(57)【要約】【課題】熱交換器と微生物を利用した生物学的水処理を使用する水処理装置において、生物学的水処理の効率を向上させることができる水処理装置を提供することにある。【解決手段】微生物を利用した生物学的水処理を行なう水処理装置において、低温排水１を高温化する熱交換器２１と、排水を加熱する加熱器３１と、高温排水から汚泥と液体を分離する遠心分離機３２と、高温排水を低温化する蒸発器２０と、蒸発器２０で低温化した排水を処理するメタン発酵槽１２とを備えた構成である。【選択図】      図１
2008188533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温排水を高温化する熱交換器と、
前記熱交換器で高温化した排水を加熱する加熱器と、
前記加熱器により加熱した高温排水から汚泥と液体を分離する分離器と、
前記分離器により分離された高温排水を蒸発させて、かつ低温化する蒸発器と、
微生物を利用した水処理プロセスにより、前記蒸発器で低温化した排水を処理する水処理手段と
を具備したことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記蒸発器は、前記高温排水を、前記微生物の活性化に適した温度まで低温化させる構成であることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記熱交換器及び前記蒸発器は、それぞれ複数個が連結された複数段構成であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項４】
前記分離器は、遠心分離機、膜ろ過装置または重力濃縮槽のいずれか、あるいはこれらの組合せた構成であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項５】
前記熱交換器の前段に排水貯留槽を有し、
前記低温排水を前記排水貯留槽に貯留した後に前記熱交換器に供給する構成であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記水処理手段は、浮遊式、固定床式またはＵＡＳＢ式の嫌気性処理槽を使用する構成であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項７】
前記水処理手段は、浮遊式、固定床式、膜分離式または担体投入式の好気性処理槽を使用する構成であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項８】
前記水処理手段は、前記嫌気性処理槽の前段として、酸またはアルカリの注入装置が配置されて、前記嫌気性処理槽の後段として沈殿槽、膜分離または砂ろ過槽が配置された構成であることを特徴とする請求項６に記載の水処理装置。
【請求項９】
前記水処理手段は、前記好気性処理槽の前段として、酸またはアルカリの注入装置が配置されて、前記好気性処理槽の後段として、沈殿槽、膜分離または砂ろ過槽が配置された構成であることを特徴とする請求項７に記載の水処理装置。
【請求項１０】
前記水処理手段は、嫌気性処理槽及び好気性処理槽を組合せた構成であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１１】
前記熱交換器と前記蒸発器の各内部圧力を調整するための圧力調整手段と、
前記熱交換器または前記蒸発器の圧力を計測する圧力計測手段と、
前記圧力計測手段の計測結果に基づいて、前記圧力調整手段を介して前記蒸発器の減圧状態を制御する制御手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１２】
前記熱交換器と前記蒸発器の各内部圧力を調整するための圧力調整手段と、
前記熱交換器または前記蒸発器の温度を計測する温度計測手段と、
前記温度計測手段の計測結果に基づいて、前記圧力調整手段を介して前記蒸発器の減圧状態を制御する制御手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【請求項１３】
前記熱交換器と前記蒸発器の各内部圧力を調整するための圧力調整手段と、
前記熱交換器に対する前記低温排水の流入量、流入水質または流入量と流入水質との積である流入汚濁負荷量のうち少なくとも一つを計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果に基づいて、前記圧力調整手段を介して前記蒸発器の減圧状態を制御する制御手段と
を有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、下水処理プラントや産業用排水処理プラントに適用する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器を使用して、下水処理プラントや産業用排水処理プラントに適用する水処理装置が実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。このような水処理装置では、特に、蛋白質や炭水化物などの有機物を含む低温排水を熱交換器で高温排水に変換して、例えばメタン発酵槽に送出する。メタン発酵槽は、高温排水に含まれる有機物からメタンガスに転換することにより、有機物が低減したメタン発酵処理水として配管から排出する。
【特許文献１】特開平８−２１６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の水処理装置では、以下のような課題があった。
【０００４】
具体的には、低温排水中に、有機物として蛋白質等のメタン発酵阻害物が含まれていた場合に、熱交換機により、例えば１５℃の低温排水を３５℃程度の高温排水に変換しても、排水から蛋白質を除去することはできない。通常では、蛋白質は６０℃以上の高温により凝固させて除去することができるが、３５℃程度の高温化では凝固させることはできないからである。このため、蛋白質等のメタン発酵阻害物が除去されずに、排水がメタン発酵槽内に供給されることになる。この場合に、蛋白質等がメタン発酵菌の阻害を起こして、メタン発酵槽内でのメタン発酵効率が低下するという問題が生じる。
【０００５】
また、メタン発酵槽内では、水処理のためのメタン菌には、一般的に最適増殖温度がある。このため、メタン発酵槽内に供給される排水の温度は、メタン菌が効率よく活性化しやすい適温が望ましい。従来の水処理装置では、そのような排水の温度制御という考慮はなされていなかった。
【０００６】
このような理由から、従来の水処理装置では、排水に含まれる有機物を、メタン発酵などの微生物を利用した生物学的水処理により除去するプロセスにおいて、メタン発酵効率が低下し、結果として水処理効率の低下を招く問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、熱交換器と微生物を利用した生物学的水処理を使用する水処理装置において、生物学的水処理の効率を向上させることができる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】
【０００８】
本発明の観点は、有機物を含む排水の熱交換温度を適切に制御することで、微生物を利用した生物学的水処理の効率を向上させて、結果として水処理の効率を向上させることができる水処理装置である。
【０００９】
本発明の観点に従った水処理装置は、低温排水を高温化する熱交換器と、前記熱交換器で高温化した排水を加熱する加熱器と、前記加熱器により加熱した排水から汚泥と液体を分離する分離器と、前記分離器により分離された高温排水を蒸発させて、かつ低温化する蒸発器と、微生物を利用した水処理プロセスにより、前記蒸発器で低温化した排水を処理する水処理器とを備えた構成である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、有機物を含む排水に対する微生物を利用した生物学的水処理の効率を向上させて、結果として水処理の効率を向上させることができる水処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００１３】
水処理装置は、図１に示すように、メタン発酵槽１２と、角が丸みを帯びた形状の蒸発器２０と、同様に角が丸みを帯びた形状で直接接触型の熱交換器２１と、加熱器３１と、遠心分離機（デカンタ）３２とを有する。
【００１４】
メタン発酵槽１２は、例えばＵＡＳＢタイプ（Upflow Anaerobic Sludge Blanket process：上向流式嫌気性汚泥ブランケット法）の生物学的水処理器であり、ＵＡＳＢ粒子１８を内蔵している。ＵＡＳＢ粒子１８は、いわゆる自己造粒型微生物（メタン発酵菌）であり、メタン発酵により排水を処理する機能を有する。
【００１５】
メタン発酵槽１２は、配管９を介して、入口側と蒸発器２０の出口側とが連結されている。また、メタン発酵槽１２には、メタン発酵ガス１４を排出するための配管１７及びメタン発酵処理水１３を排出するための配管１６が連結されている。蒸発器２０は、熱交換器２１の底部と配管２４を介して連結されている。蒸発器２０の入口側には、遠心分離機３２の出口側と配管８を介して連結されている。
【００１６】
一方、熱交換器２１は、入口側に配管６が連結されて、この配管６を介して処理対象である低温排水１が流入される。熱交換器２１の上部には、配管２５を介して真空ポンプ２２が連結されている。この真空ポンプ２２により、熱交換器２１から配管２５を介して、排ガス２３が排出される。また、熱交換器２１の出口側は、配管７を介して加熱器３１に連結されている。
【００１７】
加熱器３１は、熱交換器２１から配管７を介して送出される低温排水の熱交換水３を加熱して、配管３４を介して遠心分離機３２に送出する。加熱器３１は、底部には配管３６が連結されて、この配管３６を介して蒸気３０が供給される。遠心分離機３２は、配管３４を介して送られる高温排水を、汚泥３３と高温排水４とに分離する。遠心分離機３２は、配管３５を介して分離した汚泥３３を排出する。また、遠心分離機３２は、配管８を介して分離した高温排水４を蒸発器２０に送出する。
【００１８】
（作用効果）
以下、本実施形態に関する水処理装置の作用効果を説明する。
【００１９】
処理対象である排水、例えば１５℃程度の低温排水１が、配管６を介して熱交換器２１に流入される（１１は水面を意味する）。熱交換器２１からは、例えば５５℃程度の熱交換水３が配管７を介して加熱器３１に送出される。熱交換水３は、加熱器３１により例えば８０℃程度の高温排水に加熱されて、配管３４を介して遠心分離機３２に供給される。
【００２０】
遠心分離機３２は、汚泥３３と高温排水４とに分離し、上澄み液である高温排水４を、配管８を介して蒸発器２０内に供給する（２６は水面を意味する）。また、遠心分離機３２は、沈降した汚泥を分離汚泥３３として配管３５を介して排出する。
【００２１】
蒸発器２０からは、例えば４０℃程度に低温化された排水５が、配管９を介してメタン発酵槽１２に供給される（１５は水面を意味する）。メタン発酵槽１２では、ＵＡＳＢ粒子１８のメタン発酵により発生するメタン発酵ガス１４が、配管１７を介して排出される。また、ＵＡＳＢ粒子１８が流動して、上部の上澄み液１９が配管１６を介してメタン発酵処理水１３として排出される。
【００２２】
ここで、真空ポンプ２２の駆動により、熱交換器２１の内部は減圧される。蒸発器２０は配管２４を介して熱交換器２１に連結されているため、同様に、蒸発器２０の内部も減圧される。具体的には、図２に示すように、この減圧作用により蒸発器２０内の飽和蒸気圧が例えば19.9kPa以下になると、蒸発器２０内の排水が蒸発する。さらに、減圧が進み飽和蒸気圧が7.4kPa以下まで達すると、蒸発が進むと同時に、蒸発器２０内の８０℃の高温排水４が４０℃まで低下する。これにより、蒸発器２０からは４０℃まで低温化された排水５（高温排水４の熱交換水）が、配管９を介してメタン発酵槽１２に供給される。
【００２３】
また、蒸発器２０内で蒸発されて蒸発潜熱を有する水蒸気は、配管２４を介して熱交換器２１内に供給される。熱交換器２１の内部では、導入された水蒸気は低温排水１と減圧下で接触することにより、瞬時に液化する。これと同時に、その蒸発潜熱が、熱交換器２１の内の水中（水面１１）に放出される。この放出された蒸発潜熱により、１５℃の低温排水１が、例えば５５℃程度の熱交換水３として高温化して排出される。
【００２４】
以上のようにして、本実施形態の水処理装置では、低温排水１が高温の熱交換水に変換されて、微生物を利用したメタン発酵槽１２で処理された後に得られるメタン発酵処理水１３として排出される。
【００２５】
本実施形態の水処理装置では、低温排水１中に含まれる蛋白質等のメタン発酵阻害物を、加熱器３１や遠心分離機３２により効率的に除去することが可能となる。即ち、熱交換器２１からの５５℃程度の熱交換水３を、加熱器３１により例えば８０℃程度の高温排水に加熱する。従って、排水１中に含まれる蛋白質等を凝固させることができる。さらに、遠心分離機３２により、凝固した蛋白質等を高温排水４から分離して排出させることができる。これにより、メタン発酵槽１２に供給される排水５中からは、蛋白質等のメタン発酵阻害物を大幅に除去することができるため、メタン発酵効率の向上を図ることができる。
【００２６】
また、本実施形態の水処理装置では、蒸発器２０により、８０℃の高温排水４が４０℃まで低温化された排水５（熱交換水）がメタン発酵槽１２に供給される。メタン発酵槽１２内には、中温（４０℃程度）で活性化しやすいメタン菌が用意されていることにより、メタン発酵効率の向上を図ることができる。また、蒸発器２０により、８０℃の高温排水４が、例えば５０℃〜６０℃まで低温化された排水５（熱交換水）をメタン発酵槽１２に供給することにより、特に高温で活性化しやすいメタン菌が用意されたメタン発酵槽１２でのメタン発酵効率の向上を図ることができる。換言すれば、蒸発器２０により、後段の微生物を利用した水処理プロセスに対して、当該微生物の活性化に適した温度に調整された排水５を供給することにより、水処理効率を向上させることができる。
【００２７】
さらに、本実施形態の水処理装置では、ＵＡＳＢタイプの単一のメタン発酵槽１２を使用する構成であるため、プロセスがシンプルでかつ設置面積の縮小化を図ることができる。また低温排水１の流量や水質の変動や、ＢＯＤ容積負荷が1〜10kg-BOD/m3/日での高負荷運転に強い。また、蒸発器２０及び熱交換器２１は角が丸みを帯びた形状を有する構造である、減圧の速度が向上して高い熱交換効率を実現し、かつ強度耐久性の面でも優れている。更に又、低温排水１を直接的に熱交換器２１に供給する構成であるため、装置全体の小型化を図ることが可能である。
【００２８】
なお、蒸発器２０及び接接触熱交換器２１の構造を、立方体形状にしてもよい。この場合の効果としては、加工が容易で、各器２０，２１の製造が容易となる。また、丸みを帯びた卵型形状や球形状にしてもよい。この場合の効果としては、さらなる減圧の効率向上や強度耐性を得ることが可能となる。
【００２９】
さらに、遠心分離機３２の代りに、膜ろ過、精密ろ過等のろ過装置または重力濃縮槽の一方、あるいはこれらを組合せたものを使用することが可能である。この場合の効果として、遠心分離機３２と比較して分離器としての構造がシンプルとなる。
【００３０】
［第２の実施形態］
図３は、第２の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００３１】
本実施形態の水処理装置は、図３に示すように、蒸発器及び直接接触型熱交換器を、それぞれ複数段にした構成である。即ち、第１の蒸発器２０の前段には、配管５８を介して第２の蒸発器５０が連結されている。また、第１の熱交換器２１の後段には、配管７を介して第２の熱交換器５１を連結した構成である。第２の蒸発器５０と第２の熱交換器５１とは、配管５４を介して連結されている。また、第２の熱交換器５１は、配管５５を介して真空ポンプ５２が連結されている。この真空ポンプ５２により、第２の熱交換器５１から配管５５を介して、排ガス５３が排出される。また、第２の熱交換器５１の出口側は、配管４７を介して加熱器３１に連結されている。
【００３２】
なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため同一符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本実施形態の水処理装置では、第１の熱交換器２１により、１５℃程度の低温排水１が、最初に例えば３５℃程度の熱交換水に変換される。さらに、第２の熱交換器５１により、５５℃程度の熱交換水３に変換されて、加熱器３１に送出される。
【００３４】
一方、遠心分離機３２により分離された高温排水４は、配管８を介して第２の蒸発器５０内に供給される（５６は水面を意味する）。第２の蒸発器５０により、８０℃の高温排水４は、例えば６０℃程度の低温化された排水に変換される。さらに、第１の蒸発器２０により、４０℃程度に低温化された排水５に変換されて、メタン発酵槽１２に供給される。
【００３５】
以上のように本実施形態の水処理装置であれば、第１及び第２の熱交換器２１，５１により、１５℃程度の低温排水１は、２段階により５５℃程度の熱交換水３に変換される。また、第１及び第２の蒸発器２０，５０により、８０℃の高温排水４は、２段階により４０℃程度の低温化排水５に変換される。従って、図１に示す第１の実施形態に関する水処理装置と比較して、配管２４などの各配管における熱損失を抑制できるため、熱交換効率の向上を図ることができる。
【００３６】
［第３の実施形態］
図４は、第３の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００３７】
本実施形態の水処理装置は、図４に示すように、加熱器３１と遠心分離機３２との間に、重力濃縮槽３７を介在させた構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため同一符号を付して説明を省略する。
【００３８】
このような構成であれば、加熱器３１の後に、重力濃縮槽３７及び遠心分離機３２を順次介して、高温排水を分離する。この場合には、一定期間ごとに、重力濃縮槽３７内に蓄積した蛋白質等の余剰汚泥４１は、ポンプ３９を駆動して配管４０から系外に排出されることにより処理される。即ち、前段の加熱器３１により加熱処理されて生成した蛋白質凝固成分である余剰汚泥４１は、その粒径の大きな成分が大部分、この重力濃縮槽３７内で沈降分離されて処理される。また、粒計の小さな沈殿分離されにくい成分が、次工程の遠心分離機３２に供給されて処理される。従って、遠心分離機３２の小型化を図ることが可能となり、運転コストの低減化を実現できる。
【００３９】
［第４の実施形態］
図５は、第４の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００４０】
本実施形態の水処理装置は、図５に示すように、排水貯留槽４２及びポンプ４３を有し、低温排水１を排水貯留槽４２内で貯留した後に、ポンプ４３で熱交換器２１に供給する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本実施形態の水処理装置であれば、低温排水１を熱交換器２１に供給する前のバッファタンクとして排水貯留槽４２を使用する構成であるため、熱交換器２１には安定した供給が可能となり、運転の安定化を図ることが可能となる。
【００４２】
［第５の実施形態］
図６は、第５の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図である。
【００４３】
本実施形態の水処理装置は、図６に示すように、浮遊式（ダイジェスタ方式）のメタン発酵槽１２及び沈殿槽６２を有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため説明を省略する。
【００４４】
本実施形態のメタン発酵槽１２は嫌気性処理槽であり、メタン菌浮遊粒子６１が浮遊流動し、この過程で流入水中の有機物が除去されて、メタン発酵ガス１４が発生する。メタン発酵ガス１４は、配管１７を介して排出される。一方、メタン発酵処理水１３は、配管１６を介して沈殿槽６２に供給される。この沈殿槽６２から、上部の上澄み液１３が配管６３を介してメタン発酵処理水として排出される。
【００４５】
本実施形態の水処理装置であれば、流入下水である排水中に高濃度の懸濁物質（ＳＳ）が含まれている場合でも耐性が高く、油分含有廃水や汚泥など各種の有機物の処理が可能となる。
【００４６】
［第６の実施形態］
図７は、第６の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図である。
【００４７】
本実施形態の水処理装置は、図７に示すように、固定床式のメタン発酵槽１２を有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため説明を省略する。
【００４８】
本実施形態のメタン発酵槽１２は嫌気性処理槽であり、メタン菌付着担体６４を含み、この表面を上向流で流入水が通過する過程で、流入水中の有機物が除去されて、メタン発酵ガス１４が発生する。メタン発酵ガス１４は、配管１７を介して排出される。一方、メタン発酵処理水１３は、配管１６を介して排出される。
【００４９】
本実施形態の水処理装置であれば、メタン菌を担体６４に付着させて高濃度に保持できるため、流入水の負荷変動に強い。また、リアクタ底部に汚泥床を形成できるため高負荷運転が可能であり、排水中に高濃度の懸濁物質（ＳＳ）が含まれている場合でも耐性が高い。
【００５０】
［第７の実施形態］
図８は、第７の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図である。
【００５１】
本実施形態の水処理装置は、図８に示すように、浮遊式の好気性処理槽１２ｂ及び沈殿槽６２を有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため説明を省略する。
【００５２】
本実施形態の好気性処理槽１２ｂは、活性汚泥微生物浮遊粒子６５及び散気管６８を含み、散気管６８からの気泡６９と流入水中の有機物とが接触することにより、流入水中の有機物を好気分解する。この好気性処理槽１２ｂは、特に２０℃〜３０℃程度の低温で活性化する活性汚泥微生物浮遊粒子６５を利用する下水などの水処理に適している。従って、蒸発器２０により、高温排水を２０℃〜３０℃程度の低温に変換した排水を、好気性処理槽１２ｂに流入させる。散気管６８には、ブロア６６から配管６７を介して気泡６９が供給される。好気分解処理水１３ｂは、配管１６を介して沈殿槽６２に供給される。この沈殿槽６２から、好気分解処理水１３ｂは、配管６３を介して処理水として排出される。
【００５３】
本実施形態の水処理装置であれば、排水中に高濃度の懸濁物質（ＳＳ）が含まれている場合でも耐性が高く、油分含有廃水や汚泥など各種の有機物の処理が可能となる。
【００５４】
［第８の実施形態］
図９は、第８の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図である。
【００５５】
本実施形態の水処理装置は、図９に示すように、固定床式の好気性処理槽１２ｂを有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため説明を省略する。
【００５６】
本実施形態の好気性処理槽１２ｂは、活性汚泥微生物付着担体７０及び散気管６８を含み、当該担体７０の表面に好気性微生物である活性汚泥微生物が付着されている。前述したように、この好気性処理槽１２ｂは、特に２０℃〜３０℃程度の低温で活性化する活性汚泥微生物浮遊粒子６５を利用する下水などの水処理に適している。従って、蒸発器２０により、高温排水を２０℃〜３０℃程度の低温に変換した排水を、好気性処理槽１２ｂに流入させる。散気管６８には、ブロア６６から配管６７を介して気泡６９が供給される。
【００５７】
本実施形態の水処理装置では、活性汚泥微生物付着担体７０の表面を上向流で流入水が通過する過程で、流入水中の有機物が除去される。さらに、この有機物と散気管６８からの気泡６９とが接触することにより、流入水中の有機物が好気分解される。好気分解処理水１３ｂは、配管１６を介して処理水として排出される。
【００５８】
本実施形態の水処理装置であれば、担体７０の表面に付着された好気性微生物を高濃度に保持できるため、処理効率が高くなる。また、多段に設置することにより、気液接触効率を向上させるとともに、設置面積を少なくすることが可能となる。また、追加動力を必要としないので省エネルギーが達成できる。
【００５９】
なお、活性汚泥微生物付着担体７０が固定式ではなくて、流動状態になっている流動床式の好気性処理槽１２ｂでもよい。この方式では、固定床式と同様に、菌体高濃度化により処理効率が向上するとともに、省スペース化が達成できる。
【００６０】
［第９の実施形態］
図１０は、第９の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図である。
【００６１】
本実施形態の水処理装置は、図１０に示すように、膜分離式の好気性処理槽１２ｂを有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の好気性処理槽１２ｂは、分離膜７１及び散気管６８を含み、散気管６８にはブロア６６から配管６７を介して気泡６９が供給される。前述したように、この好気性処理槽１２ｂは、特に２０℃〜３０℃程度の低温で活性化する活性汚泥微生物浮遊粒子６５を利用する下水などの水処理に適している。従って、蒸発器２０により、高温排水を２０℃〜３０℃程度の低温に変換した排水を、好気性処理槽１２ｂに流入させる。分離膜７１は、ポンプ７２を駆動することにより、活性汚泥微生物浮遊粒子６５と水溶部分とを分離する。分離された水溶部分である清澄水は、好気性処理槽処理水１３ｃとして配管７３を介して排出される。
【００６３】
本実施形態の水処理装置であれば、好気性処理槽１２ｂ内の有機物が好気分解処理される。この場合、分離膜７１により、当該粒子６５を完全に遮断して、浮遊物の無い清澄な処理水１３ｃを得ることが可能となる。
【００６４】
なお、図６〜図１０に示す第５から第９の実施形態において、水処理槽１２，１２ｂの前段、すなわち配管９のラインに、酸またはアルカリの反応槽、及び当該反応槽に酸またはアルカリを供給する貯留槽を設ける構成でもよい。このような構成であれば、嫌気性処理槽若しくは好気性処理槽のｐＨがアルカリ性または酸性に変化した時でも、酸やアルカリを供給することで中性付近に維持することが可能となる。このため、それらの水処理槽の運転を安定化できる効果が得られる。
【００６５】
［第１０の実施形態］
図１１は、第１０の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図である。
【００６６】
本実施形態の水処理装置は、図１１に示すように、嫌気性処理槽（メタン発酵槽）１２と固定床式の好気性処理槽１２ｂとを組み合わせた構成である。固定床式の好気性処理槽１２ｂは、前述の図９に示すものと同様であるため、詳細な説明は省略する。また、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため説明を省略する。
【００６７】
本実施形態の水処理装置であれば、嫌気性のＵＡＳＢ粒子１８を含むメタン発酵槽１２により有機物を一段処理し、次工程の好気固定床式の好気性処理槽１２ｂによりメタン発酵槽１２で残存した有機物を処理する複数段処理が実現される。
【００６８】
従って、有機物の大部分除去された清澄な好気性処理水１３ｂとして排出される。特に、流入水中の有機物濃度が非常に高い場合にも、有機物を大部分除去することができる。また、流入水中にイオウ成分（Ｓ）が含まれていて、メタン発酵槽１２で硫化水素（Ｈ２Ｓ）となった場合でも、後段の好気性処理槽１２ｂで、その硫化水素を酸化分解することが可能となるので、悪臭の硫化水素を除去することが可能となる。
【００６９】
［第１１の実施形態］
図１２は、第１１の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図である。
【００７０】
本実施形態の水処理装置は、図１２に示すように、嫌気性処理槽（メタン発酵槽）１２と膜分離式の好気性処理槽１２ｂとを組み合わせた構成である。膜分離式の好気性処理槽１２ｂは、前述の図１０に示すものと同様であるため、詳細な説明は省略する。また、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため説明を省略する。
【００７１】
本実施形態の水処理装置であれば、嫌気性のＵＡＳＢ粒子１８を含むメタン発酵槽１２により有機物を一段処理し、次工程の膜分離式の好気性処理槽１２ｂによりメタン発酵槽１２で残存した有機物を処理する複数段処理が実現される。
【００７２】
この処理方法により、メタン発酵槽１２から流出したメタン発酵菌も分離膜７１で完全に遮断することができるので、有機物の大部分除去された清澄な好気性処理水１３ｂとして排出することができる。
【００７３】
なお、嫌気性処理槽１２と好気性処理槽１２ｂとを組み合わせて、好気処理と嫌気処理とを循環させる構成でもよい。このような構成であれば、流入水中に窒素（Ｎ）成分やリン（Ｐ）成分が多量に含まれていても、好気処理槽で硝化反応（ＮＨ４→ＮＯ３）、循環した後の嫌気処理槽での脱窒反応（ＮＯ３→Ｎ２）により窒素を除去できるといった効果が生じる。また、嫌気処理でリンの放出、好気処理でリンの過剰摂取といったリンの生物学的除去反応が発生するので、リンが除去できるといった効果も生じる。
【００７４】
［第１２の実施形態］
図１３は、第１２の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００７５】
本実施形態の水処理装置は、図１３に示すように、熱交換器２１の内部圧力を計測する圧力計７４の計測値に基づいて、真空ポンプ２２の流量を制御する制御装置７５を有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００７６】
本実施形態の水処理装置では、制御装置７５は、図２に示すような温度と飽和蒸気圧との関係に基づいて、予め真空ポンプ２２の流量と温度変化目標値との関係式を作成し、記憶装置に格納している。制御装置７５は、温度変化目標値として例えば１０℃を入力した場合に、例えば６０℃と１０℃の温度差である５０℃での飽和蒸気圧13kPaに相当する真空ポンプ２２の流量目標値を計算する。
【００７７】
制御装置７５は、圧力計７４の計測値を入力し、熱交換器２１の内部圧力の計測結果に基づいて真空ポンプ２２の流量を制御する。ここで、真空ポンプ２２の駆動により、熱交換器２１の内部は減圧される。同様に、蒸発器２０は配管２４を介して熱交換器２１に連結されているため、蒸発器２０の内部も減圧される。従って、制御装置７５は、圧力計７４の計測値に基づいて、蒸発器２０の内部の減圧状態を制御できる。
【００７８】
このような構成により、低温排水１中の阻害物濃度やその流入量が変動した場合でも、安定的に蒸発器２０の内部の圧力を適正な範囲に維持できるため、メタン発酵の効率を安定的に維持することが可能となる。
【００７９】
［第１３の実施形態］
図１４は、第１３の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００８０】
本実施形態の水処理装置は、図１４に示すように、蒸発器２０の配管９を流れる排水５の温度を計測する温度計７６の計測値に基づいて、真空ポンプ２２の流量を制御する制御装置７５を有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００８１】
本実施形態の水処理装置では、制御装置７５は、温度計７６の計測値を入力し、蒸発器２０の配管９を流れる排水５の温度計測結果に基づいて、真空ポンプ２２の流量を制御する。ここで、真空ポンプ２２の駆動により、熱交換器２１の内部は減圧される。同様に、蒸発器２０は配管２４を介して熱交換器２１に連結されているため、蒸発器２０の内部も減圧される。従って、制御装置７５は、温度計７６の計測値に基づいて、蒸発器２０の内部の減圧状態を制御できる。このような構成により、低温排水１中の阻害物濃度やその流入量が変動した場合でも、安定的に蒸発器２０の内部の圧力を適正な範囲に維持できるため、メタン発酵の効率を安定的に維持することが可能となる。
【００８２】
［第１４の実施形態］
図１５は、第１４の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図である。
【００８３】
本実施形態の水処理装置は、図１５に示すように、低温排水１を熱交換器２１に流入させるための配管６の流量を計測する流量計７７の計測値に基づいて、真空ポンプ２２の流量を制御する制御装置７５を有する構成である。なお、他の機器および構成は、図１に示す水処理装置と同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００８４】
本実施形態の水処理装置では、制御装置７５は、流量計７７の計測値を入力し、熱交換器２１に流入される低温排水１の流量の計測結果に基づいて、真空ポンプ２２の流量を制御する。ここで、真空ポンプ２２の駆動により、熱交換器２１の内部は減圧される。同様に、蒸発器２０は配管２４を介して熱交換器２１に連結されているため、蒸発器２０の内部も減圧される。従って、制御装置７５は、流量計７７の計測値に基づいて、蒸発器２０の内部の減圧状態を制御できる。このような構成により、低温排水１中の阻害物濃度やその流入量が変動した場合でも、安定的に蒸発器２０の内部の圧力を適正な範囲に維持できるため、メタン発酵の効率を安定的に維持することが可能となる。
【００８５】
なお、流量計７７の代わりに、阻害物濃度などの流入水質または流入量と流入水質との積である流入汚濁負荷量を計測する計測器を使用して、制御装置７５は、当該計測器の計測結果に基づいて、真空ポンプ２２の流量を制御する構成でもよい。
【００８６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【図２】本実施形態に関する温度と飽和蒸気圧との関係を説明するための図。
【図３】第２の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【図４】第３の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【図５】第４の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【図６】第５の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図。
【図７】第６の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図。
【図８】第７の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図。
【図９】第８の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図。
【図１０】第９の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図。
【図１１】第１０の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図。
【図１２】第１１の実施形態に関する水処理装置の部分的構成を説明するためのブロック図。
【図１３】第１２の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【図１４】第１３の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【図１５】第１４の実施形態に関する水処理装置の構成を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
【００８８】
１…低温排水、４…高温排水、６〜９…配管、１２…メタン発酵槽、
１２ｂ…好気性処理槽、１３…メタン発酵処理水、１４…メタン発酵ガス、
１６，１７…配管、１８…ＵＡＳＢ粒子、２０…蒸発器、２１…直接接触型の熱交換器、
２２…真空ポンプ、２３…排気ガス、２４，２５…配管、３１…加熱器、
３２…遠心分離機（デカンタ）、３３…分離汚泥、３５…配管、３７…重力濃縮槽、
３９…ポンプ、４０…配管、４１…余剰汚泥、４２…排水貯留槽、４３…ポンプ、
５０…第２の蒸発器、５１…第２の熱交換器、５２…真空ポンプ、５３…排ガス、
５４，５５，５８…配管、６２…沈殿槽、６３…配管、６４…メタン菌付着担体、
６５…活性汚泥微生物浮遊粒子、６６…ブロア、６７…配管、６８…散気管、
６９…気泡、７０…活性汚泥微生物付着担体、７１…分離膜、７２…ポンプ、
７３…配管、７４…圧力計、７５…制御装置、７６…温度計、７７…流量計。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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