(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水を嫌気処理する嫌気槽と、好気性微生物が付着した多数の濾材が配置された好気濾床が設けられ、前記嫌気槽にて嫌気処理された汚水を好気処理すると共に物理的な濾過作用も有する生物膜濾過槽と、汚水中のリン酸を除去するための脱リン装置とを備え、
前記脱リン装置は、鉄またはアルミニウムからなる電極を有し該電極に電流を印加して鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出して前記生物膜濾過槽へ供給することを特徴とする汚水処理装置。
【請求項２】
前記電極を溶出装置に配設すると共に、前記溶出装置からの汚水を生物膜濾過槽へ供給する供給手段と、前記生物膜濾過槽の汚水を溶出装置へ移送する移送手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の汚水処理装置。
【請求項３】
供給手段が、溶出装置と生物膜濾過槽との間に設けられた供給管からなる請求項２記載の汚水処理装置。
【請求項４】
移送手段が、生物膜濾過槽と溶出装置との間に設けられた移送管と、この移送管に接続された移送用ポンプとからなる請求項２記載の汚水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は汚水処理装置に関し、さらに詳しくは、汚水中のリン酸を除去するための装置が組み込まれた汚水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小さな敷地面積で効率よく窒素を除去する方法として、近年、生物膜濾過法が注目されている。この生物膜濾過法は、濾材の表面に微生物を付着させ、この濾材を配設した生物膜濾過槽に汚水を通して処理する方法であり、生物膜濾過槽内の微生物を高濃度に維持できるため、生物膜濾過槽体積当たりの処理能力が高く、小さな敷地面積内に装置を設置できるという利点を有する。
【０００３】
しかし、生物膜濾過法はリンを十分に除去することができないものであった。そこで、リン酸と反応してこれを凝集、沈殿させるためのＦｅＣｌ3 などの凝集剤を添加することが考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＦｅＣｌ3 はＦｅ3+＋３Ｃｌ- となるため、３Ｃｌ- の不要な不純物を添加することになり、生物膜濾過槽内の微生物に悪影響を与えるおそれがあった。また、生物膜濾過槽内における汚水の処理に伴って汚水が次第に酸性となり、生物膜濾過槽内における微生物の活性度が低下して処理能力が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は、高いリン除去能力及び汚水処理能力を有する生物膜濾過法による汚水処理装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点によれば、汚水を嫌気処理する嫌気槽と、好気性微生物が付着した多数の濾材が配置された好気濾床が設けられ、前記嫌気槽にて嫌気処理された汚水を好気処理すると共に物理的な濾過作用も有する生物膜濾過槽と、汚水中のリン酸を除去するための脱リン装置とを備え、前記脱リン装置は、鉄またはアルミニウムからなる電極を有し該電極に電流を印加して鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出して前記生物膜濾過槽へ供給することを特徴とする汚水処理装置が提供される。
【０００８】
脱リン装置は、汚水中のリン酸を除去するためのものであり、脱リン装置としては、例えば、鉄またはアルミニウムからなる電極を有し、該電極に電流を印加して鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出する溶出装置からなる。
【０００９】
電極は少なくとも一対、設けられる。一対の電極は例えば、両方とも鉄及びアルミニウムのうちの１つから、または一方が鉄及びアルミニウムのうちの１つから他方が不溶性金属から構成される。
【００１０】
前者の場合は、所望により電極の極性反転を行うことで、電極からのイオン溶出が起こらなくなる電極の不動態化を防止することができる。また、後者の場合は、鉄及びアルミニウムのうちの１つから構成された電極を陽極とし、不溶性金属から構成された電極を陰極とする。ここで、不溶性金属から構成された電極としては、例えば銀や白金などの電極がある。
【００１１】
溶出装置にて溶出した鉄イオンまたはアルミニウムイオンは生物膜濾過槽へ供給されて、生物膜濾過槽で好気処理される。これにより、汚水中の不溶性リン化合物は生物膜濾過槽の濾材にトラップされるので、汚水中のリン酸イオンの濃度を従来よりも低減させることができる。
【００１２】
生物膜濾過槽で好気処理に付された後の汚水は、後述のように再び脱リン装置へ移送されてもよい。
【００１３】
本発明に係る汚水処理装置は、生物膜濾過槽の汚水を溶出装置へ移送する移送手段をさらに備えているのが好ましい。そのように構成されていると、生物膜濾過槽で好気処理に付された後の汚水は、この移送手段により、再び脱リン装置へ移送されて、さらなる脱リン処理を受けることができる。
【００１４】
本発明に係る汚水処理装置の供給手段としては、例えば、溶出装置と生物膜濾過槽との間に設けられた供給管が用いられる。このような供給手段を備えていると、その供給管を通して、汚水が溶出装置から生物膜濾過槽へ自然流下やポンプ送出などで供給される。
【００１５】
本発明に係る汚水処理装置の移送手段としては、例えば、生物膜濾過槽と溶出装置との間に設けられた移送管と、この移送管に接続された移送用ポンプとからなるものが用いられる。このような移送手段を備えていると、そのポンプにより生物膜濾過槽から汲み上げられた汚水がその移送管を通して溶出装置へ移送される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１つの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
図１に示すように、本発明の１つの実施の形態に係る脱リン装置としての溶出装置Ｄは、流量調整機能のある汚水処理装置としての合併処理浄化槽１に組み込まれて用いられている。
【００１８】
この浄化槽１の内部は、屎尿廃水と生活廃水との混合した汚水が流入する流入側から、汚水処理ずみの水を外部へ放流する放流側にかけて、汚水浄化処理の工程順に応じて複数の槽が区画形成された槽構造にされている。
【００１９】
２は流入側の最前部に区画形成された第１嫌気槽（夾雑物除去槽）である。この第１嫌気槽２では、屎尿廃水や生活廃水の中に混入されており浄化処理できない夾雑物を沈殿分離させて除去する。
【００２０】
また、第１嫌気槽２には嫌気性微生物の濾床である嫌気濾床３が設けられており、その嫌気濾床３に微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。嫌気濾床３は、流入水や逆洗廃水が一時的に流入した際の水流によって沈殿物が巻き上げられて浮遊物質となって次の槽へ流出するのを抑えて、次の槽の負荷を下げることができる。
【００２１】
４は第１嫌気槽２に隣接して区画形成された次の嫌気槽としての第２嫌気槽である。この第２嫌気槽４では、嫌気濾床５に嫌気性微生物を棲息させることで嫌気処理を行うようにされている。
【００２２】
１０は第２嫌気槽４に隣接して区画形成された次の生物膜濾過槽である。この生物膜濾過槽１０には好気性微生物の濾床である好気濾床１１が設けられており、その好気濾床１１に好気性微生物を棲息させることで好気処理を行うようにされている。
【００２３】
生物膜濾過槽１０における好気濾床１１には多数の濾材１１ａが配置してあり、濾材１１ａに付着した微生物が、ＢＯＤ成分等を分解したり浮遊物質（ＳＳ）化したりしてこれらを濾材１１ａに捕捉する。生物膜濾過槽１０は物理的な濾過作用も有しており、ここでもＳＳを捕捉する。また、生物膜濾過槽１０では、窒素を硝酸に変える硝酸菌や亜硝酸菌の働きでアンモニア性窒素を硝酸性窒素に変える（硝化反応）。
【００２４】
１２は生物膜濾過槽１０に隣接して区画形成された次の処理水槽である。この処理水槽１２では、生物膜濾過槽１０で好気処理され、生物膜濾過槽１０から流入してきた汚水を静置貯蔵させて、沈殿物と上澄み水とに分離する。
【００２５】
図２に拡大して示すように、溶出装置Ｄは、溶出槽３９と、この溶出槽３９に配された長方形板状の１組の鉄電極４０・４１と、これらの電極４０・４１間に電流を印加する直流電源４２と、制御部（図示略）とを備えている。なお、電極４０・４１は陽極も陰極もともに鉄が用いられている。
【００２６】
溶出槽３９には、流入してきた、処理すべき汚水が溜められる。電極４０・４１は、電気分解によりリン酸と反応する鉄イオンを溶出させる。制御部は、これらの電極４０・４１間に印加する電流の制御を行うことにより溶出槽３９での前記鉄イオンの溶出量を制御する。
【００２７】
溶出槽３９は、生物膜濾過槽１０の上部に設けられている。溶出槽３９には、電極４０・４１にばっ気を行うためのばっ気管４５と、このばっ気管４５に給気するためのブロア４６とが取り付けられている。なお、図２において、１７は第２嫌気槽４と生物膜濾過槽１０との間に形成された隔壁、２２は生物膜濾過槽１０の下部に配設された散気管、２３は生物膜濾過槽１０と処理水槽１２との間に形成された隔壁、２４は生物膜濾過槽１０と処理水槽１２とを連通させる連通部を示す。
【００２８】
溶出槽３９では電極４０・４１から鉄イオンＦｅ2+が溶解し、ばっ気管４５により酸素を処理水中に供給する。Ｆｅ2+は、溶存酸素を利用して酸化処理されてＦｅ3+になりながら第１嫌気槽２へ送られ、オルトリン酸ＰＯ43-と反応して難溶性のリン酸鉄塩となる。そして、このリン酸鉄塩は、第１嫌気槽２に存在するＳＳ分を核にして凝集し、大きなフロックになり、沈殿して槽底部に堆積する。
【００２９】
第１嫌気槽２の槽底部に堆積した、脱リン汚泥分を含む夾雑物は、第１嫌気槽２の嫌気濾床３のない部分から、バキュームカーにより定期的に（通常、１年当たり１回程度の割合で）汲み出される。
【００３０】
この浄化槽１はさらに、溶出装置Ｄにおける処理後の汚水を生物膜濾過槽１０へ供給するための供給手段としての供給管５０を備えている。すなわち、供給管５０は溶出装置Ｄに連通して降下するように設けられ、その下端が生物膜濾過槽１０の上部に位置している。この供給管５０を通して、汚水が溶出装置Ｄから生物膜濾過槽１０へ自然流下で供給される。
【００３１】
この浄化槽１はさらに、供給管５０により溶出装置Ｄから生物膜濾過槽１０へ送られた汚水を溶出装置Ｄへ移送するための移送手段を備えている。この移送手段は、溶出装置Ｄに連通して降下するように設けられ、その下端が生物膜濾過槽１０の上部に位置するようにされた移送管５１と、この移送管５１に接続された移送用ポンプ５２とからなる。このポンプ５２により生物膜濾過槽１０から汲み上げられた汚水は移送管５１を通して溶出装置Ｄへ返送される。
【００３２】
この浄化槽１の機能をさらに詳しく説明する。溶出装置Ｄにおいて電極４０・４１に定電流を印加し、鉄とリンとのモル比Ｆｅ／Ｐが１〜２になるように調整する。生物膜濾過槽１０には、第２嫌気槽４からの汚水を流入させる。そして、その汚水を生物膜濾過槽１０に通すことで、アンモニア性窒素を硝酸性窒素に変える硝化反応が進行する。すなわち、Ｎを含む有機物及びＮＨ4 + イオンがそれぞれＮＯ3 - イオンやＮＯ2 - イオンに変化する。
【００３３】
次いで、その処理水を移送管５１とポンプ５２とで溶出装置Ｄへ移送する。溶出装置Ｄで脱リンされた後の汚水は、供給管５０を通して再び生物膜濾過槽１０へ自然流下で供給される。以上のような循環操作が所定回数繰り返される。生物膜濾過槽１０での硝化反応の効率はこの循環操作の回数が多いほど高くなる。
【００３４】
ここで、第２嫌気槽４から生物膜濾過槽１０へ流入する単位時間当たりの汚水の流量をＱとすると、脱リン処理装置Ｄと生物膜濾過槽１０との間を循環する汚水の流量は２Ｑ以上にされる。
【００３５】
生物膜濾過槽１０における好気濾床１１を構成する濾材１１ａに付着した付着物（ＦｅとＰとの化合物や有機物など）は、定期的に逆洗を行うことで洗浄し、また、生物膜濾過槽１０の底部に溜まった汚泥を抜き取る。その抜き取った汚泥は第１嫌気槽２へ戻す。
【００３６】
また、生物膜濾過槽１０から流出した処理水は、さらに第１嫌気槽２へ戻される。第１嫌気槽２において、ＮＯ3 イオンやＮＯ2 イオンをＮ2 ガスに変化させる脱窒反応が起こる。
【００３７】
この脱リン処理装置Ｄと生物膜濾過槽１０との間の処理水の循環操作により、ＦｅとＰとの化合物は好気濾床１１を構成する濾材１１ａに効率よくトラップされて、処理水中のリン酸濃度を所望の値まで低減することができた。その除去率は９０％以上であった。
【００３８】
この浄化槽１の生物膜濾過槽１０における流入水及び流出水の水質を、図３の実測値の表で示す。ここで、「流入水」とは、第２嫌気槽４から生物膜濾過槽１０へ流入する処理水を意味し、「流出水」とは、溶出装置Ｄと生物膜濾過槽１０との間で前記循環操作が所定回数繰り返された後に生物膜濾過槽１０から処理水槽１２へ流出する処理水を意味する。また、Ｔ−Ｐは全リン濃度、Ｔ−Ｎは全窒素濃度を表す。各数字の単位はｍｇ／ｌである。この表によれば、リン濃度が顕著に減少しており、また硝化反応も大幅に進行していることがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、鉄イオンまたはアルミニウムイオンを生物膜濾過槽へ供給するので、汚水中の不溶性リン化合物は生物膜濾過槽にトラップされ、汚水中のリン酸イオンの濃度を従来よりも低減させることができる。さらに、鉄イオンまたはアルミニウムイオンを溶出させるので、従来のような不要な不純物が供給されることがない。
【００４０】
請求項２の発明によれば、電極を溶出装置に配設すると共に、溶出装置からの汚水を生物膜濾過槽へ供給する供給手段と、生物膜濾過槽の汚水を溶出装置へ移送する移送手段を設けたので、生物膜濾過槽で好気処理に付された後の汚水は、再び溶出装置へ移送された、さらなる脱リン処理を受けることができる。
【００４１】
請求項３の発明によれば、供給手段が、生物膜濾過槽と溶出装置との間に設けられた供給管からなるので、その供給管を通して、汚水が溶出装置から生物膜濾過槽へ自然流下やポンプ送出などで供給されることで、請求項１または２記載の発明が奏する前記効果を簡単な構成で確保することができる。
【００４２】
請求項４の発明によれば、移送手段が、生物膜濾過槽と溶出装置との間に設けられた移送管と、この移送管に接続された移送用ポンプとからなるので、そのポンプにより生物膜濾過槽から汲み上げられた汚水がその移送管を通して溶出装置へ移送されることで、請求項２または３記載の発明が奏する前記効果を簡単な構成で確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１つの実施の態様に係る汚水処理装置としての合併処理浄化槽の概略系統図である。
【図２】図１の汚水処理装置の一部を拡大した垂直縦断面図である。
【図３】図１の汚水処理装置による処理水の水質を示す実測値の表である。
【符号の説明】
２    第１嫌気槽
４    第２嫌気槽
１０    生物膜濾過槽
１２    処理水槽
Ｄ    溶出装置（脱リン装置）
５０    供給管（供給手段）
５１    移送管（移送手段）
５２    移送用ポンプ
【図１】
0003948779.tif 000002
【図２】
0003948779.tif 000003
【図３】
0003948779.tif 000004