WO2000061503A1

WO2000061503A1 - Systeme de traitement d'eau du sol par boue activee et procede afferent

Info

Publication number: WO2000061503A1
Application number: PCT/JP2000/002358
Authority: WO
Inventors: Syori Onodera; Shoroku Kawauchi; Masayoshi Sasaki
Original assignee: N.S. Consultants Ltd.; Amcon Inc.; Hanshin Engineering Co., Ltd.; Environmental Facilities Management Corp.; Ohk Co., Ltd.
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2000-10-19
Also published as: KR20000049300A; EP1112968A1

Description

明細書汚水の活性スラッジ処理システム及び方法技術分野

本発明は、下水や産業廃水等の汚水の硝化、脱窒素処理に適用して有効な汚水の活性スラッジ処理システム及び活性スラッジ処理方法に関するものである。背景技術

活性スラッジ処理法による汚水浄化は、反応槽内における適切な溶存酸素の下で、活性スラッジが、汚水中の有機物を栄養源として摂取し増殖する過程で、汚水中の有機物を吸着し、酸化することによって達成する処理方法である。このため活性スラッジ処理法の設計及び運転管理においては、反応槽内の活性スラッジが汚濁源物質の有機物を吸着し、酸化して増殖する反応の平衡維持が重要である。

この反応速度は、曝気時間、活性スラッジ量、流入有機物量等の多様な因子の影響を受ける。そして、これら各因子のうち、基本的な要因である流入有機物量 [BOD (Bi ochemical Oxygen Demand : 生物化学的酸素消費量] と反応槽内の活性スラッジ量（MLSS量）との比を "BOD- MLSS負荷" で示し、この数値の範囲により各処理方法を定め、この数値を運転管理上重要な因子として使用している。例えば、標準活性スラッジ法では、 BOD- MLSS負荷値を 0. 2 から 0. 4kg/kg— SS/dayとし、長時間曝気法では、 0. 03から 0. 05kg/kg - SS/day 等としている。従って、安定的処理を行うためには、 BOD- MLSS負荷を一定に維持することが重要である。このため、適正な反応槽内のスラッジ濃度を設定し、その管理を余剰スラッジ引抜量によって行っている。

この余剰スラッジ引抜量による反応槽内のスラッジ濃度の管理方法は、流入負荷量に対し、適切な槽内スラッジ量を定めて、管理すべき槽内活性スラッジ濃度を算出し、この算出した活性スラッジ濃度に応じて、最終沈澱池から適当量の余剰スラッジを引き抜く方法を採用している。ところが、余剰スラッジ濃度は、反応槽に返送される返送スラッジと同一で、流入水量の変動とスラッジの沈降速度に大きく影響されるため、この濃度変動が大きい。この引抜きスラッジ量は、余剰スラッジ濃度と引抜き量（流量）との積である。下水処理では、流入量の変動が大きいため、余剰スラッジ濃度が大きく変動し、所定の槽内活性スラッジ濃度を維持するための引抜きスラッジ量の調整が極めて難しい。

一方、最近の水処理研究の成果によれば、活性スラッジ処理においては、 B0D-MLSS負荷よりも反応槽内の固形物（活性スラッジ）の滞留時間により定義されているスラッジ滞留時間 [SRT (Sol ids Retention Time) ]が、より基本的因子であると考えられている。このため、このスラッジ滞留時間（以下 " SRT " とレ、う）を適正に維持することが、より重要であることが明白になりつつある。 SRT は、反応槽内の活性スラッジ量と処理系の外に流出されるスラッジ量との比である。ところが、既存の最終沈殿池から余剰スラッジを引き抜く方法では、流入負荷変動により引抜きスラッジ濃度が大きく変動する。このため、 SRT を適正に維持することが極めて困難であった（スラッジの処理系外への流出量は、余剰スラッジと処理水 [SS (Suspended Sol i ds : 懸濁物質）]量との和であり、処理水 SS量が余剰スラッジ量より極めて少ないため

、処理系外への流出量は、余剰スラッジと殆ど同じ）。

そこで、上記の欠点である SRT 調整の困難さを解決するための方法として、余剰スラッジの引抜きを、最終沈澱池の返送スラッジラインから引抜かず、反応槽から、直接、引抜く方法が考案された。

即ち、この方法では、反応槽内に活性スラッジ液を定量送出するポンプを設置し、活性スラッジ液を引抜き、余剰スラッジとして処理系外へ排出する。これによつて、 SRT を常に設定された値に制御するようにしている。つまり、反応槽から直接活性スラッジを定量的に引抜くことで、流入汚水の水量、水質及び反応槽内のスラッジ濃度と返送スラッジ濃度の変化に関係なく、 SRT を一定に維持するものである。

しかし、上記の方法では、流入する水量、水質の負荷変動の小さなときには極めて有利であるが、流入負荷変動が大きい場合、例えば、観光地に立地する下水処理場のように、負荷量が観光人口により大きく左右され、しかも週末と平日とで大きく異なる場合には、 SRT を一定にすれば、反応槽内の活性スラッジ濃度（以下 "MLSS濃度" という）が変動し、負荷変動に対応するには、範囲に限界があることがわかった。

そして、活性スラ.ッジ法では、原則的に、 B0D-MLSS負荷で表現されるように、流入負荷量に対する活性スラッジ量を一定に維持することで、処理を安定させることができる。一般的に、処理施設の設計においては、流入負荷が高い時点を基準に設計される。ところが、先に述べた観光地の例のように、流入負荷変動が大きく、設計の負荷が小さい場合、上記の手段によって SRT を一定にした運転をすると、 MLSS濃度が低下する。一方、 MLSS濃度を一定にした運転では、 SRT が大きく変化する。これら双方の運転条件下で、平日の極端に負荷量が減少する場合、直接的には処理への影響は小さいが、次の週末に大きな負荷がかかる場合、処理機能が回復しない場合が多い。

特に、この傾向は、嫌気と好気とを反復することにより、硝化及び脱窒素を行う生物学的脱窒素法において顕著である。活性スラッジの硝化細菌は、負荷条件に見合う菌体量が維持される条件下では活性が維持されるが、負荷変動が大きいと、それに対応した活性を維持することは極めて困難となる。例えば、反応槽に水中曝気撹拌装置を設置して、嫌気と好気とを反復する単槽式嫌気好気法において、流入負荷量に応じたスラッジの引き抜きを行い、 MLSS濃度を一定にした運転を行うとき、平日における流入負荷量が少なく、 N H ₄ 一 N負荷が小さい状態が続く条件下では、嫌気と好気との運転時間比を、負荷が高い週末と同じモードで運転すると、スラッジ滞留時間（SRT ) または好気条件下での反応槽内の固形物滞留時間（ASRT, Aerobic Sol ids Retention Time) が長くなりすぎるため、スラッジ中の硝化菌が死滅及び/ または減少し、活性が低下する。この様な状態から急激に負荷の上昇が起きると、その変化に対応できず、処理機能が低下し、水質が悪化する。このような負荷の変動が多い処理場では、長期間にわたって活性を維持し、処理機能を保持することは難しい。

そして、このような負荷変動が大きい場合にも、充分機能を発揮することができる手段として、前述の SRT の制御を容易にする方法と、反応槽の嫌気と好気の時間比率を制御する方法とを組み合わせて、安定した処理を行う方法が考案された。

この方法では、余剰スラッジとして、反応槽から直接活性スラッジ液を流入負荷量に応じた量を引き抜く。その結果、流入負荷量が大きく変動する場合には、 SRT は変化するようになるが、嫌気処理時間に対する好気処理時間の実質的な比率を、流入負荷量に応じて調節することで、好気条件下での反応槽内の固形物滞留時間の ASRTを一定に制御することが可能になる。この方法により、極めて良好な処理性能が発揮されることが明確になった。

即ち、この活性スラッジ処理法では、嫌気と好気とを反復して、活性スラッジ処理を行う反応槽に、活性スラッジ液の一部を、直接、系外へ排出する引抜き手段を設置し、流入する負荷量に応じて、引き抜き活性スラッジ量を調節すると同時に、嫌気処理時間に対する好気処理時間の実質的な比率を、流入負荷量に応じて調節することにより、 ASRTを一定に制御するようにしたことを特徴とするものである。これを実現するために、本システムは、活性スラッジ液を反応槽から、直接、系外へ排出する手段により構成されている力反応系から排出された活性スラッジ液は、通常、脱水機により脱水ケーキとして減量して、排出されている。

上記の方法は、流入負荷量の変動にも関係なく、優れた窒素除去方法を提供するものであり、この方法を成立させている要点は、反応槽から、直接、活性スラッジ液を系外へ排出しているところにある。既存のスラッジ脱水処理は、最終沈澱槽から引抜かれる濃度の高い余剰スラッジと、最初の沈澱池からの生スラッジと、この生スラッジに混合される余剰スラッジ等を濃縮して、高濃度の濃縮スラッジ混合液として、脱水処理している。既存のスラッジ脱水処理では、スラッジ混合液の濃度（MLSS濃度）が低い場合、脱水能力が極端に低下するため、生スラッジと余剰スラッジの混合液を濃縮槽で濃縮し、 MLSS濃度 25000 から 35000mg/L 程度として、脱水処理を行っている。

一方、反応槽から直接活性スラッジ液を引き抜き、系外へ排出する場合、 MLSS濃度は、 3000mg /し程度以下であり、濃縮スラッジと比較して、約 1/10程度低いため、脱水効率は極めて悪い。

従って、既存の技術でスラッジの脱水処理を行う場合、濃縮槽、貯留槽もしくは機械濃縮装置等を必要とし、これらの建設費用が高いという難点がある。また、濃縮槽と貯留槽を利用した場合には、長時間、酸素が欠乏した状態となるため、活性スラッジが腐敗し、悪臭が発生する。さらに、反応系から生物学的脱リンを行っている場合には、活性スラッジ中に吸収されたリン力濃縮槽と貯留槽内で嫌気状態で維持されることにより、リンを再び放出してしまうという問題点が生じる。発明の開示

請求項 1記載の発明は、一つ以上の反応槽と、この反応槽のそれぞれに設置し、反応槽を嫌気攪拌及び好気攪拌のうち、いずれか一つを選択的に行う曝気撹拌手段と、沈澱スラッジを反応槽に返送させるよう構成された一つ以上の沈澱槽と、最終反応槽から、直接、活性スラッジ液を引抜いて脱水できるようにした脱水機と、各反応槽の嫌気攪拌と好気攪拌とを交互に作動させるよう、上記の曝気撹拌手段を制御する制御手段とを備える。

請求項 2記載の発明は、上記請求項 1記載の発明において、最終反応槽内の活性スラッジ液を第 1 反応槽に返送させるよう構成したものである。請求項 3記載の発明は、上記請求項 1または 2記載の活性スラッジの処理システムを使用して汚水の活性スラッジを処理する方法において、流入負荷量の増大及び減少に比例して、反応槽から、直接、活性スラッジ液を引抜いてスラッジ滞留時間（SRT) を一定に制御するようにしている。請求項 4記載の発明は、上記請求項 3において、反応槽の嫌気と好気時間比率を流入負荷量に応じて調節し、好気条件下の固形物滞留時間（ASRT) を一定に制御することで、汚水中の窒素を除去するようにしている。

上記構成の本発明のシステムによって、活性スラッジ液を反応槽へ流入負荷量の増減に応じて反応槽から、直接、引抜き、活性スラッジ量の調節と嫌気処理時間に対する好気処理時間比を調節し、 ASRTが一定になるように制御することにより、負荷変動が大きい処理施設においても、常に、良好な処理機能が発揮され、効果的な汚水処理を達成することができ、しかも濃縮槽、貯留槽等の高価な付帯設備を設置しないため、建設費用の節減が可能となる本発明の方法においては、反応槽への流入負荷量に応じ、それに反比例する SRT となるように、ポンプによって活性スラッジ液引抜き量を増大及び減少させる。即ち、流入負荷量の増大及び減少に応じ、反応槽の活性スラッジ引抜き量を増大及び減少させる。

また、本方式では、反応槽へ流入する流入負荷量に応じ、嫌気処理時間に対する好気処理時間の比率を調節する。この調節方法は、一般的に、反応槽内へ空気を送気して行う曝気時間と曝気休止時間のどちらか一方、または両方を調節することで行うことができる。

本方式は、上記の活性スラッジ引抜き量の調節と好気時間の比率調節を複合して行うことにより、 ASRTを一定に制御しょうとするものである。この AS

RTは、好気条件下においては、反応槽内の固形物の滞留時間（日）であり、次式であらわされる。

SRT = 反応槽内の活性スラッジ量（反応槽内の固形物に同じ）（kg) /余剰スラッジ量（kg/ 日） = MLSS X V Z (SSe X Qe) ここで、 MLSS：反応槽内の活性スラッジ濃度（mg/L)

(反応槽内の固形物濃度と同じ） V ：反応槽容積（m³)

Sse ：余剰スラッジ濃度（mg/L)

Qe：余剰スラッジ引抜き量（m³/ 日）

この時、余剰スラッジを反応槽から直接引抜くとすれば、 MLSSと SSe は同一になり、 SRT は次式であらわされる。

SRT = MLSS XV / (MLSSXQe) また、

HRT =24XV/Q

から、 SRT は次式であらわされる。 SRT = MLSS X (Q/24) XHRT / ( MLSS XQe) = QXHRT / (QeX24) ここで、 Q ：流入汚水量（m³/ 日）

HRT ：水理学的滞留時間（時間）

ASRT=SRT XX

X ：好気処理時間比率（一日中の好気処理時間の比率、好気処理時間 /24 時間）

即ち、 ASRTは、活性スラッジの滞留時間（SRT 、固形物の滞留時間と同じ ) の中、好気処理を受けている時間（日数）をいうものであり、嫌気及び好気処理において、 ASRTは引抜き余剰スラッジ量の調節及び好気処理時間の設定によって決定されるものである。（但し、好気処理だけの方法では、 SRT = ASRTとなる。）図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施形態 1に係る装置の概要図である。

図 2は、本発明の実施形態 2に係る装置の概要図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例について添付した図面を参照して説明する。

(実施形態 1 )

本実施形態は、本発明を単槽嫌気好気法に適用したもので、図 1に示した通り、単一の反応槽 1内には、嫌気攪拌と好機攪拌を選択的に行う水中曝気撹拌装置 2を設置している。水中曝気撹拌装置 2は、制御手段 4により、送風機 Bから空気（酸素）を提供または中断し、空気の供給を中断させるときは、汚水の混合だけを行えるようにし、それぞれ反応槽 1内に、必要な好気状態と嫌気状態とを交互に形成できるようになつている。反応槽 1には、これに隣接して、多重円盤型脱水機 9が設置されている。沈澱槽 3のスラッジは、返送スラッジとしてポンプ P 1により反応槽 1に戻され、上澄液はシステム外へ流出される。また、反応槽 1には、その底部から活性スラッジ混合液を引抜くためのポンプ P 1が設置されており、引抜かれた混合液は、多重円盤型脱水機 9に送られ、直接、脱水され、分離液は、反応槽 1に戻されるようになっている。

反応槽 1での充分な脱窒素時間を維持するため、流入汚水量を 200m³/日とし、日々の変動流入水量を 3倍に仮定すると、完全硝化のための ASRTは、約 19. 2日であった。この条件下で、好気時間と嫌気時間を、それぞれ 12hr/ 日として、本実施形態 1の装置を運転した結果、流入水の T- N は、 21. 2ないし 35. 8mg/l (平均 27. 9 mg/1 ) で、処理水の T- Nは 1. 4 ないし 3. 4 mg/1 (平均 2. 8 rag/1) 及ぴ 91. 7%の処理能力があった。

本実施形態 1では、単一反応槽に嫌気攪拌及び好機攪拌両用の水中曝気撹拌装置 2が設置されているが、攪拌専用機及びディフューザを併用して、嫌気攪拌と好気攪拌を行ってもよい。

(実施形態 2 )

本実施形態は嫌気好気循環変法の実施例で、図 2に示すように反応槽（1 aないし l e ) は多段で、本形態の場合は、 5段で縦列に配置されており、各反応槽（l aないし l e ) には、それぞれ攪拌装置 5と、送風機 Bから空気が供給される空気配管 7にバルブ 8を取り付けて接続された水中曝気撹拌装置 6を設置している。水中曝気撹拌装置 6は、バルブ 8の開閉により空気を提供したり中断させたりし、空気供給を中断すると嫌気状態になり、空気を供給すると好気状態になるようにし、最終反応槽 1 eからポンプ P 3によつて第 1 段の槽 1 aに活性スラッジ液が搬送循環される。汚水は、第 1段の反応槽 l aに供給され、例えば前部の第 1及び第 2反応槽（l a , l b ) で脱窒素反応、後部の第 3及び第 5反応槽（1 c , l d， 1 e ) で硝化反応が進行し、硝化されたスラッジ混合液の一部が、搬送 ·循環され、脱窒素される。沈澱槽 3のスラッジは、返送スラッジとして、ポンプ Pによって反応槽 1に戻り、上澄液はシステム外に流出される。

スラッジ混合液の引抜きは、最終の第 5反応槽 1 eの底部からポンプ P 2 によって行われ、この引抜かれたスラッジ混合液は、多重円盤式濃縮機を付加したベルトプレス型脱水機 1 0によって直接脱水される。本実施形態 2において、実施形態 1 と同一条件で運転した場合に、ほぼ同じ処理能力が見られた。

脱水機 1 0からの分離液は、反応槽 1 へ戻される。その他の構成については、実施形態 1 と同じである。

本実施形態 2では、多重円盤型濃縮機付きのベルトプレス型脱水機 1 0が使用されているが、複数の多重円盤式脱水機 9を使用してもよい。また、反応槽では、水中攪拌機と散気装置が利用されているが、嫌気攪拌と好気攪拌両用の水中曝気撹拌装置を利用してもよい。産業上の利用可能性

以上のように、本発明の活性スラッジ処理装置及ぴ活性スラッジ処理方法によれば、負荷変動が大きい処理場においても、常に良好な処理機能が発揮され、効率的な汚水処理を達成することができる。このため、観光地に立地する下水処理場のように、負荷量が観光客人口により大きく左右される処理場に適用した場合に有用である。

Claims

請求の範囲 1 . 一つ以上の反応槽と、この反応槽のそれぞれに設置し、反応槽を嫌気攪拌及び好気攪拌のうち、いずれか一つを選択的に行う曝気撹拌手段と、沈澱スラッジを反応槽に返送させるよう構成された一つ以上の沈澱槽と、最終反応槽から、直接、活性スラッジ液を引抜いて脱水できるようにした脱水機と、各反応槽の嫌気攪拌と好気攪拌とを交互に作動させるよう、上記曝気撹拌手段を制御する制御手段を含むことを特徴とする汚水の活性スラッジ処理

2 . 第 1項において、最終反応槽内の活性スラッジ液を最上流側の第 1反応槽に返送させるよう構成されたことを特徴とする汚水の活性スラッジ処理システム。

3 . 第 1項または第 2項の汚水の活性スラッジ処理システムを使用した汚水の活性スラッジ処理方法において、

流入負荷量の増大及び減少に比例して、反応槽から、直接、活性スラッジ液を引抜いてスラッジ滞留時間（SRT ) を所定の値に制御するようにしたことを特徴とする汚水の活性スラッジ処理方法。

4 . 第 3項において、

反応槽の嫌気と好気との時間比率を流入負荷量に応じて調節し、好気条件下の固形物滞留時間（ASRT) を所定の値に制御することで、汚水中の窒素を除去することを特徴とする汚水の活性スラッジ処理方法。