(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無終端式の循環水路内で活性汚泥を用いて汚水を処理する汚水処理装置であって、
前記循環水路の少なくとも２ヶ所に配置され、汚水、活性汚泥の混合液を攪拌するインペラが鉛直軸を中心に回転する回転軸の先端に取り付けられている縦軸型の攪拌曝気装置を備えており、
前記攪拌曝気装置の少なくとも１つは、他の攪拌曝気装置よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されていることを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
前記攪拌曝気装置のインペラ位置の高低差は、２０ｃｍ以上である請求項１記載の汚水処理装置。
【請求項３】
前記循環水路は、水路内の汚水、活性汚泥混合液を溢水させて排水するとともに、その高さを調整することで水路内の水位を調整可能な越流可動堰をさらに備えている請求項１または２に記載の汚水処理装置。
【請求項４】
他の攪拌曝気装置よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されている攪拌曝気装置が他の攪拌曝気装置より汚水の流入側に配置されている請求項１〜３のいずれかに記載の汚水処理装置。
【請求項５】
他の攪拌曝気装置よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されている攪拌曝気装置の回転軸は、着脱可能な長さ調整部を有している請求項１または２のいずれかに記載の汚水処理装置。
【請求項６】
無終端式の循環水路内で活性汚泥を用いて汚水を処理する汚水処理方法であって、
前記循環水路に、汚水、活性汚泥の混合液を攪拌するインペラが鉛直軸を中心に回転する回転軸の先端に取り付けられた複数の縦軸型攪拌曝気装置が配置され、そのうち少なくとも１つは、他よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されていて、
水位と目標酸素供給量、目標循環流量に応じてそれぞれの攪拌曝気装置の運転状態を調整して汚水処理を行うことを特徴とする汚水処理方法。
【請求項７】
前記循環水路に設けられた越流可動堰を稼動させて循環水路内の水位を調整して汚水処理を行う請求項６記載の汚水処理方法。
【請求項８】
無終端式の循環水路内で活性汚泥を用いて汚水を処理する汚水処理方法であって、
前記循環水路に、汚水、活性汚泥の混合液を攪拌するインペラが鉛直軸を中心に回転する回転軸の先端に取り付けられた複数の縦軸型攪拌曝気装置が配置され、そのうち少なくとも１つの回転軸は、着脱可能な長さ調整部を有しており、
低負荷時には、前記長さ調整部を取り付けてインペラを水没させた状態で攪拌曝気装置を運転して汚水処理を行うことを特徴とする汚水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下水処理等で用いられる無終端式の循環水路と曝気装置を組み合わせた活性汚泥による汚水処理方法であるオキシデーションディッチ方式を用いた汚水処理装置と汚水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小規模下水処理システムとして、オキシデーションディッチ（ＯＤ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｄｉｔｃｈ）法が注目されている。このＯＤ法は、無終端式の循環水路であるＯＤ内の活性汚泥を含む循環水中に処理対象の汚水を混入し、曝気装置で酸素供給を行うことで、ＯＤ内に好気ゾーンと嫌気ゾーンを生成して、各ゾーンで硝化反応、脱窒反応を行わせて、有機物処理、脱窒処理を行う。標準的な活性汚泥法に比べて装置構成が簡単で済むこと、有機物負荷が小さく、汚泥発生量も少なくてすむこと、等が利点であり、維持管理も容易なため、特に、人口が比較的少ない中小都市や町村等における下水処理に最適な処理方式と言われている。
【０００３】
そして、曝気装置として、鉛直回転軸の先端に取り付けたインペラの回転により混合液の気液接触を促進しつつ、ＯＤ内の循環流を形成させる縦軸型エアレータが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
下水処理システムにおいては、下水網の整備に時間を要するが、下水網が完成してからシステムを稼動することは考えられず、完成時の処理容量を見込んで設計した処理プラントを先に建設し、これに接続する下水網を順次整備していくのが一般的である。したがって、プラントの使用初期段階においては、設計処理容量よりはるかに低い負荷で運転が行われることになる。
【０００５】
しかしながら、こうした極低負荷運転状態においては、混合液中の活性汚泥の沈降を防ぐために必要な限度でエアレータを低速あるいは間欠運転を行ったとしても、これにより促進される気液接触で過曝気状態となり、ＯＤ内の微生物が自己酸化を起こしたり、硝化反応が進行することによりＯＤ内のｐＨが低下し、ＭＬＳＳが増加せず、処理能力が低下してしまう。過曝気を防ぐため、エアレータの停止時間を長くすると、汚泥が沈降して溶存酸素量ＤＯが低下せず、やはり処理能力が低下してしまう。こうした低負荷運転は雨水等が下水に大量に流入することによっても起こる可能性がある。
【０００６】
本発明は係る問題点に鑑みて、負荷変動に対しても良好な汚水処理を可能とするＯＤを利用した汚水処理装置及び方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る無終端式の循環水路内で活性汚泥を用いて汚水を処理する汚水処理装置は、この循環水路の少なくとも２ヶ所に配置され、汚水、活性汚泥の混合液を攪拌するインペラが鉛直軸を中心に回転する回転軸の先端に取り付けられている縦軸型の攪拌曝気装置を備えており、これら攪拌曝気装置の少なくとも１つは、他の攪拌曝気装置よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
一方、本発明に係る汚水処理方法は、無終端式の循環水路内に配置されていて、汚水、活性汚泥の混合液を攪拌するインペラが鉛直軸を中心に回転する回転軸の先端に取り付けられた複数の縦軸型攪拌曝気装置のうち少なくとも１つは、他よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されていて、水位と目標酸素供給量、目標循環流量に応じてそれぞれの攪拌曝気装置の運転状態を調整して汚水処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、攪拌曝気装置のインペラは異なる高さ、つまり水位に配置されていることになる。攪拌曝気装置のインペラを設計水位時より水没させて運転すると、設計水位時より循環流量は増加する一方、酸素供給量は低下する。したがって、これら水位の異なる攪拌曝気装置それぞれの運転状態を調整することで、目標循環流量と目標酸素供給量を調整することが可能となる。したがって、負荷や水位の変動への対応が可能となる。
【００１０】
ここで、攪拌曝気装置のインペラ位置の高低差は、２０ｃｍ以上であることが好ましく、２０〜８０ｃｍであることがより好ましい。このように設定すると、負荷変動及び極低負荷の状態に対しても充分対応が可能となる。
【００１１】
この循環水路は、水路内の汚水、活性汚泥混合液を溢水させて排水するとともに、その水位を調整可能な越流可動堰をさらに備えていることが好ましい。そして、本発明に係る汚水処理方法においては、この越流可動堰を稼動させて循環水路内の水位を調整することが好ましい。水位を調整することで、さらに対応可能な負荷変動範囲が大きくとれる。
【００１２】
他の攪拌曝気装置よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されている攪拌曝気装置が他の攪拌曝気装置より汚水の流入側に配置されていることが好ましい。すなわち、本発明に係る排水処理方法においては、インペラが他より混合液界面に対して低い位置に配置されている攪拌曝気装置側から汚水および返送汚泥を流入させ、他の攪拌曝気装置側から排水を行うことが好ましい。このようにすると、循環水路内において嫌気性圏と好気性圏とが良好に形成され、脱窒素処理の効率が向上する。
【００１３】
他の攪拌曝気装置よりインペラが混合液界面に対して低い位置に配置されている攪拌曝気装置の回転軸は、着脱可能な長さ調整部を有していてもよい。本発明の汚水処理方法においては、低負荷時には、この長さ調整部を取り付けてインペラを水没させた状態で攪拌曝気装置を運転して汚水処理を行ってもよい。このようにすると、プラントの運転開始当初など低負荷運転を長期間継続して行う際の負荷調整運転が容易になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は本発明に係る汚水処理装置の全体構成を示す平面図であり、図２はそのＩＩ−ＩＩ線断面図である。本装置はＯＤ法による汚水処理装置であって、長円形のオキシデーションディッチ槽（ＯＤ槽）２の中央に水路形成区画壁３が配置されて、無終端式の循環水路が形成されている。このＯＤ槽２は、一方の端部が汚水供給ラインと活性汚泥返送ラインに接続されており、他方の端部にＯＤ槽２内の処理液を溢水により後処理系へと排水可能であって、その溢水高さ（ＯＤ槽２の水位）を調整可能な越流可動堰４が配置されている。
【００１６】
ＯＤ槽２内の水路形成区画壁３の両端部の外側には、それぞれ縦軸型エアレータ１、１ａが配置されている。図３、図４はこのエアレータ１の構造を示す図であり、エアレータ１ａもほぼ同様の構成である。
【００１７】
図３に示されるように、エアレータ１は、水中に配置されているインペラ１５と、インペラ１５の回転軸となるとともにインペラ１５を支持している主軸１４と、主軸１４を回転させる電動機１２と、電動機１２と主軸１４とを接続して電動機１２の回転数を減速させる変減速機１３と、からなる。ここで変減速機１３の出力軸１３ａと主軸１４とはそれぞれの接続フランジ１３ｂ、１４ｂを介して接続されている。一方、エアレータ１ａの場合は、この接続フランジ１３ｂ、１４ｂ間に延長用軸１４ｃが接続されている。すなわち、エアレータ１ａはエアレータ１よりも回転軸の軸長が長く、インペラ１５部分が低い位置に位置し、ＯＤ槽２の処理水中により深く水没していることになる（図２参照）。
【００１８】
インペラ１５は、図４に示されるように主軸１４から放射状に配置される複数（図では８枚）の攪拌羽根１５ａと、この攪拌羽根１５ａ間に配置された台形板状のコーン状羽根１５ｂからなり、コーン状羽根１５ｂの内周側と主軸１４との間に揚水口１５ｃが形成されている。
【００１９】
なお、越流可動堰４は、エアレータ１ａのコーン状羽根１５ｂの上端までのストロークを有している。
【００２０】
ここで、このエアレータ１、１ａの機能について簡単に説明する。電動機１２を起動すると、その回転は、変減速機１３を介して主軸１４へと伝達され、主軸１４の先端に取り付けられているインペラ１５を回転させる。インペラ１５の回転により、インペラ１５周囲の汚水、活性汚泥の混合液は攪拌羽根１５ａとコーン状羽根１５ｂとによって攪拌されるともに、周囲に螺旋流を形成することで、混合液を揚水口１５ｃから吸引、揚水することによって、周囲の大気中へと飛散させて大気と接触させていわゆる曝気を行い、曝気・攪拌を行うものである。
【００２１】
この曝気、攪拌効果は、エアレータ１、１ａの水没深さと回転数によって変化する。図５は、回転数と流速の関係を、図６は回転数と酸素供給量との関係のそれぞれ水没深さを変えたときの違いを比較して示すグラフである。図５、図６から明らかなように回転数を上げると流速、酸素供給量とも増大するが、流速は水没深さが深いほど増大するのに対し、酸素供給量は水没深さが深いほど低下する。これは、水没深さが深いほど大気中への飛散量が減って、大気との接触が減少することで酸素供給量が減少する一方、槽内の循環に使用されるエネルギー量が多くなるため、流速は増大するためである。
【００２２】
続いて、本装置の運転方法、すなわち、本発明に係る汚水処理方法について説明する。
【００２３】
処理対象汚水は汚水供給ラインから活性汚泥とともに混合液としてＯＤ槽２内へと導入される。混合液は流入側に配置された水没深さの深いエアレータ１ａによって、攪拌、混合され、旋回流を起こしながら、図１に示される循環水路のゾーンＡを左方向へと流動していく。このとき、前述したように水没深さの深いエアレータ１ａによっては、曝気効果が小さいため、このゾーンＡは溶存酸素量の少ない嫌気性圏となる。
【００２４】
そして、循環水路の左端に達したところで、この部分に配置されているエアレータ１によって混合液は再び攪拌、混合される。前述したように水没深さの浅いエアレータ１によっては充分な曝気効果が得られるので、混合液内に大量の酸素が供給される。こうして、混合液は溶存酸素量の多い好気性状態でゾーンＢを右方向へと流動していく。つまり、このゾーンＢは好気性圏となり、活性汚泥注の好気性菌によって混合液中の有機性物質は水、一酸化炭素、炭酸ガス等に分解される。また、汚水に含有されていたアンモニア性窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）は硝化菌によって硝酸性窒素（ＮＯｘ−−Ｎ）へと硝化される。
【００２５】
こうして生成された硝酸性窒素（ＮＯｘ−−Ｎ）は混合液が再びゾーンＡを流れる際に、脱窒菌によって還元されて窒素ガスとなり、大気中へと放出される。こうして汚水に含有されていた窒素成分を除去する脱窒処理が行われる。
【００２６】
こうしてＯＤ槽２内を循環して一定の滞留時間を経過することで、有機物、窒素成分が分解、除去された汚水は、越流可動堰４を溢水して排出され、固液分離等の後処理過程へと導かれる。このとき溢水した汚水に混合していた活性汚泥は汚泥返送ラインを介してＯＤ槽２へと戻される。
【００２７】
このように、好気性圏と嫌気性圏とを確実に発生させるためには、図５、図６からも明らかなようにエアレータ１ａをエアレータ１より２０ｃｍ以上水没させることが好ましい。
【００２８】
さらに、プラントの運転開始当初など実際の負荷が設計負荷の３０％を下回る極低負荷の状態の場合には、エアレータ１ａのみを運転することで、過曝気状態を防ぐことが好ましい。
【００２９】
また、エアレータ１、１ａの一方が故障した場合には、越流可動堰４の高さを調整することでＯＤ槽２の水位を調整して正常な他方のエアレータにより、曝気、循環効果が得られるようにして処理能力を確保することが可能である。エアレータ１、１ａがともに正常な場合においても、越流可動堰４によってＯＤ槽２の水位を調整することで、エアレータ１、１ａによる曝気、循環効果の負荷に対する調整範囲を拡張することも可能である。
【００３０】
エアレータ１ａの主軸１４に、延長用軸１４ｃを接続するのではなく、主軸１４自体を長くしたり、エアレータ１ａの架台１１ａ自体をエアレータ１の架台１１より低い位置に配置してもよい。延長用軸１４ｃを使用する場合は、負荷条件が安定してきたら、延長用軸１４ｃの長さをより短いものに交換したり、延長用軸１４ｃ自体を取り外してもよい。
【００３１】
また、本発明は長円形のＯＤ槽２内に２つのエアレータを設置する形態に限られるものではなく、３つ以上のエアレータを設置する場合についても同様に適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＯＤ法による汚水処理において、曝気、攪拌を行う縦軸型曝気装置（エアレータ）のインペラ位置を少なくとも１つについて異ならせているので、各エアレータの回転数を適切に調整することでＯＤ槽の循環水路内に好気性圏と嫌気性圏とを良好に形成して、効率の良い脱窒処理を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る汚水処理装置の構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の装置の縦軸型エアレータの構成図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】縦軸型エアレータに対する水位（液面からの距離）を異ならせた時の回転数と流速との関係を比較したグラフである。
【図６】縦軸型エアレータに対する水位（液面からの距離）を異ならせた時の回転数と酸素供給量との関係を比較したグラフである。
【符号の説明】
１…縦軸型エアレータ、２…オキシデーションディッチ（ＯＤ）槽、３…水路形成区画壁、４…越流可動堰、１１…架台、１２…電動機、１３…変減速機、１４…主軸、１５…インペラ、１５ａ…攪拌羽根、１５ｂ…コーン条羽根、１５ｃ…揚水口。
【図１】
0003621026.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003621026.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003621026.tif 000006
【図６】
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