JP2921547B2

JP2921547B2 - 廃水の脱窒・脱リン方法

Info

Publication number: JP2921547B2
Application number: JP31974893A
Authority: JP
Inventors: 哲司宮林
Original assignee: Hitachi Plant Construction Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Construction Co Ltd
Priority date: 1993-12-20
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1999-07-19
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JPH07171593A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の利用分野】本発明は廃水の脱窒・脱リン方法に
係り、窒素成分及びリン成分を含む廃水、例えば下水等
から窒素及びリンを除去する廃水の脱窒・脱リン方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】窒素成分及びリン成分を含む廃水から窒
素、リンを除去する従来の廃水の脱窒・脱リン方法とし
ては、微生物のみにより窒素・リンを除去する生物学的
方法と、微生物による窒素除去と凝集剤によるリン除去
とを組み合わせた物理化学的方法に大別される。

【０００３】図６に示す生物学的方法は３つの反応槽か
ら成り、第１反応槽１、第２反応槽２を嫌気槽とし、第
３反応槽３を好気槽とし、第３反応槽３の混合液（廃水
と活性汚泥）を第２反応槽２に循環するように構成され
ている。そして、廃水中のアンモニア性窒素と有機性窒
素は、好気槽である第３反応槽３において活性汚泥中の
硝化菌により硝化されて硝酸性窒素になる。次いで、嫌
気槽である第２反応槽２へ循環され、ここで活性汚泥中
の脱窒菌がＢＯＤ成分を有機炭素源として硝酸性窒素を
窒素ガスに還元する脱窒処理により、廃水中の窒素成分
は大気中に放散されて除去される。また、廃水中のリン
成分は、嫌気槽である第１反応槽１においてリンを放出
した活性汚泥中のリン蓄積菌が好気槽である第３反応槽
３において廃水中のリンを吸収することにより除去され
る。また、最終沈殿槽４で沈降処理されたリンを含む活
性汚泥の一部は余剰汚泥として引き抜かれ、他の活性汚
泥は返送汚泥として第１反応槽１に循環される。また、
最終沈殿槽４の上澄水は処理水として排出される。この
生物学的方法は、全ての処理を生物学的に処理する為、
ランニングコストが小さくなる長所がある。

【０００４】一方、図７に示す物理化学的方法は２槽の
反応槽から成り、第１反応槽５を嫌気槽とし、第２反応
槽６を好気槽とし、第２反応槽６の混合液（廃水と活性
汚泥）を第１反応槽５に循環するように構成されてい
る。そして、廃水中のアンモニア性窒素と有機性窒素
は、生物学的方法と同様に処理される。また、廃水中の
リン成分は、脱窒処理された混合液を最終沈殿槽７に送
水する途中で凝集剤タンク８から凝集剤を添加して最終
沈殿槽７で活性汚泥と共にリン成分を沈降させることに
より除去される。また、最終沈殿槽７で沈降処理された
リンを含む活性汚泥の一部は余剰汚泥として引き抜か
れ、他の活性汚泥は返送汚泥として第１反応槽５に循環
される。また、最終沈殿槽７の上澄水は処理水として排
出される。この物理化学的方法は凝集剤を使用するため
に生物学的方法に比べるとリン成分を安定して除去でき
る長所がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、生物学
的方法は処理が不安定であるという欠点があり、例えば
脱窒処理や脱リン処理が完了しないうちに廃水が反応槽
から排出されてしまうことがあるために、処理水の品質
を安定化させることが難しいという問題がある。一方、
物理化学的方法は、凝集剤を使用するために生物学的方
法に比べるとリン成分を安定して除去できるものの、消
化、脱窒の生物学的処理と、凝集剤による物理化学的処
理を組み合わせる為、消化、脱窒処理の効果を上げるた
めには脱窒反応が完了した後に凝集剤を添加する必要が
あり、凝集剤の添加タイミングが難しいという欠点があ
る。即ち、添加タイミングを間違えると脱窒効果が完了
しないと共に、リンに対する凝集剤の利用効率が低下し
てしまい、更には、リンと反応しない凝集剤が返送汚泥
として反応槽に返送されると微生物への悪影響もある。

【０００６】また、生物学的方法、物理化学的方法とも
に複数の処理槽を必要とするため、広い敷地を必要とす
る欠点がある。本発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、生物学的処理の不安定性を解消して脱窒効
果を向上させることができると共に、凝集剤の利用効率
を高めて脱リン効果を向上させることができ、更には、
硝化反応、脱窒反応、リン放出反応、凝集剤添加を一つ
の反応槽で行うことのできる廃水の脱窒・脱リン方法を
提案することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
する為に、窒素成分及びリン成分を含む被処理原水を好
気性条件下で微生物と接触させて硝化処理し、硝化処理
後に前記被処理原水を嫌気性条件下で微生物と接触させ
て窒素成分を除去する脱窒処理と微生物からリンを放出
させるリン放出処理を順次行うと共に、前記嫌気性条件
下における一定時間ごとの被処理原水の酸化還元電位の
変化量を連続的に検出し、前記連続的に検出した各々の
時点での変化量α₂とその直前又はもう一つ前の変化量
α₁の比α₂／α₁が所定値より大きくなった後に前記
被処理原水に凝集剤を添加してリン成分を除去すること
を特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、先ず、窒素成分及びリン成分
を含む被処理原水を好気性条件下で微生物と接触させ
て、微生物中の硝化菌により被処理原水の窒素成分を硝
化処理する。次に、被処理原水を嫌気性条件下にする
と、微生物中の脱窒菌は硝化処理で生じた硝酸性窒素を
窒素ガスに還元して大気に放散する脱窒処理を行うと共
に、脱窒処理が完了すると、微生物中のリン集積菌がリ
ンを放出するリン放出処理を行う。

【０００９】そして、この脱窒処理及びリン放出処理を
順次行う際に、嫌気性条件下における一定時間毎の被処
理原水の酸化還元電位の変化量を連続的に検出し、検出
したある時点での変化量α₂とその直前又はもう一つ前
の変化量α₁の比α₂／α₁が所定値より大きくなった
後に被処理原水に凝集剤を添加する。即ち、本発明者
は、脱窒処理が完了してリン放出処理に変わる時に、被
処理原水の酸化還元電位曲線に特徴的な変化があること
を見いだし、この変化があった時点後に凝集剤を添加す
るようにした。これにより、脱窒処理が完了して、被処
理原水中のリン濃度が高くなったところで凝集剤を添加
できるので、脱窒を充分行うことができると共に、凝集
剤の利用効率を高めることができる。

【００１０】また、前記凝集剤を添加してリン成分を除
去した後、被処理原水を再び好気性条件下にすると、嫌
気性条件下でリンを放出したリン集積菌は凝集剤と反応
しなかった残存リン成分を吸収するので、廃水中の脱リ
ン効果を更に向上させることができる。また、本発明に
よれば、硝化処理、脱窒処理、リン放出処理、凝集剤添
加の条件、特に脱窒処理とリン放出処理の条件を明確に
分離できるので、同じ反応槽で行うことができ、これに
より、広いスペースを必要としない。

【００１１】

【実施例】以下添付図面に従って本発明に係る廃水の脱
窒・脱リン方法の好ましい実施例について詳説する。図
１は、本発明の廃水の脱窒・脱リン方法を適用する１槽
式の脱窒・脱リン装置１０の構成図である。反応槽１２
内の上部には反応槽１２の側面上部を貫通する原水導入
管１４が設けられ、反応槽１２内に一定量の廃水が供給
されると共に、反応槽１２内には硝化菌、脱窒菌、リン
集積菌を含む活性汚泥が添加される。また、反応槽１２
内の底部には、曝気装置１６が設けられ、エア配管１８
を介して反応槽１２外に設置されたブロア２０に接続さ
れる。これにより、ブロア２０を作動して曝気装置１６
から廃水中にエアを曝気することにより、反応槽１２内
を好気状態にすることができる。また、反応槽１２内に
は攪拌羽根２２が設けられ、攪拌棒２４を介して反応槽
１２外に設置されたモータ２６に支持される。これによ
り、曝気装置１６からの曝気を停止した状態で攪拌羽根
２２をゆっくりと回転させて廃水中のエアを脱気するこ
とにより、反応槽１２内を嫌気状態にすることができ
る。また、反応槽１２外には凝集剤タンク２８が設けら
れると共に、凝集剤タンク２８から延びた添加配管３０
は定量ポンプ３２を介して反応槽１２内の上方に連通さ
れる。これにより、定量ポンプ３２を作動させると、所
定量の凝集剤が反応槽１２内の廃水に添加される。ま
た、反応槽１２内の底部近傍には余剰汚泥の引抜配管３
４が配設され、反応槽１２の側壁下部を貫通して反応槽
１２外に設置された引抜ポンプ３６に連結され、反応槽
１２の底部に沈殿した活性汚泥の一部が余剰汚泥として
引抜ポンプ３６により引き抜かれる。また、処理の終わ
った処理水は排出ポンプ３８により排出管４０を通じて
槽１２外に排出される。

【００１２】また、反応槽１２内には、酸化還元電位検
出装置（以下、ＯＲＰ装置という）のセンサ棒４２の先
端部が廃水に浸漬するように配設されると共に、センサ
棒４２の基端部は反応槽１２外に設けられたＯＲＰ装置
本体４４に接続される。また、ＯＲＰ装置本体４４は、
コンピュータ４６に信号回線４８を介して接続されると
共に、コンピュータ４６は信号回線５０を介して前記し
た凝集剤の定量ポンプ３２に接続される。そして、ＯＲ
Ｐ装置４６が作動すると、一定時間Δｔ毎の廃水の酸化
還元電位の変化量を連続的に検出し、コンピュータ４６
に出力する。コンピュータ４６では、検出したある時点
での変化量α₂とその直前又はもう一つ前の変化量α₁
の比α₂／α₁が所定値より大きくなった時点Ｍを検出
し、Ｍ点を検出したら所定時間後に定量ポンプ３２を作
動させて、凝集剤タンク２８から凝集剤を廃水に一定量
添加する。

【００１３】次に、上記の如く構成された脱窒・脱リン
装置１０を用いて、本発明の廃水中の脱窒・脱リン方法
を説明する。廃水から窒素成分、リン成分を除去する工
程は、反応槽１２が好気性状態での硝化処理工程、反応
槽１２が嫌気性状態での脱窒処理工程及びリン放出処理
工程での凝集剤による脱リン処理、そして、再び反応槽
が好気性状態でのリン吸収処理工程の４工程により進行
する。（硝化処理工程）原水導入管１４から一定量の廃水が反
応槽１２内に供給された後、ブロア２０を作動して曝気
装置１６からエアが廃水中に曝気され、反応槽１２内を
好気状態にする。これにより、廃水中のアンモニア性窒
素、有機性窒素は、活性汚泥中の硝化菌により硝化され
て硝酸性窒素になる。（脱窒処理工程及びリン放出処理工程での凝集剤による
脱リン処理）硝化処理工程が終了したら、曝気装置１６
の曝気を停止すると共に、攪拌羽根２２を攪拌して反応
槽１２内を嫌気状態にする。曝気が停止して廃水中の溶
存酸素が消費されると、先ず活性汚泥中の脱窒菌が硝酸
性窒素と反応する脱窒処理が起こり、硝酸性窒素が窒素
ガスになって大気中に放散される。そして、脱窒処理が
終了すると、引き続き、活性汚泥中のリン集積菌がリン
を放出するリン放出処理が起こる。そして、この脱窒処
理とリン放出処理は共に嫌気状態であるため、その見極
めをしないと凝集剤の添加タイミングが分からない。も
し、脱窒処理が完了しないうちに凝集剤を添加すると脱
窒処理が充分に行われない為、廃水の脱窒効果が悪化す
る。また、凝集剤とリンを効率良く反応させるためにリ
ン放出処理により廃水中のリン濃度が高くなったところ
で凝集剤を添加する必要がある。

【００１４】そこで、本発明の廃水の脱窒・脱リン方法
では、一定時間Δｔごとの被処理原水の酸化還元電位の
変化量αをＯＲＰ装置で連続的に検出し、そのデータを
コンピュータに逐次入力するようにし、凝集剤の添加タ
イミングを決定するようにした。即ち、図２に示すよう
に、脱窒処理及びリン放出処理の進行に伴って酸化還元
電位が低下するが、脱窒処理が完了してリン放出処理が
開始される時に酸化還元電位曲線Ａのパターンに特徴的
な変化が現れる。この変化点をＭ点とすると、Ｍ点の直
後のΔｔに対する酸化還元電位の変化量α₂と、Ｍ点の
直前又はその前のΔｔに対する酸化還元電位の変化量α
₁との比α₂／α₁が所定値より大きくなる。このＭ点
をコンピュータ４６が検出すると所定時間後に定量ポン
プ３２を作動して廃水に凝集剤を添加する。

【００１５】この場合、脱窒処理及びリン放出処理は生
物反応である為、瞬時の変化は緩慢であり、Δｔが小さ
すぎると変化点を検出できない。また、Δｔが大きすぎ
ると酸化還元電位が平均化されて変化点を検出できな
い。このことから、Δｔは１〜５分程度が好ましい。ま
た、比α₂／α₁は２．０より大きくなるようにするこ
とが好ましい。何故なら、２．０以下の場合、例えば
１．１の場合、脱窒処理最盛時にＭ点以外の位置をＭ点
として誤検出することが多くなるためである。また、曲
線パターンの特徴的な変化が図３に示すようになだらか
な変化の場合、Ｍ点の直後のΔｔに対する酸化還元電位
の変化量α₂と、Ｍ点の直前のΔｔに対する酸化還元電
位の変化量α₁との比α₂／α₁の場合、Ｍ点を明確に
検出できないので、変化量α₁のもう一つ前のΔｔに対
する酸化還元電位の変化量α₁ ^,の比α₂／α₁ ^,が所
定値より大きくなる時点をＭ点とすることがより好まし
い。

【００１６】このように、本発明の廃水中の脱窒・脱リ
ン方法は、酸化還元電位を検出することにより凝集剤の
添加タイミングを正確に把握できるので、脱窒処理が完
了して、被処理原水中のリン濃度が高くなったところで
凝集剤を添加できる。これにより、脱窒反応が不充分に
なり易い生物学的方法の欠点を解消できると共に、被処
理原水のＢＯＤ濃度が低く、脱窒菌の有機炭素源が少な
い場合には、自動的に脱窒反応時間が長くなるので（脱
窒反応が完了しないと凝集剤が添加されない為）、脱窒
反応が不充分になることがない。また、リン集積菌のリ
ン放出処理により被処理原水のリン濃度が高くなってい
る時に、凝集剤を添加できるので、凝集剤の利用効率を
向上させることができると共に、活性汚泥への影響を小
さくできる。（リン吸収処理工程）凝集剤による脱リン処理が完了し
たら、次にブロア２０を作動して曝気装置１６からエア
を廃水中に曝気し、反応槽１２内を再び好気状態にす
る。これにより、前の工程でリンを放出した活性汚泥中
のリン集積菌は、凝集剤と未反応なリンを吸収して除去
するので、リンの除去率を一層向上することができる。

【００１７】最後に、曝気装置１６を停止すると共に、
攪拌羽根２２を停止し、活性汚泥及びリンと凝集剤の反
応生成物を沈殿させる。沈殿した活性汚泥の一部は余剰
汚泥として引抜ポンプ３６で排出されると共に、廃水を
処理した処理水は排出管４０により槽１２外に排出され
る。次に、図４に従って、本発明の廃水中の脱窒・脱リ
ン方法の第２実施例を説明する。図４は第２実施例を適
用する脱窒・脱リン装置５２の全体構成図で、第１実施
例と同じ部材、装置には同符号を付して説明する。

【００１８】第１実施例との相違点は、反応槽１２内に
活性汚泥を添加するだけではなく、硝化菌、脱窒菌及び
リン集積菌を包括固定した担体５４、５４…を添加した
点、担体５４が反応槽１２から流出しないようにスクリ
ーン５６を設けた点、及び反応槽１２の後段に固液分離
槽５８を設置して、固液分離槽５８で沈殿した活性汚泥
の一部を余剰汚泥として引き抜く引抜ポンプ６０と、他
の汚泥を処理槽１２に戻す返送ポンプ６２を設けた点で
あり、その他は、第１実施例と同様である。

【００１９】そして、活性汚泥と被処理原水の混合液
は、反応槽１２での処理が終了後、排出ポンプ３８によ
り固液分離槽５８に導かれ、処理水は活性汚泥と分離さ
れて処理水管６４を通じて固液分離槽５８から排出され
る。また、沈殿した活性汚泥の一部は余剰汚泥として引
抜ポンプ６０により引き抜かれ、他の活性汚泥は返送ポ
ンプ６２により反応槽１２に返送される。尚、第２実施
例の場合は、活性汚泥を添加せずに担体５４のみで処理
してもよい。

【００２０】これにより、活性汚泥と担体５４を併用し
た場合は、硝化菌、脱窒菌及びリン集積菌を反応槽１２
内に高濃度で保持することができるので、処理時間を短
縮することができる。また、活性汚泥を添加せずに担体
５４のみで処理した場合は、発生する余剰汚泥は凝集剤
とリンの反応生成物だけなので、余剰汚泥を少なくでき
る。また、固液分離槽５８を設置したので、反応槽１２
で活性汚泥を沈殿させる時間が必要なくなり、処理時間
を一層短縮できる。

【００２１】次に、図５に従って、本発明の廃水中の脱
窒・脱リン方法の第２実施例を説明する。図５は第３実
施例を適用する脱窒・脱リン装置６６の全体構成図で、
第１実施例及び第２実施例と同じ部材、装置には同符号
を付して説明する。第３実施例は、第２実施例の固液分
離槽５８の代わりに回転膜分離装置６８を用いたもので
ある。そして、活性汚泥と被処理原水の混合液は、反応
槽１２での処理が終了後、排出ポンプ７０により回転膜
分離装置６８に導かれ、処理水は活性汚泥と分離されて
処理水管７２を通じて排出されると共に、一部の処理水
は循環ポンプ７４により処理槽１２に循環される。ま
た、分離された活性汚泥の一部は余剰汚泥として引抜ポ
ンプ７６により引き抜かれ、他の活性汚泥は返送ポンプ
７８により反応槽１２に返送される。

【００２２】これにより、回転膜分離装置６８を用いる
ことで固液分離の安定化及び迅速化を図ることができ、
反応槽１２内の活性汚泥濃度を高く保てるので、処理時
間を更に短縮させることができる。尚、第１〜第３実施
例では、回分式の運転で説明したが、本発明の廃水の脱
窒・脱リン方法は連続運転も可能である。その際、リン
に関しては凝集剤による固定、脱窒反応及び好気性条件
での活性汚泥への吸収を繰り返すため、処理水のリン濃
度を低くできる。また、窒素に関しては、滞留時間内に
間欠曝気を繰り返すことにより、処理水の窒素濃度を低
く保つようにすることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る廃水
の脱窒・脱リン方法によれば、嫌気性条件下での被処理
原水の酸化還元電位を検出することにより凝集剤の添加
タイミングを正確に把握できるので、脱窒処理が完了し
て、被処理原水中のリン濃度が高くなったところで凝集
剤を添加できる。これにより、脱窒処理が不充分になり
易い生物学的方法の欠点を解消できると共に、被処理原
水のＢＯＤ濃度が低く、脱窒菌の有機炭素源が少ない場
合には、自動的に脱窒反応時間が長くなるので（脱窒反
応が完了しないと凝集剤が添加されない為）、脱窒反応
が不充分になることがない。

【００２４】また、リン集積菌のリン放出処理により被
処理原水のリン濃度が高くなっている時に、凝集剤を添
加できるので、凝集剤の利用効率を向上させることがで
きると共に、活性汚泥への影響を小さくできる。従っ
て、本発明の廃水の脱窒・脱リン方法を行うことによ
り、品質が良く且つ安定した処理水を得ることができ
る。

【００２５】また、本発明の廃水の脱窒・脱リン方法
は、硝化処理、脱窒処理、リン放出処理、凝集剤添加の
条件を明確に分離できるので、同じ反応槽で行うことが
でき、広い敷地を必要としない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の廃水の脱窒・脱リン方法の第１実施例
を適用する装置の構成図

【図２】本発明の廃水の脱窒・脱リン方法における嫌気
性条件下での被処理原水の酸化還元電位の変化を示した
酸化還元電位曲線図

【図３】図２の酸化還元電位曲線の変化がなだらかな場
合の要部拡大図

【図４】本発明の廃水の脱窒・脱リン方法の第２実施例
を適用する装置の全体構成図

【図５】本発明の廃水の脱窒・脱リン方法の第３実施例
を適用する装置の全体構成図

【図６】従来の廃水の脱窒・脱リン方法の生物学的方法
を適用する装置の構成図

【図７】従来の廃水の脱窒・脱リン方法の物理化学的方
法を適用する装置の構成図

【符号の説明】

１０…脱窒・脱リン装置１２…反応槽１４…原水導入管１６…曝気装置２２…攪拌羽根２８…凝集剤タンク３２…定量ポンプ４２…ＯＲＰ装置のセンサ棒４４…ＯＲＰ装置本体４６…コンピュータ５４…担体５６…スクリーン５８…固液分離槽６８…回転膜分離装置Ａ…酸化還元電位曲線

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】窒素成分及びリン成分を含む被処理原水を
好気性条件下で微生物と接触させて硝化処理し、硝化処理後に前記被処理原水を嫌気性条件下で微生物と
接触させて窒素成分を除去する脱窒処理と微生物からリ
ンを放出させるリン放出処理を順次行うと共に、前記嫌
気性条件下における一定時間ごとの被処理原水の酸化還
元電位の変化量を連続的に検出し、前記連続的に検出した各々の時点での変化量α₂とその
直前又はもう一つ前の変化量α₁の比α₂／α₁が所定
値より大きくなった後に前記被処理原水に凝集剤を添加
してリン成分を除去することを特徴とする廃水の脱窒・
脱リン方法。
【請求項２】前記凝集剤を添加してリン成分を除去した
後、前記被処理原水を再び好気性条件下で微生物と接触
させて、凝集剤と反応せずに被処理原水中に残存するリ
ン成分を前記微生物に吸収させることを特徴とする請求
項１の廃水の脱窒・脱リン方法。
【請求項３】前記硝化処理、脱窒処理、リン放出処理、
凝集剤添加を同じ反応槽で行うことを特徴とする請求項
１の廃水の脱窒・脱リン方法。