JP2013166128A - 凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】早期安定運転を可能とすると共にランニングコストを低減する。
【解決手段】有機性排水を曝気槽１に導入して活性汚泥処理し、曝気槽１からの処理水に無機凝集剤を添加し、無機凝集剤の添加により凝集した凝集汚泥を沈降分離し、沈降分離した汚泥の一部を曝気槽１に返送する凝集沈殿活性汚泥処理システム１００の運転方法において、システムの立ち上げ運転にあっては、ＢＯＤ汚泥負荷を低い状態から徐々に上げていく運転方法のため、設計上の種汚泥量（設計汚泥量）では汚泥量が過剰で汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率が小となり、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間を長く要するが、種汚泥量を設計汚泥量より少なくすることで、汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率を大とし、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間を短くすると共に、その短くなった期間の分、無機凝集剤の量を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法に関する。

有機性排水を曝気槽で活性汚泥処理し、この曝気槽からの処理水を沈殿槽で固液分離し汚泥を沈降させると共に上澄水を得る活性汚泥処理システムに比して、汚泥沈降性の向上を図る所謂集沈殿活性汚泥処理システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の凝集沈殿活性汚泥処理システムは、有機性排水を曝気槽に導入して活性汚泥処理し、この曝気槽からの処理水を沈降分離槽（凝集沈殿槽）に導入して凝集剤を添加することで凝集フロックを生成すると共に、槽内の液面から底面に向けて清澄層、凝集フロック層、濃縮汚泥層を順に形成するものであり、凝集フロックを生成し粗大化させることにより汚泥沈降性を高めると共に、この汚泥沈降性の向上により、上澄水へのＳＳの混入を抑制して処理水質を向上し、安定運転を可能とするものである。

特開平７−２９００８２号公報

しかしながら、上記のような凝集沈殿活性汚泥処理システムにあっては、システム立ち上げから安定運転までの期間が長く、その期間短縮が望まれると共に、添加する凝集剤の量が多く、その削減も望まれている。

そこで本発明は、早期安定運転を可能とすると共に、凝集剤の量を低減できランニングコストを低減できる凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法を提供することを目的とする。

ここで、本発明者は、鋭意検討し以下の考察により本発明に至った。すなわち、凝集沈殿活性汚泥処理システムのメカニズムは以下のように考えられる。曝気槽の活性汚泥が、有機性排水中の有機成分（ＢＯＤ）を分解して増殖し、後段で添加された凝集剤としての無機凝集剤（例えば硫酸バンド等）の金属成分（例えばＡｌ）が、活性汚泥と電気化学的に反応し取り込まれることでフロック（微細フロック）を生成し、このフロックにさらに凝集剤としての高分子凝集剤が添加されることでフロックを粗大化した凝集汚泥（粗大フロック）が生成し、この凝集汚泥は凝集沈殿槽等で沈降し固液分離される。沈降分離した汚泥の一部は曝気槽の汚泥濃度を維持すべく曝気槽へ返送され、残りの汚泥は余剰汚泥として系外に排出される。添加した無機凝集剤は余剰汚泥含有分だけ系外に排出されるが、新たに無機凝集剤が添加され、汚泥と電気化学的に反応して取り込まれていき、この作用が繰り返されることで、徐々に活性汚泥中の無機凝集剤由来の金属成分が蓄積され金属比率（金属成分濃度）が増加して沈降性が良化していき、やがて金属比率が平衡値に達することで、最も良化し安定した汚泥沈降性となって上澄水へのＳＳの混入が抑制され処理水質が向上されて、その結果、安定運転状態となる。

ここで、凝集沈殿活性汚泥処理システムの立ち上げ運転では、設計上のＢＯＤ汚泥負荷に対応する汚泥量（設計上は流入ＢＯＤ量及びＢＯＤ汚泥負荷に基づいて求められる汚泥量）を種汚泥として曝気槽に投入する一方で、汚泥にかかる負荷を低い状態（ＢＯＤ汚泥負荷を低い状態：例えば０．１ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日）から徐々に上げていく運転方法が採用される。この立ち上げ時の運転方法は、安定運転の観点による排水処理の常識的な方法である。しかしながら、上述のように、システム立ち上げ時に、ＢＯＤ汚泥負荷を設計値より低くし徐々に上げていく運転方法では、種汚泥量（初期汚泥量）が過剰であり、このように種汚泥量が過剰の状態では汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率が小となり、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間を長く要するため、安定運転までの期間が長く、また、このように安定運転までの期間が長い分、無機凝集剤を過剰に添加することになる。

従って、種汚泥量を上記設計汚泥量より少なくすれば、汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率が大となり、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間が短くなると共に、その短くなった期間の分、無機凝集剤の量を低減できると考察した。

そこで、本発明による凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法は、有機性排水を曝気槽に導入して活性汚泥処理し、曝気槽からの処理水に無機凝集剤を添加し、無機凝集剤の添加により凝集した凝集汚泥を沈降分離し、沈降分離した汚泥の一部を曝気槽に返送する凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法であって、システム立ち上げ運転時の種汚泥量を、流入ＢＯＤ量及びＢＯＤ汚泥負荷に基づいて求められる設計汚泥量より少ない汚泥量として、運転することを特徴としている。

このような凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法によれば、凝集沈殿活性汚泥処理システムの立ち上げ運転にあっては、ＢＯＤ汚泥負荷を低い状態から徐々に上げていく運転方法のため、設計上の種汚泥量（設計汚泥量）では汚泥量が過剰で汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率が小となり、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間を長く要するが、種汚泥量を設計汚泥量より少なくすることで、汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率が大となり、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間が短くなり、早期安定運転が可能となると共に、その短くなった期間の分、無機凝集剤の量を低減できランニングコストを低減できる。なお、設計汚泥量より少ない種汚泥量による処理性能については、システム立ち上げ時（設備立ち上げ時）の流入ＢＯＤ量が少なく、ＢＯＤ汚泥負荷が低い状態なので問題なく、処理過程で増殖していく汚泥を含めて汚泥濃度管理をきちんと行えば良い。

ここで、システム立ち上げ運転時のＢＯＤ汚泥負荷が、設計値の上限である０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日より大きくなるような種汚泥量で運転すれば、設計汚泥量より少ない種汚泥量での運転となり、上記作用・効果を好適に奏することができる。

このように本発明によれば、早期安定運転が可能となると共に、無機凝集剤の量を低減できランニングコストを低減できる。

本発明の実施形態に係る運転方法を採用した凝集沈殿活性汚泥処理システムを示す構成図である。 実施例及び比較例の汚泥沈降性を示す線図である。

以下、本発明による凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る運転方法を採用した凝集沈殿活性汚泥処理システムを示す構成図である。

図１に示すように、凝集沈殿活性汚泥処理システム１００は、有機性排水が導入される曝気槽１、反応槽２、高速凝集沈殿槽３をこの順に接続して備えると共に、高速凝集沈殿槽３と曝気槽１とを接続する汚泥返送ラインＬ１及びこの汚泥返送ラインＬ１から分岐する余剰汚泥排出ラインＬ２を備える。

曝気槽１は、有機性排水を導入し曝気による活性汚泥処理（好気性処理）を行うことで有機成分（ＢＯＤ）を分解するものである。

反応槽２は、曝気槽１からの活性汚泥を含む処理水を導入すると共に、無機凝集剤を添加し、活性汚泥に対して無機凝集剤の金属成分が電気化学的に反応し取り込まれることでフロック（微細フロック）を生成するものである。

無機凝集剤としては、ここでは、硫酸バンドやＰＡＣ等のＡｌ系が用いられているが、例えばＦｅ系の無機凝集剤を用いても良く、要は、活性汚泥と電気化学的に反応し取り込まれる金属成分（ＡｌやＦｅ）を有していれば良い。

高速凝集沈殿槽３は、反応槽２からのフロックを含む処理水を導入すると共に、高分子凝集剤を添加し、この高分子凝集剤の添加によりフロックを粗大化した凝集汚泥（粗大フロック）を生成する。

この高速凝集沈殿槽３は、具体的には、槽３ａ内に直立状態で配設されたミキシングチャンバ３ｂ内に反応槽２からの処理水を導入すると共に、ミキシングチャンバ３ｂ内に高分子凝集剤を添加し、この状態で、ミキシングチャンバ３ｂ内に配設された回転ミキサ（高分子凝集剤攪拌翼）３ｃの回転による撹拌を行うことで、高分子凝集剤とフロックとの接触性を高めてフロックを集合させ粗大化した凝集汚泥を生成すると共に、このミキシングチャンバ３ｂ内の粗大化した凝集汚泥を含む処理水を、水平且つ放射状に延び回転する分配管３ｄから槽３ａ内に均等に分散供給し、槽３ａ内に均等な上昇流を形成することで、粗大化した凝集汚泥を沈降分離させて槽３ａ内底部に濃縮汚泥層を形成する一方で、この濃縮汚泥層の上に、凝集フロック層、上澄みである清澄層を順に形成する。

汚泥返送ラインＬ１は、高速凝集沈殿槽３の濃縮汚泥層の凝集汚泥（濃縮凝集沈殿汚泥）の一部を曝気槽１に返送するためのものであり、余剰汚泥排出ラインＬ２は、システムで余剰となる余剰汚泥を系外に排出するためのものである。

このような凝集沈殿活性汚泥処理システム１００によれば、有機性排水が曝気槽１に導入されて活性汚泥処理され、この曝気槽１からの処理水が反応槽２に導入され無機凝集剤が添加されることでフロックが生成され、この反応槽２からの処理水が高速凝集沈殿槽３に導入され高分子凝集剤が添加されることでフロックを粗大化した凝集汚泥が生成され、この凝集汚泥が槽３ａ内に均等に分散供給されることで、底部から上部に向かって濃縮汚泥層、凝集フロック層、清澄層が順に形成され、濃縮汚泥層の凝集汚泥の一部は汚泥返送ラインＬ１を通して曝気槽１に返送され当該曝気槽１の汚泥濃度が維持される一方で、余剰汚泥は余剰汚泥排出ラインＬ２を通して系外に排出される。

このような凝集沈殿活性汚泥処理システム１００では、以下の式１により曝気槽１に投入する種汚泥量（初期汚泥量）を決定する。

Ｌｓ＝Ｌｆ・Ｑ／（Ｖ・Ｓ） …（式１）
Ｌｓ：ＢＯＤ汚泥負荷（ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日）
Ｌｆ：流入ＢＯＤ濃度（ｋｇ／ｍ^３）
Ｑ：流入排水量（ｍ^３／日）
Ｖ：曝気槽容積（ｍ^３）
Ｓ：ＭＬＳＳ濃度（ｋｇ／ｍ^３）
ここで、分母であるＶ・Ｓは、汚泥量（ｋｇ）を示し、分子であるＬｆ・Ｑは、流入ＢＯＤ量（ｋｇ／日）を示す。

従って、上記式１より種汚泥量（ｋｇ）は、次式で求められる。
種汚泥量＝流入ＢＯＤ量／ＢＯＤ汚泥負荷 …（式２）

式２中のＢＯＤ汚泥負荷の値としては、「下水道施設計画・設計指針と解説 後編２００１年版″日本下水道協会″第４章水処理施設」や、「２００８新・公害防止の技術と法規 水質編Ｉ ３．３生物処理法」等に記載されているように、通常０．２〜０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日を用い、種汚泥量（設計汚泥量）を求める。

ここで、特に本実施形態にあっては、上記式２より求められた設計汚泥量より少ない種汚泥量を、凝集沈殿活性汚泥処理システム１００の立ち上げ運転時に曝気槽１に投入する。

具体的には、システム立ち上げ運転時のＢＯＤ汚泥負荷が、設計上のＢＯＤ汚泥負荷である０．２〜０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日より大きくなるような種汚泥量、すなわち、設計値の上限である０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日より大きくなるような種汚泥量を投入する。

そして、このシステム立ち上げ時では、安定運転の観点による排水処理の常識的な方法を採用し、流入ＢＯＤ量（流入ＢＯＤ濃度や流入排水量）を変えることでＢＯＤ汚泥負荷を低負荷から徐々に上げて運転する。

このようにＢＯＤ汚泥負荷を低い状態から徐々に上げていく運転では、設計上の種汚泥量（流入ＢＯＤ量及びＢＯＤ汚泥負荷に基づいて求められる設計汚泥量であって上記式２より求められる設計汚泥量）では汚泥量が過剰で汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率（金属成分濃度）が小となり、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間を長く要するが、本実施形態では、種汚泥量を、流入ＢＯＤ量及びＢＯＤ汚泥負荷に基づいて求められる設計汚泥量より少なくしているため、汚泥中の無機凝集剤由来の金属比率が大となり、取り込まれる金属の比率が平衡値に達するまでの期間が短くなり、早期安定運転が可能となると共に、その短くなった期間の分、無機凝集剤の量を低減できランニングコストを低減できる。なお、設計汚泥量より少ない種汚泥量による処理性能については、システム立ち上げ時の流入ＢＯＤ量が少なく、ＢＯＤ汚泥負荷が低い状態なので問題なく、処理過程で増殖していく汚泥を含めて汚泥濃度管理をきちんと行えば良い。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、無機凝集剤を反応槽２に添加しているが、反応槽２を設けずに、曝気槽１からの処理水を高速凝集沈殿槽３へ供給するラインに添加しても良く、また、高速凝集沈殿槽３のミキシングチャンバ３ｂ内に添加するようにしても良い。

また、上記実施形態においては、曝気槽１からの処理水に無機凝集剤を添加し、さらに高分子凝集剤を添加してフロックを粗大化する凝集沈殿活性汚泥処理システムに対する適用を述べているが、少なくとも金属成分含有の無機凝集剤を添加する凝集沈殿活性汚泥処理システムに対して適用できる。

また、上記実施形態においては、特に好ましいとして高速凝集沈殿槽３を用いた例を述べているが、通常の重力沈降による沈殿槽（沈殿池）を用いた凝集沈殿活性汚泥処理システムに対しても適用できる。

以下、上記効果を確認すべく、本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。結果は図２に示す。

（実施例及び比較例）
プラスチック製容器に入れた約１０Ｌの活性汚泥に、毎日、ＢＯＤ源と硫酸バンド（無機凝集剤）を添加、ｐＨ調整しながら連続撹拌し、汚泥沈降性を示す指標であるＳＶ（Sludge Volume）の変化を測定した。

種汚泥量は、設計流入ＢＯＤ量（Ｌｆ・Ｑ）に対して、以下のＢＯＤ汚泥負荷に該当する量とした。すなわち、比較例では、設計汚泥量（設計ＢＯＤ汚泥負荷＝０．２〜０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日）とし、実施例では、当該設計汚泥量より少ない量とした。

具体的には、比較例では、ＢＯＤ汚泥負荷を設計値の上限である０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日とし、種汚泥濃度を５０００ｍｇ／Ｌとすることで、種汚泥量を５０ｇとした。一方、実施例では、ＢＯＤ汚泥負荷を設計値を超える０．６ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日とし、種汚泥濃度を３３００ｍｇ／Ｌとすることで、種汚泥量を比較例より少ない３３ｇとした。

そして、実際のシステム立ち上げ状況を考慮し、処理水質を確認しながら、実際のシステム立ち上げ運転時と同様に、ＢＯＤ汚泥負荷を、実施例及び比較例ともに低負荷から徐々に上げて運転した。

具体的には、流入ＢＯＤ濃度を変えることで、比較例のＢＯＤ汚泥負荷を以下のように変えた。実施例については、比較例と同量のＢＯＤ量を投入した。
１〜５日目迄：０．１ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日
６〜１０日目迄：０．２ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日
１１〜２０日目迄：０．３ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日
２１日目以降：０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日（設計上限値）

また、余剰汚泥の引き抜きは、以下の通りとした。すなわち、比較例では、ＭＬＳＳ濃度が５０００ｍｇ／Ｌになるように毎日引き抜き、実施例では、ＭＬＳＳ濃度が５０００ｍｇ／Ｌになる迄は引き抜かず、それ以降は比較例と同じ濃度である５０００ｍｇ／Ｌになるように毎日引き抜いた。

図２は、実施例及び比較例の汚泥沈降性を示す線図であり、縦軸のＳＶは沈降汚泥の占める割合（％）である。例えば１Ｌのメスシリンダーの半分に活性汚泥が沈降すれば、ＳＶ５０％となる。

図中の２点鎖線は初期の結果を示し、点線は比較例の結果を示し、実線は実施例の結果を示す。具体的には、初期の□印は１日目のサンプルを示し、比較例の△印は２１日目のサンプルを示し、比較例の×印は３０日目のサンプルを示し、実施例の○印は２１日目のサンプルを示し、実施例の●印は３０日目のサンプルを示す。

図２により明らかなように、○印で示す実施例の２１日目のサンプルの汚泥沈降性（ＳＶ）は、□印で示す１日目のサンプルの汚泥沈降性や△印で示す比較例の２１日目のサンプルの汚泥沈降性に比して著しく向上し、×印で示す比較例の３０日目（○印より９日経過）の汚泥沈降性とほぼ同等の結果であった。

すなわち、システム立ち上げ運転時の種汚泥量を設計汚泥量より少ない汚泥量で運転する実施例の方が、設計汚泥量で運転する比較例に比して、汚泥沈降性が早期に安定し、早期安定運転が可能になると共に、その短くなった期間の分、無機凝集剤の量を低減できることが確認された。

因みに、図２に示すように、汚泥沈降性は、同一の沈降時間にあっては、●印で示す実施例の３０日目、×印で示す比較例の３０日目、○印で示す実施例の２１日目、△印で示す比較例の２１日目の順に優れる傾向にあるというのが分かる。

１…曝気槽、２…反応槽、３…高速凝集沈殿槽、１００…凝集沈殿活性汚泥処理システム、Ｌ１…汚泥返送ライン。

Claims (2)

1. 有機性排水を曝気槽に導入して活性汚泥処理し、前記曝気槽からの処理水に無機凝集剤を添加し、前記無機凝集剤の添加により凝集した凝集汚泥を沈降分離し、沈降分離した汚泥の一部を前記曝気槽に返送する凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法であって、
   システム立ち上げ運転時の種汚泥量を、流入ＢＯＤ量及びＢＯＤ汚泥負荷に基づいて求められる設計汚泥量より少ない汚泥量として、運転することを特徴とする凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法。
2. 前記システム立ち上げ運転時のＢＯＤ汚泥負荷が、０．４ｋｇＢＯＤ／ｋｇＭＬＳＳ／日より大きくなるような種汚泥量で運転することを特徴とする請求項１記載の凝集沈殿活性汚泥処理システムの運転方法。

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