(57)【要約】【課題】  曝気槽を小型化することが可能で、しかもＢＯＤ、ノルマルヘキサン抽出物質が高速で処理でき、余剰汚泥の生成量が少ない排水処理方法を提供する。【解決手段】  排水原水を、担体を用いた複数の直列につながった曝気槽に流入させ、その処理水を活性汚泥槽で仕上げ処理を行う処理方法において、排水原水を複数の曝気槽に直列に流し、さらに沈殿槽からの返送汚泥を複数槽の担体槽には戻さず、活性汚泥槽に返送する方法であって、その活性汚泥槽のＢＯＤ容積負荷が０．８ｋｇ／ｍ３・日以下である排水の生物処理方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノルマルヘキサン抽出物質を含む排水を、担体を含んだ曝気槽に流入して処理し、次いで活性汚泥槽に流入して処理した後、沈殿槽で汚泥と処理水を分離する処理方法において、直列に配置した複数の曝気槽に排水を順次流入して処理するとともに、沈殿槽で分離した汚泥を活性汚泥槽に返送することを特徴とする排水の生物処理方法。
【請求項２】
担体が、ゲル状担体、プラスチック担体及び繊維担体からなる群から選ばれる１種類以上の担体である請求項１記載の排水の生物処理方法。
【請求項３】
活性汚泥槽に流入する際のＢＯＤ容積負荷量を０．８ｋｇ／ｍ３・日以下となるように調整しながら処理を行なう請求項１又は２記載の排水の生物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小さなスペースで余剰汚泥の発生量を少なくする排水の処理方法に関するものであり、特に排水中にノルマルヘキサン抽出物質（以下、ｎ-Ｈｅｘと記す）を高濃度に含む排水に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生物学的な排水処理として、活性汚泥法が多く用いられている。活性汚泥法は、曝気槽と沈殿槽で形成し、沈殿槽で分離した汚泥の一部を曝気槽に返送、および余剰汚泥として引き抜き、ＢＯＤ容積負荷が０．８ｋｇ／ｍ３・日〜１．５ｋｇ／ｍ３・日程度の条件で定常的な運転を行うことができる。
【０００３】
一方で、活性汚泥を高濃度に保持できる担体の開発が進んでおり、担体法では、３〜５ｋｇ／ｍ３・日という高いＢＯＤ容積負荷での運転が可能であり、曝気槽を小型化することができる。
【０００４】
また最近、担体法の最適化を考え、前段の高濃度部分を担体法で処理し、後段の希薄部分を活性汚泥で処理するといった組み合わせの処理方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４５８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、活性汚泥法では、ＢＯＤ容積負荷が０．８〜１．５ｋｇ／ｍ３・日程度が限度であり、高濃度の排水を対象とした場合、大きな曝気槽が必要となる。これに対し、担体法では、高負荷で運転することが可能であり、曝気槽を小型化することができる。その反面、担体法で処理することにより微細な汚泥が生じ、従来の沈殿槽では容易に沈降しないといった問題がる。また、ｎ-Ｈｅｘの処理において、高負荷処理では担体の流動に問題を起こす場合もあった。
【０００６】
さらに担体法を詳細に説明すると、担体は活性汚泥のようなマイクロフロックではなく、３〜１０ｍｍの大きさがある媒体に微生物が付着しており、比表面積の大きさと基質の浸透が処理性能に大きく影響する。比表面積が大きくなる小型の担体は、処理性能を比較的高くすることができるが、処理液と担体を分離する際のスクリーンの目幅を小さくする必要があるため、分離等の点で取扱いが困難となる。そのため、それぞれの担体材料、加工法により最適な大きさとして３〜１０ｍｍのものが用いられている。
【０００７】
また、担体の大きさが活性汚泥のフロックよりも大きいため、担体に多くの汚泥が付着していても、処理されることにより基質が希薄化すると、基質の拡散が律速になり、処理速度が低下する。つまり、担体法では基質の拡散律速が生じることにより、濃度に依存しない活性汚泥の０次反応に対し、濃度に左右される一次反応となる。
【０００８】
上記の担体法と活性汚泥を組み合わせる方法は、担体法の欠点である希薄化した基質においても処理することができ、また、活性汚泥処理を後段に配置することにより、担体から剥離する微細汚泥を共沈させることもできる。しかしながら、担体法と活性汚泥を組み合わせた方法においても、余剰汚泥が除去ＢＯＤに対し３０〜５０％発生し、発生した余剰汚泥を脱水して処分する必要があった。
【０００９】
本発明は、排水処理方法において、生物反応槽を小型化することが可能で、余剰汚泥の生成量を少なくすることができる方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意検討した結果、前段の担体法で処理する曝気槽を複数直列に配することで汚泥発生量が少なく、処理精度も向上させることを見出し本発明に到達した。
【００１１】
すなわち、本発明は、ノルマルヘキサン抽出物質を含む排水を、担体を含んだ曝気槽に流入して処理し、次いで活性汚泥槽に流入して処理した後、沈殿槽で汚泥と処理水を分離する処理方法において、直列に配置した複数の曝気槽に排水を順次流入して処理するとともに、沈殿槽で分離した汚泥を活性汚泥槽に返送することを特徴とする排水の生物処理方法を要旨とするものであり、好ましくは、担体が、ゲル状担体、プラスチック担体及び繊維担体からなる群から選ばれる１種類以上の担体であるものであり、また、好ましくは、活性汚泥槽に流入する際のＢＯＤ容積負荷量を０．８ｋｇ／ｍ３・日以下となるように調整しながら処理を行なう前記した排水の生物処理方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、余剰汚泥発生量は０〜２０％になり、従来の活性汚泥法の余剰汚泥発生量３０〜４０％に対して少なくなる。また、排水処理設備の設置面積も３分の１程度にコンパクトにすることができ、イニシャルコストも活性汚泥法に比べ７０〜８０％と廉価にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明の処理方法は、まず、担体を含んだ曝気槽に排水原水を流入させる。この際、複数の曝気槽を直列に配置し順次流入させることが必要である。
【００１５】
本発明では、担体法の除去特性である一次反応の考え方を利用し、担体を流動させる槽を細かく分割して、各水槽内のＢＯＤ濃度に濃度格差を設けることにより、担体への拡散速度を速め、除去速度を向上させるものである。つまり、高濃度ＢＯＤの排水を、直列に配置した担体槽で処理することにより、単槽の担体法で処理するよりも速くＢＯＤを除去することが可能となる。この複数に分けた直列配置の槽構成を段数と称し、例えば、３槽の場合を３段処理という。
【００１６】
また、多段処理を行うことにより、ＢＯＤ処理が高速化されるだけでなく、汚泥の発生量も少なくなる。担体処理の後段に配置した活性汚泥処理により、低いＢＯＤ負荷で運転を行えば、さらに汚泥の自己分解が促進される。原水の性状によれば、余剰汚泥がほとんど発生しない場合もあるが、実績として１０〜２０％の余剰汚泥転換率に抑えることができる。余剰汚泥発転換率は、原水、処理水のＳＳの差とＢＯＤの差の比率として表され、活性汚泥処理では３０〜４０％台である。
【００１７】
本発明における曝気槽において、担体の一次反応によるＢＯＤの分解特性を利用し、曝気槽を最小化するためには、担体を固定して排水のみをプラグフローで流す、固定床的な処理方法が好ましいが、担体が流動している状態では困難である。そこで、水槽を分割し、各水槽にスクリーンを設けることで、担体が区画された水槽間を行き来することを防止することにより、流動床と固定床の特徴を合わせた処理特性を持たせ、一次反応に近づけた反応槽を作ることができる。
【００１８】
ｎ-Ｈｅｘ濃度が３００ｍｇ／Ｌより多く含有する排水は、担体に油分が蓄積することにより流動を困難にする場合があるものの、ｎ-Ｈｅｘ濃度が３００ｍｇ／Ｌ以下においては、ＢＯＤ負荷により水槽の容量、段数を決定する。汚泥の生成量は、排水の種類、ＳＳ・ＢＯＤ負荷により異なるが、汚泥転換率は概ね１０〜１８％程度である。
【００１９】
曝気槽の容量としては、排水の種類、原水ＢＯＤ濃度およびＢＯＤ負荷により異なるが、易分解性の食品排水の場合、溶解性ＢＯＤ(以下、ｓ−ＢＯＤと記す)濃度３０００ｍｇ／Ｌ以上の排水であれば、第１段目の曝気槽をＢＯＤ容積負荷１０〜１５ｋｇ／ｍ３・日として容量を決定できる。
【００２０】
ＢＯＤ容積負荷を高くするほど曝気槽を小型化でき、イニシャルコストを低廉化することができる。このＢＯＤ容積負荷を高める工夫が、本発明の曝気槽を分割し直列に配置する方法であり、原水のＢＯＤ濃度が高く、かつ、ｓ−ＢＯＤの比率が高いほど拡散速度が速くなり、小型化ができる。
【００２１】
曝気槽における曝気は、ＢＯＤの分解に必要な酸素を供給するものである。供給する酸素量が不足した場合、担体内部では酸素が制限因子となり、ＢＯＤの分解が抑制される。また、担体内部でＢＯＤの腐敗が進行すればｐＨが低下し、ＢＯＤ分解速度が低下する可能性がある。酸素供給量(律速)とｓ−ＢＯＤ濃度のバランスを考慮した場合、大きさ８ｍｍφ程度で、かつ、多孔質で基質の出入りが比較容易な担体は、ＢＯＤ濃度５０００ｍｇ／Ｌ程度が限界となる。これ以上の濃厚な排水については、希薄な処理水で希釈し処理を行えば良く、また、酸素曝気においてはこの限りではなく、より高い排水にも適用することができる。
【００２２】
流動担体としては、公知の各種の担体を使用することができるが、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維担体から選ばれた１種類の担体、あるいはこれらの担体２種類以上の組み合わせとしても良い。特に、空隙率８５％を有し、汚泥との付着性が良好であり、汚泥保持量が多い繊維担体は、槽容積の５〜３０％の範囲で利用することが処理性および流動性の観点から良く、さらには、１０〜２０％の範囲であることが好ましい。
【００２３】
本発明においては、上記担体法により処理された水を、活性汚泥法により処理を行う。
【００２４】
担体を用いた曝気槽で生成した微細汚泥がフロックに取り込まれ、沈降性を高める効果を持つ。本発明は生成する余剰汚泥量を減らすことを目的としており、生成汚泥量を減らすためには、担体を用いた曝気槽の微生物を含んだ排水のＢＯＤ負荷として０．８ｋｇ／ｍ３・日以下で水槽を設計することである。活性汚泥槽があまりにも大きくなる場合は、複数に分け、並列に配置すればよい。つまり、沈殿槽に最も近い活性汚泥槽では過剰曝気により、フロックが極端に微細化しないように曝気量を調整する必要があるため、制御が煩雑となる直列構造より制御が単純な並列構造が優れる。
【００２５】
本発明においては、活性汚泥槽により処理された水を沈殿槽に導入し、汚泥を沈降させることで分離し処理水を得る。この際、沈殿槽で沈降した汚泥の全量ないしは８０〜９０％を活性汚泥槽に分配して返送する。
【００２６】
本発明の処理方法が適用できる排水としては、ｎ-Ｈｅｘ濃度を３００ｍｇ／Ｌ以下のものであればよい。３００ｍｇ／Ｌを超えると、担体の流動に障害を及ぼすことがある。３００ｍｇ／Ｌ以下であれば、ＢＯＤ容積負荷の設計において適宜、各段により処理が行われる。
【００２７】
以下、図面を用いて本発明をさらに説明する。
【００２８】
図１は、曝気槽を直列３段とし、曝気槽の後段に活性汚泥槽を配設したフロー模式図である。第１曝気槽１、第２曝気槽２及び第３曝気槽３は、直列３段に区画したものであり、各曝気槽の上部にスクリーン７を設け、各曝気槽で処理された水は担体と分離され処理水が次の槽へ流入するようにする。
【００２９】
本発明における担体を用いた曝気槽は、排水の種類、原水ＢＯＤ濃度により異なるが、易分解性の食品排水の分野では、ｓ−ＢＯＤ濃度３０００ｍｇ／Ｌ以上の原水であれば、第１曝気槽１のＢＯＤ容積負荷１０〜１５ｋｇ／ｍ３・日として容量を決定できる。第１曝気槽１のＢＯＤ除去率は経験的に４０〜５０％程度が得られる。第２曝気槽２の流入原水はＢＯＤ濃度が１５００〜１８００ｍｇ／Ｌとなり、ＢＯＤ負荷として５〜７ｋｇ／ｍ３・日の処理において、５０〜６０％の除去率で設計できる。このとき、第２曝気槽２の処理水ＢＯＤは７２０〜７５０ｍｇ／Ｌになる。第３曝気槽３はＢＯＤ負荷３〜４ｋｇ／ｍ３・日の設計で、ＢＯＤ除去率７０〜７５％が得られる。第３曝気槽３の処理水ＢＯＤ濃度は１８０〜２２０ｍｇ／Ｌになり、担体を流動させた曝気槽の直列３段処理によって、ＢＯＤ濃度は３００ｍｇ／Ｌ以下まで処理することができる。
【００３０】
沈殿槽５で沈降した汚泥９は、排水の種類により全量または、８０〜９０％を活性汚泥槽４へ分配、返送する。
【実施例】
【００３１】
以下実施例により、本発明を詳細に説明する。
実施例1
容量が２００Ｌの原水調整槽、容量が１００Ｌの担体を用いた曝気槽が３槽と、容量が２００Ｌの活性汚泥槽、および２００Ｌの沈殿槽からなる排水処理実験装置により、ＢＯＤ  ２０００ｍｇ／Ｌ、ＳＳ  ３５０ｍｇ／Ｌ、ｎ-Ｈｅｘ  ２００ｍｇ／Ｌの食品排水を６００Ｌ／日の流量で連続処理した。担体を用いた曝気槽には繊維担体を水槽容量に対してかさ密度で２０％充填した。
【００３２】
この実施例1におけるフローを図1に模式的に示した。本発明に基づき、担体を用いた曝気槽における1槽目のＢＯＤ容積負荷が１２ｋｇ／ｍ３・日、２槽目が７．２ｋｇ／ｍ３・日、３槽目が４．１ｋｇ／ｍ３・日となり、活性汚泥槽のＢＯＤ負荷が０．６６ｋｇ／ｍ３・日で運転を行った。汚泥の返送は、原水量と同じ６００Ｌ／日で行った。その結果、担体を用いた第３曝気槽３から流出する混合液のＳＳは１８０ｍｇ／Ｌに減少した。活性汚泥槽４はＢＯＤ負荷０．６６ｋｇ／ｍ３・日、ＢＯＤ-ＳＳ負荷０．１７ｋｇ／ｋｇ・日の運転により、さらにＳＳは減少し、処理水として１５ｍｇ／Ｌ漏れる程度（汚泥量０．００９ｋｇ／日）となった。また、ｎ-Ｈｅｘは担体を用いた第１曝気槽1で４０ｍｇ／Ｌとなり、第２曝気槽２で３ｍｇ／Ｌとなった。
【００３３】
比較例１
容量が２００Ｌの原水調整槽、容量が６００Ｌの担体を流動させた曝気槽１が1槽と容量が２００Ｌの活性汚泥槽４および２００Ｌの沈殿槽５からなる排水処理実験装置により、実施例１と同様の食品排水を６００Ｌ／日の流量で連続処理した。担体を用いた曝気槽１には繊維担体を水槽容量に対してかさ体積で２０％充填した。
【００３４】
この比較例１におけるフローを図２に模式的に示した。担体を用いた曝気槽１におけるＢＯＤ負荷は２ｋｇ／ｍ３・日であった。活性汚泥槽４のＢＯＤ容積負荷は０．３６ｋｇ／ｍ３・日で運転を行った。汚泥の返送は原水量と同じ６００Ｌ／日で行った。
【００３５】
その結果、担体流動槽から流出するＳＳは２４０ｍｇ／Ｌとなり、原水ＳＳ  ３５０ｍｇ／Ｌから若干減少した。活性汚泥はＢＯＤ負荷が０．３６ｋｇ／ｍ３・日、ＢＯＤ-ＳＳ負荷が０．１２ｋｇ／ｋｇ・日の運転となり、さらにＳＳが減少し、処理水として２０ｍｇ／Ｌ漏れる程度（０．０１２ｋｇ／日）となり、余剰汚泥としての汚泥の引き抜きはなかった。ｎ-Ｈｅｘは担体を用いた曝気槽１で４ｍｇ／Ｌ、活性汚泥で０．７ｍｇ／Ｌとなった。
【００３６】
比較例２
容量が２００Ｌの原水調整槽、容量が１０００Ｌの活性汚泥槽４、２００Ｌの沈殿槽５からなる排水処理実験装置により、実施例１と同様の食品排水を６００Ｌ／日の流量で連続処理した。汚泥の返送は原水量と同じ６００Ｌ／日で行った。この比較例２におけるフローを図３に模式的に示した。活性汚泥槽のＢＯＤ負荷は１．２ｋｇ／ｍ３・日、ＢＯＤ-ＳＳ負荷が０．３ｋｇ／ｋｇ・日であり、処理水中に１２ｍｇ／ＬのＳＳが流出し、余剰汚泥として０．５７ｋｇ／日の汚泥が発生した。ｎ-Ｈｅｘは５ｍｇ／Ｌまで処理された。
【００３７】
比較例３
容量が２００Ｌの原水調整槽、容量が５００Ｌの活性汚泥槽、２００Ｌの沈殿槽からなる排水処理実験装置により、実施例１と同様の食品排水を６００Ｌ／日の流量で連続処理した。槽容量としては実施例1の担体を流動させた曝気槽と活性汚泥槽の合計と同等とした。汚泥の返送は原水量と同じ６００Ｌ／日で行った。この比較例３におけるフローは比較例２と同じである。活性汚泥槽のＢＯＤ負荷は２．４ｋｇ／ｍ３・日、ＢＯＤ-ＳＳ負荷が０．６ｋｇ／ｋｇ・日であり、処理水中に２０ｍｇ／ＬのＳＳが流出し、余剰汚泥として０．６９ｋｇ／日の汚泥が発生した。ｎ-Ｈｅｘは１５ｍｇ／Ｌまで処理された。
【００３８】
実施例２
容量が２００Ｌの原水調整槽、容量が１００Ｌの担体を用いた曝気槽が３槽と容量が１５０Ｌの活性汚泥槽および２００Ｌの沈殿槽からなる排水処理実験装置により、実施例１と同様の食品排水を６００Ｌ／日の流量で連続処理した。担体を用いた曝気槽１には繊維担体を水槽容量に対してかさ体積で２０％充填した。
【００３９】
担体を用いた第１曝気槽のＢＯＤ容積負荷が１２ｋｇ／ｍ３・日、第２曝気槽２が７．２ｋｇ／ｍ３・日、第３曝気槽３が４．１ｋｇ／ｍ３・日となり、活性汚泥槽のＢＯＤ負荷が０．８８ｋｇ／ｍ３・日で運転を行った。返送は原水量と同じ６００Ｌ／日で行った。その結果、担体を用いた第３曝気槽３から流出する混合液のＳＳは１８０ｍｇ／Ｌと原水ＳＳより減少している。活性汚泥槽４はＢＯＤ負荷０．８８ｋｇ／ｍ３・日、ＢＯＤ-ＳＳ負荷０．２２ｋｇ／ｋｇ・日の運転となり、処理水として１５ｍｇ／Ｌ漏れ（汚泥量０．００９ｋｇ／日）、余剰汚泥として０．０６ｋｇ／日の汚泥が発生した。また、ｎ-Ｈｅｘは担体を用いた第１曝気槽１で４０ｍｇ／Ｌとなり、第２曝気槽で５ｍｇ／Ｌとなった。
【００４０】
各実施例・比較例の水槽容量と汚泥発生量、およびｎ-Ｈｅｘの処理結果のまとめを、表１に示す。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
実施例1は担体を用いた第１曝気槽でＢＯＤが４０〜５０％以上の除去率が得られるように、また、原水ＢＯＤ濃度２０００ｍｇ／Ｌの原水に対して３００ｍｇ／Ｌ以下になるように３段処理とし、その後、活性汚泥槽４にてＢＯＤ負荷で０．８ｋｇ／ｍ３・日以下、ＢＯＤ-ＳＳ負荷で０．２ｋｇ／ｋｇ・日以下の設計で行ったものが、最も汚泥発生量が少なく、コンパクトな処理装置となり、ｎ-Ｈｅｘも３ｍｇ／Ｌと比較的少なくなった。
【００４３】
同容量の活性汚泥処理である比較例３では、汚泥の発生量が最も多く、ｎ-Ｈｅｘの処理も悪かった。活性汚泥処理でｎ-Ｈｅｘ処理を同程度にするためには、比較例２のように２倍の水槽容量が必要であったが、汚泥発生量は同等にはならなかった。汚泥発生量を減らすためには、実施例１、２、比較例１、のように担体を用いた曝気槽との組み合わせが必要となる。1段処理の曝気槽と活性汚泥槽とを組み合わせた比較例１の場合は、直列３段の曝気槽での処理に比べ２倍の担体槽が必要であった。また、実施例２のように実施例1と同じ直列３段の曝気槽でも、後処理の活性汚泥槽のＢＯＤ負荷が０．８ｋｇ／ｍ３・日を超え、ＢＯＤ-ＳＳ負荷が０．２ｋｇ／ｋｇ・日を越える場合は、汚泥の発生量が増加傾向にあった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の排水の生物処理方法の一実施態様を示す概略説明図である。
【図２】比較例１における排水の生物処理方法を示す概略説明図である。
【図３】比較例２における排水の生物処理方法を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  第１曝気槽
２  第２曝気槽
３  第３曝気槽
４  活性汚泥槽
５  沈殿槽
６  担体
７  スクリーン
８  ブロワ
９  汚泥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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