JP3376905B2 - 間欠曝気式活性汚泥処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は間欠曝気により活性
汚泥を利用してＢＯＤと窒素を除去するための間欠曝気
式活性汚泥処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＢＯＤおよび窒素を含む有機性排水の処
理方法として生物脱窒法が知られている。この方法は被
処理液を曝気槽で曝気して活性汚泥の作用によりＢＯＤ
を除去し、さらに硝化槽で曝気してアンモニア性窒素ま
たは有機性窒素を（亜）硝酸性窒素に酸化し、脱窒槽に
おいて嫌気状態に維持することにより脱窒を行う方法で
ある。この方法の変法として、脱窒槽に被処理液を導入
することによりＢＯＤを除去し、その後硝化を行って硝
化液を脱窒槽に循環する方法もある。上記の方法ではい
ずれの場合も硝化槽と脱窒槽を別に設ける必要があり、
装置が大形化する。

【０００３】この点を改善する方法として、間欠曝気槽
に有機物含有水を連続的に供給し、活性汚泥の存在下に
間欠的に曝気を行って好気工程と嫌気工程を繰り返すこ
とにより、単一の間欠曝気槽を用いて、ＢＯＤおよび窒
素を除去する間欠曝気式活性汚泥処理装置（以下、単に
間欠曝気装置ということがある）が提案されている（例
えば特開平１−３１０７９８号、特開平４−１９７４９
７号）。この方法は好気工程では曝気により活性汚泥中
のＢＯＤ分解菌の作用を利用してＢＯＤを分解するとと
もに、硝化菌の作用により硝化を行ってアンモニア性窒
素および有機性窒素を（亜）硝酸性窒素に酸化し、嫌気
工程では曝気を停止して脱窒菌の作用により水素供与体
の存在下に（亜）硝酸性窒素を窒素ガスに還元して脱窒
を行う。

【０００４】また間欠曝気槽の後に固液分離槽を設けて
膜分離装置により固液分離を行い、膜分離装置の下方に
曝気装置を設け、曝気により透過膜の目詰まり防止を兼
ねて硝化を行う間欠曝気装置が提案されている（例えば
特開平７−１００４８６号）。

【０００５】上記のような間欠曝気装置では、間欠曝気
槽の好気工程および嫌気工程を通じて連続的に被処理水
が流入し、処理水が流出するので、被処理水に含まれる
アンモニア性窒素や有機性窒素、ならびに硝化によって
生成する（亜）硝酸性窒素が処理水中に漏出する。固液
分離槽において硝化を行う場合も最終的な硝化は硝化菌
の安定化のために行っており、流出する処理水中の全窒
素濃度は変らないから、窒素除去率にはほとんど寄与し
ない。

【０００６】このように間欠曝気装置は処理水中に窒素
が漏出するため、従来は生活排水等の窒素濃度が低い被
処理水について窒素槽負荷の低い状態で処理する場合に
適用されており、処理水に含まれる窒素濃度が低くなる
ため問題とならなかった。例えば全窒素４０ｍｇ／ｌの
排水を２０時間の滞留時間で処理する場合、窒素槽負荷
は０．０４８ｋｇＮ／ｍ³／ｄであり、好気工程および
嫌気工程がそれぞれ６０分間の場合の処理水窒素濃度は
最大４ｍｇ／ｌとなる。

【０００７】ところが高濃度の窒素を含有する被処理液
を間欠曝気装置で処理すると、高水質の処理水を得るた
めには水滞留時間を長くする必要があり、大容量の間欠
曝気槽が必要となる。例えば全窒素１００ｍｇ／ｌの排
水を処理する場合、窒素槽負荷を０．０５ｋｇＮ／ｍ³
／ｄとすると、処理水窒素濃度は最大４．２ｍｇ／ｌと
なるが、水滞留時間は４８時間となり、巨大な曝気槽が
必要になる。一方、窒素槽負荷を０．２ｋｇＮ／ｍ³／
ｄとすると、水滞留時間は１２時間となり、曝気槽容量
は１／４となるが、処理水窒素濃度は最大で１６．７ｍ
ｇ／ｌとなり、そのままでは放流できない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、小容
量の間欠曝気槽を使用して高濃度窒素を含有する被処理
液を高負荷で処理し、窒素除去率を高くして高水質の処
理液を得ることが可能な間欠曝気式活性汚泥処理装置を
得ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は次の間欠曝気式
活性汚泥処理装置である。 （１） 被処理液を供給し、活性汚泥の存在下に間欠的
に曝気を行って好気工程と嫌気工程を繰り返し、好気工
程ではＢＯＤの除去と窒素の硝化を行い、嫌気工程では
脱窒を行う間欠曝気槽と、間欠曝気槽の好気工程と嫌気
工程の１サイクルにおける流出液の０．３〜４容量倍の
容積を有し、上記流出液を受入れて嫌気処理により脱窒
を行う仕上げ脱窒槽とを含む間欠曝気式活性汚泥処理装
置。 （２） 間欠曝気槽の嫌気工程における流出液の０．３
〜４容量倍の容積を有し、間欠曝気槽の流出液を受入れ
て曝気により硝化を行う仕上げ硝化槽を、間欠曝気槽と
仕上げ脱窒槽の間に有する上記（１）記載の装置。 （３） 仕上げ脱窒槽の流出液を膜分離により固液分離
し、被処理液量の２〜７容量倍の濃縮汚泥を間欠曝気槽
に返送する膜分離装置を有する上記（１）または（２）
記載の装置。

【００１０】本発明において、「（亜）硝酸」は硝酸お
よび／または亜硝酸を意味する。硝酸性窒素はＮＯ₃−
Ｎ、亜硝酸性窒素はＮＯ₂−Ｎ、（亜）硝酸性窒素はＮ
Ｏ₂₊₃またはＮＯｘ−Ｎ、アンモニア性窒素はＮＨ₃−
Ｎ、全窒素はＴ−Ｎで表す場合がある。タンパク質やア
ミノ酸等の有機性窒素はアンモニア性窒素と同様の挙動
を示すため、アンモニア性窒素、またはＮＨ₃−Ｎと表
す場合有機性窒素を含む場合がある。

【００１１】本発明において処理の対象となる被処理液
は、窒素含有液である。窒素としてはアンモニア性また
は有機性窒素が含まれる。このような被処理液としては
下水、生活排水等のほか埋立浸出水などがあげられる。
埋立浸出水としてはゴミその他の有機物を埋立に用いた
場合の浸出水である。特に、窒素濃度がＴ−Ｎとして２
０〜２０００ｍｇ／ｌ、好ましくは４０〜５００ｍｇ／
ｌであり、窒素濃度に比べてＢＯＤ濃度が低く、窒素負
荷が制限因子となって処理槽容積が決まるような水（Ｂ
ＯＤ／Ｎが７以下）が処理対象として好適である。

【００１２】本発明における間欠曝気槽は被処理液を連
続的または間欠的に供給し、活性汚泥の存在下に間欠的
に曝気を行って好気工程と嫌気工程を繰り返し、好気工
程ではＢＯＤの除去と窒素の硝化を行い、嫌気工程では
脱窒を行うように構成される。活性汚泥は固定床式や担
体を用いる流動床式でもよく、浮遊汚泥に限定されな
い。このような間欠曝気槽としては攪拌機と曝気装置を
備えたものを用い、攪拌機で攪拌しながら曝気装置によ
り間欠的に曝気するように構成するのが好ましいが、曝
気時には攪拌機を停止するようにしてもよく、また、攪
拌機と曝気装置を兼用し、攪拌強度の差により好気工程
と嫌気工程を区別するようにしてもよい。曝気装置とし
ては散気式、液散式、気液混合式など任意のものが使用
できる。

【００１３】上記の間欠曝気槽としては、高窒素槽負荷
で運転されるものが適しており、特に窒素槽負荷０．０
５〜１ｋｇＮ／ｍ³／ｄ、好ましくは０．１〜０．６ｋ
ｇＮ／ｍ³／ｄのものが好適である。このような高負荷
運転を行うためには、汚泥濃度ＭＬＶＳＳが３０００〜
３００００ｍｇ／ｌ、好ましくは５０００〜２００００
ｍｇ／ｌ、汚泥滞留時間ＳＲＴが３日以上、好ましくは
７日以上とするのが好適である。

【００１４】また間欠曝気槽は間欠的に曝気を行うにも
かかわらず、間欠曝気槽流出液を定流量で流出させるよ
うに構成するのが好ましい。一般に曝気槽から曝気液を
取り出す場合は、オーバーフロー式に取り出しており、
間欠曝気槽においても同様に行われている。しかし間欠
曝気の場合は、好気工程において曝気するとホールドア
ップにより槽内液の見掛け比重が小さくなり、その分液
面が上昇する。これにより嫌気工程から好気工程に切り
替わった際に流出量が一時的に増大するため、下流の硝
化槽および脱窒槽に一時的に過大な負荷がかかり、それ
らの処理能力が低下し、処理水質の低下を招く。従って
流出量を一定にするため、間欠曝気槽の下部から間欠曝
気槽流出液を流出させるのが好ましく、上部から抜き出
す場合は定量ポンプにより抜き出すのが好ましい。

【００１５】本発明における仕上げ脱窒槽は、間欠曝気
流出液に含まれる（亜）硝酸イオンを脱窒菌により還元
して脱窒し、処理液へ漏出する窒素含量を低下させるた
めのもので、間欠曝気槽の好気工程と嫌気工程の１サイ
クルにおける流出液の０．３〜４容量倍、好ましくは
０．５〜１．５容量倍の容積を有するように設けられ
る。この仕上げ脱窒槽の容積は条件によって異なるが、
一般的には間欠曝気槽の１／３〜１／２０、好ましくは
１／６〜１／１２とすることができる。仕上脱窒槽は脱
窒菌を含む活性汚泥を保持し、攪拌機を備え、間欠曝気
槽流出液を連続的または間欠的に導入して攪拌機により
緩やかに攪拌して嫌気状態に維持できるように構成す
る。

【００１６】本発明では、間欠曝気槽と仕上げ脱窒槽と
の間に仕上げ硝化槽を設けることができる。仕上げ硝化
槽は間欠曝気槽流出液中のアンモニア性窒素および有機
性窒素を（亜）硝酸性窒素に酸化するためのもので、間
欠曝気槽の嫌気性工程における流出液の０．３〜４容量
倍、好ましくは０．５〜１．５容量倍の容積を有するよ
うに設けられる。この仕上げ硝化槽の容積は条件によっ
て異なるが、一般的には間欠曝気槽の１／６〜１／３
０、好ましくは１／１２〜１／２０とすることができ
る。仕上げ硝化槽は硝化菌を含む活性汚泥を保持し、曝
気装置を備え、間欠曝気槽流出液を連続的または間欠的
に導入して曝気装置により曝気して硝化を行うように構
成する。

【００１７】本発明の仕上げ脱窒槽の後に設ける固液分
離手段として膜分離装置を設け、被処理液量の２〜７容
量倍、好ましくは３〜５容量倍の濃縮汚泥を間欠曝気槽
に返送するように構成する。膜分離装置としては浸漬型
のものが好ましく、分離槽としてはＭＦ膜、ＵＦ膜な
ど、生物処理の固液分離に用いられている公知のものを
用いることができる。

【００１８】本発明の装置による処理方法は間欠曝気式
活性汚泥処理方法であって、基本的な処理は従来のもの
と同様であり、１個または複数の間欠曝気槽において間
欠的に曝気を行うことにより好気工程と嫌気工程を繰り
返し、これによりＢＯＤの除去と脱窒を行うように構成
される。すなわち間欠曝気槽に被処理液を連続または間
欠的に供給し、活性汚泥の存在下に間欠的に曝気を行っ
て好気工程と嫌気工程を繰り返すことにより、単一の曝
気槽を用いて、ＢＯＤおよび窒素を除去する。

【００１９】間欠曝気槽におけるＢＯＤ槽負荷は５ｋｇ
／ｍ³／ｄ以下、好ましくは０．１〜３ｋｇ／ｍ³／ｄ、
ＢＯＤ汚泥負荷は０．３ｋｇ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄ以下、
好ましくは０．１５ｋｇ／ｋｇ−ＶＳＳ／ｄ以下であ
る。曝気時間すなわち好気工程は１０〜７２０分間、好
ましくは２０〜６０分間、曝気停止時間すなわち嫌気工
程は１０〜７２０分間、好ましくは２０〜６０分間とす
るのが好ましい。

【００２０】この方法は好気工程では曝気により活性汚
泥中のＢＯＤ分解菌の作用を利用してＢＯＤを分解する
とともに、硝化菌の作用により硝化を行ってアンモニア
性窒素および有機性窒素を（亜）硝酸性窒素に酸化し、
嫌気工程では曝気を停止して脱窒菌の作用により水素供
与体の存在下に（亜）硝酸性窒素を窒素ガスに還元して
脱窒を行う。嫌気工程では脱窒菌の栄養源として水素供
与体が必要であり、脱窒工程においても流入する被処理
液中のＢＯＤ成分が水素供与体として利用されるが、こ
れを補うためにメタノール等の他の水素供与体を添加し
て脱窒を行う場合もある。

【００２１】上記の処理においては好気工程で硝化を行
い、嫌気工程で脱窒を行うため、その間連続的または間
欠的に被処理液を導入することにより、未処理のアンモ
ニア性または有機性窒素、あるいは亜硝酸窒素を含む間
欠曝気槽流出液が流出する。但し、好気工程時のみ被処
理液を流入させれば未処理のアンモニア性窒素は流出せ
ず、また嫌気工程時のみ被処理液を流入させれば原水中
のＢＯＤを有効に水素供与体として利用できるため、別
途添加するメタノール等の水素供与体を削減することが
できることが知られているが、いずれの場合も窒素が残
留して流出する。

【００２２】このような間欠曝気槽流出液中に含まれる
窒素は低窒素濃度の被処理液を処理する場合はあまり問
題とならないので、そのまま放流することができるが、
高負荷運転を行うためには除去することができる。この
場合仕上げ硝化槽だけを設けてもほとんど脱窒をできな
いが、仕上げ脱窒槽で処理することにより、間欠曝気槽
流出液に含まれる（亜）硝酸性窒素は除去され、窒素濃
度の低い処理液が得られる場合もある。

【００２３】仕上げ脱窒槽では間欠曝気槽流出液を導入
し、必要に応じてメタノール等の水素供与体を添加し
て、脱窒汚泥を含む活性汚泥と混合し、攪拌機で緩やか
に攪拌して嫌気状態に保ち仕上げ脱窒を行う。これによ
り間欠曝気槽流出液に含まれる（亜）硝酸性窒素は除去
され、低窒素濃度の処理液が得られる。この場合小容量
の仕上げ脱窒槽を設けるだけで、残留する（亜）硝酸性
窒素を除去することができ、間欠曝気槽を高負荷運転す
ることができる。

【００２４】間欠曝気槽と仕上げ脱窒槽の間に仕上げ硝
化槽を設ける場合には、仕上げ硝化槽において間欠曝気
槽流出液を仕上げ硝化することにより、間欠曝気槽に漏
出するアンモニア性窒素および有機性窒素を（亜）硝酸
性窒素に酸化する。仕上げ硝化槽では硝化菌を含む活性
汚泥と間欠曝気槽流出液を混合して曝気装置により曝気
し、硝化を行う。この仕上げ硝化槽流出液は仕上げ脱窒
槽において仕上げ脱窒することにより、仕上げ硝化によ
り新たに生成した（亜）硝酸性窒素も同時に除去され、
さらに低窒素濃度の処理液が得られる。

【００２５】仕上げ脱窒槽流出液は固液分離手段により
固液分離し、分離液を処理液として取出し、濃縮汚泥を
間欠曝気槽に返送する。間欠曝気槽において高負荷で処
理を行う場合、活性汚泥濃度を高く維持する必要があ
り、このような高汚泥濃度の流出液は沈降分離では分離
困難であるが、膜分離装置を用いることにより固液分離
が可能である。間欠曝気槽では汚泥濃度が高いほど高負
荷がとれるが、膜分離装置では汚泥濃度が低いほど容易
に膜分離できるので、汚泥濃縮倍率を低くして汚泥返送
比を大きくし、被処理液の２〜７倍の濃縮汚泥を間欠曝
気槽に返送する。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、間欠曝気槽の後に小容
量の仕上げ脱窒槽を設けることにより、小容量の間欠曝
気槽を使用して高濃度窒素を含有する被処理液を高負荷
で処理し、窒素除去率を高くして高水質の処理液を得る
ことができる。また間欠曝気槽と仕上げ脱窒槽の間に小
容量の仕上げ硝化槽を設けることにより、さらに窒素除
去率を高くして高水質の処理液を得ることができる。さ
らに固液分離手段として膜分離装置を設け、高返送比で
返送することにより、間欠曝気槽における活性汚泥濃度
を高くして高窒素負荷で処理を行うことができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面により詳細に
説明する。図１は原水ＮＨ₄−Ｎ濃度＝原水Ｔ−Ｎ濃度
＝１００ｍｇ／ｌ、間欠曝気槽の被処理水に対する水滞
留時間１２時間、ＮＨ₄−Ｎ槽負荷＝Ｔ−Ｎ槽負荷＝
０．２ｋｇＮ／ｍ³／ｄ、嫌気工程３０分、好気工程３
０分、硝化速度＝０．５ｋｇＮ／ｍ³／ｄ、脱窒速度＝
０．５ｋｇＮ／ｍ³／ｄの場合の間欠曝気槽水質変動パ
ターンを示すグラフであり、嫌気工程および好気工程の
各窒素濃度変化を示す。

【００２８】窒素除去を間欠曝気槽のみで行う場合、必
然的に処理水にＮＨ₄−ＮやＮＯ_x−Ｎが残留することに
なるが、この現象は次のように説明される。すなわち、
図１に示すように嫌気工程では流入水中のＮＨ₄−Ｎが
徐々に蓄積すると共に、前の好気工程で蓄積したＮＯ_x
−Ｎが徐々に脱窒されていくが、この間も処理水は流出
するため、ＮＨ₄−ＮやＮＯ_x−Ｎが含まれた水が処理水
になる。また好気工程では蓄積したＮＨ₄−Ｎと流入水
中のＮＨ₄−Ｎが硝化されて徐々にＮＨ₄−ＮがＮＯ_x−
Ｎに変換されるが、脱窒反応はほとんど起らないため、
Ｔ−Ｎは減少せず増加する。そしてこの間も処理水は流
出するため、やはりＮＨ₄−ＮやＮＯ_x−Ｎが含まれた水
が処理水になる。

【００２９】このように被処理液が好気工程および嫌気
工程を通して流入する間欠曝気法の場合、被処理液の導
入に伴って槽内液が流出するため、処理水質には限界が
ある。その濃度は、図１の嫌気工程におけるＮＨ₄−Ｎ
増加速度が間欠曝気槽へのＮＨ₄−Ｎ槽負荷［ｋｇＮＨ₄
−Ｎ／ｍ³／ｄ］（Ｌ_Aとおく）で表され、また好気工程
以後のＴＮ増加速度が間欠曝気槽へのＴＮ槽負荷［ｋｇ
ＴＮ／ｍ³／ｄ］（Ｌ_Tとおく）で表されることから次の
式で概算される。

【００３０】

【数１】 最大ＮＨ₄−Ｎ濃度［mg/l］＝Ｌ_A×Ｔ_A×1000／1400 ・・・（１） 最大Ｔ−Ｎ濃度［mg/l］＝最大ＮＯ_x−Ｎ濃度［mg/l］＝（Ｌ_A×Ｔ_A＋Ｌ_T×Ｔ _O ）×1000／1400 ・・・（２） ここで、Ｔ_A＝嫌気工程の時間（分）、Ｔ_O＝好気工程の
時間（分）である。また、硝化反応、脱窒反応とも完全
に進行し、０次反応を想定している。流出負荷はわずか
であると考え、無視している。但し、間欠曝気槽の水滞
留時間（ＨＲＴ）が嫌気工程の時間や好気工程の時間に
比べてさほど長くない（４倍以下）の場合は、流出負荷
を無視できなくなるため、より正確には次の式を用い
る。

【００３１】

【数２】 最大ＮＨ₄−Ｎ濃度［mg/l］＝Ｃ_NH／（α＋１）×（１−exp(−（α＋１）／ τ×Ｔ_A′）） ・・・（１′） 最大Ｔ−Ｎ濃度［mg/l］＝最大ＮＯ_x−Ｎ濃度［mg/l］＝Ｃ_TN／（α＋１）× （１−exp(−（α＋１）／τ×Ｔｏ′））＋Ｃ_NH／（α＋１）×（１−exp(−（ α＋１）／τ×Ｔ_A′））×exp（−（α＋１）／τ×Ｔｏ′） ・・・（２′） ここで、Ｃ_NH＝流入ＮＨ₄−Ｎ濃度［mg/l］、Ｃ_TN＝流
入ＴＮ濃度［mg/l］、α＝汚泥返送比＝返送汚泥容量／
被処理液容量、Ｔ_A′＝Ｔ_A×１／１４４０＝嫌気工程の
時間［ｄａｙ］、Ｔｏ′＝Ｔｏ×１／１４４０＝好気工
程の時間［ｄａｙ］、τ＝被処理液容量に対する間欠曝
気槽の水滞留時間［ｄａｙ］＝間欠曝気槽容量［ｍ³］
／被処理液流入量［ｍ³／ｄ］ 以下では、主に簡略な（１）式、（２）式を用いて説明
する。

【００３２】本発明では、小容量の間欠曝気槽を用いて
高負荷運転することにより積極的に窒素を流出させ、こ
れを小容量の仕上げ脱窒槽を用いて脱窒することによ
り、間欠曝気槽の窒素負荷を高負荷としても低窒素濃度
の処理水を得られる装置を得るものである。この場合、
わずかな容積の仕上げ脱窒槽を付加するだけで、処理水
Ｔ−Ｎ濃度を１／２以下に低下させることができる。

【００３３】例えば図１に示す間欠曝気槽処理水のう
ち、ＮＯ_x−Ｎが除去されるため、処理水に流出するの
はＮＨ₄−Ｎのみとなる。これにより、例えば図１のケ
ースでは最大８．３ｍｇ／ｌ流出していた窒素濃度を
４．２ｍｇ／ｌ以下まで低下させることができる。さら
に、脱窒槽内でＮＨ₄−Ｎ濃度のピークが平均化され
て、最大ＮＨ₄−Ｎは間欠曝気槽出口の７０％まで低下
することができ、結局、脱窒槽出口では最大２．９ｍｇ
／ｌの処理水質となる。原水に対する間欠曝気槽の滞留
時間を１２時間、返送汚泥が原水量の１倍、嫌気工程の
時間が０．５時間、好気工程の時間が０．５時間という
条件を例に取ると、脱窒槽の望ましい滞留時間は、脱窒
槽流入水（原水＋返送）に対して０．５〜１時間、間欠
曝気槽原水に対しては１〜２時間となる。すなわち、脱
窒槽は間欠曝気槽の１／６〜１／１２程度というわずか
な容積で、高度な処理水質を達成することができる。

【００３４】さらに高度な処理水質が必要な場合には仕
上げ硝化槽を用いることにより解決できる。すなわち、
間欠曝気槽流出液を直接仕上げ脱窒槽で脱窒する場合は
間欠曝気槽より流出したわずかなＮＨ₄−Ｎが処理水と
して流出してしまうため、このＮＨ₄−Ｎをあらかじめ
仕上げ硝化槽によってＮＯ_x−Ｎに変化させておくこと
により、次の仕上げ脱窒槽でほとんど全てのＴ−Ｎを除
去することができ、処理水Ｔ−Ｎとして１ｍｇ／ｌ以下
を達成することができる。このときの仕上げ硝化槽の容
積は間欠曝気槽の１／１２〜１／２４となる。この場
合、図１から明らかなように、ＮＨ₄−ＮがＮＯ_x−Ｎに
変化しても、最大ＮＯ_x−Ｎは変わらないため、次の仕
上げ脱窒槽の大きさを特に大きくする必要はない。

【００３５】上記の処理では、嫌気工程における間欠曝
気槽および仕上げ脱窒槽にはメタノール等の水素供与体
を添加することができる。また、処理の最後が仕上げ脱
窒槽となり、嫌気的な状態となるため、脱窒槽の後に滞
留時間０．５〜２時間程度の再曝気槽を設けると良い。
再曝気槽としては、固液分離手段に用いる膜分離装置の
曝気手段を兼用することができる。

【００３６】また、間欠曝気槽の流出口はオーバーフロ
ーとせず、水槽下部から流出する構造にすることが重要
である。これは、オーバーフローとすると嫌気工程から
好気工程に切り替わった際に曝気により水槽内液の見か
け比重が小さくなり（ホールドアップ）、流出量が一時
的に増大するという現象が生ずるため、下流の硝化槽及
び脱窒槽に一時的に過大な負荷がかかり、期待した処理
性能を発揮できなくなるためである。

【００３７】次に、間欠曝気槽の負荷を高く取るために
固液分離手段として沈殿槽ではなく膜分離装置を用いる
ことにより、間欠曝気槽における活性汚泥濃度を高くし
ても固液分離が可能となり、高負荷運転が可能となる。
このような膜分離装置を用いる活性汚泥処理法では、汚
泥返送比を高く取ることが重要である。すなわち、汚泥
返送比（返送汚泥容量／被処理液容量）をαとしたとき
に、汚泥濃縮倍率は次式で表される。

【００３８】

【数３】 汚泥濃縮倍率＝（膜分離槽汚泥濃度）／（間欠曝気槽汚泥濃度）＝（α＋１） ／α ・・・（３） この場合、間欠曝気槽汚泥濃度は高いほど高負荷がとれ
るのに対し、膜分離槽汚泥濃度は低いほど容易に膜分離
ができるため、汚泥濃縮倍率はなるべく１に近づける、
すなわちαをなるべく大きくとることが望ましい。

【００３９】以下に汚泥返送比を変えた場合の設計計算
例を用いて説明する。 （設計例）ＮＨ₄−Ｎ２００ｍｇ／ｌ、水量５０ｍ³／ｄ
の廃水を間欠曝気法を用い、汚泥当たりの硝化負荷を
０．０５ｋｇＮ／ｋｇＳＳ／ｄに設定する。間欠曝気槽
の嫌気工程及び好気工程を共に３０分とする。膜分離槽
での限界ＭＬＳＳ濃度を２０，０００ｍｇ／ｌとする。

【００４０】このとき、返送比の取り方により、間欠曝
気槽のＭＬＳＳ濃度および間欠曝気槽容積の設計値を変
える必要がある。返送比の設計値を変えた場合の間欠曝
気槽ＭＬＳＳ濃度および間欠曝気槽容積設計値を図２に
示す。また、この設計計算を具体的に述べるために、返
送比が１の場合と４の場合を例に取り、以下に詳述す
る。

【００４１】例１）返送比１の場合 間欠曝気槽ＭＬＳＳ濃度は、（３）式より１０，０００
ｍｇ／ｌとなり、容積当たりの硝化負荷は０．０５ｋｇ
Ｎ／ｋｇＳＳ／ｄ×１００００ｍｇＳＳ／Ｌ／１０００
＝０．５ｋｇＮ／ｍ³／ｄとなる。但し、間欠曝気槽の
硝化時間の割合は０．５のため、間欠曝気槽槽負荷とし
ては０．２５ｋｇＮ／ｍ³／ｄとなる。１日当たりのＮ
Ｈ₄−Ｎ流入量は５０ｍ³／ｄ×２００ｍｇ／ｌ×１／１
０００＝１０ｋｇ／ｄなので、硝化槽容積は１０ｋｇ／
ｄ／０．２５ｋｇＮ／ｍ³／ｄ＝４０ｍ³必要となる。

【００４２】例２）返送比４の場合 間欠曝気槽ＭＬＳＳ濃度は（３）式より１６，０００ｍ
ｇ／ｌとなり、間欠曝気槽槽負荷は０．４ｋｇＮ／ｍ³
／ｄとなる。例１と同様に計算して、間欠曝気槽の容積
は１０ｋｇ／ｄ÷０．４ｋｇＮ／ｍ³／ｄ＝２５ｍ³とな
る。

【００４３】以上の例から、返送汚泥量を多くすること
により間欠曝気槽ＭＬＳＳ濃度を高めることが可能にな
り、間欠曝気槽の容積を小さくできることが明らかであ
る。一方、各々の返送比の場合に必要な、仕上げ硝化
槽、仕上げ脱窒槽の容積は、間欠曝気槽より流出するＮ
Ｈ₄−ＮおよびＮＯ_x−Ｎ流出負荷量より、次のように計
算される。

【００４４】例１の場合） 間欠曝気槽槽負荷は０．２５ｋｇＮ／ｍ³／ｄより、
（２）式から 間欠曝気槽出口最大Ｔ−Ｎ濃度＝（０．２５×３０＋
０．２５×３０）×１０００／１４４０＝１０．４ｍｇ
／ｌ ここで、返送比は１であり、間欠曝気槽からの流出水量
は５０ｍ³／ｄ×（１＋１）＝１００ｍ³／ｄであるか
ら、流出負荷は最大１００ｍ³／ｄ×１０．４ｍｇ／ｌ
÷１０００＝１．０４ｋｇ／ｄである。

【００４５】これを元に仕上げ脱窒槽の容積を設計する
と、最大Ｔ−Ｎ濃度となるときは図１より 最大ＮＯ_x−Ｎ濃度＝最大Ｔ−Ｎ濃度 と見なせるため、１．０４ｋｇ／ｄのＮＯ_x−Ｎを脱窒
する必要がある。このとき、仕上げ脱窒槽の負荷を間欠
曝気槽脱窒工程に合わせて０．２５ｋｇＮ／ｍ³／ｄと
すると、仕上げ脱窒槽の容積は４．１６ｍ³となる。な
お、同様に仕上げ硝化槽容積を計算すると２．０８ｍ³
である。

【００４６】例２の場合） 間欠曝気槽槽負荷は０．４ｋｇＮ／ｍ³／ｄより、
（２）式から 間欠曝気槽出口最大Ｔ−Ｎ濃度＝（０．４×３０＋０．
４×３０）×１０００×１４４０＝１６．７ｍｇ／ｌ ここで、返送比は４であり、間欠曝気槽からの流出水量
は５０ｍ³／ｄ×（１＋４）＝２５０ｍ³／ｄであるか
ら、流出負荷は最大２５０ｍ³／ｄ×１６．７ｍｇ／ｌ
÷１０００＝４．１８ｋｇＮ／ｄである。これを元に仕
上げ脱窒槽の容積を設計すると、例１と同様に最大ＮＯ
_x−Ｎ負荷＝最大Ｔ−Ｎ負荷と見なし、仕上げ脱窒槽の
槽負荷は間欠曝気槽脱窒工程に合わせて０．４ｋｇＮ／
ｍ³／ｄとすると、仕上げ脱窒槽の容積は１０．５ｍ³と
なる。同様に仕上げ脱窒槽容積を計算すると、５．２ｍ
³である。

【００４７】以上の結果より、返送比を低くすると、間
欠曝気槽の槽負荷は比較的低くなり、間欠曝気槽容積は
大きくなるが、その結果処理水質はよくなり、仕上げ硝
化、脱窒槽容積は小型になることが分かる。一方返送比
を高く取ると、間欠曝気槽の槽負荷を比較的高く取るこ
とができ、間欠曝気槽容積は小さくなるが、その結果処
理水質は悪くなり、仕上げ硝化、脱窒槽容積は比較的大
型になることが分かる。このように、返送比によって間
欠曝気槽容積と仕上げ硝化、脱窒槽容積は相反して大小
するため、トータルの容積を最小化する返送比があるこ
とがわかる。

【００４８】図３は、各返送比における間欠曝気槽容
積、仕上げ硝化槽容積、仕上げ脱窒容積、およびそれら
を組合せた場合の生物処理槽容積の和を示すグラフであ
る。図３から明らかなように、返送比２〜７、好ましく
は３〜５のときに、トータルの容積を最小にすることが
できる。なお、返送比がこれ以上に高い場合も容積はさ
ほど増大していないが、返送比を過剰に高く取ること
は、循環ポンプが大型になりコストアップすることや、
動力費が高くなることから好ましくない。また、膜分離
槽から間欠曝気槽へのＤＯの持ち込みや仕上げ硝化槽か
ら仕上げ脱窒槽へのＤＯの持ち込みが増えるため、その
ＤＯを消費するためのメタノール添加量が増加し、薬剤
費がアップしたり、過剰に添加したメタノールの分だけ
余剰汚泥が多く発生したりするため、好ましくない。

【００４９】図４は好ましい実施形態の間欠曝気式活性
汚泥処理装置の系統図である。図４において、１は間欠
曝気槽、２は仕上げ硝化槽、３は仕上げ脱窒槽、４は固
液分離槽、５は膜分離装置である。間欠曝気槽１は曝気
装置１０および攪拌機１１を有し、被処理液路６、返送
汚泥路７、薬注路８が連絡し、曝気装置１０には送気路
９が連絡している。

【００５０】仕上げ硝化槽２は間欠曝気槽１の好気工程
と嫌気工程の１サイクルにおける流出液の０．３〜４容
量倍、好ましくは０．５〜１．５容量倍の容積を有し、
系路１２により間欠曝気槽１と連絡しており、送気路１
３が連絡する曝気装置１４を有している。仕上げ脱窒槽
３は間欠曝気槽１の嫌気工程における流出液の０．３〜
４容量倍、好ましくは０．５〜１．５容量倍の容積を有
し、系路１５により仕上げ硝化槽と連絡しており、薬注
路１７が連絡し、攪拌機１６を有する。

【００５１】固液分離槽４は浸漬形の膜分離装置５を有
し、系路１８により仕上げ脱窒槽３と連絡しており、薬
注路１９が連絡している。膜分離装置５はＭＦ膜、ＵＦ
膜等の分離膜を有し、処理液路２１が連絡しており、隔
壁２２で仕切られた片側に設けられている。その下側に
は曝気装置２３が配置され、送気路２４に連絡してい
る。固液分離槽４から返送汚泥路７が間欠曝気槽１に連
絡し、被処理液の２〜７容量倍、好ましくは３〜５容量
倍の濃縮汚泥を返送するように構成されている。

【００５２】上記の装置による処理方法は、被処理液を
被処理液路６から間欠曝気槽１に導入し、返送汚泥路７
から活性汚泥を返送し、必要に応じて薬注路８から硫
酸、塩酸等の酸または水酸化ナトリウム等のアルカリを
注入してｐＨ７〜８前後に調整し、送気路９から空気を
送って曝気装置１０から曝気して好気処理を行う。この
好気工程において活性汚泥中のＢＯＤ分解菌によりＢＯ
Ｄ成分は分解され、硝化菌によりアンモニア性窒素およ
び有機性窒素が（亜）硝酸性窒素に酸化される。

【００５３】その曝気を停止することにより嫌気工程に
移り、攪拌機１１で緩やかに攪拌しながら薬注路８から
メタノール等の水素供与体を注入し、嫌気状態に保つこ
とにより、脱窒を行う。ここでは硝化液中の（亜）硝酸
性窒素は窒素ガスに還元される。嫌気工程の終了によ
り、送気路９から送気を再開して曝気を行い好気工程に
移る。以下これを繰り返す。

【００５４】上記の操作中、常に被処理液は流入するた
め、それに対応する量の脱窒処理液が系路１２から仕上
げ硝化槽２に入る。ここで送気路１３から送気して曝気
装置１４から曝気することにより、残留するＢＯＤは分
解され、アンモニア性または有機性窒素は（亜）硝酸性
窒素に酸化され、仕上げ硝化が行われる。

【００５５】仕上げ硝化槽２の硝化液は系路１５から仕
上げ脱窒槽３に入り、ここで攪拌機１６で緩やかに攪拌
しながら薬注路１７からメタノール等の水素供与体を注
入して嫌気状態に保つことにより（亜）硝酸性窒素が窒
素ガスに還元され、仕上げ脱窒が行われる。高度な処理
を要しないときは、仕上げ硝化槽２および仕上げ脱窒槽
３を省略することができる。

【００５６】脱窒処理液は系路１８から固液分離槽４に
入り、ここで必要に応じて薬注路１９から酸またはアル
カリを注入してｐＨ７〜８に調整し、浸漬形の膜分離装
置５により固液分離が行われ、透過液が処理液として処
理液路２１から取出される。隔壁２２を設け、膜分離装
置５の下側に曝気装置２３を配置し、送気路２４から空
気を送って曝気することにより気液の循環流を形成し、
分離膜２０の目詰まりを防止するとともに、再曝気によ
り残留する有機物を分解する。濃縮液は返送汚泥路７か
ら返送汚泥として間欠曝気槽１に返送する。このときの
汚泥返送量比が２〜７、好ましくは３〜５となるように
流量を設定する。余剰汚泥は適宜間欠曝気槽１から排泥
路２５を通して排出する。余剰汚泥排出量は、間欠曝気
槽１の好気工程に対するＳＲＴ（汚泥滞留時間）が３日
以上、好ましくは７日以上に設定する。

【００５７】間欠曝気法では流入水質変動、負荷変動に
応じて最適な嫌気・好気サイクルとなるよう各種の検知
法を用いて制御することが公知であり、これを応用して
返送量を制御することにより間欠曝気槽から流出する負
荷を制御し、仕上げ硝化槽や仕上げ脱窒槽にかかる負荷
を調節してより安定に高度な処理水を得ることも可能で
あるが、通常は制御が複雑になるため行わない。

【００５８】

【実施例】以下、実施例について説明する。

【００５９】実施例１、比較例１ 図１に示すフローで試験を行った。間欠曝気槽８００ l
iter、仕上げ硝化槽６７ liter、仕上げ脱窒槽１３３ l
iter、固液分離槽３３２ literである。試験原水は埋立
浸出水を使用し、８００ liter／ｄで通水した。原水Ｂ
ＯＤ濃度は２０ｍｇ／ｌ以下、Ｔ−Ｎは硫酸アンモニウ
ムを適宜添加し、１００〜２５０ｍｇ／ｌとした。ＮＯ
_x−Ｎは０〜２０ｍｇ／ｌであった。原水は炭酸ナトリ
ウム添加アルカリ凝集沈殿法で連続的にカルシウム除去
し、硫酸でｐＨ６．０に中和したものを通水した。間欠
曝気槽、固液分離槽は７．２前後にｐＨ調整した。

【００６０】間欠曝気は３０分好気工程、３０分嫌気工
程として運転した。但し曝気工程中もＤＯが２ｍｇ／ｌ
を越えると曝気を一時停止するように自動制御した。脱
窒の水素供与体にはメタノールを用い、嫌気工程で添加
した。メタノールは添加量が平均して流入Ｔ−Ｎの３．
６倍付近になるように嫌気工程の間連続して添加した。
仕上げ脱窒槽にはＯＲＰが−１５０ｍＶ程度となるよう
に自動制御でメタノールを添加した。実際にはＯＲＰは
−１００〜−１７０ｍＶの範囲で推移した。メタノール
の添加量は０〜３０ｍｇ／ｌ相当で変化した。

【００６１】この装置を間欠曝気槽負荷０．１ｋｇＮ／
ｍ³／ｄで運転したところ、間欠曝気槽内の水質はＮＨ₄
−Ｎが０〜２ｍｇ／ｌ程度、ＮＯ_x−Ｎが０〜４．５ｍ
ｇ／ｌの範囲で変化した。これを仕上げ硝化槽および仕
上げ脱窒槽により、Ｔ−Ｎ１ｍｇ／ｌ以下まで処理する
条件を求めるため、汚泥返送比を変えて試験を行ったと
ころ、返送量１０ｍ³／ｄ付近が限界であった。これは
硝化槽の滞留時間約９分で、嫌気工程の時間の０．３倍
に相当し、また脱窒槽の滞留時間１８分で、１サイクル
の時間の０．３倍に相当する。

【００６２】より処理水質が安定していたのは返送量
５．６ｍ³／ｄ以下の時であり、これは硝化槽の滞留時
間１５分（嫌気工程の時間の０．５倍）、脱窒槽の滞留
時間３０分（１サイクルの時間の０．５倍）に相当す
る。このときの処理水Ｔ−Ｎは０．１〜０．５ｍｇ／
ｌ、平均０．２ｍｇ／ｌであった。また、返送量を６０
０ liter／ｄ以下に落とすと、間欠曝気槽で完全に硝化
が起こらずにＮＨ₄−Ｎの流出濃度が最大３０ｍｇ／ｌ
程度と高くなり、仕上げ硝化槽でもＮＨ₄−Ｎ濃度は２
５ｍｇ／ｌ程度までしか低下せず、処理水窒素濃度が悪
化した。このとき汚泥濃縮倍率は２．３〜２．４倍程度
となり、間欠曝気槽の汚泥が低下したことが原因で硝化
が悪化したと考えられた。

【００６３】以上の結果をまとめたものを表１に示す。

【表１】

【００６４】また、図１に示した間欠曝気槽内の水質変
動を実際に確かめた分析結果を図５に示す。このデータ
を得た条件は、原水量７９０ liter／ｄ、原水ＮＨ₄−
Ｎ濃度９７ｍｇ／ｌ、原水ＮＯ_x−Ｎ濃度１１ｍｇ／
ｌ、原水Ｔ−Ｎ濃度１０８ｍｇ／ｌ、間欠曝気槽ＮＨ₄
−Ｎ槽負荷０．０９６ｋｇＮ／ｍ³／ｄ、間欠曝気槽Ｔ
−Ｎ槽負荷０．１０７ｋｇＮ／ｍ³／ｄである。これは
間欠曝気槽内混合液をサンプリングして遠心分離により
１分間以内に汚泥と上澄液を分離して、生物反応による
水質変化を停止させてから水質分析したもので、間欠曝
気槽内液の水質変動をほぼリアルタイムに測定したもの
と考えることができる。

【００６５】このとき、前記（１）式より計算すれば、
最大ＮＨ₄−Ｎ濃度は０．０９６×（３０／１４４０）
＝０．００２０［ｋｇ／ｍ³］＝２．０［ｍｇ／ｌ］、
実際の分析結果は図５より１．８ｍｇ／ｌのため、ほぼ
計算値通りである。実際には嫌気工程最初の数分間ＤＯ
が残留しており、硝化反応が進行したため、実質の嫌気
時間が短くなり、最大ＮＨ₄−Ｎ濃度は理論値より低く
なったと考えられる。また（２）式より、最大Ｔ−Ｎ濃
度は０．０９６×（３０／１４４０）＋０．１０７×
（３０／１４４０）＝０．００４２［ｋｇ／ｍ³］＝
４．２ｍｇ／ｌ、実際の分析結果は図５より４．１ｍｇ
／ｌであり、ほぼ計算通りの値となっている。以上よ
り、間欠曝気槽における水質変動は（１）（２）式でほ
ぼ説明できることが実証された。

【００６６】以上の結果より、上記装置では間欠曝気槽
に高い窒素負荷をかけることができ、装置を従来よりも
２倍以上小型化することができ、処理水質はむしろ向上
し、ＴＮ１ｍｇ／ｌ以下も達成可能となり、また膜分離
装置と組み合わせた際に、容積の小型化と処理水質の高
度化を両立する最適な処理システムが得られることがわ
かる。

【図面の簡単な説明】

【図１】間欠曝気槽水質変動パターンを示すグラフであ
る。

【図２】汚泥返送比とＭＬＳＳ濃度・水槽容積の関係を
示すグラフである。

【図３】汚泥返送比と生物処理容積の関係を示すグラフ
である。

【図４】実施形態の間欠曝気式活性汚泥処理装置を示す
系統図である。

【図５】間欠曝気槽内の水質の経時変化を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１ 間欠曝気槽 ２ 仕上げ硝化槽 ３ 仕上げ脱窒槽 ４ 固液分離槽 ５ 膜分離装置 ６ 被処理液路 ７ 返送汚泥路 ８、１７、１９ 薬注路 ９、１３、２４ 送気路 １０、１４、２３ 曝気装置 １１、１６ 攪拌機 ２１ 処理液路 ２２ 隔壁 ２５ 排泥路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/12 C02F 3/28 - 3/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理液を供給し、活性汚泥の存在下に
   間欠的に曝気を行って好気工程と嫌気工程を繰り返し、
   好気工程ではＢＯＤの除去と窒素の硝化を行い、嫌気工
   程では脱窒を行う間欠曝気槽と、 間欠曝気槽の好気工程と嫌気工程の１サイクルにおける
   流出液の０．３〜４容量倍の容積を有し、上記流出液を
   受入れて嫌気処理により脱窒を行う仕上げ脱窒槽とを含
   む間欠曝気式活性汚泥処理装置。
2. 【請求項２】 間欠曝気槽の嫌気工程における流出液の
   ０．３〜４容量倍の容積を有し、間欠曝気槽の流出液を
   受入れて曝気により硝化を行う仕上げ硝化槽を、間欠曝
   気槽と仕上げ脱窒槽の間に有する請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 仕上げ脱窒槽の流出液を膜分離により固
   液分離し、被処理液量の２〜７容量倍の濃縮汚泥を間欠
   曝気槽に返送する膜分離装置を有する請求項１または２
   記載の装置。