JPWO2013132610A1 - 微生物反応槽 - Google Patents

Abstract

反応槽の容量が大きくなっても嫌気・好気微生物処理を連続して行なうことができ、また、建設費用を抑えることができる微生物反応槽およびそれを用いた排水処理方法を提供することを目的とする。外槽２と、この外槽の内部に配置されて上下に開口部を有する円筒状内槽３と、この円筒状内槽上部に設けられて被処理水の槽内循環率を制御する循環率制御装置４と、円筒状内槽の上部外周に設けられて汚泥を沈降させるための円筒状制御板５と、円筒状内槽の外側および内側に設けられた被処理水質測定装置６と、外槽および内槽内を循環する被処理水の循環経路に設けられた原水供給口１０および外槽の上部に設けられた処理水放出口１１と、沈降させられた汚泥の沈降固定化を防止する沈降固定化防止装置１２とを具備している。

Description

本発明は微生物反応槽、特に微生物反応槽内に堆積する汚泥の堆積防止装置に関する。

生物化学的酸素要求量（以下、ＢＯＤという）や浮遊物質濃度（以下、ＳＳという）を高める高濃度の窒素成分やリン成分、有機物質などの汚濁物質が含まれる排水は、河川の汚染や赤潮発生等、環境汚染の原因となっている。従来、このような高濃度の汚濁物質を含む排水の処理方法として、好気嫌気循環法の一つである、いわゆる修正バーナード法が知られている。この方法は、脱窒反応の際に遊離するアルカリを硝化反応で再利用するために、活性汚泥処理工程において、脱窒工程を第一硝化槽の前後に位置する第一脱窒槽と第二脱窒槽と２段に分け、さらに第二脱窒槽の後に第二硝化槽を設け、第一および第二の硝化槽から流出する混合液を第一脱窒槽に循環する方法である。

しかし、この方法による排水処理には次のような問題がある。
（１）高濃度のアンモニア性窒素は、それ自身殺菌性を有するので、活性汚泥処理工程で活性汚泥の活性を阻害する場合が多い。このため、活性汚泥処理が不十分になる。
（２）いわゆる修正バーナード法などでは、硝化槽において硝化反応が進行すると水素イオン濃度（以下、ｐＨという）が低下するが、硝化反応はｐＨに依存するのでｐＨが低下すると硝化反応が遅くなる。その結果、やはり活性汚泥処理が不十分になり、リンの除去なども不十分になる。
（３）活性汚泥処理が不十分で脱窒反応が遅くなると、残存アンモニアや硝酸イオン、亜硝酸イオン濃度等が高くなる結果、これら窒素化合物に依存するＢＯＤが高くなり、排水処理が不十分になる。
（４）高濃度汚濁物質含有排水では、高濃度の活性汚泥が必要となり、必然的に活性汚泥浮遊物質（以下、ＭＬＳＳという）濃度などが高くなる傾向にある。そのため、酸素の供給が困難になると共に、活性汚泥の攪拌、および、沈澱槽での固液分離が困難になる。
（５）低い有機汚濁物質濃度にもかかわらず、高い窒素成分を有する排水を活性汚泥処理で脱窒ならびに脱硝を行なう場合、ｐＨ低下や脱窒による汚泥の浮上などの問題が生じる。

上記方法に対処するために、本発明者は、高濃度の窒素成分やリン成分、有機物質などの汚濁物質が含まれている排水の活性汚泥処理を効率的に行なうことのできる微生物反応槽およびそれを用いた排水処理方法を提案している（特許文献１）。この微生物反応槽は、タービン羽根により連結された硝化反応部と脱窒反応部とを上下に有する内槽を備えている。

特開平１１−１２８９８７号

しかしながら、上記従来の微生物反応槽は、内槽下部に形成される脱窒反応を行なう嫌気槽と内槽上部に形成される硝化反応を行なう好気槽とがタービン羽根のみにより連結されていたので、反応槽の容量が大きくなると、それぞれの槽での撹拌が不十分となり嫌気または好気反応が十分に進まないという問題がある。また、反応槽の建設費用が高くなったり、内槽を外槽内に固定するための費用が高くなったりするという問題がある。

また、反応槽の容量が大きくなると、活性汚泥が槽内に堆積するという問題が生じた。汚泥が堆積すると反応槽における被処理水および汚泥の循環流が困難になる場合がある。特に、油分、スラッジなどの固形分、付着性の浮遊物質等が混入している場合に、汚泥の循環が困難になるという問題がある。
本発明はこのような問題に対処するためになされたもので、高濃度の汚濁物質が含まれている排水の活性汚泥処理を効率的に行なうことができると共に、反応槽の容量が大きくなっても嫌気・好気微生物処理を高い槽内循環率を維持して連続して行なうことができ、また、活性汚泥が槽内に堆積することを防ぐことができる微生物反応槽の提供を目的とする。

本発明の微生物反応槽は、外槽と、この外槽の内部に配置されて上下に開口部を有する円筒状内槽と、この円筒状内槽上部に設けられて被処理水の槽内循環率を制御する循環率制御装置と、円筒状内槽の上部外周に設けられて汚泥を沈降させるための円筒状制御板と、円筒状内槽の外側および内側に設けられた被処理水質測定装置と、外槽および内槽内を循環する被処理水の循環経路に設けられた原水供給口および外槽の上部に設けられた処理水放出口とを具備している。
微生物反応槽を構成する円筒状内槽は、中心部に連通孔を有する隔壁で円筒上部と円筒下部とに分割され、円筒上部は、上面および底面が開口した円錐台形状を頂部に有し、かつ該円筒上部内の連通孔周囲および隔壁周縁部に複数の空気吹込口が設けられた好気微生物処理槽であり、上記円筒下部は底面に開口部を有する嫌気微生物処理槽であり、好気微生物処理槽内および嫌気微生物処理槽内を撹拌する撹拌装置と、沈降させられた汚泥の沈降固定化を防止する沈降固定化防止装置とが外槽および内槽の内外に設けられている。
微生物反応槽は、上記被処理水質測定装置により測定される被処理水のｐＨ、酸化還元電位（以下、ＯＲＰという）および溶存酸素量（以下、ＤＯという）から選ばれた少なくとも１つの測定値を検出する手段と、上記検出された測定値に応じて上記循環率制御装置に設けられた、液面調節バルブの開閉、液面調節制御板の上下動、および上記空気吹込口から吹込まれる空気量から選ばれる少なくとも１つの量を制御することにより、上記被処理水の槽内循環率を３〜２０に制御する手段とを備えている。ここで、反応槽内の被処理水循環率とは、次式で定義される量をいう。

被処理水循環率＝内槽上部から排出される被処理水量（ｍ³／日）／原水供給量（ｍ³／日）

微生物反応槽は、上記原水供給口より供給される原水が活性汚泥と共に上記円筒状内槽の内部と、上記円筒状内槽の外周面と、上記外槽下部に沈降した活性汚泥内を経て槽内を循環することで嫌気微生物処理および好気微生物処理が連続してなされることを特徴とする。
特に、原水供給口は、嫌気微生物処理槽の開口部の下部に配置された円環状原水供給部に設けられた複数の吐出口またはスリットであることを特徴とする。また、円筒下部は円筒上部の容積より１／１０〜１倍の容積を有することを特徴とする。

上記微生物反応槽に取り付けられている沈降固定化防止装置は、（１）汚泥が沈降する外槽下部の内壁または外壁に設けられる振動装置である、（２）内壁の近くに設けられる振動板と、外槽の上部に設けられて上記振動板に振動を伝達する振動発生器とを備える装置である、（３）汚泥が沈降する外槽下部の内壁に設けられるスクレーパーである、（４）外槽下部の内壁に沿って汚泥の撹拌流を発生させる撹拌流発生装置であり、特に内壁の傾斜面を移動しながら流体を吹き付ける移動式流体吹きつけノズルであるか、または内壁の傾斜面に所定の間隔で固定された流体吹きつけノズルである、（５）撹拌流発生装置が内壁の傾斜面または下面に移動しながら外槽下部に沈降した汚泥を吸引して嫌気微生物処理槽内に吐出するポンプであるか、または内壁の傾斜面または下面に所定の間隔で固定され、外槽下部に沈降した汚泥を吸引して嫌気微生物処理槽内に吐出するポンプであることを特徴とする。

本発明の微生物反応槽は、汚泥が沈降する外槽下部の内壁または外壁に振動装置、内壁の近くに設けられる振動板、内壁に設けられるスクレーパー、または撹拌流発生装置からなる沈降固定化防止装置が設けられているので、汚泥が微生物反応槽内の下部で沈降固定化するのを防ぐことができる。その結果高濃度の汚濁物質が含まれている原水の嫌気・好気微生物処理を高い槽内循環率を維持して連続して行なうことができる。また、沈降固定化防止装置が設けられているので、円筒状内槽を簡易な形状とすることができ、また反応槽の容量が大きくなった場合でも微生物反応槽の設置が容易になる。

微生物反応槽の断面図である。 振動装置が設けられた微生物反応槽の断面図である。 他の振動装置が設けられた微生物反応槽の断面図である。 自走式スクレーパーが設けられた微生物反応槽の断面図である。 移動式流体吹きつけノズルが設けられた微生物反応槽の断面図である。 固定式流体吹きつけノズルが設けられた微生物反応槽の断面図である。 移動式流体吐出ポンプが設けられた微生物反応槽の断面図である。 固定式流体吐出ポンプが設けられた微生物反応槽の断面図である。 微生物反応槽における被処理水および活性汚泥の循環経路を示す図である。

本発明の微生物反応槽を図１により説明する。図１は微生物反応槽の断面図である。
微生物反応槽１は、外槽２と、この外槽２の内部に配置されている円筒状内槽３と、この円筒状内槽３の上部に設けられた循環率制御装置４と、円筒状内槽３の外周側に設けられた円筒状制御板５と、被処理水質測定装置６とから構成されている。なお、汚泥抜き出し口１３を設けることができる。
本発明で、微生物処理設備の水槽容積を限定するものではなく、小規模のものから、大規模のものまで適応できるが、その効果が著しく発揮されるのは、微生物反応槽１が２０ｍ³以上、好ましくは３０〜６０００ｍ³の内容積を有する微生物反応槽に適用した場合である。処理槽の容積が６０００ｍ³を超えるようになると循環流を作るのが困難になる。また、２０ｍ³に満たない小規模の場合は、微生物反応槽１内で汚泥を上下に循環させる優位性が少なくなる。

外槽２は、底面となる基盤２ａに円筒形側面２ｂおよび上面部２ｃからなる真円筒状の外観を有している。円筒の中心には撹拌翼等を取り付けるための回転軸７が設けられている。この回転軸７は、基盤２ａの円中心に設けられた架台２ｄおよび上面部２ｃの円中心に設けられた軸受２ｅにより回転自在に固定されている。また、回転軸７は駆動装置２ｆにより回転される。上面部２ｃは回転軸７を回転自在に固定すると共に、円筒状内槽３を支持具等で保持している。
外槽２の底部であって、円筒状内槽３の下部には原水供給口１０が設けられている。原水供給口１０は、円筒状内槽３の下部開口部３ｆの下方に配置された、円環状原水供給部１０ａに設けられた複数の吐出口１０ｂまたはスリットで構成される。原水供給口１０をこのように配置することにより、嫌気汚泥の撹拌が十分になされる。なお、この原水供給口１０は被処理水の循環経路であれば、円筒状内槽３の下部以外にも設けることができる。
また、外槽２の上部には浄化された処理水放出口１１が設けられ、外槽内面および外面には、沈降した汚泥の沈降固定化を防止するための沈降固定化防止装置１２が設けられている。

沈降した汚泥の沈降固定化を防止するための沈降固定化防止装置１２について、以下説明する。
沈降固定化防止装置１２は、以下に述べる装置単独でもよく、それらを複数組み合わせた沈降固定化防止装置であってもよい。
（１）汚泥が沈降する外槽下部の内壁または外壁に設けられる振動装置
振動装置が設けられた微生物反応槽の断面図を図２に示す。振動発生器１２ａは、外槽下部の傾斜している部分に固定して設けることができる。この振動発生器としては、例えば電磁式の振動板、ノック式のハンマーなどが挙げられる。これらの振動装置はタイマー駆動で間欠的に行なうことが好ましい。外槽下部面自身の振動により汚泥の沈降固定化を防ぐことができる。

（２）内壁の近くに設けられる振動板と、この振動板に振動を伝達する振動発生器とを有する沈降固定化防止装置
他の振動装置が設けられた微生物反応槽の断面図を図３に示す。外槽下部の外壁に設けられる振動装置を図２に示したが、上記振動板またはハンマーを外槽下部の内壁に取り付けると、その振動板等の周囲に汚泥が堆積しやすくなる。そのため、外槽下部の内壁に振動板を取り付けるときは、図３に示すように、外槽の上部に振動発生器１２ａを設けて、その振動をロッド１２ｃを介して振動板１２ｂに振動を伝達する装置とする。振動板１２ｂの振動により汚泥の沈降固定化を防ぐことができる。

（３）汚泥が沈降する外槽下部の内壁に設けられるスクレーパー
自走式スクレーパーが設けられた微生物反応槽の断面図の一例を図４に示す。外槽の上部の周縁に沿って移動できる移動装置１２ｅを外槽上部周縁に取り付け、この移動装置１２ｅの先端にスクレーパー１２ｄを取り付ける。このスクレーパー１２ｄを外槽下部の内壁に沿って自走させることにより、沈降した汚泥をほぐして流動性を与える。流動性を与えられた汚泥は沈降固定化しなくなる。

（４）外槽下部の内壁に沿って汚泥の撹拌流を発生させる撹拌流発生装置
汚泥の撹拌流発生装置を図５〜図８に示す。図５は内壁の傾斜面を移動しながら流体を吹き付ける移動式流体吹きつけノズルが設けられた微生物反応槽の断面図を示す図であり、図６は内壁の傾斜面に所定の間隔で固定された流体吹きつけノズルの例を示す図である。また、図７および図８はノズルに代わる吐出ポンプの例を示す図である。
図５に示す、外槽内壁下部の傾斜面に配置されるノズル１２ｆは、外槽上部周縁に取り付けられた移動装置１２ｅに搭載された送風機またはポンプから送られる流体を堆積している汚泥に吹き付けることができる。流体としては空気、水、汚泥等が挙げられる。堆積している汚泥にノズル１２ｆから流体を吹き付けることにより、堆積汚泥に流動性を与え汚泥の沈降固定化を防ぐことができる。
図６に示すノズル１２ｇは、予め堆積している汚泥に流体を均一に吹き付けられる外槽内壁下部の傾斜面の円周方向および傾斜方向に所定の間隔に固定して配置される。このノズル１２ｇから流体を連続的に、または、間欠的に吹き付けることにより、堆積汚泥に流動性を与え汚泥の沈降固定化を防ぐことができる。固定式のノズル１２ｇは外槽内壁下部の傾斜面よりも上部にノズルを設けて配管を循環流の流れ方向に設置して、汚泥の循環流を極力阻害しない構造にすることが重要である。

図７に示す、外槽内壁下部の傾斜面または下面に配置される移動式の吐出ポンプ１２ｈは、外槽上部周縁に取り付けられた移動装置１２ｅにより外槽内壁下部を自走できる。吐出ポンプ１２ｈは外槽下部に沈降した汚泥を吸引する吸引ノズル１２ｉと、吸引した汚泥を嫌気微生物処理槽内に吐出する吐出口１２ｊとを備えている。汚泥の吸引および吐出を行ないながら外槽内壁下部を自走することで堆積汚泥に流動性を与え汚泥の沈降固定化を防ぐことができる。
図８に示す外槽内壁下部の傾斜面または下面に固定して配置される固定式の吐出ポンプ１２ｈは、汚泥の堆積が生じやすい箇所に固定して配置される。この吐出ポンプ１２ｈは外槽下部に沈降した汚泥を吸引する吸引ノズル１２ｉと、吸引した汚泥を嫌気微生物処理槽内に吐出する吐出口１２ｊとを備えている。固定して配置される吐出ポンプ１２ｈは、汚泥の循環流を阻害しない方法で設置することが重要である。例えば、ポンプ配管類は全て汚泥の循環流の流れ方向に平行に設置する。

上記沈降固定化防止装置１２が設けられた外槽内に円筒状内槽３が配置される。
横断面が略真円状の円筒状内槽３は、隔壁３ａで円筒上部３ｃと円筒下部３ｄとに分割されている。隔壁３ａの中心部には円筒上部３ｃと円筒下部３ｄとを連通する連通孔３ｂが設けられている。
この隔壁３ａの存在により、微生物反応槽の容積が大きくなった場合でも、円筒上部３ｃと円筒下部３ｄとが十分に分離されており、それぞれの槽内で活性汚泥処理を行なうことができる。円筒上部３ｃ内にて好気微生物処理反応を、円筒下部３ｄ内にて嫌気微生物処理反応を、それぞれ十分に行なわせることができる。隔壁３ａの面積が大きくなった場合、支持部材３ｇ等で補強する。
連通孔３ｂは、嫌気微生物処理された活性汚泥が円筒下部３ｄから好気微生物処理部である円筒上部３ｃに移動できる大きさの直径を有する。この連通孔３ｂの径は微生物反応槽の容積、処理される原水の性質、量などによって調整される。

円筒上部３ｃは、上面および底面が開口した円錐台形状の頂部を有する。すなわち、円筒部の先端が高さ方向に所定の角度で縮径する形状である。円錐台形の中心を通る高さ方向断面の傾斜角は４０度から６０度、好ましくは４５度である。傾斜角をこの範囲にすることにより、好気槽上部から排出する被処理水に含まれる汚泥が円錐台形外面を流れ落ちることで凝集しやすくなり汚泥の急速強制沈降が可能となる。また、汚泥が凝集することにより、汚泥と浄化された処理水との分離が容易になる。
円筒上部３ｃは、内部に空気吹込口８および８ａが設けられた好気微生物処理槽である。空気吹込口８は、中心軸７の周囲であって、連通孔３ｂ周囲に設けられ、隔壁３ａ上に図示を省略した支持柱等により固定することができる。この空気吹込口８の空気噴出口は好ましくは下向きに配置されていることが、好気槽内の被処理水および汚泥の撹拌に寄与できるため好ましい。
空気吹込口８ａは、円筒上部３ｃ内の隔壁周縁部に平面視円環状に空気吹込部８ｂを配置して、この空気吹込部８ｂに複数個設けられた空気孔８ｃか、あるいは空気吹込部８ｂの上面または側面に形成されたスリットとすることができる。
空気吹込口８および８ａより吹込まれる空気量と、後述する循環率制御装置の制御量とにより、循環ポンプを用いることなく、被処理水の循環量を３〜２０の範囲内に変動させることができる。それにより適切な硝化条件による好気微生物処理および適切な脱窒条件による嫌気微生物処理が容易に設定できる。さらに、上記傾斜角を有する好気微生物処理槽外周面での強制沈降原理により汚泥の固液分離が極めて効率よくなされるので、好気・嫌気微生物処理反応を縦型の同一槽内で効率よく行なうことができる。
なお、好気槽内には、図示を省略したアルカリ供給口または酸の供給口を設けることができる。

円筒下部３ｄは、円筒上部の容積より１／１０〜１倍の容積を有する嫌気微生物処理槽である。この容積範囲内であると、例えば高濃度窒素含有汚濁物質を含有する原水の好気微生物処理反応および嫌気微生物処理反応を効率よく行なうことができる。なお、嫌気微生物処理槽内には、図示を省略した脱窒菌栄養物供給口を設けることができる。
また、原水中に水素供与体が少なく、硝酸塩の窒素をメタノールや酢酸等の水素供与体を供給して脱窒する場合には、嫌気微生物処理槽の容積を好気性微生物処理槽よりも大きくすることが好ましい。
円筒下部３ｄの形状は、円筒上部３ｃの開口部３ｅよりも面積が大きい開口部３ｆを有する逆円錐台形を円筒下部に有する形状である。すなわち、円筒部の先端が下部方向に所定の角度で縮径する形状である。開口部３ｆの面積を大きくすることにより嫌気微生物処理槽内での汚泥の撹拌を容易にできる。
円筒下部３ｄの形状を上記逆円錐台形とする場合には、外槽２の下部内面２ｇは上記所定の角度と同じ角度とすることが汚泥の沈降固定化を防止できるため好ましい。

円筒状内槽３は、円筒上部３ｃである好気微生物処理槽内および円筒下部３ｄである嫌気微生物処理槽内において、被処理水と活性汚泥との処理反応を十分に行なうための撹拌装置が設けられている。
撹拌装置としては、円筒状内槽３の中心に取り付けられた回転軸７に固定された撹拌翼７ａまたは７ｂであることが好ましい。撹拌翼７ａは円筒上部３ｃ内に設けられ、好気微生物処理反応を十分に行なわせることができるタービン翼が好ましい。タービン翼以外にも、空気の吹き込み量により、曝気性能が著しく低下しない回転数が比較的少なくて、空気と水を混合できる形状のであれば、使用できる。
撹拌翼７ｂは円筒下部３ｄ内に設けられ、嫌気微生物処理反応を十分に行なわせることができる撹拌翼ならば、いずれも使用できるが、タービン翼やプロペラ翼が好ましい。

円筒状内槽３内に設けられた隔壁３ａは、外槽２の底面となる基盤２ａに固定されて立設する支持柱９により支えられる。
円筒状内槽３はこの支持柱９による支えと、外槽２の上部に橋渡しされた支持具とにより、外槽内に保持されている。

円筒状内槽３の上部に被処理水の反応槽内循環率を制御する循環率制御装置４が設けられている。循環率制御装置４による被処理水の反応槽内循環率の制御は、具体的には液面調節バルブの開閉、あるいは液面調節板の上下動等によりなされる。液面調節バルブの全開時、または液面調節板の最下位時に、被処理水の水位レベルが最も低くなる。水位レベルをＡで示す。
反応槽内循環率の制御は、空気吹込口８および／または８ａより吹込まれる空気量によっても制御することができる。吹込まれる空気量を多くすると循環率が増加する。液面調節バルブの開閉および空気量調節を組み合わせることもできる。
嫌気微生物処理槽ならびに好気性微生物処理槽の大型化に伴って、汚泥の循環流量を維持することが曝気空気だけでは足らなくなったり、また、過剰な空気の吹込みによる弊害が発生したりすることがある。このような場合に備えて、図１の８ａに示してある空気吹込口が必要になる。この曝気効率のよくない空気吹込口８ａにより、空気吹き込み量とＯＲＰの調整が、格段に調整しやすくなる長所がある。空気吹込口８ａは、例えば、隔壁３ａの上面である好気部分に攪拌翼７ａを中心として、外部の送風機等と連通している平面視円環状の空気吹込部８ｂを設置し、この空気吹込部８ｂに穴またはスリットが設けられている。これは、単純に空気量を増やすだけでなく、攪拌翼７ａのバッフル効果も発揮され、効率的な攪拌がなされる相乗効果を発揮する。

液面調節バルブの開閉等および／または空気吹込量を調節することにより、被処理水の循環率をポンプを用いることなく変動させることができる。被処理水は、後述するように、好気微生物処理槽３ｃからこの槽の外側に配置された円筒状制御板５を経て嫌気微生物処理槽３ｄへ、さらに嫌気微生物処理槽３ｄから好気微生物処理槽３ｃへと循環することにより、脱窒、脱リン等が行なわれる。したがって、被処理水の循環率を検出値に応じて所定の制御プログラムに基づき制御することにより、最適な脱窒、脱リン等を行なうことができる。

円筒状内槽３の上部外周に円筒状制御板５が配置されている。円筒状制御板５は上面および下面が開口している筒であり、円筒状制御板５の下面５ａは円筒状内槽３の傾斜面に対して接近して配置されている。この接近して配置されている傾斜面部分において汚泥沈殿部が形成され、汚泥濃縮がなされると共に処理水が分離される。また、下面５ａを接近して配置することにより汚泥の急速強制沈降が可能になる。円筒状内槽３の傾斜面に対して下面５ａの距離の大小は調節できることが好ましい。また、円筒状制御板５の形状は、上面および下面の開口面が同一面積の直円筒状、または上面の開口面積が下面の開口面積よりも大きい逆円錐台形状とすることができる。
微生物反応槽内には、被処理水質測定装置６が、円筒状内槽２の内外に設けられている。この被処理水質測定装置６は、被処理水のｐＨ、ＯＲＰ、ＤＯを測定する装置である。

本発明の微生物反応槽内での被処理水循環率は３〜２０、好ましくは５〜２０である。被処理水循環率が３未満であると、好気微生物処理反応がより起こりやすくなり、また、２０をこえると好気微生物処理反応と嫌気微生物処理反応とのバランスが崩れ、原水の脱窒、脱リンを行なうことができなくなる。すなわち、被処理水循環率をこの範囲とすることにより、被処理水質測定装置により測定される被処理水のＯＲＰを、嫌気微生物処理反応槽において−１０ｍＶ以下、好ましくは−５０ｍＶ以下、好気微生物処理反応槽において＋１０ｍＶ以上、好ましくは＋１００ｍＶ以上に維持することができる。その結果、好気微生物処理反応および嫌気微生物処理反応が十分に行なわれ、脱窒、脱リンが連続的になされる。なお、このような条件下において好気微生物処理反応槽でのｐＨは４．５〜８．５、好ましくは５．５〜７．５の範囲となる。

微生物反応槽１を用いる排水処理方法は、活性汚泥処理工程を含む処理工程により原水を処理する排水処理方法であって、この活性汚泥処理工程は、活性汚泥の循環流を形成させる汚泥循環工程と、この活性汚泥の循環流の中に原水を添加する原水添加工程とを含む。
上記活性汚泥の循環流は、嫌気微生物処理槽から好気微生物処理槽を経由して循環し、汚泥沈殿部で処理水が分離すると共に汚泥濃縮がなされて、この濃縮された汚泥を嫌気微生物処理槽に送る循環流である。また、上記活性汚泥処理工程は、上述の微生物反応槽を用いて処理される汚泥循環工程および原水添加工程である。

微生物反応槽１を用いる排水処理方法は、従来の排水処理方法に比較して、以下の優れた特徴を有する。
従来の排水処理方法は、原水と返送汚泥とが一定の割合で混合されて曝気槽内に流入し、その時接触した返送汚泥と次の工程である沈殿槽内で汚泥と被処理水とが分離されるまで、最初に接触混合した活性汚泥と原水が放流されるまで、同じ活性汚泥菌とだけ接触して、原水が押し出され流れる方法である。
微生物反応槽１を用いる排水処理方法は、上下に循環する活性汚泥の循環流を形成させ、その循環流の中に原水を添加する方法である。活性汚泥の循環流を作るのに、循環ポンプを使用することなく、微生物処理に使用する曝気空気による上昇流を利用して、汚泥の循環流を形成させるので省エネルギーな排水処理方法である。さらに、好気微生物処理槽の曝気を効率よく実施できる処理方法である。
原水の添加位置は、循環流の経路内であればどこでもよいが、好ましくは好気微生物処理槽である。更に好ましくは、嫌気微生物処理槽が適している。本発明の排水処理方法における循環流を用いた処理の場合は、少なくともＢＯＤが８００ｍｇ／Ｌ以上、全窒素量が（以下、Ｔ−Ｎという）４０ｍｇ／Ｌ以上の原水であっても、処理水のＢＯＤは通常極めて低く２０ｍｇ／Ｌ以下、一般的には放流水の水質として、ＢＯＤが１０ｍｇ／Ｌ以下での運転ができる。
なお、好気微生物処理槽である円筒状内槽の外周面に形成された、循環流経路内の汚泥沈殿部に原水を添加すると、汚泥と原水との接触が不十分になり、汚濁物質の吸着が不十分になる場合がある。その場合、処理水に一部未処理の原水中の汚濁物質が混入して、処理水の悪化をもたらす場合がある。しかしながら、水質規制値がゆるい場合において、例えばＢＯＤが３００ｍｇ／Ｌ以下とか、６００ｍｇ／Ｌ以下とかの下水道放流などの一次処理設備としての用途では、循環流経路内の汚泥沈殿部に原水を添加できる場合がある。

以下、微生物反応槽１を用いて高濃度窒素含有汚濁物質を含む原水の排水処理方法について図９により具体的に説明する。図９は微生物反応槽１における被処理水および活性汚泥の循環経路を示す図である。図９において、斜線部分は活性汚泥の濃度が高い部分であり、矢印は被処理水および活性汚泥の循環方向を表す。
ウェジワイヤースクリーンなどで固形分が分離された汚濁物質を含む被処理水としての原水は、微生物反応槽１の最下部に設けられている原水供給口１０より連続的に供給される。なお、供給される原水のＢＯＤおよびＳＳは、あらかじめ測定しておくことが好ましい。本発明の微生物反応槽１を用いる排水処理方法は、食品工場から排出される排水の処理に好適であり、そのような原水としては、たとえばＢＯＤが８００ｍｇ／Ｌ以上、化学的酸素要求量（以下、ＣＯＤという）が３００ｍｇ／Ｌ以上、Ｔ−Ｎが４０ｍｇ／Ｌ以上含有する原水である。また、ノルマルヘキサン抽出油分濃度（以下、ｎ−Ｈｅｘという）が５０ｍｇ／Ｌ以上の範囲を含む原水の処理にも好適である。

微生物反応槽１には活性汚泥が固形分換算で５，０００〜１２，０００ｍｇ／Ｌ入れられており、原水は、まず円筒下部３ｄ内にて嫌気状態で活性汚泥に接触し、脱窒反応が行なわれる。原水供給口１０より供給される被処理水となる原水および循環している活性汚泥は、撹拌翼の回転または散気管よりの空気噴出により、円筒下部３ｄ内を循環して嫌気微生物処理反応がなされる。
次いで空気が吹込まれている円筒上部３ｃに連通孔３ｂを通過して原水および活性汚泥が移動し、好気状態で円筒上部３ｃ内の活性汚泥に接触しながら、撹拌翼の回転または空気吹込口よりの空気噴出により、円筒上部３ｃ内を循環して好気微生物処理反応である硝化反応が進行する。硝化反応が進行するにつれ被処理水のｐＨ等が低下する。被処理液のｐＨ、ＯＲＰ、ＤＯが処理水質測定装置６で測定され、これらの値に基づき原水または被処理水の循環量が定められる。具体的には、ＯＲＰを、硝化反応がなされる好気反応処理部において＋１０ｍＶ以上、脱窒反応がなされる嫌気反応処理部において−１０ｍＶ以下に維持できるように空気吹き込み量などを調整して被処理水を循環する。循環量は、循環ポンプなどを使用することなく、空気量および／または循環率制御装置を制御することにより容易に行なうことができる。このため本発明の排水処理方法は省エネルギー型の排水処理方法である。また、本発明の微生物反応槽を含む設備は、微生物反応の各ユニットをそれぞれ調整できるので、これらの制御を予めプログラム化し、無人で自動運転することが容易であり、省力化プラントとしての特徴を有している。

循環率制御装置４により循環率が制御されて、円筒上部３ｃの上部から排出する被処理水および活性汚泥の一部は、４５度の傾斜角度を有する円錐台形外周面を流れ落ちる。この流出した被処理水および活性汚泥は、円錐台形外周面の傾斜面に対して接近して配置されている円筒状制御板５と上記傾斜面で形成される汚泥濃縮部５ｂを通過することにより、活性汚泥の急速強制沈降が可能となる。また浄化された処理水と活性汚泥との分離が容易となり、分離された処理水が処理水放出口１１より放流される。
急速強制沈降した活性汚泥は外槽内面と内槽外周面との間に活性汚泥が濃縮されて堆積する。この堆積した活性汚泥は、被処理水と混合しながら嫌気微生物処理反応部へ移動して微生物反応槽内を循環する。
本発明の排水処理方法は、活性汚泥が濃縮されつつ嫌気・好気槽内を３〜２０の循環率で循環することにより、原水の負荷変動を容易に吸収できる。また、循環率をこの範囲に維持するので、活性汚泥が馴養されて排水処理に最適な活性汚泥となる。

微生物反応槽において、原水のＢＯＤ負荷が小さいにもかかわらず、窒素分濃度が高い場合は、プロトン供与体などの有機物質からなる脱窒菌栄養物、たとえばメタノールを嫌気反応処理部に添加して処理することが好ましく、この場合、処理水のｐＨが上昇しやすいので、塩酸などの鉱酸を添加することが好ましい。

本発明微生物反応槽を用いる排水処理方法は、微生物反応槽を１槽用いてもよいが、また複数槽用いることもできる。この場合、第１槽からの放流水を第２槽の原水供給口に導入する。また、たとえば２つの微生物反応槽を直列で連結する場合は、第２槽における硝化反応部の容積と脱窒反応部の容積との比率を第１槽における比率と変えることにより、より効果的に排水処理を行なうことができる。具体的には、容積比を第１槽のそれより小さくすることにより、脱窒・脱リンを行なうことができる。

また、本発明微生物反応槽を用いる排水処理方法を、従来の排水処理方法と組合わせて行うことができる。たとえば、既設の好気硝化槽と嫌気脱窒槽の連結からなる排水処理設備において、それぞれの槽からの流出液を本発明の微生物反応槽に供給することにより、より効果的に汚濁物質の消化ならびに脱窒・脱リンを行なうことができる。

実施例
食品製造工場から排出される排水を図１に示す微生物反応槽を用いて処理した。
処理前の排水は、ＢＯＤが１２００ｍｇ／Ｌ、化学的酸素要求量（以下、ＣＯＤという）が７５０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが１３０ｍｇ／Ｌ、ｎ‐Ｈｅｘが２５０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが２００ｍｇ／Ｌであり、被処理水量は１５００ｍ³／日である。

微生物反応槽は、容積２５０ｍ³の嫌気微生物処理部と、容積６５０ｍ³の好気微生物処理部とを有している。微生物反応槽内の処理原水循環率は３〜６の範囲で循環させた。
前処理として原水曝気調整槽にて、ＯＲＰが正の値になるように曝気調整された処理原水を微生物反応槽へ送り処理した。微生物反応槽内において、嫌気微生物処理槽でのｐＨは６．９、ＯＲＰは−３５０ｍＶ、ＤＯは０、好気微生物処理槽でのｐＨは７．１、ＯＲＰは＋２１０ｍＶ、ＤＯは１．１ｍｇ／Ｌであった。好気微生物処理槽と嫌気微生物処理槽の微生物濃度は６４００ｍｇ／Ｌであった。また、この時使用したブロワーは２５Ｋｗブロワー２台使用して、１台は商用運転で空気吹込口８ａの配管に接続し、他の１台はインバーターで空気量を調整しながら散気設備である空気吹込口８に接続し運転した。通常の空気吹込量は２台で１８ｍ³／分であった。
微生物反応槽より放出される放流水の水質は、ＢＯＤが８ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが１１ｍｇ／Ｌ、ｎ‐Ｈｅｘが０．８ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが２ｍｇ／Ｌ、ＳＳが８ｍｇ／Ｌであった。
また、脱水ケーキの発生は実質的にみられなかった。
次に、この微生物反応槽に図２に示す振動発生器１２ａを外槽下部の傾斜している部分の外側に円周方向１ｍ間隔に固定して設けた。この振動発生器は、振動モーターと称せられるもので、電圧が２００Ｖの６極のもので、振動数は１５．６Ｈｚであり、２０分間振動、１時間休止のサイクルで汚泥の沈降防止を行なった。
その結果、汚泥の循環流が向上して、振動発生器１２ａを用いない場合に比較して、被処理水量が２０００ｍ³／日に向上した。

上記方法による排水処理は、微生物反応槽において、有害ガスの発生を抑制して嫌気好気運転ができるので菌体の自己消化能率が向上する。また、汚泥の循環を通じて、原水中の汚泥物質を選択的に分解できる菌体が馴養されて難分解性汚濁物質が容易に処理できる。その結果、脱水ケーキの排出量を殆ど０にできる効果がみられた。
また、この実施例による排水処理は、下記比較例に示す通常の押し流れの処理方式に比較して、曝気風量を少なくできるので、少なくとも電気代が約半分程度で処理できるので、省エネルギーにも大きく貢献できた。

比較例１
実施例と同じ工場において、本発明の微生物反応槽を導入する前の処理状況を本発明の比較例１として示す。処理前の原排水の水質は実施例と同じであり、ＢＯＤが１２００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが７５０ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが１３０ｍｇ／Ｌ、ｎ‐Ｈｅｘが２５０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが２００ｍｇ／Ｌであり、被処理水量は１５００ｍ³／日である。
食品製造工場から排出される排水を、５００ｍ³の原水調整槽で原水流量調整を実施した後、凝集反応槽で、ポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ)８５０ｍｇ／Ｌと２５重量％苛性ソーダ３８０ｍｇ／Ｌ、アニオン系高分子凝集剤１．５ｍｇ／Ｌ添加して、凝集フロックを作ったものを、１２０ｍ³の加圧浮上槽にて、凝集フロックを浮上分離して、油分とＳＳを除去した後、１４００ｍ³の押し出し流れ方式の好気活性汚泥処理槽で処理した後３５０ｍ³の沈殿槽で汚泥と処理水を分離して放流していた。曝気槽の出口付近でのＤＯを１．５ｍｇ／Ｌ以上に保つために、２５ｋｗの曝気ブロワーを４台使用していた。加圧浮上処理後の処理水質は、ＢＯＤが９００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが５５０ｍｇ／Ｌ、Ｔ-Ｎが１３０ｍｇ／Ｌ、ｎ‐Ｈｅｘが１０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが２０ｍｇ／Ｌであった。また、加圧浮上分離した浮上スカムは、含水率が９６重量％の汚泥が２２．８トン／日発生し、それをカチオン系高分子凝集剤とアニオン系高分子凝集剤を用いて、毎日含水率が８５重量％の脱水ケーキが６トン発生したので、毎日汚泥処分が必要であり、毎月１５０トン以上の脱水ケーキの外部委託処分が必要であった。

沈殿槽で分離された放流水の水質は、ＢＯＤが１８ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが２５ｍｇ／Ｌ、ｎ‐Ｈｅｘが１ｍｇ／Ｌ、Ｔ−Ｎが２５ｍｇ／Ｌ、ＳＳが５ｍｇ／Ｌであった。処理水のｐＨが、曝気条件と、原水変動により、放流水のＢＯＤを２０ｍｇ／Ｌ以下にしようとすると、常時ｐＨ６以上を維持するのが難しいことが多かった。

比較例２
実施例と同じ工場において、振動発生器を使用しなかった場合の処理状況を、本発明の効果を明確にするために比較例２として示す。処理前の原排水の水質は実施例と同じであり、ＢＯＤが１２００ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤが７５０ｍｇ／Ｌ、Ｔ‐Ｎが１３０ｍｇ／Ｌ、ｎ‐Ｈｅｘが２５０ｍｇ／Ｌ、ＳＳが２００ｍｇ／Ｌであり、被処理水量は１５００ｍ³／日である。
振動発生器１２aを設置しないで運転した場合には、嫌気ならびに好気微生物処理槽の微生物濃度が４０００ｍｇ／Ｌ以下になり、汚泥の界面が上昇したり、処理水のＳＳが５０ｍｇ／Ｌ以上になったりする場合があった。これは、沈殿部での汚泥の沈降分離能力低下が起こったためと考えられる。また、好気微生物処理槽の出口表面に発泡が発生した。処理水の水質は、ＢＯＤが２０ｍｇ／Ｌを上回ってくる場合があった。明らかに循環する汚泥に油分や未分解物質の吸着量が増加して、付着しやすい汚泥に変化し、汚泥の循環障害が徐々に進行して処理不良が発生する場合が見られた。

本発明の微生物反応槽は、実質的に余剰汚泥量を排出することなく、反応槽の容量が大きい場合でも簡易な形状で原水の嫌気・好気微生物処理を連続して行なうことができるので、高濃度の汚濁物質が含まれている排水処理設備として利用できる。
また、本発明の微生物反応槽を用いた排水処理方法は、環境破壊が少なくかつ地球に優しい排水処理方法として利用できる。
従来の押し流れ方式の活性汚泥処理法に比べて、曝気風量が少なくて、処理水質が良好でありかつ余剰汚泥の発生が殆どなく電気消費量が少ないので、クリーンファクトリーを目指す国際的な商品を製造している工場では、特に好ましい排水処理設備として、利用できる。

１ 微生物反応槽
２ 外槽
３ 円筒状内槽
４ 循環率制御装置
５ 円筒状制御板
６ 被処理水質測定装置
７ 回転軸
８ 空気吹込口
９ 支持柱
１０ 原水供給口
１１ 処理水放出口
１２ 沈降固定化防止装置
１３ 汚泥抜き出し口

Claims (14)

1. 外槽と、この外槽の内部に配置されて上下に開口部を有する円筒状内槽と、この円筒状内槽上部に設けられて被処理水の槽内循環率を制御する循環率制御装置と、前記円筒状内槽の上部外周に設けられて汚泥を沈降させるための円筒状制御板と、前記円筒状内槽の外側および内側に設けられた被処理水質測定装置と、前記外槽および内槽内を循環する被処理水の循環経路に設けられた原水供給口および前記外槽の上部に設けられた処理水放出口とを具備してなる微生物反応槽であって、
   前記円筒状内槽は、中心部に連通孔を有する隔壁で円筒上部と円筒下部とに分割され、前記円筒上部は、上面および底面が開口した円錐台形状の頂部を有し、かつ該円筒上部内の前記連通孔周囲および前記隔壁周縁部に複数の空気吹込口が設けられた好気微生物処理槽であり、前記円筒下部は底面に開口部を有する嫌気微生物処理槽であり、
   前記好気微生物処理槽内および前記嫌気微生物処理槽内を撹拌する撹拌装置と、前記沈降させられた汚泥の沈降固定化を防止する沈降固定化防止装置とが前記外槽および内槽の内外に設けられ、
   前記被処理水質測定装置により測定される被処理水の水素イオン濃度、酸化還元電位および溶存酸素量から選ばれた少なくとも１つの測定値を検出する手段と、前記検出された測定値に応じて前記循環率制御装置に設けられた、液面調節バルブの開閉、液面調節制御板の上下動、および前記空気吹込口から吹込まれる空気量から選ばれる少なくとも１つの量を制御することにより、前記被処理水の槽内循環率を３〜２０に制御する手段とを備え、
   前記原水供給口より供給される原水が活性汚泥と共に前記円筒状内槽の内部と、前記円筒状内槽の外周面と、前記外槽下部に沈降した活性汚泥内とを経て槽内を循環することで嫌気微生物処理および好気微生物処理が連続してなされることを特徴とする微生物反応槽。
2. 前記沈降固定化防止装置は、汚泥が沈降する外槽下部の内壁または外槽下部の外壁に設けられる振動装置であることを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。
3. 前記外槽下部の内壁に設けられる振動装置は、前記内壁の近くに設けられる振動板と、前記外槽の上部に設けられて前記振動板に振動を伝達する振動発生器とを備えることを特徴とする請求項２記載の微生物反応槽。
4. 前記沈降固定化防止装置は、汚泥が沈降する外槽下部の内壁に設けられるスクレーパーであることを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。
5. 前記沈降固定化防止装置は、外槽下部の内壁に沿って汚泥の撹拌流を発生させる撹拌流発生装置であることを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。
6. 前記撹拌流発生装置が前記内壁の傾斜面を移動しながら流体を吹き付ける移動式流体吹きつけノズルであることを特徴とする請求項５記載の微生物反応槽。
7. 前記撹拌流発生装置が前記内壁の傾斜面に所定の間隔で固定された流体吹きつけノズルであることを特徴とする請求項５記載の微生物反応槽。
8. 前記撹拌流発生装置が前記内壁の傾斜面または下面を移動しながら外槽下部に沈降した汚泥を吸引して前記嫌気微生物処理槽内に吐出するポンプであることを特徴とする請求項５記載の微生物反応槽。
9. 前記撹拌流発生装置が前記内壁の傾斜面または下面に所定の間隔で固定され、外槽下部に沈降した汚泥を吸引して前記嫌気微生物処理槽内に吐出するポンプであることを特徴とする請求項５記載の微生物反応槽。
10. 前記原水供給口が前記外槽内の下部に設けられ、該原水供給口は、前記嫌気微生物処理槽の開口部の下部に配置された円環状原水供給部に設けられた複数の吐出口またはスリットであることを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。
11. 前記円筒下部は前記円筒上部の容積より１／１０〜１倍の容積を有することを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。
12. 前記内槽は、前記外槽内に配置される支持柱により前記隔壁が支えられることで、外槽内部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。
13. 前記撹拌装置が前記円筒状内槽の中心軸に取り付けられた撹拌翼であることを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。
14. 前記円筒下部は、前記円筒上部の開口部よりも面積が大きい開口部を有する逆円錐台形状であることを特徴とする請求項１記載の微生物反応槽。

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