(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、省エネルギーであり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に対して、調整槽１、脱窒槽３、液中膜１６を有する硝化槽１１で微生物処理を行ってから、さらに、光触媒槽１８で光触媒処理する。この光触媒処理によって、過酸化水素を含有する窒素排水を微生物処理による処理の水質上の限界を越えて高度処理できる。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、従来に比べて、省エネルギーでありコンパクト化とランニングコスト低減を実現できる。【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液中膜を用いて微生物処理する微生物処理工程と、
上記液中膜から導出された処理水を光触媒処理する光触媒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液中膜を有し、上記窒素排水を微生物処理する微生物処理部と、
上記微生物処理部の液中膜から導出された処理水が導入されると共に上記処理水を光触媒処理する光触媒部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１に記載の排水処理方法において、
上記窒素排水にアミノエタノール含有排水を加え合わせて処理することを特徴とする排水処理方法。
【請求項４】
請求項１に記載の排水処理方法において、
上記窒素排水に、生物処理された処理水または生物処理で生じた汚泥を加え合わせて処理することを特徴とする排水処理方法。
【請求項５】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記微生物処理部は、
上記窒素排水が導入される調整槽と、
上記調整槽からの処理水が導入されると共にエアーリフト方式で撹拌する撹拌部を有する脱窒槽と、
上記脱窒槽からの処理水が導入されると共にエアーリフト方式で撹拌する撹拌部を有する硝化槽とを有し、
上記脱窒槽の撹拌部は、上記脱窒槽の上部と下部の間に配置された分離壁と、上記脱窒槽内で上下に延びる仕切板と、上記上部と下部の間に配置された散気管とを含み、
上記硝化槽の撹拌部は、上記硝化槽の上部と下部の間に配置された分離壁と、上記硝化槽内で上下に延びる仕切板と、上記上部と下部の間に配置された散気管とを含むことを特徴とする排水処理装置。
【請求項６】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記微生物処理部での微生物濃度を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。
【請求項７】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記光触媒部は、
紫外線照射部と、
上記処理水に接触すると共に上記紫外線照射部からの紫外線が照射される光触媒板とを有する光触媒槽であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項８】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記微生物処理部は、
上記液中膜の下方に配置されていると共に上記液中膜を洗浄し、かつ、処理水を撹拌する散気管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７に記載の排水処理装置において、
上記光触媒槽が有する光触媒板が無機多孔質であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の排水処理装置において、
上記光触媒部で光触媒処理した処理水を、上記微生物処理部の脱窒槽に返送する返送部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５に記載の排水処理装置において、
上記光触媒部で光触媒処理した処理水を、上記微生物処理部の硝化槽に返送する返送部を有することを特徴とする排水処理装置。
【請求項１２】
請求項７に記載の排水処理装置において、
上記紫外線照射部が光触媒板に照射する紫外線の強度を、１ｍＷ／ｃｍ２程度または５００μＷ／ｃｍ２乃至３ｍＷ／ｃｍ２としたことを特徴とする排水処理装置。
【請求項１３】
請求項７に記載の排水処理装置において、
上記光触媒板は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、チタン酸ストロンチウム、タンタル酸カリウム、酸化タングステンのうちのいずれか１つの化合物で作製されていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の排水処理方法において、
上記窒素排水は、マイクロナノバブルを含む排水であることを特徴とする排水処理方法。
【請求項１５】
請求項２に記載の排水処理装置において、
上記窒素排水は、マイクロナノバブルを含む排水であることを特徴とする排水処理装置。
【請求項１６】
請求項５に記載の排水処理装置において、
上記脱窒槽からの被処理水が導入されると共に上記被処理水にマイクロナノバブルを含有させてから上記硝化槽に導入するマイクロナノバブル発生槽を設けた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。この発明は、一例として、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対応するための排水処理装置および排水処理方法に関する。この発明は、例えば、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(例えば過酸化水素を含有する高濃度アンモニア含有排水等)やアミノエタノール含有排水中の窒素の高度処理が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】
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。
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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、省エネルギーであり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】
【００１５】
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液中膜を用いて微生物処理する微生物処理工程と、
上記液中膜から導出された処理水を光触媒処理する光触媒処理工程とを備える。
【００１６】
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に対して液中膜を使用する微生物処理を行ってから、さらに、光触媒処理する。この光触媒処理によって、過酸化水素を含有する窒素排水を微生物処理による処理の水質上の限界を越えて高度処理できる。したがって、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の処理効率を向上でき、従来に比べて、省エネルギーでありコンパクト化とランニングコスト低減を実現できる。
【００１７】
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液中膜を有し、上記窒素排水を微生物処理する微生物処理部と、
上記微生物処理部の液中膜から導出された処理水が導入されると共に上記処理水を光触媒処理する光触媒部とを備える。
【００１８】
この実施形態の排水処理装置によれば、過酸化水素を含有する窒素排水に対して液中膜を有する微生物処理部で微生物処理を行ってから、さらに、光触媒部で光触媒処理する。この光触媒処理によって、過酸化水素を含有する窒素排水を微生物処理による処理の水質上の限界を越えて高度処理できる。したがって、この発明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、従来に比べて、省エネルギーでありコンパクト化とランニングコスト低減を実現できる。
【００１９】
また、一実施形態の排水処理方法は、上記窒素排水にアミノエタノール含有排水を加え合わせて処理する。
【００２０】
この実施形態の排水処理方法によれば、上記窒素排水にアミノエタノール含有排水を加え合わせて処理する。したがって、アミノエタノール含有排水を処理すると同時に、このアミノエタノールがメタノールを代替するので、脱窒処理に必要な水素供与体としてのメタノールの添加を必要とせず、ランニングコストを低減できる効果がある。
【００２１】
また、一実施形態の排水処理方法は、上記窒素排水に、生物処理された処理水または生物処理で生じた汚泥を加え合わせて処理する。
【００２２】
この実施形態の排水処理方法によれば、微生物処理工程において、各種微生物の活性を高めることができる。すなわち、上記生物処理による処理水または汚泥に含まれるミネラルによって、微生物の活性を高めることができる。
【００２３】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記微生物処理部は、
上記窒素排水が導入される調整槽と、
上記調整槽からの処理水が導入されると共にエアーリフト方式で撹拌する撹拌部を有する脱窒槽と、
上記脱窒槽からの処理水が導入されると共にエアーリフト方式で撹拌する撹拌部を有する硝化槽とを有し、
上記脱窒槽の撹拌部は、上記脱窒槽の上部と下部の間に配置された分離壁と、上記脱窒槽内で上下に延びる仕切板と、上記上部と下部の間に配置された散気管とを含み、
上記硝化槽の撹拌部は、上記硝化槽の上部と下部の間に配置された分離壁と、上記硝化槽内で上下に延びる仕切板と、上記上部と下部の間に配置された散気管とを含む。
【００２４】
この実施形態の排水処理装置によれば、上記脱窒槽および硝化槽は、仕切板と散気管を活用したエアーリフト方式の撹拌部を有する。これにより、脱窒槽と硝化槽において、ＭＬＳＳ(混合液懸濁物質)濃度で例えば１５０００ｐｐｍという高濃度に微生物が培養されて、通常の撹拌機や循環ポンプで充分に撹拌できない場合であっても、各水槽内の撹拌を効率良く行うことが可能となる。したがって、微生物反応を充分に進行させることができる。また、脱窒槽の上部および硝化槽の上部での散気管による曝気が、それぞれの下部に与える影響を最小限として、各下部での微生物濃度を自然沈降の原理で高濃度に濃縮することができる。
【００２５】
なお、上記脱窒槽に設置された散気管による曝気は、脱窒槽の嫌気状態を維持しつつ槽内の撹拌を行うためのものであるので、上記脱窒槽に設置された散気管に接続されたブロワーは間欠運転とすればよい。一方、上記硝化槽に設置された散気管による曝気は、硝化槽内を撹拌すると共に硝化槽内の溶存酸素濃度を確保するためのものであるので、上記硝化槽に設置された散気管に接続されたブロワーは連続運転とすればよい。
【００２６】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記微生物処理部での微生物濃度をＭＬＳＳ(混合液懸濁物質)濃度で１５０００ｐｐｍ以上とする。
【００２７】
この実施形態の排水処理装置によれば、生物毒性のあるアンモニアやアミノエタノールを効率よく処理できる。
【００２８】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記光触媒部は、紫外線照射部と、上記処理水に接触すると共に上記紫外線照射部からの紫外線が照射される光触媒板とを有する光触媒槽である。
【００２９】
この実施形態の排水処理装置によれば、紫外線照射部から光触媒板に紫外線を照射することによって、光触媒処理の効果をさらに高めることができる。
【００３０】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記微生物処理部は、上記液中膜の下方に配置されていると共に上記液中膜を洗浄し、かつ、処理水を撹拌する散気管を有する。
【００３１】
この排水処理装置によれば、１つの散気管で、液中膜の洗浄と微生物処理部内の撹拌が可能となるので、イニシャルコストを低減でき、かつ、洗浄空気を撹拌空気としても利用できるので、ランニングコストを低減できる。
【００３２】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記光触媒槽が有する光触媒板が無機多孔質である。
【００３３】
この実施形態の排水処理装置によれば、光触媒板が無機多孔質であるので、表面積(接触面積)が大きく、光触媒による反応効率を高めることができる。
【００３４】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記光触媒部で光触媒処理した処理水を、上記微生物処理部の脱窒槽に返送する返送部を有する。
【００３５】
この実施形態の排水処理装置によれば、上記返送部は、光触媒槽で光触媒処理した処理水を脱窒槽に返送するので、処理水を循環処理することができ、特に、脱窒槽での処理効率を高めることができる。
【００３６】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記光触媒部で光触媒処理した処理水を、上記微生物処理部の硝化槽に返送する返送部を有する。
【００３７】
この実施形態の排水処理装置によれば、上記返送部は、光触媒槽で光触媒処理した処理水を硝化槽に返送するので、処理水を循環処理することができ、特に、硝化槽での処理効率を高めることができる。
【００３８】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記紫外線照射部が光触媒板に照射する紫外線の強度を、１ｍＷ／ｃｍ２程度または５００μＷ／ｃｍ２乃至３ｍＷ／ｃｍ２とした。
【００３９】
この実施形態の排水処理装置によれば、光触媒板による光触媒処理の効果を充分に発揮できる。
【００４０】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記光触媒板は、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、チタン酸ストロンチウム、タンタル酸カリウム、酸化タングステンのうちのいずれか１つの化合物で作製されている。
【００４１】
この実施形態の排水処理装置によれば、上記化合物のそれぞれの特性を生かした有用な光触媒の作用でもって、高度な排水処理を実現可能となる。
【００４２】
また、一実施形態の排水処理方法では、上記窒素排水は、マイクロナノバブルを含む排水である。
【００４３】
この実施形態の排水処理方法によれば、上記窒素排水がマイクロナノバブルを含んでいるので、微生物処理工程で窒素排水を微生物処理するに際して、マイクロナノバブルで微生物を活性化でき、微生物による処理効率を向上できる。
【００４４】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記窒素排水は、マイクロナノバブルを含む排水である。
【００４５】
この実施形態の排水処理装置によれば、上記窒素排水がマイクロナノバブルを含んでいるので、微生物処理部で窒素排水を微生物処理するに際して、マイクロナノバブルで微生物を活性化でき、微生物による処理効率を向上できる。
【００４６】
また、一実施形態の排水処理装置では、上記脱窒槽からの被処理水が導入されると共に上記被処理水にマイクロナノバブルを含有させてから上記硝化槽に導入するマイクロナノバブル発生槽を設けた。
【００４７】
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発生槽は、脱窒槽からの処理水にマイクロナノバブルを含有させてから硝化槽に導入するので、硝化槽の微生物を活性化して、アンモニア性窒素を効率的に硝化できる。
【発明の効果】
【００４８】
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に対して液中膜を使用する微生物処理を行ってから、さらに、光触媒処理する。この光触媒処理によって、過酸化水素を含有する窒素排水を微生物処理による処理の水質上の限界を越えて高度処理できる。したがって、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の処理効率を向上でき、従来に比べて、省エネルギーでありコンパクト化とランニングコスト低減を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
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。
【００５０】
(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実施形態は、調整槽１、脱窒槽３、液中膜１６を有する硝化槽１１、および、光触媒槽１８を備える。
【００５１】
調整槽１には、一例として、半導体工場でのＣＭＰ(ケミカルメカニカルポリッシング)工程からの過酸化水素を含有する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、この調整槽１には、生物処理された生物処理水または生物処理で生じたスラリー状の生物処理汚泥も導入する。なお、上記過酸化水素を含有する高濃度窒素排水としては、過酸化水素を含有する高濃度アンモニア含有排水がある。この調整槽１では、導入される排水の水量と水質が調整される。
【００５２】
上記調整槽１に、上記生物処理水または生物処理汚泥が導入されることによって、この生物処理水または生物処理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が、脱窒槽３や硝化槽１１の槽内全ての微生物の活性を促進することになる。特に、硝化槽１１の液中膜１６による高濃度微生物処理では、上記微量要素が被処理水に含有されていないと、微生物の活性が少なく、微生物処理が安定しない。
【００５３】
また、アミノエタノール含有排水を調整槽１に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の処理は当然として、アミノエタノール中の窒素を処理すると同時に、このアミノエタノールを脱窒槽３における水素供与体として利用できる。一般には、水素供与体として、メタノールを使用する場合が多いが、この実施形態では、アミノエタノールがメタノールを代替するので、脱窒処理に必要な水素供与体としてのメタノールの添加を必要とせず、ランニングコストを低減できる。
【００５４】
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は、調整槽１から脱窒槽３の下部８に被処理水を導入する。つまり、この被処理水としての過酸化水素含有高濃度アンモニア含有排水等のような毒性のある過酸化水素含有高濃度窒素排水を、脱窒槽３の上部９に比べて、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に導入する。これにより、過酸化水素含有高濃度窒素排水が微生物に与える刺激を少なくでき、微生物処理に適している。
【００５５】
この脱窒槽３は、上部９と下部８との間に配置された分離壁４Ａと、上部９から下部８にかけて上下に延びる仕切板６と、上部９と下部８との間に配置された散気管５とを有する。この分離壁４Ａと仕切板６と散気管５とがエアーリフト方式の撹拌部を構成している。散気管５は脱窒槽用ブロワー７に接続され、このブロワー７から吐出空気が供給されている。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。この仕切板６と散気管５とを活用したエアーリフト方式の撹拌部によれば、脱窒槽３内の微生物濃度がＭＬＳＳ(Mixed Liquor Suspended Solid)で１５０００ｐｐｍ以上という高濃度とした場合でも、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して、脱窒槽３内の撹拌を効率よく行える。なお、上記脱窒槽用ブロワー７は、槽内の撹拌と曝気の必要に応じてタイマー等によって設定される間欠運転とすることを基本としている。
【００５６】
上記脱窒槽３の側壁には分離壁４が設置されているので、上記撹拌部による撹拌は、脱窒槽３の下部８に比べて、脱窒槽３の上部９の方がスムーズに進行している。この脱窒槽３の下部８では、ある程度の撹拌は必要であるが、脱窒槽３の下部８では、自然沈降によって、微生物を高濃度に濃縮する。したがって、脱窒槽３の下部８では、脱窒槽３の上部９と比較して、撹拌が少ないほうが良い。
【００５７】
また、脱窒槽３の下部８には、次段の硝化槽１１が有する下部の半嫌気部１３の下部ホッパー部２４から、返送汚泥ポンプ１０と返送汚泥配管Ｌ１０とによって、微生物を含む高濃度返送汚泥が多量に導入される。この返送汚泥ポンプ１０と返送汚泥配管Ｌ１０とが構成する返送汚泥部は、硝化槽１１の下部の半嫌気性汚泥を、空気中の酸素に全く晒すことなく、脱窒槽３の下部８に移動させることができる。なお、半嫌気部１３の下部ホッパー部２４はホッパー状(じょうご状)の構造なので、沈殿した汚泥を中心部に集め易く最下部に接続された汚泥返送配管Ｌ１０に導入し易い。
【００５８】
この脱窒槽３に導入された高濃度窒素排水は、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から自然流下によって、硝化槽１１の下部の半嫌気部１３に導入される。
【００５９】
この硝化槽１１は、下部の半嫌気部１３と上部の好気部１２と、上部と下部との間に設置された分離壁４Ｂと、上部の好気部１２から下部の半嫌気部１３に延在している仕切板１４とを有する。この仕切板１４と分離壁４Ｂとの間、かつ、上部の好気部１２と下部の半嫌気部１３との間に散気管１５が配置され、この散気管１５の上方に液中膜１６が配置されている。この散気管１５は、硝化槽ブロワー２１に接続されている。また、液中膜１６には処理水を導出する配管として重力配管１７が接続されている。
【００６０】
上記散気管１５と仕切板１４との組み合わせにより、エアーリフト方式の撹拌部が構成され、散気管１５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、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。
【００６１】
この硝化槽１１においては、好気部１２に液中膜１６が設置されているので、微生物は硝化槽１１に留まるか、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。この液中膜１６から出た処理水は重力配管１７を通って、光触媒槽１８に導入される。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。
【００６２】
一方、上述の返送汚泥ポンプ１０による返送汚泥の脱窒槽３への移送は、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。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。脱窒槽３と硝化槽１１の両槽を微生物汚泥が循環することによって、この両槽の微生物濃度がほぼ同様の濃度で維持される。上記したように、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とに対する対策として、仕切板１４と散気管１５の組み合わせによるエアーリフト方式の槽内全体撹拌を実施している。
【００６３】
この硝化槽１１の側壁には分離壁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の方が上昇水流Ｗ１１と下降水流Ｗ１２とによる撹拌がスムーズに進行している。この半嫌気部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。よって、この半嫌気部１３では、ある程度の撹拌は必要であるが、好気部１２と比較して撹拌は少ないほうが良い。
【００６４】
このような脱窒槽３と硝化槽１１との両槽における微生物濃度としては、ＭＬＳＳ(Mixed Liquor  Suspended Solid)で１５０００ｐｐｍ以上を維持する。
【００６５】
尚、元に戻るが、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。上記処理水中の硝酸性窒素は、硝化槽１１で、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、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。
【００６６】
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の上部９より流出した処理水は、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。
【００６７】
上述の如く、硝化槽１１の上部の好気部１２では散気管１５から吐出する空気によって、水流Ｗ１１，Ｗ１２が発生するが、この水流Ｗ１１，Ｗ１２は下部の半嫌気部１３に対して、多少は影響するものの、分離壁４Ｂの存在によって、好気部１２より多くは影響しない。硝化槽１１内の微生物濃度が高濃度であるので、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。
【００６８】
また、上述のように、硝化槽１１は下部に半嫌気部１３を有する。これにより、脱窒槽３と硝化槽１１との間の返送汚泥ポンプ１０による循環システムにおいて、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、半嫌気部１３を経て好気部１２に導入することになる。したがって、上記移動して来る嫌気性微生物を、ストレートに好気部１２に導入する場合に比べて、嫌気性微生物に対する環境ストレスを少なくでき、嫌気性微生物で窒素を処理する際の効率を向上できる。
【００６９】
また、半嫌気部１３では、この半嫌気部１３に特有の微生物が繁殖し、嫌気性微生物、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被処理水を処理することにより、微生物処理の効率を総合的に向上できる。また、硝化槽１１に半嫌気部１３を設けたことで、半嫌気部１３で繁殖する微生物が汚泥の減溶化に役立つことを発見した。
【００７０】
半嫌気部１３の下部には曝気設備としての散気管１５が設置されていないので、半嫌気部１３は曝気されていないものの、曝気されている上部の好気部１２における多少の水流の影響を受ける。これにより、半嫌気部１３では、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において、半嫌気性を維持できることとなる。
【００７１】
また、硝化槽１１の上部の好気部１２では、液中膜１６の下部に散気管１５が設置されている。この散気管１５には、硝化用ブロワー２１が吐出する空気が供給される。この散気管１５が吐出する空気によって、液中膜１６が空気洗浄される。この液中膜１６としては、例えば、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。この硝化槽１１の好気部１２では、被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。この硝化槽１１で処理された処理水は、液中膜１６と連結している重力配管１７から、重力によって、自然に流れ出てくる。つまり、この重力配管１７は、水頭差を利用して、処理水を導出する。この水頭差を利用する方法は電力を必要としないので、省エネルギー運転が可能となる。
【００７２】
また、硝化槽１１において、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は、液中膜１６自体を次亜塩素酸ソーダ等で洗浄している。そして、重力配管１７からの処理水は、光触媒槽１８に導入される。
【００７３】
この光触媒槽１８は、水没していない光触媒槽１８の上部１８Ａ(すなわち、液に接しない部分)に、紫外線照射部としてのＵＶ光線発生部１９が設置されている。また、この光触媒槽１８は、上記処理水に接触すると共に上記ＵＶ光線発生部１９からの紫外線が照射される光触媒板２０を有する。このＵＶ光線発生部１９は、一例として、紫外線ランプまたはブラックライトを採用できる。ＵＶ光線発生部１９は、十分な強度の紫外線を照射できるだけの必要な本数の紫外線ランプまたはブラックライトを備えれば良い。また、このＵＶ光線発生部１９の設置の位置としては、光触媒槽１８における処理水の液面から５ｃｍ〜１ｍ程度上方の位置に設定している。なお、上記ＵＶ光線発生部１９は水銀ランプとしてもよく、太陽光の導入部としてもよい。
【００７４】
尚、このＵＶ光線発生部１９が照射する紫外線の強度としては、照射対象の排水に対して、一例として、１(ｍＷ／ｃｍ２)としたが、通常は、５００μＷ／ｃｍ２〜３ｍＷ／ｃｍ２程度の強度の紫外光とする。また、ＵＶ光線発生部１９が照射する紫外線の強度を、５０μＷ／ｃｍ２〜５ｍＷ／ｃｍ２程度としてもよい。
【００７５】
次に、光触媒槽１８内の光触媒板２０については、一例として、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、チタン酸ストロンチウム、タンタル酸カリウム、酸化タングステン等の化合物を含有するセラミックをコーティングした光触媒板とした。この光触媒槽１８の槽内での処理水の滞留時間は、目的とする処理水質濃度によっても異なるが、この第１実施形態では、３０分間〜２時間程度とした。
【００７６】
この第１実施形態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に対して液中膜１６を有する硝化槽１１で微生物処理を行ってから、さらに、光触媒槽１８で光触媒処理する。この光触媒処理によって、過酸化水素を含有する窒素排水を微生物処理による処理の水質上の限界を越えて高度処理できる。しかも、ＵＶ光線発生部１９から光触媒板２０に紫外線を照射することによって、光触媒処理の効果をさらに高めることができる。
【００７７】
したがって、この第１実施形態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、従来に比べて、省エネルギーでありコンパクト化とランニングコスト低減を実現できる。
【００７８】
(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、前述の第１実施形態の脱窒槽３と硝化槽１１に替えて、塩化ビニリデン充填物２３Ａが充填された脱窒槽３Ｎと塩化ビニリデン充填物２３Ｂが充填された硝化槽１１Ｎを備える点だけが、前述の第１実施形態と異なる。よって、この第２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２実施形態では、脱窒槽３Ｎは、仕切板６について散気管５と反対側に、上部９から下部８に亘って、塩化ビニリデン充填物２３Ａが充填されている。また、硝化槽１１Ｎは、仕切板１４について散気管１５と反対側に、好気部１２から半嫌気部１３に亘って、塩化ビニリデン充填物２３Ｂが充填されている。
【００８０】
このように、脱窒槽３および硝化槽１１に塩化ビニリデン充填物２３Ａおよび２３Ｂを充填したことで、脱窒槽３と硝化槽１１では槽全体を平均すると充填物が無い場合に比べて、微生物濃度が高濃度となる。しかも、塩化ビニリデン充填物２３Ａおよび２３Ｂに、微生物が付着し繁殖して、充填物がない状態に比べて、微生物がより安定化し、高濃度窒素排水に対する窒素処理能力が向上する。なお、この塩化ビニリデン充填物２３Ａ，２３Ｂは、各水槽の全体に亘って配置することが好ましい。この場合、微生物濃度が各水槽の全体に高濃度に繁殖できる。
【００８１】
この実施形態では、装置の試運転から時間の経過とともに塩化ビニリデン充填物２３Ａ，２３Ｂに微生物が繁殖する。この塩化ビニリデン充填物２３Ａ，２３Ｂの表面の微生物濃度は３００００ｐｐｍ以上となり、窒素の処理効率の向上につながる。この塩化ビニリデン充填物２３Ａ，２３Ｂ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２３としては、一例として、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。
【００８２】
(第３の実施の形態)
次に、図３に、この発明の排水処理装置の第３実施形態を示す。この第３実施形態は、光触媒槽１８の後段に、ピット２５とピットポンプ２６および返送配管Ｌ２０を設置した点が、前述の第１実施形態と異なる。
【００８３】
この第３実施形態では、光触媒槽１８の出口からの処理水は、ピット２５に導入される。そして、このピット２５に導入された処理水は、一部がピットポンプ２５および返送配管Ｌ２０を経由して、硝化槽１１の上部の好気部１２に返送される。これにより、上記返送された処理水は、硝化槽１１で再度処理されるので、処理水質を向上できる。
【００８４】
(第４の実施の形態)
次に、図４に、この発明の排水処理装置の第４の実施形態を示す。この第４実施形態は、光触媒槽１８の後段に、ピット２５とピットポンプ２６および返送配管Ｌ３０を設置した点が、前述の第１実施形態と異なる。
【００８５】
この第４実施形態では、光触媒槽１８の出口からの処理水は、ピット２５に導入される。そして、このピット２５に導入された処理水は、一部がピットポンプ２５および返送配管Ｌ３０を経由して、脱窒槽３に返送される。したがって、この返送された処理水は、脱窒槽３と硝化槽１１で再度処理される。したがって、この脱窒槽３と硝化槽１１での繰り返し処理によって、処理水質をさらに向上できる。
【００８６】
なお、上記第１〜第４実施形態では、図１〜４に実線で示すように、脱窒槽３の上部９から流路４１,４２,４３を経由して硝化槽１１の下部の半嫌気部１３に窒素排水を導入したが、流路４２に替えて、一点鎖線で描いた流路３７,マイクロナノバブル発生槽３４,一点鎖線で描いた流路３８を備えた場合には、上記第１〜第４実施形態の変形例となる。
【００８７】
この変形例では、脱窒槽３の上部９からの被処理水が、流路４１,流路３８を通って自然流下でマイクロナノバブル発生槽３４に導入される。このマイクロナノバブル発生槽３４内には、図１〜図４に示すように、マイクロナノバブル発生機３１が設置され、このマイクロナノバブル発生機３１には空気吸い込み配管３３からの空気がバルブ３２で調整されながら導入される。また、マイクロナノバブル発生機３１には、マイクロナノバブル発生槽３４内の被処理水が循環ポンプ３０によって送水管３６から例えば１.５ｋｇ/ｃｍ２以上の圧力で送水される。これにより、マイクロナノバブル発生機３１は、マイクロナノバブルを効率良く発生させる。よって、マイクロナノバブル発生槽３４では、上記被処理水にマイクロナノバブルを含有させて、マイクロナノバブルを含む被処理水をマイクロナノバブル発生槽ポンプ３５によって、流路３７,流路４３を経由して硝化槽１１に導入する。これにより、硝化槽１１に繁殖している好気性微生物が、マイクロナノバブルによって活性化され、アンモニア性窒素の硝化効率を飛躍的に向上できる。
ここで、上記マイクロナノバブル発生機３１を例えばタイマー運転(一例としては２０分／日程度)することで、嫌気性微生物に対してストレスを与えない様にすることができる。また、上記タイマー運転(一例として２０分／日、もしくは２０分未満／日)により、半嫌気部１３の半嫌気状態を崩さない様にすることができる。
【００８８】
また、上記変形例において、調整槽１の前段に上述のマイクロナノバブル発生槽３４と同様のマイクロナノバブル発生槽を設置して、マイクロナノバブルを含有する窒素排水を調整槽１に導入するようにしてもよい。この場合には、上記窒素排水が含有するマイクロナノバブルによって、脱窒槽３や硝化槽１１の槽内全ての微生物の活性を促進でき、微生物処理を促進できる。
【００８９】
なお、上記第１〜第４実施形態において、硝化槽１１内の好気部１２の散気管１５Ａの近くに、上記マイクロナノバブル発生機３１,空気吸い込み配管３３,循環ポンプ３０,送水管３６と同様のマイクロナノバブル発生機,空気吸い込み配管,循環ポンプ,送水管を配置して、好気部１２においてマイクロナノバブルを発生させてもよい。
【００９０】
(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造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、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、光触媒槽１８の容量は２０リットルである。この実験装置での約２ケ月間に渡る微生物の訓養終了後、微生物濃度を２２０００ｐｐｍとして、工場の生産装置から排水される窒素濃度３３２０ｐｐｍの過酸化水素含有高濃度窒素排水を、被処理水として、アミノエタノール含有排水および生物処理汚泥と共に、調整槽１に連続的に導入した。
【００９１】
その後、１ケ間、水質が安定するのを待って、光触媒槽１８の出口の窒素濃度を測定したところ、８ｐｐｍであった。
【００９２】
なお、図５Ａに、上記第１〜第４実施形態での過酸化水素含有高濃度窒素排水における窒素濃度が２０００ｐｐｍ、過酸化水素濃度が１０ｐｐｍの場合のタイムチャートの一例を示す。また、図５Ｂに、上記第１〜第４実施形態での過酸化水素含有高濃度窒素排水における窒素濃度が４０００ｐｐｍ、過酸化水素濃度が２０ｐｐｍの場合のタイムチャートの一例を示す。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】この発明の排水処理装置の第１実施形態とその一変形例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実施形態とその一変形例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実施形態とその一変形例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実施形態とその一変形例を模式的に示す図である。
【図５Ａ】上記第１〜第４実施形態での過酸化水素含有高濃度窒素排水における窒素濃度が２０００ｐｐｍ、過酸化水素濃度が１０ｐｐｍの場合のタイムチャートの一例である。
【図５Ｂ】上記第１〜第４実施形態での過酸化水素含有高濃度窒素排水における窒素濃度が４０００ｐｐｍ、過酸化水素濃度が４０ｐｐｍの場合のタイムチャートの一例である。
【符号の説明】
【００９４】
１  調整槽
２  調整槽ポンプ  
３、３Ｎ  脱窒槽
４Ａ、４Ｂ  分離壁
５  散気管
６  仕切板
７  脱窒槽用ブロワー
８  脱窒槽下部
９  脱窒槽上部
１０  返送汚泥ポンプ
１１、１１Ｎ  硝化槽
１２  好気部
１３  半嫌気部
１４  仕切板
１５  散気管
１６  液中膜
１７  重力配管
１８  光触媒槽
１９  ＵＶ光線発生部
２０  光触媒板
２１  硝化槽ブロワー
２３Ａ、２３Ｂ  塩化ビニリデン充填物
２４  下部ホッパー部
２５  ピット
２６  ピットポンプ
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ１１、Ｗ１２  水流
３０  循環ポンプ
３１  マイクロナノバブル発生機
３２  バルブ
３３  空気吸い込み配管
３４  マイクロナノバブル発生槽
３５  マイクロナノバブル発生槽ポンプ
３６  送水管
３７、３８、４１〜４３  流路
【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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