(57)【要約】【課題】透気性及び防水性を有するフィルムを用いており、大容量の廃水や有機物濃度が高い廃水に対しても、省エネルギー、省スペース及び低コストで、効率よく廃水処理を行うことができる廃水処理装置を提供する。【解決手段】本発明に係る廃水処理装置１は、廃水３と、空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部４ａを有し、かつ内部に取り入れられた空気を廃水３に供給するための少なくとも１つの空気供給部４と、廃水３と空気供給部４との間に位置するように空気供給部４の表面に貼られており、かつ透気性及び防水性を有する少なくとも１つのフィルム５とを備え、空気供給部４はフィルム５が貼られた状態で、廃水３中に浸漬されて用いられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃水と、
空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部を有し、かつ内部に取り入れられた空気を前記廃水に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、
前記廃水と前記空気供給部との間に位置するように前記空気供給部の表面に貼られており、かつ透気性及び防水性を有する少なくとも１つのフィルムとを備え、
前記空気供給部は前記フィルムが貼られた状態で、前記廃水中に浸漬されて用いられる、廃水処理装置。
【請求項２】
前記廃水の有機物負荷量又は窒素負荷量に応じて、前記空気供給部から前記フィルムを通して前記廃水へ供給される空気の量を調節可能である、請求項１に記載の廃水処理装置。
【請求項３】
前記フィルムとして、透気性が異なる２種類以上のフィルムを備える、請求項１又は２に記載の廃水処理装置。
【請求項４】
前記フィルムとして、面積が異なる２種類以上のフィルムを備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項５】
前記廃水中のアンモニア性窒素を、亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程を経て、廃水処理を行うための廃水処理装置であり、
前記硝化工程において、前記空気供給部は前記フィルムが貼られた状態で、前記廃水中に浸漬されて用いられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項６】
前記廃水中のアンモニア性窒素を、亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、前記硝化工程後に前記亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を、有機炭素源を用いて窒素ガスに還元する脱窒工程と、前記脱窒工程後に余剰の有機炭素源を処理する残留有機物処理工程とを経て、廃水処理を行うための廃水処理装置であり、
前記残留有機物処理工程において、前記空気供給部は前記フィルムが貼られた状態で、前記廃水中に浸漬されて用いられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項７】
前記空気取り入れ部に接続されており、かつ前記空気取り入れ部から前記空気供給部内に空気を導入するための少なくとも１つの空気流路部と、
前記空気流路部に空気を送り込むための少なくとも１つの送風機とをさらに備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の廃水処理装置。
【請求項８】
前記空気流路部に設けられており、かつ空気の流量を調節するための少なくとも１つの流量調節弁をさらに備える、請求項７に記載の廃水処理装置。
【請求項９】
前記空気供給部と前記空気流路部と前記流量調節弁とをそれぞれ少なくとも２つ備え、
前記空気供給部のそれぞれで、前記空気流路部を経て前記空気供給部内に導入される空気の量を調節可能である、請求項８に記載の廃水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物の働きを利用した廃水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本では、廃水処理方法として、好気性微生物の働きを利用して、有機汚泥物質を分解する活性汚泥法が多く利用されている。有機汚泥物質の分解に必要な酸素を供給するための方法としては、送風機と散気装置とを組み合わせた複合装置や機械式ばっ気装置（以下、これらの装置の双方をまとめてばっ気装置と記す）を用いる方法が一般的である。ばっ気装置を用いる方法では、廃水中に酸素を溶解させる必要があるため、エネルギー消費量が大きくなる傾向があり、エネルギー消費量の低減が大きな課題となっている。
【０００３】
日本における水質汚濁問題の現状については、生物化学的酸素要求量（ＢＯＤ）を指標とする有機汚濁物質除去に関して、ほぼ問題がないレベルに達している。しかし、湖沼や河川の富栄養化の原因になる窒素除去については、未だ十分な対応がされていない。そこで、窒素をより一層有効に除去可能な廃水処理方法の開発が求められている。
【０００４】
微生物の働きを利用して、窒素を含む有機性廃水を処理する方法は、下記の非特許文献１に記載のように、過去に多く実用化されている。非特許文献１に記載の各方式では、好気性状態でアンモニア性窒素を亜硝酸・硝酸に硝化することが可能な亜硝酸菌・硝化菌の働き、及び通性・嫌気性状態で亜硝酸・硝酸を窒素ガスに脱窒素する脱窒素菌の働きを利用している。このような働きを利用する場合に、硝化には多くの酸素が必要であるため、酸素を供給するためのばっ気装置のエネルギー低減が大きな課題になっている。
【０００５】
従来の散気装置では、該散気装置と組み合わせて送風機を用いることを前提としている。このため、一般的に使用される多孔質樹脂製散気管では、大気圧下で酸素透過性はあるが防水性がない。一方、ゴム製メンブランディフューザーでは、大気圧下で防水性はあるが酸素透過性がない。このように酸素透過性と防水性とを併せもつ散気装置は実用化されていない。
【０００６】
一方で、下記の特許文献１では、酸素透過性かつ水不透過性を有するシートで形成された空間の中に廃水を供給して、廃水処理を行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／０７３９７７Ａ１
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】下水道施設計画・設計指針と解説−２００９年度版−Ｐ８１（社団法人  日本下水道協会発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の廃水処理方法では、上記シートで形成された空間の中で、廃水を処理する。このため、大容量の廃水を処理する場合に、大口径かつ長尺のシートが必要となり、シートの強度やコストが問題となる。
【００１０】
また、廃水における有機物濃度が高い場合には、必要酸素量が多いため、外周の酸素透過性シートから供給される酸素量だけでは、酸素が不足し、廃水処理効率が低下する可能性がある。
【００１１】
本発明の目的は、透気性及び防水性を有するフィルムを用いて、大容量の廃水や有機物濃度が高い廃水に対しても、省エネルギー、省スペース及び低コストで、効率よく廃水処理を行うことができる廃水処理装置を提供することである。
【００１２】
また、本発明の限定的な目的は、窒素除去に必要なばっ気エネルギーをも低減することができる廃水処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の広い局面によれば、廃水と、空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部を有し、かつ内部に取り入れられた空気を前記廃水に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、前記廃水と前記空気供給部との間に位置するように前記空気供給部の表面に貼られており、かつ透気性及び防水性を有する少なくとも１つのフィルムとを備え、前記空気供給部は前記フィルムが貼られた状態で、前記廃水中に浸漬されて用いられる、廃水処理装置が提供される。
【００１４】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水の有機物負荷量又は窒素負荷量に応じて、前記空気供給部から前記フィルムを通して前記廃水へ供給される空気の量を調節可能である。
【００１５】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水処理装置は、前記フィルムとして、透気性が異なる２種類以上のフィルムを備える。
【００１６】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水処理装置は、前記フィルムとして、面積が異なる２種類以上のフィルムを備える。
【００１７】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水処理装置は、前記廃水中のアンモニア性窒素を、亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程を経て、廃水処理を行うための廃水処理装置であり、前記硝化工程において、前記空気供給部は前記フィルムが貼られた状態で、前記廃水中に浸漬されて用いられる。
【００１８】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水処理装置は、前記廃水中のアンモニア性窒素を、亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、前記硝化工程後に前記亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を、有機炭素源を用いて窒素ガスに還元する脱窒工程と、前記脱窒工程後に余剰の有機炭素源を処理する残留有機物処理工程とを経て、廃水処理を行うための廃水処理装置であり、前記残留有機物処理工程において、前記空気供給部は前記フィルムが貼られた状態で、前記廃水中に浸漬されて用いられる。
【００１９】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水処理装置は、前記空気取り入れ部に接続されており、かつ前記空気取り入れ部から前記空気供給部内に空気を導入するための少なくとも１つの空気流路部と、前記空気流路部に空気を送り込むための少なくとも１つの送風機とをさらに備える。
【００２０】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水処理装置は、前記空気流路部に設けられており、かつ空気の流量を調節するための少なくとも１つの流量調節弁をさらに備える。
【００２１】
本発明に係る廃水処理装置のある特定の局面では、前記廃水処理装置は、前記空気供給部と前記空気流路部と前記流量調節弁とをそれぞれ少なくとも２つ備え、前記空気供給部のそれぞれで、前記空気流路部を経て前記空気供給部内に導入される空気の量を調節可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る廃水処理装置は、廃水と、空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部を有し、かつ内部に取り入れられた空気を上記廃水に供給するための少なくとも１つの空気供給部と、上記廃水と上記空気供給部との間に位置するように上記空気供給部の表面に貼られており、かつ透気性及び防水性を有する少なくとも１つのフィルムとを備えており、更に上記フィルムが表面に貼られた状態で上記空気供給部が上記廃水中に浸漬されて用いられるので、大容量の廃水や有機物濃度が高い廃水に対しても、省エネルギー、省スペース及び低コストで、効率よく廃水処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る廃水処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、フィルムが表面に貼られた空気供給部の第１の変形例を示す断面図及び側面図である。
【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、フィルムが表面に貼られた空気供給部の第２の変形例を示す断面図及び側面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る廃水処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態に係る廃水処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図６】図６は、微生物燃料電池におけるエアカソードとアノードとの一例を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態に係る廃水処理装置である微生物燃料電池の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２５】
本発明に係る廃水処理装置は、廃水と、少なくとも１つの空気供給部と、少なくとも１つのフィルムとを備える。上記空気供給部は、空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部を有する。上記空気供給部は、内部に取り入れられた空気を上記廃水に供給するために備えられている。上記フィルムは、上記廃水と上記空気供給部との間に位置するように上記空気供給部の表面に貼られている。上記フィルムは、透気性及び防水性を有するフィルムである。本発明に係る廃水処理装置では、上記フィルムが表面に貼られた状態で上記空気供給部が、上記廃水中に浸漬されて用いられる。
【００２６】
本発明では、上記の構成が備えられているので、大容量の廃水や有機物濃度が高い廃水に対しても、省エネルギー、省スペース及び低コストで、廃水処理を効率よく行うことができる。
【００２７】
本発明に係る廃水処理装置では、従来の活性汚泥法や生物学的脱窒法と比較して、廃水中の有機物を処理する場合に、消費エネルギーを大幅に低減することが可能であり、更に二酸化酸素の削減や環境改善に大きく寄与することが可能である。
【００２８】
本発明に係る廃水処理装置では、上記廃水の有機物負荷量又は窒素負荷量（有機物濃度×処理量又は窒素濃度×処理量）に応じて、上記空気供給部から上記フィルムを通して上記廃水へ供給される空気の量を調節可能であってもよい。
【００２９】
本発明に係る廃水処理装置は、上記フィルムとして、透気性が異なる２種類以上のフィルムを備えていてもよい。また、本発明に係る廃水処理装置は、上記フィルムとして、面積が異なる２種類以上のフィルムを備えていてもよい。
【００３０】
本発明に係る廃水処理装置は、上記空気取り入れ部に接続されており、かつ上記空気取り入れ部から上記空気供給部内に空気を導入するための少なくとも１つの空気流路部と、上記空気流路部に空気を送り込むための少なくとも１つの送風機とをさらに備えていてもよい。
【００３１】
本発明に係る廃水処理装置は、上記空気流路部に設けられており、かつ空気の流量を調節するための少なくとも１つの流量調節弁をさらに備えていてもよい。
【００３２】
本発明に係る廃水処理装置は、上記空気供給部と上記空気流路部と上記流量調節弁とをそれぞれ少なくとも２つ備えていてもよく、この場合に、上記空気供給部のそれぞれで、上記空気流路部を経て上記空気供給部内に導入される空気の量を調節可能であってもよい。
【００３３】
また、本発明の広い局面によれば、上述した廃水処理装置を用いる廃水処理方法であって、上記廃水中のアンモニア性窒素を、亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程を備え、上記硝化工程において、上記空気供給部を上記フィルムが貼られた状態で、上記廃水中に浸漬する、廃水処理方法が提供される。
【００３４】
また、本発明の広い局面によれば、上述した廃水処理装置を用いる廃水処理方法であって、上記廃水中のアンモニア性窒素を、亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程と、上記硝化工程後に上記亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を有機炭素源を用いて窒素ガスに還元する脱窒工程と、上記脱窒工程後に余剰の有機炭素源を処理する残留有機物処理工程とを備え、上記残留有機物処理工程において、上記空気供給部を上記フィルムが貼られた状態で、上記廃水中に浸漬する、廃水処理方法が提供される。
【００３５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００３６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る廃水処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００３７】
図１に示す廃水処理装置１は、容器２と、廃水３と、複数の空気供給部４と、複数のフィルム５とを備える。空気供給部４の表面に、フィルム５が貼られている。
【００３８】
容器２は、有底の容器である。容器２は、廃水３が流入される流入口２ａと、廃水３が処理された処理水６が流出される流出口２ｂとを有する。容器２内には、廃水３が入れられている。容器２内の廃水３中には、微生物が存在する。
【００３９】
空気供給部４は、外形が矩形状である。空気供給部４の上端は、大気に開放されている。空気供給部４は、上端において、空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部４ａを有する。図１において、矢印Ｘで示す方向から、空気取り入れ部４ａを経て、空気供給部４内に空気が取り入れられる。空気取り入れ部４ａは、空気供給部４における開口である。空気供給部４は、空気を内部に有する。空気供給部４は、枠部４ｂを有し、枠部４ｂ内の内部空間に、空気を有する。枠部４ｂは、外径が矩形状である。枠部４ｂの上端は、大気に開放されている。空気供給部４は、廃水３に空気を供給するために備えられている。具体的には、空気供給部４は、廃水３に空気中の酸素を供給するために備えられており、空気供給室である。空気供給部４は、上端部分を除いて、大部分で廃水３中に浸漬されている。枠部４ｂは、空気供給部４内の空気をフィルム５を通じて微生物に供給するために、空気の透過性に優れている性質を有することが好ましい。
【００４０】
フィルム５は、透気性及び防水性を有する。このため、フィルム５では、空気は通過するが、水は通過しない性質を有する。フィルム５は、上端部分を除いて、大部分で廃水３中に浸漬されている。
【００４１】
フィルム５は、廃水３と空気供給部４との間に位置するように、空気供給部４の表面に貼られている。フィルム５は、空気供給部４の表面に積層されている。具体的には、空気供給部４における枠部４ｂの外表面に、フィルム５が貼られている。フィルム５は、枠部４ｂの外表面に積層されている。具体的には、空気供給部４の４つの側面全体を覆うようにフィルム５が貼られている。空気供給部４の下方において、フィルム５の下端（端部）が接合されている。このため、フィルム５が表面に貼られた空気供給部４において、空気供給部４の上端を除く部分で非透水性が、フィルム５により確保されている。空気供給部４の表面には、１つのフィルム５が貼られていてもよく、複数のフィルムが重ねられて貼られていてもよい。空気供給部４とフィルム５とは、熱融着されていてもよく、超音波融着されていてもよい。
【００４２】
フィルム５が表面に貼られた状態で空気供給部４が、廃水３中に浸漬されている。フィルム５は透気性を有するので、浸漬状態において、空気供給部４の内部の空気中の酸素は、フィルム５を通過して、廃水３中に移動する。廃水３に至った空気中の酸素は、廃水３中に溶解する。フィルム５は防水性を有するので、浸漬状態において、廃水３はフィルム５により移動が妨げられ、空気供給部４内に移動しない。フィルム５を通過した酸素が廃水３に至ると、容器２中で好気性微生物が増殖し、好気性微生物により廃水３が分解され、処理水６が得られる。処理水６は、容器２の流出口２ｂから流出される。
【００４３】
廃水処理装置１では、複数の空気供給部４が間隔を隔てて配置されている。具体的には、廃水処理装置１では、５つの空気供給部４が間隔を隔てて等間隔に配置されている。５つの空気供給部４の表面それぞれに、フィルムが貼られている。なお、空気供給部４及びフィルム５の数及び面積は適宜変更可能である。処理する廃水３の流量及び有機物濃度によって、処理に必要な酸素量が定まるため、必要酸素量を十分に供給可能な空気供給部４及びフィルム５の数及び面積を適宜選択することができる。
【００４４】
廃水処理装置１では、容器２の形状に合わせて、設置する空気供給部４の数を増減することにより、空気供給部４の表面に貼られたフィルム５の必要な面積を確保することができ、廃水３の処理に必要な酸素量を廃水３に供給することができる。
【００４５】
廃水処理装置１内の廃水３中に存在する微生物には、フィルム５を通過した酸素が供給されるため、特に他の動力を必要としない。このため、ばっ気装置を用いる従来の方式の廃水処理装置と比較して、廃水処理装置の廃水処理に必要なエネルギーを削減することができる。
【００４６】
複数の廃水処理槽を備える廃水処理装置において、図１に示す廃水処理装置１は、廃水処理槽として用いることができる。廃水処理装置は、複数の廃水処理槽を備えていてもよい。
【００４７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、フィルムが表面に貼られた空気供給部の第１の変形例を示す断面図及び側面図である。図２（ａ）は、図１と同様の方向における断面図であり、図２（ｂ）は、フィルムの主面の外側からみた側面図であり、図２（ａ）の左側からみた側面図である。
【００４８】
空気供給部内の空気をフィルムを通じて微生物に供給するために、図２（ａ）及び（ｂ）に示すフィルム５Ａが表面に貼られた空気供給部４Ａを用いてもよい。
【００４９】
図２（ａ）及び（ｂ）では、対向しているフィルム５Ａの間に、空気供給部４Ａが配置されている。廃水処理装置において、フィルム５Ａは、廃水と空気供給部４Ａとの間に配置される。空気供給部４Ａは、上端に、空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部４Ａａを有する。空気供給部４Ａは、上下方向に延びる縦桟４Ａｂと、縦桟４Ａｂと略直交する方向に延びる横桟４Ａｃとを有する。空気供給部４Ａを介して対向しているフィルム５Ａを結ぶ方向における、縦桟４Ａｂの寸法（図２（ａ）における左右方向の寸法）は、フィルム５Ａ間の隙間の寸法よりも小さい。空気供給部４Ａを介して対向しているフィルム５Ａを結ぶ方向における、横桟４Ａｃの寸法（図２（ａ）における左右方向の寸法）も、フィルム５Ａ間の隙間の寸法よりも小さい。但し、縦桟４Ａｂと横桟４Ａｃとが組み合わされた状態で、空気供給部４Ａを介して対向しているフィルム５Ａを結ぶ方向における、縦桟４Ａｂと横桟４Ａｃとの全体の寸法（図２（ａ）における左右方向の寸法）は、フィルム５Ａ間の隙間の寸法と略同一である。このため、縦桟４Ａｂ及び横桟４Ａｃとの組み合わせにより、空気供給部４Ａを介して対向しているフィルム５Ａ間の間隔が規制されている。縦桟４Ａｂ及び横桟４Ａｃは、フィルム５Ａのスペーサとして機能する。
【００５０】
縦桟４Ａｂと横桟４Ａｃとは切欠き部を有し、互いに嵌め合うことが可能である。２つの桟は互いの主面が、直交するように配置されていてもよく、斜め方向に配置されていてもよい。フィルム５Ａが表面に貼られた空気供給部４Ａを用いた場合でも、フィルム５Ａ間の間隔を確保することができ、空気供給部４Ａの全体に、充分な量の空気を存在させることができる。
【００５１】
また、図３（ａ）及び（ｂ）は、フィルムが表面に貼られた空気供給部の第２の変形例を示す断面図及び側面図である。図３（ａ）は、図１と同様の方向における断面図であり、図３（ｂ）は、フィルムの主面の外側からみた側面図であり、図３（ａ）の左側からみた側面図である。
【００５２】
図３（ａ）及び（ｂ）では、対向している２つのフィルム５Ｂの間に、空気供給部４Ｂが配置されている。廃水処理装置において、フィルム５Ｂは、廃水と空気供給部４Ｂとの間に配置される。空気供給部４Ｂは、上端に、空気を内部に取り入れるための空気取り入れ部４Ｂａを有する。空気供給部４Ｂは、複数の点状の桟４Ｂｂが、縦方向かつ横方向に並んで配置されている。桟４Ｂｂは円柱状である。空気供給部４Ｂを介して対向しているフィルム５Ｂを結ぶ方向における、桟４Ｂｂの寸法（図３（ａ）における左右方向の寸法）は、フィルム５Ｂ間の隙間の寸法と略同一である。このため、桟４Ｂｂにより、空気供給部４Ｂを介して対向しているフィルム５Ｂ間の間隔が規制されている。桟４Ｂｂは、フィルム５Ｂのスペーサとして機能する。
【００５３】
上記空気供給部の縦方向（上下方向や鉛直方向）の寸法は、好ましくは０．２ｍ以上、より好ましくは０．８ｍ以上、好ましくは３．６ｍ以下、より好ましくは２ｍ以下である。上記空気供給部の横（上下方向及び厚み方向と直交する方向）の寸法は、好ましくは０．２ｍ以上、より好ましくは０．６ｍ以上、好ましくは３．６ｍ以下、より好ましくは１．８ｍ以下である。上記空気供給部の大きさが上記下限以上であると、空気供給部の数をより一層少なくすることが可能であり、廃水処理装置のコストがより一層低くなる。上記空気供給部の大きさが上記上限以下であると、空気供給部の運搬及び設置がより一層容易になる。上記空気供給部の厚みは、好ましくは０．５ｃｍ以上、より好ましくは１ｃｍ以上、好ましくは１０ｃｍ以下、より好ましくは４ｃｍ以下である。上記空気供給部の厚みが上記下限以上であると、空気供給部内の空気が適度に入れ替わりやすくなる。上記空気供給部の厚みが上記上限以下であると、空気供給部の容積が過度に大きくなりすぎず、廃水処理槽の全体の容積が過度に大きくなりすぎず、廃水処理装置のコストもより一層低くなる。
【００５４】
上記フィルムは、酸素等の気体を透過させる透気性を有するとともに、水を通さない性質（防水性）を有する。
【００５５】
上記フィルムは、必要に応じて、片面又は両面に、不織布、クロスヤーン及び他のフィルムが積層された状態で用いられてもよい。
【００５６】
上記フィルムの加工法としては、例えば、ポリオレフィン樹脂と無機材料とを含む樹脂組成物をフィルム状に成形した後、延伸加工する方法等が挙げられる。上記ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン及びポリプロピレン等が挙げられる。上記無機材料としては、炭酸カルシウム等が挙げられる。
【００５７】
上記フィルムの市販品としては、積水フィルム社製「セルポア」、三菱樹脂社製「ＫＴＦ」及び「エクセポール」、並びに、トクヤマ社製「ポーラム」及び「ＮＦシート」等が挙げられる。
【００５８】
上記透気性防水性フィルムの厚みは、好ましくは１５μｍ以上、好ましくは１ｍｍ以下である。上記フィルムの厚みが上記下限以上であると、破損がより一層生じにくくなる。上記フィルムの厚みが上記上限以下であると、酸素透過性が一層高くなる。
【００５９】
次に、図１に示す廃水処理装置１を廃水処理槽として備える廃水処理装置１１を用いて、廃水３中に含まれる窒素を除去する方法の例を、図４を用いて具体的に説明する。
【００６０】
図４は、本発明の第２の実施形態に係る廃水処理装置の概略構成を示す断面図である。
図４に示す廃水処理装置１１では、２つの廃液処理槽１，１Ａが用いられている。廃水処理装置１１は、複数の廃水処理槽１，１Ａを備える廃水処理設備である。廃液処理槽１Ａは、廃水処理槽１から、フィルム５が貼られた空気供給部４の数を変更し、それに伴い容器の大きさを変更している。廃水処理装槽１では、フィルム５が貼られた空気供給部４が５つ用いられているのに対して、廃水処理槽１Ａでは、フィルム５が貼られた空気供給部４が２つ用いられている。
【００６１】
循環脱窒法の場合には、廃水処理装置１１は、第一脱窒部１２、硝化部１３、第二脱窒部１４、及び残留有機物処理部１５を備える。廃水処理装置１１では、循環液１６が、硝化部１３の後段部分から、第一脱窒部１２の前段部分に循環される。硝化部１３に、廃液処理槽１が用いられている。残留有機物処理部１５に、廃液処理槽１Ａが用いられている。
【００６２】
第一脱窒部１２では、廃水３中の亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を、循環液１６中の有機炭酸源を用いて窒素に還元する第一の脱窒工程が行われる。硝化部１３では、第一の脱窒工程後に、廃水３中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程が行われる。第二脱窒部１４では、硝化工程後に、上記亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を、有機炭素源１７を用いて窒素ガスに還元する工程が行われる。残留有機物処理部１５では、第二の脱窒工程後に、余剰の有機炭素源１７を処理する残留有機物処理工程が行われる。残留有機物処理部１５では、第二脱窒部１４において残留した有機炭素源１７を酸化するために酸素を必要とする。従来は、ばっ気装置を用いて酸素供給が行われている。
【００６３】
本発明においては、硝化部１３と残留有機物処理部１５とにそれぞれ、フィルム５が表面に貼られた空気供給部４を設置することにより、フィルム５を通して好気性の微生物に酸素を供給することができる。このため、他の動力が不要で、大幅なエネルギーの削減が可能となる。
【００６４】
廃水処理装置１１では、上記硝化工程において、空気供給部４はフィルム５が貼られた状態で、廃水３中に浸漬されて用いられている。上記残留有機物処理工程において、空気供給部４はフィルム５が貼られた状態で、廃水３中に浸漬されて用いられている。
【００６５】
図４に示す廃水処理装置１１では、空気供給部４は、上端に、空気取り入れ部４ａを有し、空気取り入れ部４ａは大気中に開放されている。
【００６６】
図１に示す廃水処理装置１を廃水処理槽として用いて、大規模の廃水処理に適用する場合の例を図５に示す。図５は、本発明の第３の実施形態に係る廃水処理装置の概略構成を示す断面図である。
【００６７】
図５に示す廃水処理装置２１は、３つの廃水処理槽１を備える。廃水処理装置２１は、複数の廃水処理槽１を備える廃水処理設備である。３つの廃水処理槽１はそれぞれ、空気取り入れ部４ａから空気供給部４内に空気を導入するための複数の空気流路部２２を有する。空気流路部２２は、空気供給部４の空気取り入れ部４ａに接続されている。また、３つの廃水処理槽１はそれぞれ、空気流路部４に空気を送り込むための送風機２３をさらに備える。送風機２３は、空気流路部２２に接続されている。空気流路部２２の一端に送風機２３が接続されており、他端に空気取り入れ部４ａが接続されている。また、３つの廃水処理槽１はそれぞれ、空気の流量を調節するための複数の流量調節弁２４をさらに備える。流量調節弁２４は、空気流路部２２に設けられている。廃水処理装置２１は、空気供給部４と空気流路部２２と流量調節弁２４とをそれぞれ複数備える。廃水処理装置２１では、異なる空気供給部４の各空気取り入れ部４ａに、異なる空気流路部２２が接続されており、異なる空気流路部２２に、異なる流量調節弁２４が設けられている。複数の空気供給部４のそれぞれで、異なる空気流路部２２を経て空気供給部４内に導入される空気の量を調節可能である。また、廃水３の有機物負荷量又は窒素負荷量に応じて、空気供給部４からフィルム５を通して廃水３へ供給される空気の量を調節可能である。
【００６８】
廃水処理装置２１でも、フィルム５を用いることにより、送風機２３の圧力損失が散気管等を使用する場合よりも低くなるため、送風機２３の動力は小さくて済み、省エネルギー化が可能である。また、送風機２３から空気供給部４への空気流路部２２の途中に流量調節弁２４を設置することで、廃水処理装置２１の各工程の必要酸素量に応じて廃水に供給する空気量を調節することができる。
【００６９】
空気流路部２２に流量計２５が設置されている。このように、流量計２５を用いることが好ましい。流量計２５を設置することで、空気流路部２２を流れる空気量を確認することができる。
【００７０】
本発明に係る廃水処理装置は、微生物燃料電池による有機物及び窒素の除去にも適用できる。
【００７１】
微生物燃料電池に用いられるカソードには、液中の溶存酸素を利用する方式のカソードと、空気中の酸素を利用する方式のカソードとがある。空気中の酸素を利用する方式のカソードは、エアカソードと呼ばれている。エアカソードでは、エアカソードに空気を流通させるだけでよく、カソード液中へのばっ気の必要がないという利点がある。
【００７２】
上記エアカソードを備える微生物燃料電池を使用する際には、アノードの表面上の空隙の流路に、嫌気性下で生育可能な微生物及び有機性物質を含む液を流す。また、エアカソードの表面上の流路に空気を流し、カソードに空気を接触させる。アノードでは、微生物により有機性物質から水素イオン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）が生成する。生成した水素イオンは、カソード側に移動して、アノードとカソードとの間に電位差が生じる。この状態で、アノードとカソードとが導線によって接続され、閉回路が形成されていると、電位差電流が流れる。この結果、導線に流れる電気エネルギーを回収できる。
【００７３】
図６に、微生物燃料電池におけるエアカソード５１とアノード６１との一例を断面図で示す。エアカソード５１では、透気性及び防水性を有するフィルム５Ｃが用いられている。
【００７４】
図６に示すエアカソード５１は、フィルム５Ｃが表面に貼られた空気供給部４Ｃを備える。フィルム５Ｃの空気供給部４Ｃ側とは反対の表面に、電極基材５２が配置されており、電極基材５２のフィルム５Ｃ側とは反対側の表面にバインダー５３が配置されており、バインダー５３中において、電極基材５２のフィルム５Ｃ側とは反対側の表面上に触媒５４が付着しており、バインダー５３の電極基材５２側とは反対側の表面に絶縁層５５が配置されており、絶縁層５５のバインダー５３側とは反対側の表面にカソード微生物膜５６が配置されている。
【００７５】
エアカソード５１では、フィルム５Ｃを通過した酸素が、電極基材５２、バインダー５３及び絶縁層５５を透過する。このため、絶縁層５５の表面に好気性のカソード微生物膜５６が形成される。
【００７６】
アノード６１の表面には、アノード微生物膜６２が配置されている。微生物燃料電池では、アノード微生物膜６２で嫌気性電気生成菌により廃水中の有機物が水素イオンと電子に変換される。水素イオンは、エアカソード５１から供給される酸素と結合し、水になる。
【００７７】
また、カソード微生物膜５６でも、エアカソード５１から供給される酸素により廃水中の有機物が好気性微生物により分解される。このように微生物燃料電池では、エアカソード５１から供給される酸素を利用して、２つの反応が同時に進行する。これらの反応は、フィルム５Ｃの透気度や面積を変更し、または透気量を増減することにより制御可能である。
【００７８】
各エアカソード５１の空気供給部４Ｃに空気取り入れ部４Ｃａを設けて、上端を大気に開放しておくことにより、空気が自然に空気供給部４Ｃの内部に流入する。このため、ばっ気装置を用いることなく、廃水中に酸素を供給でき、ばっ気用の電力費は不要となる。
【００７９】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る廃水処理装置の概略構成を示す図である。図７に示す廃水処理装置は、微生物燃料電池７１である。
【００８０】
微生物燃料電池７１は、フィルム５Ｃを用いたエアカソード５１を備えており、廃水３中の有機物及び窒素を除去するために用いることができる。
【００８１】
微生物燃料電池７１は、有機物処理部７２と、硝化部７３と、脱窒部７４とを備える。微生物燃料電池７１は、有機物処理部７２と、硝化部７３と、脱窒部７４とのそれぞれにおいて、廃水処理槽７６を備える。廃水処理装置である微生物燃料電池７１は、複数の廃水処理槽７６を備える廃水処理設備である。
【００８２】
有機物のみを処理すればよい場合には、有機物処理部７２を単独で設置することができる。
【００８３】
有機物処理部７２では、廃水３中の有機物を処理する有機物処理工程が行われる。硝化部７３では、有機物処理工程後に、廃水３中のアンモニア性窒素を亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素に酸化する硝化工程が行われる。脱窒部７４では、硝化工程後に、上記亜硝酸性窒素又は硝酸性窒素を、有機炭素源を用いて窒素ガスに還元する工程が行われる。
【００８４】
微生物燃料電池７１では、上記有機物処理部７２、硝化部７３、脱窒部７４において、空気供給部４Ｃはフィルム５Ｃが貼られた状態で、廃水３中に浸漬されて用いられている。
【００８５】
有機物処理部７２では、通常の微生物燃料電池と同様に、廃水３中の有機物の大部分が分解され電気エネルギーに変換される。有機物処理部７２では、エアカソード５１（有機処理部用エアカソード）からフィルム５Ｃを通じて酸素が廃水３中に供給され、廃水３中の有機物は、アノード６１に付着するアノード微生物膜６２中の電気生成菌により発電に利用されるのと同時に、一部分はカソード微生物膜５６中の好気性細菌により分解される。
【００８６】
このため、発電の効率を上げるためには、エアカソード５１からの酸素透過量が、発電に必要な量を大きく超えないように制御することが望ましい。
【００８７】
硝化部７３では、廃水３中のアンモニア性窒素が、エアカソード５１（硝化部用エアカソード）からフィルム５Ｃを通じて供給される酸素を利用して、亜硝酸窒素又は硝酸性窒素に酸化される。このため酸化を効率的に行うためには、十分な酸素を供給する必要がある。フィルム５Ｃの透気度や面積を調整して、酸素の供給量を十分に多くすることにより、硝化部７３全体が好気性になり亜硝酸菌や硝酸菌が、カソード微生物膜５６のみでなく、アノード微生物膜６２中にも増殖することができるようになる。
【００８８】
脱窒素部７４では、亜硝酸窒素又は硝酸性窒素が窒素ガスに還元される。この反応を効率良く進めるためには、無酸素状態を保つことが望ましい。脱窒菌は、主にアノード微生物膜６２中で増殖する。フィルム５Ｃの透気度や面積を調整して、エアカソード５１（脱窒素部用エアカソード）におけるエアカソード微生物膜５６に供給される酸素量を低くすることにより、カソード微生物膜５６中にも脱窒菌を増殖させることができる。
【００８９】
また、脱窒のためには、硝酸性窒素の約３倍の水素供与体（有機物）が必要となる。このために、水素供与体に相当する有機炭素源７５を脱窒部７４に流入させる。脱窒素を効率良く行うためには、多少多めに有機炭素源７５を供給する必要があるため、一般的な脱窒素法では有機物が残留する場合が多い。しかし、微生物燃料電池では残留する有機物を、アノード微生物膜６２中の電気生成菌が電気エネルギーに変換するため、有機物の残留がほとんどなくなる。このため通常の生物学的脱窒法では設置される残留有機物処理槽が不要になるという利点がある。
【００９０】
有機炭素源７５としては、メタノール等を用いることができる。またメタノールのかわりに、廃水の一部を脱窒部に供給することもできる。
【００９１】
上記のように、有機物処理部７２、硝化部７３及び脱窒部７４では、酸素の要求レベルが異なるが、エアカソード５１において用いられるフィルム５Ｃの透気量や面積を増減することにより、各部の酸素供給量を良好に制御することができる。
【００９２】
フィルム５Ｃには、透気度の異なる多くの種類があるため、各部の酸素必要量に応じて最適な種類のフィルムを選定することができる。具体的には、硝化部７３のエアカソード５１には透気度が大きい種類を選定し、脱窒部７４のエアカソード５１には透気度が小さい種類を使用することが望ましい。また、有機物処理部７２のエアカソード５１、硝化部７３及び脱窒部７４の各部の流入側と流出側で、異なる透気度のフィルム５Ｃを使用することもできる。
【００９３】
また、各部におけるエアカソード５Ｃからの供給空気量の制御は、エアカソード５１とアノード６１との面積比を変えることでも可能である。具体的には、有機物除去部７２のエアカソード５１とアノード６１との面積比率が１：１である場合には、硝化部７３において、エアカソード５１とアノード６１との面積比率を例えば２：１〜１０：１として、エアカソード５１の比率を大きくすることにより、廃水への酸素供給量を増加させることができる。逆に、脱窒部７４において、エアカソード５１とアノード６１との面積比率を例えば１：２〜１：１０として、アノード６１の比率を大きくすることにより、廃水への酸素供給量を減少させることができる。
【符号の説明】
【００９４】
１…廃水処理装置（廃水処理槽）
１Ａ…廃水処理槽
２…容器
２ａ…流入口
２ｂ…流出口
３…廃水
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…空気供給部
４ａ，４Ａａ，４Ｂａ，４Ｃａ…空気取り入れ部
４ｂ…枠部
４Ａｂ…縦桟
４Ａｃ…横桟
４Ｂｂ…桟
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…フィルム
６…処理水
１１…廃水処理装置
１２…第一脱窒部
１３…硝化部
１４…第二脱窒部
１５…残留有機物処理部
１６…循環液
１７…有機炭酸源
２１…廃水処理装置
２２…空気流路部
２３…送風機
２４…流量調節弁
２５…流量計
５１…エアカソード
５２…電極基材
５３…バインダー
５４…触媒
５５…絶縁層
５６…カソード微生物膜
６１…アノード
６２…アノード微生物膜
７１…微生物燃料電池（廃水処理装置）
７２…有機物処理部
７３…硝化部
７４…脱窒素部
７５…有機炭素源
７６…廃水処理槽
【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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