JP3380002B2

JP3380002B2 - 汚水処理方法

Info

Publication number: JP3380002B2
Application number: JP20166293A
Authority: JP
Inventors: 實古澤; 芳治坂田; 吉幸堀内
Original assignee: 川崎市; 昭和エンジニアリング株式会社
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 2003-02-24
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JPH0751691A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、活性汚泥法による汚水
処理工程において、汚水中の窒素分を効率よく硝化する
処理方法に関するものであり、特にオゾンを間欠的に注
入することによって硝化を促進する経済的な汚水処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、下水、し尿などに代表される
窒素を含有する有機性汚水を、酸素の存在下に活性汚泥
と接触せしめてＢＯＤやアンモニア態窒素などを除去す
る、いわゆる活性汚泥法は広く行われている。この汚水
処理方法においては、それぞれの浄化反応に寄与する微
生物群が異なり、それぞれの微生物群の生育条件が異な
るため、これら反応の律速となる、硝化に寄与する微生
物群の生育に適した環境条件を設定するのが普通であ
る。すなわち、有機物の除去に寄与する他栄養性微生物
群（ＢＯＤ資化細菌）の増殖速度に比べ、窒素分の硝化
に寄与する自栄養性微生物群（硝化細菌）のそれは１０
分の１以下といわれており、活性汚泥中の硝化細菌の濃
度を硝化の進行に必要な程度に維持するためには、被処
理水を好気的に活性汚泥と混合する槽（好気槽）におけ
る活性汚泥の滞留時間（ＡＳＲＴ）を大きく、例えば７
〜１０日以上とする必要がある。このため、硝化反応に
必要な好気槽の容積は大きいものとなり、下水処理に例
をあげれば、有機物の除去のみに求められる好気槽容積
に比べ、硝化を目的とする場合はその３倍以上が必要に
なるといわれる。したがって、有機物の除去に必要とさ
れる程度の好気槽の容積で、同時に硝化も行うことがで
きれば、活性汚泥設備の建設にかかわる建設費、運転
費、敷地面積などを大幅に低減することが可能となる。
そこで、硝化を促進する方法が強く求められた。

【０００３】硝化を促進する方法として、好気槽にオゾ
ンを連続的に注入する方法が提案されている（例えば、
特開昭５７−１２２９９８号公報：Ｊ．ファンレーウ
エン，Ｊ．ＩＷＥＭ，１９８８．１０．２：栗林ほか，
「第２９回下水道研究発表会講演集」ｐ５２〜ｐ５４，
１９９２）。この方法によれば、オゾンによって好気槽
内における放線菌の異常増殖が抑制され、硝化細菌が活
性化されて硝化が促進されるばかりでなく、槽内の発泡
と汚泥の膨化、活性汚泥を沈降分離する沈澱槽でのスカ
ムの発生なども抑制される、と報告されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、活性汚
泥法の汚水処理工程におけるオゾンの連続注入は、硝化
の促進やその他の改善に有効ではあるが、この方法を汚
水処理場で実施するには、並列された多数の好気槽にそ
れぞれオゾンを連続注入するための大規模なオゾン供給
設備を必要とし、また当然そのバックアップ設備も必要
になるので、このための設備費用と電力費などのランニ
ングコストはきわめて大きなものとなる。また、元来有
毒かつ腐食性であるオゾンの使用量はできるだけ少なく
したいという社会的な要望もある。本発明は、上記の事
情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オゾンを
使用する活性汚泥法の汚水処理工程において、オゾンの
総使用量を抑制して設備費、運転費、敷地面積などを節
約するとともに、安全性も配慮した汚水処理方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、好気槽に
オゾンを間欠的に注入し、オゾンの時間当り注入量を活
性汚泥の仕込時の乾燥重量ｇ当り毎時０．１〜５ｍｇと
して、この間欠的な注入時間の合計を１０日当り１２時
間以上２００時間以下とするとともに、活性汚泥および
酸素と接触せしめたのちの被処理水と汚泥との混合液の
一部を、新たな被処理水とともに嫌気的に脱窒素し、こ
の脱窒素した混合液を好気槽に導入することによって解
決できる。上記において、活性汚泥の好気槽における滞
留時間（ＡＳＲＴ）は、少なくとも２日間とすることが
好ましい。上記において、酸素源としては濃度５０％以
上の酸素を含有するガスを用いることが好ましい。上記
において、好気槽を密閉し、かつ少なくとも２段の部室
に仕切り、各部室に活性汚泥を滞留せしめ、被処理水を
一つの部室に導入して順次に各部室において活性汚泥お
よび酸素と接触せしめて最終部室まで送通し、かつ、こ
の被処理水を導入する最初の部室にオゾンを間欠的に注
入することが好ましい。

【０００６】従来のオゾン注入技術では、好気槽におけ
る硝化の促進、槽内発泡と汚泥膨化の抑制、沈澱槽にお
けるスカム発生の防止などの効果は、好気槽へ一定量の
オゾンを連続的に注入することによってのみ達成できる
と考えられていた。しかし実験の結果、比較的少量のオ
ゾンを好気槽内に間欠的に注入して、オゾンの総注入量
を連続注入の場合より大幅に少なくしても、実質的に連
続注入の場合と変わらない効果が得られることがわかっ
た。これは、被処理水に有効濃度のオゾンを一定時間注
入すると、硝化細菌の増殖に好適な環境が作り出され、
硝化細菌が活性化される。活性汚泥処理において、人為
的もしくは偶然に惹起された処理状況が回復するのに要
する時間は、通常、系が保有する汚泥の総量が入れ替わ
る時間（ＳＲＴ）の２〜５倍であるとされている。オゾ
ンの注入もまた人為的に作り出した環境であり、元の状
況に戻るには一定の時間を要するので、間欠的なオゾン
の注入で連続注入と同等の効果を得ることができると考
えられる。本発明はこの知見を実験で確認して完成され
たものである。

【０００７】この観点から、本発明の汚水処理方法にお
けるオゾンの注入は、注入時間の合計が１０日当り１２
時間以上２００時間以下となるように間欠的に行う。注
入時間の合計が１０日当り１２時間未満では硝化細菌の
増殖に好適な環境を作り出すことができず、また２００
時間を越えても効果は変わらず、オゾンが無駄になる。

【０００８】また、オゾンの時間当り注入量（オゾン注
入率）は、活性汚泥の仕込時の乾燥重量ｇ当り毎時０．
１〜５ｍｇとすることが好ましい。これは、０．１ｍｇ
未満では放線菌の増殖を抑制する効果が不足する場合が
あり、反対に５ｍｇを越えると、活性汚泥中の有益細菌
の生育まで抑制することになって、処理水質がかえって
悪化する場合もあるからである。この観点からさらに好
ましいオゾンの注入率は、活性汚泥の仕込時の乾燥重量
ｇ当り毎時０．３〜３ｍｇの範囲である。

【０００９】本発明の汚水処理方法では、好気槽内にお
ける活性汚泥の滞留時間（ＡＳＲＴ）は、少なくとも２
日間、さらに好ましくは５日間以上とすることが好まし
い。これは、一般に２日間未満ではこの槽における有機
物の除去、硝化反応など全ての浄化作用が全体的に不十
分なものとなるからである。

【００１０】好気槽内に導入する酸素源としては、酸素
を５０％以上含有するガス（酸素ガス）を用いることが
好ましい。これは、酸素源として酸素濃度５０％未満
の、例えば空気を用いた場合は硝化細菌の増殖速度がき
わめて遅く、したがって一定の硝化を達成するためには
過大な容積の好気槽が必要となるからである。

【００１１】好気槽を密閉し、かつ少なくとも２段の部
室に仕切り、各部室に活性汚泥を滞留せしめ、被処理水
を一つの部室に導入して順次に各部室において活性汚泥
および酸素と接触せしめて最終部室まで送通し、かつ、
この被処理水を導入する最初の部室にオゾンを間欠的に
注入する方法を採用すれば、被処理水の浄化に必要な好
気槽全体の容積に比べて容積の小さい部室においてオゾ
ンの濃度を有効レベルに保てばよいので、オゾンの使用
量が少なくてすむ。

【００１２】活性汚泥および酸素と接触せしめたのちの
被処理水は、これに含まれていたアンモニア態窒素の一
部が硝化されて、硝酸態窒素（ＮＯ₃、ＮＯ₂）になっ
ている。そこで、これと汚泥との混合液の一部を、新た
な被処理水とともに嫌気的条件に置くと、ここでは汚泥
中の嫌気性還元脱窒菌が活性化され、その作用によっ
て、混合液中の硝酸態窒素が還元され、窒素ガスとして
放出される。このようにして脱窒素された混合液を好気
槽に導入すると、この循環系によって得られた処理水
は、アンモニア態窒素も硝酸態窒素もともに低減された
ものとなる。

【００１３】

【実施例】次に図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。（実施例１）図１は、汚水処理方法を実施する工程例を示している。
図１において、符号１０は、被処理水を活性汚泥および
酸素と接触せしめるための密閉された好気槽である。こ
の好気槽１０は鋼板製で、内部が壁で３段に仕切られ、
順次、部室１１、１２、１３を形成している。各部室の
隔壁にはそれぞれ、上部に通気孔、下部に通液孔が形成
され、最終部室１３には排気孔および出水口１４が設け
られている。また、各部室にはモータ駆動の曝気機１５
が設置されている。出水口１４は沈澱槽３０に接続され
ている。沈澱槽３０は低速度でモータ駆動される攪拌羽
根を有していて、汚泥を底部に沈降させ上澄を処理水と
して流出させるようになっている。沈降した汚泥は、沈
澱槽３０の底部から抜き出され、返送汚泥４としてポン
プＰ2 によって好気槽１０の第一部室（被処理水を導入
する最初の部室）１１に返送されるようになっている。

【００１４】好気槽の各部室１１、１２、１３には所定
量の活性汚泥が滞留されている。また、第一部室１１の
頂部へは、酸素発生装置（図示せず）から、濃度５０％
以上の酸素ガス５が連続的に導入される。さらに、この
第一部室１１には、オゾン発生機（図示せず）からのオ
ゾン７が、液面下に間欠的に注入されるようになってい
る。この注入のプログラムは、間欠バルブ１６によって
制御される。

【００１５】次に、この工程を用いた汚水処理方法を述
べる。好気槽１０に導入される被処理水１は、予め沈降
物が除去された汚水（原水）であって、これはまず原水
槽２０に貯えられ、ついでポンプＰ1 によって好気槽１
０の第一部室１１に導入される。導入された被処理水は
第一部室１１から順次に各部室において活性汚泥および
酸素と接触しながら、所定の滞留時間を経て最終部室１
３まで送通され、その出水口１４から汚泥を伴った混合
液２として流出する。この混合液２は次に、汚泥を沈降
させるために沈澱槽３０に導入される。

【００１６】一方、第一部室１１の頂部に導入された酸
素ガス５は、曝気機１５によって部室内の液と混合さ
れ、一部はこれに溶解するが残部は隔壁の通気孔を通っ
て次段に送られ、以下同様にして最終的に、残存酸素、
生物代謝で発生した炭酸ガス、水蒸気などからなる混合
ガスが排ガス６として排気孔から排出される。

【００１７】沈澱槽３０に流入した混合液２は、ここで
緩い攪拌が与えられ、被処理水に伴って流出した汚泥が
沈降され、返送汚泥４として第一部室１１に循環され
る。沈澱槽３０の上澄液は、処理水３として流出され
る。

【００１８】上記の運転下にオゾンの注入を行った。オ
ゾンの注入は間欠バルブ１６によって間欠的に行い、そ
の注入プログラムは、乾燥汚泥ｇ当り毎時０．４ｍｇ
（０．４ｍｇ／ｇＳＳ・Ｈ）のオゾン注入率で、１０日
間当り２４時間（２４Ｈ／１０Ｄ）連続注入し、あとの
９日間は注入を休止する、というパターンに設定した。
運転期間は３０日間とした。実施例１の場合の運転条件
を、被処理水（原水）の水質測定値も含めて表１に示し
た。表中、「ＭＬＳＳ濃度」とは好気槽１０内の混合液
中の浮遊物濃度（ｍｇ／ｌ）であり、「ＳＶＩ」とは汚
泥容量示標である。

【００１９】（比較例１）実施例１と同じ工程を用い、
運転条件も同様にし、ただしオゾンの注入プログラム
は、運転期間（３０Ｄ）中連続とした。（比較例２）実施例１と同じ工程を用い、運転条件も同
様にし、ただしオゾンの注入は全く行わなかった。比較
例１および比較例２の運転条件は表１に示した。

【００２０】上記実施例１、比較例１および比較例２の
運転結果を表２に示す。表２は処理水の水質（ＢＯＤ濃
度、アンモニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度）、および
工程における硝化速度（ｍｇＮ／ｇＳＳ・Ｈ）の測定値
を示している。

【００２１】

【表１】

【表２】

【００２２】（実施例２）この実施例は、請求項１に記載した汚水処理方法、すな
わち、嫌気的に脱窒素した混合液を好気槽に導入する場
合の汚水処理方法である。図２は実施例２を実施する工
程例を示している。図２において、符号１０は密閉され
た好気槽であり、符号３０は沈澱槽であり、これらはそ
れぞれ実施例１の好気槽１０、沈澱槽３０と同様の構成
となっている。ただし、好気槽の最終部室１３の底部か
ら被処理水と活性汚泥との混合液の一部が、硝化液８と
して抜き出せるようになっている。符号４０は、被処理
水と活性汚泥との混合液を嫌気的に脱窒素するための脱
窒槽であり、穏やかにモータ駆動される攪拌羽根が設置
され、また被処理水（原水）１と返送汚泥４と硝化液８
とのそれぞれの導入口、生成した窒素ガスを排出する排
気孔、および脱窒素された混合液９を流出する導出口が
設けられている。図２では、ポンプ類は省略してある。

【００２３】この工程で、予め沈降物が除去された原水
１と返送汚泥４と硝化液８とは脱窒槽４０に導入されて
混合される。この脱窒槽４０は嫌気性還元脱窒菌の作用
で還元状態にされているから、これら液中の硝酸態窒素
は還元され、窒素ガスとして放出される。硝酸態窒素濃
度が低減された混合液９が好気槽１０の第一部室１１に
導入され、実施例１の場合と同様に処理されると、アン
モニア態窒素は硝酸態窒素に転化され、この硝酸態窒素
は一部が硝化液８に含まれて脱窒槽４０に送られる。こ
のような循環系が成立すると、原水中のアンモニア態窒
素は好気槽１０中で硝化されて硝酸態窒素に転化し、こ
の硝酸態窒素は脱窒槽４０で還元されて窒素ガスとして
放出される、というサイクルが繰り返されることにな
る。

【００２４】上記の工程を用いて汚水処理を行った。オ
ゾンの注入は間欠バルブ１６によって間欠的に行い、そ
の注入プログラムは、オゾン注入率を乾燥汚泥ｇ当り毎
時１．０ｍｇ（１．０ｍｇ／ｇＳＳ・Ｈ）とし、この注
入率で５日間に１２時間だけ連続注入し、そのあとの１
０８時間は中止する、というパターンを繰り返し、５０
日間運転を継続した。

【００２５】（比較例３）実施例２と同じ工程を用い、
運転条件も同様にし、ただしオゾンの注入は全く行わな
かった。

【００２６】実施例２および比較例３の運転条件は、被
処理水（原水）の水質測定値も含めて表３に示した。

【００２７】上記実施例２および比較例３の実験結果を
表４に示す。表４は処理水の水質（ＢＯＤ濃度、アンモ
ニア態窒素濃度、硝酸態窒素濃度）、および工程におけ
る硝化速度（ｍｇＮ／ｇＳＳ・Ｈ）の測定値を示してい
る。

【００２８】

【表３】

【表４】

【００２９】表２の結果から、実施例１の方法はオゾン
を連続注入する比較例１の方法に比べ、オゾンの使用総
量が１／１０であるにかかわらず、処理水質においても
硝化速度においても同等の結果が得られることが確認さ
れた。また同じ工程でオゾンを使用しない比較例２の方
法に比べると、アンモニア態窒素の硝化が量的にも速度
的にも著しく促進されていることは明かである。表４の
結果から、実施例２の方法はオゾンを使用しない比較例
３の方法に比べて、アンモニア態窒素の硝化が量的にも
速度的にも著しく促進されているとともに、硝酸態窒素
も効率的に除去されており、処理水における全窒素除去
率が、オゾン不使用の比較例３の場合の約４倍に達して
いることが確認された。

【００３０】実施例１、２においては、内部が３段に仕
切られた好気槽１０を用いたが、この段数は特に限定さ
れるものではない。この第一部室に供給する濃度が５０
％以上の酸素ガスはＰＳＡ酸素製造装置などを用いて比
較的安価に得ることができる。また、オゾンは、コロナ
放電を応用したオゾン発生機などを用いて現場で容易に
製造できる。

【００３１】

【発明の効果】本発明の汚水処理方法は、上記のように
好気槽にオゾンを間欠的に注入し、オゾンの時間当り注
入量を活性汚泥の仕込時の乾燥重量ｇ当り毎時０．１〜
５ｍｇとして、この間欠的な注入時間の合計を１０日当
り１２時間以上２００時間以下とするとともに、活性汚
泥および酸素と接触せしめたのちの被処理水と汚泥との
混合液の一部を、新たな被処理水とともに嫌気的に脱窒
素し、この脱窒素した混合液を好気槽に導入するもので
あるから、オゾンを連続的に注入する場合と同等の硝化
効率が得られ、しかもオゾンを連続的に注入する場合に
比べると、オゾンの総使用量が例えば１／１０と大幅に
削減でき、電力料などオゾンの製造費を著しく削減する
ことができる。また、実際の汚水処理場において好気槽
が多数並列されている場合に、間欠注入であれば、例え
ば１基の小型オゾン発生機を複数の好気槽に順次交替に
使用することができ、したがって大型オゾン発生機およ
びそのバックアップ機などが不要となり、設備費が大幅
に低減できる。さらに、一般に取り扱いに注意を要する
オゾンの使用量が少なくてすむことは、社会的な要望に
もかなうものである。好気槽から流出した混合液の一部
を、新たな被処理水とともに嫌気的条件に置き、この混
合液を好気槽に導入する循環系において得られる処理水
は、窒素除去率がオゾンを使用することによって例えば
４倍に向上するので、同量の汚水を処理するのに、単純
に計算すれば、設備、敷地面積とも例えば従来の１／４
ですむことになり、従来の汚水処理技術では採用不可能
であった小規模の汚水処理にも適用が可能となる。

【００３２】この際、オゾン注入率を、活性汚泥の仕込
時の乾燥重量ｇ当り毎時０．１〜５ｍｇとすることによ
って、有益細菌の生育を阻害する危険が防げるので、常
に安定した汚水処理を長期に継続することができるよう
になる。

【００３３】好気槽内における活性汚泥の滞留時間を少
なくとも２日間とすることによって、有機物の除去、硝
化反応など全ての浄化作用を平行的に円滑に進行させる
ことができ、比較的小規模な処理設備でありながら良質
な処理水が排出できるようになる。

【００３４】酸素源として酸素を５０％以上含有する酸
素ガスを用いれば、活性汚泥の活性が高められるので、
汚泥滞留時間を短縮でき、好気槽の容積を大幅に縮小す
ることができる。したがって、例えば空気を用いた場合
に比べ、設備費と敷地面積が大幅に削減できることにな
る。

【００３５】好気槽を複数の部室に仕切り、この第一部
室にオゾンを注入するようにすれば、オゾンで処理すべ
き混合液の容積が縮小され、オゾンの使用量が少なくて
すむので、オゾン発生機をさらに小型化でき、設備費、
運転費、敷地面積などがさらに削減できるようになる。

【００３６】また、本発明の汚水処理方法を採用すれ
ば、工程全体を密閉系に設計することができるので、臭
気対策上もきわめて有利なものとなる。

【００３７】このような効果を有する本発明の汚水処理
方法は、都道府県などの公的な大規模汚水処理場の他、
工場、事業場、畜舎、ビル、団地、遊園地、個人住宅な
ど中・小規模の汚水処理にも広く適用することができる
ようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の方法を実施する工程例を示す概略
図。

【図２】実施例２の方法を実施する工程例を示す概略
図。

【符号の説明】

１…被処理水、３…処理水、５…酸素ガス、７…オゾ
ン、１０…好気槽、１１、１２、１３…部室、３０…沈
澱槽、４０…脱窒槽。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀内吉幸東京都港区芝浦三丁目17番12号昭和エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開平４−363197（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−16595（ＪＰ，Ａ) 特開平４−271898（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C02F 3/12 C02F 3/28 - 3/34

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理水を活性汚泥および酸素と接触せ
しめたのち汚泥を分離して処理水を得る汚水処理方法に
おいて、被処理水を活性汚泥および酸素と接触せしめる
ための好気槽にオゾンを間欠的に注入し、オゾンの時間
当り注入量を活性汚泥の仕込時の乾燥重量ｇ当り毎時
０．１〜５ｍｇとして、この間欠的な注入時間の合計を
１０日当り１２時間以上２００時間以下とするととも
に、活性汚泥および酸素と接触せしめたのちの被処理水
と汚泥との混合液の一部を、新たな被処理水とともに嫌
気的に脱窒素し、この脱窒素した混合液を好気槽に導入
することを特徴とする汚水処理方法。
【請求項２】請求項１記載の汚水処理方法において、
活性汚泥の好気槽における滞留時間（ＡＳＲＴ）を少な
くとも２日間とすることを特徴とする汚水処理方法。
【請求項３】請求項１または２記載の汚水処理方法に
おいて、酸素源として濃度５０％以上の酸素を含有する
ガスを用い被処理水と接触せしめることを特徴とする汚
水処理方法。
【請求項４】請求項１、２または３記載の汚水処理方
法において、好気槽を密閉し、かつ少なくとも２段の部
室に仕切り、各部室に活性汚泥を滞留せしめ、被処理水
を一つの部室に導入して順次に各部室において活性汚泥
および酸素と接触せしめて最終部室まで送通し、かつ、
被処理水を導入する最初の部室にオゾンを間欠的に注入
することを特徴とする汚水処理方法。