JP3707272B2 - 下廃水処理方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水や廃水処理の技術分野における下廃水処理方法およびその装置に関し、特に下水や廃水のリン除去を中心とする高度処理を備えた下廃水処理方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水や廃水の処理では活性汚泥法が多く用いられており、主に、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）として測定されることの多い有機物（水中の分解可能な有機物の指標としてのＢＯＤ）と懸濁性固形物（ＳＳ）とが処理されていた。これに対して、窒素およびリンが閉鎖性水域の富栄養化を引き起こすことから、近年、下廃水中の窒素およびリンをも除去処理して、処理水が放流される閉鎖性水域の環境を保全しようとする動きが強まっている。このような、いわゆる高度処理に用いられる技術のうち、活性汚泥法の変法を用いる例としては、ＢＯＤおよびＳＳとリンとを同時に除去処理することのできる嫌気好気活性汚泥法▲１▼と、ＢＯＤおよびＳＳとリンと窒素とを同時に除去処理することのできる嫌気無酸素好気活性汚泥法▲２▼とがある。
【０００３】
嫌気好気活性汚泥法▲１▼による廃水処理装置の一例として、図４を参照して説明する。この廃水処理装置は、主に夾雑物等が除去された下水および／または廃水が供給される最初沈殿池２と、生物処理装置３と、最終沈殿池４とから構成され、生物処理装置３は、生物学的リン放出反応により活性汚泥が細胞内のリン酸イオンを廃水中に放出する嫌気槽３ａと、生物学的リン摂取反応により活性汚泥が廃水中のリン酸イオンを細胞内に摂取する散気装置５を備える好気槽３ｃとから構成されている。最終沈殿池４からの汚泥の一部は、返送汚泥として、嫌気槽３ａに返送する汚泥返送配管８が設けられている。曝気槽３ｃにおける好気工程での活性汚泥のリン摂取量は、嫌気槽３ａにおける嫌気工程でのリン放出量よりも大であり、このリン摂取量とリン放出量との差が廃水中のリン除去量に相当する。
【０００４】
下廃水は、最初沈殿池２に送り込まれて、下廃水中に含まれる比較的大きくて重い固形物を除去した後、嫌気槽３ａによる嫌気工程での生物学的リン放出反応および好気槽３ｃによる好気工程での生物学的リン摂取反応を経て、廃水中のリンは汚泥の構成成分に変化するが、最終的に最終沈殿池４に送り込まれて余剰汚泥として廃水処理装置から排出される。また、廃水中のＢＯＤは嫌気工程および好気工程の双方において除去され、ＳＳは主に最初沈殿池２および下廃水が嫌気槽３ａおよび好気槽３ｃにて生物処理を受けた後に導入される最終沈殿池４において除去される。
【０００５】
次に、嫌気無酸素好気活性汚泥法▲２▼による廃水処理装置の一例として、図５を参照して説明する。同図において、嫌気無酸素好気活性汚泥法による廃水処理装置は、主に、最初沈殿池２と、生物学的リン放出反応により活性汚泥が細胞内のリン酸イオンを廃水中に放出する嫌気槽３ａと、活性汚泥が廃水中のリン酸イオンを細胞内に摂取する生物学的リン摂取反応ならびに脱窒反応を起こさせる無酸素槽（脱窒槽）３ｂと、活性汚泥が廃水中のリン酸イオンを細胞内に摂取する生物学的リン摂取反応ならびに硝化反応を起こさせる散気装置５を備える好気槽３ｃと、最終沈殿池４とから構成され、活性汚泥混合液を脱窒槽３ｂに返送する活性汚泥返送配管３ｄが設けられている。最終沈殿池４からの汚泥の一部は、返送汚泥として、嫌気槽３ａに返送する汚泥返送配管８が設けられている。
【０００６】
無酸素工程および好気工程での活性汚泥のリン摂取量は、嫌気工程でのリン放出量よりも大であり、このリン摂取量とリン放出量との差が廃水からのリン除去量に相当する。図５に示した嫌気無酸素好気活性汚泥法による処理プロセスは、生物学的な脱リン反応と脱窒素反応とを行わせてもって、排水中のＢＯＤおよびＳＳと共に、リンと窒素とを除去処理するものである。下水廃水の処理に伴って発生する汚泥の従来の処理方法は、濃縮→脱水→嫌気性消化→好気性消化→焼却等の流れに沿った方法であった。また、汚泥を加熱して汚泥中の蛋白質を変性固化させて、汚泥を熱処理して脱水性を向上させるという方法があった。
【０００７】
従来の活性汚泥法による下廃水処理方法を例にとって、図６に従来の下廃水の処理方法と汚泥の処理方法とを示している。同図において、下廃水が最初沈殿池２に送り込まれ、その上澄水が生物学的処理槽３から最終沈殿池４へと順次通水されて、その過程で最終沈殿池４からの汚泥の一部が返送汚泥配管８を通して生物学的処理槽３に返送されて生物学的処理槽３において生物学的な処理が行われ、処理水が得られる。活性汚泥法による水処理系から発生する汚泥は、主に、最終沈殿池４における固液分離によって得られた最終沈殿池引き抜き汚泥から返送汚泥を除いたいわゆる余剰汚泥と、最終沈殿池２からの最初沈殿池引き抜き汚泥とを含んでいる。
【０００８】
これらの汚泥を濃縮槽１３へ導入して濃縮汚泥と分離液とを得る。分離液は通常最初沈殿池２の手前へ返送され、濃縮汚泥は次の汚泥処理工程である脱水機１５で処理を行って、脱水ケーキおよび分離液を得る。分離液は、通常最初沈殿池２の手前へ返送される。脱水ケーキは焼却炉１７へ導入されて焼却され、排ガスと焼却灰とが得られる。
【０００９】
図７は、従来の汚泥処理方法の他の一例を示すものである。図７は、３カ所の下水処理場より送られてきた汚泥を集中処理する汚泥処理場の例を示している。３カ所の下水処理場において得られた沈殿池引き抜き汚泥は、それぞれの下水処理場で一旦濃縮した後、汚泥濃度を管路輸送に適したものにするために必要により希釈して、それぞれの汚泥輸送管路を経由して汚泥集中処理場へ輸送される。汚泥集中処理場では輸送されてきた汚泥が、それぞれの調整槽２０ａ〜２０ｃに受け入れられる。各調整槽２０ａ〜２０ｃからの汚泥は、混合槽２１に送られて混合した後、濃縮機２２によって処理して分離液と濃縮汚泥に分けられる。この分離液は、分離液貯留槽２３へ、濃縮汚泥は濃縮汚泥貯留槽２４へ導入して、濃縮汚泥は脱水機２５で処理して分離液と脱水ケーキとが得られる。脱水機２５からの分離液は、分離液貯留槽２６へ送られる。脱水ケーキは、焼却炉２８へ送って焼却処理する。得られる排ガスを排ガス処理設備２９で処理した後、煙突３０を経由して排ガス処理後の排ガスを大気放出すると共に、焼却灰の搬出、埋め立てを行う。分離液貯留槽２３，２６の分離液は、分離液処理設備２７において処理を行って、分離液処理汚泥を混合槽２１へ返送すると共に、分離液処理水は、近くの下水処理場へ送って再び水処理が行われる。
【００１０】
従来、この分離液処理設備では、濃縮機２２と脱水機２５からの分離液の固液分離を目的とした凝集沈殿処理法が主として用いられ、凝集用薬品としては、高分子凝集剤、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄等が用いられてきた。これらの凝集用薬品のうち、アルミニウム塩や鉄塩は、リン除去処理効果をも有しているが、この凝集沈殿処理では、基本的に固液分離処理を目的とするものであるために、凝集剤の添加量も少なく、リン除去処理効果は良好なものではないのが通常であった。一連の汚泥処理の工程では、汚泥の腐敗に由来する臭気ガスが発生するために、生物脱臭塔３１や活性炭吸着塔３２などの脱臭設備によって処理を行った後、排気塔３３を経由して大気放散する。このような汚泥の集中処理は、汚泥処理設備とその運転管理要員を集約することによって汚泥処理の経済化をはかるものであり、近年、大都市における下水処理で実施されている。
【００１１】
従来の汚泥処理方法のうち汚泥熱処理法は、汚泥の脱水処理のための前処理であったために、通常は濃縮処理と脱水処理との間に設置されていた。しかしながら、この熱処理は、汚泥混合液を１２０〜１８０℃程度の高温とするものであり、加熱するための経費を要することに加えて、猛烈な悪臭を発生するという問題があり、近年建設された汚泥処理設備においては多くの採用例はない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、下廃水のリンを除去する方法には、前述の嫌気好気法あるいは嫌気無酸素好気法に代表される生物学的処理方法と凝集剤添加処理に代表される物理化学的処理法がある。前者は、微生物によるリン放出反応とリン摂取反応とを利用して微生物体へリンを取り込ませることによって、下排水中のリンを除去するものである。後者は、鉄塩やアルミニウム塩などの凝集剤を加えてリン酸の難溶性の金属塩を形成することによって、下排水中のリンを除去するものである。生物学的リン除去方法として、嫌気処理工程と好気処理工程とを組み合わせた嫌気好気法あるいは嫌気無酸素好気法が代表的なものであるが、標準活性汚泥法に代表される好気処理工程のみから成る従来の生物処理方法においても、ＢＯＤ除去に伴ってリンも除去されるというメカニズムがある。
【００１３】
好気処理工程では、廃水中の汚濁物質の組成を代表として、ＢＯＤ：Ｎ（窒素）：Ｐ（リン）で示すと、ほぼ１００：５：１の割合で除去される。汚濁物質の一部は、微生物体（汚泥）の合成に使われて除去され、リンもその微生物体の構成成分として用いられるために、廃水中のリンが除去される。生物学的処理方法は、物理化学的処理法と異なって、凝集剤を購入して添加する必要が無く、また、添加した凝集剤の成分が結局汚泥成分となって汚泥発生量が増加するという問題も無いため、特に、大規模の下廃水の処理におけるリン除去方法として重視されており、この手法が採用される向きがある。
【００１４】
しかしながら、生物学的リン除去手段の一部に用いられているように、多くの微生物体を含有する汚泥は、有機物の存在下で嫌気条件下にさらされるとリンを外部（水中）へ放出するという性質を有する。何らかの生物学的リン除去メカニズムを利用して、下廃水中のリンを汚泥中に取り込ませるために、好気処理工程による水処理を行ったとしても汚泥混合液が嫌気条件下にさらされると、嫌気条件下での微生物の代謝作用によって、リンは生物体の外部の水中へ、すなわち汚泥混合液中に放出される欠点がある。
【００１５】
従来の汚泥処理の過程では、汚泥が嫌気条件下にさらされる例は多い。例えば、汚泥濃縮処理設備において、重力濃縮槽は、高速稼動部分が無く、比較的運転動力費が安いために、多くの下廃水処理場で採用されている。この重力濃縮槽での滞留時間は、導入される汚泥混合液の汚泥濃度にもよるが、約１０〜１５時間であり、この重力濃縮槽内は嫌気条件となり、汚泥中には微生物体が含有されているため、有機物の存在下でリンが外部（水中）へ放出される欠点がある。また、下廃水処理場から汚泥集中処理場へ汚泥を輸送する場合、通常、比較的汚泥濃度の高い汚泥混合液が輸送の対象となるが、汚泥を輸送する距離によっては、輸送管路内の滞留時間が１５〜２４時間となり、この間は汚泥が嫌気条件下にさらされるので、同様にリンが外部（水中）に放出される欠点がある。さらに、下廃水処理の過程で発生した汚泥を、その下廃水処理場で処理するか、汚泥集中処理場で処理するかに関わらず、濃縮汚泥を脱水処理する前に、濃縮汚泥を貯留する工程（貯留槽、調整槽、混合槽など）のあるのが通常で、濃縮汚泥の貯留工程で１２〜２４時間の滞留時間を持つことがあり、この間、汚泥は嫌気条件下にさらされ、リン放出が盛んになる欠点がある。
【００１６】
汚泥がこれらの工程を経ることによってリンが水中へ放出される。すなわち、下廃水の処理系において何らかの生物学的メカニズムを利用してリン除去処理を行っても、汚泥処理系で用いられる処理の方法によっては、汚泥処理工程で生じる分離液中のリン濃度が高くなり、このリン濃度の高い分離液が水処理系へ返送されると、結局水処理系での生物脱リン処理効果を損ねるという問題があった。また、このような過程を経た分離液を分離液専用処理設備でもってリン除去処理する場合、該処理設備に対するリン負荷が大となる欠点がある。例えば、凝集沈殿処理を行う場合には、凝集剤の使用量の増加を来すという問題があった。
【００１７】
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであり、汚泥処理の過程で汚泥が嫌気条件下にさらされても汚泥が周囲の水中へリンを放出しにくく、汚泥処理の過程で生じる分離液が水処理系へ返送、移送されても水処理系でのリン除去処理に対して負担になりにくい下廃水処理方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を達成したものであり、請求項１の発明は、生物学的処理法を利用した下廃水処理方法において、
生物学的処理法を含む水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理するとともに、前記沈殿池から引き抜いた汚泥または前記加熱処理後の汚泥を濃縮処理して発生する分離液と、前記加熱処理後の汚泥の脱水処理で発生する分離液とに溶存するリンを除去することを特徴とする下廃水処理方法である。
この構成によれば、下廃水を生物学的処理法によって処理し、その汚泥中に生物学的リン摂取反応で十分にリンを含有させ、加熱処理後の脱水ケーキが十分リンを含有する汚泥であれば、汚泥が嫌気条件下にさらされたとしてもリン含有廃水を生じることがない。
【００１９】
また、請求項２の発明は、前記加熱処理の温度が６０〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の下廃水処理方法である。
この構成によれば、加熱処理の温度の範囲を上記範囲とすることによって、悪臭の発生を抑制することができるとともに、菌の種類によっては滅菌効果を有し、その後の生物学的リン放出反応を抑制することができる。
【００２０】
また、請求項３の発明は、生物学的処理法を含む水処理設備と、
前記水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を濃縮装置で濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理する加熱処理装置と、
前記加熱処理装置により加熱処理した汚泥を脱水する脱水機と、
前記濃縮装置と前記脱水機とから発生する分離液中に溶在するリンを除去するリン除去処理装置とを具備することを特徴とする下廃水処理装置である。
この構成によれば、水処理設備により、生物学的リン摂取反応で十分にリンを汚泥に取り込み、汚泥を濃縮後加熱処理するか、濃縮前加熱処理して、脱水機で脱水ケーキとし、脱水ケーキ中の汚泥のリン含有率が高い状態に維持されるため、これらの処理の過程で得られる分離水のリン濃度は低くなり、この分離水を水処理設備へ導入してリン除去処理する場合にリン負荷が高くなることを防止することができ、良好なリン除去処理水を得ることができる。
【００２１】
また、請求項４の発明は、生物学的処理法を含む水処理設備と、
前記水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を短時間で濃縮処理する濃縮処理手段と、
前記濃縮処理手段により濃縮処理した後に加熱する加熱処理装置と、
前記加熱処理装置により加熱処理を行った後に脱水する脱水機と、
前記濃縮装置と前記脱水機とから発生する分離液中に溶存するリンを除去するリン除去処理装置とを具備することを特徴とする下廃水処理装置である。
この構成によれば、汚泥の濃縮処理手段として、例えば遠心分離機で短時間で濃縮することにより、微生物（細菌）による生物学的リン放出反応を生じることなく、濃縮処理することができる。そして、濃縮処理によって減容化した汚泥に対して熱処理を加えるという構成としたことによって、熱処理設備をコンパクト化できると共に、請求項３の装置の構成で得られるのと同様の汚泥処理および水処理に関する効果を得ることができる。
【００２２】
また、請求項５の発明は、前記リン除去処理装置が、前記水処理設備の生物学的リン摂取反応を利用した好気槽であるか、または凝集剤添加処理装置および／または好気槽を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の下廃水処理装置である。
この構成によれば、熱処理後の汚泥を処理して得られた分離液をリン除去処理装置で処理することで、その処理水を水処理設備に返送したとしても、その水処理設備へのリン負荷を軽減でき、リン濃度の低い処理水（放流水）を得ることができる。また、分離液を専用の処理装置であるリン除去処理装置へ導入する場合においても生物脱リン処理効果もしくは物理化学的脱リン効果を損ねることが無く、凝集剤添加処理を行う場合には凝集剤の使用量の増加を来すこともない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の下廃水処理方法およびその装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明における下廃水は、下水および／または廃水を意味し、下水および／または廃水を処理する処理方法とその装置に関し、これを下廃水処理方法と称する。本発明の下廃水処理方法は、下水処理方法や廃水処理方法でもあり、本発明の下廃水処理装置は、下水処理場や廃水処理設備に適用され、既存の生物学的処理槽が高いリン除去率を有する場合は、リン除去設備を要しないが、リン除去率が低い場合は、専用のリン除去処理装置を備えるとよい。
【００２４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施の形態の一例を示す図である。同図において、下廃水は、最初沈殿池２と、生物学的リン除去反応を有する生物学的処理槽３と、最終沈殿池４とを備える水処理系統による水処理設備１で処理されている。このような下廃水処理の過程で、最初沈殿池２と、最終沈殿池４とから輸送管６，７を通して引き抜き汚泥が排出される。余剰汚泥は返送配管８を通して、生物学的処理槽３の前段に送られる。引き抜き汚泥は、加熱処理装置９において加熱処理された後、重力濃縮槽１０へ導入して、分離液と濃縮汚泥とに分離される。分離液は、水処理設備１へ導入して処理する一方、濃縮汚泥は、脱水機１２へ導入して分離液および脱水ケーキを得る。脱水機１２からの分離液は、水処理設備１へ導入して処理する一方、脱水ケーキは、焼却炉１３へ導入して焼却して排ガスおよび焼却灰を得る。排ガスは、脱硫処理、脱硝処理などの処理を行った後、大気中へ放散する。焼却灰は、例えば埋め立て処分を行う。
【００２５】
図１の実施形態の下廃水処理装置では、最初沈殿池２および最終沈殿池４よりの引き抜き汚泥に対して加熱処理を施する加熱処理装置９を備えている。加熱処理後の汚泥は、重力濃縮槽１０へ送られる。その濃縮汚泥は、脱水機１２へと送られる。重力濃縮槽１０と脱水機１２とから得られる分離液は、下廃水の水処理設備１もしくは分離液専用処理設備であるリン除去処理装置１１に送られる。リン除去処理装置１１は、例えばリン除去処理のメカニズムを有する生物処理設備、微生物による生物学的リン摂取反応を用いた分離液専用処理設備、あるいは物理化学的処理法に代表される凝集剤添加処理設備、あるいはそれらを併用した設備である。なお、加熱処理装置９は、焼却炉１３からの熱源を利用して汚泥を加熱してもよい。
【００２６】
通常、標準活性汚泥法による生物学的処理槽３による水処理設備から生じる余剰汚泥には、２．５％程度、嫌気好気活性汚泥法や嫌気無酸素好気活性汚泥法に代表される生物学的リン除去反応を用いた生物学的処理槽３による水処理設備から発生する余剰汚泥には、４．０％前後のリンを含有している。これらの余剰汚泥を含む汚泥は、嫌気条件下に長く置かれると汚泥からリンが溶出する。この嫌気条件下での汚泥の放置時間とリンの溶出量との関係は、汚泥の濃度条件や汚泥齢にもよるが、本発明者等の実験によれば、リンの溶出が検知されるのは嫌気条件になってから２０分を経過した後であり、その後次第にリン溶出量が増加する。このような汚泥からのリンの溶出は、生物反応によるものであり、加熱処理装置９を用いて汚泥を熱処理してもって生物作用を止めることによって、汚泥からのリンの放出を防止することができる。
【００２７】
また、本実施形態の下廃水処理装置では、リンの溶出に関わる生物作用を止めるために、加熱処理装置９による加熱処理がなされている。図１においては、濃縮工程で重力濃縮法を用いており、重力濃縮処理の過程での滞留時間が約１０〜１５時間であり、この間にリンの溶出が進行するのを防ぐために、汚泥を重力濃縮処理に導入する手前で加熱処理を実施して、汚泥からのリンの放出を防止している。
【００２８】
本実施形態での加熱処理は、殺菌処理による生物反応の停止を目的としている。湿潤状態で微生物学的に完全な滅菌処理を施すには、例えば１２０℃で１５〜２０分間の加圧加熱処理を行う必要がある。しかし、本実施形態においては、完全な滅菌処理を行うことは必ずしも必要ではなく、加熱温度を１００℃とし、最低加熱温度６０℃まで許容される。すなわち、加熱温度範囲は、６０〜１００℃とすることがむしろ好ましい。なぜならば、１２０℃にまで昇温するには、圧力容器となるオートクレーブが必要になると共に多くの熱エネルギーを必要とする。さらに、下廃水処理汚泥を加熱すると悪臭を発生するが、加熱温度の低い方が悪臭発生の程度も低滅される。加熱温度範囲が６０〜１００℃では、芽胞状態の細菌を殺すことは困難であるが、下廃水処理に関わる細菌の大半は芽胞を生成しないズーグレア，シュードモナス等のグラム陰性菌であり、このような加熱処理を行った後汚泥が処理される工程に要する時間が高々２４〜３６時間で処理することを考慮すれば、芽胞が栄養体となってリンを放出するという作用は比較的小さい。
【００２９】
かくして、本実施形態では、汚泥の濃縮処理および脱水処理の過程で得られた分離液は、リン濃度の非常に低いものとなるために、その分離液を専用の処理設備で処理する場合でも、汚泥を生じた元の下廃水処理設備へ返送して処理する場合でも、水処理施設へのリン負荷が極めて低くなり、良好なリン除去処理成績が得られる。
【００３０】
また、下廃水処理設備でリン除去のために生物学的処理法と凝集剤添加による物理学的処理法とを併用している場合や分離液専用処理設備において凝集沈殿処理によるリン除去処理を用いている場合などにおいて、本実施形態を用いない場合には、汚泥処理の工程で汚泥からリンが溶出し結局凝集剤によって除去処理することになるのに対し、本実施形態では、汚泥処理工程を経由して汚泥処理系外へ排出される生物由来の汚泥がリン含有率の高いものであるために、水処理系に対するリン負荷は比較的低くなり、凝集剤の使用量が少なくて済むと共に、凝集剤に由来する汚泥の発生量も少なくなる。
また、本発明における汚泥混合液の加熱処理装置として、熱交換器を介しての間接加熱を用いることも可能であり、スチームを吹き込むなどの直接加熱を用いることも可能である。熱源は、焼却炉からの廃熱を利用することも可能である。
【００３１】
（実施形態２）
本発明の下廃水処理方法およびその装置の他の実施形態について、図２を参照して説明する。同図において、下廃水は、その夾雑物が除去されて最初沈殿池２に供給され、その上澄水が生物学的処理槽３で処理されて、最終沈殿池４に供給され、処理水が得られている。最初および最終沈殿池２，４から輸送管６，７を通しての引き抜き汚泥は、濃縮設備１０ａによって濃縮処理を施して、分離液と濃縮汚泥を得る。分離液は、輸送配管Ｌ１を通してリン除去処理装置１１へ導入して処理する一方、濃縮汚泥は、加熱処理装置９に送られて加熱処理した後、加熱処理後の汚泥を脱水機１２へ導入される。脱水機１２によって分離液および脱水ケーキを得る。これら分離液は、輸送配管Ｌ１，Ｌ２を通してリン除去処理装置１１へ導入して処理する。一方、脱水ケーキは、焼却炉１３へ導入して排ガスおよび焼却灰を得る。リン除去処理装置１１で発生する汚泥は、返送配管Ｌ３を通して濃縮設備１０ａの前段に返送してもよい。リン除去処理装置１１で処理された処理水は、排水される。脱水ケーキは焼却されてその排ガスは、脱硫処理、脱硝処理などの処理を行った後、大気中へ放散され、焼却灰は埋め立て処分を行う。
なお、図２の実施形態における濃縮工程は、加熱処理装置の前段で処理するために、濃縮に時間を要する重力濃縮法を用いることなく、例えば遠心濃縮縮法などの場合のように滞留時間が５分程度以下といった、滞留時間（処理時間）の短い濃縮法を用いており、濃縮工程で汚泥から溶出するリンは、比較的少ないので、濃縮汚泥に対して加熱処理を施した方が加熱処理装置も小さくなると共に、必要な熱エネルギーも少なくて済むので経済的である。
【００３２】
図２において、最初沈殿池２および最終沈殿池４よりの引き抜き汚泥を濃縮処理した濃縮汚泥に対して加熱処理装置９で処理することと、濃縮設備１０ａと脱水機１２からの分離液を処理する設備は、リン除去処理装置１１で説明したが、これら分離液の処理設備は下廃水の処理設備１であってもよく、リン除去処理のメカニズムを有する生物学的リン除去反応を用いた分離液専用処理設備、あるいは物理化学的処理法を代表する凝集剤添加処理設備であるか、あるいはそれらを併用したものであって、リン除去処理を目的としたものである。
【００３３】
上記実施形態１，２では、その生物学的処理槽３の一例とし、図３（ａ），（ｂ）に示すものが用いられる。図３（ａ）の生物学的処理槽３は、嫌気槽３ａと散気装置５が備えられた曝気槽３ｃとから構成されている。また、図３（ｂ）の生物学的処理槽３は、嫌気槽３ａと、無酸素槽（脱窒槽）３ｂと、散気装置５が備えられた曝気槽３ｃとから構成され、活性汚泥が無酸素槽３ｂに返送されている。
【００３４】
また、上記実施形態１，２では、リン除去処理装置１１の一例として、図４に示した嫌気好気活性汚泥法や図５に示した嫌気無酸素嫌気法や標準活性汚泥法などの生物処理設備およびこれに凝集剤添加処理を組み合わせた凝集剤添加生物処法による設備、および凝集沈殿法や凝集ろ過法などの生物学的処理設備を用いることができる。
【００３５】
（実施例）
本発明に基づく下廃水処理方法およびその装置の実施例について説明する。実施例と比較例を室内実験により説明する。まず、それらの実験条件を説明する。嫌気無酸素好気活性汚泥法による処理量２５ｍ3 ／日の下水処理パイロット実験設備より得た余剰汚泥液（ＭＬＳＳ８２７２ｍｇ／Ｌ，ＴＳ８７６４ｍｇ／Ｌ，Ｔ−Ｐ２７０ｍｇ／Ｌ）を実験材料とした。この余剰汚泥液を、８０℃、５分間ウォーターバスにて加熱処理した場合（実施形態１に対応）、および無加熱処理の場合（従来例）の２つのケースについて実験を行った。
【００３６】
まず、上記余剰汚泥を加熱処理したものと、無加熱処理による剰汚泥液とを、それぞれ５Ｌのビーカに収めて、１時間散気ボールを通して空気爆気を行って、一旦好気状態にした。そして、曝気を停止して、その後の余剰汚泥液を汚泥とろ過液に分離し、液側におけるＴ−ＰおよびＰ０4 −Ｐ等の濃度の経時変化を調べた。なお、液側分析試料の調整方法は、以下の通り、３００ｍｌの余剰汚泥液を上記ビーカより所定時間経過後に採取して、直ちに遠心分離処理（濃縮条件：２０００Ｇ、５分間）を行った。遠心分離処理で得た上澄液は、孔径１ミクロンのグラスファイバーフィルタにてろ過してろ液を得た。このろ液を分析用試料とした。曝気を停止した後の液側でのリン濃度の経時変化等の結果は、表１に示した通りである。表１にから明らかなように、嫌気無酸素好気活性汚泥法による余剰汚泥液を加熱処理することにより、リンの溶出を抑制することができることを示している。
【００３７】
【表１】
【００３８】
次に、本発明の下廃水処理方法およびその装置に関して、比較実験のために比較例を室内実験で行った。標準活性汚泥法設備より得た最初沈殿池汚泥および余剰汚泥の混合汚泥（ＭＬＳＳ１２５１５ｍｇ／Ｌ，ＴＳ１４８８５ｍｇ／Ｌ）を実験材料とし、６０℃、５分間ウォーターバスにて加熱処理した場合（実施形態１）と、無加熱処理の場合（従来例）との２つのケースの比較実験を行った。
【００３９】
【表２】
【００４０】
この実験では、余剰汚泥液をビーカ（５Ｌ）に収めて、１時間散気ボールを通じて空気曝気を行って一旦好気状態にした後、曝気を停止した。その後の混合汚泥の液側におけるＰＯ4 −Ｐ濃度の経時変化等を調べた。液側分析試料の調整方法は、上記の実験の場合と同じとし、曝気を停止した後のろ過液側でのリン濃度の変化等を調べた。その実験データは表２に示した。表２に見られるように、標準活性汚泥法設備より得た汚泥混合液を加熱処理することにより、リンの溶出を抑制することができた。
【００４１】
表１と表２の結果とを考え併せると、標準活性汚泥法設備より得た汚泥混合液を処理する場合、生物学的リン除去処理装置より得た汚泥汚泥混合液を処理する場合、これらの汚泥混合液を混合して処理する場合の何れのケースも、本発明による汚泥の加熱処理を行って嫌気条件下での汚泥からのリンの溶出を抑制することは、その汚泥混合液に由来する分離液に対して、生物学的リン除去処理もしくは物理化学的リン除去処理を行う上でも好ましい効果が得られることは明らかである。
【００４２】
上記のように、活性汚泥の嫌気工程では、生物学的リン放出反応によって、リンが放出されることは知られている。従来の下水や廃水処理装置では、リン放出が盛んになる嫌気工程として、重力濃縮槽、汚泥返送配管（汚泥輸送管路）、濃縮汚泥を脱水するまでの貯留工程等がある。これらの設備を取り除くか、長時間嫌気工程とならないようにできるならば、生物学的リン放出反応を抑制することができる。しかし、下廃水処理工程では、困難な場合がある。このようなことに鑑み、本発明では、生物学的リン除去反応を用いた活性汚泥法や標準活性汚泥法を含む生物学的処理法による下廃水の処理に伴って発生する汚泥を処理する際に、該汚泥を発生する下水や廃水処理設備の沈殿地より引き抜いた汚泥を濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理を施すと共に、濃縮工程および脱水工程で発生する分離液を含む下廃水に対してリン除去処理を施すという構成とした。また、該加熱処理の温度を６０〜１００℃とした。因みに、この加熱処理を、汚泥濃縮工程の前で実施するか、汚泥濃縮工程の後で実施するかは、該濃縮工程で採用している設備における滞留時間の違いによって選択することができる。
【００４３】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明によれば、汚泥処理の過程で該汚泥が嫌気条件下にさらされるのを避けることは困難であるが、上記の方法によって汚泥を加熱処理することにより、汚泥からのリンの溶出を防止することができる効果が得られる。すなわち、このような汚泥処理方法により、汚泥の濃縮処理および脱水処理に伴って発生する分離液を含む下廃水を水処理系へ返送してリン除去処理する場合、該分離液を専用の処理設備においてリン除去処理する場合であっても、水処理設備に対するリン負荷の増加を防止することができ、水処理設備での良好なリン除去処理成績を得ることができる。しかも、これらの水処理設備で凝集剤の添加によるリン除去方法を採用している場合には凝集剤の添加量を低滅できるため経済的である。
【００４４】
また、該加熱処理の温度を６０〜１００℃に比較的低温としたことによって、加温設備に圧力容器を用いる必要が無く、熱エネルギーも比較的少なくて済む利点がある。さらに、比較的低温での処理であるため、臭気の発生の問題が少ない効果を有する。
【００４５】
また、脱水ケーキを焼却する焼却炉が設けられている場合には、焼却炉に隣接して加熱処理施設を設けることによって、焼却炉からの廃熱を利用して、汚泥の加熱処理を行うことにより、加熱のための経費を削減できる効果が得られる。
【００４６】
なお、脱水ケーキの段階でリンが汚泥中に充分含有した状態であれば、汚泥が嫌気条件下にさらされても、脱水ケーキ以後の汚泥の処理・処分工程が焼却・埋立であれ、直接埋立であれ、これらの処理工程で分離液などのリン含有廃水を生じることはほとんど無い。そのため、汚泥処理工程で発生する分離液が返送される水処理系あるいは分離液専用処理装置における生物脱リン処理効果を損ねることが無く、凝集剤添加処理を行う場合には凝集剤の使用量の増加を来すこともない効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の下廃水処理装置の一実施の形態を処理フローで示した図である。
【図２】本発明の下廃水処理装置の他の実施の形態を処理フローで示した図である。
【図３】生物学的処理槽の例を処理フローで示した図である。
【図４】従来の活性汚泥法による下廃水処理装置を処理フローで示した図である。
【図５】従来の活性汚泥法による下廃水処理装置を処理フローで示した図である。
【図６】従来の活性汚泥法による汚泥処理を含む下廃水処理装置を処理フローで示した図である。
【図７】従来の汚泥処理法による処理装置の一例を処理フローで示した図である。
【符号の説明】
１ 水処理設備
２ 最初沈殿池
３ 生物学的処理槽
３ａ 嫌気槽
３ｂ 無酸素槽（脱窒槽）
３ｃ，１１ｃ 曝気槽
４ 最終沈殿池
５ａ 散気装置
６，７ 輸送管
８ 汚泥返送配管
９ 加熱処理装置
１０ 重力濃縮槽
１０ａ 濃縮設備
１１ リン除去処理装置
１１ａ 好気槽
１１ｂ 凝集剤混合槽
１２ 脱水機
１３ 焼却炉
Ｌ 返送配管
Ｌ１，Ｌ２ 輸送配管
Ｌ３ 返送配管
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水や廃水処理の技術分野における下廃水処理方法およびその装置に関し、特に下水や廃水のリン除去を中心とする高度処理を備えた下廃水処理方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水や廃水の処理では活性汚泥法が多く用いられており、主に、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）として測定されることの多い有機物（水中の分解可能な有機物の指標としてのＢＯＤ）と懸濁性固形物（ＳＳ）とが処理されていた。これに対して、窒素およびリンが閉鎖性水域の富栄養化を引き起こすことから、近年、下廃水中の窒素およびリンをも除去処理して、処理水が放流される閉鎖性水域の環境を保全しようとする動きが強まっている。このような、いわゆる高度処理に用いられる技術のうち、活性汚泥法の変法を用いる例としては、ＢＯＤおよびＳＳとリンとを同時に除去処理することのできる嫌気好気活性汚泥法▲１▼と、ＢＯＤおよびＳＳとリンと窒素とを同時に除去処理することのできる嫌気無酸素好気活性汚泥法▲２▼とがある。
【０００３】
嫌気好気活性汚泥法▲１▼による廃水処理装置の一例として、図４を参照して説明する。この廃水処理装置は、主に夾雑物等が除去された下水および／または廃水が供給される最初沈殿池２と、生物処理装置３と、最終沈殿池４とから構成され、生物処理装置３は、生物学的リン放出反応により活性汚泥が細胞内のリン酸イオンを廃水中に放出する嫌気槽３ａと、生物学的リン摂取反応により活性汚泥が廃水中のリン酸イオンを細胞内に摂取する散気装置５を備える好気槽３ｃとから構成されている。最終沈殿池４からの汚泥の一部は、返送汚泥として、嫌気槽３ａに返送する汚泥返送配管８が設けられている。曝気槽３ｃにおける好気工程での活性汚泥のリン摂取量は、嫌気槽３ａにおける嫌気工程でのリン放出量よりも大であり、このリン摂取量とリン放出量との差が廃水中のリン除去量に相当する。
【０００４】
下廃水は、最初沈殿池２に送り込まれて、下廃水中に含まれる比較的大きくて重い固形物を除去した後、嫌気槽３ａによる嫌気工程での生物学的リン放出反応および好気槽３ｃによる好気工程での生物学的リン摂取反応を経て、廃水中のリンは汚泥の構成成分に変化するが、最終的に最終沈殿池４に送り込まれて余剰汚泥として廃水処理装置から排出される。また、廃水中のＢＯＤは嫌気工程および好気工程の双方において除去され、ＳＳは主に最初沈殿池２および下廃水が嫌気槽３ａおよび好気槽３ｃにて生物処理を受けた後に導入される最終沈殿池４において除去される。
【０００５】
次に、嫌気無酸素好気活性汚泥法▲２▼による廃水処理装置の一例として、図５を参照して説明する。同図において、嫌気無酸素好気活性汚泥法による廃水処理装置は、主に、最初沈殿池２と、生物学的リン放出反応により活性汚泥が細胞内のリン酸イオンを廃水中に放出する嫌気槽３ａと、活性汚泥が廃水中のリン酸イオンを細胞内に摂取する生物学的リン摂取反応ならびに脱窒反応を起こさせる無酸素槽（脱窒槽）３ｂと、活性汚泥が廃水中のリン酸イオンを細胞内に摂取する生物学的リン摂取反応ならびに硝化反応を起こさせる散気装置５を備える好気槽３ｃと、最終沈殿池４とから構成され、活性汚泥混合液を脱窒槽３ｂに返送する活性汚泥返送配管３ｄが設けられている。最終沈殿池４からの汚泥の一部は、返送汚泥として、嫌気槽３ａに返送する汚泥返送配管８が設けられている。
【０００６】
無酸素工程および好気工程での活性汚泥のリン摂取量は、嫌気工程でのリン放出量よりも大であり、このリン摂取量とリン放出量との差が廃水からのリン除去量に相当する。図５に示した嫌気無酸素好気活性汚泥法による処理プロセスは、生物学的な脱リン反応と脱窒素反応とを行わせてもって、排水中のＢＯＤおよびＳＳと共に、リンと窒素とを除去処理するものである。下水廃水の処理に伴って発生する汚泥の従来の処理方法は、濃縮→脱水→嫌気性消化→好気性消化→焼却等の流れに沿った方法であった。また、汚泥を加熱して汚泥中の蛋白質を変性固化させて、汚泥を熱処理して脱水性を向上させるという方法があった。
【０００７】
従来の活性汚泥法による下廃水処理方法を例にとって、図６に従来の下廃水の処理方法と汚泥の処理方法とを示している。同図において、下廃水が最初沈殿池２に送り込まれ、その上澄水が生物学的処理槽３から最終沈殿池４へと順次通水されて、その過程で最終沈殿池４からの汚泥の一部が返送汚泥配管８を通して生物学的処理槽３に返送されて生物学的処理槽３において生物学的な処理が行われ、処理水が得られる。活性汚泥法による水処理系から発生する汚泥は、主に、最終沈殿池４における固液分離によって得られた最終沈殿池引き抜き汚泥から返送汚泥を除いたいわゆる余剰汚泥と、最終沈殿池２からの最初沈殿池引き抜き汚泥とを含んでいる。
【０００８】
これらの汚泥を濃縮槽１３へ導入して濃縮汚泥と分離液とを得る。分離液は通常最初沈殿池２の手前へ返送され、濃縮汚泥は次の汚泥処理工程である脱水機１５で処理を行って、脱水ケーキおよび分離液を得る。分離液は、通常最初沈殿池２の手前へ返送される。脱水ケーキは焼却炉１７へ導入されて焼却され、排ガスと焼却灰とが得られる。
【０００９】
図７は、従来の汚泥処理方法の他の一例を示すものである。図７は、３カ所の下水処理場より送られてきた汚泥を集中処理する汚泥処理場の例を示している。３カ所の下水処理場において得られた沈殿池引き抜き汚泥は、それぞれの下水処理場で一旦濃縮した後、汚泥濃度を管路輸送に適したものにするために必要により希釈して、それぞれの汚泥輸送管路を経由して汚泥集中処理場へ輸送される。汚泥集中処理場では輸送されてきた汚泥が、それぞれの調整槽２０ａ〜２０ｃに受け入れられる。各調整槽２０ａ〜２０ｃからの汚泥は、混合槽２１に送られて混合した後、濃縮機２２によって処理して分離液と濃縮汚泥に分けられる。この分離液は、分離液貯留槽２３へ、濃縮汚泥は濃縮汚泥貯留槽２４へ導入して、濃縮汚泥は脱水機２５で処理して分離液と脱水ケーキとが得られる。脱水機２５からの分離液は、分離液貯留槽２６へ送られる。脱水ケーキは、焼却炉２８へ送って焼却処理する。得られる排ガスを排ガス処理設備２９で処理した後、煙突３０を経由して排ガス処理後の排ガスを大気放出すると共に、焼却灰の搬出、埋め立てを行う。分離液貯留槽２３，２６の分離液は、分離液処理設備２７において処理を行って、分離液処理汚泥を混合槽２１へ返送すると共に、分離液処理水は、近くの下水処理場へ送って再び水処理が行われる。
【００１０】
従来、この分離液処理設備では、濃縮機２２と脱水機２５からの分離液の固液分離を目的とした凝集沈殿処理法が主として用いられ、凝集用薬品としては、高分子凝集剤、ポリ塩化アルミニウム、塩化第二鉄等が用いられてきた。これらの凝集用薬品のうち、アルミニウム塩や鉄塩は、リン除去処理効果をも有しているが、この凝集沈殿処理では、基本的に固液分離処理を目的とするものであるために、凝集剤の添加量も少なく、リン除去処理効果は良好なものではないのが通常であった。一連の汚泥処理の工程では、汚泥の腐敗に由来する臭気ガスが発生するために、生物脱臭塔３１や活性炭吸着塔３２などの脱臭設備によって処理を行った後、排気塔３３を経由して大気放散する。このような汚泥の集中処理は、汚泥処理設備とその運転管理要員を集約することによって汚泥処理の経済化をはかるものであり、近年、大都市における下水処理で実施されている。
【００１１】
従来の汚泥処理方法のうち汚泥熱処理法は、汚泥の脱水処理のための前処理であったために、通常は濃縮処理と脱水処理との間に設置されていた。しかしながら、この熱処理は、汚泥混合液を１２０〜１８０℃程度の高温とするものであり、加熱するための経費を要することに加えて、猛烈な悪臭を発生するという問題があり、近年建設された汚泥処理設備においては多くの採用例はない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、下廃水のリンを除去する方法には、前述の嫌気好気法あるいは嫌気無酸素好気法に代表される生物学的処理方法と凝集剤添加処理に代表される物理化学的処理法がある。前者は、微生物によるリン放出反応とリン摂取反応とを利用して微生物体へリンを取り込ませることによって、下排水中のリンを除去するものである。後者は、鉄塩やアルミニウム塩などの凝集剤を加えてリン酸の難溶性の金属塩を形成することによって、下排水中のリンを除去するものである。生物学的リン除去方法として、嫌気処理工程と好気処理工程とを組み合わせた嫌気好気法あるいは嫌気無酸素好気法が代表的なものであるが、標準活性汚泥法に代表される好気処理工程のみから成る従来の生物処理方法においても、ＢＯＤ除去に伴ってリンも除去されるというメカニズムがある。
【００１３】
好気処理工程では、廃水中の汚濁物質の組成を代表として、ＢＯＤ：Ｎ（窒素）：Ｐ（リン）で示すと、ほぼ１００：５：１の割合で除去される。汚濁物質の一部は、微生物体（汚泥）の合成に使われて除去され、リンもその微生物体の構成成分として用いられるために、廃水中のリンが除去される。生物学的処理方法は、物理化学的処理法と異なって、凝集剤を購入して添加する必要が無く、また、添加した凝集剤の成分が結局汚泥成分となって汚泥発生量が増加するという問題も無いため、特に、大規模の下廃水の処理におけるリン除去方法として重視されており、この手法が採用される向きがある。
【００１４】
しかしながら、生物学的リン除去手段の一部に用いられているように、多くの微生物体を含有する汚泥は、有機物の存在下で嫌気条件下にさらされるとリンを外部（水中）へ放出するという性質を有する。何らかの生物学的リン除去メカニズムを利用して、下廃水中のリンを汚泥中に取り込ませるために、好気処理工程による水処理を行ったとしても汚泥混合液が嫌気条件下にさらされると、嫌気条件下での微生物の代謝作用によって、リンは生物体の外部の水中へ、すなわち汚泥混合液中に放出される欠点がある。
【００１５】
従来の汚泥処理の過程では、汚泥が嫌気条件下にさらされる例は多い。例えば、汚泥濃縮処理設備において、重力濃縮槽は、高速稼動部分が無く、比較的運転動力費が安いために、多くの下廃水処理場で採用されている。この重力濃縮槽での滞留時間は、導入される汚泥混合液の汚泥濃度にもよるが、約１０〜１５時間であり、この重力濃縮槽内は嫌気条件となり、汚泥中には微生物体が含有されているため、有機物の存在下でリンが外部（水中）へ放出される欠点がある。また、下廃水処理場から汚泥集中処理場へ汚泥を輸送する場合、通常、比較的汚泥濃度の高い汚泥混合液が輸送の対象となるが、汚泥を輸送する距離によっては、輸送管路内の滞留時間が１５〜２４時間となり、この間は汚泥が嫌気条件下にさらされるので、同様にリンが外部（水中）に放出される欠点がある。さらに、下廃水処理の過程で発生した汚泥を、その下廃水処理場で処理するか、汚泥集中処理場で処理するかに関わらず、濃縮汚泥を脱水処理する前に、濃縮汚泥を貯留する工程（貯留槽、調整槽、混合槽など）のあるのが通常で、濃縮汚泥の貯留工程で１２〜２４時間の滞留時間を持つことがあり、この間、汚泥は嫌気条件下にさらされ、リン放出が盛んになる欠点がある。
【００１６】
汚泥がこれらの工程を経ることによってリンが水中へ放出される。すなわち、下廃水の処理系において何らかの生物学的メカニズムを利用してリン除去処理を行っても、汚泥処理系で用いられる処理の方法によっては、汚泥処理工程で生じる分離液中のリン濃度が高くなり、このリン濃度の高い分離液が水処理系へ返送されると、結局水処理系での生物脱リン処理効果を損ねるという問題があった。また、このような過程を経た分離液を分離液専用処理設備でもってリン除去処理する場合、該処理設備に対するリン負荷が大となる欠点がある。例えば、凝集沈殿処理を行う場合には、凝集剤の使用量の増加を来すという問題があった。
【００１７】
本発明は、上述のような課題に鑑みなされたものであり、汚泥処理の過程で汚泥が嫌気条件下にさらされても汚泥が周囲の水中へリンを放出しにくく、汚泥処理の過程で生じる分離液が水処理系へ返送、移送されても水処理系でのリン除去処理に対して負担になりにくい下廃水処理方法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述の課題を達成したものであり、請求項１の発明は、生物学的処理法を利用した下廃水処理方法において、
生物学的処理法を含む水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理するとともに、前記沈殿池から引き抜いた汚泥または前記加熱処理後の汚泥を濃縮処理して発生する分離液と、前記加熱処理後の汚泥の脱水処理で発生する分離液とに溶存するリンを除去することを特徴とする下廃水処理方法である。
この構成によれば、下廃水を生物学的処理法によって処理し、その汚泥中に生物学的リン摂取反応で十分にリンを含有させ、加熱処理後の脱水ケーキが十分リンを含有する汚泥であれば、汚泥が嫌気条件下にさらされたとしてもリン含有廃水を生じることがない。
【００１９】
また、請求項２の発明は、前記加熱処理の温度が６０〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の下廃水処理方法である。
この構成によれば、加熱処理の温度の範囲を上記範囲とすることによって、悪臭の発生を抑制することができるとともに、菌の種類によっては滅菌効果を有し、その後の生物学的リン放出反応を抑制することができる。
【００２０】
また、請求項３の発明は、生物学的処理法を含む水処理設備と、
前記水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を濃縮装置で濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理する加熱処理装置と、
前記加熱処理装置により加熱処理した汚泥を脱水する脱水機と、
前記濃縮装置と前記脱水機とから発生する分離液中に溶在するリンを除去するリン除去処理装置とを具備することを特徴とする下廃水処理装置である。
この構成によれば、水処理設備により、生物学的リン摂取反応で十分にリンを汚泥に取り込み、汚泥を濃縮後加熱処理するか、濃縮前加熱処理して、脱水機で脱水ケーキとし、脱水ケーキ中の汚泥のリン含有率が高い状態に維持されるため、これらの処理の過程で得られる分離水のリン濃度は低くなり、この分離水を水処理設備へ導入してリン除去処理する場合にリン負荷が高くなることを防止することができ、良好なリン除去処理水を得ることができる。
【００２１】
また、請求項４の発明は、生物学的処理法を含む水処理設備と、
前記水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を短時間で濃縮処理する濃縮処理手段と、
前記濃縮処理手段により濃縮処理した後に加熱する加熱処理装置と、
前記加熱処理装置により加熱処理を行った後に脱水する脱水機と、
前記濃縮装置と前記脱水機とから発生する分離液中に溶存するリンを除去するリン除去処理装置とを具備することを特徴とする下廃水処理装置である。
この構成によれば、汚泥の濃縮処理手段として、例えば遠心分離機で短時間で濃縮することにより、微生物（細菌）による生物学的リン放出反応を生じることなく、濃縮処理することができる。そして、濃縮処理によって減容化した汚泥に対して熱処理を加えるという構成としたことによって、熱処理設備をコンパクト化できると共に、請求項３の装置の構成で得られるのと同様の汚泥処理および水処理に関する効果を得ることができる。
【００２２】
また、請求項５の発明は、前記リン除去処理装置が、前記水処理設備の生物学的リン摂取反応を利用した好気槽であるか、または凝集剤添加処理装置および／または好気槽を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の下廃水処理装置である。
この構成によれば、熱処理後の汚泥を処理して得られた分離液をリン除去処理装置で処理することで、その処理水を水処理設備に返送したとしても、その水処理設備へのリン負荷を軽減でき、リン濃度の低い処理水（放流水）を得ることができる。また、分離液を専用の処理装置であるリン除去処理装置へ導入する場合においても生物脱リン処理効果もしくは物理化学的脱リン効果を損ねることが無く、凝集剤添加処理を行う場合には凝集剤の使用量の増加を来すこともない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の下廃水処理方法およびその装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明における下廃水は、下水および／または廃水を意味し、下水および／または廃水を処理する処理方法とその装置に関し、これを下廃水処理方法と称する。本発明の下廃水処理方法は、下水処理方法や廃水処理方法でもあり、本発明の下廃水処理装置は、下水処理場や廃水処理設備に適用され、既存の生物学的処理槽が高いリン除去率を有する場合は、リン除去設備を要しないが、リン除去率が低い場合は、専用のリン除去処理装置を備えるとよい。
【００２４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施の形態の一例を示す図である。同図において、下廃水は、最初沈殿池２と、生物学的リン除去反応を有する生物学的処理槽３と、最終沈殿池４とを備える水処理系統による水処理設備１で処理されている。このような下廃水処理の過程で、最初沈殿池２と、最終沈殿池４とから輸送管６，７を通して引き抜き汚泥が排出される。余剰汚泥は返送配管８を通して、生物学的処理槽３の前段に送られる。引き抜き汚泥は、加熱処理装置９において加熱処理された後、重力濃縮槽１０へ導入して、分離液と濃縮汚泥とに分離される。分離液は、水処理設備１へ導入して処理する一方、濃縮汚泥は、脱水機１２へ導入して分離液および脱水ケーキを得る。脱水機１２からの分離液は、水処理設備１へ導入して処理する一方、脱水ケーキは、焼却炉１３へ導入して焼却して排ガスおよび焼却灰を得る。排ガスは、脱硫処理、脱硝処理などの処理を行った後、大気中へ放散する。焼却灰は、例えば埋め立て処分を行う。
【００２５】
図１の実施形態の下廃水処理装置では、最初沈殿池２および最終沈殿池４よりの引き抜き汚泥に対して加熱処理を施する加熱処理装置９を備えている。加熱処理後の汚泥は、重力濃縮槽１０へ送られる。その濃縮汚泥は、脱水機１２へと送られる。重力濃縮槽１０と脱水機１２とから得られる分離液は、下廃水の水処理設備１もしくは分離液専用処理設備であるリン除去処理装置１１に送られる。リン除去処理装置１１は、例えばリン除去処理のメカニズムを有する生物処理設備、微生物による生物学的リン摂取反応を用いた分離液専用処理設備、あるいは物理化学的処理法に代表される凝集剤添加処理設備、あるいはそれらを併用した設備である。なお、加熱処理装置９は、焼却炉１３からの熱源を利用して汚泥を加熱してもよい。
【００２６】
通常、標準活性汚泥法による生物学的処理槽３による水処理設備から生じる余剰汚泥には、２．５％程度、嫌気好気活性汚泥法や嫌気無酸素好気活性汚泥法に代表される生物学的リン除去反応を用いた生物学的処理槽３による水処理設備から発生する余剰汚泥には、４．０％前後のリンを含有している。これらの余剰汚泥を含む汚泥は、嫌気条件下に長く置かれると汚泥からリンが溶出する。この嫌気条件下での汚泥の放置時間とリンの溶出量との関係は、汚泥の濃度条件や汚泥齢にもよるが、本発明者等の実験によれば、リンの溶出が検知されるのは嫌気条件になってから２０分を経過した後であり、その後次第にリン溶出量が増加する。このような汚泥からのリンの溶出は、生物反応によるものであり、加熱処理装置９を用いて汚泥を熱処理してもって生物作用を止めることによって、汚泥からのリンの放出を防止することができる。
【００２７】
また、本実施形態の下廃水処理装置では、リンの溶出に関わる生物作用を止めるために、加熱処理装置９による加熱処理がなされている。図１においては、濃縮工程で重力濃縮法を用いており、重力濃縮処理の過程での滞留時間が約１０〜１５時間であり、この間にリンの溶出が進行するのを防ぐために、汚泥を重力濃縮処理に導入する手前で加熱処理を実施して、汚泥からのリンの放出を防止している。
【００２８】
本実施形態での加熱処理は、殺菌処理による生物反応の停止を目的としている。湿潤状態で微生物学的に完全な滅菌処理を施すには、例えば１２０℃で１５〜２０分間の加圧加熱処理を行う必要がある。しかし、本実施形態においては、完全な滅菌処理を行うことは必ずしも必要ではなく、加熱温度を１００℃とし、最低加熱温度６０℃まで許容される。すなわち、加熱温度範囲は、６０〜１００℃とすることがむしろ好ましい。なぜならば、１２０℃にまで昇温するには、圧力容器となるオートクレーブが必要になると共に多くの熱エネルギーを必要とする。さらに、下廃水処理汚泥を加熱すると悪臭を発生するが、加熱温度の低い方が悪臭発生の程度も低滅される。加熱温度範囲が６０〜１００℃では、芽胞状態の細菌を殺すことは困難であるが、下廃水処理に関わる細菌の大半は芽胞を生成しないズーグレア，シュードモナス等のグラム陰性菌であり、このような加熱処理を行った後汚泥が処理される工程に要する時間が高々２４〜３６時間で処理することを考慮すれば、芽胞が栄養体となってリンを放出するという作用は比較的小さい。
【００２９】
かくして、本実施形態では、汚泥の濃縮処理および脱水処理の過程で得られた分離液は、リン濃度の非常に低いものとなるために、その分離液を専用の処理設備で処理する場合でも、汚泥を生じた元の下廃水処理設備へ返送して処理する場合でも、水処理施設へのリン負荷が極めて低くなり、良好なリン除去処理成績が得られる。
【００３０】
また、下廃水処理設備でリン除去のために生物学的処理法と凝集剤添加による物理学的処理法とを併用している場合や分離液専用処理設備において凝集沈殿処理によるリン除去処理を用いている場合などにおいて、本実施形態を用いない場合には、汚泥処理の工程で汚泥からリンが溶出し結局凝集剤によって除去処理することになるのに対し、本実施形態では、汚泥処理工程を経由して汚泥処理系外へ排出される生物由来の汚泥がリン含有率の高いものであるために、水処理系に対するリン負荷は比較的低くなり、凝集剤の使用量が少なくて済むと共に、凝集剤に由来する汚泥の発生量も少なくなる。
また、本発明における汚泥混合液の加熱処理装置として、熱交換器を介しての間接加熱を用いることも可能であり、スチームを吹き込むなどの直接加熱を用いることも可能である。熱源は、焼却炉からの廃熱を利用することも可能である。
【００３１】
（実施形態２）
本発明の下廃水処理方法およびその装置の他の実施形態について、図２を参照して説明する。同図において、下廃水は、その夾雑物が除去されて最初沈殿池２に供給され、その上澄水が生物学的処理槽３で処理されて、最終沈殿池４に供給され、処理水が得られている。最初および最終沈殿池２，４から輸送管６，７を通しての引き抜き汚泥は、濃縮設備１０ａによって濃縮処理を施して、分離液と濃縮汚泥を得る。分離液は、輸送配管Ｌ１を通してリン除去処理装置１１へ導入して処理する一方、濃縮汚泥は、加熱処理装置９に送られて加熱処理した後、加熱処理後の汚泥を脱水機１２へ導入される。脱水機１２によって分離液および脱水ケーキを得る。これら分離液は、輸送配管Ｌ１，Ｌ２を通してリン除去処理装置１１へ導入して処理する。一方、脱水ケーキは、焼却炉１３へ導入して排ガスおよび焼却灰を得る。リン除去処理装置１１で発生する汚泥は、返送配管Ｌ３を通して濃縮設備１０ａの前段に返送してもよい。リン除去処理装置１１で処理された処理水は、排水される。脱水ケーキは焼却されてその排ガスは、脱硫処理、脱硝処理などの処理を行った後、大気中へ放散され、焼却灰は埋め立て処分を行う。
なお、図２の実施形態における濃縮工程は、加熱処理装置の前段で処理するために、濃縮に時間を要する重力濃縮法を用いることなく、例えば遠心濃縮縮法などの場合のように滞留時間が５分程度以下といった、滞留時間（処理時間）の短い濃縮法を用いており、濃縮工程で汚泥から溶出するリンは、比較的少ないので、濃縮汚泥に対して加熱処理を施した方が加熱処理装置も小さくなると共に、必要な熱エネルギーも少なくて済むので経済的である。
【００３２】
図２において、最初沈殿池２および最終沈殿池４よりの引き抜き汚泥を濃縮処理した濃縮汚泥に対して加熱処理装置９で処理することと、濃縮設備１０ａと脱水機１２からの分離液を処理する設備は、リン除去処理装置１１で説明したが、これら分離液の処理設備は下廃水の処理設備１であってもよく、リン除去処理のメカニズムを有する生物学的リン除去反応を用いた分離液専用処理設備、あるいは物理化学的処理法を代表する凝集剤添加処理設備であるか、あるいはそれらを併用したものであって、リン除去処理を目的としたものである。
【００３３】
上記実施形態１，２では、その生物学的処理槽３の一例とし、図３（ａ），（ｂ）に示すものが用いられる。図３（ａ）の生物学的処理槽３は、嫌気槽３ａと散気装置５が備えられた曝気槽３ｃとから構成されている。また、図３（ｂ）の生物学的処理槽３は、嫌気槽３ａと、無酸素槽（脱窒槽）３ｂと、散気装置５が備えられた曝気槽３ｃとから構成され、活性汚泥が無酸素槽３ｂに返送されている。
【００３４】
また、上記実施形態１，２では、リン除去処理装置１１の一例として、図４に示した嫌気好気活性汚泥法や図５に示した嫌気無酸素嫌気法や標準活性汚泥法などの生物処理設備およびこれに凝集剤添加処理を組み合わせた凝集剤添加生物処法による設備、および凝集沈殿法や凝集ろ過法などの生物学的処理設備を用いることができる。
【００３５】
（実施例）
本発明に基づく下廃水処理方法およびその装置の実施例について説明する。実施例と比較例を室内実験により説明する。まず、それらの実験条件を説明する。嫌気無酸素好気活性汚泥法による処理量２５ｍ3 ／日の下水処理パイロット実験設備より得た余剰汚泥液（ＭＬＳＳ８２７２ｍｇ／Ｌ，ＴＳ８７６４ｍｇ／Ｌ，Ｔ−Ｐ２７０ｍｇ／Ｌ）を実験材料とした。この余剰汚泥液を、８０℃、５分間ウォーターバスにて加熱処理した場合（実施形態１に対応）、および無加熱処理の場合（従来例）の２つのケースについて実験を行った。
【００３６】
まず、上記余剰汚泥を加熱処理したものと、無加熱処理による剰汚泥液とを、それぞれ５Ｌのビーカに収めて、１時間散気ボールを通して空気爆気を行って、一旦好気状態にした。そして、曝気を停止して、その後の余剰汚泥液を汚泥とろ過液に分離し、液側におけるＴ−ＰおよびＰ０4 −Ｐ等の濃度の経時変化を調べた。なお、液側分析試料の調整方法は、以下の通り、３００ｍｌの余剰汚泥液を上記ビーカより所定時間経過後に採取して、直ちに遠心分離処理（濃縮条件：２０００Ｇ、５分間）を行った。遠心分離処理で得た上澄液は、孔径１ミクロンのグラスファイバーフィルタにてろ過してろ液を得た。このろ液を分析用試料とした。曝気を停止した後の液側でのリン濃度の経時変化等の結果は、表１に示した通りである。表１にから明らかなように、嫌気無酸素好気活性汚泥法による余剰汚泥液を加熱処理することにより、リンの溶出を抑制することができることを示している。
【００３７】
【表１】
次に、本発明の下廃水処理方法およびその装置に関して、比較実験のために比較例を室内実験で行った。標準活性汚泥法設備より得た最初沈殿池汚泥および余剰汚泥の混合汚泥（ＭＬＳＳ１２５１５ｍｇ／Ｌ，ＴＳ１４８８５ｍｇ／Ｌ）を実験材料とし、６０℃、５分間ウォーターバスにて加熱処理した場合（実施形態１）と、無加熱処理の場合（従来例）との２つのケースの比較実験を行った。
【００３９】
【表２】
この実験では、余剰汚泥液をビーカ（５Ｌ）に収めて、１時間散気ボールを通じて空気曝気を行って一旦好気状態にした後、曝気を停止した。その後の混合汚泥の液側におけるＰＯ4 −Ｐ濃度の経時変化等を調べた。液側分析試料の調整方法は、上記の実験の場合と同じとし、曝気を停止した後のろ過液側でのリン濃度の変化等を調べた。その実験データは表２に示した。表２に見られるように、標準活性汚泥法設備より得た汚泥混合液を加熱処理することにより、リンの溶出を抑制することができた。
【００４１】
表１と表２の結果とを考え併せると、標準活性汚泥法設備より得た汚泥混合液を処理する場合、生物学的リン除去処理装置より得た汚泥汚泥混合液を処理する場合、これらの汚泥混合液を混合して処理する場合の何れのケースも、本発明による汚泥の加熱処理を行って嫌気条件下での汚泥からのリンの溶出を抑制することは、その汚泥混合液に由来する分離液に対して、生物学的リン除去処理もしくは物理化学的リン除去処理を行う上でも好ましい効果が得られることは明らかである。
【００４２】
上記のように、活性汚泥の嫌気工程では、生物学的リン放出反応によって、リンが放出されることは知られている。従来の下水や廃水処理装置では、リン放出が盛んになる嫌気工程として、重力濃縮槽、汚泥返送配管（汚泥輸送管路）、濃縮汚泥を脱水するまでの貯留工程等がある。これらの設備を取り除くか、長時間嫌気工程とならないようにできるならば、生物学的リン放出反応を抑制することができる。しかし、下廃水処理工程では、困難な場合がある。このようなことに鑑み、本発明では、生物学的リン除去反応を用いた活性汚泥法や標準活性汚泥法を含む生物学的処理法による下廃水の処理に伴って発生する汚泥を処理する際に、該汚泥を発生する下水や廃水処理設備の沈殿地より引き抜いた汚泥を濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理を施すと共に、濃縮工程および脱水工程で発生する分離液を含む下廃水に対してリン除去処理を施すという構成とした。また、該加熱処理の温度を６０〜１００℃とした。因みに、この加熱処理を、汚泥濃縮工程の前で実施するか、汚泥濃縮工程の後で実施するかは、該濃縮工程で採用している設備における滞留時間の違いによって選択することができる。
【００４３】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明によれば、汚泥処理の過程で該汚泥が嫌気条件下にさらされるのを避けることは困難であるが、上記の方法によって汚泥を加熱処理することにより、汚泥からのリンの溶出を防止することができる効果が得られる。すなわち、このような汚泥処理方法により、汚泥の濃縮処理および脱水処理に伴って発生する分離液を含む下廃水を水処理系へ返送してリン除去処理する場合、該分離液を専用の処理設備においてリン除去処理する場合であっても、水処理設備に対するリン負荷の増加を防止することができ、水処理設備での良好なリン除去処理成績を得ることができる。しかも、これらの水処理設備で凝集剤の添加によるリン除去方法を採用している場合には凝集剤の添加量を低滅できるため経済的である。
【００４４】
また、該加熱処理の温度を６０〜１００℃に比較的低温としたことによって、加温設備に圧力容器を用いる必要が無く、熱エネルギーも比較的少なくて済む利点がある。さらに、比較的低温での処理であるため、臭気の発生の問題が少ない効果を有する。
【００４５】
また、脱水ケーキを焼却する焼却炉が設けられている場合には、焼却炉に隣接して加熱処理施設を設けることによって、焼却炉からの廃熱を利用して、汚泥の加熱処理を行うことにより、加熱のための経費を削減できる効果が得られる。
【００４６】
なお、脱水ケーキの段階でリンが汚泥中に充分含有した状態であれば、汚泥が嫌気条件下にさらされても、脱水ケーキ以後の汚泥の処理・処分工程が焼却・埋立であれ、直接埋立であれ、これらの処理工程で分離液などのリン含有廃水を生じることはほとんど無い。そのため、汚泥処理工程で発生する分離液が返送される水処理系あるいは分離液専用処理装置における生物脱リン処理効果を損ねることが無く、凝集剤添加処理を行う場合には凝集剤の使用量の増加を来すこともない効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の下廃水処理装置の一実施の形態を処理フローで示した図である。
【図２】本発明の下廃水処理装置の他の実施の形態を処理フローで示した図である。
【図３】生物学的処理槽の例を処理フローで示した図である。
【図４】従来の活性汚泥法による下廃水処理装置を処理フローで示した図である。
【図５】従来の活性汚泥法による下廃水処理装置を処理フローで示した図である。
【図６】従来の活性汚泥法による汚泥処理を含む下廃水処理装置を処理フローで示した図である。
【図７】従来の汚泥処理法による処理装置の一例を処理フローで示した図である。
【符号の説明】
１ 水処理設備
２ 最初沈殿池
３ 生物学的処理槽
３ａ 嫌気槽
３ｂ 無酸素槽（脱窒槽）
３ｃ，１１ｃ 曝気槽
４ 最終沈殿池
５ａ 散気装置
６，７ 輸送管
８ 汚泥返送配管
９ 加熱処理装置
１０ 重力濃縮槽
１０ａ 濃縮設備
１１ リン除去処理装置
１１ａ 好気槽
１１ｂ 凝集剤混合槽
１２ 脱水機
１３ 焼却炉
Ｌ 返送配管
Ｌ１，Ｌ２ 輸送配管
Ｌ３ 返送配管
Claims (5)
- 生物学的処理法を利用した下廃水処理方法において、
生物学的処理法を含む水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理するとともに、前記沈殿池から引き抜いた汚泥または前記加熱処理後の汚泥を濃縮処理して発生する分離液と、前記加熱処理後の汚泥の脱水処理で発生する分離液とに溶存するリンを除去することを特徴とする下廃水処理方法。 - 前記加熱処理の温度が６０〜１００℃であることを特徴とする請求項１に記載の下廃水処理方法。
- 生物学的処理法を含む水処理設備と、
前記水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を濃縮装置で濃縮処理する前もしくは濃縮処理した後に加熱処理する加熱処理装置と、
前記加熱処理装置により加熱処理した汚泥を脱水する脱水機と、
前記濃縮装置と前記脱水機とから発生する分離液中に溶在するリンを除去するリン除去処理装置とを具備することを特徴とする下廃水処理装置。 - 生物学的処理法を含む水処理設備と、
前記水処理設備の沈殿池から引き抜いた汚泥を短時間で濃縮処理する濃縮処理手段と、
前記濃縮処理手段により濃縮処理した後に加熱する加熱処理装置と、
前記加熱処理装置により加熱処理を行った後に脱水する脱水機と、
前記濃縮装置と前記脱水機とから発生する分離液中に溶存するリンを除去するリン除去処理装置とを具備することを特徴とする下廃水処理装置。 - 前記リン除去処理装置が、前記水処理設備の生物学的リン摂取反応を利用した好気槽であるか、または凝集剤添加処理装置および／または好気槽を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の下廃水処理装置。
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