(57)【要約】【課題】  微小動物による汚泥の捕食を利用して、余剰汚泥を削減できる排水処理装置を提供する。【解決手段】  反応槽２の底部からエアレーションを行って微生物反応させる排水処理装置１において、反応槽２内に充填材層３を設け、その充填材層３の下方に、エアーと被処理水とを収集する収集体７を設け、その収集体７に、被処理水をエアリフトして充填材層３に供給循環するエアリフト部８を設けたものである。【選択図】  図１
2006136783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応槽の底部からエアレーションを行って微生物反応させる排水処理装置において、上記反応槽内に充填材層を設け、その充填材層の下方に、エアーと被処理水とを収集する収集体を設け、その収集体に、被処理水をエアリフトして上記充填材層に供給循環するエアリフト部を設けたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
上記収集体は、円錐体あるいは錐体などで構成される請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
上記エアリフト部に分離膜からなる分離器を設け、その分離器に放流ラインを接続した請求項１または２記載の排水処理装置。
【請求項４】
上記反応槽の底部に、上記反応槽の底部の略全面からエアレーションを行うための散気管を設けた請求項１〜３いずれかに記載の排水処理装置。
【請求項５】
上記反応槽の上部の流出管に沈殿槽を接続し、その沈殿槽に、沈殿した汚泥を上記反応槽に戻す汚泥返送ラインを接続した請求項１〜４いずれかに記載の排水処理装置。
【請求項６】
上記被処理水は上記反応槽の下部に流入される請求項１〜５いずれかに記載の排水処理装置。
【請求項７】
反応槽の底部からエアレーションを行って微生物反応させる排水処理方法において、上記反応槽内に充填材層を設け、上記反応槽の底部の略全面からエアレーションを行い、エアーと被処理水とを収集すると共に、被処理水をエアリフトして上記充填材層に供給循環することを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水や廃棄物を好気性微生物によって処理する排水処理装置及び排水処理方法に係り、特に、余剰汚泥の発生量を削減する工夫をした排水処理装置及び排水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理場等で汚水や廃棄物を微生物で処理する際、微生物の増殖により、あるいは被処理水中の懸濁物、微生物の死がいなどによって余剰汚泥が発生する。排水処理において、余剰汚泥の発生量低減は重要な課題である。
【０００３】
余剰汚泥の発生量を削減する技術としては、嫌気性処理が有効であることが知られているが、嫌気性処理装置からの流出水をさらに嫌気性処理して汚泥を削減することは難しい。これは、残っている汚泥成分は嫌気性微生物では分解できないことが原因である。
【０００４】
このため、嫌気性処理装置からの余剰汚泥、あるいは汚水、汚泥、廃棄物そのものを熱処理、オゾン処理など物理化学的な処理をして汚泥発生量を低減する技術が試みられている。しかし、それらの技術は、一般にエネルギーを投入しつつ汚泥の分解を進めるので、維持管理費が高く、また化石燃料消費も伴うという問題がある。
【０００５】
そこで、好気性微生物、特にワムシ、イトミミズ、あるいは繊毛虫などの微小動物による汚泥低減技術が期待されている。微小動物は反応槽内に充填材層を設置すると、その表面で増殖しやすいとされている（非特許文献１，２参照）。充填材層は充填材が充填されて構成され、微小動物が付着して繁殖する部材である。
【０００６】
微小動物は増殖の際、被処理水中の浮遊性細菌を捕食するので、余剰汚泥削減に有効である。これを活用した技術の一つである接触曝気法は、活性汚泥法に比べ、余剰汚泥発生量が少ないといわれている。
【０００７】
接触曝気法を用いた図３の排水処理装置３１では、反応槽３２の上部から処理対象の流入水（被処理水）を流入させる。散気管３３からエアーを供給して反応槽３２の底部の中心からエアレーションを行い、充填材層３４とは仕切られたエアリフト部３５で被処理水をエアリフトし、充填材層３４の上部に被処理水を供給循環する。この間に、被処理水中の有機物を分解して増殖する細菌などの余剰汚泥が、充填材層３４に付着した微小動物により分解される。反応槽３２の上部からオーバーフローした被処理水は、沈殿槽３６に流れる。沈殿槽３６で残った懸濁物を沈殿させた後、上澄液は放流水（処理水）として流出し、沈殿物は反応槽３２に戻される。反応槽３２は、充填材層３４がエアレーションされないので、接触曝気槽とも呼ばれる。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２２５３１３号公報
【特許文献２】特開平６−５５１８６号公報
【非特許文献１】須藤  隆一，「環境浄化のための微生物学」，講談社サイエンティフィック，１９８３年
【非特許文献２】Schlegel,S.，「Der Einsatz von getauchten Festbettkoerpern beim Belebungsverfahren.」，GWF Wasser Abwasser，vol.127，No.9，p.421-428，１９８６年
【非特許文献３】盛下  勇，「活性汚泥の原生動物学」，環境産業新聞社，１９７３年
【非特許文献４】「下水道施設計画・設計指針と解説  後編  −１９９４年版−」，社団法人  日本下水道協会，p.240
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
汚泥削減に効果的な微小動物が繁殖するための好条件は、１）充填材層が存在すること、２）充填材層に付着した微小動物が剥がれないようにするため、充填材層に過大なせん断力がかからないこと、３）酸素が十分あること、４）二酸化炭素濃度が過大でないこと（非特許文献３参照）である。
【００１１】
その点、接触曝気法は好条件をほぼ備えているが、例えば、図３の排水処理装置３１では、散気管３３のエアーを送る部分の水平面積が、エアリフト部３５の横断面積よりも小さいため、供給できる酸素量に限界があり、その結果、装置３１に高い負荷かけても（散気管３３からエアーを大量に供給しても）、微小動物が酸素欠乏になってしまう。
【００１２】
循環流にこだわらず、充填材層の下方全面からエアレーションする方法もあるが、この場合、充填材層表面へのせん断力が強すぎて微小動物に悪影響を与える。
【００１３】
また、特許文献２は、微小動物の棲息を意識して、せん断力のかからない処理水槽に充填材層を設置することを提案しているが、二酸化炭素濃度が過大な可能性があり、また充填材層への被処理水の流れを強制的に作るものではない。このため、被処理水の流れが少なすぎ、充填材層に汚泥が流れてこない可能性がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、微小動物による汚泥の捕食を利用して、余剰汚泥を削減できる排水処理装置及び排水処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、反応槽の底部からエアレーションを行って微生物反応させる排水処理装置において、上記反応槽内に充填材層を設け、その充填材層の下方に、エアーと被処理水とを収集する収集体を設け、その収集体に、被処理水をエアリフトして上記充填材層に供給循環するエアリフト部を設けた排水処理装置である。
【００１６】
請求項２の発明は、上記収集体は、円錐体あるいは錐体などで構成される請求項１記載の排水処理装置である。
【００１７】
請求項３の発明は、上記エアリフト部に分離膜からなる分離器を設け、その分離器に放流ラインを接続した請求項１または２記載の排水処理装置である。
【００１８】
請求項４の発明は、上記反応槽の底部に、上記反応槽の底部の略全面からエアレーションを行うための散気管を設けた請求項１〜３いずれかに記載の排水処理装置である。
【００１９】
請求項５の発明は、上記反応槽の上部の流出管に沈殿槽を接続し、その沈殿槽に、沈殿した汚泥を上記反応槽に戻す汚泥返送ラインを接続した請求項１〜４いずれかに記載の排水処理装置である。
【００２０】
請求項６の発明は、上記被処理水は上記反応槽の下部に流入される請求項１〜５いずれかに記載の排水処理装置である。
【００２１】
請求項７の発明は、反応槽の底部からエアレーションを行って微生物反応させる排水処理方法において、上記反応槽内に充填材層を設け、上記反応槽の底部の略全面からエアレーションを行い、エアーと被処理水とを収集すると共に、被処理水をエアリフトして上記充填材層に供給循環する排水処理方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、微小動物による汚泥の捕食を利用して、余剰汚泥を削減できるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２４】
図１は、本発明の好適な第１の実施の形態である排水処理装置の概略を示す側断面図である。
【００２５】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る排水処理装置１は、反応槽２と、充填材層３とで主に構成される。反応槽２は、上端が大気開放された有底円筒状（あるいは方形状）に形成された竪型の槽である。反応槽２は下段の下部区画２ａと、中段部２ｂと、上段の充填部２ｃとで構成される。
【００２６】
反応槽２の充填部２ｃの中心部を除く部分には、好気性微生物、特にワムシ、イトミミズ、あるいは繊毛虫などの微小動物が付着して繁殖する充填材が配置・充填されて構成される充填材層３が設けられる。
【００２７】
本実施の形態では、充填材層３を円筒状に形成した。充填材層３は完全な中実体ではなく、その上面から下面へと連続的につながった空隙部を有する。充填材としては、例えば、不織布、プラスチック構造物などを用いる。
【００２８】
反応槽２の下部区画２ａの底部には、反応槽２の底部の略全面からエアレーションを行うための散気管４が設けられる。散気管４には、エア供給ライン５を介してエアーを送る図示しないブロアが接続される。下部区画２ａには、処理対象の流入水（被処理水）を流入する流入ライン６が接続される。
【００２９】
ここで、エアレーションとは、被処理水をエアーと共に反応槽２の上方に移動させるように、反応槽２内の被処理水を曝気することをいう。
【００３０】
充填材層３の下方となる反応槽２の中段部２ｂには、エアーａと被処理水とを収集する収集体（傾斜板）７が設けられる。収集体７としては、例えば、上下が開放された円錐体（逆漏斗状の部材、あるいはコーン状の部材）、上下が開放された錐体、側面視で反応槽２の底面側に傾いた２枚の板部材、逆凹状の部材などで構成されるものを用いる。収集体７の下端の径（あるいは幅）は、反応槽２の径（あるいは一辺の長さ）より小さく、散気管４からエアーａを吹き出す部分の径（あるいは幅）より大きい。
【００３１】
収集体７には、充填材層３とは仕切られたエアリフト部８が設けられる。エアリフト部８は、被処理水をエアリフトして充填材層３に下降流ｄとして供給循環するものである。
【００３２】
本実施の形態では、充填材層３の中心部を上下に貫通する１本の管体でエアリフト部８を構成した。エアリフト部８の下端は、収集体７の上端と接続され、充填材層３の底面より下方に突出して形成される。エアリフト部８の上端は、充填材層３の上面より上方に突出して形成される。
【００３３】
反応槽２の上部となる充填部２ｃには、反応槽２からオーバーフローした被処理水が流れ出る流出管９の一端が接続され、流出管９の他端には沈殿槽１０が接続される。
【００３４】
沈殿槽１０の側面には、上澄液を放流水（処理水）として放流する放流ライン１１が接続され、沈殿槽１０の底部には、沈殿した汚泥を反応槽２に戻す汚泥返送ライン１２の一端が接続される。汚泥返送ライン１２の他端は、反応槽２の下部区画２ａに接続される。汚泥返送ライン１２の途中には、通常ポンプが設けられる。
【００３５】
次に、排水処理方法と共に、第１の実施の形態の作用を説明する。
【００３６】
まず、反応槽２の下部区画２ａに流入ライン６から被処理水を流入させる。エアリフト８の上端近くまで被処理水が満たされた状態で、ブロワによりエア供給ライン５を介して散気管４にエアーを供給し、散気管４からエアーａを吹き出して反応槽２の底部の略全面からエアレーションを行う。
【００３７】
エアレーションにより、エアーａは、下部区画２ａを上昇し、収集体７で被処理水と共に集められ、下部区間２ａの被処理水をエアリフトし、エアリフト部８を上昇して反応槽２の上方へ放散される。
【００３８】
このとき、エアリフト部８では高速で強力なエアーａの流れによって、被処理水が強く撹拌されるため、被処理水中の懸濁物が細かく破砕され、微小動物がより捕食しやすい大きさとなる。
【００３９】
一方、エアリフトされた被処理水は、エアリフト部８で上昇流ｕとなり、エアリフト部８の上端からオーバーフローし、その大部分が下降流ｄとなって充填材層３に供給される。充填材層３の空隙部を通過した被処理水は、反応槽２と収集体７の下端間のすき間を下方に流れ、下部区間２ａに戻って循環し、下部区画２ａで流入ライン６から流入する被処理水と混合される。
【００４０】
ただし、反応槽２内の被処理水の循環量は、流入水の流入量よりも十分大きくなるようにする。流入水の流入量と、反応槽２外へ流出する被処理水の流出量とは同じである。
【００４１】
この間に被処理水は、反応槽２内、特に充填材層３に付着した微小動物により、微生物反応を受けて分解される。すなわち、被処理水が含有する汚泥、懸濁物、浮遊性細菌などが微小動物によって捕食されることで、二酸化炭素と水に分解され、被処理水の懸濁物濃度が低下する。
【００４２】
エアリフト部８の上端からオーバーフローした被処理水の一部は、反応槽２の上部からオーバーフローし、流出管９を経て沈殿槽１０に流れる。沈殿槽１０で残った懸濁物を沈殿させた後、上澄液は放流ライン１１から処理水として流出し、沈殿物は汚泥返送ライン１２から反応槽２の下部区画２ａに戻される。
【００４３】
流入水の懸濁物濃度は数十ｐｐｍ〜数万ｐｐｍである。嫌気性処理装置はその懸濁物濃度を約半分にした処理水を放流するのに対し、排水処理装置１ではそれよりもさらに低くした懸濁物濃度の処理水を放流できる。
【００４４】
このように、排水処理装置１は、反応槽２の底部の略全面からエアレーションを行い、エアレーションしたエアーａと被処理水とを収集体７で集め、充填材層３とは仕切られたエアリフト部８で被処理水をエアリフトすることで、充填材層３に酸素が豊富な被処理水の静かな下降流を供給し、反応槽２内の被処理水を循環させている。
【００４５】
つまり、充填材層３がエアレーションされないという接触曝気槽の構造を反応槽２が維持しつつ、エアレーション量を増やすために、反応槽２の底部の略全面からエアレーションを行うと共に、エアーａを収集体７で集めて充填材層３の部分に行かないようにしている。
【００４６】
また、エアリフト部８では、高速で強力なエアーａの流れによって、被処理水が強く撹拌されるため、被処理水中から過飽和の二酸化炭素を追い出す働きもある。
【００４７】
したがって、排水処理装置１では、微小動物の繁殖に効果的な充填材層３が、直接エアレーションされず、強いせん断力を受けない（せん断力が小さい）場所に設けられる。さらに、酸素が充分に供給され、かつ過飽和の二酸化炭素が追い出された（除去された）被処理水が適度な速度で反応槽２内を循環するので、微小動物が被処理水中の浮遊性細菌などを捕食するのに最適な環境が作り出される。
【００４８】
これにより、排水処理装置１は、微小動物が繁殖するための上述した１）〜４）の好条件を全て満たしており、微小動物による汚泥の捕食を効率良く利用することで、微生物の増殖により、あるいは被処理水中の懸濁物、微生物の死がいなどによって発生する余剰汚泥を削減できる。
【００４９】
また、エアリフト部８では、上述したように、高速で強力なエアーａの流れによって、被処理水中の懸濁物を破砕する効果があるので、この破砕効果も微小動物による懸濁物の分解を助ける。
【００５０】
さらに、排水処理装置１では、反応槽２の下部区画２ａに被処理水が流入するので、懸濁物濃度が高い被処理水が流出管９から短絡的に流出しにくい。
【００５１】
この排水処理装置１は、余剰汚泥発生量を削減しようという嫌気性排水処理装置の後工程に設置すると、特に上述した効果が期待できる。嫌気性排水処理では浮遊性細菌が多く残るためである。
【００５２】
上記実施の形態では、充填材層３の中心部を上下に貫通する１本の管体でエアリフト部８を構成したが、反応槽、充填材層とも角形とし、その中心を横断する直方体状の上下が開放された部材でエアリフト部を構成してもよい。この場合、側断面図は図１と同じだが、平面図では反応槽を充填材とエアリフト部とで３分割した構成となる。このとき収集体としては、エアリフト部側が高く反応槽の側壁部側が低くなるように傾いた板部材を２枚用いる。また、充填材層３の両側部を上下に貫通する２本の管体でエアリフト部を構成してもよい。上述したエアリフト部内に、その長手方向に沿って複数本の細管が設けられていてもよい。
【００５３】
また、エアリフト部は充填材層３と仕切られていればよいので、例えば、充填材層３を迂回して収集体７の上端と反応槽２の充填部２ｃとを、コ字状の管体で接続してエアリフト部を構成してもよい。
【００５４】
上記実施の形態では、反応槽２の下部区画２ａに流入ライン６を接続したが、流出管９と対向する位置の充填部２ｃに流入ラインを接続してもよい。反応槽２の下部区画２ａに汚泥返送ライン１２の他端を接続したが、中段部２ｂや充填部２ｃに汚泥返送ラインの他端を接続してもよい。
【００５５】
第２の実施の形態を説明する。
【００５６】
図２に示すように、排水処理装置２１は、エアリフト部８に筒状または板状の分離器２２を設け、その分離器２２に放流ラインとして、膜ろ過水流出管２３を接続したものである。つまり、排水処理装置２１は、図１における排水処理装置１の流出管９、沈殿槽１０、汚泥返送ライン１２の代わりに、分離器２２を設けたものである。膜ろ過水流出管２３の途中には、通常ポンプが設けられる。
【００５７】
分離器２２は、微小動物や、特に微小動物が捕食する浮遊性細菌を反応槽２内に保持するために設けられ、水とその溶存物質（酸素など）のみを通すものであり、分離膜を筒状に形成した筒体で構成される。筒体の上下端は、分離膜または板材などで閉口される。分離膜としては、径が０．１〜０．４μｍの多数の穴を有する精密ろ過膜、あるいは径が０．１μｍ未満の多数の穴を有する限外ろ過膜を用いる。
【００５８】
この排水処理装置２１では、分離器２２によって微小動物や浮遊性細菌がろ過されて反応槽２内に保持（残留）されるので、余剰汚泥がない処理水のみを、膜ろ過水流出管２３から放流できる。
【００５９】
また、エアリフト部８では、高速で強力なエアーａの流れによって、被処理水が強く撹拌されるため、分離器２２を洗浄する効果もあり、分離器２２が目詰まりしにくい。エアリフト部８に分離器２２を設けたのは、この洗浄効果を利用するためでもある。
【００６０】
したがって、エアリフト部８に分離器２２を設置すれば、浮遊性細菌の反応槽２外への流出が抑えられるため、浮遊性細菌が微小動物に食われることになり、上述した図１の排水処理装置１の効果がより高まる。つまり、排水処理装置２１は、排水処理装置１に比べ、よりきれいな処理水を放流できる。排水処理装置２１は、特に、高濃度の有機物を含んで流入水の流量が低い場合に有効である。
【００６１】
排水処理装置２１では、図１の流出管９、沈殿槽１０、汚泥返送ライン１２を省略した例で説明したが、これらを残してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す排水処理装置の側断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す排水処理装置の側断面図である。
【図３】背景技術の排水処理装置の一例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  排水処理装置
２  反応槽
３  充填材層
４  散気管
７  収集体
８  エアリフト部
１０  沈殿槽
１２  汚泥返送ライン
【図１】
2006136783.tif 000003
【図２】
2006136783.tif 000004
【図３】
2006136783.tif 000005