(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性汚泥により廃水を生物学的に処理する生物反応槽と、前記生物反応槽で処理された処理水から前記活性汚泥を固液分離する固液分離槽と、前記生物反応槽と前記固液分離槽とをつなぐ返送汚泥経路とを備えた廃水の生物学的処理装置において、
前記固液分離した活性汚泥の全量を前記返送汚泥経路を介して前記生物反応槽に返送すると共に該返送汚泥経路に高速攪拌機又は超音波処理装置を設け、
前記全量返送する活性汚泥中に含有する微生物が所定の死滅率で死滅するように、前記高速攪拌機の攪拌速度や攪拌時間、又は前記超音波処理装置の超音波の強さや処理時間をコントロールすることを特徴とする廃水の生物学的処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃水の生物学的処理方法及び装置に係り、特に生物学的処理で生成される汚泥を返送して循環使用する廃水の生物学的処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、有機性廃水又は無機性廃水を活性汚泥で生物学的に処理する廃水の生物学的処理装置としては、生物反応槽において活性汚泥により廃水を処理した後、固液分離槽において処理水に同伴する活性汚泥を沈降分離する。そして、分離した活性汚泥の一部を再び生物反応槽へ返送すると共に、余剰汚泥を引抜配管から引き抜いていた。
【０００３】
しかし、引き抜いた余剰汚泥の処理には、脱水機、乾燥機等の処理設備を必要とし、処理費用もかかることから、余剰汚泥の発生量をできるだけ減少させる試みがなされてきた。
余剰汚泥の発生量を減少させる方法としては、特開平９─２０６７８１号公報に見られるように、オゾン処理法がある。このオゾン処理法は、余剰汚泥にオゾンを接触させることにより、オゾンの強力な酸化力により活性汚泥中に含有する微生物の細胞壁を破壊して細胞内体液を溶出させるものである。これにより、活性汚泥をＢＯＤ成分と同じに扱うことができるので、オゾン処理した余剰汚泥をＢＯＤ成分として生物反応槽へ返送する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オゾン処理法で余剰汚泥を処理すると、排ガス中に含まれる残存オゾンの処理が必要となるという問題がある。また、排ガス中には、オゾンばかりでなく、処理時に生成される亜酸化窒素や一酸化窒素等の窒素酸化物が含まれるため、これらのガスの処理も必要になる。従って、オゾン処理の設備以外にも排ガス処理の設備が必要になるので、排ガス処理のコストが大きくなるという欠点がある。特に、亜酸化窒素は、地球温暖化ガスであり、十分除去する必要がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、オゾン処理法のように排ガス処理が必要なく、余剰汚泥を簡単にＢＯＤ成分として使用できる状態に処理することができるので、コスト増を殆ど伴うことなく余剰汚泥の発生を減少さらには無くすことができる廃水の生物学的処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、活性汚泥により廃水を生物学的に処理する生物反応槽と、前記生物反応槽で処理された処理水から前記活性汚泥を固液分離する固液分離槽と、前記生物反応槽と前記固液分離槽とをつなぐ返送汚泥経路とを備えた廃水の生物学的処理装置において、前記固液分離した活性汚泥の全量を前記返送汚泥経路を介して前記生物反応槽に返送すると共に該返送汚泥経路に高速攪拌機又は超音波処理装置を設け、前記全量返送する活性汚泥中に含有する微生物が所定の死滅率で死滅するように、前記高速攪拌機の攪拌速度や攪拌時間、又は前記超音波処理装置の超音波の強さや処理時間をコントロールすることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、生物学的処理で発生する余剰汚泥を高速攪拌処理、超音波処理等の物理的手段でホモジナイズ処理してから生物学的に処理するようにしたので、余剰汚泥を簡単にＢＯＤ成分として使用できる状態に処理することができる。これにより、余剰汚泥の発生を減少さらには無くすことができる。
また、本発明のホモジナイズ処理は物理的な方法なので、従来のオゾン処理のように排ガス処理を行う必要もない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る廃水の生物学的処理方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
図１は、本発明に係る廃水の生物学的処理装置の第１の実施の形態を説明する断面図で、活性汚泥循環変法に適用した例である。
【０００９】
図１に示すように、本発明の生物学的処理装置１０は、主として、廃水の原水配管１２と、生物反応槽１４と、固液分離槽１６と、返送汚泥経路１８と、ホモジナイズ装置２１とで構成される。尚、ポンプ等の送り手段は図から省略してある。
原水配管１２は、有機性廃水や無機性廃水を生物反応槽１４の後記する脱窒槽２０に供給する。
【００１０】
生物反応槽１４は、内部に活性汚泥が存在すると共に、前段側に設けられた脱窒槽２０、後段側に設けられた硝化槽２２の２つの槽から構成される。生物反応槽１４内の活性汚泥は、活性汚泥が浮遊状態で存在する浮遊型、プラスチックやセラミックに活性汚泥を付着した付着型、活性汚泥をゲル内部に包括固定化した固定型があるが、生物反応槽内での廃水の生物学的処理により活性汚泥が生成されて増殖し、これにより余剰汚泥が発生するものであればよい。
【００１１】
脱窒槽２０では嫌気性状態下において活性汚泥中の脱窒菌により廃水中のＢＯＤ成分の分解と脱窒処理が行われる。一方、硝化槽２２では好気性状態下において活性汚泥中の硝化菌により廃水中のアンモニア態窒素が硝化処理されて硝酸になる。そして、硝化槽２２で硝化処理された硝化液が硝化液循環路２４を介して脱窒槽２０に循環されることにより廃水中の窒素成分は窒素ガスとして大気に放出されて除去される。この循環される液の一部が処理水として引き抜かれ固液分離槽１６に送られる。
【００１２】
固液分離槽１６では、処理水に同伴される活性汚泥を重力により槽低に沈降させることにより処理水から活性汚泥を分離する。処理水から活性汚泥を分離する手段としては、他に、傾斜板を利用したラメラセパレータ、或いは加圧浮上等を用いてもよい。
返送汚泥経路１８は、固液分離槽１６の低部と生物反応槽１４の脱窒槽２０入口側とを繋ぐ経路として形成される。
【００１３】
ホモジナイズ装置２１は、返送汚泥経路１８の途中に設けられ、物理的手段で活性汚泥をホモジナイズ処理し、活性汚泥中の微生物を分散させ細胞壁を傷つけるか破壊して細胞内体液を溶出させることにより、微生物を溶融状態で死滅させることができる機器で構成される。物理的手段で活性汚泥をホモジナイズ処理する機器としては、高速攪拌機、超音波処理機等を使用することができる。この場合、高速攪拌機等を単独で用いてもよく、あるいは上記各機器を組み合わせて用いてもよい。
【００１４】
次に、上記の如く構成された廃水の生物学的処理装置１０の作用について説明する。
原水配管１２から生物反応槽１４に供給された廃水の原水は、脱窒槽２０と硝化槽２２とでの硝化・脱窒処理されて廃水中のアンモニア成分やＢＯＤ成分等が除去され、除去された処理水は固液分離槽１６に送られる。固液分離槽１６では、処理水に同伴された活性汚泥を沈降させ、沈降した活性汚泥は汚泥返送経路１８を介して脱窒槽２０に返送される。この廃水の生物学的処理において、生物反応槽１４では活性汚泥が生成して増殖し、増殖しすぎると処理に悪影響を及ぼすことから、固液分離槽１６で沈降した活性汚泥の全量を生物反応槽１４へ返送することができず、余剰汚泥が発生する。
【００１５】
そこで、本発明では、固液分離槽１６から生物反応槽１４へ活性汚泥を返送する返送汚泥経路１８に物理的手段で活性汚泥をホモジナイズ処理することのできるホモジナイズ装置を設け、活性汚泥をホモジナイズ処理して所定の死滅率で活性汚泥中の微生物を死滅させた後、生物反応槽１４へ返送するようにした。これにより、死滅した活性汚泥を脱窒槽２０における脱窒菌の栄養源であるＢＯＤ成分として利用するようにした。
【００１６】
固液分離槽１６で分離された活性汚泥をどの程度の死滅率で死滅させるかは、活性汚泥を固液分離槽１６から生物反応槽１４へ戻す汚泥返送率、換言すると、余剰汚泥の発生量により決定される。この余剰汚泥に相当する活性汚泥中の微生物を死滅させ、ＢＯＤ成分とする。微生物の死滅率のコントロールは、ホモジナイズ機器の処理条件を変えることにより行うことができ、例えば高速攪拌機の場合は、その攪拌速度や攪拌時間により、また、超音波処理の場合は、超音波の強さや処理時間により所定の死滅率で微生物を死滅させることができる。
【００１７】
活性汚泥中の微生物の死滅率は、理論的には以下の式（１）で表すことができる。
ｄＸ／ｄｔ＝μＸ−ＤＸ…（１）
但し、ｄＸ／ｄｔ：活性汚泥の生成速度（ｍｇ／Ｌ／時間）
μ：微生物の比増殖速度（Ｌ／時間）
Ｘ：汚泥（微生物）濃度（ｍｇ／Ｌ）
Ｄ：ホモジナイズによる微生物の比死滅速度（Ｌ／時間）
上記式（１）でμＸ＝ＤＸ、即ち、μ＝Ｄになるとき、余剰汚泥は発生しないことになる。理論的には、この条件で微生物を死滅させていけばよい訳である。しかしながら、廃水処理に使用する微生物の比増殖速度μは、環境条件により変動し、極めて多様な値をとることから、余剰汚泥の発生量も変動する。そこで、都市下水、農村集落排水、食品工場廃水、化学工場廃水、半導体廃水、畜産廃水、鉱山廃水等のデータを蓄積して余剰汚泥を発生させないための微生物の死滅率を調査した。
【００１８】
表１は、余剰汚泥を発生させないためのＢＯＤ容積負荷と微生物の死滅率との関係を示したものである。
【００１９】
【表１】
0003558204.tif 000002
表１における微生物の死滅率は、ホモジナイズ処理する前の活性汚泥とホモジナイズ処理した後の活性汚泥を普通寒天培地で計測した菌数を基に以下の式（２）から計算したものである。
【００２０】
Ｒ＝（Ｘ０  −Ｘ１  ）／Ｘ０  …（２）
但し、Ｒ：微生物の死滅率
Ｘ０  ：ホモジナイズ処理前の菌数
Ｘ１  ：ホモジナイズ処理後の菌数
表１から分かるように、ＢＯＤ容積負荷によって、余剰汚泥を発生させないための微生物の死滅率が異なり、ＢＯＤ容積負荷が０．１〜０．５（ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３  ／日）の場合は微生物の死滅率は１０〜２０％、ＢＯＤ容積負荷が０．５〜１．０（ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３  ／日）の場合は微生物の死滅率は２０〜４０％、ＢＯＤ容積負荷が１．０（ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３  ／日）以上の場合は微生物の死滅率は７０〜９０％が必要である。
【００２１】
従って、廃水のＢＯＤ容積負荷に応じてホモジナイズ処理を行う高速攪拌機や超音波処理機等の処理条件を変えて微生物の死滅率をコントロールする必要がある。この場合、高速攪拌機の攪拌速度は、５０００〜１５０００ｒｐｍがよい。この理由は、５０００ｒｐｍ以下にするとホモジナイズ処理に時間がかかりすぎ、１５０００ｒｐｍ以上にすると微生物の死滅率をコントロールするのが難しくなるためである。また、超音波処理の場合、超音波の強さは１００〜５００（ｗ／Ｌ／分）  が良い。この理由は、１００（ｗ／Ｌ／分）  以下にするとホモジナイズ処理に時間がかかりすぎ、５００（ｗ／Ｌ／分）  以上にすると微生物の死滅率をコントロールするのが難しくなるためである。
【００２２】
表２は、ウレタンプレホリマや食品加工の乳化処理に使用されている高速攪拌機を用いて攪拌速度を５０００ｒｐｍ、１００００ｒｐｍ及び１５０００ｒｐｍで行った場合の攪拌時間と微生物の死滅率との関係を示したものである。
【００２３】
【表２】
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表２から分かるように、高速攪拌機の攪拌速度が大きくなるに従って、また攪拌時間が長くなるに従って、微生物の死滅率が増加するので、攪拌速度と攪拌時間とを制御することにより微生物の死滅時間をコントロールすることができる。この場合，前述したように、高速攪拌機の攪拌速度は、５０００〜１５０００ｒｐｍの範囲にすることが好ましい。
【００２４】
表３は、超音波処理機を用いて超音波の強さを１５０（ｗ／Ｌ／分）  と３００（ｗ／Ｌ／分）  で行った場合の処理時間と微生物の死滅率との関係を示したものである。
【００２５】
【表３】
0003558204.tif 000004
表３から分かるように、超音波処理の超音波の強さが大きくなるに従って、また処理時間が長くなるに従って、微生物の死滅率が増加するので、超音波の強さと処理時間とを制御することにより微生物の死滅時間をコントロールすることができる。この場合，前述したように、超音波の強さは１００〜５００（ｗ／Ｌ／分）  範囲にすることが好ましい。
【００２６】
図２は、本発明に係る廃水の生物学的処理装置の第２の実施の形態を説明する断面図である。尚、第１の実施の形態と同様の装置、部材は同符号を付して説明する。
第２の実施の形態の生物学的処理装置３０は、生物反応槽３１を、第１の脱窒槽２０、硝化槽２２、第２の脱窒槽３２、再曝気槽３４で構成し、返送汚泥経路１８の途中から第２の脱窒槽３２への分岐経路３６を配設してこの分岐経路３６にホモジナイズ装置２１を設置すると共に、返送汚泥経路１８の返送汚泥の一部を分配器３８で分岐経路３６に分配するようにしたものである。この構成においては、第１の脱窒槽２０と硝化槽２２が第１の実施の形態での生物反応槽に相当する。
【００２７】
本発明の第２の実施の形態によれば、第１の脱窒槽２０と硝化槽２２により硝化・脱窒処理された処理水は、第２の脱窒槽３２において処理水中に残存する亜硝酸、硝酸等の硝酸態窒素が脱窒処理されて窒素ガスに変えられて処理水が更に浄化される。一方、固液分離装置１６で沈降された返送汚泥は、返送汚泥経路１８から脱窒槽２０に戻る途中で分配器３８により分配され、一部の返送汚泥が分岐経路３６に送られる。分岐経路３６に送られた返送汚泥は、ホモジナイズ装置２１によりホモジナイズ処理されてから第２の脱窒槽３２に送られ、ＢＯＤ成分として利用される。ホモジナイズ装置２１としては、第１の実施の形態と同様に高速攪拌機、超音波処理機を用いることができる。
【００２８】
これにより、第２の脱窒槽３２での脱窒菌の栄養源であるＢＯＤ成分を確保することができるので、メタノール等の栄養源を特別に添加する必要がない。従って、余剰汚泥を有効利用することができる。また、第２の脱窒槽３２に送られて脱窒処理に供されなかった残存ＢＯＤ成分は、再曝気槽３４において除去される。従って、本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態よりも、処理水の規制値が厳しい場合に対応させることができる。
【００２９】
また、第２の実施の形態では、分岐経路に分配された活性汚泥の微生物を全て死滅させてＢＯＤ成分としてもよいので、第１の実施の形態のように、微生物の死滅率をコントロールする必要がない。従って、高速攪拌機の場合は、攪拌速度を１５０００ｒｐｍ以上で行うことができるので、高速攪拌機の制御が容易になると共に、攪拌時間を短縮できる。また、超音波処理の場合は、超音波の強さを５００（ｗ／Ｌ／分）  以上で行うことができるので、超音波処理の制御が容易になると共に、処理時間を短縮できる。
【００３０】
尚、物理的手段で活性汚泥をホモジナイズ処理する機器としては、高速攪拌機、超音波処理機の他に、圧力型ホモジナイザー、コロイドミルを使用することができる。
【００３１】
【実施例】
図１に示す廃水の生物学的処理装置を用いて実施した実施例を以下に説明する。ホモジナイズ装置としては高速攪拌機を用い、１００００ｒｐｍで１５分間攪拌した。
また、比較例として、図１の返送汚泥経路にホモジナイズ装置を設置しない従来の生物学的処理装置を用いて行った。
【００３２】
実施例、比較例ともにＢＯＤ成分濃度１８０（ｍｇ／Ｌ）の有機性廃水を用い、ＢＯＤ容積負荷が０．８（ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３  ／日）になるようにした。この有機性廃水を、活性汚泥循環変法により硝化・脱窒処理を行い、固液分離槽から生物反応槽に返送する返送汚泥の返送率が５０％となるようにして半年以上連続運転を行った。
【００３３】
その結果、実施例では、固液分離槽で沈降した返送汚泥を装置外に引き抜かなかったが、生物反応槽内の浮遊活性汚泥濃度ＭＬＳＳは、１８００〜２３００（ｍｇ／Ｌ）の間で推移し、余剰汚泥を発生させる必要がなかった。
また、処理水のＢＯＤ成分濃度も４〜１０（ｍｇ／Ｌ）の間で良好に推移した。
これに対し、比較例では、処理水のＢＯＤ成分濃度を実施例と同様の４〜１０（ｍｇ／Ｌ）の間に収めるためには、固液分離槽で沈降した返送汚泥を余剰汚泥として３５〜４５％の割合で装置外に引き抜く必要があった。この時の生物反応槽での浮遊活性汚泥濃度ＭＬＳＳは、約２０００（ｍｇ／Ｌ）であった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の廃水の生物学的処理装置によれば、余剰汚泥を簡単にＢＯＤ成分として使用できる状態に処理することができるので、余剰汚泥の発生を減少さらには無くすことができる。
また、本発明における高速攪拌機又は超音波処理装置は物理的手段により行うので、従来のオゾン処理のように排ガス処理を行う装置も必要もない。
【００３５】
従って、従来のオゾン処理に比べて装置コストやランニングコストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る廃水の生物学的処理装置の第１の実施の形態を説明する断面図
【図２】本発明に係る廃水の生物学的処理装置の第２の実施の形態を説明する断面図
【符号の説明】
１０、３０…生物学的処理装置
１２…原水配管
１４、３１…生物反応槽
１６…固液分離槽
１８…返送汚泥経路
２０…脱窒槽（第１の脱窒槽）
２２…硝化槽
２４…硝化液循環路
３２…第２の脱窒槽
３４…再曝気槽
３６…分岐経路
３８…分配器
【図１】
0003558204.tif 000005
【図２】
0003558204.tif 000006