JP4880509B2

JP4880509B2 - 排水処理装置

Info

Publication number: JP4880509B2
Application number: JP2007079587A
Authority: JP
Inventors: 輝八郎三沢; 伸昭城所
Original assignee: Sumiju Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Sumiju Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-03-26
Also published as: JP2008237992A

Description

本発明は、有機性排水を嫌気処理及び好気処理して浄化する排水処理装置及び排水処理方法に関する。

下水等の有機性排水を活性汚泥法によって生物処理すると、余剰汚泥が生じてこの余剰汚泥の処分に多大なコストが必要となる。そのため、余剰汚泥の発生量自体を低減する方法や発生した余剰汚泥を減容させる方法が種々提案されている。

例えば、余剰汚泥の発生量自体を低減する方法として、系内の活性汚泥を嫌気・好気条件下に循環させることにより、生物学的に消化させる方法が知られている。また、発生した余剰汚泥を減容させる方法として、余剰汚泥を機械的破砕、熱処理、オゾン酸化等により物理化学的に減容させる方法が知られている。特許文献１に記載の方法は、これらの方法を組み合わせて処理する方法であり、好気槽から排出される汚泥を嫌気槽へと返送すると共に、汚泥に対してオゾン酸化処理及び脱リン処理を行うものである。
特開平９−９４５９６号公報

ところで、有機性排水の処理施設においては、その処理能力の範囲内で常に運転することが望ましく、その規模に応じた設計処理量がそれぞれ設定されている。例えば、生活排水と雨水とを分けて処理する分流式下水処理施設の設計処理量は、生活汚水量、営業汚水量、工場汚水量などの汚水量に加え、地下水量、雨天時計画汚水量、雨天時浸入水量なども勘案して決定される。

しかしながら、雨水管の誤接続、マンホール蓋の開口部からの雨水や雪解け水の流入、地下水や海水の浸入などによって、本来、分流式下水処理施設で処理することが想定されていない水、いわゆる不明水が下水管を通じて処理施設へと流入する場合がある。不明水の流入が増大して下水処理施設の設計処理量を超えるほどの汚水が供給されると、十分な処理を行うことができず、処理水の水質が悪化するといった事態が生じ得る。

本発明者らの検討によると、設計処理量を超える過剰の被処理水が処理施設に供給された場合に処理水の水質悪化が生じるのは、水量負荷の増大に伴い各処理槽内での滞留時間が不十分となることが主因と考えられる。しかし、従来の排水処理プロセスは、図２に示すように嫌気槽２１、好気槽２２及び沈殿槽（固液分離槽）２３がこの順序で配置されると共に、沈殿槽２３と嫌気槽２１とを連結しており汚泥を返送する返送ラインＬ２７を備えるに過ぎないため、過剰の被処理水が各処理槽を順次通過せざるを得ない。したがって、各処理槽における滞留時間を柔軟に変更することができず、過剰の被処理水に対処することが困難であった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、設計処理量を超える被処理水が流入しても被処理水を高度に処理できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。

本発明は、有機物を含有する被処理水を嫌気処理する嫌気槽と、嫌気槽からの嫌気処理水に含まれる汚泥を沈降させる沈殿槽と、沈殿槽内の嫌気処理水のうち、汚泥の含有量が低減された嫌気処理水の少なくとも一部を排出する第１排出ラインと、沈降した汚泥を含有する残りの嫌気処理水を排出する第２排出ラインと、第２排出ラインからの嫌気処理水を好気処理する好気槽と、好気槽からの好気処理水を分離汚泥と分離処理水とに分離する固液分離槽と、固液分離槽からの分離汚泥の少なくとも一部を嫌気槽に返送する返送ラインと、固液分離槽から分離処理水を排出する第３排出ラインとを備えることを特徴とする排水処理装置を提供する。

本発明の排水処理装置では、被処理水の嫌気処理を行う嫌気槽と嫌気処理水の好気処理を行う好気槽との間に、流量調整槽としての機能を兼ね備える沈殿槽が配置されている。この排水処理装置によれば、汚泥の含有量が低減された嫌気処理水を排出する第１排出ラインを備えているため、この第１排出ラインから設計処理量の超過分に相等する嫌気処理水を排出することができる。これにより、好気槽及びこれよりも後段の処理槽において十分な滞留時間を確保することができる。したがって、設計処理量を超える過剰の被処理水が系内に流入した場合でも優れた水質の処理水を得ることができる。

なお、上記の沈殿槽は嫌気槽と好気槽との間に配置されていることから、嫌気槽には過剰の被処理水がそのまま流入する場合がある。この場合、嫌気槽からの嫌気処理水の超過分が第１排出ラインを通じて排出される。この第１排出ラインから排出される嫌気処理水は、好気処理が施されることなく排出されるため、その水質が問題となり得るが、本発明者らの検討によると、第１排出ラインからの嫌気処理水は放流基準を満たす程度に浄化され得ることが確認されている。これは、以下の理由によるものと考えられる。

まず、第１排出ラインから排出される嫌気処理水は、沈殿槽で汚泥が沈降して、汚泥の含有量が十分に低減しているためである。これに加え、過剰の被処理水が流入した場合でも嫌気槽では、初期吸着によって短時間のうちに有機物の含有量が低減するためである。有機物と汚泥とが接触すると、固形性の有機物は汚泥表面に急速に吸着され、他方、溶解性の有機物は汚泥に急速に摂取されて、有機物の多くが短時間のうちに除去される。

上記のような初期吸着によって、嫌気槽内における滞留時間が設計値よりも短い場合でも、有機物の含有量が十分に低減された嫌気処理水を得ることができる。これに対し、既に有機物の含有量が低減された嫌気処理水を処理する後段の好気槽においては、高度な浄化処理を安定的に行うため、十分な滞留時間を確保することが重要であるといえる。

本発明の排水処理装置においては、固液分離槽から分離処理水を排出する第３排出ラインと第１排出ラインが連通しており、上記分離処理水とともに上記嫌気処理水の少なくとも一部が第３排出ラインを通じて系外に排出される。第３排出ラインを通じて排出される分離処理水は、嫌気処理及び好気処理の両方が施されたものであるから、これと第１排出ラインからの嫌気処理水とを混合することで、当該嫌気処理水と比較して、有機物の含有率が低い処理水を得ることができる。

また、本発明の排水処理装置は、沈殿槽に導入される嫌気処理水の流量が当該排水処理装置の設計処理量を超えた場合、超過分に相等する量の上澄み水が沈殿槽からオーバーフローするとともに、オーバーフローした当該上澄み水が嫌気処理水の少なくとも一部として第１排出ラインから排出されることが好ましい。第１排出ラインから超過分に相等する量の上澄み水を第１排水ラインを通じて排出することで、第２排出ラインから好気槽に対して処理に適した流量の嫌気処理水を供給することができ、好気処理をより一層高度に且つ安定的に実施することができる。

更に、本発明は、有機物を含有する被処理水を嫌気槽において嫌気処理する嫌気処理工程と、嫌気槽からの嫌気処理水に含まれる汚泥を沈降させる沈降処理工程と、沈降処理工程を経て得られる嫌気処理水であって汚泥の含有量が低減された嫌気処理水の少なくとも一部を分離して、残りの嫌気処理水を好気槽に移送する移送工程と、好気槽に移送された嫌気処理水を好気処理する好気処理工程と、好気処理工程を経て得られる好気処理水を分離汚泥と分離処理水とに分離する固液分離工程と、分離汚泥の少なくとも一部を嫌気槽に返送する返送工程と、を備えることを特徴とする排水処理方法を提供する。

本発明の排水処理方法によれば、沈降処理工程を経た嫌気処理水の少なくとも一部を分離して、残りの嫌気処理水を好気槽に供給するため、好気槽及びこれよりも後段の処理槽において十分な滞留時間を確保することができる。したがって、設計処理量を超える過剰の被処理水が系内に流入した場合でも優れた水質の処理水を得ることができる。なお、好気処理に供されることなく移送工程で分離する嫌気処理水は、沈降処理工程を経ているため汚泥の含有量が十分に低減されている。また、この嫌気処理水は、嫌気槽における初期吸着によって有機物の含有率が十分に低減されている。

本発明に係る排水処理方法の移送工程は、嫌気槽からの嫌気処理水の流量が所定値を超える場合に、汚泥の含有量が低減された嫌気処理水の少なくとも一部を排出すると共に、残りの嫌気処理水を好気槽に移送するものであることが好ましい。このような移送工程を経ることによって、処理に適した流量の嫌気処理水を好気槽に供給することができ、好気処理をより一層高度に且つ安定的に実施することができる。

本発明によれば、設計処理量を超える被処理水が流入しても被処理水を高度に処理できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することができる。

以下、本発明に係る排水処理装置及び排水処理方法の好適な実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る排水処理装置の好適な実施形態を示す構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る排水処理装置１０は、有機物を含有する排水を汚泥によって生物処理する装置であって、上流から下流（図示左側から右側）に向かって、嫌気槽１と、第１沈殿槽（沈殿槽）２と、好気槽３と、第２沈殿槽（固液分離槽）４と、を具備している。

ここで、排水としては、下水、屎尿、産業排水、ごみ浸出水等が主に対象とされるが、特に本実施形態では、有機物（ＢＯＤ成分）を含有する下水等の排水を被処理水とするのが好適である。また、後述する通り、排水処理装置１０は、その設計処理量を超える被処理水に対しても柔軟に対処できるという特長を有するが、このような過剰量の被処理水が当該装置に供給される原因としては、不明水と称される汚水が流入することが挙げられる。不明水は、例えば、雨水、雪解け水、地下水及び海水などであり、これらの汚水は、一般に当該装置の処理対象の排水よりも有機物の含有量が少ない。

嫌気槽１は、槽内が無酸素状態となるように密閉されて、供給ラインＬ１から供給される被処理水を汚泥により嫌気処理する。この嫌気槽１には、槽内の嫌気処理水を第１沈殿槽２へ供給する連結ラインＬ２が接続されている。

第１沈殿槽２は、連結ラインＬ２からの嫌気処理水に含まれる汚泥を槽内で沈降させて、槽内の下方に汚泥を高濃度に含有する領域とその上方に汚泥の含有量が低減された領域とが形成される。第１沈殿槽２の下部には、沈降した汚泥を高濃度に含有する嫌気処理水を排出する嫌気処理水排出ライン（第２排出ライン）Ｌ３が接続されている。この嫌気処理水排出ラインＬ３の途中にはポンプＰが配設されていて、嫌気処理水を第１沈殿槽２から好気槽３へと一定流量で移送できるようになっている。

一方、第１沈殿槽２の上部には、汚泥の含有量が低減された嫌気処理水（以下、「上澄み水」という。）を排出する上澄み水排出ライン（第１排出ライン）Ｌ４が接続されている。この上澄み水排出ラインＬ４は、連結ラインＬ２からの嫌気処理水の供給量が嫌気処理水排出ラインＬ３からの排出量よりも多く、第１沈殿槽２の水位が上昇してオーバーフローした上澄み水を移送するものである。上澄み水排出ラインＬ４の先端は、後述の分離処理水排出ラインＬ６に連通している。なお、本実施形態においては、上澄み水排出ライン４から排出される嫌気処理水の流量を調整する調整手段は、ポンプＰと、第１沈殿槽２から上澄み水がオーバーフローする機構とによって構成される。

好気槽３は、槽内に空気が供給され槽内を好気条件にして、嫌気処理水排出ラインＬ３を通じて供給される嫌気処理水を汚泥により好気処理する。この好気槽３には、槽内の好気処理水を第２沈殿槽４へ供給する連結ラインＬ５が接続されている。

第２沈殿槽４は、連結ラインＬ５を通じて供給される好気処理水を、分離汚泥と分離処理水とに分離する。この第２沈殿槽４には、分離処理水を系外へと排出する分離処理水排出ラインＬ６が接続されていると共に、分離汚泥を底部から抜き出す分離汚泥排出ラインＬ７が接続されている。この分離汚泥排出ラインＬ７は途中で返送汚泥ライン（返送ライン）Ｌ７ａと余剰汚泥排出ラインＬ７ｂに分岐している。返送汚泥ラインＬ７ａを通じて分離汚泥の少なくとも一部が嫌気槽１へと返送される。一方、余剰汚泥排出ラインＬ７ｂを通じて余剰汚泥が処理施設等へと移送される。

次に、不明水の流入によって排水処理装置１０の設計処理量を超える被処理水が供給された場合を例に、本発明に係る排水処理方法の好適な実施形態を説明する。

まず、被処理水を供給ラインＬ１を通じて嫌気槽１に導入して、この槽内において被処理水を嫌気処理する（嫌気処理工程）。本実施形態では嫌気槽１に導入される被処理水の流量が嫌気槽１の設計処理量を超えているため、設計処理量以下の流量の場合と比較して、嫌気槽１での滞留時間を十分に確保できない。しかしながら、上述の通り、初期吸着によって被処理水に含まれる有機物の多くが短時間のうちに除去される。

初期吸着によって有機物が除去された嫌気処理水を連結ラインＬ２を通じて第１沈殿槽２に供給する。第１沈殿槽２では嫌気処理水に含まれる汚泥を沈降させる（沈降処理工程）。第１沈殿槽２内で下方に沈降した汚泥を嫌気処理水と共に嫌気処理水排出ラインＬ３で好気槽３へと移送する一方、オーバーフローした上澄み水を上澄み水排出ラインＬ４を通じて排出する（移送工程）。

なお、ポンプＰの吐出量を調節することで、第１沈殿槽２から好気槽３へと供給する嫌気処理水の流量を調整することができる。好気槽３に供給されない上澄み水の排出量をなるべく少なくする一方、好気槽３及び第２沈殿槽４での滞留時間を十分に確保すると共に、第２沈殿槽４の表面積負荷率を適正な範囲内とする観点から、ポンプＰで好気槽３に移送する嫌気処理水の流量は排水処理装置１０の設計処理量とすることが好ましい。

好気槽３では、槽内に空気を供給して、ポンプＰで移送された嫌気処理水を曝気処理する（好気処理工程）。この好気槽３に供給される嫌気処理水の量は、ポンプＰによって設定処理量以下に調整されるため、好気槽３においては適正な滞留時間で処理を行うことができる。

好気槽３で高度に処理された好気処理水及び汚泥を連結ラインＬ５を通じて第２沈殿槽４に移送して、好気処理水を分離汚泥と分離処理水とに分離する（固液分離工程）。汚泥やその他の固形分が十分に低減された分離処理水を分離処理水排出ラインＬ６から排出する。分離処理水排出ラインＬ６には上澄み水排出ラインＬ４の先端が連通されていて、上澄み水と分離処理水とを混合して系外へと排出する。他方、第２沈殿槽４から分離汚泥排出ラインＬ７を通じて分離汚泥を排出する。その後、分離汚泥の一部を返送汚泥ラインＬ７ａを通じて供給ラインＬ１へと返送し、嫌気槽１に供給する（返送工程）。返送された汚泥は再び嫌気槽１及び好気槽３を通過するため、生物学的に消化されて減容化が図られる。なお、汚泥の返送量よりも多い分離汚泥が生じた場合には、余剰汚泥排出ラインＬ７ｂを通じて余剰汚泥を系外へと排出する。

このように、排水処理装置１０によれば、第１沈殿槽２の上部に一端が連通した上澄み水排出ラインＬ４から上澄み水をオーバーフローさせて排出することで、設定処理量を超える被処理水に対しても柔軟に対処できる。具体的には、好気槽３への嫌気処理水の供給量を一定に調整できるため、好気槽３及び第２沈殿槽４での滞留時間を十分に確保できると共に、第２沈殿槽４の表面積負荷率を適正な範囲内とすることができる。そのため、優れた水質の分離処理水を得ることができる。

また、第１沈殿槽２から排出される上澄み水は十分に汚泥の含有量が低減されていると共に、嫌気槽１内の汚泥による初期吸着によって有機物の含有量が十分に低減されている。例えば、上澄み水に含まれるＢＯＤ成分は３０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳ成分は３０ｍｇ／Ｌ以下にまで低減され得る。排水処理装置１０では、この上澄み水と分離処理水とを合流させるため、上澄み水と比較して、ＢＯＤ成分やＳＳ成分の含有率が更に低減された処理水を得ることができる。

ただし、必ずしも上澄み水と分離処理水とを合流させる必要はなく、例えば、上澄み水のみを放流して分離処理水を他の用途に使用するなどしてもよい。この場合、上澄み水排出ラインＬ４の先端を分離処理水排出ラインＬ６に連通させず、このラインを所望の場所まで敷設すればよい。

なお、排水処理装置１０の設計処理量以下の被処理水が嫌気槽１に供給される場合（通常運転時）の処理方法は以下の工程を備える。すなわち、通常運転時の排水処理方法は、有機物を含有する被処理水を嫌気槽１において処理する嫌気処理工程と、嫌気処理工程を経て得られる嫌気処理水の貯留量が所定量となるまで第１沈殿槽２内に貯留する貯留工程と、上記貯留量が所定量となったところで、一定の流量で嫌気処理水を好気槽３に移送して処理する好気処理工程と、好気処理工程を経て得られる好気処理水を分離汚泥と分離処理水とに分離する固液分離工程と、分離汚泥の少なくとも一部を嫌気槽１に返送する返送工程と、を備える。

通常運転時における上記排水処理方法では、第１沈殿槽２内の嫌気処理水の貯留量が所定量となったところで、ポンプＰを運転して一定の流量でこの嫌気処理水を好気槽３に供給する。したがって、この方法によれば、一定の流量で嫌気処理水を好気槽３に供給するため、好気槽３及び第２沈殿槽４での滞留時間を十分に一定にできると共に、第２沈殿槽４の表面積負荷率も十分に一定にできる。これにより、得られる処理水の水質の均一化が図られる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、固液分離槽として沈殿槽（第２沈殿槽４）を例示したが、好気処理水を固液分離できるものであれば、特にこれに限定されるものではなく、例えば、沈降槽、浮上槽、各種濾過槽（砂濾過槽、繊維濾過槽等）、膜分離槽、磁気分離槽等を採用することができる。

また、上記実施形態においては、被処理水が供給ラインＬ１から嫌気槽１に直接流入するが、嫌気槽１の前段に汚水調整槽を配置してこれに被処理水が流入する構成としてもよい。嫌気槽１の前段に汚泥調整槽を配置することで、被処理水の水質及び流量の均一化が図られ、嫌気槽１における嫌気処理をより安定的に行うことが可能となる。

図１に示す排水処理装置１０と同一の構成の排水処理装置を用いて、下水処理を実施した。この排水処理装置の設計値及び本実施例での実測値を表１に示す。

表１に示すように設計値を超える流量の被処理水を嫌気槽に供給して処理を行った。本実施例においては、第１沈殿槽から好気槽に供給する嫌気処理水の流量は当該嫌気処理装置の設計値（２００ｍ^３／時間）とした。そして、残りの嫌気処理水（１５０ｍ^３／時間）をオーバーフローさせて第１沈殿槽から上澄み水として排出した。この上澄み水の全量と第２沈殿槽からの分離処理水の全量を混合した処理水を放流した。表２に上澄み水、分離処理水及び放流水について、それぞれの流量、ＢＯＤ及びＳＳの測定結果をまとめた。

本発明に係る排水処理装置の好適な実施形態を示す概略構成図である。従来の排水処理装置の形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１…嫌気槽、２…第１沈殿槽（沈殿槽）、３…好気槽、４…第２沈殿槽（固液分離槽）、１０…排水処理装置、Ｌ３…嫌気処理水排出ライン（第２排出ライン）、Ｌ４…上澄み水排出ライン（第１排出ライン）、Ｌ６…分離処理水排出ライン（第３排出ライン）、Ｌ７ａ…返送汚泥ライン（返送ライン）、Ｐ…ポンプ。

Claims

有機物を含有する被処理水を嫌気処理する嫌気槽と、
前記嫌気槽からの嫌気処理水に含まれる汚泥を沈降させる沈殿槽と、
前記沈殿槽内の嫌気処理水のうち、汚泥の含有量が低減された嫌気処理水の少なくとも一部を排出する第１排出ラインと、沈降した汚泥を含有する残りの嫌気処理水を排出する第２排出ラインと、
前記第２排出ラインからの嫌気処理水を好気処理する好気槽と、
前記好気槽からの好気処理水を分離汚泥と分離処理水とに分離する固液分離槽と、
前記固液分離槽からの分離汚泥の少なくとも一部を前記嫌気槽に返送する返送ラインと、
前記固液分離槽から前記分離処理水を排出する第３排出ラインと、
を備え、
前記第１排出ラインは前記第３排出ラインと連通しており、前記分離処理水とともに前記嫌気処理水の少なくとも一部が前記第３排出ラインを通じて系外に排出されることを特徴とする排水処理装置。
前記沈殿槽に導入される嫌気処理水の流量が当該排水処理装置の設計処理量を超えた場合、超過分に相等する量の上澄み水が前記沈殿槽からオーバーフローするとともに、オーバーフローした当該上澄み水が前記嫌気処理水の少なくとも一部として前記第１排出ラインから排出されることを特徴とする、請求項１に記載の排水処理装置。