JP4775944B2 - 排水の処理方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、排水の処理方法および装置に関し、とくに、生物処理槽内のｐＨを最適に制御可能な排水の処理方法および装置に関する。

近年、排水処理の分野においては微生物の生理活性を利用して排水中の汚濁物質を無害な物質に変化させて処理を行う生物処理が多用されている。一般的な生物処理法として活性汚泥法が主流であるが、通常の活性汚泥法においては系内の微生物濃度の高濃度化が困難であり負荷を高くとることができないため、大きな敷地面積が必要であること、生物相の管理が難しくバルキング等の処理性能悪化を生じやすいこと、大規模な沈殿設備が必要であること、余剰汚泥等の廃棄物発生量が多いことなどが問題視されてきた。

これらの問題点を解決するために、高濃度の微生物を反応槽内に安定して保持する方法として、
（１）微生物が自己造粒した、いわゆるグラニュールを使用して処理を行う方法（グラニュール法）（例えば、特許文献１、特許文献２）、
（２）槽内に設置または投入された不織布、スポンジキューブ、ゲルビーズなどの担体に微生物を付着させ、処理を行う方法（生物膜法）（例えば、特許文献３）、
等が開発されてきた。特に、グラニュールを使用する方法は、従来の嫌気処理（脱窒、メタン発酵）に限らず、近年は好気処理での検討も盛んである。

一方、反応槽の形状としては、グラニュールの形成に適した形状として、また、設置面積縮小の要求から、水深／直径（または角槽の短辺）比の大きい、いわゆる塔型反応槽を適用するケースが多い。このような塔型反応槽では、一般に槽下部より原水（被処理水）が流入し、槽上部より処理水が流出するが、槽内の液流れがピストン流れとなり、高い処理性能が得やすい、という優れた特徴を持つことから、上記のグラニュール法や生物膜法と併せて適用することで極めて効率的な処理装置を構築することができる。
特開２００３−２６６０９５号公報 特開２００２−３３６８８５号公報 特開平８−１６４４００号公報

ところが、ｐＨの変動を伴う生物処理である、硝酸化、亜硝酸化、脱窒、ANAMMOX細菌（独立栄養性脱窒細菌）を利用する処理、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（TMAH）分解、ジメチルスルホオキシド（DMSO）分解等に、塔型反応槽を適用した場合には、原水流入を槽底部より、処理水流出を槽上部より行うこととし、一方、ｐＨを槽上部で測定し、ｐＨ調整剤を槽底部近傍または原水中に添加することが一般的である。

しかしながら、この場合、以下のような問題がある。
（１）ｐＨ調整剤添加位置からｐＨ測定位置までの距離が長くなり、正確なｐＨ調整が困難になることがある（ｐＨ値がぶれやすい）。
（２）槽内のｐＨ変化が大きいため、槽底部（ｐＨ調整剤添加位置近傍）と槽上部（ｐＨ測定位置）でのｐＨの差が大きい。

そして、高負荷処理を目指すほど、上記（１）、（２）の現象が顕著となり、その結果、槽全体のｐＨを微生物の最適ｐＨ（6.0〜8.5程度）に維持することが困難となる。例えば、槽上部ｐＨを６〜７に制御するよう試みた場合、槽底部（ｐＨ調整剤添加位置近傍）でｐＨ10〜11になり、部分的に処理不能となる場合もある。すなわち、ｐＨ調整が律則因子となって、本来得られるべき処理性能に達しない場合がある。

本発明の課題は、このような問題に着目し、反応槽内全体にわたって生物処理に適したｐＨに調整することを可能とし、望ましい生物処理、より高速処理を可能とする、排水の処理方法および装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る排水の処理方法は、生物処理による排水の処理方法であって、反応槽内の被処理水のｐＨ測定値に応じて、ｐＨ調整剤を、被処理水流入側から処理水流出側への槽内流れ方向における複数箇所から添加し、より被処理水流入側に近い箇所からのｐＨ調整剤の添加量を、より処理水流出側に近い箇所からのｐＨ調整剤の添加量よりも多くすることを特徴とする方法からなる。

このように、ｐＨ調整剤添加箇所を複数有することにより、一箇所あたりの添加量を減じ、各添加箇所近傍でのｐＨ上昇を緩和することができる。したがって、結果として、槽内全域を最適なｐＨに維持することができ、本来の目標とする生物処理能力を発揮できるようになる。

この排水処理方法においては、より被処理水流入側に近い箇所からのｐＨ調整剤の添加量を、より処理水流出側に近い箇所からのｐＨ調整剤の添加量よりも多くする、つまり、複数のｐＨ調整剤添加箇所におけるｐＨ調整剤の添加量が、（被処理水流入側）≧（処理水流出側）である。すなわち、被処理水流入側は、例えば、よりアンモニア態窒素濃度が高く、微生物量も大きいため、アルカリ度の消費は（被処理水流入側）≧（処理水流出側）となる。したがって、ｐＨ調整剤の添加量を、（被処理水流入側）≧（処理水流出側）とすることで、槽内全体を最適ｐＨに維持することができるようになる。

このｐＨ調整においては、例えば、反応槽内の１箇所における被処理水のｐＨ測定値に応じて、複数箇所からのｐＨ調整剤の添加量を制御することも可能であり、ｐＨ調整剤添加箇所にｐＨコントローラーをそれぞれ設置し、それぞれのｐＨコントローラーにおけるｐＨ値が６．０〜８．５になるように調整することも可能である。

本発明方法が有効な、ｐＨ変化の大きい生物処理反応として、例えば、硝酸化、亜硝酸化、脱窒、ANAMMOX細菌を利用する処理、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド分解、ジメチルスルホオキシド分解処理を挙げることができる。

さらに、本発明方法は、特にｐＨ変化の著しい、高速処理において有効であるが、そのような高速処理を達成する手法として、反応槽内において、微生物の造粒体であるグラニュールを形成させる、あるいは、反応槽内において、槽内に投入された充填物に微生物を付着・固定化させる手法を採用することができる。

本発明に係る排水の処理装置は、生物処理による排水の処理装置であって、反応槽内の被処理水のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、ｐＨ測定値に応じてｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段を備え、該ｐＨ調整剤添加手段が、互いに独立にｐＨ調整剤の添加量を制御可能で、被処理水流入側から処理水流出側への槽内流れ方向に沿って配置された複数のｐＨ調整剤添加部を有し、より被処理水流入側に近いｐＨ調整剤添加部からのｐＨ調整剤の添加量が、より処理水流出側に近いｐＨ調整剤添加部からのｐＨ調整剤の添加量よりも多く制御されることを特徴とするものからなる。

この排水処理装置においては、より被処理水流入側に近いｐＨ調整剤添加部からのｐＨ調整剤の添加量が、より処理水流出側に近いｐＨ調整剤添加部からのｐＨ調整剤の添加量よりも多く制御される。

この排水処理装置においても、例えば、反応槽内の１箇所における被処理水のｐＨ測定値に応じて、ｐＨ調整剤添加部からのｐＨ調整剤の添加量を制御することも可能であり、ｐＨ調整剤添加部にｐＨコントローラーがそれぞれ設置され、それぞれのｐＨコントローラーにおけるｐＨ値が６．０〜８．５になるように調整される形態に構成することも可能である。

また、本発明装置が有効な、ｐＨ変化の大きい生物処理反応として、例えば、硝酸化、亜硝酸化、脱窒、ANAMMOX細菌を利用する処理、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド分解、ジメチルスルホオキシド分解処理を挙げることができる。

さらに、本発明装置においては、高速処理を達成するために、反応槽内において、微生物の造粒体であるグラニュールが形成される、あるいは、反応槽内において、槽内に投入された充填物に微生物が付着・固定化されることが好ましい。

本発明に係る排水の処理方法および装置によれば、反応槽内全体にわたって生物処理に適したｐＨに調整することができ、目標とする望ましい生物処理を行うことができるとともに、より高速処理が可能となる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、とくに、排水中のアンモニア性窒素をグラニュールによる処理をする場合について、詳細に説明する。

硝化の場合には硝化菌の増殖に溶存酸素を必要とするため、グラニュール反応槽下部より空気もしくは酸素を供給することが好ましい。反応槽の装置形状に特に限定はなく、円筒状もしくは角型槽等が使用できるが、グラニュールを形成するためのせん断力を確保するために、反応槽として塔型反応槽を用いることが好ましい。初期の立ち上げ時にはアンモニア性窒素を含有した被処理水としての排水を回分もしくは連続的に通水して一定期間運転することによりグラニュールを形成することができるが、槽内に直径0.5mm以下（より望ましくは0.1mm以下）かつ比重1.0以上7.0以下（より望ましくは1.2以上5.0以下）の粉体を投入することによって、グラニュールの形成を促進し、立ち上げ期間を大幅に短縮することができる。この際、硝化菌の増殖速度は非常に小さいため、初期に下水処理場や他の装置より汚泥等を添加することによって立ち上げに要する期間をさらに短縮することができる。

粉体の種類としては様々なものが使用できるが、特にケイ酸塩、土壌構成物質、活性炭、珪藻土、パーライト、酸化アルミニウム等を好適に使用することができる。

立ち上げ初期にはグラニュールが十分に形成されておらず、汚泥の比重が小さいため、汚泥は系外に流出する。このような汚泥は沈殿槽等によって濃縮して反応槽内に返送することが望ましい。また、反応槽上部に十分な大きさの固−気−液分離装置（以下、GSSと呼ぶこともある。）を設置した場合には沈殿槽を省略することもできる。

本発明に係る排水処理装置の構成としては、アンモニア性窒素を含有した排水は通常反応装置内への負荷を安定化させるため、調整槽に一旦滞留させた後、一定流量で硝化反応槽へ送られることが好ましい。

反応槽の構造としては、例えば図１、図２に示すような塔型反応槽が好適である。図１に示す排水処理装置１においては、反応槽２の下部に被処理水としての原水３が流入され、反応槽２内で微生物の造粒体であるグラニュールを用いた生物処理反応が行われた後、槽上部から処理水４として流出される。反応槽２の上部には、グラニュールの流出を防止するため図に示すような固−気−液分離装置（ＧＳＳ）５を設置することが望ましいが、沈殿池を別途設置してもよい。図２に示す排水処理装置２１も、同様の構成を有し、反応槽２２の下部に被処理水として流入された原水２３に生物処理が施された後、槽上部から処理水２４として流出される。反応槽２２の上部には、固−気−液分離装置（ＧＳＳ）２５が設置されている。

硝化反応槽内には硝化菌を含むグラニュールが充填されており、硝化反応は好気性条件下で進行するため、反応槽２、２２の下部から空気もしくは酸素による曝気を行うことが好ましい。

このように硝化菌グラニュールとアンモニア性窒素を含有する排水とを接触させることにより、アンモニア性窒素を硝酸もしくは亜硝酸にまで硝化することができる。硝酸もしくは亜硝酸は必要に応じて一般的な脱窒装置を使用することにより窒素ガスにまで変化させて系外へ放出することができる。

ここで、アンモニア性窒素の硝化に伴いアルカリ度を消費し、ｐＨが低下するため、ｐＨ調整剤として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムなどが添加される。ｐＨ調整剤は、例えば図示の如く、ｐＨ調整剤貯槽６、２６から反応槽２、２２内に添加される。

このｐＨ調整剤の添加において、ｐＨ調整剤を一点注入（１箇所からの添加）とした場合、注入点近傍ｐＨが極端に上昇し、硝化細菌の最適ｐＨ範囲である、6.0〜8.5を大きく逸脱するおそれがあり、この範囲から逸脱すると、生物処理性能が大きく低下する。

そこで、ｐＨセンサー７、２７は反応槽２、２２上部に１箇所設けられ、その検出値に基づいてｐＨコントローラー８、２８により、ｐＨ調整剤の添加量が制御されるが、本発明では、ｐＨ調整剤は、反応槽２、２２の被処理水流入側から処理水流出側への槽内流れ方向における複数箇所（図示例では３箇所）から添加される。

このｐＨ調整剤手段は、図１に示す実施態様では、例えばｐＨ調整剤としての苛性ソーダを貯留したｐＨ調整剤貯槽６と、循環ポンプ９と、循環ラインのポンプ９出口側に設けられた圧力計１０と、反応槽２の被処理水流入側から処理水流出側への槽内流れ方向における複数箇所（図示例では３箇所）からｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加部１１ａ、１１ｂ、１１ｃへのｐＨ調整剤供給ライン１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、各ｐＨ調整剤供給ライン１２ａ、１２ｂ、１２ｃ中に互いに独立に制御可能に配置された流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃとを有する装置に構成され、各流量制御弁１３ａ、１３ｂ、１３ｃが、ｐＨコントローラー８からの信号に基づいて制御され、それによって各ｐＨ調整剤添加部１１ａ、１１ｂ、１１ｃにおけるｐＨ調整剤の添加量が制御されるようになっている。ｐＨ調整剤の添加量は、各弁の開度や自動弁開閉のタイマー制御によって調整することができる。

図２に示す実施態様では、ｐＨ調整剤貯槽２６中のｐＨ調整剤は循環されることなく、複数の分岐ライン（図示例では３本の分岐ライン）からなる各ｐＨ調整剤供給ライン２９ａ、２９ｂ、２９ｃを介して、反応槽２２の被処理水流入側から処理水流出側への槽内流れ方向における複数箇所（図示例では３箇所）からｐＨ調整剤を添加する各ｐＨ調整剤添加部３０ａ、３０ｂ、３０ｃへ供給されるようになっている。各ｐＨ調整剤供給ライン２９ａ、２９ｂ、２９ｃには、それぞれ独立に制御可能な供給ポンプ３１ａ、３１ｂ、３１ｃが設けられており、ｐＨコントローラー２８からの信号に基づいて、各ｐＨ調整剤添加部３０ａ、３０ｂ、３０ｃからのｐＨ調整剤の添加量が制御されるようになっている。

さらに、図１、図２に示した実施態様では、ｐＨセンサー７、２７を反応槽２、２２上部に１箇所設ける構成としたが、例えば図３に図１の変形例に係る実施態様を示すように、反応槽４２内の複数箇所（図示例では２箇所）にｐＨセンサー４７ａ、４７ｂを設け、複数のｐＨ調整剤添加部５１ａ、５１ｂへのｐＨ調整剤供給ライン５２ａ、５２ｂにｐＨコントローラー４８ａ、４８ｂがそれぞれ設置され、それぞれのｐＨコントローラー４８ａ、４８ｂにおけるｐＨ値が７．０〜８．５になるように、流量制御弁５３ａ、５３ｂが調整される排水処理装置４１に構成することも可能である。その他の反応槽４２、原水４３の流入構成、処理水４４の流出構成、固−気−液分離装置（ＧＳＳ）４５、ｐＨ調整剤貯槽４６、循環ポンプ４９、圧力計５０についての構成は図１に示した実施態様に準じる。

以下に、本発明を用いて行った実施例を示す。なお、この実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
実施例１
内径50mm、高さ3000mm、上部にGSSを設置した反応槽を用い、本反応槽に活性汚泥を植種すると共に、アンモニア性窒素を500mg/L含む排水を通水し、0.5L/minで曝気を行いながらグラニュールを作製した。ｐＨセンサーを槽上部に設置し、ｐＨ測定値が7.0となるよう、ｐＨ調整剤としての苛性ソーダを添加した。図２に示した装置において、苛性ソーダ添加ポンプを３台用い、槽底部付近、槽底部より１ｍ上部、槽底部より２ｍ上部の３箇所より添加した。添加量は、槽底部：槽底部より１ｍ上部：槽底部より２ｍ上部＝３：２：１となるようポンプ流量を各々調整した。

比較例１
同様の反応槽、同様の操作を実施し、グラニュールを作製した。ｐＨセンサーを槽上部に設置し、ｐＨ測定値が7.0となるよう、苛性ソーダを添加した。１台の苛性ソーダ添加ポンプを用いて、槽底部の１箇所より添加した。

実施例１、比較例１の結果について、２ヵ月後の反応槽当たりの硝化活性を以下に示す。
実施例１：2.6kg-N/ｍ³／ｄ
比較例１：1.1kg-N/ｍ³／ｄ
すなわち、実施例１では、槽内の全域において生物処理に最適なｐＨの範囲内に維持できたので、望ましい硝化活性を維持することができた。

なお、上記実施例はグラニュールを利用した硝化について行ったものであるが、本発明は、前述の如く、ｐＨ変化の大きい生物処理反応である、硝酸化、亜硝酸化、脱窒、ANAMMOX細菌を利用する処理、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド分解、ジメチルスルホオキシド分解処理のいずれに対しても適用できる。また、高速処理を達成する手法として、微生物の造粒体であるグラニュールを形成させる手法の他、反応槽内において、槽内に投入された充填物に微生物を付着・固定化させる手法を採用することもできる。

本発明の一実施態様に係る排水処理装置の概略構成図である。 本発明の別の実施態様に係る排水処理装置の概略構成図である。 本発明のさらに別の実施態様に係る排水処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１、２１、４１ 排水処理装置
２、２２、４２ 反応槽
３、２３、４３ 被処理水としての原水
４、２４、４４ 処理水
５、２５、４５ 固−気−液分離装置（ＧＳＳ）
６、２６、４６ ｐＨ調整剤貯槽
７、２７、４７ａ、４７ｂ ｐＨセンサー
８、２８、４８ａ、４８ｂ ｐＨコントローラー
９、４９ 循環ポンプ
１０、５０ 圧力計
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、５１ａ、５１ｂ ｐＨ調整剤添加部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、５２ａ、５２ｂ ｐＨ調整剤供給ライン
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、５３ａ、５３ｂ 流量制御弁
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 供給ポンプ

Claims (10)

1. 生物処理による排水の処理方法であって、反応槽内の被処理水のｐＨ測定値に応じて、ｐＨ調整剤を、被処理水流入側から処理水流出側への槽内流れ方向における複数箇所から添加し、より被処理水流入側に近い箇所からのｐＨ調整剤の添加量を、より処理水流出側に近い箇所からのｐＨ調整剤の添加量よりも多くすることを特徴とする排水の処理方法。
2. ｐＨ調整剤添加箇所にｐＨコントローラーをそれぞれ設置し、それぞれのｐＨコントローラーにおけるｐＨ値が６．０〜８．５になるように調整することを特徴とする、請求項１に記載の排水の処理方法。
3. 前記生物処理が、硝酸化、亜硝酸化、脱窒、ANAMMOX細菌を利用する処理、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド分解、ジメチルスルホオキシド分解のいずれかの処理であることを特徴とする、請求項１または２に記載の排水の処理方法。
4. 反応槽内において、微生物の造粒体であるグラニュールを形成させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の排水の処理方法。
5. 反応槽内において、槽内に投入された充填物に微生物を付着・固定化させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の排水の処理方法。
6. 生物処理による排水の処理装置であって、反応槽内の被処理水のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、ｐＨ測定値に応じてｐＨ調整剤を添加するｐＨ調整剤添加手段を備え、該ｐＨ調整剤添加手段が、互いに独立にｐＨ調整剤の添加量を制御可能で、被処理水流入側から処理水流出側への槽内流れ方向に沿って配置された複数のｐＨ調整剤添加部を有し、より被処理水流入側に近いｐＨ調整剤添加部からのｐＨ調整剤の添加量が、より処理水流出側に近いｐＨ調整剤添加部からのｐＨ調整剤の添加量よりも多く制御されることを特徴とする排水の処理装置。
7. ｐＨ調整剤添加部にｐＨコントローラーがそれぞれ設置され、それぞれのｐＨコントローラーにおけるｐＨ値が６．０〜８．５になるように調整されることを特徴とする、請求項６に記載の排水の処理装置。
8. 前記生物処理が、硝酸化、亜硝酸化、脱窒、ANAMMOX細菌を利用する処理、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド分解、ジメチルスルホオキシド分解のいずれかの処理であることを特徴とする、請求項６または７に記載の排水の処理装置。
9. 反応槽内において、微生物の造粒体であるグラニュールが形成されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の排水の処理装置。
10. 反応槽内において、槽内に投入された充填物に微生物が付着・固定化されることを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の排水の処理装置。

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