JP7180979B2 - 排水の生物処理方法及び排水処理システム - Google Patents

Description

本発明は、排水の生物処理に係る方法及び排水処理システムに関するものである。特に、分離対象物を含む排水の生物処理方法及び排水処理システムに関するものである。

一般に、有機物を含む排水を処理する方法として、種々の微生物を利用した生物処理が知られている。このとき、排水中に含まれる成分によっては、生物処理工程のほかに当該成分を分離工程により分離する処理が行われる場合もある。

例えば、油脂含有排水の生物処理においては、油脂のような水難溶性物質は微生物で分解され難く、微生物活動を阻害したり、生物処理過程で分解されずに処理水に残留するという問題がある。したがって、高濃度の油脂含有排水に対しては油脂を分離する処理を行う必要がある。

特許文献１には、油脂含有廃水に凝集剤を加えてフロックを形成するとともに、ガス生成を伴う嫌気的生物処理を密閉可能な容器内で行うことにより、廃水中にガスを加圧状態で含ませた加圧廃水を得た後、加圧廃水を大気圧開放することで微細気泡を発生させ、油脂等を吸着したフロックを浮上分離し、スカムとして回収して分解処理槽に投入し、分解処理するという方法が記載されている。

特開２００７－２５２９６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような方法で分離したスカムを分解処理槽に投入した場合、油脂分解菌を含有する溶液とスカムが分離してしまい、スカムと油脂分解菌の接触頻度が低く、その結果、スカムの分解効率が低いという問題がある。

本発明の課題は、油脂などの分離対象物を含む排水の生物処理において、分離対象物の分解処理を促進するために、分離対象物と分離対象物を分解する分解菌との接触効率を向上させることができる生物処理方法及び排水処理システムを提供することである。

本発明者は、上記の課題について鋭意検討した結果、分離対象物とその分解菌とを一体に凝集させることにより、分離対象物と分解菌との接触効率を向上させることができることを見出して、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、以下の生物処理方法及び排水処理システムである。

上記課題を解決するための本発明の生物処理方法は、分離対象物を含む排水を生物処理する方法であって、分離対象物を含む排水に対して分離対象物の分解菌と凝集剤を添加するという特徴を有する。
本発明の生物処理方法は、分離対象物を含む排水に対して、分離対象物の分解菌と凝集剤を添加することで、分離対象物と分解菌とを一体に凝集させて、分離対象物と分解菌との接触効率を向上させることができるものである。これにより、分離対象物の効率的な分解処理が可能となる。

また、本発明の生物処理方法の一実施態様としては、分離対象物を分解する生物処理工程を備え、分解菌として、生物処理工程により生じる汚泥又は処理水を用いるという特徴を有する。
この特徴によれば、生物処理工程により生じる汚泥又は処理水に含まれる分解菌を有効活用することが可能となる。

また、本発明の生物処理方法の一実施態様としては、分離対象物を含む排水に対して分離対象物の分解菌と凝集剤を添加することにより形成されたフロックを分離する分離工程を備え、分離工程は、浮上分離により分離するという特徴を有する。
この特徴によれば、排水中の分離対象物を分解菌と一体となったフロックとして容易に分離することができる。

また、上記課題を解決するための本発明の排水処理システムは、分離対象物を含む排水を生物処理する排水処理システムであって、分離対象物を分解する生物処理槽と、生物処理槽の前段で排水中に含まれる分離対象物の分解菌と凝集剤を添加する添加部とを備えるという特徴を有する。
本発明の排水処理システムによれば、分解対象物を分解する生物処理槽の前段に、分離対象物の分解菌と凝集剤を添加する添加部を備えるため、分離対象物と分解菌とを一体に凝集させて、分離対象物と分解菌との接触効率を向上させることができる。これにより、分離対象物の効率的な分解処理が可能となる。

また、本発明の排水処理システムの一実施態様としては、生物処理槽の汚泥又は処理水を添加部に返送する返送手段を備え、返送された汚泥又は処理水を分解菌として用いるという特徴を有する。
この特徴によれば、生物処理槽の汚泥又は処理水内に存在する分解菌を有効活用することが可能となる。

また、本発明の生物処理方法の一実施態様としては、添加部により形成されるフロックを分離するための分離部を備え、分離部は、浮上分離を行うという特徴を有する。
この特徴によれば、排水中の分離対象物と分解菌が一体となったフロックを容易に分離することができる。

本発明によると、油脂などの分離対象物を含む排水の生物処理において、分離対象物の分解処理を促進するために、分離対象物と分離対象物を分解する分解菌との接触効率を向上させることができる生物処理方法及び排水処理システムを提供することができる。

本発明の第１の実施態様に係る排水処理システムの概略説明図である。 本発明の第１の実施態様に係る排水処理システムの別の一態様を示す概略説明図である。 本発明の第２の実施態様に係る排水処理システムの概略説明図である。 本発明の第３の実施態様に係る排水処理システムの概略説明図である。 本発明の第４の実施態様に係る排水処理システムの概略説明図である。

本発明の生物処理方法及び排水処理システムは、分離対象物を含む排水の生物処理において好適に利用されるものである。
分離対象物は、生物処理で分解され難いものを指し、例えば、油脂、パルプなどの水難溶性物質が挙げられる。特に、微生物の活動を阻害する可能性の高い油脂を分離対象物とすることで、本発明に係る効果を好適に発揮することができる。
なお、油脂の具体例としては、動物性油脂、植物性油脂、脂肪酸、炭化水素、芳香油、高級アルコール、界面活性剤等が挙げられる。これらの油脂は、水中にＳＳ（Suspended Solid）として固体状態で存在してもよく、または水中に乳化分散した液体状態や水と分離した状態で存在するものであってもよい。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る生物処理方法及び排水処理システムの実施態様を詳細に説明する。なお、本発明の生物処理方法については、以下の排水処理システムの構成及び作動の説明に置き換えるものとする。また、この実施態様は、本発明を限定するものではない。

［第１の実施態様］
図１は、本発明の第１の実施態様の排水処理システムの概略説明図である。
本発明に係る排水処理システム１ａは、分離対象物として油脂を含む排水ＷＯを処理するものであり、分離対象物を分解する生物処理槽５と、その前段に分離対象物を分解する分解菌Ｍと凝集剤３１を添加する添加部３と、添加部３により形成されるフロックを分離するための分離部２を備える。本発明に係る排水処理システム１ａによれば、添加部３から分解菌Ｍと凝集剤３１を排水ＷＯに添加することで、排水ＷＯ中の分離対象物と分解菌Ｍとが一体となったフロックＦが形成される。よって、分離対象物（油脂）と分解菌Ｍの接触効率を高めた状態で処理を行うことが可能となる。

（添加部）
添加部３は、排水ＷＯに凝集剤３１及び分解菌Ｍを添加して、排水ＷＯ中の分離対象物と分解菌Ｍとが一体となったフロックＦを形成させるものである。添加部３は、生物処理の前段で凝集剤３１と分解菌Ｍ１を添加できれば、どの位置に設置してもよい。例えば、図１に示すように、ラインＬ１に設けてもよいし、分離部２に設けてもよい。図１のようにフロックＦを分離するための分離部２を設ける場合には、分離部２の前段に設けることが好ましい。これにより、フロックＦを形成させて分離部２内に供給することができるため、分離部２における分離処理効率を高めることができる。具体的には、図１に示すように、排水ＷＯを供給するラインＬ１に対して、ラインＬ２から凝集剤３１を、ラインＬ３から分解菌Ｍを供給するものとすることが好ましい。

分解菌Ｍの種類は、分離対象物に応じて選択し、分離対象物を分解する能力を有するものであれば、特に限定されない。例えば、分離対象物が油脂の場合、既知の油脂分解菌としてBurkholderia属細菌、Pseudomonas属細菌、Rhodococcus属細菌、Acinetobacter属細菌、Bacillus属細菌、Enterobacter属細菌、Syntrophomonas属細菌、Microcossus属細菌、Alcanivorax属細菌などを用いることができるが、油脂を分解できる能力を有する微生物であればよく、これらに限定されない。また、例えば、分離対象物がパルプの場合、既知のパルプ分解菌として、Sphaerotilus属細菌、Phanerochaete属細菌、Coriolus属細菌、Geotrichum属細菌、Fusarium属細菌、Penicillium属細菌、Pullularia属細菌などを用いることができるが、パルプを分解できる能力を有する微生物であればよく、これらに限定されない。
分解菌Ｍは単離した菌を用いてもよいが、複数の菌が混合された複合微生物として用いるものでもよい。

凝集剤３１としては、特に制限されず、無機凝集剤、高分子凝集剤のいずれでもよい。無機凝集剤としては、例えば、ポリ硫酸第二鉄、塩化第二鉄、ポリシリカ鉄、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等が挙げられ、高分子凝集剤としては、ポリアミノアルキルメタクリレート、ポリエチレンイミン、ハロゲン化ポリジアリルアンモニウム、キトサン、尿素－ホルマリン樹脂等のカチオン性高分子凝集剤、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド部分加水分解物、部分スルホメチル化ポリアクリルアミド、ポリ（２－アクリルアミド）－２－メチルプロパン硫酸塩等のアニオン性高分子凝集剤、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等のノニオン性高分子凝集剤、アクリルアミドとアミノアルキルメタクリレートとアクリル酸ナトリウムの共重合体等の両性高分子凝集剤が挙げられる。凝集状態を良好に維持することができることから、無機凝集剤を使用することが好ましい。また、排水中の成分や凝集状態に応じて、無機凝集剤と高分子凝集剤を併用してもよい。

図１に示した排水処理システム１ａでは、添加部３において、凝集剤３１、分解菌Ｍの順に添加を行うものとしているが、分解菌Ｍ、凝集剤３１の順番で添加するものとしても、分解菌Ｍと凝集剤３１を混合して同時に添加するものとしてもよい。添加部３における添加の順番は、分離対象物、凝集剤３１、分解菌Ｍの種類に応じて、安定したフロックＦを形成する組み合わせとなるように選択することができる。
また、凝集剤３１として無機凝集剤と高分子凝集剤を併用する場合においては、無機凝集剤と分解菌Ｍを先に添加し、高分子凝集剤を最後に添加することによって、安定したフロックＦを形成することができる。なお、この際、無機凝集剤と分解菌Ｍの添加の順番は問わない。

また、排水Ｗ、凝集剤３１及び分解菌Ｍを撹拌するための撹拌部を設けてもよい。これにより、確実にフロックＦの形成を進行させた状態で分離部２に供給することが可能となる。撹拌部の具体例としては、例えば、ラインＬ１に設置したインラインミキサーや、撹拌機を有する貯留槽等が挙げられる。

（分離部）
分離部２は、図１に示すように、排水ＷＯを貯留するための分離槽に、微細気泡供給部４を備えたものである。微細気泡供給部４は、添加部３により形成したフロックＦを分離槽内で浮上分離するためのものであり、図１に示すように、分離槽の底部から微細気泡を供給するものである。微細気泡を供給すると、フロックＦに微細気泡が付着する。これにより、フロックＦがスカムＳとして分離槽の水面に浮上するため、フロックＦを容易に回収することができる。微細気泡供給部４の具体例としては、空気などのガスを含んだ加圧水を供給し、分離槽２内で大気圧となることで微細気泡を発生させる加圧水供給装置や、マイクロバブル、ナノバブルを直接供給する気泡供給装置等が挙げられる。

微細気泡として供給される気体は、どのような気体でもよく、例えば、空気、窒素、二酸化炭素、酸素等が挙げられる。後段の生物処理槽５における生物処理の条件に応じて適宜設定すればよく、例えば、生物処理槽５において好気性生物処理をする場合には、空気や酸素等の活性ガスを供給すればよく、生物処理槽５において嫌気性生物処理をする場合には、窒素や二酸化炭素等の不活性ガスを供給すればよい。

スカムＳとして回収されたフロックＦは、ラインＬ５を介して生物処理槽５に供給され、フロックＦが除去された処理水Ｗ１は、ラインＬ４を介して分離部２の外に排出される。

なお、処理水Ｗ１は、必要に応じて生物処理等の処理が行われる。その生物処理としては、例えば、酸生成菌及びメタン生成菌によるメタン発酵や、脱窒菌により硝酸・亜硝酸の還元を行う脱窒処理や、硫酸還元菌により硫酸の還元を行う硫酸還元処理等の嫌気性生物処理や、活性汚泥を用いる活性汚泥処理等の好気性生物処理などが挙げられる。
また、処理水Ｗ１の生物処理は、分離部２で行ってもよい。

図２は、本実施態様における排水処理システムの分離部２の別の態様を示す概略説明図である。
図２に示すように、排水処理システム１ｂとして、分離部２１内に仕切り板６を設け、仕切り板６の槽上部側を越流可能とし、上流側を、スカムＳを形成するスカム形成槽２ａ、下流側を、スカムＳと処理水Ｗ１を分離するためのスカム分離槽２ｂとしたものである。仕切り板６を設けることにより、フロックＦが処理水Ｗ１と共に分離部から流出することを抑制されるため、スカムＳの回収率を向上することができる。

（生物処理槽）
生物処理槽５は、フロックＦに含まれる分離対象物を分解するための槽である。図１に示すように、ラインＬ５を介してスカムＳとして回収されたフロックＦが生物処理槽５に供給される。スカムＳ（フロックＦ）は、分離対象物と分解菌Ｍが一体となっているため、分離対象物と分解菌Ｍの接触効率が高く、その結果分解効率も向上する。また、スカムＳの分解効率をさらに高めるために、生物処理槽５には、さらに分解菌Ｍを添加する手段を設けるものとしてもよい（不図示）。分解処理後の処理水Ｗ２は、ラインＬ６を介して生物処理槽５から排出される。

生物処理槽５にける生物処理は、分解菌Ｍにより分離対象物を分解するものであればよく、嫌気性生物処理、好気性生物処理のいずれであってもよい。また、分解菌Ｍによる生物処理の分解物を、さらにメタン発酵や、活性汚泥処理などにより処理してもよい。メタン発酵や活性汚泥処理などの他の生物処理は、生物処理槽５内で分解菌Ｍによる生物処理と同時に行ってもよいし、生物処理槽５とは別の生物処理槽で行ってもよい。

なお、分離部及び生物処理槽は、さらに付帯する各種設備を設けることができる。例えば、分離部及び生物処理槽に、内部の水温調整手段、ｐＨ調整剤の投入手段、分解菌Ｍが必要とする栄養源である窒素、リン、コバルト及びニッケル等の金属類を添加する手段を備えたものとしてもよい。

本実施態様における生物処理方法及び排水処理システムは、分離対象物とその分解菌を一体としたフロックを形成し、浮上分離によってスカムとして回収する。このスカムには、分離対象物とその分解菌が一体となって含まれるため、スカムの分解処理を効率よく行うことが可能である。特に、増殖速度が遅く、分解処理に時間を要する油脂分解菌を用いた油脂含有排水の生物処理に好適に用いられる。

［第２の実施態様］
図３は、本発明の第２の実施態様の排水処理システム１ｃの概略説明図である。
本実施態様の排水処理システム１ｃは、図３に示すように、生物処理槽５から排出される汚泥や一部の処理水Ｗ２′を返送する返送手段７を設けるものであり、図１に示した第１の実施態様の排水処理システム１ａにおいて、ラインＬ６から分岐したラインＬ６′をラインＬ１側に延伸するものである。なお、排水処理システム１ｃの構造のうち、第１の実施態様の排水処理システム１ａの構造と同じものについては、説明を省略する。

生物処理槽５では分解菌Ｍが増殖するため、生物処理槽５から排出される汚泥や返送される処理水Ｗ２′には、分離対象物の分解菌Ｍが多量に含まれている。本実施態様の排水処理システム１ｃによれば、生物処理槽５において増殖した分解菌Ｍを循環させて有効活用することが可能となる。

ここで、返送手段７であるラインＬ６′と、添加部３における分解菌Ｍの添加ラインＬ３とは別々に設けるものとしてもよく、一体化するものとしてもよい。
返送手段７と添加部３における分解菌Ｍの添加ラインＬ３を別々に設けた場合、添加部３からは分解菌Ｍを追加供給することができるため、分解処理効率の低減を防ぐことが可能となる。一方、返送手段７と添加部３における分解菌Ｍの添加ラインＬ３を一体化した場合、装置を簡素化することができる。

また、返送手段７は、返送量を可変する制御機構を設けるものとしてもよい。これにより、分解菌Ｍの添加量を処理効率に応じて適切に制御することが可能となる。

［第３の実施態様］
図４は、本発明の第３の実施態様の排水処理システム１ｄの概略説明図である。
本実施態様の排水処理システム１ｄは、図４に示すように、第２の実施態様の排水処理システム１ｃから分離部２を除いたものである。
この排水処理システム１ｄによれば、分離対象物をフロックＦとして排水ＷＯから実質的に分離する。また、フロックＦ内には、分離対象物と分解菌Ｍが一体となっていることから、分離対象物と分解菌Ｍの接触効率を高めた状態で処理を行うことが可能となる。

［第４の実施態様］
本発明の排水処理システムは、分離対象物の分離を浮上分離ではなく、沈降によるものとしてもよい。
図５は、本発明の第４の実施態様の排水処理システム１ｅの概略説明図である。
図５に示すように、本実施態様における排水処理システム１ｅは、分離部２′の底部を漏斗状に傾斜した形とし、添加部３により凝集剤３１及び分解菌Ｍを添加し、排水ＷＯ内の分離対象物と分解菌Ｍとを一体化したフロックＦを形成する。フロックＦは、分離槽２′の底部からラインＬ７を介して回収される。回収したフロックＦは生物処理槽５′に供給され、分解処理された後、処理水Ｗ４としてラインＬ９から排出される。また、生物処理槽５′から排出される一部の処理水Ｗ４′を返送する返送手段７′を設けるものとしてもよい（ラインＬ８′）。なお、分離槽２′で処理された処理水Ｗ３は、ラインＬ８を介して排出される。
これにより、分離対象物と分解菌Ｍを一体化した状態で、排水中の分離対象物の分解処理を行うことができ、その結果、処理効率を高めることが可能となる。

なお、上述した実施態様は生物処理方法及び排水処理システムの一例を示すものである。本発明に係る生物処理方法及び排水処理システムは、上述した実施態様に限られるものではなく、請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、上述した実施態様に係る生物処理方法及び排水処理システムを変形してもよい。

例えば、本実施態様の排水処理システムにおいて、形成されたフロックの状態を監視する監視機構を設け、監視機構の結果に応じて添加部から添加する凝集剤及び分解菌の添加量及び添加割合を制御するものとしてもよい。これにより、安定したフロックＦの形成を維持した状態で処理を行うことができるようになる。
また、フロックを浮上分離により分離する場合、スカムの状態から添加部の添加量及び添加割合を制御することとしてもよい。

本発明の生物処理方法及び排水処理システムは、分離対象物を含む排水の生物処理に利用される。特に水難溶性物質である油脂やパルプを含有する排水の生物処理において好適に利用される。
また、本発明の生物処理方法及び排水処理システムは、浮上分離を伴う排水の生物処理において好適に利用される。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 排水処理システム、２，２１，２′ 分離部、２ａ スカム形成槽、２ｂ スカム分離槽、３ 添加部、３１ 凝集剤、４ 微細気泡供給部、５，５′ 生物処理槽、６ 仕切り板、７，７′ 返送手段、Ｌ１～Ｌ９ ライン、Ｌ６′，Ｌ８′ 返送ライン、Ｆ フロック、Ｍ 分解菌、Ｓ スカム、ＷＯ 排水、Ｗ１～Ｗ４ 処理水、Ｗ２′，Ｗ４′ 返送される処理水

Claims (4)

1. 分離対象物を含む排水を生物処理する方法であって、
   分離対象物を含む排水に対して前記分離対象物の分解菌と凝集剤を添加する添加工程、前記添加工程により形成されるフロックをスカムとして分離する分離工程、及び、形成されたフロック又はスカムの状態を監視する監視工程を備え、
   前記添加工程は、前記監視工程の結果に応じて、前記分解菌と前記凝集剤の添加量、及び、添加割合を制御するステップを有し、
   前記分離工程は、分離槽の底部から微細気泡を供給してスカムを形成するステップ、微細気泡が供給された排水を前記分離槽に設けられた仕切り板の槽上部側を越流させるステップ、前記仕切り板を越流した排水をスカムと処理水に分離するステップを有することを特徴とする、生物処理方法。
2. 前記分離対象物を分解する生物処理工程を備え、
   前記分解菌として、前記生物処理工程により生じる汚泥又は処理水を用いることを特徴とする、請求項１に記載の生物処理方法。
3. 分離対象物を含む排水を生物処理する排水処理システムであって、
   前記分離対象物を分解する生物処理槽と、
   前記生物処理槽の前段で排水中に含まれる前記分離対象物の分解菌と凝集剤を添加する添加部と、
   前記添加部により形成されるフロックをスカムとして分離する分離部と、
   前記添加部により形成されたフロック又はスカムの状態を監視する監視機構と、
   前記添加部は、前記監視機構の結果に応じて前記分解菌と前記凝集剤の添加量、及び、添加割合を制御する制御部を備え、
   前記分離部は、前記排水を貯留するための分離槽と、槽上部側を越流可能とする仕切り板と、前記分離槽の底部から微細気泡を供給する微細気泡供給部を有し、
   前記微細気泡供給部は、前記仕切り板の上流側に配置され、
   前記仕切り板の上流側を、スカムを形成するスカム形成槽とし、前記仕切り板の下流側を、スカムと処理水を分離するためのスカム分離槽とすることを特徴とする、排水処理システム。
4. 前記生物処理槽の汚泥又は処理水を前記添加部に返送する返送手段を備え、返送された汚泥又は処理水を前記分解菌として用いることを特徴とする、請求項３に記載の排水処理システム。
   

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