JP2002316192A

JP2002316192A - 有機性汚水の処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2002316192A
Application number: JP2001119703A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Kataoka; 克之片岡; Kazuaki Shimamura; 和彰島村; Toshihiro Tanaka; 俊博田中
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-29

Abstract

(57)【要約】【課題】余剰活性汚泥発生量を著しく少なくし、安定
して高度の窒素除去が可能で、更にリンを高度に除去で
き、かつリンを資源として回収可能で、有機性汚水から
のエネルギ回収量も増加できる、有機性汚水処理プロセ
スを提供する。【解決手段】有機性汚水にカチオン系高分子凝集剤を
添加し凝集物を固液分離し、該分離水を生物学的硝化脱
窒素活性汚泥処理工程に供給し、化学的リン除去剤粒子
を添加してリン分を固体化し、固液分離工程に供給し、
上澄液を処理水として得、該分離工程の分離汚泥の一部
を引き抜き、該汚泥にＮａＯＨを添加してアルカリ処理
した後、固液分離し、分離汚泥を前記脱窒素工程に返送
し、該固液分離からの分離液にＣａ又はＭｇイオンを添
加して、リンイオンを固体として析出させた後固液分離
してリンを回収し、分離液を前記脱窒素工程に返送す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水などの有機性
汚水を高度に浄化する技術に関し、特に余剰活性汚泥発
生量を著しく減少でき、かつ汚水中のリンを資源として
回収でき、更に汚水からのエネルギ回収量を増加できる
処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、有機性汚水の代表例として、下水
を例に挙げて説明する。現在最新の下水処理方法は、図
２に示すように、下水１を最初沈殿池３２においてＳＳ
の一部を除去した後、生物学的硝化脱窒素工程３４で生
物処理しＢＯＤ、窒素を除去した後、最終沈殿池３６で
活性汚泥を沈降分離して沈殿汚泥３８を分離し、そこか
らの流出水３７に無機凝集剤３９を添加して凝集沈殿
し、リン、ＳＳ、ＣＯＤを除去するというプロセスがと
られている。なお、無機凝集剤３９を、最終沈殿池３６
への流入スラリに添加してリンを不溶化したフロック
を、活性汚泥と共に沈殿させる場合もある。なお、図２
において、４０は凝集沈殿槽、４２は凝集沈殿汚泥、４
１は処理水、４３は返送汚泥、３３は生汚泥である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図２のような
従来の下水処理プロセスは次の欠点があった。イ）最初沈殿池のＳＳ除去率が約４０％程度にすぎない
ので、生物処理工程からの余剰活性汚泥発生量が多くな
り、汚泥処理に負担を与える。また、最初沈殿池で除去
される有機性ＳＳ量が少ないために、初沈汚泥を嫌気性
消化した場合に、メタンガス発生量が少ないという問題
がある。ロ）最初沈殿池に塩化第２鉄、硫酸アルミニウムなどの
無機凝集剤を添加して凝集沈殿させる方法を適用すれ
ば、最初沈殿池におけるＳＳとリン除去率が大幅に向上
し、上記の問題は解決するが、その反面、難脱水性の
凝集沈殿汚泥が大量に発生するという、それ以上の問題
が発生する。

【０００４】ハ）また、最初沈殿池に凝集剤を添加して
ＳＳの除去率を高めると、ＳＳ性ＢＯＤの除去率が高く
なりすぎるため、生物学的脱窒素工程における脱窒素菌
のためのＢＯＤ源（水素供与体）が不足し、脱窒素効果
が悪化してしまう。ニ）下水のリンの凝集沈殿汚泥は、有効利用できないた
め廃棄せざるを得ない。従って、下水中の貴重なリンを
資源として回収して利用できない。

【０００５】本発明は、従来の有機性汚水処理法の欠点
のすべてを解決し、余剰活性汚泥発生量を著しく少なく
（実質的にゼロ）でき、脱窒素菌のＢＯＤ源も不足せず
安定して高度の窒素除去が可能で、更にリンを高度に除
去でき、かつリンを資源として回収可能で、有機性汚水
からのエネルギ回収量も増加できる、２１世紀に相応し
い理想的な有機性汚水処理プロセスを提供することを課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の従
来の技術の欠点を解決するために、調査、研究の結果、
カチオンポリマによりＳＳが高度に凝集分離された下水
を、リン除去剤と活性汚泥を共存させた生物学的脱窒素
工程で処理すれば、以後の処理工程が円滑に進行し、余
剰活性汚泥発生量、リンの回収、メタンガスなどのエネ
ルギ回収量の問題の全てに極めて有効であることを見出
して、本発明を完成するに至った。

【０００７】すなわち、本発明は以下に示す基本フロー
からなる有機性汚水の処理プロセスを提供するものであ
る。（１）有機性汚水にカチオン系高分子凝集剤を添加して
生成する凝集物を固液分離して分離水と凝集分離汚泥と
し、該分離水を化学的リン除去剤粒子と活性汚泥とが共
存する生物学的硝化脱窒素活性汚泥処理工程に供給し、
ＢＯＤ、窒素を除去すると共にリン分を固体化し、該処
理工程の汚泥混合液を固液分離工程に供給し、前記汚泥
物質を分離した上澄液を処理水として系外に排出し、一
方該分離工程の分離汚泥の一部を引き抜き、リン、ＢＯ
Ｄ、窒素を取り込んだ汚泥にＮａＯＨを添加してｐＨ１
０以上に調整した後、固液分離し、分離汚泥を前記脱窒
素工程に返送し、一方該固液分離からの分離液にＣａ又
はＭｇイオンを添加して、リンイオンを固体として析出
させた後固液分離してリンを回収するとともに、分離液
を前記脱窒素工程に返送することを特徴とする有機性汚
水の処理方法。（２）さらに、前記カチオン高分子凝集剤による凝集分
離汚泥を嫌気性消化し、該消化脱離液を前記ＮａＯＨ添
加後の固液分離液に混合する工程を含むことを特徴とす
る前記（１）記載の処理方法。

【０００８】（３）有機性汚水にカチオン系高分子凝集
剤を添加して生成した凝集物を固液分離する凝集分離装
置、該凝集分離装置からの分離水を供給し、化学的リン
除去剤を添加し、リン、ＢＯＤ、窒素を除去する生物学
的硝化脱窒素装置、該硝化脱窒素装置からの流出水を導
入し、処理水と汚泥に分離する固液分離槽、該固液分離
槽からの分離汚泥の一部を導入してリンを放出させるア
ルカリ処理槽、アルカリ処理槽からのアルカリ処理汚泥
を固液分離して分離液と分離汚泥に分ける固液分離装
置、該分離液にＣａ又はＭｇイオンを添加してリン分を
固体として析出させる析出槽、前記固液分離装置の分離
汚泥及び該析出槽からの分離液を該硝化脱窒素装置に送
る返送管を設けたことを特徴とする有機性汚水の処理装
置。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１に本発明の一実施例にフロー
を示す。図１において、有機性汚水の１例である下水１
に、高分子凝集剤の例である少なくともカチオン系ポリ
マ２（分子内にカチオン基とアニオン基を持つ両性高分
子凝集剤を含む意味でこの術語を使用する）を添加し、
下水中ＳＳを凝集させ、凝集分離槽３で形成フロックを
沈降分離又は粗大粒径ろ材充填層でろ過分離する。な
お、「少なくともカチオンポリマを添加」という意味
は、カチオン系高分子凝集剤とアニオン、ノニオン、両
性高分子凝集剤を併用しても良いという意味である。な
お、アニオン系又はノニオン系ポリマを単独で添加して
も、下水中の有機性ＳＳを充分フロック化できないの
で、不適である。この際、カチオンポリマを添加する凝
集分離槽３に、微細な砂などの比重の大きな鉱物粒子を
添加すると、この粒子にフロックが付着し、極めて沈降
性の大きなフロックが形成され、沈降分離速度２ｍ／ｍ
ｉｎ以上という超高速の沈降分離ができるので、非常に
好ましい。この結果、下水１中のＳＳは高度に（９０％
以上）除去され、ＳＳとＳＳ性ＢＯＤが非常に少ない下
水が、後続する生物学的硝化脱窒素工程に流入してゆ
く。

【００１０】一方、カチオン系ポリマによって凝集除去
されたＳＳ（凝集分離汚泥５）は、有機物が主体である
ので、嫌気性消化工程を行う嫌気性消化槽２５に供給す
ると、メタンガス２６が効果的に発生し、下水１からの
エネルギ−回収量を増加できる。すなわち、本発明では
下水１のＳＳを、無機汚泥を発生させることなく高度に
除去でき、固液分離効率が約２倍に増加し、これを嫌気
性消化工程に持ち込めるため、従来の下水処理法よりも
メタンガス２５の発生量が約２倍に増加できる。

【００１１】また、嫌気性消化槽２５から出る嫌気性消
化脱離液２７は、リンとアンモニアを多量に含んでいる
ので、後記するＮａＯＨ可溶化工程を行うアルカリ処理
槽１５の後の固液分離装置１８から出る固液分離液１９
に混合させて、リン、アンモニアをＭＡＰ（回収リン２
４）として回収する。また、嫌気性消化槽２５から出る
消化汚泥２８を脱水機２９に送り、そこで得られる脱水
分離液３０にもリン、アンモニアが多量に含まれている
ので、同様に前記の固液分離装置１８から出る固液分離
液２０に混合させる。しかして、カチオンポリマ２によ
ってＳＳが高度に凝集分離された下水１は、生物学的硝
化脱窒素工程の脱窒素槽６に流入した後、更に硝化工程
の硝化槽７に流入し、下水１中の溶解性ＢＯＤと窒素成
分が除去される。その流出水９はあと固液分離槽１１に
おいて活性汚泥が分離され、処理水１２が得られる。こ
の硝化脱窒素工程では、流出水９の一部は循環スラリ１
０として脱窒素槽６に循環される。固液分離槽１１とし
ては、沈殿槽、膜分離槽が考えられる。図１では、硝化
液循環型の生物学的脱窒素法を示したが、ステップ型硝
化脱窒素法、好気的脱窒素法、脱窒素槽の前に嫌気槽を
設けて生物脱リンを行う方法など、任意の生物学的硝化
脱窒素法を採用できる。

【００１２】下水１中のリン酸イオンは、カチオンポリ
マ２の添加による凝集分離槽３では除去されないので、
カチオンポリマ凝集分離工程流出水には、リン酸イオン
が多量に含まれている。本発明で重要な点は、カチオン
ポリマ凝集分離水を受入れる生物学的硝化脱窒素工程
に、化学的にリンを除去できるリン除去剤８を添加して
活性汚泥と共存させておくという点である。リン酸イオ
ンは、リン除去剤（塩化第２鉄、硫酸第２鉄、硫酸第１
鉄、水酸化鉄、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウム、
ポリ塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、活性アル
ミナ、アルミン酸ナトリウム、塩化チタン、硫酸チタニ
ル、水酸化チタン、酸化チタン、塩化ジルコニウム、水
酸化ジルコニウム、酸化ジルコニウム等）を添加する
と、生物学的硝化脱窒素工程において、凝集又は吸着に
よって高度に除去されるので、最終の固液分離槽１１か
ら流出する処理水のリン酸イオンは、０．１〜０．２ｍ
ｇ／リットル程度と、極めて少なくすることができる。

【００１３】生物処理工程に添加されたリン除去剤は、
生物学的硝化脱窒素処理工程内に滞留する過程で、リン
を吸着した状態の水酸化鉄、水和酸化鉄、水酸化アルミ
ニウム、水和酸化アルミニウム、水酸化ジルコニウム、
酸化ジルコニウム、水酸化チタン、酸化チタン等の状態
で存在する様になる。生物学的硝化脱窒素工程の後の固
液分離槽１１で分離した分離汚泥１３の大部分は、脱窒
素槽６に返送汚泥１４として返送される。残りの汚泥
（本発明を適用しない、従来の通常の活性汚泥法で発生
する余剰活性汚泥発生量の約３倍以上とすることが重要
であり、余剰活性汚泥発生量と等しい量の汚泥をアルカ
リ処理しても、余剰汚泥減量効果は少ない）をアルカリ
処理槽１５に送る。

【００１４】アルカリ処理槽１５にはＮａＯＨ１６が添
加され、ｐＨが１０以上（好ましくは１０．５〜１１．
５）に調整され、１〜２時間程度攪拌される。この結
果、活性汚泥がアルカリによって加水分解されて可溶化
し、活性汚泥から溶解性ＢＯＤが溶出する。活性汚泥細
胞自身も、アルカリによって細胞壁に損傷を受けてお
り、生物分解を受け易くなる。また、上記アルカリ性ｐ
Ｈ条件にすると、水酸基がリン酸イオンよりも配位し易
いため、リン酸イオンを吸着した水酸化鉄、水酸化アル
ミニウム、水酸化ジルコニウムなどからリン酸イオンが
脱離する。なお、アルカリ槽に供給する汚泥としては、
硝化槽７、脱窒素槽６から活性汚泥の一部を引き抜いて
も構わない。

【００１５】アルカリ処理汚泥１７を固液分離装置１８
で固液分離した分離液１９には、リン酸イオンと溶解性
ＢＯＤが含まれているのて、これにＭｇイオン又はＣａ
イオン２１を添加してリン酸マグネシウムアンモニウム
（ＭＡＰ）、リン酸カルシウムとして析出させて沈降分
離し、下水中のリン資源の回収リン２４として回収す
る。ＭＡＰを生成させるためのアンモニウムイオンは、
凝集分離汚泥５の嫌気性消化工程での消化脱離液２７、
脱水分離液３０（アンモニウムイオンを高濃度に含有す
る）と混合することによって、ＭＡＰ生成のためのアン
モニウムイオンを必要充分量供給できる。次に、アルカ
リ処理後固液分離装置１８で固液分離した分離汚泥２０
と、リン析出工程の分離液２３の両者を脱窒素槽６に返
送し、アルカリ処理によって溶出したＢＯＤを、脱窒素
菌のための有機炭素源（水素供与体）として利用する。

【００１６】従って、本発明によれば、下水１中のＳＳ
を凝集分離してＳＳ性ＢＯＤを除去した下水を、脱窒素
工程に供給しても、脱窒素菌のための有機炭素源が不足
することがなく、効率的な脱窒素が行われる。この点
は、本発明の重要な効果の一つである。なぜならば、従
来下水に凝集剤を添加してＳＳを高度に除去すると、Ｓ
Ｓ性ＢＯＤも同時に除去されてしまうため、後続する脱
窒素工程での有機炭素源が不足して、脱窒素効果が悪化
してしまうという大きな問題点が、従来は解決できなか
ったからである。

【００１７】アルカリ処理汚泥１７は、細胞壁が脆弱に
なって生分解性が向上しているので、生物学的硝化脱窒
素工程に供給すると、その約３０％が微生物によって炭
酸ガスと水に分解され、７０％が増殖汚泥として残る。
従って、本発明を適用しない通常の活性汚泥法において
発生する余剰活性汚泥量の約３倍量以上の汚泥をアルカ
リ処理すると、生物学的硝化脱窒素工程から余剰活性汚
泥が実質的に発生しなくなる。

【００１８】しかも、本発明では下水１中の有機性ＳＳ
のほぼすべてが、カチオンポリマ２による凝集分離工程
によって除去されるので、生物学的硝化脱窒素工程に有
機性ＳＳがほとんど流入しなくなるため、これ自体の効
果によって、アルカリ可溶化処理を組み込まない場合で
も余剰活性汚泥発生量が少なくなる。この結果、アルカ
リ処理工程に供給する活性汚泥量も少なくでき、この結
果として、アルカリ所要量が削減するという大きな効果
がある。

【００１９】更にもう一つの大きな効果がある。すなわ
ち、本発明では、下水１中の有機性ＳＳのほぼすべて
が、カチオンポリマ２による凝集分離工程によって除去
されるので、生物学的硝化脱窒素工程に、有機性ＳＳが
ほとんど流入しなくなるため、硝化工程における硝化菌
のＳＲＴ（汚泥齢）が大きくなり、硝化菌が系外にウオ
ッシュアウトされなくなる。従って、従来のように、硝
化菌をゲル担体などの担体に固定化される必要がなくな
り、担体コストを不要にできるという大きな効果であ
る。

【００２０】しかして、リン析出工程のアルカリ性の分
離液２３中には、リン脱着した水酸化鉄、アルミン酸イ
オン、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、水酸化
チタン、酸化チタン、水酸化ジルコニウム等が含まれて
いるので、これを生物学的硝化脱窒素工程に返送する
と、再び下水１中のリン酸イオンを効果的に除去する機
能を発揮する。従って、生物学的硝化脱窒素工程に添加
する新鮮なリン除去剤８は、運転初期だけで良い。つま
り、運転開始後、生物学的硝化脱窒素槽内に水酸化鉄、
又は水酸化アルミニウム、水酸化チタン、水酸化ジルコ
ニウムなどが、ＳＳとして１０００〜３０００ｍｇ／リ
ットル程度に蓄積した後は、新鮮なリン除去剤８を添加
する必要を実質的に非常に少なくでき、リン除去材８
は、系外に逃げたロス分だけを、曝気槽に添加補給すれ
ばよい。なお、図１において、２９は消化汚泥２８の脱
水機であり、３１は脱水汚泥、１０は循環スラリであ
る。

【００２１】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明は、この実施例により何等制限されるもの
ではない。

【００２２】（実施例１）図１の工程に従って、下水
（平均水質を第１表に示す）を対象に本発明の実証試験
を行った。第２表に試験条件を示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】実験の結果、下水のカチオンポリマ凝集沈
殿処理水の水質は、ＳＳ５〜１２ｍｇ／リットル、ＢＯ
Ｄ４０〜４５ｍｇ／リットル、Ｔ−Ｐ３．２〜３．６ｍ
ｇ／リットル、Ｔ−Ｎ２１〜２５ｍｇ／リットルであ
り、下水中の有機性ＳＳが高度に除去されていた。運転
開始後２ヵ月後に、処理状況が安定状態になってからの
沈殿槽からの処理水水質の平均は、第３表のように高度
にリン、ＢＯＤ、窒素が除去されていた。また余剰汚泥
は、１年間の試験の間、系外に廃棄しなかったが、生物
学的硝化脱窒素槽のＭＬＶＳＳは３６００〜４０００ｍ
ｇ／リットルを維持したことから、余剰汚泥の発生は無
視できるほど少量であることが判明した。

【００２６】

【表３】

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば次の様な
顕著な効果を発揮でき、下水処理などの有機性汚水処理
プロセスを革新できる。（１）汚水の生物処理水のリン濃度を確実に極めて低く
でき、かつ下水から貴重なリンをＭＡＰ、ＨＡＰとして
資源回収できる。従って、凝集沈殿などの３次処理設備
によってリンを除去する必要がなく、大幅な設備削減が
できる。（２）生物処理工１から余剰活性汚泥がほとんど発生し
ないので、余剰活性汚泥の脱水、焼却処理が大幅に合理
化される。（３）最初沈殿池で汚水中の有機性ＳＳを高度に除去
し、メタン発酵（嫌気性消化）工程に持ち込むので、汚
水からのメタンガス回収量が増加する。

【００２８】（４）最初沈殿池で汚水中の有機性ＳＳを
高度に除去するので、生物学的硝化脱窒素工程の硝化菌
のＳＲＴを増加でき、硝化菌固定化担体を利用しなくて
も硝化菌のＳＲＴを高めることができ、担体添加コスト
を不要にできる。（５）汚水の有機性ＳＳを除去しすぎると、従来は生物
学的脱窒素工程の脱窒素菌のためＢＯＤが不足し、脱窒
素効果が悪化してしまうが、本発明では、汚泥をアルカ
リで可溶化し、ＢＯＤを汚泥から溶出させ、これを脱窒
素菌のための有機炭素源とできるので、あらかじめ有機
性ＳＳを高度に凝集除去しても、脱窒素効果が悪化しな
い。（６）アルカリ剤（ＮａＯＨ）を、リン除去粒子からの
リン酸イオンの脱着と、活性汚泥の可溶化の複合目的に
利用できるので経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機性汚水の処理方法を示すブロック
図である。

【図２】従来の下水処理方法を示すブロック図である。

【符号の説明】

１下水２カチオンポリマ３凝集分離槽４流出水５凝集分離汚泥６脱窒素槽７硝化槽８リン除去剤９流出水１０循環スラリ１１固液分離槽１２処理水１３分離汚泥１４返送汚泥１５アルカリ処理槽１６ＮａＯＨ１７アルカリ処理汚泥１８固液分離装置１９分離液２０分離汚泥２１Ｍｇ又はＣａイオン２２析出槽２３分離液２４回収リン２５嫌気性消化槽２６メタンガス２７消化脱離液２８消化汚泥２９脱水機３０脱水分離液３１脱水汚泥３２最初沈殿池３３生汚泥３４生物学的硝化脱窒素工程３５流出液３６最終沈殿池３７流出水３８沈殿汚泥３９無機凝集剤４０凝集沈殿槽４１処理水４２凝集沈殿汚泥４３返送汚泥４４余剰活性汚泥

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中俊博東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4D015 BA23 BB05 BB17 CA01 DC06 DC07 DC08 EA32 EA35 FA02 FA03 FA26 4D038 AA08 AB45 AB48 BA04 BB18 BB19 4D040 BB05 BB15 BB32 BB57 BB72 4D059 AA03 AA06 AA19 BA12 BE00 BE49 BF14 BK12 CA28 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚水にカチオン系高分子凝集剤を
添加して生成する凝集物を固液分離して分離水と凝集分
離汚泥とし、該分離水を化学的リン除去剤粒子と活性汚
泥とが共存する生物学的硝化脱窒素活性汚泥処理工程に
供給し、ＢＯＤ、窒素を除去すると共にリン分を固体化
し、該処理工程の汚泥混合液を固液分離工程に供給し、
前記汚泥物質を分離した上澄液を処理水として系外に排
出し、一方該分離工程の分離汚泥の一部を引き抜き、リ
ン、ＢＯＤ、窒素を取り込んだ汚泥にＮａＯＨを添加し
てｐＨ１０以上に調整した後、固液分離し、分離汚泥を
前記脱窒素工程に返送し、一方該固液分離からの分離液
にＣａ又はＭｇイオンを添加して、リンイオンを固体と
して析出させた後固液分離してリンを回収するととも
に、分離液を前記脱窒素工程に返送することを特徴とす
る有機性汚水の処理方法。
【請求項２】さらに、前記カチオン高分子凝集剤によ
る凝集分離汚泥を嫌気性消化し、該消化脱離液を前記Ｎ
ａＯＨ添加後の固液分離液に混合する工程を含むことを
特徴とする請求項１記載の処理方法。
【請求項３】有機性汚水にカチオン系高分子凝集剤を
添加して生成した凝集物を固液分離する凝集分離装置、
該凝集分離装置からの分離水を供給し、化学的リン除去
剤を添加し、リン、ＢＯＤ、窒素を除去する生物学的硝
化脱窒素装置、該硝化脱窒素装置からの流出水を導入
し、処理水と汚泥に分離する固液分離槽、該固液分離槽
からの分離汚泥の一部を導入してリンを放出させるアル
カリ処理槽、アルカリ処理槽からのアルカリ処理汚泥を
固液分離して分離液と分離汚泥に分ける固液分離装置、
該分離液にＣａ又はＭｇイオンを添加してリン分を固体
として析出させる析出槽、前記固液分離装置の分離汚泥
及び該析出槽からの分離液を該硝化脱窒素装置に送る返
送管を設けたことを特徴とする有機性汚水の処理装置。