JP2008036514A - 排水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】排水中の有機物、窒素、リンを効率よく除去できる排水処理方法を提供する。
【解決手段】直列に連結された第１曝気槽１０と第２曝気槽２０とを用い、これら二つの曝気槽で、間欠曝気処理を行うことにより、排水中の窒素及びリンを除去する。次いで、間欠曝気処理後の第２曝気槽内の排水を、膜分離装置３０に導入して処理水と濃縮汚泥に分離し、該濃縮汚泥を第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０に返送すると共に、第１曝気槽１０への返送量を、第２曝気槽２０への返送量よりも少なくする。
【選択図】図１
【解決手段】直列に連結された第１曝気槽１０と第２曝気槽２０とを用い、これら二つの曝気槽で、間欠曝気処理を行うことにより、排水中の窒素及びリンを除去する。次いで、間欠曝気処理後の第２曝気槽内の排水を、膜分離装置３０に導入して処理水と濃縮汚泥に分離し、該濃縮汚泥を第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０に返送すると共に、第１曝気槽１０への返送量を、第２曝気槽２０への返送量よりも少なくする。
【選択図】図１
Description
本発明は、下水や生活排水や有機性産業排水などから、有機物、窒素、リンなどを除去する排水処理方法に関する。
近年、湖沼や海湾などの閉鎖性水域では富栄養化が大きな問題となり、この原因となる窒素、リンの除去が重要となっている。そのため、有機物に加えて窒素、リンを除去できる処理法が、活性汚泥法の改良法として開発されてきており、代表的な方法としてＡ２Ｏ法（嫌気−無酸素−好気法）、回分式活性汚泥法、間欠曝気式活性汚泥法（以下、間欠曝気法と略称する）などが知られている。これらの処理方法では、微生物による生物反応によって、有機物、窒素、リンを除去している。
ここで、窒素、リン除去を主目的とした排水処理について、その原理を簡単に説明すると、排水中の有機物は、活性汚泥を構成する微生物の食物となり分解除去される。有機物の分解によって生じるアンモニア性窒素は、好気性の条件下において、硝化菌の働きにより硝酸性窒素へと酸化される（硝化工程）。そして、この硝酸性窒素は、嫌気性の条件下において、脱窒菌の働きにより窒素ガスへと還元され、外気に放出される（脱窒工程）。したがって、間欠曝気を繰り返すことにより、上記硝化工程と脱窒工程とが交互に行われて、有機物中の窒素が除去される。
また、脱リン菌は、好気条件下でリンを吸収し、嫌気条件下でリンを放出する性質がある。このため、曝気槽の運転条件を曝気（好気条件）、非曝気（嫌気条件）に交互に変えることにより、脱リン菌によるリンの吸収と放出とが繰り返されることになるが、好気条件下で脱リン菌にリンの吸収を行わせ、リンが吸収された脱リン菌を含む活性汚泥を余剰汚泥として処理系から除くことによりリンを除去することができる。
そこで、曝気と非曝気を交互に繰り返す曝気槽を２つ設け、第１曝気槽では、窒素の除去を行うと共に、リンを放出させ、第２曝気槽では、同じく窒素の除去と、活性汚泥中へのリンの吸収を行わせ、第２曝気槽中の活性汚泥にリンを高濃度に吸収させて、この活性汚泥を引き抜くことにより、リンの除去を行うようにした２槽式間欠曝気法が提案されている。
このように、窒素、リンの除去においては、好気条件と嫌気条件とを繰り返すことが不可欠であるが、厳密には、脱窒のための嫌気条件と、脱リンのための嫌気条件とは異なっている。すなわち、間欠曝気法の非曝気状態によりもたらされる嫌気条件下では、脱窒が終了し槽内の溶存酸素が無くなり、更に硝酸性窒素や亜硝酸性窒素に起因する酸素分子が無くなった後に、活性汚泥からのリンの放出が開始する。これが次の曝気工程におけるリンの吸収につながっている。
このため、第１曝気槽においては、リンが効果的に放出され、第２曝気槽においてはリンが活性汚泥中に効果的に吸収されるように、第１曝気槽及び第２曝気槽での曝気時間及び非曝気時間を設定する必要があり、この曝気時間及び非曝気時間の設定条件についても種々検討がなされている。
このような排水処理方法として、下記特許文献１には、排水を第１のＯＲＰ計を備えた第１曝気槽へ流入させて活性汚泥と混合し、曝気と非曝気を交互に繰り返して処理し、次いで第２のＯＲＰ計を備えた第２曝気槽に移送して第２曝気槽にて曝気と非曝気を交互に繰り返して処理するに際し、第１曝気槽においては曝気を行う曝気時間をＴａ、非曝気の脱窒時間をＴｂとし、Ｔｃ（＝Ｔａ＋Ｔｂ）の終了時を第１のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後さらに非曝気を第２曝気槽が曝気を開始するまで継続して活性汚泥からのリン放出を行い、第２曝気槽においては曝気を行う曝気時間をＴｄ、非曝気の脱窒時間をＴｅとし、Ｔｆ（＝Ｔｄ＋Ｔｅ）の終了時を第２のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後直ちに第１曝気槽と第２曝気槽の曝気を同時に再開して活性汚泥へのリン吸収を行い、第２曝気槽中に設置した膜分離装置にて曝気時にのみ膜面を洗浄しながら処理水と活性汚泥とに分離して処理水を得るとともに、リンが吸収、濃縮された活性汚泥の一部を余剰汚泥として除去し、他の一部を第１曝気槽へ返送することを特徴とする排水処理方法が開示されている。
また、下記特許文献２には、排水を曝気槽へ流入させて、曝気を行う好気状態と曝気を停止して攪拌を行う嫌気状態を交互に繰り返して処理を行った後、この処理水を最終沈殿池から放流させ、沈殿汚泥は曝気槽へ返送するとともに、余剰汚泥として抜き出し、排水中の窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の制御方法において、排水が流入する第１曝気槽と、この第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽を用い、第２曝気槽にはＯＲＰ計を設置しておき、第１曝気槽では所定の時間（Ｔａ）曝気を行った後、これを停止して攪拌を開始し、第２曝気槽では前回までの処理工程におけるＯＲＰ計のＯＲＰ屈曲点の出現時間に基づいて、曝気時間と攪拌時間の和を所定の時間（Ｔｄｓ）に制御し、かつあらかじめ設定した第１曝気槽での攪拌工程における脱窒時間をＴｋとして、Ｔａ＋Ｔｋ＜Ｔｄｓにそれぞれの時間を設定し、攪拌工程から曝気工程への移行はＯＲＰ計のＯＲＰ屈曲点の検出に基づき第１、第２曝気槽を同時に行うことを特徴とする間欠曝気式活性汚泥法の制御方法が開示されている。
更に、下記特許文献３には、第１曝気槽とこの第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽を備え、これら二つの曝気槽で排水の曝気を行う好気状態と、曝気を停止して攪拌を行う嫌気状態とを繰り返すことにより、排水中の窒素およびリンを除去する間欠曝気式活性汚泥法の運転制御方法であって、第１曝気槽の容積をＶ１、第２曝気槽の容積をＶ２、曝気と攪拌からなる嫌気−好気の１周期の時間をＴｓ、１周期Ｔｓ内の第１曝気槽の曝気時間をＴａ１、第２曝気槽の曝気時間をＴａ２、このプロセスの汚泥滞留時間をｎ日、硝化菌の比増殖速度をμとし、曝気時間比ｒを、ｒ＝（Ｖ１・Ｔａ１＋Ｖ２・Ｔａ２）／［（Ｖ１＋Ｖ２）・Ｔｓ］として求め、ｒが１／（ｎ・μ）より大きく、かつＴａ１時間がＴｓ時間の１／２以下となるようにＴａ１、Ｔａ２を設定し、第１曝気槽ではＴａ１時間曝気後攪拌を行い、第２曝気槽ではＴａ２時間曝気後攪拌を行い、いずれも曝気、攪拌の合計時間がＴｓに達した時点で、第１曝気槽、第２曝気槽とも同時に攪拌工程から曝気工程へ移行させることを特徴とする間欠曝気式活性汚泥法の運転制御方法が開示されている。
また、下記特許文献４には、被処理水を第１の処理槽に導き、間欠曝気処理することにより、硝化、脱窒を行う工程と、第１の処理槽内の用水を分離膜が配設された第２の処理槽に導き、連続曝気処理して硝化を行うとともに、分離膜を介して吸引濾過し、膜透過水を系外に排出する工程と、第２の処理槽内の用水の一部を第１の処理槽に返送する工程とを有する排水処理方法が開示されている。
特許第３７３８３７７号明細書
特許第２８０３９４１号明細書
特許第２９６０２７３号明細書
特許第３１５０５０６号明細書
上記のような２槽式間欠曝気法においては、第２曝気槽で処理された処理水を、膜分離装置で処理水と活性汚泥とに分離するか（特許文献１）、あるいは沈殿池に貯留して処理水と活性汚泥とに分離している（特許文献２，３）。膜分離装置を用いる方法は、沈殿池を用いる方法に比べて設置面積が小さく、余剰汚泥発生量が少ないという利点を有しているが、上記特許文献１の方法では、第２曝気槽の曝気時間にのみ膜分離装置からの排出がなされるので、処理能力を高めることが困難であった。
また、前記特許文献４の方法では、第１の処理槽内の用水を分離膜が配設された第２の処理槽に導き、連続曝気処理して硝化を行うとともに、分離膜を介して吸引濾過し、膜透過水を系外に排出するようにしているので、膜透過水の採取時間が制限されることはないが、２槽式間欠曝気法ではないので、リン除去が困難であるという問題があった。
更に、曝気槽にて、有機物の分解と、窒素、リンの除去を行うためには、微生物を保持する活性汚泥がある程度の量で存在する必要があるが、曝気槽から処理水を引き抜くときに活性汚泥も一緒に引き抜かれるため、曝気槽中の活性汚泥量が不足する場合が生じる。このため、特許文献２，３には、第２曝気槽から引き抜かれて沈殿池で分離された活性汚泥を第１曝気槽に返送することが開示されている。
しかしながら、２槽式間欠曝気法であって、特に膜分離装置を用いた排水処理方法において、膜分離装置で分離された活性汚泥をどのように返送したらよいかについてはこれまで検討されていなかった。また、２槽式間欠曝気法であって、特に膜分離装置を用いた排水処理方法において、特許文献２，３に示されるように、活性汚泥を第１曝気槽に返送した場合には、状況によっては第１曝気槽でのリン放出を妨げてしまう虞れがあった。
したがって、本発明の目的は、２槽式間欠曝気法であって、膜分離装置を用いた排水処理方法において、各曝気槽の活性汚泥量を適切に維持すると共に、第１曝気槽でのリンの放出と、第２曝気槽でのリンの吸収とを効果的に行わせることにより、排水中の有機物、窒素、リンを効率よく除去できるようにした排水処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の排水処理方法は、第１曝気槽とこの第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽とを用い、これら二つの曝気槽で、排水の曝気を行う状態と、曝気を停止して攪拌を行う状態とを繰り返す間欠曝気処理を行うことにより排水中の窒素及びリンを除去する排水処理方法であって、間欠曝気処理後の前記第２曝気槽内の排水を、膜分離装置に導入して処理水と濃縮汚泥に分離し、該濃縮汚泥を前記第１曝気槽及び第２曝気槽に返送すると共に、前記第１曝気槽への返送量を、前記第２曝気槽への返送量より少なくすることを特徴とする。
本発明の排水処理方法によれば、膜分離装置で分離して得られる濃縮汚泥を、第１曝気槽及び第２曝気槽に返送することにより、各曝気槽中の汚泥濃度を高めることができるので、間欠曝気法による処理効率を向上させることができる。また、上記濃縮汚泥を、第２曝気槽に多く返送するようにしたので、膜分離装置でのろ過流束を向上させたとしても第２曝気槽内の汚泥濃度が低下しにくくなると共に、第１曝気槽及び第２曝気槽のそれぞれの活性汚泥量が適切に維持され、排水処理全体の処理効率を向上させることができる。更に、第１曝気槽への濃縮汚泥の返送量を少なくしたので、第１曝気槽でのリン放出に与える影響を少なくして、第１曝気槽でのリンの放出と、第２曝気槽でのリンの吸収とを効果的に行うことができる。
本発明の排水処理方法においては、前記濃縮汚泥を、滞留槽に導入して該濃縮汚泥中の溶存酸素を減少させた後、前記第１曝気槽及び第２曝気槽に返送することが好ましい。脱リン菌は、嫌気条件下であっても、溶存酸素や、亜硝酸性窒素や、硝酸性窒素が存在する場合には、リンの吸収を行い、溶存酸素、硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合にのみ、リンの放出を行う。このため、第１曝気槽内で脱リン菌がリン放出を行っている際に、溶存酸素などを含んだ濃縮汚泥を返送すると、脱リン菌によるリン放出が阻害されてしまい、第１曝気槽から第２曝気槽へのリンの移動が効果的に行われない場合がある。上記態様によれば、曝気槽へ返送する濃縮汚泥中の溶存酸素を除去するようにしたことで、第１曝気槽内でのリンの放出が阻害されにくくなり、第１曝気槽でのリンの放出を効果的に行うことができる。
また、本発明の排水処理方法においては、前記第１曝気槽が曝気を停止した状態であって、かつ、前記第１曝気槽内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合、前記濃縮汚泥を前記第２曝気槽のみに返送することが好ましい。前述したように、第１曝気槽でのリンの放出は、嫌気状態で、溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合にのみ行われるので、そのような状態のときに、溶存酸素などを含んだ濃縮汚泥を第１曝気槽に返送すると、脱リン菌によるリン放出が阻害されてしまう。そこで、第１曝気槽が曝気を停止した状態であって、かつ、第１曝気槽内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合には、濃縮汚泥を第２曝気槽のみに返送し、第１曝気槽には返送しないようにすることにより、第１曝気槽でのリンの放出を効果的に行わせることができる。また、第２曝気槽には、溶存酸素などを含んだ濃縮汚泥をより多く返送することにより、硝化工程や脱窒工程を促進すると共に、活性汚泥中へのリンの吸収を促進させて、窒素、リンの除去をより効果的に行うことができる。
また、本発明の排水処理方法においては、前記第１曝気槽にＯＲＰ計を設置し、前記第１曝気槽内のＯＲＰ値が、脱窒終了の屈曲点を示すまでは、前記濃縮汚泥を前記第１曝気槽及び第２曝気槽に返送し、前記第１曝気槽内のＯＲＰ値が、屈曲点を示した後で増加へ転ずるまでは、前記濃縮汚泥を前記第２曝気槽のみに返送することが好ましい。第１曝気槽内のＯＲＰ値が脱窒終了の屈曲点を示すと、第１曝気槽内には溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない状態となるので、嫌気状態を更に維持することによってリン放出がなされる。そこで、第１曝気槽内のＯＲＰ値が、脱窒終了の屈曲点を示した後は、濃縮汚泥を第１曝気槽には返送せず、第２曝気槽のみに返送することにより、第１曝気槽でのリン放出を効果的に行わせることができる。
本発明の排水処理方法によれば、膜分離装置で分離して得られる濃縮汚泥を、第１曝気槽及び第２曝気槽に返送すると共に、第２曝気槽に多く返送するようにしたので、膜分離装置でのろ過流束を向上させても第２曝気槽内の汚泥濃度が低下しにくくなり、第１曝気槽及び第２曝気槽のそれぞれの活性汚泥量が適切に維持され、排水処理全体の処理効率を向上させることができる。更に、第１曝気槽への濃縮汚泥の返送量を少なくしたので、第１曝気槽でのリン放出に与える影響を少なくして、第１曝気槽でのリンの放出と、第２曝気槽でのリンの吸収とを効果的に行って、第２曝気槽から余剰汚泥を引き抜くことによりリンを効果的に除去することができる。
本発明において、処理対象となる排水としては、窒素、リンを含む排水であれば特に限定はなく、例えば家庭排水や、穀類でんぷん製造業、乳製品製造業、食肉センター、砂糖製造業、畜産食料品製造業、畜産農業、肉製品製造業、食肉ハム・ソーセージ製造業、水産練り製品製造業、水産食料品製造業、有機化学工業製造業、無機化学工業製造業などからの排水が挙げられる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１には、本発明の一実施形態による排水処理方法を実施するための排水処理装置の一例が示されている。図１中、排水、空気、濃縮汚泥（活性汚泥）の経路は、実線の矢印で表されている。
本発明の排水処理方法に用いる排水処理装置は、主として、第１曝気槽１０と、これに直列に連結した第２曝気槽２０と、第２曝気槽２０から取り出した活性汚泥を透過水と濃縮汚泥（活性汚泥）とに分離する膜分離装置３０とで構成されている。
第１曝気槽１０には、図示しない排水供給装置に接続された排水供給管Ｌ１が連結されている。また、第１曝気槽１０の底部には、散気装置１１ａが配置されており、この散気装置１１ａには、ブロア１３に接続された配管Ｌ７がバルブ１２ａを介して接続されている。ブロア１３、配管Ｌ７、バルブ１２ａ、及び散気装置１１ａが、第１曝気槽１０の曝気装置を構成している。また、第１曝気槽１０の上方には攪拌モータ１５ａが設置され、この攪拌モータ１５ａから下方に延出されて第１曝気槽１０内に挿入された攪拌軸１７ａの下端に、攪拌羽根１４ａが装着されている。上記攪拌モータ１５ａ、攪拌軸１７ａ、及び攪拌羽根１４ａが、第１曝気槽１０の攪拌機を構成している。また、第１曝気槽１０内には、槽内に貯留された排水の酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定する第１のＯＲＰ計１６ａが設置されている。第１曝気槽１０は、配管Ｌ８を介して、第２曝気槽２０に連結されている。
第２曝気槽２０は、基本的に、上記第１曝気槽１０と同様な構造をなしている。すなわち、第２曝気槽２０の底部には、散気装置１１ｂが配置されており、この散気装置１１ｂには、ブロア１３に接続された配管Ｌ７がバルブ１２ｂを介して接続されている。ブロア１３、配管Ｌ７、バルブ１２ｂ、及び散気装置１１ｂが、第２曝気槽２０の曝気装置を構成している。また、第２曝気槽２０の上方には攪拌モータ１５ｂが設置され、この攪拌モータ１５ｂから下方に延出されて第２曝気槽２０内に挿入された攪拌軸１７ｂの下端に、攪拌羽根１４ｂが装着されている。上記攪拌モータ１５ｂ、攪拌軸１７ｂ、及び攪拌羽根１４ｂが、第２曝気槽２０の攪拌機を構成している。また、第２曝気槽２０内には、槽内に貯留された排水の酸化還元電位（ＯＲＰ）を測定する第２のＯＲＰ計１６ｂが設置されている。
一方、膜分離装置３０は、活性汚泥投入口３１と、活性汚泥排出口３２と、処理水排出口３３とを備えている。
活性汚泥投入口３１は、第２曝気槽２０の下側部と、引抜きポンプＰ１が配置された配管Ｌ２を介して接続している。また、ブロア１３に接続された配管Ｌ９が、配管Ｌ２の途中に接続されている。
活性汚泥排出口３２には、配管Ｌ３が接続されており、この配管Ｌ３は、バルブ３４を介して第１曝気槽１０に接続され、かつ、バルブ３５を介して第２曝気槽２０に接続されている。この配管Ｌ３、バルブ３４，３５が、第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０への濃縮汚泥の返送経路をなしている。
処理水排出口３３には、吸引装置３６が配置された配管Ｌ５が接続されている。
膜分離装置３０に用いる膜としては、一般的なろ過膜の中から適宜選択して使用でき、例えば精密ろ過膜（ＭＦ膜）、限外ろ過膜（ＵＦ膜）、ナノろ過膜（ＮＦ膜）などが挙げられる。また、膜分離装置３０の形態としては、特に限定は無く、中空糸膜モジュール、平膜型モジュール、スパイラル型モジュール、管型モジュールなどが使用可能である。
吸引装置３６としては、この実施形態ではポンプが用いられているが、サイフォンによる吸引などを用いることもできる。
次に、この排水処理装置を用いた本発明の排水処理方法について説明する。
図示しない排水供給装置から排水供給管Ｌ１を介して、処理すべき排水を第１曝気槽１０へ流入させて槽内の活性汚泥と混合し、曝気と非曝気を交互に繰り返す間欠曝気処理を行う。そして、第１曝気槽１０で処理された排水の一部が、配管Ｌ８を通して第２曝気装置２０に送られ、第２曝気槽２０で再び曝気と非曝気を交互に繰り返す間欠曝気処理を行う。各曝気槽１０，２０での曝気処理は、バルブ１２ａ、１２ｂを開放して、ブロア１３から酸素を含む気体（通常は空気）を、散気装置１１ａ、１１ｂから供給することにより行う。また、非曝気時は、ブロア１３を停止し、バルブ１２ａ、１２ｂを閉とすると共に、攪拌モータ１５ａ、１５ｂを作動させて、攪拌羽根１４ａ、１４ｂを回転させることにより槽内を攪拌して、槽内の汚泥が沈降しないようにする。ただし、曝気槽１０，２０内の活性汚泥濃度が高い場合は、活性汚泥が沈降しにくいことから、攪拌羽根１４ａ、１４ｂによる攪拌を特に行わなくてもよい場合がある。
各曝気槽１０，２０での曝気処理中は、槽内が好気状態となり、微生物による有機物の分解が進行すると共に、有機物の分解によって生じるアンモニア性窒素が、亜硝酸菌、硝酸菌によって、亜硝酸や硝酸に変換される（硝化工程）。また、活性汚泥中の脱リン菌によるリンの吸収がなされる。一方、各曝気槽１０，２０での曝気が停止した非曝気状態では、槽内が嫌気状態となり、微生物による有機物の分解が進行すると共に、好気状態で形成された亜硝酸や硝酸が、脱窒菌の働きによって窒素に還元されて外気に放出される（脱窒工程）。そして、嫌気状態において、上記脱窒工程が終了し、槽内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない状態になると、脱リン菌によるリンの放出が行われる。
そこで、本発明では、第１曝気槽１０においては、硝化工程、脱窒工程が終了すると共に、脱リン菌に吸収されたリンが放出されるまで非曝気状態を維持するようにし、第２曝気槽２０においては、硝化工程、脱窒工程が終了し、脱リン菌に吸収されたリンが放出される前に、再び曝気処理を開始するように、各槽における曝気時間及び非曝気時間を制御する。このような曝気時間及び非曝気時間の制御方法としては、前述した特許文献１（特許第３７３８３７７号公報）、特許文献２（特許第２８０３９４１号公報）、特許文献３（特許第２９６０２７３号公報）に記載された方法などを採用することができる。
例えば特許第３７３８３７７号公報に記載された方法を採用する場合には、第１曝気槽１０においては、曝気を行う曝気時間をＴａ、非曝気の脱窒時間をＴｂとし、Ｔｃ（＝Ｔａ＋Ｔｂ）の終了時を第１のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後さらに非曝気を第２曝気槽２０が曝気を開始するまで継続して活性汚泥からのリン放出を行い、第２曝気槽２０においては、曝気を行う曝気時間をＴｄ、非曝気の脱窒時間をＴｅとし、Ｔｆ（＝Ｔｄ＋Ｔｅ）の終了時を第２のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後直ちに第１曝気槽１０と第２曝気槽２０の曝気を同時に再開するという工程を繰り返せばよい。
その結果、第１曝気槽１０においては、曝気時間Ｔａにおいて硝化工程がなされ、非曝気時間Ｔｂにおいて脱窒工程がなされ、Ｔｃ時間経過後から再び曝気が開始されるまでの間は脱リン菌に吸収されたリンの放出がなされることになる。また、第２曝気槽２０においては、曝気時間Ｔｂにおいて硝化工程がなされ、非曝気時間Ｔｅにおいて脱窒工程がなされ、これらの工程中、脱リン菌はリンを吸収し保持した状態となる。そして、Ｔｆ時間経過後に第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０の曝気を同時に再開することにより、第１曝気槽１０で放出されたリンが、第２曝気槽２０の活性汚泥中に吸収され、第２曝気槽２０の活性汚泥を引き抜くことにより、リンを除去することができる。
なお、一般的な条件においては、1サイクルを２時間とした場合、第1曝気槽１０での曝気時間（好気）は約３０分、次いで無酸素時間（亜硝酸、硝酸性窒素の脱窒時間）が約３０分、最後に嫌気時間（リン放出）が６０分程度となる。水質や温度にもよるが、これを基本として、更に運転しながら調整して適切な条件を求めることにより、曝気時間と非曝気時間を決定することができる。
また、特許文献３（特許第２９６０２７３号公報）に記載された方法を採用すれば、第１曝気槽１０に設けた第１のＯＲＰ計１６ａ及び第２曝気槽２０に設けた第２のＯＲＰ計１６ｂなどによる制御を行わずに、タイマー制御によって曝気時間と非曝気時間とを制御することもできる。
上述のように各曝気槽にて排水を間欠曝気処理した後、第２曝気槽２０内の活性汚泥を含む処理済排水（以下、処理済排水と記す）をポンプＰ１によって配管Ｌ２から引抜き、膜分離装置３０へ供給する。そして、ブロア１３からの空気を、エアーリフト用空気として、配管Ｌ９、Ｌ２を通して膜分離装置３０に導入し、供給された処理済排水を膜分離装置３０内に通過させる。膜ろ過された処理水を吸引装置３６で吸引して、濃縮汚泥（活性汚泥）と処理水とに分離処理し、処理水を配管Ｌ５から系外へと引き抜く。
膜分離装置３０におけるろ過処理条件は、膜の種類、処理済排水中の汚泥濃度などにより異なることから特に限定はしないが、例えば、内径５〜１０ｍｍのポリフッ化ビニリデン(ＰＶＤＦ)製などのチューブラー膜をモジュール化して用いる場合、処理済排水のろ過流束は、１ｍ３／ｍ２日程度が好ましい。また、膜分離装置３０として槽外設置型の縦型膜モジュールを用いる場合、その高さは、３〜４ｍ程度が好ましい。この場合、ポンプＰ１から引き抜く処理済排水の流速を０．５ｍ／秒程度とし、処理済排水とエアーリフト用空気との流量比率を、およそ１：１とすることが好ましい。これによれば、エアーリフト効果を有効に利用できる。
また、膜分離装置３０にてろ過処理を長期間実施するに伴い、ろ過処理効率が低下する場合があることから、１回／１０分程度の頻度で、逆洗水を、膜の２次側（処理水の排出側）から1次側（活性汚泥の流路側）へ流通する逆洗を行うことが好ましい。長期的な膜の汚れ、目詰まりに対しては、次亜塩素酸ソーダ、クエン酸などの薬品で膜の２次側を満たし、膜をこれらの薬品で浸漬させた状態で１〜２時間保持する薬品洗浄を、１回／月程度実施することが好ましい。
膜分離装置３０から排出される濃縮汚泥（活性汚泥）は、配管Ｌ３、バルブ３４，３５を通して、第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０へと返送する。この時、第１曝気槽１０への濃縮汚泥（活性汚泥）の返送量は、第２曝気槽２０への返送量よりも少なくする。
具体的には、第１曝気槽１０へは、第１曝気槽１０への排水の流入量の１〜５倍量の濃縮汚泥（活性汚泥）を返送し、第２曝気槽２０へは、第１曝気槽１０への排水の流入量の１０〜２０倍量の濃縮汚泥（活性汚泥）を返送することが好ましい。前述したように膜分離装置３０では、第２曝気槽２０内の処理済排水をろ過処理することで処理水を得ているが、排水処理効率を向上させるためには、膜分離装置３０でのろ過流束を大きくする必要がある。処理済排水には、槽内の活性汚泥が多量に含まれていることから、ろ過流束を大きくすると、第２曝気槽２０の汚泥濃度は低下する傾向にある。このため、第２曝気槽２０の汚泥濃度を低下させないようにするため、第２曝気槽２０と膜分離装置３０との間で濃縮汚泥（活性汚泥）を循環することが必要となるので、第２曝気槽２０への濃縮汚泥（活性汚泥）の返送量は第１曝気槽１０への返送量よりも多くする。これに対し、第１曝気槽１０では、槽内の活性汚泥がさほど流出しないことから、槽内の汚泥濃度を維持する程度の返送量でよく、排水の流入量の１〜２倍量がより好ましい。
このように返送量を調整することで、各曝気槽内の汚泥濃度を８０００〜２００００ｍｇ／Ｌに維持することができる。また、第１曝気槽１０の活性汚泥濃度と、第２曝気槽２０の活性汚泥濃度の差は、大きくなりすぎると運転管理及び処理性能の観点から好ましくなく、その差は、５０００ｍｇ／Ｌ以下となるように調整することが好ましい。
こうして、膜分離装置３０から排出される濃縮汚泥（活性汚泥）の返送量を、第１曝気槽１０へは少なくし、第２曝気槽２０へは多くすることにより、各曝気槽１０，２０内における活性汚泥量を適切な量に維持し、微生物による有機物の分解、脱窒、脱リン作用を促進させて、排水を効率よく処理することができる。また、第１曝気槽１０への濃縮汚泥の返送量を少なくすることにより、第１曝気槽１０でのリン放出に悪影響を与えること抑制されるので、第１曝気槽１０でのリン放出と、第２曝気槽２０でのリン吸収を効果的に行わせ、排水中のリンを効率よく除去することができる。
また、本発明においては、第１曝気槽１０が曝気を停止した状態であって、かつ、第１曝気槽１０内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合においては、バルブ３４を閉とし、バルブ３５のみを開として濃縮汚泥（活性汚泥）を第２曝気槽２０のみに返送することが好ましい。第１曝気槽１０が曝気を停止した状態であって、かつ、第１曝気槽１０内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合は、第１曝気槽１０にてリンの放出がなされている状態であるため、このときに溶存酸素等を含有する濃縮汚泥を第１曝気槽１０に返送すると、第１曝気槽１０でのリンの放出が妨げられ、第２曝気槽２０へのリンの移行が効果的になされない。したがって、第１曝気槽１０が曝気を停止した状態であって、かつ、第１曝気槽１０内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合においては、濃縮汚泥（活性汚泥）を第２曝気槽２０のみに返送して、第１曝気槽１０には返送しないようにすることにより、第１曝気槽１０でのリン放出を促進させて、第２曝気槽２０へのリンの移行を効果的に行うことができる。
なお、第１曝気槽１０が曝気を停止した状態であって、かつ、第１曝気槽１０内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合には、濃縮汚泥（活性汚泥）を第２曝気槽２０のみに返送して、第１曝気槽１０には返送しないようにする方法としては、種々の方法が採用可能であるが、例えば、特許第３７３８３７７号公報に記載された方法等によって曝気時間及び非曝気時間を制御する場合には、第１曝気槽１０に設置された第１のＯＲＰ計１６ａによるＯＲＰ値が、脱窒終了の屈曲点を示すまでは、濃縮汚泥を第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０に返送し、第１曝気槽１０内のＯＲＰ値が、屈曲点を示した後で、第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０での曝気同時再開により増加へ転ずるまでは、濃縮汚泥を第２曝気槽２０のみに返送するようにすればよい。
そして、このような活性汚泥法で排水を処理すると、系内に蓄積される活性汚泥量が次第に増えてくるので、第２曝気槽２０内の活性汚泥の一部、又は膜分離装置３０で分離された濃縮汚泥の一部を、余剰汚泥として引き抜くようにする。こうして引き抜いた汚泥中には、脱リン菌によって吸収されたリンが高濃度で含まれており、結果として排水中からリンが除去されるので、配管Ｌ５を通して流出する処理水は、有機物が分解され、窒素及びリンが除去されて浄化された水となっている。また、余剰汚泥として引き抜いた濃縮汚泥は、公知の手段によってコンポスト化して、窒素及びリンを豊富に含有する肥料として利用することもできる。
図２には、本発明の他の実施形態による排水処理方法を実施するための排水処理装置の一例が示されている。なお、前記実施形態の排水処理装置と同一部分には、同符号を付してその説明を省略することとする。
この実施形態の排水処理装置は、膜分離装置３０の活性汚泥排出口３２に配置された配管Ｌ６が滞留槽４０に接続され、この滞留槽４０で処理された濃縮汚泥（活性汚泥）が、配管Ｌ３、バルブ３４，３５を通して、第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０へと返送するように構成されている点が、前記実施形態の排水処理装置と異なっている。他の構成は前記実施形態と同様である。
上記滞留槽４０としては、例えば、濃縮汚泥の流入部と流出部との間で、流れが短絡しないように短絡防止構造（邪魔板、高低差等）を備えた丸型又は角型槽の構造を有するものが採用できる。
滞留槽４０での濃縮汚泥（活性汚泥）の滞留時間は、温度や、溶存酸素濃度などによるが、１〜５分が好ましい。これによれば、溶存酸素濃度をほぼゼロにできるので、排水中の有機物、リン、窒素の除去を効率よく実施できる。
この実施形態においては、処理済排水を膜分離装置３０でろ過処理して得られる濃縮汚泥（活性汚泥）を、滞留槽４０で所定時間貯留させ、滞留槽内の微生物の呼吸作用によって溶存酸素を低下ないし除去した後、第１曝気槽１０、第２曝気槽２０へと返送する。
このように、溶損酸素を低下ないし除去した濃縮汚泥（活性汚泥）を返送することにより、第１曝気槽１０内でのリン放出に悪影響を与えることが少なくなる。このため、例えば、処理済排水を膜分離装置３０でろ過処理して得られる濃縮汚泥（活性汚泥）の返送時期や返送先を特に制御せず、第１曝気槽１０及び第２曝気槽２０へ所定の割合で常に返送した場合でも、第１曝気槽１０でのリン放出がそれほど妨げられず、第２曝気槽２０へのリンの移動と、第２曝気槽２０でのリンの吸収、除去を効果的に行うことができる。
ただし、この実施形態の場合においても、前述したように、第１曝気槽１０が曝気を停止した状態であって、かつ、第１曝気槽１０内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合には、濃縮汚泥（活性汚泥）を第２曝気槽２０のみに返送して、第１曝気槽１０には返送しないようにすることが、より好ましいことは勿論である。
１０：第１曝気槽
１１ａ、１１ｂ：散気装置
１２ａ、１２ｂ、３４、３５：バルブ
１３：ブロア
１４ａ、１４ｂ：攪拌羽根
１５ａ、１５ｂ：攪拌モータ
１６ａ：第１のＯＲＰ計
１６ｂ：第２のＯＲＰ計
１７ａ、１７ｂ：攪拌軸
２０：第２曝気槽
３０：膜分離装置
３１：活性汚泥投入口
３２：活性汚泥排出口
３３：処理水排出口
３６：吸引装置
４０：滞留槽
１１ａ、１１ｂ：散気装置
１２ａ、１２ｂ、３４、３５：バルブ
１３：ブロア
１４ａ、１４ｂ：攪拌羽根
１５ａ、１５ｂ：攪拌モータ
１６ａ：第１のＯＲＰ計
１６ｂ：第２のＯＲＰ計
１７ａ、１７ｂ：攪拌軸
２０：第２曝気槽
３０：膜分離装置
３１：活性汚泥投入口
３２：活性汚泥排出口
３３：処理水排出口
３６：吸引装置
４０：滞留槽
Claims (4)
- 第１曝気槽とこの第１曝気槽に直列に連結した第２曝気槽とを用い、これら二つの曝気槽で、排水の曝気を行う状態と、曝気を停止して攪拌を行う状態とを繰り返す間欠曝気処理を行うことにより排水中の窒素及びリンを除去する排水処理方法であって、
間欠曝気処理後の前記第２曝気槽内の排水を、膜分離装置に導入して処理水と濃縮汚泥に分離し、該濃縮汚泥を前記第１曝気槽及び第２曝気槽に返送すると共に、前記第１曝気槽への返送量を、前記第２曝気槽への返送量より少なくすることを特徴とする排水処理方法。 - 前記濃縮汚泥を、滞留槽に導入して該濃縮汚泥中の溶存酸素を減少させた後、前記第１曝気槽及び第２曝気槽に返送する、請求項１に記載の排水処理方法。
- 前記第１曝気槽が曝気を停止した状態であって、かつ、前記第１曝気槽内に溶存酸素、亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素が存在しない場合、前記濃縮汚泥を前記第２曝気槽のみに返送する、請求項１又は２に記載の排水処理方法。
- 前記第１曝気槽にＯＲＰ計を設置し、前記第１曝気槽内のＯＲＰ値が、脱窒終了の屈曲点を示すまでは、前記濃縮汚泥を前記第１曝気槽及び第２曝気槽に返送し、前記第１曝気槽内のＯＲＰ値が、屈曲点を示した後で増加へ転ずるまでは、前記濃縮汚泥を前記第２曝気槽のみに返送する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の排水処理方法。
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