(57)【要約】【課題】従来よりも、安定してＢＯＤを除去でき、更には窒素も効率的に除去できる汚水浄化槽を提供する。【解決手段】上流から順に、嫌気的生物処理槽（２や３）、好気的生物処理槽６及び処理水槽７を備える汚水浄化槽１において、嫌気的生物処理槽（２や３）と好気的生物処理槽６との間に、窒素除去機能を有する電気分解槽５を設ける。【選択図】図１
2004313902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流から順に、嫌気的生物処理槽、好気的生物処理槽及び処理水槽を備える汚水浄化槽であって、前記嫌気的生物処理槽と前記好気的生物処理槽との間に、窒素除去機能がある電気分解槽を備えている汚水浄化槽。
【請求項２】
前記好気的生物処理槽で処理された液の一部を前記嫌気的生物処理槽へ戻す返送ポンプを、前記処理水槽の下部又は前記好気的生物処理槽の下部に設けている、請求項１の汚水浄化槽。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屎尿、その他の生活排水、又はこれらの合併汚水（以下、汚水ともいう）を物理的及び生物化学的に浄化処理する汚水浄化槽に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭等で用いられる汚水浄化槽は、従来から種々知られている。図３は、嫌気処理槽と好気処理槽とを組み合わせた従来の汚水浄化槽の一つで、上流側から、嫌気濾床槽第一室５１、嫌気濾床槽第二室５２、生物濾過槽５３、処理水槽５４及び消毒槽５５が配置されている。槽内の嫌気濾床槽第一室５１及び嫌気濾床槽第二室５２には短時間における汚水の多量流入を緩和するため、水量変動吸収部５６を設け、また、嫌気濾床槽第二室５２を下降流で通過した後のポンプ槽５７に流入する液を後段の生物濾過槽５３へ一定流速で供給する移送用エアリフトポンプ５８を設けている。また、処理水槽５４には、生物濾過槽５３での処理済み液（一部）と底部に沈殿する汚泥とを嫌気濾床槽第一室５１へ戻す循環用エアリフト管５９を立設している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この汚水浄化槽では、嫌気濾床槽第一室５１において、流入する汚水中の固形物が槽低部へ沈殿し、あるいはスカム化によって槽上部へ浮上して、汚水中の固形物の分離が起こる。また、その濾床では有機物の嫌気的生物分解が進む。この際、窒素成分はアンモニア態窒素に転換される。嫌気濾床槽第二室５２では、嫌気濾床槽第一室５１と同様の固形物の分離や有機物の嫌気的生物分解が更に進行する。生物濾過槽５３では、残留する有機物の好気的生物分解が更に進み、また、アンモニア態窒素の硝化（硝酸態窒素化）が進む。処理水槽５４では、循環用エアリフト管５９を稼動させ、生物濾過槽５３の処理済み液の一部を嫌気濾床槽第一室５１へ戻す。これによって、嫌気濾床槽第一室５１では、処理済み液に含まれる硝酸態窒素の生物的窒素除去（窒素ガス化）が進む。以上の処理によって、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）やＴ−Ｎ（総窒素）が除去された処理水は汚水浄化槽外へ放流される。
【０００４】
別に、電気分解で低濃度の窒素化合物を効率的に除去する窒素処理方法又は窒素処理システムも最近提案されている（特許文献２参照）。一例は、活性汚泥処理槽で処理された後の流出液を窒素処理システムに導いて処理するものである。ここで、活性汚泥処理槽では有機物の好気的生物分解が進むと共に、アンモニア態窒素の硝化（硝酸態窒素化）も進む。窒素処理システムでは、電気分解により硝酸態窒素をアンモニア態窒素に変え、このアンモニア態窒素を同時に発生する次亜塩素酸で窒素ガス化させて窒素を除去する。この際、次亜塩素酸で殺菌も行なう。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１―９６２８５号公報
【特許文献２】
特開２００２―２４８４７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の汚水浄化槽では、微生物を利用する方式であるため、負荷変動や処理水温等の影響を大きく受けやすく、特に、アンモニア態窒素の硝化及び硝酸態窒素の脱窒素（窒素除去）が充分に達成されない傾向となる。また、Ｔ−Ｎ（総窒素）を高度に除去（例えば、２０ｍｇ／Ｌ以下）しようとすると、汚水浄化槽の容量を大きくしなければならない。ところが、寒冷地などでは微生物活性がほとんど停止する液温（例えば、１３℃）になるため、汚水浄化槽の容量を大きくしてもそれに見合うほどの効果を得にくい。
【０００７】
上記活性汚泥槽の流出液を電気分解して窒素除去する場合には、活性汚泥槽でせっかく硝化した硝酸態窒素を電気分解で再度還元して生じたアンモニア態窒素を脱窒素するので、効率的とは思えない。
【０００８】
本発明は、嫌気的生物処理槽、好気的生物処理槽及び処理水槽を備える従来の汚水浄化槽の弱点を補い、従来よりも効率がよく、安定してＢＯＤを除去でき、更には窒素も効率的に除去できる汚水浄化槽を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明では次の構成をとった。
すなわち、本発明は、上流から順に、嫌気的生物処理槽（２や３）、好気的生物処理槽６及び処理水槽７を備える汚水浄化槽１であって、嫌気的生物処理槽（２や３）と好気的生物処理槽６との間に、窒素除去機能がある電気分解槽５を備えている汚水浄化槽１である。
【００１０】
ここで、好気的生物処理槽６で処理された液の一部を嫌気的生物処理槽（２や３）へ戻す返送ポンプ１８（その吸込口）を、処理水槽７の下部又は好気的生物処理槽６の下部に設けることが好ましい。
【００１１】
【作用】
嫌気的生物処理槽で汚水を嫌気的に処理すると、汚水の有機物中の窒素分はアンモニア態窒素に低分子化（分解）する。次いで、この液を、カソード（陰極）及びアノード（陽極）を配した（窒素除去機能がある）電気分解槽中で電気分解すると、汚水中に含まれる塩素イオンが陽極で酸化されて次亜塩素酸となり（（１）、（２）式）、この次亜塩素酸とアンモニア態窒素とが直接反応し、窒素が除去される（（３）式）。
２Ｃｌ−→Ｃｌ２＋２ｅ    （１）
Ｃｌ２＋Ｈ２Ｏ→ＨＣｌＯ＋ＨＣｌ    （２）
２ＮＨ４＋＋４ＨＣｌＯ→Ｎ２↑＋４ＨＣｌ＋４Ｈ２Ｏ    （３）
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明を更に具体的に説明する。
図１は、本発明の汚水浄化槽の一例であり、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ面における概略断面図である。汚水浄化槽１は、上流側から、嫌気的生物処理槽としての第一の嫌気処理槽２及び第二の嫌気処理槽３を備えており、第二の嫌気処理槽３の一部に移流管４を設け、この移流管４の上部には窒素除去機能がある電気分解槽５を設け、その後流に、好気的生物処理槽６、及びその好気的生物処理槽６の下部で連通する処理水槽７を備えており、この処理水槽７の上部に消毒槽８を備えている。
【００１３】
更に詳しく説明すると、第一の嫌気処理槽２には汚水流入管９が設けられ、また汚水流入管９の下方には上部及び下部が開口する箱状の流入バッフル１０が設けられ、更には汚水流入管２と反対側の仕切り壁には移流管１１が設けられている。第一の嫌気処理槽２では、流入する汚水中の沈降しやすい固形物を沈殿分離させ、これを槽底部で濃縮貯留させる。このとき、槽底部に貯留する汚泥の一部は嫌気的生物反応によってスカムとなり、浮上して槽上部にて貯留する。また、濾床２２では、嫌気的生物反応を進行させる。
第二の嫌気処理槽３では、第一の嫌気処理槽２と同様な処理機能を持たせ、スカム化による槽上部での汚泥貯留、濾床２３での有機物分解、及び沈殿による底部での汚泥を貯留する。以上の嫌気的生物処理槽（第一の嫌気処理槽２、第二の嫌気処理槽３）で、有機物の分解に伴ってそれらに含まれる窒素分の多くはアンモニア態窒素に転換される。なお、濾床２２、２３は省くこともできる。
【００１４】
第一の嫌気処理槽２及び第二の嫌気処理槽３のそれぞれの上部には、流入する汚水の変動を緩和させ次槽へ移流させるために、液水準が最高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）及び最低水位（Ｌ．Ｗ．Ｌ）の間で変動可能な流量調整部１２を設けている。また、第二の嫌気処理槽３内に配置した移流管４のＬ．Ｗ．Ｌには、電気分解槽５へ液を一定流速で移送させる移送ポンプ１３の吸込口１４を設けている。この場合、第一の嫌気処理槽２と第二の嫌気処理槽３との水位は、汚水の流入量が移送ポンプ１３の送液量よりも多いか少ないかによってＬ．Ｗ．ＬとＨ．Ｗ．Ｌとの間を変動する。そうすることによって、汚水の流入量は平均化され、上記嫌気的生物処理槽（第一の嫌気処理槽２、第二の嫌気処理槽３）では、各槽のそれぞれの機能は良好に発揮される。なお、移送ポンプ１３は、図１では、ブロワ１５から送気される空気を用いるエアリフトポンプであるが、密閉容器に空気を圧送させる間欠定量ポンプや電動による水中ポンプ等を用いることもできる。
【００１５】
電気分解槽５は、移送ポンプ１３から送られる液を電気分解して、存在するアンモニア態窒素を窒素ガス化して脱窒素するもので、陽極と陰極とで構成する電極が備えられ、これに通電箱１６から直流電流を供給する。嫌気処理された液を電気分解すると、液に含まれる塩素イオンはで陰極で酸化され次亜塩素酸を生成し、この次亜塩素酸とアンモニア態窒素とが反応して窒素ガスになる。
【００１６】
電気分解の陽極の電極材には、白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、ロジウム等貴金属又は貴金属の酸化物の１種以上で被覆されたチタン、二酸化鉛、フェライト、カーボン等を用いることができるが、好ましくはこれらのうち非溶出性電極である。また、陰極の電極材には、亜鉛、銅、銀、真鍮、金、ステンレス鋼、鉄、アルミニム、ジルコニウム、ニッケル合金、白金で被覆したチタン、パラジウム被覆した銅等を用いることができる。
【００１７】
電気分解では、前記した（３）式に示す反応だけではなく、僅かながらアンモニア態窒素が酸化され硝酸態窒素を生じる場合もあるが、これは後段の好気的生物処理槽６に対してアンモニア態窒素負荷がなくなるので有機物の分解で有利となる。また、次亜塩素酸が残留することもあるが、有機物濃度が高いのでこの有機物の酸化に消費され、後段の好気的生物処理槽６における微生物への悪影響は低下し、むしろ有利に作用する。
【００１８】
好気的生物処理槽６では、曝気するための散気管１７を底部に配置し、ブロワ１５からの空気を噴出させる。また、好気的生物処理槽６には微生物付着材（担体、微生物担体、接触材、接触濾材ともいう）を充填した床を形成させる。ここで、微生物付着材を充填した床は、微生物付着材が噴出する空気によって液と共に流動する流動床であっても、液のみが動く固定床であっても、あるいは流動床と固定床の両方を組み込んだものであってもよい。なお、流動床と固定床との両方を組み込む場合は、流動床を上側に、固定床を下側に上下方向に配置させたり、流動床を前段に、固定床を後段に横方向に並置させたりすることができる。好気的生物処理槽６では、曝気を行い、（微生物が付着している）微生物付着材と液とが十分に混ざるようにし、あるいは、微生物付着材と液とが積極的に接触するようにし、これによって有機物を酸化・分解し、アンモニア態窒素が残留する場合には硝化も進む。
【００１９】
用いる微生物付着材の形状は、板状、網板状、ヘチマ状、多孔質状、筒状、棒状、骨格球状、紐状、更には粒状、不定形な塊状、立方体状、繊維塊状等の種々の形状に加工したものを用いることができる。流動床にはこれら微生物付着材のうち、比較的小さく流動しやすい形状のものが好ましく用いられ、また、固定床には比較的大きく固定しやすい形状のものが好ましく用いられる。微生物付着材の材質としては、塩化ビニリデン、ポリビニルフォルマール、ポリウレタン、メラミン樹脂等の合成樹脂製加工物、セラミックス、珪砂等の無機製加工物、アンスラサイト等の化石加工物、活性炭等で、比重が約１又は１以上のもの、また、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン等で、比重が約１又は１以下のもののいずれも用いることができる。
【００２０】
好気的生物処理槽６と次槽の処理水槽７との境界部の下部（底部）は互いに連通させ、好気的生物処理槽６から処理水槽７へ移流する液を、処理水槽７の上部一画に設けた消毒槽８へ越流させる。処理水槽７には、液中のＳＳを沈殿分離させる機能もある。
【００２１】
また、処理水槽７には、好気的生物処理槽６で処理した液の一部を第一の嫌気処理槽２へ戻す返送ポンプ１８を立設している。好気的生物処理済み液を返送させることで、処理水槽７の底部に沈殿する汚泥を引抜くことができることや、硝酸態窒素がある場合には第一の嫌気処理槽２で生物的作用によって脱窒素できるからである。返送ポンプ１８からの液の返送は、連続であっても間欠であってもよい。なお、返送ポンプ１８は、図１ではブロワ１５から送気するエアリフトポンプを示したが、密閉容器に空気を圧送させる間欠定量ポンプや電動ポンプ等を用いることもできる。
【００２２】
消毒槽８では、処理水槽７からの移流液を薬筒１９と接触させて消毒又は殺菌する。また、汚水浄化槽の各槽（各室）の上部には点検や清掃等の維持管理が容易に行えるようにマンホールを設けていて、通常、そこにマンホールカバー２１を取り付けている。
【００２３】
次に、汚水浄化槽における汚水の処理方法を説明する。
汚水（原水）は汚水流入口９から流入バッフル１０を経て第一の嫌気処理槽２に入り、固形物の沈殿分離及び嫌気的生物分解が行われる。第一の嫌気処理槽２では、沈降した汚泥（固形物）の濃縮貯留が槽底部で行われ、嫌気化して発生したスカムの貯留が槽上部で行われる。第一の嫌気処理槽２からの移流液は、移流管１１を通り第二の嫌気処理槽３に入り、固形物の沈殿分離や嫌気的処理、汚泥のスカム化が更に進む。第二の嫌気処理槽３から電気分解槽５への移流は、移送ポンプ１３で行う。すなわち、移流液をＬ．Ｗ．Ｌの吸込口１４から吸い込み、移送ポンプ１３の上部から所定量（ほぼ一定量）を電気分解槽５へ移流させる。このとき、流入する汚水量が移送ポンプ１３の移送量よりも多い場合には、第一の嫌気処理槽２および第二の嫌気処理槽３の水位はＬ．Ｗ．Ｌから徐々に上昇するが、流量調整部１２の容量はＨ．Ｗ．Ｌを越えないように設計されているので、通常、水位はＨ．Ｗ．Ｌを越えて上昇しない。こうすることで、第一の嫌気処理槽２および第二の嫌気処理槽３のそれぞれの処理機能は良好に保たれる。
【００２４】
移送ポンプ１３から電気分解槽５へ供給された液は、電気分解によってアンモニア態窒素が窒素ガス化され、脱窒素される。好気的生物処理槽６では、微生物付着材及び散気管１７からの空気に接触し、有機物の酸化分解や残留するアンモニア態窒素の硝化が進む。処理された液は好気的生物処理槽６の下部（又は底部）から処理水槽７に入り、次いで消毒槽８へ越流する。消毒槽８で消毒される液は放流口２０から汚水浄化槽外へ排出される。なお、好気的生物処理済み液の一部は処理水槽７下部（又は底部）から第一の嫌気処理槽２へ、返送ポンプ１８により返送される。この際、沈殿している汚泥や浮遊しているＳＳが存在する場合にはこれらも返送され、また、硝酸態窒素が存在する場合には、第一の嫌気処理槽２で脱窒素される。
【００２５】
（実験例）
アンモニア態窒素を含む人工排水を用いて電気分解する脱窒素試験を行った。
人工排水は、炭酸水素ナトリウム０．２５ミリモル、塩化カルシウム０．２５ミリモル、硫酸マグネシウム０．２５ミリモル、炭酸水素カリウム０．０２５ミリモル、塩化アンモニウム２．８６ミリモルを蒸留水に溶かして１リットルとし、この水溶液０．５リットルを試験に用いた。
電極材は、陽極には白金・イリジウムをチタン板に被覆したもの、陰極には真鍮を用いた。電流は定電流にして、電流密度０．０１５Ａ／ｃｍ２に設定した。
電気分解６０分まで行った試験結果を図２に示す。アンモニア態窒素３５ｍｇ／Ｌが６０分後では、３ｍｇ／Ｌに低下し、３２ｍｇ／Ｌが除去できた。なお、硝酸態窒素は２ｍｇ／Ｌ生成したが、総窒素としては５ｍｇ／Ｌまでに低下した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の汚水浄化槽は、嫌気的生物処理槽と好気的生物処理槽との間に窒素除去機能がある電気分解槽を設けたので、ＢＯＤはもとより窒素を効率よく安定して除去することができる。また、好気的生物処理槽では硝化律速とされるアンモニア態窒素の硝化が必要ではなくなるので、好気的生物処理の容量をその分だけ小さくでき、汚水浄化槽を従来よりもさらに小型化できる。また、好気的生物処理済み液を嫌気的生物処理槽へ返送させることで、放流水中の窒素を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の汚水浄化槽の一例で、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ面における概略断面図。
【図２】電気分解による脱窒素試験結果のグラフ。
【図３】従来の汚水浄化槽の一例の概略断面図。
【符号の説明】
１：汚水浄化槽    ２：第一の嫌気処理槽
３：第二の嫌気処理槽    ４：移流管
５：（窒素除去機能がある）電気分解槽
６：好気的生物処理槽
７：処理水槽    ８：消毒槽
９：汚水流入口  １０：バッフル
１１：移流管    １２：流量調整部
１３：移送ポンプ    １４：吸込口
１５：ブロワ    １６：通電箱
１７：散気管    １８：返送ポンプ
１９：薬筒    ２０：放流口
２１：マンホールカバー    ２２：濾床
２３：濾床
５１：嫌気濾床槽第一室    ５２：嫌気濾床槽第二室
５３：生物濾過槽    ５４：処理水槽    ５５：消毒槽
５６：水量変動吸収部    ５７：ポンプ槽
５８：移送用エアリフトポンプ
５９：循環用エアリフト管
【図１】
2004313902.tif 000003
【図２】
2004313902.tif 000004
【図３】
2004313902.tif 000005