JP3483917B2

JP3483917B2 - 汚水処理法

Info

Publication number: JP3483917B2
Application number: JP22515193A
Authority: JP
Inventors: 裕昭橋口
Original assignee: 株式会社プリオ
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1993-08-18
Publication date: 2004-01-06
Anticipated expiration: 2019-01-06
Also published as: JPH0751686A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工場排水処理設備、生
活排水処理設備、畜産排水処理設備、上中下水処理設
備、下水終末処理設備、給食センタ−排水処理設備、ゴ
ミ焼却場排水処理設備、農業漁業集落排水処理設備、先
端技術排水処理設備、プ−ル水浄化処理設備、河川湖沼
の水質浄化設備等の各種水処理設備に用いられる微生物
学的汚水処理方式に組み込んだりして、汚水に含まれる
汚泥分を極めて効率良く微生物で分解吸収処理する汚水
処理法に関する。

【０００２】

【従来の技術】いままでに各種水処理設備が提供されて
いる。産業革命後１９３０年代になって、ヨ−ロッパの
大都市における生活排水や工業都市にける工場排水等に
よって河川、湖沼、海水の汚濁が進み、河川においては
悪臭の発生、魚や水鳥等水辺生物の死滅、水道原水の汚
濁による飲料水の水質悪化等の公害問題が頻発し、その
解決のために排水処理設備が多数建設されていった。既
に原始的な汲み取り槽による嫌気性処理もあったが、当
初は曝気槽を設けた好気性微生物による処理技術が多く
導入された。その方法においては、汚水曝気槽へどれだ
け酸素を多量に送り込むかが主要な課題であり、具体的
には曝気槽に空気の気泡を発生させる方式（エアレ−シ
ョン方式）を用いることが必須条件であった。この点で
は現在でも基本的にはその延長線上にあると言っても過
言ではない。

【０００３】しかしながら、エアレ−ション方式（活性
汚泥法）においては、水に酸素が溶け込む量は微々たる
もので、少しでも溶存酸素の濃度を上げようとするに
は、常時曝気槽底部に散気管を設置し、送風機でできる
だけ広い面積に常時空気を送り込み、気泡を発生させ続
けて酸素を継続的に供給しなければならなかった。大、
中規模汚水処理施設の場合は、効率を上げるために何槽
もの大きな曝気槽を連結させることが必要となり、それ
には広い設置空間がなければできなかった。そのエアレ
−ション方式による可能な溶存酸素濃度（ＤＯ値で表
す）は、汚水中せいぜい１〜１．５ｍｇ／ｌ程度までが
限度であった。また、そのエアレ−ション方式による処
理方法では、曝気槽の全てに空気を送るための散気管へ
の送風機の稼働や、空気を均一行き渡らせるための曝気
槽内の確実な強力な攪拌には、多量の電力消費、機械の
消耗管理等のランニングコストが非常に高い難点があっ
た。また、放流水の浄化度をより高めようとすると、汚
水が清浄になればなるほど発生する余剰汚泥の量が極め
て多くなり、その排出汚泥処理にはさらに廃棄処分設備
や処分用地の確保などの課題が残され、排出汚泥のコン
ポスト化による建築材や肥料への再利用が一部で始めら
れているが全体の排出量からすれば無に等しく、余剰汚
泥を極力少なくすることによる課題の解決が切望されて
いた。

【０００４】そこで近年に至り、ＤＯ値をこれより高め
る別の方法が提供されるようになった。その一つが純酸
素投入による純酸素法である。純酸素法は曝気槽内の酸
素供給効率を上げるために、空気ではなく純酸素をエア
レ−ションすることによって溶存酸素濃度を上げるもの
である。この方法においては、汚水中のＤＯ値を一時的
に約６ｍｇ／ｌ程度までが高めることができるが、純酸
素自体が極めて高価であるうえ、曝気槽内での酸素の消
失も極めて早く、ＤＯ値を高く維持するためには継続し
て多量に供給しなければならないので、コスト的に採算
が取れず、公共下水道の処理施設以外は現在は殆ど普及
していない。これとは別に、最近では、地下１００〜１
５０ｍもの深さの処理槽によって水圧を利用してこの加
圧下でＤＯ値を高める超深層曝気方式が提供されてい
る。この方法では汚水中のＤＯ値を３〜４ｍｇ／ｌ程度
まで上げることは可能になったが、設備に要する建設費
用が大きく、地下１５０ｍもの深さに汚水を送るための
動力の電力消費も大きく、深いだけにメンテナンスも容
易ではない難点があった。

【０００５】また、それら難点を解消するために、曝気
槽の底部に微細気泡装置を設置して、気体（空気）を微
細気泡して使用することが知られ、例えば目の細かい散
気板、羽根高速回転装置、ジェット噴射装置などによっ
て１０〜１００μｍ程度の微細気泡を発生させるものが
ある。その目的は、微細気泡が溶存酸素濃度を高める効
果があることと、汚泥を凝集浮上分離する効果があるの
で、浮上分離汚泥の除去と微生物に酸素を補給すること
である。したがってこれらの微細気泡を用いたものも基
本的には従来のエアレ−ションの代用的な域を出ないも
のといえる。

【０００６】また別に、微細気泡を用いた汚水処理方法
（特願平２−３１９７０６）が提案されている。これは
家庭風呂用泡沫発生機を転用したもので１００μｍ以下
の微細気泡を発生させた上澄水を曝気槽の底部に送るも
のである。その微細気泡によって、溶存酸素の濃度を上
げるとともに、主としてフロック等の固形物を処理槽水
面に浮上分離して汚泥分を除去するものである。この方
法では、フロック等の余剰汚泥は浮上分離して除去でき
るので、曝気槽には清澄な処理水が得られ、その処理水
を直接放流できるために沈殿槽が省略でき、また溶存酸
素濃度が高くなるので、その意味で好気性微生物に酸素
を供給することができるとされる。しかしこの方法で
は、フロック形成に必要なズ−グレア等の微生物やフロ
ック自体の汚水処理において除去すべきではない物質が
同時に浮上分離されてしまい生物的処理効率が低下する
ことや、発生する余剰汚泥の量も多いのでこの廃棄処理
に要する施設用地や費用が嵩む難点がある。この方法も
上記同様に基本的には従来のエアレ−ションの代用的な
ものである。

【０００７】また、し尿処理方法においては、嫌気性微
生物による処理が効率が良く、メタン細菌等の消化菌に
よる嫌気性微生物学的処理方式によるものが多く提供さ
れている。嫌気性消化槽においては、消化菌による腐敗
発酵を促進させるため槽内を無酸素状態にし、エアレ−
ションをしないことが原則である。例えば、流動床式に
おいては、メタン細菌等の消化菌が槽外に排出されず且
つ沈殿分離されないような流速制御をして汚泥消化し、
発生するメタンガスを回収する方式である。この方式の
場合は、処理速度が遅いので槽内滞在時間が長く、大量
の処理が難しいのが欠点である。その装置で回収された
メタンガスや硫化水素は、燃料としたり、燃焼処理や脱
硫処理によって無害化している。また、消化槽ガス攪拌
方式による処理の場合は、メタンガスを槽内汚水中に噴
射して攪拌し、メタン細菌による汚泥消化を促進するも
のである。

【０００８】また、全く異なった分野において、オゾン
は、濃度０．１ｐｐｍ程度であると腐敗菌等の有害細菌
に対する滅菌力が得られ、この程度のオゾン濃度におい
ては人体には害をあたえることはしないことも知られ、
空気浄化装置に利用されている。なお、プ−ル用水浄化
に塩素と併用して殺菌したり、ＬＰＧ容器の耐圧検査用
水処理での処理済みの水の脱臭に高い濃度のオゾンを使
用している例が知られている。また超音波によって水中
の汚物が破壊する作用が知られ、この超音波を利用した
機械洗浄機、メガネ洗浄機、洗顔機等が提供されてい
る。

【０００９】一方、水の性質についてみると、水分子の
クラスターが微小になると、水が生物に吸収されやすく
なり、また物質の溶解能力も増大する性質があることが
知られている。例えば、渓流のせせらぎの水は飲んでう
まいことが言われ、今やその水のボトル販売がなされて
いる。その水がうまいと感じるのは、極めて清浄でミネ
ラルを含んでいることもあるが、むしろ水が勢い良く岩
場に当たって砕け、これを繰り返すことによって、水分
子のクラスターが微小化され、味覚を感じる舌に染み込
みやすくなるとともに、胃等の内蔵壁へ吸収されやすく
なり、五臓六腑にしみ渡るからであると推測される。以
上のオゾン、超音波、微小クラスターに関する既存技術
は、それぞれ各個別には独自の利点が知られ、汚水処理
に利用することが発案されているものもあるが、現在実
用化されているものは殆んどない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、汚水におけ
る水や汚泥分や微生物の性質を総合的に利用して、エア
レ−ションや攪拌に要する電力消費を大幅に削減し、処
理槽がが小さくても極めて汚水の分解処理能力が優れ、
さらに最終的に発生する余剰汚泥の発生量が極めて少な
く、高効率な汚泥分解処理を可能とする嫌気性並びに好
気性の微生物学的汚水処理方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決しようとするための手段】上記課題を解決
するために、本発明の汚水処理方法は、微生物学的汚水
処理方式による汚水処理方法において、液送管径の変化
による加圧と減圧の繰返しで流体中の気体、固体、液体
を同時的に微細化処理する気固液微細化手段を用い、そ
の気固液微細化手段に対して水圧は約１．７ｋｆｇ／ｃ
ｍ ^２以上、気体の注入圧は水圧の約１．７倍以上、気体
注入量を汚水に対して体積比約３０％以上、通水時間約
１０分間以上の稼動条件下で、汚水に含まれる水分子は
微小クラスターにし、汚泥分は１０μｍ以下にし、その
汚水中に同時的に注入する反応促進気体の泡径は１０μ
ｍ以下に微細化処理して汚水が白濁状態になった後にそ
の白濁汚水を微生物学的処理工程に導いて汚水を処理す
るものである。

【００１２】また、上記構成において、前記微生物学的
処理工程での処理中又は処理後の汚水を気固液微細化手
段に循環させることを特徴とするものである。

【００１３】また、上記構成において、前記反応促進気
体に、微生物の種類を選択してその微生物を滅菌する気
体を含有する気体を用いることができる。そのような気
体としては、嫌気性微生物を死滅させる純酸素又は酸素
を含有する気体や、有害細菌を滅菌するオゾンを含有す
る気体を用いることが可能である。

【００１４】

【作用】気固液微細化手段によって、汚水の水の分子が
巨大クラスタ−から細分されて微小クラスタ−となり水
分子の活動が活発になる。その結果、微生物に水が吸収
され易くなり、またこの水によって汚水中の物質溶解能
力が上がる。このために溶存酸素濃度（ＤＯ値）、オゾ
ン濃度等が高い状態に維持される。また、汚水に含まれ
る汚泥分を微生物の大きさと比較して、微細化（約１０
μｍ以下）することによって微生物（０．５μｍ〜数ｍ
ｍ程度）が体内に取み込みやすく、また汚泥分の表面積
（微生物接触面）が広くなって微生物の付着面積及び付
着機会が増大され、そのために汚泥の消化速度が急速と
なる。このことは急速に微生物が肥大繁殖するこを意味
する。また、微細化気体は物質をその周囲に凝集する性
質があるので、前記微細化汚泥と微生物を付着させたり
抱き込んだ状態で長時間浮遊し、その間に微生物が活発
に汚泥を接触分解処理することとなる。この作用は接触
曝気に用いられる微生物活着担体と共通するものがあ
る。その微細化気体（微細気泡）が約１０μｍ以下であ
ると、汚水原水を白濁状態にしたコロイド状となって微
細化汚泥と付着して気泡の浮力と微細化汚泥の沈下力の
バランスが成立して容易には浮上せず、このため微細気
泡が短時間に水面浮いて破裂消滅してしまうことなく処
理槽内に長期渡って浮遊する。

【００１５】この微細気泡に空気を含有させれば、浮遊
している間に微細気泡内の酸素と微細化汚泥の栄養素が
微生物によって消費され、微細気泡内は殆どが窒素気泡
となり大気中に浮上消滅し、微細化汚泥は分解吸収され
殆ど消滅する。この気体を空気に代えて純酸素にすれ
ば、汚水の溶存酸素を極めて高濃度に維持させるととも
に、好気性微生物の要求酸素を長期間補給満足させる。

【００１６】しかし、微細気泡が大きい（５０〜１００
μｍ以上でコロイド状とはならない）と、浮力が大きい
ので気泡がすぐに水面に浮き上がってしまい、短時間で
破裂して消滅する。この時、浮遊汚泥やフロックが気泡
に付着して水面に浮遊分離される。このために浄化に大
切なフロック形成が阻害され、汚水の浄化が遅れる。ま
た、発生した浮上汚泥を分離除去しなければならず、こ
の除去汚泥の廃棄処理が必要となる。したがってフロッ
クを浮上分離除去する技術（特願平２−３１９７０６）
は廃棄処理汚泥を増やすだけであってこれは微生物学的
処理には好ましくない。なお、本発明の微細化される汚
泥及び気体の大きさについては、１０μｍ以下が好まし
いが、それ以上であっても数１０μｍ程度であれば多少
の効果は期待できる。

【００１７】本発明における好気性微生物処理において
は、増殖の誘導期、対数期における初期酸素要求量を充
分満足させることによって、増殖速度の速い細菌類の肥
大繁殖が爆発的に起こる。このことは好気性微生物処理
においては極めて重要部分であると位置付けがなされな
ければならない。この爆発的に初期増殖によって次の過
程である定常期が同時進行的に急速に始り、同一曝気槽
においてズ−グレア等のフロック形成微生物が増加して
活発にフロックが大きく形成される。従来の曝気槽、特
に四角形の槽においては、四角の部分の対流が悪くここ
に汚泥が滞り酸素が送り込めず無酸素状態となり、フッ
ロク形成を妨害するペギアトア（硫黄細菌）や、コムチ
ゲア、モナス等の嫌気性有害細菌が発生することがあ
る。その結果は汚泥の膨化現象が起こり沈殿分離ができ
ず、上澄水が得られなくなる。この処理のために有害細
菌の抑制剤や化学的に汚泥沈殿させる凝集剤などの薬品
を投入することが良く行なわれている。本発明において
は槽の角々まで酸素が行渡るのでペギアトアなどの嫌気
性有害細菌が殆ど見られないので膨化現象が起こらな
い。

【００１８】さらに、死滅期においてもＤＯ値が高く、
ＢＯＤ値が４０ｍｇ／ｌ以下（亜硝酸菌の増殖好適条
件）になるので、亜硝酸菌等が活発に繁殖して汚泥分を
消化吸収する。この時、多量に酸素を消費するので、溶
存酸素濃度は高く（ＤＯ値が２〜３ｍｇ／ｌ程度に）維
持されなくてはならず、従来の曝気槽ではＤＯ値が多く
ても１．５ｍｇ／ｌ以下であり、謂わば酸欠状態となっ
てこの機能は殆ど起こらない。また、臭いの主たる原因
であるアンモニアが亜硝酸菌で亜硝酸性チッソ（Ｎ
Ｏ₂）にさらに続いて硝酸菌で硝酸性チッン（ＮＯ₃）に
酸化されるために曝気槽内に悪臭が発生しない。以上の
微生物の増殖過程の環境が常に高濃度溶存酸素状態にあ
るがために同一曝気槽において平行的に起こる。

【００１９】そして、次の沈殿槽に至っては、汚水は曝
気槽内で既に充分分解処理されていて、水が微小クラス
ターとなっているので原生動物や後生動物が活発に繁殖
し最終的に余剰汚泥が全て処理され殆んど消滅し、汚泥
文の殆んどない上澄水を得ることができる。処理過程中
の水は微小クラスターの状態に維持されるので、微生物
の活動が処理最終段階にいたるまで大変活発状態となっ
ているのである。そして、第二曝気槽以降において散気
管を使用して空気を補えば、水は既にかなり浄化されて
いるので、一旦低下したＤＯ値を高いＤＯ値に回復する
ことが容易となる。

【００２０】また、嫌気性微生物学的処理においても好
気性微生物処理と同様に、微小クラスタ−の水分子の活
動が活発であり、消化菌に水が吸収され易くなりまたこ
の水によって汚水中の物質溶解能力が上がる。また、前
記好気性微生物処理と同様に、約１０μｍ以下に微細化
された汚泥分の表面積（微生物接触面）が広くなり、微
生物の付着機会が増大されて汚泥が消化しやすくなり、
また約１０μｍ以下の微細化気体は処理槽内に長期に浮
遊し、物質をその周囲に凝集し、微細化汚泥と微生物を
微細化気体に付着させたり抱き込んだりして微生物が活
発に汚泥を接触分解処理させる。

【００２１】反応促進気体をメタンガスとし、微細気泡
にメタンガスを与えることによってメタン細菌を効率良
く増殖させて消化を促進させることができる。なお、本
発明においては主として生物学的処理が効率良く進行す
るものであるが、溶存酸素濃度を極めて高く維持できる
ので、化学的酸素要求量（ＣＯＤ）に応える酸素が充分
供給され、汚泥分の化学的酸化反応も当然促進される。
さらに、反応促進気体に生物の細胞を活性化する活性酸
素Ｏ₁ ^-や磁化エア−を用いれば微生物の肥大増殖に効果
的である。

【００２２】また、通常は水にはオゾンが殆ど溶解せ
ず、効果的にオゾンを曝気槽内へ送り込むことはできな
かったが、本発明においては微細気体をオゾン等の難水
溶性気体の担体カプセルとして使用できるので、容易に
曝気槽に送り込むことが可能となる。その担体カプセル
に含ませる物質については、各種選択が可能で、汚泥分
の含有物質に化学的反応して安定化させるガスや、微生
物に選択的に微生物の増殖にプラスまたはマイナスの方
向に反応する医薬ガスなどの注入が効果的にできるよう
になる。つまり、注入気体の種類や量を調節すことによ
って曝気槽内の微生物の種類や量を効果的に制御するこ
とも可能となる。前記オゾンを微量用いれば有害細菌類
を選択して滅菌することができ、有用微生物を有害細菌
類に阻害されずに増々増殖させて汚泥分が高効率に分解
吸収される。

【００２３】またさらに、前記曝気槽から処理中の汚水
を循環させることによって分解吸収効率をさらに高め
る。さらに、前記微生物学的処理工程を、嫌気性と好気
性の微生物学的処理工程の両者を連結した工程と組み込
み（図６に示す）、例えば一次処理槽に好気性、二次処
理槽に嫌気性というように組み込む。この組合せ方によ
っては重金属などを除いて殆どの汚水を余剰汚泥を殆ど
残さずに処理分解吸収が可能となる。

【００２４】本発明は、好気性微生物学的処理であるエ
アレ−ション方式の長時間曝気方式（図７に示す）、接
触曝気方式、純酸素曝気方式、深槽曝気方式などの活性
汚泥法や、回転円板ろ床方式、接触酸化ろ床方式などの
散水ろ床法、ラグ−ン処理法、生物濾過槽法、回転板接
触法と、嫌気性微生物学的処理である消化槽方式、流動
床法、固定床法の全てに組み込み可能で、謂わば汚水原
水の前処理として組み込んで用いれば、そのいずれおい
ても汚泥処理能力を大幅に向上させることができる。

【００２５】

【実施例】本発明の汚水処理法の中心思想は、微生物に
よる生物学的汚水処理方式による汚水処理方法におい
て、「液送管径の変化による加圧と減圧の繰返しによる
流体の気固液微細化手段を用い、その気固液微細化手段
に対して水圧は約１．７ｋｆｇ／ｃｍ ^２以上、気体の注
入圧は水圧の約１．７倍以上、気体注入量を汚水に対し
て体積比約３０％以上、通水時間約１０分間以上の稼動
条件下で、汚水に含まれる水分子は微小クラスターに
し、汚泥分は１０μｍ以下にし、その汚水中に同時的に
注入する反応促進気体の泡径は１０μｍ以下に微細化処
理して汚水が白濁状態になった後にその白濁汚水を微生
物学的処理工程に導く」ことである。この発明に対し
て、従来の汚水処理法においては、液送管径の変化によ
る加圧と減圧の繰返しによる流体の気固液微細化手段を
使用することによって汚水が泡径は１０μｍ以下に微細
化されて白濁状態になった後にその白濁汚水を処理して
気体を液体中に高濃度に溶け込ませる発想が存在してい
な。

【００２６】また本発明におけるコロイド状にまで微細
化処理を可能とする技術は「液送管径の変化による加圧
と減圧の繰返しで流体中の気体、固体、液体を同時的に
微細化処理する気固液微細化手段を用い、その気固液微
細化手段に対して水圧は約１．７ｋｆｇ／ｃｍ ^２以上、
気体の注入圧は水圧の約１．７倍以上、気体注入量を汚
水に対して体積比約３０％以上、通水時間約１０分間以
上の稼動条件下で気固液を微細化処理するもの」であ
る。微細気泡発生装置としては、清浄な液体ならば目の
細かい散気板、羽根高速回転装置、ジェット噴射装置な
どによって最小で５〜１０μｍ程度の微細気体を得るこ
とが不可能ではないが、殆んどは５０μｍ以上の気泡と
なって発生直後に水面に浮上し消滅してしまう。また汚
水は汚泥固形分があるので目の細かい散気板やジェット
噴射装置では目詰まり障害や腐蝕、磨耗が起こってしま
い使用に堪えない。羽根高速回転装置によれば汚泥固形
分を粉砕して有る程度微細化することは可能ではある
が、１０μｍ以下の汚泥や１０μｍ以下の気泡を大量に
得ることが困難である。即ち、流れる汚水が液送管径の
変化によって繰り返し加圧と減圧を受けて、その汚水に
含まれる水が微小クラスターになること及び汚泥分を１
０μｍ以下に微細化し、それと同時的に反応促進気体が
１０μｍ以下の微細気体になることを初めて可能にする
のである。

【００２７】本発明を可能とする使用するに適した装置
としては、その一つとして気体、固体及び液体を管内で
加圧と減圧を短時間で交互に繰り返して微細化し混合す
るタイプの気固液微細化混合装置（以下「混合機」と呼
ぶ）がある。このタイプの混合機は、汚水に対して体積
比３０％の空気を送り込み、送液管径の変化による加圧
と減圧を繰返すもので、その本体の構造は、可動部がな
い、目詰りがない、耐蝕性に優れているといった特徴が
あり、超音波を伴って水の微小クラスター化が可能とな
り、酸素溶解が高く（酸素溶解効率が水道水で３０〜５
０％）、微細気泡（５０μｍ以下）を発生できる優れた
性能がある。特に本発明の使用においては高能力タイプ
を用いる。この混合機によれば、清水の場合、ＤＯ値が
２０℃で、溶存酸素濃度が通常では考えられない最大４
０ｍｇ／１程度可能であった。また汚水に空気を用いた
時の微細気体は直後においては５０μｍ程度の大きな気
泡が混ざって発生するが、しばらくして１〜１０μｍが
汚水中に残り、汚水の汚泥分は原水で約２００μｍの大
きさであったものが約１０μｍ以下に微細化された。

【００２８】

【実験例１】以下の条件で記録計器はベックマンＤＯ計
によって、前記高能力タイプの混合機を用いてＤＯ値の
測定したら下記のようであった。

【００２９】この測定条件（水循環運転）は水量１ｍ³ 水温２３．２ ℃ 酸素飽和値８．７ｍｇ／ｌ通水量５０ｌ／ｍｉｎ通気量５ｌ／ｍｉｎ１循環時間２０分であり、その結果が図１に示すようであった。

【００３０】また前記実験の水の微小クラスターについ
て、核磁気共鳴解析法（ＮＭＲ法）で水道水と微細化処
理水を比較測定すると図１のグラフ図のようであった。
図１の（イ）が水道水で（ロ）が処理水である。この判
定は［ｖ１／２］の巾で比較され、これが細かいほど水
分子の活動が活発なことを示し、クラスターが小さくな
ったことを意味する。別の水道水を測定したところ水道
水原水の水分子の振動数が１２８Ｈｚ、これを遠赤外線
処理すると麦飯石による場合９７Ｈｚ、セラミックラボ
ード処理による場合が８９Ｈｚであったが、前記混合機
による処理水は８５Ｈｚであった。また、特開平５−１
６９０９６号には電磁波処理によってもクラスターを小
さくできるとの記載があるが、この方法では気体、固
体、液体を同時的に微細化処理し、汚水中の気体を泡径
１０μｍ以下の微細化することによってしその気体を液
体中に高濃度に溶け込ませることはできないので本発明
の気固液微細化手段に使用することはできない。

【００３１】

【実験例２】さらに、通常は水に殆ど溶解しないオゾン
（Ｏ_３）を汚水に溶存させる前記混合機を用いた具体例
を示すと、この設定条件は１．水温２２℃ ２．吐出水量２７．３１／ｍｉｎ３．Ｏ_３供給量２ｇＯ_３／Ｈ（３３ｍｇＯ_３／ｍｉｎ）であり、この時のＯ_３溶解効率はである。

【００３２】したがって溶存酸素と同様に汚水に微量オ
ゾンを溶存オゾンとして含ませておくことができる。こ
のオゾン濃度が多くなると好気性微生物にとってもオゾ
ンが有害に働き、少な過ぎると滅菌効果がなくなるので
オゾン濃度の調整は確実に行なうことが必要である。そ
こで、図２のフロー図で示すように、前記混合機（気固
液微細化手段）５ａにオゾン発生機７から０．１ｐｐｍ
程度のごく微量オゾン（Ｏ_３）を送り込んで選択的に好
気性微生物にとって有害な細菌類のみを滅菌し、その結
果好気性微生物が有害細菌類に増殖を阻害されなくなり
肥大増殖し、汚泥を高効率に分解吸収させること可能で
となる。

【００３３】

【実験例３】オゾンは通常の水には殆ど溶解しないが気
固液微細化手段を用いると、微小クラスターとなり、下
記のように多量に溶解する。下記表１は、埼玉県の川口
市と静岡県の清水市の水道水での比較試験である。

【００３４】

【表１】都市温度濃度濃度半減期埼玉県川口市４０℃ ０．６ｐｐｍ４分３０秒２０℃ ２．７ｐｐｍ４５分静岡県清水市４０℃ ０．８ｐｐｍ７分３０秒２０℃ ３．７ｐｐｍ８０分

【００３５】この試験によると、水温が高いと溶け込み
にくく、川口市の水で４０℃の場合は０．６ｐｐｍで、
２０℃の場合で２．７ｐｐｍで、ヘンリ−の法則の通り
であった。川口市の水が２０℃で濃度２．７ｐｐｍに対
して清水市の水が２０℃で濃度３．７ｐｐｍと高いの
は、原水のクラスタ−の差であると考えられる。オゾン
溶解濃度の半減期についても、川口市の水が４５分に対
して清水市の水が８０分であり、清水市の水のほうがク
ラスタ−が小さく、より長時間まで濃度を保てることが
わかる。

【００３６】

【実験例４】混合機を用いて下記のようにＤＯ値の比較
測定をした。下記表２は、汚水の小型水槽での時間経過
によってＤＯ値が変化する様子、混合機を用いた場合と
エアレーションのみによる場合と比較した試験である。
試験条件は水温１７．０℃ 処理量１５１運転時間混合機の場合５分間運転後２０分間放置しＤＯ値が０になってからエアレーションを継続運転エアレーションの場合継続運転

【００３７】

【表２】

【００３８】この試験の結果の表２によると、小型水槽
によるものなので、変化が急ではあるが、混合機によっ
てＤＯ値が高められる様子が判る。また、一旦ＤＯ値が
減少しても散気管等で空気を送ればクラスターが小さく
なっているのでかなりＤＯ値が回復できることを示して
いる。

【００３９】

【実施例１】製麺工場において、既存の排水処理設備を
改造して、本発明の汚水処理方法にて実施を行なった。
これを図で説明すると、図３のフロー図はこの典型的な
処理設備を原理的に示すものであり、原水汚水９を、反
応促進気体１０を混合して気固液微細化装置５で処理し
て定量づつ微生物学的処理槽３に送り、この微生物学的
処理槽３で微生物学的処理後の上澄液８を放流排出す
る。

【００４０】この排水処理設備は活性汚泥法の生物活着
材による接触曝気方式によるもので、さらに具体的には
図４のフロー図に示すようである。原水汚水９を調整槽
１に貯蓄し、流量を調節して定量づつ曝気槽３に送り混
合機５ａにて気固液微細化処理槽２内の汚水９を混合機
５ａに再循環させて微細化処理し、できた微細化汚水を
第一曝気槽３ａ長時間滞留させた後、第一沈殿槽４ａに
送り、さらに微生物活着材６を装着した第二曝気槽３ｂ
内に送り数時間接触曝気での微生物による汚泥分の分解
吸収をして、この処理水を第二沈殿槽４ｂへ送る。そし
て、余剰汚泥沈殿槽４ｃで排水余剰汚泥を汲み上げ除去
し、上澄液８を放流排出する。曝気槽３ａ，３ｂにはエ
アレーションを継続しておく。この装置における処理条
件は１．原水流入量１５．０ｔ／ｈ２．微細化処理量１５．０ｔ／ｈ３．ポンプの汚泥注入加圧１．７５ｋｆｇ／ｃｍ^２４．コンプレッサーの空気注入加圧３．０ｋｆｇ／ｃｍ^２５．微細化処理槽内滞留時間１３ｍｉｎ６．混合機の処理能力２８ｍ^３／ｈ、６６０ｍ^３／日この水質検査の結果は次表３の通りであった。

【００４１】この装置における処理条件は１．原水流入量１５．０ｔ／ｈ２．微細化処理量１５．０ｔ／ｈ３．ポンプの汚泥注入加圧１．７５ｋｆｇ／
ｃｍ² ４．コンプレツサ−の空気注入加圧３．０ｋｆｇ／
ｃｍ² ５．微細化処理槽内滞留時間１３ｍｉｎ６．ＳＡＭの処理能力２８ｍ³／
ｈ、６６０ｍ³／日この水質検査の結果は

【００４１】

【表３】

【００４２】以上により、この排水汚泥処理装置の処理
結果を表す表３を見ると、ＤＯ値が原水１．２であった
のが第一曝気槽３ａではＤＯ値は４．９から２．４にな
り、ＭＬＳＳが７３２０ｍｇ／ｌであり、第二曝気槽３
ｂではＤＯ値は２．８、ＭＬＳＳが７７４０ｍｇ／ｌで
あった。白濁コロイド状となった混合機処理水が４．９
となり、さらに曝気槽で処理された後の上澄液８（コロ
イド状ではなく清澄である）の放流水が７．８と大幅に
向上している。ＤＯ値が大きくなると微生物、特にズー
グレアの繁殖が活発となり、ズーグレアが活発に汚泥を
分解吸収した結果大変浄化が進む。第一曝気槽７にはツ
リガネムシ、マルイタケムシ、ワムシ等の大型微生物の
繁殖が確認され、第一沈殿槽４ａ内には極めて多量に大
型微生物が確認された。従来の方法では、第一曝気槽に
大型微生物が繁殖することは殆どないのが普通である。

【００４３】また、通常、ＤＯ値が２ｍｇ／ｌの条件下
で、ＢＯＤ値が３０ｍｇ／ｌ程度の貧栄養状態になり硝
化反応が急速に進みＢＯＤ値が１０ｍｇ／ｌの状態では
アンモニア態チッソの９０％は除去されている。本試験
ではＢＯＤ値が３ｍｇ／ｌなので、処理されて出たチッ
ソ（Ｎ₂）ガスは大気中に放散されてしまいアンモニア
が発生されず悪臭は全くない。汚泥の分解吸収が進みＢ
ＯＤ（ｍｇ／ｌ）値が「５２０」から「３」へと急速に
低下し、汚水が清浄化されると、水の分子が微小クラス
タ−となっているとともに水が清浄化されているので酸
素溶解許容能力が増加しここへ散気管でエアレ−ション
すると酸素が再度多量に溶解する。

【００４４】本実施例１の実験前に、混合機５ａを用い
ない旧装置で処理していた時には、処理能力が３００ｍ
^３／日であったが、本発明の実験によれば、汚泥が極め
て効率良く分解吸収され、処理能力が旧装置の約倍であ
る６６０ｍ^３／日と飛躍的に良くなった。

【００４５】また、接触曝気方式での曝気能力を比較す
ると従来の場合は通常ＢＯＤ容積負荷が０．２５ｋｇ・
日であり流入ＢＯＤ量は、ＢＯＤが６４０ｍｇ／ｌであ
ったから６４０ｍｇ／ｌ×６６０ｍ³／日÷１０００＝
４２２ｋｇ・日でありとなるが、本実施例１においてはＢＯＤ容積負荷が１．
４９ｋｇ／ｍ³・日（因みに、長時間曝気法では０．３
ｋｇ／ｍ³・日程度、接触曝気法では０．２５ｋｇ／ｍ³
・日程度、純酸素法では２．０〜３．０ｋｇ／ｍ³・日
程度）でありである。したがって、これは従来の接触曝気法よりも約
６倍の曝気能力である。

【００４６】純酸素法は、溶存酸素を高濃度化した汚水
を汚水処理槽に入れても初期酸素要求量は極めて大きい
ので酸素消失も早く、酸素を一旦消失すると、ＤＯ（ｍ
ｇ／ｌ）値を上げるには送風装置によって酸素を送って
補うことを必要とする。したがって、処理を稼動維持す
るためには純酸素法の酸素濃度を示す図５のように反応
槽内に断続的に繰り返し酸素を供給しなければならない
難点がある。本発明によれば、気泡が長期間消失しない
ので、空気によるエアレーションによって溶存酸素を再
度高濃度化することができる。

【００４７】また、前記反応促進気体に、オゾンなどの
有害細菌選択滅菌ガスを微量含有させるものである。さ
らに、前記微生物学的処理工程において、処理中又は処
理後の汚水を気固液微細化手段に循環させるものであ
る。

【００４８】この曝気槽内の汚泥には大量に微細気泡が
あり、すでに溶存酸素が高濃度で存在するのでエアレ−
ションは補助的なものであり、また攪拌機は、酸素が行
渡るように均一に攪拌するというよりは汚泥物質をかき
混ぜるという意味で使用するのであるから小型、低速で
あっても充分である。また、通常は曝気槽は段階的に処
理するために３〜５槽列ねて設けるが、本発明において
は二倍ないし三倍程度処理能力が向上するので、同等の
処理能力を発揮させるためには、その半分の１〜２槽で
足りる。

【００４９】またこの実施例１では、微生物活着材６と
しては、ここではハニカム状の微生物活着材を用いた
が、粒状、紐状、網状等の各種提供されている。この微
細気泡の作用とあいまって活着材に付着して繁殖する好
気性微生物が汚泥を高効率に分解吸収するので余剰汚泥
の発生が殆どなくなる。上澄水を得るには発生する余剰
汚泥の量によっては沈殿槽を縮小したり、簡略的な分離
槽で充分である。

【００５０】さらにまた別の態様として、曝気槽から処
理中の汚水を気固液微細化手段に再循環させることによ
って汚泥中の溶存酸素を常に高濃度に維持して好気性微
生物を肥大増殖させて高効率に汚泥が分解吸収される。
また、以上の各種態様を汚泥の種類、目的、規模などに
合せて好気性と嫌気性とを併用して効率よく組合せたり
することにより装置全体を高効率化、超小型化すること
が可能となる。

【００５１】また、本発明の使用可能な微生物学的処理
方式は、好気性微生物学的処理工程は、エアレ−ション
方式、散水ろ床方式、ラグ−ン方式、生物濾過槽方式又
は回転板接触方式があり、嫌気性微生物学的処理工程
は、消化槽方式、流動床方式、又は固定床方式がある。
さらに詳しくは、活性汚泥方式、接触曝気式活性汚泥方
式、流動床リアクタ方式、固定床リアクタ方式、回分式
活性汚泥方式、散水瀘床方式、回遊式間欠曝気方式、回
転板接触方式又は長時間曝気方式を含むものである。

【００５２】

【発明の効果】本発明の気固液微細化手段による汚水処
理方法によって、極めて高効率（接触曝気方式の約６倍
の能力）に汚水処理が可能となり、同じ処理能力を確保
するのに、曝気槽の数を削減したり、処理装置全体を小
型化して装置の設置空間を節約することができる。ま
た、空気を均一行き渡らせるための攪拌は必要ではな
く、エアレ−ション装置のランニングのための電力消費
が大幅に削減できる。さらに、発生する余剰汚泥の量が
極めて少ないので、排出汚泥処理のための廃棄物処理場
の確保を容易にする。これにより汚水処理装置の普及が
前進し、排水公害防止対策に大きく寄与することがで
き、電力消費も少なく省資源エネルギ−対策にも貢献す
ることが明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】水のクラスターについての比較を示すグラフ図

【図２】オゾンを用いた場合のフロー図

【図３】本発明の実施例１の原理的フロー図

【図４】本発明の実施例１を示すフロー図

【図５】従来の純酸素法の酸素濃度変化の一例を示すグ
ラフ図

【図６】本発明の処理工程が嫌気性と好気性の連結であ
る場合のフローシート

【図７】本発明の長時間曝気方式におけるフローシート

【符号の説明】

１調整槽２気固液微細化処理槽３曝気槽３ａ第一曝気槽３ｂ第二曝気槽４沈殿槽４ａ第一沈殿槽４ｂ第二沈殿槽４ｃ余剰汚泥沈殿槽５気固液微細化装置５ａ混合機６微生物活着材７オゾン発生機８上澄液９汚水１０反応促進気体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微生物学的汚水処理方式による汚水処理
方法において、液送管径の変化による加圧と減圧の繰返
しで流体中の気体、固体、液体を同時的に微細化処理す
る気固液微細化手段を用い、その気固液微細化手段に対
して水圧は約１．７ｋｆｇ／ｃｍ ^２以上、気体の注入圧
は水圧の約１．７倍以上、気体注入量を汚水に対して体
積比約３０％以上、通水時間約１０分間以上の稼動条件
下で、汚水に含まれる水分子は微小クラスターにし、汚
泥分は１０μｍ以下にし、その汚水中に同時的に注入す
る反応促進気体の泡径は１０μｍ以下に微細化処理して
汚水が白濁状態になった後にその白濁汚水を微生物学的
処理工程に導くことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項２】微生物学的処理工程での処理中又は処理
後の汚水を気固液微細化手段に循環させることを特徴と
する請求項１に記載の汚水処理方法。
【請求項３】反応促進気体が、微生物の種類を選択し
てその微生物を滅菌する気体を含有する気体である請求
項１又は２に記載の汚水処理方法。
【請求項４】反応促進気体が、純酸素又は酸素を含有
する気体であるである請求項１乃至３のうちいずれか一
項に記載の汚水処理方法。
【請求項５】反応促進気体が、オゾンを含有する気体
である請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の汚水
処理方法。