JP4997724B2 - 有機性排水の処理方法 - Google Patents

Description

本発明は有機性排水の処理方法に係り、特に、有機性排水を好気的に生物処理した後、生物処理水中の生物代謝物を含む溶解性物質や懸濁性物質を除去するために無機凝集剤を添加して凝集処理を行う方法において、無機凝集剤の添加量を低減した上で良好な凝集処理水を得る有機性排水の処理方法に関する。

有機性排水の処理方法として、生物処理法が広く採用されている。そして、生物処理水中の懸濁物質や溶解性物質等の汚染物質を除去するために、或いは排水量が多い場合には水回収のために、生物処理水を凝集処理すること、更には、凝集処理後に膜処理することも行われている。

生物処理水を凝集処理する際に、凝集作用促進のため添加する凝集剤（無機凝集剤）は、ランニングコストに直結する要素であるために、その添加量の低減が望まれているが、生物処理水の凝集処理では、溶存有機物（Ｓ−ＴＯＣ）、特に、生物代謝物の凝集処理が困難であり、通常、大量の凝集剤が必要とされている。

特に近年、水資源のリサイクルが重要視されるようになり、排水の回収が行われるようになってきているが、排水として排出された水を生物処理後に再利用可能な水準に高度に浄化するためには、大量の凝集剤を必要とする。このため、生物処理水の凝集処理における凝集剤の添加量低減は大きな課題となってきている。

なお、凝集剤の添加量低減方法として、高分子凝集助剤を併用する等の方法も提案されているが、助剤添加のためのコストがかかることから、より平易で安価な方法が求められているのが現状である。

本発明は、上記従来の問題点を解決し、有機性排水を好気的に生物処理した後、生物処理水中の生物代謝物を含む溶解性物質や懸濁性物質を除去するために無機凝集剤を添加して凝集処理を行う方法において、無機凝集剤の添加量を低減した上で良好な凝集処理水を得ることができる有機性排水の処理方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題に対し鋭意検討し、好気性生物処理反応槽最後段のｐＨが高い排水では、一般に無機凝集剤の必要添加量が多くなることに注目した。そして逆に、好気性生物処理反応槽最後段のｐＨが７．３以下、好ましくは６．５〜６．９の場合に、少ない無機凝集剤添加量で同等の凝集効果を得ることが可能であることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明（請求項１）の有機性排水の処理方法は、有機性排水を生物処理反応槽に導入して好気的に生物処理し、該生物処理反応槽出口から流出した生物処理水に無機凝集剤を添加して凝集処理する有機性排水の処理方法において、該生物処理反応槽内であって、該反応槽から生物処理水が排出される出口付近（以下「出口領域」と称す。）の生物処理水のｐＨを６．５〜７．３とし、前記凝集処理水を逆浸透膜分離装置に通水して処理する有機性排水の処理方法であって、前記生物処理反応槽は複数段の生物処理領域を備え、最終段の生物処理領域の出口領域の生物処理水のｐＨを６．５〜７．３とし、前記最終段の生物処理領域以外の少なくとも一部の生物処理領域の水のｐＨは７．３を超え、８．５以下であることを特徴とする。

請求項２の有機性排水の処理方法は、請求項１において、前記生物処理反応槽内の出口領域の生物処理水ｐＨを６．５〜６．９とすることを特徴とする。

請求項３の有機性排水の処理方法は、請求項１又は２において、前記有機性排水は、生物処理時にアルカリを消費する排水であることを特徴とする。

請求項４の有機性排水の処理方法は、請求項１ないし３のいずれか１項において、前記凝集剤は、鉄系凝集剤及び／又はアルミニウム系凝集剤であることを特徴とする。

本発明によれば、有機性排水を生物処理反応槽に導入して好気的に生物処理し、生物処理反応槽出口から流出した生物処理水に無機凝集剤を添加して凝集処理するに当たり、生物処理反応槽内の出口領域の生物処理水のｐＨを７．３以下、好ましくは６．５〜６．９の弱酸性とすることにより、少ない無機凝集剤添加量で良好な凝集効果を得ることができる。

本発明により、生物処理反応槽内の出口領域の生物処理水のｐＨを調整することにより、無機凝集剤添加量の低減、凝集状態の改善を図ることができる作用機構の詳細は明らかではないが、凝集性の悪い生物代謝物がこのような条件で改質され、その凝集性が改善されることによるものと推定される。

本発明によれば、生物処理反応槽内の出口領域の生物処理水のｐＨを酸添加等により調整するという簡易な操作により、特別な装置を要することなく、処理コストに直結する無機凝集剤使用量を大幅に低減することができる。

以下に本発明の有機性排水の処理方法の実施の形態を詳細に説明する。

［有機性排水］
本発明において、処理対象となる有機性排水は、通常生物処理される有機物含有排水であれば良く、特に限定されるものではないが、例えば、電子産業排水、化学工場排水、食品工場排水などが挙げられる。例えば、電子部品製造プロセスでは、現像工程、剥離工程、エッチング工程、洗浄工程などから各種の有機性排水が多量に発生し、しかも排水を回収して純水レベルに浄化して再使用することが望まれているので、これらの排水は本発明の処理対象排水として適している。

このような有機性排水としては例えば、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどを含有する有機性排水、モノエタノールアミン（ＭＥＡ）、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などの有機態窒素、アンモニア態窒素を含有する有機性排水、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）などの有機硫黄化合物を含有する有機性排水が挙げられる。

特に、本発明は、生物処理時にアルカリを消費する有機性排水に有効である。即ち、有機態窒素、アンモニア態窒素を含有する有機性排水を好気的に生物処理すると、硝化反応により硝酸及び／又は亜硝酸が生成し、また、有機硫黄化合物含有排水を好気的に生物処理すると、硫酸が生成し、生成した酸はアルカリを消費する。アルカリを消費すると、ｐＨが低下し、生物の処理活性が低下するので、このような排水を生物処理する際は、生物処理反応槽にアルカリを添加して、ｐＨを７．５以上に保持し、生物活性を保持するようにすると、高い処理能力が得られる。

この生物処理時にアルカリを消費する有機性排水としては、例えば、Ｋｊ−Ｎ（ケルダール窒素）濃度が５ｍｇ／Ｌ以上、特に１０〜１０００ｍｇ／Ｌであるような排水が挙げられる。

このような排水を本発明で処理する場合は、生物処理反応槽の上流側の領域を生物処理に好適なｐＨに調整し、出口領域のｐＨを７．３以下に調整することで、本発明の効果を有効に得ることができる。

［生物処理反応槽］
有機性排水を好気的に生物処理するための好気性生物処理反応槽としては、有機物の分解効率に優れ、かつ本発明に従って、反応槽内の出口領域の生物処理水のｐＨを調整することができるようなものであれば良く、既知の生物処理方式の生物反応槽が使用できる。例えば、活性汚泥を槽内に浮遊状態で保持する浮遊方式、活性汚泥を担体に付着させて保持する生物膜方式などを採用することができる。また、生物膜方式では固定床式、流動床式、展開床式など任意の微生物床方式でよく、更に担体として、活性炭、種々のプラスチック担体、スポンジ担体などがいずれも使用できる。

浮遊方式では、処理水から活性汚泥を分離する固液分離手段が必要であり、生物処理反応槽の後段に沈殿槽、膜分離装置などの固液分離手段を設ける。他の方式では生物処理反応槽内に活性汚泥を維持することから、このような固液分離手段を省略することができる。

担体としてはスポンジ担体が好ましく、スポンジ担体であれば微生物を高濃度に維持することができる。スポンジ素材としても特に限定されないが、エステル系ポリウレタンが好適である。担体の投入量としても特に制限はないが、通常、生物処理反応槽の槽容量に対する担体の見掛け容量で１０〜５０％程度とすることが好ましい。

本発明で用いる生物処理反応槽は、好気性状態で微生物的に有機物を分解するための反応槽であり、槽内に酸素（空気）を供給するための散気管、曝気機などの酸素ガス供給手段が設けられた曝気槽である。

この生物処理反応槽は、１槽式でも、多槽式でもよく、また、１槽式で槽内に仕切り壁を設けてもよい。

［ｐＨ調整］
本発明では、生物処理反応槽内であって、反応槽から生物処理水が排出される出口付近（槽内の出口領域。以下、単に「出口領域」と称す場合がある。）のｐＨを７．３以下、好ましくは６．５〜７．１、より好ましくは６．５〜６．９の弱酸性に調整する。この調整ｐＨが６．５未満では、通常の生物処理では活性が低下傾向になり、溶存有機物等の除去が不十分となって、結果として後述する所望のＦＩ値の水を得るには凝集処理に多量の無機凝集剤を要することになる。この調整ｐＨが７．３を超えると生物処理により有機物は除去できるが、所望のＦＩ値の水を得るにはやはり多量の無機凝集剤を要する。調整ｐＨが７．３以下、特にｐＨ６．５〜６．９であれば、後段の凝集処理において、少ない無機凝集剤添加量で、所望のＦＩ値の水を得ることができる。

本発明においては、生物処理反応槽内のいずれの領域をも上記ｐＨに調整しても良いが、生物処理反応槽を多槽式とするか、１槽式でも仕切り壁により複数領域に仕切るなどして、複数の生物処理領域を形成した場合には、最後段の生物処理領域の出口領域のみをｐＨ７．３以下、好ましくは６．５〜６．９とし、他の前段側の生物処理領域はｐＨ７．３より高くすることが好ましい。この場合、出口領域以外の他の領域は、生物処理に好適なｐＨに調整することが望ましい。従って、多槽式の場合は最終槽の出口領域をｐＨ７．３以下とし、その前段の槽は生物処理に好適なｐＨとすることが好ましい。また、１槽式で仕切り壁を設けるなどしてプラグフローにしている場合も、同様に最終領域のみをｐＨ７．３以下にすることが好ましい。

即ち、前述の有機態窒素やアンモニア態窒素を含有する有機性排水、有機硫黄化合物を含有する有機性排水のようなアルカリを消費する有機性排水は、生物処理反応槽にアルカリを添加してｐＨ７．５以上、例えば７．５〜８．５程度に保持することが好ましいため、このような有機性排水を処理する場合、複数段の生物処理領域を形成し、最後段の生物処理領域の出口領域のみをｐＨ７．３以下、好ましくは６．５〜６．９とし、他の前段側の生物処理領域はｐＨ７．５以上とすることが好ましい。

このｐＨ調整の方法としては特に制限はないが、生物処理反応槽に酸を添加する方法が簡便である。酸としては塩酸、硫酸など任意の酸を使用することができる。酸は、通常、生物処理反応槽内の出口領域に添加するが、生物処理反応槽の前半（入口領域）又は生物処理反応槽の前段に添加してもよい。酸の添加によるｐＨ調整方法としては、より具体的には、生物処理反応槽内出口領域のｐＨ又は、生物処理反応槽から流出した生物処理水のｐＨを測定して、生物処理反応槽に添加する酸注入量を制御する方法が挙げられる。

なお、酸は生物処理反応槽内の水に添加する必要があり、生物処理反応槽から流出した水に酸を添加しても本発明の効果は得られない。

［凝集処理］
有機性排水を生物処理反応槽で好気性生物処理して得られる生物処理水の凝集処理には、通常の凝集処理装置が用いられる。この凝集処理装置の凝集槽は１槽のみでも、２槽であってもよい。

凝集処理に用いる無機凝集剤としては、塩化第二鉄、ポリ硫酸鉄などの鉄系凝集剤、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等のアルミニウム系凝集剤が例示できるが、凝集効果の面からは鉄系凝集剤が好ましい。これらの無機凝集剤は、１種を単独で用いても良く、２種以上を併用しても良い。

凝集処理時は、必要に応じてｐＨ調整剤を添加して用いた無機凝集剤に好適なｐＨに調整する。即ち、ｐＨ条件としては、例えば、鉄系凝集剤ではｐＨ５．５以下で反応させることが効果的であり、アルミニウム系凝集剤ではｐＨ５．０以下で反応させた後、ｐＨ６．０以上に調整すると効果的であるため、必要に応じて酸やアルカリを添加してｐＨ調整を行うことが好ましい。このようなｐＨ条件における凝集処理により、良好な処理水質が得られる理由の詳細は明らかになっていないが、生物代謝物中のタンパク成分の電荷が中和されることが関係しているものと推定される。

凝集処理により、生物処理水中の溶解有機物や懸濁物はフロック化する。この凝集フロックを成長させるために、第１凝集槽で無機凝集剤を添加して、第２凝集槽で高分子凝集剤を添加しても良い。

生成した凝集フロックは、固液分離して処理水から分離する。固液分離手段として、沈殿、加圧浮上などが使用できるが、生物処理水の凝集フロックは浮上分離しやすく、また、沈殿槽に比べ、小さい面積の装置でよいことから、加圧浮上方式を採用するのが好ましい。

［逆浸透膜処理］
凝集処理水は更に逆浸透（ＲＯ）膜分離装置に通水してＲＯ膜処理する。

この場合、ＲＯ膜処理に先立ち、凝集処理水中の残留ＳＳを除去するために凝集処理水を濾過器に通し、濾過処理するのが好ましい。濾過器としては、砂、アンスラサイト等の濾材を充填した充填層型濾過器、精密濾過（ＭＦ）膜、限外濾過（ＵＦ）膜などの膜を用いた膜濾過器等を用いることができる。この場合、凝集槽の水を直接膜濾過しても良い。

ＲＯ膜分離装置としては、既存の任意の装置を使用することができる。

本発明では、少ない無機凝集剤添加量でＦＩ値の低い凝集処理水を得、これをＲＯ膜分離装置に給水することができるので、ＲＯ膜分離装置の膜フラックスの低下を抑制して、長期間安定して処理水（透過水）を得ることができる。

なお、ＦＩ値とは、水をＲＯ膜分離装置に通水して脱イオン処理する際のＲＯ膜分離装置への給水の水質がＲＯ膜処理に適しているか否かを判断する指標として用いられるものである。凝集処理水中の溶存有機物やＳＳの量は概ね同等であっても、これをＲＯ膜処理すると膜フラックスが早期に低下するときとそうでないときがあり、そのような場合、ＲＯ給水のＦＩ値では差が生じている。

ＦＩ値は、所定の孔径を有するメンブレンフィルタに試料水を通水して所定量を濾過するに要する時間を計測する操作を行って、初期の所要時間と、所定時間通水後の所要時間とから求めることができ、膜汚染、膜目詰まりを起こし易い又は起こし難い水質かを判定するのに用いられる。一般に、ＦＩ値５以下の水質でもＲＯ給水として許容されることがあるが、通常、ＦＩ値３以下の水質であることが望まれている。従って、本発明では、生物処理水を凝集処理してＦＩ値３以下の水を得、これをＲＯ膜処理することが好ましい。

［処理装置］
以下に図面を参照して本発明の実施に好適な処理装置の一例を説明する。

図１（ａ）は、本発明の有機性排水の処理方法の実施に好適な処理装置を示す系統図であり、図１（ｂ），（ｃ）は、その生物処理装置の他の例を示す系統図である。

図１（ａ）において、１は好気性生物処理反応槽（曝気槽）であり、散気管１Ａを備え、また、槽内に担体１Ｂが投入されている。この生物処理反応槽１内の生物処理水出口部にはスクリーン１Ｃが設けられており、そのスクリーン１Ｃの近傍の上流側に、生物処理反応槽１内に酸を注入するための配管１Ｄが設けられている。

２は第１凝集槽、３は第２凝集槽であり、それぞれ撹拌機２Ａ，３Ａを備える。また、第１凝集槽２には無機凝集剤の注入配管２Ｂが設けられ、第２凝集槽３にはｐＨ調整剤と高分子凝集剤の注入配管３Ｂが設けられている。

４は固液分離槽（加圧浮上槽）であり、５は濾過器、６はＲＯ膜分離装置である。

有機性排水は好気性生物処理反応槽１に導入され、好気条件で生物処理されて生物処理水が流出するが、この生物処理反応槽１内の出口領域に酸が添加されることで、この出口領域の生物処理水のｐＨが７．３以下、好ましくは６．５〜６．９に調整される。生物処理水は次いで第１凝集槽２で無機凝集剤が添加されて凝集処理された後、更に第２凝集槽３でｐＨ調整剤と高分子凝集剤が添加されてフロックが粗大化され、凝集処理水は次いで加圧浮上槽４に送給され凝集フロックが固液分離される。加圧浮上槽４の分離水は、濾過器５で残留ＳＳが除去された後、ＲＯ膜分離装置６でＲＯ膜処理され、透過水が処理水として取り出される。

図１（ｂ）の生物処理槽１１は、浮遊式の生物処理反応槽であり、散気管１１Ａを有すると共に、槽１１内に仕切り壁１１Ｂ，１１Ｃを設けて槽１１内を３つの生物処理領域に仕切ったものである。この生物処理反応槽１１の最終領域には酸の注入配管１１Ｄが設けられており、３つの生物処理領域のうち、最終段の生物処理領域のみがｐＨ７．３以下、好ましくはｐＨ６．５〜６．９に調整されるように構成されている。この生物処理反応槽１１の生物処理水は、沈殿槽１２で固液分離され、分離汚泥の一部は余剰汚泥として系外へ排出され、残部は返送汚泥として生物処理反応槽１１の入口側へ返送される。沈殿槽１２の分離水は、本発明に従って例えば図１（ａ）の第１，第２凝集槽に導入されて更に凝集処理される。

また、図１（ｃ）は、生物濾過方式の生物処理反応槽を２槽多段に設けたものであり、生物濾過槽２１，２２には、それぞれ散気管２１Ａ，２２Ａと生物濾過層２１Ｂ，２２Ｂが設けられている。後段の生物濾過槽２２の入口配管には、酸を注入するための配管２２Ｃが設けられ、生物濾過槽２２の生物処理水をｐＨ７．３以下、好ましくはｐＨ６．５〜６．９に調整するように構成されている。この生物濾過槽２２の生物処理水は、本発明に従って例えば図１（ａ）の第１，第２凝集槽に導入されて更に凝集処理される。

なお、図１に示す装置は、本発明で採用し得る処理装置の一例であって、本発明は何ら図示の方法に限定されるものではなく、前述の如く生物処理反応槽や凝集槽において、他の様々な態様を採用することができる。

以下に実施例、参考例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。

実施例１〜３、比較例１、参考例１
図１に示す装置により、本発明に従って有機性排水の処理を行った。処理した有機性排水の水質、用いた曝気槽及び凝集槽の仕様及び運転条件は下記の通りであり、２４００Ｌ／日の処理量で処理を行った。

このときの生物処理水の水質（曝気槽流出水の水質）と、凝集処理水の水質（第２凝集槽流出水を３０分静置後、Ｎｏ．５Ａ濾紙にて濾過した水について、ＡＳＴＭ Ｄ ４１８９−９５に従って測定したＦＩ値）を調べ、結果を表１に示した。

また、これらの結果から、無機凝集剤添加量３００ｍｇ／Ｌの場合と、４００ｍｇ／Ｌの場合における曝気槽の設定ｐＨと凝集処理水のＦＩ値との関係をグラフ化したものを図２に示した。

［有機性排水水質］
Ｋｊ−Ｎ：３８．２ｍｇ／Ｌ
Ｓ−ＴＯＣ：３５２ｍｇ／Ｌ

［曝気槽］
槽容量：２４００Ｌ
曝気量：２００Ｌ／ｍｉｎ
担体：３ｍｍ角のスポンジを見掛け容量で槽容量の５０％添加
曝気槽内出口領域の設定ｐＨ：表１に示す通り
（なお、ｐＨは曝気槽内の出口領域に酸としてＨＣｌを添加することにより調整した。酸を添加しない場合は、比較例１の如く、出口領域のｐＨは７．５であった。）

［第１凝集槽］
槽容量：５０Ｌ
無機凝集剤：３８重量％塩化第二鉄水溶液，添加量は表１に示す通り
槽内ｐＨ：３．０〜５．０（ＨＣｌ添加により調整）
撹拌機：平羽４０ｍｍ×２００ｍｍ，１８０ｒｐｍ

［第２凝集槽］
槽容量：５０Ｌ
撹拌機：平羽４０ｍｍ×２００ｍｍ，６０ｒｐｍ
槽内ｐＨ：５．０（ＮａＯＨ添加により調整）

比較例２
比較例１において、曝気槽から流出した生物処理水に酸を添加し、この流出水のｐＨを表１に示す値としたこと以外は同様にして処理を行い、同様に生物処理水水質、凝集処理水水質を調べ、結果を表１に示した。

表１及び図２より、本発明によれば、曝気槽内出口領域のｐＨを調整するのみで、凝集処理効果の指標であるＦＩ値を同等にするための無機凝集剤添加量を大幅に低減することができることが分かる。

また、比較例２より、曝気槽出口水に酸を添加しても本発明の効果は得られないことが分かる。

本発明の有機性排水の処理方法の実施に好適な処理装置の具体例を示す系統図である。 実施例１〜３、比較例１及び参考例１の結果から求めた、無機凝集剤添加量３００ｍｇ／Ｌの場合と４００ｍｇ／Ｌの場合における曝気槽の設定ｐＨと凝集処理水のＦＩ値との関係を示すグラフである。

１ 好気性生物処理反応槽（曝気槽）
２ 第１凝集槽
３ 第２凝集槽
４ 固液分離槽（加圧浮上槽）
５ 濾過器
６ ＲＯ膜分離装置
１１ 好気性生物処理反応槽
１２ 沈殿槽
２１，２２ 生物濾過槽

Claims (4)

1. 有機性排水を生物処理反応槽に導入して好気的に生物処理し、該生物処理反応槽出口から流出した生物処理水に無機凝集剤を添加して凝集処理する有機性排水の処理方法において、
   該生物処理反応槽内であって、該反応槽から生物処理水が排出される出口付近（以下「出口領域」と称す。）の生物処理水のｐＨを６．５〜７．３とし、前記凝集処理水を逆浸透膜分離装置に通水して処理する有機性排水の処理方法であって、
   前記生物処理反応槽は複数段の生物処理領域を備え、最終段の生物処理領域の出口領域の生物処理水のｐＨを６．５〜７．３とし、
   前記最終段の生物処理領域以外の少なくとも一部の生物処理領域の水のｐＨは７．３を超え、８．５以下であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 請求項１において、前記生物処理反応槽内の出口領域の生物処理水ｐＨを６．５〜６．９とすることを特徴とする有機性排水の処理方法。
3. 請求項１又は２において、前記有機性排水は、生物処理時にアルカリを消費する排水であることを特徴とする有機性排水の処理方法。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記凝集剤は、鉄系凝集剤及び／又はアルミニウム系凝集剤であることを特徴とする有機性排水の処理方法。

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