(57)【要約】【課題】  既設の活性汚泥反応槽をそのまま有効に利用でき、高度処理法にも適用でき、安定した処理が行える生物処理方法と装置を提供する。【解決手段】  汚水を生物処理する方法において、該生物処理をシート状の立体網目構造体７を用いて行うこととしたものであり、また、汚水を生物処理する方法において、該汚水中でシート状の立体網目構造体を上下に移動して、被処理汚水の混合と生物膜処理とを行うこととしたものであり、前記処理方法において、シート状立体網目構造体は、その一部を連続的又は間欠的に空気中に導くことができ、また、空気中で取り込んだ空気を水中で吐き出させ、水中で取り込まれた被処理汚水を空気中で吐き出させることができる。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を生物処理する方法において、該生物処理をシート状の立体網目構造体を用いて行うことを特徴とする生物処理方法。
【請求項２】
汚水を生物処理する方法において、該汚水中でシート状の立体網目構造体を上下に移動して、被処理汚水の混合と生物膜処理とを行うことを特徴とする生物処理方法。
【請求項３】
前記シート状立体網目構造体は、その一部を連続的又は間欠的に空気中に導くことを特徴とする請求項１又は２記載の生物処理方法。
【請求項４】
前記空気中に導いたシート状の立体網目構造体は、空気中で構造体内に取り込まれた空気を、水中で一時的に吐き出させ、及び／又は、水中で構造体内に取り込まれた被処理汚水を、空気中で一時的に吐き出させることを特徴とする請求項３記載の生物処理方法。
【請求項５】
汚水を処理する水槽と、該水槽中を上下に移動するように設置したシート状の立体網目構造体とで構成されることを特徴とする生物処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚水の生物処理に係り、特に、下水、有機性排水、窒素を含んだ無機性排水、汚濁の進んだ河川水、湖沼水等の汚水を生物膜を用いて処理する生物処理方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性汚水を生物学的に処理する方法として、回転円板法と呼ばれるものがある。この方法は、被処理液の混合撹拌と生物膜処理とを同時に行うことができ、約３０年前から日本国内でも普及している技術である。
一方、もっとも広く普及している方法は活性汚泥法であり、そこでの反応槽は曝気槽とも呼ばれ、一般的には空気を散気することにより、被処理液の混合撹拌と酸素供給を行い、活性汚泥の代謝を促すことによって生物処理が行われている。従来の活性汚泥法は、標準法と呼ばれる方式で、ＢＯＤとＳＳ除去が主体であった。しかし、近年では、富栄養塩類をも除去する必要性が増し、高度処理法と呼ばれる方式で、窒素やリンをＢＯＤ、ＳＳに加えて除去することが行われてきている。標準法における生物反応時間は、６から８時間が一般的であるが、高度処理法の場合には、標準法の２倍程度多くなる。この場合、反応槽を増設することによって対処するのが一般的ではあるが、敷地面積がない場合には、微生物付着担体を反応槽に投入して対処することもある。
【０００３】
回転円板法では、円板上に生物膜が厚く付き過ぎて、トルクオーバーになる場合や、時には、円板と円板の間が微生物で埋まり、適切な混合撹拌ができない場合がある。さらに、既設の活性汚泥反応槽に回転円板を取り付けようとすると、反応槽の深さを十分に利用できず、合理的でない。
一方、活性汚泥法では、特に、標準法から高度処理法に機能アップする場合に問題が生じる。反応槽の増設には、敷地面積のみならず、膨大な建設コストを要するという欠点がある。また、微生物付着担体を投入する方法では、担体を槽全体に流動させ、かつ、反応槽からの担体流出を防止しなければならない。そのために、水中撹拌機とスクリーンを適切に組み合わせるなど、設備的に細やかな配慮が不可欠となる。
【特許文献１】特願２００２−３４３４００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明では、従来の回転円板法の目詰まり問題を抜本的に解決すると共に、既設の活性汚泥反応槽をそのまま有効に利用することができ、かつ、標準法から高度処理法に機能アップする際に、特殊な撹拌機やスクリーンを設置しなくとも安定した処理が行える生物処理方法及び装置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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明では、汚水を生物処理する方法において、該生物処理をシート状の立体網目構造体を用いて行うことを特徴とする生物処理方法としたものであり、また、汚水を生物処理する方法において、該汚水中でシート状の立体網目構造体を上下に移動して、被処理汚水の混合と生物膜処理とを行うことを特徴とする生物処理方法としたものである。
【０００６】
前記生物処理方法において、シート状立体網目構造体は、その一部を連続的又は間欠的に空気中に導くことができ、それにより、立体網目構造体に付着した生物膜に酸素を供給すると共に、空気中で立体網目構造体内に取り込まれた空気により被処理汚水中に酸素を供給することができ、また、前記空気中に導いたシート状の立体網目構造体は、空気中で構造体内に取り込まれた空気を、水中で一時的に吐き出させ、及び／又は、水中で構造体内に取り込まれた被処理汚水を、空気中で一時的に吐き出させることができる。
【０００７】
また、本発明は、汚水を処理する水槽と、該水槽中を上下に移動するように設置したシート状の立体網目構造体とで構成されることを特徴とする生物処理装置としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、用いるシート状の立体網目構造体のローラー部分でひっぱられることにより、生物膜床に過剰の生物がつきにくい。そのため、いつも新鮮な微生物が生物膜床に形成され、代謝活性が常に高い。また、動力を過剰に見積もる必要がなく、省エネルギーである。生物膜床としてシート状の立体網目構造体を移動させることによって、生物膜を効果的に付着させることができると共に、反応槽を撹拌できる。さらに、生物膜床の一部を気相に導くことによって、酸素の反応槽内への供給も可能になり、生物処理能力をより高めることができる。
処理水槽の縦横比に制限されないので、全ての既設生物反応槽に適用できる。さらに、生物膜床での生物量が増加するので、生物反応槽を増やさずに標準活性汚泥法から高度処理法へ機能をアップすることができる。シート状の立体網目構造体に回転体を設置し、一時的に圧迫することで酸素供給を促進し、ブロワによる散気量を減らして動力コストを節約することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の処理装置の一例を示す概略構成図である。図１において、汚水である原水１は、生物反応槽２に導入される。生物反応槽２には、沈殿槽３で沈殿した汚泥４が返送汚泥５として戻り、活性汚泥６が存在している。返送汚泥５による活性汚泥６は、必要に応じて省略することもできる。生物反応槽２内で、シート状の立体網目構造体７が上下方向に移動しており、シート状の立体網目構造体７の表面に生物膜が形成される。同時に、シート状の立体網目構造体７が上下方向に移動すると、空気中から液中に没するときに、大気中の酸素を生物反応槽２の液中に取り込むことができる。液中においても液自体を撹拌することができ、活性汚泥６や立体網目構造体７からはく離した微生物を十分に混合できるので、生物反応槽２内に沈殿させることなく沈殿槽３に導くことができる。生物膜による処理のみを行い、活性汚泥６が不要な場合には、返送汚泥５は省略してよいし、曝気装置８も省略できる。さらに、はく離した生物膜の除去が不要である場合は、沈殿槽３をも省略することができる。
【００１１】
図２は、本発明に用いる立体網目構造体、いわゆるスポンジ状のものの外観を概念的に表した模式図である。網目構造は、リブ構造でも、ウォール構造でも、その他の構造でもよいが、空気や水が抜けやすく染み込みやすいこと、すなわち水と空気の交換がスムーズに行われる構造であることが重要である。孔の大きさは、孔径として０．２〜３ｍｍの範囲にあれば問題なく使用することができ、０．５〜２ｍｍであることが望ましい。立体網目構造体の素材は、強度、弾力性、耐磨耗性が十分にあり、親水性、生物親和性に優れたものがよい。主成分としては、ポリウレタン、ポリエチレングリコール、セルロース、ポリスチレン、ビニロンなどが挙げられるが、親水性や強度などを向上させるための何かを付加してもよい。シートの厚みは、２〜５０ｍｍならば使用可能だが、３〜３０ｍｍが望ましい。また、弾力性はある方がよく、立体網目構造体７が圧迫による収縮から解放されたときに、元の厚さに戻る程度の圧縮回復性を有していれば、問題なく使用することができるので、極端に高い反発弾性力などは必要でない。むしろ一定以上の圧縮回復率が、長期間保たれることが重要である。メンテナンスを考慮すると、弾力性が１年以上保たれることが望ましい。
【００１２】
シート状の立体網目構造体７は、主に補強や操作性、機能性向上の目的で物理的な加工を施し、加工品として使用することができる。シート状の立体網目構造体７の加工形態は、立体網自構造体７がよじれたり、引っ張られて損傷したり、引っかかったり、極端な摩擦を受けたりしなければ何でもよい。例えば、図３（ａ）の加工品９ａのように、ろ布、不職布、網などの布状材１０を利用して、接着、圧着、縫い付け、といった加工を施す方法がある。また、図３（ｂ）の加工品９ｂに示すように、ネット状の保持材１１で接着、圧着、はさみこみ、包みなどといった加工を施してもよい。もしくは図３（ｃ）の加工品９ｃのように、ネット状又は布状の保持材を２枚以上の立体網目構造体で接着、圧着、縫い付けなどしてはさみこんでもよい。これらも一例であって、それに限定されるものではない。当然のことながら、必ずしも立体網目構造体７の一面全体に加工が施される必要はない。
【００１３】
シート状立体網目構造体７を上下に移動させる手段としては、図４のように一枚のシート状立体網目構造体の両端をつなげてエンドレスにし、ローラー１２ａ及び１２ｂで回転させる方法がある。一例でありこれに限定するものではない。シート状の立体網目構造体７を、図３の加工品９ａ〜ｃと変えて使用してもよいし、図５に示すように、シート状の立体網目構造体７に直接ベルト１３を取り付け、ローラー１２ａにガイド１４を付けて保持するなど、補助具を使用した方法も実施可能である。ローラーの数を増やせば、一枚のシートで多段の構造にすることができ、ユニット当たりの効率がよくなる。多段にした生物膜床移動ユニットを水槽中に設置した例を図６に示す。嫌気槽や無酸素槽の場合のように、液中に酸素を溶解させたくない場合は、ローラー１２を全て水没されるとよい。なお、シート状の立体網目構造体７の一部又は全部が、前記の加工品９であっても、もちろん構わない。
【００１４】
ところで本発明において、図７中に示すように圧迫構造体１５を任意の地点に設けると、圧迫された立体網目構造体７が取り込んだ水や空気を吐き出し、これにより酸素供給を促進することができる。圧迫構造体１５の設置数は１つでも、２つ以上でもよく、空気中、液中のいずれかにも、また両方にも設置できる。圧迫地点が空気中になるように、圧迫構造体１５ａを設けた場合、立体網目構造体７が圧迫構造体１５ａに圧迫され、立体網目構造体７に含まれる被処理水が吐き出されて流れ落ちる。すると、生物反応槽２内の被処理水に対する曝気と撹拌の効果が得られる。さらに、圧迫後の立体網目構造体７は、厚みの回復と共に空気を含むので、液中での酸素供給効果がより大きくなる。また、立体網目構造体から水の重みが取れ、動力コストを低減することができる。圧迫地点が液中になるように、圧迫構造体１５ｂを設けた場合、空気を取り込んだ立体網目構造体７から空気が散気されることにより、生物反応槽２内に酸素が供給される。さらに、立体網目構造体７は、生物反応槽２内の被処理水を新たに含んで再び空気中へ移動する。これにより酸素供給と被処理水の撹拌が促進される。液中に圧迫構造体１５ｂを設ける場合、立体網目構造体７の最下部のローラー１２ｂの下に設置すれば、最も深いところで空気を出し切ることになり、酸素供給の観点から好ましい。
【００１５】
圧迫構造体１５の形状は、多角柱体でも円筒状でも何でもよい。立体網目構造体７との間隔も、自由に調節することが可能であり、立体網目構造体７を圧迫する厚さを調節することが可能である。また、必ずしも立体網目構造体７の全部を圧迫する大きさ及び形状でなくともよい。圧迫構造体１５を回転体とすれば、立体網目構造体７の移動に合わせて自由に回転することができ、このため立体網目構造体７の上下移動を妨げることがなく、動力コストを増大させない。また、立体網目構造体７との間隔も、自由に調節することが可能であり、立体網目構造体７を圧迫する厚さを調節したり、酸素供給能力を調節したりすることができる。回転圧迫構造体１６の形状としては、自由に回転できるものなら多角柱体でも円筒状でも何でもよい。特に、円筒状であれば、生物膜を傷めることもなく、立体網目構造体７の移動を妨げてトラブルの原因となることもなく、しかも、どの地点でも同じ程度の圧迫が安定して得られやすくて望ましい。回転円板法で問題となった生物膜の過剰付着については、ローラー１２ａ、１２ｂでのたわみによって過剰付着生物膜がはく離される上、圧迫構造体１５に過剰付着生物膜をかきとる効果もあるので、問題になりにくい。圧迫以外にも振動によっても、水や空気を吐き出させることができる。
【実施例１】
【００１６】
図８は、嫌気・無酸素・好気法の反応槽に、本発明の生物処理装置である生物膜床移動ユニット１７を適用した例であるが、本発明の実施形態の一例であってこれに限定するものではない。図８（ａ）は平面図で、図８（ｂ）は正面図であり、図８（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。本例では、生物膜床移動ユニット１７を６組利用している。生物膜床移動ユニット１７は、複数個の上部ローラー１２ａと下部ローラー１２ｂとを一枚の立体網目構造体７で連結している。生物膜床移動ユニット１７の配置方法として、原水１の流れ方向と立体網目構造体７が、図８（ａ）に示すように平行になることが望ましい。両者が、垂直の位置関係であると、生物反応槽２において短絡流が生じやすい。また、平行の位置関係にある場合にも、隔壁１８を設けると短絡流を防止することができる。
【００１７】
原水１は、嫌気槽２（ａ）に導入される。嫌気槽２ａには、生物膜床移動ユニット１７ａが水没した状態で置かれている。また、返送汚泥５も流入し、リンの吐き出しが行われる。ここでは、場合により生物膜床移動ユニット１７ａを設置せず、汚泥が沈降しないように、撹拌機を設置してもよい。次に、無酸素槽２ｂに至り、ここでも生物膜床移動ユニット１７ｂが水没した状態で置かれている。硝化液１９が循環されている。嫌気槽２ａと同様に、生物膜床移動ユニット１７ｂを設置せず、汚泥が沈降しないように、撹拌機を設置してもよい。
【００１８】
次の硝化槽２ｃでは、好気条件を得るために生物膜床の一部が外気と接触しなければならない。１７ｄのように１７ｃに比べて外気接触部分を増やすと、立体網目構造体７に付着した硝化菌が好気条件を維持しやすく、硝化が効率的に起こる。さらに、生物膜床の最下部に、圧迫構造体１５あるいは回転圧迫構造体１６を設置して生物膜床を一時的に圧迫すれば、液中での曝気効果によりＢＯＤ酸化及び硝化がさらに進行する。硝化槽２ｃの前段は、ＢＯＤ酸化菌の付着量が多く、後段に行くにしたがって硝化菌の比率が増してくるので、硝化槽２ｃの前半に比べ、後段の回転数を早めることによって溶存酸素濃度をコントロールすることもできる。さらに、必要に応じてブロワによる散気装置を設けて酸素量を補ってもよい。
【００１９】
本発明を利用して、表１に示す条件に基づき、滞留時間８時間で都市下水の処理を行うたところ、表２に示すように全窒素８ｍｇ／Ｌ、全リン０．３ｍｇ／Ｌの処理水を得ることが可能であった。このときのブロワによる空気補充量は、処理水量あたり１．５倍で十分であった。つまり、標準法の８分の３、高度処理法の１６分の３程度の散気量であった。この結果を基にして、処理水量１万トンの都市下水に対する設計比較をしたところ、動力としては２５％〜５０％節約できる見込みがついた。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の生物処理装置の一例を示す概略構成図。
【図２】本発明の立体網目構造体の部分拡大図。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明に用いるシート状立体網目構造体の加工品の構成図。
【図４】本発明に用いるシート状立体網目構造体の移動手段を示す斜視図。
【図５】図４のローラへの立体網目構造体の取付けの部分拡大図で、（ａ）、（ｂ）は設置図、（ｃ）は側面図。
【図６】本発明の生物処理装置の他の例を示す概略構成図。
【図７】本発明の立体網目構造体を取付けた移動装置の一例を示す概略構成図。
【図８】実施例１に用いた装置の概略構成図で、（ａ）平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）Ａ−Ａ断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１：原水、２：生物反応槽、３：沈殿槽、４：沈殿汚泥、５：返送汚泥、６：活性汚泥、７：立体網目構造体、８：曝気装置、９：立体網目構造体加工品、１０：布状材、１１：ネット状の保持材、１２：ローラー、１３：ベルト、１４：ガイド、１５：圧迫構造体、１６：回転圧迫構造体、１７：生物膜床移動ユニット、１８：隔壁、１９：硝化液
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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