JP2009131854A - 汚水処理設備 - Google Patents

Abstract

【課題】嫌気槽内の嫌気状態を安定的に保持して、汚水浄化の処理性能を高める。
【解決手段】流入原水を嫌気槽２、無酸素槽３、好気槽４、最終沈殿池５の順番に流動させ、最終沈殿池５に堆積する汚泥を、汚泥返送ライン６を介して無酸素槽３に返送する。また、無酸素槽３内の汚泥の一部を、汚泥循環ライン８を介して嫌気槽２に返送して、嫌気槽２と無酸素槽３の間で循環させることにより、原水中の有機物、窒素およびリンを生物学的に同時除去する。また、好気槽４から硝化液返送ライン７を介して無酸素槽３へ硝化液を返送する。
【選択図】図２

Description

本発明は、生物学的に有機物、窒素およびリンを同時除去する汚水処理設備に関する。

汚水中の窒素・リンの生物学的な同時除去方法のひとつとして、嫌気−無酸素−好気法（Ａ２Ｏ法）がある。このＡ２Ｏ法を実施した水処理装置の例は、例えば、特許文献１に記載されている。

Ａ２Ｏ法は、最初沈殿池、嫌気槽、無酸素槽、好気槽、最終沈殿池の順番で各槽を直列に配置し、かつ、好気槽から無酸素槽への硝化液返送ライン、最終沈殿池から嫌気槽への汚泥返送ラインを形成するシステムによって行われる方法である。

本方法により、原水中のリンは、嫌気槽でのリン放出と好気槽でのリン摂取により原水中から活性汚泥中に取り込まれ、余剰汚泥として引き抜かれる。また、原水中の窒素は、好気槽での硝化作用、および、無酸素槽での脱窒作用により除去される。

なお、特許文献１に記載の水処理装置では、ＭＬＳＳ計や全窒素・全リン計等によっての好気槽内の窒素、リン濃度を測定し、この測定値に基づいて嫌気槽内への返送汚泥量を制御している。また、嫌気状態の間接的な監視のため、ＯＲＰ計を嫌気槽内に設置している。

特開２０００−２３７７８８号公報

ところで、上述したＡ２Ｏ法は、生物学的に窒素・リンを同時除去できる点で非常に有効な方法であると考えられているが、それを実施する具体的な設備やその運転方法については多分に改良の余地が残されている。

まず第１に、従来のＡ２Ｏ法では、嫌気槽へ微生物を補充するため、最終沈殿池から嫌気槽に直接汚泥を返送している。嫌気槽は、微生物のリン放出作用を安定させるため、嫌気状態を精度良く保つ必要がある。しかし、最終沈殿池から返送される汚泥中には、硝酸性窒素や亜硝酸性窒素（以下、硝酸性窒素等と称する）の他に、溶存酸素が含まれている可能性が多分にあり、嫌気状態が不安定になる恐れがあった。また、返送汚泥中の硝酸性窒素等の影響により、嫌気槽内における微生物のリン放出が妨げられる可能性もあった。

また、特許文献１に記載の水処理設備では、嫌気状態の監視のために嫌気槽内にＯＲＰ計を配置しているが、そのＯＲＰ計を利用して返送汚泥量制御（ＯＲＰ制御）を行った場合にも、返送汚泥中に溶存酸素等が含まれている関係から、測定値が不安定になり易く、実質的なＯＲＰ制御は困難であった。

本発明は、以上の問題点を解決することを課題とし、嫌気槽内の嫌気状態を安定的に保持すると共に、汚水浄化の処理性を高めることのできる汚水処理設備を提供することを目的とする。

課題を解決するための第１の発明は、
処理すべき原水が流入する嫌気槽と、この嫌気槽から流出する処理原水が流入する無酸素槽と、この無酸素槽から流出する処理原水が流入する好気槽と、この好気槽から流出する処理原水が流入する沈殿槽と、この沈殿槽内に堆積する汚泥を前記無酸素槽に返送する汚泥返送ラインと、前記無酸素槽から前記嫌気槽への汚泥の一部を返送する汚泥循環ラインとを備えた汚水処理設備であって、
前記嫌気槽内の処理原水流出口側から汚泥を引き抜き、この汚泥を前記嫌気槽内の原水流入口側に流入させる嫌気槽内汚泥循環ラインを設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第２の発明は、
第１の発明にかかる汚水処理設備であって、
前記嫌気槽内のＯＲＰ値を検出するための嫌気槽内ＯＲＰ値検出手段を設けると共に、この嫌気槽内ＯＲＰ値検出手段によって検出されたＯＲＰ値に基づいて前記汚泥循環ラインにおける循環汚泥量を制御する循環汚泥量制御手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第３の発明は、
第１または第２の発明にかかる汚水処理設備であって、
前記無酸素槽内のＯＲＰ値を検出するための無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段を設けると共に、この無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段によって検出されたＯＲＰ値に基づいて前記汚泥返送ラインにおける返送汚泥量を制御する返送汚泥量制御手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第４の発明は、
第１〜第３のいずれかの発明にかかる汚水処理設備であって、
前記好気槽から前記無酸素槽へ硝化液を返送する硝化液返送ラインを設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第５の発明は、
第１または第２の発明にかかる汚水処理設備であって、
前記好気槽から前記無酸素槽へ硝化液を返送する硝化液返送ラインを設けると共に、前記無酸素槽内のＯＲＰ値を検出するための無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段を設け、更に、この無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段によって検出されたＯＲＰ値に基づいて、前記硝化液返送ラインにおける硝化液の返送量の単独制御、もしくは、前記硝化液返送ラインにおける硝化液の返送量および前記汚泥返送ラインにおける返送汚泥量の複合制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第６の発明は、
第１〜第５のいずれかの発明にかかる汚水処理設備であって、
前記無酸素槽を、処理原水が流入する入口領域と他の領域とに区画し、前記汚泥返送ラインからの返送汚泥を、この入口領域内に投入するとともに、この入口領域内に、攪拌手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第７の発明は、
第６の発明にかかる汚水処理設備であって、
前記他の領域を複数の領域に区画し、これら複数の領域のうち処理原水が前記好気槽へ向けて流出する出口領域に、この出口領域を無酸素状態から好気状態に変更させる好気手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第８の発明は、
第１〜第７のいずれかの発明にかかる汚水処理設備であって、
前記嫌気槽内の原水流入口から処理原水流出口に向けて押し出し流れを生じさせる逆流規制部を設けたことを特徴とする汚水処理設備である。

第９の発明は、
水処理施設における既設の最初沈殿池を前記嫌気槽として利用したことを特徴とする第１〜第８のいずれかの発明にかかる汚水処理設備である。

第１の発明の汚水処理設備では、沈殿槽に堆積する汚泥を無酸素槽に返送すると共に、無酸素槽内の汚泥の一部を循環汚泥として嫌気槽に送る。そのため、最終沈殿池からの返送汚泥を直接嫌気槽内に送り込む従来の処理法（Ａ２Ｏ法）に比べ、嫌気槽内の嫌気状態を安定化することができる。また、無酸素槽内で脱窒され窒素含有量（ＮＯ３，ＮＯ２）が少なくなった汚泥が、循環汚泥として嫌気槽に送られるため、嫌気槽内でのリン放出作用に支障を与えることが少なくなる。また、本設備を利用することにより、近年発見された脱窒リン除去細菌（以下、ＤＰＢと称する）の安定的な育成が可能となる。

嫌気槽内の攪拌混合を、降雨時等の流入原水量が増大した状況下でも続けた場合、リン未放出の微生物（汚泥）が嫌気槽外に多量に流出（フラッシュアウト）してしまい、降雨後における処理の回復に時間を要する可能性があるが、この場合には、流入原水の量が所定量を超えた時点で嫌気槽内の攪拌を停止することにより、リン除去微生物の意図的な沈降状態を作り出すことができ、リン未放出の微生物（汚泥）が嫌気槽外に多量に流出するフラッシュアウトを防止することができる。そのため、沈殿したリン除去微生物の嫌気状態が保持され、降雨後の処理の回復が早くなる。なお、嫌気槽内の攪拌は、主として微生物（汚泥）の堆積を防止する目的で行う軽攪拌であり、完全混合までは予定していない。そのため、少なくとも嫌気槽底部が一定の攪拌状態にあれば足り、押し出し流れを形成する場合にも支障を来さない。

さらに第１の発明に係る汚水処理設備では、嫌気槽内での汚泥の滞留時間が増加するため、有機物の加水分解、酸発酵（可溶化）が進み、生成した生物易分解性有機物によってリン放出が促進される。また、低ＯＲＰの汚水、汚泥が循環されるため、嫌気槽流入部のＯＲＰが低下する。さらに、本設備では、処理原水流出口側の高ＢＯＤの汚泥等を循環するため、嫌気槽流入部でのリン放出が促進される。

従来のＡ２Ｏ法における嫌気槽では、リン放出を槽全体で効率良く行うことを前提にシステム設計を行っており、通常、流入原水中の有機物と返送汚泥とは完全に混合されている。そのため、リンを放出した微生物（汚泥）と未放出の微生物（汚泥）とが混ざり合った状態で無酸素槽に流出する可能性が高い。汚水中のリン除去（回収）は、嫌気槽内でリンを放出した微生物が好気槽内で放出した量以上のリンを取り込むことによって行われる。ところが、嫌気槽内でのリンの放出が不十分な微生物がそのまま無酸素槽から好気槽に流れ込むと、好気槽内で十分にリンを取り込むことができなくなり、リン除去効率の低下を招く恐れがあった。

一般に嫌気槽と無酸素槽間の循環汚泥量が増えれば、嫌気槽内のＯＲＰ値（酸化還元電位）は上がる。そこで、第２の発明の汚水処理設備では、嫌気槽内のＯＲＰ値を検出し、そのＯＲＰ値に基づいて循環汚泥量を制御するようにしている。このため、嫌気槽内に安定した嫌気状態を作り出すことができる。

ちなみに、従来の水処理装置では、最終沈殿池からの返送汚泥を嫌気槽に直接投入するので、返送汚泥中に含まれる溶存酸素の影響で、嫌気槽内のＯＲＰ計の測定するＯＲＰ値が不安定になり易く、そのため、測定したＯＲＰ値に基づく最適な返送汚泥量のＯＲＰ制御が困難であった。しかし、第２の発明の汚水処理設備では、沈殿槽からの返送汚泥を無酸素槽に入れ、嫌気槽と無酸素槽の間で一部の汚泥を循環させるようにしているので、嫌気槽内のＯＲＰ計で安定したＯＲＰ値を測定することができ、そのＯＲＰ値に基づいて循環汚泥量を制御することにより、嫌気槽内に安定した嫌気状態を作り出すことができる。

第３の発明の汚水処理設備によれば、無酸素槽内においての無酸素状態を維持しつつ、適切な返送汚泥量の制御が可能になる。

汚泥等の循環比を大きくすれば、無酸素槽における窒素除去率が高まる。そのため、第４の発明の汚水処理設備では、好気槽から無酸素槽へ硝化液を返送するようにしている。こうすることで、硝化液の循環により無酸素槽における窒素除去率が高まる。

汚泥等の循環比を大きくすれば、無酸素槽における窒素除去率が高まる。そのため、第５の発明の汚水処理設備では、好気槽から無酸素槽へ硝化液を返送するようにしている。また、無酸素槽内のＯＲＰ値を測定し、その測定結果に基づいて硝化液の返送量の単独制御、もしくは、硝化液の返送量と返送汚泥量の複合制御を行うようにしている。こうすることで、無酸素槽内のＯＲＰ値に応じて、無酸素状態を維持しながらの適切な制御が可能となる。

沈殿槽からの返送汚泥中の微生物は、有機物に接触すると、この有機物を吸着して保持する。その後、微生物が硝酸性窒素等と接触すると、この有機物を水素供与体として利用し、脱窒作用を発揮する。つまり、第６の発明によれば、返送汚泥が、処理原水が流入する無酸素槽の入口領域に投入され、かつ、その入口領域で攪拌されることになるので、返送汚泥中の微生物が、有機物を吸着保持し易い環境を意図的に作ることができ、脱窒性の向上が期待できる。

第７に係る発明の汚水処理設備では、原水の性状や流入原水の量が変動し、含有する有機物量が増加した場合等に、無酸素槽の一部を無酸素状態から好気状態に変更できるため、有機物の増加に容易に対応することができる。また、この汚水処理設備では、出口領域を区画して好気状態にするものであるため、他の無酸素状態の領域に与える影響が少ない。

この点、第８の発明に係る汚水処理設備では、嫌気槽内の流れを原水流入口側から処理原水流出口側へ向けた押し出し流れとしたことにより、嫌気槽内における上澄水中のリン濃度を上流側で薄く、下流側で濃く（微生物中のリン濃度はその逆となる）することができる。つまり、嫌気槽内での押し出し流れの形成により、主としてリン放出後の微生物の無酸素槽への流出を促進させることができるようになる。このため、嫌気槽内でのリン放出効率を高めることができ、結果的に好気槽でのリン除去効率を向上させることができる。

標準活性汚泥法では、生物処理のための原水滞留時間は、通常、８時間程度であるのに対し、従来のＡ２Ｏ法では１６時間程度必要である。従って、同じ水量を処理する場合、Ａ２Ｏ法では標準活性汚泥法の２倍の反応槽容量が必要になり、逆に同じ反応槽容量の場合、Ａ２Ｏ法の処理水量は標準活性汚泥法の半分に減少する。つまり、標準活性汚泥法を採用した汚水処理施設をＡ２Ｏ法に改造する場合、施設の大幅な改築工事、または、汚水処理計画の大幅な変更が必要であった。また、本発明者は、最初沈殿池において有機物を必要以上に除去してしまうと、次工程における生物処理効率を低下させる可能性を見出し
た。そこで、第９の発明の汚水処理設備では、既設の最初沈殿池を嫌気槽として利用することにより、処理対象原水の性状に応じた新たな汚水処理設備を構築した。こうすることで、コスト面や設備稼働の復旧にかかる時間的な面での不利を抑制しながら、処理効率を上げることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る汚水処理システム（汚水処理設備）の概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る汚水処理システム（汚水処理設備）の概略構成図である。 同第２の実施形態に係る汚水処理システムの嫌気槽および無酸素槽を模式的に示す概略側断面図である。 前記嫌気槽における押し出し流れについての説明図である。 逆流規制部を例示する嫌気槽の概略平面図である。 ＡＯシステムを本発明の第３の実施の形態に係る汚水処理システム（汚水処理設備）に改造する場合の両システムの構成比較図である。

以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る汚水処理システム（汚水処理設備）を説明するための概略構成図である。

この第１の実施形態の汚水処理システム（以下、第１システムと称する）は、第１の実施形態の汚水処理方法を実施するためのもので、その基本構成は、最初沈殿池１、最初沈殿池１から流出する原水を受け入れる嫌気槽２、嫌気槽２から流出する処理原水が流入する無酸素槽３、無酸素槽３から流出する処理原水が流入する好気槽４、好気槽４から流出する処理原水が流入する最終沈殿池５、最終沈殿池５内に堆積する汚泥を無酸素槽３に返送する汚泥返送ライン６、無酸素槽３から嫌気槽２へ汚泥を返送する汚泥循環ライン８、最終沈殿池５から余剰汚泥を排出する余剰汚泥排出ライン９からなる。

汚泥循環ライン８には、無酸素槽３内の汚泥を引き抜いて嫌気槽２へ移送するための駆動ポンプ８１が備わり、汚泥返送ライン６には、最終沈殿池５内の池底に堆積する汚泥を無酸素槽３に送り込むための駆動ポンプ６１が備わっている。なお、最終沈殿池５が、請求の範囲に記載の「沈殿槽」に相当する。

この第１システムを利用した汚水処理方法では、流入原水を、まず、最初沈殿池１に流入させる。この最初沈殿池１で、比較的粒径の大なる塵芥や有機物等を沈降堆積させ、生汚泥として排出する。最初沈殿池１で有機物等の一部を沈降除去することにより、次工程での生物処理負荷を軽減する。

次に、最初沈殿池１から流出する上澄液（原水）を、嫌気槽２、無酸素槽３、好気槽４、最終沈殿池５の順番に流動させ、最終沈殿池５に堆積する汚泥を無酸素槽３に返送すると共に、無酸素槽３中の汚泥の一部を嫌気槽２に返送して嫌気槽２と無酸素槽３間で循環させることにより、原水中の有機物、窒素およびリンを、生物学的に同時除去する。この生物学的なリンと窒素の同時除去のメカニズムを、リン除去作用と窒素除去作用に分けて説明する。

（リン除去作用について）
最初沈殿池１から流出する上澄液（原水）は、嫌気槽２に流入し、無酸素槽３からの循
環汚泥と混ぜ合わされる。この原水に含まれる有機物は、嫌気槽２内で微生物のリン放出に利用される。具体的には、無酸素槽３から送り込まれる循環汚泥中の微生物の細胞中には、ポリリン酸が蓄積している。嫌気状態では、細胞中のポリリン酸は加水分解されて、正リン酸として原水中に放出され、原水中の有機物は細胞内に摂取される。このとき、リン酸の放出速度は、一般的に原水中の有機物濃度が高いほど大きい。また、原水中に硝酸、亜硝酸が多く含まれていると、一般的にリン放出効率を低下させると推察されている。

リンを含有する原水は、嫌気槽２から無酸素槽３、無酸素槽３から好気槽４へと順次流れる。好気槽４において微生物は、嫌気状態で放出した正リン酸の量以上の正リン酸を原水から摂取し、ポリリン酸として再合成する。このポリリン酸を蓄積した微生物が、次工程の最終沈殿池５で沈降堆積した汚泥と共に、無酸素槽３へ返送され、更に、嫌気槽８へと循環される。以上の嫌気−好気作用を繰り返すことで、活性汚泥中（微生物中）のリン含有量が増大し、最終的に余剰汚泥として排出される。なお、前述のＤＰＢは、無酸素条件下で正リン酸の摂取を行う。以上がリン除去作用である。

（窒素除去作用について）
無酸素槽３では、脱窒作用が行われる。具体的には、無酸素条件下で硝酸性窒素等が還元され、窒素ガスとなって大気に放出され除去される。なお、その際に必要とされる水素供与体には、原水中の有機物が利用される。以上が、窒素除去作用である。

この第１システムでは、嫌気槽２への微生物（汚泥）の供給は、無酸素槽３からの循環返送によって行われる。そのため、嫌気槽２における嫌気状態が不安定化し難くなる。また、無酸素槽３で硝酸性窒素等が還元され、窒素ガスとして除去された後の汚泥が嫌気槽２に循環返送される。そのため、循環汚泥中に、リン放出の阻害要因と推察される硝酸性窒素等の含有量が少ない。更に、この第１システムでは、嫌気−無酸素条件下で汚泥の一部が循環しており、通常のＡ２Ｏシステムでは困難なＤＰＢの安定育成が行われる。

また、第１システムでは、通常のＡ２Ｏシステムと比較し、嫌気槽２内の原水中に含まれるリン酸濃度も高くなると見込める。そのため、例えば、嫌気槽２内にリン回収を目的とした原水回収設備を付設し、回収原水にカルシウムやマグネシウム等（リン結晶化剤）を注入することで、リン酸カルシウムやリン酸マグネシウムアンモニウム（ＭＡＰ）を生成し、リンの回収を実施するというシステムを構築することも可能である。

図１中の符号３２は、嫌気槽２内のＯＲＰ値を測定するＯＲＰ計（嫌気槽内ＯＲＰ値検出手段）、符号３３は、無酸素槽３内のＯＲＰ値（酸化還元電位）を測定するＯＲＰ計
（無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段）、符号１００は、これらのＯＲＰ計３２、３３からの検出値を取り込んで、駆動ポンプ６１、８１を制御する制御装置である。なお、この制御装置１００は、内部処理機能部を模式的に示すものであり、嫌気槽２内のＯＲＰ計３２の信号に基づいて汚泥循環ライン８の駆動ポンプ８１を制御する制御部１０１と、無酸素槽３内のＯＲＰ計３３の信号に基づいて汚泥返送ライン６の駆動ポンプ６１を制御する制御部１０２とを持ち、前者の制御部１０１が循環汚泥量制御手段に相当し、後者の制御部１０２が返送汚泥量制御手段に相当する。

嫌気状態を維持するためには、嫌気槽２内のＯＲＰ値を、−５００ｍＶ〜−２５０ｍＶの範囲（以下、絶対嫌気範囲と称する）にする必要がある。−２５０ｍＶ以上になると、リン放出が不安定化し、−５００ｍＶ以下になると、処理原水が、無酸素槽３や好気槽４へ流出した際、各槽でのＯＲＰ値の低下を招き、不具合を生ずるからである。

嫌気槽２内のＯＲＰ値は、原水の性状（流入水質）、流入量や循環汚泥の流入量に依存する。従って、第１システムでは、嫌気槽２内のＯＲＰ値をＯＲＰ計３２によって検出し
、検出したＯＲＰ値に応じて、制御装置１００が次のように制御を行う。例えば、検出したＯＲＰ値が、絶対嫌気範囲より低い場合には、駆動ポンプ８１による循環汚泥の移送量を増やし、絶対嫌気範囲より高い場合には、駆動ポンプ８１による循環汚泥の移送量を減らすか、完全に移送を停止する。これにより、嫌気槽２内のＯＲＰ値を制御する。

ちなみに、本第１システムでは、無酸素槽３中の汚泥が嫌気槽２に送り込まれるため、返送される汚泥中に溶存酸素は含まれない。そのため、嫌気槽２内のＯＲＰ値の変動幅は、従来のＡ２Ｏ法のシステムに比較して小さく、そのことから上記の制御が成り立つ。

また、無酸素槽３内のＯＲＰ値（酸化還元電位）については、少なくともマイナス状態（一般には、−５０ｍＶ以下）に保っておく必要がある。しかし、最終沈殿池５からの返送汚泥中には溶存酸素が含まれているため、返送汚泥の状態によっては、無酸素槽３内がプラスに転じる可能性がある。一方、無酸素槽３内の微生物の補充、および、硝酸性窒素等（脱窒作用を奏するため）の補充は、汚泥返送ライン６によって返送される汚泥によって行われる。したがって、第１システムの如く、無酸素槽３内のＯＲＰ値を直接測定し、この測定値に基づいて返送汚泥量の制御を行うことにより、システム全体の安定を図ることができる。

また、この第１システムでは、最終沈殿池５からの返送汚泥を、無酸素槽３の上流側（好ましくは、処理原水流入口近傍）に返送し、かつ、無酸素槽３の下流側（好ましくは、処理原水流出口近傍）から引き抜いた汚泥を、循環汚泥として嫌気槽２に返送する。

そのため、無酸素槽３内で十分に脱窒され、硝酸性窒素等が除去された後の汚泥が嫌気槽２に送り込まれるため、嫌気槽２内における硝酸性窒素等の悪影響（リン放出効率の低下）を一層低減できる。

＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態について説明する。
図２は、第２の実施形態に係る汚水処理システム（汚水処理設備）を説明するための概略構成図である。この第２の実施形態の汚水処理システム（以下、第２システムと称する）の基本構成は、第１システムに、好気槽４から無酸素槽３へ硝化液を返送する硝化液返送ライン７を付加したものである。硝化液返送ライン７には、硝化液の移送を行う駆動ポンプ７１が備わっている。

このように硝化液返送ライン７を設けることにより、最終沈殿池５からの返送汚泥の量が限られることによって無酸素槽３での脱窒効率が低下する場合にも、無酸素槽３に硝化液（硝酸性窒素等を含んだ硝化汚泥）の補充を行うことができるので、適切な対応を採ることが可能となる。

この第２システムでは、制御装置１００Ｂ中に模式的に示す制御部１０２Ｂが、無酸素槽３内のＯＲＰ計３３で検出されたＯＲＰ値に基づき、駆動ポンプ７１や駆動ポンプ６１を制御し、硝化液の返送量と汚泥返送ライン６における返送汚泥量とを複合的に制御する。汚泥循環ライン８の制御については、第１システムと同様である。

仮に、原水（ＳＳが含まれていないと仮定）の流入量をＡ（ｍ３／日）、嫌気槽２、無酸素槽３、好気槽４からなる生物処理槽内の汚泥濃度をＢ％、最終沈殿池５からの返送汚泥濃度をＣ％、返送汚泥量をＤ（ｍ３／日）とすると、以下の式（１）が成り立つ。
Ｃ＊Ｄ／（Ａ＋Ｄ）＝Ｂ ・・・・（１）

また、硝化液の返送量をＦ（ｍ３／日）とすると、理論上の窒素除去率をＥ（％）とす
ると、以下の式（２）、（３）が成り立つ。
Ｅ＝Ｒ／（１＋Ｒ） ・・・・（２）
Ｒ＝（Ｄ＋Ｆ）／Ａ ・・・・（３）

そこで、第２システムでは、以上の要素を複合的に加味しながら制御する。例えば、窒素除去率を高めるためには、式（２）、（３）からＤを高める必要がある。一方、生物処理槽内の汚泥濃度は一定に保ち、安定させる必要があるため、Ｄの返送汚泥量には限界がある。この場合、Ａに対するＤの比を一定にして、Ｆを増やして調節する。

なお、硝化液の返送量と返送汚泥量との複合的な制御ではなく、硝化液の返送量の制御、もしくは返送汚泥量の制御を、無酸素槽３内で計測されたＯＲＰ値に基づき、それぞれ独立して行うこともできる。

第２システムにおける無酸素槽３は、図３に示す如く、入口領域Ｒ１と中間領域Ｒ２と出口領域Ｒ３の３つの領域に区画されている。そして、嫌気槽２からの処理原水が流入する入口領域Ｒ１に、汚泥返送ライン６の投入口（無酸素槽３への連絡口）が連絡している。また、硝化液返送ライン６の投入口（無酸素槽３への連絡口）は、中間領域Ｒ２に連絡している。なお、入口領域Ｒ１、中間領域Ｒ２、出口領域Ｒ３の底にはそれぞれ、第１攪拌手段４１、第２攪拌手段４２、第３攪拌手段４３が備え付けられている。第１攪拌手段４１は、他の第２、第３攪拌手段４２、４３に比較して、同程度以上の強い攪拌を行っている。

したがって、第２システムでは、無酸素槽３の入口領域Ｒ１に、汚泥返送ライン６からの返送汚泥が投入され、かつ、槽内が攪拌されている。このように、原水と返送汚泥（微生物）とが、他の領域から区画された同一領域（入口領域Ｒ１）に投入され、かつ、攪拌混合されると、返送汚泥中の微生物は、原水中の有機物を利用し、汚泥中の硝酸性窒素等を脱窒する。一方、この微生物は、原水中の有機物を吸着保持し、この保持状態のまま中間領域Ｒ２に流出する。この中間領域Ｒ２には、硝化液が硝化液返送ライン７によって投入されている。そのため、流出した微生物は、自身が、吸着保持する有機物を効果的に利用して、硝化液中の硝酸性窒素等を脱窒する。

無酸素槽３内の処理原水が好気槽４へ向けて流出する出口領域Ｒ３には、散気用ブロア（好気手段）４５が設けられている。なお、第３攪拌手段４３に散気装置を組み込んだり、空気の供給を制御し得る曝気攪拌装置に置き換えて、好気手段とすることもできる。

散気用ブロア４５は、常時曝気しているわけではなく、処理の状況に応じて曝気し、出口領域Ｒ３を無酸素状態から好気状態に変更させる。以下、具体的に説明する。

散気用ブロア３２は、通常時は停止しており、出口領域Ｒ３は無酸素状態にある。しかし、例えば、嫌気槽２や無酸素槽３内のＯＲＰ計３２、３３に基づいて原水中の有機物が突発的に増加したと判断できる場合や、降雨時等に処理原水の流入量が急激に増えた場合には、好気槽４のみで有機物を除去することが困難な場合が生じる。このような場合、一時的に、散気用ブロア３２を駆動し、出口領域Ｒ３を好気状態に変更する。それにより、有機物の除去やその他の処理性を安定した状態で実施できる。

なお、第２システムでは、無酸素槽３の出口領域Ｒ３を他の領域と区画しているため、一時的に出口領域Ｒ３を好気状態に変更しても、他の領域に与える影響が少ない。

続いて、嫌気槽２の原水流入口２ａから処理原水流出口２ｂに向けて押し出し流れを生じさせる汚水処理方法、および、この押し出し流れを効率的に生じさせる逆流規制部２３
について説明する。

押し出し流れ（プラグフロー）とは、原水流入口２ａから嫌気槽２内に流入する原水が、処理原水流出口２ｂの方向（前方）に向けて原水を押し出し、最終的に処理原水流出口２ｂ付近の原水を処理原水として無酸素槽３へ送り出す流れを意味する。

この押し出し流れについて、図４を参照して説明する。なお、図４は、嫌気槽２における上澄水中のリン濃度分布を示す模式図であり、（ａ）は嫌気槽２内における測定点の位置を示す図、（ｂ）は押し出し流れにおいて（ａ）に対応した各測定点における上澄水中のリン濃度分布を示す図、（ｃ）は完全混合において（ａ）に対応した各測定点における上澄水中のリン濃度分布を示す図である。また、（ｂ）、（ｃ）の一点鎖線は理想的な濃度分布状態を示しており、実線は実測した場合を想定した濃度分布状態を示している。

図４（ｃ）によれば、完全混合における上澄水中のリン濃度は、原水流入口２ａ側から原水流出口２ｂ側に向けて略均等に分布する。一方、押し出し流れにおける上澄水中のリン濃度は、原水流入口２ａ側で低くなり、原水流出口２ｂ側で高くなる。また、押し出し流れでのリン濃度は、原水流入口２ａ側から原水流出口２ｂ側に向けて概略、上昇勾配を持つ分布となる。

ここで、完全混合か、押し出し流れかを判断する方法について説明する。本方法では、流入口近傍と流出口近傍、および、流入口と流出口とを結ぶ流路途中の複数箇所において、それぞれリン濃度を測定する。そしてこの測定結果が、
（１）「流入口近傍のリン濃度が流出口近傍のリン濃度に比較して低い」（２）「嫌気槽２内における下流側のリン濃度が上流側のリン濃度に比較して上昇傾向にある」という
条件を全て満たす場合に、押し出し流れであると判断する。

以上の判断手法を具体的に説明する。図４中のＡは流入口近傍の測定点、Ｂは流出口近傍の測定点であり、Ｃ１〜Ｃ３は、流れ方向に平行な同一線上に複数ある任意の測定点であるとする。なお、測定点Ｃの添字は、若い番号の方が上流側とする。また、各測定点（Ａ，Ｂ，Ｃ１〜Ｃ３）の間隔は１ｍ以上とする。

押し出し流れと判断する場合、まず、Ａのリン濃度が、Ｂのリン濃度に比較して低い必要がある〔（１）の条件〕。さらに、Ｃ１〜Ｃ３、およびＢの各測定点での実測値と上流側直近の測定点での実測値を比較する。つまり、Ｃ１に対してはＡ、Ｃ２に対してはＣ１、Ｃ３に対してはＣ２、Ｂに対してはＣ３のリン濃度の実測値をそれぞれ比較する。ここで、各測定点での実測値（リン濃度）が、上流側直近の測定点の実測値（リン濃度）よりも高くなる場合を「正」とし、低くなる場合を「負」とする。そして、この「正」の数が、「負」の数を上回れば、前述の「上昇傾向」にあると判断する〔（２）の条件〕。以上、（１）、（２）の条件を全て満足する場合には押し出し流れと判断する。

以上の如く、押し出し流れを形成した場合、嫌気槽２内における上澄水中のリン濃度は、原水流入口２ａ側（上流側）で低く、処理原水流出口２ｂ側（下流側）で高くなる（微生物中のリン濃度はその逆となる）。そのため、押し出し流れにより、主としてリン放
出後の微生物等が無酸素槽３へ流出することになり、リン放出効率の低下を軽減できる（図４参照）。なお、前述の押し出し流れの判断方法は、上澄液中のリン濃度の測定のみではなく、前記微生物中（沈降汚泥中）のリン濃度を測定することによって行うこともできる。この場合には、前述の方法とは逆となり、上流側の微生物中のリン濃度が、下流側の微生物中のリン濃度よりも上昇傾向にある場合に、押し出し流れと判断する。

押し出し流れは、嫌気槽２内の流速、流路幅等、いくつかの要因によって形成されるが
、この第２システムでは、押し出し流れを効率良く生じさせるために、逆流規制部２３を設けている。この逆流規制部２３について詳述する。

第２システムにおける嫌気槽２は、側面が水平方向に長い直方体形状をなし、一方の端面側から原水が流入し、他方の端面側から処理原水が無酸素槽３へ流出する。つまり、一方の端面に原水流入口２ａがあり、他方の端面に処理原水流出口２ｂがある。逆流規制部２３，２３・・は、原水流入口２ａから処理原水流出口２ｂに向けて、嫌気槽２内を複
数の部屋に区画する複数の仕切板を立設してなり、仕切板の上方を原水が流動することができるようになっている。この仕切板の作用により逆流が規制され、入ってきた流入原水の量だけ、処理原水が流出口２ｂから無酸素槽３へ向けて流出する。そのため、嫌気槽２内には、押し出し流れ（プラグフロー）が生じる。

図５（ａ）、（ｂ）は、逆流規制部の各形態例を示す嫌気槽の概略平面図である。図５に示す逆流規制部２３は、原水流入口２ａから処理原水流出口２ｂに向けて嫌気槽２中に形成された水路であり、一又は複数の方向に屈曲変化する水路であることを特徴とする。このような水路であれば、屈曲箇所にて逆流が規制されるからである。ちなみに、図５（ａ）の逆流規制部２３，２３・・は、嫌気槽２の両側面から交互に突き出た仕切板２３ａからなり、これらの仕切板２３ａで前記水路が画成されている。また、図５（ｂ）の逆流規制部２３，２３・・は、嫌気槽２の前後の両端面から、対向する端面に向けて突き出た複数の仕切板２３ｂからなり、これら仕切板２３ｂの隙間が前記水路となっている。

続いて、図３に基づき、嫌気槽２内の処理原水流出口２ｂ側から汚泥を引き抜き、この汚泥を原水流入口２ａ側に吐出する嫌気槽内汚泥循環ライン２５について説明する。嫌気槽内汚泥循環ライン２５は、処理原水流出口２ｂ付近の底部と原水流入口２ａ付近の底
部とを連絡する配管２５ｂと、配管を介して汚泥を移送する循環ポンプ２５ａからなる。嫌気槽内汚泥循環ライン２５を設けると、嫌気槽３内で汚泥が循環し、嫌気槽２内での汚泥滞留時間が増加する。その結果、有機物の加水分解、酸発酵（可溶化）が進み、生成した生物易分解性有機物によってリン放出が促進される。

また、処理原水流出口２ｂ側の汚泥は、原水流入口２ａ側の汚泥に比較してＯＲＰ値が低い。一方、原水の流入によって原水流入口２ａ側のＯＲＰ値は上昇し易い。そのため、前記汚泥の循環により、原水流入口２ａ側のＯＲＰ値を安定させることができ、更に、処理原水流出口２ｂ側の高ＢＯＤの汚泥循環により、原水流入口２ａ側でのリン放出が促進される。

図３中の符号２６で示すものは攪拌機２６である。この攪拌機２６は、従来のＡ２Ｏ法における完全混合を目的とするものではなく、基本的に、嫌気槽２の底部で汚泥の沈降堆積の抑止および嫌気状態の保持の作用を果たすものである。図示例のシステムでは、逆流規制部２３，２３，・・で区画された各部屋毎に攪拌機２６が設けられている。

この攪拌機２６は次のように運転を制御する。まず、通常の汚水処理時においては、嫌気槽２の底部を攪拌し、汚泥の沈降を抑止する。しかし、流入原水の量が所定量を超えた場合、具体的には、雨が降って大量の原水が流入してきた場合等には、攪拌を停止する。このような状況下では、前記の押し出し流れの形成が困難であり、攪拌を続けると、従来の完全混合状態と同様の問題が生じる恐れがあるからである。この場合、嫌気槽２内の攪拌を停止することで、リン除去微生物の意図的な沈降状態を作ることができ、フラッシュアウトの防止が可能となって、降雨後の復旧が早くできるからである。

ちなみに、「流入原水の量が所定量を超えた場合」の「所定量」とは、例えば第２システムの処理能力、雨水、その他の流入原水の性状に応じ、適宜に設定できる値を意味する
。なお、この第２システムも、第１システムと同様、最終沈殿池５からの返送汚泥を、無酸素槽３の上流側（好ましくは、処理原水流入口近傍）に返送し、かつ、無酸素槽３の下流側（好ましくは、処理原水流出口近傍）から引き抜いた汚泥を、循環汚泥として嫌気槽２に返送する。また、この第２システムでは、硝化液返送ライン７において、好気槽４の下流側（好ましくは、処理原水流出口近傍）から硝化液を引き抜き、無酸素槽３の上流側（好ましくは、処理原水流入口近傍）に返送する。

そのため、無酸素槽３内で十分に脱窒され、硝酸性窒素等が除去された後の汚泥が嫌気槽２に送り込まれるため、嫌気槽２内における硝酸性窒素等の悪影響（リン放出効率の低下）を一層低減できる。

また、この第２システムでは、無酸素槽３の下流側（好ましくは、処理原水流出口近傍）から引き抜いた循環汚泥を嫌気槽２の上流側（好ましくは、原水流入口近傍）に返送する。循環汚泥中の微生物は、嫌気槽２内でリンを放出するが、このリン放出効率を高めるには、極力、リン放出後の微生物を、無酸素槽３へ流出させる方が良い。第２システムの場合、押し出し流れを形成するため、循環汚泥を嫌気槽２の上流側（好ましくは、原水流入口近傍）に返送する事により、リン未放出の微生物が流出するのを軽減する。

なお、第２システムは、循環汚泥返送ライン８の吸い込み口側が、二系統に分かれ、一方が中間領域Ｒ２、他方が出口領域Ｒ３に連絡し、また、この分岐経路には、それぞれ開閉弁が設置されている。循環汚泥返送ライン８の吸い込み口側は、できるだけ下流側（処理原水流出口に近い側）にある方が好ましい。そのため、通常の処理状態においては、出口領域Ｒ３に連絡する吸い込み口が開いている。しかし、第２システムは、第１システムと異なり、処理状況に応じて出口領域Ｒ３が一時的に好気化する場合がある。このような場合、循環汚泥中の溶存酸素が増加するという不具合を防止する必要が生じるため、出口領域Ｒ３に連絡する吸い込み口を閉じ、中間領域Ｒ２に連絡する吸い込み口を開く。

＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態の汚水処理システム（汚水処理設備）について説明する。この第３の実施形態の汚水処理システム（以下、第３システムと称する）は、ＡＯ法（嫌気好気活性汚泥法）を実施していた汚水処理システム（ＡＯシステム）を改造することで、本発明の汚水処理設備（第３システム）を構築した例である。

図６は、ＡＯシステムを第３システムに改造する場合の両システムの構成比較図である。この第３システムは、第１システムのように最初沈殿池１（図１参照）を持たない。第３システムは、嫌気槽２を新設する場合はもちろん、既設の最初沈殿池１を嫌気槽２に置き換えて構築することもできる。

ＡＯシステムは、図６の（ａ）の如く、最初沈殿池２０１、嫌気槽２０２、好気槽２０３、最終沈殿池２０４という要素からなる。ＡＯシステムを備えた既設の水処理施設（下水処理場、産業廃水処理場等）で、例えば、原水中の有機物濃度が低く、リン除去効率が悪いといった不具合を生ずる場合がある。また、敷地面積が限られているが、この敷地内で窒素除去も含めた高度処理を行う必要が生ずる場合もある。このような具体的事案が生じた場合に、第３システムは好適である。第３システムによれば、ＡＯシステムにおける最初沈殿池２０１を嫌気槽２に置き換えるという簡単な改造で、上記問題を解消できるからである。

図示例では、そのほかに、ＡＯシステムにおける嫌気槽２０２を無酸素槽３に置き換え、汚泥循環ライン、硝化液循環ライン７を付加している。その他の構成については、既存設備をそのまま使用している。

なお、既設の水処理施設から第３システムへの改造は、図６に示すものに限定されず、最初沈殿池を備えたＡ２Ｏシステム、最初沈殿池−無酸素槽−好気槽−最終沈殿池からなる循環式硝化脱窒システム、最初沈殿池−好気槽−無酸素槽−好気槽−最終沈殿池からなる硝化内生脱窒システム等、種々のシステムからの改造が可能である。このような改造ができれば、コスト面のみならず、設備稼働の復旧にかかる時間的な面からも大変有効であり、原水処理性の向上のみならず、設備導入の際の効率等を飛躍的に向上できる。

以上、第１〜第３システムについて説明した。本発明では、以上の各システムに係る好気槽４にのみ、又は無酸素槽３と好気槽４に、生物担体を投入したシステムとすることもできる。生物担体の投入により、好気槽４内の汚泥滞留時間が延び、硝化効率が増すからである。

なお、第１システム〜第３システムで説明した各要素を適宜組み合わせる事も可能である。例えば、第２システムで説明した押し出し流れを、第１システムや第３システムに適用する事も可能である。この場合、第１システムや第３システムの嫌気槽２内に、逆流規制部２２（図３、５参照）を設ける事もできる。さらに、第１システムや第３システムの汚泥循環ライン８において、汚泥の吸い込み口を、無酸素槽３の下流側（好ましくは、処理原水流出口近傍）に配置し、吐出口を嫌気槽２の上流側（好ましくは、原水流入口近傍）に設ける事もできる。

本発明は、生物学的に有機物、窒素およびリンを同時除去する汚水処理設備等に利用することができる。

１ 最初沈殿池
２ 嫌気槽
３ 無酸素槽
４ 好気槽
５ 最終沈殿池（沈殿槽）
６ 汚泥返送ライン
７ 硝化液返送ライン
８ 汚泥循環ライン
２３ 逆流規制部
２６ 攪拌機
２５ 嫌気槽内汚泥循環ライン
３２，３３ ＯＲＰ計
４１ 第１攪拌手段
４２ 第２攪拌手段
４３ 第３攪拌手段
４５ 散気用ブロア（好気手段）
６１ 駆動ポンプ
７１ 駆動ポンプ
８１ 駆動ポンプ
１００，１００Ｂ 制御装置（制御手段、汚泥循環量制御手段、返送汚泥量制御手段）
Ｒ１ 入口領域Ｒ３ 出口領域

Claims (9)

1. 処理すべき原水が流入する嫌気槽と、この嫌気槽から流出する処理原水が流入する無酸素槽と、この無酸素槽から流出する処理原水が流入する好気槽と、この好気槽から流出する処理原水が流入する沈殿槽と、この沈殿槽内に堆積する汚泥を前記無酸素槽に返送する汚泥返送ラインと、前記無酸素槽から前記嫌気槽への汚泥の一部を返送する汚泥循環ラインとを備えた汚水処理設備であって、
   前記嫌気槽内の処理原水流出口側から汚泥を引き抜き、この汚泥を前記嫌気槽内の原水流入口側に流入させる嫌気槽内汚泥循環ラインを設けたことを特徴とする汚水処理設備。
2. 請求項１に記載の汚水処理設備であって、
   前記嫌気槽内のＯＲＰ値を検出するための嫌気槽内ＯＲＰ値検出手段を設けると共に、この嫌気槽内ＯＲＰ値検出手段によって検出されたＯＲＰ値に基づいて前記汚泥循環ラインにおける循環汚泥量を制御する循環汚泥量制御手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備。
3. 請求項１または２に記載の汚水処理設備であって、
   前記無酸素槽内のＯＲＰ値を検出するための無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段を設けると共に、この無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段によって検出されたＯＲＰ値に基づいて前記汚泥返送ラインにおける返送汚泥量を制御する返送汚泥量制御手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の汚水処理設備であって、
   前記好気槽から前記無酸素槽へ硝化液を返送する硝化液返送ラインを設けたことを特徴とする汚水処理設備。
5. 請求項１または２に記載の汚水処理設備であって、
   前記好気槽から前記無酸素槽へ硝化液を返送する硝化液返送ラインを設けると共に、前記無酸素槽内のＯＲＰ値を検出するための無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段を設け、更に、この無酸素槽内ＯＲＰ値検出手段によって検出されたＯＲＰ値に基づいて、前記硝化液返送ラインにおける硝化液の返送量の単独制御、もしくは、前記硝化液返送ラインにおける硝化液の返送量および前記汚泥返送ラインにおける返送汚泥量の複合制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の汚水処理設備であって、
   前記無酸素槽を、処理原水が流入する入口領域と他の領域とに区画し、前記汚泥返送ラインからの返送汚泥を、この入口領域内に投入するとともに、この入口領域内に、攪拌手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備。
7. 請求項６に記載の汚水処理設備であって、
   前記他の領域を複数の領域に区画し、これら複数の領域のうち処理原水が前記好気槽へ向けて流出する出口領域に、この出口領域を無酸素状態から好気状態に変更させる好気手段を設けたことを特徴とする汚水処理設備。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の汚水処理設備であって、
   前記嫌気槽内の原水流入口から処理原水流出口に向けて押し出し流れを生じさせる逆流規制部を設けたことを特徴とする汚水処理設備。
9. 水処理施設における既設の最初沈殿池を前記嫌気槽として利用したことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の汚水処理設備。

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