JP5329499B2

JP5329499B2 - 生物学的排水処理装置

Info

Publication number: JP5329499B2
Application number: JP2010195846A
Authority: JP
Inventors: 治之知久
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: JP2012050936A

Description

本発明は、微生物を用いて排水を処理する生物学的排水処理装置に関する。

微生物を用いて排水を処理する生物学的排水処理装置として、排水中の窒素酸化物を排水中の有機物により還元する（脱窒処理を行う）脱窒槽と、脱窒処理された被処理水に微生物を混合し、曝気することで、被処理水中に残存する有機物を酸化分解する酸化槽と、酸化分解に用いられた微生物を沈殿させて酸化槽に戻す沈殿槽とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２５４０１５０号

上記装置は、脱窒処理された処理水中に残存する有機物を酸化槽で酸化分解し、主に二酸化炭素及び水を発生するため、残存する有機物をエネルギー資源として活用することができないという問題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、脱窒処理された処理水中に残存する有機物をエネルギー資源として活用することを可能とする生物学的排水処理装置の提供を目的とする。

本発明による生物学的排水処理装置は、微生物を用いて排水中の有害物質を除去する生物学的排水処理装置において、排水を導入し、微生物を用いて脱窒処理を行う第１反応装置と、第１反応装置で脱窒処理された処理水を導入し、微生物を用いてメタン発酵処理を行う第２反応装置と、を備えたことを特徴とする。

このような生物学的排水処理装置によれば、第１反応装置では、排水の脱窒処理が行われ、排水中の窒素酸化物が排水中の有機物により還元される。第２反応装置では、第１反応装置で脱窒処理された処理水のメタン発酵処理が行われ、上記処理水中に残存する有機物が分解される。メタン発酵処理によって有機物が分解されるとメタンガスが発生するため、上記処理水中に残存する有機物を、エネルギー資源であるメタンガスとして活用することが可能となる。また、メタン発酵処理は嫌気性処理であるため、酸化槽のような曝気が不要であり且つ余剰汚泥の発生量が少ない。従って、曝気のエネルギーが不要になると共に、余剰汚泥の処理コストが大幅に低減される。

また、第１反応装置は、粒状に凝集された微生物を含む微生物汚泥床を収容した第１槽を有し、排水を第１槽内に導入し、排水を上昇させて第１槽内に上向流を形成し、第２反応装置は、粒状に凝集された微生物を含む微生物汚泥床を収容した第２槽を有し、処理水を第２槽内に導入し、処理水を上昇させて第２槽内に上向流を形成するので、第１反応装置の脱窒処理及び第２反応装置のメタン発酵処理を高負荷とすることができ、第１反応装置及び第２反応装置の設置面積を小さくすることができる。

このように本発明によれば、脱窒処理された処理水中に残存する有機物をエネルギー資源として活用することを可能とする生物学的排水処理装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る生物学的排水処理装置の概略構成図である。

以下、本発明による生物学的排水処理装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る生物学的排水処理装置の概略構成図である。

生物学的脱窒処理装置１００は、排水を収容する原水調整槽１と、排水を被処理水として導入し、脱窒処理に必要な有機物（ここではメタノール）を供給すると共に、被処理水のｐＨ調整を行う第１コンディショニング装置２と、被処理水の脱窒処理を行う第１反応装置３と、脱窒処理の行われた処理水を被処理水として導入し、被処理水のｐＨ調整を行う第２コンディショニング装置２１と、被処理水のメタン発酵処理を行う第２反応装置２２とを備えている。

第１コンディショニング装置２は、密閉されたコンディショニング槽４を有している。第１コンディショニング装置２は、ラインＬ１を介し、原水調整槽１に収容された排水を被処理水としてコンディショニング槽４内に導入する。また、第１コンディショニング装置２は、ラインＬ５を介し、メタノールをコンディショニング槽４内に導入し、被処理水に供給する。さらに、第１コンディショニング装置２は、コンディショニング槽４内で発生したガスをラインＬ６に排出する。

コンディショニング槽４には、ｐＨ計５が付設されている。ｐＨ計５は、コンディショニング槽４内の被処理水のｐＨを測定する。ここで、ｐＨ計５の測定値が所定範囲にない場合には、コンディショニング槽４内の被処理水にｐＨ調整剤（ここでは塩酸）を供給することが可能となっている。所定範囲とは、微生物（後述）の生息に適した範囲（例えば、ｐＨ６〜９．５）である。

第１反応装置３は、密閉された第１槽である反応槽６を有している。反応槽６内の下部には、粒状に凝集された微生物（ここでは脱窒菌）を含む微生物汚泥床９が収容されている。脱窒菌は、嫌気的条件下において、被処理水中の窒素酸化物を被処理水中のメタノールにより還元し、窒素ガスを生成して増殖する。また、脱窒菌は、被処理水中の溶存酸素を吸収して増殖する。その際にも、脱窒菌はメタノールを分解する。

反応槽６は、ＵＳＢ（Upflow Sludge Blanket）反応槽を構成している。すなわち、第１反応装置３は、ラインＬ２を介し、コンディショニング槽４から反応槽６内の下部に被処理水を導入し、その被処理水を上昇させて反応槽６内に上向流を形成する。反応槽６内を上昇する被処理水は、微生物汚泥床９と向流接触し、微生物汚泥床９に含まれる脱窒菌の働きによって脱窒処理（窒素酸化物をメタノールにより還元し、窒素ガスを発生する処理）される。

反応槽６内の上部には、気固液分離部８が設けられている。気固液分離部８は、微生物等の固形物と、反応槽６内で発生した窒素ガス等のガスと、脱窒処理された処理水とを分離する。第１反応装置３は、ラインＬ３を介し、気固液分離部８によって分離された処理水を反応槽６外へ排出する。また、第１反応装置３は、ラインＬ４を介し、気固液分離部８によって分離された処理水の一部をコンディショニング槽４へ戻す。さらに、第１反応装置３は、気固液分離部８によって分離されたガスをラインＬ６へ排出する。

第２コンディショニング装置２１は、密閉されたコンディショニング槽２３を有している。第２コンディショニング装置２１は、ラインＬ３を介し、反応槽６から排出された処理水を被処理水としてコンディショニング槽２３内に導入する。コンディショニング槽２３には、ｐＨ計２４が付設されている。ｐＨ計２４は、コンディショニング槽２３内の被処理水のｐＨを測定する。ここで、ｐＨ計２４の測定値が所定範囲にない場合には、コンディショニング槽２３内の被処理水にｐＨ調整剤（ここでは塩化水素）を供給することが可能となっている。所定範囲とは、微生物（後述）の生息に適した範囲（例えば、ｐＨ６〜９．５）である。

第２反応装置２２は、密閉された第２槽である反応槽２５を有している。反応槽２５内には、粒状に凝集された微生物（ここではメタン菌）を含む微生物汚泥床２６が収容されている。メタン菌は、嫌気的条件下において、被処理水中の有機物を分解してメタンガスを生成する。

反応槽２５は、ＥＧＳＢ（Expanded Granular Sludge Bed）反応槽を構成している。すなわち、第２反応装置２２は、ラインＬ２１を介し、コンディショニング槽２３から反応槽２５の下部に被処理水を導入し、その被処理水を高速に上昇させることで、反応槽６内に高速の上向流を形成し、微生物汚泥床２６を積極的に流動させて膨張させる。反応槽６内を上昇する被処理水は、膨張した微生物汚泥床２６と高効率に向流接触し、微生物汚泥床２６に含まれるメタン菌の働きによって高効率にメタン発酵処理（有機物を分解し、メタンガスを発生する処理）される。

反応槽２５内の上部には、気固液分離部２７が設けられている。気固液分離部２７は、微生物等の固形物と、反応槽２５内で発生したメタンガス等のガスと、メタン発酵処理された処理水とを分離する。第２反応装置２２は、ラインＬ２２を介し、気固液分離部２７によって分離された処理水を反応槽２５外へ排出する。また、第２反応装置２２は、気固液分離部２７によって分離されたガスをラインＬ２３へ排出する。

続いて、このように構成された生物学的脱窒処理装置１００の作用について説明する。原水調整槽１に収容された排水は、被処理水としてコンディショニング槽４内に導入され、メタノールを供給される。また、その被処理水は、コンディショニング槽４内でｐＨ調整される。コンディショニング槽４は密閉されているため、コンディショニング槽４を取り巻く空気中の酸素が被処理水に溶け込むことはない。

コンディショニング槽４でメタノールを供給された被処理水は、反応槽６内に導入され、反応槽６内を上昇する。その際、被処理水は微生物汚泥床９と向流接触し、微生物汚泥床９に含まれる脱窒菌の働きによって脱窒処理される。また、脱窒菌の働きによって被処理水中の溶存酸素が吸収される。反応槽６は密閉されているため、反応槽６を取り巻く空気中の酸素が被処理水に溶け込むことはない。反応槽６内を上昇して脱窒処理された処理水は、気固液分離部８によって窒素ガスや微生物等から分離され、反応槽６外へ排出される。反応槽６外へ排出される処理水には、コンディショニング槽４で供給されたメタノールの一部が残存している。

反応槽６から排出された処理水の一部は、ラインＬ４を介してコンディショニング槽４に戻され、コンディショニング槽４内の被処理水と混合される。反応槽６から排出された処理水の溶存酸素濃度は、上記脱窒菌の働きによって低くなっているため、この処理水を混合されたコンディショニング槽４内の被処理水の溶存酸素濃度も低くなる。その結果、コンディショニング槽４外へ排出されて反応槽６内に導入される被処理水の溶存酸素濃度が低くなり、溶存酸素の吸収に際して分解されるメタノールが削減され、コンディショニング槽４でのメタノールの供給量が削減される。また、溶存酸素の吸収に伴って生じる余剰汚泥とが削減される。

また、反応槽６から排出された処理水に残存しているメタノールが、ラインＬ４によってコンディショニング槽４内に戻されて再利用されるため、メタノールの供給量がさらに削減される。

そして、反応槽６から排出された処理水は、コンディショニング槽４に戻された一部を除き、被処理水としてコンディショニング槽２３内に導入され、ｐＨ調整される。

コンディショニング槽２３内でｐＨ調整された被処理水は、反応槽２５内に導入され、反応槽２５内を高速に上昇し、反応槽２５内に高速の上向流を形成する。微生物汚泥床２６は、反応槽２５内の上向流によって流動し、膨張する。被処理水は膨張した微生物汚泥床２６と高効率に向流接触し、微生物汚泥床２６に含まれるメタン菌の働きによって高効率にメタン発酵処理される。反応槽２５内を上昇してメタン発酵処理された処理水は、気固液分離部２７によってメタンガスや微生物等から分離され、反応槽２５外へ排出される。また、気固液分離部２７によって分離されたメタンガス等のガスは、反応槽２５外へ排出される。

このように、本実施形態では、第１反応装置３において、排水の脱窒処理が行われ、排水中の窒素酸化物が排水中のメタノールにより還元される。第２反応装置２２において、第１反応装置３で脱窒処理された処理水のメタン発酵処理が行われ、脱窒処理された処理水中に残存するメタノールが分解される。メタン発酵処理によってメタノールが分解されると、メタンガスが発生するため、脱窒処理された処理水中に残存するメタノールを、エネルギー資源であるメタンガスとして活用することが可能となる。また、メタン発酵処理は嫌気性処理であるため、酸化槽のような曝気が不要であり且つ余剰汚泥の発生量が少ない。従って、脱窒処理された処理水中に残存するメタノールの処理において、曝気のエネルギーが不要になると共に、余剰汚泥の処理コストが大幅に低減される。

さらに、本実施形態では、ラインＬ４等の作用により、反応槽６内での溶存酸素の吸収に際して分解されるメタノールが削減される。従って、脱窒処理に貢献せず且つエネルギー資源として活用されずに無駄に消費されるメタノールが、生物学的脱窒処理装置１００全体で大幅に削減される。

また、本実施形態では、反応槽６内を上昇する被処理水は、凝集された脱窒菌と向流接触する。さらに、反応槽２５内を上昇する被処理水は、凝集されたメタン菌と向流接触する。これにより、脱窒処理及びメタン発酵処理が高負荷となり、反応槽６及び反応槽２５の設置面積を小さくすることができる。

また、反応槽２５は、ＥＧＳＢ反応槽を構成し、メタン発酵処理をさらに高負荷とすることができるため、脱窒処理された処理水中に残存するメタノールの濃度が低くなっている場合であっても、効率よくメタン発酵処理を行うことができる。

以上、本実施形態では第２反応槽２５をＥＧＳＢ反応槽として説明したが、これに限られない。嫌気性反応によって有機物を分解し、メタンガスを発生する反応槽であればよく、例えば、ＵＡＳＢ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket）反応槽であってもよい。

また、脱窒処理に必要な有機物はメタノールに限られるものではなく、例えば、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）や、廃酢酸及び廃糖蜜等の有機性廃液を用いることができる。

１…原水調整槽、３…第１反応装置、６…反応槽、９…微生物汚泥床、２２…第２反応装置、２５…反応槽、２６…微生物汚泥床、１００…生物学的脱窒処理装置。

Claims

微生物を用いて排水中の有害物質を除去する生物学的排水処理装置において、
前記排水を導入し、微生物を用いて脱窒処理を行う第１反応装置と、
前記第１反応装置で脱窒処理された処理水を導入し、微生物を用いてメタン発酵処理を行う第２反応装置と、を備え、
前記第１反応装置は、粒状に凝集された微生物を含む微生物汚泥床を収容した第１槽を有し、前記排水を前記第１槽内に導入し、前記排水を上昇させて前記第１槽内に上向流を形成し、
前記第２反応装置は、粒状に凝集された微生物を含む微生物汚泥床を収容した第２槽を有し、前記処理水を前記第２槽内に導入し、前記処理水を上昇させて前記第２槽内に上向流を形成することを特徴とする生物学的排水処理装置。
前記第１反応装置の上流側に設けられ、前記排水を導入し、脱窒処理に必要な有機物を当該排水に供給すると共に、当該排水のｐＨ調整を行う第１コンディショニング装置と、
前記第１反応装置と前記第２反応装置との間に設けられ、前記第１反応装置で脱窒処理された処理水を導入し、当該処理水のｐＨ調整を行う第２コンディショニング装置と、を更に備えることを特徴とする請求項１記載の生物学的排水処理装置。
前記第１反応装置で脱窒処理された処理水の一部を前記第１コンディショニング装置に戻すラインを更に備える請求項２記載の生物学的排水処理装置。