JP2006305530A - 汚水処理方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汚泥処分量を削減しつつ効率良くリンを回収でき、負荷を少なくできる汚泥処理装置を提供する。
【解決手段】嫌気槽22にてリンを放出させる一時的な間、嫌気槽22への有機性汚水Ｗ_１および汚泥Ｓ_４の流入を止める。ＢＯＤ源として可溶化処理した可溶化汚泥Ｓ_７のみを嫌気槽22へと導入する。一定時間をおいてリンの放出量が最大となったところで汚泥濃縮槽23の膜分離装置26にて汚泥Ｓ_８を膜分離する。リン濃度の高い膜分離水Ｌ_２を得ることができる。リン回収槽25に高いリン濃度の膜分離水Ｌ_２を負荷できる。汚泥濃縮槽23にて膜分離水Ｌ_２を分離した後の余剰汚泥Ｓ_１１の生成量の削減を図りつつ、嫌気槽22での生物的リン放出量が最も多くなる。リン回収槽25でのリン回収効率を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機性汚水からリンを放出させる汚水処理方法およびその装置に関する。

従来から、リン酸は富栄養化の原因物質の一つであり、有機性汚水などの汚水中から除去することが求められている。そして、好気工程を含む生物処理をする水処理施設においては、リンが水処理する生物中に取り込まれて水中から除去される。一般に、細胞中のリンの含有量は、乾燥重量の１％程度である。また、特定の条件においては、活性汚泥微生物の細胞内にポリリン酸のような形態でリンが蓄積される過剰摂取現象が知られている。

そして、このリンの過剰摂取現象は、次のような工程を経て生じる。まず、嫌気状態において、汚水中の有機酸を利用し細胞中のポリリン酸を加水分解してリン酸イオンとして放出する。次いで、好気状態において、汚水中の有機物を酸化する際に生じるエネルギを利用してリン酸がポリリン酸として細胞内に蓄積される。

このため、このように嫌気状態に続けて好気状態を経て汚水を処理する場合には、菌体の構成や代謝に必要な量以上にリンが菌体に取り込まれる。このとき、この細胞中のリンの含有量が乾燥重量の３〜４％になる。そして、この性質を利用して、汚水中のリン酸を除去する方法としては、嫌気槽および好気反応槽から構成される嫌気好気活性汚泥法や、嫌気無酸素好気法、一つの反応槽にて嫌気工程と好気工程とを繰り返す回分式活性汚泥法などが知られている。

さらに、この種の汚水中のリン酸を除去する方法としては、無終端水路に好気性の部分と嫌気性の部分とが設けられたオキシデーションディッチ槽(ＯＤ槽)の前投に嫌気反応槽を設けた汚水の生物学的処理方法も知られている(例えば、特許文献１参照。)。

ところが、上述の汚水の生物学的処理方法においては、被処理水である汚水の生物学的酸素要求量(Biochemical Oxgen Demand：ＢＯＤ)に応じた余剰汚泥が発生してしまう。そして、この余剰汚泥は、そのまま埋め立て処分されたり、焼却処理などにて処分されたりしている。しかし近年、汚泥処分地の不足や処分費の高騰などによって、この余剰汚泥の処分量を削減する方法が求められている。

そこで、この種の余剰汚泥を減容化する方法としては、オゾン、過酸化水素水、アルカリ剤あるいは次亜塩素酸などの薬剤や、ホモジナイザあるいは超音波などによるキャピテーション、剪断力を生じる装置あるいはミルを用いた物理的な細胞破砕など、微生物を殺菌する手段に注目して、余剰汚泥を減容化する方法が古くから知られている(例えば、特許文献２および３参照。)。

ところが、この種の余剰汚泥を減容化する方法では、余剰汚泥を減溶化できるが、リン酸が水中に残存してしまうため、水処理の目的であるリン除去と矛盾してしまう。そこで、この問題を解決することを目的として、汚泥の減容化方法とリン除去方法とを組み合わせた方法が知られている(例えば、特許文献４参照)。

また、リンは、近い将来枯渇が懸念される資源であり、資源として回収できる方法の開発が進められている。そして、リンを資源として回収するリン回収方法としては、カルシウムイオンを用いる方法(例えば、特許文献５および６参照。)や、アンモニアおよびマグネシウムイオンを用いる方法(例えば、特許文献７および８参照。)などの、リン酸イオン沈殿生成反応を起こす金属イオンを添加してリン酸化合物塩を生成させてリンを回収する方法が知られている。

さらに、これらリン回収方法と汚泥可溶化の手段とを組み合わせて、汚泥処分量の削減とリン酸の問題とのそれぞれを解決する方法も知られている(例えば、特許文献９ないし１２参照)。
特開２００２−１８６９８９号公報（第３−５頁、図１） 特公昭５７−１９７１９号公報（第２−３頁、第１図−第５図） 特公昭４９−１１８１３号公報（第１−２頁） 特開２００２−１９２１８５号公報（第３−４頁、図１） 特開２０００−３１７４９２号公報（第３−４頁、図１） 特開２０００−３０１１６６号公報（第２−３頁、図１） 特開平１１−１０１９４号公報（第３−４頁、図１−４） 特開平７−２８４７６２号公報（第２−３頁、図１） 特開平１１−１８８３８３号公報（第１−４頁、図１） 特開２０００−８４５９６号公報（第３−４頁、図１） 特開２００２−１８６９９２号公報（第３−４頁、図１） 特開平１０−１３７７８０号公報（第２−３頁、図１）

上述のように、上記特許文献４の方法では、リン除去手段によるリンの除去量が、リン放出槽での生物的リンの放出量とリン除去手段に流入する水量とによって決まる。したがって、生物的リンの放出量は、汚泥に対するＢＯＤの負荷に比例して増加するが、この特許文献４ではリン放出槽へのＢＯＤ源は可溶化処理された汚泥のみであり、さらに可溶化処理された汚泥は、別の発酵槽にも導かれるため全てのＢＯＤ源を有効に利用できない。

また、上記特許文献１０の方法でもまた、返送汚泥からリンを放出させ、凝集沈殿にてリンを不溶化させることで汚泥の減量化および脱リンしており、リン除去手段によるリンの除去量は、汚泥処理槽での生物的リンの放出量と、凝集沈殿槽に導入する水量とによって決まる。したがって、生物的リンの放出量は、汚泥に対するＢＯＤの負荷に比例して増加するが、この特許文献１０では返送汚泥に含まれるＢＯＤ成分を利用しているため、リンの放出量について期待できない。

さらに、上記特許文献１１の方法でもまた、リン除去手段によるリンの除去量が、嫌気槽での生物的リンの放出量とリン除去手段に流入する水量とによって決まる。したがって、生物的リンの放出量は、汚泥に対するＢＯＤの負荷に比例して増加するが、この特許文献１１では嫌気槽へ常に原水および返送汚泥が流入し、可溶化処理された汚泥の嫌気槽への投入方法について特に定められていないため、リンの放出量が一定量に留まり、リン除去手段のリン除去量が増加しない。このため、汚泥処分量を削減しつつ効率良くリンを回収することが容易ではなく、負荷を少なくすることは容易ではないという問題を有している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、汚泥処分量を削減しつつ効率良くリンを回収でき、負荷を少なくできる汚泥処理方法およびその装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の汚水処理方法は、有機性汚水を生物処理する生物処理手段にて発生する生物処理汚泥の一部を可溶化手段にて可溶化して可溶化汚泥とし、この可溶化汚泥を、この可溶化汚泥とは別の前記生物処理汚泥に一定時間投入して、前記可溶化汚泥に含まれている有機物にてリンの放出を促進させてリン放出汚泥とし、前記可溶化汚泥を前記生物処理汚泥に投入してから所定時間後に、前記リン放出汚泥を分離水と濃縮汚泥とに固液分離するものである。

請求項２記載の汚水処理方法は、請求項１記載の汚水処理方法において、分離水を化学的なリン除去処理にてリン成分を回収し、濃縮汚泥の一部を余剰汚泥として搬出するとともに、前記濃縮汚泥の残りの一部を生物処理手段に返送するものである。

請求項３記載の汚水処理方法は、請求項２記載の汚水処理方法において、濃縮汚泥を可溶化手段で可溶化するものである。

請求項４記載の汚水処理方法は、請求項２記載の汚水処理方法において、生物処理汚泥の一部を返送汚泥として前記生物処理手段へと返送し、前記返送汚泥を可溶化手段で可溶化するものである。

請求項５記載の汚水処理方法は、請求項３または４記載の汚水処理方法において、返送汚泥からリンを放出させるものである。

請求項６記載の汚水処理方法は、請求項１ないし４いずれか記載の汚水処理方法において、生物処理手段は、有機性汚水を嫌気性処理する嫌気状態部を有し、前記生物処理手段の嫌気状態部にて発生する生物処理汚泥からリンを放出させるものである。

請求項７記載の汚水処理方法は、請求項５または６記載の汚水処理方法において、固液分離が終了してから可溶化汚泥を生物処理汚泥に投入するまでの時間は、リンを放出させる生物処理汚泥と有機性汚水とを投入しつつ嫌気状態を維持しながら攪拌してリンを放出させてリン放出汚泥とし、このリン放出汚泥を生物処理手段に移送させるものである。

請求項８記載の汚水処理方法は、請求項１ないし７いずれか記載の汚水処理方法において、可溶化汚泥の投入が終了してから固液分離を開始するまでの一定時間が６時間以内で、１日につき少なくとも１回以上一連動作させるものである。

請求項９記載の汚水処理装置は、有機性汚水を生物処理する生物処理手段と、この生物処理手段による前記有機性汚水の生物処理にて発生する生物処理汚泥の一部を可溶化して可溶化汚泥とする可溶化手段と、前記可溶化汚泥がこの可溶化汚泥とは別の前記生物処理汚泥に一定時間投入され、前記可溶化汚泥に含まれている有機物にてリンの放出を促進させてリン放出汚泥とするリン放出促進手段と、前記可溶化汚泥を前記生物処理汚泥に投入してから所定時間後に、前記リン放出汚泥を分離水と濃縮汚泥とに固液分離する固液分離手段とを具備したものである。

請求項１記載の汚水処理方法によれば、有機性汚水を生物処理する生物処理手段にて発生する生物処理汚泥の一部を可溶化手段にて可溶化して可溶化汚泥とする。さらに、この可溶化汚泥を、この可溶化汚泥とは別の生物処理汚泥に一定時間投入して、可溶化汚泥に含まれている有機物にてリンの放出を促進させてリン放出汚泥とする。そして、可溶化汚泥を生物処理汚泥に投入してから所定時間後に、リン放出汚泥を分離水と濃縮汚泥とに固液分離する。この結果、この固液分離された分離水のリン濃度が高くなるので、このリン濃度の高い分離水からリンを除去できるから、リンの回収を効率良くできる。したがって、余剰汚泥の発生量の削減を図りつつ、リン放出量が最も多くなるようにすることによって、リン回収効率を向上できるから、余剰汚泥の処分量を削減しつつ効率良くリンを回収でき、負荷を少なくできる。

請求項２記載の汚水処理方法によれば、リン放出汚泥の固液分離にて得られた分離水を、化学的なリン除去処理にてリン成分を回収することにより、効率良くリンを回収できる。さらに、リン放出汚泥の固液分離にて得られた濃縮汚泥の一部を余剰汚泥として搬出するとともに、この濃縮汚泥の残りの一部を生物処理手段に返送することにより、この濃縮汚泥の一部を生物処理手段にて生物処理して可溶化手段にて可溶化させるので、余剰汚泥の処分量をさらに削減できる。

請求項３記載の汚水処理方法によれば、リン放出汚泥の固液分離にて得られた濃縮汚泥を可溶化手段で可溶化することにより、この濃縮汚泥の生成量を削減できるので、余剰汚泥の処分量をさらに削減できる。

請求項４記載の汚水処理方法によれば、生物処理手段にて発生する生物処理汚泥の一部を返送汚泥として生物処理手段へと返送して、この返送汚泥を生物処理手段にて生物処理し可溶化手段にて可溶化することにより、この返送汚泥の生成量を削減できるので、余剰汚泥の処分量をさらに削減できる。

請求項５記載の汚水処理方法によれば、生物処理手段での有機性汚水の生物処理にて発生する生物処理汚泥の一部を生物処理手段へと返送させた返送汚泥を、この生物処理手段にて生物処理して可溶化手段にて可溶化してからリンを放出させるので、この返送汚泥の生成量をさらに削減できるとともに、この返送汚泥からのリン回収効率をより向上できる。

請求項６記載の汚水処理方法によれば、生物処理手段の有機性汚水を嫌気性処理する嫌気状態部にて発生する生物処理汚泥からリンを放出させることにより、嫌気状態部にて亜硝酸および硝酸イオンのそれぞれが生物反応にて窒素ガスへと変換された生物処理汚泥からリンを放出できるので、この生物処理汚泥からのリン放出をより効率良くできるから、この生物処理汚泥からのリン回収効率をより向上できる。

請求項７記載の汚水処理方法によれば、固液分離が終了してから可溶化汚泥を生物処理汚泥に投入するまでの時間は、リンを放出させる生物処理汚泥と有機性汚水とを投入しつつ嫌気状態を維持しながら攪拌してリンを放出させてリン放出汚泥とし、このリン放出汚泥を生物処理手段へと移送させる。この結果、この生物処理汚泥に含まれる微生物が可溶化汚泥に含まれる有機物を利用して自細胞中のポリリン酸を加水分解してリン酸として放出する。したがって、これら生物処理汚泥および可溶化汚泥からリンをより効率良く放出できるから、これら生物処理汚泥および可溶化汚泥からのリン回収効率をより向上できる。

請求項８記載の汚水処理方法によれば、可溶化汚泥の投入が終了してから固液分離を開始するまでの一定時間を６時間以内とし、１日につき少なくとも１回以上一連動作させてリン回収させることにより、有機性汚水からのリン回収を効率良くできる。

請求項９記載の汚水処理装置によれば、生物処理手段での有機性汚水の生物処理にて発生する生物処理汚泥の一部を可溶化手段にて可溶化して可溶化汚泥とする。さらに、この可溶化汚泥を、この可溶化汚泥とは別の生物処理汚泥に一定時間投入して、可溶化汚泥に含まれている有機物にてリンの放出をリン放出促進手段にて促進させてリン放出汚泥とする。そして、この可溶化汚泥を生物処理汚泥に投入してから所定時間後に、リン放出汚泥を固液分離手段にて分離水と濃縮汚泥とに固液分離する。この結果、固液分離手段にて固液分離された分離水のリン濃度が高くなるので、このリン濃度の高い分離水からリンを除去できるから、リンの回収を効率良くできる。したがって、余剰汚泥の発生量の削減を図りつつ、リン放出量が最も多くなるようにすることによって、リン回収効率を向上できるから、余剰汚泥の処分量を削減しつつ効率良くリンを回収でき、負荷を少なくできる。

以下、本発明の汚水処理装置の第１の実施の形態の構成を図１を参照して説明する。

図１において、１は汚水処理装置で、この汚水処理装置１は、有機性物質を含む汚水である原水としての有機性汚水Ｗ_１を生物処理にて浄化する処理装置である。そして、この汚水処理装置１は、有機性汚水Ｗ_１を処理する工程を行う装置である生物処理手段としての水処理施設２と、この水処理施設２にて発生した生物処理汚泥である汚泥Ｓ_２を処理する汚泥減容化手段としての汚泥処理装置３と、この汚泥処理装置３にて処理されたリン放出汚泥としての汚泥Ｓ_８からリンを回収するリン回収装置４とを備えている。

そして、この汚水処理装置１の水処理施設２は、生物処理工程にてオキシデーションディッチ法を採用したオキシデーションディッチ(Oxidation Ditch:ＯＤ)槽であるディッチ槽11と、このディッチ槽11にて処理された汚水Ｗ_２を沈殿分離する沈殿池12とを備えている。ここで、この生物処理工程としては、嫌気無酸素好気法や無酸素好気法なども適用可能である。また、水処理施設２としては、有機性汚水Ｗ_１から生成された有機性汚泥である汚泥Ｓ_２中にリンが含まれるようにする好気工程を含むものであれば適用可能である。

具体的に、ディッチ槽11には、このディッチ槽11内の一部に酸素を供給してこのディッチ槽11内の一部に好気状態な部分である好気性状態部13を形成する図示しない空気供給手段としての散気装置が取り付けられている。ここで、このディッチ槽11の好気性状態部13では、この好気性状態部13内の有機性汚水Ｗ_１が生物学的に好気性処理される。また、このディッチ槽11には、このディッチ槽11内へと供給された混合液Ｌ_１を攪拌させる攪拌手段としての攪拌装置が取り付けられている。ここで、このディッチ槽11内の一部であって散気装置にて散気されない部分に嫌気状態な部分である嫌気性状態部14が形成される。そして、このディッチ槽11の嫌気性状態部14では、この嫌気性状態部14内の混合液Ｌ_１が生物学的に嫌気性処理される。さらに、この嫌気性状態部14では、可溶化汚泥Ｓ_６が混合液Ｌ_１中に投入してから汚泥濃縮槽23にて濃縮されるまでの間以外に、返送汚泥Ｓ_３と有機性汚水Ｗ_１とのそれぞれが連続的に投入されて嫌気状態を維持しながら攪拌して、これら返送汚泥Ｓ_３および有機性汚水Ｗ_１中からリンを放出させて混合液Ｌ_１とさせる。

さらに、このディッチ槽11には、汚水Ｗ_２とともに沈殿池２からの返送汚泥Ｓ_３が一定時間送られて供給され、このディッチ槽11の流路内で混合液Ｌ_１を生物的に好気性処理および嫌気性処理する。また、このディッチ槽11では、このディッチ槽11の好気性状態部13を通過する好気時間において、混合液Ｌ_１中に含まれるＢＯＤが生物処理にて消費されるとともに、この混合液Ｌ_１中のリン酸が微生物中に取り込まれて汚泥Ｓ_１が生成される。さらに、この混合液Ｌ_１中のアンモニア態窒素は、亜硝酸および硝酸イオンヘと酸化されるとともに、ディッチ槽11の嫌気性状態部14を通過する嫌気時間において、混合液Ｌ_１中に含まれる亜硝酸および硝酸イオンのそれぞれが生物反応にて窒素ガスヘと変換される。

そして、このディッチ槽11にて生物的に処理された汚水Ｗ_２は、このディッチ槽11の嫌気性状態部14から引き抜かれて沈殿池２へと導入されて、この沈殿池12にて処理水Ｆ_１と汚泥Ｓ_２とに沈殿分離にて固液分離される。ここで、この沈殿池２にて分離された汚泥Ｓ_２は、ディッチ槽11へと返送される返送汚泥Ｓ_３と、嫌気槽22へと導入される汚泥Ｓ_４と、汚泥可溶化手投21へと導入される汚泥Ｓ_５とに分離されて分割される。そして、この汚泥Ｓ_２は、図示しない運転制御装置にて制御された自動弁や、ゲート、ポンプなどにて分割される。

さらに、この汚泥Ｓ_２を処理する汚泥処理装置３は、可溶化手段としての汚泥可溶化手段21、リン放出促進手段としての嫌気槽22、固液分離手段としての汚泥濃縮槽23、可溶化汚泥貯槽24を備えている。具体的に、嫌気槽22には、この嫌気槽22内に貯留される汚泥Ｓ_８を攪拌する攪拌手段としての攪拌装置31が取り付けられている。この攪拌装置31は、駆動手段としてのモータ32と、このモータ32の駆動力を伝達するシャフト33と、このシャフト32に取り付けられた攪拌翼としてのプロペラ34とを有している。そして、この攪拌装置31は、プロペラ34が回転運動することによって嫌気槽22内の汚泥Ｓ_８を攪拌させる。ここで、この嫌気槽22には、沈殿池12にて分離された汚泥Ｓ_２の一部である汚泥Ｓ_４と、可溶化汚泥貯槽24からの可溶化汚泥Ｓ_７とのそれぞれが導入されて汚泥Ｓ_８が貯留されている。さらに、この嫌気槽22内の汚泥Ｓ_８は、曝気されずに嫌気状態となっている生物処理汚泥である。そして、この汚泥Ｓ_８に含まれる微生物は、可溶化汚泥Ｓ_７に含まれる有機物を利用して自細胞中のポリリン酸を加水分解し、リン酸として放出する。ここで、汚泥Ｓ_４および可溶化汚泥Ｓ_７のそれぞれもまた生物処理汚泥である。

また、この嫌気槽22内の汚泥Ｓ_８は、汚泥濃縮槽23へと導入される。この汚泥濃縮槽23内には、浸漬膜を利用した膜分離装置26が取り付けられている。ここで、この膜分離装置26としては、チューブラ膜や中空糸膜などを利用したものでもよい。そして、この膜分離装置26は、汚泥濃縮槽23内の汚泥Ｓ_８からリン酸濃度が高い膜分離水Ｌ_２を膜分離にて固液分離して濃縮して、リン酸含有率の低い濃縮汚泥Ｓ_１０および余剰汚泥Ｓ_１１とする。

さらに、この汚泥濃縮槽23には、嫌気槽22でリンを放出して吐き出させた嫌気状態の汚泥Ｓ_８が導入されるため、浸漬膜を利用した膜分離装置26を有する汚泥濃縮槽23の場合には、この膜分離装置26の浸漬膜の膜面を洗浄するための洗浄用ガスとして、酸素が含まれていないガスを供給するガス供給手段27が取り付けられている。このガス供給手段27には、膜分離装置26の浸漬膜へと洗浄用ガスを圧送させる圧送手段としてのブロア28が取り付けられている。

そして、このガス供給手段27にて供給する洗浄用ガスとしては、例えば窒素や二酸化炭素などのガスが外部より十分に供給される場合にはこのガスを導入させたり、図示しないガスホルダなどを設けて汚泥濃縮槽23の上部のガスを無酸素状態にし、この無酸素状態のガスをブロワ28にて循環させて洗浄用ガスとして利用したりすることもできる。

また、リン回収槽25は、下部が外側に向けて拡開した円筒状の内筒41を有している。この内筒41は、この内筒41の軸方向を上下方向に沿わせた状態でリン回収槽25内に取り付けられている。そして、このリン回収槽25内は、内筒41にてリン酸化合物塩を生成させる晶析部42と、このリン酸化合物塩を沈殿させる沈殿部43とに分けられている。具体的に、このリン回収槽25内は、内筒41の内側が晶析部42とされ、この内筒41の外側であるリン回収槽25内が沈殿部43とされている。ここで、このリン回収槽25の晶析部42は、膜分離水Ｌ_２を科学的なリン除去処理にて、この膜分離水Ｌ_２からリン成分を回収する部分である。

ここで、このリン回収槽25の晶析部42には、このリン回収槽25内の膜分離水Ｌ_２を攪拌させる攪拌手段としての攪拌装置44が取り付けられている。この攪拌装置44は、駆動手段としてのモータ45と、このモータ45の駆動力を伝達するシャフト46と、このシャフト46に取り付けられた攪拌翼としてのプロペラ47とを有している。そして、この攪拌装置44は、プロペラ47が回転動することによってリン回収槽25内の膜分離水Ｌ_２を攪拌させる。

さらに、このリン回収槽25の晶析部42には、汚泥濃縮槽23の膜分離装置26にて分離された膜分離水Ｌ_２が導入される。そして、この晶析部42には、リン酸化合物塩の生成を促進させるために一定量のリン酸化合物塩が供給されて保有されている。また、この晶析部42には、図示しない金属イオン供給手段が設置されており、この金属イオン供給手段にて膜分離水Ｌ_２中のリン酸イオン濃度に応じた量の金属イオンが供給される。

ここで、この金属イオン供給手段にて供給する金属イオンとしては、マグネシウムまたはカルシウムが使用される。なお、リン回収槽25のハンドリングの面からは、塩化カルシウム溶液を使用することが好ましい。また、この晶析部42には、図示しないｐＨ調節手段が設置されている。このｐＨ調整手段は、ｐＨ計、コントローラおよび薬注ポンプなどを備えており、所定のｐＨとなるようにアルカリ剤が晶析部42内へと添加される。

一方、リン回収槽25の沈殿部43では、膜分離水Ｌ_２が、この膜分離水Ｌ_２中のリン酸化合物塩Ｐ_１と、このリン酸化合物塩Ｐ_１が沈殿した後の上澄みであるリン回収処理水であるリン回収水Ｌ_３とに分離される。すなわち、この沈殿部43では、リン回収水Ｌ_３中のリン酸イオンが除去される。そして、リン回収槽25にてリンが回収除去されたリン回収水Ｌ_３は、流量調整のためにリン回収水貯槽51に一旦貯留されてから、ディッチ槽11へと返送される。

さらに、汚泥濃縮槽23内にて濃縮された濃縮汚泥Ｓ_９の全部もしくは一部が、濃縮汚泥Ｓ_１０としてディッチ槽11へと導入される。また、このディッチ槽11へと導入されない濃縮汚泥Ｓ_９は、余剰汚泥Ｓ_１１として場外に搬出されて処分される。

そして、汚泥可溶化手段21では、この汚泥可溶化手段21へと導入される汚泥Ｓ_５にアルカリ剤を添加して、物理的な細胞破砕を利用して汚泥Ｓ_５を可溶化して、この汚泥Ｓ_５中の有機酸などの溶解性有機物量を増大させる。さらに、この汚泥可溶化手段21にて可溶化された可溶化汚泥Ｓ_６は、可溶化汚泥貯槽24へと導入されて貯留される。ここで、この汚泥可溶化手段21が、可溶化汚泥貯槽24の貯留量をまかなうだけの容量および処理能力を有している場合には、この可溶化汚泥貯槽24を省略できる。さらに、この可溶化汚泥貯槽24へと導入されて貯留された可溶化汚泥Ｓ_７は、運転制御装置にて制御されたポンプや自動弁、ゲートなどにて嫌気槽22へと導入される。

また、この可溶化汚泥貯槽24には、この可溶化汚泥貯槽24内の可溶化汚泥Ｓ_７を攪拌させる攪拌手段としての攪拌装置52が取り付けられている。この攪拌装置52は、駆動手段としてのモータ53と、このモータ53の駆動力を伝達するシャフト54と、このシャフト54に取り付けられた攪拌翼としてのプロペラ55とを有している。そして、この攪拌装置52は、プロペラ55が回転動することによって可溶化汚泥貯槽24内の可溶化汚泥Ｓ_７を攪拌させる。

ここで、運転制御装置による制御方法としては、まず前記の動作として、可溶化汚泥貯槽24から可溶化汚泥Ｓ_７をポンプにて嫌気槽22へと導入するのに前後して、この嫌気槽22への他の汚泥Ｓ_４の流入および汚泥Ｓ_８の流出のそれぞれを遮断する。すなわち、この運転制御装置は、汚水Ｗ_２および沈殿池12からの汚泥Ｓ_４の導入を遮断して、これら汚水Ｗ_２および汚泥Ｓ_４をディッチ槽11へと導入させる。

次いで、この運転制御装置は、前記の動作から一定時間をおいて、嫌気槽22から汚泥濃縮槽23へと汚泥Ｓ_８を移送する図示しないポンプを駆動させて、この嫌気槽22内の汚泥Ｓ_８の一部あるいは全部を一定時間に限って汚泥濃縮槽23へと連続的に投入して導入させる。さらに、この運転制御装置は、前記の動作が終了した後に、ディッチ槽11への汚水Ｗ_２および沈殿池12からの返送汚泥Ｓ_３の導入を遮断し、これら汚水Ｗ_２および返送汚泥Ｓ_３を汚泥_４として嫌気槽22へと導入させる。このとき、可溶化汚泥貯槽24から嫌気槽22へと導入される可溶化汚泥Ｓ_７に含まれている高濃度の有機物を用いて、この嫌気槽22へと導入される汚泥Ｓ_４の生物学的なリンの放出が促進される。

そして、この運転制御装置は、可溶化汚泥Ｓ_７の嫌気槽22への投入が終了してから汚泥濃縮槽23による濃縮が開始するまでの一定時間が、６時間以内となるように設置されている。さらに、この運転制御装置は、以上の一連の動作を１日当たり少なくとも１回以上運転して、嫌気槽22にてリンを効率的に吐き出させる。ここで、これら運転制御装置による制御時間や運転頻度などの設定は、有機性汚水Ｗ_１の水質や、有機物源となる可溶化汚泥ｓ_６の性状およびリンを放出する返送汚泥Ｓ_３などのリン放出活性などによって左右される。このため、可溶化汚泥Ｓ_６のＢＯＤ量が十分にあって返送汚泥Ｓ_３からのリン放出が安定して起こることが明らかな場合、すなわち極めて良好なリン放出条件を保つことが可能な場合には、運転制御装置にて上述の一連の動作を連続運転させることもできる。さらに、汚泥濃縮槽23または、この汚泥濃縮槽23より前段に設けた可溶化汚泥貯槽24にて水量負荷の変動を調整し、リン回収槽25、ディッチ槽11および沈殿池12のそれぞれに、水量変動による影響が及ばないようにすることによって、処理水質および回収リンの良好な性状を保つことができる。

さらに、汚泥濃縮槽23からディッチ槽11への濃縮汚泥Ｓ_１０の導入量と、この汚泥濃縮槽23から場外へと搬出させる余剰汚泥Ｓ_１１との割合は、この汚泥濃縮槽23にて濃縮した濃縮汚泥Ｓ_９に含まれる無機成分量にて決定される。この濃縮汚泥Ｓ_９中の無機成分量が０であれば、場外へ搬出させる余剰汚泥Ｓ_１１を発生させないことが理論上可能であるが、実際にはオゾン処理や生物処理にて分解できない無機成分が無視できない量ほど含まれるため、ある程度の余剰汚泥Ｓ_１１を系外に排出することが望ましい。

そして、この余剰汚泥Ｓ_１１は、焼却、埋め立て、集約処理し嫌気性消化などにて処理される。なお、汚泥濃縮槽23内の濃縮汚泥Ｓ_９のＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solid)濃度が１００００ｍｇ／Ｌ以上２００００ｍｇ／Ｌ以下程度であるため、この濃縮汚泥Ｓ_９の少なくとも一部を余剰汚泥Ｓ_１１として場外に搬出させる際には、この余剰汚泥Ｓ_１１を脱水処理することが望ましい。このとき、この余剰汚泥Ｓ_１１の脱水処理では脱水液量が少量であるため、この脱水液を汚泥濃縮槽23へ返送したり、リン回収槽25にて処理したりすることも可能である。

次に、上記第１の実施の形態の作用効果について説明する。

まず、上記第１の実施の形態の汚水処理装置１は、有機性汚水Ｗ_１の生物処理にて生成される汚泥Ｓ_２からのリンの放出量が最も多くなるように工夫したもので、リンを吐き出させる汚泥Ｓ_４に対して最もＢＯＤ／ＳＳ(Suspended Solids:浮遊物質濃度)負荷が高くなるように、ＢＯＤ源である可溶化汚泥Ｓ_７を、リンを放出させる別の汚泥Ｓ_４を貯留する嫌気槽22に対して、短時間にまとめて投入し、リン放出量が最大になってから汚泥濃縮槽23の膜分離装置26にて膜分離することによって、リンの回収に最適な高濃度の膜分離水Ｌ_２と、十分にリンを吐き出した余剰汚泥Ｓ_１１を得るものである。

具体的には、嫌気槽22でリンを放出させる一時的な期間の間は、有機性汚水Ｗ_１および汚泥Ｓ_４などの嫌気槽22への流入を止めて、ＢＯＤ源として可溶化処理された可溶化汚泥Ｓ_７のみを投入した後に、一定時間をおいてリンの放出量が最大となったところで、汚泥濃縮槽23内の膜分離装置26を稼働させることによって、この膜分離装置26にて膜分離した際に、従来よりもリン濃度の高い膜分離水Ｌ_２を得ることができる。

一般的に、リン回収槽25は、膜分離水Ｌ_２のリン酸濃度が高濃度であればあるほど効率が良い。したがって、このリン回収槽25に高いリン濃度の膜分離水Ｌ_２を負荷できるようになるから、このリン回収槽25でのリンの回収効率を最大限にできる。よって、汚泥濃縮槽23にて膜分離水Ｌ_２を分離した後の余剰汚泥Ｓ_１１の生成量の削減を図りつつ、嫌気槽22での生物的リン放出量が最も多くなるようにできるから、リン回収槽25でのリン回収効率を向上できる。このため、余剰汚泥Ｓ_１１の処分量を削減しつつ、効率良くリンを回収でき、水処理施設２の負荷を少なくできる。

さらに、上述のように運転制御装置にて投入制御することによって、嫌気槽22でのリンの放出濃度が、投入制御をしないときの数倍から十数倍程度となるため、リンの回収量を増加できるとともに、余剰汚泥Ｓ_１１中のリン含有率の削減や、可溶化処理による余剰汚泥Ｓ_１１の生成量の削減を同時にできる。

また、汚泥濃縮槽23内の膜分離装置26にて得られた膜分離水Ｌ_２を、リン回収槽25に導入させて化学的なリン除去処理にてリン成分を回収することにより、効率良くリン回収できる。さらに、汚泥濃縮槽23内の膜分離装置26での膜分離にて得られた濃縮汚泥Ｓ_９の一部を余剰汚泥Ｓ_１１として搬出するとともに、この濃縮汚泥Ｓ_９の残りの一部を濃縮汚泥Ｓ_１０としてディッチ槽11へと返送する構成としたことにより、この濃縮汚泥Ｓ_９の一部がディッチ槽11にて生物処理されてから汚泥可溶化手段21にて可溶化されるので、余剰汚泥Ｓ_１１の処分量をさらに削減できる。

さらに、ディッチ槽11の嫌気性状態部14から汚水Ｗ_２を引き抜いて、この汚水Ｗ_２中のリンを嫌気槽22にて放出させる構成とした。この結果、このディッチ槽11の嫌気性状態部14にて亜硝酸および硝酸イオンのそれぞれが生物反応にて窒素ガスへと変換された汚泥Ｓ_１からリンを放出できるので、この汚泥Ｓ_１からのリン放出をより効率良くできるから、この汚泥Ｓ_１からのリン回収効率をより向上できる。

また、汚泥濃縮槽23の膜分離装置26による汚泥Ｓ_８の膜分離が終了してから、嫌気槽22内の汚泥Ｓ_８に可溶化汚泥Ｓ_７を投入するまでの時間に、この嫌気槽22にてリンを放出させる汚泥Ｓ_４とは別の可溶化汚泥Ｓ_７を嫌気槽22へと連続的に投入するとともに、この嫌気槽22の嫌気状態を維持しながら攪拌してリンを放出させた汚泥Ｓ_８としてから、この汚泥Ｓ_８をディッチ槽11へと移送させる構成とした。この結果、汚泥Ｓ_４に含まれる微生物が可溶化汚泥Ｓ_７に含まれる有機物を利用して自細胞中のポリリン酸を加水分解してリン酸として放出する。したがって、これら汚泥Ｓ_４および可溶化汚泥Ｓ_７から嫌気槽22にてリンをより効率良く放出できるから、これら汚泥Ｓ_４および可溶化汚泥Ｓ_７からの嫌気槽22でのリン回収効率をより向上できる。

なお、上記第１の実施の形態では、汚泥濃縮槽23にて濃縮した濃縮汚泥Ｓ_１０をディッチ槽11へと導入させたが、図２に示す第２の実施の形態のように、汚泥濃縮槽23にて濃縮した濃縮汚泥Ｓ_１０を汚泥可溶化手段21へと導入させて可溶化させることもできる。そして、沈殿池12にて沈殿分離された汚泥Ｓ_２は、ディッチ槽１へと返送される返送汚泥Ｓ_３と、嫌気槽22へと導入される汚泥Ｓ_４とに分割される。ここで、この汚泥Ｓ_２は、運転制御装置61にて制御された自動弁62,63や図示しないゲートおよびポンプなどによって返送汚泥Ｓ_３と汚泥Ｓ_４とに分割される。

さらに、嫌気槽22には、沈殿池12から導入された汚泥Ｓ_４と可溶化汚泥貯槽24から導入された可溶化汚泥Ｓ_７あるいは有機性汚水Ｗ_１とが混合された汚泥Ｓ_８が貯留されている。また、嫌気槽22中の汚泥Ｓ_８は、ポンプ64にて汚泥濃縮槽23へと導入されるとともに、自動弁65にてディッチ槽11の嫌気性状態部14へと導入されて返送される。そして、この汚泥濃縮槽23内の膜分離装置26にて膜分離された膜分離水Ｌ_２は、リン回収槽25へと導入されて、このリン回収槽25にてリンが回収除去されたリン回収水Ｌ_３は、リン回収水貯槽51を介してディッチ槽11の嫌気性状態部14または嫌気槽22へと返送される。

また、汚泥濃縮槽23の膜分離装置26にて濃縮された濃縮汚泥Ｓ_９の全部もしくは一部が濃縮汚泥Ｓ_１０として汚泥可溶化手投21へと導入される。さらに、この汚泥可溶化手段21へと導入されなかった濃縮汚泥Ｓ_９の残りは、余剰汚泥Ｓ_１１として場外に搬出されて処分される。そして、この汚泥可溶化手段21にて可溶化された可溶化汚泥Ｓ_６は、可溶化汚泥貯槽24へと導入されて貯留される。さらに、この可溶化汚泥貯槽24内の可溶化汚泥Ｓ_７は、運転制御装置61にて制御されたポンプ66または図示しない自動弁やゲートなどにて嫌気槽22へと導入される。

ここで、この運転制御装置61による全体の制御方法としては、まず前期の動作として、可溶化汚泥貯槽24から可溶化汚泥Ｓ_７をポンプ66にて嫌気槽22へと導入するのに前後して、この嫌気槽22への他の有機性汚水Ｗ_１、汚泥Ｓ_４およびリン回収水Ｌ_３の流入と、この嫌気槽22内の汚泥濃縮槽23およびディッチ槽11への汚泥Ｓ_８の流出を、自動弁67、自動弁63などを駆動させて遮断する。すなわち、有機性汚水Ｗ_１および沈殿池12からの返送汚泥Ｓ_３の導入を遮断し、これら有機性汚水Ｗ_１および返送汚泥Ｓ_３のそれぞれをディッチ槽11へと導入させる。

次いで、この運転制御装置61は、前期の動作から一定時間をおいて、嫌気槽22から汚泥濃縮槽23へ汚泥Ｓ_８を移送するポンプ64を駆動させて、嫌気槽22内の汚泥Ｓ_８の一部あるいは全部を汚泥濃縮槽23に導入させる。さらに、この運転制御装置61は、前期の動作が終了した後に、ディッチ槽11への有機性汚水Ｗ_１および返送汚泥Ｓ_３の導入を自動弁62および自動弁68の遮断にて停止させて、これら有機性汚水Ｗ_１および返送汚泥Ｓ_３を嫌気槽22へと導入させる。

この結果、汚泥濃縮槽23の膜分離装置26にて膜分離した際にリン濃度の高い膜分離水Ｌ_２を得ることができるから、リン回収槽25に高いリン濃度の膜分離水Ｌ_２を負荷できるので、上記第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

なお、上記各実施の形態では、汚泥可溶化手段21として、オゾン、過酸化水素水、アルカリ剤、次亜塩素酸などの薬剤、あるいはホモジナイザや超音波などによるキャピテーション、剪断力生じる装置やミルを用いた物理的な細胞破砕など、微生物を殺菌する手段を用いても汚泥の処分量を削減できる。特に、生物的なリンの放出に有効な手段としては、オゾン処理やアルカリ剤、剪断力を生じる装置やミルを用いた物理的な細胞破砕などが効果が高い。さらに、アルカリ剤と物理的な破砕との併用では、高い可溶化効果とともに後段のリン回収槽25にてアルカリを添加する手段を省略できるので、特に好ましいが、その他の手段であっても良い。

また、このリン回収槽25では、このリン回収槽25内の膜分離水Ｌ_２に対して、金属イオン沈殿反応を引き起す金属イオンを添加してリン酸化合物塩を生成させ、このリン酸化合物塩を沈殿部43に沈殿させてリンが回収されている。一般に、この沈殿部43にてリン酸イオン沈殿生成反応を起こす金属イオンとしては、鉄、アルミニウム、マグネシウム、カルシウムなどがある。ところが、この沈殿生成反応を起こす金属イオンとして鉄やアルミニウムなどを使用した場合には、リン回収槽25の沈殿部43に沈殿した沈殿物の資源としての有効利用が難しくなるので、廃棄物として処分されることが多い。

そこで、リンを資源として再利用する観点から、沈殿生成反応を起こす金属イオンとして、マグネシウムあるいはカルシウムを用いることが望ましい。すなわち、マグネシウムを用いた場合には、ＭＡＰ(リン酸マグネシウムアンモニウム)が沈殿物として沈殿し、カルシウムを用いた場合には、ヒドロキシアバタイトを主成分としたリン酸塩化合物が沈殿物として沈殿し、これら沈殿物は肥料などの資源として有効利用可能である。

次に、本発明の実施例１について説明する。

まず、嫌気無酸素好気法による水処理を実施している下水処理場から入手した余剰汚泥を基に、人工下水を利用した連続実験装置を汚水処理装置１として２ヶ月以上３か月以下の間馴養運転した系から余剰汚泥を１Ｌほど用意した。

これに対して、同じ連続実験装置から抜き抜いて浮遊物質濃度を約２００００ｍｇ／Ｌまで濃縮してからアルカリ添加した後に物理破砕処理した可溶化汚泥を、ＢＯＤ源として０．０２ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＳＳ、０．０５ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＳＳ、０．１０ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＳＳ、０．１３ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＳＳ、０．１５ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＳＳ、０．２０ｇ−ＢＯＤ／ｇ−ＳＳとなるように順次添加した。

この結果、表１に示すように、余剰汚泥のリン酸濃度がＢＯＤ／ＳＳ比の増加とともに上昇するが、一定以上の比率ではリン酸濃としては低下していく、つまり最適比率が存在することが分かった。したがって、汚泥からのリン放出量は、ＢＯＤ負荷量が重要であることが分かった。この最適比率と、可溶化汚泥を貯留することによって溶解性有機物濃度が生分解を受けてしまうこととを考え合わせると、可溶化汚泥のリン放出に用いる頻度は一日一回以上が望ましいことが分かった。

次に、本発明の実施例２について説明する。

まず、模擬オキシデーションディッチ槽11と沈殿池12とを備えた連続実験装置を汚水処理装置１として用い、この連続実験装置１を図１に示す第１の実施の形態と同様に運転するとともに、従来技術と同様に運転した。

このとき、第１の実施の形態と同様の連続実験装置の運転としては、可溶化汚泥Ｓ_７を嫌気槽22へ投入する頻度を１日につき１回の全量投入とし、嫌気槽22でのリン酸態リン濃度を示した。また、従来技術と同様の連続実験装置の運転としては、可溶化汚泥Ｓ_７、有機性汚水Ｗ_１および汚泥Ｓ_４のそれぞれを嫌気槽22に２４時間連続投入して実験した。

この結果、表２に示すように、嫌気槽22でのリン酸態リン濃度は、第１の実施の形態と同様に運転した方が、従来技術と同様に運転した場合の約３倍高くなった。したがって、本発明の汚水処理装置１の有効性が確認できた。このため、この汚水処理装置１のリン回収槽25でのリン回収工程においてリン回収効率を向上できるとともに、汚泥濃縮槽23において水量負荷を削減できることが分かった。

次に、本発明の実施例３について説明する。

具体的には、上述した実施例１での連続実験における返送汚泥に対して、アルカリ添加した後に物理破砕処理した可溶化汚泥を添加した後の溶解性リン酸(ＰＯ_４−Ｐ)濃度の経時変化を測定した。

そして、可溶化汚泥を添加してからリン放出濃度が最大になるまでの時間を検討した。

この結果、図３に示すように、リン酸濃度の上昇は、約３時間程度で最大となることが分かった。このことから、可溶化汚泥を投入して固液分離するまでの時間は、確実な範囲をとっても６時間以内で十分であることが分かった。

本発明の第１の実施の形態の汚水処理装置を示す説明構成図である。 本発明の第２の実施の形態の汚水処理装置を示す説明構成図である。 本発明の実施例３での経過時間に対する溶解性リン酸濃度を示すグラフである。

符号の説明

１ 汚水処理装置
２ 生物処理手段としての水処理施設
14 嫌気状態部としての嫌気性状態部
21 可溶化手段としての汚泥可溶化手段
22 リン放出促進手段としての嫌気槽
23 固液分離手段としての汚泥濃縮槽
Ｗ_１ 有機性汚水
Ｓ_２ 生物処理汚泥としての汚泥
Ｓ_３ 返送汚泥
Ｓ_６ 可溶化汚泥
Ｓ_８ リン放出汚泥としての汚泥
Ｓ_９ 濃縮汚泥
Ｓ_１１ 余剰汚泥
Ｌ_２ 分離水としての膜分離水

Claims (9)

1. 有機性汚水を生物処理する生物処理手段にて発生する生物処理汚泥の一部を可溶化手段にて可溶化して可溶化汚泥とし、
   この可溶化汚泥を、この可溶化汚泥とは別の前記生物処理汚泥に一定時間投入して、前記可溶化汚泥に含まれている有機物にてリンの放出を促進させてリン放出汚泥とし、
   前記可溶化汚泥を前記生物処理汚泥に投入してから所定時間後に、前記リン放出汚泥を分離水と濃縮汚泥とに固液分離する
   ことを特徴とする汚水処理方法。
2. 分離水を化学的なリン除去処理にてリン成分を回収し、
   濃縮汚泥の一部を余剰汚泥として搬出するとともに、前記濃縮汚泥の残りの一部を生物処理手段に返送する
   ことを特徴とする請求項１記載の汚水処理方法。
3. 濃縮汚泥を可溶化手段で可溶化する
   ことを特徴とする請求項２記載の汚水処理方法。
4. 生物処理汚泥の一部を返送汚泥として前記生物処理手段へと返送し、
   前記返送汚泥を可溶化手段で可溶化する
   ことを特徴とする請求項２記載の汚水処理方法。
5. 返送汚泥からリンを放出させる
   ことを特徴とする請求項３または４記載の汚水処理方法。
6. 生物処理手段は、有機性汚水を嫌気性処理する嫌気状態部を有し、
   前記生物処理手段の嫌気状態部にて発生する生物処理汚泥からリンを放出させる
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の汚水処理方法。
7. 固液分離が終了してから可溶化汚泥を生物処理汚泥に投入するまでの時間は、リンを放出させる生物処理汚泥と有機性汚水とを投入しつつ嫌気状態を維持しながら攪拌してリンを放出させてリン放出汚泥とし、
   このリン放出汚泥を生物処理手段に移送させる
   ことを特徴とする請求項５または６記載の汚水処理方法。
8. 可溶化汚泥の投入が終了してから固液分離を開始するまでの一定時間が６時間以内で、
   １日につき少なくとも１回以上一連動作させる
   ことを特徴とする請求項１ないし７いずれか記載の汚水処理方法。
9. 有機性汚水を生物処理する生物処理手段と、
   この生物処理手段による前記有機性汚水の生物処理にて発生する生物処理汚泥の一部を可溶化して可溶化汚泥とする可溶化手段と、
   前記可溶化汚泥がこの可溶化汚泥とは別の前記生物処理汚泥に一定時間投入され、前記可溶化汚泥に含まれている有機物にてリンの放出を促進させてリン放出汚泥とするリン放出促進手段と、
   前記可溶化汚泥を前記生物処理汚泥に投入してから所定時間後に、前記リン放出汚泥を分離水と濃縮汚泥とに固液分離する固液分離手段と
   を具備したことを特徴とした汚水処理装置。

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