JP2006255514A - 有機性排水処理装置および有機性排水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 沈殿槽での沈殿性を向上させ得る有機性排水処理装置ならびに有機性排水処理方法を提供することにある。
【解決手段】 有機性排水が好気的且つ嫌気的に生物処理されるべく、好気槽と嫌気槽とがそれぞれ１つ以上備えられ、さらに好気的生物処理と嫌気的生物処理とが行われた後の有機性排水に含まれる汚泥が沈殿される沈殿槽が備えられた有機性排水処理装置であって、全ての好気槽には、メンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体を有する散気手段が備えられ、且つ、全ての嫌気槽には、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段が備えられていることを特徴とする有機性排水処理装置が備えられ、且つ、全ての嫌気槽には、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段が備えられていることを特徴とする有機性排水処理装置ならびに有機性排水処理方法を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機性排水処理装置および有機性排水処理方法に関し、より詳しくは、有機性排水を好気的且つ嫌気的に生物処理する有機性排水処理装置および有機性排水処理方法に関する。

従来、有機性排水を生物処理する有機性排水処理装置が広く用いられている。このような、生物処理装置においては、好気性微生物による生物処理が行われる好気槽や、嫌気性微生物による生物処理が行われる嫌気槽などが用いられている。この好気槽においては、有機性排水とＢＯＤ資化菌や硝化菌などの好気性微生物との反応液が活性汚泥の状態で貯留される槽と、この反応液が貯留された槽内に空気などの気体を気泡として放出する散気体とが用いられている。この好気槽での散気体からの気泡の放出（散気）においては、より細かな気泡を好気槽に放出することで気体を反応液中に溶存させ易くなるため、従来図３に示すように散気体１００の上方でプロペラ攪拌翼２００などを回転させて、散気体１００から放出される気泡３００をプロペラ攪拌翼２００でせん断して微細化する方法が用いられている。また、近年では、プロペラ攪拌翼２００などで気泡をせん断することを省略し得る散気体として、メンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体を有する散気手段が用いられたりもしている。そして、このメンブレン多孔質膜や多孔質体を備えた散気体は、その略全面から、通常、約１ｍｍ程度の微細な気泡を散気させることができることから前述のような散気後のせん断を省略させ得る。

一方、嫌気槽においては、有機性排水と脱窒菌などの嫌気性微生物との反応液を活性汚泥状態で貯留する槽と、この反応液が貯留された槽内を攪拌して均質化する攪拌手段とが用いられている。この攪拌手段による攪拌としては、通常、槽底部に配されたプロペラ攪拌翼を回転する方法などが用いられている。この嫌気槽においては、硝酸あるいは亜硝酸などの窒素酸化物が脱窒菌の作用により窒素に還元され、液中から除外されたりしている。
これらの生物処理により、当初有機性排水に含有されている有機物は、二酸化炭素や水などに分解されることとなるが、生物処理後の処理液には、一部の未分解の固形有機物や生物処理に用いられた微生物などが汚泥として含有されている。そのため、従来の有機性排水処理装置には、このような好気槽、嫌気槽での生物処理後の処理液に含まれる汚泥を沈殿させ除去する沈殿槽が設けられている。

このような有機性排水処理においては、コンパクトな装置で効率良く実施されることが要望されており、通常、し尿、工業排水といった排水の種類に適した装置形状や装置構成が採用され、例えば、特許文献１には、コンパクトな装置で脱窒処理を行うべく嫌気槽を先頭に、嫌気槽、好気槽を交互に配置し、好気槽、嫌気槽での生物処理後の処理液に含まれる汚泥を沈殿させることが記載されている。
ところで、生物処理後に沈殿槽を通過した処理液は、そのままでも十分良好なる水質を有している場合は、特段の処理を行うことなく河川などに放出されることとなるが、沈殿槽での汚泥の沈殿が不十分であるなど河川に放出し得る水質を有していない場合には別途膜分離などのろ過処理が行われ河川に放出されている。すなわち、このような有機性排水処理においては、沈殿槽を通過した後の処理液の水質を高めることで、膜分離などの処理を省略させたり、あるいはその負荷を軽減させたりして、装置をコンパクト化したり処理効率を高めたりすることができる。したがって、沈殿槽での汚泥の沈殿性を高めることが要望されている。しかし、沈殿槽での汚泥の沈殿性を高めるためには沈殿槽を大きくしたり、あるいは、有機性排水の流量を減少させたりして沈殿槽での滞留時間を増大させる必要があり、設備を大型化させるか処理水量を低下させるかしなければならずコンパクトな装置で効率良く有機性排水処理を行うことが困難となる。
すなわち、コンパクトな装置で効率良く実施されることが求められる有機性排水処理においては、従来、沈殿槽での沈殿性を高めることが困難であるという問題を有している。

特開平１１−２４４８９１号公報

本発明の課題は、このような問題点に鑑み、沈殿槽での沈殿性を向上させ得る有機性排水処理装置ならびに有機性排水処理方法を提供することにある。

本発明者らは、嫌気槽および好気槽における攪拌において、汚泥の凝集物であるフロックが攪拌翼によるせん断を受けて微細化されることで沈殿槽における汚泥の沈殿性を低下させていることを見出し、本発明の完成に到ったのである。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、有機性排水が好気的且つ嫌気的に生物処理されるべく、好気槽と嫌気槽とがそれぞれ１つ以上備えられ、さらに好気的生物処理と嫌気的生物処理とが行われた後の処理液に含まれる汚泥が沈殿される沈殿槽が備えられた有機性排水処理装置であって、全ての好気槽には、メンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体を有する散気手段が備えられ、且つ、全ての嫌気槽には、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段が備えられていることを特徴とする有機性排水処理装置、ならびに、有機性排水を好気的且つ嫌気的に生物処理し得るように、好気的微生物による生物処理と嫌気的微生物による嫌気的生物処理とをそれぞれ１度以上実施し、これらの好気的生物処理および嫌気的生物処理後の処理液から汚泥を沈殿させる沈殿処理を実施する有機性排水処理方法であって、全ての好気的生物処理においては、メンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体を有する散気手段による散気を実施し、且つ、全ての嫌気的生物処理においては、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段による攪拌を実施することを特徴とする有機性排水処理方法を提供する。

また、本発明において双曲面形攪拌翼とは、上面視円形で、該円形の中心部に向けた仰角が中心部に近いほど大きな値となるように中央部が隆起し、側面視の稜線が二次関数曲線（ｙ＝ａｘ²）の一部と略同一となるよう形成された板状基体を有し、該板状基体の上面には中心部から放射状に複数のリブが形成され、且つ、板状基体がその中心部を軸に水平方向に回転したときに前記リブが回転方向に対して後退するよう板状基体の上面に形成され、板状基体がその中心部を軸に略水平方向に回転するように用いられる攪拌翼を意図している。

本発明によれば、全ての好気槽にメンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体を有する散気手段が備えられていることから、散気体から放出された気泡をさらにせん断する必要性を低下させることができる。したがって、気泡のせん断のための攪拌を抑制させることができ、好気槽での活性汚泥のフロックが微細化されることを抑制することができる。

また、全ての嫌気槽には、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段が備えられていることから、嫌気槽を攪拌する時に攪拌翼中心部上方から攪拌翼外周端水平方向外方への、攪拌翼の曲面に沿った流動が形成されることとなり、プロペラ攪拌翼やパドル翼などに比べて活性汚泥に急激な流れの変化を発生させることなく活性汚泥に加わるせん断力を抑制させることができる。したがって、せん断による嫌気槽での活性汚泥のフロックの微細化を抑制することができる。
すなわち、すべての好気槽、嫌気槽においてフロックの微細化を抑制することができ、沈殿槽での汚泥の沈殿性を高めることができる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図１を参照しつつ説明する。
まず、本実施形態に用いる有機性排水処理装置について説明する。本実施形態における有機性排水処理装置は、嫌気槽と好気槽とをそれぞれ２つずつ備え、この嫌気槽と好気槽との後段に最終沈殿槽を備えている。また、この嫌気槽と好気槽とは、有機性排水を好気的且つ嫌気的に生物処理し得るように、上流側から第一嫌気槽、第一好気槽、第二嫌気槽、第二好気槽の順に配されている。
さらに、本実施形態の有機性排水処理装置には、第一嫌気槽の前段において、当初有機性排水（原水）から、ごみ、異物などを除去する最初沈殿槽が備えられている。
また、本実施形態の有機性排水処理装置には、原水を最初沈殿槽に導入し、最初沈殿槽から第一嫌気槽、第一好気槽、第二嫌気槽、第二好気槽通じて最終沈殿槽から処理水を排出させるための配管、ポンプなど一般の排水処理装置に用いられている、搬送手段が備えられている。

前記最初沈殿槽は、当初有機性排水（原水）中に含まれている、砂礫、ごみ、異物などを沈殿させて除去し得るように、すり鉢状に傾斜した底部を備え、その最底部には、沈殿した砂礫、ごみ、異物などを最初沈殿槽から除去するための初沈汚泥排出口が備えられている。

前記第一および第二嫌気槽には、図２に示すように槽中央部に槽内を攪拌する攪拌手段１が備えられ、該攪拌手段１は、攪拌モーター１１と、嫌気槽の底面の長さや幅の数分の１程度の直径を有する双曲面形攪拌翼１２と、嫌気槽深さよりも長い攪拌軸１３とを有している。そして、双曲面形攪拌翼１２が、槽中央底部に水平に配され、この双曲面形攪拌翼１２の上方で且つ嫌気槽に貯留される活性汚泥（反応液）の液面よりも上方となる位置に攪拌モーター１１が配され、攪拌軸１３の下端部が双曲面攪拌翼１２の中心部に連結され、上端部が攪拌モーター１１に連結され、攪拌モーター１１の回転にともなって、双曲面形攪拌翼１２が水平方向に回転されるよう配されている。
また、前記第一および第二嫌気槽は、例えば、長さ数ｍ〜十数ｍ、幅数ｍ〜十数ｍ、深さ数ｍに形成され、このような嫌気槽に対して、前記攪拌手段の双曲面形攪拌翼は、例えば、２．５ｍ程度の直径を有するものを用いることができる。

前記第一および第二好気槽には、貯留される活性汚泥に対して散気を行うための散気手段が備えられている。該散気手段としては、槽底部に配されメンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体、該散気体に空気を供給するためのブロア、該ブロアから前記散気体への空気を伝達する配管を備えており、前記散気体は、好気槽全体に拡散された状態で、気泡を供給し得るように、槽底面に広範囲に配されている。
また、前記メンブレン多孔質膜を備えたメンブレン散気体としては、例えば、図４に示すように、板状本体部３１と弾性体膜３２を備えた板状メンブレン散気体３０を用いることができ、前記板状本体部３１と前記弾性体膜３２との間の空間に空気を導入するために前記配管５が接続されているものを用いることができる。

前記メンブレン散気体３０の板状本体部３１は、散気時の圧力などにより破損、変形を生じることのない強度を有し、散気される活性汚泥や散気される空気などにより腐食を受けることのないものであれば、どのようなものでも採用することが可能である。即ち、散気において弾性体膜３２を保持することができるものであれば材質、形態などに制限を受けるものではない。

また、前記メンブレン散気体３０の弾性体膜３２は、通常、散気時の伸張とブローダウン時の収縮により前記弾性体膜に設けられた通気孔を拡縮させる。そしてその材質としては、例えば、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッソゴム、スチレンゴム、クロロプレン、ニトリルゴム、天然ゴム、ポリウレタン、熱可塑性エラストマーなどの弾性を有する素材、又は、該素材を繊維、フィラー、その他樹脂により補強、改質されたもの等を単独、又は複数積層して用いることができる。

また、弾性体膜３２に設けられる通気孔３３は、通常、加圧空気による弾性体膜３２の伸張に伴い開口して（図５ｂ参照）、空気を気泡として好気槽の活性汚泥中に放出し、前記ブローダウン時に閉塞して（図５ａ参照）通気孔３３に入り込んだ目詰まりの原因となるものを好気槽の活性汚泥中に押し出すことができ、その大きさ形状はどのようなものであってもよい。例えば、長さが０．１〜０．５ｍｍのスリット形状あるいは該スリット形状を直交させて十文字形状としたものとすることができる。

また、多孔質体を備えた多孔質散気体のとしては、セラミックスや合成樹脂の粒子を板状や筒状などに成形した多孔質体を散気体として備えたものを用いることができる。
このような散気体の内、メンブレン散気体は、ブローダウン運転を行うことにより通気孔の目詰まりを抑制でき、メンテナンスの手間の増大や散気体の圧力損失の増加を抑制することができ、好気槽の運転効率を改善し得る点において好適である。
また、前記第一および第二好気槽は、前記嫌気槽と略同等の容積のものを用いることができる。
前記最終沈殿槽は、第一嫌気槽、第一好気槽、第二嫌気槽、第二好気槽を通して生物処理された処理液中に含まれている、汚泥を沈殿させて除去し上澄み液を処理水として排出し得るように、底面が傾斜し、その最底部には、沈殿した汚泥を引き抜き汚泥として最終沈殿槽から除去するための汚泥引抜き口が備えられている。
また、最終沈殿槽には、上澄み液を処理水として排出し得るように越流堰が備えられている。

次いで、このような、最初沈殿槽、第一嫌気槽、第一好気槽、第二嫌気槽、第二好気槽、最終沈殿槽を用いた有機性排水処理方法について説明する。
まず、最初沈殿槽に有機性排水を導入し、最初沈殿槽にて砂礫、ごみ、異物などを沈殿させて初沈汚泥として除去させる。これら砂礫、ごみ、異物などを除去した有機性排水を、第一嫌気槽に導入して、前記双曲面形攪拌翼１２を例えば数十ｒｐｍの回転速度で回転させ、嫌気性微生物による第一嫌気的生物処理を行う。このとき双曲面形攪拌翼１２を回転させると、双曲面形攪拌翼１２表面のリブ１４で活性汚泥が水平方向外方に押し出される。そして、攪拌翼中心部の水圧が下がり、攪拌翼中心部に向けてその上方から活性汚泥が供給され、図２中破線矢印Ａで例示したような流動が生じる。この流動では、活性汚泥を双曲面形攪拌翼１２の表面に沿って緩やかに方向変換させることができ、活性汚泥が攪拌翼から受けるせん断をプロペラ攪拌翼やパドル翼などを用いた場合に比べて小さなものとすることができる。

この第一の嫌気的生物処理後は、反応液を第一好気槽に導入し、前記散気手段による散気を行い、好気性微生物とともに第一好気的生物処理を行う。なお、第一好気的生物処理においては、活性汚泥の攪拌は実施しない。しかし、この好気槽では、散気体からその大きさが１ｍｍ程度の微細気泡を放出させるため、攪拌により気泡をせん断することなく比表面積の大きな気泡を散気することができる。しかも、活性汚泥の粘性抵抗に抗する浮力も小さくなるため、大きな気泡に比べて、水面までの到達時間を長いものとすることができる。そのため、気体を活性汚泥中に溶存させる溶存効率を高いものとできる。

この第一好気的生物処理後、同様に第二嫌気槽における第二の嫌気的生物処理、第二好気槽における第二好気的生物処理を実施し、さらに処理液を最終沈殿槽に導入する。
この最終沈殿槽では、通常、水面積負荷を数十ｍ³／ｍ²／日程度の処理量で沈殿処理を行い、汚泥を沈殿させる。この沈殿させた汚泥は、定期的に汚泥引抜き口から引抜き汚泥として排出させ、一部を第一嫌気槽よりも上流側に戻し、残りを余剰汚泥として処理する。
また、この最終沈殿槽からは、上澄み液を越流堰から処理水として排出させる。

なお、本実施形態においては、有機性排水処理装置および有機性排水処理方法について上記のごとく説明したが、本発明においては、このような有機性排水処理装置および有機性排水処理方法に限定されるものではなく、嫌気槽、好気槽がそれぞれ１つずつの場合や、それぞれ３つずつ以上の場合、嫌気槽と好気槽の数が異なる場合なども本発明の意図する範囲である。また、嫌気槽と好気槽の配置（順序）についても本実施形態に限定されるものではない。さらに、有機性排水を各槽に分配して供給するステップ流入などの方式で好気的且つ嫌気的に生物処理する場合も本発明の意図する範囲である。
また、本発明の効果を損ねない範囲において、バースクリーン、メッシュスクリーン、原水ピット、受水槽、凝集槽、温度制御機構など一般の排水処理に用いられている装置を適宜設けることも可能である。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（使用設備）
実際の下水処理場において、隣接する２系統の処理経路を用いて、第一の系統を従来のプロペラ攪拌翼を備えた、嫌気槽、好気槽とし、第二の系統の嫌気槽には、プロペラ攪拌翼に代え槽底略中央に直径２．５ｍの双曲面形攪拌翼を備えて２０〜３０ｒｐｍ程度の回転速度で攪拌を行い、好気槽には、その底面に一般的な散気体とプロペラ攪拌翼との散気手段に代えて、幅１．０ｍ×長さ３．５ｍの平板状のメンブレン散気体を２列に略等間隔に７基配して（合計１４基）攪拌を行わずに散気を行った。
なお、使用した槽は、以下の通りである。
第一嫌気槽：幅１５ｍ×長さ９．７ｍ×深さ７．８ｍ（液深６．０ｍ）
第一好気槽：幅１５ｍ×長さ１４．６ｍ×深さ７．８ｍ（液深６．０ｍ）
第二嫌気槽：幅１５ｍ×長さ１４．６ｍ×深さ７．８ｍ（液深６．０ｍ）
第二好気槽：幅１５ｍ×長さ２１．６ｍ×深さ７．８ｍ（液深６．０ｍ）
また、最終沈殿槽は、水面積負荷を約１５ｍ³／ｍ²／日の処理量で沈殿処理を行い、汚泥を沈殿させた。

（評価方法）
（１ヶ月試験）
上記の設備を用いて初夏の１ヶ月間下水処理を行い、最終沈殿槽から排出された処理水の全窒素（Ｔ−Ｎ）を「ＪＩＳ Ｋ ０１０２熱分解法」、アンモニア性窒素（Ｎ−ＮＨ₄）を「同ＪＩＳインドフェノール青吸光光度法」、硝酸性窒素（Ｎ−ＮＯ_X）を「同ＪＩＳナフチルエチレンジアミン吸光光度法（Ｎ−ＮＯ₃）およびイオンクロマト法（Ｎ−ＮＯ₂）」、ＢＯＤ₅を「同ＪＩＳ」、全リン（Ｔ−Ｐ）を「ＪＩＳ Ｋ ０１０１ペルオキソ二硫酸カリウム分解法」、色度を「同ＪＩＳ白金コバルトによる色度測定」、濁度を「水道法の水道水質基準によるポリスチレン標準液での測定法」によりそれぞれ測定した一ヶ月平均の値を表１に示す。

この表１からもわかるように、全ての好気槽にメンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気手段が備えられ、且つ、全ての嫌気槽には、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段が備えられている場合には、処理水の色度、濁度が低下しており、沈殿槽での汚泥の沈殿性が高められていることがわかる。

（６ヶ月試験）
先の１ヶ月試験と同様の方法で、初冬から初夏にかけての約６ヶ月間の評価試験を行った結果を表２に示す。

この表２から、先述の１ヶ月試験で観測された効果が、一時的なものでなく長期間にわたり安定して得られるものであることが解る。

また、ここでは、詳述しないが、この６ヶ月試験において、全ての好気槽にメンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気手段を備え、且つ、全ての嫌気槽に、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段を備えることで、モーターの加熱状況、騒音・振動の発生、消費電力など、いずれも従来の処理装置に比べて大きな変化が見られないことも確認された。
すなわち、従来よりも装置サイズを大きくすることなく、また、排水処理量を低減させる事なく沈殿槽での沈殿性を高められることが確認でされた。

一実施形態の有機性排水処理装置を示すブロック図。 同実施形態嫌気槽を示す断面図。 従来の好気槽を示す断面図。 メンブレン散気体を示す斜視図。 ａ）ブローダウン時のメンブレン散気体を示す断面図、ｂ）散気時のメンブレン散気体を示す断面図。

符号の説明

１：攪拌手段、１２：双曲面形攪拌翼、３０：メンブレン散気体

Claims (2)

1. 有機性排水が好気的且つ嫌気的に生物処理されるべく、好気槽と嫌気槽とがそれぞれ１つ以上備えられ、さらに好気的生物処理と嫌気的生物処理とが行われた後の処理液に含まれる汚泥が沈殿される沈殿槽が備えられた有機性排水処理装置であって、
   全ての好気槽には、メンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体を有する散気手段が備えられ、且つ、全ての嫌気槽には、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段が備えられていることを特徴とする有機性排水処理装置。
2. 有機性排水を好気的且つ嫌気的に生物処理し得るように、好気的微生物による生物処理と嫌気的微生物による嫌気的生物処理とをそれぞれ１度以上実施し、これらの好気的生物処理および嫌気的生物処理後の処理液から汚泥を沈殿させる沈殿処理を実施する有機性排水処理方法であって、
   全ての好気的生物処理においては、メンブレン多孔質膜もしくは多孔質体を備えた散気体を有する散気手段による散気を実施し、且つ、全ての嫌気的生物処理においては、双曲面形攪拌翼を有する攪拌手段による攪拌を実施することを特徴とする有機性排水処理方法。

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