1 有機系排水の生物処理方法 -...

24
1 1.1 活性汚泥法 活性汚泥法は、ばっき槽の中に有機物(BOD 成分)を吸 着・分解する活性汚泥を入れ、ここに空気(酸素)を送って 汚濁水を浄化する方法である。 図 1.1.1 に活性汚泥法の基本フローシートを示す。活性 汚泥法の基本となる設備は次の①②③である。 ① 流量調整槽:活性汚泥法の処理は 24 時間連続処理を原 則とする。ところが実際の排水は流量や濃度が変動する。 そこで、汚濁水の流量と濃度の均一化を図る目的で流量 調整槽を設ける。 ② ばっき槽:排水と活性汚泥を混合して空気(酸素)を吹き 込み、バクテリアによって有機物の吸着や生物分解を行 い汚濁水を浄化する。 ③ 沈殿槽:活性汚泥のフロックを沈殿させる。上澄水は放 流し、沈殿したフロックの一部は余剰汚泥として引き抜 き、残りは返送汚泥としてばっき槽に戻す。 ● 活性汚泥法で使う用語 SS(Suspended Solid:懸濁物質)水中に浮遊している不 溶解成分の総称。乾燥重量(mg/L)で表わす。 ML(Mixed Liquor:混合液)ばっき槽の中の原水と活性汚 泥の混合水。 MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid:混合液中の浮遊 物質)主に微生物の量を(mg/L)で表わす。MLSS の中には 無機物などの SS も含まれる。 MLVSS(Mixed Liquor Volatile Suspended Solid : MLSS 量を強熱してその減量で表す) 通常、MLSS の 75~85 %を占める。MLSS よりも生物量に 近い数値を意味する。単位は mg/L である。 SV 30 (Slidge Volume:汚泥容量)1 L の ML をメスシリン ダーにとり 30 分沈降させ沈殿物の容量(mL)を読み次式で 計算。汚泥沈降のしやすさを表す。 SV 30 (%)= 沈降汚泥容量(mL)/1000 mL×100 産業排水では通常 20~30%である。 SVI(Sludge Volume Index:汚泥容量指標) SVIは活性汚泥を30分間静置した時の1gの活性汚泥の占 める容量を mL で示す。 SVI = SV×10000/MLSS 正常な活性汚泥の SVI は 50~150 であるが 300(mg/L)以上 ではバルキングの可能性がある。 BOD-汚泥負荷図 1.1.1 参照) ばっき槽中の MISS 1kg あたり 1 日に流入する kg-BOD数で単位は(kg-BOD/kg-MLSS・日)である。 標準活性汚泥法では BOD-汚泥負荷を 0.2~0.4 (kg/kg-MLSS・日)程度とする。 BOD-容積負荷図 1.1.1 参照) ばっき槽 1 m 3 あたり 1 日に流入する kg-BOD 量で 単位は(kg-BOD/m 3 ・日)で表す。 標準活性汚泥法では BOD-容積負荷を 0.3~0.8 kg/m 3 ・日程度にとる。 ● 活性汚泥法の処理方式 表 1.1.1 に主な活性汚泥法の運転条件を示す 1) 図 1.1.2 に活性汚泥法のフローシート例を示す。 ① 標準法、長時間ばっき法:ばっ気槽入り口では酸 素消費量が大きく、出口は小さいのでばっ気量の調 整が必要。BOD 汚泥負荷に応じて返送汚泥量の調整 など、きめ細かな維持管理が要求される。 標準法と長時間ばっき法の流れは同じである。 長時間ばっき法は、ばっき時間を 18~24 時間と 長くとり、活性汚泥が自己消化により減量化するこ とをねらっている。中小規模の浄化槽や生物処理設 備に適している 2) ② 分注法:ばっ気槽の全面に原水を分割注入する方 法。ばっ気槽全体に分散注入されるので汚泥への悪 影響を防止できる。 ③ 汚泥再ばっき法:通常、沈殿槽に沈んだ汚泥は酸 欠状態になっている。これをそのままばっき槽に返 送して空気を送っても活力を回復するまでに時間 がかかる。そこで、汚泥再ばっき槽で汚水と高濃度 の活性汚泥にばっ気して、吸着物質を予め分解して 安定化したのちばっ気槽に流入させる。 ④ 酸化溝法:回転ブラシなどの機械ばっ気装置によ りばっ気と流動を同時に行なう。構造が簡単で維持 管理が容易であるが大きな設置面積が必要となる。 写真 1.1.1 は活性汚泥の代表例である。 図 1.1.3 は活性汚泥生物と糸状性細菌例である。 細菌の集合体であるズーグレアは粘着物質を出し てお互いに凝集する。 バルキングが起こると糸状細 菌が優先して繁殖し固液分離が困難となる。 第1部 有機系排水の生物処理方法

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1

1.1

(BOD )

()

1.1.1

24

()

SS(Suspended Solid)

(mg/L)

ML(Mixed Liquor)

MLSS(Mixed Liquor Suspended Solid

)(mg/L)MLSS

SS

MLVSS(Mixed Liquor Volatile Suspended Solid : MLSS

)

MLSS7585 %MLSS

mg/L

SV30(Slidge Volume)1 L ML

30(mL)

SV30(%)= (mL)/1000 mL100

2030%

SVI(Sludge Volume Index)

SVI301g

mL

SVI = SV10000/MLSS

SVI50150300(mg/L)

BOD-1.1.1

MISS 1kg 1

kg-BOD(kg-BOD/kg-MLSS)

BOD- 0.20.4

(kg/kg-MLSS)

BOD-1.1.1

1 m3 1 kg-BOD

(kg-BOD/m3)

BOD- 0.30.8

kg/m3

1.1.1 1)

1.1.2

BOD

1824

2)

1.1.1

1.1.3

1

2

Q=m3/

BODL0(mg/L)

V(m3)

CA(mg/L)

Q=m3/P

CR(mg/L)

q(m3/)

BODLe(mg/L)

S(kg/)

1.1.1

1.1.2

(Zoogloea)

5001000m

(Carchesium)

100200m

1.1.1

1.1.3

1) (1984)

2)BOD-

BOD-

BOD

MLSS

(mg/L)

(m3/m3

)

(h)

(%)

BOD

(%)

(BOD-kg/m3)

(BOD-kg/kg-SS)

0.3-0.8 0.2-0.4 1,500-2,000 3-7 6-8 20-30 95

0.15-0.25 0.03-0.05 3,000-5,000 15 18-24 50-150 75-90

0.4-1.4 0.2-0.4 2,000-3,000 3-7 4-6 20-30 95

0.8-1.4 0.2-0.4 2,000-8,000 12 5 50-100 90

0.1-0.2 0.03-0.05 3,000-4,000 24-48 95

1.1.1

3

1.2 (MBR)

MF

(MBR: membrane bioreactor)

MBRMF

1.2.1

MF

1.2.2 MF 0.2m0.4m

(MLSS)MLSS 2,000

8,000mg/ MBR MLSS 8,00015,000mg/

BOD-

1.2.3 MF

1.2.4

ABS

0.4m 2 1

(0.491.0m0.8m2)

1.2.5

0.10.5m MF

MLSS 315,000mg

1/3

1.2.1

MF 5mg/L

1

http://www.chikusan-kankyo.jp/osuiss/kiso/0028.htmhttp://www.chikusan-kankyo.jp/osuiss/kiso/0028.htm

4

M

(Membrane bioreactor)

P

P

MF(0.20.5m)

No.1

No.2

1.2.1

801000 1mm100m

10m1m100101

1.2.2 MF

1.2.3 MF

MF(0.4m)

(PE)

0.491.0m(0.8m2/1

1.2.4

P

P

P

MF

1.2.5

1.2.1

BOD5mg/ 300 15

CODmg/ 200 20

T-N mg/ 20 5

T-Pmg/ 7 1

SSmg/ 200 5

5

1.3

BOD

1.3.1

BOD

BODBOD 200 mg/L

1.3.2

0.5 m32

1 m3

3 m 4 m

4 m2 m2

(W)(H) W:H

=1:13

1.3.3

10 cm

1.3.4

40 %

1.3.5

5 mm

1.02

BOD 10

5070 %

BOD

1

6

M

1.3.1

3 m

4 m

3 m

2 m 2 m

3m4m

3m2m

1.3.2

2 m

2.5 m

0.7m45

1.3.3

MM

1.3.4

1.3.5

7

311.4

BOD

1.4.11.4.21

24

1.4.1818

1.4.2

12

(1)

V=(Q/T-KQ/24)T(1)

V:(m3) T:(h)

Q:(m3/)

K:1/241.5

1.5

1m3 0.51.0 m3/m3h

3.0 m100 m3

100 m3/h (1.7m3/) 3,000 mmAq

1

1.4.3 2 (P1

P2)

(1.4.42(P1P2)

3(P3)

(1

)

1.4.5

1.4.1

1

8

(

0 16 24

(m

3/h)

0

10

20

30

1.4.1

(m

3/h)

0 16 24

(

0

1

2

3

1.4.2

P1 P22

1.4.3

P1 P2

3

P3

1.4.4

1.4.5

1.4.1

(V)

9

1.5 BOD COD

BOD ()

BOD(Biochemical Oxygen Demand)

mg/L

1.5.1

BOD 5 BOD 5

3

5

BOD5

BOD 5

1.5.2 BOD-

TODTheoretical Oxygen Demand

CCO2HOH2ONNH3

510

25

10

4

10

1.5.1TOD,COD,BOD

COD

BOD

BOD 5

BOD

356km

5

BOD 5

CODBOD

BOD

BOD

COD

BOD

COD ()

COD(Chemical Oxygen Demand)

(mg/L)COD CODMn

CODCr

CODMnCODCr1.5.3

COD

(KMnO4)(1)

CODMn

2KMnO4+3H2SO4 K2SO4+2MnSO4+3H2O+5[O](1)

CODMn

CODMn

1.5.4 CODCr

COD

(KCr2O7 -

COD)

1) .Vol.2, No.11, pp.20-33,

(1965)

2) .Vol.12, No.2, pp.10-12, (1970)

1

10

5(DO2)

205

DO1-DO2=3.56.2mg/LDO1-DO2/DO1100=4070%

(DO1)

1.5.1 BOD 5

050

BOD/TOD (%)

100

0

5 10

1.5.2 BOD- 1)

Mn COD

CODMn=(a-b)f1,000/V0.2

a:(mL) b:(mL)

f:

V:(mL)

0.005M KMnO4

Cr COD

0.005M KMnO410mL30

0.0125M10 mL

0.005M KMnO4

1/240mol/L(KCr2O7)2

Cr2O725 mol/L()

CODCr=(a-b)f1,000/V0.2

a:25 mol/L()(mL)

b:25 mol/L()(mL) V:(mL)

f: 25 mol/L()

1.5.3 CODMnCODCr

(%)

0

50

100

75

25

CODCr

CODMnBOD5

1.5.4 2)

78.755.943.931.255.8L-

30.093.68.025.026.7

11.277.14.027.635.8

43.323.523.112.553.3

5.418.40.943.217.4

67.024.779.829.4119.1

39.779.313.627.234.3

43.212.242.512.098.4

42.86.625.43.959.3

49.745.327.925.456.1

71.311.638.06.253.3

11.823.66.312.653.3

19.877.512.850.064.5

64.010.566.811.0104.3

68.310.151.27.675.0

BOD/TODCOD/TODBODCOD

(%)

TOD

1.5.1 TOD,COD,BOD

11

1.6

BOD

1.6.1

1

(MLSS) 1kgBOD

(BOD-kg/MLSS-kg) =

L0(kg/m3)Q(m3/)/CA(kg/m

3)V(m3)(1)

(1)(2)

V(m3)

V(m3) = L0(kg/m3)Q(m3/)1/CA(kg/m

3)

1/(BOD-kg/MLSS-kg) (2)

: 1m3 1

BOD

(BOD-kg/m3)=

L0(kg/m3)Q(m3/)/V(m3) (3)

(3)(4)

V(m3)

V(m3) = L0(kg/m3)Q(m3/)1/(BOD-kg/m3)

(4)

L0:BOD(kg/m3)

Q:1(m3/)

CAMLSS(kg/m3)

V:(m3)

(BOD-kg/m3)=

(BOD-kg/MLSS-kg)MLSS(kg/m3)

(5)

(2)(4)

(2) CA[

MLSS(kg/m3)]

(4) CA

CA (MLSS)

MLSS

MLSS

(4)

1.6.4

(MLSS) 10

BOD 10

1

BOD

MLSS

1.6.2

3

107

1.6.3

BOD

BOD

MLSS

1

12

MLSS

MLSSBOD

1MLSS 1kgBOD

BOD-kg/MLSS-kg

1m31BOD

BOD-kg/m3

MLSS

1.6.1

MLSS:10kg/m3

BODMLSS

BOD(4 kg/

1.6.2 BOD MLSS

MLSS:4kg/m3

BODMLSS

BOD(4 kg/

1.6.3 BOD MLSS

BOD

BOD(4 kg/

MLSS

1.6.4

BOD250 mg/L1200 m3

BOD0.4 kg/kgMLSS3,000 mg/L

BOD

(m3)

= 250(g/m3)1/1,000200(m3)

1/0.4(kg/kg)1/3(kg/m3)

= 41.7 (m3)

BOD

BOD(kg/m3)

= 250(g/m3)1/1,000200(m3)1/41.7(m3)

= 1.2(kg/m3)

BOD 200 mg/L 1500 m3200

m3

BOD

BOD(kg/m3)

= 200 (g/m3)500 (m3)1/200 (m3)

= 500 (g/m3)

= 0.5 (kg/m3)

13

1.7

1.7.1

(NH4Cl)

[(NH4)2SO4]NH4+NaOH

pH 11(1) NH4+ NH3

1.7.1

NH4+ + OH - NH3+ H2O (1)

N2

4NH3 + 3O2 - 2N2 + 6H2O (2)

1.7.2

Cl2/NH4-N = 9

1020

(1) (NH4+) NO2

(NO3-)

NH4+ + 1/2O2 NO2 + H2O + 2H

+ (3)

NO2 + 1/2O2 NO3- (4)

BOB

1.7.3 BOD

BOD30 mg/LBOD

BOD 30 mg/L

BOD 10 mg/L

90 % (NO3-)

(2) NO3-

(N2)

NO2NO3

(5)

5CH3OH + 6NO3- + 6H+ 5CO2 + 3N2 + 13H2O(5)

(5)(N)

5CH3OH/6N = 160/84 = 1.90

2

(NO3)

mg/L

(NO3)

7 % (NaCl)

(NO3)

NO3

R-SO3Na + NO3- R-SO3NO3 + Na

+ (6)

R-SO3NO3 + NaCl

R-SO3Na + NO3- + Cl

-(7)

1.7.4

pH10 80% NH3

1

1020mg/g 7%

(NaCl)

1

14

13

100

5 7

pH

11

75

0

25

50

(%)

9

NH3NH4

+

NH4+ + OH-NH3+ H2O

1.7.1 pH

NH 4-N

(mg/L)

82

0

0 4 6

5

10

15

20

25

10

Cl:NH4-N

NH4-N

10

0

20

30

40

50

(mg/L)

1.7.2

80

100

0 20

BOD (mg/L)

60

75

0

25

50

(%)

40

NH4+ + 1/2O2 NO2 + H2O + 2H

+

NO2 + 1/2O2 NO3-

1.7.3 BOD

A

0.42nm

0.70nm 0.75nm 0.46nm

X

0.74nm

1.7.4

1.7.1

H 11 NH3

NH3

NH3

NH3

(NO3-N)

NH3NO3

15

1.8

1%

C60H87O29N12P

PO43HPO4

2-H2PO4-

1.8.1

1965 G.V.LevinJ.Shapino

1.8.2

COD

CODCr

100mg/L20mg/L

6mg/L20mg/L

20mg/L1mg/L

1.8.3

1.53.0

3.05.0

T-P

36mg/L1mg/L

(PO4-P)

1.8.4 Al3+Fe3+

PO4-PpHFe3+45Al3+

6

1.8.5

10Ca2+ + 2OH- + 6PO43- Ca10(OH)2(PO4)6 (1)

1.8.6

pH

1

16

PO

4-P

(mg/

L)

(h)0 2 3 4 5

0

1

2

1

3

4

5

-1

-2

-3

-4

-5

1.8.1

(h)

0 1 3

15

0

25

10

2

5

PO4-P (mg/L)

4

20

25

0

50

75

100

125

CODCr(mg/L)

CODCr

PO4-P

1.8.2 COD

No.1

No.2

No.1

No.2

MMM

(h) 1.5-3.0 3.0-5.0 3.0-4.0

BOD (mg/L) 100-120 20-30 10 10 10

:T-P (mg/L) 3-6 10-20 10-20 - -

: S-P (mg/L) 10-20 1 1 1

1.8.3

0.01

PO 4-P (mg/L)

100

1.0

10

0.1

0 2 6 12pH

4 8 10

Fe3+

Al3+

(P)12mg/LPO4 = 2:1

1.8.4 Al3+Fe3+

10Ca + 6PO4 + 2OH Ca10 (OH)2(PO4)6

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

1.8.5

pHM

1.8.6

17

1,000

mg/L

1,000 mg/L

1)

2.1.1

pH 6.0(E.C) 520S/cm

(TDS)420 mg/LCu2+ 6 mg/L Ni2+ 8 mg/L

H OH

(SV 5)

(H+)

H pH 2.7

620S/cm

HOH

pH 8.3 15S/cm

pH8.3

NaOH

pH 7.3

150S/cm

2

2.1.2

2

2.1.1

2.1.1 2

2

pH 6.0 8.3 7.2

(S/cm) 500 15 0.8

Cu2+ 20 N.D N.D

Ni2+ 10 N.D N.D

2

2

2.1.3

2.1.4

2.1.1

2.1.2

2.1

2

18

SiO2

Cu2+

Ni2+

Ca2+

SO42-

Cl-

Na+

K+

HCO3-

SiO2

SO42-

Cl-

HCO3-

H+ H2O

pH 6.0

EC:500S/cm

pH 2.7

EC:620S/cm

pH 8.3

EC:15S/cm

(HSiO3-) (HSiO3

-)

2.1.1

pH 6.0

500S/cm

Cu2+ 20mg/L

Ni2+ 10mg/L

pH 7.2

0.8S/cm

Cu2+ N.D

Ni2+ N.D

pH 8.3

15S/cm

Cu2+ N.D

Ni2+ N.D

2.1.2 2

EC 100S/cm H+

H+

Na+

Na+

Na+Na+

OH-

OH-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

OH-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

OH-

H+

No.1

EC 10S/cmNo.2

EC 1.0S/cm

No.3

EC 0.1S/cm

No.4

EC 0.05S/cm

EC 0.05S/cm

Na+

Na+

Na+Na+

H+

Na+

Na+

Na+Na+

H+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

OH-

2.1.3

No.2

No.3

No.1

Material in Material out

2.1.4

2.1.1

2.1.2

1) :2pp.192-193

(2012)

19

COD

RO

RO

RO

RO

1)

RO

RO 2.2.1

RO

RO

3

FI45

RO2.2.1(12 mm

) 8

36 m24 9 m2

8

12 m3/h

2220 L/m2h(8

10.72 m3/h)

RO

2.2.1

2.2.1

RO

2.2.2RO

pH 5

RO 2.2.1

2.2.32.2.2pHpH 5.0

50 %RO

190200 nm

COD

198 nm 2

COD 1 mg/L

RO COD

RO

2.2.1 RO 2.2.2

10S/cm

2.2.4 RO

24

RO 1 600

2.2.1 RO

2.2 RO

2

20

4 RO 9m2

8RO 36m2

RO

2.2.1 RO

No.2

No.3

No.1

H2SO4

RO

pH

Material in Material out

2.2.2 RO

2.2.1

pH 7.5 4.7

(S/cm) 1,200 45

(mg/L) 950 N.D

SS (mg/L) 40 N.D

Cu2+ (mg/L) 4 N.D

Ni2+ (mg/L) 20 N.D

Ca2+ (mg/L) 25 N.D

SiO2 (mg/L) 28 1.2

COD (mg/L) 30 0.9

(nm)

0.0

0.5

190 200 210 220 230

1.0

2.2.3

(

S/cm)

800

(L/L-Resin)

250 50 600

20

50

1000

30

10

(RO

40

(RO

2.2.4 RO

2.2.1 RO

1) :Vol.50, No.12, pp.92-98 (1999)

21

(HCN)

UV

UV

2.3.1

pH 10.5CN- 130mg/LCOD 79mg/LCu2+ 65mg/L

COD 2.0

10 mg/L

2.0

2.5

2.3.2 2.3.1 UV

pHCN-CNO-CODpH

0.4 7.8

COD1.01.0 mg/L

COD

0.4

(CNO-)190 mg/L

CNO-1.5

COD CN- CNO-

2.5

0.4

CNO-

CNO-NH4+

1)

10S/cm

UV

UV

2.3.3 2.3.1

UV

No.1

UV

UV

10S/cm

2.3.3

UV

2.3.4 UV

UV

40 UV

90

UV

2.3 UV

2

22

(h)

CN- ,Cu2+,C

OD(m

g/L

)

0 0.5 1.0 1.5 2.5

120

0

160

2.0

80

7

8

9

10

11

pH

40

COD

CN-

pH

Cu2+

2.3.1 2)

(h)

CN- ,CNO

-,C

u2+,C

OD(mg

/L)

0 0.5 1.0 1.5 2.5

150

0

200

2.0

100

7

8

9

10

11

pH

50

CODCN-

pH

CNO-

2.3.2 UV 2)

No.2

No.3

No.1

Material in Material out

UV

UV

2.3.3 UV

(L/L-

10

(

S/cm)

1000

100

500

20

0 40 80 120 160

UV

UV

2.3.4

2.3.1 UV

1) CNO-(1)(3)

(NH4+ )

R-SO3H + NaCNO R-SO3Na + H+ + CNO-(1)

CNO- + 2H+ + H2O CO2 + NH4+ (2)

R-SO3H + NH4+ R-SO3NH4+ + H+ (3)

5.3.3 UV

2) No.9pp.834-840

(1994)

23

UFRORO2

UV 1)

Cu2+Ni2+Zn2+

10100 mg/L

COD

2,000 mg/L

(E.C.: Electric Conductivity )12,500S/cm

(CaCl2) 200

mg/L 10 % NaOHpH 9.59.7

1 mg/L

2.4.1 2.4.1

Ca2+

(Na2CO3)CaCO3

25kPa

pH70

2.4.2UF

UF

0.03 MPa UF (PVDF

150,000)

UF

1

NaClOmg/L

PVDFUF

RO

UFUF

RO 1 RO

1.0 MPa 1 RO

RO( 8) 2

3:2 UF

NaClO

50 mg/L

NaClO

1RONo.1

No.1

2 RO

2RO4.0 MPa

2 RO RO( 8) 2

3:2

RONo.2

2.4.3 2 RO

2.4.2UFRO

RO2.4.4 UV

COD

(pH6.5, COD2.0,5S/cm)

2.4 RO

2

24

pHM

Na2CO3

M

(

2.4.1

2.4.1

PI

PI

NaClO

UF

UF

UF

UF

2.4.2 UF

RO (2.0MPa)

No.1

1RO

2RO(4.2MPa)

NaHSO3

PI

PI

PI

PI

UF

UF

2RO

No.2

2.4.3 2RO

2.4.2 UFRO

UV

RO

RO

2.4.4 UV

1) :Vol.37, No.6, pp.563-569

(2011)