(57)【要約】【課題】各処理槽の容積を小さくでき、設備構成が簡単でメンテナンスの容易な浮遊物質を含有する有機性排水の処理方法と装置を提供する。【解決手段】浮遊性物質を含有した有機性排水を、順次処理する固液分離槽１、窒素除去槽２及び硝酸化・ろ過槽３を直列に組合わせた処理装置において、前記窒素除去槽２が、内部に脱窒素菌を高濃度に保持する脱窒素用担体５を有し、前記硝酸化・ろ過槽３が、内部に硝酸菌を固定した好気性固定床型生物ろ床９と該ろ床の下方に空気を散気する手段１０とを有すると共に、前記硝酸化・ろ過槽流出水の一部を窒素除去槽に循環する経路１３を有することとしたものであり、前記固液分離には、凝集剤を添加してもよい。【選択図】　図１
2004141719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊性物質を含有した有機性排水を、あらかじめ固液分離し、該分離水を脱窒素菌を高濃度で保持する担体が存在する窒素除去工程で処理し、次いで、該処理水を硝化機能とろ過機能とを有する硝酸化ろ過工程で処理して、該処理水の一部を前記窒素除去工程に循環することを特徴とする有機性排水の処理方法。
【請求項２】
前記固液分離は、凝集剤を添加して行うことを特徴とする請求項１記載の有機性排水の処理方法。
【請求項３】
浮遊性物質を含有した有機性排水を、順次処理して行う固液分離槽、窒素除去槽及び硝酸化・ろ過槽を直列に組合わせた処理装置において、前記窒素除去槽が、内部に脱窒素菌を高濃度に保持する脱窒素用担体を有し、前記硝酸化・ろ過槽が、内部に硝酸菌を固定した好気性固定床型生物ろ床と該ろ床の下方に空気を散気する手段とを有すると共に、前記硝酸化・ろ過槽流出水の一部を窒素除去槽に循環する経路を有することを特徴とする有機性排水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水の処理に係り、特に、下水、排水、汚濁の進んだ河川水、湖沼水等の浮遊性物質を含有した有機性排水を生物学的に脱窒素処理する有機性排水の処理方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００１−３４７２９１号公報
従来の生物学的窒素除去法である循環式硝化脱窒素法のフローを図３に示す。図３では、前段が無酸素条件下の脱窒素槽２、後段が好気性条件下の硝化槽３で構成されている。被処理水１１中のアンモニア態窒素は、硝化槽３において硝化されて硝酸態窒素及び亜硝酸態窒素となり、これらを含む硝化液１３は、脱窒素槽２へ返送される。脱窒素槽２においては、被処理水中の有機物を水素供与体として利用し、硝化槽３から戻された硝酸態窒素と亜硝酸態窒素を脱窒素する。
脱窒素反応と硝化反応は、それぞれ活性汚泥中の脱窒素菌と硝化菌の作用を利用したものであり、活性汚泥を系内に保持するためには、沈殿池１による固液分離を行う必要がある。分離された汚泥１９は、脱窒素槽へ返送されて系内を循環する。一方、一部の汚泥は、余剰汚泥１６として系外へ排出される。
【０００３】
また、従来の生物学的窒素除去法の別の例である担体投入型循環式硝化脱窒素法のフローを図４に示す。図４では、前段が無酸素条件下の脱窒素槽２、後段が好気性条件下の硝化槽３で構成されており、硝化槽３には、浮遊性の担体５を投入している。
この方法は、硝化槽３に入れた担体５表面に硝化菌を固定化し、汚泥滞留時間に依存しない硝化菌の確実な系内保持を行うことにより、硝化槽容積を小さくし、かつ安定した硝化を行うものである。
一方、脱窒素処理は、前記図３の方法と同様に、活性汚泥中の脱窒素菌の作用を利用している。よって、図３の方法と同様に、汚泥を沈殿池１により固液分離して脱窒素槽２へ返送する必要がある。
【０００４】
前記図３の生物学的窒素除去法には、次のような問題点がある。
▲１▼亜硝酸菌の増殖速度が、ＢＯＤ酸化菌に比べて極めて小さいため、硝化槽容量を大きくして好気槽の汚泥滞留時間（Ａ−ＳＲＴ）を長くする必要がある。このため施設の敷地面積が大きくなる。
▲２▼脱窒素速度を大きくするためには、ＭＬＳＳ濃度を大きくすることが有効であるが、ＭＬＳＳの増加は沈殿池の増大を伴う。一般的なＭＬＳＳ濃度である２，０００〜３，０００ｍｇ／Ｌを維持して窒素除去量を大きくするには、脱窒素槽容量を大きくする必要がある。このため敷地面積が大きくなる。
▲３▼活性汚泥処理では、一般に曝気による酸素吸収効率が低い。このため、反応に必要な酸素量をまかなうには、必要以上の送気が必要となり、ブロワー動力費が増大する。
▲４▼沈殿池での固液分離処理水のＳＳ濃度は、通常２０ｍｇ／Ｌ前後であるため、処理水を再利用するには、砂ろ過処理によるＳＳ濃度の低減が必要である。
▲５▼沈殿池での固液分離では、汚泥の濃縮は不十分であり、余剰汚泥を処理する場合には、汚泥濃縮槽での濃縮が必要である。
【０００５】
また、前記図４の方法によれば、担体を用いることにより、硝化槽容積を小さくすることが可能である一方、担体が高価であることと、担体の定期的な交換が必要であることから、コストが高く、また、廃棄物の発生を伴う。さらに、前記図３の方法で問題点として挙げた▲２▼〜▲５▼の問題点が、この方法でも同様に挙げられる。
さらに、これらを解決する方法として、本発明者らは、先に、有機性排水を脱窒素菌を高濃度で保持する担体が存在する窒素除去工程で処理し、該処理後の排水を接触ろ過機能と汚泥濃縮機能を有する固液分離工程に通した後、該ろ液を硝化機能とろ過機能とを有する硝酸化工程で処理し、処理液の一部を前記窒素除去工程に循環する有機性排水の処理方法（特開２００１−３４７２９１号公報）を提案した。この方法では、有機性排水に浮遊物質が比較的少ない場合は効果的であるが、浮遊物質が多く含まれると窒素除去工程での担体に、脱窒素菌が高濃度で保持できない場合がある。加えて、硝酸化工程での処理液を窒素除去工程に循環するため、窒素除去工程後の固液分離工程の処理液量が増大し、その結果、固液分離装置を循環量に相当する分だけ大きくしなければならないという本質的な問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解消し、固液分離槽、脱窒素槽（窒素除去槽）及び硝化槽（硝酸化槽）の容積を小さくでき、設備構成が簡単でメンテナンスの容易な浮遊物質を含有する有機性排水の処理方法と装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、浮遊性物質を含有した有機性排水をあらかじめ固液分離し、該分離水を脱窒素菌を高濃度で保持する担体が存在する窒素除去工程で処理し、次いで、該処理水を硝化機能とろ過機能とを有する硝酸化ろ過工程で処理して、該処理水の一部を前記窒素除去工程に循環することを特徴とする有機性排水の処理方法としたものである。
前記処理方法において、固液分離は、凝集剤を添加して行うことができる。
また、本発明では、浮遊性物質を含有した有機性排水を、順次処理して行う固液分離槽、窒素除去槽及び硝酸化・ろ過槽を直列に組合わせた処理装置において、前記窒素除去槽が、内部に脱窒素菌を高濃度に保持する脱窒素用担体を有し、前記硝酸化・ろ過槽が、内部に硝酸菌を固定した好気性固定床型生物ろ床と該ろ床の下方に空気を散気する手段とを有すると共に、前記硝酸化・ろ過槽流出水の一部を窒素除去槽に循環する経路を有することを特徴とする有機性排水の処理装置としたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明において、第１段は、固液分離槽であり、公知の固液分離工程で用いられるいずれのものでも良いが、下水処理で通常使用されている最初沈殿池でも良い。第２段は、脱窒素用担体を有し無酸素条件下の窒素除去槽（脱窒素槽）、第３段は、好気性条件下の硝酸化・ろ過槽で構成されており、硝酸化・ろ過槽流出水の一部を脱窒素槽に返送する。
本発明における第２段の脱窒素槽は、脱窒素担体を投入して脱窒素菌を脱窒素槽内に高濃度に保持する。脱窒素担体は、自由に流動できることが望ましく、これにより、脱窒素槽容積を小さくし、敷地面積の縮小を行う。
また、第３段の硝酸化・ろ過槽は、硝化反応を好気性固定床型生物ろ過法で行い、ろ材表面に硝化菌を固定化して硝化菌の流出を防ぎ、硝化槽容積を小さくして敷地面積の縮小を行うことができる。更に、固定床型の利点として、酸素吸収効率が高いためブロワー動力費が低くできると共に、ろ過処理を兼ねるために処理水は清澄であり、そのままで再利用が可能である。
そして、本発明では、脱窒素用担体と好気性固定床型生物ろ過法の併用により、活性汚泥を用いる必要がなく、このため沈殿池と汚泥返送用設備が不要となった。
【０００９】
次に、本発明の有機性排水の処理装置の一例を示す図１のフロー構成図を用いて、本発明を説明する。
図１において、１は固液分離槽であり、２は、内部に担体５が浮遊し、流出口に担体分離スクリーン６を有する脱窒素槽であり、３は、内部に好気性固定床型生物ろ床であるろ材層９を有し、該ろ材層の下部に散気管１０を有する硝酸化・ろ過槽であり、４は処理水槽である。
被処理水１１は、固液分離槽１に流入し、浮遊性物質を自然沈殿させ、上澄水１５を脱窒素槽２へ導く。この際、沈殿効率を上げるためにアルミニウム塩や鉄塩などの無機凝集剤、もしくは有機高分子凝集剤などの薬剤１４を用いてもよい。沈殿した浮遊物質は、汚泥１６として排泥される。
【００１０】
循環水１３中の硝酸態窒素と亜硝酸態窒素は、上澄水１５に含まれる有機物を水素供与体として脱窒素される。脱窒素槽２には、担体５が充填されており、脱窒素処理水は、スクリーン６により担体と分離された後に、硝酸化・ろ過槽３へ流入する。担体５は、酸素の含まないガスもしくは機械的な撹拌により流動していることが好ましい。担体表面の拡散がよくなり、基質が担体内部まで移動する事ができ、かつ、脱窒素反応によって生成する窒素ガスが、担体に絡みつくのを防止する役目もある。固定床や流動層状態であると、微細な窒素ガスが担体表面を覆い、基質と脱窒素菌との接触が悪くなることがしばしば生じる。
硝酸化・ろ過槽３では、散気管１０から空気１７が散気されて、アンモニア態窒素の硝化が行われ、硝酸態窒素と亜硝酸態窒素を含む処理水１２は、処理水槽４を経て一部は循環水１３として脱窒素槽２へ返送され、一部は処理水１２として放流される。ここでは図示していないが、硝酸化・ろ過槽３は、処理を継続するとろ床の目詰まりが生じる。目詰まりが生じた場合、もしくは予測される場合に逆洗を行う。その際、処理水槽４の液を用い、逆洗排水は固液分離槽１に戻す。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
実施例１
本実施例は、脱窒素用担体を用いて脱窒素処理を行った実施例であり、原水ＮＯ３−Ｎ負荷と窒素除去速度の関係を図２に示す。本実施例では、原水ＮＯ３−Ｎ濃度１５０ｍｇ／Ｌ、水温３０℃であり、ＮＯ３−Ｎ容積負荷約３ｋｇ−Ｎ／（ｍ３・ｄ）に対して除去率８０％以上を得ている。
ちなみに、浮遊式活性汚泥法における脱窒素速度は、３０℃において約１５ｍｇ−Ｎ／（ｇ−ＭＬＳＳ・ｈ）であり、ＭＬＳＳ＝３，０００ｍｇ／Ｌとすると約１ｋｇ−Ｎ／（ｍ３・ｄ）である。
【００１２】
実施例２
本実施例は、硝化槽に好気性固定床型生物ろ床を用いて硝化処理を行った実施例であり、その結果を表１示す。この実施例の原水は、下水の２次処理水であり、原水ＮＨ４−Ｎ濃度が４ｍｇ／Ｌと２１ｍｇ／Ｌのどちらの場合においても０．３ｋｇ−Ｎ／（ｍ３・ｄ）以上の硝化速度を得ている。
ちなみに、浮遊式活性汚泥法における硝化速度は、水温３０℃において約２ｍｇ−Ｎ／（ｇ−ＭＬＳＳ・ｈ）であり、ＭＬＳＳ＝３，０００ｍｇ／Ｌとすると約０．１５ｋｇ−Ｎ／（ｍ３・ｄ）である。
【００１３】
【表１】
2004141719.tif 000003
【００１４】
実施例３
図１の処理フローを用いた場合の処理性能を表２に示す。
脱窒素処理の条件は、脱窒素槽容積＝６０ｍ３、ＮＯｘ−Ｎ容積負荷＝０．５０ｋｇ−Ｎ／（ｍ３槽・ｄ）、滞留時間＝１．５時間である。硝化処理の条件は、硝化槽ろ材容量を１６０ｍ３、ＮＨ４−Ｎ容積負荷＝０．２８ｋｇ−Ｎ／（ｍ３槽・ｄ）、ＢＯＤ容積負荷＝０．６ｋｇ／（ｍ３槽・ｄ）である。
【００１５】
【表２】
2004141719.tif 000004
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）脱窒素菌が脱窒素槽内に高濃度で保持されるため、脱窒素槽容積を小さくすることが可能である。
（２）硝化菌が硝化槽ろ床表面に固定化されるため、Ａ−ＳＲＴを短くしても硝化槽からの硝化菌流出は生じない。よって、硝化槽容積を小さくすることができる。
（３）硝化槽における酸素吸収効率が高く、ブロワー動力費を低く抑えることが可能である。
（４）浮遊式活性汚泥を用いないため、沈殿池と汚泥返送用設備が不要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】原水ＮＯ３−Ｎ負荷と窒素除去速度の関係を示すグラフ。
【図３】従来の処理装置の一例を示すフロー構成図。
【図４】従来の処理装置の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
１：固液分離槽、２：脱窒素槽、３：硝酸化・ろ過槽（硝化槽）、４：処理水槽、５：担体、６：スクリーン、９：ろ材層、１０：散気管、１１：被処理水、１２：処理水、１３：循環水、１４：凝集剤、１５：固液分離処理水、１６：汚泥、１７：空気、１９：返送汚泥
【図１】
2004141719.tif 000005
【図２】
2004141719.tif 000006
【図３】
2004141719.tif 000007
【図４】
2004141719.tif 000008