JP6839047B2 - 消化汚泥脱離液の処理方法、その処理装置並びに排水処理方法及び排水処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、消化汚泥脱離液の処理方法、その処理装置並びに排水処理方法及び排水処理装置に関する。
下水や工場廃水などの原水に含まれる有機成分を処理することを目的として、微生物の同化および異化反応を利用する活性汚泥法が広く用いられている。
また、有機物を処理し、かつ、連続通水式で好気性条件下において安定的にグラニュール（粒状の微生物汚泥）を形成することが可能な好気性グラニュールの形成方法も開示されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、特許文献１においては、連続通水する原水のＣ／Ｎ比（全有機炭素（ＴＯＣ）／全窒素（ＴＮ））を７以下となるように調整することが好ましいことが記載されている。
また、半回分式生物処理装置にて安定してグラニュールを形成し、連続式生物処理装置へ供給することを可能とする排水処理装置及び排水処理方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、特許文献２においては、余剰汚泥の濃縮、消化及び脱水のうち少なくともいずれか１つの処理から得られる脱離水を間欠的に導入して生物処理を行い、グラニュールを形成する半回分式生物処理装置が記載されている。
しかし、上記特許文献１に開示された技術のように、原水のＣ／Ｎ比（全有機炭素（ＴＯＣ）／全窒素（ＴＮ））を７に向かって大きくしていくと、硝化菌の活性が低下するばかりでなく、好気性グラニュール以外の雑菌が発生しやすく、好気性グラニュールが安定しなくなり、長期運転が出来なくなるという問題点があった。
また、上記特許文献２に開示された技術では、余剰汚泥の消化処理から得られる脱離水を半回分式生物処理装置に導入することも記載されているが、これはあくまで前記半回分式生物処理装置から排出されるグラニュールを前記連続式生物処理装置に供給することを前提にしているものである。
したがって、余剰汚泥の消化処理から得られる脱離水（これを「消化汚泥脱離液」と称す）を如何に安定して処理（硝化および脱窒）するかに関しては、何らの言及がない。当然、前記処理後の処理水を排水処理装置として、単に排水処理する以外に、どのように取り扱うかの言及もない。
本発明の目的は、好気性グラニュールを用いて、消化汚泥脱離液を長期的に安定して処理（硝化および脱窒）可能な消化汚泥脱離液の処理方法、その処理装置並びに排水処理方法及び排水処理装置を提供することにある。
この目的を達成するために、第１発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法は、
好気性グラニュールを含有する処理槽に、消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを供給する供給工程と、
前記消化汚泥脱離液の窒素濃度と前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の炭素濃度とをそれぞれ測定する濃度測定工程と、
前記炭素濃度／前記窒素濃度が所定範囲の値になるように、前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御する制御工程と、
を有したことを特徴とする。
好気性グラニュールを含有する処理槽に、消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを供給する供給工程と、
前記消化汚泥脱離液の窒素濃度と前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の炭素濃度とをそれぞれ測定する濃度測定工程と、
前記炭素濃度／前記窒素濃度が所定範囲の値になるように、前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御する制御工程と、
を有したことを特徴とする。
また、第２発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法は、第１発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法において、前記炭素濃度がＢＯＤ換算値であることが好ましい。
また、第３発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法は、第２発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法において、前記窒素濃度がＴ−Ｎ換算値であり、前記炭素濃度／前記窒素濃度が０．３を超え３未満であることが好ましい。
また、第４発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法は、第１〜第３発明のいずれか１つの発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法において、前記処理槽は回分式であることが好ましい。
また、第５発明に係る排水処理方法は、連続的に流入する排水を生物処理する連続式生物処理装置の生物反応槽に、第１〜第４発明のいずれか１つの発明に係る消化汚泥脱離液の処理方法により得られる前記処理槽内の処理水を返送する処理水返送工程を有したことを特徴とする。
また、第６発明に係る消化汚泥脱離液の処理装置は、
好気性グラニュールを含有する処理槽と、
前記処理槽に消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを供給する供給路と、
前記消化汚泥脱離液の窒素濃度と前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の炭素濃度とをそれぞれ測定する濃度測定手段と、
前記炭素濃度／前記窒素濃度が所定範囲の値になるように、前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御する制御手段と、
を有したことを特徴とする。
好気性グラニュールを含有する処理槽と、
前記処理槽に消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを供給する供給路と、
前記消化汚泥脱離液の窒素濃度と前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の炭素濃度とをそれぞれ測定する濃度測定手段と、
前記炭素濃度／前記窒素濃度が所定範囲の値になるように、前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御する制御手段と、
を有したことを特徴とする。
また、第７発明に係る排水処理装置は、
連続的に流入する排水を生物処理する生物反応槽を備えた連続式生物処理装置と、
第６発明に係る消化汚泥脱離液の処理装置と、
前記処理装置の処理槽内の処理水を前記生物反応槽に返送する返送路と、
を有したことを特徴とする。
連続的に流入する排水を生物処理する生物反応槽を備えた連続式生物処理装置と、
第６発明に係る消化汚泥脱離液の処理装置と、
前記処理装置の処理槽内の処理水を前記生物反応槽に返送する返送路と、
を有したことを特徴とする。
上記構成により、好気性グラニュールを用いて、消化汚泥脱離液を長期的に安定して処理（硝化および脱窒）可能な消化汚泥脱離液の処理方法、その処理装置並びに排水処理方法及び排水処理装置を提供できる。
本発明者は、如何にすれば、好気性グラニュール（粒状の好気性微生物汚泥）を用いて、消化汚泥脱離液を長期的に安定して処理（硝化および脱窒）可能な消化汚泥脱離液の処理方法、その処理装置並びに排水処理方法及び排水処理装置を提供できるのか鋭意研究を行った。その結果、以下に説明するような構成を採用することで初めて目的を達成できることを見出した。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明が処理対象とする有機性排水は、例えば、下水排水、食品工場などからの排水である。
（排水処理装置および消化汚泥脱離液の処理装置の構成）
図１および図２において、１は最初沈殿槽、２は生物反応槽、３は最終沈殿槽、４は機械濃縮手段としての例えばベルト型濃縮機、５は濃縮機としての例えば加圧浮上槽、６は消化槽、７は脱水装置、８は好気性グラニュールを含有する処理槽（「好気グラニュール処理槽」と称す）、１１は各種有機物質を含む下水等の排水の流入路、１２、１３、１５、１６、１７、１９、２０、２１、２４、２６、３３は供給路、１４は流出路、２３は供給管、２５は流出管、１８、２２はＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ、全有機炭素）計、２７はアンモニア計、３０は制御手段、３１は信号路、３２は弁である。４０は好気グラニュール処理槽８、供給路１７、ＴＯＣ計１８、供給路２１、 ＴＯＣ計２２、供給路２６、アンモニア計２７、制御手段３０、信号路３１と弁３２を有した消化汚泥脱離液の処理装置である。
次に、本発明に係る排水処理装置および消化汚泥脱離液の処理装置の運転動作について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１において、流入路１１から排水が最初沈殿槽１に供給される。この供給された排水が最初沈殿槽１で固液分離され、それぞれ初沈生汚泥と分離液となる。
上記分離液は供給路１２から生物反応槽２へ送られ、この分離液に空気を吹き込み、分離液中の有機物を二酸化炭素等に変換する活性汚泥を用いた好気性生物処理が施され、その処理水が供給路１３から最終沈殿槽３に供給される。この供給された処理水が最終沈殿槽３で固液分離され、それぞれ余剰汚泥と処理水となる。この浄化された処理水が流出路１４から放出される。尚、最終沈殿槽３で沈降した汚泥の一部は、生物反応槽２へ返送される（図示せず）。
一方、供給路１５からベルト型濃縮機４に供給した上記初沈生汚泥は濃縮脱水され、濃縮生汚泥と濃縮脱水分離液が得られ、この濃縮脱水分離液は供給路１７から好気グラニュール処理槽８に供給される（供給工程）。尚、供給路１７から好気グラニュール処理槽８に供給される濃縮脱水分離液は、ＴＯＣ計１８により炭素濃度が計測される（濃度測定工程）。
また、供給路１９から加圧浮上槽５に供給した上記余剰汚泥は濃縮され、濃縮余剰汚泥と分離液が得られ、この分離液は供給路２１から好気グラニュール処理槽８に供給される（供給工程）。尚、供給路２１から好気グラニュール処理槽８に供給される分離液は、 ＴＯＣ計２２により炭素濃度が計測される（濃度測定工程）。
また、供給路１５からベルト型濃縮機４側へ引抜かれる初沈生汚泥の量が増加する分、供給路１９から加圧浮上槽５に供給される余剰汚泥は相対的に減少する。したがって、供給路２０から消化槽６に供給した上記濃縮余剰汚泥中の固形物と有機物の量も、上記濃縮生汚泥中の固形物と有機物の量が増加した分、相対的に減少する。よって、供給路１７から好気グラニュール処理槽８に供給される濃縮脱水分離液中の炭素源に比べて、供給路２１から好気グラニュール処理槽８に供給される分離液中の炭素源も相対的に減少する。
特に、ベルト型濃縮機４を経由し、消化槽６側へ移行する有機物の量が増加する（すなわち、供給路１６から消化槽６に供給した濃縮生汚泥中の有機物の量が増加する）ことは、最初沈殿槽１で分離された分離液中の有機物量が少なくなり、生物反応槽２側へ移行する有機物の量が減少することを意味する。したがって、生物反応槽２で活性汚泥法を用いて処理する際に必要な空気の送風量を低減可能な排水処理方法および排水廃水処理設備が実現できるようになる。また、生物反応槽２で処理しなければならない有機物量が減少するため、必要な空気の送風量も少なくなり、この工程での消費電力も低減される（例えば、送風機の電力費を低減できる）。さらに、生物反応槽２で処理しなければならない有機物量が減少するため、最終沈殿槽３から供給路１９を経由して供給される余剰汚泥の発生量も低減される。
供給路１６から供給される上記濃縮生汚泥と供給路２０から供給される上記濃縮余剰汚泥は、それぞれ消化槽６において嫌気条件下で消化処理され、メタンガスを主成分とする消化ガスに転化されるとともに消化汚泥が得られる。消化ガスは供給管２３を通って供給され、消化汚泥は供給路２４から脱水装置７に供給される。上述したように、生物反応槽２で二酸化炭素等に変換処理される有機物量が減少し、ベルト型濃縮機４を経由し、消化槽６側へ移行する易分解の有機物の量が増加するため、消化槽６の加温や発電用ガスエンジン用の燃料として有用な消化ガス（例えば、メタンガスを主成分とする）が消化槽６で高効率に発生できることを示している。
次に、供給路２４から脱水装置７へ送られた消化汚泥は、脱水装置７で固液分離され、それぞれ脱水ケーキと消化汚泥脱離液となる。脱水ケーキは流出管２５を通って流出し、消化汚泥脱離液は供給路２６から好気グラニュール処理槽８に供給される（供給工程）。尚、供給路２６から好気グラニュール処理槽８に供給される消化汚泥脱離液は、アンモニア計２７により窒素濃度が計測される（濃度測定工程）。
また、上記ＴＯＣ計１８により計測された炭素濃度とＴＯＣ計２２により計測された炭素濃度の合計量／上記アンモニア計２７により計測された窒素濃度が所定範囲の値になるように、制御手段３０から発せられ、信号路３１を伝送し弁３２に届く制御信号で弁３２を調節することにより、供給路１７から好気グラニュール処理槽８に供給される初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御するように構成されている（制御工程）。
例えば、上記ＴＯＣ計１８および ＴＯＣ計２２により計測される炭素濃度は、ＢＯＤ（ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ）に換算され、上記アンモニア計２７により計測される窒素濃度はＴ−Ｎ（Ｔｏｔａｌ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ、総窒素）に換算される。その換算値より算出した炭素濃度の合計量／窒素濃度が所定範囲の値（０．３を超え３未満）になるように制御すればよい。０．３以下である場合は、上記消化汚泥脱離液の脱窒が炭素源不足から十分に行えなくなり、３以上では硝化菌の活性が低下するばかりでなく、好気性グラニュール以外の雑菌が発生しやすく、グラニュールが安定しなくなり、長期運転が出来なくなる。これらの点を考慮すると、より好ましくは、炭素濃度／窒素濃度が１．６である。
次に、図２を用いながら、消化汚泥脱離液の処理装置４０を構成する好気グラニュール処理槽８について、詳述する。好気グラニュール処理槽８は、回分式である。
図２（ａ）は、好気グラニュール処理槽８の底に散気装置８ａが設置され、その上に好気グラニュール処理槽８の約半分の体積を占めるように、好気性グラニュール８ｂを充填する工程を示す。この状態では、好気グラニュール処理槽８に約半分の空間がある。
図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す約半分の空間に、炭素濃度の合計量／窒素濃度が所定範囲の値（０．３を超え３未満）になるように制御しながら、供給路１７から濃縮脱水分離液、供給路２１から分離液および供給路２６から消化汚泥脱離液をそれぞれ好気グラニュール処理槽８の液面８ｃまで供給する工程を示す。
図２（ｃ）は、散気装置８ａから空気（酸素）を約４〜５時間、供給することにより、撹拌混合する工程を示す。８ｄは液面である。この状況では、好気性グラニュール８ｂの表面近傍で硝化反応、同内部で脱窒反応が起こる。
図２（ｄ）は、図２（ｃ）に示す撹拌混合を停止し、５ｍ／ｈの沈降分離で好気性グラニュール８ｂ等の汚泥を沈殿させる工程を示す。以上により、好気性グラニュール８ｂを用いて、消化汚泥脱離液を長期的に安定して処理（硝化および脱窒）可能になる。また、この処理にあたって、炭素源として初沈生汚泥の濃縮脱水分離液が主として利用されるため、メタノールなどの系外からの炭素源の投入量を削減できる効果がある。
また、図２（ｄ）に示すように、好気性グラニュール８ｂ等の汚泥は、好気グラニュール処理槽８の下半分に沈殿させたままにして、消化汚泥脱離液が処理（硝化および脱窒）された処理水８ｅの上半分程を供給路３３から図１に示す生物反応槽２に返送する（処理水返送工程）。８ｆは液面である。
上述したように、消化汚泥脱離液の処理（硝化および脱窒）のために、初沈生汚泥の濃縮脱水分離液中の炭素源（有機物に由来する炭素源）が消費されることで、消化汚泥脱離液中の窒素源が除去されるとともに生物反応槽２に返送される処理水８ｅ中の炭素源量も少なくなる。したがって、生物反応槽２で処理しなければならない有機物量が減少するため、生物反応槽２で活性汚泥法を用いて処理する際に必要な空気の送風量をさらに低減可能な排水処理方法および排水処理装置が実現できるようになる。そのため、この工程での消費電力もさらに低減される（例えば、送風機の電力費をさらに低減できる）。
本実施形態においては、好気グラニュール処理槽８に消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを供給する以外に、余剰汚泥を濃縮して得られた分離液を供給路２１から好気グラニュール処理槽８に供給する例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。少なくとも、消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを好気グラニュール処理槽８に供給する構成であれば構わない。
また、本実施形態においては、供給路１７から好気グラニュール処理槽８に供給される濃縮脱水分離液および供給路２１から好気グラニュール処理槽８に供給される分離液は、それぞれ炭素濃度のみが計測される例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、炭素濃度に加えて窒素濃度も計測する構成が、より好ましい。
また、本実施形態においては、供給路２６から好気グラニュール処理槽８に供給される消化汚泥脱離液は、窒素濃度のみが計測される例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、窒素濃度に加えて炭素濃度も計測する構成が、より好ましい。
何故ならば、上記濃縮脱水分離液および分離液および消化汚泥脱離液の各炭素濃度および窒素濃度を計測し、合計した炭素濃度／合計した窒素濃度が所定範囲の値（０．３を超え３未満）になるように制御すれば、好気性グラニュール８ｂを用いて、消化汚泥脱離液を長期的に安定して、かつ、より効率的な処理（硝化および脱窒）可能になる。
なお、本実施形態においては、供給路１７のみに弁３２を設けて制御手段３０により、初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御する例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、供給路２１、２６にもそれぞれ弁を設けて、炭素濃度の合計量／窒素濃度が所定範囲の値になるように制御手段３０により、供給路２１から供給される分離液や供給路２６から供給される消化汚泥脱離液の各供給量を制御してもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
１ 最初沈殿槽
２ 生物反応槽
３ 最終沈殿槽
４ ベルト型濃縮機
５ 加圧浮上槽
６ 消化槽
７ 脱水装置
８ 好気グラニュール処理槽
８ａ 散気装置
８ｂ 好気性グラニュール
８ｃ、８ｄ、８ｆ 液面
８ｅ 処理水
１１ 流入路
１２、１３、１５、１６、１７、１９、２０、２１、２４、２６、３３ 供給路
１４ 流出路
２３ 供給管
２５ 流出管
１８、２２ ＴＯＣ計
２７ アンモニア計
３０ 制御手段
３１ 信号路
３２ 弁
４０ 消化汚泥脱離液の処理装置
２ 生物反応槽
３ 最終沈殿槽
４ ベルト型濃縮機
５ 加圧浮上槽
６ 消化槽
７ 脱水装置
８ 好気グラニュール処理槽
８ａ 散気装置
８ｂ 好気性グラニュール
８ｃ、８ｄ、８ｆ 液面
８ｅ 処理水
１１ 流入路
１２、１３、１５、１６、１７、１９、２０、２１、２４、２６、３３ 供給路
１４ 流出路
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２５ 流出管
１８、２２ ＴＯＣ計
２７ アンモニア計
３０ 制御手段
３１ 信号路
３２ 弁
４０ 消化汚泥脱離液の処理装置
Claims (7)
- 好気性グラニュールを含有する処理槽に、消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを供給する供給工程と、
前記消化汚泥脱離液の窒素濃度と前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の炭素濃度とをそれぞれ測定する濃度測定工程と、
前記炭素濃度／前記窒素濃度が所定範囲の値になるように、前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御する制御工程と、
を有したことを特徴とする消化汚泥脱離液の処理方法。 - 前記炭素濃度がＢＯＤ換算値であることを特徴とする請求項１に記載の消化汚泥脱離液の処理方法。
- 前記窒素濃度がＴ−Ｎ換算値であり、前記炭素濃度／前記窒素濃度が０．３を超え３未満であることを特徴とする請求項２に記載の消化汚泥脱離液の処理方法。
- 前記処理槽は回分式であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の消化汚泥脱離液の処理方法。
- 連続的に流入する排水を生物処理する連続式生物処理装置の生物反応槽に、請求項１〜４のいずれか１項に記載の消化汚泥脱離液の処理方法により得られる前記処理槽内の処理水を返送する処理水返送工程を有したことを特徴とする排水処理方法。
- 好気性グラニュールを含有する処理槽と、
前記処理槽に消化汚泥脱離液と初沈生汚泥の濃縮脱水分離液とを供給する供給路と、
前記消化汚泥脱離液の窒素濃度と前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の炭素濃度とをそれぞれ測定する濃度測定手段と、
前記炭素濃度／前記窒素濃度が所定範囲の値になるように、前記初沈生汚泥の濃縮脱水分離液の供給量を制御する制御手段と、
を有したことを特徴とする消化汚泥脱離液の処理装置。 - 連続的に流入する排水を生物処理する生物反応槽を備えた連続式生物処理装置と、
請求項６に記載の消化汚泥脱離液の処理装置と、
前記処理装置の処理槽内の処理水を前記生物反応槽に返送する返送路と、
を有したことを特徴とする排水処理装置。
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