JP2016172236A - 水処理装置及び水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】嫌気性消化処理と生物学的処理とを組み合わせた装置全体において各処理を安定的に進めることができ、既存の設備を有効に利用して省スペースで高効率な有機物回収が可能な水処理装置及び水処理方法を提供する。
【解決手段】有機性排水中の沈殿性有機物を固液分離して分離汚泥と分離液とに固液分離する第１の固液分離槽２と、分離液を生物学的処理する反応タンク３と、反応タンク３の流出水を固液分離して処理水を得る第２の固液分離槽４と、第２の固液分離槽４で得られる余剰汚泥を第１の固液分離槽２へ返送する余剰汚泥返送手段７と、分離汚泥を濃縮して汚泥濃度６ｗｔ％以上の濃縮汚泥を得る濃縮機５と、濃縮汚泥を水理学的滞留時間１８日以下でメタン転換率５０％以上に嫌気性消化処理する消化槽６とを備える水処理装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は水処理装置及び水処理方法に関し、特に、生物学的処理と嫌気性消化処理を組み合わせて、有機性排水から有機物を分解回収する処理施設に利用可能な水処理装置及び水処理方法に関する。

有機物を含有する有機性排水から有機物を活性汚泥処理と嫌気性消化処理とを組み合わせて分解回収するための種々の処理装置が知られている。例えば、特許第３６７２０９１号公報では、生物学的処理で得られる余剰汚泥を有機性排水に投入し、原水中の有機物を余剰汚泥に吸着させた後に固液分離し、固液分離により得られた分離汚泥を嫌気性消化処理するとともに、固液分離により得られた分離液を生物学的処理する処理装置及び処理方法が記載されている。その他にも、嫌気性消化汚泥を曝気して混和槽へ戻す方法や、ろ材を充填した固液分離装置に有機性排水を投入して、従来以上に有機物を含有させた汚泥を回収させるプロセスが知られている。

特許第３６７２０９１号公報

しかしながら、現在提案されているいずれの処理装置及び方法も有機性排水からエネルギーとして有用なメタンを効率良く回収させるために、嫌気性消化処理工程へ送られる汚泥中の有機物濃度を高めている。その結果、その汚泥を嫌気性消化するための消化槽が大きくなるという問題がある。

また、嫌気性消化処理工程側に有機物が濃縮されすぎた場合、生物学的処理の有機物負荷が小さくなりすぎて、嫌気性消化処理と生物学的処理とを組み合わせた装置全体としての処理安定性が損なわれる場合もある。

更には、近年日本では自治体及び国の財政難や景気低迷による税収減、将来に渡っての人口減少のために、公共事業に投入できる資金は限られている。上水道に比べて整備の遅れた下水道設備では、土木躯体は現時点で法定耐用年数を超えておらず、そこに資金を投入して処理設備を高度化する選択肢は現実的には取り得ない。よって、今後は既存の設備を有効に利用でき、より省スペースで高効率な有機物回収が可能な処理設備及び方法の開発が望まれている。

上記課題を鑑み、本発明は、嫌気性消化処理と生物学的処理とを組み合わせた装置全体において、各処理を安定的に進めることができ、既存の設備を有効に利用して省スペースで高効率な有機物回収が可能な水処理装置及び水処理方法を提供する。

本発明者らは鋭意検討の結果、汚泥の初期吸着機構と高濃度の汚泥を短時間で嫌気性消化可能な小型消化槽とを組み合わせることで、従来の有機性排水からのメタンガス回収量を増加させるプロセスの保有する課題、即ち、有機性排水からの有機物回収量は増加するが、それを嫌気性消化するための消化槽が従来よりも大きくなってしまうという課題を解決できるとともに、既存の設備を有効に利用でき、省スペースで高効率な有機物回収が可能な水処理装置及び水処理方法が得られることを見いだした。

以上の知見を基礎として完成した本発明は一側面において、有機性排水中の沈殿性有機物を固液分離して分離汚泥と分離液とに固液分離する第１の固液分離槽と、分離液を生物学的処理する反応タンクと、反応タンクの流出水を固液分離して処理水を得る第２の固液分離槽と、第２の固液分離槽で得られる余剰汚泥を第１の固液分離槽へ返送する余剰汚泥返送手段と、分離汚泥を濃縮して汚泥濃度６ｗｔ％以上の濃縮汚泥を得る濃縮機と、濃縮汚泥を水理学的滞留時間１８日以下でメタン転換率５０％以上に嫌気性消化処理する消化槽と、を備える水処理装置が提供される。

本発明に係る水処理装置は一実施態様において、余剰汚泥返送手段が、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．０１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように余剰汚泥を返送することを含む。

本発明に係る水処理装置は別の一実施態様において、余剰汚泥返送手段が、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下及び／又は３．０［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下となるように余剰汚泥を返送することを含む。

本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、消化槽から引き抜いた消化汚泥を脱水して得られる脱水ろ液を嫌気性アンモニア酸化する嫌気性アンモニア酸化装置を更に備える。

本発明に係る水処理装置は更に別の一実施態様において、消化槽から引き抜いた消化汚泥から溶解性リンを回収するリン回収装置を更に備える。

本発明は、別の一側面において、生物学的処理と嫌気性消化処理とを組み合わせた水処理方法において、生物学的処理で得られる余剰汚泥を第１の固液分離槽に返送し、有機性排水中の有機物を吸着させるとともに固液分離して分離汚泥と分離液とに固液分離することと、分離汚泥を濃縮して汚泥濃度６ｗｔ％以上の濃縮汚泥を得ることと、濃縮汚泥を水理学的滞留時間１８日以下でメタン転換率５０％以上に嫌気性消化処理することと、分離液を生物学的処理し、該処理後の処理水を固液分離して余剰汚泥と処理水を得ることとを含む水処理方法が提供される。

本発明に係る水処理方法は一実施態様において、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．０１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように余剰汚泥を返送することを含む。

本発明によれば、嫌気性消化処理と生物学的処理とを組み合わせた装置全体において各処理を安定的に進めることができ、既存の設備を有効に利用して省スペースで高効率な有機物回収が可能な水処理装置及び水処理方法が提供できる。

本発明の実施の形態に係る水処理装置の一例を表す概略図である。 本発明の実施の形態の第１変形例に係る水処理装置の一例を表す概略図である。 本発明の実施の形態の第２変形例に係る水処理装置の一例を表す概略図である。 本発明の実施の形態の第３変形例に係る水処理装置の一例を表す概略図である。 原水からのＴ−ＣＯＤｃｒ除去率と余剰汚泥の汚泥添加率（原水に対する余剰汚泥の混合比率）との関係を表すグラフである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであってこの発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る水処理装置は、有機性排水中の沈殿性有機物を固液分離して分離汚泥と分離液とに固液分離する第１の固液分離槽２と、分離液を生物学的処理する反応タンク３と、反応タンク３の流出水を固液分離して処理水を得る第２の固液分離槽４と、第２の固液分離槽４で得られる余剰汚泥を第１の固液分離槽２へ返送する余剰汚泥返送手段７と、分離汚泥を濃縮して汚泥濃度６ｗｔ％以上の濃縮汚泥を得る濃縮機５と、濃縮汚泥を水理学的滞留時間１８日以下でメタン転換率５０％以上に嫌気性消化処理する消化槽６とを備える。

本実施形態に係る水処理装置に用いられる流入原水としては、下水、屎尿、厨芥などの有機性物質を含有する有機性排水が利用可能である。以下に限定されるものではないが、典型的には、流入原水の水質として生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）が１００〜１０００ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量（ＣＯＤｃｒ）が２００〜３０００ｍｇ／Ｌ、浮遊物質（ＳＳ）が１００〜１０００ｍｇ／Ｌ程度の有機性排水が、本実施形態に係る水処理装置に好適に供給される。

第１の固液分離槽２としては、例えば最初沈殿池などが好適に利用される。固液分離の手段としては、重力沈降分離、遠心分離、浮上分離、凝集分離、膜分離等が利用可能である。分離効率を向上させるために、傾斜板や汚泥ブランケット層を用いてもよく、凝集剤等を使ってもよい。第１の固液分離槽２で得られた分離液は配管を介して反応タンク３へと送られる。第１の固液分離槽２で得られた分離汚泥は配管を介して濃縮機５へと送られる。

反応タンク３は、第１の固液分離槽２で分離された分離液に好気性生物学的処理を行うための装置である。好気性生物学的処理としては、例えば、活性汚泥法（膜分離活性汚泥法、回分式活性汚泥法）、生物膜処理法（固定床型生物膜法、流動床型生物膜法）等を用いた好気性生物学的処理がある。活性汚泥法を用いる場合、第１の固液分離槽２で分離された分離液を活性汚泥と接触させて生物処理する装置が用いられ、標準活性汚泥法、嫌気好気法、循環式硝化脱窒法、ステップ流入式多段硝化脱窒法、Ａ２Ｏ法などの従来の水処理方法を利用した装置を配置することができる。反応タンク３で処理された処理水は配管を介して第２の固液分離槽４へと送られる。

第２の固液分離槽４としては、例えば最終沈殿池などが好適に利用される。反応タンク３から流入した流入水は第２の固液分離槽４において処理されて、消毒等することにより外部へ排出可能な処理水と分離汚泥とに固液分離される。第２の固液分離槽４の底部には、分離汚泥を抜き出すための余剰汚泥返送手段７が接続されている。余剰汚泥返送手段７は、反応タンク３及び第１の固液分離槽２の上流側に接続されており、第２の固液分離槽４で得られた余剰汚泥が、余剰汚泥返送手段７を介して第１の固液分離槽２の上流側及び反応タンク３へ返送可能である。図示していないが、余剰汚泥を系外へ排出するためのバイパスルートを設けておいてもよい。

余剰汚泥返送手段７が第１の固液分離槽２の上流側へ接続されることにより、有機性排水中の有機物を余剰汚泥に吸着させることができるため、第１の固液分離槽２で得られる分離汚泥が持つ単位重量当たりの有機物量を増大させることができる。これにより、反応タンク３での有機物負荷が小さくなるため、反応タンク３の曝気風量を従来よりも小さくすることができ、省エネルギー化に貢献できる。余剰汚泥返送手段７から返送する余剰汚泥の添加量は、必要以上に多くしすぎても有機性排水からの有機物除去効果が高くならない場合がある。逆に、余剰汚泥の返送量を少なくしすぎると、反応タンク３での有機物負荷が小さくなりすぎて、水処理装置全体としての処理安定性が損なわれる場合もある。

従って、余剰汚泥返送手段７を介して第１の固液分離槽２へ返送する余剰汚泥の添加量としては、有機性排水の成分によっても異なるが、一般的な下水を処理する場合には、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．０１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように添加することが好ましく、より好ましくは０．０５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように添加することが好ましい。一方で、余剰汚泥の添加量を一定以上多くしすぎても、有機性排水中のＣＯＤｃｒ除去率に大きな差は見られないことから、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下、より好ましくは１．０［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下、更に好ましくは、０．５１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下となるように余剰汚泥を返送することが好ましい。或いは、原水中のＣＯＤｃｒで余剰汚泥量を評価する場合には、３．０［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下、より好ましくは１．０［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下、更に好ましくは０．４［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下となるように返送することが好ましい。余剰汚泥量の混合比率は、０．０２［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以上、より好ましくは０．１［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以上となるように返送することが好ましい。

余剰汚泥返送手段７による余剰汚泥の供給は、連続的に行ってもよいし、汚泥負荷の高い時間にのみ一次的に余剰汚泥を送るようにしてもよい。連続的且つ定常的に余剰汚泥を添加する場合は、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．０１〜０．６［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］、より好ましくは０.０５〜０．２［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］となるように添加することが好ましい。これにより、嫌気性消化処理と生物学的処理とを組み合わせた装置全体において、より安定的且つ効率的に処理を進めることができる。一方、汚泥負荷の高い時間にのみ余剰汚泥を返送する場合には、原水としての有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が０．１〜１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］、より好ましくは０．２〜１．０［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］となるように添加することが好ましい。

図１に示す例では、余剰汚泥返送手段７による余剰汚泥が第１の固液分離槽２に直接供給される例が記載されているが、余剰汚泥に有機性排水中の有機物を吸着させるための具体的態様は、図１に示す例には限定されない。例えば、図２に示すように、第１の固液分離槽２の前段（上流側）に、混合装置１を配置し、混合装置１において、第２の固液分離槽４から引き抜いた余剰汚泥を有機性排水と混合させてもよい。

混合装置１を設ける場合には、混合装置１内での水理学的滞留時間（ＨＲＴ）を１２０分以内、より好ましくは６０分以内、更に好ましくは３０分以内、更に好ましくは５分以内とする。有機性排水と余剰汚泥との混合時間は長くしても余剰汚泥への有機物吸着効果はあまり変わらないため、混合装置１のＨＲＴを短くすることにより混合装置１の装置サイズを小型化することができる。その結果、装置全体としての省スペース化が図れ、装置構成面での効率化が図れる。混合装置１は、図１の第１の固液分離槽２内に配置し、有機性排水と余剰汚泥との混合が、有機性汚泥と余剰汚泥の混合液を固液分離する第１の固液分離槽２内で行われるようにすることも好ましい。有機物吸着効果と装置小型化の両面を考慮すると、ＨＲＴの下限時間は例えば１０秒以上、より好ましくは３０秒以上とすることが好ましい。

混合装置１で用いられる混合方法としては、例えば、攪拌装置による機械攪拌や、空気などを用いた散気板や水中エアレーターを通じた曝気方法、配管や水路を利用する方法、阻流壁を用いた混合方法が利用可能である。装置全体の省スペース化、装置簡略化の点を考慮すると、混合装置１内には、有機性排水と余剰汚泥を混合するための曝気装置は原則設けなくてもよいが、曝気装置を設ける場合には、混合装置１内のＤＯは、０．１ｍｇ／Ｌ以上、より好ましくは０．２ｍｇ／Ｌ以上となるように、混合装置１内への曝気量を調節することが好ましい。これにより、余剰汚泥が活性化して有機物除去能が向上するとともに、りんの発生を抑制できる。

一方で、混合装置１では、有機性排水と余剰汚泥とを嫌気性条件下で混合させることも効果がある。嫌気性条件下で混合させることにより、曝気装置などの追加装置が不要となるため、装置全体をより簡略化することができる。余剰汚泥返送手段７の途中に曝気装置（図示せず）を設け、余剰汚泥を予め曝気してから嫌気性条件又は好気性条件下で有機性排水と余剰汚泥とを混合させてもよい。

濃縮機５は、第１の固液分離槽２で得られた分離汚泥に対して例えば凝集剤等を添加することによって、濃縮処理する装置である。濃縮機５では、最終的に得られる濃縮汚泥のＴＳ濃度が、消化槽６の処理に適切な６〜１２ｗｔ％、更に好ましくは７〜１０ｗｔ％となるように濃縮処理される。濃縮機５では、凝集剤の他に、ｐＨ調整剤等の他の薬剤を添加することも勿論可能である。濃縮機５に投入される凝集剤としては、例えばアジミン系凝集剤、アクリルアミド系凝集剤、アクリル酸系凝集剤の有機高分子凝集剤が利用可能であり、ポリ硫酸第二鉄、ＰＡＣ、硫酸バンド等の無機系凝集剤を併用することも可能である。

消化槽６は、濃縮機５で得られた濃縮汚泥を嫌気性消化処理し、メタンガスを発生させる装置である。現在一般的な汚泥の嫌気性消化技術では、供給汚泥のＴＳ濃度は２〜４ｗｔ％、高くとも５ｗｔ％であるが、本実施形態では、従来よりも高濃度なＴＳ濃度６〜１２ｗｔ％の汚泥を消化槽６へ導入することで、高濃度の汚泥を小容量で投入でき、小容量の消化槽６から多量の消化ガスを発生させることができる。

濃縮汚泥の嫌気性消化は処理温度３０〜６０℃、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）１８日以下、より好ましくは１５日以下、更に好ましくは１２日以下で処理される。この場合の汚泥のメタン転換率は５０％以上である。消化槽６の容量は、一般に、投入汚泥の容量とＨＲＴにより決定される。そのため、本実施形態のようにＴＳ濃度６〜１２ｗｔ％の汚泥をＨＲＴ１８日以下で実施可能な消化槽６を配置することにより、ＴＳ濃度２〜４ｗｔ％程度の汚泥を約３０日かけて処理する従来の汚泥消化の消化槽よりも、消化槽６の容積を１／２．５〜１／１０程度に縮小できるため、設置スペースを低減でき、システム全体の小型化が図られる。

消化槽６で得られた消化汚泥はリン回収装置２０へ送られる。リン回収装置２０としては、消化槽６で得られた消化汚泥及びその分離水にマグネシウムを添加してＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム）の結晶を析出させ、析出したＭＡＰを回収する装置が好適に利用可能である。

嫌気性消化に供する有機物量が増加すると、それを嫌気的に分解した際には、これまでよりも多くの溶解性リンが生成される場合がある。嫌気性消化汚泥及び消化液には、多くのアンモニア性窒素とオルトリン酸イオンが含まれているためにＭＡＰを生成しやすい。嫌気性消化汚泥は、後述する脱水機３０で脱水されるため、ＭＡＰを生成しやすい状況にある消化汚泥を脱水すると、脱水機３０にＭＡＰスケールが付着して脱水機３０を破損したり、脱水ろ液を水処理設備へ返送する配管でＭＡＰスケールが生成されるなどの問題が発生する。本実施形態に係る水処理装置によれば、消化槽６の後段にリン回収装置２０が配置されるため、消化汚泥からＭＡＰスケールを生成する原因となるオルトリン酸イオンを除去することができる。その結果、嫌気性消化に供する有機物量が増加しても、上述のような問題を回避することが可能となる。

なお、リン回収装置２０として、消化汚泥及びその分離水のリン濃度に応じたカルシウムを加え、ｐＨを調整することにより、ＨＡｐ（ハイドロキシアパタイト）等のリン酸カルシウムを析出させる装置を用いることもできる。或いは、ＨＡｐ回収のための装置を後述する脱水機３０の後段に配置し、脱水機３０で得られる脱水ろ液からＨＡｐを回収するようにしてもよい。

リン回収装置２０でオルトリン酸イオンが除去された処理汚泥は、脱水機３０で脱水され、脱水汚泥と脱水ろ液が得られる。脱水機３０としては、特に制限されず公知の装置が利用可能である。例えば、フィルタープレス機、遠心分離機、スクリュープレス機、ベルトプレス機、真空脱水機などによって処理汚泥を脱水することができる。なお、リン回収装置２０は、消化汚泥中のリン濃度に応じて省略することも可能である。その場合、消化槽６で得られた消化汚泥は、脱水機３０で脱水され、そのろ液は嫌気性アンモニア酸化装置４０へ供給される。

嫌気性アンモニア酸化装置４０は、脱水機３０から得られた脱水ろ液を嫌気性アンモニア酸化菌を用いて嫌気性アンモニア酸化する装置である。嫌気性アンモニア酸化装置４０は、脱水ろ液中に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ₄−Ｎ）の一部を亜硝酸菌の働きにより、亜硝酸性窒素（ＮＯ₂−Ｎ）に変換する部分亜硝酸化処理を行うための亜硝酸化槽、亜硝酸化処理液中に含まれる浮遊活性汚泥を沈降分離するための沈降槽及び浮遊活性汚泥分離後の亜硝酸化処理液中のアンモニア性窒素を、嫌気性アンモニア酸化細菌を用いて嫌気的に酸化処理するための嫌気性アンモニア酸化槽を備えることができる。

本実施形態に係る水処理装置では、消化槽６へ供給される有機物量が多くなるため、それを嫌気的に分解した際には、これまでよりも多くのアンモニア性窒素が生成される。一般的には、嫌気性消化処理後の汚泥は脱水機３０で脱水されるが、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素が増加すると、水処理設備で処理しなければならないアンモニア性窒素が増加し、硝化に関わる曝気風量が増加して、電気代の増大を招くことになる。

本実施形態に係る水処理装置によれば、嫌気性アンモニア酸化装置４０が配置されることにより、脱水機３０から排出される脱水ろ液中のアンモニア性窒素を嫌気的に除去することが可能となり、水処理設装置の原水へと返送する返送水に含有されるアンモニア性窒素を低減できる。そのため、嫌気性消化処理に供する有機物量が増加して、生成するアンモニア性窒素が増加しても、水処理装置へかかる窒素負荷や処理に必要となる電気エネルギーを増大させずにメタンガスの発生量を増大させることができる。

嫌気性アンモニア酸化装置４０の後段には、嫌気性アンモニア酸化装置４０から得られる処理水を第１の固液分離槽２の上流側へ返送する処理水返送手段８が接続されている。嫌気性アンモニア酸化装置４０で処理された処理水を第１の固液分離槽２の上流側へ返送して有機性排水と混合させることにより、有機性排水の有機物濃度に変動が生じた場合においても、処理により適切な濃度に希釈することができるため、装置全体の効率化が図れる。

このように、本発明の実施の形態に係る水処理装置及び水処理方法によれば、活性汚泥処理で得られた余剰汚泥を原水（有機性排水）と混合させる余剰汚泥返送手段７と汚泥濃度６〜１２ｗｔ％もの高濃度の濃縮汚泥を水理学的滞留時間１８日以下でメタン転換率５０％以上に嫌気性消化処理する消化槽６とを組み合わせることにより、メタンガスの回収量を増大させることができ、消化槽６の容量を小さくすることができる。その結果、有機性排水からの有機物回収量は増加するが、それを嫌気性消化処理するための消化槽が従来よりも大きくなってしまうという課題を解決できる。また、本発明の実施の形態に係る水処理装置及び方法によれば、最初沈殿池、反応タンク、最終沈殿池を有する既存の下水処理施設をより有効に活用することができ、装置導入のための投資コストを抑制できる。これにより、省スペースで高効率な有機物回収が可能な水処理装置及び水処理方法が得られる。

（変形例）
図３は図１の水処理装置の変形例に係る水処理装置の部分概略図を示す。図３に示す水処理装置では、第２の固液分離槽４から発生する余剰汚泥を供給する配管１７が反応タンク３に接続され、反応タンク３で得られた余剰汚泥を返送する余剰汚泥返送手段７が第１の固液分離槽２の上流側に接続される点が、図１に示す水処理装置と異なる。他は実質的に図１に示す水処理装置と同様である。図３に示すように、反応タンク３で十分曝気が行われた後の余剰汚泥を直接余剰汚泥返送手段７を介して第１の固液分離槽２へ返送することにより、余剰汚泥が活性化して有機物除去能が向上するとともにりんの発生が抑制できる。

図４に示すように、余剰汚泥返送手段７が返送する余剰汚泥の供給量を制御する制御装置１０を更に備えていてもよい。制御装置１０は、例えば水処理装置内の各所に配置された、流入水或いは処理水のＭＬＳＳ濃度、供給流量、ＣＯＤｃｒ濃度、アンモニア性窒素濃度等を検出可能な第１の検出器１１、第２の検出器１２、第３の検出器１３、第４の検出器１４、第５の検出器１５、第６の検出器１６、第７の検出器１７、第８の検出器１８及び余剰汚泥の供給量を調整する余剰汚泥供給調整器７ａにそれぞれ電気的に接続されており、第１〜第８の検出器１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８の少なくとも１の検出結果に基づいて、制御装置１０が余剰汚泥供給調整器７ａを介して余剰汚泥供給量を調整できるようになっている。装置簡略化のため、第１〜第８の検出器１１〜１８はすべて設置する必要はない。図４に示す水処理装置によれば、流入原水の性状及び流量、第１の固液分離槽２から得られる分離水或いは反応タンク３の処理状況等に応じて、有機性排水に対する余剰汚泥の混合比率が上記したより好ましい比率となるように自動制御できるため、装置の自動化及び効率化が図れ、各装置においてより安定した処理を行うことが可能となる。

反応タンク３は、第１の固液分離槽２で分離された分離液に生物学的処理するための装置であれば周知の種々の装置を適用することができる。例えば、反応タンク３において回分式活性汚泥法を適用した処理を行う場合には、処理水の排出及び汚泥の引抜がバッチ式に行われる。そのため、反応タンク３の後段に汚泥を貯蔵するための汚泥貯留槽又は濃縮槽（図示せず）を更に設け、汚泥貯留槽又は濃縮槽から余剰汚泥返送手段７を介して余剰汚泥を供給することが好ましい。

反応タンク３において膜分離活性汚泥法を利用する場合、分離膜が反応タンク内に設置される槽一体型、反応タンクの後段に膜分離槽を設ける槽別置き型、或いは水槽を設けずにケーシング内に収納した分離膜を用いる槽外型などが用いられるが、このような生物学的処理も本水処理装置及び方法に勿論適用可能である。また、反応タンク３において固定床型生物膜法を利用する場合、第２の固液分離槽４から反応タンク３への返送汚泥を供給することは行わないが、このような生物学的処理も本水処理装置及び方法に勿論適用可能である。

以下に本発明の実施例を比較例と共に示すが、これらの実施例は本発明及びその利点をよりよく理解するために提供するものであり、発明が限定されることを意図するものではない。

＜余剰汚泥の添加率と原水からのＴ−ＣＯＤｃｒ除去率の関係＞
流入水に返送する余剰汚泥量を変えて、原水（有機性排水）からのＴ−ＣＯＤｃｒ除去率を測定した。尚、原水と余剰汚泥の混合は嫌気的に行った。結果を図５に示す。図５中「原水Ｔ−ＣＯＤｃｒ除去率」とは、原水中のＴ−ＣＯＤｃｒ量に対する、原水のＴ−ＣＯＤｃｒ量から第１の固液分離槽流出水のＴ−ＣＯＤｃｒ量を差し引いたＴ−ＣＯＤｃｒ量の比を示す。横軸の「汚泥添加率」は、原水１ｍ³当たりに添加する余剰汚泥の混合比率［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］を示す。汚泥添加率０［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］は、原水に対して余剰汚泥を投入しない状態、すなわち、従来技術の場合を表している。

余剰汚泥の混合比率を０．０１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上とすることによってＴ−ＣＯＤｃｒの除去率の向上が認められ、０．１２〜１．０［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］の範囲で、５％〜２５％のＴ−ＣＯＤｃｒ除去率の向上が認められた。一方で、余剰汚泥の混合比率が０．５１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］よりも高い場合には、混合比率を増加させてもＴ−ＣＯＤｃｒ除去率の向上があまり認められなかった。以上の結果から、余剰汚泥を連続で定常的に添加する場合は、０．６［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下の添加率で余剰汚泥を原水に投入することが望ましいことが分かった。また、汚濁負荷の高い時間にのみ余剰汚泥を添加する場合には、少しでも除去率を高めるために、上記数値に縛られること無く、混合比率が０．６［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］よりも高い添加率、即ち、混合比率が０．１〜１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］で余剰汚泥を添加して、除去率の向上を目指しても良いことが分かった。

＜消化槽の容量＞
余剰汚泥を原水に対して０．１２［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］投入した場合に設置される消化槽の大きさを、従来の消化槽と本発明の消化槽で比較した。余剰汚泥は原水に混合した後、最初沈殿池（第１の固液分離槽）へ投入した。原水量および原水水質を表１に示す。

消化槽に投入される汚泥は、余剰汚泥投入有りの場合は、最初沈殿池引抜汚泥のみか、または最初沈殿池引抜汚泥と最終沈殿池引抜汚泥の混合であり、余剰汚泥投入無しの場合は最初沈殿池引抜汚泥と最終沈殿池引抜汚泥の混合である。余剰汚泥を原水に対して０．１２［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］投入した場合、図５に示したように、最初沈殿池でのＣＯＤｃｒ除去率が、余剰汚泥を原水に混入しない場合に比べて５％向上した。

従来型の消化槽と本発明の消化槽の設計値を表２に示す。この数値を元に、（１）従来の下水処理の場合（余剰汚泥投入無しで従来型の消化槽）（２）余剰汚泥投入有りで従来型の消化槽の場合（３）本発明の場合（余剰汚泥投入有りで本発明の消化槽）の消化槽容量を比較した結果を表３に示す。

表３に示す通り、汚泥が保有する有機物量（Ｔ−ＣＯＤｃｒ）を増加させると、通常では消化槽容量が大きくなる。つまり、消化槽に投入する有機物量が増加した結果、メタンガス発生量は増加するものの（１）及び（２）の結果に示すように、消化槽容量が大きくなる結果となる。しかし、本発明を用いると消化槽容量を減少させることができるので、消化槽に投入する有機物量を増加してメタンガス発生量を増加させながら、消化槽容量を増やさないことが可能となる。

１…混合装置
２…第１の固液分離槽
３…反応タンク
４…第２の固液分離槽
５…濃縮機
６…消化槽
７ａ…余剰汚泥供給調整器
７…余剰汚泥返送手段
８…処理水返送手段
１０…制御装置
２０…リン回収装置
３０…脱水機
４０…嫌気性アンモニア酸化装置

Claims (7)

1. 有機性排水中の沈殿性有機物を固液分離して分離汚泥と分離液とに固液分離する第１の固液分離槽と、
   前記分離液を生物学的処理する反応タンクと、
   前記反応タンクの流出水を固液分離して処理水を得る第２の固液分離槽と、
   前記第２の固液分離槽で得られる余剰汚泥を前記第１の固液分離槽へ返送する余剰汚泥返送手段と、
   前記分離汚泥を濃縮して汚泥濃度６ｗｔ％以上の濃縮汚泥を得る濃縮機と、
   前記濃縮汚泥を水理学的滞留時間１８日以下でメタン転換率５０％以上に嫌気性消化処理する消化槽と
   を備えることを特徴とする水処理装置。
2. 前記余剰汚泥返送手段が、原水としての有機性排水に対する前記余剰汚泥の混合比率が０．０１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように前記余剰汚泥を返送することを含む請求項１に記載の水処理装置。
3. 前記余剰汚泥返送手段が、原水としての有機性排水に対する前記余剰汚泥の混合比率が１．５［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以下及び／又は３．０［ｋｇ−ＳＳ／ｋｇ−原水ＣＯＤｃｒ］以下となるように前記余剰汚泥を返送することを含む請求項１又は２に記載の水処理装置。
4. 前記消化槽から引き抜いた消化汚泥を脱水して得られる脱水ろ液を嫌気性アンモニア酸化する嫌気性アンモニア酸化装置を更に備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の水処理装置。
5. 前記消化槽から引き抜いた消化汚泥から溶解性リンを回収するリン回収装置を更に備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理装置。
6. 生物学的処理と嫌気性消化処理とを組み合わせた水処理方法において、
   生物学的処理で得られる余剰汚泥を第１の固液分離槽に返送し、有機性排水中の有機物を吸着させるとともに固液分離して分離汚泥と分離液とに固液分離することと、
   前記分離汚泥を濃縮して汚泥濃度６ｗｔ％以上の濃縮汚泥を得ることと、
   前記濃縮汚泥を水理学的滞留時間１８日以下でメタン転換率５０％以上に嫌気性消化処理することと、
   前記分離液を生物学的処理し、該処理後の処理水を固液分離して前記余剰汚泥と処理水を得ることと
   を含む水処理方法。
7. 原水としての有機性排水に対する前記余剰汚泥の混合比率が０．０１［ｋｇ−汚泥ＳＳ／ｍ³−原水］以上となるように前記余剰汚泥を返送することを含む請求項６に記載の水処理方法。