(57)【要約】【課題】汚泥から生成する有機酸を有効に活用することにより、雨天時等においても脱リンや脱窒を効率よく行うことができる排水処理装置を提供する。【解決手段】最初沈殿池１１の流出水を嫌気槽１２に導入して微生物による嫌気処理を行う工程を含む排水処理装置において、前記最初沈殿池１１に、該最初沈殿池で沈殿した初沈汚泥の一部を最初沈殿池内の水中に循環させる汚泥循環手段を設ける。汚泥循環手段としては、循環汚泥経路２０の他、汚泥ピットに撹拌機、圧力水導入経路、圧縮空気導入経路を採用することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最初沈殿池の流出水を嫌気槽に導入して微生物による嫌気処理を行う工程を含む排水処理装置において、前記最初沈殿池に、該最初沈殿池で沈殿した初沈汚泥の一部を最初沈殿池内の水中に循環させる汚泥循環手段を設けたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記最初沈殿池に酸化還元電位を計測する計器が設けられていることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記汚泥循環手段は、最初沈殿池から引き抜いた初沈汚泥の一部を最初沈殿池内に再導入する循環汚泥経路であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記循環汚泥経路に、循環する初沈汚泥の酸化還元電位を計測する計器が設けられていることを特徴とする請求項３記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記汚泥循環手段は、最初沈殿池の汚泥ピットに設けられた機械的撹拌手段であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記汚泥循環手段は、最初沈殿池の汚泥ピットに汚泥撹拌用の水を導入する経路であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記汚泥循環手段は、最初沈殿池の汚泥ピットに汚泥撹拌用の空気を導入する経路であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理装置に関し、詳しくは、排水処理工程中に、最初沈殿池の流出水を嫌気槽（無酸素槽も含む）に導入して微生物による嫌気処理を行う工程を含む排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下排水の排水処理方法として、リンや窒素のような栄養塩類を除去するため、嫌気好気法のようなリン除去法、硝化脱窒法のような窒素除去法が広く知られており、さらに、生物学的脱リン法と硝化脱窒法とを組み合わせた嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ法）も知られている。このような各種排水処理方法において、嫌気処理を行う嫌気槽や無酸素処理を行う無酸素槽では、流入水中の溶解性有機物濃度が低下すると、リンや窒素の処理効率が低下してしまい、装置全体としてのリンや窒素の除去効率が低下してしまうことがある。
【０００３】
このため、雨天時等の流入水中の溶解性有機物濃度が低下するとき、例えば、これによって脱リン機能が低下するようなときに、嫌気槽に溶解性の有機酸を投入することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、有機酸は、汚泥からメタンを得るメタン発酵の過程で酸発酵槽にて生成することが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２８６８９４号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−２３８４９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の装置では、嫌気槽等に有機酸を別途投入するための設備が必要となり、有機酸を系外から投入する際には、その分のコストも必要となる。また、メタン発酵を行う過程で得られた有機酸は、メタン発酵の過程でリンを溶出させるために用いられており、排水処理における脱リンや脱窒とは全く別の系で使用されている。
【０００７】
そこで本発明は、汚泥から生成する有機酸を有効に活用することにより、雨天時等においても脱リンや脱窒を効率よく行うことができる排水処理装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、最初沈殿池の流出水を嫌気槽に導入して微生物による嫌気処理を行う工程を含む排水処理装置において、前記最初沈殿池に、該最初沈殿池で沈殿した初沈汚泥の一部を最初沈殿池内の水中に循環させる汚泥循環手段を設けたことを特徴としている。
【０００９】
前記汚泥循環手段は、最初沈殿池から引き抜いた初沈汚泥の一部を最初沈殿池内に再導入する循環汚泥経路や、最初沈殿池の汚泥ピットに設けられた機械的撹拌手段、汚泥ピットに汚泥撹拌用の水又は空気を導入する経路等によって形成することができる。また、循環汚泥経路や最初沈殿池の適当な位置には、初沈汚泥の酸化還元電位を計測する計器（ＯＲＰ計）を設けておくことが望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一形態例を示す排水処理装置の系統図である。この排水処理装置は、流入水中のリンと窒素とを同時に除去する嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ）法に本発明を適用したものであって、上流側から、最初沈殿池１１、嫌気槽１２、無酸素槽１３、好気槽１４、最終沈殿池１５の順に各処理槽を配置するとともに、好気槽１４から無酸素槽１３に硝化液を循環させる硝化液循環経路１６と、最終沈殿池１５から引き抜いた活性汚泥を嫌気槽１２に返送する返送汚泥経路１７と、前記活性汚泥の一部を余剰汚泥として取り出す余剰汚泥経路１８と、最初沈殿池１１から引き抜いた初沈汚泥を取り出す初沈汚泥経路１９と、前記初沈汚泥を最初沈殿池１１に循環させるための循環汚泥経路２０とを設けている。
【００１１】
このＡ２Ｏ法によるリンの除去は、嫌気槽１２での嫌気状態で活性汚泥中のリン蓄積細菌がリンを吐き出し、好気槽１４での好気状態で吐き出した量以上のリンを吸収することを利用したものであって、流入水中の溶解性有機物の濃度が低下すると、嫌気槽でのリンの吐き出しが不十分となって脱リン効率が低下する。
【００１２】
また、窒素の除去は、好気槽１４での好気状態でアンモニア性窒素が亜硝酸性又は硝酸性の窒素に酸化される硝化反応と、無酸素槽１３での無酸素状態で活性汚泥中の脱窒細菌による亜硝酸性呼吸又は硝酸性呼吸により、亜硝酸性窒素や硝酸性窒素が窒素ガスに還元される脱窒反応とを利用したものであって、この場合も、流入水中の溶解性有機物の濃度が低下すると、脱窒反応が十分に進行せず、脱窒効率が低下する。
【００１３】
一方、汚泥の嫌気性消化、すなわち、酸素の存在しない環境下で行われる有機物の生物分解は、嫌気性細菌の働きによる酸性発酵期（第一期）、酸性減退期（第二期）及びアルカリ性発酵期（第三期）を経て行われる。第一期及び第二期は、主として酸生成菌と呼ばれる通性嫌気性菌群の作用で汚泥中のセルロースを含む炭水化物、蛋白質、脂肪等の高分子有機物を、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の揮発性有機物と低級アルコールとに加水分解する。
【００１４】
これを利用して最初沈殿池１１から引き抜いた初沈汚泥から有機酸を生成する研究が行われており、その結果、初沈汚泥に対してｐＨや汚泥滞留時間等の条件を制御するのみで容易に有機酸が生成することがわかっている。この有機酸の生成に関する条件として、ｐＨ及び原汚泥濃度があり、ｐＨが５．５程度で有機酸生成率が高くなること、ｐＨ６以上ではメタン発酵が進行すること、１日程度の比較的短い滞留時間でも有機酸が生成すること、低水温では有機酸生成率が低くなること、原汚泥濃度が２００００ｍｇ／Ｌ程度であれば、生成する有機酸によってｐＨ調整剤を使用しなくてもｐＨが５．５程度に保たれることなどの知見が得られている。これらのことから、最初沈殿池１１において、初沈汚泥の少なくとも一部の滞留時間を一定時間以上とすることにより、最初沈殿池１１内で前述の酢酸、プロピオン酸、酪酸等の有機酸を生成することが可能となる。
【００１５】
したがって、最初沈殿池１１から引き抜いた初沈汚泥の一部を最初沈殿池１１に循環させる汚泥循環手段として循環汚泥経路２０を設けることにより、初沈汚泥を最初沈殿池１１に一定時間滞留させることが可能となり、前記汚泥の嫌気性消化の第一期、第二期による有機酸の生成を期待することができる。
【００１６】
生成した有機酸は、溶解性であるから固形物から分離して流入水中に溶解し、最初沈殿池１１の上澄み液とともに嫌気槽１２に流入する。これにより、嫌気槽１２における溶解性有機物濃度を十分な状態とすることができるので、脱リン効率の低下を抑えることができる。さらに、この有機酸を含む液は、嫌気槽１２から無酸素槽１３に流入するので、無酸素槽１３における溶解性有機物濃度も十分な状態とすることができ、脱窒効率の低下も抑えることができる。すなわち、嫌気槽１２及び無酸素槽１３における嫌気処理の効率を高めることが可能となる。
【００１７】
したがって、有機酸が生成してメタン発酵が生じる前に最初沈殿池１１に循環させることにより、有機酸を嫌気槽１２に送り出すことができるので、メタン発酵によって有機酸が消費されてしまうことも抑えることができる。これにより、生成した有機酸の利用効率を向上させることができ、最初沈殿池１１でメタン発酵が進行することも抑えることができる。
【００１８】
さらに、最初沈殿池１１における水温は、流入する下水の温度が比較的高温であることを考慮すれば、有機酸の生成を支障を来すことはほとんどない。また、最初沈殿池１１内に初沈汚泥を長時間滞留させると、酸化還元電位が低くなりすぎて硫化水素等の有毒ガスが発生するおそれがあるので、循環汚泥経路２０や最初沈殿池１１の適当な位置に、初沈汚泥の酸化還元電位を計測する計器としてＯＲＰ計２１を設けて酸化還元電位を計測し、酸化還元電位が一定値以下になったときに、例えば曝気等によって最初沈殿池１１内に酸素を供給し、最初沈殿池１１内の酸化還元電位を適当な範囲に維持することが好ましい。
【００１９】
なお、最初沈殿池１１における初沈汚泥の循環量は、流入水の水質や水量、雨量等の条件によって異なるので、現地において実験を行い、適当な循環量を選択すべきである。また、流入水中に十分な溶解性有機物が含まれている場合は初沈汚泥の循環を止めてもよく、溶解性有機物濃度に応じて初沈汚泥の循環量を変化させるようにしてもよい。さらに、ＯＲＰ計２１を設置した場合は、測定値に応じて循環量を変化させることもできる。
【００２０】
図２は、本発明を嫌気好気法によってリンを除去する排水処理装置に適用した例を示している。なお、以下の説明において、前記形態例に示した構成要素と同一又は同様の構成要素には、それぞれ同一符号を付してこれらの詳細な説明は省略する。図２に示す嫌気好気法による排水処理装置は、上流側から、最初沈殿池１１、嫌気槽１２、好気槽１４、最終沈殿池１５の順に各処理槽を配置するとともに、最終沈殿池１５から引き抜いた活性汚泥を嫌気槽１２に返送する返送汚泥経路１７と、前記活性汚泥の一部を余剰汚泥として取り出す余剰汚泥経路１８と、最初沈殿池１１から引き抜いた初沈汚泥を取り出す初沈汚泥経路１９と、前記初沈汚泥を最初沈殿池１１に循環させるための循環汚泥経路２０とを設けている。
【００２１】
この排水処理装置においても、循環汚泥経路２０により初沈汚泥を循環させ、最初沈殿池１１で汚泥を一定時間滞留させることにより、汚泥から有機酸を生成させて嫌気槽１２に送り出すことができるので、流入水中の溶解性有機物濃度が低下した場合でも、嫌気槽１２においてリン蓄積細菌からリンを十分に吐き出させることができる。これにより、脱リン効率の低下を抑えることができる。
【００２２】
図３は、本発明を硝化脱窒法によって窒素を除去する排水処理装置に適用した例を示している。この排水処理装置は、上流側から、最初沈殿池１１、無酸素槽１３、好気槽１４、最終沈殿池１５の順に各処理槽を配置するとともに、好気槽１４から無酸素槽１３に硝化液を循環させる硝化液循環経路１６と、最終沈殿池１５から引き抜いた活性汚泥を嫌気槽１２に返送する返送汚泥経路１７と、前記活性汚泥の一部を余剰汚泥として取り出す余剰汚泥経路１８と、最初沈殿池１１から引き抜いた初沈汚泥を取り出す初沈汚泥経路１９と、前記初沈汚泥を最初沈殿池１１に循環させるための循環汚泥経路２０とを設けている。
【００２３】
この排水処理装置においても、前記同様に、最初沈殿池１１で有機酸を生成させて無酸素槽１３に送り出すことができるので、流入水中の溶解性有機物濃度が低下した場合でも、無酸素槽１３における脱窒反応を十分に進めることができ、脱窒効率の低下を抑えることができる。
【００２４】
図４乃至図９は、最初沈殿池に前記循環汚泥経路を設けず、最初沈殿池内に汚泥循環手段を設置した例を示すもので、図４乃至図６は最初沈殿池が矩形池の場合、図７乃至図９は最初沈殿池が円形池の場合を示している。
【００２５】
まず、図４乃至図６に示す矩形池からなる最初沈殿池３１は、流入経路３２の対向面上部に流出経路３３を設けるとともに、池底部の流入経路側に汚泥ピット３４を設け、この汚泥ピット３４に向けて池底に沈殿した汚泥を掻き寄せるスラッジ掻寄機３５を設けたものであって、汚泥ピット３４の底部には、初沈汚泥を池内から引き抜くための前記初沈汚泥経路１９が接続されている。
【００２６】
このような最初沈殿池３１において、図４に示す形態例では、汚泥ピット３４に汚泥撹拌用の撹拌機３６を設け、モーター３７により撹拌翼３８を回転させることにより、汚泥ピット３４内の初沈汚泥を撹拌できるようにしている。すなわち、初沈汚泥経路１９からの汚泥引き抜き頻度を通常より少なくすることによって汚泥ピット３４内に初沈汚泥を滞留させて有機酸を生成させた後、撹拌機３６を作動させて初沈汚泥を撹拌して水中を循環させることにより、生成した有機酸を水中に溶解させることができるとともに、汚泥ピット３４内に水流を発生させて汚泥ピット３４内が極端な嫌気状態になることを防止できる。したがって、汚泥ピット３４内での初沈汚泥の滞留時間を適当に設定し、適当な時期に撹拌機３６を作動させることにより、初沈汚泥から生成した有機酸を水中に溶解することができ、硫化水素等の有毒ガスの発生も防止できる。
【００２７】
図５に示す形態例は、汚泥ピット３４に汚泥撹拌用の圧力水導入経路３９を設けている。本形態例においても、汚泥ピット３４内での初沈汚泥の滞留時間を適当に設定し、適当な時期に圧力水導入経路３９から適当な圧力を有する水、例えば二次処理水や沈砂池流出水等の水をポンプで供給し、先端のノズル４０から汚泥ピット３４内に噴出させて初沈汚泥を撹拌することにより、初沈汚泥から生成した有機酸を水中に溶解するとともに、硫化水素等の有毒ガスの発生を防止できる。
【００２８】
図６に示す形態例は、汚泥ピット３４に汚泥撹拌用の圧縮空気導入経路４１を設けている。本形態例においても、汚泥ピット３４内での初沈汚泥の滞留時間を適当に設定し、適当な時期に圧縮空気導入経路４１から圧縮空気を供給し、先端のノズル４２から汚泥ピット３４内に噴出させて初沈汚泥を撹拌することにより、初沈汚泥から生成した有機酸を水中に溶解するとともに、硫化水素等の有毒ガスの発生を防止できる。
【００２９】
図７乃至図９に示す円形池からなる最初沈殿池５１は、外周に流出トラフ５２を設けた円形池の底部中心に汚泥ピット５３を設け、その外周に汚泥ピット５３に向けて池底に沈殿した汚泥を掻き寄せるスラッジ掻寄機５４を設けるとともに、汚泥ピット５３の底部に初沈汚泥経路１９を接続したものである。
【００３０】
このような円形池からなる最初沈殿池５１においても、汚泥ピット５３内の初沈汚泥を撹拌するために、図７に示すような機械的な撹拌機５５を設けたり、図８に示すような圧力水導入経路５６を設けたり、図９に示すような圧縮空気導入経路５７を設けたりすることにより、前記同様に、初沈汚泥から生成した有機酸を水中に溶解するとともに、硫化水素等の有毒ガスの発生を防止できる。
【００３１】
また、図４乃至図９に示すように、最初沈殿池内に汚泥循環手段を設置した場合でも、適当な位置にＯＲＰ計を設置して酸化還元電位を計測し、極端な嫌気状態にならないように監視することが望ましい。さらに、これらに示したような汚泥循環手段を設けて汚泥を撹拌することにより、汚泥ピット内に水道が形成されて初沈汚泥の引き抜きが阻害されることもなくなる。なお、前記各汚泥循環手段は、適宜組み合わせて用いることも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排水処理装置によれば、流入水中の溶解性有機物濃度が低いときでも、脱リン効率や脱窒効率が低下することがなくなるので、リンや窒素の除去を確実に行うことができる。また、従来の排水処理装置に比べて、汚泥循環経路や撹拌機、圧力水導入経路、圧縮空気導入経路等の簡単な設備を追加するだけでよいため、既存の設備にも対応可能であり、新たな薬剤や処理槽を必要とせず、設備に要するコストや運営に要するコストの上昇も極めて僅かである。
【００３３】
さらに、初沈汚泥が十分に流動するため、部分的に極度な嫌気状態になることがなく、特別な脱臭設備を必要とせず、硫化水素等の有毒ガスの発生も抑えることができる。また、汚泥ピット内の初沈汚泥濃度を安定して高めることもできるので、引き抜いた初沈汚泥の処理処分も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を嫌気無酸素好気法（Ａ２Ｏ）法に適用した一形態例を示す排水処理装置の系統図である。
【図２】本発明を嫌気好気法に適用した一形態例を示す排水処理装置の系統図である。
【図３】本発明を硝化脱窒法に適用した一形態例を示す排水処理装置の系統図である。
【図４】矩形池からなる最初沈殿池に汚泥撹拌用の撹拌機を設置した例を示す概略図である。
【図５】矩形池からなる最初沈殿池に汚泥撹拌用の圧力水導入経路を設置した例を示す概略図である。
【図６】矩形池からなる最初沈殿池に汚泥撹拌用の圧縮空気導入経路を設置した例を示す概略図である。
【図７】円形池からなる最初沈殿池に汚泥撹拌用の撹拌機を設置した例を示す概略図である。
【図８】円形池からなる最初沈殿池に汚泥撹拌用の圧力水導入経路を設置した例を示す概略図である。
【図９】円形池からなる最初沈殿池に汚泥撹拌用の圧縮空気導入経路を設置した例を示す概略図である。
【符号の説明】
１１…最初沈殿池、１２…嫌気槽、１３…無酸素槽、１４…好気槽、１５…最終沈殿池、１６…硝化液循環経路、１７…返送汚泥経路、１８…余剰汚泥経路、１９…初沈汚泥経路、２０…循環汚泥経路、２１…ＯＲＰ計、３１…最初沈殿池、３２…流入経路、３３…流出経路、３４…汚泥ピット、３５…スラッジ掻寄機、３６…撹拌機、３７…モーター、３８…撹拌翼、３９…圧力水導入経路、４０…ノズル、４１…圧縮空気導入経路、４２…ノズル、５１…最初沈殿池、５２…流出トラフ、５３…汚泥ピット、５４…スラッジ掻寄機、５５…撹拌機、５６…圧力水導入経路、５７…圧縮空気導入経路
【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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