(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を曝気槽にて好気性条件下で微生物固定化担体と接触させる曝気工程、全酸化槽にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程および沈殿槽にて汚泥を沈降させる沈殿工程をこの順で行い、全酸化槽に凝集剤を汚泥の沈降性が改善されるまで添加し、その後沈降性が悪化した場合に、さらに凝集剤を添加することを特徴とする余剰汚泥引き抜きの少ない排水処理方法。
【請求項２】
微生物固定化担体が、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体からなる群より選ばれた少なくとも１種である請求項１に記載の余剰汚泥引き抜きの少ない排水処理方法。
【請求項３】
微生物固定化担体がアセタール化ポリビニルアルコール系ゲルである請求項２に記載の排水の余剰汚泥引き抜きの少ない排水処理方法。
【請求項４】
全酸化槽におけるＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で運転する請求項１に記載の排水処理方法。
【請求項５】
排水を硝化槽にて好気性条件下で硝化菌と接触させる硝化工程および脱窒槽にて嫌気性条件下で脱窒菌と接触させる脱窒工程を行った後、全酸化槽にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程を行い、沈殿槽にて汚泥と処理水を分離する沈殿工程を行い、全酸化工程において凝集剤を汚泥の沈降性が改善されるまで添加し、その後沈降性が悪化した場合に、さらに凝集剤を添加することを特徴とする余剰汚泥引き抜きの少ない窒素を含有する排水の処理方法であって、硝化槽および脱窒槽より選ばれた少なくとも１槽において菌体が微生物固定化担体により固定化されているものを使用する窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項６】
排水を脱窒槽にて嫌気性条件下で脱窒菌と接触させる脱窒工程、硝化槽にて好気性条件下で硝化菌と接触させる硝化工程、全酸化槽にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程および沈殿槽にて汚泥と処理水を分離する沈殿工程をこの順で行い、硝化槽における処理水を脱窒槽に返送し、全酸化工程において凝集剤を汚泥の沈降性が改善されるまで添加し、その後沈降性が悪化した場合に、さらに凝集剤を添加することを特徴とする余剰汚泥引き抜きの少ない窒素を含有する排水の処理方法であって、硝化槽および脱窒槽より選ばれた少なくとも１槽において菌体が微生物固定化担体により固定化されているものを使用する窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項７】
微生物固定化担体が、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体からなる群より選ばれた少なくとも１種の微生物固定化担体である請求項５又は６に記載の窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項８】
微生物固定化担体がアセタール化ポリビニルアルコール系ゲルである請求項７に記載の窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項９】
全酸化槽におけるＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で運転する請求項５又は６に記載の窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項１０】
排水を硝化槽にて好気性条件下で硝化菌と接触させる硝化工程および脱窒槽にて嫌気性条件下で脱窒菌と接触させる脱窒工程を行った後、好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程を行い、孔径０．１ミクロン以上５ミクロン以下の分離膜で濾過する濾過工程をこの順で行い、全酸化工程において凝集剤を汚泥の沈降性が改善されるまで添加し、その後沈降性が悪化した場合に、さらに凝集剤を添加することを特徴とする余剰汚泥引き抜きの少ない窒素を含有する排水の処理方法であって、硝化槽および脱窒槽より選ばれた少なくとも１槽において菌体が微生物固定化担体により固定化されているものを使用する窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項１１】
排水を脱窒槽にて嫌気性条件下で脱窒菌と接触させる脱窒工程、硝化槽にて好気性条件下で硝化菌と接触させる硝化工程、全酸化槽にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程、および孔径０．１ミクロン以上５ミクロン以下の分離膜で濾過する濾過工程をこの順で行い、硝化槽における処理水を脱窒槽に返送し、全酸化工程において凝集剤を汚泥の沈降性が改善されるまで添加し、その後沈降性が悪化した場合に、さらに凝集剤を添加することを特徴とする余剰汚泥引き抜きの少ない窒素を含有する排水の処理方法であって、硝化槽および脱窒槽より選ばれた少なくとも１槽において菌体が微生物固定化担体により固定化されているものを使用する窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項１２】
微生物固定化担体が、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体からなる群より選ばれた少なくとも１種の微生物固定化担体である請求項１０又は１１に記載の窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項１３】
微生物固定化担体がアセタール化ポリビニルアルコール系ゲルである請求項１２に記載の窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項１４】
分離膜が中空糸膜である請求項１０又は１１に記載の窒素を含有する排水の処理方法。
【請求項１５】
全酸化槽におけるＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で運転する請求項１０又は１１に記載の窒素を含有する排水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は余剰汚泥引き抜きの少ない排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性汚泥法による排水処理方法では、排水を曝気槽にて好気条件下で活性汚泥と接触させ、沈殿槽で汚泥を沈降させ、一部を曝気槽に返送し、一部を余剰汚泥として引抜くことによって、ＢＯＤ容積負荷が０．３〜０．８ｋｇ／ｍ3・日程度の条件で定常的な運転を行うことが可能である（例えば、非特許文献１  参照）。一方で、微生物を高濃度で保持することができる担体の開発が進んでおり、これを用いれば、２〜５ｋｇ／ｍ3・日という高いＢＯＤ容積負荷をかけることができ、曝気槽を小型化することができる（例えば、非特許文献２  参照）。【０００３】
従来の活性汚泥法では、ＢＯＤ容積負荷が０．３〜０．８ｋｇ／ｍ3・日程度の条件で運転しなければならず、大きな曝気槽を用いなければならない。活性汚泥法で高いＢＯＤ容積負荷での運転を実施した場合、処理が不十分になったり汚泥の沈降性が低下したりして後段の沈澱槽での汚泥分離が困難となり、安定的に運転を継続することが困難となる。また、従来の活性汚泥法では、除去したＢＯＤの約５０％が汚泥に転換すると言われており、このような所謂余剰汚泥と呼ばれる汚泥に対しては、外へ引き抜いて脱水の後埋め立てや焼却などの最終処分が必要となる。また、汚泥を引き抜かず、汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度とがつりあう全酸化の状態を作ることにより、理論的には余剰汚泥の発生しない系が構築できるが、活性汚泥槽で全酸化の状態を作ろうとすると、曝気槽でのＭＬＳＳが非常に高くなるため、非常に大きな活性汚泥槽を設けなければならないという不都合が生じる。またこの場合、汚泥が微細化して自然沈降による汚泥分離ができなくなるという問題も生じる。【０００４】
汚泥の沈降分離ができなければ、処理水を排出することができないので活性汚泥槽のＢＯＤ汚泥負荷を０．０８〜０．２ｋｇ―ＢＯＤ／ｋｇ−ｓｓ・日となるように、活性汚泥に負荷を与えて汚泥の沈降性を改善する運転が提案されている。しかし負荷をかける以上この方法では余剰汚泥の引き抜き量を減らすことは困難である。（例えば、特許文献１  参照）。【０００５】
また、排水処理のうち窒素を除去する方法として、３段活性汚泥法、Wuhmann法、Barnad法などが知られている。上記したいずれも窒素を含む排水を硝化槽にて好気条件下で硝化菌と接触させて、アンモニア性窒素を亜硝酸性窒素・硝酸性窒素に酸化する工程および脱窒槽にて嫌気性条件下で脱窒菌と接触させて、亜硝酸性窒素・硝酸性窒素を窒素ガスに還元する工程を有している（例えば、非特許文献３  参照）。【０００６】
従来の活性汚泥を用いる窒素を含有する排水の処理方法では、ＢＯＤ・窒素を除去する過程で余剰汚泥が発生し、これを系外へ引き抜いて脱水の後埋め立てや焼却などの最終処分が必要となる。また、汚泥を引き抜かず、汚泥の増殖の速度と汚泥の自己酸化の速度とがつりあう全酸化の状態を作ることにより、理論的には余剰汚泥の発生しない系が構築できるが、活性汚泥槽で全酸化の状態を作ろうとすると、曝気槽でのＭＬＳＳが非常に高くなるため、非常に大きな活性汚泥槽を設けなければならないという不都合が生じる。またこの場合、汚泥が微細化して自然沈降による汚泥分離ができなくなるという問題も生じる。一般に沈殿槽において一時的な汚泥の処理のために凝集剤を添加して汚泥を沈降させる操作が行なわれているが、曝気槽等に凝集剤を添加されると汚泥が沈降して曝気槽内の曝気が十分に行われなくなること、及び沈殿槽で多量に沈降した汚泥は余剰汚泥として系外へ排出していたので、余剰汚泥を減容する目的で用いられる全酸化槽において凝集剤が用いられることはなかった。【０００７】
本発明者らは既に、微生物固定化担体を使用した曝気槽と全酸化槽および分離膜とを組み合わせることにより余剰汚泥の発生しない排水の処理装置および排水処理方法を提案しているが、好適な分離膜の孔径は０．１ミクロン以下であるため透過流束が非常に小さく、膜濾過装置が大きくなり設備費およびランニングコストが非常に大きいという問題がある（特許文献２  参照）。また、窒素除去については言及していない。【０００８】
この発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【非特許文献１】公害防止技術と法規編集委員会編、「五訂・公害防止の技術と法規（水質編）」、産業環境管理協会発行、第７版、平成１３年６月１２日、Ｐ１９７
【非特許文献２】「環境保全・廃棄物処理  総合技術ガイド」、工業調査会、平成１４年２月１２日発行、ｐ．７０
【非特許文献３】「バイオテクノロジー活用の高機能型活性汚泥法」、技報堂出版、平成元年5月1日発行、ｐ．１５０。
【特許文献１】特開２００１−３４７２８４号公報
【特許文献２】特開２００１−２０５２９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、設備費およびランニングコストが小さく、高い効率で実施することが可能であり、さらに槽を小型化することが可能な、余剰汚泥の引き抜きの少ない、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】
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の排水処理方法は、排水を曝気槽にて好気性条件下で微生物固定化担体と接触させる曝気工程、全酸化槽にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程および沈殿槽にて汚泥を沈降させる沈殿工程をこの順で行い、全酸化槽に凝集剤を添加することを特徴とする。【００１１】
全酸化槽において、低い汚泥負荷で曝気することによって、汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせ、汚泥の増加を防ぐことができる。そのためには、全酸化槽におけるｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることが必要で、０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることがより好ましい。通常、このような低い汚泥負荷で運転した場合には、汚泥が分散化し自然沈降しなくなり、汚泥の分離が困難になるという問題が生じる。そこで、本発明の排水処理方法では、全酸化槽に凝集剤を添加して汚泥の沈降性を改善させ、その後沈降性が悪化した場合にはさらに凝集剤を添加する。しかし、凝集剤を添加しすぎるとこれが固形分となり引き抜き汚泥量が増加してしまうので、添加量は最小限にしなければならない。【００１２】
また、上記の課題を解決する本発明の窒素を含有する排水の処理方法は、排水を硝化槽にて好気性条件下で硝化菌と接触させる硝化工程および脱窒槽にて嫌気性条件下で脱窒菌と接触させる脱窒工程を行った後、全酸化槽にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程を行い、沈殿槽にて汚泥と処理水を分離する沈殿工程を行い、全酸化工程において凝集剤を添加することを特徴とする。【００１３】
窒素除去の後段に全酸化槽を設置し、低い汚泥負荷で曝気することによって、汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせ、汚泥の増加を防ぐことができる。そのためには、全酸化槽におけるｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることが必要で、０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることがより好ましい。通常、このような低い汚泥負荷で運転した場合には、汚泥が分散化し自然沈降しなくなり、汚泥の分離が困難になるという問題が生じる。そこで、本発明の排水処理方法では、全酸化槽に凝集剤を添加して汚泥の沈降性を改善させ、その後沈降性が悪化した場合にはさらに凝集剤を添加する。しかし、凝集剤を添加しすぎるとこれが固形分となり引き抜き汚泥量が増加してしまうので、添加量は最小限にしなければならない。【００１４】
さらに、上記の課題を解決する本発明の別の窒素を含有する排水の処理方法は、排水を硝化槽にて好気性条件下で硝化菌と接触させる硝化工程、脱窒槽にて嫌気性条件下で脱窒菌と接触させる脱窒工程、全酸化槽にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で汚泥を自己酸化させる全酸化工程および孔径０．１ミクロン以上５ミクロン以下の分離膜で濾過する濾過工程をこの順で行い、全酸化工程において凝集剤を添加することを特徴とする。【００１５】
窒素除去の後段に全酸化槽を設置し、低い汚泥負荷で曝気することによって、汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせ、汚泥の増加を防ぐことができる。そのためには、全酸化槽におけるｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることが必要で、０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下であることがより好ましい。通常、このような低い汚泥負荷で運転した場合には、汚泥が分散化し自然沈降しなくなり、汚泥の分離が困難になるという問題が生じる。その対策として分離膜を用いる場合でも汚泥が微細化すると汚泥が分離膜に付着し濾過性能が極度に低下してしまう。そこで、本発明の排水処理方法では、全酸化槽に凝集剤を添加して汚泥の沈降性を改善させ、その後沈降性が悪化した場合にはさらに凝集剤を添加する。しかし、凝集剤を添加しすぎるとこれが固形分となり引き抜き汚泥量が増加してしまうので、添加量は最小限にしなければならない。
【発明の効果】
【００１６】
これにより、本発明の排水の処理方法又は窒素を含有する排水の処理方法では、余剰汚泥発生量が少ない運転を継続することが可能となる。通常の活性汚泥法で完全酸化の状態を作ろうとすると、前述のとおり、非常に大きな活性汚泥槽を設けなければならない。好適に用いられる本発明の排水処理方法においては、担体法を用いることにより、２ｋｇ／ｍ3・日以上、好ましくは５ｋｇ／ｍ3・日以上という高いＢＯＤ容積負荷をかけることができ、曝気槽をコンパクトにすることができる。曝気槽で排水中の大部分のＢＯＤを除去することができることから、大きな全酸化槽が不要であり、低い汚泥濃度で汚泥の増殖と汚泥の自己酸化との速度をつりあわせることができ、余剰汚泥の引き抜きを少なくすることができる。そして、凝集剤を添加することにより、汚泥の粒径が大きくなるため、沈殿槽又は膜分離での固液分離が可能となり、設備費やランニングコストを低く抑えることができる。さらに、添加された凝集剤は、沈澱工程により系外に排出されることが抑制され、系外に排出される量が低下するため、凝集効果を維持するために追加して添加される凝集剤の量を低減させることができ、高い効率で処理を行うことが可能となり、凝集剤の効果が長期間維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１のフローを模式的に表した図である。
【図２】実施例２のフローを模式的に表した図である。
【図３】実施例３のフローを模式的に表した図である。
【図４】実施例４のフローを模式的に表した図である。
【図５】分離膜の設置方法の一例である。
【図６】分離膜の設置方法の他の一例である。
【図７】分離膜の設置方法の他の一例である。
【図８】比較例１のフローを模式的に表した図である。
【図９】比較例２のフローを模式的に表した図である。
【図１０】比較例３のフローを模式的に表した図である。
【図１１】比較例４のフローを模式的に表した図である。
【図１２】比較例５のフローを模式的に表した図である。
【図１３】実施例５のフローを模式的に表した図である。
【図１４】比較例６及び７のフローを模式的に表した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    排水
２    脱窒槽
３    硝化槽
４    全酸化槽
５    沈殿槽
６    凝集剤
７    膜濾過水又は上澄み
８    硝化槽からの返送配管
９    膜濾過水又は上澄みの返送配管
１０  返送汚泥
１１  有機物
１２  膜濾過装置
１３  返送汚泥
１４  ポンプ
１５  曝気槽
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明において用いられる微生物固定化担体とは、微生物の住処となる細孔を有する固体でり、公知の各種の微生物固定化担体を使用することができるが、ゲル状担体、プラスチック担体および繊維状担体からなる群より選ばれた少なくとも１種の微生物固定化担体を使用することが好ましい。その素材としては、ポリビニルアルコールといったビニルアルコール系樹脂、ポリエチレングリコールといったエーテル系樹脂、ポリメタクリル酸といったアクリル系樹脂、ポリアクリルアミドといったアクリルアミド系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレンといったオレフィン系樹脂、ポリスチレンといったスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートといったエステル系樹脂、ポリアクリロニトリルといったアクリロニトリル系樹脂、ポリウレタンスポンジといったウレタン系樹脂、アルギン酸カルシウム、κ（カッパ）カラギーナン、寒天、セルロース誘導体といった多糖類、ポリエステルエアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレートといった光硬化性樹脂、活性炭といった多孔質無機化合物などを例示することができる。より好適には、内部に至るまで多孔質で網目状となった構造を有する点、及びゲル内に多量の水を取り込むことができる点で、ポリビニルアルコール系含水ゲル、より好ましくは、ホルマール化ポリビニルアルコール系含水ゲルやアセタール化ポリビニルアルコール系含水ゲルを挙げることができる。微生物固定化担体は、１種類でも、組み合わせても使用することができる。その充填率としては、排水処理効率と担体流動性の観点から、槽容積の５％以上５０％以下であることが好ましく、さらに１０％以上３０％以下であることがより好ましい。【００２０】
本発明の排水処理フローの一例を図１に示す。このシステムにおいて、曝気槽１５を可能な限り小型化するために、曝気槽１５における溶解性ＢＯＤ容積負荷は１ｋｇ／ｍ3・日以上であることが好ましい。ここで、溶解性ＢＯＤとは、孔径０．４５μのメンブレンフィルターで濾過した後に測定したＢＯＤのことであり、微生物を除いたＢＯＤを意味する（以下、これを「ｓ−ＢＯＤ」と略記する。）。ｓ−ＢＯＤ容積負荷が高いほど、曝気槽１５を小型化することができる。担体の種類や充填率を適宜選択することにより、２ｋｇ／ｍ3・日以上あるいは５ｋｇ／ｍ3・日以上で運転することも可能である。
【００２１】
本発明では、上記曝気槽１５にて好気性条件下で微生物固定化担体と接触させた排水を全酸化槽４へ導き、凝集剤６を添加するが、凝集剤６の種類は特に限定されることはなく、通常の水処理に使用可能な無機および有機凝集剤を使用することができる。例えば無機凝集剤として、硫酸アルミニウム（硫酸ばん土）、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）、硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、塩化第二鉄、塩化コッパラス、アルミン酸ナトリウム、アンモニウムみょうばん、カリみょうばん、消石灰、生石灰、ソーダ灰、炭酸ナトリウム、酸化マグネシウム、鉄−シリカ高分子などが挙げられる。
有機（高分子）凝集剤としては、ポリアクリルアミド、アルギン酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム、マレイン酸共重合物、水溶性アニリン、ポリチオ尿素、ポリエチレンイミン、第4級アンモニウム塩、ポリビニルピリジン類、ポリオキシエチレン、苛性化デンプンなどが挙げられる。
【００２２】
これらの凝集剤６の添加量は、少なすぎると凝集効果が得られないし、多すぎると固形分が余剰汚泥となり、汚泥引き抜き量が多くなってしまう。添加の方法としては汚泥の沈降性が改善されるまで添加し、その後は、沈降性が悪化するまで添加しないという間欠的な添加方法と、常に少量の凝集剤６を添加する連続的な添加方法がある。
【００２３】
凝集剤によっては、凝集に好適なｐＨや温度の範囲が指定されているものがあり、また添加することによりｐＨの変化を起こすものがあるため、必要に応じてｐＨ調整などの凝集に適した水質管理を行うことが望ましい。【００２４】
本発明の窒素を含有する排水の処理方法において、窒素除去のフローは特に制約はなく、Wuhmann法のような硝化槽３、脱窒槽２をこの順に配置してもよいし（例えば図２，３参照）、Barnard法のような脱窒槽２、硝化槽３の順で、硝化槽３から脱窒槽２へ液を返送し、脱窒菌の栄養源としてメタノール等のような有機物１１を添加する方法でもよい（例えば図４参照）。さらにこれらを組み合わせた方法も考えられる。例えば、硝化槽３にて好気性条件下ＢＯＤ汚泥負荷が０．０８ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ・日以下で硝化菌と接触させ、汚泥を自己酸化させる硝化および全酸化工程を一つの槽で行うことなどがあげられる。
【００２５】
本発明の窒素を含有する排水の処理方法では、上記硝化槽３で好気処理した排水１を全酸化槽４へ導き、凝集剤６を添加するが、凝集剤６の種類は特に限定されることはなく、通常の水処理に使用可能な例えば上記無機および有機凝集剤を使用することができる。
【００２６】
これらの凝集剤６の添加量は、少なすぎると凝集効果が得られないし、多すぎると固形分が余剰汚泥となり、汚泥引き抜き量が多くなってしまう。添加の方法としては汚泥の沈降性が改善されるまで添加し、その後は、沈降性が悪化するまで添加しないという間欠的な添加方法と、常に少量の凝集剤６を添加する連続的な添加方法がある。
【００２７】
全酸化槽４で微生物が自己酸化を起こすことで、微生物由来の硝酸性および／または亜硝酸性窒素が発生し、これが沈殿槽５から処理水に出ていくことになる。この硝酸性および／または亜硝酸性窒素の量を減らすために処理水を脱窒槽２へ返送してもよい。
【００２８】
また、本発明の窒素を含有する排水の処理方法において用いられる分離膜の形状としては特に限定されることはなく、中空糸膜、管状膜、平膜などから適宜選択して使用することができるが、中空糸膜を使用した場合、膜の単位容積あたりの膜面積を多く取ることができ、濾過装置全体を小型化できることから特に好ましい。【００２９】
また、分離膜を構成する素材も特に限定されることはなく、例えばポリオレフィン系、ポリスルホン系、ポリエーテルスルホン系、エチレン−ビニルアルコール共重合体系、ポリアクリロニトリル系、酢酸セルロース系、ポリフッ化ビニリデン系、ポリパーフルオロエチレン系、ポリメタクリル酸エステル系、ポリエステル系、ポリアミド系などの有機高分子系の素材で構成された膜、セラミック系などの無機系の素材で構成された膜などを使用条件、所望する濾過性能などに応じて選択することができる。ポリビニルアルコール系樹脂により親水化処理されたポリスルホン系樹脂、親水性高分子が添加されたポリスルホン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリアクリロニトリル系樹脂、酢酸セルロース系樹脂、親水化処理されたポリエチレン系樹脂などの親水性素材からなるものが、高い親水性を有するためにＳＳ成分の難付着性、付着したＳＳ成分の剥離性に優れている点で好ましいが、他の素材で構成された中空糸膜を用いることもできる。有機高分子系の素材を使用する場合、複数の成分を共重合したもの、または複数の素材をブレンドしたものであってもよい。【００３０】
分離膜の素材として有機高分子系の素材を使用する場合、製造方法は特に限定されることはなく、素材の特性および所望する分離膜の形状や性能に応じて、公知の方法から適宜選択した方法を採用することができる。【００３１】
本発明で使用される分離膜の孔径は、汚泥と水との分離性能を考慮して０．１ミクロン以上５ミクロン以下であることが好ましい。０．２ミクロン以上３ミクロン以下であることがさらに好ましい。ここでいう孔径とは、コロイダルシリカ、エマルジョン、ラテックスなどの粒子径が既知の各種基準物質を分離膜で濾過した際に、その９０％が排除される基準物質の粒子径をいう。【００３２】
本発明において、該分離膜はモジュール化されて濾過に使用される。分離膜の形状、濾過方法、濾過条件、洗浄方法などに応じてモジュールの形態を適宜選択することができ、１本または複数本の膜エレメントを装着して中空糸膜モジュールを構成しても良い。例えば中空糸膜からなる膜モジュールの形態としては、例えば数十本から数十万本の中空糸膜を束ねてモジュール内でＵ字型にしたもの、中空糸繊維束の一端を適当なシール材により一括封止したもの、中空糸繊維束の一端を適当なシール材により１本ずつ固定されていない状態（フリー状態）で封止したもの、中空糸繊維束の両端を開口したものなどが挙げられる。また、形状も特に限定されることはなく、例えば円筒状であってもスクリーン状であってもよい。【００３３】
分離膜は一般に目詰まりが進行して、濾過能力が低下するが、これを物理的、化学的に洗浄して再生することもできる。再生条件は分離膜モジュールを構成する素材、形状、孔径などにより適宜選択することができるが、例えば中空糸膜モジュールの物理洗浄方法としては、膜濾過水逆洗、気体逆洗、フラッシング、エアーバブリングなどがあげられ。また化学洗浄方法としては、塩酸、硫酸、硝酸、シュウ酸およびクエン酸などの酸類で洗浄する方法、水酸化ナトリウムなどのアルカリ類で洗浄する方法、次亜塩素酸ナトリウムおよび過酸化水素などの酸化剤で洗浄する方法、エチレンジアミン４酢酸などのキレート化剤で洗浄する方法などが挙げられる。【００３４】
本発明で採用することのできる、分離膜の設置例および膜濾過装置１２の構成例を図５、図６および図７に示す。濾過の方式としては、図５に示すように分離膜を含む膜モジュール等を全酸化槽４の外部に設置し、汚泥を含む原液を循環させながらその一部を濾過する方式、図６に示すように分離膜を含む膜モジュール等を全酸化槽４の外部に設置し、汚泥を含む原液を膜モジュール等に供給して全量を濾過する方式、および図７に示すように分離膜を含む膜モジュール等を全酸化槽４の内部に浸漬し、吸引濾過する方式などがあげられる。また全酸化槽４と膜モジュールの配置によっては、加圧ポンプや吸引ポンプの代わりに水頭差を利用することも可能である。なお、図５に示すような方式では、一般に高透過流束での運転が可能であり、膜面積が少なくて済むという利点を有するが、汚泥を含む原液を循環させるためのエネルギーが大きいという欠点を有する。一方、図７に示すような方式では、設置スペースおよびエネルギーが小さくて済むという利点を有するが、一般に透過流束が低く、大きい膜面積を必要とする欠点を有する。また、図６に示すように分離膜を全酸化槽４内部に浸漬し、吸引や水頭差によって濾過する方式を採用する場合は、散気装置の上部に分離膜を含む膜モジュール等を設置し、散気による膜表面洗浄の効果を利用して膜目詰まりを抑制することができる。本発明の実施のために排水処理設備を新設しても良いが、既設の排水処理設備を改造しても良い。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により、本発明を詳細に説明する。【００３６】
＜実施例１＞
図１に示すフローに従い、容量が３２０ｍ3の担体流動曝気槽１５、容量が２４０ｍ3の全酸化槽４および容量が５０ｍ3の沈殿槽５からなる排水処理装置を用いて、４００ｍ３／日の化学排水１の処理を行った。担体流動曝気槽１５には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を３２ｍ３投入した。また担体流動槽１５で処理された排水に対し１０ｍｇ／Ｌのポリ塩化アルミニウム（無機凝集剤６）を添加した。本発明に基づき、担体流動曝気槽１５におけるＢＯＤ容積負荷が２．５ｋｇ／ｍ3・日で運転したところ、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが徐々に増加したが、ＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日になったときには、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが約１００００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。
【００３７】
凝集剤６は、運転開始から約１ヶ月間連続供給したが、その後は無添加とし、約１ヶ月間は汚泥引抜きなしで運転ができた。その際の全酸化槽４内ＭＬＳＳは１０１００ｍｇ／Ｌに微増していた。ＭＬＳＳが微増することから、数年に一度、汚泥の一部引き抜きは必要と推定されるが、大幅な余剰汚泥削減となる。１ヶ月間での余剰汚泥発生率は原水ＢＯＤ量に対し約１％であった。その時の処理水のＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは約２０ｍｇ／Ｌ以下で良好な処理水であった。
【００３８】
＜比較例１＞
図８に示すフローに従い、各槽の容積、排水量、排水負荷を実施例１と同じとし、凝集剤６を添加せず全酸化槽４のｓ−ＢＯＤ汚泥負荷を０．０５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日以下として排水処理実験を行なった。その結果、汚泥が分散し沈殿槽５で汚泥が分離できず、返送汚泥濃度が約７００ｍｇ／Ｌ程度まで低下し、全酸化槽４内ＭＬＳＳは約６００ｍｇ／Ｌとなった。また、処理水のＢＯＤは約３００ｍｇ／Ｌ、ＳＳは約６００ｍｇ／Ｌと著しく悪かった。
【００３９】
＜比較例２＞
図９に示すフローに従い、各槽の容積、排水量、排水負荷を実施例１と同じとし、実施例で示す全酸化槽４を活性汚泥槽とし、凝集剤６を添加せず、活性汚泥槽内で沈降性の良い汚泥を得るため活性汚泥槽のｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．１５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日になるように活性汚泥槽へ原水を一部分注して排水処理実験を行なった。約２ヶ月間の連続運転を実施した結果、活性汚泥槽のＭＬＳＳは約３５００ｍｇ／Ｌを推移し沈降性の良い汚泥であった。また、活性汚泥槽内のｓ−ＢＯＤ汚泥負荷は０．１０から０．１５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日であった。処理水のＢＯＤは１０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは約２０ｍｇ／Ｌ以下で良好であった。余剰汚泥発生率は原水ＢＯＤ量に対し約１５％であった。また、沈殿槽５の汚泥界面が日々上昇するため、毎日汚泥の引抜きを行なう必要があった。
【００４０】
＜比較例３＞
図１０に示すフローに従い、担体流動槽１５および全酸化槽４の槽容積、排水量、排水負荷を実施例１と同じとし、凝集剤６を添加せず、全酸化槽４に膜濾過装置１２を設置し、濾過水７を処理水として放流する設備において排水処理試験を実施した。全酸化槽４内ＭＬＳＳは試験開始から徐々に増加したが、ｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日になったときには全酸化槽４内ＭＬＳＳは約１００００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。その後、１ヶ月間汚泥引抜きなしで運転したところ全酸化槽４内ＭＬＳＳは約１０１００ｍｇ／Ｌとなった。その際の処理水ＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは０ｍｇ／Ｌであった。しかし、排水量４００ｍ３／日を濾過するため３３ｍ２の中空糸膜が１２本必要であり、ランニングコストは凝集剤６を添加する場合の約５倍であった。
【００４１】
＜実施例２＞
図２に示すフローに従い、容量が３０ｍ3の脱窒槽２、容量が３０ｍ3の硝化槽３、容量が２５ｍ3の全酸化槽４および容量が２５ｍ3の沈殿槽５からなる排水処理装置を用いて、アンモニア性窒素が５０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤが２００ｍｇ／Ｌ、排水量が２００ｍ３／日の化学排水１の処理を行った。脱窒槽２および硝化槽３には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を各３．３ｍ３投入し、硝化槽３から脱窒槽２へは６００ｍ３／日で排水８を返送した。また硝化槽３で処理された排水に対し１０ｍｇ／Ｌのポリ塩化アルミニウム（無機凝集剤６）を添加した。さらに、沈殿槽５出口から脱窒槽２へは６００ｍ３／日で排水９を返送した。本発明に基づき、脱窒槽２および硝化槽３の窒素容積負荷が０．３ｋｇ／ｍ3・日で運転したところ、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが徐々に増加したが、全酸化槽４におけるＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日になったときには、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが約５０００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。凝集剤６は、運転開始から約１ヶ月間連続供給したが、その後は無添加とし、約１ヶ月間は汚泥引抜きなしで運転ができた。その際の全酸化槽４内ＭＬＳＳは５０５０ｍｇ／Ｌに微増していた。ＭＬＳＳが微増することから、数年に一度、汚泥の一部引き抜きは必要と推定されるが、大幅な余剰汚泥削減となる。１ヶ月間での余剰汚泥発生率は原水ＢＯＤ量に対し約１％であった。その時の処理水の全窒素は１２．５ｍｇ／Ｌ以下、ＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは約２０ｍｇ／Ｌ以下で良好な処理水であった。
【００４２】
＜実施例３＞
図３に示すフローに従い、容量が２７０ｍ3の脱窒槽２、容量が２７０ｍ3の硝化槽３、容量が１００ｍ3の全酸化槽４および容量が２５０ｍ3の沈殿槽５からなる排水処理装置を用いて、アンモニア性窒素が４０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤが１６０ｍｇ／Ｌ、排水量が２０００ｍ３／日の化学排水１の処理を行った。脱窒槽２および硝化槽３には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を各２７ｍ３投入した。また硝化槽３で処理された排水に対し１０ｍｇ／Ｌの硫酸アルミニウム（無機凝集剤６）を添加した。さらに、沈殿槽５出口から脱窒槽２へは６０００ｍ３／日で排水９を返送した。本発明に基づき、脱窒槽２および硝化槽３の窒素容積負荷が０．３ｋｇ／ｍ3・日で運転したところ、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが徐々に増加したが、全酸化槽４におけるＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日になったときには、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが約１００００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。凝集剤６は、運転開始から約１ヶ月間連続供給したが、その後は無添加とし、約１．５ヶ月間は汚泥引抜きなしで運転ができた。その際の全酸化槽４内ＭＬＳＳは１０１５０ｍｇ／Ｌに微増していた。ＭＬＳＳが微増することから、数年に一度、汚泥の一部引き抜きは必要と推定されるが、大幅な余剰汚泥削減となる。１．５ヶ月間での余剰汚泥発生率は原水ＢＯＤ量に対し約１％であった。その時の処理水の全窒素は１０ｍｇ／Ｌ以下、ＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは約２０ｍｇ／Ｌ以下で良好な処理水であった。
【００４３】
＜実施例４＞
図４に示すフローに従い、容量が２７０ｍ3の硝化槽３、容量が２７０ｍ3の脱窒槽２、容量が１００ｍ3の全酸化槽４および容量が２５０ｍ3の沈殿槽５からなる排水処理装置を用いて、アンモニア性窒素が４０ｍｇ／Ｌ、排水量が２０００ｍ３／日の化学排水１による処理実験を実施した。硝化槽３および脱窒槽２には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を各２７ｍ３投入し、脱窒槽２へはメタノールを２４Ｋｇ／日で添加した。また硝化槽３で処理された排水に対し１０ｍｇ／Ｌの硫酸アルミニウム（無機凝集剤６）を添加した。さらに、沈殿槽５出口から脱窒槽２へは６０００ｍ３／日で排水９を返送した。本発明に基づき、硝化槽３および脱窒槽２の窒素容積負荷が０．３ｋｇ／ｍ3・日で運転したところ、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが徐々に増加したが、全酸化槽４におけるＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日になったときには、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが約１００００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。凝集剤６は、運転開始から約１ヶ月間連続供給したが、その後は無添加とし、約１．５ヶ月間は汚泥引抜きなしで運転ができた。その際の全酸化槽４内ＭＬＳＳは１０１５０ｍｇ／Ｌに微増していた。ＭＬＳＳが微増することから、数年に一度、汚泥の一部引き抜きは必要と推定されるが、大幅な余剰汚泥削減となる。１．５ヶ月間での余剰汚泥発生率は原水ＢＯＤ量に対し約１％であった。その時の処理水の全窒素は１０ｍｇ／Ｌ以下、ＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは約２０ｍｇ／Ｌ以下で良好な処理水であった。
【００４４】
＜比較例４＞
図１１に示すフローに従い、各槽の容積、排水量、排水負荷を実施例２と同じとし、凝集剤６を添加せず全酸化槽４のｓ−ＢＯＤ汚泥負荷を０．０５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日以下として排水処理実験を行なった。その結果、汚泥が分散し沈殿槽５で汚泥が分離できず、返送汚泥１０濃度が約７００ｍｇ／Ｌ程度まで低下し、全酸化槽４内ＭＬＳＳは約６００ｍｇ／Ｌとなった。また、処理水の全窒素は約９０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤは約３００ｍｇ／Ｌ、ＳＳは約６００ｍｇ／Ｌと著しく悪かった。
【００４５】
＜比較例５＞
図１２に示すフローに従い、硝化槽３、脱窒槽２および全酸化槽４の槽容積、排水量、排水負荷を実施例４と同じとし、凝集剤６を添加せず、全酸化槽４に膜濾過装置１２を設置し、濾過水７を処理水として放流する設備において排水処理試験を実施した。全酸化槽４内ＭＬＳＳは試験開始から徐々に増加したが、ｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日になったときには全酸化槽４内ＭＬＳＳは約１００００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。その後、１ヶ月間汚泥引抜きなしで運転したところ全酸化槽４内ＭＬＳＳは約１０１００ｍｇ／Ｌとなった。その際の処理水全窒素は１０ｍｇ／Ｌ以下、ＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは０ｍｇ／Ｌであった。しかし、排水量２０００ｍ３／日を濾過するため３３ｍ２の中空糸膜が６０本必要であり、ランニングコストは凝集剤６を添加する場合の約５倍であった。
【００４６】
＜実施例５＞
図１３に示すフローに従い、容量が３０ｍ3の脱窒槽２、容量が３０ｍ3の硝化槽３、容量が２５ｍ3の全酸化槽４、および膜濾過装置１２からなる排水処理装置を用いて、アンモニア性窒素が５０ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤが２００ｍｇ／Ｌ、排水量が２００ｍ３／日の排水１の処理を行った。脱窒槽２および硝化槽３には、アセタール化ポリビニルアルコール系ゲル担体（直径約４ｍｍ）を各３．３ｍ３投入し、硝化槽３からの返送配管を通じて脱窒槽２へ６００ｍ３／日で処理水を返送した。また硝化槽３で処理された処理水に対し凝集剤６として１０ｍｇ／Ｌのポリ塩化アルミニウム（無機凝集剤６）を添加した。さらに、膜濾過水７の返送配管を通じて膜濾過水７の一部を脱窒槽２へ６００ｍ３／日で返送した。分離膜としては孔径２ミクロンの中空糸膜を使用した。本発明に基づき、脱窒槽２および硝化槽３の窒素容積負荷が０．３ｋｇ／ｍ3・日で運転したところ、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが徐々に増加したが、全酸化槽４におけるＢＯＤ汚泥負荷が０．０５ｋｇ−ＢＯＤ／ｋｇ−ＭＬＳＳ・日になったときには、全酸化槽４におけるＭＬＳＳが約５０００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。凝集剤６は、運転開始から約１ヶ月間連続供給したが、その後は無添加とし、約１ヶ月間は汚泥引抜きなしで運転ができた。その際の全酸化槽４内ＭＬＳＳは５０５０ｍｇ／Ｌに微増していた。ＭＬＳＳが微増することから、数年に一度、汚泥の一部引き抜きは必要と推定されるが、大幅な余剰汚泥削減となる。１ヶ月間での余剰汚泥発生率は原水ＢＯＤ量に対し約１％であった。その時の処理水の全窒素は１２．５ｍｇ／Ｌ以下、ＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは０ｍｇ／Ｌで良好な処理水であった。また、分離膜１ｍ２あたりの濾過水量は５ｍ３／日であった。
【００４７】
＜比較例６＞
図１４に示すフローに従い、各槽の容積、分離膜孔径、排水量、排水負荷を実施例５と同じとし、凝集剤６を添加せず全酸化槽４のｓ−ＢＯＤ汚泥負荷を０．０５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日以下として排水処理実験を行なった。その結果、汚泥が分散し分離膜の濾過表面が直ぐに詰まってしまい処理水が得られず運転不能となった。
【００４８】
＜比較例７＞
図１４に示すフローに従い、各槽の容積および構成、排水量、排水負荷を実施例５と同じとし、凝集剤６を添加せず分離膜の孔径を０．００５ミクロンとし排水処理試験を実施した。全酸化槽４内ＭＬＳＳは試験開始から徐々に増加したが、ｓ−ＢＯＤ汚泥負荷が０．０５Ｋｇ−ＢＯＤ／Ｋｇ−ＭＬＳＳ．日になったときには全酸化槽４内ＭＬＳＳは約５０００ｍｇ／Ｌでほぼ一定となった。その際の処理水ＢＯＤは５ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは０ｍｇ／Ｌであった。しかし、膜１ｍ２あたりの濾過水量は１ｍ３／日であり、凝集剤６を添加し分離膜孔径２ミクロンを使用した場合と比較して約５倍の膜面積が必要であった。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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