含窒素有機性廃水の処理方法及び処理装置
【課題】含窒素有機性廃水を活性汚泥処理して浄化する際に発生する余剰汚泥の量を減少させるとともに、安定した窒素の除去が可能な経済性に優れる有機性廃水の処理方法と、その方法に使用する装置を提供する。
【解決手段】含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記活性汚泥処理槽に返送する含窒素有機性廃水の処理方法において、前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥の一部又は全部を、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽にて汚泥を濃縮した後、濃縮した汚泥の一部を可溶化処理し前記活性汚泥処理槽へ返送するとともに、濃縮した汚泥の残りを前記汚泥濃縮槽から余剰汚泥として系外に引き抜くことを特徴とする含窒素有機性廃水の処理方法。
【解決手段】含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記活性汚泥処理槽に返送する含窒素有機性廃水の処理方法において、前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥の一部又は全部を、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽にて汚泥を濃縮した後、濃縮した汚泥の一部を可溶化処理し前記活性汚泥処理槽へ返送するとともに、濃縮した汚泥の残りを前記汚泥濃縮槽から余剰汚泥として系外に引き抜くことを特徴とする含窒素有機性廃水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理して浄化する処理方法及び処理装置に関するものであり、さらに詳しくは活性汚泥処理槽で発生する余剰汚泥の発生量を減少させることができるとともに、安定して廃水中の窒素を除去することのできる含窒素有機性廃水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、硝化工程と脱窒工程からなる生物学的窒素除去法において、脱窒工程における脱窒細菌の水素供与体として破砕や可溶化した汚泥を用いることが行われており、例えば、余剰汚泥をアルカリ処理した後、遠心分離し、分離液を第２の脱窒素工程へ返送する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、硝化工程で重要な役割を果たす硝化細菌は、増殖速度が比較的遅く、硝化細菌を系内で安定的に保持しようとすれば、好気的固形物滞留時間を長くする必要があり、そのためには破砕や可溶化量を多くできないため、結果的に汚泥の減量効果が低くなる問題が生じていた。逆に硝化工程の汚泥量に対して破砕や可溶化の汚泥量の比率を大きくして好気的固形物滞留時間を短くすると、特に低水温期に硝化細菌を系内に保持することが困難となり、その結果処理水の窒素濃度が高くなるという問題が生じていた。
【０００４】
また、系外への余剰汚泥の引き抜きは、通常、固液分離槽で分離された分離汚泥や活性汚泥処理槽の汚泥を、重力濃縮や機械濃縮することより行われている。しかしながら、重力濃縮では槽内の汚泥の滞留時間等によって引き抜かれる余剰汚泥濃度は大きく変化し、また機械濃縮の場合であっても安定して同じ濃度を継続することや、再現することは難しいため、正確な余剰汚泥引き抜き量を知ることはできなかった。
【０００５】
そのため、窒素除去と汚泥の減量とを安定して最大限に行うための汚泥の破砕や可溶化処理量と余剰汚泥引き抜き量を制御することは困難な問題であった。
【特許文献１】特公昭５９−４８６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するもので、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理して浄化する際に発生する余剰汚泥の量を減少させるとともに、安定した窒素の除去が可能な経済性に優れる有機性廃水の処理方法と、その方法に使用する装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、このような課題を解決するために、鋭意検討した結果、膜分離方式の汚泥濃縮槽で汚泥を濃縮することにより経済的に汚泥の可溶化処理を行うとともに、その濃度を測定し、また、余剰汚泥を当該汚泥濃縮槽から系外へ引き抜くことにより、上記した課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明の第一は、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記活性汚泥処理槽に返送する含窒素有機性廃水の処理方法において、前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥の一部又は全部を、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽にて汚泥を濃縮した後、濃縮した汚泥の一部を可溶化処理し前記活性汚泥処理槽へ返送するとともに、濃縮した汚泥の残りを前記汚泥濃縮槽から余剰汚泥として系外に引き抜くことを特徴とする含窒素有機性廃水の処理方法を要旨とするものであり、好ましくは、活性汚泥処理槽における硝化能力が低下した際に、汚泥濃縮槽内を曝気により好気状態にするとともに、汚泥濃縮槽の汚泥の一部又は全部を可溶化処理することなく活性汚泥処理槽へ返送する前記の含窒素有機性廃水の処理方法である。
【０００９】
本発明の第二は、含窒素有機性廃水を処理する活性汚泥処理槽と、処理液を固液分離する固液分離装置と、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽と、汚泥可溶化装置からなることを特徴とする含窒素有機性廃水の処理装置を要旨とするものであり、好ましくは、汚泥可溶化装置が、湿式媒体攪拌式ミルである前記の含窒素有機性廃水の処理装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可溶化処理のための汚泥濃縮槽に膜分離装置を用い、また、当該汚泥濃縮槽より系外に余剰汚泥を引き抜くため、槽に設置した汚泥濃度計を用いて可溶化処理量と、余剰汚泥量を常時監視するとともに、可溶化処理量と余剰汚泥量を調整が可能であり、活性汚泥処理槽の好気的固形物滞留時間を所定の時間以上に容易に制御することが可能となるため、安定した窒素の除去が達成でき良質な処理水質を得ることができるとともに、汚泥可溶化処理量も管理しているため、余剰汚泥発生量を安定して減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において処理の対象となる含窒素有機性廃水としては、通常の活性汚泥法によって処理される有機物を含有する廃水であれば特に限定されるものではなく、下水、し尿、食料品製造業廃水などの産業廃水、汚泥などが挙げられる。
【００１２】
本発明において、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理する方法としては、硝化工程と脱窒工程を異なる槽で行う循環式硝化脱窒法やステップエアレーション法、硝化−内生脱窒法、同一の槽で行う間欠曝気法など任意の生物学的脱窒法があげられる。
【００１３】
以下、本発明の処理方法について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１において、含窒素有機性廃水１（以下、廃水という。）は硝化工程と脱窒工程からなる活性汚泥処理槽２において処理され、有機物の除去とともに窒素除去が行われる。なお、活性汚泥処理槽の各槽の汚泥濃度は、後述の好気的固形物滞留時間の計算のために必要であり、汚泥濃度計を設置して測定しておくことが望ましい。
【００１５】
次に処理液は固液分離槽３に送られ、処理水４と分離汚泥５に分離される。分離汚泥５の一部又は全部は汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽７に送られ、残りの分離汚泥は前記活性汚泥処理槽２に返送汚泥６として返送される。分離汚泥５は汚泥濃縮槽７に設置された膜分離装置より、膜を透過した分離液８は前記活性汚泥処理槽２に返送される。また、処理水４のＳＳ濃度は後述の好気的固形物滞留時間の計算のために適宜測定する必要があり、ＳＳ濃度計を設置して測定しておくことが望ましい。
【００１６】
本発明においては、さらに、膜分離装置で濃縮された汚泥濃縮槽７の濃縮汚泥９は汚泥濃度計により濃度を測定して、汚泥可溶化装置１１へ導入され、可溶化した可溶化汚泥１２は前記活性汚泥処理槽２へ戻される。また、余剰な濃縮された汚泥は系外へ余剰汚泥１０として排出される。
【００１７】
汚泥可溶化装置１１で破砕などの可溶化を施す汚泥の量としては、汚水のＢＯＤの同化により増殖する汚泥の固形物量と、可溶化処理した汚泥の一部は活性汚泥処理工程で再度汚泥になるため、その増殖量とを考慮して目標の減量化率になるように適宜設定すればよく、通常、汚泥可溶化しない場合の余剰汚泥発生量の１〜５倍量、好ましくは２〜４倍量、最も好ましくは３〜４倍量程度の汚泥を可溶化することが好ましい。
【００１８】
また、可溶化された汚泥を戻す時間帯としては、廃水の流入量が少なく脱窒のための有機分が少なくなる、夜間などに行うことが好ましい。なお、可溶化した汚泥を戻す槽としては、循環脱窒素法やステップエアレーション法では脱窒槽に返送した場合には脱窒のための有機物として可溶化汚泥を有効に利用することができるため、脱窒槽の方が好ましい。また、間欠曝気法では脱窒工程時に返送することが好ましい。
【００１９】
本発明の処理方法においては、冬季など水温の低下により活性汚泥処理槽の硝化能力が低下した際に、汚泥濃縮槽内に設置した曝気装置により槽内を好気状態に維持し、硝化細菌の増殖に好適状態にし、また、濃縮汚泥の一部又は全部を可溶化処理することなく活性汚泥処理槽へ濃縮汚泥返送ライン１３を通して返送することにより処理水質の向上を図ることが好ましい。なお、汚泥可溶化装置を一部又は全部を運転せずに汚泥可溶化のラインより返送してもよい。
【００２０】
このように、槽内を好気状態に維持することにより、硝化細菌の硝化能力の維持と硝化細菌の増加が期待でき、また、その硝化細菌を可溶化処理して死滅させることなく活性汚泥処理槽へ返送することにより、処理水質の向上が図れる。さらに、汚泥濃縮槽を経由せずに返送するよりも、汚泥濃縮槽にて高濃度の汚泥を好気状態に保持することにより、処理装置全体の硝化細菌の硝化能力の維持と硝化細菌の増加が期待できる。なお、好気状態とは溶存酸素が槽内で検出されることをいい、槽内を好気状態に維持する方法としては、膜分離装置の洗浄に用いる曝気装置を使用してもよいが、曝気装置には、槽内の溶存酸素濃度が好ましくは１ｍｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは２ｍｇ／Ｌになるように曝気する能力が必要である。
【００２１】
なお、汚泥濃縮槽の溶存酸素濃度の設定は活性汚泥処理槽への溶存酸素の持ち込みを考慮して決定することが好ましい。また、曝気による炭酸ガスの溶け込みや硝化反応により槽内のｐＨが４以下など極端に低下する場合は、活性汚泥処理槽への影響を考慮して適宜中和を行うことが好ましい。
【００２２】
本発明の第二は、上記した処理方法を好適に実施し得る設備であって、主な構成としては、含窒素有機性廃水を処理する活性汚泥処理槽と、処理液を固液分離する固液分離装置と、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽と、汚泥可溶化装置などである。
【００２３】
図２においては、活性汚泥処理法として循環式硝化脱窒法を例として示す。活性汚泥処理槽２は脱窒槽１４と硝化槽１５からなり、脱窒槽１４は、廃水１が流入するとともに、硝化槽１５から循環液１６が流入し、循環液１６に含まれる硝酸態窒素、亜硝酸態窒素が脱窒菌の働きにより窒素ガスとして系外に除去される槽である。脱窒槽１４内には槽内の液を攪拌するために攪拌装置１７が設置されているのが好ましい。ここで用いられる攪拌装置１７としては、水中ミキサーや水中ポンプなどが挙げられる。
【００２４】
硝化槽１５は、脱窒槽１４からの液が導入される槽であって、槽内では活性汚泥による生物反応によってアンモニア態窒素が硝酸態又は亜硝酸態窒素に硝化される。硝化槽１５には、一部の槽内液を脱窒槽１４へ返送するための返送流路１６が備わっており、これにより脱窒槽１４と硝化槽１５との間で汚泥液が循環することになる。循環する液量としては、目的とする窒素除去率にもよるが、通常廃水の導入量（日平均汚水量Ｑ）の数倍（１Ｑ〜５Ｑ程度）に設定することが好ましい。汚泥水を循環させる方法として、通常、硝化槽１５に循環ポンプ装置２０を配置し、脱窒槽１４へ槽内水を送り、脱窒槽１４の槽内水は自然流下にて硝化槽１５へ送るようにするが、他の方法として、循環ポンプを脱窒槽１４に配置して、硝化槽１５へ脱窒槽１４の槽内水を送り、硝化槽１５の槽内水を自然流下にて脱窒槽１４へ循環させてもよい。
【００２５】
固液分離槽３は、含窒素有機性廃水を処理した活性汚泥処理槽２の槽内水を処理水４と分離汚泥５に分離するための槽であって、汚泥の分離方法としては重力分離や膜分離法などによって行う。分離汚泥５は汚泥ポンプ２１により一部または全部が汚泥濃縮槽７に送られ、残りの汚泥は活性汚泥処理槽２に返送汚泥として返送される。
【００２６】
本発明においては、汚泥濃縮槽７は膜分離型の汚泥濃縮装置１９を有しており、膜分離型の汚泥濃縮装置１９としては、その形式は特に限定されないが、浸漬型膜分離装置が好適である。汚泥濃縮槽７には汚泥濃度計１８と散気装置２６を配しており、浸漬型膜分離装置１９の場合では槽内の好気状態（溶存酸素の存在する状況）の確保と膜の洗浄用に下方に散気装置２６を配置する。浸漬型膜分離装置１９は、その形式は特に限定されないが、例えば、複数のろ過膜カートリッジを所定間隔で平行に配置したものが挙げられ、散気装置２６から噴出する曝気空気が気液混相流で膜面に沿ってクロスフローで流れて膜面を洗浄するようなものが好ましい。
【００２７】
余剰汚泥の濃縮と汚泥可溶化のための濃縮は通常、余剰汚泥の濃縮は重力濃縮、汚泥可溶化のための濃縮は機械濃縮など別の装置が用いられているが、本発明においては単一の槽で行うため経済的に優れている。
【００２８】
この浸漬型膜分離装置１９により、ろ過膜を透過した分離液８は、重力又は吸引ポンプ装置２４により活性汚泥処理槽２に返送されるが、処理状況に応じては系外に取り出されることとなる。
【００２９】
また、本発明においては、汚泥濃縮槽７内に汚泥濃度を測定するための汚泥濃度計１８が備えられている。汚泥濃度計１８としては、透過光式、散乱光式、マイクロ波式、超音波式など各種方式が挙げられる。また、場合によっては粘度計など汚泥濃度と相関関係にある計器を用いてもよい。なお、汚泥濃度計１８は、活性汚泥処理槽２にも設置することが望ましく、ステップエアレーション法など各槽の汚泥濃度が異なる場合では特に望ましいが、汚泥濃縮槽７の汚泥濃度と濃縮汚泥９、余剰汚泥１０の汚泥量、処理水４の水量、処理水のＳＳ濃度、分離汚泥５の汚泥量、分離液８のＳＳ濃度と、水量などから活性汚泥処理槽２の汚泥濃度を推定することが可能であるため、活性汚泥処理槽２の汚泥濃度計は、上記の水量や汚泥量などを測定する計器を備えた場合には、経済性を考慮して省いても構わない。
【００３０】
本発明の処理装置においては、汚泥可溶化装置１１が汚泥濃縮槽７の汚泥の一部を可溶化するために設置されている。槽内の濃縮汚泥を汚泥可溶化手段に送るために、汚泥供給ポンプ２３が汚泥濃縮槽７に浸漬されていることが好ましい。破砕などの可溶化処理を施された汚泥は活性汚泥処理槽２へ返送されることとなる。この際、可溶化した汚泥を戻す槽としては、脱窒槽１４又は硝化槽１５のどちらでもよいが、脱窒槽１４に返送した場合には脱窒のための有機物として可溶化汚泥１２を有効に利用することができるため、脱窒槽１４の方が好ましい。
【００３１】
本発明の処理装置において用いられる汚泥可溶化装置１１としては、汚泥を可溶化できるものであれば特にその方式に限定されるものではないが、例えば、湿式媒体攪拌式ミル、超音波、ホモジナイザー、ミキサー等による機械破砕処理装置の他、酸化剤やアルカリ処理等の化学的可溶化処理装置、熱処理装置などによって汚泥を破砕や可溶化する方法を用いた装置を挙げることができ、これらを単独で、あるいは組み合わせて用いることができる。これらの装置のうち、湿式媒体攪拌式ミルは、取り扱いが容易である他、難分解性の有機物の発生が少ないなどの点で優れているため、汚泥の破砕、可溶化装置として好ましい。
【００３２】
以下、湿式媒体攪拌式ミルについて詳しく説明する。
【００３３】
使用される破砕媒体（ビーズ）としては、ガラス、アルミナ、ジルコニアなどのビーズが挙げられ、真比重２．０〜７．０のビーズであることが好ましい。真比重が２．０より小さいと微生物の破砕が十分にできにくくなり、また真比重を７．０より大きくしても汚泥の破砕効果の向上がほとんどなく、攪拌に必要な動力が大きくなるので好ましくない。
【００３４】
また、破砕媒体の粒径としては、０．０５〜２．０ｍｍφが好ましく、特に０．２５〜１．０ｍｍφが好ましい。ビーズの粒径が２．０ｍｍφより大きいと、ビーズ間の空隙が大きくなるため汚泥を構成する数μｍ〜数十μｍのバクテリアなどの微生物を破砕しにくくなるために好ましくない。また、ビーズの粒径が０．０５ｍｍφより小さいと、スクリーンなどのビーズ分離部で分離することが困難となるため好ましくない。
【００３５】
ビーズ充填率としては、破砕効果および消費電力から５０〜１００％、特に７０〜９０％が好ましく、ディスク（ピン）先端周速としては、３〜３０ｍ／秒、特に５〜２０ｍ／秒が好ましい。また、ミル室の向きとしては、縦型、横型のいずれでもよく、破砕媒体を攪拌するための攪拌装置としてはディスク型、ピン型、ピンディスク型などが挙げられる。
【００３６】
湿式媒体攪拌式ミル処理における汚泥の滞留時間としては、導入する汚泥濃度や用いる破砕媒体などによって適宜設定するものであり、特に限定されるものではないが、通常２０秒〜２０分が好ましく、特に３０秒〜１０分が好ましい。滞留時間が２０秒よりも短いと汚泥が十分に破砕されていない可能性があり、また、２０分より長くしても消費電力が増大するだけで、破砕効果はさほど向上しない。
【００３７】
また、処理温度としては、６０℃以下が好ましく、特に４〜４０℃が好ましい。処理温度が６０℃より高いと、汚泥成分の一部が熱変性して難分解性物質となり、処理水の水質が悪化する可能性があるために好ましくない。通常、ミル処理により破砕した汚泥の温度は、処理前の汚泥に比べて１０〜３０℃程度上昇するため、夏場のように温度が高く処理温度が６０℃以上になる場合では、冷却水を用いて冷却することが好ましい。但し、通常冷却水は必要ない。
【００３８】
また、ミル処理終了後は、次の運転立ち上げを容易に行うために、ミル室内を水により洗浄することが望ましい。洗浄する水としては、水道水、処理水、汚水などを用いて行えばよい。洗浄する水の量および時間は適宜設定すればよいが、洗浄水の汚泥濃度が１重量％以下になるまで洗浄することが好ましい。
【００３９】
湿式媒体攪拌式ミル処理においては、汚泥が流動する状態であれば汚泥の破砕効果は汚泥濃度にあまり左右されない。従って、破砕処理する汚泥の濃度は汚泥が流動する状態であれば汚泥濃度が高い方が好ましい。従って、固液分離に沈殿槽を用いる場合では、固液分離後の分離汚泥の汚泥濃度は通常０．２〜１質量％程度と低いため、処理液を直接処理した場合、湿式媒体攪拌式ミルが大きくなるとともに処理量が多いため、本法では経済的に汚泥を破砕するために分離汚泥を膜分離式の汚泥濃縮槽を用いて濃縮する。濃縮汚泥濃度としては、高い程処理量が少なくなるため経済的には好ましいが、汚泥濃度が高くなると粘度も高くなり、膜分離により分離液を得ることが難しくなるため、１質量％〜４質量％が好ましく、さらには１．５質量％〜３質量％が好ましい。
【００４０】
以上、説明してきたように、第二の本発明である処理装置を用いることにより、第一の本発明の処理方法の使用をすることができるが、この際、増殖速度の遅い硝化細菌を系内に安定的に保持し、窒素を十分に除去するためには、活性汚泥処理槽での好気的固形物滞留時間を所定の時間以上になるように系内の各条件を制御することが好ましい。
【００４１】
ところで、高度処理施設設計マニュアル（案）（社団法人 日本下水道協会 平成６年）からは、例えば循環式硝化脱窒法では好気的固形物滞留時間（θＸＡ）は以下の式（１）で示されることとなるが、硝化細菌を系内に保持するためには、好気的固形物滞留時間（θＸＡ）が以下の式（２）を満たしている必要があり、また、循環式硝化脱窒法では好気的固形物滞留時間（θＸＡ）は水温と関係式（３）の式が成立することが示されている。
【００４２】
θＸＡ＝θＸ・ｔＡ／ｔ ……式（１）
θＸＡ：好気的固形物滞留時間（日）
θＸ：固形物滞留時間（日）
ｔＡ：好気タンク［硝化槽］滞留時間（時間）
ｔ：生物反応タンク［活性汚泥処理槽］滞留時間（時間）
θＸＡ＝１／μ ……式（２）
μ：硝化細菌の比増殖速度（水温Ｔ（℃）の関数）（１／日）
θＸＡ＝δ・２０．６ｅ（−０．０６２７Ｔ）……式（３）
δ：流入水Ｔ−Ｎの変動に対する補正係数 １．２〜１．５
Ｔ：水温Ｔ（℃）
ここで、本発明においては、通常の活性汚泥法と比較して汚泥発生量を減少させるために、通常、汚泥可溶化しない場合の余剰汚泥発生量の２〜４倍量程度の汚泥を可溶化することとなり、その可溶化された汚泥のほとんどは死滅するため、実際上の好気的固形物滞留時間が短くなる。
【００４３】
従って、水温と汚泥濃度計の数値に基づいて、汚泥濃度、汚泥可溶化量、余剰汚泥量、曝気時間を十分注意して設定し、系内に硝化細菌を保持する必要がある。
【００４４】
可溶化処理を行った場合の好気的固形物滞留時間（θＸＡ）の計算は破砕や可溶化処理する汚泥のうち、硝化細菌が死滅した汚泥については系外へ流出する汚泥として算出すると、式（４）で示される。
θＸＡ＝ｔＢ／２４・（ＶＡ・ＸＡ）／（（ＱＷ＋α・ＱＭ）・ＸＷ＋（Ｑ−ＱＷ）・ＸＥ）
……式（４）
ＶＡ：好気タンク［硝化槽］の容量（ｍ３）
ＸＡ：好気タンク［硝化槽］の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＷ：余剰汚泥濃度，汚泥可溶化する汚泥の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＥ：処理水中のＳＳ濃度（ｋｇ／ｍ３）
Ｑ：流入汚水量（ｍ３／日）
ＱＷ：余剰汚泥量（ｍ３／日）
ＱＭ：汚泥可溶化量（ｍ３／日）
ｔＢ：曝気時間（時間）
α：汚泥可溶化による硝化細菌の死滅割合（−）
【００４５】
従って、本発明では式（３）よりＴ（℃）における必要好気的固形物滞留時間（日）を求め、式（４）の計算値がそれ以上となるように、汚泥重量（ＶＡ・ＸＡ）、汚泥可溶化重量（ＱＭ・ＸＷ）、余剰汚泥重量（ＱＷ・ＸＷ）、曝気時間（ｔＢ）の各値を設定して運転することが好ましい。なお、通常は式（４）の計算値が式（３）の計算値よりも２日以上長い様に設定するのが好ましく、さらには５日以上長いように設定することがより好ましい。
【００４６】
式（４）において、好気タンク［硝化槽］の汚泥濃度は適宜測定することが望ましいが、活性汚泥処理槽から流出する汚泥濃度は以下の式（５）で示される。
ＸＡ‘＝（（ＱＲ＋ＱＸ）・ＸＲ＋（Ｑ−ＱＷ）・ＸＥ）／（Ｑ−ＱＷ＋ＱＲ＋ＱＸ）
……式（５）
また、返送汚泥濃度および汚泥濃縮槽流入の汚泥濃度は、汚泥濃縮槽の汚泥濃度と分離液の汚泥濃度などから以下の式（６）で示される。
ＸＲ＝（（ＱＭ＋ＱＷ）・ＸＷ＋ＱＦ・ＸＦ）／ＱＸ ……式（６）
ここで、
ＸＦ＝０ｋｇ／ｍ３とすると
活性汚泥処理槽から流出する汚泥濃度は式（５）と式（６）より以下の式（７）で表され、つまり、各流量と汚泥濃縮槽の汚泥濃度および処理水のＳＳ濃度より計算でき、この値から好気タンク［硝化槽］内の汚泥濃度を推定することが可能である。
ＸＡ‘＝（（ＱＲ＋ＱＸ）・（ＱＭ＋ＱＷ）・ＸＷ／ＱＸ＋（Ｑ−ＱＷ）・ＸＥ）／（Ｑ−ＱＷ＋ＱＲ＋ＱＸ）……式（７）
ＸＡ‘：活性汚泥処理槽から流出する汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＥ：処理水中のＳＳ濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＲ：返送汚泥濃度，汚泥濃縮槽流入の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＷ：余剰汚泥濃度，汚泥可溶化する汚泥の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＦ：分離液の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
Ｑ：流入汚水量（ｍ３／日）
ＱＲ：返送汚泥量（ｍ３／日）
ＱＸ：汚泥濃縮槽流入量（ｍ３／日）
ＱＷ：余剰汚泥量（ｍ３／日）
ＱＭ：汚泥可溶化量（ｍ３／日）
ＱＦ：分離液の水量（ｍ３／日）
なお、通常処理水中のＳＳ量は余剰汚泥量や可溶化汚泥量と比較して少なく、比較的安定しており、また固液分離槽の固液分離法として膜分離法を用いた場合では、処理水のＳＳ濃度は無視できる。
以上のとおり、本発明の処理装置において、余剰汚泥の引き抜きと、汚泥破砕する汚泥の引き抜きを汚泥濃度計を有した汚泥濃縮槽から行うことから、汚泥濃縮槽内の汚泥濃度を測定することにより、上記の算出が容易にできる。
【００４７】
次に、本設備の運転条件における各設定値の決め方の一例を以下に示す。
【００４８】
（１）汚泥可溶化量を設定する。汚泥可溶化量は固定値とするか、あるいは流入水量および流入水質によって変化させる。変化させる場合は流入水量と比例して増減させることが好ましい。通常、汚泥可溶化量は、汚泥可溶化しない場合に発生する余剰汚泥量の１〜５倍量程度とすればよい。
【００４９】
（２）硝化槽の１日あたりの最低曝気時間を設定する。最低曝気時間としては特に制限されないが、１日当たり６時間以上が好ましく、さらには８時間以上が好ましい。
【００５０】
（３）設定硝化槽汚泥濃度を設定する。設定硝化槽汚泥濃度としては固液分槽が沈殿槽の場合では1,000mg/L〜4,000mg/Lが好ましく、膜分離方式の場合では10,000mg/L〜30,000mg/Lが好ましく、さらには15,000mg/L〜30,000mg/Lがより好ましい。
【００５１】
（４）水温（固定値、あるいは実測値）から式（３）により必要好気的固形物滞留時間（日）を求める。水温を固定値とする場合では、当該処理場の最低水温を用いることが好ましく、通常は12℃程度である。また、δの値は１．２〜１．５とするが、安全側を見て１．５に設定する方が好ましい。
【００５２】
（５）汚泥濃縮槽の運転を開始する。設定汚泥濃縮槽汚泥濃度としては10,000mg/L〜40,000mg/Lが好ましく、さらには15,000mg/L〜30,000mg/Lがより好ましい。
【００５３】
汚泥可溶化手段４の運転を開始する。但し、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以下になる場合は、硝化槽汚泥濃度を上昇させてから汚泥可溶化手段の運転を開始する。なお、式（５）のαは汚泥の種類や汚泥の可溶化方法により異なるため、あらかじめ、当該処理場の汚泥を用いて実験により求めておくことが好ましく、実験できない場合では安全側を見てα＝１と設定することが好ましい。
【００５４】
（６）設定硝化槽汚泥濃度に達した段階で、汚泥濃度がほぼ一定になる様に、余剰汚泥の引き抜きを開始する。通常、汚泥可溶化しない場合の余剰汚泥発生量の０〜０．５倍量程度である。
【００５５】
（７）式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以下になった場合は、硝化槽の曝気時間を延長する。
【００５６】
（８）水温低下などにより、硝化槽の１日あたりの曝気時間を２４時間とした場合でも、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以下になった場合は、汚泥濃縮槽の曝気時間を延長することにより、汚泥濃縮槽内の汚泥の好気状態を保持し、硝化細菌の維持と増加を図る。
【００５７】
（９）窒素除去が悪化する場合では、さらに必要好気的固形物滞留時間（日）になるように汚泥可溶化量を減少させ、汚泥濃縮槽の汚泥を活性汚泥処理槽に一部又は全部を返送する。
【００５８】
（１０）再度、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以上になれば、設定汚泥可溶化量まで汚泥可溶化量を増加させる。また、汚泥濃縮槽の曝気時間を元の時間に戻す。
【００５９】
（１１）設定汚泥可溶化量とした場合でも、必要好気的固形物滞留時間（日）以上になれば、１日あたりの硝化槽の曝気時間を減少させる。
曝気時間を減少させることにより曝気装置などのランニングコストを低減できる。
【００６０】
なお、以上の制御については、プログラムを組むにより自動的に制御することができる。また、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）よりも２日以上長い様に制御するのが好ましく、さらには５日以上となるよう制御する方がより好ましい。
【００６１】
なお、本制御方法では硝化槽や汚泥濃縮槽の容積を一定のものとして計算しているが、場合によっては、水面高さを変化させることなどにより、その容積を変化させても当然かまわない。本法では、余剰汚泥および汚泥可溶化するための汚泥を同一の汚泥濃縮槽から引き抜いており、好気的固形物滞留時間の計算は容易である。
【００６２】
また、汚泥可溶化量を変更する方法としては、汚泥可溶化手段４への汚泥供給速度を変更してもよいが、汚泥可溶化手段４内での滞留時間が変化するため、汚泥供給速度を一定にして１日当たりに処理する時間を変更する方がよい。
【００６３】
このようにして硝化細菌を保持するように、好気的固形物滞留時間を設定すれば、汚泥発生量を減少させると共に、安定して汚水中の窒素を除去することができる。なお、硝化細菌を系内に保持する様に好気的固形物滞留時間を設定すれば、通常は汚水中の有機物および破砕や可溶化処理した汚泥は槽内において十分に分解処理ができる。
【００６４】
また、汚泥発生量が減少することにより、通常、処理水のリン濃度が上昇するため、活性汚泥処理槽に塩化第２鉄などの凝集剤添加をしてリンを除去する方法や、処理水に凝集剤等を添加して除去する方法を行うことが好ましい。
【００６５】
以上のとおり、本発明の処理装置を用いて、活性汚泥処理槽の汚泥量、余剰汚泥量、汚泥可溶化量、曝気時間を適切に制御することにより汚泥発生量を減少させることができるとともに、安定して汚水中の窒素等を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の処理方法の概略フロー図を示す図である。
【図２】本発明の処理装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 含窒素有機性廃水
２ 活性汚泥処理槽
３ 固液分離槽
４ 処理水
５ 分離汚泥
６ 返送汚泥
７ 汚泥濃縮槽
８ 分離液
９ 濃縮汚泥
１０ 余剰汚泥
１１ 汚泥可溶化手段
１２ 可溶化汚泥
１３ 濃縮汚泥返送ライン
１４ 脱窒槽
１５ 硝化槽
１６ 循環液
１７ 攪拌装置
１８ 汚泥濃度計
１９ 汚泥濃縮装置
２０ 循環ポンプ装置
２１ 汚泥ポンプ
２２ 汚泥濃度計
２３ 汚泥供給ポンプ
２４ 吸引ポンプ装置
２５ 活性汚泥処理槽散気装置
２６ 散気装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理して浄化する処理方法及び処理装置に関するものであり、さらに詳しくは活性汚泥処理槽で発生する余剰汚泥の発生量を減少させることができるとともに、安定して廃水中の窒素を除去することのできる含窒素有機性廃水の処理方法及び処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、硝化工程と脱窒工程からなる生物学的窒素除去法において、脱窒工程における脱窒細菌の水素供与体として破砕や可溶化した汚泥を用いることが行われており、例えば、余剰汚泥をアルカリ処理した後、遠心分離し、分離液を第２の脱窒素工程へ返送する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、硝化工程で重要な役割を果たす硝化細菌は、増殖速度が比較的遅く、硝化細菌を系内で安定的に保持しようとすれば、好気的固形物滞留時間を長くする必要があり、そのためには破砕や可溶化量を多くできないため、結果的に汚泥の減量効果が低くなる問題が生じていた。逆に硝化工程の汚泥量に対して破砕や可溶化の汚泥量の比率を大きくして好気的固形物滞留時間を短くすると、特に低水温期に硝化細菌を系内に保持することが困難となり、その結果処理水の窒素濃度が高くなるという問題が生じていた。
【０００４】
また、系外への余剰汚泥の引き抜きは、通常、固液分離槽で分離された分離汚泥や活性汚泥処理槽の汚泥を、重力濃縮や機械濃縮することより行われている。しかしながら、重力濃縮では槽内の汚泥の滞留時間等によって引き抜かれる余剰汚泥濃度は大きく変化し、また機械濃縮の場合であっても安定して同じ濃度を継続することや、再現することは難しいため、正確な余剰汚泥引き抜き量を知ることはできなかった。
【０００５】
そのため、窒素除去と汚泥の減量とを安定して最大限に行うための汚泥の破砕や可溶化処理量と余剰汚泥引き抜き量を制御することは困難な問題であった。
【特許文献１】特公昭５９−４８６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するもので、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理して浄化する際に発生する余剰汚泥の量を減少させるとともに、安定した窒素の除去が可能な経済性に優れる有機性廃水の処理方法と、その方法に使用する装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、このような課題を解決するために、鋭意検討した結果、膜分離方式の汚泥濃縮槽で汚泥を濃縮することにより経済的に汚泥の可溶化処理を行うとともに、その濃度を測定し、また、余剰汚泥を当該汚泥濃縮槽から系外へ引き抜くことにより、上記した課題を解決できることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明の第一は、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記活性汚泥処理槽に返送する含窒素有機性廃水の処理方法において、前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥の一部又は全部を、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽にて汚泥を濃縮した後、濃縮した汚泥の一部を可溶化処理し前記活性汚泥処理槽へ返送するとともに、濃縮した汚泥の残りを前記汚泥濃縮槽から余剰汚泥として系外に引き抜くことを特徴とする含窒素有機性廃水の処理方法を要旨とするものであり、好ましくは、活性汚泥処理槽における硝化能力が低下した際に、汚泥濃縮槽内を曝気により好気状態にするとともに、汚泥濃縮槽の汚泥の一部又は全部を可溶化処理することなく活性汚泥処理槽へ返送する前記の含窒素有機性廃水の処理方法である。
【０００９】
本発明の第二は、含窒素有機性廃水を処理する活性汚泥処理槽と、処理液を固液分離する固液分離装置と、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽と、汚泥可溶化装置からなることを特徴とする含窒素有機性廃水の処理装置を要旨とするものであり、好ましくは、汚泥可溶化装置が、湿式媒体攪拌式ミルである前記の含窒素有機性廃水の処理装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、可溶化処理のための汚泥濃縮槽に膜分離装置を用い、また、当該汚泥濃縮槽より系外に余剰汚泥を引き抜くため、槽に設置した汚泥濃度計を用いて可溶化処理量と、余剰汚泥量を常時監視するとともに、可溶化処理量と余剰汚泥量を調整が可能であり、活性汚泥処理槽の好気的固形物滞留時間を所定の時間以上に容易に制御することが可能となるため、安定した窒素の除去が達成でき良質な処理水質を得ることができるとともに、汚泥可溶化処理量も管理しているため、余剰汚泥発生量を安定して減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において処理の対象となる含窒素有機性廃水としては、通常の活性汚泥法によって処理される有機物を含有する廃水であれば特に限定されるものではなく、下水、し尿、食料品製造業廃水などの産業廃水、汚泥などが挙げられる。
【００１２】
本発明において、含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理する方法としては、硝化工程と脱窒工程を異なる槽で行う循環式硝化脱窒法やステップエアレーション法、硝化−内生脱窒法、同一の槽で行う間欠曝気法など任意の生物学的脱窒法があげられる。
【００１３】
以下、本発明の処理方法について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１において、含窒素有機性廃水１（以下、廃水という。）は硝化工程と脱窒工程からなる活性汚泥処理槽２において処理され、有機物の除去とともに窒素除去が行われる。なお、活性汚泥処理槽の各槽の汚泥濃度は、後述の好気的固形物滞留時間の計算のために必要であり、汚泥濃度計を設置して測定しておくことが望ましい。
【００１５】
次に処理液は固液分離槽３に送られ、処理水４と分離汚泥５に分離される。分離汚泥５の一部又は全部は汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽７に送られ、残りの分離汚泥は前記活性汚泥処理槽２に返送汚泥６として返送される。分離汚泥５は汚泥濃縮槽７に設置された膜分離装置より、膜を透過した分離液８は前記活性汚泥処理槽２に返送される。また、処理水４のＳＳ濃度は後述の好気的固形物滞留時間の計算のために適宜測定する必要があり、ＳＳ濃度計を設置して測定しておくことが望ましい。
【００１６】
本発明においては、さらに、膜分離装置で濃縮された汚泥濃縮槽７の濃縮汚泥９は汚泥濃度計により濃度を測定して、汚泥可溶化装置１１へ導入され、可溶化した可溶化汚泥１２は前記活性汚泥処理槽２へ戻される。また、余剰な濃縮された汚泥は系外へ余剰汚泥１０として排出される。
【００１７】
汚泥可溶化装置１１で破砕などの可溶化を施す汚泥の量としては、汚水のＢＯＤの同化により増殖する汚泥の固形物量と、可溶化処理した汚泥の一部は活性汚泥処理工程で再度汚泥になるため、その増殖量とを考慮して目標の減量化率になるように適宜設定すればよく、通常、汚泥可溶化しない場合の余剰汚泥発生量の１〜５倍量、好ましくは２〜４倍量、最も好ましくは３〜４倍量程度の汚泥を可溶化することが好ましい。
【００１８】
また、可溶化された汚泥を戻す時間帯としては、廃水の流入量が少なく脱窒のための有機分が少なくなる、夜間などに行うことが好ましい。なお、可溶化した汚泥を戻す槽としては、循環脱窒素法やステップエアレーション法では脱窒槽に返送した場合には脱窒のための有機物として可溶化汚泥を有効に利用することができるため、脱窒槽の方が好ましい。また、間欠曝気法では脱窒工程時に返送することが好ましい。
【００１９】
本発明の処理方法においては、冬季など水温の低下により活性汚泥処理槽の硝化能力が低下した際に、汚泥濃縮槽内に設置した曝気装置により槽内を好気状態に維持し、硝化細菌の増殖に好適状態にし、また、濃縮汚泥の一部又は全部を可溶化処理することなく活性汚泥処理槽へ濃縮汚泥返送ライン１３を通して返送することにより処理水質の向上を図ることが好ましい。なお、汚泥可溶化装置を一部又は全部を運転せずに汚泥可溶化のラインより返送してもよい。
【００２０】
このように、槽内を好気状態に維持することにより、硝化細菌の硝化能力の維持と硝化細菌の増加が期待でき、また、その硝化細菌を可溶化処理して死滅させることなく活性汚泥処理槽へ返送することにより、処理水質の向上が図れる。さらに、汚泥濃縮槽を経由せずに返送するよりも、汚泥濃縮槽にて高濃度の汚泥を好気状態に保持することにより、処理装置全体の硝化細菌の硝化能力の維持と硝化細菌の増加が期待できる。なお、好気状態とは溶存酸素が槽内で検出されることをいい、槽内を好気状態に維持する方法としては、膜分離装置の洗浄に用いる曝気装置を使用してもよいが、曝気装置には、槽内の溶存酸素濃度が好ましくは１ｍｇ／Ｌ以上、さらに好ましくは２ｍｇ／Ｌになるように曝気する能力が必要である。
【００２１】
なお、汚泥濃縮槽の溶存酸素濃度の設定は活性汚泥処理槽への溶存酸素の持ち込みを考慮して決定することが好ましい。また、曝気による炭酸ガスの溶け込みや硝化反応により槽内のｐＨが４以下など極端に低下する場合は、活性汚泥処理槽への影響を考慮して適宜中和を行うことが好ましい。
【００２２】
本発明の第二は、上記した処理方法を好適に実施し得る設備であって、主な構成としては、含窒素有機性廃水を処理する活性汚泥処理槽と、処理液を固液分離する固液分離装置と、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽と、汚泥可溶化装置などである。
【００２３】
図２においては、活性汚泥処理法として循環式硝化脱窒法を例として示す。活性汚泥処理槽２は脱窒槽１４と硝化槽１５からなり、脱窒槽１４は、廃水１が流入するとともに、硝化槽１５から循環液１６が流入し、循環液１６に含まれる硝酸態窒素、亜硝酸態窒素が脱窒菌の働きにより窒素ガスとして系外に除去される槽である。脱窒槽１４内には槽内の液を攪拌するために攪拌装置１７が設置されているのが好ましい。ここで用いられる攪拌装置１７としては、水中ミキサーや水中ポンプなどが挙げられる。
【００２４】
硝化槽１５は、脱窒槽１４からの液が導入される槽であって、槽内では活性汚泥による生物反応によってアンモニア態窒素が硝酸態又は亜硝酸態窒素に硝化される。硝化槽１５には、一部の槽内液を脱窒槽１４へ返送するための返送流路１６が備わっており、これにより脱窒槽１４と硝化槽１５との間で汚泥液が循環することになる。循環する液量としては、目的とする窒素除去率にもよるが、通常廃水の導入量（日平均汚水量Ｑ）の数倍（１Ｑ〜５Ｑ程度）に設定することが好ましい。汚泥水を循環させる方法として、通常、硝化槽１５に循環ポンプ装置２０を配置し、脱窒槽１４へ槽内水を送り、脱窒槽１４の槽内水は自然流下にて硝化槽１５へ送るようにするが、他の方法として、循環ポンプを脱窒槽１４に配置して、硝化槽１５へ脱窒槽１４の槽内水を送り、硝化槽１５の槽内水を自然流下にて脱窒槽１４へ循環させてもよい。
【００２５】
固液分離槽３は、含窒素有機性廃水を処理した活性汚泥処理槽２の槽内水を処理水４と分離汚泥５に分離するための槽であって、汚泥の分離方法としては重力分離や膜分離法などによって行う。分離汚泥５は汚泥ポンプ２１により一部または全部が汚泥濃縮槽７に送られ、残りの汚泥は活性汚泥処理槽２に返送汚泥として返送される。
【００２６】
本発明においては、汚泥濃縮槽７は膜分離型の汚泥濃縮装置１９を有しており、膜分離型の汚泥濃縮装置１９としては、その形式は特に限定されないが、浸漬型膜分離装置が好適である。汚泥濃縮槽７には汚泥濃度計１８と散気装置２６を配しており、浸漬型膜分離装置１９の場合では槽内の好気状態（溶存酸素の存在する状況）の確保と膜の洗浄用に下方に散気装置２６を配置する。浸漬型膜分離装置１９は、その形式は特に限定されないが、例えば、複数のろ過膜カートリッジを所定間隔で平行に配置したものが挙げられ、散気装置２６から噴出する曝気空気が気液混相流で膜面に沿ってクロスフローで流れて膜面を洗浄するようなものが好ましい。
【００２７】
余剰汚泥の濃縮と汚泥可溶化のための濃縮は通常、余剰汚泥の濃縮は重力濃縮、汚泥可溶化のための濃縮は機械濃縮など別の装置が用いられているが、本発明においては単一の槽で行うため経済的に優れている。
【００２８】
この浸漬型膜分離装置１９により、ろ過膜を透過した分離液８は、重力又は吸引ポンプ装置２４により活性汚泥処理槽２に返送されるが、処理状況に応じては系外に取り出されることとなる。
【００２９】
また、本発明においては、汚泥濃縮槽７内に汚泥濃度を測定するための汚泥濃度計１８が備えられている。汚泥濃度計１８としては、透過光式、散乱光式、マイクロ波式、超音波式など各種方式が挙げられる。また、場合によっては粘度計など汚泥濃度と相関関係にある計器を用いてもよい。なお、汚泥濃度計１８は、活性汚泥処理槽２にも設置することが望ましく、ステップエアレーション法など各槽の汚泥濃度が異なる場合では特に望ましいが、汚泥濃縮槽７の汚泥濃度と濃縮汚泥９、余剰汚泥１０の汚泥量、処理水４の水量、処理水のＳＳ濃度、分離汚泥５の汚泥量、分離液８のＳＳ濃度と、水量などから活性汚泥処理槽２の汚泥濃度を推定することが可能であるため、活性汚泥処理槽２の汚泥濃度計は、上記の水量や汚泥量などを測定する計器を備えた場合には、経済性を考慮して省いても構わない。
【００３０】
本発明の処理装置においては、汚泥可溶化装置１１が汚泥濃縮槽７の汚泥の一部を可溶化するために設置されている。槽内の濃縮汚泥を汚泥可溶化手段に送るために、汚泥供給ポンプ２３が汚泥濃縮槽７に浸漬されていることが好ましい。破砕などの可溶化処理を施された汚泥は活性汚泥処理槽２へ返送されることとなる。この際、可溶化した汚泥を戻す槽としては、脱窒槽１４又は硝化槽１５のどちらでもよいが、脱窒槽１４に返送した場合には脱窒のための有機物として可溶化汚泥１２を有効に利用することができるため、脱窒槽１４の方が好ましい。
【００３１】
本発明の処理装置において用いられる汚泥可溶化装置１１としては、汚泥を可溶化できるものであれば特にその方式に限定されるものではないが、例えば、湿式媒体攪拌式ミル、超音波、ホモジナイザー、ミキサー等による機械破砕処理装置の他、酸化剤やアルカリ処理等の化学的可溶化処理装置、熱処理装置などによって汚泥を破砕や可溶化する方法を用いた装置を挙げることができ、これらを単独で、あるいは組み合わせて用いることができる。これらの装置のうち、湿式媒体攪拌式ミルは、取り扱いが容易である他、難分解性の有機物の発生が少ないなどの点で優れているため、汚泥の破砕、可溶化装置として好ましい。
【００３２】
以下、湿式媒体攪拌式ミルについて詳しく説明する。
【００３３】
使用される破砕媒体（ビーズ）としては、ガラス、アルミナ、ジルコニアなどのビーズが挙げられ、真比重２．０〜７．０のビーズであることが好ましい。真比重が２．０より小さいと微生物の破砕が十分にできにくくなり、また真比重を７．０より大きくしても汚泥の破砕効果の向上がほとんどなく、攪拌に必要な動力が大きくなるので好ましくない。
【００３４】
また、破砕媒体の粒径としては、０．０５〜２．０ｍｍφが好ましく、特に０．２５〜１．０ｍｍφが好ましい。ビーズの粒径が２．０ｍｍφより大きいと、ビーズ間の空隙が大きくなるため汚泥を構成する数μｍ〜数十μｍのバクテリアなどの微生物を破砕しにくくなるために好ましくない。また、ビーズの粒径が０．０５ｍｍφより小さいと、スクリーンなどのビーズ分離部で分離することが困難となるため好ましくない。
【００３５】
ビーズ充填率としては、破砕効果および消費電力から５０〜１００％、特に７０〜９０％が好ましく、ディスク（ピン）先端周速としては、３〜３０ｍ／秒、特に５〜２０ｍ／秒が好ましい。また、ミル室の向きとしては、縦型、横型のいずれでもよく、破砕媒体を攪拌するための攪拌装置としてはディスク型、ピン型、ピンディスク型などが挙げられる。
【００３６】
湿式媒体攪拌式ミル処理における汚泥の滞留時間としては、導入する汚泥濃度や用いる破砕媒体などによって適宜設定するものであり、特に限定されるものではないが、通常２０秒〜２０分が好ましく、特に３０秒〜１０分が好ましい。滞留時間が２０秒よりも短いと汚泥が十分に破砕されていない可能性があり、また、２０分より長くしても消費電力が増大するだけで、破砕効果はさほど向上しない。
【００３７】
また、処理温度としては、６０℃以下が好ましく、特に４〜４０℃が好ましい。処理温度が６０℃より高いと、汚泥成分の一部が熱変性して難分解性物質となり、処理水の水質が悪化する可能性があるために好ましくない。通常、ミル処理により破砕した汚泥の温度は、処理前の汚泥に比べて１０〜３０℃程度上昇するため、夏場のように温度が高く処理温度が６０℃以上になる場合では、冷却水を用いて冷却することが好ましい。但し、通常冷却水は必要ない。
【００３８】
また、ミル処理終了後は、次の運転立ち上げを容易に行うために、ミル室内を水により洗浄することが望ましい。洗浄する水としては、水道水、処理水、汚水などを用いて行えばよい。洗浄する水の量および時間は適宜設定すればよいが、洗浄水の汚泥濃度が１重量％以下になるまで洗浄することが好ましい。
【００３９】
湿式媒体攪拌式ミル処理においては、汚泥が流動する状態であれば汚泥の破砕効果は汚泥濃度にあまり左右されない。従って、破砕処理する汚泥の濃度は汚泥が流動する状態であれば汚泥濃度が高い方が好ましい。従って、固液分離に沈殿槽を用いる場合では、固液分離後の分離汚泥の汚泥濃度は通常０．２〜１質量％程度と低いため、処理液を直接処理した場合、湿式媒体攪拌式ミルが大きくなるとともに処理量が多いため、本法では経済的に汚泥を破砕するために分離汚泥を膜分離式の汚泥濃縮槽を用いて濃縮する。濃縮汚泥濃度としては、高い程処理量が少なくなるため経済的には好ましいが、汚泥濃度が高くなると粘度も高くなり、膜分離により分離液を得ることが難しくなるため、１質量％〜４質量％が好ましく、さらには１．５質量％〜３質量％が好ましい。
【００４０】
以上、説明してきたように、第二の本発明である処理装置を用いることにより、第一の本発明の処理方法の使用をすることができるが、この際、増殖速度の遅い硝化細菌を系内に安定的に保持し、窒素を十分に除去するためには、活性汚泥処理槽での好気的固形物滞留時間を所定の時間以上になるように系内の各条件を制御することが好ましい。
【００４１】
ところで、高度処理施設設計マニュアル（案）（社団法人 日本下水道協会 平成６年）からは、例えば循環式硝化脱窒法では好気的固形物滞留時間（θＸＡ）は以下の式（１）で示されることとなるが、硝化細菌を系内に保持するためには、好気的固形物滞留時間（θＸＡ）が以下の式（２）を満たしている必要があり、また、循環式硝化脱窒法では好気的固形物滞留時間（θＸＡ）は水温と関係式（３）の式が成立することが示されている。
【００４２】
θＸＡ＝θＸ・ｔＡ／ｔ ……式（１）
θＸＡ：好気的固形物滞留時間（日）
θＸ：固形物滞留時間（日）
ｔＡ：好気タンク［硝化槽］滞留時間（時間）
ｔ：生物反応タンク［活性汚泥処理槽］滞留時間（時間）
θＸＡ＝１／μ ……式（２）
μ：硝化細菌の比増殖速度（水温Ｔ（℃）の関数）（１／日）
θＸＡ＝δ・２０．６ｅ（−０．０６２７Ｔ）……式（３）
δ：流入水Ｔ−Ｎの変動に対する補正係数 １．２〜１．５
Ｔ：水温Ｔ（℃）
ここで、本発明においては、通常の活性汚泥法と比較して汚泥発生量を減少させるために、通常、汚泥可溶化しない場合の余剰汚泥発生量の２〜４倍量程度の汚泥を可溶化することとなり、その可溶化された汚泥のほとんどは死滅するため、実際上の好気的固形物滞留時間が短くなる。
【００４３】
従って、水温と汚泥濃度計の数値に基づいて、汚泥濃度、汚泥可溶化量、余剰汚泥量、曝気時間を十分注意して設定し、系内に硝化細菌を保持する必要がある。
【００４４】
可溶化処理を行った場合の好気的固形物滞留時間（θＸＡ）の計算は破砕や可溶化処理する汚泥のうち、硝化細菌が死滅した汚泥については系外へ流出する汚泥として算出すると、式（４）で示される。
θＸＡ＝ｔＢ／２４・（ＶＡ・ＸＡ）／（（ＱＷ＋α・ＱＭ）・ＸＷ＋（Ｑ−ＱＷ）・ＸＥ）
……式（４）
ＶＡ：好気タンク［硝化槽］の容量（ｍ３）
ＸＡ：好気タンク［硝化槽］の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＷ：余剰汚泥濃度，汚泥可溶化する汚泥の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＥ：処理水中のＳＳ濃度（ｋｇ／ｍ３）
Ｑ：流入汚水量（ｍ３／日）
ＱＷ：余剰汚泥量（ｍ３／日）
ＱＭ：汚泥可溶化量（ｍ３／日）
ｔＢ：曝気時間（時間）
α：汚泥可溶化による硝化細菌の死滅割合（−）
【００４５】
従って、本発明では式（３）よりＴ（℃）における必要好気的固形物滞留時間（日）を求め、式（４）の計算値がそれ以上となるように、汚泥重量（ＶＡ・ＸＡ）、汚泥可溶化重量（ＱＭ・ＸＷ）、余剰汚泥重量（ＱＷ・ＸＷ）、曝気時間（ｔＢ）の各値を設定して運転することが好ましい。なお、通常は式（４）の計算値が式（３）の計算値よりも２日以上長い様に設定するのが好ましく、さらには５日以上長いように設定することがより好ましい。
【００４６】
式（４）において、好気タンク［硝化槽］の汚泥濃度は適宜測定することが望ましいが、活性汚泥処理槽から流出する汚泥濃度は以下の式（５）で示される。
ＸＡ‘＝（（ＱＲ＋ＱＸ）・ＸＲ＋（Ｑ−ＱＷ）・ＸＥ）／（Ｑ−ＱＷ＋ＱＲ＋ＱＸ）
……式（５）
また、返送汚泥濃度および汚泥濃縮槽流入の汚泥濃度は、汚泥濃縮槽の汚泥濃度と分離液の汚泥濃度などから以下の式（６）で示される。
ＸＲ＝（（ＱＭ＋ＱＷ）・ＸＷ＋ＱＦ・ＸＦ）／ＱＸ ……式（６）
ここで、
ＸＦ＝０ｋｇ／ｍ３とすると
活性汚泥処理槽から流出する汚泥濃度は式（５）と式（６）より以下の式（７）で表され、つまり、各流量と汚泥濃縮槽の汚泥濃度および処理水のＳＳ濃度より計算でき、この値から好気タンク［硝化槽］内の汚泥濃度を推定することが可能である。
ＸＡ‘＝（（ＱＲ＋ＱＸ）・（ＱＭ＋ＱＷ）・ＸＷ／ＱＸ＋（Ｑ−ＱＷ）・ＸＥ）／（Ｑ−ＱＷ＋ＱＲ＋ＱＸ）……式（７）
ＸＡ‘：活性汚泥処理槽から流出する汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＥ：処理水中のＳＳ濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＲ：返送汚泥濃度，汚泥濃縮槽流入の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＷ：余剰汚泥濃度，汚泥可溶化する汚泥の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
ＸＦ：分離液の汚泥濃度（ｋｇ／ｍ３）
Ｑ：流入汚水量（ｍ３／日）
ＱＲ：返送汚泥量（ｍ３／日）
ＱＸ：汚泥濃縮槽流入量（ｍ３／日）
ＱＷ：余剰汚泥量（ｍ３／日）
ＱＭ：汚泥可溶化量（ｍ３／日）
ＱＦ：分離液の水量（ｍ３／日）
なお、通常処理水中のＳＳ量は余剰汚泥量や可溶化汚泥量と比較して少なく、比較的安定しており、また固液分離槽の固液分離法として膜分離法を用いた場合では、処理水のＳＳ濃度は無視できる。
以上のとおり、本発明の処理装置において、余剰汚泥の引き抜きと、汚泥破砕する汚泥の引き抜きを汚泥濃度計を有した汚泥濃縮槽から行うことから、汚泥濃縮槽内の汚泥濃度を測定することにより、上記の算出が容易にできる。
【００４７】
次に、本設備の運転条件における各設定値の決め方の一例を以下に示す。
【００４８】
（１）汚泥可溶化量を設定する。汚泥可溶化量は固定値とするか、あるいは流入水量および流入水質によって変化させる。変化させる場合は流入水量と比例して増減させることが好ましい。通常、汚泥可溶化量は、汚泥可溶化しない場合に発生する余剰汚泥量の１〜５倍量程度とすればよい。
【００４９】
（２）硝化槽の１日あたりの最低曝気時間を設定する。最低曝気時間としては特に制限されないが、１日当たり６時間以上が好ましく、さらには８時間以上が好ましい。
【００５０】
（３）設定硝化槽汚泥濃度を設定する。設定硝化槽汚泥濃度としては固液分槽が沈殿槽の場合では1,000mg/L〜4,000mg/Lが好ましく、膜分離方式の場合では10,000mg/L〜30,000mg/Lが好ましく、さらには15,000mg/L〜30,000mg/Lがより好ましい。
【００５１】
（４）水温（固定値、あるいは実測値）から式（３）により必要好気的固形物滞留時間（日）を求める。水温を固定値とする場合では、当該処理場の最低水温を用いることが好ましく、通常は12℃程度である。また、δの値は１．２〜１．５とするが、安全側を見て１．５に設定する方が好ましい。
【００５２】
（５）汚泥濃縮槽の運転を開始する。設定汚泥濃縮槽汚泥濃度としては10,000mg/L〜40,000mg/Lが好ましく、さらには15,000mg/L〜30,000mg/Lがより好ましい。
【００５３】
汚泥可溶化手段４の運転を開始する。但し、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以下になる場合は、硝化槽汚泥濃度を上昇させてから汚泥可溶化手段の運転を開始する。なお、式（５）のαは汚泥の種類や汚泥の可溶化方法により異なるため、あらかじめ、当該処理場の汚泥を用いて実験により求めておくことが好ましく、実験できない場合では安全側を見てα＝１と設定することが好ましい。
【００５４】
（６）設定硝化槽汚泥濃度に達した段階で、汚泥濃度がほぼ一定になる様に、余剰汚泥の引き抜きを開始する。通常、汚泥可溶化しない場合の余剰汚泥発生量の０〜０．５倍量程度である。
【００５５】
（７）式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以下になった場合は、硝化槽の曝気時間を延長する。
【００５６】
（８）水温低下などにより、硝化槽の１日あたりの曝気時間を２４時間とした場合でも、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以下になった場合は、汚泥濃縮槽の曝気時間を延長することにより、汚泥濃縮槽内の汚泥の好気状態を保持し、硝化細菌の維持と増加を図る。
【００５７】
（９）窒素除去が悪化する場合では、さらに必要好気的固形物滞留時間（日）になるように汚泥可溶化量を減少させ、汚泥濃縮槽の汚泥を活性汚泥処理槽に一部又は全部を返送する。
【００５８】
（１０）再度、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）以上になれば、設定汚泥可溶化量まで汚泥可溶化量を増加させる。また、汚泥濃縮槽の曝気時間を元の時間に戻す。
【００５９】
（１１）設定汚泥可溶化量とした場合でも、必要好気的固形物滞留時間（日）以上になれば、１日あたりの硝化槽の曝気時間を減少させる。
曝気時間を減少させることにより曝気装置などのランニングコストを低減できる。
【００６０】
なお、以上の制御については、プログラムを組むにより自動的に制御することができる。また、式（５）の計算値が必要好気的固形物滞留時間（日）よりも２日以上長い様に制御するのが好ましく、さらには５日以上となるよう制御する方がより好ましい。
【００６１】
なお、本制御方法では硝化槽や汚泥濃縮槽の容積を一定のものとして計算しているが、場合によっては、水面高さを変化させることなどにより、その容積を変化させても当然かまわない。本法では、余剰汚泥および汚泥可溶化するための汚泥を同一の汚泥濃縮槽から引き抜いており、好気的固形物滞留時間の計算は容易である。
【００６２】
また、汚泥可溶化量を変更する方法としては、汚泥可溶化手段４への汚泥供給速度を変更してもよいが、汚泥可溶化手段４内での滞留時間が変化するため、汚泥供給速度を一定にして１日当たりに処理する時間を変更する方がよい。
【００６３】
このようにして硝化細菌を保持するように、好気的固形物滞留時間を設定すれば、汚泥発生量を減少させると共に、安定して汚水中の窒素を除去することができる。なお、硝化細菌を系内に保持する様に好気的固形物滞留時間を設定すれば、通常は汚水中の有機物および破砕や可溶化処理した汚泥は槽内において十分に分解処理ができる。
【００６４】
また、汚泥発生量が減少することにより、通常、処理水のリン濃度が上昇するため、活性汚泥処理槽に塩化第２鉄などの凝集剤添加をしてリンを除去する方法や、処理水に凝集剤等を添加して除去する方法を行うことが好ましい。
【００６５】
以上のとおり、本発明の処理装置を用いて、活性汚泥処理槽の汚泥量、余剰汚泥量、汚泥可溶化量、曝気時間を適切に制御することにより汚泥発生量を減少させることができるとともに、安定して汚水中の窒素等を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の処理方法の概略フロー図を示す図である。
【図２】本発明の処理装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 含窒素有機性廃水
２ 活性汚泥処理槽
３ 固液分離槽
４ 処理水
５ 分離汚泥
６ 返送汚泥
７ 汚泥濃縮槽
８ 分離液
９ 濃縮汚泥
１０ 余剰汚泥
１１ 汚泥可溶化手段
１２ 可溶化汚泥
１３ 濃縮汚泥返送ライン
１４ 脱窒槽
１５ 硝化槽
１６ 循環液
１７ 攪拌装置
１８ 汚泥濃度計
１９ 汚泥濃縮装置
２０ 循環ポンプ装置
２１ 汚泥ポンプ
２２ 汚泥濃度計
２３ 汚泥供給ポンプ
２４ 吸引ポンプ装置
２５ 活性汚泥処理槽散気装置
２６ 散気装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記活性汚泥処理槽に返送する含窒素有機性廃水の処理方法において、前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥の一部又は全部を、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽にて汚泥を濃縮した後、濃縮した汚泥の一部を可溶化処理し前記活性汚泥処理槽へ返送するとともに、濃縮した汚泥の残りを前記汚泥濃縮槽から余剰汚泥として系外に引き抜くことを特徴とする含窒素有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
活性汚泥処理槽における硝化能力が低下した際に、汚泥濃縮槽内を曝気により好気状態にするとともに、汚泥濃縮槽の汚泥の一部又は全部を可溶化処理することなく活性汚泥処理槽へ返送する請求項１記載の含窒素有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
含窒素有機性廃水を処理する活性汚泥処理槽と、処理液を固液分離する固液分離装置と、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽と、汚泥可溶化装置からなることを特徴とする含窒素有機性廃水の処理装置。
【請求項４】
汚泥可溶化装置が、湿式媒体攪拌式ミルである請求項３記載の含窒素有機性廃水の処理装置。
【請求項１】
含窒素有機性廃水を活性汚泥処理槽において処理した後、処理液を固液分離して分離水は処理水として放流させ、分離汚泥は前記活性汚泥処理槽に返送する含窒素有機性廃水の処理方法において、前記活性汚泥処理槽に返送する汚泥の一部又は全部を、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽にて汚泥を濃縮した後、濃縮した汚泥の一部を可溶化処理し前記活性汚泥処理槽へ返送するとともに、濃縮した汚泥の残りを前記汚泥濃縮槽から余剰汚泥として系外に引き抜くことを特徴とする含窒素有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
活性汚泥処理槽における硝化能力が低下した際に、汚泥濃縮槽内を曝気により好気状態にするとともに、汚泥濃縮槽の汚泥の一部又は全部を可溶化処理することなく活性汚泥処理槽へ返送する請求項１記載の含窒素有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
含窒素有機性廃水を処理する活性汚泥処理槽と、処理液を固液分離する固液分離装置と、汚泥濃度計を有する膜分離方式の汚泥濃縮槽と、汚泥可溶化装置からなることを特徴とする含窒素有機性廃水の処理装置。
【請求項４】
汚泥可溶化装置が、湿式媒体攪拌式ミルである請求項３記載の含窒素有機性廃水の処理装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２１４０７３（Ｐ２００９−２１４０７３Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６２６５４（Ｐ２００８−６２６５４）
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１２日（２００８．３．１２）
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【Ｆターム（参考）】
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