(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
懸濁固形物を含む有機性排水を無機凝集剤で調質したのち凝集反応槽に導入して両性有機高分子凝集剤で凝集処理した後、上澄水を硝化槽に導入して硝化処理する有機性排水の処理法において、該硝化処理水の一部を前記凝集反応槽へ返送して脱窒する処理法であって、凝集反応槽は造粒濃縮機構を有するものであり、硝化槽は固定床を有するものであることを特徴とする有機性排水の処理法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は有機性排水の処理法に係り、特に、下水、し尿等の不溶性固形物（ＳＳ）を含む有機性排水中の窒素を効率的に除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水、し尿等のＳＳを含む有機性排水の処理方法としては、次のような方法が提案されている。
【０００３】
▲１▼  下水を直接造粒濃縮した後、生物処理する方法。
▲２▼  し尿を直接造粒濃縮し、硝化脱窒する方法。
▲３▼  下水初沈汚泥を有機酸発酵させ、生成した有機酸を脱窒のＢＯＤ源とする方法。
【０００４】
また、下水道協会誌論文集第２９巻第３３９号第４２〜５１ページの「造粒沈殿・生物処理プロセスによる下水の高度処理」には、下水にＰＡＣを混和後、アニオン性ポリマーを添加して嫌気性造粒塔に導入し、その流出水にカチオン性ポリマーを微量添加して好気性生物処理槽に導入し、ＢＯＤ成分の酸化分解と硝化とを行い、その流出水の一部を下水と混合して嫌気性造粒塔に循環することが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の処理法のうち、▲１▼の下水の直接造粒濃縮、生物処理では、直接造粒濃縮により、有機物が除去されすぎるため、ＢＯＤ不足することから、脱窒の有機物源としてメタノール等を添加しなくてはならないという不具合がある。
【０００６】
▲２▼のし尿の直接造粒濃縮、硝化脱窒においても、造粒濃縮工程で有機物が除去されすぎるため、メタノール等を添加しなくてはならないという不具合がある。
【０００７】
▲３▼の下水初沈汚泥を有機酸発酵させる方法では、有機酸発酵槽が必要であり、更に臭気が発生するため、その対策が必要となるという問題がある。
【０００８】
また、前記論文の方法では、処理水量を多くしていくにつれて嫌気性造粒塔におけるＢＯＤ除去が不十分となり、好気性生物処理槽における硝化率が低下するために、十分に窒素濃度の低減された処理水を得ることはできない。
【０００９】
本発明は上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、下水、し尿等のＳＳを含む有機性排水中の窒素を効率的に除去することができる有機性排水の処理法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機性排水の処理法は、懸濁固形物を含む有機性排水を無機凝集剤で調質したのち凝集反応槽に導入して両性有機高分子凝集剤で凝集処理した後、上澄水を硝化槽に導入して硝化処理する有機性排水の処理法において、該硝化処理水の一部を前記凝集反応槽へ返送して脱窒する処理法であって、凝集反応槽は造粒濃縮機構を有するものであり、硝化槽は固定床を有するものであることを特徴とする。
【００１２】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
第１図は本発明の有機性排水の処理法の一実施例を示す系統図である。第１図において、１は原水貯槽、２は助剤混合槽、３は助剤（無機凝集剤）槽、４は両性ポリマー（両性有機高分子凝集剤）槽、５は造粒濃縮槽、６は凝集処理水槽、７は硝化槽であり、１１〜１９の各符号は配管を示し、Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 はポンプを示す。
【００１４】
第１図の方法において、有機性排水は原水貯槽１より、配管１１を経て助剤混合槽２に導入され、撹拌される。３Ａは撹拌機である。この助剤混合槽２へは助剤槽３内の無機凝集剤が配管１２を経て注入されており、排水はこの無機凝集剤と十分に混合される。
【００１５】
無機凝集剤が混合された排水は、次いで配管１３を経て造粒濃縮槽５に導入される。この造粒濃縮槽５へはポリマー槽４内の両性ポリマーが配管１４を経て導入されており、造粒濃縮槽５内で撹拌機５Ａの回転により液が旋回されるのに伴って造粒濃縮がなされる。造粒濃縮槽５内で造粒物（ペレット）とならなかった液体は、後述の濾過部を通過し、分離液として配管１６を経て凝集処理水槽６へ送られる。一方、造粒物は、少量の液と共に配管１５を経て脱水機（図示せず）へ送られる。
【００１６】
凝集処理水槽６内の上澄水は、配管１７より硝化槽７（本実施例においては固定床７Ａを有する硝化槽）に導入されて硝化処理され、硝化処理水の一部は配管１８より造粒濃縮槽５への供給配管１３に返送され、造粒濃縮槽５に導入される。硝化処理水の残部は処理水として配管１９より系外へ排出される。
【００１７】
造粒濃縮槽５に返送された硝化処理水は、槽５内の造粒物中に生存する脱窒細菌により、有機性排水中の溶解性ＢＯＤ成分と槽内造粒物中のＢＯＤ成分を有機物源として効率的に脱窒処理され、この結果、得られる処理水の窒素含有量が低減される。
【００１８】
本発明で使用する無機凝集剤としては、塩化第二鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ポリ硫酸鉄などを挙げることができる。これらの無機凝集剤の添加量はアルミニウムあるいは鉄として、おおよそ３〜１０ｇ／ｍ3 ・下水の範囲がよい。
【００１９】
また、本発明で用いる両性有機高分子凝集剤としては、例えばアニオン性のモノマー成分及びカチオン性のモノマー成分の共重合体、アニオン性のモノマー成分、カチオン性のモノマー成分及びノニオン性のモノマー成分の共重合体、或いはアニオン性のモノマー成分とノニオン性のモノマー成分の共重合体のマンニッヒ変性物又はホフマン分解物などを挙げることができる。
【００２０】
アニオン性のモノマー成分としては、例えばアクリル酸（ＡＡ）、アクリル酸ナトリウム（ＮａＡ）、メタクリル酸、メタクリル酸ナトリウムなどを挙げることができる。カチオン性のモノマー成分としては、例えばジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート（ＤＡＭ）、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート、及びそれらの四級化物などを挙げることができる。四級化物としては、具体的にはジメチルアミノエチルアクリレートメチルクロライド四級化物（ＤＡＡ）などを挙げることができる。また、ジメチルアミノプロピルアクリルアミドの塩酸塩（ＤＡＰＡＡｍ）を用いても良い。ノニオン性のモノマー成分としては、例えばアクリルアミド（ＡＡｍ）、メタアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル（メタ）アクリルアミドなどを挙げることができる。また、これらの化合物の共重合体として、具体的にはＤＡＡ／ＡＡ／ＡＡｍ共重合体、ＤＡＭ／ＡＡ／ＡＡｍ共重合体、ＤＡＰＡＡｍ／ＡＡ／ＡＡｍ共重合体、ＤＡＡ／ＡＡ共重合体、又はＮａＡ／ＡＡｍ共重合体のマンニッヒ変性物などを挙げることができる。
【００２１】
このような両性有機高分子凝集剤は、有機性排水に対して３〜１０ｇ／ｍ3 の割合で添加するのが好ましい。
【００２２】
本実施例においては、有機性排水に、まず、無機凝集剤を添加して混合撹拌した後、両性有機高分子凝集剤を添加した後、或いは、両性有機高分子凝集剤と共に、造粒濃縮槽７に導入する。
【００２３】
この造粒濃縮槽７としては、円筒槽内に中心部に撹拌羽根を有する撹拌手段を備えると共に、上記撹拌羽根よりも上方に通水可能な底を有する濾過筒を設け、前記槽内に供給される汚泥と凝集剤とを上記撹拌手段で撹拌してフロック化するとともに、上記濾過筒内に底から入る濾液を槽外に排水するようにした凝集反応槽において、上記濾過筒の底に前記円筒槽と同心の円弧状スリットを設けたものが好適である。
【００２４】
この造粒濃縮槽（凝集反応槽）を第２，３図に示す。第２，３図において、３１は円筒槽であり、該円筒槽３１の中心部に前記撹拌機５Ａが設けられている。この撹拌機５Ａは、モータ、変速機により回転駆動される回転軸３２、該回転軸３２に対し上下二段に、夫々１８０°の位相で放射状に設けられた撹拌羽根３３，３４を備えている。濾過部５Ｂは、円筒槽３１の内周に同曲率の円弧部を沿わせて設置された半円形よりも少し小さい有底の濾過筒３７と、該濾過筒３７の底３７ａに、円筒層３１と同心に設けられた多数の円弧形のスリット３８とを備えてなる。
【００２５】
濾過筒３７にはフック３５が設けられており、このフック３５が円筒槽３１の上縁に係止することにより濾過筒３７が固定される。
【００２６】
濾過筒３７の上端と円筒槽３１の上端とは同レベルである。濾過筒３７の底３７ａは上段の撹拌羽根３３の上縁から上に１〜１０ｍｍ位しか離れて居らず、接近している。必要ならば、上記撹拌羽根３３の上縁にゴム板を取付け、回転中はこのゴム板で濾過筒３７の底３７ａを撫でるようにしても良い。スリット３８の幅は５ｍｍ以下、好ましくは１〜２ｍｍ程度、スリットの円周方向に隣接した間隔は２ｍｍ程度、スリットの円周方向に隣接した間隔は２ｍｍ程度、相互に内外のスリットの半径方向の間隔は５ｍｍ程度である。
【００２７】
なお、撹拌羽根の上段のもの３３は、図示の如く回転軸３２に固定された基部から先端までの全長にわたり上下方向の幅が一定な平板とすることが好ましい。
【００２８】
円筒槽３１には、また、その槽壁を貫いて濾過筒３７内から濾過水を排出するための排水配管１６が設けてある。
【００２９】
供給配管１３と薬注配管１４から槽内底部の中心部にそれぞれ供給された無機凝集剤混合排水とポリマーは、回転軸３２に取付けられた撹拌羽根３３，３４の撹拌作用で槽内に滞流する間に均一に混合されて反応する。濾過筒３７の底のスリット３８を通じて該濾過筒３７内に注入した水（分離液）は排水配管１６から槽外に排出される。この結果、連続して供給される排水は充分に濃縮され、強度の高い造粒物となる。この造粒物は配管１５から排出される。
【００３０】
この濾過筒３７の底３７ａの直ぐ真下では、撹拌羽根３３が旋回することにより水平な旋回流Ｘが生じる。濾過筒の底３７ａに設けたスリット３８はこの水平旋回流Ｘに沿った同心の円弧形とされている。このため、液中の凝集フロックや繊維状物質は底３７ａの下をスリット３８の延在方向と同方向に流れる。この結果、フロック等はスリット３８に引っ掛かることがないと共に、凝集フロックは底３７ａの下を転がってより緻密で、強固な造粒物となる。
【００３１】
なお、下段の撹拌翼３４は、全長の約半分程の回転軸３２に取付けられた側の基部４０の上下方向の幅が狭く、残りの自由端部４１の上下方向の幅が広い羽子板形とするのが好ましい。このようにすると、上段の撹拌羽根３３によって生じる水平旋回流Ｘの下で下段の羽子板形撹拌羽根３４は幅広い自由端部４１で外向きに水を押し、その流れは旋回しながら槽の内周付近では上昇流Ｙと下降流Ｚに分かれ、上昇流Ｙは上の平板形撹拌羽根３３による水平旋回流Ｘと接触して中心部に向け下降し、又、下降流Ｚは槽の底面に沿って中心部で上昇し、かくして槽内の中心部と底部では旋回する上下の循環流が生じ、槽内底部の中心部に供給された排水と凝集剤はこの流れＹ，Ｚに乗って既に生じた凝集フロックと効率良く混合接触して良好に凝集する。そして、図示の如く幅広い自由端部４１を羽根の旋回方向に対し後退するような角度（例えば４５°）で屈曲させると、この自由端部が水を槽の内周に向かって押すことがより強まり、より強力な旋回循環流Ｙ，Ｚが得られるので混合、接触効率はより向上する。更に、円筒槽３１の内周の下端部及び、上段の撹拌羽根３３と下段の撹拌羽根３４の中間部に位置して撹拌羽根の旋回方向に延長し、先端に向かって次第に内周から離れる直線状又は図示の如き弯曲した案内板４２，４３を設けると、上の循環流Ｙが水平旋回流Ｘの下に沿って流れたのち中心部で下向し、又、下の循環流Ｚが槽底に沿ったのち中心部で上向するのを夫々補助でき、同様に混合、接触効率を向上させることができる。
【００３２】
濾過槽については、上述のように円筒槽内に設ける場合を説明したが、濾過槽は円筒槽外に設けても良い。その場合は、濾過槽を円筒槽の槽壁の上部外周の外に設け、濾過槽で囲まれた円筒槽の槽壁の上部に円筒槽内の液を濾過して濾過槽に入れるためのスリットを水平に設け、かつ、撹拌羽根の外縁を円筒槽の槽壁の上部内周に１〜１０ｍｍの間隔で近接させれば良い。必要ならば、上記撹拌羽根の外縁にゴム板を取付け、回転中はこのゴム板でスリットが設けられた円筒槽の槽壁の内周を撫でるようにしても良い。このような構造の造粒濃縮槽においても、円筒槽底部から供給された排水とポリマーは、槽内で撹拌されて反応し、その間、槽壁のスリットを通じ濾過槽に入る水は槽外に排出されるため、連続して供給される排水は十分に濃縮され、強度の高いフロックに成長した後、排出され、脱水機に導かれる。スリットが設けられた円筒槽の槽壁上部内周に近接して水平に旋回する撹拌羽根により、円筒槽内に生じたフロックは押されてスリット沿いに槽壁内周を転がるので、フロックはスリットにひっかかって詰まることがないと共に、スリット沿いに槽壁内周を転がることによって緻密で強固なものとなる。
【００３３】
なお、図示の装置は本発明の一実施例であって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００３４】
例えば、凝集反応槽の型式についても特に制限はなく、何ら第２，３図に示すものに限定されない。また、第１図において、助剤混合槽は必ずしも必要とされず、これを設けずに、配管中に無機凝集剤を直接注入するようにしても良い。
【００３５】
なお、本発明において、硝化槽から凝集反応槽に返送する硝化処理水は、その反応系の他の条件によっても異なるが、通常の場合、硝化槽から排出される全硝化処理水の２／３〜４／５程度とするのが好ましい。
【００３６】
【作用】
本発明は生下水や除渣し尿中には、大量の脱窒細菌が存在することを見出すことによりなされたものである。即ち、通常、脱窒反応は、特殊な脱窒細菌を系内に維持するため、活性汚泥変法や固定床を利用し、これらの細菌が増殖しやすい条件と維持するための条件を設定している。一方、下水やし尿中にはもとより多量の脱窒細菌が存在しており、特別な操作を行わなくても、下水ＳＳやし尿ＳＳを濃縮するだけで十分な脱窒活性が得られる。
【００３７】
このため、ＳＳを含む有機性排水の造粒濃縮法により造粒・濃縮された造粒汚泥は、高い脱窒活性を備える。さらに、汚泥濃度が活性汚泥変法などに比べて２〜３倍以上高いため、脱窒に要する時間は大幅に短縮できる。また、この汚泥は排水中の易分解性有機物を含んでおり、これらは脱窒のための有機物源として作用する。
【００３８】
このようなことから、硝化処理水の一部を凝集反応槽に返送することにより、凝集反応槽内で効率的な脱窒を行える。また、硝化処理水中の硝酸イオンは凝集反応槽内の腐敗防止に有効である。
【００３９】
このような本発明の有機性排水の処理法は特にし尿、下水等の処理に好適である。
【００４０】
【実施例】
以下に実験例、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。
【００４１】
実験例１
後述の実施例１における処理において、造粒濃縮槽から引き抜いた造粒凝集汚泥１リットルを、共栓付１リットル容三角フラスコに採り、リン酸系緩衝液（ｐＨ＝６．８）１００ｍｌとＮＯ3 −Ｎ標準液（１０００ｍｇ／ｌ）４０ｍｌを添加した。共栓をした時に三角フラスコに空間が残らないように純水を満たし、２５℃の恒温水槽に浸した。この液のＳＳ濃度は１．３４重量％であった。窒素ガスが発生し始めたら、一定時間毎に５ｍｌづつシリンジで液を採取し、ＮＯ3 −Ｎ濃度を測定した。
【００４２】
結果を第４図に示す。第４図より、２６ｍｇ／ｌのＮＯ3 −Ｎは、６０分で完全に除去されたことが明らかである。
【００４３】
実施例１
第１図に示す方法に従って、下水の処理を行った。
即ち、下水に無機凝集剤を添加混合した後、ポリマーと共に造粒濃縮槽にて造粒処理し、分離液中のアンモニアを硝化槽で硝化処理した。硝化処理水の一部は造粒濃縮槽の上流側に返送し、残部は系外へ排出した。
【００４４】
各処理条件等は次の通りである。
【００４５】
0003704724.tif 000002
このような処理において、流入下水、各槽の流入水及び処理水の水質は表１に示す通りであった。
【００４６】
本実施例において、処理時間は１時間強であり、表１より明らかなように、本実施例の方法によれば、２０ｍｇ／ｌのＮＨ4 −Ｎを短時間で６．７ｍｇ／ｌのＮＯ3 −Ｎにまで効率的に処理することができた。
【００４７】
比較例１
両性有機高分子凝集剤の代わりにアニオン性有機高分子凝集剤（栗田工業（株）製「クリフロックＰＡ３３１」）を添加・混合したこと以外は実施例１で処理したと同様の下水の処理を行った。アニオン性有機高分子凝集剤の添加量は流入下水に対し３．０ｇ／ｍ3 とした。
【００４８】
この時の流入下水、各槽の流入水及び処理水の平均水質は表１に示す通りであった。
【００４９】
アニオン性有機高分子凝集剤で処理した場合、造粒凝集槽での処理効果は両性有機高分子凝集剤の場合よりも悪く、硝化槽流入水のＢＯＤは高くなってしまった。硝化槽ではアンモニア態窒素の硝化よりも残留ＢＯＤの酸化が優先して起こるため、硝化率が低下した。この残留アンモニア態窒素が系内を循環するため、造粒凝集槽流入水のＮＨ4 −Ｎ濃度が高くなり、硝化率低下と相まって処理水中のＴ−Ｎ（ＮＨ4 −Ｎ＋ＮＯ3 −Ｎ）濃度は１０ｍｇ／ｌとなった。
【００５０】
【表１】
0003704724.tif 000003
【００５１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の有機性排水の処理法によれば、両性高分子凝集剤を使用するので、凝集反応槽の流出水のＢＯＤが低く硝化槽内で効率的な硝化を行える。
【００５２】
このような硝化を十分行った処理水を凝集反応槽に返送する本発明の有機性排水の処理法によれば、
▲１▼  凝集反応槽に硝酸イオンが添加されるため、槽内の腐敗が防止される。
▲２▼  凝集反応槽内の脱窒で溶解性有機物が消費されるため、後工程の硝化槽の小型化を図れる。
▲３▼  メタノール等の有機物源を添加することなく脱窒することができる。
▲４▼  脱窒槽と凝集反応槽を兼用できるため、装置のコンパクト化が図れる。
等の効果が奏され、有機性排水を容易かつ効率的に低コストにて処理することが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性排水の処理法の一実施例方法を示す系統図である。
【図２】本発明の実施に好適な造粒濃縮槽の一例を示す一部断面斜視図である。
【図３】図２に示す造粒濃縮槽の平面図である。
【図４】実験例１の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１  原水貯槽
２  助剤混合槽
３  助剤槽
４  ポリマー槽
５  造粒濃縮槽
６  凝集処理水槽
７  硝化槽
【図１】
0003704724.tif 000004
【図２】
0003704724.tif 000005
【図３】
0003704724.tif 000006
【図４】
0003704724.tif 000007