JP5063975B2

JP5063975B2 - 有機性排水の処理方法及び処理装置

Info

Publication number: JP5063975B2
Application number: JP2006280384A
Authority: JP
Inventors: 伸行立光; 朋弘佐藤; 彰斉藤
Original assignee: Kobelco Eco Solutions Co Ltd
Current assignee: Shinko Pantec Co Ltd
Priority date: 2006-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP2008093609A

Description

本発明は有機性排水の処理技術に関し、特に下水消化汚泥の脱水分離液等の生物難分解性有機物を含み且つアンモニア性窒素を含む有機性排水の効果的な処理方法及び処理装置に関するものである。

一般に、有機物質を含む下水等の原水は最初沈殿池（最初沈殿槽）、生物処理槽（例えば、活性汚泥処理槽）及び最終沈殿池（最終沈殿槽）からなる排水処理設備により処理し、最終沈殿池で発生した余剰汚泥、及び最初沈殿池で発生した生汚泥を嫌気性消化処理して、そしてこの消化汚泥を脱水処理して分離した脱水分離液を前記排水処理設備の入り側に戻す処理方法が採用されている。

しかし、前記脱水分離液に難分解性有機物が含まれているため、この脱水分離液を前記排水処理設備の入り側（原水流入側）に戻すと、排水処理設備の最終沈殿池から放流される処理水の水質を良好に維持できない恐れがある。特に嫌気性消化処理の前に熱処理等の可溶化処理を行った場合には、難分解性有機物の量が増加するため、良好な処理水を確保することが困難となる。

この問題を解決するため、脱水分離液に何らかの処理を施した後、排水処理設備に戻すことが検討されている（特許文献１参照）。しかし、活性汚泥法等の生物処理では、難分解性有機物を十分除去できない。また、オゾン酸化や活性炭吸着、電気分解等の物理化学的な処理は難分解性有機物の除去に有効ではあるが、多くの電力、薬品等のユーティリティを必要とし、コストが非常に高いという問題がある。
特開平２００４−９７９０３号公報

本発明は、このような従来の問題点を解消し、難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する有機性排水の処理を対象として、特に排水処理設備から発生する有機汚泥の脱水分離液中の難分解性有機物を含むCOD成分を、低コストで効率的に低減することが可能な有機性排水の処理方法を提供することを課題としたものである。

そして、上記課題の達成のために完成された本発明の要旨とする構成は以下の通りである。

上記課題の達成のために完成された本発明の汚泥の脱水処理方法の要旨とする構成は以下のとおりである。
（１）生物難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する排水の処理方法において、有機汚泥を嫌気性消化処理し、この消化処理後の消化汚泥を脱水処理して分離した前記排水である脱水分離液に生物学的硝化処理を行ってそのpHを低下させた後、前記硝化処理後の硝化処理液に固液分離を施して該処理液中の固形物を分離し、次いで固形物を分離した硝化処理液にｐＨ調整剤を添加して該硝化処理液のｐＨを低下させ、ｐＨが低下した前記硝化処理液に鉄系の凝集剤を添加して該処理液中の有機物を凝集処理し、前記凝集処理した凝集処理液に固液分離を施して該凝集処理液中の凝集有機物を分離することを特徴とする有機性排水の処理方法。（請求項１）。
（２）前記生物学的硝化処理を行ってそのpHを7以下に低下させることを特徴とする上記１に記載の有機性排水の処理方法（請求項２）。
（３）前記生物学的硝化処理を行ってそのpHを6.5以下に低下させることを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法（請求項３）。
（４）前記硝化処理液に膜による固液分離を施すことを特徴とする上記１に記載の有機性排水の処理方法（請求項４）。
（５）前記硝化処理液に凝集剤を添加する際に該硝化処理液に混和処理を施すことを特徴とする上記１〜４のいずれかに記載の有機性排水の処理方法（請求項５）。
（６）生物難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する排水の処理装置において、有機汚泥を嫌気性消化処理する消化装置と、この消化処理後の消化汚泥を脱水処理する脱水装置と、脱水処理後の前記排水である脱水分離液を生物学的硝化処理してそのpHを低下させる硝化処理槽と、硝化処理された硝化液を固液分離する固液分離装置と、固液分離された後にｐＨ調整剤によりｐＨが低下された硝化液を鉄系の凝集剤により凝集処理する凝集処理槽と、凝集処理された凝集分離液を凝集物と処理液とに分離する凝集物分離装置とからなることを特徴とする有機性排水処理装置（請求項６）。
（７）前記固液分離装置が膜分離装置であることを特徴とする上記６に記載の有機性排水処理装置（請求項７）。

（２）難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する排水の処理方法において、前記排水に生物学的硝化処理を行ってそのpHを低下させた後、前記硝化処理後の硝化処理液に固液分離を施して該処理液中の固形物を分離し、次いで固形物を分離した硝化処理液に凝集剤を添加して該処理液中の有機物を凝集処理し、前記凝集処理した凝集処理液に固液分離を施して該凝集処理液中の凝集有機物を分離することを特徴とする有機性排水の処理方法（請求項２）。

（３）前記生物学的硝化処理を行ってそのpHを7以下に低下させることを特徴とする上記１または２に記載の有機性排水の処理方法（請求項３）。

（４）前記生物学的硝化処理を行ってそのpHを6.5以下に低下させることを特徴とする請求項１または２に記載の有機性排水の処理方法（請求項４）。

（５）前記硝化処理液に膜による固液分離を施すことを特徴とする上記２に記載の有機性排水の処理方法（請求項５）。

（６）前記凝集剤が鉄系の凝集剤であることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の有機性排水の処理方法（請求項６）。

（７）前記硝化処理液に凝集剤を添加する際に該硝化処理液に混和処理を施すことを特徴とする上記１〜６のいずれかに記載の有機性排水の処理方法（請求項７）。

（８）難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する排水の処理装置において、前記排水を生物学的硝化処理してそのpHを低下させる硝化処理槽と、生物学的硝化処理された硝化液を凝集剤により凝集処理する凝集処理槽と、凝集処理された凝集分離液を凝集物と処理液とに分離する凝集物分離装置とからなることを特徴とする有機性排水処理装置（請求項８）。

（９）難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する排水の処理装置において、前記排水生物学的硝化処理してそのpHを低下させる硝化処理槽と、硝化処理された硝化液を固液分離する固液分離装置と、固液分離された硝化液を凝集剤により凝集処理する凝集処理槽と、凝集処理された凝集分離液を凝集物と処理液とに分離する凝集物分離装置とからなることを特徴とする有機性排水処理装置（請求項９）。

（１０）前記固液分離装置が膜分離装置であることを特徴とする上記９に記載の有機性排水処理装置（請求項１０）。

このような本発明によれば、難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する有機性排水の処理を対象として、特に排水処理設備から発生する有機汚泥の脱水分離液中の生物難分解性物質を含む有機物（COD成分）を凝集処理により効果的に除去、低減することが可能となる。また、この凝集処理の際に必要な凝集剤及びpH調整剤等の薬剤が非常に少ない使用量ですみ、ランニングコストを下げることができる。さらに、装置、設備についてもコンパクトな構成のもので対応でき、イニシャルコストも低減することが可能となる。

以下、本発明についてその典型的な実施形態を中心に図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態を示した処理フロー図である、同図において、脱水分離液Aは、図３に示す排水処理設備（一般に最初沈殿槽１１、生物処理槽１２及び最終沈殿槽１３からなる）、そして同排水処理設備から発生した有機性汚泥を減容化する汚泥処理設備（例えば、高濃度濃縮装置１４、加水分解装置１５、消化装置１６及び脱水装置１７からなる）を経た有機性汚泥の脱水後の分離液を示している。この脱水分離液Aは、後述する分離液処理装置１８により処理される。

この脱水分離液Aは、加水分解装置が高温高圧処理（投入汚泥濃度１０〜１５％、温度１２０〜２００℃、圧力０．１〜１．５ＭＰａ）の場合、通常pHが７．５〜８．５程度であり、そして難分解性有機物を含む上澄みCOD Mnが1000〜1500mg/L程度含まれ、またアンモニア性窒素が1500〜2500mg/L程度含まれている。

本発明では、有機性排水としてこの脱水分離液Aを、硝化槽１、固液分離手段（固液分離装置）４、混和槽５及び凝集物分離装置７からなる分離液処理装置１８で処理する。先ず、この脱水分離液Aを硝化槽１に導き、ここで生物学的硝化処理（以下、単に硝化または硝化処理という）を行ない、前記のようなpHの高い脱水分離液AをpH値が７以下、好ましくは６．５以下の液（硝化液）に転換させる。硝化槽１にはこの硝化処理を促進させるため、その槽内の底部に散気装置２が設置され、外部よりエアー３を同装置に供給し、硝化槽内の液をバブリングにより撹拌できるように構成されている。また、同硝化槽１の槽内には脱水分離液Aの供給側と反対側の位置に、固液分離手段（固液分離装置）４として浸漬膜（中空糸膜、平膜等）が配設されている。

この硝化処理には周知の硝化菌（亜硝酸菌及び硝酸菌）を用いて行う。硝化槽１に導かれた脱水分離液Aは、上記散気装置２により撹拌され、液中のアンモニア性窒素は硝化菌により好気的酸化がなされ、下式（１）（２）のような硝化反応が進行する。また、この式（１）と式（２）を合わせると式（３）になる。

ＮＨ_４ ^＋ + ３／２Ｏ_２ → ＮＯ_２ ⁻ + Ｈ_２Ｏ + ２Ｈ^＋・・・（１）
ＮＯ_２ ⁻ + １／２Ｏ_２ → ＮＯ₃ ⁻ ・・・（２）
ＮＨ_４ ^＋ + ２Ｏ_２ → ＮＯ₃ ⁻ ＋Ｈ_２Ｏ + ２Ｈ^＋・・・（３）
このように、脱水分離液は、この硝化処理により硝化された結果、Ｈ^＋を生成し、そのpHが前記のような値に下がることになる。

また、ここ硝化処理によって、分解しやすい一部の有機物も分解される。

次に、硝化された脱水分離液（硝化液）を浸漬膜４を通して、前工程の脱水分離時に分離できなかった固形物及び硝化処理により分解生成した有機物（例えば、硝化菌）などの固形物を固液分離する。これにより、次の凝集処理工程における凝集剤の使用量を減らすことができる。

そして、次いで、固液分離された硝化液（Ｂ）を混和槽５（凝集処理槽）に供給し、この混和槽５において、塩化第二鉄、硫酸第二鉄などの鉄系の凝集剤（酸性凝集剤）６を硝化液に添加するとともに、槽内に設けられたインペラーを回転させながら硝化液の凝集処理を行う。

この混和槽５での凝集処理により、硝化液のpHが前工程の硝化処理によりすでに低下しているため、鉄系の凝集剤６の凝集作用が有効に発揮され、液中に含まれる難分解性有機物が効率的にフロック化した凝集有機物となる。なお、ここで、脱水分離液AのpHがもともと高い場合など、硝化処理によってそのpHを下げたとしても、例えばpH値が７以下に到達せず、鉄系の凝集剤すなわち酸性凝集による作用が不十分と想定される際には、硫酸などのpH調整剤を適宜必要量添加して、硝化液のpH値が適正範囲になるようにさらに低下、調整する。かかるpH調整剤を添加する場合であっても、硝化液のpHは硝化処理のより相対的に低下しているため、pH調整剤の必要量は硝化処理をせずにそのまま凝集処理する場合に比べて少なくて済み、経済的に有利である。

そして、最後に、混和槽５での凝集処理を終えた凝集分離液Ｃを凝集物分離装置であるベルト濃縮機７に送り、固液分離を行ない、処理液Ｄと凝集汚泥Eを得る。この固液分離により、凝集分離液Cの、生物難分解性有機物は凝集有機物として分離されるため、得られた処理液は生物難分解性有機物濃度が大幅に低下した清浄な液となる。凝集汚泥Ｅは脱水分離液Ａの発生元である脱水機の前に戻し、消化汚泥と一緒にさらに脱水、濃縮されることになる。

こうして得られた処理液Ｄは、水処理系（排水処理設備）に戻されることになる。なお、処理液Cには窒素成分が残存しているが、水処理系で十分対応できるため、特に問題はない。

このような、本発明の実施形態によれば、上述のように硝化処理、凝集処理及び固液分離を組み合わせることにより、難分解性有機物を含み、pHが高い脱水分離液のような有機性排水においても、少ない凝集剤の使用量で難分解性有機物を含むCOD成分を効果的に分離、除去することができる。また、pH調整剤が必要な場合においてもその使用量を最小限にすることができる。そして、この分離、除去のための装置・設備も非常にコンパクトな構成のもので対応することができる。したがって、イニシャルコスト及びランニングコスト共に低く維持して、難分解性有機物を分離、除去できるという優れた利点を有するものである。

本発明の上記実施形態では、硝化槽１で硝化処理された硝化液中の固形物（有機物）を同槽内に設けた浸漬膜４により固液分離したが、浸漬膜４を用いず、硝化処理を経た硝化液Bを沈殿槽や遠心濃縮機などの固液分離装置に供給して固液分離しても良い。

また、本発明実施形態では、硝化液Ｂを凝集処理する際に混和槽５で鉄系の凝集剤６を添加したが、硝化液Ｂの混和槽５への供給管路に事前に添加するようにしても良い。

さらに、本発明実施形態では、凝集分離液Cをベルト濃縮機７を用いて同凝集分離液中の凝集物（凝集汚泥Ｅ）を分離して最終的に処理液D得たが、フィルタープレス、スクリュープレス、回転式加圧脱水機等の他の凝集物分離装置を用いて凝集物と処理液とに固液分離してもかまわない。

以下、実施例を挙げて、本発明の優れた効果を明確にすることにする。

(実施例)
図２に示す処理フローのように、下水消化汚泥の脱水分離液（pH：8.1）を対象とし、これを硝化槽（有効容積：4 L）で硝化処理した後、沈殿槽（有効容積：4 L）で固液分離を行い、沈殿槽から取り出した上澄みの硝化液（pH：6.5）に硫酸を加えてそのpHを６に低下、調整した後、凝集処理槽（有効容積：
0.2 L）に導き、ここで下記濃度の塩化第二鉄溶液（凝集剤）を2.5ｇ/硝化液１L添加して凝集処理を行い、その後上澄み液を処理液として取り出した。なお、沈殿槽の沈降汚泥は随時硝化槽に戻して循環させた。

この時の処理条件は、硝化槽での脱水分離液の滞留時間を５日、硝化槽の汚泥濃度を5,000mｇ/Lとし、塩化第二鉄の濃度は38％（Ｗ／Ｖ）のものを用いた。

また、比較のため、同様な容量、処理条件で同じ脱水分離液原液を硝化処理をせずに直接凝集処理を行なう方法（比較例）についても実施した。前記濃度の塩化第二鉄溶液（凝集剤）の添加量は実施例と同量の2.5ｇ/処理分離液１Lとした。

表１にこれら実施例、比較例よる各液の成分、pHの測定値、及び硫酸（ｐH調整剤）の使用量を示した。

この表から明らかなように、いずれも難分解性有機物を含むCOD成分が有効に除去されているが、比較例では硫酸の使用量が5.7 [g/L] であるのに対し、本発明の実施例の場合はその使用量がわずか0.3 [g/L] で済み、その使用量が比較例と比べ大幅に減少していることがわかる。このように、本発明によれば簡易な装置、設備構成により、非常に低い薬剤の使用コストで確実に難分解性有機物を除去、低減し、脱水分離液などの有機性排水を効率的に清浄化することができるのである。

本発明の実施形態を説明する有機性排水の処理フロー図である。本発明の実施例を説明する有機性排水の処理フロー図である。本発明の実施形態を説明する排水処理設備の処理フロー図である。

符号の説明

１：硝化槽２：散気装置３：エアー４：浸漬膜（固液分離手段）
５：混和槽（凝集処理槽）６：凝集剤７：ベルト濃縮機
Ａ：脱水分離液Ｂ:硝化液Ｃ：凝集分離液Ｄ：処理液Ｅ：凝集汚泥

Claims

生物難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する排水の処理方法において、有機汚泥を嫌気性消化処理し、この消化処理後の消化汚泥を脱水処理して分離した前記排水である脱水分離液に生物学的硝化処理を行ってそのpHを低下させた後、前記硝化処理後の硝化処理液に固液分離を施して該処理液中の固形物を分離し、次いで固形物を分離した硝化処理液にｐＨ調整剤を添加して該硝化処理液のｐＨを低下させ、ｐＨが低下した前記硝化処理液に鉄系の凝集剤を添加して該処理液中の有機物を凝集処理し、前記凝集処理した凝集処理液に固液分離を施して該凝集処理液中の凝集有機物を分離することを特徴とする有機性排水の処理方法。
前記生物学的硝化処理を行ってそのpHを7以下に低下させることを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
前記生物学的硝化処理を行ってそのpHを6.5以下に低下させることを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
前記硝化処理液に膜による固液分離を施すことを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
前記硝化処理液に凝集剤を添加する際に該硝化処理液に混和処理を施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の有機性排水の処理方法。
生物難分解性有機物及びアンモニア性窒素を含有する排水の処理装置において、有機汚泥を嫌気性消化処理する消化装置と、この消化処理後の消化汚泥を脱水処理する脱水装置と、脱水処理後の前記排水である脱水分離液を生物学的硝化処理してそのpHを低下させる硝化処理槽と、硝化処理された硝化液を固液分離する固液分離装置と、固液分離された後にｐＨ調整剤によりｐＨが低下された硝化液を鉄系の凝集剤により凝集処理する凝集処理槽と、凝集処理された凝集分離液を凝集物と処理液とに分離する凝集物分離装置とからなることを特徴とする有機性排水処理装置。
前記固液分離装置が膜分離装置であることを特徴とする請求項６に記載の有機性排水処理装置。