JP2016182551A - 有機性排水の処理方法及びその処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】設備コストの上昇を招くことなく窒素負荷の変動に応じて適切に好気槽から無酸素槽への有機性排水の循環返送量を調整可能な有機性排水の処理方法を提供する。【解決手段】有機性排水を活性汚泥が貯留された無酸素槽２と好気槽３との間で循環させながら生物処理する有機性排水の処理方法であって、前記好気槽３で好気性処理するための曝気装置６への給気量の増減に追随して前記好気槽３から前記無酸素槽２へ活性汚泥を移送するためのエアリフトポンプ５への給気量が増減するように、前記曝気装置６及び前記エアリフトポンプ５への給気を共通のブロワ８で行ない、活性汚泥の性状を指標として前記ブロワ８からの給気量を増加または減少調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、有機性排水を活性汚泥が貯留された無酸素槽と好気槽との間で循環させながら生物処理する有機性排水の処理方法及びその処理システムに関する。

特許文献１には、循環式硝化脱窒法を採用した汚水処理方法が開示されている。循環式硝化脱窒法では、汚水を脱窒槽及び硝化槽に順に流入させ、硝化槽から流出する硝化処理水の一部を硝化循環液として脱窒槽へ循環返送し、残りを最終沈殿池へ流出する生物処理方法であり、浮遊活性汚泥により硝化及び脱窒を行なって汚水から窒素を除去する生物処理方法である。脱窒槽ではＢＯＤ成分や窒素が脱窒反応により除去され、硝化槽ではアンモニア態窒素が硝酸ないし亜硝酸に硝化される。尚、脱窒槽は無酸素槽ともいい、硝化槽は好気槽ともいう。

当該汚水処理方法では、設備の小型化を図るべく、浮遊活性汚泥に加えて硝化槽に硝化菌固定化担体が投入されている。浮遊活性汚泥を含む脱窒槽に流入した汚水は槽壁の下部に形成された開口から硝化槽に流出して曝気装置から供給される空気によりアンモニア態窒素が硝酸ないし亜硝酸に硝化される好気処理が行なわれる。

硝化槽で好気処理された汚水の一部がエアリフトポンプによって揚水され循環路を経由して脱窒槽に返送され、脱窒槽で硝酸が窒素に還元されて除去される。

特許文献２には、膜分離槽のＤＯを適正な値に保ち、膜ファウリングの原因物質の発生を抑制し、さらには、無酸素槽での脱窒反応を良好な状態に維持することができる膜分離活性汚泥法を採用した汚水処理方法が開示されている。

当該汚水処理方法では、曝気装置を備えた好気槽で微生物により被処理水が好気性処理され、好気槽の後段に配置された膜分離槽で膜分離装置により被処理水が固液分離され、膜分離槽内の被処理水が第１の循環路を介して好気槽へ循環されるように処理され、膜分離槽内の好気性処理の指標である溶存酸素濃度等を測定し、測定値に基づいて循環路の循環量が調節されるように構成されている。さらに、好気槽の上流側に無酸素槽が設置され、膜分離槽の被処理水が第２の循環路を介して無酸素槽へ循環されて脱窒処理されるように構成されている。

特開平１１−４７７８６号公報 特開２０１０−１９４４８１号公報

上述した膜分離活性汚泥法を含めて従来の循環式硝化脱窒法では、処理の安定化を図るべく、好気槽内で処理された汚水の一定量が循環路を介して無酸素槽に返送されるように構成されていた。そして循環路に汚水を供給するためにエアリフトポンプや機械式ポンプ等専用のポンプを備えていた。

エアリフトポンプを用いる場合には、好気槽に設置された曝気装置に空気を供給するブロワとは別途に専用のブロワを設ける場合が多かった。

しかし、膜分離活性汚泥法で処理される有機性排水に含まれるアンモニア態窒素等の窒素負荷が大きく変動した場合、特に窒素負荷が増大した場合に、有機性排水の循環返送量が一定に維持されていると、最終的に処理水の窒素濃度が高くなるという不都合があった。

そこで、窒素負荷の程度に応じて有機性排水の循環返送量を可変に調整することが考えられるが、そのために専用の調整機構を設けると、設備コストが嵩むという問題があった。

本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、設備コストの上昇を招くことなく窒素負荷の変動に応じて適切に好気槽から無酸素槽への有機性排水の循環返送量を調整可能な有機性排水の処理方法及びその処理システムを提供する点にある。

上述の目的を達成するため、本発明による有機性排水の処理方法の第一特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、有機性排水を活性汚泥が貯留された無酸素槽と好気槽との間で循環させながら生物処理する有機性排水の処理方法であって、前記好気槽で好気性処理するための曝気装置への給気量の増減に追随して前記好気槽から前記無酸素槽へ活性汚泥を移送するためのエアリフトポンプへの給気量が増減するように、前記曝気装置及び前記エアリフトポンプへの給気を共通のブロワで行ない、活性汚泥の性状を指標として前記ブロワからの給気量を増加または減少調整する点にある。

共通のブロワを介して曝気装置及びエアリフトポンプに給気されるように構成されているので、活性汚泥の性状が窒素負荷の高い状態であればブロワからの給気量が増加調整されることにより曝気装置への給気量が上昇して、好気槽の溶存酸素量の増加により硝化処理が促進され、それに追随して好気槽から無酸素槽へ移送される活性汚泥が適切に増量されることにより脱窒処理が促進されるようになる。逆に、活性汚泥の性状が窒素負荷の低い状態であればブロワからの給気量が減少調整されることにより曝気装置への給気量が下降して、好気槽の溶存酸素量が抑制されて適切に硝化処理が行なわれ、それに追随して好気槽から無酸素槽へ移送される活性汚泥が適切に減量され、不必要な活性汚泥の循環が抑制される。従って、設備コストの上昇を招いたり過剰な酸素を無酸素槽へ供給したりすることなく、窒素負荷の変動に対応して柔軟に脱窒処理できるようになる。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記好気槽は、前記曝気装置が配置された補助曝気区域と、膜分離装置が配置された膜分離区域を備えて構成され、前記エアリフトポンプにより前記膜分離区域の活性汚泥を前記無酸素槽へ移送する点にある。

窒素負荷の変動に応じて補助曝気区域で適切に硝化処理され、膜分離区域で膜分離された後の有機性排水が活性汚泥とともに無酸素槽へ移送されるので、活性汚泥の窒素負荷が高い場合でも無酸素槽で効率的に脱窒処理が促進されるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第二の特徴構成に加えて、前記指標となる活性汚泥の性状が、溶存酸素濃度、酸化還元電位、全窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度の何れかで表される点にある。

活性汚泥の性状として、溶存酸素濃度（以下、「ＤＯ：Dissolved Oxygen」とも記す。）、酸化還元電位（以下、「ＯＲＰ：oxidation-reduction potential」とも記す。）、全窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度の何れかを指標として用いると、有機性排水の窒素負荷の程度つまり微生物によるアンモニア態窒素等の硝化の程度を適切に把握できるようになる。

例えば、溶存酸素濃度ＤＯが通常値より低い場合にはアンモニア態窒素の硝化に多くの酸素が消費され窒素負荷が高い性状であり、曝気装置への給気量を増加させる必要があると判定できる。全窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度も同様である。一方、無酸素槽の活性汚泥中のＯＲＰが通常値よりも高い場合には酸素が消費されない窒素負荷が低い状態にあると判定でき、曝気装置への給気量を減少させる必要があると判定できる。

本発明による有機性排水の処理システムの第一の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、有機性排水を活性汚泥が貯留された複数の生物処理槽の間で循環させながら生物処理する有機性排水の処理システムであって、無酸素槽と、好気槽と、前記無酸素槽から前記好気槽へ活性汚泥を移送する移送経路と、前記好気槽から前記無酸素槽へ活性汚泥を移送するエアリフトポンプと、前記好気槽に配置された曝気装置と、前記エアリフトポンプ及び前記曝気装置への給気量を可変に調整可能な共通のブロワと、活性汚泥の性状を測定する汚泥性状測定手段と、前記汚泥性状測定手段からの測定値に基づいて前記ブロワからの給気量を増加または減少調整する制御手段とを備え、前記制御手段による前記ブロワからの給気量の制御に基づく前記曝気装置への給気量の増減に追随して前記エアリフトポンプへの給気量も増減される点にある。

同第二の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一の特徴構成に加えて、前記好気槽は、前記曝気装置が配置された補助曝気区域と、膜分離装置が配置された膜分離区域を備えて構成され、前記エアリフトポンプにより前記膜分離区域の活性汚泥を前記無酸素槽へ移送するように構成されている点にある。

以上説明した通り、本発明によれば、設備コストの上昇を招くことなく窒素負荷の変動に応じて適切に好気槽から無酸素槽への有機性排水の循環返送量を調整可能な有機性排水の処理方法及びその処理システムを提供することができるようになった。

本発明による有機性排水の処理システムの説明図 （ａ）は有機性排水の全窒素濃度の変化に伴う補助曝気風量の制御特性図、（ｂ）は補助曝気空気量とエアリフト風量の相関特性図、（ｃ）はエアリフト風量と汚泥循環量の相関特性図 別実施形態を示す有機性排水処理システムの説明図 別実施形態を示す有機性排水処理システムの説明図 別実施形態を示す有機性排水処理システムの説明図

以下、本発明による有機性排水の処理方法及びその処理システムの実施形態を説明する。

図１に示すように、有機性排水の処理システム１は、活性汚泥と混合された状態の有機性排水を複数の生物処理槽の間で循環させながら生物処理するシステムであり、活性汚泥が貯留された無酸素槽２及び好気槽３と、無酸素槽２から好気槽３へ活性汚泥を移送する移送経路４と、好気槽３から無酸素槽２へ活性汚泥を移送するエアリフトポンプ５とを備えている。

好気槽３は、曝気装置６が配置された補助曝気区域３Ａと、膜分離装置７が配置された膜分離区域３Ｂを備えて構成され、エアリフトポンプ５により膜分離区域３Ｂの活性汚泥が無酸素槽２へ移送されるように構成されている。

さらに、エアリフトポンプ５及び曝気装置６への給気量を可変に調整可能な共通のブロワ８と、活性汚泥の性状を測定する汚泥性状測定手段１０と、汚泥性状測定手段１０からの測定値に基づいてブロワ８からの給気量を増加または減少調整する制御手段１１を備えている。

エアリフトポンプ５は散気管５ａと揚水管５ｂと略水平姿勢の移送管５ｃを備えて構成され、膜分離区域３Ｂの活性汚泥が無酸素槽２の上流側に返送されるように構成されている。

無酸素槽２の排水流入部２ａに流入した有機性排水は無酸素条件下で微生物により有機成分の一部が処理された後に無酸素槽２と好気槽３との仕切壁に設けられた堰を越流して好気槽３に流出し、好気槽３の補助曝気区域３Ａで曝気された好気条件下でアンモニア態窒素が硝酸態窒素に硝化処理され、さらに膜分離区域３Ｂに備えた膜分離装置７で透過されることにより浄化された膜透過水が得られる。

膜分離区域３Ｂに流下した活性汚泥は、エアリフトポンプ５により無酸素槽２の上流側に返送され、無酸素条件下の無酸素槽２で硝酸態窒素が還元されることで脱窒処理されて窒素ガスが分離除去される。

当該有機性排水の処理システム１で浄化処理される有機性排水は、下水、浄化槽汚泥、し尿、食品加工工場で発生した廃水等が対象となり、特にアンモニア等の窒素成分が含まれる有機性排水が好適な処理対象水となる。

曝気装置６は複数の小径の噴気孔が形成された曝気部６ａと、曝気部６ａに空気を供給する給気管６ｂと、給気管６ｂに空気を投入するブロワ８で構成され、制御手段１１によりブロワ８の回転数が調整されることで給気量が増減調整される。制御手段１１として、パーソナルコンピュータやマイクロコンピュータが好適に用いられる。

制御手段１１には、活性汚泥の性状を測定する汚泥性状測定手段１０からの信号線が接続され、信号線を介して入力された活性汚泥の性状を指標としてブロワ８の回転数が制御される。例えば、ブロワ８の駆動源としてインダクションモータが使用される場合には、制御手段１１に接続されたインバータ回路を介してインダクションモータの回転数が制御される。

汚泥性状測定手段１０として好気槽３に溶存酸素濃度計１０ａが設置されている。制御手段１１は、溶存酸素濃度計１０ａで計測されたＤＯが予め設定された目標値より低下すると有機性排水の窒素負荷が上昇していると判断してＤＯが目標値になるようにブロワ８の回転数を上昇制御し、ＤＯが予め設定された目標値より上昇すると有機性排水の窒素負荷が低下していると判断してＤＯが目標値になるようにブロワ８の回転数を下降制御する。

有機性排水の窒素負荷の状態をモニタする汚泥性状測定手段１０として、溶存酸素濃度計１０ａ以外に酸化還元電位センサ、全窒素濃度計、アンモニア態窒素濃度計（アンモニア濃度計）、硝酸態窒素濃度計等を用いることができる。

例えば、好気槽のＤＯが低い場合には、全窒素濃度計、アンモニア濃度計、硝酸態窒素濃度計の数値はともに高く、窒素負荷が高い状態にあると判定でき、曝気装置への給気量を増加させる必要があると判定でき、無酸素槽のＯＲＰが高い場合には、窒素負荷が低い状態であると判断でき、給気量を減少させる必要があると判定できる。

溶存酸素濃度計、全窒素濃度計、アンモニア濃度計、硝酸態窒素濃度計は主に好気槽３または処理水槽に設置され、酸化還元電位センサは主に無酸素槽２に設置される。

ブロワ８に接続された給気管６ｂには、エアリフトポンプ５の散気管５ａに散気用の空気を供給する分岐管５ｄが分岐接続されている。制御手段１１が汚泥性状測定手段１０による計測値を指標として有機性排水の窒素負荷が増大したと判断して、ブロワ８からの給気量を増加制御すると、曝気装置６への給気量の増加に追随してエアリフトポンプ５への給気量が増加される。

これにより、好気槽３でのアンモニア態窒素に対する硝化処理が促進されて硝酸態窒素が増えると同時に、硝酸態窒素を含む活性汚泥の無酸素槽２への返送量が増して、窒素除去率が高められる。

尚、膜分離装置７の下部に備えた曝気装置への給気量は活性汚泥の窒素負荷の変動にかかわらず独自に調整する必要があるため、当該曝気装置に接続されるブロワは独立して設けられている。

制御手段１１が汚泥性状測定手段１０による計測値を指標として有機性排水の窒素負荷が減少したと判断して、ブロワ８からの給気量を減少制御すると、曝気装置６への給気量の減少に追随してエアリフトポンプ５への給気量が減少される。

これにより、好気槽３でのアンモニア態窒素に対する硝化処理に不要な過剰な給気が抑止される。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）には、図１で説明した有機性排水の処理システム１の試験データが示されている。図２（ａ）に示すように、有機性排水である原水の全窒素濃度が時間的に変動して、低下すると補助曝気風量及びエアリフト風量が減少制御され、上昇すると補助曝気風量及びエアリフト風量が増加制御される制御特性が示されている。この時、補助曝気風量が増加するとそれに追随してエアリフト風量が増加する様子が図２（ｂ）に示され、エアリフト風量が増加すると汚泥循環量が増加する様子が図２（ｃ）に示されている。

即ち、上述した有機性排水の処理システム１の制御手段１１によって、活性汚泥の性状を指標としてブロワ８からの給気量を増加または減少調整することによりエアリフトポンプ５による汚泥循環量が追随して制御される制御方法が実現されている。

以下、別実施形態を説明する。
先の実施形態では、好気槽３内に仕切られることなく補助曝気区域３Ａと膜分離区域３Ｂが隣接するように配置された構成を説明したが、補助曝気区域３Ａと膜分離区域３Ｂが隔壁等で明確に分けられるように構成されていてもよい。

先の実施形態では曝気装置６に供給される空気量がブロワ８の回転数を調整することにより増減され、それに追随するようにエアリフトポンプ５に供給される給気量が増減される態様を説明したが、図３に示すように、ブロワと給気管６ｂ及び分岐管５ｄとの間にバルブＶを設けて、ブロワ８の回転数を一定に維持しつつ活性汚泥の性状を指標として当該バルブＶの開度を調整してもよい。

先の実施形態では、好気槽３が、曝気装置６が配置された補助曝気区域３Ａと、膜分離装置７が配置された膜分離区域３Ｂを備えて構成された例を説明したが、図４に示すように、好機槽３に膜分離区域３Ｂを備えず、補助曝気区域３Ａのみで構成された例であっても本願発明を適用することができる。

先の実施形態では、有機性排水の処理システム１を構成する生物処理槽が、無酸素槽２と好気槽３のみで構成された例を説明したが、さらに嫌気槽９を備えてもよい。図５に示すように、例えば、無酸素槽２の前段に嫌気槽９を備え、好気槽３で活性汚泥に取り込まれたリンを嫌気槽で放出するように構成してもよい。この場合、無酸素槽２の活性汚泥を嫌気槽９に返送する返送路を設けることにより、好気槽３で取り込まれたリンが無酸素槽２で脱窒された後に嫌気槽９で放出されるようになる。

上述した実施形態では、曝気装置６に空気を供給する給気管６ｂとエアリフトポンプ５に空気を供給する分岐管５ｄにバルブ等の流量調整手段が設けられていない態様を説明したが、給気管６ｂと分岐管５ｄの少なくとも一方にバルブ等を設けてもよい。この場合、当該バルブ等により曝気装置６とエアリフトポンプ５への給気量が所定比となるように一旦調整すれば、あとは共通のブロワ８からの給気量の増減に応じて、曝気装置６とエアリフトポンプ５への給気量が当該所定比を維持した状態で増減されることになる。

上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。また、上述した複数の実施形態の何れかまたは複数を適宜組み合わせてもよい。

１：有機性排水処理システム
２：無酸素槽
３：好気槽
４：移送経路
５：エアリフトポンプ
５ａ：散気管
５ｂ：揚水管
５ｃ：移送管
５ｄ：分岐管
６：曝気装置
６ａ：散気部
６ｂ：給気管
８：ブロワ
１０：汚泥性状測定手段
１１：制御手段

Claims (5)

1. 有機性排水を活性汚泥が貯留された無酸素槽と好気槽との間で循環させながら生物処理する有機性排水の処理方法であって、
   前記好気槽で好気性処理するための曝気装置への給気量の増減に追随して前記好気槽から前記無酸素槽へ活性汚泥を移送するためのエアリフトポンプへの給気量が増減するように、前記曝気装置及び前記エアリフトポンプへの給気を共通のブロワで行ない、
   活性汚泥の性状を指標として前記ブロワからの給気量を増加または減少調整することを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 前記好気槽は、前記曝気装置が配置された補助曝気区域と、膜分離装置が配置された膜分離区域を備えて構成され、
   前記エアリフトポンプにより前記膜分離区域の活性汚泥を前記無酸素槽へ移送することを特徴とする請求項１に記載の有機性排水の処理方法。
3. 前記指標となる活性汚泥の性状が、溶存酸素濃度、酸化還元電位、全窒素濃度、アンモニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度の何れかで表されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機性排水の処理方法。
4. 有機性排水を活性汚泥が貯留された複数の生物処理槽の間で循環させながら生物処理する有機性排水の処理システムであって、
   無酸素槽と、好気槽と、前記無酸素槽から前記好気槽へ活性汚泥を移送する移送経路と、前記好気槽から前記無酸素槽へ活性汚泥を移送するエアリフトポンプと、前記好気槽に配置された曝気装置と、前記エアリフトポンプ及び前記曝気装置への給気量を可変に調整可能な共通のブロワと、活性汚泥の性状を測定する汚泥性状測定手段と、前記汚泥性状測定手段からの測定値に基づいて前記ブロワからの給気量を増加または減少調整する制御手段とを備え、
   前記制御手段による前記ブロワからの給気量の制御に基づく前記曝気装置への給気量の増減に追随して前記エアリフトポンプへの給気量も増減されることを特徴とする有機性排水の処理システム。
5. 前記好気槽は、前記曝気装置が配置された補助曝気区域と、膜分離装置が配置された膜分離区域を備えて構成され、
   前記エアリフトポンプにより前記膜分離区域の活性汚泥を前記無酸素槽へ移送するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の有機性排水の処理システム。

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