JPH11333494A - 排水の生物学的窒素除去方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な改質処理により生物汚泥を易生物分解
性に改質し、これを脱窒工程における水素供与体として
利用する際の有機物利用率を高くすることができ、これ
により汚泥を減容化するとともに、外部から添加する有
機物量を少なくすることが可能な排水の生物学的窒素除
去方法および装置。 【解決手段】 脱窒槽１、硝化および固液分離槽２を含
む生物学的窒素除去処理系１０から生物汚泥を改質処理
槽１６に引き抜いて、オゾン処理、加熱処理、酸、アル
カリ処理等により易生物分解性に改質処理し、改質汚泥
を酸発酵槽１８で酸発酵して脱窒槽１に導入し、酸発酵
により生成する有機酸を水素供与体として脱窒処理を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒素含有排水から窒
素を生物学的硝化脱窒処理により除去するようにした排
水の生物学的窒素除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アンモニア性または有機性窒素化合物を
含む排水を処理する方法として、生物学的硝化脱窒処理
法がある。この方法は活性汚泥により排水中のＣＯＤ、
ＢＯＤ成分を分解するとともに、有機性窒素化合物をア
ンモニア性窒素とし、アンモニア性窒素を硝化細菌によ
り硝酸性または亜硝酸性窒素に硝化（酸化）した後、脱
窒細菌により窒素ガスに還元して脱窒する方法である。
この処理法では、脱窒槽を前段に設け、硝化液と分離汚
泥を脱窒槽に返送して原水と混合し、脱窒を行うと同時
にＢＯＤ成分を分解する方法も行われている。

【０００３】上記の処理系を構成する活性汚泥処理法な
どのように、好気性微生物の作用を利用して、有機性排
液を好気条件で処理する一般的な好気性生物処理方法
は、処理コストが安く、処理性能も優れているため、一
般に広く利用されているが、難脱水性の余剰汚泥が大量
に生成するため、汚泥を減容化する処理方法が行われて
いる。

【０００４】このような汚泥の減容化を行う処理方法と
して、一般的な好気性処理法では、曝気槽または沈殿槽
から汚泥を引き抜き、この引抜汚泥をオゾン処理、加熱
処理、酸またはアルカリ処理等の改質処理により易生物
分解性に改質し、改質された汚泥を曝気槽に返送して生
物分解させる方法が提案されている（例えば特開平７−
１１６６８５号）。このような方法では改質汚泥はＢＯ
Ｄ源として曝気槽の負荷となるため、これを基質として
汚泥が増殖し、新たな汚泥の増殖量は改質汚泥の約１／
３とされている。このため大量の汚泥を改質処理して返
送する必要があり、余剰汚泥発生量をゼロにするために
は、余剰汚泥の３倍量の生物汚泥を改質処理する必要が
ある。

【０００５】生物学的窒素除去法においても汚泥を改質
処理により易生物分解性に改質し脱窒工程に導入する方
法が提案されている（例えば特開平８−１１９０号）。
生物学的窒素除去方法では、硝化工程において生成する
硝酸性または亜硝酸性窒素を脱窒工程において脱窒細菌
の作用により還元して窒素ガスに転換する際、脱窒細菌
の硝酸呼吸に必要な電子供与体（水素供与体）を添加す
る必要がある。この水素供与体としてメタノールのよう
な有機物を添加すると、処理コストが高くなるととも
に、余剰汚泥が増加する。

【０００６】前記特開平８−１１９０号はこのような生
物学的窒素除去方法において、汚泥の減容化を行うため
に、オゾン処理により汚泥を易生物分解性に改質して返
送する際、脱窒工程に導入して水素供与体として利用す
ることにより外部から添加する有機物の添加量を少なく
する方法である。

【０００７】ところで一般に汚泥を易生物分解性に改質
する方法としてはオゾン処理、熱処理、酸、アルカリ処
理等があり、これらはいずれも生物分解性に乏しい生物
汚泥を生物分解可能にするものであるが、通常は活性汚
泥処理法のような長い滞留時間の処理が可能となるよう
に改質が行われており、低分子化合物に分解するまでは
改質されていない。

【０００８】このため易生物分解性に改質された汚泥を
脱窒工程に供給すると、電子供与体として利用される速
度が遅く、脱窒反応における利用効率はあまり高くな
い。すなわち易生物分解化汚泥は、微生物を構成してい
た高分子有機物（破壊された細胞膜等）を多く含んでお
り、これが新たに微生物の基質として利用されるために
は、まず加水分解反応により高分子が低分子化された後
に、この低分子化された化合物が微生物に取り込まれ、
代謝されるというプロセスを経る必要がある。当然脱窒
反応においても、易生物分解化汚泥が低分子化されて微
生物に取り込まれた後、電子供与体として利用されるの
であって、高分子化合物のままでは利用されない。

【０００９】ところがこの加水分解速度は比較的遅く、
完全に加水分解されるには１〜２日を要する。これに対
して脱窒工程の反応時間（滞留時間）は通常数時間であ
り、間欠曝気法等においては３０分以下の場合もある。
従って上記の方法では、脱窒工程で完全に加水分解され
ずに次の工程へ送られた易生物分解化汚泥中の有機物が
有効利用されないという問題がある。この未利用の有機
物の割合は２０〜６０％にのぼると推定され、これを有
効利用することができればさらなる効率化が可能である
と考えられる。また改質処理において有機物を低分子に
分解することも考えられるが、このためには多量のオゾ
ン、熱、酸、アルカリ等が必要となり実用的ではない。

【００１０】通常脱窒工程の後段には好気工程（ＢＯＤ
酸化や硝化反応を行う）が設けられるが、高分子有機物
の加水分解速度は、脱窒環境下よりも好気環境下の方が
速いため、脱窒工程で取り残された高分子有機物が返送
汚泥等と一緒に再び脱窒工程に戻ってくることはほとん
ど期待できない。このように未利用の有機物が次の工
程、すなわちＢＯＤ酸化工程や硝化工程へ送られると、
この残留した有機物は負荷として微生物により酸化分解
されるため、曝気空気量がより多く必要になるほか、汚
泥増殖量が大きくなるという問題も生じていた。

【００１１】一方、生物汚泥を酸発酵させた後オゾン処
理して易生物分解性に改質し、生物処理工程に返送する
方法も知られている（特開平７−８８４９５号）。しか
しこの方法における酸発酵はオゾン処理に適したｐＨに
調整するために行われているにすぎず、オゾン処理した
汚泥はそのまま生物処理系に返送されるため、これを脱
窒工程に返送したとしても上記と同様の問題が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、簡易
な改質処理により生物汚泥を易生物分解性に改質し、こ
れを脱窒工程における水素供与体として利用する際の有
機物利用率を高くすることができ、これにより汚泥を減
容化するとともに、外部から添加する有機物量を少なく
することが可能な排水の生物学的窒素除去方法および装
置を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は次の排水の生物
学的窒素除去方法および装置である。 （１） 脱窒工程を含む排水の生物学的窒素除去方法に
おいて、処理系において生成する生物汚泥の一部を引き
抜く工程、この引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質
処理工程、改質処理汚泥を酸発酵させる酸発酵工程、お
よび酸発酵汚泥を脱窒工程に導入する移送工程を含む排
水の生物学的窒素除去方法。 （２） 脱窒槽を含む生物学的窒素除去処理系、処理系
から生物汚泥の一部を引き抜く引抜手段、引抜汚泥を易
生物分解性に改質する改質処理槽、改質処理汚泥を酸発
酵させる酸発酵槽、および酸発酵汚泥を脱窒槽に導入す
る移送手段を含む排水の生物学的窒素除去装置。

【００１４】本発明の処理対象とする排水は、アンモニ
ア性、有機性、硝酸性、亜硝酸性等の窒素化合物を含有
する排水であるが、特に処理に適しているのはアンモニ
ア性または有機性窒素化合物を含有する排水であり、こ
のほか有機物、その他の不純物を含んでいてもよい。こ
のような排水の例としては、し尿、下水、食品排水など
があげられる。これらの排水の中では、ＢＯＤ／Ｎ比が
４以下、好ましくは０．１〜２の排水が処理対象として
好ましい。

【００１５】本発明ではこのような排水を、脱窒槽を有
する生物学的窒素除去処理を行うための処理系において
処理を行い、生物学的に窒素除去を行う。上記処理系は
脱窒工程のほか有機物を分解するための有機物分解工
程、アンモニア性または有機性窒素を硝酸性または亜硝
酸性窒素に酸化するための硝化工程、汚泥と処理液を分
離するための固液分離工程等を含むが、これらの工程は
それぞれ独立して行ってもよく、また複数の工程を同時
に、または時間をずらせて行ってもよい。

【００１６】このような処理系を構成する装置として
は、脱窒工程のための脱窒槽のほか、有機物分解工程の
ための曝気槽、硝化工程のための硝化槽、固液分離のた
めの固液分離槽を設けることができるが、これらを兼用
して複数工程を同時に、または時間をずらせて行うよう
な構成とすることができる。例えば曝気槽と硝化槽は兼
用することができ、さらに固液分離槽も、これらの中に
収容することもできる。脱窒槽も曝気槽および／または
硝化槽と兼用することができ、例えば間欠曝気槽とする
ことにより、曝気時は有機物分解工程および硝化工程、
非曝気時は脱窒工程とすることができる。固液分離とし
ては、沈降分離、濾過分離、浮上分離、遠心分離、膜分
離など公知の分離法が採用できる。原水中の有機物含有
量が少ないときは有機物分解用の曝気槽を省略でき、ま
た窒素が、硝酸または亜硝酸性窒素の場合は硝化槽を省
略することができる。

【００１７】上記の処理系による処理は、被処理水とし
ての排水を、有機物分解工程において好気性または嫌気
性下に処理して、活性汚泥により排水中のＣＯＤ、ＢＯ
Ｄ成分を分解するとともに、有機性窒素化合物をアンモ
ニア性窒素とし、硝化工程においてアンモニア性窒素を
硝化細菌により好気性下に硝酸性または亜硝酸性窒素に
硝化（酸化）した後、脱窒工程において硝酸性または亜
硝酸性窒素を脱窒細菌により嫌気性下に還元して脱窒す
る点は従来のもの同様である。このような窒素除去系で
は、各工程の組合せあるいは回数等は排水に応じて自由
に設定でき、例えば脱窒槽を前段に設け、硝化液と分離
汚泥を脱窒槽に返送して原水と混合し、脱窒と同時にＢ
ＯＤの除去を行い、その後硝化、脱窒を行う方法、ある
いは有機物分解工程として好気処理と嫌気処理を組合せ
る方法などを採用することも可能である。

【００１８】本発明は特に原水中のＢＯＤ／Ｎ比が４以
下と低い排水を硝化脱窒処理する場合に有効であり、特
に微生物により排水中の窒素成分を低減、除去した後、
微生物と処理水との固液分離を膜分離により行う膜分離
式活性汚泥処理法において有効である。なぜなら本発明
のように易生物分解化した余剰汚泥を、原水を処理する
のと同じ処理系内で分解させる装置は、処理系への負荷
が単に原水を処理するだけの処理系に比べて増大するか
らである。一方硝化反応を行う装置は、硝化反応を円滑
に進行させるためにＳＲＴ（汚泥滞留時間）を一定値以
上に確保することが重要である。このようにより大きな
負荷を従来と同一のＳＲＴで処理しようとする場合に
は、より多くの微生物を反応槽内に確保する必要がある
ため、脱窒槽、硝化槽等の生物反応槽の容量を増大させ
るか、生物反応槽内に保持する汚泥濃度を高める必要が
ある。この場合固液分離を膜分離で行うと、汚泥濃度の
高い場合でも固液分離が可能であり、装置を小形化する
ことができる。

【００１９】本発明では上記処理系において生成する生
物汚泥の一部を引き抜いて易生物分解性に改質処理し、
さらに酸発酵して脱窒槽へ導入する。このため窒素除去
装置としては、処理系から生物汚泥引抜用の引抜手段、
易生物分解性に改質用の改質処理槽、酸発酵用の酸発酵
槽および移送用の移送手段をそれぞれ設ける。

【００２０】処理するために引き抜く生物汚泥として
は、有機物分解工程、硝化工程、脱窒工程、固液分離工
程、あるいはこれらに付随する任意の工程において発生
する汚泥があげられ、これらは濃縮された状態であって
もよく、また希薄な状態であってもよく、任意の位置か
ら引き抜くことができる。これらの引抜汚泥はそのまま
改質処理してもよく、遠心分離機などによりさらに高濃
度に濃縮してもよい。生物汚泥を引き抜く量は、基本的
には脱窒の際の有機物源として利用するのに必要な程度
でもよいが、余剰汚泥が大量に生成する系では余剰汚泥
として排出される量よりも多い汚泥量を引き抜いて改質
処理することにより、汚泥の減容化が可能であり、場合
によっては余剰汚泥量をゼロにすることができる。

【００２１】引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質処
理方法としては、任意の方法を採用することができる。
例えば、オゾン処理による改質処理、酸処理による改質
処理、アルカリ処理による改質処理、加熱処理による改
質処理、高圧パルス放電処理、ボールミル、コロイドミ
ル等のミルによる磨砕処理、これらを組合せた改質処理
等を採用することができる。これらの中ではオゾン処理
による改質処理が、処理操作が簡単かつ処理効率が高い
ため好ましい。改質処理の程度は生物汚泥中の微生物を
死滅させ、細胞膜や細胞壁を破壊して溶菌させる程度で
よく、低分子化までは必要でない。

【００２２】改質処理としてのオゾン処理は、好気性生
物処理系から引き抜いた引抜汚泥をオゾンと接触させれ
ばよく、オゾンの酸化作用により汚泥は易生物分解性に
改質される。オゾン処理はｐＨ５以下の酸性領域で行う
と酸化分解効率が高くなる。このときのｐＨの調整は、
硫酸、塩酸または硝酸などの無機酸をｐＨ調整剤として
生物汚泥に添加することもできるが、後工程の酸発酵汚
泥を添加して調整するのが好ましく、これらを組合せて
行ってもよい。ｐＨ調整剤を添加する場合、ｐＨは３〜
４に調整するのが好ましく、酸発酵汚泥を返送する場合
は、引抜汚泥に対して０．５〜３倍量の酸発酵汚泥を返
送してｐＨ４〜５となるように調整するのが好ましい。

【００２３】オゾン処理は、引抜汚泥または酸発酵処理
液をそのまま、または必要により遠心分離機などで濃縮
した後望ましくはｐＨ５以下に調整し、オゾンと接触さ
せることにより行うことができる。接触方法としては、
オゾン処理槽に汚泥を導入してオゾンを吹込む方法、機
械攪拌による方法、充填層を利用する方法などが採用で
きる。オゾンとしては、オゾンガスの他、オゾン含有空
気、オゾン化空気などのオゾン含有ガスが使用できる。
オゾンの使用量は０．００２〜０．０５ｇ−Ｏ ₃／ｇ−
ＶＳＳ、好ましくは０．００５〜０．０３ｇ−Ｏ₃／ｇ
−ＶＳＳとするのが望ましい。オゾン処理により生物汚
泥は酸化分解されて、易生物分解性のＢＯＤ成分に変換
される。

【００２４】改質処理としての酸処理では、好気性生物
処理系から引き抜いた引抜汚泥を改質槽に導き、塩酸、
硫酸などの鉱酸を加え、ｐＨ２．５以下、好ましくはｐ
Ｈ１〜２の酸性条件下で所定時間滞留させればよい。滞
留時間としては、例えば５〜２４時間とする。この際、
汚泥を加熱、例えば５０〜１００℃に加熱すると改質が
促進されるので好ましい。

【００２５】また、汚泥の改質処理としてのアルカリ処
理では、好気性生物処理系から引き抜いた引抜汚泥を改
質槽に導き、水酸化ナトリム、水酸化カリウム等のアル
カリを汚泥に対して０．１〜１重量％加え、所定時間滞
留させればよい。滞留時間は０．５〜２時間程度で汚泥
は易生物分解性に改質される。この際、汚泥を加熱し、
例えば５〜１００℃に加熱すると改質が促進されるので
好ましい。

【００２６】改質処理としての加熱処理は、加熱処理単
独で行うこともできるが、酸処理またはアルカリ処理と
組合せて行うのが好ましい。加熱処理単独で行う場合
は、例えば温度７０〜１００℃、滞留時間２〜３時間と
することができる。

【００２７】高電圧のパルス放電処理は、電極間隔３〜
１０ｍｍ、好ましくは４〜８ｍｍのタングステン／トリ
ウム合金等のプラス極と、ステンレス鋼等のマイナス極
間に汚泥を存在させ、印加電圧１０〜５０ｋＶ、好まし
くは２０〜４０ｋＶ、パルス間隔２０〜８０Ｈｚ、好ま
しくは４０〜６０Ｈｚでパルス放電を行い、汚泥は順次
循環させながら処理を行うことができる。

【００２８】酸発酵は上記のようにして改質処理した改
質処理汚泥を、酸生成菌を含む汚泥の存在下に嫌気性処
理することにより行われる。この工程は酸発酵槽におい
て改質処理汚泥をｐＨ３〜９、好ましくは４〜６の範囲
に保ち、酸素が供給されない条件下で２時間から１０日
間、好ましくは０．５〜４日間滞留させることにより行
われる。酸発酵槽は完全混合形（単段、多段）でも、プ
ラグフロー形でも、その中間のものでもよいが、通常は
１段または２段の完全混合槽を用いることができる。処
理は連続的に行っても回分的に行ってもよいが、通常は
連続的に行うのが好ましい。また酸発酵槽はｐＨの過剰
な低下を防ぐため、ｐＨコントローラにより水酸化ナト
リウム等のアルカリ物質を注入してｐＨコントロールす
るのが好ましい。酸発酵のスタートアップ時には易生物
分解化処理しない生物汚泥を種菌として導入することに
より迅速な立上が可能である。

【００２９】改質汚泥の酸発酵により、生物汚泥が分解
した高分子の易生物分解性汚泥は酸生成菌より分解さ
れ、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の低分子の有機酸に変
換される。このような酸発酵汚泥を脱窒槽に導入する
と、低分子の有機酸は水素供与体として迅速に利用さ
れ、脱窒細菌の作用により硝酸または亜硝酸性窒素は窒
素ガスに還元されて除去され、低分子の有機酸は分解す
る。

【００３０】このように引抜汚泥中の微生物が死滅、破
壊された後の高分子有機物をあらかじめ酸発酵により、
加水分解し、低分子化すると、脱窒工程において迅速に
有効利用される基質に変換するため、脱窒工程における
易生物分解化汚泥中の有機物利用率は高くなり、８０％
以上にすることも可能である。このため外部から添加す
るメタノール等の有機物添加量は少なくなる。そして引
抜汚泥の分解により余剰汚泥発生量は減少し、活性汚泥
は脱窒に利用されるため有機物分解工程の負荷となる量
は少なく、このため新たな汚泥の増殖量も少なくなる。

【００３１】すなわち原水中のＢＯＤ／Ｎ比が４以下、
特に２以下の排水を脱窒処理する場合には、脱窒反応の
水素供与体として、原水中のＢＯＤを有効利用するだけ
では不足するため、メタノール等を水素供与体として添
加しているが、本発明では水素供与体として、改質処理
および酸発酵により脱窒反応に極めて有効利用されやす
くなった生物汚泥を有効利用することができるため、水
素供与体としての薬剤添加量を大幅に削減することがで
きる。この場合、易生物分解化した生物汚泥による処理
系への負荷増大と、水素供与体としてのメタノール等の
薬剤低減による処理系への負荷減少とが相殺されるた
め、特にＢＯＤ／Ｎ比が１．５以下の排水に対しては従
来法よりも汚泥濃度を高濃度にしたり、反応槽を大きく
取ったりする必要が無くなり、低コストで効率のよい処
理を行うことができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、改質汚泥を酸発酵して
脱窒工程へ導入するようにしたので、オゾン注入量の増
加など改質条件を強化することなく、簡易な改質処理に
より生物汚泥を易生物分解性に改質し、これを酸発酵と
いう簡単な操作により低分子化して水素供与体としての
利用効率を高めることができる。このため汚泥を減容化
できるとともに外部から添加する有機物量を少なくする
ことができ、新たに発生する汚泥の増殖量を少なくして
小型の装置で効率よく窒素除去を行うことが可能にな
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。図１ないし図３はそれぞれ別の実施形
態の生物学的窒素除去装置を示す系統図である。図１は
窒素除去率が比較的低くてもよい場合、図２および図３
は高い場合に適用される。

【００３４】図１において、１は脱窒槽、２は硝化兼固
液分離槽であって、両者は連絡路３および返送路４で連
絡され、脱窒槽１には原水路５が連絡し、硝化兼固液分
離槽２には処理水路６が連絡し、これらは処理系１０を
構成している。脱窒槽１には攪拌機７があってモータＭ
₁により駆動されるようになっている。硝化兼固液分離
槽２内に設けられたガイド筒８内には浸漬型膜分離装置
９が設けられ、その内部に設けられた透過膜１１の透過
液室１２に吸引ポンプＰ₁を有する処理水路６が連絡し
ている。ガイド筒８の下部には曝気装置１３が設けら
れ、空気路１４が連絡している。汚泥返送路４にはポン
プＰ₂が設けられている。

【００３５】上記の処理系から生物汚泥を引き抜くため
に、引抜路１５がポンプＰ₃を介して改質処理槽１６に
連絡し、これから連絡路１７により連絡する酸発酵槽１
８から移送路１９が脱窒槽１に連絡している。改質処理
槽１６としてはオゾン処理槽が用いられており、オゾン
吹込装置２１にオゾン供給路２２が連絡している。酸発
酵槽１８には攪拌機２３が設けられモータＭ₂により駆
動されるようになっている。２４は必要により設けられ
る薬注路、２５は返送路、２６は排泥路である。

【００３６】上記の装置により処理は次のように行われ
る。まず脱窒槽１に原水路５から原水を導入し、返送路
４から硝化液および返送汚泥を返送し、攪拌機７により
緩やかに攪拌して嫌気状態で脱窒細菌と接触させ生物学
的脱窒を行う。これにより硝化液中の硝酸および亜硝酸
性窒素が窒素ガスに還元されて脱窒されるとともに、原
水中に含まれる低分子の有機物が分解される。ここで水
素供与体が不足する場合は薬注路２４からメタノール等
の低分子の有機物を供給する。

【００３７】脱窒槽１の液の一部を連絡路３から硝化兼
固液分離槽２に移送し、ここで空気路１４から空気を送
って曝気装置１３により曝気して好気性生物処理を行う
ことにより、液中の有機物を分解するとともに、アンモ
ニア性および有機性窒素を硝酸および亜硝酸性窒素に硝
化する。そしてポンプＰ₁により吸引することにより膜
分離装置９により固液分離を行い透過液を処理水として
処理水路６から排出する。硝化液および濃縮された汚泥
は返送路４からポンプＰ₂により脱窒槽１に返送され脱
窒に供される。曝気装置１３は空気流により透過膜１１
の汚染防止手段としても機能する。

【００３８】上記の処理系１０から生物汚泥を引き抜い
て改質処理するために硝化兼固液分離槽２からポンプＰ
₃により引抜路１５を通して濃縮生物汚泥を改質処理槽
１６に導入し、オゾン供給路２２からオゾンを供給し、
オゾン吹込装置２１から吹き込むことによりオゾン処理
を行い、生物汚泥を易生物分解性に改質する。引抜汚泥
量は余剰汚泥の全量またはそれより多い量とすることが
できる。オゾン処理に際しては返送路２５から酸発酵汚
泥を返送してｐＨ調整することができる。

【００３９】改質汚泥は連絡路１７から酸発酵槽１８に
導入し、攪拌機２３により緩やかに攪拌して嫌気性下に
酸生成菌と接触させることにより酸発酵を行う。改質処
理を行わない生物汚泥を酸発酵しても汚泥の減容化効果
は小さく、大量の汚泥がそのまま循環し、その分有機酸
の生成量も少ないが、改質処理汚泥の場合はそのほとん
どが酸発酵により分解されて低分子化し、汚泥の減容化
効果が大きく、低分子の有機酸発生量も大きい。

【００４０】こうして低分子化した有機酸を含む酸発酵
汚泥を移送路１９から脱窒槽１に導入すると、低分子の
有機酸は水素供与体として利用される。このため薬注路
２４から注入するメタノール等の有機物量を減少させ、
場合によってはゼロにすることができる。余剰汚泥が発
生する場合は排泥路２６から排出する。

【００４１】改質汚泥を酸発酵することなく脱窒槽１に
返送する場合は、高分子の有機物は水素供与体として利
用されないため、有機物利用率は低い。また高分子の有
機物は硝化兼固液分離槽２の負荷となるため、ここでの
曝気量を大きくする必要があるとともに、分解の結果、
生じる汚泥の増殖量も大きいので汚泥減容化効果も小さ
い。これに対して酸発酵汚泥を返送すると、脱窒槽１で
の有機物利用率が高くなり、硝化兼固液分離槽２での負
荷になる量も少ないから、ここでの曝気量および汚泥増
殖量を少なくすることができる。

【００４２】図２では図１の脱窒槽１および硝化兼固液
分離槽２の代りに、間欠曝気槽からなる脱窒兼硝化槽３
１および固液分離槽３２が設けられている。脱窒兼硝化
槽３１は攪拌機７の下に曝気装置３３が設けられ空気路
３４が連絡している。固液分離槽３２は図１の硝化兼固
液分離槽２とほぼ同様の構成となっている。

【００４３】上記の装置による処理は、まず脱窒兼硝化
槽３１に原水路５から原水を導入し、返送路４から汚泥
を返送し、空気路３４から空気を送って曝気装置３３に
より間欠曝気を行う。好気工程では原水中の有機物を分
解するとともにアンモニア性および有機性窒素を硝酸お
よび亜硝酸性窒素に硝化する。続いて曝気を停止して嫌
気工程に移ると、攪拌機で緩やかに攪拌して嫌気状態に
維持することにより脱窒を行う。

【００４４】脱窒兼硝化槽３１内の液は連続的または間
欠的に固液分離槽３２に移送し膜分離装置９により固液
分離を行う。曝気装置１３は透過膜１１の洗浄用に設け
てもよいが、ここで有機物の分解および硝化を行うのが
好ましい。返送路４からの汚泥および硝化液の返送は連
続的でも間欠的でもよいが、返送量は原水量の３〜５倍
とするのが好ましい。

【００４５】引抜路１５からの生物汚泥の引き抜き、改
質処理槽１６における改質処理、酸発酵槽１８における
酸発酵は図１の場合とほぼ同様に行われる。酸発酵槽１
８から脱窒兼硝化槽３１への酸発酵汚泥の導入は脱窒工
程（嫌気工程）のみ行うのが好ましい。汚泥の引き抜き
は脱窒兼硝化槽３１から行ってもよい。間欠曝気式の脱
窒兼硝化槽３１と固液分離槽３２の間に、仕上げ用の脱
窒槽、または硝化槽と脱窒槽を設けることにより、高度
の処理水を得ることができる。

【００４６】図３では脱窒槽１と固液分離槽３２の間に
硝化槽３５および第２脱窒槽３６を設け、連絡路３ａ，
３ｂ，３ｃで連絡した構成になっている。硝化槽３５は
下部に曝気装置３３が設けられ、返送路４により脱窒槽
１に連絡している。第２脱窒槽３６はモータＭ₃により
駆動される攪拌機７ａを有している。固液分離槽３２か
らポンプＰ₄を有する返送路４ａ，４ｂが脱窒槽１およ
び硝化槽３５に連絡している。酸発酵槽１８から移送路
１９および１９ａが脱窒槽１および第２脱窒槽３６に連
絡している。

【００４７】上記の装置による処理は、図１の場合と同
様に脱窒槽１に原水路から原水を導入し、返送路４から
硝化液を導入して脱窒を行う。脱窒槽１内の液を連絡路
３ａから硝化槽３５に移送し、ここで曝気装置３３によ
り曝気して有機物の分解と硝化を行う。硝化液は返送路
４から脱窒槽１に原水量の２〜１０倍返送するととも
に、連絡路３ｂから第２脱窒槽３６に移送し、ここで必
要により薬注路２４ａからメタノール等の有機物を注入
して脱窒を行う。

【００４８】脱窒処理液は連絡路３ｃから固液分離槽３
２に移送し、曝気装置１３で再曝気するとともに、膜分
離装置９で固液分離する。固液分離槽の汚泥は返送路４
ａ，４ｂより脱窒槽１および／または硝化槽３５に返送
する。返送汚泥量は脱窒槽１には原水量の１〜２倍、硝
化槽３５には原水量の２〜３倍量とするのが好ましい。

【００４９】上記の処理系１０から生物汚泥を引き抜い
て改質するために、引抜路１５から改質処理槽１６に生
物汚泥を移送し、ここでオゾン処理により改質処理して
易生物分解性に改質する。改質汚泥は酸発酵槽１８で酸
発酵して移送路１９および１９ａから脱窒槽１および／
または第２脱窒槽３６に導入し、水素供与体として脱窒
を行う。

【００５０】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。例中
「Ｌ」はliterを意味する。

【００５１】実施例１、比較例１ 図１に示したフローにより、本発明の効果を実証する試
験を行った。試験に用いた装置は、脱窒槽４０Ｌ、硝化
兼固液分離槽４０Ｌとし、硝化兼固液分離槽には浸漬型
膜分離装置を浸漬して直接固液分離を行った。用いた浸
漬膜は親水化ポリエチレン性、中空糸浸漬膜で、中空糸
膜を平板状に張設したものである。膜面積は０．５ｍ²
のものを用いた。この中空糸膜は公称孔径０．１μｍの
ＭＦ膜で、外径４１０μｍ、内径２７０μｍである。膜
分離装置の下部より曝気を行い、膜面へクロスフロー流
速を与えると共に硝化兼固液分離槽へ酸素供給を行っ
た。空気量は１００Ｌ／ｍｉｎとした。

【００５２】試験に用いた原水は水道水にＢＯＤ源とし
て酢酸ナトリウム、窒素源として硫酸アンモニウムを加
えたものである。原水濃度はＢＯＤ３００ｍｇ／Ｌ、Ｎ
Ｈ₄−Ｎ３００ｍｇ／Ｌとなるように調整した。またリ
ン酸をＰＯ₄−Ｐ９ｍｇ／Ｌとなるように添加した。脱
窒槽にはＯＲＰ計を取り付け、ＯＲＰ値と連動してメタ
ノールを添加した。ＯＲＰが−１００ｍＶ以上の時メタ
ノールが添加されるようにし、−５０〜−１００ｍＶの
間は、（ＯＲＰ値＋１００ｍＶ）の値に比例して、ＯＲ
Ｐ値が高いほどメタノールの添加量が多くなるように制
御した（比例制御）。ＯＲＰ値が−５０ｍＶ以上の時は
メタノール添加量を一定とした。最大メタノール添加量
は流入窒素負荷の３倍となるように設定した。

【００５３】原水の水量は５０〜１５０Ｌ／ｄとし、本
装置の処理状況に応じて変化させ、限界処理性能を見極
めた。硝化兼固液分離槽にはｐＨ計と連動して苛性ソー
ダを添加し、ｐＨを７．２〜７．３の範囲に調整した。
硝化兼固液分離槽から脱窒槽への返送汚泥は原水量の１
０倍、すなわち５００〜１５００Ｌ／ｄとした。硝化兼
固液分離槽からは定量的に汚泥引抜きを行い、硝化兼固
液分離槽におけるＳＲＴを１５日に保った。すなわち、
２．６７Ｌ／ｄの流量で汚泥を引き抜いた。引き抜いた
汚泥は改質処理槽においてオゾン処理により易生物分解
化した。オゾン注入率は０．０３ｇＯ₃／ｇＶＳＳとし
た。

【００５４】比較例１では易生物分解化した汚泥はその
まま脱窒槽へ投入した。また本発明の効果を実証する実
施例１では酸発酵槽で酸発酵させた後、脱窒槽へ供給し
た。酸発酵槽は滞留時間１日となるよう、有効容積２．
６７Ｌとし、空気に触れないよう密閉し、攪拌機で混合
した。また、水酸化ナトリウムを添加してｐＨ５に調整
した。この条件で処理を行い、硝化槽ＭＬＳＳが定常的
に１００００ｍｇ／Ｌとなるよう、通水量を調整した。

【００５５】この結果、比較例１の酸発酵を行わない系
では、通水量６０Ｌ／ｄのとき硝化槽ＭＬＳＳ濃度が約
１００００ｍｇ／Ｌで安定し、このときメタノール消費
量は原水に対して約４００ｍｇ／Ｌとなった。一方、実
施例１の酸発酵を行う系では、通水量７５Ｌ／ｄとした
とき、硝化槽ＭＬＳＳ濃度が約１００００ｍｇ／Ｌで安
定し、メタノール消費量は原水に対して約３００ｍｇ／
Ｌとなった。なお、いずれの系も通水量を一定にした後
は汚泥濃度は横ばいで推移し、増加係向を見せなかった
ため、廃棄物としての余剰汚泥は全く発生していない。
また、脱窒槽内における脱窒反応は良好に進行してお
り、槽内上澄液のＮＯｘ−Ｎ濃度はいずれも１ｍｇ／Ｌ
以下であった。

【００５６】以上の結果から、本発明の実施例は、従来
法としての比較例１に比べて２５％多い負荷をかけて処
理することができ、同時にメタノール使用量を約２５％
削減することができることがわかった。なお、このと
き、改質処理汚泥の脱窒反応への利用率は、従来法の比
較例１で約４０％、本発明の実施例１では約８０％と推
定される。但し、本発明の処理能力増大効果、メタノー
ル削減効果は主に原水のＢＯＤ／Ｎ比によって左右され
るため、これらの数値は対象とする排水によって異な
り、採用するフローにもよるが、一般にＢＯＤ／Ｎ比が
低い排水の方が効果は顕著に現れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の窒素除去装置を示す系統図である。

【図２】他の実施形態の窒素除去装置を示す系統図であ
る。

【図３】さらに他の実施形態の窒素除去装置を示す系統
図である。

【符号の説明】

１ 脱窒槽 ２ 硝化兼固液分離槽 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ、１７ 連絡路 ４、４ａ、４ｂ、２５ 返送路 ５ 原水路 ６ 処理水路 ７、７ａ、２３ 攪拌機 ８ ガイド筒 ９ 膜分離装置 １０ 処理系 １１ 透過膜 １２ 透過液室 １３、３３ 曝気装置 １４、３４ 空気路 １５ 引抜路 １６ 改質処理槽 １８ 酸発酵槽 １９、１９ａ 移送路 ２１ オゾン吹込装置 ２２ オゾン供給路 ２４、２４ａ 薬注路 ２６ 排泥路 ３１ 脱窒兼硝化槽 ３２ 固液分離槽 ３５ 硝化槽 ３６ 第２脱窒槽

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 脱窒工程を含む排水の生物学的窒素除去
   方法において、 処理系において生成する生物汚泥の一部を引き抜く工
   程、 この引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質処理工程、 改質処理汚泥を酸発酵させる酸発酵工程、および酸発酵
   汚泥を脱窒工程に導入する移送工程を含む排水の生物学
   的窒素除去方法。
2. 【請求項２】 脱窒槽を含む生物学的窒素除去処理系、 処理系から生物汚泥の一部を引き抜く引抜手段、 引抜汚泥を易生物分解性に改質する改質処理槽、 改質処理汚泥を酸発酵させる酸発酵槽、および酸発酵汚
   泥を脱窒槽に導入する移送手段を含む排水の生物学的窒
   素除去装置。