(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を微生物によって処理する生物処理槽と、生物処理槽内の廃水を固液分離する固液分離部と、前記生物処理槽内から汚泥が移行される汚泥貯留槽と、移行された汚泥に含まれるリン成分を沈殿せしめるべく汚泥貯留槽に付設されるリン除去剤添加部とを備えてなる廃水処理装置において、この廃水処理装置は、生物処理槽内の汚泥を濃縮して汚泥貯留槽に移行する汚泥濃縮部を有していることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】
廃水を微生物によって処理する生物処理槽と、生物処理槽内の廃水を固液分離する固液分離部と、前記生物処理槽内から汚泥が移行される汚泥貯留槽と、移行された汚泥に含まれるリン成分を沈殿せしめるべく汚泥貯留槽に付設されるリン除去剤添加部とを備えてなる廃水処理装置において、この廃水処理装置は、汚泥貯留槽内の汚泥を濃縮して再び汚泥貯留槽に戻す汚泥濃縮部を有していることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の廃水処理装置において、前記汚泥濃縮部は、表面に汚泥層を形成するとともに液体を透過するスクリーンと、このスクリーン表面上に形成された汚泥層を所定の厚みを残して除去する掻き取り部材とからなることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の廃水処理装置において、前記汚泥濃縮部は鉄を含む材料から構成されていることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項５】
生物処理槽内において廃水中の窒素成分を微生物によって分解処理し、また生物処理槽内の廃水を固液分離処理することで生物処理槽内からの汚泥の流出を防ぎ、生物反応槽内に存在するリン成分を汚泥に吸着させ、この汚泥を汚泥貯留槽に移行し、この汚泥貯留槽でリン成分を沈殿せしめる廃水処理装置の運転方法において、前記汚泥貯留槽の上澄み液を生物処理槽に戻すことを特徴とする廃水処理装置の運転方法。
【請求項６】
生物処理槽内において廃水中の窒素成分を微生物によって分解処理し、また生物処理槽内の廃水を固液分離処理することで生物処理槽内からの汚泥の流出を防ぎ、生物反応槽内に存在するリン成分を汚泥に吸着させ、この汚泥を汚泥貯留槽に移行し、この汚泥貯留槽でリン成分を沈殿せしめる廃水処理装置の運転方法において、前記生物処理槽では好気処理と嫌気処理を交互に行い、好気処理が終了した直後の汚泥を汚泥貯留槽へ移行するようにしたことを特徴とする廃水処理装置の運転方法。
【請求項７】
生物処理槽内において廃水中の窒素成分を微生物によって分解処理し、また生物処理槽内の廃水を固液分離処理することで生物処理槽内からの汚泥の流出を防ぎ、生物反応槽内に存在するリン成分を汚泥に吸着させ、この汚泥を汚泥貯留槽に移行し、この汚泥貯留槽でリン成分を沈殿せしめる廃水処理装置の運転方法において、前記汚泥貯留槽への汚泥の移行量（１１０℃乾燥汚泥量）を、生物処理槽への流入廃水の汚濁成分量（ＢＯＤ）の０．１倍以上０．８倍以下とすることを特徴とする廃水処理装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は家庭からの廃水や工場廃水中の窒素成分及びリン成分を除去する廃水処理装置とその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活廃水中には窒素成分やリン成分等の栄養塩類が多量に含まれており、これがそのまま川や海に流されると、赤潮等の環境汚染の原因となる。
窒素成分については微生物によって、硝化・脱窒プロセスを経てガス化して除去するのが一般的であり、またリン成分については生物学的に除去する方法（特開平５−２２０４９５号公報）が提案されているが、廃水の濃度変化、水量変動がある処理装置では安定したリン除去を行うための維持管理が煩雑になる。
【０００３】
そこで、リン成分の除去については凝集剤を添加してリン成分を沈殿させて除去する方法が一般的であり、この方法を採用した先行技術として、特開平２−３１８９６号公報、特開平２−９５４９９号公報、特開平３−６８４９８号公報、特開平３−１５１１００号公報及び特開平３−２２９６９５号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平２−３１８９６号公報には、反応塔で廃水を湿式酸化処理し、この反応塔からの処理水にリン不溶化剤（リン除去剤）を添加する技術が開示されている。
しかしながら、この先行技術にあっては生物処理ではない、高温で加熱する湿式酸化処理を行うための加熱装置が別に必要になり、装置が大型化且つ複雑化し、ランニングコストも嵩む。
【０００５】
特開平２−９５４９９号公報には、生物処理槽内で廃水を生物処理し、この生物処理が終了した廃水を膜分離装置で濃縮液と透過液に分離し、透過液にリン凝集剤を添加する技術が開示されている。
しかしながら、この先行技術にあっては、膜分離装置で濃縮液を生物処理槽に戻すようにしているので、生物処理槽内の汚泥量濃度が高くなってしまう。特に家庭用の処理装置の場合には、槽の掃除は年に１回程度しか行わないため、生物処理槽の容量を大きくしなければならなくなる。
【０００６】
特開平３−６８４９８号公報には、廃水に凝集剤を添加しスクリーンによって凝集フロックを除去し、次いで廃水を生物処理し、処理後の廃水を限外濾過膜または精密濾過膜を用いて固液分離し、濃縮液は生物処理槽へ戻し、透過液は逆浸透膜にて固液分離する技術が開示されている。
しかしながら、この先行技術にあっては、逆浸透膜を用いているため、高圧ポンプが必要になるとともに、逆浸透膜の洗浄を頻繁に行わなければならず、ランニングコストが嵩む。
【０００７】
特開平３−１５１１００号公報には、廃水にＭｇイオン、カチオン系高分子凝集剤を添加し、分離膜にて凝集フロックを除去し、次いで廃水を生物処理し、処理後の廃水に無機凝集剤を添加し、次いで接触槽に送り込み粉末活性炭にＣＯＤや色度を活性炭に吸着させ、この活性炭を含む廃水を分離膜で固液分離し、汚泥を含む濃縮液を生物処理槽に返送する技術が開示されている。
しかしながら、この先行技術にあっては、汚泥を生物処理槽に返送しているため、定期的に生物処理槽から余剰汚泥を引き抜き、脱水処理して廃棄しなければならず、そのための装置が必要になる。また、廃水から最初に取り除く凝集フロックに含まれるリン成分については未処理のまま廃棄することになる。
【０００８】
特開平３−２２９６９５号公報には、廃水に凝集解離物質を添加し、分離膜にて凝集フロックを除去し、次いで廃水を粉末活性炭とともに生物処理槽に送り込んで生物処理し、処理後の廃水を分離膜で固液分離し、汚泥を含む濃縮液を生物処理槽に返送する技術が開示されている。
しかしながら、この先行技術にあっても前記と同様に、汚泥を生物処理槽に返送しているため、定期的に生物処理槽から余剰汚泥を引き抜き、脱水処理して廃棄しなければならず、そのための装置が必要になる。また、廃水から最初に取り除く凝集フロックに含まれるリン成分については未処理のまま廃棄することになる。
【０００９】
上記課題を解決すべく本発明は、廃水を微生物によって処理する生物処理槽と、生物処理槽内の廃水を固液分離する固液分離部と、前記生物処理槽内から汚泥が移行される汚泥貯留槽と、移行された汚泥に含まれるリン成分を沈殿せしめるべく汚泥貯留槽に付設されるリン除去剤添加部とを備えるとともに、生物処理槽内の汚泥を濃縮して汚泥貯留槽に移行する汚泥濃縮部を有するか、汚泥貯留槽内の汚泥を濃縮して再び汚泥貯留槽に戻す汚泥濃縮部を有する構成とした。
【００１１】
また、本発明に係る廃水処理装置の運転方法は、生物処理槽内において廃水中の窒素成分を微生物によって分解処理し、また生物処理槽内の廃水を固液分離処理することで生物処理槽内からの汚泥の流出を防ぎ、生物反応槽内に存在するリン成分を汚泥に吸着させ、この汚泥を汚泥貯留槽に移行し、この汚泥貯留槽でリン成分を沈殿せしめる。
【００１２】
ここで、前記生物処理槽内に曝気装置を設け、生物処理槽内では好気処理と嫌気処理を交互に行い、前記汚泥貯留槽では嫌気処理のみを行うことが好ましい。特に好気処理が終了した直後の汚泥を汚泥貯留槽へ移行することで、リン成分を汚泥に過剰吸着せしめて移行することが可能になる。
【００１３】
また、汚泥貯留槽への汚泥の移行量（１１０℃乾燥汚泥量）を、生物処理槽への流入廃水の汚濁成分量（ＢＯＤ）の０．１倍以上０．８倍以下とすることがリン成分を効率よく移行させる上で好ましい。
【００１４】
【作用】
生物処理槽内に流入した廃水は、硝化菌や脱窒菌などによって生物処理されて窒素分が除去され、この生物処理された廃水は膜分離装置等で固液分離され、汚濁成分（ＢＯＤ）を高濃度で含む濃縮液はそのまま生物処理槽に残って汚泥を生成し、この汚泥にリン成分が吸着される。
特に、生物処理槽内で間欠曝気を行うことで、リン成分が汚泥に過剰吸着され、生物処理槽内の廃水にはリン成分は殆ど残らない。そして、リン成分が吸着した汚泥は汚泥貯留槽に移行され、この汚泥貯留槽が嫌気状態であるので、汚泥からリン成分が放出され、放出されたリン成分は添加されたリン除去剤と反応して沈殿する。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の参考例及び実施例を添付図面に基づいて説明する。図１は参考例に係る廃水処理装置の断面図であり、廃水処理装置１は隔壁２によって有機性廃水が流入する生物処理槽３と汚泥貯留槽４に画成されている。
【００１６】
生物処理槽３内には固液分離部としての膜モジュール５が浸漬され、この膜モジュール５は左右の集水管６，６間に中空糸状膜７を架設し、集水管６にポンプ８を中間に設けた配管９を接続し、ポンプ８に水位センサ１０からの信号を送ってオン・オフせしめることで、生物処理槽３内の廃水の水位が最高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ．）と最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ．）との間を維持するようにしている。
【００１７】
また、生物処理槽３の底部には曝気装置１１を配置し、この曝気装置１１を例えば間欠的に駆動することで、生物処理槽３内で、好気処理と嫌気処理を交互に行い、好気性処理では廃水中のアンモニア態窒素（ＮＨ４＋）が硝酸態窒素（ＮＯ３−）や亜硝酸態窒素（ＮＯ２−）に酸化分解され、また嫌気性処理では、嫌気性の脱窒菌が有機炭素を用いて、これら硝酸態窒素（ＮＯ３−）や亜硝酸態窒素（ＮＯ２−）を還元し窒素ガス（Ｎ２）に変換する。
【００１８】
一方、生物処理槽３と汚泥貯留槽４との間にはポンプ１２を備えた汚泥移送管１３が設けられ、また、汚泥貯留槽４にはリン除去剤の添加部１４が設けられ、この添加部１４からのリン除去剤供給管１５が汚泥移送管１３に合流している。
【００１９】
以上において、生物処理槽３内に流入した有機性廃水は生物処理槽３内で好気処理及び嫌気処理され、窒素成分が除去される。また生物処理が終了した廃水は膜モジュール５にて固液分離され、透過液は所定の工程を経て放流される。
【００２０】
また、膜モジュール５における汚濁成分（ＢＯＤ）を多量に含んだ濃縮液は生物処理槽３内に留り、この汚濁成分が汚泥に変換されることで汚泥が増殖し、この増殖した汚泥にリン成分が吸着され、この汚泥が汚泥移送管１３を介して汚泥貯留槽４に移行せしめられる。
ここで、汚泥貯留槽４への移行は好気処理が終了した直後の汚泥を汚泥貯留槽へ移行する。
【００２１】
そして、汚泥貯留槽４へ移行した汚泥には、添加部１４からのリン除去剤が添加され、汚泥に吸着していたリン成分はリン除去剤と反応して不溶性の化合物を形成し沈殿する。この沈殿は定期的に汚泥貯留槽４から取り出して廃棄する。また、リン成分を含まない上澄み液は生物処理槽３内に返送される。
【００２２】
前記リン除去剤としては、例えば、アルミニウム、鉄、ランタン、カルシウム、マグネシウムの単体または金属塩、若しくはこれらを含む化合物、混合物等が挙げられ、添加量としてはリン酸塩の沈殿形成に必要な量の等モル以上５倍モル以下とする。
【００２３】
次に、生物処理槽３から汚泥貯留槽４への汚泥移行量について考察する。先ず、生物処理槽３内では廃水とともに流入した汚濁成分（ＢＯＤ）が汚泥へと転換され、生物処理槽３内で増殖する。この比増殖槽度（μ）は以下の（数式１）で表わされる。
【００２４】
【数１】
0003582152.tif 000002
【００２５】
また、図２は汚泥濃度と運転時間及びＢＯＤから汚泥への転換率（ｄＳ／ｄｔ）／（ｄｌｒ／ｄｔ）と運転時間との関係を示すグラフであり、このグラフから膜利用槽では、槽内の汚泥濃度が高まるにつれてＢＯＤから汚泥への転換率が小さくなることが分る。
【００２６】
即ち、槽内の汚泥の管理濃度をＢＯＤから汚泥への転換率が小さくなる値に設定すると、汚泥の増殖が少なく、したがってリン成分を新たな汚泥に吸着させて廃水中から除去させることができない。そこで、槽内の汚泥の管理濃度をＢＯＤから汚泥への転換率が大きくなる値に設定する。
具体的には、ＢＯＤから汚泥への転換が進む時点で生物処理槽３から汚泥貯留槽４へ汚泥を移行せしめる。その結果、汚泥の増殖が連続して起こり、リンが汚泥に過剰吸着され、高効率でリン除去が行える。
【００２７】
このように槽内の汚泥濃度によってＢＯＤから汚泥への転換率が定まるのであるが、槽内の汚泥濃度は槽の容量、膜の透過流束など槽の設計思想によって変化し、特定することが困難である。そこで、槽内の汚泥濃度に代る概念として、流入廃水の単位ＢＯＤ当りの汚泥移行量を用い、これによってリン除去率に関する実験を行った。
【００２８】
（実験）
図１に示した廃水処理装置を用いた。生物処理槽の容量は１０リットル、吸引濾過に用いる中空糸膜の細孔径は０．１μｍ、吸引濾過は槽の水位を検知し、最高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ．）と最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ．）との間に維持しつつ行った。
生物反応槽は、曝気２０分、非曝気４０分の間欠曝気を行い、生物反応槽中の汚泥の一定量（流入廃水の単位ＢＯＤ当りの汚泥移行量）を種々変化させて汚泥貯留槽に移送した。
リン除去剤には塩化鉄を用い、流入廃水中に存在するリン濃度（５ｍｇ／ｌ）がリン酸鉄を形成するのに必要な量の５倍量を貯留槽に添加し、汚泥より放出されるリンを固定するものとした。
以上の実験結果を以下の（表１）に示す。
【００２９】
【表１】
0003582152.tif 000003
【００３０】
（表１）より、リン除去率を約７０％以上、ＢＯＤ除去率を約９０％以上、窒素除去率を約７０％以上にするには、流入廃水の単位ＢＯＤ当りの汚泥移行量を０．１以上０．８以下、好ましくは０．２以上０．７以下とすべきことが分る。
【００３１】
図３は本発明に係る廃水処理装置の断面図であり、前記参考例と同一の部材については同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。この実施例にあっては、生物処理槽３と汚泥貯留槽４との間に汚泥濃縮部２０を備えている。
【００３２】
この汚泥濃縮部２０はスクリーン２１と、モータ２２によって回転せしめられる掻き取り部材２３を備え、汚泥移送管１３を介して生物処理槽３から汚泥が汚泥濃縮部２０に送られ、この汚泥はスクリーン２１上に堆積し、汚泥中の水分はスクリーン２１を透過して生物処理槽３に戻される。
【００３３】
一方、掻き取り部材２３はスクリーン２１上面にて一定の速度で回転する。本汚泥濃縮部２０ではスクリーン２１に形成された汚泥層が固液分離膜として作用して汚泥の固液分離（濃縮）を行う。いわゆる自己阻止型の濾過が進行する。そのため、濾過の進行とともにスクリーン２１上の汚泥層が厚くなり、透過性が低下してしまう。そこで、汚泥層を一定時間毎に掻き取ることでスクリーン２１上の汚泥厚みを０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下で一定に保ちつつ汚泥を濃縮する。そして、濃縮汚泥は汚泥貯留槽４へ送られる。
【００３４】
図４は本発明に係る他の廃水処理装置の断面図であり、前記実施例と同一の部材については同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。この実施例にあっては、汚泥貯留槽４内に汚泥濃縮部３０を備えている。
【００３５】
この汚泥濃縮部３０はスクリーン３１とモータ３２によって回転せしめられる掻き取り部材３３を備え、汚泥濃縮部３０の下部に備えたエア供給部３４からエアを噴出することで、リフト管３５を介してスクリーン３１を透過した汚泥濃度の低い液が生物処理槽３に戻され、高濃度となった汚泥が汚泥貯留槽４に留まる。
【００３６】
ここで、前記汚泥濃縮部２０，３０を構成する部材（スクリーン２１，３１、掻き取り部材２３，３３）を鉄を含む材料にて構成すると、鉄イオンが溶出し、これが凝集剤として作用するので、リン除去剤の使用量が少なくて済む。
【００３７】
図５は別実施例に係る廃水処理装置の斜視図であり、前記実施例と同一の部材については同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。この実施例にあっては、生物処理槽３の上流側に流量調整槽５０を設け、生物処理槽３に隣接して汚泥貯留槽４を設け、更に生物処理槽３の一部を仕切板５１にて底部を傾斜せしめた沈殿槽５２とし、この沈殿槽５２の底部に溜まった汚泥を汚泥移送管１３にて汚泥貯留槽４に移行せしめるようにしている。このような構成の廃水処理装置は固液分離部として沈殿槽を利用し膜分離装置を用いないため、装置全体の容積は大きくなるが、メンテナンスが容易である。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明した如く本発明によれば、生物処理槽内において廃水中の窒素成分を微生物によって分解処理し、また生物処理槽内の廃水を固液分離処理することで生物処理槽内での汚泥を増加せしめ、この汚泥に生物反応槽内に存在するリン成分を吸着させるとともに汚泥を汚泥貯留槽に移行し、汚泥貯留槽でリン成分を沈殿せしめるようにしたので、廃水中の窒素成分及びリン成分の除去を効率よく行うことができる。
【００３９】
また、生物処理槽内に曝気装置を設け、生物処理層内では好気処理と嫌気処理を交互に行い、好気処理が終了した直後の汚泥を汚泥貯留槽へ移行するようにすることで、汚泥にリン成分を過剰吸着せしめることができ、リン成分の除去効率が高まる。
【００４０】
また、汚泥濃縮部を設けることで、生物処理槽内の汚泥を濃縮して汚泥貯留槽に移行するか、或いは汚泥貯留槽内の汚泥を濃縮して再び汚泥貯留槽に戻すことで、汚泥貯留槽内でのリン濃度が高くなり、リン除去効果が高まる。
特に、汚泥濃縮部を構成する部材を鉄を含む材料にて作製すると、鉄分が汚泥貯留槽に溶出し、これがリン除去剤として作用するので、リン除去剤の使用量を低減することができる。
【００４１】
更に、汚泥貯留槽への汚泥の移行量を、生物処理槽への流入廃水のＢＯＤの０．１倍以上０．８倍以下とすることで、リン除去率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係る廃水処理装置の断面図
【図２】汚泥濃度と運転時間及び（ＢＯＤ−汚泥）転換率と運転時間との関係を示すグラフ
【図３】本発明に係る廃水処理装置の断面図
【図４】別実施例に係る廃水処理装置の断面図
【図５】別実施例に係る廃水処理装置の斜視図
【図１】
0003582152.tif 000004
【図２】
0003582152.tif 000005
【図３】
0003582152.tif 000006
【図４】
0003582152.tif 000007
【図５】
0003582152.tif 000008