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