JP2013188643A - 凝集沈殿活性汚泥処理システム及び凝集沈殿活性汚泥処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】早期安定運転を可能とし且つ凝集剤の量を低減しランニングコストを低減する。
【解決手段】沈殿槽３からの返送汚泥である金属成分含有一次凝集汚泥の一部に第２の無機凝集剤を添加して第２の無機凝集剤の金属成分と金属成分含有一次凝集汚泥との電気化学的反応により、金属成分含有一次凝集汚泥より金属比率が高い金属成分含有二次凝集汚泥を生成し、この金属成分含有二次凝集汚泥を、生物反応槽１より下流、且つ、沈殿槽３を含む上流の間に戻し、このように金属成分含有凝集汚泥の一部を生物反応槽１に戻すことなく第２の無機凝集剤の金属成分との電気化学的反応に供しこれを繰り返すことで、返送汚泥の全部を生物反応槽１に戻すものに比して、汚泥への金属成分蓄積を効率的に進行させ、金属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及び凝集沈殿活性汚泥処理方法に関する。

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て上澄水を得ると共に、沈降汚泥の一部を、曝気槽での汚泥濃度を所定に維持すべく返送する活性汚泥処理システムが広く知られているが、このシステムでは汚泥沈降性が悪化する場合がある。

そこで、以下の特許文献１に記載のシステムのように、有機性排水を、活性汚泥を有する生物反応槽に導入して生物学的処理し、この生物反応槽からの処理水に無機凝集剤を添加し、この無機凝集剤を添加した処理水を沈殿槽に導入して高分子凝集剤を添加し、このように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粗大化させ、汚泥沈降性を高める技術が知られている。

そして、このような技術によれば、汚泥沈降性が向上する結果、上澄水へのＳＳの混入が抑制されて処理水質が向上され、安定運転が可能となる。

特開平１１−１５６３６８号公報

しかしながら、上記のような所謂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及び凝集沈殿活性汚泥処理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（生物反応槽）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、具体的には、無機凝集剤の金属成分（＋電荷）と活性汚泥（−電荷）とが電気化学的に反応することでフロック（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、前述したように、活性汚泥への無機凝集剤由来の金属成分蓄積のメカニズムは、無機凝集剤の金属成分（＋電荷）と活性汚泥（−電荷）とが電気化学的に反応し、これを繰り返すことと考えられる。すなわち、（１）無機凝集剤の金属成分（＋電荷）と活性汚泥（−電荷）との電気化学的反応により金属成分含有一次凝集汚泥が生成し、（２）金属成分含有一次凝集汚泥と無機凝集剤の金属成分との電気化学的反応により金属成分含有二次凝集汚泥が生成し（金属比率は、金属成分含有二次凝集汚泥＞金属成分含有一次凝集汚泥）、（３）上記（２）を繰り返すことにより金属成分蓄積が進行すると考えられる。

従って、金属成分含有凝集汚泥を効率的に無機凝集剤の金属成分と電気化学的に反応させることができれば、汚泥への金属成分蓄積が効率的に進行し、金属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は、活性汚泥を有し導入される有機性排水を生物学的処理する生物反応槽と、生物反応槽からの処理水に第１の無機凝集剤を添加する第１の無機凝集剤添加手段と、第１の無機凝集剤が添加された処理水を導入し凝集汚泥を沈降分離する沈殿槽と、沈殿槽で沈降分離した汚泥の一部を生物反応槽に返送汚泥として返送する返送ラインと、返送汚泥の一部に第２の無機凝集剤を添加する第２の無機凝集剤添加手段と、第２の無機凝集剤が添加された汚泥を、生物反応槽より下流、且つ、沈殿槽を含む上流の間に戻す戻しラインと、を備えたことを特徴としている。

また、本発明による凝集沈殿活性汚泥処理方法は、有機性排水を、活性汚泥を有する生物反応槽に導入して生物学的処理し、生物反応槽からの処理水に第１の無機凝集剤を添加し、この第１の無機凝集剤を添加した処理水を沈殿槽に導入して凝集汚泥を沈降分離し、この沈降分離した汚泥の一部を生物反応槽に返送汚泥として返送する一方で、返送汚泥の一部に第２の無機凝集剤を添加し、この第２の無機凝集剤を添加した汚泥を、生物反応槽より下流、且つ、沈殿槽を含む上流の間に戻す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及び凝集沈殿活性汚泥処理方法によれば、有機性排水が、活性汚泥を有する生物反応槽に導入されて生物学的処理され、この生物反応槽からの処理水に第１の無機凝集剤が添加されて第１の無機凝集剤の金属成分と活性汚泥との電気化学的反応により金属成分含有一次凝集汚泥が生成され、この金属成分含有一次凝集汚泥を含む処理水が沈殿槽に導入されて金属成分含有一次凝集汚泥が沈降分離され、この沈降分離した金属成分含有一次凝集汚泥の一部が生物反応槽に返送汚泥として返送される一方で、沈殿槽からの返送汚泥の一部に第２の無機凝集剤が添加されて第２の無機凝集剤の金属成分と金属成分含有一次凝集汚泥との電気化学的反応により、金属成分含有一次凝集汚泥より金属比率が高い金属成分含有二次凝集汚泥が生成され、この金属成分含有二次凝集汚泥が、生物反応槽より下流、且つ、沈殿槽を含む上流の間に戻される。このように金属成分含有凝集汚泥の一部が生物反応槽に戻されることなく第２の無機凝集剤の金属成分との電気化学的反応に供されてこれを繰り返すため、返送汚泥の全部を生物反応槽に戻すものに比して、汚泥への金属成分蓄積が効率的に進行する。このため、金属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。

ここで、生物反応槽より下流、且つ、沈殿槽より上流の間に設けられ、生物反応槽からの処理水を導入すると共に、第１の無機凝集剤添加手段からの第１の無機凝集剤が添加される第１の反応槽と、返送汚泥の一部を導入すると共に、第２の無機凝集剤添加手段からの第２の無機凝集剤が添加される第２の反応槽と、を備え、第２の反応槽に戻しラインが接続され、第２の無機凝集剤が添加された汚泥が第１の反応槽に戻される構成であると、各反応槽にあっては、処理水や汚泥を収容しながら無機凝集剤がそれぞれ添加されて混合されるため、汚泥と無機凝集剤の金属成分との電気化学的反応が一層効率的に行われ、金属比率が平衡値に達するまでの期間が一層短くなると共に、その短くなった期間の分、無機凝集剤の量を一層低減できる。

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凝集沈殿活性汚泥処理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。

以下、本発明による凝集沈殿活性汚泥処理方法を採用した凝集沈殿活性汚泥処理システム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凝集沈殿活性汚泥処理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、第１の反応槽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。また、特に本実施形態の凝集沈殿活性汚泥処理システム１００は、汚泥返送ラインＬ１から分岐する分岐ラインＬ３、この分岐ラインＬ３に接続される第２の反応槽６、この第２の反応槽６と第１の反応槽２を接続する戻しラインＬ４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。

第１の反応槽２は、曝気槽１からの活性汚泥を含む処理水をラインＬ５を通して導入すると共に、第１の無機凝集剤添加手段４により第１の無機凝集剤が添加され、これらを例えば撹拌等により混合することで、活性汚泥に対して第１の無機凝集剤の金属成分を電気化学的に反応させてフロックを生成する。

ここでは、第１の無機凝集剤、後述の第２の無機凝集剤として、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反応する金属成分（ＡｌやＦｅ）を有していれば良い。

高速凝集沈殿槽３は、第１の反応槽２からのフロックを含む処理水をラインＬ６を通して導入すると共に高分子凝集剤が添加され、フロックを粗大化した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内に第１の反応槽２からのフロックを含む処理水を導入すると共に、ミキシングチャンバ３ｂ内に高分子凝集剤添加手段５により高分子凝集剤が添加され、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粗大フロックを生成すると共に、このミキシングチャンバ３ｂ内の粗大フロックを含む処理水を、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、粗大フロック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である金属成分含有凝集汚泥の一部を返送汚泥として曝気槽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り、分岐ラインＬ３は、汚泥返送ラインＬ１から分岐し、返送汚泥の一部を分流するためのものである。

第２の反応槽６は、分岐ラインＬ３からの返送汚泥の一部である金属成分含有凝集汚泥を導入すると共に、第２の無機凝集剤添加手段７により第２の無機凝集剤が添加され、これらを例えば撹拌等により混合することで、金属成分含有凝集汚泥に対して第２の無機凝集剤の金属成分を電気化学的に反応させて金属比率を高めた金属成分含有凝集汚泥を生成する。

戻しラインＬ４は、第２の反応槽６からの金属比率を高めた金属成分含有凝集汚泥を第１の反応槽２に戻すためのものである。そして、これらの第１の反応槽２、ラインＬ６、高速凝集沈殿槽３、汚泥返送ラインＬ１、分岐ラインＬ３、第２の反応槽６及び戻しラインＬ４により、金属成分含有凝集汚泥に無機凝集剤が添加されながら循環する循環経路が形成される。

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からの活性汚泥を含む処理水が第１の反応槽２に導入され第１の無機凝集剤が添加されることで、活性汚泥と第１の無機凝集剤の金属成分が電気化学的に反応しフロックである金属成分含有一次凝集汚泥が生成され、この第１の反応槽２からの金属成分含有一次凝集汚泥を含む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、粗大化した金属成分含有一次凝集汚泥が生成され、この金属成分含有一次凝集汚泥が槽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、濃縮汚泥層の金属成分含有一次凝集汚泥の一部は返送汚泥として汚泥返送ライン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。

また、高速凝集沈殿槽３からの返送汚泥の一部（ここでは、例えば返送汚泥量の１／２）は、第２の反応槽６に導入され第２の無機凝集剤が添加されることで、金属成分含有一次凝集汚泥と第２の無機凝集剤の金属成分が電気化学的に反応し、金属成分含有一次凝集汚泥より金属比率が高い金属成分含有二次凝集汚泥が生成され、この第２の反応槽６からの金属成分含有二次凝集汚泥が第１の反応槽２に戻されて、さらに第１の無機凝集剤が添加され、このように金属成分含有凝集汚泥に対する第１、第２の無機凝集剤の添加が繰り返される。

このように、本実施形態においては、沈殿槽３からの返送汚泥である金属成分含有一次凝集汚泥の一部に第２の無機凝集剤を添加して第２の無機凝集剤の金属成分と金属成分含有一次凝集汚泥との電気化学的反応により、金属成分含有一次凝集汚泥より金属比率が高い金属成分含有二次凝集汚泥を生成し、この金属成分含有二次凝集汚泥を第１の反応槽２に戻し、このように金属成分含有一次凝集汚泥の一部を、曝気槽１に戻すことなく第２の無機凝集剤の金属成分との電気化学的反応に供しこれを繰り返すようにしているため、返送汚泥の全部を曝気槽１に戻すものに比して、汚泥への金属成分蓄積が効率的に進行する。従って、金属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。

因みに、返送汚泥である金属成分含有一次凝集汚泥の一部を第２の反応槽６に供することなく、全部曝気槽１に返送すると、当該曝気槽１で、金属成分含有凝集汚泥が、金属成分を含まない汚泥（未反応分＋ＢＯＤ成分分解による増殖汚泥）と混合・希釈されてしまい、金属成分含有二次凝集汚泥の生成反応の効率が悪化し、汚泥への無機凝集剤の金属成分蓄積に時間を要してしまうことになる。

なお、高速凝集沈殿槽３での汚泥沈降性が悪いときには、上述のように、第２の反応槽６へ返送汚泥の一部を供給し、汚泥沈降性が良好のときには、返送汚泥の全量を曝気槽１へ返送するようにしても良い。

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、金属成分含有二次凝集汚泥をさらに効率的に無機凝集剤の金属成分と電気化学的反応させるべく、第１の反応槽２に戻すようにしているが、曝気槽１の処理水を第１の反応槽２へ供給するラインＬ５、又は、第１の反応槽２の処理水を高速凝集沈殿槽３へ供給するラインＬ６、又は、高速凝集沈殿槽３の例えばミキシングチャンバ３ｂ内等に戻すようにしても良い。すなわち、金属成分含有二次凝集汚泥を、生物反応槽である曝気槽１より下流、且つ、高速凝集沈殿槽３を含む上流の間に戻せば良い。

また、上記実施形態においては、特に好ましいとして、第１の反応槽２を設け当該第１の反応槽２に第１の無機凝集剤を添加しているが、第１の反応槽２を設けずに、曝気槽１の処理水を高速凝集沈殿槽３へ供給するラインＬ５，Ｌ６に第１の無機凝集剤を添加しても良い。この場合には、第１の反応槽２に戻していた金属成分含有二次凝集汚泥は、曝気槽１の処理水を高速凝集沈殿槽３へ供給するラインＬ５，Ｌ６、又は、高速凝集沈殿槽３の例えばミキシングチャンバ３ｂ内等に戻すことになる。

また、上記実施形態においては、第２の無機凝集剤を、第２の反応槽６に添加しているが、第２の反応槽６を設けずに、返送汚泥の一部を流すラインＬ３，Ｌ４に添加し、この第２の無機凝集剤を添加した汚泥を、曝気槽１より下流、且つ、高速凝集沈殿槽３を含む上流の間に戻すようにしても良い。

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を用いているが、通常の重力沈降による沈殿槽（沈殿池）を用いることもできる。

また、上記実施形態においては、第１の無機凝集剤の添加後に、さらに高分子凝集剤を添加し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、生物学的処理する生物反応槽を曝気槽１としているが、例えば硝化・脱窒槽とすることもできる。

１…曝気槽（生物反応槽）、２…第１の反応槽、３…高速凝集沈殿槽（沈殿槽）、４…第１の無機凝集剤添加手段、６…第２の反応槽、７…第２の無機凝集剤添加手段、１００…凝集沈殿活性汚泥処理システム、Ｌ１…返送ライン、Ｌ３…分岐ライン、Ｌ４…戻しライン。

Claims (3)

1. 活性汚泥を有し導入される有機性排水を生物学的処理する生物反応槽と、
   前記生物反応槽からの処理水に第１の無機凝集剤を添加する第１の無機凝集剤添加手段と、
   前記第１の無機凝集剤が添加された処理水を導入し凝集汚泥を沈降分離する沈殿槽と、
   前記沈殿槽で沈降分離した汚泥の一部を前記生物反応槽に返送汚泥として返送する返送ラインと、
   前記返送汚泥の一部に第２の無機凝集剤を添加する第２の無機凝集剤添加手段と、
   前記第２の無機凝集剤が添加された汚泥を、前記生物反応槽より下流、且つ、前記沈殿槽を含む上流の間に戻す戻しラインと、を備えたことを特徴とする凝集沈殿活性汚泥処理システム。
2. 前記生物反応槽より下流、且つ、前記沈殿槽より上流の間に設けられ、前記生物反応槽からの処理水を導入すると共に、前記第１の無機凝集剤添加手段からの前記第１の無機凝集剤が添加される第１の反応槽と、
   前記返送汚泥の一部を導入すると共に、前記第２の無機凝集剤添加手段からの前記第２の無機凝集剤が添加される第２の反応槽と、を備え、
   前記第２の反応槽に前記戻しラインが接続され、前記第２の無機凝集剤が添加された汚泥が前記第１の反応槽に戻され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。
3. 有機性排水を、活性汚泥を有する生物反応槽に導入して生物学的処理し、前記生物反応槽からの処理水に第１の無機凝集剤を添加し、この第１の無機凝集剤を添加した処理水を沈殿槽に導入して凝集汚泥を沈降分離し、この沈降分離した汚泥の一部を前記生物反応槽に返送汚泥として返送する一方で、
   前記返送汚泥の一部に第２の無機凝集剤を添加し、この第２の無機凝集剤を添加した汚泥を、前記生物反応槽より下流、且つ、前記沈殿槽を含む上流の間に戻すことを特徴とする凝集沈殿活性汚泥処理方法。

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