【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性排水中の有機物質を、微生物により酸化分解して浄化処理を行う排水処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業社会の急激な拡張に伴い、環境汚染はますます深刻な問題となっている。国や自治体等により定められた環境基準が強化され、企業の環境問題への関心の向上が必要とされている。このような状況から、企業側からの産業廃棄物処理技術、排水処理技術の向上に対する強いニーズがある。
【０００３】
従来、有機性排水を処理するための方法として、標準活性汚泥法が用いられてきた。
標準活性汚泥法は、例えば、特許文献１に記載されているように、曝気槽内の槽底部に曝気管を設置し、地上側からブロワ等により高圧空気をダクトを介して供給し、水中に放出された空気の気泡の浮上にともなう旋回流（循環水流）を槽内に発生させ、気泡による排水の曝気を行い、微生物による有機物の酸化分解を行うものである。
【０００４】
また、リン成分を多く含有する有機性排水では、リン成分があまり除去されず処理水中にリン成分が多量に残存することがある。このような、リン成分を多量に含む処理水を湖沼などに排出すると水の富栄養化に伴う植物プランクトンの著しい増殖を招くために好ましくない。
【０００５】
そこで、排水中に含まれるリン成分の除去プロセスとして、例えば、嫌気−好気活性汚泥法が行われている。
嫌気−好気活性汚泥法は、嫌気状態でエネルギー獲得のためにポリリン酸を正リン酸として放出した微生物が、好気状態で正リン酸を過剰摂取・代謝後ポリリン酸として蓄積することを利用した方法であり、排水を嫌気槽、好気槽及び沈殿池における反復処理に付して、余剰汚泥にリン成分を内包させ、処理水中のリン成分を除去するものである。
【０００６】
また、タンパク質に由来する窒素有機物を含む食品排水や、ヒト及び家畜排泄物を含む排水等の生活排水、或いは、工業的に大量の窒素有機化合物を使用する（例えば、染色工程で発色に大量の尿素を用いるような場合）工場等の廃水については、窒素化合物の処理が特に必要とされる。
排水中の有機物が分解されずに水系へ放流された場合、水系の富栄養化と酸素不足をもたらすことはもとより、窒素処理が不十分である場合には、アンモニアの悪臭と、硝酸・亜硝酸等の毒物により放流水系が汚染されてしまう。
従って、水の入れ替わりが遅い閉鎖水域（例えば、湖沼・堀等）への排水の放流に対して、窒素・リン処理を含む厳しい総合水質規制が実施されるようになっている。
【０００７】
一方、消費電力が少なく、省エネルギーで広い範囲を攪拌することのできる攪拌装置が提案されている。例えば、特許文献２に記載の技術である。
この省エネルギー攪拌装置では、一対の回転軸によって立体攪拌翼を揺動させつつ回転することによって、比較的低消費電力により流体を攪拌することのできる構造とされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３１４８８８号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４３６６５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の活性汚泥法による排水処理は、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）・ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）の処理効率の低いことから大型の処理設備が必要となり、エアレーション（曝気）装置等の運転エネルギーコストが嵩む、といった多くの問題点を抱えている。こういった状況から、省エネルギー化、低ランニングコスト化を実現する処理技術の開発が要請されている。
【００１０】
また、従来の嫌気−好気活性汚泥法では、排水中から有効にリン成分を除去できるが、余剰汚泥はリン成分に富み、さらにその他種々の有機成分や重金属成分などが含まれているので、その廃棄に問題を生じる。
また、リン成分は、例えば、肥料やリン化合物製造等への有効再生利用の可能性が考えられるが、上述のように雑多な成分と混合した汚泥状態にあるために分離処理が困難である。
こういった状況から、有機性余剰汚泥の低減が要請されている。
【００１１】
また、従来の窒素処理法は、メタノール等の還元剤を使用するか、特殊な好気・嫌気処理と大量（原水の約２倍）の液返送を行うため、処理槽の大型化と、ポンプ動力等のエネルギーの著しい増加を必要とするなど、高価なエネルギーコスト・ランニングコストがかかる。
こういった状況から、高効率化、低コスト化への要望が高い。
【００１２】
本発明では、上記のような状況に鑑み、排水中に含まれる有機成分をほぼ残らず分解することによって、余剰汚泥を低減させることのできる排水処理システムを提案する。
そして、余剰汚泥を低減させることにより、余剰汚泥の排棄に係る費用の低減及び環境の保護を図る。さらに、リン成分を含む有機性排水の処理においては、排水中に含有されるリン成分を抽出容易な状態とすることでリン成分の有効利用を図る。
これとともに、従来の排水処理設備において、消費電力が大きいために排水処理コストを高める一因となっているブロワをシステムより削除し、よりランニングコストの低い排水処理システムを提案する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１４】
即ち、請求項１においては、処理槽と、該処理槽内に超微細気泡を供給する超微細気泡発生装置と、該処理槽内の被処理水を攪拌する攪拌装置とを備えたものである。
【００１５】
請求項２においては、前記攪拌装置は、軸体と該軸体の両端に固設した攪拌翼とで構成される立体翼が、軸体を軸心として揺動回転しつつ軸体の長尺方向中心を軸心として揺動回転する構成としたものである。
【００１６】
請求項３においては、前記攪拌装置の攪拌翼を、超微細気泡供給位置の近傍且つ上方に配置したものである。
【００１７】
請求項４においては、前記超微細気泡発生装置に、該超微細気泡発生装置に導入される気体の酸素濃度を高めるための酸素発生器を備えたものである。
【００１８】
請求項５においては、前記処理槽を複数連設連通し、そのうち少なくとも一本の処理槽を、好気状態と嫌気状態とを切換可能としたものである。
【００１９】
請求項６においては、前記処理槽を複数連設連通し、そのうちの最終槽に、被処理水より活性汚泥と微生物とを分離する固液分離膜を備えたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第一実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図、図２は処理槽の構成の別形態を示す図、図３は攪拌装置の構成を示す図である。図４は本発明の第二実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図、図５は第二実施例に係る処理槽の別形態を示す排水処理システムの全体的な構成を示した図、図６は第三実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図、図７は第四実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図である。
【００２１】
本発明に係る排水処理システムは、有機物質を酸化分解する微生物を、有機性排水が流入された開放系の処理槽内に保持させ、微生物の酸化分解作用により有機性排水中の有機物質を炭酸ガスと水とに完全分解する開放系のシステムである。
そして、処理槽１０内の微生物の酸化分解活性を高めるとともに、高い酸化分解活性を保持するための装置が備えられている。すなわち、処理槽１０内に備えられた超微細気泡発生装置１６と、攪拌装置３４と、再生水生成装置１８である。
これらの装置により、処理槽１０内において酸化分解処理される有機性排水は、高い活性酸素濃度と、高い微生物濃度が保持されることになる。
【００２２】
従って、従来の排水処理システムと比較して有機排水中の有機物質の分解処理効率が高まるため、高速処理が可能となるのである。また、分解処理効率が高いために、必要とされる処理槽の大きさを従来のものと比較して小型化することができ、イニシャルコストを低減させることができるとともに、処理槽に備えられた装置を運転するためのコストを低減させることができ、すなわち、ランニングコストを低減させることができる。
【００２３】
そして、上記排水処理システムにより処理された有機性排水は、排水中に含まれている有機成分が殆ど残らず分解されることによって、有機成分を含む余剰汚泥が殆ど発生しない。
従って、余剰汚泥の廃棄処理に係る問題の解決、廃棄処理にかかるコストの削減を図ることができ、環境の保護に寄与し、排水処理にかかるランニングコストを低減させることができる。
【００２４】
また、特に、嫌気−好気活性汚泥法に本システムを適応させる場合には、余剰汚泥中の有機性排水中に含まれていたリン成分と有機物質との分離を行うまでもなく、余剰汚泥からリン成分を抽出し易い状態とすることが可能となる。従って、リン成分の回収を行い再生に付することができるようになる。
【００２５】
次に、排水処理システムの構成について説明する。
図１に示す如く、排水処理システムは、調整槽１１と、中和槽１３と、処理槽１０と、再生水槽１９の各水槽から構成されている。
【００２６】
前記調整槽１１は、第一段階において有機性排水を流入させるための槽であり、調整槽１１では処理槽１０へ流入される排水の流量が調整され、排水に含まれる比較的大きな固形物等が取り除かれる。そして、調整槽１１に備えたポンプ１２によって調整槽１１から中和槽１３へ排水が送られる。
前記中和槽１３では、排水のｐＨが調整されて、排水が中和される。中和槽１３には、水槽内の排水の反応促進を図って攪拌翼１４が備えられている。中和槽１３内において中和された排水は、処理槽１０に送られる。
【００２７】
前記処理槽１０は、連通する複数の水槽で構成されている。処理槽１０内には、被処理水（有機性排水）中の有機物質を酸化分解する微生物が投入されており、該微生物の酸化分解活性を高めるための栄養剤が投入されている。処理槽１０内では、該微生物の酸化分解機能により被処理水中の有機物質の酸化分解が行われ、処理槽１０を順に経ていくうちに、被処理水中の有機物質等より成る活性汚泥が低減され、最終的に処理槽１０内に残る余剰汚泥が殆どない状態となる。
【００２８】
また、処理槽１０のうち最終の水槽には、再生水生成装置１８として、固液分離膜２３が備えられている。該固液分離膜２３を介して被処理水が処理槽１０より取り出され、排水処理の済んだ処理済みの再生水として、再生水槽１９に流入される。該固液分離膜２３の作用により、微生物と、活性汚泥とが被処理水より分離されて、水のみが再生水として再生水槽１９に送られる。
再生水生成装置１８の固液分離膜２３による処理によって、処理槽１０内の微生物濃度は高められ、微生物の増殖量と分解量が釣り合うようにして、微生物による有機性物質の定常的な酸化分解処理を行うことができるように調整されている。
【００２９】
次に、本発明の排水処理システムの第一実施例に係る処理槽１０の構造について説明する。
【００３０】
図１に示す如く、本実施例に係る処理槽１０では、連通する三本の水槽が設けられ、処理の順に第一処理槽１０ａ、第二処理槽１０ｂ、第三処理槽１０ｃとしている。
第一処理槽１０ａの下部と第二処理槽１０ｂの下部とが連通され、また、第二処理槽１０ｂと第三処理槽１０ｃとの上部が連通されて、中和槽１３から第一処理槽１０ａ内に流入された被処理水は、第一処理槽１０ａから第二処理槽１０ｂを通過して第三処理槽１０ｃへと流れるように構成されている。
【００３１】
そして、第一処理槽１０ａ及び第二処理槽１０ｂは分解反応槽とされ、主に、被処理水中の有機物質を分解するための処理槽として設けられている。また、第三処理槽１０ｃは微生物分離槽とされ、再生水生成装置１８が備えられている。但し、処理槽１０を構成する水槽の数は本実施例に限定されるものではなく、分解反応槽の数を増減させることもできる。
【００３２】
前記第一処理槽１０ａ、第二処理槽１０ｂ、第三処理槽１０ｃの各処理槽には、水槽の底部に超微細気泡発生装置１６及び攪拌装置３４が備えられている。各処理槽に配設する攪拌装置３４・３４・３４は同一の駆動源となるモータ３０より伝動軸を介して水槽の底部より動力が伝達され、動力伝達構成を簡単にしている。
超微細気泡発生装置１６には酸素発生器２１が備えられており、処理槽１０内の被処理水中に供給される超微細気泡は、空気と比較して酸素が多く含まれている。また、超微細気泡の供給位置の近傍且つ上方に攪拌装置３４が設けられて、超微細気泡が攪拌装置３４により発生される攪拌流に巻き込まれるように配設されている。なお、超微細気泡供給ノズル２４の吐出方向を変化させることにより、例えば、攪拌装置３４の近傍且つ上方、攪拌装置３４の近傍且つ下方、又は、攪拌装置３４の近傍且つ側部に超微細気泡供給ノズル２４を配置することもできる。
【００３３】
被処理水には、各種の不純物が混入しており、該被処理水を導入する処理槽１０の底部には物質が沈殿して堆積しようとするが、処理槽１０の底部に配設された攪拌装置３４により、被処理水が攪拌され上方への水流が形成されることにより、堆積しようとする物質を巻き上げることができる。
また、超微細気泡が堆積しようとする物質に吸着し、気泡の浮力により該物質を水中内において上昇させることも可能である。
さらに、微生物分離槽とされた処理槽１０（第三処理槽１０ｃ）においては、再生水生成装置１８の固液分離膜２３に作用する微生物や活性汚泥の担体として超微細気泡を利用することができ、分離機能を高めることができる。
【００３４】
そして、処理槽１０内に超微細気泡発生装置１６とともに、攪拌装置３４を備えることで、以下の相乗効果を得ることができる。
第一に、攪拌装置３４により発生される攪拌流に超微細気泡が巻き込まれることにより、超微細気泡の水中滞留時間を延長することができる。
第二に、被処理水中内に供給された超微細気泡が、攪拌装置３４により発生される攪拌流に巻き込まれることにより、破泡されて、超微細気泡がさらに微細化される。
第三に、攪拌装置３４により発生される攪拌流により、処理槽内の被処理水が均一化されて、被処理水に超微細気泡が素早く混合される。
これらの相乗効果により、より多くの酸素が被処理水中に溶解されて酸素溶解効率が向上し、被処理水中に溶存している活性酸素濃度を高めることができる。
【００３５】
このようにして、被処理水中の溶存酸素を高めることによって、微生物の有機物質分解時に、必要とされるよりも十分多くの酸素を供給できるようにして、処理槽１０内の有機物質分解速度を、酸素供給律速ではなく、微生物の分解能律速としている。
従って、従来の排水処理システムと比較して有機排水中の有機物質の酸化分解分解速度及び酸化分解分解能が高まることにより、分解処理効率が高まるため、高速処理が可能となるのである。
【００３６】
さらに、分解処理効率が高く、また、流動担体である微細気泡により汚泥の発生が抑制されることによって、余剰汚泥が殆ど発生しない排水処理システムとなる。また、汚泥がいくらか発生しても、固液分離膜により処理槽での滞留中に分解されて、定常状態（有機物質として分解し被処理水中に分散した状態）となる。
余剰汚泥が発生しないことにより、従来、産業廃棄物として処理されている余剰汚泥の処理に係るコストが削減され、また、産業廃棄物の処理が問題となっている昨今においては環境保護に寄与することができる。
【００３７】
なお、各処理槽１０に、ｐＨセンサ、温度センサ、微生物濃度計および溶存酸素量センサを配設し、該センサ類をコントローラに接続し、各処理槽１０の状態を情報端末によりモニターすることができる。また、コントローラには超微細気泡発生装置１６や、攪拌装置３４を接続し、処理槽１０内の温度、微生物濃度および溶存酸素量を調節することができる。
【００３８】
次に、前記超微細気泡発生装置１６について説明する。
超微細気泡発生装置１６は、処理槽１０内に導入された超微細気泡供給ノズル２４と、これに接続された超微細気泡発生器２０とで構成されている。超微細気泡発生器２０には酸素発生器２１が備えられており、超微細気泡発生器２０に、酸素濃度の高い気体が供給され、該気体が超微細気泡として被処理中内に供給されるため、超微細気泡は高酸素濃度の気泡となる。
【００３９】
なお、超微細気泡は、０．１μｍから３μｍの径の気泡であり、微細気泡（気泡径が１０〜１００μｍ）より小さいものである。超微細気泡は、気泡の径が小さく、その浮力が小さい。このため、処理槽１０内の攪拌流に超微細気泡を供給した場合においても、該超微細気泡は処理槽１０内を上方に向かう流れだけでなく、下方に向かう流れにも乗りやすく、処理槽１０内に均一に拡散させることができる。
【００４０】
次に、前記攪拌装置３４について説明する。
攪拌装置３４は、二枚の攪拌翼４０・４０を備えた立体翼４２と、該立体翼４２を駆動することによって攪拌翼４０・４０を回転させると同時に揺動させるための駆動部３１と、該駆動部３１に動力を供給するモータ３０とで構成されている。
攪拌装置３４は、処理槽１０の底部に設けられているが、図２に示す如く、処理槽１０の上部にも設けて、処理槽１０の底部と上部両方で攪拌流を発生させるようにすることもできる。
【００４１】
図３にも示す如く、軸体４１と、該軸体４１の両端部に直交位相となるように固定された二枚の攪拌翼４０・４０で構成されて、立体翼４２が形成されている。
軸体４１には、各攪拌翼４０・４０と直交するする状態で軸体４１を貫通する軸受部４３・４３がそれぞれ設けられており、各軸受部４３・４３は略Ｖ字状に形成された連結部材に回動可能４４・４４に支承されている。
連結部材４４・４４は、万能継手４６・４６を介して駆動部３１により回転駆動される回転軸４５・４５に連結されている。二本の回転軸４５・４５はそれぞれ相反する方向に回転され、一方の回転軸４５が所定の基準回転速度よりも高速で回転される間に、他方の回転軸４５が、その基準回転速度よりも低速で回転されるように駆動される。各回転軸４５・４５では高速回転と低速回転とが相互に切り換えられる。
【００４２】
そして、各回転軸４５・４５が高速回転と低速回転とを交互に繰り返すことにより、立体翼４２は軸体４１がその軸心回りに９０度にわたって回転しつつ、軸体４１の傾斜方向が９０度にわたって変化する。従って、一方の攪拌翼４０が上方から下方にわたって揺動しつつ、軸対の周囲を９０度にわたって回転する間に、他方の攪拌翼４０は下方から上方に向かって揺動しつつ軸対の周囲を９０度にわたって回転する。そして、立体翼４２がこのような動作を繰り返すことにより、各攪拌翼４０・４０が間欠的に回転される。
【００４３】
このように、互いに逆方向に回転する二本の独立した回転軸４５・４５の間に、立体翼４２を懸架して、立体翼４２を揺動反転運動させることにより、攪拌翼４０・４０は上下運動と回転運動とが組み合わされた運動をすることとなる。このような立体翼４２の動きにより、立体翼４２の動作を維持しようとする渦流と、立体翼４２の左右より交互に移動しようとする水塊とが生み出され、容積排除型の攪拌が行われる。
この結果、攪拌翼４０・４０が排除した水の体積が水の移動に直接作用することで、確実に攪拌のエネルギーを水に伝達することができ、攪拌翼の単純な回転と比較して格段に大きい送液移動水量が発生し、比較的長い攪拌流の減衰到達距離を得ることができる。また、比較的省エネルギー型の攪拌装置３４とすることができる。
【００４４】
従って、攪拌装置３４を稼動させるためのエネルギーは、曝気装置のブロワを稼動させて処理槽１０内を曝気させるときと比較して大幅に低減される。すなわち、攪拌装置３４を稼動させるためのコストは、ブロワを稼動させて処理槽１０内を曝気させるためのコストと比較して大幅に削減され、ランニングコストを低減させることができる。
【００４５】
本実施例に係る排水処理システムの処理槽１０は、既存の設備、すなわち、既存の処理槽１０に攪拌装置３４と超微細気泡発生装置１６を備えることにより、実現することができる。よって、イニシャルコストを低く抑えることができ、新規の設備のみならず既存の設備にもシステムの導入を容易としている。
また、微生物の酸化分解活性が高いために、既存の設備と比較して同等の効果を得るために小型の処理槽を採用することができる。従って、設備に係るコスト及び設備を運転するためのコストを抑えることができる。
【００４６】
さらに、排水処理システムの運転コストが嵩む要因の一つであったブロワの稼動に係るコストが削減され、稼動に係るコストが比較的少ない省電力の攪拌装置３４を採用することによって、排水処理設備のランニングコストを低く抑えることができる。
【００４７】
但し、攪拌装置３４の形態は本実施例に限定されるものではなく、例えば、単一の攪拌翼を処理槽１０内に配設して、該攪拌翼を回転駆動又は揺動回転駆動するように構成することもできる。また、攪拌翼を処理槽１０内の適宜位置に複数配設して、処理槽１０内の被処理水の水流を制御することもできる。
【００４８】
次に、本発明の排水処理システムの第二実施例に係る処理槽１０の構造について説明する。
第二実施例では、嫌気−好気活性汚泥法を採用している。
【００４９】
図４に示す如く、第二実施例に係る処理槽１０では、三本の水槽が設けられており、それぞれ、第一処理槽１０ａ、第二処理槽１０ｂ、第三処理槽１０ｃとされている。第一処理槽１０ａの底部と第二処理槽１０ｂの底部とが連通可能とされ、第二処理槽１０ｂの上部と第三処理槽１０ｃの上部とが連通可能とされている。
前記第一処理槽１０ａは好気分解反応槽であり、第二処理槽１０ｂは好気・嫌気分解反応槽であり、第三処理槽１０ｃは微生物分離槽である。
これらの各処理槽１０の底部には、前述の第一実施例と同様に、超微細気泡発生装置１６と、攪拌装置３４とが備えられている。
【００５０】
第一処理槽１０ａでは、超微細気泡発生装置１６により、酸素の豊富な超微細気泡が処理槽１０内に供給されるとともに、攪拌装置３４により処理槽１０内の被処理水が攪拌されて、被処理水中の溶存活性酸素濃度が高められている。これにより、微生物による有機物質の酸化分解能が高められており、被処理水中の有機成分が、二酸化炭素と水とに酸化分解される。
【００５１】
第二処理槽１０ｂでは、好気性環境と、嫌気性環境とが、所定時間毎に交互に切り替わり繰り返される。好気性環境では、超微細気泡発生装置１６により、酸素の豊富な超微細気泡が処理槽１０内に供給されるとともに、攪拌装置３４により、処理槽１０内の被処理水が攪拌される。また、嫌気性環境では、超微細気泡発生装置１６が停止され、攪拌装置３４により、処理槽１０内の被処理水が攪拌される。
好気性環境にあり好気状態である被処理水は、嫌気性環境に切り換えることで、やがて、被処理水内の酸素が無くなり、嫌気状態に切り替わる。
【００５２】
嫌気状態でエネルギー獲得のためにポリリン酸を正リン酸として放出した微生物は、好気状態では正リン酸を過剰摂取・代謝後、ポリリン酸として蓄積することを利用して、第二処理槽１０ｂの好気性環境と、嫌気性環境とを反復させることで、活性汚泥にリン成分を内包させ、被処理水中のリン成分を除去することができる。
さらに、有機物質から成る活性汚泥は、好気状態において、微生物により水と二酸化炭素とに酸化分解されるため、余剰汚泥には、主にリン成分が残留することとなる。
従って、余剰汚泥は、有機物質が少なくリン成分が豊富となるために、該余剰汚泥を回収してリン成分を抽出し再生させることが容易となる。
【００５３】
但し、以下に示す如く、第二実施例において採用している攪拌装置３４を、曝気装置２５に代えることもできる。
図５に示す如く、各処理槽１０の底部には、超微細気泡発生装置１６と、曝気装置２５とが備えられている。曝気装置２５は、該曝気装置２５より放出される空気の気泡の浮上に伴い処理槽１０内に旋回流（循環水流）を発生させるための装置である。
【００５４】
第一処理槽１０ａでは、超微細気泡発生装置１６により、酸素の豊富な超微細気泡が処理槽１０内に供給されるとともに、曝気装置２５により、処理槽１０内の被処理水に循環水流が発生されている。これにより、超微細気泡が被処理水中内に拡散され、超微細気泡に含有される酸素が被処理水中に活性酸素として溶存され、微生物による有機物質の酸化分解能が高められた状態にある。
【００５５】
第二処理槽１０ｂでは、好気性環境と、嫌気性環境とが、所定時間毎に交互に切り替わり繰り返される。好気性環境では、超微細気泡発生装置１６により、酸素の豊富な超微細気泡が処理槽１０内に供給されるとともに、曝気装置２５により、処理槽１０内の被処理水が循環（攪拌）される。また、嫌気性環境では、超微細気泡発生装置１６及び曝気装置２５が停止される。
【００５６】
次に、本発明に係る排水処理システムの第三実施例について説明する。
第三実施例では、図６に示す如く、前記第一実施例の処理工程における処理槽１０のうち最終槽（第三処理槽１０ｃ）において、固液分離膜２３により活性汚泥や微生物と分離された水が、窒素処理調整槽３６に流入され、アンモニアと亜硝酸の比が１：１に調整されたのち、窒素処理槽３７に送られて、該窒素処理槽３７において微生物（Ａｎａｍｍｏｘ菌）を利用して脱窒され、排水処理済水とされる。このように、廃水処理に窒素処理行程を備えたことを特徴としている。
【００５７】
従来の窒素処理は、微生物による好気的分解反応処理により、有機窒素化合物→アンモニア→亜硝酸→硝酸と変化し、生じた亜硝酸並びに硝酸を還元剤により嫌気脱窒して、分子窒素として空気中に放出している。
この際、還元剤としてメタノールを使用するか、或いは、好気的処理後の処理水（硝化液）を大量（原水流入量の約２倍程度）に排水入口へと返送して排水中のＢＯＤ物質を還元剤として使用する。このため、従来の窒素処理技術の改良点は、還元剤の使用量を抑え、大量の液送エネルギーを低減させることにあった。
【００５８】
これに対し、本実施例に係る排水処理システムの窒素処理槽３７では、アンモニアと亜硝酸を主な基質とする嫌気的アンモニア酸化還元反応を行う微生物の作用により、排水中の窒素化合物以外に特殊な還元基質を必要とすることなく、窒素を放出させ、脱窒処理を行うものである。
この微生物の作用による嫌気的アンモニア酸化反応（Ａｎａｍｍｏｘ反応）の化学式を以下に示す。
【００５９】
【化１】
【００６０】
上記反応を利用することにより、処理槽外からの還元基質の供給を必要とせず、また、従来のように大量の硝化液返送や、処理槽の大型化を必要とせず、排水中に含まれる窒素化合物をアンモニアと亜硝酸に変換したうえで、窒素処理槽３７に流入するだけで、窒素処理槽３７内の微生物の作用によって完全に脱窒・消去することができる。
【００６１】
なお、処理槽１０における酸化分解反応により、排水中に含まれる窒素化合物はアンモニアや亜硝酸等に分解されるため、窒素処理調整槽３６に流入される被処理水には、窒素化合物はアンモニアや亜硝酸等となって含まれている。そして、窒素処理調整槽３６では、平衡反応を利用して水温やｐＨを調整することにより、アンモニアと亜硝酸の比が１：１に調整される。
【００６２】
上述の如く、本システムによれば、従来の窒素処理技術の改良点であった、還元剤の使用量と、液送エネルギーの低減とを図ることができ、省エネルギー性に優れた窒素処理が可能となる。
【００６３】
次に、本発明に係る排水処理システムの第四実施例について説明する。
上記第一乃至第三実施例では、排水処理システムを処理槽において展開しているが、本排水処理システムは、浄化施設の処理槽に限定されず、例えば、河川や湖沼、池、堀等に直接展開することも可能である。
【００６４】
従来、河川浄化法として「礫間接触酸化法」、「上向流木炭浄化法」等が採用されているが、これらの方法は、浄化作用時間（距離）の長さ、分解を行う微生物の活性度の低さ、等の問題点があり、短期間で著しい効果を得ることが難しい。
そこで、本排水処理システムを導入することにより、河川・湖沼・池・堀等の直接水質浄化と底質の改善を行い、富栄養化現象が起こり水質汚染が拡大されつつある河川・湖沼・池・堀等の富栄養化物を除去しようとするものである。
【００６５】
図７に示す如く、本実施例では湖に廃水処理システムを展開した例を示している。但し、湖に限定されることなく、河川・湖沼・池・堀等に適応させることができる。
湖の適宜位置には、前記第一実施例乃至第三実施例の処理槽１０と同様に、湖水中の有機物質の分解活性を高めるための、超微細気泡発生装置１６と攪拌装置３４とが備えられている。
【００６６】
本実施例においては、超微細気泡発生装置１６と攪拌装置３４とを一組のユニットとして、浮きを付けて湖水中に浮かばせて、超微細気泡発生装置１６と攪拌装置３４の水深を調節可能に保持している。
超微細気泡発生装置１６では、超微細気泡発生器２０において吸込口から吸い込まれた湖水に超微細気泡が溶解され、湖水内の吐出タンク３２に送られて、超微細気泡供給ノズル２４より豊富な超微細気泡が一気に湖水内へ吐出される。
そして、湖水内に供給された超微細気泡は、超微細気泡供給ノズル２４の上方に設置された攪拌装置３４による送流に並流して、湖水の全面的に拡散される。
【００６７】
また、攪拌装置３４は湖水を攪拌して、澱みがちな湖水に水流を形成するとともに、超微細気泡を拡散している。さらに、攪拌装置３４を湖の底部に配設することで、湖底に沈降している堆積物を攪拌流に乗せて巻き上げ、超微細気泡に吸着させて浮上させることも可能である。
【００６８】
前記超微細気泡発生装置１６及び攪拌措置３４の稼動開始とともに、吸込口から超微細気泡発生器２０に吸入される湖水中に、無機凝集剤５０と中和剤としての消石灰等とが添加され、超微細気泡発生器２０を介して、超微細気泡とともに無機凝集剤５０と消石灰とが吐出タンク３２に送り込まれ、凝集剤５０と消石灰とが超微細気泡とともに湖水中に供給される。
【００６９】
この凝集剤５０により、湖水に含まれる溶解性リン成分は不溶化されて有機物質とともに凝集し、フロック化される。
フロック５２となった有機物質は、攪拌措置３４により形成される攪拌流に乗り湖水中を浮遊する。この際に、湖水中の超微細気泡がフロック５２に吸着され付着し、フロック５２を浮上させる。湖面まで浮上したフロック２５は凝集して浮上有機物５１として回収することができ、湖水からリン成分を有機物質とともに分離することができる。
このようにして回収槽に回収された浮上有機物５１は、脱水され廃棄物処理またはコンポスト化される。これにより、湖水中の有機物質とともに不溶化したリン・窒素・残留農薬等が吸着されて、浮上され回収されることにより、湖水中の有機物質やリン・窒素・残留農薬等の大半を除去することができる。湖水よりリン成分・窒素成分を除去することによって、アオコの発生を抑制する効果が得られる。
【００７０】
さらに、上述の如く、湖水中の有機物質やリン成分の多くが浮上有機物５１として回収されたうえで、超微細気泡発生装置１６による超微細気泡の供給と、攪拌装置３４による攪拌を継続することにより、湖水中に生存する微生物により湖水中の有機物質の酸化分解が促進され、湖水の浄化が維持される。
【００７１】
本排水処理システムでは、大規模な処理設備を必要とすることがなく、必要なときのみ現地に設置しての使用も可能となる。従って、処理槽と比較して容積の大きい河川・湖沼・池・堀等の水の浄化でも、設備の設置にかかるコストを抑えることができる。また、曝気装置を備えるときと比較して、ランニングコストが削減されることは前述の通りである。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００７３】
即ち、請求項１に示す如く、処理槽と、該処理槽内に超微細気泡を供給する超微細気泡発生装置と、該処理槽内の被処理水を攪拌する攪拌装置とを備えたので、処理槽内の被処理水中の溶存酸素濃度を高めて微生物の酸化分解活性を高めることができる。
【００７４】
請求項２に示す如く、前記攪拌装置は、軸体と該軸体の両端に固設した攪拌翼とで構成される立体翼が、軸体を軸心として揺動回転しつつ軸体の長尺方向中心を軸心として揺動回転する構成としたので、省エネルギーの攪拌装置となり、排水処理システムのランニングコストを低く抑えることができる。
【００７５】
請求項３に示す如く、前記攪拌装置の攪拌翼を、超微細気泡供給位置の近傍且つ上方に配置したので、超微細気泡を攪拌装置により発生される攪拌流に巻き込むことができ、また、超微細気泡を効果的に拡散させることができる。
【００７６】
請求項４に示す如く、前記超微細気泡発生装置に、該超微細気泡発生装置に導入される気体の酸素濃度を高めるための酸素発生器を備えたので、被処理水への酸素の溶解量を増加させることができる。
【００７７】
請求項５に示す如く、前記処理槽を複数連設連通し、そのうち少なくとも一本の処理槽を、好気状態と嫌気状態とを切換可能としたので、好気・嫌気分解を利用して有機性排水中のリン成分を活性汚泥に内包させることができる。
【００７８】
請求項６に示す如く、前記処理槽を複数連設連通し、そのうちの最終槽に、被処理水より活性汚泥と微生物とを分離する固液分離膜を備えたので、被処理水中の微生物の濃度を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図。
【図２】処理槽の構成の別形態を示す図。
【図３】攪拌装置の構成を示す図。
【図４】本発明の第二実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図。
【図５】第二実施例に係る処理槽の別形態を示す排水処理システムの全体的な構成を示した図。
【図６】第三実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図。
【図７】第四実施例に係る排水処理システムの全体的な構成を示した図。
【符号の説明】
１０ 処理槽
１６ 超微細気泡発生装置
２１ 酸素発生器
２４ 超微細気泡供給ノズル
３４ 攪拌装置
４０ 攪拌翼
４１ 軸体
４２ 立体翼[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wastewater treatment system that performs a purification treatment by oxidatively decomposing organic substances in organic wastewater with microorganisms.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the rapid expansion of the industrial society, environmental pollution has become an increasingly serious problem. Environmental standards set by the government and local governments have been strengthened, and there is a need for companies to increase their interest in environmental issues. Under such circumstances, there is a strong need from companies for improvement of industrial waste treatment technology and wastewater treatment technology.
[0003]
Conventionally, a standard activated sludge method has been used as a method for treating organic wastewater.
In the standard activated sludge method, for example, as described in Patent Literature 1, an aeration tube is installed at the bottom of a tank in an aeration tank, high-pressure air is supplied from a ground side by a blower or the like through a duct, and is introduced into water. A swirling flow (circulating water flow) is generated in the tank along with floating of the released air bubbles, and aeration of the wastewater by the bubbles is performed to oxidatively decompose organic substances by microorganisms.
[0004]
Further, in an organic wastewater containing a large amount of a phosphorus component, the phosphorus component is not so much removed, and a large amount of the phosphorus component may remain in the treated water. It is not preferable to discharge such treated water containing a large amount of the phosphorus component to lakes or the like, because phytoplankton remarkably proliferates due to eutrophication of the water.
[0005]
Therefore, as a process for removing the phosphorus component contained in the wastewater, for example, an anaerobic-aerobic activated sludge method is performed.
The anaerobic-aerobic activated sludge method utilizes the fact that microorganisms that released polyphosphate as orthophosphate for energy acquisition in an anaerobic state accumulate as polyphosphate after excessive intake and metabolism of orthophosphate in an aerobic state In this method, wastewater is subjected to repeated treatment in an anaerobic tank, an aerobic tank and a sedimentation basin so that the excess sludge contains a phosphorus component and the phosphorus component in the treated water is removed.
[0006]
In addition, domestic wastewater such as food wastewater containing nitrogen organic matter derived from proteins, wastewater containing human and livestock excreta, or industrially large amounts of nitrogen organic compounds are used (for example, a large amount of color is generated in a dyeing process to produce color). For wastewater from factories and the like (when urea is used), treatment of nitrogen compounds is particularly required.
If the organic matter in the wastewater is discharged into the water system without being decomposed, it will lead to eutrophication of the water system and lack of oxygen, and if the nitrogen treatment is insufficient, the odor of ammonia and nitric acid / nitrite The effluent system will be contaminated by such poisons.
Accordingly, strict comprehensive water quality regulations, including nitrogen and phosphorus treatment, are being implemented for the discharge of wastewater into closed water areas (for example, lakes and moats) where water exchange is slow.
[0007]
On the other hand, a stirrer that has low power consumption and can stir a wide range with energy saving has been proposed. For example, this is a technique described in Patent Document 2.
This energy-saving stirrer has a structure in which a fluid can be stirred with relatively low power consumption by rotating while rotating a three-dimensional stirring blade by a pair of rotating shafts.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2001-314888 A
[Patent Document 2]
JP-A-2002-143665
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The wastewater treatment by the conventional activated sludge method requires a large-sized treatment facility because of low COD (chemical oxygen demand) and BOD (biochemical oxygen demand) treatment efficiency, and requires aeration (aeration) equipment. There are many problems such as an increase in operating energy costs. Under such circumstances, there is a demand for the development of a processing technique for realizing energy saving and low running cost.
[0010]
In addition, in the conventional anaerobic-aerobic activated sludge method, the phosphorus component can be effectively removed from the wastewater, but the excess sludge is rich in the phosphorus component, and further contains various other organic components and heavy metal components. Problems arise in its disposal.
Further, the phosphorus component is considered to be capable of being effectively recycled for producing fertilizers and phosphorus compounds, for example. However, the separation treatment is difficult because the phosphorus component is in a sludge state mixed with various components as described above.
Under such circumstances, reduction of organic excess sludge is required.
[0011]
In addition, the conventional nitrogen treatment method uses a reducing agent such as methanol or performs special aerobic / anaerobic treatment and returns a large amount of liquid (about twice as much as raw water). Expensive energy costs and running costs are required, such as requiring a significant increase in energy such as power.
Under these circumstances, there is a high demand for higher efficiency and lower cost.
[0012]
In view of the above situation, the present invention proposes a wastewater treatment system that can reduce excess sludge by decomposing almost all organic components contained in wastewater.
Then, by reducing the excess sludge, the cost for discharging the excess sludge is reduced and the environment is protected. Further, in the treatment of organic wastewater containing a phosphorus component, the phosphorus component contained in the wastewater is easily extracted so that the phosphorus component can be effectively used.
At the same time, in conventional wastewater treatment equipment, a blower, which contributes to increasing wastewater treatment costs due to large power consumption, is eliminated from the system, and a wastewater treatment system with lower running costs is proposed.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
[0014]
That is, in claim 1, a processing tank, an ultrafine bubble generator for supplying ultrafine bubbles into the processing tank, and a stirring device for stirring the water to be treated in the processing tank are provided. .
[0015]
In the stirrer according to claim 2, the three-dimensional blade including a shaft body and stirring blades fixed to both ends of the shaft body is configured such that the three-dimensional blade swings and rotates about the shaft body and is long. It is configured to swing and rotate around the center of the direction.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, the stirring blade of the stirring device is disposed near and above the position of supplying the ultrafine bubbles.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, the ultra-fine bubble generator includes an oxygen generator for increasing the oxygen concentration of the gas introduced into the ultra-fine bubble generator.
[0018]
In claim 5, a plurality of the processing tanks are connected and connected, and at least one of the processing tanks can be switched between an aerobic state and an anaerobic state.
[0019]
According to a sixth aspect of the present invention, a plurality of the treatment tanks are connected and connected, and a final tank among them is provided with a solid-liquid separation membrane for separating activated sludge and microorganisms from the water to be treated.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the invention will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a wastewater treatment system according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the configuration of the treatment tank, and FIG. is there. FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a wastewater treatment system according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an overall configuration of a wastewater treatment system showing another embodiment of a treatment tank according to the second embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the overall configuration of a wastewater treatment system according to the third embodiment, and FIG. 7 is a diagram showing the overall configuration of a wastewater treatment system according to the fourth embodiment.
[0021]
The wastewater treatment system according to the present invention holds microorganisms that oxidatively decompose organic substances in an open system treatment tank into which organic wastewater has flowed, and carbonizes organic substances in the organic wastewater by oxidative decomposition of the microorganisms. This is an open system that completely decomposes into gas and water.
Further, a device for increasing the oxidative decomposition activity of the microorganisms in the treatment tank 10 and maintaining high oxidative decomposition activity is provided. That is, the ultra-fine bubble generator 16, the stirring device 34, and the reclaimed water generator 18 provided in the treatment tank 10.
With these devices, the organic wastewater to be oxidatively decomposed in the treatment tank 10 has a high active oxygen concentration and a high microorganism concentration.
[0022]
Therefore, the efficiency of decomposition treatment of organic substances in the organic wastewater is increased as compared with the conventional wastewater treatment system, so that high-speed treatment is possible. Also, due to the high decomposition processing efficiency, the required size of the processing tank can be reduced in size as compared with the conventional processing tank, the initial cost can be reduced, and the processing tank is provided. The cost for operating the device can be reduced, that is, the running cost can be reduced.
[0023]
The organic wastewater treated by the wastewater treatment system is decomposed with almost no organic components contained in the wastewater, so that almost no excess sludge containing the organic components is generated.
Therefore, it is possible to solve the problem relating to the disposal of the excess sludge and reduce the cost of the disposal, thereby contributing to environmental protection and reducing the running cost of the wastewater treatment.
[0024]
In particular, when the present system is applied to the anaerobic-aerobic activated sludge method, the excess sludge is not necessarily separated from the organic component and the phosphorus component contained in the organic wastewater in the excess sludge. Can be easily extracted from the water. Therefore, the phosphorus component can be recovered and regenerated.
[0025]
Next, the configuration of the wastewater treatment system will be described.
As shown in FIG. 1, the wastewater treatment system includes an adjustment tank 11, a neutralization tank 13, a treatment tank 10, and a regeneration tank 19.
[0026]
The adjustment tank 11 is a tank for allowing organic wastewater to flow in the first stage. In the adjustment tank 11, the flow rate of the wastewater flowing into the treatment tank 10 is adjusted, and relatively large solids and the like contained in the wastewater are contained. Is removed. Then, drainage is sent from the adjustment tank 11 to the neutralization tank 13 by the pump 12 provided in the adjustment tank 11.
In the neutralization tank 13, the pH of the waste water is adjusted, and the waste water is neutralized. The neutralization tank 13 is provided with a stirring blade 14 for promoting the reaction of the wastewater in the water tank. The wastewater neutralized in the neutralization tank 13 is sent to the processing tank 10.
[0027]
The treatment tank 10 is composed of a plurality of communicating water tanks. In the treatment tank 10, microorganisms that oxidatively decompose organic substances in the water to be treated (organic wastewater) are charged, and a nutrient for increasing the oxidative decomposition activity of the microorganisms is charged. In the treatment tank 10, the organic substances in the water to be treated are oxidatively decomposed by the oxidative decomposition function of the microorganisms, and the activated sludge composed of the organic substances and the like in the water to be treated is reduced while passing through the treatment tank 10 in order. Finally, there is almost no excess sludge remaining in the treatment tank 10.
[0028]
In a final water tank of the treatment tank 10, a solid-liquid separation membrane 23 is provided as a regenerated water generator 18. The water to be treated is taken out of the treatment tank 10 through the solid-liquid separation membrane 23 and flows into the reclaimed water tank 19 as treated reclaimed water after drainage treatment. By the action of the solid-liquid separation membrane 23, microorganisms and activated sludge are separated from the water to be treated, and only water is sent to the reclaimed water tank 19 as reclaimed water.
By the treatment with the solid-liquid separation membrane 23 of the reclaimed water generator 18, the concentration of microorganisms in the treatment tank 10 is increased, so that the growth amount and the decomposition amount of the microorganisms are balanced, and the microorganisms are constantly oxidatively decomposed. Has been tuned to be able to do.
[0029]
Next, the structure of the treatment tank 10 according to the first embodiment of the wastewater treatment system of the present invention will be described.
[0030]
As shown in FIG. 1, in a processing tank 10 according to the present embodiment, three communicating water tanks are provided, and a first processing tank 10a, a second processing tank 10b, and a third processing tank 10c are arranged in the order of processing.
The lower part of the first processing tank 10a communicates with the lower part of the second processing tank 10b, and the upper part of the second processing tank 10b and the upper part of the third processing tank 10c communicate with each other. The water to be treated that has flowed into the 10a is configured to flow from the first treatment tank 10a, pass through the second treatment tank 10b, and flow to the third treatment tank 10c.
[0031]
The first processing tank 10a and the second processing tank 10b are decomposition reaction tanks, and are provided mainly as processing tanks for decomposing organic substances in the water to be treated. The third treatment tank 10c is a microorganism separation tank, and includes a regenerated water generator 18. However, the number of water tanks constituting the processing tank 10 is not limited to this embodiment, and the number of decomposition reaction tanks can be increased or decreased.
[0032]
In each of the first processing tank 10a, the second processing tank 10b, and the third processing tank 10c, an ultrafine bubble generator 16 and a stirring device 34 are provided at the bottom of the water tank. Power is transmitted from the bottom of the water tank to the agitating devices 34, 34, 34 disposed in the respective processing tanks via the transmission shaft from the motor 30 serving as the same drive source, thereby simplifying the power transmission configuration.
The ultra-fine bubble generator 16 is provided with an oxygen generator 21. The ultra-fine bubbles supplied into the water to be treated in the treatment tank 10 contain more oxygen than air. Further, a stirrer 34 is provided near and above the supply position of the ultrafine bubbles, and is arranged so that the ultrafine bubbles are caught in the stirring flow generated by the stirrer 34. By changing the discharge direction of the ultrafine bubble supply nozzle 24, for example, the supply of the ultrafine bubbles to the vicinity and above the stirring device 34, the vicinity and below the stirring device 34, or the vicinity and to the side of the stirring device 34 A nozzle 24 can also be arranged.
[0033]
Various impurities are mixed in the water to be treated, and substances are settled and deposited on the bottom of the treatment tank 10 for introducing the water to be treated. By the stirring device 34, the water to be treated is stirred and an upward water flow is formed, so that the substance to be deposited can be wound up.
It is also possible that ultrafine bubbles are adsorbed on a substance to be deposited, and the substance is raised in water by the buoyancy of the bubbles.
Furthermore, in the treatment tank 10 (third treatment tank 10c), which is a microorganism separation tank, ultrafine bubbles can be used as a carrier for microorganisms and activated sludge acting on the solid-liquid separation membrane 23 of the regenerated water generator 18. , The separation function can be enhanced.
[0034]
The following synergistic effect can be obtained by providing the stirring device 34 in the processing tank 10 together with the ultrafine bubble generating device 16.
First, the superfine bubbles are entrained in the stirring flow generated by the stirring device 34, so that the residence time of the superfine bubbles in water can be extended.
Second, the ultrafine bubbles supplied into the water to be treated are entrained in the stirring flow generated by the stirring device 34, thereby breaking the bubbles and further miniaturizing the ultrafine bubbles.
Third, the water to be treated in the treatment tank is made uniform by the stirring flow generated by the stirring device 34, and the ultrafine bubbles are quickly mixed with the water to be treated.
Due to these synergistic effects, more oxygen is dissolved in the water to be treated, the oxygen dissolving efficiency is improved, and the concentration of active oxygen dissolved in the water to be treated can be increased.
[0035]
In this manner, by increasing the dissolved oxygen in the water to be treated, it is possible to supply a sufficient amount of oxygen more than is required at the time of decomposing microorganisms to organic substances, and to increase the organic substance decomposition rate in the treatment tank 10. However, the resolution of microorganisms is not limited to oxygen supply.
Therefore, as compared with the conventional wastewater treatment system, the rate of oxidative decomposition and decomposition of organic substances in the organic wastewater is increased, and the decomposition treatment efficiency is increased, so that high-speed treatment is possible.
[0036]
Further, the wastewater treatment system has a high decomposition treatment efficiency, and the generation of sludge is suppressed by the microbubbles as a fluid carrier, so that almost no excess sludge is generated. Further, even if some sludge is generated, the sludge is decomposed by the solid-liquid separation membrane while staying in the treatment tank, and becomes a steady state (a state decomposed as an organic substance and dispersed in the water to be treated).
By not generating excess sludge, the cost associated with the processing of excess sludge, which has been conventionally treated as industrial waste, is reduced, and also contributes to environmental protection in recent years when the treatment of industrial waste has become a problem. be able to.
[0037]
In addition, a pH sensor, a temperature sensor, a microorganism concentration meter, and a dissolved oxygen sensor are provided in each of the processing tanks 10, these sensors are connected to a controller, and the state of each of the processing tanks 10 can be monitored by an information terminal. it can. The controller is connected to the ultra-fine bubble generator 16 and the agitator 34 so that the temperature, the concentration of microorganisms, and the amount of dissolved oxygen in the processing tank 10 can be adjusted.
[0038]
Next, the ultra-fine bubble generator 16 will be described.
The superfine bubble generator 16 includes a superfine bubble supply nozzle 24 introduced into the processing tank 10 and a superfine bubble generator 20 connected thereto. The ultrafine bubble generator 20 is provided with an oxygen generator 21, a gas having a high oxygen concentration is supplied to the ultrafine bubble generator 20, and the gas is supplied as ultrafine bubbles into the processing target. Therefore, the ultrafine bubbles become bubbles having a high oxygen concentration.
[0039]
The ultrafine bubbles are bubbles having a diameter of 0.1 μm to 3 μm, and are smaller than fine bubbles (the bubble diameter is 10 to 100 μm). Ultra-fine bubbles have a small bubble diameter and a small buoyancy. For this reason, even when superfine bubbles are supplied to the stirring flow in the processing tank 10, the superfine bubbles can easily ride not only on the upward flow but also on the downward flow in the processing tank 10. 10 can be uniformly diffused.
[0040]
Next, the stirring device 34 will be described.
The stirring device 34 includes a three-dimensional blade 42 having two stirring blades 40, 40, and a driving unit 31 for rotating the stirring blades 40 and 40 and simultaneously swinging the stirring blades 40 by driving the three-dimensional blade 42. And a motor 30 for supplying power to the drive unit 31.
The stirrer 34 is provided at the bottom of the processing tank 10, but is also provided at the top of the processing tank 10, as shown in FIG. 2, so that a stirring flow is generated at both the bottom and the top of the processing tank 10. You can also.
[0041]
As shown in FIG. 3, a three-dimensional blade 42 is formed by a shaft body 41 and two stirring blades 40, 40 fixed to both ends of the shaft body 41 so as to have a quadrature phase. .
The shaft body 41 is provided with bearing portions 43, 43 penetrating the shaft body 41 in a state orthogonal to the stirring blades 40, 40, respectively. The bearing portions 43, 43 are formed in a substantially V shape. The connecting members are supported by rotatable members 44.
The connecting members 44 are connected to rotating shafts 45 driven by the drive unit 31 via universal joints 46. The two rotating shafts 45 are rotated in opposite directions, and while one rotating shaft 45 is rotated at a speed higher than a predetermined reference rotating speed, the other rotating shaft 45 is rotated at a speed lower than the reference rotating speed. Is also driven to rotate at a low speed. High-speed rotation and low-speed rotation are switched between each rotation shaft 45.
[0042]
Then, by rotating the rotating shafts 45 alternately between the high-speed rotation and the low-speed rotation, the three-dimensional wing 42 is rotated by 90 degrees around the axis thereof while the inclination direction of the shaft 41 is 90 degrees. Varies over time. Therefore, while one of the stirring blades 40 rotates 90 degrees around the pair of shafts while swinging from above to below, the other stirring blade 40 swings from the bottom to above while rotating around the pair of shafts. Is rotated through 90 degrees. Then, as the three-dimensional blade 42 repeats such an operation, each of the stirring blades 40 is intermittently rotated.
[0043]
As described above, by suspending the three-dimensional wing 42 between the two independent rotating shafts 45 and 45 rotating in opposite directions to each other and causing the three-dimensional wing 42 to swing and reverse, the stirring blades 40 and 40 The movement is a combination of the vertical movement and the rotational movement. By the movement of the three-dimensional wing 42, a vortex to maintain the operation of the three-dimensional wing 42 and a water mass to alternately move from the left and right of the three-dimensional wing 42 are generated, and the volume exclusion type stirring is performed. .
As a result, the volume of water removed by the stirring blades 40 directly acts on the movement of the water, so that the energy of stirring can be reliably transmitted to the water. Therefore, a relatively large amount of liquid transfer moving water is generated, and a relatively long stirring flow attenuation reach distance can be obtained. Further, the stirring device 34 can be a relatively energy-saving type.
[0044]
Therefore, the energy for operating the stirring device 34 is significantly reduced as compared with the case where the inside of the processing tank 10 is aerated by operating the blower of the aeration device. That is, the cost for operating the stirrer 34 is greatly reduced as compared with the cost for operating the blower and aerating the inside of the processing tank 10, and the running cost can be reduced.
[0045]
The treatment tank 10 of the wastewater treatment system according to the present embodiment can be realized by providing the existing equipment, that is, the existing treatment tank 10 with the stirring device 34 and the ultrafine bubble generation device 16. Therefore, the initial cost can be kept low, and the system can be easily introduced not only to new facilities but also to existing facilities.
Further, since the oxidative decomposition activity of microorganisms is high, a small processing tank can be employed in order to obtain the same effect as compared with existing equipment. Therefore, the cost related to the equipment and the cost for operating the equipment can be reduced.
[0046]
Furthermore, the cost of operating the blower, which is one of the factors that increase the operating cost of the wastewater treatment system, is reduced, and the power-saving stirrer 34 having a relatively low operation cost is employed. Running cost can be kept low.
[0047]
However, the form of the stirrer 34 is not limited to the present embodiment. For example, a single stirrer may be provided in the processing tank 10 and the stirrer may be driven to rotate or swing. Can also be configured. In addition, a plurality of stirring blades may be provided at appropriate positions in the processing tank 10 to control the flow of the water to be treated in the processing tank 10.
[0048]
Next, the structure of the treatment tank 10 according to the second embodiment of the wastewater treatment system of the present invention will be described.
In the second embodiment, the anaerobic-aerobic activated sludge method is employed.
[0049]
As shown in FIG. 4, in the processing tank 10 according to the second embodiment, three water tanks are provided, which are a first processing tank 10a, a second processing tank 10b, and a third processing tank 10c, respectively. . The bottom of the first processing tank 10a and the bottom of the second processing tank 10b can communicate with each other, and the upper part of the second processing tank 10b and the upper part of the third processing tank 10c can communicate with each other.
The first processing tank 10a is an aerobic decomposition reaction tank, the second processing tank 10b is an aerobic / anaerobic decomposition reaction tank, and the third processing tank 10c is a microorganism separation tank.
At the bottom of each of these processing tanks 10, an ultrafine bubble generator 16 and a stirrer 34 are provided as in the first embodiment.
[0050]
In the first treatment tank 10a, the ultrafine bubbles generator 16 supplies oxygen-rich ultrafine bubbles into the treatment tank 10, and the stirring device 34 stirs the water to be treated in the treatment tank 10, The concentration of dissolved active oxygen in the water to be treated is increased. As a result, the ability of microorganisms to oxidize organic substances is enhanced, and organic components in the water to be treated are oxidatively decomposed into carbon dioxide and water.
[0051]
In the second processing tank 10b, the aerobic environment and the anaerobic environment are alternately switched at predetermined time intervals and repeated. In the aerobic environment, the ultrafine air bubbles are supplied to the processing tank 10 by the ultrafine air bubble generator 16 and the water to be treated in the processing tank 10 is agitated by the stirring device 34. In an anaerobic environment, the ultrafine bubble generator 16 is stopped, and the water to be treated in the treatment tank 10 is stirred by the stirring device 34.
The water to be treated which is in the aerobic environment and is in the aerobic state is switched to the anaerobic environment, and eventually the oxygen in the water to be treated disappears, and the water is switched to the anaerobic state.
[0052]
Microorganisms that have released polyphosphate as orthophosphate for energy acquisition in an anaerobic state use the excess treatment and metabolism of orthophosphate in an aerobic state, and then accumulate as polyphosphate, utilizing the second treatment tank 10b By repeating the aerobic environment and the anaerobic environment, the activated sludge can include the phosphorus component, and the phosphorus component in the water to be treated can be removed.
Furthermore, activated sludge composed of organic substances is oxidatively decomposed into water and carbon dioxide by microorganisms in an aerobic state, so that phosphorus components mainly remain in excess sludge.
Therefore, since the excess sludge contains a small amount of organic substances and is rich in the phosphorus component, it is easy to collect the excess sludge, extract the phosphorus component, and regenerate the phosphorus component.
[0053]
However, as shown below, the stirring device 34 employed in the second embodiment can be replaced with the aeration device 25.
As shown in FIG. 5, an ultra-fine bubble generator 16 and an aerator 25 are provided at the bottom of each processing tank 10. The aeration device 25 is a device for generating a swirling flow (circulating water flow) in the processing tank 10 as air bubbles released from the aeration device 25 float.
[0054]
In the first treatment tank 10 a, oxygen-rich ultrafine bubbles are supplied into the treatment tank 10 by the ultrafine bubble generator 16, and a circulating water flow is supplied to the water to be treated in the treatment tank 10 by the aerator 25. Has been generated. As a result, the ultrafine bubbles are diffused into the water to be treated, and oxygen contained in the ultrafine bubbles is dissolved as active oxygen in the water to be treated, so that the oxidizing ability of the microorganisms to oxidize the organic substance is enhanced.
[0055]
In the second processing tank 10b, the aerobic environment and the anaerobic environment are alternately switched at predetermined time intervals and repeated. In the aerobic environment, the ultra-fine bubble generator 16 supplies oxygen-rich ultra-fine bubbles into the processing tank 10, and the aeration apparatus 25 circulates (stirs) the water to be treated in the processing tank 10. You. In the anaerobic environment, the ultrafine bubble generator 16 and the aerator 25 are stopped.
[0056]
Next, a third embodiment of the wastewater treatment system according to the present invention will be described.
In the third embodiment, as shown in FIG. 6, activated sludge and microorganisms are separated by the solid-liquid separation membrane 23 in the final tank (third processing tank 10c) of the processing tanks 10 in the processing steps of the first embodiment. The water that has flowed into the nitrogen treatment adjusting tank 36, the ratio of ammonia to nitrous acid is adjusted to 1: 1 and then sent to the nitrogen treatment tank 37, where microorganisms (Anammox bacteria) are removed. The wastewater is denitrified and treated as wastewater. As described above, the wastewater treatment is provided with the nitrogen treatment step.
[0057]
In the conventional nitrogen treatment, an aerobic decomposition reaction treatment by microorganisms changes the organic nitrogen compound → ammonia → nitrous acid → nitric acid, and the generated nitrous acid and nitric acid are anaerobically denitrified by a reducing agent, and air as molecular nitrogen. Has been released inside.
At this time, methanol is used as the reducing agent, or the treated water (nitrified liquid) after the aerobic treatment is returned to the wastewater inlet in a large amount (about twice as much as the inflow of raw water) and the BOD in the wastewater is discharged. The substance is used as a reducing agent. Therefore, an improvement of the conventional nitrogen treatment technology is to reduce the amount of the reducing agent used and to reduce a large amount of liquid feeding energy.
[0058]
On the other hand, in the nitrogen treatment tank 37 of the wastewater treatment system according to the present embodiment, special action besides nitrogen compounds in the wastewater is caused by the action of microorganisms that perform an anaerobic ammonia redox reaction using ammonia and nitrous acid as main substrates. The nitrogen is released and the denitrification treatment is performed without requiring any reducing substrate.
The chemical formula of the anaerobic ammonia oxidation reaction (Anammox reaction) by the action of this microorganism is shown below.
[0059]
Embedded image
[0060]
By utilizing the above reaction, there is no need to supply a reducing substrate from outside the treatment tank, nor is it necessary to return a large amount of nitrification liquid as in the past, and it is not necessary to increase the size of the treatment tank, and it is contained in the wastewater. By simply converting the nitrogen compound into ammonia and nitrous acid and then flowing it into the nitrogen treatment tank 37, the nitrogen compound can be completely denitrified and eliminated by the action of microorganisms in the nitrogen treatment tank 37.
[0061]
Since the nitrogen compounds contained in the wastewater are decomposed into ammonia, nitrous acid, and the like by the oxidative decomposition reaction in the treatment tank 10, the nitrogen compounds include ammonia and It is included as nitrous acid. Then, in the nitrogen treatment adjusting tank 36, the ratio of ammonia to nitrous acid is adjusted to 1: 1 by adjusting the water temperature and pH using an equilibrium reaction.
[0062]
As described above, according to the present system, it is possible to reduce the amount of the reducing agent used and the energy required for liquid transfer, which are improvements of the conventional nitrogen treatment technology, and it is possible to perform nitrogen treatment with excellent energy saving. It becomes.
[0063]
Next, a fourth embodiment of the wastewater treatment system according to the present invention will be described.
In the first to third embodiments, the wastewater treatment system is deployed in the treatment tank. However, the present wastewater treatment system is not limited to the treatment tank of the purification facility, and may be used, for example, in rivers, lakes, marshes, ponds, and moats. It is also possible to deploy directly.
[0064]
Conventionally, river-bed purification methods such as the “contact oxidation method between gravel” and the “upflow charcoal purification method” have been adopted. There are problems such as low activity, and it is difficult to obtain a remarkable effect in a short period of time.
Therefore, by introducing this wastewater treatment system, rivers, lakes, ponds, and ponds are directly purified and the water quality of rivers, lakes, marshes, ponds, moats, etc. is improved.・ It is intended to remove eutrophication such as moat.
[0065]
As shown in FIG. 7, this embodiment shows an example in which a wastewater treatment system is deployed in a lake. However, it is possible to adapt to rivers, lakes, ponds, moats, etc., without being limited to lakes.
At an appropriate position in the lake, an ultra-fine bubble generator 16 and a stirrer 34 for increasing the activity of decomposing organic substances in the lake water, as in the treatment tank 10 of the first to third embodiments, are provided. Provided.
[0066]
In the present embodiment, the ultrafine bubble generator 16 and the stirring device 34 can be adjusted as a set of units so that they float in the lake water with a float, and the water depth of the ultrafine bubble generator 16 and the stirring device 34 can be adjusted. Holding.
In the ultrafine bubble generator 16, the ultrafine bubbles are dissolved in the lake water sucked from the suction port in the ultrafine bubble generator 20, sent to the discharge tank 32 in the lake water, and abundantly supplied from the ultrafine bubble supply nozzle 24. Ultra-fine bubbles are discharged into the lake at a stretch.
Then, the ultrafine bubbles supplied into the lake water flow in parallel with the flow of the stirring device 34 installed above the ultrafine bubble supply nozzle 24, and are diffused over the entire lake water.
[0067]
Further, the stirring device 34 stirs the lake water to form a water flow in the stagnant lake water and diffuses ultrafine bubbles. Further, by disposing the stirrer 34 at the bottom of the lake, the sediment sedimented at the bottom of the lake can be lifted up by being put on the stirring flow and adsorbed by ultra-fine bubbles to float.
[0068]
With the start of the operation of the ultrafine bubble generator 16 and the stirring device 34, the inorganic coagulant 50 and slaked lime as a neutralizing agent are added to the lake water sucked into the ultrafine bubble generator 20 from the suction port, The inorganic coagulant 50 and slaked lime are sent to the discharge tank 32 together with the ultrafine bubbles via the ultrafine bubble generator 20, and the coagulant 50 and slaked lime are supplied into the lake water together with the ultrafine bubbles.
[0069]
With this coagulant 50, the soluble phosphorus component contained in the lake water is insolubilized, coagulated together with the organic substance, and flocculated.
The organic material that has become the flocs 52 floats in the lake water on the stirring flow formed by the stirring means 34. At this time, the ultrafine bubbles in the lake water are adsorbed and adhered to the flocs 52, and the flocs 52 float. The flocs 25 that have floated up to the lake surface can be aggregated and collected as floating organic substances 51, and the phosphorus component can be separated from the lake water together with the organic substances.
The floating organic matter 51 collected in the collection tank in this manner is dehydrated and treated as waste or composted. As a result, phosphorus, nitrogen, residual pesticides, etc., which are insolubilized together with the organic substances in the lake water, are adsorbed, floated and collected, thereby removing most of the organic substances, phosphorus, nitrogen, residual pesticides, etc. in the lake water. Can be. By removing phosphorus and nitrogen components from lake water, the effect of suppressing the occurrence of blue water can be obtained.
[0070]
Further, as described above, after many of the organic substances and phosphorus components in the lake water are recovered as floating organic substances 51, the supply of the ultrafine bubbles by the ultrafine bubble generator 16 and the stirring by the stirrer 34 are continued. Thereby, oxidative decomposition of organic substances in the lake water is promoted by microorganisms living in the lake water, and the purification of the lake water is maintained.
[0071]
This wastewater treatment system does not require large-scale treatment equipment, and can be installed and used only when necessary. Therefore, even in the purification of water in rivers, lakes, ponds, ponds, moats, and the like having a larger volume than the treatment tank, it is possible to reduce the cost for installing the equipment. As described above, the running cost is reduced as compared with the case where the aeration device is provided.
[0072]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and has the following effects.
[0073]
That is, as set forth in claim 1, a processing tank, an ultrafine bubble generator for supplying ultrafine bubbles into the processing tank, and a stirring device for stirring the water to be treated in the processing tank, The concentration of dissolved oxygen in the water to be treated in the treatment tank can be increased to increase the oxidative decomposition activity of the microorganism.
[0074]
According to a second aspect of the present invention, in the stirring device, a three-dimensional blade including a shaft and stirring blades fixed to both ends of the shaft is configured such that the three-dimensional blade swings and rotates about the shaft and the length of the shaft is controlled. Since it is configured to swing and rotate about the center in the scale direction, it becomes an energy-saving stirring device, and the running cost of the wastewater treatment system can be suppressed low.
[0075]
According to the third aspect of the present invention, since the stirring blade of the stirring device is arranged near and above the supply position of the ultrafine bubbles, the ultrafine bubbles can be involved in the stirring flow generated by the stirring device. Fine bubbles can be effectively diffused.
[0076]
As described in claim 4, since the ultra-fine bubble generator is provided with an oxygen generator for increasing the oxygen concentration of the gas introduced into the ultra-fine bubble generator, the amount of oxygen dissolved in the water to be treated Can be increased.
[0077]
As described in claim 5, a plurality of the processing tanks are connected and connected, and at least one of the processing tanks can be switched between an aerobic state and an anaerobic state. The activated sludge can include the phosphorus component in the effluent wastewater.
[0078]
As shown in claim 6, a plurality of the treatment tanks are connected and communicated, and a final tank among them is provided with a solid-liquid separation membrane for separating activated sludge and microorganisms from the water to be treated. The concentration can be controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a wastewater treatment system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the configuration of the processing tank.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a stirring device.
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a wastewater treatment system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an overall configuration of a wastewater treatment system showing another form of the treatment tank according to the second embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an overall configuration of a wastewater treatment system according to a third embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an overall configuration of a wastewater treatment system according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Processing tank
16 Ultrafine bubble generator
21 Oxygen generator
24 Ultra-fine bubble supply nozzle
34 Stirrer
40 stirring blade
41 Shaft
42 three-dimensional wing
