(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排水の嫌気好気処理を行う排水処理装置であって、比重が１より大きな担体を用いた反応槽下段の沈殿層と、比重が１程度で、かつ、１より大きな担体を用いた反応槽中段の流動床と、比重が１より小さい担体を用いた反応槽上段の浮上層と、前記沈殿層上部の散気装置と、前記流動床の中間部に設けた副散気装置と、原水を上向流として流入させる反応槽下部の原水流入部と、反応槽上部から処理水を流出させる処理水流出部と、反応槽上部の処理水の一部を硝化液として反応槽下部に循環させる硝化液循環経路とを備えていることを特徴とする排水処理装置。
【請求項２】
前記沈殿層と流動床との間、前記流動床と浮上層との間に、担体の移動を抑える仕切部材をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【請求項３】
前記担体は、比重及びサイズを任意に調整できるプラスチック製担体であることを特徴とする請求項１記載の排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排水処理装置に関し、特に、下水の三次処理や高度処理における硝化、脱窒及びろ過を一つの槽で効果的に行える排水処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下水処理場の多くは、処理方式として標準活性汚泥法を採用している。この標準活性汚泥法は、ＢＯＤ、ＳＳについては、比較的高い浄化能力を有しているが、窒素、リンの除去については大きな効果は期待できない。
【０００３】
一方、近年は、放流水域の環境保全あるいは再利用を目的として、好気性ろ床による三次処理を行うケースが増えてきている。好気性ろ床は、高い硝化能力を有しているため、原水（下水二次処理水）中のアンモニア態窒素を硝酸態窒素に換えることができ、より環境に優しい窒素形態にすることができると言える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、下水処理において、硝化のみを行った場合は、処理水中に、硝酸態窒素として２０ｍｇ／ｌと比較的高い濃度となることがある。硝酸態あるいは亜硝酸態窒素は、メトヘモグロビン血症の原因物質であり、発ガン性物質でもある。また、処理水を農業用水として利用する場合にも、水稲栽培において窒素過多による障害を引き起こすなどの問題がある。さらに、硝化反応は、アルカリ度を消費する反応であり、下水処理においては、しばしば、アルカリ度の不足によってｐＨが低下し、放流基準である５．８以上を維持できなくなることがある。
【０００５】
このため、硝化のみではなく、脱窒処理を組み合わせた処理を行うことが望ましい。脱窒反応は、硝酸態窒素あるいは亜硝酸態窒素を窒素ガスに変換する反応であり、アルカリ度の回収にも繋がる。しかしながら、従来法では、一般的に、硝化槽、脱窒槽、再曝気槽の３つの反応槽を必要とし、大きな設置面積を必要としていた。浮上ろ材を使用したろ床法により、一つの反応槽で硝化脱窒を行う装置も提案されているが、ろ材の洗浄等に問題があり、必ずしも良好な結果が得られていないのが実状である。
【０００６】
そこで本発明は、硝化、脱窒及びろ過の機能を一つの反応槽で効果的に行うことができる排水処理装置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、本発明の排水処理装置は、排水の嫌気好気処理を行う排水処理装置であって、比重が１より大きな担体を用いた反応槽下段の沈殿層と、比重が１程度で、かつ、１より大きな担体を用いた反応槽中段の流動床と、比重が１より小さい担体を用いた反応槽上段の浮上層と、前記沈殿層上部の散気装置と、前記流動床の中間部に設けた副散気装置と、原水を上向流として流入させる反応槽下部の原水流入部と、反応槽上部から処理水を流出させる処理水流出部と、反応槽上部の処理水の一部を硝化液として反応槽下部に循環させる硝化液循環経路とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
さらに、前記沈殿層と流動床との間、前記流動床と浮上層との間に担体の移動を抑える仕切部材を設けたこと、また、前記担体が、比重及びサイズを任意に調整できるプラスチック製担体であることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排水処理装置の参考例を示す系統図である。この排水処理装置は、一つの反応槽１０内に、比重が１より大きな担体を用いた下段の沈殿層（下部固定床）１１と、比重が１程度、例えば１±０．０５程度の担体を用いた中段の流動床１２と、比重が１より小さい担体を用いた上段の浮上層（上部固定床）１３とを形成したものである。
【００１０】
前記反応槽１０の下部は、集水ノズル１４を有する底板１５によって区画されており、該底板１５の下部に、原水流入経路１６と、洗浄時に使用する水抜き経路１７，洗浄水導入経路１８及び空洗用空気導入経路１９とが接続されている。また、反応槽１０の上部には、処理水及び洗浄排水を流出させるための流出経路２０と、処理水の一部を硝化液として槽下部に循環させる硝化液循環経路２１とが設けられている。さらに、沈殿層１１の上部には、散気空気供給経路２２に接続した散気装置２３が設けられている。また、脱窒処理の効率を高めるため、前記原水流入経路１６には、反応槽１０内に流入する原水にメタノールや酢酸あるいは流入下水等の炭素源を添加する炭素源添加経路２５が設けられている。
【００１１】
なお、前記流出経路２０や硝化液循環経路２１からの担体の流出を防止するため、浮上層１３の上部には、パンチングメタルや金網等からなる担体分離板２４を設置している。この担体流出防止手段として、流出経路２０等の取水部に適宜なスクリーン、例えばウェッジワイヤースクリーンを設けておくこともできる。さらに、原水の流入量や撹拌状況によっては、沈殿層１１、流動床１２及び浮上層１３の間に、パンチングメタルや金網等からなる仕切部材を設けることにより担体の移動を抑えることができる。
【００１２】
前記各担体には、従来から用いられている各種担体を使用することができるが、比重及びサイズを任意に調整できるプラスチック製担体を用いることが好ましい。このプラスチック製担体は、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，金属粉を添加したものであって、シリカ等の添加量を調節することにより、比重を、例えば０．５〜２．０程度の範囲で任意に調整することが可能であり、サイズも４〜２０ｍｍ程度の範囲で任意に調整することが可能となっている。また、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く、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。
【００１３】
このように、前記プラスチック製担体は、その使用位置や流入原水量に対応した比重及び大きさのものを適当に選択して用いることができるため、生物の保持量や撹拌力を最適な状態に設定することにより、処理効率を大幅に向上させることができる。さらに、このようなプラスチック製担体は、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。
【００１４】
各担体の比重は、使用位置の条件に応じて最適な範囲のものを選択すればよく、例えば、沈殿層１１には比重が１．０２のもの、流動床１２には比重が０．９８のもの、浮上層１３には比重が０．９３のものをそれぞれ用いることができる。さらに、各担体のサイズも、比重や表面積等に応じて任意に選定することができるが、処理水との分離性や洗浄性を考慮して従来のろ材よりも大きなサイズのものを選択することが好ましく、例えば、直径が１０ｍｍで長さが１０ｍｍの中空円筒状のを使用することができる。
【００１５】
このように形成した排水処理装置は、下段の沈殿層１１が嫌気状態の脱窒部として作用し、中段の流動床１２及び上段の浮上層１３が好気状態の硝化部として作用するとともに、上段の浮上層１３がろ過部として作用する。したがって、原水流入経路１４から流入する原水は、硝化液循環経路２１によって循環する硝化液及び炭素源添加経路２５から添加されるメタノール等の炭素源と混合した状態で反応槽下部に流入し、反応槽１０内を上向流で流れる。原水は、最初に、嫌気状態で運転されている沈殿層１１を通過する際に脱窒処理が行われ、散気装置２３からの散気により好気状態で運転されている流動床１２を通過する際に硝化反応と余剰の炭素源の酸化処理とが行われる。最後に、浮上層１３において主にＳＳ成分の除去による仕上げ処理が行われることになる。
【００１６】
これにより、一つの反応槽１０で硝化、脱窒及びろ過を行うことができ、処理効率を大幅に向上させることができ、下水の三次処理だけでなく、河川水や湖沼水の浄化等にも用いることができる。さらに、ＰＡＣや硫酸バンド、ポリ鉄等の金属凝集剤を添加することにより、リンを除去する機能も付加することができる。
【００１７】
本発明の排水処理装置の一形態例は、前記参考例に示す排水処理装置において、中段の流動床１２に比重が１より大きな担体を使用するとともに、散気装置を流動床１２の下部や中間部に複数個設置したもので、この構成により、任意の位置の散気装置から散気を行えるように形成しておくことにより、散気を行っている散気装置から上を好気性流動床とし、散気装置より下を嫌気性固定床とすることができるので、流入原水の状態に応じて好気性ろ床部分と嫌気性ろ床部分との比率を調整することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の排水処理装置によれば、硝化、脱窒及びろ過の機能を一つの反応槽で効率よく行うことができるので、設備の小型化が図れ、設置面積を大幅に縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の排水処理装置の参考例を示す系統図である。
【符号の説明】
１０…反応槽、１１…沈殿層、１２…流動床、１３…浮上層、１４…集水ノズル、１５…底板、１６…原水流入経路、１７…水抜き経路、１８…洗浄水導入経路、１９…空洗用空気導入経路、２０…流出経路、２１…硝化液循環経路、２２…散気空気供給経路、２３…散気装置、２４…担体分離板、２５…炭素源添加経路
【図１】
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