する。
撹拌方法としては、撹拌翼により機械的に撹拌してもよ
いが、所要動力、維持管理性の面から、空気１６を造粒
脱りん槽３の底部より供給し、撹拌することが好まし
い。このような処理を行うことにより、造粒脱りん槽３
の原水１４に含まれるりん酸イオンとアンモニウムイオ
ンがマグネシウムイオンと反応して、りん酸マグネシウ
ムアンモニウムの固体粒子１７が生成される。

【００１１】生成したりん酸マグネシウムアンモニウム
の固体粒子１７は、造粒脱りん槽３下部の沈殿部におい
て沈降分離され、槽底部より１〜２週間の間隔で引き抜
かれ、化成肥料として有効利用される。ここで、造粒脱
りん槽３の原水１４はメタン発酵槽２の処理水１３であ
り、総アルカリ度は一般的に１０００ｍｇ／リットル以
上を示し、りん酸マグネシウムアンモニウム粒子の造粒
に有効に働いて、取扱い容易な粒径０．５〜１ｍｍのり
ん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子を得ることが
可能となる。造粒脱りん槽３の原水１４中のりん酸イオ
ンとアンモニウムイオンが除去された造粒脱りん槽３の
処理水１８は造粒脱りん槽３の上部より溢流する。この
ようにして、原水４中のりん酸イオン濃度を、りん酸態
りん濃度として８ｍｇ／リットル以下にまで減少させる
ことができる。

【００１２】図２は、本発明の有機性廃水の処理方法の
他の例を示す概略図である。すなわち、原水４中の窒素
濃度が高いか、あるいはアンモニア性窒素以外の窒素成
分で構成されており、図１に示した処理工程のみでは河
川放流水程度にまで窒素除去が達成されないような場
合、前記した工程の後に、造粒脱りん槽３の処理水１８
を生物学的硝化脱窒する工程を付加するものである。生
物学的硝化脱窒法としては、造粒脱りん槽３の処理水１
８中の残留有機物や原水４の一部を添加して、これを水
素供与体として利用する脱窒素工程と、硝化工程とを直
列的に結合させ、硝化工程からの流出水（硝化液）を脱
窒素工程にリサイクルさせるという循環式硝化脱窒法
や、曝気−非曝気の間欠曝気方式による活性汚泥法を採
用することができる。循環式硝化脱窒法は、図２に示し
たように撹拌装置５により常時撹拌混合される脱窒槽１
９と、後続する硝化槽２０より構成され、硝化槽２０は
空気１６により好気状態に保たれており、硝酸態窒素Ｎ
Ｏｘ−Ｎが生成する。そして、硝化液の一部を循環用ポ
ンプ２１により循環水２２として前段の脱窒槽１９に循
環させ、硝化槽２０にて生成した硝酸態窒素ＮＯｘ−Ｎ
を脱窒槽１９で窒素ガスに還元する。また、脱窒槽１９
に、造粒脱りん槽３の処理水１８中に残留したＢＯＤ成
分、あるいはそれだけでは不足する場合には原水４中の
一部を添加することによってＢＯＤ成分を供給し、これ
を脱窒菌の水素供与体として利用してＮＯｘ−Ｎのガス
化（Ｎ₂ガス）を行う。このようにして有機性廃水中の
窒素が除去された処理水２３が得られる。なお、硝化槽
２０に繊維状担体等の硝化菌固定化担体を投入すること
で、反応槽容積の縮小が可能である。

【００１３】また、本発明における生物学的硝化脱窒法
として、曝気−非曝気の間欠曝気方式による活性汚泥法
も適用することができる。この方式では、曝気槽での曝
気装置のＯＮ−ＯＦＦ運転により好気−嫌気状態が交互
に起こり、造粒脱りん槽３の処理水１８中のＢＯＤ成分
が除去される。また、窒素成分の硝化作用、ＮＯｘ−Ｎ
の窒素ガス化が起こり、有機性廃水中の窒素除去が可能
である。以上に示すように、本発明の一連のシステムに
より、有機性廃水中のＣＯＤ、ＢＯＤ、りん、窒素共に
８０％以上の除去が可能であり、河川放流水程度まで処
理でき、さらに廃棄物の発生を極めて少なくすることが
できる。

【００１４】

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。実施例１ＣＯＤ_Cr１５００ｍｇ／リットル、溶解性りん濃度３０
０ｍｇ／リットル、溶解性窒素２００ｍｇ／リットルを
含有する製油工場廃水を水理学的滞留時間１５時間で酸
生成槽（容量：５００リットル）に供給した。なお、２
４重量％の苛性ソーダを用いて酸生成槽内のｐＨを６に
調整し、温度を３０℃に調整した。その後、酸生成槽の
処理水を容積負荷５ｋｇＣＯＤ／ｍ³・日、汚泥負荷
０．３ｋｇＣＯＤ／ｋｇＶＳＳ・日でＵＡＳＢ型メタン
発酵槽（容量：２４０リットル）に供給し、水理学的滞
留時間を７時間とした。なお、２４重量％の苛性ソーダ
を用いてメタン発酵槽内のｐＨを７に調整し、温度を３
５℃に調整した。

【００１５】次に、メタン発酵槽の処理水を水理学的滞
留時間６０分で造粒脱りん槽（容量：３０リットル）に
供給し、３５重量％の水酸化マグネシウムを〔Ｍｇ²⁺〕
／〔ＰＯ₄ ^3-〕＝１となるように添加した。水酸化マグ
ネシウムの添加により、造粒脱りん槽内のｐＨは８．５
にまで上昇したので、ｐＨの調整は行わなかった。１週
間の連続通水の結果、粒径０．３〜０．５ｍｍのりん酸
マグネシウムアンモニウムの固体粒子が造粒脱りん槽底
部より回収された。１週間の連続通水の平均処理水質を
表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１より明らかなように、本発明の処理方
法によれば、造粒脱りん槽の処理水は原水に対して、Ｃ
ＯＤ_Cr９０％、溶解性りん９７％、溶解性窒素８０％の
除去率が得られた。一方、メタン発酵槽の処理水を、ア
ルミニウムや鉄の金属塩による従来の凝集沈殿法で処理
すると、溶解性りんについては、原水に対して９５％以
上の除去率が得られたものの、溶解性窒素については、
３０％程度の除去率しか得られなかった。また、生成し
たスラッジはスラリー状で取扱いが困難であり、脱水
後、廃棄物として処分せざるを得なかった。

【００１８】実施例２ＣＯＤ_Cr５０００ｍｇ／リットル、溶解性りん濃度２０
０ｍｇ／リットル、溶解性窒素７００ｍｇ／リットルを
含有するアルコール蒸留残液を水理学的滞留時間６時間
で酸生成槽（実施例１で用いたものと同じ）に供給し
た。なお、２４重量％の苛性ソーダを用いて酸生成槽内
のｐＨを６に調整し、温度を３０℃に調整した。その
後、酸生成槽の処理水を容積負荷１０ｋｇＣＯＤ／ｍ³
・日、汚泥負荷０．４ｋｇＣＯＤ／ｋｇＶＳＳ・日でＵ
ＡＳＢ型メタン発酵槽（実施例１で用いたものとと同
じ）に供給し、水理学的滞留時間を１２時間とした。な
お、２４重量％の苛性ソーダを用いてメタン発酵槽内の
ｐＨを７に調整し、温度を３５℃に調整した。

【００１９】次に、メタン発酵槽の処理水を水理学的滞
留時間６０分で造粒脱りん槽（実施例１で用いたものと
同じ）に供給し、３５重量％水酸化マグネシウムを〔Ｍ
ｇ²⁺〕／〔ＰＯ₄ ^3-〕＝１となるように添加した。水酸
化マグネシウムの添加により、造粒脱りん槽内のｐＨは
８．５にまで上昇したので、ｐＨの調整は行わなかっ
た。１週間の連続通水の結果、粒径０．３〜０．５ｍｍ
のりん酸マグネシウムアンモニウム粒子が造粒脱りん槽
底部より回収された。さらに、造粒脱りん槽の処理水を
循環式硝化脱窒槽（硝化槽の容量：１８０リットル、脱
窒槽の容量：１２０リットル）に供給した。脱窒槽、硝
化槽共にＭＬＳＳは３０００ｍｇ／リットルとし、硝化
槽には生物担体として、直径５〜１０ｍｍの繊維状担体
を硝化槽容積の２０％投入した。脱窒槽の滞留時間を６
時間、硝化槽の滞留時間を９時間とし、循環比Ｒは原水
に対して１．５とした。１週間の連続通水の平均処理水
質を表２に示す。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２から明らかなように、本発明の処理方
法によれば、循環式硝化脱窒槽の処理水は原水に対し
て、ＣＯＤ_Cr９８％、溶解性りん９７％、溶解性窒素９
１％の除去率が得られた。一方、メタン発酵槽の処理水
をアルミニウムや鉄の金属塩による従来の凝集沈殿法で
処理すると、溶解性りんについては、原水に対して９５
％以上の除去率が得られたものの、溶解性窒素について
は、３０％程度の除去率しか得られなかった。また、生
成したスラッジはスラリー状で取扱いが困難であり、脱
水後、廃棄物として処分せざるを得なかった。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、りん及び窒素を含有し
た高濃度有機性廃水から、有機物、りん及び窒素を効率
良く除去することが可能であり、さらに、廃棄物の発生
を極めて少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性廃水の処理方法の一例を示す概
略図である。

【図２】本発明の有機性廃水の処理方法の別の例を示す
概略図である。

【符号の説明】

１酸生成槽２ＵＡＳＢ型メタン発酵槽３造粒脱りん槽４原水５撹拌装置６酸性溶液又はアルカリ剤７アルカリ剤８酸生成槽の処理水９メタン 10 メタン発酵槽の原水 11 メタン発酵槽の処理水循環水 12 三相分離装置 13 メタン発酵槽の処理水 14 造粒脱りん槽の原水 15 マグネシウム化合物 16 空気 17 りん酸マグネシウムアンモニウムの固体粒子 18 造粒脱りん槽の処理水 19 脱窒槽 20 硝化槽 21 循環用ポンプ 22 循環水 23 生物学的脱窒槽の処理水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】次の３つの工程の順で、有機性廃水中の
有機物、りん及び窒素を除去することを特徴とする有機
性廃水の処理方法。（１）りん及び窒素を含有する有機性廃水を酸生成槽で
酸発酵を行う工程、（２）上向流式嫌気性汚泥床型メタン発酵槽でメタン発
酵を行う工程、（３）マグネシウム化合物を添加し、ｐＨを８〜１０に
調整するとともに、曝気によって攪拌混合を行うことに
より、生成したりん酸マグネシウムアンモニウムの固体
粒子を回収する工程。
【請求項２】さらに、次の工程を付加して有機性廃水
中の有機物、りん及び窒素を除去することを特徴とする
有機性廃水の処理方法。（４）請求項１記載の処理方法によって得られた処理水
を生物学的硝化脱窒する工程。