JPH0125634B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は生活廃水、産業廃水などの有機物
（BOD）とともに窒素、リンを含有する有機性廃
水を処理する方法、とりわけ、リン含有率の高い
活性汚泥を生成することによつてBOD除去と硝
化、もしくはBOD除去と硝化脱窒と並行して高
効率のリン除去をはかろうとする嫌気―好気法の
改良に関するものである。 嫌気―好気法は1975年前後に南アフリカ共和国
で開発された生物学的リン除去技術であつて、従
前の活性汚泥法や循環式硝化脱窒法の被処理液流
入端に、DOもNO^- _Xも実質的に存在しない嫌気槽
を付設するだけの技術である。提案者（J.L.
Barnard；Ａ Review of Biological
Phosphorus Removal in the Activated
Sludge Process、Water SA Vol.2.No.3.July
1976）によれば、このような工程構成をとること
によりリン蓄積性の高い活性汚泥が生成され、有
機性廃液からBOD、窒素ばかりでなくリンをも
高い効率で除去できるとしている。この技術は米
国でも研究され、そこでは、このような工程構成
によつてバルキングが抑制し得ると主張されてい
る（M.Spector US Patent 4056465）。 本発明者らもこの技術に興味をもち、含成下水
による室内実験や実際下水を対象としたパイロツ
トプラント規模実験によつて、その技術効果を調
査した。その結果、幾つかの問題点を理解し、こ
の技術の適用性を広げるためにはなお多くの改良
を要することを認めた。とりわけ、リン除去や汚
泥の沈降性改善にとつて好ましい運転条件と、低
水温期においても十分な硝化を確保することが合
致しないことは、本発明を想到する基礎となつた
確認事項である。 嫌気―好気法においては、系内で除去されるリ
ン量は系内で生成される活性汚泥に含まれるリン
量に等しい。従つて定常状態では、次のような関
係が得られる。 ΔP＝φ・ΔX ここで、ΔP：系内で１日に除去されたリン量
〔Kg／日〕 φ：MLVSS中のリン含率〔Kg―Ｐ／
Kg―VSS〕 ΔX：系内で１日に発生するMLVSS量
（Kg／日） 嫌気―好気法でリン除去が通常の活性汚泥法よ
り良好に行なわれる最大の要因は、リン含率
（φ）が通常法のそれに比して1.5倍〜３倍高いこ
とにある。この値は被処理液の水質によつても異
なるが、運転操作の面からみると「気曝汚泥令」
によつて異なる。この気曝汚泥令は次のように定
義される数値である。 θ＝VX／ΔX ここで、 θ：気曝汚泥令（日） VX：気曝槽内混合液中のMLVSS量
（Kg） ΔX：系内で１日に発生するMLVSS
量（Kg／日） 第１図に示したリン含率（φ）と気曝汚泥令
（θ）の関係は、本発明者らがペプトン／グルコ
ース／酵母エキスを主成分とする合成下水を被処
理液として室内実験より得たものであるが、この
関係図から理解されるように、リン含率（φ）は
気曝汚泥令が短いほど大となり、とりわけ、気曝
汚泥令７日以下でその傾向が著しい。系内で発生
するMLVSS量（ΔX）も気曝汚泥令が短いほど
大きくなる傾向にあり、リン除去の観点からみる
と気曝汚泥令は短いほど優れている。 一方、活性汚泥の沈降性も気曝汚泥令が短いほ
ど優れている。第１図には前記実験で得られた活
性汚泥のSVIと気曝汚泥令の関係が併記されてい
るが、この図で理解されるように気曝汚泥令が５
日以下になると極端に沈降性が良くなる。この図
では省略されているが気曝汚泥令が５日以下にな
ると、活性汚泥は沈降性ばかりでなく、濃縮性に
も富むようになり、容易に（６時間で）30000
mg／以上に濃縮される。従つて、このようなプ
ロセス構成をとりしかも気曝汚泥令を５日以下に
するならば、最終沈殿池ばかりでなく濃縮槽など
の汚泥処理施設も削縮され得る。 以上のように、リン除去と活性汚泥の沈降性か
らみるならば気曝汚泥令は短いほどよい。しか
し、このような短い気曝汚泥令の運転操作が全て
の面で優れているわけではない。最大の弊害は硝
化の不安定性ないし停止である。 硝化の不安定性ないし停止は、循環式硝化脱窒
法に嫌気―好気法の原理を適用した循環式硝化脱
窒変法にとつては窒素除去機作の実質的停止を意
味し致命的なことは勿論であるが、BODとリン
除去を目的とした活性汚泥法形式の嫌気―好気法
にとつても好ましいことではない。嫌気―好気法
では最終沈殿池で沈殿した活性汚泥が嫌気化する
とリンが放出され、そのため気曝槽では良好なリ
ン除去が行なわれても処理水リン濃度が高くなる
ことがある。この現象の解決は嫌気―好気法の大
きな課題とされているが、一つの解決策は、最終
沈殿池に流入する混合液にNO^- _X（NO^- ₃／NO^- ₂）を
存在させること、すなわち該混合液を硝化するこ
とである。このような硝化をしておけば、NO^- _X
がリン放出の抑制剤になり処理水リン濃度を高め
る現象は防止できる。しかしながら、従来の嫌気
―好気法で安定した硝化を生じせしめるために
は、下記のように処理液温に対応したある一定以
上の気曝汚泥令が必要である。 25℃：5.0日以上 15℃： 8.8日以上 20℃：7.0日以上 10℃：16.8日以上 このように、従来の嫌気―好気法で硝化のため
に長い気曝汚泥令を必要とするのは、硝化をにな
う硝化菌の増殖速度が非常に遅いので気曝汚泥令
を短くして活性汚泥の入替えを速くすると、硝化
菌が活性汚泥中に存在できなくなるためと解され
る。いずれにせよ、とりわけ低処理液温では硝化
に必要な気曝汚泥令は、リン除去や活性汚泥の沈
降性からみて好ましい気曝汚泥令の範囲を越えて
いる。 本発明の目的は、このような従来の嫌気―好気
法技術に内在するリン除去及び汚泥沈降性を効果
的に行なう運転操作と、安定した硝化を確保する
運転操作の相反性を解消することにある。 すなわち、(1) 低処理液温でも安定した硝化を
確保する、 (2) 高いリン含率の活性汚泥を生成
する、 (3) 沈降性のよい活性汚泥を生成す
る、 (4) 沈殿汚泥から処理水へのリン溶
出を最少にする、 ことが可能な嫌気―好気法の改良法を提供するこ
とにある。 しかして、本発明の特徴は、従来の嫌気―好気
法がリン蓄積性の微生物と硝化菌を活性汚泥フロ
ツクに共棲させてリン除去と硝化を同時に達成せ
んとしていたところを改め、硝化は主として気曝
槽、別途に設けられた微生物床に付着した硝化菌
を用いて行ない、硝化の観点からみた気曝汚泥令
の制約を解除することによつてリン除去と汚泥沈
降性とからみて好ましい気曝汚泥令操作をできる
ようにした点にある。 本発明は、活性汚泥と被処理液をDOもNO_X ^-
も実質的に存在しない条件下で混合撹拌してて嫌
気処理し、得られた嫌気処理済み液を、後記気曝
処理工程とは別に硝化菌を付着した微生物床で硝
化処理した硝化処理済み液と一緒に脱窒処理を行
い、その脱窒処理済み液を気曝処理し、その気曝
処理工程での混合液の一部を別途設けた硝化菌が
付着した微生物床に送り硝化処理するとともに残
りを沈殿部に送り、処理水と汚泥との固液分離を
行うことを特徴とする有機性廃液の処理法であ
る。 一般に気曝槽単独で或いは脱窒槽の後の気曝槽
に微生物床を配する手法は、従来の活性汚泥法で
採用されてきたが、このような技術にあつては気
曝槽に被処理液のBODが流入したり、或いは脱
窒槽後の残液にBOD成分が一部残留するため、
微生物床には硝化菌よりもBOD酸化菌がより多
く付着し、その結果として微生物床におけるスラ
イムの増大速度ひいては剥離速度が大きくなつ
て、増殖速度の小さな硝化菌を優先的に付着させ
る点では、必ずしも有効ではなかつた。しかし本
発明の場合には、被処理液BODの大部分は嫌気
槽でリン蓄積性の活性汚泥に嫌気的に吸着される
と共に、脱窒槽で脱窒能を有する菌により酸化分
解されるとともに、残部のBODは気曝槽で完全
に除去されるため、別途設けた微生物床では硝化
菌のみが選択的に付着増殖するため、効率的な硝
化が行われ、従来の活性汚泥法において微生物床
を配する技術にくらべ、本発明では、より安定し
た硝化が可能になる。 以上のような機作のために、従来の嫌気―好気
法に微生物床を付設した本発明では気曝汚泥令が
短くても安定した硝化が可能になり、リン除去や
活性汚泥の沈降性からみて好ましい気曝汚泥令に
操作し、なおかつ硝化を遂行することができる。 以下、図示例に従つて本発明の各実施態様を説
明する。 まず第２図例はBOD除去、リン除去および硝
化を主目的とした場合である。BOD、リンおよ
びNH⁺ ₄などの還元状窒素化合物を含む被処理液
１１はDOもNO^- _Xも実質的に存在しない嫌気槽１
にみちびかれ、ここで返送活性汚泥１５と混合撹
拌され嫌気処理を受ける。この過程で活性汚泥、
とりわけそこに含まれるリン蓄積性の微生物は、
その細胞内リンを溶解性リンとなして溶液側に放
出する。このリン放出と共役して、被処理液１１
に含まれるBODの大部分は活性汚泥に非酸化的
に吸収され細胞内有機物として蓄積される。ま
た、嫌気処理済混合液１２は脱窒槽１７に導か
れ、微生物床３のある流動反応槽から成る硝化槽
２２より送られるNO_X ^-を含む循環混合液１８と
混合され脱窒処理を受ける。この脱窒処理過程に
おいて混合液に含まれる活性汚泥は、嫌気処理過
程で生成した細胞内有機物および溶液側に残留す
るBODを水素供与体とする脱窒反応によつて、
それらの有機物を酸化しながら循環混合液１８に
含まれるNO_X ^-をN₂、N₂Oなどに転換するととも
に、溶液側に存在するPO₄ ^3-の少なくとも一部を
細胞内に摂取し細胞内リンとして蓄積する。この
ようにして溶液側BODとPO₄ ^3-が減少する。 一部の残部BODおよびNH₄ ⁺が未酸化のまま残
留している脱窒処理済混合液１３′は後続の気曝
槽２に送られる。 気曝槽２の機能は、脱窒処理済混合液１３′で
残存したBODを完全に除去するためと溶液側に
存在する。PO₄ ^3-のほとんどを汚泥中に取り込む
ことであり、これに必要な気曝時間は比較的短時
間で済む。 気曝槽２で処理された混合液の一部は沈殿池供
給混合液１９として最終沈殿池４に供され、残部
は硝化槽混合液２１として、循環ポンプ８で硝化
槽２２に送られる。 このようにして生成された気曝処理済混合液
は、最終沈殿池４に導かれ、ここで処理液１４と
沈殿活性汚泥に分けられる。最終沈殿池４で沈殿
した活性汚泥の大部分は、返送ポンプ１０により
返送活性汚泥１５として処理系前端の嫌気槽１に
送られ残部は余剰活性汚泥１６として系外に排出
される。本発明の場合、バルキング問題はほとん
ど起こらないので最終沈殿池４の水面積負荷はか
なり大きくとれる。とりわけ、気曝汚泥令を５日
以下にするならば40m³／（m²・日）程度の水面積
負荷も可能である。 この実施態様では、硝化槽２２は流動反応槽と
なつている。すなわち、硝化槽２２内には細砂、
ゼオライト、粒状活性炭などの流動可能な粒子状
の微生物床３が納められており、この粒状の微生
物床３の表面に硝化菌が付着している。空気と硝
化槽供給混合液２１は下部から供給され、流動し
ている微生物床３と接触する。この接触過程で硝
化槽供給混合液２１に含まれているNH⁺ ₄はNO^- _X
へと酸化される。このようにして生成された硝化
処理済混合液は上部から流出するが、微生物床３
はその自重のために槽内に抑留される。流出する
硝化処理済混合液は循環混合液１８として脱窒槽
１７へ送られる。 本発明では、気曝処理と硝化処理が分離してい
るため、硝化処理ではより効率的な硝化が行われ
るが、沈殿池供給混合液１９は気曝処理工程から
流出するため残存するNO_X ^-量が少ない。もしこ
のために最終沈殿池４で沈降分離された沈殿活性
汚泥からリンが溶出し処理液１４のリン濃度を高
めることがあれば、硝化処理済混合液の一部を沈
殿池供給補助混合液２３として最終沈殿池４へ供
給すればよい。 なお本実施態様として、微生物床３のある流動
反応槽を示したが、この微生物床３にはハニカム
などの固定床、回転円板などの回転床などを用い
ても同様の効果が得られることは自明である。 以上述べたように本発明は、従来の嫌気―好気
法において気曝槽とは別に設けた反応槽に硝化菌
の付着した微生物床を設置し、その微生物床と混
合液を接触させることによつて、低水温であつて
も安定した硝化が確保され、その結果として、適
切な気曝汚泥令を選定することによつて高効率の
リン除去と沈降濃縮性の良好な活性汚泥の生成が
可能となるなどの効果を有するものである。 次に、本発明の実施例として室内実験の結果を
従来法と比較して紹介し、本発明の効果を明らか
にする。 比較例 １ グルコース、肉エキス、無機塩から成る合成下
水を用いて、従来の循環式硝化脱窒変法の追試験
を行なつた。実験施設のフローは第４図例に相当
し、各施設の規模は次の通りである。 嫌気槽 2.20、 気 曝 槽 5.00 脱窒槽 6.60、 最終沈殿池 1.67 最終沈殿池を除く各施設は、液温13℃の恒温水
槽に設置してある。 被処理液量は28.5／日で返送汚泥量、循環混
合液量および嫌気槽植種活性汚泥量は、それぞれ
被処理液量の0.8倍、2.5倍および1.1倍とした。気
曝汚泥令は、気曝槽から混合液を1.5／日引抜
いておよそ3.2日に制御した。その結果、気曝槽
混合液のMLVSS濃度は5300mg／、処理液に流
出するSSも含めた排泥量は被処理液量あたり290
mg―VSS／で、汚泥中のリン含率は0.065ｇ―
Ｐ／ｇ―VSSであつた。一方、30分SVI値は35〜
48ml／ｇの範囲にあり、24時間静置濃縮によつて
得られた汚泥濃度は30500ml／であつた。 第１表にみる通り、Ｏ―Ｐは気曝槽ではほぼ完
全に除去されていたが、処理液のＯ―Ｐは、気曝
槽上澄液のＯ―Ｐよりやや高かつた。これは、最
終沈殿池で沈殿汚泥よりＯ―Ｐの溶出が生じてい
たためと思われる。他方、硝化は全く生ぜず、窒
素除去率は42％にとどまつた。

【表】 比較例 ２ 比較例１の実験で硝化が全く生じなかつたの
で、気曝汚泥令を長くするために被処理液量を
9.5／日にし、その他の流量もそれに対応して
低下させた。気曝槽から引抜く混合液量は0.4
／日とし、その結果気曝汚泥令は10.3日となつ
た。気曝槽内のMLVSS濃度は5600mg／で、処
理水に流出するSSも含めた排泥量は240mg―
VSS／となつた。 第２表にみるように、硝化はほぼ完全に行なわ
れ、窒素除去の点からみれば処理成績は満足のゆ
くものであつた。しかし、汚泥中のリン含率は
0.041ｇ―Ｐ／ｇ―VSSにすぎず、そのためにリ
ン除去率は53％たらずであつた。また活性汚泥の
沈降性も次第に悪化し、30分SVI値は220〜270
ml／ｇとなつた。この時の24時間静置濃縮汚泥濃
度は21500mg／であつた。 以上のように、短い気曝汚泥令で運転した比較
例１の実験では高リン除去率と優れた汚泥の沈降
濃縮性が得られたものの、硝化は全く生ぜず、窒
素除去は不完全にしか行なわれなかつた。これに
対して、硝化を生ぜしめ得るほどに長くした場合
にはリン除去率、汚泥の沈降濃縮性とも悪化し
た。

【表】 実施例 以上のような従来の循環式硝化脱窒変法に関す
る知見を得たあとに、本発明の実験を行なつた。
実験は内部に径５cmの散気部を有する内筒管を持
つ径10cmの二重円筒管上部に小さな固液分離部を
設けた流動床型反応塔（高さ40cm、実容積３）
に粒状媒体として径0.2〜0.4mmの粒状活性炭を添
加し、気曝槽の混合液を70／日の条件で通水し
た。このときの流入水量は35／日である。実験
開始当初は余り硝化が行われなかつたが、１ケ月
経た後は硝化が十分に進行するようになつた。こ
のときの処理成績を第３表に示す。

【表】 このときの気曝汚泥令は4.3日で、気曝槽混合
液のMLVSS濃度は4800mg／であつた。また汚
泥のリン含有率も0.063ｇ―Ｐ／ｇ―vssに増加し
た。汚泥の沈降濃縮性の改善は硝化率の向上より
速く、運転開始後約２週間でSVI値は80ml／ま
で低下し、その後100〜70ml／made変動した。
このときの24時間静置濃縮汚泥濃度は28000mg／
であつた。 以上の結果をまとめると第４表のとおりであ
り、これから本発明によれば、 (1) 硝化反応が円滑に進むこと、 (2) 活性汚泥中のリン含率が高いこと、 (3) 活性汚泥の沈降性が良いこと、 (4) 沈殿汚泥から処理水へのリン溶出量が殆どな
いこと、 (5) BOD、Ｔ―Ｎ、Ｏ―Ｐの除去率が高いこと、 など多くの利点が得られることがわかる。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基礎実験の結果を示すグラ
フ、第２図は本発明の実施態様を示すフローシー
トである。 １…嫌気槽、２…気曝槽、３…微生物床、４…
最終沈殿池、８…循環ポンプ、１０…返送ポン
プ、１１…被処理液、１２…嫌気処理済混合液、
１３′…脱窒処理済混合液、１４…処理液、１５
…返送活性汚泥、１６…余剰活性汚泥、１７…脱
窒槽、１８…循環混合液、１９…沈殿池供給混合
液、２１…硝化槽供給混合液、２２…硝化槽、２
３…沈殿池供給補助混合液。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活性汚泥と被処理液をDOもNO_X ^-も実質的
   に存在しない条件下で混合撹拌して嫌気処理し、
   得られた嫌気処理済み液を、気曝処理工程とは別
   に硝化菌を付着した微生物床で硝化処理した硝化
   処理済み液と一緒に脱窒処理を行い、その脱窒処
   理済み液を気曝処理し、その気曝処理工程での混
   合液の一部を別途設けた硝化菌が付着した微生物
   床に送り硝化処理するとともに残りを沈殿部に送
   り、処理水と汚泥との固液分離を行うことを特徴
   とする有機性廃液の処理法。 ２ 前記気曝処理工程内の混合液のMLVSS量
   と、前記一連の処理工程において発生する
   MLVSS量との比（気曝汚泥令）が７日以下、好
   ましくは５日以下となるように一連の処理工程を
   行う特許請求の範囲第１項記載の処理法。