(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化工程および脱窒工程からなる汚水処理方法において、
硝化脱窒処理に送られる前の前記汚水の一部を分岐させて、この分岐させた汚水から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚水にアルカリ剤を添加するアルカリ処理工程およびこのアルカリ剤が添加された汚水を滞留させる滞留工程と、
この滞留工程後の汚水を前記脱窒工程に供給する工程とを備え、
前記アルカリ処理工程では、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下であり、かつ、このアルカリ処理工程において滞留している汚水のｐＨが11.6以上12.5以下であり、
前記滞留工程では、汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下である
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項２】
し尿および浄化槽汚泥の少なくとも一方を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化工程および脱窒工程、並びに、前記硝化脱窒処理後の汚水を固液分離して得られた汚泥を前記硝化工程および脱窒工程の前に返送する工程からなる汚水処理方法において、
前記汚泥の一部を分岐させて、この分岐させた汚泥から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚泥にアルカリ剤を添加するアルカリ処理工程および前記汚泥に前記アルカリ剤が添加されてなる汚水を滞留させる滞留工程と、
この滞留工程後の汚水を前記脱窒工程に供給する工程とを有し、
前記アルカリ処理工程では、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下であり、かつ、このアルカリ処理工程において滞留している汚水のｐＨが11.6以上12.5以下であり、
前記滞留工程では、汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下である
ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項３】
滞留工程における汚水のpHが9未満となった場合、この汚水に次亜塩素酸ソーダを添加する
ことを特徴とする請求項１または２記載の汚水処理方法。
【請求項４】
汚水または汚泥の雰囲気をアルカリ洗浄によって脱臭する脱臭工程を有し、
この脱臭工程で生じたアルカリ性排水を、アルカリ剤と共にアルカリ処理工程に用いる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の汚水処理方法。
【請求項５】
滞留工程よりも後段において、汚水中の固形分を分離する工程と、
この固形分が分離された後の汚水にカルシウム剤を添加して汚水中のリンを回収する晶析脱リン工程とを有する
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の汚水処理方法。
【請求項６】
アルカリ処理工程において、アルカリ剤が添加された汚水または汚泥を連続的に撹拌し、
滞留工程において、間欠的に汚水を撹拌する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一記載の汚水処理方法。
【請求項７】
し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化手段および脱窒手段を具備する汚水処理装置において、
硝化脱窒処理に送られる前の前記汚水の一部を分岐させて、この分岐させた汚泥から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚泥にアルカリ剤を添加するアルカリ処理手段およびこのアルカリ剤が添加された汚水を滞留させる滞留槽と、
この滞留後の汚水を前記脱窒手段に供給する手段とを備え、
前記アルカリ処理手段は、前記汚水を滞留させるアルカリ処理槽を有し、このアルカリ処理槽は、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下となる実効容積を有し、このアルカリ処理槽では、滞留している汚水のpHが11.6以上12.5以下となる量のアルカリ剤が添加され、
前記滞留槽は、汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下となる実効容積を有している
ことを特徴とする汚水処理装置。
【請求項８】
し尿および浄化槽汚泥の少なくとも一方を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化手段および脱窒手段と、前記硝化脱窒処理後の汚水を固液分離する手段と、この固液分離によって得られた汚泥を前記硝化手段および脱窒手段の前に返送する汚泥返送手段とを具備する汚水処理装置において、
返送される前記汚泥の一部を分岐させて、この分岐させた汚泥から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚泥にアルカリ剤を添加するアルカリ処理手段および前記汚泥にアルカリ剤が添加されてなる汚水を滞留させる滞留槽と、
この滞留後の汚水を前記脱窒手段に供給する手段とを備え、
前記アルカリ処理手段は、前記汚水を滞留させるアルカリ処理槽を有し、このアルカリ処理槽は、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下となる実効容積を有し、このアルカリ処理槽では、滞留している汚水のpHが11.6以上12.5以下となる量のアルカリ剤が添加され、
前記滞留槽は、それにおける汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下となる実効容積を有している
ことを特徴とする汚水処理装置。
【請求項９】
滞留槽内に滞留する汚水のpHを検出する手段と、
この手段が検出したpHが9未満となった場合、この汚水に次亜塩素酸ソーダを添加する手段とが設けられた
ことを特徴とする請求項７または８記載の汚水処理装置。
【請求項１０】
汚水または汚泥の雰囲気をアルカリ洗浄によって脱臭する脱臭手段と、
この脱臭手段において生じたアルカリ性排水を、アルカリ処理手段に供給する手段とが設けられた
ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一記載の汚水処理装置。
【請求項１１】
滞留槽よりも後段において、汚水中の固形分を分離する手段と、
この固形分が分離された後の汚水にカルシウム剤を添加して汚水中のリンを回収する晶析脱リン手段とをさらに有する
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一記載項記載の汚水処理装置。
【請求項１２】
アルカリ処理手段は、アルカリ剤が添加された汚水または汚泥を連続的に撹拌する撹拌手段を有し、
滞留槽は、間欠的に汚水を撹拌する撹拌手段が設けられている
ことを特徴とする請求項７ないし１１のいずれか一記載項記載の汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、し尿や浄化槽汚泥を含む汚水を生物学的硝化脱窒法によって浄化する汚水処理方法、その中でも特に、硝化脱窒の安定化を図った汚水処理方法に関するものである。
【０００２】
また本発明は、そのような汚水処理方法を実施する汚水処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、例えば非特許文献１および２に示されているように、し尿や浄化槽汚泥、あるいはそれを含む汚水を生物学的硝化脱窒法によって浄化する汚水処理方法が公知となっている。この種の汚水処理方法においては、硝化工程では好気的にアンモニア性窒素の硝化やBOD成分の酸化を行い、脱窒工程では汚水中の有機物あるいは外添するメタノール等の水素供与体を利用することによって、無酸素かそれに近い状態で嫌気的に窒素ガス発生までの窒素除去を行っている。
【０００４】
なお、硝化脱窒法によって処理する汚水中の有機物濃度と窒素濃度の比率が高い、つまり有機物が多ければ、その有機物のみを利用して脱窒可能で、窒素除去を完結することができる。しかし有機物の比率が低い場合や、窒素や有機物などの全体的な濃度が設計値よりも大幅に低下した場合は、上述したように脱窒工程にメタノール等の水素供与体を添加して、脱窒反応を補助する必要がある。非特許文献１および２には、脱窒工程におけるこのメタノールの添加についても説明がなされている。
【０００５】
上述したメタノール等の水素供与体の使用は、汚水処理施設の薬品コストを上げ、また汚泥発生量を増加させて汚泥処分コストも上げてしまうので、その使用量を低減することが望まれている。そのような観点から、一例として特許文献１や特許文献２には、硝化脱窒後の汚水の固液分離を行う固液分離槽（沈殿槽）で発生した汚泥にアルカリ剤を添加し、それを硝化脱窒工程に戻すようにした汚水処理方法が提案されている。この方法によれば、固液分離槽で発生した汚泥を水素供与体として利用できるので、メタノール等の薬剤の使用量を低減可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−９８２７９号公報
【特許文献２】特許第４６２７４０３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】し尿処理ガイドブック、pp240-253、環境技術研究会(1980)
【非特許文献２】本田一好他、「酸素曝気し尿脱窒処理について」、pp35-38、第４回全国都市清掃研究発表会講演論文集、社団法人全国都市清掃会議(1983)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載された方法は、汚泥にアルカリ剤を添加する際の条件を明示するものではない。通常、脱窒の水素供与体として有機物を利用する場合、そのBOD成分が窒素に対し３倍程度有ることが、必要な有機物量を確保する上での指標とされている。また有機性汚泥をアルカリ条件とした場合は、比較的容易に溶解性のBOD濃度を上昇させることができる。しかし汚泥のアルカリ処理液のBOD成分には、速やかに脱窒の水素供与体として働くことができる成分以外も含まれることから、BOD濃度と脱窒用水素供与体としての効果は一致しないため、十分な量のBOD成分を添加しても脱窒に対しては効果が出ないこともある。このため、脱窒炭素源生成のためにpH範囲や処理時間などを最適条件に設定して、水素供与体としての組成としなければ効果がないか非常に小さくなる。
【０００９】
さらに、硝化脱窒工程後の固液分離で発生した汚泥をアルカリ処理する場合は、最適な条件でアルカリ可溶化処理を行わない限り、有機物以外に汚泥中の窒素もアンモニア性窒素として溶出するため、全体として窒素負荷が増加してしまうという問題がある。
【００１０】
一方、特許文献２に記載された方法においては、pH条件および、アルカリ剤添加後の汚泥の滞留時間についても例示がなされているが、それらの条件は余剰汚泥の発生量を削減するための条件であって、ここに示された条件、特にその滞留時間では水素供与体としての効果は全く発揮することができない。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、し尿や浄化槽汚泥を含む汚水を生物学的硝化脱窒法によって浄化する汚水処理方法において、処理水質の悪化を招くことなく、メタノール等の水素供与体の使用量を低減することを目的とするものである。
【００１２】
また本発明は、そのような汚水処理方法を実施することができる汚水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の汚水処理方法は、硝化脱窒処理に送られる前の汚水中のし尿あるいは浄化槽汚泥、さらには返送汚泥から溶出する成分を水素供与体として利用し、それにより、外添するメタノール等の水素供与体の使用量を低減し、あるいはゼロに抑えられるようにしたものである。
【００１４】
請求項１に記載された汚水処理方法は、し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化工程および脱窒工程からなる汚水処理方法において、硝化脱窒処理に送られる前の前記汚水の一部を分岐させて、この分岐させた汚水から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚水にアルカリ剤を添加するアルカリ処理工程と、このアルカリ剤が添加された汚水を滞留させる滞留工程と、この滞留工程後の汚水を前記脱窒工程に供給する工程とを備え、前記アルカリ処理工程では、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下であり、かつ、このアルカリ処理工程において滞留している汚水のｐＨが11.6以上12.5以下であり、前記滞留工程では、汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下であるものである。
【００１５】
なお、上記の「し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水」とは、し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥のみ、さらにはこれらを元に濃縮等の前処理をして得られた汚水・汚泥も含むものとする。
【００１６】
請求項２に記載された汚水処理方法は、し尿および浄化槽汚泥の少なくとも一方を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化工程および脱窒工程、並びに、前記硝化脱窒処理後の汚水を固液分離して得られた汚泥を前記硝化工程および脱窒工程の前に返送する工程からなる汚水処理方法において、前記汚泥の一部を分岐させて、この分岐させた汚泥から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚泥にアルカリ剤を添加するアルカリ処理工程および前記汚泥に前記アルカリ剤が添加されてなる汚水を滞留させる滞留工程と、この滞留工程後の汚水を前記脱窒工程に供給する工程とを備え、前記アルカリ処理工程では、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下であり、かつ、このアルカリ処理工程において滞留している汚水のｐＨが11.6以上12.5以下であり、前記滞留工程では、汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下であるものである。
【００１７】
請求項３に記載された汚水処理方法は、請求項１または２記載の汚水処理方法において、滞留工程における汚水のpHが9未満となった場合、この汚水に次亜塩素酸ソーダを添加するものである。
【００１８】
また、本発明の汚水処理方法においては、前記滞留工程に、汚水中の固形物濃度を部分的に高める工程を含めた上で、この固形物濃度が高められた汚水を前記アルカリ処理工程に返送し、残余の汚水を前記脱窒工程に供給することが望ましい。
【００１９】
請求項４に記載された汚水処理方法は、請求項１ないし３のいずれか一記載の汚水処理方法において、汚水または汚泥の雰囲気をアルカリ洗浄によって脱臭する脱臭工程を有し、この脱臭工程で生じたアルカリ性排水を、アルカリ剤と共にアルカリ処理工程に用いるものである。
【００２０】
請求項５に記載された汚水処理方法は、請求項１ないし４のいずれか一記載の汚水処理方法において、滞留工程よりも後段において、汚水中の固形分を分離する工程と、この固形分が分離された後の汚水にカルシウム剤を添加して汚水中のリンを回収する晶析脱リン工程とを有するものである。なお、上記の「滞留工程よりも後段」とは、滞留工程の直ぐ後段であることは勿論のこと、その他の工程、例えば汚水の硝化脱窒工程を間に含んでその後段であることも含むものとする。
【００２１】
請求項６に記載された汚水処理方法は、請求項１ないし４のいずれか一記載の汚水処理方法において、アルカリ処理工程において、アルカリ剤が添加された汚水または汚泥を連続的に撹拌し、滞留工程において、間欠的に汚水を撹拌するものである。
【００２２】
請求項７に記載された汚水処理装置は、し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化手段および脱窒手段を具備する汚水処理装置において、硝化脱窒処理に送られる前の前記汚水の一部を分岐させて、そこにアルカリ剤を添加するアルカリ処理手段と、このアルカリ剤が添加された汚水を滞留させる滞留槽と、この滞留後の汚水を前記脱窒手段に供給する手段とを備え、前記アルカリ処理手段は、前記汚水を滞留させるアルカリ処理槽を有し、このアルカリ処理槽は、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下となる実効容積を有し、このアルカリ処理槽では、滞留している汚水のpHが11.6以上12.5以下となる量のアルカリ剤が添加され、前記滞留槽は、汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下となる実効容積を有しているものである。
【００２３】
請求項８に記載された汚水処理装置は、し尿および浄化槽汚泥の少なくとも一方を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化手段および脱窒手段と、前記硝化脱窒処理後の汚水を固液分離する手段と、この固液分離によって得られた汚泥を前記硝化手段および脱窒手段の前に返送する汚泥返送手段とを具備する汚水処理装置において、返送される前記汚泥の一部を分岐させて、この分岐させた汚泥から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚泥にアルカリ剤を添加するアルカリ処理手段および前記汚泥にアルカリ剤が添加されてなる汚水を滞留させる滞留槽と、この滞留後の汚水を前記脱窒手段に供給する手段とを備え、前記アルカリ処理手段は、前記汚水を滞留させるアルカリ処理槽を有し、このアルカリ処理槽は、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下となる実効容積を有し、このアルカリ処理槽では、滞留している汚水のpHが11.6以上12.5以下となる量のアルカリ剤が添加され、前記滞留槽は、それにおける汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下となる実効容積を有しているものである。
【００２４】
請求項９に記載された汚水処理装置は、請求項７または８記載の汚水処理装置において、滞留槽内に滞留する汚水のpHを検出する手段と、この手段が検出したpHが9未満となった場合、この汚水に次亜塩素酸ソーダを添加する手段とが設けられたものである。
【００２５】
また、上記汚水処理装置においては、前記滞留槽内に配置されて、汚水中の固形物濃度を部分的に高める手段と、この固形物濃度が高められた汚水を滞留槽から前記アルカリ処理手段に返送する手段とが設けられ、前記固形物濃度が高められた汚水以外の汚水が滞留槽から脱窒手段に供給されるように構成されていることが望ましい。
【００２６】
請求項１０に記載された汚水処理装置は、請求項７ないし９のいずれか一記載の汚水処理装置において、汚水または汚泥の雰囲気をアルカリ洗浄によって脱臭する脱臭手段と、この脱臭手段において生じたアルカリ性排水を、アルカリ処理手段に供給する手段とが設けられたものである。
【００２７】
請求項１１に記載された汚水処理装置は、請求項７ないし１０のいずれか一記載の汚水処理装置において、滞留槽よりも後段において、汚水中の固形分を分離する手段と、この固形分が分離された後の汚水にカルシウム剤を添加して汚水中のリンを回収する晶析脱リン手段とを有するものである。
【００２８】
請求項１２に記載された汚水処理装置は、請求項７ないし１１のいずれか一記載の汚水処理装置において、アルカリ処理手段は、アルカリ剤が添加された汚水または汚泥を連続的に撹拌する撹拌手段を有し、滞留槽は、間欠的に汚水を撹拌する撹拌手段が設けられているものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の汚水処理方法においては、硝化脱窒処理に送られる前のし尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水の一部、または、し尿および浄化槽汚泥の少なくとも一方を含む汚水を硝化脱窒処理し固液分離して得られた返送汚泥の一部にアルカリ剤を添加した上で、その汚水（アルカリ処理液）を脱窒工程に供給するようにしたので、し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水、あるいは返送汚泥から溶出した有機物を水素供与体として利用可能となる。
【００３０】
また、上記アルカリ剤の添加を行って、脱窒工程に供給する汚水のpHを、返送必要な時間に亘って高く維持していることにより（その好ましい範囲については後述する）、し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水、あるいは返送汚泥中の溶解性有機物のうち脱窒用炭素源として速やかに利用される成分をより多く溶出させることができるので、該有機物を水素供与体としてより有効に利用可能となっている。そこで本発明の汚水処理方法によれば、メタノール等の水素供与体の使用量を著しく少ない量に、あるいはゼロまで低減可能となり、そこで汚水処理施設の薬品コストを著しく低減し、さらには、外添する水素供与体による汚泥発生量の増加を抑えて汚泥処分コストも低減できるようになる。
【００３１】
そして本発明の汚水処理方法においては、特許文献１や２に示された方法のように、硝化脱窒工程後の固液分離で発生した汚泥をアルカリ処理して硝化脱窒工程に戻しているものの、それらの従来技術とは異なって、pHの維持時間やアルカリ処理液の滞留時間といった処理条件を最適化しているので、汚泥から脱窒用炭素源としての有機物および窒素リン成分を脱窒用炭素源として適正な比率で溶出させることができる。そこで、本発明の汚水処理方法によれば、上記の再び溶出した有機物を硝化脱窒工程に返送するために処理水質が悪化する、という問題を招くことも防止される。
【００３２】
本発明の第１の汚水処理装置は、し尿および浄化槽汚泥のうちの少なくとも浄化槽汚泥を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化手段および脱窒手段を具備する汚水処理装置において、硝化脱窒処理に送られる前の前記汚水の一部を分岐させて、そこにアルカリ剤を添加するアルカリ処理手段と、このアルカリ剤が添加された汚水を滞留させる滞留槽と、この滞留後の汚水を前記脱窒手段に供給する手段とを備え、前記アルカリ処理手段は、前記汚水を滞留させるアルカリ処理槽を有し、このアルカリ処理槽は、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下となる実効容積を有し、このアルカリ処理槽では、滞留している汚水のpHが11.6以上12.5以下となる量のアルカリ剤が添加され、前記滞留槽は、汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下となる実効容積を有しているので、上述した本発明による第１の汚水処理方法を実施することができる。
【００３３】
また、本発明の第２の汚水処理装置は、し尿および浄化槽汚泥の少なくとも一方を含む汚水を生物学的に硝化脱窒処理する硝化手段および脱窒手段と、前記硝化脱窒処理後の汚水を固液分離する手段と、この固液分離によって得られた汚泥を前記硝化手段および脱窒手段の前に返送する汚泥返送手段とを具備する汚水処理装置において、返送される前記汚泥の一部を分岐させて、この分岐させた汚泥から脱窒用炭素源を溶出させるために、前記汚泥にアルカリ剤を添加するアルカリ処理手段および前記汚泥にアルカリ剤が添加されてなる汚水を滞留させる滞留槽と、この滞留後の汚水を前記脱窒手段に供給する手段とを備え、前記アルカリ処理手段は、前記汚水を滞留させるアルカリ処理槽を有し、このアルカリ処理槽は、汚水の滞留時間が0.5時間以上2時間以下となる実効容積を有し、このアルカリ処理槽では、滞留している汚水のpHが11.6以上12.5以下となる量のアルカリ剤が添加され、前記滞留槽は、それにおける汚水の滞留時間が12時間以上48時間以下となる実効容積を有しているので、上述した本発明による第２の汚水処理方法を実施することができる。
【００３４】
以下、上記アルカリ剤の好ましい添加量について説明する。脱窒工程に供給するアルカリ処理液は、pHが高いほど水素供与体としての溶解性有機物をより多く溶出させることが期待できるが、そうするためにアルカリ剤を大量に使用すると、薬品コストの増加や、硝化脱窒工程でのpH上昇といった処理への悪影響が生じる。本発明者は何種類かのし尿および浄化槽汚泥を用いてこのアルカリ処理の条件について検討したが、その結果、アルカリ剤による処理において後述するpHや処理時間が一定条件以上であれば溶解性BOD濃度が増大し、このことから脱窒速度を向上させ得ることを確認した。
【００３５】
最も費用対効果のある処理条件を探索するために、表１に「供試汚泥」として示す浄化槽汚泥に対して、アルカリ剤添加による処理試験と、そのアルカリ処理液を用いた脱窒速度試験を行った。なおこの試験は、ビーカー内に供試汚泥を入れ、そこにアルカリ剤を添加して行うモデル試験である。浄化槽汚泥は一般に性状範囲が広く、この試験では各種濃度が中間程度の浄化槽汚泥を用いた。なお、国内各地の浄化槽汚泥について分析したところ表１に示す平均値と範囲を有することが分かったので、実際の処理施設では、SSやBODが、本試験で用いた供試汚泥の50〜200％程度の範囲にある汚水が処理対象になると考えられる。
【表１】
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【００３６】
上記供試汚泥にアルカリ剤を所定量ずつ添加してpHを４条件（条件１，２，３，４）とした後、常温で24時間貯留して、模擬的に本発明に使用されるアルカリ処理液を作成した。これら４種類のアルカリ処理液を用いて、硝酸溶液の連続処理により脱窒活性を一定に保った活性汚泥を種汚泥とした脱窒速度試験を行った。アルカリ処理液添加量は種汚泥量の10％、種汚泥のMLSSは6,320mg/ｌ(リットル)である。この試験で求められた脱窒速度を、各条件毎に表２に示す。
【表２】
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【００３７】
アルカリ処理液を添加しない場合の種汚泥の脱窒速度は、0.73mg-N/g-SS/hであった。それに対して、種汚泥にアルカリ処理液を添加した場合、アルカリ剤添加量が少ないか中程度の場合（条件１，２）の脱窒速度は1.1〜1.2 mg-N/g-SS/h程度で若干上昇した程度であったが、添加量が多い条件３では、無添加の場合の４倍以上である3.13mg-N/g-SS/hまで増加した。さらに添加量が多くpHの高い条件４では、脱窒速度は上記よりも若干上昇して3.34mg-N/g-SS/hとなったが、アルカリ剤の使用量が多い割に脱窒速度の向上が条件３の場合に比べて10％未満に留まるので、これ以上は過剰な薬品使用量であることになる。また、返送汚泥について条件３と同じ条件で脱窒速度を測定した条件５でも、同様に脱窒速度が増大し、返送汚泥も脱窒素炭素源として有効に働くことが確認できた。
【００３８】
汚泥のpHは、アルカリ剤の添加量によって大きく左右される。このpHに着目すると、薬品使用量も考慮した上で脱窒速度に対して最も効果的であった条件３の場合、添加直後のpHは11.63であり、その後時間と共にpHは低下する。添加して１時間後のpHは10.24であった。添加量が少ない条件１および条件２の場合、アルカリ剤添加直後のpHは9.4〜10.5、１時間後のpHは8.8〜9.7である。このことから、アルカリ処理によって制御するpHは、少なくとも条件２の添加直後のpH10.5よりは上、好ましくは条件３の添加直後のpHと同程度の11.6以上で、条件４のアルカリ剤添加後１時間のpH12.5以下である。つまり本発明の汚水処理方法においては、薬品使用量も考慮した上で脱窒速度を最も効果的に向上させるには、アルカリ処理工程におけるアルカリ剤添加量を、添加後の汚水のpHを11.6以上12.5以下とする量にすることが望ましいと言える。
【００３９】
また、同様の脱窒速度試験を、脱窒炭素源として従来一般的に使用されているメタノールを用いて行ったところ、添加量を多くしても脱窒速度はあまり向上せず、最大600mg/ｌ添加してBOD/NO3-N比を10倍以上としても、脱窒速度は2.13mg-N/g-SS/hであった。このことから、本発明によれば、メタノールを利用するよりも脱窒処理速度が向上することが推測できる。
【００４０】
また、条件３の場合に関して、アルカリ剤添加後の処理時間つまりアルカリ処理液の滞留時間に対するpHおよび脱窒速度の関係について、同じ浄化槽汚泥を用いて検討した。その検討結果を図３に示す。
【００４１】
この図３の関係に着目すると、アルカリ処理液の添加後１時間でpHは11.63から急激に低下するが、1時間経過で10.2まで低下して、それ以後は緩やかに低下して行く。脱窒速度は24時間でほぼ最大となり、それ以上滞留させても向上しなかった。このためアルカリ処理液の滞留時間は好ましくは24時間であり、前述した浄化槽汚泥の性状範囲（SSやBODが、本試験で用いた供試汚泥の50〜200％程度）を考慮に入れると、12〜48時間であると言える。
【００４２】
また、上記試験は回分試験であるためアルカリ剤添加直後が最もpHが高く、以後反応が進むに従って低下していくが、実際の処理に当たっては汚水を連続的に供給し、槽内は完全混合に近い状態であるために、汚水の滞留時間と同じ時間回分処理を行った状態と同じpH条件で安定する。そこで条件３と同じアルカリ剤使用量とし、汚水pHが10.5を超えないようにアルカリ剤を少量ずつ添加した場合のpH変化と脱窒速度の例を表３に示し、それらの点をグラフ化したものを図１０に示す（表３における脱窒速度の単位は図１０と同じで、[mg-N/g-SS/h]である）。
【表３】
0005981096.tif 000004
【００４３】
このときアルカリ剤は9時間かけて添加し、最も高いpHは添加開始後9時間の10.4で、他はそれ以下に抑えられた。このときの脱窒速度は、最大でも1.18[mg-N/g-SS/h]までしか上昇しなかった。もしアルカリ処理槽の滞留日数を２日として滞留槽を設けずに条件３のアルカリ剤使用量として連続運転した場合、アルカリ処理槽は表３の４７時間後のｐHからpH9を下回る状態で安定するとみられるため、汚水は一度も高いpH条件にさらされることがなく、この処理で得られた脱窒速度の最大1.18[mg-N/g-SS/h]よりも低い脱窒速度しか実現できないことが予想される。以上のことから、アルカリ処理液のpHを10.5以上、好ましくは11.6〜12.5とするのに必要な汚水とアルカリ剤との反応時間（通常は、アルカリ反応槽における滞留時間となる）は、上記pH低下速度が速く反応が進んでいるとみなせる１時間が必要であると考えられる。そこで、ここでも上述した浄化槽汚泥の性状範囲と、図3に示すアルカリ添加後1時間後以降の脱窒速度が24時間で最大となることを考慮に入れると、アルカリ反応槽における汚水とアルカリ剤との反応時間は0.5時間（30分）〜2時間の範囲として、それ以降のアルカリ処理液の滞留槽における滞留時間は、上記12〜48時間からこの反応時間を引いた時間に設定することが、脱窒工程における脱窒速度を最も高くする上で望ましいと言える。
【００４４】
アルカリ処理を受けた浄化槽汚泥（アルカリ処理液）は一時的に非常に高いpH条件にさらされるため、そこでの微生物の活性は大きく低下するが、pHの低下と時間の経過によって活性は徐々に回復する。条件３の場合のアルカリ処理液添加後の経過時間と該処理液自体の硝化速度を、アルカリ処理前の硝化速度との比として、図４に示す。
【００４５】
同図に示されるように、アルカリ剤添加直後は硝化速度比が10％以下で硝化活性がほとんど失われているが、時間の経過と共に回復して48時間後には未処理の浄化槽汚泥と同程度まで回復する。つまりアルカリ剤添加後のアルカリ処理液の滞留時間が長くなる場合には、これらの活性を抑制しなければ、溶出した溶解性BOD成分の分解活性も回復してしまい、増加した溶解性BOD成分が分解されて脱窒への効果が無くなって行くことになる。
【００４６】
この活性回復の程度を示すものとして、pH条件毎の溶解性BODの増減を調べた結果を図５に示す。ここに示される通り、アルカリ条件下では溶解性BODが増加するが、pHが低下するに従って増減が無くなり、ある程度のpH以下になって微生物の活性が戻ると溶解性BOD成分は分解されて行く。すなわち、pH9前後から溶解性BODの増減が無くなり、pH8以下では溶解性BOD成分の分解が生じていることが確認できる。
【００４７】
したがって、アルカリ処理液のpHを少なくとも8以上、好ましくは9以上に維持した状態で有れば、増加した溶解性BOD成分の濃度が低下することなく脱窒工程に利用できる。pH9以上を目安にアルカリ剤を追加添加することもできるが、アルカリ剤の過剰添加が脱窒工程以降の処理効率に影響を与える可能性がある場合には、アルカリ処理液に次亜塩素酸ソーダを添加することで溶解性BODの低下を抑制することができる。以上より、アルカリ処理液のpHが9未満になった場合は、そこに次亜塩素酸ソーダを添加してこのpHを9以上に維持するのが望ましい。
【００４８】
ここで、アルカリ剤添加後の処理液として、溶解性BODが550mg/lである浄化槽汚泥を模擬的に用いて、これに次亜塩素酸ソーダを添加した時の添加率と、常温で2日経過後の溶解性BODの増減を図６に示す。
【００４９】
ここに示される通り溶解性BOD成分は、次亜塩素酸ソーダを添加しなければ300mg/l以上分解されて、溶解性BODが低下するが、次亜塩素酸ソーダを有効塩素濃度60mg/lで添加した条件では溶解性BOD成分は減少せず、125〜375mg/ｌの範囲では更に増加する傾向にあった。使用した次亜塩素酸ソーダはアルカリ性ではあるが、この試験範囲では添加後のアルカリ処理液のpHは8以下であり、次亜塩素酸の酸化力によって生物分解が抑制されると共に、汚泥が可溶化して溶解性BOD成分が増加したものと思われる。
【００５０】
なお、アルカリ処理液の滞留槽ではpH低下によって生物分解が始まるため、これを抑制する上でも、次亜塩素酸ソーダを添加することが好ましいと言える。
【００５１】
また、浄化槽汚泥をアルカリ処理することにより、汚泥からリン酸態リンも溶出させることができる。表１の浄化槽汚泥をアルカリ処理した場合、リン酸態リン濃度は一例として10.9mg/lから48.7mg/lと約4.5倍に増加することが確認された。より具体的に、アルカリ剤添加量を表２の条件２と３の間として添加直後のpHを11.0とした場合と、アルカリ剤添加量を表２の条件３と４の間として添加直後のpHを12.5とした場合とについて、リン酸態リン（PO4-P）の濃度を測定した結果を図１１に示す。この図１１において、「blank」で示すものはアルカリ剤を添加しなかったときの結果で、その場合のリン酸態リン濃度は50 mg/lである。それに対して、上記のようにpHを11.0とした場合、12.5とした場合の各リン酸態リン濃度は108.8 mg/l、341.8 mg/lであって、アルカリ剤添加によりリン溶出を著しく増大可能であり、特に後者の場合は汚泥中のリンのほとんどを溶出させることもできる。リンは資源枯渇が懸念される元素で、近年し尿処理場におけるリンの資源回収施設が稼働を始めているが、現在適用されている晶析脱リン法はリン酸態リンを回収対象としており、固形物に含まれるリンは回収できない。アルカリ処理は汚泥中のリンを溶出させる効果があるので、晶析脱リン法を組み合わせることで、晶析脱リン法の回収対象となるリンの量を増やすことができる。
【００５２】
また、アルカリ処理液の脱窒速度に対する効果については、処理液全量と遠心上澄のみを用いた脱窒速度試験を行って比較したところ、遠心上澄のみの添加でも処理液全体を添加したときの脱窒速度の97.8％まで確保できることが分かった。またアルカリ処理液後のSS（浮遊固形物）は処理前より約20％減少していたが、80％は依然として残留しており、これに対し再びアルカリ剤を添加することで更なる溶解性BOD成分の溶出を図ることができる。そこで、アルカリ処理液の滞留工程に固形物濃度を部分的に高める工程を設け、SSが少ないアルカリ処理液は脱窒工程に投入する一方、SSを多く含むアルカリ処理液をアルカリ処理工程に返送することで、溶解性BOD成分の再溶出、および残留アルカリ剤返送によるアルカリ剤使用量の削減を実現できる。
【００５３】
これは同時に、本発明の汚水処理方法において浄化槽汚泥を処理対象とする場合は、処理の安定化に寄与することにもなる。以下、その点について詳しく説明する。余剰汚泥や返送汚泥などと比較して浄化槽汚泥は、固形物量や溶解性成分、pHに対する応答性などの変動幅が非常に大きい。このため単純なアルカリ剤の添加率設定やpH制御程度ではその変動に対応できず、処理の過不足や生物処理への悪影響が生じる恐れがある。そこで、堰を利用した重力沈降などにより、アルカリ処理液のうち固形分を多く含む処理液を得て、それをアルカリ処理工程に返送すれば、アルカリ処理槽内の汚泥濃度を一定に保って浄化槽汚泥の性状変化を軽減するとともに、未反応の有機物を再度溶出させる効果が得られる。
【００５４】
なお本発明の汚水処理方法においては、排水処理後の汚水や汚泥の循環がないため、効率低下の懸念がない。またアルカリ剤投入後に適切な滞留時間を取ることによって残存アルカリ剤が消費されるので、生物処理への投入において中和の必要性が無い。また、汚水のアルカリ処理によって有機物は可溶化するが、元々汚水処理の滞留時間で十分に分解できた負荷量の範囲内で、より早く生物処理されやすくなっただけであり、なおかつ有機物は脱窒工程に投入することで先ず水素供与体として利用されるため、酸素必要量も増加せず、処理水の水質にも影響しない。
【００５５】
また本発明の汚水処理方法において返送汚泥を処理対象とする場合は、余剰汚泥量を上回らない程度の固形物量をアルカリ処理するように限定し、汚泥の循環処理による効率低下を防止するとともに、硝化活性や汚泥の脱水特性などへの影響を軽微に抑えることができる。
【００５６】
本発明の汚水処理方法においては、処理対象がし尿と浄化槽汚泥の双方である場合は、浄化槽汚泥のみをアルカリ剤の投入対象とすると共に、その処理量も全体に対して一定の割合に止めることで、生物処理に対するアルカリ剤の影響を最小限に抑えることができる。ただし、し尿と浄化槽汚泥が混合された状態で搬入される施設や、し尿と浄化槽汚泥の貯留槽が共通の施設もあり、このような施設に対しては、それらの混合液に対してもアルカリ処理を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態による汚水処理装置を示す概略構成図
【図２】本発明の効果を調べるための装置を示す概略構成図
【図３】アルカリ処理液の滞留時間と脱窒速度との関係を示すグラフ
【図４】アルカリ剤添加後の経過時間と、硝化速度との関係を示すグラフ
【図５】アルカリ処理液のpHと、溶解性BODの増減との関係を示すグラフ
【図６】アルカリ処理液への次亜塩素酸ソーダ添加量と、溶解性BODの増減との関係を示すグラフ
【図７】本発明の第２の実施形態による汚水処理装置を示す概略構成図
【図８】本発明の第３の実施形態による汚水処理装置を示す概略構成図
【図９】本発明の第４の実施形態による汚水処理装置を示す概略構成図
【図１０】アルカリ処理液の滞留時間に対する、脱窒速度およびpHの関係を示すグラフ
【図１１】アルカリ処理液のpHと、リン酸態リン（PO4-P）の濃度との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００５８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００５９】
図１は本発明の第１の実施形態による汚水処理装置１を示す概略構成図である。この汚水処理装置１は、し尿投入路１０および浄化槽汚泥投入路１１が接続された脱窒槽１２と、この脱窒槽１２において脱窒処理を受けた汚水が供給される硝化槽１３と、この硝化槽１３において硝化処理を受けた汚水が供給される沈殿槽１４と、この沈殿槽１４から脱窒槽１２に汚泥を返送する汚泥返送路１５とを有している。上記硝化槽１３内には散気パネルや散気管等からなる散気装置１６が配設され、その散気装置１６にはブロワ１７から曝気用の空気が供給されるようになっている。
【００６０】
またこの汚水処理装置１は、上記浄化槽汚泥投入路１１から分岐された浄化槽汚泥管１８と、この浄化槽汚泥管１８に介設された汚泥ポンプ１９と、このポンプ１９によって送られた浄化槽汚泥を受け入れるアルカリ処理槽２０と、このアルカリ処理槽２０において後述するアルカリ処理を受けた汚水（アルカリ処理液）４が供給される滞留槽２１と、この滞留槽２１において所定時間滞留したアルカリ処理液４を上記脱窒槽１２に供給するための配管２２と、この配管２２に介設されたアルカリ処理液供給ポンプ２３とを有している。
【００６１】
さらにこの汚水処理装置１は、アルカリ剤２４を貯留するアルカリ剤貯槽２５と、このアルカリ剤２４を上記アルカリ処理槽２０内に供給するアルカリ剤供給ポンプ２６並びに配管２７と、次亜塩素酸ソーダ２８を貯留する次亜塩素酸ソーダ貯槽２９と、この次亜塩素酸ソーダ２８を上記滞留槽２１内に供給する次亜塩素酸ソーダ供給ポンプ３０並びに配管３１とを有している。
【００６２】
上記アルカリ処理槽２０には、アルカリ処理液４を撹拌する撹拌機３２と、このアルカリ処理液４のpHを計測するpH計３３とが設けられている。また滞留槽２１にも、そこに滞留しているアルカリ処理液４を撹拌する撹拌機３４と、このアルカリ処理液４のpHを計測するpH計３５とが設けられている。なお滞留槽２１内には堰３６が設けられ、この堰３６よりも上流側において滞留槽２１の底部近傍には汚水返送管３７の一端が接続され、その他端はアルカリ処理槽２０に接続されている。そしてこの汚水返送管３７の途中には汚水返送ポンプ３８が介設されている。
【００６３】
以下、この汚水処理装置１の作用について説明する。この汚水処理装置１において脱窒槽１２には、し尿投入路１０から投入されたし尿および、浄化槽汚泥投入路１１から投入された浄化槽汚泥が供給される。これらのし尿および浄化槽汚泥を含む汚水（これは、し尿および浄化槽汚泥のうちの浄化槽汚泥を含んでいればよい）２は、脱窒槽１２において脱窒工程を受ける。つまりここでは、汚水２中の有機物を水素供与体として、無酸素かそれに近い状態で嫌気的に窒素ガス発生までの窒素除去が行われる。
【００６４】
脱窒工程を経た汚水２は、次に硝化槽１３において硝化工程を受ける。つまりここでは曝気がなされて、好気的にアンモニア性窒素の硝化やBOD成分の酸化が行われる。
【００６５】
以上の硝化脱窒工程を経た汚水２は次に沈殿槽１４に送られ、そこで該汚水２中の固形物成分が沈殿され、上澄液が放流される。沈殿槽１４で沈殿した汚泥（固形物成分）は回収され、一部は汚泥返送路１５を通して脱窒槽１２に返送される。
【００６６】
以上は、従来公知の生物学的硝化脱窒法による汚水処理方法における各工程と同じである。次に、本発明による脱窒反応の補助について説明する。浄化槽汚泥投入路１１から投入された浄化槽汚泥の一部は、浄化槽汚泥管１８を通して汚泥ポンプ１９によりアルカリ処理槽２０に供給される。またこのアルカリ処理槽２０には、アルカリ剤貯槽２５に貯留されたアルカリ剤２４が、配管２７を通してアルカリ剤供給ポンプ２６により供給される。それにより、上記浄化槽汚泥にアルカリ剤２４が添加されてなるアルカリ処理液４が得られる。
【００６７】
なおアルカリ処理槽２０の有効容積は、アルカリ処理液４の滞留時間が前述した30分〜2時間の範囲になる値とされる。またアルカリ剤２４を添加する汚水の量は、処理対象である全体の汚水量の5〜30％程度であることが望ましい。
【００６８】
このとき撹拌機３２が連続的に運転され、アルカリ剤２４の均一添加が図られる。また、pH計３３によりアルカリ処理液４のpHが計測され、このpHが前述のように11.6以上12.5以下の範囲に収まるように、アルカリ剤供給ポンプ２６によるアルカリ剤２４の添加量が制御される。なおこの制御は、従来公知の手段を適宜利用して行えばよい。
【００６９】
アルカリ処理液４は次に滞留槽２１に送られ、そこで所定時間滞留される。滞留槽２１の有効容積は、ここでの滞留時間が前述した通り12〜48時間からアルカリ処理槽２０での滞留時間を引いた時間となる値に設定されている。換言すれば、アルカリ処理槽２０および滞留槽２１の有効容積が、それらにおけるアルカリ処理液４の滞留時間が12〜48時間となる値に設定される。なお、アルカリ処理槽２０および滞留槽２１は、共通の１つの槽から構成されてもよい。
【００７０】
滞留槽２１で滞留したアルカリ処理液４は、配管２２を通してアルカリ処理液供給ポンプ２３により、脱窒槽１２に供給される。こうすることにより、浄化槽汚泥から溶出した有機物を脱窒工程で水素供与体として利用可能となる。さらに、アルカリ剤２４の添加を行ってアルカリ処理液４のpHを高めていることにより、浄化槽汚泥中の溶解性有機物をより多く溶出させることができるので、該有機物を水素供与体としてより有効に利用可能となっている。そこでこの汚水処理装置１においては、メタノール等の水素供与体を全く使用しないで済んでおり、そこで、汚水処理施設の薬品コストを著しく低減し、さらには、外添する水素供与体による汚泥発生量の増加を抑えて汚泥処分コストも低減できるようになる。
【００７１】
そしてこの汚水処理装置１においては、硝化脱窒工程後の固液分離で発生した汚泥をアルカリ処理して硝化脱窒工程に戻すことはしていないので、硝化脱窒工程を経て安定化した有機物を再び溶出させてしまうことがない。そこで、本実施形態の汚水処理装置１によれば、上記の再び溶出した有機物を硝化脱窒工程に返送するために処理水質が悪化する、という問題を招くことも防止される。
【００７２】
なお滞留槽２１内に設けられた堰３６は、その上流側において部分的にアルカリ処理液４の固形物濃度を高める作用を果たす。こうして固形物濃度が高められた一部のアルカリ処理液４は、汚水返送管３７を通して汚水返送ポンプ３８によりアルカリ処理槽２０に返送される。このアルカリ処理液４の返送を行うことにより、アルカリ処理槽２０内の汚泥濃度を一定に保って浄化槽汚泥の性状変化を軽減するとともに、未反応の有機物を再度溶出させる効果が得られる。以上の効果を生む堰３６の固液分離作用をより確実に得るために、滞留槽２１の撹拌機３４は間欠的に運転させるのが望ましい。
【００７３】
また本実施形態では、滞留槽２１内のアルカリ処理液４のpHがpH計３５によって計測され、このpHが9未満となった場合、次亜塩素酸ソーダ供給ポンプ３０が運転されて、アルカリ処理液４に次亜塩素酸ソーダ２８が添加される。それにより、前述した通り、溶解性BODの低下を抑制することができる。またアルカリ処理液４の滞留槽２１ではpH低下によって生物分解が始まるため、これを抑制する上でも、次亜塩素酸ソーダ２８を添加することが望ましい。なおpH計３５のpH計測値は、間欠的に運転される撹拌機３４が運転されていて、アルカリ処理液４が均一化されているときの値を採用することが好ましい。また、次亜塩素酸ソーダ供給ポンプ３０の運転制御は、従来公知の手段を適宜利用して行えばよい。
【００７４】
次に本発明の第２の実施形態による汚水処理装置について、その概略構成を示す図７を参照して説明する。なおこの図７において、図１中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。
【００７５】
本実施形態の汚水処理装置１００は、図１に示した汚水処理装置１と比べると基本的に、汚水２の雰囲気を脱臭する手段が設けられ、そこで発生したアルカリ性排水をアルカリ剤２４と共にアルカリ処理に利用すれようにしている点が異なるものである。すなわち本装置においては、一例として硝化槽１３内の汚水２に接している空気がファン１０１によって吸引され、ダクト１０２を通してまず酸洗浄塔１０３に送られて酸洗浄による脱臭処理を受けた後、ダクト１０４を介してさらにアルカリ洗浄塔１０５に送られ、そこでアルカリ洗浄による脱臭処理を受けた後に、ダクト１０６から大気に放出されるようになっている。
【００７６】
上記酸洗浄塔１０３には、洗浄液貯槽１０７に貯留された例えば硫酸や塩酸等の洗浄液１０８が、洗浄液供給ポンプ１０９により配管１１０を通して供給される。ダクト１０２を通して酸洗浄塔１０３に送られた上記空気は、酸洗浄塔１０３内を流下する洗浄液１０８と接触する。そこで、この空気に含まれるアンモニア、トリメチルアミン等の臭気成分が中和して、脱臭される。酸洗浄塔１０３の底部まで流下した洗浄液１０８は、洗浄液循環ポンプ１１１により配管１１２を通して酸洗浄塔１０３の上流側に戻され、循環再使用される。
【００７７】
また上記アルカリ洗浄塔１０５には、洗浄液貯槽１１７に貯留された例えば水酸化ナトリウム水溶液、次亜塩素酸ナトリウム水溶液等のアルカリ性の洗浄液１１８が、洗浄液供給ポンプ１１９により配管１２０を通して供給される。酸洗浄を受けた後にダクト１０４を通してアルカリ洗浄塔１０５に送られた上記空気は、このアルカリ洗浄塔１０５内を流下する洗浄液１１８と接触する。そこで、この空気に含まれる硫化水素、メチルカプタン等の臭気成分が中和して、脱臭される。アルカリ洗浄塔１０５の底部まで流下した洗浄液１１８は、洗浄液循環ポンプ１２１により配管１２２を通してアルカリ洗浄塔１０５の上流側に戻され、循環再使用される。
【００７８】
なお、アルカリ洗浄塔１０５の底部まで流下したアルカリ性の洗浄液１１８は洗浄塔底部や洗浄液循環ラインから一部排水とされるが、このアルカリ性の排水は配管１２３を通してアルカリ処理槽２０に供給され、アルカリ剤２４と共に前述のアルカリ処理に利用される。洗浄液１１８は上述した通り硫化水素、メチルカプタン等の中和に利用されるが、通常、該洗浄液１１８が全て完全に中和することはないので、上記排水にはアルカリ成分が残存している。このようなアルカリ性排水をアルカリ剤２４と共にアルカリ処理に利用すれば、アルカリ剤２４の使用量を少なく抑えることができて経済的である。
【００７９】
次に本発明の第３の実施形態による汚水処理装置について、その概略構成を示す図８を参照して説明する。本実施形態の汚水処理装置２００は、図１に示した汚水処理装置１と比べると基本的に、浄化槽汚泥中のリンを回収する手段が設けられている点が異なるものである。すなわち本装置においては、滞留槽２１で所定時間滞留した後のアルカリ処理液４が次に膜分離槽（固液分離槽）２０１に送られ、該アルカリ処理液４はこの膜分離槽２０１の分離膜２０２を介してポンプ２０５により吸引され、分離膜２０２を透過して固形物成分が除去されたアルカリ処理液４が配管２０６を通して晶析脱リン槽２０９に送られる。
【００８０】
なお膜分離槽２０１の底部には、散気パネルや散気管等からなる散気装置２０３が配設され、さらに、その散気装置２０３に分離膜２０２の目詰まり防止用の空気を供給するブロワ２０４が設けられている。この膜分離槽２０１の分離膜２０２を透過しなかったアルカリ処理液４は、ポンプ２０７により配管２０８を通して脱窒槽１２に送られる。こうして送られたアルカリ処理液４による作用は、既述の実施形態におけるのと同様である。
【００８１】
晶析脱リン槽２０９に送られたアルカリ処理液４は、そこで、リン回収のために供される。すなわちこの晶析脱リン槽２０９には、カルシウム剤貯槽２１３に貯留されたカルシウム剤２１２が、カルシウム剤供給ポンプ２１４により配管２１５を通して投入される。それにより、アルカリ処理液４中に存在していた、つまりは浄化槽汚泥中に存在していたリンがリン酸カルシウムの形態で析出し、回収可能となる。
【００８２】
なお、晶析脱リン槽２０９内においてアルカリ処理液４およびカルシウム剤２１２は、バッフルプレート２１０によって液流が制御されつつ撹拌機２１１により撹拌される。またリン回収処理を受けた後のアルカリ処理液４は、配管２１６を介して前述の配管２０８に送られ、膜分離槽２０１からのアルカリ処理液４と共に脱窒槽１２に送られる。
【００８３】
以上の通りにして、浄化槽汚泥中に存在していたリンを回収できれば、それを再資源として有効利用可能となる。また本実施形態では、浄化槽汚泥をそのままリン回収工程に送るのではなく、リン溶出効果の有るアルカリ処理を受けた後の浄化槽汚泥（アルカリ処理液４）をリン回収に供しているので、高いリン回収効率が得られるようになる。
【００８４】
次に本発明の第４の実施形態による汚水処理装置３００について、その概略構成を示す図９を参照して説明する。先に説明した第１〜３の実施形態では、脱窒槽１２に投入される前の浄化槽汚泥の一部を分岐させてそこにアルカリ剤を添加し、それを滞留後に脱窒処理に供給するようにしているが、本実施形態では上記浄化槽汚泥の代わりに、硝化脱窒処理の汚水を固液分離して得られた返送汚泥を利用する構成としており、その点で基本的に第１〜３の実施形態と相違している。
【００８５】
すなわち本実施形態では図９に示される通り、図１、７および８に示されたものと同様の汚泥返送路１５の一部が分岐され、その分岐された汚泥返送路１５が汚泥ポンプ１９を介してアルカリ処理槽２０に接続されている。このアルカリ処理槽２０およびその後段の滞留槽２１、並びに該滞留槽２１からアルカリ処理液４を脱窒槽１２に供給する構成は、第１〜３の実施形態におけるものと基本的に同様である。
【００８６】
したがってこの構成においては、返送汚泥から溶出した有機物を脱窒工程で水素供与体として利用可能となる。さらに、アルカリ剤２４の添加を行ってアルカリ処理液４のpHを高めていることにより、返送汚泥中の溶解性有機物をより多く溶出させることができるので、該有機物を水素供与体としてより有効に利用可能となっている。そこでこの汚水処理装置３００においても、メタノール等の水素供与体を全く使用しないで、汚水処理用の薬品コストを低減し、さらには、外添する水素供与体による汚泥発生量の増加を抑えて汚泥処分コストを低減可能となる。
【００８７】
なお本実施形態でも、第３の実施形態におけるのと同様に、浄化槽汚泥等の中に存在していたリンを回収するようにしているが、そのための構成は第３の実施形態における構成とは相違している。以下、その点について説明する。
【００８８】
すなわち本実施形態では、図８中のものと同様の分離膜２０２が硝化槽１３内に配設され、硝化槽１３内の汚水がこの分離膜２０２を介してポンプ２０５により吸引され、配管２０６を通して晶析脱リン槽２０９に送られるようになっている。そこでこの構成においては、分離膜２０２を透過して固形物成分が除去された汚水から、つまりは浄化槽汚泥や屎尿から、晶析脱リン槽２０９によってリンが析出、回収される。なお、このリン析出および回収のための構成は図８におけるものと同様である。つまり、カルシウム剤貯槽２１３に貯留されたカルシウム剤２１２が、晶析脱リン槽２０９に投入されることにより、リンはリン酸カルシウムの形態で析出し、回収される。
【００８９】
ここで、硝化槽１３内の汚水のpHは、脱窒槽１２に供給されるアルカリ処理液４のpHや量等の条件に応じて変わるものであるが、この条件次第で、上記汚水中のリンの大部分を溶出させることも可能である。そのようにすれば、晶析脱リン槽２０９に送られる汚水中のリン濃度を十分に高くして、該晶析脱リン槽２０９によるリン回収量を極めて多くすることが可能になる。
【実施例１】
【００９０】
次に、本発明の実施例として、連続脱窒装置にアルカリ処理液を投入した処理実験を行った結果について説明する。図２は、本実験に用いた汚水処理装置５０を示す概略構成図である。この汚水処理装置５０は、脱窒槽５１と、この脱窒槽５１において脱窒処理を受けた汚水が供給される膜分離槽５２と、この膜分離槽５２に接続された配管５３と、この配管５３に介設されて膜分離槽５２内の汚水を分離膜５４を通して吸引するポンプ５５とを有している。
【００９１】
上記脱窒槽５１には、そこに滞留している汚水を撹拌する撹拌機５６が設けられている。他方、膜分離槽５２の底部には、散気パネルや散気管等からなる散気装置５７が配設され、さらに、その散気装置５７に分離膜５４の目詰まり防止用の空気を供給するブロワ５８が設けられている。また膜分離槽５２には汚泥返送管５９の一端が接続され、その他端は脱窒槽５１に接続されている。そしてこの汚泥返送管５９の途中には、汚泥返送ポンプ６０が介設されている。
【００９２】
さらにこの汚水処理装置５０は、硝酸塩溶液６１を貯留する硝酸塩溶液貯槽６２と、この硝酸塩溶液６１を上記脱窒槽５１内に供給する硝酸塩溶液供給ポンプ６３並びに配管６４と、アルカリ処理液６５を貯留するアルカリ処理液貯槽６６と、このアルカリ処理液６５を上記脱窒槽５１内に供給するアルカリ処理液供給ポンプ６７並びに配管６８とを有している。
【００９３】
この汚水処理装置５０において、処理対象としての硝酸塩溶液６１は脱窒槽５１において脱窒処理を受けた後、膜分離槽５２の分離膜５４により固液分離され、処理水がポンプ５５によって吸引、排出される。膜分離槽５２で分離された汚泥（固形物成分）は、汚泥返送管５９を通して汚泥返送ポンプ６０により脱窒槽５１に返送される。
【００９４】
アルカリ処理液６５は、表１に示した浄化槽汚泥を対象として回分処理で作成した。汚泥量に対するアルカリ剤添加率は7.2g/lで、アルカリ剤添加後１時間はpHが11.6以上になるように維持し、その後23時間はアルカリ処理液６５を室温条件で放置した。このときpHは10程度であったため、次亜塩素酸ソーダは添加していない。このアルカリ処理液６５を図２のアルカリ処理液貯槽６６に入れ、連続脱窒による脱窒効果の評価を行った。
【００９５】
この汚水処理装置５０は、Ｎ成分が100mg-N/lである硝酸塩溶液６１を脱窒槽５１に連続注入し、膜分離槽５２との間で循環させながら分離膜５４で固液分離して処理水を得る構成になっており、これにより、本発明で実現できる脱窒反応への効果を確認することができる。種汚泥には浄化槽汚泥を用い、アルカリ処理液６５の代わりにメタノールを投入して数ヶ月運転し、馴養してからアルカリ処理液投入の場合のデータを採取した。
【００９６】
脱窒槽５１は容量３ｌ（リットル）、膜分離槽５２は容量0.8ｌで、硝酸塩溶液６１を約5.5ｌ/日処理する。そして、脱窒炭素源としてメタノールあるいはアルカリ処理液６５を、約0.8ｌ/日の割合で脱窒槽５１に添加した。膜分離槽５２から脱窒槽５１への返送量は、処理水量に対して約６倍に設定した。メタノールを利用したRUN1と、アルカリ処理液６５を利用したRUN2について表４に結果を示す。
【表４】
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【００９７】
メタノールを利用したRUN1では、BOD/NO3-N比が9.0と十分高いにもかかわらず、硝酸性窒素の除去率は45％にとどまった。一方アルカリ処理液６５を利用したRUN2では、BOD/NO3-N比が3.5とメタノールより低いにもかかわらず、硝酸性窒素除去率は75％と良好な脱窒効果が得られた。
【００９８】
以上のことから、本発明により浄化槽汚泥あるいは返送汚泥のアルカリ処理液を利用すれば、硝化脱窒処理におけるメタノール使用量を低減でき、安定した窒素除去を実現可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
生物学的硝化脱窒法は、し尿処理はもちろん、下水・産業排水の処理法として広く普及している。処理対象のBOD成分と窒素成分の比率が高ければ脱窒炭素源を添加する必要はないが、BODの割合が低い場合はメタノールなどの脱窒炭素源を添加することが一般的になっている。本発明は、これらメタノールを利用している処理施設において適用することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１、５０、１００、２００、３００    汚水処理装置
４、６５      アルカリ処理液
１０    し尿投入路
１１    浄化槽汚泥投入路
１２、５１    脱窒槽
１３    硝化槽
１４    沈殿槽
１５    汚泥返送路
１８    浄化槽汚泥管
１９    汚泥ポンプ
２０    アルカリ処理槽
２１    滞留槽
２２、２７、３１、６８    配管
２３    アルカリ処理液供給ポンプ
２４    アルカリ剤
２５    アルカリ剤貯槽
２６    アルカリ剤供給ポンプ
２８    次亜塩素酸ソーダ
２９    次亜塩素酸ソーダ貯槽
３０    次亜塩素酸ソーダ供給ポンプ
３２、３４    撹拌機
３３、３５    pH計
３６    堰
３７    汚水返送管
３８    汚水返送ポンプ
６１    硝酸塩溶液
６２    硝酸塩溶液貯槽
６６    アルカリ処理液貯槽
６７    アルカリ処理液供給ポンプ
１０５    アルカリ洗浄塔
１１７    洗浄液貯槽
１１８    アルカリ性洗浄液
１１９    洗浄液供給ポンプ
２０９    晶析脱リン槽
２１２    カルシウム剤
２１３    カルシウム剤貯槽
２１４    カルシウム剤供給ポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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