JP2013236996A - 水処理プロセス - Google Patents

Abstract

【課題】設置面積が小さく、使用する活性汚泥担体を、種類により混在なく、それぞれ独立して使用して、増殖させる菌に対して望ましい環境を実現できる、活性汚泥（微生物群）により有機物に加えて窒素とリンを除去するための装置を提供する。
【解決手段】嫌気槽１、無酸素槽４及び好気槽２を備え、前記嫌気槽及び前記無酸素槽内に第一の含活性汚泥担体２１が収容されており、第一の含活性汚泥担体が被処理水と共に、前記嫌気槽から前記無酸素槽に流れる流路及び前記無酸素槽から前記嫌気槽に流れる流路を備えること、前記好気槽は、第二の含活性汚泥担体２２が収納されているものであること、前記好気槽は好気槽フィルタ１２を備えて、前記好気槽フィルタは、前記第二の含活性汚泥担体を前記好気槽内に滞留させるように通過させないものであると共に、被処理水を前記無酸素槽に向けて流出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、活性汚泥担体を用いた生物処理による水処理プロセスに関する。

下水処理場をはじめとする水処理プラントにおいて、処理水質の向上目的として高度処理が導入されている。高度処理とは、活性汚泥（微生物群）により、有機物に加えて窒素とリンも除去する生物処理プロセスである。窒素は、好気槽と無酸素槽の組合せで除去する。

好気槽は、O₂が供給される槽で、硝化菌によりアンモニア性窒素（NH₄-N）等を硝酸性窒素（NO₃-N）（または亜硝酸性窒素：NO₂-N）まで酸化する。無酸素槽は、NO₃-Nが存在してO₂が存在しない槽で、脱窒菌によりNO₃-NがN₂まで還元され、窒素は大気中に放出（脱窒）される。

一方、リンは、嫌気槽と好気槽の組み合わせで除去する。嫌気槽は、分子状酸素（O₂、NO₃ ^-またはNO₂ ^-)が存在しない槽で、リン蓄積細菌（PAO）が有機物を取り込み、リン酸態リン(PO₄-P)を放出する。好気槽では、PAOは、体内に取り込んだ有機物由来のエネルギーを用いて、PO₄-Pを摂取する。ここで、PAOは、有機物由来のエネルギーを利用することにより、嫌気槽で放出した以上のリン酸を取り込むことができる。そして、増殖したPAOを含む微生物を系外に余剰汚泥として除去することにより、リンを除去（脱リン）することができる。

窒素とリンの両方を除去するプロセスとして、例えば嫌気無酸素好気法（A₂O法）がある。このA₂O法では、上流側から嫌気槽、無酸素槽、好気槽の順に配置され、好気槽での処理水の一部が無酸素槽へ循環ポンプにより循環される。無酸素槽では脱窒が進行し、好気槽ではリンが摂取され、窒素とリンが除去される。好気槽の後段には最終沈殿池が設置され、活性汚泥と上澄み液を沈降分離し、上澄み液を処理水として系外に放流する。沈降した活性汚泥は返送ポンプにより嫌気槽へと返送され、再度一連の生物処理に利用される。

上述の高度処理は、複数の機能をもつ生物反応槽と、浮遊する活性汚泥を沈降分離する沈澱池が必要となるため、設置面積が大きくなり、環境に与える負荷が大きくなるといった課題がある。そこで、設置面積を小さくする方策として、活性汚泥担体の利用がある。活性汚泥担体の大きさは、数mm角程度のスポンジもしくはゲル状物質で、活性汚泥を表面に付着もしくは内部に包含する。活性汚泥を含む担体（以下「含活性汚泥担体」という。）では、周囲の環境によって優先的に活性化して増殖する菌の種類が変化する。

特許文献１では、含活性汚泥担体に相当する微生物付着担体は、主として好気槽に相当する曝気層に導入され、脱窒に関わる好気処理を短時間化している。硝化菌は、その増殖速度が他の細菌と比較して小さいが、含活性汚泥担体を好気槽に導入すると共に好気槽外への流出を網等のフィルタで妨げて好気槽内に滞留させることにより、活性汚泥担体中に留まって高濃度化し、硝化反応に必要な時間を短縮する。ゆえに、好気槽の必要とされる容量は、小さくて済むようになる。

脱リンへの活性汚泥担体活用は、現在のところ研究段階にあって実用化されていない。リンは、これを活性汚泥に摂取することにより、溶液中から除去される。そのため、最終的にはリンを含む余剰汚泥を系外に排出する必要があるが、この余剰汚泥に製造コストがかかる含活性汚泥担体を含まれてしまうことが、実用化の妨げとなっている。

しかし、液中の溶存態リンを除去する吸着剤の研究開発が進んだことから、非特許文献１では、リン蓄積細菌（PAO）を固定化した活性汚泥担体を活用するリン回収プロセスが提案されている。このプロセスでは、PAOを固定化した活性汚泥担体は、好気槽でリンを取り込み、リン放出槽でリンを放出し、液中に放出されたリンは、リン吸着塔の吸着剤により分離・回収される。そのため、活性汚泥担体を系外に排出する必要がない。そして、窒素除去は、浮遊する活性汚泥を、好気槽と無酸素槽に循環させることで実施する。好気槽の後段には浮遊する活性汚泥を分離するための沈殿池が設置される。

他の活性汚泥担体活用プロセスとして、非特許文献２は、脱窒性リン蓄積菌（DPAO）を活用した外部硝化嫌気無酸素法（A₂N法またはDEPHANOX法）を記載している。この方法によれば、流入下水は、嫌気槽、好気槽、無酸素槽および最終沈殿池を経て、処理水として排出されるが、嫌気槽の後段に内部（中間）沈殿池を設けて、その上澄み液は、含活性汚泥担体が導入された好気槽へ送られ、溶存態窒素が硝化（NO₃ ^-に酸化）され、フィルタで含活性汚泥担体と分離された硝化液は、無酸素槽へと送られる。また、内部（中間）沈殿池で沈降した活性汚泥は無酸素槽へ直接送られる。無酸素槽の後段には、脱窒気泡を抱き込んで浮上する活性汚泥から気泡を除去するために短時間大気に暴露される好気槽（A₂N法としては必須ではない）を設けてもよい。そして、最終沈殿池では活性汚泥が沈降分離され、分離された活性汚泥は嫌気槽へと返送される。

下水処理では、一般に好気槽に空気を吹き込むブロワまたは好気槽の処理水の一部を循環する循環ポンプを電力により駆動する必要があるが、DPAOは、O₂の代わりに電子受容体としてNO₃ ^-を利用してリンを取り込む、すなわち酸素の供給なしに、脱リン（リン取り込み）と脱窒（NO₃ ^-→N₂）を同時に実施できるため、ブロワの消費電力を低減することができる。また、菌体内に蓄積された有機物で脱窒するため、A₂O法のように脱窒反応のために有機物が豊富な上流の無酸素槽へ下流の好気槽から活性汚泥を循環させる必要がない。これにより循環ポンプの消費電力も不要となる。

A₂N法では、上記の理由から消費電力は低減される。また、好気槽の活性汚泥と、嫌気槽と無酸素槽を循環する活性汚泥とが、互いに分離されていることを特徴とするものであり、無酸素槽の活性汚泥は好気条件に暴露されない（または暴露時間が短い）。これによりDPAOの活性が高まり、従来のPAOの代替が可能である。

特開平８−２２４５８８号公報

日本下水道事業団ホームページ、http://www.jswa.go.jp/gesuidou_jigyou/gyomushien_menu/pdf/4-3-16.pdf 常田 聡外、脱窒性リン蓄積細菌を利用した下水処理技術およびリン資源回収の可能性、環境バイオテクノロジー学会誌、Vol.4，No.2，pp. 92-95 (2005)

前述のとおり、脱窒・脱リンを実施する高度処理は、複数の機能をもつ生物反応槽と、清澄な処理水を得るために浮遊する活性汚泥を十分に沈降させる最終沈澱池が必要となるため、設置面積が大きくなるという課題があった。そこで、特許文献１では、含活性汚泥担体を用いることで好気槽の容量を低減できるが、浮遊活性汚泥との組合せのため最終沈殿池の設置面積は大きくなるという課題があった。

非特許文献１では、PAOを用いた活性汚泥担体を用いることで、嫌気槽の容量を小さく出来る可能性はあるが、特許文献１と同様に浮遊活性汚泥との組合せのため最終沈殿池の設置面積は大きくなるという課題があった。

また、硝化菌の含活性汚泥担体とPAOの含活性汚泥担体を組み合わせることで、目の粗いフィルタによって分離可能な含活性汚泥担体のみを用いるプロセスとすることも考えられるが、好気槽においてこれらの含活性汚泥担体が混在する。含活性汚泥担体は、周囲の環境により優先的に活性化して増殖する菌の種類が変化するため、それぞれの活性汚泥担体は、それぞれのプロセスで独立して活用することが望ましい。しかし、好気槽で混在すると分離が困難となるという課題があった。

非特許文献２では、消費電力を低減するための下水処理プロセスで硝化菌担体を活用するが、設置面積の観点からは最終沈殿池に加えて中間沈殿池も必要となるので装置が大型化して設置面積が一層大きくなるという課題であった。

上記の諸課題を解決するために、本発明に係る水処理装置は、生物反応槽である嫌気槽および無酸素槽を備えて、被処理水に含まれる窒素およびリンを除去するための水処理装置であって、前記嫌気槽および無酸素槽内に第一の含活性汚泥担体が収容されており、前記第一の含活性汚泥担体が前記被処理水と共に、前記嫌気槽から無酸素槽に流れる流路および前記無酸素槽から前記嫌気槽に流れる流路を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る水処理方法は、生物反応槽である嫌気槽および無酸素槽内に収容された第一の含活性汚泥担体を用いて、被処理水に含まれる窒素およびリンを除去するための水処理方法であって、前記第一の含活性汚泥担体が前記被処理水と共に、前記嫌気槽および無酸素槽の間を循環して流れるステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、活性汚泥により窒素とリンを除去する高度処理のための装置の設置面積を小さくできる。また、使用する含活性汚泥担体を、種類により混在することなく、それぞれ独立して使用できるので、増殖させる菌に対して望ましい環境を容易に実現して、利用する菌を集積・濃縮できるため、生物反応に必要な滞留時間を短くすることができる。その結果、生物反応槽の容量を小さくすることができる。

本発明に係る実施例１の水処理装置の構成を示す。 本発明に係る実施例２の水処理装置の構成を示す。 本発明に係る実施例３の水処理装置の構成を示す。

本発明を実施するための形態である各実施例について、図面を参照して、以下、説明する。

［実施例１］
図１は、本発明に係る実施例１の水処理装置の構成を示す。ここで、嫌気槽1は、嫌気槽フィルタ11とリン回収部10を通じて好気槽2と連通し、かつ移送ポンプ3を通じて無酸素槽4と連通する。好気槽2には好気槽フィルタ12、散気部5および空気を供給するブロワ6が設置されている。無酸素槽4には、無酸素槽フィルタ14が設置され、無酸素槽4と嫌気槽1は、返送ポンプ7を通じて連通する。嫌気槽1と無酸素槽4は、被処理水で満たされ、第一の含活性汚泥担体21が投入されている。好気槽2は、被処理水で満たされ、第二の含活性汚泥担体22が投入されている。

下水100は、嫌気槽1に流入し、嫌気槽フィルタ11により被処理水と第一の含活性汚泥担体21が分離され、被処理水の一部のみが通過してリン回収部10を通じて好気槽2に流入する。好気槽2では好気槽フィルタ12により被処理水と第二の含活性汚泥担体22が分離され、被処理水のみが通過して無酸素槽4に流入する。

一方、嫌気槽1の第一の含活性汚泥担体21と被処理水の一部の混合体は、移送ポンプ3により無酸素槽4に移送される。無酸素槽4では無酸素槽フィルタ14により被処理水と第一の含活性汚泥担体21が分離され、被処理水の一部のみが通過して処理水101として系外に排出される。第一の含活性汚泥担体21と被処理水の一部の混合体は、返送ポンプ7により嫌気槽1に返送される。

実施例１の含活性汚泥担体は、周囲の被処理水等の環境に応じて担体内部の菌体構成が変化する。都市下水のような生活廃水を含む廃水を処理する場合、下水100には有機物と窒素（主にNH₄-N）とリンが混合している。嫌気槽1と無酸素槽4を循環する第一の含活性汚泥担体21は、酸素に曝される時間が短いため、通常の活性汚泥で活性化しているリン蓄積菌（PAO）の代わりに、脱窒性リン蓄積菌（DPAO）が活性化する。また、嫌気槽1において有機物が菌体に取り込まれた結果、好気槽2の第二の含活性汚泥担体22は、NH₄-Nが多く、有機物の少ない被処理水を好気的に処理するため、硝化菌の含有率が高まる。

有機物、窒素、リンの除去プロセスは、従来の外部硝化嫌気無酸素法（A₂N法またはDEPHANOX法）と同様に、有機物は、主に嫌気槽1において第一の含活性汚泥担体21に取り込まれ、無酸素槽4における脱窒（NO₃ →N₂）とリン酸態リン(PO₄-P)の（摂取）取り込みにより、有機物由来のエネルギーが消費される。実施例１において嫌気槽1と好気槽2の間に設置されたリン回収部10は、リンを回収して系外に除去する。ここでは、リン回収部10は、リン吸着剤を充填したリン吸着塔として実現されている。嫌気槽1ではPO₄-Pが放出されるため、被処理水の溶存態リン濃度が高濃度となり、この被処理水をリン吸着塔に通すと、リン吸着剤が液中の溶存態リンを吸着、回収する。プロセス全体で見ると、第一の含活性汚泥担体21は、下水100に含まれるリンをリン回収部10へと流入する被処理水に濃縮する役割を担う。

以上の構成で、浮遊活性汚泥を用いることなく窒素とリンを除去する高度処理を実施できる。含活性汚泥担体を用いることで利用する菌を集積・濃縮できるため、生物反応に必要な滞留時間を短くすることができる。その結果、従来の高度処理と比較して、生物反応槽の容量を小さくすることができる。また、目の粗いフィルタでろ過できる含活性汚泥担体のみによる水処理のため、浮遊活性汚泥の濃度は極めて小さくなり、沈降分離のための沈殿池を省略するか、もしくはその設置面積を低減することができる。

なお、図１に示した例では、第一の含活性汚泥担体21に加えて第二の含活性汚泥担体22を用いたが、第二の含活性汚泥担体22の代わりに浮遊活性汚泥を好気槽2とその後段の中間沈殿池に用いるようにしてもよい。その場合、最終沈殿池を省略することができないが、嫌気槽1と無酸素槽4の容量は、第一の含活性汚泥担体21を利用することで、小さくすることができる。

実施例１の無酸素槽4では、第一の含活性汚泥担体21の周囲にNO₃ ^-が存在する。下水100の水質や好気槽2での硝化の程度等の運転条件にもよるが、一般的な都市下水では、無酸素槽4の初期NO₃ ^-濃度は10mgN/L以上となる。従来のリン蓄積細菌（PAO）を固定化した担体による脱リン過程では、周囲にO₂が存在する好気槽でPO₄-Pを取り込むが、O₂濃度は一般的には数mgO₂/L程度と小さいため、担体表面しか作用しない場合がある。これと比較して、実施例１における無酸素槽4では、NO₃ ^-濃度が大きく、担体内部により深く作用するため、リン酸態リン（PO₄-P）摂取効果が大きくなる。

なお、図１に示した例では、移送ポンプ3で被処理水の一部を移送したが、移送ポンプ3を用いずに重力により移送するようにしてもよい。

実施例１では、無酸素槽4から無酸素槽フィルタ14を通じて処理水101を系外に排出する。さらに清澄な処理水を得るため、膜ろ過を利用してもよい。この場合の膜は、図１に示す例では無酸素槽4に浸漬しているが、これを、処理水101の貯留槽に浸漬するようにしてもよい。

リン回収部10を用いずに連続して処理すると、第一の含活性汚泥担体21で放出・摂取されるPO₄-Pの量の増大が続き飽和に達する。実施例１では、リン回収部10に連続的に被処理水を流通させたが、リン回収部10で連続してPO₄-Pを回収する代わりに、リン回収部10をバイパスする流路を併設して、嫌気槽1で放出されるPO₄-Pの濃度がある程度大きくなった場合にのみ、被処理水をリン回収部10に流通させるようにしてもよい。この場合、より高濃度のリン酸態リン（PO₄-P）を回収対象とすることができるため回収効率が向上する。

実施例１では、リン回収部10を設置して溶存態リンを吸着、回収したが、余剰汚泥として第一の含活性汚泥担体21の一部を系外に引きぬいてもよい。

実施例１では、リン回収部10を嫌気槽1と好気槽2の中間に設置したが、好気槽2と無酸素槽4の中間でもよい。また、嫌気槽1の内部に設置してもよく、好気槽2の内部に設置してもよい。あるいは、無酸素槽4の内部に設置してもよい。処理水101からリンを回収するようにリン回収部10を設置してもよい。その場合、リン回収部10は、ろ過材の役割を兼ねてもよい。

実施例１では、リン回収部10として、リン吸着塔を用いたが、MAP法、HAP法、PAC等の化学的処理を用いてもよい。

実施例１では、嫌気槽１と無酸素槽４は別々の槽であったが、これらを同一の槽とし回分式に嫌気・無酸素処理を実施するようにしてもよい。その場合、好気槽2の外に、被処理水を一時的に貯留する貯留槽を用いてもよい。

［実施例２］
図２は、本発明に係る実施例２の水処理装置の構成を示す。実施例１の構成から無酸素槽フィルタ14を取り除き、第二の好気槽8を加えた。第二の好気槽8には第二の好気槽フィルタ18と第二の散気部9が設置され、ブロワ6により空気を供給する。嫌気槽1と無酸素槽4と第二の好気槽8は、被処理水で満たされ第一の含活性汚泥担体21が投入されている。好気槽2は、被処理水で満たされ第二の含活性汚泥担体22が投入されている。第二の好気槽8から嫌気槽1には、返送ポンプ7を通じて連通している。

下水100は、嫌気槽1に流入し、嫌気槽フィルタ11により被処理水の一部と第一の含活性汚泥担体21が分離され、被処理水の一部がリン回収部10を通じて好気槽2に流入する。第一の含活性汚泥担体21と被処理水の一部の混合体は、移送ポンプ3により無酸素槽4に移送される。好気槽2では好気槽フィルタ12により被処理水と第二の含活性汚泥担体22が分離され、被処理水は無酸素槽4に流入する。無酸素槽4からは被処理水と第一の含活性汚泥担体21が第二の好気槽8に流入する。

第二の好気槽8において、第二の好気槽フィルタ18により被処理水の一部と第一の含活性汚泥担体21が分離され、被処理水の一部は、処理水101として系外に排出される。第一の含活性汚泥担体21と被処理水の一部の混合体は、返送ポンプ７により第二の好気槽8から嫌気槽１に返送される。

有機物、窒素、リンの除去プロセスは、従来の外部硝化嫌気無酸素法（A₂N法あるいはDEPHANOX法）と同様に、有機物は、主に嫌気槽1において第一の含活性汚泥担体21に取り込まれ、無酸素槽4における脱窒（NO₃ ^-→N₂）とリン酸態リン（PO₄-P）の取り込みで消費される。実施例２では、嫌気槽1と好気槽2の間に設置したリン回収部10において、リンを回収し系外に除去する。ここでは、リン回収部10は、リン吸着剤を充填したリン吸着塔として実現されている。

嫌気槽1では、リン酸態リン（PO₄-P）が放出されるため、被処理水の溶存態リン濃度が高濃度となる。この被処理水をリン吸着塔に通すと、リン吸着剤が液中の溶存態リンを吸着・回収する。プロセス全体で見ると、第一の含活性汚泥担体21は、下水100に含まれるリンをリン回収部10へと流入する被処理水に濃縮する役割を担う。

実施例２では、無酸素槽4の後段に第二の好気槽8を加え、無酸素槽4で除去しきれなかったリン酸態リン（PO₄-P）を第二の好気槽8で除去することである。第一の含活性汚泥担体21は、嫌気槽1、無酸素槽4および第二の好気槽8を循環する。第二の好気槽8を加えることにより、第一の含活性汚泥担体21では脱窒性リン蓄積菌（DPAO）と同時にリン蓄積細菌（PAO）も活性化する。この活性化したリン蓄積細菌（PAO）により無酸素槽4で除去しきれなかったリン酸態リン（PO₄-P）を第二の好気槽8で除去する。しかし、第二の好気槽8において第一の含活性汚泥担体21の滞留時間が長くなると脱窒性リン蓄積菌（DPAO）の活性が低下するため、第二の好気槽8での滞留時間は1時間程度と短くすることが望ましい。

以上の構成で、浮遊活性汚泥を用いることなく窒素とリンを除去する高度処理を実施できる。含活性汚泥担体を用いることで利用する菌を集積・濃縮できるため、生物反応に必要な滞留時間を短くすることができる。その結果、生物反応槽の容量を従来の高度処理と比較して小さくできる。また、目の粗いフィルタでろ過できる含活性汚泥担体のみによる水処理のため、浮遊活性汚泥の濃度は極めて小さくなり、沈降分離のための沈殿池を省略もしくはその設置面積を低減することができる。

なお、上記の例では、第一の含活性汚泥担体21に加えて第二の含活性汚泥担体22を用いたが、第二の含活性汚泥担体22の代わりに浮遊活性汚泥を好気槽2とその後段の中間沈殿池に用いるようにしてもよい。その場合、最終沈殿池を省略できないが、嫌気槽1と無酸素槽4と第二の好気槽8の容量は、第一の含活性汚泥担体21を利用することで、同様に小さくすることができる。

実施例２における無酸素槽4では、第一の含活性汚泥担体21の周囲にNO₃ ^-が存在する。下水100の水質や好気槽2における硝化の程度等の運転条件にもよるが、一般的な都市下水では、無酸素槽4の初期NO₃ ^-濃度は10mgN/Ｌ以上となる。脱窒性リン蓄積菌（DPAO）を固定化した担体による脱リン過程では、周囲にO₂が存在する好気槽でリン酸態リン（PO₄-P）を取り込むが、O₂濃度は一般的には数mgO₂/L程度と小さいため、担体表面にしか作用しない場合がある。これと比較して、実施例２における無酸素槽4では、NO₃ ^-濃度が大きいため、担体内部により深く作用するためリン酸態リン（PO₄-P）摂取効果が大きくなる。

実施例２では、移送ポンプ3で被処理水の一部を移送したが、移送ポンプ3を用いずに重力により移送するようにしてもよい。

実施例２では、第二の好気槽8から第二の好気槽フィルタ18を通じて処理水101を系外に排出したが、さらに清澄な処理水を得るため、膜ろ過を利用してもよい。この場合、膜は、第二の好気槽8に浸漬してもよいし、処理水101の貯留槽に浸漬してもよい。従来の膜分離活性汚泥法と比較して、浮遊活性汚泥の量が極めて少ないため、効率の良い膜ろ過を実施することができる。

リン回収部10を用いずに連続して処理すると、第一の含活性汚泥担体21で放出・摂取されるリン酸態リン（PO₄-P）の量の増大が続き、飽和に達する。実施例２では、リン回収部10に連続的に被処理水を流通させたが、リン回収部10で連続してリン酸態リン（PO₄-P）を回収する代わりに、リン回収部10をバイパスする流路を併設して、嫌気槽1で放出されたリン酸態リン（PO₄-P）の濃度がある程度大きくなった場合にのみ、被処理水をリン回収部10に流通させるようにしてもよい。この場合、より高濃度のリン酸態リン（PO₄-P）を回収対象とすることができるため、回収効率が向上する。

実施例２では、リン回収部10を設置して溶存態リンを吸着・回収したが、余剰汚泥として第一の含活性汚泥担体21の一部を系外に引きぬいてもよい。

実施例２では、リン回収部10を嫌気槽1と好気槽2の中間に設置したが、好気槽2と無酸素槽4の中間に設置してもよいし、無酸素槽4と第二の好気槽8の中間でもよい。また、嫌気槽1の内部に設置してもよい。あるいは、好気槽2の内部に設置してもよい。あるいは、無酸素槽4の内部に設置してもよい。あるいは、第二の好気槽8の内部に設置してもよい。さらに、処理水101からリンを回収するようにリン回収部10を設置してもよい。その場合、リン回収部10は、ろ過材の役割を兼ねてもよい。

実施例２では、リン回収部10としてリン吸着塔を用いたが、MAP法、HAP法、PAC等の化学的処理を用いてもよい。

実施例２では、嫌気槽1と無酸素槽4は別々の槽であったが、これらを同一の槽として回分式に嫌気・無酸素処理を実施してもよい。その場合、好気槽2の外に被処理水を一時的に貯留する貯留槽を用いてもよい。

［実施例３］
図３は、本発明に係る実施例３の水処理装置の構成を示す。ここで、嫌気槽1は、嫌気槽フィルタ11とリン回収部10を通じて無酸素槽4と連通すると共に、移送流路31を通じても無酸素槽4と連通している。また、無酸素槽4は、返送ポンプ7を通じて嫌気槽1に連通すると共に、無酸素槽フィルタ14を通じて好気槽2に連通し、また、循環ポンプ30を通じて、好気槽2の下流側から無酸素槽4に連通する。好気槽2には好気槽フィルタ12および散気部5が設置され、空気を供給するブロワ6が付設される。好気槽2は、被処理水で満たされて、そこに第二の含活性汚泥担体22が投入されている。嫌気槽1と無酸素槽4は、被処理水で満たされて、そこに第一の含活性汚泥担体21が投入されている。

下水100は、嫌気槽1に流入し、嫌気槽フィルタ11により被処理水の一部と第一の含活性汚泥担体21が分離され、被処理水の一部がリン回収部10を通じて無酸素槽4に流入する。第一の含活性汚泥担体21と被処理水の一部の混合体は、移送流路31を通じても無酸素槽4に流入する。無酸素槽4では無酸素槽フィルタ14により被処理水と第一の含活性汚泥担体21が分離され、被処理水の一部は好気槽2に流入する。無酸素槽4における第一の含活性汚泥担体21と被処理水の一部の混合体は、返送ポンプ7により嫌気槽1に返送される。好気槽2において好気槽フィルタ12によって被処理水と第二の含活性汚泥担体22が分離され、被処理水の一部は、循環ポンプ30により無酸素槽4に流入し、被処理水のその余は、処理水101として系外に排出される。

有機物、窒素、リンの除去プロセスは、従来の嫌気無酸素好気法（A₂O法）と同様に、有機物は主に嫌気槽1での第一の含活性汚泥担体21に取り込まれる。取り込まれた有機物は、A₂O法と同様に、好気槽2におけるリン蓄積細菌（PAO）によるリン酸態リン（PO₄-P）の取り込みでの消費に加えて、脱窒性リン蓄積菌（DPAO）による無酸素槽4での脱窒（NO₃ ^-→N₂）とPO₄-Pの取り込みで消費される。

嫌気槽1と無酸素槽4との間に設置したリン回収部10は、リンを回収して系外に除去する。ここで、リン回収部10は、リン吸着剤を充填したリン吸着塔として実現されている。嫌気槽1においてリン酸態リン（PO₄-P）が放出されるため、被処理水の溶存態リン濃度が高濃度となる。この被処理水をリン吸着塔に通すと、リン吸着剤が液中の溶存態リンを吸着・回収する。プロセス全体で見ると、第一の含活性汚泥担体21は、下水100に含まれるリンをリン回収部10へと流入する被処理水に濃縮する役割を担う。

以上の構成により、浮遊活性汚泥を用いることなく窒素とリンを除去する高度処理を実施することができる。含活性汚泥担体を用いることにより、利用する菌を集積・濃縮できるため、生物反応に必要な滞留時間を短くすることができる。その結果、生物反応槽の容量を従来の高度処理と比較して小さくできる。また、目の粗いフィルタでろ過できる含活性汚泥担体のみによる水処理のため、浮遊活性汚泥の濃度は極めて小さくなり、沈降分離のための沈殿池を省略もしくはその設置面積を低減することができる。

実施例３においては、第一の含活性汚泥担体21に加えて第二の含活性汚泥担体22を用いたが、第二の含活性汚泥担体22の代わりに浮遊活性汚泥を好気槽2とその後段の最終沈殿池に用いてもよい。その場合は最終沈殿池を省略できないが、嫌気槽1と無酸素槽4の容量は、第一の含活性汚泥担体21を利用することにより、小さくすることができる。

実施例３の無酸素槽4では、第一の含活性汚泥担体21の周囲にNO₃ ^-が存在する。下水100の水質や好気槽2における硝化の程度などの運転条件にもよるが、一般的な都市下水では、無酸素槽4の初期NO₃ ^-濃度は10mgN/L以上となる。リン蓄積細菌（PAO）を固定化した担体による脱リン過程では、周囲にO₂が存在する好気槽でPO₄-Pを取り込むが、O₂濃度は一般的には数mgO₂/L程度と小さいため、担体表面しか作用しない場合がある。これと比較して、実施例３での無酸素槽4では、NO₃ ^-濃度が大きいため、より担体内部まで作用するためPO₄-P摂取効果が大きくなる。

実施例３では、好気槽2から好気槽フィルタ12を通じて処理水101を系外に排出したが、さらに清澄な処理水を得るため、膜ろ過を利用してもよい。この場合の膜は好気槽2に浸漬してもよいし、処理水101の貯留槽に浸漬してもよい。従来の膜分離活性汚泥法と比較して、本発明においては浮遊活性汚泥の量が極めて少ないため、効率の良い膜ろ過を実施することができる。

リン回収部10を用いずに連続して処理すると、第一の含活性汚泥担体で放出・摂取されるリン酸態リン（PO₄-P）の量が増大し続けて飽和に達する。リン回収部10に連続的に被処理水を流通させて連続してリン酸態リン（PO₄-P）を回収するようにしてもよいが、その代わりに、リン回収部10をバイパスして併設する移送流路31を利用して、嫌気槽1で放出されるPO₄-Pの濃度がある程度大きくなった場合にのみ被処理水をリン回収部10に流通させるようにしてもよい。この場合、より高濃度のPO₄-Pを回収対象とできるため回収効率を向上することができる。

実施例３では、リン回収部10を設置して溶存態リンを吸着・回収したが、余剰汚泥として第一の含活性汚泥担体21の一部を系外に引き抜いてもよい。この場合、嫌気槽フィルタ11とその後段の流路は不要となり、嫌気槽1の被処理水と第一の含活性汚泥担体21は、移送流路31を通じて無酸素槽4に流入する。

実施例３では、リン回収部10を嫌気槽1と無酸素槽4の中間に設置したが、無酸素槽4と好気槽2の中間でもよい。また、嫌気槽1の内部に設置してもよいし、好気槽2の内部に設置してもよいし、無酸素槽4の内部でもよい。さらに、処理水101からリンを回収するようにリン回収部10を設置してもよい。その場合、リン回収部10がろ過材の役割を兼ねてもよい。これらの場合、嫌気槽フィルタ11とその後段の流路は不要となり、嫌気槽1の被処理水と第一の含活性汚泥担体21は、移送流路31を通じて無酸素槽4に流入する。

実施例３においても、リン回収部10としてリン吸着塔を用いたが、MAP法、HAP法、PAC等の化学的処理を用いてもよい。

実施例３では、図３に示すように、嫌気槽1と無酸素槽4は別々の槽であるが、これらを同一の槽として回分式に嫌気・無酸素処理を実施するようにしてもよい。その場合、好気槽2の外に被処理水を一時的に貯留する貯留槽を設けるようにしてもよい。

1 嫌気槽、2 好気槽、3 移送ポンプ、4 無酸素槽、5 散気部、6 ブロワ、7 返送ポンプ、8 第二の好気槽、9 第二の散気部、
10 リン回収部、11 嫌気槽フィルタ、12 好気槽フィルタ、14 無酸素槽フィルタ、18 第二の好気槽フィルタ、
21 第一の含活性汚泥担体、22 第二の含活性汚泥担体、
30 循環ポンプ、31 移送流路、
100 下水、101 処理水

Claims (16)

1. 生物反応槽である嫌気槽および無酸素槽を備えて、被処理水に含まれる窒素およびリンを除去するための水処理装置であって、
   前記嫌気槽および無酸素槽内に第一の含活性汚泥担体が収容されており、前記第一の含活性汚泥担体が前記被処理水と共に、前記嫌気槽から無酸素槽に流れる流路および前記無酸素槽から前記嫌気槽に流れる流路を備えたことを特徴とする水処理装置。
2. 請求項１に記載の水処理装置は生物反応槽である好気槽を更に備えて、
   前記好気槽は、第二の含活性汚泥担体が収納されているものであることを特徴とする水処理装置。
3. 請求項２に記載の水処理装置であって、
   前記好気槽は好気槽フィルタを備えて、
   前記好気槽フィルタは、前記第二の含活性汚泥担体を前記好気槽内に滞留させるように通過させないものであると共に、非処理水を前記無酸素槽に向けて流出させるものであることを特徴とする水処理装置。
4. 請求項２又は３に記載された水処理装置であって、
   前記嫌気槽から流出する前記被処理水の下流側に前記好気槽を設けて、前記好気槽は前記被処理水を流入させるものであることを特徴とする水処理装置。
5. 請求項４に記載された水処理装置であって、
   前記無酸素槽から流出する前記被処理水および前記第一の含活性汚泥担体が流入する第二の好気槽を備えたことを特徴とする水処理装置。
6. 請求項２に記載された水処理装置であって、
   前記無酸素槽から流出する前記被処理水は、前記好気槽に流入するものであることを特徴とする水処理装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかの請求項に記載された水処理装置は、前記被処理水中の溶存態リンを回収するリン回収部を備えることを特徴とする水処理装置。
8. 請求項７に記載された水処理装置であって、
   前記リン回収部は、前記嫌気槽の後段に設置されて、前記嫌気槽から流出する前記被処理水中に含まれる溶存態リンを回収するものである回収部であることを特徴とする水処理装置。
9. 生物反応槽である嫌気槽および無酸素槽内に収容された第一の含活性汚泥担体を用いて、被処理水に含まれる窒素およびリンを除去するための水処理方法であって、
   前記第一の含活性汚泥担体が前記被処理水と共に、前記嫌気槽および無酸素槽の間を循環して流れるステップを含むことを特徴とする水処理方法。
10. 請求項９に記載の水処理方法であって、第二の含活性汚泥担体が収納されている生物反応槽である好気槽を更に用いるステップを更に含むことを特徴とする水処理方法。
11. 請求項１０に記載の水処理方法であって、
    前記好気槽に備えられた好気槽フィルタは、前記第二の含活性汚泥担体を前記好気槽内に滞留させると共に、非処理水を前記無酸素槽に向けて流出させるステップを更に含むことを特徴とする水処理方法。
12. 請求項１０又は１１に記載された水処理方法であって、
    前記嫌気槽から流出する前記被処理水を、前記好気槽に流入させるステップを含むことを特徴とする水処理方法。
13. 請求項１２に記載された水処理方法であって、
    前記無酸素槽から流出する前記被処理水および前記第一の含活性汚泥担体を、第二の好気槽に流入させるステップを更に含むことを特徴とする水処理方法。
14. 請求項１０に記載された水処理方法であって、
    前記無酸素槽から流出する前記被処理水を、前記好気槽に流入させるステップを更に含むことを特徴とする水処理方法。
15. 請求項９ないし１４のいずれかの請求項に記載された水処理方法は、リン回収部において前記被処理水中の溶存態リンを回収するステップを更に含むことを特徴とする水処理方法。
16. 請求項１５に記載された水処理方法であって、
    前記リン回収部において、前記嫌気槽から流出する前記被処理水中に含まれる溶存態リンを回収するステップを更に含むことを特徴とする水処理方法。

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