JP2012187488A - 窒素含有排水の処理装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒素濃度が高い高濃度窒素含有排水と、窒素濃度が低い低濃度窒素含有排水とを、混合処理、または分離処理することによって、硝化脱窒処理を行なうとともに、硝化液循環ポンプを低動力化できる窒素含有排水の処理装置および方法を提供する。
【解決手段】前段硝化脱窒部２０と後段硝化脱窒部３０を直列に配する有機性排水処理系１０を備え、固液分離槽をなす後段硝化脱窒部３０の好気的処理槽３３から前段硝化脱窒部２０へ濃縮汚泥を返送する返送経路４０を有し、前段硝化脱窒部２０は、好気的処理槽２３から嫌気的処理槽２１へ槽内混合液を供給する第１の循環経路２５を有し、後段硝化脱窒部３０は、第１の窒素含有排水よりも供給水量が大きく、かつ窒素濃度が低い第２の窒素含有排水を嫌気的処理槽３１に供給する第２の原水供給経路３４と、好気的処理槽３３から嫌気的処理槽３１へ槽内混合液を供給する第２の循環経路３５を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒素含有排水の処理装置および方法に関し、循環ポンプの低動力化を図る技術に係るものである。

従来、窒素を含む排水を硝化脱窒処理する方法として、例えば特許文献１に記載するものがある。これは、高濃度有機性廃水と低濃度有機性廃水とを生物処理する方法において、高濃度有機性廃水を酸発酵処理し、この発酵処理水と低濃度有機性廃水の一部とを混合してメタン発酵処理し、このメタン発酵処理水を残りの低濃度有機性廃水と混合して生物学的処理するものである。

あるいは、特許文献２では、複数の嫌気性生物処理ゾーンと好気性生物処理ゾーンとを流れの方向に交互に配列し、処理対象の廃水は先頭を含む複数の嫌気性生物処理ゾーンにステップ供給して順次に下流ゾーンへ流通させる。廃水中の窒素化合物を生物処理した後に、処理後の流出液を固液分離装置に導いて汚泥を分離し、分離された汚泥を処理装置の先頭の嫌気性生物処理に返送する。

また、窒素を含む排水を硝化脱窒処理する方法として、図５に示すように、排水１を嫌気槽２、好気槽３へこの順序で通過させ、好気槽３の槽内混合液を硝化液として嫌気槽２に循環経路４を通して循環させ、好気槽３の処理水を膜分離槽または沈殿池５において固液分離し、濃縮汚泥を返送汚泥として嫌気槽２に返送経路６を通して返送するものがある。この方法において、嫌気槽２では脱窒反応が起こり、好気槽３では硝化反応が起こり、排水が嫌気槽２および好気槽３を循環する間に硝化脱窒反応が進行する。

この硝化脱窒反応の進行は、窒素負荷と循環量比で決定される。原水供給量に対する硝化液循環量の比、すなわち循環量比は次式で決定できる。
ｎ＝ａ（１＋ｄ＋ｒ）／（１−ａ）‥‥‥（１）式
ここで、ｎ：循環量比
ｄ：希釈水量比（下水の場合は通常０）
ｒ：返送汚泥比（下水の場合は通常０．５）
ａ：窒素除去率
例えば、高濃度窒素含有排水（水量１６０ｍ^３／ｄ、ＮＨ_３−Ｎ ３０００ｍｇ／Ｌ）と低濃度窒素含有排水（水量５０００ｍ^３／ｄ、ＮＨ_３−Ｎ １５０ｍｇ／Ｌ）を混合して処理する場合に、処理対象の混合排液は水量５１６０ｍ^３／ｄ、ＮＨ_３−Ｎ ２３８ｍｇ／Ｌとなる。この混合排液を目標値Ｔ−Ｎ １５ｍｇ／Ｌ、窒素除去率ａ＝１−１５／２３８≒０．９３７として処理する場合に、希釈水量比ｄ＝０、返送汚泥比ｒ＝０．５として窒素除去に必要な循環量比を（１）式で求めると、ｎ＝２２．３となり、排水量５１６０ｍ^３／ｄの２２．３倍となる１１５０６８ｍ^３／ｄの硝化液循環量が必要となる。

特許２５２０７９５号公報 特開平１１−２４４８９１号公報

このように、硝化脱窒処理を正常に行なえる硝化液循環量の適性範囲は、窒素の除去率により決定され、硝化液循環量は高濃度窒素含有排水と低濃度窒素含有排水との混合後の窒素濃度に大きく依存する。このため、混合排液の窒素濃度が高くなれば循環量と放流水質との比である窒素除去率は増大し、脱窒・硝化反応を正常に起こす槽内環境を作り出すための硝化液循環量が増加し、その結果として、循環流を生み出すためのエネルギーがより多く必要となる。すなわち、処理水量が少量で窒素濃度が高い高濃度窒素含有排水と処理水量が多量で窒素濃度が低い低濃度窒素含有排水とを混合すると、窒素濃度が高い高濃度窒素含有排水の側から見て窒素濃度の負荷が低下するものの、処理水量が増加することになって硝化脱窒処理を適性に行なうのに必要な硝化液循環量が増加し、窒素濃度が低い低濃度窒素含有排水の側から見て処理水量の増加は僅かでも窒素濃度の負荷が増加することになって硝化脱窒処理を適性に行なうのに必要な硝化液循環量が増加する。

本発明は上記した課題を解決するものであり、窒素濃度が高い高濃度窒素含有排水と、この高濃度窒素含有排水の水量と比較して、その水量が多量で、窒素濃度が低い低濃度窒素含有排水とを硝化脱窒処理する際に、硝化液循環ポンプを低動力化できる窒素含有排水の処理装置および方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の窒素含有排水の処理装置は、前段硝化脱窒部と後段硝化脱窒部とが直列に配置された有機性排水処理系を備え、有機性排水処理系は、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部のそれぞれにおいて上流側の嫌気的処理槽と下流側の好気的処理槽とが直列に配置され、後段硝化脱窒部または後段硝化脱窒部の下流側に固液分離槽が配置され、固液分離槽から前段硝化脱窒部へ濃縮汚泥を返送する返送経路を有し、前段硝化脱窒部は、第１の窒素含有排水を嫌気的処理槽に供給する第１の原水供給経路と、好気的処理槽から嫌気的処理槽へ槽内混合液を供給する第１の循環経路を有し、後段硝化脱窒部は、第１の窒素含有排水よりも供給水量が大きく、かつ第１の窒素含有排水よりも窒素濃度が低い第２の窒素含有排水を嫌気的処理槽に供給する第２の原水供給経路と、好気的処理槽から嫌気的処理槽へ槽内混合液を供給する第２の循環経路を有することを特徴とする。

本発明の窒素含有排水の処理装置において、後段硝化脱窒部の下流側に配置する固液分離槽は、沈殿槽または、膜分離装置を浸漬配置した膜分離槽であることを特徴とする。
本発明の窒素含有排水の処理装置において、後段硝化脱窒部に配置する固液分離槽は、膜分離装置を浸漬配置した好気的処理槽であることを特徴とする。

本発明の窒素含有排水の処理装置において、返送経路は、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部の各嫌気的処理槽に濃縮汚泥を返送することを特徴とする。
本発明の窒素含有排水の処理装置において、第１の原水供給経路は、有機性排水処理系内に供給する第１の窒素含有排水として、有機性廃棄物または有機性排水をメタン発酵処理するメタン発酵槽の消化液を供給することを特徴とする。

本発明の窒素含有排水処理方法は、前段硝化脱窒部と後段硝化脱窒部とが直列に配置され、前段硝化脱窒部と後段硝化脱窒部のそれぞれに、上流側の嫌気的処理槽と下流側の好気的処理槽とが直列に配置された有機性排水処理系において、第１の窒素含有排水を前段硝化脱窒部の嫌気的処理槽に供給し、第１の窒素含有排水の窒素濃度に対して低濃度の窒素濃度である第２の窒素含有排水を、第１の窒素含有排水よりも大流量で後段硝化脱窒部の嫌気的処理槽へ供給し、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部の各部内で好気的処理槽から嫌気的処理槽へ槽内混合液を供給し、後段硝化脱窒部に配置された固液分離槽または後段硝化脱窒部の下流側に配置された固液分離槽から前段硝化脱窒部へ濃縮汚泥を返送することを特徴とする。

本発明の窒素含有排水の処理方法において、濃縮汚泥は、後段硝化脱窒部の下流側に配置された固液分離槽をなす沈殿槽または、後段硝化脱窒部の下流側に配置された固液分離槽をなす膜分離装置を浸漬配置した膜分離槽から前段硝化脱窒部の嫌気的処理槽へ返送することを特徴とする。

本発明の窒素含有排水の処理方法において、濃縮汚泥は、後段硝化脱窒部に配置された固液分離槽をなす膜分離装置を浸漬配置した好気的処理槽から前段硝化脱窒部の嫌気的処理槽へ返送することを特徴とする。

本発明の窒素含有排水の処理方法において、濃縮汚泥は、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部の各嫌気的処理槽に返送することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部のそれぞれの硝化液循環量を各段での硝化脱窒処理に必要な量に個々に設定し、硝化液循環流を生み出すために必要なエネルギーを低減できる。

また、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部において、それぞれの硝化液循環量に見合ったポンプを使用できるので、大型ポンプの使用を回避して容量のより小さい小型ポンプを使用することで設備コストを低減できる。

後段硝化脱窒部に配置された固液分離槽または後段硝化脱窒部の下流側に配置された固液分離槽から前段硝化脱窒部へ濃縮汚泥を返送することで、窒素濃度が低濃度である第２の窒素含有排水を処理する後段硝化脱窒部で適度に飢餓状態となった汚泥が、高濃度に濃縮された状態で、高濃度の窒素濃度である第１の窒素含有排水を処理する前段硝化脱窒部へ流入するので、前段硝化脱窒部における汚泥活性を上げることができる。

本発明の硝化脱窒処理装置を示すブロック図 本発明の他の硝化脱窒処理装置を示すブロック図 本発明の他の硝化脱窒処理装置を示すブロック図 本発明の他の硝化脱窒処理装置を示すブロック図 従来の硝化脱窒処理装置を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、有機性排水処理系１０は、前段硝化脱窒部２０と後段硝化脱窒部３０を直列に配している。
前段硝化脱窒部２０は、上流側に位置する嫌気的処理槽としての第１槽の無酸素槽２１および第２槽の嫌気槽２２と、下流側に位置する好気的処理槽としての第３槽の好気槽２３を直列に配しており、第１の窒素含有排水である高濃度窒素含有排水を無酸素槽２１に供給する第１の原水供給経路２４と、好気槽２３から無酸素槽２１へ槽内混合液を供給する第１の循環経路２５を有している。嫌気槽２２は攪拌装置２２１を有し、好気槽２３は散気装置２３１を有し、第１の循環経路２５は循環ポンプ２５１を有している。

後段硝化脱窒部３０は、上流側に位置する嫌気的処理槽としての第４槽の無酸素槽３１および第５槽の嫌気槽３２と、下流側に位置する好気的処理槽としての第６槽の好気槽３３を直列に配しており、第２の窒素含有排水である低濃度窒素含有排水を無酸素槽３１に供給する第２の原水供給経路３４と、好気槽３３から無酸素槽３１へ槽内混合液を供給する第２の循環経路３５を有している。嫌気槽３２は攪拌装置３２１を有し、好気槽３３は散気装置３３１および膜分離装置３３２を有して膜分離槽を兼ねるものであり、第２の循環経路３５は循環ポンプ３５１を有している。

有機性排水処理系１０は固液分離槽、ここでは第６槽の好気槽３３から第１槽の無酸素槽２１へ濃縮汚泥を返送汚泥として返送する返送経路４０を有しており、返送経路４０は後段硝化脱窒部３０の第４槽の無酸素槽３１へも濃縮汚泥を返送する。

前段硝化脱窒部２０の第１の原水供給経路２４から有機性排水処理系１０に第１の窒素含有排水である高濃度窒素含有排水を供給し、後段硝化脱窒部３０の第２の原水供給経路３４から有機性排水処理系１０に、第２の窒素含有排水として第１の窒素含有排水の窒素濃度に対して低濃度の窒素濃度を有する低濃度窒素含有排水を第１の窒素含有排水を供給する。

ここで、第２の窒素含有排水はその発生量が第１の窒素含有排水の発生量よりも大きく、第２の窒素含有排水の供給量は第１の窒素含有排水の供給量よりも大きい。
本実施の形態において、第１の窒素含有排水である高濃度窒素含有排水は以下の処理を行なったものである。すなわち、生ごみ、畜産糞尿と畜場排水、し尿などの有機性廃棄物または有機性排水５００を前処理装置５０１で処理し、その前処理した原液をメタン発酵槽５０２でメタン発酵処理し、その消化液を膜分離槽５０３で膜分離した膜透過液である。

メタン発酵槽５０２で発生するバイオガス５０４はガス利用し、メタン発酵余剰汚泥５０５は液肥として利用する。
第１の窒素含有排水は、その窒素濃度がＮＨ_３−Ｎ濃度で３０００ｍｇ／Ｌであり、有機性排水処理系１０に流入する処理対象水の全水量に対して３％の供給水量、ここでは１６０ｍ^３／ｄの水量設定で供給する。前段硝化脱窒部２０における硝化脱窒処理の目標Ｔ−Ｎは１５０ｍｇ／Ｌである。

第２の窒素含有排水である低濃度窒素含有排水は、下水、生活排水などで、その窒素濃度がＮＨ_３−Ｎ濃度で１５０ｍｇ／Ｌであり、有機性排水処理系１０に流入する処理対象水の全水量に対して９７％の供給水量、ここでは５０００ｍ^３／ｄの水量設定で供給する。後段硝化脱窒部３０における硝化脱窒処理の目標Ｔ−Ｎは１５ｍｇ／Ｌである。

ここで、希釈水量比を０、返送汚泥比を０．５とし、上述した（１）式に基づいて前段硝化脱窒部２０における循環比および硝化液循環量を求める。
除去率ａ＝１−（１５０／３０００）＝０．９５
循環比ｎ＝０９５×（１＋０＋０．５）／（１−０．９５）＝２８．５
硝化液循環量＝１６０ｍ^３／ｄ×２８．５＝４５６０ｍ^３／ｄ
同様にして、後段硝化脱窒部３０における循環比および硝化液循環量を求める。ここで投入負荷量は、前段硝化脱窒部２０から流入する被処理水（第１の窒素含有排水１６０ｍ^３／ｄと返送汚泥８０ｍ^３／ｄ）が実質的に増加するので、１．０５として計算する。

除去率ａ＝１−（１５／１５０）＝０．９
循環比ｎ＝０９０（１．０５＋０＋０．５）／（１−０．９０）＝１３．９５
硝化液循環量＝５０００ｍ^３／ｄ×１３．９５＝６９７５０ｍ^３／ｄ
よって、合計の硝化液循環量は７４３１０ｍ^３／ｄとなり、高濃度窒素含有排水である第１の窒素含有排水と低濃度窒素含有排水である第２の窒素含有排水を混合して処理する場合の１１５０６８ｍ^３／ｄに較べて硝化液循環量を大幅に低減することができる。

本実施の形態では、前段硝化脱窒部２０および後段硝化脱窒部３０に無酸素槽２１、３１を設けて、前段硝化脱窒部２０の無酸素槽２１に高濃度窒素含有排水および返送汚泥を供給し、後段硝化脱窒部３０の無酸素槽３１に低濃度窒素含有排水および返送汚泥を供給するので、脱窒性能を向上させることができる。また、嫌気槽２２、３２へ流入する溶存酸素や結合酸素の流入量を低減させることができるので、脱リンを促進できる。

また、無酸素槽２１、３１の無酸素状態を維持して脱窒反応を継続的に行なうために、無酸素槽２１、３１の汚泥濃度、ＯＲＰをモニターして返送汚泥の汚泥量およびその割り振りを制御することも可能である。

本発明は他の構成においても実現することができ、以下に他の実施の形態を示す。先の実施の形態と同様の構成要素には同符号を付してその説明を省略する。
図２に示すように、前段硝化脱窒部２０および後段硝化脱窒部３０において、嫌気槽２２，３２、無酸素槽２１、３１、好気槽２３、３３をこの順序で直列に配置し、前段硝化脱窒部２０の嫌気槽２２に高濃度窒素含有排水および返送汚泥を供給し、後段硝化脱窒部３０の嫌気３２に低濃度窒素含有排水および返送汚泥を供給し、好気槽２３、３３から無酸素槽２１、３１へ第１の循環経路２５または第２の循環経路３５を設けることも可能である。

また、図３に示すように、前段硝化脱窒部２０および後段硝化脱窒部３０における無酸素槽２１、３１がなく、有機性排水処理系２の固液分離槽として、後段硝化脱窒部３０の下流側に沈殿槽５０を配置するものであり、沈殿槽５０に代えて膜分離装置を浸漬配置した膜分離槽を配置することも可能である。さらに、図４に示すように、返送経路４０によって返送汚泥を前段硝化脱窒部２０にのみ供給することも可能である。

１０ 有機性排水処理系
２０ 前段硝化脱窒部
３０ 後段硝化脱窒部
４０ 返送経路
２１、３１ 無酸素槽
２２、３２ 嫌気槽
２３、３３ 好気槽
２４、３４ 原水供給経路
２５、３５ 循環経路
２２１、３２１ 攪拌装置
２３１、３３１ 散気装置
２３２、３３２ 膜分離装置
２５１、３５１ 循環ポンプ

Claims (9)

1. 前段硝化脱窒部と後段硝化脱窒部とが直列に配置された有機性排水処理系を備え、
   有機性排水処理系は、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部のそれぞれにおいて上流側の嫌気的処理槽と下流側の好気的処理槽とが直列に配置され、後段硝化脱窒部または後段硝化脱窒部の下流側に固液分離槽が配置され、固液分離槽から前段硝化脱窒部へ濃縮汚泥を返送する返送経路を有し、
   前段硝化脱窒部は、第１の窒素含有排水を嫌気的処理槽に供給する第１の原水供給経路と、好気的処理槽から嫌気的処理槽へ槽内混合液を供給する第１の循環経路を有し、
   後段硝化脱窒部は、第１の窒素含有排水よりも供給水量が大きく、かつ第１の窒素含有排水よりも窒素濃度が低い第２の窒素含有排水を嫌気的処理槽に供給する第２の原水供給経路と、好気的処理槽から嫌気的処理槽へ槽内混合液を供給する第２の循環経路を有することを特徴とする窒素含有排水処理装置。
2. 後段硝化脱窒部の下流側に配置する固液分離槽は、沈殿槽または、膜分離装置を浸漬配置した膜分離槽であることを特徴とする請求項１に記載の窒素含有排水処理装置。
3. 後段硝化脱窒部に配置する固液分離槽は、膜分離装置を浸漬配置した好気的処理槽であることを特徴とする請求項１に記載の窒素含有排水処理装置。
4. 返送経路は、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部の各嫌気的処理槽に濃縮汚泥を返送することを特徴とする請求項１に記載の窒素含有排水処理装置。
5. 第１の原水供給経路は、有機性排水処理系内に供給する第１の窒素含有排水として、有機性廃棄物または有機性排水をメタン発酵処理するメタン発酵槽の消化液を供給することを特徴とする請求項１に記載の窒素含有排水処理装置。
6. 前段硝化脱窒部と後段硝化脱窒部とが直列に配置され、前段硝化脱窒部と後段硝化脱窒部のそれぞれに、上流側の嫌気的処理槽と下流側の好気的処理槽とが直列に配置された有機性排水処理系において、
   第１の窒素含有排水を前段硝化脱窒部の嫌気的処理槽に供給し、第１の窒素含有排水の窒素濃度に対して低濃度の窒素濃度である第２の窒素含有排水を、第１の窒素含有排水よりも大流量で後段硝化脱窒部の嫌気的処理槽へ供給し、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部の各部内で好気的処理槽から嫌気的処理槽へ槽内混合液を供給し、後段硝化脱窒部に配置された固液分離槽または後段硝化脱窒部の下流側に配置された固液分離槽から前段硝化脱窒部へ濃縮汚泥を返送することを特徴とする窒素含有排水処理方法。
7. 濃縮汚泥は、後段硝化脱窒部の下流側に配置された固液分離槽をなす沈殿槽または、後段硝化脱窒部の下流側に配置された固液分離槽をなす膜分離装置を浸漬配置した膜分離槽から前段硝化脱窒部の嫌気的処理槽へ返送することを特徴とする請求項６に記載の窒素含有排水処理方法。
8. 濃縮汚泥は、後段硝化脱窒部に配置された固液分離槽をなす膜分離装置を浸漬配置した好気的処理槽から前段硝化脱窒部の嫌気的処理槽へ返送することを特徴とする請求項６に記載の窒素含有排水処理方法。
9. 濃縮汚泥は、前段硝化脱窒部および後段硝化脱窒部の各嫌気的処理槽に返送することを特徴とする請求項６に記載の窒素含有排水処理方法。

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