JP7105162B2 - 有機性排水処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、窒素を含む有機性排水を活性汚泥が貯留される処理槽で生物処理する有機性排水処理装置に関する。
従来、活性汚泥を利用して窒素やリンを含む有機性排水を生物処理する有機性排水処理方法として、嫌気槽、無酸素槽、好気槽をこの順に配し、好気槽の汚泥を嫌気槽や無酸素槽に循環供給するA2O法(UCT法)などが広く採用されている。近年では固液分離のための沈殿槽に代えて好気槽に膜分離装置を浸漬配置したMBR法(UCT‐MBRなど)が注目されている。
特許文献1には、窒素除去率90%以上で、コンパクトな、窒素含有排液の処理設備を提供することを目的として、嫌気槽、好気槽の順に複数個の嫌気槽と好気槽が交互に直列に結合され、最前段の嫌気槽と2段目以降の少なくともひとつの嫌気槽に窒素含有排液を供給する供給経路を備え、最後段の好気槽には活性汚泥を分離して処理液を得るための浸漬型分離装置を備え、最後段の好気槽から最前段の嫌気槽へ活性汚泥液を返送する経路を備えた処理設備が開示されている。なお、当該処理設備の嫌気槽は、正確には無酸素槽として機能する。
特許文献2には、1槽の処理槽のみで高度処理を行う膜分離装置であって、被処理水が生物学的に処理されるとともに、前記被処理水の旋回流が形成される無端状の処理槽と、前記旋回流の流れ方向に間隔をあけて設置され、前記被処理水を膜分離処理する複数の膜ユニットと、前記処理槽に供給される被処理水が貯留される原水槽を備えた膜分離装置において、前記原水槽を前記旋回流の内側に設け、該原水槽から前記処理槽に前記被処理水を供給する供給手段が、前記旋回流の流れ方向において多段階的に供給を行うことを特徴とする膜分離装置が提案されている。
上述した何れの排水処理設備も、各分離膜が浸漬配置された好気性処理領域に隣接して形成される嫌気性処理領域に有機性排水が供給されるため、嫌気性処理領域において高BOD濃度下で高い脱窒処理性能が実現できる。
また、特許文献3には、嫌気分解処理槽と好気分解処理槽が一体化され、且つ、好気分解処理槽は嫌気分解処理槽に対して上部に設けられている分解処理槽、及び沈殿分離槽からなる有機性固形物含有排水の処理装置が提案されている。この様な処理装置によれば処理槽の設置面積が小さくできる。
特開2000-140886号公報 特開2004-305916号公報 特開2001-327989号公報
図12には、上述したMBRの施設設置面積を縮減する方策の一つとして、無酸素10や好気槽20の水深を通常の4~5mから8~10m程度まで大幅に引き上げるという方法が採用された有機性排水処理装置1が示されている。
そのような有機性排水処理装置1では、膜分離装置30を水深が深い水槽20に設置すると、膜洗浄曝気動力が一般的な設計値(通常の4~5mの水深に対する設計値)に比べて増加し、非効率となるため膜を設置する水槽20Cのみ浅槽とする必要がある。
また、好気槽20に備える散気装置40を、送風機の昇圧量の制限により底部から数mの高さの中層に設置して、散気装置40により汚泥に上昇流を発生させ、下降流に転じて散気装置40に戻る旋回流が発生するように散気する必要があり、所定の旋回流速を確保するために、バッフル板20Bで好気槽20を仕切った一方の空間に水平方向に隙間を開けて散気装置40を設置する必要がある。
しかし、MLSS濃度を一般的なMBRの濃度まで高めた条件で設計すると散気装置の設置スペースが不足するという問題があり、中層に散気装置を設置するとメンテナンスを実施する際に処理槽に仮設の足場を組み立てる必要があり、煩雑な作業が発生するという問題もあった。
本発明の目的は、設置面積を小さくしながらもメンテナンスなどの作業が容易なMBR法を用いる有機性排水処理装置を提供する点にある。
上述の目的を達成するため、本発明による有機性排水処理装置の第一特徴構成は、窒素を含む有機性排水を活性汚泥が貯留される処理槽で生物処理する有機性排水処理装置であって、前記処理槽を上層空間と下層空間とに上下方向に区画する上下仕切り部材と、前記下層空間に位置する処理槽により構成された複数の無酸素槽と、前記上層空間に位置する処理槽により構成された浸漬型の膜分離装置を備えた複数の好気槽と、有機性排水を各前記無酸素槽に分割して供給する原水供給経路と、前記無酸素槽から前記好気槽へ活性汚泥を移送する複数の脱窒液移送経路と、前記好気槽から前記無酸素槽へ活性汚泥を移送する複数の硝化液移送経路と、を備え、活性汚泥が前記処理槽全体を循環するように、前記脱窒液移送経路を介した前記無酸素槽から前記好気槽への活性汚泥の移送と、前記硝化液移送経路を介した前記好気槽から前記無酸素槽への活性汚泥の移送が繰り返される点にある。
活性汚泥が貯留される処理槽が上下仕切り部材を介して上層空間と下層空間に区画され、下層空間に複数の無酸素槽が配置され、上層空間に浸漬型の膜分離装置を備えた複数の好気槽が配される結果、好気槽に必要な曝気負荷の上昇を招くことなく、設置面積の小さな有機性排水処理装置を実現できる。そして、原水供給経路から各無酸素槽に分割供給され活性汚泥と混合された有機性排水は、各無酸素槽で脱窒処理された後に各脱窒液移送経路で連通する各好気槽に移送され、各好気槽で硝化処理された後に各脱窒液移送経路で連通する別の各無酸素槽に移送され、処理槽全体を循環することにより、硝化処理及び脱窒処理が繰り返されて膜分離装置から処理水として引抜かれる。
同第二の特徴構成は、上述の第一の特徴構成に加えて、前記上下仕切り部材に形成された開口により前記硝化液移送経路が形成されるとともに、前記無酸素槽の内部で有機性排水と活性汚泥とを撹拌する撹拌翼が前記硝化液移送経路を介して前記好気槽の上方から挿脱自在に設置され、脱窒処理で生じたガスが前記硝化液移送経路を介して前記好気槽に放出されるように構成されている点にある。
上述の構成によれば、無酸素槽が空気と接触しない密閉状態となるので、嫌気度が高まり、効率的な脱窒処理が可能になるとともに、スカムの発生が抑制され、その結果、スカムを破壊するための消泡水供給設備なども不要となる。また、脱窒処理で生じた窒素ガスは硝化液移送経路を介して上層の好気槽に放出されるので、無酸素槽にガスが充満することもない。さらには、撹拌翼のメンテナンスに際しては、好気槽を経由して撹拌翼を上方に引き抜けばよく、作業が容易になる。
同第の特徴構成は、上述の第一または第二の特徴構成に加えて、複数の前記無酸素槽と複数の前記好気槽とが、前記上下仕切り部材を挟んで同形状に区画されて形成される点にある。
上層空間に配置される複数の好気槽の区画壁と下層空間に配置される複数の無酸素槽の区画壁が平面視で同じ位置に設置されるので施工が容易になる。
同第の特徴構成は、上述の第一から第三の何れかの特徴構成に加えて、前記原水供給経路から供給される有機性排水を嫌気処理する嫌気槽と、各前記無酸素槽から前記嫌気槽へ活性汚泥を移送する複数の脱窒液返送経路と、前記嫌気槽から各前記無酸素槽へ分割して活性汚泥を供給する分配経路とを備える点にある。
嫌気槽を備えることによりリンを含む有機性排水であっても効果的に脱リンできる。つまり、好気槽でリンを過剰摂取した活性汚泥が無酸素槽から脱窒液返送経路を経て嫌気槽へ移送されることにより効率的にリンが吐き出され、分配経路を経て各無酸素槽へ移送され、さらに好気槽に移送された活性汚泥によりリンが過剰摂取されるので、膜分離装置を経た処理水に含まれるリン濃度は非常に低くなる。
同第の特徴構成は、上述の第の特徴構成に加えて、前記嫌気槽が前記処理槽の中央部に前記上層空間と前記下層空間とに亘って配置される点にある。
嫌気槽が処理槽の中央部に配置されることにより、嫌気槽と各無酸素槽とを接続する均等分配経路及び脱窒液返送経路の長さを均等且つ最短に形成することができ、全体として設置面積が小さな有機性排水処理装置が実現できる。
同第の特徴構成は、上述の第一から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記上下仕切部材の下面に梁部材が配設され、前記硝化液移送経路の入口が前記無酸素槽の上面に備えられ、前記無酸素槽内で発生したガスが前記硝化液移送経路から排出されるように、前記梁部材に貫通孔が設けられる点にある。
梁部材と上下仕切部材によって仕切られた上下仕切部材直下の空間にガスなどが充満することが回避でき、無酸素槽の有効容積の低下や水質の悪化を回避できる。
以上説明した通り、本発明によれば、設置面積を小さくしながらもメンテナンスなどの作業が容易なMBR法を用いる有機性排水処理装置を提供することができるようになった。
窒素を含む有機性排水に対応した排水処理装置の概念説明図 本発明による排水処理装置の概要を示す正面視の説明図 (a)は本発明による排水処理装置の正面視の説明図、(b)は同平面視の説明図 膜分離装置に備えた膜エレメントの説明図 別実施形態を示す本発明による排水処理装置の概念説明図 (a)は別実施形態を示す排水処理装置の正面視の説明図、(b)は同平面視の説明図 (a)は別実施形態を示す排水処理装置の正面視の説明図、(b)は同平面視の説明図 (a)は別実施形態を示す排水処理装置の正面視の説明図、(b)は同平面視の説明図 (a)は別実施形態を示す排水処理装置の正面視の説明図、(b)は同平面視の説明図 (a),(b)は上下仕切り部材の支持構造の説明図 (a),(b)は上層空間と下層空間のレイアウトの説明図 従来の排水処理装置の正面視の説明図
以下、本発明による排水処理装置の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明による排水処理装置は、窒素を含む有機性排水を活性汚泥中で生物処理する有機性排水処理装置である。
図1には、当該有機性排水処理装置の基本概念が示されている。排水処理装置1は、窒素を含む有機性排水(以下、「原水」とも表記する。)の流れに沿う上流側に配設された無酸素槽10(10a,10b,10c,10d)と下流側に配設され膜分離装置30が活性汚泥中に浸漬配置された好気槽20(20a,20b,20c,20d)とを一対の生物処理単位とし、複数の生物処理単位を直列に接続する生物処理槽2と、最下流に配設された好気槽20dから最上流に配設された無酸素槽10aへ活性汚泥を返送する汚泥返送経路3と、無酸素槽10(10a,10b,10c,10d)に有機性排水を分割して供給する原水供給経路4と、各生物処理単位の膜分離装置30から膜透過液を処理水として送出する処理水送出経路7と、を備えている。
このような排水処理装置1によれば、好気槽20でアンモニア性窒素が硝化処理された硝酸性窒素が無酸素槽10において窒素に還元される結果、原水である有機性排水の効果的な脱窒処理が実現できる。
図2に示すように、本発明による有機性排水処理装置1は、窒素を含む有機性排水を活性汚泥が貯留される処理槽2で生物処理する有機性排水処理装置であり、処理槽2を上層空間USと下層空間LSとに上下方向に区画する上下仕切り部材2Aと、下層空間LSに位置する処理槽2により構成された複数の無酸素槽10(10a,10b,10c,10d)と、上層空間USに位置する処理槽2により構成された浸漬型の膜分離装置30を備えた複数の好気槽20(20a,20b,20c,20d)と、有機性排水を各無酸素槽10に分割して供給する原水供給経路4と、無酸素槽10から好気槽20へ活性汚泥を移送する脱窒液移送経路15と、好気槽20から無酸素槽10へ活性汚泥を移送する複数の硝化液移送経路25と、を備え、活性汚泥が処理槽2全体を循環するように、脱窒液移送経路15を介した無酸素槽10から好気槽20への活性汚泥の移送と、硝化液移送経路25を介した好気槽20から無酸素槽10への活性汚泥の移送が繰り返されるように構成されている。
活性汚泥が貯留される処理槽2が上下仕切り部材2Aを介して上層空間と下層空間に区画され、下層空間に複数の無酸素槽10が配置され、上層空間に浸漬型の膜分離装置30を備えた複数の好気槽20が配される結果、好気槽20に必要な曝気負荷の上昇を招くことなく、設置面積の小さな有機性排水処理装置を実現できる。
そして、原水供給経路4から各無酸素槽10に分割供給され活性汚泥と混合された有機性排水は、各無酸素槽10で脱窒処理された後に各脱窒液移送経路15を経て各好気槽20に移送され、各好気槽20で硝化処理された後に各脱窒液移送経路25を経て次の各無酸素槽10に移送され、処理槽2全体を循環することにより、硝化処理及び脱窒処理が繰り返されて膜分離装置30から処理水送出経路7を介して処理水として引抜かれる。
図11(a)に示すように、本実施形態では、有機性排水処理装置1は、複数の無酸素槽10と複数の好気槽20とが、上下仕切り部材2Aを挟んで平面視で同形状に区画されて形成される。従って、上層空間USに配置される複数の好気槽20の区画壁と下層空間LSに配置される複数の無酸素槽10の区画壁が平面視で同じ位置に設置されるので施工が容易になる。
尚、図11(b)に示すように、有機性排水処理装置1は、複数の無酸素槽10と複数の好気槽20とが、上下仕切り部材2Aを挟んで全体として平面視で同形状に形成され、各区画が上下で異なるように配置されていてもよい。この場合でも、設置面積の小さな有機性排水処理装置を実現できる点に変わりはない。
図3(a),(b)には、このような構成の有機性排水処理装置1のさらに詳細な構成が示されている。原水供給経路4から下層空間に形成された密閉状態の無酸素槽10b,10cに供給された有機性排水は汚泥と混合され、無酸素状態で撹拌翼24によって撹拌されて脱窒処理が行なわれ、脱窒液移送経路15を介して隣接する無酸素槽10c,10d,10a,10bの上層空間に配された好気槽20c,20d,20a,20bへ送られる。脱窒液移送経路15の一つはエアリフトポンプAPで構成され、それ以降の脱窒液移送経路15は無酸素槽10と好気槽20の水圧差により自然流下するようにダクトが形成されている。なお、ダクトに循環用のポンプを設けて汚泥と有機性排水の混合液を移送するように構成してもよい。
各好気槽20には膜分離装置30が浸漬設置され、その近傍に好気処理のための補助散気装置40が設置されている。脱窒液移送経路15を介して好気槽20に流入した有機性排水と汚泥の混合液は、好気状態でアンモニア性窒素が硝化されて硝酸性窒素となり、上下仕切り部材2Aで仕切られた各好気槽20の床面中央部に形成された開口20Aから下方に位置する無酸素槽10に流出する。つまり、開口20Aが硝化液移送経路25となる。
好気槽20は蓋体で被覆され、蓋体に形成された矩形の開口部14を介して無酸素槽20内部で原水と活性汚泥とを撹拌する撹拌翼24が挿脱自在に取り付けられている。図中、符号Mは撹拌翼24を駆動するモータである。
上述の構成によれば、無酸素槽10が空気と接触しない密閉状態となるので、嫌気度が高まり、効率的な脱窒処理が可能になるとともに、スカムの発生が抑制され、その結果、スカムを破壊するための消泡水供給設備が不要となるばかりか、消泡水をろ過するために好気槽20設置していた余剰の膜分離装置が不要になる。また、無酸素槽10の脱臭設備も不要となり、設備費の低減に大きく寄与する。
処理槽2を上層空間USと下層空間LSとに上下方向に区画する上下仕切り部材2Aは、鉄筋が配されたコンクリート壁、つまり天井スラブで構成されている。天井スラブを支持する横梁を設けなければ、無酸素槽10内での天井付近の撹拌に対する抵抗が小さくなり、撹拌効率が良くなる。
図10(a),(b)に示すように、梁部材として横梁2Bを設けた場合でも、横梁2Bに貫通孔としてのガス抜き孔2Cを形成し、ガス抜き孔2C及び開口20A(硝化液移送経路25)を介して上層空間USの好気槽20にガスが上昇するように構成しておけば、横梁2Bと天井スラブ2Aによって仕切られた天井スラブ2A直下の空間に空気などのガスが充満したりスカムが積層することが回避できるので、無酸素槽10の有効容積の低下や水質の悪化を回避できる。なお、脱窒処理で生じた窒素ガスも開口20A(硝化液移送経路25)を介して上層空間USの好気槽20に放出される。
膜分離装置30は、複数の膜エレメント31と、膜エレメント31の下方に設置された曝気装置を備えている。複数の膜エレメント31は各膜面が縦姿勢となるように、ケーシングに一定間隔を隔てて上下二段に配列収容されている。
図4には膜エレメント31が示されている。膜エレメント31は上部に集水管31cを備えた樹脂製の膜支持体31aの表裏両面に分離膜31bが配置されて構成されている。本実施形態では、分離膜31bは、不織布の表面に多孔性を有する有機高分子膜を備えた公称孔径が0.4μm程度の精密ろ過膜で構成されている。
分離膜31bの種類及び膜エレメント31は、上述した態様に限定されるものではなく、任意の種類の分離膜及び任意の形態の膜エレメント(中空糸膜エレメント、管状膜エレメント、モノリス膜エレメント等)を用いることが可能である。
図5には、さらに、原水供給路4から供給される有機性排水を嫌気処理する嫌気槽50と、各無酸素槽10から嫌気槽50へ活性汚泥を移送する複数の脱窒液返送経路6(6a,6b,6c,6d)と、嫌気槽50から各無酸素槽10へ分割して活性汚泥を移送する分配経路5(5a,5b,5c,5d)とを備えている。
嫌気槽50を備えることによりリンを含む有機性排水であっても効果的に脱リンできる。つまり、好気槽20でリンを過剰摂取した活性汚泥が無酸素槽10から脱窒液返送経路6を経て嫌気槽50へ移送されることにより効率的にリンが吐き出され、分配経路5を経て各無酸素槽10へ移送され、さらに好気槽20に移送された活性汚泥によりリンが過剰摂取されるので、膜分離装置1を経た処理水に含まれるリン濃度は非常に低くなる。
図6(a),(b)には、嫌気槽50が処理槽2の中央部に上層空間USと下層空間LSとに亘って配置された例が示されている。嫌気槽50が処理槽2の中央部に配置されることにより、嫌気槽50と各無酸素槽10とを接続する分配経路5及び脱窒液返送経路6の長さを均等且つ最短に形成することができ、全体として設置面積が小さな有機性排水処理装置1が実現できる。
図7(a),(b)には、嫌気槽50は蓋体で被覆され、蓋体に形成された矩形の開口部55を介して嫌気槽50の内部で原水と活性汚泥とを撹拌する撹拌翼54が挿脱自在に取り付けられている。図中、符号Mは撹拌翼54を駆動するモータである。なお、嫌気槽50を覆う蓋体は外気との接触を防止するために設けられ、好気槽10を覆う蓋体26は臭気ガスが大気開放されないように設けられており、集気ダクトが接続される。
図8(a),(b)には、無酸素槽10に水中ミキサーを配した例が示されている。好気槽10は蓋体26で被覆され、蓋体26に形成された矩形の開口部14を介して昇降用のガイドパイプ28が配され、当該ガイドパイプ28を介して水中ミキサー27が昇降自在に取り付けられている。水中ミキサー27によって無酸素槽20内部で原水と活性汚泥とが撹拌される。
図6,7で説明した実施形態では、硝化液移送経路25を介して上層空間USに配された好気槽20から直下の下層空間USに配された無酸素槽10へ活性汚泥を移送する例を説明したが、本実施形態では、脱窒液移送経路15を介して下層空間USに配された無酸素槽10から直上の上層空間USに配された好気槽20へ活性汚泥を移送するように構成されている点が異なる。
また、図9(a),(b)には、図8(a),(b)と同様に、図6(a),(b)に示した脱窒液移送経路15と、硝化液移送経路25とを介した活性汚泥の流れ方向が逆に構成された例が示されている。何れの態様が採用されてもよい。
上述した実施形態では、好気槽20が1つの槽の中に補助散気装置40と膜分離装置30を備えているが、好気槽20を散気区画と膜分離区画とに仕切りで区画してもよい。この場合、活性汚泥は脱窒液移送経路15を介して散気区画へ移送され、散気区画から膜分離区画に移送された後に硝化液移送経路25を介して無酸素槽10へ移送される。
上述した実施形態では、無酸素槽10内の活性汚泥の撹拌に機械式の攪拌機を用いているが、槽底部に粗大気泡の散気装置を配設し、間歇的に散気することで無酸素槽10内の活性汚泥を撹拌してもよい。この場合には、撹拌手段に機械的な駆動部分が無いため、設備の維持管理性が向上する。
上述した実施形態は、何れも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。また、上述した複数の実施形態の何れかまたは複数を適宜組み合わせてもよい。
1:有機性排水処理装置
2:生物処理槽
3:汚泥返送経路
4:原水供給経路
5:均等分配経路
6:脱窒液返送経路
7:処理水送出経路
10:無酸素槽
14:開口部
15:脱窒液移送経路
20:好気槽
24:撹拌翼
25:硝化液移送経路
26:蓋体
27:ミキサー
28:ガイドパイプ
30:膜分離装置
40:補助散気装置
50:嫌気槽

Claims (6)

  1. 窒素を含む有機性排水を活性汚泥が貯留される処理槽で生物処理する有機性排水処理装置であって、
    前記処理槽を上層空間と下層空間とに上下方向に区画する上下仕切り部材と、前記下層空間に位置する処理槽により構成された複数の無酸素槽と、前記上層空間に位置する処理槽により構成された浸漬型の膜分離装置を備えた複数の好気槽と、有機性排水を各前記無酸素槽に分割して供給する原水供給経路と、前記無酸素槽から前記好気槽へ活性汚泥を移送する複数の脱窒液移送経路と、前記好気槽から前記無酸素槽へ活性汚泥を移送する複数の硝化液移送経路と、
    を備え、
    活性汚泥が前記処理槽全体を循環するように、前記脱窒液移送経路を介した前記無酸素槽から前記好気槽への活性汚泥の移送と、前記硝化液移送経路を介した前記好気槽から前記無酸素槽への活性汚泥の移送が繰り返される、ことを特徴とする有機性排水処理装置。
  2. 前記上下仕切り部材に形成された開口により前記硝化液移送経路が形成されるとともに、前記無酸素槽の内部で有機性排水と活性汚泥とを撹拌する撹拌翼が前記硝化液移送経路を介して前記好気槽の上方から挿脱自在に設置され、脱窒処理で生じたガスが前記硝化液移送経路を介して前記好気槽に放出されるように構成されている請求項1に記載の有機性排水処理装置。
  3. 複数の前記無酸素槽と複数の前記好気槽とが、前記上下仕切り部材を挟んで同形状に区画されて形成される、ことを特徴とする請求項1または2に記載の有機性排水処理装置。
  4. 前記原水供給経路から供給される有機性排水を嫌気処理する嫌気槽と、各前記無酸素槽から前記嫌気槽へ活性汚泥を移送する複数の脱窒液返送経路と、前記嫌気槽から各前記無酸素槽へ分割して活性汚泥を供給する分配経路とを備える、ことを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の有機性排水処理装置。
  5. 前記嫌気槽が前記処理槽の中央部に前記上層空間と前記下層空間とに亘って配置される、ことを特徴とする請求項に記載の有機性排水処理装置。
  6. 前記上下仕切部材の下面に梁部材が配設され、前記硝化液移送経路の入口が前記無酸素槽の上面に備えられ、前記無酸素槽内で発生したガスが前記硝化液移送経路から排出されるように、前記梁部材に貫通孔が設けられる、ことを特徴とする請求項1からの何れかに記載の有機性排水処理装置。
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