JP2006297347A - 汚水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設置スペースの増大や設備コストの大幅な増加を生じることなく、負荷変動への対応能力を大きく向上させることが可能な構造を有する汚水処理装置を提供すること。
【解決手段】 汚水を複数の処理槽に順次供給することにより汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、前記処理槽が、嫌気性菌により第一段階処理を行う嫌気槽と、好気性菌により第二段階処理を行う好気槽とからなる微生物処理槽を有しており、これら嫌気槽及び好気槽の内部には共に揺動床式の微生物担持体が配置されてなる汚水処理装置とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は汚水処理装置に関し、より詳しくは、嫌気槽と好気槽からなる処理槽を用いて汚水を生物学的に処理することができる処理装置であって、負荷変動への対応能力が高い汚水処理装置に関する。

工場や家庭等から排出される汚水は、有機物を多量に含んでおり、河川や湖沼の富栄養化を引き起こして生態系に悪影響を及ぼす可能性がある。
そこで、従来よりこれら汚水中に含まれる有機物を処理するための汚水処理方法が数多く提案されている。
従来より存在している主な処理方法は、物理化学的な方法と生物学的な方法に大別できるが、物理化学的方法は処理コストが嵩むという問題があることから、近年では生物学的な処理方法が主流となっている。

生物学的処理方法に用いられる汚水の処理装置としては、溶存酸素の存在しない嫌気槽と、溶存酸素が存在する好気槽とを連設した処理装置が知られている。
かかる従来の処理装置は、嫌気槽において脱窒菌の作用により硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）を還元して窒素ガスとする脱窒反応を行わせ、好気槽において硝化菌の作用によりアンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）を硝酸性窒素に酸化する硝化反応を行わせるものである。

しかしながら、このような従来の処理装置は、負荷変動への対応能力が低いため、処理すべき汚水の量や有機物濃度が急激に上昇した場合には、汚水を完全に処理しきれなくなるという問題があった。
尚、このような問題点は、予め大容量の処理槽を設けることによって解決できるものの、必然的に設備コストの増加と設置スペースの増大を招くことから、好ましい対応策とは言えなかった。

上記したような従来の処理装置の問題点に鑑みて考案された技術として、下記特許文献１に開示された技術が存在している。
この特許文献１の開示技術は、嫌気槽と好気槽とを連設した処理装置において、汚水が供給される嫌気槽に緩衝槽を併設するとともに、嫌気槽における微生物の有機物処理能力を判断する測定装置を設け、この測定装置の検出結果に基づいて汚水の一部を緩衝槽に分流することにより、負荷変動への対応能力を高めようとするものである。

しかしながら、この特許文献１に開示された処理装置に設けられる緩衝槽は、単に内部に散気管を配設して空気を供給することのみによって、汚水中にもともと含まれている微生物と自然発生的な微生物を汚水中の有機物処理に作用させるものであるから、その緩衝能力は非常に低く、急激な負荷変動への対応は困難であった。
勿論、緩衝槽の容量を大きくすることにより、負荷変動への対応能力を増加させることは可能であるが、かかる方法は、設備コストの増加と設置スペースの増大を招くという点で従来の処理装置の問題点を再招来するものであり、何ら根本的な解決策を導くものではなかった。

特開平５−３１７８８４号公報

本発明は、上記した従来の汚水処理装置が包含する問題点を解決すべくなされたものであって、設置スペースの増大や設備コストの大幅な増加を生じることなく、負荷変動への対応能力を大きく向上させることが可能な構造を有する汚水処理装置を提供せんとするものである。

請求項１に係る発明は、汚水を複数の処理槽に順次供給することにより汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、前記処理槽が、嫌気性菌により第一段階処理を行う嫌気槽と、好気性菌により第二段階処理を行う好気槽とからなる微生物処理槽を有しており、これら嫌気槽及び好気槽の内部には共に揺動床式の微生物担持体が配置されてなることを特徴とする汚水処理装置に関する。
請求項２に係る発明は、前記好気槽にて処理された後の汚水を嫌気槽へと戻す第一循環経路を有することを特徴とする請求項１記載の汚水処理装置に関する。
請求項３に係る発明は、前記微生物処理槽が、嫌気性菌により第三段階処理を行う嫌気槽を更に有していることを特徴とする請求項１又は２記載の汚水処理装置に関する。
請求項４に係る発明は、前記微生物処理槽により処理された汚水が供給されるとともに該汚水に含まれる固形分を沈殿させる沈殿槽と、該沈殿槽にて沈殿した固形分を再度前記微生物処理槽へと戻す第二循環経路を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の汚水処理装置に関する。
請求項５に係る発明は、前記嫌気槽の底面と前記微生物担持体の底面との間には空間が形成され、該嫌気槽の底面近傍には当該空間に向かう水流を生み出す攪拌装置が配設されてなることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の汚水処理装置に関する。

請求項１に係る発明によれば、嫌気槽及び好気槽の両方の内部に揺動床式の微生物担持体が配置されているため、嫌気槽及び好気槽の両方において微生物による汚水処理能力が大きく高められ、好気槽へと送られる前の汚水を嫌気槽において高い能力で前処理することが可能となる。その結果、後工程の好気槽における処理負担が大幅に軽減されることとなり、負荷変動への対応能力が非常に高い処理装置となる。

請求項２に係る発明によれば、好気槽にて処理された後の汚水を嫌気槽へと戻し、再度嫌気槽及び好気槽において処理することができるので、高濃度の有機物を含有する汚水であっても確実に清浄化することが可能となる。
請求項３に係る発明によれば、第三段階処理を行う嫌気槽において、嫌気性菌による脱窒反応を生じさせることができる。そのため、窒素濃度が高い汚水であっても窒素濃度を低いレベルに低下させて排水することが可能となる。

請求項４に係る発明によれば、沈殿槽にて沈殿した固形分を、再度微生物処理槽において処理することができるので、処理後に排出される汚泥等の量を削減することが可能となる。
請求項５に係る発明によれば、嫌気槽内において、微生物担持体の底部から入って上方へと抜ける水流がつくり出されるので、微生物担持体に住み着いた嫌気性菌と汚水の接触の機会を増すことができ、処理効率を大きく高めることが可能となる。

以下、本発明に係る汚水処理装置の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係る汚水処理装置の第一実施形態を示すフロー図である。
第一実施形態に係る汚水処理装置は、図示の如く、原水供給槽（１）と、振動スクリーン（２）と、嫌気槽（第一段階処理槽）（３）と、好気槽（第二段階処理槽）（４）と、沈殿槽（５）と、処理水槽（６）とが、この順に連設されて構成されている。

原水供給槽（１）は、本発明に係る汚水処理装置において、処理対象となる汚水（原水）が最初に供給される槽であって、供給された汚水を後工程にある微生物処理槽（嫌気槽（３）及び好気槽（４））へと送る前に一旦貯留する槽である。
原水供給槽（１）の内部にはポンプ（Ｐ）が配置されており、このポンプ（Ｐ）の作動によって、原水供給槽（１）内部に貯留された汚水は、振動スクリーン（２）を介して微生物処理槽へと送給される。

このような原水供給槽（１）を設けることによって、後工程にある微生物処理槽（嫌気槽（３）及び好気槽（４））の処理能力に応じて、後工程への汚水の供給量を適当に調整することが可能となる。
すなわち、汚水（原水）中の有機物濃度が著しく高い場合など、後工程の処理能力に対して汚水の供給が過剰となる可能性がある場合には、ポンプ（Ｐ）による汚水の送給量を減少させることによって、後工程の処理能力に応じた適当な汚水の供給を行うことができる。

振動スクリーン（２）は、原水供給槽（１）から供給される汚水を振動ふるいにかけてろ過することによって、汚水中に含まれるゴミ等の粗い異物を除去するものである。
振動スクリーン（２）において異物が除去された後の汚水は、続いて嫌気槽（３）へと送られる。

嫌気槽（３）内部の水中には揺動床式の微生物担持体（７）が配設されている。
嫌気槽（３）内部の水中は、溶存酸素（ＤＯ：Dissolved Oxygen）が存在しない嫌気性雰囲気となっており、これによって、微生物担持体（７）には多くの嫌気性菌が住み着いている。

本発明において用いられる揺動床式の微生物担持体（７）とは、微生物を担持する部材が水流に伴って揺れ動く、即ち揺動することができる構成を有しているものである。
かかる微生物担持体（７）としては、例えば、ポリエステルフィラメント糸等からなる経糸と、この経糸から放射状に突出されたアクリル繊維等からなる房状の緯糸とから形成された糸材が、複数本並設された構成のものが用いられる。

このような微生物担持体（７）では、房状の緯糸によって微生物を含んだ多くの汚泥を保持することができるとともに、房状の緯糸が揺動することにより水中の有機物との接触機会が増加するため、非常に高い有機物分解能力を発揮することができる。
また、緯糸に汚泥が付着すると、微生物担持体（７）の中心部付近は嫌気性雰囲気となって嫌気性菌が住み着くようになる。そのため、この担持体を好気槽（４）内に配設することによって、好気槽（４）内においても、嫌気性菌による脱窒反応が生じることとなり、処理効率が高められる。
更に、房状の緯糸が揺動することによって、緯糸上に過剰に付着した汚泥が連続的に剥離するようになり、常に一定量の汚泥のみを保持することが可能となり、汚泥の一斉剥離や閉塞が生じることを防ぐことができる。
また、水流が糸材同士の間を乱流を生じながら通過することで、逆洗の効果が得られ、固定床のように定期的な逆洗の必要がない。

嫌気槽（３）は、揺動床式の微生物担持体（７）に住み着いた多数の嫌気性菌により、非常に高い有機物処理能力を発揮することができる。
具体的には、加水分解菌・酸生成菌の作用により、汚水中に含まれる有機物の低分子化・可溶化が促進される。

嫌気槽（３）の底面と微生物担持体（７）の底面との間には空間（１１）が形成されている。この空間（１１）は、微生物担持体（７）を台上に載置するか若しくは上から吊り下げることにより形成される。
微生物担持体（７）の外側位置において、嫌気槽（３）の底面近傍にはミキサからなる攪拌装置（１２）が配置されている。攪拌装置（１２）は図では１台のみ示されているが、微生物担持体（７）の周りを囲うように複数台配置することもできる。
攪拌装置（１２）は、空間（１１）に向かう水流を生み出し、この水流が微生物担持体（７）の底部から入って上方へと抜けることにより、微生物担持体（７）に住み着いた嫌気性菌と汚水の接触の機会が増し、処理効率が大きく高められる。
尚、本段落に記載した嫌気槽（３）の構成は、図示しているように、後述する他の実施形態の嫌気槽（３）に対しても適用することができる。

嫌気槽（３）の内部にはポンプ（Ｐ）が配設されており、ポンプ（Ｐ）の作動によって、嫌気槽（３）にて処理された後の汚水（以下、処理水という）は、計量枡（図示略）を介して好気槽（４）へと送給される。
計量枡は、ポンプ（Ｐ）により嫌気槽（３）から汲み上げられた処理水の量を計測して、一定量のみを好気槽（４）へと供給し、一定量を超える過剰分を嫌気槽（３）へと戻す機能を有している。
これによって、好気槽（４）の処理能力を超える過剰な処理水が供給されることを防ぐことができる。

好気槽（４）内部の水中には、嫌気槽（３）内に配設されているものと同様の揺動床式の微生物担持体（７）が配設されている。
好気槽（４）内部の水中には曝気によって常に酸素が供給されて、溶存酸素が存在する好気性雰囲気となっている。これによって、微生物担持体（７）には多くの好気性菌が住み着いている。

好気槽（４）は、揺動床式の微生物担持体（７）に住み着いた多数の好気性菌により、非常に高い有機物処理能力を発揮することができる。
具体的には、硝化菌の作用により、汚水中に含まれるアンモニア性窒素（ＮＨ_４−Ｎ）が硝酸性窒素に酸化する硝化反応が非常に高い速度で生じることとなる。
また、好気槽（４）では、リン成分が好気性菌の内部に取り込まれることによって除去される。

ここで、好気槽（４）へと送られてきた処理水は、高い処理能力を有する嫌気槽（３）において前処理されているため、好気槽（４）における処理負担が大幅に軽減されることとなり、しかも好気槽（４）自体も高い処理能力を有していることから、負荷変動への対応能力が非常に高い処理装置となる。

本発明においては、この第一実施形態の処理装置において、図２に示すように、好気槽（４）にて処理された後の処理水を嫌気槽（３）へと戻す循環経路（８）を設けることができる。
このような循環経路（８）を設けることにより、好気槽（４）にて処理された後の処理水を、再度嫌気槽（３）と好気槽（４）において処理することができるので、高濃度の有機物を含有する汚水であっても確実に清浄化することが可能となる。
また、循環経路（８）により還流された処理水は、嫌気槽（３）において、微生物担持体（７）に住み着いた脱窒菌の作用により硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）が還元されて窒素ガスとなる脱窒反応を受ける。

好気槽（４）にて処理された後の処理水は、続いて沈殿槽（５）へと送られる。
沈殿槽（５）は、好気槽（４）にて処理された後の処理水に含まれる固形分（汚泥等）を沈殿させることにより、処理水を固液分離するものである。
沈殿槽（５）の底部に沈殿した固形分は、循環経路（９）を通って再度好気槽（４）へと戻されることにより、再度好気槽（４）において処理される。好気槽（４）においては、微生物担持体（７）に住み着いた微生物の食物連鎖が起こり、これによって処理後に排出される汚泥等の量が大幅に削減される。

尚、本発明においては、循環経路（９）を、沈殿槽（５）の底部と嫌気槽（３）との間を連絡するように設けて、沈殿槽（５）の底部に沈殿した固形分を、循環経路（９）を介して再度嫌気槽（３）へと戻す構成を採用することもできる。
図３及び図４はかかる構成を採用した処理装置を示しており、図３は図１の処理装置において採用した場合、図４は図２の処理装置において採用した場合を夫々示している。
これらの処理装置によれば、汚泥等が嫌気槽（３）と好気槽（４）の両方で再処理されることとなり、汚泥等の排出量削減効果を一層高めることが可能となる。

沈殿槽（５）の上澄み水は、処理水槽（６）へと送られる。
処理水槽（６）内の水は、曝気用ブロワ（１０）から送られる空気を用いた曝気により攪拌されて、清浄になったことが確認された後、ポンプによって河川等の外部に放流される。
尚、この曝気用ブロワ（１０）は、処理水槽（６）内の水中だけでなく好気槽（４）内の水中を曝気するためのブロワとしても用いられる。

図５は、本発明に係る汚水処理装置の第二実施形態を示すフロー図である。
第二実施形態に係る汚水処理装置は、図示の如く、原水供給槽（１）と、振動スクリーン（２）と、嫌気槽（第一段階処理槽）（３）と、好気槽（第二段階処理槽）（４）と、嫌気槽（３）（第三段階処理槽）と、沈殿槽（５）と、処理水槽（６）とが、この順に連設されて構成されている。
すなわち、この第二実施形態は、図１の処理装置において、好気槽（第二段階処理槽）（４）と沈殿槽（５）との間に、２つ目の嫌気槽（３）（第三段階処理槽）を配設したものであり、その他の構成は図１の装置と同じである。

以下、第二実施形態の処理装置について説明するが、説明の重複を防ぐために図１の処理装置と異なる点についてのみ説明し、同じ構成には同じ符号を付して説明を省略する。
原水供給槽（１）から振動スクリーン（２）、嫌気槽（第一段階処理槽）（３）、好気槽（第二段階処理槽）（４）へと至る処理工程は、図１に示した装置と同じであるが、第二実施形態の処理装置においては、好気槽（４）にて処理された後の汚水（処理水）は沈殿槽（５）へと送られる前に、２つ目の嫌気槽（３）（第三段階処理槽）へと送られる。

第三段階処理槽を構成する嫌気槽（３）の構成は、第一実施形態の嫌気槽（３）と同じである。
この嫌気槽（３）（第三段階処理槽）では、揺動床式の微生物担持体（７）に住み着いた多数の嫌気性菌によって処理が行われる。具体的には、加水分解菌・酸生成菌の作用により、汚水中に含まれる有機物の低分子化・可溶化が促進されるとともに、脱窒菌の作用により、硝酸性窒素（ＮＯ_３−Ｎ）が還元されて窒素ガスとなる脱窒反応が生じる。

本発明においては、この第二実施形態の処理装置において、図６に示すように、好気槽（４）にて処理された後の処理水を、嫌気槽（３）へと戻す循環経路（８）を設けることができる。
このような循環経路（８）を設けることにより、好気槽（４）にて処理された後の処理水を、再度嫌気槽（３）、好気槽（４）、嫌気槽（３）の順番に処理することができるので、高濃度の有機物を含有する汚水であっても確実に清浄化することが可能となる。

第三段階処理槽を構成している嫌気槽（３）にて処理された後の処理水は、続いて沈殿槽（５）へと送られる。
沈殿槽（５）は、当該嫌気槽（３）にて処理された後の処理水に含まれる固形分（汚泥等）を沈殿させることにより、処理水を固液分離するものである。
沈殿槽（５）の底部に沈殿した固形分は、循環経路（９）を通って再度好気槽（４）へと戻されることにより、再び好気槽（４）及び嫌気槽（３）において処理される。これによって処理後に排出される汚泥等の量を削減することが可能となる。
また、図示していないが、図３及び図４の実施形態において、沈殿槽（５）の底部に沈殿した固形分を、循環経路（９）を通って第一段階処理槽又は第三段階処理槽を構成する嫌気槽（３）へと還流する構成を採用することもできる。この構成によっても、処理後に排出される汚泥等の量を削減できる効果が得られる。
沈殿槽（５）の上澄み水は処理水槽（６）へと送られ、第一実施形態と同様に、清浄になったことが確認された後、河川等の外部に放流される。

以下、本発明に係る汚水処理装置の実施例を挙げることによって、本発明の効果をより明確にする。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例）
図１に示す処理装置を用いて、油揚げ製造工場から排出された汚水の処理を行った。
汚水処理の工程において、処理前の水（原水供給槽内の水）と処理後の水（沈殿槽の上澄み水）を採取し、水素イオン濃度、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）、浮遊物質量（ＳＳ）、ノルマルヘキサン抽出物質含有量（n-Hex）を夫々測定した。尚、処理に供した汚水の汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、好気槽（４）において10000mg以上／L、沈殿槽（５）において15000mg以上／Lという高濃度であった。
測定は数日間に亘って行い、原水のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、n-Hexの測定値が最も低かった日（最低日）と最も高かった日（最高日）の測定結果を抽出し、それぞれ以下の表１及び表２に示した。

今回の実験では、最高日（表２）における原水（処理前の水）のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ、n-Hexは、最低日（表１）に比べていずれも２倍以上もの高い値を示したが、処理後の水では、両日ともほぼ同水準の非常に低い値に減少していた。
この結果から、本発明に係る処理装置は、負荷が大きく変動した場合であっても高い浄化能力を発揮することが可能である、負荷変動への対応能力が高い汚水処理装置であることが確認された。

本発明は、工場等から排出される、有機物を多量に含む汚水を処理するために利用することができ、特に処理装置にかかる負荷変動が大きい場合において好適に利用可能である。

本発明に係る汚水処理装置の第一実施形態を示すフロー図である。 第一実施形態の処理装置において、好気槽にて処理された後の処理水を嫌気槽へと戻す循環経路を設けた変更例を示す図である。 図１の処理装置において、循環経路を沈殿槽と嫌気槽とを繋ぐように設けた変更例を示す図である。 図２の処理装置において、循環経路を沈殿槽と嫌気槽とを繋ぐように設けた変更例を示す図である。 本発明に係る汚水処理装置の第二実施形態を示すフロー図である。 第二実施形態の処理装置において、好気槽にて処理された後の処理水を嫌気槽へと戻す循環経路を設けた変更例を示す図である。

符号の説明

１ 原水供給槽
２ 振動スクリーン
３ 嫌気槽
４ 好気槽
５ 沈殿槽
６ 処理水槽
７ 揺動床式の微生物担持体
８ 循環経路（第一循環経路）
９ 循環経路（第二循環経路）
１０ 曝気用ブロワ
１１ 空間
１２ 攪拌装置
Ｐ ポンプ

Claims (5)

1. 汚水を複数の処理槽に順次供給することにより汚水の浄化処理を行う汚水処理装置であって、前記処理槽が、嫌気性菌により第一段階処理を行う嫌気槽と、好気性菌により第二段階処理を行う好気槽とからなる微生物処理槽を有しており、これら嫌気槽及び好気槽の内部には共に揺動床式の微生物担持体が配置されてなることを特徴とする汚水処理装置。
2. 前記好気槽にて処理された後の汚水を嫌気槽へと戻す第一循環経路を有することを特徴とする請求項１記載の汚水処理装置。
3. 前記微生物処理槽が、嫌気性菌により第三段階処理を行う嫌気槽を更に有していることを特徴とする請求項１又は２記載の汚水処理装置。
4. 前記微生物処理槽により処理された汚水が供給されるとともに該汚水に含まれる固形分を沈殿させる沈殿槽と、該沈殿槽にて沈殿した固形分を再度前記微生物処理槽へと戻す第二循環経路を有することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の汚水処理装置。
5. 前記嫌気槽の底面と前記微生物担持体の底面との間には空間が形成され、該嫌気槽の底面近傍には当該空間に向かう水流を生み出す攪拌装置が配設されてなることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の汚水処理装置。
   
   

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