JPS59199098A - 有機性汚水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、下水、し尿等の有機性汚水中のＢＯＤ　、窒
素、リンを生物学的に除去する処理方法に関する。

この種の汚水中には、ＢＯＤとして測定、表示されるこ
との多い有機性汚濁物質や、閉鎖性水域の富栄養化の原
因物質である窒素、リンが含まれている。生物学的処理
法はこれらの汚濁物質を除去処理するのに重要な位置を
占めている。

例えばＢＯＤを除去する生物学的処理法として、活性汚
泥法、ラグーン法、散水炉床法２回転円板法などが広く
用いられて来た。

また窒素を生物学的に処理する方法として次のものがあ
る。この方法は、まず第１段階において、 汚水中のアンモニア性窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）を好気的条
件下での硝化菌の作用によって、亜硝酸性窒素（ＮＯ２
−−Ｎ　）　、硝酸性窒素（ＮＯ３−−Ｎ）に酸化する
。この反応は、いわゆる硝化反応で、下記のように表わ
される。

ＮＨ４”　＋１．５０２→ＮＯ□−＋　Ｈ２ｏ　＋　２
Ｈ＋・・・・・・・・・（１）Ｎｏ　”−＋　０．５０
−＋　ＮＯ３−・・・・・・・−・・・・（２）２ 式（１）　、　（２）よシ ＮＨ４−＋２０２→Ｎｏ、　−＋Ｈ２０＋　２Ｈ＋　・
・・・・・・・・・・・（３）次いで第２段階で、Ｎｏ
　−−Ｎ　、　ＮＯ３−−Ｎ　　を、２ 嫌気的条件下での脱窒菌の作用によって、窒素力ス（Ｎ
２）に還元し、とのＮ２を大気中に放散させて汚水の脱
窒水処理を完結する。この反応は脱窒反応と呼ばれ、下
式のように示される。

２ＮＯ２−ｌ−６Ｈ−＋Ｎ２↑＋２Ｈ２０＋　２０Ｈ−
・・凹曲・・（４）２ＮＯ３’−＋１０Ｈ−＋　Ｎ２↑
＋４Ｈ２０＋　２０Ｈ−・曲・・曲（５）硝化反応に伴
って、式（１）　、　（３）に示したようにＰｌｌが低
下する。このだめ、硝化工程では、必要に応じてアルカ
リ剤を添加する。また脱窒反応においては、式（４）　
、　（５）に示したように、環元剤が必要である。この
ため、メタノール等の有機炭素源を必要量添加する。そ
して脱窒工程では、ＰＨが上昇する。

更にリンを生物学的に除去する方法も開発されている。

との方法は、ＢＯＤとリンとを含有す−る汚水を活性汚
泥処理する場合、汚泥を嫌気状態と好気状態とに、繰り
返してさら（・て汚泥中へのリンの取シ込みを強化し、
リン含有量の多い汚泥を余剰汚泥として系外へ取シ出し
、このことによって、汚水中のリンを除去するものであ
る。ただし、現在のところ、この生物学的リン除去メカ
ニズムの詳細については不明である。

以上のように、生物作用を利用することによって各種の
汚濁物質を除去することが可能であシ、従来の処理フロ
ーには、さまさせなものがある。

第１図は、従来のＢＯＤおよび窒素を除去する生物学的
処理方法のフローシート図である。この方法は、１次処
理水１を、曝気槽２および沈殿槽３からなる活性汚泥装
置で処理し、まずＢＯＤ除去を行う。この処理水４を曝
気槽５および沈殿槽６から成る活性汚泥装置へ導き、硝
化処理を行った後、脱窒槽７．再曝気槽（脱気槽）８、
沈殿槽９から成る装置で脱室処理し、もって窒素除去処
理水１０を得る。必要に応じて、硝化工程でアルカリ剤
１ノを、又脱窒工程でメタノールなどの有機炭素源１−
２を添加する。

この方法によれば、汚泥が機能別に分れているので、返
送比、曝気風量、引き抜き汚泥量等の運転操作要因が多
く、その位置づけも明確である。このだめ、水温変動、
水質変動、水量変動々どが生じても、これに対する運転
対応が容易であシ、安定した処理水が得られる。

しかしその反面、設備数が多いために、設備費が高くな
るとともに、脱窒工程でのメタノールの添、ＩＪＩＩ量
が、脱窒処理するＮｏ３−−Ｎの約２．５倍以上必要と
なシ、その費用が高いという欠点がある。

第２図は、ＢＯＤと窒素とを除去するための従来法の他
の例である。この方法は、１次処理水２ノを第１脱窒槽
２２に入れた後、硝化槽２３に入れ、その汚泥混合液の
一部２４を第１脱窒槽２２に返送するとともに、汚泥混
合液を第２脱窒桶２５に入れて、メタノール２６を有機
炭素源として脱窒処理し、更に再曝気槽２７を経て沈殿
池２８に入れ、この汚泥の一部２９を上記第１脱窒槽２
２に返送する方法である。すなわちこの方法は、第１脱
窒槽２２と硝化槽２３との間で汚泥混合液を循環させ、
第１脱窒槽２２で１次処理水中のＢＯＤを利用して脱窒
を起こさせ、ここで脱窒処理し切れなかった分について
は、第２脱窒槽２５でメタノールを補助的に添加して脱
窒を完了させる方法である。

この方法によれば、第１図に示す方法に比べてメタノー
ル費を軽減できるという長所があシ、また、設備数も低
減できるという利点がある。

しかし、増殖速度、作用等の全く異なる硝化菌と脱窒菌
とが全く同じ環境条件下で培養運転され、混合されるた
め、水温低下、原水水質変動等の外的条件に対応する運
転管理が技術的に困姐である。しかも汚泥が混合されて
相互に希釈し合う結果、単位混合汚泥量当シの硝化速度
、脱窒速度がともに小さくなシ、このため、硝化槽、脱
窒槽の容積をいずれも太きくしなければならないという
問題がある。

第３図は、ＢＯＤとリンとを除去するだめの従来法の１
例である。この方法は′、１次処理水３１、と、返送汚
泥３２とを、嫌気槽３３で接触反応させ、ＢＯＤの嫌気
的分解と汚泥からのりンの溶出をはかる。しかる後に、
その汚泥混合液を好気槽３４に導き、ＢＯＤの好気的分
解と汚泥へのリンの取シ込みをはかる。そして、汚泥混
合液を沈殿池３５に導き固液分離を行って、ＢＯＤおよ
びリンを除去して処理水３６と分離汚泥３７とを得るも
のである。

この方法は、凝集剤等の薬剤を用いることなく、比較的
簡単な装置でもって汚水中のＢＯＤおよびリンを除去し
得る。しかし、この方法では窒素除去機能は弱い。

第３図における処理方法を改良して、ＢＯＤ１リンおよ
び屋素を除去することを目的としたのが、第４図におけ
る方法である。第４図における方法が第３図における方
法と異なる点は、好気相３４から出だ汚泥混合液の一部
３８を嫌気槽３３へ返送することである。すなわち、こ
の返送によって、嫌気槽３３、好気槽３４の攪拌混合を
助け、短絡流を防止することおよび脱窒反応の結果化ず
るＰＨの上昇〔式（４）　、　（５）参照〕と硝化反応
の結果化ずる−の低下〔式（１）　、　（３）参照〕と
を平均化、中和化し、もって、嫌気的反応および好気的
反応の進行を助長することができる。

この方法によれば、メタノール、凝集剤等の薬剤を用い
ることなく、比較的簡単な装置で汚水のＢＯＤ　、窒素
、リンの除去が可能となる。

しかし、この方法においても、第２図、第３図の従来法
と同様に機能と性質の異なる菌が、全て浮遊混合状態で
使用されるだめ、運転操作が技術的に困難である。すな
わち、水温、水質。

水量等が変動する場合、活性汚泥型の処理法においては
、汚泥に対する負荷量が汚泥の持つ処理能力の範囲に収
まるように、返送比を調ＴＲ’ｊ　して反応槽内の汚泥
濃度をコントロールするのが、運転対応の基本である。

この場合、返送ポンプの電力費節減の観点から、必要最
小の返送比とすることが望ましい。ところが、この方法
における汚泥には、ＢＯＤ除去菌、硝化菌、脱窒菌、脱
リン菌が含まれておシ、それ゛らは増殖速度、反応速度
、生育条件等が異なるため、水温、水質、水量等が変化
すると、混合汚泥の中でのそれぞれの微生物の存在比も
変化する。しかるに、各種微生物の存在比と活性とを、
短時間のうちに把握することが困難であるため、従来の
活性汚泥法のように、汚泥混合液のＳＳ濃度（ＭＬＳＳ
）あるいは、活性汚泥沈殿率（Ｓ■３ｏ）といった指標
を、負荷量調節のだめの指標として適用することには問
題が残る。つ！、シ、混合汚泥の組成とその汚泥の持つ
処理能力が外的条件によって大きく変動するため、その
汚泥単位量当シの処理活性も変動し、処理運動対応のだ
めの汚泥量調節が技術的に困難であるという欠点を免れ
得ない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、メタノールやｐ’（１４１ｎ剤や凝集
剤等の薬剤を使用することなく、簡単な装置でもって、
汚水中のＢＯＤ　、窒累、リンを同時に除去することが
でき、しかも、運転管理の容易な有機性汚水の処理方法
を提供するものである。

すなわち本発明は、嫌気性域と好気性域とを形成した反
応系の少なくとも１部の嫌気性域に生物固着戸材を設け
、有機性汚水を嫌気性域及び好気性域に繰シ返して導入
して、ｐ材に固着した固着生物と嫌気性域及び好気性域
にさらされる浮遊生物とによシ脱窒、ＢＯＤ除去及びリ
ン除去をおこない、しかる後固液分離して分離汚泥の一
部を嫌気性域へ返送することを特徴とする。

以下本発明を図示する実施例を参照して説明する。

第５図は、本発明方法に使用する有機性汚水の処理装置
の一例を示すフローシート図である。

この装置は、嫌気槽５１と好気槽５２と沈殿槽５３とを
順に配設し、沈殿槽５３の底部から嫌気槽５１の入口に
返送管路５４を、該好気槽５２の出口から該嫌気槽５１
の入口に返送管路５５を接続している。この嫌気杷・５
１は、内部に生物固着炉材５６を設けで゛いる。このｐ
材５６は、汚水、および汚泥が、上下方向、水平方向も
しくはその両者の方向に流通自在になるように充填され
ている。この渥材５６としては、ハニカムチー−ブの如
き筒状炉材、砕石、砂利、砂、ラシヒリングの如き粒状
、塊状炉材、あるいはプラスチック板の如き板状炉材等
を用いることができる。これらの炉材５６は固定型もし
くは可動型に設置するとと−ができるが、運転動力費を
節減するという観点からは固定型が好ましく、又嫌気槽
５１内の攪拌混合を強化し、反応の促進をはかるという
観点からは可動型とすることが好ましい。ただし、通水
処理運転中は、付着した生物膜が機械的に剥離してし甘
って、生物機能が発揮されないという事態を避けるため
に、炉材同志が過度にこすれ合うことを避けることが望
ましい。涙材上に生物膜が過度に発達し、汚水および汚
泥混合液の流通が妨げられる場合に備えて、空気あるい
は水あるいはその両者によって嫌気槽５１の洗浄が可能
なように、ポンプ及び配管等を備えておくことが実際上
安全である。嫌気槽５１内の攪拌混合を助けるだめに、
攪拌機あるいはポンプ等によって嫌気槽５１内を攪拌す
る方式とすることもできる。

しかして本発明方法は、有機性汚水５７をまず嫌気性域
に維持された嫌気槽５ノに流入する。

この嫌気槽５１内の炉材５６上には、生物が固着してい
る。この固着生物は、嫌気槽５１内に固定され常に嫌気
的条件にさらされているだめ、優占種が通性嫌気性菌と
絶対嫌気性菌とに限定され、常時嫌気状態では生息でき
ない硝化菌のような好気性菌は含まれない。そしてこの
固着生物は、前述した式（４）　（５）に示す脱窒反応
の主体となる。この場合脱窒反応におけるＮ０２−−Ｎ
。

Ｎｏ３−Ｎは、好気槽５２における硝化反応〔式（１）
　、　（２）　、　（３）　）によって生成せしめ、返
送管路５４及び５５を通じて嫌気槽５１へ供給される。

また脱窒反応で使用する有機炭素源は、１次処理水５７
に含まれるＢＯＤを利用する。なお固着生物は、ＢＯＤ
の嫌気的除去反応の主体としても作用する。

嫌気槽５１で処理された汚泥混合液は、好気性域に維持
された好気槽５２で処理され、一部が返送管路５４を通
って嫌気槽５１に戻され、残部は沈殿槽５３で固液分離
され、分離汚泥の一部が嫌気槽５１に戻される。このよ
うに汚泥混合液が循環する嫌気槽５１及び好気槽５２に
は浮遊生物がいる。

この浮遊生物は、数時間程度の比較的短時間の好気的状
態と嫌気的状態とに繰シ返しさらされるだめ、優占種と
して好気性菌と通性嫌気性菌とに限定され、酸素によっ
て死滅する絶対嫌気性菌は含まれない。なお好気性菌の
場合、好気的状態と嫌気的状態とに繰り返しさらすこと
は最適な生息条件とは言えない。しかし好気的条件にお
ける滞留時間を嫌気的条件における滞留時間よシ犬とす
ることによシ、かつ浮遊汚泥に対するＢＯＤ負荷とＮＩ
（４＋−Ｎ負荷とを適切に調整して好気性菌の増殖条件
を与えることによって、好気性菌を浮遊汚泥中の優占種
として維持することが可能である。

そしてこの浮遊生物は、嫌気槽５１内において、その酸
素消費能力にもとづいて嫌気槽５１内の嫌気状態を形成
、維持するとともに、ＢＯＤを嫌気的に除去する反応及
び脱窒反応の主体となる。まだ好気槽５２内においてＢ
ＯＤの好気的除去反応及び硝化反応の主体となる。更に
嫌気槽５１と好気槽５２との間を循環することによシ、
嫌気状態と好気状態とに繰り返しさらし、もって汚水中
のリンを取シ込む作用をなす。

なお返送管路５４および５５を通じて汚泥混合液を循環
返送することによって、混合、攪拌を強化し、ｐｌ（の
均一化と嫌気反応および好気反応の促進化をはかる。

そして、このように反応させた後、汚泥混合液全沈殿槽
５３へ導入し、固液分離上澄水として、ＢＯＤ　、窒素
およびリンを除去した処理水５８を得ることができる。

分離汚泥の１部は返送管路５４を通じて嫌気槽５〕へ返
送すると共に、分離汚泥の残部は、余剰汚泥５９として
系外へ排出する。

しかしてこの方法において、ＢＯＤは、嫌気的反応およ
び好気的反応の両者によって除去される。この場合ＢＯ
Ｄの好気的除去反応速度は嫌気的除去反応速度よシ犬で
あシ、シかも、この方法では、好気Ｆｉ５２の滞留時間
を嫌気槽５１の滞留時間よシ犬とするのが通常である。

このため、この方法におけるＢＯＤ除去の主役となるの
は、好気槽５２における浮遊生物であシ、嫌気槽５１に
おける固着生物と浮遊生物とは、その補完的役割をはた
す。

硝化反応は好気的反応であシ、好気槽５２における浮遊
生物の作用によって行われる。

脱窒反応は、嫌気的反応であり、嫌気槽５１における固
尤生物および浮遊生物の作用によって行われる。固着生
物は、生物量も安定しており、まだ、生物相も嫌気性菌
に限定されているため安定した脱窒機能をはたす。浮遊
生物中には通性嫌気性菌が含まれるため、その作用によ
って脱窒反応が行われるが、その浮遊生物相、すなわち
好気性菌と通性嫌気性菌との存在比は、原汚水の水質等
によって変化する。このため、浮遊生物単位量当シの脱
窒機能も変化する。ただし、浮遊生物量は、返送管路５
４を通じての返送比を操作することによって訓読し得る
という利点がある。すなわち、水温、水質、永世等の外
的条件が変動する中で、安定した脱窒処理水を得る上で
、固着生物と浮遊生物とは、相互補完的に作用する。

脱リン反応の主体となるのは浮遊生物であり、これが嫌
気槽５１と好気槽５２とを循環する間に、リンの取り込
み、増殖を行う。

以上のように、この方法は、固着生物と浮遊生物との機
能を有効に組み合わせることにより外的条件が変動する
中で、安定しだＢＯＤ　、窒素およびリン除去処理水を
得るものである。

装置の設計に当っては、嫌気槽の炉材は、Ｎｏ−Ｎの表
面積負荷が０．１　ｇ／ｍ２・日取下となるよう充填す
ることが好ましく、炉材間の間隙は、汚泥混合液の流通
を容易ならしめるよう、１０゜以上とすることが好まし
い。

好気槽５２における汚泥負荷は、０．２に９・ＢＯＤ／
ゆ・ＭＬＳＳ・日取下、ｏ、１ｋｇ・ＮＨ４−Ｎ７ｋｇ
・ＭＬＳＳ・日取下とすることが好ましい。

リン除去に関しては、流入１次処理水量に対する滞留時
間が、嫌気槽５１で１．０時間以上、好気槽５２で３．
０時間以上とすることが好ましい。この場合、リン除去
量は、余剰汚泥世に対して、４０〜５０　ｍ９Ｔ−Ｐ／
ｇ−ＭＬＳＳ　を期待することができる。

沈殿池の水面積負荷は、２０〜３０ｍ３／ｍ２°日とす
ることが好ましい○ 原水の水質によっては、脱窒のだめの嫌気処理時間と、
脱リンのための嫌気処理時間とが一致しないことかりる
。脱窒時間がより多く必要な場合には、脱リンのだめの
処理時間に余裕をとって、嫌気槽５１の全体容積を犬と
し、滞留時間を犬とすることによって解決できるが、脱
窒時間がよシ少くて済む場合には、第６図に示した如く
、嫌気槽を第１段５１１　、および第２段５１２とし、
いずれか１方に炉材５６を充填することもできる。この
場合、返送管路５４および５５の出口は、嫌気槽第１段
５１１　、の入口もしくは嫌気槽第２段５１２の入口も
しくはその両者とすることができる。嫌気権第２段５１
２は、汚水と汚泥の接触をはかり、汚泥の沈降を妨げる
ため、散気、７１？ンプ、攪拌もしくは機械攪拌を行う
ことが好ましい。

第５図に示した方法の変法として、第７図に示すように
、１次処理水を好気槽５２へ分注する方法がある。また
第６図に示す方法の変法として、第８図に示すように、
１次処理水を嫌気槽第２段５１２、好気槽５２もしくは
その両者に分注する方法も可能であシ、これらの変法は
、原水の組成上、ＢＯＤが極めて高い場合等に有効であ
る。

さらに、第５図および第９図の変法としてそれぞれ第９
図および第１０図に示すように、処理水５８の１部を嫌
気槽５１に返送する方法および嫌気槽第１段５１１１嫌
気槽第２段５１２もしくはその両者に返送する方゛法も
可能である。

これによシ、系全体の攪拌混合が強化される。

このため、各汚濁物質除去反応が徹底され、汚濁物質除
去率の向上する上で役立つと共に、負荷変動を水理的に
吸収する上でも役立つ。

次に、第５図および第９図に示したフローにもとづいて
、本発明の有機性汚水処理を行った実施例につき説明す
る。

この実施例では、原汚水として給食センター排水を用い
た。その組成は、第１表に示す通りである。比較のため
の従来方法として第２図および第４図に示したフローを
用いた実験も併せて行った。

第　　１　　表 その結果、得られた処理水の水質は、第１表から明らか
なようにＢＯＤ　、窒−億、およびリン濃度がきわめて
低いものとなシ、従来法により得た処理水に比して優れ
ていた。

以上の説明から明らかなように、本発明方法によれば、
メタノールやＰＨ調整剤や凝集剤等の薬剤を使用するこ
となく、簡単な装置でもって汚水中のＢＯＤ　、窒素、
リンを同時に除去することができる。しかも、この方法
においては固着生物と浮遊生物とを機能別に組み合わせ
て併用し、しかもそれぞれの汚泥の組成と作用が明確で
あるために、水温、水質、負荷量等の変動に対して、容
易に運転管理対応することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、それぞれ異なる従来の有機性汚
水の処理方法を示すフローシート図、第５図は、本発明
方法に用いる有機性汚水処理フローの１例を示す説明図
、第６図ないし第１０図は、本発明方法に用いる有機性
汚水処理フローのそれぞれ異なる他の例を示す説明図で
ある。 ５１・・・嫌気槽、５１１・・・嫌気槽第１段、５１２
・・・嫌気槽第２段、５２・・・好気槽、５３・・・沈
殿槽、５″４・・・返送管路、５５・・・返送管路、５
６・・・生物付着ν材、５７・・・１次処理水、５８・
・・ＢＯＤ　、窒素、リン除去処理水、５９・・・余剰
汚泥。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）嫌気性域と好気性域とを形成した反応系の少なく
   とも１部の嫌気性域に生物固着炉材を設け、有機性汚水
   を嫌気性域及び好気性域に繰シ返して導入して、炉材に
   固着した固着生物と嫌気性域及び好気性域にさらされる
   浮遊生物とによシ脱窒、ＢＯＤ除去及びリン除去をおこ
   ない、しかる後固液分離して分離汚泥の一部を嫌気性域
   へ返送することを特徴とする有機性汚水の処理方法。
2. （２）固液分離した分離水の一部を嫌気性域へ返送する
   ことを特徴とする特許請求の＠門弟１項記載の有機性汚
   水の処理方法。