JP3887581B2 - 汚水処理設備 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚水を清浄化するのに有用な汚水処理設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
汚水処理設備として、例えば、図４に示す設備が知られている。この設備では、最初沈殿池１に汚水を導入して砂や大ききな懸濁物質［浮遊物質（ＳＳ）］を沈殿除去し、上澄み（初沈液）を曝気槽（生物反応槽）２に移液して活性汚泥処理し、得られた活性汚泥処理液を最終沈殿池３に移液して上澄み液と沈殿汚泥に分離し、上澄み液は放水することによって環境へ戻している。
【０００３】
このような処理設備には前記沈殿汚泥の処理装置も併設されていることが多い。すなわち最終沈殿池３からの汚泥は、最初沈殿池１からのＳＳと共にシックナーなどの濃縮装置４に送られ、この濃縮装置４で液体（濃縮分離液）を分離除去することにより、濃縮されている。そして得られた濃縮汚泥を分解槽６において嫌気消化することによって有機成分を消化ガス（メタンなど）として除去し、汚泥をさらに減容化している。この減容化物（分解処理物）は、プレス機などの汎用の脱水装置７で脱水した後、焼却装置８で焼却し、この焼却物が無害であれば肥料や骨材などとして有効利用しており、有害であればコンクリート固化などの不溶化処理によって無害化した後、埋立て等により処分している。
【０００４】
一方、前記濃縮装置４からの濃縮分離液、及び前記脱水装置７からの脱水分離液（脱水液）は、返送ライン１１を通じて前記最初沈殿池３に返送され、この最初沈殿池３の下流側に設けられた前記曝気槽２で無害化処理することにより、環境へ放水される。
【０００５】
近年、前記嫌気消化の効率を高め、メタン発生量を増大したり汚泥の減容度を高めることを目的として、嫌気消化に先だって前処理を施す技術が提案されている。前処理としては、例えば、熱処理（特公平７−３２９１７号公報参照）、超音波処理（特開昭５８−７６２００号公報、特公平４−３８４７８号公報、特公平４−５００７９号公報参照）、高電圧パルス印加処理（特開平１−２１０１００号公報参照）、高圧気体処理（特公平４−３８４７９号公報参照）、オゾン処理（特開昭５９−１０５８９７号公報参照）、ミル処理、酸処理、アルカリ処理、酵素処理（特公平７−７３７１９号公報）などの物理的、化学的、又は生物学的処理が提案されている。図５は、前記前処理を施す場合について説明するための設備概略図である。この図５の設備は、嫌気消化を行うための分解槽６の上流側に前記前処理を行うための前処理槽５が設置されている点で、図４の設備と異なる。
【０００６】
ところが嫌気消化に先立って前処理５を施すと、嫌気消化６の後に脱水７した時の液（脱水液）のＣＯＤ（化学的酸素要求量）や色度が上昇してしまう。そしてこの脱水液は、最初沈殿池１を介して曝気槽２に供給され、活性汚泥処理されるにも拘わらず、十分に浄化されないために放流水の水質が悪化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、嫌気消化に先立って前処理を施しても、放流水の水質を高く維持できる汚水処理設備を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねる過程において、前処理を施したときの脱水液の特性を詳しく調べた。その結果、脱水液のＣＯＤが上昇するときには難分解性有機物の割合が高くなっており（全ＣＯＤの約７５％程度）、曝気槽２の分解処理では不十分であることを突き止めた。また浮遊性有機物の割合も大きくなっていることを突き止めた（全ＣＯＤの約２５％程度）。そしてこれら原因究明検討の結果を受けて、曝気槽で脱水液を活性汚泥処理するのではなく、曝気槽に移液するまえの脱水液が高濃度である段階で活性汚泥処理すれば、難分解性有機物の分解効率を高めることができることを見出し、加えて膜分離を併用して浮遊性有機物を除去しておけば放流水の水質を確実に高く維持できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
すなわち本発明に係る汚水処理設備は、汚水を導入するための沈殿池と、汚水を活性汚泥処理するための曝気槽と、この曝気処理液から活性汚泥を分離するための沈殿池と、この沈殿池から分離除去された汚泥を消化しやすくするための前処理槽（熱処理、超音波処理、高電圧パルス印加処理、高圧気体導入処理、オゾン酸化処理、粉砕処理、酸処理、アルカリ処理、酵素処理などをする槽）と、前処理した汚泥を嫌気消化するための分解槽と、前記分解槽の処理物を脱水するための脱水装置と、この脱水装置からの脱水液を、前記汚水を導入するための沈殿池に戻すための返送ラインとを備えており、
しかも前記脱水液を活性汚泥処理するための曝気手段と、曝気処理した液から活性汚泥を分離除去するための膜分離手段とを備えた浄化装置が、前記脱水装置と返送ラインとの間に挿設されている点に要旨を有するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお各図面において同じ構成部分については同一の符号を付して重複説明を避ける。
【００１１】
図１は本発明の汚水処理設備の一例を説明するための概略図であり、図２は図１の汚水処理設備で使用する浄化装置の一例を説明するための概略図である。
【００１２】
図１の汚水処理設備は、最初沈殿池１、曝気槽２、最終沈殿池３、濃縮装置４、分解槽６、脱水装置７、焼却装置８、及び返送ライン１１で構成されている点で上記図４の例と共通する。しかも図１の汚水処理設備は、前処理槽５が設置されている点で上記図５の例と共通する。そのため分解槽６における嫌気消化の効率が高められており、メタン発生量を増大でき、汚泥の減容度を高めることができる。しかし、嫌気消化・脱水後の脱水液のＣＯＤ（化学的酸素要求量）や色度が上昇している。なお前処理槽５には、加熱手段、超音波発生手段、高電圧パルス印加手段、高圧気体導入手段、オゾン供給手段、粉砕手段、酸添加手段、アルカリ添加手段、又は酵素添加手段が単独で或いは組み合わせて設置されており、熱処理、超音波処理、高電圧パルス印加処理、高圧気体処理、オゾン処理、ミル処理、酸処理、アルカリ処理、又は酵素処理を単独で或いは組み合わせて行うことができる。
【００１３】
そして図１の例は、脱水装置７と返送ライン１１との間に特定の浄化装置９が挿設されている点で上記図５の例と異なる。すなわち水質の悪い脱水液を曝気槽２で処理するのではなく、予め特定の浄化装置９で処理している。そのため放流水の水質を高く維持することができる。
【００１４】
前記浄化装置９は、詳細には図２に示されるものである。この装置９は、主として脱水液を活性汚泥処理するための曝気部３１と、曝気処理した液から活性汚泥を分離するための濾過部３２とを有する浄化槽３０で構成されており、前記曝気部３１には曝気用気体供給口（曝気手段）３３が槽底付近に設置されており、前記濾過部３２には膜分離のためのユニット（膜分離手段）３４が槽の中程度の高さに設置されている。なお前記膜分離手段は、表面に小孔を有する膜が張られた中空状のユニットであり、膜を透過した液は前記中空部に接続する返送ライン１１を介して最初沈殿池１に返送されるようになっている。
【００１５】
このような処理装置９を用いると、曝気手段３３から空気を吹き込むことにより脱水液を活性汚泥処理できると共に、活性汚泥処理物を膜分離手段３４で分離することによって清浄化された浄化液を取り出すことができる。そしてこの浄化液を最初沈殿池１に返送することにより、放流水の水質を高く維持することができる。すなわち脱水液のＣＯＤが高いのは、難分解性有機物量と浮遊性有機物が増大しているためである。従って高濃度時に活性汚泥処理して難分解性有機物を効率よく分解し、しかも膜分離によって浮遊性有機物を除去することによって初めて放流水の水質を高く維持することができる。
【００１６】
なお処理装置９としては、フェントン酸化処理装置（鉄系触媒、過酸化水素、及び熱処理による有機物酸化処理装置）、蒸発濃縮装置（熱や減圧処理によって水を蒸発回収する装置）なども採用できるが、これら装置ではエネルギー消費が大きく高コストとなるため、実用的でない。
【００１７】
前記処理装置９においては、膜分離手段３４の下側に気体供給口３５も設けられている。さらに膜分離手段３４から延出する返送ライン１１には逆洗ライン１２が接続しており、この逆洗ライン１２の他端には洗浄液タンク４０が接続している。これら気体供給口３５及び洗浄液タンク４０を設けておけば、気体供給口３５から適宜気体を供給して膜分離手段３４の膜面を洗浄することができ、また洗浄液タンク４０から膜分離手段４０に向けて洗浄液を供給することによって膜面（特に膜に形成された孔）を洗浄することができるため、膜分離手段３４の膜面に活性汚泥が堆積して膜分離効率が低下するのを防止できる。なお前記気体供給口３５及び洗浄液タンク４０の両方（又は一方）は、必ずしも必要ではない。
【００１８】
さらに前記処理装置９においては、浄化槽３０の底側（特に濾過部３２の底側）に取入口を有する汚泥返送ライン１３が設けられており、膜分離手段３４の膜面を透過しなかった汚泥はこの汚泥返送ライン１３を通じて分解槽６に返送される。このため浄化槽３０の処理を継続しても、浄化槽３０が汚泥で一杯になることを防止でき、しかもこれら汚泥は分解槽６に簡便に移送することができ嫌気消化することができる。なお汚泥返送ライン１３は必ずしも必要ではない。
【００１９】
また前記処理装置９においては、前記脱水装置７からの脱水液を一旦貯留しておくための脱水液タンク２０が設けられており、この脱水液タンク２０に貯留した脱水液を前記浄化槽３０に移液している。脱水液タンク２０を設けておけば、脱水液の流量が変化しても浄化槽３０の処理速度を一定に保つことができるため、浄化槽３０から排出される液（浄化液）の水質をより確実に高く維持することができ、有利である。さらに脱水液タンク２０の入り口側には、スクリーン２１が設けられており、このスクリーン２１を通して脱水液が脱水液タンク２０に入るようになっている。スクリーン２１を通すことにより、大きな不溶物を除去することができる。なおこれら脱水液タンク２０及び／又はスクリーン２１は必ずしも必要ではない。
【００２０】
上記処理装置９では、浄化槽３０の下流側（膜分離手段３４の下流側）に、さらに他の浄化装置を設けてもよい。他の浄化装置としては、オゾン酸化処理装置、促進酸化装置（ＡＯＰ）、凝集沈殿処理装置、ウルトラフィルター膜分離装置などが挙げられる。
【００２１】
上記汚水処理設備は、嫌気消化に先立って前処理を施しながらも、放流水の水質を高く維持することができるため、汚水（下水など）の処理に極めて有用である。なお上記汚水処理設備の好ましい態様及び運転条件は、例えば、以下の通りである。
【００２２】
［最初沈殿池１、曝気槽２、最終沈殿池３、濃縮装置４］
最初沈殿池１、曝気槽２、最終沈殿池３及び濃縮装置４で構成される水処理系（活性汚泥処理系）では、公知の運転条件を採用できる。例えば、水処理系への流入液の貯留、水処理系におけるＢＯＤ汚泥負荷、曝気量、引き抜き汚泥量の管理などは、公知の条件に従う。
【００２３】
［前処理装置５］
前処理装置としては、熱処理装置、超音波処理装置、高電圧パルス印加処理装置、高圧気体処理装置、オゾン処理装置、ミル処理装置、酸処理装置、アルカリ処理装置、酵素処理装置などの種々の装置を使用することができ、運転条件は特に限定されず、公知の条件を採用できる。熱処理装置を使用する場合、例えば、以下のようにして行うことができる。
【００２４】
加熱手段：ジャケットに熱水を供給することにより加熱してもよいが、水蒸気を吹き込むことによって加熱するのが望ましい。
加熱温度：通常、１２０〜２２０℃程度（好ましくは１５０〜１８０℃程度）
加熱時間：通常、０．１〜６時間程度（好ましくは０．２〜２時間程度）
流入蒸気及び流入水（加温用）量：前記温度に達するのに必要な量。
濃縮汚泥の流入量管理：濃縮装置４からの全量。なお必要に応じて、クッションタンクを設け、流入速度を制御してもよい。
熱処理汚泥の流出量管理：成り行き
［分解槽６］
流入する汚泥量管理：全量。なお必要に応じて、クッションタンクを設け、流入速度を制御してもよい。
【００２５】
分解槽６では、汚泥の嫌気消化に使用する汎用の菌（嫌気性細菌、メタン生成菌など）を使用して汚泥を分解する。分解時間は、使用する菌の種類等に応じて適宜設定できるが、通常、１０〜５０日程度、好ましくは１５〜３０日程度である。
【００２６】
［脱水装置７］
脱水装置７としては特に限定されず、プレス式脱水機、遠心分離機などの慣用の脱水装置を含め種々の装置が使用できる。
【００２７】
［浄化装置９］
浄化装置９は、上述したように曝気部３１と濾過部３２とで構成されているため、各部に分けて説明する。
【００２８】
−曝気部３１−
脱水液の流入量管理：脱水装置７からの全量。なお上述したように必要に応じて、クッションタンク２０を設け、流入速度を制御してもよい。
活性汚泥の濃度：通常、５，０００〜２０，０００ｍｇ／Ｌ程度、好ましくは８，０００〜１２，０００ｍｇ／Ｌ程度
曝気量：流入液中のＢＯＤを除去するために必要とされる酸素を供給可能な程度
滞留時間：約５〜４８時間（好ましくは２４〜３６時間）
【００２９】
−濾過部３２−
濾過方式：通常、クロスフロー方式を採用できる。
膜孔径：通常、０．０５〜０．８μｍ程度（好ましくは０．２〜０．４μｍ程度）
ＢＯＤ・ＳＳ除去速度（ＢＯＤ／ＳＳ負荷）：０．０５〜１ｋｇＢＯＤ／ＭＬＳＳ・ｄａｙ程度（好ましくは０．１〜０．２ｋｇＢＯＤ／ＭＬＳＳ・ｄａｙ程度）
膜透過フラックス（透水速度）：０．０５〜０．６ｍ³／ｍ²・ｄａｙ程度（好ましくは０．１〜０．２ｍ³／ｍ²・ｄａｙ程度）
吸引側圧力（絶対圧）：上記ＢＯＤ・ＳＳ除去速度及び膜透過フラックスを達成できる程度。通常、０〜５０ｋＰａ（好ましくは０〜３０ｋＰａ）。
【００３０】
また上述したように浄化装置９では、活性汚泥・膜分離処理の後処理として、オゾン酸化処理装置、凝集沈殿処理装置、ウルトラフィルター膜分離装置などを取り付けてもよい。例えば、オゾン酸化処理装置を取り付ける場合、以下の条件で運転することができる。
オゾン注入量：約０．１〜１．０ｋｇ／ｋｇＣＯＤ（特に約０．３ｋｇ／ｋｇＣＯＤ）
【００３１】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００３２】
なお実施例及び比較例では、下記表１に示す水質の下水を処理した。また各処理装置（最初沈殿池１、曝気槽２、最終沈殿地３、濃縮装置４、熱処理装置５、分解槽６、脱水装置７、浄化装置９）では、下記に示す条件で処理した。
【００３３】
［最初沈殿池１］
流入下水量：１９，５００トン／ｄａｙ
流入返送液量：全量（より詳細には、比較例１及び２では濃縮分離装置４及び脱水装置７からの全量；実施例１及び２では濃縮分離装置１及び浄化装置９からの全量）
滞留時間：約４時間
［曝気槽２］
活性汚泥濃度：２，５００ｍｇ／Ｌ
曝気量：除去すべきＢＯＤ量に応じて調整
滞留時間：約８時間
［最終沈殿地３］
滞留時間：約４時間
［濃縮装置４］
装置：シックナー
濃縮度：濃縮物中の固形分含有量が約３質量％となる程度（比較例１）、又は１０〜１５質量％となる程度（比較例２，実施例１〜２）
［熱処理装置５］
手段：水蒸気加熱
加熱温度：１６５℃
加熱時間：２０分間
流入蒸気及び流入水（加温用）量：１２ｔ／ｄａｙ
［分解槽６］
分解時間：２０日
［脱水装置７］
手段：ベルトプレス
［浄化装置９］
−曝気部３１−
活性汚泥濃度：１０，０００ｍｇ／Ｌ
曝気量：除去すべきＢＯＤ量に応じて調整
滞留時間：３６時間
−濾過部３２−
濾過方式：クロスフロー
膜材質：有機膜
膜孔径：０．２〜０．４μｍ
ＢＯＤ・ＳＳ除去速度：０．２ｋｇＢＯＤ／ＭＬＳＳ・ｄａｙ
膜透過フラックス（透水速度）：０．２ｍ³／ｍ²・ｄａｙ
吸引側圧力（絶対圧）：５〜２０ｋＰａ（２０ｋＰａを超える場合は、逆洗浄を行う）
−オゾン酸化処理−
なお実施例２では、濾過部３２での膜分離後、オゾン酸化処理を行っている。オゾン酸化は以下の条件で行う。
オゾン注入量：０．３ｋｇ／ｋｇＣＯＤ
【００３４】
比較例１
図４に示す装置を用い、上記運転条件で下水を処理した。なおこの例では、分解槽６で嫌気消化する前の処理（熱処理）を行っておらず、脱水装置７で得られた脱水液は浄化することなくそのまま最初沈殿池１に返送し、次いで曝気槽２で活性汚泥処理している。
【００３５】
比較例２
図５に示す装置を用い、上記運転条件で下水を処理した。なおこの例では、分解槽６で嫌気消化する前の処理（熱処理）を行っているが、脱水装置７で得られた脱水液は浄化することなくそのまま最初沈殿池１に返送し、次いで曝気槽２で活性汚泥処理している。
【００３６】
実施例１
図１に示す装置を用い、上記運転条件で下水を処理した。なおこの例では、分解槽６で嫌気消化する前の処理（熱処理）を行っており、脱水装置７で得られた脱水液は浄化装置９で浄化（活性汚泥処理及び膜分離処理）した後で最初沈殿池１に返送した。
【００３７】
実施例２
浄化装置９において膜分離処理した液をさらにオゾン分解処理する以外は、実施例１と同様にした。
【００３８】
各比較例及び実施例で下水を処理した時の物質収支を図３に示すと共に、下水（Ａ）、初沈液（Ｂ）、返送液（Ｃ）、濃縮分離液（Ｄ）、脱水液又は浄化液（Ｅ）、及び放流水（Ｆ）の水質（下水道試験法に準拠して測定）を表１〜６に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【表２】

【００４１】
【表３】

【００４２】
【表４】

【００４３】
【表５】

【００４４】
【表６】

【００４５】
図３より明らかなように、嫌気消化６の前に熱処理５を組み込むと（比較例２，実施例１〜２）、熱処理５がない場合（比較例１）に比べて、消化ガスの発生量を約２倍（＝２トン／１トン）にすることができ、しかも脱水ケーキ量を４２％（＝５トン／１２トン）に減らすことができる。
【００４６】
ところが表６より明らかなように、単に熱処理５を組み込んだ場合には（比較例２）、熱処理を組み込まない場合（比較例１）に比べて、放流水（Ｆ）のＣＯＤが１６ｍｇ／Ｌと悪化している。
【００４７】
そして表６より明らかなように、熱処理５に加えて浄化処理９をも組み込んだ場合には（実施例１〜２）、放流水（Ｆ）のＣＯＤを１２〜１３ｍｇ／Ｌにすることができ、比較例１に示す元のレベル（１３ｍｇ／Ｌ）又はそれ以上にまで水質を改善することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、嫌気消化に先立って前処理を施しているにも拘わらず、嫌気消化後に得られる脱水液を活性汚泥処理及び膜分離処理しているため、前記脱水液を再度曝気槽で処理した後の放流水の水質を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の汚水処理設備の一例を示す概略図である。
【図２】図２は本発明で使用する浄化装置の一例を示す概略図である。
【図３】図３は実施例及び比較例における物質収支を示す図である。
【図４】図４は従来の汚水処理設備の一例を示す概略図である。
【図５】図５は従来の汚水処理設備の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 最初沈殿池
２ 曝気槽
３ 最終沈殿池
４ 濃縮装置
５ 前処理槽
６ 分解槽
７ 脱水装置
９ 浄化装置
１１ 返送ライン
３３ 曝気手段
３４ 膜分離手段

Claims (2)

1. 汚水を導入するための沈殿池と、汚水を活性汚泥処理するための曝気槽と、この曝気処理液から活性汚泥を分離するための沈殿池と、この沈殿池から分離除去された汚泥を消化しやすくするための前処理槽と、前処理した汚泥を嫌気消化するための分解槽と、前記分解槽の処理物を脱水するための脱水装置と、この脱水装置からの脱水液を、前記汚水を導入するための沈殿池に戻すための返送ラインとを備えた設備において、
   前記脱水液を活性汚泥処理するための曝気手段と、曝気処理した液から活性汚泥を分離除去するための膜分離手段とを備えた浄化装置が、前記脱水装置と返送ラインとの間に挿設されている汚水処理設備。
2. 前記前処理槽が、加熱手段、超音波発生手段、高電圧パルス印加手段、高圧気体導入手段、オゾン供給手段、粉砕手段、酸添加手段、アルカリ添加手段、又は酵素添加手段のいずれか或いはそれらを組み合わせた手段を備えている請求項１記載の汚水処理設備。

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