JPS5933439B2 - 含窒素廃水の微生物学的廃水処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、生活汚水或は産業廃水等の処理、特に有機物
及びアンモニア性窒素が含まれている廃水（以下含窒素
廃水と称する）を微生物で処理して浄化する廃水処理装
置に関するものである。

廃水処理に一般的に用いられる方法は、主として廃水中
の大きな懸濁固形物を物理的に除去するための第１次処
理と、次いで微生物学的方法により有機物を除去する第
２次処理とからなるが、本発明はこの中鎖２次処理に関
するものである。

上記第２次処理工程で処理される廃水は、蛋白質、脂肪
、炭水化物、アミノ酸等の有機物及びアンモニア性窒素
等の窒素が含まれている。

このような含窒素廃水に対する上記第２次処理では、従
来、まずＢＯＤ物質の分解除去を行ない、その後アンモ
ニア性窒素を酸化して亜硝酸或は硝酸の各イオンにし、
次いでこれを酸素濃度の低い（還元性）条件下でメタノ
ール等の有機性炭素源を加えながら脱窒する方式がとら
れていた。

この方式では、ＢＯＤの酸化分解、アンモニア性窒素の
酸化（硝化）及び脱窒の各反応をそれぞれ別個な槽を設
けて行なっており、従って、これら大容量の槽を含む大
規模の設備が必要で、その設置に大きな敷地を要してい
た。

また、硝化処理においては、アンモニアが硝酸、亜硝酸
になることによりｐＨが著しく低下し、反応を進めるた
めｐＨ調整用の可性ソーダが必要になり、ランニングコ
ストも高くなると共に、脱窒のための炭素源としてメタ
ノールを用いるため、コスト高ともなっていた。

近年は、上記方式の改良がなされ、ＢＯＤの酸化分解槽
と硝化槽とを一体化した構成の小型化された反応槽が用
いられるようになり、また硝化反応液の一部を原水（廃
水）入口に返してやることにより、ここでの窒素除去率
の向上が計られ、ｐＨコントロール用の苛性ソーダも節
約されるようになった。

しかし、この反応槽には一般に４〜５ｍの水深を有する
曝気槽が用いられているが、これには多大な空気の供給
を必要とし、しかも槽内で維持できる活性汚泥の濃度に
も、酸素の供給効率は５〜１０％程度が限界となってい
た。

更に近年においては、酸素の供給効率を高めるために、
鉛直方向に長い循環形式の曝気槽が開発され、これによ
って、ＢＯＤの酸化分解と硝化の工程は著しく改善され
るようになってきたが、しかし、脱窒の処理は別個の反
応槽により行なわれるか、或は鉛直方向に長い循環形式
の曝気槽内に複雑な脱窒処理部分を設けなげればならず
、従って設備の小型化や処理能率の増大、或はコストの
低減等の基本的な改善をなすには至っていない状況であ
る。

本発明は、上記従来の欠点に鑑みなされたもので、その
目的は、廃水の処理能率を増大すると共に、設備の単一
化と小型化を図り、設置面積を減少することにある。

本発明においては、単一の処理装置内において連続的に
原水を供給しながら、ＢＯＤ及び窒素成分を除去するよ
うにしている。

本発明の特徴は、鉛直方向に長く形成した下降流路と上
昇流路とを互にその上部及び下部において連通させて循
環系を構成すると共に、該循環系中に、下降流路に酸素
含有気体を供給する手段と上昇路の上部に原廃水を供給
する手段、及び循環系中の廃水をポンプにより循環させ
ることを設けた、廃水処理装置にある。

本発明における循環系は、実質的に鉛直方向に長く伸び
た、廃水の下降流路を形成する下降管と同上昇流路を形
成する上昇管とを有しており、下降管及び上昇管の上端
にはそれぞれの液溜が設けられていると共に、これら両
管の下端は互に接続されていて、下降流路と上昇流路と
が連通され、また、下降管及び上昇管の各液溜間は強制
循環路によって連絡されている。

一般的には、上昇管を大径として下端を底板で閉塞し、
この上昇管中に小径の下降管を挿入して二重管とし、下
降流路と上昇流路とを形成させるが、他に例えば、大径
管中に単−又は複数の隔壁を設けて、その区切られた室
の１つ或はいくつかを下降流路とし、他の室を上昇降流
路としてもよい。

また、下降管及び上昇管の横断面形状も円形、方形その
他各種の形状のものを適用することができる。

本発明の上記循環系には、循環系中の被処理廃水を、下
降流路から上昇流路へ、そしてまた下降流路へと循環さ
せるため手段が設けられている。

その手段の一例として、下降管と上昇管の各液溜間を連
絡する強制循環路中に循環ポンプが配設される。

従って、該ポンプを駆動すれば廃水は強制御 循環路を
通って強制的に循環されることとなる。

また、上記循環系には循環廃水に対して酸素含有気体（
一般的には空気）を供給する手段が設けられている。

酸素含有気体を供給するための送気管は下降管の上方か
ら該管中に挿入され、該管の上部に開口されており、必
要に応じてはこの開口部に散気部材が取付けられる。

送気管の他端は、強制送気のためのブロワ−に直接接続
されているか、或は気体溜或は大気中に開口されている
。

多（の場合、送気管には強制送気のための動力を設ける
ことは不要である。

それは、送気管からの気体が、下降流路を下に向う廃水
の流速によって強制的に連行されることになるからであ
る。

また、下降流路における開口位置は、廃水が気体を連行
するに必要な深さを保てる限り上部にあるように設定す
るのが好ましい。

この開口位置が上部にあるだけ、廃水への気体の接触時
間が長くなり、酸素の溶存効率が良好となる。

循環系への原廃水の供給は、従来一般的には上昇流路の
上にある液溜に対して行なわれるが、本発明においては
原水および／または返送汚泥を上昇流路の中程から上部
において供給する。

特に返送汚泥を供給した場合、汚泥の呼吸により、０□
が消費されるが、この速度は下水処理汚泥の場合１０〜
２０ｒＩ１９・０□／ｆＩ−８Ｓ−ｈｒ である。

汚泥濃度が１ｏｏｏｏ■・ＳＳ／ｌであるとすれば、１
００〜２００■・０２／１−ｈｒ の消費となる。

従って、本発明を実施すれば、供給口附近の上昇流路に
残存する溶存酸素は、瞬時にして消費され、還元領域を
得ることができる。

供給口の位置は、例えば、上昇流路の高さが１００ｍの
ものとした場合、原廃水を供給する管の開口端の深さは
上昇流路の上端よｌ１ｌ）１０７７１以下５０ｍ以上の
位置に設定する。

これによって後述するように、原廃水供給位置から上方
の上層流路には脱窒に有効な低酸素濃度還元領域が形成
されることになるのである。

また、この循環系から流出させる処理廃水は、循環廃水
が上記低酸素濃度還元領域に流入する以前の酸化処理の
進んだ廃水であることが必要であり、そのため、処理廃
水を流出させる手段としては、原廃水が短絡するのを防
ぐために、上昇流路中の原廃水の供給される位置よりも
下方から処理廃水を取出すか、還元領域での反応を完結
させ、循環ポンプを経て下降流路上部の液溜から取出す
か、或は循環ポンプの吐出側の循環流路から取出すよう
にするのがよい。

本発明の廃水処理装置においては、循環系中の廃水が循
環中に原廃水が供給され、その分だけ処理廃水の一部が
流出され、廃水は連続的に循環処理されて行くが、この
際循環系には、廃水中のＢＯＤを分解除去すると共にア
ンモニア等Ｎ化合物を硝化させるに必要な高ＤＯ領域と
、硝化された窒素分を還元除去するために必要な低ＤＯ
領域とが適格な条件下に形成されることが重要である。

本発明では、下降流室の上部より供給された酸素含有気
体は、下降流路を廃水とともに下降し、それにつれて酸
素は廃水中に溶解され、下降流路及び上昇流路の中途ま
では、酸素を充分に含んだ好気性酸化領域が形成される
。

この場合、廃水中の溶存酸素濃度は１．５ｐｐｒ１以上
好ましくは２ｐｐｍ以上にすることがよい。

そして、この領域では廃水中の有機物は廃水中の酸素と
共に好気性菌（酸化細菌）による酸化反応により分解さ
れ、また廃水中に含まれている窒素成分は硝化細菌によ
り硝化が進行される。

これらの酸化反応によって、廃水中の溶存酸素は逐次消
費されてゆき、上昇流路を上昇するに従って溶存酸素濃
度は低下してゆくことになる。

上記のように硝化作用を受けた廃水は、次に脱窒細菌に
より還元反応（脱窒作用）をさせ、これによって廃水中
の窒素分は窒素ガスとなって放出できるようにする。

この還元反応に用いられる脱窒細菌の活動には、溶存酸
素はできるだけない方がよいことと、炭素源の供給が必
要とされる。

従って、循環系において溶存酸素濃度の低下してくる上
昇流路の中途までの酸化領域に続いて、上昇流路の上部
、つまりその中途より上方部分に脱窒作用をする還元領
域を形成させるためには、その領域の下部より原廃水を
供給するのである。

還元反応を効果的に行なうには、還元領域における溶存
酸素濃度はｌｐｐｍ以下好ましくは０．５ｐｐｍ以下に
保つことが必要とされる。

従って、本発明で還元領域と定義している原水供給口よ
り上部の循環系に於て、溶存酸素濃度を２ｐｐｍ以下好
ましくはｌｐｐｍ以下に制御するために、単に原水のみ
の供給以外に最終沈澱池或は浮上分離槽で固液分離させ
、生物反応槽（ここでは鉛直方向にのびた循環系の反応
槽−通常は曝気槽と呼称）へ返送する汚泥（返送汚泥）
を原水と合せて供給すると一層効果的である。

また、原廃水にある有機物は還元反応のための炭素源と
して充分な利用ができ、他の炭素源を特別に付加する必
要はない。

しかし、原廃水中の有機物だけでは炭素源に不足を生じ
ることがあるような場合には、従来公知の炭素源（メタ
ノール）を付加してやることは妨げない。

還元反応がさらに効果的に行なわれるためには、流路を
上昇してくる循環廃水と原廃水との混合を均一化するこ
とが必要である。

そのためには、原廃水の供給位置の直上部にこれら両院
水を混合させるための手段を設けることが望ましい。

この混合手段には、例えば、複数のフィンを設けて旋回
流をおこさせることやスタティックミキサーを設けるこ
と等が考えられる。

また、還元反応のためには、上昇流路の上部にある廃水
を空気の接触から遮断することが必要となるので、上昇
流路の液溜は天井板によって閉塞され、還元反応により
発生した窒素ガスは、天井板に設けられたガス抜孔から
排出されるようにする。

上昇流路を昇って上端の液溜に入った廃水は、循環流路
を通って下降流路の上端の高い位置にある液溜を経て下
降流路中に入り、再び酸化作用を受け、このようにして
廃水は下降流路から上昇流路への系中を循環して、酸化
作用と還元作用とを繰返し受けることにより、その中の
有機物及び窒素分の除去作用は進められる。

そして、供給される原廃水に相応した量の処理廃水が流
出されてゆくことになるが、流出の手段として、 ａ 原廃水が短絡するのを防ぐために、上昇流路中の原
廃水の供給される位置よりも下方から取出す。

ｂ 還元領域での反応を完結させ、循環ポンプを経て下
降流路上部の液溜から取出す。

Ｃ循環ポンプの吐出側の循環流路から分岐させて取出す
。

などの手段を用いることができる。

以下、本発明の実施例を添付図面によって説明する。

第１図、第２図において、１は鉛直方向に長く形成した
大径の上昇管で、この上昇管１内にはこれと同様に鉛直
方向に長く形成した小径の下降管２が挿入配設され、下
降管２によって廃水の下降流路３が、そして、下降管２
と上昇管１との間には上昇流路４が形成されている。

上昇管１の上端部には上昇流路４に連通した液溜５が設
けられ、また、下降管２の上端部には下降流路３に連通
しだ液溜６が上記液溜５より高く位置するように設けら
れていると共に、上昇流路４の液溜５と下降流路３の液
溜６とは、循環ポンプ７を有する循環流路８によって連
通されており、これらの構成によって廃水の循環系が形
成される。

なお、液溜５は天井板１３により閉塞密閉され、天井板
１３には窒素ガスを排出させる抜気孔１４が設けられて
いる。

上記循環系内の廃水は循環ポンプ７の駆動によって、矢
印のように液溜５一循環流路８−液溜６−下降流路３−
上昇流路４−液溜５へと循環される。

この場合、循環ポシプ７の駆動は液溜５及び６内の廃水
にヘッド差を与え、このヘッド差によって循環系中の廃
水は自然流動されることになる。

下降流路３の上部には基端を空気源に連通させた気体供
給管９が挿入され、その先端は単なる開口を形成するか
或は図のように散気部材１０を設ける。

そして、循環系内の廃水の流動にともない、供給管９か
らの酸素含有気体（空気）は廃水中に混入して、下降流
路３から上昇流路４へと連行されてゆく。

上昇流路４の上半部内には、原廃水の供給管１１が挿入
開口され、これより流入した原廃水は、流路４を上昇し
てくる循環廃水と混合され、その流れに従って循環され
ることになる。

そして、供給管１１の開口部より上方には廃水の還元領
域Ｘが形成される。

また、原廃水の供給にともなって、循環系で処理された
廃水を流出させるための流出管１２が上昇流路４中に挿
入され、その先端部は供給管１１の先端開口部より少な
くとも５０ｃｒｒＬ以上下方において開口され、原廃水
の混入する以前の処理された廃水の一部を循環系外に流
出させるようになっている。

第３図は、第２図における供給管１１と流出管１２の別
の設置態様を示したもので、供給管１１と流出管１２と
は交互に複数本が設けられている。

しかし、これら両管の設置は、以上の態様に限定される
ものではない。

第４図乃至第６図は、原廃水と循環廃水との均一な混合
を図るための手段を例示した要部の縦断面及び横断面図
である。

第４図及び第５図に示したものは、下降管２に直径方向
のフィン１６を複数本突設させており、このフィン１６
の作用で旋回流が生じ、それによって上昇する循環廃水
と供給管からの原廃水とはよく混合される。

なお、この場合、フィン１６はその先端が上昇管１に接
するほどになっているため、下降管２の振れ止めとなる
効果も得られる。

第６図に示したものは、供給管１１の先端を管の円周方
向に斜めに向けると共にノズル１７を設け、原廃水の斜
め方向への噴射によって混合を良好にしようとするもの
である。

なお、原廃水と循環廃水との混合手段は、上記の例のほ
か例えばプロペラを回動させるようにする等、各種の態
様のものが考え得るものである。

また、本発明の循環系から流出される処理廃水は、一般
的には浮上分離槽や沈澱槽等の次の工程において従来公
知の処理を受けるものであるが、その前段において、従
来実施されている脱窒処理をさらに行なうようにするこ
とは差支えない。

以上説明したように、本発明によれば、鉛直方向に長く
形成した下降流路と上昇流路とを、互にそれらの上端部
と下端部において連通した循環系中に廃水を循環させな
がら、下降流路の上部から該廃水中に酸素含有気体を供
給すると共に、上昇流路の上部に原廃水を供給し、上昇
流路の上部に低ＤＯＯ脱窒還元領域を形成させ、該領域
において廃水の脱窒処理を行なうようにしたので、効率
よく曝気処理を行なうことのできる循環系の装置におい
て窒素含有廃水の脱窒処理を併せて行なうことができる
。

従って、曝気と脱窒との処理が単一の装置でかつ簡易な
構造で能率よくでき、しかも脱窒処理に必要な炭素源に
は原廃水の有機物が利用できるので、施設場所や施設費
及びランニングコストが大巾に減少できることになる。

また、上昇流路では、酸化に使用される溶存酸素はほぼ
利用された後で比較的残留酸素濃度が一定されるが、原
廃水はこのような状態のところに供給されるので、硝化
と脱窒とは効率よく行なえることになる。

更に、系外に流出される処理廃水の取入口は原廃水の供
給開口部の下方に開口されているので、処理廃水は良好
な状態のものが取出されることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による廃水処理装置の一態様を示す縦断
面図、第２図は第１図Ａ−Ａ線に沿う横断面図、第３図
は第２図の別の態様を示す横断面図、第４図及び第６図
は本発明における廃水混合手段各態様を示した要部縦断
面図、第５図は第４図の横断面図である。 １・・・・・・上昇管、２・・・・・・下降管、３・・
・・・・下降流路、４・・・・・・上昇流路、５，６・
・・・・・液溜、７・・・・・・循環ポンプ、８・・・
・・・循環流路、９・・・・・・気体供給管、１０・・
・・・・散気部材、１１・・・・・・原廃水供給管、１
２・・・・・・流出管、１３・・・・・・天井板、１４
・・・・・・抜気管、１６・・・・・・フィン、１Ｔ・
・・・・・ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉛直方向に長く形成した下降流路と上昇流路とを互
   にそれらの上端部及び下端部で連通して循環系を構成し
   、該循環系には、ポンプによる強制循環手段を設けると
   共に、下降流路上部には酸素含有気体を供給する手段を
   、また、上昇流路の上部には原廃水を供給して循環中の
   廃水と混合させる手段を設け、更に、この循環系の処理
   廃水を該系外に流出させるための流出管を上昇流路に挿
   入し、該管の廃水取入口を原廃水の供給開口部より下方
   に開口させたことを特徴とする、含窒素廃水の微生物学
   的廃水処理装置。 ２ 原廃水の供給開口部の下部より上方の上昇流路を２
   部屋に区分し、原廃水の供給の行なわれない部屋の廃水
   を流出させるようにしたことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の装置。 ３ 原廃水の供給個所或はその上部に、原廃水と循環廃
   水とを強制的に混合させる手段を設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項または第２項記載の装置。