特表-19198803IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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  • 再表WO2019198803-排水処理方法 図000006
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2019年10月17日
【発行日】2021年4月22日
(54)【発明の名称】排水処理方法
(51)【国際特許分類】
   C02F 3/34 20060101AFI20210326BHJP
   C02F 3/10 20060101ALI20210326BHJP
【FI】
   C02F3/34 101A
   C02F3/10 A
   C02F3/34 101D
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】21
【出願番号】特願2020-513455(P2020-513455)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2019年4月12日
(31)【優先権主張番号】特願2018-78031(P2018-78031)
(32)【優先日】2018年4月13日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000001085
【氏名又は名称】株式会社クラレ
(74)【代理人】
【識別番号】110002206
【氏名又は名称】特許業務法人せとうち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】吉原 資二
(72)【発明者】
【氏名】内永 憲佑
(72)【発明者】
【氏名】鵜飼 悠
(72)【発明者】
【氏名】岡部 日出彦
【テーマコード(参考)】
4D003
4D040
【Fターム(参考)】
4D003AA12
4D003AB02
4D003BA02
4D003BA03
4D003CA03
4D003CA07
4D003CA08
4D003EA01
4D003EA20
4D003EA30
4D040BB02
4D040BB23
4D040BB42
4D040BB52
4D040BB66
4D040BB82
4D040BB91
4D040BB92
4D040DD03
4D040DD14
4D040DD31
(57)【要約】
有機性排水を第1好気槽及び無酸素槽に供給する工程1と;第1好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、1次処理水を排出する工程2と;無酸素槽内において、有機性排水及び1次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って、2次処理水を排出する工程3と;第2好気槽内において、2次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、3次処理水を排出する工程4と;固液分離装置において、3次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、汚泥を無酸素槽へ返送する工程5とを有する排水処理方法。この方法によれば、後段の無酸素槽における負荷を減らすことができ、当該無酸素槽を従来と比べて小型化することができるとともに、水質の優れた処理水を安定的に得ることが可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1好気槽、無酸素槽、第2好気槽及び固液分離装置をこの順序で備える処理装置を用いて、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法であって;
前記有機性排水の60〜95%を前記第1好気槽に供給するとともに、前記有機性排水の5〜40%を前記無酸素槽に供給する工程1と、
前記第1好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、1次処理水を排出する工程2と、
前記無酸素槽内において、前記有機性排水及び前記1次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って、2次処理水を排出する工程3と、
前記第2好気槽内において、前記2次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、3次処理水を排出する工程4と、
前記固液分離装置において、前記3次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、前記汚泥を前記無酸素槽へ返送する工程5とを有することを特徴とする排水処理方法。
【請求項2】
前記第1好気槽でのNH−N容積負荷が0.1kg/m・d以上である請求項1に記載の排水処理方法。
【請求項3】
前記第1好気槽、前記無酸素槽及び前記第2好気槽の水理学的滞留時間がいずれも4時間以下である請求項1又は2に記載の排水処理方法。
【請求項4】
前記担体が連通孔を有する、請求項1〜3のいずれかに記載の排水処理方法。
【請求項5】
前記担体がポリビニルアルコールゲル担体である請求項1〜4のいずれかに記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
排水中に含まれる窒素成分が海や湖へ流入することで引き起こされる富栄養化などの問題に対して、生物学的に窒素成分を処理する様々な方法が行われている。
【0003】
下水などの排水に含まれる窒素成分は、大部分がアンモニア態窒素(NH−N)である。実際の下水処理では、NH−Nが好気条件下で酸化態窒素(NOx−N)に変換される。当該変換のことを、以下、硝化反応又は硝化と略すことがある。その後、前記硝化で生成したNOx−Nが無酸素条件下で窒素ガス(N)に変換される。当該変換のことを、以下、脱窒反応又は脱窒と略すことがある。次いで前記脱窒で生成した窒素ガスが系外に放出されることで排水から窒素成分が除去される。
【0004】
特許文献1には、脱窒を行う無酸素槽と硝化を行う好気槽を、この順序に配列し、好気槽から流出する処理水の一部を無酸素槽に返送させて処理する方法が開示されている。
【0005】
特許文献1に記載の方法は、脱窒に必要な有機物源として、排水のBODに相当する量の有機物を利用することができるため、ランニングコストを低減することができる。しかしながら、後段の好気槽で生成する硝酸の一部が処理水中に残るため、槽全体の全窒素(T−N)除去率は原水に対する返送流量の比である返送比によって決まるという欠点がある。返送比がRの場合、T−N除去率(%)は[R/(1+R)]×100となる。そのため、仮に、返送比(R)を1にした場合では、槽全体のT−N除去率は最大でも50%に留まり、高い除去率が要求される場合には使用できないという課題があった。
【0006】
また特許文献2には、好気槽と無酸素槽を、この順序で配列し、好気槽から流出する好気槽処理水を無酸素槽に導入して処理する方法が開示されている。この方法では、好気槽と無酸素槽をこの順序に配列するため、最大T−N除去率が特許文献1に記載の方法に比べて高くなる。しかしながら、無酸素槽に有機物源としてメタノールを添加しているため、ランニングコストがかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平8−257589号公報
【特許文献2】特開平5−123696号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行うに際し、処理装置を大幅に小型化しつつ、ランニングコストを抑制しながら水質の優れた処理水を得ることのできる排水処理方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題は、第1好気槽、無酸素槽、第2好気槽及び固液分離装置をこの順序で備える処理装置を用いて、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法であって;
前記有機性排水の60〜95%を前記第1好気槽に供給するとともに、前記有機性排水の5〜40%を前記無酸素槽に供給する工程1と、
前記第1好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、1次処理水を排出する工程2と、
前記無酸素槽内において、前記有機性排水及び前記1次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って、2次処理水を排出する工程3と、
前記第2好気槽内において、前記2次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、3次処理水を排出する工程4と、
前記固液分離装置において、前記3次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、前記汚泥を前記無酸素槽へ返送する工程5とを有することを特徴とする排水処理方法を提供することによって解決される。
【0010】
このとき、前記第1好気槽でのNH−N容積負荷が0.1kg/m・d以上であることが好ましい。また、前記第1好気槽、前記無酸素槽及び前記第2好気槽の水理学的滞留時間がいずれも4時間以下であることが好ましい。
【0011】
また、前記担体が連通孔を有することが好ましい。前記担体がポリビニルアルコールゲル担体であることも好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、第1好気槽に充填された担体に担持された細菌によって、当該第1好気槽内において硝化及び脱窒を行い、有機性排水に含まれる窒素成分を除去することができる。そのため、後段の無酸素槽における負荷を減らすことができ、当該無酸素槽を従来と比べて小型化することができるとともに、水質の優れた処理水を安定的に得ることが可能となる。また、本発明の処理方法では、有機性排水の一部を、第1好気槽だけでなく無酸素槽へも供給するので、無酸素槽に対してメタノールなどの有機物を添加しなくても脱窒効率を上げることができる。そのため、ランニングコストを低減しつつ、無酸素槽における脱窒効率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の処理方法で用いられる処理装置の一例を示したプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
(処理装置)
本発明は、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行う排水処理方法に関する。まず、本発明の処理方法で用いられる処理装置の一例について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の処理方法で用いられる処理装置の一例を示したプロセスフロー図である。図1に示す処理装置は、第1好気槽1、無酸素槽2、第2好気槽3及び固液分離装置4をこの順序で備えている。以下、この処理装置を用いて排水処理を行った場合を例にして、本発明の処理方法について説明する。
【0015】
(工程1)
本発明における工程1は、窒素成分を含有する有機性排水(以下、単に排水と略記することがある)を第1好気槽及び無酸素槽へ供給する工程である。工程1について、図1に示した処理装置を例に説明する。この処理装置では、排水は排水管5を通って処理装置へ導入される。この排水管5は途中で排水供給管6A、6Bに分岐していて、排水供給管6Aによって第1好気槽1へ排水が供給されるとともに、排水供給管6Bによって無酸素槽2へも排水が供給される。排水としては、窒素成分を含有するものであれば特に限定されず、例えば、下水などが挙げられる。
【0016】
工程1においては、前記排水の60〜95%を第1好気槽に供給するとともに、前記排水の5〜40%を無酸素槽に供給することが重要である。
【0017】
排水の60〜95%を第1好気槽に供給するとは、下記式(1)で定義される第1好気槽への分配率を60〜95%にすることである。
(B/A)×100(%) (1)
A:排水の全流量[m/d]
B:第1好気槽へ供給される排水の流量[m/d]
【0018】
図1に示した処理装置を用いた場合、「排水の全流量」は「排水管5を通る排水の流量」に相当する流量であり、「第1好気槽へ供給される排水の流量」は「排水供給管6Aから第1好気槽1へ供給される排水の流量」に相当する流量である。
【0019】
第1好気槽への分配率が小さいと、無酸素槽に供給される有機物の量が多くなり、それに伴って無酸素槽に供給されるT−Nの量も多くなる。したがって、第1好気槽への分配率が60%未満の場合、無酸素槽から供給されたT−Nが、第2好気槽で硝化された後、脱窒処理されないまま排出され、その結果として、最終処理水のT−N濃度が高くなり、水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。第1好気槽への分配率は、70%以上であることが好ましく、80%以上であることがより好ましい。一方、第1好気槽への分配率が大きいと、無酸素槽に供給される有機物の量は少なくなり、当該無酸素槽における脱窒反応の速度が低下する。したがって、第1好気槽への分配率が95%を超える場合、T−N濃度の低い水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。第1好気槽への分配率は、92.5%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましく、87.5%以下であることがさらに好ましい。
【0020】
また、排水の5〜40%を無酸素槽に供給するとは、下記式(2)で定義される無酸素槽への分配率を5〜40%にすることである。
(C/A)×100(%) (2)
A:排水の全流量[m/d]
C:無酸素槽へ供給される排水の流量[m/d]
【0021】
図1に示した処理装置を用いた場合、「排水の全流量」は「排水管5を通る排水の流量」に相当する流量であり、「無酸素槽へ供給される排水の流量」は「排水供給管6Bから無酸素槽2へ供給される排水の流量」に相当する流量である。
【0022】
無酸素槽への分配率が小さいと、無酸素槽に供給される有機物の量は少なくなり、当該無酸素槽内における脱窒反応の速度が低下する。したがって、無酸素槽への分配率が5%未満の場合、T−N濃度の低い水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。無酸素槽への分配率は、7.5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましく、12.5%以上であることがさらに好ましい。一方、無酸素槽への分配率が大きいほど無酸素槽に供給される有機物の量は多くなるが、それに伴って無酸素槽に供給されるT−Nの量も多くなる。したがって無酸素槽への分配率が40%を超えると、無酸素槽から供給されたT−Nが、第2好気槽で硝化された後、脱窒処理されないまま排出され、その結果として、最終処理水のT−N濃度が高くなり、水質の優れた最終処理水を安定的に得ることができなくなる。無酸素槽への分配率は30%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましい。
【0023】
第1好気槽への分配率及び無酸素槽への分配率の調整方法は特に限定されない。例えば図1に示した処理装置を用いる場合、排水供給管6A、6Bが分岐している箇所に調整弁などを設置して第1好気槽への分配率及び無酸素槽への分配率を調整する方法が挙げられる。このとき、排水管5を流れる排水のT−N濃度を連続測定し、T−N濃度が高い場合には無酸素槽への分配率を下げるように調整する。
【0024】
(工程2)
本発明における工程2は、前記第1好気槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒を行って、1次処理水を排出する工程である。この担体には、硝化能力を有する細菌及び脱窒能力を有する細菌が担持されている。すなわち、この担体には、硝化菌及び脱窒菌が担持されている。
【0025】
工程2では、担体に担持された硝化菌により、排水中のNH−Nの硝化が行われる。さらに、硝化で生成したNOx−Nが担体内部の無酸素領域に担持された脱窒菌により一部脱窒され窒素ガスに変換される。担体に硝化能力を有する細菌(硝化菌)が担持されていることは以下の方法で確認することができる。NH−Nを含む排水に担体を浸漬させた後、この排水を曝気する。このとき、担体に硝化菌が担持されていれば、排水のNH−Nが減少しNOx−Nが増加する。この方法により、担体に硝化菌が担持されていることを確認することができる。一方、担体に脱窒能力を有する細菌(脱窒菌)が担持されていることは以下の方法で確認することができる。NOx−Nを含み、BODが所定値である排水に担体を浸漬させた後、排水を撹拌する。このとき、担体に脱窒菌が担持されていれば、排水のNOx−Nが減少する。この方法により、担体に脱窒菌が担持されていることを確認することができる。また、遺伝子プローブによるFISH(Fluorescent In Situ Hybridization)法によっても、担体に硝化菌又は脱窒菌が担持されていることも確認することができる。
【0026】
第1好気槽におけるT−N除去率は、10%以上であることが好ましい。T−N除去率の値が小さいほど無酸素槽に供給されるT−Nの量が多くなる。そのため、無酸素槽や、その後段の第2好気槽で処理しきれないT−Nにより、最終処理水のT−N濃度が高くなるおそれがある。第1好気槽におけるT−N除去率は、20%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。
【0027】
ここで、第1好気槽におけるT−N除去率(%)は、下記式(3)で定義される値である。
[(D−E)/D]×100 (3)
D:第1好気槽に供給される排水のT−N負荷[kg/d]
E:第1好気槽から排出される1次処理水のT−N量[kg/d]
【0028】
前記第1好気槽でのNH−N容積負荷は0.1kg/m・d以上であることが好ましい。NH−N容積負荷を0.1kg/m・d未満とした場合、容積の大きな好気槽を用いなければならず、処理装置の小型化の観点から好ましくない。NH−N容積負荷は0.15kg/m・d以上であることがより好ましく、0.2kg/m・d以上であることがさらに好ましい。一方、前記第1好気槽でのNH−N容積負荷は1.6kg/m・d以下であることが好ましい。NH−N容積負荷が1.6kg/m・dを超える場合、当該第1好気槽におけるNH−Nの低減が不十分となるおそれがある。NH−N容積負荷は1.2kg/m・d以下であることがより好ましい。
【0029】
ここで、NH−N容積負荷[kg/m・d]は、下記式(4)で定義される値である。
[(F×G)/H]/1000 (4)
F:排水のNH−N濃度[mg/L]
G:第1好気槽へ供給される排水の流量[L/d]
H:第1好気槽の容量[L]
【0030】
第1好気槽内のpHは5.0〜9.0であることが好ましい。pHがこの範囲から外れると細菌が生育し難くなるとともに、硝化速度及び脱窒速度が低下するおそれがある。pHは5.5以上であることがより好ましく、6.0以上であることがさらに好ましい。一方、pHは8.5以下であることがより好ましく、8.0以下であることがさらに好ましい。
【0031】
第1好気槽内の温度は10〜40℃であることが好ましい。温度がこの範囲から外れると細菌が生育し難くなるとともに、硝化速度及び脱窒速度が低下するおそれがある。温度は20℃以上であることがより好ましい。一方、温度は35℃以下であることがより好ましい。
【0032】
第1好気槽のDO(Dissolved Oxygen、溶存酸素)は0.5〜7.0mg/Lであることが好ましい。DOが0.5mg/L未満の場合、硝化速度が低下するおそれがある。DOは1.0mg/L以上であることがより好ましく、2.0mg/L以上であることがさらに好ましい。一方、DOが7.0mg/Lを超える場合、脱窒速度が低下するおそれがある。DOは6.0mg/L以下であることがより好ましく、5.0mg/L以下であることがさらに好ましい。なお、DOは、隔膜電極法などの方法により測定することができる。
【0033】
工程2において、硝化をより効率よく進行させる観点から、第1好気槽内の処理水を曝気することが好ましい。曝気の方法は特に限定されないが、図1に示すように、第1好気槽1は、空気管17が接続された散気装置16を備えることが好ましい。散気装置16からの空気によって第1好気槽1内の処理水を曝気することができるとともに、処理水及び担体を十分に流動させることができる。担体の流動性をさらに向上させたい場合は、撹拌器などを用いて処理水を撹拌してもよい。また、担体の流出を防ぐために、図1に示すように、第1好気槽の排出口にスクリーン15を設けることも好ましい。
【0034】
槽容積に対する担体の体積割合(充填率)は、排水のNH−N濃度や流量に応じて適宜決めることができる。担体の充填率が高いほど硝化反応及び脱窒反応を効率よく進行させることができるが、充填率が高すぎると担体の流動性が下がり反応効率が低下することがある。充填率は30%以下であることが好ましく、25%以下であることがより好ましい。一方、第1好気槽で安定的に排水処理を行う観点から、充填率は5%以上であることが好ましい。
【0035】
本発明で用いられる担体は、表面から内部に連通する孔(連通孔)を有することが好ましい。ここで、孔が連通しているとは、孔が各々独立に存在しているのではなく、孔同士が相互に連通していることをいう。連通孔は、電子顕微鏡を用いて担体を観察することにより確認することができる。
【0036】
連通孔内の溶存酸素(DO:Dissolved Oxygen)濃度は担体表面からの距離によって変わる。そのため、好気的条件となる担体表面には硝化菌が担持され、無酸素条件となる担体内部には脱窒菌が担持される。連通孔の孔径は、細菌のみが担体内部に棲息できる孔径であることが好ましい。担体の表面付近の孔径が0.1〜100μmであることが好ましい。孔径が0.1μm未満の場合、細菌が担体内部に進入できないことがある。表面付近の孔径は0.5μm以上であることがより好ましい。一方、表面付近の孔径が100μmを超える場合、細菌以外の大きな生物が侵入し、硝化速度及び脱窒速度が低下するおそれがある。孔径は50μm以下であることがより好ましい。なお、連通孔の孔径は、電子顕微鏡を用いた観察などの方法により測定することができる。
【0037】
本発明で用いられる担体の種類は特に限定されない。細菌との親和性が高く、細菌棲息性に優れている点から、担体が高分子ゲル担体であることが好ましく、ポリビニルアルコールゲル担体(PVAゲル担体)であることがより好ましい。PVAゲル担体は、多くの細菌を付着させることができるため、短い水理学的滞留時間(Hydraulic Retention Time:HRT)で安定的な処理が可能となる。中でも、連通孔を有するPVAゲル担体が好適に採用される。
【0038】
PVAゲル担体は、スポンジなどの発泡体と異なり、外力が加わり変形したとしても容易には水分が放出されず細菌の棲息に適した環境を提供することができる。PVAゲル担体の含水率は70質量%以上であることが好ましい。含水率は80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。一方、含水率が98質量%を超える場合には、PVAゲル担体の強度が低下するおそれがある。含水率は96質量%以下であることがより好ましい。
【0039】
担体の球相当径は、1〜10mmであることが好ましい。球相当径が小さい場合、第1好気槽に担体の流出を防ぐためのスクリーンを設置した場合に、スクリーンの網目を小さくしなければならず、目詰まりを起こすおそれがある。球相当径は2mm以上であることがより好ましい。一方、球相当径が10mmを超える場合、担体の流動性が低下するおそれがある。球相当径は6mm以下であることがより好ましい。ここで、球相当径とは粒子の体積と等しい体積を有する球の直径である。
【0040】
担体の形状は、特に限定されるものではなく、立方体、直方体、円柱状、球状、マカロニ状など任意の形状をとることができる。これらの中でも、細菌との接触効率を考えると球状が好ましい。
【0041】
担体の比重は水よりわずかに大きく、第1好気槽から流失しない程度に、当該第1好気槽の中で揺動させることができる比重であることが好ましい。本発明の処理方法において、比重が水よりわずかに大きい担体を用いることにより、担体を流出させることなくより安定的に排水を処理することができる。かかる観点から、担体の比重は、1.001以上であることが好ましく、1.005以上であることがより好ましい。一方、比重は、1.2以下であることが好ましく、1.1以下であることがより好ましく、1.05以下であることがさらに好ましい。
【0042】
本発明におけるPVAゲル担体は、細菌の保持量を増大させることができると共に、繰り返し使用における耐久性を確保することができる観点から、アセタール化されたPVAゲル担体であってもよい。
【0043】
(工程3)
本発明における工程3は、無酸素槽内において、前記有機性排水及び前記1次処理水に対して活性汚泥中の細菌による脱窒を行って2次処理水を排出する工程である。工程3では1次処理水に含まれるNOx−Nが、排水に含まれる有機物の存在下で脱窒菌によって脱窒されて窒素ガスに変換される。このとき、活性汚泥の内生脱窒が同時に進行してもよい。これにより、1次処理水及び排水の混合液から窒素が除去される。無酸素槽に担体を投入し当該担体に担持された脱窒菌による脱窒を併用してもかまわない。
【0044】
無酸素槽内のpHは5.0〜9.0であることが好ましい。pHがこの範囲から外れると脱窒菌が生育し難くなるとともに、脱窒速度が低下するおそれがある。pHは5.5以上であることがより好ましく、6.0以上であることがさらに好ましい。一方、pHは8.5以下であることがより好ましく、8.0以下であることがさらに好ましい。
【0045】
無酸素槽内の温度は10〜40℃であることが好ましい。温度がこの範囲から外れると脱窒菌が生育し難くなるとともに、脱窒速度が低下するおそれがある。温度は20℃以上であることがより好ましい。一方、温度は35℃以下であることがより好ましい。
【0046】
無酸素槽内の酸化還元電位(ORP:Oxidation Reduction Potential)が−100mV以下であることが好ましい。ORPが、−100mVを超えると、脱窒菌の活性が低下するため、T−N除去率が低下するおそれがある。ORPは−150mV以下であることがより好ましい。ORPは、電位差測定装置を用いた方法などにより測定することができる。
【0047】
無酸素槽内のDO(Dissolved Oxygen、溶存酸素)は0.2mg/L以下であることが好ましい。DOが0.2mg/Lを超えると、脱窒反応の速度が低下するおそれがある。DOは0.1mg/L以下であることがより好ましく、0.05mg/L以下であることがさらに好ましい。DOは、隔膜電極法などの方法により測定することができる。
【0048】
無酸素槽内の活性汚泥濃度(MLSS:Mixed Liquor Volatile Suspended Solid)は、1000〜8000mg/Lであることが好ましい。MLSSが1000mg/L未満であると脱窒速度が低下するおそれがある。MLSSは2000mg/L以上であることがより好ましく、3000mg/L以上であることがさらに好ましい。一方、MLSSが8000mg/Lを超えると、後段の固液分離装置において固液分離が難しくなるおそれがある。MLSSは6000mg/L以下であることがより好ましく、5000mg/L以下であることがさらに好ましい。
【0049】
(工程4)
本発明における工程4は、前記第2好気槽内において、前記2次処理水に対して活性汚泥中の細菌により硝化を行って、3次処理水を排出する工程である。この工程では2次処理水に含まれるNH−NがNOx−Nに変換される。第2好気槽に担体を投入し当該担体に担持された硝化菌による硝化を併用してもかまわない。
【0050】
第2好気槽内のpHは5.0〜9.0であることが好ましい。pHがこの範囲から外れると細菌が生育し難くなり硝化速度が低下するおそれがある。pHは5.5以上であることがより好ましく、6.0以上であることがさらに好ましい。一方、pHは8.5以下であることがより好ましく、8.0以下であることがさらに好ましい。
【0051】
第2好気槽内の温度は10〜40℃であることが好ましい。温度がこの範囲から外れると細菌が生育し難くなり硝化速度が低下するおそれがある。温度は20℃以上であることがより好ましい。一方、温度は35℃以下であることがより好ましい。
【0052】
第2好気槽のDOは0.5〜7.0mg/Lであることが好ましい。DOが0.5mg/L未満の場合、硝化速度が低下するおそれがある。DOは1.0mg/L以上であることがより好ましく、2.0mg/L以上であることがさらに好ましい。一方、DOが7.0mg/Lを超える場合、活性汚泥が解体して、最終処理水のT−N濃度が上昇するおそれがある。DOは6.0mg/L以下であることがより好ましく、5.0mg/L以下であることがさらに好ましい。なお、DOは、隔膜電極法などの方法により測定することができる。
【0053】
第2好気槽内のMLSSは、1000〜8000mg/Lであることが好ましい。MLSSが1000mg/L未満であると硝化速度が低下するおそれがある。MLSSは2000mg/L以上であることがより好ましく、3000mg/L以上であることがさらに好ましい。一方、MLSSが8000mg/Lを超えると、後段の固液分離装置において固液分離が難しくなるおそれがある。MLSSは6000mg/L以下であることがより好ましく、5000mg/L以下であることがさらに好ましい。
【0054】
工程4において、硝化をより効率よく進行させる観点から、第2好気槽内の処理水を曝気することが好ましい。曝気の方法は特に限定されないが、図1に示すように、第2好気槽3は、空気管19が接続された散気装置20を備えることが好ましい。散気装置20からの空気によって第2好気槽3内の処理水を曝気することができるとともに、処理水を十分に流動させることができる。また、図示しない撹拌器などを用いて処理水を撹拌してもよい。
【0055】
(工程5)
本発明における工程5は、前記固液分離装置において、前記3次処理水から汚泥を分離して最終処理水として排出するとともに、前記汚泥を前記無酸素槽へ返送する工程である。このとき、汚泥を前記無酸素槽だけではなく第2好気槽へも返送してもかまわない。なお、汚泥を第1好気槽へ返送した場合、返送された汚泥によって担体に担持された細菌が減少するおそれがあるため、第1好気槽へ汚泥を返送することは好ましくない。
【0056】
ここで、工程5で用いられる固液分離装置は、液体と固体とを分離することのできる装置であれば特に限定されず、例えば、沈殿槽などが挙げられる。沈殿槽では、活性汚泥が沈降し活性汚泥と上澄み液に分離され、沈降した活性汚泥は返送汚泥として無酸素槽に返送され、上澄み液は系外に排出され最終処理水として放流される。工程5で用いられる固液分離装置として、膜分離装置も挙げられる。
【0057】
本発明において、前記第1好気槽、前記無酸素槽及び前記第2好気槽のHRTがいずれも4時間以下であることが好ましい。槽の小型化の観点から、第1好気槽、無酸素槽及び第2好気槽のHRTがいずれも3時間以下であることがより好ましい。一方、第1好気槽、無酸素槽及び第2好気槽のHRTがいずれも0.5時間以上であることが好ましい。第1好気槽、無酸素槽及び第2好気槽のいずれかの槽のHRTが0.5時間未満であった場合、負荷が高くなり、処理ができなくなるおそれがある。第1好気槽、無酸素槽及び第2好気槽のHRTがいずれも1時間以上であることがより好ましい。
【実施例】
【0058】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【0059】
実施例1
図1に示す処理装置を用いて、窒素成分を含有する有機性排水に対して生物処理を行った。
(有機性排水)
生物処理される有機性排水として、以下の組成の人工下水を用いた。
BOD:125mg/L、T−N濃度:25mg/L、SS(Suspended Solids、浮遊物質)濃度:100mg/L、NH−N濃度:25mg/L
【0060】
(担体)
第1好気槽1に担体14を0.8L投入した。投入した担体14は、ポリビニルアルコールゲル担体(株式会社クラレ製のPVAゲル「クラゲール」)であった。この担体14は球状であって、球相当径は4mmであり、比重は1.025であり、含水率は93質量%である。電子顕微鏡を用いてこの担体の表面を観察したところ、相互に連通した孔が確認された。また、得られた電子顕微鏡写真を用いて担体の表面付近の孔径を測定したところ、孔径は0.5〜20μmであった。このとき、孔の形状が円でない場合、円相当径を孔径とした。
【0061】
(処理装置)
図1に示す処理装置は、第1好気槽1、無酸素槽2、第2好気槽3、及び固液分離装置4を備えている。各槽はこの順序に配置されている。
【0062】
・第1好気槽
第1好気槽1(好気担体槽)の容量は4Lである。第1好気槽1の底部には散気装置16が取り付けられていて、空気管17を通して送られた空気により槽内の処理水が曝気されている。さらに、槽の出口には担体14の流出を防ぐためのスクリーン15が取り付けられている。
【0063】
第1好気槽1内には上述した担体14が入れられている。また、図1に示すように、排水管5は途中で排水供給管6A、6Bに分岐していて、排水供給管6Aによって第1好気槽1へ排水が供給される。そして、第1好気槽1に供給された排水は、当該槽内において、担体に担持された細菌により硝化及び脱窒される。硝化及び脱窒された排水は、連絡管7によって1次処理水として無酸素槽2へ供給される。
【0064】
第1好気槽1の管理条件を表1に示す。表1に示すように、第1好気槽1内のpHは6.2であり、DOは4.4mg/L、ORPは100mV、槽内の温度は30℃であった。また、第1好気槽1のHRTは2時間とした。
【0065】
・無酸素槽
無酸素槽2(無酸素活性汚泥槽)の容量は4Lである。無酸素槽2には撹拌器18が取り付けられて、この撹拌器18により槽内の処理水が撹拌されている。また、図1に示すように、排水管5は途中で排水供給管6A、6Bに分岐していて、排水供給管6Bによって無酸素槽2へ排水が供給される。無酸素槽2に供給された排水及び1次処理水は、活性汚泥中の細菌により脱窒される。脱窒された排水及び1次処理水は、連絡管8によって2次処理水として第2好気槽3へ供給される。
【0066】
無酸素槽2の管理条件を表1に示す。表1に示すように、無酸素槽1内のpHは6.2であり、DOは0.0mg/L、ORPは−180mV、槽内の温度は30℃、MLSSは3900mg/Lであった。無酸素槽2のHRTは2時間とした。
【0067】
・第2好気槽
第2好気槽3(好気活性汚泥槽)の容量は2Lである。第2好気槽3の底部には散気装置20が取り付けられていて、空気管19を通して送られた空気により槽内の処理水が曝気されている。
【0068】
第2好気槽3に供給された2次処理水は、活性汚泥中の細菌により硝化される。硝化された2次処理水は、連絡管9によって3次処理水として固液分離装置4へ供給される。
【0069】
第2好気槽3の管理条件を表1に示す。表1に示すように、第2好気槽2内のpHは6.2であり、DOは3.7mg/L、ORPは140mV、槽内の温度は30℃、MLSSは3800mg/Lであった。第2好気槽3のHRTは1時間とした。
【0070】
・固液分離装置
固液分離装置4は容量5Lの沈殿槽である。当該沈殿槽において、3次処理水に含まれる固形物を沈殿させて上澄み液を分離した。そして、最終処理水として処理水管10から装置の外へ排出した。この沈殿槽の下部には汚泥管11が取り付けられている。この汚泥管11は返送汚泥管12と汚泥排出管13とに分岐していて、沈殿槽に蓄積した沈殿(汚泥)の一部を、返送汚泥管12で無酸素槽2へ返送した。
【0071】
【表1】
【0072】
以上説明した処理装置を用いて、上述した有機性排水に対して生物処理を行った。処理装置全体の運転条件及び、その運転条件で処理を行った結果を以下に示す。
【0073】
(運転条件)
表3に示すように、排水管5を流れる排水の流量は48L/dである。図示しない弁を調節して、排水供給管6Aから第1好気槽1へ供給する排水の流量を38.4L/dとし、排水供給管6Bから無酸素槽2へ供給する排水の流量を9.6L/dとした。このとき、第1好気槽に供給される排水のT−N負荷は0.00096kg/dであった。
【0074】
(結果)
第1好気槽1から排出された1次処理水の水質を調べたところ、1次処理水のT−N量は0.000576kg/dであり、第1好気槽1でのT−N除去率は40%であった。また、処理装置から排出された最終処理水の水質を調べたところ、最終処理水のT−N濃度は6mg/Lであった。ここで、日本の閉鎖的水域の一般的なT−N濃度の規制値(許容限界)は10mg/Lである。上記のように本実施例の最終処理水のT−N濃度はこの規制値以下であった。また、NH−N濃度は2mg/L、SS濃度は8mg/Lであった。結果を表3に示す。
【0075】
実施例2
排水供給管6Aから第1好気槽1へ供給する排水の流量を43.2L/dとし、排水供給管6Bから無酸素槽2へ供給する排水の流量を4.8L/dとした以外は実施例1と同様にして排水処理を行った。その結果、第1好気槽でのT−N除去率は40%であった。最終処理水のT−N濃度は8mg/Lであり、上記規制値以下の値であった。また、NH−N濃度は2mg/L、SS濃度は12mg/Lであった。結果を表3に示す。
【0076】
比較例1
排水を無酸素槽2へ供給せず、第1好気槽1にのみ供給した以外は実施例1と同様にして排水処理を行った。その結果、第1好気槽でのT−N除去率は40%であった。最終処理水のT−N濃度は15mg/Lであり、上記規制値を超える値であった。また、NH−N濃度は2mg/L、SS濃度は20mg/Lであった。結果を表3に示す。
【0077】
比較例2
排水供給管6Aから第1好気槽1へ供給する排水の流量を24L/dとし、排水供給管6Bから無酸素槽2へ供給する排水の流量を24L/dとした以外は実施例1と同様にして排水処理を行った。その結果、第1好気槽でのT−N除去率は40%であった。最終処理水のT−N濃度は15mg/Lであり、T−N濃度は上記規制値を超える値であった。また、NH−N濃度は12mg/L、SS濃度は10mg/Lであった。結果を表3に示す。
【0078】
比較例3
沈殿槽からの汚泥を第1好気槽1へ返送した以外は実施例1と同様にして排水処理を行った。その結果は、第1好気槽でのT−N除去率は30%であった。最終処理水のT−N濃度は12mg/Lであり、上記規制値を超える値であった。また、NH−N濃度は9mg/L、SS濃度は30mg/Lであった。結果を表3に示す。
【0079】
比較例4
第1好気槽1に担体を投入せずに活性汚泥を投入することによって、当該第1好気槽1を活性汚泥槽にするとともに、この活性汚泥槽に、沈殿槽からの汚泥を返送し、第1好気槽1及び第2好気槽3の管理条件を表2に示すように変更した以外は実施例1と同様にして排水処理を行った。このときの第1好気槽1、無酸素槽2及び第2好気槽3の管理条件を表2に示す。その結果、第1好気槽でのT−N除去率は20%であった。最終処理水のT−N濃度は15mg/Lであり、上記規制値を超える値であった。また、NH−N濃度は10mg/L、SS濃度は45mg/Lであった。結果を表3に示す。
【0080】
【表2】
【0081】
【表3】
【0082】
第1好気槽1、無酸素槽2、第2好気槽3、固液分離装置4をこの順序で備える処理装置において、第1好気槽1が活性汚泥槽であった場合、最終処理水のT−N濃度が規制値を超える値となった(比較例4)。また、固液分離装置4の汚泥を無酸素槽2ではなく、第1好気槽1へ返送した場合も、最終処理水のT−N濃度が規制値を超える値となった(比較例3)。
【0083】
これに対して、硝化能力および脱窒能力を有する細菌が担持された担体が投入された第1好気槽1を用い、第1好気槽1及び無酸素槽2に排水を供給するとともに、汚泥を無酸素槽3へ返送した場合、最終処理水のT−N濃度が規制値以下となった(実施例1及び2)。このとき、第1好気槽1及び無酸素槽2に排水を供給するに際し、それら排水の供給量が所定の値を満足しなければ、最終処理水のT−N濃度が規制値を超える値となることもわかった(比較例1及び2)。
【符号の説明】
【0084】
1 第1好気槽
2 無酸素槽
3 第2好気槽
4 固液分離装置
5 排水管
6A、6B 排水供給管
7、8、9 連絡管
10 処理水管
11 汚泥管
12 返送汚泥管
13 汚泥排出管
14 担体
15 スクリーン
16、20 散気装置
17、19 空気管
18 撹拌器
図1
【国際調査報告】