JP2013049013A - 排水処理装置および排水処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】排水処理装置は、流入する排水を処理する生物反応槽1と、この生物反応槽1内に配設された複数のろ材モジュール2と、各ろ材モジュール2の下方に設けられた散気装置3と、生物反応槽1からの処理液を処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽4とから構成されており、各ろ材モジュール2には、幹糸6aおよび枝糸6bを備えた複数のひも状ろ材6が配設されている。
【選択図】図1
Description
しかし、特許文献1に記載された水質浄化装置と方法を応急復旧対策として用いたとしても、応急復旧時に想定される前処理の不十分な排水に含まれるし渣などの高い濃度の懸濁物質(浮遊性物質:SS)による接触ろ材の目詰まり(閉塞)に十分に対応することが困難である。
ろ材モジュールを構成するひも状ろ材の枝糸は、生物反応槽内において、処理対象液(生物反応槽内に導入され、かつ、種汚泥または浮遊汚泥等の活性汚泥により生物処理を受けている排水)などの液体や散気装置から供給される気体などの流体の応力に対して幹糸と接続する部分を支点として上下左右に自由に且つ柔軟に動く(自由動)構造となっている。一方、散気設備は、処理対象液中に空気を供給し、その空気の浮力等により処理対象液中に上昇流を発生させると共に、ひも状ろ材に増殖した生物膜に対して汚濁物質の酸化分解に必要な酸素を供給する。生物処理中にひも状ろ材の表面に形成された生物膜が後述のように肥大化しても、上昇流や枝糸の自由動などにより、その生物膜の一部が剥離し、ろ材の閉塞を防止できる。
仮に、し渣の除去などスクリーンによる前処理が十分ではなく浮遊物質濃度が高い排水によってろ材が閉塞した場合でも、ろ材モジュールを引き上げることにより、ろ材の閉塞箇所を適宜、確認し、必要に応じて清掃を行うことが可能となる。これにより閉塞箇所の増大を抑制し、常に生物膜に十分な酸素供給が行えるようになるため、生物反応槽の生物処理能力を維持できる。
また、ろ材モジュールを引き上げることにより、ろ材モジュール毎の生物膜の付着度合を確認できるため、ろ材モジュール毎に空気洗浄の条件(洗浄空気量、洗浄頻度)を容易に設定することができ、かつ、生物反応槽の生物処理能力を安定化させることができる。
排水処理装置の運転開始時(立上時)には種となる汚泥(種汚泥)を生物反応槽に投入して生物反応槽の処理機能を早期に安定化させることが行われるが、災害後に遠方の排水処理施設から立上げに必要な十分量の種汚泥を入手し輸送することは困難であることが予想される。このような場合であっても、本発明では、生物反応槽から処理液と共に流出する種汚泥を再度生物反応槽に返送することが可能となり、少ない種汚泥を有効に再利用して、応急復旧においても生物反応槽の処理能力を早期に安定化させることができる。
また、分離汚泥の一部または全部を生物反応槽へ返送し、浮遊法と生物膜法とを混在させることができることから、ろ材に付着する生物膜量の調整が可能となる。
さらに、被災都市の復興が進むにつれて変化すると予想される排水の量や質に応じて処理能力の増強が可能となる。
生物反応槽内において、ろ材への生物膜の付着量は、通常、排水が流入する上流側で多くなり、処理液が流出する下流側で少なくなる。この場合、上記複数の排水流入口から排水を適宜、供給することにより、ろ材への生物膜の付着量を容易にコントロールすることが可能となる。例えば、汚濁物質濃度の高い排水を直接生物反応槽の下流側に供給することで、上流側に供給される汚濁物質量を低減させると共に、下流側に供給される汚濁物質量を増大させて下流側のろ材に付着する生物膜を増殖させることができる。これにより、各ろ材への生物膜の付着量を均一化し、かつ、すべてのろ材を有効に利用することができる。
さらに、排水を生物反応槽の任意の位置(例えば区分けされたろ材の区画毎)に供給すること(ステップ流入)により、その区画毎に生物膜の増殖、すなわち付着量をコントロールすることが可能となる。
固液分離槽において分離された分離汚泥の濃度を高くすることができ、場外へ搬出される汚泥容積を少なくすることが可能となる。排水処理装置においては汚濁物質の負荷量が一定であれば、発生する分離汚泥量(重量)もほぼ一定となる。分離汚泥量(重量)が一定であれば分離汚泥濃度が濃いほど分離汚泥容量(容積)が小さくなり、搬出処分に要する運搬や処分に係る労力、エネルギーおよび費用が抑えられる。
被災して機能不全となった水処理施設の流入調整槽、前曝気槽または最初沈殿池を利用して、応急復旧を比較的低コストに且つ速やかに進めることが可能となる。下水などの水処理施設において、流入調整槽や前曝気槽は排水を収水する(下水)管路に最も近い排水処理施設の水槽であり、且つ、他の水処理施設を構成する水槽と比較して容量が小さい。このため、水処理施設が機能不全に陥った場合、他の水槽と比較して排水を受け入れ易い。また、ろ材モジュールを流入調整槽や前曝気槽に配設する場合においても、容量が小さいため、ろ材モジュールの配設されていない区画(空のスペース)が少なくなり、排水の短絡による処理不良を起こしにくい。
ろ材モジュールの設置場所を入れ替えることにより、ろ材への生物的、物理的負荷を均一にすることが可能となる。ひも状ろ材に付着する生物膜は汚濁物質負荷によって増殖し、肥大する。同時に生物反応槽の上流側では、し渣などの浮遊物質がひも状ろ材に絡みつくなどしてろ材上に留まる。ひも状ろ材の材質は生物学的、物理的に耐久性の高いものが選定されているが、上流側のろ材モジュールに配設されているひも状ろ材は常に高い生物的、物理的負荷にさらされている。ろ材モジュールの設置場所を適宜入れ替えることにより、この負荷を全モジュールに対して均一にかけることで、生物的、物理的負荷を均一化することができる。
図1は本発明の実施の形態1による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図2は図1に示した排水処理装置の生物反応槽を拡大して示す部分断面図であり、図3は図2に示したろ材モジュールを構成するろ材の一形態を拡大して示す断面図であり、図4は図2に示したろ材モジュールを引き上げた状態を示す部分断面図であり、図5は図2に示したろ材モジュールの配置を交換する作業を示す正面図である。
この実施の形態1による排水処理装置は、流入する排水を処理する生物反応槽1と、この生物反応槽1内の処理対象液の液面下に配設された複数のろ材モジュール2と、各ろ材モジュール2の下方に設けられた散気装置3と、生物反応槽1からの処理液を重力沈降により処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽4とから概略構成されており、分離汚泥を生物反応槽1へ返送しない一過型の排水処理装置である。
なお、生物反応槽1の容積に対するひも状ろ材6が占める容積(バルク)は25%〜65%の範囲で設定するが、35%程度であることが好ましい。
まず、図1に示す排水処理装置を立ち上げるために、排水を生物反応槽1内に流入させる。この時、外部から調達した種汚泥を生物反応槽1内に投入することが望ましい。種汚泥の入手が困難な場合には、排水中に生息する微生物を種汚泥として生物反応槽1で増殖させてもよい。排水は、種汚泥または浮遊汚泥等の活性汚泥により生物処理を受ける処理対象液として、排水による押出流と散気設備3による散気の上昇流の相互の作用によって生物反応槽1内で流動し、ひも状ろ材6の枝糸6b間を通過してひも状ろ材6と接触する。ひも状ろ材6の表面には、生物処理中に生物膜6cが形成されるが、生物膜6cは、BOD(生物化学的酸素要求量)およびCODMn(100℃における過マンガン酸カリウムによる化学的酸素要求量)の処理に伴い好気性微生物が増殖するとともに、生物膜6cへのSSの付着もあるため、経時的に生物膜6c(汚泥)は肥大化していく。このように、ひも状ろ材6の表面では、常に、生物膜6cの増殖、肥大化および剥離からなる一連のサイクルが繰り返され、排水に対する生物処理が適正に行われる好気性微生物量および生物相が保たれる。一方、散気設備3による散気や枝糸6bの自由動などにより、肥大化した生物膜6cの一部が剥離することから、ひも状ろ材6の閉塞が防止される。これにより、生物膜6cを維持できるので、生物処理を安定化させることができる。
生物反応槽1内では、排水が直接流入するため、上流側ほど、浮遊物質や汚濁物質の濃度が濃く、生物膜6cの付着量が一般に多い。このため、最上流側ろ材モジュール2aは、下流側のろ材モジュール2b,2cおよび2dと比べてひも状ろ材6が閉塞に陥る可能性が最も高く、その下流側で閉塞の可能性が低くなる。そこで、まず、最上流側ろ材モジュール2aから順次、下流側のろ材モジュール2b,2cおよび2dを引き上げて閉塞状況を確認した上で、閉塞している場合には、引き上げた状態で清掃を行うか、あるいは、ろ材モジュール2を支持体5に戻して散気装置3による曝気で各ろ材モジュール2の空気洗浄を行う。生物反応槽1内に流入した排水の性状等と閉塞状況との関係が明らかになっている場合には、排水の性状等に応じて各ろ材モジュール2に対する空気洗浄を定期的に行うことで、閉塞状況を未然に回避できる。図4は、引上げの例示として、上流側ろ材モジュール2bを引き上げて閉塞状況を確認する作業を示している。
散気設備3は常時、生物反応槽1の底部側から空気を処理対象液中に供給する(散気する)ことによって空気に含まれる酸素を処理対象液中に溶解し、好気性微生物に酸素を供給すると、処理対象液中に供給された空気は浮力によって空気の周りにある処理対象液中の水分や固形分を押し上げながら上昇するため、生物反応槽1内に上昇流を発生させる。さらに、上昇流となった処理対象液と空気の混合液は、主にひも状ろ材6の枝糸6bに自由動を生じさせ、生物膜6cの一部を剥離させる。この好気性微生物に酸素を供給することを目的とした常時空気供給を行う散気装置3では、設置場所によって生物膜6cの付着状況が異なるろ材モジュール2毎に適切な洗浄条件を設定することは困難である。この実施の形態1において、散気設備3はろ材モジュール2毎に独立して設けているから、ろ材モジュール2毎に適切な洗浄空気量(例えば通常の散気量に対して1.2〜2.5倍の空気量)および適切な洗浄頻度(例えばろ材モジュール2d)を1回洗浄する間にろ材モジュール2aを2回以上洗浄する)に設定して洗浄を行う。
図5は、最上流側ろ材モジュール2aと下流側ろ材モジュール2cを交換する作業を示している。最も閉塞状況に陥りやすい最上流側ろ材モジュール2aを生物反応槽外に取出し、ひも状ろ材6の閉塞等の確認および清掃を行った後に、比較的浮遊物質や汚濁物質の濃度が低い状態に置かれていた下流側ろ材モジュール2cと配置交換を行うことで、ひも状ろ材6に係る生物的、物理的負荷を各ろ材モジュール2に対して均等にかけることが可能となる。図5に示した配置交換例に限定されるものではなく、ひも状ろ材6の閉塞状況は過去の配置交換履歴に基づき生物的、物理的負荷が各ひも状ろ材6に対して均一となるように配置交換することが望ましい。
図6は本発明の実施の形態2による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図1乃至図5と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態2による排水処理装置は、固液分離槽4から排出された分離汚泥の一部または全部を生物反応槽1に返送する汚泥返送管9を設けた循環型である点で、実施の形態1による構成と異なる。
固液分離槽4から排出された分離汚泥の一部または全部が汚泥返送管9を経て生物反応槽1内に返送される。この汚泥の返送により、生物反応槽1内の処理対象液中の浮遊汚泥濃度が上昇するので、高濃度の浮遊汚泥と、この浮遊汚泥の増加に伴って付着量が増加する生物膜6cにより、処理対象液に対する生物処理を安定化させることができる。一方、返送されずに系外に排出される余剰汚泥は、脱水処理等を経て焼却等処分される。余剰汚泥の含水率が低い場合には、汚泥の発生量を抑制できるので、焼却等処分量を低減できる。
図7は本発明の実施の形態3による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図6と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態3による排水処理装置は、排水の供給管から分岐した第1分岐管10と、この第1分岐管10をさらに分岐した第2分岐管11、第3分岐管12と、上流側ろ材モジュール2bの上方に設けられ、かつ、第2分岐管11から排水等の供給を受ける排水流入口13と、最下流側ろ材モジュール2dの上方に設けられ、かつ、第3分岐管12から排水等の供給を受ける排水流入口14とを有する点で、実施の形態2による構成と異なる。
図8は本発明の実施の形態4による排水処理装置の全体構成を示す部分断面図であり、図9(a)は回転筒の外部構成を示す正面図であり、図9(b)は図9(a)のA−A矢視図であり、図9(c)は図9(a)および図9(b)に示した回転筒を配設した固液分離槽の全体構成を示す断面図であり、図6と同一構成要素には同一符号を付して重複説明を省略する。
この実施の形態4による排水処理装置は、固液分離槽4内に、生物反応槽1からの処理液を導入する回転筒15を設けた点で、図6に示した実施の形態2による構成と異なる。回転筒15は、汚泥掻寄機8の回転軸8cに支持されており、回転モータ8bにより回転可能である。この回転筒15は、図9(a)および図9(b)に示すように、回転軸8cの軸線方向に延在し、かつ、周方向に配列された複数の分離羽根16と、各分離羽根16間に形成された複数の間隙17とから概略構成されている。分離羽根16は、その横断面形状が回転筒15の内側に屈曲する「く」の字状に成型された細長い短冊状の部材である。間隙17は狭いため、処理液中の汚泥フロック18は、間隙17からの流出が困難となると共に、分離羽根16の屈曲形状により、汚泥フロック18が回転筒15の内方に戻される。一方、処理液から分離された処理水は間隙17を経由して回転筒15の外側に流出する。これにより、回転筒15内の処理液中の汚泥フロック18の濃度が上昇するため、処理液に対する固液分離処理が促進する。また、回転筒15は、汚泥掻寄機8の回転軸8cに支持されており、汚泥掻寄板8aと等速度で回転可能である。
この実施例1は、図1に示した排水処理装置を用いて行った排水に対する生物処理の一例である。図10は排水の主な汚濁指標として、実施例1におけるBOD除去率(黒塗りダイヤで示す)、CODMn除去率(黒塗り四角で示す)およびSS除去率(黒塗り三角で示す)の経時的な安定性を示したグラフである。図10において、各除去率は実施期間中の1週間毎の平均値を示したものである。
実施期間中、BOD除去率は約75%以上、CODMn除去率約62%以上およびSS除去率約80%以上に維持されており、良好な排水処理が行われていることが示されている。これら汚濁指標(BOD、CODMn、SS)の除去率からも、この発明の実施の形態1における排水処理装置は、ろ材モジュールに配設されたひも状ろ材に付着している生物膜において、し渣などの付着による閉塞が抑制され、異なる設置場所でも生物膜付着量が均一となるという作用により、安定した生物処理能力が維持できることが分かる。
図13において、実施例1は実施期間の第5週から第8週までは固液分離槽4に回転筒15を設けた排水処理装置としている。第5週から第8週までの間、実施例1において分離汚泥濃度は12000mg/L以上であり、回転筒15の設置によって分離汚泥濃度が安定して濃くなっている。これによって排出される分離汚泥量(容量)が減少した。
この実施例2は、図6に示した排水処理装置を用いて行った排水に対する生物処理の一例である。図11は排水の主な汚濁指標として、実施例2におけるBOD除去率(黒塗りダイヤで示す)、CODMn除去率(黒塗り四角で示す)およびSS除去率(黒塗り三角で示す)の経時的な安定性を示したグラフである。各除去率は実施期間中の1週間毎の平均値を示したものである。
実施期間中、BOD除去率は約80%以上、CODMn除去率約70%以上およびSS除去率約88%以上に維持されており、良好な排水処理が行われていることが示されている。
2 ろ材モジュール
2a 最上流側ろ材モジュール
2b 上流側ろ材モジュール
2c 下流側ろ材モジュール
2d 最下流側ろ材モジュール
3 散気装置
3a 最上流側散気装置
3b 上流側散気装置
3c 下流側散気装置
3d 最下流側散気装置
4 固液分離槽
5 支持体
5a 脚部
5b 板部
6 ひも状ろ材
6a 幹糸
6b 枝糸
6c 生物膜
7 水槽
7a 処理液導入口
7b 処理水排出口
7c 汚泥排出口
8 汚泥掻寄機
8a 汚泥掻寄板
8b 回転モータ
8c 回転軸
9 汚泥返送管
10 第1分岐管
11 第2分岐管
12 第3分岐管
13 排水流入口
14 排水流入口
15 回転筒
16 分離羽根
17 間隙
18 汚泥フロック
Claims (6)
- 幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数配設されたろ材モジュールと、
該ろ材モジュールが一つまたは二つ以上設けられていると共に、流入する排水を処理する生物反応槽と、
前記ろ材モジュールの下方に設けられた散気設備と、
前記生物反応槽の処理液を導入して、処理水と分離汚泥に固液分離する固液分離槽と
からなることを特徴とする排水処理装置。 - 前記分離汚泥の一部または全部を前記生物反応槽へ返送する汚泥返送管が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の排水処理装置。
- 前記生物反応槽には、
上流側から下流側にわたり複数の排水流入口が設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排水処理装置。 - 前記固液分離槽には、
複数枚の分離羽根が間隙をもって配設されていると共に、前記処理液が流入する回転筒が設けられている
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の排水処理装置。 - 前記生物反応槽は流入調整槽および/または前曝気槽であり、
前記固液分離槽は最初沈殿池である
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の排水処理装置。 - 流入調整槽および/または前曝気槽に、
幹糸および枝糸を備えたひも状ろ材が複数本配設されたろ材モジュールを一つまたは二つ以上設け、
散気設備で曝気しながら流入する排水を処理し、
最初沈殿池に、
前記流入調整槽および/または前記前曝気槽から流出する処理液を導入して処理水と分離汚泥に固液分離する
ことを特徴とする排水処理方法。
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