有機性排水の生物処理方法および装置
【課題】 排水中の有機物を効率的に除去するとともに、微小生物の割合を高め分散汚泥を効率的に捕食させて発生汚泥を減容化し、しかも処理水への窒素の混入を少なくできる有機性排水の生物処理方法および装置を提供する。
【解決の手段】 第１好気処理槽１において、有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させ、第２好気処理槽２において、第１好気処理槽１の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させ、無酸素処理槽３において、第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去し、第２好気処理槽２に返送する。
【解決の手段】 第１好気処理槽１において、有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させ、第２好気処理槽２において、第１好気処理槽１の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させ、無酸素処理槽３において、第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去し、第２好気処理槽２に返送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水を好気性下で生物処理して分散菌体を生成させるとともに、微小生物に菌体を捕食させて処理を行う有機性排水の生物処理方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、運転に用いられるＢＯＤ容積負荷は０．５〜０．８ｋｇ／ｍ３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となり、また分解したＢＯＤの２０％が菌体すなわち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。
【０００３】
特許文献１（特公昭５６−４８２３５号公報）では、有機性排水をまず第１処理槽（工程）で好気性下で生物処理して、排水に含まれる有機物を細菌により分解するとともに非凝集性の分散菌体に変換し、第１処理液を第２処理槽（工程）で好気性処理することにより、固着性原生動物、後生動物等の微小動物を共存させて菌体を捕食させる有機性排水の生物処理方法が提案されている。この方法では、有機性排水を高汚泥負荷、かつ短い滞留時間で好気性処理すると、汚泥中の細菌は対数増殖して排水中の有機物は細菌に取り込まれ、分散菌体が生成する。この分散菌体を含む汚泥は、第２処理槽（工程）で好気性処理することにより、分散菌体は、固着性原生動物等の微小動物が捕食して除去するため、余剰汚泥が減量化するとされている。
【０００４】
特許文献２（特許第３４１０６９９号公報）には、前段の生物処理を担体流動床式とし、後段の生物処理を多段活性汚泥処理とすることにより、余剰汚泥発生量を更に低減する方法が記載されている。この方法では後段の活性汚泥処理をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することにより、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。
【０００５】
特許文献３（特開２００５−２１１８７９号公報）では、このような処理方法において、第１の生物処理工程をｐＨ ６〜８の中性域で行い、汚泥減量のための第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量が可能になるとされている。これは、微小動物が共存する第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６とすることにより、ＢＯＤ処理を行う第１の生物処理工程からの分散汚泥の効率的な捕食が可能となり、一方、捕食に関与する大部分の微小動物の増殖はｐＨ５〜８の範囲であればｐＨによる影響を受けないので、第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程において、ＶＳＳに占める微小生物の割合を２０％以上の高濃度に高めることができるためであるとされている。
【０００６】
上記のような微小動物の補食作用を利用した生物処理方法は、対象とする排水によっては処理効率が向上し、発生汚泥量も５０％程度の減量化が可能である。しかしながら汚泥発生量の低下に伴い、汚泥に含まれる窒素分は主に硝酸の形で処理水へと溶出するため、窒素を多く含む排水を処理した場合、窒素の排水基準を上回るという問題点がある。特に第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量を行う場合に、窒素分が硝酸の形で処理水へと溶出やすい。このような場合、沈降分離で汚泥を分離すると、沈殿池で脱窒が進行し、汚泥が浮上して処理水に混入して流失する可能性もある。また、硝化を抑制した場合、硝酸は生成しないが、溶出した窒素はアンモニアの形態で存在することになり、微小動物の増殖を阻害するという問題点がある。
【特許文献１】特公昭５６−４８２３５号公報
【特許文献２】特許第３４１０６９９号公報
【特許文献３】特開２００５−２１１８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、排水中の有機物を効率的に除去するとともに、微小生物の割合を高め分散汚泥を効率的に捕食させて発生汚泥を減容化し、しかも処理水への窒素の混入を少なくできる有機性排水の生物処理方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、次の有機性排水の生物処理方法および装置である。
（１） 有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理工程、
第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理工程、および
第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素状態に保持し、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理工程
を含む有機性排水の生物処理方法。
（２） 無酸素処理工程に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する上記（１）記載の方法。
（３）無酸素処理工程の処理液を第２好気処理工程へ導入する上記（１）または（２）記載の方法。
（４） 第１好気処理工程、第２好気処理工程または無酸素処理工程が、担体の存在下に処理を行うものである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５） 有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理槽、
第１好気処理槽の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理槽、および
第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理槽
を含む有機性排水の生物処理装置。
（６） 無酸素処理槽に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する流路を有する上記（５）記載の装置。
（７） 無酸素処理槽の処理液を第２好気処理槽へ導入する流路を有する上記（５）または（６）記載の装置。
（８） 第１好気処理槽、第２好気処理槽または無酸素処理槽が、担体の存在下に処理行うものである上記（５）ないし（７）のいずれかに記載の装置。
【０００９】
本発明において、処理の対象となる有機性排水は、有機物を含む排水であり、下水、有機性産業排水、し尿、ごみ浸出液等が挙げられる。これらの有機性排水に含まれる有機物は、生物処理可能なＢＯＤ成分であり、溶解性ＢＯＤを含むものが好ましいが、非溶解性有機物であっても、処理中に溶解性ＢＯＤに転換するもの、あるいは微小生物が捕食可能なものであれば、排水中に含まれていてもよい。排水中には、窒素成分、無機成分、その他の成分が含まれていてもよい。処理の対象となる有機性排水の有機物濃度は制限がないが、ＢＯＤ１００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度のものが処理に適している。
【００１０】
このような有機性排水を細菌の存在下に好気性処理すると、細菌は排水中の有機物を取り込んで増殖し、有機物は酸化分解される。細菌は有機性排水と接触すると、初期には有機物を取り込んで対数増殖し、分散菌体を含む汚泥が生成する。
【００１１】
本発明における第１好気処理工程は、第１好気処理槽において、有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる工程である。第１好気処理工程に存在させる細菌は、原水すなわち有機性排水から持ち込まれる細菌であってもよいが、第２好気処理工程から返送する返送汚泥により持ち込まれる細菌であってもよい。第１好気処理工程では、有機性排水を高汚泥負荷、かつ短い滞留時間で好気性処理すると、汚泥中の細菌は対数増殖し、排水中の有機物は細菌に取り込まれ、分散菌体を主体とする汚泥が生成する。この汚泥は、分散性、非凝集性で、固液分離が困難である。
【００１２】
第１好気処理工程では、第１好気処理槽のｐＨ５〜１０、好ましく６〜９で好気処理を行うことができる。原水中に油分を多く含む場合は、ｐＨ８〜１０としても処理可能である。下水等の通常の有機性排水を好気処理する場合、特にｐＨ調整しなくても上記のｐＨ範囲になるが、酸性またはアルカリ性の排水を処理する場合、あるいは処理中に酸性またはアルカリ性になる場合には、アルカリまたは酸等のｐＨ調整剤を注入してｐＨ調整してもよい。上記のｐＨ範囲を外れる処理でも効率は下がるが、処理は可能である。
【００１３】
第１好気処理工程で分散菌体を主体とする汚泥が生成させるためには、第１好気処理槽へのＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ３／ｄ以上、好ましくは１〜２０ｋｇ／ｍ３／ｄ、さらに好ましくは１〜１０ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ２４ｈ以下、好ましくは１〜２４ｈ、さらに好ましくは２〜１２ｈとすることができる。これにより非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることができ、またＨＲＴを短くすることによりＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。第１好気処理工程に汚泥量が不足する場合には、第２好気処理工程からの汚泥の一部を返送することにより、必要な汚泥量を確保することができる。第１好気処理工程に汚泥を返送する場合でも、上記の条件で処理を行うと、返送汚泥は分散汚泥になる。また第１好気処理工程を２槽以上の多段に構成することもできる。
【００１４】
第１好気処理工程の槽内液に担体を添加することもでき、これによりＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ３／ｄ以上の高負荷化が可能になる。添加する担体は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径のものが使用できる。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。また、第１好気処理工程第に添加する担体の充填率が高い場合、分散菌が生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖するので、第１好気処理槽に添加する担体の充填率を１０％以下、望ましくは１〜５％とすることにより、濃度変動に影響されず、捕食されやすい分散菌体の生成が可能になる。
【００１５】
第１好気処理工程では、上記の条件を選ぶことにより、有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％以上、８０％以上、あるいは９０％以上を細菌に取り込ませ、あるいは分解させて除去することが可能であるが、第２好気処理工程で微小生物に分散菌体を捕食させるためには、第２好気処理工程へ供給する有機成分は少ないほうが好ましく、第１好気処理工程で原水中の溶解性ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上、さらに望ましくは９０％以上を分散菌体に変換して除去することが好ましい。一方、無酸素処理工程に供給する炭素源として第１好気処理工程処理水を供給する場合は、炭素源としての有機成分を残留させる必要があり、この場合は、原水中の有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％、あるいは８０％程度を除去することが好ましい。
【００１６】
本発明における第２好気処理工程は、第２好気処理槽において、第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する工程である。微小動物としては、分散菌体を捕食して生息する原生動物、後生動物等が挙げられる。第２好気処理工程の第２好気処理槽は、分散菌体を捕食する微小動物が生息するような条件運転することができ、溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷として表すと、０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／d以下、望ましくは０．０２５−０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／dで運転するのが好ましい。
【００１７】
第１好気処理槽の処理水を第２好気処理槽に導入し、ここで好気処理することにより、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解および微小動物による補食による余剰汚泥の減量化を行う。細菌に比べ増殖速度の低い微小動物の働きと、細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件および処理装置を用いなければならない。そこで第２好気処理槽には、汚泥返送を行う活性汚泥法または膜分離式活性汚泥法を用いることが望ましい。さらに望ましくは曝気槽内に担体を添加することにより、微小動物の槽内保持量を高めることができる。担体としては、第１好気処理槽で示したものが使用できる。第２好気処理槽では、微小動物を含む槽内汚泥(第２好気処理槽汚泥)を定期的に入れ替えるため、即ち微小動物や糞を間引くために、ＳＲＴを４０日以下望ましくは１〜３０日、さらに望ましくは１０〜３０日の範囲内で一定に制御することが望ましい。
【００１８】
微小動物による補食を利用する生物処理では、第２好気処理槽へ投入する第１好気処理槽の処理水中に有機物が多量に残存していると、その酸化分解は第２好気処理槽で行われることになる。ところが微小動物が多量に存在する第２好気処理槽で、細菌が有機物を取り込み酸化分解して増殖する環境では、細菌は微小動物の補食から逃れるための対策として、補食されにくい増殖することが知られている。このような形態で増殖した細菌群は、微小動物により補食されず、汚泥の分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果が低下する。このため第１好気処理槽で有機物の大部分、すなわち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておくことが望ましい。
【００１９】
第２好気処理工程における好気処理をｐＨ５〜６の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量が可能になる。ｐＨ５〜８の範囲では、捕食に関与する大部分の微小動物の増殖はｐＨによる影響を受けないため、第２好気処理槽の生物汚泥のＶＳＳに占める微小動物の割合を２０％以上の高濃度に維持できるが、ｐＨ５〜６とすることにより、第１好気処理槽からの非凝集性の分散汚泥の効率的な捕食が可能となり、多くの汚泥が捕食され、残存する汚泥が少なくなる。第２好気処理槽の槽内液がｐＨ５〜６の範囲にある場合はｐＨ調整しなくてもよいが、上記範囲外の場合は酸またはアルカリ等のｐＨ調整剤を注入してｐＨ調整してもよい。第２好気処理工程の滞留時間を長くして、長時間好気状態に維持すると、汚泥中の窒素分が硝化菌の作用により硝酸または亜硝酸に酸化されてｐＨが低下し、上記の範囲になる場合はｐＨ調整しなくてもよい。
【００２０】
第２好気処理工程における処理は、単一の第２好気処理槽で処理してもよいが、多数段の第２好気処理槽で処理してもよい。また第２好気処理工程で発成する発生汚泥の一部または返送汚泥の一部を、汚泥消化槽に導入して好気性消化し、さらに汚泥減量を促進しても良い。汚泥消化槽における好気性消化は、汚泥を単に曝気して自己消化により減容化する処理である。このような好気性消化工程も、第２好気処理工程におけると同様にｐＨ５〜６の酸性域で処理を行うことができる。
【００２１】
上記処理において、第２好気処理工程の処理水には、原水に含まれる窒素の大部分は硝酸の形で存在している。第２好気処理工程の処理後に好気性消化工程を設ける場合も同様に、処理水中に硝酸が含まれる。このため本発明では、無酸素処理工程において、無酸素処理槽に第２好気処理工程の反応液または汚泥を、直接または好気性消化後導入して無酸素状態に保持し、硝酸を窒素に還元して除去する。無酸素処理槽では脱窒細菌の作用により、第２好気処理工程の反応液または汚泥は脱窒反応により、生成した硝酸および亜硝酸が窒素ガスに変換し、気相へ放出され除去される。無酸素処理工程では、無酸素槽で脱窒反応を進行させるために、ＯＲＰを０ｍｖ以下とする必要があるため、曝気は行わず、機械攪拌のみとすることが望ましい。また、第２好気処理槽の汚泥は微小動物を多く含み、これらの微小動物は無酸素状態に長期間さらされると死滅するため、無酸素槽処理工程の滞留時間は２４ｈ以下とすることが望ましい。
【００２２】
無酸素槽で脱窒反応を進行させるには、炭素源が必要となる。炭素源としては、メタノール等の有機物を外部から添加してもよいが、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物等を無酸素処理工程に導入して、脱窒反応を行うことができる。原水は有機物を含むが、第１好気処理工程の処理液は炭素源として有機物を含む程度に、第１好気処理工程のＢＯＤ除去率を選択する。第２好気処理工程の汚泥の可溶化物は、第２好気処理工程の汚泥を、物理処理(破砕、超音波等)、化学処理(加熱、酸、アルカリ等)、生物処理(酵素処理、高温菌)等の可溶化処理により可溶化したものである。また嫌気性消化(酸生成)により、汚泥を有機酸に変換してもよい。これにより、炭素源の確保とさらなる減量が可能になる。いずれの方法においても、添加する有機物は、ＮＯｘ−Ｎに対し、ＣＯＤｃｒとしてＣＯＤｃｒ／ＮＯｘ−Ｎ（重量比）が５以上であることが望ましい。
【００２３】
脱窒反応を安定して進行させるため、無酸素槽に担体を添加しても良い。無酸素槽では、担体に定着するのは主に脱窒細菌であり、微小動物は速やかに通過するため、無酸素槽での第二生物処理槽汚泥の滞留時間を短くでき、微小動物の活性低下を防ぐことができる。添加する担体は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径である。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。
【００２４】
無酸素処理工程は処理の最終段として設け、処理液を固液分離して排出することもできるが、処理液を第２好気処理工程へ導入して処理するのが好ましく、これにより無酸素処理工程で有機物等が残留する場合でも、第２好気処理工程で除去することができ、無酸素処理工程における処理条件の管理を簡素化することができる。この場合、第２好気処理工程の処理液を固液分離して排出することができ、分離汚泥は第１好気処理工程および／または第２好気処理工程へ返送し、余剰汚泥が発生すれば余剰汚泥として排出することができる。固液分離としては、沈降分離、膜分離など、任意の分離手段が用いられるが、沈降分離の場合でも、窒素ガスの発生による汚泥の浮上や処理水の汚染は防止される。
【００２５】
以上の処理では、第１好気処理工程で排水中の有機物を菌体に変換し、第２好気処理工程の処理を効率化して微小動物を高濃度に維持し、分散汚泥を効率的に捕食させる。発生汚泥量の大幅な減量を行う場合でも、第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素処理することにより、第２好気処理工程で発生する硝酸または亜硝酸を脱窒反応により窒素に還元し除去することができ、これにより処理水への窒素の流出を防止することができ、沈降分離の場合でも、汚泥の浮上や処理水の汚染を防止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１好気処理工程において有機性排水を第１好気処理槽で細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させ、第２好気処理工程において第２好気処理槽で第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去し、無酸素処理工程において無酸素処理槽で第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して硝酸を窒素に還元して除去するようにしたので、排水中の有機物を効率的に除去するとともに、微小生物の割合を高め分散汚泥を効率的に捕食させて発生汚泥を減容化し、しかも処理水への窒素の混入を少なくできる有機性排水の生物処理方法および装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下，本発明の実施形態を図面により説明する。図１ないし図５は本発明の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図である。図１ないし図５において、１は第１好気処理槽、２は第２好気処理槽、３は無酸素処理槽、４は沈降分離槽である。第１好気処理槽１は、散気装置５を有し、有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させるように構成されている。第２好気処理槽２は、散気装置６を有し、第１好気処理槽１の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去するように構成されている。無酸素処理槽３は、攪拌装置７を有し、第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去するように構成されている。
【００２８】
図１の処理方法および装置では、ラインＬ１から有機性排水を第１好気処理槽１に導入して散気装置５で散気することにより、細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる。第１好気処理槽１の処理液をラインＬ２から第２好気処理槽２に導入して、散気装置６で散気することにより好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する。第２好気処理槽２の反応液または汚泥をラインＬ３から無酸素処理槽３に導入して攪拌装置７で攪拌し、無酸素状態に保持して無酸素処理を行い、硝酸を窒素に還元して除去する。このとき第１好気処理槽１の処理液の一部をラインＬ４から無酸素処理槽３に導入して炭素源として利用する。無酸素処理槽３の反応液をラインＬ５から第２好気処理槽２に導入する。第２好気処理槽２の反応液をラインＬ６から沈降分離槽４に導入し、沈降分離により固液分離する。沈降分離槽４の分離液はラインＬ７から処理水として排出し、分離汚泥の一部はラインＬ８から返送汚泥として第２好気処理槽２に返送し、残部はラインＬ９から余剰汚泥として排出する。
【００２９】
図２の処理方法および装置は図１とほぼ同様に構成されているが、第１好気処理槽１の処理液の替わりに、原水の一部をラインＬ１１から無酸素処理槽３に導入して炭素源として利用するように構成されている。
図３の処理方法および装置も図１とほぼ同様に構成されているが、第１好気処理槽１の処理液の一部をラインＬ４から無酸素処理槽３に導入するとともに、原水の一部をラインＬ１１から無酸素処理槽３に導入し、これらを共に炭素源として利用するように構成されている。
図４の処理方法および装置も図１とほぼ同様に構成されているが、無酸素処理槽３に担体８を添加して無酸素処理するように構成されている。
【００３０】
図５の処理方法および装置も図１とほぼ同様に構成されているが、可溶化槽１１および膜分離槽１２が設けられており、沈降分離槽４からの返送汚泥の一部をラインＬ１２から可溶化槽１１に導入して可溶化し、可溶化汚泥をラインＬ１３から膜分離槽１２に導入して濃縮し、濃縮汚泥をラインＬ１４から第２好気処理槽２に返送する。汚泥を分離した可溶化液をラインＬ１５から無酸素処理槽３に導入するとともに、第１好気処理槽１の処理液の一部をラインＬ５から無酸素処理槽３に導入し、これらを共に炭素源として利用するように構成されている。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３２】
実施例１
図１において、容量：３．６Ｌの第１好気処理槽１(汚泥返送なし)、容量：１５Ｌの第２好気処理槽２(汚泥返送有り)、容量：５Ｌの無酸素処理槽３および容量：５Ｌの沈降分離槽４を連結させた実験装置を用いて、有機性排水の生物処理を実施した。第２好気処理槽２の汚泥を引き抜き、無酸素処理槽３で滞留時間：ＨＲＴ＝ＳＲＴ＝１２ｈで無酸素処理した。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、第１好気処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：４ｈ、第２好気処理槽２のＨＲＴ：１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。第１好気処理槽１での有機物除去率を７０％程度に制御し、残留した有機物を脱窒反応の炭素源とした。その結果、汚泥転換率は０．２５ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は１０ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００３３】
実施例２
図４において、容量：３．６Ｌの第１好気処理槽１(汚泥返送なし)、容量：１５Ｌの第２好気処理槽２(汚泥返送有り)、容量：１Ｌの無酸素処理槽３(スポンジ担体を充填率２０％で添加) および容量：５Ｌの沈降分離槽４を連結させた実験装置を用いて、有機性排水の生物処理を実施した。第２好気処理槽２の汚泥を引き抜き、無酸素処理槽３で滞留時間：ＨＲＴ＝２．４ｈで無酸素処理した。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、第１好気処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：４ｈ、第２好気処理槽２のＨＲＴ：１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。第１好気処理槽１での有機物除去率を７０％程度に制御し、残留した有機物を脱窒反応の炭素源とした。その結果、汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は１０ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００３４】
比較例１
図１と同様の容量：３．６Ｌの第１好気処理槽１(汚泥返送なし) 、容量：１５Ｌの第２好気処理槽２ (汚泥返送有り) および容量：５Ｌの沈降分離槽４を連結させた実験装置（図１において、無酸素処理槽３を省略）を用いて本発明との比較実験を行った。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、第１好気処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：４ｈ、第２好気処理槽２のＨＲＴ：１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。その結果、汚泥転換率は０．２２ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は３３ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。また沈降分離槽４で脱窒が進行して汚泥が浮上し、処理水が悪化した。結果を表１に示す。
【００３５】
比較例２
容量：１８．６Ｌの好気処理槽(汚泥返送有り)を実験装置として用いて、標準活性汚泥法を実施し、本発明との比較実験を行った。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、ＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。その結果、汚泥転換率は０．４０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は２２ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上の結果から、無酸素処理槽３を導入した実施例１および実施例２では、汚泥発生量、処理水中の窒素濃度の低い排水処理が可能になった。さらに無酸素処理槽３に担体を添加した実施例２では、無酸素処理槽３を小型化でき、微小動物の無酸素処理槽３の滞留時間も短縮でき、このため第２好気処理槽２での微小動物濃度を高く維持でき、また硝酸根を除去したことで比較例１に比べ、微小動物数も多くなり、減量効果も高かった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
有機物を含む有機性排水を生物処理して、有機物を除去し、浄化する有機性排水の生物処理方法および装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図２】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図３】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図４】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図５】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 第１好気処理槽 ２ 第２好気処理槽
３ 無酸素処理槽 ４ 沈降分離槽
５、６ 散気装置
７ 攪拌装置 ８ 担体
１１ 可溶化槽 １２ 膜分離槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水を好気性下で生物処理して分散菌体を生成させるとともに、微小生物に菌体を捕食させて処理を行う有機性排水の生物処理方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、運転に用いられるＢＯＤ容積負荷は０．５〜０．８ｋｇ／ｍ３／ｄ程度であるため、広い敷地面積が必要となり、また分解したＢＯＤの２０％が菌体すなわち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。
【０００３】
特許文献１（特公昭５６−４８２３５号公報）では、有機性排水をまず第１処理槽（工程）で好気性下で生物処理して、排水に含まれる有機物を細菌により分解するとともに非凝集性の分散菌体に変換し、第１処理液を第２処理槽（工程）で好気性処理することにより、固着性原生動物、後生動物等の微小動物を共存させて菌体を捕食させる有機性排水の生物処理方法が提案されている。この方法では、有機性排水を高汚泥負荷、かつ短い滞留時間で好気性処理すると、汚泥中の細菌は対数増殖して排水中の有機物は細菌に取り込まれ、分散菌体が生成する。この分散菌体を含む汚泥は、第２処理槽（工程）で好気性処理することにより、分散菌体は、固着性原生動物等の微小動物が捕食して除去するため、余剰汚泥が減量化するとされている。
【０００４】
特許文献２（特許第３４１０６９９号公報）には、前段の生物処理を担体流動床式とし、後段の生物処理を多段活性汚泥処理とすることにより、余剰汚泥発生量を更に低減する方法が記載されている。この方法では後段の活性汚泥処理をＢＯＤ汚泥負荷０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｄの低負荷で運転することにより、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。
【０００５】
特許文献３（特開２００５−２１１８７９号公報）では、このような処理方法において、第１の生物処理工程をｐＨ ６〜８の中性域で行い、汚泥減量のための第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量が可能になるとされている。これは、微小動物が共存する第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６とすることにより、ＢＯＤ処理を行う第１の生物処理工程からの分散汚泥の効率的な捕食が可能となり、一方、捕食に関与する大部分の微小動物の増殖はｐＨ５〜８の範囲であればｐＨによる影響を受けないので、第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程において、ＶＳＳに占める微小生物の割合を２０％以上の高濃度に高めることができるためであるとされている。
【０００６】
上記のような微小動物の補食作用を利用した生物処理方法は、対象とする排水によっては処理効率が向上し、発生汚泥量も５０％程度の減量化が可能である。しかしながら汚泥発生量の低下に伴い、汚泥に含まれる窒素分は主に硝酸の形で処理水へと溶出するため、窒素を多く含む排水を処理した場合、窒素の排水基準を上回るという問題点がある。特に第２の生物処理工程または余剰汚泥処理工程をｐＨ５〜６の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量を行う場合に、窒素分が硝酸の形で処理水へと溶出やすい。このような場合、沈降分離で汚泥を分離すると、沈殿池で脱窒が進行し、汚泥が浮上して処理水に混入して流失する可能性もある。また、硝化を抑制した場合、硝酸は生成しないが、溶出した窒素はアンモニアの形態で存在することになり、微小動物の増殖を阻害するという問題点がある。
【特許文献１】特公昭５６−４８２３５号公報
【特許文献２】特許第３４１０６９９号公報
【特許文献３】特開２００５−２１１８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、排水中の有機物を効率的に除去するとともに、微小生物の割合を高め分散汚泥を効率的に捕食させて発生汚泥を減容化し、しかも処理水への窒素の混入を少なくできる有機性排水の生物処理方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、次の有機性排水の生物処理方法および装置である。
（１） 有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理工程、
第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理工程、および
第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素状態に保持し、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理工程
を含む有機性排水の生物処理方法。
（２） 無酸素処理工程に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する上記（１）記載の方法。
（３）無酸素処理工程の処理液を第２好気処理工程へ導入する上記（１）または（２）記載の方法。
（４） 第１好気処理工程、第２好気処理工程または無酸素処理工程が、担体の存在下に処理を行うものである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の方法。
（５） 有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理槽、
第１好気処理槽の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理槽、および
第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理槽
を含む有機性排水の生物処理装置。
（６） 無酸素処理槽に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する流路を有する上記（５）記載の装置。
（７） 無酸素処理槽の処理液を第２好気処理槽へ導入する流路を有する上記（５）または（６）記載の装置。
（８） 第１好気処理槽、第２好気処理槽または無酸素処理槽が、担体の存在下に処理行うものである上記（５）ないし（７）のいずれかに記載の装置。
【０００９】
本発明において、処理の対象となる有機性排水は、有機物を含む排水であり、下水、有機性産業排水、し尿、ごみ浸出液等が挙げられる。これらの有機性排水に含まれる有機物は、生物処理可能なＢＯＤ成分であり、溶解性ＢＯＤを含むものが好ましいが、非溶解性有機物であっても、処理中に溶解性ＢＯＤに転換するもの、あるいは微小生物が捕食可能なものであれば、排水中に含まれていてもよい。排水中には、窒素成分、無機成分、その他の成分が含まれていてもよい。処理の対象となる有機性排水の有機物濃度は制限がないが、ＢＯＤ１００〜５０００ｍｇ／Ｌ程度のものが処理に適している。
【００１０】
このような有機性排水を細菌の存在下に好気性処理すると、細菌は排水中の有機物を取り込んで増殖し、有機物は酸化分解される。細菌は有機性排水と接触すると、初期には有機物を取り込んで対数増殖し、分散菌体を含む汚泥が生成する。
【００１１】
本発明における第１好気処理工程は、第１好気処理槽において、有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる工程である。第１好気処理工程に存在させる細菌は、原水すなわち有機性排水から持ち込まれる細菌であってもよいが、第２好気処理工程から返送する返送汚泥により持ち込まれる細菌であってもよい。第１好気処理工程では、有機性排水を高汚泥負荷、かつ短い滞留時間で好気性処理すると、汚泥中の細菌は対数増殖し、排水中の有機物は細菌に取り込まれ、分散菌体を主体とする汚泥が生成する。この汚泥は、分散性、非凝集性で、固液分離が困難である。
【００１２】
第１好気処理工程では、第１好気処理槽のｐＨ５〜１０、好ましく６〜９で好気処理を行うことができる。原水中に油分を多く含む場合は、ｐＨ８〜１０としても処理可能である。下水等の通常の有機性排水を好気処理する場合、特にｐＨ調整しなくても上記のｐＨ範囲になるが、酸性またはアルカリ性の排水を処理する場合、あるいは処理中に酸性またはアルカリ性になる場合には、アルカリまたは酸等のｐＨ調整剤を注入してｐＨ調整してもよい。上記のｐＨ範囲を外れる処理でも効率は下がるが、処理は可能である。
【００１３】
第１好気処理工程で分散菌体を主体とする汚泥が生成させるためには、第１好気処理槽へのＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ３／ｄ以上、好ましくは１〜２０ｋｇ／ｍ３／ｄ、さらに好ましくは１〜１０ｋｇ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ２４ｈ以下、好ましくは１〜２４ｈ、さらに好ましくは２〜１２ｈとすることができる。これにより非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることができ、またＨＲＴを短くすることによりＢＯＤ濃度の低い排水を高負荷で処理することができる。第１好気処理工程に汚泥量が不足する場合には、第２好気処理工程からの汚泥の一部を返送することにより、必要な汚泥量を確保することができる。第１好気処理工程に汚泥を返送する場合でも、上記の条件で処理を行うと、返送汚泥は分散汚泥になる。また第１好気処理工程を２槽以上の多段に構成することもできる。
【００１４】
第１好気処理工程の槽内液に担体を添加することもでき、これによりＢＯＤ容積負荷５ｋｇ／ｍ３／ｄ以上の高負荷化が可能になる。添加する担体は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径のものが使用できる。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。また、第１好気処理工程第に添加する担体の充填率が高い場合、分散菌が生成せず、細菌は担体に付着するか、糸状性細菌が増殖するので、第１好気処理槽に添加する担体の充填率を１０％以下、望ましくは１〜５％とすることにより、濃度変動に影響されず、捕食されやすい分散菌体の生成が可能になる。
【００１５】
第１好気処理工程では、上記の条件を選ぶことにより、有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％以上、８０％以上、あるいは９０％以上を細菌に取り込ませ、あるいは分解させて除去することが可能であるが、第２好気処理工程で微小生物に分散菌体を捕食させるためには、第２好気処理工程へ供給する有機成分は少ないほうが好ましく、第１好気処理工程で原水中の溶解性ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上、さらに望ましくは９０％以上を分散菌体に変換して除去することが好ましい。一方、無酸素処理工程に供給する炭素源として第１好気処理工程処理水を供給する場合は、炭素源としての有機成分を残留させる必要があり、この場合は、原水中の有機成分(溶解性ＢＯＤ)の７０％、あるいは８０％程度を除去することが好ましい。
【００１６】
本発明における第２好気処理工程は、第２好気処理槽において、第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する工程である。微小動物としては、分散菌体を捕食して生息する原生動物、後生動物等が挙げられる。第２好気処理工程の第２好気処理槽は、分散菌体を捕食する微小動物が生息するような条件運転することができ、溶解性ＢＯＤによる汚泥負荷として表すと、０．１ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／d以下、望ましくは０．０２５−０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ／dで運転するのが好ましい。
【００１７】
第１好気処理槽の処理水を第２好気処理槽に導入し、ここで好気処理することにより、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解および微小動物による補食による余剰汚泥の減量化を行う。細菌に比べ増殖速度の低い微小動物の働きと、細菌の自己分解を利用するため、微小動物と細菌が系内に留まるような運転条件および処理装置を用いなければならない。そこで第２好気処理槽には、汚泥返送を行う活性汚泥法または膜分離式活性汚泥法を用いることが望ましい。さらに望ましくは曝気槽内に担体を添加することにより、微小動物の槽内保持量を高めることができる。担体としては、第１好気処理槽で示したものが使用できる。第２好気処理槽では、微小動物を含む槽内汚泥(第２好気処理槽汚泥)を定期的に入れ替えるため、即ち微小動物や糞を間引くために、ＳＲＴを４０日以下望ましくは１〜３０日、さらに望ましくは１０〜３０日の範囲内で一定に制御することが望ましい。
【００１８】
微小動物による補食を利用する生物処理では、第２好気処理槽へ投入する第１好気処理槽の処理水中に有機物が多量に残存していると、その酸化分解は第２好気処理槽で行われることになる。ところが微小動物が多量に存在する第２好気処理槽で、細菌が有機物を取り込み酸化分解して増殖する環境では、細菌は微小動物の補食から逃れるための対策として、補食されにくい増殖することが知られている。このような形態で増殖した細菌群は、微小動物により補食されず、汚泥の分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果が低下する。このため第１好気処理槽で有機物の大部分、すなわち排水ＢＯＤの７０％以上、望ましくは８０％以上を分解し、菌体へと変換しておくことが望ましい。
【００１９】
第２好気処理工程における好気処理をｐＨ５〜６の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量が可能になる。ｐＨ５〜８の範囲では、捕食に関与する大部分の微小動物の増殖はｐＨによる影響を受けないため、第２好気処理槽の生物汚泥のＶＳＳに占める微小動物の割合を２０％以上の高濃度に維持できるが、ｐＨ５〜６とすることにより、第１好気処理槽からの非凝集性の分散汚泥の効率的な捕食が可能となり、多くの汚泥が捕食され、残存する汚泥が少なくなる。第２好気処理槽の槽内液がｐＨ５〜６の範囲にある場合はｐＨ調整しなくてもよいが、上記範囲外の場合は酸またはアルカリ等のｐＨ調整剤を注入してｐＨ調整してもよい。第２好気処理工程の滞留時間を長くして、長時間好気状態に維持すると、汚泥中の窒素分が硝化菌の作用により硝酸または亜硝酸に酸化されてｐＨが低下し、上記の範囲になる場合はｐＨ調整しなくてもよい。
【００２０】
第２好気処理工程における処理は、単一の第２好気処理槽で処理してもよいが、多数段の第２好気処理槽で処理してもよい。また第２好気処理工程で発成する発生汚泥の一部または返送汚泥の一部を、汚泥消化槽に導入して好気性消化し、さらに汚泥減量を促進しても良い。汚泥消化槽における好気性消化は、汚泥を単に曝気して自己消化により減容化する処理である。このような好気性消化工程も、第２好気処理工程におけると同様にｐＨ５〜６の酸性域で処理を行うことができる。
【００２１】
上記処理において、第２好気処理工程の処理水には、原水に含まれる窒素の大部分は硝酸の形で存在している。第２好気処理工程の処理後に好気性消化工程を設ける場合も同様に、処理水中に硝酸が含まれる。このため本発明では、無酸素処理工程において、無酸素処理槽に第２好気処理工程の反応液または汚泥を、直接または好気性消化後導入して無酸素状態に保持し、硝酸を窒素に還元して除去する。無酸素処理槽では脱窒細菌の作用により、第２好気処理工程の反応液または汚泥は脱窒反応により、生成した硝酸および亜硝酸が窒素ガスに変換し、気相へ放出され除去される。無酸素処理工程では、無酸素槽で脱窒反応を進行させるために、ＯＲＰを０ｍｖ以下とする必要があるため、曝気は行わず、機械攪拌のみとすることが望ましい。また、第２好気処理槽の汚泥は微小動物を多く含み、これらの微小動物は無酸素状態に長期間さらされると死滅するため、無酸素槽処理工程の滞留時間は２４ｈ以下とすることが望ましい。
【００２２】
無酸素槽で脱窒反応を進行させるには、炭素源が必要となる。炭素源としては、メタノール等の有機物を外部から添加してもよいが、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物等を無酸素処理工程に導入して、脱窒反応を行うことができる。原水は有機物を含むが、第１好気処理工程の処理液は炭素源として有機物を含む程度に、第１好気処理工程のＢＯＤ除去率を選択する。第２好気処理工程の汚泥の可溶化物は、第２好気処理工程の汚泥を、物理処理(破砕、超音波等)、化学処理(加熱、酸、アルカリ等)、生物処理(酵素処理、高温菌)等の可溶化処理により可溶化したものである。また嫌気性消化(酸生成)により、汚泥を有機酸に変換してもよい。これにより、炭素源の確保とさらなる減量が可能になる。いずれの方法においても、添加する有機物は、ＮＯｘ−Ｎに対し、ＣＯＤｃｒとしてＣＯＤｃｒ／ＮＯｘ−Ｎ（重量比）が５以上であることが望ましい。
【００２３】
脱窒反応を安定して進行させるため、無酸素槽に担体を添加しても良い。無酸素槽では、担体に定着するのは主に脱窒細菌であり、微小動物は速やかに通過するため、無酸素槽での第二生物処理槽汚泥の滞留時間を短くでき、微小動物の活性低下を防ぐことができる。添加する担体は球状、ペレット状、中空筒状、糸状の任意であり、大きさも０．１〜１０ｍｍ程度の径である。材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意で、ゲル状物質を用いても良い。
【００２４】
無酸素処理工程は処理の最終段として設け、処理液を固液分離して排出することもできるが、処理液を第２好気処理工程へ導入して処理するのが好ましく、これにより無酸素処理工程で有機物等が残留する場合でも、第２好気処理工程で除去することができ、無酸素処理工程における処理条件の管理を簡素化することができる。この場合、第２好気処理工程の処理液を固液分離して排出することができ、分離汚泥は第１好気処理工程および／または第２好気処理工程へ返送し、余剰汚泥が発生すれば余剰汚泥として排出することができる。固液分離としては、沈降分離、膜分離など、任意の分離手段が用いられるが、沈降分離の場合でも、窒素ガスの発生による汚泥の浮上や処理水の汚染は防止される。
【００２５】
以上の処理では、第１好気処理工程で排水中の有機物を菌体に変換し、第２好気処理工程の処理を効率化して微小動物を高濃度に維持し、分散汚泥を効率的に捕食させる。発生汚泥量の大幅な減量を行う場合でも、第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素処理することにより、第２好気処理工程で発生する硝酸または亜硝酸を脱窒反応により窒素に還元し除去することができ、これにより処理水への窒素の流出を防止することができ、沈降分離の場合でも、汚泥の浮上や処理水の汚染を防止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、第１好気処理工程において有機性排水を第１好気処理槽で細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させ、第２好気処理工程において第２好気処理槽で第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去し、無酸素処理工程において無酸素処理槽で第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して硝酸を窒素に還元して除去するようにしたので、排水中の有機物を効率的に除去するとともに、微小生物の割合を高め分散汚泥を効率的に捕食させて発生汚泥を減容化し、しかも処理水への窒素の混入を少なくできる有機性排水の生物処理方法および装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下，本発明の実施形態を図面により説明する。図１ないし図５は本発明の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図である。図１ないし図５において、１は第１好気処理槽、２は第２好気処理槽、３は無酸素処理槽、４は沈降分離槽である。第１好気処理槽１は、散気装置５を有し、有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させるように構成されている。第２好気処理槽２は、散気装置６を有し、第１好気処理槽１の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去するように構成されている。無酸素処理槽３は、攪拌装置７を有し、第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去するように構成されている。
【００２８】
図１の処理方法および装置では、ラインＬ１から有機性排水を第１好気処理槽１に導入して散気装置５で散気することにより、細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる。第１好気処理槽１の処理液をラインＬ２から第２好気処理槽２に導入して、散気装置６で散気することにより好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する。第２好気処理槽２の反応液または汚泥をラインＬ３から無酸素処理槽３に導入して攪拌装置７で攪拌し、無酸素状態に保持して無酸素処理を行い、硝酸を窒素に還元して除去する。このとき第１好気処理槽１の処理液の一部をラインＬ４から無酸素処理槽３に導入して炭素源として利用する。無酸素処理槽３の反応液をラインＬ５から第２好気処理槽２に導入する。第２好気処理槽２の反応液をラインＬ６から沈降分離槽４に導入し、沈降分離により固液分離する。沈降分離槽４の分離液はラインＬ７から処理水として排出し、分離汚泥の一部はラインＬ８から返送汚泥として第２好気処理槽２に返送し、残部はラインＬ９から余剰汚泥として排出する。
【００２９】
図２の処理方法および装置は図１とほぼ同様に構成されているが、第１好気処理槽１の処理液の替わりに、原水の一部をラインＬ１１から無酸素処理槽３に導入して炭素源として利用するように構成されている。
図３の処理方法および装置も図１とほぼ同様に構成されているが、第１好気処理槽１の処理液の一部をラインＬ４から無酸素処理槽３に導入するとともに、原水の一部をラインＬ１１から無酸素処理槽３に導入し、これらを共に炭素源として利用するように構成されている。
図４の処理方法および装置も図１とほぼ同様に構成されているが、無酸素処理槽３に担体８を添加して無酸素処理するように構成されている。
【００３０】
図５の処理方法および装置も図１とほぼ同様に構成されているが、可溶化槽１１および膜分離槽１２が設けられており、沈降分離槽４からの返送汚泥の一部をラインＬ１２から可溶化槽１１に導入して可溶化し、可溶化汚泥をラインＬ１３から膜分離槽１２に導入して濃縮し、濃縮汚泥をラインＬ１４から第２好気処理槽２に返送する。汚泥を分離した可溶化液をラインＬ１５から無酸素処理槽３に導入するとともに、第１好気処理槽１の処理液の一部をラインＬ５から無酸素処理槽３に導入し、これらを共に炭素源として利用するように構成されている。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００３２】
実施例１
図１において、容量：３．６Ｌの第１好気処理槽１(汚泥返送なし)、容量：１５Ｌの第２好気処理槽２(汚泥返送有り)、容量：５Ｌの無酸素処理槽３および容量：５Ｌの沈降分離槽４を連結させた実験装置を用いて、有機性排水の生物処理を実施した。第２好気処理槽２の汚泥を引き抜き、無酸素処理槽３で滞留時間：ＨＲＴ＝ＳＲＴ＝１２ｈで無酸素処理した。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、第１好気処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：４ｈ、第２好気処理槽２のＨＲＴ：１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。第１好気処理槽１での有機物除去率を７０％程度に制御し、残留した有機物を脱窒反応の炭素源とした。その結果、汚泥転換率は０．２５ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は１０ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００３３】
実施例２
図４において、容量：３．６Ｌの第１好気処理槽１(汚泥返送なし)、容量：１５Ｌの第２好気処理槽２(汚泥返送有り)、容量：１Ｌの無酸素処理槽３(スポンジ担体を充填率２０％で添加) および容量：５Ｌの沈降分離槽４を連結させた実験装置を用いて、有機性排水の生物処理を実施した。第２好気処理槽２の汚泥を引き抜き、無酸素処理槽３で滞留時間：ＨＲＴ＝２．４ｈで無酸素処理した。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、第１好気処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：４ｈ、第２好気処理槽２のＨＲＴ：１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。第１好気処理槽１での有機物除去率を７０％程度に制御し、残留した有機物を脱窒反応の炭素源とした。その結果、汚泥転換率は０．２０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は１０ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００３４】
比較例１
図１と同様の容量：３．６Ｌの第１好気処理槽１(汚泥返送なし) 、容量：１５Ｌの第２好気処理槽２ (汚泥返送有り) および容量：５Ｌの沈降分離槽４を連結させた実験装置（図１において、無酸素処理槽３を省略）を用いて本発明との比較実験を行った。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、第１好気処理槽１に対する溶解性ＢＯＤ容積負荷：３．８５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：４ｈ、第２好気処理槽２のＨＲＴ：１７ｈ、全体でのＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。その結果、汚泥転換率は０．２２ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は３３ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。また沈降分離槽４で脱窒が進行して汚泥が浮上し、処理水が悪化した。結果を表１に示す。
【００３５】
比較例２
容量：１８．６Ｌの好気処理槽(汚泥返送有り)を実験装置として用いて、標準活性汚泥法を実施し、本発明との比較実験を行った。原水ＣＯＤｃｒ：１０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ：６４０ｍｇ／Ｌ、全窒素：５０ｍｇ−Ｎ／Ｌの人工基質を用い、ＢＯＤ容積負荷：０．７５ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３／ｄ、ＨＲＴ：２１ｈの条件で運転した。その結果、汚泥転換率は０．４０ｋｇ−ＭＬＳＳ／ｋｇ−ＢＯＤとなった。処理水中の窒素濃度は２２ｍｇ−Ｎ／Ｌであった。結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
以上の結果から、無酸素処理槽３を導入した実施例１および実施例２では、汚泥発生量、処理水中の窒素濃度の低い排水処理が可能になった。さらに無酸素処理槽３に担体を添加した実施例２では、無酸素処理槽３を小型化でき、微小動物の無酸素処理槽３の滞留時間も短縮でき、このため第２好気処理槽２での微小動物濃度を高く維持でき、また硝酸根を除去したことで比較例１に比べ、微小動物数も多くなり、減量効果も高かった。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
有機物を含む有機性排水を生物処理して、有機物を除去し、浄化する有機性排水の生物処理方法および装置に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図２】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図３】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図４】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【図５】別の実施形態の有機性排水の生物処理方法および装置を示すフロー図。
【符号の説明】
【００４０】
１ 第１好気処理槽 ２ 第２好気処理槽
３ 無酸素処理槽 ４ 沈降分離槽
５、６ 散気装置
７ 攪拌装置 ８ 担体
１１ 可溶化槽 １２ 膜分離槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理工程、
第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理工程、および
第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素状態に保持し、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理工程
を含む有機性排水の生物処理方法。
【請求項２】
無酸素処理工程に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する請求項１記載の方法。
【請求項３】
無酸素処理工程の処理液を第２好気処理工程へ導入する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第１好気処理工程、第２好気処理工程または無酸素処理工程が、担体の存在下に処理を行うものである請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理槽、
第１好気処理槽の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理槽、および
第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理槽
を含む有機性排水の生物処理装置。
【請求項６】
無酸素処理槽に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する流路を有する請求項５記載の装置。
【請求項７】
無酸素処理槽の処理液を第２好気処理槽へ導入する流路を有する請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
第１好気処理槽、第２好気処理槽または無酸素処理槽が、担体の存在下に処理行うものである請求項５ないし７のいずれかに記載の装置。
【請求項１】
有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理工程、
第１好気処理工程の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理工程、および
第２好気処理工程の反応液または汚泥を無酸素状態に保持し、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理工程
を含む有機性排水の生物処理方法。
【請求項２】
無酸素処理工程に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する請求項１記載の方法。
【請求項３】
無酸素処理工程の処理液を第２好気処理工程へ導入する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第１好気処理工程、第２好気処理工程または無酸素処理工程が、担体の存在下に処理を行うものである請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
有機性排水を細菌の存在下に好気性処理して、排水中の有機物を菌体に変換し、分散菌体を含む汚泥を生成させる第１好気処理槽、
第１好気処理槽の処理液を好気性処理して分散菌体を微小動物に捕食させて除去する第２好気処理槽、および
第２好気処理槽の反応液または汚泥を無酸素状態に保持して、硝酸を窒素に還元して除去する無酸素処理槽
を含む有機性排水の生物処理装置。
【請求項６】
無酸素処理槽に、有機物を含む原水、第１好気処理工程の処理液、または第２好気処理工程の汚泥の可溶化物を導入する流路を有する請求項５記載の装置。
【請求項７】
無酸素処理槽の処理液を第２好気処理槽へ導入する流路を有する請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
第１好気処理槽、第２好気処理槽または無酸素処理槽が、担体の存在下に処理行うものである請求項５ないし７のいずれかに記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１０５５８０（Ｐ２００７−１０５５８０Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２９７０９０（Ｐ２００５−２９７０９０）
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１２日（２００５．１０．１２）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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