(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
嫌気槽を含む生物処理槽を用いる生物処理系で、活性汚泥により有機性廃水を処理する方法において、生物処理系活性汚泥の一部を液化処理装置に供給して液化処理を行い、前記液化処理装置から流出した液化活性汚泥を固液分離し、分離した分離汚泥を調整槽に供給し、調整槽で被処理液の全部または一部と攪拌混合して酸発酵処理し、それを生物処理槽に導入するとともに、前記固液分離で分離した分離液よりリンを回収し、リンを回収した後の液を生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項２】
嫌気槽を含む生物処理槽を用いる生物処理系で、活性汚泥により有機性廃水を処理する方法において、生物処理系活性汚泥の一部を液化処理装置に供給して液化処理を行い、前記液化処理装置から流出した液化活性汚泥を固液分離し、分離した分離汚泥を調整槽に供給し、攪拌混合して酸発酵処理し、その液と被処理液を生物処理槽に導入するとともに、前記固液分離で分離した分離液よりリンを回収し、リンを回収した後の液を、生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【請求項３】
有機性廃水を嫌気好気法による生物学的脱リン脱窒素法により処理する装置において、被処理液導入管を連結された嫌気槽、脱窒槽及び好気槽からなる生物処理槽、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に分離する固液分離装置Ｉ、前記固液分離装置Ｉから前記嫌気槽および汚泥液化処理装置への分離汚泥を送る返送配管、前記液化処理装置の流出液Ｉを固液分離し、上澄液をリン回収装置へ、分離汚泥を調整槽へ送出する配管を備えた固液分離装置II、前記分離汚泥と被処理液の一部もしくは全部とを攪拌混合し、その混合液中の有機物の酸発酵を行い流出液を前記嫌気槽へ供給する調整槽、前記リン回収装置からのリン回収後の流出液IIを前記嫌気槽および脱窒槽へ送る配管、および好気槽の流出液を脱窒槽へ送る返送配管を有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【請求項４】
有機性廃水を嫌気好気法による生物学的脱リン脱窒素法により処理する装置において、被処理液導入管を連結された嫌気槽、脱窒槽及び好気槽からなる生物処理槽、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に分離する固液分離装置Ｉ、前記固液分離装置Ｉから前記嫌気槽および汚泥液化処理装置への分離汚泥を送る返送配管、前記液化処理装置の流出液Ｉを固液分離し、上澄液をリン回収装置へ、分離汚泥を調整槽へ送出する配管を備えた固液分離装置II、前記分離汚泥を攪拌し、その液中の有機物の酸発酵を行い流出液を前記嫌気槽へ供給する調整槽、前記リン回収装置からのリン回収後の流出液IIを前記嫌気槽および脱窒槽へ送る配管、および好気槽の流出液を脱窒槽へ送る返送配管を有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水などの有機性廃水の処理に関するもので、詳細には有機性廃水の生物処理に伴う余剰汚泥の生成量の削減とリンの除去が達成できる有機性廃水の処理に関するものであり、特に、リン濃度の高い有機性食品廃水や生活排水等の処理に用いることができる、有機性廃水の処理方法および処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃水の生物処理では、活性汚泥処理が広く行われている。従来の活性汚泥処理は、分解性の有機物の分解除去が中心であったが、近年嫌気好気法による窒素やリンの除去も行われるようになってきた。活性汚泥処理では、有機物の分解にともない汚泥量が増加するが、活性汚泥処理を維持するため、増加した汚泥を生物処理系外に排出することが必要である。ここで、汚泥を物理的、化学的手段により液化することで、汚泥の体積を減少する技術が提案されており、余剰汚泥の発生量を減少することができるが、減少した汚泥に含まれていた分のリンは処理水に流出し、このリン分に関する処理水水質が悪化する。また、汚泥減容化処理に伴って難生物分解性ＣＯＤが生成し、処理水ＣＯＤ濃度を悪化させる問題が避けられなかった。
【０００３】
リン除去に関しては、この問題を解決するために、生物脱リン装置に関する公知技術として、「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、返送汚泥の一部が導入されるリン放出槽と、該リン放出槽の流出液が導入されるリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）反応塔とを備えてなることを特徴とする生物脱リン装置」が開示されている。しかし、この技術は固液分離せずに、ＭＡＰによる脱リン反応塔に嫌気槽内液を投入しているため、使用する薬品に対するリン回収の効率を上げることが難しい。さらにこの技術では、難生物分解性ＣＯＤ生成による処理水ＣＯＤ濃度の悪化問題は、何等解決できていなかった。また、オゾン等の酸化剤にて処理した液化汚泥を直接嫌気槽に投入した場合、嫌気槽のＯＲＰの上昇、液化処理汚泥からの有機酸の生成がないということがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題を解決するために考案されたものであり、有機性廃水の生物処理においてリン回収を行い、処理水中のリンおよびＣＯＤの増加を防止することができ、かつ余剰汚泥の発生量を低減できる、有機性廃水の処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の手段により上記の課題を解決することができた。
（１）嫌気槽を含む生物処理槽を用いる生物処理系で、活性汚泥により有機性廃水を処理する方法において、生物処理系活性汚泥の一部を液化処理装置に供給して液化処理を行い、前記液化処理装置から流出した液化活性汚泥を固液分離し、分離した分離汚泥を調整槽に供給し、調整槽で被処理液の全部または一部と攪拌混合して酸発酵処理し、それを生物処理槽に導入するとともに、前記固液分離で分離した分離液よりリンを回収し、リンを回収した後の液を生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
（２）嫌気槽を含む生物処理槽を用いる生物処理系で、活性汚泥により有機性廃水を処理する方法において、生物処理系活性汚泥の一部を液化処理装置に供給して液化処理を行い、前記液化処理装置から流出した液化活性汚泥を固液分離し、分離した分離汚泥を調整槽に供給し、攪拌混合して酸発酵処理し、その液と被処理液を生物処理槽に導入するとともに、前記固液分離で分離した分離液よりリンを回収し、リンを回収した後の液を、生物処理槽に返送することを特徴とする有機性廃水の処理方法。
【０００６】
（３）有機性廃水を嫌気好気法による生物学的脱リン脱窒素法により処理する装置において、被処理液導入管を連結された嫌気槽、脱窒槽及び好気槽からなる生物処理槽、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に分離する固液分離装置Ｉ、前記固液分離装置Ｉから前記嫌気槽および汚泥液化処理装置への分離汚泥を送る返送配管、前記液化処理装置の流出液Ｉを固液分離し、上澄液をリン回収装置へ、分離汚泥を調整槽へ送出する配管を備えた固液分離装置II、前記分離汚泥と被処理液の一部もしくは全部とを攪拌混合し、その混合液中の有機物の酸発酵を行い流出液を前記嫌気槽へ供給する調整槽、前記リン回収装置からのリン回収後の流出液IIを前記嫌気槽および脱窒槽へ送る配管、および好気槽の流出液を脱窒槽へ送る返送配管を有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
（４）有機性廃水を嫌気好気法による生物学的脱リン脱窒素法により処理する装置において、被処理液導入管を連結された嫌気槽、脱窒槽及び好気槽からなる生物処理槽、該生物処理槽の流出液を処理水と汚泥に分離する固液分離装置Ｉ、前記固液分離装置Ｉから前記嫌気槽および汚泥液化処理装置への分離汚泥を送る返送配管、前記液化処理装置の流出液Ｉを固液分離し、上澄液をリン回収装置へ、分離汚泥を調整槽へ送出する配管を備えた固液分離装置II、前記分離汚泥を攪拌し、その液中の有機物の酸発酵を行い、流出液を前記嫌気槽へ供給する調整槽、前記リン回収装置からのリン回収後の流出液IIを前記嫌気槽および脱窒槽へ送る配管、および好気槽の流出液を脱窒槽へ送る返送配管を有することを特徴とする有機性廃水の処理装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施の形態及び実施例を説明するための全図において、同一機能を有する構成要素は同一符号を付けて説明する。
【０００８】
図１は、本発明の処理方法による一例のフローシートを示す。
本発明の処理装置の構成は、調整槽６、嫌気槽１ａを含む生物処理槽１と固液分離装置Ｉ２からなる生物処理系７、液化処理装置３、固液分離装置II４及びリン回収装置５からなる。以下、有機性廃水を原水という。
【０００９】
原水１１の全部もしくは一部が、調整槽６に供給される。その際、調整槽６には、液化処理装置３からの流出液Ｉ１４を固液分離装置II４にて固液分離した分離汚泥１６が供給されている。調整槽６は、攪拌機３３により攪拌されている。原水１１と分離汚泥１６の混合液は、調整槽６で適当な時間滞留する。この際、分離汚泥１６中のあるいは原水１１中の有機物は、１６中の微生物の働きにより酸発酵が促進され、生物分解性の高い有機酸が生成される。また、分離汚泥１６が液化処理装置３においてオゾン等の酸化剤による液化処理を行った場合のものであるときには、調整槽６にて攪拌混合することにより、調整槽流出液２０のＯＲＰが低下し、嫌気槽１ａのＯＲＰ上昇を防ぐことができる。調整槽流出液２０は、生物処理槽１に供給される。リン回収率を高めるためには、汚泥中のリンを高濃度に維持することが重要であることから、生物処理槽１は、通常の活性汚泥法より嫌気槽１ａを備える生物学的リン除去法、生物学的窒素リン除去法を用いるのが望ましい。
【００１０】
調整槽流出液２０は有機酸等の生物分解性の高い有機物が多量に含まれるものであり、このような調整槽流出液２０を原水１１とともに嫌気槽１ａに供給することにより、高リン含有率の微生物の増殖を促進し、汚泥中のリン含有率が５％以上となる。前記の液が生物処理槽１で活性汚泥処理された後、生物処理槽流出液１２は固液分離装置Ｉ２に供給されて固液分離され、上澄液は処理水１９として放流される。
【００１１】
生物処理系７の活性汚泥の一部１３ｂは、液化処理装置３に供給され液化処理される。液化処理装置３に供給される汚泥は、生物処理系７の汚泥であれば、返送汚泥１３、生物処理槽１中の活性汚泥のどちらを供給してもよい。活性汚泥は、液化処理されることにより生物分解性が高くなり、生物処理系７へ戻して処理することにより、生物処理系７から生成する余剰汚泥が減容する。とりわけ液化量と同等にすることで、生物処理系７内での余剰汚泥は生成しない状態となる。この際、液化処理装置３に供給する汚泥量は、系内全汚泥量の５〜１００％であることが望ましい。液化処理装置３は、オゾン処理、超音波処理、ミルによる細胞のすりつぶし、加熱アルカリ処理等を用いることができる。又、固液分離装置Ｉ２と固液分離装置II４としては、沈殿槽及び精密膜ろ過、ＵＦろ過、ダイナミックろ過等の膜による固液分離装置を用いることができる。
【００１２】
流出液Ｉ１４より固液分離装置II４で分離された上澄液１５は、リン回収装置５にてリンを回収した後、生物処理槽１に供給される。
上澄液１５中には、液化処理により活性汚泥が含有していたリンが多量に溶出しており、溶解性リン濃度が高くなっている。例えば、リン含有率８％（ＶＳＳ）をオゾン注入率２０ｍｇ−Ｏ3／ｇ−ＳＳで処理した場合、ポリリン酸と菌体構成リンが溶出し、その溶出量は汚泥中のリンの２０％程度であった。この溶解性リン濃度の高い上澄液１５を用いることにより、リン回収装置５をコンパクトにでき、さらにリン回収量あたりの薬品使用量を削減することができる。上澄液１５はリン回収装置５に投入しリンを回収する。リン回収装置５は、鉄、アルミニウム、カルシウム等を用いた凝集沈殿処理、ヒドロキシアパタイト（ＨＡＰ）やＭＡＰを用いた晶析法のいずれの方法を用いてもよいが、ＣＯＤの除去効果もある凝集沈殿処理や、ヒドロキシアパタイト晶析法がなお良い。
【００１３】
また、本願発明においては、原水１１を直接生物処理槽１に導入することも可能である。この実施態様を図２に示す。この場合、調整槽６での滞留時間が極めて長くなり、酸発酵が充分行える。したがって、酸発酵の状況によっては調整槽６の容量を小さくできる。他の実施態様は、前記記載内容と同様である。
【００１４】
【実施例】
以下において、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により制限されるものではない。
【００１５】
実施例１
この実施例１においては、図１に示すようなフローにより食品工場排水の処理を行った。生物処理槽１は嫌気槽１ａ；１ｍ3、脱窒槽１ｂ；１ｍ3、好気槽１ｃ；２ｍ3からなる。液化処理はオゾンにて行った。
最初に原水１１である食品工場排水の水質を第１表に示す。この実施例では、原水中には浮遊物質（ＳＳ）はほとんど含まれておらず、ＣＯＤおよびＢＯＤは主に溶解性である。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
原水１１は全量調整槽６に供給され、分離汚泥１６と混合された。混合液の調整槽６での滞留時間は４時間である。第２表に調整槽６の入口と出口での水質を示す。溶解性のＢＯＤ成分が増加し、酢酸などの有機酸の生成も認められ、有機物の低分子化が起きた。
【００１８】
【表２】
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【００１９】
調整槽流出液２０は、生物処理槽１の嫌気槽１ａに供給し、活性汚泥による生物処理を行った。生物処理槽１の運転条件を第３表に示す。
【００２０】
【表３】
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【００２１】
固液分離装置Ｉ２から処理水１９は系外に流出させ、沈殿した汚泥は返送汚泥１３ａとして、５．９ｍ3／ｄで生物処理槽の嫌気槽１ａに返送した。
返送汚泥１３ｂは液化処理装置３に供給した。オゾン発生器より発生したオゾン含有高濃度酸素ガスは、オゾン濃度が５６ｍｇ／リットルで、２リットル／ｍｉｎで液化処理装置３に供給された。返送汚泥１３ｂのＭＬＳＳは７３９０ｍｇ／リットル、液化処理装置３への供給量は１．１ｍ3／ｄであった。
【００２２】
液化処理の結果を第４表に示す。返送汚泥１３ｂと流出液Ｉ１４のＭＬＳＳ、溶解性ＢＯＤ（Ｓ−ＢＯＤ）、溶解性有機体窒素（Ｓ−Ｋｊ−Ｎ）および溶解性全リン（Ｓ−Ｔ−Ｐ）を比較すると、ＭＬＳＳが液化処理後に減少し、各溶性成分が増加しており、液化処理により汚泥の液化が進行したと考えられた。また、液化処理装置３から排出されたガスのオゾン濃度はほぼ０であり、オゾンは汚泥の液化処理にほぼ利用されたと考えられた。
【００２３】
【表４】
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【００２４】
液化処理された流出液Ｉ１４は、固液分離装置II４にて上澄液１５と分離汚泥１６に分離し、分離汚泥１６は調整槽６に投入した。上澄液１５はリン回収装置５に投入した。リン回収は晶析脱リン法を用いた。リン回収装置５には粒径０．１５〜０．３ｍｍのリン鉱石を充填し、Ｃａ／Ｐの比が約５．０になるようにＣａ（ＯＨ）2を注入し、上向流式でＬＶ２９ｍ／ｈ、反応槽内ｐＨを９．０に制御した。運転条件を第５表に示す。
【００２５】
【表５】
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【００２６】
リン回収装置入口で、リン酸態リン（ＰＯ4−Ｐ）と全リン（Ｔ−Ｐ）が、それぞれ８２ｍｇ／リットルと８６ｍｇ／リットルであったのに対し、出口でＰＯ4−ＰとＴ−Ｐがそれぞれ３．３ｍｇ／リットルと４．８ｍｇ／リットルに低下し、リン回収量は６４．９ｇ／ｄであった。
また、溶解性ＣＯＤ（Ｓ−ＣＯＤ）についてみても、入口で１９０ｍｇ／リットルであったのに対し、出口では１５０ｍｇ／リットルとなりＣＯＤも除去されていた。
【００２７】
第６表に、処理水１９の水質を示す。処理水のＣＯＤ、ＢＯＤが２０ｍｇ／リットル以下であり、良好な処理水水質を得ることができた。また、処理水のＴ−Ｐは１．２ｍｇ／リットルとなり、原水１１に対しリン回収率は９０％となった
。
【００２８】
【表６】
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【００２９】
好気槽１ｂの活性汚泥のリン含有率は８．１％（対ＶＳＳ）であり、汚泥中にリンが高濃度に蓄積されている状態であった。
約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の系内汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。
【００３０】
比較例１
図３に示すような、リン回収を行わないフローを用い実験を行った。液化処理装置３および生物処理槽１の運転条件は実施例１と同様とした。
第７表に、処理水１９の水質を示す。処理水のＣＯＤ、ＢＯＤが２０ｍｇ／リットル以下であり、良好な処理水水質を得ることができたが、処理水のＴ−Ｐは１０．６ｍｇ／リットルとなり、ほとんど除去されない結果となった。
【００３１】
【表７】
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【００３２】
約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の系内汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、リン回収がある場合と同様に余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。
以上の実験から、リン回収を組み込むことにより汚泥減少量が同じであるにもかかわらず、処理水のＴ−Ｐが低減されていることが判明した。
【００３３】
実施例２
この実施例２においては、図２に示すようなフローにより食品工場排水の処理を行った。原水１１は実施例１と同じものを使用し、液化処理装置３、リン回収装置５および生物処理槽１の運転条件は実施例１と同様とした。
原水１１は全量嫌気槽１ａに供給され、分離汚泥１６は全量調整槽１４に供給し攪拌混合した。調整槽６での滞留時間は６時間である。第８表に調整槽の入口と出口での水質を示す。溶解性のＢＯＤが増加し、酢酸などの有機酸の生成も認められ、有機物の低分子化が起きた。
【００３４】
【表８】
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【００３５】
リン回収装置入口で、リン酸態リン（ＰＯ4−Ｐ）と全リン（Ｔ−Ｐ）が、それぞれ６９ｍｇ／リットルと７２ｍｇ／リットルであったのに対し、出口でＰＯ4−ＰとＴ−Ｐがそれぞれ１．９ｍｇ／リットルと２．２ｍｇ／リットルに低下し、リン回収量は５５．８ｇ／ｄであった。
また、溶解性ＣＯＤ（Ｓ−ＣＯＤ）についてみても、入口で１９０ｍｇ／リットルであったのに対し、出口では１４５ｍｇ／リットルとなりＣＯＤも除去されていた。
【００３６】
第９表に処理水１９の水質を示す。処理水のＣＯＤ、ＢＯＤが２０ｍｇ／リットル以下であり、良好な処理水水質を得ることができた。また、処理水のＴ−Ｐは３．１ｍｇ／リットルとなり、原水１１に対しリン回収率は７３％となった。
【００３７】
【表９】
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【００３８】
好気槽１ｂの活性汚泥のリン含有率は６．０％（対ＶＳＳ）であり、汚泥中にリンが高濃度に蓄積されている状態であった。
約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。
活性汚泥のリン含有率は、実施例１が８．１％（対ＶＳＳ）であったのに対し、実施例２は６．０％（対ＶＳＳ）に若干低下した。その結果、リン回収率も実施例１；９３％から実施例２；７９％へ若干低下した。
【００３９】
比較例２
図４に示すように、調整槽６を設置せず、分離汚泥１６および原水１１を生物処理槽１へ直接供給したフローを、比較例２として用い実験を行った。液化処理装置３、リン回収装置５および生物処理槽１の運転条件は実施例１と同様とした。
好気槽１ｃの活性汚泥のリン含有率は３．９％であり、実施例１に比べ汚泥中のリン含有率は低くなった。
【００４０】
リン回収装置入口で、リン酸態リン（ＰＯ4−Ｐ）と全リン（Ｔ−Ｐ）が、それぞれ２４ｍｇ／リットルと２６ｍｇ／リットルであったのに対し、出口でＰＯ4−ＰとＴ−Ｐがそれぞれ０．８ｍｇ／リットルと１．３ｍｇ／リットルに低下し、リン回収量は２０ｇ／ｄであった。また、実施例１でのリン回収装置５入口のＰＯ4−Ｐ、Ｔ−Ｐに比べ、比較例２は約１／３の濃度であった。
また、溶解性ＣＯＤ（Ｓ−ＣＯＤ）についてみても、入口で１９０ｍｇ／リットルであったのに対し、出口では１３５ｍｇ／リットルとなり、ＣＯＤも除去されていた。
【００４１】
第１０表に、処理水の水質を示す。比較例２では、実施例１と比較して処理水ＳＳとＣＯＤが増加し、処理水水質が悪化したことが認められた。また、処理水のＴ−Ｐは８．５ｍｇ／リットルと実施例１よりも悪化し、被処理液に対しリン回収率は２８％となった。
【００４２】
【表１０】
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【００４３】
約３ヶ月の連続運転中、生物処理槽１の系内の汚泥量はほぼ１６ｋｇで安定しており、実施例１と同様に余剰汚泥の排出をせずに安定した運転が行えた。
比較例２の実験では、実施例１にみられた調整槽６での有機酸生成がなかったため、リン含有率３．９％の低い汚泥となった。その結果、流入排水に対してのリン回収率は、実施例１では９０％であったのが、比較例１では２８％となり、リン回収効率が低下し物質収支的にみても処理水中にリンが残存した。さらに実施例１と比較例２では同じオゾン量を供給し、汚泥減少量が同じであるにもかかわらず、比較例２に比べ実施例１は処理水のＳＳおよびＣＯＤの低減が認められた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、有機性の工場廃水や生活排水の処理において、液化処理した汚泥もしくは被処理液と液化処理した汚泥を混合し酸発酵させることにより、活性汚泥中のリン含有率が高くなることから、リン回収量が多くなり、処理水リン濃度が低減する。さらに、余剰汚泥の発生を削減できるとともに、余剰汚泥の削減に伴う処理水ＣＯＤの悪化を抑える効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機性廃水の処理方法の一実施例のフローシートである。
【図２】本発明の有機性廃水の処理方法の別の実施例のフローシートである。
【図３】リン回収を行わない有機性廃水の処理方法の比較例の一例のフローシートである。
【図４】調整槽を設置しない有機性廃水の処理方法の比較例の別の一例のフローシートである。
【符号の説明】
１    生物処理槽
１ａ  嫌気槽
１ｂ  脱窒槽
１ｃ  好気槽
２    固液分離装置Ｉ
３    液化処理装置
４    固液分離装置II
５    リン回収装置
６    調整槽
７    生物処理系
１１    原水
１２    生物処理槽流出液
１３、１３ａ、１３ｂ  返送汚泥
１４    流出液Ｉ
１５    上澄液
１６    分離汚泥
１７    流出液II
１８    回収リン
１９    処理水
２０    調整槽流出液
２１    循環液
２２    散気管
２３    空気
３３    攪拌機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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