JPS6210720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、し尿などの濃厚有機性廃水の処理方
法に関し、とくに、生物学的な脱窒素、脱リン、
BOD除去方法と、物理化学的な脱リン、BOD除
去、固液分離方法とを、新規な態様で有機的に結
合させることによつて、し尿などの濃厚有機性廃
水を最も合理的な方法で処理する方法に関するも
のである。 従来のし尿処理プロセスにおける主要な問題点
は、 生物学的硝化脱窒素法、活性汚泥法などの生
物処理工程においては、し尿中のリン酸（600
〜1000mg/が通常の値）および色度成分がほ
とんど除去できないので、生物処理水に対して
硫酸ばん土、塩化第２鉄、または消石灰などの
リン酸イオンおよび色度成分に作用して不溶性
沈殿を生成する無機凝集剤を添加して除去する
必要があり、し尿の20倍希釈生物処理水に対し
て、例えば硫酸ばん土では500〜1000mg/と多
量に必要とし、その結果、難脱水性の無機スラ
ツジの発生量が多量になり、スラツジの処理処
分が大きな問題点になつており、しかも最近普
及しつつあるコンポスト化においても、無機ス
ラツジの混入は好ましくない。 従来の一般的方法ではし尿に対し、10〜20倍
の希釈水を要するので、希釈水源の確保に難点
のあるし尿処理場では、希釈水不足に悩まされ
ている。 無機スラツジの発生量を少なくしようとすれ
ば、その当然の結果として、処理水中の色度、
リン酸が増加してしまう。 本発明は、従来色度の除去およびリン酸の除去
には、必然的に要するとの固定観念的にとらえら
れていた硫酸ばん土、塩化第２鉄などの無機スラ
ツジを多量に発生する無機凝集剤の添加を全く不
要とするか、あるいは従来より格段に減少せし
め、しかも、色度、リン酸の除去率が従来法より
向上するという、一見したところ矛盾するよう
な、大きな効果を得ることが可能な方法を提供す
ることを目的とするものである。 すなわち、本発明は、生物学的硝化脱窒素工程
の前段に嫌気性発酵工程を設け、これらの工程を
経た流出液と余剰汚泥との混合液に少なくともカ
チオン性高分子凝集剤を含む凝集剤を添加して脱
水処理し、該脱水分離液をさらに透過膜により処
理することを特徴とするものである。 次に、本発明の構成における重要な点を説明す
れば、 まず、後述する生物学的脱リンおよび硝化脱
窒素工程をなるべく低希釈率、理想的には無希
釈状態で操作する。 このようにすることによつて、生物学的脱リ
ン硝化脱窒素工程流出水を全量、透過膜、脱水
機で処理することが、現実的に可能となるので
あり、もし従来のようにし尿を10〜20倍に希釈
して生物処理すると、処理水量が膨大になり、
透過膜で処理することはその膜面積、運転動力
が著しく大きなものとなり、ランニングコスト
的に適用が困難になるのである。 このように、本発明では処理水量が従来より
1/10〜1/20となるので、透過膜の適用が容易に
なり、硫酸ばん土のような無機凝集剤を使用せ
ずに、色度成分の大部分を透過膜で過除去で
きる。したがつて、難脱水性の無機スラツジが
発生しないという著しい利点が得られる。 しかしながら、透過膜では、リン酸除去が完
全でないので、本発明者らは、当初膜処理の適
用の意義が少いと考えていたが、本発明者ら
は、この矛盾を解決するために、鋭意検討を進
めた結果生物学的硝化脱窒素法の前段に嫌気性
発酵工程を設け、そこに、返送汚泥を滞留せし
め、微生物類が液中のリンを過剰摂取する機能
を旺盛にする生物学的脱リン法を適用するとい
う考えに到達し、生物学的脱リンプロセスと透
過膜との結合プロセスとも言うべき新らしい概
念によつて、上記の矛盾点を解決することが出
来た。 さらに、透過膜に流入する液中の色度成分、
COD，BOD成分の濃度を低下させ、膜のフラ
ツクスを向上させる方法を検討した結果、生物
学的脱リンを含む硝化脱窒素工程流出水に、該
生物処理工程の余剰汚泥とを混和せしめた混合
スラリーに、カチオン性高分子凝集剤を添加し
て、脱水機に流入せしめ、脱水ケーキと脱水分
離液とにわけるという、いわば汚泥処理工程を
水処理工程内にもちこむ方法を検討した。（従
来は、余剰汚泥は水処理系統とは全く別系統で
処理されている。） この結果、従来は余剰汚泥の脱水のための前
処理としての凝集にのみ使用されているカチオ
ン性高分子凝集剤によつて生物学的脱リン、硝
化脱窒素工程から流出する液中のコロイド状色
度成分、SS，BOD，COD、有機性―Ｎなど
が、余剰汚泥と共に凝集して、脱水ケーキとし
て排出されるという現象を見出し、透過膜流入
水中の色度成分を著しく低減化せしむる方法を
確立した。 さらに除去対象物質を濃縮分離するだけで、
凝集沈殿のように固形物として除去することが
ない膜分離プロセスで常に問題となる膜側に残
留する濃縮液の処分に、全く新らしい方法を確
立した。 すなわち、透過膜の濃縮液は従来は、蒸発、
焼却などの方法で処分していたのであるが、こ
の方法では燃費が著しく高いものとなり、コス
トアツプを招くため、本発明においては、透過
膜側濃縮液を、脱水機に流入する混合スラリー
液中に返送し、混和させ、その液にカチオン性
高分子凝集剤を添加することにつて濃縮液中の
高分子量の色度成分を、前記生物工程余剰汚泥
と共凝集させて除去するという新らしい方法を
採用した。 この結果、透過膜側濃縮液の処分に蒸発、焼却
などの熱エネルギーを多量に浪費する方法を採用
する必要がなくなり、プロセスが著るしく合理化
された。 なお、本発明で使用する透過膜としては選択透
過性の低い逆浸透膜乃至マイクロポーラス膜と
し、特に限外過膜（UF膜）乃至マイクロポー
ラス膜が好ましい。 さらに本発明における新しい概念を適用した一
実施態様を第１図を参照しつつ説明する。 まず、し尿などの濃厚有機性廃水１を嫌気発酵
部２に導入する。この嫌気発酵部２には、固液分
離部３から汚泥４が返送され、ここで原水と活性
汚泥とを嫌気的条件下で接触滞留させることによ
り、活性汚泥中の微生物類はリンを過剰摂取する
機能が旺盛となり、後続する硝化部において好気
的条件下で液側からリンを過剰に摂取する。 嫌気発酵部２の次には、生物学的脱窒素部５が
配置され、循環硝化液６中のNO₂―Ｎ，NO₃―Ｎ
（NOx―Ｎ）と略記）中の酸素源を利用して、脱
窒素菌が硝酸呼吸を行ないつつ、原液中のBOD
成分を有機炭素源として高速にNOx―Ｎ→N₂↑
の還元反応が行われる。また脱窒素部５に後続し
て硝化部７が設けられ、脱窒素部５流出液中の
NH₄―Ｎ、および残留BODがNOx―Ｎに酸化あ
るいは除去され、またリンの過剰摂取がなされ
る。 また図示しなかつたが、高度の窒素除去を望む
場合は硝化部７の次に第２脱窒素部および再曝気
部を設けてもよいことは当然である。 なお、生物学的硝化脱窒素プロセスとしては、
図示した硝化液循環法の他に、脱窒素部硝化部の
くりかえしからなるプロセスの脱窒素部に原液を
ステツプ式に分注する、いわゆるステツプ方式を
採用することも問題なく可能であり、また、脱窒
素部において、弱い曝気を行なう、いわゆる好気
的脱窒素法を、採用することも当然可能である。 次に、固液分離部３は、通常の重力沈殿を採用
することも可能であるが、生物学的脱リン機能を
くみこんだ、生物学的硝化脱窒素プロセスの場合
は固液分離部３の滞留時間が長いと嫌気的になり
やすく、リンが処理水中にリークするので、より
短時間に固液分離可能な浮上分離法あるいは遠心
濃縮法を採用することが好ましい。 しかして、固液分離部３からの分離水８と余剰
汚泥９との混合液１０に、カチオン性高分子凝集
剤１１を添加して、遠心脱水機、ロールプレス型
脱水機などの脱水機１２によつて、脱水ケーキ１
３と脱水分離液１４を得る。脱水分離液１４は、
前述した如く、カチオン性高分子凝集剤による汚
泥との共凝集によつて、コロイド状の色度、
BOD，COD、有機性―Ｎなどが除去されてお
り、かなり清澄になつているので、透過膜、例え
ばUF膜１５による処理が容易になり、フラツク
スも向上する。 このUF膜１５処理によつて、処理水質は放流
可能となる場合がほとんどであるが、さらに高度
の処理を要する場合は、このあとに活性炭吸着を
行なえばよい。 なお、脱水機１２の前に添加されるカチオン性
高分子凝集剤１１は、一部が脱水分離液１４中に
残留してくるがこの残留ポリマーはUF膜１５に
よつて完全に除去され、放流水中に含まれなくな
り魚類への毒性が強いといわれるカチオン性ポリ
マーの使用も何ら問題がなくなるという点も本発
明の重要な長所の一つである。 一方、UF膜の濃縮液１６は、脱水機流入混合
液１０にリサイクル混合されて、前述の如くカチ
オン性高分子凝集剤１１の添加を受け、凝集され
たのち、脱水機１２に流入する。この過程で、
UF膜濃縮液１６中の高分子側の溶解性成分は、
共凝集を受け、脱水ケーキ中に移行するので、
UF膜濃縮液１６の濃度が無限に増加することな
く、ある一定値でバランスすることが確認されて
いる。 また、生物学的脱リン、硝化、脱窒素工程の固
液分離部３の分離液８には、生物学的脱リンによ
つて除去しきれなかつた少量のリン酸が含まれて
いるので、これを除去するために、脱水機の前で
添加されるカチオン性高分子凝集剤に硫酸ばん
土、塩化第２鉄などの無機凝集剤を併用したり、
脱水機分離液１４に対し、前記無機凝集剤１７を
添加してフロツク形成したのち直接UF膜１５で
処理する方法も効果的な方法である。 リン酸の除去に要する無機凝集剤の所要量はリ
ン酸の濃度によつて決定されるので、従来法では
極めて多量（数千ppm）の無機凝集剤注入率を
必要とするのに対し、本発明では生物学的脱リン
と凝集UF膜による物理化学的方法とを結合した
ので、無機凝集剤所要量は格段に少なくて済む。
UF膜の処理水１８はそのまま放流されるか、必
要ならばさらにオゾン、活性炭吸着などの処理を
行なつたのち放流される。 以上のような構成からなる本発明によつて、次
のような工業上重要な利益を得ることが可能とな
る。 希釈水を必要としないで放流可能な水質が得
られる。 生物学的脱リン工程と透過膜工程とを結合さ
せ、リンおよび色度成分の明確な除去機能分担
を達成したので、難脱水性の無機スラツジが発
生しないか、極めて少量になる。 透過膜濃縮液の合理的な処分方法を確立し、
膜処理の適用を大幅なコストアツプを招くこと
なく可能にした。 従来、余剰汚泥の脱水に利用されたいたカチ
オン性高分子凝集剤を、液の清澄化にも利用で
きるようになし、透過膜供給原水の水質を向上
せしめ、フラツクスの増加を可能にした。 無希釈か、またはそれに近い低希釈倍率を採
用できる結果、生物学的脱リン、硝化、脱窒素
工程において、発生する発酵熱の液温上昇効果
を効率的に利用でき、外部加熱を必要とせずに
槽内を30〜35℃に容易に維持できるので、微生
物によるリンの取り込み、吐き出し速度、およ
び硝化、脱窒素速度が向上する。この結果施設
のコンパクト化が可能になる。 生物学的脱リン工程の固液分離に重力沈降以
外の加圧浮上法、遠心濃縮などの分離速度の大
きな方法を採用すれば、リンをとりこんだ微生
物が、嫌気的雰囲気にさらされないので、固液
分離部でのリンの吐き出しがおきず処理水中に
リンがリークするおそれがない。 次に本発明の一実施例を実験結果にもとづいて
説明する。 実施例 表―１のような水質を有する除渣し尿を原液と
して第１図の本発明フローにもとづいて実験し
た。

〔フローナツク（商品名）〕

３ UF膜処理 分画分子量 6000 膜透過水量 0.4m³/m²・d（10Kgｆ／m²） 回 収 率 95％ 以上のような諸元でし尿を無希釈処理実験した
結果、生物学的脱リン工程の固液分離部（加圧浮
上槽）の分離水の水質は表―２のとおりであつ
た。

【表】 このように、全く薬剤を使用せずに、90％以上
の除去率で生物学的脱リンが行われた。また、
BOD，COD、窒素の除去率は当然のように極め
て良好に行われた。 次に、加圧浮上分離水とUF膜濃縮リサイクル
液に生物学的脱リン、硝化、脱窒素工程から発生
する余剰汚泥を混和したスラリー液に（SSとし
て10000〜12000mg/）カチオン性高分子凝集剤
（フローナツク商品名）を1.5％〜２％対SS添加
して、デカンター型遠心脱水機で脱水した。 この結果、ケーキ含水率79〜81％の脱水ケーキ
と表―３の如き水質を有する脱水分離液が得られ
た。

【表】 以上の工程では、従来法のように硫酸ばん土、
塩化第２鉄などの難脱水性の無機スラツジを発生
する無機凝集剤を使用していない。 次に、表―３の水質を有する脱水分離液をUF
膜で超過処理した。この際、生物学的脱リンで
除去しきれなかつた75mg/の残留PO₄を除去す
るために、硫酸ばん土を300mg/添加し混和し、
フロツク形成したのち、そのままUF膜に流入さ
せた。この結果UF膜処理水は表―４の如き水質
を示し、無希釈し尿処理にもかかわらず極めて良
好な水質が得られた。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す系統説明図
である。 １…有機性廃水、２…嫌気発酵部、３…固液分
離部、４…返送汚泥、５…生物学的脱窒素部、６
…循環硝化液、７…硝化部、８…分離水、９…余
剰汚泥、１０…混合液、１１…カチオン性高分子
凝集剤、１２…脱水機、１３…脱水ケーキ、１４
…脱水分離液、１５…UF膜、１６…濃縮液、１
７…無機凝集剤、１８…処理水、１９…空気。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 生物学的硝化脱窒素工程の前段に嫌気性発酵
   工程を設け、これらの工程を経た流出液と余剰汚
   泥との混合液に少なくともカチオン性高分子凝集
   剤を含む凝集剤を添加して脱水処理し、該脱水分
   離液をさらに透過膜により処理することを特徴と
   する有機性廃水の処理方法。 ２ 上記嫌気性発酵工程および生物学的硝化脱窒
   素工程を無希釈または無希釈に近い状態で行う特
   許請求の範囲第１項記載の有機性廃水の処理方
   法。 ３ 上記透過膜による処理で得られた膜側残留濃
   縮液を上記脱水処理されるべき混合液中に返送す
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の有機
   性廃水の処理方法。 ４ 上記生物学的硝化脱窒素工程中の固液分離手
   段として加圧浮上または遠心分離を用いる特許請
   求の範囲第１項、第２項または第３項記載の有機
   性廃水の処理方法。 ５ 上記脱水分離液にさらに凝集剤を添加したの
   ち透過膜により処理する特許請求の範囲第１項、
   第２項、第３項または第４項記載の有機性廃水の
   処理方法。 ６ 上記透過膜が限外過膜乃至マイクロポーラ
   ス膜である特許請求の範囲第１項、第２項、第３
   項、第４項または第５項記載の有機性廃水の処理
   方法。