(57)【要約】【課題】性能立上げ期間を短くするとともに、安定してＢＯＤ及び窒素を除去・低減する汚水の処理方法を提供する。【解決手段】汚水中の有機物を嫌気的生物処理により処理・分解したあと、残存する有機物を好気的生物処理により処理・分解する場合に、嫌気的生物処理の後に、電気化学的処理によって汚水中のアンモニア態窒素を除去・低減させ、Ｃ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比を高めた後で好気的生物処理する。ここで、Ｃ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比は、電気化学的処理によって２．５倍以上に高めておくことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水中の有機物を嫌気的生物処理により処理・分解したあと、残存する有機物を好気的生物処理により処理・分解する場合に、
嫌気的生物処理の後に、電気化学的処理によって汚水中のアンモニア態窒素を除去・低減させ、Ｃ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比を高めた後で好気的生物処理する、汚水の処理方法。
【請求項２】
汚水中のＣ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比は、電気化学的処理によって２．５倍以上に高められている、請求項１の処理方法。
【請求項３】
電気化学的処理の方法は、陽極及び陰極を有する電極を用いた電気分解法である、請求項１又は２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、屎尿、その他の生活排水、又はこれらを合わせた合併排水（以下、単に汚水ともいう）を、嫌気的生物処理及び好気的生物処理を含む生物化学的処理と電気化学的処理とを組み合わせて処理する汚水の処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭等から排出される汚水は、多くの場合、汚水浄化槽によって処理されている。図４は、嫌気的生物処理法と好気的生物処理法とを組み合わせた生物処理を主体とする従来例の汚水浄化槽の一つで、上流側から、嫌気濾床槽第一室５１、嫌気濾床槽第二室５２、生物濾過槽５３、処理水槽５４及び消毒槽５５が配置されている。槽内の嫌気濾床槽第一室５１には短時間における汚水の多量流入を緩和するため、水量変動吸収部５６を設け、また、嫌気濾床槽第一室５１を下降流で通過した後の移流口５７に流入する液を後段の嫌気濾床槽第二室５２へ定量供給させる移送用エアリフトポンプ５８を設けている。処理水槽５４には、生物濾過槽５３での処理済み水、及び底部に沈殿する汚泥を嫌気濾床槽第一室５１に戻す循環用エアリフト管５９を設けている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
この汚水浄化槽では、嫌気濾床槽第一室５１において、流入する汚水中の固形物が槽低部へ沈殿し、あるいはスカム化によって槽上部へ浮上して、汚水中の固形物の分離が起こる。また、その濾床では有機物の嫌気的生物分解が進む。この際、窒素成分はアンモニア態窒素に転換される。嫌気濾床槽第二室５２では、嫌気濾床槽第一室５１と同様の固形物の分離や有機物の嫌気的生物分解が更に進行する。生物濾過槽５３では、残留する有機物の好気的生物分解が更に進み、また、アンモニア態窒素の硝化（硝酸態窒素化）が進む。処理水槽５４では、循環用エアリフト管５９を稼動させ、生物濾過槽５３の処理済み水を嫌気濾床槽第一室５１へ戻すが、これによって、嫌気濾床槽第一室５１では、前記処理済み水に含まれる硝酸態窒素の生物的窒素除去（窒素ガス化）が進む。これらの処理によって、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）やＴ−Ｎ（総窒素）が除去されて浄化槽から放流される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２８５４８４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
微生物を利用する従来の汚水浄化槽では、特に好気処理槽において、次のような問題、すなわち、汚水（液）温度の低い冬期では硝化細菌の活性低下で硝化能が低下し、これによって、Ｎ−ＢＯＤ（硝化細菌がアンモニア態窒素を酸化するときに消費する酸素量）が高まって、総合的にＢＯＤは高くなり処理水質が低下する問題がある。これらに対応しようとすると、好気処理槽の容量を大きくしなければならない。
また、汚水浄化槽の運転開始初期（性能立上げ時）は、硝化菌の絶対量及び増殖速度が低いため、硝化能は実質的には発揮されず、立上げ期間が長期となる。この性能立上げ期間の長期化は、同様に高いＮ−ＢＯＤ状態が持続することとなる。
【０００６】
本発明は、嫌気的生物処理槽及び好気的生物処理槽を有する汚水浄化槽で処理する場合に上記問題点を軽減又は解消し、従来よりも性能立上げ期間を短くするとともに、安定してＢＯＤ及び窒素を除去する汚水の処理方法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】
上記課題を達成するため、本発明者らは、鋭意検討を行った結果、汚水中の有機物を嫌気的生物処理により処理・分解したあとに、電気化学的処理によってアンモニア態窒素を除去・低減させ、汚水中のＮ（窒素分）濃度を減らし、Ｃ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比を高めてから、好気的生物処理にかけると、硝化菌の増殖速度の低下やその硝化能発揮の遅延、高Ｎ−ＢＯＤ状態の持続等の問題が解消されることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、汚水中の有機物を嫌気的生物処理により処理・分解したあと、残存する有機物を好気的生物処理により処理・分解する場合に、嫌気的生物処理の後に、電気化学的処理によって汚水中のアンモニア態窒素を除去・低減させ、Ｃ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比を高めた後で好気的生物処理することを特徴とする汚水の処理方法である。
【０００８】
この場合、汚水中のＣ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比は、電気化学的処理によって（その処理前後の比較で）２．５倍以上に高めておくことが好ましく、更には５倍以上に高めておくことが一層好ましい。
【０００９】
また、電気化学的処理の方法としては、好ましくは、陽極及び陰極を有する電極を用いた電気分解法である。
【００１０】
なお、Ｃ（炭素分）／Ｎ（窒素分）比のうち、Ｃ（炭素分）の量は、本明細書中では、ＢＯＤ（生物学的酸素要求量）の量として定義する。また、Ｎ（窒素分）の量は、総窒素の量として定義する。例えば、ＢＯＤが２００ｍｇ／Ｌで、総窒素が５０ｍｇ／Ｌの汚水のＣ／Ｎ比は４である。
【００１１】
【作用】
汚水を嫌気的生物処理すると、汚水の有機物中の窒素分はアンモニア態窒素に低分子化（分解）する。次いで、この液をカソード（陰極）及びアノード（陽極）を有する電極を用いて電気分解すると、汚水中に含まれる塩素イオンが陽極で酸化されて次亜塩素酸となり（（１）（２）式）、この次亜塩素酸とアンモニア態窒素とが直接反応し、窒素が除去される（（３）式）。
【００１２】
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ    …（１）
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ    …（２）
２ＮＨ４＋＋４ＨＣｌＯ→Ｎ２↑＋４ＨＣｌ＋４Ｈ２Ｏ    …（３）
【００１３】
例えば、電気分解処理前のＮ（窒素分）が５０ｍｇ／Ｌ、すなわち、Ｃ／Ｎ比が４の（平均的な）汚水を、電気分解によって窒素の量を１０ｍｇ／Ｌにまで低減させると、Ｃ／Ｎ比は２０に高まる。
ここで、上記汚水が、電気分解処理前の嫌気的生物処理でＢＯＤが４０％が除去されるとした場合には、電気分解処理前のＢＯＤは１２０ｍｇ／Ｌ、Ｎの量は（変わらずの）５０ｍｇ／Ｌであり、この段階でＣ／Ｎ比は２．４である。この液が次の電気分解処理により、Ｎの量を１０ｍｇ／Ｌにまで低減させると（ただし、ＢＯＤは変わらずの１２０ｍｇ／Ｌ）、Ｃ／Ｎ比は１２へ高まる。こうして、Ｃ／Ｎ比が高まった汚水が次の好気的生物処理にて処理される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を更に具体的に説明する。
図１は、本発明における汚水の処理方法を示すブロックシートである。先ず、汚水原水を嫌気的生物処理工程３０で処理し、固液分離と共に生物分解させる。次に電気化学的処理工程３１に移し、電気分解させ、アンモニア態窒素を除去する。この処理済み液を好気的生物処理工程３２に移し、残存する有機物を分解し除去する。以上の処理済み液を消毒槽３３に移し、大腸菌や細菌等を殺し、放流する。なお、好気的生物処理工程３２の処理済み液の一部は嫌気的生物処理工程３０に返送してもよい。
【００１５】
嫌気的生物処理工程３０では、汚水中に沈降しやすい固形物があるため、これを沈殿分離させ、合わせて濃縮貯留させる。このとき、貯留される汚泥の一部は嫌気的生物反応によってスカムとしても貯留される。嫌気的生物反応において、沈殿汚泥や分離液側に存在する有機物である蛋白質は、加水分解されアミノ酸になり、脂質はグリセリン等のアルコールになり、炭水化物は単糖類になり、これらは有機酸を経てメタン、二酸化炭素、アンモニア等に分解される。ＢＯＤはこれらの分解によって低下するが、アンモニアはアンモニウムイオン（アンモニア態窒素）としてほとんど残存するため、この段階でのＣ／Ｎ比は小さくなる。なお、嫌気的生物処理工程３０では、上記した種々の機能をさらに促進させるために、微生物付着材を用いることもできる。
【００１６】
電気化学的処理工程３１としては、通常、電気分解法を用いる。この工程では陽極において汚水中に含まれる塩素イオンが酸化されて次亜塩素酸を生成し、この次亜塩素酸とアンモニア態窒素とが直接反応し、窒素分がガス化する。これによって汚水から窒素分が減り、窒素濃度の少ない（Ｃ／Ｎ比の高い）汚水に変えることができる。電気分解では、前述の（３）式に示す反応だけではなく、僅かながらアンモニア態窒素が酸化され硝酸態窒素を生じる場合もあるが、後段の好気的生物処理工程３２に対してはアンモニア態窒素負荷が少なくなるので有機物の分解で有利となる。また、次亜塩素酸が残留することもあるが、有機物濃度が高いのでこの有機物の酸化に消費されるため、後段の好気的生物処理工程３２の微生物に対しての影響がなく、むしろ、有機物が酸化されるので有利な作用になる。さらに電気分解は、水温の影響が少ないので冬期の低水温でも上記機能が発揮される。
【００１７】
電気分解の陽極の電極材には、白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、ロジウム等貴金属又は貴金属の酸化物の１種以上で被覆されたチタン、二酸化鉛、フェライト、カーボン等を用いることができるが、好ましくはこれらのうち非溶出性電極である。また、陰極の電極材には、亜鉛、銅、銀、真鍮、金、ステンレス鋼、鉄、アルミニム、ジルコニウム、ニッケル合金、白金で被覆したチタン、パラジウム被覆した銅等を用いることができる。
【００１８】
好気的生物処理工程３２では、Ｃ／Ｎ比が高まった汚水中の有機物は、ブロワから送る空気と増殖した好気性微生物とによって容易に酸化分解される。また、残留するアンモニア態窒素の濃度は低いので硝化も進む。これによって、冬期の低水温でもＮ−ＢＯＤの悪影響を抑えることができる。なお、好気的生物処理では窒素分の少ない（すなわち、Ｃ／Ｎ比の高い）汚水のほうが分解処理しやすい。また、好気的生物処理工程３２では上記の機能をさらに促進させるために、微生物付着材を用いることもできる。
上記の処理工程を経ることにより、汚水はＢＯＤ濃度及び窒素濃度の低い処理水へと年間を通じて処理浄化される。
【００１９】
図２は、本発明の処理方法を用いた汚水浄化槽の一例である。汚水浄化槽１は、上流側から、嫌気的生物処理工程としての第一の嫌気処理槽２及び第二の嫌気処理槽３を備えており、第二の嫌気処理槽３の一部に移流管４を設け、この移流管４の上部には電気化学的処理工程としての電気分解槽５を設け、その後流に、好気的生物処理工程としての好気的生物処理槽６、及びその好気的生物処理槽６の下部で連通する処理水槽７を備えており、この処理水槽７の上部に消毒槽８を備えている。
【００２０】
更に詳しく説明すると、第一の嫌気処理槽２には汚水流入管９が設けられ、また汚水流入管９の下方には上部及び下部が開口する箱状の流入バッフル１０が設けられ、更には汚水流入管２と反対側の仕切り壁には移流管１１が設けられている。第一の嫌気処理槽２では、流入する汚水中の沈降しやすい固形物を沈殿分離させ、これを槽底部で濃縮貯留させる。このとき、槽底部に貯留する汚泥の一部は嫌気的生物反応によってスカムとなり、浮上して槽上部にて貯留する。また、濾床２２では、嫌気的生物反応を進行させる。第二の嫌気処理槽３では、第一の嫌気処理槽２と同様な処理機能を持たせ、スカム化による槽上部での汚泥貯留、濾床２３での有機物分解、及び沈殿による底部での汚泥を貯留する。以上の嫌気的生物処理槽（第一の嫌気処理槽２、第二の嫌気処理槽３）で、有機物の分解に伴ってそれらに含まれる窒素分の多くはアンモニア態窒素に転換される。なお、濾床２２、２３を設けなくすることもできる。
【００２１】
第一の嫌気処理槽２及び第二の嫌気処理槽３のそれぞれの上部には、流入する汚水の変動を緩和させ次槽へ移流させるために、液水準が最高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）及び最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）の間で変動可能な流量調整部１２を設けている。また、第二の嫌気処理槽３内に配置した移流管４のＬ．Ｗ．Ｌには、電気分解槽５へ液を一定流速で移送させる移送ポンプ１３の吸込口１４を設けている。この場合、第一の嫌気処理槽２と第二の嫌気処理槽３との水位は、汚水の流入量が移送ポンプ１３の送液量よりも多いか少ないかによってＬ．Ｗ．ＬとＨ．Ｗ．Ｌとの間を変動する。そうすることによって、汚水の流入量は平均化され、上記嫌気的生物処理槽（第一の嫌気処理槽２、第二の嫌気処理槽３）では、各槽のそれぞれの機能は良好に発揮される。なお、移送ポンプ１３は、図２では、ブロワ１５から送気される空気を用いるエアリフトポンプであるが、密閉容器に空気を圧送させる間欠定量ポンプや電動による水中ポンプ等を用いることもできる。
【００２２】
電気分解槽５は、移送ポンプ１３から送られる液を電気分解して、存在するアンモニア態窒素を窒素ガス化して脱窒素するもので、陽極と陰極とで構成する電極が備えられ、これに通電箱１６から直流電流を供給する。嫌気処理された液を電気分解すると、液に含まれる塩素イオンは陰極で酸化され次亜塩素酸を生成し、この次亜塩素酸とアンモニア態窒素とが反応して窒素ガスになる。電気分解では、前記した（３）式に示す反応だけではなく、僅かながらアンモニア態窒素が酸化され硝酸態窒素を生じる場合もあるが、これは後段の好気的生物処理槽６に対してアンモニア態窒素負荷が少なくＣ／Ｎ比の高い汚水となるので、有機物の分解で有利となる。また、次亜塩素酸が残留することもあるが、有機物濃度が高いのでこの有機物の酸化に消費され、後段の好気的生物処理槽６における微生物への悪影響は低下し、むしろ有利に作用する。
【００２３】
好気的生物処理槽６では、曝気するための散気管１７を底部に配置し、ブロワ１５からの空気を噴出させる。また、好気的生物処理槽６には微生物付着材（担体、微生物担体、接触材、接触濾材ともいう）を充填した床を形成させる。ここで、微生物付着材を充填した床は、微生物付着材が噴出する空気によって液と共に流動する流動床であっても、液のみが動く固定床であっても、あるいは流動床と固定床の両方を組み込んだものであってもよい。なお、流動床と固定床との両方を組み込む場合は、流動床を上側に、固定床を下側に上下方向に配置させたり、流動床を前段に、固定床を後段に横方向に並置させたりすることができる。好気的生物処理槽６では、曝気を行い、（微生物が付着している）微生物付着材と液とが十分に混ざるようにし、あるいは、微生物付着材と液とが積極的に接触するようにし、これによって有機物を酸化・分解し、アンモニア態窒素が残留する場合には硝化も進む。
【００２４】
用いる微生物付着材の形状は、板状、網板状、ヘチマ状、多孔質状、筒状、棒状、骨格球状、紐状、更には粒状、不定形な塊状、立方体状、繊維塊状等の種々の形状に加工したものを用いることができる。流動床にはこれら微生物付着材のうち、比較的小さく流動しやすい形状のものが好ましく用いられ、また、固定床には比較的大きく固定しやすい形状のものが好ましく用いられる。微生物付着材の材質としては、塩化ビニリデン、ポリビニルフォルマール、ポリウレタン、メラミン樹脂等の合成樹脂製加工物、セラミックス、珪砂等の無機製加工物、アンスラサイト等の化石加工物、活性炭等で、比重が約１又は１以上のもの、また、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン等で、比重が約１又は１以下のもののいずれも用いることができる。
【００２５】
好気的生物処理槽６と次槽の処理水槽７との境界部の下部（底部）は互いに連通させ、好気的生物処理槽６から処理水槽７へ移流する液を、処理水槽７の上部一画に設けている消毒槽８へ越流させる。処理水槽７には、液中のＳＳを沈殿分離させる機能もある。
【００２６】
また、処理水槽７には、好気的生物処理槽６で処理した液の一部を第一の嫌気処理槽２へ戻す返送ポンプ１８を設けることが好ましい。好気的生物処理済み液を返送させることで、処理水槽７の底部に沈殿する汚泥を引抜くことができることや、硝酸態窒素がある場合には第一の嫌気処理槽２で生物的作用によって脱窒素できるからである。返送ポンプ１８からの液の返送は、連続であっても間欠であってもよい。なお、返送ポンプ１８は、図２ではブロワ１５から送気するエアリフトポンプを示したが、密閉容器に空気を圧送させる間欠定量ポンプや電動ポンプ等を用いることもできる。
【００２７】
消毒槽８では、処理水槽６からの移流液を薬筒１９と接触させて消毒又は殺菌する。また、汚水浄化槽の各槽（各室）の上部には点検や清掃等の維持管理が容易に行えるようにマンホールを設けていて、通常、そこにマンホールカバー２１を取り付けている。
【００２８】
（実験例）
アンモニア態窒素を含む人工排水を用いて電気分解し、脱窒素試験を行った。人工排水および電気分解の条件は次のとおりである。
人工排水は、炭酸水素ナトリウム０．２５ミリモル、塩化カルシウム０．２５ミリモル、硫酸マグネシウム０．２５ミリモル、炭酸水素カリウム０．０２５ミリモル、塩化アンモニウム２．８６ミリモルを蒸留水に溶かして１リットルとし、この水溶液０．５リットルを試験に用いた。
電極材は、アノードには白金・イリジウムをチタン板に被覆したもの、陰極には真鍮を用いた。電流は定電流にして、電流密度０．０１５Ａ／ｃｍ２に設定した。
電気分解６０分まで行った試験結果を図３に示す。アンモニア態窒素３５ｍｇ／Ｌが６０分後では、３ｍｇ／Ｌに低下し、３２ｍｇ／Ｌが除去できた。なお、硝酸態窒素は２ｍｇ／Ｌ生成したが、総窒素としては５ｍｇ／Ｌまでに低下した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明における汚水の処理方法では、嫌気的生物処理済み液を予め電気化学的処理してアンモニア態窒素を除き、生物分解しやすいＣ／Ｎ比に高めてから好気的生物処理に移すので、好気的生物処理では、たとえアンモニア態窒素が残存しても低濃度であり、硝化が十分になされる。そのため、Ｎ−ＢＯＤの悪影響を抑えることができ、低濃度ＢＯＤで低濃度窒素の処理水（処理済み液）を得ることができる。
本発明の処理方法を用いた汚水浄化槽では、その処理性能の立上げ期間を短くすることができ、また、年間を通して高度にＢＯＤおよび窒素が除去され安定した処理水を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における汚水の処理方法を示すブロックシート。
【図２】本発明の処理方法を用いた汚水浄化槽の一例で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ面における概略断面図。
【図３】電気分解槽を用いた実験例のグラフ。
【図４】従来例の汚水浄化槽の概略断面図。
【符号の説明】
１：汚水浄化槽    ２：第一の嫌気処理槽
３：第二の嫌気処理槽  ４：移流管
５：電気分解槽    ６：好気的生物処理槽
７：処理水槽    ８：消毒槽    ９：汚水流入口
１０：バッフル    １１：移流管    １２：流量調整部
１３：移送ポンプ    １４：吸込口    １５：ブロワ
１６：通電箱    １７：散気管    １８：返送ポンプ
１９：薬筒    ２０：放流口    ２１：マンホールカバー
２２：濾床    ２３：濾床
５１：嫌気濾床槽第一室    ５２：嫌気濾床槽第二室
５３：生物濾過槽    ５４：処理水槽    ５５：消毒槽
５６：水量変動吸収部    ５７：ポンプ槽
５８：移送用エアリフトポンプ
５９：循環用エアリフト管
【図１】
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【図２】
2004337696.tif 000004
【図３】
2004337696.tif 000005
【図４】
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