JP2004298674A - 排水処理装置及び排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】硝化槽を高負荷にするとともに、設備の小型化及び総コストの低減を可能とする排水処理装置及び排水処理方法を提供すること。
【解決手段】本発明の排水処理装置１０は、導入された排水中のアンモニア性窒素を硝化菌により硝酸性窒素に酸化処理する密閉可能な硝化槽１２と、硝化槽内に純酸素又は酸素富化ガスを供給する酸素供給手段１４と、硝化槽内の排水に対する酸素の溶解を促進させるべく、硝化槽内の排水の液面と硝化槽の天井部との間の空間の気体を取り込み、当該気体を硝化槽内の排水に曝気する曝気手段とを備えることを特徴とする。この構成においては、密閉された硝化槽内に純酸素を供給し曝気することにより、排水への酸素の溶解率を高めて硝化反応を促進できる。しかも、反応ガスが発生しないので、硝化槽を開放する必要なく、必要量のみの純酸素を供給すればよく、ランニングコストも低く抑えられる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンモニア性窒素を含む排水を生物学的に処理する排水処理装置及び排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アンモニア性窒素を含む排水を処理する方法として、生物学的に処理する方法が知られている。この方法では、アンモニア性窒素を硝化菌による微生物処理により硝化反応させ、硝酸性窒素にまで酸化している。また、従来においては、硝化反応は硝化槽において行われるが、その際、硝化反応に必要な酸素源として、空気が用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３１２８９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アンモニア性窒素の硝化反応において、１ｋｇの窒素を硝化するには、約４．６ｋｇの酸素が必要であるため、空気を酸素源とした上記従来の排水処理方法においては、硝化槽を高負荷運転し、また小型化するには限界があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、硝化槽を高負荷、小型にすることが可能な排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためには、空気と比較して酸素濃度の高い純酸素又は酸素富化ガスを硝化反応に必要な酸素源として用いることが考えられる。しかし、従来の硝化槽は開放されており、純酸素又は酸素富化ガスを単に硝化槽内に供給しても、硝化槽内の排水に溶解しない酸素の大部分は大気中に排気されるため、酸素濃縮装置（ＰＳＡ）のような純酸素又は酸素富化ガスの供給手段は無駄な純酸素等を発生していることになり、ランニングコストが増大するという新たな問題が生じる。そこで、このような問題を生ずることなく純酸素又は酸素富化ガスを酸素源として用いることを可能とするために、本発明者は種々検討し、その結果、硝化槽内の排水中に溶解した酸素は硝化反応によってアンモニア性窒素と反応しても、硝酸イオンの状態で排水中に残存するので、反応ガスとしては排水から放散されることはないことを見出した。
【０００７】
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、アンモニア性窒素を含有する排水を処理する排水処理装置において、導入された排水中のアンモニア性窒素を硝化菌により硝酸性窒素に酸化処理する密閉可能な硝化槽と、硝化槽内に純酸素又は酸素富化ガスを供給する酸素供給手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
この構成においては、硝化槽を密閉し、その内部の密閉空間に純酸素を供給した場合であって、前述した通り反応ガスが生じないため硝化槽内の圧力が上昇することはなく、高効率で酸素を排水中に溶解することが可能となり、純酸素の供給量も少なくて済む。また、酸素富化ガスを供給する場合でも、反応ガスの発生量は極めて少なく、適時、硝化槽内の気体を排気すればよいので、余分な酸素富化ガスの供給を抑制することができる。
【０００９】
また、本発明の排水処理装置は、硝化槽内の排水に対する酸素の溶解を促進させるべく、硝化槽内の排水の液面と硝化槽の天井部との間の空間の気体を取り込み、当該気体を硝化槽内の排水に曝気する曝気手段を備えている。曝気手段を用いた場合、硝化槽内に供給された純酸素又は酸素富化ガスを積極的に排水と接触させることができ、酸素を更に効率よく硝化槽内の排水に溶解させ、硝化反応による排水処理を促進させることができる。
【００１０】
更に、本発明の排水処理装置は、硝化槽内の排水中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出手段と、硝化槽内の排水中の溶存酸素濃度が所定範囲に維持されるよう溶存酸素検出手段による検出結果に基づいて曝気手段を制御する第１の制御手段とを更に備えることが好ましい。この構成によれば、硝化槽内の排水の溶存酸素濃度が所定の範囲に維持されるよう曝気量を調節することができるので、硝化槽内の排水が曝気不足状態及び過曝気状態になることを防止ないしは抑制することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の排水処理装置は、硝化槽内の気体を硝化槽の外部に排気する排気手段と、硝化槽内の排水の液面と硝化槽の天井部との間の空間の圧力を検出する圧力検出手段と、空間の圧力が所定範囲に維持されるよう圧力検出手段による検出結果に基づいて酸素供給手段及び排気手段を制御する第２の制御手段とを更に備えることが好ましい。この構成によれば、空間の圧力が所定の範囲に維持されるよう純酸素又は酸素富化ガスの供給を調節することができるので、硝化槽内の排水中に溶解した酸素により低下した空間の圧力分の純酸素又は酸素富化ガスを供給することが可能となり、余分な酸素の供給を抑制することができる。また、何らかの原因で空間の圧力が所定の範囲を超えて過圧状態になった場合、排気手段により空間の気体を排気して、空間の圧力を所定範囲に戻すことができる。
【００１２】
本発明はまた、排水処理方法にも係るものである。本発明による排水処理方法は、アンモニア性窒素を含有する排水を硝化槽内において硝化菌によりアンモニア性窒素を硝化性窒素に酸化することで処理する排水処理方法において、硝化槽を密閉し、硝化槽内の排水の液面と硝化槽の天井部との間の空間を純酸素又は酸素富化ガスで満たすステップと、硝化槽内の排水の液面と硝化槽の天井部との間の空間の気体を取り込み、当該気体を硝化槽内の排水に曝気して、硝化槽内の排水に対する酸素の溶解を促進させるステップとを含むことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の排水処理装置の第１実施形態を示す概略図である。図１に示すように第１実施形態にかかる排水処理装置１０は、硝化菌を主体とする活性汚泥が貯留されている密閉可能な硝化槽１２と、純酸素又は酸素富化ガスを供給する手段としてのＰＳＡ（プレッシャースイング吸着方式）酸素供給装置１４とを備えている。また、硝化槽１２は一端部に溢流部１６を備えている。硝化菌を主体とする活性汚泥としては、グラニュール化したグラニュール汚泥や硝化菌を担体表面に付着させた生物担体等を用いることができる。
【００１５】
硝化槽１２には、アンモニア性窒素を含む処理対象排水を供給するラインＬ１と、酸素供給装置１４から硝化槽１２内に純酸素又は酸素富化ガスを供給するラインＬ２と、硝化槽１２内の排水の液面１８と硝化槽１２の天井部２０との間の空間２２の気体を硝化槽１２の外部に排気するラインＬ３と、空間２２の気体を取り込み、当該気体を硝化槽１２内の排水中に曝気を行う曝気装置（曝気手段）１３を構成するラインＬ４と、硝化反応後の処理水を硝化槽１２の外部に排出するラインＬ５とが接続されている。
【００１６】
ラインＬ１には、処理対象排水の硝化槽１２への導入量を調節する排水量調節弁２４が介設されており、ラインＬ１における処理対象排水の出口は溢流部１６の直上に配置されている。ラインＬ２には、硝化槽１２と酸素供給装置１４との間に酸素の供給量を調節する酸素供給量調節弁２６が介設されている。ラインＬ３には、排気量を調節する排気量調節弁２８が介設されている。曝気装置１３を構成するラインＬ４は、空間２２の気体を取り込み、送り出すブロワ３０と、硝化槽１２内の底部に配置され、ブロワ３０から送り出された気体を硝化槽１２内の排水中へ散気する散気管３２とを備えている。また、ラインＬ４には、ブロワ３０と散気管３２との間に曝気量を調節する曝気量調節弁３４が介設されている。ラインＬ５には、いわゆるＵトラップ３６が介設されており、大気と硝化槽１２内とを水封するようになっている。
【００１７】
また、硝化槽１２には、硝化槽１２内の排水中の溶存酸素濃度（ＤＯ値）を検出するための溶存酸素計（溶存酸素検出手段）３８と、空間２２の圧力を測定するための圧力計（圧力検出手段）４０とが設けられている。
【００１８】
更に、本発明の排水処理装置１０には、制御装置４２が設けられている。制御装置４２は、溶存酸素計３８の検出結果に基づいてブロワ３０及び曝気量調節弁３４を制御する第１の制御手段として機能すると共に、圧力計４０の検出結果に基づいて酸素供給量調節弁２６及び排気量調節弁２８を制御する第２の制御手段として機能する。
【００１９】
次に、上述したような構成の排水処理装置１０を用いた排水処理方法について説明する。
【００２０】
まず、ラインＬ１を経て、処理対象排水を溢流部１６に導入する。溢流部１６に導入された排水は溢流部１６からオーバーフローし、硝化槽１２内に導入され、硝化槽１２内の硝化菌を主体とする活性汚泥と混合される。
【００２１】
次いで、ラインＬ２を経て酸素供給装置１４から純酸素を硝化槽１２内に供給し、空間２２を純酸素で満たされた状態とする。そして、ブロワ３０を作動させることにより、空間２２内の純酸素をラインＬ４に一旦吸引し、この純酸素を硝化槽１２内の散気管３２に送り込んで、硝化槽１２内の排水中に曝気する。
【００２２】
このようにして、酸素供給装置１４から密閉可能な硝化槽１２内へ供給された純酸素は、空気に比してより効率的に硝化槽１２内の排水中に溶解する。しかも、曝気されるため、その溶解効率は非常に高いものとなる。溶解した酸素は、硝化反応によりアンモニア性窒素と反応して硝酸イオンとなり排水中に残存するので、酸素原子を含んだ排ガスは発生しない。このため、純酸素を供給する場合は、硝化槽１２内に反応ガスが発生することはなく、排気を行う必要がない。従って、余分な純酸素を供給する必要はないため、硝化槽１２を高負荷、小型にすることができ、建設費、土地代等の総コストを低減することが可能となる。
【００２３】
また、曝気により硝化槽１２内の排水及びそこに含まれるグラニュール汚泥や生物担体等を適宜に攪拌することができるので、硝化菌を主体とする活性汚泥の安定した高密度化が可能となり、硝化槽を更に高負荷、小型にすることが可能となる。
【００２４】
やがて、硝化槽１２内の純酸素の水への溶解が進み、空間２２の圧力が低下し所定値を下回った場合、制御装置４２は圧力計４０からの信号によりその状態を認識し、酸素不足状態であると判定する。そして、制御装置４２は、酸素供給装置１４から純酸素が供給されるように、酸素供給量調節弁２６の開度を大きくして、空間２２の圧力が所定範囲内に維持されるよう制御する。
【００２５】
このように、空間２２の圧力が所定の範囲に維持されるよう純酸素の供給量を調節することができるので、必要量の純酸素のみを供給することが可能となり、酸素供給装置１４を無用に作動させる必要がなく、ランニングコストの増加を防止することができる
また、制御装置４２は、何らかの原因で空間２２の圧力が所定の範囲を超えていることを圧力計４０からの信号により認識した場合にも、気体過剰状態であると判定し、空間２２内の気体の一部が排気されるように、排気量調節弁２６を開にして、空間２２の圧力が所定範囲内に維持されるよう制御する。
【００２６】
制御装置４２は更に、硝化槽１２内の排水中のＤＯ値が所定の範囲未満にあることを溶存酸素計３８からの信号により認識した場合、硝化槽１２内の排水への曝気量を増大させるように、曝気量調節弁３４の開度を大きくし、或いは、ブロワ３０の回転数を上げ、硝化槽１２内の排水中のＤＯ値が所定範囲となるよう制御する。逆に、硝化槽１２内の排水中のＤＯ値が所定の範囲を超えている場合、制御装置４２は、酸素の溶解を抑制すべく硝化槽１２内の排水中への曝気量を減少させるように、曝気量調節弁３４の開度又はブロワ３０の回転数を調整する。これにより、硝化槽１２内の排水中のＤＯ値が所定の範囲に維持され、適正な状態で安定した硝化反応による排水処理を行うことが可能となる。
【００２７】
斯くして硝化反応後の処理水はラインＬ５により次の排水処理工程、例えば硝化反応後の排水から活性汚泥を沈殿分離する沈殿分離槽や、硝酸性窒素を窒素ガスに還元する脱窒反応を行う脱窒槽等に送られる。
【００２８】
なお、純酸素に代えて、酸素富化ガスを酸素供給装置１４から硝化槽１２に供給することもできる。酸素富化ガスは酸素の比率が高いのみで、空気と同様にほぼ酸素と窒素で構成されている。このような酸素富化ガスを供給する場合において、酸素は硝化槽１２内の排水中に溶解し、硝化反応に用いられる。そして、硝化反応により消費した酸素分に応じ、更に酸素が排水中に溶解される。他方、排水中に溶解した窒素は消費されないので、排水は窒素飽和状態が続き、排水中に供給された窒素は溶解されることなく再度空間２２に戻る。このことから、時間経過とともに空間２２の窒素濃度は上昇し、酸素濃度は低下していく。そこで、酸素富化ガスを供給する場合には、例えば所定時間経過後に、ラインＬ２から酸素富化ガスを供給し、ラインＬ３を通して硝化槽１２中の酸素濃度が低下したガスを排気することで、空間２２を酸素濃度が高い状態に保つ必要がある。
【００２９】
次に、本発明の排水処理装置及び排水処理方法の第２実施形態について説明する。
【００３０】
図２は、本発明の排水処理装置の第２実施形態を示す概略図である。なお、図２において、図１と同一又は相当部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３１】
上記第１実施形態はアンモニア性窒素を含有する排水の処理に用いられるが、前段に有機物の処理設備、例えば活性汚泥法を用いた有機物分解手段を備える設備等を組み合わせることにより、蛋白質を含有する排水の処理にも用いることができる。
【００３２】
すなわち、図２に示すように、第２実施形態の排水処理装置５０は、硝化槽１２の前段に、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）酸化菌を主体とする活性汚泥が貯留されているＢＯＤ酸化槽５２と沈殿分離槽５４とを更に備える点で第１実施形態の排水処理装置１０と相違する。
【００３３】
ＢＯＤ酸化槽５２は、導入された処理対象排水を、ＢＯＤ酸化菌を主体とする活性汚泥を用いて生物処理するものであり、例えば浮遊する活性汚泥をＢＯＤ酸化槽５２内に収容し、槽５２内の排水を曝気する曝気装置（図示しない）を備えている。
【００３４】
ＢＯＤ酸化槽５２にはラインＬ１０１を経て、蛋白質を含む処理対象排水が導入されるようになっている。ＢＯＤ酸化槽５２には有機物分解後の排水を沈殿分離槽５４に導入するラインＬ１０２が接続されている。沈殿分離槽５４の側面には沈殿分離後の上澄み排水を硝化槽１２に導入するラインＬ１が接続され、沈殿分離槽５４の底部には、沈殿分離された分離汚泥を移送するラインＬ１０３が接続されている。また、ラインＬ１０３の途中からは、分岐してＢＯＤ処理槽５２へ通じるラインＬ１０４が延びており、ラインＬ１０４にはポンプ５６が介設されている。
【００３５】
次に、上述したような構成の第２実施形態の排水処理装置を用いた排水処理方法について説明する。
【００３６】
まず、ラインＬ１０１を通して蛋白質を含有する処理対象排水をＢＯＤ酸化槽５２に導入する。ＢＯＤ酸化槽５２内に導入された排水は、活性汚泥と混合され、曝気されることにより、蛋白質中の有機物は二酸化炭素と水とに酸化分解されて除去されるとともに、残存した蛋白質中の窒素成分はアンモニア性窒素に分解される。
【００３７】
次いで、有機物分解後の排水はラインＬ１０２を経て沈殿分離槽５４に送られる。沈殿分離槽５４は有機物分解後の排水から活性汚泥を沈殿分離する。活性汚泥を分離された上澄み排水は、ラインＬ１を経て次工程の硝化槽１２に導入される。
【００３８】
また、沈殿分離槽５４で沈殿分離された分離汚泥は、ラインＬ１０３を経て余剰汚泥として系外に排出される。
【００３９】
更に、ポンプ５６を作動することにより、沈殿分離槽５４で沈殿分離された分離汚泥の一部がラインＬ１０３の途中からラインＬ１０４を経て、返送汚泥としてＢＯＤ酸化槽５２に導入され、ＢＯＤ酸化槽５２における汚泥濃度を一定に保持できるようになっている。
【００４０】
ラインＬ１を経て硝化槽１２に導入される排水に含有しているアンモニア性窒素は、第１実施形態で述べた通り処理することができることから、本実施形態の排水処理装置５０によれば、蛋白質を含有する排水を処理することが可能となるのである。
【００４１】
なお、第２実施形態のようにＢＯＤ酸化槽５２と硝化槽１２とを別個に構成することにより、硝化槽１２内には硝化菌を主体とする活性汚泥のみを存在させることができる。そのため、従来実施されている蛋白質の処理方法の一例であるＢＯＤ酸化菌及び硝化菌を混在させて処理する場合と比較して、硝化菌を主体とする活性汚泥の濃度を上げることができるので、純酸素又は酸素富化ガスの供給と組み合わせることにより、蛋白質の処理において、更に硝化槽１２を高負荷、小型にすることが可能となる。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、酸素供給手段としてＰＳＡ酸素供給装置１４を用いているが、純酸素又は酸素富化ガスを供給できるものであればよく、例えば酸素タンクや酸素ボンベ等により供給することも可能である。
【００４４】
また、曝気装置１３の曝気量調節は、弁により調節を行っているが、流量計等により調節することも可能である。
【００４５】
また、酸素の溶解を促進する手段としてブロワ及び散気管を用いた曝気装置を用いているが、硝化槽内の排水面においてインペラ等を回転攪拌して、排水を飛散させることで硝化槽内の排水と酸素との接触を増大させ、酸素の溶解を促進することも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の排水処理装置及び排水処理方法によれば、純酸素又は酸素富化ガスを硝化反応による排水処理に用いることができるので、排水処理の効率化、すなわち硝化槽の高負荷化ないしは小型化が可能である。しかも、必要量のみの純酸素又は酸素富化ガスを供給すれば良いので、ランニングコストも低く抑えることができ、総コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排水処理装置の第１実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の排水処理装置の第２実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１２…硝化槽、１３…曝気装置（曝気手段）、１４…ＰＳＡ酸素供給装置（酸素供給手段）、１８…液面、２０…天井部、２２…空間、３２…散気管、３８…溶存酸素計（溶存酸素検出手段）、４０…圧力計（圧力検出手段）、４２…制御装置（第１の制御手段，第２の制御手段）。

Claims (4)

1. アンモニア性窒素を含有する排水を処理する排水処理装置において、
   導入された排水中のアンモニア性窒素を硝化菌により硝酸性窒素に酸化処理する密閉可能な硝化槽と、
   前記硝化槽内に純酸素又は酸素富化ガスを供給する酸素供給手段と
   前記硝化槽内の排水に対する酸素の溶解を促進させるべく、前記硝化槽内の排水の液面と前記硝化槽の天井部との間の空間の気体を取り込み、当該気体を前記硝化槽内の排水に曝気する曝気手段と
   を備えることを特徴とする排水処理装置。
2. 前記硝化槽内の排水中の溶存酸素濃度を検出する溶存酸素検出手段と、
   前記硝化槽内の排水中の溶存酸素濃度が所定範囲に維持されるよう前記溶存酸素検出手段による検出結果に基づいて前記曝気手段を制御する第１の制御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
3. 前記硝化槽内の気体を硝化槽の外部に排気する排気手段と、
   前記硝化槽内の排水の液面と前記硝化槽の天井部との間の空間の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記空間の圧力が所定範囲に維持されるよう前記圧力検出手段による検出結果に基づいて前記酸素供給手段及び前記排気手段を制御する第２の制御手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の排水処理装置。
4. アンモニア性窒素を含有する排水を、硝化槽内において硝化菌により前記アンモニア性窒素を硝化性窒素に酸化することで処理する排水処理方法において、
   前記硝化槽を密閉し、前記硝化槽内の排水の液面と前記硝化槽の天井部との間の空間を純酸素又は酸素富化ガスで満たすステップと、
   前記空間の気体を取り込み、当該気体を前記硝化槽内の排水に曝気して、前記硝化槽内の排水に対する酸素の溶解を促進させるステップと
   を含むことを特徴とする排水処理方法。

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