JP4866570B2

JP4866570B2 - 排水処理装置

Info

Publication number: JP4866570B2
Application number: JP2005159280A
Authority: JP
Inventors: 正章吉野
Original assignee: Maezawa Industries Inc
Current assignee: Maezawa Industries Inc
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2025-05-31
Also published as: JP2006305536A

Description

本発明は、排水処理装置に関し、特に、生物学的脱リン法と硝化脱窒法とを組み合わせた嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ法）による排水処理に適した排水処理装置に関する。

下排水の排水処理方法として、リンや窒素のような栄養塩類を除去するため、嫌気好気法のようなリン除去法、硝化脱窒法のような窒素除去法が広く知られており、さらに、生物学的脱リン法と硝化脱窒法とを組み合わせた嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ法）も知られている。このような各種排水処理方法において、嫌気処理を行う嫌気槽や無酸素処理を行う無酸素槽では、流入水中の溶解性有機物濃度が低下すると、リンや窒素の処理効率が低下してしまい、装置全体としてのリンや窒素の除去効率が低下してしまうことがある。

このため、最初沈殿池の汚泥を最初沈殿池に循環させ、最初沈殿池における汚泥の滞留時間を長くすることにより、最初沈殿池内で有機酸を生成させ、この有機酸をリンや窒素の処理に利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、初沈汚泥を汚泥微細化装置により微細化して生物反応槽へ直接投入することにより、生物反応槽での有機物濃度の低下を補うことも提案されている（特許文献２参照。）。
特開２００４−１０５８７２号公報特開２００３−１５４３８８号公報

しかし、特許文献１に記載されたものでは、雨天時や雨天後における有機酸の生成効率が低くなり、特に、雨天が続くと十分な量の有機酸が得られなくなることがあった。また、特許文献２に記載されたものでは、初沈汚泥を完全に微細化しないと、微細化が不十分な固形物が生物反応槽に流入して最終沈殿池で汚泥として分離されるため、この固形物が余剰汚泥中に混入することがあり、余剰汚泥の処理に悪影響を及ぼすことになる。

そこで本発明は、初沈汚泥から効率よく有機酸を生成させることができるとともに、固形物が生物反応槽に流入することも防止でき、脱リンや脱窒を効率よく行うことができる排水処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、最初沈殿池の流出水を生物反応槽に導入して排水処理を行う排水処理装置において、前記最初沈殿池から引き抜いた初沈汚泥の一部を破砕するための破砕機と、該破砕機で破砕した初沈汚泥を前記最初沈殿池に導入する破砕汚泥導入経路とを備え、該破砕汚泥導入経路が、前記破砕機で破砕された初沈汚泥を空気に接触させて前記最初沈殿池に導入する空気接触経路と、前記破砕機で破砕された初沈汚泥を空気に接触させずに前記最初沈殿池に導入する空気非接触経路とを備えていることを特徴としている。

また、前記破砕汚泥導入経路は、前記破砕機で破砕された初沈汚泥を滞留させて有機酸発酵させる有機酸発酵槽を備えていることを特徴とし、さらに、前記有機酸発酵槽内の初沈汚泥を前記破砕機に戻して再破砕するための循環経路を備えていることを特徴としている。

本発明の排水処理装置によれば、初沈汚泥を破砕機で破砕してから最初沈殿池に循環させるため、最初沈殿池内での有機酸生成効率を向上させることができる。また、破砕機と循環ポンプとを兼用させることにより、機器費の低減が可能となる。さらに、破砕後の初沈汚泥を空気に接触させてから最初沈殿池に循環導入することによってメタン生成菌の増殖を抑制でき、空気接触経路と空気非接触経路とを設け、最初沈殿池内の状況に応じて両経路を使い分けることにより、メタン生成菌の増殖抑制及び有機酸の消費抑制が図れる。

また、破砕した初沈汚泥を有機酸発酵槽で発酵させることにより、有機酸の発酵効率を更に向上させることができる。また、発酵後の有機酸を含む初沈汚泥を最初沈殿池に導入することにより、固形物が生物反応槽に流入することを防止できる。さらに、有機酸発酵槽と破砕機との間で汚泥を循環させることにより、固形物をより微細化することができ、有機酸の発酵効率を更に向上させることができる。このようにして有機酸を生成することにより、生物反応槽における脱リンや脱窒を、確実にかつ効率よく行うことができる。また、既存の設備にも対応可能である。

図１は本発明の排水処理装置の第１参考例を示す概略系統図である。この排水処理装置は、生物反応槽１１の前段に最初沈殿池１２を、後段に最終沈殿池１３をそれぞれ配置するとともに、最終沈殿池１３から引き抜いた汚泥を生物反応槽１１の上流部に返送する返送汚泥経路１４と、前記汚泥の一部を余剰汚泥として取り出す余剰汚泥経路１５と、最初沈殿池１２から引き抜いた初沈汚泥を取り出す初沈汚泥引抜経路１６とを備え、さらに、初沈汚泥引抜経路１６に引き抜いた初沈汚泥の一部を破砕する破砕機１７と、該破砕機１７で破砕された初沈汚泥を滞留させて有機酸発酵させる有機酸発酵槽１８と、該有機酸発酵槽１８で発酵処理した初沈汚泥を前記最初沈殿池１２に導入する有機酸導入経路１９とを備えている。

前記生物反応槽１１の構成は任意であり、嫌気槽と好気槽とを組み合わせてリンを除去する嫌気好気法、無酸素槽と好気槽とを組み合わせて窒素を除去する硝化脱窒法、あるいは、嫌気槽、無酸素槽及び好気槽を組み合わせてリン及び脱窒を同時に除去する嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ法）のいずれにも適用可能であるが、高度処理性能が高く、閉鎖性水域等における良好な水環境の創出に向けて大都市を中心に普及が進みつつある嫌気無酸素好気法に適用することにより、生物反応槽１１での生物学的脱りん法と硝化脱窒法とを効果的に行うことができる。

破砕機１７は、初沈汚泥を完全に微細化する必要はなく、２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下程度の大きさに破砕できれば各種構成の破砕機を使用することが可能であり、例えば、ミルやミキサー、破砕機構付きポンプ等の各種破砕手段を用いることができる。

有機酸発酵槽１８は、初沈汚泥を酸素の存在しない環境下に保持し、有機物を生物分解させる嫌気性消化を行うものであって、初沈汚泥のｐＨや汚泥滞留時間等の条件を制御することにより、主として酸生成菌と呼ばれる通性嫌気性菌群の作用で、初沈汚泥中のセルロースを含む炭水化物、タンパク質、脂肪等の高分子有機物を、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸を含む揮発性有機物と低級アルコール類とに加水分解する。この有機酸発酵槽１８において、初沈汚泥をｐＨ５．５程度に維持することによって高い有機酸生成率が得られ、１日程度の比較的短い滞留時間で十分な量の有機酸を生成することができる。

最初沈殿池１２からポンプ２１によって初沈汚泥引抜経路１６に引き抜かれた初沈汚泥の一部は、経路２２に分岐して破砕機１７に送られ、破砕機１７で所定の大きさに破砕される。破砕された初沈汚泥は、経路２３を通って有機酸発酵槽１８に流入し、酸素の存在しない環境下に一定時間保持されることにより、前述のように、初沈汚泥中の高分子有機物が揮発性有機物と低級アルコール類とに加水分解されて有機酸が生成する。

発酵により生成した有機酸を含む汚泥は、有機酸発酵槽１８から有機酸導入経路１９を通って最初沈殿池１２に戻される。最初沈殿池１２では、溶解性の有機酸が水中に溶解して固形物が沈殿し、有機酸が最初沈殿池１２の上澄み水とともに生物反応槽１１に流入するとともに、沈殿した固形物は再び初沈汚泥引抜経路１６に引き抜かれる。

なお、初沈汚泥引抜経路１６から破砕機１７、有機酸発酵槽１８への初沈汚泥の移送、有機酸発酵槽１８から最初沈殿池１２への有機酸含有汚泥の導入は、有機酸発酵槽１８における初沈汚泥の滞留時間にあわせて間欠的に行ってもよく、適当量を連続的に移送するようにしてもよく、生物反応槽１１における有機酸濃度に応じて行うようにしてもよく、天候に応じて行うようにしてもよい。また、一つの破砕機１７に対して複数の有機酸発酵槽１８を設置することもできる。さらに、有機酸発酵槽１８にｐＨ調節や温度調節を行う手段を設けておくようにしてもよい。

このように、破砕機１７で破砕した初沈汚泥を有機酸発酵槽１８で処理して有機酸を生成させることにより、流入水中の溶解性有機物の濃度が低いときでも、生物反応槽１１における脱リンや脱窒に必要な有機酸の濃度を十分に高めることができる。また、有機酸含有汚泥を最初沈殿池１２で再び固液分離することにより、生物反応槽１１には、最初沈殿池１２の上澄み水に溶解した有機酸は流入するが、沈降する固形物は流入しないので、余剰汚泥経路１５から引き抜く余剰汚泥中に固形物が混入することがなくなり、脱水等の汚泥処理に悪影響を与えることもない。

さらに、破砕機１７で初沈汚泥を破砕することにより、有機酸発酵槽１８での有機酸の生成効率が向上するので、初沈汚泥を破砕しない場合に比べて有機酸発酵槽１８の容積を小さくすることができる。また、有機酸発酵槽１８に流入する初沈汚泥の粒度管理が容易となり、初沈汚泥の性状の変化による影響を受けにくくなる。しかも、破砕によって初沈汚泥の流動性が向上するため、移送が容易となり、有機酸発酵槽１８の管理も容易に行うことができる。

図２は本発明の排水処理装置の第２参考例を示す概略系統図である。なお、以下の説明において、前記第１参考例で示した排水処理装置における構成要素と同一の構成要素には、それぞれ同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本参考例は、破砕機１７と有機酸発酵槽１８との間に、破砕機１７で破砕した初沈汚泥を有機酸発酵槽１８へ向かって移送する経路３１と、有機酸発酵槽１８内の初沈汚泥を破砕機１７に戻して再破砕するための循環経路３２とを設けている。このような循環経路３２を設け、初沈汚泥を、破砕機１７と有機酸発酵槽１８との間を循環させることにより、初沈汚泥中の固形物を微細化することができ、有機酸発酵槽１８における有機酸の生成効率を更に高めることができる。

図３は本発明の排水処理装置の第３参考例を示す概略系統図である。本参考例に示す排水処理装置は、最初沈殿池１２からポンプ２１によって初沈汚泥引抜経路１６に引き抜いた初沈汚泥の一部を、ポンプ４１によって破砕機１７に導入し、該破砕機１７で破砕した初沈汚泥を、破砕汚泥導入経路４２を通して前記最初沈殿池１２に導入するように形成している。

このように、流入水の状況によっては、破砕機１７で破砕して微細化した初沈汚泥を最初沈殿池１２に循環導入することにより、最初沈殿池１２を有機酸生成槽として利用することが可能であり、建設費を大幅に低減することができる。また、初沈汚泥を破砕機１７で破砕して微細化することにより、前記酸生成菌との接触の機会が増加して有機酸の生成効率を高めることができる。

図４は本発明の排水処理装置の第４参考例を示す概略系統図である。本参考例は、前記第３参考例において、前記ポンプ４１として、周知の破砕機構付きポンプ４３を使用し、初沈汚泥の搬送と破砕とを同時に行うように形成している。これにより、破砕機を別途設置することなく、１台の破砕機構付きポンプ４３を設置するのみで、初沈汚泥を破砕して最初沈殿池１２に循環導入することができ、建設費を更に低減することができる。

図５は本発明の排水処理装置の第５参考例を示す概略系統図である。本参考例は、前記第３参考例又は第４参考例において、破砕機１７で破砕した初沈汚泥を最初沈殿池１２に導入する前記破砕汚泥導入経路を、スプレーノズル４４のような汚泥を分散する手段を設けた空気接触経路４５としている。すなわち、破砕機１７で破砕した初沈汚泥をスプレーノズル４４から噴出させ、汚泥を空気と接触させてから最初沈殿池１２に導入するように形成している。

前記各参考例に示すように、破砕後の初沈汚泥を空気に接触させないで最初沈殿池１２に導入することにより、最初沈殿池１２内で酸生成菌を増殖させて有機酸を生成することができるが、一方で有機酸をメタンに転換するメタン生成菌も増殖して有機酸が消費されてしまうことがある。このメタン生成菌は嫌気性菌であるため、破砕した初沈汚泥を空気接触経路４７で空気に接触させてから最初沈殿池１２に導入することにより、最初沈殿池１２内を嫌気性菌が生育しにくい環境にできるので、メタン生成菌の増殖を抑えることができる。

図６は本発明の排水処理装置の一形態例を示す概略系統図である。本形態例は、破砕機１７で破砕した初沈汚泥を最初沈殿池１２に導入する破砕汚泥導入経路として、汚泥を空気に接触させない空気非接触経路４６と汚泥を空気に接触させる前記空気接触経路４５の双方を設置し、弁４７，４８を適宜開閉することにより、流入水の状況や最初沈殿池１２内の嫌気状態等に応じて両経路４６，４５のいずれかを切替使用したり、双方を同時に使用したりするようにしている。

前述のように、破砕した初沈汚泥を空気接触経路４５から最初沈殿池１２に導入することにより、最初沈殿池１２内でのメタン生成菌の増殖は抑えられるが、その際に溶解する酸素によって従属栄養細菌群が増殖しやすい環境になる。したがって、間欠的に空気非接触経路４６に切り替えて、あるいは、適当に空気非接触経路４６を併用して最初沈殿池１２に汚泥を導入することにより、最初沈殿池１２内の酸素量を最低限に抑えることができ、メタン生成菌及び従属栄養細菌群の増殖や活動を抑制し、生成した有機酸の消費を抑制することができる。

また、最初沈殿池１２への有機酸の供給経路としては、様々な経路が考えられるが、下水管きょ内に沈殿した有機性の固形物から酸生成菌により生成した有機酸が多いと考えられる。雨天時に雨水が下水管きょ内に流入して沈殿物が雨水によって洗い流されてしまうと、雨天時及び雨天後数日間は、最初沈殿池１２への有機酸の流入量は減少してしまう。雨天後に下水量が正常に戻ると、再び下水管きょ内に下水中の有機性固形物の一部が堆積し、その内部から有機酸が再び生成するが、有機酸の生成までは数日を要すると考えられる。

すなわち、晴天時には下水管きょから有機酸が供給されるため、最初沈殿池１２で積極的に有機酸を生成させる必要性が少ないため、空気接触経路４５を使用して破砕後の初沈汚泥を空気に接触させ、雨天時及び雨天後数日間は、下水管きょからの有機酸の供給量が減少するため、空気非接触経路４６を使用して初沈汚泥を空気に接触させずに最初沈殿池１２に導入し、有機酸を積極的に生成させることにより、最初沈殿池１２内の有機酸量を安定化させることができる。また、メタン生成菌は、増殖速度が遅いため、晴天時に汚泥を空気と接触させることによって最初沈殿池１２内をメタン生成菌が生育しにくい状態にすることができ、雨天時及び雨天後数日間は汚泥を空気と接触させなくても、メタン生成菌が顕著に増殖して有機酸を消費することはほとんどない。

なお、空気接触経路４５の構成は任意であり、経路の途中に簡単な曝気槽を設けるようにしてもよく、配管中に空気を吹き込むように形成することもできる。また、空気接触経路４５は、第１，第２参考例における破砕機１７と有機酸発酵槽１８との間に設けることも可能であり、有機酸発酵槽１８をバイパスするようにして設けることもできる。

本発明の排水処理装置の第１参考例を示す概略系統図である。本発明の排水処理装置の第２参考例を示す概略系統図である。本発明の排水処理装置の第３参考例を示す概略系統図である。本発明の排水処理装置の第４参考例を示す概略系統図である。本発明の排水処理装置の第５参考例を示す概略系統図である。本発明の排水処理装置の一形態例を示す概略系統図である。

符号の説明

１１…生物反応槽、１２…最初沈殿池、１３…最終沈殿池、１４…返送汚泥経路、１５…余剰汚泥経路、１６…初沈汚泥引抜経路、１７…破砕機、１８…有機酸発酵槽、１９…有機酸導入経路、２１…ポンプ、２２，２３、３１…経路、３２…循環経路、４１…ポンプ、４２…破砕汚泥導入経路、４３…破砕機構付きポンプ、４４…スプレーノズル、４５…空気接触経路、４６…空気非接触経路、４７，４８…弁

Claims

最初沈殿池の流出水を生物反応槽に導入して排水処理を行う排水処理装置において、前記最初沈殿池から引き抜いた初沈汚泥の一部を破砕するための破砕機と、該破砕機で破砕した初沈汚泥を前記最初沈殿池に導入する破砕汚泥導入経路とを備え、該破砕汚泥導入経路は、前記破砕機で破砕された初沈汚泥を空気に接触させて前記最初沈殿池に導入する空気接触経路と、前記破砕機で破砕された初沈汚泥を空気に接触させずに前記最初沈殿池に導入する空気非接触経路とを備えていることを特徴とする排水処理装置。
前記破砕汚泥導入経路は、前記破砕機で破砕された初沈汚泥を滞留させて有機酸発酵させる有機酸発酵槽を備えていることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
前記有機酸発酵槽内の初沈汚泥を前記破砕機に戻して再破砕するための循環経路を備えていることを特徴とする請求項２記載の排水処理装置。