JPH09108690A - リン含有汚水の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の凝集剤添加活性汚泥法に新規着想を加
え、汚水からリンを資源回収するとともに、汚泥発生量
を大幅に削減可能にすることを課題とする。 【解決手段】 リン含有有機性汚水を生物処理する生物
処理工程に鉄系／アルミニウム系リン除去剤を添加しリ
ンを吸着又は凝集させた後、生物工程流出液を沈殿分離
した沈殿汚泥の一部を生物処理工程に返送し、沈殿汚泥
の他部又は生物処理工程から引き抜いた汚泥をアルカリ
条件下でオゾン酸化し次いで固液分離し、生じた分離液
にＣａ又はＭｇイオンを添加してリンを除去した後、オ
ゾン酸化した後の分離汚泥とともに前記生物処理工程に
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リン含有
有機性汚水を生物処理する場合の新技術に関する。特に
汚水からリンを肥料資源として回収でき、余剰汚泥発生
量を著しく削減できる新技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から活性汚泥法の曝気槽にアルミニ
ウム、鉄系の無機凝集剤を添加して生物処理とリン除去
を同時に行なう「凝集剤添加活性汚泥法」が公知であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法はリ
ンを除去できるだけでリンを資源として回収できなかっ
た。また難脱水性の凝集汚泥（リン酸アルミスラジ、リ
ン酸鉄スラジなど）、生物汚泥の発生量が多く、汚泥処
理が非常に困難であった。そこで、本発明は「凝集剤添
加活性汚泥法」に新規着想を加え、汚水からリンを資源
回収するとともに、汚泥発生量を大幅に削減可能にする
ことを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は、
下記の構造により達成することができる。 （１） リン含有有機性汚水を生物処理する生物処理工
程に鉄系及び／又はアルミニウム系リン除去剤を添加し
リンを除去した後、該生物工程流出液を沈殿分離し、該
沈殿汚泥の一部を前記生物処理工程に返送し、沈殿汚泥
の他部または前記生物処理工程から引き抜いた汚泥をア
ルカリ条件下でオゾン酸化し、次いで固液分離し、生じ
た分離液にＣａ又はＭｇイオンを添加してリンを除去し
た後、オゾン酸化した後の分離汚泥とともに前記生物処
理工程に返送することを特徴とするリン含有汚水の処理
方法。 （２） 前記生物処理工程が嫌気的脱窒素工程及び好気
的硝化工程を有する生物学的硝化脱窒素法であり、前記
オゾン酸化後の分離液からリンを除去した後、オゾン酸
化した後の分離汚泥と共に嫌気的脱窒素工程に返送する
ことを特徴とする前記（１）または（２）に記載のリン
含有汚水の処理方法。 （３） 前記生物処理工程が脱リン菌からリン吐き出し
が起こる嫌気工程に続いて、脱リン菌がリン摂取する好
気工程を有する嫌気好気法による生物学的脱リン法であ
り、前記オゾン酸化後の分離液からリンを除去した後、
オゾン酸化した後の分離汚泥と共に脱リン菌からリン吐
き出しが起こる嫌気工程に返送することを特徴とする前
記（１）又は（２）に記載のリン含有汚水の処理方法。

【０００５】このような本発明の構成によって、従来の
「凝集剤添加活性汚泥法」に新規着想、つまり、リン含
有有機性汚水を処理するにつれて増加する汚泥を可溶化
するオゾン酸化工程、及び金属とリンとを化学的に沈殿
生成反応させるリン回収工程を加えることにより、汚水
からリンを資源回収するとともに、汚泥発生量を大幅に
削減することができる。

【０００６】本発明により、リン含有有機性汚水は、ま
ず生物処理工程にて酸素ガスで曝気され、この曝気され
た原水中に、鉄系またはアルミニウム系リン除去剤を添
加して、リンイオンをリン除去剤に吸着又は凝集させ沈
殿槽で沈降させることにより、リン、ＢＯＤ、及びＳＳ
が高度に除去された処理水として自然界に排出される。

【０００７】また、リン含有有機性汚水を処理するにつ
れ増加する沈殿工程及び生物処理工程中の汚泥は、アル
カリ条件下でオゾン酸化されることにより、リン酸イオ
ンを遊離するとともに可溶化する。この遊離したリン酸
イオンは、リンと沈殿生成反応を起こす金属イオン（カ
ルシウムイオン、マグネシウムイオン）と反応して析出
し、固液分離により資源として回収される。また汚泥
が、オゾン酸化により可溶化するので余剰汚泥を著しく
抑えることができる。

【０００８】本発明における、リン含有汚水とは、リン
を含有する都市排水（下水あるいはし尿）および有機性
産業排水などである。生物処理工程とは、少なくとも酸
素含有ガスで曝気し溶存酸素を供給する好気工程を含
み、この好気工程に加えて酸素含有ガスで曝気しない嫌
気工程を有していてもよい。例えば曝気工程を有する活
性汚泥法、嫌気的脱窒素工程及び好気的硝化工程を有す
る生物学的硝化脱窒素法、及び脱リン菌からリン吐き出
しが起こる嫌気工程に続いて、脱リン菌がリン摂取する
好気工程を有する嫌気好気法による生物学的脱リン法等
である。

【０００９】汚泥のオゾン酸化は、オゾンを発生するこ
とができるオゾン酸化槽を設けて行う。オゾン酸化され
た液を固液分離して得られる分離液にはリンイオンが、
分離汚泥にはリン吸着能が再生されたリン除去剤が含ま
れている。この再生されたリン除去剤を生物処理工程に
返送することで、新鮮なリン除去剤の添加量が大きく削
減できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の一実施の形
態を説明する。生物処理工程は、生物処理槽１で行われ
る。生物処理槽１、例えば活性汚泥法の曝気槽に、下水
などの原水２を供給し生物処理を行なう。生物処理槽１
としての曝気槽または曝気槽から流出するスラリ３に鉄
系リン除去剤（ポリ鉄、塩化第２鉄、水酸化鉄など）、
及び／またはアルミニウム系リン除去剤４（硫酸アル
ミ、ＰＡＣ、水酸化アルミ、活性アルミナなど）を添加
し原水２中のリンを凝集、吸着作用によって除去する。
ここで、流出するスラリ３は生物処理工程に含まれる。

【００１１】以下の説明は煩雑を避けるために鉄系リン
除去剤を用いた場合を説明するがアルミニウムを用いる
場合も同様の作用が生ずる。又、両者を混合して用いる
ことを妨げない。また、生物処理工程としては標準的な
活性汚泥法のほかに生物学的硝化脱窒素法、嫌気好気法
による生物脱リン法が採用できる。

【００１２】前記リン除去剤を添加された活性汚泥スラ
リ３を沈殿槽５において沈殿分離し、ここで得られる分
離液は、リン、ＢＯＤ及びＳＳが高度に除去された処理
水６となる。次に、沈殿槽５から返送される沈殿汚泥７
の大部分の返送汚泥８は、生物処理槽１に返送される。
返送される沈殿汚泥７には、生物汚泥、リン酸鉄、水酸
化鉄が共存している。この中の水酸化鉄はリンを吸着で
きるのでリン除去剤の添加量を少なくすることができ
る。沈殿汚泥７の他部である返送汚泥９、または生物処
理槽内から引き抜いた汚泥１０を、アルカリ条件下でオ
ゾン酸化槽１１にてオゾン酸化する。オゾン酸化槽１１
をアルカリ条件下にするため添加されるアルカリ剤は、
例えば苛性ソーダ、水酸化カリウム等を用いることがで
き、ｐＨは９〜１２が好ましく、より好ましくは１０〜
１１である。

【００１３】このように、汚泥をアルカリ条件下でオゾ
ン酸化すると、水酸化鉄に吸着されたリン酸イオンが下
記のように水酸基とイオン交換反応によって脱着する。

【００１４】

【化１】

【００１５】またアルカリによる生物汚泥の加水分解可
溶化も一部進む。また汚泥中の生物細胞はオゾン酸化に
よって可溶化し、可溶性有機物（ＢＯＤ）を溶出する。
オゾンの添加量は、汚泥ＳＳ重量あたり５％〜２０％、
好ましくは１０％〜１５％である。オゾン量が少なすぎ
ると汚泥可溶化が充分進まず、過剰であるとオゾンコス
トがいたずらに増加する。

【００１６】生物細胞のオゾン酸化反応は、アルカリ条
件下で効果的に進む。つまり汚泥をアルカリ性にするこ
とは水酸化鉄からのリン脱着、汚泥可溶化、生物細胞の
オゾン酸化の促進の複合効果がある。なおアルカリ添加
オゾン酸化槽１１を加温すると、更に可溶化を促進でき
る。しかして、アルカリ条件下でオゾン酸化を受けた汚
泥は、可溶化液中に存在するリンを回収するため、固液
分離部１２にて分離される。分離の方法としては、沈
殿、遠心分離など公知の方法が用いられる。固液分離部
１２にて分離されリンが高濃度に含まれている分離液１
６に、リンと化学的に沈殿生成反応を起こす金属イオン
１８、好ましくはカルシウムイオンまたはマグネシウム
イオン〔例えば、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、
消石灰および水酸化マグネシウム等を用いることができ
る。〕を添加して、リン酸カルシウム、リン酸マグネシ
ウムアンモニウムを析出させ固液分離しリン資源１４と
して回収する。リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム
アンモニウムは、易脱水性で肥料価値の高いリン化合物
である。

【００１７】リン析出反応は早いので反応時間は１０〜
３０分で良い。カルシウム、マグネシウムの添加量はリ
ンのモル濃度に対し１〜２等量で良い。また、好ましい
ｐＨは８〜１０である。リン回収後の液１７には、可溶
性有機物が含まれているので生物処理槽１に返送し可溶
性有機物を微生物に資化させ炭酸ガス、水に分解する。
またオゾン酸化後の固液分離部１２からの分離汚泥１５
も生物分解性が向上しているので処理すべき有機物とし
て生物処理槽１に返送する。これにより本発明のプロセ
スより生ずる余剰汚泥は極少化される。

【００１８】分離汚泥１５にはアルカリ条件下でのオゾ
ン酸化によりリンが脱着しリン吸着能力が再生された水
酸化鉄が含まれているので、この分離汚泥１５中の水酸
化鉄を生物処理槽１に返送すると、原水２中のリンを再
び吸着除去できる。従って、新鮮な鉄系リン除去剤４の
添加量が大きく削減され、場合によっては添加が不要に
なる。

【００１９】アルカリ添加オゾン酸化槽１１に供給する
汚泥量は、生物処理槽１内のＭＬＳＳ濃度が所定範囲
（例えば３０００〜４０００ｍｇ／ｌ）に維持されるよ
うに制御する。ＭＬＳＳ濃度は、生物処理槽内にＭＬＳ
Ｓ自動測定器を設置することによって容易に測定可能で
ある。このように、オゾン酸化槽１１に供給する汚泥量
を調節することによって、余剰生物汚泥発生量をほぼゼ
ロにすることが可能であり、系外に排出される固形物は
実質的にリン酸カルシウム、もしくはリン酸マグネシウ
ムアンモニウムだけである。

【００２０】なお生物処理槽１として生物学的硝化脱窒
素工程を適用することもでき、この場合はアルカリ添加
オゾン酸化槽１１を経て得られる分離液１７を脱窒素が
行なわれる嫌気的脱窒素工程に返送し、アルカリ添加オ
ゾン酸化によって生成した可溶性有機物を脱窒素菌のた
めの有機炭素源として活用する。このことにより脱窒素
工程におけるＢＯＤ／Ｎ比が高まり、脱窒素速度が向上
し脱窒素率も高まるという効果もある。

【００２１】また、生物処理槽１として嫌気好気法によ
る生物脱リン法を適用することもでき、この場合は分離
液１７を嫌気工程に返送するとＢＯＤ／Ｐ比が高まり脱
リン菌のリン吐き出しを促進させ、更に好気工程での脱
リン菌へのリン摂取が高まる。

【００２２】

【実施例】下水を対象に図１の工程に基づいて本発明の
実証試験を行なった。表１に下水水質を示す。

【００２３】表１ 水温 ２１度 ＳＳ １１０ ｍｇ／ｌ ＢＯＤ ９５ 〃 リン ３．８ 〃

【００２４】表２に試験条件に示す。

【００２５】 表２ 下水処理量 ２４ ｌ／ｄ 曝気槽容積 ６ ｌ 曝気槽ＭＬＳＳ ３２００ ｍｇ／ｌ 塩化第２鉄添加率 １２０ ｍｇ／ｌ（運転開始当初のみ） ３０ 〃 （定常運転時） 塩化第２鉄添加場所 曝気槽末端部 沈澱槽からの返送汚泥量（オゾン酸化を行なわないもの） ２０ ｌ／ｄ アルカリ添加オゾン酸化槽容積 １ ｌ 〃 ＰＨ １１ オゾン添加量 流入ＳＳあたり１５％ オゾン酸化槽への沈澱汚泥供給量 １．３〜１．５ｇ．ｓｓ／ｄ オゾン酸化汚泥の固液分離法 沈澱分離 Ｃａ添加量（塩化カルシウム使用） ２０００〜３０００ｍｇ／ｌ

【００２６】以上の条件で１年間試験を行なった結果、
処理水水質はＳＳ５、ＢＯＤ６、リン０．２３ｍｇ／ｌ
となり良好な水質が得られた。また余剰生物汚泥発生量
は下水１ｍ³あたり１２ｇ．ｓｓと極めて少なかった。

【００２７】《比較例》図１のアルカリ添加オゾン酸
化、リン回収工程を除去した以外は表２と同一条件で比
較試験を行なった結果、処理水水質は本発明と同等であ
ったが塩化第２鉄の所要注入率が常時１２０ｍｇ／ｌと
なり本発明に比較し著しく必要であった。更に、余剰汚
泥が増加してしまい、汚泥処理の問題が生じ、また更に
リンの回収が難しく、リンを資源として再利用できな
い。

【００２８】

【発明の効果】以上、本発明の構成により次のような効
果が得られる。 １．生物処理工程から余剰生物汚泥がほとんど発生しな
い。 ２．リンを除去するための鉄、またはアルミニウム系リ
ン除去剤の添加量が著しく削減されるので難脱水性の無
機汚泥がほとんど発生しない。

【００２９】３．従って汚泥処理が著しく簡単になる。 ４．リンをリン肥料として回収できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施の形態であるリン含有
汚水の処理方法のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 生物処理槽 ２ 原水 ３ 活性汚泥スラリ ４ リン除去剤 ５ 沈殿槽 ６ 処理水 ７ 沈殿汚泥 ８ 返送汚泥 ９ 返送汚泥 １０ 生物処理槽内から引き抜いた汚泥 １１ オゾン酸化槽 １２ 固液分離部 １３ リン回収槽 １４ リン資源となる回収リン １５ 分離汚泥 １６ 分離液 １７ リン回収後の液 １８ 金属イオン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リン含有有機性汚水を生物処理する生物
   処理工程に鉄系及び／又はアルミニウム系リン除去剤を
   添加し該除去剤にリンを吸着又は凝集させた後、該生物
   工程流出液を沈殿分離し、分離した沈殿汚泥の一部を前
   記生物処理工程に返送し、沈殿汚泥の他部または前記生
   物処理工程から引き抜いた汚泥をアルカリ条件下でオゾ
   ン酸化し、次いで固液分離し、生じた分離液にＣａ又は
   Ｍｇイオンを添加してリンを除去した後、オゾン酸化し
   た後の分離汚泥とともに前記生物処理工程に返送するこ
   とを特徴とするリン含有汚水の処理方法。
2. 【請求項２】 前記生物処理工程が、嫌気的脱窒素工程
   及び好気的硝化工程を有する生物学的硝化脱窒素法であ
   り、前記オゾン酸化後の分離液からリンを除去した後、
   オゾン酸化した後の分離汚泥と共に嫌気的脱窒素工程に
   返送することを特徴とする請求項１または２に記載のリ
   ン含有汚水の処理方法。
3. 【請求項３】 前記生物処理工程が、脱リン菌からリン
   吐き出しが起こる嫌気工程に続いて、脱リン菌がリン摂
   取する好気工程を有する嫌気好気法による生物学的脱リ
   ン法であり、前記オゾン酸化後の分離液からリンを除去
   した後、オゾン酸化した後の分離汚泥と共に脱リン菌か
   らリン吐き出しが起こる嫌気工程に返送することを特徴
   とする請求項１または２に記載のリン含有汚水の処理方
   法。