(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を第１のＯＲＰ計を備えた第１反応槽へ流入させて活性汚泥と混合し、曝気と非曝気を交互に繰り返して処理し、次いで第２のＯＲＰ計を備えた第２反応槽に移送して第２反応槽にて曝気と非曝気を交互に繰り返して処理するに際し、第１反応槽においては曝気を行う曝気時間をＴａ、非曝気の脱窒時間をＴｂとし、Ｔｃ（＝Ｔａ＋Ｔｂ）の終了時を第１のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後さらに非曝気を第２反応槽が曝気を開始するまで継続して活性汚泥からのリン放出を行い、第２反応槽においては曝気を行う曝気時間をＴｄ、非曝気の脱窒時間をＴｅとし、Ｔｆ（＝Ｔｄ＋Ｔｅ）の終了時を第２のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後直ちに第１反応槽と第２反応槽の曝気を同時に再開して活性汚泥へのリン吸収を行い、第２反応槽中に設置した膜分離装置にて曝気時にのみ膜面を洗浄しながら処理水と活性汚泥とに分離して処理水を得るとともに、リンが吸収、濃縮された活性汚泥の一部を余剰汚泥として除去し、他の一部を第１反応槽へ返送することを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水を生物学的に処理して、排水中の有機物、窒素、リンを効率よく除去することができる排水の処理方法および排水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排水の処理は有機物の除去が主体であり、活性汚泥法に代表される生物学的処理法が一般に用いられてきた。しかし、近年になって、湖沼、内湾などの閉鎖系水域では富栄養化が大きな問題となり、この原因となる窒素の排水基準値が日間平均値で６０ｍｇ／Ｌ、リンの排水基準値が日間平均値で８ｍｇ／Ｌと設定されている。そこで、有機物のほかに窒素、リンを除去することができる処理法が活性汚泥法の改良法として開発されており、代表的な方法としてＡ２０法（嫌気−無酸素−好気法）、回分式活性汚泥法、間欠曝気式活性汚泥法などが挙げられる。これらの方法は、微生物が好気性条件、嫌気性条件に交互におかれることにより、有機物、窒素、リンの除去がなされる。これらの嫌気好気活性汚泥法は、化学的リン除去法のように凝集剤を使用しないため、沈殿槽から引き抜かれる汚泥量が少なく、また薬品を使用していないため、汚泥の処理が容易であるという利点を持つために、最近では注目されている。
【０００３】
ここで、有機物、窒素、リンの除去を目的とする排水処理について、その原理を簡単に述べる。
まず、排水中の有機物は活性汚泥を構成する微生物の食物となり分解除去される。
【０００４】
次に、窒素については、好気性の条件下で、硝化細菌の働きによりアンモニア性窒素（ＮＨ4 −Ｎ）が硝酸性窒素（ＮＯ3 −Ｎ）に酸化され、ついで嫌気性の条件下で脱窒菌の働きにより硝酸性窒素（ＮＯ3 −Ｎ）が窒素ガス（Ｎ2 ）に還元されて除去される。硝化、脱窒の関係を整理すると、次のようになる。
0003738377.tif 000002
【０００５】
そして、リンは曝気槽の運転条件を好気性、嫌気性に交互に変えることにより、細胞内にリンを多量に蓄積する性質を持つ活性汚泥を作り出し、この活性汚泥を利用して除去する。即ち、この活性汚泥は嫌気性条件でリンを放出し、好気性条件でリンを吸収する性質があるため、好気性条件でリンの吸収を行い、リンを多量に吸収した活性汚泥を余剰汚泥として処理系から除くことにより脱リンを行う。この関係は下記のように整理することができる。
0003738377.tif 000003
【０００６】
このように窒素、リンの除去には、好気性、嫌気性の２条件が不可欠であるが、厳密には脱窒のための嫌気性条件と脱リンのための嫌気性条件とは異なっており、間欠曝気式活性汚泥法では脱窒が終了し、槽内に硝酸性窒素に起因する酸素分子が無くなった後で、活性汚泥からのリンの放出が起こり、このリンの充分な放出が次の曝気工程におけるリンの多量の吸収につながっている。
【０００７】
間欠曝気式活性汚泥法は、好気性条件、嫌気性条件の比率を時間的に設定することができ、しかも既存の施設にも比較的容易に適用できることから注目されている方法であり、本発明者らは従来の間欠曝気式活性汚泥法を大幅に改善する方法として、排水が流入する第１曝気槽と、この曝気槽に直列に連結した第２曝気槽の二つの曝気槽を用い、その後段に最終沈殿池を設けた装置と、その制御方法を開発し、これは特開平６−５５１９０号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−５５１９０号公報に記載の２槽式間欠曝気式活性汚泥法では、通常の下水や生活排水を処理する場合、高い窒素、リン除去率が得られるなど優れた利点を持つものであるが、本発明者らのその後の研究により、なお次のような問題を解決しなければならないことがわかった。
【０００９】
従来の２槽式間欠曝気式活性汚泥法に代表される好気嫌気活性汚泥法では、図３に示すように、濃縮汚泥と処理水の分離を別単位装置である重力沈殿槽４において重力分離により行っているため、分離に長時間を要する上、活性汚泥の沈降性が悪い場合、ＳＳが沈澱槽から流出し、処理水質が大きく悪化することが度々あった。
【００１０】
更に、好気嫌気活性汚泥法の処理効率をあげる一つの方法として、汚泥濃度をあげる必要があるが、重力沈殿槽との組み合わせでは、汚泥の分離効率が汚泥の沈降性に大きく依存するため反応槽中の汚泥濃度を高めることによる処理の効率化ができなかった。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになわれたもので、排水中の有機物、窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法において、懸濁物質の流出のない良好な処理水を目詰まりなく安定して行うことが可能であり、更に反応槽中の汚泥濃度を高め、効率的な処理方法および処理装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための手段として、本発明者等は、鋭意検討した結果、２槽式間欠曝気式活性汚泥の処理方法を次のように改良した。
即ち、排水を第１のＯＲＰ計を備えた第１反応槽へ流入させて活性汚泥と混合し、曝気と非曝気を交互に繰り返して処理し、次いで第２のＯＲＰ計を備えた第２反応槽に移送して第２反応槽にて曝気と非曝気を交互に繰り返して処理するに際し、第１反応槽においては曝気を行う曝気時間をＴａ、非曝気の脱窒時間をＴｂとし、Ｔｃ（＝Ｔａ＋Ｔｂ）の終了時を第１のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後さらに非曝気を第２反応槽が曝気を開始するまで継続して活性汚泥からのリン放出を行い、第２反応槽においては曝気を行う曝気時間をＴｄ、非曝気の脱窒時間をＴｅとし、Ｔｆ（＝Ｔｄ＋Ｔｅ）の終了時を第２のＯＲＰ計にてＯＲＰの屈曲点が検出された時点とし、その後直ちに第１反応槽と第２反応槽の曝気を同時に再開して活性汚泥へのリン吸収を行い、第２反応槽中に設置した膜分離装置にて曝気時にのみ膜面を洗浄しながら処理水と活性汚泥とに分離して処理水を得るとともに、リンが吸収、濃縮された活性汚泥の一部を余剰汚泥として除去し、他の一部を第１反応槽へ返送することを特徴とする排水処理方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明で処理の対象となる排水としては、家庭排水や、穀類でんぷん製造業、乳製品製造業、食肉センター、砂糖製造業、畜産食料品製造業、畜産農業、肉製品製造業、食肉ハム・ソーセージ製造業、水産練り製品製造業、水産食料品製造業、有機化学工業製造業、無機化学工業製造業などからの排水が挙げられる。
【００１５】
本発明で使用する間欠曝気式活性汚泥法は、排水を活性汚泥と混合し、曝気と非曝気を交互に繰り返して処理させる方法であり、以下にその概要を図１と図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。なお、図１では、水および空気の経路を実線の矢印、制御信号系統を点線の矢印で表してある。
【００１６】
この処理方法に使用する装置は、主として、第１反応槽２ａと、第２反応槽２ｂと、第２反応槽２ｂに設置した膜分離装置１０と制御系とから構成されている。
第１反応槽２ａと第２反応槽２ｂの容積比はおよそ１：１であり、処理水の滞留時間の合計は約５〜１２時間である。
【００１７】
制御系は、第１反応槽２ａ内の酸化還元電位を測定する第１のＯＲＰ計６ａ、第２反応槽２ｂ内の酸化還元電位を測定する第２のＯＲＰ計６ｂ、およびこれらＯＲＰ計の値に基づいて第１曝気ブロワ７ａ、第２曝気ブロワ７ｂ（曝気処理器）、第１撹拌ポンプ８ａ、第２撹拌ポンプ８ｂへの制御信号を出力する制御装置９からなっている。
【００１８】
本発明において、先ず、排水を第１反応槽２ａへ流入させて活性汚泥と混合し、曝気と非曝気を交互に繰り返して排水を処理する。ここで、排水中の有機物、窒素、リンは活性汚泥によりかなり処理される。
【００１９】
上記の処理には、各種の方法が採用されるが、一例として活性汚泥のリン放出を確保しうる条件下で行う方法を採用することができる。すなわち、第１反応槽２ａでは、硝化、脱窒を所定時間となるように制御しながら、リン放出時間を確保することができるが、その具体的な方法を、制御に伴うＯＲＰの変化とともに、図２（ａ）を併用参照して説明する。図２（ａ）は、制御中の任意のタイミングで曝気開始時間を零点として、時間経過に対する第１反応槽におけるＯＲＰの変化を示したものである。
【００２０】
硝化とリン吸収を行う曝気時間をＴａ、脱窒時間をＴｂとし、ＴａとＴｂの和である時間Ｔｃがあらかじめ設定した時間Ｔｃｓと一致するように調整する。ここで、時間Ｔｃは曝気時間Ｔａによって変化するので、時間Ｔｃを時間Ｔｃｓと一致するように調整するためには、曝気時間Ｔａを調整することとなる。
更に詳細には、前記時間Ｔｃは、第１のＯＲＰ計６ａのＯＲＰの変化における脱窒終了時に出現する屈曲点Ａを検出することによって測定するので、この測定で得た時間Ｔｃと設定時間Ｔｃｓとの差を算出して、これに基づいて曝気時間Ｔａを調整する。
【００２１】
後述のように、１周期はほぼＴｆｓ時間に維持するため、リン放出時間はＴｆｓ−Ｔｃｓとなり、リン放出時間Ｔｆｓ−Ｔｃｓが充分確保されるように制御される。すなわち、リン放出時間Ｔｆｓ−Ｔｃｓを充分確保するには、Ｔｃｓを小さく設定する必要があり、これに対応して曝気時間Ｔａが比較的小さく調整されることとなる。
【００２２】
次に、第２反応槽２ｂに移送して第２反応槽２ｂにて曝気と非曝気を交互に繰り返して処理する。ここで、排水中の有機物、窒素、リンは活性汚泥により完全に処理されることとなる。
【００２３】
上記の処理にも、各種の方法が採用されるが、一例として活性汚泥のリン吸収を確保しうる条件下で行う方法を採用することができる。すなわち、第２反応槽２ｂでは硝化、脱窒を行うとともに、リン放出を防止しつつ制御の１周期を所定の時間に維持することができる。
【００２４】
この第２反応槽２ｂにおける制御方法は、硝化とリン吸収のための曝気時間Ｔｄ、脱窒が進行する撹拌時間とＴｅとし、ＴｄとＴｅの和であるＴｆをあらかじめ設定した時間Ｔｆｓと一致するように調整する。ここで、時間Ｔｆは曝気時間Ｔｄによって変化するので、時間Ｔｆを時間Ｔｆｓと一致するように調整するためには、曝気時間Ｔｄを調整することとなる。
更に詳細に述べると、前記時間Ｔｆは、第２のＯＲＰ計６ｂのＯＲＰの変化における脱窒終了時に出現する屈曲点Ｂを検出することによって測定するので、この測定で得た時間Ｔｆと設定時間Ｔｆｓとの差を算出して、これに基づいて曝気時間Ｔｄを調整する。
【００２５】
時間Ｔｆ（設定時間Ｔｆｓにほぼ等しい）の経過後には、１周期が終了したとして、第１反応槽２ａ、第２反応槽２ｂを同時に曝気状態に復帰させると、リン放出時間は０となり、このように脱窒が終了すると、直ちに曝気状態となるため、第２反応槽２ｂにおいて、リンが放出されないこととなる。
【００２６】
次に、第２反応槽２ｂ中に設置した膜分離装置１０にて被処理水を曝気時に処理水と活性汚泥とに分離する。このようにして、曝気時に処理水と活性汚泥とに分離することにより、処理水を得るとともに、濃縮された活性汚泥の一部は第１反応槽へ返送され、他の活性汚泥は余剰汚泥として除去される。なお、膜分離装置１０は第２曝気ブロワ７ｂの上方に設置されており、曝気時にろ過膜表面を洗浄しうるようになされている。
なお、前記の濃縮された活性汚泥はリンを吸収しているので、第１反応槽への返送分を除いて余剰汚泥として除去することにより、リンの除去も可能である。
【００２７】
本発明に用いられる膜分離装置１０は、ろ過膜を利用した固液分離装置であって、精密ろ過膜以上の分離特性を有するものが望ましく、その形状は、例えば平膜、中空糸、管状等の形状に加工された単位カートリッジからなり、これら複数を必要に応じて組み合わせて使用される。使用の態様としては第２反応槽の被処理水中に浸漬して使用することが望ましい。
【００２８】
また、膜分離に必要な駆動力としては、例えばポンプによる吸引、水頭差による重力等があげられ、膜分離時には膜分離装置を曝気して、気泡や旋回流によってろ過膜表面に汚れが蓄積しないようにすることが必須である。
【００２９】
このようにして、本発明においては、二つの反応槽において、曝気を行う好気性状態と曝気を停止した嫌気性状態とを交互に繰り返して処理し、排水中の有機物、窒素、リンを除去する間欠曝気式活性汚泥法において、第２反応槽中に、活性汚泥と処理水を分離する膜分離装置を設置し、曝気時にのみ固液分離を行い、目詰まりすることなく、良質の処理水を得るとともに、第２反応槽中の濃縮された汚泥の一部は余剰汚泥として除去し、残余の濃縮汚泥を第１反応槽へ返送することにより、反応槽中の汚泥濃度を高めることができるため、処理効率を向上させることができる。
【００３０】
なお、第１反応槽で繰り返し処理して有機物や窒素、リンが充分に除去された場合や排水中の汚濁物質の濃度が少なく、短時間で処理された場合には、第２反応槽では曝気（好気処理）のみを行って汚泥分離することができる。また、逆に処理水量が増加した場合は、第２反応槽の曝気時間を長くし、ろ過時間を延長することもできる。
【００３１】
【実施例】
次に、本発明の膜分離法と２槽式間欠曝気活性汚泥法を用いた処理について、参考例によって具体的に説明する。
【００３２】
実施例１
容量２．３ｍ3 の直列に配置された２つの反応槽、及び第２反応槽中に平膜装置を浸漬した膜分離２槽式間欠曝気式活性汚泥装置を用いて、表１に示す装置仕様及び処理状況で１日１３．９ｍ3 の生活雑排水を処理した。なお、ＢＯＤ／ＭＬＳＳ負荷は、排水のＢＯＤを２００mg/L  として算出した。また、ＢＯＤ容積負荷は設計処理水量および設定ＭＬＳＳより算出した。
本実施例のＢＯＤ／ＭＬＳＳ負荷は、後述の比較例１の処理と比較して約０．８倍であるが、装置の設計容積の指標であるＢＯＤ容積負荷は２．５倍となっている。即ち、本実施例では、反応槽の容積は比較例１の２．５分の１となっている。
このような装置を用いて約８〜１２ヶ月通水処理実験を行ったところ、次のような結果が得られた。
【００３３】
有機物の除去性については、表中に示したように、平均ＢＯＤ除去率が９９．４％で、平均の処理水ＢＯＤ０．９ｍｇ／Ｌと安定した処理水が得られた。
また、懸濁物質（ＳＳ）については、目詰まりもなく、優れた良質の処理水が得られた。
さらに、窒素の除去性については、表中に示したように、平均全窒素除去率が９３％で、平均の処理水全窒素濃度３．３ｍｇ／Ｌと、安定した処理水が得られた。
さらに、リンの除去性については、表中に示したように、平均ＢＯＤ除去率が９８．５％以上で、平均の処理水全リン濃度０．０６ｍｇ／Ｌ以下と安定した処理水が得られた。
【００３４】
【表１】
0003738377.tif 000004
【００３５】
比較例１
容量８．９ｍ3 の直列に配置された２つの反応槽、及び４．４ｍ3 の沈殿槽からなる槽式間欠曝気式活性汚泥装置を用いて、表１に示す装置仕様及び処理状況で１日２１．３ｍ3 の生活雑排水を処理した。このとき、曝気，非曝気の制御方法は実施例と同じものを用いた。
【００３６】
得られた結果は、有機物の除去性については、表中に示したように、平均ＢＯＤ除去率が９７．８％で、平均の処理水ＢＯＤ４．３ｍｇ／Ｌであり、実施例１に比べて不十分な処理水が得られた。
また、懸濁物質（ＳＳ）については、平均７ｍｇ／Ｌであり、実施例１に比べて不十分な処理水が得られた。
さらに、窒素の除去性については、表中に示したように、平均全窒素除去率が９１．０％、平均の処理水全窒素濃度３．６ｍｇ／Ｌであって、実施例１に比べて不十分な処理水が得られた。
さらに、リンの除去性については、表中に示したように、平均全リン除去率が８５％以上で、平均の処理水全リン濃度０．６３ｍｇ／Ｌであって、実施例１に比べて不十分な処理水が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、二つの反応槽の使用により排水中の安定した有機物、窒素、リン除去を行うことができるのみならず、更に、汚泥と処理水の分離に槽浸漬型の膜分離装置を用いることによって、沈殿槽を使用しないで済むとともに、処理水への懸濁物質の流出もなく、しかも反応槽中の汚泥濃度を高めることができるため、処理効率を向上させることができ、処理装置の小型化を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理方法に使用される汚水処理装置の要部構成を示す概略図である。
【図２】第１反応槽および第２反応槽におけるＯＲＰの変化を示すもので、（ａ）は第１反応槽におけるＯＲＰの時間経過に対する関係線図、（ｂ）は第２反応槽におけるＯＲＰの時間経過に対する関係線図である。
【図３】従来の汚水処理装置の要部構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１    排水
２ａ  第１反応槽
２ｂ  第２反応槽
３    処理水
５    返送汚泥ポンプ
６ａ  第１のＯＲＰ計
６ｂ  第２のＯＲＰ計
７ａ  第１曝気ブロワ
７ｂ  第２曝気ブロワ
８ａ  第１撹拌ポンプ
８ｂ  第２撹拌ポンプ
９    制御装置
１０  膜分離装置
【図１】
0003738377.tif 000005
【図２】
0003738377.tif 000006
【図３】
0003738377.tif 000007