(57)【要約】【課題】余剰汚泥の減容及び処理水質の向上を図る。【解決手段】生物処理槽１が、上から下に向かって、好気性領域Ａ、通性嫌気性領域Ｂ、嫌気性領域Ｃの三層を有する構成とすることで、当該槽１に導入した有機性排水中の生物分解可能な有機物を三層Ａ，Ｂ，Ｃに従って全て分解可能とし、性質の違う微生物の協業を可能として、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上を図る。加えて、有機性排水を有機性排水導入部６により生物処理槽１の底部側から導入することで、底部の嫌気性汚泥に十分に有機物を与えて当該嫌気性汚泥の活性を十分に維持し、嫌気性領域Ｃの維持を可能として上記三層Ａ，Ｂ，Ｃを維持する結果、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上を一層図る。【選択図】図１
2009291719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
槽内に、上から下に向かって、好気性領域、通性嫌気性領域、嫌気性領域の三層を有する生物処理槽と、
この生物処理槽の底部側から有機性排水を導入する有機性排水導入部と、
を備えたことを特徴とする生物学的排水処理装置。
【請求項２】
上下方向の軸線周りに回転可能とされ前記三層を形成するために前記槽内の有機性排水を回転により撹拌するインペラを具備し、
前記有機性排水導入部による前記有機性排水の導入方向は、前記インペラの回転方向に準じた方向であることを特徴とする請求項１記載の生物学的排水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機性排水を微生物により処理する生物学的排水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水処理等の有機性排水処理に多用される活性汚泥法は、代表的な生物学的排水処理方法であり、生物処理槽である曝気槽（反応タンク）に有機性排水を導入し曝気することで、有機性排水中の有機物を好気性微生物により分解し、この曝気槽からの処理水を後段の沈殿槽（最終沈殿池）で沈降分離し、沈降した汚泥の一部を曝気槽に返送すると共に残りを余剰汚泥として排出するというものである（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】建設省都市局下水道部監修「下水道施設計画・設計指針と解説  後編  １９９４年版」社団法人日本下水道協会、第５章水処理施設、ｐ１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記活性汚泥法にあっては、余剰汚泥が多く、この余剰汚泥の処分に多大なコストが必要とされるため、汚泥の減容が求められている。また、処理水質の向上も一層求められている。
【０００４】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上が図られる生物学的排水処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による生物学的排水処理装置は、槽内に、上から下に向かって、好気性領域、通性嫌気性領域、嫌気性領域の三層を有する生物処理槽と、この生物処理槽の底部側から有機性排水を導入する有機性排水導入部と、を備えたことを特徴としている。
【０００６】
このような生物学的排水処理装置によれば、生物処理槽が、上から下に向かって、好気性領域、通性嫌気性領域、嫌気性領域の三層を有するため、この生物処理槽に導入された有機性排水中の生物分解可能な有機物は三層に従って全て分解が可能とされ、例えば、好気性領域で蛋白質が分解して生じたアンモニア性窒素がさらに酸化されて亜硝酸性窒素、硝酸性窒素となりこれらの窒素酸化物が通性嫌気性領域で窒素に還元されることや、好気性領域で生じた多量の余剰汚泥が嫌気性領域で分解に供すること等が可能とされ、性質の違う微生物の協業が可能とされる結果、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上が図られる。加えて、有機性排水が有機性排水導入部により生物処理槽の底部側から導入されるため、底部の嫌気性汚泥には十分に有機物が与えられて当該嫌気性汚泥の活性が十分に維持され、嫌気性領域の維持が可能とされて上記三層が維持される結果、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上が一層図られる。なお、有機性排水が生物処理槽の上部側から導入される場合には、好気性領域で有機物が殆ど分解されてしまい、嫌気性汚泥には有機物が満足に与えられなくなる結果、嫌気性領域の維持が難しくなる。
【０００７】
ここで、上下方向の軸線周りに回転可能とされ三層を形成するために槽内の有機性排水を回転により撹拌するインペラを具備し、有機性排水導入部による有機性排水の導入方向が、インペラの回転方向に準じた方向であると、当該導入方向が、インペラの回転による有機物排水の旋回方向と略一致し、有機性排水は、底部から上方へ向かう押し出し流れ（ピストンフロー）のように流れ、上下方向に形成されている層同士が然程混合しないようにして上方に流れる結果、三層の維持が可能とされ、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上が一層図られる。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明による生物学的排水処理装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る生物学的排水処理装置を示す構成図、図２は、図１中の有機性排水導入部による有機性排水の導入状態を示す平面図である。
【００１０】
この生物学的排水処理装置１００は、例えば下水等の有機性排水が導入されて当該有機性排水を生物処理する生物処理槽１と、この生物処理槽１からの処理水を導入し汚泥と浄化水とに固液分離する固液分離装置２と、この固液分離装置２と生物処理槽１とを接続し固液分離装置２の汚泥を生物処理槽１に返送する汚泥返送ラインＬ１と、を備える。
【００１１】
生物処理槽１は、例えば円形や矩形形状等に構成されて微生物を収容し有機性排水を生物処理するものである。そして、ここでは、生物処理槽１に対して導入される排水量は２００ｍ３／ｄとされ、その容積は２００ｍ３とされている。
【００１２】
この生物処理槽１には、インペラ３が付設されている。このインペラ３は、上下方向の軸線周りに回転可能な撹拌羽根であって曝気・撹拌を行うためのものであり、槽１内に導入された有機性排水Ｒに浸漬するように配置されている。そして、このインペラ３は、回転駆動源の駆動に従って回転し、さらに、昇降駆動源の駆動に従って上下動するように構成されている。このインペラ３の上下動及び回転による槽１内の状態に関しては後述する。
【００１３】
固液分離装置２は、ここでは、沈殿槽であり、生物処理槽１での生物処理により生じた汚泥を含む処理水を静置することによって、沈降汚泥と上澄水とに分離する。そして、この沈降汚泥は、汚泥返送ラインＬ１によって、生物処理槽１に返送され、一方、上澄水は浄化水として後段へ排出される。
【００１４】
ここで、特に本実施形態にあっては、生物処理槽１内の状態を検出する状態検出計４が生物処理槽１に対して設けられると共に、この状態検出計４の検出結果に基づいて、槽１内に、上から下に向かって、好気性領域Ａ、通性嫌気性領域Ｂ、嫌気性領域Ｃの三層が形成されるように、インペラ３の有機性排水Ｒに対する浸漬度及び回転速度を制御する制御手段５を備える。
【００１５】
ここでいう好気性領域Ａとは、酸素が存在する状態で好気性微生物による処理が行われる領域であり、嫌気性領域Ｃとは、酸素、硝酸・亜硝酸が存在しない状態で嫌気性微生物による処理が行われる領域であり、通性嫌気性領域Ｂとは、好気性領域Ａと嫌気性領域Ｃとの遷移領域であって、溶存酸素が存在しない状態で通性嫌気性微生物（脱窒微生物）による処理が行われる領域である。
【００１６】
そして、上記制御手段５は、インペラ３に関する昇降駆動を制御することにより、インペラ３の有機性排水Ｒに対する浸漬度を制御し、インペラ３に関する回転駆動を制御することにより、インペラ３の回転速度を制御する。
【００１７】
なお、ここでは、インペラ３の上下動を制御することで、当該インペラ３の有機性排水Ｒに対する浸漬度を制御するようにしているが、生物処理槽１の越流堰の高さを調節することで有機性排水Ｒの水面高さを上下させ、これによって、インペラ３の有機性排水Ｒに対する浸漬度を制御するようにしても良い。
【００１８】
ここで、上記インペラ３にあっては、浸漬度を下げると（インペラ３を上昇させると）、槽１内の排水Ｒに対して小さな撹拌力を与え、浸漬度を上げると（インペラ３を下降させると）、槽１内の排水Ｒに対して大きな撹拌力を与えるという特性がある一方で、水面付近では大きな撹拌力を発揮するが、槽内底部では小さい撹拌力しか及ぼさないという特性がある。
【００１９】
従って、このようなインペラ３の特性に鑑み、本実施形態では、水面近くにあっては、好気性領域Ａを形成すべく、汚泥（好気性微生物集塊）を十分撹拌して有機性排水と溶存酸素とを接触させるようにする一方で、槽内底部では、嫌気性領域Ｃを形成すべく、汚泥を巻き上げない程度の水流（流速１〜５ｃｍ／ｓ）となるように、インペラ３の浸漬度を制御する。
【００２０】
より具体的には、インペラ３の浸漬度を上げて（インペラ３を下降させて）、全槽内が撹拌されている状態を作り出し、その後、状態検出計４を流速計として図示のように槽内底部に投入し、槽内底部の流速が１０ｃｍ／ｓ程度になるまで浸漬度を下げていく（インペラ３を上昇させていく）。そして、汚泥の沈降に連れて流速が下がるため、最終的に槽内底部の流速が１〜５ｃｍ／ｓになるように制御する。
【００２１】
なお、ここでは、インペラ３の浸漬度の制御を、槽内底部の流速に基いて行うようにしているが、槽内底部の流速に限定されるものではなく、例えば、槽内上部の好気性領域Ａに対応する位置や槽内中間部の通性嫌気性領域Ｂに対応する位置等の他の位置での流速に予め換算しておいて、当該位置での流速に基づいて制御するようにしても良い。また、流速の測定位置は、単数に限定されるものではなく、複数であっても良い。
【００２２】
また、前述したインペラ３の回転速度の制御は、具体的には、インバーター又は機械的変速機等により行う。ここで、上記インペラ３にあっては、回転速度を下げると、酸素の供給量が少なくなり、回転速度を上げると、酸素の供給量が増えるという特性がある。
【００２３】
従って、このようなインペラ３の特性に鑑み、本実施形態では、好気性領域Ａを形成すべく、水面近くに浮遊する汚泥（好気性微生物集塊）には、酸素を十分に供給する一方で、通性嫌気性領域Ｂ、嫌気性領域Ｃを形成すべく、中間及び底部にあっては、水面近くに浮遊する汚泥に酸素が十分に消費されて溶存酸素が供給されないように、インペラ３の回転速度を制御する。
【００２４】
ここでは、酸化還元電位や溶存酸素量に基づいてインペラ３の回転速度を制御する。そして、この場合には、好気性領域Ａの目安を、溶存酸素量０〜３ｍｇ／Ｌ、酸化還元電位０〜１００ｍｖ、通性嫌気性領域Ｂの目安を、溶存酸素量０ｍｇ／Ｌ、酸化還元電位−１００〜０ｍｖ、嫌気性領域Ｃの目安を、溶存酸素量０ｍｇ／Ｌ、酸化還元電位−４００〜−１００ｍｖとする。
【００２５】
具体的には、他の状態検出計として還元電位計を槽１内に投入し、例えば、生物処理槽１の高さ方向の中間位置での酸化還元電位が−５０ｍｖとなるように、インペラ３の回転速度を制御する。また、他の状態検出計として溶存酸素計を槽内に投入し、例えば、槽内底部から、１／３の高さの所の溶存酸素量を０ｍｇ／Ｌ、２／３の高さの所の溶存酸素量を０．１ｍｇ／Ｌ以上となるように、インペラ３の回転速度を制御する。
【００２６】
なお、二つの領域に対応する酸化還元電位や溶存酸素量、三つの領域に対応する酸化還元電位や溶存酸素量を測定し、これに基づいて、インペラ３の回転速度を制御しても勿論良い。
【００２７】
因みに、インペラ３の浸漬度、回転速度が、撹拌力や酸素供給量に与える影響は完全には独立していないため、浸漬度及び回転速度の調整は、数回繰り返す必要がある場合もある。また、このような調整は、汚泥濃度の変化に伴って変化するため、一週間に一度程度、微調整をするのが好ましい。また、このような調整を数回繰り返しても目標値に達しない場合には、タイマーによってインペラ３を間欠運転とする場合もある。
【００２８】
また、特に本実施形態にあっては、有機性排水は、有機性排水導入部６により生物処理槽１の底部側から導入される。この有機性排水導入部６は、具体的には、図１及び図２に示すように、生物処理槽１の底部の略中央から槽１内に進入し内部に有機性排水が流れる有機性排水ラインＬａと、この有機性排水ラインＬａの上端部に接続されて分岐する複数の導入パイプ７と、を備える。
【００２９】
この導入パイプ７は、図２に示すように、ここでは三個とされ、生物処理槽１の底面に沿って延在する（図１参照）と共に、この延在方向に沿って、有機性排水を槽１内に導入する開口７ａを複数有し、これらの開口７ａは、当該開口７ａからの有機性排水の導入方向（図２の矢印）が、インペラ３の回転方向（ここでは時計回り）に準じた方向となるように（ほぼ一致するように）導入パイプ７に設けられている。
【００３０】
このような生物学的排水処理装置１００によれば、有機性排水が有機性排水ラインＬａを介して生物処理槽１に導入され、上下方向の軸線周りに回転可能なインペラ３の有機性排水Ｒに対する浸漬度及び回転速度が制御されることで、槽１内に、上から下に向かって、好気性領域Ａ、通性嫌気性領域Ｂ、嫌気性領域Ｃの三層が形成される。このため、生物分解可能な有機物は三層Ａ，Ｂ，Ｃに従って全て分解が可能とされ、さらに、好気性領域Ａで蛋白質が分解して生じたアンモニア性窒素がさらに酸化されて亜硝酸性窒素、硝酸性窒素となりこれらの窒素酸化物が通性嫌気性領域Ｂで窒素に還元されることや、好気性領域Ａで生じた多量の余剰汚泥が嫌気性領域Ｃで分解に供すること等が可能とされ、性質の違う微生物の協業が可能とされる。従って、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上が図られる。
【００３１】
加えて、有機性排水が有機性排水導入部６により生物処理槽１の底部側から導入されるため、底部の嫌気性汚泥には十分に有機物が与えられて当該嫌気性汚泥の活性が十分に維持され、嫌気性領域Ｃの維持が可能とされて上記三層Ａ，Ｂ，Ｃが維持される結果、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上が一層図られる。
【００３２】
また、本実施形態においては、有機性排水導入部６による有機性排水の導入方向が、インペラ３の回転方向に準じた方向であるため、当該導入方向が、インペラ３の回転による有機物排水の旋回方向と略一致する。従って、有機性排水は、底部から上方へ向かう押し出し流れ（ピストンフロー）のように流れ、上下方向に形成されている層同士が然程混合しないようにして上方に流れることになり、その結果、三層Ａ，Ｂ，Ｃの維持が可能とされ、余剰汚泥の減容及び処理水質の向上が一層図られる。
【００３３】
なお、上記三層Ａ，Ｂ，Ｃを形成するにあたっては、インペラ３の浸漬度及び回転速度の両方を制御する方が高精度であり好ましいが、インペラ３の浸漬度又は回転速度の何れか一方のみの制御によって、上記三層Ａ，Ｂ，Ｃを形成するようにしても良い。
【００３４】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好適であるとして、制御手段５によってインペラ３を自動制御するようにしているが、作業者によるマニュアル操作による制御であっても良い。
【００３５】
また、上記実施形態においては、特に好ましいとして、三層Ａ，Ｂ，Ｃをインペラ３の回転により形成しているが、インペラ３の回転によらずに三層Ａ，Ｂ，Ｃが形成された生物処理槽に対しても適用可能である。
【００３６】
また、上記実施形態においては、特に好ましいとして、有機性排水の導入方向をインペラ３の回転方向に準じた方向として、三層Ａ，Ｂ，Ｃを混合し難くしているが、例えば、底部から鉛直上方に導入することも可能である。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例１及び比較例１、２を説明する。
【００３８】
（実施例１）
図１に示す生物学的排水処理装置１００を用い、底部から有機性排水を導入し生物処理槽を好気性領域Ａ、通性嫌気性領域Ｂ、嫌気性領域Ｃの三層を有する生物処理槽１とした。この生物処理槽１への排水量は２００ｍ３／ｄ、その容積は２００ｍ３とし、インペラ３の浸漬度及び回転速度を制御して、水深、ＭＬＳＳ、溶存酸素量、酸化還元電位の関係を表１のようにした。
【００３９】
【表１】
2009291719.tif 000003
【００４０】
（比較例１）
図１の生物処理槽１を曝気槽とし上部から有機性排水を導入する所謂標準活性汚泥方式とした点以外は実施例１と同様とした。
【００４１】
（比較例２）
図１の生物処理槽１に対して、底部からでは無く上部から有機性排水を導入した点以外は、実施例１と同様とした。
【００４２】
実施例１、比較例１、比較例２の各々の処理水のｐＨ、ＳＳ、ＢＯＤ、Ｔ−Ｎ、汚泥発生量を、表２に示す。
【００４３】
【表２】
2009291719.tif 000004
【００４４】
表２に示すように、比較例２は、比較例１に比して、余剰汚泥が減少していると共に処理水質が向上しているが、この比較例２よりもさらに実施例１の方が、余剰汚泥が減少していると共に処理水質が向上していることが分かる。なお、比較例１では、汚泥がバルキング気味（沈降し難い状態）で、槽内汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、好気性領域でせいぜい１０００〜３０００ｍｇ／Ｌでしか運転できなかったが、実施例１では、汚泥の沈降性が格段に向上し、槽内汚泥濃度（ＭＬＳＳ）は、好気性領域で３０００〜６０００ｍｇ／Ｌで運転できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る生物学的排水処理装置を示す構成図である。
【図２】図１中の有機性排水導入部による有機性排水の導入状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…生物処理槽、３…インペラ、６…有機性排水導入部、７…導入パイプ、７ａ…開口、１００…生物学的排水処理装置、Ａ…好気性領域、Ｂ…通性嫌気性領域、Ｃ…嫌気性領域、Ｌａ…有機性排水ライン。
【図１】
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【図２】
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