WO2017122547A1 - グラニュールの形成方法及び排水処理方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a granule formation method and a wastewater treatment method.
- an activated sludge method utilizing an aggregate of microorganisms (aerobic biological sludge) called floc has been used for biological wastewater treatment of organic matter-containing wastewater containing organic matter and the like.
- floc an aggregate of microorganisms
- the surface area of the sedimentation basin may have to be very large due to the slow sedimentation speed of the floc.
- the treatment rate of the activated sludge method depends on the sludge concentration in the biological treatment tank, and the treatment rate can be increased by increasing the sludge concentration, but the sludge concentration ranges from 1500 to 5000 mg / L or If it is further increased, solid-liquid separation becomes difficult due to bulking or the like in the sedimentation basin, and the treatment may not be maintained.
- anaerobic biological treatment it is common to use aggregates (anaerobic biological sludge) in which microbes called granules are gathered densely and become granular. Granules have a very fast sedimentation rate, and microorganisms gather densely. Therefore, the sludge concentration in the biological treatment tank can be increased, and high-speed wastewater treatment can be realized.
- anaerobic biological treatment has problems such as the limited number of wastewater to be treated compared to aerobic treatment (activated sludge method) and the need to maintain the treated water temperature at about 30 to 35 ° C. May have.
- an aerobic treatment such as an activated sludge method when discharged into a river or the like.
- the satiety state (the state where the organic matter concentration in the tank is high) / starvation state (the organic matter in the tank) due to the organic substance concentration gradient in the tank
- the formation of a low concentration state is an important factor.
- the organic matter concentration in the wastewater is low such as sewage (for example, when the BOD is about 50 to 200 mg / L)
- the organic matter is processed in a short time in the biological treatment process. Therefore, it becomes difficult to form a satiety state. As a result, it may be difficult to form granules having good sedimentation properties.
- an object of the present invention is to provide a granule forming method capable of forming a granule having a good sedimentation property in a granule forming method using a semi-batch type reaction tank.
- the present invention includes an inflow process for introducing an organic matter-containing wastewater, a biological treatment process for biologically treating a target substance in the organic matter-containing wastewater with microbial sludge, and a sedimentation process for causing the microbial sludge to settle.
- the cycle includes a first operation cycle in which the biological treatment process is performed with a first sludge load, and a second operation cycle in which the biological treatment process is performed with a second sludge load after the first operation cycle.
- the second sludge load is a granule that is a sludge load that is set such that the soluble BOD concentration in the semi-batch reaction tank at the end of the biological treatment process of the second operation cycle is equal to or less than a threshold value. It is the formation method.
- the first sludge load / the second sludge load is preferably twice or more.
- the second sludge load is ammonia nitrogen in the semi-batch reaction tank at the end of the biological treatment process of the second operation cycle. It is preferable to set the concentration to be 1 mgN / L or less.
- the biologically treated water discharge port of the semi-batch reaction tank is provided above the drainage inlet, and the organic matter It is preferable that the biologically treated water is discharged from the treated water discharge port by causing the contained wastewater to flow into the semi-batch reaction tank from the drainage inlet.
- the present invention is a wastewater treatment method using a continuous biological treatment tank for biologically treating the wastewater with biological sludge while allowing organic matter-containing wastewater to continuously flow, wherein (1) to (4) It is the waste water treatment method which supplies the granule formed by the granule formation method as described in any one of these to the said continuous type biological treatment tank.
- 1 is a schematic configuration diagram of a wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the daily change of SVI5 and SVI30 in Comparative Examples 1 and 2 and an Example.
- the granule forming apparatus 1 includes a semi-batch type reaction tank 10.
- the drainage supply pipe 22 is connected to the drainage inlet of the semi-batch reaction tank 10 via the drainage inflow pump 12.
- a biologically treated water pipe 24 is connected to the biologically treated water discharge port 16 of the semi-batch reaction tank 10 via a biologically treated water discharge valve 18.
- An aeration device 26 connected to the aeration pump 14 is installed in the lower part of the semi-batch reaction tank 10.
- the drainage inflow pump 12, the biologically treated water discharge valve 18, and the aeration pump 14 are electrically connected to the control device 20, respectively, and the control device 20 controls operation / stop of the pump, opening / closing of the valve, and the like. .
- the granule forming apparatus 1 is operated in the following operation cycle, for example.
- the drainage inflow pump 12 is activated, and a predetermined amount of organic matter-containing wastewater is introduced into the semi-batch reaction tank 10 through the drainage supply pipe 22.
- ⁇ (2) Biological treatment process While the drainage inflow pump 12 is stopped, an oxygen-containing gas such as air is supplied from the aeration pump 14 to the semi-batch reaction tank 10, and the substance to be treated in the organic matter-containing wastewater is microbial sludge in the semi-batch reaction tank 10.
- the biological reaction is not limited to an aerobic reaction, and supply of air or the like is not performed.
- An aerobic reaction can be performed by stirring, or an aerobic reaction and an anaerobic reaction may be combined.
- An oxygen-free state means a state in which dissolved oxygen does not exist, but nitrous acid, oxygen derived from nitric acid, and the like exist. For example, as shown in FIG.
- a stirring device constituted by a motor 28, a stirring blade 30, a shaft connecting the motor 28 and the stirring blade 30, etc. is installed in the semi-batch reaction tank 10, and the aeration pump 14 is installed. What is necessary is just to stop and to stir with a stirring apparatus.
- the stirring device is not limited to the above configuration.
- the aeration pump 14 is stopped, for example, by the control device 20 (the stirring device is also stopped in the granule forming device 1 in FIG. 2).
- granules which are aggregates in which microorganisms gather densely and become granular, are formed.
- the operation and stop of the drainage inflow pump 12, the aeration pump 14, and the agitator motor 28, and the opening and closing of the biological treatment water discharge valve 18 may be controlled by the control device 20 or may be performed by an operator or the like. Good.
- the biological treatment process of this embodiment has the case where a biological treatment process is performed with a 1st sludge load, and the case where a biological treatment process is performed with a 2nd sludge load. That is, in the present embodiment, the first operation cycle having the inflow process, the biological treatment process for biological treatment with the first sludge load, the sedimentation process, and the discharge process, and the biological process with the inflow process and the second sludge load after the first operation cycle. And a second operation cycle having a biological treatment process, a sedimentation process, and a discharge process.
- the first sludge load is a sludge load in which the soluble BOD concentration in the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process does not decrease below a threshold value, or ammonia in the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process.
- the sludge load is such that the nitrogen concentration does not decrease below the threshold value.
- the second sludge load is a sludge load in which the soluble BOD concentration in the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process is equal to or less than a threshold value, or the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process.
- the sludge load is such that the ammonia nitrogen concentration is below the threshold.
- the threshold value is set as the organic substance concentration (soluble BOD concentration) at which the microorganism activity decreases when the organic substance concentration (soluble BOD concentration) that feeds on microorganisms decreases and becomes starved. That is, the region above the threshold is in a satiety state with a high soluble BOD concentration, and the region below the threshold is in a starvation state with a low soluble BOD concentration.
- the threshold value for the first sludge load and the threshold value for the second sludge load may be the same, but separate threshold values (threshold value for the first sludge load> second sludge are provided in order to sufficiently secure the satiety state and the starvation state. Load threshold).
- FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a change over time in the soluble BOD concentration in the tank when the first operation cycle and the second operation cycle are performed
- FIG. 3B is a tank when the conventional operation cycle is performed. It is a figure which shows the time-dependent change of the soluble BOD density
- the soluble BOD concentration in the tank rises due to the inflow of waste water. Thereby, it becomes a satiety state with high soluble BOD density
- the biological treatment process lowers the soluble BOD concentration in the tank, but the biological treatment is performed with the first sludge load described above, so the solubility in the tank at the end of the biological treatment process.
- the BOD concentration does not decrease to the threshold value, and the satiety state is maintained.
- finish of a 1st operation cycle at the time of the start of a 2nd operation cycle, the soluble BOD density
- the soluble BOD concentration in the tank at the end of the biological treatment step is equal to or lower than the threshold value, and the soluble BOD concentration is in a starved state.
- the satiety state / starvation state is repeated, and granules with good sedimentation are formed.
- the organic matter concentration in the wastewater is low, it becomes easy to ensure a sufficient satiety state by the above operation cycle, so that it is possible to form granules with good sedimentation.
- the conventional operation cycle as shown in FIG.
- the second operation cycle may be performed after the first operation cycle is repeated a plurality of times. Further, after the first operation cycle, the second operation cycle may be repeated a plurality of times. Further, after the first operation cycle is repeated a plurality of times, the second operation cycle may be repeated a plurality of times. Furthermore, between the first operating cycle and the second operating cycle, an operating cycle in which the sludge load is lower than the first operating cycle and higher than the second cycle can be sandwiched.
- the change in the soluble BOD concentration in the tank has been described as an example. However, in biological treatment, ammonia nitrogen is also treated along with organic matter treatment, so the soluble BOD concentration is changed to the ammonia nitrogen concentration. It may be replaced.
- the first sludge load / second sludge load is preferably set to be twice or more, and more preferably set to be three times or more. In this way, by increasing the difference between the first sludge load and the second sludge load, it becomes possible to secure a satiety state for a longer time or to secure a longer time for a starvation state.
- the first sludge load in the first operation cycle is preferably a sludge load in which the soluble BOD concentration in the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process does not decrease to 5 mg / L or less, and to 10 mg / L or less. It is more preferable that the sludge load does not decrease, and it is more preferable that the sludge load does not decrease to 25 mg / L or less.
- the first sludge load in the first operation cycle is preferably a sludge load in which the ammonia nitrogen concentration in the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process does not decrease to 5 mgN / L or less.
- the sludge load does not decrease to the following, and it is more preferable that the sludge load does not decrease to 25 mgN / L or less. Thereby, it becomes possible to ensure a satiety state for a longer time.
- the first sludge load in the first operation cycle depends on the type of organic matter in the wastewater, but is preferably in the range of 0.4 to 2.0 kgBOD / kgMLSS / day, for example, 0.6 to 1.5 kgBOD / kgMLSS / The range of day is more preferable. If it is out of the above range, it may be difficult to ensure a sufficient satiety time.
- the second sludge load in the second operation cycle is preferably a sludge load in which the soluble BOD concentration in the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process is 5 mg / L or less, and is 1 mg / L or less.
- the sludge load is more preferable, and the sludge load is more preferably 0.5 mg / L or less.
- the second sludge load in the second operation cycle is preferably a sludge load in which the ammonia nitrogen concentration in the semi-batch reaction tank 10 at the end of the biological treatment process is 5 mg N / L or less, and 1 mg N / L or less.
- the sludge load is more preferable, and the sludge load is more preferably 0.5 mgN / L or less. Thereby, it becomes possible to secure a starvation state for a longer time.
- the second sludge load in the second operation cycle depends on the type of organic matter in the wastewater, but is preferably in the range of 0.02 to 0.3 kgBOD / kgMLSS / day, for example, 0.05 to 0.2 kgBOD / kgMLSS / The range of day is more preferable. If it is out of the above range, it may be difficult to ensure sufficient time for starvation.
- the setting of the first sludge load and the second sludge load is performed, for example, by adjusting the time of the biological treatment process. For example, if the time during which the soluble BOD concentration in the tank is reduced to the threshold is measured in a preliminary experiment or when starting up the apparatus, and if a time shorter than that time is set as the time of the biological treatment process, If the sludge load becomes the first sludge load and a time longer than that time is set as the time of the biological treatment process, the sludge load at that time becomes the second sludge load.
- the soluble BOD concentration in the semi-batch reaction tank 10 is determined by measuring the filtrate by the method shown in JIS K0102 after filtration.
- the sludge load (kgBOD / kgMLSS / day) includes the BOD amount (kgBOD / day) supplied to the semi-batch reaction tank 10 and the MLSS amount (kgMLSS) in the semi-batch reaction tank 10 per day. It is requested from.
- the dissolved oxygen (DO) in the semi-batch reactor 10 is preferably 0.5 mg / L or more, particularly 1 mg / L or more under aerobic conditions.
- the organic matter-containing wastewater in the semi-batch reaction tank 10 or the organic matter-containing wastewater before being introduced into the semi-batch reaction tank 10 is added to Fe 2+ , Fe 3+ , Ca 2+ , It is preferable to add ions that form hydroxides, including Mg 2+ and the like. Normal organic wastewater contains fine particles that become the nucleus of the granule, but the addition of the ions makes it possible to further promote the nucleation of the granule.
- Organic substance-containing wastewater to be treated by the granule forming method according to the present embodiment is organic containing biodegradable organic matter such as food processing factory wastewater, chemical factory wastewater, semiconductor factory wastewater, machine factory wastewater, sewage, and human waste. It is drainage.
- a biologically indegradable organic substance is contained, a physicochemical treatment such as ozone treatment or Fenton treatment is performed in advance and converted into a biodegradable component.
- the granule formation method according to the present embodiment is intended for various BOD components, the oil and fat content may adhere to sludge and granules and adversely affect them, so that the semi-batch type reaction tank 10 is used. It is preferable to remove in advance to, for example, about 150 mg / L or less by an existing method such as levitation separation, coagulation pressure levitation, and adsorption.
- the BOD concentration in the organic matter-containing wastewater to be treated is not particularly limited, but with the granule formation method according to the present embodiment, a low concentration of 50 to 200 mg / L, which makes it difficult to form granules. However, it is possible to form granules with good sedimentation.
- the granule forming method according to the present embodiment for example, it is possible to form a granule having a sedimentation index of SVI30 of 50 mL / g or less and SVI5 of 70 mL / g or less.
- FIG. 4 shows another example of the granule forming apparatus according to this embodiment.
- the drainage supply pipe 22 is connected to the drainage inlet 34 at the lower part of the semi-batch reaction tank 10 via the drainage inflow pump 12 and the drainage inflow valve 32.
- a drainage discharge part 36 is connected to the drainage inlet 34 and is installed in the lower part of the semi-batch reaction tank 10.
- the biologically treated water discharge port 16 of the semi-batch reaction tank 10 is provided above the drainage inlet 34, and the biologically treated water piping 24 is connected to the biologically treated water outlet 16 through the biologically treated water discharge valve 18. Yes.
- the biologically treated water discharge port 16 is provided above the drainage inlet 34.
- the biologically treated water discharge port 16 is separated as much as possible from the drainage inlet 34. It is preferable to be provided at the water level in the sedimentation process.
- the drainage inflow pump 12, the drainage inflow valve 32, the biologically treated water discharge valve 18, and the aeration pump 14 are electrically connected to the control device 20, respectively.
- the other configuration is the same as that of the granule forming apparatus 1 of FIG.
- granules are formed by repeating the operation cycle of (1) inflow process / discharge process, (2) biological treatment process, and (3) sedimentation process.
- the inflow process / discharge process is a process of performing the discharge process while performing the inflow process.
- the drainage inflow valve 32 is opened to operate the drainage inflow pump 12, and the organic matter-containing drainage is discharged into the drainage inlet.
- the biologically treated water is discharged from the biologically treated water discharge port 16 through the biologically treated water piping 24 by flowing into the semi-batch type reaction tank 10 from the wastewater discharging part 36 through the wastewater supply pipe 22 from 34.
- the biological treatment process and (3) the sedimentation process are as described above.
- the operation and stop of the drainage inflow pump 12 and the aeration pump 14 and the opening and closing of the drainage inflow valve 32 and the biological treatment water discharge valve 18 may be controlled by the control device 20 or may be performed by an operator or the like. .
- the biologically treated water is discharged from the biologically treated water discharge port 16 by causing the organic substance-containing wastewater to flow into the semi-batch type reaction tank 10, and thus the granules having a relatively small particle size.
- the operation cycle (1) to (3) is repeated for granules having a relatively large particle size.
- FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a wastewater treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
- the waste water treatment apparatus 2 shown in FIG. 5 includes a waste water storage tank 50, a granule forming apparatus 52, a continuous biological treatment tank 54, and a solid-liquid separation tank 56.
- a drainage inflow pump 68 is installed in the drainage inflow line 58 a
- a granule supply pump 72 is installed in the granule supply line 66
- a sludge return pump 74 is installed in the sludge return line 62.
- One end of the drainage inflow line 58 a is connected to the drainage outlet of the drainage storage tank 50, and the other end is connected to the drainage inlet of the continuous biological treatment tank 54.
- One end of the drainage inflow line 58 b is connected to the drainage outlet of the continuous biological treatment tank 54, and the other end is connected to the drainage inlet of the solid-liquid separation tank 56.
- the treated water discharge line 60 is connected to the treated water outlet of the solid-liquid separation tank 56.
- One end of the sludge return line 62 is connected to the sludge outlet of the solid-liquid separation tank 56, and the other end is connected to the sludge inlet of the continuous biological treatment tank 54.
- the sludge discharge line 64 is connected to the sludge return line 62.
- One end of the granule supply line 66 is connected to the sludge outlet of the granule forming device 52, and the other end is connected to the sludge supply port of the continuous biological treatment tank 54.
- the continuous biological treatment tank 54 shown in FIG. 5 biologically treats wastewater that flows continuously, for example, under aerobic conditions and in the presence of biological sludge such as granules supplied from the granule forming device 52.
- biological sludge such as granules supplied from the granule forming device 52.
- the organic matter in the wastewater is oxidized to carbon dioxide.
- the solid-liquid separation tank 56 shown in FIG. 5 is a separation device for separating biological sludge from water containing biological sludge and treated water, for example, separation devices such as sedimentation separation, pressurized flotation, filtration, and membrane separation. Is mentioned.
- the granule forming apparatus 52 shown in FIG. 5 is the granule forming apparatus illustrated in FIGS.
- the organic matter-containing wastewater to be treated is wastewater containing biodegradable organic matter such as food processing factory wastewater, chemical factory wastewater, semiconductor factory wastewater, machine factory wastewater, sewage, human waste, and the like.
- biodegradable organic matter such as food processing factory wastewater, chemical factory wastewater, semiconductor factory wastewater, machine factory wastewater, sewage, human waste, and the like.
- waste_water drain
- the organic matter-containing wastewater is sent to the wastewater storage tank 50 before being supplied to the continuous biological treatment tank 54 to stabilize the water quality of the wastewater.
- the drainage storage tank 50 may be omitted when the quality of the drainage water is relatively stable or when the drainage inflow amount is large.
- the solid substance is contained in the waste_water
- the wastewater to be treated in the drainage storage tank 50 is supplied to the continuous biological treatment tank 54 from the drainage inflow line 58a by the operation of the drainage inflow pump 68.
- the waste water to be treated in the waste water storage tank 50 may be supplied to the granule forming device 52.
- the operation cycle described above is repeatedly performed to form granules.
- Granules formed in the granule forming apparatus 52 are supplied from the granule supply line 66 to the continuous biological treatment tank 54 by the operation of the granule supply pump 72.
- the supply of granules from the granule forming apparatus 52 may be performed in (2) a biological treatment process, (3) may be performed in a sedimentation process, or (4) a discharge process (or an inflow process / discharge process). ).
- the granules supplied from the granule forming apparatus 52 to the continuous biological treatment tank 54 preferably include granules having a sedimentation index of SVI30 of 50 mL / g or less and SVI5 of 70 mL / g or less.
- the SVI value is regularly measured by a sedimentation test of sludge in the granule forming apparatus 52, and the value of SVI5 calculated from the volume ratio after 5 minutes of sedimentation is a predetermined value or less (for example, 70 mL / g or less).
- the supply to the continuous biological treatment tank 54 is started.
- the continuous biological treatment tank 54 biological treatment of organic matter-containing wastewater is performed, for example, under aerobic conditions using biological sludge containing the granules.
- the treated water treated in the continuous biological treatment tank 54 is supplied from the drainage inflow line 58b to the solid-liquid separation tank 56, and biological sludge is separated from the treated water.
- the sludge separated into solid and liquid is returned to the continuous biological treatment tank 54 from the sludge return line 62 by the operation of the sludge return pump 74. Further, when the valve 76 is opened, the solid-liquid separated sludge is discharged out of the system from the sludge discharge line 64. Furthermore, the treated water in the solid-liquid separation tank 56 is discharged out of the system from the treated water discharge line 60.
- the granule forming apparatus 52 supplies granules with good sedimentation to the continuous biological treatment tank 54. Therefore, in the continuous biological treatment tank 54, organic matter-containing wastewater is discharged. Biological treatment can be efficiently performed.
- reaction tank effective volume 1.4 m 3 (length 683 mm ⁇ width 683 mm ⁇ height 3000 mm)
- biological treatment water outlet was installed at the water surface position in the sedimentation process.
- Sewage was used for the water flow test.
- the BOD concentration of sewage was 80 to 140 mg / L.
- the BOD concentration of the wastewater was measured according to JIS K 0102-21.
- the operation cycle of the semi-batch reactor was performed as follows. Prior to operation, the activated sludge collected from the sewage treatment plant was put into the semi-batch reactor as seed sludge.
- Inflow / discharge process Wastewater was allowed to flow into the semi-batch reaction tank over a predetermined time, and biologically treated water was discharged from the biologically treated water discharge port.
- (2) Biological treatment process The inflow of wastewater and the discharge of biologically treated water were stopped, and at the same time, air was supplied from an aeration apparatus installed at the bottom of the reaction tank, and biological treatment of wastewater was performed for a predetermined time. After the lapse of time, the process moved to the following sedimentation process.
- Sedimentation step The supply of air from the aeration apparatus was stopped and allowed to stand for a predetermined time to settle the sludge in the reaction tank. The operations (1) to (3) were repeated.
- Example: 51st to 78th days of operation From the 51st day to the 78th day of operation, the inflow / discharge process takes 90 minutes, the biological treatment process time 40 minutes, the sedimentation process time 8 minutes, and the inflow / discharge process.
- the second operation cycle in which the time was 90 minutes, the biological treatment process time was 240 minutes, and the sedimentation process time was 8 minutes was alternately repeated.
- the sludge load in the biological treatment process in the first operation cycle is 1.3 kg BOD / kg MLSS / day, the soluble BOD concentration in the tank at the end of the biological treatment process is 10 mg / L or more, and the ammonia nitrogen concentration is 10 mg / L. L or more.
- the sludge load in the biological treatment process in the second operation cycle is 0.2 kg BOD / kg MLSS / day
- the soluble BOD concentration in the tank at the end of the biological treatment process is 1 mg / L or less
- the ammonia nitrogen concentration is 0.00. It was 5 mg / L or less.
- FIG. 6 shows changes over time of SVI5 and SVI30 in Comparative Examples 1 and 2 and Examples.
- 1 granule forming device 2 wastewater treatment device, 10 semi-batch reaction tank, 12 wastewater inflow pump, 14 aeration pump, 16 biologically treated water discharge port, 18 biologically treated water discharge valve, 20 control device, 22 wastewater supply piping , 24 biological treatment water piping, 26 aeration device, 28 motor, 30 stirring blades, 32 drainage inflow valve, 34 drainage inlet, 36 drainage discharge part, 50 drainage storage tank, 52 granule formation device, 54 continuous biological treatment tank , 56 solid-liquid separation tank, 58a, 58b drainage inflow line, 60 treated water discharge line, 62 sludge return line, 64 sludge discharge line, 66 granule supply line, 68 drainage inflow pump, 72 granule supply pump, 74 sludge return Pump, 76 valves.
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Abstract
半回分式反応槽を用いたグラニュールの形成方法であって、第1汚泥負荷で生物処理工程を行う第1運転サイクルと、前記第1運転サイクル後に、第2汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第2運転サイクルと、を有する運転サイクルを繰り返し行い、前記第1汚泥負荷は、前記第1運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性BOD濃度が閾値以下まで低下しないように設定され、前記第2汚泥負荷は、前記第2運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性BOD濃度が閾値以下となるように設定されるグラニュールの形成方法である。
Description
本発明は、グラニュールの形成方法及び排水処理方法の技術に関する。
従来、有機物等を含む有機物含有排水の生物学的排水処理には、フロックと呼ばれる微生物の集合体(好気性生物汚泥)を活用した活性汚泥法が用いられている。しかし、活性汚泥法では、沈殿池でフロック(好気性生物汚泥)と処理水とを分離する際、フロックの沈降速度が遅いために沈殿池の表面積を非常に大きくしなければならない場合がある。また、活性汚泥法の処理速度は、生物処理槽内の汚泥濃度に依存しており、汚泥濃度を高めることで処理速度を増加させることができるが、汚泥濃度を1500~5000mg/Lの範囲またはそれ以上に増加させると、沈殿池でのバルキング等により固液分離が困難となり、処理を維持することができなくなる場合がある。
一方、嫌気性生物処理では、グラニュールと呼ばれる微生物が緻密に集合し粒状となった集合体(嫌気性生物汚泥)を活用することが一般的である。グラニュールは非常に沈降速度が速く、微生物が緻密に集合しているため、生物処理槽内の汚泥濃度を高くすることができ、排水の高速処理を実現することが可能である。しかし、嫌気性生物処理は、好気性処理(活性汚泥法)に比べて処理対象の排水種が限られていることや、処理水温を30~35℃程度に維持する必要がある等の問題点を有する場合がある。また、嫌気性生物処理単独では、処理水の水質が悪く、河川等へ放流する場合には、活性汚泥法等の好気性処理を別途実施することが必要となる場合もある。
近年、(1)排水の流入工程、(2)処理対象物質の生物処理工程、(3)生物汚泥の沈降工程、(4)処理水の排出工程といった運転サイクルを繰り返し行う半回分式反応槽を用いることで、嫌気性生物汚泥に限られず、好気性生物汚泥でも沈降性の良いグラニュールを形成できることが明らかとなってきた(例えば、特許文献1~4参照)。上記のような沈降性の良いグラニュールを形成することで、槽内汚泥濃度を高濃度に維持することが可能となり、高速処理が可能となる。
ところで、半回分式反応槽を用いたグラニュールの形成方法においては、各運転サイクルで、槽内の有機物濃度勾配による飽食状態(槽内の有機物濃度が高い状態)/飢餓状態(槽内の有機物濃度が低い状態)を形成することが重要な要因であると考えられている。しかし、例えば、下水等のように排水中の有機物濃度が低い場合(例えば、BODとして50~200mg/L程度の場合)には、生物処理工程において有機物が短時間で処理されるため、槽内で十分な飽食状態を形成することが困難となる。その結果、良好な沈降性を有するグラニュールの形成が困難となる場合がある。
そこで、本発明の目的は、半回分式反応槽を用いたグラニュール形成方法において、良好な沈降性を有するグラニュールの形成が可能なグラニュールの形成方法を提供することにある。
(1)本発明は、有機物含有排水を流入させる流入工程と、前記有機物含有排水中の処理対象物質を微生物汚泥により生物学的に処理する生物処理工程と、前記微生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物学的に処理した生物処理水を排出させる排出工程とを有する運転サイクルを繰り返して行ってグラニュールを形成する半回分式反応槽を用いたグラニュールの形成方法であって、前記運転サイクルは、第1汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第1運転サイクルと、前記第1運転サイクル後に、第2汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第2運転サイクルと、を有し、前記第1汚泥負荷は、前記第1運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性BOD濃度が閾値以下まで低下しないように設定される汚泥負荷であり、前記第2汚泥負荷は、前記第2運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性BOD濃度が閾値以下となるように設定される汚泥負荷であるグラニュールの形成方法である。
(2)上記(1)記載のグラニュールの形成方法において、前記第1汚泥負荷/前記第2汚泥負荷が、2倍以上であることが好ましい。
(3)上記(1)又は(2)記載のグラニュールの形成方法において、前記第2汚泥負荷は、前記第2運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内のアンモニア態窒素濃度が1mgN/L以下となるように設定されることが好ましい。
(4)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載のグラニュールの形成方法において、前記半回分式反応槽の生物処理水排出口を排水流入口よりも上方に設け、前記有機物含有排水を前記排水流入口から前記半回分式反応槽に流入させることにより、前記生物処理水を前記処理水排出口から排出することが好ましい。
(5)本発明は、有機物含有排水を連続的に流入させながら、前記排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽を用いた排水処理方法であって、上記(1)~(4)のいずれか1つに記載のグラニュール形成方法により形成されたグラニュールを前記連続式生物処理槽に供給する排水処理方法である。
本発明によれば、半回分式反応槽を用いたグラニュール形成方法において、良好な沈降性を有するグラニュールの形成が可能となる。
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係るグラニュールの形成装置の一例の概略を図1に示し、その構成について説明する。グラニュール形成装置1は、半回分式反応槽10を備える。グラニュール形成装置1において、排水供給配管22が排水流入ポンプ12を介して半回分式反応槽10の排水流入口に接続されている。半回分式反応槽10の生物処理水排出口16に生物処理水配管24が生物処理水排出バルブ18を介して接続されている。半回分式反応槽10の内部の下部には、曝気用ポンプ14に接続された曝気装置26が設置されている。また、排水流入ポンプ12、生物処理水排出バルブ18、曝気用ポンプ14は、それぞれ制御装置20と電気的に接続されており、制御装置20はポンプの作動・停止、バルブの開閉等を制御する。
グラニュール形成装置1は、例えば、次のような運転サイクルで運転される。
<(1)流入工程>
排水流入ポンプ12が作動し、有機物含有排水が排水供給配管22を通して半回分式反応槽10に所定量流入される。
排水流入ポンプ12が作動し、有機物含有排水が排水供給配管22を通して半回分式反応槽10に所定量流入される。
<(2)生物処理工程>
排水流入ポンプ12が停止するとともに、曝気用ポンプ14から空気等の酸素含有気体が半回分式反応槽10に供給され、半回分式反応槽10内で有機物含有排水中の処理対象物質が微生物汚泥により生物学的に処理される。生物反応は好気反応には限らず、空気等の供給は行わず、撹拌を行うことで無酸素反応を行うことも可能であるし、好気反応および無酸素反応を組み合わせてもよい。無酸素状態とは、溶存酸素は存在しないが、亜硝酸や硝酸由来の酸素等は存在している状態をいう。例えば、図2に示すように、モータ28、撹拌翼30、モータ28と撹拌翼30を接続するシャフト等により構成される撹拌装置を半回分式反応槽10に設置して、曝気用ポンプ14を停止して撹拌装置により撹拌を行えばよい。なお、撹拌装置は上記構成に制限されるものではない。
排水流入ポンプ12が停止するとともに、曝気用ポンプ14から空気等の酸素含有気体が半回分式反応槽10に供給され、半回分式反応槽10内で有機物含有排水中の処理対象物質が微生物汚泥により生物学的に処理される。生物反応は好気反応には限らず、空気等の供給は行わず、撹拌を行うことで無酸素反応を行うことも可能であるし、好気反応および無酸素反応を組み合わせてもよい。無酸素状態とは、溶存酸素は存在しないが、亜硝酸や硝酸由来の酸素等は存在している状態をいう。例えば、図2に示すように、モータ28、撹拌翼30、モータ28と撹拌翼30を接続するシャフト等により構成される撹拌装置を半回分式反応槽10に設置して、曝気用ポンプ14を停止して撹拌装置により撹拌を行えばよい。なお、撹拌装置は上記構成に制限されるものではない。
所定時間の間、生物処理工程が行われた後、例えば制御装置20により曝気用ポンプ14が停止される(図2のグラニュール形成装置1では撹拌装置も停止される)。
<(3)沈降工程>
曝気用ポンプ14の停止後、所定の時間、静置状態にすることで半回分式反応槽10内の汚泥を沈降させる。
曝気用ポンプ14の停止後、所定の時間、静置状態にすることで半回分式反応槽10内の汚泥を沈降させる。
<(4)排出工程>
生物処理水排出バルブ18を開けることで、沈降工程で得られた上澄み水を生物処理水として生物処理水排出口16から生物処理水配管24を通して排出する。この場合、生物処理水排出バルブ18ではなく、ポンプを用いて生物処理水を排出してもよい。
生物処理水排出バルブ18を開けることで、沈降工程で得られた上澄み水を生物処理水として生物処理水排出口16から生物処理水配管24を通して排出する。この場合、生物処理水排出バルブ18ではなく、ポンプを用いて生物処理水を排出してもよい。
以上の(1)~(4)の運転サイクルを繰り返すことにより、微生物が緻密に集合し粒状となった集合体であるグラニュールが形成される。なお、排水流入ポンプ12、曝気用ポンプ14、撹拌装置のモータ28の作動および停止、生物処理水排出バルブ18の開閉は、制御装置20により制御してもよいし、作業者等が行ってもよい。
<生物処理工程における汚泥負荷>
本実施形態の生物処理工程は、第1汚泥負荷で生物処理工程を行う場合と、第2汚泥負荷で生物処理工程を行う場合とを有する。すなわち、本実施形態では、流入工程、第1汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第1運転サイクルと、第1運転サイクル後に、流入工程、第2汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第2運転サイクルとを有する。
本実施形態の生物処理工程は、第1汚泥負荷で生物処理工程を行う場合と、第2汚泥負荷で生物処理工程を行う場合とを有する。すなわち、本実施形態では、流入工程、第1汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第1運転サイクルと、第1運転サイクル後に、流入工程、第2汚泥負荷で生物処理する生物処理工程、沈降工程、排出工程を有する第2運転サイクルとを有する。
第1汚泥負荷とは、生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内の溶解性BOD濃度が閾値以下まで低下しない汚泥負荷、或いは生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内のアンモニア態窒素濃度が閾値以下まで低下しない汚泥負荷である。また、第2汚泥負荷とは、生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内の溶解性BOD濃度が閾値以下となる汚泥負荷、或いは生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内のアンモニア態窒素濃度が閾値以下となる汚泥負荷である。
閾値は、微生物に対しエサとなる有機物濃度(溶解性BOD濃度)が減少し、飢餓状態となることで微生物の活性が低下する有機物濃度(溶解性BOD濃度)として設定される。すなわち、閾値より上の領域では溶解性BOD濃度の高い飽食状態となり、閾値より下の領域では溶解性BOD濃度の低い飢餓状態となる。第1汚泥負荷の閾値と、第2汚泥負荷の閾値は同じ値でもよいが、飽食状態及び飢餓状態をそれぞれ十分に確保する点で、それぞれ別々の閾値(第1汚泥負荷の閾値>第2汚泥負荷の閾値)としてもよい。
図3Aは、第1運転サイクル及び第2運転サイクルを行った際の槽内の溶解性BOD濃度の経時変化の一例を示す図であり、図3Bは、従来の運転サイクルを行った際の槽内の溶解性BOD濃度の経時変化を示す図である。図3Aに示すように、第1運転サイクルの開始時には、排水の流入により、槽内の溶解性BOD濃度が上昇する。これにより、槽内の微生物にとっては、溶解性BOD濃度が高い飽食状態となる。第1運転サイクルが進行すると、生物処理工程により、槽内の溶解性BOD濃度は低下するが、前述した第1汚泥負荷で生物処理が行われるため、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は閾値まで低下せず、飽食状態が維持される。そして、第1運転サイクルの終了後、第2運転サイクルの開始時には、排水の流入により、槽内の溶解性BOD濃度が上昇し、生物処理工程の途中まで、槽内の溶解性BOD濃度が高い飽食状態が維持される。第2運転サイクルでは、前述した第2汚泥負荷で生物処理が行われるため、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は閾値以下となり、溶解性BOD濃度が低い飢餓状態となる。このような運転サイクルを繰り返すことにより、飽食状態/飢餓状態が繰り返され、沈降性の良いグラニュールが形成される。特に排水の有機物濃度が低い場合でも、上記運転サイクルにより、十分な飽食状態を確保することが容易となるため、沈降性のよいグラニュールを形成することが可能となる。一方、従来の運転サイクルでは、図3Bに示すように、1サイクルの間に飽食状態と飢餓状態を形成する必要がある。その結果、例えば、排水の有機物濃度が低い場合には、飽食状態が短時間で終了し、十分な飽食状態を確保することができず、沈降性のよいグラニュールを形成することが困難となる。
本実施形態に係るグラニュール形成方法では、第1運転サイクルを複数回繰り返した後、第2運転サイクルを行っても良い。また、第1運転サイクル後、第2運転サイクルを複数回繰り返してもよい。さらに、第1運転サイクルを複数回繰り返した後、第2運転サイクルを複数回繰り返しても良い。さらに、第1運転サイクルと第2運転サイクルの間に、汚泥負荷が第1運転サイクルより低く、第2サイクルより高い運転サイクルをはさむこともできる。
なお、図3では、槽内の溶解性BOD濃度の変化を例に説明したが、生物処理では、有機物の処理と共に、アンモニア態窒素も処理されるため、溶解性BOD濃度をアンモニア態窒素濃度に置き換えてもよい。
第1汚泥負荷/第2汚泥負荷は、2倍以上となるように設定されることが好ましく、3倍以上となるように設定されることがより好ましい。このように、第1汚泥負荷と第2汚泥負荷との差を大きくすることにより、飽食状態をより長い時間確保すること、或いは飢餓状態の時間をより長く確保することが可能となる。
第1運転サイクルにおける第1汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内の溶解性BOD濃度が5mg/L以下まで低下しない汚泥負荷であることが好ましく、10mg/L以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましく、さらに25mg/L以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましい。或いは、第1運転サイクルにおける第1汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内のアンモニア態窒素濃度が5mgN/L以下まで低下しない汚泥負荷であることが好ましく、10mgN/L以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましく、さらに25mgN/L以下まで低下しない汚泥負荷であることがより好ましい。これにより、飽食状態をより長い時間確保することが可能となる。
第1運転サイクルにおける第1汚泥負荷は、排水中有機物の種類等にもよるが、例えば、0.4~2.0kgBOD/kgMLSS/dayの範囲が好ましく、0.6~1.5kgBOD/kgMLSS/dayの範囲がより好ましい。上記範囲外であると、飽食状態の時間を十分に確保することが困難となる場合がある。
第2運転サイクルにおける第2汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内の溶解性BOD濃度が5mg/L以下となる汚泥負荷であることが好ましく、1mg/L以下となる汚泥負荷であることがより好ましく、さらに0.5mg/L以下となる汚泥負荷であることがより好ましい。或いは、第2運転サイクルにおける第2汚泥負荷は、生物処理工程終了時における半回分式反応槽10内のアンモニア態窒素濃度が5mgN/L以下となる汚泥負荷であることが好ましく、1mgN/L以下となる汚泥負荷であることがより好ましく、さらに0.5mgN/L以下となる汚泥負荷であることがより好ましい。これにより、飢餓状態をより長い時間確保することが可能となる。
第2運転サイクルにおける第2汚泥負荷は、排水中有機物の種類等にもよるが、例えば、0.02~0.3kgBOD/kgMLSS/dayの範囲が好ましく、0.05~0.2kgBOD/kgMLSS/dayの範囲がより好ましい。上記範囲外であると、飢餓状態の時間を十分に確保することが困難となる場合がある。
第1汚泥負荷及び第2汚泥負荷の設定は、例えば、生物処理工程の時間を調節することにより行われる。例えば、予備実験や装置の立ち上げ時等において、槽内の溶解性BOD濃度が閾値まで低下する時間を計測しておき、その時間より短い時間を生物処理工程の時間に設定すれば、その際の汚泥負荷が第1汚泥負荷となり、その時間より長い時間を生物処理工程の時間に設定すれば、その際の汚泥負荷が第2汚泥負荷となる。半回分式反応槽10内の溶解性BOD濃度は、ろ過した後にろ液についてJIS K0102に示す方法等により測定することにより求められる。なお、汚泥負荷(kgBOD/kgMLSS/day)は、半回分式反応槽10に供給される一日あたりのBOD量(kgBOD/day)と、半回分式反応槽10内のMLSS量(kgMLSS)とから求められる。
半回分式反応槽10内の溶存酸素(DO)は、好気条件では、0.5mg/L以上、特に1mg/L以上とすることが好ましい。
生物汚泥のグラニュール化を促進させる点で、半回分式反応槽10内の有機物含有排水または半回分式反応槽10に導入される前の有機物含有排水に、Fe2+、Fe3+、Ca2+、Mg2+等を含む、水酸化物が形成されるようなイオンを添加することが好ましい。通常の有機物含有排水には、グラニュールの核となるような微粒子が含まれているが、上記イオンの添加により、グラニュールの核形成をより促進させることが可能となる。
本実施形態に係るグラニュール形成方法の処理対象となる有機物含有排水は、食品加工工場排水、化学工場排水、半導体工場排水、機械工場排水、下水、し尿等の生物分解性有機物を含有する有機性排水である。また、生物難分解性の有機物が含有されている場合、予めオゾン処理やフェントン処理等の物理化学的処理を施し、生物分解性の成分に変換することで処理対象とすることができる。また、本実施形態に係るグラニュール形成方法はさまざまなBOD成分を対象としているが、油脂分に関しては、汚泥やグラニュールに付着して悪影響を及ぼす場合があるため、半回分式反応槽10へと導入される前に、予め浮上分離、凝集加圧浮上、吸着等の既存の手法にて例えば150mg/L以下程度にまで除去しておくことが好ましい。
処理対象となる有機物含有排水中のBOD濃度は、特に制限されるものではないが、本実施形態に係るグラニュール形成方法では、グラニュールの形成が困難とされる50~200mg/Lの低濃度でも、沈降性の良いグラニュールを形成することが可能となる。
本実施形態に係るグラニュール形成方法では、例えば、沈降性指標であるSVI30が50mL/g以下、SVI5が70mL/g以下のグラニュールを形成することが可能となる。
本実施形態に係るグラニュールの形成装置の他の例を図4に示す。図4のグラニュール形成装置1において、排水供給配管22が排水流入ポンプ12、排水流入バルブ32を介して半回分式反応槽10の下部の排水流入口34に接続されている。排水流入口34には、排水排出部36が接続されて、半回分式反応槽10の内部の下部に設置されている。半回分式反応槽10の生物処理水排出口16は排水流入口34よりも上方に設けられ、生物処理水排出口16に生物処理水配管24が生物処理水排出バルブ18を介して接続されている。生物処理水排出口16は排水流入口34よりも上方に設けられているが、流入する有機物含有排水の短絡を防ぎ、より効率的にグラニュールを形成させるためには排水流入口34からできるだけ離れて設置されていることが好ましく、沈降工程における水面位に設けられることがより好ましい。排水流入ポンプ12、排水流入バルブ32、生物処理水排出バルブ18、曝気用ポンプ14は、それぞれ制御装置20と電気的に接続されている。その他は、図1のグラニュール形成装置1と同様の構成である。
図4のグラニュール形成装置1では、(1)流入工程/排出工程、(2)生物処理工程、(3)沈降工程という運転サイクルを繰り返すことにより、グラニュールが形成される。
(1)流入工程/排出工程は、流入工程を行いながら排出工程を行う工程であり、具体的には、排水流入バルブ32を開けて排水流入ポンプ12を作動し、有機物含有排水を排水流入口34から排水供給配管22を通して排水排出部36から半回分式反応槽10に流入させることにより、生物処理水を生物処理水排出口16から生物処理水配管24を通して排出する。(2)生物処理工程及び(3)沈降工程は、前述した通りである。なお、排水流入ポンプ12、曝気用ポンプ14の作動および停止、排水流入バルブ32、生物処理水排出バルブ18の開閉は、制御装置20により制御してもよいし、作業者等が行ってもよい。
図4のグラニュール形成装置1では、有機物含有排水を半回分式反応槽10に流入させることにより生物処理水を生物処理水排出口16から排出させているため、粒径が比較的小さいグラニュールが生物処理水とともに排出され、粒径が比較的大きいグラニュールについて(1)~(3)の運転サイクルが繰り返される。その結果、より効率的に、沈降性の良いグラニュールを形成することができる。
図5は、本発明の実施形態に係る排水処理装置の概略構成図である。図5に示す排水処理装置2は、排水貯留槽50、グラニュール形成装置52、連続式生物処理槽54、固液分離槽56、を備える。
図5に示す排水処理装置2は、排水流入ライン58a,58b、処理水排出ライン60、汚泥返送ライン62、汚泥排出ライン64、グラニュール供給ライン66を備えている。排水流入ライン58aには、排水流入ポンプ68が設置され、グラニュール供給ライン66には、グラニュール供給ポンプ72が設置され、汚泥返送ライン62には汚泥返送ポンプ74が設置されている。
排水流入ライン58aの一端は排水貯留槽50の排水出口に接続され、他端は連続式生物処理槽54の排水入口に接続されている。また、排水流入ライン58bの一端は連続式生物処理槽54の排水出口に接続され、他端は固液分離槽56の排水入口に接続されている。処理水排出ライン60は固液分離槽56の処理水出口に接続されている。汚泥返送ライン62の一端は固液分離槽56の汚泥出口に接続され、他端は連続式生物処理槽54の汚泥入口に接続されている。汚泥排出ライン64は汚泥返送ライン62に接続されている。グラニュール供給ライン66の一端はグラニュール形成装置52の汚泥出口に接続され、他端は連続式生物処理槽54の汚泥供給口に接続されている。
図5に示す連続式生物処理槽54は、例えば、好気条件下で、且つグラニュール形成装置52から供給されたグラニュール等の生物汚泥の存在下で、連続的に流入する排水を生物処理する(例えば、排水中の有機物を二酸化炭素にまで酸化処理する)ものである。
図5に示す固液分離槽56は、生物汚泥を含む水から生物汚泥と処理水とに分離するための分離装置であり、例えば、沈降分離、加圧浮上、濾過、膜分離等の分離装置が挙げられる。
図5に示すグラニュール形成装置52は、図1,2,4で例示したグラニュール形成装置である。
図5に示す排水処理装置2の動作の一例を説明する。
処理対象となる有機物含有排水は、例えば、食品加工工場排水、化学工場排水、半導体工場排水、機械工場排水、下水、し尿等、生物分解性有機物を含有した排水である。なお、排水中に生物難分解性の有機物が含まれる場合には、予め物理化学的処理を施し、生物分解性の物質に変換することが望ましい。
有機物含有排水は、連続式生物処理槽54に供給される前に、排水貯留槽50へと送られ、排水の水質安定化が行われることが好ましい。なお、比較的排水の水質が安定している場合や、排水流入量が多量である場合は、排水貯留槽50を省略してもいい。また、排水中に固形物が含まれている場合には、排水貯留槽50に供給される前にスクリーンや沈殿池等によって、固形物を取り除いておくことが好ましい。
排水貯留槽50内の処理対象排水は、排水流入ポンプ68の稼働により、排水流入ライン58aから連続式生物処理槽54に供給される。なお、排水貯留槽50内の処理対象排水はグラニュール形成装置52に供給されてもよい。グラニュール形成装置52では、前述した運転サイクルが繰り返し行われ、グラニュールが形成される。グラニュール形成装置52内で形成されたグラニュールは、グラニュール供給ポンプ72の稼働により、グラニュール供給ライン66から連続式生物処理槽54に供給される。
グラニュール形成装置52からのグラニュールの供給は、(2)生物処理工程で行ってもよいし、(3)沈降工程で行ってもよいし、(4)排出工程(あるいは流入工程/排出工程)で行ってもよい。グラニュール形成装置52から連続式生物処理槽54に供給するグラニュールは、沈降性指標であるSVI30が50mL/g以下、SVI5が70mL/g以下のグラニュールを含むことが望ましい。例えば、グラニュール形成装置52内の汚泥の沈降性試験によりSVI値を定期的に測定し、5分沈降後の体積割合から算出されるSVI5の値が所定値以下(例えば70mL/g以下)となった段階で、連続式生物処理槽54への供給を開始する。
連続式生物処理槽54では、例えば、好気条件下で、上記グラニュールを含む生物汚泥により、有機物含有排水の生物処理が実施される。連続式生物処理槽54で処理された処理水は排水流入ライン58bから固液分離槽56に供給され、処理水から生物汚泥が分離される。固液分離された汚泥は、汚泥返送ポンプ74の稼働により、汚泥返送ライン62から連続式生物処理槽54に返送される。また、バルブ76の開放により、固液分離された汚泥が汚泥排出ライン64から系外へ排出される。さらに、固液分離槽56内の処理水は処理水排出ライン60から系外へ排出される。
本実施形態の排水処理装置2によれば、グラニュール形成装置52により、沈降性の良いグラニュールが連続式生物処理槽54に供給されるため、連続式生物処理槽54において、有機物含有排水を効率的に生物処理することが可能となる。
図4に示す半回分式反応槽(反応槽有効容積:1.4m3(縦683mm×横683mm×高さ3000mm))を用いて下記の試験を行った。半回分式反応槽において生物処理水排出口を沈降工程における水面位置に設置した。
通水試験には下水を使用した。下水のBOD濃度は80~140mg/Lであった。排水のBOD濃度はJIS K 0102 21に準拠して測定した。
半回分式反応槽の運転サイクルは下記のように行った。なお、運転前に、下水処理場から採取した活性汚泥を種汚泥として半回分式反応槽に投入した。
(1)流入/排出工程:排水を所定時間かけて半回分式反応槽に流入させるとともに、生物処理水排出口より生物処理水を排出させた。
(2)生物処理工程:排水の流入及び生物処理水の排出を停止させると同時に、反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、排水の生物処理を所定時間行った。当該時間経過後、以下の沈降工程へ移行した。
(3)沈降工程:曝気装置からの空気の供給を停止して、所定時間静置させ、反応槽内の汚泥を沈降させた。
以上(1)~(3)の操作を繰り返し行った。
(1)流入/排出工程:排水を所定時間かけて半回分式反応槽に流入させるとともに、生物処理水排出口より生物処理水を排出させた。
(2)生物処理工程:排水の流入及び生物処理水の排出を停止させると同時に、反応槽下部に設置した曝気装置より空気を供給し、排水の生物処理を所定時間行った。当該時間経過後、以下の沈降工程へ移行した。
(3)沈降工程:曝気装置からの空気の供給を停止して、所定時間静置させ、反応槽内の汚泥を沈降させた。
以上(1)~(3)の操作を繰り返し行った。
(比較例1:運転0日~15日目)
運転0日~15日目までは、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を200分、沈降工程の時間を8分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、0.24kgBOD/kgMLSS/dayであった。また、運転0日~15日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は1mg/L以下であり、アンモニア態窒素濃度は0.5mg/L以下であった。
運転0日~15日目までは、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を200分、沈降工程の時間を8分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、0.24kgBOD/kgMLSS/dayであった。また、運転0日~15日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は1mg/L以下であり、アンモニア態窒素濃度は0.5mg/L以下であった。
(比較例2:運転16日目~50日目)
運転16日目~50日目までは、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を150分、沈降工程の時間を8分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、0.3kgBOD/kgMLSS/dayであった。また、運転16日目~50日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は1mg/L以下であり、アンモニア態窒素濃度は0.5mg/L以下であった。
運転16日目~50日目までは、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を150分、沈降工程の時間を8分とした運転サイクルを繰り返した。生物処理工程での汚泥負荷は、0.3kgBOD/kgMLSS/dayであった。また、運転16日目~50日目の間、上記汚泥負荷で生物処理を行ったところ、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は1mg/L以下であり、アンモニア態窒素濃度は0.5mg/L以下であった。
(実施例:運転51日目~78日目)
運転51日目~78日目までは、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を40分、沈降工程の時間を8分とした第1運転サイクルと、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を240分、沈降工程の時間を8分とした第2運転サイクルと、を交互に繰り返し行った。第1運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、1.3kgBOD/kgMLSS/dayであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は10mg/L以上、アンモニア態窒素濃度は10mg/L以上であった。第2運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、0.2kgBOD/kgMLSS/dayであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は1mg/L以下、アンモニア態窒素濃度は0.5mg/L以下であった。
運転51日目~78日目までは、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を40分、沈降工程の時間を8分とした第1運転サイクルと、流入/排出工程の時間を90分、生物処理工程の時間を240分、沈降工程の時間を8分とした第2運転サイクルと、を交互に繰り返し行った。第1運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、1.3kgBOD/kgMLSS/dayであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は10mg/L以上、アンモニア態窒素濃度は10mg/L以上であった。第2運転サイクルにおける生物処理工程での汚泥負荷は、0.2kgBOD/kgMLSS/dayであり、生物処理工程終了時における槽内の溶解性BOD濃度は1mg/L以下、アンモニア態窒素濃度は0.5mg/L以下であった。
実施例、及び比較例1,2において、槽内の生物汚泥のSVI測定を行った。SVIとは、生物汚泥の沈降性指標であり、以下の方法により求められる。まず、1Lのメスシリンダに1Lの汚泥を投入し、汚泥濃度ができるだけ均一となるように緩やかに撹拌した後、静置5分後および30分後の汚泥界面を測定する。そして、メスシリンダにおける汚泥の占める体積率(%)を計算する。次に、汚泥のMLSS(mg/L)を測定する。これらを下記式に当てはめて、SVI5およびSVI30を算出する。
SVI(mL/g)=汚泥の占める体積率×10,000/MLSS
SVI(mL/g)=汚泥の占める体積率×10,000/MLSS
図6に、比較例1,2及び実施例におけるSVI5およびSVI30の経日変化を示す。
(比較例1:運転0日~15日目)
運転0日目のSVI5は141mL/g、SVI30は76mL/gであったが、運転日数の経過に伴い、SVI値の低下が確認され、通水8日目にSVI5は114mL/g、SVI30は67mL/gとなった。その後SVIは110mL/g程度で停滞する結果となった。
運転0日目のSVI5は141mL/g、SVI30は76mL/gであったが、運転日数の経過に伴い、SVI値の低下が確認され、通水8日目にSVI5は114mL/g、SVI30は67mL/gとなった。その後SVIは110mL/g程度で停滞する結果となった。
(比較例2:運転16日目~50日目)
運転16日目以降、生物処理工程における汚泥負荷を高くして運転を行った結果、運転30日目までは、SVI5が110~115mL/g程度で停滞したままであったが、通水33日目にSVI5が90mL/gにまで低下した。その後、SVIは停滞し、50日目ではSVI5が98mL/g、SVI30は60mL/gであった。
運転16日目以降、生物処理工程における汚泥負荷を高くして運転を行った結果、運転30日目までは、SVI5が110~115mL/g程度で停滞したままであったが、通水33日目にSVI5が90mL/gにまで低下した。その後、SVIは停滞し、50日目ではSVI5が98mL/g、SVI30は60mL/gであった。
(実施例:運転51~78日目>)
運転51日目以降、1.3kgBOD/kgMLSS/dayの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、0.2kgBOD/kgMLSS/dayの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、を交互に繰り返して運転を行った結果、運転日数の経過に伴いSVI値が低下し、72日目にはSVI5が47mL/g、SVI30が37mL/gにまで低下した。その後、SVI5が50mL/g程度、SVI30が38mL/g程度で安定した。
運転51日目以降、1.3kgBOD/kgMLSS/dayの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、0.2kgBOD/kgMLSS/dayの汚泥負荷で生物処理を行う運転サイクルと、を交互に繰り返して運転を行った結果、運転日数の経過に伴いSVI値が低下し、72日目にはSVI5が47mL/g、SVI30が37mL/gにまで低下した。その後、SVI5が50mL/g程度、SVI30が38mL/g程度で安定した。
実施例、比較例ともに、SVIの低下が見られたが、実施例の方がより低い値となった。すなわち、実施例の方が、沈降性の良好なグラニュールが形成されたと言える。
1 グラニュール形成装置、2 排水処理装置、10 半回分式反応槽、12 排水流入ポンプ、14 曝気用ポンプ、16 生物処理水排出口、18 生物処理水排出バルブ、20 制御装置、22 排水供給配管、24 生物処理水配管、26 曝気装置、28 モータ、30 撹拌翼、32 排水流入バルブ、34 排水流入口、36 排水排出部、50 排水貯留槽、52 グラニュール形成装置、54 連続式生物処理槽、56 固液分離槽、58a,58b 排水流入ライン、60 処理水排出ライン、62 汚泥返送ライン、64 汚泥排出ライン、66 グラニュール供給ライン、68 排水流入ポンプ、72 グラニュール供給ポンプ、74 汚泥返送ポンプ、76 バルブ。
Claims (5)
- 有機物含有排水を流入させる流入工程と、前記有機物含有排水中の処理対象物質を微生物汚泥により生物学的に処理する生物処理工程と、前記微生物汚泥を沈降させる沈降工程と、前記生物学的に処理した生物処理水を排出させる排出工程とを有する運転サイクルを繰り返して行ってグラニュールを形成する半回分式反応槽を用いたグラニュールの形成方法であって、
前記運転サイクルは、第1汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第1運転サイクルと、前記第1運転サイクル後に、第2汚泥負荷で前記生物処理工程を行う第2運転サイクルと、を有し、
前記第1汚泥負荷は、前記第1運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性BOD濃度が閾値以下まで低下しないように設定される汚泥負荷であり、前記第2汚泥負荷は、前記第2運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内の溶解性BOD濃度が閾値以下となるように設定される汚泥負荷であることを特徴とするグラニュールの形成方法。 - 前記第1汚泥負荷/前記第2汚泥負荷が、2倍以上であることを特徴とする請求項1に記載のグラニュールの形成方法。
- 前記第2汚泥負荷は、前記第2運転サイクルの生物処理工程終了時における前記半回分式反応槽内のアンモニア態窒素濃度が1mgN/L以下となるように設定されることを特徴とする請求項1又は2に記載のグラニュールの形成方法。
- 前記半回分式反応槽の生物処理水排出口を排水流入口よりも上方に設け、前記有機物含有排水を前記排水流入口から前記半回分式反応槽に流入させることにより、前記生物処理水を前記処理水排出口から排出することを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のグラニュール形成方法。
- 有機物含有排水を連続的に流入させながら、前記排水を生物汚泥により生物処理する連続式生物処理槽を用いた排水処理方法であって、請求項1~4のいずれか1項に記載のグラニュール形成方法により形成されたグラニュールを前記連続式生物処理槽に供給することを特徴とする排水処理方法。
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