JP4841850B2 - 有機性排水処理方法及び有機性排水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、有機性排水を生物学的処理する方法及び装置に関する。

有機性汚水を生物処理する方法として、生物処理工程から生物汚泥を引き抜き濃縮して撹拌槽に供給すると共に当該撹拌槽に生汚泥、酸素含有ガスを供給し、汚泥有機物及び汚泥水分供給負荷、撹拌槽滞留時間を所定に設定することで、生物学的酸化を生起せしめ、温度を、供給汚泥温度に対し４０°Ｃ以上昇温させて、有機性ＳＳの分解を効果的に進行させ、この処理汚泥を上記生物処理工程に戻すことでさらに汚泥を生物分解して減容化し、人為的加熱をすること無く余剰汚泥を無くす方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２４９７２号公報

しかしながら、上記公報にあっては、撹拌槽における生物学的酸化により温度が供給汚泥温度に対し４０°Ｃ以上昇温するとあるが、実際はこれほど昇温せず、加温が必要である。従って、加温のエネルギーや温度コントロールが必要で、費用が嵩むという問題がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、加温や温度コントロール無しに低コストにて余剰汚泥を無くすことできる有機性排水処理方法及び有機性排水処理装置を提供することを目的とする。

本発明による有機性排水処理方法は、有機性排水を、嫌気状態と好気状態とを有する生物処理槽で生物学的脱窒し、生物処理槽で生物処理した生物処理水を、固液分離槽で微生物菌体含有汚泥と処理水とに分離し、固液分離槽で固液分離した微生物菌体含有汚泥を濃縮槽で濃縮し、濃縮槽で濃縮した濃縮汚泥を、下から上へ順に、酸化還元電位が−４００ｍＶ以下の絶対嫌気層、０〜−３５０ｍＶの微嫌気層、通性好気性菌である有機酸生成菌により酸発酵が行われて有機酸が生成される無酸素層及び好気層の四層へ沈殿分離する沈殿槽である濃縮槽で濃縮し、沈殿槽で沈殿分離した絶対嫌気層の汚泥及び微嫌気層の汚泥からなる濃縮汚泥を、生物処理槽の前段又は生物処理槽の嫌気状態にある領域において有機性排水に混合するように返送し、沈殿槽で沈殿分離した無酸素層の汚泥、好気層の汚泥及び上澄液を生物処理槽に返送し、有機性排水及び前記濃縮汚泥を調整槽に導入して当該調整槽で混合し、調整槽で前記濃縮汚泥と混合した有機性排水を、生物処理槽に導入することを特徴としている。

また、本発明による有機性排水処理装置は、有機性排水を、嫌気状態と好気状態とを有して生物学的脱窒する生物処理槽と、生物処理槽で生物処理された生物処理水を、微生物菌体含有汚泥と処理水とに固液分離する固液分離槽と、固液分離槽で固液分離された微生物菌体含有汚泥を、下から上へ順に、酸化還元電位が−４００ｍＶ以下の絶対嫌気層、０〜−３５０ｍＶの微嫌気層、通性好気性菌である有機酸生成菌により酸発酵が行われて有機酸が生成される無酸素層及び好気層の四層へ沈殿分離する沈殿槽である濃縮槽と、沈殿槽で沈殿分離した絶対嫌気層の汚泥及び微嫌気層の汚泥からなる濃縮汚泥を、生物処理槽の前段又は生物処理槽の嫌気状態にある領域において有機性排水に混合するように返送する濃縮汚泥返送ラインと、沈殿槽で沈殿分離した無酸素層の汚泥、好気層の汚泥及び上澄液を生物処理槽に返送する有機酸含有液返送ラインと、有機性排水及び濃縮汚泥返送ラインからの濃縮汚泥を混合する調整槽と、を具備し、生物処理槽へ、調整槽で濃縮汚泥と混合された有機性排水が導入されることを特徴としている。

このような有機性排水処理方法及び有機性排水処理装置によれば、有機性排水は、嫌気状態と好気状態とを有する生物処理槽で生物学的脱窒され、この生物処理水は、固液分離槽で微生物菌体含有汚泥と処理水とに固液分離され、この微生物菌体含有汚泥は濃縮槽で濃縮される。この濃縮された微生物菌体含有汚泥は嫌気状態にあり、これが生物処理槽の前段又は当該生物処理槽の嫌気状態にある領域で有機性排水と混合されて嫌気的にメタン発酵や有機酸発酵が行われ、汚泥の減容化が促進されると共に汚泥減容化の妨げとなる微生物菌体含有汚泥の殻の軟化・破壊が進行する。続く生物処理槽の好気状態にある領域で、殻破壊した微生物菌体含有汚泥の中身は好気性菌のＢＯＤ源とされて減容化されると共に殻軟化した微生物菌体含有汚泥は自己消化して減容化され、この生物処理水は上記固液分離槽に導入され、このような一連の処理が繰り返される。従って、加温や温度コントロール無しに汚泥が繰り返し減容化され、低コストにて余剰汚泥が無くされる。

ここで、従来においては、微嫌気の汚泥では菌体が死んでしまいメタン発酵を行えないと考えられていたが、本発明者らの研究によると、微嫌気の汚泥でもメタン発酵を行えることが判明した。

そこで、本発明の有機性排水処理方法及び有機性排水処理装置の濃縮槽は、微生物菌体含有汚泥を沈殿分離する沈殿槽であり、沈殿槽で沈殿分離した最下層の絶対嫌気層の汚泥、当該絶対嫌気層より上層の微嫌気層の汚泥を、有機性排水に混合するように返送する構成とされる。

ここでいう微嫌気層の汚泥とは、具体的には、その酸化還元電位が０〜−３５０ｍＶである。

また、沈殿槽で沈殿分離した微嫌気層より上層の無酸素層の汚泥、当該無酸素層より上層で最上層の好気層の汚泥及び上澄液を、有機性排水に混合するように返送するのが好ましい。ここで、好気層は、溶存酸素を有する上澄液と希薄な汚泥の層であり、無酸素層は、無酸素状態であるが、ＮＯ_３やＮＯ_２、ＳＯ_４等により通性好気性状況にある汚泥の層であり、この通性好気性菌である有機酸生成菌により酸発酵が行われて有機酸が生成され、当該有機酸が上澄液に含有されている。従って、この有機酸含有液が、生物処理槽の前段（ここに上記濃縮汚泥が返送されている場合にはここが嫌気状態）又は生物処理槽の嫌気状態にある領域に返送されて有機性排水と混合されると、菌体がリンを放出すると共に有機酸を取り込み、続く好気状態の領域で、菌体が放出量以上にリンを取り込む脱リンが成される。

また、有機性排水及び濃縮汚泥を調整槽に導入して当該調整槽で混合し、調整槽で濃縮汚泥と混合した有機性排水を、生物処理槽に導入すると、当該調整層において、微生物菌体含有汚泥の殻軟化・殻破壊が十分に進行し、汚泥の減容化が一層促進されることになる。

このように本発明によれば、加温や温度コントロール無しに汚泥が繰り返し減容化されるため、低コストにて余剰汚泥を無くすことが可能となる。

以下、本発明による有機性排水処理方法及び有機性排水処理装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る有機性排水処理装置を示す概略構成図であり、例えば屎尿処理設備等に採用されるものである。

図１に示すように、有機性排水処理装置１００は、前処理槽１、流入調整槽（調整槽）２、生物処理槽３、固液分離槽４、濃縮槽５、汚泥貯留槽６をこの順に接続して備えると共に、汚泥貯留槽６と流入調整槽２とを接続する濃縮汚泥返送ラインＬ１、濃縮槽５と生物処理槽３とを接続する有機酸含有液返送ラインＬ２、固液分離槽４と濃縮槽５との接続ラインＬ３と生物処理槽３（嫌気槽３ａ）とを接続する汚泥返送ラインＬ４を備えている。

前処理槽１は、導入される有機性排水から粗大な固形物やポリ袋等の浮遊固形物を除去するものである。

流入調整槽２は、撹拌機２ａを備え、前処理槽１からの有機性排水及び汚泥貯留槽６から濃縮汚泥返送ラインＬ１を介して返送される濃縮汚泥（微生物菌体含有汚泥）を緩速撹拌して混合し、性状を均一化すると共に微生物菌体含有汚泥の殻軟化・殻破壊を進行させるものである（詳しくは後述）。

生物処理槽３は、所謂Ａ２Ｏ法と呼ばれる活性汚泥法による生物処理を行う槽であり、流入調整槽２からの有機性排水を生物学的脱窒及び脱リンするものである。具体的には、嫌気槽３ａ、無酸素槽３ｂ及び好気槽３ｃをこの順に備えると共に、好気槽３ｃの滞留液を無酸素槽３ｂに返送する滞留液返送ラインＬ５を備えている。

嫌気槽３ａは、撹拌機３ｄを備え、流入調整槽２からの有機性排水、濃縮槽５から有機酸含有液返送ラインＬ２を介して返送される有機酸含有液、及び、固液分離槽４から汚泥返送ラインＬ４を介して返送される微生物菌体含有汚泥の一部を撹拌して混合し、嫌気性処理を行うものである。

無酸素槽３ｂは、撹拌機３ｅを備え、嫌気槽３ａからの処理水、及び、好気槽３ｃから滞留液返送ラインＬ５を介して返送される滞留液を撹拌して混合し、硝化した窒素を無酸素処理によりを窒素ガスと水に分解するものである。

好気槽３ｃは、槽外に送風機３ｇを備えると共に当該送風機３ｇからの空気を槽内に散気する散気装置３ｆを備え、無酸素槽３ｂからの処理水を散気装置３ｆにより曝気し、好気性処理を行うものである。

固液分離槽４は、ここでは沈殿槽であり、生物処理槽３で生物処理した生物処理水を、微生物菌体含有汚泥と処理水とに沈殿分離するものであり、沈殿分離した上澄液を、河川等に放流すべく後段の滅菌処理に供する。この固液分離槽４と濃縮槽５との接続ラインＬ３と嫌気槽３ａとを接続する汚泥返送ラインＬ４は、生物処理槽３での生物濃度の低下を防止すべく、固液分離槽４で沈殿分離した微生物菌体含有汚泥の一部を嫌気槽３ａに返送する。

濃縮槽５は、ここでは沈殿槽であり、固液分離槽４で沈殿分離され接続ラインＬ３を介して供給される微生物菌体含有汚泥を、沈殿により濃縮するものである。この濃縮槽５と嫌気槽３ａとを接続する有機酸含有液返送ラインＬ２は、ポンプ５ａを備え、当該ポンプ５ａの駆動により濃縮槽５の有機酸含有液（詳しくは後述）を嫌気槽３ａに返送する。

汚泥貯留槽６は、濃縮槽５からの濃縮汚泥（詳しくは後述）を貯留するものである。この汚泥貯留槽６と流入調整槽２とを接続する濃縮汚泥返送ラインＬ１は、ポンプ６ａを備え、当該ポンプ６ａの駆動により汚泥貯留槽６の濃縮汚泥を流入調整槽２に返送する。

次に、このように構成された有機性排水処理装置１００の作用について説明する。先ず、有機性排水は、前処理槽１で粗大な固形物やポリ袋等の浮遊固形物が除去され、流入調整槽２で、撹拌機２ａによる撹拌により性状が均一化されて、生物処理槽３に導入される。この有機性排水は、嫌気槽３ａで撹拌機３ｄにより撹拌されながら嫌気性処理され、無酸素槽３ｂで撹拌機３ｅにより撹拌されながら無酸素処理され、好気槽３ｃで散気装置３ｆにより曝気されて好気性処理される。この時、処理水中の窒素（有機性窒素、アンモニア等）は、好気槽３ｃで硝化され、この硝化した窒素は、滞留液返送ラインＬ５を介し無酸素槽３ｂに返送されて循環されることで、窒素ガスと水に分解され、窒素ガスが大気に放出され、生物学的脱窒が成される。

また、嫌気槽３ａには、好気槽３ｃからの硝化した窒素を含む汚泥が汚泥返送ラインＬ４を介して返送され、無酸素槽３ｂ、好気槽３ｃを循環する。このため、さらに生物学的脱窒が成される。なお、汚泥返送ラインＬ４により嫌気槽３ａに返送する汚泥を、無酸素槽３ｂに返送するようにしても良い。

一方、生物処理槽３で生物処理された生物処理水は、固液分離槽４で沈殿分離され、上澄液は、後段の滅菌処理に供される。一方、沈殿した微生物菌体含有汚泥は、上記のようにその一部が汚泥返送ラインＬ４を介して嫌気槽３ａに返送され、他は接続ラインＬ３を介して濃縮槽５に供給される。

濃縮槽５では、微生物菌体含有汚泥がさらに沈殿分離される。この濃縮槽５での沈殿分離の状態を示したのが図２であり、図に示すように四層に沈殿分離され、下から上へ順に、絶対嫌気槽Ａ、微嫌気層Ｂ、無酸素層Ｃ、好気層Ｄが形成される。

最上層の好気層Ｄは、溶存酸素を有する上澄液と希薄な汚泥の層であり、この好気層Ｄより下層の無酸素層Ｃは、無酸素状態であるが、ＮＯ_３やＮＯ_２、ＳＯ_４等により通性好気性状況にある汚泥の層であり、この通性好気性菌である有機酸生成菌により酸発酵が行われて有機酸が生成され、当該有機酸が上澄液に含有されている。従って、これらの層Ｃ、Ｄの酸化還元電位はプラスである。

また、無酸素層Ｃより下層の微嫌気層Ｂは、微嫌気の汚泥の層で、酸化還元電位が０〜―３５０Ｖ程度の状態にあり、この微嫌気層Ｂより下層で最下層の絶対嫌気層Ａは、絶対嫌気の汚泥の層で、酸化還元電位が―４００Ｖ以下の状態にある。なお、濃縮槽５は、最低約１２時間の汚泥滞留時間がある容量の槽とされていて、酸生成菌体やメタン生成菌体の十分な馴養時間が確保されている。

そして、濃縮槽５の好気層Ｄの溶存酸素を有する上澄液及び希薄な汚泥及び無酸素層Ｃの通性好気性状況にある汚泥は、ポンプ５ａの駆動により有機酸含有液返送ラインＬ２を介して嫌気槽３ａに返送される。これにより、嫌気槽３ａには有機酸含有液が供給されることになり、菌体がリンを放出すると共に上記有機酸を取り込み、続く好気槽３ｃで、菌体が放出量以上にリンを取り込むため、脱リンが成される。

一方、特に本実施形態にあっては、濃縮槽５の絶対嫌気層Ａの汚泥及び微嫌気層Ｂの汚泥が、濃縮汚泥として底部から取り出されて汚泥貯留槽６に貯留され、ポンプ６ａの駆動により濃縮汚泥返送ラインＬ１を介して上記流入調整槽２に返送される。このように濃縮された微生物菌体含有汚泥が流入調整槽２に供給されるため、有機性排水が流入する流入調整槽２は嫌気圏（嫌気状態）にある。

ところで、従来においては、微嫌気の汚泥では、菌体が死んでしまいメタン発酵を行えないと考えられていたが、本発明者らの研究によると、微嫌気の汚泥でもメタン発酵を行えることが判明した。

図３は、本発明者らによる実験結果であって、微生物菌体含有汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図であり、横軸は時間（ｈ）を表し、縦軸はメタンガス発生量（ｍｌ）を表している。この図中にあって、×印は絶対嫌気層Ａの汚泥を示し、他の印は微嫌気層Ｂの汚泥を示し、具体的には、×印は酸化還元電位が−４００ｍＶの汚泥を、黒三角印は酸化還元電位が−７０ｍＶの汚泥を、三角印は酸化還元電位が−５０ｍＶの汚泥を、四角印は酸化還元電位が−２３ｍＶの汚泥を各々示している。

図３より明らかなように、×印の絶対嫌気層Ａの汚泥に比してそのメタンガス発生量は減少するが、微嫌気層Ｂの汚泥であっても、所定量のメタンガスが継続して発生し菌体が死んでいないことが分かる。

そして、このような微嫌気層Ｂの汚泥と共に絶対嫌気層Ａの汚泥が流入調整槽２に供給されるため、流入調整槽２では、嫌気的にメタン発酵や有機酸発酵が行われ、汚泥の減容化が促進されると共に汚泥減容化の妨げとなる微生物菌体含有汚泥の殻の軟化・破壊が進行する。

この殻軟化・殻破壊が進行した微生物菌体含有汚泥を含む有機性排水は、上記嫌気槽３ａに導入されてさらに汚泥の減容化が促進されると共に微生物菌体含有汚泥の殻軟化・殻破壊が進行し、続く好気槽３ｃで、殻破壊した微生物菌体含有汚泥の中身は好気性菌のＢＯＤ源とされて減容化されると共に殻軟化した微生物菌体含有汚泥は自己消化して減容化され、この生物処理水は上記固液分離槽４に導入され、このような一連の処理が繰り返される。

このように、本実施形態においては、有機性排水を、嫌気槽３ａと好気槽３ｃとを有する生物処理槽３で生物学的脱窒し、この生物処理水を、固液分離槽４で微生物菌体含有汚泥と処理水とに固液分離し、この微生物菌体含有汚泥を濃縮槽５で濃縮し、この濃縮し嫌気状態にある微生物菌体含有汚泥を、流入調整槽２で有機性排水と混合して嫌気的にメタン発酵や有機酸発酵を起こさせ、汚泥の減容化を促進すると共に汚泥減容化の妨げとなる微生物菌体含有汚泥の殻の軟化・破壊を進行させ、続く、生物処理槽３の嫌気槽３ａでさらに汚泥の減容化を促進すると共に微生物菌体含有汚泥の殻軟化・殻破壊を進行させ、続く生物処理槽３の好気槽３ｃで、殻破壊した微生物菌体含有汚泥の中身を好気性菌のＢＯＤ源として減容化すると共に殻軟化した微生物菌体含有汚泥を自己消化させて減容化し、この生物処理水を上記固液分離槽４に導入する一連の処理を繰り返すようにしているため、加温や温度コントロール無しに汚泥が繰り返し減容化され、その結果、低コストにて余剰汚泥を無くすことができる。

また、特開２００３−２４９７２号公報のような薬品を用いること無く脱リンが行われるため、経費が抑えられている。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、濃縮された濃縮汚泥を濃縮汚泥返送ラインＬ１により流入調整槽２に返送するようにしているが、前処理槽１からの有機性排水を流入調整槽２に移送するラインに返送しても良く、また、生物処理槽３の嫌気槽３ａに返送するようにしても良く、要は、濃縮汚泥を有機性排水に混合するように返送できれば良い。なお、濃縮汚泥を生物処理槽３の嫌気槽３ａに返送する場合には、微生物菌体含有汚泥の殻軟化・殻破壊を十分に進行させるべく、嫌気槽３ａでの滞留時間が長くなるように構成するのが好ましい。そして、このように濃縮汚泥を嫌気槽３ａに返送する場合には、流入調整槽２は不要とされる。

また、上記実施形態においては、濃縮槽５の好気層Ｄの上澄液及び希薄な汚泥、無酸素層Ｃの汚泥を有機酸含有液返送ラインＬ２により生物処理槽３の嫌気槽３ａに返送するようにしているが、流入調整槽２からの有機性排水を嫌気槽３ａに移送するラインに返送しても良く、要は、有機酸含有液を有機性排水に混合するように返送できれば良い。

また、上記実施形態においては、固液分離槽４を沈殿槽としているが、沈殿槽に代えて例えば膜分離槽（膜分離装置）等を用いることも可能である。

さらにまた、上記実施形態においては、生物処理槽３を生物学的脱窒ができるＡ２Ｏ法によるものとしているが、例えばＡＯ法によるものを採用することも可能であり、また、生物学的脱窒ができる他の活性汚泥法によるものを採用することも可能である。

本発明の実施形態に係る有機性排水処理装置を示す概略構成図である。 図１中の濃縮槽の状態を示す概略図である。 微生物菌体含有汚泥の酸化還元電位の差によるメタンガス発生状況を経時的に示す線図である。

符号の説明

２…流入調整槽（調整槽）、３…生物処理槽、３ａ…嫌気槽、３ｂ…無酸素槽、３ｃ…好気槽、４…固液分離槽、５…濃縮槽（沈殿槽）、１００…有機性排水処理装置、Ａ…絶対嫌気層、Ｂ…微嫌気層、Ｃ…無酸素層、Ｄ…好気層、Ｌ１…濃縮汚泥返送ライン、Ｌ２…有機酸含有液返送ライン。

Claims (2)

1. 有機性排水を、嫌気状態と好気状態とを有する生物処理槽で生物学的脱窒し、
   前記生物処理槽で生物処理した生物処理水を、固液分離槽で微生物菌体含有汚泥と処理水とに分離し、
   前記固液分離槽で固液分離した前記微生物菌体含有汚泥を、下から上へ順に、酸化還元電位が−４００ｍＶ以下の絶対嫌気層、０〜−３５０ｍＶの微嫌気層、通性好気性菌である有機酸生成菌により酸発酵が行われて有機酸が生成される無酸素層及び好気層の四層へ沈殿分離する沈殿槽である濃縮槽で濃縮し、
   前記沈殿槽で沈殿分離した前記絶対嫌気層の汚泥及び前記微嫌気層の汚泥からなる濃縮汚泥を、前記生物処理槽の前段又は前記生物処理槽の嫌気状態にある領域において前記有機性排水に混合するように返送し、
   前記沈殿槽で沈殿分離した前記無酸素層の汚泥、前記好気層の汚泥及び上澄液を前記生物処理槽に返送し、
   前記有機性排水及び前記濃縮汚泥を調整槽に導入して当該調整槽で混合し、
   前記調整槽で前記濃縮汚泥と混合した有機性排水を、前記生物処理槽に導入する
   ことを特徴とする有機性排水処理方法。
2. 有機性排水を、嫌気状態と好気状態とを有して生物学的脱窒する生物処理槽と、
   前記生物処理槽で生物処理された生物処理水を、微生物菌体含有汚泥と処理水とに固液分離する固液分離槽と、
   前記固液分離槽で固液分離された前記微生物菌体含有汚泥を、下から上へ順に、酸化還元電位が−４００ｍＶ以下の絶対嫌気層、０〜−３５０ｍＶの微嫌気層、通性好気性菌である有機酸生成菌により酸発酵が行われて有機酸が生成される無酸素層及び好気層の四層へ沈殿分離する沈殿槽である濃縮槽と、
   前記沈殿槽で沈殿分離した前記絶対嫌気層の汚泥及び前記微嫌気層の汚泥からなる濃縮汚泥を、前記生物処理槽の前段又は前記生物処理槽の嫌気状態にある領域において前記有機性排水に混合するように返送する濃縮汚泥返送ラインと、
   前記沈殿槽で沈殿分離した前記無酸素層の汚泥、前記好気層の汚泥及び上澄液を前記生物処理槽に返送する有機酸含有液返送ラインと、
   前記有機性排水及び前記濃縮汚泥返送ラインからの前記濃縮汚泥を混合する調整槽と、
   を具備し、
   前記生物処理槽へ、前記調整槽で前記濃縮汚泥と混合された有機性排水が導入される有機性排水処理装置。

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