JP4482419B2

JP4482419B2 - 廃水処理装置

Info

Publication number: JP4482419B2
Application number: JP2004304188A
Authority: JP
Inventors: 道明岡本; 英嗣岡田; 道教茂木
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Japan Environment Research Co Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Japan Environment Research Co Ltd
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: JP2006116377A

Description

本発明は、好気性微生物の増殖と代謝活性とを利用して廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理装置に関する。

廃水の流入口と流出口とを有する貯水槽と、多数の透孔を有して貯水槽内に配置された案内管と、腐植物質を含有して案内管内に収容された多数の濾材とから構成され、濾材と廃水とを接触させることで廃水中の土壌細菌を培養し、土壌細菌を利用して廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理装置がある（特許文献１参照）。

案内管には、その内部に加圧空気を供給する送気管が連結されている。貯水槽内の廃水は、送気管から案内管に供給された空気によって案内管の底部から頂部へ向かって流動し、さらに、案内管の頂部から底部に向かって流動する。案内管に収容された濾材は、案内管内における廃水の流動にともなって案内管内を循環する。
特開２００１−３４０８８７号公報

特許文献１に開示の装置は、案内管を循環する濾材どうしが案内管内において互いに衝突を繰り返すので、それら濾材が摩耗したり損壊することはもちろん、細菌が濾材表面に生物膜を形成し難く、細菌を貯水槽内で早期に増殖させることが難しい。また、この装置は、送気管から案内管に塊状の空気が供給されるので、案内管内の濾材に効率よく空気を接触させることができないのみならず、廃水や濾材に空気中の酸素が十分に供給されず、曝気槽内での細菌の増殖と活性化とが緩慢となり、廃水中の有機物の分解に長時間を要する。

本発明の目的は、廃水や濾材に空気中の酸素を十分に供給することができ、濾材表面における微生物の増殖と活性化とを促進させ、廃水中の有機物を短時間に分解することができる廃水処理装置を提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、表面に好気性微生物を付着させる多数の粒状濾材を収容する容器と、容器を収容しつつ所定量の廃水を貯水する曝気槽と、曝気槽内の廃水に空気を供給する散気器とを有し、微生物の増殖と代謝活性とを利用して廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理装置である。

前記前提における本発明の特徴は、曝気槽が、廃水を流入させる流入口と、微生物の好気的分解によって得られた処理水を流出させる流出口とを有し、容器が、底壁および該底壁の周縁部から上方へ延びる周壁と、周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、容器の底壁が、濾材が通過不能かつ空気が通過可能な多数の貫通孔を有するとともに、頂部開口へ向かって凹む上げ底状を呈し、散気器が、曝気槽の底壁と容器の底壁との間に配置されていることにある。

本発明は、以下の実施態様を有する。
（１）本発明の実施態様の一例は、容器の周壁が円筒状を呈し、容器の底壁が頂部開口へ向かって凹む半球状を呈する。
（２）本発明の実施態様の他の一例は、容器の周壁が濾材が通過不能かつ空気が通過可能な多数の貫通孔を有する。
（３）本発明の実施態様の他の一例は、散気器の空気供給量が廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にある。
（４）本発明の実施態様の他の一例は、曝気槽が該曝気槽内の廃水を加熱するヒータを備え、曝気槽内の廃水温度がヒータによって２０〜３７℃に保持される。
（５）本発明の実施態様の他の一例は、曝気槽が該曝気槽内の廃水を容器の底壁から頂部開口へ向かって流動させる循環ポンプを備え、曝気槽内における廃水の流速が１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にある。
（６）本発明の実施態様の他の一例は、曝気槽の廃水貯水量が２００〜１０００リットルの範囲にある。
（７）本発明の実施態様の他の一例は、濾材が１０〜１２０μｍの繊維間隙を有する通気通水性繊維不織布から形成された袋に収納され、濾材が袋とともに容器に収容される。
（８）本発明の実施態様の他の一例は、濾材が１．３〜２．０ｍｍの平均粒径を有して有機物を吸着する活性炭から形成されている。

本発明に係る廃水処理装置によれば、曝気槽に収容される容器の底壁が頂部開口へ向かって凹む上げ底状を呈するので、散気器から容器の底壁に供給された気泡状の空気が容器底壁の周縁部から外側に漏れてしまうことはなく、散気器から供給される空気を無駄なく容器内に通気することができる。この装置は、容器に収容された粒状濾材に空気中の酸素が十分に供給されるので、濾材表面における好気性微生物の増殖と活性化とが促進され、廃水中の微生物が濾材表面に生物膜を短時間に形成し、微生物を利用して短時間に廃水に含まれる有機物を分解することができる。

容器の周壁が円筒状を呈するとともに容器の底壁が頂部開口へ向かって凹む半球状を呈する装置は、散気器から容器の底壁に供給される気泡状の空気を底壁の周縁部の外側に漏らすことなく、空気を容器の底壁から容器内に確実に通気することができる。この装置では、散気器から供給される空気が廃水中で塊状となって容器の底壁に達したとしても、空気が底壁の周縁部から中央部に向かって浮上する過程で貫通孔を通過し、塊状の空気が貫通孔で分散されて再び気泡状となって容器内に進入する。この装置では、常時気泡状の空気を容器内に通気することができるので、容器内の濾材すべてに空気を満遍なく接触させることができ、濾材表面における微生物の増殖と活性化とを確実に促進させることができる。

容器の周壁が濾材が通過不能かつ空気が通過可能な多数の貫通孔を有する装置では、曝気槽内の廃水を容器の周壁を介して濾材に接触させることができ、濾材表面に形成された生物膜中の微生物に廃水中の有機物を効率よく分解させることができる。

散気器の空気供給量が廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にある装置では、容器内の濾材に空気中の酸素を十分に供給することができ、濾材表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができるので、微生物が濾材表面に短時間に生物膜を形成する。この装置は、廃水中における空気の浮上によって容器内の廃水に旋回流が生じたとしても、濾材どうしが容器内で激しく衝突することがなく、濾材が損壊することや濾材表面に形成された生物膜が剥離することがない。

曝気槽が槽内の廃水温度を２０〜３７℃に保持するヒータを備えた装置は、曝気槽における微生物の増殖に最適な温度環境を作ることができ、廃水中や濾材表面における微生物の増殖と活性化とが確実に促進され、廃水中の有機物を微生物に短時間に分解させることができる。

曝気槽が槽内の廃水を循環させるポンプを備え、槽内における廃水の流速が１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にある装置は、曝気槽内における廃水の停滞を防ぐことができ、廃水を容器内の濾材に確実に接触させることができる。この装置は、廃水の流速が１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にあるので、濾材どうしが容器内で衝突したとしても、その衝撃が小さく、濾材が損壊することや濾材表面に形成された生物膜が剥離することはない。

曝気槽の廃水貯水量が２００〜１０００リットルの範囲にある装置は、装置自体の小型化を図ることができ、装置を限られた施設内に容易に設置することができる。この装置は、曝気槽の廃水貯水量が大容量の場合と異なり、廃水処理の必要性に応じて装置の運転と停止とを自由に行うことができ、施設の廃水排出量に適応しつつ廃水を短時間に処理することができる。

濾材が１０〜１２０μｍの繊維間隙を有する通気通水性繊維不織布から形成された袋に収納され、濾材が袋とともに容器に収容される装置では、容器の底壁や周壁に対する濾材の衝突を防ぐことができ、濾材の損壊や濾材表面に形成された生物膜の剥離を確実に防ぐことができる。この装置では、微生物が濾材表面に生物膜を形成することはもちろん、微生物が不織布を構成する繊維周面に生物膜を形成するので、濾材表面と繊維表面とに形成された生物膜中の微生物によって廃水中の有機物が一層短時間に分解される。

濾材が１．３〜２．０ｍｍの平均粒径を有して有機物を吸着する活性炭から形成された装置では、廃水中の有機物が濾材を形成する活性炭に吸着されるとともに、微生物が活性炭の表面に生物膜を作るので、廃水中の有機物と微生物とが活性炭に集中し、活性炭と微生物との生物再生を利用しつつ、活性炭の有機物吸着作用と有機物に対する微生物の生分解との相乗効果によって短時間に効率よく有機物を分解することができる。

添付の図面を参照し、本発明に係る廃水処理装置の詳細を説明すると、以下のとおりである。

図１，２は、一例として示す廃水処理装置１Ａの斜視図と、容器３と曝気槽５とを分離して示す図１の装置１Ａの斜視図とであり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線端面図である。図１では、曝気槽５内に貯水された廃水４の流れを矢印で示す。廃水処理装置１Ａは、粒状活性炭２（粒状濾材）を収容する容器３と、容器３を収容しつつ所定量の廃水４を貯水する曝気槽５と、曝気槽５内に配置された散気器６およびヒータ７と、廃水を曝気槽５内において循環させるポンプ８とから構成されている。

容器３は、底壁９と、底壁９の周縁部９ａから上方へ延びる周壁１０と、周壁１０の頂縁に囲繞された頂部開口１１とを有する。容器３では、底壁９が開口１１へ向かって凹む上げ底半球状を呈し、周壁１０が円筒状を呈する。底壁９と周壁１０とは、それら壁９，１０を貫通する多数の貫通孔１２が形成された網の目状を呈する。活性炭２は、容器３に収容されている。貫通孔１２は、活性炭２が壁９，１０を通過して容器３の外側に漏れ出すことがないように、活性炭２の最小粒径よりも小さな開口径を有する。容器３では、廃水４や空気１３がそれら壁９，１０の貫通孔１２を通過することはできるが、活性炭２がそれら壁９，１０の貫通孔１２を通過することはできない。

曝気槽５は、底壁１４と、底壁１４の周縁部１４ａから上方へ延びる円筒状の周壁１５と、周壁１５の頂縁に囲繞された頂部開口１６とを有する。曝気槽５は、容器３全体を収容可能である。曝気槽５の周壁１５には、廃水４を流入させる流入口１７と、廃水４を処理した処理水を流出させる流出口１８とが形成されている。曝気槽５の開口１６には、後記する濃縮水が流入する配水管６５が位置している。

曝気槽５に容器３を収容すると、容器３が曝気槽５内の略中央に位置するとともに、容器３の底壁９が曝気槽５の底壁１４の中央部１４ｂに位置して底壁１４から上方へ所定寸法離間し、容器３の開口１１が曝気槽５の開口１６の下方に位置する。容器３の周壁１０は、曝気槽５の周壁１５から周方向内方へ所定寸法離間する。周壁１０と周壁１５との間には、スペース１９が形成される。曝気槽５に廃水４が流入すると、図１に示すように、容器３全体が廃水４に漬かる。

散気器６は、容器３の底壁９と曝気槽５の底壁１４との間に配置され、底壁９の直下に位置している。散気器６には、送風機（図示せず）が連結されている。散気器６は、その平面形状が底壁９の面積よりもわずかに大きい円形を呈する。ヒータ７は、曝気槽５の底壁１４に配置されている。ポンプ８から延びる吸水管２０は、曝気槽５の周壁１５の下方に連結されている。ポンプ８から延びる給水管２１は、曝気槽５の底壁１４の中央部１４ａに連結されている。

曝気槽には、１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個の好気性微生物を含む混合液と微生物の増殖を促進させる栄養源とが投入される（図示せず）。その後、散気器６から曝気槽５内の廃水４に気泡状の空気１３が供給され、ヒータ７によって曝気槽５内の廃水４が所定温度に加熱されるとともに、曝気槽５内の廃水４がポンプ８を介して循環する。散気器６から放出された空気１３は、底壁９の貫通孔１２を通過して容器３内に進入し、容器３内を頂部開口１１へ向かって浮上して廃水４の液面から外部に放出される。また、散気器６の周縁部から放出された空気１３は、スペース１９を浮上して廃水４の液面から外部に放出される。廃水４は、吸水管２０からポンプ８に吸水され、ポンプ８を介して給水管２１から曝気槽５内に送水される。

散気器６は容器３の底壁９よりもわずかに大きい円形を呈するので、気泡状の空気１３が容器３の底壁９全体に満遍なく供給され、空気１３が容器３内に一様に分布した状態で容器３内を上昇する。散気器６から供給される空気１３が廃水４中で塊状となって容器３の底壁９に達したとしても、空気１３が半球状を呈する底壁９の周縁部１４ａから中央部１４ｂに向かって浮上する過程で貫通孔１２を通過し、塊状の空気１３が貫通孔１２で分散されて再び気泡状となって容器３内に進入する。

曝気槽５内の廃水４は、散気器６から放出される空気１３とポンプ８による廃水４の吸水、送水とによって、容器３の底壁９から貫通孔１２を通り、容器３内を開口１１へ向かって上昇するとともに、開口１１から周壁１０と周壁１５との間のスペース１９を通って曝気槽５の底壁１４へ向かって下降する。容器３内では、廃水４の流動と空気１３の浮上とによって活性炭２が静かに浮上と沈降とを繰り返す。

廃水４に含まれる有機物は、曝気槽５内を循環する間に活性炭２に吸着される。微生物は、廃水４中の有機物と栄養源とを捕捉しながら廃水４中で次第に増殖、活性化し、時間の経過にともなって活性炭２の表面に生物膜を形成する。廃水４中の有機物は廃水４中の微生物によって分解され、活性炭２に吸着された有機物は生物膜中の微生物によって分解される。有機物が分解された廃水４は、処理水となって流出口１８から流出する。活性炭２は、それの有機物吸着能力が飽和したときに交換または再生処理が行われる。

装置１Ａでは、容器３の周壁１０が円筒状を呈するとともに容器３の底壁９が頂部開口１１へ向かって凹む半球状を呈するので、底壁９が扁平状を呈する場合と比較し、散気器６から容器３の底壁９に供給された気泡状の空気１３が底壁９の周縁部９ａから外側に漏れてしまうことはなく、散気器６から供給される空気１３を無駄なく容器３内に通気することができる。装置１Ａは、容器３に収容された活性炭２に空気１３中の酸素が十分に供給されるので、廃水４中の微生物が活性炭２の表面に生物膜を短時間に形成し、微生物を利用して短時間に廃水４に含まれる有機物を分解することができる。

装置１Ａでは、散気器６から供給される空気１３が廃水４中で塊状となって容器３の底壁９に達したとしても、塊状の空気１３が貫通孔１２で分散されて再び気泡状となって容器３内に進入するので、容器３内に常時気泡状の空気１３を供給することができ、容器３内の活性炭２すべてに空気１３を満遍なく接触させることができるとともに、活性炭２の表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができる。

装置１Ａは、容器３の周壁１０が活性炭２が通過不能かつ空気１３が通過可能な多数の貫通孔１２を有するので、周壁１０から容器３内に進入する廃水４を活性炭２に接触させ、活性炭２に廃水４中の有機物を効率よく吸着させることができるとともに、活性炭２の表面に形成された生物膜中の微生物に廃水４中の有機物や活性炭２に吸着された有機物を効率よく分解させることができる。

活性炭２は、その平均粒径が１．３〜２．０ｍｍの範囲にある。活性炭２の平均粒径が１．３ｍｍ未満では、活性炭２の比重にもよるが、廃水４の流動によって活性炭２が容器３の開口１１へ向かって容易に上昇し、活性炭２が開口１１から曝気槽５へ漏れ出してしまう場合がある。活性炭２の平均粒径が２．０ｍｍを超過すると、活性炭２が容器３内で静止してそれら活性炭２どうしが当接し、微生物が活性炭２の表面に生物膜を形成したときに、活性炭２どうしが生物膜で連結されてその自由度が失われる結果、活性炭２の有機物吸着能力が低下し、曝気槽５における廃水処理機能が低下する。

容器３の容積に対する活性炭２の充填密度は、４００〜４５０ｇ／リットルの範囲にある。活性炭２の充填密度が４００ｇ／リットル未満では、活性炭２の量が少なく、廃水４内の有機物の大部分を活性炭２に吸着させることができず、有機物が廃水４内に高い濃度で残存し、活性炭２の表面に形成された生物膜中の微生物による有機物の分解が不十分となる。活性炭２の充填密度が４５０ｇ／リットルを超過すると、活性炭２が容器３の底壁９に沈殿して容器３内で稠密に重なり合うので、容器３内の活性炭２に空気１３中の酸素を十分に供給することができず、活性炭２の表面における微生物の増殖と活性化とが緩慢となり、活性炭２表面における生物膜の形成に長時間を要する。活性炭２を前記充填密度で容器３に収容した装置１Ａでは、容器３内の活性炭２すべてに酸素が十分に供給され、活性炭２表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができ、微生物が活性炭２の表面に短時間に生物膜を形成する。

散気器６の空気供給量は、廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にある。空気供給量が廃水１リットル当たり０．０５リットル／ｍｉｎ未満では、廃水４中の微生物や活性炭２に十分な酸素が供給されず、微生物の増殖と活性化とが緩慢となり、有機物の分解に長時間を要する。空気供給量が廃水１リットル当たり０．１リットル／ｍｉｎを超過すると、廃水４中における空気１３の浮上によって容器３内の廃水４に必要以上の旋回流が生じ、容器４の底壁９に位置する活性炭２どうしが激しく衝突し、活性炭２が損壊したり、活性炭２の表面に形成された生物膜が剥離してしまう場合がある。空気供給量が前記範囲にある装置１Ａでは、容器３内の活性炭２すべてに酸素を十分に供給することができ、活性炭２表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができるので、微生物が活性炭２の表面に短時間に生物膜を形成する。さらに、活性炭２どうしが容器３内で激しく衝突することがないので、活性炭２が損壊することはなく、活性炭２の表面に形成された生物膜が剥離することがない。

曝気槽５内の廃水温度は、ヒータ７によって２０〜３７℃に保持されている。廃水温度が２０℃未満または廃水温度が３７℃を超過すると、微生物の増殖と活性化とが緩慢となり、有機物の分解に長時間を要する。廃水温度が前記範囲に保持された装置１Ａでは、最適な温度環境下に微生物の増殖と活性化とが促進され、廃水４中の有機物や活性炭２に吸着された有機物を微生物に短時間に分解させることができる。

曝気槽５内における廃水４の流速は、１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にある。廃水４の流速が１．２ｃｍ／ｓｅｃ未満では、曝気槽５内において廃水４が停滞し、廃水４を容器３内の活性炭２に十分に接触させることができず、廃水４に含まれる有機物を活性炭２に効率よく吸着させることができない。廃水４の流速が３．２ｃｍ／ｓｅｃを超過すると、容器３内に生じる旋回流によって活性炭２どうしが激しく衝突し、活性炭２が損壊したり、活性炭２の表面に形成された生物膜が剥離してしまう。廃水４の流速が前記範囲にある装置１Ａでは、曝気槽５内における廃水４の停滞を防ぐことができ、廃水４を容器３内の活性炭２に確実に接触させ、活性炭２に有機物を効率よく吸着させることができる。さらに、活性炭２どうしが容器３内で衝突したとしても、その衝撃が小さく、活性炭２が損壊することはなく、活性炭２の表面に形成された生物膜が剥離することはない。

曝気槽５に投入される混合液の割合は、曝気槽５内に流入する廃水４の単位体積に対して０．０５％以上である。混合液の割合が０．０５％未満では、廃水４の単位体積に対する微生物の量が少なく、微生物を短時間に増殖させることができず、廃水４中の有機物の分解に長時間を要する。混合液が前記割合で投入された装置１Ａでは、曝気槽５内における廃水４中の微生物の量が安定し、常時一定量の微生物を曝気槽５において確実に増殖、活性化させることができる。

曝気槽５の廃水貯水量は、２００〜１０００リットルの範囲にある。廃水貯水量が１０００リットルを超過すると、装置１Ａ自体が大型化し、装置１Ａを限られた施設に設置することができないのみならず、施設の廃水処理の必要性に応じて装置１Ａの運転と停止とを自由に行うことができず、施設の廃水排出量に適応しつつ廃水４を短時間に処理することができない。

図４は、廃水処理装置１Ａを使用した廃水処理プラント１００の一例を示す構成図である。図４では、廃水の流れを矢印で示す。装置１Ａを使用した廃水処理プラント１００は、原子力関連施設に設置されている。原子力関連施設には、原子力発電所、転換工場、濃縮工場、再処理工場、原子力研究所がある。ただし、プラント１００を設置する施設を原子力関連施設に限定するものではない。

このプラント１００は、好気性微生物の増殖と代謝活性とを利用して原子力関連施設で排出される廃水中の有機物を分解するとともに、廃水に含まれる放射性物質を除去する。有機物の分解と放射性物質の除去とが行われた処理水は、海洋や河川に放水される。プラント１００は、前処理工程１０１、生物処理工程１０２、濾過処理工程１０３、膜処理工程１０４、検査工程１０５とから形成されている。原子力関連施設における処理対象の廃水は、施設内で排出される機材の洗浄廃水や作業衣類等の洗濯廃水、厨房廃水、浴室廃水等の雑廃水（放射性物質に高度に汚染された水は除く）であり、それら廃水には微量の放射性物質が含まれている。このプラント１００を使用しない原子力関連施設では、通常、雑廃水に水を混入して希釈化したり、廃水を貯水槽に長期間貯留して放射能が規定値以下に減少したことを確認した後に処理しなければならい。

前処理工程１０１では、廃水に含まれる懸濁浮遊物質や油脂等の粗大なフロックが除去される。前処理工程１０１は、廃水受けタンク５０と、タンク５０内に設置された濾過器５１とから形成されている。廃水は、廃水管５２から濾過器５１に通水され、濾過器５１によって粗大なフロックが除去された後、タンク５０内に貯水される。タンク５０内の廃水は、必要に応じてＢＯＤ（生物化学的酸素消費量）やＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ（浮遊物質）、放射能量が検査される。濾過器５１内には、順に並ぶ金網、フィルタメッシュ０．１〜０．２ｍｍのバグフィルタが設置されている（図示せず）。金網やバグフィルタは、汚れに応じて洗浄または交換される。廃水は、処理の必要性に応じてタンク５０から生物処理工程１０２に送水される。

生物処理工程１０２では、微生物の増殖と代謝活性とを利用して廃水に含まれる有機物が分解される。生物処理工程１０２は、図１の装置１Ａから形成されている。装置１Ａは、配水管５３を介して廃水受けタンク５０に連結されている。配水管５３には、廃水を装置１Ａに流したり廃水の流れを止めるバルブ５４が取り付けられている。生物処理工程１０２では、１ミリリットル当たり１０^７〜１０^１０個の微生物を含む混合液と微生物の増殖を促進させる栄養源とが曝気槽５（図１参照）に投入される。曝気槽５内の廃水は、それに含まれる有機物が微生物によって分解された後、処理水として濾過処理工程１０３に送水される。

濾過処理工程１０３では、処理水に含まれる微細なクロックが除去される。濾過処理工程１０３は、処理水が順次流入する３つの濾過器５５，５６，５７から形成されている。濾過器５５は、配水管５８を介して曝気槽５に連結されている。配水管５８には、バルブ５９と処理水をそれら濾過器５５，５６，５７に強制的に送水する給水ポンプ６０とが取り付けられている。

濾過処理工程１０３では、濾過器５５から濾過器５７に向かうにつれて処理水の微細なクロックを次第に除去する。それら濾過器５５，５６，５７内には、中空紙膜フィルタや多孔質平膜フィルタが設置されている（図示せず）。濾過器５５には、フィルタメッシュ１５〜３０ミクロンのフィルタが使用され、濾過器５６には、フィルタメッシュ５〜１０ミクロンのフィルタが使用されている。濾過器５７には、フィルタメッシュ１〜３ミクロンのフィルタが使用されている。それら濾過器５５，５６，５７を透過した処理水は、膜処理工程１０４に送水される。フィルタは、汚れに応じて交換される。

膜処理工程１０４では、処理水が膜装置６１を介して濾過水と濃縮水とに分水される。膜装置６１は、その内部に膜が設置され（図示せず）、膜によって処理水に含まれる１０μｍ〜１ｎｍの微細な不純物を除去するとともに、膜の逆浸透の原理によって処理水に含まれる低分子やイオンを除去する。さらに、廃水に含まれる放射性物質を除去する。膜装置６１には、処理水の流入口と、濾過水を排出する排出口と、濃縮水を曝気槽に環流させる環流口とが形成されている（図示せず）。膜装置６１は、配水管６２を介して濾過器５７に連結されている。配水管６２には、バルブ６３と処理水を膜装置６１に強制的に送水する給水ポンプ６４とが取り付けられている。膜装置６１は、配水管６５を介して曝気槽５に連結されている。配水管６５には、バルブ６６が取り付けられている。

膜装置６１には、平膜型モジュール、回転平膜型モジュール、チューブラー型モジュール、スパイラル型モジュール、中空糸型モジュールのすくなくとも１つが使用される。濃縮水は、配水管６５を介して曝気槽５に送水される。曝気槽５では、濃縮水に含まれる微量の有機物が微生物を介して廃水とともに分解される。濾過水は、検査工程１０５に送水される。膜には、精密濾過膜（ＭＦ：Micro Filtration Membrane）、限外濾過膜（ＵＦ：Ultra Filtration Membrane）、逆浸透膜（ＲＯ：Reverse Osmosis Membrane）、ナノ濾過膜（ＮＦ：Nano Filtration Membrane）のうちの少なくとも限外濾過膜と逆浸透膜とが使用されている。それら膜は、酢酸セルロース、ポリアミド、ポリアクリルニトリル、ポリスルホン、ポリフッ化ビニルデン、テフロン、ポリプロピレンから作られている。膜は、性能劣化に応じて交換される。

検査工程１０５では、膜装置６１から送水された濾過水が濾過水受けタンク６７に貯水され、濾過水のＢＯＤやＣＯＤ、ＳＳ、放射能量が検査される。タンク６７は、配水管６８を介して膜装置６１に連結されている。配水管６８には、バルブ６９が取り付けられている。検査の結果、濾過水のＢＯＤやＣＯＤ、ＳＳ、放射能量が所定の値以下を示した場合、濾過水が下水道や河川に放水される。検査の結果、濾過水のＢＯＤやＣＯＤ、ＳＳ、放射能量が所定の値以上を示した場合、濾過水は、再びタンク５０に戻され、生物処理工程１０２において再処理される。

装置１Ａを使用したプラント１００は、微生物を利用して短時間に廃水に含まれる有機物を分解することができるとともに、膜装置６１を介して処理水に含まれる微細な不純物を除去することができる。また、膜装置６１を介して分離された濃縮水を曝気槽５に戻し、濃縮水に含まれる有機物を廃水とともに曝気槽５において分解することができ、濃縮水に含まれる微量の有機物を減少させることができる。さらに、原子力関連施設で排出される廃水に含まれる放射性物質を膜装置６１を介して除去することができるので、廃水に水を混入して希釈化することや廃水を貯水槽に長期間貯留して放射能の減少を確認する手間を省くことができ、原子力関連施設での廃水の処理にかかる時間と費用とを節約することができる。

図５は、微生物による有機物の処理を示す概念図である。生分解性有機物は、生物膜中の微生物に捕捉された後、微生物の生分解を受けて分解生成物となり、無機物（二酸化炭素）にまで分解されて微生物から排出される。無機物まで分解されなかった中間体（有機物）は、微生物から排出されて廃水中に混入したり、活性炭に吸着される。活性炭表面の生物膜が十分に形成されていない場合、生物膜中の微生物は最大量の有機物を捕捉しており、微生物は分解、排出によって空いた分だけ有機物を捕捉する状態となる。すると、有機物は微生物に分解されないまま生物膜を通過して活性炭に吸着される。活性炭は有機物に対する吸着、脱離作用があるので、活性炭から脱離した有機物は再び微生物に捕捉、分解される。これを生物再生という。

図６は、生物再生の原理を示す模式図である。図６では、生分解性有機物３０を白丸で示し、難分解性有機物３１を黒丸で示す。廃水に含まれる有機物には、生分解性有機物３０と難分解性有機物３１とがある。活性炭２の有機物に対する吸着、脱離機能が略平衡している場合、図６（ａ）に示すように、生分解性有機物３０と難分解性有機物３１とは、同じように活性炭２の細孔３２内に進入する。微生物は、図６（ｂ）に示すように、活性炭２に吸着される生分解性有機物３０を捕捉しつつ活性炭２表面で増殖し、活性炭２の表面に生物膜３３を形成する。微生物が活性炭２の表面に生物膜３３を形成して微生物による生分解性有機物３０の分解が活発になると、図６（ｃ）に示すように、液相における生分解性有機物３０が減少する。活性炭２の吸着量は平衡関係に支配されるため、液相中の生分解性有機物３０の濃度が減少すると、図６（ｄ）に示すように、活性炭２の細孔３２内に吸着された生分解性有機物３０が活性炭２から脱離し、脱離した生分解性有機物３０が生物膜３３中に進入して微生物に捕捉、分解される。この作用によって、全体的な活性炭吸着座が空くので、図６（ｅ）に示すように、活性炭２が新たな有機物を吸着することができるようになる。最終的には、図６（ｆ）に示すように、難分解性有機物３１を吸着した状態で活性炭２の吸着機能が飽和する。生分解性有機物３０は微生物によって分解され、活性炭２の吸着量は難分解性有機物３１に左右される。生物再生では、廃水に含まれる生分解性有機物３０が微生物によって処理され、廃水に含まれる難分解性有機物３１が活性炭２によって除去される。

図７，８は、他の一例として示す廃水処理装置１Ｂの斜視図と、容器３と曝気槽５とを分離して示す図７の装置１Ｂの斜視図とである。この装置１Ｂが図１のそれと異なるのは、活性炭２が袋２２に収納され、袋２２とともに容器３に収容されている点であり、その他の構成は図１の装置１Ａと同一であるので、図１と同一の符合を付してその他の構成の説明を省略する。

袋２２は、通気通水性繊維不織布から作られている。袋２２では、廃水４や空気１３が不織布の繊維間隙を通過することはできるが、活性炭２が不織布の繊維間隙を通過することはできない。不織布を形成する繊維どうしの繊維間隙は、１０〜１２０μｍの範囲にある。繊維間隙が１０μｍ未満では、廃水４や空気１３が袋２２内に進入し難く、袋２２内の活性炭２に廃水４を十分に接触させることができず、袋２２内の活性炭２に空気１３中の酸素を十分に供給することができない。

この装置１Ｂは、図１の装置１Ａの効果に加え、活性炭２が袋２２に収納されているので、容器３の底壁９や周壁１０に対する活性炭２の衝突を防ぐことができ、活性炭２の損壊や活性炭２表面に形成された生物膜の剥離を確実に防ぐことができる。この装置１Ｂでは、微生物が活性炭２表面に生物膜を形成することはもちろん、微生物が不織布を構成する繊維周面に生物膜を形成するので、活性炭２表面と繊維表面とに形成された生物膜中の微生物によって廃水４中の有機物が一層短時間に分解される。

図９は、容器３と曝気槽５とを分離して示す他の一例の装置１Ｃの斜視図である。この装置１Ｃが図１のそれと異なるのは、容器３の周壁１０に貫通孔１２が形成されていない点と、活性炭２が袋２２に収納され、袋２２とともに容器３に収容されている点とであり、その他の構成は図１の装置と同一であるので、図１と同一の符合を付してその他の構成の説明を省略する。

容器３の底壁９には、底壁９を貫通する多数の貫通孔１２が形成されている。容器３の周壁１０には、貫通孔１２が形成されておらず、廃水４と空気１３とが周壁１０を通過することはできない。袋２２は、通気通水性繊維不織布から作られている。袋２２では、廃水４や空気１３が不織布の繊維間隙を通過することはできるが、活性炭２が不織布の繊維間隙を通過することはできない。不織布を形成する繊維どうしの繊維間隙は、１０〜１２０μｍの範囲にある。繊維間隙が１０μｍ未満では、廃水４や空気１３が袋２２内に進入し難く、袋２２内の活性炭２に廃水４を十分に接触させることができず、袋２２内の活性炭２に空気１３中の酸素を十分に供給することができない。

この装置１Ｃは、容器３の周壁１０に貫通孔１２が形成されていないので、容器３内に進入した廃水４や空気１３が周壁１０から容器３の外側に漏れることがなく、容器３の底壁９から容器３内に進入した廃水４や空気１３のすべてを容器３内の活性炭２に接触させることができ、活性炭２に廃水４中の有機物を効率よく吸収させることができ、活性炭２表面における微生物の増殖と活性化とを促進させることができる。

装置１Ｃは、図１の装置１Ａの効果に加え、活性炭２が袋２２に収納されているので、容器３の底壁９や周壁１０に対する活性炭２の衝突を防ぐことができ、活性炭２の損壊や活性炭２表面に形成された生物膜の剥離を確実に防ぐことができる。この装置１Ｃでは、微生物が活性炭２表面に生物膜を形成することはもちろん、微生物が不織布を構成する繊維周面に生物膜を形成するので、活性炭２表面と繊維表面とに形成された生物膜中の微生物によって廃水４中の有機物が一層短時間に分解される。

容器３や曝気槽５は、合成樹脂や金属から作られている。散気器６は、セラミックまたは合成樹脂から作られている。散気器６には、図示の円形状の他に、多孔性散気筒、ディスクディフューザを使用することもできる。粒状濾材には、活性炭２の他に、粒状包括固定化濾材や粒状結合固定化濾材を使用することもできる。粒状包括固定化濾材には、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、寒天−アクリルアミド、アルギン酸を使用することができる。粒状結合固定化濾材には、ポリプロピレン、ポリビニルフォルマル、ポリウレタン、他孔質セルロース、ポリエステルを使用することができる。

微生物には、チューリージェンシス・サブチルスやプルミス等のバチルス・ズブチルス（バチルス菌）が使用される。栄養源には、ブドウ糖、アミノ酸、核酸、窒素、カリ、ビタミン、キトサン、ミネラル等のうちのいずれかまたはそれらを所定の割合で混合した混合物が使用される。ミネラルには、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ナトリウム、ケイ素、リン、ホウ素、硫黄、マンガン、鉄、亜鉛、ゲルマニウム等が使用される。

それら図示の装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、容器３が頂部開口１１を開閉可能な頂壁を備えていてもよい。この場合、頂壁には、それを貫通する多数の貫通孔１２が形成される。また、容器３の底壁９は、開口１１へ向かって凹む半球状のものに限らず、開口１１へ向かって凹む上げ底状であれば、その形状に特に限定はない。なお、図４に示すプラント１００に使用される装置１Ａを図７の装置１Ｂまたは図９の装置１Ｃに換えることができる。

一例として示す廃水処理装置の斜視図。容器と曝気槽とを分離して示す図１の装置の斜視図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線端面図。廃水処理装置を使用した廃水処理システムの一例を示す構成図。微生物による有機物の処理を示す概念図。生物再生の原理を示す模式図。他の一例として示す廃水処理装置の斜視図。容器と曝気槽とを分離して示す図７の装置の斜視図。容器と曝気槽とを分離して示す他の一例の装置の斜視図。

符号の説明

１Ａ廃水処理装置
１Ｂ廃水処理装置
１Ｃ廃水処理装置
２粒状活性炭（粒状濾材）
３容器
４廃水
５曝気槽
６散気器
７ヒータ
８ポンプ
９底壁
１０周壁
１１頂部開口
１２貫通孔
１３空気
１４底壁
１５周壁
１６頂部開口
１７流入口
１８流出口
２２袋

Claims

表面に好気性微生物を付着させる多数の粒状濾材を収容する容器と、前記容器を収容しつつ所定量の廃水を貯水する曝気槽と、前記曝気槽内の廃水に空気を供給する散気器とを有し、前記微生物の増殖と代謝活性とを利用して前記廃水に含まれる有機物を分解する廃水処理装置において、
前記曝気槽が、前記廃水を流入させる流入口と、前記微生物の好気的分解によって得られた処理水を流出させる流出口とを有し、前記容器が、底壁および該底壁の周縁部から上方へ延びる周壁と、前記周壁の頂縁に囲繞された頂部開口とを有し、前記容器の底壁が、前記濾材が通過不能かつ前記空気が通過可能な多数の貫通孔を有するとともに、前記頂部開口へ向かって凹む上げ底状を呈し、前記散気器が、前記曝気槽の底壁と前記容器の底壁との間に配置されていることを特徴とする前記廃水処理装置。
前記容器の周壁が、円筒状を呈し、前記容器の底壁が、前記頂部開口へ向かって凹む半球状を呈する請求項１記載の廃水処理装置。
前記容器の周壁が、前記濾材が通過不能かつ前記空気が通過可能な多数の貫通孔を有する請求項１または請求項２に記載の廃水処理装置。
前記散気器の空気供給量が、廃水１リットル当たり０．０５〜０．１リットル／ｍｉｎの範囲にある請求項１ないし請求項３いずれかに記載の廃水処理装置。
前記曝気槽が、該曝気槽内の廃水を加熱するヒータを備え、前記曝気槽内の廃水温度が、前記ヒータによって２０〜３７℃に保持される請求項１ないし請求項４いずれかに記載の廃水処理装置。
前記曝気槽が、該曝気槽内の廃水を前記容器の底壁から頂部開口へ向かって流動させる循環ポンプを備え、前記曝気槽内における廃水の流速が、１．２〜３．２ｃｍ／ｓｅｃの範囲にある請求項１ないし請求項５いずれかに記載の廃水処理装置。
前記曝気槽の廃水貯水量が、２００〜１０００リットルの範囲にある請求項１ないし請求項６いずれかに記載の廃水処理装置。
前記濾材が、１０〜１２０μｍの繊維間隙を有する通気通水性繊維不織布から形成された袋に収納され、前記袋とともに前記容器に収容される請求項１ないし請求項７いずれかに記載の廃水処理装置。
前記濾材が、１．３〜２．０ｍｍの平均粒径を有して前記有機物を吸着する活性炭から形成されている請求項１ないし請求項８いずれかに記載の廃水処理装置。