JP2024053843A - 排水処理方法及び排水処理装置 - Google Patents
排水処理方法及び排水処理装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024053843A JP2024053843A JP2022160295A JP2022160295A JP2024053843A JP 2024053843 A JP2024053843 A JP 2024053843A JP 2022160295 A JP2022160295 A JP 2022160295A JP 2022160295 A JP2022160295 A JP 2022160295A JP 2024053843 A JP2024053843 A JP 2024053843A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sludge
- tank
- nitrite nitrogen
- anaerobic digestion
- pretreatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims abstract description 267
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 90
- JVMRPSJZNHXORP-UHFFFAOYSA-N ON=O.ON=O.ON=O.N Chemical compound ON=O.ON=O.ON=O.N JVMRPSJZNHXORP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 89
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 85
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims abstract description 73
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 22
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 68
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 65
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 60
- XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N ammonia nh3 Chemical compound N.N XKMRRTOUMJRJIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 14
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims description 14
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims description 11
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M Nitrite anion Chemical compound [O-]N=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 5
- 238000010979 pH adjustment Methods 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 48
- 208000005156 Dehydration Diseases 0.000 abstract description 21
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 19
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 abstract description 15
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 abstract description 15
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 abstract 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- -1 iron ions Chemical class 0.000 description 9
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 7
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] Chemical compound [O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[NH6+3] MMDJDBSEMBIJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 6
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 6
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 6
- LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M sodium nitrite Chemical compound [Na+].[O-]N=O LPXPTNMVRIOKMN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 5
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 5
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- 235000010288 sodium nitrite Nutrition 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000003381 solubilizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N Nitrous acid Chemical compound ON=O IOVCWXUNBOPUCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000011038 discontinuous diafiltration by volume reduction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 1
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002506 iron compounds Chemical class 0.000 description 1
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
- 238000009280 upflow anaerobic sludge blanket technology Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
【課題】従来の汚泥可溶化技術におけるコスト、オゾン発生器、臭気、分離水の色度などの問題を解決して、汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる嫌気性処理を含む排水処理方法及び装置を提供する。【解決手段】生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含む排水処理方法であって、嫌気性消化処理工程１５の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含むことを特徴とする排水処理方法。【選択図】図１
Description
本発明は、排水処理方法及び装置に関し、特に汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる嫌気性処理を含む排水処理方法及び装置に関する。
汚泥減容化を図るため、メタン発酵槽に導入する汚泥を可溶化する方法が用いられている。汚泥の可溶化技術としては、マイクロ波、オゾン、熱、超音波、アルカリ処理などを利用する方法が知られている。
たとえば、特開２００９－２５５０８８号公報（特許文献１）には、オゾンを利用する可溶化処理において、オゾン処理化された余剰汚泥を圧縮空気により撹拌し、生物処理槽に送り戻す熟成槽と、熟成槽で発生するオゾンを含む気体からオゾンを吸着する脱オゾン槽を備える余剰汚泥可溶化装置により、少ないオゾンの消費量で十分に可溶化してから生物処理槽に戻すことによって、実質的に全ての余剰汚泥を生物分解することが開示されている。
特開２０１６－２２１４９１号公報（特許文献２）には、汚泥をｐＨ１１以上のアルカリ性雰囲気で４０℃以上１００℃以下に加熱することにより汚泥を可溶化処理した後に、嫌気性生物処理することにより、可溶化汚泥の分解によるメタンガスを発生させ、嫌気処理におけるメタンガス発生量を向上させることが開示されている。
特開２０１２－１８３５１０号公報（特許文献３）には、嫌気性消化汚泥をｐＨ５～７、５０℃～９０℃にて高温可溶化菌又は超高温可溶化菌の作用により可溶化して、可溶化有機性廃棄物と可溶化の際に発生したＨ２を含むガスを嫌気性消化処理することにより、水素、メタンガスの増収及び有機性廃棄物の残渣の減容化率の向上を図ることが開示されている。
特開２０１１－５３５９号公報（特許文献４）には、生物処理後の余剰汚泥を可溶化した後に再び生物処理に戻す処理方法において、生物処理後の余剰汚泥を噴射する噴射ノズル内で超音波処理を行い、超音波処理されている汚泥を噴射ノズルから液滴状に加圧噴射することにより、従来の超音波処理において生じていた噴射ノズル孔内での目詰まりを防止し、より高いキャビテーション効果により可溶化が促進されることが開示されている。
しかし、従来の方法にはコストやオゾン発生器の問題、臭気、分離水の色度などに課題があり、実用的には普及していない。また、アルカリ処理では、汚泥脱水性の悪化や分離水の色度などに課題がある。
高温処理及びオゾン処理の際に問題となるエネルギー使用量及び稼働コストを改善し、アルカリ処理の際に問題となる処理水の色度及び汚泥の脱水性を改善する方法として、ＯＳＡプロセスが提案されている。たとえば、特開２０２０―１４２１６８号公報（特許文献５）には、生物処理後の汚泥の一部を嫌気槽に導入して、鉄の存在下で微曝気処理して汚泥を分解し再基質化させた後に、活性汚泥槽に返送して再び生物処理する方法が開示されている。特許文献５に記載のＯＳＡプロセスは、従来のＯＳＡプロセスよりは滞留時間が短縮でき、嫌気槽も小型化できているが、他の処理方法と比較するとやはり滞留時間が長く、嫌気槽も大きいという問題が残る。
本発明は、従来の汚泥可溶化技術におけるコスト、オゾン発生器、臭気、分離水の色度などの問題を解決して、汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる嫌気性処理を含む排水処理方法及び装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明者らは鋭意研究した結果、嫌気性消化処理に供する余剰汚泥を、亜硝酸性窒素及び鉄の存在下でｐＨを５以下、好ましくは３以下の酸性雰囲気下で処理することにより、余剰汚泥中の微生物の細胞壁（細胞膜）を破壊せずに、細胞外高分子物質を１μｍ程度に細分化させることができ、微生物由来の有機物による色度の悪化を防止しながら、溶解性ＣＯＤＣｒ（Ｓ－ＣＯＤＣｒ）成分及び分解しやすいＣＯＤＣｒ成分が増加した汚泥（易分解化汚泥）を得ることができ、易分解化汚泥を嫌気性消化処理することによって、メタンガス発生量を有意に増加できることを知見し、本発明を完成するに至った。
本発明において、「易分解化」とは汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化させ分解しやすい汚泥にするが、細胞壁（細胞膜）は破壊せずに残し、細分化された細胞外高分子物質と、微生物とを含む、分解しやすい汚泥にすることであり、「易分解化汚泥」とは易分解化処理により得られる細分化された細胞外高分子物質と微生物とを含む分解しやすい汚泥であり、［（処理後Ｓ－ＣＯＤＣｒ）－（処理前Ｓ－ＣＯＤＣｒ）］／処理前ＣＯＤＣｒで求められる可溶化度が１０％未満である汚泥をいう。汚泥処理において一般的な「可溶化」は、汚泥中の微生物の細胞壁（細胞膜）を破壊して溶解性有機物を増加させ、固形物を減らすことで汚泥を減容化する技術であり、本発明における「易分解化」及び「易分解化汚泥」は「可溶化」及び「可溶化汚泥」とは区別される。
本発明によれば、下記態様の排水処理方法及び排水処理装置が提供される。
［１］ 生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程と、を含む排水処理方法であって、
当該嫌気性消化処理工程の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程を含むことを特徴とする排水処理方法。
［２］ 前記前処理工程にて、前記余剰汚泥に亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）及び／又は鉄を添加することを特徴とする上記［１］に記載の排水処理方法。
［３］ 前記前処理工程の前に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮工程を含むことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の排水処理方法。
［４］ 排水を汚泥と分離水とに分離する固液分離工程と、当該固液分離工程からの分離水を生物処理する生物処理工程と、当該固液分離工程からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程と、前記嫌気性消化処理工程の前に、当該分離汚泥濃縮工程からの濃縮汚泥と前記前処理工程からの易分解化汚泥とを混合する汚泥混合工程を含むことを特徴とする上記［１］～［３］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［５］ 前記脱水工程からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程をさらに含み、
前記前処理工程に、前記亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程からの亜硝酸を添加することを特徴とする上記［１］～［４］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［６］ 排水処理装置であって、
生物処理後の余剰汚泥を、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽と、
当該前処理槽からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽と、
当該嫌気性消化槽からの汚泥を脱水処理する脱水機と、
を備えることを特徴とする嫌気性消化処理装置。
［７］ 前記前処理槽の前段に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮槽をさらに備えることを特徴とする上記［６］に記載の排水処理装置。
［８］ 排水を分離汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離手段と、
当該第１の固液分離手段からの分離水を生物処理する生物処理槽と、
当該第１の固液分離手段からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮槽と、
前記嫌気性処理装置の前段に、当該分離汚泥濃縮槽からの濃縮汚泥と、前記前処理槽からの易分解化汚泥とを混合する汚泥濃縮混合槽と、をさらに含むことを特徴とする上記［６］又は［７」に記載の排水処理装置。
［９］ 前記脱水機からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素生成槽をさらに含み、
前記前処理槽に、前記亜硝酸性窒素生成槽からの亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を添加することを特徴とする上記［６］～［８］のいずれか１に記載の排水処理装置。
［１］ 生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程と、を含む排水処理方法であって、
当該嫌気性消化処理工程の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程を含むことを特徴とする排水処理方法。
［２］ 前記前処理工程にて、前記余剰汚泥に亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）及び／又は鉄を添加することを特徴とする上記［１］に記載の排水処理方法。
［３］ 前記前処理工程の前に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮工程を含むことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の排水処理方法。
［４］ 排水を汚泥と分離水とに分離する固液分離工程と、当該固液分離工程からの分離水を生物処理する生物処理工程と、当該固液分離工程からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程と、前記嫌気性消化処理工程の前に、当該分離汚泥濃縮工程からの濃縮汚泥と前記前処理工程からの易分解化汚泥とを混合する汚泥混合工程を含むことを特徴とする上記［１］～［３］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［５］ 前記脱水工程からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程をさらに含み、
前記前処理工程に、前記亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程からの亜硝酸を添加することを特徴とする上記［１］～［４］のいずれか１に記載の排水処理方法。
［６］ 排水処理装置であって、
生物処理後の余剰汚泥を、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽と、
当該前処理槽からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽と、
当該嫌気性消化槽からの汚泥を脱水処理する脱水機と、
を備えることを特徴とする嫌気性消化処理装置。
［７］ 前記前処理槽の前段に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮槽をさらに備えることを特徴とする上記［６］に記載の排水処理装置。
［８］ 排水を分離汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離手段と、
当該第１の固液分離手段からの分離水を生物処理する生物処理槽と、
当該第１の固液分離手段からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮槽と、
前記嫌気性処理装置の前段に、当該分離汚泥濃縮槽からの濃縮汚泥と、前記前処理槽からの易分解化汚泥とを混合する汚泥濃縮混合槽と、をさらに含むことを特徴とする上記［６］又は［７」に記載の排水処理装置。
［９］ 前記脱水機からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素生成槽をさらに含み、
前記前処理槽に、前記亜硝酸性窒素生成槽からの亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を添加することを特徴とする上記［６］～［８］のいずれか１に記載の排水処理装置。
本発明の排水処理方法によれば、従来の汚泥可溶化技術と異なり、細胞外高分子物質を細分化させるが細胞壁を破壊しないため、従来の可溶化方法よりもエネルギー使用量及び稼働コストを低減し、嫌気性消化処理に要する時間（滞留時間）が短縮されるなど操作性に優れ、処理水の色度及び汚泥の脱水性を改善し、メタンガス生成速度及びメタン転換率を向上させることができる。前処理時に、微生物の細胞外高分子物質が細分化されると、細胞外高分子物質に抱えられていた結合水が遊離水となり、汚泥処理工程における脱水性を向上させることができる。
本発明の処理装置は、余剰汚泥を易分解化汚泥に変換するために要する時間（滞留時間）が短いため、従来の可溶化槽よりも小型の前処理槽を用いることができ、ラインミキサーなど管状構造の前処理槽とすることもできる。また、ヒーターやオゾン発生器などの特別な機器を必要とせずに、簡易な構成でメタン生成速度及びメタン転換率の高い処理装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。添付図面に示す実施形態は本発明の代表例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１に、本発明の排水処理方法の基本の処理フローの概略を示す。本発明の排水処理方法は、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含むことを特徴とする。図示した実施形態においては、排水を分離汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離工程１１と、第１の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理工程１２からの生物処理水を汚泥と処理水とに分離する第２の固液分離工程１３と、を含み、第２の固液分離工程１３からの汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に戻され、汚泥の残部は余剰汚泥として前処理工程１４に送られる。第１の固液分離工程は必須ではなく、省略することもできる。
図２に、本発明の排水処理方法の一実施形態の処理フローの概略を示す。図２に示す排水処理方法は、排水を汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離工程１１と、第１の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、第１の固液分離工程１１からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程１７と、分離汚泥濃縮工程１７からの濃縮汚泥と前処理工程１４からの易分解化汚泥とを混合する汚泥混合工程１８をさらに含み、濃縮汚泥及び易分解化汚泥の混合汚泥を嫌気性消化処理工程１５に供給して処理することを特徴とする。生物処理工程１２からの生物処理水は第２の固液分離工程１３にて汚泥と処理水とに分離され、汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に返送され、残部は余剰汚泥として前処理工程１４に送られる。余剰汚泥を前処理工程１４に供給する前に濃縮する余剰汚泥濃縮工程１９をさらに含むこともできる。前処理工程１４の前段に、余剰汚泥濃縮工程１９を含む場合には、前処理工程の効率化（酸使用量の削減、前処理槽の小型化）を図ることができる。
図３に、本発明の排水処理方法の別の実施形態の処理フローの概略を示す。図３に示す排水処理方法は、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、脱水工程１６からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程２０をさらに含み、前処理工程１４に、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程２０からの亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を添加することを特徴とする。図示した実施形態においては、排水を汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離工程１１と、第１の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理工程１２からの生物処理水を汚泥と処理水とに分離する第２の固液分離工程１３と、を含み、第２の固液分離工程１３からの汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に返送され、残部は余剰汚泥として前処理工程１４に送られる。余剰汚泥を前処理工程１４に供給する前に濃縮する余剰汚泥濃縮工程１９をさらに含むこともできる。前処理工程１４の前段に、余剰汚泥濃縮工程１９を含む場合には、前処理工程の効率化（酸使用量の削減、前処理槽の小型化）を図ることができる。第１の固液分離工程１１は必須ではなく省略することができる。
図４に、本発明の排水処理方法のまた別の実施形態の処理フローの概略を示す。図４に示す排水処理方法は、排水を汚泥と分離水とに固液分離する第1の固液分離工程１１と、第1の固液分離工程１１からの分離水を生物処理する生物処理工程１２と、生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程１５と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程１６と、を含み、嫌気性消化処理工程１５の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程１４を含み、第１の固液分離工程１１からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程１７と、分離汚泥濃縮工程１７からの濃縮汚泥と前処理工程１４からの易分解化汚泥とを混合する汚泥混合工程１８をさらに含み、濃縮汚泥及び易分解化汚泥の混合汚泥を嫌気性消化処理工程１５に供給して処理すること、及び脱水工程１６からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程２０をさらに含み、前処理工程１４に、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程２０からの亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を添加することを特徴とする。生物処理工程１２からの生物処理水は、第２の固液分離工程１３にて汚泥と処理水とに分離され、汚泥の一部は返送汚泥として生物処理工程１２に戻され、残部は余剰汚泥として前処理工程１４に送られる。余剰汚泥を前処理工程１４に供給する前に濃縮する余剰汚泥濃縮工程１９をさらに含むこともできる。
まず、図１～４に示す本発明の排水処理方法における前処理工程１４について説明する。前処理工程において、鉄及び亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下、ｐＨ５以下、好ましくは４以下、より好ましくはｐＨ３以下ｐＨ２以上の酸性雰囲気にて、室温にて余剰汚泥を処理することにより、鉄イオン、亜硝酸イオン、ヒドロキシラジカルに加えて、溶出した金属イオンの作用により余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して、分解しやすい汚泥（易分解化汚泥）にすることができる。また、細胞外高分子物質が抱えていた結合水が遊離水に変化して放出されることで、脱水工程における嫌気性消化汚泥の脱水性も向上し、汚泥減容化に資する。
前処理工程において処理対象となる余剰汚泥中の鉄は、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは５０ｍｇ／Ｌ以上とする。鉄が高濃度になるほど細胞外高分子物質の細分化は進むが、鉄が高濃度すぎると嫌気性消化処理後の汚泥の発生量が増え、鉄の添加量が増えてコストが増えるので、６００ｍｇ／Ｌを上限とすることが好ましい。
鉄は、汚泥由来、凝集剤由来で処理対象となる余剰汚泥に含まれていることもあるが、本発明においては３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下に調整する。ｐＨを５以下、好ましくは３以下に低下させることで、余剰汚泥に含まれている鉄が溶解して三価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）となる。ただし、余剰汚泥中の有機物に取り込まれている鉄イオンは溶出しにくいため、不足する場合には鉄を添加する。添加する鉄としては、ＦｅＣｌ３やＦｅＣｌ２などの鉄化合物を好ましく用いることができる。
前処理工程において処理対象となる余剰汚泥中の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）は１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは５０ｍｇ／Ｌ以下とする。亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）が過剰に存在すると、嫌気性消化槽での脱窒により有機物が消費され、メタンガス生成量が減少する。ｐＨを５以下、好ましくは３以下に低下させることで、遊離亜硝酸（ＦＮＡ）が生成する。１ｍｇ／Ｌの亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）は０．０２ｍｇ／Ｌの遊離亜硝酸（ＦＮＡ）と０．９８ｍｇ／Ｌの亜硝酸イオン（ＮＯ２
－）となる。よって、余剰汚泥中に遊離亜硝酸（ＦＮＡ）が０．０２ｍｇ／Ｌ以上３ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは１ｍｇ／Ｌ以下存在すると言い換えることもできる。
亜硝酸性窒素は余剰汚泥に含まれていることもあるが、本発明においては亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは５０ｍｇ／Ｌ以下に調整する。亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）は、亜硝酸塩として余剰汚泥に添加してもよいし、余剰汚泥や嫌気性消化汚泥の分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させてもよい。本発明において、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の少なくとも一部は、既存の水処理又は汚泥処理で発生する亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を利用することが好ましい。また、前処理工程において、微曝気することにより、余剰汚泥中のアンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）の一部を亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）に酸化することもできる。
前処理工程において、酸を添加して余剰汚泥のｐＨを５以下、好ましくは４以下、より好ましくは３以下に調整する。ｐＨが低すぎると、嫌気性消化処理に最適なｐＨ（中性）に調整するためにアルカリ剤を多量に添加する必要が生じ、コストが高くなるため、ｐＨは２以上にすることが好ましい。通常、高濃度汚泥を嫌気性消化処理に供すると、嫌気性消化に伴い生成するアンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）によりアルカリ度が増加し、脱水効果が低下するため、嫌気性消化処理の前にｐＨを低下させることは高濃度汚泥を処理する上でも効果的である。また、従来のアルカリ処理や高温処理の課題であった色度悪化の原因となる細胞を構成している有機物が放出されることが防止され、さらにフミン質は酸性域で凝集しやすく、脱水工程で除去できるため、色度悪化を効果的に防止できる。さらに、従来のアルカリ処理による可溶化汚泥と比べて、本発明の前処理で生成される易分解化汚泥は、臭気が少なく、粘性が低く、流動性が高いため、取り扱いが容易で、移送動力や撹拌動力を削減できる。
前処理工程において添加する酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、亜硝酸、リン酸などを用いることができる。なかでも塩酸は、嫌気性消化処理時に還元反応による有機物の消費が少なく、メタンガス発生量を増加させることができるため、好ましい。他の酸は、塩酸よりはメタンガス発生量の増加が少ないが、汚泥減容効果は同等である。なお、酸はアルカリ剤より廉価であり、薬剤コストを抑制できるという利点もある。
前処理工程においては、ｐＨ５以下で、三価の鉄イオンＦｅ３＋が亜硝酸イオン（ＮＯ２
－）により還元され、硝酸イオン（ＮＯ３
－）と二価の鉄イオンＦｅ２＋と水素イオンＨ＋が生成され、汚泥中の微生物の細胞外高分子物質が溶解すると考えらえる。微生物の細胞外高分子物質を細分化させるが細胞壁を完全に溶解させない程度の緩やかな反応であり、前処理の滞留時間は０．０１時間以上２４時間以内、好ましくは０．５時間以上１２時間以内とすることが望ましい。
前処理工程は、－５０ｍＶ以上１５０ｍＶ以下のＯＲＰ（標準電極電位）で行うことができ、積極的な嫌気化又は曝気は必要ではない。また、常温（１０℃～２５℃程度）でよく、加温の必要はない。前処理工程からの易分解化汚泥は酸性であるため、嫌気性消化処理による嫌気性消化汚泥のアルカリ度が高くなり過ぎず、脱水処理時の凝集剤添加量も削減できる。本発明における前処理工程を含む排水処理方法は、従来の汚泥可溶化工程を含む嫌気性排水処理よりも、ｐＨ調整剤及び凝集剤の添加量、及び加温及びＯＲＰ制御のためのエネルギー必要量を低減できるため、稼働コストを抑制することができる。
次に、図１～４における他の処理工程について説明する。
第１の固液分離工程１１は、処理対象の排水を汚泥と分離水とに固液分離する工程であり、処理対象の排水量が多量であるため、重力沈降分離が好ましい。
第１の固液分離工程１１は、処理対象の排水を汚泥と分離水とに固液分離する工程であり、処理対象の排水量が多量であるため、重力沈降分離が好ましい。
生物処理工程１２は、活性汚泥処理による好気性生物処理が好ましい。
第２の固液分離工程１３は、活性汚泥を含む生物処理後の汚泥を余剰汚泥と処理水とに固液分離する工程であり、重力沈降分離又は膜分離が好ましい。
第２の固液分離工程１３は、活性汚泥を含む生物処理後の汚泥を余剰汚泥と処理水とに固液分離する工程であり、重力沈降分離又は膜分離が好ましい。
余剰汚泥濃縮工程１９は、第２の固液分離工程１３からの余剰汚泥を前処理に供する前に、余剰汚泥を濃縮する工程であり、機械濃縮が好ましい。濃縮余剰汚泥を前処理に供することにより、単位容積当たりの細胞外高分子由来の有機物（可溶性ＣＯＤＣｒ成分）が増え、嫌気性消化処理によるメタンガス発生効率を向上させることができる。
嫌気性消化工程１５は、余剰汚泥を嫌気性消化処理してメタンガスを発生させる工程である。本発明においては、易分解化汚泥を嫌気性消化処理することにより、メタンガスの発生量を増加させることができる。通常、嫌気性消化工程はｐＨ６～８．５で行われる。本発明においては、前処理工程において常温でｐＨを５以下に調整して得た易分解化汚泥を嫌気性消化工程に導入するため、遊離アンモニア濃度が下がり、易分解化汚泥のアルカリ度は高過ぎず、通常はｐＨを低下させるために必要となるｐＨ調整剤を低減できる。たとえば一般的な嫌気性消化工程における汚泥のアルカリ度が３０００ｍｇ／Ｌの場合、アンモニア性窒素濃度は５００～１０００ｍｇ／Ｌ程度であり、高濃縮汚泥を嫌気性消化処理する場合には嫌気性消化工程における汚泥のアルカリ度が６０００ｍｇ／Ｌ、アンモニア性窒素濃度は５０００ｍｇ／Ｌ程度に上昇することが多いが、本発明の易分解化汚泥を嫌気性消化工程に供給する場合には、嫌気性消化汚泥のアルカリ度が高すぎないため、脱水処理時の凝集剤の添加量を削減することができる。
脱水工程１６は、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理して、脱水汚泥と分離液とに分離する工程である。本発明においては、易分解化汚泥を嫌気性消化処理することにより、嫌気性消化工程１５からの汚泥が減少するため、脱水工程における脱水効率も上がり、最終的に排出される脱水汚泥も減少する。易分解化汚泥の嫌気性処理による嫌気性処理汚泥のアンモニア濃度が高すぎないため、凝集剤の添加量を削減でき、稼働コストを抑制することができる。
分離汚泥濃縮工程１７は、第１の固液分離工程１１からの汚泥を濃縮する工程であり、重力濃縮を好ましく用いることができる。汚泥混合工程１８は、嫌気性消化処理の前に、濃縮汚泥及び易分解化汚泥を混合する工程であり、嫌気性消化処理する際の汚泥濃度を好適範囲に調整することができる。
亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程２０は、脱水工程１６からの分離液に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）を亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）に酸化させる工程である。亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程から前処理工程に導入するまでに、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）が酸化されてしまうことを防止することが望ましい。亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の酸化を阻害する方法としては、ｐＨを５～６．５程度に低くして、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を１００ｍｇ／Ｌ以上に維持し、遊離亜硝酸を生成させる方法、ｐＨを７～８．５程度に高くして、アンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）を１００ｍｇ／Ｌ以上に維持し、遊離アンモニアを生成させる方法、溶存酸素（ＤＯ）を１ｍｇ／Ｌ以下に維持して亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の酸化を阻害する方法、ＳＲＴとして１～２日で汚泥を引き抜くなどして滞留時間を短縮して亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の濃度を高く維持する方法などを好ましく用いることができる。
次に、図５～８を参照しながら、本発明の排水処理装置を説明する。
図５～８は、図１～４に示す排水処理方法を実施するに適した排水処理装置の構成を示す概略説明図である。図５～８は、図１～４に示す各工程を実施するための装置構成を具体的に記載したものであり、各工程を実施するための構成には同じ符号を用いる。
図５～８は、図１～４に示す排水処理方法を実施するに適した排水処理装置の構成を示す概略説明図である。図５～８は、図１～４に示す各工程を実施するための装置構成を具体的に記載したものであり、各工程を実施するための構成には同じ符号を用いる。
本発明の排水処理装置は、図５に示すように、生物処理後の余剰汚泥を、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽１４と、前処理槽１４からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽１５と、嫌気性消化槽１５からの汚泥を脱水処理する脱水機１６と、を備えることを特徴とする。図示した実施形態では、排水を固液分離する第１の固液分離手段１１と、第１の固液分離手段１１からの分離水を生物処理する生物処理槽１２と、生物処理槽１２からの生物処理水を汚泥と処理水とに分離する第２の固液分離手段１３と、余剰汚泥の発生量を抑制し、生物処理時の汚泥濃度を十分に高く維持するために、第２の固液分離手段１３からの返送汚泥を生物処理槽１２に返送する汚泥返送ライン１２ａが設けられている。第１の固液分離手段１１は省略することもできる。第２の固液分離手段１３は、図示したように生物処理槽１２とは別に設けてもよいが、浸漬型分離膜などを生物処理槽１２内に設けてもよい。
本発明の排水処理装置は、図６に示すように、第１の固液分離手段１１と、嫌気性消化処理槽１５との間に、第１の固液分離手段１１からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮槽１７と、分離汚泥濃縮槽１７からの濃縮汚泥と、前処理槽１４からの易分解化汚泥とを混合する汚泥濃縮混合槽１８と、をさらに含むこともできる。
本発明の排水処理装置は、図７に示すように、脱水機１６からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素を生成させる亜硝酸性窒素生成槽２０をさらに含み、前処理槽１４に、亜硝酸性窒素生成槽２０からの亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を添加する構成としてもよい。
図５～８に示す実施形態では、第１の固液分離手段１１として最初沈殿池、第２の固液分離手段１３として最終沈殿池を用いているが、これらに限らず、排水処理において通常用いられる固液分離手段、たとえば重力ろ過装置、圧縮ろ過装置、真空ろ過装置、常圧浮上濃縮装置、遠心濃縮装置、ベルト式ろ過濃縮装置、浸漬型膜分離装置、槽外型膜分離装置などを用いることができる。また、固液分離手段１１及び１３に、汚泥を沈殿させやすくするために凝集剤を添加する凝集剤添加手段を設けることもできる、あるいは、固液分離手段１１及び１３の前段に、汚泥に凝集剤を添加して凝集させる凝集槽を備えることもできる。
生物処理槽１２としては、活性汚泥槽、散水ろ床、オキシデーションディッチ槽などを好ましく用いることができる。嫌気性消化槽１５としては、ＵＡＳＢ型嫌気槽、嫌気性膜分離槽、担体投入型消化槽などを好ましく用いることができる。脱水機１６としては、通常の汚泥処理に用いられる脱水機、たとえば重力ろ過脱水装置、圧縮ろ過脱水装置、真空ろ過脱水装置、スクリュープレス型脱水装置、遠心脱水装置、フィルタープレス脱水装置、ベルトプレス脱水装置などを好ましく用いることができる。
前処理槽１４は、生物処理槽１２からの余剰汚泥を鉄、亜硝酸性窒素の存在下で酸を添加してｐＨ５以下、常温で処理して、余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化させるために必要な滞留時間を確保できる容積を有するものであればよく、槽形状に限定されず、ラインミキサーなどの管形状でもよい。前処理工程は、微生物の細胞該高分子物質を細分化させるが細胞壁を完全に溶解させる処理ではないため、短時間での処理が好ましく、滞留時間は０．０１時間以上２４時間以下、好ましくは０．５時間以上１２時間以下とすることが望ましい。前処理槽１４は、酸添加手段１４ａに加えて、鉄添加手段１４ｂ及び亜硝酸性窒素添加手段１４ｃを備えていることが好ましく、さらにｐＨ調整剤添加手段（図示せず）を備えていてもよい。また、汚泥と酸、鉄及び亜硝酸性窒素とを均一に接触させるために、撹拌手段（図示せず）を備えていることが好ましい。さらに、図示してはいないが、前処理槽１４は、処理中の汚泥の鉄及び亜硝酸の存在量を検出する鉄検出手段及び亜硝酸性窒素検出手段並びにｐＨ計を備え、酸添加手段、ｐＨ調整剤添加手段、鉄添加手段及び亜硝酸性窒素添加手段は、汚泥中の存在量に応じてこれらの添加量を調整する酸添加量調整手段、ｐＨ調整剤添加量調整手段、鉄添加量調整手段、及び亜硝酸性窒素添加量調整手段をそれぞれ備えることが好ましい。さらに、前処理槽１４は、余剰汚泥中のアンモニア性窒素の一部を亜硝酸性窒素に酸化させるための微曝気手段を備えていてもよい。
本発明の処理装置は、前処理槽１４に添加する亜硝酸性窒素を生成する亜硝酸性窒素生成槽２０をさらに備えることが好ましい。亜硝酸性窒素生成槽２０は、脱水機１６からの分離液の一部を導入する分離液導入手段２０ａと、生成した亜硝酸性窒素を前処理槽１４に供給する亜硝酸性窒素添加手段１４ｃを備えていることが好ましい。亜硝酸性窒素生成槽２０は、分離液中のアンモニア性窒素（ＮＨ４－Ｎ）を亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）に酸化させ、亜硝酸性窒素として前処理槽１４に供給することができるものであれば、特に限定されない。たとえば、アンモニア性窒素を酸化させるための曝気手段、分離液のｐＨを所定範囲に維持するｐＨ調整手段、溶存酸素（ＤＯ）濃度を１ｍｇ／Ｌ以下に維持する曝気調整手段などを備えていてもよい。
２５℃の恒温槽内の容器に、純水と、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）が１５０ｍｇ／Ｌとなるように亜硝酸ナトリウムを添加し、鉄濃度が０ｍｇ／Ｌ、６５ｍｇ／Ｌ、２８０ｍｇ／Ｌ及び５８０ｍｇ／Ｌとなるように塩化第二鉄の添加量を変えて、４日間撹拌処理し、処理前、処理１日後、処理４日後の汚泥中の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）及び硝酸性窒素（ＮＯ３－Ｎ）の濃度変化を測定した結果を図９及び１０に示す。鉄が存在しない場合には亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）及び硝酸性窒素（ＮＯ３－Ｎ）の濃度に変化は認められず、鉄が存在する場合には塩化第二鉄添加後の時間が長くなるほど、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）が減少し、硝酸性窒素（ＮＯ３－Ｎ）が増加し、鉄濃度が高くなるほど、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の減少及び硝酸性窒素（ＮＯ３－Ｎ）の増加が大きくなることから、下記の反応が進行していることがわかる。
次に、５００ｍＬのポリ容器に、表１に示す性状を有する余剰汚泥３００ｍｇ／Ｌ、塩酸、亜硝酸ナトリウム、塩化第二鉄を添加して、２５℃の恒温槽で２４時間振とうした。塩酸は、添加後の余剰汚泥のｐＨが３又は５になるように添加した。亜硝酸ナトリウムは、添加後の余剰汚泥中の亜硝酸性窒素濃度が０又は２ｍｇ／Ｌとなるように添加した。塩化第二鉄は、添加後の余剰汚泥中のＦｅ３＋濃度が３０ｍｇ／Ｌ又は１００ｍｇ／Ｌになるように添加した。振とうする前の添加後１０分及び振とうした後の添加後２４時間のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度を測定した結果を表２及び図１１に示す。
ｐＨが５及び亜硝酸性窒素濃度が０ｍｇ／ＬであるＮｏ．３とＮｏ．５の対比、並びにｐＨが５及び亜硝酸性窒素濃度が２ｍｇ／ＬであるＮｏ．４とＮｏ．６の対比から、鉄濃度よりも亜硝酸性窒素濃度がＳ－ＣＯＤＣｒ濃度の増加に対する影響が大きいことがわかる。
ｐＨが５及び鉄濃度が３０ｍｇ／ＬであるＮｏ．３とＮｏ．４の対比、並びにｐＨが５及び鉄濃度が１００ｍｇ／ＬであるＮｏ．５とＮｏ．６の対比から、１０分後及び２４時間後のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度は、亜硝酸性窒素が０ｍｇ／ＬのＮｏ．３及びＮｏ．５より２ｍｇ／ＬのＮｏ．４及びＮｏ．６の方が高く、亜硝酸性窒素が存在することによって易分解性が向上することがわかる。特にＮｏ．４の２４時間後のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度は、Ｎｏ．３のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度の約４倍に増加し、Ｎｏ．６の２４時間後のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度は、Ｎｏ．５のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度の約６倍に増加しており、汚泥と亜硝酸性窒素とが十分に接触することにより、易分解化反応が進行することがわかる。
硝酸性窒素が２ｍｇ／Ｌ及び鉄濃度が３０ｍｇ／ＬであるＮｏ．２とＮｏ．４から、１０分後及び２４時間後のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度は、ｐＨが５であるＮｏ．４よりｐＨが３であるＮｏ．２の方が高く、ｐＨが低いほど効果が高いことがわかる。特に、Ｎｏ．２の１０分後のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度は、未処理汚泥のＮｏ．１のＳ－ＣＯＤＣｒ濃度の１０倍以上に増加しており、ｐＨが低いほど即効性が高いことがわかる。
Ｓ－ＣＯＤＣｒ濃度は、メタンガス発生量と相関があり、メタンガス発生量の指標となることは知られている。ｐＨ５以下で、鉄及び亜硝酸性窒素が共存することによって、Ｓ－ＣＯＤＣｒ濃度の顕著な増加が認められることから、メタンガス発生量も顕著に増加すると考えられる。
表３に示すように、本発明の前処理を用いる排水処理方法においては、従来の可溶化処理を用いる排水処理よりもエネルギー使用量が少なく、稼働コストを低減でき、操作性が良好で、処理水の色度もクリアで、汚泥の脱水性も良好である。
１１：第１の固液分離工程（最初沈殿池）
１２：生物処理工程（生物処理槽）
１３：第２の固液分離工程（最終沈殿池）
１４：前処理工程（前処理槽）
１５：嫌気性消化処理工程（嫌気性消化処理槽）
１６：脱水工程（脱水機）
１７：分離汚泥濃縮工程（重力濃縮装置）
１８：汚泥混合工程（汚泥混合貯槽）
１９：余剰汚泥濃縮工程（機械濃縮装置）
２０：亜硝酸性窒素生成工程（亜硝酸性窒素生成槽）
１２：生物処理工程（生物処理槽）
１３：第２の固液分離工程（最終沈殿池）
１４：前処理工程（前処理槽）
１５：嫌気性消化処理工程（嫌気性消化処理槽）
１６：脱水工程（脱水機）
１７：分離汚泥濃縮工程（重力濃縮装置）
１８：汚泥混合工程（汚泥混合貯槽）
１９：余剰汚泥濃縮工程（機械濃縮装置）
２０：亜硝酸性窒素生成工程（亜硝酸性窒素生成槽）
Claims (9)
- 生物処理後に発生する余剰汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理工程と、嫌気性消化処理後の汚泥を脱水処理する脱水工程と、を含む排水処理方法であって、
当該嫌気性消化処理工程の前に、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、当該余剰汚泥中の微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理工程を含むことを特徴とする排水処理方法。 - 前記前処理工程にて、前記余剰汚泥に亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）及び／又は鉄を添加することを特徴とする請求項１に記載の排水処理方法。
- 前記前処理工程の前に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理方法。
- 排水を汚泥と分離水とに分離する固液分離工程と、当該固液分離工程からの分離水を生物処理する生物処理工程と、当該固液分離工程からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮工程と、前記嫌気性消化処理工程の前に、当該分離汚泥濃縮工程からの濃縮汚泥と前記前処理工程からの易分解化汚泥とを混合する汚泥混合工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理方法。
- 前記脱水工程からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程をさらに含み、
前記前処理工程に、前記亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）生成工程からの亜硝酸を添加することを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理方法。 - 排水処理装置であって、
生物処理後の余剰汚泥を、３０ｍｇ／Ｌ以上６００ｍｇ／Ｌ以下の鉄及び１ｍｇ／Ｌ以上１５０ｍｇ／Ｌ以下の亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）の存在下で、酸を添加してｐＨを５以下に調整し、１０℃以上２５℃以下で、微生物の細胞外高分子物質を細分化して易分解化汚泥を得る前処理槽と、
当該前処理槽からの易分解化汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化槽と、
当該嫌気性消化槽からの汚泥を脱水処理する脱水機と、
を備えることを特徴とする嫌気性消化処理装置。 - 前記前処理槽の前段に、前記余剰汚泥を濃縮する余剰汚泥濃縮槽をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の排水処理装置。
- 排水を分離汚泥と分離水とに固液分離する第１の固液分離手段と、
当該第１の固液分離手段からの分離水を生物処理する生物処理槽と、
当該第１の固液分離手段からの分離汚泥を濃縮する分離汚泥濃縮槽と、
前記嫌気性処理装置の前段に、当該分離汚泥濃縮槽からの濃縮汚泥と、前記前処理槽からの易分解化汚泥とを混合する汚泥濃縮混合槽と、をさらに含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の排水処理装置。 - 前記脱水機からの分離液に含まれるアンモニア性窒素を酸化させて、亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を生成させる亜硝酸性窒素生成槽をさらに含み、
前記前処理槽に、前記亜硝酸性窒素生成槽からの亜硝酸性窒素（ＮＯ２－Ｎ）を添加することを特徴とする請求項６又は７に記載の排水処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022160295A JP2024053843A (ja) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | 排水処理方法及び排水処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022160295A JP2024053843A (ja) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | 排水処理方法及び排水処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024053843A true JP2024053843A (ja) | 2024-04-16 |
Family
ID=90670590
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022160295A Pending JP2024053843A (ja) | 2022-10-04 | 2022-10-04 | 排水処理方法及び排水処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2024053843A (ja) |
-
2022
- 2022-10-04 JP JP2022160295A patent/JP2024053843A/ja active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9845260B2 (en) | Treatment of municipal wastewater with anaerobic digestion | |
| CN101423313B (zh) | 荧光增白剂生产废水的处理工艺 | |
| CN103936225B (zh) | 催化内电解耦合两级生物滤池深度处理焦化废水的方法 | |
| JP5566147B2 (ja) | 米加工廃水の処理方法及び装置 | |
| CN103466885A (zh) | 一种太阳能硅片生产过程产生的废水的处理工艺 | |
| CN107055963B (zh) | 垃圾渗滤液高效低耗的深度处理装置及处理方法 | |
| CN105600930A (zh) | 脱氮除磷产电装置 | |
| JP2018001137A (ja) | 有機汚泥の処理方法及び処理装置 | |
| JP4631162B2 (ja) | 有機性廃棄物の処理方法 | |
| JP4298602B2 (ja) | 有機性汚泥の嫌気性消化処理方法及び装置 | |
| JP2024053843A (ja) | 排水処理方法及び排水処理装置 | |
| JP2001327998A (ja) | 有機性汚泥の消化方法 | |
| CN114249503A (zh) | 一种石油废水处理方法 | |
| KR20010068172A (ko) | 전기 분해를 이용한 펜턴 산화 처리의 폐수 처리 장치 및공법 | |
| JP2000117289A (ja) | 嫌気性消化汚泥の脱水分離液処理方法及びその装置 | |
| JP2024053849A (ja) | 排水処理方法及び排水処理装置 | |
| JP2001025789A (ja) | 有機性排液の処理方法および装置 | |
| JPH11333494A (ja) | 排水の生物学的窒素除去方法および装置 | |
| JP5063975B2 (ja) | 有機性排水の処理方法及び処理装置 | |
| KR102563906B1 (ko) | 고농도 유기성 폐수처리를 위한 전기화학적 공정을 이용한 질소처리시스템 | |
| CN113860640B (zh) | 一种聚合物多元醇生产过程中高浓度有机废水的处理方法 | |
| JP2013132599A (ja) | 有機性廃水の生物処理方法 | |
| JP6154250B2 (ja) | 有機性廃棄物処理方法及び有機性廃棄物処理設備 | |
| JP2024121217A (ja) | 有機性排水の処理方法及び処理装置 | |
| JP2022127421A (ja) | 有機性廃液の処理方法及び処理装置 |