JP4363260B2

JP4363260B2 - 汚水処理方法及び装置

Info

Publication number: JP4363260B2
Application number: JP2004174296A
Authority: JP
Inventors: 哲朗深瀬; 清也日名; 克也丸山; 則三森川; 洋一浜本; 祐子安中; 孝幸加太; 昭市原; 美樹赤津
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd; Nishihara Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd; Nishihara Environment Co Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2024-06-11
Also published as: JP2005349337A

Description

本発明は、窒素及びリンを含有した有機性汚水を生物学的に処理する汚水処理方法及び装置に関するものである。

第３図は第１従来例に係る汚水処理方法（周知の嫌気・無酸素・好気法による排水中の脱リン・脱窒・有機物除去方法）を示すフロー図である。

同図において、１は汚水導入管、２は嫌気槽であり、この嫌気槽２の後段側に、無酸素槽３と好気槽４と沈殿槽５とがこの順序で配置されている。６は好気槽４から前段の無酸素槽３に硝化液を送る硝化液循環管、７は沈殿槽５から嫌気槽２に汚泥を返送する汚泥返送管である（例えば、非特許文献１参照）。

次に、上記第１従来例における汚水処理方法について説明する。

まず、嫌気槽２へ汚水導入管１からの汚水及び汚泥返送管７から返送汚泥を導入して両者を混合する。返送汚泥に含まれるリン蓄積菌は、該汚水中の溶解性ＢＯＤを取り込むと同時に、菌体内の蓄積リンを放出する。その後、嫌気槽２内の液は、無酸素槽３に導入される。この無酸素槽３へは、後段の好気槽４からの硝化液も導入されており、嫌気槽２からの流出液と該硝化液とが無酸素状態で接触する。この無酸素槽３において、嫌気槽２からの流出液中の汚泥に含まれる脱窒細菌が汚水中のＢＯＤを水素供与体として脱窒を行うことにより、硝化液中の酸化態窒素が窒素ガスとして除去される。

この無酸素槽３内の液は好気槽４に導入されて曝気処理され、好気状態下で汚水中のＢＯＤが酸化分解されると共に、汚泥中の硝化細菌により有機態窒素やアンモニア態窒素が硝化され、かつ、リンはリン蓄積菌により過剰に再摂取されて液相中から除去される。

この好気槽４内の液は沈殿槽５に導入され、処理水と汚泥とに固液分離され、処理水は放流され、汚泥の一部は汚泥返送管７を介して嫌気槽２に返送され、残りの汚泥は余剰汚泥として引抜管７ａを介して引き抜かれ、汚泥処理工程に送られて処理される。

この第３図の処理システムにおいて、各槽の汚泥濃度は概ね嫌気槽２０００ｍｇ／Ｌ、無酸素槽２０００ｍｇ／Ｌ、好気槽１５００〜３０００ｍｇ／Ｌ、沈殿槽引抜汚泥８０００ｍｇ／Ｌである。

第４図〜第６図は、第３図において固液分離方式及び汚泥・硝化液の循環方式を変更した第２〜第４従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。第４〜６図のシステムでは、沈殿槽５を省略し、代りに好気槽４内に膜分離装置（膜ユニット）９を設置し、この膜分離装置９の透過水を処理水として配管９ａから取り出している。

第４図では、この好気槽４内の硝化液を無酸素槽３へ硝化液循環管６で循環させ、汚泥の一部を汚泥返送管８により嫌気槽２へ返送している。

第５，６図では、好気槽４内の硝化液及び汚泥の混合物を無酸素槽３へ循環させ、無酸素槽３の汚泥を汚泥返送管１０を介して嫌気槽２へ返送している。なお、第５図では汚水は嫌気槽２のみに導入しているが、第６図では分岐導入管１ａを介して汚水の一部を無酸素槽３に導入している。

第４〜６図のいずれにおいても、嫌気槽２で返送汚泥中のリン蓄積菌からのリン放出が行われ、無酸素槽３において酸化態窒素の脱窒が行われ、好気槽４において曝気による好気処理が行われる。前述の通り、膜分離装置９の透過水が処理水として取り出される。余剰汚泥は好気槽４から引抜管７ｂを介して引き抜かれる。
下水道施設計画・設計指針と解説後編(２００１年版、１６４ｐ〜)

I. 第３図に示す第１従来例の場合、有機物や窒素及びリンを含む汚水を嫌気槽２だけに流入させているため、無酸素槽３で脱窒に用いる有機物が少なく、該無酸素槽３における脱窒速度が遅くなり、システム全体の処理効率が低下する。

また、第３図では、沈殿槽５において重力沈降による汚泥と処理水の固液分離を行うため、汚泥の濃縮度が低い。この結果、嫌気槽２、無酸素槽３、好気槽４の活性汚泥濃度を高くすることができず、処理水質が安定しない、硝化細菌の保持が難しいなどの課題があった。なお、好気槽４から無酸素槽３に硝化液を循環させるための配管及び動力と、沈殿槽５から嫌気槽２に汚泥を返送するための配管及び動力とを必要とし、設備コスト及び動力コストが嵩むなどの課題があった。

第３図の従来例における課題の具体的な例を挙げると、好気槽の活性汚泥濃度は１５００〜３０００ｍｇ／Ｌと低いものであるため、各処理槽２〜５の容積が大きくなって広い敷地面積が必要になる。また、増殖速度の遅い硝化菌などの細菌の保持濃度が低いため、汚泥滞留時間を長くしなければならない。活性汚泥濃度を高く保持することができないため、標準活性汚泥法より１．５〜２倍も長い処理時間が必要になる。さらに、沈殿槽５において、汚泥と処理水の分離を重力沈降で行っているため、沈降性の良い汚泥状況を維持することが難しいと共に、汚泥と処理水の分離が良好に行われず、また、沈殿槽５で汚泥を長く嫌気的にすると、リンが再び放出され、処理水質が安定しないことがある。

II. 第４図に示す第２従来例の場合も、汚水を嫌気槽２のみに導入するため、無酸素槽３におけるＢＯＤ源（有機物）が不足し、脱窒速度が小さい。

また、好気槽４から汚泥を沈降分離することなく嫌気槽２へ返送するところから、嫌気槽２への酸素持ち込み量が多くなり、リン放出反応が阻害され易い。

III. 第５図の第３従来例及び第６図の第４従来例では、嫌気槽２への汚泥返送を好気槽４からではなく無酸素槽３から行うため、嫌気槽２の汚泥濃度が極端に低くなり（好気槽汚泥濃度の約２〜３割程度）、十分なリン放出が行われない。

また、第４〜６図のいずれの従来例においても、硝化液の循環と汚泥の返送とを別系統で行うため、設備コスト及び送液動力コストが嵩む。

本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、システム構成が簡素化し、かつ処理時間の短縮が可能であると共に、脱リン及び脱窒を安定して効率よく行うことができる汚水処理方法及び装置を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、この汚水処理方法及び装置において、余剰汚泥からのリン放出を防止することを第２の目的とする。

本発明に係る汚水処理方法は、窒素及びリンを含有した有機性汚水を無酸素槽に受け入れて無酸素処理し、この無酸素槽からの流出水を嫌気槽に導入して嫌気処理し、この嫌気槽からの流出水を好気槽に導入して好気処理すると共に、該好気槽内に設けられた膜分離装置で固液分離し、該膜分離装置の透過水を処理水として取り出し、該好気槽から活性汚泥の一部と硝化液とを前記無酸素槽に返送し、前記汚水の一部を前記嫌気槽に導入する汚水処理方法であって、各槽の滞留時間（ＨＲＴ）が、無酸素槽１〜３Ｈｒ、嫌気槽０．５〜２Ｈｒ、好気槽２〜８Ｈｒであり、該好気槽内の余剰汚泥を該好気槽から引き抜き、該好気槽からの余剰汚泥を、貯留槽を省略して好気状態のまま脱水機に直接導入して脱水することを特徴とするものである。
本発明の汚水処理装置は、窒素及びリンを含有した有機性汚水を受け入れて無酸素処理する無酸素槽と、この無酸素槽からの流出水を導入して嫌気処理する嫌気槽と、この嫌気槽からの流出水を導入して好気処理する好気槽と、該好気槽内に設けられており、該好気槽内の水を固液分離し、透過水を処理水として取り出す膜分離装置と、該好気槽から活性汚泥の一部と硝化液とを前記無酸素槽に返送する手段と、前記汚水の一部を前記嫌気槽に導入する手段と、を有する汚水処理装置であって、各槽の滞留時間（ＨＲＴ）が、無酸素槽１〜３Ｈｒ、嫌気槽０．５〜２Ｈｒ、好気槽２〜８Ｈｒであり、該好気槽内の余剰汚泥を該好気槽から引き抜く余剰汚泥引き抜き手段と、該引き抜き手段で引き抜かれた余剰汚泥を、貯留槽を省略して好気状態のまま直接導入して脱水する脱水機と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明の汚水処理方法及び装置にあっては、無酸素槽に汚水と活性汚泥を含む好気槽処理液とが導入され、酸化態窒素がＮ_２に還元されて放出され、脱窒が行われる。この無酸素槽へは汚水が導入されるので、脱窒菌によって消費される水素供与体としてのＢＯＤ濃度が高く、脱窒反応が効率よく行われる。

この無酸素処理された液と汚水の一部とが嫌気槽に導入されて嫌気処理され、リン蓄積菌がリンを放出する。この嫌気槽には、汚水の一部が直接に導入され、リン蓄積菌がこの汚水中の溶解性ＢＯＤを取り込んでリン放出を効率良く行う。

この嫌気処理液が好気槽に導入され、好気処理されることにより、リン蓄積菌がリンを過剰摂取し、リンが水中から除去される。上記の通り、嫌気槽でのリン放出活動が効率よく行われるところから、この好気槽でのリン過剰摂取も効率よく行われる。

この好気槽中の液が該好気槽内の膜分離装置によって固液分離され、透過水が処理水として取り出される。汚泥の一部及び好気処理液がそれぞれ前記無酸素槽へ返送され、余剰汚泥が該好気槽から取り出される。

このようにして、本発明によると、脱窒及び脱リンが効率よく行われる。また、汚泥と好気処理液とが１系統でまとめて好気槽から無酸素槽へ返送されるので、この返送のための設備が簡素化され、返送動力コストも低い。

また、本発明においては、好気槽から引き抜いた汚泥を好気状態のまま脱水機に導入して脱水するので、この汚泥からリンが再放出されない。このため、脱リン効率が十分に高いものとなる。

なお、本発明によると、次の効果も奏される。
１．固液分離に膜分離装置を用いるため、好気槽の活性汚泥濃度を例えば１００００〜１５０００ｍｇ／Ｌに高めることができ、反応時間を標準活性汚泥法と同程度まで大幅に縮小することができる。
２．沈殿槽を必要としないため、沈殿槽設置に必要であった敷地面積が不要となる。
３．好気槽内の膜分離装置で固液分離を行うため、濁質や病原性細菌等を含まない清浄な処理水が容易に安定して得られる。なお、膜エレメントとしては精密濾過膜、限外濾過膜等が好適である。
４．固液分離手段として膜分離装置を用いたことにより、汚泥の沈降性を向上させるための管理が不要となり、好気槽の維持管理が容易となる。また、硝化細菌などの増殖速度が遅い細菌を好気槽内に保持し易くなる。
５．好気槽汚泥濃度を１００００〜１５０００ｍｇ／Ｌ程度に高く保つことが可能であるため、引抜汚泥濃度が高く、直接脱水を行うことも可能である。
６．嫌気槽の前段に無酸素槽を配置し、この無酸素槽へ汚泥及び硝化液を返送しているので、嫌気槽への好気槽からの溶存酸素、結合酸素の持ち込みを防ぐことができ、嫌気槽におけるリン放出反応を効率的に行うことができ、生物学的リン除去を安定して行うことができた。
７．嫌気槽の汚泥濃度を例えば好気槽汚泥濃度の例えば約７割程度に高く保持することができ、このため、嫌気槽におけるリン放出反応を効率的に行うことができる。
８．汚泥を好気状態のまま脱水するので、脱水濾液中のリン濃度は低く、この脱水濾液を無酸素槽、嫌気槽又は好気槽へ返流水として戻してもリン負荷の大幅な増大とはならない。

以下、本発明の実施の一形態を詳細に説明する。

第１図は参考例の汚水処理方法及び装置の一例を示すフロー図であり、第３図から第６図と同一又は相当部分には同一符号を付して説明する。

この参考例では、嫌気槽２の前段に無酸素槽３を配置し、この無酸素槽３に汚水導入管１を接続している。この汚水導入管１に、汚水の一部を嫌気槽２に導入する分岐導入管１ｂを接続し、前段の無酸素槽３と後段の嫌気槽２とに汚水を分岐させてそれぞれ流入させるようにしている。また、嫌気槽２の後段には、膜分離装置９を内蔵した好気槽４を配置し、この好気槽４から無酸素槽３に汚泥等の返送管６ａを介して汚泥と硝化液との混合物を返送する。膜分離装置９の透過水が処理水として配管９ａを介して取り出される。

余剰汚泥は引抜管７ｂを介して貯留槽１１に導入される。この貯留槽１１には散気管から空気が吹き込まれ、槽内が好気状態に保たれている。この貯留槽１１内の汚泥が脱水機１２に導入され、脱水される。脱水汚泥は焼却等の処理工程に送られ、脱水濾液は無酸素槽３、嫌気槽２又は好気槽４へ送られる。

このように構成された汚水処理装置の各槽における反応等について次に説明する。

汚水導入管１からの汚水を無酸素槽３が受け入れる。また、この無酸素槽３には好気槽４から返送管６ａを介して汚泥と硝化液との混合物が返送される。無酸素槽３内において、この汚泥及び硝化液と汚水とが無酸素状態で混合されることにより、硝化液中の酸化態窒素が脱窒菌の作用により脱窒される。即ち、無酸素槽３は、分子状酸素が存在せず、ＮＯ_Ｘなどの結合酸素が存在する領域となり、この結合酸素を用いて通性嫌気性菌が脱窒を行う。この時、電子供与体として汚水に含まれる有機物（ＢＯＤ成分）が使われる。

このようにして脱窒された無酸素槽３内の液が嫌気槽２に導入されて嫌気処理され、リン蓄積菌からリンが放出される。この嫌気槽２は、分子状酸素も結合酸素も存在しない領域となっており、リン蓄積菌が体内のポリリン酸をＰＯ_４に分解して放出する。このリン放出に際し、リン蓄積菌は、汚水中の易分解性有機物（ＢＯＤ）成分を取り込む。この実施の形態では、嫌気槽２に汚水の一部が直接に導入されるので、易分解性有機物が多量に存在し、リン放出が活発に行われる。なお、汚水中に易分解性有機物が少ない場合は、汚水に加えて、汚泥の脱水濾液及び／又は最初沈殿池汚泥の発酵液を嫌気槽２に導入することにより、さらに安定したリン除去性能が得られる。

この嫌気槽２内の液は、好気槽４に導入され、曝気されて好気処理される。そして、膜分離装置９によって処理水と汚泥とに固液分離され、活性汚泥の一部と硝化液が汚泥返送管６ａから無酸素槽３に返送され、膜透過水が処理水として配管９ａから取り出される。また、この好気槽４内の一部の汚泥は余剰汚泥として引き抜かれる。

この好気槽４内での好気処理により、通性嫌気性菌などによる有機物の酸化分解、亜硝酸菌、硝酸菌によるアンモニア態窒素の亜硝酸さらには硝酸への酸化、及び、リン蓄積菌によるＰＯ_４−Ｐの過剰摂取が行われる。このリンを過剰摂取した余剰汚泥が、前述の通り、散気により好気状態に保たれた貯留槽１１を介して脱水機１２に送られて脱水される。余剰汚泥はこのように好気状態に保たれたまま脱水されるので、汚泥からのリン放出が防止される。脱水濾液は、無酸素槽３、嫌気槽２又は好気槽４に返送されて処理される。脱水機１２としては、遠心脱水機、ベルトプレス脱水機など各種のものを用いることができる。

なお、この参考例では貯留槽１１を設けているが、本発明ではこれを省略し、好気槽４からの余剰汚泥を直接に脱水機１２に供給して脱水する。脱水前に汚泥に凝集剤を添加してもよい。

本実施の形態によると、各槽の汚泥濃度は、無酸素槽７０００〜１２０００ｍｇ／Ｌ、嫌気槽６０００〜１００００ｍｇ／Ｌ、好気槽１００００〜１５０００ｍｇ／Ｌと高く維持することができる。

各槽の滞留時間（ＨＲＴ）は、無酸素槽１〜３Ｈｒ、好ましくは１．５〜２．５Ｈｒ、嫌気槽０．５〜２Ｈｒ、好ましくは０．７５〜１．２５Ｈｒ、好気槽２〜８Ｈｒ、好ましくは２．５〜３．５Ｈｒとする。

実験例
第１図に示す装置によって、小規模汚水処理場の初沈流入水（平均ＮＨ_４−Ｎ濃度２１．１ｍｇ／Ｌ。リン濃度については第２図に図示。）を処理した。

この実験例では、容量が２１ｍ^３のタンク内を仕切ることにより、７．０ｍ^３の無酸素槽、３．５ｍ^３の嫌気槽、及び１０．５ｍ^３の好気槽を画成し、好気槽内には中空糸浸漬膜モジュール（ＺＥＮＯＮ社製、膜材質：ポリフッ化ビニリデン）を設置した。

初沈流入水８４ｍ^３／日を導入管１，１ｂにより分岐させ、無酸素槽へ５０．４ｍ^３／日、嫌気槽へ３３．６ｍ^３／日にて流入させ、好気槽から無酸素槽への活性汚泥及び硝化液混合物の返送を１６８ｍ^３／日の割合で行った。膜モジュールからは平均８３．１ｍ^３／日にて処理水が取り出された。余剰汚泥の取出量は平均０．９ｍ^３／日であり、容量２ｍ^３の貯留槽を介してベルトプレス脱水機にて水分７８．３％にまで脱水した。脱水濾液は好気槽４返送へした。約６ヶ月間運転を行った時の、汚水（初沈流入水）中の全リン濃度、処理水中の全リン濃度の推移を第２図に示す。第２図の通り、リン除去率は平均して９５％以上の高い値であった。

なお、初沈流入水に加えて、最初沈殿汚泥の発酵液を嫌気槽に投入することで、さらに安定したリン除去性能が得られた。

参考例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。実験例における初沈流入水中の全リン濃度と、処理水中の全リン濃度の経時変化を示す図である。第１従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。第２従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。第３従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。第４従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。

１汚水導入管
１ａ，１ｂ分岐導入管
２嫌気槽
３無酸素槽
４好気槽
６硝化液循環管
６ａ汚泥及び硝化液の返送管
７，８，１０汚泥返送管
７ａ，７ｂ余剰汚泥の引抜管
９膜分離装置
１１汚泥貯留槽
１２脱水機

Claims

窒素及びリンを含有した有機性汚水を無酸素槽に受け入れて無酸素処理し、
この無酸素槽からの流出水を嫌気槽に導入して嫌気処理し、
この嫌気槽からの流出水を好気槽に導入して好気処理すると共に、該好気槽内に設けられた膜分離装置で固液分離し、該膜分離装置の透過水を処理水として取り出し、
該好気槽から活性汚泥の一部と硝化液とを前記無酸素槽に返送し、
前記汚水の一部を前記嫌気槽に導入する汚水処理方法であって、
各槽の滞留時間（ＨＲＴ）が、無酸素槽１〜３Ｈｒ、嫌気槽０．５〜２Ｈｒ、好気槽２〜８Ｈｒであり、
該好気槽内の余剰汚泥を該好気槽から引き抜き、該好気槽からの余剰汚泥を、貯留槽を省略して好気状態のまま直接脱水機に導入して脱水することを特徴とする汚水処理方法。
請求項１において、各槽の滞留時間（ＨＲＴ）が、無酸素槽１．５〜２．５Ｈｒ、嫌気槽０．７５〜１．２５Ｈｒ、好気槽２．５〜３．５Ｈｒであることを特徴とする汚水処理方法。
窒素及びリンを含有した有機性汚水を受け入れて無酸素処理する無酸素槽と、
この無酸素槽からの流出水を導入して嫌気処理する嫌気槽と、
この嫌気槽からの流出水を導入して好気処理する好気槽と、
該好気槽内に設けられており、該好気槽内の水を固液分離し、透過水を処理水として取り出す膜分離装置と、
該好気槽から活性汚泥の一部と硝化液とを前記無酸素槽に返送する手段と、
前記汚水の一部を前記嫌気槽に導入する手段と、
を有する汚水処理装置であって、
各槽の滞留時間（ＨＲＴ）が、無酸素槽１〜３Ｈｒ、嫌気槽０．５〜２Ｈｒ、好気槽２〜８Ｈｒであり、
該好気槽内の余剰汚泥を該好気槽から引き抜く余剰汚泥引き抜き手段と、
該引き抜き手段で引き抜かれた余剰汚泥を、貯留槽を省略して好気状態のまま直接導入して脱水する脱水機と、
を備えたことを特徴とする汚水処理装置。
請求項３において、各槽の滞留時間（ＨＲＴ）が、無酸素槽１．５〜２．５Ｈｒ、嫌気槽０．７５〜１．２５Ｈｒ、好気槽２．５〜３．５Ｈｒであることを特徴とする汚水処理装置。