(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水の硝化、脱窒を行う硝化脱窒装置であって、
第一処理槽と、第二処理槽とを有し、
前記第一処理槽は、下部に形成されて前記被処理水を流入させる第一流入口と、メタン細菌を担持させた嫌気担体を充填してなる嫌気担体層と、前記嫌気担体層よりも上部に形成され、脱窒素細菌を担持させた脱窒素担体を充填してなる脱窒担体層と、前記脱窒担体層よりも上部に形成されて前記嫌気担体層および前記脱窒担体層を経た中間処理水を流出させる第一流出口とを有し、
前記第二処理槽は、硝化細菌を担持させた硝化担体を槽内に備え、下部に形成されて前記中間処理水を流入させる第二流入口と、前記中間処理水および前記硝化担体を循環曝気させる曝気手段と、上部に形成されて前記硝化担体に接触した処理水を流出させる第二流出口と、を有し、
前記処理水の一部を循環水として前記第一処理槽に向けて返送させる返送流路が更に形成され、前記返送流路の前記第一処理槽における第一供給口が嫌気担体層と脱窒担体層との間に形成され、前記返送流路の第二供給口が、前記第一処理槽の下部に形成されていることを特徴とする硝化脱窒装置。
【請求項２】
前記嫌気担体と前記脱窒素担体との比重を異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の硝化脱窒装置。
【請求項３】
前記嫌気担体よりも前記脱窒素担体のほうが比重を小さくなるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の硝化脱窒装置。
【請求項４】
前記被処理水の有機物濃度を測定する第一測定手段と、前記第一測定手段による測定結果に基づいて、前記第一供給口に流す前記循環水の流量および前記第二供給口に流す前記循環水の流量を制御する分流制御器とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の硝化脱窒装置。
【請求項５】
前記処理水の有機物濃度を測定する第二測定手段を更に備え、前記分流制御器は、前記第一測定手段による測定結果に加えて、更に前記第二測定手段よる測定結果も参照することを特徴とする請求項４に記載の硝化脱窒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、細菌を担持させた担体を用いて、被処理水の硝化脱窒を行う硝化脱窒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種排水などに含まれる有機物を除去する水処理プロセスとして、従来の有機物酸化細菌を用いずに、メタン細菌を用いて嫌気性処理を行う方法がある。このメタン細菌は嫌気性細菌であり、脱窒素反応で用いられる亜硝酸脱窒菌や硝酸脱窒菌も同様に嫌気性細菌である。このような菌の類似性から、被処理水の有機物除去と脱窒素反応とをグラニュール汚泥を用いた上向流嫌気性汚泥床法（ＵＡＳＢ）にて行う方法がある。
【０００３】
また、類似の循環式硝化脱窒システムとして、例えば、メタン発酵槽の後段側に硝化槽を設け、処理水の一部を循環水としてメタン発酵槽に返送させる含窒素有機性排水の処理方法が知られている。しかしながら、こうした処理方法は、硝化液中の溶存酸素濃度が高いために、遊離酸素のない状況でのみ生育できる偏性嫌気性細菌（絶対嫌気性菌）であるメタン細菌の増殖を抑制してしまうという課題があった。
【０００４】
また、例えば、ＵＡＳＢのメタン発酵槽の前段側に設けた酸生成（兼脱窒）槽にＵＡＳＢのメタン発酵槽の後段側の硝化槽から、硝化液の一部を返送する処理方法も知られている。しかしながら、こうした処理方法は、脱窒のためのリアクタを不用としつつも酸生成槽を必要とし、硝化槽をＵＡＳＢ槽の後段側に必要とするなど、少なくとも合計で三つの処理槽を必要とし、設備が大型化するといった課題があった。
【０００５】
また、例えば、有機物除去のためのＵＡＳＢ槽を前段側に用い、後段側に脱窒槽と硝化槽とを設け、後沈殿槽から脱窒素槽に向けて硝化液を返送する方法も知られている。しかしながら、こうした処理方法も、ＵＡＳＢ槽とは別に脱窒槽および硝化槽をＵＡＳＢ槽の後段側に必要とするなど、少なくとも合計で三つの処理槽を必要とし、設備が大型化するといった課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−０５８０２１号公報
【特許文献２】特開２００６−２７２２５２号公報
【特許文献３】特開２００１−２１２５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、メタン細菌の増殖を抑制しないようにしつつ、少ない数の処理槽で効率的に硝化脱窒が可能な硝化脱窒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】
実施形態の硝化脱窒装置は、被処理水の硝化、脱窒を行う硝化脱窒装置であって、第一処理槽と、第二処理槽とを有し、前記第一処理槽は、下部に形成されて前記被処理水を流入させる第一流入口と、メタン細菌を担持させた嫌気担体を充填してなる嫌気担体層と、前記嫌気担体層よりも上部に形成され、脱窒素細菌を担持させた脱窒素担体を充填してなる脱窒担体層と、前記脱窒担体層よりも上部に形成されて前記嫌気担体層および前記脱窒担体層を経た中間処理水を流出させる第一流出口とを有し、前記第二処理槽は、硝化細菌を担持させた硝化担体を槽内に備え、下部に形成されて前記中間処理水を流入させる第二流入口と、前記中間処理水および前記硝化担体を循環曝気させる曝気手段と、上部に形成されて前記硝化担体に接触した処理水を流出させる第二流出口と、を有し、前記処理水の一部を循環水として前記第一処理槽に向けて返送させる返送流路が更に形成され、前記返送流路の前記第一処理槽における第一供給口が嫌気担体層と脱窒担体層との間に形成され、前記返送流路の第二供給口が、前記第一処理槽の下部に形成されている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一実施形態に係る硝化脱窒装置を示す模式図。
【図２】第二実施形態に係る硝化脱窒装置を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の硝化脱窒装置を、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第一実施形態）
図１は、第一実施形態に係る硝化脱窒装置の構成を示す概略図である。
図１に示す本実施形態の硝化脱窒装置１０は、原水（被処理水）Ｗ１が流入する上流側から順に、嫌気槽（第一処理槽）１１、曝気槽（第二処理槽）１２、および処理水槽１３を備えている。また、処理水槽１３と嫌気槽１１とを接続する循環流路１４が形成されている。この循環流路１４の途上には、処理水槽１３に貯留される処理水Ｗ３の一部を嫌気槽１１に送り込むポンプ１５が形成されている。
【００１２】
嫌気槽（第一処理槽）１１は、内部に水を貯留可能な水槽であり、下部に第一流入口１１ａが、また上部、例えば液面付近に第一流出口１１ｂがそれぞれ形成されている。第一流入口１１ａからは、嫌気槽１１で処理を行う原水（被処理水）Ｗ１が流入する。こうした嫌気槽１１は、槽内を嫌気状態に保つために密閉されている。なお、嫌気槽１１の上流側（前段側）には、原水Ｗ１を貯留するための水槽などが更に設けられていてもよい。
【００１３】
嫌気槽（第一処理槽）１１の内部には、下部に形成された嫌気担体層２１と、この嫌気担体層２１よりも上部に配された脱窒担体層２２とを有する。第一流入口１１ａから嫌気槽１１内に流入した原水Ｗ１は、上方に向けて嫌気担体層２１と脱窒担体層２２とを順次通過し、第一流出口１１ｂから中間処理水Ｗ２として排出される。
【００１４】
嫌気担体層２１は、メタン細菌を担持させた多数の嫌気担体２３から構成される。嫌気担体２３は、例えば略弾丸形状ないし円筒形状のポリオレフィン系樹脂を基材とする混合物の発泡体（担持基材）と、この発泡体に担持させたメタン細菌（メタン生成菌）からなる。メタン細菌は、絶対嫌気性細菌であり、原水Ｗ１に含まれる有機物成分からメタンガスを生成させ、原水Ｗ１に含まれる有機物濃度を低下させる。
【００１５】
メタン細菌を担持させる発泡体（担持基材）は、多孔質樹脂などであればよく、好ましくは親水性樹脂、吸水性樹脂である。また、発泡体（担持基材）のサイズは、直径が１〜１０ｍｍ程度、例えば４ｍｍ程度である。
【００１６】
このような嫌気担体２３の比重は、例えば、１．１０〜１．２０、好ましくは１．１６〜１．１７である。本実施形態では、嫌気担体層２１を構成する嫌気担体２３の比重は１．１６としている。
また、嫌気担体層２１の容積が嫌気槽（第一処理槽）１１全体の容積に対して占める割合は、１０％〜４０％程度である。
【００１７】
脱窒担体層２２は、脱窒素細菌を担持させた多数の脱窒素担体２４から構成される。脱窒素担体２４は、例えば、円筒形状ないし立方体形状を成し、ポリエチレングリコールを主成分とした合成樹脂の発泡体（担持基材）と、この発泡体に担持させた脱窒素細菌（脱窒菌）からなる。脱窒素細菌は、通性嫌気性細菌であり、嫌気担体層１２を通過した原水Ｗ１に含まれる硝酸イオンを窒素まで還元し、原水Ｗ１に含まれる硝酸イオン濃度を低下させる。
【００１８】
脱窒素細菌を担持させる発泡体（担持基材）は、多孔質樹脂などであればよく、好ましくは親水性樹脂、吸水性樹脂である。また、発泡体（担持基材）のサイズは、直径が１〜１０ｍｍ程度、例えば４ｍｍ程度である。
【００１９】
このような脱窒素担体２４は、嫌気担体２３よりも比重が小さいものを用いる。脱窒素担体２４の比重としては、例えば、１．０１〜１．２、好ましくは１．０１〜１．２である。本実施形態では、脱窒担体層２２を構成する脱窒素担体２４の比重は１．０５としている。
また、脱窒担体層２２の容積が嫌気槽（第一処理槽）１１全体の容積に対して占める割合は、１０％〜４０％程度である。
【００２０】
このように、嫌気担体２３と、脱窒素担体２４との比重を異ならせることによって、嫌気槽１１の下部の第一流入口１１ａから原水Ｗ１を導入し、上部の第一流出口１１ｂに向けて上昇水流を形成しても、この上昇水流によって嫌気担体２３と、脱窒素担体２４とが混合してしまうことが無い。特に脱窒素担体２４を嫌気担体２３よりも比重が小さいものを用いることによって、嫌気担体２３は常に脱窒素担体２４の下部に沈み込むため、嫌気担体層２１と脱窒担体層２２との間に特に仕切などがなくても、嫌気槽１１内において下側から嫌気担体層２１、脱窒担体層２２の順にそれぞれの層の位置が保たれる。
【００２１】
なお、嫌気槽（第一処理槽）１１における原水Ｗ１の上昇流速は、嫌気担体層の有機物容積負荷が５〜４０ｋｇ−ＢＯＤ／ｍ３・ｄ、ＨＲＴ（水理学的滞留時間）が２〜１０時間である場合にて、嫌気槽１１の槽内寸法の縦横比から決定される断面積に基づいて定められる。
【００２２】
また、嫌気槽（第一処理槽）１１には、更に調温手段（図示略）が設けられていることが好ましい。嫌気担体２３に担持されるメタン細菌を生物膜として保持するためには、原水Ｗ１をメタン細菌の最適活性水温である３４〜３７℃に保つことが好ましい。このため、特に冬季など原水Ｗ１の水温が低い場合には、ヒーターなどの調温手段によって嫌気槽１１内を加温することによって、メタン細菌の活性が高められ、メタン生成効率を最適にすることができる。
【００２３】
嫌気槽１１の下部に形成される第一流入口１１ａは、嫌気槽１１の断面内に均一に分配させるために、多数の開口を備えた分配管（図示略）などによって構成することが好ましい。これによって、嫌気槽１１の断面において均一に原水Ｗ１が流れ、嫌気槽１１の断面方向内で原水Ｗ１を均一な処理効率で処理することができる。
【００２４】
曝気槽（第二処理槽）１２は、内部に水を貯留可能な水槽であり、下部に第二流入口１２ａが、また上部、例えば液面付近に第二流出口１２ｂがそれぞれ形成されている。第二流入口１２ａからは、嫌気槽１１で処理された中間処理水Ｗ２が流入する。
【００２５】
曝気槽（第二処理槽）１２は、硝化細菌を担持させた多数の硝化担体２５を槽内に備えている。また、曝気槽１２には、中間処理水Ｗ２と硝化担体２５とを撹拌して曝気させる曝気手段２６が形成されている。曝気手段２６としては、例えば、エアブロア装置など、曝気槽１２の下部から空気を吹き込み、中間処理水Ｗ２と硝化担体２５とを曝気槽１２内で旋回流を形成させる構成が挙げられる。第二流入口１２ａから曝気槽１２内に流入した中間処理水Ｗ２は、曝気手段２６によって槽内で硝化担体２５に充分接触し、第二流出口１２から処理水Ｗ３として排出される。
【００２６】
硝化担体２５は、例えば円筒形状ないし立方体形状のポリオレフィン系樹脂を基材とする混合物の発泡体（担持基材）と、この発泡体に担持させた硝化細菌からなる。硝化細菌は、好気性細菌であり、中間処理水Ｗ２に含まれるアンモニアから亜硝酸や硝酸を生成する。
【００２７】
硝化細菌を担持させる発泡体（担持基材）は、多孔質樹脂、立方体スポンジなどであればよく、好ましくは親水性樹脂、吸水性樹脂である。また、発泡体（担持基材）のサイズは、直径が１〜１０ｍｍ程度、例えば球形であれば直径が４ｍｍ程度、立方体であれば外寸が１０ｍｍ程度である。
【００２８】
このような硝化担体２５の比重は、例えば、０．９５〜１．１である。また、硝化担体２５の全量の容積が曝気槽１２全体の容積に対して占める割合は、１０％〜４０％程度である。
【００２９】
処理水槽１３は、内部に水を貯留可能な水槽であり、曝気槽１２の第二流出口１２から流出した処理水Ｗ３を貯留する。
【００３０】
また、循環流路１４は、処理水槽１３と嫌気槽１１とを接続する配管などから構成され、ポンプ１５によって、処理水槽１３の処理水Ｗ３の一部を嫌気槽１１に送り込む。
嫌気槽１１の嫌気担体層２１と脱窒担体層２２との境界付近には、循環流路１４を経て返送された処理水Ｗ３を嫌気槽１１内に導入する第一供給口２８が形成されている。
【００３１】
以上のような構成の第一実施形態の硝化脱窒装置１０の作用を説明する。
有機物を含む被処理水である原水Ｗ１を、本実施形態の硝化脱窒装置１０を用いて硝化脱窒する際には、まず、嫌気槽１１の下部に形成された第一流入口１１ａから原水Ｗ１を嫌気槽１１内に導入する。
【００３２】
嫌気槽１１内に導入された原水Ｗ１は、まず、嫌気槽１１の下部に形成された嫌気担体層２１を通過する。この時、嫌気担体２３のメタン細菌（メタン生成菌）に接触した原水Ｗ１に含まれる有機物成分からメタンガスが生成し、原水Ｗ１に含まれる有機物濃度を低下させる。
【００３３】
次に、嫌気槽１１内の上昇水流によって、原水Ｗ１は、嫌気担体層２１の上に形成された脱窒担体層２２を通過する。この時、脱窒素担体２４の脱窒素細菌（脱窒菌）に接触した原水Ｗ１と循環流路１４を経て返送された処理水Ｗ３に含まれる硝酸イオンが窒素に還元され、原水Ｗ１と循環流路１４を経て返送された処理水Ｗ３に含まれる硝酸イオン濃度を低下させる。
【００３４】
このように、嫌気槽１１内を上昇する原水Ｗ１は、嫌気担体層２１と脱窒担体層２２とを相次いで通過するが、嫌気担体２３と、脱窒素担体２４との比重を異ならせておくことによって、こうした原水Ｗ１が上昇水流を形成しても、この上昇水流によって嫌気担体２３と、脱窒素担体２４とが混合してしまうことが無い。
【００３５】
本実施形態のように、脱窒素担体２４を嫌気担体２３よりも比重が小さいものを用いることによって、嫌気担体２３は常に脱窒素担体２４の下部に沈み込むため、嫌気担体層２１と脱窒担体層２２との間に特に仕切などがなくても、嫌気槽１１内において下側から嫌気担体層２１、脱窒担体層２２の順にそれぞれの層の位置が保たれる。これによって、１つの水槽（嫌気槽１１）内を区画せずに、メタン生成工程と硝化工程とを共存させることが可能になり、少ない数の処理槽で効率的に硝化脱窒が可能な硝化脱窒装置１０を実現できる。例えば、本実施形態では、２つの水槽によって硝化脱窒装置１０を構成することができる。
【００３６】
この後、嫌気槽１１によって有機物濃度、硝酸イオン濃度を低下させた中間処理水Ｗ２は、第二流入口１２ａから曝気槽（第二処理槽）１２内に導入される。曝気槽１２内に導入された中間処理水Ｗ２は、曝気手段２６、例えば、エアブロア装置などによって旋回流が形成されて硝化担体２５に充分接触する。この時、硝化担体２５の硝化細菌に接触した中間処理水Ｗ２に含まれるアンモニアから亜硝酸や硝酸を生成する。
【００３７】
曝気槽１２を経て、硝化脱窒された処理水Ｗ３は、第二流出口１２ｂから排出され、処理水槽１３に貯留される。
そして、この処理水槽１３に貯留される処理水Ｗ３の一部は循環水（硝化液）Ｗ４として循環流路１４を介して嫌気槽１１に返送され、嫌気担体層２１と脱窒担体層２２との間に導入される。そして、返送された処理水Ｗ３は、上昇流によって原水Ｗ１とともに脱窒担体層２２を通過して、残留している硝酸イオンを窒素まで還元させる。
【００３８】
処理水槽１３の処理水Ｗ３のうち、循環流路１４を介して嫌気槽１１に返送させる水量は、原水Ｗ１の水質、処理水Ｗ３の硝酸イオン濃度等に応じ適宜決定されるが、通常、原水Ｗ１の水量の１〜１０倍程度とするのが好ましい。
【００３９】
（第二実施形態）
図２は、第二実施形態に係る硝化脱窒装置の構成を示す概略図である。
なお、以下の説明では、第一実施形態に係る硝化脱窒装置と同様の構成には同一の番号を付し、重複する説明を省略する。
図２に示す本実施形態の硝化脱窒装置３０では、処理水槽１３に貯留される処理水Ｗ３の一部を循環水Ｗ４として嫌気槽（第一処理槽）１１に返送させる循環流路１４の、嫌気槽１１側の供給口を、嫌気担体層２１と脱窒担体層２２との間の第一供給口２８に加えて、更に嫌気槽１１の下部に流入する原水Ｗ１の流入側にも第二供給口２９として形成している。
【００４０】
また、嫌気槽（第一処理槽）１１の流入側において有機物濃度を測定する第一測定手段３１と、処理水槽１３に貯留される処理水Ｗ３の有機物濃度を測定する第二測定手段３２とを備えている。こうした第一測定手段３１や第二測定手段３２は、例えば、連続測定式のＢＯＤ測定器やＣＯＤ測定器を用いることができる。
【００４１】
また、循環流路１４の途上には、分流制御器３３が形成されている。この分流制御器３３には、第一測定手段３１や第二測定手段３２から出力される有機物濃度信号が入力される。そして、分流制御器３３は、原水Ｗ１や処理水Ｗ３の有機物濃度の測定結果に基づいて、循環水Ｗ４を第一供給口２８と第二供給口２９に分流する際のそれぞれの流量を制御する。
【００４２】
第二実施形態に係る硝化脱窒装置３０によれば、脱窒担体層２２から処理を開始させる循環水Ｗ４の割合と、嫌気担体層２１から処理を開始させる循環水Ｗ４の割合とを、原水Ｗ１や処理水Ｗ３の有機物濃度の測定結果に応じて最適に制御することが可能になる。
【００４３】
例えば、原水Ｗ１の有機物濃度が低い場合、第二供給口２９に分流する循環水Ｗ４の割合を低減させて、絶対嫌気性のメタン細菌を含む嫌気担体層２１を、循環水（硝化液）Ｗ４に含まれる高い溶存酸素にて好気的雰囲気にさせることなく、嫌気雰囲気を保つことができる。これによって、遊離酸素のない状況でのみ生育できる絶対嫌気性細菌であるメタン細菌の増殖を抑制してしまうということを防止することができ、嫌気担体層２１の水処理能力を高く保つことができる。
【００４４】
また、原水Ｗ１の有機物濃度が高い場合、第二供給口２９に分流する循環水Ｗ４の割合を増加させることにより原水Ｗ１の有機物濃度を低減させて、絶対嫌気性のメタン細菌を含む嫌気担体層２１への有機物負荷を適正に保つことができる。
【００４５】
また、処理水Ｗ３の有機物濃度が高い場合、第二供給口２９に分流する循環水Ｗ４の割合を増加させて、絶対嫌気性のメタン細菌を含む嫌気担体層２１にて、循環水（硝化液）Ｗ４を再処理することができる。
【００４６】
なお、分流制御器３３は、第一測定手段３１による有機物濃度信号だけを参照する構成であってもよい。即ち、第二測定手段３２を形成せずに、原水Ｗ１の有機物濃度だけを参照して、循環水Ｗ４を第一供給口２８と第二供給口２９に分流する際のそれぞれの流量を制御する構成であってもよい。
【００４７】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、脱窒素担体の比重と嫌気担体の比重とを異ならせることによって、嫌気担体層と脱窒担体層との間に特に仕切などがなくても、嫌気槽内において嫌気担体層、脱窒担体層のそれぞれの層の位置が保たれる。これによって、１つの槽内を区画せずに、メタン生成工程と硝化工程とを共存させることが可能になり、少ない数の処理槽で効率的に硝化脱窒が可能な硝化脱窒装置を実現できる。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０…硝化脱窒装置、１１…嫌気槽（第一処理槽）、１２…曝気槽（第二処理槽）、１４…循環流路、２１…嫌気担体層、２２…脱窒担体層、２３…嫌気担体、２４…脱窒素担体、２５…硝化担体。
【図１】
0006538537.tif 000002
【図２】
0006538537.tif 000003