JP4887796B2 - 排水処理装置 - Google Patents

Description

本発明は排水処理システムより排出される汚泥の処理方法と、それを用いた処理装置に関する。

従来、排水中の有機物を微生物により分解する排水処理装置の処理性能を向上させる手段として、処理槽の内部の被処理水中に微生物を吸着保持する生物担体を配置したものが知られており、特に最近生物担体として揺動床を採用したものが注目されつつある。

この揺動床は垂直に張られた撥水性の幹に対し、親水性の繊維で成型された複数の親水枝を、幹と平行の水流に対して垂直に、幹から円周方向に放射状に配置した構成であり、幹は、処理槽内に固定された揺動床支持部により支持されている。また、親水枝は汚泥が付着しやすいよう親水性となっており、ある程度の太さは有しているものの柔軟性があり、その後端側が幹に取り付けられ、先端側が自由端となっているので水流により揺動する。このような揺動床式の生物担体を処理槽の内部に簾状に多数配置することで排水処理装置が構成されている。

揺動床式の生物担体は揺動床の周囲の水流によって運ばれる汚泥を親水枝に付着させ、堆積させて固定することになり、一般的な生物担体を用いない排水処理装置に比べ、処理槽内の汚泥濃度を高く保持することができる。

また、処理槽内の有機物は浮遊している汚泥だけでなく、親水枝に付着した汚泥にも高効率に接触し酸化・分解が促進される。さらに、揺動床に堆積した汚泥は揺動により剥離して再び処理槽内に浮遊し付着、剥離を繰り返す。

このような揺動床は流速が遅く、揺動が小さい場合、汚泥の剥離が抑制され付着が剥離を上回って過剰になり最終的には閉塞してしまう。閉塞が生じた場合、処理槽内の流動が小さくなり、閉塞した部分に十分な酸素が供給されず処理性能が大幅に低下する。そこで、揺動床を安定して使用するために、揺動床周囲の流速を閉塞が生じない程度以上に維持する必要がある。

ところで、揺動床を含め一般的な生物担体を用いる排水処理装置は大きく分けて２種類の構成をとっている。一つはエアリフト式と呼ばれるもので、揺動床と、揺動床の存在しない水流通路と、水流通路における処理槽の底部に処理槽に空気を供給する散気部とが設けられており、散気部から噴出する気泡によって生じる上昇流のエアリフト効果によって処理槽内部に被処理水の循環流が発生する。この循環流速を一定以上に維持することによって、汚泥に酸素を供給すると共に、揺動床を揺動させることができる。

また、揺動床の下方に散気部を配置した全面曝気式がある。全面曝気式は、散気部から噴出する気泡の上昇流によって直接揺動床に通水するものであり、気泡と水流の両方を揺動床に作用させることによって、揺動床を揺動させることができる。

いずれの方式においても揺動床への汚泥の付着量は、被処理水の流速が速すぎると少なく、遅すぎると多くなり、揺動床全体を閉塞しない適度な付着量とするには揺動床各部の平均流速をほぼ同じにする必要がある。

しかしながら、いずれの方式においても、処理槽の内部には流速の低下する領域や、被処理水の停滞する領域が発生しやすく、揺動床への汚泥の付着量がばらつき、生物処理性能が低下するという課題があった。

特にエアリフト式の場合には、処理槽が大きくなったり、水深が浅くなったりしたときには循環流に斑が起こりやすい。

例えば、図５に示すように、処理槽２１の内部に被処理水２２を導入するとともに、槽内に接触材２３を固定床の形式で水没状態で配置し、かつ槽底部に設けられたエアレータや散気管などの散気装置２４から噴出される空気のエアリフト効果によって、接触材２３が設置されていない部分に上昇水流２５を発生させ、その結果として槽内に循環水流２６を発生させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この循環水流２６においては、処理槽２１壁の近傍においてのみ速度の高い大きな水流が発生し、他の部分では十分な水流が得られないという課題があった。

この文献においては、接触材２３の上方に整流板を設けて、循環水流２６の斑を小さくしている。

また、揺動床を振動させることにより、汚泥の付着量を制御する水処理装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この水処理装置は、水処理槽内に配設され微生物を担持する紐状担体に振動を付与し、紐状担体の表面に形成される生物膜の表層部に流体の抵抗力を作用させ、生物膜の膜厚制御するものである。
特開平９−２０１５９４号公報 特開２００２−７９２８４号公報

しかしながら、上記特許文献１のような従来の水処理装置においては、整流板の数や角度等は散気量に大きく左右される。そのため、揺動床への水流を均一にするには、散気量と整流板の数や角度との関係を検証しなければならず、装置の設計に多大な時間と労力を要するという課題があった。

また、特許文献２では、揺動床を支持するフレームを振動させるため、汚泥の過剰付着による閉塞のみを防止するものであり、水流による流体の抵抗力のバラツキは考慮されておらず、このバラツキにより汚泥の付着量が少ない部分も発生し処理性能が低下するという課題があった。

そこで、本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、揺動床を用いた排水処理装置において、整流板を使用せず、処理槽内で揺動床の位置を変えることにより、揺動床内の各部への水流の平均流速が等しくなるようにし、汚泥の付着量のバラツキを小さくできる排水処理装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明は、排水を生物処理する処理槽と、前記処理槽内には微生物を担持する揺動床と散気部を備え、ブロワを備え、前記揺動床を支持する支持部材と駆動部とを有し、前記揺動床を前記処理槽内に環状に配置し、前記散気部に前記ブロワから空気を供給し、前記散気部から気泡を上方に噴出して、前記処理槽内に上昇する水流を生じさせ、前記揺動床の各部の水流の平均流速が等しくなるように、前記駆動部により前記揺動床の位置を変え、前記駆動部は回転部材とモータからなり、制御装置を設けて前記モータを制御し、前記揺動床の位置を変え、前記処理槽内部に前記揺動床の閉塞を検知する閉塞検知手段が設置されており、前記閉塞検知手段により前記揺動床の閉塞を検知して前記モータを制御し、前記支持部材は滑車あるいは歯車であり、前記回転部材は回転する軸であり、前記揺動床は幹と親水枝を備え、前記親水枝の後端側を前記幹に取り付け、前記親水枝の先端側を自由端とし、前記幹は複数の支持部材と前記回転部材により適度な張力となるように環状に固定され、前記回転部材と接続している前記モータの回転が前記回転部材に伝わり前記幹が移動し、前記揺動床は前記モータが回転することにより移動し、前記閉塞検知手段として、前記幹からの距離が前記親水枝の長さ以下の位置に溶存酸素濃度センサが設置されていることを特徴とする。

本構成により、揺動床の閉塞を容易に検知でき、揺動床の閉塞箇所の汚泥除去を自動的に行うことができる。

以上のような構成とすることによって、揺動床の閉塞を容易に検知でき、揺動床の閉塞箇所の汚泥除去を自動的に行うことができる。揺動床の各部の水流の平均流速が等しくなるように、処理槽内で揺動床の位置を変えることにより、揺動床内の各部への水流の平均流速が等しくなるようにし、汚泥の付着量のバラツキを小さくでき、生物処理性能の低下を防止できる。

以下、本発明による実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は生物処理により排水処理を行う排水処理装置１の構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面部分の構成図を示している。排水処理装置１は容器状の処理槽２と、この処理槽２の内部に配置した微生物担体としての揺動床３と揺動床３の下方に配置された散気部４で構成されている。

本実施の形態においては散気部４に円盤状の散気盤を用いたが、散気部の形状を制限するものではなく、その形状が棒状や球状であってもよく、さらに微細な気泡が発生するように特殊な加工を施してもよい。

揺動床３は撥水性の繊維で成型された幹５に親水性の繊維で成型された複数の親水枝６を、幹５に対して垂直に、複数本を一定間隔で配置した構成としている。親水枝６は汚泥が付着しやすいよう親水性となっており、ある程度の太さは有しているものの柔軟性があり、その後端側は幹５に取り付けられ、先端側が自由端となっているので水流により揺動する。

駆動部８はモータ９と回転部材１０からなり、モータ９の回転が回転部材１０に伝わり、その回転を制御するため、制御装置１１がモータ９と接続されている。制御装置１１は、タイマー機能を持っており、閉塞の周期を設定することにより、自動で断続的にモータ９に通電する。

また、幹５は複数の支持部材７と回転部材１０により適度な張力となるように環状に固定されており、生物担体としての揺動床３を構成している。

支持部材７と回転部材１０により支持固定された揺動床３はモータ９が回転することにより、幹５の軸方向（図中の矢印方向）に移動することができる。モータ９と回転部材１０との接続方法については特に限定していないが、モータ９の回転軸が回転部材１０の端面の孔部に勘合され、軸受け（図示なし）で回転可能に支持され、処理槽２とは水密的にシールされている。

散気部４は円盤形状で表面に多数の細孔があり、給気管１２と接続されている。給気管１２は処理槽２の外部より上方から処理槽２の底部へ向かって垂直に配置されており、散気部４が処理槽２の適当な位置に配置されるよう処理槽２の下部に支持固定している。また、給気管１２は処理槽２の外部においてブロワ（図示せず）と接続されている。

上記構成において、有機物を含んだ生活排水等の被処理水は、処理槽２に供給される。ここで、散気部４にはブロワ（図示せず）から空気が供給され、微細気泡が上方の揺動床３へと勢い良く噴出され、この結果として有酸素気泡が揺動床３を上昇していくとともに、上昇する水流を生じる。

一方、散気部４から噴出された有酸素気泡が水面まで上昇する間に、被処理水中に酸素が溶解し、汚泥内部の微生物に酸素を供給する。被処理水中の有機物は処理槽２内を水流に乗って流動しながら汚泥に酸化・分解される。また、流動によって浮遊している汚泥は揺動床３の親水枝６に付着し堆積していくことになり、処理槽２内の汚泥濃度を高く保持する。処理槽２内の有機物は浮遊している汚泥だけではなく、親水枝６に付着した汚泥にも高効率に接触し、酸化・分解が促進される。

ここで、親水枝６に堆積した汚泥中では、安定した足場があることにより細菌類だけでなく、上位捕食者である原生動物や原虫、ワムシ、ミミズなどの食物連鎖が発生しており、特に原生動物は粘着性の代謝物を多量に生産する特性があり、この代謝物によって親水枝６に付着した汚泥は互いに強固に固着して保持される。

また、親水枝６先端に付着した汚泥はある程度の大きさになると水流による揺動により、親水枝６先端の汚泥が剥離して再び水流中に放出されるので、汚泥の過剰付着による閉塞や一斉脱落が防止される。さらに剥離した汚泥は粘着性の代謝物により付着前より固く大きい粒子となる。

このようにして処理槽２内では当初微細だった汚泥が親水枝６への付着、剥離を繰り返し粗大化していき沈降性が向上することにより、後段の沈殿槽（図示せず）においてバルキングを生じさせることなく汚泥濃度を高くできる利点もある。

ところで、散気部４からの水流が当たらない、処理槽２の隅等の領域では揺動床３を揺動させるのに十分な流速が得られないために、一定時間を経過すると揺動床３に過度に汚泥が付着してしまう。

また、散気部４からの水流が当たる、処理槽２の中央部の領域では揺動床３を揺動させるのに十分な流速が得られ、親水枝６先端に付着した汚泥はある程度の大きさになると、水流による揺動により、親水枝６先端の汚泥が剥離して汚泥が過度に付着することはない。

このように槽内の揺動床に作用する水流の速さは揺動床の位置により大きくばらつくので、揺動床の位置を変えずに連続的に使用した場合、揺動床内で部分的に汚泥の過剰付着により閉塞が生じ、処理性能は低下してしまう。

そこで駆動部８を用い揺動床３の位置を一定時間ごとに変えることにより、揺動床３の汚泥の付着量を均一化することが本発明の目的である。

本実施の形態の排水処理装置１において処理開始して一定時間が経過すると、駆動部８によって揺動床３を幹５の軸方向に１／４周送り出す。例えば水流の速い領域Ｐの揺動床３は水流の遅い領域Ｑに移動する。また、水流の遅い領域Ｑの揺動床３は水流の速い領域Ｒに移動する。このように揺動床３の各部が水流の速い領域から水流の遅い領域へ、または水流の遅い領域から水流の速い領域へ移動し、各領域に留まる時間をほぼ同じにすることにより、揺動床３の各部の汚泥付着量を均一にでき、過剰付着による閉塞を防止できる。

なお、駆動部８は、モ−タ９を使用し自動で動かすのが好ましいが、閉塞まで長時間かかる場合は、手動で操作ハンドル等により回転部材１０を回転させてもよい。

また、自動で駆動部８を動かす場合は、上記のように断続的に動かすのではなく、連続的にゆっくり動かし、揺動床３を回転させてもよい。動かす速度は、閉塞時間が大体分かっている場合は、１周回転する時間を閉塞時間より短くなるように設定すればよい。

また、処理槽流入前に気液混合させた場合等、処理槽内に散気管がなく、水流が殆どない場合は、速い速度で回転させることにより水流を発生させ、汚泥の過剰付着を防ぎ、汚泥を均一に付着させることもできる。

なお、支持部材７の形状は揺動床３を支持固定できるものであればよく、滑車や歯車のような形状のものでもよい。

また、本実施の形態では、３つの支持部材７と回転部材１０で揺動床３を支持したが、上下の２つで支持すれば、中央部が空き、散気部４のメンテ（取出し、交換）が容易に行える。

また、本実施の形態では揺動床３の幹５を１本環状に固定しているが、図２のように支持部材７には複数の幹５を簾状に接続することもでき、そうすることによって汚泥濃度を高め、処理性能を向上させることができる。

また、図５のようなエアリフト式では、図２が図５の左半分を模式的に表し手前に散気部があると考えた場合、図２に示したように、奥の槽壁側に水流の速い領域Ｐ、手前の散気部側に水流の遅い領域Ｑが発生すると考えられる。この場合も上記と同様に１／４周ずつ送り出し、各領域に留まる時間をほぼ同じにすることにより、揺動床各部の汚泥の付着量を均一にでき、過剰付着による閉塞を防止できる。

（実施の形態２）
図３は本発明の他の実施形態を示している。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

図３の考え方は実施の形態１と同じであるが、処理槽２内の揺動床３の密度を増やすため、支持部材７を増やしている。

本実施の形態において、両端の２つの支持部材７で区切られた幹５の長さＬがほぼ同じになるように、支持部材７及び回転部材１０を配置している。すなわち幹５の全長は約７Ｌである。

上記の構成において、実施の形態１との違いは、１回のモータ駆動により１／７周、すなわち７回のモータ駆動により１周するという点である。

制御装置１１には、処理開始して一定時間が経過すると、駆動部８によって幹５を軸方向に長さＬ送り出すようなソフトが記憶されており、実施の形態１と同じように各領域に留まる時間をほぼ同じにすることにより、揺動床各部の汚泥の付着量を均一にでき、過剰付着による閉塞を防止できる。

なお、駆動部８は、モ−タ９を使用し自動で動かすのが好ましいが、閉塞まで長時間かかる場合は、手動で操作ハンドル等を回転させてもよい。

また、自動で駆動部８を動かす場合は、上記のように断続的に動かすのではなく、連続的にゆっくり動かし、揺動床３を回転させてもよい。動かす速度は、閉塞時間が大体分かっている場合は、１周回転する時間を閉塞時間より短くなるように設定すればよい。

また、処理槽２流入前に気液混合させた場合等、処理槽２内に散気部４がなく、水流が殆どない場合は、速い速度で回転させることにより水流を発生させ、汚泥の過剰付着を防ぎ、汚泥を均一に付着させることもできる。

（実施の形態３）
図４も他の実施形態を示している。なお、実施の形態１及び実施の形態２と同様の構成を有するものについては、同一符号を付し、その説明を省略する。

図４の考え方は実施の形態２と同じであるが、揺動床３の半径以下、即ち幹５からの距離が親水枝６の長さ以下の位置に閉塞検知手段として溶存酸素濃度センサ１３を設置することにより、揺動床３の閉塞をモニタリングすることができる。

揺動床３に閉塞が生じると揺動床３の中心部、即ち幹５の周囲にまで十分な酸素が供給されないために、溶存酸素濃度が低下してしまう。溶存酸素濃度センサ１３によりこの変化を検知して、例えば溶存酸素濃度が０．５ｍｇ／Ｌになると制御装置１１によって駆動部８を動かし、揺動床３の閉塞箇所の汚泥除去を自動的に行うことができる。

なお、閉塞検知手段としては、上記の溶存酸素濃度センサ１３以外に、半導体レーザー式の流速センサも使用できる。

以上のように本発明における排水処理装置は高い排水処理性能とメンテナンス性を両立することができるため、今後の環境事業に大きく貢献するものとなる。

（ａ）は本発明の排水処理装置の一実施形態を示す構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面部分の構成図 本発明の排水処理装置の他の実施形態を示す斜視図 （ａ）は本発明の排水処理装置の他の実施形態を示す構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面部分の構成図 本発明の排水処理装置の他の実施形態を示す構成図 従来の排水処理装置の一例を示す図

符号の説明

１ 排水処理装置
２ 処理槽
３ 揺動床
４ 散気部
５ 幹
６ 親水枝
７ 支持部材
８ 駆動部
９ モータ
１０ 回転部材
１１ 制御装置
１２ 給気管
１３ 溶存酸素濃度センサ

Claims (1)

1. 排水を生物処理する処理槽と、
   前記処理槽内には微生物を担持する揺動床と散気部を備え、ブロワを備え、
   前記揺動床を支持する支持部材と駆動部とを有し、
   前記揺動床を前記処理槽内に環状に配置し、
   前記散気部に前記ブロワから空気を供給し、前記散気部から気泡を上方に噴出して、前記処理槽内に上昇する水流を生じさせ、
   前記揺動床の各部の水流の平均流速が等しくなるように、前記駆動部により前記揺動床の位置を変え、
   前記駆動部は回転部材とモータからなり、
   制御装置を設けて前記モータを制御し、前記揺動床の位置を変え、
   前記処理槽内部に前記揺動床の閉塞を検知する閉塞検知手段が設置されており、
   前記閉塞検知手段により前記揺動床の閉塞を検知して前記モータを制御し、
   前記支持部材は滑車あるいは歯車であり、前記回転部材は回転する軸であり、
   前記揺動床は幹と親水枝を備え、前記親水枝の後端側を前記幹に取り付け、前記親水枝の先端側を自由端とし、前記幹は複数の支持部材と前記回転部材により適度な張力となるように環状に固定され、前記回転部材と接続している前記モータの回転が前記回転部材に伝わり前記幹が移動し、前記揺動床は前記モータが回転することにより移動し、
   前記閉塞検知手段として、前記幹からの距離が前記親水枝の長さ以下の位置に溶存酸素濃度センサが設置されていることを特徴とする排水処理装置。

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