JP3907152B2 - 有機性排水の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理場や各種廃水処理施設等において有機性排水を処理する方法及び装置に関し、詳しくは活性汚泥を好気的又は嫌気的な条件下で用いて有機性排水を処理する方法及び装置に関する。
その中でも、好気的又は嫌気的な微生物による処理効率を大幅に向上させると同時に、処理システムの中で発生する副生物の余剰汚泥の脱水効率を大幅に向上させる方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的な有機性排水の処理システムは、処理対象となる原水を活性汚泥槽（生物反応槽）に導入してエアレーションを施し、沈殿槽で活性汚泥と処理水に固液分離し、沈殿槽で沈降した活性汚泥の一部を余剰汚泥として脱水処理し、脱水ケーキを廃棄物処分するという基本的フローから成り立っている。
処理対象原水の中に夾雑物などが多い場合は、原水を活性汚泥槽に導入する前段に最初沈殿槽等で夾雑物などを重力沈降分離し、上澄水を活性汚泥槽に導入し、重力沈降分離で生じた沈降汚泥を該活性汚泥槽からの余剰汚泥と混合して脱水処理する方法が一般的である。
【０００３】
例えば、活性汚泥法を採用する下水処理施設では、最初沈殿池において、食物の残渣や髪の毛、トイレットペーパー等の繊維分を多く含む汚泥が重力沈降分離される。この沈降汚泥（「初沈汚泥」ともいう）の中のし渣分は、後段の活性汚泥槽に流入すると分解されにくく、不活性な汚泥として処理系内を循環するために活性汚泥量当たりの処理効率を低下させる原因となるとともに、余剰汚泥の発生量を増加させることになる。また、この初沈汚泥中のし渣分は、脱水処理系において余剰汚泥と混合されることによって、単独では難脱水性である余剰汚泥の脱水性を改善する働きがあることが知られている。
【０００４】
しかし、一方で初沈汚泥の臭いの問題や、廃棄物としての汚泥の量を減量化させる意味から判断すると、初沈汚泥の発生量は少ない方が望ましいと考えることもできる。
また水処理系において、近年の窒素の水質規制の強化に伴って、嫌気好気法等の窒素除去技術が活性汚泥処理法において採用される場合が多く、脱窒工程に必要なＢＯＤ源が不足する場合がある。ＢＯＤ源としては初沈汚泥に含まれるＢＯＤ成分を利用することが可能であるために、最初沈殿池のＳＳ除去率を低く設定して運転する処理場もある。最初沈殿池のＳＳ除去率が低下すると、前述したように活性汚泥中の不活性な汚泥成分の比率が増すとともに、初沈汚泥の発生量が減少し、余剰汚泥の発生量が増加し、脱水処理系において初沈汚泥と余剰汚泥の混合汚泥の脱水性が低下することになる。
【０００５】
以上説明した従来法の問題点を整理すると、従来法の一連の問題が生じる原因は、従来の活性汚泥処理法が、脱水処理系でプラスに働くが、水処理系ではマイナスに働く原水中のし渣分と、水処理系で処理可能なＢＯＤ成分でかつ易分解性である成分の両方を、水処理系で全量処理するか、もしくは初沈汚泥として汚泥処理系で全量処理するかにしているために生じているといえる。
嫌気的な生物処理においても同様のことがいえる。例えば、嫌気性消化処理において、食物の残渣や髪の毛、トイレットペーパー等の繊維分が多いし渣は、分解性が悪い。近年の高効率嫌気性消化処理においては、酸やアルカリ剤による薬剤処理、オゾン処理、ボールミル破砕等の処理を併用する場合があるが、いずれの処理法においても分解性の悪い繊維状のし渣は、処理にマイナスの影響を及ぼす場合が多かった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決することを目的とするものである。
すなわち、本発明は、有機性排水の処理システムで、特に活性汚泥を好気的又は嫌気的な条件下で用いて有機性排水を処理するシステムの中で、その排水を処理するシステムを構成する水処理系において、好気的又は嫌気的な微生物による処理効率を大幅に向上させると同時に、汚泥処理系において余剰汚泥の脱水効率を大幅に向上させる方法を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前記課題により、汚泥処理系において余剰汚泥の脱水効率を大幅に向上させることができる処理方法及びその装置について研究した。
従来、有機性排水を生物反応槽に導入する前に有機性排水中の夾雑物を除くために、有機性排水を最初沈殿池に導くことが行われ、その最初沈殿池で沈降した初沈汚泥を余剰汚泥に混合することにより余剰汚泥の脱水効率を向上させることが行われているが、初沈汚泥は易分解性の有機物を多く含んでいるので、全量を余剰汚泥と混合して脱水する方法はあまり有効ではない。
本発明者は、有機性排水の処理システムの中で生じる不要物の中で、脱水効率の向上に役立つものを検討したところ、有機性排水の処理システムの初めに有機性排水をスクリーンでろ過するプロセスを採用した場合に得られる夾雑物であるし渣分は繊維状物に富む関係で、これを余剰汚泥に混合すると余剰汚泥の脱水効率を向上することに着目すると同時に、初沈汚泥中に含まれる易分解性の有機物を水処理系と脱水処理系に適正量ずつふり分けることにより、システム全体の処理効率が大幅にアップするという実験データから、本発明に到達した。前記のし渣分は、最初沈殿池で沈降する初沈汚泥よりも繊維状物に富むものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
（１）有機性排水に対して微生物を用いた生物処理を行い、該生物処理により発生する余剰汚泥を脱水する工程を含む有機性排水の処理方法において、有機性排水の一部を最初沈殿池に導入して初沈汚泥を分離した後、生物処理をし、有機性排水の他の一部を、ふるい体に通過させ、該ふるい体の透過水について生物処理を行い、かつ該ふるい体を透過しなかった固形物及び該初沈汚泥を該生物処理により発生する余剰汚泥に添加して脱水工程を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法。
（２）該ふるい体を透過しなかった前記固形物を余剰汚泥に添加する前に粉砕することを特徴とする前記（１）記載の有機性排水の処理方法。
【０００９】
（３）有機性排水を微生物を用いた生物処理槽に通し、該生物処理槽により発生する余剰汚泥を脱水装置に通す有機性排水の処理装置において、有機性排水の一部を導入する最初沈殿池を設け、最初沈殿池の初沈汚泥を分離した上澄水を生物反応槽に連通し、有機性排水の他の一部を導入する、ふるい体を有するろ過装置を設け、該ろ過装置の透過水の導管を該生物反応槽に連通し、かつ該ろ過装置のふるい体を透過しなかった固形物を送り、最初沈殿池の初沈汚泥を送り、該生物反応槽から発生する余剰汚泥に添加して混合する混合槽、並びに混合槽からの混合汚泥を脱水する脱水装置を設けたことを特徴とする有機性排水の処理装置。
（４）前記ろ過装置のふるい体を透過しなかった前記固形物を破砕する破砕装置を前記混合槽の前に設けたことを特徴とする請求項３記載の有機性排水の処理装置。
【００１０】
本発明を図面を用いてより詳細に説明すると、図１は本発明の有機性排水の処理方法のフローを基本的な態様で示したものである。
図１において、有機性排水１はし渣を分離するためのスクリーンからなるふるい体１２に入り、該ふるい体１２を透過したろ液１３は生物反応槽５に送られ、そこで生物処理される。生物反応槽５からの活性汚泥スラリ６は沈殿槽７で活性汚泥を沈降し、処理水８が得られ、沈降した活性汚泥は大部分が返送汚泥９として生物反応槽５に戻され、一部が余剰汚泥１０として排出される。
前記のふるい体１２からのし渣１４は、直接に混合槽１６で余剰汚泥１０と混合され、脱水機１８で脱水され、脱水ケーキ２０が得られ、また液１９はろ液１３に合流させて生物反応槽５でさらに処理する。
ふるい体１２は、目幅を３０μｍ〜２５０μｍの範囲で交換可能であるスクリーンからなるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明をはっきりさせるために従来方法を説明する。
図３は、従来の有機性排水の生物処理方法の基本的なフローを示すものであり、有機性排水１は最初沈殿池２に入り、上澄水３は生物反応槽５へ入って生物処理され、生物反応槽５から流出する活性汚泥スラリ６は沈殿槽７に入り、活性汚泥を沈降分離し、処理水８が得られる。沈殿槽７で沈降分離した汚泥の大部分は返送汚泥９として生物反応槽５へ返送され、一部が余剰汚泥１０となる。
余剰汚泥１０は混合槽１６へ送られ、そこで最初沈殿池２で沈降して得られた初沈汚泥４と混合され、混合汚泥１７は脱水機１８で脱水される。
【００１２】
図１の基本フローも考えられるが、大流量の下水処理の場合には、ふるい体１２として極めて大型の装置を必要とすることとなり、実用性に欠ける問題もあり、また従来の最初沈殿池−生物反応槽−沈殿槽の系統からなる処理装置に本発明を適用とする場合には、この従来の装置を有効に生かすという点から、従来の装置に組み込んだ形式とすることが好ましい。
【００１３】
その組み込んだ形式の１例を図２に示す。
図２において、有機性排水１は、最初沈殿池２で重力沈降分離し、上澄水３は生物反応槽５に送る。また、有機性排水１の一部はバイパスライン１１を通り、脱水機構付きし渣取り機１２ａに入る。最初沈殿池２からの初沈汚泥４は、分配槽２１により直接余剰汚泥１０と混合される分と、脱水機構付きし渣取り機１２ａでし渣１４を分離する分に分配される。分配槽２１では、生物反応槽５において、脱窒素工程や脱リン工程に必要なＢＯＤ源として、し渣脱水ろ液の一部を供給するので、その量に見合う量をし渣取り機１２に送り、残りの初沈汚泥は、余剰汚泥を混合槽１６で直接混合する。
脱水機構付きし渣取り機１２ａは、目幅を３０μｍ〜２５０μｍの範囲で交換可能であるスクリーンがふるい体としての分離部で、自然流下で流入して分離される重力分離部（図示せず）とその重力分離部で分離されたし渣分を脱水する圧搾脱水部に分かれている。
生物反応槽５からの活性汚泥スラリ６は沈殿槽７に入り、沈殿槽７で活性汚泥を沈降し、処理水８が得られ、沈降した活性汚泥は大部分が返送汚泥９として生物反応槽５に戻され、一部が余剰汚泥１０として排出される。このフローの部分は従来法と同じであり、従来の装置をそのまま使用することができる。
【００１４】
脱水機構付きし渣取り機１２ａからのし渣脱水ろ液１３ａは生物反応槽５に戻され、し渣１４は、破砕機１５にて破砕後、混合槽１６にて余剰汚泥１０と混合される。また、し渣１４は、破砕機１５にて破砕を行わなくてもよく、直接に混合槽１６に添加してもよい。し渣添加余剰汚泥１７ａは脱水機１８に送られ、脱水処理される。脱水機１８から脱水ケーキ２０が排出され、液１９は脱水ろ液１３ａと一緒になる。
このフローでは、余剰汚泥に従来添加されている初沈汚泥４の他に、本発明によるし渣分が添加されているので、し渣添加余剰汚泥１７ａの脱水性がよい。そして、最初沈殿池２にはバイパスライン１１を通る分だけ有機性排水１の流量が減るので、その容積が小さくてよく、場合によっては入ってくる有機性排水１の流量が少ないときには、バイパスライン１１を通すだけにしてもよく、操業の自由度も増加する。
図１におけるふるい体１２及び図２におけるし渣取り機１２ａは、水処理系の処理水又は返送汚泥を用いて洗浄し、洗浄ろ過水を生物処理し、洗浄後の固形物の余剰汚泥に添加してもよい。また、図１におけるふるい体１２及び図２におけるし渣取り機１２ａを透過しなかった固形物を脱水処理し、脱水ろ液を生物処理し、脱水処理からの脱水固形物を余剰汚泥に添加してもよい。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１６】
実施例１
本発明を実際に組み込んだ実験プラントの運転結果の例について詳細に説明する。
図２は、本発明に係る実験プラントのフローを示す概略説明図である。
この実験プラントでは、有機性排水として実際の下水処理場に流入する汚水を使用した。
図２において、有機性排水１は、最初沈殿池２で重力沈降分離し、上澄水３は生物反応槽５に送る。生物反応槽５は、脱窒槽５ａと好気槽５ｂに分割されており、最終沈殿槽７で分離した処理水の一部を脱窒槽に返送している（循環硝化脱窒法）。最初沈殿池２からの初沈汚泥４は脱水機構付きし渣取り機１２でし渣１４を分離する。また最初沈殿池２を使用しない場合を想定して有機性排水１をバイパスライン１１を通して脱水機構付きし渣取り機１２に入れることも可能である。分配槽２１でその７０％がし渣取り機１２に、残り３０％が混合槽１６に送られるように分配される。この比率は生物反応槽５での窒素除去に必要なＢＯＤ源を供給するために設定した。
【００１７】
脱水機構付きし渣取り機１２ａは、目幅を３０μｍ〜２５０μｍの範囲で交換可能であるスクリーンがふるい体としての分離部で、自然流下で流入して分離される重力分離部（図示せず）とその重力分離部で分離されたし渣分を脱水する圧搾脱水部に分かれている。
し渣脱水ろ液１３ａは生物反応槽５に戻され、し渣１４は、破砕機１５にて破砕後、混合槽１６にて余剰汚泥１０と混合される。し渣添加余剰汚泥１７ａは脱水機１８に送られ、脱水処理される。脱水機１８から脱水ケーキ２０が排出され、液１９は脱水ろ液１３ａと一緒になる。
【００１８】
プラントは３系列とし、１、２系は本発明法を用いた系列で、３系は従来法をモデル化したものである。実施例１は、図２の生物処理方法におけるバイパスライン１１を常時使用する場合で、実施例２は常時最初沈殿池２を使用した場合である。３系列との循環式硝化脱窒法である。運転方法としては、放流水の目標水質レベルとして、ＳＳ：５．０ｍｇ／リットル以下、ＢＯＤ：５．０ｍｇ／リットル以下、Ｔ−Ｎ：「できるだけ小さく」とし、負荷量を徐々に高く変化させて、放流水質をぎりぎり満足する最大の負荷条件で運転条件を固定し、その条件において６ケ月運転を行った。
処理に用いた有機性排水（原水）の水質及び得られた処理水の水質を第１表に示し、また得られた脱水ケーキの含水率、ケーキの発生量、ＢＯＤ負荷量などを第２表に示す。実施例１、実施例２及び従来法についてそれぞれ示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
実験プラントでは、本発明と従来法の３系列ともに目標水質をほぼ満足する水質を得たが、Ｔ−Ｎは実施例１、２がそれぞれ４．５、５．５ｍｇ／リットルに対して従来法９．７ｍｇ／リットルで、実施例の方は従来法の約半分で、比較的良好な成績であった。
これは、硝化水の返送比が実施例で３２０〜３８０％であるのに対して、従来法が２２０％で１００ポイント以上の差が生じていることに起因している。本発明では、活性汚泥の活性レベルが従来法のそれよりも高い点、し渣脱水ろ液中のＢＯＤ成分が脱窒反応にプラスに働いた点等が作用していると考えられる。また、ＢＯＤ負荷量としても、本発明の方が従来方の１．１５〜１．４倍としても目標放流水質を満足するレベルの処理水を排出することが可能であった。本発明によって作られた活性汚泥は、ＢＯＤ処理においても硝化・脱窒処理においても活性度が高く、活性汚泥のＭＬＳＳ当たり処理速度において、本発明の０．２０〜０．２３ｋｇ／ｋｇ／日、従来法の０．１４ｋｇ／ｋｇ／日の差が生じた。これは、従来法の活性汚泥中には、微細なし渣成分等の不活性な固形物が汚泥日令の滞留時間の中で処理槽内を滞留しつづけており、その成分が、処理効率を低下させているものと考えられている。
【００２２】
脱水処理系においては、実施例の脱水ケーキの含水率が７６．５〜７７．９％であるのに対して、従来法が８０．２％で、実施例の方が２．３〜３．７％良好であった。処理対象原水当たりのケーキ発生量は従来法に対して１３〜１５％低下した。ケーキ含水率が低下することは、ケーキ発生量の減少を意味するとともに、燃焼させる場合には、補助燃料として添加されるＡ重油等の軽減化においても有効である。また、半年間の運転において、水処理系における返送汚泥ポンプ内の詰まりの問題や、攪拌用エンペラに付着するし渣の問題等は、本発明の方のプラントには発生しなかったが、従来法には発生しなかった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性排水の生物処理において、副生する余剰汚泥の脱水効率を高めることができる。有機性排水の初期段階でスクリーンでろ過する際に得られるし渣は繊維状分を多く含有するので、これを余剰汚泥と混合することにより、余剰汚泥の脱水効率を高めることができる。さらに、し渣と初沈汚泥との両者を一緒に余剰汚泥と混合すると、余剰汚泥の脱水効率をより高めることができる。
しかも、有機性排水の処理システムで、特に活性汚泥を好気的又は嫌気的な条件下で用いて有機性排水を処理するシステムの中で、その排水を処理するシステムを構成する水処理系において、好気的又は嫌気的な微生物による処理効率を大幅に向上させると同時に、汚泥処理系において余剰汚泥の脱水効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性排水の処理方法を行うフローの基本的説明図である。
【図２】本発明の有機性排水の処理方法を行うフロー応用例の概略説明図である。
【図３】従来の有機性排水の処理方法におけるフローの概略説明図である。
【符号の説明】
１ 有機性排水
２ 最初沈殿池
３ 上澄水
４ 初沈汚泥
５ 生物反応槽
５ａ 脱窒槽
５ｂ 好気槽
６ 活性汚泥スラリ
７ 沈殿槽
８ 処理水
９ 返送汚泥
１０ 余剰汚泥
１１ バイパスライン
１２ ふるい体
１２ａ 脱水機構付きし渣取り機
１３ ろ液
１３ａ し渣脱水ろ液
１４ し渣
１５ 破砕機
１６ 混合槽
１７ 混合汚泥
１７ａ し渣添加余剰汚泥
１８ 脱水機
１９ 脱水ろ液
２０ 脱水ケーキ
２１ し渣脱水ろ液分配槽

Claims (4)

1. 有機性排水に対して微生物を用いた生物処理を行い、該生物処理により発生する余剰汚泥を脱水する工程を含む有機性排水の処理方法において、有機性排水の一部を最初沈殿池に導入して初沈汚泥を分離した後、生物処理をし、有機性排水の他の一部を、ふるい体に通過させ、該ふるい体の透過水について生物処理を行い、かつ該ふるい体を透過しなかった固形物及び該初沈汚泥を該生物処理により発生する余剰汚泥に添加して脱水工程を行うことを特徴とする有機性排水の処理方法。
2. 該ふるい体を透過しなかった前記固形物を余剰汚泥に添加する前に粉砕することを特徴とする請求項１記載の有機性排水の処理方法。
3. 有機性排水を微生物を用いた生物処理槽に通し、該生物処理槽により発生する余剰汚泥を脱水装置に通す有機性排水の処理装置において、有機性排水の一部を導入する最初沈殿池を設け、最初沈殿池の初沈汚泥を分離した上澄水を生物反応槽に連通し、有機性排水の他の一部を導入する、ふるい体を有するろ過装置を設け、該ろ過装置の透過水の導管を該生物反応槽に連通し、かつ該ろ過装置のふるい体を透過しなかった固形物を送り、最初沈殿池の初沈汚泥を送り、該生物反応槽から発生する余剰汚泥に添加して混合する混合槽、並びに混合槽からの混合汚泥を脱水する脱水装置を設けたことを特徴とする有機性排水の処理装置。
4. 前記ろ過装置のふるい体を透過しなかった前記固形物を破砕する破砕装置を前記混合槽の前に設けたことを特徴とする請求項３記載の有機性排水の処理装置。

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