(57)【要約】【課題】低い動力コストで高い窒素除去率を達成できる排水処理方法を提供する。【解決手段】排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から１／８の水深における溶存酸素を２ｍｇ／Ｌ以下とする排水処理方法は、曝気槽内部の非曝気部の下部に無酸素領域が形成されるため、簡便な装置構成で、しかも低い動力コストで、効率的かつ高い除去率で窒素の除去を行うことができる。また、水面から１／２の水深における溶存酸素を０．２ｍｇ／Ｌ以下とすると、より効果的に窒素の除去を行うことができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から１／８の水深における溶存酸素を２ｍｇ／Ｌ以下とする排水処理方法。
【請求項２】
排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から１／２の水深における溶存酸素を０．２ｍｇ／Ｌ以下とする排水処理方法。
【請求項３】
前記非曝気部において、水面から１／２の水深における溶存酸素を０．２ｍｇ／Ｌ以下とする請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排水処理方法によって処理された処理水中のアンモニア性窒素濃度が、０．２〜３ｍｇ／Ｌである排水処理方法。
【請求項５】
処理水中のアンモニア性窒素濃度に従って曝気量を制御する請求項４に記載の排水処理方法。
【請求項６】
前記曝気槽に膜分離装置を設け、該膜分離装置で濾過を行って処理水を取り出す請求項１〜５のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項７】
前記活性汚泥のＭＬＳＳ濃度を９０００ｍｇ／Ｌ以上とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項８】
無酸素槽を設け、該無酸素槽と、前記曝気槽との間で前記活性汚泥を循環させる請求項１〜７のいずれか一項に記載の排水処理方法。
【請求項９】
前記活性汚泥の循環倍率をｒとし、脱窒反応による窒素除去率をＹ（％）としたとき、Ｙ＞ｒ／（ｒ＋１）×１００である請求項８に記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素を含有する排水を効率的に処理する方法に関し、中でも生活排水を効率的に処理する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒素含有排水の窒素処理方法としては、循環式硝化脱窒法、硝化内生脱窒法、ＡＳＲＴを制御したオキシデーションディッチ法、より窒素の除去率を高めたステップ流入法等が開発されている。単槽で脱窒を行う方法としては回分式活性汚泥法、深槽曝気法などがある。
【０００３】
循環式硝化脱窒法は、無酸素槽と、曝気槽との間で前記活性汚泥を循環させながら排水の処理を行う方法であるが、循環倍率を制御することによって、特に薬剤を用いることなく窒素除去率を容易に制御することができる。この方法においては、余剰汚泥による除去分を除いた脱窒反応による窒素除去率は循環倍率（ｒ）から理論的にｒ／（ｒ＋１）として求めることができる。
【０００４】
生活排水の場合、通常は窒素濃度が３０〜４０ｍｇ／Ｌ程度なので、排出規制値が１０ｍｇ／Ｌ程度の場合は、循環倍率を２〜３倍にすることによって対応できる。しかし、河川の汚染改善のため、５ｍｇ／Ｌ以下のような更に厳しい基準が設けられる場合、循環倍率を５〜７倍にしなければならず、循環動力コストがかさむことに加えて、曝気槽から無酸素槽への溶存酸素（以下ＤＯと称す）の持込が大きくなり、無酸素槽での窒素除去が行い難くなるという問題がある。
【０００５】
この問題に対し、無酸素槽に供給される原水中のＤＯ、曝気槽の呼吸速度とＤＯを測定し、ポンプの吸い上げ量を制御して循環量を最適化する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法は依然として循環動力コストがかさむ問題点を有していた。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１１７７９２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、低い動力コストで高い窒素除去率を達成できる排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、第一の本発明の要旨は、排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から１／８の水深における溶存酸素を２ｍｇ／Ｌ以下とする排水処理方法、である。
【００１０】
また、第二の本発明の要旨は、排水を活性汚泥で処理する排水処理方法であって、曝気槽内に曝気部と非曝気部とを設け、非曝気部において、水面から１／２の水深における溶存酸素を０．２ｍｇ／Ｌ以下とする排水処理方法、である。
【００１１】
また、第一の本発明において、前記非曝気部の、水面から１／２の水深における溶存酸素を０．２ｍｇ／Ｌ以下とすると、窒素の除去率をさらに向上させることができる。
また、第一及び第二の本発明において、処理水中のアンモニア性窒素濃度が０．２〜３ｍｇ／Ｌであると余分な曝気を行う必要がないため、動力コストを低減できる。また、処理水中のアンモニア性窒素濃度に従って曝気量を制御するとより好ましい。
【００１２】
また、第一及び第二の本発明において、前記曝気槽に設けた膜分離装置で濾過を行って処理水を取り出すか、また活性汚泥のＭＬＳＳ濃度を９０００ｍｇ／Ｌ以上とすると、窒素の除去率を高い状態で維持し易い。
さらに、第一及び第二の本発明において、無酸素槽を設け、該無酸素槽と、前記曝気槽との間で前記活性汚泥を循環させると、より安定して窒素の除去を行うことができる。
また、このとき活性汚泥の循環倍率をｒとし、脱窒反応による窒素除去率をＹ（％）としたとき、Ｙ＞ｒ／（ｒ＋１）×１００であると、循環動力コストが低い状態で運転できるため好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の排水処理方法について、図面を基に詳細に説明する。図１は、本発明の排水処理方法の一例を示す概略フロー図である。
【００１４】
排水原水は、曝気槽１に投入され、活性汚泥により生物学的に浄化される。曝気槽１には、管体２が浸漬されており、管体２の下から曝気装置７により曝気を行う。この管体２により、曝気槽１内部は、上面から見た際に、管体２によって囲われた曝気部３と、管体２の外側に位置する非曝気部４とに区分され、曝気部３と非曝気部４との間で循環流が形成される。
【００１５】
このとき、非曝気部４において、水面から１／８の水深におけるＤＯを２ｍｇ／Ｌ以下とすると、非曝気部４を活性汚泥が下降していく途中で、活性汚泥による有機物の酸化反応及び硝化反応によってＤＯが消費されるため、非曝気部４の下層においては無酸素状態が形成される。その結果、脱窒反応が起こり、窒素の除去が可能となる。
【００１６】
曝気槽１の水深は、あまり浅いと無酸素状態とならないため、１ｍ以上とすることが好ましく、２ｍ以上とすることがより好ましく、３ｍ以上とすることが更に好ましい。一方、深すぎると効率的に撹拌混合し難くなるため、１０ｍ以下が好ましく、６ｍ以下がより好ましい。
【００１７】
曝気槽１を上面から見た際に、曝気槽１全体の面積に対する曝気部３が占める面積としては、小さすぎると有機物の酸化や硝化に必要なＤＯを供給しきれないため、５％以上とすることが好ましく、１０％以上とすることがより好ましい。一方、大きすぎると非曝気部４において無酸素状態を形成できなくなるため、５０％以下とすることが好ましく、３０％以下とすることがより好ましく、２５％以下とすることが更に好ましい。
【００１８】
このとき、活性汚泥のＭＬＳＳ濃度が高いと、非曝気部４におけるＤＯ消費速度が高くなり、無酸素状態を形成しやすくなる。したがって、ＭＬＳＳ濃度は９０００ｍｇ／Ｌ以上とすることが好ましく、１００００ｍｇ／Ｌ以上とすることがより好ましい。
【００１９】
一方、あまりＭＬＳＳ濃度を高くすると、粘度が高くなって効率的に撹拌混合し難くなるため、２００００ｍｇ／Ｌ以下とすることが好ましく、１５０００ｍｇ／Ｌ以下とすることがより好ましい。
【００２０】
なお、ＭＬＳＳ濃度を高くするためには、管体２の内部に膜分離装置８を配置して濾過を行い、処理水を曝気槽１から取り出すことが好ましい。膜分離装置８の種類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、回転円盤膜等を用いることができる。
【００２１】
非曝気部３において、水面から１／８の水深におけるＤＯを２ｍｇ／Ｌ以下とするには、具体的には、水面から１／８の水深付近にＤＯ計を設置し、ＤＯ濃度をモニターしながら、ＤＯが２ｍｇ／Ｌを超えそうになった時点で曝気量を減少させると良い。
【００２２】
非曝気部４の、水面から１／８の水深におけるＤＯは、１ｍｇ／Ｌ以下とすることがより好ましい。
【００２３】
非曝気部４の水深方向のＤＯとしては、水面から１／２の水深におけるＤＯを０．２ｍｇ／Ｌ以下とすると、非曝気部４の下層において無酸素状態を形成することができる。
【００２４】
水面から１／２の水深におけるＤＯを０．２ｍｇ／Ｌ以下とするためには、水面から１／２の水深付近にＤＯ計を設置し、ＤＯ濃度をモニターしながら、ＤＯが０．２ｍｇ／Ｌを超えそうになった時点で曝気量を減少させると良い。
【００２５】
非曝気部４の、水面から１／２の水深におけるＤＯは、０．１ｍｇ／ｌ以下とすることがより好ましく、実質的にゼロとすることが更に好ましい。
【００２６】
非曝気部４の水深方向におけるＤＯは、水面から１／８の位置と、上から１／２の位置の両方において、前述の濃度となるように制御することがより好ましい。
【００２７】
なお、非曝気部４の水深方向において、水面から１／８の位置のＤＯが２ｍｇ／Ｌ以下となっていても、水面から１／２の位置のＤＯが０．１ｍｇ／Ｌ以上である場合は、１／２の位置のＤＯによる制御を優先させて曝気量を減少させることが好ましい。
【００２８】
非曝気部４の水深方向におけるＤＯのみならず、処理水のアンモニア濃度も合わせてモニターすると、より効率的な制御が可能となる。具体的には、アンモニア性窒素濃度が０．２ｍｇ／Ｌよりも少なくなった場合、曝気量を低減させ、３ｍｇ／Ｌよりも多くなった場合、曝気量を増加させる。
【００２９】
なお、非曝気部４におけるＤＯは、溶存酸素センサー（例えば横河電機製、型番：ＤＯ３０Ｇ）と溶存酸素変換機（例えば横河電機製、型番：ＤＯ４０２Ｇ）等によって測定することができる。また、処理水中のアンモニア性窒素濃度は、アンモニア性窒素自動測定装置（例えば横河電機製、型番：ＡＮ１０００）によって測定することができる。
【００３０】
本発明の排水処理方法は、図２に示すように、曝気槽１に加えて無酸素槽５を配置し、曝気槽１と無酸素槽５との間で活性汚泥を循環させると、窒素の除去をより効率的に行うことができる。
【００３１】
このような構成は、従来の循環式硝化脱窒法と見かけ上は同じであるが、従来の方法は、曝気槽１内のＤＯをなるべく均一となるように混合させている。したがって、曝気槽１内に無酸素状態となる部位は存在しないか、極めて少ない。
【００３２】
このため、従来の方法における脱窒反応による窒素の除去率は、曝気槽１と無酸素槽５における活性汚泥の循環倍率ｒによって決定される。
なお、循環倍率ｒとは、原水の供給量を１としたときの、曝気槽１と無酸素槽５との間で活性汚泥が循環している量を意味する。例えば無酸素槽５に原水を１ｍ３／ｈｒの速度で供給し、曝気槽１から処理水を１ｍ３／ｈｒの速度で取り出し、曝気槽１から無酸素槽５へ２ｍ３／ｈｒの速度で活性汚泥を戻す場合、循環倍率ｒは２となる。
【００３３】
一方、本発明の方法では、曝気槽１の内部においても無酸素状態が形成されるため、脱窒反応による窒素除去率をＹ（％）としたとき、Ｙ＞ｒ／（ｒ＋１）×１００となる。したがって、循環倍率を高くしなくても、窒素除去率を高めることができ、動力コストを低減することができる。
なお、脱窒反応による窒素除去率Ｙは、以下の計算式によって求める。
Ｙ＝（Ｎ１−Ｎ２−Ｎ３）／Ｎ１×１００
ここで、
Ｎ１：一日あたりに処理される原水に含まれる全窒素量
Ｎ２：一日あたりに引き抜かれる余剰汚泥に含まれる全窒素量
Ｎ３：一日あたりに処理される処理水に含まれる全窒素量
である。
【００３４】
無酸素槽５及び曝気槽１の間での活性汚泥の循環は、ポンプ６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されないが、原水が導入されない槽から原水が導入される槽へポンプ６で送液し、その反対の流れはオーバーフローさせると、ポンプ６の送液量が少なくてすみ、エネルギーコスト的に好ましい。
【００３５】
なお、ＭＬＳＳ濃度を高くすると酸素消費速度が速く、また循環液の取り出しもＤＯの少ない位置から取り出しているので無酸素槽のＯＲＰが下がり、リンの除去も可能である。
【００３６】
以下に、実験例１の概要と結果を示す。実験例１は、図２に示すフローの装置を用いて、生活排水を原水とする排水の処理を行うにあたり、曝気量及びＭＬＳＳを調整し、槽内のＤＯと窒素除去率との関係を調べたものである。
【００３７】
各種条件は以下のように構成した。
（１）無酸素槽及びばっ気槽の汚泥容量（サイズ）
５．８ｍ３（長さ１４５ｃｍ×幅１００ｃｍ×高さ６００ｃｍ、水深４００ｃｍ）
（２）管体サイズ
長さ６２ｃｍ×幅４５ｃｍ×高さ１４０ｃｍの管体を２つ上下に重ねて配置した。管体内には膜分離装置を配し（膜面積１２６ｍ２）、濾液を処理水として取り出した（曝気槽との断面積比：１９．２％）。
（３）処理水量：４６ｍ３／日
（４）曝気槽から無酸素槽への汚泥循環量：９２ｍ３／日
（５）余剰汚泥引き抜き量：０．３〜０．５ｍ３／日
（６）曝気量：２０〜３０Ｎｍ３／ｈｒ
処理期間中の原水及び汚泥の性状を表１に示す。
【００３８】
【表１】
2004249252.tif 000003
【００３９】
なお、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。
【００４０】
（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。
【００４１】
（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。
【００４２】
（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■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。
【００４３】
（７）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取り、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、再び同様に遠心し、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）
【００４４】
このときの、非曝気部の水面から１／８の位置（水深０．５ｍ）のＤＯと、処理水の硝酸性窒素濃度の関係を図３に、非曝気部の水面から１／２の位置（水深２ｍ）のＤＯと、処理水の硝酸性窒素濃度の関係を図４に示した。また、処理水中のアンモニア性窒素濃度と、硝酸性窒素濃度の関係を図５に示した。
【００４５】
図３及び図４より、非曝気部の水面から１／８の位置のＤＯが、２ｍｇ／Ｌ以下のとき硝酸性窒素の値が低下し、１ｍｇ／Ｌ以下で顕著に低下していることがわかる。
【００４６】
また、非曝気部の水面から１／２の位置のＤＯは、０．２ｍｇ／Ｌ以下あると、硝酸性窒素の値が低下することがわかる。
【００４７】
なお、非曝気部の水面から１／８及び１／２の位置におけるＤＯが本発明で規定する範囲内の場合と、範囲外の場合における原水、処理水の代表的な分析データを表２に示す。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
次に、実験例２として、大きさが異なる装置を用いた場合の実験例を示す。なお、装置は図２に示したフローのものを使用し、原水は上記実験例と同じ水質のものを用いた。
【００５０】
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）
０．６２５ｍ３（長さ６０ｃｍ×幅８０ｃｍ×高さ１８０ｃｍ、水深１３０ｃｍ）
（２）管体サイズ
長さ２４ｃｍ×幅５６．５ｃｍ×高さ１０６．５ｃｍの管体を配置した。管体内には膜分離装置を配し（膜面積８ｍ２）、濾液を処理水として取り出した（曝気槽との断面積比：２８％）。
（３）処理水量：５ｍ３／日
（４）無酸素槽から曝気槽への汚泥循環量：１５ｍ３／日
（５）余剰汚泥引き抜き量：０．０６〜０．１０ｍ３／日
（６）曝気量：  ５．６〜９．６Ｎｍ３／ｈｒ
【００５１】
非曝気部の水面から１／２の位置（６５ｃｍ）のＤＯと、処理水の硝酸性窒素の関係を図６に示した。
【００５２】
また、非曝気部の水面から１／２の位置におけるＤＯが本発明で規定する範囲内の場合と、範囲外の場合における原水、処理水の代表的な分析データを表３に示した。
【００５３】
【表３】
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【００５４】
このように、水深が１３０ｃｍと極めて浅い曝気槽であっても、窒素除去率が極めて高くなることが分かった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の曝気槽のみでも、非曝気部の水深方向のＤＯを制御することにより、容易に硝化脱窒による窒素除去が可能となる。更に無酸素槽と曝気槽の２槽を用いて、曝気槽の非曝気部の水深方向のＤＯを制御することにより、さらに高い除去率で窒素を除去することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の別の実施形態の一例を示す模式図である。
【図３】実験例１の非曝気部の水面から１／８の位置におけるＤＯと処理水中の硝酸性窒素の濃度との関係を示すグラフである。
【図４】実験例１の非曝気部の水面から１／２の位置におけるＤＯと処理水中の硝酸性窒素の濃度との関係を示すグラフである。
【図５】実験例１の処理水中のアンモニア性窒素濃度と、硝酸性窒素濃度の関係を示すグラフである。
【図６】実験例２の非曝気部の水面から１／２の位置におけるＤＯと処理水中の硝酸性窒素の濃度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１                曝気槽
２              管体
３              曝気部
４              非曝気部
５              無酸素槽
６              ポンプ
７              曝気装置
８              膜分離装置
【図１】
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【図２】
2004249252.tif 000007
【図３】
2004249252.tif 000008
【図４】
2004249252.tif 000009
【図５】
2004249252.tif 000010
【図６】
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