(57)【要約】【課題】システム構成が簡素化し、かつ処理時間の短縮が図れると共に、脱リンおよび脱窒を安定して効率よく行うことができる汚水処理方法を提供することにある。【解決手段】汚水を先ず無酸素槽３に受け入れて無酸素処理し、この無酸素槽３からの流出水を嫌気槽２に導入して嫌気処理し、この嫌気槽２からの流出水を好気槽４に導入して好気処理すると共に、その好気槽４内に設けられた膜分離装置４で固液分離し、その固液分離後の活性汚泥を前記好気槽４から前記無酸素槽３に返送し、前記汚水を前記無酸素槽３と前記嫌気槽２とに分岐流入させるプロセス構成とした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を無酸素槽に受け入れて無酸素処理し、この無酸素槽からの流出水を嫌気槽に導入して嫌気処理し、この嫌気槽からの流出水を好気槽に導入して好気処理すると共に、その好気槽内に設けられた膜分離装置で固液分離し、その固液分離後の活性汚泥を前記好気槽から前記無酸素槽に返送し、前記汚水を前記無酸素槽と前記嫌気槽とに分岐流入させることを特徴とする汚水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素およびリンを含有した有機性汚水を生物学的に処理する汚水処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は第１従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。
同図において、１は汚水導入管、２はその汚水導入管１から汚水（被処理水）を導入する嫌気槽であり、この嫌気槽２の後段処理工程として無酸素槽３と好気槽４と沈殿槽５のそれぞれが、この順序で配置されている。６は好気槽４から前段の無酸素槽３に硝化液を送る硝化液循環管、７は沈殿槽５から嫌気槽２に汚泥を返送する汚泥返送管である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
下水道施設計画・設計指針と解説  後編（２００１年版、１６４ｐ〜）
【０００４】
次に、上記第１従来例の汚水処理方法について説明する。
まず、汚水導入管１からの汚水を嫌気槽（嫌気工程）２内にだけ流入させ、この嫌気槽２では、汚水を汚泥返送管７からの返送汚泥と接触させる。この際、返送汚泥に含まれるリン蓄積菌は、前記汚水中の溶解性ＢＯＤを取り込むと同時に、菌体内の蓄積リンを放出する。その後、嫌気槽２の流出水は、無酸素槽３に導入され、この無酸素槽３では、後段の好気槽４から循環されている硝化液と無酸素状態で接触する。この際、汚泥中に含まれる脱窒細菌が汚水中のＢＯＤを水素供与体として脱窒を行うことにより、酸化態窒素が窒素ガスとして除去される。さらに、無酸素槽３の流出水は好気槽４に導入され、好気状態下で汚水中のＢＯＤが酸化分解されると共に、汚泥中の硝化細菌により有機態窒素やアンモニア態窒素が硝化され、かつ、リンはリン蓄積菌により過剰に再摂取されて液相中から除去される。また、好気槽４の流出水は沈殿槽５に導入され、処理水と汚泥とに固液分離されて処理水は放流され、汚泥の一部は汚泥返送管７を介して嫌気槽２に返送され、残りの汚泥は余剰汚泥として汚泥処理工程に引き抜かれて処理される。この時の各槽の汚泥濃度は概ね嫌気槽２０００ｍｇ／Ｌ、無酸素槽２０００ｍｇ／Ｌ、好気槽２０００ｍｇ／Ｌ、沈殿槽引抜汚泥８０００ｍｇ／Ｌで運転される。
【０００５】
図４〜図６は第２〜第４従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図であり、図３と同一または相当部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図４〜図６は、汚水の導入方法および汚泥の返送方法がそれぞれ異なる。
図４において、８は好気槽４から嫌気槽２に汚泥を返送する汚泥返送管、９は好気槽４内に設けられた膜分離装置（膜ユニット）である。
図５において、１０は無酸素槽３から嫌気槽２へ汚泥を返送する汚泥返送管である。
図６において、１ａは汚水導入管１から分岐して汚水の一部を無酸素槽３に導入する分岐導入管である。
すなわち、この第２〜第４従来例の汚水処理方法では、好気槽４内に膜分離装置９を設けて図３中の沈殿槽５を不要とし、汚水を嫌気槽２のみへ、もしくは嫌気槽２と無酸素槽３とに分岐導入させると共に、好気槽４から無酸素槽３に硝化液を循環させ、かつ好気槽４もしくは無酸素槽３から嫌気槽２に汚泥返送を行うプロセスとしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の汚水処理方法は以上のようなプロセス構成となっているので、以下のような種々の課題があった。
まず、図３に示す第１従来例の場合、有機物や窒素およびリンを含む汚水を最初処理工程の嫌気槽２だけに流入させているため、無酸素槽３で脱窒に用いる有機物が少なく、脱窒が律速しやすいという課題があった。さらには、重力沈降による汚泥と処理水の固液分離を行うため、嫌気槽２、無酸素槽３、好気槽４の活性汚泥濃度を高くすることができない、好気槽４などの状況により、処理水質が安定しない、硝化細菌の保持が難しいなどの課題があった。また、好気槽４から無酸素槽３に硝化液を循環させるための配管および動力と、沈殿槽５から嫌気槽２に汚泥を返送するための配管および動力とを必要とし、設備が大がかりとなり且つ設備費が嵩むなどの課題があった。
【０００７】
このような第１従来例の課題について更に詳しく述べると、沈殿槽５で重力による固液分離を行うため、好気槽の活性汚泥濃度を１５００〜３０００ｍｇ／Ｌと低く設定しなければならず、このため、各処理槽２〜５の容積が大きくなって広い敷地面積が必要になるという課題があった。また、汚水処理時間としては、硝化菌など、増殖速度の遅い細菌を系内に高濃度に保持できないため、汚泥滞留時間を長くしなければならず、また、活性汚泥濃度を高く保持することができないため、標準活性汚泥法より１．５〜２倍も長い処理時間が必要になるという課題があった。さらに、維持管理が容易ではなく、その理由は、沈殿槽５において、汚泥と処理水の分離を重力沈降で行っているため、沈降性の良い汚泥状況を維持することが難しいことにある。また、処理水質が安定しない理由は、汚泥と処理水の分離が良好に行われず、ＳＳが流出することにある。また、沈殿槽５で汚泥を長く嫌気的にすると、リンが再び放出してしまうことなどにある。
【０００８】
次に、図４に示す第２従来例の場合、同図に示すように、汚水を嫌気槽のみに導入する際には、無酸素槽におけるＢＯＤ源（有機物）が不足し、脱窒が律速されるという課題があった。
また、好気槽４から嫌気槽２への直接返送は、嫌気槽２への酸素持ち込みによるリン放出反応が阻害されるという課題があった。
図５の第３従来例では、嫌気槽２への汚泥返送を好気槽４からではなく無酸素槽３から、図６の第４従来例では、汚水を無酸素槽３にも分岐流入させているが、好気槽４の汚泥濃度と比較し、嫌気槽２の汚泥濃度が極端に低くなり（好気槽汚泥濃度の約２〜３割程度）、十分なリン放出が行われないという課題があった。
さらには、好気槽４から無酸素槽３への硝化液循環管６およびその循環用動力と、好気槽４から嫌気槽２への汚泥返送管８およびその返送用動力、または、無酸素槽３から嫌気槽２への汚泥返送管およびその返送用動力とを必要とするなど、いずれの場合も硝化液循環系統と汚泥返送系統の２系統設備を必要とするため、システム構成が複雑となって設備費が嵩むという課題があった。
【０００９】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、システム構成が簡素化し、かつ処理時間の短縮が図れると共に、脱リンおよび脱窒を安定して効率よく行うことができる汚水処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る汚水処理方法は、汚水を無酸素槽に受け入れて無酸素処理し、この無酸素槽からの流出水を嫌気槽に導入して嫌気処理し、この嫌気槽からの流出水を好気槽に導入して好気処理すると共に、その好気槽内に設けられた膜分離装置で固液分離し、その固液分離後の活性汚泥を前記好気槽から前記無酸素槽に返送し、前記汚水を前記無酸素槽と前記嫌気槽とに分岐流入させることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による汚水処理方法を示すフロー図であり、図３から図６と同一または相当部分には同一符号を付して説明する。
本発明では、嫌気槽２の前段に無酸素槽３を配置し、この無酸素槽３に汚水導入管路１を接続すると共に、その汚水導入管路１には汚水の一部を嫌気槽２に導入する分岐導入管１ｂを接続して前段の無酸素槽３と後段の嫌気槽２とに汚水を分岐流入させるようにし、また、嫌気槽２の後段には膜分離装置９を内蔵した好気槽４を配置し、この好気槽４から無酸素槽３に汚泥返送管６ａを介して汚泥を返送するプロセス構成としたものである。
【００１２】
すなわち、本発明では、図４の嫌気槽２と無酸素槽３とを入れ替えた配置とし、汚水導入管１を嫌気槽２ではなく無酸素槽３に、かつ汚水導入管１からの分岐導入管１ｂを無酸素槽３ではなく嫌気槽２にそれぞれ接続すると共に、好気槽４からの汚泥返送管６ａを嫌気槽２ではなく無酸素槽３に接続したものである。
【００１３】
次に、本発明による汚水処理方法について説明する。
まず、汚水導入管１からの汚水を無酸素槽３が受け入れる。この無酸素槽３には好気槽４から汚泥返送管６ａを介して汚泥（硝化液）が返送されていることにより、無酸素槽３内の好気槽４よりの硝化液は汚水と無酸素状態で接触して脱窒される。このようにして脱窒された無酸素槽３からの流出水が次の嫌気槽２に導入されて嫌気処理された後、その嫌気槽２から流出水が好気槽４に導入される。この好気槽４では、膜分離装置９によって処理水と汚泥とに固液分離され、固液分離後の活性汚泥の一部が汚泥返送管６ａから無酸素槽３に返送され、また、一部は余剰汚泥として引き抜かれる。
【００１４】
以上の処理プロセスにおいて、前段の無酸素槽３は、分子状酸素が存在せず、ＮＯＸなどの結合酸素が存在する領域となり、この結合酸素を用いて通性嫌気性菌が脱窒を行う。この時、電子供与体としてＢＯＤを使用する。すなわち、ＢＯＤは汚水に含まれる有機物が使われる。
無酸素槽３の後段の嫌気槽２は、分子状酸素も結合酸素も存在しない領域となり、リン蓄積菌が体内のポリリン酸をＰＯ４に分解して放出する際に、易分解性有機物を取り込む場となる。ここでも、また易分解性有機物として汚水に含まれる有機物を利用する。汚水中に易分解性有機物が少ない場合は、汚水に加えて、または、代わりに、最初沈殿池汚泥の発酵液を嫌気槽に投入することで、さらに安定したリン除去性能が得られる。
好気槽４は、好気条件下において、通性嫌気性菌などによる有機物の酸化分解、亜硝酸菌、硝酸菌によるＮＨ４−Ｎ→ＮＯ２−Ｎ→ＮＯ３−Ｎへの酸化、および、リン蓄積菌によるＰＯ４−Ｐの過剰摂取が行われる場である。
【００１５】
生物学的循環脱窒法では、好気槽において酸化されたＮＯ３−Ｎを無酸素槽に返送し、Ｎ２ガスにすることで窒素除去を行うものである。
生物学的脱リンは、リン蓄積菌を嫌気状態、好気状態に交互に晒すことにより、好気条件下でリンの過剰摂取を行わせ、その汚泥を好気槽より引き抜くことにより、リンを除去するものである。
また、固液分離装置として膜を好気槽内に設置することで、膜の孔径以上の物質が除去された清澄な処理水を容易に安定して得ることができる。
【００１６】
この時の各槽の汚泥濃度は、無酸素槽８０００〜１２０００ｍｇ／Ｌ、嫌気槽７０００〜１００００ｍｇ／Ｌ、好気槽１００００〜１５０００ｍｇ／Ｌと高く維持することができる。
【００１７】
実施例１．
次に、上記実施の形態１による汚水処理方法を実施した結果について説明する。図２は約６ヶ月間運転を行った時の、汚水（初沈流入水）中の全リン濃度、処理水中の全リン濃度の推移を示すものである。
この実施例１では、小規模汚水処理場の初沈流入水を処理した。
また、容量が５．７６ｍ３のタンクを無酸素槽、嫌気槽、好気槽の順に、２：１：３の比率で仕切り、好気槽内には膜モジュールを設置した。
このような条件で、初沈流入水２３ｍ３／日を３：２の比率で無酸素槽、嫌気槽へ流入させ、好気槽から無酸素槽へ活性汚泥の返送を４６ｍ３／日の割合で行った。この結果、図２中の黒丸結線で示す処理前汚水中のリンが、汚水処理後には白丸結線で示すように大幅に減少した。なお、初沈流入水に加えて、最初沈殿汚泥の発酵液を嫌気槽に投入することで、さらに安定したリン除去性能が得られた。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、有機物や窒素およびリンを含んだ汚水を先ず無酸素槽に流入させ、この無酸素槽からの流出水を次の嫌気槽で処理した後、その嫌気槽からの流出水を後段の好気槽へ流入させると共に、その好気槽内には膜分離装置を設け、前記無酸素槽と前記嫌気槽に汚水を分岐流入させ、好気槽から無酸素槽に汚泥返送を行うプロセス構成としたことにより、次のような優れた効果が得られる。
・固液分離に膜を用いたため、好気槽の活性汚泥濃度を１００００〜１５０００ｍｇ／Ｌに高めることができ、反応時間を標準活性汚泥法と同程度まで大幅に縮小することができた。
・沈殿槽を必要としないため、沈殿槽設置に必要であった敷地面積が不要となった。
・好気槽内の膜分離装置で固液分離を行うため、濁質や病原性細菌等を含まない清浄な処理水が容易に安定して得られた。
・固液分離手段として膜分離装置を用いたことにより、汚泥の沈降性に関する管理が不要となり、大幅な維持管理の省力化が図れ、また、硝化細菌などの増殖速度が遅い細菌を系内に保持し易くなった。
・好気槽汚泥濃度が１００００〜１５０００ｍｇ／Ｌ程度であるため、引抜汚泥濃度が高く、直接脱水を行うことができ、汚泥の嫌気化によるリンの再放出を防ぐことができた。
・嫌気槽の前段に無酸素槽を配置したことにより、好気槽から無酸素槽への１つの移送手段のみでよく、システムが簡素化し、運転に要する動力も小さくて済んだ。
・嫌気槽の前段に無酸素槽を配置したことにより、好気槽からの溶存酸素、結合酸素の持ち込みを防ぐことができ、このため、嫌気槽におけるリン放出反応を効率的に行うことができ、生物学的リン除去を安定して行うことができた。
・嫌気槽の汚泥濃度を好気槽汚泥濃度の約７割と高く保持することができ、このため、嫌気槽におけるリン放出反応を効率的に行うことができた。
・汚水や返送汚泥を無酸素槽に移流させることにより、脱窒反応を効率的に行うことができた。
・汚水を嫌気槽にも移流させたため、嫌気槽における還元状況を良好に保ち、かつ、リン蓄積菌によるリン放出反応を効果的に行うことができた。
・最初沈殿池汚泥の発酵液を嫌気槽に投入することにより、さらに安定したリン除去性能が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による汚水処理方法を示すフロー図である。
【図２】本発明の汚水処理方法を実施した結果の初沈流入水中の全リン濃度と、処理水中の全リン濃度の推移を示す図である。
【図３】第１従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。
【図４】第２従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。
【図５】第３従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。
【図６】第４従来例に係る汚水処理方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
１  汚水導入管
１ａ  分岐導入管
１ｂ  分岐導入管
２  嫌気槽
３  無酸素槽
４  好気槽
６  硝化液循環管
６ａ  汚泥返送管
７  汚泥返送管
８  汚泥返送管
９  膜分離装置
１０  汚泥返送管
【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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