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よしじろうかつもと
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1 第 42 回優秀環境装置あ経済産業省産業技術環境局長賞汚泥減量型好気処理プロセス ( バイオプラネット SR) 栗田工業株式会社 1. 装置説明本装置は微小動物による細菌の捕食を利用した汚泥減量型好気処理プロセスであり有機物を微小動物が捕食しやすい分散菌へと変換する分散菌槽と生成した分散菌をろ過捕食型微小動物に捕食させることで汚泥減量する微小動物槽から構成されている本プロセスを用いることで処理水質を悪化させることなく標準的な好気生物処理に比べ余剰汚泥の発生量を 40~75% 減量することが可能である本装置では固液分離方式によって異なる 3 タイプの選択が可能である沈殿池返送型 ( 以下沈殿池型 ) 膜分離型 ( 以下 MBR 型 ) 流動担体による流動床型各方式の特徴は以下の通りで適用時のニーズに応じて使い分けることができる沈殿池型と MBR 型は汚泥滞留時間を長く取ることができるため汚泥発生量を大幅に削減することができるまた MBR 型は処理水への SS の流出が無いため高度な処理水質を達成することができる流動床型は沈殿池による汚泥返送が不要なため運転管理の簡素化高負荷化省スペース化が可能となる流動床型では汚泥を含む処理水が流出するため必要な処理水質にあわせ後処理設備を設置する各生物槽には処理に必要な微生物を安定して維持できるよう担体を添加設置している分散菌槽および流動床型の微小動物槽には 3~ 5mm にカットしたポリウレタン担体が添加され沈殿池型および MBR 型の微小動物槽には板状のポリウレタン担体が設置されている上記の通り処理方式の選択肢を増やし処理の安定性を強化したことで処理設備の最適化負荷変動や高負荷処理への対応ができるようになり加えて生物処理に好適な食品工場排水だけでなく化学工場液晶工場などの成分が限定され微小動物の増殖が困難と考えられていた排水種への適用も可能にした各方式の概略図は図 1 に本装置で発生する分散菌および微小動物担体の様子は図 2 に示す通りである -13-

2 < 沈殿池型 > < 流動床型 > 沈澱池 ( 目標水質により省略可 ) <MBR 型 > 図 1 汚泥減量型好気処理プロセスのフロー -14-

3 < 分散菌 > < 微小動物槽 : 流動床型 > 図 2 各生物処理槽で発生する微生物 2. 開発経緯産業排水等の有機性排水を生物処理する場合に用いられている活性汚泥法は適用時の BOD 容積負荷が 1.0kg/m 3 /d 程度であるため広い敷地面積が必要となるまた分解した BOD の 30~40% が菌体すなわち汚泥へと変換されるため大量の余剰汚泥の処理が必要となる発生汚泥量を削減する方法としては図 3 に示すような汚泥改質方式が近年用いられてきたこれは発生した汚泥の一部を改質し生物分解しやすい状態にして曝気槽に返送し再び分解することで発生する汚泥の量を削減する方法である改質方法としてはオゾン破砕薬品処理超音波等多くの可溶化手段が用いられており改質の方法や運転条件によっては高い汚泥減量率を得ることが出来るしかしながら改質した汚泥が流入することで曝気槽への負荷が高くなるため標準的な活性汚泥法より大きい曝気槽容積が必要となり改質設備も含めイニシャルコスト増大の要因となるまた改質のためのランニングコスト増大汚泥減量時の処理水質悪化も汚泥改質型の欠点として知られている有機排水曝気槽沈殿池処理水返送汚泥易分解性物質 + 細胞壁残さ汚泥改質余剰汚泥( 菌体 ) の粘質物細胞壁の分解細胞内容物の溶出細胞質の加水分解余剰汚泥図 3 汚泥改質型好気処理プロセスのフロー図 ( 従来技術 ) 一方改質設備を必要としない汚泥減量方法としては微小動物の捕食作用を利用し食物連鎖を進め汚泥を減量する方法が古くから知られている生物処理槽内では有機物を細菌が分 -15-

4 解しその細菌を微小動物 ( 原生動物後生動物 ) が捕食するこの捕食作用で生物相が高次化すると各段階でエネルギーが消費され汚泥減量が進む ( 図 4) この機構を利用したのが図 5 に示すような微小動物利用型好気処理プロセスであるこのプロセスは細菌によって有機物を処理するという点は従来の好気処理と同じだが細菌を微小動物が捕食し易いよう細菌を分散状態で増殖させる増殖した分散菌は後段の微小動物槽にてツリガネムシやヒルガタワムシなどの分散菌を吸い取って食べるタイプ ( ろ過捕食型 ) の微小動物に捕食されるのでその過程で微生物の活動にエネルギーが消費されその結果余剰汚泥量は削減されるこの方式は通常の好気処理では有機物細菌で止まってしまう活性汚泥内での食物連鎖を有機物細菌微小動物まで進め微生物の体となる量を減らすため外部からエネルギーを加えずに発生汚泥量を減らすことができるそのため先に述べた汚泥改質型のような設備や改質のための薬剤電力が不要となりランニングコストイニシャルコストは安価となる微小動物後生動物環形動物 ( ミミズ ) 線虫類ワムシ類発生汚泥量低減原生動物繊毛虫類 ( ツリガネムシ等 ) 鞭毛虫類細菌有機物図 4 生物処理槽内の食物連鎖の概略図増殖維持 ( エネルギーの放出 ) 原水処理水微小動物槽分散菌槽図 5 微小動物利用型好気処理プロセスのフロー図 ( 従来技術 ) 図 5 のようなフローはすでに実用化されており実際の有機性排水処理に適用し対象とする排水や負荷の条件によっては平均 50% 程度の発生汚泥量の減量化が可能となるしかしながらこの汚泥減量効果は不安定で排水によっては減量効果がほとんど出ない場合もあるこれは以下のような課題からろ過捕食型微小動物を長期間維持することは困難だったためである排水濃度負荷変動時の分散菌の安定供給凝集体捕食型微小動物の増殖による汚泥の解体処理水質の悪化汚泥解体時のろ過捕食型微小動物の流出 -16-

5 そこで分散菌とろ過捕食型微小動物の両者を安定して維持できる担体運転条件の検討から開始し微小動物槽用の担体に関しては各方式にあわせ担体の形状も最適化したこれにより濃度変動がある排水に対しても安定して分散菌を生成でき微小動物槽でも常に一定量以上のろ過捕食型微小動物を系内に維持出来るようになり上記の課題を解決することができたその後 30 種類以上の様々な業種の実排水を用いた通水試験で担体の微生物保持能力処理性能汚泥減量効果を実証し汚泥減量型好気処理プロセス ( バイオプラネット SR) として完成させた < 基礎検討 > 平成 14~15 年外部エネルギーを用いない汚泥減量技術の調査平成 15~17 年微小動物を利用した汚泥減量技術の開発平成 18 年 ~ 旧タイプのバイオプラネット SR 一号機納入 < 担体利用法の開発 > 平成 19~26 年微小動物を利用した汚泥減量技術の改良改善平成 19~24 年平成 19~24 年平成 24~25 年平成 25~26 年平成 23~26 年平成 24 年平成 26 年平成 27 年処理の安定性向上沈殿池型高負荷化流動床型開発高負荷処理対応 MBR 型の開発タワー型の開発固定床担体の開発流動床型バイオプラネット SR 一号機納入タワー型バイオプラネット SR( 流動床型 ) 一号機納入 MBR 型バイオプラネット SR 一号機納入 3. 独創性微小動物を利用した汚泥減量型好気処理装置は公知だが分散菌の安定生成とろ過捕食型微小動物の保持が困難で処理水質および汚泥減量効果を安定して維持することが困難だった本プロセスの開発で各生物槽各方式に適した担体および適用形状を開発しパイロット試験実機での実証を経て水処理装置として完成させた本プロセスでは担体だけでなく各方式に合わせた運転条件立ち上げ方法構成機器等周辺技術も含めた開発を行い従来の微小動物利用型好気処理装置の課題を解決することができた 4. 特許本装置の関連特許は次のとおりである登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法および装置登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法および装置登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法 -17-

6 登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法および装置登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法および装置登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法公開番号 : 特開 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法登録番号 : 第号 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法および装置公開番号 : 特開 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法および装置公開番号 : 特開 / 名称 : 有機性排水の生物処理方法及び装置 5. 性能表 1 に食品模擬排水での本装置と標準的な好気処理装置との比較結果を示す汚泥転換率の減少分から各方式とも 50% 以上の汚泥減量効果が得られたまた本装置では各方式で高負荷化 ( 沈殿池型 ) 後処理用凝集剤の削減 ( 流動床型 ) 高負荷化膜フラックスの向上 (MBR 型 ) といった汚泥減量以外の副次的なメリットが得られることも明らかとなった表 1 食品模擬排水適用時の各方式の性能比較全容積負荷 BOD CODCr 汚泥減量率 (kg-bod/m 3 /d) 除去率 (%) 除去率 (%) (%- 標準活性汚泥を 100 とする ) 標準活性汚泥 0.6 >97 > 本装置 ( 沈殿池型 ) 2.0 >97 >95 40 標準型流動床 3.0 >98 > (SS 除去後 ) (SS 除去後 ) 本装置 ( 流動床型 ) 3.0 >98 >96 85 (SS 除去後 ) (SS 除去後 ) 標準型 MBR 1.0 >99 >98 70 本装置 (MBR 型 ) 1.5 >99 > 経済性排水種処理方式により効果は異なるが 40~75% の汚泥減量効果が可能である流動床型の適用例では 500m 3 /d BOD=1,200mg/L の排水を処理する設備において発生汚泥量を 430t/ 年削減することができ後処理の凝集剤脱水剤費用とあわせ約 1 千万円 / 年のランニングコスト削減が可能な見込みである 7. 将来性好気処理は嫌気処理に比べランニングコストが高いものの適用範囲が広く今後も欠かせない技術であるよってランニングコストの大部分を占める余剰汚泥を特別な設備や外部エネルギーを加えず削減可能な微小動物利用型好気処理は好気の欠点を補える技術として期待されていたが安定性に課題があった本装置により処理水質と微小動物による汚泥 -18-

7 減量効果の安定性が向上したことで今後通常の好気処理と同様の適用が可能となり様々な業種ニーズに対応できるようなる 8. 市場適用の方向性 : 標準型排水処理装置の開発本技術を数百 m 3 /d 以下の中小規模排水処理に適用するに当たりイニシャルコスト削減省スペース短納期の要望に対応する標準型排水処理装置を開発した従来の生物処理装置はブロワの吐出圧力の限界や耐久性の観点から高さ 4~5m の鉄筋コンクリート水槽であることが常識であったしかし本生物処理槽では水深 10m まで対応可能な吐出圧力を持つブロアを適用し最大で全長 10m 水深 9m のタワー型水槽を可能にしたまた 15 年以上の紫外線照射に対しても劣化しない特殊塗料を適用し従来にない高さ 10m の FRP( 繊維強化プラスチック ) 製好気生物処理槽を完成させた ( 図 6) FRP 製水槽には従来のコンクリート製水槽に比べて加工がしやすいメリットがあるそのため本装置に必要な配管やバルブ流動床担体分離スクリーン等を全て本装置の製造工場で内作加工し装置を完成形まで仕上げることが可能である更に完成した装置を納入現場までトラックで搬送する事により必要な現地工事は配管と電気配線の接続のみとなり現地工事費の大幅な削減が可能となったこれにより従来の当社生物処置装置に比べ最大 40 % のコスト削減 40 % の省スペース ( ブロアや薬品タンクなど付帯設備も含む ) 50 % の納期短縮が実現されるこのような特長は国内の中小規模排水処理での様々な要望に対応するものであると共に海外市場での本技術の適用にも有効な要素となると考えている図 6 標準型排水処理装置の外観 -19-

国土技術政策総合研究所　研究資料

国土技術政策総合研究所　研究資料 4. 参考資料 4.1 高効率固液分離設備の処理性能 (1) 流入水 SS 濃度と SS 除去率各固形成分濃度の関係高効率固液分離設備は重力沈殿とろ過処理の物理処理であるため SS が主として除去されるそのため BOD N P についても固形性成分 (SS 由来 ) が除去され溶解性成分はほとんど除去されないしたがって高効率固液分離設備での除去性能についてはまず流入水 SS 濃度から前処理における