(57)【要約】【課題】生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを減らすことが可能な排水処理方法および装置の提供。【解決手段】排水の原水を導入して濃度や流入量等の調整を行う調整槽１と、排水中の窒素を除去する脱窒槽２と、生物学的処理を行う第１曝気槽３ａ、第２曝気槽３ｂ、第３曝気槽３ｃおよび第４曝気槽３ｄからなる生物学的処理槽３と、生物学的処理後の水と汚泥とを分離する沈殿槽４と、沈殿槽４により分離した水の消毒を行う消毒槽５とを有し、第１曝気槽３ａの前段であって脱窒槽２の後段の酸化槽７に、この酸化槽７内の水を循環してオゾンを溶解させるオゾン処理装置８が併設されている。オゾン処理装置８は、酸化槽７内の水を吸引し、この吸引した水にオゾンを溶解させることにより酸化処理し、酸化槽７内へ戻す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水を生物化学的処理する排水処理方法であって、前記生物化学的処理前の水を循環してオゾンを溶解させた後、前記生物化学的処理を行う排水処理方法。
【請求項２】
前記オゾンを溶解させる前に脱窒を行う請求項１記載の排水処理方法。
【請求項３】
前記オゾンを溶解させた後に脱窒を行う請求項１記載の排水処理方法。
【請求項４】
前記脱窒後の水を循環して酸素を溶解させる請求項３記載の排水処理方法。
【請求項５】
排水を生物化学的処理槽により処理する排水処理装置であって、前記生物学的処理槽の前段の槽内の水を循環してオゾンを溶解させるオゾン処理装置を備えた排水処理装置。
【請求項６】
前記オゾン処理装置を、脱窒槽の後段に備えた請求項５記載の排水処理装置。
【請求項７】
前記オゾン処理装置を、脱窒槽の前段に備えた請求項５記載の排水処理装置。
【請求項８】
前記脱窒槽の後段の槽内の水を循環して酸素を溶解させる酸素処理装置を備えた請求項７記載の排水処理装置。
【請求項９】
前記酸素処理装置は、前記生物学的処理槽の第１槽内の水を循環して前記酸素を溶解させるものである請求項８記載の排水処理装置。
【請求項１０】
前記オゾン処理装置は、前記水中の固形物を微細化する微細化手段を備えたものである請求項５から９のいずれかに記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水、し尿、工場排水や生活排水等の排水を生物学的処理する排水処理方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水、し尿、工場排水や生活排水等の有機物を含む排水の処理方法としては、好気性微生物による生物学的処理を行う活性汚泥法が最も一般的である。活性汚泥法では、多くの種類の微生物からなる活性汚泥が排水中の有機物を分解することにより排水を浄化する。一方で、この過程において微生物は、排水中の有機物を栄養源として成長、増殖、死滅（汚泥化）を繰り返す。汚泥化した微生物の一部は再度生物学的処理によって分解されるが、一部は余剰汚泥となる。
【０００３】
余剰汚泥は、土壌改良材、コンポスト材料としての再利用が進められているものの、大部分は産業廃棄物となるので、この余剰汚泥の減容化が大きな課題となっている。従来、この余剰汚泥を減容化する技術として、例えば、特許文献１，２に記載のように、余剰汚泥をオゾン処理し、再度生物処理する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４０４８５号公報（第２頁右欄第２７−３７行、第３頁左欄第４−６行）
【特許文献２】特開平７−９６２９７号公報（第３頁左欄第２７−４６行、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、生物学的処理を行う曝気槽の容量は、排水中のＳＳ（浮遊物質）量やＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）によって計算され、設定される。曝気槽で微生物に供給される空気量もまた、このＳＳ量、ＢＯＤや微生物濃度に合わせて設定される。特許文献１，２に記載のような従来の汚泥の減容化方法は、生物学的処理を行った後の汚泥について処理するものであるため、曝気槽の容量の算出には影響を与えない。
【０００６】
一般的に生物学的処理を行う水のＢＯＤの約４０％が汚泥化すると言われている。この生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを減らすことについて検討された例はない。特許文献１，２に記載の汚泥の減容化方法は、発生した汚泥をいかに効率良く減容化するかについて検討されたものである。
【０００７】
本発明は、生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを減らすことが可能な排水処理方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の排水処理方法は、排水を生物学的処理する排水処理方法であって、生物化学的処理前の水を循環してオゾンを溶解させた後、生物学的処理を行うことを特徴とする。また、本発明の排水処理装置は、排水を生物化学的処理槽により処理する排水処理装置であって、生物学的処理槽の前段の槽内の水を循環してオゾンを溶解させるオゾン処理装置を備えたものである。
【０００９】
上記発明によれば、排水が、生物化学的処理される前に循環的にオゾン処理されるので、排水中の生物分解性有機物が分解され、この量に対応するＢＯＤ、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）、ＳＳ量が減少する。排水中のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量が減少すれば、生物学的処理の微生物の量も少なくて済み、この生物学的処理により発生する汚泥の量そのものも減少する。
【００１０】
ここで、窒素量が多く、脱窒が必要な排水を処理する場合には、オゾンを溶解させる前に脱窒を行うことが望ましい。本発明の排水処理装置においては、オゾン処理装置を脱窒槽の後段に備えることが望ましい。排水における脱窒は、通常ＢＯＤが必要であり、嫌気状態で行われることが望ましいので、この脱窒処理後にオゾンを溶解させる。
【００１１】
一方、窒素量が少なく、脱窒があまり必要でない排水を処理する場合には、オゾンを溶解させた後に脱窒を行うことができる。本発明の排水処理装置においては、オゾン処理装置を脱窒槽の前段に備えることができる。これにより、まずオゾン処理により排水のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量を減少させた後、脱窒を行う。
【００１２】
このとき、脱窒処理後の水は嫌気状態であるため、脱窒後の水を循環して酸素を溶解させることが望ましい。本発明の排水処理装置においては、脱窒槽の後段の槽内の水を循環して酸素を溶解させる酸素処理装置を備えることが望ましい。これにより、生物化学処理に際して効率の良い酸素供給を行うことができる。
【００１３】
また、本発明に係るオゾン処理装置は、水中の固形物を微細化する微細化手段を備えたものであることが望ましい。これにより、水中の固形物が微細化され、オゾンとの接触面積が拡大されるので、さらに排水のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量を減少させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
（１）生物化学的処理前の水を循環してオゾンを溶解させた後、生物化学的処理を行う構成により、排水の生物学的処理を行う微生物への負荷を軽減し、生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを低減することが可能となる。また、排水の生物学的処理に必要な微生物の量が減るので、生物学的処理槽の槽容量を小さくすることができ、設備を小型化することができる。さらに、微生物への酸素供給量も減らすことができるので、酸素供給に必要なエネルギを減らし、ランニングコストを削減することができる。
【００１５】
（２）オゾンを溶解させる前に脱窒を行う構成により、脱窒が必要な排水を処理する場合に必要なＢＯＤを確保して効率良く脱窒処理を行うことが可能になるとともに、脱窒処理後にオゾンを溶解させてＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量を減少させ、生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを低減することが可能となる。
【００１６】
（３）オゾンを溶解させた後に脱窒を行い、この脱窒後の水を循環して酸素を溶解させる構成により、脱窒後の嫌気状態にある水に対して酸素供給を行い、効率良く生物学的処理を行うことが可能となる。
【００１７】
（４）オゾン処理装置が、水中の固形物を微細化する微細化手段を備えたことにより、さらにＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量を低減して、生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを低減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の実施の形態における排水処理装置の概略構成図である。
図１において、本発明の実施の形態における排水処理装置は、排水の原水を導入して濃度や流入量等の調整を行う調整槽１と、排水中の窒素を除去する脱窒槽２と、生物学的処理を行う第１曝気槽３ａ、第２曝気槽３ｂ、第３曝気槽３ｃおよび第４曝気槽３ｄからなる生物学的処理槽３と、生物学的処理後の水と汚泥とを分離する沈殿槽４と、沈殿槽４により分離した水の消毒を行う消毒槽５と、沈殿槽４により分離した汚泥をプレス処理するプレス装置６とを有する。
【００１９】
また、この排水処理装置は、第１曝気槽３ａの前段であって脱窒槽２の後段に酸化槽７を有する。酸化槽７には、この酸化槽７内の水を循環してオゾンを溶解させるオゾン処理装置８が併設されている。オゾン処理装置８は、酸化槽７内の水を吸引し、この吸引した水にオゾンを溶解させることにより酸化処理し、酸化槽７内へ戻すものである。なお、図１に示すブロア９は、生物学的処理槽３の各曝気槽３ａ〜３ｄへ曝気用の空気を供給するためのものである。
【００２０】
上記構成の排水処理装置では、調整槽１に導入された排水の原水は、まず調整槽１において濃度や流入量等の調整が行われ、脱窒槽２において脱窒が行われる。その後、酸化槽７でオゾン処理装置８により循環的にオゾン処理がなされ、ＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量が低減される。なお、オゾン処理装置８により溶解させるオゾンは不安定物質であり、反応後すぐに酸素に変わるため、このオゾン処理装置８による処理後の水は生物学的処理槽３での生物学的処理に必要な酸素を多量に含むことになる。
【００２１】
そして、生物学的処理槽３では、順次第１曝気槽３ａ、第２曝気槽３ｂ、第３曝気槽３ｃおよび第４曝気槽３ｄにより曝気処理がなされる。これらの曝気槽３ａ〜３ｄは、排水のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量がその前段で低減されているので、その容量は小さいもので良く、また微生物の量も少なくて良い。
【００２２】
生物学的処理後の水は沈殿槽４へ送られるが、この水には酸素が多く含まれているため、フロック（凝集物）が大きく成長しやすくなっており、沈降性が良い。この沈殿槽４の上澄み分は消毒槽５で消毒され、ＰＨ調整された後、放流される。なお、沈殿槽４の下方に溜まった汚泥については、一部は脱窒槽２、酸化槽７または第１曝気槽３ａへ戻され、再処理される。また、その一部はプレス装置６によってプレス処理され、排水処理装置外へと排出される。
【００２３】
本実施形態における排水処理装置では、生物化学的処理前の水を循環してオゾンを溶解させた後、生物化学的処理を行うので、排水の生物学的処理を行う微生物への負荷を軽減し、生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを低減することができる。また、汚泥発生量が減ることにより、汚泥をプレス処理する際に使用する凝集剤の使用量も少なくなる。
【００２４】
また、排水の生物学的処理に必要な微生物の量が減るので、生物学的処理槽の槽容量を小さくすることができ、設備を小型化することができる。さらに、微生物への酸素供給量も減らすことができるので、酸素供給に必要なエネルギを減らし、ランニングコストを削減することができる。なお、本発明者が試験機により実験を行った結果、生物学的処理に使用する電気量は従来比で１／２、汚泥量は５〜７割減、薬剤使用量１／２、設備スペースは１／２、ランニングコストは１／２以下であった。
【００２５】
また、図１の排水処理装置では、脱窒後の水にオゾンを溶解させるので、脱窒に必要なＢＯＤは排水中に含まれている。これにより、排水中に窒素量が多い場合には、脱窒槽２で脱窒処理を行った後にオゾン処理によりＢＯＤを減少させて生物学的処理を行うことが可能である。一方、窒素量が少なく、脱窒があまり必要でない場合には、次の図２に示す構成とすることが可能である。
【００２６】
図２は本発明の別の実施の形態を示す排水処理装置の概略構成図である。
図２に示す排水処理装置は、図１に示すものとほぼ同様の構成であるが、オゾン処理装置８を脱窒槽２の前段の調整槽１に併設し、この調整槽１内の水を循環してオゾンを溶解させる点と、第１曝気槽３ａに酸素処理装置１０を併設し、この第１曝気槽３ａ内の水を循環して酸素を溶解させる点で相違する。
【００２７】
このような構成では、まずオゾン処理により排水のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量を減少させた後、脱窒を行う。この脱窒処理後の水は嫌気状態であるが、その後段の第１曝気槽３ａに併設した酸素処理装置１０により脱窒後の水を循環して酸素を溶解させるので、生物化学処理に際して効率の良い酸素供給を行うことができる。
【００２８】
なお、脱窒槽２では、酸化還元電位（ＯＲＰ）を、−３００ｍＶを目安として管理することが望ましい。脱窒は嫌気状態で行う必要があり、ＯＲＰがマイナスであれば還元状態すなわち嫌気状態である。ＯＲＰを−３００ｍＶを目安として管理することで、脱窒槽２を嫌気状態で維持することが可能となり、効率良く脱窒を行うことができる。なお、ＯＲＰがプラスであれば酸化状態すなわち好気状態である。
【００２９】
次に、オゾン処理装置８の詳細について説明する。
オゾン処理装置８は、吸入した排水にオゾンガスを注入し、排水とオゾンガスとを反応させる装置である。オゾン処理装置８内は、０．１５〜０．３ＭＰａ程度に加圧してある。オゾン処理装置８は、導入する排水中のＳＳ（浮遊物質）等の固形物を微細化する微細化手段として、図３に示すノズル３０を備える。図３の（ａ）はノズル３０の正面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）はＡ矢視図である。
【００３０】
ノズル３０は、図３（ｂ）に示すように、内ノズル３１と外郭３２からなる内外二重構造を有する。排水は内ノズル３１からオゾン処理装置８内へ吐出される。内ノズル３１の先端は、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、下方に向けて開口している。この内ノズル３１の開口部３３には、内ノズル３１の内側と外側にそれぞれ交互に突出した複数の爪３４ａ，３４ｂを備える。内ノズル３１から吐出される排水は、内側の爪３４ａに衝突することによって微細化される。また、内ノズル３１から吐出される排水の一部は、内ノズル３１から外側へ拡散する際に外側の爪３４ｂに衝突することによって微細化される。
【００３１】
外郭３２は、図３（ａ）に示すように複数のスリット３５を備える。スリット３５は、鋸の歯のように凸凹が交互に並んだ形状である。内ノズル３１から吐出される排水中の固形物は、このスリット３５を通り抜ける際に、鋸の歯のような凸凹に衝突することによってさらに微細化される。また、外郭３２の下部であって内ノズル３１の真下には、内ノズル３１から吐出された排水を衝突させて飛散させるための飛散板３６を備える。
【００３２】
飛散板３６の周縁部は、内ノズル３１から吐出された排水が衝突した後、外郭３２のスリット３５に向かうように、やや上方に向かって反った形状としている。内ノズル３１から吐出された排水中の固形物は飛散板３６に衝突して飛散し、スリット３５を通り抜けることによってさらに微細化される。
【００３３】
オゾン処理装置８内では、オゾンガスによって排水中の固形物の酸化分解が行われるが、上記のように排水中の固形物がノズル３０によって微細化されているため、排水中の固形物とオゾンガスとの接触がより盛んに行われ、有機物の酸化分解がさらに促進される。ここで、オゾンは非常に不安定な物質であるため、次に示すように、有機物と直接反応して酸素に分解されるものと、水中で自己分解するものとがある。
【００３４】
（１）直接反応
Ｏ3＋Ｍ（有機物）→ＭＯ＋Ｏ2
（２）自己分解
Ｏ3＋Ｈ2Ｏ→ＨＯ3+＋ＯＨ-
ＨＯ3+＋ＯＨ-→２ＨＯ2・
Ｏ3＋ＨＯ2・→ＯＨ・＋２Ｏ2
【００３５】
（２）に示すように、オゾンは水で分解（加水分解）されることによりヒドロペルオキシラジカル（ＨＯ2・）となり、さらにオゾンと反応することにより、ＯＨラジカル（ＯＨ・）が生成される。すなわち、オゾン処理装置８内の排水中に非常に強い酸化力を有するＯＨラジカルが発生する。そのため、このＯＨラジカルによって排水中の有機物は酸化分解される。
【００３６】
以上のようにオゾン処理装置８がノズル３０を備えることにより、排水中の固形物が微細化され、オゾンとの接触面積が拡大されるので、よりオゾンとの反応が促進される。したがって、排水のＢＯＤ、ＣＯＤ、ＳＳ量をさらに効率良く減少させることができる。また、このオゾン処理装置８内は加圧されているため、より多くのオゾンガス等が排水中に溶解され、排水中の有機物と反応し、有機物は酸化分解される。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の排水処理方法および装置は、下水、し尿、工場排水や生活排水等の排水を生物学的処理する方法および装置として有用である。特に、本発明の排水処理方法および装置では、生物学的処理により発生する汚泥の量そのものを減らすことが可能であるため、小型、省エネルギな排水処理方法および装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態における排水処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の別の実施の形態を示す排水処理装置の概略構成図である。
【図３】（ａ）はノズルの正面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）はＡ矢視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  調整槽
２  脱窒槽
３  生物学的処理槽
３ａ  第１曝気槽
３ｂ  第２曝気槽
３ｃ  第３曝気槽
３ｄ  第４曝気槽
４  沈殿槽
５  消毒槽
６  プレス装置
７  酸化槽
８  オゾン処理装置
９  ブロア
１０  酸素処理装置
３０  ノズル
３１  内ノズル
３２  外郭
３３  開口部
３４ａ，３４ｂ  爪
３５  スリット
３６  飛散板
３７  水位センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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