JP2007098279A - 微生物を用いる排水処理装置及び排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脱窒素反応におけるメタノールなどの従来法において用いていた電子供与体の供給量や余剰汚泥発生量を低減でき、ランニングコストを廉価にする排水処理装置及び排水処理方法を提供する。
【解決手段】排水中のアンモニア態窒素をアルカリの存在下で好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽(1)と、該硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得るための脱窒槽(11)と、該処理物中の水素供与体残分を分解するための曝気槽(21)と、該曝気槽後の処理物を汚泥と処理液に分離するための固液分離槽(31)と、該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽(41)を備えてなり、得られた汚泥液を上記硝化槽又は上記脱窒槽に加える排水処理装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微生物を用いる排水処理装置及び排水処理方法に関する。

排水中のアンモニウムイオンの除去方法に関して微生物の機能を利用した生物学的硝化脱窒素法がある。これは、アンモニウムイオンを還元して窒素ガスとして除去するため、有効な手段として従来から実用多用されている技術である（特許文献１）。

排水中のアンモニウムイオンを無害の窒素ガスに分解する生物学的方法は、２段階の生物反応をもって行われる。第一段階は、下記式（１）に示す反応により、アンモニアイオンを酸化して硝酸イオンとする段階である。
ＮＨ_４ ^＋ ＋ 2Ｏ_２ → ＮＯ_３ ⁻ ＋ 2Ｈ^＋ ＋ Ｈ_２Ｏ ．．．（１）
この反応には硝化菌が作用するが、充分なる酸素の供給量を必要とする。

第二段階は、水素供与体の存在下で硝酸イオンを還元して窒素にする段階である。水素供与体としてメタノールを用いた場合には、下記式（２）で表される。
ＮＯ_３ ⁻ ＋ 5/6ＣＨ_３ＯＨ → 5/6ＣＯ_２ ＋ 1/2Ｎ_２ ＋ 7/6Ｈ_２Ｏ ＋ ＯＨ⁻ ．．．（２）
この反応には脱窒菌が作用し、また充分なるメタノールが必要である。
特開平９−２３４４９２号公報

本発明は、上記脱窒素反応におけるメタノールなどの従来法において用いていた水素供与体の供給量等が低減でき、その為の手段として、汚泥を再利用する排水処理装置及び排水処理方法を提供するものである。

本発明は、排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、
該硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得るための脱窒槽と、
該処理物中の水素供与体残分を分解するための曝気槽と、該曝気槽後の処理物を汚泥と処理液に分離するための固液分離槽と、
該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、
得られた汚泥液を上記硝化槽又は上記脱窒槽の少なくともいずれか一方に供するラインを備える排水処理装置を提供する。
また、本発明は、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去するための脱窒槽と、
窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、
得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水の一部又は全部を上記脱窒槽に戻すため手段と、
該硝化槽後の処理物を汚泥と処理液に分離するための固液分離手段と、
該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、
得られた汚泥液を上記硝化槽又は上記脱窒槽の少なくともいずれか一方に供するラインを備える排水処理装置を提供する。
さらに、本発明は、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去するための脱窒槽と、
窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、
得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水を水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去する第２脱窒槽と、
上記第２脱窒槽で窒素を除去された排水中の水素供与体残分を分解するための曝気槽と、
該曝気槽での処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離手段と、
該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、
得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化槽、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒槽もしくは上記第２脱窒槽に加えるラインを備える排水処理装置を提供する。
本発明は、排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、
該硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、
該処理物中の水素供与体残分を分解するための曝気工程と、
該曝気工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、
得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、
得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法を提供する。
また、本発明は、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、
該窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、
得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水の一部又は全部を上記脱窒槽に戻す工程と、
該硝化工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、
得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、
得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法を提供する。
さらに、本発明は、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、
該窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、
得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水を脱窒する第２脱窒工程と、
上記第２脱窒工程で得られた排水中の水素供与体残分を分解するための曝気工程と、
該曝気工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、
得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、
得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水もしくは上記第２脱窒工程の被処理排水に加える排水処理方法を提供する。

本発明では、従来廃棄処分していた汚泥を硝化槽のｐＨ調整剤や脱窒反応槽に供給する水素供与体などの薬剤に積極的に利用することにより、従来法において用いていた水素供与体であるメタノール等の薬剤の供給量を低減でき、廃棄する余剰汚泥量をも低減できる。

本発明を処理する排水は、好ましくは、アンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素、有機態窒素のいずれか又は全てを含む排水を対象とする。アンモニア態窒素とはアンモニアイオン（ＮＨ_４ ^＋）、遊離アンモニア（ＮＨ_３）を、亜硝酸態窒素とは、亜硝酸イオン（ＮＯ_２ ⁻）を、硝酸態窒素とは、硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）、有機態窒素とはアミノ基、アミド基、ペプチド結合など有機物の一部と結合した窒素分を示す。本発明で処理する排水としては、例えば、処理前は有機態窒素として存在していたが、その後、空気酸化等により亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に変化したものであっても良い。
これらの排水中に含まれる上記窒素形態の違いにより、反応槽の比率は異なるが、処理の原理は同じである。また、排水の液性に制限はないが、排水のｐＨが１２以上のアルカリ排水であれば、排水の一部を利用して汚泥液を調製することができるため、アルカリ使用量を削減することができる。また、場合によっては、排水のｐＨが１２を下回っても濃縮することによりｐＨを上げ、汚泥可溶化槽に供給し、汚泥液を調製可能である。

硝化反応（１）に作用する硝化菌は、通常、亜硝酸菌と硝酸菌の混合菌が使用されるが、この混合菌を一般的には硝化菌と総称する。亜硝酸菌は、アンモニウムイオンを亜硝酸イオン（ＮＯ_２ ⁻）に酸化する機能をもつ菌でその反応は下記（３）式で示される。
ＮＨ_４ ^＋ ＋ 3/2Ｏ_２ → ＮＯ_２ ⁻ ＋ 2Ｈ^＋ ＋ Ｈ_２Ｏ ．．．（３）
また、硝酸菌は、亜硝酸イオンを硝酸イオンに酸化する機能をもつ菌で、その反応は下記（４）式で示される。
ＮＯ_２ ⁻ ＋ 1/2Ｏ_２ → ＮＯ_３ ⁻ ．．．（４）

通常、亜硝酸菌と硝酸菌を分離することが困難であるため両者の混合菌を使用している。排水中のアンモニア態窒素は、まず亜硝酸菌によって亜硝酸イオンに酸化され｛反応（３）｝、次いで硝酸菌によって硝酸イオンにまで酸化される｛反応（４）｝。したがって、硝化槽では、混合菌の作用によって（３）＋（４）の反応が進み、みかけ上は反応式（１）により硝酸イオン が生成されることとなる。

また、特許文献１に記載したアンモニア分解能力の高い亜硝酸菌を用いて、アンモニア態窒素から亜硝酸イオンは生成するが硝酸イオンは生成しないようにしてもよい。脱窒菌は、亜硝酸イオンと硝酸イオンのいずれとも反応し窒素を生成できるからである。

硝化菌（亜硝酸菌、硝酸菌）はどちらも独立栄養細菌であり、二酸化炭素を炭素源として利用し、アンモニアまたは亜硝酸を酸化する際に獲得するエネルギーで増殖を行う微生物である。従って、硝化菌によるアンモニア、亜硝酸の分解には二酸化炭素が必須となるが、曝気により空気中の二酸化炭素が溶解して供給されるため特別な装置は不要である。硝化菌の増殖に適したｐＨ域は中性よりの弱酸性から中性よりの弱アルカリ付近であり、ｐＨが６以下に低下するとアンモニアの分解は停止する。従って、硝化槽のｐＨは６以上９以下に維持することが望ましい。硝化反応ではアンモニア（アルカリ性）が硝酸イオン（酸性）に酸化分解されるため、ｐＨは必ず低下する。従って、硝化槽はアルカリ添加によるｐＨ調整機能を設けることが望ましい。

脱窒反応に用いる脱窒菌は、公知のものが使用できる。硝酸イオンは、上記式（２）に示すように窒素に変換される。亜硝酸イオンは、下記式（５）に示すように窒素に変換される。
ＮＯ_２ ⁻ ＋ 1/3ＣＨ_３ＯＨ → 1/2Ｎ_２ ＋ 1/2ＣＯ_２ ＋ 1/2Ｈ_２Ｏ ＋ ＯＨ⁻．．．（５）

脱窒反応の水素供与体としては、メタノール等のアルコール、グルコース、フクルトース、スクロース、ガラクトース等の糖類、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸が挙げられ、これらは脱窒菌の栄養となる炭素源にも利用できるため、好ましい。但し、従来から用いられているこれらの薬剤は、比較的高価であるため、本発明の汚泥水をこれらの薬剤と併用、または代用することにより、ランニングコストを下げることが可能となる。脱窒菌の至適ｐＨ領域は、６〜９．５であり、その範囲から大きくはずれる時はｐＨ調整を行う。脱窒反応では硝酸イオン（酸性）が窒素ガス（中性）に還元されるため、ｐＨは上昇することがわかっている。従って、脱窒槽には酸添加によるｐＨ調整機能を持たせてもよい。

本発明の第一の態様によれば、排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、該硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、該処理物中の水素供与体残分を分解するための曝気工程と、該曝気工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法を提供できる。
また、本発明の第一の態様によれば、排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、該硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得るための脱窒槽と、
該処理物中の水素供与体残分を分解するための曝気槽と、該曝気槽後の処理物を汚泥と処理液に分離するための固液分離槽と、該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、得られた汚泥液を上記硝化槽又は上記脱窒槽の少なくともいずれか一方に供するラインとを設けた排水処理装置を提供できる。

本発明の第一の態様は、例えば、図１の排水処理装置として示すことができる。
アンモニア又はアンモニウムイオンを含む排水（原水）は硝化槽１に送られ、硝化菌によって硝酸イオン又は亜硝酸イオンに分解される。硝化槽１内は好気性微生物を増殖させるため、ブロワ２から散気装置３を介して空気泡を発生させ、液中の溶存酸素濃度を所定の値に維持させる。また、微生物増殖に必要な栄養塩（例えばリン酸ソーダ水溶液）をポンプ４によって注入し、同時に、ｐＨコントローラ５に基づきｐＨ調整のためのアルカリ（例えばＮａＯＨ水溶液）をポンプ６によって硝化槽１に注入する。
硝化槽１からの硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む液は、撹拌機１７を備える脱窒槽１１に導かれ、脱窒菌によって嫌気性条件で硝酸イオン又は亜硝酸イオンは窒素に還元分解されて大気へ放出される。また、水素供与体であり、脱窒菌の増殖に必要な炭素源ともなる薬剤、一例としてメタノールをポンプ１４によって注入する。ｐＨコントローラ１５に基づき、必要であれば酸をポンプ１６によって注入する。
脱窒槽１１からの処理物は、曝気槽３１において、ブロワ３２から散気装置３３を介して空気泡を発生させ、余剰に加えられたメタノールを分解する。
固液分離槽４１では、曝気槽３１からの処理物を汚泥と処理液に分離する。汚泥は、汚泥返送ポンプ４４を用いて、ｐＨコントローラ５５と撹拌機５７を備える汚泥可溶化槽５１に運ばれ、ポンプ５６を介して加えられるアルカリにより溶解される。得られた汚泥溶解液（汚泥液）は、硝化槽１に戻される。固液分離槽４１の汚泥の一部は、汚泥返送ポンプ４４を用いて直接硝化槽に戻すことにより、系内の汚泥濃度の維持をする。
固液分離手段としては、特に限定されないが、沈殿槽、膜分離槽等の固液分離槽や、後述する分離膜の使用等が挙げられる。
第一の態様によれば、余剰汚泥の発生量を低減することができる。なお、汚泥可溶化槽で得られた汚泥液をアルカリとして硝化槽１に添加されるため、硝化槽１にポンプ６を介して加えられるアルカリの量は減少する。アルカリとして薬剤と汚泥液を併用してもよいし、汚泥液のみを用いることもできる。

本発明の第二の態様は、例えば、図２の排水処理装置として示すことができる。これは、第一の態様において、汚泥可溶化槽５１で得られた汚泥溶解液を、脱窒槽１１に戻すものである。
第二の態様によれば、余剰汚泥の発生量を低減することができる。また、脱窒槽１１への水素供与体となり、薬剤の費用を削減できる。水素供与体として薬剤と汚泥溶解液を併用してもよいし、汚泥溶解液のみを用いることもできる。

本発明の第三の態様によれば、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、該窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水の一部または全部を上記脱窒槽に戻す工程と、該硝化工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法を提供できる。
また、本発明の第三の態様によれば、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去するための脱窒槽と、窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水の一部又は全部を上記脱窒槽に戻すための手段と、該硝化槽後の処理物を汚泥と処理液に分離するための固液分離手段と、該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、得られた汚泥液を上記硝化槽又は上記脱窒槽の少なくともいずれか一方に供するラインを設けた排水処理装置を提供することができる。

本発明の第三の態様は、例えば、図３の排水処理装置として示すことができる。
アンモニア又はアンモニウムイオンとともに、硝酸イオン又は亜硝酸イオンを比較的多く含む排水（原水）液は、撹拌手段の１つである撹拌機１７を備える脱窒槽１１に導かれ、脱窒菌によって嫌気性条件で硝酸イオン又は亜硝酸イオンは窒素に還元分解されて大気へ放出される。また、水素供与体であり、脱窒菌の増殖に必要な炭素源となる薬剤、一例としてメタノールをポンプ１４によって注入する。ｐＨコントローラ１５に基づき、必要であれば酸をポンプ１６によって注入する。
窒素を除去された排水は硝化槽１に送られ、排水中のアンモニアまたはアンモニウムイオンは、硝化菌によって硝酸イオン又は亜硝酸イオンに酸化される。硝化槽１内は好気性微生物を増殖させるため、ブロワ２から散気装置３を介して空気泡を発生させ、液中の溶存酸素濃度を所定の値に維持させる。また、微生物増殖に必要な栄養塩（例えばリン酸ソーダ水溶液）をポンプ４によって注入し、同時に、ｐＨコントローラ５に基づきｐＨ調整のためのアルカリ（例えばＮａＯＨ水溶液）をポンプ６によって硝化槽１に注入する。
硝化槽１からで処理された排水は、排水の一部又は全部を上記脱窒槽に戻すため手段として例えばポンプ８を用いて、脱窒槽１１に戻され、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンは窒素に還元分解されて大気へ放出される。
硝化槽出口水を脱窒槽に循環することによって、硝化槽で生成した硝酸イオン又は亜硝酸イオンを窒素ガスに還元し、系内の硝酸態窒素濃度は低下することができる。循環比を変動させることにより、処理水中に含まれる硝酸態窒素濃度は変化し、後述の実施例では、原水中の窒素濃度（アンモニアでも硝酸でもよい）が１１０ｍｇ／Ｌであれば、循環比を１０（原水流量に対する比）に設定することで、出口窒素濃度は８ｍｇ／Ｌ程度まで処理することができた。
固液分離槽４１では、硝化槽１からの処理物を汚泥と処理液に分離する。汚泥は、汚泥返送ポンプ４４を用いて、ｐＨコントローラ５５と撹拌機５７を備える汚泥可溶化槽５１に運ばれ、ポンプ５６を介して加えられるアルカリにより溶解される。得られた汚泥溶解液（汚泥液）は、脱窒槽１１に戻される。固液分離槽４１の汚泥の一部は、汚泥返送ポンプ４４を用いて直接脱窒槽１１に戻すことにより、系内の汚泥濃度の維持をする。
固液分離手段としては、特に限定されないが、沈殿槽や、後述する分離膜の使用等が挙げられる。
第三の態様によれば、余剰汚泥の発生量を低減することができ、汚泥可溶化槽からの汚泥溶解液の返送が脱窒槽への水素供与体供給になる。さらに、前記汚泥溶解液を硝化槽に返送し、アルカリ供給にすることもでき、これら薬剤費用を削減することができる。

本発明の第四の態様として、例えば、図４の排水処理装置を示すことができる。
これは、図３の固液分離槽４１に代えて、固液分離膜４２を用いる態様である。膜分離法の使用により、汚泥濃度を高く維持できるため、ベースとなる汚泥増殖量を抑えることができる。すなわち、可溶化処理汚泥が少なくてすむ。また、汚泥濃度が高いため、容積負荷を高く維持することができ、装置がコンパクト化できる。

本発明の第五の態様として、例えば、図５の排水処理装置を示すことができる。これは、汚泥可溶化槽５１で得られた汚泥溶解液の返送ラインを硝化槽１と脱窒槽１１の両方に設けたものである。条件によって、汚泥溶解液をアルカリ源として使用するか、または水素供与体として使用するかの選択できるメリットがある。場合によっては、アルカリ源と水素供与体に同時に利用しても構わない。

本発明の第六の態様によれば、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、該窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水を脱窒する第２脱窒工程と、上記第２脱窒工程で得られた排水中の水素供与体残分を分解するための曝気工程と、該曝気工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水もしくは上記第２脱窒工程の被処理排水に加える排水処理方法を提供できる。
また、本発明の第六の態様によれば、排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去するための脱窒槽と、窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水を水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去する第２脱窒槽と、上記第２脱窒槽で窒素を除去された排水中の水素供与体残分を分解するための曝気槽と、該曝気槽での処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離手段と、該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化槽、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒槽もしくは上記第２脱窒槽に加えるラインを備える排水処理装置を提供できる。

本発明の第六の態様は、例えば、図６の排水処理装置として示すことができる。
アンモニア又はアンモニウムイオンとともに、硝酸イオン又は亜硝酸イオンを比較的多く含む排水（原水）液は、撹拌手段の１つである撹拌機１７を備える脱窒槽１１に導かれ、脱窒菌によって嫌気性条件で硝酸イオン又は亜硝酸イオンは窒素に還元分解されて大気へ放出される。また、水素供与体であり、脱窒菌の増殖に必要な炭素源となる薬剤、一例としてメタノールをポンプ１４によって注入する。ｐＨコントローラ１５に基づき、必要であれば酸をポンプ１６によって注入する。
窒素を除去された排水は硝化槽１に送られ、排水中のアンモニアまたはアンモニウムイオンは、硝化菌によって硝酸イオン又は亜硝酸イオンに酸化される。硝化槽１内は好気性微生物を増殖させるため、ブロワ２から散気装置３を介して空気泡を発生させ、液中の溶存酸素濃度を所定の値に維持させる。また、微生物増殖に必要な栄養塩（例えばリン酸ソーダ水溶液）をポンプ４によって注入し、同時に、ｐＨコントローラ５に基づきｐＨ調整のためのアルカリ（例えばＮａＯＨ水溶液）をポンプ６によって硝化槽１に注入する。
硝化槽１からの硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む液は、撹拌機２７を備える第２脱窒槽２１に導かれ、脱窒菌によって嫌気性条件で窒素に還元分解されて大気へ放出される。また、水素供与体であり、脱窒菌の増殖に必要な炭素源となる薬剤、一例としてメタノールをポンプ２４によって注入する。ｐＨコントローラ２５に基づき、必要であれば酸をポンプ２６によって注入する。
第２脱窒槽２１からの処理物は、曝気槽３１において、ブロワ３２から散気装置３３を介して空気泡を発生させ、余剰に加えられたメタノールを分解する。
固液分離槽４１では、曝気槽３１からの処理物を汚泥と処理液に分離する。汚泥は、汚泥返送ポンプ４４を用いて、ｐＨコントローラ５５と撹拌機５７を備える汚泥可溶化槽５１に運ばれ、ポンプ５６を介して加えられるアルカリにより溶解される。得られた汚泥溶解液（汚泥液）は、硝化槽１に戻される。固液分離槽４１の汚泥の一部は、汚泥返送ポンプ４４を用いて直接硝化槽に戻すことにより、系内の汚泥濃度の維持をする。
固液分離手段としては、特に限定されないが、沈殿槽、膜分離槽等の固液分離槽や、後述する分離膜の使用等が挙げられる。
第六の態様によれば、処理水窒素濃度の規制値が厳しい場合、原水の窒素濃度が高濃度な場合に好適である。

本発明の第七の態様によれば、汚泥可溶化工程で得られた汚泥液を固液分離して固形分を除いた汚泥液を得る第２固液分離工程をさらに含み、得られた固形分を除いた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として脱窒工程の被処理排水もしくは存在する場合には上記第２脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法を提供できる。
また、本発明の第七の態様によれば、汚泥可溶化槽で得られた汚泥液から固形分を除くための第２固液分離手段を備えてなり、固形分を除いた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして硝化槽に添加するためのライン、又は脱窒反応における水素供与体として脱窒槽もしくは存在する場合には第２脱窒槽に添加するためのラインを備える排水処理装置を提供できる。

本発明の第七の態様として、例えば、図７の排水処理装置を示すことができる。汚泥可溶化槽５１の後に、第２固液分離槽６１を設けることにより、アルカリを添加しても可溶化できない無機物質を余剰汚泥して取り出し、可溶化した汚泥溶解液を硝化槽１又は脱窒槽１１のうち、少なくともいずれか一方に戻すことができる。固液分離槽としては、特に限定されないが、沈殿槽や膜分離槽が挙げられる。
汚泥可溶化槽５１を設けた排水処理装置では、汚泥中の無機物質が可溶化されないため汚泥中の無機物質含有量が増大する傾向がある。従って、相対的に汚泥中の微生物濃度が減少し、処理性能が低下することがある。第七の態様では、余剰汚泥の引き抜きの従来の沈殿槽ではなく、可溶化処理した汚泥を沈殿分離することによって、無機物質の多い汚泥を引き抜くことができ、活性汚泥中の微生物濃度を高く維持する効果がある。

本発明の第八の態様によれば、さらに、固液分離工程と汚泥可溶化工程の間に、固液分離工程で得られた汚泥を濃縮するための濃縮工程を含んでなり、濃縮後の汚泥を汚泥可溶化工程に送り、濃縮によって生じた上清液を硝化工程のｐＨ調整用のアルカリ、脱窒工程の水素供与体、又は存在する場合には第２脱窒工程の水素供与体に用いる排水処理方法を提供できる。
また、本発明の第八の態様によれば、さらに、固液分離手段と汚泥可溶化槽の間に、固液分離手段で得られた汚泥を濃縮するための濃縮槽を備えてなり、濃縮後の汚泥を汚泥可溶化槽に送り、濃縮によって生じた上清液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして硝化槽に添加するためのライン、又は脱窒反応における水素供与体として脱窒槽もしくは存在する場合には第２脱窒槽に添加するためのラインを備える排水処理装置を提供できる。

本発明の第八の態様として、例えば、図８の排水処理装置を示すことができる。これは、第四の態様と異なり、汚泥可溶化槽５１の前流に、濃縮槽７１を設けることにより、より高濃度の汚泥を可溶化槽に供給することにより、可溶化効率を高めるものである。濃縮にともない、得られた上清液は、硝化槽１にアルカリとして、または脱窒槽１１に水素供与体として加えることができる。濃縮槽としては、特に限定されないが、沈殿槽や膜分離槽が挙げられる。
汚泥可溶化槽では、液中のｐＨをアルカリ側に調整する必要があるため、操作する液量が多いとアルカリ消費量が増加し、後段の中和処理（酸の添加）も必要となる。第七の態様では、操作する液量を少なくするために、返送汚泥の一部を更に沈殿濃縮することにより、濃縮汚泥液を汚泥可溶化槽へ導入するものである。これにより、所定の汚泥を可溶化するために必要な液量が減少し、投入するアルカリ量を削減することができる。

本発明の第九の態様によれば、汚泥可溶化工程において、未処理の排水である排水原水を汚泥可溶化のために用いる排水処理方法が提供できる。
また、本発明の第九の態様によれば、汚泥可溶化槽が、未処理の排水である排水原水を導入するための排水導入管を有し、導入された排水原水を汚泥可溶化に用いる排水処理装置を提供できる。

本発明の第九の態様として、例えば、図９の排水処理装置を示すことができる。排水（原水）のｐＨが１２以上の場合は、汚泥可溶化槽に投入するアルカリの代わりに原水を投入して汚泥を可溶化することができる。このような高ｐＨのアルカリ性の原水を硝化槽または場合によっては脱窒槽に投入する場合、事前にｐＨ調整槽を設ける必要があるが、原水の一部を汚泥可溶化に利用することにより、汚泥の可溶化に使用するアルカリを減らすと同時に、原水のｐＨ調整に必要な酸の消費量も削減することができる。

本発明によれば、好ましくは、固液分離工程で余剰汚泥が発生した際、余剰汚泥の一部にアルカリもしくは未処理の排水である排水原水を加えて汚泥液とし、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として脱窒工程の被処理排水もしくは存在する場合には第２脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法を提供できる。

以下、本発明を実施例に基づき説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
図１０に示す構成の試験装置を用いて、汚泥のアルカリ溶解液による薬剤、一例としてメタノール添加量削減効果について実験実施した。表１に示す組成で調製した模擬廃水を脱窒槽へ連続的に通水し、固液分離膜を備えた硝化槽を通過して処理水が得られる。尚、硝化槽から汚泥を含む液の一部を脱窒槽に循環して、硝化槽で生成した硝酸態窒素の脱窒を行わせる。

脱窒槽には水素供与体として後述する汚泥液（試験１）とメタノール（対照１）を投入した。固液分離槽から排出される汚泥は原水流量の３倍量を汚泥可溶化槽に導入し、ｐＨ＝１１の条件で溶解させ、その液を中和した後、脱窒槽へ導入した。脱窒槽では汚泥溶解液中の有機物またはメタノールを水素供与体として脱窒反応が起こり、硝酸イオンが窒素ガスに還元される。また、排水中のアンモニアは変化を受けずに硝化槽へ移行する。硝化槽では、アンモニアの酸化分解により硝酸イオンが生成する。この時、硝化槽ｐＨが低下するため、ｐＨコントローラによるｐＨ調整を行う。本実施例では、供給するアルカリは水酸化ナトリウム水溶液を使用した。試験系において、排水中の窒素化合物が処理されていることを確認し、連続運転中における余剰汚泥の発生量、メタノール添加量を比較した。その結果、表２に示す通り、試験１において、余剰汚泥発生量が５分の１に、メタノール添加量が３分の１に減少することがわかった。これは、アルカリ溶解によって汚泥が溶解したこと、溶解した汚泥が有機物として脱窒菌の炭素源あるいは水素供与体として再利用されたことを示している。

本発明の排水処理装置の第一の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第二の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第三の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第四の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第五の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第六の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第七の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第八の態様を示す。 本発明の排水処理装置の第九の態様を示す。 本発明の実施例の態様を示す。

符号の説明

１ 硝化槽
２，３２ ブロワ
３，３３ 散気装置
４，１４，２４，４４， ポンプ
５，１５，２５，５５ ｐＨコントローラ
６，８，１６，２６，５６ ポンプ
１７，２７，５７ 撹拌機
１１ 脱窒槽
２１ 第２脱窒槽
３１ 曝気槽
４１ 固液分離槽
４２ 固液分離膜
５１ 汚泥可溶化槽
６１ 第２固液分離槽
７１ 濃縮槽

Claims (13)

1. 排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、
   該硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得るための脱窒槽と、
   該処理物中の水素供与体残分を分解するための曝気槽と、
   該曝気槽後の処理物を汚泥と処理液に分離するための固液分離槽と、
   該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、
   得られた汚泥液を上記硝化槽又は上記脱窒槽の少なくともいずれか一方に供するラインを備える排水処理装置。
2. 排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去するための脱窒槽と、
   窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、
   得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水の一部又は全部を上記脱窒槽に戻すための手段と、
   該硝化槽後の処理物を汚泥と処理液に分離するための固液分離手段と、
   該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、
   得られた汚泥液を上記硝化槽又は上記脱窒槽の少なくともいずれか一方に供するラインを備える排水処理装置。
3. 排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去するための脱窒槽と、
   窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換するための硝化槽と、
   得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水を水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素を放出除去する第２脱窒槽と、
   上記第２脱窒槽で窒素を除去された排水中の水素供与体残分を分解するための曝気槽と、
   該曝気槽での処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離手段と、
   該汚泥にアルカリを加えて汚泥液を得るための汚泥可溶化槽を備えてなり、
   得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化槽、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒槽もしくは上記第２脱窒槽に加えるラインを備える排水処理装置。
4. さらに、上記汚泥可溶化槽で得られた汚泥液から固形分を除くための第２固液分離手段を備えてなり、固形分を除いた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化槽に添加するためのライン、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒槽もしくは存在する場合には第２脱窒槽に添加するためのラインを備える請求項１〜３のいずれかに記載の排水処理装置。
5. さらに、上記固液分離手段と上記汚泥可溶化槽の間に、上記固液分離手段で得られた汚泥を濃縮するための濃縮槽を備えてなり、濃縮後の汚泥を上記汚泥可溶化槽に送り、濃縮によって生じた上清液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化槽に添加するためのライン、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒槽もしくは存在する場合には第２脱窒槽に添加するためのラインを備える請求項１〜４のいずれかに記載の排水処理装置。
6. 上記汚泥可溶化槽が、未処理の排水である排水原水を導入するための排水導入管を有し、導入された排水原水を上記汚泥可溶化に用いる請求項１〜５のいずれかに記載の排水処理装置。
7. 排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、
   該硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、
   該処理物中の水素供与体残分を分解するための曝気工程と、
   該曝気工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、
   得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、
   得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法。
8. 排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、
   該窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、
   得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水の一部又は全部を上記脱窒槽に戻す工程と、
   該硝化工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、
   得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、
   得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水に添加する排水処理方法。
9. 排水中の硝酸イオン又は亜硝酸イオンを水素供与体の存在下で嫌気性脱窒菌と処理して窒素と処理物を得る脱窒工程と、
   該窒素を除去された排水中のアンモニア態窒素を好気性硝化菌を用いて硝酸イオン又は亜硝酸イオンに変換する硝化工程と、
   得られた硝酸イオン又は亜硝酸イオンを含む排水を脱窒する第２脱窒工程と、
   上記第２脱窒工程で得られた排水中の水素供与体残分を分解するための曝気工程と、
   該曝気工程後の処理物を汚泥と処理液に分離する固液分離工程と、
   得られた汚泥の一部又は全部にアルカリを加えて汚泥液を得る汚泥可溶化工程とを含んでなり、
   得られた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水もしくは上記第２脱窒工程の被処理排水に加える排水処理方法。
10. 上記汚泥可溶化工程で得られた汚泥液を固液分離して固形分を除いた汚泥液を得る第２固液分離工程をさらに含み、得られた固形分を除いた汚泥液を、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水もしくは存在する場合には上記第２脱窒工程の被処理排水に添加する請求項７〜９のいずれかに記載の排水処理方法。
11. さらに、上記固液分離工程と上記汚泥可溶化工程の間に、上記固液分離工程で得られた汚泥を濃縮するための濃縮工程を含んでなり、濃縮後の汚泥を上記汚泥可溶化工程に送り、濃縮によって生じた上清液を上記硝化工程のｐＨ調整用のアルカリ、上記脱窒工程の水素供与体、又は存在する場合には上記第２脱窒工程の水素供与体に用いる請求項７〜１０のいずれかに記載の排水処理方法。
12. 上記汚泥可溶化工程において、未処理の排水である排水原水を汚泥可溶化のために用いる請求項７〜１１のいずれかに記載の排水処理方法。
13. 上記固液分離工程で余剰汚泥が発生した際、該余剰汚泥の一部にアルカリもしくは未処理の排水である排水原水を加えて汚泥液とし、硝化反応におけるｐＨ調整用のアルカリとして上記硝化工程の被処理排水に添加、又は脱窒反応における水素供与体として上記脱窒工程の被処理排水もしくは存在する場合には上記第２脱窒工程の被処理排水に添加する請求項７〜１２に記載の排水処理方法。

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