(57)【要約】【課題】安全かつ簡易な方法で余剰汚泥の発生量を削減できる排水処理装置を提供すること。【解決手段】排水処理装置１は、有機物性の排水Ｄが流れる処理槽２を備えている。処理槽２は、排水流入部３及び排水流出部５とともに、排水Ｄに空気を供給する曝気部６と、排水Ｄ内の活性汚泥を滞留させる活性汚泥処理部７と、を備えている。曝気部６には、処理槽２内へ空気を吐出するための吐出口８が形成されている。この吐出口８から適宜空気や酸素が吐出され、そこを流れる排水Ｄに酸素を供給する。活性汚泥処理部７は、排水Ｄが処理槽２内を流れる方向Ｆに対して間隔を設けて複数配されている。すなわち、曝気部６と活性汚泥処理部７とが、排水Ｄの流れる方向Ｆに交互に配されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物性の排水が流れる処理槽を備え、
該処理槽が、前記排水に空気を供給する曝気部と、
該曝気部にて生成された活性汚泥を滞留させて好気性分解を促進させる活性汚泥処理部と、
を備え、
前記活性汚泥処理部が、前記処理槽内の前記排水の流れる方向に間隔を設けて複数配されていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記活性汚泥処理部が、前記曝気部の流路面積よりも小さい流路面積に形成された細径流路を複数備え、
該細径流路が、前記処理槽内に並列に配されていることを特徴とする請求項１に記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記処理槽内の前記排水のすべてが、前記細径流路内を一方向に通過することを特徴とする請求項２に記載の排水処理装置。
【請求項４】
前記細径流路内の前記活性汚泥の濃度が、８，０００ｍｇ/ｌ以上、かつ、１０，０００ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする請求項２に記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生物学的方法を用いた排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭排水や産業排水、下水等には、汚濁物として種々の有機物（有機物性汚濁物）が含まれている（以下、家庭排水や産業排水、下水等をまとめて有機物性汚濁排水、又は単に排水という）。このような家庭排水等の浄化や処理方法として活性汚泥法が採用されている。
【０００３】
標準的な活性汚泥法は、まず、有機物性汚濁排水を曝気し攪拌することで、排水中を浮遊する好気性細菌等の活動に必要な酸素を供給し有機物性汚濁物を捕食させて好気性細菌等を増殖させる（同化作用）。このとき、汚濁物の一部は、好気性細菌等の呼吸により二酸化炭素や水等に分解される（異化作用）。
【０００４】
この曝気によって、粘着性の好気性細菌が増殖して浮遊状のフロック（かたまり）を形成する。そして、細菌等の増殖と並行して、フロックに付着した原生動物等（ワムシ、ラッパムシ等）に、更に排水中の汚濁物や浮遊性の細菌や菌類等を捕食させて、フロックをより大きく成長させる。
【０００５】
次に、こうして大きく成長したフロックやＳＳ（Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄｓ）等を含む排水を沈殿槽に移し、緩やかに流してフロックやＳＳ等を沈降させる。そして、汚濁物を除去されてきれいになった上澄み液を更に消毒した後、河川等に放流する。
【０００６】
こうして、排水中から有機物、すなわち、排水のＳＳやＢＯＤ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）、ＣＯＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｏｘｙｇｅｎ  Ｄｅｍａｎｄ）等を低減させて、排水を浄化する。
【０００７】
一方、排水中の有機物性汚濁物は細菌や原生動物等に形を変え、未分解の汚濁物（ＳＳ等を含む）とともに沈降して活性汚泥となる。この活性汚泥は、一部は曝気槽に戻されて好気処理に再利用されるものもあるが、大半は余剰汚泥として沈殿、濃縮、脱水の工程を経て、処理場から脱水ケーキ（産業廃棄物）として排出される。
【０００８】
この余剰汚泥は、例えば、肥料として再利用することも考えられるが、すべてを肥料にするのは明らかに供給過剰であり限界がある。また、余剰汚泥を海洋に投棄することもできない。そのため、現状では、余剰汚泥のほとんどが焼却されて埋め立てられているが、廃棄・焼却等の処分に大きな費用を必要とする。
【０００９】
そこで、この余剰汚泥の発生を低減させるために、高圧状態の二酸化炭素を用いる方法（例えば、特許文献１参照）や、余剰汚泥の一部をせん断及び微細化する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２４６２８７公報
【特許文献２】特開２０１２−２００６９５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の排水処理装置では、高圧状態の二酸化炭素を用いることへの安全上の懸念があったり、余剰汚泥の一部をせん断及び微細化するための設備が必要になったりする。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、安全かつ簡易な方法で余剰汚泥の発生量を削減できる排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る排水処理装置は、有機物性の排水が流れる処理槽を備え、該処理槽が、前記排水に空気を供給する曝気部と、該曝気部にて生成された活性汚泥を滞留させて好気性分解を促進させる活性汚泥処理部と、を備え、前記活性汚泥処理部が、前記処理槽内の前記排水の流れる方向に間隔を設けて複数配されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明は、曝気部にて排水を好気状態にして排水内の有機物性汚濁物を好気性微生物に取り込ませてこれを増殖させ活性汚泥を生成する。この活性汚泥を活性汚泥処理部内に滞留させることにより、排水中の酸素を消費する内生代謝による自己消化作用を高め、活性汚泥処理部から排出される活性汚泥量を減少させることができる。さらに、この活性汚泥処理部が複数配されることにより、上記処理が排水の流れに沿って繰り返し行われ、余剰汚泥発生量が削減される。
【００１５】
また、本発明に係る排水処理装置は、前記排水処理装置であって、前記活性汚泥処理部が、前記曝気部の流路面積よりも小さい流路面積に形成された細径流路を複数備え、該細径流路が、前記処理槽内に並列に配されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明は、曝気部に比べて各細径流路内の流速を減少させるので、各細径流路内に活性汚泥を高濃度で保持することができる。
【００１７】
また、本発明に係る排水処理装置は、前記排水処理装置であって、前記処理槽内の前記排水のすべてが、前記細径流路内を一方向に通過することを特徴とする。
【００１８】
この発明は、排水のすべてが細径流路内を一方向に通過するので、すべての排水を漏らさず処理することができる。
【００１９】
また、本発明に係る排水処理装置は、前記排水処理装置であって、前記細径流路内の前記活性汚泥の濃度が、４，５００ｍｇ/ｌ以上、かつ、１０，０００ｍｇ／ｌ以下であることを特徴とする。
【００２０】
この発明は、排水が細径流路を通過する度に、排水中の酸素を消費する活性汚泥内の好気性微生物の内生代謝による自己消化作用を好適に行わせることができ、好気条件下で有機物を分解し、余剰汚泥の発生を大幅に削減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、安全かつ簡易な方法で余剰汚泥の発生量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る排水処理装置の概要を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排水処理装置の活性汚泥処理部を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排水処理装置の実施例における概要を示す平面図である。
【図４】図３に示す排水処理装置を用いた実験結果のうち、排水流入部に近い位置の活性汚泥処理部内に生息していた生物の写真である。
【図５】図３に示す排水処理装置を用いた実験結果のうち、排水流出部に近い位置の活性汚泥処理部内に生息していた生物の写真である。
【図６】食品工場におけるＳＳ量の実験結果を示すグラフである。
【図７】食品工場におけるＢＯＤ量の実験結果を示すグラフである。
【図８】化学工場における処理実験条件及び結果を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る排水処理装置の性能実験時の装置概要図である。
【図１０】図９に示す装置における実験結果を示すグラフである。
【図１１】図９に示す装置における実験終了時の状態を示す写真である。
【図１２】図９に示す装置における実験終了時に活性汚泥処理部内に生息していた生物の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る排水処理装置１は、図１に示すように、有機物性の排水Ｄが流れる処理槽２を備えている。処理槽２は、排水流入部３及び排水流出部５とともに、排水Ｄに空気を供給する曝気部６と、排水Ｄ内の活性汚泥を滞留させる活性汚泥処理部７と、を備えている。
【００２４】
曝気部６には、処理槽２内へ空気を供給するための吐出口８が形成されている。この吐出口８から適宜空気や酸素が吐出され、そこを流れる排水Ｄに酸素を供給する。
【００２５】
活性汚泥処理部７は、排水Ｄが処理槽２内を流れる方向Ｆに対して間隔を設けて複数配されている。すなわち、曝気部６と活性汚泥処理部７とが、排水Ｄの流れる方向Ｆに交互に配されている。各活性汚泥処理部７は、図２に示すように、処理槽２の流路面積よりも小さい流路面積に形成された細径流路９を複数備えている。この細径流路９は、処理槽２内を通過する排水Ｄが何れかの細径流路９内に流入するように、処理槽２内に並列に配されている。
【００２６】
細径流路９の長さと流路面積とは、処理槽２内への排水Ｄの流入流量や滞留時間、流入ＢＯＤによって決定される。すなわち、細径流路９内での好気状態を維持しつつ、細径流路９内のＭＬＳＳ(Ｍｉｘｅｄ  Ｌｉｑｕｏｒ  Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ  Ｓｏｌｉｄｓ)（活性汚泥浮遊物質(ｍｇ／ｌ)(反応タンク内混合液１リットル当たりの活性汚泥の重さ)）は大きく、かつ、細径流路９から流出するＳＳ量は小さくなるように決められる。
【００２７】
次に、本実施形態に係る排水処理装置１の作用について説明する。処理槽２の排水流入部３から流入した排水Ｄは、曝気部６にて曝気による好気処理が行われ、粘着性の好気性細菌等により不図示の活性汚泥が形成される。形成された活性汚泥は、排水Ｄとともに活性汚泥処理部７の各細径流路９に流入する。
【００２８】
流入した活性汚泥は、細径流路９内で更に成長し、またその粘着性により、同様に形成された他の活性汚泥と結び付く。
【００２９】
活性汚泥には、好気性微生物が内包されており、その好気性微生物が細径流路９内の排水Ｄ中の溶存酸素を吸収し続け、活性汚泥を分解する。この内生代謝が、各活性汚泥処理部７にて行われ、排水流出部から排出される排水Ｄ内の余剰汚泥量を減少させる。
【００３０】
この排水処理装置１によれば、活性汚泥処理部７内に滞留する活性汚泥内の好気性微生物の内生代謝を利用することにより、安全かつ簡易な方法で余剰汚泥の発生量を削減することができる。
【００３１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、細径流路の断面形状は、四角形、円形、楕円形等どのような形状でも構わない。また、材質も特に限定されない。
【実施例１】
【００３２】
図３に示す排水処理装置１０を使用して、ＢＯＤ除去率等の測定を行った。排水処理装置１０は、処理槽１１と、曝気部１２と、活性汚泥処理部１３と、汚泥を沈降分離する沈殿槽１５と、処理した排水を放出する放流ピット１６と、を備えている。沈殿槽１５では、余剰汚泥発生量を確認した。また、放流ピット１６では、汚泥の流出量を確認した。
【００３３】
実験の都合上、処理槽２の全長を短くするため、途中に折返し部１７を設けた。活性汚泥処理部１３の各細径流路は、一辺１４．３ｍｍの四角形断面とするとともに、全長を３０ｃｍとした。
【００３４】
この排水処理装置１０を用いて、低負荷かつ長時間の場合（Ｃａｓｅ１）と、高負荷かつ短時間の場合（Ｃａｓｅ２）とでＢＯＤ除去率の差を実験した。ここで、曝気部１２における曝気風量は０．１２ｍ３／ｍｉｎとした。実験条件及び実験結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
この実験期間中、余剰汚泥の発生を抑えることができた。Ｃａｓｅ２の条件では低いＢＯＤ除去率しか得ることができなかったが、高い内部ＭＬＳＳを維持できる運転条件を選定することが、余剰汚泥の発生を抑えつつ高ＢＯＤ除去率を実現するために必要であることが判った。
【００３７】
なお、活性汚泥処理部１３内における原生生物、微小動物の観察を行い、細径流路内の環境を確認した。結果を図４及び図５に示す。本排水処理装置１０全般にわたって原生生物、微小動物が生息、好気性状態が維持されていることがわかった。
【実施例２】
【００３８】
次に、食品工場にて、約４か月にわたり細径流路の流路形状を１０ｍｍ角、１４．３ｍｍ角、２０ｍｍ角の３種類で変化させたときの流入水質と流出水質との変化を計測して処理性能の違いについての確認実験を行った。各曝気部の長さと各活性汚泥部の長さとを最初の３か月程度は各３０ｃｍとしたが、残りの１ヶ月程度は、１４．３ｍｍ角のもののみ、各長さを６０ｃｍとした。曝気風量は１．０ｍ３／ｍｉｎ、各槽の流出は流入水採水から２４時間後に採取した。各流路形状における流出ＳＳ量及びＢＯＤ量の時間推移を図６及び図７に示す。
【００３９】
９月から１０月にかけて、ブロワ停止等のトラブルが多発したため、一時的に処理水の悪化が確認されたが、その中でも２０ｍｍ角の場合は比較的安定した結果が得られた。なお、何れの場合においても余剰汚泥の発生を抑えることができた。
【実施例３】
【００４０】
次に、化学工場にて、曝気部における曝気風量と滞留時間とを変化させたときのＢＯＤ除去率と流出ＳＳ濃度とを測定して処理性能の比較実験を行った。このときの実験条件及び実験結果を図８に示す。
【００４１】
高容積負荷の場合には処理が困難であったものの、適切な酸素供給量のもと、図８内の曲線で囲まれる範囲の運転条件（ＢＯＤ容積負荷が３ｋｇＢＯＤ／ｍ３／ｄａｙ以下の範囲）では、ＢＯＤ除去率を８０％以上にすることができ、余剰汚泥の発生を抑えることができた。この実験結果から、本発明に係る排水処理装置は、従来の活性汚泥処理（０．５ｋｇ〜１ｋｇＢＯＤ／ｍ３／ｄａｙ）の３倍以上の処理性能があることがわかった。
【実施例４】
【００４２】
次に、排水を循環させることによってＭＬＳＳと汚泥増加量との関係を確認する実験を行った。ここでの排水処理装置２０は、細径流路２１の形状が１４．３ｍｍ角で流路長が３０ｃｍのものを１１個×１１個並べて活性汚泥処理部２２としたものを、図９に示すように、活性汚泥処理部２２の上端側の一部（ここでは上から３列目まで）が水面より上側となるように有効容積１８Ｌの処理槽２３内に載置した。活性汚泥処理部２２の上流側及び下流側のそれぞれには、曝気部２５として曝気用ブロワ２６により空気が送られるようにした。
【００４３】
排水Ｄとして糖蜜(日の出蜜：大日本明治製糖株式会社製)を溶解したものとし、通水流量６０ｍｌ／ｍｉｎにて処理槽２３内をポンプ２７により循環させた。ここで、糖蜜２０ｇ、尿素２ｇを水道水１Ｌに溶解させた溶液のＢＯＤ濃度は、９，４００ｍｇ／ｌであった（（株）環境管理センターにて測定）。初期の排水Ｄは、所定のＭＬＳＳ濃度を有するものとし、この溶液に上記糖蜜を１日あたり１０ｇずつ投与していった。
【００４４】
実験は第１クール、第２クールの２回に分けて実施した。それぞれの結果を図１０及び図１１、並びに表２（第１クール）及び表３（第２クール）に示す。ここで、糖蜜１０ｇは、ＢＯＤ４．７ｇに相当する。また、第２クールの実験の総括を表４に示す。
【００４５】
【表２】
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【００４６】
【表３】
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【００４７】
【表４】
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【００４８】
図１０に示すように、ＭＬＳＳ濃度が８，０００ｍｇ／ｌを超えると、汚泥発生量と、活性汚泥内の好気性微生物の自己消化による汚泥の分解量と、が釣り合うようになり、見かけの汚泥転換率が大幅に減少し、ＭＬＳＳ濃度の増加を抑えつつ余剰汚泥の引抜を不要とすることができた。第２クール終了後の上澄み水のＢＯＤ濃度は、３９ｍｇ／ｌ（（株）環境管理センターにて測定）であった。これは、この間に投入されたＢＯＤが好適に分解されたことを示す。
【００４９】
図１１に示すように、活性汚泥処理部２２内に堆積された活性汚泥が明るい茶色であったことから、実験期間中、好気性処理が好適に行われていたことがわかった。また、図１２に示すように、活性汚泥処理部２２内には原生生物、微小動物が生息しており、好気性状態が維持されていることがわかった。
【００５０】
また、ＢＯＤからＳＳへの汚泥変換率は、何れの場合も従来の好気性処理における５０〜８０％を大きく下回っていた。
【符号の説明】
【００５１】
１，１０，２０  排水処理装置
２，１１，２３  処理槽
６，１２，２５  曝気部
７，１３，２２  活性汚泥処理部
９，２１  細径流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図４】
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【図５】
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【図１１】
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【図１２】
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