(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
担体として、比重を任意に調整可能なプラスチック製生物付着担体を用い、前記担体に付着した生物膜の洗浄を行う洗浄手段を備えるとともに、槽上部に担体分離用のウェッジワイヤースクリーンを設置した処理槽を嫌気性流動床及び好気性流動床として使用することによって下排水の処理を行う排水処理設備であって、該排水処理設備は、原水を加圧浮上分離処理する加圧浮上分離装置と、この加圧浮上分離装置で処理された水を嫌気処理して脱窒反応を行う前記嫌気性流動床と、この嫌気性流動床の処理水を好気処理して硝化反応を行う前記好気性流動床と、この好気性流動床の処理水をろ過処理するろ過槽とをこの順序に配設し、さらに、前記好気性流動床の処理水の一部を硝化液として抜出し前記嫌気性流動床への流入水に循環合流する循環配管を備え、ＢＯＤ，ＳＳ及び窒素の処理を行うことを特徴とする排水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理設備に関し、詳しくは、生物膜付着担体を用いた流動床によって下排水の処理を行う流動床による排水処理装置を備えた排水処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流動床による排水処理法は、生物の保持量が多く、高い撹拌力が得られることから、処理効率が良好で、コンパクトな装置で十分な排水処理を行うことが可能である。このため、従来から多くの研究が成されているが、産業排水処理における小規模施設での実用化例はあるものの、公共の下水処理等の比較的大規模での実用例はほとんど無い。
【０００３】
図５は、従来の生物膜付着担体を用いた流動床を示すもので、好気性処理を行う流動床の一例を示している。この流動床１は、処理槽２の底部に設けられた原水流入部３と、槽頂部に設けられた処理水流出部４と、槽下部に設けられた支持層５及び散気手段６と、槽上部の大径部２ａ内に設けられた担体流出防止用の分離筒７とにより形成されている。
【０００４】
上記従来の流動床１において、生物膜付着担体８としては、ケイ砂，粒状活性炭，アンスラサイト等が用いられており、その比重は、１．４〜２．７程度である。また、担体８のサイズ（大きさ）は、直径が０．４〜１ｍｍ程度のものが一般的である。このような担体を用いた場合の流動床の流動化速度は、通常、３００〜８００ｍ／日程度となる。しかし、同じ担体を用い、一定の流速とした場合にも、流動化率（膨張率）は、水温や担体への生物の付着量により大きく影響を受け、流動化率が低すぎる場合には処理効率は低下し、高すぎると担体が処理水と共に流出することがある。一般的には、処理効率の低下は極力回避するべきであることから、流動化率が高くなっても処理槽からの担体の流出を防止することができるように、すなわち、１００％程度以上の流動化率を許容できるように、槽上部に十分な余裕高を設けるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような流動床においては、用いる担体の比重及び大きさによって流動化速度が決まるため、従来の担体では、流動化速度が３００〜８００ｍ／日程度となり、流動床の有効高さを３ｍ程度とすると、反応時間は２〜５分程度になる。この反応時間は、必ずしも生物的な浄化時間と一致するものではなく、そのために循環処理を行ったり、多段階の処理を行ったりするなどの工夫が必要であった。
【０００６】
また、比較的比重の大きな担体を用いる場合は、流動化速度を考慮すると、サイズを小さくする必要があるが、サイズが小さな担体を用いると、剥離した生物膜や流入水中の懸濁成分と担体との分離が困難になる。通常、処理槽からの担体の流出を防止する手段として、槽上部に担体の分離装置を設けているが、好気性処理槽の場合には、散気した空気等のガスも分離する必要があるため、一般的には、槽上部の水面積を大きくするとともに、大掛かりな分離装置を設けるようにしている。このため、処理槽の設置面積が大きくなってしまう問題があった。
【０００７】
さらに、上記担体とガスや処理水との分離は、重力を利用しており、流量変動の影響を大きく受けるため、流量を一定に保つための装置、例えば流量調整槽を処理槽の上流に設ける必要があった。しかし、流量が一定であっても、生物膜の付着量や水温によって担体の流動化率（膨張率）が変化するため、担体の有効な分離手段及び生物膜の制御手段である担体の洗浄手段が無い限り、処理槽上部に相当な余裕高を設けなければならなかった。
一方、アンスラサイトや粒状活性炭のような比較的比重の小さな担体は、摩耗し易いという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、処理水との分離が容易で、摩耗による損失も少ない担体を用いることにより効率の良い排水処理を行うことができる流動床による排水処理装置を備えた排水処理設備を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の排水処理装置は、担体として、比重を任意に調整可能なプラスチック製生物付着担体を用い、前記担体に付着した生物膜の洗浄を行う洗浄手段を備えるとともに、槽上部に担体分離用のウェッジワイヤースクリーンを設置した処理槽を嫌気性流動床及び好気性流動床として使用することによって下排水の処理を行う排水処理設備であって、該排水処理設備は、原水を加圧浮上分離処理する加圧浮上分離装置と、この加圧浮上分離装置で処理された水を嫌気処理して脱窒反応を行う前記嫌気性流動床と、この嫌気性流動床の処理水を好気処理して硝化反応を行う前記好気性流動床と、この好気性流動床の処理水をろ過処理するろ過槽とをこの順序に配設し、さらに、前記好気性流動床の処理水の一部を硝化液として抜出し前記嫌気性流動床への流入水に循環合流する循環配管を備え、ＢＯＤ，ＳＳ及び窒素の処理を行うことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の排水処理設備に使用する排水処理装置の一例を示す概略断面図であって、処理槽１１の底部には、前記同様の原水流入部１２と、生物膜付着担体１３の支持層１４と、散気手段１５とが設けられ、槽上部には、担体分離用のウェッジワイヤースクリーン１６を備えた処理水流出部１７が設けられている。
【００１１】
図２及び図３は、前記ウェッジワイヤースクリーン１６の一例を示すものである。本形態例で用いているウェッジワイヤースクリーン１６は、リング状に形成した多数のウェッジ形ワイヤー１６ａを、複数本のサポートロッド１６ｂにより所定間隔で保持するとともに、両端を閉塞してドラム状に形成し、その一端に前記処理水流出部１７を形成する配管を接続したものである。このようなウェッジワイヤースクリーン１６は、ウェッジ形ワイヤー１６ａの間隔を適当に設定することにより、目詰まりを抑えながら処理水及び汚泥を効率よく排出できるとともに、担体１３の流出を防止することができる。
【００１２】
前記担体１３は、プラスチック、例えば、ポリプロピレン（比重約０．９）やポリエチレン（比重約０．９２）に、比重調整用のシリカやカルシウム等の無機物，金属粉を添加したプラスチック製担体であって、シリカ等の添加量を調節することによって比重を任意に調整することが可能なものを用いている。この担体１３の形状は、球形，パイプ状等、成形可能な形状ならば任意であるが、その表面は、生物膜が付着し易い微細な凹凸を有する、ざらざらしたものが好ましい。さらに、微生物の生息に適した５０〜３００μｍ程度の空孔を有するものが特に好ましい。
【００１３】
上記担体１３の比重や大きさは、流動床の形状，構成や処理条件に応じて最適な範囲に設定されるが、比重が１以下では担体１３が処理水上に浮上してしまうために生物膜付着担体として機能せず、一方、比重が３以上だと担体１３を流動化させるために流速を高くしなければならないため、流動床内の滞留時間を十分にとることが困難になるという不都合がある。すなわち、生物反応に必要な処理時間を考慮して流動床内の滞留時間を設定し、これにより処理速度（処理水の上昇速度）を求め、この速度域で十分な流動状態が得られるように担体１３の比重を設定すればよい。また、担体の大きさは、比重や表面積等に応じて任意に選定することができるので、処理水との分離性や洗浄性を考慮して従来よりも大きな２〜２０ｍｍ程度の大きさにすることができる。さらに、このようなプラスチック製担体は、前述のアンスラサイトや粒状活性炭等と比較して摩耗による損失も少ないという利点も有している。
【００１４】
したがって、流入原水量に対応した比重及び大きさの担体１３を用いることが可能となるため、生物の保持量や撹拌力を最適な状態に設定することができ、処理効率を大幅に向上させることができる。さらに、比較的大きな担体１３を用いるとともに、処理水流出部１７にウェッジワイヤースクリーン１６を設けて担体を分離することにより、従来のように、槽上部の水面積を大きくしたり、散気に伴うガスの分離手段を設ける必要がなくなり、装置の簡略化やコンパクト化を図ることができる。なお、担体の大きさを２ｍｍ未満にすると、ウェッジワイヤースクリーン１６の目を細かくしなければならず、ウェッジワイヤースクリーン自体の製造コストが上昇し、また、目詰りの可能性も高くなる。逆に、担体を２０ｍｍを超える大きさにすると、担体の比表面積（有効面積）が減少することになり、処理効率に悪影響を与えることになる。このように適当な大きさの担体１３を用いるとともに、ウェッジワイヤースクリーン１６を用いて担体１３を物理的に分離することにより、流量変動等によって担体１３が流出することがなくなり、安定した処理を継続することができる。
【００１５】
さらに、担体１３に付着する生物膜の量は、該担体１３を洗浄することによって制御することが可能である。この担体１３の洗浄は、様々な方法で行うことができ、例えば、散気手段１５からの散気量を通常より多くして槽内を激しく撹拌することによっても行うことができる。このとき、担体１３は、処理水の膨張に伴ってウェッジワイヤースクリーン１６の上方にまで浮遊する状態となるが、ウェッジワイヤースクリーン１６により処理水（洗浄排水）から分離されるので、処理槽１１から流出することはない。また、処理水流出部１７に流出した洗浄排水は、そのまま後段の処理設備に送ってもよく、原水側に戻すようにしてもよい。
【００１６】
また、洗浄効率を考慮すると、原水流入部１２を用いて、あるいは別に設けた排水経路を介して処理槽１１内の処理水を適当に引抜いた後、散気手段１５あるいは別に設けた空洗用空気導入経路から空気を導入して空洗を行い、次いで原水流入部１２からあるいは別に設けた洗浄水導入経路から洗浄水を導入して水洗を行うようにしてもよい。さらに、空洗と水洗とを併用してもよい。
【００１７】
上述のようにして担体１３を洗浄し、担体１３に付着する生物膜の量を制御することにより、処理槽１１内を、最も効果的な流動化率（膨張率）に管理することができる。
【００１８】
図４は、上記排水処理装置を用いた本発明の排水処理設備の一例を示すものであって、前記同様の処理槽を嫌気性流動床３１と好気性流動床３２とに使用し、下水処理として、ＢＯＤ，ＳＳの処理に加えて窒素の処理も行うようにしている。
【００１９】
流入下水（原水）は、スクリーン３３を通って原水槽３４に流入した後、ポンプ３５により配管３６を介して加圧浮上分離装置３７に送られる。加圧浮上分離装置３７に送られる原水は、加圧浮上分離装置３７への流入部で配管３８から供給される加圧空気溶解水と混合され、原水中の懸濁成分は、加圧空気溶解水から発生する微細気泡に付着して見掛けの比重が小さくなり、加圧浮上分離装置３７の槽上部に浮上汚泥（フロス）として分離する。この浮上汚泥は、掻取機３９により掻取られて経路４０から汚泥貯留槽４１に送られ、加圧浮上分離装置３７の底部に沈殿した汚泥は、経路４２から汚泥貯留槽４１に送られる。このときの汚泥濃度は３〜５％であり、従来の汚泥濃縮槽における重力濃縮に比較して高濃度である。
【００２０】
加圧浮上分離装置３７で処理された水の一部は、出口側で配管４３に抜取られてポンプ４４で加圧され、コンプレッサー４５から供給される圧縮空気と混合槽４６で混合した後、加圧空気溶解水として前記配管３８から原水に供給混合される。加圧浮上分離装置３７で処理されて配管４７から嫌気性流動床３１に流入する原水は、循環配管４８から循環流入する硝化液と混合して嫌気性流動床３１の底部に流入し、所定の上昇速度で槽内を上昇する。この嫌気性流動床３１では、嫌気処理により主に脱窒反応が行われる。嫌気性流動床３１の処理水は、槽上部のウェッジワイヤースクリーン１６を介して抜取られ、配管４９から好気性流動床３２の底部に流入する。好気性流動床３２に流入した水は、散気手段５０から供給される空気と共に槽内を上昇し、好気処理により主に硝化反応が行われる。なお、通常、嫌気性流動床３１には、散気手段を設ける必要はないが、床内の酸素量の調整や担体の洗浄用として適宜な散気手段を設けておくことができる。
【００２１】
好気性流動床３２の処理水は、配管５１からろ過槽５２に送られるとともに、その一部（原水量に対して１００〜３００％）が前記循環配管４８に前記硝化液として抜出され、嫌気性流動床３１への流入水に循環合流する。ここで示すろ過槽５２は、上向流式のろ過装置であって、主にＳＳ成分の除去による仕上げ処理が行われ、ろ過処理された水は、処理水槽５３を経て河川等に放流される。
【００２２】
なお、ろ過槽５２には、ろ材を洗浄するための洗浄手段として、槽下部に、引抜き配管５４，空洗配管５５，水洗配管５６が設けられており、洗浄排水は、配管５７により前記原水槽３４に戻される。このように、ろ過槽５２の洗浄排水や流動床３１，３２の洗浄排水を原水槽３４に戻して原水と混合し、再度加圧浮上分離装置３７で浮上分離処理することにより、汚泥発生箇所の一本化と高濃度化とを図ることができ、汚泥発生量がランニングコストに大きく影響する比較的小規模な下排水処理施設では、そのランニングコストを大幅に低減させることができる。
【００２３】
さらに、加圧浮上分離装置３７で処理した水は、通常の沈殿処理に比べて懸濁成分の除去率が高いため、後段の嫌気性流動床３１への流入負荷を少なくでき、その分、嫌気性流動床３１の容量を小さくすることが可能になる。また、浮上処理では、髪の毛、油分、スカム等の浮上し易い成分を、略完全に除去することができるため、嫌気性流動床３１での閉塞やスカムの発生が少なくなる。加えて、嫌気性流動床３１において安定した良好な処理が可能となることから、嫌気性流動床３１で処理した水が流入する好気性流動床３２での処理性も向上する。
【００２４】
したがって、前述のプラスチック製担体を用いた流動床からなる嫌気性流動床３１及び好気性流動床３２と加圧浮上分離装置３７とを組合わせることにより、排水処理設備の処理効率を大幅に向上させることができ、設備の小形化を図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排水処理装置は、比重を任意に調整可能なプラスチック製担体を用いることにより、流動床における処理効率を向上させることができる。特に、処理水流出部にウェッジワイヤースクリーンを設置することにより、担体の分離を確実に行うことができ、担体の洗浄も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の排水処理設備に使用する排水処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】  ウェッジワイヤースクリーンの断面正面図である。
【図３】  ウェッジワイヤースクリーンの断面側面図である。
【図４】 図１の排水処理装置を用いた本発明の排水処理設備の一例を示す系統図である。
【図５】  従来の流動床の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１１…処理槽、１２…原水流入部、１３…（生物膜付着）担体、１４…支持層、１５…散気手段、１６…ウェッジワイヤースクリーン、１７…処理水流出部、３１…嫌気性流動床、３２…好気性流動床、３３…スクリーン、３４…原水槽、３７…加圧浮上分離装置、４１…汚泥貯留槽、４８…循環配管、５０…散気手段、５２…ろ過槽、５３…処理水槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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