(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生物膜を形成した濾層に被処理液を通液して、有機物その他の不純物を除去する生物濾過装置と、
濾層に付着した不純物および過剰に形成された生物膜を剥離し、洗浄排液として排出する洗浄装置と、
排出された洗浄排液、その濃縮液またはそれらのオゾン処理液を浮遊性汚泥の存在下に好気性処理する好気性処理装置と、
前記洗浄排液、その濃縮液、好気性処理装置の混合液または分離汚泥をオゾン処理して好気性処理装置に導入するオゾン処理装置と
を備えた水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、生物膜を形成した濾層を用いる生物濾過装置と、浮遊汚泥を用いる好気性処理装置とを組合せた水処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
生物濾過装置は、生物膜を形成した濾層に被処理液を通液して、有機物や窒素化合物その他の不純物を除去する装置である。この装置は、有機物の分解に必要な微生物を濾層に固定して処理を行うため固液分離の操作も省略でき、かつ汚泥濃度が高いため活性汚泥処理装置に比べて装置を小型化できるとともに、濁質も除去できるため操作が簡素化できる。
しかし、この生物濾過装置においては、処理の進行とともに、生物膜の増殖と濁質（ＳＳ）の捕捉によって濾層が目詰まりするため、濾層の洗浄（逆洗）により過剰の生物膜を剥離する必要がある。このとき剥離された生物膜は余剰汚泥として系外に排出される。
【０００３】
こうして排出される余剰汚泥は活性汚泥処理装置の余剰汚泥の場合と同様に、機械脱水により減量して焼却や埋立により処理されており、その処理は困難である。
活性汚泥装置については、上記問題点を解決するために、余剰汚泥の発生量を少なくしあるいは余剰汚泥の発生量をゼロにする試みがなされている。その具体例として、曝気槽内の活性汚泥あるいは固液分離槽で分離した分離汚泥をオゾン処理して曝気槽に導入する方法がある（例えば特開平５−２７１６号）。
【０００４】
この方法では汚泥をオゾン処理することによりＢＯＤ化し、これを活性汚泥により資化させて余剰汚泥の発生量を少なくしている。すなわち余剰汚泥は生物処理的には安定であるため、そのまま曝気槽に導入しても生物処理されず、活性汚泥の量が増大するだけであるが、オゾン処理することにより生物分解可能となって、活性汚泥の増加量は少なくなる。そしてオゾン処理する汚泥の量を多くすると余剰汚泥の発生量を実質的にゼロにすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような余剰汚泥の減容化は一見生物濾過装置にも適用可能のようであるが、活性汚泥処理装置における方法をそのまま生物濾過装置に適用しても汚泥の減容を行うことができない。というのは生物濾過装置では、溶解性ＢＯＤの除去には適しているが、ＳＳ性のＢＯＤの場合はそのまま濾層に捕捉され、その分解は極めて緩慢である。従って溶解性のＢＯＤが多い場合は生物膜による処理が行われるが、ＳＳ性のＢＯＤが多い場合は濾層の目詰まりが速く生じ、洗浄によりＳＳ性のＢＯＤは洗浄排液として排出されるため、余剰汚泥量が増大する。
【０００６】
上記の方法において活性汚泥をオゾン処理する場合、多量のオゾンを用いると溶解性ＢＯＤの量を多くすることができるが、オゾンの使用量が多くなって無駄が多い。またオゾンの使用量を少なくすると、ＳＳ性のＢＯＤが多くなり、これを生物濾過装置に戻しても濾層における捕捉量が多くなる。このため結果的に余剰汚泥量が多くなり、汚泥の減量化は困難である。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点を解決するため、生物濾過装置を用いる場合でも、少ないオゾン量で余剰汚泥の発生量を少なくし、場合によっては余剰汚泥の発生量を実質的にゼロにすることもできる水処理装置を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、生物膜を形成した濾層に被処理液を通液して、有機物その他の不純物を除去する生物濾過装置と、
濾層に付着した不純物および過剰に形成された生物膜を剥離し、洗浄排液として排出する洗浄装置と、
排出された洗浄排液、その濃縮液またはそれらのオゾン処理液を浮遊性汚泥の存在下に好気性処理する好気性処理装置と、
前記洗浄排液、その濃縮液、好気性処理装置の混合液または分離汚泥をオゾン処理して好気性処理装置に導入するオゾン処理装置と
を備えた水処理装置である。
【０００９】
本発明において生物濾過装置は、生物膜を形成した濾層を有し、この濾層に被処理液を通液して有機物、窒素化合物、ＳＳ等の不純物を除去するように構成されたものである。濾層としては粒状の発泡樹脂等の浮上性担体や、樹脂、活性炭、砂等の沈降性担体などからなる粒径０．５〜２０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍの粒状の担体に生物膜を形成したものが好ましいが、ブロック状、線状または面状の担体を集合させたもの、あるいは全体が三次元的に連続した担体などに生物膜を形成したものでもよい。
【００１０】
生物膜の形成は、これらの濾層に被処理液を通液して、処理操作と同様の操作を行うことにより自然発生的に形成される。この生物膜は被処理液中の有機物等を分解する微生物を含む活性汚泥が担体に付着して増殖することにより形成される。濾層はこのような生物膜が形成された状態で通液が可能なように形成される。濾層の高さ、間隙の大きさ等は処理に要する範囲で任意に決められる。
【００１１】
濾層に通液する被処理液は有機物、窒素化合物等の汚れ成分を含むものであればよく、ＳＳその他の不純物がさらに含まれていてもよい。生物濾過装置は溶解性ＢＯＤを含む被処理液を処理するのに適しているが、ＳＳ等も濾層に捕捉されて除去される。しかし都市下水のように多量のＳＳが含まれる場合は、濾層の目詰まりが激しくなるため、生物濾過装置の前に沈殿槽（最初沈殿槽）を設けて予めＳＳの大部分を除去してから生物濾過装置で処理するのが好ましい。このほかアンモニア性窒素、リン等の生物処理可能な成分が含まれていてもよい。
【００１２】
濾層への被処理液の通液方法は任意であり、被処理液および濾層の種類等により、処理に適した方法を採用する。例えば通液方向は浮上性濾材を使用する場合は上向流、沈降性濾材を使用する場合は下向流とするのが一般的であるが、逆でもよく、場合によっては横方向その他の方向でもよい。通液時の流速は被処理液濃度や濾層の状況等に応じて、処理可能な範囲で任意に決められる。
【００１３】
処理の他の条件は処理に必要な範囲で任意に選択される。例えば濾層の雰囲気はＢＯＤ除去のためには好気性とされるが、脱窒や脱リンを行う場合は一部において嫌気状態に維持することも可能である。好気性に維持するためには濾層に通気が行われるが、一部を嫌気状態にするためには濾層の中間部に散気装置を設け、好気ゾーンと嫌気ゾーンを形成する。そして脱窒の際には硝化液を脱窒部へ循環することもある。また脱リンの際、汚泥の循環が必要な場合には、濾材を移動させて好気ゾーンと嫌気ゾーンを移動させることができる。
【００１４】
洗浄装置は生物濾過装置において濾層が目詰まりしたとき、濾層に捕捉されたＳＳや過剰に付着した生物膜を剥離するように構成される。この洗浄は処理時とは逆方向に洗浄水を通液する逆洗が一般的であるが、ＳＳや生物膜の剥離が可能な限り、同方向でもよい。このとき濾層を展開し、あるいは散気による空気洗浄を併用することにより剥離を容易に行うことができる。空気洗浄を併用する場合、予め空気洗浄を行って汚泥を剥離し、その後洗浄法を行って剥離した汚泥を排出するようにすると、少ない洗浄水で洗浄を行うことができる。
【００１５】
洗浄により排出される洗浄排液は、濃縮装置において濃縮して好気性処理を行うのが好ましい。洗浄排液に含まれる剥離汚泥は重質で沈降性に優れることから、濃縮装置としては沈降分離等の重力を利用した固液分離装置が適している。この濃縮装置は最初沈殿槽と兼用してもよく、また場合によっては好気性処理装置と兼用してもよい。濃縮装置では４〜４０倍、好ましくは２０〜４０倍に濃縮するのが好ましい。
【００１６】
好気性処理装置は浮遊性汚泥の存在下に好気性処理する装置であり、従来の活性汚泥処理装置と同様に、浮遊性汚泥と洗浄排液、その濃縮液またはオゾン処理液とを混合して好気性処理するように構成される。好気性処理装置は連続式に運転されるのが一般的であるが、濃縮装置と兼用する場合はバッチ式で運転される。また好気性処理装置は最初沈降槽の分離汚泥も同時に処理するように構成することができる。
【００１７】
オゾン処理装置は洗浄排液もしくその濃縮液、または好気性処理装置の混合液もしくはその分離汚泥にオゾンまたはオゾン含有ガスを注入して有機物を分解するように構成される。オゾン注入量は汚泥中の有機物が分解されてＢＯＤ化するのに必要な量であるが、この場合全体が溶解性ＢＯＤに変換する必要はなく、大部分がＳＳ性ＢＯＤに変換される程度でよい。その具体的な量は汚泥の種類等により変わるが、一般的には０．００２〜０．２ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳ、好ましくは０．００５〜０．１ｇ−Ｏ3／ｇ−ＶＳＳである。
【００１８】
オゾン処理の対象となるのは洗浄排液に含まれる汚泥であり、具体的には洗浄排液、その濃縮液、好気性処理装置の混合液または分離汚泥にオゾンを注入して、これらに含まれる汚泥を分解する。分解する汚泥の量は最終的に好気性処理装置から排出される余剰汚泥の量が減少する量であるが、余剰汚泥が実質的にゼロになる量とするのが好ましい。この量は被処理液の種類、その処理方法等により異なるが、一般的には好気性処理装置で保持される汚泥量の１０〜５０重量％、好ましくは１５〜４０重量％とするのが適当である。
【００１９】
【作用】
本発明の水処理装置においては、生物膜を形成した濾層を有する生物濾過装置に被処理液を通液して、生物濾過を行う。このとき被処理液中のＳＳは濾層に捕捉され、有機物特に溶解性ＢＯＤは生物膜により分解されて除去される。
処理の進行に伴って、ＳＳの捕捉と生物膜の増殖により濾層が目詰まりし、通液できなくなるので、洗浄装置により濾層の洗浄を行い、濾層から生物膜を含む汚泥を剥離し、洗浄排液として排出する。
【００２０】
洗浄排液は必要により濃縮装置において濃縮し、あるいはさらにオゾン処理装置でオゾン処理して好気性処理装置に導入し、浮遊汚泥と混合して好気性処理を行う。好気性処理装置では通常の活性汚泥処理装置と同様に、曝気槽の混合液を固液分離槽で固液分離し、分離汚泥を曝気槽に返送して浮遊汚泥の量を維持するが、余剰汚泥量を減容化するのに必要な限度で、混合液または分離汚泥をオゾン処理してＢＯＤ化し曝気槽に戻す。
【００２１】
オゾン処理によりＢＯＤ化した汚泥は、溶解性ＢＯＤに変換しない量のオゾン注入量でも、ＳＳ性ＢＯＤに変換することにより、浮遊汚泥中の好気性微生物により資化されて分解し、余剰汚泥量が減少する。余剰汚泥が生成しないように過剰量の汚泥を引出してオゾン処理し、これを曝気槽に戻すことにより余剰汚泥の生成量は実質的にゼロになる。
【００２２】
生物濾過装置において過剰に生成する汚泥は、好気性生物処理により生成した汚泥であるため安定化しており、これをそのまま好気性処理装置に導入しても減容化は困難であるが、オゾン処理によりＢＯＤ化することにより生物分解が可能となり、余剰汚泥を減容化できる。この場合オゾン処理液を生物濾過装置に戻して処理する場合に比べて、少ないオゾン量で減容化が可能となる。
【００２３】
本発明では生物濾過装置に加えて新たに好気性処理装置が必要となるが、生成する洗浄排液は少量であり、またその汚泥は沈降性がよく濃縮が容易であるため、濃縮によりさらに少容量とすることができ、これにより小型の装置で処理が可能となる。このため生物濾過装置においても、少ないオゾン量で汚泥の減容化が可能になり、そのメリットは大きい。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を図面の実施例により説明する。
図１〜図３はそれぞれ本発明の水処理装置の別の実施例による有機性排液処理装置の系統図である。
図１において、１は生物濾過装置であり、内部に発泡ポリスチレン等の浮上性の粒状担体に生物膜を形成した濾層２が充填され、上部の支持板３で支持されている。生物濾過装置１の下部には被処理液路４が連絡し、上部には処理液路５が連絡している。生物濾過装置１の濾層２の下部には散気装置６が設けられて、空気供給路７が連絡している。生物濾過装置１の上部には上部液層８が設けられ、底部には弁１０を有する洗浄排液路９が連絡して、これらは洗浄装置を形成している。
【００２５】
１１は沈殿槽からなる濃縮装置で、生物濾過装置１から洗浄排水路９が連絡している。濃縮装置１１の上部から分離液返送液路１２が被処理液路４に連絡し、底部から濃縮汚泥取出路１３がオゾン処理装置１５に連絡している。オゾン処理装置１５の下部にはオゾン発生機１６からオゾン供給路１７が連絡し、上部からオゾン処理液路１８が好気性処理装置２０に連絡している。
【００２６】
好気性処理装置２０の下部には散気装置２１が設けられて、空気供給路２２が連絡し、上部から混合液取出路２３が固液分離装置２４に連絡している。固液分離装置２４の上部から分離液路２５が被処理液路４に連絡し、底部に連絡する分離汚泥取出路２６は分岐して、その一部は返送汚泥路２７として好気性処理装置２０に連絡し、一部は余剰汚泥路２８としてオゾン処理装置１５に連絡している。
【００２７】
上記の有機性排液処理装置においては、空気供給路７から空気を供給して散気装置６から散気しながら、被処理液路４から有機性排液を導入して、濾層２を上向流で通過させて生物濾過を行う。この操作を行うことにより、濾層２を構成する粒状担体には生物膜が形成され、その生物膜に含まれる微生物の作用により有機物が分解されるとともに、ＳＳが濾層２に捕捉される。濾過液は処理液として処理液路５から排出される。
【００２８】
処理の進行に伴って、ＳＳの捕捉と生物膜の増殖により濾層２内の汚泥量が増加して圧損が上昇するので、濾層２の洗浄を行う。このとき被処理液の導入を停止し、散気装置６から通常より多量の空気を散気して空気洗浄を行い、濾層２に付着した過剰の汚泥を剥離する。そして弁１０を開くことにより、上部液層８の液が洗浄液として剥離汚泥を流い出し、洗浄排液を洗浄排液路９から濃縮装置１１に導入する。
濃縮装置１１では、沈降分離により剥離汚泥を濃縮し、濃縮汚泥を濃縮汚泥取出路１３からオゾン処理装置１５に導入し、分離液を分離液返送路１２から被処理液路４に返送する。
【００２９】
オゾン処理装置１５では濃縮汚泥取出路１３から導入する濃縮汚泥と、余剰汚泥路２８から導入する余剰汚泥を混合し、オゾン発生機１６からオゾン供給路１７を通して供給されるオゾンを注入してオゾン処理を行い、汚泥をＢＯＤ化して好気性処理装置２０に導入する。ここでは汚泥を完全に溶解性ＢＯＤに転換せず、大部分がＳＳ性ＢＯＤに転換する程度のオゾン注入量とする。
好気性処理装置２０では、通常の活性汚泥処理装置と同様にして空気供給路２２から空気を供給し、散気装置２１から散気して曝気を行うことにより、好気性微生物を含む浮遊性汚泥が生成し、好気性処理が行われる。これによりオゾン処理汚泥はＢＯＤとして資化されて分解する。
【００３０】
好気性処理装置２０の混合液は混合液取出路２３から固液分離装置２４に送られて固液分離される。そして分離液は分離液路２５から被処理液路４を経て生物濾過装置１に導入され、生物濾過が行われる。分離汚泥は分離汚泥取出路２６から取出され、一部は返送汚泥として返送汚泥路２７から好気性処理装置２０に返送され、残部は余剰汚泥として余剰汚泥路２８からオゾン処理装置１５に送られる。ここで返送汚泥の量を通常の活性汚泥処理と同様にしていると、好気性処理装置２０内の浮遊性汚泥の量が増加していくので、返送汚泥量を少なくして余剰汚泥量を多くすると、好気性処理装置２０内の浮遊性汚泥の量を一定するすることができ、系外へ排出する余剰汚泥の量は実質的にゼロにすることができる。この場合でも無機化した浮遊汚泥を少量ずつ系外に排出するのが好ましい。
【００３１】
図２の有機性排液処理装置では、生物濾過装置１の濾層２の中間部に散気装置６ａが設けられて空気供給路７ａに連絡し、上部液層８から返送液路５ａが被処理液路４に連絡しており、濾層２は硝化ゾーン２ａと脱窒ゾーン２ｂに区画されている。また濃縮汚泥取出路１３は直接好気性処理装置２０に連絡し、オゾン処理装置１５は余剰汚泥のみをオゾン処理して好気性処理装置２０に返送するように構成されている。
【００３２】
上記の有機性排液処理装置において、散気装置６からの散気を停止し、散気装置６ａから散気して生物濾過を行う。このとき返送液路５ａから返送される硝化液とともに、被処理液が被処理液路４から生物濾過装置１に入ると、濾層２の下部は散気されないで、脱窒ゾーン２ｂとなっているため、ここで脱窒とＢＯＤの除去が行われる。そして硝化ゾーン２ａでは残留するＢＯＤが除去されるとともに、硝化が行われる。硝化液は一部が返送液路５ａから循環するとともに、一部は処理液として処理液路５から排出される。
【００３３】
濾層２の洗浄を行う場合は、被処理液の導入を停止し、散気装置６から散気を行って空気洗浄を行い、過剰の汚泥を剥離する。このとき散気装置６ａからの散気を行ってもよく、停止してもよい。その後弁１０を開いて洗浄排液を濃縮装置１１に導入し、濃縮を行う。濃縮汚泥は濃縮汚泥取出路１３から好気性処理装置２０に導入されて好気性処理が行われる。好気性処理は図１の場合とほぼ同様に行われるが、オゾン処理は余剰汚泥路２８から取出される余剰汚泥のみについて行い、好気性処理装置２０に返送される。このように余剰汚泥のみについてオゾン処理を行うと、オゾン処理を行うために取出す汚泥量の制御が容易であり、好気性処理を安定して行うことが可能になる。固液分離装置２４の分離液は分離液路２５から処理液として排出される。
【００３４】
図３では生物濾過装置１の前に最初沈殿槽３０が設けられ、また好気性処理装置２０はバッチ式で、濃縮装置を兼用している。最初沈殿槽３０から分離液路３１が生物濾過装置１に連絡し、分離汚泥取出路３２が好気性処理装置２０に連絡している。オゾン処理装置１５は好気性処理槽２０と混合液取出路３３およびオゾン処理液路１８で連絡している。
【００３５】
上記の有機性排液処理装置においては、被処理液は被処理液路４から最初沈殿槽３０に入って固液分離を行い、分離液は分離液路３１から生物濾過装置１に導入して生物濾過を行い、分離汚泥は分離汚泥取出路３２から好気性処理装置２０に導入して好気性処理を行う。
【００３６】
生物濾過装置１の洗浄は図１の場合と同様に行われ、洗浄排液は洗浄排液路９から好気性処理装置２０に導入される。洗浄排液の発生は間欠的であるので、発生した段階で散気装置２１からの散気を停止して重力分離を行い、分離液を分離液路２５から最初沈殿槽３０に導入して沈殿分離を行う。分離液を排出した段階で散気装置２１から散気を行って好気性処理を行う。このとき好気性処理装置２０から混合液取出路３３を通して混合液をオゾン処理装置１５に取出し、オゾン処理を行って好気性処理装置２０に返送する。好気性処理装置２０の処理液は分離液路２５から最初沈殿槽３０に移送して固液分離を行う。
【００３７】
試験例１
原水ＢＯＤ濃度５ｍｇ／ｌ、窒素濃度６０ｍｇ／ｌ、ＳＳ濃度３ｍｇ／ｌの有機性排水を図２に示す一槽式の生物濾過装置１により処理し、ＢＯＤおよび窒素除去を行った。濾層２は浮上性濾材を３ｍの高さに充填し、上向流速２ｍ／ｈ、空気上昇速度は２ｍ／ｈとした。脱窒のための水素供与体としては、メタノールを窒素量の２．５倍添加した。生物濾過装置の濾層の洗浄は、３日に１回行った。洗浄排水は濃縮装置１１で約３時間沈降した後、９０ｖｏｌ％の上澄みを生物濾過装置１に返送し、ＳＳ濃度１０，０００ｍｇ／ｌの沈殿物を好気性処理装置２０へ移送した。好気性処理装置２０の浮遊汚泥濃度は約１０００ｍｇ／ｌ程度とした。固液分離装置２４から余剰汚泥をオゾン処理装置１５に導き、オゾン処理した後好気性処理装置２０に返送し、再度生物分解を行った。オゾン処理を行う余剰汚泥の量は、固液分離装置２４で分離される汚泥の乾燥重量の１５ｗｔ％とした。
この結果、好気性処理装置の汚泥濃度は約１０００ｍｇ／ｌで一定となり、系外への余剰汚泥の排出はなくなり、従来必要であった余剰汚泥の脱水、処分は不必要となった。
【００３８】
試験例２
都市下水を図３の装置により処理した。生物濾過装置１の濾層２は浮上性濾材を３ｍの高さに充填し、上向流速３ｍ／ｈ、空気上昇速度１２ｍ／ｈｒとし、濾層の洗浄は２日に１回行った。濃縮装置を兼ねる回分式の好気性処理装置２０により濃縮と好気性処理を分けて行い、好気性処理装置２０内の混合液を、汚泥の乾燥重量として１５ｗｔ％をオゾン処理して返送した。その結果好気性処理装置２０の汚泥濃度は約１０００ｍｇ／ｌとなり安定して処理を行うことができ、系外への余剰汚泥の排出はなくなった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、生物濾過装置から排出される洗浄排液に含まれる剥離汚泥をオゾン処理して好気性処理するようにしたので、少ないオゾン量で剥離汚泥をＢＯＤ化して好気性処理することができ、これにより系外に排出する余剰汚泥量を減少させ、場合によっては余剰汚泥の排出量をゼロにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の有機性排液処理装置の系統図である。
【図２】他の実施例の有機性排液処理装置の系統図である。
【図３】さらに他の実施例の有機性排液処理装置の系統図である。
【符号の説明】
１  生物濾過装置
２  濾層
３  支持板
４  被処理液路
５  処理液路
６、６ａ、２１  散気装置
７、７ａ、２２  空気供給路
８  上部液層
９  洗浄排液路
１０  弁
１１  濃縮装置
１２  分離液返送路
１３  濃縮汚泥取出路
１５  オゾン処理装置
１６  オゾン発生機
１７  オゾン供給路
１８  オゾン処理液路
２０  好気性処理装置
２３、３３  混合液取出路
２４  固液分離装置
２５、３１  分離液路
２６、３２  分離汚泥取出路
２７  返送汚泥路
２８  余剰汚泥路
３０  最初沈殿槽
【図１】
0003692552.tif 000002
【図２】
0003692552.tif 000003
【図３】
0003692552.tif 000004