(57)【要約】【課題】Ｔ−Ｎ除去率が安定し、被処理水のろ過特性を良好に維持することができる窒素除去装置を提供する。【解決手段】脱窒槽１２と硝化槽１４との間に被処理水を活性汚泥とともに循環させ、被処理水に含まれる窒素成分を活性汚泥中に含まれる脱窒菌と硝化菌とによって生物学的に除去するようにした窒素除去装置１０において、硝化槽１４内に下部に散気管２８を備えた膜分離手段２２を浸漬するとともに、脱窒槽１２の容量を膜分離手段２２の総容積の１．５〜１０倍としたことを特徴とする。【選択図】    図１
2004243248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱窒槽と硝化槽との間に被処理水を活性汚泥とともに循環させ、前記被処理水に含まれる窒素成分を除去するようにした窒素除去装置において、前記硝化槽に膜分離手段を浸漬するとともに、前記脱窒槽の容量を前記膜分離手段の総容積の１．５〜１０倍としたことを特徴とする窒素除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒素除去装置に係り、特に被処理水に含まれる窒素成分を活性汚泥によって生物学的に除去するようにした窒素除去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の窒素除去装置として脱窒槽と硝化槽との間に被処理水を活性汚泥とともに循環させるようにしたものが周知である。活性汚泥には硝化菌と脱窒菌が含まれており、硝化槽では好気条件下で被処理水中のアンモニア性窒素が硝化菌の働きによって硝化され硝酸性窒素となる。脱窒槽では嫌気条件下で被処理水中の硝酸性窒素が脱窒菌の働きによって脱窒され窒素ガスとなり、この窒素ガスが大気に放出されて窒素除去が行われる。系内に保持された活性汚泥の濃度が高いほど硝化菌と脱窒菌の濃度も相対的に高くなり、窒素除去の処理効率が向上する。
【０００３】
このため、近年では硝化槽内に膜分離手段を浸漬し、この膜分離手段によって処理水を活性汚泥から膜分離することが試みられている。すなわち、膜を透過した被処理水を処理水として系外に排出するとともに、膜によって分離された活性汚泥はそのまま脱窒槽と硝化槽との循環系に残存、保持させる。このような方法を採用すると上記循環系における活性汚泥の濃度を１０ｇ／Ｌ程度にすることができる。この１０ｇ／Ｌという値は沈殿池を有した標準活性汚泥法における活性汚泥の濃度に比べて約５倍であり、硝化脱窒反応の処理速度を飛躍的に向上させることができる。したがってその分、硝化槽や脱窒槽の容量を小さくすることができ、所要敷地面積の省スペース化にも寄与する。
【０００４】
このような硝化槽内に膜分離手段を浸漬した窒素除去装置では活性汚泥の濃度が高濃度である分、硝化槽に供給する空気量も多くなる。しかしながら、この種の窒素除去装置では流入する被処理水の性状の変動が大きい。このため、硝化槽での酸素消費量が当初の予定よりも少ない運転条件では、本来、溶存酸素がない嫌気条件であるべき脱窒槽に硝化槽で消費し切れなかった空気中の酸素が持ち込まれ、脱窒槽での脱窒反応に悪影響を与える場合があった。したがって、このような硝化槽から酸素の持ち込みを予め想定した上で脱窒槽の容量を設定する必要がある。脱窒槽の容量を設定する際には硝化槽内に浸漬した膜分離手段の容積が関係してくると思われる。特許文献１には浸漬型膜分離手段を設置した曝気槽に関して、曝気槽の容量と膜分離手段の大きさとの関係を究明した結果が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２６７０８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された内容は窒素除去装置に関するものではないので、脱窒槽の容量を設定する場合の参考にはならない。本発明は上記の背景のもとに創案されたものであり、本発明の目的は硝化槽内に浸漬した膜分離手段の容積に対応して脱窒槽の容量が適切に設定された窒素除去装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために，本発明に係る窒素除去装置は、脱窒槽と硝化槽との間に被処理水を活性汚泥とともに循環させ、前記被処理水に含まれる窒素成分を除去するようにした窒素除去装置において、前記硝化槽に膜分離手段を浸漬するとともに、前記脱窒槽の容量を前記膜分離手段の総容積の１．５〜１０倍としたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る窒素除去装置の実施形態を示す装置系統図である。窒素除去装置１０は主に脱窒槽１２と硝化槽１４によって構成される。脱窒槽１２には窒素成分を含む有機性の排水が管路１６から供給される。また、脱窒槽１２には硝化槽１４からの被処理水である硝化液が管路１８から流入する。脱窒槽１２を経た被処理水は管路２０から硝化槽１４に送られる。硝化槽１４には膜分離手段２２が浸漬されている。膜分離手段２２の下部にはブロワ２４から供給した圧縮空気が管路２６を介して散気管２８より散気される。膜分離手段２２の膜エレメント３０の二次側には管路３２が接続し、この管路３２には吸引ポンプ３４が配設されている。硝化槽１４の下部には槽内の硝化液を脱窒槽１２に循環させるための循環ポンプ３６が接続され、この循環ポンプ３６により抜き出された硝化液は管路１８を介して脱窒槽１２に循環される。なお、脱窒槽１２及び硝化槽１４には活性汚泥が高濃度（１０ｇ／Ｌ程度）に保持され、脱窒槽１２と硝化槽１４との間を硝化液に随伴して循環している。なお、循環ポンプ３６の吐出側には増殖して過剰になった活性汚泥を抜き出すための管路３８が分岐している。この管路３８から抜き出された余剰汚泥は、通常図示しない脱水設備によって減量化された後、系外に排出される。
【０００９】
上記の構成において、脱窒槽１２に供給された被処理水は管路１８から循環された硝化液と混合される。この脱窒槽１２では主に硝化液に起因する硝酸性窒素が活性汚泥中の脱窒菌の働きによって脱窒され窒素ガスとなり、窒素ガスは大気に放出されて窒素除去が行われる。この脱窒菌による脱窒反応は液中の溶存酸素が実質的に零である嫌気条件下で活発に進行し、溶存酸素が多いと進行しない。脱窒槽１２を出た被処理水は管路２０から硝化槽１４に送られる。硝化槽１４では被処理水中のアンモニア性窒素が活性汚泥中の硝化菌の働きによって硝化され硝酸性窒素となる。この硝化菌による硝化反応は液中の溶存酸素が多い好気条件下で活発に進行する。液中の酸素を供給する手段として散気管２８からの散気が利用される。すなわち、散気した空気中の酸素が液中に溶け込んで溶存酸素が多い好気条件を維持する。硝化槽１４で硝化処理を受けた被処理水は膜分離手段２２を通過する過程で膜分離を受ける。膜を透過した被処理水は膜エレメント３０の二次側から管路３２を経て吸引ポンプ３４に吸引され、清澄な処理水として系外に排出される。また、硝化槽１４で硝化処理を受けた被処理水は硝化液として循環ポンプ３６から抜き出され、管路１８を介して脱窒槽１２に循環される。硝化液の脱窒槽１２への循環量と管路１６から脱窒槽１２に供給される被処理水の流量との比を硝化液循環比と称しており、硝化液循環比は通常２〜３程度に設定される。
【００１０】
一方、膜分離手段２２での膜分離によって膜エレメント３０の一次側に分離された活性汚泥を主体とする固形物は膜エレメント３０の膜面に付着、堆積して膜面閉塞の原因となる。したがって、膜面に付着、堆積した固形物を剥離し洗浄する目的にも散気管２８からの散気が利用される。すなわち、散気された空気の気泡はその浮力によって浮上する過程で膜エレメント３０の膜面に剪断力を付与する。この気泡による剪断力によって膜面に付着、堆積した固形物が剥離する。また、散気管２８からの散気はそのエアリフト作用によって硝化槽１４内に被処理水の循環流を形成させ、被処理水と活性汚泥との混合状態を良好に維持する役目も果たす。
【００１１】
このように散気管２８からの散気は、被処理水中の溶存酸素を維持するための酸素供給源としての機能と、膜エレメント３０の膜面を洗浄する機能と、被処理水の循環流を形成する機能とを有しており、これらの３つの機能を同時に達成するために、過剰気味の散気が行われる傾向にある。このため、硝化槽１４の被処理水中の溶存酸素が必要以上に高くなるケースがしばしば発生する。この溶存酸素が比較的高い被処理水は、前記したように硝化液として循環ポンプ３６から抜き出され、管路１８を介して脱窒槽１２に循環される。この結果、硝化液中の溶存酸素が脱窒槽１２に持ち込まれることになり、脱窒槽１２での脱窒反応に悪影響を与える場合がある。したがって、このような硝化槽１４から硝化液を介して持ち込まれる溶存酸素を予め想定した上で脱窒槽１２の容量を設定する必要がある。
【００１２】
本実施形態では、脱窒槽１２の容量が硝化槽１４内に浸漬した膜分離手段２２の容積と密接に関係することに着目して、脱窒槽１２の容量を膜分離手段２２の総容積の１．５〜１０倍に設定している。なお、膜分離手段２２の総容積とは、膜分離手段２２を構成する膜エレメントや下方の散気部を含む容積であり、膜分離手段２２が硝化槽１４内に複数ユニット配置されている場合には、各ユニットの容積を合算した値である。すなわち、図２に示したように硝化槽１４内に幅Ｗ，長さＬ，高さＨの膜分離手段２２のユニットが３基，配設されているときには、各ユニットの容積はＷ×Ｌ×Ｈであるから、膜分離手段２２の総容積Ｖは３×Ｗ×Ｌ×Ｈとなる。したがって、脱窒槽１２の容量を計算されたこの総容積Ｖに対して１．５〜１０倍に設定する。
【００１３】
以下に、上記１．５〜１０倍に設定する理由を説明する。図３，図４は本発明者による一実験結果を示したものである。図３は脱窒槽１２の容量と膜分離手段２２の総容積との比を容量比Ｒと定義し、この容量比Ｒをパラメ−タとしてトータル窒素除去率（以下Ｔ−Ｎ除去率という。）を調べた結果である。同図によれば、容量比Ｒが１．５倍以上ではＴ−Ｎ除去率が８０％以上と安定している。しかしながら、容量比Ｒが１．５倍未満ではＴ−Ｎ除去率が急激に低下している。この結果から容量比Ｒを１．５倍以上にするべきであることが理解できる。容量比Ｒが１．５倍未満の場合にＴ−Ｎ除去率が急激に低下する理由としては、硝化液中の溶存酸素が脱窒槽に持ち込まれることによって脱窒反応が阻害され、反応時間が不足したためと考えられる。容量比Ｒが１．５倍以上では、硝化液中の溶存酸素による悪影響を滞留時間（反応時間）の増加によってカバーするのでＴ−Ｎ除去率が安定すると考えられる。
【００１４】
図４は容量比Ｒをパラメ−タとして被処理水のろ過特性を調べた結果である。実験は硝化槽１４内の被処理水（活性汚泥の濃度，約１０ｇ／Ｌ）を採取し、この被処理水５０ｍＬをＪＩＳで規定されたＮｏ．５のろ紙によってろ過した。縦軸に示した値は、ろ過開始から５分間経過後のろ液量である。同図によれば、容量比Ｒが１０倍以下ではろ液量は２０ｍＬ前後であり、比較的安定している。しかしながら、容量比Ｒが１０倍を越えるとろ液量が急激に減少し始める。ろ液量の急激に減少は、膜分離手段２２での膜分離に際して膜エレメント３０の膜面が目詰まりを起こし易いことを意味しており、安定運転を維持する上で致命的な現象となる。このような現象が起きる原因は十分には解明されていない。活性汚泥が脱窒槽１２内の嫌気条件下で必要以上に長時間滞留する結果、異常に増殖した嫌気性菌が粘性物質を盛んに分泌し、ろ過性を低下させるとも推察される。
【００１５】
ともあれ，本実施形態では脱窒槽１２の容量が膜分離手段２２の総容積に対して１．５〜１０倍に設定されているので、窒素除去装置１０としてＴ−Ｎ除去率が安定している。また、被処理水のろ過特性が良好に維持されるので、膜分離手段２２での膜分離を安定に継続させることができる。
【００１６】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明に係る窒素除去装置によれば、脱窒槽の容量を膜分離手段の総容積の１．５〜１０倍としたので、Ｔ−Ｎ除去率が安定している。また、被処理水のろ過特性が良好に維持されるので、膜分離手段での膜分離を安定に継続させることができ、装置の運転管理が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒素除去装置の実施形態を示す装置系統図である。
【図２】硝化槽内に浸漬した膜分離手段の配置状況を例示し、（１）は平面図、（２）は正面図である。
【図３】容量比ＲとＴ−Ｎ除去率の関係を示した実験結果図である。
【図４】容量比Ｒと被処理水のろ過特性の関係を示した実験結果図である。
【符号の説明】
１０………窒素除去装置、１２………脱窒槽、１４………硝化槽、２２………膜分離手段、２４………ブロア、２８………散気管、３０………膜エレメント、３４………吸引ポンプ。
【図１】
2004243248.tif 000003
【図２】
2004243248.tif 000004
【図３】
2004243248.tif 000005
【図４】
2004243248.tif 000006