JP5059077B2 - 排水処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、排水処理方法に関する。

従来、有機性排水を処理する標準活性汚泥処理が知られている。この標準活性汚泥処理は、以下の非特許文献１記載されているように、有機性排水を、活性汚泥を有する反応タンク（好気槽）に導入して排水中の有機物を微生物により分解し、この反応タンクからの活性汚泥を含む処理水を沈殿池に導入して沈降分離（固液分離）し、この沈殿池で分離した活性汚泥を返送汚泥として反応タンクに返送するものである。

建設省都市局下水道部監修「下水道施設計画・設計指針と解説 後編 ２００１年版」社団法人日本下水道協会、第４章水処理施設、ｐ８７−ｐ８８

しかしながら、上記標準活性汚泥処理にあっては、微生物が有機物を分解した結果として多量の余剰汚泥が発生するという問題点がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、余剰汚泥の発生が減少する排水処理方法を提供することを目的とする。

本発明による排水処理方法は、有機性排水を嫌気槽に導入して嫌気性処理し、嫌気槽から活性汚泥を含む処理水を好気槽に導入して好気性処理し、好気槽から活性汚泥を含む処理水を固液分離手段に導入して固液分離し、固液分離手段で分離した活性汚泥を返送汚泥として汚泥返送ラインを介して嫌気槽又は当該嫌気槽より上流に返送する排水処理方法であって、嫌気槽内を、一定周期で間欠に撹拌し、嫌気槽の汚泥濃度を１００００〜１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌとすると共に酸化還元電位を−４００〜−４５０ｍｖとして、嫌気性処理することを特徴としている。

このような本発明による作用・効果は以下の通りである。すなわち、活性汚泥は、嫌気槽に導入されて当該嫌気槽で強い嫌気性の条件に曝されると、一般の好気性菌は活動を停止し（失活し）細胞壁の一部が破壊されることがある一方で、好気性菌の一部であるバチルス菌は胞子を形成し環境悪化に耐えようとし、また、活性汚泥中の嫌気性菌は活性化し好気性菌の周りの外部粘質物質（例えばポリサッカライド、ポリペプチド等）や細胞壁が破壊された好気性菌の細胞内物質を低級脂肪酸やメタンガスに分解する。このような活性汚泥が、好気槽に導入されて当該好気槽で好気性の条件に曝されると、バチルス菌は発芽し活性を取り戻す一方で、生き残った好気性菌も活性を取り戻すが、相対的には活性が弱く増殖能力にも劣る。そして、このような活性汚泥が、嫌気槽、好気槽、固液分離手段、汚泥返送ラインを介して嫌気槽に返送されてこれらを繰り返し循環すると、嫌気槽の汚泥濃度が徐々に高まると共に酸化還元電位が徐々に低下し、バチルス菌が徐々に増えていく。

ここで、バチルス菌は、有機物を分解する際の菌体合成の割合が特に少なく且つ好気性菌の分解や部分的滅菌を行う特性があるため、このようなバチルス菌が増えていくことにより、上述した嫌気性菌による好気性菌の分解と相俟って、余剰汚泥の発生が減少することになる。加えて、このようにバチルス菌が増えていくと活性汚泥の沈降性が高くなり、さらに嫌気槽での汚泥濃度が上述のように高められると活性汚泥の沈降性が高くなるため、系内の汚泥濃度が高濃度に維持され、活性汚泥当たりの有機物負荷が低下し、これによって余剰汚泥の発生が一層減少する。

そして、本発明のように、嫌気槽内が一定周期で間欠に撹拌されていると、嫌気槽では撹拌停止時に活性汚泥が沈降して濃縮し、嫌気槽の汚泥濃度が速く高められると共に酸化還元電位が速く低くされてバチルス菌が速く増え、その結果、連続撹拌の場合に比して、短期間で容易に余剰汚泥の発生が減少することになる。

本発明では、嫌気槽の汚泥濃度を１００００〜１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌとすると共に酸化還元電位を−４００〜−４５０ｍｖとして、嫌気性処理する。一般細菌に対してバチルス菌の優勢化（菌の存在数が上回ること）がはっきりするのは、本発明者の試験（実験）によれば、嫌気槽での汚泥濃度が１００００ｍｇＭＬＳＳ／ｌを越え、且つ、酸化還元電位が−４００ｍｖを下回ってからであり、このような条件とすることでバチルス菌が一般細菌より優勢となる。そして、本発明者の試験によると、嫌気槽の汚泥濃度は１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌが濃縮限界であり、酸化還元電位は−４５０ｍｖが下限値であった。このような条件、すなわち、嫌気槽の汚泥濃度を１００００〜１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌとすると共に酸化還元電位を−４００〜−４５０ｍｖとすることによって、一般細菌に対してバチルス菌が優勢化し、短期間で容易に余剰汚泥の発生が一層減少することになる。

また、嫌気槽内を、２回／１日又は３回／１日、１時間撹拌するのが好ましい。これは、１回／１日であると、嫌気槽での撹拌が少なすぎ有機性排水と活性汚泥との接触効率が低すぎることに起因して嫌気反応が悪く、その結果、後段の好気槽での負荷が高くなりすぎるからであり、また、４回以上／１日であると、嫌気槽での比較的多い撹拌により、沈降しようとする活性汚泥が後段の好気槽に流出することに起因して当該好気槽での汚泥濃度が高くなりすぎ、後段の固液分離手段での固液分離がし難くなる（固液分離手段が沈殿槽の場合には沈降分離がし難くなる）からであり、２回／１日又は３回／１日とすることで、上記問題が解消される。

このように本発明によれば、短期間で容易に余剰汚泥の発生を減少できる排水処理方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る排水処理方法を適用した排水処理装置を示す構成図である。 本発明者による試験結果を示す図であり、嫌気槽での汚泥濃度と酸化還元電位との関係図である。 本発明者による試験結果を示す図であり、嫌気槽での酸化還元電位と一般細菌、バチルス菌の存在数との関係図である。 嫌気槽の汚泥濃度の経時変化を実施例１と比較例１で比較して表した図である。 嫌気槽の酸化還元電位の経時変化を実施例１と比較例１で比較して表した図である。 一般細菌、バチルス菌の存在数を、実施例１のサンプリング、比較例１のサンプリング、比較例２で比較して表した図である。

以下、本発明による排水処理方法及び排水処理装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る排水処理方法を適用した排水処理装置を示す構成図である。

図１に示すように、排水処理装置は、有機性排水導入ラインＬ１を介して有機性排水を導入し嫌気性処理する嫌気槽１と、この嫌気槽１から活性汚泥を含む処理水を導入し好気性処理する好気槽２と、この好気槽２から活性汚泥を含む処理水を導入し固液分離する固液分離手段３と、この固液分離手段３で分離された活性汚泥を返送汚泥として嫌気槽１に返送する汚泥返送ラインＬ２と、固液分離手段３で分離された処理水を後段に供給する処理水供給ラインＬ３と、固液分離手段３で分離された一部の活性汚泥を余剰汚泥として外部に排出する余剰汚泥排出ラインＬ４と、を備えている。

嫌気槽１は、槽内を撹拌するための撹拌機１ａを備えている。この撹拌機１ａには、その下端に槽内の有機性排水に浸漬し当該有機性排水及び活性汚泥を撹拌するインペラ１ｂが設けられると共に、このインペラ１ｂを駆動するための駆動源（モータ）１ｃが設けられている。

ここで、特に本実施形態にあっては、撹拌機１ａは一定周期の間欠運転とされ、従って、インペラ１ｂは駆動源１ｃにより一定周期で間欠に回転駆動される。ここでは、２回／１日又は３回／１日、１時間槽内を撹拌する。２回／１日、１時間の撹拌とは、１１時間停止、１時間撹拌の１２時間のセットを１日に２回繰り返し行うことであり、３回／１日、１時間の撹拌とは、７時間停止、１時間撹拌の８時間のセットを１日に３回繰り返し行うことである。そして、このような撹拌機１ａの一定周期の間欠運転は、駆動源１ｃがコンピューターにより自動制御されることにより行われるが、駆動源１ｃがオペレーターによりマニュアル操作されることにより行われても良い。

また、嫌気槽１は、その汚泥濃度が１００００〜１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌ、その酸化還元電位が−４００〜−４５０ｍｖとされている（詳しくは後述）。

好気槽２は、散気装置２ａにより槽内が曝気される曝気槽であり、その汚泥濃度は５０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌ程度とされている。

固液分離手段３は、ここでは、沈殿槽とされ、上澄みを分離処理水とし、沈降汚泥を分離汚泥としているが、固液分離手段３は沈殿槽である場合に、本方式の優位性が特に発揮される。しかしながら、固液分離できれば、例えば、膜分離装置や遠心分離装置等であっても良い。

そして、図１に示す排水処理装置にあっては、有機性排水が嫌気槽１で嫌気性処理され、この嫌気槽１からの活性汚泥を含む処理水が好気槽２で好気性処理され、この好気槽２からの活性汚泥を含む処理水が沈殿槽３で固液分離され、この沈殿槽３で分離され沈降した活性汚泥が汚泥返送ラインＬ２を介して嫌気槽１に返送される一方で、沈殿槽３で分離され上澄みとされた処理水が後段に供給されると共に、沈殿槽３で分離された一部の活性汚泥が余剰汚泥として外部に排出される。

図２及び図３は、図１に示す排水処理装置を用いて本発明者が行った試験結果を示す図であり、図２は、嫌気槽１での汚泥濃度と酸化還元電位との関係図、図３は、嫌気槽１での酸化還元電位と一般細菌、バチルス菌の存在数との関係図である。図３中、実線は、汚泥濃度に対応する総菌数を示し、点線は一般細菌を示し、一点鎖線はバチルス菌を示す。

なお、本試験は、嫌気槽１において撹拌機１ａにより撹拌を連続で行っているが、上記のように間欠で行っても、図２及び図３に示すのと同様な結果が得られる。因みに、ここでは、嫌気槽１の容量を１２Ｌ、好気槽２の容量を１２Ｌ、沈殿槽３の容量を６Ｌとし、ＢＯＤ：２４０ｍｇ／ｌ、ＳＳ：１６０ｍｇ／ｌ、Ｐ：７ｍｇ／ｌ、Ｎ：１８ｍｇ／ｌという生活排水を２４Ｌ／ｄで流した。

そして、嫌気槽１の汚泥濃度を徐々に高めて運転していくと、図２に示すように、嫌気槽１の酸化還元電位も徐々に低下し、それに従い、図３に示すように、バチルス菌が徐々に増えていく。

このようにバチルス菌が増えていく現象のメカニズムを考察すると以下の通りである。すなわち、活性汚泥は、嫌気槽１に導入されて当該嫌気槽１で強い嫌気性の条件に曝されると、一般の好気性菌は活動を停止し（失活し）細胞壁の一部が破壊されることがある一方で、好気性菌の一部であるバチルス菌は胞子を形成し環境悪化に耐えようとし、また、活性汚泥中の嫌気性菌は活性化し好気性菌の周りの外部粘質物質（例えばポリサッカライド、ポリペプチド等）や細胞壁が破壊された好気性菌の細胞内物質を低級脂肪酸やメタンガスに分解する。このような活性汚泥が、好気槽２に導入されて当該好気槽２で好気性の条件に曝されると、バチルス菌は発芽し活性を取り戻す一方で、生き残った好気性菌も活性を取り戻すが、相対的には活性が弱く増殖能力にも劣る。そして、このような活性汚泥が、嫌気槽１、好気槽２、沈殿槽３、汚泥返送ラインＬ２を介して嫌気槽１に返送されてこれらを繰り返し循環すると、嫌気槽１の汚泥濃度が徐々に高まると共に酸化還元電位が徐々に低下し、バチルス菌が徐々に増えていくことになる。

ここで、バチルス菌は、有機物を分解する際の菌体合成の割合が特に少なく且つ好気性菌の分解や部分的滅菌を行う特性があるため、このようなバチルス菌が増えていくことにより、上述した嫌気性菌による好気性菌の分解と相俟って、余剰汚泥の発生が減少することになる。加えて、このようにバチルス菌が増えていくと活性汚泥の沈降性が高くなり、さらに嫌気槽１での汚泥濃度が上述のように高められると活性汚泥の沈降性が高くなるため、系内の汚泥濃度が高濃度に維持され、活性汚泥当たりの有機物負荷が低下し、これによって余剰汚泥の発生が一層減少することになる。

そして、嫌気槽１内が、上述したように、一定周期で間欠に撹拌されているため、嫌気槽１では撹拌停止時に活性汚泥が沈降して濃縮し、嫌気槽１の汚泥濃度が速く高められると共に酸化還元電位が速く低くされてバチルス菌が速く増え、その結果、連続撹拌の場合に比して、短期間で容易に余剰汚泥の発生が減少することになる。

このように、本実施形態によれば、嫌気槽１、好気槽２、固液分離手段３をこの順に備えると共に、固液分離手段３で分離された活性汚泥を嫌気槽１に返送する汚泥返送ラインＬ２を備える構成にあって、嫌気槽１内が、一定周期で間欠に撹拌されるため、連続撹拌の場合に比して、バチルス菌が速く増え、短期間で容易に余剰汚泥の発生を減少できる。

そして、図２及び図３に示すように、本発明者の試験によると、嫌気槽１での汚泥濃度が１００００ｍｇＭＬＳＳ／ｌを越えると共に、酸化還元電位が−４００ｍｖを下回るようになると、活性汚泥中で一般細菌に対して劣勢であった（存在数が少ない）バチルス菌が、初めて一般細菌を上回るようになった。また、嫌気槽１の汚泥濃度は１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌが濃縮限界であり、酸化還元電位は−４５０ｍｖが下限値であった。

このように、嫌気槽１の汚泥濃度を１００００〜１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌとすると共に酸化還元電位を−４００〜−４５０ｍｖとすることにより、バチルス菌を一般細菌に比してはっきりと優勢化でき、その結果、短期間で容易に余剰汚泥の発生を一層減少できる。また、このような汚泥減容効果の他に、バチルス菌の優勢化により、活性汚泥に特有の臭気の発生も抑制できた。

さらに、本実施形態によれば、嫌気槽１内を、２回／１日又は３回／１日、１時間撹拌する一定周期の間欠撹拌としているため、上記効果、すなわち短期間で容易に余剰汚泥の発生を減少できることを実現できる。これは、１回／１日であると、嫌気槽１での撹拌が少なすぎ有機性排水と活性汚泥との接触効率が低すぎることに起因して嫌気反応が悪く、その結果、後段の好気槽２での負荷が高くなりすぎるからであり、また、４回以上／１日であると、嫌気槽１での比較的多い撹拌により、沈降しようとする活性汚泥が後段の好気槽２に流出することに起因して当該好気槽２での汚泥濃度が高くなりすぎ、後段の沈殿槽３での沈降分離がし難くなるからである。

なお、前述したように、嫌気槽１で汚泥濃度を徐々に高めると共に、酸化還元電位を徐々に低下させていくのは、排水処理装置での運転初期にあっては、前述したような高濃度の活性汚泥（汚泥濃度１００００〜１７０００ｍｇＭＬＳＳ）を維持し、強い嫌気性（酸化還元電位−４００〜−４５０ｍｖ）の条件を形成できないからである。

因みに、嫌気槽１での汚泥濃度を高めるには返送汚泥の濃度を高めるのが良く、沈殿槽３の滞留時間は６時間以上、深さは３ｍ以上とするのが望ましい。そして、このような設備により比較的短期間で上記の条件を形成することができるが、必ずしも設備の大きさ、深さ等を規定するものではない。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、返送汚泥を汚泥返送ラインＬ２により直接嫌気槽１に返送するようにしているが、嫌気槽１より上流の有機性排水導入ラインＬ１に返送するようにしても勿論良い。

なお、生物脱燐法、具体的には、有機性排水を嫌気槽で嫌気性処理し、嫌気槽からの活性汚泥を含む処理水を好気槽で好気性処理し、好気槽からの活性汚泥を含む処理水を固液分離手段で固液分離し、固液分離手段で分離された活性汚泥を嫌気槽又は当該嫌気槽より上流に返送する生物脱燐法にあっては、嫌気槽での燐放出を活発且つ円滑に行うべく、嫌気槽で有機性排水と活性汚泥の接触効率を高めることが必要であり、従って、槽内の連続撹拌が不可欠となる。このような生物脱燐法において、本発明のように嫌気槽内を一定周期で間欠に撹拌しようとすると、有機性排水と活性汚泥の接触効率が悪化してしまい、脱燐機能が大幅に低下してしまうことから、本発明のような一定周期の間欠撹拌を行うことはできない。しかも、生物脱燐法は、あくまで好気性菌に嫌気性の軽い刺激を与えて好気性菌の燐含有率を上げるというもので、好気性菌を失活させるほど強い嫌気状態には曝さないものであり、通常、嫌気槽での滞留時間は２〜３時間、嫌気槽の酸化還元電位は−１００〜−２００ｍｖ、嫌気槽の汚泥濃度は３０００〜６０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌ程度で運転されるものである。従って、このような条件での運転により燐の除去率は上がるが、バチルス菌は優勢とはならず、汚泥減容効果は殆ど無いが、一方、本発明は、前述したように、バチルス菌が増え、汚泥減容効果が顕著となるものである。但し、必ずしも燐除去効果は高まらないという違いがある。

以下、上記効果を確認すべく本発明者が実施した実施例１及び比較例１、２について述べる。

（実施例１）
図１に示した排水処理装置を用い、嫌気槽１の容量を１２Ｌ、好気槽２の容量を１２Ｌ、沈殿槽３の容量を６Ｌとし、ＢＯＤ：２４０ｍｇ／ｌ、ＳＳ：１６０ｍｇ／ｌ、Ｐ：７ｍｇ／ｌ、Ｎ：１８ｍｇ／ｌという生活排水を２４Ｌ／ｄで流した。嫌気槽１では、３回／１日、１時間の撹拌、すなわち、７時間停止、１時間撹拌の８時間のセットを１日に３回繰り返し行った。

（比較例１）
嫌気槽１での撹拌を連続撹拌とした点以外は、実施例１と同様とした。

（比較例２）
図１に示す装置の嫌気槽１も曝気して好気槽とし、この好気槽と後段の好気槽２での汚泥濃度を３０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌに維持し、全体を標準活性汚泥法による運転とした。

その結果を図４〜図６に示す。図４は、嫌気槽１の汚泥濃度の経時変化を実施例１と比較例１で比較して表した図、図５は、嫌気槽１の酸化還元電位の経時変化を実施例１と比較例１で比較して表した図である。図中、黒四角形は実施例１（間欠撹拌）を示し、黒菱形は比較例１（連続撹拌）を示している。

図６は、一般細菌、バチルス菌の存在数を、実施例１のサンプリング、比較例１のサンプリング、比較例２で比較して表した図である。図中、符号Ａは一般細菌を示し、符号Ｂはバチルス菌を示す。なお、実施例１のサンプリング、比較例１のサンプリングは開始から４ヶ月経過した時点のものである。すなわち、実施例１のサンプリングは、嫌気槽１での撹拌が間欠撹拌である場合であって、図４及び図５に黒四角形で示すように、開始から４ヶ月経過し、酸化還元電位が―４４０ｍｖ、汚泥濃度が１６０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌになったときのサンプリングであり、比較例１のサンプリングは、嫌気槽１での撹拌が連続撹拌である場合であって実施例１のサンプリングと同時期（開始から４ヶ月経過）のものであり、図４及び図５に黒菱形で示すように、酸化還元電位が―３５０ｍｖ、汚泥濃度が８０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌになったときのサンプリングである。

図４に示すように、比較例１（黒菱形：連続撹拌）では、当初汚泥濃度が上がらず、図５に示すように、酸化還元電位も容易に下がらなかった。また、図６に示すように、比較例１のサンプリング（４ヶ月経過時）では、比較例２（標準活性汚泥法）の場合と同様に、バチルス菌Ｂに比して一般細菌Ａの方が多かった。そして、図５に示すように、嫌気槽１の酸化還元電位が―４００ｍｖになったのは５ヶ月経過時であった。５ヶ月経過時の汚泥減容率は、比較例２（標準活性汚泥法）に比して１５％減程度であった。

一方、図４に示すように、実施例１（黒四角形：間欠撹拌）では、１ヶ月後には、嫌気槽１の汚泥濃度は１００００ｍｇＭＬＳＳ／ｌに達し、図５に示すように、酸化還元電位も―４００ｍｖを下回った。嫌気槽１の汚泥濃度は最終的には１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌになったにも関わらず、好気槽２の汚泥濃度は５０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌを超えることは無かった。また、図６に示すように、実施例１のサンプリング（４ヶ月経過時：比較例１と同時期）では、バチルス菌Ｂが一般細菌Ａを上回っていた。汚泥減容率は、比較例２（標準活性汚泥法）に比して５０％減となった。なお、嫌気槽１において、２回／１日、１時間の撹拌、すなわち、１１時間停止、１時間撹拌の１２時間のセットを１日に２回繰り返し行った場合も、実施例１と同様な結果であった。

１…嫌気槽、１ａ…撹拌機、２…好気槽、３…沈殿槽（固液分離手段）、Ｌ１…有機性排水導入ライン、Ｌ２…汚泥返送ライン。

Claims (2)

1. 有機性排水を嫌気槽に導入して嫌気性処理し、前記嫌気槽から活性汚泥を含む処理水を好気槽に導入して好気性処理し、前記好気槽から活性汚泥を含む処理水を固液分離手段に導入して固液分離し、前記固液分離手段で分離した活性汚泥を返送汚泥として汚泥返送ラインを介して前記嫌気槽又は当該嫌気槽より上流に返送する排水処理方法であって、
   前記嫌気槽内を、一定周期で間欠に撹拌し、
   前記嫌気槽の汚泥濃度を１００００〜１７０００ｍｇＭＬＳＳ／ｌとすると共に酸化還元電位を−４００〜−４５０ｍｖとして、嫌気性処理することを特徴とする排水処理方法。
2. 前記嫌気槽内を、２回／１日又は３回／１日、１時間撹拌することを特徴とする請求項１記載の排水処理方法。

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