JP2002001379A

JP2002001379A - 汚水処理装置及び方法

Info

Publication number: JP2002001379A
Application number: JP2000193303A
Authority: JP
Inventors: Shoko Motomura; 勝公元村; Taro Mizuguchi; 太郎水口; Eiji Sato; 英二佐藤; Susumu Sato; 佐藤　　進
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-01-08

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の散気管や空気配管を省略できると共
に、活性汚泥の沈降を防止しつつ汚水と活性汚泥との混
合液中のＤＯ濃度を所望の値に調節できる汚水処理装置
を提供する。【解決手段】本発明による汚水処理装置としての反応
槽１００は、汚水を活性汚泥で生物処理するものであっ
て、汚水と活性汚泥との混合液Ｗが流上する流路８ｕ
（上昇流路）及びこの流路８ｕと連通し混合液Ｗが流下
する流路８ｄ（下降流路）から成る循環水路８が形成さ
れた水槽３と、流路８ｕにおける混合液Ｗの気液界面付
近に配置され、混合液Ｗを揚水すると共に気液接触させ
て混合液Ｗへの酸素供給を行い、且つ、気液接触した混
合液Ｗを流路８ｄへ流入させる攪拌曝気機としての縦軸
型エアレータ１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、汚水処理装置及び
方法に関し、詳しくは、汚水を活性汚泥で生物処理する
汚水処理装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】汚水の生物処理方法として、活性汚泥に
よる循環脱窒法が広く行われている。このような汚水方
法で使用される従来の装置としては、例えば、脱窒が行
われる嫌気槽とそれに隣設されて硝化が行われる好気槽
とを有し、両者の間で汚水及び活性汚泥の混合液が循環
される処理装置が挙げられる。また、このような処理装
置では、設置スペースの有効利用及び生物処理の効率化
等を図るため、各槽として深い水槽が用いられることが
多い。

【０００３】ここで、好気槽としては；（１）送風機に接続され槽内底部に設置された散気管を
有し、空気を微細気泡として槽内に散気することによ
り、混合液を攪拌しつつ酸素を溶解させるもの、（２）
空気配管に接続され槽内に設置された攪拌機を有し、混
合液の攪拌を行いながら空気を気泡として混合液に供給
して酸素を溶解させるもの、等が一般に使用されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
装置では、散気管や空気配管付き攪拌機へ送気するのに
消費電力が嵩む傾向にあり、運転コストの低減が求めら
れていた。また、本発明者らは、従来装置について検討
したところ、装置の機能上、以下のような問題点がある
ことを見出した。

【０００５】すなわち、好気性処理が行われた混合液
は、嫌気槽に送られて嫌気性処理に供されるため、液中
の溶存酸素（Dissolved Oxygen；以下「ＤＯ」という）
濃度として所定の低い値が要求される。ここで、生物処
理によって混合液中のＢＯＤ（Biochemical Oxygen Dem
and；以下「ＢＯＤ」という）負荷が低くなると、散気
管により攪拌・曝気を行う好気槽では、ＤＯの消費量が
減ずるため、混合液中のＤＯ濃度が不必要に高められて
しまう傾向にある。その結果、この混合液を嫌気槽に導
入しても嫌気性雰囲気が形成され難くなり、脱窒が有効
に行われずシステム全体の汚水処理に支障をきたす虞が
あった。

【０００６】一方、好気槽において混合液中のＤＯ濃度
を低下するべく曝気量を極端に絞ったり、いわゆる間欠
曝気によって曝気を停止したときに、混合液の攪拌が十
分に行われず、活性汚泥が沈降してしまうことがあっ
た。特に、槽深が大きい場合には、一旦沈降した活性汚
泥を再び良好な攪拌状態とすることは困難であった。ま
た、そうなると活性汚泥の活性を良好に維持できない虞
があった。

【０００７】そこで、本発明はこのような事情に鑑みて
なされたものであり、従来の散気管や空気配管を省略で
きると共に、活性汚泥の沈降を防止しつつ、汚水と活性
汚泥との混合液中のＤＯ濃度を所望の値に調節できる汚
水処理装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明による汚水処理装置は、汚水を活性汚泥で生
物処理するものであって、汚水と活性汚泥との混合液が
流上する上昇流路及びこの上昇流路と連通し混合液が流
下する下降流路から成る循環水路が形成された水槽と、
上昇流路における混合液の気液界面付近に配置され、こ
の混合液を揚水すると共に気液接触させて混合液への酸
素供給を行い、且つ、気液接触した混合液を下降流路へ
流入させる少なくとも一つの攪拌曝気機とを備えること
を特徴とする。

【０００９】このように構成された汚水処理装置におい
ては、攪拌曝気機が駆動されると、水槽における上昇流
路内の混合液が揚水されて増圧される。逆に、上昇流路
と連通する下降流路の混合液の液面は引圧によって低下
する。揚水された混合液の一部は、混合液外部の大気中
に放出されて空気と接触し、空気中の酸素が溶解する。
酸素が溶解した混合液は下降流路へ流入される。こうし
て、上昇流と下降流とから成る上下循環流が水槽内に形
成される。これにより、混合液の曝気及び循環水路内上
下の攪拌が十分に行われる。

【００１０】ここで、上昇流路及び下降流路から成る循
環水路は、例えば円筒状又は角筒状を成す水槽の内壁に
側端部が結合された区画壁、又は、水槽内部に配置され
た円筒状又は角筒状の筒状体から成る区画壁等によって
平易に形成することができる。この場合、区画壁の下端
が水槽の底壁から所定距離を隔てて配置されると、槽底
部に開口部が形成され、この開口部において上昇流路と
下降流路とが連通する循環水路が画成される。

【００１１】また、水槽形状、曝気攪拌機の出力（回転
数）、混合液の水位等を適宜選択することにより、循環
水路内の循環流量、酸素供給量ひいては混合液中のＤＯ
濃度等の調整が可能である。さらに、こうした調整によ
り、混合液のＢＯＤ負荷によっては、水槽内に好気部分
のみならず嫌気部分をも同時に生じせしめることも可能
である。

【００１２】ここで、攪拌曝気機が、上昇流路における
混合液の気液界面付近に配置されるインペラと、このイ
ンペラを回転させるための回転軸とを有する縦軸型エア
レータであると好ましい。

【００１３】この場合、回転軸を介してインペラを回転
駆動させると、上昇流路内の混合液がインペラのポンプ
作用により揚水され、螺旋状上昇流が生じ得る。揚水さ
れた混合液はインペラに沿って遠心方向に加速され、大
気中に吐出される。この混合液は空気と衝突接触し、下
降流路に流入する。この過程で空気中の酸素が効率よく
混合液に溶解すると共に、循環流が生起され、循環水路
内で十分な撹拌及び混合並びに曝気がなされる。

【００１４】さらに、循環水路に設けられた越流可動堰
と、循環水路内の混合液の水位が所定の値となるように
該越流可動堰を上下に移動させる水位制御手段とを更に
備えると好適である。このように構成すれば、水位制御
手段が越流可動堰を上昇又は下降させることにより、循
環水路内の混合液の水位を簡易に調節できる。

【００１５】混合液の水位を上昇させ、攪拌曝気機の浸
漬深さ（サブマージェンス）を深く又は水没させると、
揚水された混合液は、大気中へ殆ど吐出せずに上昇流路
から下降流路へ溢流する。よって、混合液への酸素の溶
解を抑制できる。また、混合液の水位を低下させ、攪拌
曝気機の浸漬深さを浅くして一部を液面から露出させる
と、液面付近での混合液と空気との接触が活発化する。
よって、混合液への酸素の溶解を促進できる。

【００１６】またさらに、縦軸型エアレータに接続され
ており、且つ、前記インペラの回転数を変化させること
が可能な回転数制御手段を更に備えても好適である。回
転数制御手段が縦軸型エアレータのインペラの回転数を
変化させると、循環水路内の混合液の流速を攪拌に適し
た速度に保持しつつ、混合液への酸素供給量を調節でき
る。

【００１７】さらにまた、上昇流路におけるインペラに
対向する位置に配置され、上昇流路の周縁部から内部に
向かって突出するように設けられた（突設された）揚水
促進手段を更に備えることが望ましい。こうすれば、イ
ンペラの回転によって生じる混合液の渦流、及び、イン
ペラの接線方向前方に向かう吐出流が揚水促進手段によ
って妨げられる。これにより、混合液の液面がより上昇
され、混合液が上昇流路から下降流路へ流入し易くな
る。このとき、上昇流路と下降流路とが区画壁で分画さ
れている場合には、区画壁の上端部における混合液が越
流する部位に切り欠きが設けられると、混合液がより流
入し易くなるので好ましい。

【００１８】より具体的には、上昇流路が、好ましくは
下記式（１）；Ｓ≦（Ｒ×２）²／ｎ …（１）、更に好ましくは下記式（２）；（Ｒ×１．１）²／ｎ≦Ｓ≦（Ｒ×１．５）²／ｎ …（２）、で表される関係を満たすように形成されていると有用で
ある。ここで、式中、Ｓは上昇流路の断面積を示し、Ｒ
はインペラの最大径を示し、ｎは縦軸型エアレータの設
置数（機数又は台数）を示す。このようにすれば、混合
液を十分に揚水でき、活性汚泥の沈降をより確実に防止
できる利点がある。

【００１９】加えて、本発明による汚水処理装置は、混
合液の嫌気性処理が行われる嫌気槽と、水槽における混
合液をその嫌気槽へ移送するための移送手段とを更に備
えると一層好ましい。上述の如く、水槽では、混合液へ
の酸素の溶解を抑制或いは促進したり、所望の酸素溶解
量が得られるように条件設定することにより、混合液中
のＤＯ濃度を調節できる。そこで、ＤＯ濃度を所望の低
い値とした混合液を移送手段によって嫌気槽へ移送する
ことにより、嫌気槽内に良好な嫌気性雰囲気を形成でき
る。

【００２０】また、本発明による汚水処理方法は、本発
明の汚水処理装置を用いて実施するのに有効な方法であ
る。すなわち、汚水を活性汚泥で生物処理する汚水処理
方法であって、汚水と活性汚泥との混合液を揚水し且つ
該混合液外部の空気と気液接触させてその混合液へ酸素
を供給し、混合液の上昇流及びこの上昇流と連続する下
降流を生じさせて混合液を循環及び攪拌する攪拌曝気工
程を備えることを特徴とする。

【００２１】ここで、攪拌曝気工程においては、上昇流
が流通する上昇流路における混合液の気液界面付近に配
置されるインペラと、このインペラを回転させるための
回転軸とを有する縦軸型エアレータを用い、必要に応じ
て、混合液の水位を調節し、及び／又は、インペラの回
転数を変化させることが好ましい。さらに、混合液の嫌
気性処理を行う嫌気性処理工程と、攪拌曝気工程から嫌
気性処理工程へ混合液を移送する移送工程とを更に備え
るとより好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明に
係る好適な実施形態について説明する。図１Ａは、本発
明による汚水処理装置の第１実施形態の構成を示す摸式
平面図（一部接続図）であり、図１Ｂは、図１Ａにおけ
るＢ−Ｂ断面図（一部接続図）である。また、図２は、
図１ＡにおけるII−II断面図（一部省略）である。

【００２３】反応槽１００は、汚水を活性汚泥で生物処
理する汚水処理装置であって、角筒状を成す水槽３の内
部に区画壁２を備えたものである。区画壁２は、水槽３
の矩形断面における中央部分に長手方向（上下方向）に
延在し、側端部が水槽３の内周壁に固定されている。ま
た、区画壁２の下端と水槽３の底壁とが所定の間隔を有
するように配置されており、槽底部に汚水と活性汚泥と
の混合液Ｗが自由に往来（流通）できる開口部３ａが形
成されている。このように設けられた区画壁２によって
水槽３の内部空間が実質的に二分割され、流路８ｕ（上
昇流路）と流路８ｄ（上昇流路）とから成りそれらが開
口部３ａで連通する循環水路８が画成されている。さら
に、図２に示すように、区画壁２の上端部には切欠部２
ａが形成されている。

【００２４】水槽３の流路８ｕにおける混合液Ｗの気液
界面付近には、区画壁２及び水槽３の周壁に近接して縦
軸型エアレータ１０（攪拌曝気機）が設けられている
（図１Ｂ参照）。この縦軸型エアレータ１０は、混合液
Ｗの気液接触を増大させて混合液への酸素供給を行うと
ともに循環水路８における混合液の循環を行うためのも
のであり、その概略構造を図３に示す。

【００２５】図３に示すように、縦軸型エアレータ１０
は、モータ１１、減速機１２、回転軸１３、及び、その
先端部に設けられたインペラ１４から構成されている。
減速機１２とモータ１１とは、架台上に配置されてい
る。インペラ１４は、回転軸１３、減速機１２を介して
モータ１１へと接続されており、減速機１２及び回転軸
１３がモータ１１の回転をインペラ１４に伝えてインペ
ラ１４を回転させる。インペラ１４の最大径（直径）Ｒ
は、通常１０００〜４０００ｍｍの範囲に設定される。

【００２６】また、図４及び５は、それぞれインペラ１
４の構成を示す斜視図及び平面図である。同図に示すよ
うに、インペラ１４は、等間隔に配設された８枚の攪拌
羽根１５と、中央の回転軸１３の周りに通水口１７を形
成するように各攪拌羽根１５，１５間に放射状に配設さ
れた８枚のコーン状を成すバッフル板１６とから構成さ
れる。

【００２７】ここで図１Ａ及びＢに戻り、流路８ｕの水
平断面積は、好ましくは下記式（１）；Ｓ≦（Ｒ×２）²／ｎ …（１）、より好ましくは下記式（２）；（Ｒ×１．１）²／ｎ≦Ｓ≦（Ｒ×１．５）²／ｎ …（２）、で表される関係を満たすようにされている。式中、Ｓは
流路８ｕの水平断面積を示し、Ｒは上述の如くインペラ
１４の最大径を示し、ｎは縦軸型エアレータ１０の設置
数（反応槽１００では、ｎは１である）を示す。また、
流路８ｄの水平断面積は流路８ｕと略同等にされてい
る。

【００２８】この流路８ｕの水平断面積Ｓが、式（１）
における上限値を超えると、混合液Ｗの十分な揚水が困
難となり、やがて混合液Ｗ中の活性汚泥が沈降し易くな
る傾向にある。また、水平断面積Ｓが式（２）における
下限値以上であれば、インペラ１４と水槽３の周壁との
干渉を確実に防ぐことができる。一方、水平断面積Ｓを
式（２）における上限値以下とすれば、混合液Ｗの循環
流量を増大させつつ、混合液Ｗの揚水効果を極めて十分
に高めることが可能となる。

【００２９】また、区画壁２には、縦軸型エアレータ１
０のインペラ１４に対向する位置に板状のフィン７（揚
水促進手段）が設置されている。このフィン７は、イン
ペラ１４と所定の間隔を有し、区画壁２における流路８
ｕ側の側壁面つまり流路８ｕの周縁部から中心部に向か
って突設されている。さらに、水槽３における流路８ｄ
側の周壁上端部には、越流堰３ｂが形成されており、モ
ータ４２により上下動される越流ゲート４がその越流堰
３ｂの外部に接するように設けられている。このよう
に、越流堰３ｂ及び越流ゲート４から越流可動堰が構成
されている。

【００３０】またさらに、水槽３内には、共に制御ユニ
ット部４５，６５に接続された水位計５及びＤＯ濃度計
６が、それぞれ気液界面付近及び底部近傍に設置されて
いる。制御ユニット部４５は、駆動回路系４６を介して
越流ゲート４を上下駆動するモータ４２に接続されてい
る。一方、制御ユニット部６５は、駆動回路系６６を介
して縦軸型エアレータ１０のモータ４２に接続されてい
る。このように、制御ユニット部４５及び駆動回路系４
６から水位制御手段が構成され、制御ユニット部６５及
び駆動回路系６６から回転数制御手段が構成されてい
る。

【００３１】このように構成された反応槽１００におい
ては、水槽３に混合液Ｗが供給され、所定の水位、例え
ば、図３に示す如くインペラ１４の一部が気液界面から
露出する液位Ｓ₀とされる。縦軸型エアレータ１０のモ
ータ１１を作動させて、減速機１２、回転軸１３を介し
てインペラ１４が図４における矢印方向（時計方向）に
回転駆動されると、流路８ｕ内の混合液Ｗは、インペラ
１４によるポンプ作用により揚水されて増圧され、流路
８ｕにおける液位が当初の液位Ｓ₀よりも上昇する。逆
に、流路８ｕと連通する流路８ｄの混合液Ｗの液位は引
圧によって当初の液位Ｓ₀よりも低下する。

【００３２】揚水された混合液Ｗの一部は通水口１７
（図５参照）を通り抜けてバッフル板１６の上部分のブ
レード状を成す撹拌羽根１５ａにより遠心方向に加速さ
れ、インペラ１４の接線方向に向けて大気中に吐出され
る。また、揚水された混合液Ｗの他の部分は、バッフル
板１６下面に沿って流動されながらバッフル板１６の下
部分の撹拌羽根１５ｂにより遠心方向に加速され、イン
ペラ１４の接線方向に向けて大気中に吐出される。

【００３３】大気中に吐出された混合液Ｗは空気と衝突
接触し、この過程で空気中の酸素が効率よく混合液Ｗに
溶解する。その混合液Ｗのうち主として区画壁２の切欠
部２ａに向かって吐出された混合液Ｗの一部は、区画壁
２を越流して流路８ｄに流入する。このとき、インペラ
１４の回転によって生じる混合液Ｗの渦流、及び、イン
ペラ１４からの吐出流がフィン７によってせん断されて
妨げられ、混合液Ｗの水位上昇が促進される。これによ
り、流路８ｄへの混合液Ｗの流入量が増大される。な
お、吐出された混合液Ｗの残りの部分は、主として水槽
３の周壁にぶつかって堰き止められる。

【００３４】また、流路８ｄに流入した液量に見合う量
の混合液Ｗがインペラ１４の撹拌部に吸い込まれ、この
引圧により、水槽３底部の開口部３ａを通して流路８ｄ
から流路８ｕへ混合液Ｗが補われる。こうして、循環水
路８において流路８ｄを下降し、水槽３底部で旋回して
流路８ｕを上昇する混合液Ｗの縦循環流が生起される
（攪拌曝気工程）。これにより、混合液Ｗの曝気及び循
環水路８内上下の攪拌が十分に行われる。特に、流路８
ｕ内には、インペラ１４の回転で生じる螺旋状の渦流が
生じ得て攪拌作用が一層高められる。

【００３５】このような混合液Ｗの循環による攪拌曝気
により、混合液Ｗ中のＢＯＤ負荷や生物処理形態に応じ
た量の酸素を混合液Ｗ中に供給できる。例えば、ＢＯＤ
負荷が高いときに、酸素供給量を増大させて活性汚泥の
呼吸に必要なＤＯを確保したり、ＢＯＤ負荷が低いとき
に酸素供給を殆ど遮断して余分なＤＯを活性汚泥に消費
させること、等が可能となる。

【００３６】このとき、水槽３の形状、混合液Ｗに溶解
される酸素量、混合液Ｗの循環流量等の諸条件を適宜設
定することにより、主として好気性処理を行ったり、或
いは、水槽３内に好気ゾーンと嫌気ゾーンを生成させて
一槽で循環脱窒処理を行うことも可能である。後者の場
合には、例えば、好気ゾーンは主に流路８ｄ内に形成さ
れ、嫌気ゾーンは主に流路８ｕに形成され得る。

【００３７】また、反応槽１００を用いると、例えば以
下のような方法によって、混合液Ｗへの酸素供給量をよ
り簡易に且つ効果的に調節できる。

【００３８】〈水位制御〉この方法は、インペラ１４の
サブマージェンスによってインペラ１４周囲の乱流の程
度（飛沫の上がり度合）が変化し、それにより大気中に
吐出される混合液Ｗと空気との接触効率（確率）を変化
させて混合液Ｗ中への酸素溶解量を調節する方法であ
る。

【００３９】水槽３内のＤＯ濃度計６により得られたＤ
Ｏ濃度の実測信号は、制御ユニット部４５に送られる。
また、制御ユニット部４５には、水槽３内での生物処理
又は活性汚泥維持に必要なＤＯ濃度の設定値（ＤＯ濃度
計６の設置位置における所望のＤＯ濃度）を予め或いは
随時入力する。この入力方法としては、特に限定され
ず、例えば、インターフェイスを介して適宜の入力手段
（キーボード、若しくは、磁気ディスク、光ディスク等
のフレキシブルディスク等）を用いた方法が挙げられ
る。

【００４０】制御ユニット部４５は、ＤＯ濃度の実測値
と設定値との差分に基づいて、混合液Ｗの水位の制御信
号を駆動回路系４６へ出力する。駆動回路系４６は、制
御ユニット部４５から出力された制御信号に基づいて、
越流ゲート４の位置（越流ゲート４の上端部を越えて溢
流する水量）が、制御ユニット部４５にて演算された所
望のＤＯ濃度に対応する位置（水量）となるようにモー
タ４２への供給電力を制御する。

【００４１】例えば、越流ゲート４を上昇させた場合に
は、越流ゲート４の上端部を越えて溢流する水量が減少
し、水槽３（つまり循環水路８）内の混合液Ｗの水位が
上昇する。こうなると、インペラ１４のサブマージェン
スが大きくなって、インペラ１４から大気中に吐出され
る混合液Ｗ量が減少し、混合液Ｗへの酸素溶解が抑制さ
れ、ＤＯ濃度を低減できる。

【００４２】一方、越流ゲート４を下降させた場合に
は、越流ゲート４の上端部を越えて溢流する水量が増加
し、水槽３（つまり循環水路８）内の混合液Ｗの水位が
下降する。こうなると、インペラ１４のサブマージェン
スが小さくなって、攪拌羽根１５が気中に露出し、イン
ペラ１４から大気中に吐出される混合液Ｗ量が増大し、
混合液Ｗへの酸素溶解が促進され、ＤＯ濃度を増大でき
る。

【００４３】このような水位制御では、インペラ１４を
水没させることにより、混合液Ｗと空気との準静的な溶
解平衡状態を達成できる一方で、インペラ１４の攪拌羽
根１５を気液界面から許容範囲まで露出させることによ
り、混合液Ｗと空気との接触効率を最大限に高めること
ができる。よって、混合液Ｗ中のＤＯ濃度の制御範囲
（ダイナミックレンジ）を極めて大きくできる。汚水の
循環脱窒処理では、ＢＯＤ負荷がある程度上がるまで
に、ときには数年を要することがあるが、このような場
合でも、ダイナミックレンジの大きな水位制御を用いる
ことにより長期的なＤＯ濃度の制御に対応できる。

【００４４】また、混合液Ｗの水位は、水位計５によっ
てモニターされており、水位の検知信号が制御ユニット
部４５に入力される。これにより、混合液Ｗの水位を、
確実に所望のＤＯ値を達成できる水位へと調節できる。
加えて、水位の許容範囲を制御ユニット部４５に予め設
定しておくことにより、混合液Ｗが水槽３から不必要に
オーバーフローしたり、混合液Ｗの水位がインペラ１４
下端を下回って縦軸型エアレータ１０の負荷が過少或い
は殆ど無負荷となった状態で運転（空回り）されること
を防止できる。

【００４５】〈インペラ回転数制御〉この方法は、縦軸
型エアレータ１０によって発現される混合液Ｗの流速及
び酸素供給特性に基づくものである。具体的には、イン
ペラ１４の回転数を所定範囲で変化させたとき、循環水
路８における混合液Ｗの流速が略一定の値に保持される
のに対し、回転数の増大につれて混合液Ｗへの酸素供給
量が増大する特性を利用する。本発明者らは、反応槽１
００のような縦循環流を用いる場合にも、このような縦
軸型エアレータ１０の特性が認められることを確認し
た。

【００４６】水槽３内のＤＯ濃度計６により得られたＤ
Ｏ濃度の実測信号は、制御ユニット部６５にも送られ
る。また、制御ユニット部６５には、上述の如く、各種
入力手段によってＤＯ濃度の設定値を予め或いは随時入
力する。制御ユニット部６５は、ＤＯ濃度の実測値と設
定値との差分に基づいて、インペラ１４の回転数の制御
信号を駆動回路系６６へ出力する。駆動回路系６６は、
制御ユニット部６５から出力された制御信号に基づい
て、インペラ１４の回転数が、制御ユニット部６５にて
演算された所望のＤＯ濃度に対応する回転数となるよう
にモータ１１への供給電力の制御又はインバータによる
周波数制御を行う。

【００４７】例えば、インペラ１４を高速（高回転数）
で回転させた場合には、インペラ１４周囲の乱流が増進
され、言わば、気液界面付近の混合液が一層掻き乱され
る（攪乱される）と共にインペラ１４の端部から大気中
へ吐出される混合液Ｗの放出速度が高められる。その結
果、混合液Ｗの飛沫化が促進されて気液接触が増え、混
合液Ｗへの酸素供給量ひいてはそのＤＯ濃度を増大でき
る。一方、インペラ１４を低速（低回転数）で回転させ
ると、インペラ１４周囲の乱流が抑制されると共にイン
ペラ１４の端部から大気中へ吐出される混合液Ｗの放出
速度が低下する。その結果、混合液Ｗの飛沫化が抑えら
れて気液接触が減り、混合液Ｗへの酸素供給量ひいては
そのＤＯ濃度を低減できる。

【００４８】このとき、混合液Ｗの循環水路８における
流速は、インペラ１４の回転数の変化に比して大きく変
化しない。よって、混合液Ｗへの酸素供給量を低減して
ＤＯ濃度を低く抑える場合でも、混合液Ｗの循環流量の
低下を十分に抑止できる。したがって、混合液Ｗの攪拌
を良好に維持できるので、活性汚泥が沈降することを防
止できる。このようにインペラ１４の回転数変化に依存
せず混合液Ｗの流速が保持されるのは、インペラ１４下
部に渦動される螺旋状流に主に支配される揚水力が、混
合液Ｗの液性、循環流路の断面積や深さによって決まる
水頭圧や動水抵抗等により、インペラ１４の回転数を所
定値以上にしても大きく変化しないことによると考えら
れる。ただし、作用はこれに限定されない。

【００４９】このような方法では、インペラ１４の微妙
な回転数制御ができるので、混合液Ｗ中のＤＯ濃度の微
調整が可能である。よって、例えば季節や昼夜等の短期
間の周期的なＢＯＤ負荷変動に対し、混合液Ｗを好適な
ＤＯ濃度とする繊細な制御が可能となる。また、水位計
５によってモニターされる混合液Ｗの水位情報が制御ユ
ニット部６５にも入力されるので、インペラ１４と混合
液Ｗ水位との相対位置関係を把握し得る。これにより、
混合液Ｗ水位に対応したインペラ１４の回転数制御も可
能となる。

【００５０】上述したように本実施形態の反応槽１００
によれば、攪拌曝気機である縦軸型エアレータ１０によ
り、混合液Ｗへの酸素供給を良好に行うことができると
共に、混合液Ｗの攪拌を十分に行うことが可能なので、
従来の散気管や空気配管を省略できる。よって、従来送
気に要していた電力量を削減できるので、運転コストの
低減が図られる。また、散気管や空気配管は槽の底部近
傍に配置されることが多く、槽が深くなればなるほどそ
れらの保守に手間が掛かっていた。これに対し、反応槽
１００は、気液界面付近に設置される縦軸型エアレータ
１０を用いるので、装置の保守性を向上できる。

【００５１】さらに、循環水路８が、簡易形状の区画壁
２によって画成され、流路８ｕ，８ｄを循環する混合液
Ｗの縦循環流が生じて混合液Ｗの攪拌が良好に且つ確実
に行われるので、通常使用される槽を転用することがで
きる。この場合、本反応槽１００専用の水槽３を新たに
用いる必要がなく、設備費の節減を図り得る。

【００５２】またさらに、混合液Ｗに十分な酸素供給を
行って好気性処理を行えると共に、酸素供給量の調節が
可能であるので、混合液ＷのＢＯＤ負荷によっては、水
槽３形状、混合液Ｗ量等に応じて水槽３内に好気ゾーン
のみならず嫌気ゾーンをも同時に生じせしめることも可
能である。よって、混合液Ｗを縦循環させながら循環脱
窒処理を行い得る。循環脱窒処理は、通常、嫌気槽及び
好気槽が連設されたシステムや無終端状の水平循環水路
を有するオキシデーションディッチ等で行われ、設置ス
ペースが長大化する傾向にある。これに対し、縦循環流
を用いる反応槽１００によって循環脱窒を行えば、設置
スペースを縮小できる利点もある。

【００５３】さらにまた、攪拌曝気機として、バッフル
板１６の中央部における回転軸１３の周りに通水口１７
を有する縦軸型エアレータ１０を用いるので、揚水量を
十分に確保でき、混合液Ｗの攪拌曝気を極めて良好に行
える。

【００５４】また、混合液Ｗの水位制御及びインペラ１
４の回転数制御により、混合液ＷのＤＯ濃度を所望の値
に任意に調節できるので、混合液ＷのＢＯＤ負荷に応じ
て活性汚泥の維持又は成長を好適に行える。よって、例
えば、混合液Ｗを嫌気性処理へ供する場合に、その混合
液Ｗ中のＤＯ濃度を十分に低下させることが可能であ
る。その結果、嫌気性雰囲気を良好に形成し得る。そし
て、このようにＤＯ濃度を低下させる場合にも混合液Ｗ
の攪拌を保持できるので、活性汚泥の沈降を十分に抑制
できる。加えて、水位制御と回転数制御とを組み合わせ
ることにより、混合液Ｗ中のＢＯＤ負荷の長期変動及び
短期変動の両方に対応したＤＯ濃度調節が可能となる。

【００５５】さらに、フィン７が設けられているので、
インペラ１４のポンプ作用で揚水された混合液Ｗの液面
上昇が促進され、混合液Ｗが流路８ｕから流路８ｄへ流
入し易くなる。よって、混合液Ｗの循環流量を一層増大
でき、これにより、混合液Ｗの攪拌効果をより高めるこ
とができる。

【００５６】図６Ａは、本発明による汚水処理装置の第
２実施形態の構成を示す摸式平面図（一部接続図）であ
り、図６Ｂは、図６ＡにおけるＢ−Ｂ断面図（一部接続
図）である。同図における反応槽１０１（汚水処理装
置）は、断面矩形の水槽３が二つの区画壁２により三分
割されたものであり、循環水路８が流路８ｕとその両側
に形成された二つの流路８ｄから形成されて成る。ま
た、二つのフィン７が流路８ｕ内に軸対称に突設されて
おり、二つの区画壁２の上端部に設けられた切欠部２ａ
も軸対称に配置されている。さらに、二つの流路８ｄの
水平断面積は、略同等であり、流路８ｄの水平断面積の
合計は、それらの間にある流路８ｕの水平断面積と略同
等とされている。なお、反応装置１０１の他の構成は反
応槽１００と同様である。

【００５７】このような構成を有する反応槽１０１によ
れば、縦軸型エアレータ１０のインペラ１４により揚水
され大気中へ吐出された混合液Ｗは、気液接触して両方
の区画壁２の切欠部２ａからそれぞれの区画壁２側の流
路８ｄへ流入する。よって、流路８ｕから流路８ｄへ流
入する混合液Ｗの量を反応槽１００に比して略倍増でき
る。

【００５８】また、二つの区画壁２にそれぞれフィン７
を設けたので、各流路８ｄへ流入する混合液Ｗの量をも
増大できる。さらに、各フィン７が同種形状を有するの
で、各流路８ｄへの混合液Ｗの流入量が略等しくされ
る。これにより、各流路８ｄにおける混合液Ｗの流量に
有意な差異が生じることを有効に防止できる。したがっ
て、循環水路８内の混合液Ｗに滞留や偏りが生じず、良
好な攪拌が可能となる。なお、反応槽１０１で奏される
他の作用効果については、反応槽１００におけるのと同
様であるので、ここでの説明は省略する。

【００５９】図７Ａは、本発明による汚水処理装置の第
３実施形態の構成を示す摸式平面図（一部接続図）であ
り、図７Ｂは、図７ＡにおけるＢ−Ｂ断面図（一部接続
図）である。反応槽１０２（汚水処理装置）は、流路８
ｕの水平方向に縦軸型エアレータ１０が三機並設された
こと、及び、流路８ｕ，８ｄを区分する二つの区画壁２
の上端部に切欠部２ａが所定間隔で三箇所配置されたこ
と以外は図６Ａ及びＢに示す反応槽１０１と同様に構成
されたものである。

【００６０】また、各縦軸型エアレータ１０に対して、
二つのフィン７が軸対称に各区画壁２から突設されてい
る。さらに、反応槽１０２における流路８ｕの水平断面
積は、好ましくは先述した式（１）、より好ましくは式
（２）で表される関係を満たしている。ただし、各式中
におけるｎは３である。

【００６１】このように構成された反応槽１０２によれ
ば、流路８ｕを複数台の縦軸型エアレータ１０でカバー
し、混合液Ｗの揚水量を確保して循環流を形成せしめる
ことが可能である。また、式（１）更には式（２）で表
される関係が成立すれば、混合液Ｗの十分な循環流を確
実に形成できる。なお、反応槽１０１で奏される他の作
用効果については、反応槽１００におけるのと同様であ
るので、ここでの説明は省略する。

【００６２】図８Ａは、本発明による汚水処理装置の第
４実施形態の構成を示す摸式平面図（一部接続図）であ
り、図８Ｂは、図８ＡにおけるＢ−Ｂ断面図（一部接続
図）である。反応槽１０３（汚水処理装置）は、水槽３
の内部に矩形又は正方形断面を有する角筒状を成す区画
壁２が設けられており、循環水路８がこの区画壁２で囲
まれた流路８ｕとその周囲に形成された環状の流路８ｄ
とから形成されて成るものである。

【００６３】また、区画壁２の周壁各辺の上端部中央か
ら内部に向けて四つのフィン７が突設されている。さら
に、区画壁２は、上端位置がインペラ１４と同等レベル
又はそれ未満の鉛直レベル位置となるように、複数の固
定部材２１を介して水槽３の内壁に結合されている。ま
たさらに、反応槽１０４における流路８ｕの水平断面積
は、好ましくは先述した式（１）、より好ましくは式
（２）で表される関係を満たす。ただし、各式中におけ
るｎは１である。

【００６４】このような構成の反応槽１０３によれば、
縦軸型エアレータ１０のインペラ１４により揚水され大
気中へ吐出された混合液Ｗの大部分は、区画壁２に妨げ
られることなく区画壁２の上端を越流して環状の流路８
ｄへ流入する。よって、流路８ｕから流路８ｄへ流入す
る混合液Ｗの量を反応槽１００，１０１に比して増大で
きる。よって、混合液Ｗの循環流量をより一層向上でき
る。なお、反応槽１０３で奏される他の作用効果につい
ては、反応槽１００におけるのと同様であるので、ここ
での説明は省略する。

【００６５】図９Ａは、本発明による汚水処理装置の第
５実施形態の構成を示す摸式平面図（一部接続図）であ
り、図９Ｂは、図９ＡにおけるＢ−Ｂ断面図（一部接続
図）である。反応槽１０４（汚水処理装置）は、角筒状
の区画壁の代りに、断面円形又は楕円形の円筒状を成す
区画壁２を用い、且つ、水槽３として断面円形又は楕円
形の円筒状を成す水槽を用いたこと以外は、図８Ａ及び
Ｂに示す反応槽１０３と同様に構成されたものである。

【００６６】このような反応槽１０４によれば、インペ
ラ１４から吐出される混合液Ｗと水槽３の周壁内面との
衝突抵抗が低減される。よって、流路８ｕ内に生じた渦
流がその周端部において妨げられ難くなり、インペラ１
４の回転負荷を低減できると共に、環状の流路８ｄへの
混合液Ｗの流入量をより増大できる。なお、反応槽１０
４で奏される他の作用効果については、反応槽１０３に
おけるのと同様であるので、ここでの説明は省略する。

【００６７】図１０は、本発明による汚水処理装置の第
６実施形態の構成を示す摸式図である。図示のように、
汚水処理装置１１０は、汚水の原液Ｗｏが供給される嫌
気槽７１、嫌気性処理又は好気性処理が行われる兼用槽
７２、好気槽７３，７４及び上述した図１Ａ及びＢに示
す反応槽１００が連設されたものである。また、反応槽
１００及び嫌気槽７１には、ポンプＰ１を有する配管９
０が接続されている。

【００６８】嫌気槽７１及び兼用槽７２はそれぞれモー
タに接続された攪拌機８０を有している。また、兼用槽
７２及び好気槽７３，７４の底部には、それぞれブロア
８１に配管８２を介して接続された散気管８３が設置さ
れている。

【００６９】このように構成された汚水処理装置１１０
においては、まず、原液Ｗｏが嫌気槽７１へ供給され、
攪拌機８０により活性汚泥と攪拌混合されて被処理水
（混合液）となる。ここでは、酸素の積極的な供給は行
われず、嫌気性雰囲気が形成されて、活性汚泥中に含ま
れる脱窒菌、つまり亜硝酸イオン（ＮＯ₂ ^-）及び硝酸イ
オン（ＮＯ₃ ^-）等の酸化態窒素を還元する能力を有す
る、例えば、Psudomonas Achromobacter、Bacillus、Mi
crococcus属等の菌体による脱窒が行われる（嫌気性処
理工程）。

【００７０】次に、嫌気槽７１で攪拌混合された被処理
水は兼用槽７２へ送られ、被処理水の性状によって、上
述した嫌気性処理又は後述する好気性処理が行われる。
次いで、被処理水は好気槽７３，７４へ流出され、ブロ
ア８１を運転し、配管８２を通して空気を散気管８３へ
送気し、散気管８３から微細気泡を被処理水へ放出させ
る。これにより被処理水の攪拌曝気が行われ、好気性雰
囲気が形成される。

【００７１】ここでは、活性汚泥中に含まれる硝化菌、
つまりアンモニウムイオン（ＮＨ₄ ⁺）等の還元態窒素を
亜硝酸イオン（ＮＯ₂ ^-）に酸化する、更には亜硝酸イオ
ン（ＮＯ₂ ^-）を硝酸イオン（ＮＯ₃ ^-）に酸化する能力を
有する亜硝酸化菌及び／又は硝酸化菌による硝化が行わ
れる（好気性処理工程）。ここで、亜硝酸化菌はアンモ
ニア酸化細菌とも呼ばれ、具体的には、Nitrosomonas、
Nitrosococcus、Nitrosospira、Nitrosocystis 属等の
菌体を例示できる。また、硝酸化菌は、亜硝酸酸化細菌
とも呼ばれ、具体例としては、Nitrobacter、Nitrocyst
is 属等の菌体が挙げられる。なお、上述した各菌体
は、土壌等に含まれているものであり、入手及び培養が
容易である。

【００７２】好気性処理が施された被処理水は、反応槽
１００へ流出される。反応槽１００では、先に述べたよ
うな被処理水のＤＯ濃度の調整が行われ、十分に低いＤ
Ｏ濃度とされる（攪拌曝気工程）。このようにＤＯ濃度
が十分に低くされた被処理水が、ポンプＰ１の運転によ
り配管９０を通して嫌気槽７１へ返送される（移送工
程）。このように、汚水処理装置１１０では汚水の循環
脱窒処理が行われる。

【００７３】この汚水処理装置１１０によれば、反応槽
１００においてＤＯ濃度が十分に低下された被処理水が
嫌気槽７１へ供給されるので、嫌気槽７１内に嫌気性雰
囲気を良好に且つ確実に形成できる。従来の措置では、
好気槽で処理された被処理水が嫌気槽へ直接返送される
ことがあり、この場合には嫌気性雰囲気が形成されず、
汚水処理に支障をきたす虞があった。これに対し、汚水
処理装置１１０では、嫌気槽７１内に嫌気性雰囲気を良
好に且つ確実に形成できる。また、好気槽７４で被処理
水のＤＯ濃度を積極的に低下させる必要がないので、散
気を絞ったり停止することがなく、活性汚泥の沈降を十
分に抑止できる。これらの結果、汚水処理に支障を与え
ず、しかも、処理効率及び信頼性が高められた循環処理
が可能となる。

【００７４】なお、上述の各実施形態において、攪拌曝
気機としては、流路８ｕにおける混合液Ｗの気液界面付
近に配置されて混合液Ｗを揚水し且つ混合液を大気中に
吐出できるものであればよく、縦軸型エアレータ１０以
外のもの、例えば縦軸型以外のエアレータでもよい。ま
た、水位制御及び回転数制御は必ずしも必要なく、或い
はいずれか一方のみ行ってもよく、しかもＤＯ濃度計６
の実測値に基づく自動制御に限定されず手動制御でも構
わない。

【００７５】さらに、水位制御しない場合には、越流堰
３ａ及び越流ゲート４並びにそれらの駆動系及び制御系
はなくてもよく、回転数制御しない場合には、制御ユニ
ット部６５及び駆動回路系６６はなくてもよい。またさ
らに、水位計５及びＤＯ濃度計６の設置数及び設置位置
は限定されない。さらにまた、縦軸型エアレータ１０の
設置数は、一機又は三機に限定されず、水槽３の断面形
状及び断面積に応じて、収容できる台数を設置してもよ
い。加えて、汚水処理装置１１０においては、嫌気槽又
は好気槽は必ずしも二槽必要ではなく、各一槽でもよ
く、或いは、各三槽以上であっても構わない。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の汚水処理
装置及び方法によれば、従来装置に用いられていた散気
管や空気配管を省略でき、運転コストの低減が可能とな
る。また、混合液中の活性汚泥の沈降を防止しつつ、そ
の混合液中のＤＯ濃度を所望の値に調節できる。これら
により、活性汚泥の活性を良好に維持して処理効率及び
信頼性が高められ、しかも廉価な運転が可能な生物処理
（例えば循環脱窒処理）を実現できる。

【００７７】したがって、本発明による汚水処理装置及
び方法は、例えば、下水処理場、汚水処理場、屎尿処理
場、農村又は漁村集落排水処理場、産業排水処理場等に
おける汚水の生物処理装置及び方法、或いは、魚類等の
養殖池への酸素の供給装置及び方法、等の広範な用途に
対して非常に有用なものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１Ａは、本発明による汚水処理装置の第１実
施形態の構成を示す摸式平面図であり、図１Ｂは、図１
ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。

【図２】図１ＡにおけるII−II断面図（一部省略）であ
る。

【図３】図１Ａ及び１Ｂにおける縦軸型エアレータの概
略構造を示す正面図である。

【図４】図３におけるインペラの構成を示す斜視図であ
る。

【図５】図３におけるインペラの構成を示す平面図であ
る。

【図６】図６Ａは、本発明による汚水処理装置の第２実
施形態の構成を示す摸式平面図であり、図６Ｂは、図６
ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。

【図７】図７Ａは、本発明による汚水処理装置の第３実
施形態の構成を示す摸式平面図であり、図７Ｂは、図７
ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。

【図８】図８Ａは、本発明による汚水処理装置の第４実
施形態の構成を示す摸式平面図であり、図８Ｂは、図８
ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。

【図９】図９Ａは、本発明による汚水処理装置の第５実
施形態の構成を示す摸式平面図であり、図９Ｂは、図９
ＡにおけるＢ−Ｂ断面図である。

【図１０】本発明による汚水処理装置の第６実施形態の
構成を示す摸式断面図である。

【符号の説明】

２…区画壁、３ｂ…越流堰（越流可動堰）、３…水槽、
４…越流ゲート（越流可動堰）、７…フィン（揚水促進
手段）、８…循環水路、８ｕ…流路（上昇流路）、８ｄ
…流路（下降流路）、１０…縦軸型エアレータ、１３…
回転軸、１４…インペラ、４５，６５…制御ユニット
部、４６，６６…駆動回路系、７１…嫌気槽、９０…配
管、１００，１０１，１０２，１０３，１０４…反応槽
（汚水処理装置）、１１０…汚水処理装置、Ｐ１…ポン
プ、Ｗ…混合液、Ｗｏ…原液（汚水）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０２Ｆ 3/16 Ｃ０２Ｆ 3/16 3/34 １０１ 3/34 １０１Ｂ (72)発明者佐藤英二東京都品川区北品川五丁目９番11号住友重機械工業株式会社内 (72)発明者佐藤進東京都品川区北品川五丁目９番11号住友重機械工業株式会社内Ｆターム(参考） 4D028 BC13 BC24 BC26 BD08 CA09 CC07 CD05 4D029 AA05 CC08 4D040 BB05 BB07 BB57 BB65 BB91 4G035 AB14 AB24 4G078 AA03 AA07 AA21 AB20 BA05 BA07 CA06 CA08 DA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】汚水を活性汚泥で生物処理する汚水処理
装置であって、前記汚水と前記活性汚泥との混合液が流上する上昇流路
及び該上昇流路と連通し該混合液が流下する下降流路か
ら成る循環水路が形成された水槽と、前記上昇流路における前記混合液の気液界面付近に配置
され、該混合液を揚水すると共に気液接触させて該混合
液への酸素供給を行い、且つ、気液接触した該混合液を
下降流路へ流入させる少なくとも一つの攪拌曝気機と、
を備えることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】前記攪拌曝気機が、前記上昇流路におけ
る前記混合液の気液界面付近に配置されるインペラと、
該インペラを回転させるための回転軸とを有する縦軸型
エアレータであることを特徴とする請求項１記載の汚水
処理装置。
【請求項３】前記循環水路に設けられた越流可動堰
と、前記循環水路内の混合液の水位が所定の値となるように
前記越流可動堰を上下に移動させる水位制御手段と、を
更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の汚
水処理装置。
【請求項４】前記縦軸型エアレータに接続されてお
り、前記インペラの回転数を変化させることが可能な回
転数制御手段を更に備えることを特徴とする請求項２又
は３に記載の汚水処理装置。
【請求項５】前記上昇流路における前記インペラに対
向する位置に配置され、該上昇流路の周縁部から内部に
向かって突設された揚水促進手段を更に備えることを特
徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の汚水処理
装置。
【請求項６】前記上昇流路が、下記式（１）；Ｓ≦（Ｒ×２）²／ｎ …（１）Ｓ：前記上昇流路の断面積、Ｒ：前記インペラの最大径、ｎ：前記縦軸型エアレータの設置数、で表される関係を満たすように形成されている、ことを
特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の汚水処
理装置。
【請求項７】前記混合液の嫌気性処理が行われる嫌気
槽と、前記水槽における前記混合液を前記嫌気槽へ移送するた
めの移送手段と、を更に備えることを特徴とする請求項
１〜６のいずれか一項に記載の汚水処理装置。
【請求項８】汚水を活性汚泥で生物処理する汚水処理
方法であって、前記汚水と前記活性汚泥との混合液を揚水し且つ該混合
液外部の空気と気液接触させて該混合液へ酸素を供給
し、該混合液の上昇流及び該上昇流と連続する下降流を
生じさせて該混合液を循環及び攪拌する攪拌曝気工程を
備える、ことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項９】前記攪拌曝気工程においては、前記上昇流が流通する上昇流路における前記混合液の気
液界面付近に配置されるインペラと、該インペラを回転
させるための回転軸とを有する縦軸型エアレータを用
い、前記混合液の水位を調節し、及び／又は、前記イン
ペラの回転数を変化させる、ことを特徴とする請求項８
記載の汚水処理方法。
【請求項１０】前記混合液の嫌気性処理を行う嫌気性
処理工程と、前記攪拌曝気工程から前記嫌気性処理工程へ混合液を移
送する移送工程と、を更に備えることを特徴とする請求
項８又は９に記載の汚水処理方法。