(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水槽と、該原水槽から送られた原水を処理して、槽上部に浮上汚泥を、槽底部に沈澱汚泥を分離する加圧浮上分離装置と、該加圧浮上分離装置での処理により分離された浮上処理水を、底部に流入する処理槽と、該処理槽の処理水を流入する上向流式ろ過槽とを備え、前記処理槽は、上下方向中間部に担体分離用のウェッジワイヤースクリーンを設けて槽内を上下に区画するとともに、該ウェッジワイヤースクリーンの下部に散気手段を設け、該散気手段及び前記ウェッジワイヤースクリーンより上方を好気性の流動層、下方を嫌気性の流動層とし、槽下部に前記加圧浮上分離装置で分離された浮上処理水の流入部を、槽上部には、前記とは別の担体分離用のウェッジワイヤースクリーン及び処理水の流出部を設け、前記処理槽下部の嫌気性の流動層でＢＯＤ，ＳＳ及び脱窒処理を行い、上部の好気性の流動層で主に硝化処理を行うとともに、好気性の流動層で処理された硝化液を前記浮上処理水と混合した状態で前記処理槽の底部に循環させる循環経路を備え、前記上向流式ろ過槽の洗浄排水を前記原水槽に戻す配管を設け、前記嫌気槽及び好気槽の担体として、比重調整剤を含むプラスチック製担体であって、生物膜が付着し易い微細な凹凸を表面に有する大きさが２〜２０ｍｍの前記プラスチック製担体を用い、前記担体分離用のウェッジワイヤースクリーンは、目詰まりを抑えながら処理水及び汚泥を排出できるとともに、前記担体の流出を防止できる機能を有していることを特徴とする排水処理設備。
【請求項２】
前記被処理水にメタノール等の炭素源を添加して処理槽下部の嫌気性の流動層で脱窒処理を行い、上部の好気性の流動層で余剰の炭素源の酸素処理を行うことを特徴とする請求項１記載の排水処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理設備に関し、詳しくは、生物膜付着担体を用いた流動床によって下排水の処理を行う排水処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流動担体を使用した流動床による排水処理法は、生物の保持量が多く、高い撹拌力が得られることから、処理効率が良好で、コンパクトな装置で十分な排水処理を行うことが可能である。このため、従来から多くの研究が成されているが、産業排水処理における小規模施設での実用化例はあるものの、公共の下水処理等の比較的大規模での実用例はほとんど無い。
【０００３】
図５は、流動床を用いた従来の排水処理設備の一例を示す系統図である。この排水処理設備は、窒素除去を主な目的としたものであって、流入下水（原水）は、原水槽１から最初沈殿池２に送られて沈殿処理された後、第１の流動床である嫌気性流動床３に送られ、ここで嫌気状態の流動床により脱窒処理が行われる。嫌気性流動床３の処理水は、続いて第２の流動床である好気性流動床４に流入し、散気装置５からの散気により好気状態になっている流動床により硝化処理が行われる。この好気性流動床４の処理水の一部は、循環経路６から嫌気性流動床３の流入部に硝化液として循環流入し、残部は、ろ過槽７に送られて仕上げ処理が行われた後、処理水槽８を経て河川等に放流される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、窒素除去は、嫌気性での脱窒処理と好気性での硝化処理とを行う必要があるため、窒素除去を目的とした従来の排水処理設備では、嫌気性流動床３と好気性流動床４とを個別に設置し、硝化液を好気性流動床４から嫌気性流動床３に循環させることにより処理していた。したがって、二つの流動床を直列に設置する必要があり、処理槽の総数が多くなること、圧力損失も比較的大きいことから、水位高低差が大きくなるなどの問題があった。特に、小規模の設備においては、個々の処理槽が非常に小さくなるため、コンクリート構造物としては施工し難いなどの問題も生じていた。さらに、処理槽上部の水面積を大きくして流動担体の流出を防止する形式の処理槽の場合は、処理槽の総数が増えることによって設置スペースが更に増加することになる。
【０００５】
また、硝化処理までを行った処理水（ＮＯ2 −Ｎ，ＮＯ3 −Ｎ等の酸化態窒素を含む硝化液）にメタノール等の炭素源を添加して脱窒処理を行う場合も、脱窒処理を行う嫌気性流動床と、余剰の炭素源を酸化処理するための接触曝気槽とを設けており、設置スペース等に問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、単一の流動床で効率のよい窒素除去処理を行うことができ、装置のコンパクト化を図ることができる排水処理設備を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の排水処理設備は、原水槽と、該原水槽から送られた原水を処理して、槽上部に浮上汚泥を、槽底部に沈澱汚泥を分離する加圧浮上分離装置と、該加圧浮上分離装置での処理により分離された浮上処理水を、底部に流入する処理槽と、該処理槽の処理水を流入する上向流式ろ過槽とを備え、前記処理槽は、上下方向中間部に担体分離用のウェッジワイヤースクリーンを設けて槽内を上下に区画するとともに、該ウェッジワイヤースクリーンの下部に散気手段を設け、該散気手段及び前記ウェッジワイヤースクリーンより上方を好気性の流動層、下方を嫌気性の流動層とし、槽下部に前記加圧浮上分離装置で分離された浮上処理水の流入部を、槽上部には、前記とは別の担体分離用のウェッジワイヤースクリーン及び処理水の流出部を設け、前記処理槽下部の嫌気性の流動層でＢＯＤ，ＳＳ及び脱窒処理を行い、上部の好気性の流動層で主に硝化処理を行うとともに、好気性の流動層で処理された硝化液を前記浮上処理水と混合した状態で前記処理槽の底部に循環させる循環経路を備え、前記上向流式ろ過槽の洗浄排水を前記原水槽に戻す配管を設け、前記嫌気槽及び好気槽の担体として、比重調整剤を含むプラスチック製担体であって、生物膜が付着し易い微細な凹凸を表面に有する大きさが２〜２０ｍｍの前記プラスチック製担体を用い、前記担体分離用のウェッジワイヤースクリーンは、目詰まりを抑えながら処理水及び汚泥を排出できるとともに、前記担体の流出を防止できる機能を有していることを特徴としている。
【０００８】
この排水処理設備は、あらかじめ前段で硝化処理された処理水（硝化液）の脱窒処理を行う場合は、この硝化液（被処理水）にメタノール等の炭素源を添加して処理槽下部の嫌気性の流動層で脱窒処理を行い、上部の好気性の流動層で余剰の炭素源の酸素処理を行うことにより、脱窒処理と余剰の炭素源の除去とを行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の排水処理設備に用いられる排水処理装置の一形態例を示す断面図である。この排水処理装置は、処理槽１０の中間部に担体分離用のスクリーン１１を設けて槽内を上下に区画するとともに、該スクリーン１１の下部に散気手段１２を設け、このスクリーン１１及び散気手段１２より上方を好気性流動層１３、下方を嫌気性流動層１４としたものである。処理槽１０の底部には、被処理水の流入部１５が設けられ、最上部には、同じく担体分離用のスクリーン１６を介して処理水の流出部１７が設けられている。さらに、窒素除去を主目的とした排水処理を行うため、流出部１７から流出する処理水の一部を嫌気性流動層１５の下部に循環させるための循環経路１８が設けられている。
【００１０】
前記スクリーン１１，１６は、嫌気性流動層１４及び好気性流動層１３内の流動担体１４ａ，１３ａを処理水から分離するために設けられるもので、このスクリーン１１，１６には、ウェッジワイヤースクリーンが用いられている。図２及び図３は、流出部１７に設けた筒状のスクリーン１６の一例を示すもので、このスクリーン１６（ウェッジワイヤースクリーン）は、リング状に形成した多数のウェッジ形ワイヤー１６ａを、複数本のサポートロッド１６ｂにより所定間隔で保持したものであって、前記ウェッジ形ワイヤー１６ａの配置間隔を適当に設定することにより、スクリーン１６の目詰まりを抑えながら処理水及び汚泥を効率よく排出できるとともに、流動担体１３ａの流出を確実に防止できる機能を有している。なお、処理槽１０を上下に区画するスクリーン１１は、同様の構造のものを平面的に形成したものである。
【００１１】
また、前記好気性流動層１３及び嫌気性流動層１４に使用する流動担体１３ａ，１４ａには、プラスチック、例えば、ポリプロピレン（比重約０．９）やポリエチレン（比重約０．９２）に、比重調整用のシリカやカルシウム等の無機物，金属粉を添加したプラスチック製担体を用いている。このプラスチック製担体は、シリカ等の添加量を調節することによって比重を任意に調整することが可能であり、適当な比重の流動担体を得ることができる。このプラスチック製担体の形状は、球形，パイプ状等、成形可能な形状ならば任意であるが、その表面は、生物膜が付着し易い微細な凹凸を有する、ざらざらしたものが好ましい。さらに、微生物の生息に適した５０〜３００μｍ程度の空孔を有するものが特に好ましい。
【００１２】
上記流動担体１３ａ，１４ａとして用いる際の比重や大きさは、流動層の形状，構成や処理条件に応じて最適な範囲に設定されるが、比重が１以下では担体が処理水上に浮上してしまうために生物膜付着担体として機能せず、一方、比重が３以上だと担体を流動化させるために流速を高くしなければならないため、流動層内の滞留時間を十分にとることが困難になるという不都合がある。すなわち、生物反応に必要な処理時間を考慮して流動層内の滞留時間を設定し、これにより処理速度（処理水の上昇速度）を求め、この速度域で十分な流動状態が得られるように担体の比重を設定することができる。また、担体の大きさは、比重や表面積等に応じて任意に選定することができるので、処理水との分離性や洗浄性を考慮して従来よりも大きな２〜２０ｍｍ程度の大きさにすることができる。さらに、このようなプラスチック製担体は、前述のアンスラサイトや粒状活性炭等と比較して摩耗による損失も少ないという利点も有している。
【００１３】
したがって、流入原水量に対応した比重及び大きさの担体を用いることが可能となるため、生物の保持量や撹拌力を最適な状態に設定することができ、処理効率を大幅に向上させることができる。さらに、比較的大きな担体を用いるとともに、処理水との分離にウェッジワイヤースクリーンを用いることにより、従来のように、槽上部の水面積を大きくしたり、散気に伴うガスの分離手段を設ける必要がなくなり、装置の簡略化やコンパクト化を図ることができる。なお、担体の大きさを２ｍｍ未満にすると、ウェッジワイヤースクリーンの目を細かくしなければならず、ウェッジワイヤースクリーン自体の製造コストが上昇し、また、目詰りの可能性も高くなる。逆に、担体を２０ｍｍを超える大きさにすると、担体の比表面積（有効面積）が減少することになり、処理効率に悪影響を与えることになる。このように適当な大きさの担体を用いるとともに、ウェッジワイヤースクリーンを用いて担体を物理的に分離することにより、流量変動等によって担体が流出することがなくなり、安定した処理を継続することができる。
【００１４】
さらに、担体に付着する生物膜の量は、該担体を洗浄することによって制御することが可能である。この担体の洗浄は、様々な方法で行うことができ、例えば、好気性流動層１３では、散気手段１２からの散気量を通常より多くして槽内を激しく撹拌することによっても行うことができる。このとき、流動担体１３ａは、処理水の膨張に伴ってスクリーン１６の上方にまで浮遊する状態となるが、ウェッジワイヤースクリーンからなるスクリーン１６で処理水と流動担体１３ａとを分離することにより、流動担体１３ａを処理水（洗浄水）から確実に分離することができれ、処理槽１０から流出することを防止できる。また、嫌気性流動層１４においても、下部に散気手段や洗浄水導入手段を設けることによって流動担体１４ａの洗浄を行うことができる。さらに、流入部１５を利用して、あるいは別に設けた排水経路を介して処理槽１０内の処理水を適当に引抜いた後、空洗や水洗を行うようにしてもよい。このようにして担体を洗浄し、担体に付着する生物膜の量を制御することにより、処理槽１０内を、最も効果的な流動化率（膨張率）に管理することができる。
【００１５】
上述のように形成した排水処理装置において、被処理水は、循環経路１８から循環する処理水の一部（硝化液）と混合した状態で流入部１５から処理槽１０の底部に流入し、支持層１０ａを通って嫌気性流動層１４及び好気性流動層１３を上向流で流れる。被処理水は、嫌気状態で運転されている嫌気性流動層１４を通過する際に主に脱窒処理が行われた後、スクリーン１１を通過して好気性流動層１３に上昇し、散気手段１２からの散気により好気状態で運転されている好気性流動層１３を通過する際に主に硝化処理が行われる。流出部１７に流出した処理水の一部、流入原水に対して１００〜３００％程度は、前記循環経路１８により処理槽１０の流入部１５に戻されて循環する。
【００１６】
したがって、処理槽１０内に嫌気性流動層１４と好気性流動層１３とを配置したことにより、流動床方式による利点を十分に生かした効率のよい窒素の除去処理を単一の処理槽１０で行うことが可能となるため、処理槽の総数の低減によって施工性の向上や装置のコンパクト化が図れる。
【００２１】
図４は、本発明の排水処理装置を用いた排水処理設備の一例を示すものであって、前記図１に示した構造の処理槽１０を窒素除去用に使用し、下水処理として、ＢＯＤ，ＳＳの処理に加えて窒素の処理も行うようにしている。
【００２２】
流入下水（原水）は、スクリーン３１を通って原水槽３２に流入した後、ポンプ３３及び経路３４を介して加圧浮上分離装置３５に送られる。加圧浮上分離装置３５に送られる原水は、加圧浮上分離装置３５への流入部で経路３６から供給される加圧空気溶解水と混合され、原水中の懸濁成分は、加圧空気溶解水から発生する微細気泡に付着して見掛けの比重が小さくなり、加圧浮上分離装置３５の槽上部に浮上汚泥（フロス）として分離する。この浮上汚泥は、掻取機３７により掻取られて経路３８から汚泥貯留槽３９に送られ、加圧浮上分離装置３５の底部に沈殿した汚泥は、経路４０から汚泥貯留槽３９に送られる。このときの汚泥濃度は３〜５％であり、従来の汚泥濃縮槽における重力濃縮に比較して高濃度である。
【００２３】
加圧浮上分離装置３５で処理された水の一部は、出口側で経路４１に抜取られてポンプ４２で加圧され、コンプレッサー４３から供給される圧縮空気と混合槽４４で混合した後、加圧空気溶解水として前記経路３６から原水に供給混合される。加圧浮上分離装置３５で処理されて経路４５から前記処理槽１０に流入する浮上処理水は、処理槽１０の流入部１５で循環経路１８から循環流入する硝化液と混合した状態で処理槽１０の底部に流入し、所定の上昇速度で槽内を上昇する。
【００２４】
上記処理槽１０内では、前述のように、下部の嫌気性流動層１４で脱窒処理が行われ、コンプレッサー４６からの空気が導入される散気手段１２から上方の好気性流動層１３で硝化処理が行われる。処理槽１０の処理水は、槽上部のスクリーン１６を介して流出部１７に流出し、その一部は、ポンプ４７により循環経路１８を通って流入部１５に循環する。残りの処理水は、経路４８から上向流式のろ過槽４９に送られ、主にＳＳ成分の除去による仕上げ処理が行われ、処理水槽５０を経て河川等に放流される。また、ろ過槽４９等の洗浄排水は、経路５１により原水槽３２に戻される。このように、ろ過槽４９の洗浄排水や流動層１３，１４の洗浄排水を原水槽３２に戻して原水と混合し、再度加圧浮上分離装置３５で浮上分離処理することにより、汚泥発生箇所の一本化と高濃度化とを図ることができ、汚泥発生量がランニングコストに大きく影響する比較的小規模な下排水処理施設では、そのランニングコストを大幅に低減させることができる。
【００２５】
さらに、加圧浮上分離装置３５で処理した水は、通常の沈殿処理に比べて懸濁成分の除去率が高いため、後段の処理槽１０への流入負荷を少なくでき、その分、処理槽１０の容量を小さくすることが可能になる。また、浮上処理では、髪の毛、油分、スカム等の浮上し易い成分を、略完全に除去することができるため、各流動層１３，１４での閉塞やスカムの発生が少なくなる。
【００２６】
したがって、前述のプラスチック製担体を用いた嫌気好気両流動層を有する処理槽１０と加圧浮上分離装置３５とを組合わせることにより、排水処理設備の処理効率を大幅に向上させることができ、設備の小形化を図ることができる。なお、上記排水処理設備には、図４に示した構造の処理槽２１を用いることもでき、処理槽の総数の減少等の効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排水処理設備は、単一の処理槽内に好気性流動層と嫌気性流動層とを配置したので、効率のよい窒素除去処理や、脱窒処理と余剰炭素源除去処理等を行うことができ、装置の簡略化やコンパクト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の排水処理設備に用いられる排水処理装置の一形態例を示す断面図である。
【図２】  筒状のウェッジワイヤースクリーンの断面正面図である。
【図３】  同じくウェッジワイヤースクリーンの断面側面図である。
【図４】  本発明の排水処理設備の一例を示す系統図である。
【図５】  流動床を用いた従来の排水処理設備の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
１０…処理槽、１１…スクリーン、１２…散気手段、１３…好気性流動層、１３ａ…流動担体、１４…嫌気性流動層、１４ａ…流動担体、１５…流入部、１６…スクリーン、１６ａ…ウェッジ形ワイヤー、１６ｂ…サポートロッド、１７…流出部、１８循環経路、１９…炭素源添加経路、３２…原水槽、３５…加圧浮上分離装置、３９…汚泥貯留槽、４４…混合槽、４９…ろ過槽、５０…処理水槽
【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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