3 生物学的処理 -...

16
27 3.1 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 3.1.1 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 3.1.1 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 3.1.1 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 3.1.1 に主な活性汚泥法の運転条件を示す 1) 図 3.1.2 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 3.1.1 は活性汚泥の代表例である。 図 3.1.3 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、固液分離ができなくなる。 第3章 生物学的処理

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27

3.1

(BOD )

()

3.1.1

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-3.1.1

MISS 1kg 1

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

BOD- 0.20.4

(kg/kg-MLSS)

BOD-3.1.1

1 m3 1 kg-BOD

(kg-BOD/m3)

BOD- 0.30.8

kg/m3

3.1.1 1)

3.1.2

BOD

1824

2)

3.1.1

3.1.3

3

28

Q=m3/

BODL0(mg/L)

V(m3)

CA(mg/L)

Q=m3/P

CR(mg/L)

q(m3/)

BODLe(mg/L)

S(kg/)

3.1.1

3.1.2

(Zoogloea)

5001000 m

(Carchesium)

100200 m

3.1.1

3.1.3

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

3.1.1

29

3.2 (MBR)

MF

(MBR: membrane bioreactor)

MBRMF

3.2.1

MF

3.2.2 MF 0.2m0.4m

(MLSS)MLSS 2,000

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

BOD-

3.2.3 MF

3.2.4

ABS

0.4m 2 1

(0.491.0m0.8m2)

3.2.5

0.10.5m MF

MLSS 315,000mg

1/3

3.2.1

MF 5mg/L

3

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

30

M

(Membrane bioreactor)

P

P

MF(0.20.5m)

No.1

No.2

3.2.1

801000 1mm100m

10m1m100101

3.2.2 MF

MF

P

P

P

MF

MF

3.2.3 MF

MF(0.4m)

(PE)

0.491.0m(0.8m2/1

3.2.4

P

P

P

MF

3.2.5

3.2.1

BOD5mg/ 300 15

CODmg/ 200 20

T-N mg/ 20 5

T-Pmg/ 7 1

SSmg/ 200 5

31

3.3

BOD

3.3.1

BOD

BODBOD 200 mg/L

3.3.2

0.5 m32

1 m3

3 m 4 m

4 m2 m2

(W)(H) W:H

=1:13

3.3.3

10 cm

3.3.4

40 %

3.3.5

5 mm

1.02

BOD 10

5070 %

BOD

3

32

M

3.3.1

3 m

4 m

3 m

2 m 2 m

3m4m

3m2m

3.3.2

2 m

2.5 m

0.7m45

3.3.3

MM

3.3.4

3.3.5

33

33.4

BOD

3.4.13.4.21

24

3.4.1818

3.4.2

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

3.4.3 2 (P1

P2)

(3.4.42(P1P2)

3(P3)

(1

)

3.4.5

3.4.1

3

34

(

0 16 24

(m

3/h)

0

10

20

30

3.4.1

(m

3/h)

0 16 24

(

0

1

2

3

3.4.2

P1 P22

3.4.3

P1 P2

3

P3

3.4.4

3.4.5

3.4.1

(V)

35

3.5 BOD COD

BOD ()

BOD(Biochemical Oxygen Demand)

mg/L

3.5.1

BOD 5 BOD 5

3

5

BOD5

BOD 5

3.5.2 BOD-

TODTheoretical Oxygen Demand

CCO2HOH2ONNH3

510

25

10

4

10

3.5.1TOD,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

CODMnCODCr3.5.3

COD

(KMnO4)(1)

CODMn

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

CODMn

CODMn

3.5.4 CODCr

COD

(KCr2O7 -

COD)

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

(1965)

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

3

36

5(DO2)

205

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

(DO1)

3.5.1 BOD 5

050

BOD/TOD (%)

100

0

5 10

3.5.2 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()

3.5.3 CODMnCODCr

(%)

0

50

100

75

25

CODCr

CODMnBOD5

3.5.4 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

3.5.1 TOD,COD,BOD

37

3.6

BOD

3.6.1

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)

3.6.4

(MLSS) 10

BOD 10

1

BOD

MLSS

3.6.2

3

107

3.6.3

BOD

BOD

MLSS

3

38

MLSS

MLSSBOD

1MLSS 1kgBOD

BOD-kg/MLSS-kg

1m31BOD

BOD-kg/m3

MLSS

3.6.1

MLSS:10kg/m3

BODMLSS

BOD(4 kg/

3.6.2 BOD MLSS

MLSS:4kg/m3

BODMLSS

BOD(4 kg/

3.6.3 BOD MLSS

BOD

BOD(4 kg/

MLSS

3.6.4

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)

39

3.7

3.7.1

(NH4Cl)

[(NH4)2SO4]NH4+NaOH

pH 11(1) NH4+ NH3

3.7.1

NH4+ + OH - NH3+ H2O (1)

N2

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

3.7.2

Cl2/NH4-N = 9

1020

(1) (NH4+) NO2

(NO3-)

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

+ (3)

NO2 + 1/2O2 NO3- (4)

BOB

3.7.3 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)

3.7.4

pH10 80% NH3

1

1020mg/g 7%

(NaCl)

3

40

13

100

5 7

pH

11

75

0

25

50

(%)

9

NH3NH4

+

NH4+ + OH-NH3+ H2O

3.7.1 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)

3.7.2

80

100

0 20

BOD (mg/L)

60

75

0

25

50

(%)

40

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

+

NO2 + 1/2O2 NO3-

3.7.3 BOD

A

0.42nm

0.70nm 0.75nm 0.46nm

X

0.74nm

3.7.4

3.7.1

H 11 NH3

NH3

NH3

NH3

(NO3-N)

NH3NO3

41

3.8

1%

C60H87O29N12P

PO43HPO4

2-H2PO4-

3.8.1

1965 G.V.LevinJ.Shapino

3.8.2

COD

CODCr

100mg/L20mg/L

6mg/L20mg/L

20mg/L1mg/L

3.8.3

1.53.0

3.05.0

T-P

36mg/L1mg/L

(PO4-P)

3.8.4 Al3+Fe3+

PO4-PpHFe3+45Al3+

6

3.8.5

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

3.8.6

pH

3

42

PO

4-P

(mg/

L)

(h)0 2 3 4 5

0

1

2

1

3

4

5

-1

-2

-3

-4

-5

3.8.1

(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

3.8.2 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

3.8.3

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

3.8.4 Al3+Fe3+

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

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

3.8.5

pHM

3.8.6