JP2000325986A

JP2000325986A - リン除去工程を有する廃水処理装置

Info

Publication number: JP2000325986A
Application number: JP13842599A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ito; 崇伊東; Hiroki Narita; 裕樹成田
Original assignee: Nishihara Environmental Sanitation Research Corp
Current assignee: Nishihara Environment Co Ltd
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-28
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: JP3907867B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のＡ₂Ｏ法を見直し、特にリンを効率よ
く除去、回収できるリン除去工程を有する廃水処理装置
を提供することを目的とする。【解決手段】廃水処理装置は、廃水を導入して生物学
的処理を行う生物反応槽２１と、この生物反応槽２１の
混合液を処理水と分離汚泥とに分離する固液分離工程２
２と、この固液分離工程２２で分離された分離汚泥を嫌
気下で攪拌して生物反応槽２１に返送する嫌気工程２３
と、この嫌気工程２３で攪拌された嫌気汚泥の一部を濃
縮汚泥と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮工程２４と、
この汚泥濃縮工程２４の濃縮分離液からリンを除去する
リン除去工程２５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、下水等の廃水中
のリンを除去すると同時に効率よく回収してリン資源と
して有効活用するためのリン除去工程を有する廃水処理
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、下水等の廃水を例えば生物学
的に処理して得られた処理水には、放流先の富栄養化を
防止する等の目的から窒素、リンが含まれないことが求
められている。

【０００３】リンを除去する方法である凝集沈殿法等で
廃水中からリンを除去する場合、被処理水量も多く、ポ
リ塩化アルミニウム等の凝集剤などの薬品代などがかか
り、ランニングコストが高くなる。加えて、凝集汚泥が
多量に発生するため、処分に困難を要すると共に、処分
費用も嵩む。

【０００４】そこで、嫌気槽・無酸素槽・好気槽を用い
て廃水中から窒素やリンを除去する生物学的窒素リン同
時除去法（以下、Ａ₂Ｏ法という）が近年、国内外を問
わず多く実用化されている。なお、Ａ₂ＯはAnaerobic
Anoxic Oxic、即ち嫌気、無酸素、好気の意であり、こ
のプロセスを用いた生物学的水処理をさす。

【０００５】図５は従来のＡ₂Ｏ法による廃水処理装置
の構成を示すフローシートである。図５において、１は
流入する廃水に対し、本処理に先立ち、予め固液分離す
る最初沈殿池であり、２は最初沈殿池１から分離液を導
入し、該分離液中のＢＯＤを利用して脱窒・脱リンを同
時に行うための浮遊汚泥式の反応槽である。この反応槽
２は、嫌気槽３と無酸素槽４と好気槽５とに３分割され
ている。６は嫌気槽３内に配置された攪拌機であり、７
は無酸素槽４内に配置された攪拌機、８は好気槽５内に
配置され攪拌機能とエアレーション機能を併せ持つ散気
装置であり、９は好気槽５からの流出水を受け入れて固
液分離する最終沈殿池である。

【０００６】１０は好気槽５内の混合液を無酸素槽４に
循環させるための循環手段であり、１１は最初沈殿池１
から初沈汚泥を汚泥処理工程へ引き出すための初沈汚泥
管路であり、１２ａは最終沈殿池９で固液分離された汚
泥の一部を嫌気槽３に返送するための返送汚泥管路であ
り、１２ｂは最終沈殿池９で固液分離された汚泥の一部
を余剰汚泥として最初沈殿池１へ引き抜くための余剰汚
泥管路である。

【０００７】次に動作について説明する。流入廃水は、
まず最初沈殿池１で固液分離され、その分離液は嫌気槽
３に導入される。この嫌気槽３内では、上記分離液が最
終沈殿池９から返送汚泥管路１２ａを介して返送される
返送汚泥と接触させられるが、その際に、返送汚泥中に
含まれるリン蓄積菌が廃水中の溶解性ＢＯＤ（主として
揮発性有機酸）を取り込むと同時に、菌体内のリンを放
出する。嫌気槽３からの流出水は無酸素槽４に導入され
る。ここでは、好気槽５から返送された酸化態窒素が脱
窒細菌によって窒素ガスに還元されて除去される。無酸
素槽４からの流出水は好気槽５に導入され、好気条件下
で廃水中のＢＯＤが酸化分解され、硝化細菌によってア
ンモニア態窒素や有機態窒素が硝化されると共に、リン
はリン蓄積菌により過剰に再摂取され液相中から除去さ
れる。好気槽５からの流出水は最終沈殿池９で固液分離
され、処理水は消毒後に放流され、汚泥の一部は嫌気槽
３に返送される。また、汚泥の一部は余剰汚泥として余
剰汚泥管路１２ｂを介して汚泥処理工程へ送られ、処理
される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な従来のＡ₂Ｏ法によれば、生物学的脱リン処理で発生
する余剰汚泥（固相）中には多量のリンがリン蓄積菌に
よって取り込まれるが、この余剰汚泥を嫌気下で貯留す
ると、リン蓄積菌がリンを放出し、汚泥（固相）から分
離水（液相）に移行してしまう。さらに、リンを多量に
含む分離水を返流水として再び廃水処理施設に戻してし
まうと、結果として廃水処理施設の系外にリンが排出さ
れないため、リンの除去率が低下するという課題があっ
た。

【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、従来のＡ₂Ｏ法を見直し、ＢＯ
Ｄ、窒素、リンのうち、特にリンを効率よく除去、回収
できるリン除去工程を有する廃水処理装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るリン除去
工程を有する廃水処理装置は、廃水を導入して生物学的
処理を行う生物反応槽と、該生物反応槽混合液を処理水
と分離汚泥とに分離する固液分離工程と、該固液分離工
程で分離された分離汚泥を嫌気下で攪拌して前記生物反
応槽に返送する嫌気工程と、該嫌気工程で攪拌された嫌
気汚泥の一部を濃縮汚泥と濃縮分離液とに分離する汚泥
濃縮工程と、前記濃縮分離液に含まれるリンを除去する
リン除去工程とを備えたことを特徴とするものである。

【００１１】この発明に係るリン除去工程を有する廃水
処理装置は、廃水を上澄水と沈殿汚泥とに固液分離する
最初沈殿池と、前記上澄水を導入して生物学的処理を行
う生物反応槽と、該生物反応槽混合液を処理水と分離汚
泥とに分離する固液分離工程と、沈殿汚泥を導入して酸
発酵させる酸発酵工程と、前記固液分離工程で分離され
た分離汚泥を前記酸発酵工程から排出される排出液と共
に嫌気下で攪拌して前記生物反応槽に返送する嫌気工程
と、該嫌気工程で攪拌された嫌気汚泥の一部を濃縮汚泥
と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮工程と、前記濃縮分
離液に含まれるリンを除去するリン除去工程とを備えた
ことを特徴とするものである。

【００１２】この発明に係るリン除去工程を有する廃水
処理装置は、生物反応槽が攪拌手段を備えた無酸素槽
と、曝気手段を備えた好気槽と、該好気槽混合液を無酸
素槽へ循環する循環手段とからなることを特徴とするも
のである。

【００１３】この発明に係るリン除去工程を有する廃水
処理装置は、生物反応槽が曝気手段および攪拌手段を備
えた間欠曝気槽であることを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１による
リン除去工程を有する廃水処理装置を示すフローシート
である。図１において２１は生物反応槽であり、２２は
固液分離工程であり、２３は嫌気工程であり、２４は汚
泥濃縮工程であり、２５はリン除去工程である。生物反
応槽２１は嫌気工程２３から嫌気汚泥（返送汚泥）の供
給を受け、通常の活性汚泥処理に代表される廃水の生物
学的処理を行うものであり、具体的には後述する無酸素
槽および好気槽の組み合わせ、あるいは曝気攪拌手段を
備えた間欠曝気槽であってもよい。固液分離工程２２は
生物反応槽２１からの流出液（混合液）を固液分離し、
処理水を系外に排出すると共に、分離汚泥を嫌気工程２
３に返送するものである。固液分離工程２２における固
液分離としては、重力沈殿式の最終沈殿池が用いられる
が、必要に応じて膜分離装置を用いることができる。嫌
気工程２３は嫌気条件下で固液分離工程２２で分離され
た分離汚泥中の酸化態窒素を脱窒菌により還元すると同
時にリン蓄積菌によりリンが多量に放出される。得られ
た嫌気汚泥は、生物反応槽２１に供給される一方、嫌気
汚泥の一部（５〜３０％）は汚泥濃縮工程２４に供給さ
れる。汚泥濃縮工程２４は嫌気工程２３で得られた嫌気
汚泥の一部を濃縮するものであり、具体的には遠心濃縮
機または遠心ろ過濃縮機等の機械式濃縮装置または分離
膜で分離する濃縮方式が用いられるが、嫌気汚泥量が多
いときには重力式濃縮法を用いてもよい。この汚泥濃縮
工程２４で分離された濃縮分離液中には、高濃度のリン
を含有している。このリンを多量に含有している分離液
は、次にリン除去工程２５にに導入される。このリン除
去工程２５には、リン酸マグネシウムアンモニウム（Ｍ
ＡＰ）等のリン化合物を結晶核に析出させてリンを除去
する晶析脱リン装置を用いることが望ましい。また、適
宜ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を用いた
凝集沈殿装置を用いてもよい。

【００１５】この実施の形態１では、汚泥濃縮工程２４
で濃縮分離した高濃度にリンを含有する分離液をリン除
去工程２５に導入するようにしたので、廃水処理系に戻
すことなく、確実にリンを除去、回収することができ
る。また、廃水の流入状況や生物処理状況に拘わらず、
リン除去を安定して効率的に行うことができる。また、
リン除去工程２５での処理量を少量の濃縮分離液に限定
したので、装置のコンパクト化を図れると共に、処理に
必要なランニングコストを低減することができる。

【００１６】また、この実施の形態１では、汚泥濃縮工
程２４から余剰汚泥として引き抜かれる汚泥は既にリン
を放出した後のリンをほとんど含まない濃縮汚泥である
ため、汚泥処理施設でのＭＡＰスケールによる配管の閉
塞や機器のトラブルを未然に回避することができる。

【００１７】さらに、この実施の形態１では、リン除去
工程２５に晶析反応によるＭＡＰ除去装置を用いた場合
に、肥大化して排出されるＭＡＰ粒子を回収して肥料な
どに有効利用することができる。また、凝集沈殿処理装
置を用いた場合でも濃縮分離液量が少ないため、ランニ
ングコストの低減や凝集汚泥の発生量を抑制することが
できる。

【００１８】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２によるリン除去工程を有する廃水処理装置を示す
フローシートである。この実施の形態２の特徴は、汚泥
濃縮工程２４で得られたリン飢餓状態の嫌気汚泥を生物
反応槽２１内に供給すると共に、リン除去工程２５で得
られたリン除去水を生物反応槽２１に返送する点にあ
る。汚泥濃縮工程２４で得られた濃縮汚泥は、既に嫌気
工程２３でリンを放出したリン飢餓状態のリン蓄積菌を
多量に含有するので、生物反応槽２１に戻すことによ
り、廃水中に含まれるリンを効率よく除去することがで
きる。また、リン除去水には懸濁物質や溶解した有機物
が残存するため、生物反応槽２１内に返送することが望
ましい。

【００１９】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３によるリン除去工程を有する廃水処理装置の要部
を示すフローシートである。この実施の形態３の特徴
は、先の実施の形態１または２において、生物反応槽２
１に導入される前の廃水を最初沈殿池２６に導入してそ
の沈殿上澄液である初沈流出水を生物反応槽２１に導入
すると共に、最初沈殿池２６で沈殿分離された沈殿汚泥
（初沈汚泥）を酸発酵工程２７に導入してその酸発酵液
を固液分離工程２２からの分離汚泥と共に嫌気工程２３
に導入することとした点にある。

【００２０】この実施の形態３では、先の実施の形態１
または２と異なり、廃水を直接生物反応槽２１内に導入
せず、最初沈殿池２６を通すことにより上澄水（初沈分
離水）と沈殿固形物とに分離する。沈殿固形物は次いで
酸発酵工程２７に導入して、酸発酵させて易分解性の有
機酸を生成させる。易分解性有機酸を多量に含んだ酸発
酵液は嫌気工程２３に導入されるが、リン蓄積菌が嫌気
工程２３でリンを放出するときには有機物を摂取する
が、このとき利用する有機物はタンパク質や炭水化物な
どの高分子有機物よりも易分解性の低分子有機酸が有効
である。そのため、酸発酵工程２７を設けることにより
嫌気工程２３でのリン放出を効率よく行わせることが可
能になる。廃水中の負荷が大きい場合には特に有効であ
る。

【００２１】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４によるリン除去工程を有する廃水処理装置を示す
フローシートである。この実施の形態４の特徴は、先の
実施の形態２において、生物反応槽２１を無酸素槽２８
と好気槽２９とから構成すると共に、好気槽２９からの
流出液を無酸素槽２８に循環返送する循環手段３０を設
けた点にある。なお、循環手段３０は主としてエアリフ
トポンプや水中ポンプ等の移送装置と移送管路とから構
成されている。

【００２２】この実施の形態４では、最初沈殿池２６か
ら流出した初沈流出水は生物反応槽２１の無酸素槽２８
に導入され、循環手段３０によって好気槽２９から循環
された循環液、嫌気工程２３から供給される嫌気汚泥、
および汚泥濃縮工程２４から返送された濃縮汚泥と共に
混合される。無酸素槽２８内の汚泥中の脱窒菌により循
環液中に含まれる酸化態窒素が還元され、窒素ガスとし
て系外に排出される。無酸素槽２８内の混合液は好気槽
２９へ流出して有機物が生物反応により分解されると共
に、リン飢餓状態にあるリン蓄積菌により、リンが過剰
に摂取される。好気槽２９内の混合液は固液分離工程２
２に導入されて、分離液は処理水として消毒後に放流さ
れるが、分離汚泥は嫌気工程２３に返送され、酸発酵工
程２７からの酸発酵液と共に嫌気状態で混合される。嫌
気工程２３で得られた嫌気汚泥は無酸素槽２８に導入さ
れるが、嫌気汚泥の一部は汚泥濃縮工程２４に送られ濃
縮される。リンを高濃度に含む濃縮分離液はリン除去工
程２５に送られ、例えば晶析反応によるＭＡＰ除去装置
等を用いて濃縮分離液中からリンを除去する。なお、Ｍ
ＡＰ除去装置によるリン除去で選られるＭＡＰ粒子は農
業用肥料または工業用材料等に再利用することができ
る。リンが除去され排出されるリン除去水には上述した
ように懸濁物質や溶解した有機物が残存するため、この
場合には好気槽２９内に返送することが望ましい。

【００２３】ここで、図４にはリンに関する物質収支デ
ータとして廃水および処理水の全量、全リン濃度を各工
程ごとに示した。図４に示すように、最初沈殿池２６に
廃水をＱｍ³／日の流量で導入することとし、その廃水
中の全リン濃度を３．０ｍｇ／Ｌとすると、固液分離工
程２２から処理水は０．９９５Ｑｍ³／日の流量で排出
され、そのときの全リン濃度は０．５ｍｇ／Ｌとなり、
リン除去率としては約８３％以上となっている。なお、
固液分離工程２２から嫌気工程２３に返送される分離汚
泥は流入廃水量の２０〜５０％であり、また嫌気工程２
３から汚泥濃縮工程２４への嫌気汚泥の移送量は流入廃
水量の５〜２０％の範囲が望ましい。嫌気汚泥を全量、
汚泥濃縮工程２４で濃縮することは効率が悪く実用的で
はないと共に、上述した量でも十分なリン除去を行うこ
とができる。また、リン除去工程２５に導入される濃縮
分離液中のリン濃度は３０ｍｇ／Ｌ程度で流入廃水中の
リン濃度の概ね１０倍となっており、リン除去工程２５
により流入廃水からリンを確実に効率よく除去、回収す
ることができることがわかる。

【００２４】なお、この実施の形態４における無酸素槽
２８の運転のケースでは、当該無酸素槽２８内に混合液
中の酸化還元電位ＯＲＰを測定するＯＲＰセンサを設置
し、この値（ＯＲＰの範囲は概ね±０〜−３００ｍＶ）
を指標として無酸素槽２８内の無酸素状態を好適に保持
できるよう運転調整することが望ましい。無酸素槽２８
内の攪拌機（図示せず）としては主に攪拌羽根を備えた
機械攪拌装置を用いるが、酸素供給を抑えて水流を発生
させるものであればよく、特に限定されない。

【００２５】また、無酸素槽２８から流出する混合液は
好気槽２９に導入される際における混合液の移流方法
は、好気槽２９内の混合液が無酸素槽２８へ逆流しない
ようにオーバーフロー（越流）の形態をとることが望ま
しい。この好気槽２９の運転も、当該槽内にＤＯセンサ
（溶存酸素濃度計）を設置し、この測定値（ＤＯ値の範
囲は概ね０．５〜５ｍｇ／Ｌ）に基いてＤＯ計、コンピ
ュータによって曝気ブロアの回転数を自動的に制御し、
送風量を調整することが望ましい。この場合、ＤＯ濃度
が低い場合は送風量を増加させ、高い場合は送風量を減
少させる。また、この指標はＯＲＰまたはｐＨでも行う
ことができる。ＯＲＰの場合は概ね＋５０〜＋３００ｍ
Ｖの範囲で、ＤＯと同様に低い場合は送風量を増加さ
せ、高い場合は送風量を減少させる。ｐＨの場合は概ね
６．４〜７．２の範囲で、ＤＯ，ＯＲＰとは逆に低い場
合は送付量を減少させ、高い場合は送風量を増加させ
る。このような操作を行うことにより、好気槽２９内で
安定した効率的な残存ＢＯＤの酸化分解、窒素成分の硝
化およびリンの過剰摂取除去を行うことができる。な
お、送風量は曝気ブロアの回転数に限らず、電動弁の操
作やブロアの運転台数で調整してもよい。

【００２６】また、この実施の形態４では、固液分離工
程２２に代えて、好気槽２９内に浸漬型膜分離装置等の
膜分離手段（図示せず）を設けてもよい。分離膜として
は精密ろ過膜等の種々の分離膜は勿論、好気槽２９内の
混合液中の浮遊微生物やＳＳなどを分離ろ過できるもの
であればいずれも使用可能である。具体的には、例えば
有機系高分子をベースとした中空糸膜を用いたゼノン膜
プロセス「マックバイオ」（株式会社西原環境衛生研究
所）等が好適である。この膜分離手段は浸漬型膜分離装
置で好気槽２９内に配置されることで、好気槽２９内の
散気装置により膜の表面に付着する汚泥を効率よく剥離
することができ、また時には逆洗操作を行うことで長期
間にわたって安定した分離性能を維持することができ
る。なお、膜分離手段としては、浸漬型膜分離装置に代
えて槽外に設置する膜分離装置を用いてもよい。

【００２７】また、この実施の形態４では、無酸素槽２
８と好気槽２９に汚泥中の脱窒細菌および硝化細菌等の
微生物を高濃度に保持した担体（図示せず）を浮遊させ
てもよい。この担体は主に一辺もしくは直径が５〜３０
ｍｍの立体形状のポリウレタン製のものを用いるが、曝
気や攪拌により槽内を流動し微生物を保持できる機能を
有するものであれば、上記形状に限定されない。また、
微生物の保持形態も、微生物を担体の表面や内部に付着
固定させてもよいし、担体材料で包み込む包括固定でも
よい。さらに、担体の材質は無機性物質または有機性物
質のいずれも適用可能である。勿論、担体は循環手段３
０によって好気槽２９から無酸素槽２８に戻され、循環
されるようになっている。なお、担体を除いた好気槽混
合液のみを無酸素槽に循環させてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、嫌気汚泥を汚泥濃縮工程で濃縮汚泥と高濃度のリン
を含む濃縮分離液とに分離し、この分離液をリン除去工
程に導入するようにしたので、廃水処理系に戻すことな
く、確実にリンを除去、回収することができる。また、
廃水の流入状況や生物処理状況に拘わらず、リン除去を
安定して効率的に行うことができる。また、リン除去工
程での処理量を少量の濃縮分離液に限定したので、装置
のコンパクト化を図れると共に、処理に必要なランニン
グコストを低減することができる。

【００２９】また、この発明によれば、汚泥濃縮工程か
ら余剰汚泥として引き抜かれる汚泥は既にリンを放出し
た後のリンをほとんど含まない濃縮汚泥であるため、汚
泥処理施設でのＭＡＰによる配管の閉塞や機器のトラブ
ルを未然に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるリン除去工程を
有する廃水処理装置を示すフローシートである。

【図２】この発明の実施の形態２によるリン除去工程を
有する廃水処理装置を示すフローシートである。

【図３】この発明の実施の形態３によるリン除去工程を
有する廃水処理装置の要部を示すフローシートである。

【図４】この発明の実施の形態４によるリン除去工程を
有する廃水処理装置を示すフローシートである。

【図５】従来の廃水処理装置を示すフローシートであ
る。

【符号の説明】

１最初沈殿池（固液分離手段）２浮遊汚泥式の反応槽３嫌気槽４無酸素槽５好気槽６，７攪拌機８散気装置９最終沈殿池（沈殿分離手段）１０循環手段１１初沈汚泥管路１２ａ返送汚泥管路１２ｂ余剰汚泥管路２１生物反応槽２２固液分離工程２３嫌気工程２４汚泥濃縮工程２５リン除去工程２６最初沈殿池２７酸発酵工程２８無酸素槽２９好気槽３０循環手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D038 AA08 AB47 AB49 BA04 BB09 BB18 BB19 4D040 BB52 BB73 4D059 AA04 AA05 BA11 BE13 BE38 BE49 BE51 BK30 CA22 CA24 CA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】廃水を導入して生物学的処理を行う生物
反応槽と、該生物反応槽混合液を処理水と分離汚泥とに
分離する固液分離工程と、該固液分離工程で分離された
分離汚泥を嫌気下で攪拌して前記生物反応槽に返送する
嫌気工程と、該嫌気工程で攪拌された嫌気汚泥の一部を
濃縮汚泥と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮工程と、前
記濃縮分離液に含まれるリンを除去するリン除去工程と
を備えたことを特徴とするリン除去工程を有する廃水処
理装置。
【請求項２】廃水を上澄水と沈殿汚泥とに固液分離す
る最初沈殿池と、前記上澄水を導入して生物学的処理を
行う生物反応槽と、該生物反応槽混合液を処理水と分離
汚泥とに分離する固液分離工程と、沈殿汚泥を導入して
酸発酵させる酸発酵工程と、前記固液分離工程で分離さ
れた分離汚泥を前記酸発酵工程から排出される排出液と
共に嫌気下で攪拌して前記生物反応槽に返送する嫌気工
程と、該嫌気工程で攪拌された嫌気汚泥の一部を濃縮汚
泥と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮工程と、前記濃縮
分離液に含まれるリンを除去するリン除去工程とを備え
たことを特徴とするリン除去工程を有する廃水処理装
置。
【請求項３】生物反応槽は、攪拌手段を備えた無酸素
槽と、曝気手段を備えた好気槽と、該好気槽混合液を無
酸素槽へ循環する循環手段とからなることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載のリン除去工程を有する
廃水処理装置。
【請求項４】生物反応槽は、曝気手段および攪拌手段
を備えた間欠曝気槽であることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載のリン除去工程を有する廃水処理装
置。