(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性汚水の微生物処理とともに、汚水色度を改善する汚水処理において、非結晶質水酸化アルミニウムの懸濁液に有機系高分子凝集剤を添加して得られる濃縮分離液を脱水した着色成分除去機能を併せ持つ脱水乾燥生成物（Ａ）を非結晶質水酸化アルミニウム濃度換算で１００〜５００ppmと、結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）を固形物換算で２５００〜１２０００ppmと褐炭乾留物（Ｃ）を固形物換算で１１００〜５５００ppmのいずれか一方又は双方を、微生物処理槽またはそれ以前の処理工程にある汚水のいずれかに同時にまたは別個に添加することを特徴とする有機性汚水の処理方法。
【請求項２】
有機性汚水の微生物処理とともに、汚水色度を改善する汚水処理において、非結晶質水酸化アルミニウムの懸濁液に有機系高分子凝集剤を添加して得られる濃縮分離液を脱水した着色成分除去機能を併せ持つ脱水乾燥生成物（Ａ）を非結晶質水酸化アルミニウム濃度換算で１００〜５００ppmと、結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）を固形物換算で２５００〜１２０００ppmと褐炭乾留物（Ｃ）を固形物換算で１１００〜５５００ppmのいずれか一方または双方を混合してなる水処理剤を、微生物処理槽またはそれ以前にある有機性汚水のいずれかに添加することを特徴とする有機性汚水の処理方法。
【請求項３】
前記有機系高分子凝集剤が、アクリル酸とアクリルアミドの共重合体とポリアクリルアミド部分加水分解物の中のいずれか一つである請求項１または２に記載の有機性汚水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は有機性汚水の処理方法に関し、特にりん、窒素、色度、難分解性有機物質などを低減できるようにした有機性汚水の好適な処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、都市下水や大規模な生活排水の有機性汚水を対象に好気性微生物を利用した活性汚泥法による汚水処理が広く行われている。しかしながら、有機性廃水は標準的な活性汚泥法では十分な処理が得られていないのが実情である。さらに近年は、有機性汚水に関して特に湖や湾などの閉鎖水系域において富栄養化現象の進行が顕著で、それらに流入する廃水の対策にも苦慮している。
【０００３】
こうした事態に対する対策として、りん、窒素などの栄養塩類の除去は勿論、色度の低減、界面活性剤に代表される難分解性有機物の除去を含めた有機性汚水の有効な処理が必要で、そのために各種の高度処理プロセスが提案されている。例えば、活性汚泥処理プロセスの後に濾過プロセスを組合わせた方法が提案され、これが現在では最も普及しつつある。これは浮遊性懸濁物質の除去には効果があるが、溶解性の窒素、りんといった栄養塩類の除去、或いはフミン酸などによる着色物質や界面活性剤類などの難分解性有機物に対しては十分な効果が得られないといった問題がある。
【０００４】
また別の方法として、溶解性りんや窒素を除去するために、一般的な活性汚泥法を改良して嫌気性処理−無酸素−好気性処理を行うもの、凝集剤併用型循環式硝化脱窒法が開発されている。
【０００５】
しかしながら、前者の方法は嫌気槽、無酸素槽、撹拌槽、撹拌装置などの反応槽や設備が伴なう問題があった。また、後者の方法も各種の設備を必要とする他に、アルミニウム塩などの無機凝集剤の添加量が過剰になると、沈降性の悪い水酸化アルミニウムの微粒子が生成し、これが処理水の中へ流入するといった問題があった。さらに、ＮａＯＨなどの添加により硝化活性が阻害され処理能力が低下するなどの問題もあった。
【０００６】
色度や難分解性有機物などの溶解性有機物の除去を目的としたものとして、粉末活性炭を曝気槽へ添加するいわゆるＰＡＣＴ法や粒状活性炭による濾過法などがあるが、溶解性りんやアンモニア態窒素に対する十分な効果は発揮されない。溶解性りん、アンモニア態窒素、色度、難分解性有機物質を同時に除去するには、これらの高度処理法のほかにＲＯ膜などの機能性膜を組合わせたプロセスを行うことが必要で、そのためには広大な敷地を必要として市街地では用地の確保が困難であるばかりか、設備の維持管理が複雑となるといった問題点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、従来の活性汚泥プロセスの設備を変更することなく、有機性汚水のりん、窒素、色度とともに、生物難分解の溶解性有機物質を含めた全体の有機物質を低減し、しかも通常の活性汚泥法の処理能力を低下させることなく有機性汚水の処理を行なおうとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、有機性汚水の微生物処理とともに、汚水色度を改善する汚水処理において、非結晶質水酸化アルミニウムの懸濁液に有機系高分子凝集剤を添加して得られる濃縮分離液を脱水した着色成分除去機能を併せ持つ脱水乾燥生成物（Ａ）を非結晶質水酸化アルミニウム濃度換算で１００〜５００ppmと、結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）を固形物換算で２５００〜１２０００ppmと褐炭乾留物（Ｃ）を固形物換算で１１００〜５５００ppmのいずれか一方又は双方を、微生物処理槽またはそれ以前の処理工程にある汚水のいずれかに同時にまたは別個に添加することを特徴とする有機性汚水の処理方法（請求項１）、有機性汚水の微生物処理とともに、汚水色度を改善する汚水処理において、非結晶質水酸化アルミニウムの懸濁液に有機系高分子凝集剤を添加して得られる濃縮分離液を脱水した着色成分除去機能を併せ持つ脱水乾燥生成物（Ａ）を非結晶質水酸化アルミニウム濃度換算で１００〜５００ppmと、結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）を固形物換算で２５００〜１２０００ppmと褐炭乾留物（Ｃ）を固形物換算で１１００〜５５００ppmのいずれか一方または双方を混合してなる水処理剤を、微生物処理槽またはそれ以前にある有機性汚水のいずれかに添加することを特徴とする有機性汚水の処理方法（請求項２）および前記有機系高分子凝集剤が、アクリル酸とアクリルアミドの共重合体とポリアクリルアミド部分加水分解物の中のいずれか一つである請求項１または２に記載の有機性汚水の処理方法（請求項３）である。以下に、これらの発明の詳細を説明する。
【０００９】
この発明の対象汚水は、都市下水、し尿などの有機性汚水で、例えば水質が１〜２０ppm の溶解性りん（ＰをＰＯ4 として）、１０〜４０ppm のアンモニア態窒素（Ｎ−ＮＨ3 として）、３０〜２００度の色度、５０〜５００ppm のＢＯＤ、５０〜２５０ppm のＣＯＤ、０．１〜５ppm のＭＢＡＳ（メチレンブルー活性物質）を対象目安とする。また、処理水は、これまで下水処理水循環再利用水質として採用されているレベルを目標として、溶解性りん０．５ppm 以下、アンモニア態窒素７ppm 以下、色度１０度以下、ＢＯＤ７ppm 以下、ＣＯＤ７ppm 以下、ＭＢＡＳ０．０５ppm 以下とし、これらを達成する高度処理方法を得ようとするものである。
【００１０】
そのために、この発明では非結晶質水酸化アルミニウムの懸濁液に有機系高分子凝集剤を添加して得られる濃縮分離液を脱水した着色成分除去機能を併せ持つ脱水乾燥生成物（Ａ）を非結晶質水酸化アルミニウム濃度換算で１００〜５００ppmと、結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）を固形物換算で２５００〜１２０００ppmと褐炭乾留物（Ｃ）を固形物換算で１１００〜５５００ppmのいずれか一方又は双方を汚水の処理工程で添加するものである。
【００１１】
非結晶質水酸化アルミニウムの懸濁液に有機系高分子凝集剤を添加して得られる濃縮分離液を脱水した着色成分除去機能を併せ持つ脱水乾燥生成物（Ａ）は、この発明の水処理剤の主成分で添加量は非結晶質水酸化アルミニウム濃度換算で１００〜５００ppmである。ここで用いる非結晶質水酸化アルミニウムは、粒径５０μｍ以下の微粒子であり、その懸濁液のｐＨを１０以下とする。
【００１２】
例えば、アルミン酸ナトリウムやアルミン酸カリウム等のアルミン酸塩に硫酸や塩酸等の強酸を添加して、ｐＨを１０以下に低下させると、非結晶質水酸化アルミニウムの微粒子が生成する。これらの微粒子の粒径は一般に５０μｍ以下を主体とし、こうして生成した非結晶質水酸化アルミニウム懸濁液は非常に安定して分散している。この懸濁液のｐＨを１０以下に調整した後、有機系高分子凝集剤を添加しながら、上記酸でｐＨをさらに中性域まで低減させると、予め生成させておいた粒径５０μｍ以下の非結晶質水酸化アルミニウムの微粒子を種として添加した有機系高分子凝集剤の凝集作用により、粒径が５０μｍ以上の非結晶質水酸化アルミニウムの粒子のフロックが形成される。その結果、凝集後の非結晶質水酸化アルミニウムは速やかに沈降分離し、しかも濾過性に優れるので脱水が容易となる。その際、使用する有機系高分子凝集剤添加量はアルミン酸塩に対して０．１〜１．０重量％である。それに対して有機系高分子凝集剤無添加の条件で生成させた非結晶質水酸化アルミニウム懸濁液は、非常に安定な分散系を形成するため、濾過性が非常に悪く、脱水が困難となる。
【００１３】
さらに、この発明の脱水乾燥物（Ａ）は、工場の廃棄物から生成することも出来る。例示すると、アルミサッシ製造工程に代表される表面処理工程（アルマイト加工）で排出されるアルカリ性排水に、陽極処理工程から出る酸性排水を添加して非結晶質水酸化アルミニウム懸濁液とし、これにさらに有機系高分子凝集剤を加えてから濃縮し脱水乾燥物とする。この脱水乾燥は水分２０％以下とするが、上記のようにアルミサッシ工場が近くにあって非晶質アルミニウムが下水処理場に近接して得られる場合は、有機系高分子凝集剤を加えた濃縮液またはその脱水生成物をそまま使用してもよい。
【００１４】
この発明で用いる有機系高分子凝集剤は、例えばアクリル酸とアクリルアミドの共重合体或いはポリアクリルアミド部分加水分解物であり、水中で解離した場合に、アニオン性あるいは非イオン性を示す。特に平均分子量が５００×１０4 〜２５００×１０4 の範囲にあるものが望ましい。このような有機系高分子凝集剤が非結晶質水酸化アルミニウム懸濁液の沈降分離性を向上させると同時に濾過及び脱水を容易とする。
【００１５】
上記の（Ａ）成分を汚水処理プロセス中に供給すると、非結晶質水酸化アルミニウムおよびその表面に付着する有機系高分子凝集剤の両方の機能により従来の活性汚泥法ではほとんど除去できないオルトりん酸、ピロリン酸等のポリりん酸の低減に効果を発揮する。
【００１６】
同時に、この発明によるとＳＳ性物質の吸着除去も有効に行われる。このため、従来の活性汚泥法のように有機性りんだけでなく無機性りんを含めたトータルりんに対する除去能力を大幅に向上させることが出来る。
【００１７】
さらに、上記（Ａ）成分によると、現在発がん性物質として問題となっているトリハロメタンの前駆体でもあるフミン酸、フルボ酸などのフミン質などの有機系高分子着色成分の除去に対しても有効であることが確認され、処理水質の色度を著しく低下させることも出来るようになる。
【００１８】
（Ａ）成分の使用粒径は、３００μｍ以下とし、特に５０〜１５０μｍが好ましい。（Ａ）成分添加量は、汚水に対し非結晶質水酸化アルミニウム濃度換算で１００〜５００ppm である。汚水に対する添加量が５００ppm を超えると活性汚泥微生物群の栄養源であるりんが過剰吸着され微生物活性を低下させる。その結果、本来持ち合わせている活性汚泥による浄化能力が十分に発揮されない。また、一部の活性汚泥微生物群への悪影響も懸念される。添加量が１００ppm 未満では溶解性りんや着色成分などの除去に対して十分な効果は得られない。さらに好ましい添加量は、２５０〜４５０ppm である。
【００１９】
（Ａ）成分の添加位置については、以下に説明する（Ｂ）成分およびＣ成分と同様で、好気性微生物処理の中でも一般的な活性汚泥法との組み合わせでは曝気槽前段以前の工程中の汚水、即ち初沈流入水、初沈、初沈流出水、曝気槽流入水または曝気槽のいずれかなどが適当である。さらに、これらの（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、上記の添加位置にあって同じであってもよいが、上記の範囲で添加位置をそれぞれ異にしてもよい。
【００２０】
非結晶質水酸化アルミニウムに有機系高分子凝集剤を添加して得た脱水生成物の（Ａ）成分は、次に説明する結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）と褐炭乾留物（Ｃ）のいずれかまたは双方と組み合わせて使用される。
【００２１】
ここに用いる結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）には、例えばモルデナイトやクリノプチオライトなどの天然ゼオライトが用いられる。これを有機性汚水に添加すると、標準的な活性汚泥法ではほとんど除去されない溶解性窒素の主成分であるアンモニア態窒素の吸着除去が効果的に行われる。また、ＳＳ成分や活性汚泥フロックに対する吸着性が高く、凝集性を高めることで終沈における沈降分離速度を向上させる。さらに、バルキング対策にも効果を発揮して安定した処理水を得ることが出来る。
【００２２】
結晶質アルミノ珪酸塩の使用粒径は３００μｍ以下とし、特に５０〜１５０μｍが好ましい。粒径をこの範囲で用いると、添加後数分以内にほぼイオン交換は平衡状態に達し、活性汚泥やそれ以外のＳＳ成分による細孔閉塞の影響を最小限に抑えることが可能となり、水温の影響も受けることなく、効果的にアンモニア態窒素の除去が可能となる。
【００２３】
Ｂ成分の添加量は、汚水に対し固形分換算で２５００〜１２０００ppm が好ましい。これが２５００ppm 未満ではアンモニア態窒素に対する吸着効果が十分でなく、また１２０００ppm を超えると活性汚泥微生物群の栄養源である窒素を過剰に吸着するため、微生物活性を低下させ活性汚泥法による浄化能力が十分に発揮されなくなる。
【００２４】
この発明のその他の構成成分は、褐炭乾留物（Ｃ）である。褐炭乾留物（Ｃ）は、褐炭を３００〜８００℃、好ましくは５００〜７００℃で５〜１０時間炭化して得られたものである。その灰分は３％以下、揮発分５％以下、固定炭素分９０％以上で、比表面積が２００ｍ2 ／ｇ以上の多孔質炭素材である。
【００２５】
この褐炭乾留物は分子量１０００以下の低分子難分解性有機物質の除去に有効である。いわゆるＣＯＤ成分の除去に効果がある。例えば、一般的な都市下水をみた場合、その中に含まれている難分解性有機物質ではフェノール等の芳香族ベンゾピレン等の多環芳香族に代表される低分子量の疎水性有機物質や発泡の原因であるアルキルベンゼンスルフォン酸塩（ＡＢＳ）やアルキルフェノールエトキシレート（ＡＰＥ）などの界面活性剤に対する吸着性能に優れている。これは、褐炭乾留物（Ｃ）が炭素系多孔質素材としての特性と数十Ａ以下の細孔が発達した構造を持つためである。また、（Ｃ）成分は同時に浮遊状粒子物質（ＳＳ）の吸着除去に有効であるため、ＢＯＤ低減にも有効である。さらに、初沈や曝気槽中の汚水から発生する、硫化水素やメチルメルカプタンなどの硫黄系悪臭成分低減機能も付与することが可能である。
【００２６】
褐炭乾留物の粒径は、結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）と同様に３００μｍ以下で、好ましくは５０〜１５０μｍである。また、添加量は汚水に対して固形分換算で１１００〜５５００ppm とする。これが１１００ppm 未満では吸着機能が十分でなく有機物質は低減されない。これが５５００ppm を超えると難分解の溶解性有機物質に対する吸着除去効果がほぼ収束してしまうため、分子量の大きい炭水化物や蛋白質など活性汚泥微生物群の栄養源の吸着が急激に進行し、その結果微生物活性への影響が浄化能力を低下させる。
【００２７】
この発明は、以上に説明したように対象汚水の水質と目標処理水質に応じて、溶解性りん、ＳＳ性物質、フミン質などの着色成分の除去に有効な、非結晶質水酸化アルミニウムに高分子凝集剤を添加して得た乾燥生成物（Ａ）に、アンモニア態窒素、ＳＳ成分の除去効果のある結晶質アルミノ珪酸塩（Ｂ）および難分解溶解性有機物質の吸着除去に有効な褐炭乾留物（Ｃ）のいずれか一方または双方と組合わせた水処理剤を用いて処理を行うものである。
【００２８】
従って、この発明によれば下水高度処理に必要なプロセスを新に増設しなくとも、従来の設備を用いてこれまで大きな問題となっていた水質に対し、一般の活性汚泥法による処理能力を低下させないで溶解性りんの低減、フミン質などによる着色が原因となる色度の低減、アンモニア態窒素の低減、曝気槽での発泡現象の抑制、難分解性低分子有機物質の低減、硫化水素などの悪臭成分の低減、汚泥沈降分離性向上によるバルキング防止、温度やｐＨの変化に対応し年間の安定した操業、活性汚泥微生物群の活性の向上といったことをもたらすことが出来るようになった。
【００２９】
なお、本発明によれば水処理剤の各成分の配合比を調整することにより、下水以外の染色廃水中の色度成分の除去、し尿廃水中のアンモニア態窒素及び色度の除去、各種産業廃水中のりん成分の除去に利用することが出来る。
【００３０】
この発明は、非結晶質水酸化アルミニウムの懸濁液に有機系高分子凝集剤を添加して得られる濃縮分離液を脱水した着色成分除去機能を併せ持つ脱水乾燥生成物で、従来の活性汚泥法では除去できないオルトリン酸、ピロリン酸などのポリリン酸や、フミン酸などの着色成分を除去するとともに、結晶質アルミノ珪酸塩でこれも通常の活性汚泥法では除去されないアンモニア態窒素の吸着除去を行い、さらに褐炭乾留物で難分解性有機物を除去しようとするものである。
【００３１】
【実施例】
（実施例１〜４，比較例１〜６）
Ａ市の下水処理場で採取した沈砂池流出水、返送汚泥を用いて次のような実験装置で連続式水処理実験を行った。最初沈殿池を長さ１００cm、幅２５cm、水深４０cmとして、これに上記の沈砂池流出水を０．８ｍ3 ／日の割合で連続的に供給した。
【００３２】
さらに、最初沈殿池から流出した下水を、活性汚泥を満たした長さ１００cm、幅２０cm、水深５０cmの曝気槽に連続的に供給し、曝気槽の底から１６ｍ3 ／日で空気を送り曝気を行った。
曝気槽から流出した下水は、最初沈殿槽と同じサイズの最終沈殿槽に送り上澄液を処理水として採取した。一方、最終沈殿槽の下部からは沈降汚泥の界面が上昇して上澄液に混入しないように汚泥を引き抜いた。引抜いた汚泥の一部を平均で０．２ｍ3 ／日の割合で曝気槽に返送した。こうした条件下で２週間連続運転して処理水が安定した後に実験を開始した。
【００３３】
実験に使用した下水の水質および水質評価項目は表１に示す通りである。水処理剤成分の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）成分は次の通りとした。まず、（Ａ）はアルミン酸ナトリウム５重量％水溶液１０００ｇのｐＨを濃硫酸で１０以下に調整した後、アニオン性有機系高分子凝集剤カヤフロック A210(日本化薬（株））商品０．１重量％水溶液を２５０ｇ添加しながら、さらに濃硫酸でｐＨを６〜７に低下させた後、緩やかに１時間撹拌を行った。こうして得られた懸濁液を濾過分離、加熱乾燥した。
【００３４】
（Ｂ）の結晶質アルミノ珪酸塩は、秋田県二ツ町産天然ゼオライトであるクリノブチオライト、（Ｃ）は褐炭を８００℃で１０時間乾留したのもので、灰分２．８％，揮発分４．２％，固定炭素分９２％，比表面積３００ｍ2 ／ｇを用いた。
【００３５】
なお、嫌気−無酸素−好気法および凝集剤併用型硝化脱窒法の実験条件は、「高度処理施設設計マニュアル（案）」（平成６年５月２５日  社団法人日本下水道協会発行）によった。結果は表２ないし表５に示す通りであった。
【００３６】
【表１】
0003812961.tif 000002
【００３７】
【表２】
0003812961.tif 000003
【００３８】
【表３】
0003812961.tif 000004
【００３９】
【表４】
0003812961.tif 000005
【００４０】
【表５】
0003812961.tif 000006
【００４１】
表２および表３に見られるように、実施例１ないし４は、処理水がいずれも表１に示す基準値を満足していることが分かる。これに対して、表４および表５に示す比較例１ないし比較例６は満足すべき水質とはなっていない。
【００４２】
（実施例５および６）
水処理剤として、実施例１に用いた同じ成分（Ａ）および（Ｂ），（Ａ）および（Ｃ）を用いて、実施例１と同じようにして汚水処理の実験を行ったところ、結果は表６の通りであった。
【００４３】
【表６】
0003812961.tif 000007
【００４４】
【発明の効果】
以上の通り、従来の活性汚泥の設備を変更することなく、有機性汚水のりん、窒素、色度、生物難分解の溶解性有機物質を含めた全体の有機物質を低減することが出来るようになった。しかも、この発明のよれば通常の活性汚泥法の処理能力を低下させることなく有機性汚水の処理を行なうことが出来るようになった。