JP2007260515A - 汚泥分離装置及び汚泥分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高汚泥濃度の原水から汚泥を効率よく分離し、浄化を行うことが可能な汚泥分離技術を提供する。
【解決手段】原水流入部３２の近傍の汚泥分離槽３１の底部に、原水流入部３２から落差を持たせて凹陥状に形成されたスラッジ・ブランケット３３と、スラッジ・ブランケット３３上部に位置し縦方向の循環水流の形成が可能な循環流水域３４と、スラッジ・ブランケット３３底部に連通し沈積する汚泥を排出するための排泥路３５と、スラッジ・ブランケット３３に沈積する汚泥を引き抜く汚泥引抜手段３６と、循環流水域３４よりも下流側に沈設され、複数の沈降分離管の集合体で構成された沈降分離ユニット９と、沈降分離ユニット９の各沈降分離管から汚泥分離槽３１内の水を吸引排出する吸引排水手段３７とを備えた。
【選択図】図４

Description

本発明は、高濃度の汚泥を含む原水を汚泥と清澄水とに分離する汚泥分離技術に関する。

下水処理場の水処理施設は、一般に図６のような施設から構成されている。図６は標準活性汚泥処理システムのフローシートである。図６において、水処理施設は、沈砂池１０１、最初沈澱池１０２、反応タンク１０３、最終沈澱池１０４、及び塩素混和池１０５を備えている。

沈砂池１０１に流入した下水は、沈砂池１０１において砂礫が沈降除去される。次に、最初沈澱池１０２において、下水中の比重の大きい固形分が沈澱除去される。さらに、反応タンク１０３において、生物学的処理により有機物の分解除去が行われる。有機物の分解除去がされた下水は、最終沈澱池１０４において汚泥が沈降除去され、最後に塩素混和池１０５において塩素消毒された後、河川に放流される。

ここで、反応タンク１０３においては、バクテリアや微生物の働きにより、下水中の有機成分を分解する。生物分解には一定の時間と微生物濃度が必要である。反応タンク１０３のＳＳ（ＭＬＳＳ）と滞留時間は施設により異なるが、通常は、ＳＳ（ＭＬＳＳ）濃度は１５００〜２０００ｍｇ／Ｌに維持され、反応タンク１０３での滞留時間は６〜８時間とされる。また、最終沈澱池１０４の水面積負荷は、通常は２０〜３０ｍ／日で設計される。

一方、近年では下水処理水中の窒素濃度をより低く抑えることが求められている。活性汚泥処理においては、下水中のアンモニアの酸化（硝化）は、反応タンク１０３の好気槽において硝化細菌（ニトロソモナスに代表される亜硝酸菌やニトロバクターに代表される硝酸菌）を用いて行われ、窒素除去（脱窒）は、反応タンク１０３の無酸素槽において脱窒菌（シュードモナス属に代表される通性嫌気性バクテリア等）を用いて行われる。硝化液を無酸素槽に循環することにより、脱窒菌は、下水中の硝酸イオンを窒素ガスに変換し脱窒を行う。

しかしながら、硝化細菌は他の細菌に比べて分裂速度が遅く、反応タンク１０３内において硝化細菌の濃度を維持するための工夫が必要となる。また、冬期は下水の水温低下により、硝化細菌の活動が低下する。上記従来の標準活性汚泥処理システムでは、ＢＯＤ除去率に関しては年間を通じて良好な状態を維持できるが、冬期の硝化反応の低下により窒素除去率が冬期に低下するという問題がある。

そこで、上記従来の標準活性汚泥処理システムにおいて、年間を通じて十分な窒素除去率を確保するためには、反応タンク１０３の容量を１．５〜２倍に拡張するか、ＭＬＳＳ濃度を１．５〜２倍（２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ）に増加させる必要がある。

反応タンク１０３の容量を拡張するには、既存の反応タンク１０３を作り直し又は増設する必要があり、コスト的負担が大きい。そこで、既存の反応タンク１０３を利用して年間を通じて高度処理（窒素除去）を十分に行うためには、反応タンク１０３のＭＬＳＳ濃度を増加させるのがよい選択である。

しかしながら、反応タンク１０３のＭＬＳＳ濃度を増加させた場合、当然、その下流の最終沈澱池１０４に流入する原水のＭＬＳＳ濃度も増加する。従って、この場合、最終沈澱池１０４での水面積負荷をいかに小さくするかが問題となる。

図７は、従来の一般的な横流式沈降分離装置である（非特許文献１参照）。横流式沈降分離装置１１０においては、原水流入部１１１から汚泥を含む原水が分離槽１１２に流入する。原水は、分離槽１１２において汚泥と清澄水に分離される。清澄水は、分離槽１１２の下流側に設けられた排水部１１３から排水される。一方、汚泥は分離槽１１２の底部に沈積する。分離槽１１２の上流側底部には、Ｖ字型の凹陥状に形成された汚泥溜１１４が設けられており、分離槽１１２の底部に沈積した汚泥は、スクレパー１１５により汚泥溜１１４内に掻き集められる。そして、汚泥溜１１４の底部には、汚泥排出管１１６が設けられており、汚泥溜１１４に集積された汚泥は外部に排出される。

このタイプの横流式沈降分離装置は水面積負荷が比較的小さく、ＭＬＳＳ濃度の高い原水を浄化するためには広大な敷地が必要となる。水面積負荷を大きくするために、傾斜沈降管を備えた横流式沈降分離装置が開発されている。

図８は傾斜沈降管を備えた横流式沈降分離装置の構成を示す図である。横流式沈降分離装置１１０’は、原水流入部１１１から汚泥を含む原水が整流部１２０，１２２を通して分離槽１１２に流入される。分離槽１１２内には、下流側に傾斜沈降管１２４が沈設されている。原水は分離槽１１２の上流側で重力沈降により粗粒汚泥が沈降除去される。その後、処理水は傾斜沈降管１２４の下部から上部へ通過し、集水樋１２４から排水部１１３へ排水される。その際、傾斜沈降管１２４において沈降分離が加速され、汚泥が沈降除去されて処理水は清澄化される。

一方、既設の横流式沈降分離装置１１０の水面積負荷を小さくする方法として、特許文献１，２に記載の沈降管モジュールが開発されている。この沈降管モジュールを分離槽１１２内に沈設し、吸引速度を制御しながら吸引排水することにより、浄化能力を最大化することができる。
特開2006-075685号公報 特開2006-075685号公報 特開平９−１５００１２号公報 特開平１０−２７７３１０号公報 特開平５−１５４４９３号公報 水処理管理便覧編集委員会編，「水処理管理便覧」，丸善株式会社，平成１０年９月３０日，pp.130-134

しかしながら、ＭＬＳＳ濃度が２０００〜３０００ｍｇ／Ｌという高汚泥濃度の原水を浄化するためには、上記従来の汚泥分離装置では能力的に十分とはいえない。仮にこのような高濃度の原水を十分に浄化しようとした場合、既設の分離槽１１２を拡大して水面積を増加させる必要があるが、コストがかかり、設備も大型化する。

そこで、本発明の目的は、高汚泥濃度の原水から汚泥を効率よく分離し、浄化を行うことが可能な汚泥分離技術を提供することにある。

本発明に係る汚泥分離装置の第1の構成は、高濃度の汚泥を含む原水を汚泥と清澄水とに分離する汚泥分離装置であって、汚泥分離槽と、前記汚泥分離槽へ原水を流入する原水流入部と、前記原水流入部の近傍の前記汚泥分離槽の底部に、前記原水流入部から落差を持たせて凹陥状に形成されたスラッジ・ブランケットと、前記汚泥分離槽内の前記スラッジ・ブランケット上部に位置する水域であって、縦方向の循環水流の形成が可能な循環流水域と、前記スラッジ・ブランケット底部に連通し、前記スラッジ・ブランケット底部に沈積する汚泥を排出するための排泥路と、前記排泥路を通して前記スラッジ・ブランケットに沈積する汚泥を引き抜く汚泥引抜手段と、前記汚泥分離槽の前記循環流水域よりも下流側に沈設され、複数の沈降分離管の集合体で構成された沈降分離ユニットと、前記沈降分離ユニットの各沈降分離管から前記汚泥分離槽内の水を吸引排出する吸引排水手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、まず、高濃度の汚泥を含む原水が原水流入部から汚泥分離槽内に流入する。このとき、汚泥分離槽内の水（濁水）と原水の密度差により、原水流入部からスラッジ・ブランケットに流れ落ちる濁度密度流が形成されるとともに、スラッジ・ブランケットの上部の循環流水域に縦方向の循環水流が形成される。そして、濁度密度流によって原水は沈降濃縮され、スラッジ・ブランケット内に高濁度の汚泥が沈積する。この汚泥は、汚泥引抜手段により排泥路から引抜かれる。一方、汚泥分離槽内の循環流水域の下流側には、汚泥濃度の低下した濁水が流出する。この濁水は、吸引排水手段により、沈降分離ユニットの各沈降分離管から吸引排水される。この際、沈降分離管において濁水は分離され、清澄水が排水される。

ここで、「循環流水域」は、水流を妨げる障害物のない自由水域であってもよいし、縦方向の循環水流の形成を妨げることのないような導流体が設置された空間であってもよい。

本発明に係る汚泥分離装置の第1の構成は、前記第１の構成において、前記循環流水域に、縦方向の循環水流の形成を促進する導流体が設置されていることを特徴とする。

この構成によれば、導流体により循環流水域に、縦方向の循環水流が効率よく形成されるため、原水流入部からスラッジ・ブランケットに流れ落ちる濁度密度流の形成がより促進される。従って、濁度密度流による汚泥の濃縮効率がさらに高くなる。

本発明に係る汚泥分離方法は、高濃度の汚泥を含む原水が流入する原水流入部の近傍の底部に、当該原水流入部から落差を持たせてスラッジ・ブランケットが凹陥状に形成されているとともに、前記スラッジ・ブランケット上部に縦方向の循環水流が形成可能な循環流水域を有する汚泥分離槽と、前記スラッジ・ブランケットの底部から汚泥を排出する排泥路と、前記汚泥分離槽内の前記循環流水域よりも下流側に沈設され、複数の沈降分離管の集合体で構成された沈降分離ユニットと、を備えた水処理システムにおいて、前記原水を汚泥と清澄水とに分離する汚泥分離方法であって、前記原水流入部から前記汚泥分離槽内に原水を流入するとともに、前記スラッジ・ブランケットの底部に沈積する汚泥を前記排泥路から引き抜くことによって、前記原水流入部から前記スラッジ・ブランケットへ流下する濁度密度流を形成させるとともに、前記スラッジ・ブランケット上部の循環流水域に垂直方向の循環流を形成させることで、汚泥を前記スラッジ・ブランケットの底部に沈降濃縮させ、前記循環流水域よりも下流側に沈設された前記沈降分離ユニットの各沈降分離管から吸引排水することにより、前記循環流水域の下流側の濁水を分離しつつ清澄水を排水することを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、原水流入部からスラッジ・ブランケットに流れ落ちる濁度密度流を形成させることにより、原水の汚泥を効率よく濃縮することができる。また、汚泥濃縮により汚泥が分離され濁度が低下した濁水は、さらに沈降分離ユニットで沈降分離される。これにより、汚泥濃度の高い原水を、通常の水面積負荷で効率よく分離することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る活性汚泥処理システムの反応タンク１及び最終沈澱池２の構成を表す図である。

図１において、反応タンク１は、嫌気槽１ａ，１ｂ及び好気槽１ｃ，１ｄの４つのタンクを備えている。また、最終沈澱池２は、高度処理用槽２ａ及び合流改善用槽２ｂの２つの沈澱槽を備えている。

最初沈澱池（図６参照）において比重の大きい固形分が除去された泥水は、下水流路３から嫌気槽１ａに導入される。反応タンク１は、硝化液循環型脱窒脱リン法により水処理を行うためのタンクである。反応タンク１内では、泥水は、嫌気槽１ａ→嫌気槽１ｂ→好気槽１ｃ→好気槽１ｄの順に移動する。

嫌気槽１ａは完全嫌気状態にあり、ここでは泥水中の細菌の体内のリン成分を体外に放出させる処理がされる。嫌気槽１ｂは無酸素状態にあり、ここでは脱窒菌による泥水の脱窒が行われる。脱窒菌は、泥水中のＢＯＤを利用しながら硝酸を窒素ガスに還元し脱窒を行う。これにより、泥水中のＢＯＤが低下するとともに、窒素濃度が低下する。

泥水中のアンモニア成分は嫌気槽１ａ，１ｂでは何ら変化を受けずに素通りし、好気槽１ｃへ移動する。好気槽１ｃ，１ｄは好気状態にあり、ここでは亜硝酸菌と硝酸菌によるアンモニアの硝化が行われ、硝酸が生成される。好気槽１ｄ内の硝酸を多く含む泥水の一部は、硝化液環路６を通って嫌気槽１ｂに戻され、嫌気槽１ｂにおける脱窒反応に利用される。

一方、好気槽１ｄ内の泥水の一部は、原水流路４を通して高度処理用槽２ａに送られる。ここで、高度処理用槽２ａに送られる泥水を、以下「原水」と呼ぶことにする。原水は、活性汚泥を高濃度で含有する泥水であり、ＭＬＳＳ濃度は通常２０００〜３０００ｍｇ／Ｌ程度である。

高度処理用槽２ａにおいては、原水中の汚泥が沈降分離される。高度処理用槽２ａで汚泥が分離された原水（以下「処理水」と呼ぶ。）は、合流改善用槽２ｂにおいてさらに汚泥が沈降分離され、汚泥が除去された清澄水は排水路５を通して塩素混和池（図６参照）へ送られる。

ここで、高度処理用槽２ａ，２ｂにおいては、汚泥の沈降分離に、沈降分離ユニット９，１０が使用される。図２に、沈降分離ユニット９，１０の一例を示す。沈降分離ユニット９，１０は、複数の傾斜沈降管２０が積み重ねられた構造を有する。各傾斜沈降管２０は所定の角度で傾斜した状態に構成された管状体であり、傾斜下方側端部は、流入口２０ａが開口している。傾斜上方の端部には吸引管２１が接続されており、吸引管２１からポンプ等により吸引排水される。

一方、高度処理用槽２ａにおいて原水から分離された活性汚泥は、その一部は汚泥返送路７を通して嫌気槽１ａに送られる。その他は汚泥排出路８を通して排出される。また、合流改善用槽２ｂにおいて処理水から分離された汚泥は、汚泥排出路８を通して排出される。

次に、高度処理用槽２ａの構成についてさらに詳細に説明する。

図３は、図１の高度処理用槽２ａ（汚泥分離装置）の構成を表す図である。高度処理用槽２ａは、原水から汚泥を分離するための汚泥分離槽３１を備えている。汚泥分離槽３１の上流側には、汚泥分離槽３１へ原水を流入する原水流入部３２が設けられている。

原水流入部３２の近傍の汚泥分離槽３１の底部には、スラッジ・ブランケット３３が形成されている。スラッジ・ブランケット３３は、原水流入部３２から落差を持たせて凹陥状に形成されている。汚泥分離槽３１内のスラッジ・ブランケット３３上部には、縦方向の循環水流の形成が可能な循環流水域３４が確保されている。

また、スラッジ・ブランケット３３底部に連通して、排泥路３５が設けられている。排泥路３５は、スラッジ・ブランケット３３の底部に沈積する汚泥を排出するための送泥路である。排泥路３５には、排泥路３５を通してスラッジ・ブランケット３３に沈積する汚泥を引き抜く汚泥引抜ポンプ３６が設けられている。

一方、汚泥分離槽３１の循環流水域３４よりも下流側には、上述の沈降分離ユニット９が沈設されている。各沈降分離ユニット９は吸引管２１が接続されており、吸引管２１には、各沈降分離ユニット９の各傾斜沈降管２０から汚泥分離槽３１内の水を吸引排出する吸引排水ポンプ３７が設けられている。

以上のように構成された本実施例１に係る高度処理用槽２ａ（汚泥分離装置）について、以下その動作を説明する。

図４は、高度処理用槽２ａにおける泥水の流れを模式的に表した図である。原水流入部３２から流入する原水は、高濃度で活性汚泥を含む泥水であり、汚泥分離槽３１に流入すると、汚泥分離槽３１の上流側側壁に沿って濁度密度流４１を形成する。ここで、汚泥分離槽３１内の循環流水域３４の汚泥濃度の低い泥水は縦方向の渦流を生じ、死水域が形成される。この縦方向の渦流が形成されることにより、汚泥分離槽３１の上流側側壁に沿って濁度密度流４１をきれいに形成させることができる。

濁度密度流４１は、原水流入部３２からスラッジ・ブランケット３３の段差に沿って流れ落ち、凹陥状のスラッジ・ブランケット３３内では高濃度で活性汚泥を含む泥水の渦流が生じる。これにより、活性汚泥のフロックが成長し、スラッジ・ブランケット３３の底部に沈積する。沈積した活性汚泥は、汚泥引抜ポンプ３６により排泥路３５から引き抜かれ、汚泥返送路７又は汚泥排出路８に送られる。

一方、スラッジ・ブランケット３３内で活性汚泥が凝集除去された後の汚泥濃度が低下した泥水は、沈降分離ユニット９から吸引管２１を通して合流改善用槽２ｂへ吸引排出される。この際、沈降分離ユニット９の各沈降管において汚泥が沈降分離され、処理水の汚泥濃度はさらに低くなる。

このように、本実施例の高度処理用槽２ａでは、原水流入部３２からスラッジ・ブランケット３３の間に段差を持たせると共に、スラッジ・ブランケット３３の上部に循環流水域３４を確保することによって、原水流入部３２からスラッジ・ブランケット３３に流れ落ちる高汚泥濃度の濁度密度流４１を形成させ、この濁度密度流４１の運動エネルギーによりスラッジ・ブランケット３３内に高汚泥濃度の泥水の渦を起こすことで、活性汚泥のフロックの成長を助長する。これによって、スラッジ・ブランケット３３内で活性汚泥が効率的に凝集沈澱し除去される。そのため、高汚泥濃度の原水から汚泥を効率的に除去することが可能となる。さらに、汚泥濃度の低下した泥水は、沈降分離ユニット９により沈降分離することにより、効率的に泥水を分離し、汚泥濃度の低い処理水を得ることができる。

図５は、本発明の実施例２に係る高度処理用槽２ａ（汚泥分離装置）の構成を表す図である。実施例２の高度処理用槽２ａは、図３の高度処理用槽２ａと構成はほぼ同じであるが、循環流水域３４に、縦方向の循環水流の形成を促進する導流体５１が設置されている点で異なる。このように導流体５１を設置することにより、導流体５１の周りを循環する低汚泥濃度の泥水の循環流の形成が促進され、原水流入部３２からスラッジ・ブランケット３３に流れ落ちる高汚泥濃度の濁度密度流４１を効率よく形成させることができる。

本発明の実施例１に係る活性汚泥処理システムの反応タンク及び最終沈澱池の構成を表す図である。 沈降分離ユニット９，１０の一例を示す図である。 図１の高度処理用槽２ａ（汚泥分離装置）の構成を表す図である。 高度処理用槽２ａにおける泥水の流れを模式的に表した図である。 本発明の実施例２に係る高度処理用槽２ａ（汚泥分離装置）の構成を表す図である。 標準活性汚泥法のフローシートである。 従来の一般的な横流式沈降分離装置である。 傾斜沈降管を備えた横流式沈降分離装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 反応タンク
１ａ，１ｂ 嫌気槽
１ｃ，１ｄ 好気槽
２ 最終沈澱池
２ａ 高度処理用槽
２ｂ 合流改善用槽
３ 下水流路
４ 原水流路
５ 排水路
６ 硝化液環路
７ 汚泥返送路
８ 汚泥排出路
９ 沈降分離ユニット
１０ 沈降分離ユニット
２０ 傾斜沈降管
２０ａ 流入口
２１ 吸引管
３１ 汚泥分離槽
３２ 原水流入部
３３ スラッジ・ブランケット
３４ 循環流水域
３５ 排泥路
３６ 汚泥引抜ポンプ
３７ 吸引排水ポンプ
４１ 濁度密度流
５１ 導流体

Claims (3)

1. 高濃度の汚泥を含む原水を汚泥と清澄水とに分離する汚泥分離装置であって、
   汚泥分離槽と、
   前記汚泥分離槽へ原水を流入する原水流入部と、
   前記原水流入部の近傍の前記汚泥分離槽の底部に、前記原水流入部から落差を持たせて凹陥状に形成されたスラッジ・ブランケットと、
   前記汚泥分離槽内の前記スラッジ・ブランケット上部に位置する水域であって、縦方向の循環水流の形成が可能な循環流水域と、
   前記スラッジ・ブランケット底部に連通し、前記スラッジ・ブランケット底部に沈積する汚泥を排出するための排泥路と、
   前記排泥路を通して前記スラッジ・ブランケットに沈積する汚泥を引き抜く汚泥引抜手段と、
   前記汚泥分離槽の前記循環流水域よりも下流側に沈設され、複数の沈降分離管の集合体で構成された沈降分離ユニットと、
   前記沈降分離ユニットの各沈降分離管から前記汚泥分離槽内の水を吸引排出する吸引排水手段と、
   を備えた汚泥分離装置。
2. 前記循環流水域に、縦方向の循環水流の形成を促進する導流体が設置されていることを特徴とする請求項１記載の汚泥分離装置。
3. 高濃度の汚泥を含む原水が流入する原水流入部の近傍の底部に、当該原水流入部から落差を持たせてスラッジ・ブランケットが凹陥状に形成されているとともに、前記スラッジ・ブランケット上部に縦方向の循環水流が形成可能な循環流水域を有する汚泥分離槽と、
   前記スラッジ・ブランケットの底部から汚泥を排出する排泥路と、
   前記汚泥分離槽内の前記循環流水域よりも下流側に沈設され、複数の沈降分離管の集合体で構成された沈降分離ユニットと、
   を備えた水処理システムにおいて、前記原水を汚泥と清澄水とに分離する汚泥分離方法であって、
   前記原水流入部から前記汚泥分離槽内に原水を流入するとともに、前記スラッジ・ブランケットの底部に沈積する汚泥を前記排泥路から引き抜くことによって、前記原水流入部から前記スラッジ・ブランケットへ流下する濁度密度流を形成させるとともに、前記スラッジ・ブランケット上部の循環流水域に垂直方向の循環流を形成させることで、汚泥を前記スラッジ・ブランケットの底部に沈降濃縮させ、
   前記循環流水域よりも下流側に沈設された前記沈降分離ユニットの各沈降分離管から吸引排水することにより、前記循環流水域の下流側の濁水を分離しつつ清澄水を排水することを特徴とする汚泥分離方法。
   
   
   
   

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