JP4968876B2 - 被処理水の処理方法及び処理設備 - Google Patents

Description

本発明は、汚水等の被処理水を、活性汚泥等によって生物学的に処理する方法及び設備に関するものである。

現在、汚水の生物学的な処理方法としては、オキシデーションディッチ法がある。この処理方法は、トラック型の無終端循環水路に、汚水を供給し、活性汚泥を利用して、生物学的に硝化・脱窒処理する方法であり、好気条件下で硝化処理し、無酸素条件下で脱窒処理する。

そして、好気条件及び無酸素条件を実現する方法としては、従来から、水路内を好気領域と無酸素領域とに分け、これによって、水路内を循環する汚水が、順に好気条件、無酸素条件となるように仕組む方法がある。しかしながら、この方法には、好気領域と無酸素領域との境界をコントロールするのが難しいといった問題や、広い設備スペースが必要になるといった問題などがある。そこで、水路内全体を好気条件とする好気時間帯と水路内全体を無酸素条件とする無酸素時間帯とを順に繰り返す方法が注目されている。

この好気時間帯と無酸素時間帯とを順に繰り返す方法としては、従来、例えば、水路内にエアレータを備え、このエアレータを、好気時間帯においては通常運転し、無酸素時間帯においては低速運転する方法があった（以下、単に第１の従来方法ともいう。）。また、例えば、水路内にエアレータとともに水中プロペラを備え、好気時間帯においてはエアレータを運転・水中プロペラを停止し、無酸素時間帯においてはエアレータを停止・水中プロペラを運転する方法もあった（例えば、特許文献１参照。以下、単に第２の従来方法ともいう。）。第２の従来方法は、第１の従来方法について、エアレータは低速運転しても汚水中にある程度酸素を取り込んでしまうため、脱窒の効率が低下すると指摘し、そこで、無酸素時間帯においてはエアレータを完全に停止し、替わりに水中プロペラを運転することを提案するものである。

しかしながら、この第２の従来方法によっても、汚水の硝化・脱窒処理効率が十分に向上しないのが現状である。
特開２００３−３２０３９１号公報

そこで、本発明が解決しようとする主たる課題は、汚水等の被処理水の処理効率に優れた処理方法及び処理設備を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次のとおりである。
〔請求項１記載の発明〕
被処理水が供給された無終端循環水路と、この水路内に備わる第１の回転羽根を有し、この第１の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水中への空気の取り込み及び前記被処理水の循環を行う第１の循環手段と、前記水路内に備わる第２の回転羽根を有し、前記被処理水中への空気の取り込みを行うことなく、前記第２の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水の循環を行う第２の循環手段と、を用いて、
前記水路内全体を好気条件とする好気時間帯と前記水路内全体を無酸素条件とする無酸素時間帯とを順に繰り返す、被処理水の処理方法であって、
前記好気時間帯においては、前記第１の回転羽根を回転させ、かつ前記第２の回転羽根を停止させ、
前記無酸素時間帯においては、前記第１の回転羽根を停止せずに低速回転させ、かつ前記第２の回転羽根を回転させ、
前記低速回転の回転速度は、前記被処理水のＤＯ値が０．３ｍｇ／Ｌ以下となるようにする、
ことを特徴とする被処理水の処理方法。

〔請求項２記載の発明〕
前記無終端循環水路が、並列する２本の直線部と、これら直線部の一方の端部同士及び他方の端部同士を、それぞれ繋ぐ２本の曲線部と、を有し、
この曲線部の一方に、前記第１の回転羽根が備えられ、
この第１の回転羽根に向かって被処理水が流れる下流直線部の中央部付近に、前記第２の回転羽根が備えられている場合において、
前記ＤＯ値は、前記下流直線部の終端部付近を基準にする、請求項１記載の被処理水の処理方法。

〔請求項３記載の発明〕
被処理水が供給された無終端循環水路と、この水路内に備わる第１の回転羽根を有し、この第１の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水中への空気の取り込み及び前記被処理水の循環を行う第１の循環手段と、前記水路内に備わる第２の回転羽根を有し、前記被処理水中への空気の取り込みを行うことなく、前記第２の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水の循環を行う第２の循環手段と、を有し、
前記水路内全体を好気条件とする好気時間帯と前記水路内全体を無酸素条件とする無酸素時間帯とを順に繰り返す、被処理水の処理設備であって、
前記好気時間帯においては、前記第１の回転羽根を回転させ、かつ前記第２の回転羽根を停止させ、
前記無酸素時間帯においては、前記第１の回転羽根を停止せずに低速回転させ、かつ前記第２の回転羽根を回転させ、
前記低速回転の回転速度は、前記被処理水のＤＯ値が０．３ｍｇ／Ｌ以下となるようにする回転羽根の制御手段が備えられている、
ことを特徴とする被処理水の処理設備。

（本発明の原理・作用効果）
前述した第２の従来方法は、エアレータを、図１の（１）に示すように、好気時間帯においては運転し、無酸素時間帯においては完全に停止し、他方、水中プロペラを、図１の（２）に示すように、好気時間帯においては停止し、無酸素時間帯においては運転する、方法であった。これに対して、本発明の方法は、エアレータ等の第１の循環手段を、図２の（１）に示すように、好気時間帯においては運転し、無酸素時間帯においては低速ではあるが運転し、他方、水中プロペラを、図２の（２）に示すように、好気時間帯においては停止し、無酸素時間帯においては運転する、方法である。つまり、本発明の方法においては、無酸素時間帯においてエアレータ等の第１の循環手段を完全に停止しない点で、第２の従来方法と大きく異なる。

第２の従来方法によると、図１の（４）及び（５）に示すように、好気時間帯から無酸素時間帯に変わったあと、あるいは無酸素時間帯から好気時間帯に変わったあと、汚水の流速が一時的に低下した。この流速の低下は、もともと汚水が循環しづらい水路の曲線部において顕著であり、図中からも明らかなように、汚水の流速が半分以下にまで低下していた。汚水の流速が低下すると、活性汚泥が底部に堆積し、汚水との混合が不十分になるため、処理効率が低下する。これに対して、本発明の方法によると、図２の（５）に示すように、水路の直線部においては、汚水の流速が全く低下せず、また、図２の（４）に示すように、水路の曲線部においても、汚水の流速はわずかに低下するだけである。したがって、本発明の方法によると、活性汚泥が底部に堆積することなく、汚水との混合が十分になり、処理効率が向上する。なお、曲線部の流速は、内側底部（底面から１０ｃｍ位の場所）を、直線部の流速は中央底部（底面から１０ｃｍ位の場所）を基準にしている。

この点、第２の従来方法は、第１の従来方法について、エアレータは低速運転しても汚水中にある程度酸素を取り込んでしまうため、脱窒の効率が低下すると指摘している。しかしながら、たとえエアレータを完全に停止したとしても、溶存酸素（ＤＯ：Dissolved oxygen）濃度がゼロになるには、かなりの時間を要する。図１の（３）〔第２の従来方法〕に示すように、少なくとも通常の無酸素時間長（例えば、１〜５時間。）のもとにおいては、図２の（３）〔本発明の方法〕との対比から明らかなように、溶存酸素濃度は、それほど変わるものではないようである。したがって、第１の従来方法において、処理効率が低下するのは、水中プロペラを利用しない方法であったため、無酸素時間帯において、流速が大きく低下し、活性汚泥が底部に堆積してしまったためでないかと、考える。

本発明によると、汚水等の被処理水の処理効率に優れた処理方法及び処理設備となる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
〔処理装置〕
図３に、本実施の形態の処理装置１を示した。
本処理装置１は、被処理水Ｐや活性汚泥、返送汚泥などが供給された無終端循環水路２と、この水路２内に備わる第１の循環手段３及び第２の循環手段４と、から主になる。

本装置１が処理対象とする、被処理水Ｐの種類は、特に限定されない。例えば、産業廃水、生活排水、有機性排水並びに下水、し尿等の各種汚水、農村集落排水等を、処理対象とすることができる。また、本装置１に対する被処理水Ｐの供給のされ方も特に限定されない。例えば、回分処理方式、半回分処理方式、連続処理方式等に適宜対応した供給方法に対応することができる。この点、例えば、被処理水Ｐが汚水である場合は、通常、汚水貯留槽などから本水路２内に連続供給されることになるが、時間帯によって供給量が変化し、あるいは供給量がゼロになることもある。しかしながら、本装置１は、このような特殊な供給にも、対応することができる。

本装置１の無終端循環水路２は、いわゆるオキシデーションディッチ槽等によって、形成されるものであり、並列する２本の直線部１１，１２と、これら直線部１１，１２の一方の端部同士及び他方の端部同士を、それぞれ繋ぐ２本の曲線部１３，１４とで、トラック型に形成されている。

本装置１の第１の循環手段３は、図示しない第１の回転羽根を有し、この第１の回転羽根の回転速度に応じた被処理水Ｐ中への空気の取り込み及び被処理水Ｐの循環を行うものであり、例えば、縦軸型エアレータ等を例示することができる。

ここで第１の回転羽根の回転速度に「応じた」とは、第１の回転羽根の回転速度が速くなると、被処理水Ｐに空気を取り込む量が増え、また、被処理水Ｐの循環を行う力が大きくなり、逆に、回転速度が遅くなると、被処理水Ｐに空気を取り込む量が減り、また、被処理水Ｐの循環を行う力が小さくなることを意味する。

第１の循環手段３の設置数は、特に限定されない。例えば、本実施の形態のように１機とすることや、２機、３機、４機又はそれ以上の複数機とすることができる。また、第１の循環手段３の設置場所も、特に限定されない。例えば、本実施の形態のように、一方の曲線部１３に設置することや、他方の曲線部１４に設置すること、双方の曲線部１３，１４に設置すること、直線部１１，１２の一方又は双方に設置すること、これらを組み合わせて設置すること、などができる。ただし、例えば、第１の回転羽根が上下方向を回転軸とする場合は、直線部１１，１２に設置すると、被処理水Ｐの循環を行うことが、ほとんどできなくなってしまうので、この場合は、曲線部１３，１４に設置する方が好ましい。

一方、本装置１の第２の循環手段４は、水路２内に備わる図示しない第２の回転羽根を有し、被処理水Ｐ中への空気の取り込みを行うことなく、前記第２の回転羽根の回転速度に応じた被処理水Ｐの循環を行うものであり、例えば、プロペラ式の水中ミキサー等を例示することができる。

ここで第２の回転羽根の回転速度に「応じた」とは、第２の回転羽根の回転速度が速くなると、被処理水Ｐの循環を行う力が大きくなり、逆に、回転速度が遅くなると、被処理水Ｐの循環を行う力が小さくなることを意味する。なお、第２の循環手段４は、第２の回転羽根の回転速度が速くても遅くても、被処理水Ｐ中への空気の取り込みを行わない。

第２の循環手段４の設置数は、特に限定されない。例えば、本実施の形態のように１機とすることや、２機、３機、４機又はそれ以上の複数機とすることができる。また、第２の循環手段４の設置場所も、特に限定されない。例えば、本実施の形態のように、一方の直線部１２に設置することや、他方の直線部１１に設置すること、双方の直線部１１，１２に設置すること、曲線部１３，１４の一方又は双方に設置すること、これらを組み合わせて設置すること、などができる。ただし、第２の循環手段４を、曲線部１３，１４に設置すると、循環を行う力が働く方向と実際に被処理水Ｐが流れる方向とがずれることになるため、直線部１１，１２に設置する方が好ましい。また、本実施の形態のように、第１の循環手段３を一方の曲線部１３に設置した場合は、第１の循環手段３側から反対側に向かって被処理水Ｐが流れる直線部（単に、上流直線部ともいう。）１１よりも、第１の循環手段３側に向かって被処理水Ｐが流れる直線部（単に、下流直線部ともいう。）１２の方が、被処理水Ｐの循環が悪くなるため、下流直線部１２の、特に中央部に、第２の循環手段４を設置するのが好ましい。

本形態のように、水路２の曲線部の一方である曲線部１３に前記第１の回転羽根が備えられ、この第１の回転羽根に向かって被処理水が流れる下流直線部１２の中央部付近に、前記第２の回転羽根が備えられている場合においては、前記ＤＯ値は、下流直線部１２の終端部付近を基準にする、つまり下流直線部１２の終端部付近に、ＤＯ値の測定装置５を設けるのが好ましい。かかる位置において、被処理水ＰのＤＯ値が、もっとも安定しているためである。

また、水路２の曲線部の一方である曲線部１３に第１の回転羽根が備えられる場合においては、本実施の形態にように、水路２の曲線部の他方である曲線部１４に、例えば、曲線部１４の曲線形状に沿う曲線部仕切板２２を設けるのが好ましい。曲線部１４においては、活性汚泥が遠心力によって外側に移動してしまい、堆積し易くなる。そこで、この移動・堆積を、曲線部仕切板２２によって阻止する趣旨である。この観点においては、図示例のように、曲線部仕切板２２の上流側端部が曲線部１４の外側の壁に偏るように配置するのが好ましく、曲線部１４の外側の壁から曲線部仕切板２２の外側面までの距離Ｘ：曲線部１４の内側の壁から曲線部仕切板２２の内側面までの距離Ｙが、０．８〜１．２：１．８〜２．２となるように配置するのがより好ましく、Ｘ：Ｙが１：２となるように配置するのが特に好ましい。

本形態において、被処理水Ｐや余剰汚泥の排出方法は、特に限定されない。本装置１においては、上流直線部１１の起端部付近に溢液部２３を設けられており、この溢液部２３から水路２内の被処理水Ｐがオーバーフロー排出されるようになっている。

また、本形態においては、無終端循環水路２や循環手段３，４等からなる処理構成を、紙面上下に２つ並列する構成としたが、これに限定する趣旨ではない。１構成のみとすることや、３構成、４構成、５構成又はそれ以上の複数構成とすることもできる。

〔処理方法〕
本形態において、以上の処理装置１を用い、被処理水Ｐを処理する方式は、水路２内全体を好気条件とする好気時間帯と水路２内全体を無酸素条件とする無酸素時間帯とを、順に繰り返す方式である。

本装置１において、好気処理を行うにあたっては、図示しない制御手段によって、図２の（１）に示すように、前記第１の回転羽根を回転させ、つまり第１の循環手段３を運転させ、かつ、図２の（２）に示すように、前記第２の回転羽根を停止させて、つまり第２の循環手段４を停止させて、行う。

本形態では、第１の循環手段３の運転によって、水路２内の被処理水Ｐは、曲線部１３において、空気（酸素）が取り込まれて曝気され、また、曲線部１３から、直線部１１、曲線部１４、直線部１２を順に流れ、曲線部１３に戻る循環を行う。この好気条件下における被処理水Ｐの循環過程において、被処理水Ｐ中のアンモニア性窒素（ＮＨ₄−Ｎ）が、活性汚泥中に含まれるアンモニア性窒素硝化菌によって、亜硝酸性窒素（ＮＯ₃−Ｎ）に硝化（酸化）され、また、亜硝酸性窒素（ＮＯ₃−Ｎ）が、活性汚泥中に含まれる亜硝酸性窒素硝化菌によって、硝酸性窒素（ＮＯ₂−Ｎ）に硝化（酸化）される。

次いで、本装置１において、無酸素処理を行うにあたっては、図示しない制御手段によって、図２の（１）に示すように、前記第１の回転羽根を低速回転させ、つまり第１の循環手段３を低速運転させ、かつ、図２の（２）に示すように、前記第２の回転羽根を回転させて、つまり第２の循環手段４を運転させて、行う。

本形態では、第２の循環手段４の運転によって、水路２内の被処理水Ｐは、直線部１２から、曲線部１３、直線部１１、曲線部１４を順に流れ、直線部１２に戻る循環を行う。もっとも、第２の循環手段４を運転しても、直ぐに第２の回転羽根の現実の回転速度が、図２の（２）に示すような設定値に達するものではなく、タイムラグがある。そこで、本形態においては、無酸素時間帯においても、第１の循環手段３を低速運転させて、このタイムラグの際に、被処理水Ｐの流速が低下するのを、防止する。

ここで、前記第１の回転羽根の低速回転とは、水路２が無酸素条件となる範囲内（この範囲内とは、例えば、回転速度１００ｒｐｍまでが無酸素条件になると仮定した場合においては、１００ｒｐｍという最大回転速度の範囲内（以下）であるということを意味する。）、具体的には、被処理水ＰのＤＯ値が０．３ｍｇ／Ｌ以下の所定値に維持される範囲内では最も高速回転である回転速度を、好ましくは被処理水ＰのＤＯ値が０．１〜０．２ｍｇ／Ｌの所定値に維持される範囲内では最も高速回転である回転速度を、意味する。このように、無酸素時間帯において第１の循環手段を完全に停止せず、低速運転とすると、図２の（５）に示すように、水路２の直線部１１，１２においては、被処理水Ｐの流速が全く低下せず、また、図２の（４）に示すように、水路２の曲線部１３，１４においても、被処理水Ｐの流速はわずかに低下するだけである。したがって、本形態の方法によると、活性汚泥が底部に堆積することなく、被処理水Ｐとの混合が十分になり、処理効率が向上する。また、本低速運転方式は、堆積した活性汚泥の腐敗や、この腐敗を原因とするスカムの発生などがなくなる、泡状になって浮上したスカムを消すために消泡水等を散布する必要がなくなる、などの利点も有する。

ＤＯ値をいかなる値（所定値）に設定するかは、水路２内が無酸素条件となる範囲内、具体的には、０．３ｍｇ／Ｌ以下、好ましくは０．１〜０．２ｍｇ／Ｌとなる範囲内で、かつ、無酸素処理（脱窒処理）効率や求められる被処理水Ｐの循環速度などをファクターとして、適宜設定することができる。被処理水Ｐの循環速度は、例えば、第１の回転羽根の枚数、大きさ、形状等や、水路２の大きさ、形状、被処理水Ｐの性質、循環量などをファクターとして決まることになる。通常、これらのファクターを考慮したうえで、直線部１１，１２の底部（底面から１０ｃｍ位の場所）における流速が１．０ｍ／ｓとなるように、所定値を設定することになる。

本発明者らが試験したところによると、直線部（１１，１２）の長さ５２ｍ、曲線部（１３，１４）の曲率半径４．２ｍのオキシデーションディッチ槽（２）に、第１の循環手段（３）として縦軸型エアレータ（神鋼環境ソリューション社製、型番８０‐１６Ｓ、回転羽根の枚数１６枚、回転外径２．３６ｍ、回転羽根の形状おわん型）を備え、第２の循環手段（４）としてプロペラ式の水中ミキサー（月島機械社製、型番ＴＳＭＬ２２、回転羽根の枚数２枚、回転羽根の大きさ１．８ｍ、回転羽根の形状：プロペラ型）を備えた処理装置を用い、ＤＯ値（下流直線部（１２）の終端部で測定）が０．１〜０．３ｍｇ／Ｌ、第１の回転羽根の回転速度が５ｒｐｍ、第２の回転羽根の回転速度が３２ｒｐｍとなるように設定した場合には、曲線部流速が０．０６８〜０．０７ｍ／ｓ、直線部流速が０．１〜０．１５ｍ／ｓとなる無酸素処理が可能であった。

本無酸素条件下における被処理水Ｐの循環過程において、被処理水Ｐ中の亜硝酸性窒素（ＮＯ₃−Ｎ）や硝酸性窒素（ＮＯ₂−Ｎ）は、活性汚泥中に含まれる脱窒菌によって、分子状窒素に還元されて脱窒される。

以上本形態において、図示しない制御手段によって、いかなる条件で好気処理から無酸素処理に、あるいは無酸素処理から好気処理に切り替えるかは、特に限定されない。例えば、あらかじめ設定された時間毎に切り替える方式、被処理水ＰのＤＯ値を基準に切り替える方式、被処理水Ｐの供給量（流入量）を基準に切り替える方式、これらの組み合わせによる方式、などを例示することができる。

〔その他〕
本実施の形態において、第１及び第２の回転羽根の通常の（低速でない）回転速度は、特に限定されない。硝化・脱窒の処理効率や求められる被処理水Ｐの循環速度などをファクターとして、適宜設定することができる。もちろん、常に一定である必要もなく、例えば、被処理水Ｐの循環速度の変化に応じて、回転速度を変化させることなどもできる。

本発明は、汚水等の被処理水を、活性汚泥等によって生物学的に処理する方法及び設備として、適用可能である。

従来の処理方法を説明するための図である。 本発明の処理方法を説明するための図である。 本実施の形態の処理設備の概念図である。

１…処理設備、２…無終端循環水路、３…第１の循環手段、４…第２の循環手段、５…ＤＯ測定装置、１１，１２…直線部、１３，１４…曲線部、２２…曲線部仕切板、２３…溢液部、Ｐ…被処理水。

Claims (3)

1. 被処理水が供給された無終端循環水路と、この水路内に備わる第１の回転羽根を有し、この第１の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水中への空気の取り込み及び前記被処理水の循環を行う第１の循環手段と、前記水路内に備わる第２の回転羽根を有し、前記被処理水中への空気の取り込みを行うことなく、前記第２の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水の循環を行う第２の循環手段と、を用いて、
   前記水路内全体を好気条件とする好気時間帯と前記水路内全体を無酸素条件とする無酸素時間帯とを順に繰り返す、被処理水の処理方法であって、
   前記好気時間帯においては、前記第１の回転羽根を回転させ、かつ前記第２の回転羽根を停止させ、
   前記無酸素時間帯においては、前記第１の回転羽根を停止せずに低速回転させ、かつ前記第２の回転羽根を回転させ、
   前記低速回転の回転速度は、前記被処理水のＤＯ値が０．３ｍｇ／Ｌ以下となるようにする、
   ことを特徴とする被処理水の処理方法。
2. 前記無終端循環水路が、並列する２本の直線部と、これら直線部の一方の端部同士及び他方の端部同士を、それぞれ繋ぐ２本の曲線部と、を有し、
   この曲線部の一方に、前記第１の回転羽根が備えられ、
   この第１の回転羽根に向かって被処理水が流れる下流直線部の中央部付近に、前記第２の回転羽根が備えられている場合において、
   前記ＤＯ値は、前記下流直線部の終端部付近を基準にする、請求項１記載の被処理水の処理方法。
3. 被処理水が供給された無終端循環水路と、この水路内に備わる第１の回転羽根を有し、この第１の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水中への空気の取り込み及び前記被処理水の循環を行う第１の循環手段と、前記水路内に備わる第２の回転羽根を有し、前記被処理水中への空気の取り込みを行うことなく、前記第２の回転羽根の回転速度に応じた前記被処理水の循環を行う第２の循環手段と、を有し、
   前記水路内全体を好気条件とする好気時間帯と前記水路内全体を無酸素条件とする無酸素時間帯とを順に繰り返す、被処理水の処理設備であって、
   前記好気時間帯においては、前記第１の回転羽根を回転させ、かつ前記第２の回転羽根を停止させ、
   前記無酸素時間帯においては、前記第１の回転羽根を停止せずに低速回転させ、かつ前記第２の回転羽根を回転させ、
   前記低速回転の回転速度は、前記被処理水のＤＯ値が０．３ｍｇ／Ｌ以下となるようにする回転羽根の制御手段が備えられている、
   ことを特徴とする被処理水の処理設備。

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