JP3738377B2 - 排水処理方法 - Google Patents
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Description
【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。
【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。
【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】
【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
Claims (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。
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