(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を水槽に流入して活性汚泥処理または生物膜接触酸化するに当たって、該水槽の汚水中に表面エネルギーが３５ｍＮ／ｍ以下およびスリット孔長さが０．４〜０．８ｍｍおよび圧損が１０００〜４０００Ｐａ（パスカル）を有するシリコーンゴムまたはエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）であるメンブランを用いた散気管を配置して間欠散気することを特徴とする水処理方法。
【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、工場排水、生活排水等の汚水を浄化する方法に関するものである。より詳しくは、排水量が変動する該汚水を活性汚泥処理または生物膜接触酸化処理するに当たって、該汚水中に特定の散気管を配置して微細気泡による間欠散気を行い、長期に亘って少ない送風エネルギーで且つ該散気管の孔が閉塞することなく散気して該汚水中のＢＯＤ成分などの汚染物質を除去する経済的な水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、下水、工場排水、生活排水などの１０ｍｇ／Ｌ以上のＢＯＤ成分を含む汚水を浄化する方法には該汚水を水槽に入れて散気管から空気を水中に吹き込み曝気することによって気泡と水とを接触させて溶存酸素濃度を高く維持して、水中に好気性菌および微生物などを繁殖、増殖させてＢＯＤ成分を低減する活性汚泥法がある。また、有機または無機の繊維、フィルム、板などの生物膜担体を該水槽に浸漬して散気することによって好気性菌や微生物を該担体表面に付着し増殖させることによって水を浄化する生物膜接触酸化処理法がある。
【０００３】
通常、これらの活性汚泥法や生物膜接触酸化法は昼夜で長期間連続して操業する工場の排水や下水を連続して水槽に流入させて行う水処理に用いられ、その曝気や散気には直径数ｃｍ以上の孔を有する散気管や直径数ｍｍの微細気泡を発生させる散気管が用いられている。一般に、直径数ｃｍ以上の孔や空気吹き出し口を有する該散気管は金属製のパイプやノズルから大きな気泡を散気して水を激しく撹拌させることにより微生物を増殖し浮遊させて水を浄化できるため活性汚泥処理法に用いられている。一方、直径数ｍｍの微細気泡を散気する方法は該気泡から水への酸素の拡散が効率的であり、前記方法に比べて少ない空気量で水中の溶存酸素濃度を高めることができるため、送風機を小さくでき、電力などのエネルギー使用量を節約できるという利点があり注目されている。特に、昼夜連続で一定量の汚水が発生する排水に対して微細気泡を連続的に散気する場合、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタン、ニトリルゴムなどの材料に多数個のスリット孔を設けた５０００Ｐａ以上という高い圧損のメンブラン製散気管が活性汚泥処理や生物膜接触酸化処理の方法に多用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、昼間は操業し夜間は操業しないような工場の排水や特定の時間帯だけ多量に発生する一般家庭排水のような汚水に多数個のスリットを有する該メンブラン製散気管を適用する場合、汚水量の減少時に処理水中の好気性菌や微生物の養分となるＢＯＤ成分が不足する一方、水中の溶存酸素濃度が過多になり好気性菌や微生物の働きが低下して水の浄化があまり進まないという問題があった。そのため、工場操業を停止したり家庭の活動が少なくなる夜間や休日などの排出汚水が殆どない時間帯では水槽中の汚水に配置した該散気管に空気を送ることを停止し、工場操業や家庭生活が活発となるのに合わせて散気を再開するという間欠散気を行っている。しかし、この間欠散気において、散気管のスリット孔が間欠散気を繰り返すことによって汚泥や菌により短期間で閉塞して散気が困難になり、散気管の交換、閉塞した孔の修復などを頻繁に行わなければならないという問題や、スリット孔を有する該メンブラン製散気管の散気再開時に空気送風機に多大の負荷がかかり送風エネルギーが大きくなるとともに大きな送風機を用いなければならず経済的な負担が大きいという問題があり、長期に亘り安定した間欠散気により経済的に安価な汚水浄化の方法が求められていた。
【０００５】
そこで本発明の目的は、前記従来の問題点を解決し、下水、工場排水、生活排水などの汚水を水槽に流入して活性汚泥処理や生物膜接触酸化処理するに当たって、該水槽中に配置した散気管の散気孔が閉塞することなくまた少ない送風エネルギーで間欠散気して、該汚水中のＢＯＤなどの汚染物質を長期に亘って安定して除去する水浄化方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明者等は前記目的を達成するために鋭意検討した結果、スリット孔を有するメンブラン製散気管を用いて間欠散気する場合、散気管のスリット孔の閉塞は送風機を停止した時に汚水が散気管内に逆流したりスリット孔に汚泥が挟まるためであり、その傾向は表面エネルギーが高いメンブランの散気管ほどメンブラン表面やスリット孔やその周辺に好気性菌や微生物が付着して大きくなること、また、スリット孔が長いほど汚泥が挟まりやすいため閉塞しやすいことを見い出した。また、散気再開時における送風機の負荷は定常時に比べて大きいが、散気管の圧損を低くすると該負荷を小さくできることを認め、適度な表面エネルギーを有し、適度の長さのスリット孔を設けた圧損の低いメンブランを用いた散気管はスリット孔の閉塞を起さず、小さな送風エネルギーで長期間安定して間欠散気が出来ることを見い出し、本発明に至った。
【０００７】
すなわち、本発明は汚水を水槽に流入して活性汚泥処理または生物膜接触酸化処理するに当たって、該汚水中に表面エネルギーが３５ｍＮ／ｍ以下のメンブランを用いたスリット孔長さが０．４〜０．８ｍｍおよび圧損が１０００〜４０００Ｐａ（パスカル）であるメンブラン製散気管を配置して間欠散気する水処理方法からなる。
【０００８】
本発明は表面エネルギーが３５ｍＮ／ｍ以下のメンブランがシリコーンゴム、ＥＰＤＭであることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施について詳述する。
間欠散気
本発明における間欠散気は、散気の始動と停止を繰り返し行うことと定義する。通常の間欠散気は水槽に流入する汚水量が多くなるときに散気し、流入量が殆どない時に散気を停止するという繰り返しを時間単位、日単位および週単位、月単位およびそれらを組み合わせて行う。例えば、水槽に流入する汚水量が多くなる昼間は散気し、夜間は散気を停止または僅かの散気を行うことを長期に繰り返す場合、また、一週間のうち数日は昼夜連続で散気し、その他の休日などの日は流入量が少なくまたは停止するので散気しないことを長期に繰り返す場合や、年間のうち祝祭日や休日のために一週間またはそれ以上の日数で流入量が少なく散気を止めることがあり、それが多年にわたって繰り返される場合などである。さらに、該間欠散気は工業的な水処理において水槽に配置した多数個の該散気管を全てまたは一部を間欠散気する場合や連続的に汚水が流入する処理能力を上回る水槽を用いて活性汚泥処理または生物膜接触酸化処理するに当たって、送風に関わるエネルギーを節約するため間欠散気する場合などである。
【００１０】
メンブラン製散気管
本発明で使用されるメンブラン製散気管は活性汚泥処理や生物膜接触酸化処理の水槽底部に均等に全面配置するに適する形状が好ましく、矩形状や円盤状のものや筒状のものである。矩形状や円盤状のものは同心の矩形、円状に多数のスリット孔２が配置された図１に示すような圧力を均等にするための空気室３を有するディスク型であり、筒状のものは該メンブランの長さ方向に間隔をあけてスリット孔９を配置したチューブ８の中に、空気を送り込むためのポリプロピレンやアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）などの樹脂製のパイプ５を挿入し、該メンブランを該パイプに金属製バンド６、７で締め付けて固定した図２に示すような円筒型である。ディスク型の大きさは直径２０〜７５ｃｍが、また、円筒型の大きさは長さ２０〜７５ｃｍ、チューブ直径は５〜２０ｃｍが散気する際に空気圧により膨らみすぎてスリット孔寸法が大きく変化するので好ましくない。
【００１１】
本発明で使用されるメンブラン製散気管はスリット孔を多数個配置した表面エネルギー３５ｍＮ／ｍ以下であるメンブランを用いたものが好ましい。表面エネルギーが３５ｍＮ／ｍを超える場合、散気を停止している間に好気性菌や微生物がメンブランのスリット孔やその周辺に付着し、散気を再開しても除去されず該スリット孔に挟まって散気管を閉塞させる傾向になるので好ましくない。表面エネルギーが３５ｍＮ／ｍ以下である材質としてはＥＰＭ（エチレン・プロピレンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレンジエンゴム）などのエチレン・プロピレン系ゴムやシリコーンゴムがあり、これらをメンブランとする散気管が好ましい。シリコーンゴムメンブランは圧縮永久歪み特性に優れているため、長期間に亘る間欠散気にともなうスリット孔の繰り返し開閉による孔部分のたるみが現れず、新品同様の状態を維持して閉塞が起こりにくいので特に好ましい。
【００１２】
本発明で用いられる該散気管のスリット孔は該メンブラン厚み２〜４ｍｍの薄板に、厚み方向にカッター、レーザーなどで切れ目を貫通させたものであり、通常は該メンブランの弾力性によってスリット孔が閉じた状態にあるが、散気管に空気を送り加圧することによって該スリットが開口し空気が噴出し均一な微細気泡をつくることができる。該スリット孔の長さは０．４〜１．０ｍｍであることが好ましい。スリット孔長さが０．４ｍｍ未満の場合送風する空気中の微細な塵埃により孔の閉塞が起こりやすくなるので好ましくない。スリット孔が１．０ｍｍ超の場合散気時にスリット孔の長さ方向に開口にバラツキを生じ、空気がより出る部分と出ない部分ができやすく、散気の少ない部分に汚泥や菌や微生物が増殖したり、挟まる傾向になるので好ましくない。特に、該スリット孔の長さは送風した空気中の塵埃による閉塞と散気中のスリット孔の均一な開口を考慮して０．５〜０．８ｍｍが好ましい。該スリット孔の長さ方向および幅方向におけるスリット孔間隔はいずれも１〜５ｍｍが散気時の微細気泡の合体を防止できるので好ましい。
【００１３】
本発明で用いられるメンブラン製散気管の圧損は１０００〜４０００Ｐａが好ましい。圧損が１０００Ｐａ未満の場合、間欠散気における散気停止時に汚水が逆流してスリット孔が閉塞する傾向となるので好ましくない。また、圧損が４０００Ｐａ超の場合、間欠散気において、散気時のスリット孔に長さ方向の開口が不均等となりやすく、あまり開口しない部分に汚泥や散気の停止時に増殖した菌や微生物が挟まりやすく、また、散気開始時と定常状態の散気時との送風エネルギーに大きな差ができるため、より大きな送風機を設置しなければならずコストが高くなるので好ましくない。より好ましくはメンブラン製散気管の圧損は１５００〜３０００Ｐａである。本発明において圧損は大気中に該散気管を配置して送風したときに該散気管の多数個のスリット孔から散気し始めたときの該散気管内圧とする。
【００１４】
水処理方法
本発明における水処理方法は水槽に入れた汚水中に該メンブラン製散気管を配置し、間欠散気して水処理する方法であり、例えば、昼間や工場操業時などの流入量が多いようなときは該散気管に空気を送って散気し、夜間や工場が操業停止するなどの排水量が殆どないような前記した状態の時、設置した複数の散気管の全部または一部が散気を停止することを繰り返す水処理方法である。
【００１５】
本発明における水処理に用いられる水槽は底面が矩形、円形などの形をした側壁を有するコンクリート、金属、プラスチックス、繊維強化プラスチックスおよびそれらを組み合わせた材料からなり、原水流入口が該水槽上部または下部の一方の側に、処理水出口が対面する側または該水槽の底部中央付近にあり、流入させた原水を該水槽中で活性汚泥処理または生物膜接触酸化処理することが出来る公知の容器状のものである。
【００１６】
該水槽の大きさは流入する汚水量や含まれるＢＯＤ成分の量などによって選定され、通常、排出水のＢＯＤが水の排出基準以下になるように、水槽中の水量を定常に流入するときの時間当たりの汚水量で除した時間が１〜２４時間となるような容積のものが適当である。
【００１７】
本発明の方法における該散気管の配置は活性汚泥処理および生物膜接触酸化処理などいずれの場合も処理水槽の底部に設置することが微細気泡を散気して効率的に溶存酸素を高めるために好ましく、特に、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニリデンなどの繊維、織物、板などや例えば特開平８−２９０１９１号公報に記載の公知の炭素繊維を用いた生物膜担体を汚水と接触させる生物膜接触酸化処理の場合、図１に示すようなスリット孔２を設けたメンブラン１のディスク型散気管を該処理槽の該担体の真下に配置する方が効果的に微生物や好気性菌を増殖させることが出来るので好ましい。また、該散気管は散気管のメンブラン表面積が水槽底面面積の３０％以上で、且つほぼ均等な配分になるように水槽底部に設置（全面配置という）して散気（全面散気という）することが散気効率を高くできるので好ましい。
【００１８】
該散気管に適用する空気圧は該散気管の圧損、該散気管の配置した水深、送風空気量などを考慮して選定する。例えば、図１に示すような形状の圧損が３０００Ｐａである直径５０ｃｍのディスク型散気管を水深５ｍに配置した場合の該散気管内部の空気圧は、送風機を調整して、水圧と圧損３０００ｐａと散気量に対応する空気圧を加算した値となるようにして間欠散気することが好ましい。また、該散気管に適用する空気量は水処理槽の容量、該水処理槽に流入する処理水の中の溶存酸素やＢＯＤの量、該気泡の大きさ、水への撹拌作用、好気性菌や微生物の量や繁殖・増殖速度などを考慮して選定するが、通常は水処理槽中の溶存酸素濃度を水１リットル当たり３〜８ｍｇとするために、処理する汚水１立方メートル当たり約１０〜２０立方メートル／時が好ましい。
【００１９】
上記した本発明の間欠散気する水処理方法は、下水、工場排水、生活排水などの水量が変動する高いＢＯＤ成分を含む汚水の活性汚泥処理または生物膜接触酸化処理に効果的に適用出来るだけでなく、活性汚泥処理または生物膜接触酸化処理したあとの低ＢＯＤ成分を含む処理水のような水にも適用して間欠散気して、該散気管の孔が閉塞することなく汚染物質であるＢＯＤ成分、窒素化合物を小さい送風エネルギーで、且つ長年月に亘って極めて効率的に除去できるため、散気管の孔の閉塞に伴う散気管の交換作業やその経済的負担を軽減し、また、生活の水環境をきれいに保全できる。
【００２０】
【実施例】
以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り下記実施例に限定されるものではない。なお、特に指定しない限り％は重量％を意味する。
【００２１】
本発明における表面エネルギーは液体表面張力計（島津製作所製モデルＤＮ）を用いて求めた。
【００２２】
実施例１
幅（短辺）４．０ｍ、長さ（長辺）１４．０ｍ、高さ６ｍのオーバーフロー堰１３、１４でかこむ活性汚泥処理水槽２２（水の高さ５．２５ｍ、汚水量約２９０ｍ３）とその両外側に隣接して該オーバーフロー堰とコンクリート外壁１０で囲む原水流入口１１と処理水流出口１２をそれぞれ有する流入水調整槽１５と処理水流出槽１６を設け、該活性汚泥処理水槽２２の底部に、図２に示すような表面エネルギーが３１．５ｍＮ／ｍであるシリコーンゴム８にスリット孔９の長さが０．７ｍｍ（スリット孔長さ方向のスリット孔間隔１ｍｍでスリット孔幅方向の間隔１ｍｍ）とした圧損が２５００Ｐａである円筒型散気管２０（メンブランのチューブ内径１０ｃｍ、長さ５０ｃｍ）の１６８本を均等に設置した活性汚泥処理装置を用いて、工場の操業時間７〜２３時の間は２５ｍ３／時間の流量で排出するＢＯＤ３３０〜３５０ｍｇ／Ｌである工場排水（原水）を該活性汚泥処理槽２２（ＭＬＳＳが１２０００ｍｇ／Ｌ）に流入し、同時に、送風機より配管１７、１８、１９を通して設置した全部の該散気管２０から流量７Ｎｍ３／分で均等に微細気泡２１を散気し、工場が操業を停止する２３〜７時の間は工場から排水が出されなかったため該活性汚泥処理槽２２に汚水の流入を止めると同時に散気も停止するという間欠散気を行う処理を１年間行った。その結果、間欠散気における散気再開時の送風エネルギーは定常に散気しているときと殆ど変わらず低い消費エネルギーで１年間推移し、また、散気管のスリット孔は１年間閉塞せずに安定した間欠散気が出来た。さらに、散気停止前である２３時直前に該活性汚泥処理後の排出槽１６で採取した処理水と散気再開直前である７時前に該活性汚泥処理槽２２の中の排出槽１６に近いところで採取した活性汚泥水のＢＯＤ濃度変化を１年間継続して調べた結果、処理水のＢＯＤ濃度は５〜１０ｍｇ／Ｌであり流入原水に比べて大幅に低いＢＯＤ濃度で推移し、間欠散気により安定して水中のＢＯＤを低減できた。
【００２３】
実施例２
底部に食肉加工工場の活性汚泥処理槽とパイプで連結して活性汚泥水を導入できるようにした汚水導入口２４があり、上部に処理水２９を排出する排出口２５を有する内径５０ｃｍ、高さ３．５ｍの透明なアクリル樹脂製円筒状容器２３の底に、図１に示すような表面エネルギーが２４．７ｍＮ／ｍであるＥＰＤＭゴム１にスリット孔２の長さが０．５ｍｍ（円周方向のスリット間隔１ｍｍで円周の間隔が１ｍｍ、円の中心から半径５〜１４ｃｍの間にスリット孔が存在）で圧損が２０００Ｐａであるディスク型メンブラ製散気管２６（直径３０ｃｍ、高さ５ｃｍ）１個を配置し、該アクリル樹脂製円筒状容器内に１００ｇの炭素繊維３０（炭素含有量４．５％、引張強度３９５０ＭＰａ、引張弾性率２３５ＧＰａ、比重１．７７、単繊維直径７ミクロンメートル）を下部に１ｍｇ／デニールの錘をつけて水面（水面高さ３．２ｍ）から２．５ｍの間に吊り下げた生物膜接触酸化処理装置に、１日のうち１２時間は、ＢＯＤ成分を３５０〜４００ｍｇ／Ｌ含む該活性汚泥水（ＭＬＳＳが８０００ｍｇ／Ｌ）を毎時５０Ｌで流入し、同時に、送風機に連結した送風管２７より該散気管２６に空気量３Ｎｍ３／時（内圧３１４３０Ｐａ）で微細気泡２８を散気し、次の１２時間は該該活性汚泥水の流入と散気を停止する繰り返しを行う間欠散気による生物膜接触酸化処理を６ヶ月間行った。汚水の流入と散気を行った１２時間後の散気停止直前の流入原水と処理水（ａ）を採取することおよび汚水流入と散気をともに停止した１２時間後の散気開始直前に該容器の上から処理水（ｂ）を採取することを毎日行い、６ヶ月間の変化を調べた結果、流入原水中のＢＯＤ濃度（３５０〜４００ｍｇ／Ｌ）に対して、処理水（ａ）および（ｂ）のＢＯＤ濃度はともに５〜９ｍｇ／Ｌで推移し間欠散気によるＢＯＤ除去効率は良好で安定して除去でき、また、該散気管のスリット孔の閉塞は認められなかった。
【００２４】
比較例１〜４
間欠散気による汚水処理を６ヶ月間行うに当たって、ＥＰＤＭゴムのメンブランの圧損が５０００Ｐａである以外は実施例２と同様（比較例１）、スリット孔長さが０．２ｍｍである以外は実施例２と同様（比較例２）、スリット孔長さが０．９ｍｍである以外は実施例２と同様（比較例３）、表面エネルギーが４０．１ｍＮ／ｍであるナイロン６．６のメンブラン製ディスク型散気管を用いる以外は実施例２と同様（比較例４）にして生物膜接触酸化処理して送風エネルギーの変化、スリット孔の閉塞状態の観察、処理水のＢＯＤ濃度変化を調べた。その結果、比較例１は５ヶ月目にスリット孔の１／５が閉塞して散気が十分に行えない状態となり、ＢＯＤの除去効率も低下した。また、比較例２、比較例３では送風による塵埃の詰まりや汚泥の挟まりなどにより６ヶ月後にはスリット孔の１／４以上が閉塞し、十分な散気を行うことが出来ない状態になった。さらに、比較例４では菌や微生物が散気管表面に多く付着して徐々にスリット孔が閉塞して６ヶ月目には１／３が閉塞した。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の水処理方法は工場排水、生活排水等の排水量が大きく変動する汚水を活性汚泥処理および生物膜接触酸化処理する場合、表面エネルギーが３５ｍＮ／ｍ以下およびスリット孔長さが０．４〜１．０ｍｍおよび圧損が１０００〜４０００Ｐａ（パスカル）であるメンブラン製散気管を処理槽に配置して間欠散気するため、メンブランのスリット孔の閉塞を起こさず長期間に亘って安定し、また、小さな送風エネルギーで経済的に汚水処理する事が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】スリット孔を有するディスク型散気管概略図
【図２】スリット孔を有する円筒型散気管概略図
【図３】活性汚泥処理装置概略側断面図
【図４】透明なアクリル樹脂製円筒状生物膜接触酸化処理装置概略側断面図
【符号の説明】
１、８            メンブラン
２、９            スリット
３                空気室
４                空気供給口
５                樹脂製空気導入パイプ
６、７            メンブランの樹脂製空気導入パイプへの固定バンド
１０              コンクリート壁
１１              原水流入口
１２              処理水流出口
１３、１４        オーバーフロー仕切壁
１５              汚水流入調整槽
１６              処理水排出槽
１７、１８、１９  空気供給管
２０              円筒型散気管
２１、２８        微細気泡
２２              活性汚泥処理水槽
２３              透明なアクリル樹脂製円筒状容器
２４              汚水導入口
２５              処理水排出口
２６              ディスク型メンブラ製散気管
２７              送風管
２８              微細気泡
２９              処理水
３０              炭素繊維
３１              重り
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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