(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物や窒素成分を分解する微生物が固定化された担体を用いた生物学的方法により廃水を処理する生物学的水処理装置において、反応タンクと、担体沈降分離槽とを備え、前記担体沈降分離槽は、前記反応タンクから排水された担体を含む被処理水を流入させる複数の流入部と、担体を分離させた分離水を排水する排水部とを備えると共に、前記流入部が前記被処理水を分散流として、前記排水部よりも下側位置であって、かつこの担体沈降分離槽内の相対する水平方向に流入させるように構成されてなることを特徴とする生物学的水処理装置。
【請求項２】
前記反応タンクから排水された担体を含む被処理水が、前記担体沈降分離槽の近傍に設けられた流入水集合管を介して前記流入部から前記担体沈降分離槽へ流入するように構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の生物学的水処理装置。
【請求項３】
有機物や窒素成分を分解する微生物が固定化された担体を用い、廃水を反応タンクおよび担体沈降分離槽を順次経由させて処理する生物学的水処理方法において、前記反応タンクから前記担体沈降分離槽に前記担体を含む被処理水を、複数の流入部から分散流として前記担体沈降分離槽内の相対する水平方向に流入させ、前記担体沈降分離槽で担体と分離された分離水をこの担体沈降分離槽内の担体を含む被処理水の流入位置よりも上位位置に設けた排水部から排水させることを特徴とする生物学的水処理方法。
【請求項４】
前記担体を含む被処理水を、前記担体沈降分離槽の近傍に設けた流入水集合管を介して前記流入部から担体沈降分離槽へ流入させることを特徴とする請求項３に記載の生物学的水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、担体に固定化された微生物を用いて廃水を浄化処理する生物学的水処理装置および生物学的水処理方法に関し、より詳しくは担体の舞上げ現象の発生を防止し、スクリーンを用いるまでもなく担体の流出を防止することを可能ならしめるようにした生物学的水処理装置および生物学的水処理方法の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微生物を用いて廃水を浄化処理するようにした水処理装置および水処理方法としては硝化脱窒装置を活用するものが知られている。そして、このような水処理装置および水処理方法のうち微生物が固定化された担体を沈降分離するようにしたものとしては、例えば特開平５−２６１３９３号公報、および特開平９−７５９９４号公報に開示されてなるものが公知である。以下、これらの硝化脱窒装置の概要を順次説明する。
【０００３】
先ず、特開平５−２６１３９３号公報に開示されてなる従来例１に係る水処理方法を実施する水処理装置の概要を、その工程図の図６を参照しながら説明すると、この水処理装置は、脱窒工程２、微生物が固定化された担体を用いる硝化工程３および汚泥分離工程７の各工程で順次処理されてなる生物学的硝化脱窒方法により廃水を処理するもので、硝化工程３での担体４を担体沈降工程１２で沈降分離して、担体分離装置である液体サイクロン１５に導いて担体が分離された分離液をサイクロンオーバーフロー配管１６を介して脱窒皇帝２へ循環させると共に、前記液体サイクロン１５で回収した担体４をサイクロンアンダーフロー配管１７を介して前記硝化工程３に返送するようにしたものである。
【０００４】
次に、特開平９−７５９９４号公報に開示されてなる従来例２に係る水処理装置の概要を、その構成説明図の図７を参照しながら説明すると、硝化槽２６から受入槽４８に硝化液に同伴して流出した浮遊活性汚泥と担体２４は、下降流路５４により下降して、浮遊活性汚泥と担体２４との比重差を利用して担体２４を沈降分離させる分離室５６に流入するようになっている。そして、この分離室５６の底部に沈降して分離された担体２４は、分離室５６内の下層液を取水して硝化槽２６に送水する送水管５８を流れて硝化槽２６に戻されるが、その際にはエアリフトにより送水管５８の流れが形成されるため担体２４が破壊されるようなことがない。一方、浮遊活性汚泥は、分離室５６の上層液と共に、被処理水をオーバーフローさせるトラフ７０を介して汚泥沈殿槽１８に送られるように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例１または２に係る水処理装置はそれなりに有用であると考えられるが、これら装置にはそれぞれ下記に説明するような解決すべき課題がある。先ず担体沈降工程（以下、担体分離装置という。）有する従来例１については、この担体分離装置の後工程側にサイクロンやスクリーンを付加するものとなっているので、付加設備の製造コストや維持管理の労力を要するという経済上ならびにメンテナンス（目詰まりのための定期的清掃）上の解決すべき課題が生じる。
【０００６】
スクリーンや担体分離装置が不要な従来例２については、担体を含む被処理水を担体沈降分離槽（分離室）へ流入させるときに、下降流が生じるように構成されているので、担体の舞上げ現象が生じ、浮遊活性汚泥と共に担体がトラフを介して汚泥沈殿槽に流出する恐れがある。汚泥沈殿槽への担体の流出を防止するためには、後工程にスクリーンや担体分離装置が必要になるので、結果的にコストアップにつながるという経済上の解決すべき課題が生じる。
【０００７】
従って、本発明の目的は、担体の舞上げ現象の発生を防止し、スクリーンを用いるまでもなく担体の流出を防止することを可能ならしめる生物学的水処理装置および生物学的水処理方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る生物学的水処理装置が採用した手段は、有機物や窒素成分を分解する微生物が固定化された担体を用いた生物学的方法により廃水を処理する生物学的水処理装置において、反応タンクと、担体沈降分離槽とを備え、前記担体沈降分離槽は、前記反応タンクから排水された担体を含む被処理水を流入させる複数の流入部と、担体を分離させた分離水を排水する排水部とを備えると共に、前記流入部が前記被処理水を分散流として、前記排水部よりも下側位置であって、かつこの担体沈降分離槽内の相対する水平方向に流入させるように構成されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る生物学的水処理装置が採用した手段は、請求項１に記載の生物学的水処理装置において、前記反応タンクから排水された担体を含む被処理水が、前記担体沈降分離槽の近傍に設けられた流入水集合管を介して前記流入部から前記担体沈降分離槽へ流入するように構成されてなることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項３に係る生物学的水処理方法が採用した手段は、有機物や窒素成分を分解する微生物が固定化された担体を用い、廃水を反応タンクおよび担体沈降分離槽を順次経由させて処理する生物学的水処理方法において、前記反応タンクから前記担体沈降分離槽に前記担体を含む被処理水を、複数の流入部から分散流として前記担体沈降分離槽内の相対する水平方向に流入させ、前記担体沈降分離槽で担体と分離された分離水をこの担体沈降分離槽内の担体を含む被処理水の流入位置よりも上位位置に設けた排水部から排水させることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係る生物学的水処理方法が採用した手段は、請求項３に記載の生物学的水処理方法において、前記担体を含む被処理水を、前記担体沈降分離槽の近傍に設けた流入水集合管を介して前記流入部から担体沈降分離槽へ流入させることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の生物学的水処理方法を実現する実施の形態１に係る生物学的水処理装置を、そのフロー図の図１と、担体沈降分離槽の模式的断面図の図２（ａ）と，図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図の図２（ｂ）とを参照しながら説明する。
【００１３】
図１に示す符号１は本発明の実施の形態１に係る生物学的水処理装置である。この生物学的水処理装置１は、有機物や窒素成分（アンモニア態窒素成分、有機態窒素成分等）を含む下水のような廃水を１次処理した１次処理水が流入し、内側に短絡流防止用区画壁２１ａを有する脱窒槽２１、およびこの脱窒槽２１の後工程側に設けられ、内側に阻流壁２２ａを有する硝化槽２２からなる反応タンク２と、この反応タンク２の硝化槽２２から有機物や窒素成分を分解する微生物が固定化されてなる担体１０を含む被処理水が、流入部である後述する位置に設けられた流入口４ａに流入管３を介して流入する後述する構成になる担体沈降分離槽４と、この担体沈降分離槽４から前記担体１０が分離された分離水が後述する排水部５を介して流出し、分離水流出管６を介して流入する最終沈殿池７とを備えている。
【００１４】
前記流入管３は、図２に示すように、前記硝化槽２２に一端側が連結されてなる２本の平行な流入管３，３のそれぞれが、断面が矩形状に形成されてなる担体沈降分離槽４の上下方向の一側壁の下側から略１／３程度の高さ位置に設けられた流入口４ａに水平に連通している。そして、この担体沈降分離槽４内において、担体１０を含む被処理液を分散流として相対する水平方向に流出させる複数の流出孔３′が設けられてなる構成になっている。また、この担体沈降分離槽４の排水部５は、前記流入管３の連通位置よりも上位位置に設けられており、これは越流堰５ａと、この越流堰５ａを越えて流出した分離水が瀧状になって流下するトラフ５ｂとからなっている。なお、図２（ａ）においては、流出孔３′から流出する分散流の向きを示す矢印が下向きになっているが、図２（ｂ）から良く理解されるように、これは変位図示であって、矢印の実際の向きは同図面の直角方向である。また、担体沈降分離槽４の流入管３が連通する流入口４ａの位置は、種々の流入試験の結果に基づいて決定したものである。
【００１５】
そして、前記トラフ５ｂから分離水が分離水流出管６を介して最終沈殿池７に流入すると共に、分離水流出管６から分岐した硝化液循環管９を介して分離水の一部が前記反応タンク２の脱窒槽２１の上流側に戻される。次いで、前記担体沈降分離槽４の槽底に沈殿した担体１０は、被処理水である硝化液の一部と共に担体戻し管８を介して前記反応タンク２の硝化槽２２の上流側に戻されるように構成されている。
【００１６】
担体１０を硝化液の一部と共に担体戻し管８を介して脱窒槽２１の上流側に戻す担体戻しポンプ８ａは、図２に示すように、担体１０を含む硝化液に空気を送気して小比重にして上昇させる、いわゆるエアリフト形式になるものである。このようなエアリフト形式の担体戻しポンプ８ａを採用したのは、担体１０の破損防止を狙いとしたものである。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態１に係る生物学的水処理装置１の作用態様を説明すると、硝化槽から担体１０を含む被処理水が流入管３、流入口４ａを介して、複数の流出孔３′から担体沈降分離槽４内に流入するが、流入口４ａの位置は、排水部５より低位置、つまりこの担体沈降分離槽４の上下方向の略１／３程度の高さ位置であり、そして担体沈降分離槽４内において複数の流出孔３′から担体１０を含む被処理水が分散流として、相対する水平方向に低流速で流出する。
【００１８】
そのため、本発明の実施の形態１に係る生物学的水処理装置１によれば、被処理水中において分散した担体１０が舞上げ現象により舞上がるようなことがない。従って、従来例１のようにスクリーンを用いる必要がないから、従来例１よりも生物学的水処理装置の製造コスト、メンテナンスコストの点に関して有利になり、また、汚泥沈殿槽への担体の流出を防止するために担体分離装置を設ける必要がないから、従来例２よりも経済的に有利になるという優れた効果がある。
【００１９】
ところで、本発明の実施の形態１においては、上記のとおり、流入管３に設けられた流出孔３′から相対する方向に担体１０を含む被処理水を分散流として流入させる場合を説明したが、この実施の形態１に係る変形例１の担体沈降分離槽の横断断面図の図３（ａ）に示すように、担体沈降分離槽４の外周に、硝化槽から担体を含む被処理水を送る流入管３が連通する環状の流入水集合管３ａを外嵌し、この流入水集合管３ａの内側に複数本の流入水分散管３ｂを放射状に設けると共に、これら流入水分散管３ｂのそれぞれを担体沈降分離槽４の外周に設けた複数の流入口４ａのそれぞれに連通させて、担体沈降分離槽４内で水平流にする構成にすることができる。
【００２０】
また、変形例２の担体沈降分離槽の横断断面図の図３（ｂ）に示すように、担体沈降分離槽４の外周に、硝化槽から担体を含む被処理水を送る流入管３が連通する角環状の流入水集合管３ａを外嵌し、この流入水集合管３ａの内側に複数本ずつの平行な流入水分散管３ｂを設け、これら流入水分散管３ｂのそれぞれを流入口４ａのそれぞれに連通させて、担体沈降分離槽４内において平行な水平流を生じさせる構成にすることもできる。
【００２１】
本発明の実施の形態２に係る生物学的水処理装置を、そのフロー図の図４を参照しながら、上記実施の形態１と同一のものならびに同一機能を有するものに同一符号を付して説明すると、本実施の形態２は、図４と上記実施の形態１に係るそのフロー図の図１との比較において良く理解されるように、担体戻し管と硝化液循環管とを兼用する構成にしたものであって、担体沈降分離槽４の槽底に沈殿した担体１０を、被処理水である硝化液の一部と共に担体・硝化液戻し管１１を介して脱窒槽２１と硝化槽２２とからなる反応タンク２の前記脱窒槽２１の上流側に戻すように構成したものである。
【００２２】
なお、この担体・硝化液戻し管１１に介装されてなる循環ポンプ１１ａは、上記実施の形態１における担体戻しポンプと同形式のエアリフト形式になるものである。また、担体沈降分離槽４の流入口４ａへの流入管３の連通形式としては、上記実施の形態１と同様の形式であっても良いものである。
【００２３】
従って、本実施の形態２に係る生物学的水処理装置１によれば、担体１０を含む被処理水である硝化液は担体・硝化液戻し管１１を介して脱窒槽２１に戻されるが、この脱窒槽２１に戻された担体１０は、この脱窒槽２１から硝化槽２２に流入するので、本実施の形態２は上記実施の形態１と同効である。
【００２４】
本発明の実施の形態３に係る生物学的水処理装置を、そのフロー図の図５を参照しながら、上記実施の形態１と同一のものならびに同一機能を有するものに同一符号を付して説明すると、本実施の形態３は、図５と上記実施の形態１に係るそのフロー図の図１との比較において良く理解されるように、脱窒槽２１と硝化槽２２とからなる反応タンク２の前記硝化槽２２の一部に担体沈降分離槽部４′を設けて、硝化層と担体沈降分離槽とを一体構成としたものである。
【００２５】
従って、本実施の形態３に係る生物学的水処理装置１は、上記実施の形態１が分離構成であるのに対して一体構成となっているだけだから、本実施の形態３は上記実施の形態１と同効である。
【００２６】
なお、上記実施の形態１乃至３の場合にあっては、何れも反応タンクが脱窒槽２１と硝化槽２２とからなる場合の例であるが、例えば有機物を分解するための分解槽、脱窒槽、硝化槽が単独に構成されてなるものであっても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の請求項１，２に係る生物学的水処理装置、または本発明の請求項３，４に係る生物学的水処理方法によれば、硝化槽から担体を含む被処理水が担体沈降分離槽内に流入するが、流入口の位置は、この担体沈降分離槽の排水位置よりも低位置であり、そして複数の流入部から担体を含む被処理水が分散流として、相対する水平方向に低流速で流出するため、被処理水中において分散した担体１０が舞上げ現象により舞上がるようなことがない。従って、従来例１のようにスクリーンを用いる必要がないから、従来例１よりも生物学的水処理装置の製造コスト、メンテナンスコストの点に関して有利になり、また、汚泥沈殿槽への担体の流出を防止するために担体分離装置を設ける必要がないから、従来例２よりも経済的に有利になるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係り、生物学的水処理方法を実現する生物学的水処理装置のフロー図である。
【図２】  本発明の実施の形態１に係り、図２（ａ）は生物学的水処理装置の担体沈降分離槽の断面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態１に係り、図３（ａ）は変形例１の担体沈降分離槽の横断断面図で、図３（ｂ）は変形例２の担体沈降分離槽の横断断面図である。
【図４】  本発明の実施の形態２に係る生物学的水処理装置のフロー図である。
【図５】  本発明の実施の形態３に係る生物学的水処理装置のフロー図である。
【図６】  従来例１に係る水処理方法を実現する水処理装置の工程図である。
【図７】  従来例２に係る水処理装置の構成図である。
【符号の説明】
１…生物学的水処理装置，２…反応タンク，２１…脱窒槽，２１ａ…短絡流防止用壁，２２…硝化槽，２２ａ…阻流壁，３…流入管，３′…流出孔，３ａ…流入水集合管，３ｂ…流入水分散管，４…担体沈降分離槽，４′…担体沈降分離槽部，４ａ…流入口，５…排水部，５ａ…越流堰，５ｂ…トラフ，６…分離水流出管，７…最終沈殿池，８…担体戻し管，８ａ…担体戻しポンプ，９…硝化液循環管，１０…担体，１１…担体・硝化液戻し管，１１ａ…循環ポンプ。
【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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【図６】
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【図７】
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