JP4411850B2

JP4411850B2 - 生物脱リン方法及び装置

Info

Publication number: JP4411850B2
Application number: JP2003053635A
Authority: JP
Inventors: ラジブゴエル; 英斉安井
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004261694A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、嫌気好気法により生物的に脱リンを行う生物脱リン方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リンを含む廃水を活性汚泥による生物処理を行う活性汚泥処理工程では、原水中の有機物の分解とともにリンが減少する。微生物の物質代謝において、リンは、ＡＴＰや、核酸（ＤＮＡ，ＲＮＡ）にも含まれており、菌体合成に必要な要素の一つである。通常、活性汚泥には約２．３％前後のリンが存在しており、菌体合成に伴い、リンの除去が期待される。しかし、活性汚泥処理におけるリンの除去量は、汚泥の平均滞留時間が一定であれば、通常、排水中の有機物質濃度にほぼ比例することから、リンの除去量には限りがある。
【０００３】
一方、ある特定の条件下では、菌体の構成や代謝に必要なリンの摂取以外に、多量のリンが菌体内に蓄積され、これらの活性汚泥に占めるリン濃度は６〜８％にも達することがある（過剰摂取（luxury uptake）現象）。即ち、活性汚泥の環境を嫌気性条件にして、強制的にリンを放出させた汚泥は、その後のリンの摂取量が著しく増加する。
【０００４】
この過剰摂取現象を利用した生物脱リン装置にあっては、原水が流入する嫌気槽に返送汚泥を導入して汚泥からリンを放出させ、このリン欠乏汚泥を含む原水を好気処理して汚泥にリンを過剰に摂取させて脱リンを図るようにしている。
【０００５】
このような生物脱リン装置にあっては、リンは汚泥中に取り込まれ、余剰汚泥と共に水中から分離されるのであるが、発生する汚泥量が多いという欠点がある。
【０００６】
そこで、返送汚泥の一部を嫌気滞留槽に滞留させてリンを放出させた後、固液分離処理し、固形分を可溶化して汚泥を減容するようにした生物脱リン装置が提案された（特開平１１−１８８３８３号公報）。
【０００７】
図４は同号公報の脱リン装置の系統図であり、リンを含有する原水１を生物学的脱リン活性汚泥処理工程２の嫌気槽３に導入し、それとともに沈殿槽５からの返送汚泥８およびオゾン酸化槽１８から流出するオゾン酸化汚泥１９を投入させ、同工程２の嫌気槽３及びそれにつながる好気槽４においてＢＯＤ除去と脱リン菌へのリン吸収を行わせる。同工程における汚泥の一部を沈殿槽５へ送り、沈殿槽５での上澄水は処理水６として取り出し、また沈殿した沈殿汚泥７の大部分は、返送汚泥８として嫌気槽３にリサイクルされる。
【０００８】
前記沈殿汚泥７からその一部を分岐し、分岐汚泥９として汚泥嫌気滞留槽１０に流入させ、ここで嫌気性条件で滞留させることにより、リン含有汚泥からリンを吐き出させる。汚泥嫌気滞留槽１０の汚泥は、次に膜分離槽１１によって固液分離された後、固液分離で得た分離汚泥１３がオゾン酸化槽１８に導かれ、オゾンにより酸化分解し可溶性有機物を溶出する。このオゾン酸化槽１８で生成するオゾン酸化汚泥１９を生物学的脱リン活性汚泥処理工程２の嫌気槽３に返送した後、好気槽４に流入させ、オゾン酸化汚泥（微生物による生分解性が向上している）１９を微生物によって炭酸ガスと水に分解する。
【０００９】
このように原水のＢＯＤ除去にともなって増殖した活性汚泥は、汚泥嫌気滞留槽１０、オゾン酸化槽１８、生物学的脱リン活性汚泥処理工程２を循環することによって炭酸ガスおよび水に分解され、系外に排出すべき余剰汚泥はほぼゼロになる。
【００１０】
なお、活性汚泥がオゾンにより酸化分解される結果、オゾン酸化汚泥１９には可溶性有機物（ＢＯＤ）が豊富に含まれているので、これを嫌気槽３に添加すると、脱リン菌からのリン吐き出しを活発に起こさせることが出来る。またオゾン酸化槽１８での汚泥のオゾン酸化にあたり、汚泥をあらかじめ汚泥嫌気滞留槽１０で嫌気的に滞留させると、汚泥の可溶化率が向上する。
【００１１】
一方、膜分離槽１１からの固液分離水１２に、リン化学的除去工程１５において、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄などのリンと化学的に沈殿生成反応を起こす金属化合物を添加し、リンをヒドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム化合物、リン酸マグネシウムアンモン（ＭＡＰ）、リン酸アルミニウム、又はリン酸鉄として沈降分離させ回収する。図４の場合、金属化合物として水酸化カルシウム１４を用い、ヒドロキシアパタイト１７を生じさせている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−１８８３８３号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
種々の研究の結果、図４に示す生物脱リン装置にあっては、汚泥嫌気滞留槽１０において汚泥から液相へリンが放出されても、膜分離槽１１からの分離汚泥１３に該リンを含んだ液が随伴するため液相中に放出されたリンのうち相当部分が分離汚泥１３と共に嫌気槽３に循環してしまい、リン除去効率が悪いことが認められた。
【００１４】
本発明は、リンの除去効率が著しく高い生物脱リン装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の生物脱リン装置は、原水及び返送汚泥が流入する嫌気槽と、該嫌気槽からの混合液を好気的に処理する好気槽と、該好気槽からの流出液を固液分離する第１の固液分離手段と、該第１の固液分離手段で固液分離された汚泥の一部を前記返送汚泥として前記嫌気槽へ返送する手段と、該第１の固液分離手段で固液分離された汚泥の残部を嫌気性に保ちリンを放出させるリン放出手段と、該リン放出手段からの汚泥混合液を固液分離する第２の固液分離手段と、該第２の固液分離手段で分離された分離水からリンを除去するリン除去手段と、を備えた生物脱リン装置において、該リン放出手段は、導入された汚泥中のリンの大部分（好ましくは７０％以上）を汚泥から放出させるものであり、前記リン放出手段は、汚泥に対し希釈用の水を添加する手段と、汚泥と添加された希釈用の水とを攪拌する攪拌手段を有し、前記リン放出手段と前記第２の固液分離手段とは共通の処理槽にて構成されており、該処理槽は、攪拌後の攪拌液を静置して上澄液と沈降分とに沈降分離し、該上澄液と沈降分とを個別に取り出す取出手段を備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の生物脱リン方法は、かかる本発明装置によって原水を生物脱リン処理するものである。
【００１７】
かかる本発明の生物脱リン装置及び方法によると、リン放出手段におけるリン放出量が多いので、嫌気槽に循環するリン量が少ない。これにより、効率良く脱リン処理を行うことができる。
【００１８】
本発明では、リン放出手段において汚泥に対し希釈用の水を添加する。これにより、リン放出手段での液相が増量されるので、第２の固液分離手段で液相と共に系外に取り出されるリンの量が増加する。これにより、嫌気槽に循環されるリンの量が著しく減少する。
【００１９】
本発明においては、この汚泥と希釈用の水とを攪拌混合する。また、この攪拌後の液を静置して上澄液と沈降分とに沈降分離し、上澄液は系外に取り出し、沈降分に対し改めて希釈用の水を添加して攪拌混合し、この工程を１回以上繰り返すようにしてもよい。これにより、汚泥が希釈用の水で１回以上リンスされることになり、リン放出手段にて汚泥から放出されたリンの大部分が系外に取り出される。また、汚泥からリンを十分に放出させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。図１は参考例に係る生物脱リン装置の系統図である。
【００２１】
この参考例は、前記図４の生物脱リン装置と大部分が共通であるので、相違点について説明する。
【００２２】
この参考例においては、汚泥嫌気滞留槽１０に攪拌機２１が設けられている。また、この汚泥嫌気滞留層１０に希釈水を供給する希釈水ライン２２が設けられている。さらに、膜分離槽１１からの分離汚泥１３の一部を汚泥嫌気滞留槽１０に供給するための返送ライン２３が設けられている。
【００２３】
図１のその他の構成は前記図４と同一であり、同一符号は同一部分を示す。
【００２４】
この参考例においても、リンを含有する原水１を生物学的脱リン活性汚泥処理工程２の嫌気槽３に導入し、それとともに沈殿槽５からの返送汚泥８およびオゾン酸化槽１８から流出するオゾン酸化汚泥１９を投入させ、同工程２の嫌気槽３及びそれにつながる好気槽４においてＢＯＤ除去と脱リン菌へのリン吸収を行わせる。同工程における汚泥の一部を沈殿槽５へ送り、沈殿槽５での上澄水は処理水６として取り出し、また沈殿した沈殿汚泥７の大部分は、返送汚泥８として嫌気槽３にリサイクルされる。
【００２５】
前記沈殿汚泥７からその一部を分岐し、分岐汚泥９として汚泥嫌気滞留槽１０に流入させ、ここで嫌気性条件で滞留させることにより、リン含有汚泥からリンを吐き出させる。汚泥嫌気滞留槽１０の汚泥は、次に膜分離槽１１によって固液分離された後、固液分離で得た分離汚泥１３がオゾン酸化槽１８に導かれ、オゾンにより酸化分解し可溶性有機物を溶出する。このオゾン酸化槽１８で生成するオゾン酸化汚泥１９を生物学的脱リン活性汚泥処理工程２の嫌気槽３に返送した後、好気槽４に流入させ、オゾン酸化汚泥（微生物による生分解性が向上している）１９を微生物によって炭酸ガスと水に分解する。
【００２６】
一方、膜分離槽１１からの固液分離水１２に、リン化学的除去工程１５において、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、鉄などのリンと化学的に沈殿生成反応を起こす金属化合物を添加し、リンをヒドロキシアパタイトなどのリン酸カルシウム化合物、リン酸マグネシウムアンモン（ＭＡＰ）、リン酸アルミニウム、又はリン酸鉄として沈降分離させ回収する。図１の場合、金属化合物として水酸化カルシウム１４を用い、ヒドロキシアパタイト１７を生じさせている。
【００２７】
この参考例においては、汚泥嫌気滞留槽１０に導入された汚泥（分岐汚泥９）に対し、希釈水がライン２２から添加される。そして、攪拌機２１によって汚泥と希釈水とは十分に攪拌、混合される。そのため、汚泥嫌気滞留槽１０内において汚泥から液相中に放出されたリンは、従来よりも多量の液相と共に膜分離槽１１へ送られ、固液分離処理される。そのため、膜分離槽１１から固液分離されて取り出される固液分離水１２の水量は従来よりも多量であり、この多量の水に随伴して従来よりも多量のリンが系外に取り出されることになる。このため、分離汚泥１３に随伴してオゾン処理槽１８へ送られるリンの量が従来に比べて減少する。しかも、この参考例にあっては、膜分離槽１１で固液分離された分離汚泥の一部をライン２３によって汚泥嫌気滞留槽１０に戻し、再度リン放出させる。
【００２８】
このようなことから、この参考例によると、オゾン処理槽１８を経て嫌気槽３へ循環されるリンの量が従来例に比べて著しく少なく、固液分離水１２と共に系外に取り出されるリンの量が従来例に比べて著しく多い。そのため、生物脱リン装置全体としてのリン除去効率が著しく優れたものとなる。
【００２９】
図２は本発明の実施の形態に係る生物脱リン装置の系統図、図３は図２の生物脱リン装置の汚泥嫌気滞留槽１０の動作説明図である。
【００３０】
この実施の形態でも、汚泥嫌気滞留槽１０に攪拌機２１が設けられると共に、希釈水の供給用ライン２２が設けられている。
【００３１】
この実施の形態では、この汚泥嫌気滞留槽１０が汚泥の沈降分離槽としての機能も備えているので、膜分離槽１１は省略され、沈降濃縮による固液分離の上澄液が固液分離水１２として該汚泥嫌気滞留槽１０から取り出され、そのままリン化学的除去工程１５へ送られるようになっている。
【００３２】
この固液分離水の送給用のラインに弁１２ａが設けられている。前記希釈水供給用のライン２２に弁２２ａが設けられている。また、分岐汚泥９の導入用のラインに弁９ａが設けられている。さらに、分離汚泥１３をオゾン処理槽１８へ送るためのラインに弁１３ａが設けられている。
【００３３】
図２のその他の構成は図１と同一であり、同一符号は同一部分を示している。
【００３４】
次に、この汚泥嫌気滞留槽１０の作動方法について図３を参照して説明する。
【００３５】
まず、図３（ａ）の通り、弁９ａ，２２ａを開とすることにより、空になっていた汚泥嫌気滞留槽１０に分岐汚泥９と希釈水とを導入する。所定量の汚泥及び希釈水を導入した後、弁９ａ，２２ａを閉とする。
【００３６】
次に、図３（ｂ）の通り攪拌機２１を回転させて汚泥と希釈水とを攪拌し、汚泥から液相中へリンを放出させる。次いで、図３（ｃ）の通り、攪拌機２１を停止し、液を静置して汚泥を沈降させる。
【００３７】
次いで、図３（ｄ）の通り、弁１２ａを開き、上澄液を汚泥嫌気滞留槽１０から取り出し、リン化学的除去工程１５へ送る。上澄液を排出した後、汚泥を汚泥嫌気滞留槽１０から取り出しても良いが、好ましくは上記の図３（ｂ）〜（ｅ）の工程をさらに１回以上繰り返す。即ち、図３（ｄ）において上澄液を取り出した後、弁１２ａを閉じ、図３（ｅ）の通り弁２２ａを開いて所定量の希釈水を汚泥嫌気滞留槽１０に供給した後、弁２２ａを閉める。その後、図３（ｂ）に戻り、攪拌を行う。
【００３８】
図３（ｂ）〜（ｅ）の工程を所定回数繰り返し、十分に汚泥からリンが放出した後、図３（ｄ）の上澄液取出工程に続いて弁１３ａを開き、沈降汚泥を取り出し、この汚泥をオゾン処理槽１８へ送る。図２の生物脱リン装置のその他の工程は前記図１の生物脱リン装置と同一である。
【００３９】
この図２，３の生物脱リン装置においても、分岐汚泥９からリンが十分に放出された後、汚泥がオゾン処理槽１８を経て嫌気槽３へ戻されるので、生物脱リン装置の脱リン効率が著しく優れたものとなる。
【００４０】
なお、図３の汚泥処理はバッチ式であるが、汚泥嫌気滞留槽を２個以上併設することにより、生物脱リン装置全体として連続的に運転を行うことができる。
【００４１】
上記いずれの実施の形態でも、汚泥嫌気滞留槽１０において汚泥中のリンの７０％以上を汚泥から分離してリン化学的除去工程へ送ることができる。
【００４２】
汚泥嫌気滞留槽１０においては、約２０℃の温度に保ち、汚泥滞留時間を４８時間以上とするか、又は約３０℃の温度に保ち汚泥滞留時間を２４時間以上とすることが好ましい。
【００４３】
希釈水としては、当然ながらリンを全く含まないか、又はリン濃度の低い水が用いられる。
【００４４】
図３では汚泥嫌気滞留槽１０は沈降濃縮方式となっているが、浮上分離方式とされてもよい。
【００４５】
本発明では、汚泥嫌気滞留槽１０からオゾン処理槽１８へ送られる汚泥に対し希釈水を添加してもよい。
【００４６】
本発明では、好気槽４に代えて、結合酸素（硝酸イオン又は亜硝酸イオン）を与える無酸素槽（図示せず）を設けてもよい。その場合、結合酸素は外部から硝化液を加える。結合酸素を与える無酸素槽は、酸素ガスを与える代わりに結合酸素を与える点で好気的であることに変わりはない。
【００４７】
また、嫌気槽と好気槽の間に脱窒素槽（無酸素槽）を設けて、好気槽の混合液を脱窒素槽に循環供給してもよい。
【００４８】
リン化学的除去工程１５では、ＭＡＰ反応塔などの晶析装置のほか、凝集分離装置などを用いることができる。
【００４９】
また、オゾン処理槽１８の代りに、汚泥を熱的あるいは機械的に可溶化するよう構成されたものを採用してもよい。
【００５０】
以下に実験例について説明する。
【００５１】
図１及び図４に示す構成の生物脱リン装置により原水として合成廃水をそれぞれ処理した。
【００５２】
４Ｌ（リットル）の嫌気槽３と４Ｌの好気槽４とからなる８Ｌの処理装置が使用されている。本実験では、酢酸、酢酸ナトリウムおよびペプトンからなる合成基質が有機基質として使用された。リン酸カリウムがリン源として使用され、その他の微量成分（Ｃａ^２＋，Ｍｇ^２＋，Ｆｅ^２＋）が原水に添加された。原水中の酢酸塩のＣＯＤ濃度とペプトンのＣＯＤ濃度はそれぞれ約１００ｍｇ／Ｌに維持された。原水中のリン／酢酸塩ＣＯＤ比は１／３０に維持された。
【００５３】
図１，４のいずれの生物脱リン装置においても、良好な生物学的脱リン処理が行われ、流出水の平均リン濃度は１ｍｇ／ｌより低かった。ＳＳ濃度が５０００ｍｇ／ｌであり約７％のリン含有量を有する生物学的リン含有汚泥が汚泥嫌気滞留槽１０に供給された。この汚泥嫌気滞留槽１０内のＳＲＴは２０℃において２日間以上に保持された。この脱リン装置内の可溶性リン濃度は２５０〜３００ｍｇ／ｌの範囲であった。これらのシステムの性能の比較を表１に示す。
【００５４】
【表１】

【００５５】
上記実験結果からわかるように、汚泥嫌気滞留槽１０へ希釈水を添加することにより、嫌気槽３に再循環される可溶性リンの量が１０％に減少し、リン回収率が９０％にまで改善された。また、膜分離槽１１流出水中のリン濃度が著しく減少し、その分だけ膜分離槽１１流出水の流量が多くなった。
【００５６】
上記実験における汚泥濃縮係数は２であり、従ってリンの再循環を低減させるために大量の希釈水が必要であった。
【００５７】
なお、図２，３の生物脱リン装置を同様にして運転したところ、汚泥濃縮係数１０が達成された。濃縮係数が高いために、脱リンのときに少量の希釈水のみが必要とされた。しかし、濃縮後オゾン処理槽に供給される汚泥に対し希釈水を添加する必要があった。
【００５８】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によると、効率良くリン除去を行うことができる生物脱リン方法及び装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例に係る系統図である。
【図２】実施の形態に係る系統図である。
【図３】図２の汚泥嫌気滞留槽の作動図である。
【図４】従来例に係る生物脱リン装置の系統図である。
【符号の説明】
３嫌気槽
４好気槽
５沈殿槽（第１の固液分離手段）
１０汚泥嫌気滞留槽
１１膜分離槽（第２の固液分離手段）
１８オゾン処理槽
２１攪拌機
２２希釈水供給用ライン

Claims

原水及び返送汚泥が流入する嫌気槽と、
該嫌気槽からの混合液を好気的に処理する好気槽と、
該好気槽からの流出液を固液分離する第１の固液分離手段と、
該第１の固液分離手段で固液分離された汚泥の一部を前記返送汚泥として前記嫌気槽へ返送する手段と、
該第１の固液分離手段で固液分離された汚泥の残部を嫌気性に保ちリンを放出させるリン放出手段と、
該リン放出手段からの汚泥混合液を固液分離する第２の固液分離手段と、
該第２の固液分離手段で分離された分離水からリンを除去するリン除去手段と、
を備えた生物脱リン装置において、
該リン放出手段は、導入された汚泥中のリンの大部分を汚泥から放出させるものであり、
前記リン放出手段は、汚泥に対し希釈用の水を添加する手段と、汚泥と添加された希釈用の水とを攪拌する攪拌手段を有し、
前記リン放出手段と前記第２の固液分離手段とは共通の処理槽にて構成されており、
該処理槽は、攪拌後の攪拌液を静置して上澄液と沈降分とに沈降分離し、該上澄液と沈降分とを個別に取り出す取出手段を備えていることを特徴とする生物脱リン装置。
請求項１において、前記リン放出手段は、導入された汚泥中のリンの７０％以上を汚泥から放出させるものであることを特徴とする生物脱リン装置。
請求項１又は２において、さらに、
該第２の固液分離手段で分離された汚泥を可溶化する可溶化手段と、
該可溶化手段で可溶化された汚泥を前記嫌気槽に返送する可溶化汚泥返送手段と、
を有することを特徴とする生物脱リン装置。
請求項３において、該可溶化手段に導入される汚泥に対し希釈用の水を添加する手段を備えたことを特徴とする生物脱リン装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の装置により原水を生物脱リン処理する方法であって、
該処理槽に汚泥と希釈用の水とを導入して攪拌した後、沈降分離し、上澄液を該処理槽外に流出させた後、
改めて希釈用の水を該処理槽に導入して攪拌し次いで沈降分離する工程を１回以上行うことを特徴とする生物脱リン方法。