2009 年 3 月 12 日 廃水処理の基礎と実施例 HIROYASU SASAKI EBARA VIETNAM CORPORATION 1
廃水中の汚濁物質指標 ph 酸 アルカリ SS 有機性 無機性浮遊物質 BOD 有機物 CODcr 有機物 無機物 油 植物性油 動物性油 鉱物油 窒素 アンモニア 硝酸性窒素 亜硝酸性窒素 重金属 Cu Mn,Hg 等 臭気物質 アンモニア 硫化水素 アミン メルカプタン等 色度 タンニン リグニン 染料 毒物 シアン クロム PCB ダイオキシン 2
水処理とは? 水の中からゴミ ( 汚濁物質 ) を取り除く 結果 ゴミ ( 汚泥 ) が出る 廃水 水処理装置 処理水 汚泥 ( ゴミ ) 3
水質項目と処理方法の一例 方法 SS BOD COD N P 臭気細菌色度 DO 溶存物質 物理的物理的処理 スクリーン 単純沈殿 砂ろ過 物理化学的処理 膜ろ過 凝集沈殿 吸着 塩素処理 UV 処理 オゾン酸化 イオン交換 RO 膜 生物学的処理接触酸化 活性汚泥 生物膜法 水生植物法ホテイアオイ ( ホテイアオイ ) クレソン ( クレシン ) ボタン浮草 ( ボタン浮草 ) パックブン ( パックブン ) 曝気 4 効果 : 良, : 中, : 不適
水処理の基本プロセス 生物化学処理 : バクテリア等の微生物によって生物分解性の有機物等を分解除去する 物理化学処理 : 中和 酸化還元反応 凝集 ストリピング吸着等の物理化学反応を利用し 汚 濁物質を分解 不溶化して水中から除去する 5
生物化学処理 好気性生物処理 嫌気性生物処理 酸素存在下で好気性の微生物の働きで水中の有機物を分解する イメージ : 金魚の水槽 嫌気状態 ( 酸素がない状態 ) で酸素を必要としない微生物 ( 嫌気性生物 ) の働きで水中の有機物を分解する イメージ : ドブ 6
好気性の原理 CO2 H2O エネルギー BOD ( 有機物 ) 好気性微生物 微生物の餌 細胞合成 CO2 エネルギー 7 原水 処理水
好気性処理 ( 生物化学処理 ) 標準活性汚泥法 ステップエアレーション 浮遊生物法 バルキング フリー プロセス オキシデーション ディッチ 脱窒プロセス 好機性処理 その他 散水ろ床 生物膜法 回転円板 接触酸化 生物膜ろ過 流動床 8
標準活性汚泥法 酸素 ( 空気 ) 活性汚泥 (MLSS) 有機廃水 1Q 1Q 処理水 曝気槽 返送汚泥 0.2~1.0Q 沈殿槽 余剰汚泥 9
10 活性汚泥
11 曝気槽
12 散気装置
13 ブロワー
14 曝気槽 ( 表面曝気方式 )
表面曝気装置 Two impeller type 15
16 沈殿槽 ( 円形 )
17 円形沈殿槽の汚泥搔寄機
標準活性汚泥法 設計条件その 1 活性汚泥の濃度指標 MLSS :(Mixed Liqur Suspended Solid) 曝気槽内の汚泥 ( 微生物 ) の濃度 1500~8000mg/L BOD 汚泥負荷量 Ls :MLSS 単位量で処理可能なBOD 量 0.3kg-BOD/ kg-mlss d 曝気槽滞留時間 HRT : 6~8 時間 返送比 R : 汚泥の原水量に対する返送比率 20~150% 沈殿槽の水面積負荷 UFR : 12m3/m2 d =8 mm/min 18
標準活性汚泥法 設計条件その 2 栄養剤 : 活性汚泥は栄養剤 ( リン 窒素 ) が必要 BOD: N : P =100 : 5 : 1 必要酸素量 :Od= BOD 0.5kg O2/ kg -BOD 2.2 BOD: BOD 除去量 kg 2.2 :DO 濃度 2mg/L 程度に保つための係数 発生汚泥量 : SS= BOD 0.3+ 流入 SS 19 0.3: 除去 BOD の汚泥転換率
設計条件 Q : 100 m 3 /d BOD : 500 mg/l SS : 100 mg/l 設計例 MLSS : 2000 mg/l BOD-MLSS 負荷 : 0.3kg-BOD/kg-MLSS d 曝気槽容量 V= = 83m3 水深 4m とすると 100m 3 /d 500mg/L 10-3 0.3kg-BOD/kg-MLSS d 2000 mg/l 10-3 寸法 4m 6m 5m( 有効 4m)=96m 3 >83m 3 必要空気量必要酸素量 On= 100m 3 /3 500mg/L 10-3 0.5 2.2 =55 kg-o2/d 空気比重 1.29 酸素濃度 21% 酸素溶解効率 10% 曝気風量 Q= 55 kg-o2/d /0.21/1.29/0.1 =2030 m 3 /d = 1.4m 3 /min 20
設計例 沈殿槽 水面積負荷 UFR= 12m3/m2 d 必要面積 A = 100m3/d 12m3/m3 d = 8.3m2 沈殿槽 円形沈殿槽 寸法 4mΦ 5mH(4m 有効 ) 表面積 12.5m 2 >8.3m 2 発生汚泥量 S= 100m 3 /d (100mg/L + 500mg/L 0.3) 10-3 =25kg-SS/d 脱水汚泥含水率 85% とすると 25/(1-0.85)=167 kg/d の汚泥が発生する 21
生物膜法 生物膜とは? 川底の石などにはバクテリアや苔等などが付着してヌルヌルしています あれが生物膜です 200μm 生物膜 川 礫 川底 22 生物膜のイメージ
生物膜法とは? 生物膜法 水槽の中に生物を付着させるための担体 (media) を投入し 生物膜を形成させ 廃水中の有機物等 汚濁物質を除去する技術です 生物付着単体 材質 : 無煙炭 プラスチック セラミック PEG 等形体 : 紐状 球体 板状ス 筒状 ポンジ等 23
特徴 生物膜法 長所 生物量の調整が不要 生物種が多様になり 汚泥発生量が少ない 低濃度の廃水に対しても適応可能 短所 建設費が割高 剥離した SS は凝集沈降しない 急激な流入負荷の変動に対して対応が難しい 24
物理化学処理 物理化学処理 中和凝集酸化その他吸着 化学酸化 / 除去曝気電気分解オゾン酸化紫外線分解活性炭吸着活性アルミナ 25 イオン交換 カチオン樹脂アニオン樹脂キレート樹脂ゼオライト
凝集の原理 水中の砂礫等 比重が水より大きく粒径の大きな濁質は容易に沈殿する 粒径が小さな濁質は沈殿しない ( コロイド粒子 ) コロイド粒子 : 粒径が 1nm(10-9 m) ~100nm(10-7 m) の濁質 砂 礫など 大きな粒子 沈降する 粒径の小さな微粒子は沈降しない 26
凝集反応の原理 凝集反応 : 凝集剤を利用してコロイド粒子の電荷を中和し集塊化 ( フロック ) する 沈降し易くする * 通常 水中のコロイド粒子は帯電していて反発しあい 集塊化しません 沈降しない 電荷の中和 凝集剤 濁質 ( コロイド粒子 ) 集塊化 ( フロック ) 27 凝集のイメージ図
凝集剤の種類 アルミ系凝集剤 凝集剤 無機系凝集剤 有機系凝集剤 高分子ポリマー 鉄系凝集剤カチオンポリマーアニオンポリマーノニオンポリマー 28
アルミ (Al) 系凝集剤 PAC( ポリ塩化アルミニウム ) 無機系凝集剤の種類 分子式 : [Al 2 (OH) n Cl 6-n ] m 1 n 5 m 10 製品例 : Al 2 O 3 濃度 10% ( 液体 ) 凝集 PH: 7 前後 沈殿物 : Al(OH) 3 沈殿 硫酸アルミニウム分子式 : Al 2 (SO 4 ) 3 18H 2 O 製品例 : Al 2 O 3 濃度 8% 凝集 PH: 7 前後沈殿物 : Al(OH) 3 沈殿 29
凝集剤の種類 鉄 (Fe) 系凝集剤 塩化第二鉄 分子式 : FeCl 3 製品例 : FeCl 3 濃度 35% ( 液体 ) 凝集 PH: 4~11 沈殿物 : Fe(OH) 3 沈殿 30 硫酸第二鉄( ポリ硫酸第二鉄 Polyferric sulphate solution) 分子式 : Fe 2 (SO 4 ) 3 [Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m 0<n 2m=f(n) 製品例 : Fe 濃度 11% 凝集 PH: 7 前後沈殿物 : Fe(OH) 3 沈殿
高分子凝集剤 ( ポリマー ) 高分子凝集剤の目的 無機系凝集剤で生成したフロックは沈降速度が遅いため 処理を効率化するためにさらに大きなフロックに成長させる 無機凝集剤による凝集 高分子凝集剤による凝集 高分子凝集剤による凝集イメージ 31
高分子凝集剤の種類 (+) 電荷 (-) カチオン系ポリマー ノニオン系ポリマー アニオン系ポリマー 有機系コロイド分散液 無機系コロイド分散液 32
凝集試験 ( ジャーテスト ) 凝集試験の目的 凝集剤の選定 注入率の決定 中和曲線の測定 凝集状態の確認 発生汚泥量の測定 フロック沈降速度の測定 33
凝集試験 ( ジャーテスト ) 無機凝集剤の注入 PH の調整高分子ポリマーの注入フロックの状態の確認 原水 凝集沈殿後 34
基本フロー 凝集沈殿法 無機凝集剤 (PAC 等 ) 酸 アルカリ高分子凝集剤 廃水 処理水 混合槽 PH 調整槽凝集槽 沈殿槽 汚泥 35
凝集沈殿プロセスの設計 設計条件 混合槽滞留時間 HRT : 5~10 min PH 調整槽滞留時間 HRT : 5~10 min 凝集槽滞留時間 HRT : 10~15 min 沈殿槽 ( 従来式 ) 水面積負荷 UFR : 20~45m 3 /m 2 d 凝集剤注入率無機凝集剤 : ジャーテストによる * 一般的にSSが100mg/Lの廃水でPAC(Al 2 O 3 10%) で注入率 100~200mg/L 程度高分子凝集剤注入率 : ジャーテストによる * 一般的に 1~2mg/L 程度 36
凝集沈殿プロセスの設計 汚泥発生量条件 Q=100m3/d SS 濃度 100mg/L 凝集剤 PAC 10% Al 2 O 3 注入率 200mg/L 除去 SS 量 S SS =100m 3 /d 100mg/L 10-3 = 10kg-ss/d ---------1 PACからのSS 転換量 分子量 Al(OH) 3 =78 Al 2 O 3 =102 Al 2 O 3 2Al(OH) 3 S PAC = 100m3/d 200mg/L 0.1 2 78/102 10-3 = 3kg-SS/d ---------2 1+2=13.5 kg-ss/d 脱水汚泥の含水率 80% とすると 13.5 kg/d (1-0.8)=90kg/d 37
生物処理及び物理化学処理の基本 有機物 生物処理 濁質 凝集 個液分離 吸着イオン交換 重金属溶存物質 酸化 還元不溶化 38
固液分離 スクリーン 沈殿 固液分離 浮上 ろ過 遠心分離 39
様々水処理技術 ( 単位操作ーろ過 ) 緩速ろ過 圧力式 清澄ろ過 急速ろ過 プレコートフィルター 重力式 ろ過 膜ろ過 MF ( micro-filter ) UF ( ultra-filter ) 脱水 真空脱水 フィルタープレス RO ( reverse-osmosis ) ED ( electrodialysis ) ベルトプレス 40
廃水処理プロセスにおける留意点 1. 対象汚濁物質に対して適正な単位プロセスを選択し組み合わせる ( 水処理にマジックはない ) 2. 生物処理 個液分離の可能性を検討する ( 吸着法 イオン交換法は個液分離後の適用 ) 3. シンプルで効果的なプロセスを採用する ( 高度な処理が最良な処理ではない ) 4. 水処理は固形物処理であると位置付け 物質収支を把握する 41
食品産業プロセス例 (1) 廃水 スクリーンしさ ブロウー 最初沈殿池 地 最初沈 最初沈地 地 最初沈 ロータリースクリーン 塩素 処理水 沈砂池 調整槽 エアレーションタンク 消毒槽 最初沈殿地 余剰汚泥 最終沈殿池 最終沈殿池 食品産業の種類と工場の規模は様々であり その廃水処理設備も多種多様です しかしながら一般的に炭水化物 タンパク質 脂肪 有機酸のような有機物を多く含んだ廃水が排出される傾向があります 42
食品産業プロセス例 (1) 処理フロー 活性汚泥法は食品産業の廃水処理に有効な手法です 畜殺場 食肉加工工場 魚肉のすり身工場等の廃水は 初めに自動スクリーンで大きな固形物を取り除き 水質と水量の変動を吸収するための調整槽に短時間 滞留します その後続いて 活性汚泥槽へ導かれ 汚濁物質は微生物による酸化反応によって安定化 無害化されます 伊藤ハム東京工場殿 43
食品産業プロセス例 (2) ガスホルダ 希釈水 廃水 処理水 調整槽 一次発酵槽 二次発酵槽 凝集剤 エアレーションタンク 沈殿池 ケーキホッパー 凝集槽 濃縮槽 脱水機 果物の缶詰工場 醸造所や飲料工場の洗瓶廃水はアルカリ性を呈し 蒸留工場 ビール工場 菓子工場の廃水は有機物濃度が非常に高い傾向にあります 44
食品産業プロセス例 (2) 処理フロー アルカリ性の強い洗瓶工程の廃水では 活性汚泥法による処理の前に中和操作が必要となります また澱粉工場 製糖工場 飲料工場の廃水のように炭水化物が主な汚濁物質となっている場合 生物処理のためには窒素とリンの添加が必要になります 一方アルコール蒸留工程の廃水には嫌気性処理の後に希釈し 活性汚泥処理を行いますと 経済的な処理方法となります 一般的に食品産業では 廃水の水質と水量の変動が非常に大きくなることが多くあります 特に野菜を扱う食品工場では 原材料の供給が季節によって大きく変わるため 処理設備の設計にあたっては 適切な設計値の設定と 考えられる廃水の質と量の変動を十分考慮することが重要になります サントリー武蔵野工場殿 45
46 ありがとうございました