(57)【要約】【課題】曝気用の空気の間欠的な供給によって、廃水中のタンパク質及びアンモニアを効率的に窒素ガス（Ｎ2）に分解し得るような廃水処理システムを提供すること。【解決手段】流入調整槽１、曝気槽２、沈澱槽３、汚泥処理槽４を設け、当該分解に基づく上澄液を、曝気槽２に帰還させる廃水処理システムであって、全部又は一部の曝気槽２において、酸化還元電位（ＯＲＰ値）が９分以内にて、１ｍｖ〜−１．８ｍｖの範囲の下限値から、１０４ｍｖ〜１２０ｍｖの範囲の上限値に至るように、曝気用の空気を供給し、前記上限値に至った後には、前記下限値に至るまで前記供給を中止することによる間欠的な曝気用の空気の供給の繰り返しによって、前記課題を達成することができる廃水処理システム。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入して来る有機物を含有している廃水の流量を調整する流入調整槽、当該流入調整槽から送られた廃水に対し、曝気によって微生物を活性化させながら、有機物の分解処理を行う１個又は複数個の曝気槽、当該曝気槽から送られた当該処理水を沈澱分離させる沈澱槽、当該沈澱槽から送られた沈澱汚泥を分解する汚泥処理槽を設け、当該分解に基づく上澄液を、曝気槽に帰還させる廃水処理システムであって、全部又は一部の曝気槽において、酸化還元電位（ＯＲＰ値）が９分以内にて、１ｍｖ〜−１．８ｍｖの範囲の下限値から、１０４ｍｖ〜１２０ｍｖの範囲の上限値に至るように、曝気用の空気を供給し、前記上限値に至った後には、前記下限値に至るまで前記供給を中止し、前記下限値に至った後、再び前記供給を行うことによる間欠的な曝気用の空気の供給を繰り返すことによって、曝気槽内における酸化プロセスと還元プロセスとの双方を促進させている廃水処理システム。
【請求項２】
流入調整槽において、曝気槽と同一の曝気用空気の間欠的な供給を行うことを特徴とする請求区１記載の廃水処理システム。
【請求項３】
沈澱槽から沈澱した汚泥を全部又は一部の曝気槽に返送していることを特徴とする請求項１、２記載の何れか一項に記載の廃水処理システム。
【請求項４】
沈澱槽から沈澱した汚泥を流入調整槽に返送していることを特徴とする請求項３記載の廃水処理システム。
【請求項５】
曝気槽内の溶存酸素量（ＤＯ値）が１時間当たり３．０ｍｇ／Ｌ以上の割合にて曝気用の空気を間欠的に供給することを特徴とする請求項１、２、３、４の何れか一項に記載の廃水処理システム。
【請求項６】
曝気用の空気を間欠的に供給している曝気槽におけるｐＨ値が６．５を下回った場合には、単位時間当たりの空気の供給量を減少し、７．５を上回った場合には、単位時間当たりの空気の供給量を増加することを特徴とする請求項１、２、３、４、５の何れか一項に記載の廃水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生活用及び産業用に利用されたことによって生じた廃水を、微生物の活性によって分解処理し、かつ浄化する廃水処理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生活用及び産業用に利用されることによって生じた廃水においては、殆ど大抵の場合、有機物が含まれており、かつ当該有機物を微生物の活性によって分解処理する廃水処理システムについては、既に相当の技術上の蓄積が行われている。
【０００３】
特に、廃水中に含まれるタンパク質の分解によって生成されたアンモニア又は既に廃液中に含まれているアンモニアについては、一度酸化工程を経たうえで、還元工程によって窒素ガスとするためには、酸化に寄与する好気性菌及び還元に寄与する嫌気性菌、更には双方に寄与する通性嫌気性菌の活性を必要とするが、これらの菌を全体として活性化させるためには、曝気槽内部における溶存酸素の量（ＤＯ値）について、前記のような酸化及び還元の双方を両立し得るように制御（コントロール）することについては、様々な技術的改良が試みられている。
【０００４】
しかしながら、従来技術においては、例えば特許文献１、２に示すように、流入調整槽及び曝気槽内の溶存酸素量又はこれに対応している酸化還元電位（ＯＲＰ値）を所定の数値範囲に設定することによって、通性嫌気性菌の活性を促しているに過ぎず、通性嫌気性菌、更には好気性菌及び嫌気性菌の何れについても、活性を促すような酸化及び還元の制御を実現している訳ではない。
【０００５】
しかも、特許文献１、２の方式では、還元作用を重視するあまり、曝気槽内における溶存酸素の濃度（ＤＯ値）を制限して運転することを原因として、曝気槽内の全領域に供給した空気による酸素が旋回するに至らず、微生物の活性度の低下、ひいては浄化能力が低下するという傾向を免れることができない。
【０００６】
特許文献３においては、曝気を行っていない場合、曝気槽に対する廃水の流入によって、単位時間当たりのＢＯＤ値の増加量の平均値をＹとし、曝気槽内において単位時間当たり貯留し得る有機性汚泥の総量をＺとし、曝気に必要な単位時間当たりの空気の曝気槽に対する供給量Ｘにつき、Ｘ＝ａＹ＋ｂＺ  の算定式を設定したうえで、事前の実験において、比例係数ａ、ｂにつき、前記各Ｙ、Ｚに対し、曝気槽内の溶存酸素の濃度の上昇を可能とする単位時間当たりの空気の供給量Ｘを実現するような数値を選択することによって、前記算定式に係る単位時間当たりの空気の曝気槽に対する供給量Ｘに基づいて空気を間歇的に曝気槽に供給することによって、曝気槽における溶存酸素の濃度を０．０１ｍｇ／Ｌ〜０．６ｍｇ／Ｌ、又は０．２ｍｇ／Ｌ〜０．５ｍｇ／Ｌの範囲に調整する構成が提唱されている。
【０００７】
上記構成の場合には、空気を間欠的に曝気槽に供給することによって、前記のような酸化及び還元を実現し得る可能性を有しているが、空気の供給量Ｘを算定するために、単位時間当たりのＢＯＤ値の増加量の平均値Ｙ、単位時間当たり貯留し得る有機性汚泥の総量Ｚを測定したうえで、比例係数ａ、ｂを適切な数値となるような事前の実験を行うという煩雑な作業を免れることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６１２７９号公報
【特許文献２】特開２００７−１１７７９０号公報
【特許文献３】特開２００９−１１９４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、曝気槽において酸化還元電位が所定の数値範囲にある上限値と下限値との間を上下するように曝気用の空気の間欠的な供給によって酸化及び還元の双方の状態を設定することによって、廃水中のタンパク質及びアンモニアを効率的に窒素ガス（Ｎ2）に分解し得るような廃水処理システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、流入して来る有機物を含有している廃水の流量を調整する流入調整槽、当該流入調整槽から送られた廃水に対し、曝気によって微生物を活性化させながら、有機物の分解処理を行う１個又は複数個の曝気槽、当該曝気槽から送られた当該処理水を沈澱分離させる沈澱槽、当該沈澱槽から送られた沈澱汚泥を分解する汚泥処理槽を設け、当該分解に基づく上澄液を、曝気槽に帰還させる廃水処理システムであって、全部又は一部の曝気槽において、酸化還元電位（ＯＲＰ値）が９分以内にて、１ｍｖ〜−１．８ｍｖの範囲の下限値から、１０４ｍｖ〜１２０ｍｖの範囲の上限値に至るように、曝気用の空気を供給し、前記上限値に至った後には、前記下限値に至るまで前記供給を中止し、前記下限値に至った後、再び前記供給を行うことによる間欠的な曝気用の空気の供給を繰り返すことによって、曝気槽内における酸化プロセスと還元プロセスとの双方を促進させている廃水処理システムからなる。
【発明の効果】
【００１１】
前記基本構成においては、所定の数値範囲による酸化還元電位の下限値及び上限値、更には前記下限値から上限値に至る時間の最大値を設定することによって、曝気のために供給する単位時間当たりの空気の供給量の調整という３要素に基づいて、廃水中のアンモニアに対する酸化及び還元の双方を効率的に実現することによって、最終的に窒素ガス（Ｎ2）を排出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の前提をなす廃水処理システムを示すブロック図であって、（ａ）は、曝気槽を１個設けた場合を示しており、（ｂ）は、曝気槽を２個設けた場合を示しており、（ｃ）は、汚泥を第１曝気槽に返送する場合を示す。
【図２】第１曝気槽において測定した酸化還元電位（ＯＲＰ値）の上昇及び下降状態と溶存酸素量（ＤＯ値）の上昇及び下降状態とが対応関係にあることを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明においても、従来技術の場合と同様に、図１のブロック図に示すように、流入調整槽１→曝気槽２→沈澱槽３→汚泥処理槽４の順序にて廃水が順次移行する。
【００１４】
図１（ａ）は、１個の曝気槽２を設けた場合を示しており、（ｂ）は、２個の曝気槽２を設けている場合を示すが、通常、２個以上の曝気槽２を設ける場合が多い。
【００１５】
本発明においては、曝気槽２において、酸化還元電位（ＯＲＰ値）が、９分以内に1ｍｖ〜−１．８ｍｖの範囲の下限値から１０４ｍｖ〜１２０ｍｖの範囲の上限値に至るように曝気を行うための空気の供給量を調整したうえで、前記上限値に至った後には、前記下限値に至るまで、前記供給を中止し、前記下限値に至った後、再び前記供給を行うという間欠的な曝気用の空気の供給を繰り返すことを基本的要件としているが、当該要件は、後述するような実験データに立脚している。
【００１６】
このように、酸化還元電位が前記下限値と前記上限値との間にて上昇及び下降を繰り返した場合には、曝気槽２内においては、好気性菌、嫌気性菌、及び通性嫌気性菌がそれぞれ活性を有する溶存酸素の濃度の数値範囲を繰り返し実現することができ、下記の（Ｉ）の化学反応式によって廃液中のタンパク質の分解によって生成されたアンモニア、及び当初から含まれているアンモニアから硝酸イオンを生成する酸化及び下記の（ＩＩ）の化学変化によって硝酸イオンから窒素ガス（Ｎ2）を生成する還元作用の双方を実現することができる。
（Ｉ）
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（上記反応の触媒菌：ニトロソモナスに属するアンモニア酸化菌）
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（上記反応の触媒菌：ニトロバクターに属する亜硝酸酸化菌）
（ＩＩ）水素との結合によって順次溶存酸素の分離を伴う以下のような還元工程
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（上記変化の触媒：嫌気菌及び通性嫌気性菌が有している硝酸還元酵素）
［実験例］
【００１７】
前記基本構成を裏付ける実験に即して説明する。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、２個の曝気槽２を設けたうえで、各曝気槽２に間欠的に曝気用の空気を供給することによって、流入調整槽１と直結している第１曝気槽２における酸化還元電位及び溶存酸素の濃度及びｐＨ値につき、以下のように変化状態を得ることができた。
【００１９】
尚、第１曝気槽２に隣接している第２曝気槽２については、特にデータを採取していないが、第１曝気槽２と同一の条件にて間欠的な空気の供給の制御（コントロール）が行われている以上、第１曝気槽２と略同じような変化状態が生じているものと解される。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
図２（ａ）、（ｂ）からも明らかなように、曝気用の空気の間欠的な供給に基づく酸化還元電位の上昇及び下降と、溶存酸素の濃度の上昇及び下降は、１：１の対応関係にあることが判明する。
【００２２】
１００分を単位とする前記表１のような曝気用の空気の間欠的供給及び酸化還元電位並びに曝気槽２内の溶存酸素の濃度の上昇及び下降を１日繰り返した後の段階における第１曝気槽２に貯留している廃水、第２曝気槽２に貯留している廃水、及び第３処理槽４から流出した処理水によるアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）の濃度は、それぞれ０．３（ｍｇ／Ｌ）、０．２（ｍｇ／Ｌ）及び０．１（ｍｇ／Ｌ）未満であって、前記基本構成によってアンモニアの分解が促進されていることが確認された。
【００２３】
前記表１においては、酸化還元電位の下限値は、１ｍｖ〜−１．８ｍｖの範囲にあり、上限値は、１０４ｍｖ〜１２０ｍｖの範囲にある。
【００２４】
したがって、前記基本構成のように、当該範囲の上限値及び下限値の間にて、酸化還元電位が上下するような曝気用の空気の間欠的な供給によって、曝気槽２内においてアンモニアの分解を促進する酸化及び還元作用を実現し得ることが判明する。
【００２５】
そして、前記アンモニアの分解が促進されることは、必然的に前記（Ｉ）のような酸化工程及び前記（ＩＩ）のような還元工程を必要不可欠としている以上、当該酸化及び還元工程に基づいて、窒素ガス（Ｎ２）の発散が行われたことに帰する。
【００２６】
前記表１において、時間の経過に対応する溶存酸素の濃度の変化状態は、下記の表２のとおりである。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
前記表２において、間欠的な曝気用の空気の供給時間の最大値は９分であることから、最も緩慢な間欠時間として、前記基本構成のように、９分という最大値を設定することができる。
【００２９】
前記表２において、１時間当たり上昇する溶存酸素量の最小値は、２．３（ｍｇ／Ｌ）であるが、前記基本構成のように、最も緩慢な間欠時間である９分に対応している１時間当たりの溶存酸素の上昇値は、３．０（ｍｇ／Ｌ）である。
【００３０】
したがって、前記基本構成を実施するうえで、少なくとも１時間当たり３．０（ｍｇ／Ｌ）だけ溶存酸素量が上昇するような曝気用の空気を間欠的に供給した場合には、前記基本構成を確実に実施し得ることが判明する。
【００３１】
以下、実施例に沿って説明する。
【実施例１】
【００３２】
実施例１は、図１（ｂ）に示すように、沈澱槽３から沈澱した汚泥を１個又は複数個の曝気槽２に返送していることを特徴としている。
【００３３】
前記基本構成に立脚したうえで、実施例１のように、汚泥の返送を行った場合には、汚泥の自己消化率を向上させることが可能となる。
【００３４】
因みに、図２（ｂ）のように、２個の曝気槽２を採用したうえで、表１のように、１００分を単位とする酸化還元電位の上昇及び下降を繰り返すことによって、７日間の汚泥処理を行ったところ、約４５％の自己消化率を得るに至っている。
【実施例２】
【００３５】
実施例２は、実施例１において、図１（ｃ）に示すように、沈澱槽３から沈澱した汚泥を流入調整槽１に返送していることを特徴としている。
【００３６】
このように、流入調整槽１に対しても、汚泥の返送を行った。
汚泥（微生物）を混入させ、曝気酸化することにより汚濁物質の分解を促進でき、曝気槽２に流入する負荷量（ＢＯＤ量）の軽減を図ることができ、曝気槽２の容量を小さく設定することが可能となる。
【実施例３】
【００３７】
実施例３は、曝気用の空気を間欠的に供給している曝気槽２におけるｐＨ値が６．５を下回った場合には、単位時間当たりの空気の供給量を減少し、７．５を上回った場合には、単位時間当たりの空気の供給量を増加することを特徴としている。
【００３８】
前記表１からも明らかなように、本発明に係る実験においては、ｐＨ値は、６．５８〜７．２２の範囲内にて推移しており、酸化及び還元の継続に適切な数値が設定されている。
【００３９】
しかしながら、発明者の経験によれば、ｐＨ値が６．５を下回った場合には、曝気槽２内は還元状態よりも酸化状態が上回っていることから、単位時間当たりの空気の供給量を減少し、７．５を上回った場合には、曝気槽２内は、酸化状態よりも還元状態が上回っていることから、単位時間当たりの空気の供給量を増加することによって、適切な酸化状態と還元状態の併存を維持することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
このように、本発明は、アンモニア成分を含有している廃水処理システムにおいて広範囲に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  流入調整槽
２  曝気槽
３  沈澱槽
４  処理槽
５  電極
６１  空気供給量に関する制御機構
６２  上澄液帰還量に関する制御機構
７  バルブ
【図１】
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【図２】
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