(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水処理設備で発生した余剰汚泥を貯留して微生物の自己酸化作用により固形物量を減少させるための汚泥濃縮消化槽と、該汚泥濃縮消化槽内の汚泥を濃縮するための膜分離装置と、該膜分離装置で分離した膜分離水を前記排水処理設備に戻す経路とを備えていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記膜分離水中のリンを除去する脱リン装置を備えていることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理装置に関し、詳しくは、排水処理設備から発生する余剰汚泥の減量化とリンの除去とを効率よく行うための排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
標準活性汚泥法は、最も一般的な下水処理方法として普及している。しかしながら、余剰汚泥の処分地の確保が年々困難になってきていることから、排水処理設備から大量に発生する余剰汚泥の処理・処分が緊急の課題となっている。さらに、近年は、小規模下水処理が中心になると予想されており、建設費及び維持管理費の削減のため、汚泥発生量の少ない処理方法が切望されている。このため、汚泥の嫌気性消化により汚泥を減量化することも行われているが、メタンガスが発生したり、発生ガス中の脱硫操作が必要であるなど、維持管理が煩雑であるという問題があった。
【０００３】
一方、従来の標準活性汚泥法は、下水中のＢＯＤ除去を主目的としており、リンの除去については不十分なものとなっている。リンの除去方法としては、凝集沈殿処理が知られているが、この方法は、余剰汚泥が増加するという大きな問題がある。また、近年は、標準活性汚泥法のエアレーションタンクに無酸素部を設ける改造を行い、無酸素−好気状態で体内にポリリン酸塩を蓄積するポリリン酸塩蓄積細菌を利用した生物脱リン法も採用されている。しかし、この方法では、汚泥濃縮工程及び汚泥の貯留時に汚泥からリン酸塩が放出されるので、汚泥処理工程からの返流水中に高濃度のリンが溶出し、これが水処理系に戻されることになり、処理場全体で見たリン除去率は必ずしも良いとはいえない。
【０００４】
そこで本発明は、排水処理設備における余剰汚泥の発生量を低減できるとともに、リンの除去も効率よく行うことができる排水処理装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、排水処理設備で発生した余剰汚泥を貯留して微生物の自己酸化作用により固形物量を減少させるための汚泥濃縮消化槽と、該汚泥濃縮消化槽内の汚泥を濃縮するための膜分離装置と、該膜分離装置で分離した膜分離水を前記排水処理設備に戻す経路とを備えていることを特徴とし、さらに、前記膜分離水中のリンを除去する脱リン装置を備えていることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排水処理装置の一形態例を示す概略系統図であり、本発明の基本的な構成を示すものである。すなわち、排水処理設備１０に、該排水処理設備１０で発生する余剰汚泥を貯留して減量化するための汚泥濃縮消化槽１１と、該汚泥濃縮消化槽１１の汚泥を濃縮するための膜分離装置１２と、該膜分離装置１２で分離した膜分離水中のリンを除去する脱リン装置１３とを付設したものである。
【０００７】
汚泥濃縮消化槽１１は、活性汚泥法等の排水処理によって生成した余剰汚泥Ａを、膜分離装置１２で高濃度、例えば３％程度に濃縮し、この濃縮された汚泥を、ＤＯ，ＯＲＰ，水温，撹拌強度等の環境を概ね一定とした状態に長時間保持することにより、微生物の自己酸化作用で固形物量を減少させ、濃縮汚泥Ｂとすることを主目的としている。
【０００８】
すなわち、高濃度で安定した生活環境下ではあるが、栄養源には乏しい環境にあるため、活性汚泥中の微生物が自己酸化を行い、これによって汚泥量が減少することになる。このとき、汚泥中の有機物は、微生物の自己酸化により消費されて水や二酸化炭素等になり、リンは液中に放出される。したがって、メタン等が発生することがなく、汚泥濃縮消化槽１１からの発生ガスに対して特別な処理を行う必要がないので、維持管理も容易となる。
【０００９】
なお、この汚泥濃縮消化槽１１には、通常の曝気槽と同様の曝気装置や撹拌装置が設けられており、これらを制御することにより、前記ＤＯやＯＲＰ等を略一定に保つようにしている。また、寒冷地等では、必要に応じて加温装置を設けておくことができる。
【００１０】
膜分離装置１２は、汚泥濃縮消化槽１１内の活性汚泥Ｃを取り込んで汚泥濃度が２〜５％程度になるように固液分離を行い、濃縮した汚泥Ｄを汚泥濃縮消化槽１１内に戻すとともに、分離した水（膜分離水Ｅ）を排水処理設備１０に戻すものである。このように、膜分離装置１２で汚泥を濃縮することにより、汚泥濃縮消化槽１１内の汚泥濃度を確実に高濃度に維持することができ、小容積の汚泥濃縮消化槽１１でも固形物の滞留時間を長くとることができ、汚泥の減量化を効果的に行うことが可能となる。この膜分離装置１２の方式は任意であり、汚泥の濃縮を行うことができれば様々な形式のものを使用することができる。
【００１１】
また、脱リン装置１３は、膜分離水Ｅを排水処理設備１０に戻す経路の途中に必要に応じて設けられるものであるが、膜分離装置１２で分離した膜分離水Ｅは、汚泥を構成していた有機物，Ｔ−Ｎ，Ｔ−Ｐを高濃度で含んでいるため、この膜分離水Ｅに対して脱リン操作を行うことにより、効果的な脱リン処理を行うことができる。脱リン処理の方法は、膜分離水Ｅが高濃度のリンを含み、浮遊性固形物がほとんどないことから、凝集沈殿法，吸着法，ＭＡＰ法等、様々な方法を採用することができる。しかも、凝集沈殿法では薬液量が少なくてすみ、吸着法では吸着塔の閉塞が起こりにくく、ＭＡＰ法では固定されたリン化合物の再利用の点で有利となるなどの利点もある。
【００１２】
脱リン装置１３で脱リン処理された膜分離水（脱リン水Ｆ）は、リン及び固形物をほとんど含まない状態で排水処理設備１０の所定の位置に戻される。
【００１３】
このように、排水処理設備１０に対して汚泥濃縮消化槽１１と膜分離装置１２とからなる余剰汚泥処理設備を設けることにより、排水処理設備１０で発生した余剰汚泥Ａの固形物量を、例えば３０％程度にまで減少させた濃縮汚泥Ｂとすることができ、その処分を容易に行うことができる。また、膜分離水Ｅを排水処理設備１０へ返送する経路にリン除去設備である脱リン装置１３を設けることにより、膜分離水Ｅの特性を活かした効果的な脱リン処理を行うことができる。
【００１４】
図２は標準活性汚泥法の排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。標準活性汚泥法を適用した排水処理設備は、沈砂池２１，除塵機２２，最初沈殿池２３，エアレーションタンク２４，最終沈殿池２５及び塩素混和池２６により形成されており、沈砂池２１に流入した下水Ｇを所定の手順で処理し、塩素混和池２６から処理水Ｈとして放流するものである。
【００１５】
このとき、沈砂池２１からは沈砂Ｊが、除塵機２２からはしさＫが、最初沈殿池２３からは初沈汚泥Ｌが、最終沈殿池２５からは余剰汚泥Ａがそれぞれ発生する。なお、最終沈殿池２５から抜き取られた汚泥の内の所定量は、返送汚泥Ｍとしてエアレーションタンク２４の上端部に戻される。
【００１６】
このような排水処理設備に、上述のような汚泥濃縮消化槽１１，膜分離装置１２及び脱リン装置１３を付設し、最終沈殿池２５からの余剰汚泥Ａ及び最初沈殿池２３からの初沈汚泥Ｌを汚泥濃縮消化槽１１に貯留して処理することにより、排水処理設備で生成した余剰汚泥を、例えば３０％程度にまで減量化した濃縮汚泥Ｂとして抜き出すことができる。
【００１７】
また、膜分離装置１２で汚泥を濃縮した際に発生する膜分離水Ｅに対して脱リン装置１３で脱リン処理を行うことにより、効果的にリンを除去することができる。さらに、従来は、汚泥濃縮槽で分離した汚泥濃縮槽脱離液を沈砂池２１に戻していたが、膜分離水Ｅ（脱リン水Ｆ）は固形物をほとんど含まないので、これをエアレーションタンク２４に戻すことができるから、沈砂池２１から最初沈殿池２３までの負担を軽減することができる。
【００１８】
図３は、生物脱リン法の排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。なお、以下の説明において、前記形態例の構成要素と同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００１９】
生物脱リン法は、上述の標準活性汚泥法がリンの除去を十分に行えず、処理水Ｈ中に相当量のリンが含まれたまま放流されることになるため、前述の標準活性汚泥法におけるエアレーションタンク２４の流入部を無酸素槽２４ａとし、後半部分を好気槽２４ｂとし、これによってリンを除去するようにしたものである。すなわち、微生物が嫌気−好気状態を経たときに、嫌気状態でリンを放出した量以上のリンを好気状態で摂取する現象を利用してリンを除去しようというものである。
【００２０】
このような排水処理設備に上述の汚泥濃縮消化槽１１，膜分離装置１２及び脱リン装置１３を付設し、汚泥の減量化とリンの除去とを行うことにより、更に効果的にリンの除去を行うことができる。例えば、従来の生物脱リン法では、リンを過剰摂取した汚泥が濃縮や脱水等の操作を経る間に再びリンを放出し、放出されたリンが汚泥返流水に伴われて水処理系に返送されるため、結局は二次処理水中にリンが流出してしまうことになる。
【００２１】
一方、本形態例に示すように、リンを過剰摂取した汚泥の濃縮を膜分離装置１２で行うことにより、汚泥から放出されるリンを膜分離水Ｅに取り込むことができるので、膜分離水Ｅ中には、前記標準活性汚泥法における膜分離水よりも高濃度のリンが含まれることになる。したがって、この膜分離水Ｅを脱リン装置１３に導入して脱リン処理を行うことにより、前記無酸素槽２４ａに戻されるリンの量が大幅に減少するので、二次処理水中へのリンの流出を抑えることができる。
【００２２】
図４は、処理槽として無酸素槽３１，嫌気槽３２及び好気槽３３を連設し、好気槽３３から嫌気槽３２へ活性汚泥の一部Ｎを返送することによって硝化脱窒を行い、下水中に含まれる窒素成分も除去するようにした循環式硝化脱窒法の排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。
【００２３】
このような循環式硝化脱窒法の排水処理設備においても、前記汚泥濃縮消化槽１１，膜分離装置１２及び脱リン装置１３を付設することにより、既存設備の大規模な改造を施すことなく、余剰汚泥の発生量を大幅に減少できるとともに、窒素に加えてリンを効率よく除去することができる。
【００２４】
さらに、上記各形態例に示すような標準活性汚泥法以外の処理方法、例えば、ステップエアレーション法、オキシデーションディッチ法、長時間曝気法、回分式活性汚泥法、回転円盤法、接触曝気法、好気ろ床法等に上述の汚泥濃縮消化槽１１及び膜分離装置１２を組み合わせることにより、余剰汚泥の大幅な減量化が図れ、さらに、脱リン装置１３を加えることにより、リンの除去も効果的に行うことができる。
【００２５】
図５は、近年注目を集めている膜分離活性汚泥法による排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。膜分離活性汚泥法は、前記同様の沈砂池２１，除塵機２２で前処理した下水Ｇを、調整槽４１を介して曝気槽４２に流入させ、曝気槽４２内の汚泥を膜分離装置４３で固液分離し、膜分離水を処理水Ｈとして放流するようにしている。なお、本形態例では、膜分離装置４３を曝気槽４２内に設置した例を示している。また、調整槽４１は、下水の流量変動が大きい場合に必要に応じて設けられるものである。
【００２６】
このような膜分離活性汚泥法の排水処理設備においても、前記汚泥濃縮消化槽１１，膜分離装置１２及び脱リン装置１３を付設することにより、設備から出る汚泥量を大幅に減量化できるとともに、リンの除去も効果的に行うことができる。
【００２７】
また、曝気槽４２が間欠曝気を行う場合は、曝気槽４２から汚泥濃縮消化槽１１への余剰汚泥Ａの引き抜きを好気運転時に行うようにすることにより、リンを過剰摂取した汚泥を引き抜くことができるので、リンをより効果的に除去することができる。
【００２８】
図６は、膜分離活性汚泥法において生物学的脱リンを行うため、図３に示した形態例と同様に、曝気槽４２の流入部を無酸素槽４２ａとし、後半部分を好気槽４２ｂとしたものに本発明を適用した例を示している。また、本形態例では、膜分離装置４３を曝気槽４２とは別に設置し、曝気槽４２から配管を通して汚泥Ｐを引き抜き、固液分離後の返送汚泥Ｑを配管により流入部４２ａに戻すようにしている。
【００２９】
本形態例においても、好気槽４２ｂ部分から汚泥濃縮消化槽１１に余剰汚泥Ａを引き抜き、膜分離装置１２で汚泥を濃縮して汚泥濃縮消化槽１１での微生物の自己酸化により汚泥を減量化することにより、汚泥の固形物量を大幅に減少させることができる。また、前記同様に、生物学的脱リンとの組み合わせにより、脱リン装置１３でのリンの除去も効率よく行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排水処理装置によれば、排水処理設備で生成する余剰汚泥を効率よく減量化することができるとともに、リンの除去も効率よく行うことができる。また、既存の排水処理設備にも容易に適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の排水処理装置の一形態例を示す概略系統図である。
【図２】  標準活性汚泥法の排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。
【図３】  生物脱リン法の排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。
【図４】  循環式硝化脱窒法の排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。
【図５】  膜分離活性汚泥法による排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。
【図６】  膜分離活性汚泥法において生物学的脱リンを行う排水処理設備に本発明を適用した一形態例を示す系統図である。
【符号の説明】
１０…排水処理設備、１１…汚泥濃縮消化槽、１２…膜分離装置、１３…脱リン装置、２１…沈砂池、２２…除塵機、２３…最初沈殿池、２４…エアレーションタンク、２４ａ…無酸素槽、２４ｂ…好気槽、２５…最終沈殿池、２６…塩素混和池、３１…無酸素槽、３２…嫌気槽、３３…好気槽、４１…調整槽、４２…曝気槽、４２ａ…無酸素槽、４２ｂ…好気槽、４３…膜分離装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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