(57)【要約】【課題】小型の装置により高負荷で有機性排水を処理して、処理水質を悪化させることなく、高処理効率で安定して処理することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減することも可能な有機性排水の処理方法および装置を提供する。【解決手段】第１生物処理槽１において、曝気装置６により曝気して、有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理し、微細化装置２により第１生物処理槽１の流出液中の汚泥を微細化し、第２生物処理槽３において、曝気装置１１より曝気することにより、微細化装置２から導入される微細化された微細化汚泥を含む液を、活性汚泥と接触させて好気性処理することにより有機性排水を処理する。第２生物処理槽３の槽内液は分離膜モジュール１３により膜分離し、分離液を処理水路１４から排出し、濃縮液を余剰汚泥として汚泥路１５から排出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する第１生物処理工程と、
第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化工程と、
微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて好気性処理する第２生物処理工程と
を含む有機性排水の処理方法。
【請求項２】
第１生物処理工程の生物膜が担体に形成されたものである請求項１記載の方法。
【請求項３】
汚泥の微細化が超音波処理によるものである請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第２生物処理が浸漬膜分離式である請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する第１生物処理槽と、
第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化手段と、
微細化汚泥を活性汚泥と接触させて好気性処理する第２生物処理槽と
を含む有機性排水の処理装置。
【請求項６】
第１生物処理槽の生物膜が担体に形成されたものである請求項５記載の装置。
【請求項７】
汚泥の微細化が超音波処理によるものである請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
第２生物処理槽が浸漬膜分離式である請求項５ないし７のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する第１生物処理工程と、第１生物処理工程の流出液を活性汚泥と接触させて好気性処理する第２生物処理工程とを含む有機性排水の処理方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が高く、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、運転に用いられるＢＯＤ容積負荷は０．５−０．８ｋｇ／ｍ3／ｄ程度で低いため、広い敷地面積が必要となる。また汚泥転換率が２０％と高く、分解したＢＯＤの２０％が菌体すなわち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥が発生し、その処理も問題となる。
【０００３】
有機性排水の高負荷処理としては、担体を添加して生物膜を形成した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、３ｋｇ／ｍ3／ｄ以上の高ＢＯＤ容積負荷で運転することが可能となる。これにより曝気槽を小型化することができる反面、沈降分離しない微細汚泥が発生するため固液分離が困難になるほか、発生汚泥量は分解したＢＯＤの３０％程度で、汚泥転換率が３０％と通常の活性汚泥法より高くなり、余剰汚泥の処理量も多くなる。
【０００４】
特許文献１では、担体を添加して生物膜を形成した流動床曝気槽の後段に、活性汚泥法による曝気槽を設ける方法が示されている。ここでは流動床曝気槽の後段に通常の活性汚泥処理槽を設けただけでは、汚泥転換率が高く余剰汚泥の発生量も多くなるので、流動床曝気槽の後段に２段の活性汚泥処理槽を用い、前段を比較的高負荷で運転し、後段を低負荷で運転することにより、余剰汚泥の発生量を低下させることができるとされている。しかしこのように２段の活性汚泥処理槽を用いると、装置も大型化し、操作も複雑である。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３０１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、小型の装置により高負荷で有機性排水を処理して、処理水質を悪化させることなく、高処理効率で安定して処理することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減することも可能な有機性排水の処理方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は次の有機性排水の処理方法および装置である。
（１）  有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する第１生物処理工程と、
第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化工程と、
微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて好気性処理する第２生物処理工程と
を含む有機性排水の処理方法。
（２）  第１生物処理工程の生物膜が担体に形成されたものである上記（１）記載の方法。
（３）  汚泥の微細化が超音波処理によるものである上記（１）または（２）記載の方法。
（４）  第２生物処理が浸漬膜分離式である上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５）  有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する第１生物処理槽と、
第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する微細化手段と、
微細化汚泥を活性汚泥と接触させて好気性処理する第２生物処理槽と
を含む有機性排水の処理装置。
（６）  第１生物処理槽の生物膜が担体に形成されたものである上記（５）記載の装置。
（７）  汚泥の微細化が超音波処理によるものである上記（５）または（６）記載の装置。
（８）  第２生物処理槽が浸漬膜分離式である上記（５）ないし（７）のいずれかに記載の装置。
【０００８】
本発明の処理対象となる有機性排水は、有機物を含む排水であって、好気性生物処理可能な排水であれば制限はなく、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水を処理対象とすることができ、高負荷処理が可能であるため、高濃度の有機性排水を処理対象としても処理が可能である。
【０００９】
本発明の有機性排水の処理方法では、第１生物処理工程において有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理し、第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化工程において微細化し、微細化汚泥を含む液を第２生物処理工程において活性汚泥と接触させて好気性処理することにより、有機性排水を処理する。
【００１０】
第１生物処理工程において有機性排水と接触させる生物膜は、好気性処理に用いられる細菌等の微生物によって形成される生物膜であって、一般には担体に形成された生物膜が用いられる。担体としては、生物膜が形成できるものであれば制限なく使用できるが、流動床を形成できるように粒状の担体が好ましく、形状は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさ（粒径）も０．１−１０ｍｍ程度の径のものが使用できる。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いてもよい。特にスポンジのような多孔質のものを用いると、表面積が大きいので好ましい。このような生物膜は担体を好気性生物処理槽に投入し、そこへ有機性排水を導入して処理することにより自然発生的に形成されるが、他の処理施設等から導入してもよい。
【００１１】
第１生物処理工程は、第１生物処理槽において有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する。第１生物処理槽に生物膜を形成した担体を存在させ、流動床を形成して有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理すると、第１生物処理槽には担体に形成された生物膜の他、非凝集性細菌、凝集性細菌、ならびに細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などが浮遊状に分散して流動床を形成し、これらが有機性排水と接触して好気性処理が行われる。これにより効率よく有機物の分解が行われ、高負荷で有機性排水を処理することができる。好気性処理は空気等の酸素含有ガスの導入により行われる。
【００１２】
第１生物処理工程におけるＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ3／ｄ以上、好ましくは３〜１０ｋｇ／ｍ3／ｄとし、滞留時間（ＨＲＴ）は１０時間以下、好ましくは０．５〜５ｈとすることにより、非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることができ、微細化工程における負荷を小さくすることができる。また、ＨＲＴを短くすることにより、ＢＯＤ濃度の薄い排水を高負荷で処理することができるので好ましい。第１生物処理工程では、有機成分の８０％以上、望ましくは８５％以上が酸化分解されるように処理を行うことにより、第２生物処理工程における処理を効率化することができるので好ましい。
【００１３】
微細化工程では、第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する。第１生物処理工程の流出液中には、非凝集性細菌、凝集性細菌に加え、細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片も含まれる。このうち非凝集性細菌、凝集性細菌および剥離片の一部は第２生物処理工程に導入されたとき、第２生物処理工程内の活性汚泥に取り込まれて分散ないしフロック形成をし、液中の有機物の分解に寄与したり自己消化する他、液中に棲息する原生動物や後生動物等の微小動物により捕食されるが、大型の凝集性細菌や剥離片などは沈降したり、自己消化が困難であったり、あるいは大きすぎて原生動物や後生動物等の微小動物による捕食が困難であって、余剰汚泥となって排出されることになる。
【００１４】
そこで微細化工程では、第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化することにより、大型の凝集性細菌や剥離片などを微細化して分散、自己消化、微小動物による捕食などを容易にする。微細化手段としては、超音波処理が好ましいが、撹拌、ミル破砕、ホモジナイザー、キャビテーション等の物理的手段も利用可能であり、流出液中の汚泥を５０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下に微細化できるものが好ましい。超音波照射は流出液を槽内に導入して行ってもよく、流路で行ってもよい。超音波処理による凝集体細菌の微細化は特公昭５７−１４４０９３号に示されているが、本発明では第１生物処理槽から流出する細菌の凝集体の微細化に加え、凝集体よりもさらに密集した生物膜の剥離片の細分化や糸状性細菌にからみついた細菌群の微細化、分散化も行われる。
【００１５】
第２生物処理工程では、微細化工程において微細化した微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて好気性処理する。第２生物処理工程において用いられる第２生物処理槽は、一般的な活性汚泥処理に用いられている曝気槽を用いることができる。第２生物処理工程は、固液分離槽から汚泥返送を行う浮遊式活性汚泥法、担体を添加した流動床式活性汚泥法、または膜分離式活性汚泥法など、任意の方法を採用することができるが、膜分離式活性汚泥法を採用するのが好ましい。浮遊式活性汚泥法は被処理液とバルク状の活性汚泥を曝気槽において浮遊状態で混合曝気する方法である。流動床式活性汚泥法は第１生物処理工程と同様に、担体に活性汚泥を担持させ流動床を形成して有機性排水を接触させて混合曝気する方法である。膜分離式活性汚泥法は浮遊式活性汚泥法、流動床式活性汚泥法などにおいて、固液分離を膜分離で行う方法であり、ＵＦ膜、ＭＦ膜等の分離膜モジュールを曝気槽内に設置して膜分離しながら混合曝気する方法である。第２生物処理槽は２段以上としてもよい。
【００１６】
第２生物処理工程では、活性汚泥を構成する細菌と、これらの細菌を捕食する原生動物や後生動物等の微小動物が共生する条件で処理を行うのが好ましく、これにより細菌による可溶性または懸濁性有機物の酸化分解を行うとともに、細菌の自己分解、ならびに微小動物による細菌の捕食を促して、余剰汚泥の発生量を減少させることができる。第２生物処理槽へ投入する第１生物処理槽からの流出水中に有機物が多量に残存すると、有機物を分解して細菌が増殖する。このとき細菌は微小動物に捕食されにくい細菌群の形態で増殖するため、このように増殖した細菌群は微小動物により捕食されず、細菌群の分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果は低い。
【００１７】
そこで第１生物処理槽で有機物の大部分、例えば排水ＢＯＤの８０％以上、望ましくは９０％以上分解し、菌体へと変換しておくと、細菌の増殖による細菌群の形成を防止することができる。この場合、第２生物処理槽に投入する第１生物処理水中のＶＳＳ（菌体濃度）／溶解性ＢＯＤ濃度比は２以上、好ましくは３以上とするのが望ましい。また第２生物処理槽における溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷は０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ以下、好ましくは０．０１〜０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、滞留時間（ＨＲＴ）は６時間以上、好ましくは８〜４８ｈとすることが望ましい。
【００１８】
第２生物処理工程でこのような条件で処理を行うと、第１生物処理槽の流出水中に残存している有機成分は細菌により酸化分解されるが、細菌の増殖は少なく、流出水中に分散している非凝集性細菌、凝集性細菌および剥離生物膜の微細化物中の細菌は好気処理により自己分解するとともに、原生動物や後生動物等の微小動物に捕食され、処理液中の汚泥量は減少し、余剰汚泥の減量化が行われる。この場合、第１生物処理槽の流出水中の大型の凝集性細菌や剥離片などは、微細化工程で微細化されているので、細菌の菌体が分散して自己消化や微小動物による捕食などが容易になり、汚泥の減容化効率が高くなる。
【００１９】
第２生物処理工程の処理液は固液分離され、分離液は排出される。浮遊式活性汚泥法の場合は、固液分離は固液分離槽で行われ、分離汚泥は第２生物処理工程に返送され、一部は余剰汚泥として排出される。流動床式活性汚泥法の場合は、剥離した汚泥が余剰汚泥として排出される。膜分離式活性汚泥法の場合は、固液分離は第２生物処理槽内で膜分離により行われ、濃縮汚泥の一部が余剰汚泥として排出される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第１生物処理工程において有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理し、第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化工程において微細化し、微細化汚泥を含む液を第２生物処理工程において活性汚泥と接触させて好気性処理するようにしたので、小型の装置により高負荷で有機性排水を処理して、処理水質を悪化させることなく、高処理効率で安定して処理することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。図１は本発明の実施形態による有機性排水の処理方法および装置を示すフロー図である。図１において、１は、第１生物処理槽、２は微細化装置、３は第２生物処理槽である。
【００２２】
第１生物処理槽１は、被処理水路５から導入された有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理するように、生物膜を形成した担体４が投入されて流動床が形成され、曝気装置６に送気路７より空気を送って曝気し、有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理するように構成されている。第１生物処理槽１では、担体に形成された生物膜の他、流動床を形成する非凝集性細菌、凝集性細菌、ならびに細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などが浮遊状に分散し、これらが有機性排水と接触して好気性処理が行われるように構成されている。８は担体４の流出を防ぐスクリーンである。
【００２３】
微細化装置２は、第１生物処理槽１から第２生物処理槽３への連絡路９に設けられ、流出液中の汚泥を微細化工程において微細化するように構成されている。微細化装置２としては超音波処理装置が用いられ、第１生物処理工程の流出液中の非凝集性細菌、凝集性細菌、細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などのうち、特に大型のものを超音波処理により微細化するように構成されている。
【００２４】
第２生物処理槽３は曝気装置１１が設けられ、送気路１２から空気を送って曝気することにより、微細化工程において微細化した微細化汚泥を含む液を活性汚泥と接触させて好気性処理するように構成されている。第２生物処理槽は、一般的な活性汚泥処理に用いられている浮遊式の曝気槽が採用され、ＵＦ膜、ＭＦ膜等の分離膜モジュール１３を槽内に設置して膜分離し、分離液を処理水路１４から排出するように構成されている。１５は濃縮液を余剰汚泥として排出する排泥路である。
【００２５】
上記の処理装置による有機性排水の処理方法は、第１生物処理工程として、第１生物処理槽１において、送気路７より曝気装置６に送られる空気により曝気して、被処理水路５から導入される有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理する。そして微細化工程では、微細化装置２により第１生物処理槽１の流出液中の汚泥を微細化する。第２生物処理工程は第２生物処理槽３において、送気路１２から送られる空気を曝気装置１１より曝気することにより、微細化装置２から導入される微細化された微細化汚泥を含む液を、活性汚泥と接触させて好気性処理することにより有機性排水を処理する。第２生物処理槽３の槽内液は分離膜モジュール１３により膜分離し、分離液を処理水として処理水路１４から排出し、濃縮液は余剰汚泥として排泥路１５から排出する。
【００２６】
第１生物処理槽１では、生物膜を形成した担体４を存在させ、流動床を形成して有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理することにより、第１生物処理槽１内には担体４に形成された生物膜の他、非凝集性細菌、凝集性細菌、ならびに細菌群が密接に集まった生物膜の剥離片などが浮遊状に分散して流動床を形成し、これらが有機性排水と接触して好気性処理が行われる。これにより効率よく有機物の分解が行われ、高負荷で有機性排水を処理することができる。第１生物処理槽１では、前記処理条件により有機成分の８０％以上、望ましくは９０％以上が酸化分解されるように処理を行う。
【００２７】
微細化装置２では、超音波処理により第１生物処理工程の流出液中の汚泥を微細化する。超音波処理で微細化することにより、第１生物処理槽１から流出する細菌の凝集体の微細化に加え、凝集体よりもさらに密集した生物膜の剥離片の細分化や糸状性細菌にからみついた細菌群の微細化、分散化も行うことができる。これにより第２生物処理槽３における細菌の自己消化、微小動物による捕食などが容易になる。
【００２８】
第２生物処理槽３では、活性汚泥を構成する細菌と、これらの細菌を捕食する原生動物や後生動物等の微小動物が共生する条件で好気性処理を行うので、細菌による可溶性または懸濁性有機物の酸化分解を行うとともに、細菌の自己分解、ならびに微小動物による細菌の捕食を促して、余剰汚泥の発生量を減少させることができる。第２生物処理槽３へ投入する第１生物処理槽１からの流出水中に有機物が多量に残存すると、細菌は有機物を分解して微小動物に捕食されにくい細菌群の形態で増殖するので、第１生物処理槽１で有機物の大部分、例えば排水ＢＯＤの８０％以上、望ましくは９０％以上分解しておくと、細菌の増殖を防止することができる。
【００２９】
第２生物処理槽３において前記条件で処理を行うことにより、第１生物処理槽１の流出水中に残存している有機成分は、共生する細菌により酸化分解されるが、細菌の増殖は少なく、流出水中に分散している非凝集性細菌、凝集性細菌および剥離生物膜の微細化物中の細菌は好気処理により自己分解するとともに、原生動物や後生動物等の微小動物に捕食され、処理液中の汚泥量は減少し、余剰汚泥の減量化が行われる。この場合、第１生物処理槽１の流出水中の大型の凝集性細菌や剥離片などは、微細化装置２で微細化されているので、細菌の菌体が分散して自己消化や微小動物による捕食などが容易になり、汚泥の減容化効率が高くなる。
【００３０】
第２生物処理槽３の槽内液は分離膜モジュール１３により固液分離されるが、第２生物処理槽３が浮遊式活性汚泥法の場合は、固液分離は別の固液分離槽で行われ、分離汚泥の一部は第２生物処理槽３に返送され、一部は余剰汚泥として排出される。第２生物処理槽３が流動床式活性汚泥法の場合は、剥離した汚泥が余剰汚泥として排出される。
【００３１】
上記のように、第１生物処理槽１において有機性排水を生物膜と接触させて好気性処理し、第１生物処理槽１の流出液中の汚泥を微細化装置２において微細化し、微細化汚泥を含む液を第２生物処理槽３において活性汚泥と接触させて好気性処理することにより、小型の装置により高負荷で有機性排水を処理して、処理水質を悪化させることなく、高処理効率で安定して処理することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減することも可能である。
【実施例】
【００３２】
実施例１：
図１の装置を、生物膜を形成したスポンジ担体４が投入されて流動床が形成された容量３．５Ｌの第１生物処理槽１と、超音波処理による微細化装置２と、分離膜モジュール１３を槽内に設置した１５Ｌの浸積膜式活性汚泥槽からなる第２生物処理槽３で構成して、有機性排水を処理した。担体４として添加したスポンジは３ｍｍ角で、第１生物処理槽１の有効容積の２５％投入した。超音波処理の条件は１２５Ｗ、３０ｍｉｎとした。第１生物処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷は４．３ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ3／ｄ、ＨＲＴ１．９ｈ、有機物除去率８８％、第２生物処理槽３の溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０２２ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄ、ＨＲＴ８．３ｈ、全体のＢＯＤ容積負荷０．８４ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ3／ｄ、ＨＲＴ１０．２ｈの条件で運転したところ、処理水は良好で、汚泥転換率は０・０７ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。なお、第２生物処理槽３には、微小動物がＶＳＳ当り２５％と高い割合で認められた。処理開始４ヶ月後の結果を表１に示す。
【００３３】
比較例１：
実施例１の第２生物処理槽３に相当する１５Ｌの浸積膜式活性汚泥槽からなる生物処理装置を用い、第１生物処理槽１および微細化装置２を用いることなく、実施例１と同様に処理を行った。溶解性ＢＯＤ容積負荷は０．８４ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ3／ｄ、ＨＲＴ１０．２ｈの条件で運転したところ、処理水は良好だったものの、汚泥転換率は０．４２ｋｇ一ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理開始４ヶ月後の結果を表１に示す。
【００３４】
比較例２：
実施例１の第１生物処理槽１に相当するスポンジ担体流動床が形成された容量３．５Ｌの第１生物処理槽１と、第２生物処理槽３に相当する１５Ｌの浸積膜式活性汚泥槽からなる生物処理装置を用い、微細化装置２を用いることなく、実施例１と同様に処理を行った。担体４として添加したスポンジは３ｍｍ角で、第１生物処理槽１の有効容積の２５％投入した。第１生物処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷は４．３ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ3／ｄ、ＨＲＴ１．９ｈ、第２生物処理槽３の溶解性ＢＯＤ汚泥負荷は０．０２２ｋｇＢＯＤ／ｋｇ一ＭＬＳＳ／ｄ、ＨＲＴ８．３ｈ、全体のＢＯＤ容積負荷０．８４ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ3／ｄ、ＨＲＴ１０．２ｈの条件で運転したところ、処理水は良好だったが、汚泥転換率は０．１４−０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤと幅があった。処理開始４ヶ月後の結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
2005161227.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３６】
食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水を処理対象として、小型の装置により高負荷処理を行い、余剰汚泥の発生量を低減する有機性排水の処理方法および装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態による含窒素有機性排水の処理方法および装置を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    第１生物処理槽
２    微細化装置
３    第２生物処理槽
４    担体
５    被処理水路
６、１１    曝気装置
７、１２    送気路
８    スクリーン
１３    膜モジュール
１４    処理水路
１５    排泥路
【図１】
2005161227.tif 000004