UASB と DHS リアクターによる嫌気・好気処理システムの染色実廃水への適用
水圏土壌環境制御研究室 中村一彦
指導教官 大橋晶良，原田秀樹
１ 緒言

２．２ 実験装置

近年，環境問題への関心の高まりから染色加工業から

図１に本システムの実験装置概要図を示す。供給水の廃水による中小河川の着色が大きな問題となっている。 は，まず温水槽を通り暖められた後，前段の UASB リ
日本国内での染色廃水排出量は約 100 万m3/day におよアクター（高さ 90cm，容量 2L）に供給され 37℃でび，現在の処理法ではその処理に膨大なエネルギーを費処理される。UASB処理水は後段の DHS リアクターやしている。この問題は日本のみにあらず世界でも大き（G1-DHS，長さ 8m，容量 1.9Ｌ）に全量供給されな問題として取り上げられている。その一方で，生物処室温で処理される。DHS は大気中の酸素を利用し UASB理による染料脱色の報告も数多く報告され，そのメカニ

処理水が重力で流下する間にスポンジの表面または内

１）２）３）ズムが明らかとなってきている。その中の幾つかの報告により，嫌気性条件下で一般的な微生物がアゾ
４）５）系染料を分解・脱色する事が解ってきている部に保持されている微生物により残留物を浄化する機構である。

。そこ

ここで UASB 循環とは，UASB 処理水を窒素で置換さで，本研究では下水処理において卓越した有機物処理のれた脱硫システム内で窒素パージにより脱硫し UASB実績を誇る UASB と DHS の嫌気・好気システム 6）を適用流入下部に返送することである。また，UASB-DHS 循環

し，嫌気性処理による脱色および後段の好気性処理によは，単純に DHS 処理水の一部を UASB へ再び返送する

る有機物および残存染料の分解性を調査した。実染色廃システムである。

水の長期連続処理実験を行い,また，新しい試みとして嫌気・好気の循環による効果について調べた。

途中，スポンジのずり落ちやハエの発生などの問題が発生し，密閉・カーテン型の G2-DHS リアクター（長さ 2m，容量 1.9L）に変更した。このリアクターは２ 実験上部、下部にメッシュを設け、通気をはかった。

２．１ 供試染色廃水
本研究では，供試廃水としてポリエステル系の染色を行う染色工場からの実染色廃水を用いた。この実染色廃水は，染料の多くが生地に吸着されるため着色は比較的少ない廃水である。この工場からの排水は，精錬排水，染色排水，洗浄排水に大きく 3 種類に分けられ，これらを日排出量比で混合したものを混合廃水とした。代表的な化学的組成を表１に示す。
表１ 染色廃水組成

図１ 実験染色廃水処理装置

表２ 運転条件
Run1

Run2

Run3

目的Start-up

汚泥の馴養

染色廃水除去

期間（日）

0-23

23-102102-174

能力の把握
174-195

基質

Run4
有機物除去

洗浄排水

洗浄排水

洗浄排水

人工基質 人工基質+染色排水

染色排水

染色排水

精練排水精練排水

精練排水

Run5Run6

脱色性能の把握

Run7Run8

染料の分解200-272272-312

染色排水

染色排水

循環によるUASB処理の向上
312-317321-390
染色排水染色排水Run9Run10Run11Run12UASB循環を

さらなる

UASB-DHS

実廃水

実廃水へ適応390-415

硫酸塩除去
415-423

循環の効果
428-453

処理
453-

洗浄排水

洗浄排水

洗浄排水

洗浄排水

染色排水

染色排水

染色排水

染色排水

精練排水

精練排水

精練排水

精練排水
8UASB

48→1616→8888888888DHS-

16→881288888888Total

48→1632→1616201616161616161616

ショ糖添加(mgCOD/L)----

Totalで2000

1000

1000

1000

1000

1000

1000

-

染料添加（mL/L)

-----

0.5

0.5

0.1----UASB循環------

1：4

1：4

1：4

1：9

1：4

1：4------

1：1

1：1

HRT(hr)

UASB-DHS循環

--

備考

汚泥職種

G1-DHSの設置

DHS延長

Restart汚泥追加

２．３ 運転条件
実染色廃水処理は、困難を極め実験結果によって運転条件を変更した。連続処理実験全期間にわたる運転条件を表２にまとめた。
-混合廃水処理汚泥追加

G2-DHSの設置

３ 実験結果３．１ 運転状況および有機物除去性能
本システムの連続処理実験結果の一例を図２に示す。
-運転状況
供給水，UASB 処理水，
DHS 処理水の pH はそれぞれ 7.0，はじめ，人工基質によりスタートアップを行った。

7.0，7.5-8.5 程度に保たれた。HRT は UASB，DHS で各(Run1)。UASB の HRT を 16hr まで下げた後，人工基質8hr で，COD 負荷 3kgCOD·m-3·day-1 前後で運転された。に徐々に混合廃水と混ぜ合わせ(Run2)，最終的に混合Run3 以降，実工場廃水の経時的な廃水組成の変動もあ実廃水のみの供給を行った（Run3）。途中，UASB と DHSり，COD 負荷にバラツキが見られた。Run5 からは染の HRT を各 8hr に短縮した。DHS を 8m から 16m に延色排水とショ糖の添加により COD 負荷 6kgCOD·m-3·day-1長し，スポンジ容積 3.8L として運転を続けた（Run4）。

程度，Run9 からは混合廃水とショ糖の添加により COD-染色排水供給による脱色確認

負荷 7.5kgCOD·m-3·day-1 程度，Run12 からは混合廃水の次に、DHS 全長をもとの 8m，スポンジ容積 1.9L にみの供給で COD 負荷 4kgCOD·m-3·day-1 程度で運転されもどし，リスタートし脱色性能を把握するため染色排水た。

のみの供給を行った（Run5）。リスタート時からミネラ-有機物除去性能

ル，トレースエレメントおよびイーストエクストラクト

UASB において，COD はスタートアップから 40％混合およびショ糖の供給を行い，また，UASB と DHS の HRT廃水(68 日目)まで除去率 80％以上の良好な処理が行を各 8hr で運転した。さらに，脱色程度を明確にするわれていたが，それ以降混合廃水濃度が徐々に上がる

ため染色排水にアゾ染料を 0.5mL/L 添加し運転したにつれて処理性能が悪化し，実廃水を用いた場合には（Run6）。

20％程度の除去しか行われなかった。同様に BOD も実-新たなシステムの付加廃水を用いた場合では 20%程度の除去率しか得られな

UASB の機能回復のため，硫酸塩濃度を低減させる UASBかった。この時点で UASB の利点でもあるメタンの生循環システムの導入も行った（Run7）。UASB 循環比 1：4

成はほとんどなく，実廃水には硫化物が非常に多く含で返送させ，染料の濃度を 0.1mL/L に落として運転をくまれていることから硫酸還元が優先し，硫酸還元に行った。この途中から DHS を G1 タイプから密閉・カー伴い生成される硫化水素による阻害が生じていると示テン型の DHS に変更した（Run8）。続いて，混合廃水の唆された。Run4 からのリスタート後も同様の結果が得供給を再開した（Run9）。UASB 循環比を 1：9 に上げられたが，UASB 循環を行うことにより UASB 処理性能（Run10），さらなる処理の向上を目指し UASB-DHS 循環が回復した。これより，UASB 循環により硫化水素阻害を UASB 循環と平行して取り入れた（Run11）。UASB 循環が低減され，その効果が確認された。また、この UASB比は 1：4 に戻し，UASB-DHS 循環比を 1：1 で運転した。

循環は他の高濃度硫酸塩を含む廃水に対しても同効果

最終的に混合廃水のみで運転した（Run12）。

が期待される。

96 日目よりポストトリートメントとして付け加えた
DHS とのトータルシステムでは，全期間にわたり COD除去率 75％程度の良好な有機物処理性能を有していた。
BOD 除去率は 95％以上，BOD は 5-20mgBOD/L 以下と卓越した有機物処理性能が確認された。
また，UASB-DHS 循環後，COD は 100mgCOD/L と最も低い値となった。これより，UASB-DHS 循環よる循環前では分解されなかった難分解性有機物が循環後には分解されている事が示唆された。
フタル酸の測定では，供給水中には，10mgCOD/L のテレフタル酸を含んでいた。その供給水中のテレフタル酸は，UASB での分解は確認されなかったが，DHS においては完全に分解されていた。また、テレフタル酸のほか，フタル酸，イソフタル酸の測定を行ったがテレフタル酸以外のフタル酸類は検出されなかった。
３．２ 脱色評価-吸光度による脱色評価
連続処理実験 272 日目から 390 日目（Run6-Run8）までの染色排水に染料を添加し供給した時の結果について考察する。添加した染料は廃水を頂いている工場で最も多く利用されるアゾ染料の複合Black を用いた。
代表的な染料添加時（0.5mL/L）の各処理水の吸光度変化を図３に示す。580nm にピークが現れ、供給水の最大吸光度波長の吸光度は 2.91，UASB 処理水の供給
水最大吸光度波長の吸光度は 0.83，DHSは 0.62 となり，UASB の脱色率は 72％，DHS の脱色率は 79％となった。同様な結果から UASB では 44-72％の脱色が確認された。これらの吸光度変化より UASB 内では染料の分解が指示される結果となった。しかし，処理水中の濾過時のフィルターを通過する微細な無機物・コロイド等の影響により，これらの脱色率には色のみならずその他の因子の影響もあり，脱色程度をそのまま反映しているものではないと考えられる。また、DHS 処理水において非常に高い脱色率が確認されたが、視覚的には UASB では脱色がみられたが DHS では復色しているようにも見えた。こういったことからも，染料単体を用いた染料分解実験とは異なり，実廃水を基質として行う実験には吸光度による脱色評価は適応しにくい
図２ 連続処理実験結果

ものと考察する。

-透視度を用いた処理水着色度評価ギーには至らなかった。また，UASB-DHS 循環効果によ本実験では脱色評価に透視度が最適と考え透視度の測り，循環前では分解されなかった難分解性有機物の分解定を行った。透視度の測定結果を図 4 に示す。UASB 処が示唆された。さらに，この循環により処理水の透視度

理水はコロイドの生成等により 3cm 程度と低い値となは 30cm 程度となり、さらに視覚的にも透明感が増し、っているが，DHS 処理水では 5-6cm と供給水や UASB 処嫌気・好気循環の効果が推測される。

理水に比べると大きくなたった。UASB-DHS 循環後には，DHS 処理水の透視度は 30cm 程度となり嫌気・好気の循環の効果が見られた。

５ 課題
本実験により UASB-DHS システムによる低コストな有機物除去・脱色効果が確認されたものの、その脱色メカニズムや UASB-DHS 循環による有機物除去メカニズムは解明されておらず今後さらなる研究が必要である。
また、本実験はラボスケールでの実験であり、廃水は約２~３週間毎に入れかえた。そのため、経時的に変化する染色廃水組成に対応できるかを調査する必要がある。

図３ 染料添加（0.5mL/L）時の吸光度変化

参考文献
１）Banat, I. M., Nigam, P., Singh, D. & Marchant, R.
(1996). Microbial decolorization of textile-dye-containing
effluents: a review. Biores. Technol. 58, 217-227.
２）McMullan, G., Meehan, C., Conneely, A., Kirby,N., Robinson, T., Nigam, P., Banat, I. M., Marchant, R.
& Smyth, W. F. (2001). Microbial decolouisation anddegradation of textile dyes. Appl. Microbiol. Biotechnol.
56, 81-87.
３）Chu, H. C. & Chen, K. M. (2002). Reuse ofactivated sludge biomass: I. Removal of basic dyes fromwastewater by biomass. Process Biochem. 37, 595-600.

図４連続処理実験の透視度の変化４）Carliell, C. M., Barclay, S. J., Naidoo, N., Buckley,C. A., Mulholland, D. A. & Senior, E. (1995). Microbial

４ まとめ
この嫌気・好気の UASB-DHS 処理システムを用いた実

decolourisation of a reactive azo dye under anaerobic
conditions. Water SA 21, 61-69.

染色廃水の連続処理実験を行った結果，HRT は UASB8hr５）van der Zee, F. P., Lettinga, G. & Field, J. A.と DHS8hr のトータル 16hr で良好な処理が行われ，(2001). Azo dye decolourisation by anaerobic granular

低コスト運転が実現した。高濃度の硫酸塩を含む実染色sludge. Chemosphere 44, 1169-1176.

廃水においても，UASB 循環を行うことで硫化水素阻害６）高橋優信.(2002).発展途上国に適応可能なエネを低減し，安定した処理を行うことができた。しかし、ルギー最小消費型の下水処理プロセススポンジ担

廃水中に高濃度硫酸塩を含む事からも、UASB 内ではメ体散水ろ床(DHS-G3)リアクターの処理特性. 長岡技

タン生成細菌よりも硫酸塩還元細菌が優先したため、本術科学大学修士論文.

研究の目的の一つであるメタン生成は行われず創エネル