JP2009261994A - 排水の処理方法及び処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単槽の処理槽からなる排水の処理方法、及び処理装置を提供する。
【解決手段】ろ過膜２０が挿入された処理槽１６内に活性汚泥１４とともに被処理水１２を貯水し、前記ろ過膜２０の膜面の下部から前記被処理水１２を曝気させつつ前記被処理水１２から処理水１８をろ過する排水の処理方法であって、前記被処理水１２及び前記活性汚泥１４を前記曝気により前記処理槽１６内で対流させ、前記被処理水１２の上昇流２８及び下降流３０の前段で硝化処理し、前記硝化処理により前記被処理水１２の溶存酸素を低減させて前記被処理水１２の下降流３０の後段に無酸素領域３２を形成し、前記無酸素領域３２において、前記被処理水１２を外部から新たな被処理水１３を導入しつつ脱窒処理してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は排水の処理方法及び処理装置に係り、特に処理槽を単槽とした排水の処理方法、及び処理装置に関する。

被処理水中の有機物や窒素、リンなどを効率よく除去する方法として膜分離活性汚泥法（Ｍｅｍｂｌａｎｅ Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ；ＭＢＲ）が用いられている。ＭＢＲには生物反応槽と膜分離部を別個に設置し、両者の間で汚泥の循環を行うクロスフロー型ＭＢＲと、生物反応層内にろ過膜を直接浸漬し、膜分離と生物分解処理を単一反応槽で同時に行う浸漬型ＭＢＲがあるが、省スペース、エネルギー消費量が少ないなどの利点があることから浸漬型ＭＢＲの使用が主流になってきている。浸漬型ＭＢＲ内部においては、微生物を包含する活性汚泥の酸素供給とろ過膜の物理的洗浄を目的として曝気が行われる。浸漬型ＭＢＲは好気的生物処理プロセスとなるため、窒素除去を行うためには嫌気槽の付加および２つの反応槽間における汚泥の循環を行う必要がある。しかし、嫌気槽の付加および汚泥の循環を行うことにより必要な面積が増大するとともに処理装置が複雑になる。そこで、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、非特許文献１において、単一槽型の排水の処理装置が提案されている。図６（ａ）の処理装置１００は、排水たる被処理水１０２と微生物を包含する活性汚泥で満たされた処理槽１０４を中央部に通し穴１０８を形成しつつ上下２段に仕切る仕切板１０６と、上段に被処理水１０２から処理水１１８をろ過するろ過膜１１０、上段下部に空気１１２ａを曝気する曝気管１１２を配設し、下段に被処理水の外部からの流入口１１４を配設し、上段の被処理水１０２を下段に供給する循環ポンプ１１６が配設された構成である。このとき上段は曝気により好気領域となり、下段は前記活性汚泥による溶存酸素の消費により無酸素領域となる。そして好気領域にある被処理水１０２は、溶存酸素により被処理水１０２中の有機物が酸化され、溶存酸素を呼吸する微生物（硝化細菌）を媒介とした硝化処理により被処理水中のアンモニア性窒素等が硝化された懸濁液となるとともに、ろ過膜１１０により前記懸濁液から処理水１１８がろ過される。前記懸濁液は循環ポンプ１１６により下段に供給され、外部から導入された被処理水１０２と混合され、前記被処理水１０２に含まれる有機物を従属栄養源とする微生物（脱窒細菌）を媒介とした脱窒処理が可能となる。また外部から導入された被処理水１０２の一部は通し穴１０８を抜けて上段の好気領域に向かい前記懸濁液の原料となる。

図６（ｂ）の処理装置１２０は、処理槽１２２が被処理水１３０で満たされ、処理槽１２２に配設されたろ過膜１２４と、空気１２６ａを曝気する曝気管１２６の回りを仕切板１２８で遮蔽し、仕切板１２８より上の部分に被処理水１３０から処理水１３４をろ過するろ過膜１２４を配設した構成である。被処理水１３０の水位が仕切板１２８より高い（高水位）場合は曝気管１２６による曝気によって、仕切板１２８の内側（ろ過膜１２４側）と外側との間で被処理水１３０は図中の矢印１３２の方向に沿った経路で対流することにより処理槽１２２内全域が好気領域となる。一方、被処理水１３０の水位が仕切り板の高さより低い（低水位）場合には、仕切板１２８の外側には硝化処理による溶存酸素は流れてこないので前記活性汚泥による硝化処理に伴う溶存酸素の消費が起こり、仕切板１２８の外側に無酸素領域が形成される。この無酸素領域が形成された仕切板１２８の外側に外部から被処理水１３０を導入して脱窒処理を行う。そして外部から導入された被処理水１３０により水位が仕切板１２８より高くなったとき、上述の対流が復活し再び上述の好気領域を生成する。すなわち仕切板１２８の外側において好気領域と無酸素領域を交互に形成している。
「膜分離活性汚泥法による窒素除去技術」：排水・汚水処理技術集成、２００７年５月２５日、ｐ２０７−ｐ２１３

しかし図６（ａ）に示す膜分離装置では、無酸素領域は曝気管１１２の下部に配設された仕切板１０６により、好気領域において硝化処理された懸濁液の仕切板１０６から下方への流出を阻止することによって形成されるものであり、さらに好気領域にある懸濁液を無酸素領域に運ぶための循環ポンプ１１６を必要とするため、実質的な動作原理は従来の２槽式の膜分離装置と変わるところがない。一方、図６（ｂ）に示す膜分離装置は、被処理水１３０の水位が仕切り板より高いとき（高水位時）は、無酸素領域を形成することはなく、無酸素領域を形成するために外部からの被処理水１３０の導入を一時的に停止する必要があり、被処理水１３０の連続的な処理、すなわち効率的な処理を行うことはできない。

そこで本発明は上記問題点に着目し、省スペースで、消費電力を低減し、かつ被処理水の連続処理が可能な被処理水の処理方法、及び処理装置を提供する。

上記目的を達成するため、本発明に係る排水の処理方法は、第１には、ろ過膜が挿入された処理槽内に活性汚泥とともに被処理水を貯水し、前記ろ過膜の膜面の下部から前記被処理水を曝気させつつ前記被処理水から処理水をろ過する排水の処理方法であって、前記被処理水及び前記活性汚泥を前記曝気により前記処理槽内で対流させ、前記被処理水の上昇流及び下降流の前段で硝化処理し、前記硝化処理により前記被処理水の溶存酸素を低減させて前記被処理水の下降流の後段に無酸素領域を形成し、前記無酸素領域において、前記被処理水を外部から新たな被処理水を導入しつつ脱窒処理することを特徴としている。

第２には、前記被処理水は、前記処理槽内で縦長に貯水されたことを特徴としている。
第３には、前記下降流は、その流路断面が前記上昇流より大きく形成されたことを特徴としている。

第４には、前記下降流は、その流路が蛇行されたことを特徴としている。
第５には、前記被処理水の導入は、前記下降流の流路断面上において複数の位置から行われたことを特徴としている。

第６には、前記被処理水の導入は、前記下降流の後段の前段側で行われたことを特徴としている。
第７には、前記下降流の流路上の溶存酸素濃度を測定し、前記測定に基づいて前記下降流の前段と後段との境界を識別し、前記処理水を導入する位置を前記下降流の後段の前段側に制御可能であることを特徴としている。

また本発明に係る排水の処理装置は、第１には、被処理水と活性汚泥で満たされる処理槽と、前記処理槽内に挿入され、前記被処理水から処理水をろ過するろ過膜と、前記ろ過膜の膜面の下部から曝気して、前記被処理水を対流させつつ前記被処理水の上昇流で硝化処理を行う曝気手段と、前記被処理水の下降流の前段に配設され、硝化処理をしつつ溶存酸素を低減させ、前記被処理水の下降流の後段に無酸素領域を形成する溶存酸素低減手段と、前記無酸素領域に配設され、前記無酸素領域で脱窒処理をするために外部から新たな被処理水を導入する被処理水導入口と、を備えることを特徴としている。

第２には、前記溶存酸素低減手段は、前記処理槽を縦長に形成させてなることを特徴としている。
第３には、前記溶存酸素低減手段は、前記曝気手段を前記下降流の流路断面が、前記上昇流の流路断面より大きくなるように配設してなることを特徴としている。

第４には、前記溶存酸素低減手段は、前記下降流に蛇行路が形成してなることを特徴としている。
第５には、前記被処理水導入口は、前記下降流の後段の流路断面上において複数の位置に配設されていることを特徴としている。

第６には、前記被処理水導入口は、前記下降流の後段の前段側に配設されていることを特徴としている。
第７には、前記下降流の流路上に複数配設された溶存酸素濃度測定手段と、測定された溶存酸素濃度に基づいて前記下降流の前段と後段との境界を識別し、前記処理水導入口の設置位置を前記下降流の後段の前段側に制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

本発明に係る排水の処理方法及び処理装置によれば、従来の２槽式のように被処理水を好気領域と無酸素領域との間で循環させるポンプは不要であり、さらに単槽の処理槽に満たされた排水たる被処理水は、曝気により処理槽内を対流するため、処理槽で被処理水を循環させるポンプも必要としないのでその分の消費電力を削減することができる。さらに対流する被処理水の上昇流は曝気により硝化処理される一方、下降流の上段で硝化処理するととともに溶存酸素が消費され、これにより下段で無酸素領域が形成される。よって曝気による対流を仕切り板等により何ら阻害することなく、被処理水の対流経路上に好気領域と無酸素領域が同時に形成されるため、前記無酸素領域に排水たる新たな被処理水を外部から常時導入可能であり、排水の連続処理が可能となる。また被処理水を処理槽において縦長に貯水する構成とすることにより、溶存酸素を消費する活性汚泥が存在する下降流の前段の長さが長くなり、簡単な構成で下降流の後段に無酸素領域を形成することができる。また下降流の流路断面を上昇流の流路断面より大きくする構成とすることにより、下降流の速度を低下させて溶存酸素を消費する活性汚泥との接触時間を長くし、下降流の後段に無酸素領域を容易に形成することができる。さらに、下降流の前段に蛇行路を形成することにより、下降流の流路長が長くなるとともに、蛇行路壁面との粘性抵抗により下降流の流速が低下するため、溶存酸素を消費する活性汚泥との接触時間が長くなり、短い深さ方向で無酸素領域を形成できるため、無酸素領域での脱窒処理をするための長さを充分に形成することができる。

一方、排水たる被処理水を下降流の後段の流路断面上において複数位置から導入することにより、被処理水の脱窒処理のムラを低減することができる。また被処理水を下降流の後段の前段側に導入することにより、新たな被処理水の導入位置から曝気位置までの流路長を長くすることができるので、脱窒処理を効率よく行うことができる。さらに下降流の流路上の溶存酸素濃度を測定し、前記測定に基づいて前記下降流の前段と後段との境界を識別し、前記処理水を導入する位置を前記下降流の後段の前段側に制御することにより、下降流の後段である無酸素領域の下降流の前段側の境界が変化しても、その境界に新たな被処理水を導入可能となるため、排水の処理装置の使用条件が変化しても脱窒処理を効率よく行うことができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

図１に第１実施形態に係る排水の処理方法及び処理装置の概略を示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は右側面図である。第１実施形態に係る排水の処理方法は、ろ過膜が挿入された処理槽内に活性汚泥とともに被処理水を貯水し、前記ろ過膜の膜面の下部から前記被処理水を曝気させつつ前記被処理水から処理水をろ過する排水の処理方法であって、前記被処理水及び前記活性汚泥を前記曝気により前記処理槽内で対流させ、前記被処理水の上昇流及び下降流の前段で硝化処理し、前記硝化処理により前記被処理水の溶存酸素を低減させて前記被処理水の下降流の後段に無酸素領域を形成し、前記無酸素領域において、前記被処理水を外部から新たな被処理水を導入しつつ脱窒処理するものであり、前記被処理水は、前記処理槽内で縦長に貯水され、前記下降流は、その流路断面が前記上昇流より大きく形成されている。

そして、上記処理方法を具現化する第１実施形態に係る排水の処理装置１０は、被処理水１２と活性汚泥１４で満たされる処理槽１６と、前記処理槽１６内に挿入され、前記被処理水１２から処理水１８をろ過するろ過膜２０と、前記ろ過膜２０の膜面の下部から曝気して、前記被処理水１２を対流させつつ前記被処理水１２の上昇流２８で硝化処理を行う曝気手段２２と、前記被処理水の下降流３０の前段に配設され、硝化処理をしつつ溶存酸素を低減させ、前記被処理水１２の下降流３０の後段に無酸素領域３２を形成する溶存酸素低減手段２４と、前記無酸素領域３２に配設され、前記無酸素領域３２で脱窒処理をするために外部から新たな被処理水１３を導入する被処理水導入口２６と、を備えるものである。そして、前記溶存酸素低減手段２４は、前記処理槽１６を縦長に形成させてなる構成であり、また前記曝気手段２２を前記下降流３０の流路断面が、前記上昇流２８の流路断面より大きくなるように配設してなるものである。

活性汚泥１４には複合微生物が含まれている。複合微生物としては、例えば硝化細菌群、脱窒細菌群、嫌気性アンモニア酸化細菌群などがある。さらに、純粋菌株として、例えば硝化細菌、脱窒細菌、嫌気性アンモニア細菌、アオコ細菌、ＰＣＢ分解菌、ダイオキシン分解菌、環境ホルモン分解菌などが含まれる。本実施形態においては、被処理水１２の上昇流２８及び下降流の前段は好気領域となるため硝化細菌が分布し、下降流の後段は無酸素領域３２となるため脱窒細菌が分布する。

処理槽１６は後述の被処理水１２の無酸素領域３２を形成するために縦長に形成されている。被処理水１２は処理槽１６に満たされ、その深さは後述の曝気による対流により無酸素領域３２が形成される程度の寸法を有しているものとする。

処理槽１６内にはろ過膜２０が挿入されている。矩形形状のろ過膜２０は、垂直に立てられ、一定間隔の隙間２０ａを形成し、複数並列に側面を揃え、両側面それぞれを遮蔽板２０ｂで接続したモジュール構造をしている。ろ過膜２０全体は被処理水１２に常時浸漬しており、その上端および下端に被処理水１２が流通可能な空間を形成するため、ろ過膜２０の下端は処理槽１６の底部より上の位置となり、かつ、ろ過膜２０の上端は処理槽１６の上端より低い位置となるように配設される。またろ過膜２０の隙間２０ａは、遮蔽板２０ｂにより側面方向は閉じられているが、上端および下端は開口している。なお、ろ過膜２０は、ポンプ（不図示）によりろ過膜２０の処理水１８側の圧力を低くすることにより、被処理水１２をろ過し、ろ過して得られる処理水１８を外部に排出可能としている。

処理槽１６の底面とろ過膜２０下端との間には曝気手段２２が配設されている。曝気手段２２は複数に枝分かれした配管２２ａの複数個所に曝気口２２ｂを設けている。そしてブロワ（不図示）により曝気手段２２の配管中に空気２２ｃが供給され曝気口２２ｂから気泡（不図示）が供出されることにより、ろ過膜２０の下端から曝気してろ過膜２０の隙間２０ａにある被処理水１２を硝化処理するとともに、ろ過膜２０の膜面の物理洗浄を行うことができる。またろ過膜２０の隙間２０ａに存在する被処理水１２は曝気によって上昇流２８となる。曝気口２２ｂから供出された気泡は、被処理水１２に酸素を溶解（好気処理）しつつ上昇し水面から系外に排出されるが、上昇流２８は曝気のルートから離れ、ろ過膜２０の遮蔽板２０ｂ側に向かい、下降流３０となる。よって、この上昇流２８と下降流３０とにより被処理水１２は、図１（ｂ）において処理槽１６内で矢印の方向に沿った経路で対流することになる。

処理槽１６下部の側面には外部から新たな被処理水１３を導入する被処理水導入口２６が配設されている。被処理水導入口２６の高さ位置は後述の下降流３０後段の無酸素領域３２（図１（ｂ）の斜線部分）が形成される領域に配設される。外部から導入される新たな被処理水１３は、外部にある被処理水槽（不図示）からポンプ（不図示）によって導入する、あるいは被処理水槽（不図示）を処理槽１６の上端よりも高い位置に配設し、被処理水層（不図示）と処理槽１６の被処理水導入口２６とを配管接続すればよい。このとき、新たな被処理水１３の導入を、ろ過膜２０が排出する処理水１８の排出量を超えない程度の流量に抑えるため、ポンプ（不図示）の出力を調整する、あるいは流量調整バルブ（不図示）を被処理水導入口２６に至る配管に介装する必要がある。

下降流３０は上昇流２８とはろ過膜２０（遮蔽板２０ｂ）によって仕切られている上、曝気もされないので、下降流３０の前段において活性汚泥１４による硝化反応による溶存酸素の消費が行われ、これに伴い下降流３０の後段で無酸素領域３２が形成される。

このとき、外部から導入される新たな被処理水１３は下降流３０の後段の前段側（無酸素領域３２の上端側）に導入する、すなわち被処理水導入口２６を処理槽１６の側壁において下降流３０の後段の前段側（無酸素領域３２の上端側）に配設する。これにより無酸素領域３２に外部から導入される新たな被処理水１３を用いて被処理水１２を充分に脱窒させる時間を確保することができる。

下降流３０に無酸素領域３２が形成されるモデルについて説明する。下降流３０の流路上で、活性汚泥に含まれる微生物は均一に分布するものとし各微生物の溶存酸素の消費能力は一定であると仮定する。さらに単位長さの厚みを有し、前記流路の断面と同じ形状を有するシート平面状の流体要素がその法線を前記流路方向として前記流路方向に一定速度ｖで流れていると仮定する。このとき流体要素の溶存酸素濃度Ｏ（ｔ）は、

となる。ここで被処理水１２が下降流３０となった直後を時刻ｔ＝０とし、Ｏ_０は時刻ｔ＝０のときの溶存酸素濃度であり、ｋは微生物の溶存酸素の消費能力によって決まる定数である。また下降流３０の上端（水面）と被処理水導入口２６との距離（深さ）をＬとすると、被処理水１２の上昇流２８が曝気のルートから離れ、微生物によって溶存酸素が消費され始めて被処理水導入口２６の高さ位置に到達する時刻ｔはＬ／ｖであるから、被処理水導入口２６の高さ位置における流体要素の溶存酸素濃度Ｏ_ｉは、

となる。よって被処理水導入口２６の高さ位置は、上述のＯ_ｉの値が無酸素領域３２となる一定の値以下になる位置を選択する必要がある。[数２]に存在する長さＬと速度ｖは容易に調整できる。すなわち、Ｌの値は処理槽１６の高さ、及び被処理水１２の深さを調整することにより調整可能である。そしてＬが長いほど下降流３０の後段である無酸素領域３２と前段との境界位置は高くなる。一方、第１実施形態における排水の処理方法及び処理装置においては、上昇流２８の流路断面より下降流３０の流路断面より大きく設計されている。即ち上昇流２８と下降流３０の流量は一致する反面、隙間２０ａのトータルの断面積より処理槽１６とろ過膜２０との間で囲まれた外側の領域の断面積の方が大きく設計されているため、下降流の速度ｖは上昇流２８の速度より低くなる。そして速度ｖが低いほど下降流３０の後段である無酸素領域３２と前段との境界位置は高くなる。よって速度ｖは上昇流２８と下降流３０の流路断面の比を変えることによって調整することができる。

以上の構成のもと、第１実施形態に係る排水の処理方法の流れ、および排水の処理装置の動作について説明する。まず処理槽１６に排水たる被処理水１２を満たし、微生物を包含する活性汚泥１４を投入する。このとき被処理水１２は被処理水導入口２６から導入しても良いし、他の場所から導入しても良い。そしてブロワ（不図示）を起動して曝気手段２２の曝気孔から気泡を放出してろ過膜２０の隙間２０ａにある被処理水１２を曝気する。曝気された被処理水１２は気泡中に存在する酸素が溶解し、溶存酸素を包含して硝化処理されるとともに、曝気によって上昇流２８となる。上昇流２８はろ過膜２０の上端において曝気の経路方向（垂直方向）から離れてろ過膜２０の遮蔽板２０ｂ側に流れ、下降流３０を形成する。この下降流３０はろ過膜２０の外部において形成され、ろ過膜２０の下端より下の位置で上昇流２８と接続する。よって曝気により、上昇流２８と下降流３０からなる被処理水１２の対流が発生する。そして上昇流２８及び下降流３０の前段において、微生物（硝化細菌）を包含する活性汚泥１４による硝酸性窒素を生成する硝化処理に伴って溶存酸素の消費が行われ、下降流３０の後段において無酸素領域３２が形成される。前記無酸素領域３２に配設された被処理水導入口２６から新たな被処理水１３を導入すると新たな被処理水１３内の有機物を従属栄養源とする微生物（脱窒細菌）を包含する活性汚泥１４を媒介として、上昇流２８及び下降流３０の前段で生成された硝酸性窒素を窒素にする脱窒処理が行われる。そして前記被処理水１２は下降流３０から上昇流２８に流れ、ろ過膜２０により被処理水１２から処理水１８がろ過されるとともに、曝気手段２２による曝気により新たな被処理水１３内のアンモニア性窒素は、活性汚泥１４による硝化処理により硝酸性窒素に変換される。このとき、ろ過膜２０は常時曝気による気泡により物理的に洗浄されるのでろ過膜２０の処理能力の低下を防止することができる。そして前記硝酸性窒素が下降流３０の下段に流れ、新たな被処理水１３の後に処理槽１６に導入される被処理水（不図示）と混合して微生物（脱窒細菌）を包含する活性汚泥１４を媒介とした脱窒処理を行う。そして、以後これを繰り返すことにより被処理水の連続処理が可能となる。

したがって第１実施形態に係る排水の処理方法、及び処理装置によれば、単槽の処理槽に満たされた排水たる被処理水１２は、曝気により処理槽１６内を対流する被処理水１２を循環させるポンプを必要としないのでその分の消費電力を削減することができる。さらに対流する被処理水１２の上昇流２８は曝気により硝化処理される一方、下降流３０の前段で溶存酸素が消費され、これにより後段で無酸素領域３２が形成される。よって曝気による対流を仕切り板等により何ら阻害することなく、被処理水１２の対流経路上に好気領域（上昇流２８と下降流３０の前段）と無酸素領域３２が同時に形成されるため、前記無酸素領域３２に排水たる新たな被処理水１３を外部から常時導入可能であり、排水の連続処理が可能となる。また被処理水１２を処理槽１６において縦長に貯水する構成とすることにより、溶存酸素を消費する活性汚泥１４が存在する下降流３０の前段の長さが長くなり、溶存酸素を消費する活性汚泥１４との接触時間を長くし、簡単な構成で下降流３０の後段に無酸素領域３２を形成することができる。また下降流３０の流路断面を上昇流２８の流路断面より大きくする構成とすることにより、下降流３０の速度を低下させて溶存酸素を消費する活性汚泥１４との接触時間を長くし、下降流３０の後段に無酸素領域３２を容易に形成することができる。また新たな被処理水１３を下降流３０の後段の前段側に導入することにより新たな被処理水１３の導入位置から曝気位置までの流路長を長くすることができるので、脱窒処理を効率よく行うことができる。

発明者は被処理水を単槽の処理槽で曝気により対流させた場合において、下降流の溶存酸素濃度の高さ方向の分布を測定した。図２に溶存酸素濃度を測定したモデルの概略を示す。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図である。図２に示すように、被処理水５０は幅０．５５ｍ、奥行き１．４ｍ、高さ５ｍ程度の直方体の処理槽５２に高さ４．５ｍまで活性汚泥とともに満たした。また測定に用いた被処理水５０中の活性汚泥浮遊物質（Ｍｉｘｅｄ Ｌｉｑｕｏｒ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｏｄ；ＭＬＳＳ）濃度は１６５００ｍｇ／ｌ、粘度は７２ｍＰａ・ｓであった。なお、微生物による酸素消費が活発に行われ、かつ膜ろ過に支障の無いＭＬＳＳの濃度範囲は１００００ｍｇ／ｌ〜２００００ｍｇ／ｌである。

また処理槽５２にはろ過膜５４を数段重ねた高さ４ｍ程度のモジュール構造とし、前記ろ過膜５４の下端から曝気手段５６により曝気行い、ろ過膜５４の内部では上昇流５８を発生させ、ろ過膜５４の外部に下降流６０を発生させた。このときの曝気量は被処理水を混合及び対流させるのに十分な量を与えた。そして溶存酸素濃度は被処理水５０の水面付近、すなわち深さ０ｍ（高さ４．５ｍ）、深さ２ｍ（高さ２．５ｍ）、深さ４ｍ（高さ０．５ｍ）の位置において測定した。すると溶存酸素濃度は表１のように示された。

ここで、表１の深さ０ｍと２ｍの結果を[数２]に代入して、[数２]を溶存酸素濃度の深さＬの関数として表すと、

となる。無酸素領域とするためには溶存酸素濃度が０．５ｐｐｍ程度以下とすることが望ましく、このとき[数３]から深さＬは３．５ｍ程となる。よって処理槽５２において高さ１ｍ程度の位置に被処理水５０を導入すればよいことになるが、脱窒処理は硝化処理の３倍程度の反応速度であり、下降流６０において硝化された被処理水５２が再び曝気されるまでに充分な脱窒処理を起こさせる必要がある。したがって、処理槽５２に満たされた被処理水５０の深さは４．５ｍであるから、外部からの被処理水５０の導入は被処理水５０の深さ方向の寸法を３対１（硝化処理の長さ対脱窒処理の長さ）で分割する１．１〜１．２ｍ程度の高さ位置から行うと良い。

図３に第２実施形態に係る排水の処理方法及び処理装置の概略図を示す。第２実施形態に係る排水の処理方法及び処理装置１０は、基本的には第１実施形態と同様であるが、下降流３０は、その流路が蛇行されており、そのため下降流３０の領域に蛇行路３４が形成されている。

蛇行路３４は邪魔板３４ａをろ過膜２０の遮蔽板２０ｂ方向の外周、及び遮蔽板２０ｂに対向する処理槽１６の内壁を交互に固定端として、片持ち支持状態で高さ方向に等間隔で互い違いに並べたものである。これにより下降流３０の流路は蛇行するとともに、その流路長も長くなる。蛇行路３４はろ過膜２０の上端から配設して、少なくとも下降流３０の後段で無酸素領域３２ができる程度の流路を確保できるように配設すればよい。もちろん下降流３０の領域の下まで邪魔板３４ａを配設して、無酸素領域３２を含めた全ての下降流３０を蛇行させても良い。また邪魔板３４ａは図３において水平に配設されているが、下降流３０の流れを良くするために、全ての邪魔板３４ａを固定端より自由端側を一様に傾斜させて配設してもよい。

したがって第２実施形態に係る排水の処理方法及び処理装置１０によれば、下降流の前段に蛇行路３４を形成することにより、下降流３０の流路長が長くなるとともに、蛇行路壁面との粘性抵抗により下降流３０の流速が低下するため、溶存酸素を消費する活性汚泥１４との接触時間が長くなり、下降流３０において硝化処理のための深さ方向の長さを短くした状態で無酸素領域３２を形成でき、無酸素領域３２での脱窒処理をするための長さを充分に形成することができる。

図４に第３実施形態に係る排水の処理方法及び処理装置を示す。第３実施形態に係る排水の処理方法は、基本的には第１実施形態と同様であるが、前記被処理水１２の導入は、前記下降流３０の流路断面上において複数の位置から行い、さらに前記下降流３０の流路上の溶存酸素濃度を測定し、前記測定に基づいて前記下降流３０の前段と後段との境界を識別し、前記処理水１２を導入する位置を前記下降流３０の後段の前段側に制御可能とするものであり、これを具現化する排水の処理装置１０は、前記下降流３０の後段の流路断面上において、複数の位置に配設した被処理水導入口３６と、前記下降流３０の流路上に複数配設された溶存酸素濃度測定手段である溶存酸素濃度センサ４０と、測定された溶存酸素濃度に基づいて前記下降流３０の前段と後段との境界を識別し、前記処理水導入口３６の設置位置を前記下降流３０の後段の前段側に制御する制御手段である制御回路４２と、を有するものである。第３実施形態は、処理装置１０の使用環境、例えば、温度、被処理水の状態、活性汚泥（微生物）の状態等により無酸素領域３２の形成される範囲は変化するため、これに対応した構成を有している。

処理槽１６内の下降流が形成される領域には配管３８が配設され、配管３８は一定の剛性を有し、処理槽１６の深さ方向に伸び、下端で枝３８ａにより水平方向に枝分かれしている。この枝３８ａの複数個所に被処理水導入口３６が形成されている。被処理水導入口３６は下降流３０の流路断面上で均一に被処理水１２を導入できるように枝３８ａにおいて等間隔に配設されている。図４（ｂ）において、両面をろ過膜２０で仕切られた仕切り層２０ｄと同一平面上で対流し、仕切り層２０ｄ内で上昇流２８を形成し、仕切り層２０ｄの遮蔽板２０ｂより外側で下降流３０を形成している。本実施形態においては前記仕切り層２０ｄ（隙間２０ｂ）は６つあるので、６つの上昇流２８及び下降流３０が並列に流れている。よって枝３８ａに設けられる被処理水導入口３６を、この６つの下降流３０がそれぞれ流れる位置に配設することで、下降流３０に対して効果的にかつムラなく被処理水１２を供給できる。

配管３８の上端は被処理水１２が貯水された外部の貯水槽（不図示）とホース等のフレキシブル配管（不図示）と接続されている。よって後述のように配管３８が上下に移動しても貯水層（不図示）と配管３８との接続は維持される。被処理水１２の被処理水導入口３６への導入は、配管３８またはフレキシブル配管（不図示）に介装されたポンプ（不図示）等により行われる。配管３８は２つの転接ローラ４４の間に挟まれ付勢された態様で保持されている。転接ローラ４４は処理槽１６もしくは処理槽１６外部のケーシング（不図示）に固定されている。よって転接ローラ４４の回転に伴って、配管３８は上下方向に繰り出し可能となる。また配管３８と同一の領域には溶存酸素濃度センサ４０が深さ方向に複数並べられて配設されている。

制御回路４２は溶存酸素濃度センサ４０が測定した溶存酸素濃度を基にして転接ローラ４４を回転させ、配管３８を上下に移動させ被処理水導入口３６の深さを調整するものであり、制御回路４２は溶存酸素濃度センサ４０及び転接ローラ４４を回転制御可能なアクチュエータ（不図示）と電気的に接続されている。制御回路４２は配管３８に付勢転接する転接ローラ４４のある回転位置を基準とした円座標（周回座標）を認識するように構成されている。また制御回路４２は溶存酸素濃度センサ４０の深さ位置を示す情報が内蔵されている。よって制御回路４２は溶存酸素濃度を測定し、溶存酸素濃度が一定値以下の状態となっている溶存酸素濃度センサ４０の最も浅い深さ位置の情報を選択し、前記深さ位置に対応した円座標上の座標位置と現時点の円座標上の座標位置との差分をとり、その差分に相当する転接ローラ４４の回転角となるデータをアクチュエータ（不図示）に出力することにより、配管３８を所定の位置に繰り出し、被処理水導入口３６を所定の深さ位置に移動させることができる。

第３実施形態の変形例を図５に示す。変形例は第３実施形態の構成を簡単にしたものである。すなわち、被処理水導入口２６を処理槽１６において上下方向に複数設け（変形例では５つ）、それぞれバルブＶ１〜Ｖ５を介して被処理水１２を処理槽に流す。もちろん被処理水排出口２６を同じ高さを維持した状態で複数一列に並んだ状態でバルブＶ１〜Ｖ５に直結する配管を分岐させて配設してもよい。そして制御回路６２は溶存酸素濃度センサ４０及びバルブＶ１〜Ｖ５と電気的に接続され、溶存酸素濃度センサ４０から入力されたデータもとに、バルブＶ１〜Ｖ５の開閉制御用の電流を出力する。制御回路６２は、溶存酸素濃度センサ４０により溶存酸素濃度を測定して無酸素領域３２の上限を示すセンサ４０からの入力信号により特定し、無酸素領域３２の上限より低い位置で、もっとも上限に近いバルブのみを開閉する制御を行えばよい。

したがって第３実施形態に係る排水の処理方法及び処理装置によれば、排水たる被処理水１２を下降流３０の後段の流路断面上において複数位置から導入することにより、被処理水１２の脱窒処理のムラを低減することができる。また新たな被処理水１３を下降流３０の後段の前段側に導入することにより、新たな被処理水１３の導入位置から曝気位置までの流路長を長くすることができるので、脱窒処理を効率よく行うことができる。さらに下降流３０の流路上の溶存酸素濃度を測定し、前記測定に基づいて前記下降流の前段と後段（無酸素領域３２）との境界を識別し、前記被処理水１２を導入する位置を前記下降流３０の後段の前段側に制御することにより、下降流３０の後段である無酸素領域３２の下降流３０の前段側の境界が変化しても、その境界に新たな被処理水１３を導入可能となるため、排水の処理装置の使用条件が変化しても脱窒処理を効率よく行うことができる。

いずれの実施形態も互いに干渉する構成ではないので、各実施形態を相互に組み合わせた実施形態を構成できる。また第３実施形態において、消費電力の削減のため、被処理水導入口３６の深さ位置を、配管３８に形成された目盛（不図示）等から判断して、測定された溶存酸素濃度をもとに配管３８の上げ下げを作業者が手動で行う構成としても良い。

省スペースで消費電力を低減しつつ連続処理が可能な排水の処理方法、及び処理装置として利用できる。

第1実施形態の排水の処理装置の概略図である。 溶存酸素濃度を測定したモデルの概略図である。 第２実施形態の排水の処理装置の概略図である。 第３実施形態の排水の処理装置の概略図である。 第３実施形態の変形例を示す概略図である。 従来技術の排水の処理装置の概略図である。

符号の説明

１０………処理装置、１２………被処理水、１３………新たな被処理水、１４………活性汚泥、１６………処理槽、１８………処理水、２０………ろ過膜、２２………曝気手段、２４………溶存酸素低減手段、２６………被処理水導入口、２８………上昇流、３０………下降流、３２………無酸素領域、３４………蛇行路、３６………被処理水導入口、３８………配管、４０………溶存酸素濃度センサ、４２………制御回路、４４………転接ローラ、５０………被処理水、５２………処理槽、５４………ろ過膜、５６………曝気手段、５８………上昇流、６０………下降流。６２………制御回路、１００………処理装置、１０２………被処理水、１０４………処理槽、１０６………仕切板、１０８………通し穴、１１０………ろ過膜、１１２………曝気管、１１４………導入口、１１６………循環ポンプ、１１８………処理水、１２０………処理装置、１２２………処理槽、１２４………ろ過膜、１２６………曝気管、１２８………仕切板、１３０………被処理水、１３２………矢印、１３４………処理水。

Claims (14)

1. ろ過膜が挿入された処理槽内に活性汚泥とともに被処理水を貯水し、前記ろ過膜の膜面の下部から前記被処理水を曝気させつつ前記被処理水から処理水をろ過する排水の処理方法であって、
   前記被処理水及び前記活性汚泥を前記曝気により前記処理槽内で対流させ、
   前記被処理水の上昇流及び下降流の前段で硝化処理し、前記硝化処理により前記被処理水の溶存酸素を低減させて前記被処理水の下降流の後段に無酸素領域を形成し、
   前記無酸素領域において、前記被処理水を外部から新たな被処理水を導入しつつ脱窒処理することを特徴とする排水の処理方法。
2. 前記被処理水は、前記処理槽内で縦長に貯水されたことを特徴とする請求項１に記載の排水の処理方法。
3. 前記下降流は、その流路断面が前記上昇流より大きく形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の排水の処理方法。
4. 前記下降流は、その流路が蛇行されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
5. 前記被処理水の導入は、前記下降流の流路断面上において複数の位置から行われたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
6. 前記被処理水の導入は、前記下降流の後段の前段側で行われたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の排水の処理方法。
7. 前記下降流の流路上の溶存酸素濃度を測定し、前記測定に基づいて前記下降流の前段と後段との境界を識別し、前記処理水を導入する位置を前記下降流の後段の前段側に制御可能であることを特徴とする請求項６に記載の排水の処理方法。
8. 被処理水と活性汚泥で満たされる処理槽と、
   前記処理槽内に挿入され、前記被処理水から処理水をろ過するろ過膜と、
   前記ろ過膜の膜面の下部から曝気して、前記被処理水を対流させつつ前記被処理水の上昇流で硝化処理を行う曝気手段と、
   前記被処理水の下降流の前段に配設され、硝化処理をしつつ溶存酸素を低減させ、前記被処理水の下降流の後段に無酸素領域を形成する溶存酸素低減手段と、
   前記無酸素領域に配設され、前記無酸素領域で脱窒処理をするために外部から新たな被処理水を導入する被処理水導入口と、を備えることを特徴とする排水の処理装置。
9. 前記溶存酸素低減手段は、前記処理槽を縦長に形成させてなることを特徴とする請求項８に記載の排水の処理装置。
10. 前記溶存酸素低減手段は、前記曝気手段を前記下降流の流路断面が、前記上昇流の流路断面より大きくなるように配設してなることを特徴とする請求項８または９に記載の排水の処理装置。
11. 前記溶存酸素低減手段は、前記下降流に蛇行路が形成してなることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
12. 前記被処理水導入口は、前記下降流の後段の流路断面上において複数の位置に配設されていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
13. 前記被処理水導入口は、前記下降流の後段の前段側に配設されていることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の排水の処理装置。
14. 前記下降流の流路上に複数配設された溶存酸素濃度測定手段と、測定された溶存酸素濃度に基づいて前記下降流の前段と後段との境界を識別し、前記処理水導入口の設置位置を前記下降流の後段の前段側に制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項１３に記載の排水の処理装置。

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