(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、浮遊流動状態の微生物固定化担体の存在下で排水に微生物を接触させる処理槽並びに該処理槽からの微生物固定化担体を含む中間処理水の導入部、担体と中間処理水とを分離する担体分離ゾーン、分離された担体を返送する担体返送部及び担体を分離した中間処理水を排出する処理水流出部を有する微生物固定化担体分離機を有する排水処理装置であって、該中間処理水導入部の後に、導入された中間処理水を担体分離ゾーンへ導くための傾斜したガイド板と該ガイド板に並行して設けられ、該中間処理水の流速を加速させるための傾斜邪魔板とからなる流速加速ゾーンを該ガイド板と該傾斜邪魔板との間隙が、処理水の流れ方向に向かって漸次小さくなるように設けたことを特徴とする微生物固定化担体分離機と処理槽とを組み合わせた排水処理装置。
【請求項２】
該ガイド板と該傾斜邪魔板先端部の間隙が１ｃｍ〜１０ｃｍである請求項１の排水処理装置。
【請求項３】
該担体分離ゾーンに、微生物固定化担体の上昇速度が該担体の沈降速度を越えないように担体分離板を設けた請求項１又は２のいずれか１項の排水処理装置。
【請求項４】
処理水流出部に計量堰を設けた請求項１〜３いずれか１項の排水処理装置。
【請求項５】
該微生物固定化担体がポリビニルアルコール系の含水ゲルである請求項１〜４いずれか１項の排水処理装置。
【請求項６】
該処理槽が脱窒槽及び／又は硝化槽である請求項１〜５いずれか１項の排水処理装置。
【請求項７】
微生物固定化担体を用いる生物学的排水処理方法において、浮遊流動状態の微生物固定化担体を保有する処理槽で排水を処理し、該処理槽からの微生物固定化担体を含む中間処理水を傾斜したガイド板へ導くとともに、該ガイド板に並行に設けられた傾斜邪魔板で流速を加速して担体分離ゾーンへ導き、該担体分離ゾーンで担体と中間処理水とを分離し、分離された担体は処理槽へ返送し、担体と分離された中間処理水は処理水流出部から排出させることを特徴とする排水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微生物固定化担体分離機（以下、微生物担体分離機、担体分離機又は分離機と略記することがある。）を用いた排水処理装置及び排水処理方法に関する。さらに詳しくは、浮遊流動状態の微生物固定化担体を保有する処理槽および該処理槽からの微生物固定化担体を含む中間処理水を担体分離ゾーンへ導くための傾斜したガイド板と該ガイド板に並行して設けられ、該処理水の流速を加速させるための傾斜邪魔板とからなる流速加速ゾーンを有する微生物固定化担体分離機を組み合わせた排水処理装置及び処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、家庭や農村集落からの廃水、産業排水などの廃水は、本質的に最初沈殿池、曝気槽及び最終沈殿池から構成された処理装置で処理されており、該曝気槽中の活性汚泥によって有機物を分解除去し、最終沈殿池にて活性汚泥を沈降させ、上清を放流する方法が一般的に行われている。
【０００３】
近年、活性汚泥処理における処理時間の短縮や処理の安定・高度化のために、排水処理槽内の微生物濃度を高め、微生物の滞留時間を増大させることを目的として、各種高分子、セラミックス、プラスチックス等からなる固定化担体に硝化菌を包括ないし固定化して処理槽に充填して使用する方法や装置が注目されている。この方法や装置によれば、微生物が担体に付着増殖し、廃水処理装置の小型化もはかることができ、一層の検討が進められている。このような装置は本質的に好気性槽からなる処理槽と沈殿槽とから構成されており、その一例を図４及び図５に示す。
【０００４】
図４において、排水（被処理水）は排水供給ライン３２から、微生物固定化担体６が浮遊流動する処理槽３３へ導入されて生物反応が行われる（以下、微生物固定化担体を単に微生物担体という）。処理槽には、微生物担体の流出を防ぐために静置ゾーン仕切板３６が設けられる。処理槽は通常は好気性槽（曝気槽）であり、空気３５が散気部材３４を通して供給される。処理水３７は沈殿槽２３に排出され、ここで浮遊汚泥や担体から剥離した汚泥などの沈殿物２４と浄化処理水２６とに分離される。浄化処理水は、必要ならばさらに処理を施して系外へ除去され、沈殿物は沈殿物抜き取りライン２５から系外へ抜き出される。図５は、静置ゾーン仕切板の代わりにスクリーン３８が使用されている例である。
【０００５】
しかしながら、固定化担体に硝化菌などを固定化して微生物担体として使用するために既存の活性汚泥処理設備をこのような目的に適した設備に改造しようとすると、処理槽（曝気槽）を大幅に改造して大きな面積の静置ゾーン仕切板もしくはスクリーンを取り付ける必要があり、改造に大きな手間と費用を必要する。しかも、改造工事を行うには、既存の活性汚泥処理設備を相当な期間運転停止することになり、停止期間中の排水処理も問題となる。
【０００６】
また、微生物担体による生物反応を促進するためには、既存の処理槽内で担体を充分に浮遊流動させ、かつ処理水中の溶存酸素量を増加させる必要があり、このため曝気手段の増強も必要であり、曝気用の散気部材の追加設置が必要となる。増強後の曝気量の大きさによっては、曝気強度（処理槽内の単位処理水量に対する曝気量）が過大になることによる過剰流動のため担体表面の微生物が剥離しやすくなり、浮遊汚泥が増加するとともに微細化し、沈殿槽で処理水からの浮遊汚泥の分離が困難になるという問題が生じる。また、この場合も相当な期間運転停止を伴う。
【０００７】
一方、仮に既存の活性汚泥設備を改造できたとしても、生物反応によって生じる汚泥が浮遊したり、担体から剥離し、スクリーンに付着して目詰まりを起こすことが多く、設備を正常に維持管理するためには処理層における煩雑なスクリーンの頻繁な清掃を必要とする。また、既存の活性汚泥設備を微生物担体を用いる設備にそのまま変更すると、処理槽内において微生物担体が上流から下流に向かって流れる水流に乗って流下するため、微生物担体が処理槽内で下流側へ片寄りが生じ、処理能力の低下をきたすことがある。
【０００８】
これを解決するものとして、特開平５−２６１３９３号公報に、硝化工程での担体を一旦沈降分離して担体分離工程に導き、分離された担体を硝化工程へ返送するとともに、分離液は脱窒工程へ循環する有機性排水の処理方法が開示されている。この方法によれば、担体分離工程が硝化槽や脱窒槽とは別個に設けられるので、処理槽内へスクリーンを設ける必要はなく、設備の維持管理のために処理槽内のスクリーンを清掃する必要もない。
【０００９】
また、特開平７−１６３９９５号公報には、反応槽からの流出水を分離装置により泥状物と清澄水とに分離し、反応槽とは別個に該泥状物の残部から微生物固定化担体を分離回収するための装置を設け、回収した微生物固定化担体を前記反応槽に返送する生物処理装置が開示されている。この場合も、担体の分離工程が処理槽とは別個に設けられるので、処理槽内へスクリーンを設ける必要はなく、設備の維持管理のために処理槽内のスクリーンを清掃する必要もない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−２６１３９３号に開示された担体分離工程は、液体サイクロンやスクリーンを使用するものであり、液体サイクロンを使用する場合は、担体によるアンダーフロー部の閉塞が起こりやすく、流量分配を調節する必要がある。しかも、閉塞が生じると運転を停止して閉塞を除く必要があり、安定に連続運転することはなかなかむずかしい。また、スクリーンを使用する方法では依然として汚泥による目詰まりが起こりやすく、頻繁なスクリーンの清掃が必要である。また、特開平７−１６３９９５号公報に開示された担体分離工程でもスクリーンを使用するので、同様に汚泥による目詰まりが起こりやすく、頻繁なスクリーンの清掃が必要である。したがって、本発明の目的は、微生物担体と処理水との分離が容易で、既存の活性汚泥処理設備を微生物固定化担体を用いる設備に容易に適用しうる微生物固定化担体分離機を用いた排水処理装置及び処理方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ね、本発明に至った。すなわち本発明は、浮遊流動状態の微生物固定化担体の存在下で排水に微生物を接触させる処理槽並びに該処理槽からの微生物固定化担体を含む中間処理水の導入部、担体と中間処理水とを分離する担体分離ゾーン、分離された担体を返送する担体返送部及び担体を分離した中間処理水を排出する処理水流出部を有する微生物固定化担体分離機を有する排水処理装置であって、該中間処理水導入部の後に、導入された中間処理水を担体分離ゾーンへ導くための傾斜したガイド板と該ガイド板に並行して設けられ、該中間処理水の流速を加速させるための傾斜邪魔板とからなる流速加速ゾーンを該ガイド板と該傾斜邪魔板との間隙が、処理水の流れ方向に向かって漸次小さくなるように設けたことを特徴とする微生物固定化担体分離機と処理槽とを組み合わせた排水処理装置である。
【００１３】
また、本発明の別の発明は、微生物固定化担体を用いる生物学的排水処理方法において、浮遊流動状態の微生物固定化担体を保有する処理槽で排水を処理し、該処理槽からの微生物固定化担体を含む中間処理水を傾斜したガイド板へ導くとともに、該ガイド板に並行に設けられた傾斜邪魔板で流速を加速して担体分離ゾーンへ導き、該担体分離ゾーンで担体と中間処理水とを分離し、分離された担体は処理槽へ返送し、担体と分離された中間処理水は処理水流出部から排出させることを特徴とする排水処理方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に用いられる微生物固定化担体分離機を図によってさらに具体的に説明する。図１は本発明に用いられる微生物固定化担体分離機の一例を示す概略断面図である。１は微生物固定化担体分離機本体、２は担体を分離する前の中間処理水である。４は中間処理水の導入口であり、微生物固定化担体分離機の微生物担体６を含む中間処理水の導入部を構成する。
【００１５】
微生物担体としては、菌を固定化できるものであればよく、例えば、ビニルアルコール系樹脂、アクリル系樹脂、アクリルアミド系樹脂、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、多糖類、ポリエーテル、多孔性無機化合物などをあげることができる。
【００１６】
なかでも、微生物担体としては、菌を付着させた場合、ＢＯＤ除去能力、硝化能力及び脱窒能力の点で高分子含水ゲルが好ましく、とくにポリビニルアルコールゲルは担体表面及び内部に網目構造を有しているため微生物が棲息しやすく、かつ有機化合物の捕捉性に優れており、しかも機械的強度にも優れているので好ましい。また、ポリビニルアルコールの平均重合度及び／又はケン化度は高い方がポリビニルアルコールの濃度を低下することができ、したがって、微生物の棲息性がよくなり、好ましい。かかる点からポリビニルアルコールの平均重合度は１０００以上のものが好ましく、とくに１５００以上のものがさらに好ましい。また、ポリビニルアルコールのケン化度は９５モル％以上のものが好ましく、とくに９８モル％以上のものがさらに好ましい。
【００１７】
ポリビニルアルコールの溶出や劣化を防止するために、ポリビニルアルコールをアセタール化するのが望ましい。アセタール化剤としては、ホルマリン、グルタルアルデヒド、グリオキザール、テレフタルアルデヒド、ω，ω'-ノナンジアールなどを例示することができる。ポリビニルホルマールはこのようなアセタール化ポリビニルアルコールの好ましい例である。アセタール化度は、あまり低いと耐水性が低くなり、またあまり高いと疎水化されて微生物の棲息が悪くなるので、１０〜６０モル％が好ましく、２０〜５５モル％がさらに好ましい。
【００１８】
ポリビニルアルコールのアセタール化を阻害しない範囲で、例えばアルギン酸ナトリウム、カラギーナン、ホウ酸などの成型助剤や炭酸イオン、炭酸水素イオン、硫酸イオン、リン酸イオンなどの２種以上の高分子を相分離させるような１価又は多価アニオンを添加してもよい。アセタール化ポリビニルアルコール系ゲルは、表面が凹凸構造であるとともに、表面から中心部ね連通口を有しているので、微生物が棲息するのに好適である。
【００１９】
好ましい含水ゲルは、特願平９−１１０５７号として出願人よりすでに出願されている、表面に平均径１０〜１００μｍ及び深さ１０〜１００μｍ の凹部を表面の長さ１ｍｍあたり１０個以上有し、含水率が５０重量％以上であるアセタール化ポリビニルアルコールゲルである。このゲルを製造する方法は、上記明細書に詳述されているが、一例をあげれば、平均重合度１７００、ケン化度９９．８モル％のポリビニルアルコール８ｗｔ％、アルギン酸ナトリウム１ｗｔ％、炭酸水素ナトリウム０．３ｗｔ％の混合水溶液を調製し、該水溶液を０．１モル／リットルの塩化カルシウム水溶液に滴下することにより、球状成形物として得、しかる後、ホルムアルデヒド２０ｇ／リットル、硫酸２００ｇ／リットル、硫酸ナトリウム１００ｇ／リットルのアセタール化用水溶液に浸漬し、水洗して得ることができる。
【００２０】
担体の形状はとくに限定されるものではなく、繊維状、サイコロ状、フィルム状、円柱状、中空円筒状、球状、円盤状などの任意に成型したものを使用することができるが、担体の流動性の点で球状のものが好ましい。硝化菌や脱窒菌などの菌は予め担体に付着させて使用すればよいが、担体を処理槽に投入後、菌の付着を待ってもよい。
【００２１】
微生物担体６を含む中間処理水２は中間処理水導入口４から微生物固定化担体分離機へ導入される。微生物担体の中間処理水への充填率は通常５〜３０容量％、好ましくは１０容量％で実施される。微生物固定化担体分離機の底部は傾斜したガイド板５となっており、ガイド板５と並行に設けられた傾斜邪魔板３とで流速加速ゾーンを構成する。ガイド板は、担体分離機本体の底部を傾斜させてもよいし、担体分離機の内部に傾斜したガイド板を設けてもよい。
【００２２】
ガイド板５の水平との角度（図１におけるｃ）はとくに限定されないが、通常は３０度程度に設けられる。傾斜邪魔板３はガイド板５と並行に１枚又は複数枚設けられるが、傾斜邪魔板の少なくとも１枚は中間処理水の流れ方向に向かって流速が速くなるように先端部が狭くなるように設けるのが好ましい。本発明に用いられる微生物固定化担体分離機の大きな特徴はここにあり、図１はこのような例をしめしたものである。傾斜邪魔板３とガイド板との距離（図１におけるｂ）は、後述する担体分離ゾーンでの微生物担体の流動状態に応じて、担体の大きさや性状に合わせて決められるが、あまり小さいと傾斜邪魔板とガイド板との隙間を閉塞することがあり、またあまり大きいと加速効果が小さく、担体分離ゾーンで渦流が発生せず、微生物担体が底部に沈降、堆積する傾向があるので、１〜１０ｃｍに設定するのが好ましい。微生物担体を含む中間処理水は該中間処理水流速加速ゾーンで流速を速められて微生物担体分離ゾーン７へ導かれる。
【００２３】
処理水に含有される浮遊汚泥、剥離汚泥は微生物担体の１００分の一程度の微細な大きさであり、該汚泥の沈降速度は微生物担体の沈降速度に比して極めて小さいので、本発明に用いられる微生物固定化担体分離機内に滞留している時間内には全く沈降分離されることなく、処理水とともに次の工程に流出される。
【００２４】
微生物担体分離ゾーン７において微生物担体６は流動するが、排水のみ越流堰９を越え、さらに波防止板１０を潜って処理水流出部の流出口１４から沈殿槽などに導かれる。この場合、処理水流出部に計量堰１１を設けると流量を簡単に計量することができ、好ましい。中間処理水の流量を調節する必要がある場合は、別途中間処理水流量調節ライン１３を設ければよい。微生物担体は担体分離機底部の分離担体抜き出し口１２から抜き出され、担体返送部の返送ライン２１を通り処理槽へ返送される。担体の抜き出し口１２は微生物担体の大きさや性状に合わせて適当な大きさに決められる。
【００２５】
担体分離ゾーン７において、図１に示すような担体分離板８を設けると、浄化処理水の流速が速くても、微生物担体が浄化処理水の渦流に同伴されるのを防ぐことができ、好ましい。担体分離板を設ける角度（換言すれば図１における傾斜邪魔板３との距離ａ）は、微生物固定化担体が担体分離ゾーンから飛び出さないように調節される。中間処理水の流量、微生物固定化担体の大きさや性状などにもよるが、通常は５〜２０ｃｍ程度に設定される。前述したａとｂは、ａ／ｂ＝１〜１０、好ましくは３〜５になるように設定すると、微生物担体と中間処理水との分離を効果的に行うことができる。
【００２６】
以上のように構成した本発明に用いられる微生物担体分離機は、処理槽や沈殿槽と組み合わせて使用される。処理槽は通常硝化槽などの好気性槽であるが、脱窒槽などの嫌気性槽又はこれらと組み合わせて使用してもよい。図２は、本発明に用いられる微生物担体分離機と、処理槽としての好気性槽及び沈殿槽を組み合わせて使用した例である。排水（被処理水）は排水供給ライン１５から微生物担体６が浮遊する好気性槽１６へ導入され、散気部材１７を通して空気１８で曝気処理される。
【００２７】
曝気処理された微生物担体６を含む中間処理水１９は、ポンプ２０で本発明に用いられる担体分離機に導かれ、該担体分離機で微生物担体と中間処理水とに分離され、微生物担体は担体返送ライン２１から好気性槽１６へ返送される。また、微生物を分離した後の中間処理水は、沈殿槽供給ライン２２により沈殿槽２３に導かれ、浮遊汚泥や剥離した汚泥などからなる沈殿物２４と浄化処理水２６とに分離される。沈殿物２４は抜き出されて焼却処分などの処理に付され、浄化処理水２６は、必要ならばさらに処理を施して系外へ放流される。
【００２８】
図３は、本発明に用いられる担体分離機を使用した他の例であり、既存の処理槽内へ曝気用の散気部材の追加設置を必要としない（曝気強度を増大させる必要のない）例である。微生物担体６を含む中間処理水１９はポンプ２０で本発明に用いられる担体分離機に導かれ、該担体分離機で微生物担体６と中間処理水２７とに分離され、微生物担体６は担体返送ライン２１から好気性槽１６へ返送される。また、微生物を分離した後の中間処理水２７は、溶存酸素付加槽２８へ導かれ、酸素を付加した後、好気性槽１６へ返送される。２９はメカニカルエアレーター（機械回転式水中酸素供給機）である。微生物担体は、本発明に用いられる分離機により、中間処理水と分離されてから溶存酸素付加槽に入るので、微生物担体が破壊、摩滅することもない。好気性槽１６から抜き出される中間処理水３１は、例えば本発明に用いられる微生物担体分離機を使用して図２と同様な方法で処理される。以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２９】
【実施例】
実施例１
３０度（図１に示す本発明に用いられる微生物固定化担体分離機における角度ｃ）の角度をなす、幅３０ｃｍ、長さ１１０ｃｍの傾斜したガイド板を設け、取付角度が水平方向に対して６０度のスライド式傾斜邪魔板及び取付角度が水平方向に対して４５度のスライド式担体分離板を備えた高さ６０ｃｍの微生物固定化担体分離機に、粒径が４．５ｍｍ、比重が１．０３のポリビニルアルコール球状含水ゲルを１０容量％含む水道水を１０００〜５０００リットル／時間で供給し、該球状含水ゲルの分離を行った。なお、該球状含水ゲルの静水中での沈降速度は約２ｃｍ／秒であった。結果を表１に示すが、連続的に安定した分離が可能であった。
【００３０】
【表１】
0003796029.tif 000002
【００３１】
実施例２
株式会社クラレ岡山工場の排水処理槽から採取した活性汚泥（ＭＬＳＳ５０００ｐｐｍ）に３日間浸漬した粒径が４．５ｍｍ、比重が１．０３のポリビニルアルコール球状含水ゲルを充填率が１０容量％になるように、ＴＯＣ１００ｐｐｍ、アンモニア性窒素５０ｐｐｍに調整した１０ｍ3の排水の入った曝気槽に投入し、実施例１と同じ微生物固定化担体分離機に１０００リットル／時で供給した。処理水の水質は、アンモニア性窒素０．０ｐｐｍ、亜硝酸性窒素０．１ｐｐｍ、硝酸性窒素６．２ｐｐｍ、ＴＯＣ５．５ｐｐｍであり、連続して安定に運転することができた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明により、傾斜したガイド板と該ガイド板に並行に設けられた傾斜邪魔板を備えた微生物固定化担体分離機を用いた排水処理装置を提供することができる。本発明に用いられる微生物固定化担体分離機によれば、スクリーンを使用することなしに微生物担体を処理水から容易に分離することができるので、スクリーンに付着する剥離汚泥などの煩雑な清掃は不要であり、既存の活性汚泥設備と組み合わせて使用することができる。また、処理槽内で微生物担体の片寄りを生ずることもないので、微生物担体を使用する排水処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる微生物固定化担体分離機の概略を示す断面図である。
【図２】本発明に用いられる微生物固定化担体分離機を使用した排水処理装置の一例である。
【図３】本発明に用いられる微生物固定化担体分離機を使用した排水処理装置の他の例である。
【図４】微生物固定化担体を使用した従来の排水処理装置の一例である。
【図５】微生物固定化担体を使用した従来の排水処理装置の他の例である。
【符号の説明】
１ 微生物固定化担体分離機
２ 中間処理水（微生物固定化担体分離前）
３ 傾斜邪魔板
４ 中間処理水導入口
５ ガイド板
６ 微生物固定化担体
７ 微生物固定化担体分離ゾーン
８ 担体分離板
９ 越流堰
１０ 波防止板
１１ 計量堰
１２ 分離担体抜き出し口
１３ 中間処理水流量調節ライン
１４ 流出口
１５ 排水供給ライン
１６ 好気性槽
１７ 散気部材
１８ 空気
１９ 中間処理水（微生物固定化担体分離前）
２０ ポンプ
２１ 担体返送ライン
２２ 沈殿槽供給ライン
２３ 沈殿槽
２４ 沈殿物
２５ 沈殿物抜き取りライン
２６ 浄化処理水
２７ 中間処理水（微生物固定化担体分離後）
２８ 溶存酸素付加槽
２９ メカニカルエアレーター
３０ 返送中間処理水
３１ 中間処理水
３２ 排水供給ライン
３３ 処理槽
３４ 散気部材
３５ 空気
３６ 静置ゾーン仕切板
３７ 処理水
３８ スクリーン
【図１】
0003796029.tif 000003
【図２】
0003796029.tif 000004
【図３】
0003796029.tif 000005
【図４】
0003796029.tif 000006
【図５】
0003796029.tif 000007