(57)【要約】【課題】窒素、ＢＯＤの除去を行うことに加えて、リンの除去も行うことができ、余剰汚泥の発生量が少ない、無酸素槽と曝気槽とからなる排水処理装置、処理方法を提供する。【解決手段】無酸素槽と曝気槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するように構成した排水処理装置であって、曝気槽から無酸素槽へ汚泥を取り出す際、曝気槽中に配された最も低い位置にある曝気装置の下から汚泥を取り出すように構成した排水処理装置及び該装置を用いる排水の処理方法。【選択図】　図１
2004000835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無酸素槽と曝気槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するように構成した排水処理装置であって、曝気槽から無酸素槽へ汚泥を送液する際、曝気槽中に配された最も低い位置にある曝気装置の下から汚泥を取り出すように構成した排水処理装置。
【請求項２】
曝気槽から循環液（汚泥）を取り出す位置が最も低い位置にある曝気装置から２０ｃｍ以上離れている請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
無酸素槽と曝気槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理する活性汚泥による排水処理方法であって、曝気槽から送液される汚泥が無酸素槽に入る部位での溶存酸素濃度（ＤＯ）を、０．２ｍｇ／Ｌ以下および／または曝気槽より汚泥を取り出す部位の溶存酸素濃度（ＤＯ）を０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする排水の処理方法。
【請求項４】
曝気槽汚泥の酸素利用速度（ｒｒ）を１５ｍｇ／Ｌ・時以上に維持することを特徴とする請求項３記載の排水の処理方法。
【請求項５】
曝気槽汚泥の酸素利用速度（ｒｒ）を２５ｍｇ／Ｌ・時以上に維持することを特徴とする請求項４記載の排水の処理方法。
【請求項６】
曝気槽の汚泥濃度を５０００ｍｇ／Ｌ以上に維持することを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載の排水の処理方法。
【請求項７】
曝気槽の溶存酸素濃度（ＤＯ）を１〜３ｍｇ／Ｌの範囲に維持することを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載の排水の処理方法。
【請求項８】
曝気槽から無酸素槽へ循環するための汚泥の取り出しを曝気槽内の汚泥の滞留部から取り出すことを特徴とする請求項３〜７の何れかに記載の排水の処理方法。
【請求項９】
汚泥の滞留部が曝気槽中に配された最も低い位置にある曝気装置の下であることを特徴とする請求項８記載の排水の処理方法。
【請求項１０】
汚泥を取り出す位置が最も低い曝気装置から２０ｃｍ以上離れていることを特徴とする請求９記載の排水の処理方法。
【請求項１１】
無酸素槽の溶解性リン酸イオン態リン濃度を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持することを特徴とする請求項３〜１０の何れかに記載の排水の処理方法。
【請求項１２】
無酸素槽のＯＲＰを−１５０ｍＶ（銀−塩化銀基準）以下に維持することを特徴とする請求項３〜１１の何れかに記載の排水の処理方法。
【請求項１３】
曝気槽内に浸漬させた膜分離装置を用いて処理水を系外に取り出すことを特徴とする請求項３〜１２の何れかに記載の排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を含む排水を効率的に処理する装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排水の処理方法における脱リン方法としては、嫌気槽と曝気槽、沈殿槽を配し、沈殿槽の汚泥を嫌気槽に返送するいわゆるＡＯ法が挙げられる。この方法は、活性汚泥に嫌気状態と好気状態を連続して繰り返すことにより、リン蓄積細菌が細胞内にリン酸をポリリン酸として蓄積することを利用している。しかし、この方法は脱リンは可能であるが、脱窒は行えなかった。
排水の処理方法における脱窒方法として、無酸素槽と曝気槽の汚泥を循環させ、曝気槽においてアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化し、無酸素槽で、硝酸性窒素を還元し、窒素ガスとして系外に排出する活性汚泥循環変法が従来から広く行われている。しかしこの方法は、窒素は効率よく除去できるものの、リンの除去は十分には行えなかった。これは、好気槽からの循環水の溶存酸素及び硝酸性窒素、亜硝酸性窒素により、無酸素槽の嫌気度が十分上がらず、リン蓄積細菌からのリン放出が十分に起こらないためである。
このため、脱窒とリン除去を同時に行う必要がある場合、活性汚泥循環変法の無酸素槽または曝気槽内に無機凝集剤を添加し、リン酸イオンを不溶化させ、余剰汚泥とともに系外に取り除く方法や、活性汚泥循環変法の無酸素槽の前に、（完全）嫌気槽を配し生物的に脱窒と脱リンを行ういわゆるＡ２Ｏ法が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、凝集剤を添加する方法は、凝集剤のコストがかかる上に、余剰汚泥の発生量が増加することから、余剰汚泥の処理費用までもが増加するという問題があった。また、Ａ２Ｏ法は、活性汚泥循環変法と比較して、（完全）嫌気槽を余分に設けなければならず、加えて広い装置設置面積も必要となるという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、無酸素槽と、曝気槽の２つの処理槽のみで、窒素及びリンを凝集剤を使用せずに除去できる排水処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。
【０００５】
すなわち本発明の第一の発明の要旨は、無酸素槽と曝気槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理するように構成した排水処理装置であって、曝気槽から無酸素槽へ汚泥を送液する際、曝気槽中に配された最も低い位置にある曝気装置の位置よりも下から汚泥を取り出すように構成した排水処理装置にある。
また、本発明は循環液（汚泥）を取り出す位置が曝気槽中に配された最も低い位置にある曝気装置から２０ｃｍ以上離れていることを特徴とする上記排水処理装置にある。
【０００６】
本発明の第二の発明の要旨は、無酸素槽と曝気槽との間で汚泥を循環させて排水を生物学的に処理する活性汚泥による排水処理方法であって、曝気槽からの汚泥が無酸素槽に入る部位での溶存酸素濃度（以下、ＤＯと記載する。）を、０．２ｍｇ／Ｌ以下および／または曝気槽より汚泥を取り出す部位のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることを特徴とする排水の処理方法にある。
さらに、第二の発明は、曝気槽からの循環液の無酸素槽出口でのＤＯを０．２ｍｇ／Ｌ以下および／または、曝気槽よりの循環液取り出し口のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下とすると共に曝気槽汚泥の酸素利用速度（ｒｒ）を１５ｍｇ／Ｌ・時以上に維持する上記排水処理方法にある。
【０００７】
また、第二の発明は、曝気槽の汚泥濃度（以下、ＭＬＳＳまたはＭＬＳＳ濃度と記載する。）を５０００ｍｇ／Ｌ以上に維持すること、曝気槽のＤＯを１〜３ｍｇ／Ｌの範囲に維持すること、曝気槽から無酸素槽へ循環させる際、最も低い曝気装置の位置よりも下から、より好ましくは２０ｃｍ以上離れた下から循環液（汚泥）を取り出すこと、無酸素槽のＯＲＰを−１５０ｍＶ（銀−塩化銀基準）以下に維持すること、無酸素槽の溶解性リン酸イオン態リン濃度を１０ｍｇ／Ｌ以上に維持することを特徴とする上記排水の処理方法にある。
またさらに第二の発明は、曝気槽内に浸漬させた膜分離装置を用いて処理水を系外に取り出すことを特徴とする上記排水の処理方法にある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定解釈されるものではない。
添付の図１は、本発明の実施態様の一例を示す模式図である。図１において符号１は無酸素槽、符号２は曝気槽を示しており、排水（原水）は矢印ａから無酸素槽１に入り、次いでオーバーフロー（矢印ｄ）により曝気槽２内に入り、同槽２内の曝気装置３より下方の部位６において管９よりポンプ４による吸引流ｂとして送液され無酸素槽１に排出部５より入り（矢印ｃ）盾還される。
【０００９】
排水原水ａは、無酸素槽１及び曝気槽２において、活性汚泥により生物学的に浄化される。窒素の除去は、無酸素槽１及び曝気槽２との間で汚泥を循環させることにより、いわゆる硝化脱窒反応によって行われる。ＢＯＤは、主として曝気槽２内に配置された曝気装置３の空気排出部より排出される空気により好気的に酸化され分解される。
【００１０】
本発明においてリンの除去は、汚泥中の微生物（リン蓄積細菌）の作用によりポリリン酸として微生物体内に取り込まれることにより行われる。リンは好気状態において微生物に取り込まれ、また、嫌気状態において、微生物が体内に蓄えたリンを放出する。リン蓄積細菌は、嫌気状態、好気状態に繰り返し曝されると、嫌気状態で放出したリンの量より多くのリンを好気状態で吸収する。
【００１１】
無酸素槽１及び曝気槽２の間での汚泥の循環は、ポンプ４を用いて一方の槽から他方の槽へ送液し、他方の槽からオーバーフローによって流入させる。この際、どちらの槽からポンプを用いて送液するかは必ずしも限定するものではないが、曝気槽２から無酸素槽１へ送液すると、送液量が少なくて済みエネルギーコスト的に好ましい。
【００１２】
本発明では、曝気槽２からの循環液が無酸素槽１に入る部位５におけるＤＯを０．２ｍｇ／Ｌ以下および／または曝気槽２より循環液を取り出す部位６のＤＯを０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることにより、無酸素槽１への溶存酸素の流入を抑制することができ、無酸素槽１内の嫌気度が十分維持されることにより、リンの放出が促進される。
無酸素槽１内に溶存酸素、硝酸イオン、亜硝酸イオンが実質的に存在しないと、有機物が嫌気的に分解され、このとき菌に蓄積されたポリリン酸がリン酸として菌体外に放出される。
【００１３】
本発明において曝気槽２からの循環液（汚泥）が無酸素槽１に入る部位５におけるＤＯ濃度は０．２ｍｇ／Ｌ以下とする必要があり、０．１ｍｇ／Ｌ以下とするとリンの除去性がより安定するため好ましい。さらに０．０５ｍｇ／Ｌ以下とするとより好ましい。
曝気槽２からの循環液（汚泥）が無酸素槽１に入る部位５におけるＤＯ濃度を低減させるためには、曝気槽２から汚泥を取出す部位６から、無酸素槽１に入る部位５までの配管９の長さを長くする等により配管中でＤＯを消費させること、配管中に脱気手段を設けること等も可能であり、必ずしも限定はされないが、曝気槽２中でＤＯ濃度が低くなる部位を設け、ここから循環液を取り出すと、簡便な装置構成で無酸素槽１に入る部位５でのＤＯを低減することができる。
【００１４】
無酸素槽１に入る部位５におけるＤＯ濃度を０．２ｍｇ／Ｌ以下とするには、曝気槽２より循環液（汚泥）を取り出す部位６のＤＯ濃度は０．５ｍｇ／Ｌ以下とすればよいことが実験的に確かめられた。曝気槽２より循環液（汚泥）を取り出す部位６のＤＯ濃度は０．３ｍｇ／Ｌ以下とするとリンの除去性がより安定するため好ましい。さらに０．２ｍｇ／Ｌ以下とするとより好ましい。
なお、ＤＯ濃度の測定は、隔膜電極法による通常のＤＯ計を用いて測定することができる。
【００１５】
曝気槽２から循環液（汚泥）を取り出す部位６のＤＯ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下とするためには、曝気槽２から無酸素槽１へ汚泥を取り出す際、汚泥の滞留部から取り出すことが好ましい。汚泥の滞留部とは、曝気による汚泥の流動の影響を受けにくい部位を指し、曝気装置３と、曝気槽２の底との間に空間を設けてやると、曝気装置３の下の部分に存在する汚泥は良く撹拌されないため、滞留部となる。
【００１６】
したがって、図１に示すように曝気装置３の位置よりも下の位置から汚泥を取り出すことにより、曝気槽２より循環液（汚泥）を取り出す部位６のＤＯ濃度を０．５ｍｇ／Ｌ以下とすることができる。なお、曝気装置３が曝気槽２内に複数設けられている場合は、汚泥を取り出す部位は最も低い位置にある曝気装置３の下に設ける。また、曝気装置３から取り出す部位６までの距離は２０ｃｍ以上離すことが好ましく、３０ｃｍ以上離すことがさらに好ましい。
また、曝気槽２より循環液（汚泥）の取り出しは、別の態様として図３に示すように、曝気槽２内部に仕切７板を設け、汚泥が良く撹拌されない部位６を設け、ここから汚泥を取り出すようにしてもよい。
【００１７】
曝気槽２内における汚泥の流動は、主として曝気装置３による曝気部分において空気の吹き出し口からの気泡の上昇に伴って汚泥も上昇し、曝気されていない部分においては汚泥が下降し、全体が撹拌される。この際、曝気槽内の汚泥の酸素利用速度（ｒｒ）を高く維持すると、曝気されていない部分で酸素が急速に消費されることから、曝気槽２中でＤＯが低くなる部位を形成しやすくなる。具体的なｒｒとしては、１５ｍｇ／Ｌ・時以上に維持することが必要であり、２５ｍｇ／Ｌ・時以上に維持すると、リンの除去性がより安定するため好ましい。
【００１８】
曝気槽汚泥のｒｒを１５ｍｇ／Ｌ以上に維持するには、曝気強度の調整（図のブロワーＢの送気量の調整）、ＭＬＳＳ濃度の調整等によって行うことができる。
なお、曝気槽汚泥のｒｒとは、曝気槽２の曝気されている部分から取った汚泥のｒｒをいい、測定方法は下水道試験方法（１９９７年、社団法人日本下水道協会）に従って求めることができる。
【００１９】
無酸素槽１および曝気槽２内のＭＬＳＳ濃度は、ＳＲＴ（固形物滞留時間）によって制御することができるが、より安定して脱リンを行うためには、高濃度で維持することが好ましい。これは、ＭＬＳＳ濃度が高いと曝気されていない部分で酸素が急速に消費されることから、曝気槽２中でＤＯが低くなる部位を形成しやすくなるためである。また、高濃度ＭＬＳＳ下では単位容量当たりの脱窒細菌数が多いので脱窒速度が速く、無酸素槽内で溶存酸素、結合酸素のない嫌気状態となる場所が生じる。具体的なＭＬＳＳ濃度は、５０００ｍｇ／Ｌ以上を維持することが好ましく、８０００ｍｇ／Ｌ以上を維持することが更に好ましい。なお、あまりＭＬＳＳ濃度を上げすぎると、汚泥流動性の低下により酸素の溶解効率が極端に低下するため、上限としては２００００ｍｇ／Ｌ迄とすることが好ましい。
なお、ＭＬＳＳ濃度の測定は下水道試験方法（１９９７年、社団法人日本下水道協会）に従い測定することができる。
【００２０】
曝気槽２内の曝気部におけるＤＯ濃度は、ＢＯＤ分解処理及び硝化処理に必要な濃度以上に維持する必要があり、１ｍｇ／Ｌ以上に維持することが好ましい。ただし、あまり高濃度にするとリン除去性能を低下させるため、３ｍｇ／Ｌ以下に維持することが好ましい。曝気部におけるＤＯ濃度は、曝気量を調整することや、曝気装置３の溶解効率を変化させること等によって調整することが可能である。
【００２１】
リン酸蓄積細菌が無酸素槽１においてリンを多く放出すると、曝気槽２においてより多くリンを取り込むことができる。従って無酸素槽１の溶解性リン酸イオン態リン濃度が高い状態で処理を行うと、リンの除去性能を高くすることができる。無酸素槽１の溶解性リン酸イオン態リン濃度は、１０ｍｇ／Ｌ以上に保つことが好ましく、１５ｍｇ／Ｌ以上に保つことがより好ましい。
【００２２】
また、無酸素槽１においてリンを多く放出させるためには、無酸素槽１のＯＲＰを低く保つことも有効である。無酸素槽１のＯＲＰは、−１５０ｍＶ（銀−塩化銀基準）以下に維持することが好ましく、−２００ｍＶ以下に維持するとより好ましい。
なお、ＯＲＰ（酸化還元電位）は、物質が他の物質を酸化し易いか、還元し易いかの指標となり、＋の数字大きい程酸化し易く、−の数字大きい程還元し易いことを表す。この測定は、参照電極に飽和塩化銀電極を用いた金属電極法等により行う。
【００２３】
本発明の排水処理方法で曝気槽２で処理された汚泥の一部は、固液分離され、必要に応じて消毒された後放流される。固液分離手段は特に限定されず、従来の沈殿分離方法を用いることもできるが、図１に示すように曝気槽２内に膜分離装置８を浸漬させて濾過を行うと固形分が実質的に含まれない、水質の高い処理水を得ることができるため好ましい。また、膜分離装置を用いて固液分離を行うと、容易にＭＬＳＳ濃度を高く維持することができ、リン除去の効率を高めることができる。膜分離装置８としては特に限定されず、平膜、中空糸膜、管状セラミック膜、回転円盤膜等、公知のものを用いることができる。膜分離された処理水は矢印ｅによって系外に排出される。
【００２４】
本発明の処理方法において、無酸素槽１または曝気槽２、あるいはその両方に微生物固定化担体を添加することも可能である。これにより実質のＭＬＳＳ濃度が上昇するとともに、曝気槽２においては、増殖速度の遅い硝化菌が担体に固定されることによって、槽内の硝化速度が速くなり、短時間で窒素除去処理が行えるようになる。使用する担体は、特に限定はされず、ポリオレフィン製の中空発泡体、ウレタンフォーム製の担体等を用いることができる。
なお、担体を添加する場合、各槽からの汚泥取出し口、オーバーフロー口等には、担体が流出しないようにスクリーン、メッシュ等を設けると良い。また、滞留部への沈降等を回避するため担体の比重は１以下であるものが好ましい。
【００２５】
また、降雨時運転中に雨水が排水（原水）中に混入し、排水濃度が低下したときのように、処理水のリンの濃度が一時的に高くなることもあるが、その場合ポリ塩化アルミニウム等の凝集剤を原水、無酸素槽、または曝気槽に添加して、処理水のリン濃度を低減させても良い。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
［実施例１］
図１に示す装置を用いて、都市下水を原水とする排水の処理を約４５０日間実施した。槽のサイズ等は以下のように構成した。
（１）無酸素槽及び曝気槽の汚泥容量（サイズ）
６．７５ｍ３（Ｌ１５０ｃｍ×Ｗ１００ｃｍ×Ｈ６００ｃｍ、水深４５０ｃｍ）
（２）曝気装置：曝気槽底面より６０ｃｍの高さに設置
（３）曝気槽よりの循環液（汚泥）取り出し口：曝気槽底面より２０ｃｍの高さに設置
（４）処理水量：５４ｍ３／日
（５）曝気槽から無酸素槽への汚泥取り出し量：６．７５ｍ３／日（循還量）
（６）余剰汚泥引き抜き量：０．４８〜０．９６ｍ３／日
（７）曝気量：４０〜７０Ｎｍ３／ｈｒ
さらに、曝気槽の曝気装置の上部５０ｃｍの位置に、中空糸膜を用いた膜分離装置（膜面積１２６ｍ２）（三菱レイヨン（株）製、ポリエチレン中空糸膜使用、製品名ＥＸ５４０Ｖ）を設置し、濾液を処理水として取り出した。
【００２７】
処理期間中の原水及び汚泥の性状を表１に示す。
【表１】
2004000835.tif 000003
【００２８】
なお、表１における評価項目の各測定方法は、下水道試験方法（１９９７年、社団法人日本下水道協会）に従い、以下のように行った。
（１）ＢＯＤ
ＢＯＤは、硝化抑制試薬を加えずに測定した。
（２）ＣＯＤ
ＣＯＤは、過マンガン酸カリウム消費量から求めるいわゆるマンガン法により測定した。
（３）全窒素
全窒素は、総和法により測定した。
（４）全リン
全リンは、完全分解定量法により測定した。
（５）ＤＯ
ＤＯは、溶存酸素計（横河電機製　溶存酸素センサー（型番：ＤＯ３０Ｇ）と溶存酸素変換器（型番：ＤＯ４０２Ｇ））を用いて測定した。
（６）ＯＲＰ（銀−塩化銀基準）
ＯＲＰは、ＯＲＰ計（横河電機（株）製　ＯＲＰセンサー（型番：ＯＲ８ＥＦＧ）とＯＲＰ変換器（型番：ＯＲ４００Ｇ））を用いて測定した。電極は、飽和塩化銀電極を用い、直読の値を用いた。
（７）溶解性リン酸イオン態リン濃度
溶解性リン酸イオン態リン濃度は、無酸素槽汚泥試料を乾燥濾紙５種Ｂにて濾過後、濾液をモリブデン青（アスコルビン酸還元）吸光光度法を用いて測定した。
（８）固形分含量及びＭＬＳＳ
ＭＬＳＳは、遠心分離法を用いて測定した。すなわち、汚泥試料適量を沈殿管に採り、３０００〜４０００ｒｐｍで２〜３分遠心分離を行い、上澄液を捨て、沈殿管に水を加え、攪拌し、再び同様に遠心分離を行い、上澄液を捨て、この沈殿物を蒸発皿に洗い入れ、１０５〜１１０℃で２時間乾燥し、質量を測定し、以下の計算式によって算出した。
汚泥濃度（ＭＬＳＳ）＝汚泥の乾燥質量（ｍｇ）／試料量（Ｌ）
（９）酸素利用速度（ｒｒ）
曝気槽の曝気部から汚泥１Ｌを細口瓶に採り、１０〜２０分間静置した後、上澄液をサイホンで細口の瓶に入れた。ＭＬＳＳが高い場合は、静置による沈降がほとんどないため、遠心法により汚泥と上澄液とに分離した。ついで細口瓶の上澄液をＤＯが約５ｍｇ／Ｌ以上になるように散気装置を用いて、５〜１０分間激しく曝気した後、上記の沈殿した汚泥とよく攪拌し、この混合溶液を三角フラスコに満たし、空気が入らないようにＤＯ計（セントラル化学（株）製　ＵＣ１０１）のセンサー部を挿入し、酸素濃度の減少を記録した。記録された減少曲線の内、初期の直線部分を用い、以下の式により、酸素利用速度を求めた。
酸素利用速度（ｒｒ）（ｍｇ／Ｌ・時）＝酸素減少量（ｍｇ／Ｌ）／経過時間（時間）
【００２９】
処理期間中の処理水水質の範囲を表２に示す。
【表２】
2004000835.tif 000004
表２に示すように、処理期間中、各水質項目の何れも良好な除去性能を達成でき、中でもリンに関しては、凝集剤の添加を行っていないにも拘らず、期間中の平均除去率として約９６％という、極めて高い除去率を達成できた。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、無酸素槽と曝気槽の２槽のみによって、窒素、ＢＯＤの除去を行うことに加えて、リンの除去も行うことができる。さらに、凝集剤を添加しないため、余剰汚泥の発生量を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の別の実施態様を示す模式図である。
【図３】本発明の別の実施態様を示す模式図である。
【符号の説明】
１　　　無酸素槽
２　　　曝気槽
３　　　曝気装置
４　　　ポンプ
５　　　循環液が無酸素槽に入る部位
６　　　循環液を取り出す部位
７　　　仕切板
８　　　膜分離装置
９　　　配管
ａ　　　原水流
ｂ　　　循環（汚泥）液の取出
ｃ　　　循環液（汚泥）流
ｄ　　　オーバーフロー
ｅ　　　処理水放出流
【図１】
2004000835.tif 000005
【図２】
2004000835.tif 000006
【図３】
2004000835.tif 000007