(57)【要約】【課題】  土木工事を必要とせず、排水の仕様が変更された場合でも、設備改造が容易で、地震に耐えるコンパクトで耐久性に優れ、処理能力が高く、長期に安定運転可能な排水処理装置を提供すること。【解決手段】  微生物固定化ゲル担体を流動させて排水と接触させるための処理槽と、汚泥を自己酸化させるための全酸化槽と、汚泥を沈殿させるための沈殿槽から本質的に構成された各槽の容量が２ｍ３より大きな排水処理装置であって、少なくとも処理槽又は全酸化槽を耐腐食鋼又はプラスチックで作製し、排水処理装置は各構成要素に解体・組み立て可能な分割構造とする排水処理装置により上記課題を解決する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に、微生物固定化ゲル担体を流動させて排水と接触させるための処理槽と、汚泥を自己酸化させるための全酸化槽と、汚泥を沈殿させるための沈殿槽から構成された各槽の容量が２ｍ３より大きな排水処理装置であって、少なくとも処理槽及び／又は全酸化槽は耐腐食鋼製又はプラスチック製であり、処理装置は各構成要素に解体・組み立てできるような構造で構成することを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
該処理槽がＢＯＤ処理槽、脱窒槽又は硝化槽である請求項１記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排水処理装置に関する。さらに詳しくは、本質的に、微生物固定化ゲル担体を流動させて排水と接触させるための処理槽と、汚泥を自己酸化させるための全酸化槽と、汚泥を沈殿させるための沈殿槽から構成された各槽の容量が２ｍ３より大きな排水処理装置であって、少なくとも処理槽及び／又は全酸化槽は耐腐食鋼又はプラスチック製であり、処理装置は各構成要素に解体・組み立てできるような構造で構成する排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、農村集落排水、家庭雑排水、都市下水、養魚排水、各種産業排水などの窒素化合物を含む有機性排水は、一般的に好気性微生物および嫌気性微生物を使用して汚濁物質を浄化する活性汚泥法により処理されている。例えば、図４に示すように、原水３０を嫌気槽３１に流入し嫌気的条件下に脱窒菌を使用して脱窒処理し、次いで好気槽３２で好気条件下にＢＯＤ成分の酸化と硝化菌による窒素化合物の硝化を行い、好気槽から流出する処理水の一部を処理水循環ライン３３により嫌気槽に循環し、残りの好気槽からの流出水は沈殿槽３４で汚泥を沈降分離した後、汚泥の一部を汚泥排出管３５から引き抜き、汚泥の一部を汚泥循環ライン３６から好気槽に循環し、上澄水３７が放流される。３８は散気管である。
【０００３】
従来の活性汚泥法の場合、曝気槽での排水の滞留時間は６〜８時間に設計されているが、昨今、工業や生活の多様化に伴って上記排水の量は増加傾向にあり、排水処理設備を建設するには広大な土地と莫大な建設費用が必要となる。これまで、排水処理装置をコンパクト化するために微生物固定化ゲル担体を用いる方法や装置が多く特許出願されており、排水処理能力に優れたポリビニルアルコール系含水ゲルを用いた排水の処理方法や処理装置が知られている。
【０００４】
例えば、表面近傍に硝化能を有する微生物が生息し、中心部近傍に脱窒能を有する微生物が生息しているアセタール化されたポリビニルアルコール系含水ゲル又はポリエチレングリコール系の含水ゲルからなる微生物担体を用いて有機性排水の硝化脱窒を同時に行う硝化脱窒方法（特許文献１）、微生物を固定化した担体を使用し、排水中の有機物および／又は無機物を除去する排水処理槽と該処理槽から流出する処理水を膜濾過するように構成した排水処理装置（特許文献２）などが開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３１４７８２号公報
【特許文献２】特開平１１−４２４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来このような排水処理設備は、試験的な小規模のものを除き、生産工場などに設置されるのは大掛かりな土木工事によるコンクリート製の排水処理槽からなっているのが通常である。排水処理設備は半永久的な設備であるので一旦コンクリート製の排水処理槽を設置すると、処理槽の改造や増強の面での作業の困難性や費用の面では勿論、撤収する場合にも莫大な労力と費用が必要となる。
【０００６】
また、排水処理設備においては不確定要素が多いこと、排水処理設備の運転には変動があることなどから、設備としては通常大きな余裕を持たせて設計されている。さらに土木工事の期間が長いこと、供給される排水の仕様が変更された場合、設備改造の対応が困難なことなども問題である。しかも最近は地震の発生でコンクリート製の処理槽にヒビ割れが入ることもあり、地震に耐える排水処理設備が要望されている。したがって、本発明の目的は、上記問題を解消した排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】
【０００７】
本発明者は検討した結果、ゲル担体を用い、余剰汚泥の引き抜きの少ない排水処理方法、すなわち全酸化槽を有する排水処理装置においては曝気槽を極めて小さくすることが可能であることに着眼し、少なくとも処理槽及び／又は全酸化槽を金属製又はプラスチック製として構成するという極めて単純な方法をベンチスケールおよびパイロットスケールの実験により確認した結果、装置を小型化できることを見出し本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、本質的に、微生物固定化ゲル担体を流動させて排水と接触させるための処理槽と、汚泥を自己酸化させるための全酸化槽と、汚泥を沈殿させるための沈殿槽から構成された各槽の容量が２ｍ３より大きな排水処理装置であって、少なくとも処理槽及び／又は全酸化槽は耐腐食鋼製又はプラスチック製であり、処理装置は各構成要素に解体・組み立てできるような構造で構成することを特徴とする排水処理装置である。      
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、少なくとも処理槽及び／又は全酸化槽を耐腐食鋼製又はプラスチックで作製し、各構成要素に解体・組み立てできるような構造で構成した排水処理装置を提供することができる。このような排水処理装置は、容易に各構成要素に解体・組み立てが可能であるため長期間の土木工事を必要とせず、工場などで製作して目的地まで運搬可能である。また、敷地面積に合わせたコンパクトな設備とすることができ、処理槽や全酸化槽を耐腐食鋼又はプラスチックで作製することにより地震に耐え得る排水処理装置を構築することができる。
【００１０】
さらに本発明の排水処理装置によれば、処理槽や全酸化槽を耐腐食鋼などで作製しても、従来の活性汚泥法の設備に比べて大きさが激減するため従来設備よりも高価になることはなく初期投資を大幅に減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明において、排水処理装置を小型化するためには、前述したように、微生物担体としてゲル担体を使用すること、及び排水処理装置には全酸化槽が含まれていることが必須である。本発明において使用される微生物固定化ゲル担体としては、ポリビニルアルコール系、ポリエチレングリコール系、ポリアクリルアミド系などの高分子含水ゲル、アルギン酸カルシウム、カラギーナン、寒天などの高分子ゲルなどを例示することができるが、菌を付着させた場合、ＢＯＤ除去能力の点で高分子含水ゲルが好ましい。
【００１２】
なかでも、ポリビニルアルコール系の含水ゲルは、担体表面及び内部に網目構造を有しているため微生物が生息しやすく、かつ有機化合物の捕捉性に優れており、しかも機械的強度にも優れているので好ましい。  
【００１３】
ポリビニルアルコールの平均重合度および／又はケン化度は高い方がポリビニルアルコールの濃度を低下することができるので、ゲルの含水率を上げることができ、したがって、微生物の生息性がよくなり好ましい。かかる点から、ＰＶＡの平均重合度は１０００以上のものが好ましく、とくに１５００以上のものがさらに好ましい。また、ＰＶＡのケン化度は９５モル％以上のものが好ましく、とくに９８モル％以上のものがさらに好ましい。
【００１４】
ポリビニルアルコールの溶出や劣化を防止するために、ポリビニルアルコールをアセタ−ル化するのが望ましい。アセタ−ル化度は、あまり低いと耐水性が低くなり、またあまり高いと疎水化されて微生物の生息が悪くなるので、１０〜６０モル％が好ましく、２０〜５５モル％がさらに好ましい。ポリビニルアルコール系含水ゲルの具体例としては株式会社クラレ製の商品名クラゲールを挙げることができる。
【００１５】
本発明において、少なくとも処理槽又は全酸化槽は耐腐食鋼又はプラスチックで作製される。耐腐食鋼としては普通鋼や低合金鋼でもよいが、通常は各種ステンレス鋼が使用される。プラスチックとしては、ポリエチレン、硬質ポリ塩化ビニル、可塑化ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、メタクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂が使用される。プラスチックとしては難燃性のものが好ましい。
【００１６】
処理槽の具体例としては、容量が２ｍ３以上、好ましくは５ｍ３以上のＢＯＤ処理槽、脱窒槽および硝化槽が挙げられるが、これらは排水の性状に応じて、例えば、脱窒槽−硝化槽−全酸化槽−沈殿槽、硝化槽−脱窒槽−全酸化槽−沈殿槽など適宜組み合わせて使用される。槽の容量はコストの面と運搬の面から２０ｍ３以下であるのが好ましい。
【００１７】
本発明において、少なくとも処理槽及び／又は全酸化槽は耐腐食性鋼又はプラスチックで作製されるが、その他の部分を耐腐食性鋼又はプラスチックで作製してよいことは勿論である。本発明のように、少なくとも処理槽又は全酸化槽を耐腐食性鋼又はプラスチックで作製し、各構成要素に解体・組み立て可能にすることにより、工場などで製作して目的地まで運搬し、敷地面積に合わせてコンパクトに組み立てることができる。
【００１８】
本発明によれば、ゲル担体の分離設備、架台など付属設備を含めた全設備のコンパクト化が可能であり、さらに、既設の排水処理設備の増強も容易である。すなわち、既設のコンクリート製設備の上方や周囲に鋼製の設備を逐次増設してプロセスの変更を行ったり、処理能力の増強が容易に可能となる。かかることは従来の排水処理装置の建設では全く着想されなかったことである。
【００１９】
本発明の排水処理装置は、余剰汚泥の引き抜きの少ない排水処理システムが構築できる場合に適用可能な処理装置であり、全酸化槽に凝集剤を添加すると汚泥の引き抜きを大幅に少なくすることができ、さらに好ましい排水処理装置とすることができる場合がある。
【００２０】
凝集剤としては従来公知の、例えば、硫酸アルミニウム（硫酸バン土）、アルミン酸ナトリウム、塩基性塩化アルミニウム、硫酸第一鉄、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、塩素化コッパラスなどの無機凝集剤、アルギン酸ナトリウム、ＣＭＣナトリウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム、マレイン酸共重合物、ポリエチレンイミン、第４級アンモニウム塩、ポリアクリルアミド、ポリオキシエチレンなどの有機高分子凝集剤などを挙げることができる。
【００２１】
本発明の排水処理装置の上部に太陽光発電装置を設置するとエネルギーを有効利用することができるとともに、排水処理装置の上部を覆うことで臭気対策にもなり好ましい。太陽光発電装置は通常販売されている太陽光発電装置を使用すればよい。
【００２２】
以下、本発明を図によりさらに具体的に説明する。図１は本発明の排水処理装置の一例を示すフロ−チャ−トであり、本質的に脱窒槽−硝化槽−全酸化槽−沈殿槽から構成された例である。１は原水流入管であり、供給された原水は先ず脱窒槽２へ導入される。脱窒槽には微生物固定化ゲル担体が脱窒槽容積の約１０％程度投入され、脱窒槽には好ましくは攪拌装置を設けてゲル担体を十分に流動させる。脱窒槽において、排水は嫌気条件下に処理される。
【００２３】
微生物固定化ゲル担体の流出を防ぐために、脱窒槽にスクリーン（図示せず）を設けるのが好ましい。微生物固定化ゲル担体としては、例えば株式会社クラレ製のアセタール化ポリビニルアルコールゲル担体（商品名クラゲール）が好適である。
【００２４】
脱窒処理水は脱窒処理管３から硝化槽４へ導入される。硝化槽には上記した微生物固定化ゲル担体が硝化槽容積の約１０％程度投入され、硝化槽において散気装置によりゲル担体を十分に流動させるとともに脱窒処理水を好気条件下に処理する。硝化処理水の一部は硝化処理水返送ライン５から脱窒槽へ返送・循環される。硝化処理水には硝酸性窒素が含まれるので、硝化処理水の一部を脱窒槽に返送して脱膣処理を行うと排水を効率よく処理することができる。
【００２５】
硝化処理水は硝化処理管６から全酸化槽７へ導入される。全酸化槽では曝気が行われ、硝化処理水を好気条件下に処理する。硝化槽にスクリーン（図示せず）を設けると微生物固定化ゲル担体の流出を防ぐことができ好ましい。全酸化槽に凝集剤８を添加すると汚泥の引き抜きが少なくなる場合がある。
【００２６】
全酸化槽で処理された酸化処理水は全酸化処理管９から沈殿槽１０に導入される。汚泥は汚泥返送ライン１１から全酸化槽へ返送・循環され、上澄水が１２から抜き出される。上澄水はそのまま放流してもよいが適宜滅菌処理などをして回収水としてもよい。
【００２７】
以上は原水の導入側から処理槽を脱窒槽―硝化槽の順に配列した例であるが、硝化槽―脱窒槽の順に配列してもよい。この場合は脱窒菌の生育のために脱窒槽にメタノールなどの有機炭素源を補給する必要がある。脱窒槽の前に嫌気性処理を行うための嫌気濾過装置又は最初沈殿槽を設けると排水中の浮遊物などが除かれるのでさらに効果的である。処理槽がＢＯＤ処理槽となる場合もある。
【００２８】
図２は脱窒槽−硝化槽−全酸化槽−沈殿槽から構成された排水処理装置の主要部を示す概略図であり、１３は脱窒槽、１４は硝化槽、１５は全酸化槽、１６は沈殿槽である。１７、１８は作業・点検用の階段と歩廊である。１９〜２１は各々原水ポンプ、汚泥返送ポンプ、汚泥循環ポンプである。２２〜２４は各々消泡剤、凝集剤、硫酸又はアルカリ供給設備である。  
【００２９】
消泡剤は原水が発泡性の場合に添加される。また、硫酸やアルカリは通常原水中和用に使用されるが、脱窒処理された処理水は酸性になるのでアルカリ中和するのにも用いられる。２５〜２６は曝気ブロワ、２７は架台、２８は沈殿槽に設けられたレーキのシャフトである。図３は図２の平面図であり、２９は水中に設けられたエヤレータである。
【００３０】
脱窒槽、硝化槽、全酸化槽の形状にはとくに制限はなく各種形状で使用することができるが、容量が大きくなりエヤレータの取り付けも容易であることから直方体形状が好ましい。また、沈殿槽を直方体形状にすると汚泥が溜まりやすくなり、レーキを取り付ける必要があるので底部がコーン状となった円筒形状のものが好ましい。図２および図３において、脱窒槽、硝化槽、全酸化槽は直方体形状、沈殿槽は底部がコーン状となった円筒形状の例である。
【００３１】
直方体形状の場合、縦×横×高さの比率はとくに制限はないが実用的には流れ方向に長方形にする場合が多い。また、円筒形状沈殿槽は一般的に水面積負荷と滞留時間から形状設計される標準形状を採用すればよい。槽の板厚さは耐圧を考慮して２〜６ｍｍ程度で、鋼材で補強して作製される。各処理槽には断熱や臭気対策として蓋を付設してもよいが、暖かい環境下や温水源がある場合、蓋は設けないことが多い。図５は本発明の排水処理装置実施化のための実機写真の一例であり、左側から脱窒槽、消化槽及び全酸化槽が制御盤とともに配置されている。      
【００３２】
実施例１
厚さ４ｍｍの耐腐食性鋼で２０ｍ３の脱窒槽、２４ｍ３の硝化槽、２４ｍ３の全酸化槽および３０ｍ３の沈殿槽を作製し、これらの槽、配管および各種機器類を運搬し、所定の敷地面積に合わせて現地にて組み立てた。図１のフローに従ってＢＯＤ約８００ｍｇ／Ｌ、総窒素約１００ｍｇ／Ｌの排水を５０ｍ３／日で３ケ月連続処理したところ、処理済水のＢＯＤは５０ｍｇ／Ｌ以下、ＳＳは２０〜４０ｍｇ／Ｌと安定していた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、付属設備を含めた設備全体を耐腐食性鋼又はプラスチックで構成することにより設置面積を小さくすることができ、設備の改造・増強が容易となる。本発明は、従来の土木工事による工事方法から脱却した逐次投資も可能な新しい概念による排水処理設備の工事方法を提供するものであり、産業上の有用性が大きい。    
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の排水処理装置の一例を示すフロ−チャ−トである。
【図２】本発明の排水処理装置を脱窒槽−硝化槽−全酸化槽の順に配列した全体概略図である。
【図３】図２の平面図である。
【図４】従来の活性汚泥法を示す概略図である。
【図５】本発明の排水処理装置の実機写真である。
【符号の説明】
【００３５】
１  原水流入管
２  脱窒槽
３  脱窒処理管
４  硝化槽
５  硝化処理水返送ライン
６  硝化処理管
７  全酸化槽
８  凝集剤
９  全酸化処理管
１０  沈殿槽
１１  汚泥返送ライン
１２  上澄水
１３  脱窒槽
１４  硝化槽
１５  全酸化槽
１６  沈殿槽
１７  階段
１８  歩廊
１９  原水ポンプ
２０  汚泥返送ポンプ
２１  汚泥循環ポンプ
２２  消泡剤供給設備
２３  凝集剤供給設備
２４硫酸又はアルカリ供給設備
２５  曝気ブロワ
２６  曝気ブロワ
２７  架台
２８  レーキシャフト
２９  エヤレータ
３０  原水
３１  嫌気槽
３２  好気槽
３３  処理水循環ライン
３４  沈殿槽
３５  汚泥排出管
３６  汚泥循環ライン
３７  上澄水
３８  散気管
【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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