(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの反応槽に脱窒部と硝化部とを有し、被処理水を前記脱窒部及び前記硝化部で順次処理して処理水を得てその少なくとも一部を前記脱窒部に返送する生物脱窒処理装置において、
前記反応槽の内部を仕切り、上部に前記脱窒部を、下部に前記硝化部を形成する仕切部材と、
前記硝化部にガスを導入するガス導入手段と、
前記ガス導入手段により導入されるガス及び前記硝化部の処理水を含む気液混合水を前記脱窒部の水面より高い位置まで導く第１配管と、
前記第１配管に設けられ、前記第１配管により導かれる気液混合水から前記硝化部の処理水を分離する分離槽と、
前記分離槽で得られた処理水の少なくとも一部を前記脱窒部に返送する第２配管と、
を備えることを特徴とする生物脱窒処理装置。
【請求項２】
前記仕切部材と前記硝化部の水面との間に溜められるガスを前記硝化部から排出するガス排出手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の生物脱窒処理装置。
【請求項３】
前記硝化部の溶存酸素濃度に基づいて、前記ガス排出手段のガス排出量及び前記ガス導入手段のガス導入量を制御する制御手段を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の生物脱窒処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生物脱窒処理装置に係り、より詳細には一つの槽で硝化及び脱窒を行う生物脱窒処理装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
排水中の窒素は、湖沼等の閉鎖水域における富栄養化の原因となることから、これを除去することが求められている。排水中の窒素の除去方法として、微生物の作用を利用して生物学的に窒素を除去する生物学的脱窒法、特に循環脱窒法が良く知られている。
【０００３】
循環脱窒法は、一般的に、窒素を含有する被処理水を脱窒槽及び硝化槽に順次導入し、硝化槽で得られる処理水の一部を脱窒槽に返送することにより被処理水の脱窒処理を行うものである。このような循環脱窒法においては、被処理水の流入量をＱ、硝化槽から脱窒槽への返送量をｎＱ、硝化槽の後段に設けた沈殿槽から脱窒槽への返送量をｒＱとすると、理論窒素除去率ｘは、一般に下記式：
【０００４】
【数１】
0004641116.tif 000002
で表される。従って、硝化槽から脱窒槽への処理水の返送量を大きくすればするほど、窒素除去率が大きくなる。ところが、循環脱窒法では、脱窒槽と硝化槽とが別体となっているため、設置面積が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば特開平７−６８２９３号公報に開示されるように、脱窒と硝化とを一つの反応槽で行う生物脱窒処理装置の発明がなされている。同公報に記載の生物脱窒処理装置１００は、図２に示すように、一つの反応槽１０１を有し、反応槽１０１の下部は脱窒部１０２となっており、脱窒部１０２の底部には配管１０３を経て原水が流入され、上部には配管１０４を経て空気が導入される。脱窒部１０２の上方には、硝化細菌を付着させた担体が充填された生物濾過層からなる硝化部１０５がある。硝化部１０５で得られる処理水は、排出配管１０６を経て処理水槽１０７に導入され、処理水槽１０７から配管１０８，１０９を経て系外へ排出され、処理水の一部は、配管１１０を経て配管１０３に導入される。このような生物脱窒処理装置１００は、一つの反応槽１０１で硝化と脱窒を行うため設置面積を小さくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、生物脱窒処理装置１００は、以下に示す課題を有している。
【０００７】
即ち生物脱窒処理装置１００は、硝化部１０５で得られた処理水を配管１０６を経て処理水槽１０７に貯留し、貯留された処理水を配管１０８，１１０を経て配管１０３に流入させている。この場合、硝化部１０６の水面と処理水槽１０７内に貯留された処理水の水面は同じ（もしくは下方の）位置にあり、水位差がないため、配管１０３に処理水を十分に流入させることができず、窒素除去率を十分に高めることができない。ここで、窒素除去率を十分に高くするために、配管１０８又は配管１１０に大容量のポンプを設置することも考えられるが、これでは、設備が大型化するだけでなく、多大な動力が必要となり、ランニングコストが嵩むことになる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、窒素除去率を十分に高くし且つ設備の小型化、ランニングコストの低減を可能とする生物脱窒処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、一つの反応槽に脱窒部と硝化部とを有し、被処理水を前記脱窒部及び前記硝化部で順次処理して処理水を得てその少なくとも一部を脱窒部に返送する生物脱窒処理装置において、反応槽の内部を上部の脱窒部と下部の硝化部とに仕切る仕切部材と、硝化部にガスを導入するガス導入手段と、ガス導入手段により導入されるガス及び硝化部の処理水を含む気液混合水を脱窒部の水面より高い位置まで導く第１配管と、第１配管に設けられ、第１配管により導かれる気液混合水から硝化部の処理水を分離する分離槽と、分離槽で得られた処理水の少なくとも一部を脱窒部に返送する第２配管とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、ガス導入手段により硝化部にガスを導入すると、ガスリフト効果によりガス及び硝化部の処理水を含む気液混合水が第１配管を経て上昇させられ、硝化部で得られた処理水は、脱窒部の水面より高い位置まで導かれる。そして、分離槽で気液混合水から硝化部の処理水が分離され、分離された処理水の少なくとも一部は第２配管を経て脱窒部へと返送される。このとき、分離槽で得られた処理水は、脱窒部の水面より高い位置まで導かれるので、この水位差により、分離槽で分離された処理水は、大容量のポンプを用いることなく脱窒部へ十分に返送されることとなる。
【００１１】
上記発明において、前記仕切部材と前記硝化部の水面との間に溜められるガスを前記硝化部から排出するガス排出手段を更に備えることが好ましい。
【００１２】
仕切部材と硝化部の水面との間に多量のガスが溜められた場合、ガスリフト効果により、第１配管を上昇しやすくなるが、この場合、分離槽から第２配管を経て脱窒部へ返送される処理水の流量が多くなり、被処理水が安定して処理されなくなる場合がある。そこで、仕切部材と硝化部の水面との間に多量のガスが溜められた場合、ガス排出手段により硝化部からガスが排出され、脱窒部へ返送される処理水の流量が安定化され、被処理水が安定して処理されることとなる。
【００１３】
上記発明において、硝化部の溶存酸素濃度に基づいて、前記ガス排出手段のガス排出量及び前記ガス導入手段のガス導入量を制御する制御手段を更に備えることが好ましい。
【００１４】
例えば残存溶存酸素濃度が小さくなった場合、これは酸素消費量が多くなっていることを意味する。この場合、制御手段により、ガス導入手段を制御して硝化部に導入されるガスの量を多くする。また、ガスの量を多くすると、仕切部材と硝化部の水面との間に多量の空気が溜められるので、制御手段によりガス排出手段を制御してこのガスを排出する。このようにすることによって、硝化部での処理効率を調節できると共に、硝化部で得られた処理水の脱窒部への返送量を調節することもでき、被処理水を安定して処理することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の生物脱窒処理装置の一実施形態を示す断面図である。図１に示すように、生物脱窒処理装置１は、一つの反応槽２を備えており、反応槽２の内部には、反応槽２の内部を脱窒部３と硝化部４とに仕切る仕切部材５が設けられている。この仕切部材５により反応槽２の上部には脱窒部３が形成され、下部には硝化部４が形成されている。脱窒部３には、原水（被処理水）を脱窒部３に導入する原水導入管６が接続されている。また、脱窒部３と硝化部４とは、脱窒部３で処理された脱窒処理水を硝化部４に移送する脱窒処理水移送管７によって接続されている。
【００１７】
一方、硝化部４には散気管８が配設され、散気管８には空気導入管９を経てブロワ１０が接続されている。そして、ブロワ１０を作動することにより空気導入管９及び散気管８を経て硝化部４に空気が導入される。散気管８、空気導入管９及びブロワ１０によりガス導入手段が構成されている。
【００１８】
反応槽２のほぼ中央には、硝化部４から上方に向かってストレートに延びる上昇配管（第１配管）１１が設けられ、上昇配管１１は脱窒部３及び反応槽２の天井部を貫通し、反応槽２の外部まで延びている。上昇配管１１の先端には気液分離槽１２が設けられている。
【００１９】
気液分離槽１２には処理水排出管１３が接続され、処理水排出管１３からは、返送配管（第２配管）１４が分岐して脱窒部３に接続されている。なお、処理水は、処理水排出管１３を経て沈殿槽に導入される。
【００２０】
次に、前述した生物脱窒処理装置１を用いた生物脱窒処理方法について説明する。
【００２１】
まず原水導入配管６を経て原水を脱窒部３に導入する。脱窒部３では、硝酸塩が窒素ガスに還元される。脱窒部３で処理された脱窒処理水は、脱窒処理水移送管７を経て硝化部４に導入される。このとき、ブロワ１０を作動し、空気導入管９及び散気管８を経て硝化部４に空気を導入する。すると、硝化部４では、導入された空気によって、水中に含まれるアンモニア態窒素が硝酸、亜硝酸に酸化される。一方、硝化部４に導入された空気は上昇し、上昇配管１１に入りこむ。すると、ガスリフト効果により空気及び硝化部４で得られた処理水を含む気液混合水が上昇配管１１を経て上昇させられ、気液混合水は脱窒部３の水面より高い位置まで導かれる。この気液混合水は気液分離槽１２まで導かれ、気液分離槽１２において気液混合水から処理水が分離され、処理水の一部は処理水排出管１３及び返送配管１４を経て脱窒部３へと返送される。このとき、気液分離槽１２において、硝化部４で得られる処理水は脱窒部３の水面より高い位置まで導かれている。このため、この水位差より、気液分離槽１２で得られた処理水は、大容量のポンプを用いることなく脱窒部３へ十分に返送されることとなる。よって、脱窒部３で窒素除去率を十分に向上させることができる。また、大容量のポンプを用いることなく処理水が脱窒部３へ返送されるため、設備の小型化、ランニングコストの低減を図ることが可能となる。
【００２２】
上記実施形態において、硝化部４に空気を導入すると、空気が硝化部４の水面と仕切部材５との間に溜められることとなる。そして、この空気の量が多くなると、ガスリフト効果により、上昇配管１１を上昇しやすくなる。しかし、この場合、気液分離槽１２から返送配管を経て脱窒部３へ返送される処理水の流量が多くなり、被処理水が安定して処理されなくなる場合もある。そこで、仕切部材５と硝化部４の水面との間に多量のガスが溜められた場合には、硝化部４からガスを排出し、脱窒部３へ返送される処理水の流量を安定化し、被処理水を安定して処理することが好ましい。このため、仕切部材５には排出配管１５が設けられ、ガス排出配管１５にはバルブ１６が設けられている。バルブ１６の開閉により硝化部４の水面と仕切部材５との間に溜められる空気の排出量が調節され、硝化部４の処理水の脱窒部３への返送量が調節されることとなる。なお、ガス排出配管１５とバルブ１６によりガス排出手段が構成されている。
【００２３】
ここで、仕切部材５は図１に示すように円錐形状となっていることが好ましい。この場合、空気が仕切部材５の上部の一箇所に集中して捕集されることとなるので、空気の排出量の調節幅を大きくすることができる。なお、仕切部材５の形状は、空気を一箇所に集中して捕集できるものであればよく、従って、円錐形状に限らず、四角錐形状であってもよい。
【００２４】
また、生物脱窒処理装置１は、硝化部４の溶存酸素濃度を測定する溶存酸素濃度計（図示せず）と、この溶存酸素濃度計で測定された溶存酸素濃度に基づいて、ガス排出配管１５に取り付けたバルブ１６及びブロワ１０を制御する制御装置（制御手段）とを更に備えることが好ましい。
【００２５】
例えば残存溶存酸素濃度が小さくなった場合、酸素消費量が多くなっていることを意味する。この場合、制御装置により、ブロワ１０の出力を調節して硝化部４に導入される空気の量を多くして硝化部４に空気を補給する。また、空気の量を多くすると、仕切部材５と硝化部４の水面との間に多量の空気が溜められるので、制御装置によりバルブ１６を開いてこの空気を排出するのである。このようにすることによって、硝化部４での処理効率を調節できると共に、硝化部４で得られた処理水の脱窒部３への返送量を調節することもでき、原水を安定して処理することができる。
【００２６】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、処理水の一部が沈殿槽に導入されるようになっているが、硝化部４に膜分離装置を配設した場合には、沈殿槽は不要である。この場合、気液分離槽１２から処理水を沈殿槽に導入するための配管は不要である。
【００２７】
また、気液分離槽１２は、反応槽２の外部に設けられているが、気液分離槽１２は、気液分離槽１２における硝化部４からの処理水の水面を脱窒部３の水面より高い位置にすることができれば如何なる位置に設けられても良い。従って、気液分離槽１２は例えば脱窒部３の内部に設けられても良い。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の生物脱窒処理装置によれば、硝化部で得られる処理水が脱窒部の水面より高い位置まで導かれるため、分離槽で得られた処理水を、大容量のポンプを要することなく、十分に脱窒部へと返送することが可能となる。従って、脱窒部で窒素除去率を十分に向上させることができる。また、大容量のポンプが不要となるため、設備の小型化、ランニングコストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の生物脱窒処理装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】従来の生物脱窒処理装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…生物脱窒処理装置、２…反応槽、３…脱窒部、４…硝化部、５…仕切部材、８…散気管（ガス導入手段）、９…空気導入管（ガス導入手段）、１０…ブロワ（ガス導入手段）、１１…上昇配管（第１配管）、１２…気液分離槽（分離槽）、１４…返送配管（２配管）、１５…空気排出管（ガス排出手段）、１６…バルブ（ガス排出手段）。
【図１】
0004641116.tif 000003
【図２】
0004641116.tif 000004