JP2004249252A - 排水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から1/8の水深における溶存酸素を2mg/L以下とする排水処理方法は、曝気槽内部の非曝気部の下部に無酸素領域が形成されるため、簡便な装置構成で、しかも低い動力コストで、効率的かつ高い除去率で窒素の除去を行うことができる。また、水面から1/2の水深における溶存酸素を0.2mg/L以下とすると、より効果的に窒素の除去を行うことができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素を含有する排水を効率的に処理する方法に関し、中でも生活排水を効率的に処理する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
窒素含有排水の窒素処理方法としては、循環式硝化脱窒法、硝化内生脱窒法、ASRTを制御したオキシデーションディッチ法、より窒素の除去率を高めたステップ流入法等が開発されている。単槽で脱窒を行う方法としては回分式活性汚泥法、深槽曝気法などがある。
【0003】
循環式硝化脱窒法は、無酸素槽と、曝気槽との間で前記活性汚泥を循環させながら排水の処理を行う方法であるが、循環倍率を制御することによって、特に薬剤を用いることなく窒素除去率を容易に制御することができる。この方法においては、余剰汚泥による除去分を除いた脱窒反応による窒素除去率は循環倍率(r)から理論的にr/(r+1)として求めることができる。
【0004】
生活排水の場合、通常は窒素濃度が30〜40mg/L程度なので、排出規制値が10mg/L程度の場合は、循環倍率を2〜3倍にすることによって対応できる。しかし、河川の汚染改善のため、5mg/L以下のような更に厳しい基準が設けられる場合、循環倍率を5〜7倍にしなければならず、循環動力コストがかさむことに加えて、曝気槽から無酸素槽への溶存酸素(以下DOと称す)の持込が大きくなり、無酸素槽での窒素除去が行い難くなるという問題がある。
【0005】
この問題に対し、無酸素槽に供給される原水中のDO、曝気槽の呼吸速度とDOを測定し、ポンプの吸い上げ量を制御して循環量を最適化する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【0006】
しかしながら、この方法は依然として循環動力コストがかさむ問題点を有していた。
【0007】
【特許文献1】
特開平8−117792号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低い動力コストで高い窒素除去率を達成できる排水処理方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち、第一の本発明の要旨は、排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から1/8の水深における溶存酸素を2mg/L以下とする排水処理方法、である。
【0010】
また、第二の本発明の要旨は、排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から1/2の水深における溶存酸素を0.2mg/L以下とする排水処理方法、である。
【0011】
また、第一の本発明において、前記非曝気部の、水面から1/2の水深における溶存酸素を0.2mg/L以下とすると、窒素の除去率をさらに向上させることができる。
また、第一及び第二の本発明において、処理水中のアンモニア性窒素濃度が0.2〜3mg/Lであると余分な曝気を行う必要がないため、動力コストを低減できる。また、処理水中のアンモニア性窒素濃度に従って曝気量を制御するとより好ましい。
【0012】
また、第一及び第二の本発明において、前記曝気槽に設けた膜分離装置で濾過を行って処理水を取り出すか、また活性汚泥のMLSS濃度を9000mg/L以上とすると、窒素の除去率を高い状態で維持し易い。
さらに、第一及び第二の本発明において、無酸素槽を設け、該無酸素槽と、前記曝気槽との間で前記活性汚泥を循環させると、より安定して窒素の除去を行うことができる。
また、このとき活性汚泥の循環倍率をrとし、脱窒反応による窒素除去率をY(%)としたとき、Y>r/(r+1)×100であると、循環動力コストが低い状態で運転できるため好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の排水処理方法について、図面を基に詳細に説明する。図1は、本発明の排水処理方法の一例を示す概略フロー図である。
【0014】
排水原水は、曝気槽1に投入され、活性汚泥により生物学的に浄化される。曝気槽1には、管体2が浸漬されており、管体2の下から曝気装置7により曝気を行う。この管体2により、曝気槽1内部は、上面から見た際に、管体2によって囲われた曝気部3と、管体2の外側に位置する非曝気部4とに区分され、曝気部3と非曝気部4との間で循環流が形成される。
【0015】
このとき、非曝気部4において、水面から1/8の水深におけるDOを2mg/L以下とすると、非曝気部4を活性汚泥が下降していく途中で、活性汚泥による有機物の酸化反応及び硝化反応によってDOが消費されるため、非曝気部4の下層においては無酸素状態が形成される。その結果、脱窒反応が起こり、窒素の除去が可能となる。
【0016】
曝気槽1の水深は、あまり浅いと無酸素状態とならないため、1m以上とすることが好ましく、2m以上とすることがより好ましく、3m以上とすることが更に好ましい。一方、深すぎると効率的に撹拌混合し難くなるため、10m以下が好ましく、6m以下がより好ましい。
【0017】
曝気槽1を上面から見た際に、曝気槽1全体の面積に対する曝気部3が占める面積としては、小さすぎると有機物の酸化や硝化に必要なDOを供給しきれないため、5%以上とすることが好ましく、10%以上とすることがより好ましい。一方、大きすぎると非曝気部4において無酸素状態を形成できなくなるため、50%以下とすることが好ましく、30%以下とすることがより好ましく、25%以下とすることが更に好ましい。
【0018】
このとき、活性汚泥のMLSS濃度が高いと、非曝気部4におけるDO消費速度が高くなり、無酸素状態を形成しやすくなる。したがって、MLSS濃度は9000mg/L以上とすることが好ましく、10000mg/L以上とすることがより好ましい。
【0019】
一方、あまりMLSS濃度を高くすると、粘度が高くなって効率的に撹拌混合し難くなるため、20000mg/L以下とすることが好ましく、15000mg/L以下とすることがより好ましい。
【0020】
なお、MLSS濃度を高くするためには、管体2の内部に膜分離装置8を配置して濾過を行い、処理水を曝気槽1から取り出すことが好ましい。膜分離装置8の種類としては特に限定されず、平膜、中空糸膜、管状セラミック膜、回転円盤膜等を用いることができる。
【0021】
非曝気部3において、水面から1/8の水深におけるDOを2mg/L以下とするには、具体的には、水面から1/8の水深付近にDO計を設置し、DO濃度をモニターしながら、DOが2mg/Lを超えそうになった時点で曝気量を減少させると良い。
【0022】
非曝気部4の、水面から1/8の水深におけるDOは、1mg/L以下とすることがより好ましい。
【0023】
非曝気部4の水深方向のDOとしては、水面から1/2の水深におけるDOを0.2mg/L以下とすると、非曝気部4の下層において無酸素状態を形成することができる。
【0024】
水面から1/2の水深におけるDOを0.2mg/L以下とするためには、水面から1/2の水深付近にDO計を設置し、DO濃度をモニターしながら、DOが0.2mg/Lを超えそうになった時点で曝気量を減少させると良い。
【0025】
非曝気部4の、水面から1/2の水深におけるDOは、0.1mg/l以下とすることがより好ましく、実質的にゼロとすることが更に好ましい。
【0026】
非曝気部4の水深方向におけるDOは、水面から1/8の位置と、上から1/2の位置の両方において、前述の濃度となるように制御することがより好ましい。
【0027】
なお、非曝気部4の水深方向において、水面から1/8の位置のDOが2mg/L以下となっていても、水面から1/2の位置のDOが0.1mg/L以上である場合は、1/2の位置のDOによる制御を優先させて曝気量を減少させることが好ましい。
【0028】
非曝気部4の水深方向におけるDOのみならず、処理水のアンモニア濃度も合わせてモニターすると、より効率的な制御が可能となる。具体的には、アンモニア性窒素濃度が0.2mg/Lよりも少なくなった場合、曝気量を低減させ、3mg/Lよりも多くなった場合、曝気量を増加させる。
【0029】
なお、非曝気部4におけるDOは、溶存酸素センサー(例えば横河電機製、型番:DO30G)と溶存酸素変換機(例えば横河電機製、型番:DO402G)等によって測定することができる。また、処理水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素自動測定装置(例えば横河電機製、型番:AN1000)によって測定することができる。
【0030】
本発明の排水処理方法は、図2に示すように、曝気槽1に加えて無酸素槽5を配置し、曝気槽1と無酸素槽5との間で活性汚泥を循環させると、窒素の除去をより効率的に行うことができる。
【0031】
このような構成は、従来の循環式硝化脱窒法と見かけ上は同じであるが、従来の方法は、曝気槽1内のDOをなるべく均一となるように混合させている。したがって、曝気槽1内に無酸素状態となる部位は存在しないか、極めて少ない。
【0032】
このため、従来の方法における脱窒反応による窒素の除去率は、曝気槽1と無酸素槽5における活性汚泥の循環倍率rによって決定される。
なお、循環倍率rとは、原水の供給量を1としたときの、曝気槽1と無酸素槽5との間で活性汚泥が循環している量を意味する。例えば無酸素槽5に原水を1m3/hrの速度で供給し、曝気槽1から処理水を1m3/hrの速度で取り出し、曝気槽1から無酸素槽5へ2m3/hrの速度で活性汚泥を戻す場合、循環倍率rは2となる。
【0033】
一方、本発明の方法では、曝気槽1の内部においても無酸素状態が形成されるため、脱窒反応による窒素除去率をY(%)としたとき、Y>r/(r+1)×100となる。したがって、循環倍率を高くしなくても、窒素除去率を高めることができ、動力コストを低減することができる。
なお、脱窒反応による窒素除去率Yは、以下の計算式によって求める。
Y=(N1−N2−N3)/N1×100
ここで、
N1:一日あたりに処理される原水に含まれる全窒素量
N2:一日あたりに引き抜かれる余剰汚泥に含まれる全窒素量
N3:一日あたりに処理される処理水に含まれる全窒素量
である。
【0034】
無酸素槽5及び曝気槽1の間での活性汚泥の循環は、ポンプ6を用いて一方の槽から他方の槽へ送液し、他方の槽からオーバーフローによって流入させる。この際、どちらの槽からポンプを用いて送液するかは必ずしも限定されないが、原水が導入されない槽から原水が導入される槽へポンプ6で送液し、その反対の流れはオーバーフローさせると、ポンプ6の送液量が少なくてすみ、エネルギーコスト的に好ましい。
【0035】
なお、MLSS濃度を高くすると酸素消費速度が速く、また循環液の取り出しもDOの少ない位置から取り出しているので無酸素槽のORPが下がり、リンの除去も可能である。
【0036】
以下に、実験例1の概要と結果を示す。実験例1は、図2に示すフローの装置を用いて、生活排水を原水とする排水の処理を行うにあたり、曝気量及びMLSSを調整し、槽内のDOと窒素除去率との関係を調べたものである。
【0037】
各種条件は以下のように構成した。
(1)無酸素槽及びばっ気槽の汚泥容量(サイズ)
5.8m3(長さ145cm×幅100cm×高さ600cm、水深400cm)
(2)管体サイズ
長さ62cm×幅45cm×高さ140cmの管体を2つ上下に重ねて配置した。管体内には膜分離装置を配し(膜面積126m2)、濾液を処理水として取り出した(曝気槽との断面積比:19.2%)。
(3)処理水量:46m3/日
(4)曝気槽から無酸素槽への汚泥循環量:92m3/日
(5)余剰汚泥引き抜き量:0.3〜0.5m3/日
(6)曝気量:20〜30Nm3/hr
処理期間中の原水及び汚泥の性状を表1に示す。
【0038】
【表1】
【0039】
なお、各測定方法は下水道試験方法(1997年、社団法人日本下水道協会)に従い以下のように行った。
【0040】
(1)BOD
BODは、硝化抑制試薬を加えずに測定した。
(2)COD
CODは、過マンガン酸カリウム消費量から求めるいわゆるマンガン法により測定した。
【0041】
(3)全窒素
全窒素は、総和法により測定した。
(4)全リン
全リンは、完全分解定量法により測定した。
【0042】
(5)DO
DOは、溶存酸素計(横河電機■製溶存酸素センサー(型番:DO30G)と溶存酸素変換器(型番:DO402G))を用いて測定した。
(6)ORP(銀−塩化銀基準)
ORPは、ORP計(横河電機■製ORPセンサー(型番:OR8EFG)とORP変換器(型番:OR400G))を用いて測定した。電極は、飽和塩化銀電極を用い、直読の値を用いた。
【0043】
(7)固形分含量及びMLSS
MLSSは、遠心分離法を用いて測定した。すなわち、汚泥試料適量を沈殿管に取り、3000〜4000rpmで2〜3分遠心分離を行い、上澄液を捨て、沈殿管に水を加え、攪拌し、再び同様に遠心し、上澄液を捨て、この沈殿物を蒸発皿に洗い入れ、105〜110℃で2時間乾燥し、質量を測定し、以下の計算式によって算出した。
汚泥濃度(MLSS)=汚泥の乾燥質量(mg)/試料量(L)
【0044】
このときの、非曝気部の水面から1/8の位置(水深0.5m)のDOと、処理水の硝酸性窒素濃度の関係を図3に、非曝気部の水面から1/2の位置(水深2m)のDOと、処理水の硝酸性窒素濃度の関係を図4に示した。また、処理水中のアンモニア性窒素濃度と、硝酸性窒素濃度の関係を図5に示した。
【0045】
図3及び図4より、非曝気部の水面から1/8の位置のDOが、2mg/L以下のとき硝酸性窒素の値が低下し、1mg/L以下で顕著に低下していることがわかる。
【0046】
また、非曝気部の水面から1/2の位置のDOは、0.2mg/L以下あると、硝酸性窒素の値が低下することがわかる。
【0047】
なお、非曝気部の水面から1/8及び1/2の位置におけるDOが本発明で規定する範囲内の場合と、範囲外の場合における原水、処理水の代表的な分析データを表2に示す。
【0048】
【表2】
【0049】
次に、実験例2として、大きさが異なる装置を用いた場合の実験例を示す。なお、装置は図2に示したフローのものを使用し、原水は上記実験例と同じ水質のものを用いた。
【0050】
槽のサイズ等は以下のように構成した。
(1)無酸素槽及び曝気槽の汚泥容量(サイズ)
0.625m3(長さ60cm×幅80cm×高さ180cm、水深130cm)
(2)管体サイズ
長さ24cm×幅56.5cm×高さ106.5cmの管体を配置した。管体内には膜分離装置を配し(膜面積8m2)、濾液を処理水として取り出した(曝気槽との断面積比:28%)。
(3)処理水量:5m3/日
(4)無酸素槽から曝気槽への汚泥循環量:15m3/日
(5)余剰汚泥引き抜き量:0.06〜0.10m3/日
(6)曝気量: 5.6〜9.6Nm3/hr
【0051】
非曝気部の水面から1/2の位置(65cm)のDOと、処理水の硝酸性窒素の関係を図6に示した。
【0052】
また、非曝気部の水面から1/2の位置におけるDOが本発明で規定する範囲内の場合と、範囲外の場合における原水、処理水の代表的な分析データを表3に示した。
【0053】
【表3】
【0054】
このように、水深が130cmと極めて浅い曝気槽であっても、窒素除去率が極めて高くなることが分かった。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の曝気槽のみでも、非曝気部の水深方向のDOを制御することにより、容易に硝化脱窒による窒素除去が可能となる。更に無酸素槽と曝気槽の2槽を用いて、曝気槽の非曝気部の水深方向のDOを制御することにより、さらに高い除去率で窒素を除去することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の一例を示す模式図である。
【図2】本発明の別の実施形態の一例を示す模式図である。
【図3】実験例1の非曝気部の水面から1/8の位置におけるDOと処理水中の硝酸性窒素の濃度との関係を示すグラフである。
【図4】実験例1の非曝気部の水面から1/2の位置におけるDOと処理水中の硝酸性窒素の濃度との関係を示すグラフである。
【図5】実験例1の処理水中のアンモニア性窒素濃度と、硝酸性窒素濃度の関係を示すグラフである。
【図6】実験例2の非曝気部の水面から1/2の位置におけるDOと処理水中の硝酸性窒素の濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 曝気槽
2 管体
3 曝気部
4 非曝気部
5 無酸素槽
6 ポンプ
7 曝気装置
8 膜分離装置
Claims (9)
- 排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から1/8の水深における溶存酸素を2mg/L以下とする排水処理方法。
- 排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から1/2の水深における溶存酸素を0.2mg/L以下とする排水処理方法。
- 前記非曝気部において、水面から1/2の水深における溶存酸素を0.2mg/L以下とする請求項1に記載の排水処理方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の排水処理方法によって処理された処理水中のアンモニア性窒素濃度が、0.2〜3mg/Lである排水処理方法。
- 処理水中のアンモニア性窒素濃度に従って曝気量を制御する請求項4に記載の排水処理方法。
- 前記曝気槽に膜分離装置を設け、該膜分離装置で濾過を行って処理水を取り出す請求項1〜5のいずれか一項に記載の排水処理方法。
- 前記活性汚泥のMLSS濃度を9000mg/L以上とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の排水処理方法。
- 無酸素槽を設け、該無酸素槽と、前記曝気槽との間で前記活性汚泥を循環させる請求項1〜7のいずれか一項に記載の排水処理方法。
- 前記活性汚泥の循環倍率をrとし、脱窒反応による窒素除去率をY(%)としたとき、Y>r/(r+1)×100である請求項8に記載の排水処理方法。
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