JP2002186992A - 生物脱リン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 汚泥を減容すると共にリン除去を安定して行
うことができる生物脱リン装置。 【解決手段】 原水は汚泥返送管１４からの返送汚泥と
共に嫌気槽１１に導入される。嫌気槽１１内の水は、一
部は固液分離手段１６へ送られ、残部は好気槽１２へ送
られる。嫌気槽１１内の放出リンを含む水の一部は、配
管１５を介して第２の固液分離手段１６へ送られ、固液
分離処理される。分離された水分は、リン除去装置１７
へ送られてリンが除去される。固形分の一部は配管２１
を介して好気槽１２へ導入される。残部は配管１９から
可溶化槽２０へ送られ、可溶化処理された後、嫌気槽１
１へ戻される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、嫌気好気法により
生物的に脱リンを行う生物脱リン装置に係り、特に、汚
泥減容化手段を有した生物脱リン装置に関する。さらに
詳しくは、リンの効率的な除去を可能とした生物脱リン
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】リンを含む廃水を活性汚泥による生物処
理を行う活性汚泥処理工程では、原水中の有機物の分解
とともにリンが減少する。微生物の物質代謝において、
リンは、ＡＴＰや、核酸（ＤＮＡ，ＲＮＡ）にも含まれ
ており、菌体合成に必要な要素の一つである。通常、活
性汚泥には約２．３％前後のリンが存在しており、菌体
合成に伴い、リンの除去が期待される。しかし、活性汚
泥処理におけるリンの除去量は、汚泥の平均滞留時間が
一定であれば、通常、排水中の有機物質濃度にほぼ比例
することから、リンの除去量には限りがある。

【０００３】一方、ある特定の条件下では、菌体の構成
や代謝に必要なリンの摂取以外に、多量のリンが菌体内
に蓄積され、これらの活性汚泥に占めるリン濃度は６〜
８％にも達することがある（過剰摂取（luxury uptak
e）現象）。即ち、活性汚泥の環境を嫌気性条件にし
て、強制的にリンを放出させた汚泥は、その後のリンの
摂取量が著しく増加する。

【０００４】この過剰摂取現象を利用した生物脱リン装
置にあっては、原水が流入する嫌気槽に返送汚泥を導入
して汚泥からリンを放出させ、このリン欠乏汚泥を含む
原水を好気処理して汚泥にリンを過剰に摂取させて脱リ
ンを図るようにしている。

【０００５】このような生物脱リン装置にあっては、リ
ンは汚泥中に取り込まれ、余剰汚泥と共に水中から分離
されるのであるが、発生する汚泥量が多いという欠点が
ある。

【０００６】そこで、返送汚泥を可溶化して汚泥を減容
すると共に、嫌気槽にて汚泥から放出されたリン含有水
を晶析脱リン処理するようにした生物脱リン装置が本出
願人より提案された（特開平１１−５７７７３号公
報）。

【０００７】同号公報の生物脱リン装置は、嫌気好気法
による生物脱リン装置において、返送汚泥の一部が導入
される汚泥可溶化手段と、該汚泥可溶化手段で可溶化さ
れた汚泥を嫌気槽に返送する手段と、嫌気槽内液が導入
される脱リン反応塔とを備えてなるものである。

【０００８】この生物脱リン装置では、返送汚泥の少な
くとも一部を可溶化して再び生物処理することにより、
汚泥を減容化することができる。また、返送汚泥を可溶
化し、可溶化汚泥に含まれるリンを嫌気槽を経て脱リン
反応塔（ＭＡＰ反応塔）でＭＡＰ（リン酸マグネシウム
アンモニウム６水塩）として除去、回収することによ
り、リンを系外へ排出することができる。

【０００９】図３は同号公報に記載の生物脱リン装置を
示す系統図であり、この生物脱リン装置は、嫌気槽１、
ＭＡＰ反応塔２、脱窒素槽３、硝化槽（好気槽）４、沈
殿槽５及び可溶化槽６で構成され、廃水は可溶化槽６か
らの可溶化汚泥と共に嫌気槽１に導入される。嫌気槽１
では、嫌気条件下、可溶化汚泥中のリン（このリンは、
生物処理により殆どのものがＭＡＰ生成に有利な正リン
酸の形態となっている。）が液側へ放出される。この嫌
気処理液はＭＡＰ反応塔２に導入される。この嫌気処理
液は通常の場合リン濃度１５〜２５ｍｇ／Ｌ程度であ
り、ＭＡＰ生成反応が円滑に進行する。

【００１０】ＭＡＰ反応塔２では、ＭＡＰが析出するｐ
Ｈ条件、好ましくはｐＨ８〜１０、より好ましくはｐＨ
８〜９となるように、ＮａＯＨ等のアルカリが注入され
ると共に、ＭＡＰの析出にマグネシウムが不足する場合
には、ＭｇＣｌ_２，Ｍｇ（ＯＨ）_２等のマグネシウム化
合物（マグネシウム化合物を含有するものであれば良
く、海水であっても良い。）が添加され、液中のリン及
びアンモニアとマグネシウムとの反応でＭＡＰが生成、
析出し、これにより、液中のリンが除去される。特に、
可溶化汚泥中のリンは、生物処理を受けることによりＭ
ＡＰの生成に有利な正リン酸の形態となっており、ＭＡ
Ｐ反応塔２でのＭＡＰ生成反応効率が高く、このため、
効率的なリンの除去を行える。

【００１１】ＭＡＰ反応塔２の流出液は、通常リン濃度
１０ｍｇ／Ｌ程度の液であり、この流出液は次いで脱窒
素槽３に導入される。この脱窒素槽３では、廃水中のＢ
ＯＤを利用して硝化循環液中のＮＯ_３やＮＯ_２が脱窒素
される。

【００１２】脱窒素処理液は好気槽４に導入され、曝気
により、液中のアンモニアがＮＯ_３やＮＯ_２ に酸化さ
れる。また、好気条件下でリンの活性汚泥への取り込み
が行われ、液中のリン濃度が低減される。

【００１３】この硝化処理液の一部は、ＮＯ_３，ＮＯ_２
を供給するために脱窒素槽３に返送され、残部は沈殿槽
５に送給され固液分離される。

【００１４】沈殿槽５の分離液は処理水として系外へ排
出される。この処理水は、ＭＡＰ反応塔２でのＭＡＰ生
成でリン及び窒素が除去され、更に脱窒素槽３で窒素が
除去され、好気槽４でリンが除去された、良好な水質の
処理水である。

【００１５】一方、生物処理により正リン酸の形態とし
てリンを取り込んだ沈殿槽５の分離汚泥は、その少なく
とも一部が可溶化槽６に導入され、オゾンガスの吹き込
みにより可溶化処理される。即ち、汚泥はオゾンにより
ＢＯＤ成分に酸化分解され、可溶化される。

【００１６】この可溶化槽６のオゾン処理ガスとして
は、純オゾンの他、オゾン含有空気、オゾン化空気等が
使用される。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】種々の研究の結果、図
３に示す生物脱リン装置にあっては、ＭＡＰ反応塔３に
導入される水が汚泥を多量に含むために、ＭＡＰ生成反
応が阻害されることがあることが認められた。

【００１８】本発明は、汚泥が減容されると共にリンの
除去効率が著しく高い生物脱リン装置を提供することを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の生物脱リン装置
は、原水及び返送汚泥が流入する嫌気槽と、該嫌気槽か
らの混合液に結合酸素を与える無酸素槽及び／又は該混
合液を曝気する好気槽と、該無酸素槽又は好気槽からの
流出液を固液分離する第１の固液分離手段と、該第１の
固液分離手段で固液分離された汚泥の少なくとも一部を
前記返送汚泥として前記嫌気槽へ返送する手段とを備え
た生物脱リン装置において、前記嫌気槽内から引き抜か
れる混合液の一部を固液分離する第２の固液分離手段
と、該第２の固液分離手段で分離された汚泥の少なくと
も一部を可溶化する可溶化手段と、該可溶化手段で可溶
化された汚泥を前記嫌気槽に返送する可溶化汚泥返送手
段と、該第２の固液分離手段で分離された分離水からリ
ンを除去するリン除去手段と、を備えたことを特徴とす
るものである。

【００２０】かかる本発明の生物脱リン装置にあって
は、原水が導入される嫌気槽に返送汚泥を導入し、該返
送汚泥からリンを放出させる。この放出されたリンを含
む嫌気処理水が固液分離処理され、分離された水分のみ
がリン除去手段に送給されるので、このリン除去手段の
リン除去効率がきわめて高いものとなる。

【００２１】また、本発明においては、第２の固液分離
手段で分離された固形分を可溶化処理することにより、
汚泥が減容化される。

【００２２】本発明では、このリン除去手段にてリンが
除去された水を好気処理することが望ましい。この好気
処理を行うために、リン除去処理水を前記無酸素槽又は
好気槽に導入してもよい。

【００２３】本発明では、嫌気槽での嫌気度合いを強く
してリン放出を促進することが好ましい。このために、
可溶化手段で可溶化された汚泥を醗酵処理してから嫌気
槽に導入してもよい。

【００２４】本発明装置は、都市排水、工業排水、河川
水など各種のリン含有水の処理に適用される。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施の形態
について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る生
物脱リン装置の系統図である。原水は汚泥返送管１４か
らの返送汚泥と共に嫌気槽１１に導入される。この嫌気
槽１１において、返送汚泥からリンが放出される。ま
た、同時に原水中の有機物質が微生物に摂取される。

【００２６】この嫌気槽１１内の混合液は、一部は固液
分離手段１６へ送られ、残部は好気槽１２へ送られ、散
気管から吹き込まれる空気によって好気的に処理され、
有機物質の好気性分解処理や、アンモニア成分等の硝酸
化又は亜硝酸化が行われる。

【００２７】なお、好気槽１２に代えて、結合酸素（硝
酸イオン又は亜硝酸イオン）を与える無酸素槽（図示せ
ず）を設けてもよい。その場合、結合酸素は外部から硝
化液を加える。結合酸素を与える無酸素槽は、酸素ガス
を与える代わりに結合酸素を与える点で好気的であるこ
とに変わりはない。

【００２８】また、図３のように嫌気槽と好気槽の間に
脱窒素槽（無酸素槽）を設けて、好気槽の混合液を脱窒
素槽に循環供給してもよい。

【００２９】好気槽１２の流出水は、沈殿槽１３（第１
の固液分離手段）に導入されて固液分離処理され、上澄
水は処理水として取り出される。沈降した汚泥の一部は
余剰汚泥として配管１４ａから排出され、汚泥の残部は
汚泥返送管１４を介して前記の通り嫌気槽１１に返送さ
れる。

【００３０】嫌気槽１１内の放出リンを含む水の一部
は、配管１５を介して第２の固液分離手段１６へ送ら
れ、固液分離処理される。

【００３１】分離された水分は、リン除去装置１７へ送
られてリンが除去される。このリン除去装置１７に導入
される水は、溶存リン濃度が高く、しかも汚泥が分離さ
れているため、該リン除去装置１７のリン除去効率がき
わめて高い。このリン除去装置１７でリンが除去された
水は、好気槽１２又は無酸素槽に導入されるか、又は好
気槽１２とは別の好気槽に導入されて好気処理され、処
理水として排出される。

【００３２】固液分離手段１６からの固形分の一部は配
管２１を介して好気槽１２へ導入される。残部は配管１
９から可溶化槽２０へ送られ、可溶化処理された後、配
管２２を介して嫌気槽１１へ戻される。このように汚泥
を可溶化処理することにより、余剰汚泥量が著しく少な
くなる。

【００３３】また、可溶化された汚泥は、嫌気槽１１に
おいて微生物のリン放出時に炭素源として摂取される。

【００３４】上記第２の固液分離手段１６としては、沈
降分離装置、遠心分離装置、膜分離装置などを用いるこ
とができる。

【００３５】リン除去装置１７としては、ＭＡＰ反応塔
などの晶析装置のほか、凝集分離装置などを用いること
ができる。

【００３６】また、可溶化槽２０としては、オゾン吹込
槽などを用いることができるが、熱的あるいは機械的に
可溶化するよう構成されたものであってもよい。

【００３７】上記実施の形態では、第２の固液分離手段
１６からの汚泥の一部を好気槽１２に導入しているが、
固液分離手段１６からの汚泥の全量を可溶化槽２０に導
入してもよい。なお、この固液分離手段１６からの汚泥
の一部を好気槽１２に導入した場合には、この可溶化炭
素源として利用される。

【００３８】第２の固液分離手段１６からの汚泥の全量
を可溶化槽２０に導入した場合には、余剰汚泥発生量が
少なくなる、嫌気槽におけるリンの摂取量が多くなるな
どの長所がある。

【００３９】図２は本発明の別の実施の形態に係る生物
脱リン装置の系統図である。

【００４０】この実施の形態にあっては、可溶化槽２０
で可溶化させた汚泥を配管２３を介して醗酵槽２４に導
入して醗酵処理した後、配管２５を介して嫌気槽１１に
送給している。このように可溶化汚泥を醗酵処理してか
ら嫌気槽１１に戻すことにより、該嫌気槽１１内の嫌気
度合いを強める（溶存酸素濃度を著しく低下するか、又
は全く無いものとする）ことができ、また有機酸を多く
嫌気槽１１に供給できるので、汚泥のリン摂取／放出の
活性が増大し、嫌気槽１１で汚泥からリンを多量に放出
させることが可能となる。

【００４１】なお、可溶化槽２０で可溶化した汚泥の一
部を配管３０を介して第２の固液分離手段１６へ送って
もよく、また、醗酵槽２４で醗酵した汚泥を配管３１を
介して第２の固液分離手段１６へ送ってもよい。このよ
うにすれば、固液分離手段１６に流入する水中のリン濃
度が高くなり、リン除去装置１７でより多くのリンを除
去することができる。

【００４２】また、原水の一部を配管３２を介して醗酵
槽２４に導入してもよい。このようにすれば、醗酵時に
生成するアンモニアを希釈し毒性が下がる、原水で希釈
されて発酵槽内のｐＨが適度に維持されるなどの長所が
ある。

【００４３】以下に実験例について説明する。

【００４４】実験例１（比較例） 図４に示す構成の生物脱リン装置を次のようにして運転
した。なお、図４の装置は、嫌気槽１１、好気槽１２、
沈殿槽１３及び汚泥返送管１４からなるものであり、図
１の装置において配管１５，２２，２１を槽１１，１２
から切り離すことにより構築されている。

【００４５】４Ｌの嫌気槽１１と６Ｌの好気槽１２とか
らなる１０Ｌの反応塔装置が使用されている。本実験で
は、酢酸、酢酸ナトリウムおよびペプトンからなる合成
気質が有機基質として使用された。リン酸カリウムがリ
ン源として使用され、その他の微量成分（Ｃａ^２＋，Ｍ
ｇ^２＋，Ｆｅ^２＋）が原水に添加された。原水中の酢酸
塩のＣＯＤ濃度とペプトンのＣＯＤ濃度はそれぞれ約１
００ｍｇ／Ｌに維持された。原水中のリン／酢酸塩ＣＯ
Ｄ比は０．０４（原水中の溶解性リン濃度は４ｍｇ／
Ｌ）に維持された。

【００４６】本実験において、このシステムに負荷され
る総ＣＯＤは１．０ｋｇＣＯＤ／ｍ ^３・ｄに調整され、
滞留時間ＳＲＴは約６日間とされた。

【００４７】本システムのＨＲＴは、原水の送給を５０
Ｌ／ｄに維持することによって４．８ｈｒに維持され
た。

【００４８】約１ヶ月間の運転を行ったところ、反応塔
内のＭＬＶＳＳはこれらの条件下で約２．４〜２．６ｇ
ＴＳ／Ｌに安定化し、汚泥のリン含有量は全汚泥固体の
約４．５〜５．０％であることが観察された。

【００４９】流出処理水中のリン濃度は運転期間のほと
んどにわたり０．５ｍｇ／Ｌ以下であった。余剰汚泥の
発生量は２．０ｇ／ｄａｙであった。

【００５０】実験例２（本発明例） 上記実験例１の運転の後、槽１１，１２に図１の通り配
管１５，２２，２１を接続して本発明装置の構成とし、
運転を継続した。なお、第２の固液分離手段１６として
膜反応塔が使用され、汚泥の可溶化槽２０としてオゾン
処理槽が使用された。オゾン化酸素吹込量は７５ｍｌ／
ｍｉｎである。

【００５１】嫌気槽１１中の溶解性正リン酸濃度は２５
〜４０ｍｇ／Ｌであった。固液分離手段１６からリン除
去装置１７への流出水の水量は配管１５を介して該固液
分離手段１６に流入する流入水量の約１／８〜１／１０
であった。配管１５からの抜き出し水量は、嫌気槽１１
及び好気槽１２内で６日間のＳＲＴを達成するように常
に調整された。配管２１へ分岐させる水量は、固液分離
手段１６から流出する水量の０〜１５％である。

【００５２】ＴＳ濃度は槽１１，１２中で約３．０〜
３．２ｇ／Ｌにわずかに増加し、２ヶ月間の運転の後ほ
ぼこの値で安定した。

【００５３】運転中において、沈殿槽１３からの流出水
のリン濃度はほとんどの期間０．５〜１．０ｍｇ／Ｌの
範囲にとどまり、実験例１よりもわずかに高いだけであ
った。

【００５４】この運転期間中、余剰汚泥の発生量は０．
１ｇ／ｄａｙであった。槽１１，１２内のＴＳ濃度は安
定しており、処理水中のリン濃度も低かった。従って、
余剰汚泥の処理をすることなく脱リンするためのこの工
程が、安定であることが認められた。

【００５５】本実験例において、酢酸塩のＣＯＤは原水
中の可溶化のリンの除去を促進するために十分であっ
た。

【００５６】

【発明の効果】以上の通り、本発明によると、汚泥を減
容すると共にリン除去を安定して行うことができる生物
脱リン装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る系統図である。

【図２】別の実施の形態に係る系統図である。

【図３】従来例に係る生物脱リン装置の系統図である。

【図４】比較例に係る生物脱リン装置の系統図である。

【符号の説明】

１１ 嫌気槽 １２ 好気槽 １３ 沈殿槽（第１の固液分離手段） １４ 汚泥返送管 １６ 第２の固液分離手段 １７ リン除去装置 ２０ 可溶化槽 ２４ 醗酵槽

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原水及び返送汚泥が流入する嫌気槽と、 該嫌気槽からの混合液に結合酸素を与える無酸素槽及び
   ／又は該混合液を曝気する好気槽と、 該無酸素槽又は好気槽からの流出液を固液分離する第１
   の固液分離手段と、 該第１の固液分離手段で固液分離された汚泥の少なくと
   も一部を前記返送汚泥として前記嫌気槽へ返送する手段
   とを備えた生物脱リン装置において、 前記嫌気槽内から引き抜かれる混合液の一部を固液分離
   する第２の固液分離手段と、 該第２の固液分離手段で分離された汚泥の少なくとも一
   部を可溶化する可溶化手段と、 該可溶化手段で可溶化された汚泥を前記嫌気槽に返送す
   る可溶化汚泥返送手段と、 該第２の固液分離手段で分離された分離水からリンを除
   去するリン除去手段と、を備えたことを特徴とする生物
   脱リン装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記リン除去手段で
   リンが除去された水を好気処理するか、又は前記無酸素
   槽又は好気槽に送給する手段を備えたことを特徴とする
   生物脱リン装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記可溶化汚
   泥返送手段は、前記第２の固液分離手段で分離された汚
   泥の一部のみを前記可溶化手段に送給するものであっ
   て、 該第２の固液分離手段で分離された汚泥の残部を前記好
   気槽に送給する手段を備えたことを特徴とする生物脱リ
   ン装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１項におい
   て、前記可溶化汚泥返送手段は、前記可溶化手段で可溶
   化された汚泥の少なくとも一部を受け入れて醗酵処理す
   る醗酵槽を備えており、 該醗酵槽で醗酵処理された汚泥を前記嫌気槽に返送する
   ことを特徴とする生物脱リン装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記可溶化汚泥返送
   手段は、前記可溶化手段で可溶化された汚泥の一部のみ
   を前記醗酵槽に送給するようにした生物脱リン装置であ
   って、 該可溶化手段で可溶化された汚泥の残部を前記第２の固
   液分離手段に送給する手段を備えたことを特徴とする生
   物脱リン装置。
6. 【請求項６】 請求項４又は５において、前記醗酵槽で
   醗酵処理された汚泥の一部を前記第２の固液分離手段に
   送給する手段を備えたことを特徴とする生物脱リン装
   置。
7. 【請求項７】 請求項４ないし６のいずれか１項におい
   て、原水の一部を前記醗酵槽に送給する手段を備えたこ
   とを特徴とする生物脱リン装置。