(57)【要約】【課題】  微生物を含む活性汚泥が充填された生物学的排水処理槽(2、3)に排水(A)を導入して、活性汚泥中の微生物によって、容積効率よく、この排水(A)に含まれる汚濁物質を分解する排水処理方法を提供する。【解決手段】  本発明の排水処理方法は、中心粒子径１００μｍ以下、比重１．２〜３．５の無機粒子が高分子凝集剤溶液に懸濁された懸濁液を生物学的排水処理槽(2、3)に添加することを特徴とする。例えば懸濁液の添加量は、生物学的排水処理槽(2、3)の容積１ｍ3あたり、無機粒子に換算して１ｋｇ〜２００ｋｇである。無機粒子は石炭焼却灰である。懸濁液を添加した後、排水処理負荷を増加させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥が収容された生物学的排水処理槽に排水を導入して、前記活性汚泥に含まれる微生物により、排水に含まれる汚濁物質を分解する排水の処理方法であり、
前記生物学的排水処理槽に、中心粒子径１００μｍ以下、比重１．２〜３．５の無機粒子が高分子凝集剤溶液に懸濁された懸濁液を添加することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
無機粒子が石炭焼却灰である請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項３】
懸濁液の添加量が、生物学的排水処理槽の容積１ｍ3あたり、無機粒子に換算して１ｋｇ〜２００ｋｇである請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項４】
懸濁液を添加した後、排水処理負荷を増加させる請求項１に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
活性汚泥が収容された生物学的排水処理槽に排水を導入して、この活性汚泥に含まれる微生物により、排水に含まれる汚濁物質を分解する排水処理方法は、低コスト、低環境負荷などの特長を有することから、広く用いられている。
【０００３】
しかし、従来の生物学的排水処理槽を用いた排水処理方法は、容積効率が低いという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１３１１７８号公報
【非特許文献１】「秩父小野田研究報告」、第４６巻第１冊第１２９号第１０４頁〜第１２５頁（１９９５年）
【非特許文献２】「水質環境工学」、技報堂出版、第５０５頁〜第５０６頁（１９９３年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明者は、容積効率よく、生物学的排水処理槽により排水中の汚濁物質を分解できる排水処理方法を開発するべく鋭意検討した結果、無機粒子を高分子凝集剤溶液に懸濁させた懸濁液を生物学的排水処理槽に添加することにより、活性汚泥中の微生物が増殖し、単位容積当たりの排水処理能力が高くなることを見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、活性汚泥が収容された生物学的排水処理槽に排水を導入して、前記活性汚泥に含まれる微生物により、排水に含まれる汚濁物質を分解する排水の処理方法であり、
前記生物学的排水処理槽に、中心粒子径１００μｍ以下、比重１．２〜３．５の無機粒子が高分子凝集剤溶液に懸濁された懸濁液を添加することを特徴とする排水処理方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の排水処理方法によれば、生物学的廃水処理槽中の活性汚泥に含まれる微生物により、高い容積効率で、排水に含まれる汚濁物質を分解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の排水処理方法は、生物学的排水処理槽を用いる。生物学的排水処理槽は、活性汚泥が収容され、この活性汚泥に含まれる微生物によって排水中の汚濁物質を分解するための槽である。かかる排水処理槽は、空気を遮断した嫌気性雰囲気下で汚濁物質を還元分解する嫌気性処理槽であってもよいし、空気の存在下、好ましくは空気を暴気しながら汚濁物質を酸化分解する好気性処理槽であってもよく、汚濁物質の種類によって適宜選択されて用いられる。
【０００９】
なお、排水に含まれる汚濁物質の種類や組み合わせによっては、嫌気性処理槽で還元分解した後の還元処理水を好気性処理槽に送り、先の嫌気性処理槽で還元分解されなかった汚濁物質を、この好気性処理槽で酸化分解するように構成されることもあり、また好気性処理槽で汚濁物質を酸化分解した後の酸化処理水を嫌気性処理槽に送り、好気性処理槽で酸化分解されなかった汚濁物質を、この嫌気性処理槽で還元分解するように構成されることもある。さらに、排水を嫌気性処理槽および好気性処理槽の間で循環させながら還元分解と酸化分解とを繰り返し行うこともある。
【００１０】
本発明の排水処理方法では、このような生物学的排水処理槽に懸濁液を添加する。懸濁液は、無機粒子が高分子凝集剤溶液に懸濁されたものである。
【００１１】
無機粒子としては、中心粒子径１００μｍ以下のものが用いられ、粒子径０．１μｍ〜２５０μｍの範囲のものが好ましく用いられる。また、無機粒子は比重１．２〜３．５のものが用いられる。このような無機粒子としては、例えば石炭を焼却して得られる石炭焼却灰（特許文献１：特開平９−１３１１７８号公報）、活性汚泥を焼却して得られる活性汚泥焼却灰、アルミナ（酸化アルミニウム）粉末、ヒドロキシアパタイト（カルシウムリン酸ヒドロキシド）粉末などが挙げられ、好ましくは石炭焼却灰である。
【００１２】
石炭焼却灰としては、例えば石炭火力発電所のボイラー、製鉄所のコークス炉などで石炭を焼却したときに発生し、排気ガスに同伴されて排出される、中心粒子径１００μｍ以下のフライアッシュが、そのまま使用できる点で好ましく用いられる。フライアッシュは通常、排気ガス流路に設けられた電気集塵機などの集塵機によって捕集されるので、この集塵機によって捕集されたフライアッシュをそのまま本発明の石炭焼却灰として用いることができる。また、粒子径が大きく、排気ガスに同伴されることなく、ボイラーやコークス炉の中に貯まる、クリンカアッシュを本発明で規定する粒子径に粉砕して用いることもできる。石炭焼却灰には、石炭に含有される元素組成、石炭の産地、年代、集塵機の形式などによって品質にばらつきがあるが〔非特許文献１：「秩父小野田研究報告」第４６巻第１冊第１２９号第１０４頁〜第１２５頁（１９９５年）〕、本発明の処理方法で用いられる石炭焼却灰は、いずれの石炭を焼却して得られたものであってもよい。
【００１３】
高分子凝集剤溶液は、高分子凝集剤を水に溶解させた水溶液である。高分子凝集剤としては、通常の生物学的排水処理装置において、排水処理後の処理水の活性汚泥との固液分離を促進するために添加されると同様のものが使用される。具体的には、非特許文献２〔「水質環境工学」、技報堂出版、第５０５頁〜第５０６頁（１９９３年）〕に記載されるように、分子量１０4〜１０8程度の長鎖の有機ポリマーであって、カチオン系高分子凝集剤、アニオン系高分子凝集剤、ノニオン系高分子凝集剤などが挙げられる。カチオン系高分子凝集剤としては、例えばアクリレート系４級塩、メタクリレート系４級塩、メタクリレ
ート系３級塩、両性４級塩、アミニジン、ポリアミニジン系、ポリアクリルエステル系、ポリアクリルアミド系のものが挙げられる。アニオン系高分子凝集剤としては、例えばポリアクリルアミド系、ポリアクリル酸ソーダ系のものが挙げられる。ノニオン系高分子凝集剤としては、例えばポリアクリルアミド系のものが挙げられる。これらの高分子凝集剤は、いずれも排水処理の固液分離に用いられる市販のものをそのままで用いることができる。
【００１４】
懸濁液を得るには、高分子凝集剤の水溶液に無機粒子を加えればよい。無機粒子を加えたのち、十分均一に分散するまで撹拌することにより、懸濁液を得る。撹拌に要する時間は通常３０分〜２時間程度である。懸濁液には、懸濁液１ｍ3中に１ｋｇ〜２００ｋｇ程度、好ましくは１０ｋｇ〜１００ｋｇ程度の石炭焼却灰が含まれていればよい。また、高分子凝集剤は、これが凝集剤として機能するワーキング濃度程度含まれていればよく、具体的には石炭焼却灰の乾燥質量１００質量部あたり、０．００１質量部〜５質量部、好ましくは０．０１質量部〜０．５質量部程度である。
【００１５】
懸濁液は通常、そのままで生物学的排水処理槽に加えられる。生物学的排水処理槽は、排水を導入しながら槽内で処理し、処理後の処理水を流出させている通常の運転状態であってもよいし、排水の導入と流出を止めた状態であってもよい。懸濁液の添加量は、活性汚泥濃度によって異なるが、活性汚泥濃度１０００ｍｇ−ＭＬＳＳ／Ｌ〜１００００ｍｇ−ＭＬＳＳ／Ｌ程度の一般的な生物学的排水処理槽であれば、排水処理槽中の排水１ｍ3あたり、無機粒子に換算して通常１ｋｇ〜２００ｋｇ、好ましくは１０ｋｇ〜１００ｋｇ程
度の範囲である。
【００１６】
本発明の排水処理方法では、石炭焼却灰が高分子凝集剤溶液に懸濁された懸濁液を加えるので、石炭焼却灰を単独で添加する場合や、高分子凝集剤を単独で添加する場合と比較して、活性汚泥が生物学的排水処理槽から処理水に同伴されて流れ出す、いわゆるウォッシュアウトと呼ばれる現象を引き起こすことなく、高い容積効率で排水処理を行うことが可能である。
【００１７】
懸濁液を添加した後、通常は排水処理負荷を増加させる。排水処理負荷を増加させることで、懸濁液として添加した無機粒子の表面で活性汚泥中の微生物が増殖して、単位容積あたりの処理能力を高めることができる。排水処理負荷を増加させるには、例えば排水の供給量を増加させてもよいし、排水に含まれる汚濁物質の濃度を高めてもよい。懸濁液を添加した後、排水処理負荷を増加させようとして排水の供給量を増加させると、無機粒子が処理水と共に流出することもあるが、このような場合には、適宜、懸濁液を追加すればよい。
【００１８】
本発明の排水処理方法で処理できる排水は、一般の生物学的排水処理槽で処理される排水と同様に、工場から排出される工場排水であってもよいし、家庭などから排出される生活排水であってもよい。本発明の方法によれば、懸濁液を添加した後の生物学的排水処理槽では無機粒子の表面で微生物が増殖するので、これらの排水に含まれる汚濁物質を微生物により高い容積効率で分解することができる。
【実施例】
【００１９】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例によって限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
〔懸濁液の調製〕
日本国内の石炭火力発電所の石炭焼却灰（フライアッシュ）を強熱乾燥したもの１００ｇをポリアクリルエステル系カチオン系高分子凝集剤〔住友化学(株)製、商品名「スミフロックＦＣ−３００」、推定分子量約３×１０6〕の０．３質量％水溶液１６０ｍＬと混合し、室温（約２０℃）で１時間攪拌し、次いでポリアクリルアミド系アニオン系高分子凝集剤〔住友化学(株)製、商品名「スミフロックＦＡ−３０」、推定分子量約１８×１０6〕の０．１質量％水溶液１２０ｍＬを追加し、さらに室温で１時間以上攪拌して懸濁液を得た。用いた石炭焼却灰はシリカ、アルミナ、酸化鉄などの金属酸化物を主成分とするものであり、中心粒径は９．１２μｍ、比重は２．２９であった。
【００２１】
〔懸濁液の添加〕
図１に示すような生物学的排水処理装置(1)を準備した。この装置(1)は、容量２．６Ｌの嫌気性処理槽(2)、容量６Ｌの好気性処理槽(3)および容量１Ｌの沈降槽(4)を備えている。嫌気性処理槽(2)および好気性処理槽(3)は、活性汚泥が収容された生物学的排水処理槽である。排水(A)は嫌気性処理槽(2)に供給され、この嫌気性処理槽(2)で排水(A)中の汚濁物質が還元される。嫌気性処理槽(2)で汚濁物質を還元された後の還元処理水は好気性処理槽(3)に送られ、ここで残りの汚濁物質が酸化される。沈降槽(4)は、好気性処理槽(4)で酸化処理した後の酸化処理水を受け入れ、活性汚泥を沈降分離して処理水(B)として系外へ送る。また、好気性処理槽(2)からは、沈降槽(4)で活性汚泥を分離する前の、活性汚泥を含む酸化処理水が嫌気性処理槽(2)へ還流する。
【００２２】
この装置(1)の各槽(2、3、4)には国内のある化学工場から採取した実排水を充填した。この実排水は、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）濃度６３８ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎ（全窒素）濃度６００ｍｇ／Ｌであった。ここでＴ−Ｎとはイオンクロマトグラフィによって定量分析されるアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素および硝酸態窒素の総和であり、これ以外の窒素分、例えば有機態窒素等を含まないものである。用いた実排水のＴ−Ｎの９９％以上はアンモニア態であった。嫌気性処理槽(2)内および好気性処理槽(3)内の活性汚泥濃度はそれぞれ６０００ｍｇ−ＭＬＳＳ／Ｌとした。
【００２３】
嫌気性処理槽(2)への排水(A)の供給と、沈降槽(4)からの処理水(B)の流出をそれぞれ止めた状態で、嫌気性処理槽(2)および好気性処理槽(3)に、それぞれ各槽(2、3)中の排水１Ｌあたりの石炭焼却灰の投入量が５ｇとなるように、上記で得た懸濁液を投入し、１７時間、攪拌を行った。
【００２４】
〔排水処理の開始〕
その後、上記と同じ実排水(A)を嫌気性処理槽(2)へ通水した。実排水(A)の流入量は、排水(A)が嫌気性処理槽(2)および好気性処理槽(3)で排水処理されて沈降槽(4)から処理水(B)として系外へ流出するまでの水理学的滞留時間（ＨＲＴ）が１９．９時間になるように設定した。好気性処理槽(3)から嫌気性処理槽(3)への還流量は、常に実排水(A)の流入量の４倍とした。各槽の水温は約２３℃〜約２６℃であった。各槽(2、3)の水素イオン濃度はｐＨセンサーと連動した送液ポンプを使用して、１／２０硫酸水溶液または１０重量％炭酸ナトリウム水溶液を適宜滴下して加えることによりｐＨ７．４〜ｐＨ７．９の範囲に維持した。硝化槽(3)には溶存酸素濃度３ｍｇ／Ｌ以上を保持するよう空気を通気した。図２に示すように、連続通水を開始してから７日間は実排水(A)の流入量を初期値（ＨＲＴ＝１９．９時間）に固定した。図３に示すように、７日目までには、流入する排水(A)のＣＯＤ濃度に対する処理水(B)のＣＯＤ濃度の比（％）、流入する排水(A)のＴ−Ｎ濃度に対する処理水(B)のＴ−Ｎ濃度の比（％）、流入する排水(A)の総有機態炭素（ＴＯＣ）濃度に対する処理水(B)のＴＯＣ濃度の比（％）として示される汚濁物質の除去率は、それぞれ８０％前後で安定した。
【００２５】
〔排水負荷の増加〕
８日目に排水(A)の流入量を増加させてＨＲＴを１８．１時間に短縮することで排水処理負荷を増加させた。以後、９日目にはＨＲＴが１６．５時間に、１１日目にはＨＲＴが１４．９時間に、１４日目にはＨＲＴが１３．３時間になるよう、それぞれ段階的に実排水(A)の流入量を増加させた。この間、１日あたりに流入する排水に含まれる汚濁物質の量（日負荷）をＣＯＤ濃度、Ｔ−Ｎ濃度およびＴＯＣ濃度から求めた。各濃度から求めた日負荷を図２に示す。また、各濃度から求めたこの間の汚濁物質の除去率を図３に示す。１４日目にはＨＲＴが１３．３時間に短縮されて、汚濁物質、例えばＴ−Ｎの日負荷が約１．５倍に上昇しても、汚濁物質の除去率はそれぞれ８０％〜９０％を維持しており、これは高い容積効率で排水中の汚濁物質を分解したことを示す。
【００２６】
実施例２
〔懸濁液の調製〕
実施例１で用いたと同じ石炭焼却灰（フライアッシュ）を強熱乾燥したもの５０ｇをポリアクリルエステル系カチオン系高分子凝集剤〔「スミフロックＦＣ−３００」〕の０．３質量％水溶液８０ｍＬおよびポリアクリルアミド系アニオン系高分子凝集剤〔「スミフロックＦＡ−３０」〕の０．１質量％水溶液６０ｍＬと混合して、懸濁液を調製した。
【００２７】
〔懸濁液の添加〕
図４に示すような生物学的排水処理装置(1)を準備した。この装置(1)は、容量１Ｌの好気性処理槽(3)および沈降槽(4)を備えている。好気性処理槽(3)は、５０００ｍｇ−ＭＬＳＳ／Ｌの活性汚泥が収容された生物学的排水処理槽である。排水(A)は好気性処理槽(3)に送られ、ここで汚濁物質が酸化される。沈降槽(4)は、好気性処理槽(4)で酸化処理した後の酸化処理水を受け入れ、活性汚泥を沈降分離して処理水(B)として系外へ送る。この装置(1)の好気性処理槽(3)に、上記で調製した懸濁液を投入した。
【００２８】
〔排水処理の開始〕
次いで１０００ｍＬあたり９９％酢酸１．２５ｍＬ、硫酸アンモニウム１．４３ｇ、８５％リン酸０．０５６ｍＬ、炭酸ナトリウム１．２４ｇおよび塩化カリウム二水和物０．７ｇを溶解させた人工排水(A)の通水を開始した。人工排水(A)の流入量は１ｍＬ／分とし、温度は２５℃に調整した。この人工排水(A)の水素イオン濃度はｐＨ６．５〜７．０であった。また、この装置(1)における水理学的滞留時間（ＨＲＴ）は１６．７時間であり、好気性処理槽(3)内の水素イオン濃度は、概ねｐＨ７．３〜８．５であった。図６に示すように、通水開始後、１１日目までは人工排水(A)の流入量を初期値（ＨＲＴ＝１６．７時間）に固定した。この間、流入する人工排水(A)の総有機態炭素（ＴＯＣ）濃度に対する処理水(B)のＴＯＣ濃度の比（％）として示されるＴＯＣ除去率、流入する排水(A)のＮＨ４−Ｎ濃度に対する処理水(B)のＮＨ４−Ｎ濃度の比（％）として示されるＮＨ４−Ｎ除去率を求めたところ、ＴＯＣ除去率は９０％以上を示した。ここで、ＮＨ４−Ｎ濃度はイオンクロマトグラフ装置により測定したアンモニア態窒素濃度である。
【００２９】
〔排水負荷の増加〕
１２日目より徐々に通水量を増加させ、１２日目にはＨＲＴ１３．９時間、１７日目にはＨＲＴ１１．１時間、２２日目にはＨＲＴ９．３時間、２６日目にはＨＲＴ８．３時間、３０日目にはＨＲＴ７．２時間、３３日目にはＨＲＴ６．２時間、３６日目には５．６時間とした。この間、１日あたりに流入する排水に含まれる汚濁物質の量（日負荷）をＮＨ４−Ｎ濃度およびＴＯＣ濃度から求めた。各濃度から求めたＮＨ４−Ｎ日負荷およびＴＯＣ日負荷を図５に示す。また、ＴＯＣ除去率およびＮＨ４−Ｎ除去率を図６および図７に示す。３６日目以降、ＨＲＴが５．６時間に短縮されて、汚濁物質、例えばＴ−Ｎの日負荷が約３倍に上昇しても、ＴＯＣ除去率は９０％以上を維持し、また、ＮＨ４−Ｎ除去率は２５日目以降に４０％以上という比較的高い値を示した。
【００３０】
比較例１
実施例２で得た懸濁液を添加しなかった以外は実施例２と同様に操作して、排水処理を開始し、排水負荷を増加させた。結果を図６および図７に示す。
【００３１】
比較例２
石炭焼却灰を用いなかった以外は実施例２と同様に操作して、懸濁液を調製し、排水処理を開始し、排水負荷を増加させた。結果を図６および図７に示す。
【００３２】
比較例３
ポリアクリルエステル系カチオン系高分子凝集剤〔「スミフロックＦＣ−３００」〕の０．３質量％水溶液およびポリアクリルアミド系アニオン系高分子凝集剤〔「スミフロックＦＡ−３０」〕の０．１質量％水溶液を用いることなく、石炭焼却灰をそのまま好気性処理槽(3)に投入した以外は実施例２と同様に操作して、排水処理を開始し、排水負荷を増加させた。結果を図６および図７に示す。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例１で用いた生物学的排水処理装置を示す模式図である。
【図２】実施例１での試験期間中における排水の水理学的滞留時間、排水処理の日負荷を示す図である。
【図３】実施例１での試験期間中における排水の汚濁物質の除去率を示す図である。
【図４】実施例２で用いた生物学的排水処理装置を示す模式図である。
【図５】実施例２での試験期間中における排水の水理学的滞留時間、排水処理の日負荷を示す図である。
【図６】実施例２および比較例１〜比較例３での試験期間中における排水のＴＯＣ除去率を示す図である。
【図７】実施例２および比較例１〜比較例３での試験期間中における排水のＮＨ４−Ｎ除去率を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ：排水                Ｂ：処理水              Ｃ：空気
１：生物学的排水処理装置
２：嫌気性処理槽  ３：好気性処理槽    ４：沈降槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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