(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水原水を上向流で槽内の汚泥床を通して嫌気性処理と脱窒処理を行う嫌気槽と、
汚水原水中の有機物の分解と、有機態又はアンモニア態窒素の亜硝酸態又は硝酸態窒素への硝化とを行う好気槽と、
前記各槽に沈降した汚泥を収集する汚泥貯留濃縮槽とよりなり、
前記好気槽で処理した処理水の一部を前記嫌気槽の底部へ環流するように処理水環流路で接続して構成し、
前記汚泥貯留濃縮槽に収集した汚泥を嫌気槽の底部へ環流する汚泥環流路を設けた、汚水処理装置。
【請求項２】
後段の担体懸垂型散水ろ床法の好気槽内で前段嫌気性処理水の残留有機汚濁物の処理と処理水の硝化をする工程と、
前段の嫌気槽の底部に汚水原水と共に、前記好気槽で硝化処理した処理水の一部を環流して嫌気槽内の汚泥床を通して嫌気性処理と脱窒処理工程を行い、前記両工程を繰り返し、
前記嫌気槽及び前記好気槽から回収した汚泥を嫌気槽の底部へ環流して汚泥を分解処理する、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】
本発明は生活排水又は工業廃水、湖沼等の閉鎖域水、汚染地下水等の汚水（以下これらを総称して「汚水」という）を対象とし、これを微生物を用いて浄化する、汚水処理方法及び汚水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
窒素の除去までも考慮した生活排水の処理技術として、嫌気好気ろ床法が知られている。
この方法は前段にろ材（担体）を投入して曝気を行わない嫌気ろ床槽（脱窒槽）と、後段に担体を投入して曝気を行う接触曝気槽（硝化槽）とを設置し、後段の硝化の進んだ処理水の一部を前段の脱窒槽に循環流入することで、汚水に含まれる有機物を脱窒のための水素供与体として利用する生物学的脱窒反応を利用して浄化する方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
〈イ〉  硝化槽内の増殖の遅い硝化菌を曝気すると、硝化菌が担体へ付着し難くなって硝化処理水と共に系外へ排出されてしまうだけでなく、生物膜の内部まで酸素が供給され難く、硝化に必要な曝気量が不足して良好な硝化作用を期待できない。
〈ロ〉  脱窒槽内で過剰に増殖した生物膜が担体を閉塞し易い。そのため、目詰まりを回復するために専用の装置や設備を必要とする。
さらに、脱窒槽内の浮遊物の捕捉性が悪いうえに、担体に付着した生物膜が剥離して浮遊物が発生し易い。
〈ハ〉  上記した理由から従来の汚水処理技術は処理効率が低いために、その処理に長時間を要するだけでなく、各槽を大きく設計にする必要があった。
【０００４】
本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、つぎの汚水の処理技術を提供することにある。
▲１▼嫌気性ろ床の目詰まりを回避すること。
▲２▼処理能力の向上と処理時間の短縮を図ること。
▲３▼汚泥の処理量の削減を図ること。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、汚水原水を上向流で槽内の汚泥床を通して嫌気性処理と脱窒処理を行う嫌気槽と、汚水原水中の有機物の分解と、有機態又はアンモニア態窒素の亜硝酸態又は硝酸態窒素への硝化とを行う好気槽と、前記各槽に沈降した汚泥を収集する汚泥貯留濃縮槽とよりなり、前記好気槽で処理した処理水の一部を前記嫌気槽の底部へ環流するように処理水環流路で接続して構成し、前記汚泥貯留濃縮槽に収集した汚泥を嫌気槽の底部へ環流する汚泥環流路を設けた、汚水処理装置である。
請求項2に係る発明は、後段の担体懸垂型散水ろ床法の好気槽内で前段嫌気性処理水の残留有機汚濁物の処理と処理水の硝化をする工程と、前段の嫌気槽の底部に汚水原水と共に、前記好気槽で硝化処理した処理水の一部を環流して嫌気槽内の汚泥床を通して嫌気性処理と脱窒処理工程を行い、前記両工程を繰り返し、前記嫌気槽及び前記好気槽から回収した汚泥を嫌気槽の底部へ環流して汚泥を分解処理する、汚水処理方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態１】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。
【０００７】
＜イ＞  汚水処理システム
図１に本発明に係る汚水処理装置の概念図を示す。
浄化装置は嫌気槽１と好気槽２とを備え、これらの両槽１、２間で循環させ、好気槽２で硝化した硝化液の一部を嫌気槽１の底部へ環流させて嫌気槽１を脱窒槽に兼用する。
本発明は嫌気槽１が担体を利用しない点で従来の嫌気性ろ床法と異なる。
以下、装置の各部について詳述する。
【０００８】
〈ロ〉流量調整槽
汚水原水は最初に流量調整槽３へ送られ、ポンプ４を介装した流入路５を通じて嫌気槽１の底部へ送られる。流量調整槽３は嫌気槽１へ供給する汚水原水の供給量を調整する。
【０００９】
〈ハ〉嫌気槽
嫌気槽１は例えば上向流式スラッジブランケット（汚泥床）法で、汚水原水とと共に後述する硝化処理水を上向流で槽内の汚泥床を通過させることで、好気処理作用、脱窒処理作用、嫌気性処理作用の複合作用を行う。その詳細については後述する
嫌気槽１は従来の如き担体を投入しない。これは担体を使用することによる目詰まりと、生物膜の剥離を原因とする浮遊物の増加の問題を完全になくすためである。
嫌気槽１内の上向流は、嫌気槽１の底部より汚水原水と硝化処理水を流入させてることで発生する。
好気槽２で硝化した硝化処理水の一部を汚水原水と共に流入させたのは、汚水原水の有機性汚濁成分を脱窒のための水素供与体として利用して、有機性汚濁成分と窒素を同時に除去するためである。
【００１０】
〈ニ〉沈殿槽、ポンプ槽
嫌気槽１に隣接して沈殿槽８が設けられ、さらに沈殿槽８に隣接してポンプ槽９が設けられ、嫌気槽１からオーバーフローさせた処理水を沈殿槽８へ、さらに沈殿槽８からオーバーフローさせた処理水をポンプ槽９へ移行できるようになっている。
【００１１】
〈ホ〉好気槽
ポンプ槽９と好気槽２の上部間は処理水流出路１０で接続され、ポンプ槽９の処理水を好気槽２へ送水し得るようになっている。
好気槽２は、嫌気槽１で処理した処理水中に含まれる残存有機物の捕捉及び分解と、有機態又はアンモニア態窒素の亜硝酸態を経て硝酸態窒素への硝化を行う。  好気処理法として、本例では好気槽２内に空気を通風した環境下で、槽内に懸垂したスポンジ担体１１の上部より散水するスポンジ担体懸垂型散水ろ床法を採用した場合について示すが、その他に活性汚泥法や接触曝気法等の公知の方法を適用できることは勿論である。
【００１２】
＜へ＞分配槽
好気槽２で硝化した硝化処理水の一部は、分配槽１２及び処理水環流路１３を通じて嫌気槽１の底部へ環流できるようになっている。
分配槽１２は好気槽２から嫌気槽１へ硝化処理水を分配する機能の他に、分岐路１４を通じて好気槽２で硝化処理した硝化処理水の一部をポンプ槽９へ分配したり、浄化処理した最終処理水を消毒槽１５へ分配するために機能する。
【００１３】
〈ト〉排泥系
各嫌気槽１、沈殿槽８の底部、好気槽２の底部と汚泥貯留濃縮槽６との間が夫々排泥路７で接続されていて、各槽１，８，２に沈降した汚泥を汚泥貯留濃縮槽６へ収集した後、汚泥貯留槽１６へ排出できるようになっている。
【００１４】
【作用】
つぎに汚水の処理方法について説明する。
【００１５】
＜イ＞  嫌気槽内の処理作用。
流量調整槽３の汚水原水は、処理水環流路１３を通じて所定の循環率で環流された硝化処理水と共に嫌気槽１の底部へ流入し、上昇流となって汚泥床を通過する。
汚泥床を通過する際、汚水原水と硝化処理水は以下の処理が効果的に行われる。
【００１６】
嫌気槽１内の汚泥床は汚泥構成菌の集団であるフロックの集合体で構成されており、夫々のフロックは好気性菌の生息する表層部と、脱窒菌の生息する中間層部と、嫌気性菌の生息する核部の三層構造を呈している。
【００１７】
フロックの表層部は後段の好気性処理をした循環水や汚水原水に含まれる溶存酸素を取り込み、汚泥の自己分解した有機物と汚水原水を二酸化炭素と水とに分解し、好気性処理をする。
【００１８】
フロックの中間層部は無酸素状態であり、後段の嫌気性処理によって硝化された硝酸態窒素を脱窒菌により窒素ガスに変換して脱窒処理をする。このとき有機物の低分子成分が脱窒反応の水素供与体として利用されるため、フロックの中間層部でも有機物の除去が行われる。
【００１９】
フロックの核部は酸素も硝酸態窒素も届かないため、完全な嫌気性が保持され、酸生成菌とメタン菌の作用によりメタン発酵が成され、有機物をメタンガスに変換して嫌気性処理をする。
【００２０】
すなわち、汚水原水及び硝化処理水が嫌気槽１内の汚泥床を通過することにより、その溶存酸素を利用した若干の好気性処理と脱窒反応及び嫌気処理が良好に行われる。
【００２１】
前記した嫌気性処理作用、脱窒処理作用、嫌気性処理作用に伴い、二酸化炭素、窒素ガス、メタンガス等が発生するため、フロックを上昇させて沈降性を阻害することが予想される。
【００２２】
この問題は適正な循環率に調整することで回避できる。さらに適正な循環率に調整することで、汚泥床の混合性が良くなり、フロックに付着した各種の発生ガスを除去する効果も期待できる。嫌気槽１内におけるフロックの良好な沈降性を確保できる他の要因については、現在究明中であるが、上記以外の菌学的要因が推測される。
このように沈降性の良好な嫌気層１内の汚泥床は重層ろ過材と同等のろ過作用を発揮し、例えば担体を使用した生物膜法では捕捉不能な微細な浮遊物質をも捕捉できるほど捕捉性能が高い。
【００２３】
また各反応で発生したガスが汚泥に付着して浮上することを防止できる程度の撹拌効果が得られるため、嫌気槽１内における汚泥の沈降性がよくなり、その結果、浮遊物の除去性能が高まる。
【００２４】
〈ロ〉好気槽内の処理作用
つぎに嫌気槽１で上述の処理がされた処理水は、オーバーフローして沈殿槽８及びポンプ槽９の順に流入し、ポンプ槽９から流出路１０を経て好気槽２内に流入する。
【００２５】
好気槽２内に流入した処理水はスポンジ担体１１に散水されて、処理水中の残存有機物が分解されると共に、有機態又はアンモニア態窒素が亜硝酸態又は硝酸態窒素に硝化される。硝化処理水は好気槽２の底部に貯留され、その一部が前述したように分配槽１２を経て所定の分配率でポンプ槽９及び嫌気槽１の底部へ環流される。好気槽２で処理した処理水の一部は、消毒槽１５へ送られて系外へ排出される。
【００２６】
〈ハ〉汚泥の処理
嫌気槽１，沈殿槽８、好気槽２に沈降した沈殿物は汚泥貯留濃縮槽６へ集められ、その後に汚泥貯留槽１６を経由して従来と同様に汚泥処理される。
【００２７】
＜ニ＞性能試験。
図２に嫌気槽１が上向流式汚泥床法を採用し、好気槽２がスポンジ担体懸垂型散水ろ床法を採用し、好気槽２から嫌気槽１への環流率を２として実際の浄化試験を行った。
その試験結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
0003619950.tif 000002
【００２９】
本試験結果によれば本浄化装置が従来と比べて特に浮遊物（ＳＳ）の捕捉性能に優れ立ていることが立証できた。
【００３０】
また表２は浄化槽法（構造基準第９合併浄化槽）で規定する全Ｂ０Ｄ（生物化学的酸素要求量）と全窒素の目標値と、前記した試験結果（本発明に係る浄化装置）の対比を示す。
【００３１】
【表２】
0003619950.tif 000003
【００３２】
本発明に係る浄化装置は、全Ｂ０Ｄ及び全窒素の点で目標値より１／２程度ですむだけでなく、処理時間も従来の半分以下に短縮できることが立証された。
このことにより本発明は各処理槽をコンパクトに設計することができ、槽の設置スペースを小さくできる。
【００３３】
【発明の実施の形態２】
図３に汚泥の発生量を抑制した他の実施の形態を示す。
本実施の形態の説明に際し、既述した実施の形態１と同一の部位は同一の符号を付して示し、その詳しい説明を省略する。
【００３４】
本例は汚泥貯留濃縮槽６と流量調整槽３の間を汚泥還流路１７で結び、各槽１，８，２から汚泥貯留濃縮槽６へ収集された汚泥を流量調整槽３へ還流するようにしたものである。
汚泥貯留濃縮槽６の汚泥を直接嫌気槽１の底部へ供給するようにしてもよいことは勿論である。
【００３５】
本実施の形態によれば、環流された汚泥が嫌気槽１や好気槽２内で再分解に供されるため、処理装置から排出される汚泥の排出量を低減できる利点がある。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようになるため、次のような効果を得ることができる。
〈イ〉  嫌気槽に担体を用いないので、担体の目詰まりの問題を根本的に解消できる。
したがって、目詰まり回復のための装置や設備類を一切必要としないだけでなく、生物膜の剥離を原因とする浮遊物の発生がない。
〈ロ〉  担体を用いないなくとも汚泥床が重層ろ過材として機能することから、浮遊物質の捕捉性能が高い。
例えば担体を使用した生物膜法では捕捉不能な微細な浮遊物質までも捕捉することができる。
〈ハ〉  嫌気槽内の汚泥床は担体の付着生物より高濃度の微生物を保持できる。
そのため、嫌気槽内で好気性処理、脱窒処理、嫌気処理が成され、担体を用いた従来の嫌気槽と比べて処理能力が高い。
〈ニ〉  好気槽で処理した硝化処理水の一部を汚水と共に嫌気槽の底部へ循環させることで、汚水の処理能力（ウィルス等の捕捉、有機物の分解による除去性能）がさらに高くなり、そのうえ各槽の設置スペースが小さくなり、処理時間も大幅に短縮できる。
〈ホ〉  好気槽に曝気エネルギーを必要としない担体懸垂型散水ろ床法を適用した場合は、処理の省エネルギー化が図れる。
〈ヘ〉  各槽から回収した汚泥を嫌気装置の底部へ環流すれば、汚泥の再分解処理が行われて、汚泥の発生量を著しく低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施の形態１に係る汚水処理装置の概念図
【図２】汚水処理装置の実験フローの説明図
【図３】発明の実施の形態２に係る汚水処理装置の概念図
【符号の説明】
１        嫌気槽
２        好気槽
３        流量調整槽
４        ポンプ
５        流入路
６        汚泥貯留濃縮槽
７        排泥路
８        沈殿槽
９        ポンプ槽
１０      処理水流出路
１１      スポンジ担体
１２      分配槽
１３      処理水還流路
１４      分岐路
１５      消毒槽
１６      汚泥貯留槽
【図１】
0003619950.tif 000004
【図２】
0003619950.tif 000005
【図３】
0003619950.tif 000006