(57)【要約】【課題】高濃度窒素排水と酸性排水、特にフッ素含有排水を複合的に処理できるランニングコストの低い排水処理装置および排水処理方法を提供する。【解決手段】処理すべき排水のｐＨを、後工程である排水から窒素を除去する窒素処理工程の処理水を加えることで調整する排水処理装置および排水処理方法であって、好ましくは排水を嫌気性の脱窒槽３と曝気装置１６で曝気される硝化槽４とに順に導入し、硝化槽４から液中膜１９で濾過した処理水でフッ素を含有する排水のｐＨを調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水のｐＨを調整するｐＨ調整槽と、該ｐＨ調整槽の下流で排水から窒素を除去する窒素処理装置とを備え、
前記窒素処理装置で処理した処理水の一部を前記ｐＨ調整槽に導入することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記窒素処理装置は、嫌気性微生物によって生化学的分解を行う脱窒槽と、曝気装置によって曝気され、好気性微生物によって酸化分解を行う硝化槽とからなり、
前記硝化槽は、処理水を濾過して排出する液中膜を有す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】
前記曝気装置は、マイクロナノバブル発生装置を含む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】
前記硝化槽は、前記液中膜が設置され、前記曝気装置によって曝気される好気部を構成する上部と、
前記曝気装置の下方にあって曝気されない半嫌気部を構成する下部とからなり、
前記脱窒槽の排水が前記半嫌気部に導入されることを特徴とする請求項２または３に記載の排水処理装置。
【請求項５】
前記半嫌気部の底部は、ホッパー状をしており、
前記半嫌気部の底部の汚泥を前記脱窒槽の底部に返送するポンプを有し、
窒素を含有する排水が前記脱窒槽の底部に導入されることを特徴とする請求項４に記載の排水処理装置。
【請求項６】
前記曝気装置は、前記脱窒槽と前記硝化槽との間に設けたバブル発生槽に設置したマイクロナノバブル発生装置を含む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７】
前記液中膜は、限外濾過膜であることを特徴とする請求項２から６のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項８】
前記脱窒槽に、生物処理した処理水または生物処理汚泥を導入することを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項９】
前記硝化槽のｐＨをアルカリ性に保つように前記曝気装置の曝気量を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項１０】
前記ｐＨ調整槽のｐＨが低いときは、前記曝気装置の曝気量を少なくすることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項１１】
前記窒素処理装置で処理した処理水の流量が低下したときは、前記曝気装置の曝気量を多くすることを特徴とする請求項２から８のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項１２】
前記窒素処理装置で処理した処理水の流量が低下したときは、硝化槽の水位を高くすることを特徴とする請求項２から１１のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項１３】
前記窒素処理装置に、高濃度アンモニア含有排水が導入されることを特徴とする請求項２から１２のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項１４】
前記窒素処理装置に、現像廃液が導入されることを特徴とする請求項２から１２のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項１５】
前記ｐＨ調整槽にはフッ素を含有する排水が導入され、
前記ｐＨ調整槽でｐＨを調整した排水中のフッ素を難溶性のフッ化物として分離するフッ素処理装置を備え、
前記フッ素処理装置で処理した排水は、前記窒素処理装置に導入されることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項１６】
前記フッ素処理装置は、リン酸カルシウム塩類からなるフッ素難溶性物質形成剤を充填した晶析物反応塔であることを特徴とする請求項１５に記載の排水処理装置。
【請求項１７】
前記晶析物反応塔は、リン酸を含むフッ素難溶性物質形成補助剤を注入する装置を有することを特徴とする請求項１５に記載の排水処理装置。
【請求項１８】
前記ｐＨ調整槽は、排水に難溶性物質形成剤を投入して難溶性のフッ化物を形成し、排水からフッ素を分離するフッ素処理装置の一部を構成する水槽であり、
前記フッ素処理装置で処理した排水は、前記窒素処理装置に導入されることを特徴とする請求項１５に記載の排水処理装置。
【請求項１９】
前記フッ素処理装置において、リン酸を含むフッ素難溶性物質形成補助剤が投入されることを特徴とする請求項１８に記載の排水処理装置。
【請求項２０】
前記フッ素処理装置で分離した難溶性のフッ化物の少なくとも一部分は、前記窒素処理装置に導入されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の排水処理装置。
【請求項２１】
排水からリンを除去可能なリン除去装置を備え、
前記フッ素処理装置で処理した排水は、前記リン除去装置を介して前記窒素処理装置に導入されることを特徴とする請求項１５から２０のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項２２】
前記フッ素処理装置において、排水中のリン濃度（重量換算）がフッ素濃度の１．２倍以上になるように、リン化合物を投入することを特徴とする請求項１５から２１のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項２３】
前記ｐＨ調整槽に導入される排水は、バッファードフッ酸を含有する排水またはバッファードフッ酸を含有する排水を１次処理した排水であることを特徴とする請求項１５から２２のいずれかに記載の排水処理装置。
【請求項２４】
処理すべき排水のｐＨを、後工程である排水から窒素を除去する窒素処理工程で処理した処理水を加えることで調整することを特徴とする排水処理方法。
【請求項２５】
前記窒素処理工程は、排水を、嫌気性微生物によって生化学的分解を行う脱窒槽と、曝気装置によって曝気され、好気性微生物によって酸化分解を行う硝化槽とに順に導入する工程であり、
前記硝化槽は、処理水を濾過して排出する液中膜を有することを特徴とする請求項２４に記載の排水処理方法。
【請求項２６】
前記曝気装置は、前記硝化槽内に設置したマイクロナノバブル発生装置を含むことを特徴とする請求項２５に記載の排水処理方法。
【請求項２７】
前記曝気装置は、前記脱窒槽と前記硝化槽との間に設けたバブル発生槽内に設置したマイクロナノバブル発生装置を含み、
前記曝気は、前記脱窒槽の排水を前記バブル発生槽に導入し、前記マイクロナノバブル発生装置によって排水中にマイクロナノバブルを発生させてから前記硝化槽に導入することによって行うことを特徴とする請求項２５に記載の排水処理方法。
【請求項２８】
前記硝化槽のｐＨをアルカリ性に保つように前記曝気装置による曝気量を制御することを特徴とする請求項２５から２７のいずれかに記載の排水処理方法。
【請求項２９】
前記処理すべき排水のｐＨが低いときは、前記曝気装置の曝気量を少なくすることを特徴とする請求項２５から２７のいずれかに記載の排水処理方法。
【請求項３０】
前記ｐＨを調整した排水に難溶性物質形成剤を投入して形成した難溶性のフッ化物を分離するフッ素処理工程で処理してから前記脱窒槽に導入することを特徴とする請求項２５から２９のいずれかに記載の排水処理方法。
【請求項３１】
前記フッ素処理工程において、リン酸を含有するフッ素難溶性物質形成補助剤を投入することを特徴とする請求項３０に記載の排水処理方法。
【請求項３２】
前記フッ素処理工程において、リン濃度（重量換算）がフッ素濃度の１．２倍以上になるようにリン化合物を投入し、残留するリンを前記窒素処理工程において微生物に消費させることを特徴とする請求項３０または３１に記載の排水処理方法。
【請求項３３】
前記フッ素処理工程で分離した難溶性のフッ化物の一部を前記脱窒槽または前記硝化槽に導入することを特徴とする請求項３０から３２のいずれかに記載の排水処理方法。
【請求項３４】
前記硝化槽は、前記液中膜が設置され、前記曝気装置で曝気される好気部を構成する上部と、
前記曝気装置の下方にあって曝気されない半嫌気部を構成する下部とからなり、
前記脱窒槽の排水を前記半嫌気部に導入することを特徴とする請求項２５から３３のいずれかに記載の排水処理方法。
【請求項３５】
前記半嫌気部の底部は、ホッパー状をしており、
前記半嫌気部の底部の汚泥を前記脱窒槽の底部に返送することを特徴とする請求項３４に記載の排水処理方法。
【請求項３６】
前記脱窒槽に、前記フッ素処理工程で処理した排水の他に、高濃度窒素排水と、生物処理した処理水または生物処理汚泥とを導入することを特徴とする請求項３３から３５のいずれかに記載の排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高濃度窒素排水と酸性排水、特にフッ素含有排水を複合的に処理できる排水処理装置および排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００４年４月から改正水質汚濁防止法が施行され、窒素排出量の総量規制がなされている。また、フッ素は、水質汚濁防止法の河川への放流基準では８ｍｇ／Ｌ以下でなければならず、環境基準では０．８ｍｇ／Ｌ以下である。さらに、フッ素は、ＰＲＴＲ（Pollutant Release and Transfer Register：化学物質排出移動量届出制度）の届出が必要な第１種指定化学物質に指定されており、計画的な排出量の削減が望まれる。
【０００３】
従来、アンモニア態窒素を含有する排水の処理方法として、特許文献１や特許文献２に記載されているように、排水を脱窒槽および硝化槽に順々に送り込んで、脱窒槽で排水を生物学的に脱窒処理し、脱窒槽で脱窒処理できないアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を硝化槽で硝酸性窒素にまで酸化分解して脱窒槽に返送する硝化脱窒方法が知られている。
【０００４】
しかしながら、高濃度アンモニア排水などの高濃度窒素排水は、毒性があるために微生物処理が困難であり、蒸発缶で濃縮して、その濃縮物を産業廃棄物として処理する必要があるが、短所として濃縮する際のエネルギー消費量が大きい。
【０００５】
また、排水中のフッ素を除去して０．８ｍｇ／Ｌ以下にする方法として、特許文献３には、排水にカルシウム化合物とリン酸類を加えてアパタイト主体の沈殿物を生成分離する方法が記載されている。
【０００６】
特許文献３の方法では、フッ素含有排水のｐＨを４以上、好ましくは６以上にする必要があり、酸性の排水に対してはアルカリ剤を使用しなければならない。
【特許文献１】特許第３０９５６２０号公報
【特許文献２】特許第３４６７６７１号公報
【特許文献３】特許第３５０４２４８号公報
【０００７】
半導体工場では、フッ酸とフッ化アンモニウムを混合したバッファードフッ酸が多量に使用され、高濃度窒素排水に加えてフッ素含有高濃度窒素排水を処理する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、問題点に鑑みて、本発明は、高濃度窒素排水と酸性排水、特にフッ素含有排水を複合的に処理できるランニングコストの低い排水処理装置および排水処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明による排水処理装置は、排水のｐＨを調整するｐＨ調整槽と、該ｐＨ調整槽の下流で排水から窒素を除去する窒素処理装置とを備え、前記窒素処理装置で処理した処理水の一部を前記ｐＨ調整槽に導入するものとする。
【００１０】
この構成によれば、排水処理に要するアルカリ剤などのｐＨ処理剤の消費が少なくて済み、経済的である。
【００１１】
また、本発明の排水処理装置において、前記窒素処理装置は、嫌気性微生物によって還元分解を行う脱窒槽と、曝気装置によって曝気され、好気性微生物によって酸化分解を行う硝化槽とからなり、前記硝化槽は、処理水を濾過して排出する液中膜を有するものとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、硝化槽から排出される処理水のｐＨを６から９の間で制御可能であり、原排水や一次処理した排水のｐＨ調整が可能である。
【００１３】
また、本発明の排水処理装置において、前記曝気装置は、マイクロナノバブル発生装置を含んでもよい。
【００１４】
この構成によれば、マイクロナノバブルが水中に長く留まり、処理水の酸素濃度を高めるので、硝化槽における好気性微生物が活性化される。これによって、好気性微生物の硝化槽におけるアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素の酸化分解の効率が向上する。
【００１５】
また、本発明の排水処理装置において、前記硝化槽は、前記液中膜が設置され、前記曝気装置によって曝気される好気部を構成する上部と、前記曝気装置の下方にあって曝気されない半嫌気部を構成する下部とからなり、前記脱窒槽の排水が前記半嫌気部に導入されるものとしてもよい。
【００１６】
この構成によれば、嫌気性の脱窒槽と硝化槽の好気部との間に半嫌気部を設けたので微生物に対する環境変化が穏やかであり、微生物の活動を活発に維持して高濃度窒素排水を効率よく処理できる。
【００１７】
また、本発明の排水処理装置において、前記半嫌気部の底部がホッパー状をしており、前記半嫌気部の底部の汚泥を前記脱窒槽の底部に返送するポンプを有し、窒素を含有する排水が前記脱窒槽の底部に導入されれば、底部であるが故汚泥中の高濃度微生物が高濃度の硝酸性窒素を脱窒処理する場合に、微生物に対するストレスが少なく、処理効率が高くなる。
【００１８】
また、本発明の排水処理装置において、前記曝気装置が、前記脱窒槽と前記硝化槽との間に設けたバブル発生槽に設置したマイクロナノバブル発生装置を含んでいれば、マイクロナノバブルの発生状況を目視により確認しながら排水の状態に合わせて適切な曝気ができるので、多様な排水を処理できる。
【００１９】
また、本発明の排水処理装置において、前記液中膜が限外濾過膜であれば、ｐＨ調整後の排水の処理に悪影響を与える浮遊物質が処理水に含まれない。
【００２０】
また、本発明の排水処理装置において、前記脱窒槽に生物処理した処理水または生物処理汚泥を導入すれば、微生物の活動に必要なミネラルが供給できるので処理効率を高く維持できる。
【００２１】
また、本発明の排水処理装置は、前記硝化槽のｐＨをアルカリ性に保つように前記曝気装置の曝気量を制御する制御手段を有すれば、酸性排水を効率よく処理できる。
【００２２】
また、本発明の排水処理装置において、前記ｐＨ調整槽のｐＨが低いときは、前記曝気装置の曝気量を少なくすれば硝化槽のｐＨが高くなるので、処理水で前記ｐＨ調整槽のｐＨを適正な値に調整できる。
【００２３】
また、本発明の排水処理装置において、前記窒素処理装置で処理した処理水の流量が低下したときは、前記曝気装置の曝気量を多くすれば、液中膜の付着物を空気の泡で除去して液中膜の閉塞を解消できるので処理水の流量を確保できる。
【００２４】
また、本発明の排水処理装置において、前記窒素処理装置で処理した処理水の流量が低下したときは、硝化槽の水位を高くすれば、水頭差によって処理水の排出圧力を高めて処理水の流量を確保できる。
【００２５】
また、本発明の排水処理装置において、前記窒素処理装置に、高濃度アンモニア含有排水、または、現像廃液が導入されても、脱窒槽と硝化槽で披処理水中のアンモニアや窒素化合物を窒素を処理できる。
【００２６】
また、本発明の排水処理装置は、前記ｐＨ調整槽にはフッ素を含有する排水が導入され、前記ｐＨ調整槽でｐＨを調整した排水中のフッ素を難溶性のフッ化物として分離するフッ素処理装置を備え、前記フッ素処理装置で処理した排水を、前記窒素処理装置に導入してもよい。
【００２７】
この構成によれば、排水のｐＨを適切な値に調整してフッ素を除去した後に残留するミネラル分を窒素を除去する微生物に消費させるので、フッ素を含む排水と窒素を含む排水を複合的に効率よく処理できる。
【００２８】
また、本発明の排水処理装置において、前記フッ素処理装置は、リン酸カルシウム塩類からなるフッ素難溶性物質形成剤を充填した晶析物反応塔であればフッ素を効率よく処理でき、さらに、リン酸を含むフッ素難溶性物質形成補助剤を注入する装置を有すればフッ素をより高度に処理できる。
【００２９】
また、本発明の排水処理装置において、前記ｐＨ調整槽は、排水に難溶性物質形成剤を投入して難溶性のフッ化物を形成し、排水からフッ素を分離するフッ素処理装置の一部を構成する水槽であり、前記フッ素処理装置で処理した排水を、前記窒素処理装置に導入すれば、高濃度のフッ素を含有する排水を処理できる。
【００３０】
また、本発明の排水処理装置の前記フッ素処理装置において、リン酸を含むフッ素難溶性物質形成補助剤を投入すれば、より高度にフッ素を除去できる。
【００３１】
また、本発明の排水処理装置において、前記フッ素処理装置で分離した難溶性のフッ化物の少なくとも一部分を、前記窒素処理装置に導入すれば、フッ化物の粒子が前記硝化槽の液中膜の目詰まりを防止する。
【００３２】
また、本発明の排水処理装置において、排水からリンを除去可能なリン除去装置を備え、前記フッ素処理装置で処理した排水を前記リン除去装置を介して前記窒素処理装置に導入すれば、前記窒素処理装置の微生物が消費しきれない量のリンが処理水に残留することがない。
【００３３】
また、本発明の排水処理装置において、前記フッ素処理装置において、リン濃度（重量換算）がフッ素濃度の１．２倍以上になるようにリン化合物を投入すれば、フッ素をアパタイトに固定した後に残るリンを、前記窒素処理装置の微生物の栄養源にすることができる。
【００３４】
また、本発明の排水処理装置において、前記ｐＨ調整槽に導入される排水は、バッファードフッ酸を含有する排水またはバッファードフッ酸を含有する排水を１次処理した後の排水であっても、排水中のフッ素とアンモニアの両方を複合的に処理できる。
【００３５】
また、本発明による排水処理方法は、処理すべき排水のｐＨを、後工程である排水から窒素を除去する窒素処理工程で処理した処理水を加えることで調整する。
【００３６】
この方法によれば、排水処理に要するアルカリ剤などのｐＨ処理剤の消費が少なくて済み、経済的である。
【００３７】
また、本発明の排水処理方法において、前記窒素処理工程は、排水を嫌気性の脱窒槽と曝気装置で曝気される硝化槽とに順に導入する工程であり、前記硝化槽は、処理水を濾過して排出する液中膜を有してもよい。
【００３８】
この方法によれば、硝化槽から排出される処理水のｐＨを６から９の間で制御可能であり、原水や一次処理した排水のｐＨ調整が可能である。
【００３９】
また、本発明の排水処理方法において、前記曝気装置は、マイクロナノバブル発生装置を含んでもよい。
【００４０】
この構成によれば、マイクロナノバブルが水中に長く留まり、処理水の酸素濃度を高めるので、硝化槽における好気性微生物が活性化される。これによって、好気性微生物の硝化槽におけるアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素の酸化分解の効率が向上する。
【００４１】
また、本発明の排水処理方法において、前記曝気装置は、前記脱窒槽と前記硝化槽との間に設けたバブル発生槽内に設置したマイクロナノバブル発生装置を含み、前記曝気を、前記脱窒槽の排水を前記バブル発生槽に導入し、前記マイクロナノバブル発生装置によって排水中にマイクロナノバブルを発生させてから前記硝化槽に導入して行えば、マイクロナノバブルの発生状況を目視によって確認しながら排水の状態に合わせて運用できるので、多様な排水を処理できる。
【００４２】
また、本発明の排水処理方法において、前記硝化槽のｐＨをアルカリ性に保つように前記曝気装置の曝気量を制御すれば、酸性排水を中和するためのアルカリ剤が節約できる。
【００４３】
また、本発明の排水処理方法において、処理すべき排水のｐＨが低いときは、前記曝気装置の曝気量を少なくすれば、前記硝化槽のｐＨが高くなるので、導入する処理水の量を少なくでき、処理すべき排水の量が必要以上に多くならない。
【００４４】
また、本発明の排水処理方法において、前記ｐＨを調整した排水に難溶性物質形成剤を投入して形成した難溶性のフッ化物を分離するフッ素処理工程で処理してから前記脱窒槽に導入すれば、フッ素と窒素の両方を除去できる。
【００４５】
また、本発明の排水処理方法の前記フッ素処理工程において、リン酸を含有するフッ素難溶性物質形成補助剤を投入すれば、フッ素を高度に処理できる。
【００４６】
また、本発明の排水処理方法において、前記フッ素難処理工程において、リン濃度（重量換算）がフッ素濃度の１．２倍以上になるようにリン化合物を投入し、残留するリンを前記窒素処理工程において微生物に消費させれば、高度のフッ素処理と高効率の窒素処理が実現される。
【００４７】
また、本発明の排水処理方法において、前記フッ素処理工程で分離した難溶性のフッ化物の一部を前記脱窒槽または前記硝化槽に導入すれば、フッ化物の粒子が硝化槽の液中膜の詰まりを防止する。
【００４８】
また、本発明の排水処理方法において、前記硝化槽は、前記液中膜が設置され、前記曝気装置で曝気される好気部を構成する上部と、前記曝気装置の下方にあって曝気されない半嫌気部を構成する下部とからなり、前記脱窒槽の排水を前記半嫌気部に導入すれば、微生物に対する環境変化が穏やかであり、微生物の活発な活動を維持して窒素処理の効率を高くできる。
【００４９】
また、本発明の排水処理方法において、前記半嫌気部の底部がホッパー状をしており、前記半嫌気部の底部の汚泥を前記脱窒槽の底部に返送すれば、汚泥中の高濃度の微生物が高濃度の窒素化合物を脱窒するので微生物のストレスが少なく、処理効率が高くなる。
【００５０】
また、本発明の排水処理方法において、前記脱窒槽に、前記フッ素処理装置で処理した処理水の他に、高濃度窒素排水と、生物処理した処理水または生物処理汚泥とを導入すれば、微生物の活動に必要なミネラルが供給できるので窒素処理装置の処理効率を高く維持できる。
【発明の効果】
【００５１】
以上のように、本発明によれば、熱処理を行わないのでエネルギー消費量が小さく、処理後の処理水で処理前の排水のｐＨを調整するのでアルカリ剤の消費も少なく、ランニングコストが低い。また、本発明によって、排水処理の総合的な効率化と高度処理化が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
これより、本発明による排水処理装置および排水処理方法を、実施形態を図示しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の排水処理装置のフローシートである。本実施形態の排水処理装置は、フッ素含有排水を受け入れてｐＨ調整をするフッ素系原水槽（ｐＨ調整槽）１と、フッ素処理装置２と、脱窒槽３および硝化槽４からなる窒素処理装置５とからなっている。
【００５３】
ｐＨ調整槽１には、バッファードフッ酸廃液などのフッ素含有排水が導入される。また、ｐＨ調整槽１には、攪拌機６と排水のｐＨを測定するｐＨ計７が設けられている。ｐＨ調整槽１に貯留された排水は、ポンプ８で引き抜かれてフッ素処理装置２に送られる。
【００５４】
フッ素処理装置２は、顆粒状のリン酸カルシウム塩類が充填された晶析物反応塔であり、リン酸を含む酸からなるフッ素難溶性物質形成補助剤が貯蔵された難溶性物質形成補助剤タンク９と、難溶性物質形成補助剤タンク９からフッ素難溶性物質形成補助剤を晶析物反応塔２に注入するための難溶性物質形成補助剤注入ポンプ１０とを有している。晶析物反応塔２から流出する排水は、脱窒槽３に導入される。
【００５５】
脱窒槽３には、晶析物反応塔２で処理した排水に加え、高濃度のアンモニアを含有する廃液や現像廃液などの高濃度窒素排水と、合弁浄化槽の処理水などの生物処理した処理水または生物処理汚泥と、アミノエタノール含有排水とが導入される。脱窒槽３は、攪拌機１１を備えるが、酸素は供給されず、嫌気性の微生物（脱窒菌）が繁殖する。脱窒槽３からオーバーフローした排水は、連通管１２を通して硝化槽４の底部に流入する。
【００５６】
硝化槽４は、分離壁１３によって排水の移動が制限され、上方の好気部１４と下方の半嫌気部１５とに区分されている。好気部１４には曝気装置１６が設けられブロワー１７から送り込まれた空気を液中に放出して酸素が供給される。また、ブロワー１７からの空気を利用したエアリフトポンプ１８は、硝化槽４の半嫌気部１５の底部に沈殿する汚泥を脱窒槽３に返送するようになっている。また、硝化槽４の好気部１４には、限外濾過膜からなる液中膜１９が設けられ、好気部１４に滞留する被処理水を濾過してから浮遊固形分や微生物を取り除いた処理水が重力によって、または、ポンプ２０によって流量計２１を介して排出される。また、液中膜１９を介してポンプ２２で抜き出した処理水は、ｐＨ調整槽１に導入される。
【００５７】
続いて、以上の構成からなる排水処理装置の処理操作を説明する。
ｐＨ調整槽１に導入されるフッ素含有排水は酸性を示すが、ｐＨ調整槽１においてｐＨ６．５〜８．５に調整される。高濃度窒素排水を処理する窒素処理装置５の硝化槽４の処理水はアンモニア性窒素によってｐＨ９程度のアルカリ性を示すため、ｐＨ調整槽１における排水のｐＨ調整は、ポンプ２２によって硝化槽４の処理水をｐＨ調整槽１に導入することで実現される。勿論、アルカリ剤を併用してもかまわない。
【００５８】
ｐＨ調整槽１でｐＨを調整した排水は、ポンプ８で晶析物反応塔２に送り込まれる。予めリン酸を含むフッ素難溶性物質形成補助剤が難溶性物質形成補助剤注入ポンプ１０によって注入された排水中のフッ素は、晶析物反応塔２の内部に充填されたフッ素難溶性物質形成剤と反応して、フッ素難溶性物質（リンおよびカルシウムと結合した難溶性のフッ化物であるアパタイト）を形成する。フッ素難溶性物質はフッ素難溶性物質形成剤の表面に付着して成長する結果、晶析物反応塔２の内部で排水中のフッ素が除去される。
【００５９】
難溶性物質形成補助剤注入ポンプ１０で注入するフッ素難溶性物質形成補助剤の量は、リン濃度（重量換算）がフッ素濃度の１．２倍以上になるように定める。この量は、晶析物反応塔２において、排水中のフッ素を全て難溶性物質に固定したときに消費されるよりもリン濃度を高くすることを意味する。これによって、フッ素難溶性物質の形成を最大限に促進することができ、フッ素を高度に除去できる。
【００６０】
フッ素が除去された排水は、窒素処理装置５の脱窒槽３に導入される。さらに、脱窒槽３には、高濃度窒素排水、生物処理した処理水または生物処理汚泥、アミノエタノール含有排水が導入される。
【００６１】
脱窒槽３では、排水中の酸素が全て消費され、嫌気性微生物である脱窒菌が増殖する。嫌気性微生物は、晶析物反応塔２でフッ素と共に固定されずに残留しているリンと、生物処理した処理水または生物処理汚泥に含まれるミネラルを栄養として消費しながら排水中の窒素を窒素ガスに還元する。つまり、晶析物反応塔２において含有するフッ素を除去するのに必要な量を超えてフッ素難溶性物質形成補助剤を注入することで、嫌気性微生物の活動に必要な栄養を付加でき、脱窒槽３における窒素の還元が促進できる。
【００６２】
また、半導体工場において排出されるアミノエタノール含有排水中のアミノエタノールは嫌気性微生物の活動に必要な水素供与体として作用するが、アミノエタノール含有排水がなければメタノールを使用してもよい。
【００６３】
また、脱窒槽３では、窒素以外の有機物も嫌気性微生物によって生化学的に分解される。しかしながら、嫌気性微生物は、アンモニア性窒素だけは分解することができず、脱窒槽３からはアンモニア性窒素を含有する排水がオーバーフローし、連通管１２を通して硝化槽４の半嫌気部１５に導入される。
【００６４】
硝化槽４の半嫌気部１５は、曝気装置１６によって酸素が供給された好気部１４から僅かながら酸素が供給され、０．５ｐｐｍ以下の溶存酸素を含む。この条件では、脱窒槽３から供給された嫌気性微生物は、急激な環境変化に晒されることがないので活動が極端に低下しない。そして、硝化槽５の底部に沈殿した嫌気性微生物の濃度が高い汚泥は、活性を維持したままエアリフトポンプ１８によって脱窒槽３に返送される。このとき、エアリフトポンプ１８で供給される酸素は微生物の量に比して少量であり、すぐに消費されるので、脱窒槽３の溶存酸素が増加することはない。
【００６５】
好気部１４では、曝気装置１６の曝気によってアンモニア性窒素を硝酸性窒素に酸化分解する硝化が行われる。硝化された硝酸性窒素は、エアリフトポンプ１８によって汚泥と共に脱窒槽３に返送され、嫌気性微生物によって窒素ガスに還元される。
【００６６】
また、硝化槽５の好気部１４で液中膜１９によって濾過された処理水は自重によって流量計２１を通って次の処理工程に送られる。しかし、液中膜１９の開口が微生物や不溶性浮遊物によって目詰まりを起こすと流れ出す処理水の水量が少なくなる。そこで、ポンプ２０による強制的な濾過排出を併用することで、適切な処理水の流出量を確保するようになっている。
【００６７】
硝化槽４は、上記のように、脱窒槽３から供給されるアンモニア性窒素を含んでいるためにアルカリ性に傾向しやすい。曝気装置１６の曝気により硝酸性窒素に酸化分解されると酸性に傾向するが、ポンプ２２がｐＨ調整槽１に供給する処理水は、通常の条件ではアルカリ性であるので酸性のフッ素含有排水を中和するのに好都合である。
【００６８】
図２に、本実施形態の排水処理のタイミングチャートを示す。図２は、ｐＨ調整槽１に貯留されるフッ素含有排水のフッ素濃度が、６ｐｐｍであり、脱窒槽３に導入される晶析物反応塔（フッ素処理装置）２からの排水、高濃度窒素排水、生物処理した処理水または生物処理汚泥およびアミノエタノール含有排水の総合窒素濃度が４６ｐｐｍである場合を示す。
【００６９】
フッ素含有排水は、ｐＨ調整槽（原水槽）１でｐＨを調整されるが、ここでの滞留時間は約１時間である。ポンプ８は、排水が晶析物反応塔２を約１時間で通過するように駆動され、晶析物反応塔２を通過する間に排水中のフッ素が除去される。晶析物反応塔２からの排水、高濃度窒素排水、生物処理した処理水または生物処理汚泥は、脱窒槽３および硝化槽４を循環して分解処理されるが、脱窒槽３および硝化槽４での平均滞留時間はそれぞれ約４時間および約８時間である。
【００７０】
図３は、ｐＨ調整槽１に貯留されるフッ素含有排水のフッ素濃度が、１２ｐｐｍであり、脱窒槽３に導入される晶析物反応塔（フッ素処理装置）２からの排水、高濃度窒素排水、生物処理した処理水または生物処理汚泥およびアミノエタノール含有排水の総合窒素濃度が９２ｐｐｍである場合を示す。
【００７１】
フッ素含有排水は、ｐＨ調整槽１で水質を安定化させる為に約２時間滞留し、晶析物反応塔２を約４時間かけて通過する。晶析物反応塔２からの排水、高濃度窒素排水、生物処理した処理水または生物処理汚泥が導入される脱窒槽３および硝化槽４での平均滞留時間は、それぞれ約８時間および約１６時間である。
【００７２】
排水処理装置が時間あたりに除去できるフッ素および窒素の量は上限があるので、図２および図３に示すように、排水のフッ素濃度および窒素濃度に比例して排水の滞留時間を設定、つまり流量を変更する必要がある。
【００７３】
次に、図４に、本発明の第２実施形態を示す。以降、上記実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して説明を省略する。
【００７４】
本実施形態では、高濃度窒素排水および生物処理水や生活汚泥は、窒素系原水槽２３に一度貯留され、ポンプ２５で脱窒槽３の底部に供給される。
【００７５】
窒素処理装置５の脱窒槽３および硝化槽４には、塩化ビニリデンからなる充填物２６が配置されている。また、エアリフトポンプ１８のために専用のブロワー２７が設けられている。さらに、硝化槽４は、好気部１４のｐＨを測定するｐＨ計２８を備える。
【００７６】
また、晶析物反応塔２から排出される排水は、リン難溶性物質形成槽２９を介して脱窒槽３に導入される。
【００７７】
本実施形態では、窒素系原水槽２３によって原水を均質化するとともに、窒素処理装置５への供給量を調節することが可能である。これにより、窒素処理装置５における排水の前記適正な滞留時間を確保するために導入量を調整でき、排水量の増減によって処理条件が変動せず、安定した窒素除去が可能である。また、脱窒槽３および硝化槽４の充填物２６には、微生物が付着繁殖し、窒素処理装置５内の微生物が全体に高濃度になるので、排水処理能力が向上する。
【００７８】
また、本実施形態は、硝化槽４の好気部のｐＨを９．０に保つように、曝気量を調節するためにブロワー１７の出力を制御する制御手段を備える。曝気量を多くすればアンモニア性窒素の硝酸性窒素への酸化分解を促進してアルカリ度を下げることができ、曝気装置１６の能力が十分に大きければ、アンモニア性窒素をほぼ硝酸性窒素に分解してｐＨ５程度まで酸性化することも可能である。
【００７９】
リン難溶性物質形成槽２９は、フッ素含有排水が最初から多量のリンを含有する場合に、窒素処理装置５において微生物が消費するリン含量を超えないようにするものであり、リン難溶性物質形成剤を投入して沈殿する難溶性のリン化合物を抜き出すことができる。これによって、リンが処理水に残留して後工程に流れることを防止できる。
【００８０】
図５に、本発明の第３実施形態を示す。
本実施形態は、以下に特記する以外は、図１の第１実施形態に図４の窒素系原水槽２３を備えた装置と同じである。硝化槽４の半嫌気部１５は、円錐形のホッパー形状をしており、半嫌気部１５の底部の汚泥は電動のポンプ３０によって脱窒槽３の底部に返送される。また、硝化槽４は、水位を検出するレベルスイッチ３１を有している。
【００８１】
本実施形態では、液中膜１９が目詰まりして硝化槽４からの処理水の流量が少なくなった場合、液中膜１９の直下に設けた曝気装置１６の曝気量を多くするように、ブロワー１７の出力を大きくする。これによって、液中膜１９の表面に付着した微生物や不溶性浮遊物を空気の泡によって取り除く。
【００８２】
それでも処理水の流量が確保できない場合、硝化槽４の液面を高くするように、ポンプ３０の吐出量を少なくして、水頭差によって処理水の流量を確保することができる。
【００８３】
また、半嫌気部１５の円錐形のホッパー形状により、最も微生物濃度が高い部分の汚泥を脱窒槽３に返送できる。また、汚泥を脱窒槽３の底部に返送することで、脱窒槽３内において窒素濃度と微生物濃度とが共に下方ほど高くなる。このため、各嫌気性微生物が分解すべき窒素の量にバラツキがないので、嫌気性微生物に対する負荷変動のストレス小さく、活性が維持される。
【００８４】
図６に、本発明の第４実施形態を示す。
本実施形態は、以下に特記する以外は、図５の第３実施形態と同じである。本実施形態では、フッ素含有排水は、フッ素系原水槽３２から、フッ素難溶性物質形成槽３３、凝集槽３４および沈殿槽３５で構成されるフッ素処理装置３６で処理されてから窒素処理装置５に導入される。フッ素難溶性物質形成槽３３において、フッ素難溶性物質形成剤が投入されて攪拌機３７で撹拌され、排水中のフッ素がアパタイトのような難溶性物質に固定され、難溶性物質の懸濁液になる。
【００８５】
この懸濁液が凝集槽（ｐＨ調整槽）３４にオーバーフローし、高分子凝集剤が投入されて攪拌機３８によって撹拌されると難溶性物質が凝集して大きな粒子のフロックとなる。さらにｐＨ計３９の検出結果を基に硝化槽４の処理水でｐＨ調整される。そして、これを掻取り装置４０を有する沈殿槽３５で沈殿分離することでフッ素が除去された排水が脱窒槽３に導入される。
【００８６】
ここで、フッ素含有排水にカルシウムやリンが含まれている場合、フッ素難溶性物質形成剤は、排水中のフッ素をアパタイトに固定するに必要なカルシウムおよびリンを補う組成とする。
【００８７】
沈殿槽３５で沈殿したフロックのスラリーは、ポンプ４１で引き抜かれるが、その一部分は、脱窒槽３および難溶性物質形成槽３３にそれぞれ導入される。
【００８８】
本実施形態のフッ素処理装置は、装置構成が簡単でイニシャルコストが低く、充填物の寿命がある晶析物反応塔に比べてより多くのフッ素を除去することができ、充填物の取り替え作業がないのでランニングコストも低い。
【００８９】
また、脱窒槽３に導入されたフロックは、硝化槽４との間で循環するが、粒子が大きく、液中膜１９に微生物汚泥や不溶性浮遊物質が付着するのを防止したり、付着した微生物汚泥や不溶性浮遊物質を掻き落としたりする効果がある。フロックは、脱窒槽３でなく硝化槽４に導入してもよい。
【００９０】
また、難溶性物質形成槽３３に導入されたフロックは、フッ素難溶性物質が形成されるときの核になり、難溶性物質の形成を促進する作用がある。
【００９１】
また、抜き出したスラリーのフロックは、リサイクル可能な物質である。
【００９２】
また、本実施形態において、原水槽３２や難溶性物質形成槽３３を硝化槽４の処理水でｐＨ調整するようにしてもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、ｐＨ調整槽（凝集槽）３４のｐＨが低いほど曝気装置１６の曝気量が少なくなるようにブロワー１７の出力を低くするようになっている。硝化槽４の曝気量を少なくすることで、アンモニア性窒素を硝酸性窒素に分解する能力が低くなり、硝化槽４のｐＨが高くなることになる。これによって、ｐＨ調整槽３４で排水を中和するのに必要な処理水の量の増減を緩和し、安定したフッ素除去が可能になる。
【００９４】
図７に、本発明の第５実施形態を示す。
本実施形態は、以下に特記する以外は図５の第３実施形態と同じである。本実施形態において、フッ素含有排水は、難溶性物質形成凝集槽４５と沈殿槽４６からなるフッ素１次処理装置４７で１次処理されてからｐＨ調整槽１に貯留される。難溶性物質凝集槽４５では、攪拌機４８で撹拌しつつ難溶性物質形成剤と高分子凝集剤を投入してフッ素を難溶性物質に固定する。そして、沈殿槽４６で沈殿分離してからｐＨ調整槽１でｐＨを調整し、晶析物反応塔２でさらにフッ素を除去する。
【００９５】
本実施形態では、フッ素含有排水を１次処理してから晶析物反応塔２で処理するので、より高度にフッ素を除去可能であるが、イニシャルコストおよびランニングコストが割高な晶析物反応塔２の処理容量が小さくて済む。このため、高濃度のフッ素を含有する排水が大量に排出される場合にも、安価な設備で安価にフッ素を処理することができる。
【００９６】
図８に、本発明の第６実施形態を示す。
本実施形態は、図１の第１実施形態の硝化槽４の好気部１４に、さらに、第２の曝気装置として、マイクロナノバブル発生装置５１を備える。マイクロナノバブル発生装置５１は、マイクロナノバブル発生器５２、ポンプ５３および調整弁５４からなる。マイクロナノバブル発生器５２は、ポンプ５３によって好気部１４の処理水が注入されると、処理水の流速によって発生した負圧により調整弁５４を介して空気を自給し、処理水の水流によって空気を剪断することで微細な気泡であるマイクロナノバブルを発生させ、このマイクロナノバブルを含む処理水を吐出する。
【００９７】
マイクロナノバブルは、すぐに水面に上昇することなく処理水中に長時間留まるので、好気部の溶存酸素濃度を上昇させることができる。これによって、好気性微生物を活性化させることができ、特に高濃度のアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素を含む排水を処理する場合にも、硝化槽４において十分な酸化分解を行わせることができる。
【００９８】
本実施形態において、曝気装置１６は、専ら液中膜１９に付着した微生物や不溶性浮遊物の除去に用いられ、好気性微生物のために酸素を供給する役割を果たすのは、主にマイクロナノバブル発生装置５１である。また、本実施形態において、排水の状態に応じて調整弁５４の開度を調節すれば、マイクロナノバブルの発生量を変化させて溶存酸素濃度を最適な濃度に保つことができる。
【００９９】
図９に、本発明の第７実施形態を示す。
本実施形態は、図８の第６実施形態の硝化槽４から分離壁１３を無くし、マイクロナノバブル発生器５２を硝化槽４の底部に配置することで、半嫌気部１５の無い硝化槽４を有する構成としている。また、本実施形態の排水処理装置は、硝化槽４の処理水のｐＨを測定するｐＨ計２８を備え、硝化槽４のｐＨに応じて、マイクロナノバブル発生器５２に処理水を注入するポンプ５３を起動、停止することができるようになっている。
【０１００】
本実施形態では、図４の第２実施形態と同様に、曝気量を調整して硝化槽４の処理水のｐＨを９．０程度に保ち、ｐＨ調整槽１において酸性のフッ素含有排水を効果的に中和できる。また、本実施形態が示すように、本発明において、硝化槽４に半嫌気部１５を形成することは必ずしも必須ではないが、この場合、急激な酸素濃度の変化に耐えられるように、微生物の濃度を高くすることが望ましい。
【０１０１】
図１０に、本発明の第８実施形態を示す。
本実施形態は、図９の第７実施形態のマイクロナノバブル発生装置５１を、脱窒槽３と硝化槽４との間に設けた小容量のバブル発生槽５５内に配置したものである。本実施形態では、脱窒槽３からオーバーフローした排水を、一旦、バブル発生槽５５に貯留し、バブル発生槽５５内の排水をポンプ５３で抜き出してバブル発生槽５５内に配置したマイクロナノバブル発生器５２に注入することで、マイクロナノバブル発生器５２が調整弁５４を介して空気を自給してマイクロナノバブルを発生させるようになっている。こうして、マイクロナノバブルを含むこととなったバブル発生槽５５内の排水を、ポンプ５６によって硝化槽４の底部に導入することで、硝化槽４の曝気が行われる。
【０１０２】
マイクロナノバブル発生器５２は、空気を水流で剪断するものなので、空気と水流の状態が変わるとマイクロナノバブルを適切に生成できなくなる場合がある。本実施形態では、小容量のバブル発生槽５５内でマイクロナノバブルを発生させるので、マイクロナノバブル発生器５２から吐出するマイクロナノバブルを直接目視によって確認できる。つまり、排水の状態に応じて作業者が確認しながらマイクロナノバブルの発生量を調整することで、多様な排水を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１実施形態の排水処理装置のフローシート。
【図２】図１の排水処理装置の運転のタイムチャートの例。
【図３】図１の排水処理装置の異なる条件における運転のタイムチャートの例。
【図４】本発明の第２実施形態の排水処理装置のフローシート。
【図５】本発明の第３実施形態の排水処理装置のフローシート。
【図６】本発明の第４実施形態の排水処理装置のフローシート。
【図７】本発明の第５実施形態の排水処理装置のフローシート。
【図８】本発明の第６実施形態の排水処理装置のフローシート。
【図９】本発明の第７実施形態の排水処理装置のフローシート。
【図１０】本発明の第８実施形態の排水処理装置のフローシート。
【符号の説明】
【０１０４】
１  原水槽（ｐＨ調整槽）
２  晶析物反応塔（フッ素処理装置）
３  脱窒槽
４  硝化槽
５  窒素処理装置
７  ｐＨ計
１０  難溶性物質形成補助剤注入ポンプ
１３  分離壁
１４  好気部
１５  半嫌気部
１６  曝気装置
１８  エアリフトポンプ
１９  液中膜（限外濾過膜）
２１  流量計
２６  ｐＨ計
２９  リン難溶性物質形成槽（リン除去装置）
３１  レベルスイッチ
３３  難溶性物質形成槽
３４  凝集槽（ｐＨ調整槽）
３５  沈殿槽
３６  フッ素処理装置
４５  フッ素難溶性物質形成凝集槽
４６  沈殿槽
４７  フッ素１次処理装置
５１  マイクロナノバブル発生装置（曝気装置）
５５  バブル発生槽
【図１】
2006305555.tif 000003
【図２】
2006305555.tif 000004
【図３】
2006305555.tif 000005
【図４】
2006305555.tif 000006
【図５】
2006305555.tif 000007
【図６】
2006305555.tif 000008
【図７】
2006305555.tif 000009
【図８】
2006305555.tif 000010
【図９】
2006305555.tif 000011
【図１０】
2006305555.tif 000012