WO2022270447A1 - 排水処理装置及び排水処理方法 - Google Patents

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タン フォン グェン
敦 渡邉
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a wastewater treatment device and a wastewater treatment method.
  • nitrifying bacteria organic sludge containing microorganisms (hereinafter referred to as "activated sludge”), convert ammonia contained in wastewater into nitrous acid and nitric acid in the presence of oxygen.
  • a wastewater treatment apparatus is known in which a denitrifying reaction in which denitrifying bacteria, which are activated sludge in a state, converts to nitrogen, and a denitrifying reaction are performed in a single reaction tank (see, for example, Patent Document 1).
  • the reaction tank includes a partition plate that divides the nitrification reaction zone for carrying out the nitrification reaction and the denitrification reaction zone for carrying out the denitrification reaction.
  • Membrane separator for separating and removing solids contained in denitrifying sewage (hereinafter referred to as "treated water"), washing the surface of the membrane separator or supplying air necessary for nitrification reaction and an air diffuser for diffusing air bubbles.
  • the sewage When the sewage water level is higher than the upper end of the partition plate, the sewage overflows the partition plate and moves from the nitrification reaction area to the denitrification reaction area and returns from the denitrification reaction area to the nitrification reaction area. As a result, a circulation flow that circulates around the partition plate is formed. Therefore, nitrous acid and nitric acid produced in the nitrification reaction zone move to the denitrification reaction zone and are converted to nitrogen in the denitrification reaction zone.
  • the water level of the sewage is lower than the upper end of the partition, the sewage does not overflow the partition.
  • a circulation flow is not formed, nitrous acid and nitric acid are produced in the nitrification reaction zone, and the nitrous acid and nitric acid that have previously moved from the nitrification reaction zone to the denitrification reaction zone are converted into nitrogen in the denitrification reaction zone.
  • the dissolved oxygen amount DO which indicates the amount of oxygen dissolved in the waste water in the nitrification reaction area
  • the oxidation rate which indicates the redox power in the denitrification reaction area
  • Reduction potential ORP is used.
  • the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction region is controlled to, for example, 1.5 mg/L or more, and the oxidation-reduction potential ORP in the denitrification reaction region is controlled to, for example, ⁇ 200 mv to ⁇ 100 mv, whereby the nitrification reaction and The denitrification reaction is properly carried out.
  • the scale of the circulating flow varies depending on the water level of the waste water in the reaction tank and the amount of aeration from the aeration device. Varies according to flow scale. Therefore, the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction area and the oxidation-reduction potential ORP in the denitrification reaction area are not controlled within a certain range, and there is a risk that the nitrification reaction and the denitrification reaction will not be properly carried out.
  • the present invention provides a wastewater treatment apparatus and wastewater treatment method that can stably carry out nitrification and denitrification reactions by controlling the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction area and the oxidation-reduction potential ORP in the denitrification reaction area.
  • the wastewater treatment apparatus of the present invention comprises a nitrification reaction for converting ammonia contained in wastewater into nitrous acid or nitric acid in the presence of oxygen, and nitrous acid or nitric acid produced based on the nitrification reaction.
  • a denitrification reaction that converts to nitrogen in anoxic conditions, in a wastewater treatment apparatus for performing a nitrification reaction zone for carrying out the nitrification reaction and a denitrification reaction zone for carrying out the denitrification reaction; a membrane separation device disposed in the nitrification reaction zone for separating and removing solids contained in waste water subjected to the nitrification reaction and the denitrification reaction; an air diffuser, a second air diffuser for diffusing bubbles other than the membrane separation device, a first diffusion zone through which the air bubbles diffused by the first air diffuser pass, and the second air diffuser.
  • the wastewater treatment method of the present invention comprises a nitrification reaction for converting ammonia contained in wastewater into nitrous acid or nitric acid in the presence of oxygen, and nitrous acid or nitric acid produced based on the nitrification reaction.
  • a dividing means for dividing a nitrification reaction zone for carrying out said nitrification reaction and a denitrification reaction zone for carrying out said denitrification reaction, said nitrification reaction zone and a membrane separation device for separating and removing solids contained in the waste water subjected to the nitrification reaction and the denitrification reaction, and a first air diffuser for diffusing air bubbles in the membrane separation device.
  • a second air diffuser for diffusing bubbles other than the membrane separation device, a first diffusion zone through which the air bubbles diffused by the first air diffuser pass, and the second air diffuser a second diffusion zone through which diffused bubbles pass, between the first diffusion zone and the second diffusion zone, and between the first diffusion zone and the dividing means and a circulation plate disposed in the wastewater treatment method, wherein the wastewater flows through the circulation plate based on the diffusion of the first air diffuser into the first air diffusion zone. and a transfer step of transferring the waste water from the nitrification reaction zone to the denitrification reaction zone.
  • the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction area and the oxidation-reduction potential ORP in the denitrification reaction area can be controlled to stably carry out the nitrification reaction and the denitrification reaction.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a waste water treatment apparatus according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 and used for explaining the circulation plate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1 and used for explaining the partition plate;
  • 2 is a flow chart showing a procedure of waste water treatment performed by the waste water treatment apparatus of FIG. 1;
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a waste water treatment device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the waste water treatment apparatus 10 of FIG. It has a stirrer 6 and an oxidation-reduction potentiometer 7 , a pump (not shown) is connected to the membrane separator 3 , and a blower (not shown) is connected to the air diffuser 4 .
  • Raw water stored in the raw water tank is supplied to the reaction tank 1 .
  • the partition plate 2 divides the reaction tank 1 into a nitrification reaction area D1 in which nitrifying bacteria convert ammonia into nitrite and nitric acid in the presence of oxygen, and a nitrite and nitric acid produced by denitrifying bacteria based on ammonia.
  • a membrane separation device 3 is arranged in the nitrification reaction zone D1
  • a stirrer 6 and an oxidation-reduction potential meter 7 are arranged in the denitrification reaction zone D2.
  • the membrane separation device 3 is a long housing having a plurality of hollow fiber membranes, and when installed in the reaction vessel 1, the longitudinal direction extends along the vertical direction.
  • Treated water obtained by subjecting waste water to be treated (hereinafter referred to as “water to be treated”) stored in the reaction tank 1 to nitrification and denitrification contains solids, and the membrane separation device 3 is a hollow fiber
  • the membrane separates and removes the solid content from the treated water, and the treated water from which the solid content has been separated and removed is discharged outside the reaction tank 1 .
  • the blower supplies air to the air diffuser 4, and the air diffuser 4 diffuses a large amount of minute air bubbles having an air diameter of 20 ⁇ m to 500 ⁇ m, for example, into the nitrification reaction area D1.
  • the air diffuser 4 includes an air diffuser 4a (first air diffuser) arranged directly below the membrane separation device 3 and an air diffuser 4b (second air diffuser) arranged in an area other than the area directly below the membrane separation device 3. air diffuser).
  • the air diffuser 4a diffuses a large amount of minute air bubbles into the membrane separation device 3.
  • the air bubbles diffused from the air diffuser 4a collide with the surfaces of the plurality of hollow fiber membranes constituting the membrane separation device 3, and the solid content separated and removed from the treated water adheres to the surfaces of the hollow fiber membranes.
  • the fouling phenomenon that occurs due to this is suppressed.
  • the air diffuser 4a diffuses a large amount of minute air bubbles, the air bubbles diffused from the air diffuser 4a collide with the surfaces of the hollow fiber membranes and coalesce when passing through the membrane separation device 3. become huge.
  • the air diffuser 4b has a dissolved oxygen control zone DZ (second diffusion zone) which is a region other than the membrane aeration zone MZ (first diffusion zone) through which the air bubbles diffused by the air diffuser 4a pass. It is arranged to supply minute air bubbles to the air zone).
  • DZ second diffusion zone
  • MZ first diffusion zone
  • the circulation plate 5 is arranged between the membrane aeration zone MZ and the dissolved oxygen control zone DZ.
  • a dissolved oxygen meter is arranged in the dissolved oxygen control zone DZ, and the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction zone D1 is controlled based on the dissolved oxygen meter.
  • the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction zone D1 may be controlled using at least one dissolved oxygen meter.
  • the nitrification reaction area D1 is divided into an aeration zone A and an aeration zone B, a dissolved oxygen meter DO1 is installed in the aeration zone A, and a dissolved oxygen meter DO2 is installed in the aeration zone B.
  • the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction area D1 can be adjusted more accurately than when one dissolved oxygen meter is used, and the maintainability can be improved.
  • the dissolved oxygen meters DO1 and DO2 are arranged in the dissolved oxygen control zone DZ. Therefore, the dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction area D1 is controlled based on the dissolved oxygen meters DO1 and DO2.
  • the diffusion amount is increased to increase the amount DO, and when the dissolved oxygen meters DO1 and DO2 indicate 1.5 mg/L or more, the diffuser 4b reduces the diffusion amount to suppress power consumption.
  • the denitrification reaction region D2 a water flow is generated based on the raw water flowing into the reaction tank 1 and the water to be treated passing through the overflow opening 2c and the return opening 2d, which will be described later.
  • the water force of the water flow generated in the denitrification reaction zone D2 is very slow, for example, less than 10 cm/s, and the denitrification reaction zone D2 is not sufficiently agitated by the water flow alone. Therefore, the denitrifying bacteria are not dispersed throughout the denitrifying reaction area D2, and the denitrifying reaction cannot be carried out efficiently.
  • the agitator 6 is arranged in the denitrification reaction area D2 to sufficiently agitate the water to be treated in the denitrification reaction area D2. As a result, the denitrifying bacteria are dispersed throughout the denitrifying reaction area D2, and the denitrifying reaction can be carried out efficiently.
  • the oxidation-reduction potential meter 7 is arranged in the denitrification reaction area D2, and the oxidation-reduction potential of the denitrification reaction area D2 is controlled based on the oxidation-reduction potential meter 7. For example, when the oxidation-reduction potential meter 7 indicates ⁇ 200 mV or less, nitrous acid and nitric acid necessary for the denitrification reaction are insufficient, so the water to be treated in the nitrification reaction area D1 is supplied to the denitrification reaction area D2, When the oxidation-reduction potential meter 7 indicates ⁇ 100 mV or higher, oxygen is present in the denitrification reaction area D2, so that the amount of new raw water flowing into the denitrification reaction area D2 or the supply of the water to be treated in the nitrification reaction area D1 is reduced. Limited.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, which is used to explain the circulation plate 5. As shown in FIG.
  • the circulation plate 5 has an opening 5a (circulation plate opening) near the bottom of the reaction vessel 1.
  • the air diffuser 4a diffuses into the membrane separation device 3
  • the air bubbles diffused from the air diffuser 4a move upward in the vertical direction, and an upward flow is formed based on this, and the membrane aeration zone MZ
  • the water to be treated overflows the circulation plate 5 and moves to the dissolved oxygen adjustment zone DZ. Further, by forming an upward flow in the membrane aeration zone MZ, the water to be treated in the dissolved oxygen adjustment zone DZ moves to the membrane aeration zone MZ through the opening 5a.
  • the water to be treated moves from the dissolved oxygen adjustment zone DZ to the membrane aeration zone MZ, the water to be treated that overflows the circulation plate 5 forms a downward flow that descends to the bottom of the reaction tank 1 . That is, when the air diffuser 4a diffuses air into the membrane separation device 3, a circulation flow circulating through the circulation plate 5 is formed.
  • the size of the opening 5a (circulation plate opening) formed in the lower part of the circulation plate 5 may be any size as long as the circulation flow circulating in the circulation plate 5 is formed.
  • the opening 5a may be provided over the entire width in the horizontal direction, or the opening 5a may be provided in part of the width in the horizontal direction.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1, and is used to explain the partition plate 2.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1, and is used to explain the partition plate 2.
  • the partition plate 2 has an upper end 2a near the surface of the water to be treated and a lower end 2b in contact with the bottom of the reaction vessel 1.
  • the upper end 2a overflows near the membrane separation device 3. It has an opening 2c (first opening), and the lower end 2b has a return opening 2d (second opening) near the dissolved oxygen meter DO1.
  • the overflow opening 2c has an overflow end 2e, and the water level of the water to be treated in the reaction vessel 1 is lower than the upper end 2a and higher than the overflow end 2e.
  • the overflow opening 2c and the return opening 2d are preferably positioned diagonally in the partition plate 2. As shown in FIG.
  • the water to be treated in the nitrification reaction zone D1 moves to the denitrification reaction zone D2 via the overflow opening 2c, and the water to be treated in the denitrification reaction zone D2 passes through the return opening 2d to the nitrification reaction zone D1. move to
  • the overflow opening 2c may have a water amount adjusting device (change means) for adjusting the amount of water to be treated that moves from the nitrification reaction area D1 to the denitrification reaction area D2.
  • a water amount adjusting device for example, a movable weir that moves from the overflow end 2e to the water surface of the water to be treated, a rubber weir that expands with air or water, or an undulating weir that uses a rubber weir is used.
  • the water amount adjusting device operates when controlling the amount of water to be treated that moves from the nitrification reaction area D1 to the denitrification reaction area D2, and changes the opening range of the overflow opening 2c.
  • FIG. 4 is a flow chart showing the procedure of wastewater treatment performed by the wastewater treatment apparatus 10 of FIG.
  • water to be treated is supplied to the reaction tank 1 (S1). At this time, the water level of the water to be treated is lower than the upper end portion 2a and higher than the overflow end portion 2e.
  • the air diffuser 4a arranged in the membrane aeration zone MZ is arranged to prevent the generation of minute air bubbles in the membrane separation device 3 in order to suppress the occurrence of the fouling phenomenon of the hollow fiber membranes constituting the membrane separation device 3. a large amount of aeration. Thereby, a circulation flow that circulates through the circulation plate 5 is formed.
  • the air diffuser 4b arranged in the dissolved oxygen control zone DZ diffuses a large amount of fine air bubbles to ensure the required dissolved oxygen amount DO in the nitrification reaction zone D1 (S2). In the present embodiment, whether or not the dissolved oxygen amount DO is ensured is determined based on the dissolved oxygen meters DO1 and DO2.
  • the water to be treated that has undergone the nitrification reaction in the nitrification reaction area D1 moves to the denitrification reaction area D2 via the overflow opening 2c (S3), and the agitator 6 moves to the denitrification reaction area D2.
  • the treated water is stirred (S4).
  • the water to be treated that has undergone the denitrification reaction in the denitrification reaction area D2 moves to the nitrification reaction area D1 via the return opening 2d (S5).
  • the water to be treated that has moved to the nitrification reaction area D1 in S5 contains solids.
  • the water to be treated is discharged to the outside of the reaction tank 1 via the membrane separation device 3, the solid content is separated and removed by the membrane separation device 3 (S6), and this treatment is completed.
  • the water to be treated that has undergone the nitrification reaction in the nitrification reaction area D1 moves to the denitrification reaction area D2 via the overflow opening 2c (S3), whereupon the denitrification reaction area D2
  • the water to be treated that has undergone the denitrification reaction moves to the nitrification reaction area D1 via the return opening 2d (S5).
  • the amount of water to be treated circulating in the nitrification reaction zone D1 and the denitrification reaction zone D2 is controlled to a constant amount. Nitrification reaction and denitrification reaction can be stably carried out.
  • the air diffuser 4a diffuses a large amount of minute air bubbles into the membrane separation device 3, forming a circulation flow that circulates through the circulation plate 5 (S2, circulation step). Since the circulation flow sufficiently agitates the nitrification reaction zone D1, the nitrification reaction zone D1 is sufficiently agitated without requiring additional power. As a result, the nitrifying bacteria are dispersed throughout the nitrification reaction area D1, so that the nitrification reaction can be carried out efficiently.
  • the water to be treated that has undergone the nitrification reaction in the nitrification reaction area D1 moves to the denitrification reaction area D2 via the overflow opening 2c (S3, moving step).
  • a water flow based on the inflow of raw water and a water flow of the water to be treated via the overflow opening 2c and the return opening 2d are generated.
  • the denitrification reaction zone D2 is not sufficiently agitated by the water flow alone.
  • the agitator 6 agitates the water to be treated in the denitrification reaction area D2 (S4), so that the denitrifying bacteria are dispersed throughout the denitrification reaction area D2 and the denitrification reaction is efficiently carried out.
  • the power consumption increases by 5% when the stirrer 6 operates continuously. Further, power consumption increases by 1.5% when the stirrer 6 is intermittently operated by repeating operation for 2 minutes and stop for 7 minutes. Therefore, a certain power is required with the introduction of the stirrer 6, but since the air diffuser 4b is controlled based on the dissolved oxygen meters DO1 and DO2, the power consumption required for the waste water treatment device 10 is reduced to is reduced compared to the conventional method.
  • the overflow opening 2c and the return opening 2d are formed diagonally in the partition plate 2.
  • the position at which the water to be treated is supplied from the nitrification reaction zone D1 to the denitrification reaction zone D2 and the position at which the water to be treated returns from the denitrification reaction zone D2 to the nitrification reaction zone D1 are determined.
  • a certain amount of time can be reserved for the application of
  • the overflow opening 2c has a water amount adjusting device for adjusting the amount of water to be treated that moves from the nitrification reaction area D1 to the denitrification reaction area D2.

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Abstract

要約　本発明は硝化反応領域における溶存酸素量ＤＯ及び脱窒反応領域における酸化還元電位ＯＲＰを制御して硝化反応及び脱窒反応を安定して実行することができる排水処理装置１０を提供する。　排水処理装置１０は反応槽１を備え、反応槽１は硝化反応を実行する硝化反応領域Ｄ１及び脱窒反応を実行する脱窒反応領域Ｄ２を区分する仕切板２と、硝化反応領域Ｄ１に配置される循環板５と、を有し、仕切板２は被処理水が硝化反応領域Ｄ１から脱窒反応領域Ｄ２に越流する越流開口部２ｃ及び被処理水が脱窒反応領域Ｄ２から硝化反応領域Ｄ１に回帰する回帰開口部２ｄを有し、硝化反応領域Ｄ１の被処理水は循環板５を循環するとともに、越流開口部２ｃを経由して脱窒反応領域Ｄ２に移動し、脱窒反応領域Ｄ２の被処理水は回帰開口部２ｄを経由して硝化反応領域Ｄ１に回帰する。

Description

排水処理装置及び排水処理方法
　本発明は排水処理装置及び排水処理方法に関する。
　従来より、排水に含まれるアンモニアを酸素存在下において微生物を含む有機汚泥（以下、「活性汚泥」という）である硝化菌が亜硝酸や硝酸に変換する硝化反応と、亜硝酸や硝酸を無酸素状態で活性汚泥である脱窒菌が窒素に変換する脱窒反応と、を単一の反応槽で実行する排水処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の排水処理装置において、反応槽は、硝化反応を実行する硝化反応領域と、脱窒反応を実行する脱窒反応領域と、に区分する仕切板を備え、硝化反応領域は硝化反応及び脱窒反応が実行された汚水（以下、「処理済水」という。）に含まれる固形分を分離除去する膜分離装置と、膜分離装置の表面を洗浄し又は硝化反応に必要な空気を供給するための気泡を散気する散気装置と、を有する。
　汚水の水位が仕切板の上端よりも高いとき、汚水は仕切板を越流して硝化反応領域から脱窒反応領域に移動するとともに、脱窒反応領域から硝化反応領域に戻る。これにより、仕切板の周囲を循環する循環流が形成される。したがって、硝化反応領域において生成された亜硝酸や硝酸は脱窒反応領域に移動し、脱窒反応領域において窒素に変換される。一方、汚水の水位が仕切板の上端よりも低いとき、汚水は仕切板を越流しない。したがって、循環流は形成されず、硝化反応領域では亜硝酸や硝酸が生成され、脱窒反応領域では予め硝化反応領域から脱窒反応領域に移動した亜硝酸や硝酸が窒素に変換される。
　ところで、硝化反応及び脱窒反応が適切に実行されているか否かを示す指標として、硝化反応領域における排水に溶存する酸素量を示す溶存酸素量ＤＯ及び脱窒反応領域における酸化還元力を示す酸化還元電位ＯＲＰが用いられている。硝化反応領域における溶存酸素量ＤＯは、例えば、１．５ｍｇ/Ｌ以上に制御され、脱窒反応領域における酸化還元電位ＯＲＰは、例えば、－２００ｍｖ～－１００ｍｖに制御されることにより、硝化反応及び脱窒反応は適切に実行される。
特開２０１８－１０３１２９号公報
　しかしながら、循環流の規模は反応槽における排水の水位や散気装置からの散気量によって変化し、これにより、硝化反応領域における溶存酸素量ＤＯ及び脱窒反応領域における酸化還元電位ＯＲＰは、循環流の規模に応じて変動する。したがって、硝化反応領域における溶存酸素量ＤＯ及び脱窒反応領域における酸化還元電位ＯＲＰは一定の範囲内で制御されず、硝化反応及び脱窒反応が適切に実行されない虞があった。
　本発明は、硝化反応領域における溶存酸素量ＤＯ及び脱窒反応領域における酸化還元電位ＯＲＰを制御して硝化反応及び脱窒反応を安定して実行することができる排水処理装置及び排水処理方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明の排水処理装置は、排水に含まれるアンモニアを酸素存在下において亜硝酸又は硝酸に変換する硝化反応と、前記硝化反応に基づいて生成された亜硝酸又は硝酸を無酸素状態において窒素に変換する脱窒反応と、を実行する排水処理装置において、前記硝化反応を実行する硝化反応領域及び前記脱窒反応を実行する脱窒反応領域を区分する区分手段と、前記硝化反応領域に配置されるとともに、前記硝化反応及び前記脱窒反応が施された排水に含まれる固形分を分離除去する膜分離装置と、前記膜分離装置に気泡を散気する第１の散気装置と、前記膜分離装置以外に気泡を散気する第２の散気装置と、前記第１の散気装置が散気した気泡が通過する第１の散気ゾーンと、前記第２の散気装置が散気した気泡が通過する第２の散気ゾーンと、前記第１の散気ゾーン及び前記第２の散気ゾーンの間、並びに、前記第１の散気ゾーン及び前記区分手段の間に配置される循環板と、を備えることを特徴とする。
　上記目的を達成するために、本発明の排水処理方法は、排水に含まれるアンモニアを酸素存在下において亜硝酸又は硝酸に変換する硝化反応と、前記硝化反応に基づいて生成された亜硝酸又は硝酸を無酸素状態において窒素に変換する脱窒反応と、を実行し、前記硝化反応を実行する硝化反応領域及び前記脱窒反応を実行する脱窒反応領域を区分する区分手段と、前記硝化反応領域に配置されるとともに、前記硝化反応及び前記脱窒反応が施された排水に含まれる固形分を分離除去する膜分離装置と、前記膜分離装置に気泡を散気する第１の散気装置と、前記膜分離装置以外に気泡を散気する第２の散気装置と、前記第１の散気装置が散気した気泡が通過する第１の散気ゾーンと、前記第２の散気装置が散気した気泡が通過する第２の散気ゾーンと、前記第１の散気ゾーン及び前記第２の散気ゾーンの間、並びに、前記第１の散気ゾーン及び前記区分手段の間に配置される循環板と、を備える排水処理装置によって実行される排水処理方法において、前記第１の散気装置が前記第１の散気ゾーンに散気することに基づいて前記排水が前記循環板を循環する循環ステップと、前記排水が前記硝化反応領域から前記脱窒反応領域に移動する移動ステップと、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、硝化反応領域における溶存酸素量ＤＯ及び脱窒反応領域における酸化還元電位ＯＲＰを制御して硝化反応及び脱窒反応を安定して実行することができる。
図１は、本発明の実施の形態に係る排水処理装置を概略的に示す平面図である。 図１におけるＡ－Ａ線に沿う断面図であり、循環板を説明するために用いられる図である。 図１におけるＢ－Ｂ線に沿う断面図であり、仕切板を説明するために用いられる図である。 図１の排水処理装置によって実行される排水処理の手順を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
　図１は、本発明の実施の形態に係る排水処理装置１０を概略的に示す平面図である。
　図１の排水処理装置１０は不図示の原水槽に接続されている反応槽１を備え、反応槽１は仕切板２（区分手段）、膜分離装置３、散気装置４、循環板５、撹拌機６、及び酸化還元電位計７を有し、膜分離装置３には不図示のポンプが接続され、散気装置４には不図示のブロワが接続されている。原水槽に貯留されている原水は反応槽１に供給される。仕切板２は反応槽１を、硝化菌がアンモニアを酸素存在下において亜硝酸や硝酸に変換する硝化反応を実行する硝化反応領域Ｄ１と、脱窒菌がアンモニアに基づいて生成された亜硝酸や硝酸を無酸素状態において窒素に変換する脱窒反応を実行する脱窒反応領域Ｄ２と、に区分する。硝化反応領域Ｄ１には膜分離装置３、散気装置４、及び循環板５が配置され、脱窒反応領域Ｄ２には撹拌機６及び酸化還元電位計７が配置されている。
　膜分離装置３は複数の中空糸膜を有する長尺状の筐体であり、反応槽１に設置されたとき、長手方向が鉛直方向に沿って延伸する。反応槽１に貯留されている処理対象の排水（以下、「被処理水」という。）に硝化反応及び脱窒反応が施された処理済水は固形分を含み、膜分離装置３は中空糸膜によって処理済水から固形分を分離除去し、固形分が分離除去された処理済水は反応槽１の槽外に排出される。ブロワは空気を散気装置４に供給し、散気装置４は硝化反応領域Ｄ１に、例えば、空気径２０μｍ～５００μｍの微小な気泡を多量に散気する。散気装置４は膜分離装置３の直下に配置される散気装置４ａ（第１の散気装置）と、膜分離装置３の直下以外の領域に配置される散気装置４ｂ（第２の散気装置）とからなる。
　散気装置４ａは膜分離装置３に微小な気泡を多量に散気する。これにより、散気装置４ａから散気された気泡が膜分離装置３を構成する複数の中空糸膜の表面に衝突し、中空糸膜の表面に処理済水から分離除去された固形分が付着することによって発生するファウリング現象が抑制される。ところで、散気装置４ａが微小な気泡を多量に散気しても、散気装置４ａから散気された気泡は中空糸膜の表面に衝突しながら膜分離装置３を通過するときに合体して巨大化する。巨大化した気泡は被処理水に溶解しにくいため、硝化反応領域Ｄ１において要求される溶存酸素量ＤＯが確保されないという問題がある。これに対応して、散気装置４ｂは散気装置４ａが散気した気泡が通過する膜曝気ゾーンＭＺ（第１の散気ゾーン）以外の領域である溶存酸素制御ゾーンＤＺ（第２の散気ゾーン）に微小な気泡を供給するために配置されている。
　循環板５は膜曝気ゾーンＭＺ及び溶存酸素制御ゾーンＤＺの間に配置されている。溶存酸素制御ゾーンＤＺには溶存酸素計が配置され、硝化反応領域Ｄ１の溶存酸素量ＤＯは溶存酸素計に基づいて制御される。硝化反応領域Ｄ１の溶存酸素量ＤＯは少なくとも１つの溶存酸素計を用いて制御すればよい。ここで、例えば、硝化反応領域Ｄ１を散気ゾーンＡ及び散気ゾーンＢの２つに区分し、散気ゾーンＡに溶存酸素計ＤＯ１を設置するとともに、散気ゾーンＢに溶存酸素計ＤＯ２を設置した場合、硝化反応領域Ｄ１の溶存酸素量ＤＯは１つの溶存酸素計を用いる場合よりも散気風量の調整精度を高くすることができ、また、メンテナンス性を向上させることができる。本実施の形態では、溶存酸素制御ゾーンＤＺには溶存酸素計ＤＯ１，ＤＯ２が配置されていることを前提とする。したがって、硝化反応領域Ｄ１の溶存酸素量ＤＯは溶存酸素計ＤＯ１，ＤＯ２に基づいて制御され、例えば、溶存酸素計ＤＯ１，ＤＯ２が１．５ｍｇ／Ｌ未満を示すとき、散気装置４ｂは溶存酸素量ＤＯを上昇させるために散気量を増加し、溶存酸素計ＤＯ１，ＤＯ２が１．５ｍｇ／Ｌ以上を示すとき、散気装置４ｂは消費電力を抑制するために散気量を削減する。
　脱窒反応領域Ｄ２において、反応槽１に流入する原水と、後述の越流開口部２ｃ及び回帰開口部２ｄを経由する被処理水とに基づく水流が発生する。しかしながら、脱窒反応領域Ｄ２に発生する水流の水勢は、例えば、その流速が１０ｃｍ／ｓ未満と非常に緩やかであり、脱窒反応領域Ｄ２は当該水流のみによって十分に撹拌されない。したがって、脱窒菌が脱窒反応領域Ｄ２全体に分散されず、脱窒反応を効率的に実行することができない。これに対応して、撹拌機６が脱窒反応領域Ｄ２に配置され、脱窒反応領域Ｄ２の被処理水を十分に撹拌する。これにより、脱窒菌が脱窒反応領域Ｄ２全体に分散され、脱窒反応を効率的に実行することができる。
　酸化還元電位計７は脱窒反応領域Ｄ２に配置され、脱窒反応領域Ｄ２の酸化還元電位は酸化還元電位計７に基づいて制御される。例えば、酸化還元電位計７が－２００ｍＶ以下を示すとき、脱窒反応に必要な亜硝酸や硝酸が不足しているため、硝化反応領域Ｄ１の被処理水が脱窒反応領域Ｄ２に供給され、酸化還元電位計７が－１００ｍＶ以上を示すとき、脱窒反応領域Ｄ２に酸素が存在するため、脱窒反応領域Ｄ２への新たな原水の流入量又は硝化反応領域Ｄ１の被処理水の供給が制限される。
　図２は、図１におけるＡ－Ａ線に沿う断面図であり、循環板５を説明するために用いられる図である。
　図２において、循環板５は反応槽１の底部近傍に開口５ａ（循環板開口）を有する。散気装置４ａが膜分離装置３に散気するとき、散気装置４ａから散気された気泡は鉛直方向に関して上向きに移動するとともに、これに基づく上向流が形成され、膜曝気ゾーンＭＺの被処理水は循環板５を越流して溶存酸素調整ゾーンＤＺに移動する。また、膜曝気ゾーンＭＺにおいて上向流が形成されることにより、溶存酸素調整ゾーンＤＺの被処理水が開口５ａを経由して膜曝気ゾーンＭＺに移動する。さらに、被処理水が溶存酸素調整ゾーンＤＺから膜曝気ゾーンＭＺに移動することにより、循環板５を越流した被処理水は反応槽１の底部に下降する下降流が形成される。すなわち、散気装置４ａが膜分離装置３に散気するとき、循環板５を循環する循環流が形成される。なお、循環板５の下部に形成される開口５ａ（循環板開口）大きさは、循環板５を循環する循環流が形成される大きさであればよく、循環板５の鉛直方向に垂直な横方向の幅全体に亘って開口５ａを設けてもよいし、横方向の幅の一部に開口５ａを設けてもよい。
　図３は、図１におけるＢ－Ｂ線に沿う断面図であり、仕切板２を説明するために用いられる図である。
　図３において、仕切板２は、被処理水の水面付近の上端部２ａと、反応槽１の底部に当接する下端部２ｂと、を備え、上端部２ａは膜分離装置３の近傍に越流開口部２ｃ（第１の開口）を有し、下端部２ｂは溶存酸素計ＤＯ１近傍に回帰開口部２ｄ（第２の開口）を有する。越流開口部２ｃは越流端部２ｅを有し、反応槽１の被処理水の水位は上端部２ａよりも低く、越流端部２ｅよりも高い。越流開口部２ｃ及び回帰開口部２ｄは仕切板２において対角線上に位置するのがよい。硝化反応領域Ｄ１の被処理水は越流開口部２ｃを経由して脱窒反応領域Ｄ２に移動するとともに、脱窒反応領域Ｄ２の被処理水は回帰開口部２ｄを経由して硝化反応領域Ｄ１に移動する。
　越流開口部２ｃは硝化反応領域Ｄ１から脱窒反応領域Ｄ２に移動する被処理水の量を調整する水量調整装置（変更手段）を有してもよい。水量調整装置には、例えば、越流端部２ｅから被処理水の水面に対して可動する可動堰、又は、空気や水によって膨張するゴム堰若しくはゴム堰を用いて起伏させる起伏堰が用いられる。水量調整装置は硝化反応領域Ｄ１から脱窒反応領域Ｄ２に移動する被処理水の量を制御するときに作動し、越流開口部２ｃの開口する範囲を変更する。
　図４は、図１の排水処理装置１０によって実行される排水処理の手順を示すフローチャートである。
　図４の排水処理（排水処理方法）において、まず、被処理水が反応槽１に供給される（Ｓ１）。このとき、被処理水の水位は上端部２ａよりも低く、越流端部２ｅよりも高い。次いで、硝化反応領域Ｄ１において、膜曝気ゾーンＭＺに配置された散気装置４ａは膜分離装置３を構成する中空糸膜のファウリング現象の発生を抑制するために膜分離装置３に微小な気泡を多量に散気する。これにより、循環板５を循環する循環流が形成される。また、溶存酸素制御ゾーンＤＺに配置された散気装置４ｂは微小な気泡を多量に散気し、硝化反応領域Ｄ１において要求される溶存酸素量ＤＯが確保される（Ｓ２）。本実施の形態において、溶存酸素量ＤＯが確保されているか否かは溶存酸素計ＤＯ１，ＤＯ２に基づいて判別する。
　続いて、硝化反応領域Ｄ１において硝化反応が実行された被処理水は越流開口部２ｃを経由して脱窒反応領域Ｄ２に移動し（Ｓ３）、撹拌機６が脱窒反応領域Ｄ２の被処理水を撹拌する（Ｓ４）。脱窒反応領域Ｄ２において、脱窒反応が適切に実行されているか否かは酸化還元電位ＯＲＰに基づいて判別する。脱窒反応領域Ｄ２において脱窒反応が実行された被処理水は回帰開口部２ｄを経由して硝化反応領域Ｄ１に移動する（Ｓ５）。Ｓ５において硝化反応領域Ｄ１に移動した被処理水は固形分を含む。被処理水は膜分離装置３を経由して反応槽１の外部に排出され、当該固形分は膜分離装置３によって分離除去され（Ｓ６）、本処理は終了する。
　図４の排水処理によれば、硝化反応領域Ｄ１において硝化反応が実行された被処理水は越流開口部２ｃを経由して脱窒反応領域Ｄ２に移動し（Ｓ３）、脱窒反応領域Ｄ２において脱窒反応が実行された被処理水は回帰開口部２ｄを経由して硝化反応領域Ｄ１に移動する（Ｓ５）。これにより、硝化反応領域Ｄ１及び脱窒反応領域Ｄ２を循環する被処理水は一定量に制御されるので、硝化反応領域における溶存酸素量ＤＯ及び脱窒反応領域における酸化還元電位ＯＲＰを制御して硝化反応及び脱窒反応を安定して実行することができる。
　また、硝化反応領域Ｄ１において、散気装置４ａは膜分離装置３に微小な気泡を多量に散気し、循環板５を循環する循環流が形成される（Ｓ２、循環ステップ）。循環流は硝化反応領域Ｄ１を十分に撹拌するので、硝化反応領域Ｄ１は新たな動力を必要とすることなく十分に撹拌される。これにより、硝化菌が硝化反応領域Ｄ１全体に分散されるので、硝化反応を効率的に実行することができる。
　さらに、硝化反応領域Ｄ１において硝化反応が実行された被処理水は越流開口部２ｃを経由して脱窒反応領域Ｄ２に移動する（Ｓ３、移動ステップ）。脱窒反応領域Ｄ２には原水の流入に基づく水流と、越流開口部２ｃ及び回帰開口部２ｄを経由する被処理水の水流と、が発生するが、これらの水流の水勢は緩やかであり、脱窒反応領域Ｄ２は当該水流のみによって十分に撹拌されない。これに対応して、撹拌機６が脱窒反応領域Ｄ２の被処理水を撹拌するので（Ｓ４）、脱窒菌が脱窒反応領域Ｄ２全体に分散され、脱窒反応を効率的に実行することができる。ところで、撹拌機６が連続運転をする場合の消費電力は５％増加する。また、撹拌機６が２分間の運転と７分間の停止を繰り返す間欠運転をする場合の消費電力は１．５％増加する。したがって、撹拌機６の導入に伴い一定の動力が必要になるが、溶存酸素計ＤＯ１，ＤＯ２に基づいて散気装置４ｂが制御されるので、排水処理装置１０に必要な消費電力は撹拌機６を導入しても従来より削減される。
　本実施の形態において、越流開口部２ｃ及び回帰開口部２ｄは仕切板２において対角線上に形成されている。これにより、被処理水が硝化反応領域Ｄ１から脱窒反応領域Ｄ２に供給される位置及び脱窒反応領域Ｄ２から硝化反応領域Ｄ１に回帰する位置が決定されるので、被処理水に脱窒反応を施すための一定の時間を確保することができる。また、本実施の形態において、越流開口部２ｃは硝化反応領域Ｄ１から脱窒反応領域Ｄ２に移動する被処理水の量を調整する水量調整装置を有する。これにより、酸化還元電位計７が示す値に応じて硝化反応領域Ｄ１から脱窒反応領域Ｄ２に移動する被処理水の量を制御する必要が生じても容易に対応することができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に何ら限定されるものではない。
Ｄ１　硝化反応領域
Ｄ２　脱窒反応領域
ＭＺ　膜曝気ゾーン
ＤＺ　溶存酸素制御ゾーン
１０　排水処理装置
１　反応槽
２　仕切板
２ｃ　越流開口部
２ｄ　回帰開口部
３　膜分離装置
４，４ａ，４ｂ　散気装置
５　循環板
６　撹拌機

Claims (6)

  1. 　排水に含まれるアンモニアを酸素存在下において亜硝酸又は硝酸に変換する硝化反応と、前記硝化反応に基づいて生成された亜硝酸又は硝酸を無酸素状態において窒素に変換する脱窒反応と、を実行する排水処理装置において、
    　前記硝化反応を実行する硝化反応領域及び前記脱窒反応を実行する脱窒反応領域を区分する区分手段と、
    　前記硝化反応領域に配置されるとともに、前記硝化反応及び前記脱窒反応が施された排水に含まれる固形分を分離除去する膜分離装置と、
    　前記膜分離装置に気泡を散気する第１の散気装置と、
    　前記膜分離装置以外に気泡を散気する第２の散気装置と、
    　前記第１の散気装置が散気した気泡が通過する第１の散気ゾーンと、
    　前記第２の散気装置が散気した気泡が通過する第２の散気ゾーンと、
    　前記第１の散気ゾーン及び前記第２の散気ゾーンの間、並びに、前記第１の散気ゾーン及び前記区分手段の間に配置される循環板と、を備えることを特徴とする排水処理装置。
  2. 　前記脱窒反応領域は撹拌機を有することを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
  3. 　前記循環板は前記第１の散気装置の近傍に循環板開口を有することを特徴とする請求項１又は２記載の排水処理装置。
  4. 　前記区分手段は対角線上に第１の開口及び第２の開口を有し、前記排水は前記第１の開口を経由して前記硝化反応領域から前記脱窒反応領域に移動するとともに、前記第２の開口を経由して前記脱窒反応領域から前記硝化反応領域に移動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排水処理装置。
  5. 　前記第１の開口は開口している範囲を変更する変更手段を有することを特徴とする請求項４記載の排水処理装置。
  6. 　排水に含まれるアンモニアを酸素存在下において亜硝酸又は硝酸に変換する硝化反応と、前記硝化反応に基づいて生成された亜硝酸又は硝酸を無酸素状態において窒素に変換する脱窒反応と、を実行し、前記硝化反応を実行する硝化反応領域及び前記脱窒反応を実行する脱窒反応領域を区分する区分手段と、前記硝化反応領域に配置されるとともに、前記硝化反応及び前記脱窒反応が施された排水に含まれる固形分を分離除去する膜分離装置と、前記膜分離装置に気泡を散気する第１の散気装置と、前記膜分離装置以外に気泡を散気する第２の散気装置と、前記第１の散気装置が散気した気泡が通過する第１の散気ゾーンと、前記第２の散気装置が散気した気泡が通過する第２の散気ゾーンと、前記第１の散気ゾーン及び前記第２の散気ゾーンの間、並びに、前記第１の散気ゾーン及び前記区分手段の間に配置される循環板と、を備える排水処理装置によって実行される排水処理方法において、
    　前記第１の散気装置が前記第１の散気ゾーンに散気することに基づいて前記排水が前記循環板を循環する循環ステップと、
    　前記排水が前記硝化反応領域から前記脱窒反応領域に移動する移動ステップと、を有することを特徴とする排水処理方法。
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