(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１）下水などの有機性汚水の生物処理工程から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する工程Ａ、
２）有機性汚水処理から発生する有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程Ｂ、
３）工程Ｂからの嫌気性消化処理液中のアンモニアを生物学的に亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素に酸化する工程Ｃ、
４）工程Ｃの処理液を、工程Ａで得られた可溶化汚泥の少なくとも一部とともに生物学的脱窒素槽に供給し、亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素を窒素ガスに還元する工程Ｄ、
の工程Ａ〜Ｄを含むことを特徴とする有機性汚水の処理方法。
【請求項２】
１）下水などの有機性汚水の生物処理工程から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する工程Ａ、
２）有機性汚水処理から発生する有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程Ｂ、
３）工程Ｂからの嫌気性消化処理液に工程Ａで得られた可溶化汚泥の少なくとも一部を添加してアンモニアを生物学的に硝化しつつ、亜硝酸性窒素又はおよび硝酸性窒素を窒素ガスに還元する工程Ｅ、
の工程Ａ、Ｂ及びＥを含むことを特徴とする有機性汚水の処理方法。
【請求項３】
工程Ａの可溶化汚泥の一部を嫌気性消化槽に供給する請求項１又は請求項２記載の有機性汚水の方法。
【請求項４】
有機性汚水の有機性固形分を分離する固液分離装置、前記固液分離装置からの有機性汚水を処理する生物処理装置、前記生物処理装置から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する可溶化処理装置、前記固液分離装置からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理装置、前記嫌気性消化処理装置からの嫌気性消化処理液を酸化してその中のアンモニアを生物学的に亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素に酸化する生物学的硝化装置、前記生物学的硝化装置の処理液を前記可溶化処理装置で得られた可溶化汚泥の少なくとも一部とともに供給し、亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素を窒素ガスに還元する生物学的脱窒素槽を有することを特徴とする有機性汚水の処理装置。
【請求項５】
有機性汚水の有機性固形分を分離する固液分離装置、前記固液分離装置からの有機性汚水を処理する生物処理装置、前記生物処理装置から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する可溶化処理装置、前記固液分離装置からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理装置、前記嫌気性消化処理装置からの嫌気性消化処理液に前記可溶化処理装置で得られた可溶化汚泥の少なくとも一部を添加してその中のアンモニアを生物学的に亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素に酸化する生物学的硝化装置、及び／又はアンモニアを生物学的に硝化しつつ硝酸性窒素を窒素ガスに還元する生物学的脱窒素槽を有することを特徴とする有機性汚水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、下水、し尿、などの有機性汚水の生物処理における余剰汚泥の減量化及び下水汚泥などの有機性汚泥の嫌気性消化処理液中に含まれるアンモニア性窒素除去を同時に、かつ非常に合理的に行える新技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水などの有機性汚水の処理の最大の問題点は次の２点である。
（イ）下水の生物処理工程から大量の余剰汚泥が発生し、その処分が非常に難題である。
（ロ）下水汚泥の嫌気性消化処理を行う場合、嫌気性消化処理液中に数１０００ｍｇ／リットルものアンモニア性窒素、数１００ｍｇ／リットルのリン酸イオンが含まれており、これを下水処理工程に流入させると、下水処理水に大量のアンモニア性窒素、リン酸イオンが残留してしまう。
【０００３】
従来、（イ）の問題を解決するために、余剰汚泥をオゾン酸化処理などで生物細胞を低分子化・可溶化して、可溶化汚泥を下水処理の曝気槽に供給し、可溶化汚泥を微生物的に酸化分解して炭酸ガスと水に無機化する余剰汚泥減量化法が知られている。しかし、この従来技術は、可溶化汚泥を生物学的に酸化分解するための曝気動力が増加すること、また下水生物処理工程が可溶化汚泥の流入によって過負荷になり易く、処理水質が悪化すること、下水処理水のリンとＣＯＤが悪化するという重大な欠点がある。
【０００４】
別の技術として、「脱窒素工程を含む排水の生物学的脱窒素除去方法において、窒素除去系において生成する生物汚泥の一部を引き抜き、オゾン処理したのち、脱窒素工程に導入することを特徴とする排水の生物学的硝化脱窒素方法」が提案されている。
しかし、この技術は、し尿、下水などの窒素含有排水の水処理工程自体に生物学的硝化脱窒素処理を適用する技術であり、汚泥処理工程に関しては全く触れていないことから、汚水の処理工程から発生する有機性汚泥の嫌気性消化工程と有機的に関連付けられた技術ではない。
【０００５】
また、この技術は、オゾン処理した汚泥を、下水などの汚水処理工程の脱窒素工程に導入するため、下水のように原水自体に脱窒素菌のための水素供与体になるＢＯＤ成分が十分存在する場合には、オゾン処理汚泥を脱窒素工程に導入しても、オゾン処理汚泥は脱窒素菌の水素供与体としては過剰になるため、オゾン処理汚泥は脱窒素工程では無機化されずに、次の硝化工程に導入され溶存酸素の存在下で生物分解されることになるため、結局曝気動力が増加してしまうという欠点がある。またリンとＣＯＤが悪化することは先に述べた技術と同様の欠点である。
【０００６】
さらに、（ロ）の問題を解決するために、従来は、嫌気性消化処理液を生物学的硝化処理したのち、メタノールなどの薬品を脱窒素菌の水素供与体として添加して生物学的脱窒素処理する技術が検討されているが、メタノールなどの高価な水素供与体を大量に必要とするため、処理コストが膨大になり、実用的でない欠点があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点を的確に解決することができる新技術を提供することを課題とするものである。
すなわち、本発明は、有機性汚水の生物処理工程から発生する余剰汚泥量を実質的にゼロにでき、かつ汚泥の嫌気性消化脱離液中のアンモニア性窒素をメタノールなどの薬品を一切使用することなく、効果的に除去できる技術を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記の手段により前記の課題を解決した。
（１）１）下水などの有機性汚水の生物処理工程から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する工程Ａ、
２）有機性汚水処理から発生する有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程Ｂ、
３）工程Ｂからの嫌気性消化処理液中のアンモニアを生物学的に亜硝酸性窒素又は／及び硝酸性窒素に酸化する工程Ｃ、
４）工程Ｃの処理液を、工程Ａで得られた可溶化汚泥の少なくとも一部とともに生物学的脱窒素槽に供給し、亜硝酸性窒素又は／及び硝酸性窒素を窒素ガスに還元する工程Ｄ、
の工程Ａ〜Ｄを含むことを特徴とする有機性汚水の処理方法。
【０００９】
（２）１）下水などの有機性汚水の生物処理工程から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する工程Ａ、
２）有機性汚水処理から発生する有機性汚泥を嫌気性消化処理する工程Ｂ、
３）工程Ｂからの嫌気性消化処理液に工程Ａで得られた可溶化汚泥の少なくとも一部を添加してアンモニアを生物学的に硝化しつつ、亜硝酸性窒素又はおよび硝酸性窒素を窒素ガスに還元する工程Ｅ、
の工程Ａ、Ｂ及びＥを含むことを特徴とする有機性汚水の処理方法。
（３）工程Ａの可溶化汚泥の一部を嫌気性消化槽に供給する前記（１）又は（２）記載の有機性汚水の方法。
【００１０】
（４）有機性汚水の有機性固形分を分離する固液分離装置、前記固液分離装置からの有機性汚水を処理する生物処理装置、前記生物処理装置から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する可溶化処理装置、前記固液分離装置からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理装置、前記嫌気性消化処理装置からの嫌気性消化処理液を酸化してその中のアンモニアを生物学的に亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素に酸化する生物学的硝化装置、前記生物学的硝化装置の処理液を前記可溶化処理装置で得られた可溶化汚泥の少なくとも一部とともに供給し、亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素を窒素ガスに還元する生物学的脱窒素槽を有することを特徴とする有機性汚水の処理装置。
【００１１】
（５）有機性汚水の有機性固形分を分離する固液分離装置、前記固液分離装置からの有機性汚水を処理する生物処理装置、前記生物処理装置から引き抜いた生物汚泥を可溶化処理する可溶化処理装置、前記固液分離装置からの有機性汚泥を嫌気性消化処理する嫌気性消化処理装置、前記嫌気性消化処理装置からの嫌気性消化処理液に前記可溶化処理装置で得られた可溶化汚泥の少なくとも一部を添加してその中のアンモニアを生物学的に亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素に酸化する生物学的硝化装置、及び／又はアンモニアを生物学的に硝化しつつ硝酸性窒素を窒素ガスに還元する生物学的脱窒素槽を有することを特徴とする有機性汚水の処理装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図面に基づいて本発明の技術思想及び実施態様を、下水処理への適用を例に挙げて詳しく説明する。
図１において、下水１は沈殿、粗ろ材ろ過槽などの固液分離装置２に流入し、下水１中のＳＳが除去された下水３は、活性汚泥処理法などの生物処理槽５で生物処理により浄化されたのち、その汚泥混合液６は沈殿、膜分離、ダイナミックろ過膜分離などの固液分離装置７で活性汚泥が分離され、処理水８が得られる。生物処理槽５からの活性汚泥９の大部分は返送汚泥１０として生物処理槽５に戻され、残りが余剰活性汚泥（以後、余剰汚泥と略す）１１として排出される。
下水の生物処理法としては標準活性汚泥法のほか、生物脱リン法、生物学的消化脱窒素法、Ａ2Ｏ法など任意のプロセスを適用できる。
【００１３】
一方、下水１の最初沈殿池、粗ろ材ろ過装置などの固液分離装置２で除去された汚泥（生汚泥）４は、図示しない濃縮装置（重力沈殿濃縮、浮上濃縮、遠心濃縮など）で濃縮されたのち、嫌気性消化槽１６に供給される。嫌気性消化槽１６では、生汚泥４中の有機物の大部分が嫌気性生物によってメタンガス、炭酸ガスに転換され、消化し切れなかった残りがスラリ１７として排出されて、固液分離装置１９で残渣（消化汚泥２１と呼ばれる）と消化脱離液２０（消化汚泥を固液分離した分離液のこと）に分離される。なお、生汚泥４とともに生ごみ粉砕物を嫌気性消化槽に供給しても良い。また余剰汚泥１１を汚泥可溶化槽１２にて可溶化した汚泥１４を嫌気性消化槽に供給してもよい。
本発明における「嫌気性消化処理液」とは、上記の嫌気性消化槽１６に由来する消化脱離液２０又は嫌気性消化槽１６から流出するスラリ１７（つまり、図１における嫌気性消化槽１６の次の固液分離装置１９に流入するスラリ）を意味する。
【００１４】
しかして、アンモニア性窒素を高濃度（１０００〜３０００ｍｇ／リットル程度が通常値）に含有する消化脱離液２０を生物学的硝化槽２２で酸素含有ガス２３（空気、酸素富化空気、純酸素、オゾン処理工程からの酸素含有排ガスなど）を通気し、アンモニア性窒素をニトロゾモナス、ニトロバクターなどの硝化菌によって亜硝酸性窒素又はおよび硝酸性窒素に生物学的に酸化する。嫌気性消化脱離液２０のように高濃度のアンモニアを含有し、温度が３０℃以上の液を硝化すると、ニトロバクターの活性が劣化し、ニトロゾモナスが優占菌になりやすいので、硝化形式は亜硝酸型になりやすい。当然硝化槽には任意の微生物付着担体を共存させておいて良い。
【００１５】
次に、浮遊状態又は担体に固定化された状態の脱窒素菌を存在せしめた嫌気的条件にある生物学的脱窒素処理槽２５に流入させる。
ここで生物学的脱窒素処理槽２５に、下水の生物処理槽５から発生する余剰汚泥１１又は生物処理槽５から引き抜いた生物汚泥を可溶化した汚泥（可溶化汚泥）１５を供給することが本発明の骨子である。
なお、嫌気性消化処理工程の消化残渣である消化汚泥２１も可溶化工程に供給して可溶化処理すると、脱窒素菌の水素供与体になるＢＯＤ成分が生産されるので好適な実施態様である。
【００１６】
図１は、硝化の後に脱窒素工程を設けた例であるが、脱窒素の後に硝化を行い、硝化液を脱窒素部に循環する硝化液循環型の脱窒素法、又は硝化槽内を微好気条件に維持し、硝化と脱窒素を同一槽で行ういわゆる「好気性脱窒素」法を適用しても当然良い。
生物汚泥の可溶化手段としては、超音波処理、オゾン、過酸化水素、塩素系酸化剤などの化学酸化処理、加温処理、高温菌の分泌する酵素による可溶化、機械的すり漬し、酸、アルカリ処理、ジェット水流による衝撃などの公知手段を適用することができる。
【００１７】
生物汚泥を上記手段で可溶化した可溶化汚泥は、溶解性ＢＯＤを含有するようになるので、可溶化汚泥が脱窒素菌の水素供与体として効果的に利用され、効率よく亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素が窒素ガスに還元されて除去される。
この際に可溶化汚泥は生物学的に資化されて、無機化され炭酸ガスと水になるので、可溶化汚泥のＳＳは分解されて無機化され消滅する。
なお、可溶化汚泥を酸発酵させてＢＯＤを有機酸に変換させてから生物学的脱窒素槽に供給するようにしても良い。可溶化汚泥を固液分離し、分離液だけを生物学的脱窒素槽に供給することもできる。この場合分離された汚泥は再度可溶化工程に戻し、多数回可溶化処理する。
【００１８】
なお、可溶化汚泥の全量を脱窒素のための水素供与体に添加すると、水素供与体が過剰になる場合があるが、この場合は可溶化汚泥の一部を脱窒素工程に添加し、残部を嫌気性消化槽に供給する方法が好適である。
生物学的脱窒素槽からの流出液は、微量の窒素成分が残留している場合があるので、下水の生物処理工程に供給し、下水とともに生物処理することが好ましい。
なお、脱窒素処理槽内もしくは流出液には増殖脱窒素菌が含まれているので、可溶化処理工程に流入させて可溶化する方法も推薦できる。
【００１９】
さらに、図示しないが、脱窒素処理後の固液分離液に石灰を添加して凝集沈殿処理すると、嫌気性消化脱離液中のリン、可溶化汚泥中のリンがリン酸カルシウムとして沈殿除去されリン資源が回収でき、また可溶化汚泥から溶出した難生分解性ＣＯＤも凝集除去されるので、前記した従来の技術における処理水ＣＯＤとリン濃度の悪化が起きない。このため、この方法は非常に好ましい実施態様である。
リンを回収する別の方法として、消化脱離液にＭｇイオンを添加して、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）沈殿を析出させて、これを沈殿分離などで分離して回収してから、分離液を図１の硝化脱窒素槽に供給する方法も好適である。
【００２０】
生物学的脱窒素工程に供給する可溶化汚泥の適正量は、可溶化汚泥中の溶解性ＢＯＤ濃度及び、亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素の濃度によって変化するが、たとえば可溶化処理をオゾン酸化手段で行う場合は、亜硝酸性窒素及び／又は硝酸性窒素１Ｋｇ当たり、可溶化汚泥を４〜１０ｋｇ・ＳＳ添加すればよい。亜硝酸型硝化が進行している場合は、硝酸型硝化より可溶化汚泥の添加量は少なくてよい。
このように有機性汚水の生物処理工程で増殖する生物汚泥を、汚泥の嫌気性消化脱離液中のアンモニア性窒素を生物学的脱窒素するための水素供与体に利用しつつ有機性汚水の生物処理工程で増殖した生物汚泥を生物分解させて無機化消滅させるという従来無かった技術思想を利用したので、汚泥嫌気性消化脱離液の脱窒素処理のためのメタノールなどの有価薬品の添加が完全に不要になるとともに、汚水の生物処理工程での余剰汚泥を汚泥脱水機で脱水して焼却処理するなどの煩雑でコストかかる処理設備が不要になる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１
本発明によって、下水処理施設の最初沈殿池で沈殿した生汚泥の嫌気性消化処理した嫌気性消化脱離液（水質、水温３５℃、ｐＨ７．５、全リン７５０ｍｇ／リットル、アンモニア性窒素１２６０ｍｇ／リットル、ＳＳ３５０ｍｇ／リットル）のアンモニア性窒素の除去を試験した。試験条件を第１表に示す。
【００２３】
【表１】
0003645513.tif 000002
【００２４】
第１表の条件で処理が安定した時点（運転開始後４０日後）における脱窒素工程の後の溶解性成分水質は第２表に示すとおりであった。
第２表からわかるように、汚泥の嫌気性消化性脱離液中の高濃度アンモニア性窒素（１２６０ｍｇ／リットル）をメタノールなどの薬品を使用することなく極めて効果的に除去できた。
また、下水の活性汚泥処理工程から発生する余剰汚泥は汚泥嫌気性消化脱離液の生物学的硝化脱窒素処理工程で生物分解され、無機化されて消滅した。
【００２５】
【表２】
0003645513.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような重要な効果が得られる。
（１）有機性汚水の生物処理工程で増殖する生物汚泥を、汚泥の嫌気性消化脱離液中のアンモニア性窒素を生物学的脱窒素するための水素供与体に利用するという従来無かった技術思想を利用したので、汚泥嫌気性消化脱離液の脱窒素のためのメタノールなどの有価薬品が完全に不要になる。
（２）有機性汚水の生物処理工程で増殖する生物汚泥を、可溶化してから汚水の生物処理工程に返送し、汚水の生物処理工程で消滅させる必要が無く、汚泥の嫌気性消化脱離液の浄化処理工程で無機化消滅できるので、汚水生物処理工程が可溶化汚泥流入による過負荷になることが無い。
（３）この結果、汚水の生物処理工程の余剰汚泥および嫌気性消化残渣が生物学的に分解消滅でき、汚泥の脱水、焼却などの処理、汚泥ケーキ、焼却灰の埋め立てなどの処分が不要になる。
（４）嫌気性消化脱離液および可溶化汚泥中のリンを効果的に除去でき、リン資源として回収できる。
（５）可溶化汚泥を下水などの汚水処理工程に返送して生物分解させる必要がないので、生物処理工程のリン除去効果が悪化しない。
（６）可溶化汚泥中の難生分解性ＣＯＤが凝集除去されるので、下水処理水のＣＯＤが悪化しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための有機性汚水の処理装置の概略説明図である。
【符号の説明】
１  下水
２  固液分離装置
３  下水
４  生汚泥
５  生物処理装置
６  活性汚泥混合液
７  固液分離装置
８  処理水
９  活性汚泥
１０  返送汚泥
１１  余剰汚泥
１２  汚泥可溶化槽
１３  超音波照射など
１４，１５  可溶化汚泥
１６  嫌気性消化槽
１７  スラリ
１８  消化ガス
１９  固液分離装置
２０  消化脱離液
２１  消化汚泥
２２  生物学的硝化槽
２３  酸素含有ガス
２４  硝化液
２５  生物学的脱窒素処理槽
２６  脱窒素液
２７  固液分離装置
２８  処理液
２９  循環汚泥
【図１】
0003645513.tif 000004