(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水及び返送汚泥が流入する嫌気槽と、
該嫌気槽からの混合液に結合酸素を与える無酸素槽及び／又は該混合液を曝気する好気槽と、
該無酸素槽又は好気槽からの流出液を固液分離する第１の固液分離手段と、
該第１の固液分離手段で固液分離された汚泥の少なくとも一部を前記返送汚泥として前記嫌気槽へ返送する手段と、
前記嫌気槽内から引き抜かれる混合液の一部を固液分離する第２の固液分離手段と、
該第２の固液分離手段で分離された汚泥の少なくとも一部を可溶化する可溶化手段と、
該可溶化手段で可溶化された汚泥を前記嫌気槽に返送する可溶化汚泥返送手段と、
該第２の固液分離手段で分離された分離水からリンを除去するリン除去手段と、
前記リン除去手段でリンが除去された水を好気処理するか、もしくは前記無酸素槽又は好気槽に送給する手段を備えた生物脱リン装置において、
前記可溶化汚泥返送手段は、前記第２の固液分離手段で分離された汚泥の一部のみを前記可溶化手段に送給するものであって、
該第２の固液分離手段で分離された汚泥の残部を前記好気槽に送給する手段を備えたことを特徴とする生物脱リン装置。
【請求項２】
請求項１において、前記可溶化汚泥返送手段は、前記可溶化手段で可溶化された汚泥の少なくとも一部を受け入れて醗酵処理する醗酵槽を備えており、
該醗酵槽で醗酵処理された汚泥を前記嫌気槽に返送することを特徴とする生物脱リン装置。
【請求項３】
請求項２において、前記可溶化汚泥返送手段は、前記可溶化手段で可溶化された汚泥の一部のみを前記醗酵槽に送給するようにした生物脱リン装置であって、
該可溶化手段で可溶化された汚泥の残部を前記第２の固液分離手段に送給する手段を備えたことを特徴とする生物脱リン装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記醗酵槽で醗酵処理された汚泥の一部を前記第２の固液分離手段に送給する手段を備えたことを特徴とする生物脱リン装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項において、原水の一部を前記醗酵槽に送給する手段を備えたことを特徴とする生物脱リン装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嫌気好気法により生物的に脱リンを行う生物脱リン装置に係り、特に、汚泥減容化手段を有した生物脱リン装置に関する。さらに詳しくは、リンの効率的な除去を可能とした生物脱リン装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リンを含む廃水を活性汚泥による生物処理を行う活性汚泥処理工程では、原水中の有機物の分解とともにリンが減少する。微生物の物質代謝において、リンは、ＡＴＰや、核酸（ＤＮＡ，ＲＮＡ）にも含まれており、菌体合成に必要な要素の一つである。通常、活性汚泥には約２．３％前後のリンが存在しており、菌体合成に伴い、リンの除去が期待される。しかし、活性汚泥処理におけるリンの除去量は、汚泥の平均滞留時間が一定であれば、通常、排水中の有機物質濃度にほぼ比例することから、リンの除去量には限りがある。
【０００３】
一方、ある特定の条件下では、菌体の構成や代謝に必要なリンの摂取以外に、多量のリンが菌体内に蓄積され、これらの活性汚泥に占めるリン濃度は６〜８％にも達することがある（過剰摂取（luxury uptake）現象）。即ち、活性汚泥の環境を嫌気性条件にして、強制的にリンを放出させた汚泥は、その後のリンの摂取量が著しく増加する。
【０００４】
この過剰摂取現象を利用した生物脱リン装置にあっては、原水が流入する嫌気槽に返送汚泥を導入して汚泥からリンを放出させ、このリン欠乏汚泥を含む原水を好気処理して汚泥にリンを過剰に摂取させて脱リンを図るようにしている。
【０００５】
このような生物脱リン装置にあっては、リンは汚泥中に取り込まれ、余剰汚泥と共に水中から分離されるのであるが、発生する汚泥量が多いという欠点がある。
【０００６】
そこで、返送汚泥を可溶化して汚泥を減容すると共に、嫌気槽にて汚泥から放出されたリン含有水を晶析脱リン処理するようにした生物脱リン装置が本出願人より提案された（特開平１１−５７７７３号公報）。
【０００７】
同号公報の生物脱リン装置は、嫌気好気法による生物脱リン装置において、返送汚泥の一部が導入される汚泥可溶化手段と、該汚泥可溶化手段で可溶化された汚泥を嫌気槽に返送する手段と、嫌気槽内液が導入される脱リン反応塔とを備えてなるものである。
【０００８】
この生物脱リン装置では、返送汚泥の少なくとも一部を可溶化して再び生物処理することにより、汚泥を減容化することができる。また、返送汚泥を可溶化し、可溶化汚泥に含まれるリンを嫌気槽を経て脱リン反応塔（ＭＡＰ反応塔）でＭＡＰ（リン酸マグネシウムアンモニウム６水塩）として除去、回収することにより、リンを系外へ排出することができる。
【０００９】
図３は同号公報に記載の生物脱リン装置を示す系統図であり、この生物脱リン装置は、嫌気槽１、ＭＡＰ反応塔２、脱窒素槽３、硝化槽（好気槽）４、沈殿槽５及び可溶化槽６で構成され、廃水は可溶化槽６からの可溶化汚泥と共に嫌気槽１に導入される。嫌気槽１では、嫌気条件下、可溶化汚泥中のリン（このリンは、生物処理により殆どのものがＭＡＰ生成に有利な正リン酸の形態となっている。）が液側へ放出される。この嫌気処理液はＭＡＰ反応塔２に導入される。この嫌気処理液は通常の場合リン濃度１５〜２５ｍｇ／Ｌ程度であり、ＭＡＰ生成反応が円滑に進行する。
【００１０】
ＭＡＰ反応塔２では、ＭＡＰが析出するｐＨ条件、好ましくはｐＨ８〜１０、より好ましくはｐＨ８〜９となるように、ＮａＯＨ等のアルカリが注入されると共に、ＭＡＰの析出にマグネシウムが不足する場合には、ＭｇＣｌ２，Ｍｇ（ＯＨ）２等のマグネシウム化合物（マグネシウム化合物を含有するものであれば良く、海水であっても良い。）が添加され、液中のリン及びアンモニアとマグネシウムとの反応でＭＡＰが生成、析出し、これにより、液中のリンが除去される。
特に、可溶化汚泥中のリンは、生物処理を受けることによりＭＡＰの生成に有利な正リン酸の形態となっており、ＭＡＰ反応塔２でのＭＡＰ生成反応効率が高く、このため、効率的なリンの除去を行える。
【００１１】
ＭＡＰ反応塔２の流出液は、通常リン濃度１０ｍｇ／Ｌ程度の液であり、この流出液は次いで脱窒素槽３に導入される。この脱窒素槽３では、廃水中のＢＯＤを利用して硝化循環液中のＮＯ３やＮＯ２が脱窒素される。
【００１２】
脱窒素処理液は好気槽４に導入され、曝気により、液中のアンモニアがＮＯ３やＮＯ２ に酸化される。また、好気条件下でリンの活性汚泥への取り込みが行われ、液中のリン濃度が低減される。
【００１３】
この硝化処理液の一部は、ＮＯ３，ＮＯ２を供給するために脱窒素槽３に返送され、残部は沈殿槽５に送給され固液分離される。
【００１４】
沈殿槽５の分離液は処理水として系外へ排出される。この処理水は、ＭＡＰ反応塔２でのＭＡＰ生成でリン及び窒素が除去され、更に脱窒素槽３で窒素が除去され、好気槽４でリンが除去された、良好な水質の処理水である。
【００１５】
一方、生物処理により正リン酸の形態としてリンを取り込んだ沈殿槽５の分離汚泥は、その少なくとも一部が可溶化槽６に導入され、オゾンガスの吹き込みにより可溶化処理される。即ち、汚泥はオゾンによりＢＯＤ成分に酸化分解され、可溶化される。
【００１６】
この可溶化槽６のオゾン処理ガスとしては、純オゾンの他、オゾン含有空気、オゾン化空気等が使用される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
種々の研究の結果、図３に示す生物脱リン装置にあっては、ＭＡＰ反応塔３に導入される水が汚泥を多量に含むために、ＭＡＰ生成反応が阻害されることがあることが認められた。
【００１８】
本発明は、汚泥が減容されると共にリンの除去効率が著しく高い生物脱リン装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物脱リン装置は、原水及び返送汚泥が流入する嫌気槽と、該嫌気槽からの混合液に結合酸素を与える無酸素槽及び／又は該混合液を曝気する好気槽と、該無酸素槽又は好気槽からの流出液を固液分離する第１の固液分離手段と、該第１の固液分離手段で固液分離された汚泥の少なくとも一部を前記返送汚泥として前記嫌気槽へ返送する手段と前記嫌気槽内から引き抜かれる混合液の一部を固液分離する第２の固液分離手段と、該第２の固液分離手段で分離された汚泥の少なくとも一部を可溶化する可溶化手段と、該可溶化手段で可溶化された汚泥を前記嫌気槽に返送する可溶化汚泥返送手段と、該第２の固液分離手段で分離された分離水からリンを除去するリン除去手段と、前記リン除去手段でリンが除去された水を好気処理するか、もしくは前記無酸素槽又は好気槽に送給する手段を備えた生物脱リン装置において、前記可溶化汚泥返送手段は、前記第２の固液分離手段で分離された汚泥の一部のみを前記可溶化手段に送給するものであって、該第２の固液分離手段で分離された汚泥の残部を前記好気槽に送給する手段を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
かかる本発明の生物脱リン装置にあっては、原水が導入される嫌気槽に返送汚泥を導入し、該返送汚泥からリンを放出させる。この放出されたリンを含む嫌気処理水が固液分離処理され、分離された水分のみがリン除去手段に送給されるので、このリン除去手段のリン除去効率がきわめて高いものとなる。
【００２１】
また、本発明においては、第２の固液分離手段で分離された固形分を可溶化処理することにより、汚泥が減容化される。
【００２２】
本発明では、このリン除去手段にてリンが除去された水を好気処理する。この好気処理を行うために、リン除去処理水を前記無酸素槽又は好気槽に導入してもよい。
【００２３】
本発明では、嫌気槽での嫌気度合いを強くしてリン放出を促進することが好ましい。このために、可溶化手段で可溶化された汚泥を醗酵処理してから嫌気槽に導入してもよい。
【００２４】
本発明装置は、都市排水、工業排水、河川水など各種のリン含有水の処理に適用される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る生物脱リン装置の系統図である。原水は汚泥返送管１４からの返送汚泥と共に嫌気槽１１に導入される。この嫌気槽１１において、返送汚泥からリンが放出される。また、同時に原水中の有機物質が微生物に摂取される。
【００２６】
この嫌気槽１１内の混合液は、一部は固液分離手段１６へ送られ、残部は好気槽１２へ送られ、散気管から吹き込まれる空気によって好気的に処理され、有機物質の好気性分解処理や、アンモニア成分等の硝酸化又は亜硝酸化が行われる。
【００２７】
なお、好気槽１２に代えて、結合酸素（硝酸イオン又は亜硝酸イオン）を与える無酸素槽（図示せず）を設けてもよい。その場合、結合酸素は外部から硝化液を加える。結合酸素を与える無酸素槽は、酸素ガスを与える代わりに結合酸素を与える点で好気的であることに変わりはない。
【００２８】
また、図３のように嫌気槽と好気槽の間に脱窒素槽（無酸素槽）を設けて、好気槽の混合液を脱窒素槽に循環供給してもよい。
【００２９】
好気槽１２の流出水は、沈殿槽１３（第１の固液分離手段）に導入されて固液分離処理され、上澄水は処理水として取り出される。沈降した汚泥の一部は余剰汚泥として配管１４ａから排出され、汚泥の残部は汚泥返送管１４を介して前記の通り嫌気槽１１に返送される。
【００３０】
嫌気槽１１内の放出リンを含む水の一部は、配管１５を介して第２の固液分離手段１６へ送られ、固液分離処理される。
【００３１】
分離された水分は、リン除去装置１７へ送られてリンが除去される。このリン除去装置１７に導入される水は、溶存リン濃度が高く、しかも汚泥が分離されているため、該リン除去装置１７のリン除去効率がきわめて高い。このリン除去装置１７でリンが除去された水は、好気槽１２又は無酸素槽に導入されるか、又は好気槽１２とは別の好気槽に導入されて好気処理され、処理水として排出される。
【００３２】
固液分離手段１６からの固形分の一部は配管２１を介して好気槽１２へ導入される。残部は配管１９から可溶化槽２０へ送られ、可溶化処理された後、配管２２を介して嫌気槽１１へ戻される。このように汚泥を可溶化処理することにより、余剰汚泥量が著しく少なくなる。
【００３３】
また、可溶化された汚泥は、嫌気槽１１において微生物のリン放出時に炭素源として摂取される。
【００３４】
上記第２の固液分離手段１６としては、沈降分離装置、遠心分離装置、膜分離装置などを用いることができる。
【００３５】
リン除去装置１７としては、ＭＡＰ反応塔などの晶析装置のほか、凝集分離装置などを用いることができる。
【００３６】
また、可溶化槽２０としては、オゾン吹込槽などを用いることができるが、熱的あるいは機械的に可溶化するよう構成されたものであってもよい。
【００３７】
上記実施の形態では、第２の固液分離手段１６からの汚泥の一部を好気槽１２に導入しているが、固液分離手段１６からの汚泥の全量を可溶化槽２０に導入してもよい。なお、この固液分離手段１６からの汚泥の一部を好気槽１２に導入した場合には、この可溶化炭素源として利用される。
【００３８】
第２の固液分離手段１６からの汚泥の全量を可溶化槽２０に導入した場合には、余剰汚泥発生量が少なくなる、嫌気槽におけるリンの摂取量が多くなるなどの長所がある。
【００３９】
図２は本発明の別の実施の形態に係る生物脱リン装置の系統図である。
【００４０】
この実施の形態にあっては、可溶化槽２０で可溶化させた汚泥を配管２３を介して醗酵槽２４に導入して醗酵処理した後、配管２５を介して嫌気槽１１に送給している。このように可溶化汚泥を醗酵処理してから嫌気槽１１に戻すことにより、該嫌気槽１１内の嫌気度合いを強める（溶存酸素濃度を著しく低下するか、又は全く無いものとする）ことができ、また有機酸を多く嫌気槽１１に供給できるので、汚泥のリン摂取／放出の活性が増大し、嫌気槽１１で汚泥からリンを多量に放出させることが可能となる。
【００４１】
なお、可溶化槽２０で可溶化した汚泥の一部を配管３０を介して第２の固液分離手段１６へ送ってもよく、また、醗酵槽２４で醗酵した汚泥を配管３１を介して第２の固液分離手段１６へ送ってもよい。このようにすれば、固液分離手段１６に流入する水中のリン濃度が高くなり、リン除去装置１７でより多くのリンを除去することができる。
【００４２】
また、原水の一部を配管３２を介して醗酵槽２４に導入してもよい。このようにすれば、醗酵時に生成するアンモニアを希釈し毒性が下がる、原水で希釈されて発酵槽内のｐＨが適度に維持されるなどの長所がある。
【００４３】
以下に実験例について説明する。
【００４４】
実験例１（比較例）
図４に示す構成の生物脱リン装置を次のようにして運転した。なお、図４の装置は、嫌気槽１１、好気槽１２、沈殿槽１３及び汚泥返送管１４からなるものであり、図１の装置において配管１５，２２，２１を槽１１，１２から切り離すことにより構築されている。
【００４５】
４Ｌの嫌気槽１１と６Ｌの好気槽１２とからなる１０Ｌの反応塔装置が使用されている。本実験では、酢酸、酢酸ナトリウムおよびペプトンからなる合成気質が有機基質として使用された。リン酸カリウムがリン源として使用され、その他の微量成分（Ｃａ２＋，Ｍｇ２＋，Ｆｅ２＋）が原水に添加された。原水中の酢酸塩のＣＯＤ濃度とペプトンのＣＯＤ濃度はそれぞれ約１００ｍｇ／Ｌに維持された。原水中のリン／酢酸塩ＣＯＤ比は０．０４（原水中の溶解性リン濃度は４ｍｇ／Ｌ）に維持された。
【００４６】
本実験において、このシステムに負荷される総ＣＯＤは１．０ｋｇＣＯＤ／ｍ３・ｄに調整され、滞留時間ＳＲＴは約６日間とされた。
【００４７】
本システムのＨＲＴは、原水の送給を５０Ｌ／ｄに維持することによって４．８ｈｒに維持された。
【００４８】
約１ヶ月間の運転を行ったところ、反応塔内のＭＬＶＳＳはこれらの条件下で約２．４〜２．６ｇＴＳ／Ｌに安定化し、汚泥のリン含有量は全汚泥固体の約４．５〜５．０％であることが観察された。
【００４９】
流出処理水中のリン濃度は運転期間のほとんどにわたり０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。余剰汚泥の発生量は２．０ｇ／ｄａｙであった。
【００５０】
実験例２（本発明例）
上記実験例１の運転の後、槽１１，１２に図１の通り配管１５，２２，２１を接続して本発明装置の構成とし、運転を継続した。なお、第２の固液分離手段１６として膜反応塔が使用され、汚泥の可溶化槽２０としてオゾン処理槽が使用された。オゾン化酸素吹込量は７５ｍｌ／ｍｉｎである。
【００５１】
嫌気槽１１中の溶解性正リン酸濃度は２５〜４０ｍｇ／Ｌであった。固液分離手段１６からリン除去装置１７への流出水の水量は配管１５を介して該固液分離手段１６に流入する流入水量の約１／８〜１／１０であった。配管１５からの抜き出し水量は、嫌気槽１１及び好気槽１２内で６日間のＳＲＴを達成するように常に調整された。配管２１へ分岐させる水量は、固液分離手段１６から流出する水量の０〜１５％である。
【００５２】
ＴＳ濃度は槽１１，１２中で約３．０〜３．２ｇ／Ｌにわずかに増加し、２ヶ月間の運転の後ほぼこの値で安定した。
【００５３】
運転中において、沈殿槽１３からの流出水のリン濃度はほとんどの期間０．５〜１．０ｍｇ／Ｌの範囲にとどまり、実験例１よりもわずかに高いだけであった。
【００５４】
この運転期間中、余剰汚泥の発生量は０．１ｇ／ｄａｙであった。槽１１，１２内のＴＳ濃度は安定しており、処理水中のリン濃度も低かった。従って、余剰汚泥の処理をすることなく脱リンするためのこの工程が、安定であることが認められた。
【００５５】
本実験例において、酢酸塩のＣＯＤは原水中の可溶化のリンの除去を促進するために十分であった。
【００５６】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、汚泥を減容すると共にリン除去を安定して行うことができる生物脱リン装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る系統図である。
【図２】別の実施の形態に係る系統図である。
【図３】従来例に係る生物脱リン装置の系統図である。
【図４】比較例に係る生物脱リン装置の系統図である。
【符号の説明】
１１  嫌気槽
１２  好気槽
１３  沈殿槽（第１の固液分離手段）
１４  汚泥返送管
１６  第２の固液分離手段
１７  リン除去装置
２０  可溶化槽
２４  醗酵槽
【図１】
0004547799.tif 000002
【図２】
0004547799.tif 000003
【図３】
0004547799.tif 000004
【図４】
0004547799.tif 000005