(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水を導入して生物学的処理を行う生物反応槽と、
該生物反応槽混合液を処理水と分離汚泥とに分離する固液分離装置と、
該固液分離装置で分離された分離汚泥の全量を嫌気下で攪拌し、
得られた嫌気汚泥を前記生物反応槽に返送する嫌気装置と、
該嫌気装置で攪拌された嫌気汚泥の一部を
濃縮汚泥と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮装置と、
該汚泥濃縮装置で分離された濃縮分離液を導入し、
該濃縮分離液に含まれるリンを除去するリン除去装置と
を備えたことを特徴とする廃水処理システム。
【請求項２】
廃水を上澄水と沈殿汚泥とに固液分離する最初沈殿池と、前記上澄水を導入して生物学的処理を行う生物反応槽と、該生物反応槽混合液を処理水と分離汚泥とに分離する固液分離装置と、前記沈殿汚泥を導入して酸発酵させる酸発酵装置と、前記固液分離装置で分離された分離汚泥を前記酸発酵装置から排出される排出液と共に嫌気下で攪拌して前記生物反応槽に返送する嫌気装置と、該嫌気装置で攪拌された嫌気汚泥の一部を濃縮汚泥と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮装置と、前記濃縮分離液に含まれるリンを除去するリン除去装置とを備えたことを特徴とする廃水処理システム。
【請求項３】
生物反応槽は、攪拌手段を備えた無酸素槽と、曝気手段を備えた好気槽と、該好気槽混合液を無酸素槽へ循環する循環手段とからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃水処理システム。
【請求項４】
生物反応槽は、曝気手段および攪拌手段を備えた間欠曝気槽であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、下水等の廃水中のリンを除去すると同時に効率よく回収してリン資源として有効活用するための廃水処理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、下水等の廃水を例えば生物学的に処理して得られた処理水には、放流先の富栄養化を防止する等の目的から窒素、リンが含まれないことが求められている。
【０００３】
リンを除去する方法である凝集沈殿法等で廃水中からリンを除去する場合、被処理水量も多く、ポリ塩化アルミニウム等の凝集剤などの薬品代などがかかり、ランニングコストが高くなる。加えて、凝集汚泥が多量に発生するため、処分に困難を要すると共に、処分費用も嵩む。
【０００４】
そこで、嫌気槽・無酸素槽・好気槽を用いて廃水中から窒素やリンを除去する生物学的窒素リン同時除去法（以下、Ａ2 Ｏ法という）が近年、国内外を問わず多く実用化されている。なお、Ａ2 ＯはAnaerobic Anoxic Oxic、即ち嫌気、無酸素、好気の意であり、このプロセスを用いた生物学的水処理をさす。
【０００５】
図５は従来のＡ2 Ｏ法による廃水処理装置の構成を示すフローシートである。図５において、１は流入する廃水に対し、本処理に先立ち、予め固液分離する最初沈殿池であり、２は最初沈殿池１から分離液を導入し、該分離液中のＢＯＤを利用して脱窒・脱リンを同時に行うための浮遊汚泥式の反応槽である。この反応槽２は、嫌気槽３と無酸素槽４と好気槽５とに３分割されている。６は嫌気槽３内に配置された攪拌機であり、７は無酸素槽４内に配置された攪拌機、８は好気槽５内に配置され攪拌機能とエアレーション機能を併せ持つ散気装置であり、９は好気槽５からの流出水を受け入れて固液分離する最終沈殿池である。
【０００６】
１０は好気槽５内の混合液を無酸素槽４に循環させるための循環手段であり、１１は最初沈殿池１から初沈汚泥を汚泥処理工程へ引き出すための初沈汚泥管路であり、１２ａは最終沈殿池９で固液分離された汚泥の一部を嫌気槽３に返送するための返送汚泥管路であり、１２ｂは最終沈殿池９で固液分離された汚泥の一部を余剰汚泥として最初沈殿池１へ引き抜くための余剰汚泥管路である。
【０００７】
次に動作について説明する。
流入廃水は、まず最初沈殿池１で固液分離され、その分離液は嫌気槽３に導入される。この嫌気槽３内では、上記分離液が最終沈殿池９から返送汚泥管路１２ａを介して返送される返送汚泥と接触させられるが、その際に、返送汚泥中に含まれるリン蓄積菌が廃水中の溶解性ＢＯＤ（主として揮発性有機酸）を取り込むと同時に、菌体内のリンを放出する。嫌気槽３からの流出水は無酸素槽４に導入される。ここでは、好気槽５から返送された酸化態窒素が脱窒細菌によって窒素ガスに還元されて除去される。無酸素槽４からの流出水は好気槽５に導入され、好気条件下で廃水中のＢＯＤが酸化分解され、硝化細菌によってアンモニア態窒素や有機態窒素が硝化されると共に、リンはリン蓄積菌により過剰に再摂取され液相中から除去される。好気槽５からの流出水は最終沈殿池９で固液分離され、処理水は消毒後に放流され、汚泥の一部は嫌気槽３に返送される。また、汚泥の一部は余剰汚泥として余剰汚泥管路１２ｂを介して汚泥処理工程へ送られ、処理される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来のＡ2 Ｏ法によれば、生物学的脱リン処理で発生する余剰汚泥（固相）中には多量のリンがリン蓄積菌によって取り込まれるが、この余剰汚泥を嫌気下で貯留すると、リン蓄積菌がリンを放出し、汚泥（固相）から分離水（液相）に移行してしまう。さらに、リンを多量に含む分離水を返流水として再び廃水処理施設に戻してしまうと、結果として廃水処理施設の系外にリンが排出されないため、リンの除去率が低下するという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、従来のＡ2 Ｏ法を見直し、ＢＯＤ、窒素、リンのうち、特にリンを効率よく除去、回収することができる廃水処理システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る廃水処理システムは、廃水を導入して生物学的処理を行う生物反応槽と、該生物反応槽混合液を処理水と分離汚泥とに分離する固液分離装置と、該固液分離装置で分離された分離汚泥の全量を嫌気下で攪拌し、得られた嫌気汚泥を前記生物反応槽に返送する嫌気装置と、該嫌気装置で攪拌された嫌気汚泥の一部を濃縮汚泥と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮装置と、該汚泥濃縮装置で分離された濃縮分離液を導入し、該濃縮分離液に含まれるリンを除去するリン除去装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明に係る廃水処理システムは、廃水を上澄水と沈殿汚泥とに固液分離する最初沈殿池と、前記上澄水を導入して生物学的処理を行う生物反応槽と、該生物反応槽混合液を処理水と分離汚泥とに分離する固液分離装置と、前記沈殿汚泥を導入して酸発酵させる酸発酵装置と、前記固液分離装置で分離された分離汚泥を前記酸発酵装置から排出される排出液と共に嫌気下で攪拌して前記生物反応槽に返送する嫌気装置と、該嫌気装置で攪拌された嫌気汚泥の一部を濃縮汚泥と濃縮分離液とに分離する汚泥濃縮装置と、前記濃縮分離液に含まれるリンを除去するリン除去装置とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明に係る廃水処理システムは、生物反応槽が攪拌手段を備えた無酸素槽と、曝気手段を備えた好気槽と、該好気槽混合液を無酸素槽へ循環する循環手段とからなることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明に係る廃水処理システムは、生物反応槽が曝気手段および攪拌手段を備えた間欠曝気槽であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による廃水処理システムを示すフローシートである。図１において２１は生物反応槽であり、２２は固液分離工程を行う固液分離装置、２３は嫌気工程を行う嫌気装置、２４は汚泥濃縮工程を行う汚泥濃縮装置、２５はリン除去工程を行うリン除去装置である。生物反応槽２１は嫌気装置２３から嫌気汚泥（返送汚泥）の供給を受け、通常の活性汚泥処理に代表される廃水の生物学的処理を行うものであり、具体的には後述する無酸素槽および好気槽の組み合わせ、あるいは曝気攪拌手段を備えた間欠曝気槽であってもよい。固液分離装置２２は生物反応槽２１からの流出液（混合液）を固液分離し、処理水を系外に排出すると共に、分離汚泥を嫌気装置２３に返送するものである。固液分離装置２２における固液分離としては、重力沈殿式の最終沈殿池が用いられるが、必要に応じて膜分離装置を用いることができる。嫌気装置２３は嫌気条件下で固液分離装置２２で分離された分離汚泥中の酸化態窒素を脱窒菌により還元すると同時にリン蓄積菌によりリンが多量に放出される。得られた嫌気汚泥は、生物反応槽２１に供給される一方、嫌気汚泥の一部（５〜３０％）は汚泥濃縮装置２４に供給される。汚泥濃縮装置２４は嫌気装置２３で得られた嫌気汚泥の一部を濃縮するものであり、具体的には遠心濃縮機または遠心ろ過濃縮機等の機械式濃縮装置または分離膜で分離する濃縮方式が用いられるが、嫌気汚泥量が多いときには重力式濃縮法を用いてもよい。この汚泥濃縮装置２４で分離された濃縮分離液中には、高濃度のリンを含有している。このリンを多量に含有している分離液は、次にリン除去装置２５に導入される。このリン除去装置２５には、リン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）等のリン化合物を結晶核に析出させてリンを除去する晶析脱リン装置を用いることが望ましい。また、適宜ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を用いた凝集沈殿装置を用いてもよい。
【００１５】
この実施の形態１では、汚泥濃縮装置２４で濃縮分離した高濃度にリンを含有する分離液をリン除去装置２５に導入するようにしたので、廃水処理系に戻すことなく、確実にリンを除去、回収することができる。また、廃水の流入状況や生物処理状況に拘わらず、リン除去を安定して効率的に行うことができる。また、リン除去装置２５での処理量を少量の濃縮分離液に限定したので、装置のコンパクト化を図れると共に、処理に必要なランニングコストを低減することができる。
【００１６】
また、この実施の形態１では、汚泥濃縮装置２４から余剰汚泥として引き抜かれる汚泥は既にリンを放出した後のリンをほとんど含まない濃縮汚泥であるため、汚泥処理施設でのＭＡＰスケールによる配管の閉塞や機器のトラブルを未然に回避することができる。
【００１７】
さらに、この実施の形態１では、リン除去装置２５に晶析反応によるＭＡＰ除去装置を用いた場合に、肥大化して排出されるＭＡＰ粒子を回収して肥料などに有効利用することができる。また、凝集沈殿処理装置を用いた場合でも濃縮分離液量が少ないため、ランニングコストの低減や凝集汚泥の発生量を抑制することができる。
【００１８】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による廃水処理システムを示すフローシートである。この実施の形態２の特徴は、汚泥濃縮装置２４で得られたリン飢餓状態の嫌気汚泥を生物反応槽２１内に供給すると共に、リン除去装置２５で得られたリン除去水を生物反応槽２１に返送する点にある。汚泥濃縮装置２４で得られた濃縮汚泥は、既に嫌気装置２３でリンを放出したリン飢餓状態のリン蓄積菌を多量に含有するので、生物反応槽２１に戻すことにより、廃水中に含まれるリンを効率よく除去することができる。また、リン除去水には懸濁物質や溶解した有機物が残存するため、生物反応槽２１内に返送することが望ましい。
【００１９】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による廃水処理システムの要部を示すフローシートである。この実施の形態３の特徴は、先の実施の形態１または２において、生物反応槽２１に導入される前の廃水を最初沈殿池２６に導入してその沈殿上澄液である初沈流出水を生物反応槽２１に導入すると共に、最初沈殿池２６で沈殿分離された沈殿汚泥（初沈汚泥）を酸発酵装置２７に導入してその酸発酵液を固液分離装置２２からの分離汚泥と共に嫌気装置２３に導入することとした点にある。
【００２０】
この実施の形態３では、先の実施の形態１または２と異なり、廃水を直接生物反応槽２１内に導入せず、最初沈殿池２６を通すことにより上澄水（初沈分離水）と沈殿固形物とに分離する。沈殿固形物は次いで酸発酵装置２７に導入して、酸発酵させて易分解性の有機酸を生成させる。易分解性有機酸を多量に含んだ酸発酵液は嫌気装置２３に導入されるが、リン蓄積菌が嫌気装置２３でリンを放出するときには有機物を摂取するが、このとき利用する有機物はタンパク質や炭水化物などの高分子有機物よりも易分解性の低分子有機酸が有効である。そのため、酸発酵装置２７を設けることにより嫌気装置２３でのリン放出を効率よく行わせることが可能になる。廃水中の負荷が大きい場合には特に有効である。
【００２１】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４による廃水処理システムを示すフローシートである。この実施の形態４の特徴は、先の実施の形態２において、生物反応槽２１を無酸素槽２８と好気槽２９とから構成すると共に、好気槽２９からの流出液を無酸素槽２８に循環返送する循環手段３０を設けた点にある。なお、循環手段３０は主としてエアリフトポンプや水中ポンプ等の移送装置と移送管路とから構成されている。
【００２２】
この実施の形態４では、最初沈殿池２６から流出した初沈流出水は生物反応槽２１の無酸素槽２８に導入され、循環手段３０によって好気槽２９から循環された循環液、嫌気装置２３から供給される嫌気汚泥、および汚泥濃縮装置２４から返送された濃縮汚泥と共に混合される。無酸素槽２８内の汚泥中の脱窒菌により循環液中に含まれる酸化態窒素が還元され、窒素ガスとして系外に排出される。無酸素槽２８内の混合液は好気槽２９へ流出して有機物が生物反応により分解されると共に、リン飢餓状態にあるリン蓄積菌により、リンが過剰に摂取される。好気槽２９内の混合液は固液分離装置２２に導入されて、分離液は処理水として消毒後に放流されるが、分離汚泥は嫌気装置２３に返送され、酸発酵装置２７からの酸発酵液と共に嫌気状態で混合される。嫌気装置２３で得られた嫌気汚泥は無酸素槽２８に導入されるが、嫌気汚泥の一部は汚泥濃縮装置２４に送られ濃縮される。リンを高濃度に含む濃縮分離液はリン除去装置２５に送られ、例えば晶析反応によるＭＡＰ除去装置等を用いて濃縮分離液中からリンを除去する。なお、ＭＡＰ除去装置によるリン除去で選られるＭＡＰ粒子は農業用肥料または工業用材料等に再利用することができる。リンが除去され排出されるリン除去水には上述したように懸濁物質や溶解した有機物が残存するため、この場合には好気槽２９内に返送することが望ましい。
【００２３】
ここで、図４にはリンに関する物質収支データとして廃水および処理水の全量、全リン濃度を各工程（各装置）ごとに示した。図４に示すように、最初沈殿池２６に廃水をＱｍ3 ／日の流量で導入することとし、その廃水中の全リン濃度を３．０ｍｇ／Ｌとすると、固液分離装置２２から処理水は０．９９５Ｑｍ3 ／日の流量で排出され、そのときの全リン濃度は０．５ｍｇ／Ｌとなり、リン除去率としては約８３％以上となっている。なお、固液分離装置２２から嫌気装置２３に返送される分離汚泥は流入廃水量の２０〜５０％であり、また嫌気装置２３から汚泥濃縮装置２４への嫌気汚泥の移送量は流入廃水量の５〜２０％の範囲が望ましい。嫌気汚泥を全量、汚泥濃縮装置２４で濃縮することは効率が悪く実用的ではないと共に、上述した量でも十分なリン除去を行うことができる。また、リン除去装置２５に導入される濃縮分離液中のリン濃度は３０ｍｇ／Ｌ程度で流入廃水中のリン濃度の概ね１０倍となっており、リン除去装置２５により流入廃水からリンを確実に効率よく除去、回収することができることがわかる。
【００２４】
なお、この実施の形態４における無酸素槽２８の運転のケースでは、当該無酸素槽２８内に混合液中の酸化還元電位ＯＲＰを測定するＯＲＰセンサを設置し、この値（ＯＲＰの範囲は概ね±０〜−３００ｍＶ）を指標として無酸素槽２８内の無酸素状態を好適に保持できるよう運転調整することが望ましい。無酸素槽２８内の攪拌機（図示せず）としては主に攪拌羽根を備えた機械攪拌装置を用いるが、酸素供給を抑えて水流を発生させるものであればよく、特に限定されない。
【００２５】
また、無酸素槽２８から流出する混合液は好気槽２９に導入される際における混合液の移流方法は、好気槽２９内の混合液が無酸素槽２８へ逆流しないようにオーバーフロー（越流）の形態をとることが望ましい。この好気槽２９の運転も、当該槽内にＤＯセンサ（溶存酸素濃度計）を設置し、この測定値（ＤＯ値の範囲は概ね０．５〜５ｍｇ／Ｌ）に基いてＤＯ計、コンピュータによって曝気ブロアの回転数を自動的に制御し、送風量を調整することが望ましい。この場合、ＤＯ濃度が低い場合は送風量を増加させ、高い場合は送風量を減少させる。また、この指標はＯＲＰまたはｐＨでも行うことができる。ＯＲＰの場合は概ね＋５０〜＋３００ｍＶの範囲で、ＤＯと同様に低い場合は送風量を増加させ、高い場合は送風量を減少させる。ｐＨの場合は概ね６．４〜７．２の範囲で、ＤＯ，ＯＲＰとは逆に低い場合は送付量を減少させ、高い場合は送風量を増加させる。このような操作を行うことにより、好気槽２９内で安定した効率的な残存ＢＯＤの酸化分解、窒素成分の硝化およびリンの過剰摂取除去を行うことができる。なお、送風量は曝気ブロアの回転数に限らず、電動弁の操作やブロアの運転台数で調整してもよい。
【００２６】
また、この実施の形態４では、固液分離装置２２に代えて、好気槽２９内に浸漬型膜分離装置等の膜分離手段（図示せず）を設けてもよい。分離膜としては精密ろ過膜等の種々の分離膜は勿論、好気槽２９内の混合液中の浮遊微生物やＳＳなどを分離ろ過できるものであればいずれも使用可能である。具体的には、例えば有機系高分子をベースとした中空糸膜を用いたゼノン膜プロセス「マックバイオ」（株式会社西原環境衛生研究所）等が好適である。この膜分離手段は浸漬型膜分離装置で好気槽２９内に配置されることで、好気槽２９内の散気装置により膜の表面に付着する汚泥を効率よく剥離することができ、また時には逆洗操作を行うことで長期間にわたって安定した分離性能を維持することができる。なお、膜分離手段としては、浸漬型膜分離装置に代えて槽外に設置する膜分離装置を用いてもよい。
【００２７】
また、この実施の形態４では、無酸素槽２８と好気槽２９に汚泥中の脱窒細菌および硝化細菌等の微生物を高濃度に保持した担体（図示せず）を浮遊させてもよい。この担体は主に一辺もしくは直径が５〜３０ｍｍの立体形状のポリウレタン製のものを用いるが、曝気や攪拌により槽内を流動し微生物を保持できる機能を有するものであれば、上記形状に限定されない。また、微生物の保持形態も、微生物を担体の表面や内部に付着固定させてもよいし、担体材料で包み込む包括固定でもよい。さらに、担体の材質は無機性物質または有機性物質のいずれも適用可能である。勿論、担体は循環手段３０によって好気槽２９から無酸素槽２８に戻され、循環されるようになっている。なお、担体を除いた好気槽混合液のみを無酸素槽に循環させてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、嫌気汚泥を汚泥濃縮装置で濃縮汚泥と高濃度のリンを含む濃縮分離液とに分離し、この分離液をリン除去装置に導入するようにしたので、廃水処理系に戻すことなく、確実にリンを除去、回収することができる。また、廃水の流入状況や生物処理状況に拘わらず、リン除去を安定して効率的に行うことができる。また、リン除去装置での処理量を少量の濃縮分離液に限定したので、装置のコンパクト化を図れると共に、処理に必要なランニングコストを低減することができる。
【００２９】
また、この発明によれば、汚泥濃縮装置から余剰汚泥として引き抜かれる汚泥は既にリンを放出した後のリンをほとんど含まない濃縮汚泥であるため、汚泥処理施設でのＭＡＰによる配管の閉塞や機器のトラブルを未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による廃水処理システムを示すフローシートである。
【図２】  この発明の実施の形態２による廃水処理システムを示すフローシートである。
【図３】  この発明の実施の形態３による廃水処理システムの要部を示すフローシートである。
【図４】  この発明の実施の形態４による廃水処理システムを示すフローシートである。
【図５】  従来の廃水処理装置を示すフローシートである。
【符号の説明】
１  最初沈殿池（固液分離手段）
２  浮遊汚泥式の反応槽
３  嫌気槽
４  無酸素槽
５  好気槽
６，７  攪拌機
８  散気装置
９  最終沈殿池（沈殿分離手段）
１０  循環手段
１１  初沈汚泥管路
１２ａ  返送汚泥管路
１２ｂ  余剰汚泥管路
２１  生物反応槽
２２  固液分離装置
２３  嫌気装置
２４  汚泥濃縮装置
２５  リン除去装置
２６  最初沈殿池
２７  酸発酵装置
２８  無酸素槽
２９  好気槽
３０  循環手段
【図１】
0003907867.tif 000002
【図２】
0003907867.tif 000003
【図３】
0003907867.tif 000004
【図４】
0003907867.tif 000005
【図５】
0003907867.tif 000006