JP2006289152A - 有機排水処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 有機排水処理において、接触ばっ気法における単位容積あたりのBOD処理能力を向上させる接触材及びその接触方法の改良による小型浄化槽を開発する。
【解決手段】 接触ばっ気槽３の槽底部に水平に設けた複数個の散気孔41を有する散気管４の各散気孔41から空気を吐出させ、垂直に起立させた複数本の円筒形接触材５に対して吐出する空気をそれぞれ取り込むようにし、かつ、水面下で空気を解放させるようにして接触ばっ気を行う有機排水処理方法である。円筒形接触材５は、繊維の絡まったへちま状中空体として、吐出空気泡が該へちま状中空体内部で汚水と共に上昇接触するドラフトチューブとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機排水処理方法及び装置、特に、水質浄化用接触ばっ気槽に関するもので、人の生活に伴って排出される排水及び生産活動に伴って排出される有機性汚濁物質を含有する排水を浄化して河川や海域に排出するための有機性排水の浄化技術に関する。

有機性排水を処理する技術として、最も一般的には、槽に送風機から空気を送り込んで微生物を増殖させて微生物汚泥（活性汚泥）を形成させるばっ気槽と、微生物によって浄化された水を活性汚泥から分離して上澄水として放流させる沈殿槽とを組み合わせる活性汚泥法があるが、近年ばっ気槽内にプラスチック製波板等の接触材を充填してその表面に微生物を固定し、ばっ気による回流水を接触材表面に接触させて排水中の有機物質を除去する接触ばっ気法が、特に小型の装置に多く採用されている。

また、プラスチック製波板の接触材の代わりに骨格多孔質濾材やハニカム濾材等が使われることもある。活性汚泥法の場合はばっ気槽内の微生物の数、すなわち活性汚泥の濃度が浄化能力に比例するため、ばっ気槽に流入する排水の有機物量に対応するためにばっ気槽内の活性汚泥の濃度を適切に管理する必要があるのに対し、接触ばっ気の場合は接触材の表面に固着されるため、活性汚泥の濃度管理が容易であり、小規模施設に適しているためである。

特許文献１には、このような既設の単独処理浄化槽（装置）を有効利用するために、単独処理浄化槽の処分問題を解決すると共に、生活雑排水を処理可能な合併処理化装置を安価に提供する目的で、更に、第２の処理浄化装置として、接触ばっ気槽と沈殿槽を接続することで、屎尿、および台所排水・洗濯排水・洗面・浴室排水などの生活雑排水の浄化処理を可能とする合併処理化装置としている。

また、特許文献２には、処理槽内の貯留汚泥が好気処理槽に移流しにくい、コンパクトな浄化槽を提供するために、被処理水の嫌気処理槽と、好気処理槽に加えて、気泡供給可能な散気部を備えた汚泥消化槽を設け、嫌気処理槽と汚泥消化槽とを下部で連通する連通部８を設け、更に、汚泥消化槽に、散気部により被処理水に好気処理する好気処理部と、被処理水に好気処理しない嫌気処理部とを形成し、被処理水より固形物質を除去した上澄み液を嫌気処理槽から好気処理槽に移流する循環系を設けて合併浄化槽とすることが記載されている。

特許文献３には、接触ばっ気槽第２室の処理負担を増やすことなく脱窒処理を効率的に行い、さらに、嫌気濾床槽の活性が低下しないような浄化槽を提供することにある。そのために、嫌気濾床槽の下流に接触ばっ気槽を設け、その接触ばっ気槽を流れの方向に第１室、第２室に分離して構成し、接触ばっ気槽内の被処理液を嫌気濾床槽に返送する嫌気処理用返送路を設け、接触ばっ気槽第２室から接触ばっ気槽第１室に被処理液を返送する好気処理用返送路を設けることの記載がある。

特許文献４には、接触ばっ気槽内の底面部に堆積される広範囲の汚泥を嫌気室に返送する構造を提供するために、接触ばっ気槽から嫌気槽に汚泥返送管を配して、接触ばっ気槽の底面に添った吸込管を設けた構造のものが開示されている。

特開2001-276858公報（請求項１、[0007]、[0017]、要約） 特開2002-96090公報（請求項１、[0027]、要約、図１） 特開平6-63574号公報（請求項１、[0012]、要約） 特開平6-328086号公報（特許請求の範囲、[0011]、図３）

接触ばっ気方式は直接接触材の下部から散気する全面ばっ気方式と、ばっ気部と接触材充填を分けてばっ気回流を接触材充填部に回流させて接触材表面に接触させるばっ気回流方式がある。いずれの方式にしても接触材表面を排水が接触して通過する速度を均一にすることが難しく、接触する速度が速い部分では微生物膜の厚みが一定以上には増殖せず、速度の遅い部分では微生物が肥厚する。従って、接触材として使用する波板の間隔が狭いと微生物の肥膜のために閉塞が発生してばっ気槽の機能を発揮しなくなる。そのため、一般的には波板の間隔80mm程度を採用している場合が多く、少なくとも50mm以上が必要となる。

また、接触材としてプラスチック製波板の代わりにプラスチック製骨材あみ状板が用いられ生物量をより多く槽内に確保しようとする試みや、立体ハニカム状濾材を接触材として充填し、接触材内の通過流速を上げる試み等が行われる（例えば、特許文献１）。これらの場合も骨格へちま状板の間隔やハニカムの内径は閉塞を防止するためにやはり80mm程度は必要となる。市販されている80mmピッチのプラスチック製波板の接触材の公称表面積40〜45ｍ^２／ｍ^３であるのに対し、２mm厚の骨格あみ状板を80mmピッチに充填した場合の総表面積は50ｍ^２／ｍ^３程度である。いずれの方法にしても接触ばっ気槽におけるBOD処理性能は、排水がいかに接触材表面の生物膜に接触する機会を多く与えられるかにかかっている。

しかしながら、ばっ気の回流速度は、一般的には10cm／sec程度以上にすることは難しく、また、ばっ気槽内に確保される接触材の表面積にも限界があるため、現在接触ばっ気槽１ｍ^３あたりの有機物除去能力は、一般的にはBODに換算して１日0.2〜0.6kg程度となっており、これ以上の負荷を接触ばっ気槽に与えた場合は所定の水質が得られないし、時には接触材の閉塞が発生することになる。上記の特許文献は、いずれも浄化槽自体の構造や汚水の流れに注目したもので、接触材に言及したものではない。唯一、特許文献２には「ハニカムネット」を使用するとある。

接触ばっ気法は他の処理方式に比べて維持管理が容易であり、また安価で処理性能が安定している等多くの長所を持っているところから、接触ばっ気法における単位容積あたりのBOD処理能力を向上させる技術が強く求められている。

接触ばっ気槽内により多くの生物膜面積を確保する試みは、接触材の種類によりやや差があるものの限界があった。本発明者は、回流ばっ気方式のドラフトチューブにあたる部分を円筒形の骨格あみ状接触材を用いることによって、接触材の充填率を増やすことなく生物膜と排水との接触機会を飛躍的に増大させる方法を開発した。

すなわち、ばっ気槽の槽底部に水平に設けた複数個の散気孔を有する散気管の各散気孔から空気を吐出させ、ドラフトチューブとしての垂直に起立させた複数本の円筒形接触材に対して吐出する空気をそれぞれ取り込むようにし、かつ、水面下で空気を解放させるようにして接触ばっ気を行うことを特徴とする有機排水処理方法である。更に効果が上がるのは、円筒形接触材を繊維の絡まったへちま状中空体にすると、吐出空気泡がこのへちま状中空体内部で汚水と共に上昇接触するドラフトチューブのようになって、ばっ気が完全となるためである。

そのための装置としては、ばっ気槽底部に水平に設けた格子配列又はちどり配列に複数個の散気孔を有する散気管と、該散気管の各散気孔上部に対して垂直に起立させた複数本の円筒形接触材からなり、該散気管の各散気孔から吐出する空気をそれぞれ取り込む位置に、水面下で解放させるようにして接触ばっ気槽を形成する。ここで、円筒形接触材は、繊維の絡まったへちま状中空体のドラフトチューブである有機排水処理槽が好ましい。

本発明者は、更に、側面に多数の小孔があるドラフトチューブでは内部の上昇水流によってチューブの外部の水を内部に吸い込む作用があることに着目し、上記のように、骨格へちま状板を円筒形に成型したものを槽内に起立させて水面付近で開放させるようにした接触材とすると同時に、この接触筒の中心の底部に散気孔を有する散気装置を槽底部に水平に設け、接触筒１つ１つがドラフトチューブの機能を持つ接触ばっ気槽とした。そして、各散気孔から吐出する空気をそれぞれ取り込む位置を、垂直に起立させた複数本の円筒形接触材の各中空部の底面位置に合わせると、より好ましい状態となる。

従来のドラフトチューブは、チューブ底部に設けた散気装置から吐出する気泡を多孔円筒の内部を上昇させると、気泡と一緒にチューブ底部から水を吸い込んで上部へ持ち上げることにより、多量の酸素を含んだ水を接触ばっ気槽全体に供給循環する機能を持っており、ほとんどの回流ばっ気式の接触ばっ気槽で採用されている。しかし、このドラフトチューブの役割は発生した旋回流が接触材の上部から下部へ排水を流下させるのみで、表面積の大きい骨格へちま状の接触材を使用しても濾材内部は水流がほとんどないため表面積を有効に利用することができなかった。

ばっ気槽底部に水平に設けた格子配列又はちどり配列に複数個の散気孔を有する散気管を設けると、底部に設けた散気装置に空気を供給してばっ気が行われ、各接触筒底部から空気と一緒に筒の内部の水が高速で上昇し、底部から廻りの水が吸い込まれて旋回流が発生すると同時に、接触筒外壁全面から内部に向かって弱い水流が発生し、骨格へちま状濾材の内部を通過する回流ルートが新たに生じるため、濾材表面の生物膜に排水が接触する機会は飛躍的に増大する。

従来のドラフトチューブ方式が、槽の上部から下部まで接触材の間を下降して１回の回流となるのに比較し、本発明の円筒形接触材の場合は、繊維の絡まったへちま状中空体であるので、槽の上部から下部までの間に無数の回流ルートを形成するため、同じ容積を持つ接触ばっ気槽に同様の充填率で接触材を充填して同じ空気量を供給した時に、単位容積あたりのＢＯＤ処理能力を大幅に向上させることができたのである。

以下、図面によって本発明の汚水浄化方法及び汚水浄化装置を更に具体的に説明する。図１は本発明の汚水浄化方法を効果的に実施しうる汚水浄化装置の平面図、図２は図１中Ａ−Ａ断面図である。

本発明の有機排水処理方法を円滑に行う装置例として図１及び図２に示す。この浄化槽は汚水が流入する夾雑物除去槽１と嫌気濾床槽２及び接触ばっ気槽３の順序で構成される浄化槽である。接触ばっ気槽３は槽底部に散気管４が配置され、その上部に本発明の特徴である円筒形接触材５が多数本立設されている。接触ばっ気槽３は底部が沈殿槽６と連通し、沈殿槽６から消毒槽７を経た後、浄化水の放流口８から槽外に放流される。

生活排水等の汚水の流れを更に詳細に説明する。汚水流入口11から夾雑物除去槽１に流入した後、浮上汚泥層を通過して中間に設けた移流口12から筒状の流路13を上昇して上方の移流出口14から嫌気濾床槽２へ流入する。移流口12の下方には、沈殿汚泥の浮上防止板15が設けられ、このことにより、固形物質の少ない低負荷となった汚水を優先的に嫌気濾床槽２に移流することができる。嫌気濾床槽２に設けた嫌気濾床21を通過した汚水は下方から上方へ設けた筒状の汚水流路22を上昇して移流口23から接触ばっ気槽３へ入る。

嫌気濾床槽２には、また、槽中間の嫌気濾床21の下方槽底に溜まった汚泥の汚泥返送管24を設けて、汚泥返送ポンプ25で嫌気濾床槽２から夾雑物除去槽１の上方へ汚泥を返送するようになっている。汚泥返送管24の途中へ接続した汚泥返送ポンプ25には送気管26から空気を送り込み、嫌気性処理され堆積した汚泥を空気とともに夾雑物除去槽１の上方から排出する。このようにすると、返送汚泥はしばらくの間浮上汚泥として、槽の上方に存在することになって、中間部は薄い中間汚泥水が保たれることになる。汚泥返送管24は、例えば、屈曲させたクランクＵ字管として、その頂部分に送気管26を接続し、槽底の汚泥吸い込み口より選択的に汚泥を返送することになる。

接触ばっ気槽３の槽内には、本発明に係る円筒形接触材５を配置し、嫌気濾床槽２から流入した汚水の好気性処理をするとともに、槽の一部を隔壁31で区切り沈殿槽６とする。沈殿槽６の下方は接触ばっ気槽３と連通させて、沈殿槽６から接触ばっ気槽３へ汚泥を返送するための沈殿槽底部の沈殿スロット32を設けている。この沈殿スロット32から好気処理後の浄化水が沈殿槽６へ移流する。浄化水は、その後、沈殿槽６から薬剤筒71を備えた消毒槽７を経た後、浄化水の放流口８から槽外に放流されるのは、従来と同様である。

この浄化槽には、接触ばっ気槽３から嫌気濾床槽２への汚泥返送手段がある。汚泥の返送は、好気性接触材として円筒形接触材５の層を循環通過してきた汚水の散気管４からのばっ気回流を利用して返送するよう槽底の散気管４から上方の液面近傍にばっ気攪拌によって回流する余剰汚泥を、嫌気濾床槽２と接触ばっ気槽３の水位差を利用して返送するよう筒状の汚泥引出管33の上部に汚泥移流口34を設け、また、沈殿槽６から接触ばっ気槽３への汚泥返送手段を、沈殿槽底部の沈殿スロット32で返送するようにしたために汚泥移流口34から好気処理された汚水も、嫌気処理により嫌気分解させた後に再び回流して好気処理させることができ、効率よくＢＯＤの大きな汚水の消化が可能となる。

以上のように、図１、図２に示す隔壁31で隔離された沈殿槽６に溜まった汚泥は、沈殿スロット32から接触ばっ気槽３へ、円筒形接触材５を通過することなく、接触ばっ気槽３の汚泥引出管33、嫌気濾床槽２の底部へ返送され、更に汚泥返送管24によって、空気泡と共に夾雑物除去槽１へ戻され、いったん浮遊スカムとして上層に蓄えられる。これらの返送により、嫌気性、好気性の両処理が繰り返されることによる効率よい固形分の消化がなされ、沈殿槽６に溜まる固形分が減少するだけでなく、夾雑物除去槽１に集積する沈殿汚泥が減量するのである。

本発明は以上のような浄化槽はもちろん、公知の一般接触ばっ気型浄化槽に対しても有効な接触材による接触ばっ気方法及びばっ気槽を提供するもので、接触ばっ気槽３の槽底部に水平に設けた複数個の散気孔を有する散気管４の各散気孔41から空気を吐出させ、垂直に起立させた複数本の円筒形接触材５に対して吐出する空気をそれぞれ取り込むようにし、かつ、水面下で空気を解放させるような円筒の長さにして接触ばっ気を行うことを特徴とする有機排水処理方法である。

ここで、円筒形接触材５は、繊維の絡まったへちま状中空体として、吐出空気泡がへちま状中空体内部で汚水と共に上昇接触するドラフトチューブであるのが好ましい。円筒形接触材５の配列は、図１に見られるように、ばっ気槽底部に水平に設けた格子配列又はちどり配列に複数個の散気孔41を有する散気管４と、この散気管４の各散気孔41上部に対して垂直に起立させた複数本の円筒形接触材５からなり、散気管４の各散気孔41から吐出する空気をそれぞれ取り込む位置に、水面下で解放させるようにして接触ばっ気槽３を形成して、有機排水処理槽とすることを特徴とする。

円筒形接触材５の詳細な形状は、図１、図２の接触ばっ気槽に見られるように、繊維の絡まったへちま状中空体のドラフトチューブであり、各散気孔から吐出する空気をそれぞれ取り込む位置は、垂直に起立させた複数本の円筒形接触材の各中空部の底面位置である。このような、回流ばっ気方式のドラフトチューブにあたる部分を円筒形の骨格あみ状接触材を用いることによって、接触材の充填率を増やすことなく生物膜と排水との接触機会を飛躍的に増大させることができる。これは、円筒形接触材を繊維の絡まったへちま状中空体にすると、吐出空気泡がこのへちま状中空体内部で汚水と共に上昇接触するドラフトチューブのようになって、ばっ気が完全となるためである。

ここで用いる骨格へちま状の接触材とは、有機無機の材質を問わず、汚水に対して通水性を有する繊維の絡まったものの成形体から、通気性繊維不織布とネット状物の交互ロール巻体あるいは、あまり汚泥によって目詰まりを起こさない連通気孔性の多孔質成形体まで、広く適用できる。具体例としては、ポリプロピレン繊維を骨格へちま状に絡ませたものの円筒状成形体、あるいはこのシート状物とポリエチレン製ネットとの重ね巻による円筒状成形体などが挙げられる。

本発明では、骨格へちま状の接触材を円筒形接触材として用いるのである。円筒形の大きさは直径150〜200mm、好ましくは100〜150mm、筒内径100〜150mm、好ましくは70〜120mmの範囲が接触ばっ気槽容積30ｍ^３程度の小型浄化槽には適している。以下、実施例によって、本発明を更に具体的に説明する。

空隙率３％の骨格あみ状板を外径120mmφ、内径80mmφ、長さ１ｍに成形したものを円筒形接触材５として使用し、水深1300mmの0.75ｍ^３の水槽に25本で、接触材充填率45％、接触比表面積45ｍ^２／ｍ^３を充填して各円筒形接触材５の下部に散気孔１個を配置するように散気管を設けて接触ばっ気槽とし、毎分60Ｌの空気を供給した。

一方、従来の接触材として、１ｍ^３の接触ばっ気槽にプラスチック波板、ピッチ80mmのものを接触材充填率45％、接触比表面積50ｍ^２／ｍ^３で充填し、毎分60Ｌの空気を供給した。結果を表１に示す。

表１の結果、本発明に係る骨格へちま状円筒形の接触材は、従来の80mmピッチのプラスチック製波板の接触材の公称表面積40〜50ｍ^２／ｍ^３であるのに対し、これを25本充填した場合の総表面積は45ｍ^２／ｍ^３程度で、同等であるにもかかわらず、接触ばっ気槽におけるBOD処理能力は、従来の２倍以上に達していることが明らかである。

更に、骨格へちま状円筒形の接触材の効果に加えて、各散気孔から吐出する空気をそれぞれ取り込む位置を、垂直に起立させた複数本の円筒形接触材の各中空部の底面位置に合わせることで、接触ばっ気法における単位容積あたりのBOD処理能力を大きく向上させることができ、その結果、接触ばっ気浄化槽の容積を大幅に削減することを可能とし、浄化槽の小型化が達成できたのである。

本発明の汚水浄化方法を効果的に実施しうる汚水浄化装置の平面図である。 図１中Ａ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 夾雑物除去槽
２ 嫌気濾床槽
３ 接触ばっ気槽
４ 散気管
５ 円筒形接触材
６ 沈殿槽
７ 消毒槽
８ 浄化水の放流口
11 汚水流入口
12 移流口
13 筒状の流路
14 移流出口
15 汚泥浮上防止板
21 嫌気濾床
22 汚水流路
23 移流口
24 汚泥返送管
25 汚泥返送ポンプ
26 送気管
31 隔壁
32 沈殿スロット
33 汚泥引出管
34 汚泥移流口
41 散気孔

Claims (5)

1. ばっ気槽の槽底部に水平に設けた複数個の散気孔を有する散気管の各散気孔から空気を吐出させ、垂直に起立させた複数本の円筒形接触材に対して吐出する空気をそれぞれ取り込むようにし、かつ、水面下で空気を解放させるようにして接触ばっ気を行うことを特徴とする有機排水処理方法。
2. 円筒形接触材は繊維の絡まったへちま状中空体として、吐出空気泡が該へちま状中空体内部で汚水と共に上昇接触するドラフトチューブである請求項１記載の有機排水処理方法。
3. ばっ気槽底部に水平に設けた格子配列又はちどり配列に複数個の散気孔を有する散気管と、該散気管の各散気孔上部に対して垂直に起立させた複数本の円筒形接触材からなり、該散気管の各散気孔から吐出する空気をそれぞれ取り込む位置に、水面下で解放させるようにして接触ばっ気槽を形成することを特徴とする有機排水処理装置。
4. 円筒形接触材は、繊維の絡まったへちま状中空体のドラフトチューブである請求項３記載の有機排水処理装置。
5. 各散気孔から吐出する空気をそれぞれ取り込む位置は、垂直に起立させた複数本の円筒形接触材の各中空部の底面位置である請求項３記載の有機排水処理装置。

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