Water Circulation (Water in Japan is circulated as follows)

2009 年 3 月 12 日

` 廃水処理の基礎と実施例

` HIROYASU SASAKI

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

水処理装置 水処理装置

廃水 処理水

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 ○ △ × × × × × × × ×

膜ろ過 ○ △ △ △ △ △ ○ ○

物理化学的処理 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 △ × × ○ × × ○ ×

効果 ○ : 良, △ : 中, × :不適

4

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

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 エネルギー 微生物の餌

好気性微生物

細胞合成 ＣＯ２ Ｈ２Ｏ エネルギー

ＢＯＤ

（有機物）

好気性処理（生物化学処理）

好機性処理

生物膜法 浮遊生物法

ステップエアレーション バルキング・フリー・プロセス

標準活性汚泥法

オキシデーション・ディッチ 脱窒プロセス

散水ろ床 回転円板 接触酸化 生物膜ろ過

流動床

その他

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標準活性汚泥法

有機廃水

曝気槽

沈殿槽 返送汚泥 0.2 ～ 1.0 Ｑ

酸素（空気）

１Ｑ

処理水 １Ｑ

活性汚泥（ＭＬＳＳ）

活性汚泥

10

曝気槽

散気装置

12

ブロワー

曝気槽 ( 表面曝気方式）

14

表面曝気装置

Two impeller type

沈殿槽 ( 円形）

16

円形沈殿槽の汚泥搔寄機

標準活性汚泥法

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 ～ 8000 ｍｇ / Ｌ

ＢＯＤ汚泥負荷量 Ｌｓ ：ＭＬＳＳ単位量で処理可能なＢＯＤ量

≒ 0.3 ｋｇ - ＢＯＤ / ㎏ - 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 ： ≒ 12 ｍ３ / ｍ２・ｄ

=8 ｍｍ /min

設計条件その１

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× 0.5 ｋｇ‐Ｏ２ / ㎏ - ＢＯＤ× 2.2

△ＢＯＤ： ＢＯＤ除去量 ｋｇ

２．２ ：ＤＯ濃度 2 ｍｇ / Ｌ程度に保つ

ための係数

設計例

設計条件

Q

100 m

/d BOD

500 mg/L SS

100 mg/L MLSS : 2000 mg/L

BOD-MLSS

: 0.3kg-BOD/kg-MLSS

d

・曝気槽容量

V= 100m

/d

500mg/

10

0.3kg-BOD/kg-MLSS

d

2000 mg/L

10

= 83m3

4m

寸法

4m

6m

5m

4m

96m

83m

・必要空気量

必要酸素量

On

100m

/3

500mg/L

10

0.5

2.2

＝

55 kg-O2/d

空気比重

1.29

10％

曝気風量

Q= 55 kg-O2/d /0.21/1.29/0.1

=2030 m

/d = 1.4m

/min

20

設計例

・発生汚泥量

S= 100m

/d

(100mg/

500mg/

0.3

10

=25kg-SS/d

・沈殿槽

水面積負荷

UFR= 12m3/m2・d

必要面積

A = 100m3/d÷12m3/m3・d

= 8.3m2

寸法

4m

5mH(4m

)

12.5m

>8.3m

生物膜法

川

礫

200μｍ

生物膜

川底

生物膜のイメージ 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。

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生物膜法

生物膜法とは？

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

生物膜法

特徴 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

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物理化学処理

物理化学処理

吸着 酸化その他

凝集

中和 化学酸化/除去

曝気 電気分解 オゾン酸化 紫外線分解

活性アルミナ 活性炭吸着

カチオン樹脂

凝集の原理

砂、礫 など

沈降する

粒径の小さな微粒子は沈 降しない

大きな粒子

・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 １ nm(10

m) ～１００ｎｍ（１０

ｍ）の濁質

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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

凝集剤の種類

凝集剤

無機系 凝集剤

有機系 凝集剤

アルミ系凝集剤

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

高分子ポリマー

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無機系凝集剤の種類

アルミ（Ａｌ）系凝集剤

・ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）

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

・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

30

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。

高分子凝集剤の種類

カチオン系ポリマー

アニオン系ポリマー ノニオン系ポリマー

（＋）

（－）

電荷

有機系コロイド分 散液

無機系コロイド分 散液

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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

凝集試験（ジャーテスト）

無機凝集剤の注入

PHの調整

原水 凝集沈殿後

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凝集沈殿法

混合槽 ＰＨ調整槽 凝集槽

沈殿槽

汚泥 廃水

無機凝集剤（ＰＡＣ等） 酸、アルカリ 高分子凝集剤

処理水

基本フロー

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

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

/m

・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

100mg/L

PAC

Al

O

10%)

100

200mg/L

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

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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

O

` 注入率

200mg/L

` 除去

SS

S

100m

/d

100mg/L

10

`

= 10kg-ss/d ---

`

PACからのSS転換量

Al(OH)

Al

O

=102

`

Al

O

2Al(OH)

`

S

= 100m3/d ×200mg/L ×0.1×2×78/102

= 3kg-SS/d ---②

生物処理及び物理化学処理の基本

有機物

濁質

酸化・還元 不溶化 重金属

溶存物質

生物処理

凝集

個液分離 吸着

イオン交換

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固液分離

固液分離

スクリーン

ろ過

浮上

沈殿

様々水処理技術（単位操作ーろ過）

緩速ろ過

急速ろ過

RO ( reverse-osmosis ) プレコートフィルター

ED ( electrodialysis ) MF ( micro-filter ) UF ( ultra-filter )

真空脱水

フィルタープレス

ベルトプレス 脱水

膜ろ過 清澄ろ過

重力式 圧力式

ろ過

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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

食品産業プロセス例 （１）

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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。

最初沈 殿地

最初沈 地

廃水 最初沈殿池

エアレーションタンク

最終沈殿池

塩素

処理水

調整槽 消毒槽 沈砂池

ロータリースク リーン

ブロウー

最終沈殿池

余剰汚泥 スクリーンしさ

最初沈 地

最初沈 地

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。

食品産業プロセス例 （２）

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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。

廃水

調整槽 一次発酵槽 二次

発酵槽

凝集剤

凝集槽 ケーキホッ

パー

脱水機

濃縮槽 希釈水

処理水

沈殿池 エアレーションタンク

ガスホルダ

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

` ありがとうございました。

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