(57)【要約】     【課題】  過酸化水素を含有する窒素排水の処理効率を向上できると共に、コンパクト化とランニングコスト低減を実現できる排水処理装置を提供する。    【解決手段】  この排水処理装置は、過酸化水素を含有する窒素排水を、マイクロナノバブル反応槽１８においてマイクロナノバブルで処理することによって、次段の脱窒槽３と硝化槽１１での微生物の活性度を高めることにより、微生物処理効率を向上でき、脱窒槽３と硝化槽１１の規模を縮小可能となる。したがって、この排水処理装置によれば、過酸化水素を含有する窒素排水の処理効率を向上でき、排水処理のためのイニシャルコストを低減できて、ランニングコストも低減できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
過酸化水素を含有する窒素排水をマイクロナノバブルで処理するマイクロナノバブル処理工程と、
上記窒素排水を上記マイクロナノバブル処理工程で処理した被処理水を、液中膜を用いて微生物処理する微生物処理工程とを備えることを特徴とする排水処理方法。
【請求項２】
過酸化水素を含有する窒素排水が導入されると共に上記窒素排水をマイクロナノバブルで処理するマイクロナノバブル反応槽と、
上記マイクロナノバブル反応槽からの被処理水が導入される脱窒槽と、
上記脱窒槽からの被処理水が導入されると共に液中膜を有し、上記被処理水を微生物処理する硝化槽とを備えることを特徴とする排水処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記マイクロナノバブル反応槽の前段に配置されると共に上記窒素排水が導入され、上記窒素排水の水質と水量を調整する調整槽を有し、
上記マイクロナノバブル反応槽は、上記調整槽で水質と水量が調整された窒素排水が導入されることを特徴とする排水処理装置。
【請求項４】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記マイクロナノバブル反応槽はマイクロナノバブル発生機を有し、
上記硝化槽から上記液中膜を経由して得た処理水を上記マイクロナノバブル発生機に送水する送水部を有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項５】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記硝化槽は、
マイクロナノバブルを発生して上記液中膜を洗浄するマイクロナノバブル洗浄部を有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の排水処理装置において、
上記硝化槽は、
上記液中膜に空気を吐出して上記液中膜を洗浄する散気管を有し、
上記マイクロナノバブル洗浄部が発生するマイクロナノバブルと上記散気管が吐出する空気とが混合された混合バブルでもって上記液中膜を洗浄することを特徴とする排水処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載の排水処理装置において、
上記散気管は上記液中膜の下方に配置されていると共に、上記マイクロナノバブル洗浄部は、上記液中膜と上記散気管との間に配置されており、
上記散気管に取り付けられて上記散気管が吐出する空気を上記マイクロナノバブル洗浄部に案内する第１のガイドと、
上記液中膜に取り付けられて上記マイクロナノバブル洗浄部が発生するマイクロナノバブルと上記散気管が吐出する空気とを上記液中膜に導く第２のガイドとを有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項８】
請求項６に記載の排水処理装置において、
上記硝化槽は、
上下方向に２段以上に配置された複数の液中膜を有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項９】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記マイクロナノバブル反応槽は、
上記窒素排水とアミノエタノール含有排水とが混合された排水が導入されることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記脱窒槽は、
上部と、下部と、この上部と下部との間に配置された分離壁と、上下方向に延びる仕切板と、上記仕切板と上記分離壁との間に配置された散気管とを有し、
上記硝化槽は、
上部と、下部と、この上部と下部との間に配置された分離壁と、上下方向に延びる仕切板と、上記仕切板と上記分離壁との間に配置された散気管とを有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記脱窒槽は、生物処理された処理水または生物処理後に発生する汚泥が導入されることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記硝化槽における槽内の微生物濃度をＭＬＳＳ(混合液懸濁物質)濃度で１５０００ｐｐｍ以上とすることを特徴とする排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、排水処理装置および排水処理方法に関する。一例として、この発明は、２００４年４月から施行された水質汚濁防止法の一部改正による窒素の総量規制への対応として、主として半導体工場から排水される過酸化水素を含有する高濃度窒素排水(過酸化水素を含有する高濃度アンモニア含有排水等),アミノエタノール含有排水に含まれる窒素の高度処理ができ、同時に、省エネルギーでイニシャルコスト、ランニングコストおよびメンテナンスコストを削減可能な排水処理装置および排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高濃度窒素排水、具体的一例としては、約３０００ｐｐｍ程度の高濃度アンモニア含有排水のような高濃度窒素排水は、生物毒性が高いため、一般的には、微生物処理できなかった。
【０００３】
窒素含有排水が微生物処理されているケースは、アンモニア濃度が数百ｐｐｍと低い濃度での処理が一般的であった。
【０００４】
そのため、３０００ｐｐｍ以上の高濃度アンモニア含有排水は、物理的方法としての蒸発缶を用いて１/１０程度まで濃縮し、その濃縮液を産業廃棄物として処分していた。この蒸発缶で濃縮して、産業廃棄物として工場より排出する方法では、濃縮物が産業廃棄物に該当する。したがって、事業所からの産業廃棄物の増加を招くと共に、その産業廃棄物としての濃縮液の処分方法が一般的には焼却であることから、重油等の燃料の使用による大気汚染等の課題があった。また、蒸発缶にて処理する方法は、エネルギーを多量に消費し、かつ大きなプラント設備となるため、イニシャルコスト、ランニングコストおよびメンテナンスコストが大きいという課題があった。
【０００５】
また、別の従来技術として、特許文献１(特開２０００−３０８９００号公報)において、生物処理法が開示されている。この従来技術の生物処理法によれば、アンモニア性窒素を高濃度に含有する排水を処理する際に発生する亜硝酸性窒素による処理効率低下を防止して安定した処理を行うことができる。この生物処理法は、具体的には、亜硝酸性窒素に耐性のある独立栄養細菌を用いた生物学的脱窒素法により亜硝酸性窒素を窒素ガスに還元して排水から除去する。
【０００６】
このアンモニア含有排水の処理方法では、硝化槽、脱窒槽、紫外線酸化槽や硝化槽、光触媒紫外線酸化槽、脱窒槽、紫外線酸化槽での処理が開示されている。
【０００７】
また、もう１つの従来技術として、特許文献２(特許第３４６７６７１号公報)において、別の生物処理法が記載されている。
【０００８】
この生物処理方法は、原水槽内の有機性排水を、送液ポンプにより脱窒槽および硝化槽に順々に送り込むとともに両槽間で循環させることより、有機性排水中に含まれるアンモニア態窒素を生物学的硝化および脱窒反応を用いて窒素ガスに還元して除去し、さらに吸引ポンプを用いて、硝化槽内の排水中に浸漬されたろ過膜ユニットにより汚泥と処理水とを分離する硝化脱窒方法である。
【０００９】
この硝化脱窒方法の特徴として、脱窒槽から硝化槽へ送る導管を途中で分岐させ、分岐部の先端を脱窒槽内に開口させ、脱窒槽から硝化槽へ送り込まれる有機性排水の一部を脱窒槽内の有機性排水中に吹き出させている。つまり、この硝化脱窒方法では、排水を送液ポンプにより脱窒槽および硝化槽に順々に送り込むとともに両槽間で循環させる。
【００１０】
また、さらに別の従来技術として、特許文献３(特許第３０９５６２０号公報)において、別の生物処理法が記載されている。
【００１１】
この生物処理方法では、有機物を含む原水が流入する脱窒槽と、この脱窒槽の脱窒槽混合液が流入する硝化槽と、この硝化槽の硝化液を上記脱窒槽へ循環させる硝化液循環流路と、上記硝化槽内に配置した硝化槽散気装置とを備えた生物学的窒素除去装置による処理を行う。
【００１２】
より詳しくは、この生物学的窒素除去装置では、脱窒槽に流入する原水中の浮遊物質を捕捉し除去する脱窒菌固定化担体充填ゾーンを脱窒槽内に設けている。また、原水導入流路および硝化液循環流路を脱窒槽の脱窒菌固定化担体充填ゾーンの下方位置に連通させ、脱窒槽の底部に脱窒菌固定化担体充填ゾーンで捕捉し除去した浮遊物質を堆積するための汚泥ホッパー部を設け、汚泥ホッパー部にホッパー散気装置を設けている。
【００１３】
しかし、上述の如く、従来は、３０００ｐｐｍ程度の高濃度アンモニア含有排水は、生物毒性が高いため、一般的には、微生物処理はされていなかった。すなわち、生物毒性が高いため、微生物処理できない高濃度アンモニア排水は、濃縮法や気化分離法で処理されていた。このため、濃縮法では、エネルギーの多量消費と濃縮液による産業廃棄物の増加という問題があり、また、気化分離法では、エネルギーの多量消費に加えて、アンモニア以外の亜硝酸や硝酸が処理できない欠点もある。
【００１４】
一方、さらに他の従来技術として、ナノバブルを利用した処理方法および処理装置が、特許文献４(特開２００４−１２１９６２号公報)に記載されている。
【００１５】
この従来技術は、ナノバブルが有する浮力の減少、表面積の増加、表面活性の増大、局所高圧場の生成、静電分極の実現による界面活性作用と殺菌作用などの特性を活用したものである。より具体的には、この従来技術では、それらが相互に関連することによって、汚れ成分の吸着機能、物体表面の高速洗浄機能、殺菌機能によって各種物体を高機能、低環境負荷で洗浄することができ、汚濁水の浄化を行うことができることを開示している。
【００１６】
また、さらに別の従来技術として、特許文献５(特開２００３−３３４５４８号公報)には、ナノ気泡の生成方法が記載されている。
【００１７】
この従来技術では、液体中において、(1)液体の一部を分解ガス化する工程、(2)液体中で超音波を印加する工程または、(3)液体の一部を分解ガス化する工程および超音波を印加する工程を有することを開示している。
【００１８】
ところが、上記２つの従来技術では、ナノバブルを利用した汚濁水の浄化あるいはナノバブルを利用して固体表面の汚れを除去することを開示しているが、窒素排水を微生物で処理する場合の処理効率や処理水質を向上させる技術については開示していない。
【特許文献１】特開２０００−３０８９００号公報
【特許文献２】特許第３４６７６７１号公報
【特許文献３】特許第３０９５６２０号公報
【特許文献４】特開２００４−１２１９６２号公報
【特許文献５】特開２００３−３３４５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、この発明の課題は、過酸化水素を含有する窒素排水の処理効率を向上できると共に、コンパクト化とランニングコスト低減を実現できる排水処理方法および排水処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するため、この発明の排水処理方法は、過酸化水素を含有する窒素排水をマイクロナノバブルで処理するマイクロナノバブル処理工程と、
上記窒素排水を上記マイクロナノバブル処理工程で処理した被処理水を、液中膜を用いて微生物処理する微生物処理工程とを備えることを特徴としている。
【００２１】
この発明の排水処理方法によれば、過酸化水素を含有する窒素排水を、マイクロナノバブルで処理することによって、次段の微生物処理工程での微生物の活性を高めて処理効率を向上できる。したがって、この微生物処理工程で使用する処理槽の規模を縮小可能となる。したがって、この発明によれば、窒素排水の処理効率を向上でき、排水処理のためのイニシャルコストを低減できて、ランニングコストも低減できる。
【００２２】
ここで、３種類のバブルについて説明する。
【００２３】
(ｉ) 通常のバブル(気泡)は水の中を上昇して、ついには表面でパンとはじけて消滅する。
【００２４】
(ii) マイクロバブルは、直径が５０ミクロン(μｍ)以下の微細気泡で、水中で縮小していき、ついには消滅(完全溶解)してしまう。
【００２５】
(iii) ナノバブルは、マイクロバブルよりもさらに小さいバブルで直径が数１００ｎｍ以下(例えば直径が１００〜２００ｎｍ)で、いつまでも水の中に存在することが可能なバブルと言われている。
【００２６】
したがって、ここでは、マイクロナノバブルとは、上記マイクロバブルとナノバブルとが混合したバブルである。
【００２７】
また、一実施形態の排水処理装置は、過酸化水素を含有する窒素排水が導入されると共に上記窒素排水をマイクロナノバブルで処理するマイクロナノバブル反応槽と、
上記マイクロナノバブル反応槽からの被処理水が導入される脱窒槽と、
上記脱窒槽からの被処理水が導入されると共に液中膜を有し、上記被処理水を微生物処理する硝化槽とを備える。
【００２８】
この実施形態の排水処理装置では、過酸化水素を含有する窒素排水を、マイクロナノバブル反応槽においてマイクロナノバブルで処理することによって、次段の脱窒槽と硝化槽での微生物の活性を高めて処理効率を向上でき、脱窒槽と硝化槽の規模を縮小可能となる。したがって、この実施形態によれば、窒素排水の処理効率を向上でき、排水処理のためのイニシャルコストを低減できて、ランニングコストも低減できる。
【００２９】
また、一実施形態の排水処理装置は、上記マイクロナノバブル反応槽の前段に配置されると共に上記窒素排水が導入され、上記窒素排水の水質と水量を調整する調整槽を有し、
上記マイクロナノバブル反応槽は、上記調整槽で水質と水量が調整された窒素排水が導入される。
【００３０】
この実施形態の排水処理装置によれば、調整槽によって水質と水量が調整された窒素排水をマイクロナノバブル反応槽に導入するので、マイクロナノバブルによる窒素排水の処理を効率よく実施できる。
【００３１】
また、一実施形態の排水処理装置は、上記マイクロナノバブル反応槽はマイクロナノバブル発生機を有し、
上記硝化槽から上記液中膜を経由して処理水を上記マイクロナノバブル発生機に送水する送水部を有する。
【００３２】
この実施形態の排水処理装置によれば、送水部は、処理水を上記硝化槽から上記液中膜を経由して、マイクロナノバブル反応槽が有するマイクロナノバブル発生機に送水する。つまり、液中膜を利用した高濃度微生物装置となる硝化槽からの液中膜処理水(電解質を含んだ水)をマイクロナノバブル発生機に送水する。これにより、このマイクロナノバブル発生機は、マイクロナノバブル反応槽において、極めて微小な気泡(マイクロナノバブル)を安定して効率よく供給できる。
【００３３】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記硝化槽は、マイクロナノバブルを発生して上記液中膜を洗浄するマイクロナノバブル洗浄部を有する。
【００３４】
この実施形態の排水処理装置によれば、液中膜の表面をマイクロナノバブル洗浄部が発生するマイクロナノバブルによって洗浄して、弱点である使用時間の経過と共に液中膜の透過水量が低下することを防いで、透過水量を確保できる。
【００３５】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記硝化槽は、上記液中膜に空気を吐出して上記液中膜を洗浄する散気管を有し、上記マイクロナノバブル洗浄部が発生するマイクロナノバブルと上記散気管が吐出する空気とが混合された混合バブルでもって上記液中膜を洗浄する。
【００３６】
この実施形態の排水処理装置によれば、マイクロナノバブル洗浄部が発生するマイクロナノバブルと散気管が吐出する大きな空気の気泡との２種類のバブルを混合して、上記硝化槽の液中膜を洗浄できる。したがって、この２種類のバブルのそれぞれの特徴を発揮して、２種類のバブルによる相乗効果を期待でき、液中膜をより確実に洗浄できる。すなわち、散気管からの空気の気泡が液中膜に向かって移動することによって、洗浄効果が優れたマイクロナノバブルを上記液中膜に導くことができる。
【００３７】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記散気管は上記液中膜の下方に配置されていると共に、上記マイクロナノバブル洗浄部は、上記液中膜と上記散気管との間に配置されており、
上記散気管に取り付けられて上記散気管が吐出する空気を上記マイクロナノバブル洗浄部に案内する第１のガイドと、
上記液中膜に取り付けられて上記マイクロナノバブル洗浄部が発生するマイクロナノバブルと上記散気管が吐出する空気とを上記液中膜に導く第２のガイドとを有する。
【００３８】
この実施形態の排水処理装置によれば、上記第１のガイドと第２のガイドによって、マイクロナノバブル洗浄部が発生するマイクロナノバブルと散気管が発生する気泡とを無駄なく液中膜に接触させることができ、液中膜をより確実に洗浄できる。
【００３９】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記硝化槽は、上下方向に２段以上に配置された複数の液中膜を有する。
【００４０】
この実施形態の排水処理装置によれば、硝化槽において、最下段の液中膜に対して必要な空気量でもって、２段目以上の液中膜を洗浄できるから、洗浄に必要な空気量を大幅に削減できる。また、硝化槽において、複数の液中膜を上下方向に２段以上に配置したので、硝化槽の設置床面積を低減でき、省スペースな装置とすることができる。
【００４１】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記マイクロナノバブル反応槽は、上記窒素排水とアミノエタノール含有排水とが混合された排水が導入される。
【００４２】
この実施形態の排水処理装置によれば、過酸化水素を含有した窒素排水中の窒素を脱窒する際の水素供与体として、アミノエタノール含有排水を利用することができる。したがって、水素供与体としてメタノールを使用する場合に比べて、薬品コストを削減できる。
【００４３】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記脱窒槽は、
上部と、下部と、この上部と下部との間に配置された分離壁と、上下方向に延びる仕切板と、上記仕切板と上記分離壁との間に配置された散気管とを有し、
上記硝化槽は、
上部と、下部と、この上部と下部との間に配置された分離壁と、上下方向に延びる仕切板と、上記仕切板と上記分離壁との間に配置された散気管とを有する。
【００４４】
この実施形態の排水処理装置によれば、上記脱窒槽と硝化槽では、上記仕切板と散気管との組み合わせによるエアーリフトの原理が働いて、仕切板に沿った水流が生じる。これにより、脱窒槽と硝化槽では、被処理水のＭＬＳＳ濃度が１５０００ｐｐｍ以上の濃度であっても、槽内の撹拌を行うことができる。
【００４５】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記脱窒槽は、生物処理された処理水または生物処理後に発生した汚泥が導入される。
【００４６】
この実施形態の排水処理装置によれば、脱窒槽に、生物処理された処理水または生物処理後に発生した汚泥が導入されるので、脱窒槽における微生物活性を増強できる。すなわち、高濃度に微生物を培養するには、生物処理された処理水または生物処理後に発生した汚泥中のミネラルを要する。このミネラルが不足すると、微生物の活性の不足を招く。また、電解質イオンの元となる生物処理された処理水または生物処理された汚泥を脱窒槽に投入することによって、電解質が豊富な処理水とすることができる。
【００４７】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記硝化槽における被処理水の微生物濃度をＭＬＳＳ(混合液懸濁物質)濃度で１５０００ｐｐｍ以上とする。
【００４８】
この実施形態の排水処理装置によれば、硝化槽での被処理水の微生物濃度を、ＭＬＳＳ濃度で１５０００ｐｐｍ以上にするので、微生物にとって、殺菌性を示す過酸化水素や生物毒性を示すアンモニア性窒素を微生物処理することができる。
【発明の効果】
【００４９】
この発明の排水処理方法によれば、過酸化水素を含有する窒素排水を、マイクロナノバブルで処理することによって、次段の微生物処理工程での微生物処理効率を向上でき、この微生物処理工程で使用する処理槽の規模を縮小可能となる。したがって、この発明によれば、窒素排水の処理効率を向上でき、排水処理のためのイニシャルコストを低減できて、ランニングコストも低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００５１】
(第１の実施の形態)
図１にこの発明の排水処理装置の第１実施形態を模式的に示す。この第１実施形態の排水処理装置は、調整槽１と、マイクロナノバブル反応槽１８と、脱窒槽３と、硝化槽１１とを備える。
【００５２】
この調整槽１には、過酸化水素を含有する高濃度窒素排水とアミノエタノール含有排水とが導入される。この調整槽１では、導入される各排水の水量と水質とが調整される。この調整槽１に導入される排水としては、例えば、半導体工場からのＣＭＰ(ケミカルメカニカルポリッシング)工程で発生する過酸化水素含有高濃度窒素排水やアミノエタノール含有排水がある。また、この過酸化水素含有高濃度窒素排水としては、過酸化水素含有高濃度アンモニア含有排水がある。
【００５３】
この調整槽１にアミノエタノール含有排水を導入することによって、有害物質であるアミノエタノールを処理するだけでなく、次段の脱窒槽３において上記アミノエタノール中の窒素処理すると共に上記アミノエタノールを水素供与体として利用できる。これにより、脱窒槽３における水素供与体としてメタノールを使用する場合に比べて、薬品費用を節約できる。また、調整槽１には調整槽ポンプ２が設置されており、この調整槽ポンプ２によって調整槽１からマイクロナノバブル反応槽１８に被処理水を導入する。
【００５４】
このマイクロナノバブル反応槽１８は、その内部に、マイクロナノバブル発生機１９が設置されている。マイクロナノバブル発生機１９には、空気吸い込み管２０と処理水の送水管２１が接続されている。この空気吸い込み管２０と送水管２１からマイクロナノバブル発生機１９に空気と処理水とが導入される。このマイクロナノバブル発生機１９は、上記導入された空気と処理水とを元に、マイクロナノバブルを発生する。なお、このマイクロナノバブル発生機１９としては、一例として、市販されているものならば、メーカーを限定するものではなく、例えば、株式会社ナノプラネット研究所のものを採用できる。また、上記マイクロナノバブル発生機１９としては、西華産業株式会社のマイクロバブル水製造装置を選定して、マイクロバブルを発生する発生機として転用しても特に問題はない。
【００５５】
このマイクロナノバブル反応槽１８においては、過酸化水素を含有する高濃度窒素排水中のアンモニア性窒素や亜硝酸性窒素が、マイクロナノバブルにより酸化されて短時間の内に一部が硝酸性窒素に変化する。そして、マイクロナノバブル反応槽１８が内蔵するマイクロナノバブル発生機１９から発生したマイクロナノバブルによって酸化された処理水は配管３１によって脱窒槽３の下部８に導入される。
【００５６】
この脱窒槽３には、上記マイクロナノバブル反応槽１８からの被処理水だけでなく、配管３５から、生物処理された処理水または生物処理後に発生した汚泥が導入されている。この生物処理された処理水または生物処理後に発生した汚泥に含まれるリン、カリウム、カルシウム、マグネシウム等の微量要素によって、脱窒槽３や硝化槽１１での槽内全ての微生物の活性を促進することができる。特に、硝化槽１１では、設置された液中膜１６を使用して、被処理水を高濃度微生物処理するから、上記被処理水に上記微量要素が含有されていることで、微生物の活性を高めて、微生物による処理を安定化することができる。また、マイクロナノバブル反応槽１８からの被処理水は、重力により微生物濃度が高濃度となっている脱窒槽３の下部８に導入されるので、被処理水が下部８の微生物に与える刺激を抑制できる。これにより、微生物による処理を安定化することができる。
【００５７】
また、脱窒槽３には、上部９と下部８との境をなす分離壁４Ａが内壁に設置されている。また、脱窒槽３には、槽内の横方向の略中央で上下方向に延びる仕切板６が配置されている。この仕切板６と分離壁４Ａとの間に散気管５が配置されている。この散気管５は脱窒槽用ブロワー７に接続されている。この脱窒槽３では、上記仕切板６と散気管５との組み合わせによるエアーリフトの効果を発生させることができる。つまり、散気管５が吐出する空気の気泡により仕切板６に沿った水流が生じる。つまり、この脱窒槽３では、図１において、仕切板６の右側の散気管５が設置されたエリアでは上昇水流Ｗ１が生じ、仕切板６の左側のエリアでは下降水流Ｗ２が生じる。これにより、脱窒槽３では、被処理水のＭＬＳＳ(混合液懸濁物質(Ｍixed Ｌiquor Ｓuspended Ｓolid))濃度が１５０００ｐｐｍ以上の濃度であっても、槽内の撹拌を行うことができる。すなわち、この脱窒槽３では、脱窒槽３内に撹拌ができない部分いわゆるデットスペースができないように、仕切板６と散気管５を設置して、エアーリフト方式による脱窒槽３全体の撹拌を実施している。
【００５８】
なお、上記脱窒槽用ブロワー７はタイマー等によって所望の設定がなされる間欠運転を基本としている。
【００５９】
ただし、この脱窒槽３の側壁には分離壁４Ａが設置されているので、脱窒槽３の上部９と脱窒槽３の下部８を比較した場合、脱窒槽３の上部９の方が上記エアーリフト効果による撹拌がスムーズに進行している。この脱窒槽３の下部８は、ある程度の撹拌は必要であるが、脱窒槽３の下部８では自然沈降による沈降でもって微生物を高濃度に濃縮するから、脱窒槽３の上部９に比べると、撹拌は少ないほうが良い。
【００６０】
この脱窒槽３の下部８には、硝化槽１１が有する半嫌気部１３の下部ホッパー部２６に接続された返送配管Ｌ１０および返送汚泥ポンプ１０を経由して、下部ホッパー部２６から微生物を含む高濃度返送汚泥が多量に導入される。この返送配管Ｌ１０と返送汚泥ポンプ１０とが構成する返送部によって、硝化槽１１の下部の半嫌気部１３の半嫌気性汚泥を、空気中の酸素に全くさらすことなく、脱窒槽３の下部８に移動させることができる。
【００６１】
この脱窒槽３に導入された高濃度窒素排水は、アミノエタノール含有排水中のアミノエタノールを水素供与体として、下部８において嫌気的に処理された後、脱窒槽３の上部９に流動し、この上部９からの自然流下によって、硝化槽１１の下部の半嫌気部１３に導入される。
【００６２】
この硝化槽１１は、上部の好気部１２と下部の半嫌気部１３とを有する。また、この硝化槽１１は、槽内壁に取り付けられた分離壁４Ｂを有する。この分離壁４Ｂは好気部１２と半嫌気部１３との境をなす。この好気部１２には液中膜１７が配置されている。また、この硝化槽１１は、槽内の横方向の中央部で上下方向に延びる仕切板１４を有する。この仕切板１４は上下方向の略上半分に亘って存在している。図１において、この仕切板１４の右側のエリアに液中膜１６が設置されている。この液中膜１６には処理水を導出するための重力配管１７が接続されている。また、この液中膜１６と仕切板１４との間には、散気管１５Ａが配置され、この散気管１５Ａは硝化槽用ブロワー３０に接続されている。この散気管１５Ａと仕切板１４との組み合わせにより、エアーリフトの効果が発生して、散気管１５Ａが吐出する空気によって仕切板１４に沿った水流が生じる。つまり、この硝化槽１１では、図１において、仕切板６の右側のエリアでは上昇水流Ｗ１１が生じ、仕切板６の左側のエリアでは下降水流Ｗ１２が生じる。これにより、硝化槽１１では、被処理水のＭＬＳＳ濃度が１５０００ｐｐｍ以上の濃度であっても、槽内の撹拌を行うことができる。
【００６３】
この硝化槽１１においては、液中膜１６が設置されていることより、被処理水中の微生物は硝化槽１１に留まるか、上述の返送汚泥ポンプ１０によって脱窒槽３の下部８に返送されるかである。この返送汚泥ポンプ１０による脱窒槽３の下部８への返送汚泥の移送は、通常のポンプを利用した方法であり、多量の返送汚泥を空気に晒すことなく移送することができるので、返送汚泥の嫌気性を確実に維持できる。
【００６４】
また、この液中膜１６からは、重力配管１７を通って処理水が流出される一方、送水ポンプ２２と送水配管２１を通ってマイクロナノバブル反応槽１８のマイクロナノバブル発生機１９に送水される。さらに、この液中膜１６には、送水ポンプ２３と送水配管２５が接続され、この送水ポンプ２３と送水配管２５は液中膜１６の下方に配置されたマイクロナノバブル発生機２７に接続されている。したがって、この液中膜１６からの処理水は、上記送水ポンプ２３と送水配管２５を通って上記マイクロナノバブル発生機２７に導入される。このマイクロナノバブル発生機２７には空気吸い込み管２４が接続され、この空気吸い込み管２４からの空気が供給される。
【００６５】
一方、上記返送汚泥ポンプ１０によって、半嫌気部１３の下部ホッパー部２６から脱窒槽３の下部８に返送された微生物汚泥は、脱窒槽３の上部９を通って、再び硝化槽１１の半嫌気部１３に戻り、循環することとなる。両槽を微生物汚泥が循環することにより、両槽の微生物濃度がほぼ同様の濃度で維持される。ところで、微生物濃度がＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solid)濃度で１５０００ｐｐｍ以上と高いと通常の撹拌機、水中撹拌機および循環ポンプによる撹拌では、撹拌ができないデットスペースが発生する。これに対して、この実施形態では、仕切板１４と散気管１５Ａとの組み合わせによって、仕切板１４に沿った水流を発生させて、エアーリフト方式による槽内全体の撹拌を実施して、撹拌ができないデットスペースの発生を防いでいる。
【００６６】
また、この硝化槽１１にも、側壁には分離壁４Ｂが設置されているので、好気部１２と半嫌気部１３を比較した場合、好気部１２の方が撹拌がスムーズに進行している。半嫌気部１３は、ある程度の撹拌は必要であるが、半嫌気部１３では自然沈降による沈降で、微生物を高濃度に濃縮するので、好気部１２と比較して撹拌は少ないほうが良い。このような脱窒槽３と硝化槽１１における両槽の微生物濃度としては、ＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solid)で１５０００ｐｐｍ以上を維持する。
【００６７】
また、液中膜１６には、第２のガイドとしての液中膜カバー２８が取り付けられている。この液中膜カバー２８によって、マイクロナノバブル発生機２７から発生したマイクロナノバブルが上方向に集まって上昇するから、液中膜１６を効率よく洗浄できる。また、マイクロナノバブル発生機２７の下方には、散気管１５Ｂが配置されている。この散気管１５Ｂは硝化槽用ブロワー３０に接続されている。この散気管１５Ｂには、第１のガイドとしての散気管カバー２９が設置されている。この散気管カバー２９は、硝化槽用ブロワー３０から供給されて散気管１５Ｂから吐出する空気を、上方のマイクロナノバブル発生機２７を経由して、効率よく液中膜１６に当てることによって、液中膜１６の洗浄効果をより高めることができる。
【００６８】
なお、液中膜１６を洗浄するためのマイクロナノバブル発生機２７の運転と硝化槽用ブロワー３０の運転は、別々に独立して運転しても構わないし、両者を同時運転しても良い。両者を同時運転すれば、散気管１５Ｂからの気泡とマイクロナノバブル発生機２７が発生するマイクロナノバブルとの両者により洗浄効果が一層高まる。いずれを選択するから、液中膜１６の状態を見て決定すれば良い。
【００６９】
尚、元に戻るが、前述の脱窒槽３には、嫌気性の度合いを測定するため、酸化還元電位計(図示せず)が設置されている。脱窒槽３内では、返送汚泥ポンプ１０によって硝化槽１１の半嫌気部１３から導入された処理水中の硝酸性窒素が、嫌気性微生物により、水素供与体であるアミノエタノールの存在下で、窒素ガスまで還元処理される。上記被処理水中の硝酸性窒素は、過酸化水素含有高濃度窒素排水としての、過酸化水素含有高濃度アンモニア排水やアミノエタノールが、マイクロナノバブル反応槽１８と硝化槽１１の好気部１２において、微生物により分解されて硝酸性窒素に変化したものである。
【００７０】
また、脱窒槽３内においては、アミノエタノール以外の有機物は、嫌気性微生物により、生物学的に分解処理される。次に、脱窒槽３の脱窒槽上部９より流出した被処理水は、上述のごとく、硝化槽１１の下部である半嫌気部１３に導入される。ここで、嫌気部とは、溶存酸素が全く無い状態であり、好気部とは溶存酸素が数ｐｐｍに維持されている状態であり、半嫌気部とは溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度と定義する。
【００７１】
また、硝化槽１１の上部の好気部１２では、散気管１５Ａから吐出する空気によって水流が発生するが、硝化槽１１に分離壁４Ｂを設置したことによって、その水流が下部の半嫌気部１３に対して多少は影響するものの、好気部１２より多くは影響させないようにできる。硝化槽１１内の微生物濃度が高濃度であることによって、図１に示す程度の大きさの分離壁４Ｂであっても、好気部１２での水流による半嫌気部１３に対する影響を最小限とすることができる。
【００７２】
また、この実施形態では、脱窒槽３と硝化槽１１との間に設置された返送汚泥ポンプ１０と返送汚泥配管Ｌ１０とによる循環システムにおいて、硝化槽１１に下部の半嫌気部１３を設けた。したがって、脱窒槽３で嫌気性微生物によって処理された処理水と共に硝化槽１１に移動してくる嫌気性微生物を、ストレートに直接に好気部１２に導入するのではなく、半嫌気部１３を経て好気部１２に導入する。これにより、硝化槽１１へ移動して来る嫌気性微生物に対する環境ストレスを少なくすることができる。この嫌気性微生物に対する環境ストレスが少ない方が、窒素を処理する際の処理効率を向上できる。
【００７３】
また、硝化槽１１では、半嫌気部１３に特有の微生物が繁殖し、嫌気性微生物および好気性微生物のみならず半嫌気部１３に繁殖する各種微生物によって処理水を処理することによって、微生物処理効率を総合的に向上できる。また、この半嫌気部１３を設けることによって、半嫌気部１３で繁殖する微生物が汚泥の減溶化(減容化)に役立つことを発見した。また、この半嫌気部１３には曝気設備としての散気管が設置されていないので曝気されていないが、曝気されている上部の好気部１２の多少の水流の影響を受けて、半嫌気部の条件である溶存酸素が０ｐｐｍか、溶存酸素が存在していても０.５ｐｐｍ程度となる。これにより、半嫌気部１３では半嫌気性が維持される。
【００７４】
なお、液中膜１６を洗浄するための散気管１５Ｂとマイクロナノバブル発生機２７が半嫌気部１３に設置されているが、マイクロナノバブル量や散気管１５からの吐出空気量を調整して、半嫌気状態を維持すればよい。これらのことにより、半嫌気状態でもやや溶存酸素濃度が高い半嫌気状態とすることが可能である。また、液中膜１６としては、平膜タイプと中空糸状膜の２種類が市販されているがどちらを採用しても良い。また、この液中膜１６を通った処理水は液中膜１６と連結している重力配管１７から、重力により、自然に流れ出てくる。すなわち、この重力配管１７は、水頭差を利用して処理水を流出させる方式であるので、電力を必要とせず、省エネルギー運転が可能となる。また、液中膜１６の透過水量が低下した場合、すなわち処理水量が低下した場合には、液中膜１６自体を次亜塩素酸ソーダ等で洗浄している。
【００７５】
また、この第１実施形態では、マイクロナノバブルを硝化槽１１で発生させることで、硝化槽１１での酸素の溶解効率が大幅に増加し、硝化槽用ブロワー３０の運転時間を大幅に削減して、省エネルギーを達成できる。すなわち、マイクロナノバブルの効果により、硝化槽１１のためのブロワー３０を間欠運転とした場合でも硝化槽１１の上部の好気部１２の溶存酸素を維持できた。
【００７６】
(第２の実施の形態)
次に、図２に、この発明の排水処理装置の第２実施形態を示す。この第２実施形態は、硝化槽１１Ｎが液中膜１６の上段に配置された２段目の液中膜１１６を有する点だけが、前述の第１実施形態と異なる。
【００７７】
この第２実施形態では、第１実施形態では液中膜１６が水平に１段設置されていたのに対し、液中膜１６と１１６とが立体的に２段に設置されている。これにより、第２実施形態では、硝化槽１１Ｎにおいて、下段の液中膜１６に対して必要な空気量でもって、２段目の液中膜１１６を洗浄できるから、洗浄に必要な空気量を大幅に削減できる。また、硝化槽１１Ｎにおいて、複数の液中膜１６,１１６を上下方向に２段に配置したので、硝化槽１１Ｎの設置床面積を低減でき、省スペースな装置とすることができる。つまり、この第２実施形態では、立体的に２段設置された液中膜１６,１１６によって、液中膜１６の下部から上昇してくるマイクロナノバブルや洗浄用空気を立体的に有効に利用できるメリットがある。なお、この第２実施形態では、２段構成の液中膜を備えたが、上下方向に３段以上に配置した液中膜を備えてもよい。
【００７８】
(第３の実施の形態)
次に、図３に、本発明の排水処理装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態では、脱窒槽３Ｖ,硝化槽１１Ｖに塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂを充填した点だけが、脱窒槽３,硝化槽１１に充填物が充填されていない第１実施形態と異なる。よって、この第３実施形態では、第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて詳細説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００７９】
この第３実施形態では、脱窒槽３Ｖは、仕切板６で仕切られた２つのエリアのうちの散気管５が配置されていないエリアに塩化ビニリデン充填物３２Ａが配置されている。また、硝化槽１１Ｖは、仕切板６で仕切られた２つのエリアのうちの散気管１５Ａが配置されていないエリアに塩化ビニリデン充填物３２Ｂが配置されている。
【００８０】
この第３実施形態では、脱窒槽３Ｖ,硝化槽１１Ｖにおいて、塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂが存在することで、槽全体として微生物濃度を高めることができる。その上、塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂに微生物が付着し繁殖して、微生物の安定化を達成することができ、高濃度窒素排水の窒素処理能力を向上できる。よって、過酸化水素含有高濃度窒素排水における窒素処理効率を上げることができる。なお、塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂを各水槽３Ｖ,１１Ｖの全体に配置することによって、微生物濃度が各水槽の全体に高濃度となる。
【００８１】
この排水処理装置では、試運転から時間の経過とともに塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂに微生物が繁殖する。これにより、この塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂの表面の微生物濃度は３００００ｐｐｍ以上となり、窒素の処理効率のアップにつながる。この塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂの材質は、強固で化学物質に侵されない塩化ビニリデンであり、半永久的に使用できる。この塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂとしては、バイオコード、リングレース、バイオマルチリーフ、バイオモジュール等の商品があるが、排水の性状に合わせて選定すれば良い。この硝化槽１１Ｖの好気部１２では、処理水中のアンモニア性窒素が好気性微生物により分解酸化されて硝酸性窒素や亜硝酸性窒素となる。
【００８２】
なお、この第３実施形態の塩化ビニリデン充填物３２Ａ,３２Ｂと前述の第２実施形態の立体的に２段設置された液中膜１６,１１６とを組み合わせてよい。
【００８３】
(第４の実施の形態)
次に、図４に、本発明の排水処理装置の第４実施形態を示す。この第４実施形態は、送水部が、送水ポンプ２２,送水管２１に加えて、送水管１２１を有すると共に、送水管２１にバルブ３３Ａが設けられ、送水管１２１にバルブ３３Ｂが設けられている。この送水管１２１は、送水ポンプ２２に接続された送水管２１から分岐して調整槽１の上部まで延びている。この第４実施形態は、この点だけが、第１実施形態と異なる。よって、この第４実施形態では、第１実施形態と同じ部分については、同じ符号を付けて、詳細説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００８４】
この第４実施形態では、第１実施形態における送水ポンプ２２からの処理水がマイクロバブル発生機１９に送水されていたのに対し、マイクロバブル発生機１９と調整槽１への２つの送水管１２と１２１による２系統の送水ルートを備える。したがって、この第４実施形態では、硝化槽１１の好気部１２の処理水を送水ポンプ２２から調整槽１に導入して、最初の調整槽１から始まる処理が再度繰り返えされる。この繰り返し処理によって、処理水質が向上することとなる。つまり、後段の硝化槽１１の好気部１２の処理水の一部を再度、調整槽１、マイクロナノバブル反応槽１８を経て脱窒槽３に返送して繰り返し処理することによって、処理水質を向上できる。
【００８５】
なお、送水ポンプ２２からマイクロバブル発生機１９と調整槽１への導入量の調整は、バルブ３３Ａと３３Ｂによって行う。
【００８６】
尚、この第４実施形態における２つの送水管１２と１２１による２系統の送水ルートを、前述の第３実施形態や第２実施形態と組み合わせても良い。
【００８７】
(実験例)
図１に示す第１実施形態の排水処理装置と同じ構成の実験装置を製作した。この実験装置における調整槽１の容量は５０リットル、マイクロナノバブル反応槽１８の容量は２０リットル、脱窒槽３の容量は１００リットル、硝化槽１１の容量は２００リットルである。この実験装置において、約２ケ月間による微生物の訓養終了後、微生物濃度を２３０００ｐｐｍとして、工場の生産装置から排水される窒素濃度３３８０ｐｐｍの過酸化水素含有高濃度窒素排水を、アミノエタノール含有排水と共に、調整槽１に連続的に導入した。また、脱窒槽３には生物処理された汚泥を導入した。そして、１ケ間が経過し水質が安定するのを待って、重力配管１７の出口の窒素濃度を測定したところ、７ｐｐｍであった。
【００８８】
尚、図５Ａに、過酸化水素を含有する高濃度窒素排水の窒素濃度が２０００ｐｐｍで過酸化水素濃度が１０ｐｐｍである場合に、上記第１〜第４実施形態における各槽での処理水の滞留時間を表すタイミングチャートの一例を示す。また、図５Ｂに、過酸化水素を含有する高濃度窒素排水の窒素濃度が４０００ｐｐｍで過酸化水素濃度が２０ｐｐｍである場合に、上記第１〜第４実施形態における各槽での処理水の滞留時間を表すタイミングチャートの一例を示す。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】この発明の排水処理装置の第１実施形態を模式的に示す図である。
【図２】この発明の排水処理装置の第２実施形態を模式的に示す図である。
【図３】この発明の排水処理装置の第３実施形態を模式的に示す図である。
【図４】この発明の排水処理装置の第４実施形態を模式的に示す図である。
【図５Ａ】上記第１〜第４実施形態における窒素排水の窒素濃度が２０００ｐｐｍで過酸化水素濃度が１０ｐｐｍである場合のタイミングチャートの一例である。
【図５Ｂ】上記第１〜第４実施形態における窒素排水の窒素濃度が４０００ｐｐｍで過酸化水素濃度が２０ｐｐｍである場合のタイミングチャートの一例である。
【符号の説明】
【００９０】
１  調整槽
２  調整槽ポンプ
３、３Ｖ  脱窒槽
４Ａ、４Ｂ  分離壁
５、１５Ａ、１５Ｂ  散気管
６、１４  仕切板
７  脱窒槽用ブロワー
８  下部
９  上部
１０  返送汚泥ポンプ
１１、１１Ｎ、１１Ｖ  硝化槽
１２  好気部
１３  半嫌気部
１６、１１６  液中膜
１７  重力配管
１８  マイクロナノバブル反応槽
１９  マイクロナノバブル発生機
２０  空気吸い込み管
２１、１２１  送水管
２２、２３、２５  送水ポンプ
２４  空気吸い込み管
２６  下部ホッパー部
２７  マイクロナノバブル発生機
２８  液中膜カバー
２９  散気管カバー
３０  硝化槽用ブロワー
３１、３５  配管
３２Ａ、３２Ｂ  塩化ビニリデン充填物
３３Ａ、３３Ｂ  バルブ
Ｗ１、Ｗ１１  上昇水流
Ｗ２、Ｗ１２  下降水流
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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