JP2005066465A - 水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストでかつ安定した操業ができる水処理システムを提供する。
【解決手段】 この水処理システム１は、微生物による脱窒反応を用いて被処理水を脱窒する脱窒槽２と、この脱窒した被処理水から上記脱窒反応で発生した汚泥を分離する接触酸化槽３とを備え、この分離した汚泥を、上記脱窒反応に必要な炭素源として上記脱窒槽２に供給するように構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、微生物による脱窒反応を用いて被処理水を脱窒する水処理システムに関するものであって、河川等の水処理に好適である。

従来より、水処理に際して、水中のアンモニア態窒素を好気条件下で硝化し、硝酸態窒素、亜硝酸態窒素を嫌気条件下で脱窒し、これらにより汚水から窒素を除去するための技術が知られている。例えば特許文献１に記載されたような、脱窒処理装置内で微生物（脱窒菌）を用いる技術が一般に知られており、以下、この従来の技術を用いた水処理システムについて説明する。

図３は従来の水処理システムの全体構成における一例を示す図である。

従来のシステム１０１は、河川等からポンプ１０７でくみ上げた原水を脱窒菌で脱窒する脱窒槽１０２と、脱窒した水から脱窒反応にて発生した汚泥を分離する接触酸化槽１０３と、分離した汚泥を沈殿する沈殿槽１０４と、沈殿した汚泥を可溶化する汚泥可溶化装置１０５と、可溶化した汚泥を減量化する汚泥減量化槽１０６とを備えてなっている。

そして、ポンプ１０７でくみ上げられた原水は、脱窒槽１０２内に浮遊する担体１０８に含まれる脱窒菌の働きにより脱窒される。脱窒菌は炭素源としてのアルコール存在下で脱窒反応を生じるので、このアルコールを図示しない貯槽から常時供給している。また、環境温度の変化により、低下した脱窒反応を回復させるために、燐を少量供給することもある。

ついで、脱窒された水は沈殿槽１０３に流れ込み、ここでブロア１０９による空気吹き込み（エアレーション）によって接触酸化されて余剰のアルコールが分解され、汚泥が分離される。分離された汚泥は沈殿槽１０４で沈殿され、その上澄みが処理水として取り出されて工業用水や農業用水等として再利用される。

一方、沈殿槽１０３で沈殿された汚泥は、汚泥可溶化装置１０５で可溶化（低分子化）される。可溶化された汚泥は、減量化槽１０６で減量化された後、産業廃棄物として処分される。
特開２００１−３２７８４４号公報

ところで、脱窒槽１０２における微生物の脱窒反応には、必ず炭素源が必要であり、この炭素源としては、取扱いが容易でかつ安価なアルコール（メチルアルコール等）がもっぱら使用されていた。このアルコールの必要量は、水中の硝酸態窒素濃度に対して３倍程度必要であることが知られている。

しかしながら、アルコールの供給量によって処理性能が大きく影響されるので、もしアルコールが入手できないと、脱窒ができなくなる。また、大量のアルコールを使用するため、そのアルコール自体の値段に加えて、アルコールの補充等維持管理に手間がかかり、ランニングコストが高くつく。また、アルコールは可燃性の危険物であるので、その取扱いに特別な資格が要ることから、その資格者を常時確保しておく必要がある。さらに、汚泥を産業廃棄物として処分するための費用がかかる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、低コストでかつ安定した操業ができる水処理システムを提供することである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る水処理システムは、微生物による脱窒反応を用いて被処理水を脱窒する第１槽と、この脱窒した被処理水から上記脱窒反応で発生した汚泥を分離する第２槽とを備えた水処理システムであって、
この分離した汚泥を、上記脱窒反応に必要な炭素源として上記第１槽に供給するように構成したことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明のように、上記分離した汚泥を、さらに可溶化した上で上記第１槽に供給するように構成してもよい。

請求項３記載の発明のように、上記脱窒反応の状態を検出する検出手段と、この検出された脱窒反応状態に基づいて、上記第１槽への汚泥の供給量を制御する制御手段とを備えてもよい。

本発明によれば、第２槽で分離された汚泥が、微生物による脱窒反応に必要な炭素源として上記第１槽に供給されるので、アルコールの供給量が少なくてすみ、場合によってはまったく不要となる。

したがって、アルコールが入手できないときでも脱窒できるため、安定操業が可能となる。また、アルコールをあまり使用しないので、そのアルコール自体の値段に加えて、アルコールの補充等維持管理にも手間がかからなくなり、ランニングコストが低減できる。また、アルコールを取扱える資格者を常時確保する必要がなくなる。さらに、汚泥の処分量が減少するか、場合によってはまったく不要となるので、その処分費用が削減される。

請求項２記載の発明によれば、低分子化された汚泥により、さらに効率的な脱窒反応が維持されるようになる。

請求項３記載の発明によれば、適正な汚泥の供給により、さらに安定した脱窒反応が維持されるようになる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る水処理システムについて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る水処理システムの全体構成を示す図である。この水処理システム１は、河川等からポンプ７でくみ上げた原水（処理前の水）を脱窒する第１槽としての脱窒槽２と、脱窒した水から脱窒反応にて発生した汚泥を分離する第２槽としての接触酸化槽３と、分離した汚泥を沈殿する沈殿槽４と、沈殿した汚泥を物理的手法によって破砕して可溶化（低分子化）する汚泥可溶化装置５と、可溶化した汚泥を減量化する汚泥減量化槽６と、接触酸化槽３にエアレーションを行うためのブロア９と、汚泥減量化槽６から脱窒槽２へ汚泥を供給するためのポンプ１０と、制御手段としての制御盤１１とを備えている。

この水処理システム１は、さらに流量計１１ａ、硝酸態窒素計１１ｂ、ＤＯ計１１ｃをポンプ７の吐出側に、ｐＨ計１１ｄ、ＥＣ計１１ｅ、ＯＲＰ計１１ｆ、ＤＯ計１１ｇを脱窒槽２内に、有機物計１１ｈを汚泥減量化槽６の出口にそれぞれ検出手段として備えており、制御盤１１は、これらの測定値に基づいてポンプ１０による汚泥の供給量を制御するようになっている。

ここで、ＤＯ計１１ｃ，１１ｇは、溶存酸素（ＤＯ）濃度を測定するためのものであり、ＯＲＰ計１１ｆは、酸化力（＋）、還元力（−）をｍＶ単位で表示するためのものであり、ＥＣ計１１ｅは、電気導電率を表示するためのものであり、ｐＨ計１１ｄは、酸性、アルカリ性を測定するためのものである。

図２は脱窒槽の模式的断面図である。図２に示す脱窒槽２では、円筒形の槽本体２１に河川等からポンプ７でくみ上げられた原水が流入口２２を介して流入され、（連続的または回分的）脱窒処理のため流入される原水が被処理水として一時的に蓄えられ、脱窒処理後の水（および微生物により生成された窒素ガス）が流出口２３を介して流出される。本実施形態では、汚泥減量化槽６からの汚泥が図示しない供給口（アルコールの供給口と兼用してもよいし、別個に設けてもよい。）を通じて連続的に供給される。

被処理水中には、微生物（脱窒菌）を高密度に含ませた（１ｃｍ立方ほどの大きさの）担体８が多数含まれ（図１参照）、流出口２３の近傍には、担体８が流出口２３から流出しないようにストレーナ２４が設けられている。（ここでは、窒素ガスは流出口２３を介して流出されるものとしているが、窒素ガスはまた開放された槽本体２１から大気中にそのまま放出されることがある）。

担体８中では炭素源としての汚泥を供給された微生物により、被処理水中の硝酸態窒素または亜硝酸態窒素から窒素ガスが生成されるという、いわゆる脱窒反応が生じ、この反応によって生成された窒素ガスによって担体８は水面に向けて浮上する。このために、電動機２８により回転されるスパイラル（らせん状の羽根）２６等によって、この浮上する担体８を再び水中に沈めて被処理水を循環させるようになっている。

接触酸化槽３は、上記脱窒反応によって生じた汚泥とともに、さらに脱窒槽２を経由して流れ込んできた被処理水中に含まれる水生物等の有機物を分解するための微生物を含んでいる。そして、ブロア９によるエアレーションによって溶存酸素を供給することで上記微生物を多数繁殖させ、有機物等の吸着、酸化、分解を行い、その分解された有機物等を含む汚泥を所定のインターバルで逆洗剥離して、沈殿槽４に流れ込ませ、ここで沈殿させるようになっている。

以下、本システム１の動作を説明する。

図１において、河川等からポンプ７でくみ上げられた原水は、脱窒槽２内で循環する担体８に含まれる脱窒菌により脱窒される。脱窒菌は炭素源存在下で脱窒反応を生じるので、この炭素源として上記したような汚泥を汚泥減量槽６から常時供給している。また、必要に応じて図示しないアルコール貯槽からのメチルアルコールの供給が可能となっている。

ついで、脱窒槽２で脱窒された水は接触酸化槽３に流れ込み、ここでブロア９によるエアレーションによって接触酸化されて過剰の炭素源が分解されるとともに、被処理水中の有機物や微生物を含む汚泥が分離される。分離された汚泥は沈殿槽４で沈殿され、その上澄みが処理水として取り出されて工業用水や農業用水等として再利用される。

一方、沈殿槽４で沈殿された汚泥は、汚泥可溶化装置５で物理的手法により破砕されることにより可溶化される。可溶化された汚泥は、減量化槽６で減量化された後、上述したように炭素源として脱窒槽２に供給される。

この供給に際しては、流量計１１ａによりポンプ９の吐出流量データが測定され、硝酸態窒素計１１ｂ、ＤＯ計１１ｃとにより原水の水質に関する各データが測定される。これらのデータが制御盤１１に取り込まれる。

一方、ｐＨ計１１ｄ、ＥＣ計１１ｅ、ＯＲＰ計１１ｆ、ＤＯ計１１ｇにより脱窒槽２の脱窒状態を監視するためのデータが測定され、有機物計１１ｈで可溶化汚泥の供給量データが測定される。これらのデータも制御盤１１に取り込まれる。

そして、制御盤１１は、上記各データに基づいて、ポンプ１０の吐出流量をフィードバック制御する。この制御によって、上記脱窒槽２への汚泥の供給量が常に適正なものとなる。余剰の汚泥は別途処理されるが、もし汚泥が不足した場合には、上記脱窒槽２にアルコールがその不足分だけ供給される。ただし、燐の供給については、汚泥中に微生物が含まれていることから、殆ど必要とされることはないが、もし燐が不足した場合には、上記脱窒槽２に燐がその不足分だけ供給される。

以上説明したように、本実施形態の水処理システム１によれば、接触酸化槽３で分離された汚泥が、脱窒菌による脱窒反応に必要な炭素源として脱窒槽２に供給されるので、アルコールの供給量が少なくてすみ、場合によってはまったく不要となる。

したがって、アルコールが入手できないときでも脱窒できるため、安定操業が可能となる。また、アルコールをあまり使用しないので、そのアルコール自体の値段に加えて、アルコールの補充等維持管理にも手間がかからなくなり、ランニングコストが低減できる。また、アルコールを取扱える資格者を常時確保する必要がなくなる。さらに、汚泥の処分量が減少するか、場合によってはまったく不要となるので、その処分費用が削減される。

なお、上記実施形態では、汚泥可溶化装置５で低分子化された汚泥により、効率的な脱窒反応が維持されるようにしているが、例えば沈殿槽４から低分子汚泥が得られるような場合には、その下流の汚泥可溶化装置５や汚泥減量化槽６を省略して、沈殿槽４からの汚泥を脱窒槽２に供給することとしてもよい。

また、上記実施形態では、適正な汚泥の供給により、安定した脱窒反応が維持されるように自動制御系を構成しているが、この自動制御に代えて、あるいは自動制御とともに手動制御可能であることとしてもよい。環境変化の少ない場合には、手動制御だけで十分に対応できることがある。

上記実施形態は、特に図１に示す河川等からの原水の水処理システム１にて用いられることを想定したが、地下水の脱窒、閉鎖性水域での脱窒、下水二次処理水の脱窒、工場、事務所等から排出される排水の脱窒、その他脱窒を必要とするあらゆる水処理システムにて用いることもできる。

本発明の一実施形態形態に係る水処理システムの全体構成を示す図である。 脱窒槽の模式的断面図である。 従来の水処理システムの一例における全体構成を示す図である。

符号の説明

１ 水処理システム
２ 脱窒槽（第１槽に相当する。）
３ 接触酸化槽（第２槽に相当する。）
４ 沈殿槽
５ 汚泥可溶化装置
６ 汚泥減量化槽
７ ポンプ
８ 担体
９ ブロア
１０ ポンプ
１１ 制御盤（制御手段に相当する。）
１１ａ〜１１ｈ 流量計等（検出手段に相当する。）

Claims (3)

1. 微生物による脱窒反応を用いて被処理水を脱窒する第１槽と、この脱窒した被処理水から上記脱窒反応で発生した汚泥を分離する第２槽とを備えた水処理システムであって、
   この分離した汚泥を、上記脱窒反応に必要な炭素源として上記第１槽に供給するように構成したことを特徴とする水処理システム。
2. 上記分離した汚泥を、さらに可溶化した上で上記第１槽に供給するように構成したことを特徴とする請求項１記載の水処理システム。
3. 上記脱窒反応の状態を検出する検出手段と、この検出された脱窒反応状態に基づいて、上記第１槽への汚泥の供給量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の水処理システム。