(57)【要約】【課題】  余剰汚泥からのリン回収率を高めるとともに、汚泥減容化を図り、且つ、好気工程における有機炭素源の調達をプロセス内で行えるようにすること。【解決手段】  排水処理システム１０は、排水からリン及び窒素を除去する排水処理槽１２と、排水処理槽１２の汚泥からリンを回収するリン回収手段１３とを備えている。排水処理槽１２は、嫌気工程用の嫌気槽１５と、好気工程用の好気槽１６と、無酸素工程用の無酸素槽１７とを含んでいる。リン回収手段１３は、無酸素槽１７からの汚泥を可溶化するオゾン槽２１と、このオゾン槽２１を通過した汚泥可溶化液から残存汚泥を回収する第２沈殿槽２２と、第２沈殿槽２２を通過した汚泥可溶化液からリンを回収する脱リン槽２３とを備えている。リン回収後の汚泥可溶化液は、好気槽１６に返送され、好気工程時に必要な有機炭素源の供給がなされる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥及び／又は脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に排水処理することにより排水中のリン及び窒素を除去する排水処理槽を含む排水処理システムにおいて、
前記無酸素工程時の汚泥を可溶化し、その汚泥可溶化液からリンを回収するリン回収手段を備えたことを特徴とする排水処理システム。
【請求項２】
前記リン回収手段は、前記好気工程の際、リン回収後の前記汚泥可溶化液を前記排水処理槽内に返送可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の排水処理システム。
【請求項３】
脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥及び／又は脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に排水処理することにより排水中のリン及び窒素を除去する排水処理槽を含む排水処理システムにおいて、
前記排水処理槽は、前記嫌気工程を行う嫌気槽と、前記好気工程を行う好気槽と、前記無酸素工程を行う無酸素槽とを備え、
前記無酸素槽内の汚泥を可溶化し、その汚泥可溶化液からリンを回収するリン回収手段を備えたことを特徴とする排水処理システム。
【請求項４】
前記リン回収手段は、リン回収後の前記汚泥可溶化液を前記好気槽内に返送可能に設けられていることを特徴とする請求項３記載の排水処理システム。
【請求項５】
脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥及び／又は脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に排水処理することで、排水中のリン及び窒素を除去する排水処理方法において、
前記無酸素工程時の汚泥を引き抜いて可溶化し、その汚泥可溶化液からリンを回収することを特徴とする排水処理方法。
【請求項６】
リン回収後の前記汚泥可溶化液を、前記好気工程に必要な有機炭素源として利用することを特徴とする請求項５記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排水処理システム及び排水処理方法に係り、更に詳しくは、脱窒性リン蓄積細菌を使って排水中に含まれる窒素及びリンを除去する排水処理システム及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
湖沼、内湾、内海等の停滞的な閉鎖性水域においては、窒素やリンがアオコや赤潮の発生を引き起こすことから、前記水域の健全な水環境を創出するには、当該水域に流入する生活排水から窒素及びリンを十分に除去する必要がある。そこで、排水から窒素及びリンを除去する排水処理技術として、所定の細菌を用いた種々の生物学的処理が知られており、この生物学的処理として、嫌気／無酸素／好気法（Ａ２Ｏ法）が知られている（特許文献１参照）。このＡ２Ｏ法は、硝化細菌及び脱窒細菌を使って排水中から窒素成分を除去するとともに、リン蓄積細菌を使って排水中からリンを除去する方法である。
【０００３】
しかしながら、前記Ａ２Ｏ法では、炭素源の不足により効果的な窒素除去ができないことから、本発明者らにより、無炭素、無酸素条件下で脱窒及びリンの取り込みを同時に行える脱窒性リン蓄積細菌を利用した嫌気／好気／無酸素法（ＡＯＡ法）が既に提案されている（特許文献１参照）。このＡＯＡ法では、先ず、嫌気工程で、リン蓄積細菌と脱窒性リン蓄積細菌とによる有機物の摂取及びリンの放出が行われる。次に、好気工程で、リン蓄積細菌による過剰なリン取り込みが行われる。この際、そのままでは、脱窒性リン蓄積細菌の生理学的性質により、後の無酸素工程で硝酸態窒素の取り込みが行い難くなるため、有機炭素源を少量添加することで、リン蓄積細菌と脱窒性リン蓄積細菌によるリン取り込み量を制限する。そして、無酸素工程で、脱窒性リン蓄積細菌による脱窒及びリンの取り込みが行われる。
【特許文献１】特開２００３−２８５０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、地球上のリン鉱石は、今後およそ１００年で枯渇化すると言われており、排水や廃棄物からリンを回収して再利用することが社会的に要請されているところである。そこで、このような社会的要請を踏まえ、本発明者らが鋭意研究を行った結果、前記Ａ２Ｏ法では、余剰汚泥中のリン含有率は３ｗｔ％と低く、リンの再利用という観点から有用とならないが、前記ＡＯＡ法では、その余剰汚泥中に、Ａ２Ｏ法の約５倍程度（１５ｗｔ％）となる多量のリンが含有されていることを知見した。このリン含有率は、リン鉱石中のリン含有率（１４ｗｔ％）を上回る値であり、有効なリン資源となり得る数値である。このように、ＡＯＡ法の余剰汚泥に多くのリン成分が含まれる理由としては、無酸素工程で、硝酸態結合酸素を使ってリンを摂取する脱窒性リン蓄積細菌を排水処理槽内に優占化できることから、脱窒細菌や従属栄養性細菌の存在量が減少し、汚泥中のリン含有量を飛躍的に増大させるためと考えられる。
【０００５】
また、排水処理プロセスで生じる余剰汚泥は、一部嫌気工程に送られるものの、その残りは環境中に廃棄されることから、汚泥の減容化も社会的に要請されるところである。
【０００６】
更に、前記ＡＯＡ法にあっては、好気工程での有機炭素源の添加が必要であり、当該有機炭素源を別途調達しなければならないという問題がある。
【０００７】
本発明は、以上の社会的要請及び発明者の知見に基づいて案出されたものであり、その目的は、余剰汚泥からのリン回収率を高めることができる排水処理システム及び排水処理方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、好気工程における有機炭素源の調達をプロセス内で行うことができるとともに、汚泥の減容化を図ることができる排水処理システム及び排水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）前記目的を達成するため、本発明は、脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥及び／又は脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に排水処理することにより排水中のリン及び窒素を除去する排水処理槽を含む排水処理システムにおいて、
前記無酸素工程時の汚泥を可溶化し、その汚泥可溶化液からリンを回収するリン回収手段を備える、という構成を採っている。
【００１０】
（２）ここで、前記リン回収手段は、前記好気工程の際、リン回収後の前記汚泥可溶化液を前記排水処理槽内に返送可能に設けられる、という構成を採ることが好ましい。
【００１１】
（３）また、本発明は、脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥及び／又は脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に排水処理することにより排水中のリン及び窒素を除去する排水処理槽を含む排水処理システムにおいて、
前記排水処理槽は、前記嫌気工程を行う嫌気槽と、前記好気工程を行う好気槽と、前記無酸素工程を行う無酸素槽とを備え、
前記無酸素槽内の汚泥を可溶化し、その汚泥可溶化液からリンを回収するリン回収手段を備える、という構成を採ることができる。
【００１２】
（４）ここで、前記リン回収手段は、リン回収後の前記汚泥可溶化液を前記好気槽内に返送可能に設けられる、という構成を採ることが好ましい。
【００１３】
（５）また、本発明は、脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥及び／又は脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に排水処理することで、排水中のリン及び窒素を除去する排水処理方法において、
前記無酸素工程時の汚泥を引き抜いて可溶化し、その汚泥可溶化液からリンを回収する、という手法を採用している。
【００１４】
（６）ここで、リン回収後の前記汚泥可溶化液を、前記好気工程に必要な有機炭素源として利用するとよい。
【発明の効果】
【００１５】
前記（１）、（３）、（５）によれば、従来の嫌気／無酸素／好気法（Ａ２Ｏ法）の余剰汚泥を大幅に上回るリンが含有された余剰汚泥から、リンが回収されることになり、従来のＡ２Ｏ法に比べ、余剰汚泥からのリン回収率を高めることができ、リン資源の確保に資することができる。
【００１６】
また、前記（２）、（４）、（６）により、リン回収後の汚泥可溶化液が、好気工程で添加される有機炭素源として再利用されることになり、好気工程における有機炭素源の調達をプロセス内で行うことができるとともに、汚泥の可溶化によって汚泥減容化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１８】
図１には、本実施例に係る排水処理システムの概略構成図が示されている。この図において、排水処理システム１０は、排水からリン及び窒素を除去する排水処理槽１２と、この排水処理槽１２に付設され、排水処理槽１２の汚泥からリンを回収するリン回収手段１３とを備えて構成されている。
【００１９】
前記排水処理槽１２は、特開２００３−２８５０９６号公報に記載された構成と実質的に同一であり、脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥及び／又は脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜の存在下で、嫌気工程、好気工程、及び無酸素工程の順に排水処理することにより排水中のリン及び窒素を除去するようになっている。
【００２０】
すなわち、本実施例の排水処理槽１２は、排水（原水）に対し、リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌を使って有機物の摂取及びリンの放出を行う嫌気工程用の嫌気槽１５と、嫌気槽１５を通過した排水に対し、リン蓄積細菌を使って過剰なリンの取り込みを行う好気工程用の好気槽１６と、好気槽１６を通過した排水に対し、脱窒性リン蓄積細菌を使って脱窒及びリンの取り込みを行う無酸素工程用の無酸素槽１７と、無酸素槽１７を通過した排水に対し、リンを含む汚泥と排水処理が完了した処理水とに分離する第１沈殿槽１８とを備えて構成されている。
【００２１】
前記嫌気槽１５には、脱窒性リン蓄積細菌を含む汚泥が入れられており、処理対象となる窒素及びリンを含む排水が供給されるようになっている。また、嫌気槽１５には、第１沈殿槽１８で分離された汚泥の一部が返送され、嫌気槽１５内のＭＬＳＳ濃度が維持されるようになっている。
【００２２】
ここで、処理対象となる排水は、特に限定されるものではないが、水不溶性の懸濁性物質を含む場合には、それを物理的に除去する一次処理が施されたものであることが好ましい。また、排水のｐＨ値は、塩酸や水酸化ナトリウム等の通常ｐＨ調整に使用し得る化合物により、６．５〜８．５に調整することが好ましく、特に、７．０〜７．５に調整するとよい。更に、排水の温度については、特に限定されるものではないが、１５〜４０℃の範囲が望ましい。
【００２３】
嫌気槽１５内に入れられる汚泥としては、脱窒性リン蓄積細菌が含まれるものであれは良い。好ましくは、採取した脱窒性リン蓄積細菌を含む汚泥を嫌気／無酸素条件で馴養し、脱窒性リン蓄積細菌を優占化させる。この馴養では、嫌気条件終了時に硝酸ナトリウム等の硝酸イオン源を微生物の活性状態により適当量添加する必要があるが、その他については、本発明の処理方法における嫌気工程及び無酸素工程と同様に排水を供給しつつ、各条件につき脱窒性リン蓄積細菌が優占化するまでこれらの工程を繰り返し行えばよい。また、汚泥中の脱窒性リン蓄積細菌が優占化しているかどうかは、嫌気工程での有機物の取り込み及びリンの放出、並びに有機物の存在しない無酸素工程での脱窒反応及びリンの取り込み量をクロマトグラフ等の公知の測定方法により調べることで確認することができる。
【００２４】
また、嫌気槽１５内には、脱窒性リン蓄積細菌が含まれる前記汚泥の代わりに、又は、その汚泥とともに、脱窒性リン蓄積細菌が固定化された生物膜を入れてもよい。この生物膜としては、活性炭、セメントボール、有機性ポリマー等の公知の担体に脱窒性リン蓄積細菌が固定化されたものであればよく、その固定化方法としては、付着固定化法、自己固定化法、包括固定化法等の公知の方法でよく、限定されない。この生物膜は、増殖速度の遅い硝化細菌が生物膜内側に、脱窒性リン蓄積細菌が生物膜外側に局在化するような生態構造をなし、したがって、ここから剥離する菌体の多くは脱窒性リン蓄積細菌であるので、脱窒性リン蓄積細菌が含まれる汚泥を用いた場合と比較して、引き抜き汚泥中のリン含有量を高める効果が期待できる。
【００２５】
なお、前記汚泥又は生物膜の初期投入量としては、特に限定されないが、ＭＬＳＳ濃度で３０００ｍｇ／ｌ〜６０００ｍｇ／ｌが好ましい。
【００２６】
また、嫌気槽１５における処理時間は、リン蓄積細菌及び脱窒性リン蓄積細菌による有機物の取り込みが終了するまでが好ましい。
【００２７】
前記好気槽１６では、空気の送り込みによって、硝化細菌によるアンモニア態窒素の硝酸態窒素への酸化と、リン蓄積細菌によるリンの取り込みとが行われる。ここで、後述するように、好気槽１６には、前記リン回収手段１３からリン回収後の汚泥可溶化液が供給されるようになっている。この溶中には、有機炭素源が含まれており、当該有機炭素源が好気槽１６に供給されることにより、好気槽１６内に存在する脱窒性リン蓄積細菌によるリンの取り込みが規制される。その結果、後の無酸素工程で、脱窒性リン蓄積細菌による硝酸態窒素の取り込みを十分に行うことができる。ここで、リン回収手段１３からの有機炭素源の供給は、好気工程初期に行われるように制御されており、有機炭素源の供給量としては、最適な条件を適宜検討し決定すべきであるが、好ましくは、２０〜５０ｍｇ−ＴＯＣ・Ｌ−１、より好ましくは、３０〜４５ｍｇ−ＴＯＣ・Ｌ−１にするとよい。
【００２８】
また、好気槽１６内に送り込む空気の量は、硝化反応の起こる範囲の溶存酸素濃度０．３〜３ｍｇ／ｌを維持できる量であればよく、また、装置形状や微生物量により適宜決定すればよいが、好ましくは、５０〜２０００ｍｌ／ｍｉｎ、より好ましくは、１００〜５００ｍｌ／ｍｉｎである。
【００２９】
また、好気槽１６における処理時間は、アンモニア態窒素の硝酸態窒素への酸化が終わるまでが好ましい。
【００３０】
前記無酸素槽１７では、図示しない攪拌手段による攪拌を行いながら、脱窒性リン蓄積細菌を使った脱窒反応及びリンの取り込みが行われる。この際、前述したように、前工程の好気工程では、リン回収手段１３から有機炭素源が添加され、脱窒性リン蓄積細菌によるリン取り込みが規制されるため、本無酸素工程では、リン蓄積細菌と脱窒性リン蓄積細菌により硝酸態結合酸素が電子受容体としてリンと同時に効率良く取り込まれ、処理液の脱窒および脱リンが効率良く行われる。ここで、無酸素槽１７内の攪拌によって液中に略均一に分布する汚泥の一部は、無酸素槽１７からリン回収手段１３に引き抜かれるようになっている。
【００３１】
前記第１沈殿槽１８は、沈降法、膜分離法等の公知の固液分離方法により、汚泥と当該汚泥が除去された処理水とに分離し、当該処理水を外部に排出するようになっている。第１沈殿槽１８で分離された汚泥は、その一部が嫌気槽１５に返送される一方、残りが廃棄される。
【００３２】
なお、本実施例の排水処理槽１２は、各処理工程毎に異なる処理槽１５〜１８を用いる連続式を採用しているが、本発明はこれに限らず、同一の処理槽で各処理工程を行う回分式に適用可能なものにしてもよい。この場合は、前記嫌気工程が終了した後、エアポンプにより空気を送り込んで好気工程を行う。そして、空気の供給をストップして無酸素工程を行い、その後、無酸素工程終了直前の攪拌中に汚泥を引き抜き、当該汚泥を次の嫌気工程時に排水処理槽１２に供給するとともに、リン回収手段１３に送る。なお、汚泥の引き抜きは、無酸素工程終了後に、汚泥を沈降させる工程を経てドレインから引き抜いてもよい。
【００３３】
前記リン回収手段１３は、無酸素槽１７から汚泥を一部引き抜くポンプ２０と、このポンプ２０で引き抜かれた無酸素槽１７からの汚泥が送り込まれて当該汚泥を可溶化するオゾン槽２１と、このオゾン槽２１を通過した汚泥可溶化液に含まれる残存汚泥を回収する第２沈殿槽２２と、第２沈殿槽２２を通過した汚泥可溶化液からリンを回収する脱リン槽２３とを備えて構成されている。
【００３４】
前記ポンプ２０による汚泥の引き抜き量は、リン回収率および汚泥減容化率に大きく影響を及ぼすため、余剰汚泥減容化を指標とする。ここで、汚泥の減容化効率、すなわち、オゾン槽２１におけるオゾン処理に供した汚泥量のうち、減容化される汚泥の割合は、一般に３０％と言われている。このため、減容化したい汚泥量の３．３倍の汚泥の引き抜きが必要となる。
そこで、排水処理装置へ流入する全有機炭素（ＴＯＣ）負荷量をＸ（ｇ-ＴＯＣ／ｄａｙ）とし、汚泥発生率を０．７（ｇ-ＭＬＳＳ／ｇ−ＴＯＣ）とした場合、１日に発生する汚泥量は０．７Ｘ（ｇ-ＭＬＳＳ）となる。汚泥減容化率Ｙ％の達成を目指した場合、それに要する引き抜き汚泥量Ｒ（ｇ-ＭＬＳＳ）は、
Ｒ＝（０．７Ｘ）×３．３×Ｙ×０．０１
と表される。原理的にはＹは０〜１００％の範囲で自由に設定できる。
【００３５】
前記オゾン槽２１には、オゾンが注入され、無酸素槽１７からの汚泥が可溶化される。ここで、オゾンの注入条件は、オゾン濃度、オゾン注入量によって決定される。オゾン濃度の範囲としては、１〜１００（ｍｇ−Ｏ３／Ｌ）を例示でき、好ましくは、１０〜５０（ｍｇ−Ｏ３／Ｌ）程度がよい。一方、汚泥量（ＭＬＳＳ）当たりのオゾン注入量は、１〜５００（ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＭＬＳＳ）を例示でき、好ましくは、２０（ｍｇ−Ｏ３／ｇ−ＭＬＳＳ）以上がよい。
以上の２点から要するガス注入量は、０．０１〜５００（Ｌ／ｇ−ＭＬＳＳ）の範囲が適当となる。
具体的には、前述のように設定された１日当りの引き抜き汚泥量Ｒ（ＭＬＳＳ換算）を定め、汚泥量（ＭＬＳＳ）当たりのオゾン注入量に乗ずることにより、１日当たりのガス注入量が計算できる。そして、ガスを連続的に注入するか、間欠的に注入するかを選択し、注入時間（ｈｒ）に応じてガス流速（Ｌ／ｈｒ）の設定を適宜行う。
【００３６】
前記第２沈殿槽２２では、オゾン槽２１から排出された汚泥可溶化液中に残存する汚泥が、前記第１沈殿槽１８と同様の方法にて回収される。ここで回収された残存汚泥は、第１沈殿槽１８からの汚泥とともに嫌気槽１５に送られるようになっている。
【００３７】
前記脱リン槽２３には、粒状の吸着剤が充填されており、そこに、第２沈殿槽２２からの汚泥可溶化液が通過するような構造となっている。つまり、脱リン槽２３では、汚泥可溶化液中のリン成分が吸着剤によって吸着回収されるようになっている。
【００３８】
ここで、吸着剤としては、立方晶系の無機化合物であるジルコニウムフェライト系吸着剤が用いられる。当該吸着剤は、０．７〜２．０ｍｍの粒径をもつ球状となっており、表面積を約１５０ｍ２／ｇ、充填密度を１．０〜１．２ｇ／ｃｍ３となっている。ジルコニウムフェライトのイオン交換作用は，表面に多数存在する水酸基に由来し，その表面水酸基は，酸性および中性溶液中ではアニオン交換体，アルカリ性溶液中ではカチオン交換体として作用する。つまり、ジルコニウムフェライトは、リン酸イオンに対して、酸性および中性溶液中で捕捉（吸着）作用を奏する一方、アルカリ性溶液中で放出（脱離）作用を奏することになる。なお、本吸着剤は，約１０ｇ−Ｐ・ｌ−ｒｅｓｉｎ−１の吸着容量を持つことが確認されている。更に、各種イオン共存下でのリン吸着についても検討が行われ、本吸着剤は，硝酸イオン、アンモニアイオンの影響を受けずに高いリン吸着能を維持できることが確認されている。
【００３９】
また、吸着剤に吸着したリン酸の脱離は、通常水酸化ナトリウム水溶液中で行う。また、リン酸を脱離した後の吸着剤は、希塩酸や希硫酸などの酸性溶液中に浸漬させることで、リン酸を吸着可能な状態に再生可能である。このように本吸着剤は、リン酸の吸着、脱離、再生、吸着を繰り返し行うことが可能であり、その上、脱離させたリン酸イオンをリン酸塩として回収し，資源として再利用することが可能である。
【００４０】
また、本吸着剤から効率良くリンを脱離するためには、７％程度の水酸化ナトリウム水溶液を吸着剤量に対して１０倍量程度必要である。さらに，アルカリ性溶液中に過剰の水酸化ナトリウムを添加すれば、リン酸イオンはナトリウム塩として析出するので、ろ過することによってこれらを回収することができる。
【００４１】
なお、本発明における吸着剤としては、他のジルコニウム系担体の他、塩基酸炭酸イットリウム、活性アルミナ系、キレート樹脂系、パイロライト系、ハイドロタルサイト系等を用いることも可能である。
【００４２】
脱リン槽２３によってリンが除去された後の汚泥可溶化液には、有機酸、糖類、アミノ酸等の有機炭素源が含まれており、その汚泥可溶化液を前記好気槽１６に返送可能な構成となっている。
【００４３】
なお、排水処理槽１２を回分式にした場合、リン回収手段１３は、無酸素工程の終了直前若しくは終了後に、ポンプ２０による汚泥の引き抜きを行うように作動し、且つ、好気工程時に、脱リン槽２３を通過した汚泥可溶化液を排水処理槽１２に返送するような構造にするとよい。
【００４４】
従って、このような実施例によれば、無酸素工程で汚泥を引き抜き、当該汚泥中に高い含有率をもって存在するリンを回収し、当該リン回収後の汚泥可溶化液を好気工程に戻して、当該好気工程中の有機炭素源の供給をプロセス内でまかなうようになっているため、リン回収効率を高めることができるとともに、併せて汚泥の減容化を図ることができるという効果を得る。
【００４５】
なお、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施例に係る排水処理システムの概略構成図。
【符号の説明】
【００４７】
１０  排水処理システム
１２  排水処理槽
１５  嫌気槽
１６  好気槽
１７  無酸素槽
【図１】
2005238084.tif 000003