脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法
【課題】 嫌気性消化汚泥を処理する水処理工程において、窒素負荷を軽減する脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法を提供する。
【解決手段】 間欠式エアレーション１１と撹拌機１２を設けた硝化槽１３を配設し、脱水ろ液の一定量Ａを硝化槽１３に送水して撹拌しながら間欠曝気を行い、硝化処理に必要な時間経過後に、硝化槽１３の撹拌と曝気を停止して、上澄液の一定量Ａを無酸素槽１に硝化液を返送すると共に、硝化処理後に硝化槽１３の汚水と、反応槽３を構成する無酸素槽１の汚水を交互に交換して、硝化槽１３の硝化汚泥の適度な有機物濃度を保ちながら、汚泥フロックの分解を防ぐもので、溶存酸素の低い状態を維持しながら、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となり、無酸素条件により放線菌の発生を抑制して汚泥沈降性の改善が図れる。
【解決手段】 間欠式エアレーション１１と撹拌機１２を設けた硝化槽１３を配設し、脱水ろ液の一定量Ａを硝化槽１３に送水して撹拌しながら間欠曝気を行い、硝化処理に必要な時間経過後に、硝化槽１３の撹拌と曝気を停止して、上澄液の一定量Ａを無酸素槽１に硝化液を返送すると共に、硝化処理後に硝化槽１３の汚水と、反応槽３を構成する無酸素槽１の汚水を交互に交換して、硝化槽１３の硝化汚泥の適度な有機物濃度を保ちながら、汚泥フロックの分解を防ぐもので、溶存酸素の低い状態を維持しながら、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となり、無酸素条件により放線菌の発生を抑制して汚泥沈降性の改善が図れる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、嫌気性消化汚泥を脱水した場合にろ液に多く含まれるアンモニア性窒素の活性汚泥処理に関し、特に、脱水機の後段に硝化槽を設置して水処理工程の窒素負荷を軽減させる脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機物を含有する汚泥と活性汚泥をエアレーションにより撹拌して亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化し、嫌気性消化槽でアンモニア性窒素を気体に還元させる処理方法は公知である。
また、循環式硝化脱窒法により、脱窒菌が有機物を用いて酸化性窒素を窒素ガスに還元し、好気性反応槽で硝化細菌がアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化させる活性汚泥処理も公知である。
そして、嫌気―好気活性汚泥方法により、有機物を含有する汚泥からリンを除去し、嫌気―無酸素―好気法（Ａ２Ｏ法）の３槽からなる反応タンクで窒素とリンを同時に除去する活性汚泥の処理方法も良く知られている。
【０００３】
また、嫌気―好気活性汚泥方法を用いて高濃度の有機性廃液を処理し、流出液を脱水機に供給して、分離液を亜硝酸化装置に流入させて曝気を行い、ｐＨ調整を行なってアンモニア性窒素の一部を亜硝酸窒素に変換し、脱窒工程で窒素ガスを放出し、脱リン工程でマグネシウムとアルカリ成分を添加して燐を除去する高濃度有機性排水の処理方法が特許文献１に開示されている。
また、最初沈殿設備から供給される処理水に嫌気―無酸素―好気法（Ａ２Ｏ法）の３槽からなる脱窒素脱リン反応設備にポリ塩化アルミニウムを注入して、窒素成分、リン成分を除去し、最終沈殿設備で処理水中の固形成分を沈殿させる下水処理システムが特許文献２に従来技術として記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１７９４８号公報（段落番号００２７乃至段落番号００３０、図１）
【特許文献２】特開２００２−３０７０９４号公報（段落番号０００３乃至段落番号０００６、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の高濃度有機性排水の処理方法は、嫌気―好気活性汚泥方法で処理し、固液分離した流出液に多く含まれるアンモニア性窒素とリンを除去して高濃度有機性排水の処理が良好に行なわれるものであるが、マグネシウムやアルカリ成分の薬剤を多く必要としている。
特許文献２に記載の下水処理システムは、嫌気―無酸素―好気法（Ａ２Ｏ法）の３槽からなる脱窒素脱リン反応設備に流入する処理水の流量変動に対する好気槽内のリン酸総量を制御するシステムである。下水処理場やし尿処理場の高濃度有機性排水では、効果を奏するものであるが、嫌気性消化処理を行なう場合には窒素負荷が増加するため、窒素除去が困難となる恐れがある。
多くのアンモニア性窒素が含まれている汚泥処理後の脱水ろ液は、水処理工程での窒素負荷が過剰となる場合がある。
【０００６】
この発明は従来の課題である嫌気性消化汚泥を脱水した場合に、脱水ろ液に多く含まれるアンモニア性窒素の除去を目的とし、水処理への窒素負荷を低減するもので、脱水機の後段に硝化槽を配設して、嫌気好気法の無酸素槽を利用して、有機物の供給と脱窒処理を行なう脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の脱水ろ液の窒素除去システムの要旨は、有機物を含有する汚泥を無酸素槽と好気槽からなる反応槽に供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽で嫌気消化処理を施した後、脱水機で固液分離を行なった脱水ろ液を調整槽に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、調整槽の後段に間欠式エアレーションと撹拌機を設けた硝化槽を配設し、硝化槽の上澄液を無酸素槽に抜出す抜出しポンプと、硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を交換させる交換ポンプを設置したもので、硝化槽の汚水を撹拌しながら間欠曝気を行なえば、硝化槽の曝気の調整が容易となり、過剰曝気となることがない。
そして、硝化槽の汚水を無酸素槽に返送すれば、無酸素槽に増殖した硝化菌と脱窒菌を供給できる。
また、交換ポンプで、無酸素槽から有機物を硝化槽に供給すれば、有機物濃度を適正に保ち、汚泥フロックの分解を防止できる。
【０００８】
この発明の活性汚泥処理における脱水ろ液の窒素除去方法の要旨は、無酸素槽と好気槽からなる反応槽に汚泥を供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽で嫌気消化処理を施した後、脱水機で分離した脱水ろ液を調整槽に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、間欠式エアレーションと撹拌機を設けた硝化槽を配設し、脱水ろ液の一定量を硝化槽に送水して撹拌しながら間欠曝気を行い、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理に必要な時間経過後に、上澄液の一定量を無酸素槽に返送すると共に、硝化処理後に硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を交互に交換して、硝化槽の適度な有機物濃度を保ち、硝化槽のｐＨ低下と汚泥フロックの分解を防ぐもので、過曝気とならないように撹拌しながら間欠曝気を行い、溶存酸素の低い状態を維持しながら、酸化によるｐＨ値の低下を抑制し、適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
硝化槽に撹拌供給する酸素と培養した硝化菌により、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化でき、運転途中に無酸素条件を入れることで放線菌の発生を抑制して汚泥沈降性の改善が図れる。
そして、硝化槽の硝化処理後の上澄液を無酸素槽に抜出して、脱窒が行なわれ、汚水の交換により増殖した硝化菌と脱窒菌も無酸素槽に供給できる。
また、硝化槽と無酸素槽の汚水の交換により、硝化槽の適度な有機物濃度を保ち、硝化槽の溶存酸素を適性に保ちながら、硝化槽のｐＨ低下と汚泥フロックの分解を防ぐことができる。
【０００９】
硝化槽の汚水交換と上澄液の抜出しは、硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を、一日１回の頻度で硝化槽の５分の１程度の容量を交換するもので、硝化に必要な有機物と時間が確保でき、硝化菌と脱窒菌の培養の時間が得られる。
【００１０】
硝化槽に流入する脱水ろ液が過剰曝気とならないように、硝化槽に流入した脱水ろ液を撹拌しながら６０分サイクルで間欠曝気を行い、槽内の溶存酸素の上限を２ｍｇ／Ｌ以下に、水素イオン濃度をｐＨ５以上に維持するもので、硝化槽に流入する脱水ろ液が過剰曝気となることがなく、溶存酸素の低い状態を維持しながら、酸化によるｐＨ値の低下も抑制される。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
硝化槽の曝気の調整が容易で、運転の途中で無酸素条件を入れることにより、水処理に有害な放線菌等の微生物の発生もなく、汚泥沈降性が改善できる。
【００１１】
汚泥の分解を防ぐために有機物を供給することを目的として、硝化槽は無酸素槽から有機物を投入して脱水ろ液の活性汚泥浮遊物質量を６，０００ｍｇ／Ｌ程度に調整し、撹拌と間欠曝気を行いながら硝化槽に１日程度滞留させてアンモニア性窒素を硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に硝化して、間欠曝気により硝化菌と脱窒菌を培養させるもので、有機物を投入して汚泥分解を抑制し、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理に必要な時間が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法は、脱水ろ液に多く含まれるアンモニア性窒素の除去装置として、撹拌と間欠曝気を行なう硝化槽を設置して、撹拌と曝気を停止した硝化処理を行なった上澄液を無酸素槽に供給し、定期的に硝化槽の汚水と反応槽を構成する無酸素槽の汚水を交換するもので、硝化槽は間欠曝気により曝気の調整が容易となり、過剰曝気となることがない。
硝化槽に無酸素条件を入れることにより、水処理に有害な放線菌等の発生を抑制し、必要な有機物を確保して汚泥フロックの分解を防ぎ、汚泥沈降性の改善が図れる。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、酸化によるｐＨ値の低下も抑制され、適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
硝化槽の汚水は、活性汚泥浮遊物質量が適正となり、新たな汚泥の発生もなく汚泥の引抜きを必要としない。
硝化槽は活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度を保ちながら、硝化槽で培養増殖した硝化菌と脱窒菌を無酸素槽に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システムのフローチャートである。
【図２】高濃度の水処理槽と低濃度の汚泥処理槽を併設した脱水ろ液の窒素除去システムの実験装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法について、図面に基づき詳述すると、図１は窒素除去システムのフローチャートであって、無酸素槽１と好気槽２の二槽からなる反応槽３が最初沈殿池４の後段に接続してあり、有機物を含有する汚水を最初沈殿池４に流入させて沈殿分離を行い、分離汚水と浮遊物を無酸素槽１に供給する。無酸素槽１は無酸素状態の分離汚水を脱窒細菌により脱窒反応を行なう。
無酸素槽１から好気槽２に流入したアンモニア性窒素を含む汚水は、撹拌と曝気により硝化反応が行なわれ、硝化細菌がアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素と硝酸性窒素に酸化させる好気槽２の一部の酸化液を無酸素槽１に返送し、活性汚泥に含まれる脱窒細菌が有機物を用いて酸化性窒素を窒素ガスに還元させる。
好気槽２から処理水を最終沈殿池５に移送して、沈殿濃縮した沈澱汚泥の一部は活性汚泥として無酸素槽１に返送し、残りは余剰汚泥として調整槽６に抜出す。
最終沈殿池５の上澄液を抜出して滅菌処理装置７で滅菌して、窒素除去システムの汚泥処理後から放流する。
最初沈殿池４の沈殿汚泥と最終沈殿池５の余剰汚泥は調整槽６に集められ、嫌気性消化槽８に移送される。嫌気性消化槽８に流入した沈澱汚泥と余剰汚泥は嫌気性消化処理を行なった後、スクリュープレス等の脱水機９に供給して固液分離を行ない、脱水ろ液とケーキに固液分離する。
【００１５】
図１に示すように、脱水機９で固液分離した脱水ろ液を一時的に貯留する調整槽１０が設置してあり、調整槽１０の後段に間欠式エアレーション１１と撹拌機１２を設けた硝化槽１３を配設してある。
反応槽３を構成する無酸素槽１に硝化槽１３の硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）を含む一定量Ａの上澄液を抜出す抜出しポンプ１５と、無酸素槽１の汚水と硝化槽１３の汚水を交換する交換ポンプ１４が設置してある。硝化槽１３の５分の１程度の容量を一日１回の頻度で交換する。交換する汚水は撹拌機１２により槽内濃度が一定になっており、交換ポンプ１４による排出で槽内濃度が変化することはない。
【００１６】
脱水ろ液の窒素除去システムの硝化槽１３の立ち上げ時は、最終沈殿池５から発生する余剰汚泥を脱水ろ液で希釈し、硝化槽１３に供給して活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）を３，０００ｍｇ／Ｌ程度に調整する。なお、栄養源の有機物採取先は、生汚泥の最初沈殿池４あるいは最終沈殿池５の上澄液でも良い。
活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）を調整した硝化槽１３と反応槽３を構成する無酸素槽１を利用して、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）の除去方法を開始する。
ａ．脱水ろ液を貯留した調整槽１０から一定量Ａの脱水ろ液を硝化槽１３に送水する。
ｂ．硝化槽１３はアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を含む脱水ろ液が過剰曝気とならないように、撹拌機１２で撹拌しながら間欠式エアレーション１１を６０分程度の間隔で曝気と停止の間欠曝気を行ない、硝化槽１３に撹拌供給する酸素と培養した硝化菌により、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）に酸化させる。
撹拌しながら間欠曝気を行なえば、硝化槽１３の曝気の調整が容易となり、硝化槽１３に流入する脱水ろ液が過剰曝気となることがない。
【００１７】
ｃ．硝化槽１３の溶存酸素（ＭＬＤＯ）は０．２〜０．５ｍｇ／Ｌ程度になるのが理想であるが、調整が困難であり、エアレーションは６０分程度の間欠曝気とすれば、ＭＬＤＯ（溶存酸素）の最高値でも２ｍｇ／Ｌ程度に、水素イオン濃度をｐＨ５以上に維持することで調整が容易となる。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、溶存酸素が理想の０．２〜０．５ｍｇ／Ｌの状態に近くなり、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
運転の途中で無酸素条件を入れることにより、水処理に有害な放線菌等の微生物の発生もなく、汚泥沈降性が改善できる。
ｄ．脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）の硝化処理に必要な滞留時間を１日程度と設定し、硝化菌、脱窒菌を培養するためにも、脱水ろ液の滞留時間は１日程度が最適となる。
【００１８】
ｅ．硝化槽１３の脱水ろ液の硝化処理に必要な時間を確保して、硝化槽１３の汚水と無酸素槽１の汚水を、一日１回の頻度で硝化槽１３の５分の１程度の容量を交換する。交換時には、硝化槽１３の撹拌機１２を作動させながら交換ポンプ１４で硝化槽１３の汚水を排出する。
無酸素槽１から硝化槽１３に有機物を供給して適正な有機物濃度を保ちながら汚泥フロックの分解を防止でき、有機物を投入した脱水ろ液を長時間滞留させて、間欠曝気により硝化菌と脱窒菌の増殖と酸化処理が行なえる。
ｆ．無酸素槽１に返送した汚水に含まれる硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）を、硝化槽１３で溶存酸素（ＭＬＤＯ）の低い状態で増殖した脱窒菌と無酸素槽１の脱窒菌が最初沈殿池４から流入する有機物を栄養源として脱窒反応を行なう。
ｇ．硝化槽１３は無酸素槽１からの有機物の投入により活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）が６，０００ｍｇ／Ｌ程度まで増加するが、エア供給量を適正にすれば、新たな汚泥の発生もなく汚泥の引抜きを必要としない。
ｈ．硝化槽１３は硝化反応によりｐＨ値が低下するが、脱水ろ液の供給と、無酸素槽１との汚水の交換でｐＨの低下を抑制でき、間欠曝気でｐＨ値が５以上となる。溶存酸素（ＭＬＤＯ）が適正となる。
なお、季節変動等でｐＨ値が５以下となる時には、エア供給量の調整とｐＨ調整剤を添加しても良い。
【００１９】
ｉ．硝化槽１３は脱水ろ液の硝化処理に必要な１時間が経過後に、硝化槽１３の間欠式エアレーション１１と撹拌機１２を停止して、硝化処理した汚水を重力濃縮させ、硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）を含む上澄液の一定量Ａを無酸素槽１に返送する。
活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）の低下を防ぐため、処理水の上澄液を抜出す。
【００２０】
ｊ．無酸素槽１から好気槽２に流入したアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を含む汚水は、硝化槽１３から返送した硝化菌と好気槽２の硝化菌が硝化反応を行なう。
ｋ．好気槽２の硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）を含む一部の硝化液をポンプ１６で無酸素槽１に返送する。
ｌ．好気槽２で処理した処理水を後段の最終沈殿池５に移送する。
ｍ．最終沈殿池５のアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を除去した処理水は、滅菌処理装置７で滅菌して放流する。
ｎ．硝化槽１３の上澄液の一定量Ａを無酸素槽１に抜き出した硝化槽１３に、一定量Ａの脱水ろ液を調整槽１０から流入させるａの操作に戻る。
上記のａ〜ｎの操作を繰り返し、硝化槽１３の脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）は、撹拌と間欠曝気により硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）に酸化でき、硝化処理後の上澄液を無酸素槽に供給して、脱窒菌により窒素ガスに還元できる。過剰となる恐れの脱水ろ液に含まれる窒素除去が可能となり、水処理工程での窒素負荷を軽減できる。
【実施例】
【００２１】
嫌気性消化汚泥を脱水機で固液分離をした脱水ろ液には、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）が多く含まれており、汚泥処理後の水処理工程で窒素負荷が過剰となっている。そこで、水処理工程の負荷を低減するため、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を除去する装置を検討した。
実験装置として図２に示す高濃度の水処理槽１７と低濃度の汚泥処理槽１８の２０Ｌ槽を併設して実験を行なった。
（１）実験装置
ａ：高濃度の水処理槽１７に連続式エアレーション１９と撹拌機２０を設置し、低濃度の汚泥処理槽１８に間欠式エアレーション２１と撹拌機２２を設置した。
【００２２】
（２）実験条件
ａ：基質として、
ＢＯＤ源は、最初沈殿池の初沈流出水に含まれる有機物に相当する成分として、無調整牛乳（ＢＯＤ約７８０００ｍｇ／Ｌ）の４０ｍＬを水処理槽１７に１日２回供給する。
窒素成分は、消化汚泥の脱水ろ液（ＮＨ４−Ｎ約５００ｍｇ／Ｌ）を汚泥処理槽１８に２０Ｌ供給する。
ｂ：高濃度の水処理槽１７の連続式エアレーション１９は連続曝気とし、反応液の重力濃縮のための曝気停止を２ｈ／ｄａｙとする。
ｃ：低濃度の汚泥処理槽１８の間欠式エアレーション２１は曝気と停止を６０分間隔で実施する。
ｄ：溶存酸素（ＭＬＤＯ）は１ｍｇ／Ｌ以下となるように、連続式エアレーション１９と間欠式エアレーション２１の風量を調整する。
ｅ：水処理系の水処理槽１７と汚泥処理系の汚泥処理槽１８の活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）を保つため、適宜汚泥４Ｌを交換する。
ｆ：水質測定：ＭＬＤＯ、ＭＬＳＳ、ＭＬＶＳＳ、ＢＯＤ、ＣＯＤ、色度等の水質測定
【００２３】
をする。
（３）操作手順
ａ：水処理槽１７の連続式エアレーション１９と撹拌機２０、汚泥処理槽１８の間欠式エアレーション２１と撹拌機２２を作動開始する。
ｂ：水処理槽１７と汚泥処理槽１８の曝気と撹拌を１時間行なった後、上澄液を作るために停止する。
ｃ：水処理槽１７の上澄液４Ｌを除去する。
ｄ：汚泥処理槽１８の上澄液４Ｌを水処理槽１７へ投入する。
ｅ：水処理槽１７に牛乳４０ｍＬと、汚泥処理槽１８に消化汚泥脱水ろ液を４Ｌ投入する。
ｆ：水処理槽１７と汚泥処理槽１８は無酸素条件を確保するため、一時間のみ撹拌を実施する。
ｇ：水処理槽１７と汚泥処理槽１８の撹拌と曝気再開する。
ｈ：４時間後に水処理槽１７と汚泥処理槽１８の汚泥を４Ｌ交換する。
ｉ：水処理槽１７の曝気を停止して牛乳４０ｍＬを投入し、１時間のみ撹拌を実施した後曝気再開する。
ｊ：夜間は風量を削減して曝気する。
【００２４】
（４）低曝気条件の確立
Ａ．曝気風量の設定
水処理槽１７と汚泥処理槽１８の風量は０．１〜１．６Ｌ／分
曝気方式は連続曝気と間欠曝気を１０分、或は１時間と様々な条件を検討した。
流入水質や水量の変動を想定すると、低曝気条件である溶存酸素（ＭＬＤＯ）を０．５ｍｇ／Ｌ程度に確保するためには、１時間曝気、１時間停止の間欠曝気が最も近い条件となることが分かった。
ａ：有機物の酸化（酸素呼吸、グルコースの例）
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｏ２→６ＣＯ２＋６Ｈ２Ｏ
ｂ：硝化（酸素呼吸）の進行
ＮＨ４＋＋２Ｏ２→ＮＯ３−＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋
ｃ：脱窒（酸素呼吸）の進行、（グルコースの例）
５Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋２４ＮＯ３−→３０ＣＯ２＋１８Ｈ２Ｏ＋２４ＯＨ−＋１２Ｎ２
【００２５】
Ｂ．検討結果
間欠、低曝気では系内で上記の酸素ａｂｃの酸素呼吸と硝酸呼吸が同時に進行し、有機物除去と窒素除去が行なわれ、ｐＨ低下は起こらないと考えられる。
この時の溶存酸素（ＭＬＤＯ）は０．５ｍｇ／Ｌ程度であった。
硝化の進行が進むとｐＨは低下するが、同時に脱窒が進行するとｐＨは回復している。
しかし、流量変動、水質変動、系内での反応の進行等がある中で、溶存酸素（ＭＬＤＯ）を常時０．５ｍｇ／Ｌ程度に保持する条件を設定するのが困難であった。
【００２６】
Ｃ．硝化によるｐＨの低下と脱窒によるｐＨの回復
従来の標準活性汚泥法及びＯＤ法は、硝化の進行が進むとｐＨが低下するが、同時に脱窒が進行するとｐＨは回復する。
処理水のｐＨが低下しないのは処理系において硝化と脱窒が同時に起こっているためと考えられる。
間欠低曝気の汚泥処理方法では、標準活性汚泥法より窒素除去率が高くなるのは、脱窒（硝化呼吸）が進行しやすいためと考えられる。
実験結果から、基質（牛乳、グルコース、余剰汚泥等）がない場合に硝化が進行すると、ｐＨが５以下に低下して硝化が停止する。
更に、硝化を進行させるためには炭酸水素ナトリウム等の緩衝剤を投入しなければならない。
ＮａＨＣＯ３＋Ｈ＋→Ｎａ＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
ｐＨ低下を防止するため、粉砕した牡蠣殻（ＣａＣＯ３）を投入してみたが、効果は見られなかった。
ｐＨ値が５以下に低下すると汚泥が解体し、上澄液は懸濁するという発泡現象がみられた。
その解決策として、基質添加後に無酸素条件を作るため、曝気を止め、撹拌のみとした。これはＡＯ法と呼ばれる運転条件であり、この手法を利用した実験により発泡現象は収まった。発泡現象は放線菌の発生が原因と思われる。
基質が不足して硝酸呼吸が困難である汚泥処理槽ではｐＨ値の低下と硝酸の蓄積が発生することが予測できる。
流入下水等の基質を汚泥好気性硝化槽へ添加するか、或は最初沈殿池の汚泥を添加することで硝酸呼吸が促進され、アルカリ分の補給と窒素除去が行なわれるものと推測され、余剰汚泥発生量の削減につながる可能性がある。
【００２７】
Ｄ．発泡現象の抑制
実験開始当初から水処理槽１７と汚泥処理槽１８の槽内に放線菌によると思われる発泡現象が発生し、汚泥フロックの解体が見られた。発泡現象が発生すると汚泥流出等による汚泥収支が取れなくなる。その解決策として牛乳添加後に無酸素条件を作るため、曝気を止め、撹拌だけとした。これはＡＯ法と呼ばれる運転条件であり、この手法を利用した実験により、発泡現象は収まった。低曝気の後に無酸素条件を組み込むことで発泡現象が抑制でき、汚泥の沈降性も改善した。
間欠、低曝気は運転の途中で無酸素条件を入れることにより、放線菌の発生を抑えるとともに、汚泥沈降性の改善が図れるものと考えられる。
上記の実験結果から、消化汚泥の脱水ろ液を水処理施設の初段に返送せずに、硝化槽に供給し、同時にＢＯＤ源として余剰汚泥、流入下水、初沈汚泥等を若干投入して窒素除去した後、水処理系へ返送すれば余剰汚泥発生量が少なくなることが考察できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法は、嫌気性消化汚泥を処理する水処理工程の窒素負荷を軽減させるもので、流入汚水を処理する無酸素槽と好気槽からなる反応槽と、脱水ろ液を送水する間欠式エアレーションと撹拌機を設けた硝化槽を配設し、硝化槽に脱水ろ液を供給し、硝化処理後に上澄液の一定量を無酸素槽に返送し、硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を交互に交換させるもので、硝化槽の有機物濃度を保ちながら汚泥フロックの分解を防ぐことができる。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となり、無酸素条件により放線菌の発生を抑制して汚泥沈降性の改善が図れる。
従って、下水処理場、し尿処理場、或は有機物を多く含む生産プロセスや産業排水処理場等の汚泥処理工程に脱水ろ液を一時的に貯留する調整槽の後段に間欠曝気を行なう硝化槽を設置すれば脱水ろ液に含まれる多くのアンモニア性窒素の除去が行なわれ、水処理工程の負担を軽減できる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 無酸素槽
２ 好気槽
３ 反応槽
４ 最初沈殿池
８ 嫌気性消化槽
９ 脱水機
１０ 調整槽
１１ 間欠式エアレーション
１２ 撹拌機
１３ 硝化槽
１４ 交換ポンプ
１５ 抜出しポンプ
Ａ 一定量
【技術分野】
【０００１】
この発明は、嫌気性消化汚泥を脱水した場合にろ液に多く含まれるアンモニア性窒素の活性汚泥処理に関し、特に、脱水機の後段に硝化槽を設置して水処理工程の窒素負荷を軽減させる脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機物を含有する汚泥と活性汚泥をエアレーションにより撹拌して亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化し、嫌気性消化槽でアンモニア性窒素を気体に還元させる処理方法は公知である。
また、循環式硝化脱窒法により、脱窒菌が有機物を用いて酸化性窒素を窒素ガスに還元し、好気性反応槽で硝化細菌がアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化させる活性汚泥処理も公知である。
そして、嫌気―好気活性汚泥方法により、有機物を含有する汚泥からリンを除去し、嫌気―無酸素―好気法（Ａ２Ｏ法）の３槽からなる反応タンクで窒素とリンを同時に除去する活性汚泥の処理方法も良く知られている。
【０００３】
また、嫌気―好気活性汚泥方法を用いて高濃度の有機性廃液を処理し、流出液を脱水機に供給して、分離液を亜硝酸化装置に流入させて曝気を行い、ｐＨ調整を行なってアンモニア性窒素の一部を亜硝酸窒素に変換し、脱窒工程で窒素ガスを放出し、脱リン工程でマグネシウムとアルカリ成分を添加して燐を除去する高濃度有機性排水の処理方法が特許文献１に開示されている。
また、最初沈殿設備から供給される処理水に嫌気―無酸素―好気法（Ａ２Ｏ法）の３槽からなる脱窒素脱リン反応設備にポリ塩化アルミニウムを注入して、窒素成分、リン成分を除去し、最終沈殿設備で処理水中の固形成分を沈殿させる下水処理システムが特許文献２に従来技術として記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１７９４８号公報（段落番号００２７乃至段落番号００３０、図１）
【特許文献２】特開２００２−３０７０９４号公報（段落番号０００３乃至段落番号０００６、図４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の高濃度有機性排水の処理方法は、嫌気―好気活性汚泥方法で処理し、固液分離した流出液に多く含まれるアンモニア性窒素とリンを除去して高濃度有機性排水の処理が良好に行なわれるものであるが、マグネシウムやアルカリ成分の薬剤を多く必要としている。
特許文献２に記載の下水処理システムは、嫌気―無酸素―好気法（Ａ２Ｏ法）の３槽からなる脱窒素脱リン反応設備に流入する処理水の流量変動に対する好気槽内のリン酸総量を制御するシステムである。下水処理場やし尿処理場の高濃度有機性排水では、効果を奏するものであるが、嫌気性消化処理を行なう場合には窒素負荷が増加するため、窒素除去が困難となる恐れがある。
多くのアンモニア性窒素が含まれている汚泥処理後の脱水ろ液は、水処理工程での窒素負荷が過剰となる場合がある。
【０００６】
この発明は従来の課題である嫌気性消化汚泥を脱水した場合に、脱水ろ液に多く含まれるアンモニア性窒素の除去を目的とし、水処理への窒素負荷を低減するもので、脱水機の後段に硝化槽を配設して、嫌気好気法の無酸素槽を利用して、有機物の供給と脱窒処理を行なう脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の脱水ろ液の窒素除去システムの要旨は、有機物を含有する汚泥を無酸素槽と好気槽からなる反応槽に供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽で嫌気消化処理を施した後、脱水機で固液分離を行なった脱水ろ液を調整槽に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、調整槽の後段に間欠式エアレーションと撹拌機を設けた硝化槽を配設し、硝化槽の上澄液を無酸素槽に抜出す抜出しポンプと、硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を交換させる交換ポンプを設置したもので、硝化槽の汚水を撹拌しながら間欠曝気を行なえば、硝化槽の曝気の調整が容易となり、過剰曝気となることがない。
そして、硝化槽の汚水を無酸素槽に返送すれば、無酸素槽に増殖した硝化菌と脱窒菌を供給できる。
また、交換ポンプで、無酸素槽から有機物を硝化槽に供給すれば、有機物濃度を適正に保ち、汚泥フロックの分解を防止できる。
【０００８】
この発明の活性汚泥処理における脱水ろ液の窒素除去方法の要旨は、無酸素槽と好気槽からなる反応槽に汚泥を供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽で嫌気消化処理を施した後、脱水機で分離した脱水ろ液を調整槽に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、間欠式エアレーションと撹拌機を設けた硝化槽を配設し、脱水ろ液の一定量を硝化槽に送水して撹拌しながら間欠曝気を行い、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理に必要な時間経過後に、上澄液の一定量を無酸素槽に返送すると共に、硝化処理後に硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を交互に交換して、硝化槽の適度な有機物濃度を保ち、硝化槽のｐＨ低下と汚泥フロックの分解を防ぐもので、過曝気とならないように撹拌しながら間欠曝気を行い、溶存酸素の低い状態を維持しながら、酸化によるｐＨ値の低下を抑制し、適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
硝化槽に撹拌供給する酸素と培養した硝化菌により、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化でき、運転途中に無酸素条件を入れることで放線菌の発生を抑制して汚泥沈降性の改善が図れる。
そして、硝化槽の硝化処理後の上澄液を無酸素槽に抜出して、脱窒が行なわれ、汚水の交換により増殖した硝化菌と脱窒菌も無酸素槽に供給できる。
また、硝化槽と無酸素槽の汚水の交換により、硝化槽の適度な有機物濃度を保ち、硝化槽の溶存酸素を適性に保ちながら、硝化槽のｐＨ低下と汚泥フロックの分解を防ぐことができる。
【０００９】
硝化槽の汚水交換と上澄液の抜出しは、硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を、一日１回の頻度で硝化槽の５分の１程度の容量を交換するもので、硝化に必要な有機物と時間が確保でき、硝化菌と脱窒菌の培養の時間が得られる。
【００１０】
硝化槽に流入する脱水ろ液が過剰曝気とならないように、硝化槽に流入した脱水ろ液を撹拌しながら６０分サイクルで間欠曝気を行い、槽内の溶存酸素の上限を２ｍｇ／Ｌ以下に、水素イオン濃度をｐＨ５以上に維持するもので、硝化槽に流入する脱水ろ液が過剰曝気となることがなく、溶存酸素の低い状態を維持しながら、酸化によるｐＨ値の低下も抑制される。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
硝化槽の曝気の調整が容易で、運転の途中で無酸素条件を入れることにより、水処理に有害な放線菌等の微生物の発生もなく、汚泥沈降性が改善できる。
【００１１】
汚泥の分解を防ぐために有機物を供給することを目的として、硝化槽は無酸素槽から有機物を投入して脱水ろ液の活性汚泥浮遊物質量を６，０００ｍｇ／Ｌ程度に調整し、撹拌と間欠曝気を行いながら硝化槽に１日程度滞留させてアンモニア性窒素を硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に硝化して、間欠曝気により硝化菌と脱窒菌を培養させるもので、有機物を投入して汚泥分解を抑制し、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理に必要な時間が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法は、脱水ろ液に多く含まれるアンモニア性窒素の除去装置として、撹拌と間欠曝気を行なう硝化槽を設置して、撹拌と曝気を停止した硝化処理を行なった上澄液を無酸素槽に供給し、定期的に硝化槽の汚水と反応槽を構成する無酸素槽の汚水を交換するもので、硝化槽は間欠曝気により曝気の調整が容易となり、過剰曝気となることがない。
硝化槽に無酸素条件を入れることにより、水処理に有害な放線菌等の発生を抑制し、必要な有機物を確保して汚泥フロックの分解を防ぎ、汚泥沈降性の改善が図れる。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、酸化によるｐＨ値の低下も抑制され、適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
硝化槽の汚水は、活性汚泥浮遊物質量が適正となり、新たな汚泥の発生もなく汚泥の引抜きを必要としない。
硝化槽は活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度を保ちながら、硝化槽で培養増殖した硝化菌と脱窒菌を無酸素槽に供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システムのフローチャートである。
【図２】高濃度の水処理槽と低濃度の汚泥処理槽を併設した脱水ろ液の窒素除去システムの実験装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法について、図面に基づき詳述すると、図１は窒素除去システムのフローチャートであって、無酸素槽１と好気槽２の二槽からなる反応槽３が最初沈殿池４の後段に接続してあり、有機物を含有する汚水を最初沈殿池４に流入させて沈殿分離を行い、分離汚水と浮遊物を無酸素槽１に供給する。無酸素槽１は無酸素状態の分離汚水を脱窒細菌により脱窒反応を行なう。
無酸素槽１から好気槽２に流入したアンモニア性窒素を含む汚水は、撹拌と曝気により硝化反応が行なわれ、硝化細菌がアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素と硝酸性窒素に酸化させる好気槽２の一部の酸化液を無酸素槽１に返送し、活性汚泥に含まれる脱窒細菌が有機物を用いて酸化性窒素を窒素ガスに還元させる。
好気槽２から処理水を最終沈殿池５に移送して、沈殿濃縮した沈澱汚泥の一部は活性汚泥として無酸素槽１に返送し、残りは余剰汚泥として調整槽６に抜出す。
最終沈殿池５の上澄液を抜出して滅菌処理装置７で滅菌して、窒素除去システムの汚泥処理後から放流する。
最初沈殿池４の沈殿汚泥と最終沈殿池５の余剰汚泥は調整槽６に集められ、嫌気性消化槽８に移送される。嫌気性消化槽８に流入した沈澱汚泥と余剰汚泥は嫌気性消化処理を行なった後、スクリュープレス等の脱水機９に供給して固液分離を行ない、脱水ろ液とケーキに固液分離する。
【００１５】
図１に示すように、脱水機９で固液分離した脱水ろ液を一時的に貯留する調整槽１０が設置してあり、調整槽１０の後段に間欠式エアレーション１１と撹拌機１２を設けた硝化槽１３を配設してある。
反応槽３を構成する無酸素槽１に硝化槽１３の硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）を含む一定量Ａの上澄液を抜出す抜出しポンプ１５と、無酸素槽１の汚水と硝化槽１３の汚水を交換する交換ポンプ１４が設置してある。硝化槽１３の５分の１程度の容量を一日１回の頻度で交換する。交換する汚水は撹拌機１２により槽内濃度が一定になっており、交換ポンプ１４による排出で槽内濃度が変化することはない。
【００１６】
脱水ろ液の窒素除去システムの硝化槽１３の立ち上げ時は、最終沈殿池５から発生する余剰汚泥を脱水ろ液で希釈し、硝化槽１３に供給して活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）を３，０００ｍｇ／Ｌ程度に調整する。なお、栄養源の有機物採取先は、生汚泥の最初沈殿池４あるいは最終沈殿池５の上澄液でも良い。
活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）を調整した硝化槽１３と反応槽３を構成する無酸素槽１を利用して、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）の除去方法を開始する。
ａ．脱水ろ液を貯留した調整槽１０から一定量Ａの脱水ろ液を硝化槽１３に送水する。
ｂ．硝化槽１３はアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を含む脱水ろ液が過剰曝気とならないように、撹拌機１２で撹拌しながら間欠式エアレーション１１を６０分程度の間隔で曝気と停止の間欠曝気を行ない、硝化槽１３に撹拌供給する酸素と培養した硝化菌により、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）に酸化させる。
撹拌しながら間欠曝気を行なえば、硝化槽１３の曝気の調整が容易となり、硝化槽１３に流入する脱水ろ液が過剰曝気となることがない。
【００１７】
ｃ．硝化槽１３の溶存酸素（ＭＬＤＯ）は０．２〜０．５ｍｇ／Ｌ程度になるのが理想であるが、調整が困難であり、エアレーションは６０分程度の間欠曝気とすれば、ＭＬＤＯ（溶存酸素）の最高値でも２ｍｇ／Ｌ程度に、水素イオン濃度をｐＨ５以上に維持することで調整が容易となる。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、溶存酸素が理想の０．２〜０．５ｍｇ／Ｌの状態に近くなり、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となる。
運転の途中で無酸素条件を入れることにより、水処理に有害な放線菌等の微生物の発生もなく、汚泥沈降性が改善できる。
ｄ．脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）の硝化処理に必要な滞留時間を１日程度と設定し、硝化菌、脱窒菌を培養するためにも、脱水ろ液の滞留時間は１日程度が最適となる。
【００１８】
ｅ．硝化槽１３の脱水ろ液の硝化処理に必要な時間を確保して、硝化槽１３の汚水と無酸素槽１の汚水を、一日１回の頻度で硝化槽１３の５分の１程度の容量を交換する。交換時には、硝化槽１３の撹拌機１２を作動させながら交換ポンプ１４で硝化槽１３の汚水を排出する。
無酸素槽１から硝化槽１３に有機物を供給して適正な有機物濃度を保ちながら汚泥フロックの分解を防止でき、有機物を投入した脱水ろ液を長時間滞留させて、間欠曝気により硝化菌と脱窒菌の増殖と酸化処理が行なえる。
ｆ．無酸素槽１に返送した汚水に含まれる硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）を、硝化槽１３で溶存酸素（ＭＬＤＯ）の低い状態で増殖した脱窒菌と無酸素槽１の脱窒菌が最初沈殿池４から流入する有機物を栄養源として脱窒反応を行なう。
ｇ．硝化槽１３は無酸素槽１からの有機物の投入により活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）が６，０００ｍｇ／Ｌ程度まで増加するが、エア供給量を適正にすれば、新たな汚泥の発生もなく汚泥の引抜きを必要としない。
ｈ．硝化槽１３は硝化反応によりｐＨ値が低下するが、脱水ろ液の供給と、無酸素槽１との汚水の交換でｐＨの低下を抑制でき、間欠曝気でｐＨ値が５以上となる。溶存酸素（ＭＬＤＯ）が適正となる。
なお、季節変動等でｐＨ値が５以下となる時には、エア供給量の調整とｐＨ調整剤を添加しても良い。
【００１９】
ｉ．硝化槽１３は脱水ろ液の硝化処理に必要な１時間が経過後に、硝化槽１３の間欠式エアレーション１１と撹拌機１２を停止して、硝化処理した汚水を重力濃縮させ、硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）を含む上澄液の一定量Ａを無酸素槽１に返送する。
活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）の低下を防ぐため、処理水の上澄液を抜出す。
【００２０】
ｊ．無酸素槽１から好気槽２に流入したアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を含む汚水は、硝化槽１３から返送した硝化菌と好気槽２の硝化菌が硝化反応を行なう。
ｋ．好気槽２の硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）を含む一部の硝化液をポンプ１６で無酸素槽１に返送する。
ｌ．好気槽２で処理した処理水を後段の最終沈殿池５に移送する。
ｍ．最終沈殿池５のアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を除去した処理水は、滅菌処理装置７で滅菌して放流する。
ｎ．硝化槽１３の上澄液の一定量Ａを無酸素槽１に抜き出した硝化槽１３に、一定量Ａの脱水ろ液を調整槽１０から流入させるａの操作に戻る。
上記のａ〜ｎの操作を繰り返し、硝化槽１３の脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）は、撹拌と間欠曝気により硝酸性窒素（ＮＯ３−Ｎ）又は亜硝酸性窒素（ＮＯ２−Ｎ）に酸化でき、硝化処理後の上澄液を無酸素槽に供給して、脱窒菌により窒素ガスに還元できる。過剰となる恐れの脱水ろ液に含まれる窒素除去が可能となり、水処理工程での窒素負荷を軽減できる。
【実施例】
【００２１】
嫌気性消化汚泥を脱水機で固液分離をした脱水ろ液には、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）が多く含まれており、汚泥処理後の水処理工程で窒素負荷が過剰となっている。そこで、水処理工程の負荷を低減するため、アンモニア性窒素（ＮＨ４−Ｎ）を除去する装置を検討した。
実験装置として図２に示す高濃度の水処理槽１７と低濃度の汚泥処理槽１８の２０Ｌ槽を併設して実験を行なった。
（１）実験装置
ａ：高濃度の水処理槽１７に連続式エアレーション１９と撹拌機２０を設置し、低濃度の汚泥処理槽１８に間欠式エアレーション２１と撹拌機２２を設置した。
【００２２】
（２）実験条件
ａ：基質として、
ＢＯＤ源は、最初沈殿池の初沈流出水に含まれる有機物に相当する成分として、無調整牛乳（ＢＯＤ約７８０００ｍｇ／Ｌ）の４０ｍＬを水処理槽１７に１日２回供給する。
窒素成分は、消化汚泥の脱水ろ液（ＮＨ４−Ｎ約５００ｍｇ／Ｌ）を汚泥処理槽１８に２０Ｌ供給する。
ｂ：高濃度の水処理槽１７の連続式エアレーション１９は連続曝気とし、反応液の重力濃縮のための曝気停止を２ｈ／ｄａｙとする。
ｃ：低濃度の汚泥処理槽１８の間欠式エアレーション２１は曝気と停止を６０分間隔で実施する。
ｄ：溶存酸素（ＭＬＤＯ）は１ｍｇ／Ｌ以下となるように、連続式エアレーション１９と間欠式エアレーション２１の風量を調整する。
ｅ：水処理系の水処理槽１７と汚泥処理系の汚泥処理槽１８の活性汚泥浮遊物質量（ＭＬＳＳ濃度）を保つため、適宜汚泥４Ｌを交換する。
ｆ：水質測定：ＭＬＤＯ、ＭＬＳＳ、ＭＬＶＳＳ、ＢＯＤ、ＣＯＤ、色度等の水質測定
【００２３】
をする。
（３）操作手順
ａ：水処理槽１７の連続式エアレーション１９と撹拌機２０、汚泥処理槽１８の間欠式エアレーション２１と撹拌機２２を作動開始する。
ｂ：水処理槽１７と汚泥処理槽１８の曝気と撹拌を１時間行なった後、上澄液を作るために停止する。
ｃ：水処理槽１７の上澄液４Ｌを除去する。
ｄ：汚泥処理槽１８の上澄液４Ｌを水処理槽１７へ投入する。
ｅ：水処理槽１７に牛乳４０ｍＬと、汚泥処理槽１８に消化汚泥脱水ろ液を４Ｌ投入する。
ｆ：水処理槽１７と汚泥処理槽１８は無酸素条件を確保するため、一時間のみ撹拌を実施する。
ｇ：水処理槽１７と汚泥処理槽１８の撹拌と曝気再開する。
ｈ：４時間後に水処理槽１７と汚泥処理槽１８の汚泥を４Ｌ交換する。
ｉ：水処理槽１７の曝気を停止して牛乳４０ｍＬを投入し、１時間のみ撹拌を実施した後曝気再開する。
ｊ：夜間は風量を削減して曝気する。
【００２４】
（４）低曝気条件の確立
Ａ．曝気風量の設定
水処理槽１７と汚泥処理槽１８の風量は０．１〜１．６Ｌ／分
曝気方式は連続曝気と間欠曝気を１０分、或は１時間と様々な条件を検討した。
流入水質や水量の変動を想定すると、低曝気条件である溶存酸素（ＭＬＤＯ）を０．５ｍｇ／Ｌ程度に確保するためには、１時間曝気、１時間停止の間欠曝気が最も近い条件となることが分かった。
ａ：有機物の酸化（酸素呼吸、グルコースの例）
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋６Ｏ２→６ＣＯ２＋６Ｈ２Ｏ
ｂ：硝化（酸素呼吸）の進行
ＮＨ４＋＋２Ｏ２→ＮＯ３−＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ＋
ｃ：脱窒（酸素呼吸）の進行、（グルコースの例）
５Ｃ６Ｈ１２Ｏ６＋２４ＮＯ３−→３０ＣＯ２＋１８Ｈ２Ｏ＋２４ＯＨ−＋１２Ｎ２
【００２５】
Ｂ．検討結果
間欠、低曝気では系内で上記の酸素ａｂｃの酸素呼吸と硝酸呼吸が同時に進行し、有機物除去と窒素除去が行なわれ、ｐＨ低下は起こらないと考えられる。
この時の溶存酸素（ＭＬＤＯ）は０．５ｍｇ／Ｌ程度であった。
硝化の進行が進むとｐＨは低下するが、同時に脱窒が進行するとｐＨは回復している。
しかし、流量変動、水質変動、系内での反応の進行等がある中で、溶存酸素（ＭＬＤＯ）を常時０．５ｍｇ／Ｌ程度に保持する条件を設定するのが困難であった。
【００２６】
Ｃ．硝化によるｐＨの低下と脱窒によるｐＨの回復
従来の標準活性汚泥法及びＯＤ法は、硝化の進行が進むとｐＨが低下するが、同時に脱窒が進行するとｐＨは回復する。
処理水のｐＨが低下しないのは処理系において硝化と脱窒が同時に起こっているためと考えられる。
間欠低曝気の汚泥処理方法では、標準活性汚泥法より窒素除去率が高くなるのは、脱窒（硝化呼吸）が進行しやすいためと考えられる。
実験結果から、基質（牛乳、グルコース、余剰汚泥等）がない場合に硝化が進行すると、ｐＨが５以下に低下して硝化が停止する。
更に、硝化を進行させるためには炭酸水素ナトリウム等の緩衝剤を投入しなければならない。
ＮａＨＣＯ３＋Ｈ＋→Ｎａ＋＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
ｐＨ低下を防止するため、粉砕した牡蠣殻（ＣａＣＯ３）を投入してみたが、効果は見られなかった。
ｐＨ値が５以下に低下すると汚泥が解体し、上澄液は懸濁するという発泡現象がみられた。
その解決策として、基質添加後に無酸素条件を作るため、曝気を止め、撹拌のみとした。これはＡＯ法と呼ばれる運転条件であり、この手法を利用した実験により発泡現象は収まった。発泡現象は放線菌の発生が原因と思われる。
基質が不足して硝酸呼吸が困難である汚泥処理槽ではｐＨ値の低下と硝酸の蓄積が発生することが予測できる。
流入下水等の基質を汚泥好気性硝化槽へ添加するか、或は最初沈殿池の汚泥を添加することで硝酸呼吸が促進され、アルカリ分の補給と窒素除去が行なわれるものと推測され、余剰汚泥発生量の削減につながる可能性がある。
【００２７】
Ｄ．発泡現象の抑制
実験開始当初から水処理槽１７と汚泥処理槽１８の槽内に放線菌によると思われる発泡現象が発生し、汚泥フロックの解体が見られた。発泡現象が発生すると汚泥流出等による汚泥収支が取れなくなる。その解決策として牛乳添加後に無酸素条件を作るため、曝気を止め、撹拌だけとした。これはＡＯ法と呼ばれる運転条件であり、この手法を利用した実験により、発泡現象は収まった。低曝気の後に無酸素条件を組み込むことで発泡現象が抑制でき、汚泥の沈降性も改善した。
間欠、低曝気は運転の途中で無酸素条件を入れることにより、放線菌の発生を抑えるとともに、汚泥沈降性の改善が図れるものと考えられる。
上記の実験結果から、消化汚泥の脱水ろ液を水処理施設の初段に返送せずに、硝化槽に供給し、同時にＢＯＤ源として余剰汚泥、流入下水、初沈汚泥等を若干投入して窒素除去した後、水処理系へ返送すれば余剰汚泥発生量が少なくなることが考察できる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明に係る脱水ろ液の窒素除去システム並びに窒素除去方法は、嫌気性消化汚泥を処理する水処理工程の窒素負荷を軽減させるもので、流入汚水を処理する無酸素槽と好気槽からなる反応槽と、脱水ろ液を送水する間欠式エアレーションと撹拌機を設けた硝化槽を配設し、硝化槽に脱水ろ液を供給し、硝化処理後に上澄液の一定量を無酸素槽に返送し、硝化槽の汚水と無酸素槽の汚水を交互に交換させるもので、硝化槽の有機物濃度を保ちながら汚泥フロックの分解を防ぐことができる。
溶存酸素の低い状態を維持しながら、間欠曝気と適度な水素イオン濃度により硝化菌と脱窒菌の培養に良好な環境となり、無酸素条件により放線菌の発生を抑制して汚泥沈降性の改善が図れる。
従って、下水処理場、し尿処理場、或は有機物を多く含む生産プロセスや産業排水処理場等の汚泥処理工程に脱水ろ液を一時的に貯留する調整槽の後段に間欠曝気を行なう硝化槽を設置すれば脱水ろ液に含まれる多くのアンモニア性窒素の除去が行なわれ、水処理工程の負担を軽減できる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 無酸素槽
２ 好気槽
３ 反応槽
４ 最初沈殿池
８ 嫌気性消化槽
９ 脱水機
１０ 調整槽
１１ 間欠式エアレーション
１２ 撹拌機
１３ 硝化槽
１４ 交換ポンプ
１５ 抜出しポンプ
Ａ 一定量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を含有する汚泥を無酸素槽（１）と好気槽（２）からなる反応槽（３）に供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽（８）で嫌気消化処理を施した後、脱水機（９）で固液分離を行なった脱水ろ液を調整槽（１０）に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、調整槽（１０）の後段に間欠式エアレーション（１１）と撹拌機（１２）を設けた硝化槽（１３）を配設し、硝化槽（１３）の上澄液を無酸素槽（１）に抜出す抜出しポンプ（１５）と、硝化槽（１３）の汚水と無酸素槽（１）の汚水を交換させる交換ポンプ（１４）を設置したことを特徴とする脱水ろ液の窒素除去システム。
【請求項２】
無酸素槽（１）と好気槽（２）からなる反応槽（３）に汚泥を供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽（８）で嫌気消化処理を施した後、脱水機（９）で分離した脱水ろ液を調整槽（１０）に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、間欠式エアレーション（１１）と撹拌機（１２）を設けた硝化槽（１３）を配設し、脱水ろ液の一定量（Ａ）を硝化槽（１３）に送水して撹拌しながら間欠曝気を行い、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理に必要な時間経過後に、上澄液の一定量（Ａ）を無酸素槽（１）に返送すると共に、硝化処理後に硝化槽（１３）の汚水と無酸素槽（１）の汚水を交互に交換して、硝化槽（１３）の適度な有機物濃度を保ち、硝化槽（１３）のｐＨ低下と汚泥フロックの分解を防ぐことを特徴とする脱水ろ液の窒素除去方法。
【請求項３】
上記硝化槽（１３）の汚水と無酸素槽（１）の汚水を、一日１回の頻度で硝化槽（１３）の５分の１程度の容量を交換することを特徴とする請求項２に記載の脱水ろ液の窒素除去方法。
【請求項４】
上記硝化槽（１３）に流入した脱水ろ液を撹拌しながら６０分サイクルで間欠曝気を行い、槽内の溶存酸素の上限を２ｍｇ／Ｌ以下に、水素イオン濃度をｐＨ５以上に維持することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の脱水ろ液の窒素除去方法。
【請求項５】
上記硝化槽（１３）は無酸素槽（１）から有機物を投入して脱水ろ液の活性汚泥浮遊物質量を６，０００ｍｇ／Ｌ程度に調整し、撹拌と間欠曝気を行いながら硝化槽（１３）に１日程度滞留させてアンモニア性窒素を硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に硝化して、間欠曝気により硝化菌と脱窒菌を培養させることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の脱水ろ液の窒素除去方法。
【請求項１】
有機物を含有する汚泥を無酸素槽（１）と好気槽（２）からなる反応槽（３）に供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽（８）で嫌気消化処理を施した後、脱水機（９）で固液分離を行なった脱水ろ液を調整槽（１０）に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、調整槽（１０）の後段に間欠式エアレーション（１１）と撹拌機（１２）を設けた硝化槽（１３）を配設し、硝化槽（１３）の上澄液を無酸素槽（１）に抜出す抜出しポンプ（１５）と、硝化槽（１３）の汚水と無酸素槽（１）の汚水を交換させる交換ポンプ（１４）を設置したことを特徴とする脱水ろ液の窒素除去システム。
【請求項２】
無酸素槽（１）と好気槽（２）からなる反応槽（３）に汚泥を供給して有機物を分解し、嫌気性消化槽（８）で嫌気消化処理を施した後、脱水機（９）で分離した脱水ろ液を調整槽（１０）に一時的に貯留する汚泥処理システムにおいて、間欠式エアレーション（１１）と撹拌機（１２）を設けた硝化槽（１３）を配設し、脱水ろ液の一定量（Ａ）を硝化槽（１３）に送水して撹拌しながら間欠曝気を行い、脱水ろ液に含まれるアンモニア性窒素の硝化処理に必要な時間経過後に、上澄液の一定量（Ａ）を無酸素槽（１）に返送すると共に、硝化処理後に硝化槽（１３）の汚水と無酸素槽（１）の汚水を交互に交換して、硝化槽（１３）の適度な有機物濃度を保ち、硝化槽（１３）のｐＨ低下と汚泥フロックの分解を防ぐことを特徴とする脱水ろ液の窒素除去方法。
【請求項３】
上記硝化槽（１３）の汚水と無酸素槽（１）の汚水を、一日１回の頻度で硝化槽（１３）の５分の１程度の容量を交換することを特徴とする請求項２に記載の脱水ろ液の窒素除去方法。
【請求項４】
上記硝化槽（１３）に流入した脱水ろ液を撹拌しながら６０分サイクルで間欠曝気を行い、槽内の溶存酸素の上限を２ｍｇ／Ｌ以下に、水素イオン濃度をｐＨ５以上に維持することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の脱水ろ液の窒素除去方法。
【請求項５】
上記硝化槽（１３）は無酸素槽（１）から有機物を投入して脱水ろ液の活性汚泥浮遊物質量を６，０００ｍｇ／Ｌ程度に調整し、撹拌と間欠曝気を行いながら硝化槽（１３）に１日程度滞留させてアンモニア性窒素を硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に硝化して、間欠曝気により硝化菌と脱窒菌を培養させることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の脱水ろ液の窒素除去方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１５７８３７（Ｐ２０１２−１５７８３７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３８８（Ｐ２０１１−２０３８８）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００１９７７４６）株式会社石垣 (116)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００１９７７４６）株式会社石垣 (116)
【Ｆターム（参考）】
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