JPH0731994A

JPH0731994A - 廃水処理装置

Info

Publication number: JPH0731994A
Application number: JP5178935A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Tsutsumi; 正彦堤; Kyozo Kawachi; 恭三河内; Shigeru Kobayashi; 茂小林; Kazuo Shibazaki; 和夫柴崎; Taku Menju; 卓毛受
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1995-02-03

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、生物処理槽から排出される排ガス中
の二酸化炭素を効率的に除去できると共に、廃水中の窒
素、リン等の富栄養化物を十分に除去できることを最も
主要な目的としている。【構成】本発明は、好気性生物を保持し、空気もしくは
酸素を利用して廃水を処理し当該廃水中の有機物を除去
する生物処理槽と、光合成生物を保持し、生物処理槽か
ら排出される処理水を浄化して処理水中の窒素もしくは
リン等の富栄養化物を除去する高度処理槽と、生物処理
槽での処理により発生した排ガスを高度処理槽に供給す
るガス供給手段とを備えたことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、下水や産業廃水等の廃
水を生物処理する廃水処理装置に係り、特に生物処理槽
から排出される排ガス中の二酸化炭素を効率的に除去で
きると共に、廃水中の窒素、リン等の富栄養化物を十分
に除去できるようにした廃水処理装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】最近、各種の下水処理施設においては、
下水等の廃水を生物処理する廃水処理装置が多く用いら
れてきている。図４は、この種の従来の廃水処理装置の
一例を示す概略構成図である。

【０００３】図４において、１は下水等の廃水、２は第
１の沈澱槽、３は生物処理槽、４は第２の沈澱槽、５は
処理水である。第１の沈澱槽２の底部には、弁６を有す
る管７が連結されている。また、この第１の沈澱槽２の
出口側は、管８を介して生物処理槽３の入口側と連結さ
れている。

【０００４】一方、生物処理槽３の底部には、散気管９
が配されており、この散気管９は、管１０を介してブロ
ア１１と連結されている。また、この生物処理槽３の最
上部には、生物処理槽３内の排ガスを排出するための管
１２が配されている。さらに、この生物処理槽３の出口
側は、管１３を介して第２の沈澱槽４の入口側と連結さ
れている。

【０００５】一方、第２の沈澱槽４の底部は、管１４、
ポンプ１５を有する管１６を順次介して、管８と接続さ
れている。また、管１４は、弁１７を有する管１８と接
続されている。

【０００６】かかる廃水処理装置においては、廃水１中
のＳＳ成分を第１の沈澱槽２内で沈澱除去し、その上澄
水を生物処理槽３内に供給し、この生物処理槽３内の好
気性微生物が、ブロア１１から供給した空気を利用し
て、溶解性有機物、例えば溶解性ＢＯＤ、溶解性ＣＯＤ
を除去する。そして、この溶解性有機物が除去された水
は、第２の沈澱槽４内で流出した汚泥（好気性微生物
等）と沈澱分離し、処理水５として河川等に放流され
る。

【０００７】しかしながら、このような廃水処理装置に
おいては、生物処理槽３内に供給される空気中の酸素
は、内部に保持した好気性微生物によって消費され、二
酸化炭素（ＣＯ₂ ）が生成し、この二酸化炭素は管１２
を介して大気中に排出される。この場合、二酸化炭素
は、地球温暖化の原因とされているガスであり、地球環
境の立場から大気中に排出するのは好ましいとはいえな
い。

【０００８】また、生物処理槽３において、ＢＯＤを主
体とした生物処理され易い有機物は除去されるが、窒
素、リン等の富栄養化物はほとんど除去されず、処理水
５中にそのまま流出してしまう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
廃水処理装置においては、生物処理槽からの排ガスがそ
のまま排出されて環境上好ましくないばかりでなく、廃
水中の窒素、リン等の富栄養化物が十分に除去されずに
放流されてしまうという問題があった。

【００１０】本発明の目的は、生物処理槽から排出され
る排ガス中の二酸化炭素を効率的に除去できると共に、
廃水中の窒素、リン等の富栄養化物を十分に除去するこ
とが可能な極めて信頼性の高い廃水処理装置を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に対応する発明の廃水処理装置
は、好気性生物を保持し、空気もしくは酸素を利用して
廃水を処理し当該廃水中の有機物を除去する生物処理槽
と、光合成生物を保持し、生物処理槽から排出される処
理水を浄化して処理水中の窒素もしくはリン等の富栄養
化物を除去する高度処理槽と、生物処理槽での処理によ
り発生した排ガスを高度処理槽に供給するガス供給手段
とを備えて構成している。

【００１２】また、請求項２に対応する発明の廃水処理
装置は、好気性生物を保持し、空気もしくは酸素を利用
して廃水を処理し当該廃水中の有機物を除去する生物処
理槽と、光合成生物を保持し、生物処理槽から排出され
る処理水を浄化して処理水中の窒素もしくはリン等の富
栄養化物を除去する高度処理槽と、生物処理槽での処理
により発生した排ガスを、二酸化炭素を主成分とするガ
スとそれ以外のガスとに分離するガス分離手段と、ガス
分離手段により分離された二酸化炭素を主成分とするガ
スを高度処理槽に供給するガス供給手段とを備えて構成
している。

【００１３】さらに、請求項３に対応する発明の廃水処
理装置は、嫌気性生物を保持し、廃水を処理して当該廃
水中の有機物を除去する生物処理槽と、光合成生物を保
持し、生物処理槽から排出される処理水を浄化して処理
水中の窒素もしくはリン等の富栄養化物を除去する高度
処理槽と、生物処理槽での処理により発生した排ガス
を、二酸化炭素を主成分とするガスとメタンを主成分と
するガスとに分離するガス分離手段と、ガス分離手段に
より分離された二酸化炭素を主成分とするガスを高度処
理槽に供給するガス供給手段とを備えて構成している。

【００１４】さらにまた、請求項４に対応する発明の廃
水処理装置は、上記請求項３に対応する発明の廃水処理
装置において、ガス分離手段により分離されたメタンを
主成分とするガスをエネルギーに変換して利用するガス
利用手段を付加して構成している。

【００１５】

【作用】従って、まず、請求項１に対応する発明の廃水
処理装置においては、生物処理槽からの排ガス（二酸化
炭素濃度１〜２％）を高度処理槽に供給することによ
り、高度処理槽内に増殖した藻類、光合成細菌等の光合
成生物の炭酸同化作用によって、二酸化炭素から有機化
合物に変換し、光合成生物の中に有機化合物として蓄積
される。この時、光合成生物の栄養源として高度処理槽
に流入する水中の窒素、リンが利用され、光合成生物が
増殖する。この蓄積された有機化合物および窒素、リン
は、増殖した光合成生物を余剰汚泥として引き抜くこと
によって、最終的には、生物処理槽から排出される排ガ
ス中の二酸化炭素、および水中の窒素、リンが十分に除
去されることになる。

【００１６】また、請求項２に対応する発明の廃水処理
装置においては、生物処理槽からの排ガス中の二酸化炭
素以外の成分のガスを分離して二酸化炭素を濃縮し、濃
縮した（濃度を高くした）二酸化炭素を高度処理槽に供
給することにより、高度処理槽内での光合成生物の活性
化を向上させ、二酸化炭素の固定化効率と、高度処理槽
に流入する廃水中の窒素、リン等の富栄養化物の除去性
能が、より一層向上することになる。

【００１７】さらに、請求項３に対応する発明の廃水処
理装置においては、生物処理槽からの排ガスを、二酸化
炭素を主成分とするガスとメタンを主成分とするガスと
に分離して、二酸化炭素を主成分とするガスを高度処理
槽に供給することにより、高度処理槽内に増殖した藻
類、光合成細菌等の光合成生物の炭酸同化作用によっ
て、二酸化炭素から有機化合物に変換し、光合成生物の
中に有機化合物として蓄積される。この時、光合成生物
の栄養源として高度処理槽に流入する水中の窒素、リン
が利用され、光合成生物が増殖する。この蓄積された有
機化合物および窒素、リンは、増殖した光合成生物を余
剰汚泥として引き抜くことによって、最終的には、生物
処理槽から排出される排ガス中の二酸化炭素および水中
の窒素、リンが十分に除去されることになる。

【００１８】さらにまた、請求項４に対応する発明の廃
水処理装置においては、生物処理槽からの排ガス中より
二酸化炭素が分離されて、濃縮した（濃度を高くした）
メタンを主成分とするガスをガス利用手段に供給するこ
とにより、生物処理槽からの排ガスがエネルギーに変換
して有効に利用されることになる。

【００１９】以上により、生物処理槽から排出される排
ガス中の二酸化炭素を効率的に除去できると共に、廃水
中の窒素、リン等の富栄養化物を十分に除去することが
できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図１は、請求項１に対応する発明
による廃水処理装置の構成例を示す概略図である。

【００２１】図１において、１９は廃水、２０は沈澱
槽、２１は内部に好気性微生物を保持する生物処理槽、
２２は高度処理槽（浮遊式の槽）、２３は処理水であ
る。また、管２４は廃水１９を供給する管で、管２５は
処理水２３を排出する管である。

【００２２】一方、沈澱槽２０の底には、弁２６を有す
る管２７が連結されている。また、この沈澱槽２０の出
口側は、管２８を介して生物処理槽２１の入口側と連結
されている。

【００２３】一方、生物処理槽２１の底部には、散気管
２９が配されており、この散気管２９は、管３０を介し
てブロア３１と連結されている。また、この生物処理槽
２１の最上部には、ガス供給手段である管３２が配さ
れ、この管３２は、高度処理槽２２の底部に配した散気
管３３と連結されている。さらに、この生物処理槽２１
の出口側は、管３４を介して高度処理槽２２の入口側と
連結されている。

【００２４】一方、高度処理槽２２の底部は、管３５、
ポンプ３６を有する管３７を順次介して、管２８と接続
されている。また、管３５は、弁３８を有する管３９と
接続されている。さらに、この高度処理槽２２の最上部
には、管４０が配されている。

【００２５】次に、以上のように構成した本実施例の廃
水処理装置の作用について説明する。図１において、廃
水１９は、管２４を介して沈澱槽２０に供給され、ここ
で廃水１９中の浮遊物質（ＳＳ）の大きな粒子が沈澱分
離される。そして、沈澱したＳＳは、適時弁２７を開く
ことによって排泥され、上澄液は管２８を介して、生物
処理槽２１内に供給される。

【００２６】一方、ブロア３１を駆動して、加圧空気
を、管３０、散気管２９を順次介して、生物処理槽２１
内に供給する。すると、この生物処理槽２１内に存在す
る活性汚泥等の好気性微生物によって、下記（１）式に
示されるように、廃水１９中のＢＯＤ等の有機物が除去
される。

【００２７】また、生物処理槽２１で発生した二酸化炭素（ＣＯ
₂ ）、および消費されなかった窒素（Ｎ₂ ）と酸素（Ｏ
₂ ）は、管３２、散気管３３を順次介して、高度処理槽
２２へ供給される。

【００２８】一方、高度処理槽２２内には、藻類や光合
成細菌等の光合成生物が存在するが、上記で供給された
ＣＯ₂ を吹き込むことによって、光合成生物が活性化さ
れ、藻類は下記（２）式に、また光合成細菌は下記
（３）式にそれぞれ示すように、ＣＯ₂ を取り込み、太
陽光等の光をエネルギー源として光合成を行なう。

【００２９】そして、このような光合成によってＣＯ₂ が消費され、
Ｏ₂ リッチになった廃ガスは、管４０を介して大気中に
排出される。

【００３０】また、上記の光合成反応の際に必要な栄養
分は、生物処理槽２１の流出水、すなわち高度処理槽２
２の流入水中に存在し、特に窒素成分やリン成分を栄養
源として取り込み、水中の窒素、リン成分が除去され
る。

【００３１】このようにして、ＢＯＤ等の有機物、およ
び窒素、リン成分が除去された水は、管２５を介して処
理水２３として河川等に放流される。さらに、生物処理
槽２１から流出した好気性微生物（余剰汚泥）や、高度
処理槽２２で増殖した光合成生物の増殖分（余剰汚泥）
の一部は、ポンプ３６を駆動することによって、管３
５、管３７を順次介して生物処理槽２１に返送し、また
弁３８を開けることによって排泥する。

【００３２】上述したように、本実施例の廃水処理装置
は、好気性生物を保持し、空気もしくは酸素を利用して
廃水１９を処理し当該廃水１９中の有機物を除去する生
物処理槽２１と、光合成生物を保持し、生物処理槽２１
から排出される処理水を浄化して処理水中の窒素もしく
はリン等の富栄養化物を除去する高度処理槽２２と、生
物処理槽２１での処理により発生した排ガスを高度処理
槽２２に供給するガス供給手段である管３２とから構成
したものである。

【００３３】従って、以下のような種々の効果が得られ
るものである。（ａ）生物処理槽２１からの排ガス（二酸化炭素濃度１
〜２％）を高度処理槽２２に供給しているため、高度処
理槽２２内に増殖した藻類、光合成細菌等の光合成生物
の炭酸同化作用によって、二酸化炭素から有機化合物に
変換し、光合成生物の中に有機化合物として蓄積され
る。この時、光合成生物の栄養源として高度処理槽２２
に流入する水中の窒素、リンが利用され、光合成生物が
増殖する。この蓄積された有機化合物および窒素、リン
は、増殖した光合成生物を余剰汚泥として引き抜くこと
によって、生物処理槽２１から排出される排ガス中の二
酸化炭素、および水中の窒素、リンを十分に除去するこ
とが可能となる。

【００３４】（ｂ）二酸化炭素や、好気性処理された処
理水中に残存する有機物は、高度処理槽２２内での光合
成生物の栄養源となるため、高度処理槽２２に新たに栄
養源を加える必要がなく、極めて経済的である。

【００３５】（ｃ）生物処理槽２１で発生した排ガスを
高度処理槽２２に供給する手段として、管３２によるガ
ス供給手段のみを用いているため、動力コストが不要と
なる。

【００３６】（ｄ）高度処理槽２２として浮遊式の槽を
採用しているため、既設の槽を改造するだけで対応する
ことが可能となる。次に、本発明の他の実施例について
説明する。

【００３７】図２は、請求項２に対応する発明による廃
水処理装置の構成例を示す概略図である。図２におい
て、１１９は廃水、１２０は沈澱槽、１２１は内部に好
気性微生物を保持する生物処理槽、１２２は高度処理槽
（浮遊式の槽）、１２３は処理水である。また、管１２
４は、廃水１１９を供給する管で、管１２５は処理水１
２３を排出する管である。

【００３８】一方、沈澱槽１２０の底部には、弁１２６
を有する管１２７が連結されている。また、この沈澱槽
１２０の出口側は、管１２８を介して生物処理槽１２１
の入口側と連結されている。

【００３９】一方、生物処理槽１２１の底部には、散気
管１２９が配されており、この散気管１２９は、管１３
０を介してブロア１３１と連結されている。また、この
生物処理槽１２１の最上部には、生物処理槽１２１内の
排ガスを排出するための管１３２が配されている。さら
に、この生物処理槽１２１の出口側は、管１３３を介し
て高度処理槽１２２の入口側と連結されている。

【００４０】一方、高度処理槽１２２の底部は、管１３
４、ポンプ１３５を有する管１３６を順次介して、管１
２８と接続されている。また、管１３４は、弁１３７を
有する管１３８と接続されている。さらに、この高度処
理槽１２２内の下部に散気管１４０を配し、この散気管
１４０は、管１４１、弁１４２を有する管１４３を介し
て管１３２と連結すると共に、散気管１４０は、管１４
１、ガス分離手段である膜分離装置１４４を有する管１
４５、ブロア１４６を有する管１４７を順次介して管１
３２と連結されている。また、膜分離装置１４４のガス
排出側には、管１４８が配されている。さらに、高度処
理槽１２２の最上部には、管１４９が配されている。

【００４１】なお、上記において、管１３２、管１４
１、弁１４２、管１４３、また管１３２、管１４１、管
１４５、ブロア１４６、管１４７により、ガス供給手段
がそれぞれ構成されている。

【００４２】次に、以上のように構成した本実施例の廃
水処理装置の作用について説明する。図２において、廃
水１１９は、管１２４を介して沈澱槽１２０に供給さ
れ、ここで廃水１１９中の浮遊物質（ＳＳ）の大きな粒
子が沈澱分離される。そして、沈澱したＳＳは、適時弁
１２６を開くことによって排泥され、上澄液は管１２８
を介して、生物処理槽１２１内に供給される。

【００４３】一方、ブロア１３１を駆動して、加圧空気
を、管１３０、散気管１２９を順次介して、生物処理槽
１２１内に供給する。すると、この生物処理槽１２１内
に存在する活性汚泥等の好気性微生物によって、廃水中
のＢＯＤ等の有機物が除去される。

【００４４】また、生物処理槽１２１で発生した二酸化
炭素（ＣＯ₂ ）、および消費されなかった窒素（Ｎ₂ ）
と酸素（Ｏ₂ ）は、弁１４２を閉じ、ブロア１４６を駆
動することによって、膜分離装置１４４に供給される。
この膜分離装置１４４は、ＣＯ₂ を他の分子と分離する
炭酸ガス分離膜であり、例えばセルロースアセテート等
の酸素富化膜である。この膜分離装置１４４で、ＣＯ₂
を管１４５に透過させ、それ以外のガスは管１４８から
大気中に排出される。

【００４５】この透過したＣＯ₂ は、管１４５、管１４
１、散気管１４０を順次介して、高度処理槽１２２内に
供給される。この高度処理槽１２２内には、藻類や光合
成細菌等の光合成生物が存在するが、上記で供給された
ＣＯ₂ を吹き込むことによって、光合成生物が活性化さ
れ、ＣＯ₂ を取り込み、太陽光等の光をエネルギー源と
して光合成を行なう。そして、この光合成によってＣＯ
₂ が消費され、Ｏ₂ リッチになった廃ガスは、管１４９
を介して大気中に排出される。

【００４６】また、上記の光合成反応の際に必要な栄養
分は、生物処理槽１２１の流出水、すなわち高度処理槽
１２２の流入水中に存在し、特に窒素やリン成分を栄養
源として取り込み、水中の窒素、リン成分が除去され
る。

【００４７】このようにして、ＢＯＤ等の有機物、およ
び窒素、リン成分が除去された水は、管１２５を介して
処理水１２３として河川等に放流される。さらに、生物
処理槽１２１から流出した好気性微生物（余剰汚泥）
や、高度処理槽１２２で増殖した光合成生物の増殖分
（余剰汚泥）の一部は、ポンプ１３５を駆動することに
よって、管１３６、管１２８を順次介して生物処理槽１
２１に返送し、また弁１３７を開けることによって排泥
する。

【００４８】また、膜分離装置１４４が劣化したり、破
損したような場合には、弁１４２を開けることによっ
て、生物処理槽１２１からの排出ガスが、管１３２、弁
１４２、管１４３、管１４１、散気管１４０を順次介し
て、高度処理槽１２２内に供給され、さらに管１４９を
介して大気中に放出される。そして、この時に、膜分離
装置１４４を交換したり、洗浄したりすることができ
る。

【００４９】上述したように、本実施例の廃水処理装置
は、好気性生物を保持し、空気もしくは酸素を利用して
廃水１１９を処理し当該廃水１１９中の有機物を除去す
る生物処理槽１２１と、光合成生物を保持し、生物処理
槽１２１から排出される処理水を浄化して処理水中の窒
素もしくはリン等の富栄養化物を除去する高度処理槽１
２２と、生物処理槽１２１での処理により発生した排ガ
スを、二酸化炭素を主成分とするガスとそれ以外のガス
とに分離するガス分離手段である膜分離装置１４４と、
膜分離装置１４４により分離された二酸化炭素を主成分
とするガスを高度処理槽１２２に供給するガス供給手段
である管１３２、管１４１、管１４５、ブロア１４６、
管１４７と、生物処理槽２１での処理により発生した排
ガスを高度処理槽２２に供給するガス供給手段である管
１３２、管１４１、弁１４２、管１４３とから構成した
ものである。

【００５０】従って、以下のような効果が得られるもの
である。（ａ）生物処理槽１２１からの排ガス（二酸化炭素濃度
１〜２％）を高度処理槽１２２に供給しているため、高
度処理槽１２２内に増殖した藻類、光合成細菌等の光合
成生物の炭酸同化作用によって、二酸化炭素から有機化
合物に変換し、光合成生物の中に有機化合物として蓄積
される。この時、光合成生物の栄養源として高度処理槽
１２２に流入する水中の窒素、リンが利用され、光合成
生物が増殖する。この蓄積された有機化合物および窒
素、リンは、増殖した光合成生物を余剰汚泥として引き
抜くことによって、生物処理槽１２１から排出される排
ガス中の二酸化炭素、および水中の窒素、リンを十分に
除去することが可能となる。

【００５１】この場合、生物処理槽１２１からの排ガス
中の二酸化炭素以外の成分のガスを分離して二酸化炭素
を濃縮し、濃縮した（濃度を高くした）二酸化炭素を高
度処理槽１２２に供給しているため、上記実施例の場合
に比較して、高度処理槽１２２内での光合成生物の活性
化を向上させ、二酸化炭素の固定化効率と、高度処理槽
１２２に流入する廃水中の窒素、リン等の富栄養化物の
除去性能が、より一層向上することが可能になる。

【００５２】（ｂ）二酸化炭素や、好気性処理された処
理水中に残存する有機物は、高度処理槽１２２内での光
合成生物の栄養源となるため、高度処理槽１２２に新た
に栄養源を加える必要がなく、極めて経済的である。

【００５３】（ｂ）二酸化炭素を濃縮する手段として、
膜分離装置１４４を使用しているため、低いランニング
コストで連続的に処理することが可能となる。（ｃ）膜分離装置１４４を交換、あるいは洗浄する手段
として、バイパスの弁４２を有する管４３を配している
ため、劣化、破損時においても、それに迅速に対応する
ことが可能となる。

【００５４】（ｄ）生物処理槽１２１からの排ガスを高
度処理槽１２２に供給する手段として、特にブロア１４
６を用いているため、常に圧力を高く維持でき、高度処
理槽１２２内の二酸化炭素の濃度を高く維持でき、二酸
化炭素の除去効率を著しく高めることが可能となる。

【００５５】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。上記各実施例では、好気性処理を行なう廃水処理装
置に本発明を適用した場合について説明したが、嫌気性
処理を行なう廃水処理装置についても、本発明を適用す
ることができる。

【００５６】図３は、この種の請求項３および請求項４
に対応する発明による廃水処理装置の構成例を示す概略
図である。図３において、２１９は廃水、２２１は内部
に嫌気性微生物（メタン菌）を保持する生物処理槽、２
２２は高度処理槽（浮遊式の槽）、２２３は処理水であ
る。また、管２２８は、廃水２１９を供給する管で、管
２２５は処理水２２３を排出する管である。

【００５７】一方、生物処理槽２２１の最上部には、生
物処理槽２２１内の排ガスを排出するための、ブロア２
４６を有する管２３２が配されている。また、この生物
処理槽２２１の出口側は、管２３３を介して高度処理槽
２２２の入口側と連結されている。

【００５８】一方、高度処理槽２２２内の下部には、散
気管２４０をその一端側が位置するように配し、この散
気管２４０の他端側は、ガス排出側の管の一つである管
２４１、ガス分離手段である膜分離装置２４４を有する
管２４５を順次介して、管２３２と連結されている。ま
た、膜分離装置２４４のもう一つのガス排出側は、管２
４８を介してガス利用装置２５０と連結されている。さ
らに、高度処理槽２２２の最上部には、高度処理槽２２
２内の廃ガスを排出するための管２４９が配されてい
る。

【００５９】なお、上記において、管２３２、管２４
１、管２４５、ブロア２４６により、ガス供給手段が構
成されている。次に、以上のように構成した本実施例の
廃水処理装置の作用について説明する。

【００６０】図３において、廃水２１９は、管２２８を
介して、生物処理槽２２１内に供給される。すると、こ
の生物処理槽２２１内に存在する嫌気性微生物（メタン
菌）によって、廃水中のＢＯＤ等の有機物が、低級脂肪
酸を経て分解を受け、最終的に二酸化炭素（ＣＯ₂ ）、
メタンにまで分解し除去される。

【００６１】また、生物処理槽２２１で発生した二酸化
炭素（ＣＯ₂ ）を主成分とするガスと、およびメタンを
主成分とするガスは、ブロア２４６を駆動することによ
って、膜分離装置２４４に供給される。この膜分離装置
２４４は、ＣＯ₂ を主成分とするガスを、他のメタンを
主成分とするガスと分離する炭酸ガス分離膜であり、例
えばセルロースアセテート等の酸素富化膜である。この
膜分離装置２４４で、ＣＯ₂ を主成分とするガスを管２
４１に透過させ、それ以外のメタンを主成分とするガス
は管２４８からガス利用装置２５０に供給される。

【００６２】この透過したＣＯ₂ を主成分とするガス
は、管２４１、散気管２４０を順次介して、高度処理槽
２２２内に供給される。この高度処理槽２２２内には、
藻類や光合成細菌等の光合成生物が存在するが、上記で
供給されたＣＯ₂ を主成分とするガスを吹き込むことに
よって、光合成生物が活性化され、ＣＯ₂ を主成分とす
るガスを取り込み、太陽光等の光をエネルギー源として
光合成を行なう。そして、この光合成によってＣＯ₂ が
消費され、Ｏ₂ リッチになった廃ガスは、管２４９を介
して大気中に排出される。

【００６３】また、上記の光合成反応の際に必要な栄養
分は、生物処理槽２２１の流出水、すなわち高度処理槽
２２２の流入水中に存在し、特に窒素やリン成分を栄養
源として取り込み、水中の窒素、リン成分が除去され
る。

【００６４】このようにして、ＢＯＤ等の有機物、およ
び窒素、リン成分が除去された水は、管２２５を介して
処理水２２３として河川等に放流される。一方、膜分離
装置２４４で、生物処理槽２２１からの排ガス中よりＣ
Ｏ₂ を主成分とするガスが分離されて、濃縮した（濃度
を高くした）メタンを主成分とするガスは、ガス利用装
置２５０に供給され、生物処理槽２２１からの排ガスの
一部であるメタンを主成分とするガスが、エネルギーに
変換して有効に利用される。

【００６５】上述したように、本実施例の廃水処理装置
は、嫌気性生物を保持し、廃水２１９を処理して当該廃
水２１９中の有機物を除去する生物処理槽２２１と、光
合成生物を保持し、生物処理槽２２１から排出される処
理水を浄化して処理水中の窒素もしくはリン等の富栄養
化物を除去する高度処理槽２２２と、生物処理槽２２１
での処理により発生した排ガスを、二酸化炭素を主成分
とするガスとメタンを主成分とするガスとに分離するガ
ス分離手段である膜分離装置２４４と、膜分離装置２４
４により分離された二酸化炭素を主成分とするガスを高
度処理槽２２２に供給するガス供給手段である管２３
２、管２４１、管２４５、ブロア２４６と、膜分離装置
２４４により分離されたメタンを主成分とするガスをエ
ネルギーに変換して利用するガス利用装置２５０とから
構成したものである。

【００６６】従って、以下のような効果が得られるもの
である。（ａ）生物処理槽２２１からの排ガス（二酸化炭素濃度
１〜２％）を高度処理槽２２２に供給しているため、高
度処理槽２２２内に増殖した藻類、光合成細菌等の光合
成生物の炭酸同化作用によって、二酸化炭素から有機化
合物に変換し、光合成生物の中に有機化合物として蓄積
される。この時、光合成生物の栄養源として高度処理槽
２２２に流入する水中の窒素、リンが利用され、光合成
生物が増殖する。この蓄積された有機化合物および窒
素、リンは、増殖した光合成生物を余剰汚泥として引き
抜くことによって、生物処理槽２２１から排出される排
ガス中の二酸化炭素、および水中の窒素、リンを十分に
除去することが可能となる。

【００６７】この場合、生物処理槽２２１からの排ガス
中のメタンを主成分とするガスを分離して、二酸化炭素
を主成分とするガスを濃縮し、濃縮した（濃度を高くし
た）二酸化炭素を主成分とするガスを高度処理槽２２２
に供給しているため、上記図１の実施例の場合に比較し
て、高度処理槽２２２内での光合成生物の活性化を向上
させ、二酸化炭素の固定化効率と、高度処理槽２２２に
流入する廃水中の窒素、リン等の富栄養化物の除去性能
が、より一層向上することが可能になる。

【００６８】（ｂ）二酸化炭素を主成分とするガスや、
嫌気性処理された処理水中に残存する有機物は、高度処
理槽２２２内での光合成生物の栄養源となるため、高度
処理槽２２２に新たに栄養源を加える必要がなく、極め
て経済的である。

【００６９】（ｃ）二酸化炭素を主成分とするガスを濃
縮する手段として、膜分離装置２４４を使用しているた
め、低いランニングコストで連続的に処理することが可
能となる。

【００７０】（ｄ）生物処理槽２２１からの排ガス中の
二酸化炭素を主成分とするガスを高度処理槽２２２に供
給する手段として、特にブロア２４６を用いているた
め、常に圧力を高く維持でき、高度処理槽２２２内の二
酸化炭素を主成分とするガスの濃度を高く維持でき、二
酸化炭素の除去効率を著しく高めることが可能となる。

【００７１】（ｅ）生物処理槽２２１からの排ガスを、
二酸化炭素を主成分とするガスとメタンを主成分とする
ガスとに分離しているため、排ガスの高カロリー化を図
ることが可能となる。これにより、従来では燃焼させる
ことによってのみ利用していた排ガスの付加価値を高め
ることができる。

【００７２】（ｆ）生物処理槽２２１からの排ガス体積
の２０〜３０％を占める二酸化炭素を主成分とするガス
を分離しているため、メタンを主成分とするガスを貯蔵
するガスタンク等の設備を、少なくとも２０〜３０％小
形化することが可能となり、敷地面積を縮小化すること
ができる。

【００７３】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。（ａ）上記図１の実施例では、生物処理槽２１からの排
ガスを高度処理槽２２に供給する手段として、管３２に
よる供給を行なう場合について説明したが、これに限ら
ず、例えばブロアによる供給を行なう場合についても、
同様に実施することが可能である。

【００７４】（ｂ）上記各実施例において、高度処理槽
２２，１２２，２２２の構成は限定されない。すなわ
ち、上記各実施例では、浮遊式の処理法を使用した場合
について説明したが、これに限らず、例えばろ材を充填
した固定床式、活性炭・砂等の担体を投入し流動させる
流動床式等についても、同様に実施することが可能であ
る。

【００７５】また、高度処理槽２２，１２２，２２２の
後段に、固定床等を配するようにすることも可能であ
る。そして、この場合には、高度処理槽２２，１２２，
２２２からの光合成生物の流出を防止することも可能と
なる。

【００７６】（ｃ）上記各実施例では、光として太陽光
を用いた場合について説明したが、これに限らず、蛍光
灯等の人工光を使用する場合についても、同様に実施す
ることが可能である。

【００７７】（ｄ）上記図２および図３の各実施例で
は、排ガス中の二酸化炭素を分離する手段として、膜分
離装置を用いた場合について説明したが、これに限ら
ず、例えば深冷分離法、圧力スイング吸着法（ＰＳＡ
法）、吸着液の再生装置を含むガス吸収装置等を用いる
場合についても、同様に実施することが可能である。

【００７８】ここで、吸着液の再生装置を含むガス吸収
装置とは、水，無機化合物の水溶液，有機溶媒等を用い
て、二酸化炭素もしくはそれ以外のガスを選択的に吸収
し、吸収したガスを吸着液の再生装置にて放散させて、
生物処理槽２２１もしくは高度処理槽２２２に送り込
み、吸収液を再利用するものをいう。

【００７９】（ｅ）上記図３の実施例において、ガス利
用装置２５０としては、メタンを燃焼することにより利
用する装置の他、メタンを化学反応の原料として利用す
る装置等を適用することが可能であり、目的に応じて選
べばよい。

【００８０】（ｆ）上記各実施例において、生物処理槽
２１，１２１，２２１、および高度処理槽２２，１２
２，２２２は、前述のように一過式に廃水を処理する構
成の槽に限定されるものではなく、処理水の一部を再び
生物処理槽２１，１２１，２２１、および高度処理槽２
２，１２２，２２２に循環するようなものでもよい。

【００８１】（ｇ）上記各実施例において、高度処理槽
２２，１２２，２２２の形状については、内部に保持さ
れる光合成生物に十分光が照射できればよく、当該高度
処理槽２２，１２２，２２２内に保持する光合成生物の
種類、特性によって決定すればよいものである。この場
合、高度処理槽２２，１２２，２２２内に保持する光合
成生物の種類としては、光合成を行なえる生物であれば
いかなる種類であってもよいが、光合成細菌類が適切で
あると考えられる。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、好
気性生物を保持し、空気もしくは酸素を利用して廃水を
処理し当該廃水中の有機物を除去する生物処理槽と、光
合成生物を保持し、生物処理槽から排出される処理水を
浄化して処理水中の窒素もしくはリン等の富栄養化物を
除去する高度処理槽と、生物処理槽での処理により発生
した排ガスを高度処理槽に供給するガス供給手段とを備
えるか、または好気性生物を保持し、空気もしくは酸素
を利用して廃水を処理し当該廃水中の有機物を除去する
生物処理槽と、光合成生物を保持し、生物処理槽から排
出される処理水を浄化して処理水中の窒素もしくはリン
等の富栄養化物を除去する高度処理槽と、生物処理槽で
の処理により発生した排ガスを、二酸化炭素を主成分と
するガスとそれ以外のガスとに分離するガス分離手段
と、ガス分離手段により分離された二酸化炭素を主成分
とするガスを高度処理槽に供給するガス供給手段とを備
えるか、もしくは嫌気性生物を保持し、廃水を処理して
当該廃水中の有機物を除去する生物処理槽と、光合成生
物を保持し、生物処理槽から排出される処理水を浄化し
て処理水中の窒素もしくはリン等の富栄養化物を除去す
る高度処理槽と、生物処理槽での処理により発生した排
ガスを、二酸化炭素を主成分とするガスとメタンを主成
分とするガスとに分離するガス分離手段と、ガス分離手
段により分離された二酸化炭素を主成分とするガスを高
度処理槽に供給するガス供給手段とを備えて構成したの
で、生物処理槽から排出される排ガス中の二酸化炭素を
効率的に除去できると共に、廃水中の窒素、リン等の富
栄養化物を十分に除去することが可能な極めて信頼性の
高い廃水処理装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に対応する発明による廃水処理装置の
一実施例を示す概略構成図。

【図２】請求項２に対応する発明による廃水処理装置の
一実施例を示す概略構成図。

【図３】請求項３および請求項４に対応する発明による
廃水処理装置の一実施例を示す概略構成図。

【図４】従来の廃水処理装置の一例を示す概略構成図。

【符号の説明】

１９…廃水、２０…沈澱槽、２１…生物処理槽、２２…
高度処理槽、２３…処理水、２４…管、２５…管、２６
…弁、２７…管、２８…管、２９…散気管、３０…管、
３１…ブロア、３２…管、３３…散気管、３４…管、３
５…管、３６…ポンプ、３７…管、３８…弁、３９…
管、４０…管、１１９…廃水、１２０…沈澱槽、１２１
…生物処理槽、１２２…高度処理槽、１２３…処理水、
１２４…管、１２５…管、１２６…弁、１２７…管、１
２８…管、１２９…散気管、１３０…管、１３１…ブロ
ア、１３２…管、１３３…管、１３４…管、１３５…ポ
ンプ、１３６…管、１３７…弁、１３８…管、１４０…
散気管、１４１…管、１４２…弁、１４３…管、１４４
…膜分離装置、１４５…管、１４６…ブロア、１４７…
管、１４８…管、１４９…管、２１９…廃水、２２１…
生物処理槽、２２２…高度処理槽、２２３…処理水、２
２５…管、２３２…管、２３３…管、２４０…散気管、
２４１…管、２４４…膜分離装置、２４５…管、２４６
…ブロア、２４８…管、２４９…管、２５０…ガス利用
装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柴崎和夫東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者毛受卓東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】好気性生物を保持し、空気もしくは酸素
を利用して廃水を処理し当該廃水中の有機物を除去する
生物処理槽と、光合成生物を保持し、前記生物処理槽から排出される処
理水を浄化して前記処理水中の窒素もしくはリン等の富
栄養化物を除去する高度処理槽と、前記生物処理槽での処理により発生した排ガスを前記高
度処理槽に供給するガス供給手段と、を備えて成ることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項２】好気性生物を保持し、空気もしくは酸素
を利用して廃水を処理し当該廃水中の有機物を除去する
生物処理槽と、光合成生物を保持し、前記生物処理槽から排出される処
理水を浄化して前記処理水中の窒素もしくはリン等の富
栄養化物を除去する高度処理槽と、前記生物処理槽での処理により発生した排ガスを、二酸
化炭素を主成分とするガスとそれ以外のガスとに分離す
るガス分離手段と、前記ガス分離手段により分離された二酸化炭素を主成分
とするガスを前記高度処理槽に供給するガス供給手段
と、を備えて成ることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項３】嫌気性生物を保持し、廃水を処理して当
該廃水中の有機物を除去する生物処理槽と、光合成生物を保持し、前記生物処理槽から排出される処
理水を浄化して前記処理水中の窒素もしくはリン等の富
栄養化物を除去する高度処理槽と、前記生物処理槽での処理により発生した排ガスを、二酸
化炭素を主成分とするガスとメタンを主成分とするガス
とに分離するガス分離手段と、前記ガス分離手段により分離された二酸化炭素を主成分
とするガスを前記高度処理槽に供給するガス供給手段
と、を備えて成ることを特徴とする廃水処理装置。
【請求項４】前記請求項３に記載の廃水処理装置にお
いて、前記ガス分離手段により分離されたメタンを主成分とす
るガスをエネルギーに変換して利用するガス利用手段を
付加して成ることを特徴とする廃水処理装置。