(57)【要約】【課題】排水中に含まれる有機物を効率的に且つ十分に分解し、特に窒素を含む有機物については窒素ガスの形まで分解することのできる有機物含有排水の処理装置及び処理方法を提供する。【解決手段】有機物含有排水を一次処理する一次処理装置、一次処理排水を処理するための微生物担体が内在する流動床式バイオリアクタ、流動床式バイオリアクタ槽内に酸素を送り込むための酸素供給装置及び脱窒装置を具備し、さらに排水を該流動床式バイオリアクタ内及び脱窒装置内の両方を循環させる機構を有する、有機物含有排水の処理装置、及び処理方法【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物含有排水を一次処理する一次処理装置、一次処理排水を処理するための微生物担体が内在する流動床式バイオリアクタ、流動床式バイオリアクタ槽内に酸素を送り込むための酸素供給装置及び脱窒装置を具備し、さらに排水を該流動床式バイオリアクタ内及び脱窒装置内の両方を循環させる機構を有する、有機物含有排水の処理装置。
【請求項２】
排水の一次処理装置が、電解処理装置及び／又は凝集処理装置である請求項１記載の処理装置。
【請求項３】
流動床式バイオリアクタ内に、送り込まれた酸素による担体の浮遊を制御するための整流手段を配置した請求項１記載の処理装置。
【請求項４】
整流手段が、単独又は複数の整流板の構造からなる請求項３記載の処理装置。
【請求項５】
流動床式バイオリアクタの担体が、活性炭、もしくは活性炭を混入した樹脂製担体又はシリカゲルである請求項１〜４のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項６】
有機物含有排水が、塗料含有排水である請求項１〜５のいずれか一項に記載の処理装置。
【請求項７】
（１）有機物含有排水を１次処理する工程、
（２）微生物担体が内在する流動床式バイオリアクタにて、一次処理排水に酸素を飽和状態近くまで溶解させるとともに、微生物処理を行う工程、
（３）微生物処理してなる排水を脱窒装置に供給し、脱窒装置にて脱窒処理する工程及び
（４）脱窒処理した排水を流動床式バイオリアクタに戻す工程、
を有する排水処理方法であって、排水を流動床式バイオリアクタ内及び脱窒装置内の両方を循環させることによって微生物処理及び脱窒処理を行うことを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【請求項８】
（１）有機物含有排水を１次処理する工程、
（２）一次処理排水を脱窒装置に供給し、脱窒装置にて脱窒処理する工程、
（３）微生物担体が内在する流動床式バイオリアクタにて、脱窒処理した排水を酸素を飽和状態近くまで溶解させるとともに、微生物処理を行う工程、
（４）微生物処理してなる排水を脱窒装置にて脱窒処理に戻す工程、
を有する排水処理方法であって、排水を流動床式バイオリアクタ内及び脱窒装置内の両方を循環させることによって微生物処理及び脱窒処理を行うことを特徴とする有機物含有排水の処理方法。
【請求項９】
排水の一次処理を電解処理装置及び／又は凝集処理装置を用いて行う請求項７又は８記載の処理方法。
【請求項１０】
流動床式バイオリアクタの担体が、活性炭、もしくは活性炭を混入した樹脂製担体又はシリカゲルである請求項７又は８記載の処理方法。
【請求項１１】
有機物含有排水が、塗料含有排水である請求項７〜１０のいずれか一項に記載の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機物含有排水の処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
従来、塗装工場から排出される塗料排水などの工業排水、農業排水など有機物を多く含む排水は、凝集分離（浮上または沈殿）処理或いは限外濾過等の物理的処理を行ったのち、活性汚泥法により好気下で生物処理されるのが一般的であった（例えば、特許文献１、特許文献２など参照）。しかしながら通常の活性汚泥法では微生物が有機物を分解する能力に限界があり、この手法で難分解性の有機物、例えば窒素を含む水溶性有機物質はそのまま処理水中に残存したり、処理できたとしても非常に長時間処理をする必要があるなどの問題があった。
【０００３】
一方で、このような多量の難分解性物質を含む排水の処理に、生物処理のみでなくオゾン分解法、フェントン法、ＵＶ照射法などの物理・化学的処理法を用いる方法も数多く提案されてきた。例えば特許文献３には、光酸化触媒の存在下で紫外線及び／又は可視光線を照射して有機物を含有する排水を酸化分解する処理方法が開示されている。しかしながら、これらの方法では汚染物質を十分に分解することが困難であったり、例え分解できたとしても処理に多大な時間と費用がかかる場合が多かった。塗料排水を例に取ると、排水中には各種顔料、染料、有機樹脂、架橋剤、有機溶剤、界面活性剤、油脂、及びその他の有機成分が多量に含まれるが、その組成や含有量については排水の種類や発生源となる工場、あるいは発生する時間帯によっても変動し、一定ではない。更にこれらの成分は水への溶解性や物理・化学的分解性、生物による分解性なども互いに大きく異なることが該排水の特徴であり、電解処理や凝集処理、オゾン分解法、フェントン法、ＵＶ照射法などの物理・化学的処理法、あるいは活性汚泥法などの通常の手法では十分に分解されていない有機物質が処理水中に残存してしまい、処理法として有効とは言えない場合が多かった。
【０００４】
本発明の目的は排水中に含まれる有機物を効率的に且つ十分に分解し、特に窒素を含む有機物については窒素ガスの形まで分解することのできる有機物含有排水の処理装置及び処理方法を提供することである。
【特許文献１】
特開平６−５５１７２号公報
【特許文献２】
特開２００３−３９０７８号公報
【特許文献３】
特開平８−１５５３０８号公報
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題を解決するために鋭意研究した結果、有機物含有排水を一次処理する一次処理装置、一次処理排水を処理するための流動床式バイオリアクタ、流動床式バイオリアクタ槽内に酸素を送り込むための酸素供給装置及び脱窒装置を具備し、排水を流動床式バイオリアクタ内及び脱窒装置内の両方を循環させる機構を有する、循環式排水処理装置を用いて生物処理を行うことにより該排水中の難分解性有機物質を十分に分解し得ることを見出し、更に有機物の生物処理によって生じる硝酸性窒素も十分に分解し得ることを見出して本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち本発明は、有機物含有排水を一次処理する一次処理装置、一次処理排水を処理するための微生物担体が内在する流動床式バイオリアクタ、流動床式バイオリアクタ槽内に酸素を送り込むための酸素供給装置及び脱窒装置を具備し、さらに排水を該流動床式バイオリアクタ内及び脱窒装置内の両方を循環させる機構を有する、有機物含有排水の処理装置、及び処理方法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明において有機物含有排水とは、工場や事業所から排出される工業排水、農業排水、生活廃水などであり、特に塗料排水を含む場合が挙げられる。該塗料排水とは、例えば自動車や各種工業製品などの塗装ライン、板金工場における塗装ブース水、塗料製造工場などから出る塗料成分を含んだ排水や、各種工場における洗浄水などが挙げられる。例えば自動車の塗装ラインの排水の一例を挙げると、沈殿物１〜１００ｇ／ｌ、ＣＯＤＭｎ  １，０００〜１０，０００ｍｇ／ｌ、ＴＯＣ  １，０００〜１５，０００ｍｇ／ｌ、ＢＯＤ  １，０００〜５，０００ｍｇ／ｌ、ＴＮ  １００〜６００ｍｇ／ｌ、及び有機溶剤１〜１０，０００ｍｇ／ｌ程度であった。ここでＣＯＤＭｎは化学的酸素要求量を、ＴＯＣは全有機炭素量を、ＢＯＤは生化学的酸素要求量を、ＴＮは全窒素量を意味する。
【０００８】
上記有機物含有排水は樹脂や顔料、硬化剤などの固形分を多く含むため、本発明では、まず固形分等を除去する一次処理に供される。該一次処理としては、凝集剤の添加や電解処理等が挙げられ、これらによって凝集、浮遊或いは沈降したものを分離除去できる。
【０００９】
凝集剤としては例えば硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄等に代表される無機系凝集剤、界面活性剤等の低分子凝集剤、アニオン性、弱アニオン性、ノニオン性又はカチオン性の高分子凝集剤などを挙げることができ、排水の種類に応じてこれらを単独で、あるいは複数種を組み合わせて用いることができる。
【００１０】
また電解処理は、電極を排水に入れて電流を流し、水の電気分解によって生じた酸素と水素の微細な気泡を用いて排水中の顔料や樹脂等を吸着させ、気泡の浮力でそれらの物質を排水表面に集める方法であり、凝集剤による処理と組み合わせても効果がある。電解処理は通常供給された排水に電解質を投入・溶解し、その水槽内に複数の電極を適当な間隔に配置して、電極間に通電し、電気分解を行うものである。電極としてはアルミ電極を、電解質としては硝酸ナトリウム、塩化ナトリウムなどを使用することが好適である。
【００１１】
上記の凝集剤による処理や電解処理を行った後も親水性の有機溶剤や一部の樹脂、硬化剤等は排水中に残存するため、本発明では、上記処理に続いて二次処理として、流動床式バイオリアクタ、流動床式バイオリアクタ槽内に酸素を送り込むための酸素供給装置及び脱窒装置を具備し、該バイオリアクタで処理した排水を脱窒装置に供給し、主に嫌気条件で脱窒処理した排水をバイオリアクタに戻す機構、或いは脱窒装置で処理した排水を流動床式バイオリアクタに供給し、好気条件で微生物処理した排水を脱窒装置に戻す機構、を有する循環式排水処理装置を用いて生物処理を行う。
【００１２】
上記流動床式バイオリアクタは、微生物を付着増殖させた担体による充填層を設け、排水を上向流で通水して充填層を流動床にする生物反応装置であり、一般的な生物処理装置である活性汚泥装置に比べて、水質変動や気候変化に強いので安定した処理水質が得られ、また余剰の汚泥発生量も極端に少なく沈降槽も不要で運転維持管理が簡便であるという利点を有する。さらに装置がコンパクトであるため、小スペースにも設置が可能である。
【００１３】
上記バイオリアクタ内に用いられる微生物担体としては、多孔質で単位体積当たりの表面積が大きく、流動性を持ち容易に流出しない粒径、比重のものが好適であり、担体形状としては、板状体、繊維状体、円筒などの特殊形状体、スポンジ状体、粒・塊状体などいずれでも良いが、流動性と表面積を確保しやすい微小な粒状体が好ましい。担体素材としては、従来公知の各種の有機・無機担体を用いることができ、例えば粒状活性炭、破砕活性炭、木炭、ゼオライト、雲母、砂粒、高分子ゲル、ポリエチレンやポリプロピレン等の樹脂、シリカゲル等の多孔質セラミックス、高分子ラテックス、アンスラサイト、これら樹脂製担体に活性炭等を混入したものなどが挙げられる。これらのうち、特に有機物を吸着する能力の高い活性炭、もしくは活性炭を混入した樹脂製担体又はシリカゲルが好ましい。扱い易さと有効表面積の点から担体の粒径は０．３〜１５ｍｍ、好ましくは０．５〜１０ｍｍ程度が好適である。担体として予め微生物を付着させたものを用いても、また運転を行いながら環境中の微生物を担体に付着させてもよい。
【００１４】
酸素供給装置は、上記バイオリアクタに供給される処理水に酸素を供給し、バイオリアクタ内の担体において有機物を分解するのに消費された溶存酸素濃度を十分高めるための装置であり、通常、バイオリアクタ内に設置される。
【００１５】
上記酸素供給装置としては、その形状等に特に制限はないが、酸素を効率的に供給する目的で必要に応じて微細な気泡を発生させる装置を用いることができる。純酸素を用いる際、コストや流動性の面から通常の空気も併用することができ、この場合、純酸素ガスと空気を、それぞれ独立した給気口より供給することも、酸素濃度を空気よりも高くした混合気体を通気させることも可能である。具体的には、全曝気量中の酸素量が２５容量％以上であることが望ましく、例えば純酸素と空気をそれぞれ独立した給気口より供給する場合には、純酸素／空気の容量比が１／４以上であることがバイオリアクタ内の溶存酸素濃度を十分高く維持する点から望ましい。微細気泡発生装置としては、例えば「ドームディフューザー」（ＫＷＩ社製）などを挙げることができる。
【００１６】
本発明では、必要に応じて、上記バイオリアクタ内に、送り込まれた酸素による担体の浮遊を制御するための整流手段を配設することができる。整流手段としては、例えば整流板やドラフトチューブ等を単独又は複数用いて整流可能な構造とすることが挙げられるが、特に整流板によることが好適である。該整流板の形状、材質、さらには配置方法等に特に制限はなく、担体の使用量や大きさ、バイオリアクタの形状、酸素供給量等によって適宜選択することができる。
【００１７】
脱窒装置は、通常、排水中の有機性窒素やアンモニアを硝酸根に変換して、これを生物学的に窒素に変換して大気中に放出できるものであれば特に制限なく、従来公知の嫌気性生物処理槽が使用可能である。生物学的脱窒処理としては、例えば脱窒菌を含む汚泥を返送する脱窒菌活性汚泥法、脱窒菌を担体に担持させ、高密度に脱窒槽内に滞留させる方法（固定床式、流動床式など）などが挙げられる。上記酸素溶解装置からの溶存酸素の影響がある場合には、必要に応じて酸素溶解装置と脱窒装置の間に溶存酸素を除去するための槽を別に設けることもできる。
【００１８】
また本発明では、必要に応じて他の排水処理装置、例えばオゾン分解処理装置、ＵＶ処理装置、活性炭による吸着処理装置、更には一般的な活性汚泥処理装置、活性汚泥を含む液中に膜分離装置が設けられた膜分離活性汚泥処理装置などを、適宜併用することが可能である。
【００１９】
以下、図面を用いて本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の一形態を示すフロー図である。図１において、３は電解処理槽、６は流動床式バイオリアクタ、７は酸素供給装置、９は循環ポンプ、及び１０は脱窒装置を夫々示す。
【００２０】
有機物含有排水は、まずポンプ１によって、電極２を備えた電解処理装置３に供給され、ここで電解処理によって析出・浮上する固形分が除去される。
【００２１】
次いで電解処理された処理水は、ポンプ４によって、微生物担体５が充填された流動床式バイオリアクタ６にその底部より供給され、バイオリアクタ６内を上向きに流れる間に生物処理に供される。バイオリアクタ６の底部には純酸素及び空気を噴出する酸素供給装置７が設置されており、その上方に純酸素や空気の噴出を制御する整流板８が配置されている。バイオリアクタ６の上部から生物処理された液はオーバーフローし、脱窒装置１０に送り込まれる。脱窒装置１０内では嫌気性の活性汚泥により硝酸性窒素が還元されて窒素ガスの形で大気中に放出される。脱窒処理された処理水は、再び循環ポンプ９によってバイオリアクタ６内に送り込まれ、バイオリアクタ６と脱窒装置１０との間で循環される。
【００２２】
上記循環の繰り返しにより、連続的に排水を供給し、脱窒装置１０より最終的な処理水が溢流されて排出されるものである。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
【００２４】
実施例１
自動車用水性塗料の塗装排水を有機物含有排水として用いた。該有機物含有排水（Ａ）のＣＯＤＭｎは８，５００ｍｇ／ｌ、ＴＯＣは９，２００ｍｇ／ｌ、及びＴＮは３５０ｍｇ／ｌであった。この塗料排水（Ａ）をアルミ電極を備えた電解処理装置で５Ｖ，６０分間電解処理して、析出・浮上した固形物を取り除いたところ、ほぼ透明な電解処理液（Ｂ）が得られた。この電解処理液（Ｂ）のＣＯＤＭｎは５，２５０ｍｇ／ｌ、ＴＯＣは６，４００ｍｇ／ｌ、及びＴＮは３２０ｍｇ／ｌであった。平均粒子径約０．８ｍｍの粒状活性炭を３００ｇ充填した、底部から純酸素ガス及び空気を供給することのできる内容積２．５リットルのバイオリアクタ、および内容積５リットルの、活性汚泥を用いる脱窒装置を配管で接続し、ポンプによって両者間を循環させることのできる生物処理装置（図１参照）を用い、純酸素ガスの通気量０．５リットル／分、空気の通気量１リットル／分の条件で電解処理液（Ｂ）を処理して最終処理水を得た。
【００２５】
実施例２
有機物含有排水（Ａ）に凝集剤「クリスタックＢ１００」（栗田工業社製）を１，５００ｍｇ／ｌ、「クリスタックＢ４５０」（栗田工業社製）を１，５００ｍｇ／ｌ添加したのち一日放置し、凝集物を取り除いたところ凝集処理液（Ｄ）が得られた。この凝集処理液（Ｄ）のＣＯＤＭｎは５，５５０ｍｇ／ｌ、ＴＯＣは６，９００ｍｇ／ｌ、及びＴＮは３３０ｍｇ／ｌであった。凝集処理液（Ｄ）について実施例１と同じ条件で生物処理を行って最終処理水を得た。
【００２６】
実施例３
担体として平均粒子径約２ｍｍのシリカゲル粒子を６００ｇ用いた以外は実施例１と同様にして処理を行った。
【００２７】
実施例４
担体として直径約４ｍｍ、高さ約５ｍｍの粉末活性炭を配合した中空円筒型ポリプロピレン製担体を７０ｇ用いた以外は実施例１と同様にして処理を行った。
【００２８】
比較例１
曝気に用いる気体として空気のみを用い、通気量１．５リットル／分の条件で生物処理を行った以外は実施例１と同様にして処理を行った。
【００２９】
比較例２
活性炭による吸着の効果を確認するため、電解処理液（Ｂ）２．５リットルに対し、実施例１で用いた粒状活性炭３００ｇを添加して撹拌し、２日間放置して、これを最終処理水とした。
【００３０】
比較例３
電解処理を行わない以外は実施例１と同様にして処理を行ったところ、リアクタ内が固形物で目詰まりしたため安定な運転を続けることが出来ず、試験を中止した。
【００３１】
比較例４
脱窒装置を設けない以外は実施例１と同様にして処理を行った。
【００３２】
上記実施例及び比較例の処理による最終処理水のＣＯＤＭｎ及びＴＯＣを下記表１にまとめて示す。
【００３３】
【発明の効果】
本発明方法によれば、塗料排水などの工業排水や農業排水など、有機物含有排水を効率良く、且つ十分に処理することができ、有機物のみならず、有機物の分解によって生じる硝酸性窒素も十分に除去することができる。
【００３４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の態様を説明する廃水処理フロー図である。
【符号の説明】
１、４、９    ポンプ
２      電極
３    電解処理装置
５      担体
６      流動床式バイオリアクタ
７      酸素供給装置
８      整流板
１０      脱窒装置
【図１】
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