JP2019076887A - 汚水処理装置及び汚水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、汚水処理を安定して実行することができる汚水処理装置を提供する。【解決手段】反応槽１の内部に、膜分離装置２と散気管４と仕切板７とを備える汚水処理装置において、仕切板７は、反応槽１の内部を散気管４が配置される内部領域１１と、第１の領域以外の外部領域１２とに仕切るとともに、外部領域１２の汚水が接触する接触面７ａを有し、接触面７ａは外部領域１２に対して突出する制流板１０を有する。【選択図】図１

Description

本発明は汚水処理装置及び汚水処理方法に関する。

従来より、汚水を生物処理するための反応槽と、反応槽に浸漬され且つ生物処理された汚水から固形物を除去するための膜分離装置と、膜分離装置の下部に設置され且つ膜分離装置に対して空気等の気体を供給する散気管とを備える汚水処理装置が知られ、反応槽における汚水の生物処理は、例えば、微生物を含む有機汚泥、すなわち、いわゆる活性汚泥によって汚水が処理される活性汚泥法に基づいて実行される。具体的に、活性汚泥法においては、酸素存在下（好気状態）でアンモニアを亜硝酸や硝酸に変換する硝化反応が行われる。

ところで、汚水を処理して清澄な処理水を得るためには、アンモニアから変換された亜硝酸や硝酸を窒素に変換する脱窒反応を行う必要がある。脱窒反応は酸素存在下（好気状態）で行われる硝化反応と異なり、無酸素状態で行う必要がある。脱窒反応は硝化反応が行われる反応槽と異なる反応槽で行われてもよいが、汚水処理装置の省スペース化を実現するために、単一の反応槽内で硝化反応及び脱窒反応が行われる汚水処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図７は従来の汚水処理装置を概略的に示す図である。図７の汚水処理装置は、好気状態での硝化反応及び無酸素状態での脱窒反応を行う反応槽１と、汚水を反応槽１に供給するための原水槽９とを備え、反応槽１は、反応槽１内を複数の区画に仕切るための仕切板７を有する。具体的に、反応槽１は、仕切板７で囲まれる汚水領域Ａと、仕切板７及び反応槽１の内壁で囲まれる汚水領域Ｂとに仕切られ、汚水領域Ａは膜分離装置２及び散気管４を有する。また、反応槽１は、原水槽９からの汚水の供給を開始するための汚水供給開始水位ＬＷＬ（Low water level）と、原水槽９からの汚水の供給を停止するための汚水供給停止水位ＨＷＬ（High water level）とを有し、仕切板７の上端部は汚水供給開始水位ＬＷＬと汚水供給停止水位ＨＷＬとの間に位置する。

図７の汚水処理装置においては、反応槽１内の水位が汚水供給開始水位ＬＷＬになると原水槽９からの汚水の供給が開始され、水位が汚水供給停止水位ＨＷＬになると原水槽９からの汚水の供給が停止されるように設定され、汚水の水位が変化するように構成されている。これにより、汚水の水位は仕切板７の上端部より高い位置（以下、「汚水越流位置」という。）と、仕切板７の上端部より低い位置（以下、「汚水非越流位置」という。）とを往来する。

図８は、図７における反応槽１内の汚水の水位が汚水越流位置のときの汚水の流れを概略的に示す図である。

汚水の水位が汚水越流位置にあるとき、散気管４から膜分離装置２に対して供給される空気により、汚水が仕切板７の上端を越流し、仕切板７の周囲を循環する循環流が形成される。この循環流により、汚水領域Ａの硝酸等は汚水領域Ｂに移行し、汚水領域Ａの空気の大半は汚水領域Ｂに移行することなく反応槽１の外部に放出される。すなわち、循環流が形成されると、汚水領域Ａでは酸素存在下でアンモニアを亜硝酸や硝酸に変換する硝化反応が進行し、汚水領域Ｂでは循環流に乗って汚水領域から移動した亜硝酸や硝酸を窒素に変換する脱窒反応が進行する。

一方、汚水の水位が汚水非越流位置にあるとき、汚水領域Ａと汚水領域Ｂとの間で汚水の流通が分断されるため、散気管４が膜分離装置２に空気を供給しても、仕切板７の周囲を循環する循環流は形成されない。すなわち、汚水領域Ａでは酸素存在下でアンモニアを亜硝酸や硝酸に変換する硝化反応が進行し、汚水領域Ｂでは汚水の流通が分断される前に汚水領域Ａから移動した亜硝酸や硝酸を窒素に変換する脱窒反応が進行する。

特開２００４−２６１７１１号公報

しかしながら、仕切板７の上端を越流し、汚水領域Ｂに移動した汚水の一部には乱流３０が発生する（図９）。すなわち、汚水領域Ｂに存在する汚水のうち、循環流として汚水領域Ｂから仕切板７の下端を経て汚水領域Ａに移動しない汚水が存在する場合がある。

したがって、汚水が仕切板７の上端を越流し、仕切板７の周囲を循環する循環流が形成されても、乱流３０の影響によって仕切板７の周囲を循環しない汚水が存在する。その結果、硝化反応及び脱窒反応が想定通り進行せず、汚水処理を安定して実行できないという問題があった。

本発明は、汚水処理を安定して実行することができる汚水処理装置及び汚水処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の汚水処理装置は、汚水を処理するための反応槽の内部に、前記汚水に含まれる汚染物質を分離する膜分離装置と、前記膜分離装置に気泡を供給する散気管と、前記反応槽の内部を複数の領域に仕切る仕切板とを備える汚水処理装置において、前記仕切板は、前記反応槽の内部を前記散気管が配置される第１の領域と、前記第１の領域以外の第２の領域とに仕切るとともに、前記第２の領域の汚水が接触する接触面を有し、前記接触面は、前記第２の領域に対して突出する制流板を有することを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の汚水処理方法は、汚水を処理するための反応槽の内部に、前記汚水に含まれる汚染物質を分離する膜分離装置と、前記膜分離装置に気泡を供給する散気管と、前記反応槽の内部を複数の領域に仕切る仕切板とを備え、前記仕切板は、前記反応槽の内部を前記散気管が配置される第１の領域と、前記第１の領域以外の第２の領域とに仕切るとともに、前記第２の領域の汚水が接触する接触面を有する汚水処理装置を用いた汚水処理方法において、前記汚水が前記仕切板を超える越流ステップと、前記仕切板を越えた汚水が、前記接触面から前記第２の領域に対して突出する制流板に沿って流れる制流ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、汚水処理を安定して実行することができる。

本発明の実施の形態に係る汚水処理装置を概略的に示す図である。 図１における反応槽が有する仕切板の周辺を概略的に示す斜視図である。 図１の汚水処理装置の上面図である。 図２における制流板の第１の変形例を概略的に示す斜視図である。 図２における制流板の第２の変形例を概略的に示す斜視図である。 図５における膜分離装置、仕切板及び制流板を備えた反応槽の上面図である。 従来の汚水処理装置を概略的に示す図である。 図７における反応槽内の汚水の流れを概略的に示す側面図である。 図７における反応槽内の汚水の流れを概略的に示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

図１は、本発明の実施の形態に係る汚水処理装置を概略的に示す図である。

図１の汚水処理装置は、汚水を処理するための単槽式の反応槽１を備え、反応槽１は、汚水に含まれる汚染物質を分離する膜分離装置２と、膜分離装置２に気泡状の空気を供給する散気管４と、反応槽１の内部を複数の領域に仕切る仕切板７とを有する。膜分離装置２は反応槽１の外部の吸引ポンプ３に接続されている。吸引ポンプ３が駆動すると、生物処理された汚水は膜分離装置２によってろ過され、ろ過された水は反応槽１の槽外に取り出される。

散気管４は、膜分離装置２の下部に設置されるとともに、反応槽１の外部のブロワ５に接続され、ブロワ５は散気管４に空気を供給している。膜分離装置２は汚水をろ過するため、膜分離装置２の膜面には汚水中の汚泥物質等が付着し、膜分離装置２の膜面に付着した汚水中の汚泥物質等を放置すると、膜分離装置２が目詰まりして適切に汚水をろ過することができなくなる。したがって、散気管４が空気を膜分離装置２の膜面に供給し、汚泥物質等が膜分離装置２の膜面に付着するのを防止している。

反応槽１は原水ポンプ８を介して汚水を格納する不図示の原水槽に接続され、原水ポンプ８が駆動すると、処理される汚水は原水槽から反応槽１に供給される。反応槽１は底部１ａ及び底部１ａの縁部から起立する槽壁１ｂによって構成されている。

図２は、図１における反応槽１が有する仕切板７の周辺を概略的に示す斜視図であり、図３は、図１の汚水処理装置の上面図である。

図２及び図３における仕切板７は、４枚の矩形状の板状部材からなり、２枚の仕切板７は、その長手方向が反応槽１の底部１ａから反応槽１を満たす汚水の水面に関する方向（以下、「上下方向」という。）に一致し、膜分離装置２を介して対向している。また、他の２枚の仕切板７は、その長手方向が上下方向に直交する方向（以下、「横方向」という。）に一致し、膜分離装置２を介して対向している。各仕切板７は隣接する仕切板７と直交するように接続され、膜分離装置２及び散気管４を囲むように配置されるとともに、反応槽１の底部１ａから離間して配置されている。このように仕切板７を配置することにより、反応槽１の内部は、仕切板７で囲まれ且つ散気管４が配置されている内部領域１１（第１の領域）と、内部領域１１以外の外部領域１２（第２の領域）とに仕切られる。

反応槽１内の汚水の水位が汚水越流位置にあるとき、散気管４から膜分離装置２に空気が供給されることにより、汚水は内部領域１１から仕切板７の上端を越流して仕切板７の外部の外部領域１２に移行する。その後、汚水は外部領域１２内を下降し、仕切板７よりも下の領域を経て仕切板７の内部領域１１に戻る。すなわち、汚水の水位が汚水越流位置にあり、汚水が仕切板７を越流するとき、仕切板７の周囲を循環する循環流が形成される。循環流が形成されると、内部領域１１の硝酸等は外部領域１２に移行するが、散気管４から供給される空気の大半は内部領域１１を経由して外部領域１２に移行することなく反応槽１の外部に放出される。すなわち、循環流が形成されたとき、内部領域１１では酸素存在下でアンモニアを亜硝酸や硝酸に変換する硝化反応が進行し、外部領域１２では循環流に乗って汚水領域から移動した亜硝酸や硝酸を窒素に変換する脱窒反応が進行する。

仕切板７は、外部領域１２に存在する汚水が接触する接触面７ａを有し、接触面７ａは、外部領域１２に対して突出する制流板１０を有する。制流板１０は矩形状の板状部材であり、制流板１０の長手方向が上下方向に一致するように、例えば、溶接、ボルト、両面テープ又は接着剤等によって接触面７ａに固定される。本実施の形態では、制流板１０は、反応槽１の底部１ａ及び固定される仕切板７のいずれにも直交するように接触面７ａに固定されている。具体的に、仕切板７のうち、長手方向と上下方向とが一致する仕切板７には２枚の制流板１０が仕切板７の横方向に関する両端部から突出するように固定される。また、仕切板７のうち、長手方向と横方向とが一致する仕切板７には３枚の制流板１０が横方向に関する両端部及びその中央から突出するように等間隔に固定されている。

各制流板１０の上端部は、仕切板７の上端部とほぼ同じ位置となるように設置される。また、各制流板１０の下端部は、仕切板７の下端部とほぼ同じ位置となるように反応槽１の底部１ａから離間して設置される（図１）。制流板１０の上下方向長さは仕切板７の上下方向長さとほぼ同一である。なお、制流板１０の厚みは、汚水の流れに耐える強度を有する厚みであればよい。

また、本実施の形態では、各仕切板７に２〜３枚の制流板１０が固定されているが、各仕切板７に固定される制流板１０の数や各制流板１０の間隔は、仕切板７の大きさや反応槽１の大きさに応じて適宜決定すればよい。

さらに、本実施の形態では、制流板１０が反応槽１の底部１ａ及び仕切板７のそれぞれに直交するように固定されているが、反応槽１の底部１ａ又は仕切板７に対し傾斜するように固定されてもよい。

また、本実施の形態では、仕切板７が膜分離装置２の全周囲を囲包している場合について説明したが、仕切板７と反応槽１の槽壁１ｂとによって膜分離装置２の周囲を取り囲んでもよい。具体的に、反応槽１の対向する２つの槽壁１ｂと２枚の矩形状の仕切板７によって膜分離装置２を囲包し、又は反応槽１の３つの槽壁１ｂと１枚の矩形状の仕切板７によって膜分離装置２を囲包してもよい。また、反応槽１が大型の場合には、単位時間当たりの処理量を大きくするために、散気管４を配置する内部領域１１を複数設けてもよい。

さらに、本実施の形態の汚水処理装置に、反応槽１内の水位を調節するための水位制御手段を有していてもよい。水位制御手段としては、例えば、反応槽１内の水位、すなわち、液表面の位置を調べる液面センサーがある。液面センサーが汚水の水位を検出すると、原水ポンプ８が反応槽１に供給する原水の水量を自動的に制御する。

次に、反応槽１の内部に、膜分離装置２と、散気管４と、仕切板７とを備える汚水処理装置によって実行される汚水処理方法について説明する。

上述したように、本実施の形態の汚水処理装置は、反応槽１の内部に、膜分離装置２と、散気管４と、仕切板７とを備える。膜分離装置２は、反応槽１の外で吸引ポンプ３に接続されるとともに、散気管４は反応槽１の外部でブロワ５に接続される（図１）。

仕切板７は、膜分離装置２の横方向の周囲を囲包し、反応槽１の内部を散気管４が配置される内部領域１１と、内部領域１１以外の外部領域１２とに仕切る。仕切板７は、外部領域１２（仕切板７の外部）に存在する汚水が接触する接触面７ａを有し、接触面７ａは、外部領域１２に対して突出する複数の制流板１０を有する。制流板１０は、反応槽１の底面及び仕切板７のそれぞれに直交するように固定されている。反応槽１には、微生物を含有する活性汚泥が収容され、この微生物が、汚水中の有機物を分解する。

ブロワ５が駆動すると膜分離装置２の下部に設置された散気管４から気泡状の空気が供給される。原水ポンプ８により供給された汚水は、反応槽１内で処理される。吸引ポンプ３が駆動すると、膜分離装置２によって生物処理された汚水がろ過され、ろ過水が吸引ポンプ３により吸引されて反応槽１の外部に取り出される。このとき、散気管４から膜分離装置２に供給される空気が、膜分離装置２の膜面に衝突し、その膜面に汚泥物質等が付着するのを防止する。

反応槽１においては、水位が仕切板７の上端部より高い状態（以下、「越流状態」という。）と、水位が仕切板７の上端部より低い状態とが交互に作り出される。

本実施の形態では、汚水が越流状態にある場合、散気管４からの空気により内部領域１１において形成された汚水の上向流が、仕切板７の上端を越えて外部領域１２に越流する（越流ステップ）。越流ステップにおける汚水の越流速度は、ブロワ５から散気管４に供給される空気の風量を変化させることにより調節することができる。

外部領域１２に越流した汚水は、制流板１０により流路が規制され、外部領域１２内を制流板１０に沿って下降する（制流ステップ）。図２における制流板１０の場合には、外部領域１２の汚水の流れは上下方向に制流される。そのため、汚水は、外部領域１２内を下降するときに乱流が発生し且つその乱流の影響を受けても拡散することなく外部領域１２内を下降し、仕切板７よりも下の領域を経て内部領域１１に戻り、循環流が形成される。

すなわち、本実施の形態によれば、汚水が越流状態にある場合において、外部領域１２（仕切板７の外部）に存在する汚水は、乱流による移動エネルギーの散逸のような損失を発生することなく下降し、その後、内部領域１１に戻るため、循環流の勢いは向上する。これにより、循環流の影響が反応槽１全体に及び、外部領域１２において、汚水の大部分が循環流の影響を受け、内部領域１１での硝化反応及び外部領域１２での脱窒反応が想定通り進行する。

また、循環流の影響が反応槽１全体に及ぶため、反応槽１内に汚泥の停滞又は偏在や沈降が生じることがなく、反応槽１内における活性汚泥濃度や溶存酸素濃度の分布を均一にすることができる。

図１乃至図３の汚水処理装置によれば、汚水を処理するための反応槽１を備え、反応槽１は膜分離装置２及び散気管４を有するとともに、膜分離装置２及び散気管４を囲むように配置される仕切板７を有する。仕切板７は、反応槽１の内部を散気管４が配置される内部領域１１と、内部領域１１以外の外部領域１２とに仕切るとともに、反応槽１の底部１ａからは離間している。これにより、反応槽１内の汚水の水位が汚水越流位置にあるとき、散気管４から膜分離装置２に空気が供給されると、汚水が仕切板７の周囲を循環する循環流が発生する。

このとき、仕切板７は外部領域１２の汚水が接触する接触面７ａを有し、接触面７ａは、外部領域１２に対して突出する制流板１０を有するので、仕切板７の上端を越えて外部領域１２に越流した汚水は、接触面７ａ及び制流板１０に沿って仕切板７の下端に移動する。これにより、仕切板７の上端を越えた汚水が仕切板７の下端に移動する間に乱流が発生し、その乱流の影響を受けた一部の汚水が仕切板７の下端に到達せず、汚水の一部が循環流の規模が縮小することを防止することができる。

すなわち、外部領域１２に越流した汚水は、乱流による移動エネルギーの散逸などの損失を起こすことなく内部領域１１に戻るため、循環流の勢いが向上する。これにより、循環流の影響が反応槽１全体に及び、外部領域１２の汚水の大部分が循環流の影響を受けるため、内部領域１１での硝化反応及び外部領域１２での脱窒反応を確実に進行させることができ、もって、汚水処理を安定して実行することができる。

また、反応槽１の全体に勢いが向上した循環流の影響が及ぶことにより、汚泥が反応槽１内の一部に停滞し、偏在し、又は反応槽１の底部１ａに沈降することがなく、反応槽１内における活性汚泥濃度や溶存酸素濃度の分布が均一となるので、安定した汚水処理を行うことができる。

図４は、図２における制流板１０の第１の変形例を概略的に示す斜視図である。図４における制流板４０は、その構成、作用が図２における制流板１０と基本的に同じであり、制流板４０の下端部が反応槽１の底部１ａに当接している点で図２における制流板１０と異なる。以下、重複した構成、作用については説明を省略し、異なる構成、作用についての説明を行う。

図４において、各制流板４０はその下端部が反応槽１の底部１ａに当接するように設置される。すなわち、図４における制流板４０の下端部は、図２における制流板１０の下端部よりも、反応槽１の底部１ａまで延長されている。そのため、仕切板７より下の領域においても、汚水が越流状態にある場合に汚水の流路が規制され、汚水が乱流による拡散を起こすことなく内部領域１１に移行する。したがって、図４における制流板４０を用いることにより、仕切板７の下端部付近において、汚水の移動エネルギーの損失を防ぐことができるため、反応槽１の全体に及ぶ循環流の勢いがさらに向上し、さらに安定した汚水処理を行うことができる。

図５は、図２における制流板１０の第２の変形例を概略的に示す斜視図であり、図６は、図５における膜分離装置２、仕切板７及び制流板５０を備えた反応槽１の上面図である。

図５及び図６における制流板５０は、その構成、作用が図２における制流板１０と基本的に同じであり、制流板５０が仕切板７の接触面７ａに螺旋状に固定されている点で図２における制流板１０と異なる。以下、重複した構成、作用については説明を省略し、異なる構成、作用についての説明を行う。

図５及び図６においては、複数枚の制流板５０が１枚ずつ順に連結され、外部領域１２の汚水が接触する仕切板７の接触面７ａに螺旋状に固定される。

図２及び図４における制流板１０は、汚水が越流状態にある場合にいずれも内部領域１１から外部領域１２に越流した汚水の流れを上下方向に規制し、外部領域１２において上下方向の流れを形成する。これに対し、図５における制流板５０は、汚水が越流状態にある場合に外部領域１２に越流した汚水の流れを螺旋状に下降するように規制し、外部領域１２において螺旋状の流れを形成する。

制流板５０により流路を規制された汚水は、乱流が発生しても、その影響を受けることなく、制流板５０に沿って螺旋状に外部領域１２内を下降する。その後、仕切板７の下端部に到達した汚水は、仕切板７よりも下の領域を経て内部領域１１に戻り、循環流が形成される。

図５の制流板５０を接触面７ａに固定すると、外部領域１２において渦流が形成される。これにより、外部領域１２の汚水は、渦流の影響を受け、均一に撹拌された後に内部領域１１に戻るので、反応槽１において汚水処理をさらに安定して実行することができる。また、汚泥は渦流と共に撹拌され反応槽１内を循環するため、反応槽１の底部１ａにおける槽壁１ｂ周辺に滞留し難くなり、反応槽１の底部１ａに沈降するのを防止することができる。なお、接触面７ａに固定される制流板５０の数や各制流板１０の間隔は、仕切板７の大きさや反応槽１の大きさに応じて適宜決定すればよい。

以上、本発明について、上述した実施の形態を用いて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。

本発明は、汚水処理を安定して実行することができる汚水処理装置及び方法を提供することができる。

１ 反応槽
２ 膜分離装置
４ 散気管
７ 仕切板
７ａ 接触面
１０，４０，５０ 制流板
１１ 内部領域
１２ 外部領域

Claims (5)

1. 汚水を処理するための反応槽の内部に、前記汚水に含まれる汚染物質を分離する膜分離装置と、前記膜分離装置に気泡を供給する散気管と、前記反応槽の内部を複数の領域に仕切る仕切板とを備える汚水処理装置において、
   前記仕切板は、前記反応槽の内部を前記散気管が配置される第１の領域と、前記第１の領域以外の第２の領域とに仕切るとともに、前記第２の領域の汚水が接触する接触面を有し、
   前記接触面は、前記第２の領域に対して突出する制流板を有することを特徴とする汚水処理装置。
2. 前記制流板は、前記反応槽の底面及び前記仕切板のそれぞれに直交していることを特徴とする請求項１記載の汚水処理装置。
3. 前記制流板は、前記反応槽の底部に当接していることを特徴とする請求項２記載の汚水処理装置。
4. 前記制流板は前記接触面に螺旋状に固定されていることを特徴とする請求項１記載の汚水処理装置。
5. 汚水を処理するための反応槽の内部に、前記汚水に含まれる汚染物質を分離する膜分離装置と、前記膜分離装置に気泡を供給する散気管と、前記反応槽の内部を複数の領域に仕切る仕切板とを備え、前記仕切板は、前記反応槽の内部を前記散気管が配置される第１の領域と、前記第１の領域以外の第２の領域とに仕切るとともに、前記第２の領域の汚水が接触する接触面を有する汚水処理装置を用いた汚水処理方法において、
   前記汚水が前記仕切板を越える越流ステップと、
   前記仕切板を越えた汚水が、前記接触面から前記第２の領域に対して突出する制流板に沿って流れる制流ステップと
   を有することを特徴とする汚水処理方法。

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