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JP2002159992A - バイオメーカーを用いる高濃度有機性廃水の処理方法および装置 - Google Patents

バイオメーカーを用いる高濃度有機性廃水の処理方法および装置

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JP2002159992A
JP2002159992A JP2001316677A JP2001316677A JP2002159992A JP 2002159992 A JP2002159992 A JP 2002159992A JP 2001316677 A JP2001316677 A JP 2001316677A JP 2001316677 A JP2001316677 A JP 2001316677A JP 2002159992 A JP2002159992 A JP 2002159992A
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tank
nitrogen
denitrification
microorganisms
treated
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Tae Hyung Kim
泰亨 金
Chang Ju Lee
昌周 李
Kun Tei
薫 鄭
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度の難分解性畜産廃水などを効率的に処
理できる廃水処理方法および装置を提供する。 【解決手段】 均等化槽、固液分離槽、アンモニアスト
リッピング槽、嫌気性発酵槽、アナモックス槽、バイオ
ボンド、脱窒誘導型曝気槽、脱窒槽、沈殿槽、凝集沈殿
槽および脱水槽で構成される廃水処理装置;およびそれ
を用いる排水処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術】本発明は、窒素成分とリン成分が
多い、高濃度の糞尿または畜産廃水などの有機性廃水を
処理するための廃水処理方法に関する。特に、本発明
は、アナモックス工程およびバイオポンド工程を含むこ
とを特徴とする、窒素およびリン濃度が高い糞尿または
畜産廃水の廃水処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】糞尿や畜産廃水の処理は非常に難しく、
手間がかかる問題として認識されてきた。糞尿や畜産廃
水の処理には、多様な方法が用いられているにもかかわ
らず、今だに、完全な処理技術として認められたものは
ない。糞尿や畜産廃水は、維持管理と運営の便利性を考
慮して、ほとんどの場合は、1ヵ所に集めて処理する共
同処理場によって処理されている。しかし、共同処理場
を用いる廃水処理方式では、廃水中に存在する高濃度の
有機物と、有機物質に比べてはるかに高濃度の窒素成分
の処理が難しい現状である。
【0003】さらに、高濃度の糞尿や畜産廃水の処理
は、大部分が希釈による処理方法であるが、このような
方法は、希釈水を大量に使用せざるを得ないため、処理
が非効率的である。たとえば、BODが1,5000mg
/Lの畜産廃水を希釈するには、該畜産廃水の75倍に相
当する希釈水が必要である。それだけでなく、所要の希
釈水の量により、処理施設も大規模になるため建設費用
が嵩み、曝気施設および周辺機器などの費用も増加す
る。
【0004】糞尿または畜産廃水の現行の処理方式は、
有機物の除去に重点をおいているため、現状では、湖沼
の富栄養化の主要な原因物質として認められる窒素とリ
ンの効率的な除去が行われていない。
【0005】糞尿や畜産廃水処理についての研究は、多
様な工法について行われている。文献(Bortone G., Ge
meli, S. および Rambaldi, A., "Nitrification, deni
trification および biological phosphate removal in
SBR treating piggery wastewater", Wat, Sci. Tech,
Vol, No. 5-6, p977-985, 1992)には、畜産廃水の窒
素除去に関連して、排出される廃水の負荷変動率につい
て調査を行った結果、日最大流量と日平均流量との比が
1.43であり、時間あたり最小流量と最大流量の比
は、8倍以上の差があったことが記載されている。
【0006】Strous, M., heijnen, J., Kuenen, J.,
G. および Jetten, M. S. M. "The sequencing batch r
eactor as a powerful tool for the study of slowly
growing anaerobic ammonium-oxidizing microorganis
m", Appl. Microbiol. Biotechnol., Vol. 50, p589-59
6, 1998によれば、アナモックスを誘発する微生物の優
占種は、順応するのに1年程度の期間がかかり、沈殿性
に優れ、活性は20μgN(NH4 +形態)/(mg生物量・
h)であった。またVan de Graff, A. A., Mulder, A., d
e Bruijn, P., Jetten, M. S. M., Robertson, L. A.
および Kuenen, J. G., "Anaerobic oxidation of ammo
nium in a biologically mediated process", Appl. En
viron. Microbiol. Vol. 61 p.1246-1251, 1995によれ
ば、アナモックスの活性は、66μgN(NH4 +形態)
/(mg生物量・h)であり、微生物の活性は、微量のO2
も影響され、かつNO3 -に絶対的に依存し、また微生物
の量は、培養槽内の生物量(biomass)に直接に比例し
ている。
【0007】Andy, S., "Ammonia volatilization from
a piggery pond", Wat. Sci. Tech, Vol. 33, No. 7,
p183-199, 1996には、豚舍(piggery pond)のアンモニ
ア揮発性に対する試験を行った結果、揮発率は0.35
5〜1.534g/(m3・d)であって、pHにより大きい偏差
を示したこと、ならびにアンモニアが揮発除去されれ
ば、pHおよびCODが徐々に減少する傾向が表れたこと
が記載されている。またBicudo, J. R. および Svobod
a, I. F., "Intermittent aeration of pig slurry-far
m scale experiments for carbon および nitrogen rem
oval", Wat. Sci.Tech, Vol. 32, No. 12, p83-90, 199
5には、間欠曝気工程において、反応槽内の混合液浮遊
固形物(Mixed Liquor Suspended Solids、MLSS)が1
7,000mg/Lの状態で運転したとき、豚舍廃水のT−
N(Total Nitrogen)の除去効率が86%であったこと
が記載されている。
【0008】本発明者らは、先に、高濃度廃水、特に畜
産廃水および有機性産業廃水を、土壌微生物を利用し
て、経済的で効率的に処理できる廃水処理方法および装
置を提供する目的で、貯留槽、嫌気性発酵槽、微生物活
性化槽、混合槽、曝気槽、脱窒槽、1次沈殿槽、凝集沈
殿槽および脱水機で構成される廃水処理装置;およびそ
れを用いる廃水処理方法を提案した(特開2000−9
3998号公報)。しかしながら、畜産廃水や糞尿に含
まれる浮遊物質の濃度は、しばしば50,000〜6
0,000mg/Lのような高い値を示す。そのような場
合、上記の特開2000−93998号公報に開示され
た方法を含めて、従来の廃水処理方法では、曝気槽のM
LSS濃度を適切に維持することが困難であった。それ
ゆえ、このような高濃度の浮遊物質を含む流入水を受け
入れても、曝気槽のMLSS濃度を容易に維持して、廃
水処理装置全体を安定に運転できる方法が求められてい
た。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、窒素
含有量が高い高濃度の難分解性畜産廃水や糞尿などの有
機性廃水を、效率的に処理できる、廃水処理方法および
装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、アナモックス工程とバイオポンド工程
を組み合わせた、新規な廃水処理方法を提供する。さら
に、本発明の方法は、廃水を希釈する代わりに、固液分
離工程を使用する。
【0011】すなわち、本発明は、 (a)高濃度の糞尿または畜産廃水の濃度と流量を均等
化する均等化工程; (b)前記(a)工程で均等化された廃水に凝集剤を加
えて、有機物の濃度と窒素の濃度を、所望の水準に調整
する固液分離工程; (c)前記(b)工程で固液分離された被処理物中の有
機物の濃度を変化させずに、アンモニア性窒素のみを選
択的に除去するアンモニアストリッピング工程; (d)前記(c)工程で処理された被処理物中の難分解
性有機物を、嫌気性微生物を用いて分解することによ
り、後続の工程における好気性微生物が摂取し易い形態
とし、かつ下記(i)工程から移送されたスラッジを発
酵させて、有機酸を生成させる嫌気性発酵工程; (e)下記(i)工程から前記(d)工程に移送された
後、嫌気性発酵に付されたスラッジ内に含まれる亜硝酸
性窒素(NO2 -)と、廃水内に含まれたアンモニアを反
応させて、窒素ガスを発生させるアナモックス工程; (f)バイオポンドに存在する、固形化された土壌微生
物を活性化する微生物活性化工程; (g)前記(f)工程で活性化された土壌微生物を、脱
窒誘導型曝気槽内に供給し、この微生物と共に脱窒誘導
型曝気槽内に棲息中の好気性微生物を用いて、前記
(e)工程で処理された被処理物中の有機物質を分解
し、アンモニア性窒素を硝酸性窒素(NO3 -)に硝化し
た後、混合して脱窒を行う脱窒誘導型曝気工程; (h)無酸素状態で微生物の内生呼吸を用いて、前記
(g)工程で処理された被処理物中の硝酸性窒素を窒素
に還元する脱窒工程; (i)(h)工程で得られた、被処理物と微生物の混合
物から固液分離し、沈殿したスラッジの一部を、前記嫌
気性発酵工程(d)に移送する沈殿工程;ならびに (j)前記(i)工程で沈殿を分離した上澄液から、残
余の物質を凝集によって除去し、最終処理水として放流
する凝集沈殿工程を含む廃水処理方法を提供する。
【0012】このような本発明の廃水処理方法は、下記
のような装置: (A)高濃度の糞尿または畜産廃水の濃度と流量を均等
化する均等化槽; (B)前記均等槽から流入された廃水の有機物の濃度と
窒素の濃度を、凝集剤を加えて所望する水準に調整する
薬品固液分離槽; (C)固液分離された被処理物中の有機物の濃度を変化
させずに、アンモニア性窒素のみを選択的に除去するア
ンモニアストリッピング槽; (D)前記ストリッピング槽から供給された被処理物中
の難分解性有機物を、嫌気性微生物を用いて分解するこ
とにより、後続の工程における好気性微生物が摂取し易
い形態とし、沈殿槽から移送されたスラッジを発酵させ
て、有機酸を生成させる嫌気性発酵槽; (E)脱窒誘導型曝気槽で亜硝酸化された窒素(N
2 -)と、被処理物中のアンモニアが反応して、窒素ガ
スを形成するアナモックス槽; (F)固形化された土壌微生物が装着されており、この
微生物を活性化して脱窒誘導型曝気槽に前記微生物を供
給するバイオポンド; (G)前記バイオポンドで活性化された土壌微生物、お
よび自己内部に棲息中の好気性微生物を用いて、被処理
物中の有機物質を分解し、アンモニア性窒素を硝酸性窒
素(NO3 -)に硝化した後、脱窒を行う脱窒誘導型曝気
槽; (H)無酸素状態で微生物の内生呼吸を誘導し、前記脱
窒誘導型曝気槽で処理された被処理物中の硝酸性窒素を
窒素に還元する脱窒槽; (I)有機物がほとんど酸化され、脱窒化された被処理
物と微生物とを固液分離する沈殿槽; (J)前記沈殿槽で沈殿分離した上澄液から、残余の物
質を凝集させる凝集沈殿槽;ならびに (K)前記固液分離槽、嫌気性発酵槽、沈殿槽および凝
集沈殿槽から排出されたスラッジの一部または全部の水
分を除去する脱水槽を含む廃水処理用装置によって行わ
れる。
【0013】本発明の前記廃水処理方法および装置の第
1の特徴は、有機物の濃度が高い浮遊物の濃度を適正な
水準に希釈する代わりに、薬品固液分離槽を通じて固液
分離することである。
【0014】本発明の第2の特徴は、廃水中の有機物の
濃度は変化させずに、窒素成分であるアンモニアのみを
選択的に除去することができるアンモニアストリッピン
グ槽を含むことである。
【0015】本発明の第3の特徴は、沈殿スラッジを、
嫌気性発酵槽で発酵させて有機酸を発生させ、この有機
酸をリンの除去に活用する嫌気性発酵槽を含むことであ
る。
【0016】本発明の第4の特徴は、沈殿槽の上澄液を
移送して、廃水内のNH4 +をNO2 -により酸化し、窒素
ガスを発生する、アナモックス槽を含むことである。
【0017】本発明の第5の特徴は、土壌微生物を固形
化したバイオコンプを充填してバイオメーカーを装着
し、微生物を活性化して後続の好気性微生物の活性を促
進し、処理効率を向上させるバイオポンドを含むことで
ある。ここで、バイオポンドとは、バイオメーカーと散
気装置などからなる構造物を言い、バイオメーカーと
は、バイオコンプと砕石層を含む微生物活性化装置を言
い、バイオコンプとは、土壌微生物を固定化させた微生
物固定体を意味する。
【0018】本発明の第6の特徴は、バイオポンドへの
原水の流入を遮断して、微生物を一定期間飢えさせるこ
とにより、脱窒誘導型曝気槽で有機物の摂取能力を極大
にするバイオポンドを含むことである。
【0019】本発明の第7の特徴は、曝気槽の末端の区
分には、空気の供給を行わず、混合用攪拌機を装着し
て、曝気槽内の脱窒と、後続の脱窒槽による脱窒を促進
するように区分された区画を有する、好ましくは少なく
とも4段に区分された脱窒誘導型多段曝気槽を含むこと
である。このことにより、微生物と被処理物の混合、お
よび溶存酸素量の調節が円滑になり、廃水処理装置の経
済的な運転が可能になる。
【0020】本発明の第8の特徴は、沈殿槽の沈殿スラ
ッジをバイオポンドに供給して、微生物の活性を促進
し、上澄液をアナモックス槽に移送して窒素を除去する
沈殿槽を含むことである。
【0021】本発明の第9の特徴は、被処理物に残存す
る有機物と栄養素および懸濁物を、凝集剤で処理し、安
定的で効率的な水質の処理が可能な凝集沈殿槽を含むこ
とである。
【0022】
【発明の実施の形態】以下に、添付された図面に示した
廃水処理工程の構成図と試験例を参照し、本発明をさら
に詳細に説明する。
【0023】図1は、本発明による高濃度の糞尿や畜産
廃水の処理工程の代表例を示すフローチャートである。
廃水処理装置1は、高濃度の糞尿や畜産廃水を処理する
装置であり、以下のように構成される。
【0024】畜産廃水の性状は、時間および季節的な要
因などにより、その流量と濃度が相当大幅に変化する。
均等槽2は、このように変動が激しい廃水の、流量と濃
度を均等化する。薬品固液分離槽3では、廃水内の浮遊
物質と有機性窒素を、塩化鉄などの凝集剤によって処理
し、後続の処理に適合した濃度になるようにする。廃水
内に存在する窒素含有成分中、NH3は、空気を吹き入
れれば大気中に揮散するようになる。アンモニアストリ
ッピング槽4では、このような原理により、空気の供給
により、有機物質の損失なしにアンモニア性窒素のみを
選択的に除去する。
【0025】嫌気性発酵槽5は、流入する被処理物中、
難分解性有機物を嫌気性微生物を用いて嫌気性状態で加
水分解し、沈殿槽10から移送されたスラッジを発酵し
て有機酸を生成する。アナモックス槽6では、NO
2 -(曝気槽8、特に脱窒誘導型多段曝気槽で生成され
る)が、嫌気性状態でNH4 +と反応してN2ガスを生成
し、この窒素ガスは大気中に揮散して除去される。
【0026】バイオポンド7は、固形化された土壌微生
物を活性化し、曝気槽8、特に脱窒誘導型多段曝気槽に
適用可能な微生物を供給する。該曝気槽8には、前記バ
イオポンド7で活性化され、供給された微生物だけでな
く、連続的に供給される酸素を用いて有機物を酸化し、
アンモニア性窒素を硝化する微生物などの好気性微生物
が、多量活動している。硝化された窒素は、脱窒槽9に
おいて、無酸素状態で窒素ガス化され、大気に揮散す
る。
【0027】嫌気性発酵槽5、曝気槽8および脱窒槽9
で処理された被処理物と微生物とは、沈殿槽10で重力
により固液分離される。被処理物に残存する残留浮遊物
質、ならびにリンおよび有機物質は、凝集沈殿槽11に
おいて、薬品を使用して最終的に処理される。本廃水処
理装置において、薬品固液分離槽3、嫌気性発酵槽5、
沈殿槽10および凝集沈殿槽11で発生したスラッジ
は、脱水器12を経ることにより、その水分含量が減少
する。凝集沈殿槽11の上澄水は、放流水13として最
終放流され、脱水器12の脱水ケーク14は、堆肥舎に
送られて堆肥の製造に用いられたり、埋立処分に付され
る。
【0028】本廃水処理装置1においては、被処理物の
移動経路とともに、スラッジの移動経路も非常に重要で
ある。本発明におけるスラッジの移動経路は、図1に点
線で表したとおりである。具体的に説明すれば、沈殿槽
10で固液分離された沈殿スラッジは、経路Aを経て嫌
気発酵槽5に移動し、そこで嫌気性発酵により有機酸を
生成し、脱窒誘導型多段曝気槽8のMLSS(混合液中
の浮遊物質)濃度を維持する役割を果たす。曝気槽8の
MLSS濃度の維持に不要な余分の廃スラッジは、経路
Dを経て脱水器12に移送される。さらに、沈殿槽10
の沈殿スラッジは、経路Cを経てバイオポンド7にも移
送される。一方、沈殿槽10の上澄水は、経路Bを経て
アナモックス槽6に移送される。凝集沈殿槽11の沈殿
スラッジは、経路Gを経て脱水器12に移送される。薬
品固液分離槽3の沈殿スラッジは、経路Fを経て脱水器
12に移送され、嫌気発酵槽5の剰余のスラッジは、経
路Eを経て脱水器12に移送される。さらに、脱水器1
2で発生する脱水ケークは、堆肥として使用されるか、
埋立処分され、脱離液は、経路Hを経て曝気槽8、好ま
しくは脱窒誘導型多段曝気槽、特に好ましくは4段曝気
槽に移送される。以下、特にその構造についてことわら
ない限り、単に曝気槽8という名称で、脱窒誘導型多段
曝気槽を指す。
【0029】本発明の廃水処理装置1における、各反応
槽などの役割と作用を、さらに詳細に説明すれば、以下
のとおりである。
【0030】被処理物である糞尿や畜産廃水は、非常に
多様な発生様態を表す。発生場所、季節的な要因および
時間などにより、発生量と発生濃度は、非常に多様であ
る。このように変動幅の激しい廃水を処理するために
は、まず濃度と流量を均一にすることが、後続の処理を
円滑に行うために必須である。均等化槽2は、発生個所
から不規則に排出される廃水の量と濃度を均等化する役
割を果たす。均等槽のサイズは、日平均流量を基準とし
て2〜3倍が適当である。均等槽は、臭気の発生が激し
い個所であるため、必要によっては、沈殿槽10のスラ
ッジの一部を均等槽に送って、臭気の発生を減らすこと
もできる(図示せず)。
【0031】均等槽で均等化された被処理物は、薬品固
液分離槽3に移送される。移送された被処理物は、浮遊
物質および有機物質の濃度が高いので、効率的な処理の
ために、該分離槽で、薬品、たとえば塩化第二鉄のよう
な凝集剤を使用して前処理を行う。特に、畜産廃水に
は、特性上、有機物質の濃度が高く、そのうえ糞と飼料
の渣から排出される浮遊物質が多いので、曝気槽8のM
LSS量を適切に維持することは非常に難しい。このよ
うな問題を解決するために、薬品固液分離槽3では、均
等槽2を経た被処理物に少量の凝集剤を加えて、若干の
有機物とともに、浮遊物質および有機性窒素を沈殿させ
て除去する。凝集剤としては、廃水の性状により、アニ
オン性またはカチオン性重合体または塩化第二鉄を使用
することができる。このようにして生じた沈殿スラッジ
を、図1の経路Fを経て脱水器12に移送し、最終的に
脱水処理する。
【0032】薬品固液分離槽3で沈殿スラッジを除去さ
れた被処理物には、有機物質に比べてかなり多量の窒素
成分を含有している。これは後続の処理工程において有
機物質の不足を発生させ、効率的な処理を困難にする。
したがって、有機物質を損失させないで、窒素成分中の
60〜70%を占めるアンモニア性窒素を選択的に除去
するため、被処理物をアンモニアストリッピング槽4に
送る。
【0033】
【化1】
【0034】アンモニア性窒素は、上式のような平衡状
態を維持しているが、廃水のpHが7.0以上に増加すれ
ば、平衡は左側に移動して、NH4 +イオンがNH3に転
換される。このNH3は、廃水を攪拌すれば大気中に揮
散する。このような原理と、畜産廃水自体のpHが高いと
いう(pH9〜9.5)点を利用して、アンモニアストリ
ッピング槽4では、空気の供給によって、畜産廃水中の
アンモニア性窒素を除去する。
【0035】アンモニアストリッピング槽4でアンモニ
ア性窒素を除去された被処理物は、嫌気性発酵槽5に流
入する。嫌気性発酵槽5では、被処理物に含まれた難分
解性有機物を、嫌気性微生物を用いて分解して、後続の
工程において好気性微生物が摂取し易い形態とする。嫌
気性発酵槽5には、温度を約30℃に一定に維持するこ
とができるように、加温施設を設置することが好まし
い。このことにより、冬季の温度低下による窒素除去効
率の下落を防止し、嫌気性微生物の円滑な活動を確保す
ることができる。さらに、嫌気性微生物の流入の際に、
嫌気性微生物が被処理物と円滑に混合されるようにし、
発生するガス(たとえば、CH4、CO2、H2、H2Sな
ど)が微生物から円滑に脱離できるように、嫌気性発酵
槽5には、混合用攪拌機16を設置することが好まし
い。
【0036】さらに、嫌気性発酵槽5の下部のスラッジ
を、定期的に抜き出し、図1の経路Eを経て脱水器12
に移送して処理する。嫌気性発酵槽5は、沈殿槽10か
ら移送されたスラッジを嫌気性発酵して、酢酸、プロピ
オン酸、酪散、吉草酸、カプリン酸などの有機酸を形成
させ、スラッジ内に含有されている脱リン微生物を、嫌
気性発酵槽5の嫌気性状態で活性化させる。脱リン微生
物の活性化は、当分野において周知のとおり、適切な温
度、pH、滞留時間、濃度、妨害物質の抑制など、周辺の
環境を脱リン微生物の成長に適合するように調製するこ
とによって行われる。活性化された微生物は、微生物細
胞内のリン(P)をリン酸イオン(PO 4 3-)の形態で
放出し、放出されたリンより遥かに多量のリンを、好気
性状態で摂取する。この過程において、前記微生物は、
嫌気性発酵槽5で発酵によって生じた有機酸を体内に蓄
積し、エネルギー源として用いる。さらに、嫌気性発酵
槽5は、完全に脱窒されていない残存窒素を、二次的に
脱窒する役割も果たす。嫌気性発酵槽5では、有機酸形
成反応からメタン形成反応に移らないように、その内部
における被処理物の滞留時間を2〜3日に制限する必要
がある。
【0037】嫌気性発酵槽5で発酵した被処理物は、ア
ナモックス槽6に流入する。沈殿槽10の上澄液もま
た、図1の経路Bを経てアナモックス槽6に流入する。
アナモックス(Anammox)とは、嫌気性状態でアンモニ
ウムイオン(NH4 +)を電子供与体に、亜硝酸イオン
(NO2 -)または硝酸イオン(NO3 -)を電子受容体
に、CO2を唯一の炭素源に使用し、アナモックス微生
物により、アンモニウムをN2ガスに酸化させる過程を
意味する。このような酸化過程の総括反応式は、下記の
とおりである。
【0038】
【化2】
【0039】アナモックス槽6は、このような原理によ
り、被処理物中に存在するアナモックス微生物によっ
て、沈殿槽10の上澄液に存在する亜硝酸塩や硝酸塩
を、窒素ガスに還元させる。アナモックス槽6には、ア
ナモックス微生物を適正な温度、たとえば20〜40℃
に維持するための加温施設を設置することが好ましい。
アナモックス微生物は、主にニトロソモナス(Nitrosom
onas)系統の微生物として知られており、代表的な例と
しては、フレキシバクター(Flexibacter)がある(Mik
e S. M. Jettenら、The anaerobic oxidation of ammon
ium, FEMS Microbiology Reviews 22(1999) 421-43
7)。さらに、温度の調節および微生物と被処理物の混
合を円滑にするため、混合用攪拌機17を設置すること
が好ましい。
【0040】図2に示すように、バイオポンド(biopon
d)7は、内部にバイオコンプ(bio-comp)40が充填
されたバイオメーカー30が装着されている。バイオメ
ーカー30は、その上部に種々の微生物を混合固定させ
たバイオコンプ40を含み、その下部には、無機成分が
多い砕石層が充填されている。砕石としては、たとえば
SiO230.7%、Al2312.2%およびCaO
32.5%を主成分として含むものが用いられる。この
砕石層は、バイオメーカー30内に無機物を引き続き供
給し、この供給された無機物により、バイオコンプの微
生物の活性が極大化される。バイオコンプは、バチルス
(bacillus)系微生物と放線菌類(actinomycets)が主
流をなす土壌微生物を、多量に固定化させた微生物固定
体である。バイオコンプに固定化された土壌微生物は、
沈殿槽10から移送されたスラッジと、バイオポンド内
に形成された適切な微生物の成長条件とによって、活性
化される。まず、微生物は、バイオポンド7に継続的に
供給される空気により形成された好気性状態で活性化さ
れる。活性化されるのに所要な時間は、2日程度であ
る。バイオポンド7内の微生物の活性は、沈殿槽10か
ら移送されたスラッジにより、さらに促進される。ま
た、このように活性化された微生物に充分な餌を供給し
ないことにより(すなわち、バイオポンドに原水を供給
しないことにより)、以後、この微生物が曝気槽8に流
入する際に、より旺盛な物質代謝能力を発揮する。
【0041】アナモックス槽6で処理された被処理物
と、バイオポンド7で活性化された微生物は、脱窒誘導
型曝気槽8に流入する。曝気槽8としては、最終段を単
に攪拌を行うだけで、空気の供給を行わない多段式曝気
槽が好ましく、4段以上の区分を有するものがより好ま
しい。これは、円滑な混合と、相異する溶存酸素濃度を
維持することにより、良好な硝化および脱窒をもたらし
て、アルカリ度の増減をバランスよく維持し、急激なpH
の減少による阻害作用を防止するためである。2〜3段
に区分された曝気槽(空気を供給する段数は1〜2段)
に比べて、4段以上に区分された曝気槽は、濃度差の大
きい畜産廃水が逐次流入するときに、pHの変化に対応す
る適切な溶存酸素濃度に調節して運転することが容易で
あり、最終段を無酸素状態で運転することにより、脱窒
層における脱窒を容易にできる。中でも、維持管理が容
易なことから、4段曝気槽が特に好ましい。具体的に
は、4段曝気槽の場合、第3段に流入する処理水のNO
3 -濃度が多い場合には、第1段および第2段の溶存酸素
濃度を低下させてNO3 -の脱窒を図り、NO3 -濃度が低
い場合には、第1段および第2段の溶存酸素濃度を高め
て、硝化を進めることができる。
【0042】最終段、すなわち、4段曝気槽の場合は第
4段には、空気を供給することなく、混合用攪拌機19
を設置して、溶存酸素量を0.5mg/L以下に維持するこ
とにより、後続の工程である脱窒工程の効率が極大にな
るようにし、一部の脱硝によるアルカリ度の増加によっ
て、曝気槽のpH緩衝作用をすることが好ましい。曝気槽
8内における好気性微生物は、物質代謝作用を通じて有
機物の酸化と、硝化およびリンの過剰摂取によるリンの
除去作用を行う。この過程において、バイオポンド7で
活性化された微生物が、より旺盛な物質代謝作用を果た
す。曝気槽8における硝化反応は、ニトロソモナス(Ni
trosomonas)とニトロバクター(Nitrobacter)によ
り、アンモニア性窒素がNO2 -を経てNO3 -に酸化され
る過程であり、この過程で、アルカリ性物質が消費され
て、pHが下がるという効果が得られる。
【0043】曝気槽8におけるリンの除去反応は、先の
嫌気性発酵槽5でリンをリン酸の形態で放出した脱リン
微生物が、好気性の状態の曝気槽8で細胞質構成物質を
合成するとき、既存の好気性微生物が摂取するリンより
多量のリンを摂取する現象が起こる。これをリンの過剰
摂取(Luxury uptake)現象という。これにより、過剰
摂取されたスラッジを除去することによって、リンを除
去することができる。前記脱リン微生物は、廃水処理分
野の通常的な脱リン微生物をいうが、その中で、最も一
般的に知られた微生物の例としては、アシネトバクター
(Acinetobacter)が挙げられる。
【0044】曝気槽8から流出した被処理物は、脱窒槽
9に流入する。脱窒槽9では、移植された脱硝酸菌(De
nitrifier)が、被処理物に含まれた未処理の有機物を
用いて、被処理物内に含まれる硝酸性窒素酸化物を、N
3 -→NO2 -→NO→N2O→N2のように転換し、窒素
を除去する。このような脱窒反応は、場合によっては電
子供与体として、外部の炭素源である酢酸、クエン酸、
メタノールなどを使用し、脱窒反応の効率を高めること
ができる。しかし、外部の炭素源の供給のためには別途
の装置が必要であるという点と、経済性を考慮して、本
処理工程においては、外部から炭素源を投入することな
く、被処理物とスラッジ内の炭素を使用する内生呼吸
(endogenous respiration)を用いた脱窒反応を起こさ
せることが好ましい。
【0045】さらに、スラッジを嫌気性発酵して有機酸
を生産する嫌気性発酵槽5に、沈殿槽10下部の沈殿ス
ラッジを移送し(図1の経路A)、第二次の脱窒を進め
て、完全な窒素除去工程を構築する。
【0046】脱窒槽9は、被処理物が下側に流入するよ
うに構成し、被処理物と微生物との接触の機会を増やし
て完全に混合されるようにすることが好ましい。さら
に、微生物と被処理物の接触を円滑にし、脱窒菌により
発生したN2ガスが、微生物からうまく脱気されるよう
に、機械的な混合用攪拌機19を設置することが好まし
い。
【0047】脱窒槽9で処理された被処理物は、沈殿槽
10に流入する。沈殿槽10では、被処理物とスラッジ
が固液分離される。沈殿槽10は、その内部で、処理物
より重い微生物が、重力により沈降しながら自然に分離
するような構造にすることが好ましい。沈殿したスラッ
ジの円滑な収集のために、沈殿槽10の内部には、傾斜
を設けることが好ましい。集められた沈殿スラッジは、
図1の経路Eを経てバイオポンド7に一部が移送され、
図1の経路Aを経て嫌気性発酵槽5に移送され、曝気槽
8のMLSS維持のための移送に用いられなかった量の
廃スラッジは、図1の経路Dを経て脱水器12に移送さ
れて、処分される。
【0048】沈殿槽10から流出した被処理物は、凝集
沈殿槽11に流入する。凝集沈殿槽11に流入した被処
理物は、凝集剤で処理し、残留するリンと懸濁固形物お
よび一部の有機物を完全に凝集させて処理する。使用さ
れる凝集剤は、処理装置に合わせて多様な選択が可能で
あり、代表的には塩化鉄が用いられる。使用量も、放流
する水質の基準により、適切に調節することができる。
凝集したスラッジは、重力により沈殿し、図1の経路G
を経て脱水器12に送られて処分される。凝集沈殿槽の
上澄液は、最終放流水13となる。
【0049】脱水器に流入した各種のスラッジ(薬品固
液分離槽3のスラッジ、嫌気性発酵槽5のスラッジ、沈
殿槽10の廃スラッジ、凝集沈殿槽11のスラッジ)
は、圧力や遠心力などの機械的な力によって水分がスラ
ッジから分離され、含水率が大幅に減少したケーク14
の形態で排出されて、固形堆肥化などに利用される。ス
ラッジから分離された脱離液は、図1の経路Hを経て曝
気槽8に移送されて、再処理される。
【0050】
【実施例】本発明の廃水処理工程の優位性を、次の実施
例および比較例によって立証する。
【0051】下記の試験例および比較例で使用された略
称の意味は、以下のとおりである。 COD(Chemical Oxygen Demand):化学的酸素要求量
を意味する。酸化剤として重クロム酸カリウム(K2
27)を使用して測定した化学的酸素要求量をCOD
cr、酸化剤として過マンガン酸カリウム(KMn
4)を使用して測定した化学的酸素要求量をCODm
nと表す。 BOD(Biological Oxygen Demand):生物学的酸素要
求量 TSS(Total Suspended Solids):浮遊物質として無
機物と有機物を含有する固形物質であって、0.1μm
のろ紙によってはろ過されない浮遊物質をいう。通常S
Sと言われ、VSSと区分するときにはTSSとも言わ
れる。すなわち、環境工学の分野でSSと言われるもの
は、TSSである。測定は、0.1μmのろ紙でろ過し
た浮遊物質を、105℃のオーブンで水分を蒸発させた
残余物質の重量を測定してmg/L単位、すなわち、液体1
リットル当たりの浮遊物質の重量mgで表す。
【0052】TKN(Total Kjeldhal Nitrogen):廃
水中の有機性窒素とアンモニア性窒素の濃度の和を意味
する。 T−N(Total Nitrogen):廃水中の総窒素量を表す。
すなわち、有機性窒素と無機性窒素(NH4 +、NO2 -
NO3 -の形態の窒素を含む)を合わせた値である。 T−P(Total phosphorus):廃水内に存在する可溶性
リンと非可溶性リンを合せた値である。
【0053】<実施例>図1の廃水処理工程を実験室規
模の反応器で製作し、畜産廃水共同処理場で原水を採取
して実験を実施した。下記の表1に、本実験に使用した
廃水処理工程の反応槽の、装置および規格をまとめた。
【0054】
【表1】
【0055】前記実験で使用された各種の装置中、曝気
槽、嫌気性発酵槽、アナモックス槽および脱窒槽などの
pHとORP(Oxidation Reduction Potential)を測定す
るために、pHメーターを使用した。曝気槽とバイオポン
ドに空気を供給するために、ブロアーを使用した。原水
の供給は、移送ポンプを用いて1日5回均等に注入し、
各反応槽における被処理物の移動は、自然流下により移
送されるように、反応器を配置した。
【0056】
【表2】
【0057】表2でまとめた実験結果の値は、実験室運
転期間中の平均値である。原水としては、畜産廃水共同
処理場である京畿道Y処理場で直接採取したものを用い
た。これを分析し、前処理である薬品固液分離とストリ
ッピングを一度に行い、試料を4℃の冷蔵庫に保管して
嫌気性発酵槽から定量ポンプにより注入して実験を行っ
た。処理水の水質は、糞尿や畜産廃水共同処理場放流水
の水質を満足する、非常に良好な結果を得た。すなわ
ち、BODが300mg/L、SSが29mg/Lであり、T−
Nが60mg/L以下、T−Pが8mg/L以下という法基準を
満足させた。
【0058】<比較例>表3は、図3に示された従来の
廃水処理方法によって廃水処理を行った結果を示す。図
3の廃水処理方法は、1997年に環境管理公団で設計
した漣川畜産廃水処理施設設計報告書で採択された処理
方法であって、本発明の方法と異なり、液状腐食槽を用
いる処理方法である。
【0059】
【表3】
【0060】表2と表3のBOD値を比較すれば、本発
明の場合、凝集槽から排出した放流水のBOD値が30
mg/Lであって、非常に小さい。それに対し、表3の最終
放流水の場合のBOD値は199mg/Lであって、本発明
の6倍を越える数値である。したがって、図3の処理方
法の場合、BODの許容基準値を満足させるためには、
図3の流れ概念図に示したとおり、廃水処理された放流
水をさらに下水処理場に送り、もう一回の処理を経て、
はじめて河川への放流が可能であった。
【0061】以上の実験結果を詳細に比較して、本発明
の廃水処理工程は、有機物質の除去効率と栄養素の除去
効率が非常に優れた処理施設であることが立証された。
【0062】
【発明の効果】本発明による廃水処理方法と処理施設
は、高濃度の有機性廃水である糞尿や畜産廃水の効率的
な有機物の処理と、栄養素である窒素とリンが效果的に
処理できる、優れた処理方法および処理施設である。す
なわち、本発明によって、浮遊物質濃度の高い流入水を
受け入れても、薬品固液分離槽によって、その流出水中
の浮遊物質の濃度を10,000〜20,000mg・Lに
維持することにより、曝気槽のMLSS濃度を適正に維
持することができ、施設全体の運転が容易で、放流水の
安定な水質を確保することが可能である。
【0063】さらに、T−N濃度の高い畜産廃水を受け
入れても、アンモニアストリッピング槽でアンモニアを
揮発させた後に、曝気槽で硝化された窒素をアナモック
ス槽でアンモニアと反応させることにより、窒素を除去
するので、安定した脱窒を行うことができる。
【0064】本発明は、このような、薬品固液分離槽を
用いることによる曝気槽の安定な運転と、アンモニアス
トリッピング槽およびアナモックス槽による窒素の除去
とを組み合わせることにより、畜産廃水などの処理可能
な範囲を、従来法より大きく拡大したものである。
【0065】本発明によって糞尿や畜産廃水の円滑な処
理が保障できるため、畜産農家の経済的な困難さが解消
でき、周辺農家に被害を与えずに安定的な畜産業の経営
が可能である。さらに、小河川および湖の水質汚染の主
要な原因とされてきた糞尿や畜産廃水の処理が解決する
ので、環境の向上にも大きな役割を果たすものと期待さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による廃水処理工程を示すフローチャー
トである。
【図2】バイオポンドの詳細図である。
【図3】液状腐食槽を使用する従来の代表的な畜産廃水
処理工程を示す流れ概念図である。
【符号の説明】
1:廃水処理装置 2:均等槽 3:薬品固液分離槽 4:アンモニアストリッピング槽 5:嫌気性発酵槽 6:アナモックス槽 7:バイオポンド 8:脱窒誘導型曝気槽(4段) 9:脱窒槽 10:沈殿槽 11:凝集沈殿槽 12:脱水器 13:放流水 14:脱水ケーク 15〜20:混合用攪拌機 30:バイオメーカー 40:バイオコンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C02F 9/00 501 C02F 9/00 501F 501G 501H 501J 502 502P 502Z 503 503E 504 504A 504E 11/04 11/04 Z 11/12 11/12 Z 11/14 11/14 B (72)発明者 李 昌周 大韓民国京畿道果川市中央洞65 住公アパ ート101棟404号 (72)発明者 鄭 薫 大韓民国京畿道坡州市交河面多栗里山108 −1番地 Fターム(参考) 4D011 AA15 AD03 4D015 BA19 BA23 BA24 CA02 CA03 CA18 DA13 EA32 FA01 FA02 FA03 FA19 FA25 FA26 4D037 AA11 AB02 AB12 BA23 BB05 CA07 CA08 4D040 BB12 BB22 BB25 BB33 BB42 BB73 BB82 4D059 AA01 AA05 AA06 BA11 BE25 BE31 BE37 BE49 BE51 BE55 BG00 CA28 CC01 EB01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)高濃度の糞尿または畜産廃水の濃
    度と流量を均等化する均等化工程; (b)前記(a)工程で均等化された廃水に、凝集剤を
    加えて、有機物の濃度と窒素の濃度を、所望の水準に調
    整する固液分離工程; (c)前記(b)工程で固液分離された被処理物中の有
    機物の濃度を変化させずに、アンモニア性窒素のみを選
    択的に除去するアンモニアストリッピング工程; (d)前記(c)工程で処理された被処理物中の難分解
    性有機物を、嫌気性微生物を用いて分解することによ
    り、後続の工程における好気性微生物が摂取し易い形態
    とし、かつ下記(i)工程から移送されたスラッジを発
    酵させて、有機酸を生成させる嫌気性発酵工程; (e)下記(i)工程から前記(d)工程に移送された
    後、嫌気性発酵に付されたスラッジ内に含まれる亜硝酸
    性窒素(NO2 -)と、廃水内に含まれたアンモニアを反
    応させて、窒素ガスを発生させるアナモックス工程; (f)バイオポンドに存在する、固形化された土壌微生
    物を活性化する微生物活性化工程; (g)前記(f)工程で活性化された土壌微生物を、脱
    窒誘導型曝気槽内に供給し、この微生物と共に脱窒誘導
    型曝気槽内に棲息中の好気性微生物を用いて、前記
    (e)工程で処理された被処理物中の有機物質を分解
    し、アンモニア性窒素を硝酸性窒素(NO3 -)に硝化し
    た後、混合して脱窒を行う脱窒誘導型曝気工程; (h)無酸素状態で微生物の内生呼吸を用いて、前記
    (g)工程で処理された被処理物中の硝酸性窒素を窒素
    に還元する脱窒工程; (i)(h)工程で得られた、被処理物と微生物の混合
    物から固液分離し、沈殿したスラッジの一部を、前記嫌
    気性発酵工程(d)に移送する沈殿工程;ならびに (j)前記(i)工程で沈殿を分離した上澄液から、残
    余の物質を凝集によって除去し、最終処理水として放流
    する凝集沈殿工程を含む廃水処理方法。
  2. 【請求項2】 前記(h)工程において、外部から炭素
    源を投入しない、請求項1記載の廃水処理方法。
  3. 【請求項3】 (A)高濃度の糞尿または畜産廃水の濃
    度と流量を均等化する均等化槽; (B)前記均等槽から流入された廃水の有機物の濃度と
    窒素の濃度を、凝集剤を加えて所望する水準に調整する
    薬品固液分離槽; (C)固液分離された被処理物中の有機物の濃度を変化
    させずに、アンモニア性窒素のみを選択的に除去するア
    ンモニアストリッピング槽; (D)前記ストリッピング槽から供給された被処理物中
    の難分解性有機物を、嫌気性微生物を用いて分解するこ
    とにより、後続の工程における好気性微生物が摂取し易
    い形態とし、沈殿槽から移送されたスラッジを発酵させ
    て、有機酸を生成させる嫌気性発酵槽; (E)脱窒誘導型曝気槽で亜硝酸化された窒素(N
    2 -)と、被処理物中のアンモニアが反応して、窒素ガ
    スを形成するアナモックス槽; (F)固形化した土壌微生物が装着されており、これを
    活性化して脱窒誘導型曝気槽に前記微生物を供給するバ
    イオポンド; (G)前記バイオポンドで活性化された土壌微生物、お
    よび自己内部に棲息中の好気性微生物を用いて、被処理
    物中の有機物質を分解し、アンモニア性窒素を硝酸性窒
    素(NO3 -)に硝化した後、脱窒を行う脱窒誘導型曝気
    槽; (H)無酸素状態で微生物の内生呼吸を誘導し、前記脱
    窒誘導型曝気槽で処理された被処理物中の硝酸性窒素を
    窒素に還元する脱窒槽; (I)有機物がほとんど酸化され、脱窒化された被処理
    物と微生物とを固液分離する沈殿槽; (J)前記沈殿槽で沈殿分離した上澄液から、残余の物
    質を凝集させる凝集沈殿槽;ならびに (K)前記固液分離槽、嫌気性発酵槽、沈殿槽および凝
    集沈殿槽から排出されたスラッジの一部または全部の水
    分を除去する脱水槽を含む廃水処理装置。
  4. 【請求項4】 前記脱窒誘導型曝気槽が、少なくとも4
    段に区分され、混合と溶存酸素量の調節ができ、最終段
    には、空気の供給なしに、混合用攪拌機を装着する、請
    求項3記載の廃水処理装置。
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