JP2009119450A - 廃水処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】余剰汚泥の発生を極力少なくすると共に、効率的な汚泥の分解を行うことを可能とする廃水処理システムの構成を提供すること。
【解決手段】流入して来る有機物を含有している廃水の流量を調整する流量調整槽１、当該流量調整槽１から送られた廃水に対し、曝気によって微生物を活性化させながら、有機物の分解処理を行う曝気槽２、当該曝気槽２から送られた当該処理水を沈澱分離させる沈澱槽３、当該沈澱槽３から送られた沈澱汚泥を分解する汚泥消化槽４を設け、当該分解に基づく上澄液を、曝気槽２に帰還させる廃水処理システムにおいて、曝気槽２における溶存酸素の濃度を約０．０１ｍｇ／Ｌ〜約０．６ｍｇ／Ｌ、好ましくは、約０．２ｍｇ／Ｌ〜約０．５ｍｇ／Ｌの範囲に調整することによって、通性嫌気性菌を活性化させることに基づき、前記課題を達成することができる廃水処理システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、生活用及び産業用に利用されたことによって生じた廃水を、微生物の活性によって分解処理し、かつ浄化する廃水処理システムに関するものである。

生活用及び産業用に利用されることによって生じた廃水においては、殆ど大抵の場合、有機物が含まれており、かつ当該有機物を微生物の活性によって分解処理する廃水処理システムについては、既に相当の技術上の蓄積が行われている。

このような廃水処理システムにおける典型的な従来技術として、流入して来る有機物を含有している廃水の流量を調整する流量調整槽、当該流量調整槽から送られた廃水に対し、曝気によって微生物を活性化させながら、有機物の分解処理を行う曝気槽、当該曝気槽から送られた当該処理水を沈澱分離させる沈澱槽、当該沈澱槽から送られた沈澱汚泥を分解する汚泥消化槽を設け、当該分解によって生じた上澄液を、曝気槽に帰還させる基本構成が採用されている。

廃水処理システムにおいては、汚泥消化槽によって汚泥を消化した後においても、分解されずに残存する余剰汚泥が発生する。

このような余剰汚泥を減少させるために特許文献１においては、曝気工程における溶存酸素量を約１ｍｇ／Ｌ以下とする構成が提唱されている。

しかしながら、実際に廃水処理に特許文献１に係る発明を適用したところで、約１ｍｇ／Ｌ以下の溶存酸素量では、決して余剰汚泥を十分減少させることができない。

しかも、特許文献１の発明の場合には、微生物の活性によって有機物を効率的に分解するために必要な溶存酸素量の下限値を設定していないため、有効な曝気を保証することができない点において基本的問題点が存在する。

しかも、廃水中に含まれるタンパク質及びアンモニアなどの窒素含有成分を酸化し、更には硝酸を酸化し、最終的には、窒素ガスに還元するには、脱窒菌のような通性嫌気性菌の活性を不可欠とするが、通性嫌気性菌の活性に適切な溶存酸素量は、決して特許文献１のような約１ｍｇ／Ｌ以下の条件によって保証される訳ではない。

前記脱窒菌を典型例とする通性嫌気性菌は、酸素が他の元素と結合することによって、電子を供給することができる電子伝達体となっているイオン（以下、前記のような結合を行っている酸素につき、「結合酸素」と略称する。）によって活性化されるが、もとより特許文献１においては、そのような通性嫌気性菌の活性化については、格別の配慮が行われている訳ではない。

廃水処理において、酸化還元電位（ＯＲＰ値）を測定することによって、脱窒菌の活性の程度を把握することが知られている。

そして、一方では、溶存酸素の程度を測定しながら調整し、他方では、酸化還元電位の程度を測定しながら調整することについては、特許文献２、３、４によって既に提唱されている。

しかしながら、特許文献２、３、４においては、余剰汚泥を極力減少させること、更には窒素含有成分を含む汚泥を効率的に分解させるためには、如何なる数値範囲の溶存酸素量及び酸化還元電位が適切であるかについては、格別の考察が行われている訳ではない。

特開２００２−３６１２７９号公報 特開昭６２−３８２９６号公報 特開平５−３１４８８号公報 特開平７−１８５５８４号公報

前記のような従来技術の状況に鑑み、本発明は、通性嫌気性菌の活性化によって余剰汚泥の発生を極力少なくし、しかも効率的な汚泥の分解を伴う浄化を実現することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、請求項１記載のように、流入して来る有機物を含有している廃水の流量を調整する流量調整槽、当該流量調整槽から送られた廃水に対し、曝気によって微生物を活性化させながら、有機物の分解処理を行う曝気槽、当該曝気槽から送られた当該処理水を沈澱分離させる沈澱槽、当該沈澱槽から送られた沈澱汚泥を分解する汚泥消化槽を設け、当該分解に基づく上澄液を、曝気槽に帰還させる廃水処理システムにおいて、曝気槽における溶存酸素の濃度を約０．０１ｍｇ／Ｌ〜約０．６ｍｇ／Ｌ、好ましくは、約０．２ｍｇ／Ｌ〜約０．５ｍｇ／Ｌの範囲に調整することによって、通性嫌気性菌を活性化させることに基づく廃水処理システムからなる。

前記のような基本構成においては、通性嫌気性菌の活性を原因として、好気性菌を主成分とする場合よりも、余剰汚泥を少なくすることが可能となる。

特に、後述する請求項２に係る実施形態のように、曝気槽内において、通性嫌気性菌を主成分とする微生物をして、結合酸素による呼吸を行わせた場合には、汚泥消化槽において発生する余剰汚泥を極力少なくすることが可能となる。

図１は、前記基本構成を実現するために最低限必要な廃水処理システムを示す概略図である。

即ち、前記基本構成に係る流量調整槽１、曝気槽２、沈澱槽３、汚泥消化槽４をそれぞれ設け、汚泥消化槽４の上澄液を曝気槽２に帰還させている。

最初に、前記基本構成の基本的原理について説明する。

脱窒菌などの通性嫌気性菌は、溶存酸素が多い場合には、好気性菌と同一の性状による好気呼吸を行い、かつ有機物を代謝して増殖するが、溶存酸素が乏しくなると、嫌気呼吸を行い、しかも好気性菌よりも効率的な分解機能を発揮することができる。

このため、通性嫌気性菌は、広範囲の溶存酸素の濃度に適用することができ、全体として、好気性菌よりも効率的な分解機能を有している。

このような効率的な分解機能を反映すると共に、生成される酸化物の量が好気性菌の場合よりも少ないことに基づき、通性嫌気性菌を活性化させた場合には、好気性菌の場合よりも、汚泥消化槽において発生する余剰汚泥量はより少なくなる傾向がある。

このような場合、余剰汚泥を大量に発生する傾向にある好気性菌の活性を制限しながら、通性嫌気性菌の活性を維持する場合の溶存酸素の上限値は、実験の蓄積によって、０．６ｍｇ／Ｌ、好ましくは、０．５ｍｇ／Ｌであることが判明している。

通性嫌気性菌は、前記のように、溶存酸素量が少ない場合においても、所定の活性を有し、かつ有機物に対する分解機能を発揮することができるが、溶存酸素量の濃度が極端に少ない場合には、前記分解機能が低下せざるを得ない。

発明者の経験では、０．２ｍｇ／Ｌ以下の場合には、分解機能が順次低下し、特に０．０５ｍｇ／Ｌ以下の場合には、極端に分解機能が低下せざるを得ないことが、以下のデータの蓄積によって把握することができた。

このような経験則に基づいて、前記基本構成においては、溶存酸素量を約０．０１ｍｇ／Ｌ〜約０．６ｍｇ／Ｌ、好ましくは、約０．２ｍｇ／Ｌ〜約０．５ｍｇ／Ｌと設定している。

前記基本構成においても、汚泥消化槽に基づいて生成された上澄液を曝気槽に帰還させており、当該上澄液においては、酸に該当する電子伝達体だけでなく、塩基に該当する電子伝達体も生成されており、当該電子伝達体中には、殆ど大抵の場合、結合酸素（例えば硝酸イオン（ＮＯ₃ ⁻⁻⁻）、亜硝酸イオン（ＨＮＯ₃ ⁻⁻）、硫酸イオン（ＳＯ₄ ⁻⁻⁻）のように、他の元素と結合し、かつイオンを形成する酸素）に基づく負イオンが生成されている。

そして、曝気槽内において、通性嫌気性菌を主成分とする微生物をして、結合酸素による呼吸を行わせた場合には、これまでの実験によれば、純然たる溶存酸素による呼吸の場合よりも、発生する余剰汚泥の量は、同一分子量（モル）の呼吸の場合に、単位体積当たり約１／２にて済むことが実験によって判明している。

このように、発生する余剰汚泥の量が少量にて済む原因としては、結合酸素による呼吸の場合の方が純然たる溶存酸素の場合よりも、分解に際し、電気化学上多量のエネルギーが発生するものと考えられるが、この点に関する因果関係については、現時点では留保することにする。

前記結合酸素による呼吸に着目し、請求項２に係る実施形態は、結合酸素を含む負イオンとなっている電子伝達体を補給するか、又は当該結合酸素を含有する上澄液を流入調整槽及び／又は曝気槽に帰還させ、流入調整槽及び／又は曝気槽内の微生物をして、当該結合酸素による呼吸を行わせることを特徴としている。

即ち、前記基本構成において、特に結合酸素を流入調整槽及び／又は曝気槽内に補給するか、又は帰還させることによって、前記基本構成に基づく余剰汚泥の発生の程度を少なくするという効果を更に一層助長することが可能となる。

しかのみならず、前記結合酸素の場合に、硝酸イオン及び亜硝酸イオンが含有されている場合が多いことから、脱窒菌の活性を促し、ひいては、水中のタンパク質、アミノ酸、アンモニアなどの窒素含有成分に対する分解作用を効率的に実現することができる。

曝気槽中における結合酸素を含有し、かつ負イオンとなっている電子伝達体の水溶液中の濃度は、酸化還元電位（ＯＰＰ値）と相関関係を有している。

このような相関関係に着目し、請求項３においては、曝気槽内における酸化還元電位を所定の数値範囲に設定することによって、曝気槽内における結合酸素の濃度を調整することを特徴としている。

但し、酸化還元電位は、直ちに溶存酸素の濃度を表わす訳ではなく、双方は、１：１の関係ではない。

したがって、前記実施形態の場合には、曝気槽に流入する廃水の種類、タイプによって結合酸素を含有し、かつ負イオンとなっている電子伝達体の濃度と前記酸化還元電位の数値との関係を実験によって確かめ、当該実験データを蓄積し、廃水の種類によって含有される結合酸素を含有し、かつ負イオンとなっている電子伝達体の種類、更には、結合酸素を含有し、かつ負イオンとなっている電子伝達体の濃度と酸化還元電位の関係を予め把握したうえで、前記酸化還元電位の数値範囲を設定することになる。

しかしながら、これまでの実験によれば、殆ど大抵の廃液を処理し、かつ沈澱槽から送られた汚泥を汚泥消化槽において更に順次沈澱分離させたことによる上澄液においては、結合酸素を含有している電子伝達体を含んでおり、しかも酸化還元電位が一定の数値以上である場合には、曝気槽内において通性嫌気性菌を主成分とする微生物の結合酸素による呼吸を概略保証し得ることが判明している。

このような酸化還元電位と、結合酸素を含有し、かつ負イオンとなっている電子伝達体の濃度との概略の関係に着目して、請求項４に係る実施形態においては、曝気槽における酸化還元電位を、約０ｍＶ〜約３００ｍＶ、好ましくは約０ｍＶ〜約２００ｍＶ、更に好ましくは約０ｍＶ〜約５０ｍＶに調整することを特徴としている。

酸化還元電位の下限値を約０ｍＶと設定したのは、結合酸素を含有し、かつ負イオンとなっている電子伝達体の濃度を必要限度確保することを目的としており、上限値である約３００ｍＶは、酸化還元電位の上昇に伴って曝気槽内のｐＨ値が過大に減少した場合には、通性嫌気性菌を主成分とする微生物の繁殖に必ずしも好ましくないことを考慮しており、好ましい上限値である約２００ｍＶは、このような上限値の場合には、曝気槽内のｐＨ値との関係上、前記微生物の繁殖環境として、十分適合性を有していることに由来している。

図１において、汚泥消化槽４から直接上澄液を曝気槽２に帰還させた場合においても、当該上澄液中に結合酸素を含有し、かつ負イオンとなっている電子伝達体を大抵の場合含有している。

しかしながら、結合酸素が十分な濃度にて上澄液中に含有させるためには、汚泥消化槽４の上澄液から直接曝気槽２に帰還させる場合よりも、更に当該上澄液を沈澱分離させた方が良好である。

このような点に着目し、請求項５の実施形態は、図２に示すように、汚泥消化槽４から送られた上澄液を電子伝達体槽５において貯留し、更に沈澱分離させたうえで、その上澄液を曝気槽２に帰還させることを特徴としている。

このように、汚泥消化槽４から送られた上澄液を貯留し、かつ沈澱分離している電子伝達体槽５を設けた場合には、更に高濃度の結合酸素を曝気槽２に帰還させることが可能となる。

通性嫌気性菌を主成分とする微生物は、その種類によって、好適な溶存酸素の濃度、更には、ＯＲＰ値がそれぞれ相違している。

このような場合、溶存酸素の濃度及び酸化還元電位を単一の値に設定することよりも、複数の値に設定した方が異なる微生物の活性化に資することに帰する。

このような点に着目し、請求項６に係る実施形態においては、図３に示すように、曝気槽２を複数段階設け、各曝気槽２において相互に独立した状態にて溶存酸素の濃度の調整及び／又は酸化還元電位の調整を行っていることを特徴としている（図２においては、２個の曝気槽２を設けた場合を示している。）。

このように、第１曝気槽及び第２曝気槽を設け、それぞれ溶存酸素の濃度及び／又は酸化還元電位を調整するという多次元の制御（コントロール）の少なくとも一方を行った場合には、例えば第１曝気槽において、溶存酸素の濃度及び／又は酸化還元電位が下限値に近いにも拘らず、第２曝気槽の溶存酸素の濃度及び／又は酸化還元電位が上限値に近い状態とすることなどによって、異なる微生物を双方において活性化させ、微生物に対する分解効率を更に一層助長し、ひいては、余剰汚泥の発生を減少させることが可能となる。

前記請求項６の技術的趣旨を考慮するならば、溶存酸素の濃度及び酸化還元電位の双方について多次元制御を行うことが好ましい。

前記のように、通性嫌気性菌を主成分とする微生物においても、その種類によって、適切な溶存酸素の濃度及び酸化還元電位が相違している。

このような場合には、曝気槽内の溶存酸素の濃度及び酸化還元電位を上限値と下限値との範囲にて順次変化させた場合の方が概略一定の場合よりも、異なる微生物の活性化に資することになる。

このような点に着目し、請求項７に係る実施形態は、曝気槽に対する単位時間当たり供給する空気量につき、予め曝気を行っていない場合における廃水の流入によってＢＯＤ値の単位時間当たりの増加量の平均値に比例する数量と、前記の場合における曝気槽に単位時間当たり蓄積され得る汚泥の総量に比例する数量との総和によって算定し、かつ前記各比例計算における各比例係数を、前記算定に基づく空気量を供給した場合には、曝気槽内の溶存酸素量が順次上昇するように設定したうえで、曝気槽内の溶存酸素量が約０．０１〜約０．６ｍｇ／Ｌ、好ましくは、約０．２ｍｇ／Ｌ〜約０．５ｍｇ／Ｌの範囲内となるように空気を間歇的に供給することを特徴としている。

即ち、前記実施形態の場合には、曝気に必要な単位時間当たりの空気の供給量をＸ（大抵の場合は、１日当たりのｋｇを単位としている）とし、曝気を行っていない場合に、曝気槽に対する廃水の流入によって、単位時間当たりのＢＯＤ値の増加量の平均値（通常は、１日当たりのｋｇを単位としている）をＹとし、前記の場合に、曝気槽内において単位時間当たり貯留し得る有機性汚泥の総量をＺ（通常は、ｋｇ／日を単位としている）としたうえで、Ｘ＝ａＹ＋ｂＺ の算定を行い、比例係数ａ、ｂは前記Ｙ、Ｚに基づいて、前記Ｘを算定して、当該算定値に基づいて空気を曝気槽に供給し、かつ溶存酸素の濃度の調整を行った場合には、必ず曝気槽内の溶存酸素が上昇するような数値を選択している。

このように算定されたＸによって曝気を行うことに基づき、曝気槽内の溶存酸素が上限値に至った場合には、空気の供給を中止し、下限値に至った場合には、空気の供給を開始することを間歇的な操作によって、曝気槽内における適切な溶存酸素の状態を確保することが可能となる。

尚、前記比例係数ａ、ｂの適切な数値は、各曝気槽における前記Ｙ、Ｚの数量によって相違することから、各曝気槽に対応して具体的な実験に基づいて設定すると良い。

更には、請求項６に係る実施形態のように、曝気槽を複数個設けた場合には、個別の曝気槽に即して、前記間歇的な操作を行うことになる。

同様に、請求項８の実施形態は、曝気槽に対する結合酸素の単位時間当たりの供給量、又は結合酸素を含む上澄液の帰還量につき、予め曝気を行っていない場合における廃水の流入によってＢＯＤ値の単位時間当たりの増加量の平均値に比例する数量と、前記の場合における曝気槽に単位時間当たり貯留され得る汚泥の総量に比例する数量との総和によって算定し、かつ前記各比例計算における各比例係数を、前記算定に基づく上澄液を帰還した場合には、曝気槽内の酸化還元電位が順次上昇するように設定したうえで、曝気槽内の酸化還元電位が約０ｍＶ〜約３００ｍＶ、好ましくは、約０ｍＶ〜約２００ｍＶ、更に好ましくは約０ｍＶ〜約５０ｍＶの範囲内となるように結合酸素を含有する上澄液を間歇的に帰還させることを特徴としている。

即ち、前記実施形態の場合には、曝気槽に対する単位時間当たりの上澄液の帰還量をＸ（大抵の場合には、１日当たりのｋｇを単位としている。）とし、請求項７の実施形態の場合と同じように、曝気を行っていない場合に、曝気槽に対する廃水の流入によって、単位時間当たりのＢＯＤ値の増加量の平均値をＹとし、及び前記の場合に、曝気槽内において貯留し得る有機性汚泥の総量をＺとしたうえで、Ｘ’＝ａ'Ｙ＋ｂ'Ｚ の算定を行い、比例係数ａ’、ｂ’は、前記Ｙ、Ｚに基づいて、前記帰還量Ｘ’によって上澄液を曝気槽に帰還させた場合には、必ず曝気槽内の酸化還元電位が順次上昇するような数値を選択している。

このような前記帰還量Ｘ’によって帰還を行うことに基づき、曝気槽内の酸化還元電位が上限値に至った場合には、上澄液の帰還を中止し、下限値に至った場合には、上澄液の帰還を開始することによる間歇的な操作によって、曝気槽を適切な酸化還元電位の状態を確保することが可能となる。

適切な比例係数ａ’、ｂ’は、各曝気槽の前記数値Ｙ、Ｚに対応して実験の蓄積によって適宜設定すると良い。

本願発明の廃水処理システムは、通常中央制御コンピュータ８の制御に基づいて行われている。
このような状況に鑑み、請求項９の実施形態は、曝気槽２内に、溶存酸素濃度センサ及び酸化還元電位センサをそれぞれ設置し、各センサによる測定値を連続的又は間歇的に中央制御コンピュータ８に入力する一方、当該中央制御コンピュータ８は、溶存酸素供給ラインにおけるバルブ７の開閉システム、及び結合酸素を含有する上澄液帰還ラインにおけるバルブ７の開閉システムに対し、開閉に関する指令信号を伝達することによって、曝気槽２内における溶存酸素の濃度及び酸化還元電位が所定の数値範囲内とするように制御していることを特徴としている。

このような中央制御コンピュータ８を採用することによって、本発明に係る廃水処理システムは、自動化に基づく運転が可能となる。
前記実施形態においては、中央制御コンピュータ８を廃水処理システムの現場から離れた位置に設置しても、自動運転が可能であり、しかも中央制御コンピューター８のオペレーターにおいては、システム全体が正常に作動しているか否かを判断することが可能となる。

中央制御コンピュータ８によって、溶存酸素の濃度及び酸化還元電位をそれぞれ所定の数値範囲内とすることについて説明するに、当該数値範囲の上限値に至った段階にて、前記各バルブ７を開いた状態から閉じた状態とした場合には、供給ラインに残存している溶存酸素及び帰還ラインに残存している上澄液が依然として供給状態となっていることから、各測定値は、前記上限値を上回ることにならざるを得ない。
同様に、溶存酸素の濃度及び酸化還元電位が下限値に至った段階にて、前記各バルブ７を閉じた状態から開いた状態としたのでは、供給ラインにおける溶存酸素及び帰還ラインにおける上澄液は、直ちに供給状態となる訳ではないため、前記各測定値は、下限値を下回ることにならざるを得ない。

このような状況に鑑み、請求項１０の実施形態は、曝気槽２内における溶存酸素の濃度及び酸化還元電位につき所定の数値範囲の範囲内にある上限目標値及び下限目標値を設定したうえで、中央制御コンピュータ８が各センサによる測定値が前記上限目標値に到達した段階では、各バルブ７に対し、開いた状態から閉じた状態とするような指令を発し、各センサによる測定値が下限値による目標値に到達した段階では、各バルブ７に対し、閉じた状態から開いた状態とするような指令を発することを特徴とする構成を採用している。

このような実施形態の構成によって、前記のように、各測定値が上限値を上回るような状態、又は下限値を下回るような状態を避け、各測定値を所定の数値範囲内とするような状態を実現することが可能となる。

前記上限値による目標値、及び下限値による目標値の具体的な数値は、溶存酸素の供給ライン及び上澄液の帰還ラインにおける当該供給及び当該帰還の程度に応じて、現実にバルブ７を開いた状態から閉じた状態とした場合、又は閉じた状態から開いた状態とした場合の何れにおいても、所定の数値範囲の上限値及び下限値をオーバーしないように試行錯誤を伴う場合に、上澄液の帰還ラインにおけるバルブ７を閉じているが、その趣旨は、実験に基づいて設定すると良い。

実際の運転においては、流量調整槽及び電子伝達体槽の液面が変動することを免れることができない。

このような状況に鑑み、請求項１１の実施形態は、流量調整槽１に液面計を設置し、当該液面計の高さ位置を連続的又は間歇的に中央制御コンピュータ８に入力し、当該中央制御コンピュータ８は、当該液面計の入力に基づいて、流量調整槽１から曝気槽２への廃水の移動に関与する移動ポンプの駆動源に対し指令信号を発生させることによって、廃水の移動量を段階的に調整する一方、液面計の高さ位置が所定の位置以下である場合には、前記移動ポンプの作動を中止し、かつ溶存酸素供給ライン及び結合酸素を含有する上澄液帰還ラインにおけるバルブを閉じるような指令を発することを特徴とする構成を採用しており、
請求項１２の実施形態は、電子伝達体槽５に液面計を設置し、当該液面計の高さ位置を連続的又は間歇的に中央制御コンピュータ８に入力し、当該中央制御コンピュータ８は、当該液面計の入力に基づいて、上澄液の帰還ラインにおけるバルブ７の開閉に関する指令信号を発生し、高さが低くなるに従って、上澄液の帰還量を段階的に低下させており、液面計の高さが所定位置以下となった場合には、バルブ７を閉じることを特徴とする構成を採用している。

即ち、流量調整槽１に液面計を設ける実施形態において、流量調整槽１における廃水の液面が高い場合には、浄化の対象となる廃水の量が多いことを意味していることから、曝気槽２への移動量を多くし、逆に当該液面が低い場合には、浄化の対象となる廃水が少ないことから、曝気槽２への廃水の移動量を少なくするような調整を行っており、しかも廃水の液面が所定の位置以下の場合には、曝気槽２に移行させる廃水量に比し、流量調整槽１に流入してくる廃水の量が少ないことを意味していることから、曝気槽２への廃水の移送を中止すること、即ち移送ポンプの作動を停止すると共に、溶存酸素の曝気槽２への供給に関与するバルブ７及び結合酸素の曝気槽２への供給に関与するバルブ７を閉じることによって、曝気槽２における曝気作動を中止することになる。

他方、電子伝達体槽５に液面計を設ける実施形態において、電子伝達体槽５における上澄液の液面が高い場合には、結合酸素の供給量に余裕があることから、より多量の上澄液を曝気槽及び／又は流量調整槽に供給するために、当該供給ラインにおけるバルブ７の開放の程度を多くし、逆に当該液面が低い場合には、当該開放の程度を小さくすることになる。

電子伝達体槽５に液面計を設ける実施形態において、電子伝達体槽５における上澄液の液面が所定の位置よりも低い場合にこのような状態に至った原因が既に、汚泥消化槽４から流入する上澄液の量に比し、曝気槽及び／又は流量調整槽に供給しなければならない上澄液の量の方が多いことに有る以上、帰還ラインへの上澄液の供給をこれ以上継続した場合には、上澄液が枯渇するというアクシデントが生ずる危険があり、当該危険を避けることを目的としている。

上澄液の帰還ラインにおけるバルブ７を閉じた場合には、曝気槽２における酸化還元電位を所定の数値範囲内に維持するのに支障が生ずる場合がある。このような状況を考慮し、請求項１３に係る実施形態は、電子伝達体槽５における液面計の測定値が所定の高さ以下であって、上澄液の帰還ラインのバルブ７を閉鎖するような中央制御コンピュータ８の指令が行われた場合に、中央制御コンピュータ８が溶存酸素供給ラインにおけるバルブ７に対し、当該バルブ７が開いた状態である場合には、開いた程度を大きくするような指令を行うことによって、酸化還元電位を所定の数値範囲内に調整することを特徴とする構成を採用している。

即ち、前記実施形態においては、上澄液中の結合酸素の供給が中止されることによって、曝気槽２における浄化に必要な電子体の低下をカバーするために、溶存酸素の曝気槽２に対する供給ラインに関与しているバルブ７が開いた段階における開放の程度を大きくし、かつ曝気槽２内における溶存酸素の量を多くすることによって、酸化還元電位が異常な数値となることを避け、所定の数値範囲内となるような調整を行っている。

以下、具体的なデータに即して、実施例について説明する。

図３に示すように、曝気槽２を２段とし、しかも電子伝達体槽５を設けた廃水処理システムの係において、曝気を行わない場合に、曝気槽２に対する廃水の流入によって単位時間当たりのＢＯＤの増加量の平均量が２１９０ｋｇ／日であり、５５００ｍ³の容積を有し、かつ前記の場合に曝気槽２内において単位時間当たり蓄積される汚泥量の平均値を２０６２５ｋｇ／日としたうえで、請求項７に係る間歇制御の前記一般式におけるａ、ｂの係数を、それぞれ0.125及び0.0175と設定することによって、曝気槽２に対する空気供給量を１日当たり約６３５ｋｇとし、通常の生活廃水を曝気槽２に対し１日当たり１０００ｍ³流入させた場合、１日毎に経過した各時間（但し、午前１０時半前後から午前１１時近くまで）において測定した溶存酸素の量は、以下の表のとおりであった。

即ち、上記表１のように、溶存酸素の量は、上限値は、０．５２ｍｇ／Ｌであり、下限値は、０．２１ｍｇ／Ｌであって、前記基本構成の数値の範囲内にある溶存酸素の濃度の状態を維持することができた。

このような溶存酸素量中において、電子伝達体槽から結合酸素を含有している負イオンである電子伝達体を第１曝気槽及び第２曝気槽に帰還させた場合におけるＢＯＤ値、ＣＯＤ値、浮遊物質量（ＳＳ値）、硝酸態窒素値（ＮＯ₃ ⁻Ｎ）、亜硝酸性窒素値（ＮＯ₂ ⁻Ｎ）、総リン（Ｔ−Ｐ）、総窒素値（Ｔ−Ｎ、但し水の場合と汚泥の場合）、硫酸イオン値（ＳＯ_４ ⁻⁻）の各場所における測定量は、以下の表２のとおりである。

前記表２からも明らかなように、流入した廃水に比し、ＢＯＤ値、ＣＯＤ値において桁違いに減少しており、所謂通常の廃水処理を当然実現している。

しかも、硝酸態窒素値（ＮＯ₃ ⁻Ｎ）、亜硝酸性窒素値（ＮＯ₂ ⁻Ｎ）、硫酸イオン値（ＳＯ₄ ⁻⁻）が汚泥消化槽、更には電子伝達体槽において急激に増加しており、脱窒菌の活性に寄与していることが判明している。

前記実施例において排出された余剰汚泥の測定量は、１日当たり３３０ｋｇであった。

これに対し、同一の廃水につき、同一の廃水処理システムを採用したうえで、曝気槽内における溶存酸素量をそれぞれ約１ｍｇ／Ｌ、及び約２ｍｇ／Ｌという一定の状態とした場合の１日当たり排出された余剰汚泥の測定量は、それぞれ約１０００ｋｇ、及び約１９００ｋｇであって、前記実施例に比し、大量の余剰汚泥が発生しており、前記実施例の優位性が判明する。

実施例１に係る廃水処理システムを採用したうえで、図４に示すように、電子伝達体槽５から流入調整槽１及び２段の曝気槽２のうち、第１段階の曝気槽２（流入調整槽側の曝気槽２）に対し、結合酸素を含有している上澄液を帰還させ、溶存酸素を流入調整槽１、２段の各曝気槽２、汚泥消化槽４、電子伝達体槽５の全てに供給するようなラインを設定した。

前記溶存酸素供給ラインにおいて、各曝気槽２における溶存酸素量を０．０１ｍｇ／Ｌ〜０．６ｍｇ／Ｌの範囲内に維持し、汚泥消化槽４及び電子伝達体槽５における溶存酸素の濃度を１ｍｇ／Ｌ〜２ｍｇ／Ｌの範囲に維持することによって、それぞれ曝気を行い、更には２段目の曝気槽２（沈澱槽３側の曝気槽２）における酸化還元電位を０ｍＶ〜５０ｍＶの範囲に維持した。

前記のように、１週間に亘って溶存酸素濃度及び酸化還元電位を維持したことによる曝気状態を継続した後、汚泥消化槽４において、６時間だけ曝気を中止し、その後下部から沈澱濃縮汚泥を外部に排出し、かつその沈澱濃縮汚泥から分離された上澄液を電子伝達体槽５側に移行させた。

１週間を単位とする曝気及び汚泥消化工程において、実施例１における１日当たりの汚泥消化量が４％であることから、１週間を経過した段階では、１００×（１−０．０４）⁷≒２５％の汚泥の消化を実現することが可能であった。

他方、前記６時間による汚泥処理において、汚泥の沈降率が約６．５％／時間であることが確認されたが、このような沈降率の場合には、１００×０．０６５×６≒約４０％の汚泥の沈降を実現でき、逆に、残６０重量％の上澄液を確保することができた。

このようにして確保された上澄液を第１段目の曝気槽２及び流量調整槽１に帰還させることによって、これらの槽に結合酸素を供給した場合には、請求項９の実施形態に基づいて、前記のように、１週間に亘って、２段目の曝気槽２におけるＯＲＰ値を０ｍＶ〜５０ｍＶの状態に確保することが可能であることが確認された。

本発明は、生活廃水処理、及び産業廃水処理の全分野において利用することが可能である。

基本構成を実現するうえで最小限必要な廃水処理装置システムを示す概略図である。 請求項５の実施形態に対応する廃水処理システムの概略図である。 請求項６の実施形態に対応する廃水処理システムの概略図である。 請求項９、１０の実施形態に対応し、かつ実施例２を実現している廃水処理システムの概略図である。

符号の説明

１ 流量調整層
２ 曝気槽
３ 沈澱槽
４ 汚泥消化槽
５ 電子伝達体槽
６１ 空気供給量に関する制御機構
６２ 上澄液帰還量に関する制御機構
７ バルブ
８ 中央制御コンピュータ
９１ 溶存酸素測定器
９２ 酸化還元電位測定器

Claims (13)

1. 流入して来る有機物を含有している廃水の流量を調整する流量調整槽、当該流量調整槽から送られた廃水に対し、曝気によって微生物を活性化させながら、有機物の分解処理を行う曝気槽、当該曝気槽から送られた当該処理水を沈澱分離させる沈澱槽、当該沈澱槽から送られた沈澱汚泥を分解する汚泥消化槽を設け、当該分解に基づく上澄液を、曝気槽に帰還させる廃水処理システムにおいて、曝気槽における溶存酸素の濃度を約０．０１ｍｇ／Ｌ〜約０．６ｍｇ／Ｌ、好ましくは、約０．２ｍｇ／Ｌ〜約０．５ｍｇ／Ｌの範囲に調整することによって、通性嫌気性菌を活性化させることに基づく廃水処理システム。
2. 曝気槽において、酸素が他の原子と結合することによって、負イオンとなっている電子伝達体（以下、前記のように他の原子と結合している酸素につき、「結合酸素」と略称する。）を補給するか、又は当該結合酸素を含有する上澄液を流入調整槽及び／又は曝気槽に帰還させ、流入調整槽及び／又は曝気槽内の微生物をして、当該結合酸素による呼吸を行わせることを特徴とする請求項１記載の廃水処理システム。
3. 曝気槽内における酸化還元電位が所定の数値範囲となるように流入調整槽及び／又は曝気槽内における結合酸素の濃度を調整することを特徴とする請求項２記載の廃水処理システム。
4. 曝気槽における酸化還元電位を約０ｍＶ〜約３００ｍＶ、好ましくは約０ｍＶ〜約２００ｍＶ、更に好ましくは約０ｍＶ〜約５０ｍＶの範囲に調整することを特徴とする請求項２記載の廃水処理システム。
5. 汚泥消化槽から送られた上澄液を電子伝達体槽において貯留し、更に沈澱分離させたうえで、その上澄液を曝気槽に帰還させることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の廃水処理システム。
6. 曝気槽を複数段階設け、各曝気槽において相互に独立した状態にて溶存酸素の濃度の調整及び／又は酸化還元電位の調整を行っていることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の廃水処理システム。
7. 曝気槽に対する単位時間当たり供給する空気量につき、予め曝気を行っていない場合における廃水の流入によってＢＯＤ値の単位時間当たりの増加量の平均値に比例する数量と、前記の場合における曝気槽に単位時間当たり蓄積され得る汚泥の総量に比例する数量との総和によって算定し、かつ前記各比例計算における各比例係数を、前記算定に基づく空気量を供給した場合には、曝気槽内の溶存酸素量が順次上昇するように設定したうえで、曝気槽内の溶存酸素量が約０．０１〜約０．６ｍｇ／Ｌ、好ましくは、約０．２ｍｇ／Ｌ〜約０．５ｍｇ／Ｌの範囲内となるように空気を間歇的に供給することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の廃水処理システム。
8. 曝気槽に対する結合酸素の単位時間当たりの供給量、又は結合酸素を含む上澄液の帰還量につき、予め曝気を行っていない場合における廃水の流入によってＢＯＤ値の単位時間当たりの増加量の平均値に比例する数量と、前記の場合における曝気槽に単位時間当たり貯留され得る汚泥の総量に比例する数量との総和によって算定し、かつ前記各比例計算における各比例係数を、前記算定に基づく上澄液を帰還した場合には、曝気槽内の酸化還元電位が順次上昇するように設定したうえで、曝気槽内の酸化還元電位が約０ｍＶ〜約３００ｍＶ、好ましくは、約０ｍＶ〜約２００ｍＶ、更に好ましくは約０ｍＶ〜約５０ｍＶの範囲内となるように結合酸素を含有する上澄液を間歇的に帰還させることを特徴とする請求項３〜７の何れか１項に記載の廃水処理システム。
9. 曝気槽内に、溶存酸素濃度センサ及び酸化還元電位センサをそれぞれ設置し、各センサによる測定値を連続的又は間歇的に中央制御コンピュータに入力する一方、当該中央制御コンピュータは、溶存酸素供給ラインにおけるバルブの開閉システム、及び結合酸素を含有する上澄液帰還ラインにおけるバルブの開閉システムに対し、開閉に関する指令信号を伝達することによって、曝気槽内における溶存酸素の濃度及び酸化還元電位が所定の数値範囲内とするように制御していることを特徴とする請求項３ないし７の何れか１項に記載の廃水処理システム。
10. 曝気槽内における溶存酸素の濃度及び酸化還元電位につき所定の数値範囲の範囲内にある上限目標値及び下限目標値を設定したうえで、中央制御コンピュータが各センサによる測定値が前記上限目標値に到達した段階では、各バルブに対し、開いた状態から閉じた状態とするような指令を発し、各センサによる測定値が下限値による目標値に到達した段階では、各バルブに対し、閉じた状態から開いた状態とするような指令を発することを特徴とする請求項９記載の廃水処理システム。
11. 流量調整槽に液面計を設置し、当該液面計の高さ位置を連続的又は間歇的に中央制御コンピュータに入力し、当該中央制御コンピュータは、当該液面計の入力に基づいて、流量調整槽から曝気槽への廃水の移動に関与する移動ポンプの駆動源に対し指令信号を発生させることによって、廃水の移動量を段階的に調整する一方、液面計の高さ位置が所定の位置以下である場合には、前記移動ポンプの作動を中止し、かつ溶存酸素供給ライン及び結合酸素を含有する上澄液帰還ラインにおけるバルブを閉じるような指令を発することを特徴とする請求項９、１０のいずれか１項に記載の廃水処理システム。
12. 電子伝達体槽に液面計を設置し、当該液面計の高さ位置を連続的又は間歇的に中央制御コンピュータに入力し、当該中央制御コンピュータは、当該液面計の入力に基づいて、上澄液の帰還ラインにおけるバルブの開閉に関する指令信号を発生し、高さが低くなるに従って、上澄液の帰還量を段階的に低下させており、液面計の高さが所定位置以下となった場合には、バルブを閉じることを特徴とする請求項９、１０、１１のいずれか１項に記載の廃水処理システム。
13. 電子伝達体槽における液面計の測定値が所定の高さ以下であって、上澄液の帰還ラインのバルブを閉鎖するような中央制御コンピュータの指令が行われた場合に、中央制御コンピュータが溶存酸素供給ラインにおけるバルブに対し、当該バルブが開いた状態である場合には、開いた程度を大きくするような指令を行うことによって、酸化還元電位を所定の数値範囲内に調整することを特徴とする請求項１２記載の廃水処理システム。

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