JP2007196207A - 廃水処理装置および廃水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】余剰汚泥の発生量を一層減容することができる廃水処理装置および廃水処理方法を提供する。
【解決手段】廃水処理装置１０は、被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽１２と、汚泥を含む処理物を固液分離する最終沈澱池２４と、固液分離された汚泥の一部を活性汚泥処理槽１２に返送する分離固形分移送ラインＬ４、第１汚泥返送ポンプ２８および第１汚泥返送ラインＬ５を備える。さらに廃水処理装置１０は、最終沈殿池２４により固液分離された汚泥のさらに一部を曝気し、活性汚泥処理槽１２に返送する汚泥改質部３０を備える。汚泥改質部３０は、汚泥を曝気する汚泥改質槽３４を備える。この構成により、汚泥改質槽３４内の汚泥を飢餓状態とし、装置全体が保持するＳＳ量を増加させて、余剰汚泥の発生量を一層減容することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃水処理装置および廃水処理方法に関する。

従来、例えば下水等の有機性被処理水を活性汚泥処理槽で生物処理すると余剰汚泥が生じ、この余剰汚泥の処分に多大なコストが必要とされるため、当該余剰汚泥の減容化を図る技術が種々提案されている。

この汚泥減容化技術としては、発生した余剰汚泥を好気性消化、嫌気性消化等により生物学的に減容させる方法や、余剰汚泥を機械的破砕、熱処理、オゾン酸化等により物理化学的に減容させる方法や、このような生物学的方法と物理化学的方法とを組み合わせた方法がある。例えば、非特許文献１には、ミル破砕や超音波処理により可溶化・改質された処理物を活性汚泥処理槽に返送することで汚泥発生量を調整する技術が記載されている。
「汚泥量調整機構技術資料（案）」、社団法人地域資源循環技術センター（旧日本農業集落排水協会）、平成１７年５月、ｐ．４，ｐ．５２−５４，ｐ７９−８１

しかしながら、上記のような汚泥減容化技術にあっては、汚泥の減容が十分では無い。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、余剰汚泥の発生量を一層減容することができる廃水処理装置および廃水処理方法を提供することにある。

本発明は、被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽と、活性汚泥処理槽の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離槽と、固液分離槽により固液分離された汚泥の一部を曝気し、活性汚泥処理槽に戻すべく返送する汚泥改質槽と、固液分離槽により固液分離された汚泥の他の一部を活性汚泥処理槽に戻すべく返送する返送ラインと、を備えた廃水処理装置である。

この構成によれば、汚泥改質槽が固液分離槽により固液分離された汚泥の一部を曝気するため、汚泥中の微生物を飢餓状態とすることができる。また汚泥改質槽が、飢餓状態の微生物を含んだ汚泥を活性汚泥処理槽に返送することで汚泥の沈降性が向上するため、廃水処理装置の系全体で保持するＳＳ（Suspeded solids：懸濁物質）を一層多くすることができる。その結果として、廃水処理装置全体での単位汚泥量当りのＢＯＤ（Biochemical oxygen demand：生物化学的酸素要求量）負荷が低くなり、かつＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspeded Solids：混合液懸濁物質）を大きくできるため活性汚泥処理槽における自己消化が促進され、汚泥の発生が抑制される。

この場合、汚泥改質槽は、汚泥の一部の溶存酸素量が一定の目標値になるように制御するものとすることができる。この構成によれば、汚泥改質槽内の溶存酸素量を一定値に保つことができる。

この場合、汚泥改質槽は、汚泥の一部の溶存酸素量が０．１〜０．３ｍｇ／Ｌとなるように制御することが好適である。この構成によれば、汚泥改質槽内の溶存酸素量（Dissolved oxygen：ＤＯ値）が０．１〜０．３ｍｇ／Ｌと低い値に制御されるため、汚泥の発生が一層抑制される。

この場合、汚泥改質槽は、汚泥の一部が第１の溶存酸素量以下のときに曝気を開始し、汚泥の一部が第１の溶存酸素量より高い第２の溶存酸素量以上のときに曝気を中止するものとすることができる。この構成によれば、汚泥改質槽は、第１の溶存酸素量以下のときに曝気を開始し、より高い第２の溶存酸素量以上のときに曝気を中止する間欠曝気を行うため、汚泥改質槽内を低い溶存酸素量に保つことが容易となる。

また、汚泥改質槽は、汚泥の一部の酸化還元電位が一定の目標値になるように制御するものとすることができる。この構成によれば、汚泥改質槽内の酸化還元電位を一定値に保つことができるため、結果として汚泥改質槽内を一定の低い溶存酸素量に保つことができる。

この場合、汚泥改質槽は、汚泥の一部の酸化還元電位が−１００〜−５０ｍＶとなるように制御するものとすることが好適である。この構成によれば、汚泥改質槽内の酸化還元電位（Oxydation‐reduction potential：ＯＲＰ値）が−１００〜−５０ｍＶと低い値に制御されるため、結果として汚泥改質槽内が低い溶存酸素量になることになり、汚泥の発生が一層抑制される。

この場合、汚泥改質槽は、汚泥の一部が第１の酸化還元電位以下のときに曝気を開始し、汚泥の一部が第１の酸化還元電位より高い第２の酸化還元電位以上のときに曝気を中止するものとすることができる。この構成によれば、汚泥改質槽は、第１の酸化還元電位以下のときに曝気を開始し、より高い第２の酸化還元電位以上のときに曝気を中止する間欠曝気を行うため、汚泥改質槽内を低い酸化還元電位にし、低い溶存酸素量に保つことが容易となる。

あるいは汚泥改質槽は、一定時間だけ曝気を行った後、一定時間だけ曝気を中止することを繰り返すものとすることができる。この構成によれば、経過時間を基準に間欠曝気運転を行うため、設備構成等の単純化を図ることができる。

一方、汚泥改質槽における滞留時間（ＨＲＴ：Hydraulicretention time）は１〜４日であることが好適である。この構成によれば、廃水処理装置の系全体で保持するＳＳを一層多くすることができ、かつＨＲＴが長すぎて処理量が低下することがない。

また、固液分離槽により固液分離された汚泥の内、汚泥改質槽により曝気される汚泥の割合と、返送ラインにより活性汚泥処理槽に返送される汚泥の割合とを変更自在であることが好適である。この構成によれば、飢餓状態に曝される汚泥の量を自在に制御することができる。

また本発明の別の態様は、被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、活性汚泥処理工程の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離工程と、固液分離工程により固液分離された汚泥の一部を曝気し、活性汚泥処理工程に戻すべく返送する汚泥改質工程と、固液分離工程により固液分離された汚泥の他の一部を活性汚泥処理工程に戻すべく返送する返送工程と、を含む廃水処理方法である。

本発明の廃水処理装置および廃水処理方法によれば、余剰汚泥の発生量を一層減容することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る廃水処理装置および廃水処理方法について添付図面を参照して説明する。なお、同一の構成要素は同一の符号で示し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る廃水処理装置の構成を示す図である。本実施形態の排水処理装置１０により処理される廃水は、例えば、下水、農業集落排水、漁業集落排水、民間企業排水、団地排水等の有機性排水である。

図１に示すように、本実施形態の廃水処理装置１０は、廃水供給ラインＬ１を介して供給された被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽１２と、活性汚泥処理槽１２から処理物移送ラインＬ２を介して供給された汚泥を含む処理物を固液分離する最終沈澱池２４（固液分離槽）とを備えている。また廃水処理装置１０は、最終沈殿池２４により固液分離された汚泥の一部を活性汚泥処理槽１２に返送する分離固形分移送ラインＬ４、第１汚泥返送ポンプ２８および第１汚泥返送ラインＬ５を備え、これらは本発明の返送ラインとして作用する。さらに廃水処理装置１０は、図１中に破線で示すように、最終沈殿池２４により固液分離された汚泥のさらに一部を曝気し、活性汚泥処理槽１２に返送する汚泥改質部３０を備える。なお、第１汚泥返送ラインＬ５と汚泥改質部３０とにより返送された汚泥の残部は、余剰汚泥排出ポンプ４８および余剰汚泥排出ラインＬ８を介して余剰汚泥として排出される。

活性汚泥処理槽１２は、送風機１４、流量計１６および攪拌機１８を有し、これらにより槽内の汚泥を曝気し攪拌することができる。また活性汚泥処理槽１２は、ＤＯ計２０とＯＲＰ計２２（酸化還元電位検出計）とを有し、これらにより槽内の溶存酸素量と酸化還元電位を測定して、槽内の溶存酸素量を所定値に制御する。

最終沈澱池２４は、汚泥を含む処理物を汚泥と処理水とに固液分離するもので、回転駆動されるスクレーパ２６を有している。このスクレーパ２６は、槽の底部にたまった汚泥を中央に集めて排出し、この汚泥は分離固形分移送ラインＬ４により移送される。また、分離された処理水は、処理水排出ラインＬ３を介して排出される。

汚泥改質部３０は、分離固形分移送ラインＬ４から移送される汚泥の一部を引き抜く汚泥導入ポンプ３２および汚泥導入ラインＬ６、汚泥を曝気する汚泥改質槽３４、並びに曝気された汚泥を活性汚泥処理槽１２に返送する第２汚泥返送ポンプ４６および第２汚泥返送ラインＬ７から構成される。汚泥改質槽３４は、活性汚泥処理槽１２と同様に、送風機３６、流量計３８、攪拌機４０、ＤＯ計４２およびＯＲＰ計４４を有している。これらにより汚泥改質槽３４の槽内は、溶存酸素量が０．１〜０．３ｍｇ／Ｌ、酸化還元電位が−１００〜−５０ｍＶの低い溶存酸素状態に制御される。汚泥改質槽３４の容量は、好ましくは廃水処理装置１０における１日の０．５／２４以上、好ましくは処理水量の１／２４〜３／２４とされる。

汚泥改質槽３４内を上記の低い溶存酸素状態に制御することは、例えば溶存酸素量の目標値を０．２ｍｇ／Ｌに設定し、送風機３６、流量計３８、攪拌機４０およびＤＯ計４２から構成されるＰＩＤ制御系により溶存酸素量を一定の目標値である０．２ｍｇ／Ｌに制御することによって実現することができる。

あるいは溶存酸素量の制御は、例えば、ＤＯ計４２で検出される溶存酸素量が０．１ｍｇ／Ｌ以下のときは、送風機３６によって曝気を開始し、ＤＯ計４２で検出される溶存酸素量が０．３ｍｇ／Ｌ以上のときは、送風機３６を停止することを繰り返す間欠曝気を行うことによっても実現することができる。あるいは、ＤＯ計４２で検出される溶存酸素量を間欠曝気運転の基準とせず、例えば５分間に１０〜６０秒だけ曝気しても良い。このようにすれば、設備構成等の単純化を図ることができる。

ＯＲＰ計４４で測定される酸化還元電位に基づいて汚泥改質槽３４内の溶存酸素量を制御する場合も同様に、例えば酸化還元電位の目標値を−１００ｍＶに設定し、ＰＩＤ制御系によって酸化還元電位を一定の目標値に制御することにより、結果として汚泥改質槽３４内の溶存酸素量を制御することができる。あるいは、例えばＯＲＰ計４４で検出される酸化還元電位が−１５０ｍＶのときに曝気を開始し、−５０ｍＶのときに曝気を中止することを繰り返す間欠曝気を行うことによって、汚泥改質槽３４内の酸化還元電位を制御し、結果として溶存酸素量を制御することができる。これらの溶存酸素量および酸化還元電位の目標値、並びに曝気の開始および中止の設定値は、任意に設定することができる。

なお、第１汚泥返送ラインＬ５によって活性汚泥処理槽１２に返送される汚泥の量と、第２汚泥返送ラインＬ７によって活性汚泥処理槽１２に返送される曝気された汚泥の量との合計返送量は、活性汚泥処理槽１２のＳＳ濃度が一定となるようにされる。例えば、最終沈殿池２４でのＳＳの濃縮率が３倍であるとき、廃水供給ラインＬ１により供給される被処理水の内、活性汚泥処理槽１２に返送される合計返送率は０．５（＝１／（３−１））となる。この場合、汚泥改質槽３４に引き抜かれる量は被処理水の０．０５〜０．２５となる。さらにこの場合、例えば汚泥改質槽３４に引き抜かれる量が被処理水の０．０５とすると、第１汚泥返送ラインＬ５により活性汚泥処理槽１２に返送される量は被処理水の０．４５（＝０．５−０．０５）となる。これらの返送量は、第１汚泥返送ポンプ２８、汚泥導入ポンプ３２および第２汚泥返送ポンプ４６を連続的または間欠的に作動させることにより、適宜変更することができる。

以下、本実施形態の廃水処理装置１０の作用について説明する。最終沈澱池２４により固液分離された汚泥の内、汚泥改質槽３４に引き抜かれた汚泥は、微生物の養分となる廃水がない汚泥改質槽３４中で低溶存酸素状態におかれる。そのため汚泥改質槽３４から活性汚泥処理槽１２に返送される汚泥は飢餓状態となり汚泥の発生が抑制される。本実施形態の廃水処理装置１０では汚泥が飢餓状態となるため、汚泥の沈降性が改善され、最終沈澱池２４における固液分離も容易となる。廃水処理装置１０の系全体で保持するＳＳの量は、活性汚泥処理槽１２と最終沈殿池２４とで保持されるＳＳに加えて、汚泥改質槽３４でのＳＳが加わることになり、さらに汚泥の沈降性が改善されるので、従来の廃水処理装置において保持されるＳＳの量の約２倍となる。これにより、系全体における単位汚泥量当りのＢＯＤ負荷が低くなり、かつＭＬＳＳが大きくできるため、活性汚泥処理槽１２での自己消化が促進され、余剰汚泥量を従来の装置の２０〜６０％に減容することができる。また、本実施形態の廃水処理装置１０では余剰汚泥の減容に伴う水質悪化を避けることもできる。

尚、本発明の廃水処理装置および廃水処理方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、図１における汚泥改質槽３４は複数室に分割されていても良い。また、汚泥改質槽３４の水深を変更できるように水深計等を設け、汚泥改質槽３４内の滞留時間（ＨＲＴ：Hydraulicretention time）を変更できる機能を持たせた構造としても良い。

以下、上記実施形態の効果を確認すべく、本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。実施例として図１に示すような本実施形態の廃水処理装置１０と、比較例として図１に示す廃水処理装置１０から汚泥改質部３０を除去した装置を用いて、図２に示す条件で廃水処理を行った。結果を図２に併記する。なお、図２において、減容率＝（１−実施例発生固形物量／比較例発生固形物量）×１００である。図２に示すように、実施例の廃水処理装置においては、比較例の廃水処理装置に比べて発生固形物量（余剰汚泥量）が大幅に減少していることが判る。

図３は、本発明の実施例と比較例に係る廃水処理における汚泥改質の結果を示す表である。図３に示すように、実施例の廃水処理装置においては、活性汚泥処理槽の活性汚泥沈殿率ＳＶが小さく、かつ汚染容積指標ＳＶＩも小さいことから、沈降性が向上していることが判る。また実施例の廃水処理装置においては、全体として混合液懸濁物質ＭＬＳＳが大きく、装置全体で保持するＳＳ量が増大していることが判る。

本発明の実施形態に係る廃水処理装置の構成を示す図である。 本発明の実施例と比較例に係る廃水処理における汚泥減容の結果を示す表である。 本発明の実施例と比較例に係る廃水処理における汚泥改質の結果を示す表である。

符号の説明

１０…廃水処理装置、１２…活性汚泥処理槽、１４…送風機、１６…流量計、１８…攪拌機、２０…ＤＯ計、２２…ＯＲＰ計、２４…最終沈澱池（固液分離槽）、２６…スクレーパ、２８…第１汚泥返送ポンプ、３０…汚泥改質部、３２…汚泥導入ポンプ、３４…汚泥改質槽、３６…送風機、３８…流量計、４０…攪拌機、４２…ＤＯ計、４４…ＯＲＰ計、４６…第２汚泥返送ポンプ、４８…余剰汚泥排出ポンプ、Ｌ１…廃水供給ライン、Ｌ２…処理物移送ライン、Ｌ３…処理水排出ライン、Ｌ４…分離固形分移送ライン、Ｌ５…第１汚泥返送ライン、Ｌ６…汚泥導入ライン、Ｌ７…第２汚泥返送ライン、Ｌ８…余剰汚泥排出ライン。

Claims (11)

1. 被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理槽と、
   前記活性汚泥処理槽の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離槽と、
   前記固液分離槽により固液分離された汚泥の一部を曝気し、前記活性汚泥処理槽に戻すべく返送する汚泥改質槽と、
   前記固液分離槽により固液分離された汚泥の他の一部を前記活性汚泥処理槽に戻すべく返送する返送ラインと、
   を備えた廃水処理装置。
2. 前記汚泥改質槽は、前記汚泥の一部の溶存酸素量が一定の目標値になるように制御する、請求項１に記載の廃水処理装置。
3. 前記汚泥改質槽は、前記汚泥の一部の溶存酸素量が０．１〜０．３ｍｇ／Ｌとなるように制御する、請求項１または２に記載の廃水処理装置。
4. 前記汚泥改質槽は、前記汚泥の一部が第１の溶存酸素量以下のときに曝気を開始し、前記汚泥の一部が前記第１の溶存酸素量より高い第２の溶存酸素量以上のときに曝気を中止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
5. 前記汚泥改質槽は、前記汚泥の一部の酸化還元電位が一定の目標値になるように制御する、請求項１に記載の廃水処理装置。
6. 前記汚泥改質槽は、前記汚泥の一部の酸化還元電位が−１００〜−５０ｍＶとなるように制御する、請求項１または５に記載の廃水処理装置。
7. 前記汚泥改質槽は、前記汚泥の一部が第１の酸化還元電位以下のときに曝気を開始し、前記汚泥の一部が前記第１の酸化還元電位より高い第２の酸化還元電位以上のときに曝気を中止する、請求項１または５または６に記載の廃水処理装置。
8. 前記汚泥改質槽は、一定時間だけ曝気を行った後、一定時間だけ曝気を中止することを繰り返す、請求項１〜７のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
9. 前記汚泥改質槽における滞留時間は１〜４日である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の廃水装置。
10. 前記固液分離槽により固液分離された汚泥の内、前記汚泥改質槽により曝気される汚泥の割合と、前記返送ラインにより前記活性汚泥処理槽に返送される汚泥の割合とを変更自在である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
11. 被処理水を活性汚泥処理する活性汚泥処理工程と、
    前記活性汚泥処理工程の汚泥を含む処理物を固液分離する固液分離工程と、
    前記固液分離工程により固液分離された汚泥の一部を曝気し、前記活性汚泥処理工程に戻すべく返送する汚泥改質工程と、
    前記固液分離工程により固液分離された汚泥の他の一部を前記活性汚泥処理工程に戻すべく返送する返送工程と、
    を含む廃水処理方法。

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