JP3743771B2 - 無動力排水処理方法 - Google Patents
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- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水その他の排水に対する無動力排水処理に係り、詳しくは、酸素透過膜を用いて自然通気により排水中の有機物および／または窒素を除去するための無動力排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排水処理施設においては、下水その他の排水に酸素を供給して有機物処理をおこなうことが行われてきた。ここでは、酸素供給を曝気に依存する場合が多く、送気のための動力が必要である。
【０００３】
また、富栄養化対策のための窒素等の栄養塩削減も必要であることから、水素供与体（例えばメタノール）を供給する等の必要があった。
【０００４】
したがって、これらを無視して設備コストや運転コスト（エネルギコストを含む。）を抑制することはできなかった。なお、設備コストは、動力源を附属した固定施設に対するものである。
【０００５】
ところで、酸素供給エネルギを全く必要としない排水処理方法として、酸化池法（ラグーン法）が知られているが、１ケ月以上の長期間を要することや広大な面積を要すること等の点で、本邦では実用化までに至っていないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排水中の有機物のみならず窒素等の栄養塩の削減を求めようとするとき、排水処理技術はより複雑化、かつ高度化に向かい、コスト削減を困難なものとしている。
【０００７】
こうしたなかで、本発明者らは、設備コストやランニングコストの削減（省エネルギを含む。）に関する経済効果と、電気その他のエネルギ供給が難しい地域に対しても機動的に適用可能な立地性を兼備した無動力排水処理について調査研究を進めてきた。
【０００８】
ここでは、従来的な曝気処理と同程度の処理能力、及び専有面積の縮小が約束されなければないらない。
【０００９】
そして、無動力でおこなう排水処理技術の開発がゆるぎない技術解決課題であると認識するにいたった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、大気中の酸素を利用することにより従来的な曝気手段を排して有機物処理をおこない、しかも生物膜を自然形成して脱窒反応を進行させることにより富栄養化対策を兼備する無動力でおこなう排水処理方法と提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明は、下水その他の排水と大気との間に酸素透過膜を介して気液分離界面を形成し、自然通気により排水中の有機物および／または窒素を除去するための無動力排水処理方法であって、排水と大気との間に酸素透過膜を介して気液分離界面を形成し、自然通気により排水中に大気酸素を取り込み、膜表面に発生する生物膜により有機物の好気性処理をおこなうとともに、排水中のアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成し、該硝酸性窒素を生物膜から遠ざかる嫌気環境下の排水中に拡散させて脱窒反応をおこなわせるようにしたことを特徴するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図１に排水処理機構の原理的説明図を示すように、上記構成において、少なくとも以下の処理工程を包含している。
【００１３】
（１）酸素透過膜を介して排水中に大気酸素を取り込み、膜表面に発生する生物膜により有機物の好気性処理(CO2分離）をおこなう。
【００１４】
（２）排水中のアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成する。
【００１５】
（３）硝酸性窒素を生物膜から遠ざかる嫌気環境下の排水中に拡散させて脱窒反応（N2分離）をおこなわせる。
【００１６】
（４）被処理排水を受け入れ、処理排水を系外に排出する。
【００１７】
ここで、酸素透過膜を筒状又はチューブ状に形成し、その中空部に排水導入して大気中に設置するか〔後述の膜内通水法。〕、又は大気導入して排水中に設置すること〔酸素透過膜浸漬法。〕により気液分離するようにしている。なお、酸素透過膜の素材にはシリコン樹脂、及び布帛の表面にシリコン樹脂を被覆したものを用いることができる。
【００１８】
したがって、無動力排水処理装置の構成は、排水と大気との間に気液分離界面を形成する酸素透過膜を介設し、自然通気により排水中に大気酸素を取り込み、膜表面に発生する生物膜により有機物の好気性処理をおこなうとともに、排水中のアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成し、生物膜から遠ざかる嫌気環境下の排水中に拡散させて脱窒反応をおこなわせる酸化還元機構を具備するものとなる。〔後述〕
【００１９】
（実施例１）
本発明の一実施例である膜内通水法〔以下、実施例方法１。〕を技術手段として具体化した装置構成を図２に示す。
【００２０】
図示するように、実施例方法１では、膜チューブ内に排水（以下、汚水。）を通し、通過する間に有機物、窒素を除去するようにしている。
【００２１】
処理工程（又は処理機構）は先述のとおりであるが、図示の装置構成にしたがって具体的に述べておく。
【００２２】
（１）筒状の酸素透過膜直近（内壁）には大気から拡散した酸素を利用する好気性微生物が増殖し、生物膜を形成する。
【００２３】
（1'）汚水中の有機物は、生物膜により酸化、分解される。また、窒素は、この生物膜内で酸化され硝酸性窒素を生成する。（図中、膜直近：好気。）
【００２４】
（２）生成された硝酸性窒素は、膜から離れた嫌気部分（図中、遠隔部：嫌気。）に拡散し、脱窒菌により窒素ガスに還元される。
【００２５】
（３）筒内に発生した（微）生物膜は成長後脱落し、汚泥として沈殿堆積する。
【００２６】
（４）沈殿槽に新たな汚水を流入して、筒上部から処理水を流出させ処理を一巡する。そして、（５）上記（１）〜（４）のプロセスを反復することで連続的に処理を進行させる。
【００２７】
（実施例２）
本発明の他の実施例である酸素透過膜浸漬法〔以下、実施例方法２。〕を技術手段として具体化した装置構成を図３に示す。
【００２８】
図示するように、実施例方法２では、汚水中に両端を大気開放したチューブ状の酸素透過膜を、半区画壁を設けた沈殿槽の片側（処理側）に懸垂させて浸漬し、膜チューブ内から外部の汚水中に酸素が透過することで有機物、窒素を除去するようにしている。
【００２９】
処理工程（又は処理機構）は実施例方法１の（１）〜（３）と同様である。なお、筒はチューブと読み替えて理解されたい。
【００３０】
図３から容易に把握されるように、沈殿槽上部の一方から新たな汚水を流入して、他方（処理側）の沈殿槽上部から処理水を流出させ処理を一巡する（４）。そして、上記プロセスを反復することで連続的に処理を進行させる（５）。
【００３１】
参考までに、実験的事実に基づく本発明方法の処理能力を表１に示し、開発装置（本発明方法）と合併処理浄化槽（従来方法）との効果の対比を表２に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】
【表２】
【００３４】
表２から理解されるように、以下（イ）〜（ニ）について考察又は評価することができる。
【００３５】
（イ）処理効率について
本発明方法では、汚水中に溶存酸素濃度の偏りが生じ、槽内に好気部分と嫌気部分が形成されるため、同一槽内で効率的な窒素の除去を行わせることができる。これに対し、従来方法では曝気を行うため、槽内が一様に好気状態となり、窒素除去効率が低くなってしまう。そこで、窒素除去を効果的に行うために、別途嫌気槽を設けて送液する必要があった。
【００３６】
（ロ）酸素供給について
本発明方法では、酸素の供給が大気からの自然拡散にのみ依存しているため、強制送気に動力を用いる場合（従来方法）のエネルギ供給が不要となる。
【００３７】
（ハ）汚泥発生量について
本発明方法では、処理槽の下層部は嫌気状態であるため、汚泥の発生量が少ない。これに対し、従来方法では好気性処理が主であるため、生成する汚泥量が多い。
【００３８】
（ニ）メンテナンス及び運転コストについて
本発明方法では動力源を持たないため維持管理が極めて容易であり、かつ運転コストも安価に抑えることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は以上の構成よりなるものであり、これによれば極めて簡素な手法でエネルギを必要としない有機物と窒素を同時的に除去するための無動力排水処理が可能である。
【００４０】
また、自然通気によるので、当然に低コストであり、地域性（立地条件）に係る制限がない（機動性がある）。
【００４１】
したがって、既存の排水処理施設の代替処理法として適用可能であり、コスト削減や自然公園、畜舎その他の水質保全を要する利用先の拡大等、行政施策としての推進が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排水処理機構の原理的説明図である。
【図２】膜内通水法〔実施例方法１〕の装置構成を示す説明図である。
【図３】酸素透過膜浸漬法〔実施例方法２〕の装置構成を示す説明図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水その他の排水に対する無動力排水処理に係り、詳しくは、酸素透過膜を用いて自然通気により排水中の有機物および／または窒素を除去するための無動力排水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排水処理施設においては、下水その他の排水に酸素を供給して有機物処理をおこなうことが行われてきた。ここでは、酸素供給を曝気に依存する場合が多く、送気のための動力が必要である。
【０００３】
また、富栄養化対策のための窒素等の栄養塩削減も必要であることから、水素供与体（例えばメタノール）を供給する等の必要があった。
【０００４】
したがって、これらを無視して設備コストや運転コスト（エネルギコストを含む。）を抑制することはできなかった。なお、設備コストは、動力源を附属した固定施設に対するものである。
【０００５】
ところで、酸素供給エネルギを全く必要としない排水処理方法として、酸化池法（ラグーン法）が知られているが、１ケ月以上の長期間を要することや広大な面積を要すること等の点で、本邦では実用化までに至っていないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排水中の有機物のみならず窒素等の栄養塩の削減を求めようとするとき、排水処理技術はより複雑化、かつ高度化に向かい、コスト削減を困難なものとしている。
【０００７】
こうしたなかで、本発明者らは、設備コストやランニングコストの削減（省エネルギを含む。）に関する経済効果と、電気その他のエネルギ供給が難しい地域に対しても機動的に適用可能な立地性を兼備した無動力排水処理について調査研究を進めてきた。
【０００８】
ここでは、従来的な曝気処理と同程度の処理能力、及び専有面積の縮小が約束されなければないらない。
【０００９】
そして、無動力でおこなう排水処理技術の開発がゆるぎない技術解決課題であると認識するにいたった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、大気中の酸素を利用することにより従来的な曝気手段を排して有機物処理をおこない、しかも生物膜を自然形成して脱窒反応を進行させることにより富栄養化対策を兼備する無動力でおこなう排水処理方法と提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するために本発明は、下水その他の排水と大気との間に酸素透過膜を介して気液分離界面を形成し、自然通気により排水中の有機物および／または窒素を除去するための無動力排水処理方法であって、排水と大気との間に酸素透過膜を介して気液分離界面を形成し、自然通気により排水中に大気酸素を取り込み、膜表面に発生する生物膜により有機物の好気性処理をおこなうとともに、排水中のアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成し、該硝酸性窒素を生物膜から遠ざかる嫌気環境下の排水中に拡散させて脱窒反応をおこなわせるようにしたことを特徴するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図１に排水処理機構の原理的説明図を示すように、上記構成において、少なくとも以下の処理工程を包含している。
【００１３】
（１）酸素透過膜を介して排水中に大気酸素を取り込み、膜表面に発生する生物膜により有機物の好気性処理(CO2分離）をおこなう。
【００１４】
（２）排水中のアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成する。
【００１５】
（３）硝酸性窒素を生物膜から遠ざかる嫌気環境下の排水中に拡散させて脱窒反応（N2分離）をおこなわせる。
【００１６】
（４）被処理排水を受け入れ、処理排水を系外に排出する。
【００１７】
ここで、酸素透過膜を筒状又はチューブ状に形成し、その中空部に排水導入して大気中に設置するか〔後述の膜内通水法。〕、又は大気導入して排水中に設置すること〔酸素透過膜浸漬法。〕により気液分離するようにしている。なお、酸素透過膜の素材にはシリコン樹脂、及び布帛の表面にシリコン樹脂を被覆したものを用いることができる。
【００１８】
したがって、無動力排水処理装置の構成は、排水と大気との間に気液分離界面を形成する酸素透過膜を介設し、自然通気により排水中に大気酸素を取り込み、膜表面に発生する生物膜により有機物の好気性処理をおこなうとともに、排水中のアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成し、生物膜から遠ざかる嫌気環境下の排水中に拡散させて脱窒反応をおこなわせる酸化還元機構を具備するものとなる。〔後述〕
【００１９】
（実施例１）
本発明の一実施例である膜内通水法〔以下、実施例方法１。〕を技術手段として具体化した装置構成を図２に示す。
【００２０】
図示するように、実施例方法１では、膜チューブ内に排水（以下、汚水。）を通し、通過する間に有機物、窒素を除去するようにしている。
【００２１】
処理工程（又は処理機構）は先述のとおりであるが、図示の装置構成にしたがって具体的に述べておく。
【００２２】
（１）筒状の酸素透過膜直近（内壁）には大気から拡散した酸素を利用する好気性微生物が増殖し、生物膜を形成する。
【００２３】
（1'）汚水中の有機物は、生物膜により酸化、分解される。また、窒素は、この生物膜内で酸化され硝酸性窒素を生成する。（図中、膜直近：好気。）
【００２４】
（２）生成された硝酸性窒素は、膜から離れた嫌気部分（図中、遠隔部：嫌気。）に拡散し、脱窒菌により窒素ガスに還元される。
【００２５】
（３）筒内に発生した（微）生物膜は成長後脱落し、汚泥として沈殿堆積する。
【００２６】
（４）沈殿槽に新たな汚水を流入して、筒上部から処理水を流出させ処理を一巡する。そして、（５）上記（１）〜（４）のプロセスを反復することで連続的に処理を進行させる。
【００２７】
（実施例２）
本発明の他の実施例である酸素透過膜浸漬法〔以下、実施例方法２。〕を技術手段として具体化した装置構成を図３に示す。
【００２８】
図示するように、実施例方法２では、汚水中に両端を大気開放したチューブ状の酸素透過膜を、半区画壁を設けた沈殿槽の片側（処理側）に懸垂させて浸漬し、膜チューブ内から外部の汚水中に酸素が透過することで有機物、窒素を除去するようにしている。
【００２９】
処理工程（又は処理機構）は実施例方法１の（１）〜（３）と同様である。なお、筒はチューブと読み替えて理解されたい。
【００３０】
図３から容易に把握されるように、沈殿槽上部の一方から新たな汚水を流入して、他方（処理側）の沈殿槽上部から処理水を流出させ処理を一巡する（４）。そして、上記プロセスを反復することで連続的に処理を進行させる（５）。
【００３１】
参考までに、実験的事実に基づく本発明方法の処理能力を表１に示し、開発装置（本発明方法）と合併処理浄化槽（従来方法）との効果の対比を表２に示す。
【００３２】
【表１】
【表２】
表２から理解されるように、以下（イ）〜（ニ）について考察又は評価することができる。
【００３５】
（イ）処理効率について
本発明方法では、汚水中に溶存酸素濃度の偏りが生じ、槽内に好気部分と嫌気部分が形成されるため、同一槽内で効率的な窒素の除去を行わせることができる。これに対し、従来方法では曝気を行うため、槽内が一様に好気状態となり、窒素除去効率が低くなってしまう。そこで、窒素除去を効果的に行うために、別途嫌気槽を設けて送液する必要があった。
【００３６】
（ロ）酸素供給について
本発明方法では、酸素の供給が大気からの自然拡散にのみ依存しているため、強制送気に動力を用いる場合（従来方法）のエネルギ供給が不要となる。
【００３７】
（ハ）汚泥発生量について
本発明方法では、処理槽の下層部は嫌気状態であるため、汚泥の発生量が少ない。これに対し、従来方法では好気性処理が主であるため、生成する汚泥量が多い。
【００３８】
（ニ）メンテナンス及び運転コストについて
本発明方法では動力源を持たないため維持管理が極めて容易であり、かつ運転コストも安価に抑えることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は以上の構成よりなるものであり、これによれば極めて簡素な手法でエネルギを必要としない有機物と窒素を同時的に除去するための無動力排水処理が可能である。
【００４０】
また、自然通気によるので、当然に低コストであり、地域性（立地条件）に係る制限がない（機動性がある）。
【００４１】
したがって、既存の排水処理施設の代替処理法として適用可能であり、コスト削減や自然公園、畜舎その他の水質保全を要する利用先の拡大等、行政施策としての推進が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排水処理機構の原理的説明図である。
【図２】膜内通水法〔実施例方法１〕の装置構成を示す説明図である。
【図３】酸素透過膜浸漬法〔実施例方法２〕の装置構成を示す説明図である。
Claims (1)
- 下水その他の排水と大気との間に酸素透過膜を介して気液分離界面を形成し、自然通気により排水中の有機物および／または窒素を除去するために、少なくとも以下の処理工程；
（１）酸素透過膜を介して排水中に大気酸素を取り込み、膜表面に発生する生物膜により有機物の好気性処理をおこなう。
（２）排水中のアンモニア性窒素を酸化して硝酸性窒素を生成する。
（３）硝酸性窒素を生物膜から遠ざかる嫌気環境下の排水中に拡散させて脱窒反応をおこなわせる。
を包含する無動力排水処理方法であって、
前記酸素透過膜を筒状又はチューブ状に形成し、その中空部に排水導入して大気中に設置するか、又は大気導入して排水中に設置する膜配置により気液分離するとともに、自然拡散のみに依存する酸素供給を確保し、前記膜表面に生物膜を自然形成し、かつ、排水中の溶存酸素濃度の偏りに基づく好気部分と嫌気部分を環境形成するようにしたことを特徴とする無動力排水処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016716A JP3743771B2 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 無動力排水処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002016716A JP3743771B2 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 無動力排水処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003211185A JP2003211185A (ja) | 2003-07-29 |
| JP3743771B2 true JP3743771B2 (ja) | 2006-02-08 |
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| JP2002016716A Expired - Fee Related JP3743771B2 (ja) | 2002-01-25 | 2002-01-25 | 無動力排水処理方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101198555A (zh) * | 2005-06-15 | 2008-06-11 | 财团法人电力中央研究所 | 微生物活性控制物质供给方法及其装置以及利用该装置的环境净化方法及生物反应器 |
| WO2019189552A1 (ja) | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 積水化学工業株式会社 | シート積層体、気体供給体用袋の製造方法、気体供給体、供給体ユニット、及び廃水処理装置 |
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| WO2006135028A1 (ja) * | 2005-06-15 | 2006-12-21 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | 微生物活性制御物質供給方法及びその装置並びにそれを利用した環境浄化方法及びバイオリアクター |
| JP4671432B2 (ja) * | 2006-05-02 | 2011-04-20 | 財団法人電力中央研究所 | 重金属含有液の処理方法 |
| JP2008150234A (ja) * | 2006-12-15 | 2008-07-03 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | 酸素供給方法及び装置 |
| JP5039093B2 (ja) * | 2009-06-15 | 2012-10-03 | 株式会社栄電社 | バイオリアクター素子の製造方法 |
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| AU2015313807B2 (en) | 2014-09-08 | 2020-10-01 | Emefcy Ltd. | Module, reactor, system and method for treating water |
| JP6451724B2 (ja) | 2016-12-01 | 2019-01-16 | 栗田工業株式会社 | 生物活性炭処理装置 |
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| JP7144235B2 (ja) * | 2018-08-21 | 2022-09-29 | 積水化学工業株式会社 | 廃水処理装置 |
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2002
- 2002-01-25 JP JP2002016716A patent/JP3743771B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101198555A (zh) * | 2005-06-15 | 2008-06-11 | 财团法人电力中央研究所 | 微生物活性控制物质供给方法及其装置以及利用该装置的环境净化方法及生物反应器 |
| WO2019189552A1 (ja) | 2018-03-28 | 2019-10-03 | 積水化学工業株式会社 | シート積層体、気体供給体用袋の製造方法、気体供給体、供給体ユニット、及び廃水処理装置 |
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|---|---|
| JP2003211185A (ja) | 2003-07-29 |
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