(57)【要約】【課題】早期に生物処理対象排水の高速処理を実現することが可能な水処理装置を提供する。【解決手段】排水を好気的に生物処理する生物処理槽１２と、生物処理槽からの排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離手段１４と、生物処理槽から引き抜いた汚泥および／または固液分離手段により分離した汚泥を保存する汚泥保存槽１６と、汚泥保存槽内の汚泥を生物処理槽に返送する汚泥返送手段３０とを具備する水処理装置１０とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を好気的に生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽からの排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離手段と、前記生物処理槽から引き抜いた汚泥および／または前記固液分離手段により分離した汚泥を保存する汚泥保存槽と、前記汚泥保存槽内の汚泥を前記生物処理槽に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記生物処理の処理対象となる排水がアンモニア態窒素含有排水であり、前記アンモニア態窒素含有排水を前記生物処理により硝化することを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記汚泥保存槽に曝気手段を設け、前記曝気手段により汚泥保存槽内を連続的または間欠的に曝気することで汚泥を好気的に保存することを特徴とする請求項１または２に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記汚泥保存槽にアルカリ添加手段を設け、前記アルカリ添加手段により汚泥保存槽にアルカリを添加することで汚泥保存槽のｐＨを６〜９に保つことを特徴とする請求項３に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記生物処理に用いられる汚泥がグラニュールであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記汚泥保存槽に汚泥攪拌手段を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記生物処理槽が硝化槽であり、かつ、前記硝化槽の後段に脱窒槽および酸化槽が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排水の生物処理を行う水処理装置に関し、さらに詳述すると、アンモニア態窒素含有排水の生物処理を効果的に行うことができる水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排水の生物処理においては、生物処理槽からの排水中に含まれる汚泥の分離・返送や、生物処理槽で発生する余剰汚泥の引き抜きにより、生物処理槽内の汚泥濃度を適切に保持することが行われてきた。
【０００３】
また、生物処理槽内に菌体を高濃度で保持して高速処理を行うために、担体に微生物を付着させる手法や、微生物の自己造粒作用（グラニュール化）を利用した手法（特許文献１参照）が用いられてきた。
【０００４】
この場合、生物処理において高速処理を実現するには、槽内に存在する微生物量および微生物活性を増加させる必要がある。しかし、これらの増加には時間がかかるため、装置立ち上げから高速処理が可能な微生物量および微生物活性が得られるまでに長時間を要していた。
【０００５】
また、生物処理槽への汚泥の返送にあたっては、いかに汚泥を分離するか、いかに沈降性の良い汚泥を返送するか、といった点に焦点が当てられていた。そして、従来は、例えば嫌気性の汚泥を好気槽に返送する方法（特許文献２参照）、嫌気性のグラニュールを曝気して沈降性を改善する方法（特許文献３参照）などが用いられていた。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２９００８８号公報
【特許文献２】特公平７−１１５０３２号公報
【特許文献３】特開２００２−１１３４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来における排水の生物処理では、分離した汚泥を活性の高いまま生物処理槽に返送することで、より早期に高速処理を実現することは考えられていなかった。
【０００８】
一方、余剰汚泥については、様々な汚泥減容手段により処理がなされているが、活性が高い余剰汚泥を活性を維持したまま保存し、再度生物反応槽に返送したり、他の生物処理装置で利用したりすることはなされていなかった。
【０００９】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、生物処理水中の汚泥や生物処理槽より引き抜かれた汚泥を活性の高い状態で保存し、この汚泥を生物処理槽に返送することにより、早期に生物処理対象排水の高速処理を実現することが可能な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】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するため、排水を好気的に生物処理する生物処理槽と、前記生物処理槽からの排水を汚泥と処理水とに固液分離する固液分離手段と、前記生物処理槽から引き抜いた汚泥および／または前記固液分離手段により分離した汚泥を保存する汚泥保存槽と、前記汚泥保存槽内の汚泥を前記生物処理槽に返送する汚泥返送手段とを具備することを特徴とする水処理装置を提供する。
【００１１】
本発明の水処理装置は、汚泥保存槽において汚泥を活性高く保存することができ、したがってこの汚泥を生物処理槽に返送することにより、従来と比較して生物処理槽内の微生物量および微生物活性を高く維持することができ、そのため早期の高速処理の達成（高負荷排水処理の早期立ち上げ）が可能となる。また、生物処理槽内の汚泥濃度を高く維持することで、グラニュールの形成を促進することができる。
【００１２】
本発明においては、生物処理の処理対象となる排水をアンモニア態窒素含有排水とし、このアンモニア態窒素含有排水中のアンモニア態窒素を生物処理により亜硝酸態窒素や硝酸態窒素に硝化することができる。そして、本発明のように汚泥保存槽から硝化活性の高い汚泥の返送を行えば、生物処理槽内の硝化菌量および硝化活性を高く維持して、アンモニア態窒素含有排水の高速処理が可能となる。また、高負荷排水処理の早期立ち上げ（排水の高速処理）が可能となる。さらに、生物処理槽内の汚泥濃度を高く維持することで、硝化グラニュールの形成を促進することができる。
【００１３】
本発明においては、汚泥保存槽に曝気手段を設け、この曝気手段により汚泥保存槽内を連続的または間欠的に曝気することで汚泥を好気的に保存することができる。このように汚泥を好気条件下で保存することにより、汚泥保存槽内の亜硝酸を亜硝酸酸化細菌により硝酸化することができる。そのため、汚泥が、阻害物質（亜硝酸）による影響を受けにくくなり、汚泥の活性、例えば硝化活性を高く維持したまま汚泥を保存することが可能となる。
【００１４】
上記のように汚泥を好気的に保存する場合、汚泥保存槽にアルカリ添加手段を設け、このアルカリ添加手段により汚泥保存槽内の汚泥にアルカリを添加することで汚泥保存槽のｐＨを６〜９（より好ましくは７〜８）に保つことが適当である。このように、汚泥を好気条件下で保存する際に、アルカリを添加して汚泥保存槽のｐＨを適切に制御することで、例えば、亜硝酸酸化細菌が排水中の亜硝酸をより効率的に硝酸化することができ、これにより亜硝酸による阻害を受けずに汚泥をより高活性で保存することが可能となる。この場合、汚泥へのアルカリ添加方法に限定はないが、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム等の無機塩基物質を固体状、液体状またはスラリー状で添加する方法が挙げられる。
【００１５】
本発明においては、生物処理に用いられる汚泥がグラニュールであることが好ましい。グラニュールとは、微生物の自己造粒作用などにより形成された粒状の汚泥をいう。グラニュールは、沈降性に優れ高速処理が可能であることから、生物処理槽からのグラニュールを汚泥保存槽で活性を維持したまま保存し、生物処理槽に返送することで、より早期の高速処理の達成が可能となる。また、グラニュールは保存性に優れているため、汚泥保存槽において汚泥をより活性高く長期にわたり保存することが可能となる。
【００１６】
本発明においては、汚泥保存槽に汚泥攪拌手段を設けることができる。このように、汚泥保存槽に曝気手段以外の汚泥混合手段を設けることにより、曝気のみで汚泥を混合する場合と比較して低エネルギーで汚泥を混合することが可能となるとともに、汚泥保存槽を好気状態に保つために必要な曝気エネルギーを必要最低限に抑えることが可能となる。また、汚泥に攪拌を与えることにより、グラニュール汚泥を造粒体の形状を維持したまま保存することが可能となる。
【００１７】
本発明においては、汚泥保存槽により汚泥の保存・返送を行う生物処理槽を硝化槽とし、かつ、上記硝化槽の後段に脱窒槽および酸化槽を設けることが適当である。これにより、アンモニア態窒素含有排水の生物処理を効果的に行うことが可能となる。また、硝化槽の汚泥を汚泥保存槽で保存し、硝化槽に返送することにより、生物処理の立ち上げ期間の短縮、処理速度の増加、省スペースでの水処理が可能となる。
【００１８】
本発明においては、汚泥保存槽で保存した汚泥の一部を生物処理槽に返送するとともに、一部を他の生物処理装置等で利用してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明の水処理装置によれば、生物処理槽内の微生物量および微生物活性を高く維持することができ、そのため早期の高速処理の達成が可能となる。また、生物処理槽内の汚泥濃度を高く維持することで、グラニュールの形成を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。図１は本発明に係る水処理装置の一実施形態を示すフロー図である。本例の水処理装置１０において、１２は生物処理槽、１４は固液分離手段、１６は汚泥保存槽を示す。
【００２１】
生物処理槽１２は、原水管１８からアンモニア態窒素含有排水を受け入れ、好気的に生物処理（硝化）を行うものである。生物処理槽１２は、排水に下部から気体を供給する気体供給手段（図示せず）を有し、上記気体供給手段により生物処理槽１２での生物処理に必要な酸素含有気体を汚泥に供給するとともに、生物処理槽１２内の排水と汚泥とを混合している。また、生物処理槽１２はアルカリ添加手段（図示せず）を有し、生物処理に適した雰囲気となるように、アルカリ添加手段により汚泥にアルカリを添加することで汚泥のｐＨを６〜９に制御している。生物処理槽１２からの排水は、排水管２０を通って固液分離手段１４に導入される。また、生物処理槽１２からの引き抜き汚泥は、引き抜き管２２を通って汚泥保存槽１６に導入される。
【００２２】
固液分離手段１４は、生物処理槽１２からの排水を汚泥と処理水とに固液分離するもので、例えば、汚泥の沈降分離により生物処理槽１２からの排水を汚泥と処理水とに固液分離する沈殿槽よりなる。そして、固液分離手段１４により排水から分離された処理水は、処理水排出管２４により水処理装置１０外へ排出される。また、排水から分離された汚泥は、汚泥返送手段２６により生物処理槽１２に返送されたり、汚泥供給手段２８により汚泥保存槽１６に供給されたりする。上記汚泥返送手段２６、汚泥供給手段２８としては、例えば、ポンプ等を用いて汚泥を移送する汚泥移送ラインなどを挙げることができる。
【００２３】
汚泥保存槽１６は、生物処理槽１２内より引き抜かれた汚泥および固液分離手段１４により排水から分離された汚泥を保存するものである。汚泥保存槽１６は、曝気手段（図示せず）およびアルカリ添加手段（図示せず）を有しており、曝気手段により汚泥を連続的または間欠的に曝気することで汚泥を好気的に保存するとともに、アルカリ添加手段により汚泥にアルカリを添加することで汚泥のｐＨを６〜９、より好ましくは７〜８に保つことによって、活性を維持したまま汚泥を保存することができる。ただし、曝気手段およびアルカリ添加手段を設けることなく、汚泥を嫌気的条件下において活性を維持したまま保存することも可能である。汚泥保存槽１６で保存されている汚泥は、汚泥返送手段３０により生物処理槽１２に返送することで、生物処理槽１２における生物処理の処理速度を高めることが可能である。上記汚泥返送手段３０としては、例えば、ポンプ等を用いて汚泥を移送する汚泥移送ラインなどを挙げることができる。なお、汚泥を抜き出し管３２により装置１０外に抜き出し、他の生物処理装置等で利用することも可能である。
【００２４】
本例の汚泥保存槽１６は、汚泥を含んだ混合水を受け入れた際に、汚泥以外の余分な水（処理水）はオーバーフローさせてオーバーフロー管３４により槽外へ排出するようになっており、例えば、保存する汚泥を含んだ混合水を汚泥保存槽１６の下部から流入させることにより、汚泥を舞い上がらせたり、流出させたりすることなく、汚泥保存槽１６内に汚泥を保存することが可能である。また、例えば、汚泥保存槽１６に汚泥攪拌手段を設けることにより、ｐＨ制御時に添加するアルカリを汚泥に適切に混合させるための攪拌動力を、曝気手段による気体の供給以外の手段により付与することが可能である。
【００２５】
図２は本発明に係る水処理装置の他の実施形態を示すフロー図である。本例の水処理装置４０において、４２は生物処理槽、４４は固液分離手段、４６は汚泥保存槽を示す。生物処理槽４２は、図１の水処理装置の生物処理槽１２と同様のものであるため、説明を省略する。
【００２６】
本実施形態においては、生物処理槽４２の内部または上部に固液分離手段４４を設置することで、生物処理槽外への汚泥流出が抑制され、生物処理槽４２における汚泥濃度の維持（微生物量の維持）やグラニュール形成を一層促進することができ、かつ、設備の設置スペースやコストを節約することができる。固液分離手段４４は、例えば、生物処理槽４２の上部に設置され、気液分離手段を有するガスセパレーターシステム（ＧＳＳ）である。このガスセパレーターシステム４４は、例えば、図３に示すように、生物処理槽４２の上部に連設された外筒部４８と、その内側に設けられた内筒部５０とを有し、上記外筒部４８と内筒部５０との間に汚泥分離室５２が形成されている。本例のガスセパレーターシステム４４は、原水管５４から生物処理槽４２内に排水５６を導入するとともに、気体供給手段５８により排水５６に下部から気体を供給すると、ガスセパレーターシステム４４内で排水５６から気体が分離され、排水５６中の汚泥が沈降分離により汚泥分離室５２内に分離される。したがって、上記汚泥分離室５２内の汚泥混合水を汚泥供給手段６０により汚泥保存槽４６に供給することができる。この場合、例えば、ガスセパレーターシステム４４からの汚泥混合水を汚泥保存槽４６の下部から汚泥保存槽４６内に流入させることにより、汚泥保存槽４６内で汚泥を沈降分離させて保存することができる。
【００２７】
汚泥保存槽４６は、図１の水処理装置の汚泥保存槽１６と同様のものであるため、説明を省略する。また、図２において６２は汚泥返送手段、６４は抜き出し管、６６はオーバーフロー管を示し、これらは図１の水処理装置の汚泥返送手段３０、抜き出し管３２、オーバーフロー管３４と同様のものである。
【００２８】
図４は本発明に係る水処理装置のさらに他の実施形態を示すフロー図である。本例の水処理装置７０において、７２は硝化槽、７４は固液分離手段、７６は汚泥保存槽、７８は脱窒槽、８０は酸化槽を示す。硝化槽７２は図１の水処理装置の生物処理槽１２と同様のもの、固液分離手段７４は図３のガスセパレーターシステムと同様のもの、汚泥保存槽７６は図１の水処理装置の汚泥保存槽１６と同様のものである。脱窒槽７８は、脱窒菌の働きにより水中の硝酸態窒素や亜硝酸態窒素を窒素ガスに還元するためものである。酸化槽８０は、脱窒槽７８からの流出水中に含まれる有機物を微生物の働きにより酸化分解するためのものである。また、図４において、８２は硝化槽７２からの引き抜き汚泥を汚泥保存槽７６に導入する引き抜き管、８４は固液分離手段７４からの汚泥を汚泥保存槽７６に導入する汚泥供給手段、８６は汚泥保存槽７６で保存されている汚泥を硝化槽７２に返送する汚泥返送手段、８８は汚泥保存槽７６内でオーバーフローした処理水を硝化槽７２と脱窒槽７８との間の配管に供給するオーバーフロー管を示す。
【００２９】
本発明の水処理装置は上述した例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、各実施形態において汚泥保存槽に曝気手段や攪拌手段を設ける場合は、図５に示すように、汚泥保存槽９０の上部に図３に示したガスセパレーターシステムのような固液分離手段９２を設けることにより、汚泥の保存の際に汚泥保存槽９０の上部から汚泥が流出することを防止することができる。この場合は、固液分離手段９２で分離した汚泥を汚泥返送手段９４により生物処理槽に返送することができる。なお、図５において９６は汚泥を汚泥保存槽９０に導入する汚泥供給手段、９８は汚泥の曝気手段を示す。
【００３０】
また、図４に示した水処理装置において、硝化槽、脱窒槽、酸化槽の設置の順序を変えてもよく、脱窒槽および酸化槽の一方または両方に硝化槽に設けたのと同様の汚泥保存槽および汚泥返送手段を設けてもよい。
【００３１】
さらに、各実施形態において、生物処理槽中の汚泥として、Ｆｅ２Ｏ３等を添加することで沈降性を向上させた汚泥を用いることにより、汚泥の沈降性を高め、より早期の高速処理立ち上げを可能にすることができる。
【００３２】
また、本発明によれば、常温においても、低温で保存した場合と同等の活性を維持しながら長期間にわたって汚泥を保存することができるが、汚泥保存槽に温度制御手段を設け、この温度制御手段により汚泥保存槽内の温度を０℃から２０℃に制御することが好ましい。
【実施例】
【００３３】
図１の水処理装置において、固液分離手段１４により分離した生物処理槽１２の汚泥を汚泥保存槽１６に導入するとともに、この汚泥を汚泥保存槽１６で種々の条件で保存し、保存後の汚泥の硝化活性を調べた。硝化活性の評価の指標としては、硝化速度試験により測定した保存Ｘ日目硝化速度（ＣＸ）を保存前硝化速度（Ｃ０）で除した値（ＣＸ／Ｃ０）を用いた。
【００３４】
硝化速度試験は、社団法人日本下水道協会が定めた下水試験方法に基づき、以下のように行った。汚泥保存槽内の汚泥混合液を採取し、所定量を実験装置の反応容器に投入する。この汚泥混合液を攪拌しながら、空気曝気を行い、溶存酸素濃度を２ｍｇ／Ｌ以上に確保できたら、汚泥混合液の採取を開始する。試料は、硝化速度の一定部分が数点となるような間隔で採取し、採取後直ちに濾過する。この濾液中のアンモニア態窒素、亜硝酸態窒素、硝酸態窒素の分析を行い、亜硝酸態窒素と硝酸態窒素の合計量の経時変化から単位時間当たりの硝化速度を求める。実験は、汚泥混合液中のアンモニア態窒素が消費され、硝化速度が低下してきたら終了とする。硝化速度は下記の式により求める。
Ｃ＝（Ａ＋Ｂ）／Ｄ
Ａ：亜硝酸態窒素の増加量（ｍｇ／Ｌ）
Ｂ：硝酸態窒素の増加量（ｍｇ／Ｌ）
Ｃ：混合液単位容量当たりの硝化速度（ｍｇ／Ｌ・時）
Ｄ：経過時間（時間）
【００３５】
汚泥保存槽における汚泥の保存条件は、下記の６種類とした。結果を図６に示す。
１．汚泥を０℃で保存。
２．汚泥を４℃で保存。
３．汚泥を２０℃で保存。
４．汚泥を空気で曝気。
５．汚泥を低ｐＨで保存。
６．汚泥を放置状態で保存。
【００３６】
図６より、汚泥の保存条件としては、低温または好気的条件下において保存することにより、より長期の保存が可能であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る水処理装置の一実施形態を示すフロー図である。
【図２】本発明に係る水処理装置の他の実施形態を示すフロー図である。
【図３】図２の装置に用いるガスセパレーターシステムを示す概略図である。
【図４】本発明に係る水処理装置のさらに他の実施形態を示すフロー図である。
【図５】汚泥保存槽の一例を示す概略図である。
【図６】実施例における汚泥の硝化活性の評価試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１０  水処理装置
１２  生物処理槽
１４  固液分離手段
１６  汚泥保存槽
２２  引き抜き管
２８  汚泥供給手段
３０  汚泥返送手段
４０  水処理装置
４２  生物処理槽
４４  固液分離手段
４６  汚泥保存槽
６０  汚泥供給手段
６２  汚泥返送手段
７０  水処理装置
７２  硝化槽
７４  固液分離手段
７６  汚泥保存槽
７８  脱窒槽
８０  酸化槽
８２  引き抜き管
８４  汚泥供給手段
８６  汚泥返送手段
９０  汚泥保存槽
９２  固液分離手段
【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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