(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を生物化学的に処理する工程において、汚泥の沈降を良好にすべくその工程中にサポニン含有剤及び腐植を添加することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
排水が、ケミカル排水や砂糖、澱粉を含む排水など、微生物が分解し難い難分解物質を含む排水である、請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
排水に対し、含有量４％液として０．５〜１０ｐｐｍのサポニン含有剤と１０００ｐｐｍ前後の腐植を投入するものである、請求項１又は請求項２記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排水を生物化学的に処理する方法の改良に係り、殊に沈澱槽或いは沈澱池における汚泥の沈降を良好にするものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
浄化微生物の生活反応を利用した生物学的処理は、現在排水処理の主流をなしている。中でも、活性汚泥法は大量の排水を比較的短時日で処理でき、またプロセスの制御・管理についても研究が進んできてコントロールが比較的容易になってきているため広く普及している。
【０００３】
しかし、生物学的処理はあくまでも微生物の酵素作用によって有機物を分解するものであるため、２つの面で一定の限界がある。この限界の一つは、排水量自体或いは排水中の有機物濃度が装置の処理能力をオーバーするいわゆる量の限界である。他の一つは、微生物で分解しがたい難分解物質の存在、いわゆる質の限界である。
【０００４】
前者に対しては、装置の容量を増やせば問題は解決する。しかし、工場排水に関しては敷地が限られており処理装置の大型化は難しい。そこで、接触曝気法や高速酸化法など高濃度の有機排水を効率よく処理する方法も提案されているが、設備費が高く付くとか、改良工事中の排水の処理問題などの難点がある。一方後者の場合、即ち砂糖やデンプンなどの難分解高分子や、人工の化学物質（例えば石油製品、無機化合物、合成高分子など）など、微生物での分解が困難な難分解物質或いは毒性物質を含む排水の場合、多くは排水を希釈したり時間をかけて処理するか、微生物を馴致させて次第に処理能力を高めるなどの方法がとられている。この場合も、結局は処理量の問題に帰結する。
【０００５】
ところで、活性汚泥法による排水処理の基本的パターンは、流入排水を調整槽（又は最初沈澱地）に受入て時間的な水量調整や濃度調整を行い、これを曝気槽に送りここで溶存酸素（曝気による）の存在のもと基質（ＢＯＤ成分）と異種固体群の微生物により構成されたフロックとを充分に接触させてＢＯＤ成分を好気的に酸化・分解し、次いで沈澱槽（或いは最終沈澱地）で微生物フロック即ち活性汚泥と浄化水を分離し、分離上層水は処理水として生物反応系から外部に取り出す一方、濃縮活性汚泥は必要な微生物濃度を維持するために曝気槽に返送され、一部は余剰汚泥として引き抜いて系外に取り出すものである。
【０００６】
装置の処理能力と排水中のＢＯＤ成分濃度等のバランスがとれていれば、上記の処理は順調に行われる。しかし、何等かの原因例えばＢＯＤ濃度やその成分変化、排水量の増大、毒物の流入等により一旦バランスが崩れると、分解処理が充分に行われずに処理水中のＢＯＤ成分やＣＯＤ成分などが増えるとか、汚泥流出（キャリーオーバー）の問題が生じる。汚泥流出に対処するために、無機系（パック等）や高分子系の凝集剤を投入することも一部行われている。しかし、凝集剤を投入すると返送汚泥中に凝集剤が混入し、これが微生物の発育を阻害するため生物処理はますます不十分になり、悪循環に陥る。
【０００７】
本発明者は、この問題に対処するために鋭意研究した結果、植物から抽出したサポニン含有剤を排水中に投入する技術を開発した（特公昭６３−６５３９６号）。即ち、シャボンの木から抽出した液（キラヤサポニンを４％含有）を排水に対して数ppm 添加すると、微生物特に排水処理に好適な微生物群の増加と溶存酸素の増大が見られ、発生汚泥（ＭＬＳＳ）が減少し処理水質が安定するとともに、ＳＶ値（汚泥の沈降度）が良好になって殆どの場合において汚泥流出が防止された。これは、サポニンが微生物の活性剤となるとともに、溶存酸素を増加させる働きを有していることによると思われる。特に後者の場合、投入前の曝気量では過曝気になるほどである。
【０００８】
従来、汚泥の沈降性が悪化する原因は完全には究明されていなが、溶存酸素の増大に伴って曝気槽における腐敗菌や糸状菌の繁殖が抑制されるので、これらの菌の存在が汚泥沈降性悪化の原因であることが明らかになった。即ち、腐敗菌の場合は沈澱槽でメタンガスその他の腐敗ガスが発生し、それが活性汚泥に付着して沈降を妨げる。一方、糸状菌の場合は酸素不足やｐＨの低下或いは毒性物質の流入によるショック等で増殖し、糸状菌が絡み合った汚泥が軽いためなかなか沈降しないことによる。これらの問題は、サポニン含有剤を添加することにより溶存酸素が増大して解決する。尚、キラヤサポニンにかぎらず、ユッカその他のサポニンも同様な作用を有していることが判っている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、一部ではあるがサポニン含有剤を投入しても汚泥の沈降が悪くて汚泥流出を防げない場合がある。火薬工場や塗料工場、界面活性剤工場などにおけるケミカル排水、砂糖やデンプンを含む排水などである。そこで本発明者は曝気槽に磁石を設置したり、キトサンやクリストバル等の水処理に良いと言われている物質を補助剤として投入してみた。これらは一部には効果があるが、ケミカル排水に対しては無力であった。ただ、サポニン含有剤を通常の５〜１０倍も投入すると汚泥の沈降は幾分改良されたが、コストがかかり好ましくない。
【００１０】
そこで、本発明者は更に研究を続け、このケミカル排水にサポニン含有剤とともに粉末状の腐植を投入して曝気したところ、極めて良好な沈降性を示すと言う知見を得て本発明を完成させたものである。これは、以下述べるように腐植が脱膣を促進したことによるものと推察される。また、ケミカル排水には微生物の住処の核となるＳＳ分が少なく、そのためフロックが小さく分散していて沈降しにくいが、腐植を添加することによりフロックが大きくなって汚泥の沈降が促進されるものと推察される。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、ケミカル排水は難分解物質を含むので、充分な分解をさせるため通常は過曝気気味で運転する。従って、酸素不足による沈降不良は生起するはずがない。しかし、現実には汚泥の沈降不良が生じてキャリーオーバーの原因になるため、酸素を不足気味にするＢＯＤ成分除去運転を行っている。そのため、処理水中にはアンモニア体窒素の多くが未処理のまま放出される傾向にある。また、前述のように酸素不足によるキャリーオーバーの恐れもある。そこで、本発明者はこのケミカル排水（火薬製造工場のもの）を採取し、過曝気状態にして種々な物質の投入や磁石の設置等を行ったが、殆ど効果が見られなかった。ところが、ある時粉末状の腐植を排水の0.１％程度投入したところ、見事に汚泥が沈降を始めた。また、腐植を投入する前の汚泥はＢＯＤ成分と窒素分、リン分の比率が１００：２０〜７：１であったのに、投入後のそれは１００：５：１に近い値になっていた。
【００１２】
このことから、以下のことが推察される。即ち、ケミカル排水中のフロック（ＭＬＳＳ、活性汚泥）には微生物の住処の核となるＳＳ分が少ない。従って、フロックが小さく分散していて沈降しにくい。また、過曝気により溶存酸素が充分にあったため、曝気槽において窒素化合物が殆ど全て酸化されて硝酸態或いは亜硝酸態窒素に変化し、これが嫌気的雰囲気の沈澱槽内で脱膣菌の働きにより窒素ガスに還元され、この窒素ガスが活性汚泥に付着して沈降を妨げているものと思われる。沈澱槽の排水を曝気槽に返送してここで間欠曝気したり、曝気槽を分割してその一部の曝気を停止したりして脱膣を促しても、脱膣が不十分なためか、やはり汚泥の沈降は思わしく無かった。ところが、腐植を添加して上述の間欠曝気等を行うと、沈澱槽での硝酸態や亜硝酸態窒素が激減し、汚泥の沈降も良好に行われた。これは、曝気槽内での脱膣が腐植の存在で促進されたためと思われる。
【００１３】
ここに腐植とは、土壌または石灰質中のカッ色〜黒色の無定形有機質を言い、動植物体の有機質が地中において緩徐に分解されその一部の低分子有機化合物が重縮合して生成されたものである。腐植は、腐植質、フムス、フミン質とも言われ、酸、アルカリに対する溶解性の違いからフミン酸（腐植酸）、フルボ酸及びヒューミン（フミン）に分けられる。これらが作物生産に及ぼす影響は種類により異なるがいずれも重要な働きをするため、農業分野での研究が進んでいる。
【００１４】
一方、腐植の成分主としてフミン酸を、水処理に使用することが以前から知られている。例えば、金属又はその塩と腐植質及びゼオライトを混合した成形物を用い、汚水中のＢＯＤ、ＣＯＤ成分をガス化及びＳＳ化する技術（特公平５−８７３１６）、フミン酸を添加して嫌気性消化を促進する技術（特開昭６０−５４７９４）、水溶性フミン酸塩と鉄塩を用いて廃水中の油分及び懸濁性浮遊物質を凝集分離する技術（特開平２−２６８８９３）、フミン酸系粒子により廃水中の重金属を捕集する技術（特公昭５６−３５９１９）などである。
【００１５】
しかし、本発明のように汚泥の沈降を促進する作用に関しては、従来知られていない。また、サポニン含有剤を水処理に使用することは、前記した出願にも明記されているとおり、従来公知である。しかし、このサポニン含有剤と腐植を組み合わして水処理に使用した例は全く知られていない。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
本発明において、腐植中のどの成分（腐植酸、フルボ酸、ヒューミン）が効果があるかは不明である。実際に使用したのは、中国産の黒色（従って腐植反応が進んだもの）で純度が高く、フミン酸の含有量が４8.９０％、含水率が２8.６０％、ＣＥＣ（陽イオン交換容量：酢酸バリウム法）が２２０ｍｇ当量／１００ｇのものである。使用量は、曝気槽容量に対して約0.１％投入し、そのまま追加無で６ケ月経過後も良好な汚泥の沈降が継続している。これは、腐植成分の多くが水に難溶であり、徐々に溶出しているためと思われる。また、成分が水中に浮遊して沈澱槽に移動したとしても、活性汚泥として沈澱しその多くが返送されるので系外に流出することは少ない。従って、この0.１％も一応の目安である。尚、腐植の投入箇所は曝気槽に限らず調整槽（池）でもよい。
【００１７】
腐植は、中国産のものにかぎらず我が国における黒音地等腐植の多い土壌を用いてもよい。腐植は、通常の土壌中にも５〜２０％程度含まれている。そこで、土壌中の腐植の多い部分を選ぶとか、何らかの手段で腐植成分を分離し、これを使用してもよい。また、純度が低ければ量を増やせばよい。使用の形態は粉末に限らず、顆粒状その他に成形したものでもよい。
【００１８】
本発明において排水とは、生活排水、工業排水等を含む被処理水すべてを言う。ただ、本発明が特に効果を示すのは、難分解性物質を含むケミカル排水である。
【００１９】
本発明が適用できる排水処理法は、標準的な活性汚泥法の他に、接触酸化法、脱膣活性汚泥法その他の変形或いは改良型の活性汚泥法を含む。活性汚泥法に限らず、他の生物学的水処理法、例えば撒水ろ床法においても同様に沈澱槽で汚泥と処理水とを分離するので適用できる。
【００２０】
サポニンとは、植物体に含有される配糖体の一種で、セッケンのように著しくアワ立つコロイド水溶液を作るものの総称であり、多くの植物から見出されている。本発明では用いるサポニンの種類は問わないが、コストや安定供給の点から、植物体中の含有量が多く且つその植物が大量に存在し安定して入手できるものが好ましい。この観点から、キラヤサポニンやユッカ、なぎいかだ、大豆、砂糖大根等から得られるサポニンが好ましい。この内特に、南米のチリー、ボリビア、ペルー等に自生するシャボンの木（学名：Quilaia saponaria Mol.バラ科）から抽出したキラヤサポニンが好適である。これは、化１の構造を有するキラヤ酸をアグリコン（配糖体の非糖質部分）とするトリテルペン系の配糖体であり化２で表わされもので、構造及び分析技術が解明されている数少ないサポニンであるし、比較的サポニン含有濃度の高い抽出液が得られることによる。
【化１】
0003728537.tif 000002
【化２】
0003728537.tif 000003
【００２１】
本発明で言うサポニン含有剤は、植物体から抽出した抽出液（溶媒を含む）をそのまま用いてもよく、それを精製したもの自体でもよい。抽出の方法は通常の方法でよく、エタノール等の低級アルコール等で抽出できる。更に、精製物や抽出液を粉状、顆粒状、又は錠剤に加工したものも用いられる。尚、サポニン含有剤の添加量は、排水中のＢＯＤ成分濃度等によっても異なるが、通常は、排水に対して精製物換算で0.０２〜0.４ppm （含有量４％液として、0.５〜１０ppm ）、特に0.０８〜0.２ppm （含有量４％液として、２〜５ppm ）程度である。添加は、定量ポンプで常時滴下する等の方法を採るとよい。また添加場所は調整槽が最も好ましいが、曝気槽でもよい。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明を実験結果を基にして説明する。汚泥の沈降が不良で汚泥流出のトラブルを起こしているケミカル排水（火薬製造工場排水）を採取し、これを４本の２リットルメスシリンダーに各１リットルずつ入れた。このケミカル排水には、２ppm のサポニン含有剤（キラヤサポニンを４％含有する液状剤）が混入されているが、汚泥の沈降が極めて悪かったものである。
【００２３】
各メスシリンダーには、下記の物質を投入して回分式実験を行った。エアレーション条件は、ＯＲＰメーターで測定して１８０で行った。これは過曝気状態である（通常は１３０〜１５０）。そして、３０分、６０分、９０分、１２０分、１５０分、１８０分経過後の各液の沈降状態を観察して、ＳＶ値を求めた。その結果を、図１に示す。尚、図１は横軸に曝気時間（分）、縦軸にＳＶ値を取り、３０分毎にどれだけ沈降したかを示すものである。そして、曲線▲１▼〜▲４▼は、それぞれ以下のものを示す。▲２▼が本発明、それ以外が比較例のものである。
▲１▼は、クリストバルの粉末を排水の0.１％（１ｇ）投入したもの。
▲２▼は、粉末状の腐植を排水の0.１％（１ｇ）投入したもの。
▲３▼は、同じサポニン含有剤を８ｍｇ追加投入して、サポニン含有剤濃度を１０    ppm にしたもの。
▲４▼は、排水そのまま。
【００２４】
図から明らかなように、▲２▼の腐植を添加したもののＳＶ30値が５０と極端に小さく、本発明方法の汚泥の沈降性が優れていることが判る。これに対し、他のサンプルのＳＶ30値は９５前後であり、殆ど沈降していない。尚、サポニン含有剤を１０ppm 入れたサンプル▲３▼のＳＶ180 値は５２であり、他も８２、８７と幾分の沈降を示しているが、実際の曝気槽においては全体に均一な曝気を行うことは困難であり、このように大きな沈降は示さない。通常、学術的にはＳＶ30が意味のあるものとして使用されている。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排水処理方法は排水を生物化学的に処理する工程において、その工程中にサポニン含有剤及び腐植を添加するものである。従って、以下に述べるような種々の効果がある。
▲１▼  サポニン含有剤の添加で、排水処理に理想的な微生物群が増殖し、豊富な酸素の存在下でＢＯＤ成分をはじめ従来生物処理が困難と言われていた人工の化学物質の酸化処理が充分に行われる。
▲２▼  サポニン含有剤添加に起因する過曝気により大量に生じる硝酸体窒素、亜硝酸体窒素が、腐植存在下で容易に脱膣され、沈澱槽における汚泥の沈降を良好になさしめる。
▲３▼  ケミカル排水中のＳＳの存在が少ないことによる活性汚泥（フロック）の小型化を、腐植の存在で防止して大型化し、汚泥の沈降を促進する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法と比較例についてのＳＶ値と曝気時間との関係を示すグラフである。
【図１】
0003728537.tif 000004